基於需求預測和優先級的群組業務自適應優化切換方法

2023-10-20 10:21:57

專利名稱：基於需求預測和優先級的群組業務自適應優化切換方法
技術領域：
本發明屬於寬帶無線通信領域，涉及一種切換技術，尤其是基於需求預測和優先級的群 組業務自適應優化切換方法，可廣泛應用於未來無線通信領域中。
背景技術：
未來無線移動通信發展的方向，將會是多種無線接入技術與制式互聯互析互補，為用戶 提供無處不在、無時不在的泛在信息通信服務。下一代移動通信網絡的拓撲結構將逐步演進 成為多層次、重疊式的立體網絡結構。同一空間中同時存在不同類型的接入網絡，它們有各 自的特點和相適宜的應用場合。當用戶採用不同的接入技術時，將被當作單一客戶來處理， 允許用戶跨越現有網絡邊界去使用和管理他們的業務。用戶有能力改變接入點或終端；用戶 可以應用各種接入技術從任何網絡接入點接入到網絡。在接入切換過程中，能夠保持服務的 連續性和相應的QoS保證。網絡切換一直是無線移動通信中極為重要的問題，也是一個比較難徹底解決的問題。而 同一空間上存在的不同網絡的差異性、用戶的偏好、終端的多模性、業務需求的多樣性和環 境的不可測性等因素的加入，相比於同一網絡中切換過程，問題的複雜度大大增加。之前相 對成熟的水平切換算法已經不適用。而著眼於異構網絡中業務環境自適應方面的研究，更是 難度極大。而本發明基於需求預測和業務優先級，進行群組業務環境自適應優化切換，提供 了一個很好的在異構網絡環境中業務環境自適應的普遍技術，滿足業務環境自適應的要求， 提高用戶業務質量，增加切換效率，優化網絡和均衡負載。發明內容本發明的目的在於提供一種基於需求預測和優先級的群組業務自適應優化切換方法，集 中應用於城市中人流繁多的大型公共場所，如候車室、圖書館、大賣場等，滿足業務環境自 適應的要求，提高用戶業務質量，增加切換效率，平衡負載。為達到以上目的，本發明所採用的解決方案是一種基於需求預測和優先級的群組業務自適應優化切換方法，其包括以下步驟選定業 務優先級隊列中前M個業務為預切換業務；計算得到M個預切換業務函數值最大的網絡作為 預切換目的網絡；驗證每一種業務的基本需求，明顯不符合預切換目的網絡的業務將被剔除; 連接鏈路進行切換。進一步，所述的業務優先級隊列根據業務的優先級由高至低排列，業務優先級利用層次 分析法權重矩陣資料庫對預切換需求業務列表的業務計算確定並排列。所述的預切換需求業務列表根據業務質量綜合指數確定，業務質量綜合指數第一次到達 預切換門限值時，門限達到次數記為l，再次達到時，增加l，門限達到次數達到一定值時， 則將業務加入預切換需求業務列表；業務根據業務質量較低及很低分為需求1和需求2，並 設定需求2的門限值低於需求1。所述的優先級最高的M個預切換業務，調用層次分析法後的權重矩陣資料庫，代入當前 網絡影響因子和業務基本需求的百分比，消除各網絡因子由於量綱不一出現的不一致，取M3個預切換業務綜合最佳，選定預切換目的網絡。所述的明顯不符合待切換目的網絡的業務加到預切換需求業務優先級隊列的隊首，等待 下一次的切換。所述的鏈路連接，從選定切換目的網絡時計時，經過0.5個設定的預切換選擇確定到切 換執行定時器的時間才進行鏈路連接，到了設定的定時器時間進行切換執行；終端、基站或 者接入點主動發起切換，則切換不受預切換選擇確定到切換執行定時器的時間限制，而是直 接建立鏈路和執行切換。所述的切換執行成功後，在下一次預切換選擇時接入網絡被選擇的權重降低賜，而原始 網絡被選擇的權重升高K%，網絡被接入累計次數達到網絡加入禁止列表的接入次數門限時， 該網絡會被加入禁止接入列表不參與一定時間內的網絡選擇，需經過網絡被加入禁止列表後 恢復周期的時間後，該網絡自動退出禁止列表，再次參與網絡選擇。所述的權重矩陣資料庫中包含了預切換需求判決、預切換業務優先級確定、切換選擇判 決時所用到的權重矩陣。具體來說，權重矩陣資料庫儲存著上述三個判決過程中用到的各種 業務在特定網絡中影響判決的因素的權重矩陣。例如，在對業務進行預切換優先級的判決過 程中，資料庫中儲存著業務時延、帶寬、用戶優先等級、業務優先等級、丟包率、模式優先 等級、切換需求優先等級等參數的權重，用於判決。本發明提供一種基於需求預測和優先級的群組業務自適應優化切換方法，具體包括如下 步驟本發明考慮的切換原因除了移動性之外，更多的關注點在於業務個體的運行情況。之前 的切換策略考慮的對象大抵是移動終端本身，切換執行時也是終端整體切換。而對於某些切 換場景，例如人流繁多但相對靜態的候車室和圖書館，地理位置並不是一個切換需求中最重 要的原因，加上終端上各種業務的適應性又不同，所以考慮對象轉變為終端上的業務，把終 端上運行的業務作為切換的主體。這樣既符合終端上業務自適應的要求，也符合網絡切換的 整體利益。長久以來，預切換方式被認為很好地保證了切換需求和切換效率。特別是在異構網絡切 換中，終端的多模特徵給預切換方式提供了絕佳的平臺。終端完全有能力在不斷開原有連接 的基礎上準備好目標連接。本發明引入預切換方式的同時，考慮到業務環境自適應的需求， 將預切換需求歸為兩類，優化切換，以期業務質量能夠儘量達到預期效果A，業務質量較低(需求l);B，業務質量非常低，以致中斷(需求2);在判斷運行業務是否達到預切換需求門限時，主要通過UE (終端)與BS (基站)、AP (接 入點)之間的信息交互，運用簡單的QoS (服務質量)和其他網絡特性，調用層次分析法之 後的權重矩陣資料庫，進行加權整合，進行判決，添加到預切換需求業務表，並記載相應網 絡特徵，供後續處理，例如業務類型、業務基本需求、終端號、服務網絡、業務質量、切換 需求等等。在判定時加入定時器，達到門限相應次數時才加入預切換需求業務表，避免"兵 乓效應"的產生。在對預切換需求業務進行切換選擇的過程中，本發明動態選取優先級較高的前M個業務， 進行群組切換，選擇一個合適網絡，增加切換效率，所以在切換選擇之前，如何判定需求業 務的優先級順序是一個重要的何題。而M值大小的確定依賴於網絡切換任務的多少，動態調 整。預切換需求業務優先級的評定，直接影響到需求業務的運行質量和整個網絡的效率。參 考用戶優先級、業務優先級、環境優先級、模式優先級等，利用層次分析法權重矩陣資料庫， 確定預切換業務優先級隊列，將預切換需求業務表按照優先級從高到低排列。選取優先級最高的M個待預切換業務，考慮業務權重、網絡可選權重，網絡因子權重等， 調用層次分析法後的權重矩陣資料庫，代入當前網絡影響因子和業務基本需求的百分比，消 除各網絡因子由於量綱不一出現的不一致，取M個預切換業務綜合最佳，選定這個業務切換組的目的網絡。由於選定的網絡是切換組整體最佳，但並非單一業務局部最佳，在初步選定 切換目的網絡後，應對業務的基本需求加以驗證，避免明顯的錯誤切換選擇。將明顯不符合 待切換目的網絡的業務加到預切換需求業務優先級隊列的隊首。由於是預切換方式，執行完切換選擇後，鏈路並非一定達到切換要求，若此時強制切換， 對於整個網絡來講，就會損失相應的網絡使用增益。所以針對每一種待切換業務，從選定切 換目的網絡時計時，經過0. 5切換定時器時間才進行鏈路連接，到了切換定時器時間，則進 行切換執行；這樣可以極大地利用網絡使用增益，增加網絡利用率，而業務質量又不會受影 響。但若UE和BS、 AP主動發起切換，不受切換定時器限制就直接建立鏈路和執行切換。切換選擇的準確性依賴於對真實網絡狀況和各業務^K正的準確及時把握，人為的後知獲 取有一定的延時，缺乏主動性。而網絡自身對其優化調整才是我們期望的目標。使用切換執 行完畢後的結果更新預切換優先級隊列和網絡可選權重矩陣，這一步驟非常重要。例如對於 網絡可選權重矩陣的調整，對於成功接入/斷開網絡的可選權重相應減少/增加一定百分比， 可以很清晰地表徵網絡擁擠程度，使後續預切換需求業務在選擇時知曉網絡可接入的能力， 有益於均衡網絡，提高切換效率和業務增益。層次分析法權重矩陣資料庫中包含了預切換需求判決、預切換業務優先級確定、切換選 擇判決時所用到的權重矩陣。執行這些判決時只需要調用相應的權重矩陣，加權乘加即可得 到所需結果。這些權重矩陣的建立有賴於層次分析的準則、目標以及準則之間相互關係的準 確把握。例如目標是預切換業務優先級指標，準則是用戶優先級、業務優先級、環境優先級、 模式優先級，確定準則之間兩兩的重要程度相關性，使用層次分析法就可以得到用戶優先級、 業務優先級、環境優先級、模式優先級對於預切換業務優先級指標的權重矩陣。層次分析法 中的一致性檢驗確保了權重矩陣的合理性。例如，在對FTP業務進行預切換優先級的判決過 程中，資料庫中儲存著FTP業務的時延、帶寬、用戶優先等級、業務優先等級、丟包率、終 端模式優先等級、切換需求優先等級等參數的權重。在判決時，採用各個網絡真實值與權重 的乘加後的函數值進行比較，進而確定業務按照優先級排列的預切換對列。由於採用了上述方案，本發明具有以下特點異構網絡多模終端運行多種業務產生的切 換需求情況下，切換對象定位於業務本身，使得業務更具主動性，能夠達到自適應環境的要 求。選取預切換方式，提高切換效率，很容易符合切換業務的需求，做到高質量無縫切換。 引入預切換需求業務優先級隊列，根據網絡切換任務多少，動態分組切換，可以大大提高效 率，增加切換增益。成功切換結果對於切換判別準則的優化更新，又可以使得全網均衡，增 加網絡利用率。建立層次分析法權重矩陣資料庫，既保證預切換門限、預切換業務優先級、 切換選擇等判決更加準確合理，又能大大減少計算複雜度。


圖l是本發明預切換需求業務判定流程圖。圖2是本發明預切換需求業務優先級隊列確定流程圖。圖3是本發明預切換接入選擇過程流程圖。圖4是本發明切換執行流程圖。圖5是本發明流程圖。圖6是本發明實施例流程圖。
具體實施方式
以下結合附圖所示實施例對本發明作進一步的說明。本發明考慮的適用場景是在人流繁多的大型公共場所，如候車室、圖書館、大賣場等。考慮的異構網絡類型不受限制，這裡選取Bluetooth, 802. 11以及802. 16作為示例加以說明，即終端的多模能力具有以上三種接入方式，而考慮的業務類型也是多種多樣。考慮一個典型的異構網絡切換場景，同一空間位置上交叉存在著Bluetooth, 802. 11和 802. 16三種技術的接入點，並且同一種網絡的接入點還不止一個。為了使3種異構接入技術 能夠通融工作，加入了 802.21切換伺服器進行協調統籌切換判決。層次分析法權重矩陣數據 庫也建立在802.21切換伺服器上。終端具有多模能力，終端上的業務也是多種多樣，具有不 同的網絡適應性。本發明業務自適應的特點表現在運行業務能夠監測運行質量級別，自動調整切換，總是 向著儘量好的網絡接入，從而達到業務環境自適應的作用。這裡將切換的對象轉移到終端上 的業務，使用業務切換代替傳統的終端整體切換，使業務更具有主動性。業務運行質量使用一個綜合指標來定量，主要是通過選擇相關業務質量影響因子，終端 與16BS、 IIAP、藍牙AP交互信息，得到業務質量影響因子的實時參數，調用層次分析法權 重矩陣資料庫，來計算得到業務質量綜合指標。在判斷業務質量綜合指標是否達到預切換狀 態時，設置了兩種預切換門限A，業務質量較低(需求l);B，業務質量非常低，以致中斷(需求2);設置兩種門限是為了能夠讓運行業務獲得較好的業務質量。為了防止"兵乓效應"的產 生，影響網絡切換效率，在判斷時，加入了定時器。業務質量綜合指數(QR)在第一次達到預切換門限值(需求l: QRL;需求2: QRP)時，門限達到次數(需求l: QL;需求2: QP) 記為l，經過一個定時器時間(需求l: T一QL;需求2: T_QP)後，再次達到時，則增加l，門限達到次數達到一定值(需求l: QLvalue;需求2: QPvalue)時，則業務被加入預切換需 求業務表，等待預切換選擇。需求2比需求l的預切換門限值較低，故需求2比需求1需要 切換的優先級相對較高。表l業務 類型終端號服務網 絡標識網絡 類型切換 需求用戶 優先級業務 優先級環境 優先級模式 優先級預切換需求業務表的形式如表l，記載著運行業務的類型、終端、服務BS (AP)、多模方 式、業務質量等等，以供後續需求業務優先級隊列的確定。預切換需求業務優先級的確定主 要是通過考量多方優先級特性，調用相應層次分析法之後的權重矩陣資料庫，代入乘加比較 而得。預切換需求業務優先級的評定，直接影響到需求業務的運行質量和整個網絡的效率。 參考用戶優先級、業務優先級、環境優先級、模式優先級、預切換需求等級等，利用層次分 析法權重矩陣資料庫，計算和比較確定預切換業務優先級隊列，將預切換需求業務表按照優先級從高到低排列。這裡考慮的優先級參數說明如下 用戶優先級終端之間的優先等級；業務優先級業務類型之間的優先等級，例如實時的業務比非實時的要高； 當前業務質量優先級當前業務質量等級；終端模式優先級單模，雙模，多模工作等，工作模式多的，優先級別較高； 預切換需求優先級需求1和需求2之間，需求2優先級較高。在群組預切換選擇過程中，根據預切換任務多少，動態選取優先級最高的M個待預切換 業務組成預切換業務組，針對每種業務和每個可選網絡的特殊性，考慮業務權重、網絡可選權重、網絡因子權重等，調用層次分析法後的相應權重矩陣資料庫，代入當前網絡影響因子 和業務基本需求的百分比，消除各網絡因子由於量綱不一出現的不一致。計算得到M個預切 換業務函數值最大的那個網絡，即為這個業務切換組的目的網絡。值M大小的確定由當時網 絡的繁忙程度確定，若網絡預切換任務較多，M相應較大；若網絡預切換任務較小，則M相 應較小。業務權重矩陣指的是業務之間的重要程度；網絡因子權重指的是某種業務在某個網絡中 的影響業務接入決定的因素之間的權重；網絡權重矩陣指的是選擇某一網絡的可能性，例如，802. 11網絡之前接入太多，802. 16網絡比較少，為了均衡，接入802. 11的優先級比接入802. 16 低，這樣就可以均衡兩個網絡的負載。切換執行成功的結果對後一次網絡選擇決定進行自優 化。每切換成功一次，下一次預切換選擇時接入網絡被選擇的權重降低ra，而原始網絡被選 擇的權重升高ra。等到累計被接入網絡次數ANi達到加入禁止列表門限值ANivalue，會被加 入禁止接入列表，這個網絡不參與一定時間內的網絡選擇。即經過Ritime時間，自動退出禁 止列表，再次參與網絡選擇。由於選定的網絡是切換組整體最佳，但並非單一業務局部最佳，在初步選定切換目的網 絡後，應對每一種業務的基本需求加以驗證，避免明顯的錯誤切換選擇。將明顯不符合待切 換目的網絡的業務加到預切換需求業務優先級隊列的隊首。為了極大的發揮預切換方式的優點，增加切換增益，確定需求業務預切換業務目標網絡 後，並不直接進行鏈路連接，而是添加了一個切換定時器(需求1: WLivalue;需求2: WLivalue)，等計時參數(需求1: WLi;需求2: WPi)經過0. 5個切換定時器時間才進行鏈 路連接，等到了切換定時器時間，則切換執行；但若終端或者BS、 AP等主動發起切換需求， 則直接進行鏈路連接和切換執行過程，不受定時器限制。層次分析法權重矩陣資料庫中包含了預切換門限、預切換業務優先級、切換選擇等判決 時所用到的權重矩陣。執行這些判決時只需要調用相應的權重矩陣，加權乘加即可得到所需 結果。這些權重矩陣的建立有賴於層次分析的準則、目標以及準則之間相互關係的準確把握。 例如目標是預切換業務優先級指標，準則是用戶優先級、業務優先級、環境優先級、模式優 先級，確定準則之間兩兩的重要程度相關性，使用層次分析法就可以得到用戶優先級、業務 優先級、環境優先級、模式優先級對於預切換業務優先級指標的權重矩陣。層次分析法中的 一致性檢驗確保了權重矩陣的合理性。附圖5中描述的是本發明的一個示例。兩個多模移動終端A, B，終端A的業務一開始接 入802. 16，終端B—開始的業務接入Bluetooth,在監測業務質量過程中，A， B切換需求判 決的權重矩陣，計算業務是否達到預切換需求。計算證實A、 B都有業務不符合業務質量要求， 達到所設定的預切換需求門限。業務作為主體，發起預切換過程，向802. 21切換伺服器發送 預切換請求。收到請求後，802.21切換伺服器計算確定預切換業務的切換優先級，然後根據 切換業務數目進行動態分組，發起切換測量過程。接收測量報告後，調用切換選擇權重矩陣 對A、 B上需要切換的業務進行群組切換選擇。之後，再進行切換執行過程，成功執行後再更 新802.21伺服器上相應的權重矩陣。切換選擇後，由於切換主體為運行業務，所以切換選擇 後終端業務並非在同一個網絡中運行。經過如圖5詳細過程，最終終端A部分業務接入到 802.11，終端B部分業務也接入到802. 11，使得A、 B都進入多模工作方式，達到保證業務 質量和網絡使用均衡的目的。網絡成功接入後的信息更新又優化了下次切換選擇。上述的對實施例的描述是為便於該技術領域的普通技術人員能理解和應用本發明。熟悉 本領域技術的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，並把在此說明的一般原理應 用到其他實施例中而不必經過創造性的勞動。因此，本發明不限於這裡的實施例，本領域技 術人員根據本發明的揭示，對於本發明做出的改進和修改都應該在本發明的保護範圍之內。權利要求
1、一種基於需求預測和優先級的群組業務自適應優化切換方法，其特徵在於其包括以下步驟選定業務優先級隊列中前M個業務為預切換業務；計算得到M個預切換業務函數值最大的網絡作為預切換目的網絡；驗證每一種業務的基本需求，明顯不符合預切換目的網絡的業務剔除；連接鏈路進行切換。
2、 如權利要求l所述的基於需求預測和優先級的群組業務自適應優化切換方法，其特徵 在於所述的業務優先級隊列根據業務的優先級由高至低排列，業務優先級利用層次分析法 權重矩陣資料庫對預切換需求業務列表的業務計算確定並排列。
3、 如權利要求2所述的基於需求預測和優先級的群組業務自適應優化切換方法，其特徵 在於所述的預切換需求業務列表根據業務質量綜合指數確定，業務質量綜合指數第一次到 達預切換門限值時，門限達到次數記為l，再次達到時，增加l，門限達到次數達到一定值時， 則務被加入預切換需求業務列表；業務根據業務質量較低及很低分為需求1和需求2，並設 定需求2的門限值低於需求1。
4、 如權利要求l所述的基於需求預測和優先級的群組業務自適應優化切換方法，其特徵 在於所述的優先級最高的M個預切換業務，調用層次分析法後的權重矩陣資料庫，代入當 前網絡影響因子和業務基本需求的百分比，消除各網絡因子由於量綱不一出現的不一致，取 M個預切換業務綜合最佳，選定預切換目的網絡。
5、 如權利要求l所述的基於需求預測和優先級的群組業務自適應優化切換方法，其特徵在於所述的明顯不符合待切換目的網絡的業務加到預切換需求業務優先級隊列的隊首，等待下一次的切換。
6、 如權利要求l所述的基於需求預測和優先級的群組業務自適應優化切換方法，其特徵在於所述的鏈路連接，從選定切換目的網絡時計時，經過0. 5個設定的預切換選擇確定到 切換執行定時器的時間才進行鏈路連接，到了設定的定時器時間進行切換執行；終端、基站 或者接入點主動發起切換，則切換不受預切換選擇確定到切換執行定時器的時間限制，而是 直接建立鏈路和執行切換。
7、 如權利要求l所述的基於需求預測和優先級的群組業務自適應優化切換方法，其特徵 在於所述的切換執行成功後，在下一次預切換選擇時接入網絡被選擇的權重降低跳，而原 始網絡被選擇的權重升高腦，網絡被接入累計次數達到網絡加入禁止列表的接入次數門限時， 該網絡會被加入禁止接入列表不參與一定時間內的網絡選擇，需經過網絡被加入禁止列表後 恢復周期的時間後，該網絡自動退出禁止列表，再次參與網絡選擇。
8、 如權利要求2或4所述的基於需求預測和優先級的群組業務自適應優化切換方法，其特徵在於所述的權重矩陣資料庫中包含了預切換需求判決、預切換業務優先級確定、切換 選擇判決時所用到的權重矩陣。
全文摘要
一種基於需求預測和優先級的群組業務自適應優化切換方法，屬於寬帶無線通信技術領域，可應用於同一空間中多種異構網絡同時存在，移動終端具有多模功能且能同時運行不同業務。本發明將切換對象定位於業務，設置兩種預切換需求門限，根據業務質量、終端、業務類型、終端模式、切換需求等因素，調用層次分析法權重矩陣資料庫中的相關權重矩陣，乘加後比較，得到待預切換業務優先級隊列。同時將預切換業務按照優先級動態分組，使用層次分析法權重矩陣，考慮網絡內部影響因子、業務優先級、網絡可選優先級等，進行自適應自優化切換選擇。切換結果對於下次切換選擇中用到的網絡可選權重具有反饋作用，提高了切換效率，增加了網絡增益。
文檔編號H04W36/00GK101516115SQ20081020763
公開日2009年8月26日 申請日期2008年12月23日 優先權日2008年12月23日
發明者劉富強, 單聯海, 曉 徐, 李志鵬, 平 王, 王新紅, 祖立軍, 雪 趙, 高智偉 申請人:同濟大學