范毓林

摘要：随着科学技术的发展和通信技术的不断进步，各种无线接入技术层出不穷，多种无线网络同时存在。本文对异构无线网络垂直切换的概念进行了阐述，并对常见的垂直切换算法进行分类研究。

关键词：无线异构网络;垂直切换;技术研究

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2019）04-0025-02

1 垂直切换的意义和概念

为了满足通信业务需求的多样化，给用户提供最好的通信服务质量，不同架构、不同特点的无线网络的互通和融合将是必然的趋势[1]。在异构网络融合的环境下，网络状况的复杂性和异构性使得用户需要频繁的变换网络归属和管理域，所以如何为用户无缝的提供高质量的数据传输服务，无论用户处于何种位置和条件下，都可以根据目前的网络状态，自适应的采取最佳接入方式为用户提供最佳体验并根据用户位置和业务情况在不同接入方式間进行平滑切换是必须要解决的关键问题。移动性管理技术正是解决这些问题的关键技术。

切换管理是移动性管理的重要组成部分之一[2]。网络切换从不同角度可以分为不同类别，其中按照网络类型可以分为水平切换（horizontal handoff）和垂直切换（vertical handoff）。当切换发生在同种网络技术下的不同接入点之间时称为水平切换。当切换发生在不同网络技术接入点之间时称为垂直切换，如图1所示。

因为异构网络主要研究不同类型的网络接入方式之间的通信，所以异构网络的切换管理问题主要是垂直切换的问题。

2 垂直切换的过程

垂直切换过程可分为网络发现、切换判决和切换执行三个环节[3]。

在网络发现阶段，移动设备的任务是搜索并发现当前可用的无线网络。装备了多个无线网络接口的移动设备必须激活这些接口，才可以接收到不同网络定时发送的广播消息，如WLAN网络中的信标帧消息等。但是如果使这些网络接口一直处于激活状态，则会不断消耗移动设备的能量。对于能量受限的移动设备来说，网络的发现时间和能量消耗两个非常重要但又彼此矛盾的参数。比较可行的解决办法是移动终端定时开启网络接口开搜索可用网络。这种方法可以有效降低终端能耗并兼顾网络发现效率，关键在于如何确定恰当的网络接口开启时间间隔以达到两者之间良好的平衡。总之，网络发现阶段的目标就是在尽可能短的时间内，以最小的能量消耗代价获取到及时有效的可接入网络信息。

3 常见的垂直切换算法

在异构网络融合领域的研究中，关于垂直切换算法的研究一直都是焦点问题之一，对于国内外常见的垂直切换算法，总结如下：

3.1 基于单因素的垂直切换算法

比较有代表性的基于单因素的垂直切换算法有基于RSS的垂直切换算法：比如以接收器接收到的RSS作为依据的迟滞电平算法，当新接收的网络信号强度达到接入要求并且比已接入网络的信号强度大于设定的阈值时发生网络切换;还有通过计算平均RSS，再结合移动用户距离和中断概率进行接入选择。

3.2 基于效用函数的垂直切换算法

基于效用函数的垂直切换算法主要思想是设计效用函数，将进行网络接入选择时需要考虑的各个因素，例如RSS、可用带宽、网络覆盖范围、终端移动速度、服务价格等作为输入参数，将移动终端采集到的各个参数的值代入效用函数得到效用值，并选择效用值最高的网络。比如通过凸优化理论求解最大化用户传输速率的效用函数，同时考虑了分配带宽资源的约束条件，根据用户业务的带宽需求和网络的实际可用带宽获得最大化传输速率。还有研究者通过一种基于权值可变的终端代价函数的介入选择算法，以解决网络发现阶段RSS测量不确定性、候选网络更新不及时等问题。该算法综合考虑网络属性和用户偏好，灵活改变代价函数的权值，计算代价函数值最小的网络作为接入网络。还有人考虑了多模终端发射功率和候选网络带宽资源作为效用函数的参数，反映了移动终端能力的差异性。

3.3 基于多属性决策的垂直切换算法

多属性决策（MADM，Multiple Attribute Decision Making）利用网络信息和用户偏好等，通过多属性决策算法对待接入网络进行排序从而得到最优网络。多属性决策决策算法包括：

简单加权法（SAW，Simple Additive Weighting）通过设定各属性的权重，计算候选网络的线性加权和来进行网络选择。比如利用来自WLAN和WCDMA的SINR，用户所需带宽，用户流量成本和可接入网络的可用带宽等因素构建属性矩阵，由AHP方法的特征值法来确定权重向量，最后通过SAW方法进行网络选择。

层次分析法（AHP，Analytic Hierarchy Process）是一种定量与定性相结合的多目标系统分析方法。层次分析法已经被应用到各个领域的多属性判决问题中。层次分析法首先利用经验或其他方法得到各个候选网络对每个决策因素的权重，然后根据每个决策因素相对于总决策条件的相对权重，得到各个候选网络相对于总决策条件的权重，从而得到最优方案。有研究者采用层次分析法，选择信号强度，传输时延和网络贷款三种关键因素作为决策因素，计算出各个候选网络的权重，然后再考虑用户喜好等因素，结合简单加权法对信息进行综合分析，最后选择最优接入网络。

4 结语

本文首先介绍了异构无线网络垂直切换的基本概念、意义、垂直切换的分类和切换的基本过程。接下来分类总结了现有的垂直切换算法，包括基于单因素的垂直切换算法、基于效用函数的垂直切换算法、基于多属性决策的垂直切换算法、基于模糊逻辑的垂直切换算法，对每一种算法的原理都进行了详细的解释，对无线异构网络的垂直切换理论与技术进行了简要介绍。

参考文献

[1] 贺昕，李斌.异构无线网络切换技术[M].北京邮电大学出版社，2008.

[2] 胡海波.无线异构网络发展综述[J].现代电信科技，2009，39（12）：19-22.