一種異構無線車聯(lián)網(wǎng)垂直切換選擇方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于無線通信技術領域，具體涉及一種異構無線車聯(lián)網(wǎng)垂直切換選擇技 術。
【背景技術】
[0002] 隨著多種無線通信技術的廣泛應用，越來越多的用戶開始使用異構無線網(wǎng)絡來提 高服務體驗。車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)已經(jīng)利用現(xiàn)有成熟的通信技術進行數(shù)據(jù)傳遞，其中包括蜂窩移動 通信網(wǎng)，無線城域網(wǎng)，利用路旁接入點的無線局域網(wǎng)以及車輛相互形成的自組織網(wǎng)。面對異 構網(wǎng)絡的垂直切換選擇決策，傳統(tǒng)意義上的節(jié)點通常不像車輛節(jié)點那樣具有較高的移動 性。在垂直切換選擇決策中，算法多考慮網(wǎng)絡信道質量，網(wǎng)絡負載情況，用戶接入網(wǎng)絡享受 數(shù)據(jù)服務的費用，用戶業(yè)務類型等指標。而在車聯(lián)網(wǎng)中，車輛速度對異構網(wǎng)絡垂直切換選擇 策略同樣具有舉足輕重的作用。
[0003] 為了使本發(fā)明及其【背景技術】更易于理解，在對本發(fā)明的【背景技術】進行描述時，首 先做如下定義：
[0004] 1、無線蜂窩移動通信系統(tǒng):是蜂窩移動通信技術的統(tǒng)稱，主要包括第三代移動通 信系統(tǒng)，第四代移動通信系統(tǒng)等。
[0005] 2、基站(BS，Base Station):是負責用戶接入無線蜂窩移動通信系統(tǒng)的設備，覆蓋 一定的地區(qū)區(qū)域，通過移動通信交換中心，與移動終端之間進行信息傳遞的無線電收發(fā)信 電臺。
[0006] 3、無線局域網(wǎng)系統(tǒng)：是使用IEEE 802.11協(xié)議組中標準工作的無線通信系統(tǒng)的統(tǒng) 稱，一般通過無線訪問接入點與用戶進行數(shù)據(jù)交互。
[0007] 4、無線訪問接入點(AP，Wireless Access Point) :AP相當于一個連接有線網(wǎng)和無 線網(wǎng)的橋梁，其主要作用是將各個無線網(wǎng)絡客戶端連接到一起，然后將無線網(wǎng)絡接入以太 網(wǎng)。
[0008] 5、路旁單元(RSU，Road Side Unit):指安裝在道路兩旁的基礎設施，可以與車載 單元進行通信，負責其覆蓋區(qū)域內(nèi)車輛的數(shù)據(jù)通信，是應用于車聯(lián)網(wǎng)場景中的AP。
[0009] 6、異構無線網(wǎng)絡：異構網(wǎng)絡是相對于同構網(wǎng)絡的一種網(wǎng)絡類型，該網(wǎng)絡由不同的 網(wǎng)絡設備與系統(tǒng)組成。異構無線網(wǎng)絡是指運用不同無線技術同時為用戶服務的無線網(wǎng)絡， 通?？梢匀诤蠠o線蜂窩移動通信系統(tǒng)和無線局域網(wǎng)系統(tǒng)。
[0010] 7、垂直切換：在異構網(wǎng)絡中通常會涉及到不同網(wǎng)絡之間的切換，比如用戶同時處 于一個BS和一個AP的服務范圍內(nèi)，用戶一次服務過程中先與BS進行數(shù)據(jù)交互，之后又與AP 進行數(shù)據(jù)交互。這種涉及在不同接入網(wǎng)絡中不同協(xié)議層之間的切換技術就是垂直切換。垂 直切換一般包括接入網(wǎng)絡發(fā)現(xiàn)階段，切換判決階段和切換執(zhí)行階段。
[0011] 8、垂直切換控制模塊:異構網(wǎng)絡中控制決策目標節(jié)點是否發(fā)生垂直切換的控制實 體。
[0012] 9、系統(tǒng)負載:通信系統(tǒng)承擔業(yè)務數(shù)據(jù)總量，系統(tǒng)負載作為系統(tǒng)級參數(shù)通常用來衡 量系統(tǒng)資源的使用情況。
[0013] 10、負載均衡:不同通信系統(tǒng)承擔的業(yè)務數(shù)據(jù)總量保持平衡，防止一個系統(tǒng)出現(xiàn)資 源緊缺困境的同時另一個系統(tǒng)還剩余大量可用資源。
[0014] 11、閾值:閾值策略主要適用于針對為某種特定的業(yè)務提供優(yōu)先服務，設置一個閾 值，當相應參數(shù)低于閾值的時候，就會觸發(fā)相應的設計算法。
[0015] 為了本領域的普通技術人員能夠更好地理解本發(fā)明，現(xiàn)結合圖1對現(xiàn)有技術中基 于速度的異構無線車聯(lián)網(wǎng)垂直切換選擇方法作簡單介紹。其基本流程有:移動節(jié)點在蜂窩 移動網(wǎng)絡中進行數(shù)據(jù)服務的過程中檢測到進入無線局域網(wǎng)的覆蓋范圍內(nèi)，此時獲取自己的 速度v，用該值與閾值速度V作比較。如果高于閾值，則放棄垂直切換；如果低于閾值則進一 步判斷目標網(wǎng)絡的剩余帶寬是否能容納切換業(yè)務，如果不能則放棄垂直切換，如果能則發(fā) 生垂直切換。
[0016] 現(xiàn)有的基于速度的異構無線車聯(lián)網(wǎng)垂直切換選擇算法中，切換閾值有根據(jù)業(yè)務服 務等級而定義的，也有根據(jù)由接收信號強度轉化的概率而定義的。這類選擇算法通常考慮 用戶從蜂窩移動通信網(wǎng)切換到無線局域網(wǎng)是否有吞吐量提升，而沒有考慮切換給用戶業(yè)務 帶來的收益程度。用戶是否進行垂直切換首先應考慮切換之后相同的時間是否會帶來吞吐 量的增益，同時還應考慮這部分吞吐量增益對于本次業(yè)務服務整個流程的增益情況。用戶 的收益程度應該同時包含這兩方面的因素。
[0017] 現(xiàn)有的基于速度的異構無線車聯(lián)網(wǎng)垂直切換選擇算法通常是從用戶角度出發(fā)進 行判決。雖然這樣的決策模式對車輛自身是有利，但從系統(tǒng)的角度出發(fā)并不一定能充分利 用系統(tǒng)的帶寬資源。假設某一時刻蜂窩移動通信系統(tǒng)負載比較低，系統(tǒng)服務能力較強。許多 車輛在蜂窩移動通信系統(tǒng)中使用服務，而恰好該路段前方要經(jīng)過無線局域網(wǎng)覆蓋區(qū)，這些 汽車都將會以低于切換閾值的速度從蜂窩移動覆蓋區(qū)域進入無線局域網(wǎng)覆蓋區(qū)域。以現(xiàn)有 大多數(shù)基于速度的車載異構網(wǎng)絡垂直切換算法的流程則這些汽車都會從蜂窩移動切換至 無線局域網(wǎng)中繼續(xù)使用服務。這樣的情形可能造成的結果是無線局域網(wǎng)系統(tǒng)接受大量垂直 切換業(yè)務而使得系統(tǒng)負載太高，接收新業(yè)務的能力大幅下降，用戶體驗下降。而原本系統(tǒng)負 載就比較低的蜂窩移動通信系統(tǒng)因為大量服務對象都垂直切換進無線局域網(wǎng)中了，導致負 載進一步下降。結果是蜂窩移動通信系統(tǒng)有大量帶寬資源而不能充分利用，無線局域網(wǎng)系 統(tǒng)則因為資源不足而影響用戶體驗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0018] 本發(fā)明為解決上述技術問題，提出一種異構無線車聯(lián)網(wǎng)垂直切換選擇方法，既考 慮切換后相同時間用戶吞吐量的增益，同時考慮該部分吞吐量對于本次業(yè)務服務整個流程 的增益情況，實現(xiàn)了異構無線車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)資源的充分利用，并且提升用戶體驗。
[0019] 本發(fā)明采用的技術方案是:一種異構無線車聯(lián)網(wǎng)垂直切換選擇方法，包括：
[0020] S1:本次垂直切換范疇內(nèi)的所有車輛各自初始化參數(shù)，所述參數(shù)包括：ID為i的車 輛在第一無線系統(tǒng)C中的服務帶寬戌；ID為i的車輛在第二無線系統(tǒng)W中的服務帶寬Bf; ID 為i的車輛節(jié)點從第一無線系統(tǒng)C進入第二無線系統(tǒng)W時的時間ID為i車輛從第二無線系 統(tǒng)W重新返回第一無線系統(tǒng)C時的時間t廠;ID為i的車輛在第二無線系統(tǒng)W的逗留時間Δ tl; ID為i的車輛在tf1時還需要從遠端服務器獲取的數(shù)據(jù)總量為Di;
[0021] 其中，i表示本次垂直切換范疇內(nèi)車輛的序號；
[0022] S2 :車輛根據(jù)步驟S1的參數(shù)計算各自的垂直切換傾向值;并將計算出來的垂直切 換傾向值以及步驟S1的初始化參數(shù)發(fā)送到垂直切換控制模塊；
[0023] S3:垂直切換控制模塊獲取第一無線系統(tǒng)C的負載占用比，以及第二無線系統(tǒng)W的 負載占用比，并根據(jù)獲取到的第一無線系統(tǒng)C的負載占用比與第二無線系統(tǒng)W的負載占用比 計算當前負載均衡因子；
[0024] S4:垂直切換控制模塊根據(jù)步驟S1的初始化參數(shù)、步驟S2得到的垂直切換傾向值 以及步驟S3得到的當前負載均衡因子，得到垂直切換選擇策略，根據(jù)垂直切換選擇策略得 到各個車輛的垂直切換選擇結果；
[0025] S5:各個車輛根據(jù)步驟S4得到的各自的垂直切換選擇結果進行相應的切換操作。 [0026]進一步地，所述第一無線系統(tǒng)C覆蓋范圍要遠大于第二無線系統(tǒng)W覆蓋范圍。
[0027] 進一步地，所述步驟S2計算垂直切換傾向值的公式為： T -T，
[0028] a； = :1 A
[0029] 其中，Ql表示車輛的垂直切換傾向值，1^表示車輛在tf時不發(fā)生垂直切換，還需要 的服務時間;f表示車輛在tf時發(fā)生垂直切換，還需要的服務時間。
[0030] 進一步地，所述步驟S4具體為：
[0031] S41:設定本次垂直切換范疇內(nèi)的所有車輛的集合為3，W中車輛的集合為;
[0032] S42:對集合3以及集合穿進行劃分；
[0033] S43:根據(jù)步驟S42的劃分結果，得到目標函數(shù)，并設定約束條件；
[0034] S44:根據(jù)約束條件對步驟S43的目標函數(shù)的最優(yōu)解，得到各個車輛的決策結果。
[0035] 更進一步地，所述步驟S42具體包括以下分步驟：
[0036] S421:根據(jù)各個車輛的垂直切換傾向值對集合3進行劃分，具體為：設定一個閥 值，如果該車的垂直切換傾向值大于或等于閥值，則將該車劃分到3 1;如果該車的垂直切換 傾向值大于〇且小于閥值，則將該車劃分至洱;如果該車的垂直切