現代移動互聯(lián)網的wlan和3G切換研究

摘要：隨著計算機技術的發(fā)展，人們對移動通信的需求也在不斷增加，WLAN和3G網絡的有效融合是現代移動互聯(lián)網發(fā)展的重要方向。研究小范圍、高帶寬通信的WLAN和大范圍、帶寬有限的3G網絡之間的切換是當前通信行業(yè)的重要課題。本文首先介紹了WLAN和3G的傳統(tǒng)切換過程，分析其中存在的問題，然后在傳統(tǒng)垂直切換過程的基礎上提出改進方法：滑動平均值預測和坡度預測法。

關鍵詞：移動通信；WLAN；3G；切換技術；垂直切換

中圖分類號：TN929.5 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9599 （2012） 15-0000-02

1 引言

在Internet傳輸和寬帶多媒體業(yè)務的要求與日俱增的背景下，只是建立一個單一的通信系統(tǒng)想要滿足一切業(yè)務要求是不切實際的，因而，可以通過Internet將不同的無線系統(tǒng)連接起來，構成一個通信系統(tǒng)，即互聯(lián)網。WLAN和3G網絡的連接是互聯(lián)網中的代表，移動節(jié)點必須能在其中自由漫游，能夠實現漫游的一個重要技術就是切換技術。當前兩網絡互通中的一個重要問題是，實現移動終端全局無縫的垂直切換，同時滿足用戶通信中的需求。

2 WLAN和3G傳統(tǒng)切換過程及問題

目前，國際上現代移動互聯(lián)網通信系統(tǒng)包括水平和垂直兩種切換方法。垂直切換是不同技術網絡之間的一種切換，所以WLAN和3G之間的傳統(tǒng)切換一般采用的就是這種方法。垂直切換可分為被動切換和用戶切換，也可分為上行和下行垂直切換。一般垂直切換由三個主要步驟組成：1.系統(tǒng)搜索過程：哪個無線網絡可接入必須被移動節(jié)點首先了解；2.切換決策過程：在做出切換決策之前，移動節(jié)點進行估計可接入網絡；3.切換執(zhí)行過程：一旦移動節(jié)點決定了垂直切換的執(zhí)行，就開始與新的無線網絡進行切換過程。[1]

2.1 WLAN到3G垂直切換過程

對于終端A從WLAN移出到3G網絡時，較小的WLAN的網絡通信范圍會對其有所限制，使得終端要發(fā)起必要的切換從WLAN到3G網絡。此切換過程一般有如下幾步：

A、首先逐漸減弱的AP的信號強度被終端檢測出來，同時終端內部的交換模塊（SM）會接收到終端發(fā)送的此信號。根據歷史記錄，交換模塊（SM）決定切換是否發(fā)起。

B、切換確定要發(fā)起時，切換請求數據包被交換模塊（SM）發(fā)給GGSN，該數據包自己的UMTS

IP信息也同時被攜帶。

C、交換模塊（SM）發(fā)出的請求被GGSN收到后，GGSN就會建立一條通信隧道，連接著無線網絡控制器（RNC）。與此同時RNC就會通過此隧道接收到該請求，終端也會收到RNC通過此隧道傳回來的響應消息。

D、終端與AP的連接被斷開，終端與3G在一段時間后就會建立起連接。

2.2 3G到WLAN垂直切換過程

對于終端B從3G網絡進入WLAN網絡時，一般會有如下幾步：

A、WLAN網絡中AP的beacon信號首先發(fā)送到終端的MAC層，收到的信號強度被終端預算并與預先確定的信號閾值M進行比較。

B、當收到的信號強度大于等于信號閾值M時，終端的MAC層向SM發(fā)送消息，代表一個新的AP被檢測到了，同時新AP的BSSID被發(fā)送給交換模塊。

C、SM將自身配置的BSSID與先前收到的BSSID進行比較，判斷關聯(lián)請求發(fā)起與否。如果不相匹配，收到的beacon信號將被SM忽略，MAC層被要求繼續(xù)進行北京掃描；如果匹配，新的AP將收到SM發(fā)送的關聯(lián)請求。

D、當新AP的關聯(lián)信號收到并且關聯(lián)建立后，MT就會通過DHCP功能申請新IP地址。

E、成功申請后，更新IP地址的請求被終端發(fā)送給GGSN，也就意味著已經成功建立新的數據鏈路可以斷開舊的了，新AP可以用來傳輸數據。

2.3 WLAN和3G傳統(tǒng)切換過程中存在的問題

由于WLAN被3G網絡所覆蓋，終端進行3G網絡和WLAN切換僅僅采用傳統(tǒng)的垂直切換引起不必要的延遲，切換過程中數據丟包率也會不斷增大，同時帶來乒乓效應等問題。傳統(tǒng)的垂直切換忽略了3G網絡到WLAN過程，WLAN到3G網絡的不對稱性，不對稱性必須有不同的切換方法?？紤]實現移動終端能夠全局無縫的垂直切換于兩種網絡之間是當前通信系統(tǒng)中面臨的一個重要問題。

3 WLAN和3G切換過程改進策略

3.1 WLAN到3G切換改進

終端從WLAN切換到3G一般分為兩種情況：終端以較慢的速度移出WLAN網絡，可以先檢測AP信號的減弱并得到滑動平均值，最后決定是否發(fā)起切換，即滑動平均值預測法；終端以較快的速度移出時，可以通過AP信號強度的一階導數決定終端是否正在移出WLAN，即坡度預測法。

（1）滑動平均值預測法：首先通過背景掃描得到AP信息，記錄多次掃描的結果，分別為1，2，…n。設定一個閾值M，掃描結果大于等于此閾值的被檢測出來，計算出n個掃描結果中檢測出來信號的平均值p。間隔一段時間后，再次測n個AP信號強度的平均值，當其小于p時，此時的AP信號不能滿足正常的通信，可以做出切換決策。[2]

（2）坡度預測法：利用背景掃描獲取兩次信號A1，A2，根據兩次信號相隔的時間算出一個坡度。當算出的坡度大于0，且最后收到的強度小于先前設定的閾值M，說明終端正加速運動，且朝著WLAN信號減弱的方向，從而做出切換決策。

3.2 3G到WALN切換改進

為了避免傳統(tǒng)垂直切換中乒乓球效應所帶來的負面影響，減少終端發(fā)起的不必要的切換，一般用上述所提的滑動平均值方法來決定是否切換。只有當終端收到的信號強度比平均值的大的比預定值大時，切換才被發(fā)起。

當終端與新的AP關聯(lián)過程中，與3G網絡的連接并未斷開，在整個切換過程中始終保持連接GGSN，在斷開原來的連接之前必與新AP建立起新的數據鏈路。只有這樣，終端從3G到WLAN的切換才能進行真正的無縫切換，其中較小的切換延遲是用戶所無法察覺到的。除此之外，數據的傳輸在整個切換過程中是可靠的，使用戶需求得到最大限度的滿足。

4 小結

現代移動互聯(lián)網的推廣，推動了WLAN和3G網絡的融合。在傳統(tǒng)切換技術的基礎上，綜合兩種異構網絡的特點，充分利用高速的WLAN網絡、大范圍的3G網絡，不斷提高切換效率，降低切換延遲時間是目前通信技術行業(yè)一直研究的。完美的切換技術將為用戶提供高質量的無線連接以及無縫覆蓋，從而使用戶實現綜合無限移動接入，享受各種特殊業(yè)務的需求。

參考文獻：

[1]陳劼，李少謙.下一代移動通信網絡中切換管理研究[J].電信科學，2005（4）：10-12

[2]張歷卓，賈維嘉，周仕飛.基于3G與WLAN網絡改進的切換策略研究[J].計算機科學，2010（3）：49-51