異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)性管理關(guān)鍵技術(shù)研究

摘 要：異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)能夠滿足無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信容量急速增長(zhǎng)的需求，其具有容量高、覆蓋深、成本低、能效高和負(fù)載均衡等優(yōu)點(diǎn)。本文首先對(duì)異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)性管理性能指標(biāo)進(jìn)行了介紹，然后對(duì)移動(dòng)臺(tái)在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)間的切換方式進(jìn)行分析，并對(duì)異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)性管理關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)探究，以期保障網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：性能指標(biāo)；移動(dòng)臺(tái)切換；移動(dòng)性管理

中圖分類(lèi)號(hào)：TN929.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）18-0254-02

1 引 言

由于移動(dòng)用戶的迅猛增長(zhǎng)，移動(dòng)流量呈現(xiàn)爆炸性上升，與此同時(shí)，用戶需要更好的移動(dòng)服務(wù)、更快速的速率、更豐富的業(yè)務(wù)以及更好的移動(dòng)性管理?，F(xiàn)如今，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)容量需求的提升推動(dòng)了移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)部署的高度密集化，同時(shí)新的基站類(lèi)型不斷出現(xiàn)。但是，更加密集的網(wǎng)絡(luò)部署使得小區(qū)間的嵌套更加嚴(yán)重，亟需采取有效的移動(dòng)管理對(duì)策，保障網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行正常。

2 異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)性管理性能指標(biāo)

在異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)性管理和優(yōu)化之前，需要確定合適的系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)，以便于比較不同設(shè)計(jì)和資源分配方案的優(yōu)劣。若性能指標(biāo)選取不恰當(dāng)，網(wǎng)絡(luò)資源的分配和優(yōu)化找不到正確的方向，網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際性能就不佳。網(wǎng)絡(luò)性能的評(píng)估指標(biāo)可以粗略的分為兩類(lèi)：QoS（Quality of Service，服務(wù)質(zhì)量）指標(biāo)和QoE（Quality of Experience，體驗(yàn)質(zhì)量）指標(biāo)。

2.1 QoS指標(biāo)

QoS指標(biāo)包括帶寬、信道速率和時(shí)延等面向物理網(wǎng)絡(luò)性能的客觀指標(biāo)。對(duì)照“信源—信道—信宿”的簡(jiǎn)化通信模型，QoS指標(biāo)反映了信道的服務(wù)質(zhì)量，而在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)資源管理的研究中，其主要反映了網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量。對(duì)網(wǎng)絡(luò)而言，比較重要的兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)客觀性能指標(biāo)為中斷/覆蓋概率和頻譜效率。在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)和通信信道數(shù)量較多，用戶的業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量取決于在特定時(shí)延下用戶獲得的應(yīng)用層數(shù)據(jù)速率，則異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的中斷概率不僅與SINR有關(guān)，還要受到其他因素的影響，如網(wǎng)絡(luò)負(fù)載和用戶接入沖突等。所以在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中，“中斷”可以定義為沒(méi)有一個(gè)基站（網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)）或一組基站能夠提供給用戶大于確定閾值的通信速率。傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中另一個(gè)重要客觀性能指標(biāo)就是頻譜效率，其單位是bit/s/Hz，但在超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中，一個(gè)更好的指標(biāo)是區(qū)域頻譜效率，即將頻譜效率根據(jù)小區(qū)進(jìn)行歸一化處理，單位是bit/s/Hz/cell。當(dāng)然，還有其他一些比較重要的QoS指標(biāo)，如吞吐量、能耗和吞吐量-能量效率（組合指標(biāo)），其本質(zhì)上都與SINR、網(wǎng)絡(luò)負(fù)載和擁塞情況有關(guān)。

2.2 QoE指標(biāo)

QoE是一種面向用戶主觀體驗(yàn)，以用戶認(rèn)可和偏好程度為標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的指標(biāo)。在“信源-信道-信宿”的簡(jiǎn)化通信模型，QoE體現(xiàn)了信宿對(duì)通信服務(wù)的感受。提升用戶的體驗(yàn)質(zhì)量是通信系統(tǒng)的一個(gè)明確目標(biāo)，也是當(dāng)前研究的一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題。用戶的QoE指標(biāo)沒(méi)有QoS指標(biāo)直觀，也沒(méi)有明確的物理單位。對(duì)QoE的建模的方法主要有：①兩類(lèi)別法。用戶打分，將QoE分為可接受與不可接受。②成對(duì)比較法。即用戶對(duì)樣本數(shù)據(jù)兩兩進(jìn)行比價(jià)，記錄比較結(jié)果，用Bradley-Terry-Luce（BTL）模型處理數(shù)據(jù)，得到最終的樣本平分。③MOS（Mean Opinion Score，平均評(píng)估分值）。MOS是由國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）提出的，將主觀的QoE感受分為五個(gè)級(jí)別：優(yōu)、良、中、次、劣。④QoS-QoE映射。針對(duì)不同業(yè)務(wù)類(lèi)型，將主觀QoE建模為某一個(gè)或多個(gè)客觀QoS參數(shù)的函數(shù)。ITU-T和ITU-R聯(lián)合設(shè)立的專(zhuān)家組對(duì)視頻、音頻、文件質(zhì)量進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化及性能測(cè)試，得到了MOS與QoS之間的映射關(guān)系。

3 移動(dòng)臺(tái)在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)間的切換

3.1 切換流程以及網(wǎng)絡(luò)層信令

3.1.1 宏小區(qū)下的異構(gòu)場(chǎng)景

宏小區(qū)下的異構(gòu)場(chǎng)景如圖1所示。

在宏基站Macro的部署下，在其上部署低功率節(jié)點(diǎn)，為用戶提供更大的覆蓋范圍和更大的系統(tǒng)容量，移動(dòng)用戶測(cè)試其信道質(zhì)量并根據(jù)設(shè)定的切換準(zhǔn)則判斷是否執(zhí)行切換。

3.1.2 切換流程

具體的切換過(guò)程如下。

（1）用戶連接到一個(gè)小區(qū)（CellA）。

（2）無(wú)線環(huán)境發(fā)生變化，用戶需要進(jìn)行切換。

（3）基站給用戶發(fā)送對(duì)目標(biāo)小區(qū)（CellB）的測(cè)量指令。

（4）用戶執(zhí)行相關(guān)的小區(qū)測(cè)量，并向當(dāng)前服務(wù)小區(qū)（CellA）上報(bào)測(cè)量結(jié)果。

（5）網(wǎng)絡(luò)對(duì)用戶上報(bào)的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行評(píng)估，并進(jìn)行相應(yīng)的切換判決。

（6）為保證用戶服務(wù)的連續(xù)性，服務(wù)小區(qū)（CellA）需要與目標(biāo)小區(qū)（CellB）進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)以及緩存控制。

（7）服務(wù)小區(qū)（CellA）將切換指令發(fā)送給用戶。

（8）用戶執(zhí)行小區(qū)切換過(guò)程。

（9）完成切換后，用戶向當(dāng)前服務(wù)小區(qū)（CellB）發(fā)送切換成功的消息。

整個(gè)切換過(guò)程可以分為以下三個(gè)不同的階段。

階段一：A3事件的進(jìn)入條件滿足之前。

階段二：A3事件的進(jìn)入條件滿足之后，用戶成功接收切換命令之前。

階段三：用戶成功接收切換命令之后，用戶成功發(fā)送切換成功消息之前。

3.2 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)切換摸型

基于宏基站網(wǎng)絡(luò)模型中研究異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中低功率節(jié)點(diǎn)如圖2所示。在圖3中介紹一個(gè)切換觸發(fā)（HO）方位和切換失?。℉F）方位的模型，這一模型由3GPP仿真得出。切換觸發(fā)方位和切換失敗方位形成兩個(gè)同心圓。

研究切換成功概率和乒乓效應(yīng)，這里用單個(gè)移動(dòng)終端進(jìn)行分析。UE開(kāi)始位于宏小區(qū)，按照固定的軌跡移動(dòng)到微小區(qū)覆蓋范圍內(nèi)，成功切換到微小區(qū)后繼續(xù)運(yùn)動(dòng)并再次一切換到宏小區(qū)。由于移動(dòng)終端朝著微小區(qū)覆蓋范圍運(yùn)動(dòng)，切換失敗的方位在切換觸發(fā)方位的外面。

切換時(shí)間包括觸發(fā)時(shí)間TTT、切換準(zhǔn)備時(shí)間、切換執(zhí)行時(shí)間。在此處只考慮TTT。宏小區(qū)的切換時(shí)間設(shè)為T(mén)m，微小區(qū)的切換時(shí)間設(shè)為T(mén)P，在這段切換時(shí)間內(nèi)，移動(dòng)終端所行駛的距離為VTm和VTP。

切換場(chǎng)景中，移動(dòng)終端沿著某一軌跡運(yùn)動(dòng)，當(dāng)?shù)竭_(dá)微小區(qū)覆蓋范圍時(shí)，切換被觸發(fā)。在切換未完成之前發(fā)生RLF和PDCCH失敗將會(huì)導(dǎo)致整個(gè)切換失敗，且切換失敗會(huì)被計(jì)數(shù)在終端未運(yùn)動(dòng)滿VTm和VTP距離之前就進(jìn)入切換失敗圈或移出微小區(qū)覆蓋范圍。根據(jù)終端移動(dòng)過(guò)程，大致分為三種情況：宏小區(qū)終端（MUE）未切換概率、宏小區(qū)終端（MUE）切換成功概率和微小區(qū)終端（PUE）切換失敗概率。

3.2.1 MUE未切換概率

在這一進(jìn)程中，MUE在TTT結(jié)束之前穿越微小區(qū)覆蓋范圍，微小區(qū)服務(wù)質(zhì)量下降，MUE將不進(jìn)行切換，建立數(shù)學(xué)模型并進(jìn)行概率推算，得到結(jié)果見(jiàn)公式（1）。

3.2.2 MUE成功切換概率

根據(jù)切換理論和對(duì)數(shù)學(xué)模型的分析，通過(guò)對(duì)比TTT時(shí)間內(nèi)終端行走距離和軌跡與圓相交的弦的情況計(jì)算MUE成功切換的概率，見(jiàn)公式（2）。

3.2.3 PUE成功切換概率

PUE是移動(dòng)終端從微小區(qū)覆蓋范圍移動(dòng)到宏小區(qū)，基于已建立模型，PUE成功切換條件是vTp

4 異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)性管理關(guān)鍵技術(shù)

在研究移動(dòng)性管理時(shí)，大部分的精力集中于TTT參數(shù)和A3參數(shù)的優(yōu)化設(shè)置。另外，移動(dòng)用戶的狀態(tài)估計(jì)也是重要的方面，精準(zhǔn)的移動(dòng)用戶狀態(tài)估計(jì)能極大提高切換成功率且減小乒乓效應(yīng)。

4.1 TTT的優(yōu)化設(shè)置

TTT參數(shù)對(duì)于切換影響非常大，TTT參數(shù)設(shè)置過(guò)大，則切換失敗率高，設(shè)置過(guò)小又會(huì)存在較大的乒乓效應(yīng)，所以，設(shè)置合理的TTT參數(shù)的對(duì)于良好的切換性能非常重要，在特定的場(chǎng)合下，可以通過(guò)仿真得出適合此場(chǎng)景的最佳TTT值。

4.2 A3參數(shù)的優(yōu)化設(shè)置

設(shè)置A3參數(shù)時(shí)，移動(dòng)終端檢測(cè)到目標(biāo)小區(qū)的鏈路功率比服務(wù)小區(qū)鏈路功率大，且大于某一常數(shù)值所引入的參數(shù)，這一參數(shù)主要判定目標(biāo)小區(qū)是否接入。對(duì)于特定場(chǎng)景，設(shè)置合理的A3參數(shù)值能提高切換效率。

4.3 移動(dòng)用戶狀態(tài)估計(jì)的優(yōu)化算法

精準(zhǔn)的UE速度估計(jì)能有效增強(qiáng)切換，為移動(dòng)用戶提供更加優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。這里提出一種基于在小區(qū)內(nèi)停留時(shí)間的移動(dòng)終端速度估計(jì)方案。

5 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)性逐漸提升，移動(dòng)性管理難度越來(lái)越大，對(duì)此，應(yīng)該從移動(dòng)性管理機(jī)制入手，明確管理性能指標(biāo)，然后構(gòu)建完善的移動(dòng)性管理框架，這樣才能夠適應(yīng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢(shì)。

參考文獻(xiàn)

[1]楊 瓊，胡 靜，夏瑋瑋.異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合場(chǎng)景下車(chē)聯(lián)網(wǎng)的移動(dòng)性管理和資源管理[J].電信科學(xué)，2015，31（9）：60～65.

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收稿日期：2018-5-25