[发明专利]基于滞留时间的自适应垂直切换方法

权利要求书

1.一种基于滞留时间的自适应垂直切换方法，其特征在于，将用户在基站覆盖范围内的滞留时间加入多属性垂直切换判决中，并计算其权重；将滞留时间属性和其他判决属性结合起来，动态调整各属性权重以适应不同切换情形；此方法的步骤如下：

步骤1，根据用户终端检测到的周围基站／无线接入点的广播信号，若接收信号强度RSS大于某个门限值，则将该基站加入到候选网络集合BS，

BS={BS₁，BS₂，...，BS_N}       (1)

RSS_i>RSS_i，thres              (2)

其中，RSS_i是来自基站BS_i的接受信号强度；RSS_i，thres是终端与该基站进行正常通信的RSS最小值；不同的无线接入技术，RSS_i，thres可能不同；

步骤2，利用GPS位置信息计算用户在各个候选基站覆盖范围内的滞留时间集合T，

T={tdwell1,tdwell2,...,tdwellN}---(3)]]>

式中，是用户在基站BS_i覆盖范围内的滞留时间；

步骤3，根据用户在某候选基站BS_i覆盖范围的滞留时间计算综合判决中用到的权重α_i，其可以表示为

αi=exp(-tdwelli/thandoff_delay)---(4)]]>

其中，t_{handoff_delay}是切换时延；那么，候选基站BS_i的综合效用值就可以表示为，

Utotali=αifdwelli+(1-αi)Uperformancei---(5)]]>

fdwelli=-1αi,tdwelli≤thandoff_delay1,tdwelli>thandoff_delay---(6)]]>

其中，是BS_i的性能效用值，是滞留时间的规范化值；

步骤4，归一化处理网络性能参数，如带宽、时延、费用，并利用简单加权法SAW计算各个候选基站的性能效用值即

Uperformancei=ωBfBi+ωτfτi+ωCfCi---(7)]]>

其中，ω_B，ω_τ，ω_C分别为带宽、时延、费用的权重，是与其对应的归一化值；综合式5和式6，就可以得到综合效用值即

Utotali=αi+(1-αi)ωBfBi+(1-αi)ωτfτi+(1-αi)ωCfCi---(8)]]>

另外，带宽、时延、费用等参数的单位不同，而且不同无线网络的同一参数的取值范围也相差较大，这就给这些不同参数之间的比较和综合评价造成了很大困难；所以，本方法对这些参数进行了归一化处理，使得归一化的数值不大于1；

对于带宽的规范化值可以表示为，

fBi=-1(1-α)ωB,Bi≤BminBi-BminBmax-Bmin,Bmin<Bi<Bmax1,Bi≥Bmax---(9)]]>

对于时延的规范化值可以表示为，

fτi=-1(1-α)ωτ,τi≥τmaxτmax-τiτmax-τmin,τmin<τi<τmax1,τi≤τmin---(10)]]>

从公式7和公式8可以看出，带宽和时延的规范化值均不大于1；在带宽／时延不满足用户应用的最低需求时，将此时的规范化值代入公式7，就可得到综合效用值是小于零的；即此时综合效用值很小，被选为切换目标基站的可能性很小；这就可以有效地避免用户终端切换到大部分性能参数非常好，而仅仅有一个参数不满足用户需求的候选基站中去；

步骤5，利用步骤3和步骤4，分别求出候选网络集合BS中各个基站BS_i所对应的综合效用值以及当前服务基站的综合效用值如果当前服务基站不是最佳服务基站，则需要执行切换过程；即

Utotaltarget=max{Utotali}---(11).]]>

2.根据权利要求1所述的基于滞留时间的自适应垂直切换方法，其特征在于用户的滞留时间利用GPS信息计算(即GPS-MAV方法)，方法如下：

WLAN基站的位置是点O，其坐标为(x₀,y₀)；终端MN的当前位置是点D，其坐标为(x_N，y_N)；终端的当前速度为大小v_t，其方向与向量相同；基站与终端确定的射线为其中线段OD为基站与终端之间的距离；射线与x轴正向方向相同；终端运动方向与x轴正向所成的角度为且基站和终端连线与x轴正向的夹角为θ_t，且0≤θ_t<2π；

对终端速度v_t做矢量分解；其在方向的分量大小为v_BS-＞MN，其垂直方向的分量大小为v_vertical；速度分量v_vertical不影响基站和终端之间的距离，基站和终端之间距离受到速度分量为v_BS-＞MN的影响；另外，v’是终端的另一时刻的速度，是与v’相对应的夹角；根据上面的假设，可以表示出速度分量v_BS-＞MN和v_vertical，即

若v_BS-＞MN>0，则终端与基站之间的距离增大，接收信号强度RSS逐渐减小；若v_BS-＞MN<0，则终端与基站之间的距离减小，接收信号强度RSS逐渐增大；夹角θ_t是向量与向量所成的夹角，即为(x_N-x₀，y_N-y₀)与(1，0)确定的夹角；所以

θt=arccos(xN-x0(xN-x0)2+(yN-y0)2),(yN-y0)≥02π-arccos(xt-x0(xN-x0)2+(yN-y0)2),(yN-y0)<0---(14)]]>

前一时刻的终端坐标为(x_N-1，y_N-1)；由于相邻的两次位置更新的时间间隔很小，可以认为终端在这个周期内做匀速直线运动；因而，在一个周期内终端的运动方向就可以由这两个时刻的位置坐标(x_N，y_N)和(x_N-1，y_N-1)来确定，即

考虑到用户运动的随机性，在进行速度分解时，采用的是最近一段时间内角度的平均值即

式中，α是指数分布平滑因子，是由位置信息p_k和p_k-1计算得到的；

终端与WLAN基站的当前距离d_t为

dt=(xN-x0)2+(yN-y0)2---(17)]]>

终端最新的位置信息p_N和p_N-1运动速度大小v_t为，

vt=|Δd|Δt=(xN-xN-1)2+(yN-yN-1)2|tN-tN-1|---(18)]]>

考虑到用户运动的随机性，在进行速度分解时，采用的是一段时间内速度大小v_t的平均值即

v~t=(1-α)Σk=1NαN-kvk---(19)]]>

式中，v_k是由位置信息p_k和p_k-1计算得到的；

所以，速度在方向的分量大小v_BS-＞NN分量大小可表示为

若GPS位置信息更新周期T_GPS很小并可以连续取得样值，那么，角度平均值速度大小平均值就可以表示为，

v~t=(1-α)∫0NαN-ividi---(22)]]>

用户运动的随机性使速度大小和方向都不是恒定的；一种情况就是在某点基站覆盖边缘做往返运动；此时，终端的平均速度大小的值可能很大，但在一段时间内的位移是很小的；若按照上式来求滞留时间时，得到的结果是有很大误差的，在此提出一个新参数，即有效位移因子β，

β=|dN-d0|Σi=1Ndisi,i-1---(23)]]>

disi,i-1=(xi-xi-1)2+(yi-yi-1)2---(24)]]>

有效位移因子β反应了终端相对于原来位置移动的比例大小；

估算出用户在当前基站覆盖范围内的滞留时间t_dwell，即

tdwell_dispose=RWLAN-dt|vBS->MN|---(25)]]>

tdwell_factor=RWLAN-dtβ|v~t|---(26)]]>

t_dwell=min{t_{dwell_dispose}，t_{dwell_factor}}        (27)。