摘要：本文综合考虑了多种因素判决准则，利用模糊逻辑的多目标判决方法进行选择决策，提出了一种将强制切换和优化切换相结合的切换算法。一般来说，由于向上垂直切换时指切换到覆盖面积更大且带宽更低的区域，所以对于切换时间更为敏感，当终端在移出其正在连接的网络区域时，必须进行强制切换才能保证连续的无缝性；而向下垂直切换时切换到一个较小的覆盖面积和带宽更高的区域，所以对切换的时间要求不高，在切换过程中仍与原有网络连接。通过模糊逻辑的多标准判决算法得出判决结果并完成决策工作。这种决策算法具有一定的实用价值。
关键词：异构无线网络垂直切换模糊逻辑
前言：随着移动通信技术的不断发展，为了满足用户的移动性需求，向用户提供跨泛在，异构网络的无缝业务，以支持用户跨异构网络的无缝漫游和切换，支持异构的移动性管理技术成为未来网络架构的主要问题。由于切换决策中涉及的因素多，其中一些难以量化，可以采用基于模糊推理的方法进行决策。将切换决策中需要考虑的因素作为模糊推理系统的输入，首先经过模糊化，然后根据规则库中定义的对应不同输入组合的规则，得到模糊化的切换决策结果，再经过决策结果的解模糊，得到是否执行切换的最终决策结果。
一、异构无线网络概述
所谓异构是指两个或以上的无线通信系统采用了不同的接入技术，或者是采用相同的无线接入技术但属于不同的无线运营商。利用现有的多种无线通信系统，通过系统间融合的方式，使多系统之间取长补短是满足未来移动通信业务需求一种有效手段，能够综合发挥各自的优势。由于现有的各种无线接入系统在很多区域内都是重叠覆盖的，所以可以将这些相互重叠的不同类型的无线接入系统智能地结合在一起，利用多模终端智能化的接入手段，使多种不同类型的网络共同为用户提供随时随地的无线接入，从而构成了如图1所示的异构无线网络。
二、垂直切换的基本概念
切换指的是移动主机与其他主机间的当前连接从一个接入点转移到另一个接入点的机制和过程。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或系统内切换。当切发生在不同网络技术接入点之间时称为垂直切换。
为了能给用户提供宽带、全球通用、即时和高移动性的多媒体无线通信服务，需要集成宽带互联网和各种无线通信系统来创建一种异构的支持多种接入方式的融合网络。在这种融合网络中，多种多样的空中接口技术将集成到基于IP的核心网络并形成一种重叠结构。在垂直切换中，无线网络的重叠主要指高层网络与低层网络的重叠。网络重叠是实现无缝垂直切换的前提条件。
根据切换发起和执行的实体，可将目前常用的切换机制分为3种，分别是移动设备控制的切换、网络控制的切换和移动设备辅助的切换。移动设备控制的切换由移动设备检测信号强度并触发切换过程。网络控制的切换相应的判决和控制都由网络实体而不是由终端设备来完成。移动设备辅助的切换是由移动设备来测量相邻基站的信号强度，而由网络决定是否进行切换。在异构无线网络间的垂直切换中，由于只有移动设备知道自己配置了哪些网络接口，而且即使当前网络知道这些相关信息，也不可能控制移动设备将要移入的另外一种无线网络，所以更适宜采用移动设备控制的切换。移动设备控制的切换对网络设备的要求较低，网络结构简单，但是也存在无法实时获得网络负载情况、相邻接入点容量、ISP策略等全局信息的问题。
三、垂直切换的方式
垂直切换可分为向上和向下两种。向上垂直切换是指切换到覆盖面积更大且带宽更低的区域；向下垂直切换是切换到一个较小的覆盖面积和带宽更高的区域。向下的垂直切换对切换时间要求不高，因为终端在切换过程中仍与原有网络连接。而对于向上切换对于切换时间更为敏感，因为终端在移出其正在连接的网络区域时，必须进行强制切换才能保证连接的无缝性。
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四、模糊逻辑
垂直切换算法中需要考虑众多因素其中包括：应用服务，网络QOS性能与计费，应用喜好和终端能力等多种因素。这些都使得无法设定一个通用的多标准决策方法。下面介绍一种在切换控制方面常用的基于模糊逻辑的多标准决策方法。
4.1多标准决策模块中的模糊判决算法
我们根据之前介绍的模糊判决的具体过程，将算法步骤分成以下三步。
①建立评判对象的因素集U＝{u1，u2…，un}。这里u1=带宽u2=时延。
建立评判集V＝{v1，v2，…，vm}。这里v1=好，v2=中，v3=差。我们每次计算10个相同时间点的带宽和时延值，按照经验值设定好，中，差的隶属空间，这样对好，中，差隶属空间计算相应的百分比。利用这些百分比计算评价矩阵R。需要注意的是对于好，中，差的隶属空间，不同的媒体类型有不同的定义，所以需要利用之前得到的媒体格式，设定相应的隶属空间。下表2-1为流媒体视频业务，音频业务和非实时类数据业务对时延，带宽因素好，中，差的隶属空间值，该值是从3GPPTS22.105中获得的。
②这两个因素在综合评价中的所起的作用不同，为此给出一个U的模糊集合A=（a1，a2，…，an），其中满足∑ai=1。在综合评价中，将A称为综合评价的权重向量，对于给定的权重，综合评价就是U->V的一个模糊变换。具体操作便是R和A实现叉乘，得到模糊评价子集。不同的媒体类型对因素有不同的权重。一般我们将业务简单分成两类业务：实时类业务和非实时类业务。其中实时类业务对延时的要求比较大，对时延的变化比较敏感，而非实时类业务对带宽的要求比较大，对时延的要求不大。表现的结果就是非实时类业务对带宽的权重相对时延的权重来说较大。而实时类业务对时延的权重相对带宽的权重来说较大。下表2-2表示流媒体视频业务，音频业务和非实时类数据业务对带宽，时延的权重划分，其中W表示带宽的权重，时延的权重为1-W。下表中的权重值参考了项目组的仿真结果。
这样，多标准决策模块的核心思想为：在多种备选网络中，通过上述方法分别得到两个网络的模糊评价子集（A1，A2，A3），（B1，B2，B3）……本项目中每个模糊子集是一个1*3的向量，将因素的权重向量叉乘百分比矩阵而得。
4.2基于模糊逻辑的综合评判的关键步骤
在垂直切换决策领域，由于不同网络之间存在着不同的链路状态，网络性能，覆盖范围，业务提供能力等特性，所以垂直切换决策本身就是一个模糊的综合评判过程。这里提出的建立数学模型的关键步骤，为切换模块中协议决策子模块的实现提供了理论依据。
模糊判决的主要工作是通过对不同因素的模糊判断，完成相应的切换控制和决策功能。模糊的概念不能用普通的集合来描述，是因为不能绝对地区别“属于”或“不属于”，而只能问属于的程度，就是论域上的元素符合概念的程度不是绝对的0或1，而是介于0和1之间的一个实数。
结束语：
随着移动通信技术的不断发展，为了满足用户的移动性需求，向用户提供跨泛在，异构网络的无缝业务，以支持用户跨异构网络的无缝漫游和切换，支持异构的移动性管理技术成为未来网络架构的主要问题。由于切换决策中涉及的因素多，其中一些难以量化，可以采用基于模糊推理的方法进行决策。将切换决策中需要考虑的因素作为模糊推理系统[1]的输入，首先经过模糊化，然后根据规则库中定义的对应不同输入组合的规则，得到模糊化的切换决策结果，再经过决策结果的解模糊，得到是否执行切换的最终决策结果。
参考文献：
[1]谢季坚，刘承平.模糊数学方法及其应用.武汉：华中理工大学出版社，2012.
[2]李晓辉，顾华玺，党岚君.移动IP技术与网络移动性.北京：国防工业出版社，2014.
[3]李明欣.异构融合网络移动性管理的若干关键技术研究.北京邮电大学,2015:47-62.
论文作者:李超杰
论文发表刊物:《防护工程》2019年第1期
论文发表时间:2019/5/6
标签：模糊论文; 网络论文; 权重论文; 业务论文; 异构论文; 带宽论文; 因素论文; 《防护工程》2019年第1期论文;