摘要：隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)移動(dòng)通信的需求也在不斷增加，WLAN和3G網(wǎng)絡(luò)的有效融合是現(xiàn)代移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)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(wǎng)絡(luò)之間的切換是當(dāng)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(chǔ)上提出改進(jìn)方法：滑動(dòng)平均值預(yù)測(cè)和坡度預(yù)測(cè)法。

關(guān)鍵詞：移動(dòng)通信；WLAN；3G；切換技術(shù)；垂直切換

中圖分類號(hào)：TN929.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9599 （2012） 15-0000-02

1 引言

在Internet傳輸和寬帶多媒體業(yè)務(wù)的要求與日俱增的背景下，只是建立一個(gè)單一的通信系統(tǒng)想要滿足一切業(yè)務(wù)要求是不切實(shí)際的，因而，可以通過Internet將不同的無線系統(tǒng)連接起來，構(gòu)成一個(gè)通信系統(tǒng)，即互聯(lián)網(wǎng)。WLAN和3G網(wǎng)絡(luò)的連接是互聯(lián)網(wǎng)中的代表，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)必須能在其中自由漫游，能夠?qū)崿F(xiàn)漫游的一個(gè)重要技術(shù)就是切換技術(shù)。當(dāng)前兩網(wǎng)絡(luò)互通中的一個(gè)重要問題是，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)終端全局無縫的垂直切換，同時(shí)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(xiàn)代移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)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(shù)網(wǎng)絡(luò)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(dòng)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(gè)主要步驟組成：1.系統(tǒng)搜索過程：哪個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)可接入必須被移動(dòng)節(jié)點(diǎn)首先了解；2.切換決策過程：在做出切換決策之前，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行估計(jì)可接入網(wǎng)絡(luò)；3.切換執(zhí)行過程：一旦移動(dòng)節(jié)點(diǎn)決定了垂直切換的執(zhí)行，就開始與新的無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行切換過程。[1]

2.1 WLAN到3G垂直切換過程

對(duì)于終端A從WLAN移出到3G網(wǎng)絡(luò)時(shí)，較小的WLAN的網(wǎng)絡(luò)通信范圍會(huì)對(duì)其有所限制，使得終端要發(fā)起必要的切換從WLAN到3G網(wǎng)絡(luò)。此切換過程一般有如下幾步：

A、首先逐漸減弱的AP的信號(hào)強(qiáng)度被終端檢測(cè)出來，同時(shí)終端內(nèi)部的交換模塊（SM）會(huì)接收到終端發(fā)送的此信號(hào)。根據(jù)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(shí)，切換請(qǐng)求數(shù)據(jù)包被交換模塊（SM）發(fā)給GGSN，該數(shù)據(jù)包自己的UMTS

IP信息也同時(shí)被攜帶。

C、交換模塊（SM）發(fā)出的請(qǐng)求被GGSN收到后，GGSN就會(huì)建立一條通信隧道，連接著無線網(wǎng)絡(luò)控制器（RNC）。與此同時(shí)RNC就會(huì)通過此隧道接收到該請(qǐng)求，終端也會(huì)收到RNC通過此隧道傳回來的響應(yīng)消息。

D、終端與AP的連接被斷開，終端與3G在一段時(shí)間后就會(huì)建立起連接。

2.2 3G到WLAN垂直切換過程

對(duì)于終端B從3G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入WLAN網(wǎng)絡(luò)時(shí)，一般會(huì)有如下幾步：

A、WLAN網(wǎng)絡(luò)中AP的beacon信號(hào)首先發(fā)送到終端的MAC層，收到的信號(hào)強(qiáng)度被終端預(yù)算并與預(yù)先確定的信號(hào)閾值M進(jìn)行比較。

B、當(dāng)收到的信號(hào)強(qiáng)度大于等于信號(hào)閾值M時(shí)，終端的MAC層向SM發(fā)送消息，代表一個(gè)新的AP被檢測(cè)到了，同時(shí)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(jìn)行比較，判斷關(guān)聯(lián)請(qǐng)求發(fā)起與否。如果不相匹配，收到的beacon信號(hào)將被SM忽略，MAC層被要求繼續(xù)進(jìn)行北京掃描；如果匹配，新的AP將收到SM發(fā)送的關(guān)聯(lián)請(qǐng)求。

D、當(dāng)新AP的關(guān)聯(lián)信號(hào)收到并且關(guān)聯(lián)建立后，MT就會(huì)通過DHCP功能申請(qǐng)新IP地址。

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

2.3 WLAN和3G傳統(tǒng)切換過程中存在的問題

由于WLAN被3G網(wǎng)絡(luò)所覆蓋，終端進(jìn)行3G網(wǎng)絡(luò)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(shù)據(jù)丟包率也會(huì)不斷增大，同時(shí)帶來乒乓效應(yīng)等問題。傳統(tǒng)的垂直切換忽略了3G網(wǎng)絡(luò)到WLAN過程，WLAN到3G網(wǎng)絡(luò)的不對(duì)稱性，不對(duì)稱性必須有不同的切換方法?？紤]實(shí)現(xiàn)移動(dòng)終端能夠全局無縫的垂直切換于兩種網(wǎng)絡(luò)之間是當(dāng)前通信系統(tǒng)中面臨的一個(gè)重要問題。

3 WLAN和3G切換過程改進(jìn)策略

3.1 WLAN到3G切換改進(jìn)

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(wǎng)絡(luò)，可以先檢測(cè)AP信號(hào)的減弱并得到滑動(dòng)平均值，最后決定是否發(fā)起切換，即滑動(dòng)平均值預(yù)測(cè)法；終端以較快的速度移出時(shí)，可以通過AP信號(hào)強(qiáng)度的一階導(dǎo)數(shù)決定終端是否正在移出WLAN，即坡度預(yù)測(cè)法。

（1）滑動(dòng)平均值預(yù)測(cè)法：首先通過背景掃描得到AP信息，記錄多次掃描的結(jié)果，分別為1，2，…n。設(shè)定一個(gè)閾值M，掃描結(jié)果大于等于此閾值的被檢測(cè)出來，計(jì)算出n個(gè)掃描結(jié)果中檢測(cè)出來信號(hào)的平均值p。間隔一段時(shí)間后，再次測(cè)n個(gè)AP信號(hào)強(qiáng)度的平均值，當(dāng)其小于p時(shí)，此時(shí)的AP信號(hào)不能滿足正常的通信，可以做出切換決策。[2]

（2）坡度預(yù)測(cè)法：利用背景掃描獲取兩次信號(hào)A1，A2，根據(jù)兩次信號(hào)相隔的時(shí)間算出一個(gè)坡度。當(dāng)算出的坡度大于0，且最后收到的強(qiáng)度小于先前設(shè)定的閾值M，說明終端正加速運(yùn)動(dòng)，且朝著WLAN信號(hào)減弱的方向，從而做出切換決策。

3.2 3G到WALN切換改進(jìn)

為了避免傳統(tǒng)垂直切換中乒乓球效應(yīng)所帶來的負(fù)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(dòng)平均值方法來決定是否切換。只有當(dāng)終端收到的信號(hào)強(qiáng)度比平均值的大的比預(yù)定值大時(shí)，切換才被發(fā)起。

當(dāng)終端與新的AP關(guān)聯(lián)過程中，與3G網(wǎng)絡(luò)的連接并未斷開，在整個(gè)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(shù)據(jù)鏈路。只有這樣，終端從3G到WLAN的切換才能進(jìn)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(shù)據(jù)的傳輸在整個(gè)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(jié)

現(xiàn)代移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的推廣，推動(dòng)了WLAN和3G網(wǎng)絡(luò)的融合。在傳統(tǒng)切換技術(shù)的基礎(chǔ)上，綜合兩種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，充分利用高速的WLAN網(wǎng)絡(luò)、大范圍的3G網(wǎng)絡(luò)，不斷提高切換效率，降低切換延遲時(shí)間是目前通信技術(shù)行業(yè)一直研究的。完美的切換技術(shù)將為用戶提供高質(zhì)量的無線連接以及無縫覆蓋，從而使用戶實(shí)現(xiàn)綜合無限移動(dòng)接入，享受各種特殊業(yè)務(wù)的需求。

參考文獻(xiàn)：

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

[2]張歷卓，賈維嘉，周仕飛.基于3G與WLAN網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)的切換策略研究[J].計(jì)算機(jī)科學(xué)，2010（3）：49-51