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        5G 通信雙連接下低時延輔助移動基站切換優(yōu)化

        2021-01-21 03:35:24楊世康李俊杰
        科學技術創(chuàng)新 2021年2期
        關鍵詞:信號強度列表網關

        楊世康 李俊杰

        (凱里學院 大數(shù)據(jù)工程學院,貴州 凱里556011)

        國內基站切換技術也較為成熟,將基站和用戶作為轉發(fā)節(jié)點,使基站之間的鏈路質量大于閡值條件,對基站終端進行移動性管理,無差別選擇終端的基站鏈路,同時考慮基站的鏈路質量和雙鏈路的特性,在中繼通信的過程中,使用non-3GPP 參與到中繼通信過程,明確定義non-3GPP 的鏈路切換標準,在終端選擇合適的通信模式,使終端設備超密集分布,通過近距離位置關系的轉換,實現(xiàn)通信切換[1]。在以上理論的基礎上,提出5G 通信雙連接下,低時延輔助移動基站切換的優(yōu)化方法。

        1 5G 通信雙連接下低時延輔助移動基站切換優(yōu)化方法

        1.1 提供待切換基站列表

        對5G 通信雙連接網絡進行抽象處理,分布式控制移動基站的通信鏈路,提供可供切換的基站列表。首先將5G 通信網絡抽象化為基站、用戶、網關及中繼節(jié)點,利用用戶終端所連接的輔助基站,執(zhí)行切換管理,避免中央控制節(jié)點做出切換裁決,使基站間接口與相鄰基站交互,從而通過基站的信息和信令[2]。再利用RTTM機制的實時業(yè)務度量,得到基站負載相關信息。其抽象架構如下圖所示:

        圖1 5G 通信雙連接網絡抽象架構

        采用分布式控制方案,對用戶終端的低時延輔助移動基站進行控制,部署基站切換的總體流程。使基站發(fā)送切換請求,通過基站接口獲取RTTM,使低時延輔助基站與相鄰基站進行通信,選定目標基站后,輔助移動基站直接對切換請求進行裁決,回應切換請求后,通知基站切換結束[3]。過程中,利用RRM服務器對切換判決進行輔助,從通信雙連接網絡內的所有基站處獲取信息,相比傳統(tǒng)方法只能從相鄰基站獲取信息,該過程能夠全面地對5G 網絡全局信息進行把握。當基站或網關容量達到上限時,通過RRM服務器,為輔助移動基站提供可進行切換操的候選列表,列表中包括能夠切換的基站。至此完成待切換基站列表的提供。

        1.2 裁決基站切換請求

        根據(jù)網絡負載和擁塞情況,在列表中選擇可切換的基站,裁決低時延輔助移動基站與切換基站之間的切換請求。由輔助移動基站直接進行切換管理,快速裁決切換請求,折中切換性能和設備復雜度,根據(jù)收集的測量參數(shù),判斷基站是否需要切換,并將接收信號強度作為裁決準則,在列表中選取最小信令開銷的基站[4]。首先測量并收集與切換有關的信號參數(shù),包括輔助移動基站與切換基站之間的導頻強度、傳輸功率等,利用RSS算法,引入切換門限值,設置較高的切換參數(shù),增加輔助移動基站與列表基站的切換難度,避免在5G 網絡覆蓋重疊區(qū)域內,輔助移動基站在兩個信號強度接近的基站之間,進行來回切換操作。計算列表中所有待切換基站的信號強度,由于移動基站會對頻譜進行復用,對輔助移動基站相同頻率的信號接收造成干擾,因此要對信號的同頻干擾進行分析。待切換基站接收信號同頻干擾I 的計算公式為:

        公式中,x 為待切換基站接收信號的位置,k 為兩個基站間的參考距離,P 為參考距離k 下的路徑損耗,n 為信號干擾系數(shù),取決于傳播環(huán)境,一般情況下取值為1,ε(x)為x 位置處的陰影衰落,具體數(shù)值服從均值為0 的高斯分布[5]。忽略其他待切換基站帶來的干擾,則待切換基站的接收信號強度O 為:

        公式中,L(x)為待切換基站天線在x 點處的路徑損耗,U 為待切換基站的傳輸功率。當待切換基站的信號強度O,大于輔助移動基站的信號強度時,且大于設定門限值時,直接通過低時延移動輔助基站,裁決該基站為可切換基站,并在RRM提供列表中,選取信號強度最大的基站作為切換目標[6]。利用信干比代替接收信號功率,表示切換目標的接收信號質量,避免基站信道發(fā)生變化時,基站切換過早或不必要,以此優(yōu)化切換時機。至此完成基站切換請求的裁決。

        1.3 切換基站通信鏈路

        裁決切換請求后,切換低時延輔助移動基站和切換目標之間的鏈路。引用網關池和基站池的概念,將區(qū)域內的一組網關看作一個資源池,一組基站看作基站池,利用網關池共享連接的基站池資源,切換基站之間的鏈路。由于基站切換不改變接入互聯(lián)網及應用服務器的網關,因此保持網關的IP 地址不發(fā)生改變,只改變5G 通信的無線接入基站,將切換目標看作終端附著的無線接入點,使輔助移動基站接入點與目標接入點在同一網絡域,利用OPNET 軟件,對5G 異構網絡互連進行建模,對網絡節(jié)點的功能進行細化,將兩個基站之間的通信網絡分為UMTS 和WLAN 兩個部分,其網絡工作在同一IP 區(qū)域內,設置UMTS 和WLAN 網絡的通信終端UE,使其在異構網絡間漫游,處理兩個網絡的切換信令信息。

        利用互連模型,對兩個基站的鏈路切換進行評估,使WLAN網絡網關與Gateway 在同一IP 域內,移動終端UE,使UE 接入UMTS 網絡,附著在UMTS 并進行上下文激活過程,通過UMTS網絡與5G 網絡之間進行數(shù)據(jù)通信,然后再漫游到WLAN 網絡中,通過WLAN 網絡的AP,對切換目標的信號強度進行檢測,觸發(fā)兩個基站的切換請求,釋放終端UE 與UMTS 網絡之間的鏈接,在WLAN 網絡內進行認證與授權,通過W LAN 網絡傳遞數(shù)據(jù)包,實現(xiàn)兩個基站的鏈路切換。此次輔助移動基站切換裁決,還允許天線進行多次切換,當切換失敗后,立刻斷開鏈路并加入新的通信鏈路,直至達到最大切換次數(shù)為止。至此完成5G通信雙連接下,低時延輔助移動基站切換的優(yōu)化。

        2 實驗論證分析

        2.1 實驗準備

        進行對比實驗,將此次設計方法記為實驗A 組,傳統(tǒng)基站切換方法記為實驗B 組。使用RWP 模型,設置實驗仿真區(qū)域大小為1500×1500m,通過模型給出5G 通信雙連接的移動軌跡,當信號移動到仿真區(qū)域的邊界,通過反射方式,將其返回到仿真區(qū)域。仿真平臺由1 臺100M交換機、4 臺400MHzPIII 臺式機組成,操作系統(tǒng)采用RedHat Linux7.0。

        表1 實驗對比結果

        2.2 實驗結果

        實驗分別對移動基站進行切換,改變基站位置距離,使切換天線的接收信號質量越來越大,記錄實驗的切換成功率,實驗對比結果如表1 所示。

        如表1 所示,當基站位置距離越大,基站切換的成功率就越大,但實驗A 組平均成功率始終要大于實驗B 組,平均成功率為65.1%,B 組平均成功率為54.2%,A 組成功率增加了10.9%,且當基站距離為1550m 時,能夠保證100%切換成功率。綜上所述,此次設計方法相比傳統(tǒng)方法,提高了移動基站切換的成功率,且切換后的通信連接情況更加穩(wěn)定。

        3 結論

        此次設計方法進一步提高了基站切換的成功率,且能夠有效保證基站切換后的通信穩(wěn)定。但此次研究仍存在一定不足,在今后的研究中,會對切換方法進行多普勒效應,均衡橋梁、鐵路等復雜環(huán)境,對基站切換的影響。

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