异构网络环境下的切换策略研究

  移动互联网应用快速崛起，现有的无线接入技术有，无线局域网（Wireless Local Area NetWork，WLAN），移动蜂窝网络（4G,5G），无线广域网（Wireless Wide Area Network，WWAL）以及卫星通信网络等。多接入技术方便用户通信，还符合多业务场景。这种多无线接入技术共存的网络环境称为异构网络，多种无线接入技术优势融合，使得通信的覆盖范围更广，实时性更强，相较于单一的无线网络接入环境，提升了其容量和吞吐率。以下为异构蜂窝网络的结构示意图。

   由于在移动互联网中，用户的位置移动或通信业务的变更，导致当前接入的基站或网络接入无法在下一时刻保证通信质量，需要切换至新的网络。制定合适的切换策略可实现在通信不中断且保证通信服务质量的情况下将用户从当前接入网络迁移至新的接入网络。未能准时触发切换，会造成频繁切换、链路中断及切换到错误基站等情况。比如，用户移动速率较小时，若切换判决过程多次执行，则会导致频繁切换，导致网络吞吐量下降；用户移动速率较快时，若切换判决不及时，又会发生切换失败及切换到错误基站。因此保证用户及时发起切换是异构蜂窝网络中实现无缝切换面临的主要问题。
无线接入技术特性，如

• 4G宏基站蜂窝网络提供广域的通信覆盖；
• 5G小蜂窝基站提供低时延及高容量的接入服务；
• WLAN接入点提供低成本和数据传输速率高的网络接入服务。

业务类型。自身位置会影响RSS，服务质量包括带宽、时延、时延抖动、丢包率。不同的业务类型对不同的服务质量的要求不同。

• 会话类业务：时延>时延抖动>通信成本>带宽>丢包率
• 实时游戏/视频直播：丢包率>带宽>时延>时延抖动>费用
• 背景类（网络资源下载）：丢包率>带宽>费用>时延>时延抖动
• 可缓冲视频：带宽>丢包率>时延>时延抖动>费用

衡量切换策略性能：

• 切换次数：次数太多会造成用户频繁与基站进行信令交互，导致用户的系统吞吐量下降，造成不必要的通信资源浪费；
• 切换失败次数：用户端在远离服务基站时，由于不能准时触发切换或触发切换后请求失败，导致用户的会话和通信中断的情况。
• 网络负载均衡：针对不同的业务请求，在网络重叠覆盖区域发生10000次切换后，每个网络的接入概率。

RSS计算

  RSS(Received Signal Strength)，接收信号强度计算可根据模型的路径损耗来计算。
  COST-231 Walfisch-lkegami 模型（用于5G蜂窝网）的路径损耗定义如下：
$P_L=42.6+26lo{g}_{10}(d)+20lo{g}_{10}(f)$
  其中，d为发送端距离接收端的距离，单位km，f为工作频率，单位MHz。
  3D-Umi-Street Canyon 模型（用于4G蜂窝网）的路径损耗：
$P_L=32.4+20lo{g}_{10}(d)+20lo{g}_{10}(f)$
其中，d为发送端距离接收端的距离，单位km，f为工作频率，单位MHz。
  WLAN的路径损耗：
$P_L$