摘 要：異構無線網(wǎng)絡能夠滿足無線網(wǎng)絡通信容量急速增長的需求，其具有容量高、覆蓋深、成本低、能效高和負載均衡等優(yōu)點。本文首先對異構無線網(wǎng)絡移動性管理性能指標進行了介紹，然后對移動臺在異構網(wǎng)絡間的切換方式進行分析，并對異構無線網(wǎng)絡移動性管理關鍵技術進行詳細探究，以期保障網(wǎng)絡運行穩(wěn)定性。

關鍵詞：性能指標；移動臺切換；移動性管理

中圖分類號：TN929.5 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）18-0254-02

1 引 言

由于移動用戶的迅猛增長，移動流量呈現(xiàn)爆炸性上升，與此同時，用戶需要更好的移動服務、更快速的速率、更豐富的業(yè)務以及更好的移動性管理?，F(xiàn)如今，無線網(wǎng)絡容量需求的提升推動了移動通信網(wǎng)絡部署的高度密集化，同時新的基站類型不斷出現(xiàn)。但是，更加密集的網(wǎng)絡部署使得小區(qū)間的嵌套更加嚴重，亟需采取有效的移動管理對策，保障網(wǎng)絡運行正常。

2 異構無線網(wǎng)絡移動性管理性能指標

在異構無線網(wǎng)絡移動性管理和優(yōu)化之前，需要確定合適的系統(tǒng)或網(wǎng)絡性能指標，以便于比較不同設計和資源分配方案的優(yōu)劣。若性能指標選取不恰當，網(wǎng)絡資源的分配和優(yōu)化找不到正確的方向，網(wǎng)絡的實際性能就不佳。網(wǎng)絡性能的評估指標可以粗略的分為兩類：QoS（Quality of Service，服務質(zhì)量）指標和QoE（Quality of Experience，體驗質(zhì)量）指標。

2.1 QoS指標

QoS指標包括帶寬、信道速率和時延等面向物理網(wǎng)絡性能的客觀指標。對照“信源—信道—信宿”的簡化通信模型，QoS指標反映了信道的服務質(zhì)量，而在異構網(wǎng)絡資源管理的研究中，其主要反映了網(wǎng)絡的服務質(zhì)量。對網(wǎng)絡而言，比較重要的兩個網(wǎng)絡客觀性能指標為中斷/覆蓋概率和頻譜效率。在異構網(wǎng)絡中，網(wǎng)絡接入點和通信信道數(shù)量較多，用戶的業(yè)務服務質(zhì)量取決于在特定時延下用戶獲得的應用層數(shù)據(jù)速率，則異構網(wǎng)絡的中斷概率不僅與SINR有關，還要受到其他因素的影響，如網(wǎng)絡負載和用戶接入沖突等。所以在異構網(wǎng)絡中，“中斷”可以定義為沒有一個基站（網(wǎng)絡接入點）或一組基站能夠提供給用戶大于確定閾值的通信速率。傳統(tǒng)網(wǎng)絡中另一個重要客觀性能指標就是頻譜效率，其單位是bit/s/Hz，但在超密集異構網(wǎng)絡中，一個更好的指標是區(qū)域頻譜效率，即將頻譜效率根據(jù)小區(qū)進行歸一化處理，單位是bit/s/Hz/cell。當然，還有其他一些比較重要的QoS指標，如吞吐量、能耗和吞吐量-能量效率（組合指標），其本質(zhì)上都與SINR、網(wǎng)絡負載和擁塞情況有關。

2.2 QoE指標

QoE是一種面向用戶主觀體驗，以用戶認可和偏好程度為標準評價網(wǎng)絡服務的指標。在“信源-信道-信宿”的簡化通信模型，QoE體現(xiàn)了信宿對通信服務的感受。提升用戶的體驗質(zhì)量是通信系統(tǒng)的一個明確目標，也是當前研究的一個熱點問題。用戶的QoE指標沒有QoS指標直觀，也沒有明確的物理單位。對QoE的建模的方法主要有：①兩類別法。用戶打分，將QoE分為可接受與不可接受。②成對比較法。即用戶對樣本數(shù)據(jù)兩兩進行比價，記錄比較結果，用Bradley-Terry-Luce（BTL）模型處理數(shù)據(jù)，得到最終的樣本平分。③MOS（Mean Opinion Score，平均評估分值）。MOS是由國際電信聯(lián)盟（ITU）提出的，將主觀的QoE感受分為五個級別：優(yōu)、良、中、次、劣。④QoS-QoE映射。針對不同業(yè)務類型，將主觀QoE建模為某一個或多個客觀QoS參數(shù)的函數(shù)。ITU-T和ITU-R聯(lián)合設立的專家組對視頻、音頻、文件質(zhì)量進行標準化及性能測試，得到了MOS與QoS之間的映射關系。

3 移動臺在異構網(wǎng)絡間的切換

3.1 切換流程以及網(wǎng)絡層信令

3.1.1 宏小區(qū)下的異構場景

宏小區(qū)下的異構場景如圖1所示。

在宏基站Macro的部署下，在其上部署低功率節(jié)點，為用戶提供更大的覆蓋范圍和更大的系統(tǒng)容量，移動用戶測試其信道質(zhì)量并根據(jù)設定的切換準則判斷是否執(zhí)行切換。

3.1.2 切換流程

具體的切換過程如下。

（1）用戶連接到一個小區(qū)（CellA）。

（2）無線環(huán)境發(fā)生變化，用戶需要進行切換。

（3）基站給用戶發(fā)送對目標小區(qū)（CellB）的測量指令。

（4）用戶執(zhí)行相關的小區(qū)測量，并向當前服務小區(qū)（CellA）上報測量結果。

（5）網(wǎng)絡對用戶上報的測量結果進行評估，并進行相應的切換判決。

（6）為保證用戶服務的連續(xù)性，服務小區(qū)（CellA）需要與目標小區(qū)（CellB）進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)以及緩存控制。

（7）服務小區(qū)（CellA）將切換指令發(fā)送給用戶。

（8）用戶執(zhí)行小區(qū)切換過程。

（9）完成切換后，用戶向當前服務小區(qū)（CellB）發(fā)送切換成功的消息。

整個切換過程可以分為以下三個不同的階段。

階段一：A3事件的進入條件滿足之前。

階段二：A3事件的進入條件滿足之后，用戶成功接收切換命令之前。

階段三：用戶成功接收切換命令之后，用戶成功發(fā)送切換成功消息之前。

3.2 異構網(wǎng)絡切換摸型

基于宏基站網(wǎng)絡模型中研究異構網(wǎng)絡中低功率節(jié)點如圖2所示。在圖3中介紹一個切換觸發(fā)（HO）方位和切換失?。℉F）方位的模型，這一模型由3GPP仿真得出。切換觸發(fā)方位和切換失敗方位形成兩個同心圓。

研究切換成功概率和乒乓效應，這里用單個移動終端進行分析。UE開始位于宏小區(qū)，按照固定的軌跡移動到微小區(qū)覆蓋范圍內(nèi)，成功切換到微小區(qū)后繼續(xù)運動并再次一切換到宏小區(qū)。由于移動終端朝著微小區(qū)覆蓋范圍運動，切換失敗的方位在切換觸發(fā)方位的外面。

切換時間包括觸發(fā)時間TTT、切換準備時間、切換執(zhí)行時間。在此處只考慮TTT。宏小區(qū)的切換時間設為Tm，微小區(qū)的切換時間設為TP，在這段切換時間內(nèi)，移動終端所行駛的距離為VTm和VTP。

切換場景中，移動終端沿著某一軌跡運動，當?shù)竭_微小區(qū)覆蓋范圍時，切換被觸發(fā)。在切換未完成之前發(fā)生RLF和PDCCH失敗將會導致整個切換失敗，且切換失敗會被計數(shù)在終端未運動滿VTm和VTP距離之前就進入切換失敗圈或移出微小區(qū)覆蓋范圍。根據(jù)終端移動過程，大致分為三種情況：宏小區(qū)終端（MUE）未切換概率、宏小區(qū)終端（MUE）切換成功概率和微小區(qū)終端（PUE）切換失敗概率。

3.2.1 MUE未切換概率

在這一進程中，MUE在TTT結束之前穿越微小區(qū)覆蓋范圍，微小區(qū)服務質(zhì)量下降，MUE將不進行切換，建立數(shù)學模型并進行概率推算，得到結果見公式（1）。

3.2.2 MUE成功切換概率

根據(jù)切換理論和對數(shù)學模型的分析，通過對比TTT時間內(nèi)終端行走距離和軌跡與圓相交的弦的情況計算MUE成功切換的概率，見公式（2）。

3.2.3 PUE成功切換概率

PUE是移動終端從微小區(qū)覆蓋范圍移動到宏小區(qū)，基于已建立模型，PUE成功切換條件是vTp

4 異構無線網(wǎng)絡移動性管理關鍵技術

在研究移動性管理時，大部分的精力集中于TTT參數(shù)和A3參數(shù)的優(yōu)化設置。另外，移動用戶的狀態(tài)估計也是重要的方面，精準的移動用戶狀態(tài)估計能極大提高切換成功率且減小乒乓效應。

4.1 TTT的優(yōu)化設置

TTT參數(shù)對于切換影響非常大，TTT參數(shù)設置過大，則切換失敗率高，設置過小又會存在較大的乒乓效應，所以，設置合理的TTT參數(shù)的對于良好的切換性能非常重要，在特定的場合下，可以通過仿真得出適合此場景的最佳TTT值。

4.2 A3參數(shù)的優(yōu)化設置

設置A3參數(shù)時，移動終端檢測到目標小區(qū)的鏈路功率比服務小區(qū)鏈路功率大，且大于某一常數(shù)值所引入的參數(shù)，這一參數(shù)主要判定目標小區(qū)是否接入。對于特定場景，設置合理的A3參數(shù)值能提高切換效率。

4.3 移動用戶狀態(tài)估計的優(yōu)化算法

精準的UE速度估計能有效增強切換，為移動用戶提供更加優(yōu)質(zhì)的服務。這里提出一種基于在小區(qū)內(nèi)停留時間的移動終端速度估計方案。

5 結 語

綜上所述，無線網(wǎng)絡異構性逐漸提升，移動性管理難度越來越大，對此，應該從移動性管理機制入手，明確管理性能指標，然后構建完善的移動性管理框架，這樣才能夠適應無線網(wǎng)絡發(fā)展趨勢。

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收稿日期：2018-5-25