陳發(fā)堂, 張杰棠, 何 沛, 黃俊霖

(重慶郵電大學(xué)信息與通信工程學(xué)院, 重慶 400065)

0 引 言

隨著第3代合作伙伴計(jì)劃(the 3rd generation partnership project, 3GPP)宣布Release16標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié),學(xué)術(shù)界與工業(yè)界對(duì)第五代移動(dòng)通信系統(tǒng)(5G)進(jìn)行了更加深入的研究。5G以其速度快、低時(shí)延與高可靠性等特點(diǎn),在實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶(enhanced mobile broadband, EMBB)、低延時(shí)高可靠通信(ultra reliable & low latency communication, URLLC)和海量物聯(lián)網(wǎng)通信(massive machine type communication, MMTC)的三大場景擁有前所未有的優(yōu)勢。

在5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期面臨著兩個(gè)不可忽略的現(xiàn)實(shí)問題。一是距離第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)(4G)正式商用已經(jīng)過去很多年了,4G的建設(shè)已經(jīng)十分完善,可以說是達(dá)到了全面覆蓋的程度;二是由于運(yùn)營商考慮到成本的因素,5G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)初期僅僅對(duì)城市的重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行5G網(wǎng)絡(luò)的覆蓋?；谶@兩點(diǎn),在5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期,用戶終端(user equipment, UE)將頻繁地在4G網(wǎng)絡(luò)和5G網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)行切換。這不僅會(huì)讓用戶體驗(yàn)質(zhì)量降低,而且會(huì)使終端的電量消耗得更快,還會(huì)在信道中傳輸大量信令而造成信道擁堵的情況。如果用戶在5G網(wǎng)絡(luò)和4G網(wǎng)絡(luò)的覆蓋邊緣來回移動(dòng),此時(shí)的乒乓效應(yīng)會(huì)造成信道擁堵的情況。綜上所述,研究UE的切換策略顯得尤為重要。

目前,關(guān)于UE網(wǎng)絡(luò)切換的研究大致有兩種方向。一是研究如何使UE切換過程中的中斷時(shí)間更短,如文獻(xiàn)[7]提出進(jìn)行切換時(shí)不需要執(zhí)行隨機(jī)接入過程的機(jī)制,這樣就能減少切換時(shí)的中斷時(shí)間。還有研究提出雙連接的方法,這種方法可以令UE同時(shí)連接4G基站和5G基站，然后選擇體驗(yàn)更好的網(wǎng)絡(luò)來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。在3GPP最新的R16版本的協(xié)議中也提出了雙活動(dòng)協(xié)議棧(dual active protocol stack, DAPS)的方法,指在切換前首先與新的網(wǎng)絡(luò)建立連接,然后在一段時(shí)間內(nèi)同時(shí)維護(hù)兩套協(xié)議棧。當(dāng)UE的業(yè)務(wù)切換到下一個(gè)基站的時(shí)候再與前一個(gè)基站斷開連接,以此實(shí)現(xiàn)無中斷的切換。這些方法主要研究如何減少網(wǎng)絡(luò)切換時(shí)的中斷時(shí)間來提升用戶體驗(yàn),但是這種同時(shí)維護(hù)兩個(gè)連接的方法不僅實(shí)現(xiàn)復(fù)雜而且勢必會(huì)增加終端的電量消耗。

另一個(gè)是研究如何避免沒必要的切換來減少終端的切換次數(shù)。如文獻(xiàn)[10]中以接收信號(hào)強(qiáng)度和路徑損耗為基礎(chǔ),通過一個(gè)窗函數(shù)來判斷是否進(jìn)行切換,但是路徑損耗時(shí)時(shí)刻刻都在變化,此方法可能會(huì)加劇乒乓效應(yīng)。文獻(xiàn)[11]提出了一種基于全記憶上下文感知的預(yù)測切換方案,這種方案在5G雙連接異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中使用灰色模型預(yù)測,基于歷史信息預(yù)測信號(hào)功率、信號(hào)質(zhì)量和終端所處的位置,并用這些信息來決定是否進(jìn)行切換。但是該模型不僅增加了終端的電量消耗,而且在該方案中最終的決策是由基站通過處理終端上報(bào)的信息來進(jìn)行的,這樣會(huì)給基站帶來巨大的計(jì)算量開銷。文獻(xiàn)[12-13]采用改進(jìn)的TOPSIS算法將諸多因素統(tǒng)籌起來,各個(gè)因素通過不同的權(quán)重綜合起來決定是否進(jìn)行切換,但是這類方法得到的模型不能適用于所有的環(huán)境。文獻(xiàn)[14]將用戶分為快、中、慢3個(gè)類型,針對(duì)不同類型的用戶進(jìn)行不同的處理,這樣做能夠?qū)Σ煌挠脩暨M(jìn)行針對(duì)性處理,但是會(huì)增加基站的復(fù)雜度。

本文以第二種研究方向?yàn)榛A(chǔ),此前的研究大多考慮的是如何通過移動(dòng)通信協(xié)議棧中接入層里的參數(shù)來控制UE的切換策略,此類參數(shù)變化得十分頻繁,在UE處于靜止或者低速移動(dòng)的時(shí)候會(huì)適用,但是當(dāng)UE比較活躍的時(shí)候效果通常不是很理想。在傳統(tǒng)的終端協(xié)議棧中,非接入層從接入層獲取到終端所處的網(wǎng)絡(luò)信息,一旦有更優(yōu)質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)就會(huì)發(fā)起網(wǎng)絡(luò)切換的信令流程。換句話說,非接入層可以控制UE的網(wǎng)絡(luò)切換。

本文正是基于此理論基礎(chǔ),從非接入層入手,采取一種延遲切換的策略,即非接入層檢測到可以切換到5G網(wǎng)絡(luò)的時(shí)候,先等待一段時(shí)間,如果這段時(shí)間過后5G網(wǎng)絡(luò)仍然適合駐留,非接入層則發(fā)起網(wǎng)絡(luò)切換流程切換到5G網(wǎng)絡(luò)。反之,如果這段時(shí)間過后5G網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)不適合終端駐留,此時(shí)UE就一直留在4G網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中,從而減少網(wǎng)絡(luò)切換的次數(shù)。本方法只需對(duì)終端的移動(dòng)通信協(xié)議棧中的非接入層進(jìn)行修改。這種方法對(duì)核心網(wǎng)來說是透明的,并且可以通過對(duì)終端進(jìn)行固件升級(jí)來實(shí)現(xiàn),采取本方法所需要的成本代價(jià)較低。

1 系統(tǒng)間切換流程

本節(jié)闡述了處于空閑態(tài)(IDLE)下的UE在4G網(wǎng)絡(luò)和5G網(wǎng)絡(luò)之間切換的信令流程。首先簡要介紹與切換相關(guān)的3個(gè)流程,分別為5G的注冊(cè)流程、4G的跟蹤區(qū)域更新流程(tracking area update, TAU)和4G的附著流程。然后再通過這3個(gè)流程來講述處于IDLE態(tài)下的UE是如何在4G和5G網(wǎng)絡(luò)間切換的。

1.1 注冊(cè)流程

在5G終端中,非接入層的移動(dòng)性管理功能的典型流程是注冊(cè)過程和去注冊(cè)過程。根據(jù)終端當(dāng)前的狀態(tài),可以將注冊(cè)過程分為初始注冊(cè)流程和周期性或移動(dòng)性更新注冊(cè)流程兩種。UE處于去注冊(cè)狀態(tài)的時(shí)候向網(wǎng)絡(luò)發(fā)起的是初始注冊(cè)流程,UE處于注冊(cè)狀態(tài)的時(shí)候通過移動(dòng)性注冊(cè)流程向網(wǎng)絡(luò)報(bào)告位置信息。在5G網(wǎng)絡(luò)中,移動(dòng)性管理功能(access and mobility management function, AMF)由網(wǎng)元負(fù)責(zé)。

在非接入層中,UE發(fā)起注冊(cè)流程的信令流程如圖1所示,圖中虛線部分為有條件執(zhí)行的部分,有安全上下文的情況下一般不執(zhí)行,如果網(wǎng)絡(luò)驗(yàn)證注冊(cè)請(qǐng)求的完整性校驗(yàn)不通過,則會(huì)開啟非接入層的安全流程。

圖1 注冊(cè)流程信令圖Fig.1 Signaling diagram of registration process

如果注冊(cè)請(qǐng)求消息驗(yàn)證通過的話,AMF會(huì)回復(fù)注冊(cè)接受消息,其中主要包含著周期性更新時(shí)間定時(shí)器T3512的數(shù)值,也會(huì)包含用于移動(dòng)性管理的跟蹤區(qū)域列表(tracking area list,TAL)。在注冊(cè)接受消息里面，AMF還可能會(huì)為UE重新分配5G-GUTI(5G globally unique temporary UE identity),如果包含此參數(shù)則AMF要開啟定時(shí)器T3550直到收到UE的注冊(cè)完成消息。

1.2 跟蹤區(qū)域更新流程

在LTE(long term evolution)中,由網(wǎng)元MME(mobility management entity)負(fù)責(zé)移動(dòng)性管理的功能。處于IDLE態(tài)下的UE和MME分別存儲(chǔ)一個(gè)相同的TAL。當(dāng)UE檢測到進(jìn)入不屬于列表內(nèi)的跟蹤區(qū)域(tracking area, TA)時(shí),UE會(huì)發(fā)起TAU流程,用此流程向核心網(wǎng)報(bào)告當(dāng)前的位置,并請(qǐng)求核心網(wǎng)重新分配TAL。TAU流程的信令交互過程如圖2所示,當(dāng)切換的時(shí)候連接的MME發(fā)生了變換或者在同一個(gè)MME下TAU次數(shù)達(dá)到了臨界值的時(shí)候,網(wǎng)絡(luò)會(huì)觸發(fā)安全流程。

圖2 TAU信令圖Fig.2 Signaling diagram of TAU

在TAU過程中,網(wǎng)絡(luò)可能在TAU接受信令中為UE重新分配一個(gè)GUTI,此時(shí)UE要回復(fù)TAU完成表示新的GUTI正式投入使用。

1.3 附著流程

Attach流程用于UE附著到4G核心網(wǎng),如圖3所示,和5G的注冊(cè)流程類似,但是4G中由于要實(shí)現(xiàn)IP永久在線的功能,所以在附著流程中必須為UE建立一個(gè)默認(rèn)承載。其中,安全性流程在初次接入時(shí)是必須執(zhí)行的,但在隨后與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信令交互的時(shí)候,網(wǎng)絡(luò)隨時(shí)都有可能啟動(dòng)安全性流程來進(jìn)行與UE的雙向鑒權(quán)。

圖3 附著流程信令圖Fig.3 Signaling diagram of attach process

1.4 網(wǎng)絡(luò)切換

在3GPP標(biāo)準(zhǔn)中為了使4G網(wǎng)絡(luò)和5G網(wǎng)絡(luò)的互操作更加方便,在AMF和MME之間特地設(shè)立了N26接口,用來實(shí)現(xiàn)兩代網(wǎng)絡(luò)之間的無縫連接。但N26接口是可選項(xiàng),有的AMF和MME之間可能不支持N26接口。如果終端連接的移動(dòng)性管理實(shí)體支持N26接口的話,終端在4G和5G之間切換時(shí)有無縫切換和斷開重連兩種選擇,如果當(dāng)前的AMF或MME不適配N26接口,網(wǎng)絡(luò)之間的變換時(shí)只能斷開重連。

如果UE駐留在5G網(wǎng)絡(luò)下要切換至4G網(wǎng)絡(luò),此時(shí)要分兩種情況:AMF支持N26接口和AMF不支持N26接口。

如果AMF支持N26接口,如圖4(a)所示,UE只需要發(fā)起TAU流程,AMF通過N26接口把各種信息映射給MME,這種操作對(duì)于UE來說就跟一直駐留在4G網(wǎng)絡(luò)一樣。如果AMF不支持N26接口,UE只能與原先網(wǎng)絡(luò)斷開重連,如圖4(b)所示,此時(shí)UE同樣也需要發(fā)起TAU流程,但會(huì)收到網(wǎng)絡(luò)的TAU拒絕信息,UE收到此信息之后需要發(fā)起附著流程來正常駐留到4G網(wǎng)絡(luò)。

圖4 5G切換到4G信令流程Fig.4 Signaling process of 5G switching to 4G

如果UE駐留在4G網(wǎng)絡(luò)下要切換到5G網(wǎng)絡(luò),無論UE連接的MME是否支持N26接口,對(duì)于UE來說都要發(fā)起注冊(cè)流程。N26接口在這種情況下只影響各個(gè)網(wǎng)元內(nèi)部的信令流程,對(duì)于終端來說是透明的。

2 延遲切換策略

延遲切換策略僅在UE側(cè)決定是否進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)切換,對(duì)于網(wǎng)絡(luò)側(cè)是透明的,網(wǎng)絡(luò)側(cè)不需要有任何更改。令表示4G網(wǎng)絡(luò)覆蓋的區(qū)域,表示5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋的區(qū)域,如圖5所示。由于4G網(wǎng)絡(luò)推行時(shí)間比5G網(wǎng)絡(luò)早得多,所以可以認(rèn)為4G網(wǎng)絡(luò)是全面覆蓋的,5G網(wǎng)絡(luò)在4G網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍內(nèi)部分覆蓋。也就是說,能使用5G網(wǎng)絡(luò)的地方一定可以使用4G網(wǎng)絡(luò),在4G網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍不一定有5G網(wǎng)絡(luò)的覆蓋。

圖5 網(wǎng)絡(luò)覆蓋示意圖Fig.5 4G and 5G coverage architecture

下面用一個(gè)情景來描述本文的延遲切換模型。UE在此區(qū)域內(nèi)自由移動(dòng),在時(shí)刻,UE移動(dòng)到并且在里面逗留時(shí)間為,在時(shí)刻+,UE又回到了并逗留時(shí)間。在標(biāo)準(zhǔn)的3GPP協(xié)議里,在時(shí)刻的時(shí)候,UE檢測到了5G網(wǎng)絡(luò)適合駐留，于是就會(huì)進(jìn)行切換來使用5GNR提供的服務(wù)。在時(shí)刻+,5G信號(hào)丟失,UE再次執(zhí)行切換流程來接入LTE網(wǎng)絡(luò),于是在這個(gè)時(shí)間段里總共執(zhí)行了兩次網(wǎng)絡(luò)的切換。如果UE僅僅是經(jīng)過,換句話說UE在里的逗留時(shí)間很短,那么在這段時(shí)間內(nèi)有業(yè)務(wù)到來的可能性也很低,執(zhí)行兩次切換就顯得沒有必要。

為了避免這樣沒有必要的切換,本文提出了延遲切換的方法,在檢測到5G信號(hào)并且準(zhǔn)備切換的時(shí)候先等待一段時(shí)間,于是產(chǎn)生了兩種情況,一是當(dāng)≥時(shí),逗留時(shí)間比延遲時(shí)間長,UE依舊會(huì)執(zhí)行兩次網(wǎng)絡(luò)切換。另一種情況是當(dāng)<時(shí),在上述的情景下就不會(huì)發(fā)生網(wǎng)絡(luò)切換。

另一方面需要考慮的是用戶體驗(yàn),用戶更換支持5G網(wǎng)絡(luò)的手機(jī)是希望能獲得更高速更優(yōu)質(zhì)的服務(wù),用戶更加希望當(dāng)一個(gè)業(yè)務(wù)到來的時(shí)候手機(jī)使用的是5G的網(wǎng)絡(luò)。而且目前使用5G的人數(shù)并不多,在5G網(wǎng)絡(luò)上處理業(yè)務(wù)也算在某種程度上減輕了4G網(wǎng)絡(luò)的負(fù)擔(dān)。可以看出,延遲的時(shí)間越長,能避免更多的切換,但是同時(shí)用戶體驗(yàn)會(huì)降低。本文隨后會(huì)分析延遲時(shí)間與切換次數(shù)和用戶體驗(yàn)的數(shù)學(xué)關(guān)系,并對(duì)此分析進(jìn)行仿真驗(yàn)證,最后用分析結(jié)果來對(duì)兩者進(jìn)行權(quán)衡。

3 建模與求解

本節(jié)建立分析模型對(duì)延遲切換策略進(jìn)行分析,此處主要分析兩個(gè)指標(biāo),分別是切換次數(shù)減少比例()和用戶體驗(yàn)降低比例()。

切換次數(shù)減少比例():假設(shè)兩個(gè)業(yè)務(wù)的到達(dá)時(shí)間間隔為,令表示在內(nèi)進(jìn)入和離開的次數(shù),表示內(nèi)執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)切換的次數(shù)。所以當(dāng)=0時(shí),=。令E[()|≥1]為參數(shù)為的延遲切換算法時(shí)執(zhí)行切換的平均次數(shù),E[(0)|≥1]為使用傳統(tǒng)方式時(shí)執(zhí)行切換的平均次數(shù),于是定義()為

(1)

可以看出,()越小代表網(wǎng)絡(luò)切換次數(shù)減少得越多。圖6和圖7描繪了UE在內(nèi)移動(dòng)的兩種情形的時(shí)間軸。

圖6 下一個(gè)業(yè)務(wù)到來時(shí)UE在ANFig.6 The next call arriving when the UE is in AN

圖7 下一個(gè)業(yè)務(wù)到來時(shí)UE在ALFig.7 The next call arriving when the UE is in AL

用戶體驗(yàn)降低比例():令()為參數(shù)為的延遲切換算法時(shí)下一個(gè)業(yè)務(wù)到來時(shí)正使用5G網(wǎng)絡(luò)的概率,(0)為用傳統(tǒng)方式時(shí)下一個(gè)業(yè)務(wù)到來時(shí)正使用5G網(wǎng)絡(luò)的概率。定義()為

(2)

可以看出,()越接近于1代表著用戶體驗(yàn)降低越不明顯。

圖6表示的是下一次業(yè)務(wù)到來時(shí)UE處于內(nèi)的情形,圖7表示的是下一次業(yè)務(wù)到來時(shí)UE不在內(nèi)的情形。其中,,表示在前一次業(yè)務(wù)完成后UE第次進(jìn)入,,表示前一次業(yè)務(wù)完成后UE第次進(jìn)入。,0表示一開始在內(nèi)的時(shí)間。在分析模型里,本文做出以下兩個(gè)假設(shè)。

業(yè)務(wù)到達(dá)間隔時(shí)間服從參數(shù)為的指數(shù)分布,其概率密度函數(shù)為()=e- 。這樣假設(shè)是因?yàn)椴此蛇^程被廣泛應(yīng)用與通信理論分析并取得較好的效果。

()=(1-)-

(3)

和

()=(1-)-

(4)

此處選用伽馬分布是因?yàn)槠淇梢酝ㄟ^改變參數(shù)來模擬許多類型的分布,并且在通信領(lǐng)域中有許多用伽馬分布來反應(yīng)UE的移動(dòng)性的例子。

令,為UE第次進(jìn)入時(shí)和下一次業(yè)務(wù)到來之間的時(shí)間間隔,由于符合指數(shù)分布,根據(jù)泊松分布的性質(zhì),,與服從相同的分布,則其概率密度函數(shù)()=e- 。

3.1 切換次數(shù)減少率r(td)

下面將分別推導(dǎo)傳統(tǒng)模式和采取延遲策略后的平均切換次數(shù),最后將兩部分結(jié)合得出切換次數(shù)減少率。

311 傳統(tǒng)模式的平均切換次數(shù)E[]

由圖6和圖7可知,是上一次業(yè)務(wù)結(jié)束到第一次進(jìn)入的這一段時(shí)間,即是,0的剩余壽命時(shí)間,令()為的概率密度函數(shù),根據(jù)剩余壽命定理,隨機(jī)變量的特征函數(shù)為

(5)

,()=()[()()]

(6)

,()=()()[()()]

(7)

下面分別討論圖6與圖7兩種情況,然后結(jié)合兩種情況最終得出[=]。

首先考慮圖6的情況,下一次業(yè)務(wù)到來的時(shí)候UE位于。在這種情況下,切換次數(shù)肯定是奇數(shù)且, <<, ,此時(shí)=2+1,于是可以得到

[=2+1]=[, <<, ]=

(8)

繼續(xù)考慮圖7的情形,下一次業(yè)務(wù)到來的時(shí)候UE位于,在這種情況下,切換次數(shù)肯定是偶數(shù)且, -1<<, ,此時(shí)=2,同理可以得到

(9)

繼而可得

(10)

于是

(11)

312 延遲策略的平均切換次數(shù)E[()]

定義為在,時(shí)沒有下一個(gè)業(yè)務(wù)到來的情況下,執(zhí)行了網(wǎng)絡(luò)切換流程的概率,即

(12)

定義為在,時(shí)下一個(gè)業(yè)務(wù)到來的情況下,執(zhí)行了網(wǎng)絡(luò)切換流程的概率,即

(13)

此處同樣分兩種情形來討論,然后得出[()=]。

首先討論圖6中的情形,在這種情況下,UE進(jìn)行了2+1次穿越,其中訪問次和+1次,在第2+1次穿越之前,如果UE進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)切換,則切換肯定是成對(duì)出現(xiàn)的,所以在圖6的情形中,如果網(wǎng)絡(luò)切換次數(shù)為偶數(shù),則表明在最后一次進(jìn)入的時(shí)候沒有進(jìn)行切換,如果網(wǎng)絡(luò)切換次數(shù)為奇數(shù),則表明最后進(jìn)入時(shí)進(jìn)行了切換,于是可以得到

(14)

接著討論圖7中的情形,此時(shí)網(wǎng)絡(luò)切換必定是成對(duì)出現(xiàn)的,所以切換次數(shù)必然是偶數(shù),于是可以得到

(15)

結(jié)合式(14)與式(15):

(16)

將式(8)、式(9)、式(12)～式(15)代入式(16)可得

(17)

根據(jù)式(17)可得

(18)

最后將式(11)和式(18)代入式(1)就可以得到切換次數(shù)減少比例()。

3.2 用戶體驗(yàn)降低比例ρ(td)

實(shí)際上當(dāng)UE在和間移動(dòng)的時(shí)候形成的隨機(jī)過程其實(shí)是一個(gè)交替更新過程。當(dāng)UE沒有設(shè)置延遲時(shí)間的時(shí)候,根據(jù)交替更新過程的性質(zhì)易得下一個(gè)業(yè)務(wù)到來的時(shí)候UE注冊(cè)在的概率(0)為

(19)

同理,加上了延遲時(shí)間之后,下一個(gè)業(yè)務(wù)到來的時(shí)候UE注冊(cè)在的概率()為

(20)

(21)

將式(19)、式(20)和式(21)代入式(2)可得

(22)

4 仿真與分析

本節(jié)首先通過仿真來驗(yàn)證上述模型推導(dǎo)出的公式的準(zhǔn)確性,然后在此基礎(chǔ)上分析()和()隨著參數(shù)的變換規(guī)律。此處采用蒙特卡羅仿真的方法,此方法廣泛地應(yīng)用在通信領(lǐng)域的研究中。本文的參數(shù),和按照一定的比例來進(jìn)行設(shè)置,例如E[]=1=50 min,設(shè)=110表示此處設(shè)置的延遲時(shí)間為5 min。

表1中的誤差是由分析值減仿真值的絕對(duì)值除仿真值得出來的,可見每種參數(shù)對(duì)應(yīng)的誤差都小于005,這證明了仿真和第3節(jié)中得出的公式是正確的。下面將分析在延遲切換的方案下UE的移動(dòng)對(duì)()和()的影響。

表1 分析值與仿真值的誤差分析

關(guān)于UE的移動(dòng)的輸入?yún)?shù)有和兩個(gè),這兩個(gè)停留時(shí)間分別由其分布的均值和方差確定。表2中展示了變化時(shí)的情況,可以看出,的變化對(duì)結(jié)果是沒有影響的,也就是說()和()與在4G網(wǎng)絡(luò)中的逗留時(shí)間是獨(dú)立的,這是因?yàn)檠舆t切換策略僅在UE處于5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)才生效,所以僅與UE在5G網(wǎng)絡(luò)下的逗留時(shí)間有關(guān)。

表2 ηl對(duì)結(jié)果的影響

圖8 ηn和td對(duì)r(td)的影響Fig.8 Influence of ηnand tdon r(td)

圖9 ηn和td對(duì)ρ(td)的影響Fig.9 Influence of ηnand tdon ρ(td)

圖10 Q值隨td的變化曲線Fig.10 Curve of Q changing with td

圖11 性能對(duì)比Fig.11 Performance comparison

圖12和圖13是在E[]=1=50 min,=100的情況下仿真出來的結(jié)果,其反映的是方差變化時(shí)對(duì)()和()的影響,當(dāng)方差變大時(shí),UE每次在5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的停留時(shí)間變化得更大,即停留時(shí)間隨著均值的波動(dòng)會(huì)增大。

圖12 vn和td對(duì)r(td)的影響Fig.12 Influence of vnand tdon r(td)

圖13 vn和td對(duì)ρ(td)的影響Fig.13 Influence of vnand tdon ρ(td)

從圖12可以看出,隨著方差變大,()會(huì)明顯降低,這是因?yàn)楫?dāng)方差變大時(shí)導(dǎo)致部分停留時(shí)間變大,部分停留時(shí)間變短,變大的那一部分停留時(shí)間相比之前的很有可能已經(jīng)進(jìn)行了切換,所以這段時(shí)間變大的話并不會(huì)明顯增加信令消耗,但是停留時(shí)間變小的那一部分則會(huì)使停留時(shí)間小于延遲時(shí)間,從而避免了切換來減少信令消耗,所以當(dāng)方差變大時(shí)()會(huì)顯著降低。同理,方差變大時(shí),停留時(shí)間變小的那部分本來有業(yè)務(wù)到來的幾率就很小,所以這部分對(duì)()的影響不大,但是停留時(shí)間變大那一部分很有可能會(huì)有業(yè)務(wù)到來,所以會(huì)造成圖13中隨著方差變大,()也會(huì)明顯增加的現(xiàn)象。綜上所述,當(dāng)方差變大時(shí),延遲切換策略的性能會(huì)變得更好。

5 結(jié) 論

本文使用延遲切換策略來減少終端在4G網(wǎng)絡(luò)和5G網(wǎng)絡(luò)之間無意義的切換,通過建模和仿真可以看出此方法在大大減少切換次數(shù)的同時(shí)還能保證用戶體驗(yàn)質(zhì)量不會(huì)降低得太明顯,從而減少終端的信令和電量的消耗。在實(shí)際應(yīng)用中,終端可以根據(jù)其本身的移動(dòng)狀態(tài)得出參數(shù)然后導(dǎo)入本文的模型當(dāng)中,從而通過本文的模型和分析選取合適的延遲時(shí)間。