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無線城域網(wǎng)的切換算法
無線城域網(wǎng)的切換算法
摘 要 IEEE802.16e提供了一種宏分集的軟切換機(jī)制。文章分析了Z切換算法的缺點(diǎn)并結(jié)合協(xié)議本身規(guī)定的切換流程，提出了一種簡單可行的D-MDHO切換算法，該算法對Z算法進(jìn)行改進(jìn)，提出了基于不同業(yè)務(wù)的自適應(yīng)宏分集算法，該算法減低了時(shí)延，保證了業(yè)務(wù)質(zhì)量，提高了切換的成功率。
關(guān)鍵詞 IEEE802.16e;切換;時(shí)延;業(yè)務(wù)質(zhì)量
IEEE802.16e標(biāo)準(zhǔn)簡單的定義了宏分集切換(MDHO)，包括切換的過程，基站的更新，但是不涉及具體的切換算法。文獻(xiàn)給出了不同的算法，比較經(jīng)典的是Z算法，但是該算法切換次數(shù)較多，本文將對Z算法進(jìn)行改進(jìn)，提出了基于wimax中4中不同業(yè)務(wù)的，自適應(yīng)的調(diào)節(jié)參數(shù)的宏分集算法，簡稱D-MDHO。
1 Z算法
宏分集指移動(dòng)臺(tái)同時(shí)與兩個(gè)或兩個(gè)以上的基站保持聯(lián)系，從而增強(qiáng)接收信號(hào)質(zhì)量。宏分集的目的是為了對抗衰落，增加接收信號(hào)強(qiáng)度。
Z算法切換思想是對備選基站進(jìn)行迭代分類，然后在分類中根據(jù)性能參數(shù)匹配算法進(jìn)行篩選。過程如下：初始狀態(tài)時(shí)，在移動(dòng)臺(tái)周圍的基站中選出信號(hào)強(qiáng)度最強(qiáng)的基站即為錨基站，記為BestBS。當(dāng)其他的基站信號(hào)強(qiáng)度滿足式(1)時(shí)，選為Diversityset。
下一時(shí)刻，將基站分為兩類(上一時(shí)刻不是Diversityset的分為一類(第1類)，上一時(shí)刻是Diversityset的分為一類(第2類))。對于第1類基站，當(dāng)滿足式(1)時(shí)加入到Diversityset，對于第2類基站，當(dāng)滿足式(2)時(shí)，從Diversityset中去掉。
BestBS-TestedBS BestBS-TestedBS>Delete_Threshold (2)
對式(1)和式(2)進(jìn)行分析，屬于I類的Id范圍為：
Id∈(BestBS-Add_Threshold，BestBS)
不屬于I類而屬于第二類的的范圍為：
Ind1∈(0，BestBS-Add_Threshold]
同時(shí)屬于第二類的范圍為：
Ind2∈(0，BestBS-Delete_Threshold)
若==
所以當(dāng)Delete-Threshold< Add-Threshold時(shí)，Id與Ind1的交集范圍
將處于“乒乓”范圍，不知道歸屬與哪個(gè)分集。
當(dāng)Delete_Threshold=Add_Threshold時(shí)，Id與Ind將沒有交集。
當(dāng)Delete_Threshold>Add_Threshold時(shí)，沒有分集可以歸屬。在實(shí)際過程中一般討論Delete_Threshold< Add_Threshold時(shí)的情況。
2 D-MDHO算法
IEEE802.16標(biāo)準(zhǔn)中有一種頗為重要的特點(diǎn)就是業(yè)務(wù)QoS的區(qū)分方式，按照UGS，RTPT，NRTPS，BE四種區(qū)分，各參數(shù)如表1所示。
表1 IEEE802.16業(yè)務(wù)流QoS類型表
業(yè)務(wù)流 帶流變化 最小寬帶 最大寬帶 優(yōu)先級(jí)別 典型應(yīng)用
UGS(實(shí)時(shí)) 不可變 BUmin BUmax=BUmin 高 VOIP
RTPS(實(shí)時(shí)) 可變 BRmin BRmax 高 MPEG
NRTPS(非實(shí)時(shí)) 可變 BNRmin BNRmax 低 FTP
BE(非實(shí)時(shí)) 可變 Bbmin Bbmax 低 Email
IEEE802.16對這四種業(yè)務(wù)定義了不同的優(yōu)先級(jí)，UGS享有最高的等級(jí)服務(wù)，RTPS次之，BE最后。
為了對不同的業(yè)務(wù)，自適應(yīng)的選擇分集，在Z算法的基礎(chǔ)上加入滯后因子。恰當(dāng)?shù)募尤霚笠蜃雍�，擴(kuò)大分集范圍，可以相對的減少切換次數(shù)，根據(jù)服務(wù)質(zhì)量。與Z算法一樣，當(dāng)滿足公式(3)和公式(4)時(shí)，分別對應(yīng)公式(1)和公式(2)進(jìn)行操作。
BestBS-TestedBS BestBS-TestedBS>Delete_threshold+y (4)
為了自適應(yīng)的保證不同業(yè)務(wù)的QoS，并且減少切換次數(shù)減少時(shí)延，定義一個(gè)自適應(yīng)因子t的函數(shù)f(t)，式(3)與式(4)分別變?yōu)槭?5)和式(6)：
p=f(t)*(Add_Threshold-Delete_Threshold)
q=(1-f(t))*(Add_Threshold-Delete_Threshold)
f(t)∈[0，1] f(t)∈[0，1]
BestBS-TestedBS BestBS-TestedBS>Delete_threshold+q (6)
如果p越大，乒乓效應(yīng)的范圍越小;如果p越小，乒乓效應(yīng)的范圍越大。
圖1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D
3 仿真
用圖1所示的基站分布進(jìn)行仿真，16個(gè)基站均勻分布在整個(gè)區(qū)域內(nèi)，相鄰基站之間距離為2 km。移動(dòng)臺(tái)服從隨機(jī)行走模型(randomwalkmobilitymodel)，速度為v，方向在范圍內(nèi)任選。為了保證在整個(gè)仿真時(shí)間內(nèi)，保證參考路徑一致，給出固定的路徑。
本文采用Okumura-Hata路徑損耗傳輸模型，表示如下：
Lh=69.55-13.82*loght-(1.1*logf-0.7)*hr
+(1.56*logf-0.8)+26.16f+(44.9-6.55loght)*logd 采用表2中參數(shù)對整個(gè)切換過程進(jìn)行仿真。
表2 仿真參數(shù)表
對于UGS業(yè)務(wù)，配置如圖2所示。
圖2 業(yè)務(wù)配置圖
配置好以后，與Z算法比較。
1)切換次數(shù)。
圖3 切換次數(shù)比較圖
對于實(shí)時(shí)UGS業(yè)務(wù)，在固定參數(shù)的情況下，與Z算法比較，給出一定的滯后因子后，明顯的減低了切換次數(shù)。
2)時(shí)延。
對于實(shí)時(shí)UGS業(yè)務(wù)，在固定參數(shù)的情況下，與Z算法比較，給出一定的滯后因子后，時(shí)延也明顯減低。
圖4 時(shí)延比較圖
3)不同業(yè)務(wù)在不同滯后因子后的切換次數(shù)比較。
在同一網(wǎng)絡(luò)中，分別使用不同的業(yè)務(wù)進(jìn)行模擬，給出一定的滯后因子后，四種不同業(yè)務(wù)在不同切換因子的切換次數(shù)比較圖如圖5。
圖5 不同業(yè)務(wù)在不同滯后因子切換次數(shù)比較圖
通過圖可以看出隨著滯后因子的增長，平均切換次數(shù)隨后降低，并且UGS減少的相對比例較大。
4 小結(jié)
本文主要提出了D-MDHO算法，該算法對Z算法進(jìn)行了改進(jìn)，針對業(yè)務(wù)引入一個(gè)F(t)的滯后因子，通過模擬實(shí)驗(yàn)比較，發(fā)現(xiàn)切換次數(shù)與時(shí)延方面都有所減低，提高了業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量。
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