基于无线城域网的切换算法研究

摘 要 IEEE802.16e提供了一种宏分集的软切换机制。文章分析了Z切换算法的缺点并结合协议本身规定的切换流程，提出了一种简单可行的D-MDHO切换算法，该算法对Z算法进行改进，提出了基于不同业务的自适应宏分集算法，该算法减低了时延，保证了业务质量，提高了切换的成功率。

关键词 IEEE802.16e；切换；时延；业务质量

中图分类号：TN925 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）22-0057-02

IEEE802.16e标准简单的定义了宏分集切换（MDHO），包括切换的过程，基站的更新，但是不涉及具体的切换算法。文献给出了不同的算法，比较经典的是Z算法，但是该算法切换次数较多，本文将对Z算法进行改进，提出了基于wimax中4中不同业务的，自适应的调节参数的宏分集算法，简称D-MDHO。

1 Z算法

宏分集指移动台同时与两个或两个以上的基站保持联系，从而增强接收信号质量。宏分集的目的是为了对抗衰落，增加接收信号强度。

Z算法切换思想是对备选基站进行迭代分类，然后在分类中根据性能参数匹配算法进行筛选。过程如下：初始状态时，在移动台周围的基站中选出信号强度最强的基站即为锚基站，记为BestBS。当其他的基站信号强度满足式（1）时，选为Diversityset。下一时刻，将基站分为两类（上一时刻不是Diversityset的分为一类（第1类），上一时刻是Diversityset的分为一类（第2类））。对于第1类基站，当满足式（1）时加入到Diversityset，对于第2类基站，当满足式（2）时，从Diversityset中去掉。

BestBS-TestedBS

BestBS-TestedBS>Delete_Threshold （2）

对式（1）和式（2）进行分析，属于I类的Id范围为：

Id∈（BestBS-Add_Threshold，BestBS）

不属于I类而属于第二类的的范围为：

Ind1∈（0，BestBS-Add_Threshold]

同时属于第二类的范围为：

Ind2∈（0，BestBS-Delete_Threshold）

若==

所以当Delete-Threshold< Add-Threshold时，Id与Ind1的交集范围

将处于“乒乓”范围，不知道归属与哪个分集。

当Delete_Threshold=Add_Threshold时，Id与Ind将没有交集。

当Delete_Threshold>Add_Threshold时，没有分集可以归属。在实际过程中一般讨论Delete_Threshold< Add_Threshold时的情况。

2 D-MDHO算法

IEEE802.16标准中有一种颇为重要的特点就是业务QoS的区分方式，按照UGS，RTPT，NRTPS，BE四种区分，各参数如表1所示。

表1 IEEE802.16业务流QoS类型表

业务流 带流变化 最小宽带 最大宽带 优先级别 典型应用

UGS（实时） 不可变 BUmin BUmax=BUmin 高 VOIP

RTPS（实时） 可变 BRmin BRmax 高 MPEG

NRTPS（非实时） 可变 BNRmin BNRmax 低 FTP

BE（非实时） 可变 Bbmin Bbmax 低 Email

IEEE802.16对这四种业务定义了不同的优先级，UGS享有最高的等级服务，RTPS次之，BE最后。

为了对不同的业务，自适应的选择分集，在Z算法的基础上加入滞后因子。恰当的加入滞后因子后，扩大分集范围，可以相对的减少切换次数，根据服务质量。与Z算法一样，当满足公式（3）和公式（4）时，分别对应公式（1）和公式（2）进行操作。

BestBS-TestedBS

BestBS-TestedBS>Delete_threshold+y （4）

为了自适应的保证不同业务的QoS，并且减少切换次数减少时延，定义一个自适应因子t的函数f（t），式（3）与式（4）分别变为式（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，乒乓效应的范围越小；如果p越小，乒乓效应的范围越大。

图1 网络拓扑图

3 仿真

用图1所示的基站分布进行仿真，16个基站均匀分布在整个区域内，相邻基站之间距离为2 km。移动台服从随机行走模型（randomwalkmobilitymodel），速度为v，方向在范围内任选。为了保证在整个仿真时间内，保证参考路径一致，给出固定的路径。

本文采用Okumura-Hata路径损耗传输模型，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中参数对整个切换过程进行仿真。

表2 仿真参数表

对于UGS业务，配置如图2所示。

图2 业务配置图

配置好以后，与Z算法比较。

1）切换次数。

图3 切换次数比较图

对于实时UGS业务，在固定参数的情况下，与Z算法比较，给出一定的滞后因子后，明显的减低了切换次数。

2）时延。

对于实时UGS业务，在固定参数的情况下，与Z算法比较，给出一定的滞后因子后，时延也明显减低。

图4 时延比较图

3）不同业务在不同滞后因子后的切换次数比较。

在同一网络中，分别使用不同的业务进行模拟，给出一定的滞后因子后，四种不同业务在不同切换因子的切换次数比较图如图5。

图5 不同业务在不同滞后因子切换次数比较图

通过图可以看出随着滞后因子的增长，平均切换次数随后降低，并且UGS减少的相对比例较大。

4 小结

本文主要提出了D-MDHO算法，该算法对Z算法进行了改进，针对业务引入一个F（t）的滞后因子，通过模拟实验比较，发现切换次数与时延方面都有所减低，提高了业务的服务质量。

参考文献

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[2]李雅博.WiMAX移动切换技术研究[D].西安电子科技大学，2010.

[3]邝月娟，孟清，杨贯中，罗卓君.基于IEEE802.16e MAC层的硬切换算法[J].计算机系统应用，2012（2）.

[4]张斌，靳浩，李国强，张巍巍.WiMAX网络快速切换研究[J].数字通信世界，2008（9）.

[5]BECVARZ， ZELENKAJ.Implement of Handover delay timer into WiMAX[C].Lisbon：6th Conference Telecommunication，2007.

[6]朱诗威，张华熊，贾会玲.IEEE 802.16e系统中的软切换策略[J].计算机工程与应用，2010（6）.

作者简介

韩在伟（1978-），男，吉林临江人，硕士在读，研究方向：软件工程专业。