现代移动互联网的wlan和3G切换研究

摘要：随着计算机技术的发展，人们对移动通信的需求也在不断增加，WLAN和3G网络的有效融合是现代移动互联网发展的重要方向。研究小范围、高带宽通信的WLAN和大范围、带宽有限的3G网络之间的切换是当前通信行业的重要课题。本文首先介绍了WLAN和3G的传统切换过程，分析其中存在的问题，然后在传统垂直切换过程的基础上提出改进方法：滑动平均值预测和坡度预测法。

关键词：移动通信；WLAN；3G；切换技术；垂直切换

中图分类号：TN929.5 文献标识码：A 文章编号：1007-9599 （2012） 15-0000-02

1 引言

在Internet传输和宽带多媒体业务的要求与日俱增的背景下，只是建立一个单一的通信系统想要满足一切业务要求是不切实际的，因而，可以通过Internet将不同的无线系统连接起来，构成一个通信系统，即互联网。WLAN和3G网络的连接是互联网中的代表，移动节点必须能在其中自由漫游，能够实现漫游的一个重要技术就是切换技术。当前两网络互通中的一个重要问题是，实现移动终端全局无缝的垂直切换，同时满足用户通信中的需求。

2 WLAN和3G传统切换过程及问题

目前，国际上现代移动互联网通信系统包括水平和垂直两种切换方法。垂直切换是不同技术网络之间的一种切换，所以WLAN和3G之间的传统切换一般采用的就是这种方法。垂直切换可分为被动切换和用户切换，也可分为上行和下行垂直切换。一般垂直切换由三个主要步骤组成：1.系统搜索过程：哪个无线网络可接入必须被移动节点首先了解；2.切换决策过程：在做出切换决策之前，移动节点进行估计可接入网络；3.切换执行过程：一旦移动节点决定了垂直切换的执行，就开始与新的无线网络进行切换过程。[1]

2.1 WLAN到3G垂直切换过程

对于终端A从WLAN移出到3G网络时，较小的WLAN的网络通信范围会对其有所限制，使得终端要发起必要的切换从WLAN到3G网络。此切换过程一般有如下几步：

A、首先逐渐减弱的AP的信号强度被终端检测出来，同时终端内部的交换模块（SM）会接收到终端发送的此信号。根据历史记录，交换模块（SM）决定切换是否发起。

B、切换确定要发起时，切换请求数据包被交换模块（SM）发给GGSN，该数据包自己的UMTS

IP信息也同时被携带。

C、交换模块（SM）发出的请求被GGSN收到后，GGSN就会建立一条通信隧道，连接着无线网络控制器（RNC）。与此同时RNC就会通过此隧道接收到该请求，终端也会收到RNC通过此隧道传回来的响应消息。

D、终端与AP的连接被断开，终端与3G在一段时间后就会建立起连接。

2.2 3G到WLAN垂直切换过程

对于终端B从3G网络进入WLAN网络时，一般会有如下几步：

A、WLAN网络中AP的beacon信号首先发送到终端的MAC层，收到的信号强度被终端预算并与预先确定的信号阈值M进行比较。

B、当收到的信号强度大于等于信号阈值M时，终端的MAC层向SM发送消息，代表一个新的AP被检测到了，同时新AP的BSSID被发送给交换模块。

C、SM将自身配置的BSSID与先前收到的BSSID进行比较，判断关联请求发起与否。如果不相匹配，收到的beacon信号将被SM忽略，MAC层被要求继续进行北京扫描；如果匹配，新的AP将收到SM发送的关联请求。

D、当新AP的关联信号收到并且关联建立后，MT就会通过DHCP功能申请新IP地址。

E、成功申请后，更新IP地址的请求被终端发送给GGSN，也就意味着已经成功建立新的数据链路可以断开旧的了，新AP可以用来传输数据。

2.3 WLAN和3G传统切换过程中存在的问题

由于WLAN被3G网络所覆盖，终端进行3G网络和WLAN切换仅仅采用传统的垂直切换引起不必要的延迟，切换过程中数据丢包率也会不断增大，同时带来乒乓效应等问题。传统的垂直切换忽略了3G网络到WLAN过程，WLAN到3G网络的不对称性，不对称性必须有不同的切换方法。考虑实现移动终端能够全局无缝的垂直切换于两种网络之间是当前通信系统中面临的一个重要问题。

3 WLAN和3G切换过程改进策略

3.1 WLAN到3G切换改进

终端从WLAN切换到3G一般分为两种情况：终端以较慢的速度移出WLAN网络，可以先检测AP信号的减弱并得到滑动平均值，最后决定是否发起切换，即滑动平均值预测法；终端以较快的速度移出时，可以通过AP信号强度的一阶导数决定终端是否正在移出WLAN，即坡度预测法。

（1）滑动平均值预测法：首先通过背景扫描得到AP信息，记录多次扫描的结果，分别为1，2，…n。设定一个阈值M，扫描结果大于等于此阈值的被检测出来，计算出n个扫描结果中检测出来信号的平均值p。间隔一段时间后，再次测n个AP信号强度的平均值，当其小于p时，此时的AP信号不能满足正常的通信，可以做出切换决策。[2]

（2）坡度预测法：利用背景扫描获取两次信号A1，A2，根据两次信号相隔的时间算出一个坡度。当算出的坡度大于0，且最后收到的强度小于先前设定的阈值M，说明终端正加速运动，且朝着WLAN信号减弱的方向，从而做出切换决策。

3.2 3G到WALN切换改进

为了避免传统垂直切换中乒乓球效应所带来的负面影响，减少终端发起的不必要的切换，一般用上述所提的滑动平均值方法来决定是否切换。只有当终端收到的信号强度比平均值的大的比预定值大时，切换才被发起。

当终端与新的AP关联过程中，与3G网络的连接并未断开，在整个切换过程中始终保持连接GGSN，在断开原来的连接之前必与新AP建立起新的数据链路。只有这样，终端从3G到WLAN的切换才能进行真正的无缝切换，其中较小的切换延迟是用户所无法察觉到的。除此之外，数据的传输在整个切换过程中是可靠的，使用户需求得到最大限度的满足。

4 小结

现代移动互联网的推广，推动了WLAN和3G网络的融合。在传统切换技术的基础上，综合两种异构网络的特点，充分利用高速的WLAN网络、大范围的3G网络，不断提高切换效率，降低切换延迟时间是目前通信技术行业一直研究的。完美的切换技术将为用户提供高质量的无线连接以及无缝覆盖，从而使用户实现综合无限移动接入，享受各种特殊业务的需求。

参考文献：

[1]陈劼，李少谦.下一代移动通信网络中切换管理研究[J].电信科学，2005（4）：10-12

[2]张历卓，贾维嘉，周仕飞.基于3G与WLAN网络改进的切换策略研究[J].计算机科学，2010（3）：49-51