專利名稱：：異構網(wǎng)絡移動終端快速垂直切換方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及的是一種無線通信
技術領域：
的方法，特別是一種異構網(wǎng)絡移動終端快速垂直切換方法。
背景技術：
：異構網(wǎng)絡是由各種無線通信網(wǎng)絡(如:GSM,WCDMA,CDMA2000,TDSCDMA,WLAN等)構成，對所有通信終端形成一個分布式的通信系統(tǒng)。由于無線接入技術發(fā)展的多元性和商業(yè)運營模式的多樣性，異構網(wǎng)絡必然成為未來無線通信網(wǎng)絡的存在形式。出于對服務質量(QoS)的考慮，具有多種制式的移動終端在異構網(wǎng)絡中漫游時需要根據(jù)所在位置的網(wǎng)絡質量從一種網(wǎng)絡漫游到另一種網(wǎng)絡，即執(zhí)行垂直切換，垂直切換的準確、快速是保證QoS的關鍵。垂直切換過程一般包括網(wǎng)絡發(fā)現(xiàn)、切換判決和切換執(zhí)行三步。網(wǎng)絡發(fā)現(xiàn)和切換判決影響垂直切換的準確性，現(xiàn)有的垂直切換技術多集中在這兩發(fā)面。網(wǎng)絡發(fā)現(xiàn)是檢測移動終端所在位置處的網(wǎng)絡構成及網(wǎng)絡質量；切換判決是對移動終端所在位置處存在的各種網(wǎng)絡進行質量評估后決定是否執(zhí)行切換并確定切換的目的網(wǎng)絡。切換執(zhí)行是影響切換延時的主要因素，在主流2.5G、3G網(wǎng)絡中，移動終端通過PPP協(xié)議(Point-to-PointProtocol，點對點協(xié)議)接入Internet。在執(zhí)行垂直切換時移動終端需要斷開與原網(wǎng)絡的分組數(shù)據(jù)服務節(jié)點(PacketDataServingNode,PDSN)之間PPP連接同時建立與目標網(wǎng)絡的PDSN之間的PPP連接。建立新的PPP連接往往引入十幾秒至幾十秒的切換延時，嚴重影響QoS，所以從改進PPP連接入手縮短切換執(zhí)行時間具有非常重要的意義。經(jīng)對現(xiàn)有技術文獻的檢索發(fā)現(xiàn)，作者為Kagalkar，Α.；Mukherjee,S.；Rangarajan,S.；Guo,K.的"PPPmigration:atechniqueforlow-latencyhandoffinCDMA2000network",ProceedingsoftheSecondAnnualInternationalConferenceonMobileandUbiquitousSystemsNetworkingandServices(MobiQuitous'05)(PPP遷移一種CDMA2000網(wǎng)絡中的低時延切換)表述了一種低延時切換方法當移動終端執(zhí)行切換時，不發(fā)起新的PPP連接建立過程，而在原PDSN與目的PDSN之間建立數(shù)據(jù)鏈路，原PDSN將需要轉移的PPP連接的狀態(tài)信息發(fā)送給目的PDSN，此后由目的PDSN給移動終端提供分組轉發(fā)服務，完成切換。該方法大大縮短了切換執(zhí)行時間，但是存在以下缺點1、需要改變由網(wǎng)絡運營商所管理的PDSN等網(wǎng)絡設備，成本較大難以推廣實現(xiàn)；2、不同網(wǎng)絡的PDSN之間很難建立直接的數(shù)據(jù)鏈路進行數(shù)據(jù)交換，所以該方法僅對縮短同種網(wǎng)絡內(nèi)不同PDSN之間的切換延時有意義。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術中的不足，提供了一種基于分段式PPP連接的異構網(wǎng)絡移動終端快速垂直切換方法。本發(fā)明解決了現(xiàn)有的異構網(wǎng)絡移動終端垂直切換時重新建立PPP連接造成的切換延時較大的問題，克服其它快速切換方法不易實現(xiàn)、不適用于異構網(wǎng)絡等缺點，把PPP連接建立過程分段，在切換執(zhí)行前發(fā)起對候選網(wǎng)絡的PPP連接，完成PPP連接第一階段；當切換執(zhí)行時，完成PPP連接第二階段從而接入候選網(wǎng)絡，從而實現(xiàn)了異構網(wǎng)絡移動終端的快速垂直切換。本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括以下步驟步驟一移動終端開始運行時沒有接入任何一種網(wǎng)絡，采用現(xiàn)有的網(wǎng)絡質量評價方法給出每種網(wǎng)絡的質量評分，移動終端接入質量評分最高的X網(wǎng)絡。步驟二當移動終端接入X網(wǎng)絡后，再次采用現(xiàn)有的網(wǎng)絡質量評價方法給出此時每種網(wǎng)絡的質量評分。步驟三根據(jù)步驟二得到的每種網(wǎng)絡的質量評分，選出其中質量評分最高的X'網(wǎng)絡，當X'網(wǎng)絡就是X網(wǎng)絡時，重新在余下的網(wǎng)絡中選擇質量評分最高的Y網(wǎng)絡作為候選網(wǎng)絡；否則X'網(wǎng)絡作為候選網(wǎng)絡。步驟四當移動終端完成對候選網(wǎng)絡的PPP連接的第一階段時，執(zhí)行步驟五；當移動終端未接入候選網(wǎng)絡時而完成對Z網(wǎng)絡的PPP連接的第一階段時，移動終端首先終止與Z網(wǎng)絡的PPP連接，然后移動終端對候選網(wǎng)絡發(fā)起PPP連接并執(zhí)行PPP連接第一階段。所述的執(zhí)行PPP連接第一階段是移動終端首先安裝協(xié)議過濾器，然后與候選網(wǎng)絡的PDSN建立物理鏈路、進行連接控制協(xié)議(LCP)協(xié)商、完成認證、進行壓縮控制協(xié)議(CCP)協(xié)商，在IP控制協(xié)議(IPCP)協(xié)商開始后移動終端向候選網(wǎng)絡的PDSN發(fā)送IPCP保活數(shù)據(jù)幀，停留在IPCP協(xié)商階段。所述的協(xié)議過濾器捕獲所有候選網(wǎng)絡的PDSN發(fā)給移動終端的IPCP協(xié)商數(shù)據(jù)幀并將其丟棄，以阻礙移動終端與候選網(wǎng)絡的PDSN之間IPCP協(xié)商的進行。所述的發(fā)送IPCP?；顢?shù)據(jù)幀是移動終端向候選網(wǎng)絡的PDSN周期性的發(fā)送IPCP請求配置(Configure-Request)數(shù)據(jù)幀，以確保候選網(wǎng)絡的PDSN不會終止IPCP協(xié)商，使得PPP連接停留在IPCP協(xié)商階段。步驟五當移動終端當前接入的X網(wǎng)絡滿足切換觸發(fā)條件時，執(zhí)行步驟六；否則，返回步驟所述的切換觸發(fā)條件是當前接入的X網(wǎng)絡的質量評分小于切換觸發(fā)閾值，具體是score當前接人的χ網(wǎng)絡<threshold”其中=Scoresm^wxws是當前接入的網(wǎng)絡的質量評分，^reshold1是切換觸發(fā)閾值。步驟六當移動終端的候選網(wǎng)絡滿足切換執(zhí)行條件時，移動終端對候選網(wǎng)絡執(zhí)行PPP連接的第二階段，PPP連接的第二階段完成后移動終端與候選網(wǎng)絡即建立起PPP連接，即網(wǎng)絡切換結束，移動終端接入候選網(wǎng)絡，移動終端斷開與原接入X網(wǎng)絡的連接，并返回步驟二；否則，直接返回步驟二。所述的切換執(zhí)行條件是候選網(wǎng)絡的質量評分大于切換執(zhí)行閾值，具體是score候選網(wǎng)絡〉threshold”其中SCOre候絡是候選網(wǎng)絡的質量評分，threshold是切換執(zhí)行閾值。所述的執(zhí)行PPP連接第二階段是移動終端拆除協(xié)議過濾器以放行候選網(wǎng)絡的PDSN發(fā)送給移動終端的IPCP協(xié)商數(shù)據(jù)幀，完成與候選網(wǎng)絡的PDSN之間的IPCP協(xié)商。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是1、有效地縮短了垂直切換執(zhí)行時間，保證了QoS；2、不局限于單一網(wǎng)絡，適用于GSM、WCDMA、CDMA-1X-EVD0、TDSCDMA等主流2.5G、3G網(wǎng)絡所構成的異構網(wǎng)；3、保持原有網(wǎng)絡架構不變，不需要網(wǎng)絡運營商修改其網(wǎng)絡設備，只需要在移動終端上安裝相應的軟件，簡單、易行，容易推廣；4、主流的2.5G、3G網(wǎng)絡中，移動終端與目標網(wǎng)絡的PDSN完成IPCP協(xié)商之后，運營商才對移動用戶計費，所以移動終端執(zhí)行PPP連接第一階段時停留在IPCP協(xié)商中并沒有給移動用戶帶來資費上的負擔，所以切換時不會給用戶帶來額外的資費負擔。圖1是實施例中的分段式PPP連接示意圖；圖2是實施例中的網(wǎng)絡切換示意圖；圖3是實施例方法與現(xiàn)有技術的切換時延比較示意圖。具體實施例方式以下結合附圖對本發(fā)明的實施例作詳細說明本實施例在以本發(fā)明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。實施例本實施例在某大學校園內(nèi)施行，該校園有WiFi、⑶MA-1X-EVD0、W⑶MA等多個無線網(wǎng)絡的覆蓋，是典型的異構網(wǎng)絡環(huán)境。本實施例使用筆記本電腦連接多個無線網(wǎng)卡形成異構網(wǎng)絡移動終端，所連接的無線網(wǎng)卡包括=D-Link公司的WiFi無線網(wǎng)卡DWL-G122、中興移動通信有限公司的CDMA-1X-EVD0無線數(shù)據(jù)卡AC560和中興移動通信有限公司的WCDMA無線數(shù)據(jù)卡MF637U。本實施例包括如下步驟步驟一移動終端開始運行時沒有接入任何一種網(wǎng)絡，采用現(xiàn)有的網(wǎng)絡質量評價方法給出每種網(wǎng)絡的質量評分，將質量評分最高的網(wǎng)絡記作A網(wǎng)絡，A網(wǎng)絡的質量評分記為SCOreA，移動終端接入A網(wǎng)絡。所述的質量評價是使用任何一種存在的網(wǎng)絡評價方法綜合考慮網(wǎng)絡的信號強度(RSSI)、往返時延(RTT)、信噪比(SNR)和帶寬(Band)等等因素對網(wǎng)絡質量做出評價以反映網(wǎng)絡提供服務的能力，使用的網(wǎng)絡評價方法必須能夠給出質量評分以定量衡量網(wǎng)絡質量的好壞。具體的網(wǎng)絡評價方法不屬于本發(fā)明的內(nèi)容。步驟二當移動終端接入A網(wǎng)絡后，再次采用現(xiàn)有的網(wǎng)絡質量評價方法給出此時WiFi、CDMA-1X-EVD0、WCDMA的質量評分，且分別記為scoreWiFi、scoremM_lx_E■和scoreWCI)M。步驟三經(jīng)比較步驟二得到的Scoreffipi>scoreCDMA_lx_EVD0、scoreWCDMA二者大小,選出質量評分最高的A'網(wǎng)絡，當A'網(wǎng)絡就是A網(wǎng)絡時，重新在余下的網(wǎng)絡中選擇質量評分最高的Y網(wǎng)絡作為候選網(wǎng)絡；否則A'網(wǎng)絡作為候選網(wǎng)絡，候選網(wǎng)絡的質量評分記為Scorlsw絡0步驟四當移動終端完成對候選網(wǎng)絡的PPP連接的第一階段時，執(zhí)行步驟五；當移動終端未接入候選網(wǎng)絡時而完成對Z網(wǎng)絡的PPP連接的第一階段時，移動終端首先終止與Z網(wǎng)絡的PPP連接，然后移動終端對候選網(wǎng)絡發(fā)起PPP連接并執(zhí)行PPP連接第一階段。如圖1所示，所述的執(zhí)行PPP連接第一階段是移動終端首先安裝協(xié)議過濾器，然后與候選網(wǎng)絡的PDSN建立物理鏈路、進行連接控制協(xié)議協(xié)商、完成認證、進行壓縮控制協(xié)議協(xié)商，在IP控制協(xié)議協(xié)商開始后移動終端向候選網(wǎng)絡的PDSN發(fā)送IPCP?；顢?shù)據(jù)幀，停留在IPCP協(xié)商階段。所述的協(xié)議過濾器捕獲所有候選網(wǎng)絡的PDSN發(fā)給移動終端的IPCP協(xié)商數(shù)據(jù)幀并將其丟棄，以阻礙移動終端與候選網(wǎng)絡的PDSN之間IPCP協(xié)商的進行。所述的發(fā)送IPCP?；顢?shù)據(jù)幀是移動終端向候選網(wǎng)絡的PDSN周期性的發(fā)送IPCP請求配置數(shù)據(jù)幀，以確保候選網(wǎng)絡的PDSN不會終止IPCP協(xié)商，使得PPP連接停留在IPCP協(xié)商階段。步驟五當移動終端當前接入的A網(wǎng)絡滿足切換觸發(fā)條件時，執(zhí)行步驟六；否則，返回步驟二；所述的切換觸發(fā)條件是當前接入的A網(wǎng)絡的質量評分小于切換觸發(fā)閾值，具體是score當前接入的threshold^其中=Scoresmi入是當前接入的網(wǎng)絡的質量評分，^reshold1是切換觸發(fā)閾值。本實施例中threshold!設為60。步驟六當移動終端的候選網(wǎng)絡滿足切換執(zhí)行條件時，移動終端對候選網(wǎng)絡執(zhí)行PPP連接的第二階段，PPP連接的第二階段完成后移動終端與候選網(wǎng)絡即建立起PPP連接，即網(wǎng)絡切換結束，移動終端接入候選網(wǎng)絡，移動終端斷開與原接入A網(wǎng)絡的連接，如圖2所示，并返回步驟二；否則，直接返回步驟二。所述的切換執(zhí)行條件是候選網(wǎng)絡的質量評分大于切換執(zhí)行閾值，具體是score候選網(wǎng)絡〉threshold”其中score候絡是候選網(wǎng)絡的質量評分，threshold是切換執(zhí)行閾值。本實施例中threshold2設為75。所述的執(zhí)行PPP連接第二階段是移動終端拆除協(xié)議過濾器以放行候選網(wǎng)絡的PDSN發(fā)送給移動終端的IPCP協(xié)商數(shù)據(jù)幀，完成與候選網(wǎng)絡的PDSN之間的IPCP協(xié)商。依次重復上述步驟，進行網(wǎng)絡的10次垂直切換，統(tǒng)計得到的每次切換中各網(wǎng)絡質量評分、切換前移動終端接入的網(wǎng)絡、切換后移動終端接入的網(wǎng)絡和切換延時如表1所示，平均切換時延等于3409.6(ms)。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>如表1所示，移動終端開始運行時接入質量評分最高的網(wǎng)絡WiFi；在CDMA-1X-EVDO、WCDMA兩種網(wǎng)絡中選擇質量評分最高的網(wǎng)絡作為候選網(wǎng)絡，候選網(wǎng)絡為CDMA-1X-EVD0；移動終端對候選網(wǎng)絡發(fā)起PPP連接，完成PPP連接第一階段；使用信號屏蔽方法使移動終端當前接入的網(wǎng)絡的網(wǎng)絡質量下降促使移動終端執(zhí)行垂直切換；移動終端完成PPP連接第二階段從而接入候選網(wǎng)絡實現(xiàn)了垂直切換。切換時延記錄在表1的第6列。平均切換時延3409.6ms，對于瀏覽網(wǎng)頁等數(shù)據(jù)業(yè)務用戶基本不會感覺到通信有間斷，有效地保證了QoS。分別采用本實施例方法和現(xiàn)有的垂直切換方法得到的切換時延對比圖如圖3所示，其中橫坐標為測試序號，縱坐標為切換時延，針對每個測試序號第一個垂直條形代表現(xiàn)有垂直切換方法，第二個條形代表本實施例方法。從圖3中可以看出，在所有10次測量中，本實施例方法的垂直切換時延均遠小于現(xiàn)有技術的垂直切換時延，使用現(xiàn)有技術方法的切換時延平均值為10814.1ms，是本實施例方法切換時延平均值的3倍。本實施例通過分段式PPP連接技術，有效地解決了現(xiàn)有的異構網(wǎng)絡移動終端垂直切換時重新建立PPP連接造成切換時延較大的問題。權利要求一種異構網(wǎng)絡移動終端快速垂直切換方法，其特征在于，包括如下步驟步驟一移動終端開始運行時沒有接入任何一種網(wǎng)絡，采用現(xiàn)有的網(wǎng)絡質量評價方法給出每種網(wǎng)絡的質量評分，移動終端接入質量評分最高的X網(wǎng)絡；步驟二當移動終端接入X網(wǎng)絡后，再次采用現(xiàn)有的網(wǎng)絡質量評價方法給出此時每種網(wǎng)絡的質量評分；步驟三根據(jù)步驟二得到的每種網(wǎng)絡的質量評分，選出其中質量評分最高的X′網(wǎng)絡，當X′網(wǎng)絡就是X網(wǎng)絡時，重新在余下的網(wǎng)絡中選擇質量評分最高的Y網(wǎng)絡作為候選網(wǎng)絡；否則X′網(wǎng)絡作為候選網(wǎng)絡；步驟四當移動終端完成對候選網(wǎng)絡的PPP連接的第一階段時，執(zhí)行步驟五；當移動終端未接入候選網(wǎng)絡時而完成對Z網(wǎng)絡的PPP連接的第一階段時，移動終端首先終止與Z網(wǎng)絡的PPP連接，然后移動終端對候選網(wǎng)絡發(fā)起PPP連接并執(zhí)行PPP連接第一階段；步驟五當移動終端當前接入的X網(wǎng)絡滿足切換觸發(fā)條件時，執(zhí)行步驟六；否則，返回步驟二；步驟六當移動終端的候選網(wǎng)絡滿足切換執(zhí)行條件時，移動終端對候選網(wǎng)絡執(zhí)行PPP連接的第二階段，PPP連接的第二階段完成后移動終端與候選網(wǎng)絡即建立起PPP連接，即網(wǎng)絡切換結束，移動終端接入候選網(wǎng)絡，移動終端斷開與原接入X網(wǎng)絡的連接，并返回步驟二；否則，直接返回步驟二。2.根據(jù)權利要求1所述的異構網(wǎng)絡移動終端快速垂直切換方法，其特征是，所述的執(zhí)行PPP連接第一階段是移動終端首先安裝協(xié)議過濾器，然后與候選網(wǎng)絡的PDSN建立物理鏈路、進行連接控制協(xié)議協(xié)商、完成認證、進行壓縮控制協(xié)議協(xié)商，在IP控制協(xié)議協(xié)商開始后移動終端向候選網(wǎng)絡的PDSN發(fā)送IPCP?；顢?shù)據(jù)幀，停留在IPCP協(xié)商階段。3.根據(jù)權利要求2所述的異構網(wǎng)絡移動終端快速垂直切換方法，其特征是，所述的協(xié)議過濾器捕獲所有候選網(wǎng)絡的PDSN發(fā)給移動終端的IPCP協(xié)商數(shù)據(jù)幀并將其丟棄，以阻礙移動終端與候選網(wǎng)絡的PDSN之間IPCP協(xié)商的進行。4.根據(jù)權利要求2所述的異構網(wǎng)絡移動終端快速垂直切換方法，其特征是，所述的發(fā)送IPCP?；顢?shù)據(jù)幀是移動終端向候選網(wǎng)絡的PDSN周期性的發(fā)送IPCP請求配置數(shù)據(jù)幀，以確保候選網(wǎng)絡的PDSN不會終止IPCP協(xié)商，使得PPP連接停留在IPCP協(xié)商階段。5.根據(jù)權利要求1所述的異構網(wǎng)絡移動終端快速垂直切換方法，其特征是，所述的切換觸發(fā)條件是當前接入的X網(wǎng)絡的質量評分小于切換觸發(fā)閾值，具體是score當前接入的threshold!,其中=Scoresmi入^是當前接入的網(wǎng)絡的質量評分，^reshold1是切換觸發(fā)閾值。6.根據(jù)權利要求1所述的異構網(wǎng)絡移動終端快速垂直切換方法，其特征是，所述的切換執(zhí)行條件是候選網(wǎng)絡的質量評分大于切換執(zhí)行閾值，具體是score候選醜>threshold”其中score彳^是候選網(wǎng)絡的質量評分，threshold是切換執(zhí)行閾值。7.根據(jù)權利要求1所述的異構網(wǎng)絡移動終端快速垂直切換方法，其特征是，所述的執(zhí)行PPP連接第二階段是移動終端拆除協(xié)議過濾器以放行候選網(wǎng)絡的PDSN發(fā)送給移動終端的IPCP協(xié)商數(shù)據(jù)幀，完成與候選網(wǎng)絡的PDSN之間的IPCP協(xié)商。全文摘要一種無線通信
技術領域：
的異構網(wǎng)絡移動終端快速垂直切換方法，包括如下步驟移動終端接入質量評分最高的網(wǎng)絡；對所有網(wǎng)絡進行質量評價；在除移動終端當前接入的網(wǎng)絡之外的網(wǎng)絡中選出質量評分最高的網(wǎng)絡作為候選網(wǎng)絡；移動終端對候選網(wǎng)絡執(zhí)行PPP連接第一階段；當移動終端當前接入的網(wǎng)絡滿足切換觸發(fā)條件且候選網(wǎng)絡滿足切換執(zhí)行條件時，移動終端對候選網(wǎng)絡執(zhí)行PPP連接第二階段，接入候選網(wǎng)絡，并斷開與原接入網(wǎng)絡的連接。本發(fā)明解決了現(xiàn)有的異構網(wǎng)絡移動終端垂直切換時重新建立PPP連接造成的切換延時較大的問題，克服其它快速切換方法不易實現(xiàn)、不適用于異構網(wǎng)絡等缺點。文檔編號H04W36/14GK101808378SQ20101013705公開日2010年8月18日申請日期2010年4月1日優(yōu)先權日2010年4月1日發(fā)明者劉大鵬,張麗麗,徐昌慶,楊帆申請人:上海交通大學