本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)切換方法，具體涉及一種基于SDN和SDR的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)切換方法，可用于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中提供可靠的網(wǎng)絡(luò)切換。

背景技術(shù)：

近幾年，隨著移動通信技術(shù)的快速發(fā)展，終端設(shè)備與應(yīng)用種類趨于多樣化，用戶需求自然也呈現(xiàn)出多樣性以及時變性，移動數(shù)據(jù)流量激增，這些需求都推動了下一代通信系統(tǒng)---5G的發(fā)展。為了保證大規(guī)模的無線覆蓋、多樣化終端接入以及高速率數(shù)據(jù)傳輸，各種不同制式的網(wǎng)絡(luò)共存構(gòu)成的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，必然是5G通信系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。

然而傳統(tǒng)的眾多異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)間，各種制式的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)封閉，相互間不能進行信息交互，難以實現(xiàn)全網(wǎng)的資源調(diào)度，因此在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中存在無法快速確定目標切換網(wǎng)絡(luò)，切換過程中容易出現(xiàn)乒乓效應(yīng)等問題。同時，不斷涌現(xiàn)出的新服務(wù)類型，對網(wǎng)絡(luò)資源的需求也各不相同，在當前僵化的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下，難以針對不同用戶的不同需求提供定制化服務(wù)。

針對傳統(tǒng)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)存在的問題，以下兩種技術(shù)的出現(xiàn)恰好可以在不同層面對上述問題進行改善。一種是由美國斯坦福大學Clean Slate項目組在2008年提出的一種全新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)---軟件定義網(wǎng)絡(luò)SDN，憑借其控制面與數(shù)據(jù)面相分離、集中化的網(wǎng)絡(luò)控制、開放的可編程接口特點，可以簡化現(xiàn)有僵化的無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，同時可以實現(xiàn)對全網(wǎng)資源的統(tǒng)一管理，合理的分配無線網(wǎng)絡(luò)資源，實現(xiàn)全網(wǎng)性能優(yōu)化。另一種是軟件定義無線電SDR的出現(xiàn)，將網(wǎng)絡(luò)設(shè)備軟硬件相解耦，利用軟件編程的方式來實現(xiàn)基于傳統(tǒng)硬件才能實現(xiàn)的功能，其靈活的可編程性為未來5G網(wǎng)絡(luò)的多樣化、定制化服務(wù)提供了可能。未來網(wǎng)絡(luò)將逐漸趨于軟件定義化，現(xiàn)已被廣泛接受。

異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)間的切換作為影響異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)性能的一項重要技術(shù)，一直處于發(fā)展之中?；赟DN的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)切換方法，雖然可以利用SDN控制器，實現(xiàn)全網(wǎng)的統(tǒng)一管理與全網(wǎng)資源調(diào)度，但由于目標切換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)僵化，無法為用戶提供定制化服務(wù)，會造成用戶再一次觸發(fā)切換，造成乒乓效應(yīng)，切換可靠性低。目前基于SDN和SDR的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)切換方法，利用SDR的靈活配置特性，可為用戶提供滿足需求的定制化服務(wù)，克服了僅僅基于SDN實現(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)切換的缺陷。2017年2月作者Kun Wang，Yihui Wang，Deze Zeng和Song Guo在IEEE Wireless Communications上發(fā)表的論文“An SDN-Based Architecture for Next-Generation Wireless Networks”中公開了一種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)切換方法。SDN控制器收集用戶當前移動信息，預(yù)測用戶的移動路徑，從而確定目標網(wǎng)絡(luò)，并發(fā)送通知指令給該目標網(wǎng)絡(luò)；同時，SDN控制器根據(jù)用戶當前狀態(tài)信息提前搜索最優(yōu)無線資源并下發(fā)至目標網(wǎng)絡(luò)，觸發(fā)目標網(wǎng)絡(luò)的回復(fù)響應(yīng)；根據(jù)該回復(fù)響應(yīng)，目標網(wǎng)絡(luò)向源網(wǎng)絡(luò)發(fā)起切換請求，源網(wǎng)絡(luò)收到請求后釋放與用戶的連接，完成異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)間切換。該方法雖然利用了SDN控制器全局視角、統(tǒng)一控制的特點，可以提前為用戶實現(xiàn)最優(yōu)無線資源分配，同時利用SDR的靈活配置性為用戶提供服務(wù)，但仍存在以下不足：(1)SDN控制器直接對用戶信息進行收集、計算，而很多用戶在一般條件下并不需要進行切換判決，因此浪費了SDN控制器的存儲及計算資源，增大了其負擔；(2)SDN控制器在完成切換前將提前搜索到的最優(yōu)無線資源分配給目標網(wǎng)絡(luò)，然而用戶服務(wù)具有多樣性和時變性，一旦用戶更改了業(yè)務(wù)需求，那么提前下發(fā)的無線資源必然造成了資源浪費；(3)在切換時由目標網(wǎng)絡(luò)向源網(wǎng)絡(luò)發(fā)起切換請求，一旦用戶移動發(fā)生變化造成目標網(wǎng)絡(luò)的更改，則無法實現(xiàn)正確的切換，而此時該方法只能退而按照傳統(tǒng)切換方法執(zhí)行異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)切換，可靠性得不到保障。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提出了一種基于SDN和SDR的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)切換方法，用于解決現(xiàn)有異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)切換方法中存在的可靠性差和無線資源利用率低的技術(shù)問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案包括如下步驟：

(1)設(shè)定雙重判決閾值，分別為源無線網(wǎng)絡(luò)軟基站的預(yù)切換信號強度閾值C₁和決定切換信號強度閾值C₂，且C₁>C₂；

(2)源無線網(wǎng)絡(luò)軟基站對無線終端狀態(tài)進行實時監(jiān)控，得到無線終端當前狀態(tài)信息：反饋信號強度R₁、位置、移動速度、方向、業(yè)務(wù)請求和用戶選擇偏好；

(3)源無線網(wǎng)絡(luò)軟基站判斷無線終端當前狀態(tài)信息中的反饋信號強度R₁是否小于預(yù)切換信號強度閾值C₁，若是，記錄該時刻為預(yù)切換時刻T₁，并將無線終端當前狀態(tài)信息上傳至SDN控制器，同時根據(jù)無線終端當前狀態(tài)信息中的位置、移動速度和方向，設(shè)定切換時間閾值T；否則，執(zhí)行步驟(2)；

(4)SDN控制器對無線網(wǎng)絡(luò)軟基站狀態(tài)進行實時監(jiān)控，得到無線網(wǎng)絡(luò)軟基站當前狀態(tài)信息：覆蓋范圍、類型和持有無線資源；

(5)SDN控制器利用源無線網(wǎng)絡(luò)軟基站上傳的無線終端狀態(tài)信息和無線網(wǎng)絡(luò)軟基站狀態(tài)信息，對多個目標無線網(wǎng)絡(luò)軟基站進行預(yù)測，得到最優(yōu)目標無線網(wǎng)絡(luò)軟基站，并根據(jù)無線終端狀態(tài)信息中的業(yè)務(wù)請求，對異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)無線資源進行調(diào)度，得到最優(yōu)目標無線網(wǎng)絡(luò)軟基站的預(yù)分配無線資源和預(yù)分配無線資源參數(shù)，再將預(yù)分配無線資源參數(shù)與無線終端狀態(tài)信息一同下發(fā)至最優(yōu)目標無線網(wǎng)絡(luò)軟基站；

(6)源無線網(wǎng)絡(luò)軟基站對無線終端狀態(tài)進行更新，得到無線終端更新狀態(tài)信息，包括當前時刻T₂、反饋信號強度R₂、位置、移動速度、方向、業(yè)務(wù)請求和用戶選擇偏好，并判斷當前時間間隔T₂-T₁是否大于切換時間閾值T，若是，將無線終端更新狀態(tài)信息上傳至SDN控制器并更新切換時間閾值T及預(yù)切換時刻T₁，執(zhí)行步驟(7)；否則，執(zhí)行步驟(8)；

(7)SDN控制器對無線網(wǎng)絡(luò)軟基站狀態(tài)信息進行更新，得到無線網(wǎng)絡(luò)軟基站更新狀態(tài)信息，并執(zhí)行步驟(5)；

(8)源無線網(wǎng)絡(luò)軟基站判斷得到的無線終端更新狀態(tài)信息中的反饋信號強度R₂是否小于決定切換信號強度閾值C₂，若是，執(zhí)行步驟(9)；否則，執(zhí)行步驟(6)；

(9)源無線網(wǎng)絡(luò)軟基站判斷得到的無線終端更新狀態(tài)信息中的業(yè)務(wù)請求較無線終端當前狀態(tài)信息中的業(yè)務(wù)請求是否發(fā)生變化，若是，生成切換信令1并上傳至SDN控制器，執(zhí)行步驟(10)；否則，生成切換信令2并上傳至SDN控制器，執(zhí)行步驟(11)；

(10)SDN控制器回收預(yù)分配無線資源，生成自適應(yīng)切換信令，并下發(fā)至最優(yōu)目標無線網(wǎng)絡(luò)軟基站；最優(yōu)目標無線網(wǎng)絡(luò)軟基站根據(jù)收到的自適應(yīng)切換信令，利用持有無線資源，對網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進行自適應(yīng)調(diào)整，以實現(xiàn)最大程度滿足無線終端業(yè)務(wù)請求；

(11)SDN控制器將預(yù)分配無線資源下發(fā)至最優(yōu)目標無線網(wǎng)絡(luò)軟基站，最優(yōu)目標無線網(wǎng)絡(luò)軟基站根據(jù)步驟(5)得到的預(yù)分配無線資源參數(shù)，對當前網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進行調(diào)整，以實現(xiàn)即時適應(yīng)無線終端業(yè)務(wù)請求；

(12)SDN控制器下發(fā)流表，為無線終端開啟與最優(yōu)目標無線網(wǎng)絡(luò)軟基站的鏈路連接，同時斷開與源無線網(wǎng)絡(luò)軟基站的鏈路連接，實現(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的切換。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點：

1、本發(fā)明由于在實現(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)切換的過程中，采用雙重判決，源無線網(wǎng)絡(luò)軟基站經(jīng)過預(yù)判決后僅將具備切換條件的無線終端狀態(tài)信息上傳至SDN控制器，降低了SDN控制器的計算量且節(jié)約其存儲資源；同時，在預(yù)判決后進行二次判決時再一次對無線終端的業(yè)務(wù)請求進行判斷，在業(yè)務(wù)請求臨時發(fā)生變化的情況下，SDN控制器可回收預(yù)分配無線資源，避免了無線資源浪費，提升了異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)無線資源利用率。

2、本發(fā)明中由于在預(yù)判決后實現(xiàn)二次判決時，設(shè)定了切換時間閾值T，源無線網(wǎng)絡(luò)軟基站可以及時發(fā)現(xiàn)無線終端的狀態(tài)變化，從而為無線終端重新確定最優(yōu)目標無線網(wǎng)絡(luò)軟基站，且利用SDR的靈活配置特性，最優(yōu)目標無線網(wǎng)絡(luò)軟基站能快速、準確的更改無線資源參數(shù)，更大程度上滿足了無線終端需求，從而減少了切換次數(shù)，避免了乒乓效應(yīng)的產(chǎn)生，提高了異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)切換的可靠性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)切換的實現(xiàn)流程框圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖和具體實施例，對本發(fā)明作進一步詳細描述。

參照圖1，基于SDN和SDR的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，包括SDN控制器、無線網(wǎng)絡(luò)軟基站和無線終端，其中：

SDN控制器，用于與各無線網(wǎng)絡(luò)軟基站控制面相連接，確定最優(yōu)目標無線網(wǎng)絡(luò)，掌控全網(wǎng)資源調(diào)度。

無線網(wǎng)絡(luò)軟基站，是基于軟件定義無線電技術(shù)開發(fā)的服從通信標準的各種無線網(wǎng)絡(luò)基站，用于與SDN控制器及無線終端進行信息交互，包括基帶處理單元、軟件無線電平臺和虛擬交換機OVS，其中基帶處理單元，是部署于計算機上的利用軟件實現(xiàn)的各種基帶處理功能模塊，用于完成信號的編解碼和調(diào)制解調(diào)等過程；軟件無線電平臺用于完成信號的數(shù)字上下變頻、抽樣和內(nèi)插等過程，并將處理過的信號通過射頻天線發(fā)送到無線網(wǎng)絡(luò)中；虛擬交換機OVS用于無線網(wǎng)絡(luò)軟基站與SDN控制器滿足OpenFlow協(xié)議進行通信。

無線終端，用于接收由無線網(wǎng)絡(luò)軟基站下發(fā)的數(shù)據(jù)，并將其狀態(tài)信息反饋至無線網(wǎng)絡(luò)軟基站。

SDN控制器與無線網(wǎng)絡(luò)軟基站之間通過互聯(lián)網(wǎng)相連，利用虛擬交換機OVS進行信息交互；無線網(wǎng)絡(luò)軟基站與無線終端之間通過無線鏈路進行通信。

基于SDN和SDR的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，包括至少一個源無線網(wǎng)絡(luò)軟基站和至少一個目標無線網(wǎng)絡(luò)軟基站，其中，源無線網(wǎng)絡(luò)軟基站和目標無線網(wǎng)絡(luò)軟基站可對應(yīng)為各種無線制式網(wǎng)絡(luò)基站，本實例以目前最為常用的WiFi與LTE網(wǎng)絡(luò)，分別作為源無線網(wǎng)絡(luò)軟基站和目標無線網(wǎng)絡(luò)軟基站，簡稱為WiFi網(wǎng)絡(luò)軟AP與LTE網(wǎng)絡(luò)軟基站，用于說明無線終端由WiFi網(wǎng)絡(luò)至LTE網(wǎng)絡(luò)的切換過程。

參照圖2，一種基于SDN和SDR的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)切換方法，包括如下步驟：

步驟1：設(shè)定雙重判決閾值，分別為WiFi網(wǎng)絡(luò)軟AP的預(yù)切換信號強度閾值C₁和決定切換信號強度閾值C₂，且C₁>C₂；不同的信號強度閾值可以確定WiFi網(wǎng)絡(luò)軟AP不同大小的覆蓋范圍；

步驟2：WiFi網(wǎng)絡(luò)軟AP對無線終端狀態(tài)進行實時監(jiān)控，得到無線終端當前狀態(tài)信息：反饋信號強度R₁、位置、移動速度、方向、業(yè)務(wù)請求和用戶選擇偏好；

步驟3：WiFi網(wǎng)絡(luò)軟AP判斷無線終端當前狀態(tài)信息中的反饋信號強度R₁是否小于預(yù)切換信號強度閾值C₁，若是，記錄該時刻為預(yù)切換時刻T₁，并將無線終端當前狀態(tài)信息上傳至SDN控制器，同時根據(jù)無線終端當前狀態(tài)信息中的位置、移動速度和方向，預(yù)測出無線終端到達WiFi網(wǎng)絡(luò)軟AP以決定切換信號強度閾值C₂確定的覆蓋范圍邊界的最大時間，將該最大時間設(shè)為切換時間閾值T；否則，執(zhí)行步驟2；

其中，根據(jù)無線終端當前狀態(tài)信息中的反饋信號強度大小，進行預(yù)判決，可以篩選出具備切換條件的無線終端，即SDN控制器僅需要對具備切換條件的無線終端狀態(tài)信息進行處理，降低了SDN控制器的計算量且節(jié)約其存儲資源；

步驟4：SDN控制器對異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中所有無線網(wǎng)絡(luò)軟基站狀態(tài)進行實時監(jiān)控，得到無線網(wǎng)絡(luò)軟基站當前狀態(tài)信息：覆蓋范圍、類型和持有無線資源；

步驟5：SDN控制器根據(jù)WiFi網(wǎng)絡(luò)軟AP上傳的無線終端當前狀態(tài)信息中的位置、移動速度和方向，對無線終端即將進入的目標無線網(wǎng)絡(luò)軟基站位置進行預(yù)測，同時根據(jù)無線終端當前狀態(tài)信息中的業(yè)務(wù)請求及用戶偏好，對目標無線網(wǎng)絡(luò)軟基站類型進行預(yù)測，聯(lián)合得到最優(yōu)目標無線網(wǎng)絡(luò)軟基站，本實例中最優(yōu)目標無線網(wǎng)絡(luò)軟基站為LTE網(wǎng)絡(luò)軟基站；并根據(jù)無線終端狀態(tài)信息中的業(yè)務(wù)請求，對異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)無線資源進行調(diào)度，得到LTE網(wǎng)絡(luò)軟基站的預(yù)分配無線資源和預(yù)分配無線資源參數(shù)，再將預(yù)分配無線資源參數(shù)與無線終端狀態(tài)信息一同下發(fā)至LTE網(wǎng)絡(luò)軟基站；

由于無線終端與無線網(wǎng)絡(luò)軟基站的狀態(tài)信息均在實時更新，因此SDN控制器在進行最優(yōu)目標無線網(wǎng)絡(luò)軟基站的確定時，始終以SDN控制器中最新上傳或更新的無線終端與無線網(wǎng)絡(luò)軟基站的狀態(tài)信息為準，即在本實例中，經(jīng)預(yù)判決后SDN控制器利用無線終端與WiFi網(wǎng)絡(luò)軟AP的當前狀態(tài)信息，對最優(yōu)目標無線網(wǎng)絡(luò)軟基站進行確定，而在進入二次判決前若時間間隔T₂-T₁大于切換時間閾值T，則利用無線終端與WiFi網(wǎng)絡(luò)軟AP的更新狀態(tài)信息，對最優(yōu)目標無線網(wǎng)絡(luò)軟基站進行重新確定；

其中，SDN控制器對最優(yōu)目標無線網(wǎng)絡(luò)軟基站的確定，可根據(jù)不同需求采用不同信息加以預(yù)測，本實例采用了無線終端狀態(tài)信息中的移動性信息和業(yè)務(wù)請求進行聯(lián)合預(yù)測，旨在滿足無線終端在目標無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍下的業(yè)務(wù)請求；

步驟6：WiFi網(wǎng)絡(luò)軟AP對無線終端狀態(tài)進行持續(xù)更新，得到無線終端更新狀態(tài)信息，包括當前時刻T₂、反饋信號強度R₂、位置、移動速度、方向、業(yè)務(wù)請求和用戶選擇偏好，并判斷當前時間間隔T₂-T₁是否大于切換時間閾值T，若是，將無線終端更新狀態(tài)信息上傳至SDN控制器并更新切換時間閾值T及預(yù)切換時刻T₁，執(zhí)行步驟7；否則，執(zhí)行步驟8；

其中，WiFi網(wǎng)絡(luò)軟AP根據(jù)無線終端更新狀態(tài)信息中的位置、移動速度和方向，預(yù)測無線終端到達WiFi網(wǎng)絡(luò)軟AP以決定切換信號強度閾值C₂確定的覆蓋范圍邊界的最大時間，將該最大時間更新為T；WiFi網(wǎng)絡(luò)軟AP將當前時刻T₂賦予預(yù)切換時刻T₁，更新為預(yù)切換時刻T₁；

通過將當前時間間隔T₂-T₁與切換時間閾值T進行比較，實現(xiàn)了對無線終端是否進入二次判決的預(yù)先判斷，保證了對無線終端移動目標發(fā)生變化的及時感知，從而可以重新為無線終端確定最優(yōu)目標無線網(wǎng)絡(luò)軟基站，進而保證了異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)切換的可靠性；

步驟7：SDN控制器對異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中所有無線網(wǎng)絡(luò)軟基站狀態(tài)信息進行更新，得到無線網(wǎng)絡(luò)軟基站更新狀態(tài)信息，并執(zhí)行步驟5；

步驟8：WiFi網(wǎng)絡(luò)軟AP進行預(yù)判決后的二次判決，判斷得到的無線終端更新狀態(tài)信息中的反饋信號強度R₂是否小于決定切換信號強度閾值C₂，若是，執(zhí)行步驟9；否則，執(zhí)行步驟6；

步驟9：WiFi網(wǎng)絡(luò)軟AP判斷得到的無線終端更新狀態(tài)信息中的業(yè)務(wù)請求較無線終端當前狀態(tài)信息中的業(yè)務(wù)請求是否發(fā)生變化，若是，生成切換信令1并上傳至SDN控制器，執(zhí)行步驟10；否則，生成切換信令2并上傳至SDN控制器，執(zhí)行步驟11；

步驟10：SDN控制器回收預(yù)分配無線資源，生成自適應(yīng)切換信令，并下發(fā)至LTE網(wǎng)絡(luò)軟基站；LTE網(wǎng)絡(luò)軟基站根據(jù)收到的自適應(yīng)切換信令，利用持有無線資源，對網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進行自適應(yīng)調(diào)整，以實現(xiàn)最大程度滿足無線終端業(yè)務(wù)請求；

步驟11：SDN控制器將預(yù)分配無線資源下發(fā)至LTE網(wǎng)絡(luò)軟基站，LTE網(wǎng)絡(luò)軟基站根據(jù)步驟5得到的預(yù)分配無線資源參數(shù)，對當前無線資源參數(shù)進行調(diào)整，以實現(xiàn)即時適應(yīng)無線終端業(yè)務(wù)請求；

由于在預(yù)切換后進行了二次判決，且在二次判決中再一次對無線終端的業(yè)務(wù)請求進行判斷，根據(jù)業(yè)務(wù)請求是否臨時發(fā)生變化的不同情況下，SDN控制器可選擇回收或下發(fā)預(yù)分配無線資源，避免了無線資源浪費，提升了異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)無線資源利用率；

步驟12：SDN控制器下發(fā)流表，為無線終端開啟與LTE網(wǎng)絡(luò)軟基站的鏈路連接，同時斷開與WiFi網(wǎng)絡(luò)軟AP的鏈路連接，實現(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的切換。