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5G无线接入网络的异构切换技术研究

来源:用户上传      作者:周剑

  [摘    要] 5G时代悄然而至,在这一时代背景中,多种通信技术巧妙融合,以此满足用户个性化服务需求,并丰富用户服务体验。其中,异构切换技术作为5G无线接入网络发展的产物,该技术在网络性能优化、定制化服务需求迎合等方面起到重要作用。本文在異构无线网络简介的基础上,全面分析异构切换技术方案,最后针对这一技术重点探究,以期为技术研究者和5G网络实践者提供借鉴,从而扩大异构切换技术推广范围。
  [关键词] 5G;无线网络;异构切换技术;宽带分配
  doi : 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2019. 17. 074
  [中图分类号]  TP393    [文献标识码]  A      [文章编号]  1673 - 0194(2019)17- 0192- 02
  0      前    言
  现今,移动用户的用网需求日益增多,尤其在异构网络切换方面,用户提出了定制化业务体验的差异化需求。随着5G无线接入网络发展步伐的加快,异构切换技术应运而生,基于此,本文针对该论题深入探究,以期为5G时代发展提供可靠的技术支持,进而深化无线接入网络改革。由此可见,该论题具有探究的必要性,论题分析的现实意义较显著。
  1      异构无线网络基本介绍
  近年来,无线通信技术在人们日常生活中的作用日渐突显,无线通信以迎合用户需求为发展目的。5G通信时代到来后,多种无线技术呈融合发展趋势,当然,异构无线网络能够更好地满足新时期移动终端业务拓展需要。下文具体从融合方式、垂直切换、算法选择这三方面予以探究,以期彰显无线接入网络优势。
  1.1   融合方式
  异构无线网络应用的过程中,WLAN与移动蜂窝网巧妙融合,这既能提高数据传输效率,又能合理配置频谱资源。二者融合的过程中,应制定可行的、合理的融合计划,即细分待传输数据类型,继而实现吞吐量提升的目的。在此期间,LTE-WLAN聚合方案的实用性较强,故而,这一方案在考虑的范围内[1]。
  1.2   垂直切换
  多融合网络视域下,用户考虑实际需求,优选适合的接入网络,以此丰富用网体验,提升网络性能。实际上,网络切换细分两种方式,方式一即垂直切换,分为发现阶段、决策阶段、执行阶段;方式二即水平切换,这种切换方式的限制性条件较多,故而,本文主要针对垂直切换方式着重探究。
  1.3   算法选择
  异构无线网络接入的过程中,应优选算法,从而获得科学的、实用的切换判决结果。正常来说,多属性算法、效用函数算法、博弈论算法、人工智能算法、马尔科夫链算法最为常用,从长远角度考虑,后者具有异构网络性能优化、网络信息动态切换等优点。
  2      异构切换技术方案设计分析
  5G无线接入网络应用的过程中,为扩大该网络的行业应用范围,并满足多样化服务需求,灵活应用网络功能虚拟化技术——SDN/NFV是极为必要的。设计异构切换技术方案的过程中,应借助分层异构无线网络完成数据分离任务,同时,细化方案设计流程,并通过方案测试验证方案可行性。
  2.1   分层异构无线网络
  它由三部分组成,第一部分即应用层,用户借助应用程序进行网络资源调度,继而发挥应用功能优势;第二部分即控制层,用户为实现网络应用需求,借助本地控制器和中心控制器来实现设备集中管控目的;第三部分即基础设施层,它连接本地控制器,在调度决策接收、业务数据转发等方面发挥重要作用。5G无线网络时代背景下,分层异构无线网络控制、分离数据的过程中,体现集中控制、灵活定制等特点。其中,集中控制即有效调度全网资源,以此提高资源利用率,并减轻控制器流量运行压力,借此提升网络拓展性能,并为网络维护操作提供便利。灵活定制即以差异化业务需求为出发点,借助NFV技术构建定制化网络切片,以此实现网络资源公开管理目的。
  2.2   设计及流程
  RAN方案设计期间,围绕中心控制器、RAN切片这两部分完成设计任务。其中,中心控制器由移动管理、RAN切片管理、资源管理、拓扑管理、网络信息管理等模块组成,它既能辅助切换策略制定,又能满足信息交互需要,同时,能为移动用户管理奠定良好基础。各管理模块协作配合,为实现分层异构无线网络功能彰显这一目标而共同努力,这对异构切换技术高效运用、5G无线接入网络大范围普及有促进作用。RAN切片设计期间,分别掌握LTERAN和WLANRAN切片设计技巧,运用控制与数据分离理念完成无线接入网引入任务,基于现有低频资源,针对基站合理化部署,以此提高数据传输效率,并迎合用户监控、虚拟资源灵活调度等多样化需要。最终实现低成本、用户体验丰富这一目的。
  RAN方案实践流程主要为:观察中心控制器待处理信息需求,据此制定决策目标和资源配置方案→查询RAN切片,根据查询结果执行相应操作→传递RAN切片创建请求指令→配置相关参数,有计划的调度数据信息资源,并反馈信息指令于中心控制器→更新数据信息→传递切换请求→连接请求与客户端,并反馈数据信息→提供数据服务[2]。
  2.3   方案测试
  为验证上述RAN切片方案设计效果,通过平台搭建、方案测试等方式予以验证。平台搭建的过程中,逐步完成中心控制器、LTERAN切片、WLANRAN切片的可行性校验。具体来说,首先构建分层异构无线网络原型平台;然后测试已有设计方案的可行性,在这一过程中,合理配置参数,并对比分析设计方案的实践体验,针对视频卡顿频次、视频画面清晰度、RAN切片切换灵活度等内容具体记录;最后分析测试结果,客观总结异构无线网络平台实践特点。   3      基于5G无线接入网络的异构切换技术探究
  3.1   模型构建
  基于分层异构无线网络构建系统模型,促使用户在多网络覆盖环境下选择迎合用户需求的网络。系统模型构建期間,既要提升系统性能,又要合理配置信息资源,以此丰富用户体验。其中,本文构建的系统模型支持多网络介入,用户在网络环境中能够自由移动、顺利切换,当然,网络状态信息不会因此受到影响。
  3.2   网络优选
  网络选择的过程中,遵循初步筛选、属性权重计算、构建候选网络集合、确定用户网络这一程序。具体来说,运用下面的一次筛选函数完成网络集合筛选任务,针对网络接入的无效条件及时滤除。与此同时,参照相关需求进行参数调整,借此提高异构无线网络使用效率。
  Un,n=u(RSSn,m-RSSTH,m)×u(VTH,n-Vm),?坌n∈N,?坌m∈M
  由于用户用网需求存在差异性,故而,应通过二次筛选对参数归一化处理,同时,一一对应网络与属性间的关系。在这一过程中,借助层次分析法构建层次结构,并构建判决矩阵,准确确定权重,最后通过一致性检验来验证其合理性。二次筛选后,用户自动选择原网络接入或当前网络接入,以便更好的迎合用户用网需求。
  3.3   带宽分配
  用户选择网络的过程中,首选考虑在性能较优的网络,一旦多用户同时选择同一网络,必然会出现网络负载加重、业务阻塞现象,最终影响网络整体运行效果。基于此,务必合理化配置带宽,确保各类型业务带宽使用需要被及时满足,殊不知,这一过程即网络高效切换的过程。实践带宽分配活动的过程中,技术人员构建异构网络场景,通过用户数阈值NUM接入、条件约束等方式来控制用户接入行为,自此提高异构网络切换效率。切换效率计算公式为:系统吞吐量/切换次数,由公式可知,切换效率与系统吞吐量成正比,随着系统吞吐量的增加,切换效率相应提高。
  3.4   算法设计
  针对上述混合约束优化问题处理时,为在短时间内求得最优解,通过细化子优化问题来降低求解难度。同时,分步优化法和循环迭代法均有较高的实用性。算法设计期间,事前确定约束条件,即设定网络筛选过程、确定网络接入关系。接下来优选网络筛选方案,以此缩短算法实践时间。迭代算法设计期间,应遵循合理的设计思路,以便为算法设计实践提供可靠指导,最终取得算法实现的良好效果[3]。
  一方面,带宽分配。根据网络接入方案和用网需求,逐步完成带宽配置任务,继而实现规划问题的顺利转换,并在短时间内求得最优解。在此期间,运用凸规划理论予以证明函数凹凸性,将推断结果与约束条件相对照,直到选出最优解。因为带宽动态变化,所以求解的过程中,应借助拉格朗日乘子法探究连续变量约束问题解答方法,最终获得最优带宽分配方案。另一方面,用户网接入选择。在带宽分配的基础上,适当调整接入网,换言之,借助最优网络关联矩阵来处理子问题。以往常用穷举法进行求解,随着计算量的增多,穷举法的适用性相对弱化。现今,分支定界法能够弥补穷举法的不足,它既能简化计算流程,又能降低计算难度,最终顺利求得最优解。此外,优选适合的分支策略,一般来说,随机分支策略具有操作便捷、算法效率低下这一特点;最大系数分支策略具有计算量少、算法效率明显提高等特点;伪贡献分支具有高效率、最优解等特点。对比而言,伪贡献分支策略最为实用,该策略在用户网接入选择的范围内。
  3.5   仿真分析
  首先,模拟异构无线网络仿真场景。网络类型细分LTE和WLAN两种,并且网络间互不干扰,网络集合构建的过程中,基于网络初次筛选完成多属性判决。仿真参数主要为:LTE、WLAN1、WLAN2的覆盖半径分别为1 500 m、150 m、150 m;发射功率分别为20 W、0.1 W、0.1 W;可用宽带分别为20MHz、15MHz、15MHz;最大可接入用户数分别为200、25、30;误码率分别为0.08、0.06、0.07;价格分别为0.5、0.25、0.3。
  随着用户数的增加和减少,算法收敛性较良好。究其原因,网络预筛选环节有效引入,这在一定程度上节省了网络方案优选时间,进而能够大大提高算法收敛效率。仿真分析结果显示:迭代算法在系统性能提升、网络有效切换等方面具有一定优势,进而系统成本会大幅度降低。对比于其他算法,迭代算法实用性较强,因此,5G无线接入网络能在这一算法的辅助下取得良好的优化效果。简言之,5G时代背景下,要想提高数据传输效率,满足用户网络状态信息获取的差异性需要,灵活运用异构切换技术是极为必要的[4]。
  4      总    结
  综上所述,5G通信技术发展的过程中,基于融合方式、垂直切换、算法选择来掌握异构无线网络,同时,深入分析异构切换技术方案设计及流程,并对其进行有效性验证。异构切换技术探究期间,结合5G无线接入网络使用需要,通过模型构建、网络优选、带宽分配、算法设计、仿真分析来掌握该技术实践特点,以便为5G无线接入网络有效应用提供技术支持,最终提高数据信息传输效率,从整体上优化网络通信质量,并为用户带来良好的通信体验。
  主要参考文献
  [1]孟宓.5G通信技术在异构车载网络中的应用研究[J].数字通信世界,2019(4):169.
  [2]曹素珍,郎晓丽,刘祥震,等.5G网络下新的异构签密方案[J].信息网络安全,2018(11):33-39.
  [3]谭晓衡,谢朝臣,郭坦.基于区域感知贝叶斯决策的5G超密集异构网络联合垂直切换技术研究[J].电子学报,2018,46(3):582-588.
  [4]邓安达,王韬,周双波,等.4G+及5G网络中双连接技术的应用[J].电信科学,2018,34(z1):24-29.
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