车辆异构网络中基于逗留时间预测的模糊垂直切换方法技术

本发明专利技术请求保护一种车辆异构网络中基于逗留时间预测的二型模糊垂直切换方法。在车辆异构网络中，针对由于车辆终端逗留时间过短和判决参数中同时存在模糊性与随机性，导致切换性能下降的问题，考虑了逗留时间对切换性能的影响。在进行切换判决时，首先对终端在各个候选网络中的逗留时间进行预测，然后根据逗留时间、可用带宽和用户接入费用中存在的模糊性与随机性因素，设计相应的二型隶属度函数，并构建二型模糊推理系统，最后根据系统输出选择最佳切换网络。实验结果表明，本发明专利技术能有效降低平均切换次数、切换失败率和乒乓切换次数，提高系统吞吐量。

Fuzzy vertical handoff method based on stay time prediction in vehicle heterogeneous networks

The invention requests protection of a two type of fuzzy vertical handoff method based on stay time prediction in a heterogeneous network of vehicles. In the heterogeneous network of vehicles, considering the short time of vehicle terminal and the fuzziness and randomness in the decision parameters, the handover performance degrades. Considering the impact of stay time on handover performance, During the handover decision, the first time to stay on the terminal in each candidate network in prediction, then according to the fuzzy and random factors exist sojourn time, available bandwidth and user access costs, design the corresponding type two membership functions, and the construction of two types of fuzzy inference system, finally according to the system output selection optimal switching network. The experimental results show that the invention can effectively reduce the average switching times, the switching failure rate and the number of table tennis handover times, and improve the system throughput.

【技术实现步骤摘要】
车辆异构网络中基于逗留时间预测的模糊垂直切换方法
本专利技术属于车辆异构无线网络中的垂直切换方法，属于移动通信领域。特别是涉及一种利用逗留时间预测和二型模糊推理进行垂直切换的方法。
技术介绍
随着智能交通系统的发展和异构无线网络技术的融合，高速移动中的车辆终端对网络的依赖性日益提高，车辆用户希望随时随地都能够获得最佳的网络服务，包括更强的稳定性、更高的带宽和更低的花费等。在车辆异构无线网络中，垂直切换技术是满足用户对网络需求的关键技术。然而，由于车辆终端的高速移动性和网络环境的复杂多样性，如何以一种有效的垂直切换机制保证车辆终端数据传输的高效性和稳定性是车辆通信系统面临的重要问题之一。在进行垂直切换判决时，用户偏好、参数的重要性程度等都具有一定的模糊性，此外测量的误差和网络本身的动态性也会导致获得的属性值具有模糊性，为了更加准确的刻画和处理这些模糊信息，提高判决的准确度，近年来不少研究者将模糊逻辑运用到了垂直切换方法中。文献[A,C.Casestudyonhandoffstrategiesforwirelessoverlaynetworks[J].ComputerStandards&Interfaces,2013,35(1):170-178]将数据速率、服务费用、终端速度和接收信号强度作为模糊逻辑系统的输入，提出一种自适应的模糊垂直切换方法，根据模糊系统的输出选择最佳网络。文献[KaleemF,MehbodniyaA,IslamA,etal.Dynamictargetwirelessnetworkselectiontechniqueusingfuzzylinguisticvariables[J].ChinaCommunications,2013,10(1):1-16]考虑终端速度、网络负载以及吞吐量等参数，提出一种多准则垂直切换方法，采用分级的模糊推理系统判断是否进行切换。文献[KustiawanI,ChiK.Handoffdecisionusingakalmanfilterandfuzzylogicinheterogeneouswirelessnetworks[J].IEEECommunicationsLetters,2015,19(12):2258-2261]通过引入卡尔曼滤波器，提出一种基于卡尔曼滤波和模糊逻辑的垂直切换方法，作者首先用卡尔曼滤波器对带有噪声的RSS进行滤波，然后将滤波后的RSS、数据速率、终端速度和网络负载作为模糊推理系统的输入进行切换判决。但是上述坊法只单纯的将速度大小作为判决参数，忽略了终端在网络内的逗留时间对切换决策的影响，容易造成乒乓效应，从而降低切换性能。文献[任塨晔,赵季红,曲桦,等.基于模糊逻辑的多终端协同的垂直切换决策方法[J].通信学报,2014,35(9):67-78]提出一种基于模糊逻辑的多终端协同的垂直切换决策方法，作者将影响终端在WLAN内逗留时间的三个主要参数作为模糊推理系统的输入，并设定2个切换门限值判断切换时机，三个参数分别为：终端与接入点的距离、终端速度大小和速度方向相对于接入点的夹角。但是在逗留时间预测模型中，作者只简单的将终端的运动规律看作匀速直线运动，忽略了切换后速度大小和方向的改变对逗留时间的影响，没有真正反应终端的移动规律。此外，以上方法均采用一型模糊系统处理判决参数的模糊性问题，但在实际决策过程中，输入参数中不仅存在模糊性，还存在着随机性，例如测量时的测量噪声和网络的时变性造成的随机性，而一型模糊系统便不能很好地描述参数的随机性。因此，基于一型模糊系统的判决方法不能有效提高终端接入网络后的服务质量。
技术实现思路
本专利技术旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种有效降低平均切换次数和乒乓效应、有效提高系统吞吐量，从而提高了终端的服务质量的车辆异构网络中基于逗留时间预测的模糊垂直切换方法。本专利技术的技术方案如下：一种车辆异构网络中基于逗留时间预测的模糊垂直切换方法，其特包括以下步骤：101、首先，根据车辆异构网络中车辆只沿道路路线行驶的特点，利用车载导航系统规划的路线预测终端在各个候选网络内的逗留时间；102、其次根据判决参数同时具有模糊性和随机性的特点，设计每个判决参数的二型隶属度函数，其中判决参数包括步骤101预测的逗留时间、带宽和通信费用，并根据设计的二型隶属度函数进行模糊推理，模糊推理系统的输出即为候选网络的得分值，最后比较每个网络的得分值，选择得分值最大的网络作为最佳切换网络，完成垂直切换。进一步的，所述车辆异构无线网络包括：BS为LTE的基站，WLAN1、WLAN2和WLAN3分别为部署在路边的三个接入点，B和D分别为路口，E和F分别为WLAN2和WLAN3的覆盖边界与道路的交点，假定位置A为起始点，C为终点，导航系统规划的最佳路线为A-B-C。进一步的，所述步骤101中，根据规划路线，计算车辆在三个候选网络中的路程，从而计算出终端在候选网络内的逗留时间，具体包括步骤：在WLAN1中的路程可表示为：SWLAN1＝dAB+dBC(1)其中，dAB为A和B两点之间的道路长度，dBC为B和C两点之间的道路长度；在WLAN2中的路程可表示为：SWLAN2＝dAB+dBE(2)其中，dBE为B和E两点之间的道路长度；在WLAN3中的路程可表示为：SWLAN3＝dAB+dBF(3)其中，dBF为B和F两点之间的道路长度；假定在取样周期Ts内获取的瞬时速度样值总数为N，则车辆的平均速度V可表示为：其中，Vn为周期Ts内，车辆的第n个瞬时速度样值；由路程S和速度可计算出车辆在各个候选网络内的逗留时间，终端在WLAN1、WLAN2和WLAN3内的逗留时间可分别表示为：进一步的，所述步骤102并根据每种判决参数的不确定特性设计二型隶属度函数，每种参数有三个模糊集，分别为：低/短、中、高/长，每个模糊集采用高斯型区间二型隶属度函数表示，高斯型区间二型隶属度函数的上、下隶属度函数表达式如式(8)、式(9)所示：其中，为均值的变化范围。进一步的，当判决参数为逗留时间且作为评价指标时，“短”的均值变化范围为[0,2]；“中”的均值变化范围为[14,16]；“长”的均值变化范围为[28,30]；当判决参数为带宽且作为评价指标时，“低”的均值变化范围为[0,2]；“中”的均值变化范围为[6,8]；“高”的均值变化范围为[12,14]。当判决参数为通信费用且作为评价指标时，“低”的均值变化范围为[0,0.1]；“中”的均值变化范围为[0.45,0.55]；“高”的均值变化范围为[0.9,1]。输出二型隶属度函数以得分值来评价候选网络的切换性能，“低”的均值变化范围为[0,10]；“中”的均值变化范围为[45,55]；“高”的均值变化范围为[90,100]。本专利技术的优点及有益效果如下：本专利技术针对垂直切换之后，由于车辆终端在网络内的逗留时间过短引起的频繁切换问题，根据车辆只沿道路路线行驶的特点，利用车载导航系统规划的路线预测终端在各个候选网络内的逗留时间，有效降低平均切换次数和乒乓效应。根据判决参数的不确定特性设计每种参数的二型隶属度函数，由于车辆终端的高速移动性、网络状态的时变特性、以及参数测量时存在的误差和噪声，导致判决参数同时具有模糊性和随机性等本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种车辆异构网络中基于逗留时间预测的模糊垂直切换方法，其特征在于，包括以下步骤：101、首先，根据车辆异构网络中车辆只沿道路路线行驶的特点，利用车载导航系统规划的路线预测终端在各个候选网络内的逗留时间；102、其次根据判决参数同时具有模糊性和随机性的特点，设计每个判决参数的二型隶属度函数，其中判决参数包括步骤101预测的逗留时间、带宽和通信费用，并根据设计的二型隶属度函数进行模糊推理，模糊推理系统的输出即为候选网络的得分值，最后比较每个网络的得分值，选择得分值最大的网络作为最佳切换网络，完成垂直切换。

【技术特征摘要】
1.一种车辆异构网络中基于逗留时间预测的模糊垂直切换方法，其特征在于，包括以下步骤：101、首先，根据车辆异构网络中车辆只沿道路路线行驶的特点，利用车载导航系统规划的路线预测终端在各个候选网络内的逗留时间；102、其次根据判决参数同时具有模糊性和随机性的特点，设计每个判决参数的二型隶属度函数，其中判决参数包括步骤101预测的逗留时间、带宽和通信费用，并根据设计的二型隶属度函数进行模糊推理，模糊推理系统的输出即为候选网络的得分值，最后比较每个网络的得分值，选择得分值最大的网络作为最佳切换网络，完成垂直切换。2.根据权利要求1所述的车辆异构网络中基于逗留时间预测的模糊垂直切换方法，其特征在于，所述车辆异构无线网络包括：BS为LTE的基站，WLAN1、WLAN2和WLAN3分别为部署在路边的三个接入点，B和D分别为路口，E和F分别为WLAN2和WLAN3的覆盖边界与道路的交点，假定位置A为起始点，C为终点，导航系统规划的最佳路线为A-B-C。3.根据权利要求2所述的车辆异构网络中基于逗留时间预测的模糊垂直切换方法，其特征在于，所述步骤101中，根据规划路线，计算车辆在三个候选网络中的路程，从而计算出终端在候选网络内的逗留时间，具体包括步骤：在WLAN1中的路程可表示为：SWLAN1＝dAB+dBC(1)其中，dAB为A和B两点之间的道路长度，dBC为B和C两点之间的道路长度；在WLAN2中的路程可表示为：SWLAN2＝dAB+dBE(2)其中，dBE为B和E两点之间的道路长度；在WLAN3中的路程可表示为：SWLAN3＝dAB+dBF(3)其中，dBF为B和F两点之间的道路长度；假定在取样周期Ts内获取的瞬时速度样值总数为N，则车辆的平均速度V可表示为：其中，Vn为周期Ts内，车辆的第n个瞬时速度样值；由路程S和速度可计算出车辆在各个候选网络内的逗留时间，终端在WLAN1、WLAN2和WLAN3内的逗留时间可分别表示为：

【专利技术属性】
技术研发人员：马彬，张文静，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50