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摘 要：該文介绍一种可实施的WiMAX网络小区切换优化方法。方案运用与IEEE802.16e规范一致的切换触发流程，并基于WiMAX网络本地路由技术设计了路由状态预判断方法和目标基站决策算法。
关键词：WiMAX网络 路由优化 目标基站选择算法
中图分类号：TN929.5 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）01（b）-0049-01
切换是宽带无线移动网络的重要特性。切换方案不仅影响呼叫服务质量，还与网络资源的利用率、时延等系统性能有着密切的联系。因此，一套完整优化的切换机制对网络系统而言是至关重要的。当WiMAX网络中使用本地路由技术时[1]，MS接入不同的基站会造成不同的通信路由状态，不同路由状态会形成巨大的资源消耗差距，这触发了在切换过程中主动形成路由优化条件的思路。如何在切换前对切换后的路由状态进行预判断，如何设计目标基站的选择算法，如何增加本地路由对目标基站选取的影响是一个值得研究的课题。该文针对WiMAX网络提出一种改进的切换方案。
1 方案相关WiMAX技术
1.1 WiMAX网络本地路由技术
驻留在同一个基站的两个用户A和B进行通信时，服务基站可以直接转发A发送给B的数据包，也可直接转发B发送给A的数据包。这些数据包在传送过程中不需要经过锚定网关anchor ASN和CSN。驻留在同一个ASN的两个用户A和B通信时，ASN可以直接转发A发送给B的数据包，也可直接转发B发送给A的数据包。这些数据包在传送过程中不需要经过锚定网关也不需要经过CSN。同样，当在同一个anchor ASN的两个用户A和B相互通信时，锚定网关可以直接转发A发给B的数据包，也可直接转发B发给A的数据包，这些数据包不需要通过CSN转发。使用本地路由技术后，用户双方通信时数据链路大大简化，网络资源得以节省，整个网络的吞吐量有较大提升，且通信延迟得以下降，用户通信质量得到提高。
1.2 WiMAX网络支持的切换算法
WiMAX网络中基站间常见切换算法有两大类：一是单策略算法，即切换算法是一个单一变量的函数，如只取决于信号强度RSSI的大小或者网络容量的大小；另一类是综合策略算法，即算法函数综合了多个变量，如切换算法不仅取决于RSSI、可用无线资源，还取决于接入开销、资费水平等等。
2 系统模型
在此详细阐述提出的WiMAX网络中基于本地路由的切换优化方法的系统模型。根据发生顺序可将该系统模型分为以下三个阶段：
（1）通信过程中触发切换。（2）服务BS进行候选基站的路由状态预判断。（3）服务BS依据目标基站决策算法对候选基站进行排序，MS切换到目标基站下。
2.1 切换触发条件
在802.16e协议中，切换请求可以由MS发起或由网络发起。
当MS在移动时由于信号衰落，干扰水平等因素的影响，需要改变连接的BS以获得更好的信号强度，此时MS触发切换。切换判决条件：当前服务基站在时间Td 内的平均CINR值小于门限值Ta。
当网络超负荷或发现此MS能从附近负载较小的基站处获得更高的宽带或更好的QoS时，网络会触发切换。切换判决条件：当前服务基站在时间Td内的有效空闲容量[2]小于门限值Tb。
2.2 路由状态预判断
服务BS在切换准备时对切换后的路由状态做预判断，不仅提供路由状态值作为目标基站决策算法的考虑因素，优化了选择过程，还可在切换后省略路由判断过程，直接建立相应的数据链路，使切换耗时减低。
用户A与B在通信过程中准备切换，服务BS利用 HO-Req消息将用户目的IP发送给候选BS，候选BS收到消息后，检查本地是否纪录有该IP值，并利用HO-Rsp消息将路由判断结果告知服务BS。路由状态预判断过程不仅需要查询候选BS处是否记录有用户目的IP，还需要查询目标网关和Anchor网关，看是否有记录。因此，路由预判断需要定义候选BS、候选网关和Anchor网关之间的查询消息HO-IP-Req和HO-IP-Rsq。
候选基站检查本地是否记录有用户目的IP，有以下两种情况：
（1）如果有目的IP地址记录，表示用户切换到候选BS后与目的用户形成BS本地路由，并在HO-Rsp消息中打上BS标记。
（2）如果在候选BS中没有找到目的IP地址记录，那么候选BS必须请求候选网关和Anchor网关查询目的IP地址记录。
从候选BS到候选网关，到Anchor网关的HO-IP-Req消息中，不管前一网元是否有修改对应的网元标记，本网元都需要进行本网元路由状态判断，且只修改对应的网元标记，不做其他信息的保存。最后候选BS收到的HO-IP-Rsp消息中会有多个网元标记值为“1”，此时按照顺序依次查看，先候选BS，次候选网关，最后是Anchor网关。如果某级网元的标记为“1”，则表示能形成本级网元的本地路由，无需继续查看；如果各级网元标记都为“0”，则此用户切换到该候选BS后只能与目的用户形成常规路由。
2.3 目标基站决策算法
3 结语
该文介绍了一种可实施的WiMAX网络切换优化方法。方案运用与IEEE802.16e规范一致的切换触发流程，并基于WiMAX本地路由技术设计了路由状态预判断方法和目标基站决策算法。下一步的工作方向是如何在异构无线网络共存的环境中应用优化的切换方案。
参考文献
[1] 王岩，潘甦.WiMAX系统本地路由技术研究[D].南京邮电大学，2012.
[2] 王佳京.移动WiMAX网络的小区切换方案研究[D].上海交通大学硕士学位论文，2008.
[3] WiMAX Forum Network Architecture Architecture Tenets， Reference Model and Reference Points Base Specification WMF-T32-001-R015v01 WiMAX Forum? Approved （2009-11-21）.
关键词：WiMAX网络 路由优化 目标基站选择算法
中图分类号：TN929.5 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）01（b）-0049-01
切换是宽带无线移动网络的重要特性。切换方案不仅影响呼叫服务质量，还与网络资源的利用率、时延等系统性能有着密切的联系。因此，一套完整优化的切换机制对网络系统而言是至关重要的。当WiMAX网络中使用本地路由技术时[1]，MS接入不同的基站会造成不同的通信路由状态，不同路由状态会形成巨大的资源消耗差距，这触发了在切换过程中主动形成路由优化条件的思路。如何在切换前对切换后的路由状态进行预判断，如何设计目标基站的选择算法，如何增加本地路由对目标基站选取的影响是一个值得研究的课题。该文针对WiMAX网络提出一种改进的切换方案。
1 方案相关WiMAX技术
1.1 WiMAX网络本地路由技术
驻留在同一个基站的两个用户A和B进行通信时，服务基站可以直接转发A发送给B的数据包，也可直接转发B发送给A的数据包。这些数据包在传送过程中不需要经过锚定网关anchor ASN和CSN。驻留在同一个ASN的两个用户A和B通信时，ASN可以直接转发A发送给B的数据包，也可直接转发B发送给A的数据包。这些数据包在传送过程中不需要经过锚定网关也不需要经过CSN。同样，当在同一个anchor ASN的两个用户A和B相互通信时，锚定网关可以直接转发A发给B的数据包，也可直接转发B发给A的数据包，这些数据包不需要通过CSN转发。使用本地路由技术后，用户双方通信时数据链路大大简化，网络资源得以节省，整个网络的吞吐量有较大提升，且通信延迟得以下降，用户通信质量得到提高。
1.2 WiMAX网络支持的切换算法
WiMAX网络中基站间常见切换算法有两大类：一是单策略算法，即切换算法是一个单一变量的函数，如只取决于信号强度RSSI的大小或者网络容量的大小；另一类是综合策略算法，即算法函数综合了多个变量，如切换算法不仅取决于RSSI、可用无线资源，还取决于接入开销、资费水平等等。
2 系统模型
在此详细阐述提出的WiMAX网络中基于本地路由的切换优化方法的系统模型。根据发生顺序可将该系统模型分为以下三个阶段：
（1）通信过程中触发切换。（2）服务BS进行候选基站的路由状态预判断。（3）服务BS依据目标基站决策算法对候选基站进行排序，MS切换到目标基站下。
2.1 切换触发条件
在802.16e协议中，切换请求可以由MS发起或由网络发起。
当MS在移动时由于信号衰落，干扰水平等因素的影响，需要改变连接的BS以获得更好的信号强度，此时MS触发切换。切换判决条件：当前服务基站在时间Td 内的平均CINR值小于门限值Ta。
当网络超负荷或发现此MS能从附近负载较小的基站处获得更高的宽带或更好的QoS时，网络会触发切换。切换判决条件：当前服务基站在时间Td内的有效空闲容量[2]小于门限值Tb。
2.2 路由状态预判断
服务BS在切换准备时对切换后的路由状态做预判断，不仅提供路由状态值作为目标基站决策算法的考虑因素，优化了选择过程，还可在切换后省略路由判断过程，直接建立相应的数据链路，使切换耗时减低。
用户A与B在通信过程中准备切换，服务BS利用 HO-Req消息将用户目的IP发送给候选BS，候选BS收到消息后，检查本地是否纪录有该IP值，并利用HO-Rsp消息将路由判断结果告知服务BS。路由状态预判断过程不仅需要查询候选BS处是否记录有用户目的IP，还需要查询目标网关和Anchor网关，看是否有记录。因此，路由预判断需要定义候选BS、候选网关和Anchor网关之间的查询消息HO-IP-Req和HO-IP-Rsq。
候选基站检查本地是否记录有用户目的IP，有以下两种情况：
（1）如果有目的IP地址记录，表示用户切换到候选BS后与目的用户形成BS本地路由，并在HO-Rsp消息中打上BS标记。
（2）如果在候选BS中没有找到目的IP地址记录，那么候选BS必须请求候选网关和Anchor网关查询目的IP地址记录。
从候选BS到候选网关，到Anchor网关的HO-IP-Req消息中，不管前一网元是否有修改对应的网元标记，本网元都需要进行本网元路由状态判断，且只修改对应的网元标记，不做其他信息的保存。最后候选BS收到的HO-IP-Rsp消息中会有多个网元标记值为“1”，此时按照顺序依次查看，先候选BS，次候选网关，最后是Anchor网关。如果某级网元的标记为“1”，则表示能形成本级网元的本地路由，无需继续查看；如果各级网元标记都为“0”，则此用户切换到该候选BS后只能与目的用户形成常规路由。
2.3 目标基站决策算法
3 结语
该文介绍了一种可实施的WiMAX网络切换优化方法。方案运用与IEEE802.16e规范一致的切换触发流程，并基于WiMAX本地路由技术设计了路由状态预判断方法和目标基站决策算法。下一步的工作方向是如何在异构无线网络共存的环境中应用优化的切换方案。
参考文献
[1] 王岩，潘甦.WiMAX系统本地路由技术研究[D].南京邮电大学，2012.
[2] 王佳京.移动WiMAX网络的小区切换方案研究[D].上海交通大学硕士学位论文，2008.
[3] WiMAX Forum Network Architecture Architecture Tenets， Reference Model and Reference Points Base Specification WMF-T32-001-R015v01 WiMAX Forum? Approved （2009-11-21）.