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摘 要：异构无线网络能够满足无线网络通信容量急速增长的需求，其具有容量高、覆盖深、成本低、能效高和负载均衡等优点。本文首先对异构无线网络移动性管理性能指标进行了介绍，然后对移动台在异构网络间的切换方式进行分析，并对异构无线网络移动性管理关键技术进行详细探究，以期保障网络运行稳定性。
关键词：性能指标；移动台切换；移动性管理
中图分类号：TN929.5 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）18-0254-02
1 引 言
由于移动用户的迅猛增长，移动流量呈现爆炸性上升，与此同时，用户需要更好的移动服务、更快速的速率、更丰富的业务以及更好的移动性管理。现如今，无线网络容量需求的提升推动了移动通信网络部署的高度密集化，同时新的基站类型不断出现。但是，更加密集的网络部署使得小区间的嵌套更加严重，亟需采取有效的移动管理对策，保障网络运行正常。
2 异构无线网络移动性管理性能指标
在异构无线网络移动性管理和优化之前，需要确定合适的系统或网络性能指标，以便于比较不同设计和资源分配方案的优劣。若性能指标选取不恰当，网络资源的分配和优化找不到正确的方向，网络的实际性能就不佳。网络性能的评估指标可以粗略的分为两类：QoS（Quality of Service，服务质量）指标和QoE（Quality of Experience，体验质量）指标。
2.1 QoS指标
QoS指标包括带宽、信道速率和时延等面向物理网络性能的客观指標。对照“信源—信道—信宿”的简化通信模型，QoS指标反映了信道的服务质量，而在异构网络资源管理的研究中，其主要反映了网络的服务质量。对网络而言，比较重要的两个网络客观性能指标为中断/覆盖概率和频谱效率。在异构网络中，网络接入点和通信信道数量较多，用户的业务服务质量取决于在特定时延下用户获得的应用层数据速率，则异构网络的中断概率不仅与SINR有关，还要受到其他因素的影响，如网络负载和用户接入冲突等。所以在异构网络中，“中断”可以定义为没有一个基站（网络接入点）或一组基站能够提供给用户大于确定阈值的通信速率。传统网络中另一个重要客观性能指标就是频谱效率，其单位是bit/s/Hz，但在超密集异构网络中，一个更好的指标是区域频谱效率，即将频谱效率根据小区进行归一化处理，单位是bit/s/Hz/cell。当然，还有其他一些比较重要的QoS指标，如吞吐量、能耗和吞吐量-能量效率（组合指标），其本质上都与SINR、网络负载和拥塞情况有关。
2.2 QoE指标
QoE是一种面向用户主观体验，以用户认可和偏好程度为标准评价网络服务的指标。在“信源-信道-信宿”的简化通信模型，QoE体现了信宿对通信服务的感受。提升用户的体验质量是通信系统的一个明确目标，也是当前研究的一个热点问题。用户的QoE指标没有QoS指标直观，也没有明确的物理单位。对QoE的建模的方法主要有：①两类别法。用户打分，将QoE分为可接受与不可接受。②成对比较法。即用户对样本数据两两进行比价，记录比较结果，用Bradley-Terry-Luce（BTL）模型处理数据，得到最终的样本平分。③MOS（Mean Opinion Score，平均评估分值）。MOS是由国际电信联盟（ITU）提出的，将主观的QoE感受分为五个级别：优、良、中、次、劣。④QoS-QoE映射。针对不同业务类型，将主观QoE建模为某一个或多个客观QoS参数的函数。ITU-T和ITU-R联合设立的专家组对视频、音频、文件质量进行标准化及性能测试，得到了MOS与QoS之间的映射关系。
3 移动台在异构网络间的切换
3.1 切换流程以及网络层信令
3.1.1 宏小区下的异构场景
宏小区下的异构场景如图1所示。
在宏基站Macro的部署下，在其上部署低功率节点，为用户提供更大的覆盖范围和更大的系统容量，移动用户测试其信道质量并根据设定的切换准则判断是否执行切换。
3.1.2 切换流程
具体的切换过程如下。
（1）用户连接到一个小区（CellA）。
（2）无线环境发生变化，用户需要进行切换。
（3）基站给用户发送对目标小区（CellB）的测量指令。
（4）用户执行相关的小区测量，并向当前服务小区（CellA）上报测量结果。
（5）网络对用户上报的测量结果进行评估，并进行相应的切换判决。
（6）为保证用户服务的连续性，服务小区（CellA）需要与目标小区（CellB）进行数据转发以及缓存控制。
（7）服务小区（CellA）将切换指令发送给用户。
（8）用户执行小区切换过程。
（9）完成切换后，用户向当前服务小区（CellB）发送切换成功的消息。
整个切换过程可以分为以下三个不同的阶段。
阶段一：A3事件的进入条件满足之前。
阶段二：A3事件的进入条件满足之后，用户成功接收切换命令之前。
阶段三：用户成功接收切换命令之后，用户成功发送切换成功消息之前。
3.2 异构网络切换摸型
基于宏基站网络模型中研究异构网络中低功率节点如图2所示。在图3中介绍一个切换触发（HO）方位和切换失败（HF）方位的模型，这一模型由3GPP仿真得出。切换触发方位和切换失败方位形成两个同心圆。
研究切换成功概率和乒乓效应，这里用单个移动终端进行分析。UE开始位于宏小区，按照固定的轨迹移动到微小区覆盖范围内，成功切换到微小区后继续运动并再次一切换到宏小区。由于移动终端朝着微小区覆盖范围运动，切换失败的方位在切换触发方位的外面。 切换时间包括触发时间TTT、切换准备时间、切换执行时间。在此处只考虑TTT。宏小区的切换时间设为Tm，微小区的切换时间设为TP，在这段切换时间内，移动终端所行驶的距离为VTm和VTP。
切换场景中，移动终端沿着某一轨迹运动，当到达微小区覆盖范围时，切换被触发。在切换未完成之前发生RLF和PDCCH失败将会导致整个切换失败，且切换失败会被计数在终端未运动满VTm和VTP距离之前就进入切换失败圈或移出微小区覆盖范围。根据终端移动过程，大致分为三种情况：宏小区终端（MUE）未切换概率、宏小区终端（MUE）切换成功概率和微小区终端（PUE）切换失败概率。
3.2.1 MUE未切换概率
在这一进程中，MUE在TTT结束之前穿越微小区覆盖范围，微小区服务质量下降，MUE将不进行切换，建立数学模型并进行概率推算，得到结果见公式（1）。
3.2.2 MUE成功切换概率
根据切换理论和对数学模型的分析，通过对比TTT时间内终端行走距离和轨迹与圆相交的弦的情况计算MUE成功切换的概率，见公式（2）。
3.2.3 PUE成功切换概率
PUE是移动终端从微小区覆盖范围移动到宏小区，基于已建立模型，PUE成功切换条件是vTp 4 异构无线网络移动性管理关键技术
在研究移动性管理时，大部分的精力集中于TTT参数和A3参数的优化设置。另外，移动用户的状态估计也是重要的方面，精准的移动用户状态估计能极大提高切换成功率且减小乒乓效应。
4.1 TTT的优化设置
TTT参数对于切换影响非常大，TTT参数设置过大，则切换失败率高，设置过小又会存在较大的乒乓效应，所以，设置合理的TTT参数的对于良好的切换性能非常重要，在特定的场合下，可以通过仿真得出适合此场景的最佳TTT值。
4.2 A3参数的优化设置
设置A3参数时，移動终端检测到目标小区的链路功率比服务小区链路功率大，且大于某一常数值所引入的参数，这一参数主要判定目标小区是否接入。对于特定场景，设置合理的A3参数值能提高切换效率。
4.3 移动用户状态估计的优化算法
精准的UE速度估计能有效增强切换，为移动用户提供更加优质的服务。这里提出一种基于在小区内停留时间的移动终端速度估计方案。
5 结 语
综上所述，无线网络异构性逐渐提升，移动性管理难度越来越大，对此，应该从移动性管理机制入手，明确管理性能指标，然后构建完善的移动性管理框架，这样才能够适应无线网络发展趋势。
参考文献
[1]杨 琼，胡 静，夏玮玮.异构网络融合场景下车联网的移动性管理和资源管理[J].电信科学，2015，31（9）：60～65.
[2]赵 聪，郭 伟.泛在无线网络统一化位置管理架构[J].制造业自动化，2011，33（9）：136～139.
[3]田 野，王文东.移动互联网中的网络技术[J].中兴通讯技术，2013，19（6）：13～18.
收稿日期：2018-5-25
关键词：性能指标；移动台切换；移动性管理
中图分类号：TN929.5 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）18-0254-02
1 引 言
由于移动用户的迅猛增长，移动流量呈现爆炸性上升，与此同时，用户需要更好的移动服务、更快速的速率、更丰富的业务以及更好的移动性管理。现如今，无线网络容量需求的提升推动了移动通信网络部署的高度密集化，同时新的基站类型不断出现。但是，更加密集的网络部署使得小区间的嵌套更加严重，亟需采取有效的移动管理对策，保障网络运行正常。
2 异构无线网络移动性管理性能指标
在异构无线网络移动性管理和优化之前，需要确定合适的系统或网络性能指标，以便于比较不同设计和资源分配方案的优劣。若性能指标选取不恰当，网络资源的分配和优化找不到正确的方向，网络的实际性能就不佳。网络性能的评估指标可以粗略的分为两类：QoS（Quality of Service，服务质量）指标和QoE（Quality of Experience，体验质量）指标。
2.1 QoS指标
QoS指标包括带宽、信道速率和时延等面向物理网络性能的客观指標。对照“信源—信道—信宿”的简化通信模型，QoS指标反映了信道的服务质量，而在异构网络资源管理的研究中，其主要反映了网络的服务质量。对网络而言，比较重要的两个网络客观性能指标为中断/覆盖概率和频谱效率。在异构网络中，网络接入点和通信信道数量较多，用户的业务服务质量取决于在特定时延下用户获得的应用层数据速率，则异构网络的中断概率不仅与SINR有关，还要受到其他因素的影响，如网络负载和用户接入冲突等。所以在异构网络中，“中断”可以定义为没有一个基站（网络接入点）或一组基站能够提供给用户大于确定阈值的通信速率。传统网络中另一个重要客观性能指标就是频谱效率，其单位是bit/s/Hz，但在超密集异构网络中，一个更好的指标是区域频谱效率，即将频谱效率根据小区进行归一化处理，单位是bit/s/Hz/cell。当然，还有其他一些比较重要的QoS指标，如吞吐量、能耗和吞吐量-能量效率（组合指标），其本质上都与SINR、网络负载和拥塞情况有关。
2.2 QoE指标
QoE是一种面向用户主观体验，以用户认可和偏好程度为标准评价网络服务的指标。在“信源-信道-信宿”的简化通信模型，QoE体现了信宿对通信服务的感受。提升用户的体验质量是通信系统的一个明确目标，也是当前研究的一个热点问题。用户的QoE指标没有QoS指标直观，也没有明确的物理单位。对QoE的建模的方法主要有：①两类别法。用户打分，将QoE分为可接受与不可接受。②成对比较法。即用户对样本数据两两进行比价，记录比较结果，用Bradley-Terry-Luce（BTL）模型处理数据，得到最终的样本平分。③MOS（Mean Opinion Score，平均评估分值）。MOS是由国际电信联盟（ITU）提出的，将主观的QoE感受分为五个级别：优、良、中、次、劣。④QoS-QoE映射。针对不同业务类型，将主观QoE建模为某一个或多个客观QoS参数的函数。ITU-T和ITU-R联合设立的专家组对视频、音频、文件质量进行标准化及性能测试，得到了MOS与QoS之间的映射关系。
3 移动台在异构网络间的切换
3.1 切换流程以及网络层信令
3.1.1 宏小区下的异构场景
宏小区下的异构场景如图1所示。
在宏基站Macro的部署下，在其上部署低功率节点，为用户提供更大的覆盖范围和更大的系统容量，移动用户测试其信道质量并根据设定的切换准则判断是否执行切换。
3.1.2 切换流程
具体的切换过程如下。
（1）用户连接到一个小区（CellA）。
（2）无线环境发生变化，用户需要进行切换。
（3）基站给用户发送对目标小区（CellB）的测量指令。
（4）用户执行相关的小区测量，并向当前服务小区（CellA）上报测量结果。
（5）网络对用户上报的测量结果进行评估，并进行相应的切换判决。
（6）为保证用户服务的连续性，服务小区（CellA）需要与目标小区（CellB）进行数据转发以及缓存控制。
（7）服务小区（CellA）将切换指令发送给用户。
（8）用户执行小区切换过程。
（9）完成切换后，用户向当前服务小区（CellB）发送切换成功的消息。
整个切换过程可以分为以下三个不同的阶段。
阶段一：A3事件的进入条件满足之前。
阶段二：A3事件的进入条件满足之后，用户成功接收切换命令之前。
阶段三：用户成功接收切换命令之后，用户成功发送切换成功消息之前。
3.2 异构网络切换摸型
基于宏基站网络模型中研究异构网络中低功率节点如图2所示。在图3中介绍一个切换触发（HO）方位和切换失败（HF）方位的模型，这一模型由3GPP仿真得出。切换触发方位和切换失败方位形成两个同心圆。
研究切换成功概率和乒乓效应，这里用单个移动终端进行分析。UE开始位于宏小区，按照固定的轨迹移动到微小区覆盖范围内，成功切换到微小区后继续运动并再次一切换到宏小区。由于移动终端朝着微小区覆盖范围运动，切换失败的方位在切换触发方位的外面。 切换时间包括触发时间TTT、切换准备时间、切换执行时间。在此处只考虑TTT。宏小区的切换时间设为Tm，微小区的切换时间设为TP，在这段切换时间内，移动终端所行驶的距离为VTm和VTP。
切换场景中，移动终端沿着某一轨迹运动，当到达微小区覆盖范围时，切换被触发。在切换未完成之前发生RLF和PDCCH失败将会导致整个切换失败，且切换失败会被计数在终端未运动满VTm和VTP距离之前就进入切换失败圈或移出微小区覆盖范围。根据终端移动过程，大致分为三种情况：宏小区终端（MUE）未切换概率、宏小区终端（MUE）切换成功概率和微小区终端（PUE）切换失败概率。
3.2.1 MUE未切换概率
在这一进程中，MUE在TTT结束之前穿越微小区覆盖范围，微小区服务质量下降，MUE将不进行切换，建立数学模型并进行概率推算，得到结果见公式（1）。
3.2.2 MUE成功切换概率
根据切换理论和对数学模型的分析，通过对比TTT时间内终端行走距离和轨迹与圆相交的弦的情况计算MUE成功切换的概率，见公式（2）。
3.2.3 PUE成功切换概率
PUE是移动终端从微小区覆盖范围移动到宏小区，基于已建立模型，PUE成功切换条件是vTp
在研究移动性管理时，大部分的精力集中于TTT参数和A3参数的优化设置。另外，移动用户的状态估计也是重要的方面，精准的移动用户状态估计能极大提高切换成功率且减小乒乓效应。
4.1 TTT的优化设置
TTT参数对于切换影响非常大，TTT参数设置过大，则切换失败率高，设置过小又会存在较大的乒乓效应，所以，设置合理的TTT参数的对于良好的切换性能非常重要，在特定的场合下，可以通过仿真得出适合此场景的最佳TTT值。
4.2 A3参数的优化设置
设置A3参数时，移動终端检测到目标小区的链路功率比服务小区链路功率大，且大于某一常数值所引入的参数，这一参数主要判定目标小区是否接入。对于特定场景，设置合理的A3参数值能提高切换效率。
4.3 移动用户状态估计的优化算法
精准的UE速度估计能有效增强切换，为移动用户提供更加优质的服务。这里提出一种基于在小区内停留时间的移动终端速度估计方案。
5 结 语
综上所述，无线网络异构性逐渐提升，移动性管理难度越来越大，对此，应该从移动性管理机制入手，明确管理性能指标，然后构建完善的移动性管理框架，这样才能够适应无线网络发展趋势。
参考文献
[1]杨 琼，胡 静，夏玮玮.异构网络融合场景下车联网的移动性管理和资源管理[J].电信科学，2015，31（9）：60～65.
[2]赵 聪，郭 伟.泛在无线网络统一化位置管理架构[J].制造业自动化，2011，33（9）：136～139.
[3]田 野，王文东.移动互联网中的网络技术[J].中兴通讯技术，2013，19（6）：13～18.
收稿日期：2018-5-25