2024年3月10日发(作者：)

计算机系统应用　ｈｔｔｐ：，／、Ⅳｗ、ｖ．ｃ．Ｓ－ａ．ｏｒｇ．ｃａ　２０１２年第２１卷第２期　

基于ＩＥＥＥ８０２．１６ｅ　ＭＡＣ层的硬切换算　

邝月娟　，孟清　，杨贯中２，罗卓君　

ｆ湖南大众传媒职业技术学院网络传媒系，长沙４１０００５）　

（湖南大学软件学院，长沙４１０００５）　

摘要：ＩＥＥＥ８０２．１６ｅ提供了一种必选的切换模式．硬切换（ＨＯ）。分析了硬切换的缺点并结合协议本身规定的切　

换流程，提出了一种简单可行的切换算法。该算法减低了时延，保证了业务质量，提高了切换的成功率。理论　

分析表明该算法能保证ＭＳ良好的移动性能，安全性能的同时满足各业务对服务质量的要求。　

关键词：ＩＥＥＥ８０２．１６ｅ：硬切换ｊ时延；业务质量　

Ｈａｎｄｏｖｅｒ　Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　Ｂａｓｅｄ　Ｏｉｌ／ＶＩＡＣ　Ｏｆ　ＩＥＥＥ８Ｏ２．１６ｅ　

ＫＵＡＮＧ　Ｙｕｅ－Ｊｕａｎ　，ＭＥＮＧ　Ｑｉｎｇ　，ＹＡＮＧ　Ｇｕａｎ－Ｚｈｏｎｇ２，ＬＵＯ　Ｚｈｕｏ－Ｊｕｎ　

（Ｈｕｎａｎ　Ｍａｓｓ　Ｍｅｄｉａ　Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｃｈａｎｇｓｈａ　４１０００５，Ｃｈｉｎａ）　

（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｓｏｆｔｗａｒｅ，Ｈｕｎａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ　４１０００５，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＩＥＥＥ８０２．１　６ｅ　ｐｒｏｖｉｄｅｓ　Ｈａｎｄｏｖｅｒ　ｉｎ　ｍｏｄｅｓ　ｏｆ　ｓｗｉｔｈ．Ｂｙ　ａｎａｌｙｚｉｎｇ　ｔｈｉｓ　ｓｈｏｒｔｃｏｍｉｎｇ　ａｎｄ　ｈａｎｄｏｖｅｒ　ｐｒｏｃｅｓｓ，　

ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ａ　ｓｉｍｐｌｅ　ａｎｄ　ａ　ｆｅａｓｉｂｌｅ　ｈａｎｄｏｖｅｒ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｔｈａｔ　Ｃａｎ　ｒｅｄｕｃｅ　ｔｉｍｅ　ｄｅｌａｙ，ｆｕｌｆｉｌｌ　ｔｈｅ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｏｆ　ｓｅｒｖｉｃｅ　

ｎｄ　ｉａｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｐｒｏｂａｂｉｌｉｖｙ　ｏｆ　ｓｕｃｃｅｓｓ．Ｔｈｅ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｓｈｏｗｓ　ｔｈａｔ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｃａｎ　ｇｕａｒａｎｔｅｅ　ＭＳ’Ｓ　ｍｏｂｉｌｉｙ　ａｓｔ　ｗｅｌｌ　ａｓ　

ｎｅｔｗｏｒｋ　ｑｕａｌｉｙ　ｔｏｆ　ｓｅｒｖｉｃｅ．　

Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＩＥＥＥ８０２．１　６ｅ；Ｈａｎｄ　ｏｖｅｒ；ｔｉｍｅ　ｄｅｌａｙ；ＱｏＳ　

１　引言　

切换是指当移动台（ＢＳ）在通讯过程中从一个基　

站覆盖区移动到另一个基站覆盖区，或由于外界干扰　

而造成通话质量下降，或由于一个ＢＳ覆盖区内用户　

即移动台与原服务基站断开连接之后才开始与目标　

ＢＳ建立连接。硬切换的一个主要优点是在同一时刻，　

移动台只占用一个无线信道。硬切换的缺点是通信过　

程会出现短时的传输中断，因此硬切换在一定程度上　

会影响通话质量。另外，由于硬切换是“先断开，后连　

太多，无法保证所有用户正常使用，必须改变原有的　

信道而转接到一条新的空闲信道上去，以保持与网络　

的持续连接的过程。执行切换代价是很高的，因此必　

须避免不可必要的切换。ＩＥＥＥ８０．１６ｅ提供了自适应编　

码机制（ＡＭＣ），以适应每一个用户的信道质量，并　

接”，如在中断时间内受到干扰或切换参数设置不合理　

等因素的影响，会导致切换失败，引起掉话；当硬切　

换区域面积狭窄时，会出现新基站与原基站之间来回　

切换的“乒乓效应”，影响业务信道的传输。因此如何　

提供高传输速率和高频谱利用率，在一定的情况下减　

少了一些切换，但是在一些不能自调节的情况下还是　

的进行切换。ＩＥＥＥ８０．１６ｅ中规定了一种必选的切换模　

减少切换时延并保证通信质量成为硬切换的关键技　

术。文献【ｌ】和文献［２】主要介绍了ＩＥＥＥ８０２．１６ｅＭＡＣ层　

的切换技术，重点对ＭＡＣ层切换过程和实现方式进　

行了阐述，但并没有涉及切换算法和在切换中可能面　

临的问题进行分析；文献【３】虽然提出了一种软件实现　

式，简称ＨＯ（Ｈａｎｄｏｖｅｒ）及硬切换。ＩＥＥＥ８０．１６ｅ中　

规定必须支持的是硬切换。硬切换（ＨＯ）是指移动台　

从一个基站提供的空中接口转移到另一个基站提供的　

空中接口的过程。它的执行顺序是“先断开，后连接”，　

算法，但只是在控制切换算法上做出了一种简单的选　

择，没有考虑切换的时延和质量问题：文献【４】综合考　

①基金项目：湖南省教育厅课题资助项目（１０ｃｏ０８７），国家高技术研究发展计划（８６３）（２ｏ０９ＡＡ０ｌｏ３ｌ４）　

收稿时间：２０１０．１２－１６；收到修改稿时间：２０１１－０１－２６　

２０１２年第２ｌ卷第２期　ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｅ－ｓ－ａ．ｏｒｇ．ｃｎ　计算机系统应用　

虑系统对算法复杂度的要求，在切换触发和切换目标　

２．４切换取消　

选择上提出一种方案，减少了时延，保证了业务质量　

当终端或基站通过ＭＯＢ　ＭＳＨＯ　

＿

ＲＥＱ　

或

ＭＯＢ　

要求，但算法本身概念有些模糊，还是不知道具体是　

ＢＳＨＯ　ＲＥＱ消息开始切换过程后，终端可以在任意　

如何选择的。文献【５】使用了ＳＩＰ协议实现端到端的切　

时间内发送ＭＯＢ　ＨＯ　ＩＮＤ来取消切换。　

换，减少切换时延和丢包率，属于跨层研究。本文根　

２．５切换执行　

据切换流程，为了减少切换时延，保证切换业务质量　

切换判决完成后，ＭＳ开始进行真正的切换操作。　

和提高切换成功率提出了相应的算法，通过分析该算　

对于硬切换机制来说，执行切换操作时必须断开和原　

法简单可行。　

服务ＢＳ的链路连接，再和目标ＢＳ建立链路。ＭＳ发　

送ＭＯＢ　ＨＯ　ＩＮＤ消息，表示断开与原服务ＢＳ的连　

２切换流程　

接。此时原服务ＢＳ将关闭与此ＭＳ相关的所有连接、　

一

个完整的切换过程分为五个主要阶段：小区选　

删除与此ＭＳ相关的ＭＡＣ状态机和ＭＡＣＰＤＵ。　

择、切换请求、切换判决、切换取消和切换执行。　

２．１小区选择　

３切换算法　

ＩＥＥＥＳ０２．１６ｅ网络中，终端可以利用ＭＯＢ　

本节将根据切换流程，提出一种切换算法。在决　

ＮＢＲ－ＡＤＶ消息获得相临基站的信息，或者请求分配　

定何时进行越区切换时，首先是对信道质量进行测量。　

扫描间隙或休眠间隔对相邻基站进行扫描或测距，以　

衡量质量的两个主要参数是ＲＳＳＩ和ＣＩＮＲ。ＲＳＳＩ测量　

的是ＢＳ接受到ＭＳ信号的强度，当测量值低于规定门　

获得信道信息，链路信息，信号质量信息等。　

限时，启动切换。ＣＩＮＲ是接受机接受到的载波信号功　

２．２切换请求　

率和干扰信号功率的比值。如果测量的载干比低于规　

经过前面的小区选择阶段后，ＢＳ和ＭＳ（移动站　

定门限时就启动切换。下面我们根据切换流程来实现　

点）能够根据测量的结果对链路质量进行评估，一旦　我们的算法步奏。　

当前链路的电平或质量的测量值落到预先设置的门限　

３．１小区选择　

以下就启动切换。切换请求可以由ＭＳ发起也可以由　

ＭＳ对一或多个ＢＳ进行周期性的轮循和测量，获　

服务ＢＳ发起。若由ＭＳ发起切换请求，则ＭＳ经过小　

得相邻ＢＳ的性能参数。本算法主要考虑如下参数　

区选择阶段中的扫描、轮询和协商行为后，找出了一　

ｒｃｖ　ｒｓｓｉ、ｒＣＶ　ｃｉｒｔｒ、Ｌ、ｒｅｖ　ｌｏａｄ分别是接收到的信号　

组可用ＢＳ作为切换的候选对象，在此基础上发出ＭＳ　

的绝对强度。信噪比，ＭＳ与基站的距离和负载量。我　

请求消息（ＭＯＢ　

ＭＳＨＯ－－ＲＥＱ）

提供一个或多个可用

们可以利用ＩＥＥＥ８０２．１６的智能天线，利用上行同步技　

．

　

ＢＳ。若由ＢＳ发起切换，则原服务ＢＳ经过小区选择阶　

术，获得移动台信号传输的时间偏移，进而计算得到　

段后，获得了相邻ＢＳ的性能参数，并找出了一组可　

ＭＳ和ＢＳ之间的距离。如果Ｌ越大，说明在远离相应　

用ＢＳ作为切换的候选对象，在此基础上发出ＢＳ请求　

的基站，反之越近。根据距离，可以提醒基站做好断　

消息（ＭＯＢ　

开或连接的准备。当Ｌ超出服务ＢＳ的覆盖范围时将　

ＢＳＨＯ

．

Ｒ

．

ＥＱ）

提供一个或多个可用ＢＳ。为

　

了提高切换速度，也可以采取让原服务ＢＳ通过核心　

强制启动切换。　

３．２切换请求　

网把发起切换的ＭＳ及其部分信息告知给可用候选ＢＳ　

如果当前链路的ＲＳＳＩ或ＣＩＮＲ小于门限时，Ｌ　

的方法。为减轻网络的切换控制负载，建议ＭＳ发起　

大于门限时，ＭＳ发出切换请求，找出一组可用ＢＳ　

切换。所以本文算法主要考虑的是由ＭＳ发起的切换　

作为候选对象（ＦＣＶ　ｒｓｓｉ，ｒｃｖ　ｃｉｎｒ都大于门限值，Ｌ　

流程。　

小于门限值小于门限值），在此基础上ＭＳ发出请求　

２．３切换判决　

消（ＭＯＢ　ＭＳＨＯ　ＲＥＱ）。有时由于请求消息当中上　

当决定了终端要从服务基站切换到目标基站时，　

报的候选对象很多，并且很多都可以切换，不能判　

切换开始。依据一定的切换算法，如满足条件，目标　

断哪一个最好，无法做出选择而导致切换失败，主　

ＢＳ接受切换请求，为切换用户提供系统资源，ＭＳ建　

要是设置的门限太低，但是如果门限设置太高，又　

立与目标ＢＳ的连接，目标ＢＳ从原服务ＢＳ获取相关　会导致候选ＢＳ为数目Ｏ，因此要设置适当的门限　

的业务信息。若不满足切换判决条件，目标ＢＳ拒绝　

值。我们可以通过随机选择候选ＢＳ来减少选择时　

切换请求，则ＭＳ仍保持与原服务ＢＳ的连接。　

延，但这样不能保证业务质量，有可能出现乒乓效　

计算机系统应用　ｈｔｔｐ；／／ｗｗｗ．ｃ－ｓ－ａ．ｏｒｇ．ｃｎ　２０１２年第２１卷第２期　

应。因此我们在确定选择目标ＢＳ时提供了一种选择　

算法：令集合　表示每次侯选基站的集合，令Ａｉｉｋ　

表示ＭＳ在侯选基站集合为　，在某一段时问从　

８ｓ，切换到　的成功切换次数。则在相同候选时，　

基站之间在这段时间相互切换的情况构成一个的矩　

阵　且　

４ｌ　４２　…　４施　

Ｍｍ　＝　

ｌ　２　…　

４，ｌ　

那／ｚ，从　切换到ＢＳｊ的概率为　

．

：　

∑　。　

从，ｓｊ切换到　的概率为Ｐ

．

：　

型　。　这里　

∑：：　

不一定等于　腑．　．越大表示在侯选基站集合为　

时从当前ＢＳ，到候选ＢＳ　的成功概率越大，选择最大　

图ｌ各算法的平均等待时间比较　

４算法分析与总结　

ＩＥＥＥ８０２．１６ｅ要求具有较高的服务质量要求，为了　

保证服务质量，依据ＩＥＥＥ８０２．１６ｅ规定的切换流程，　

概率的基站在一定程度上可以避免乒乓效应提高切换　

成功率。但是我们在一段时间内总是选择那个概率最　

大的目标基站，就有可能导致目标基站的资源出现紧　

张的情况，因此也应该设置概率的门限值，避免资源　

紧张，加重基站切换负载。　

在目标基站的选择上我们的选择流程如下：　

本算法首先根据质量要求，进行切换请求，以此来保　

证业务的服务质量；又通过快速明确的选择目标基站，　

减少切换尝试次数，避免乒乓效应，提高切换的成功　

率；在空中传输的过程中选择距离短的，又节约了时　

间。并且还提供了缓存机制，减少了丢包率。这个过　

程简单可行。在一定程度上提高了数据传输的安全性。　

（１）从满足信号质量要求的候选基站中（ｒｃｖ　ｒｓｓｉ，　

ｒｃｖ　ｃｉｎｒ大于门限值，ｒｅｖ　１ｏａｄ小于门限值），如果　

的值小于门限值，选择最大的。　

（２）如果有多个相同的最大　

这样可以减少空中传输时间。　

（３）如果在规定的时间内还没有切换成功（由于所　

选基站负载太大或其它原因失败），则放弃选择此目标　

基站，从新按照算法选择剩余的候选基站，直至成功。　

选择Ｌ最短的，　

但是本算法在一些特别情况（如恶劣天气，冰灾，地　

震等）还存在一些缺陷，不能保证成功的切换，还有　

待进一步研究。下一步工作将在ＯＰＮＥＴ实验平台上，　

结合此算法进行仿真模拟。　

参考文献　

１　Ｗａｎｇ　ＧＹ，Ｓｏｎｇ　ＨＬ．Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ｈａｎｄｏｖｅｒ　Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｉｎ　

选择好切换的小区后就完成下面的流程步骤。　

３＿３判决条件　

如满足条件，目标ＢＳ接受切换请求，为切换用户　

提供系统资源，ＭＳ建立与目标ＢＳ的连接，目标ＢＳ　

ＩＥＥＥ８０２．１６ｅ　Ｓｙｓｔｅｍ．Ｊｏｕｎａｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＣＵＮ（Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　

Ｅｄｉｔｉｏｎ），２００６．　

２于娟，陈贤亮．基于ＩＥＥＥ８０２．１６ｅＭＡＣ层切换技术研究．广州　

通信技术，２ｏｏ８，２．　

３　Ｄｏｕ　ＨＬ．Ｍａ　Ｎ．Ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　Ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｈａｎｄｏｖｅｒ　

从原服务ＢＳ获取相关的业务信息。若不满足切换判　

决条件，目标ＢＳ拒绝切换请求，则ＭＳ仍保持与原服　

务ＢＳ的连接。　

３．４切换执行　

Ｐｒｏｃｅｓｓ　ｈａｓｅｄ　ｏｎ　ＩＥＥＥＳ０２．１６ｅ　Ｍｏｂｉｌｅ　Ｂｒｏａｄｂａｎｄ　恤ｌｅｓｓ　

Ａｃｃｅｓｓ　Ｎｅｔｗｏｒｋ．Ｂｒｏａｄ　Ｗｉｒｅｌｅｓｓ　Ａｃｃｅｓｓ，２００６．５．　

４　Ｌｕｏ　ＹＬ，Ｓｕｎ　Ｚｈｏｕ　ＪＨ．Ｈａｎｄｏｖｅｒ　Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｏｆ　Ｂｒｏａｄｂａｎｄ　

Ｗｉｒｅｌｅｓｓ　Ｍｏｂｉｌｅ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｎｅｔｗｏｒｋ．Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，　

２００８，２．　

断开和原服务ＢＳ的链路连接，再和目标ＢＳ建立　

链路。但是在切换的过程中，原服务ＢＳ应该缓存一　

些发往ＭＳ的数据，这样可以极大地减少数据丢包率，　

改善上层的业务连接性能。切换流程如图　１所示：　

５张巍巍，靳浩，张斌．基于８０２．１６接入的端到端切换机制研　

究．中国无线电，２００７．　

６刘波，安娜，黄旭林．ＷＩＭＡＸ技术与应用详解．北京：人民　

邮电出版社．　

２５４经验交流Ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅｓ　Ｅｘｃｈａｎｇｅ