5G无线接入网络的异构切换技术研究
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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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