Femtocell是放置在家庭環(huán)境中的無(wú)線接入設(shè)備，借助于固定寬帶接入作為其回程網(wǎng)絡(luò)，由網(wǎng)絡(luò)側(cè)的Femtocell網(wǎng)關(guān)匯聚并提供標(biāo)準(zhǔn)的面向移動(dòng)核心網(wǎng)的接口，工作于授權(quán)頻段，發(fā)射功率較小，覆蓋半徑也較小，能有效緩解無(wú)線帶寬的緊張情況。

    當(dāng)用戶從一個(gè)Femtocell切換到Macrocell時(shí)，如果能夠盡可能地減少不必要的切換，并且能夠支持無(wú)縫切換時(shí)，用戶將感受不到業(yè)務(wù)的中斷。用DL SIT和數(shù)據(jù)包的丟失數(shù)來(lái)評(píng)估切換過(guò)程。在現(xiàn)今的3GPP標(biāo)準(zhǔn)中，硬切換流程同樣能夠適用于從Femtocell到Macrocell的切換過(guò)程。切換過(guò)程中將下行鏈路的數(shù)據(jù)從源基站發(fā)送到目標(biāo)基站能有效減少包丟失。
    參考文獻(xiàn)[1]中提出了一種無(wú)縫切換的方案。UE(User Equipment)將所有滿足切換的目標(biāo)小區(qū)羅列起來(lái)，維持一個(gè)動(dòng)態(tài)的目標(biāo)小區(qū)列表。如果目標(biāo)小區(qū)列表不是空的，那么在切換之前UE將數(shù)據(jù)發(fā)送給所有包含在目標(biāo)小區(qū)列表中的小區(qū),以減少下行鏈路的服務(wù)中斷時(shí)間。但是由于目標(biāo)小區(qū)列表可能會(huì)很龐大，并且可能存在不必要切換的問(wèn)題(例如終端從A小區(qū)切換到B小區(qū)后，又迅速地切換到小區(qū)C),這種方案會(huì)消耗大量的緩存空間。
    綜合上述所有因素,本文基于對(duì)現(xiàn)行3GPP標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行較少的修改的原則，提出一種方案減少切換過(guò)程中的DL SIT。相比于參考文獻(xiàn)[1]中提出的方案，本文提出的方案首先可以避免不必要的切換，并且在切換已經(jīng)激活的時(shí)候才觸發(fā)數(shù)據(jù)多播過(guò)程,因此能夠有效地節(jié)約緩存空間。
    在標(biāo)準(zhǔn)3GPP提供的切換過(guò)程中，一旦切換的觸發(fā)條件得到滿足，源eNodeB/HeNodeB將會(huì)向核心網(wǎng)中的MME(Mobility Management Entity)發(fā)送切換請(qǐng)求，繼而MME向目標(biāo)eNodeB/HeNodeB發(fā)送切換請(qǐng)求。如果目標(biāo)基站接受本次切換，則發(fā)送切換請(qǐng)求確認(rèn)信息到MME，繼而MME發(fā)送切換命令到源基站。源基站接收到切換命令后，將會(huì)發(fā)送RRC(Radio Resource Control)連接重配置指令到UE，該指令攜帶UE切換所需的相關(guān)信息。同時(shí)源基站還會(huì)將接收/發(fā)送的數(shù)據(jù)包的序列號(hào)信息發(fā)送到目標(biāo)基站。此后源基站開始將從核心網(wǎng)接收到下行數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)給目標(biāo)基站。當(dāng)用戶成功地訪問(wèn)了目標(biāo)小區(qū)后，UE發(fā)送RRC連接重配置完成指令以指示切換成功。此后，UE可以恢復(fù)上行數(shù)據(jù)包的發(fā)送。如果從源基站轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)包已經(jīng)成功到達(dá)目標(biāo)基站，則下行數(shù)據(jù)發(fā)送也可以恢復(fù)；否則，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包到目標(biāo)基站時(shí)，才恢復(fù)下行數(shù)據(jù)包的發(fā)送。當(dāng)UE成功附著到目標(biāo)小區(qū)后，目標(biāo)小區(qū)將改變下行數(shù)據(jù)鏈路，即SGW(Serving Gateway)直接下發(fā)數(shù)據(jù)到目標(biāo)小區(qū)，而不再是先下發(fā)到源小區(qū)，再由源小區(qū)轉(zhuǎn)發(fā)到目標(biāo)小區(qū)。最后目標(biāo)小區(qū)通知源小區(qū)釋放資源。
1 切換的優(yōu)化全局描述
    優(yōu)化的切換流程如圖1所示。當(dāng)MME接收到來(lái)自源小區(qū)的切換請(qǐng)求時(shí)，MME將會(huì)決定目標(biāo)小區(qū)，并且向目標(biāo)小區(qū)發(fā)送切換請(qǐng)求。當(dāng)目標(biāo)小區(qū)接收到切換請(qǐng)求時(shí)，為了防止進(jìn)行不必要的切換，首先判斷本次切換是不是不必要切換。

    如果是不必要切換(假設(shè)終端從A小區(qū)切換到B小區(qū)后，又迅速地切換到小區(qū)C)，且不必要切換的次數(shù)已經(jīng)達(dá)到門限值，小區(qū)B則向MME回復(fù)切換拒絕信息，并且包括推薦的目標(biāo)小區(qū)C。同時(shí)基站B增加Hys(Hysteresis Parameter）和TTT(Trigger Time Parameters)，并向基站C發(fā)送信息，指示小區(qū)C減小Hys和TTT，增加Ocn。終端重新測(cè)量后將會(huì)向小區(qū)C發(fā)起切換請(qǐng)求。
　一段時(shí)間后，如果基站B判決在新的切換參數(shù)下，在很短的時(shí)間內(nèi)發(fā)生不必要切換的概率很小，或是不必要切換的次數(shù)在門限值內(nèi)，則基站B指示基站A停止上報(bào)狀態(tài)報(bào)告。
　　如果本次切換不是不必要切換，則目標(biāo)基站向MME反饋切換請(qǐng)求確認(rèn)信息。MME收到該信息后通知源基站，并且向SGW發(fā)送多播請(qǐng)求。此后SGW將同時(shí)把下行數(shù)據(jù)包發(fā)送給源小區(qū)和目標(biāo)小區(qū)。目標(biāo)小區(qū)將維持一個(gè)接收緩存器來(lái)存儲(chǔ)這些下行數(shù)據(jù)。這里不再通過(guò)MME發(fā)送數(shù)據(jù)包的序列號(hào)信息到目標(biāo)小區(qū)，也不再通過(guò)SGW轉(zhuǎn)發(fā)下行數(shù)據(jù)包到目標(biāo)小區(qū)，取而代之的是源小區(qū)將在RRC連接重配置信息中包含數(shù)據(jù)包序列號(hào)狀態(tài)并發(fā)送給UE。當(dāng)UE在源小區(qū)中去附著之后，將直接丟棄接收到的數(shù)據(jù)包。當(dāng)UE同步到目標(biāo)小區(qū)后，UE將會(huì)發(fā)送攜帶數(shù)據(jù)包序列號(hào)狀態(tài)的RRC連接重配置完成信息給目標(biāo)小區(qū)。根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)包序列號(hào)狀態(tài)信息,目標(biāo)小區(qū)立即判斷下一個(gè)要發(fā)送的數(shù)據(jù)包的序列號(hào),并且同時(shí)開啟上行和下行數(shù)據(jù)發(fā)送。此后,目標(biāo)小區(qū)將重新使用在標(biāo)準(zhǔn)中定義的指令來(lái)停止SGW的多播發(fā)送。
    因?yàn)榍袚Q過(guò)程中沒(méi)有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，當(dāng)UE在源小區(qū)去附著之后，到達(dá)源小區(qū)的數(shù)據(jù)包如果沒(méi)有在目標(biāo)小區(qū)中緩存將會(huì)丟失。在后面的仿真中將會(huì)看到丟失包的數(shù)目很小。事實(shí)上針對(duì)實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)這種包丟失現(xiàn)象可以忽略不計(jì)。
2 性能指標(biāo)分析
    從DL SIT和包丟失數(shù)兩方面來(lái)分析優(yōu)化的切換方案。對(duì)于包丟失數(shù)，能夠估計(jì)出為避免切換中的包丟失所需要的緩存大小N。這樣的分析方法可以適用于從Macrocell切換到Femtocell，或從Femtocell切換到Macrocell時(shí)的情形。
    兩個(gè)實(shí)體之間的延遲D按如下定義：DeNB,MME和DeNB,SGW具有同樣的分布，且是關(guān)于隨機(jī)變量x的函數(shù)。DHeNB,MME和DHeNB,SGW具有同樣的分布，且是關(guān)于隨機(jī)變量y的函數(shù)。從UE接收到RRC連接重配置信息到目標(biāo)小區(qū)接收到RRC連接重配置完成信息的這段時(shí)間稱為切換執(zhí)行時(shí)間，用變量DHO_exec表示，是關(guān)于隨機(jī)變量h的函數(shù)。MME與SGW之間的時(shí)間延遲很小，可忽略不計(jì)。
 

　    從圖3可以看出，隨著E[y]的增加，丟包數(shù)會(huì)增加，但是即使E[y]增加到150 ms時(shí)候，包丟失的數(shù)目也不超過(guò)5個(gè)。

    本文提出了一種基于數(shù)據(jù)多播的改進(jìn)的Femto-macro切換方案，仿真結(jié)果顯示優(yōu)化切換方案與3GPP的標(biāo)準(zhǔn)切換方案相比，在減少DL SIT和包丟失數(shù)方面都得到了可觀的改善。
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