m基于自适应门限软切换的3G和Wifi垂直切换算法的matlab仿真
1.算法概述
这里还是考虑位置信息和强度联合切换判决的方法,如果你的设备没法提供具体的位置信息的话,那么就把位置信息的权值设置为0。强度判决的权值设置为1即可。
需要传输的数据格式如下:
一个字节为8个bit,
因此,一个传输帧,基本格式为:
S | 16bit长度的节点需要 | 8bit长度的数据类型 | 64bit长度的数据内容 | #
其中“S”对应的ASCII码为01010011
“#”对应的ASCII码为0010 0011
这里,我们将数据帧结构的产生做如下的设置,
即每次发送一帧数据,然后每过N帧,发送一帧带有位置信号作为数据的帧数据。
目前的算法流程如下:
第1,预先设置切换处理延迟时间t和能量强度门限值T;
第2,分别对3G网络和WIFI网络的信号能量进行计算;
第3,根据传输得到的数据帧中提取对应的位置信号;
第4,判决:
如果计算能量均小于T,那么不进行切换,保持原来的状态;
如果其中一个超过门限值,一个没有超过没限制,那么切换到对应能量大的网络上;
如果两个能量值均大于门限值,那么再做如下的判决:
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如果3G网络的信号强度大于WIFI网络的信号强度,系统首先接入到3G网络,然后在时间t之后,即完成3G的连接之后,断开与WIFI的连接,完成从WIFI到3G网络的切换。
同样道理,如果WIFI网络的信号强度大于3G网络的信号强度,系统首先接入到WIFI网络,然后在时间t之后,即完成WIFI的连接之后,断开与3G的连接,完成从3G到WIFI网络的切换。当3G网络和WIFI信号强度接近的时候,则维持在原先的网络进行数据的传输,并进行切换处理。由于信号能量强度会出现各种变化的情况,比如当3G信号强度突然大于WIFI的信号强度(假设网络的信号强度是不变,而外部的干扰发生突然改变),并持续一段时间,然后此时,设置距离3G网络更近些,因此当出现这种情况的时候,设备不应该发生突然的切换。
根据这个问题,本算法加入了位置信号的判决:
2.仿真效果预览
MATLAB2022A仿真结果:
3.核心MATLAB预览
................................................... %产生信号 %S | 16bit长度的节点需要 | 8bit长度的数据类型 | 64bit长度的数据内容 | # %其中“S”对应的ASCII码为: 01010011 %“#”对应的ASCII码为 : 0010 0011 X = 0; Y = 0; FRAME = []; %切换处理延迟时间t t = 20; %能量强度门限值T T = 8; PER = 10;%每10帧加入I个位置信息 for i = 1:N figure(1); plot(X3g,Y3g,'--rs','LineWidth',2,'MarkerEdgeColor','k','MarkerFaceColor','r','MarkerSize',10); text(X3g+2,Y3g+2,'3G Device'); hold on plot(Xwf,Ywf,'--rs','LineWidth',2,'MarkerEdgeColor','k','MarkerFaceColor','g','MarkerSize',10); text(Xwf+2,Ywf+2,'WIFI Device'); %S | 16bit长度的节点需要 | 8bit长度的数据类型 | 64bit长度的数据内容 | # %S S = [0,1,0,1,0,0,1,1]; %16bit长度的节点需要 Index = func_dec2bin(i,16); %8bit长度的数据类型 Type = [0,0,1,1,0,0,1,1]; %字节数 Nums = [0,0,0,0,1,1,1,1]; %64bit长度的数据内容 if mod(i,10) == 2 i %模拟简单的运动 X = X + (7 + rand(1,1))/10; Y = Y + (4 + 6*rand(1,1))/10; Xbin = func_dec2bin(X,32); Ybin = func_dec2bin(Y,32); Data = [Xbin,Ybin]; else Data = (rand(1,64)>=0.5); end %# J = [0,0,1,0,0,0,1,1]; %产生最后发送的帧格式数据 tmps = [S,Index,Type,Nums,Data,J]; FRAME= [FRAME,tmps]; plot(X,Y,'--rs','LineWidth',2,'MarkerEdgeColor','k','MarkerFaceColor','y','MarkerSize',10); text(X+2,Y+2,'User Device'); axis([0,120,0,120]); drawnow; hold off end X0 =[]; Y0 =[]; X =[]; Y =[]; %% %开始切换算法 f1 = zeros(1,N); f2 = zeros(1,N); f = zeros(1,N); f0 = zeros(1,N); CUT = zeros(1,N); lemda1 = 0.6; lemda2 = 1 - lemda1; %初始状态假设为3G网络 STATE = zeros(1,N);%1:3G;2:WIFI STATE(1) = 2; count = 0; for i = 1:N i %模拟环境影响损耗,用随机的方式产生 EnvLoss3g = 15 + randn; EnvLosswf = 12 + 4*randn; %将接收到的数据保存到寄存器中 Reg = FRAME(length(tmps)*(i-1)+1:length(tmps)*i); %检测S,来识别是否是帧的起始位 for j = 1:length(Reg) if Reg(1) == S(1) && Reg(2) == S(2) && Reg(3) == S(3) && Reg(4) == S(4) &&... Reg(5) == S(5) && Reg(6) == S(6) && Reg(7) == S(7) && Reg(8) == S(8) flag = 1;%说明检测到帧了 else flag = 0;%说明没有检测到帧 end end %如果检测帧头了,则开始位置信息的计算 if i > 1 if flag == 1 %获得序列序号 INDEXbin = Reg(9:9+15); INDEXdec = func_bin2dec2(INDEXbin); if mod(INDEXdec,10) == 2 %转换为十进制 X0 = Reg(33+8:33+31+8); Y0 = Reg(65+8:65+31+8); X = func_bin2dec(X0); Y = func_bin2dec(Y0); else %转换为十进制 X0 = X0; Y0 = Y0; X = func_bin2dec(X0); Y = func_bin2dec(Y0); end %***************************************************************************** %计算3G距离 L3g= sqrt((X - X3g)^2 + (Y - Y3g)^2); %计算WIFI距离 Lwf= sqrt((X - Xwf)^2 + (Y - Ywf)^2); %距离切换 if Lwf >= L3g & STATE(i-1) == 1 f2(i) = 0;%3G -> WIFI end if Lwf >= L3g & STATE(i-1) == 2 f2(i) = 1;%WIFI -> WIFI end if Lwf < L3g & STATE(i-1) == 1 f2(i) = 1;%3G -> 3G end if Lwf < L3g & STATE(i-1) == 2 f2(i) = 0;%WIFI -> 3G end %计算3G能量 %计算当前位置3G信号能量的衰减,慢衰减 %快衰减,这里暂时不考虑快衰减 Loss3g = func_Power_Attenuation_3G(Fre_wf,Lwf,EnvLoss3g); %计算信号能量 POWER_3G = Power_3g - Loss3g; %计算WIFI能量 %计算当前位置WIFI信号能量的衰减,慢衰减 %快衰减,这里暂时不考虑快衰减 Losswf = func_Power_Attenuation_WIFI(Fre_3g,L3g,EnvLosswf); %计算信号能量 POWER_WIFI = Power_wf - Losswf; %***************************************************************************** %切换判决 %如果计算能量均小于T,那么不进行切换,保持原来的状态; if (POWER_3G < T & POWER_WIFI < T) f1(i) = 1;%3G->WIFI end %如果其中一个超过门限值,一个没有超过没限制,那么切换到对应能量大的网络上; if (POWER_3G < T & POWER_WIFI >= T) & STATE(i-1) == 2 f1(i) = 0;%WIFI->WIFI end %如果其中一个超过门限值,一个没有超过没限制,那么切换到对应能量大的网络上; if (POWER_3G < T & POWER_WIFI >= T) & STATE(i-1) == 1 f1(i) = 1;%3G->WIFI end %如果其中一个超过门限值,一个没有超过没限制,那么切换到对应能量大的网络上; if (POWER_3G >= T & POWER_WIFI < T) & STATE(i-1) == 2 f1(i) = 1;%WIFI->3G end %如果其中一个超过门限值,一个没有超过没限制,那么切换到对应能量大的网络上; if (POWER_3G >= T & POWER_WIFI < T) & STATE(i-1) == 1 f1(i) = 0;%3G->3G end %如果其中一个超过门限值,一个没有超过没限制,那么切换到对应能量大的网络上; if (POWER_3G >= T & POWER_WIFI >= T) & (POWER_3G > POWER_WIFI) & STATE(i-1) == 1 f1(i) = 0;%3G->3G end %如果其中一个超过门限值,一个没有超过没限制,那么切换到对应能量大的网络上; if (POWER_3G >= T & POWER_WIFI >= T) & (POWER_3G > POWER_WIFI) & STATE(i-1) == 2 f1(i) = 1;%WIFI->3G end %如果其中一个超过门限值,一个没有超过没限制,那么切换到对应能量大的网络上; if (POWER_3G >= T & POWER_WIFI >= T) & (POWER_3G <= POWER_WIFI) & STATE(i-1) == 1 f1(i) = 1;%3G->WIFI end %如果其中一个超过门限值,一个没有超过没限制,那么切换到对应能量大的网络上; if (POWER_3G >= T & POWER_WIFI >= T) & (POWER_3G <= POWER_WIFI) & STATE(i-1) == 2 f1(i) = 0;%WIFI->WIFI end %计算最后的切换值 f(i) = lemda1*f1(i) + lemda2*f2(i); %引入软切换判决 if i > t Check(i) = mean(f(i-t+1:i)); Check2 = mean(Check(i-t+1:i)); f0(i) =(sign(Check2-0.3)+1)/2; else Check(i) = mean(f(1:i)); Check2 = mean(Check(1:i)); f0(i) =(sign(Check2-0.3)+1)/2; end else %如果没有检测当前的帧头信息,则保持原切换状态 f(i) = f(i-1); f0(i) = f(i); end %计算累计切换次数 if f0(i) ~= f0(i-1) count = count + 1; end Ttmps(i) = 0.5*max(POWER_3G,POWER_WIFI); if i > t T = mean(Ttmps(i-t+1:i)); else T = mean(Ttmps(1:i)); end end %统计累积切换次数 CUT(i) = count; end 01_087_m