海洋互聯(lián)網(wǎng)中岸基網(wǎng)絡(luò)與船舶基站切換方法

許彬楠， 姜?jiǎng)倜鳎?孟小鈺， 戴 璐

（上海海事大學(xué)信息工程學(xué)院，上海201306）

0 引 言

隨著人類在海洋環(huán)境中的活動(dòng)范圍越來(lái)越大以及人類對(duì)海洋保護(hù)和海洋安全意識(shí)的不斷提高，發(fā)展海洋互聯(lián)網(wǎng)成了一種迫切的需要。海洋互聯(lián)網(wǎng)是由岸基網(wǎng)絡(luò)（Shore-based Network，SN）、無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)（Wireless Ad Hoc Network，WANET）、高空平臺(tái)（High Altitude Platform， HAP）和衛(wèi)星系統(tǒng)（Satellite Technology，SAT）［1］等重要系統(tǒng)組成。其中，岸基網(wǎng)絡(luò)主要是由海事無(wú)線電和移動(dòng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)相融合的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，它可以為近岸航道上的船舶提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。以海上船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)（AutomaticIdentificationSystem，AIS）搭建的岸基網(wǎng)絡(luò)能夠提供岸與船之間的信息交流、提供船舶的位置信息［2］，并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)船與岸之間的實(shí)時(shí)監(jiān)控和信息傳輸［3］。岸基網(wǎng)絡(luò)下的船舶在移動(dòng)過(guò)程中，移動(dòng)船舶（Mobile Ship，MS）有可能會(huì)發(fā)生小區(qū)切換，該切換與陸上切換的區(qū)別在于，陸地上的一個(gè)切換是一個(gè)移動(dòng)設(shè)備和一個(gè)基站的關(guān)系，一次切換只影響一個(gè)用戶。而船舶與岸基基站之間的切換是一個(gè)船舶基站與一個(gè)岸基基站的關(guān)系，一個(gè)船舶可能有上百甚至上千人，所以這樣的一個(gè)切換會(huì)產(chǎn)生很大的影響，再加上海洋環(huán)境變化的不確定性，船舶發(fā)生切換時(shí)船舶用戶無(wú)法像陸地用戶一樣享用各種實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，因此為移動(dòng)船舶選擇一個(gè)合適的目標(biāo)基站變得極為重要。對(duì)于現(xiàn)有的硬切換、軟切換以及接力切換等切換方法，以及對(duì)于現(xiàn)有切換方式中的基于簡(jiǎn)單加權(quán)和（SimpleAdditiveWeighting，SAW）的多屬性決策、基于逼近理想解排序法（Technique for Order Preferenceby Similarity to Ideal Solution，TOPSIS）、基于代價(jià)函數(shù)和基于距離優(yōu)先級(jí)判定的目標(biāo)岸基基站（Target Base Station，TBS）選擇算法而言，選擇何種切換方法以及如何為MS選擇最優(yōu)的TBS并制定合適的切換觸發(fā)準(zhǔn)則成為海洋互聯(lián)網(wǎng)所面臨的挑戰(zhàn)。

移動(dòng)通信系統(tǒng)的主流技術(shù)包括LTE和WiMAX技術(shù)。對(duì)比LTE技術(shù)，在價(jià)格上，WiMAX所使用的多數(shù)頻段都是免費(fèi)的，而且其設(shè)備成本較低，這可為岸基網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模的鋪設(shè)節(jié)約很多成本［4］。當(dāng)船舶離海岸大于25 km時(shí)，可以使用LTE通信鏈路來(lái)傳輸完整的實(shí)時(shí)測(cè)深數(shù)據(jù)。相反，對(duì)于岸基網(wǎng)絡(luò)中5 ～25 km范圍內(nèi)的近岸船舶而言通常直接與岸基基站連接［5］，而且WiMAX 具有覆蓋面積大，數(shù)據(jù)率高等優(yōu)點(diǎn)，因此WiMAX是直連方案的不錯(cuò)選擇，所以本文對(duì)WiMAX切換技術(shù)進(jìn)行研究。

文獻(xiàn)［5］中證實(shí)了WiMAX可以作為可靠、安全且具有成本效益的海上通信運(yùn)營(yíng)商。文獻(xiàn)［6］中描述了基于多度量標(biāo)準(zhǔn)的WiMAX 切換算法，通過(guò)已接收和已發(fā)送流量、吞吐量、語(yǔ)音抖動(dòng)、延遲以及信噪比等參數(shù)對(duì)WiMAX網(wǎng)絡(luò)中的目標(biāo)基站進(jìn)行選擇。文獻(xiàn)［7］中提出了一種通過(guò)優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)選擇的WiMAX 硬切換算法，該算法中的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)會(huì)根據(jù)當(dāng)前服務(wù)基站所廣播的鄰居基站負(fù)載信息以及距離信息對(duì)要接入的基站進(jìn)行選擇，雖然改善了通信性能，但是距離信息并不能作為目標(biāo)基站的主要判決條件。文獻(xiàn)［8］中提出了移動(dòng)WiMAX網(wǎng)絡(luò)中由服務(wù)基站控制的目標(biāo)基站快速選擇方案，算法根據(jù)當(dāng)前服務(wù)基站從鄰居基站中選擇目標(biāo)基站，通過(guò)快速選擇使整體的切換時(shí)延減少，充分保證了通信的有效性和可靠性。文獻(xiàn)［9］中通過(guò)使用時(shí)間和基于位置的移動(dòng)性配置文件，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)可以在切換過(guò)程中提高掃描時(shí)間，增強(qiáng)切換掃描性能。文獻(xiàn)［10］中提出了一種適用于海洋網(wǎng)絡(luò)的多跳軟切換方案，算法中對(duì)2 個(gè)性能最好的基站注冊(cè)，其中一個(gè)作為通信基站，另一個(gè)為備份基站，以保證切換過(guò)程中不發(fā)生鏈接中斷的情況，相比硬切換這種軟切換方案可以提高切換時(shí)的通信性能，由于該文獻(xiàn)中對(duì)切換判決條件的設(shè)置過(guò)于單一，因此性能提高并不十分顯著。以上文獻(xiàn)均是以WiMAX切換技術(shù)為背景的切換算法研究，通過(guò)對(duì)比不同的切換算法，或是在相同算法的基礎(chǔ)上對(duì)目標(biāo)基站的選擇方式以及切換觸發(fā)條件進(jìn)行改進(jìn)來(lái)保證算法的可靠性，最終目的都是為了提高WiMAX切換時(shí)的通信性能。

為解決岸基網(wǎng)絡(luò)中MS發(fā)生基站切換時(shí)與岸基基站之間數(shù)據(jù)傳輸能力低、數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中丟包率過(guò)高以及請(qǐng)求數(shù)據(jù)包的時(shí)延過(guò)長(zhǎng)等問(wèn)題所導(dǎo)致的通信鏈路穩(wěn)定性低，通信質(zhì)量差等現(xiàn)象，本文對(duì)陸地移動(dòng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)的WiMAX軟切換方法方法加以改進(jìn)，通過(guò)在TBS選擇階段考慮MS與鄰居基站（Neighbour Base Station，NBS）的載波與干擾和噪聲比（Carrier to Interference plus Noise Ratio，CINR）、距離、服務(wù)質(zhì)量（Quality of

Service，QoS）、提供服務(wù)類型4 個(gè)指標(biāo)，提出了一種基于層次分析法（Analytic HierarchyProcess，AHP）的TBS選擇算法，該算法可以根據(jù)上述所制定的4 個(gè)指標(biāo)的權(quán)重值獲得最能滿足MS 服務(wù)需求的岸基基站，目的是為了最大限度地滿足船舶中大量用戶的多種通信服務(wù)。結(jié)合該算法以及制定的切換觸發(fā)準(zhǔn)則，本文提出了岸基網(wǎng)絡(luò)與船舶基站切換（Shore-based Network and Ship Base station Handover，SN-SBSH）算法。該算法不僅解決了岸基網(wǎng)絡(luò)中MS 切換時(shí)的TBS 選擇問(wèn)題，還進(jìn)一步解決了MS切換時(shí)延長(zhǎng)、數(shù)據(jù)丟包率高等問(wèn)題，提高了船舶移動(dòng)過(guò)程中與岸基基站的網(wǎng)絡(luò)連通性，也進(jìn)一步提高了MS中用戶的通信服務(wù)質(zhì)量，充分保障了用戶的服務(wù)需求。

1 岸基網(wǎng)絡(luò)與船舶基站切換模型

岸基網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景如圖1 所示。

圖1 岸基網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景圖［1］

近岸船舶可以直接與岸基基站通信，遠(yuǎn)距離船舶則需要借助近岸船舶作為中繼船舶與岸基基站建立通信鏈接。其中，HMS1為正在自西向東移動(dòng)的船舶，為保證與岸基網(wǎng)絡(luò)的通信，該船舶需要與岸基基站發(fā)生基站切換。岸基網(wǎng)絡(luò)中MS采用基站切換的一大優(yōu)勢(shì)是，移動(dòng)船舶和岸基基站可以借助AIS 在切換過(guò)程發(fā)生前事先獲取雙方的位置信息，不需要再發(fā)送獲取位置信息的數(shù)據(jù)包。利用這一優(yōu)勢(shì)，可以解決在測(cè)距活動(dòng)中因發(fā)送定位數(shù)據(jù)包而造成的切換時(shí)延過(guò)大的問(wèn)題，通過(guò)減少切換時(shí)延，加速切換進(jìn)程，SN-SBSH 算法就是在此基礎(chǔ)之上進(jìn)行的。

本文主要將WiMAX 軟切換中的宏分集切換（Macro Diversity Handover，MDHO）機(jī)制應(yīng)用于岸基網(wǎng)絡(luò)中。它的工作模式為，通信節(jié)點(diǎn)先切換至新的基站建立通信鏈接后，再斷開與原來(lái)基站的通信鏈接。在岸基網(wǎng)絡(luò)中，MS執(zhí)行基站切換包含以下3 個(gè)階段：首先，MS要偵聽NBS的信息，將滿足條件的NBS作為備選NBS并存儲(chǔ)在指定的NBS 列表中，該階段被稱為NBS獲取階段；其次，MS要對(duì)NBS列表中獲取的NBS進(jìn)行判決，根據(jù)一定的算法條件，MS從NBS列表中選擇出最合適的一個(gè)NBS作為TBS接入，此時(shí)，MS與當(dāng)前服務(wù)基站（Current Service Base Station，CSBS）和TBS同時(shí)連接，該階段被稱為目標(biāo)岸基基站選擇階段，簡(jiǎn)稱TBS 選擇階段；最后，當(dāng)MS 與CSBS 和選定的TBS滿足切換觸發(fā)準(zhǔn)則時(shí)，MS 斷開與CSBS 的連接，完成切換過(guò)程。

在TBS選擇階段的算法模型中，AHP是對(duì)一些較為復(fù)雜的和模糊的問(wèn)題作出決策的簡(jiǎn)易方法，其主要步驟如下［11］：

步驟1建立層次結(jié)構(gòu)模型。

步驟2構(gòu)造判決矩陣。構(gòu)造關(guān)于目標(biāo)層M 與準(zhǔn)則層C的判斷矩陣，本文所研究的目標(biāo)層為TBS 選擇，準(zhǔn)則層為CINR值、QoS、用戶通信代價(jià)和提供服務(wù)類型。表1 為判斷矩陣重要程度表。

表1 判斷矩陣重要程度表

步驟3一致性檢驗(yàn)。為保證各元素重要度之間的協(xié)調(diào)性，避免出現(xiàn)Ⅰ比Ⅱ重要，Ⅱ比Ⅲ重要，而Ⅲ又比Ⅰ重要這樣的矛盾情況出現(xiàn)，要對(duì)判決矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。

計(jì)算判決矩陣的特征向量對(duì)應(yīng)的最大特征值，用于計(jì)算一致性指標(biāo)CI，查找相對(duì)應(yīng)的一致性指標(biāo)RI，進(jìn)而計(jì)算出一致性比率CR：

式中：λmax為判決矩陣的特征向量對(duì)應(yīng)最大特征值；CI值用于調(diào)整判決矩陣完全一致性的程度；RI為平均隨機(jī)一致性指標(biāo)取值的判決矩陣。對(duì)應(yīng)的取值見(jiàn)表2。

表2 一致性指標(biāo)取值表

若CR ＜0.1，則認(rèn)為判斷矩陣的一致性可以被接收，否則需要對(duì)判斷矩陣進(jìn)行修正。

步驟4計(jì)算權(quán)重。通過(guò)一致性檢驗(yàn)后，利用算數(shù)平均法求得各指標(biāo)的權(quán)重值：

式中，i、j分別為判斷矩陣的行和列。

2 SN-SBSH算法

在傳統(tǒng)MDHO中，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)會(huì)根據(jù)搜索到的所有導(dǎo)頻的強(qiáng)度，基于接收信號(hào)碼功率（Received Signal Code Power，RSCP）和接收信號(hào)強(qiáng)度指示符（Received Signal Strength Indication，RSSI）計(jì)算Ec／N0（Ec／N0＝RSCP／RSSI）的值［9］，通過(guò)其值來(lái)判定是否進(jìn)行切換。借助傳統(tǒng)MDHO算法原理，通過(guò)TBS選擇算法模型為MS執(zhí)行最優(yōu)TBS 選擇，以保證新接入的岸基基站可以為MS提供完備的服務(wù)，并在切換觸發(fā)階段制定了相應(yīng)的切換觸發(fā)準(zhǔn)則。

2.1 基于AHP的TBS選擇過(guò)程

（1）層次結(jié)構(gòu)模型，如圖2 所示。

圖2 TBS選擇層次結(jié)構(gòu)模型［11］

（2）準(zhǔn)則層C的判斷矩陣見(jiàn)表3。

表3 準(zhǔn)則層C判斷矩陣

（3）構(gòu)造方案層P 相對(duì)于準(zhǔn)則層C 中各指標(biāo)的判斷矩陣見(jiàn)表4。

表4 方案層P相對(duì)于準(zhǔn)則層C中指標(biāo)的判斷矩陣

（4）計(jì)算得到權(quán)重矩陣并選出最優(yōu)方案（見(jiàn)表5、6）。

表5 權(quán)重矩陣

表6 方案層權(quán)重值

在上述基于AHP的TBS 選擇算法中，當(dāng)NBS＿1、NBS＿2、NBS＿3 被列為可選岸基基站時(shí)，計(jì)算得到的權(quán)重值為

MS將根據(jù)最大權(quán)重值ω1對(duì)應(yīng)的岸基基站NBS＿1作為TBS 接入，以保證MS 與判決得到的最優(yōu)的岸基基站建立鏈接。

2.2 切換觸發(fā)準(zhǔn)則

當(dāng)移動(dòng)臺(tái)在基站之間頻繁、快速地執(zhí)行越區(qū)切換時(shí)，就會(huì)發(fā)生“乒乓效應(yīng)”，產(chǎn)生“乒乓效應(yīng)”的主要原因在于移動(dòng)臺(tái)在相鄰小區(qū)間的移動(dòng)性。由于陸地蜂窩小區(qū)呈現(xiàn)蜂窩狀分布，用戶相對(duì)于基站的位置和方向的可變性是相對(duì)較大的，當(dāng)用戶在短時(shí)間內(nèi)相對(duì)于某一基站的位置和方向發(fā)生快速變化時(shí)會(huì)受到其他基站與該基站信號(hào)強(qiáng)弱的交替變化，因此用戶會(huì)在兩基站之間來(lái)回切換，一次切換只會(huì)影響到一個(gè)用戶。而船舶在海上是沿著特定航道航行的，船舶相對(duì)于岸基基站的位置和方向在短時(shí)間內(nèi)并不會(huì)產(chǎn)生明顯的變化，因此船舶移動(dòng)產(chǎn)生“乒乓效應(yīng)”的可能性相對(duì)陸地用戶而言是相對(duì)較小的。由于一次切換會(huì)影響到船舶上的所有用戶，因此為了保證切換的穩(wěn)定，船舶在切換時(shí)設(shè)定了切換驅(qū)動(dòng)因子，只有當(dāng)船舶與當(dāng)前服務(wù)基站的接收信號(hào)強(qiáng)度低于切換啟動(dòng)閾值，而且可選目標(biāo)基站的接收信號(hào)強(qiáng)度與CINR值比當(dāng)前服務(wù)基站的接受信號(hào)強(qiáng)度與CINR值大于一個(gè)數(shù)值足夠高的切換驅(qū)動(dòng)因子時(shí)才可執(zhí)行切換。

在切換觸發(fā)前，需要持續(xù)對(duì)以下幾個(gè)性能指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，分別為：MS 與CSBS 下行信道單位時(shí)間內(nèi)的RSS為RSS＿CSBS；MS與NBS下行信道單位時(shí)間內(nèi)的RSS為RSS＿NBS；MS 的切換觸發(fā)門限值為MS＿TH；MS相對(duì)于NBS 信道狀態(tài)的驅(qū)動(dòng)因子為DBS＿Fuzzy。MS還要檢測(cè)與CSBS 和NBS 的CINR值，記為CINR＿CSBS和CINR＿NBS，并將其作為切換觸發(fā)的判決標(biāo)準(zhǔn)條件之一。當(dāng)滿足以下條件時(shí)MS 觸發(fā)切換：①CSBS的服務(wù)信號(hào)強(qiáng)度低于MS的切換觸發(fā)門限值；②MS 與某一NBS 的接收信號(hào)強(qiáng)度高于一個(gè)驅(qū)動(dòng)值；MS 與某一NBS的CINR始終高于固定閾值Tk；③MS 與某一NBS在單位時(shí)間內(nèi)的CINR 高于與CSBS 的CINR 值。相應(yīng)的表達(dá)式為：

2.3 切換流程

在完成2.2 小節(jié)的切換觸發(fā)判決過(guò)程后，根據(jù)以下步驟執(zhí)行切換。

步驟1MS首先從周圍岸基基站中選出RSS 最強(qiáng)的基站作為中央基站，記為CSBS；將MS 偵聽到的其他岸基基站作為NBS。

步驟2MS在移動(dòng)過(guò)程中，當(dāng)MS與某一NBS 的RSS滿足式（7）時(shí)，將該NBS 加入Diver1 列表中。在下一時(shí)刻，將NBS 分為兩類，一個(gè)是上一時(shí)刻不存在于Diver1 中的為A類，上一時(shí)刻存在于Diver1 中為B類。當(dāng)A類NBS滿足式（7）時(shí)，將該NBS 加入Diver1中，當(dāng)B類NBS 滿足式（8）時(shí)，將該NBS 從Diver1 中刪除，其中AT＿value和DT＿value分別為添加閾值和刪除閾值。表達(dá)式為：

步驟3MS在與CSBS通信的同時(shí)，根據(jù)本節(jié)2.1中所提出的基于AHP 的TBS 選擇算法，MS 還會(huì)從Diver1 中選出一個(gè)最優(yōu)NBS 作為TBS 并保持通信。當(dāng)滿足本節(jié)2.2 中所給出的切換觸發(fā)條件時(shí)，MS發(fā)起切換請(qǐng)求。

步驟4MS將選擇好的TBS 作為新CSBS 后，從原CSBS獲取該船舶的服務(wù)狀態(tài)信息，斷開與原CSBS的鏈接，并返回步驟2。

2.4 距離的計(jì)算方法

在上述提出的岸基網(wǎng)絡(luò)切換算法中，岸基網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)借助AIS基礎(chǔ)設(shè)施獲取了MS與岸基基站的位置信息，這里的位置信息是指經(jīng)緯度信息。由于海平面存在高低差異，岸基網(wǎng)絡(luò)中船舶與岸基基站的距離需要利用球面坐標(biāo)兩點(diǎn)之間的距離來(lái)求解。假設(shè)某一移動(dòng)船舶的緯度為φ1，經(jīng)度為θ1；某一岸基基站的緯度為φ2，經(jīng)度為θ2，地球半徑為R，具體計(jì)算公式如下：

3 SN-SBSH算法仿真

3.1 仿真場(chǎng)景描述

本文利用EXata仿真平臺(tái)，選取上海某深水港附近區(qū)域?yàn)楸尘?，搭建了一個(gè)80 km ×80 km 的仿真場(chǎng)景，該場(chǎng)景一共布設(shè)了4 個(gè)WiMAX岸基基站、14 艘船舶，路由器和文件服務(wù)器組成了陸地骨干網(wǎng)絡(luò)。船舶的移動(dòng)模型是從上海某深水港某區(qū)域船舶的真實(shí)移動(dòng)狀態(tài)中提取，船舶的移動(dòng)速率范圍在5 ～12 m／s，仿真時(shí)間為300 s，應(yīng)用類型為可變比特率VBR，該類型傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包大小為512 Byte，切換啟動(dòng)門限值為－78 dBm，仿真場(chǎng)景的詳細(xì)參數(shù)如下：場(chǎng)景大小80 km ×80 km，船舶數(shù)量為14，MAC 模型WiMAX，路由協(xié)議AODV，仿真時(shí)間，S-t ＝300 s，應(yīng)用類型VBR，發(fā)送數(shù)據(jù)包大小，S ＝512 Byte，發(fā)送功率，P ＝46 dBm，添加閾值，T-A ＝4 dB，刪除閾值，T-D ＝2 dB，切換啟動(dòng)門限值，H-S ＝－78 dBm，切換判決前門限值之差的保持時(shí)間，H-T ＝15 s，DCD／UCD 發(fā)送間隔，S-S ＝5 s，網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議IPv4，傳輸層協(xié)議UDP，路徑損耗模型Two ray，陰影衰落模型Constant，陰影衰落平均值2 dB，能量模型None，溫度，T ＝290 K。

仿真環(huán)境如圖3 所示，8 號(hào)船舶自西向東以8 m／s的航速通過(guò)上海某深水港區(qū)域，8 號(hào)船舶向陸上文件服務(wù)器6 發(fā)送數(shù)據(jù)，以此模擬移動(dòng)船舶的基站切換過(guò)程。

圖3 SN-SBSH算法仿真場(chǎng)景

3.2 仿真結(jié)果分析

從圖4（a）初始時(shí)刻的仿真結(jié)果中的綠色指向可以看出，船舶8 在移動(dòng)過(guò)程中與BS2、BS3、BS4均有探測(cè)請(qǐng)求，說(shuō)明船舶8 在保持與BS1連接的同時(shí)還在進(jìn)行TBS選擇過(guò)程。當(dāng)仿真進(jìn)行到270 s左右時(shí)，從圖4（b）的綠色指向可以看出，此時(shí)船舶8 已經(jīng)斷開與BS1的通信鏈接，僅有與BS2的通信指示，說(shuō)明船舶8 選擇將BS2作為切換后的目標(biāo)基站。通過(guò)吞吐量、端到端時(shí)延、丟包率以及抖動(dòng)4 個(gè)參數(shù)來(lái)觀察整個(gè)切換過(guò)程中船舶8 與岸基基站的通信性能。最終得到的用于衡量船舶8 切換時(shí)的通信性能的4 個(gè)參數(shù)指標(biāo)的值如表7 所示。

表7 仿真參數(shù)結(jié)果

圖4 （a） 初始時(shí)刻的仿真場(chǎng)景圖

圖4 （b） 207 s時(shí)刻的仿真場(chǎng)景圖

為驗(yàn)證船舶8 切換時(shí)在SN-SBSH 算法的TBS 選擇階段與最優(yōu)岸基基站接入，以及該切換算法可以提升岸基網(wǎng)絡(luò)中MS 發(fā)生切換時(shí)與岸基基站的通信性能，在仿真中將MS 分別與BS2、BS3、BS4連接后網(wǎng)絡(luò)的通信性能指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并且與傳統(tǒng)MDHO算法設(shè)為對(duì)照，得出了以下結(jié)果。

如圖5 所示，通過(guò)對(duì)兩種切換算法的吞吐量結(jié)果對(duì)比可知，船舶8 無(wú)論與哪一個(gè)NBS 接入，SN-SBSH算法的吞吐量都明顯高于傳統(tǒng)MDHO 算法。從傳統(tǒng)MDHO算法的結(jié)果可以看出，船舶8 發(fā)生切換時(shí)與BS3的吞吐量最高，而且采用SN-SBSH 算法的船舶8在切換時(shí)與BS3的吞吐量仍為最高，其吞吐量值為6 328.6 bit／s，但該值與表8 中得出的吞吐量結(jié)果并不相吻合，可見(jiàn)船舶8 切換后與接入的基站并不是BS3而是BS2。雖然船舶8 切換時(shí)與BS2的吞吐量性能不是最優(yōu)的，但是經(jīng)過(guò)岸基基站選擇階段后BS2一定是最能滿足船舶8 服務(wù)需求的基站，與傳統(tǒng)MDHO算法比較可以看出該算法提高了船舶8 切換時(shí)與岸基基站單位時(shí)間內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸能力。

圖5 不同算法下吞吐量對(duì)比

由圖6 可知，采用SN-SBSH算法得到的端到端時(shí)延明顯低于傳統(tǒng)MDHO 算法。該算法通過(guò)增加切換判決條件來(lái)提高切換判決過(guò)程中MS啟動(dòng)切換的準(zhǔn)確性，一定程度上避免了“乒乓效應(yīng)”，提高了MS的切換效率，進(jìn)而保證了MS 發(fā)生切換時(shí)與岸基基站通信的穩(wěn)定。從圖中還可以看出，當(dāng)船舶8 切換至新岸基基站后，采用傳統(tǒng)MDHO算法時(shí)與BS3的端到端時(shí)延是最低的，而SN-SBSH算法中船舶8 與BS2的端到端時(shí)延最短，其中SN-SBSH算法與BS2的端到端時(shí)延值為0.121 7 s，與表8 中所得出的結(jié)果相對(duì)應(yīng)，說(shuō)明所提出算法加快了切換過(guò)程中數(shù)據(jù)包的傳輸速率。

圖6 不同算法下端到端時(shí)延對(duì)比

由圖7 可見(jiàn)，采用SN-SBSH算法的丟包率要低于傳統(tǒng)MDHO算法。當(dāng)船舶8 與BS2和BS3連接時(shí)，所提出算法的丟包率可以降低約為傳統(tǒng)MDHO 算法的一半，很大程度上降低了切換過(guò)程中的數(shù)據(jù)包丟失，增強(qiáng)了數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，更好地滿足了岸基網(wǎng)絡(luò)中用戶的通信需求。采用傳統(tǒng)MDHO 算法時(shí)與BS3的丟包率是最低的，而采用SN-SBSH 算法時(shí)船舶8 與BS2的丟包率是最低的，丟包率為14.5%，該結(jié)果與表8中丟包率的數(shù)據(jù)結(jié)果相吻合，證實(shí)了船舶8 切換后與最優(yōu)岸基基站BS2接入。

圖7 不同算法下丟包率對(duì)比

圖8 中船舶8 與BS2的抖動(dòng)值與表8 中數(shù)據(jù)結(jié)果相一致，同樣可以證明船舶8 切換后與BS2接入。綜合上述圖5 ～8 的分析，從吞吐量、端到端時(shí)延、丟包率和抖動(dòng)的數(shù)據(jù)結(jié)果可以看出，當(dāng)船舶發(fā)生基站切換時(shí)，船舶8 采用傳統(tǒng)MDHO 算法時(shí)與BS3的通信性能是最優(yōu)的，而所提出的SN-SBSH 算法選擇與BS2接入，雖然船舶8 與BS3的吞吐量的結(jié)果要優(yōu)于BS2，但是BS2所能給MS提供的服務(wù)需求BS3無(wú)法滿足。與傳統(tǒng)MDHO 算法相比，MS 發(fā)生基站切換時(shí)吞吐量顯著提升，丟包率降低，端到端時(shí)延明顯降低。該統(tǒng)計(jì)結(jié)果證明了數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中的穩(wěn)定，保障了切換過(guò)程中網(wǎng)絡(luò)的連通性，還證實(shí)了基于AHP的TBS選擇算法是可行的，MS 可以選出最優(yōu)的鄰居基站并與其建立連接，很大程度上提高了MS與岸基基站的通信質(zhì)量。

圖8 不同算法下抖動(dòng)對(duì)比

4 結(jié) 語(yǔ)

在海洋互聯(lián)網(wǎng)背景下，本文提出了一種針對(duì)岸基網(wǎng)絡(luò)的SN-SBSH 算法。該算法充分利用了岸基網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)在切換發(fā)生前獲取岸基網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下移動(dòng)船舶和岸基基站的位置信息，減少了切換過(guò)程中不必要的信息傳輸，很大程度上降低了切換過(guò)程中的信道負(fù)載。在TBS選擇階段根據(jù)AHP 計(jì)算出的鄰居基站權(quán)重值為MS確定能夠滿足其自身通信需求的目標(biāo)岸基基站，通過(guò)設(shè)定合適的切換觸發(fā)條件，降低了無(wú)關(guān)岸基基站干擾，減少了切換延遲，避免了不必要的切換，提高了切換的準(zhǔn)確性，進(jìn)一步改善了岸基網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)船舶發(fā)生基站切換時(shí)的通信性能，更好地滿足了船舶用戶的服務(wù)需求。