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：


------------------------------------------------------------------------------------------------


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

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