专利名称：基于移动预测的群体切换方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及宽带无线通信领域，尤其涉及基于移动预测的群体切换方法及系统，可广泛应用于大型公共交通工具中的多业务群组移动用户的群体切换。
背景技术：
随着宽带无线通信的技术的日益增长，未来的宽带移动通信系统期待提供更高的数据传输速率、更广的信号覆盖范围并支持高速移动性。传统的切换方法通常采用各个用户终端不断扫描当前服务基站的无线信道的质量，当不能维持通信所需要的条件时将进行基站的重新选择，然后切换到相邻的信号强度较好的基站。在用户密集型的城市环境中，尤其是在大型公共交通工具移动过程中，其内所属的用户终端在切换的过程中目前切换存在的问题是 切换时过大的信令开销，切换延时，切换时数据包丢失导致切换时通信质量下降甚至导致掉话； 当前的切换策略没有做到在cinr(载波干扰噪声比)急速下降的时候，按照位置移动信息进行移动预测从而快速选出目标基站，从而在小区选择过程中耗时很大； 对于群体移动的多用户业务连接的切换，当和原服务基站断开连接，在切换重新进入目标基站过程中不能完整的保持每种业务的服务质量，这些问题都可能造成高速移动终端切换满意度下降。
在整个切换过程中，因为不同的业务有不同的要求，所以选择基于移动预测的群体切换方法，可以提高宽带无线接入系统的切换的性能。总之，无论是现在的3G，还是今后的B3G甚至4G无线通信系统中，由于对通信服务质量越来越高的要求和系统设计的复杂度，势必对切换技术的要求也越来越高，传统的切换机制需要被推翻进而采用提供QoS(服务质量)保证的设计思想。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于移动预测的群体切换方法及系统，以减少用户终端在切换时的延时时间和掉话率，提高切换过程中的通信服务质量。
为达到以上目的，本发明所采用的解决方案是 一种基于移动预测的群体切换方法，其主要步骤如下 在大型公共交通系统中安装有移动中继站，在其所服务的移动群体用户接收到向目标基站的切换请求或者自己主动发送切换请求后，中继站对相邻站点进行扫描，服务基站根据移动中继的信息预测得到相关群体用户终端的位置信息，选取出目标站点，然后服务基站通过后备网络和目标基站交互，目标站点为该群体的多业务用户配置无线信道的参数，所述的用户终端根据信道预配置的参数向目标站点进行群体切换。
进一步，还包括信道自借用策略，目标基站为群体切换用户动态分配资源，当资源不足时，通过从已建立的低优先级服务类型的连接中动态借用带宽进行资源配置。
还包括群体切换判决，目标基站的剩余带宽大于切换所需带宽，进行群体用户终端切换；否则计算非实时业务可以借用的带宽，若大于所需借用带宽，进行群体用户切换；否则计算实时业务可以借用的带宽，若可借用带宽的总数大于所需借用带宽，进行群体用户切换；否则群体切换中优先级较低的连接请求将被拒绝。
服务基站通过后备网络与目标基站交互的内容包括服务基站向目标基站提供移动用户终端在物理层和链路层的信道参数；目标基站通知服务基站子信道分配情况。
该服务基站预先获得移动用户终端的位置信息的方法为处于大型公共交通工具中的群体用户终端在通信状态下，通过不断的扫描通信系统的相邻基站来对用户终端进行位置信息和移动方向的获取。
建立一个移动历史数据库(Movement History Database，MHD)，存储大型公交工具上移动中继站的移动历史记录，确定用户终端的位置信息及移动方向，根据当前服务基站来确定下一个目标基站，得到群体用户的切换目标基站。
具体地，一般情况下，大型公共交通工具的移动路线是确定的，当前安装在大型公交系统中的移动中继站可为所服务的移动群体用户终端转发信息，当接收到的信号强度出发扫描后，移动中继站开始扫描相邻基站的无线信号强度；移动中继站点根据此公共交通工具的位置信息和移动方向根据移动历史数据库做出下一个目标基站的预测，并且根据群体用户终端的测量信息选择出最佳的候选站点作为切换的目标基站，并且服务基站通过后备网络通知目标基站关于此次群体切换的相关用户信息；目标基站接收到此次切换的群体用户的相关信息以后，根据预先获取的信息对切换的所需资源进行动态分配，如果信道资源不够则需要通过自信道借用方案来减小切换的阻塞率，并通过后备网络通知服务基站子信道分配情况。
本发明的整体系统主要包含位置信息单元、切换判决单元、信道借用及资源分配单元和信道配置单元。位置信息单元通过信号强度的检测得出沿着某固定路线高速移动的群体用户终端的位置并根据位置变化做出移动方向判决，并对照移动历史数据库找出此服务基站的下一个目标基站；切换判决单元根据所述的信号强度检测报告做出切换判决和根据位置信息单元的结果做出目标基站的选取，并来引导管理整个切换过程；信道借用及资源分配单元是选取的目标基站通过后备网络获得群体用户终端的相关信息，如果没有足够的信道资源来提供给切换用户，则目标基站需要进行信道借用，并根据与服务基站的信息交互进行子信道重新分配；信道配置单元根据服务基站的用户终端信道使用情况，由目标基站对分配的子信道进行重新的无线信道参数配置。
由于采用了上述方案，本发明具有以下特点本发明中，服务基站和目标基站通过后备网络交互信息，同时采用信道自借用策略为切换群体提供信道资源分配，使整个切换过程大大节约了切换延时时间和减少了切换的阻塞和掉话，保重了切换过程中的通信质量和切换质量。
图1是基于移动预测的群体用户切换系统结构框图； 图2是移动预测结果框图； 图3是基于移动预测的群体用户切换流程图；
具体实施例方式 以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。
本发明中处于大型公共交通工具中的群体用户终端在不同基站之间的切换时，根据位置信息变化和移动预测，简化目标基站重选过程，优化连接的重新建立过程，直接按照当前的信息为多业务用户终端进行信道配置，以达到群体用户快速切换的过程。
以全体终端用户从当前服务基站A切换到目标基站B为例，实施例中的群体切换方法如下所示，包括如下步骤 在扫描状态过程中，群体用户终端所在的移动中继站点连续测量邻近小区的信号并在一个给定的时间内根据TOA(time of arrival信号到达时间)和TDOA(time difference of arrival到达时间差)的位置定位算法得到用户终端所在的位置信息和移动方向，移动中继站结合移动历史数据库和通过信道强度检测在候选的邻居基站中选择最佳小区并将之作为目标小区，服务基站A将通过后备网络将当前移动中继站内的群体用户情况告知目标基站B。
切换到目标基站B的请求前提在于，用户终端在向目标基站B切换之前，服务基站和目标小区的基站通过后备骨干网络进行相关信道参数的交互，如果没有足够的信道提供给切换用户使用，则目标小区对此系统下的大量用户终端进行信道借用和信道的重新预分配，为将来大量用户终端的切换后重新入网提供保障，并将信道借用和分配情况通知服务基站。
用户终端接收到当前服务基站A发送来的关于目标基站B的无线信道预分配情况及相关参数信息，根据服务进展发送的配置信息转变物理层的无线信道参数。用户终端通过配置的信道参数完成切换后重新入网的过程。
与现有技术相比，上述流程中主要就是通过移动预测快速选出目标小区，然后通过后备网络的信息交互，目标小区进行切换所需要的信道的分配以及配置，并将信道配置情况通知服务基站A，如果没有足够资源给群体用户切换使用，则通过信道借用策略从已存在的服务链接中获取部分信道资源，进而通知到参与切换的所有群体用户，使整个切换过程大大节约了切换延时时间和减少了切换的阻塞和掉话，保重了切换过程中的通信质量和切换质量。
这种带移动预测的群体切换为宽带无线通信系统带来了信道利用率高，切换掉话率低，切换算法简单，较轻的信令负荷等优点。基于移动预测的群组切换方法主要就是一种切换入网的信道预分配和配置的方案，具体实施步骤如下 在本发明中，当此大型公交工具沿着固定的移动路线移动到某小区边缘地区触发扫描请求后，移动中继站点通过扫描相邻小区获得信号参数，并将之报告给当前服务基站A，移动中继站是通过大量无线用户终端发送的信道参数进行统计，在连续的定位过程中经过这一段时间的累积和计算，不断计算移动终端报告的数据信息和信号强度等，进行位置信息的测量和移动方向的预测判断。定位方法如下所示 移动中继站点可以对一系列的基站进行监听，并测量出每一对信号到达时间的差。例如，如果有三个基站则可得出两个独立的TDOA的测量值。每一个TDOA的测量值可以确定一个移动台必位于其上的双曲线定位区，两个双曲线定位区的交点则确定了移动中继站点的位置。以上所述描述了一个自定位系统，反之则是一个远程定位系统。如果每个基站监听每个移动台的传输，并记录下信号到达时间(TOA)，再将此TOA传送给一个控制中心，在该控制中心可计算出所需TDOA并得出双曲线，再由这些双曲线的交点和单纯采用TOA方式进行的三角计算定出来的位置点进行处理，即可确定移动中继站点以及其内大量的群体用户的精确位置，并且通过在一段时间内的统计我们可以得到移动中继站点的移动方向。
在得到群体用户终端的移动方向和位置信息后，我们去查找移动历史数据库(MHD，Movement History Database)的历史记录，MHD结构如表1所示，MHD中存储着大型公交工具上移动中继站点的移动历史记录，主要包括移动方向，serving BS_ID，平均驻留时间，nexttarget BS_ID和总次数。因为大型公交工具的移动路线是固定的，所以如果从当前服务基站切换到目标基站使用了数据库中的默认目标基站记录，则此移动历史纪录的使用总次数就加1。通过此方法我们可通过当前服务基站结合位置信息和移动方向，很快的得到此群体用户将来所要切换的目标基站，服务基站可以通过后备网络提前通知目标基站所需要的信道资源和信道配置情况，减小切换的掉话率。
表1 Movement History Database(MHD)
目标基站得到服务基站传来的关于此群体用户终端的详细信息后，目标基站按照服务基站的报告来为将到达的多业务终端的群体切换用户分配资源。假设总带宽为C，剩余带宽表示为bsur，预留n％的带宽作为保护信道，连接请求所需要的带宽为breq。对于新进的连接请求，如果(bsur-breq)>C*n％，则该请求被允许；对于切换连接请求，如果(bsur-breq)>0，则该请求被允许。若剩余带宽小于连接请求所需要的带宽，目标基站将从已建立的低优先级服务类型的连接中动态借用带宽为将来到达切换进行资源预留，若借用后带宽仍然不能满足切换的请求，则某些低级别的切换请求将被阻止，具体方法如下所示 按照移动预测结果，当预测到群体用户终端有大量的实时业务切换请求到来时，服务基站通过后备网络告知目标基站，如果目标基站的剩余带宽bsur小于它的最小需求带宽br_rt，则所需借用的带宽bbrw等于(br_rt-bsur)。由于BS(base station基站)不给BE(best effort尽力服务)预留带宽，因此只可以从非实时业务和实时业务已建立的连接中借用带宽。假设该BS中已存在的非实时业务和实时业务的连接数目分别是Nnrt和Nrt，br_nrt表示维持非实时业务的最小预留带宽，bnrt-i为当前每一个非实时业务连接使用的带宽，其中0≤i≤Nnrt；brt-i为当前每一个实时业务连接使用的带宽，其中0≥i≤Nrt。
为了保持已建立的非实时业务连接不中断，可以从每个已建立的每一个非实时业务连接借用的最大带宽为(bnrt_i-br_nrt)。因此从已有非实时业务连接中可借用的总带宽由式(1)计算。
由式(1)可以看出如果某个非实时业务连接占用的带宽越多，则其借给被允许的实时业务连接的带宽越多。
如果bbrw>bbrw_nrt，则到达的实时业务服务的切换连接请求仅从非实时业务连接借用带宽是不够的，必须同时向已有的实时业务连接借用带宽。可以从已有的每个实时业务连接借用的 带宽为(brt_i-br_rt)。
因此，从rtPS(Real-time Polling Service实时轮询服务)连接中借用的带宽总量可以通过式(2)计算。
如果bbrw_rt<bbrw-bbrw_nrt，则即使从已建立的低优先级服务类型的连接借用带宽，目标BS也不能给未决的rtPS连接请求保留足够的带宽，所以在群体切换中的某些切换连接请求将被拒绝，具体操作将按照用户的服务优先级别进行不同处理。
提出的基于移动预测的群体用户切换算法主要使用于城市大型公共交通工具，这类位于固定移动场所的用户终端一般情况移动路线固定，可以对移动轨迹做出正确的跟踪和预测，结合切换请求目标基站资源动态预分配的切换接入控制策略，同时采用根据移动预测的动态信道借用策略来给不同服务类型的连接提供不同的优先级别，在固定公交系统中的多业务群体用户进行大量切换的时刻提高系统公平性的同时，保证系统的QoS。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种无线通信群体切换方法，其特征在于包括
在大型公共交通系统中安装有移动中继站，在其所服务的移动群体用户接收到向目标基站的切换请求或者自己主动发送切换请求后，中继站对相邻站点进行扫描，服务基站根据移动中继的信息预测得到相关群体用户终端的位置信息，选取出目标站点，然后服务基站通过后备网络和目标基站交互，目标站点为该群体的多业务用户配置无线信道的参数，所述的用户终端根据信道预配置的参数向目标站点进行群体切换。
2.如权利要求1所述的无线通信群体切换方法，其特征在于还包括信道自借用策略，目标基站为群体切换用户动态分配资源，当资源不足时，通过从已建立的低优先级服务类型的连接中动态借用带宽进行资源配置。
3.如权利要求1所述的无线通信群体切换的方法，其特征在于还包括群体切换判决，目标基站的剩余带宽大于切换所需带宽，进行群体用户终端切换；否则计算非实时业务可以借用的带宽，若大于所需借用带宽，进行群体用户切换；否则计算实时业务可以借用的带宽，若可借用带宽的总数大于所需借用带宽，进行群体用户切换；否则群体切换中优先级较低的连接请求将被拒绝。
4.如权利要求1所述的无线通信群体切换的方法，其特征在于服务基站通过后备网络与目标基站交互的内容包括服务基站向目标基站提供移动用户终端在物理层和链路层的信道参数；目标基站通知服务基站子信道分配情况。
5.如权利要求1所述的无线通信群体切换方法，其特征在于该服务基站预先获得移动用户终端的位置信息的方法为处于大型公共交通工具中的群体用户终端在通信状态下，通过不断的扫描通信系统的相邻基站来对用户终端进行位置信息和移动方向的获取。
6.如权利要求5所述的无线通信群体切换方法，其特征在于建立一个移动历史数据库(Movement History Database，MHD)，存储大型公交工具上移动中继站的移动历史记录，确定用户终端的位置信息及移动方向，根据当前服务基站来确定下一个目标基站，得到群体用户的切换目标基站。
7.一种无线通信群体切换系统，其特征在于其主要包含位置信息单元、切换判决单元、信道借用及资源分配单元和信道配置单元，位置信息单元通过信号强度的检测得出沿着某固定路线高速移动的群体用户终端的位置并根据位置变化做出移动方向判决，并对照移动历史数据库找出此服务基站的下一个目标基站；切换判决单元根据所述的信号强度检测报告做出切换判决和根据位置信息单元的结果做出目标基站的选取，并来引导管理整个切换过程；信道借用及资源分配单元是选取的目标基站通过后备网络获得群体用户终端的相关信息，如果没有足够的信道资源来提供给切换用户，则目标基站需要进行信道借用，并根据与服务基站的信息交互进行子信道重新分配；信道配置单元根据服务基站的用户终端信道使用情况，由目标基站对分配的子信道进行重新的无线信道参数配置。
全文摘要
本发明公开了一种基于移动预测的群体切换的方法，在大型公共交通系统中沿着固定线路移动的多业务群体用户终端根据检测到的无线信道变化情况，需要向目标基站申请群体切换。本发明还提供了一种基于位置信息的移动预测，通过使用移动历史数据库简化了目标小区重选的过程，使得目标小区通过后备骨干网络提前获得所有群体用户的相关信息，通过信道借用等策略重新分配所需要的信道资源，大大提高了群体用户终端的系统切换速度，保证了宽带无线通信在切换过程中的QoS(服务质量)。本发明还公开了一种基于移动预测的群体切换的系统，主要包含位置信息单元、切换判决单元、信道借用及资源分配单元和信道配置单元。
文档编号H04L29/08GK101365242SQ20081004223
公开日2009年2月11日 申请日期2008年8月29日 优先权日2008年8月29日
发明者刘富强, 徐尚志, 王新红, 钱业青, 平 王, 李志鹏, 单联海, 凯 刘, 珊 杜, 高智伟, 王怡凌, 丽 王 申请人:同济大学