基于切換邀請的多小區(qū)協(xié)作快速越區(qū)切換方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及協(xié)作無線移動通信與智能交通技術領域，尤其涉及公交車輛行駛中車 載移動終端與道路周邊各個無線網(wǎng)絡接入點的信息傳輸技術。
【背景技術】
[0002] 多小區(qū)協(xié)作又稱為多基站協(xié)作、協(xié)作多點（CoMP)、網(wǎng)絡M頂0等。多小區(qū)協(xié)作技術 基本原理是通過小區(qū)基站間的相互協(xié)作，利用基站調(diào)度或聯(lián)合處理的方式來消除小區(qū)邊緣 用戶干擾，提高邊緣用戶的數(shù)據(jù)速率。多小區(qū)協(xié)作過程中小區(qū)基站間必須進行信息交換，因 而會產(chǎn)生一定的協(xié)作開銷，若設計時處置不當，協(xié)作開銷可能會削弱甚至抵消協(xié)作增益。同 時，協(xié)作過程中進行信息交換和共享要求基站間必須具備一定帶寬的回環(huán)通路。新型的移 動通信系統(tǒng)中已經(jīng)具備這樣的通路，如LTE系統(tǒng)中，小區(qū)基站（eNB)與網(wǎng)絡的移動管理實體 /網(wǎng)關（MME/S-GW)間通過Sl接口連接，eNB間通過X2接口連接并構(gòu)成Mesh網(wǎng)絡，可提供 一定的回環(huán)帶寬，為多小區(qū)協(xié)作創(chuàng)造了有利的條件，因此多小區(qū)協(xié)作技術在未來的移動通 信和無線網(wǎng)絡中必將得到廣泛的應用。
[0003] 蜂窩網(wǎng)絡中越區(qū)切換一般發(fā)生在小區(qū)邊緣地區(qū)，一般分為硬切換和軟切換，而軟 切換技術其實就是一種多小區(qū)協(xié)作的越區(qū)切換技術?；贑DM系統(tǒng)的軟切換技術通過多 小區(qū)協(xié)作可使移動終端在切換過程中與多個基站建立鏈接，避免切換過程中產(chǎn)生通信中斷 現(xiàn)象，提升小區(qū)邊緣用戶的服務質(zhì)量。軟切換技術的缺點是越區(qū)切換過程需要花費較多時 間、占用較多的通信資源，不能滿足高速移動環(huán)境中越區(qū)切換的需要，如高速鐵路、高速公 路甚至城市BRT等場合。
[0004] 隨著城市公交系統(tǒng)PTS(Public Transport System)的快速發(fā)展，公交車聯(lián)網(wǎng)除輔 助安全駕駛、提高交通效率之外，還需要提供車載信息服務，如Internet接入服務或車載 娛樂等。目前公交車輛是通過車載信息單元（OBU)與公交線路旁若干個路邊單元（RSU)進 行無線信息交換。車輛在行駛中必然會使OBU與RSU的無線信號鏈接從一個RSU跨越到另 一個RSU，產(chǎn)生RSU切換問題，即OBU越區(qū)導致RSU切換。
[0005] 目前車載單元（OBU)是通過WI-FI (IEEE 802. 11)技術使廣大乘客能夠以較低代 價享受Internet服務。現(xiàn)有的WI-FI技術對公交車載單元（OBU)越區(qū)切換工作支持較差， 通常會產(chǎn)生較大延遲（幾十毫秒~幾秒）。特別地，對于諸如VoIP等延遲敏感性業(yè)務的支 持更差。近年來，隨著快速公交（BRT)系統(tǒng)的建設和投入運行，公交車行駛速度有了很大的 提高。車速加快使得公交車通過兩個相鄰的路邊單元（RSU)的信號重疊覆蓋區(qū)的時間較 短，導致車載單元（OBU)通常的越區(qū)切換過程不能按時完成，極大影響了用戶的服務質(zhì)量， 因此迫切需要提高現(xiàn)有越區(qū)切換的速度。另外，公交車上常擁有多個乘客，這些乘客作為一 組用戶，整體移動，且每個乘客會有不同類型的信息服務請求，在跨越各個RSU時，必然會 同時產(chǎn)生大量的切換請求，從而對切換的快速性提出了更高的要求。
[0006] 隨著我國城市建設水準的不斷提高，城區(qū)高大建筑物越來越多，造成無線電波的 傳播環(huán)境變得越來越惡劣，以至于車載信息單元（OBU)在越區(qū)切換過程中極易產(chǎn)生信號中 斷，極大地損害了在線用戶的服務質(zhì)量與車輛運行的安全性。
[0007] 目前移動通信中越區(qū)切換方式主要有三種，即網(wǎng)絡控制、網(wǎng)絡發(fā)起用戶設備（UE) 輔助、UE獨立控制。后一種切換方式，雖然具有切換速度快的特點，但不便于統(tǒng)一管理，遇 到多個用戶同時切換時，失敗概率較高。前兩種切換方式在蜂窩移動網(wǎng)絡中應用較廣，兩者 都是由原基站（相當于RSU)向UE發(fā)出啟動切換命令，再由UE嘗試與新基站建立鏈接。這 種切換方式被稱為后向越區(qū)切換。車輛高速行駛中，信號的不穩(wěn)定易造成切換聯(lián)絡信令的 丟失等。雖然近來很多學者提出了很多改進措施，但仍然難滿足高速移動環(huán)境越區(qū)切換的 要求。歸根到底，傳統(tǒng)的基于接收信號強度指示（RSSI)判決機制屬于被動切換方式，面對 車輛高速行駛環(huán)境，改進空間越來越小。為此必須對現(xiàn)有的越區(qū)切換機制進行革新，變被動 為主動。
[0008] 如果改變切換過程的信令聯(lián)絡方式，采用由新小區(qū)基站主動向有切換意向的UE 預先發(fā)出邀請，UE -旦接到了邀請，并做出響應，UE就與新小區(qū)建立鏈接。一方面能簡化后 向越區(qū)切換的信號測量和判決過程，克服基于RSSI切換判決機制的不可靠性。另一方面也 能簡化切換的聯(lián)絡過程，可降低切換時延和信令聯(lián)絡中斷的概率。有別于傳統(tǒng)的切換方式， 稱這種切換方式為前向越區(qū)切換。
[0009] 要實現(xiàn)基于切換邀請的前向切換，首先要解決的問題是新小區(qū)如何向UE發(fā)送切 換邀請，包括發(fā)送時間、發(fā)送方式以及發(fā)送的內(nèi)容等。其次要解決UE接收到邀請后的處 理及應答問題。為了提高發(fā)送切換邀請的有效性，需要選擇合適的發(fā)送時機和確定合理 的發(fā)送區(qū)域。前者可采用專利"基于發(fā)送切換邀請的準周期越區(qū)切換觸發(fā)機制（專利號： 201510128155. 8) "中的方法。對于后者，倘若要使每一個需要切換的高速移動UE都能接 收到邀請，應擴大切換邀請的發(fā)送范圍，但范圍太大會占用過多的通信資源。本發(fā)明依據(jù)移 動UE的移動方向、各基站的位置及其相鄰基站的位置信息，將當前服務小區(qū)及其周邊的第 一層小區(qū)聚合成小區(qū)簇，由小區(qū)簇內(nèi)各基站向移動UE發(fā)送切換邀請，從而提高移動終端能 接收到切換邀請的概率。
[0010] 在發(fā)生越區(qū)切換的小區(qū)邊緣重疊區(qū)域，移動終端可能接收來自主小區(qū)和次小區(qū)的 切換邀請。如果不對發(fā)送信號的次序加以控制，可能出現(xiàn)某個次小區(qū)的切換邀請比主小區(qū) 的切換邀請先到達移動終端，結(jié)果可能會導致移動終端剛從主小區(qū)切換到某次小區(qū)又要從 某次小區(qū)切回到原主小區(qū)，產(chǎn)生"乒乓切換"的現(xiàn)象，從而導致一個不穩(wěn)定的鏈接。為此需 要對小區(qū)簇內(nèi)多個小區(qū)發(fā)送切換邀請的次序進行適當調(diào)度，使多個小區(qū)協(xié)作向移動終端有 序發(fā)送邀請。為此在本發(fā)明中構(gòu)建一個滑動窗口來調(diào)度小區(qū)簇內(nèi)的小區(qū)發(fā)送切換邀請的次 序。發(fā)送窗口的大小是可變的，若發(fā)送窗口的大小為W，發(fā)送系統(tǒng)的時間利用率為1/W，顯 然，發(fā)送窗口不宜太大，太大了會影響發(fā)送效率。為了防止切換聯(lián)絡信號的丟失，需要將主 小區(qū)一直保持在滑動窗口中。同時為了防止發(fā)生"乒乓切換"現(xiàn)象，需要安排主小區(qū)首先發(fā) 送切換邀請，其次按照次小區(qū)到達移動終端信號強度由大到小的次序進行滑動，來安排次 小區(qū)發(fā)送切換邀請的次序。
[0011] 如果由于信道條件的變化等因素的影響，UE未能按預定時間接收到小區(qū)簇的基站 發(fā)出的切換邀請，只要切換邀請發(fā)送定時器未超時，則小區(qū)簇的基站繼續(xù)向UE發(fā)送切換邀 請。如果在切換邀請發(fā)送定時器設定的時間內(nèi)，UE在目前駐留的小區(qū)還未接收到小區(qū)簇的 基站發(fā)出的切換邀請，說明UE這時有可能不在發(fā)送窗口所設定的小區(qū)覆蓋范圍內(nèi)，則需要 修改發(fā)送窗口。同理，如果小區(qū)簇的各基站未能在UE響應發(fā)送定時器設定的時間內(nèi)接收到 UE發(fā)出的響應，也需要調(diào)整發(fā)送窗口，重新發(fā)送切換邀請。有關小區(qū)簇獲知UE是否接收到 切換邀請信息以及UE獲知小區(qū)簇是否接收到切換邀請響應的信息，都是通過UE的服務基 站提供的信道來完成的。小區(qū)簇內(nèi)各小區(qū)間的信息共享則是通過基站間的信號接口進行， 如LTE系統(tǒng)中的X2接口。
[0012] 移動終端接收到某小區(qū)發(fā)出的切換邀請后，立即向其發(fā)出響應，響應中包括該移 動終端的身份信息以及當前服務小區(qū)的識別碼（ID)。為了縮短切換執(zhí)行時間和節(jié)約系統(tǒng)資 源，小區(qū)簇內(nèi)各小區(qū)基站需要共享越區(qū)切換過程進行的狀態(tài)信息和移動終端的身份信息。 一旦小區(qū)簇內(nèi)某小區(qū)接收到移動終端對切換邀請的響應后，應通過基站間的信號接口立即 通知其它小區(qū)，其它小區(qū)接收到通知后立即停止在本小區(qū)內(nèi)繼續(xù)發(fā)送切換邀請。
[0013] 盡管物理層上的數(shù)據(jù)傳輸通道經(jīng)過精心設計，但不可避免由于數(shù)據(jù)傳輸錯誤、超 時等原因，切換邀請、應答信息的傳送及信令控制可能失敗，因此如何從失敗中快速恢復信 號鏈接而不使通信中斷顯得格外重要，這直接影響越區(qū)切換的可靠性和切換時延。本發(fā)明 中通過小區(qū)簇內(nèi)各小區(qū)共享移動終端（UE)的身份信息，且原服務小區(qū)基站中UE的身份信 息一直要保留到切換成功后才清除，這樣在切換執(zhí)行期間UE可隨時與原服務基站聯(lián)絡。如 果UE的新鏈路建立失敗，可很快恢復與原服務基站的鏈接，避免通信中斷現(xiàn)象的發(fā)生。
[0014] 為此本發(fā)明依據(jù)UE較規(guī)則的移動線路及其鄰近基站部署的位置信息，針對UE移 動速度相對較高的通信環(huán)境，利用多個小區(qū)基站協(xié)作發(fā)送切換邀請和共享切換過程的狀態(tài) 信息，提出基于切換邀請的多小區(qū)協(xié)作快速越區(qū)切換方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015] 本發(fā)明目的是為車載UE移動線路較規(guī)則而移動速度較高的通信環(huán)境，如高速鐵 路、高速公路和城市BRT等場合，提供一種基于切換邀請的多小區(qū)協(xié)作快速越區(qū)切換的方 法，該方法通過多小區(qū)協(xié)作發(fā)送切換邀請和切換狀態(tài)信息共享機制使越區(qū)切換的執(zhí)行更快 速、高效和可靠，有效避免了"乒乓