CN101917748B

CN101917748B - 一种基于协作分集技术的无缝切换方法

Info

Publication number: CN101917748B
Application number: CN201010268238A
Authority: CN
Inventors: 洪佩琳; 铁晓磊; 薛开平; 唐浩
Original assignee: University of Science and Technology of China USTC
Current assignee: University of Science and Technology of China USTC
Priority date: 2010-08-30
Filing date: 2010-08-30
Publication date: 2012-10-03
Anticipated expiration: 2030-08-30
Also published as: CN101917748A

Abstract

本发明实施例提供一种基于协作分集技术的无缝切换方法。该方法包括：(a)当主MN的接收信干噪比低于预定阈值时，所述主MN通过Wi-Fi接口从邻居MN中选择出一个或多个辅助MN，形成一个切换协作集；(b)所述主MN分别在上下行通过所述切换协作集利用协作分集技术传输数据帧；(c)所述主MN在所述切换协作集的帮助下实现无缝切换。本发明利用协作分集机制，延长了MN与源基站的通信时间，减少了切换过程中的服务中断时间，能有效提高***性能。

Description

一种基于协作分集技术的无缝切换方法

技术领域

本发明涉及移动通信中的切换方法，尤其是涉及一种基于协作分集技术的无缝切换方法。

背景技术

切换管理机制是实现下一代移动通信***的关键技术。其性能参数主要是切换过程中的丢包率和切换过程中的服务中断时间两个方面。

在降低切换过程中服务中断时间方面，大多数已有切换机制(如FMIPv6，PHMIPv6等)采用了“基于提前切换准备”的方式来降低切换过程中的服务中断时间。基于提前切换准备的切换机制将切换过程划为切换准备阶段和切换执行阶段。切换准备阶段依赖于一定的移动预测算法***出将要接入的目标基站/路由器，从而可以在这段时间内进行切换前的准备操作，如进行转交地址的配置和地址重复检测过程。当MN必须从源基站切换到目标基站时，只需进行切换执行操作，从而大大减少切换延时。

基于提前切换准备的切换管理机制中，MN需要在保证一定预测准确度的前提下，在切换实际发生之前一段较长的可预测时长内***出自己将要移动到的目标基站，从而才能够实现进行切换准备阶段。然而对于移动预测算法来说，预测准确度的提高是以牺牲一定的可预测时长为代价的，即预测准确度和可预测时长这两者是相互矛盾的。在许多实际部署情况中，移动预测算法的实现具有一定的难度，这限制了以上“基于提前切换准备”的切换机制的使用效果。

因此，有必要提出一种有效的技术方案，在不需要移动预测算法的情况下，也能进行有效的切换管理的机制。

发明内容

为解决上述问题，特别是解决现有技术中切换时对移动预测算法依赖过高、切换过程中的服务中断时间较长的问题，为此，本发明提出一种基于协作分集的切换管理机制。通过在移动终端MN和源基站之间使用协作分集，延长了源基站能够为移动终端提供服务的时间，从而为切换准备和切换执行赢得更多的时间。本发明利用协作分集机制，延长了MN与源基站的通信时间，减少了切换过程中的服务中断时间，提高了***性能。

本发明提出的基于协作分集技术的无缝切换方法，包括：

(a)当主MN的接收信干噪比低于预定阈值时，所述主MN通过Wi-Fi接口从邻居MN中选择出一个或多个辅助MN，形成一个切换协作集；

(b)所述主MN分别在上下行通过所述切换协作集利用协作分集技术传输数据帧；

(c)所述主MN在所述切换协作集的帮助下进行无缝切换。

本发明利用协作分集机制，延长了MN与源基站的通信时间，减少了切换过程中的服务中断时间。此外，本发明利用空闲的终端节点作为辅助MN，并且辅助MN都使用主MN的上下行资源块进行数据传输，不需要耗费额外的蜂窝网络资源，只需耗费一些廉价的短距离Wi-Fi资源，降低了通信成本，有效提高了***性能。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1是根据本发明的实施例的无缝切换方法流程图；

图2是根据本发明的实施例的切换协作集的选择以及构建示意图；

图3是根据本发明的实施例的下行链路协作示意图；

图4是根据本发明的实施例的上行链路协作示意图；

图5是根据本发明的实施例的蜂窝切换与传统切换延时比较示意图；以及

图6是根据本发明的实施例的减少服务中断时间的示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

为了实现本发明之目的，本发明公开了一种基于协作分集技术的无缝切换方法，包括如下步骤：(a)当主MN的接收信干噪比低于预定阈值时，主MN通过Wi-Fi接口从邻居MN中选择出一个或多个辅助MN，形成一个切换协作集；(b)主MN分别在上下行通过切换协作集利用协作分集技术传输数据帧；(c)主MN在切换协作集的帮助下进行无缝切换。

如图1所示，为根据本发明的实施例的无缝切换方法流程图，包括以下步骤：

S110：主MN的接收信干噪比低于预定阈值时，通过Wi-Fi接口从邻居MN中选择出一个或多个辅助MN，形成一个切换协作集。

在步骤S110中，进一步还包括以下步骤：

主MN选择蜂窝网接口处于空闲IDLE状态的MN作为辅助MN；

主MN选择Wi-Fi一跳通信范围内的MN作为辅助MN，且辅助MN与主MN之间的Wi-Fi能够正常通信，即，通常情况下，主MN应选择Wi-Fi一跳通信范围内的MN作为辅助MN，并且必须保证辅助MN与主MN之间的Wi-Fi通信质量。

根据以上条件组建好协作集后，主MN将自己所使用的蜂窝网络的上下行资源告知给切换协作集中的所有辅助MN。

S120：主MN分别在上下行通过切换协作集利用协作分集技术传输数据帧。

在步骤S120中，具体而言，下行传输时，切换协作集中的所有MN都在主MN的下行链路资源块上监听并接收主MN的下行数据，当主MN不能正确解码下行数据帧时，则通过Wi-Fi接口向协作辅助MN请求数据帧；

上行传输时，当主MN的上行信道无法满足业务的QoS需求时，主MN在切换协作集的辅助MN中选择一个作为上行中继，主MN所有上行数据均通过辅助MN中继发给源基站

当切换协作集中只有一个辅助MN时，如果主MN能够成功接收基站的下行数据帧，则主MN直接使用该数据帧；否则，主MN向辅助MN请求对应的下行数据帧，辅助MN将对应的数据帧通过Wi-Fi接口转发给主MN。

当切换协作集中具有两个或两个以上辅助MN时，MN向辅助MN请求数据时，多个辅助MN通过协作的方式向主MN发送数据帧，主MN对数据帧进行联合处理接收。

S130：主MN在切换协作集的帮助下进行无缝切换。

在步骤S130中，具体而言，当主MN的信号强度满足链路层切换判定准则时，主MN发起并执行正常的链路层切换过程；

若此次切换涉及到三层切换，则主MN将根据目标路由器广播的路由公告报文配置新的转交地址，并执行正常的三层切换流程；

在主MN进行链路层及网络层切换的过程中，分别由切换协作集形成的上下行协作信道来为主MN传输上下行数据。

进一步而言，当主MN进入到两基站的重叠覆盖范围内时，主MN通过协作分集延长通信的时间，并进行切换准备和切换执行，对链路转交地址LCoA和区域转交地址RCoA进行重新配置和重复检测等切换操作。

主MN通过切换协作集完成切换后，主MN停止使用切换协作集进行上下行数据传输，主MN与切换后接入的基站进行正常的通信。

通过组建切换协作集并在切换过程中同切换协作集中的辅助MN进行协同通信，主MN与源基站的通信时间大大延长，也即增加了切换准备时间，减少了切换延时。与普通的切换机制比较，本发明能够避免由于可预测时长不足所引起的切换服务中断时间过大的问题

为了进一步阐述本发明，下面结合具体网络的实例，对本发明作进一步阐述。

本发明所述方法的网络拓扑结构如图2所示，包括PDN网关(PDNGateway，简称P-GW)、服务网关(Serving Gateway，简称S-GW)、基站(Base Station、简称BS)、主MN和辅助MN。各部分的定义为：PDN网关是具有HMIPv6中的移动锚定点(Mobile Anchor Point)功能的节点；服务网关对应于HMIPv6中的接入路由器(Access Router，AR)；主MN为需要切换到一个新的移动管理域的移动终端；辅助MN为空闲移动终端，在主MN切换过程中协助主MN传输数据信息。由于在图示网络拓扑中，源和目标基站分属于两个不同的切换管理域，因此主MN的切换过程涉及了链路层切换及跨域三层切换。

作为本发明的实施例，按照如下步骤进行无缝切换：

一)如图2所示，主MN从源基站移动到目标基站的过程中，当主MN业务的服务质量开始持续下降时，主MN使用其Wi-Fi接口在其邻居节点中寻找并且组建切换协作集。协作节点的选择必须同时满足以下两个条件：

切换协作集中辅助MN的蜂窝网接口必须处于IDLE状态；

切换协作集中辅助MN必须位于主MN的Wi-Fi通信范围内，并且能够在一段时间内保证与辅助MN之间的Wi-Fi通信质量。

二)在下行链路中，如图3所示，切换协作集中所有的MN都在主MN的下行资源块上接收数据，从而在下行形成协作分集。根据协作集中节点的数目，将分为两种情况讨论。

情况b1：协作集中只有一个辅助MN

如果主MN能够成功接收基站的下行数据帧，则主MN直接使用该数据帧；否则，主MN向辅助MN请求对应的下行数据帧，辅助MN将对应的数据帧通过Wi-Fi接口转发给主MN。由于辅助MN接收和发送采用的空口技术不同，则可以将其视为异构全双工中继节点。也即在接收这一时隙数据帧的同时也在发送上一时隙数据帧。相比于基站直接发送到接收端，只增加了第一个时隙的时间。

情况b2：协作集中有2个或多个辅助MN

与情况b1不同之处在于，当主MN向辅助MN请求数据时，多个辅助节点可以通过某种协作的方式向主MN发送数据帧。例如有2个辅助MN时，可以制定协议使两辅助MN同时向主MN发送数据帧，在主MN处进行信号合并，进一步提高了接收机上的等效信干噪比，也即延长了与源基站的通信时间。

三)在上行链路中，如图4所示，主MN在辅助MN中选择一个MN作为其上行中继，让该上行中继辅助MN使用其上行资源。上行中继选择准则可以根据辅助MN当前信干噪比和历史信干噪比等因素，选择一个在未来一定时隙内与基站有最好连接的辅助MN。

主MN所有的上行数据首先由Wi-Fi链路传递给上行中继，然后再由该上行中继使用主MN的上行资源块传递给基站。

四)通过组建切换协作集并在切换过程中同切换协作集中的辅助MN进行协同通信，主MN与源基站间满足业务QoS需求的通信时间大大延长，也即增加了切换准备时间，减少了切换延时。如图5所示，与普通的切换机制比较，本发明能够避免由于可预测时长不足所引起的切换服务中断时间过大的问题。

本发明所公开的基于协作分集技术的无缝切换方法具有以下一个或多个优点：

本发明不需要依赖于复杂的切换预测算法，如图6所示，利用协作分集机制，延长了MN与源基站间满足业务QoS需求的通信时间，减少了切换过程中的服务中断时间；

本发明利用空闲的终端节点作为辅助MN，并且辅助MN都使用主MN的上下行资源块进行数据传输，不需要耗费额外的蜂窝网络资源，只需耗费一些廉价的短距离Wi-Fi资源。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来命令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种基于协作分集技术的无缝切换方法，其特征在于，包括如下步骤：

（a）当主MN的接收信干噪比低于预定阈值时，所述主MN通过Wi-Fi接口从邻居MN中选择出一个或多个辅助MN，形成一个切换协作集；

（b）所述主MN分别在上下行通过所述切换协作集利用协作分集技术传输数据帧，下行传输时，切换协作集中的所有MN都在所述主MN的下行链路资源块上监听并接收所述主MN的下行数据，当所述主MN不能正确解码下行数据帧时，则通过Wi-Fi接口向协作辅助MN请求所述数据帧；上行传输时，当所述主MN的上行信道无法满足业务的QoS需求时，所述主MN在所述切换协作集的辅助MN中选择一个作为上行中继，所述主MN所有上行数据均通过所述辅助MN中继发给源基站。

（c）所述主MN在所述切换协作集的帮助下进行无缝切换。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述主MN通过所述切换协作集完成切换后，还包括：

所述主MN停止使用所述切换协作集进行上下行数据传输。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（a）还包括：

所述主MN选择蜂窝网接口处于空闲IDLE状态的MN作为辅助MN；

所述主MN选择Wi-Fi一跳通信范围内的MN作为辅助MN，且辅助MN与主MN之间的Wi-Fi能够正常通信。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述切换协作集中只有一个辅助MN时，如果所述主MN能够成功接收基站的下行数据帧，则主MN直接使用该数据帧；否则，所述主MN向辅助MN请求对应的下行数据帧，辅助MN将对应的数据帧通过Wi-Fi接口转发给所述主MN。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述切换协作集中具有两个或两个以上辅助MN时，所述主MN向辅助MN请求数据时，所述多个辅助MN通过协作的方式向所述主MN发送数据帧，所述主MN对所述数据帧进行联合处理接收。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（c）包括：

当所述主MN的信号强度满足链路层切换判定准则时，所述主MN发起并执行正常的链路层切换过程；

若此次切换涉及到三层切换，则所述主MN将根据目标路由器广播的路由公告报文配置新的转交地址，并执行正常的三层切换流程；

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤（c）还包括：

当所述主MN进入到两基站的重叠覆盖范围内时，所述主MN通过协作分集延长通信的时间，并进行切换准备和切换执行，对链路转交地址LCoA和区域转交地址RCoA进行重新配置和重复检测的切换操作。