CN104540146A - 无定形小区中基于干扰预测的基站移动轨迹控制方法 - Google Patents

Abstract

无定形小区中基于干扰预测的基站移动轨迹控制方法，利构建无定形小区模型，在时刻t，移动基站MBS_i通过预测其在时刻t+T时的位置，更新可能进入其他移动基站的干扰区域，将该干扰区域的所有移动基站定义为干扰基站集I_i；干扰基站集I_i中所有的移动基站进行信道重新排列协调处理干扰，同时干扰基站集I_i与移动基站MBS_i在时刻t为short-hop链路预分配信道完成时刻t+T的信道预分配；根据干扰基站集I_i内所有移动基站在预测时刻t+T的掉话率的改变衡量移动基站MBS_i进入该干扰区域的代价；然后通过移动轨迹控制策略对移动基站MBS_i的运动进行控制。该方法能够有效的降低了节点移动过程中信道冲突带来的性能的严重下降，保证移动用户的通信服务质量。

Description

无定形小区中基于干扰预测的基站移动轨迹控制方法

技术领域

本发明属于无线通信领域，具体涉及无定形小区中基于干扰预测的基站移动轨迹控制方法。

背景技术

无定形小区(Amorphous cells)技术是LTE-Advanced后续发展的一个重要方向，在3Gpp开始出现相关技术的萌芽。可移动节点为特征的无定形小区目的在于改变传统小区固定形状，发挥移动协作节点优势，提高***容量，尤其是适应数据业务量的动态需求和不均衡的地域流量分布，降低运营成本。无定形小区支持可移动的低功率节点，移动节点的特点是低功率，低天线增益，低放置，小覆盖，比宏站布署更灵活，成本低。一个宏站下可以布置多个低功率节点，大大增强覆盖，并且可将数据流量从宏站卸载到低功率节点上，从而提高整个***容量。然而，增添低功率节点也引入更多的节点间干扰，包括宏站与低功率节点之间以及低功率节点相互之间的。与此同时，随着移动节点的引入，信道复用模式变得非固定，共信道干扰的小区簇会随时间发生改变，移动节点在移动过程中也会产生相互干扰，这些特点使得无定形小区中干扰协调有别于传统蜂窝网，是一个新的挑战。因此，需要考虑节点的移动性，结合传统的干扰协调方法，设计有效的方案抑制移动节点在移动过程中产生的较大的干扰。

发明内容

本发明的目的在于提供无定形小区中基于干扰预测的基站移动轨迹控制方法，该方法能够有效的降低了节点移动过程中信道冲突带来的性能的严重下降，保证移动用户的通信服务质量。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案包括以下步骤：

1)利用若干移动基站和若干移动用户构建无定形小区模型，无定形小区模型中移动基站与移动用户之间形成short-hop链路，两个移动基站之间形成backbone链路；

2)在时刻t，移动基站MBS_i通过预测其在时刻t+T时的位置，以更新可能进入其他移动基站的干扰区域，将产生该干扰区域的所有移动基站定义为干扰基站集I_i；其中，T是检测时间窗口；

3)干扰基站集I_i中所有的移动基站进行信道重新排列，同时根据用户通信的请求，干扰基站集I_i与移动基站MBS_i在时刻t为short-hop链路预分配信道，以完成时刻t+T的信道预分配；

4)根据干扰基站集I_i内所有移动基站在预测时刻t+T的掉话率的改变衡量移动基站MBS_i进入该干扰区域的代价；然后通过移动轨迹控制策略对移动基站MBS_i的运动进行控制；

其中，移动轨迹控制策略为：若移动基站MBS_i进入该干扰区域的代价大于阈值γ，且移动基站MBS_i采用折线运动到达其目的点所需要的时间小于时间门限，则当移动基站到达时刻t+T时，移动基站MBS_i朝干扰区域切线以外方向，避开该干扰区域向移动基站MBS_i的目的点运动；否则，在时刻t+T，移动基站MBS_i采用直线运动进入该干扰区域，且能够使用时刻t为short-hop链路预分配信道的结果；其中，掉话数目包括handoff、信道冲突和用户首次接入阻塞的通话。

所述的步骤1)中short-hop链路所满足的条件是：移动基站与移动用户之间的距离小于d；short-hop链路的信道复用距离是α×d，α>1；α为short-hop链路的复用因子。

所述的步骤1)中backbone链路所满足的条件是：两个移动基站间的距离小于D；且为所述两个移动基站间分配的信道在两个移动基站周围β×D的区域外分配给其他任何通信；其中，β>1；β为backbone链路的复用因子。

所述的步骤1)中无定形小区内的用户符合以下移动规则：

用户在一个移动基站内停留并跟随其一同运动，当停留时间到达时，判断是否存在该移动基站的邻居小区；若当前有邻居小区，则用户选择邻居小区中的一个移动基站并迁移进去，若在迁移过程中，用户正处于通信，则发生一次handoff；若当前无邻居小区，则用户继续留在原移动基站内。

所述的步骤3)为short-hop链路预分配信道的方法为：首先，用户呼叫该移动基站MBS_i，该移动基站MBS_i检查自己当前是否存在可用信道，若存在，则为short-hop链路分配信道；若不存在，则移动基站MBS_i向邻居基站发送借信道请求；其次，该移动基站MBS_i根据邻居基站回复的信息计算可被借用的信道集合，移动基站MBS_i从可被借用的信道集合中选择一条信道进行借用并分配给short-hop链路；若移动基站自身不存在可用信道，且邻居移动基站反馈的信息中没有可被借用的信道，则移动基站MBS_i拒绝用户的呼叫请求。

为short-hop链路预分配信道的过程中，邻居基站能够将一条信道同时借给多个与发出借信道请求的移动基站。

所述的步骤3)为short-hop链路预分配信道的具体方法为：

3-1)更新移动基站MBS_i的可用信道集合Avai_i，移动基站MBS_i向干扰基站集I_i发送UPDATE信号，干扰基站集I_i中的一个移动基站反馈当前正在使用的信道集合B_j

${\mathrm{Avai}}_i={\mathrm{Allo}}_i-B_{i}U\left(\underset{j\∈I_i}{\mathrm{\Σ}}{B}_j\right)$

Allo_i表示分配给移动基站MBS_i的信道集合；

B_j表示移动基站MBS_j当前正在使用的信道集合；

B_i表示移动基站MBS_i当前正在使用的信道集合；

3-2)若则移动基站MBS_i从其可用信道集合Avai_i中挑选一条信道进行分配；

若则向干扰基站集I_i内所有基站发送REQUEST信号借用信道；

3-3)干扰基站集I_i中所有的移动基站反馈包含分配的信道集合Allo和当前正在使用的信道集B的反馈信息；移动基站MBS_i收到所有移动基站的反馈信息，然后将Allo存储在Assign集合，将B存储Occupy集合内；

3-4)若表示目前存在邻居基站拥有的空闲信道，则从邻居基站拥有的空闲信道中挑选一条空闲信道进行分配，同时，将挑选出的该条空闲信道分别加入至Allo_i和B_i；其中，S表示全频带信道集合；

若且表示邻居节点存在分配给其他移动基站但当前尚未使用的信道，则从Assign-Occupy内挑选一条信道并向拥有该条信道的移动基站发送TRANSFER信令；收到TRANSFER信令的移动基站将该条信道从其Allo集合中删除；同时，移动基站MBS_i分配该条信道，并将其分别加入至Allo_i和B_i，完成信道借用过程；其中，S表示全频带信道集合。

所述的步骤4)移动基站MBS_i进入该干扰区域的代价为：

其中，η_i(t)表示移动基站MBS_i在时刻t的掉话率；

η_i′(t)表示移动基站MBS_i在预测时刻t+T进入干扰区域后的掉话率。

所述的步骤4)采用折线运动到达移动基站MBS_i的目的点运动时所需要的运动时间是采用下式得到的：

${\mathrm{Tcir}}_i\left(t\right)=\frac{\left|\right|l_i^D-l_i(t+T)\left|\right|}{v}+t+T-T_i^S$

其中，Tcir_i表示移动基站MBS_i在预测时刻t+T采用折线运动到达其目的点所需要的时间，且折线运动满足：

$\left\{\begin{array}{c}{\∫}_{T_i^s}^{{\mathrm{Tcir}}_i}{v}_i\left(t\right)\·e^{{\mathrm{str}}_i}\mathrm{dt}=\left|\right|l_i^D-l_i^S\left|\right|\\ {\∫}_{T_i^s}^{{\mathrm{Tcir}}_i}{v}_i\left(t\right)\·e_{\⊥}^{{\mathrm{str}}_i}\mathrm{dt}=0\end{array}\right.$

表示移动基站MBS_i的目的点位置；

l_i(t+T)表示移动基站MBS_i在时刻t+T的位置；

表示移动基站MBS_i的出发位置坐标；

v＝||v_i(t)||表示移动基站MBS_i速度矢量v_i(t)的模值；

T_i ^S表示移动基站MBS_i的出发时刻；

v_i(t)表示移动基站MBS_i的速度。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明通过预测干扰，结合信道预分配处理共信道干扰，计算代价来判断是否执行基站轨迹控制策略。简单来说，本发明通过预测移动基站可能进入的干扰区域所引起的代价，决策是否执行轨迹控制策略。当代价超过一定阈值，方案通过选择不同的方向，远离该干扰区域。也就是说该技术方案以一定程度上到达目的地时间的延长为代价。同时在不违反移动用户群到达目的地的时间约束下，有效的降低了节点移动过程中信道冲突带来的性能的严重下降，保证移动用户的通信服务质量。另外，本发明无定形小区中由于节点的移动性信道复用变得非固定，相同信道干扰的小区簇会随时间发生改变，基于这些差异，传统蜂窝网中的信道分配算法将不再适用。而且由于基站的实时移动，因此，本发明不仅需要在信道分配时考虑避免干扰，还需要通过信道重新排列来解决移动基站移动过程中所带来的严重的相互干扰的问题。

附图说明

图1是无定形小区拓扑示意图；

图2是backbone链路和short-hop link链路共信道干扰区域示意图；

图3是本发明干扰预测与基站折线运动示意图；

图4是不同信道数下首次接入阻塞率对比图；

图5是不同信道数下切换掉话率对比图；

图6是不同到话率下信道重新分配次数对比图；

图7是不同门限下***总掉话率对比图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，由于移动基站可以随时改变位置，其与移动业务交换中心(mobile switch center，MSC)之间也需要通过无线连接。在过去的几十年来，移动基站网络的发展受到高速无线回程链路的限制。当引入移动基站，网络是一个包括mesh，ad hoc以及蜂窝网的混合结构，***的性能会受到不稳定的无线回程容量限制。随着战术信息通信网络(Tactical InformationCommunication Networks，TICNs)的发展，无线回程，特别是微波回程链路有很大进展，所以本发明对于引入移动基站的无定形小区的研究是具有现实意义的。

因此，本发明首先利用若干移动基站和若干移动用户构建无定形小区模型；将移动基站(mobile base station，MBS)引入传统蜂窝小区中，替换固定宏站，全网络通过无线链路连接。由于基站具有移动性，那么每一时刻覆盖范围动态变化，从时间维度观测小区拓扑是时变的。移动基站负责分配信道以及避免共信道干扰。假设***中有N条无线信道，移动基站有足够的能量供给使得他们能同任意的邻居基站交换信息。同时任意MBS可通过收听信标来识别邻居节点进而迅速识别进入自己邻居区域的基站。

参见图2，当移动基站与移动用户之间的距离小于d，无定形小区模型中移动基站与移动用户之间才能形成short-hop链路，而且，为了避免共信道干扰，short-hop链路的信道复用距离是α×d(也就是说如果一条信道被使用，为了避免共信道干扰，那么相同的信道不能在该α×d的范围内同时使用)，α>1；α为short-hop链路的复用因子。由于本发明的基站具有移动性，基站间不再是传统蜂窝网中的有线连接，而是也需要通过无线进行通信，所以也需要给移动基站间的通信分配信道；当两个移动基站间的距离小于D，才能形成backbone链路；同时，为了避免共信道干扰，为所述两个移动基站间分配的信道在两个移动基站周围β×D的区域外分配给其他任何通信；其中，β>1；β为backbone链路的复用因子；d,D,α和β取决于网络硬件，传输功率以及衰落特性等。

用户移动性的建模按照如下：用户在一个移动基站内停留并跟随其一同运动，停留时间符合一定的概率分布，当停留时间到达时，判断是否存在该移动基站的邻居小区；若当前有邻居小区，则用户选择邻居小区中的一个移动基站并迁移进去，若在迁移过程中，用户正处于通信，则发生一次handoff；若当前无邻居小区，则用户继续留在原移动基站内。

2)如图3所示，由于无定形小区拓扑是高度动态的，所以需要面对基站移动带来的严重干扰的挑战，本发明针对基站轨迹控制策略联合考虑干扰预测，信道分配，冲突代价以及轨迹调节，具体可分为以下几个步骤：

2-1)在时刻t开始时，移动基站MBS_i通过预测其在时刻t+T时的位置，以更新可能进入其他基站的干扰区域，将产生该干扰区域的所有移动基站定义为干扰基站集；其中，T是检测时间窗口；

2-2)接着根据用户的通信请求，所涉及的移动基站协调解决信道冲突并完成t+T时刻信道预分配。

在无定形小区中，由于节点的移动性，信道复用变得非固定，相同信道干扰的小区簇会随时间发生改变，基于这些差异，传统蜂窝网中的信道分配算法将不再适用。与此同时，由于基站的实时移动，本发明不仅需要在信道分配时考虑避免干扰，还需要面对基站移动过程中所带来的严重的相互干扰的问题。共信道干扰会在最初使用相同信道无干扰的两移动基站，移动到彼此的附近时产生。在这种情况下，本发明采用信道重新排列的方法来避免严重的干扰产生的信道冲突；信道重新排列的过程为：至少有一方需要终止当前冲突信道的通信，重新切换至别的信道来避免严重的干扰。但是现有的信道重新排列方案仅在网络负载较低时能够有效解决信道冲突，在高负载情况下，大部分信道已被使用，信道发生碰撞的概率很高，在这种情况下，频繁的信道切换会带来较高的掉话率，较大的接入时延以及较重的***开销；因此，本发明采会在后续过程中调节移动基站的运动轨迹。

在可扩展性和可靠性的需求下，无定形小区中需要由一个分布式信道分配机制来代替传统中央控制器。移动基站通过与邻居基站交换信息，来完全决定自己服务用户的信道分配情况，主要过程包括两部分：

Step1：本地分配：用户呼叫该移动基站MBS_i，该移动基站MBS_i检查自己当前是否存在可用信道，若存在，则为short-hop链路分配信道；若不存在，则移动基站MBS_i向邻居基站发送借信道请求；

Step2：信道借用：该移动基站MBS_i根据邻居基站回复的信息计算可被借用的信道集合(例如没有被所有邻居节点拥有的空闲频带或是邻居基站拥有但当前尚未使用，不会引起共信道干扰的闲置信道，它从该集合中选择一条信道借用并分配)，移动基站MBS_i从可被借用的信道集合中选择一条信道进行借用并分配给short-hop链路；若移动基站自身不存在可用信道，且邻居移动基站反馈的信息中没有可被借用的信道，则移动基站MBS_i拒绝用户的呼叫请求。此外，在不引起干扰的情况下，为short-hop链路预分配信道的过程中，邻居基站能够将一条信道同时借给多个与发出借信道请求的移动基站，这样可以进一步提高频谱利用率。采用本发明的信道分配方法能有效避免共信道干扰并且最大限度提高频谱利用率。

上述信道分配的方法也可以换做下述步骤进行表述；其中，步骤A)和B)对应上述信道分配方法的step1，步骤C)和步骤D)对应上述信道分配方法的step2：

A)更新移动基站MBS_i的可用信道集合Avai_i，移动基站MBS_i向干扰基站集I_i发送UPDATE信号，干扰基站集I_i中的一个移动基站反馈当前正在使用的信道集合B_j

${\mathrm{Avai}}_i={\mathrm{Allo}}_i-B_{i}U\left(\underset{j\∈I_i}{\mathrm{\Σ}}{B}_j\right)$

Allo_i表示分配给移动基站MBS_i的信道集合；

B_j表示移动基站MBS_j当前正在使用的信道集合；

B_i表示移动基站MBS_i当前正在使用的信道集合；

B)若则移动基站MBS_i从其可用信道集合Avai_i中挑选一条信道进行分配；

若则向干扰基站集I_i内所有基站发送REQUEST信号借用信道；

C)干扰基站集I_i中所有的移动基站反馈包含分配的信道集合Allo和当前正在使用的信道集B的反馈信息；移动基站MBS_i收到所有移动基站的反馈信息，然后将Allo存储在Assign集合，将B存储Occupy集合内；

D)若表示目前存在邻居基站拥有的空闲信道，则从邻居基站拥有的空闲信道中挑选一条空闲信道进行分配，同时，将挑选出的该条空闲信道分别加入至Allo_i和B_i；其中，S表示全频带信道集合；

若且表示邻居节点存在分配给其他移动基站但当前尚未使用的信道，则从Assign-Occupy内挑选一条信道并向拥有该条信道的移动基站发送TRANSFER信令；收到TRANSFER信令的移动基站将该条信道从其Allo集合中删除；同时，移动基站MBS_i分配该条信道，并将其分别加入至Allo_i和B_i，完成信道借用过程；其中，S表示全频带信道集合。

2-3)移动基站轨迹控制：

完成信道预分配后，计算移动基站MBS_i在预测时刻t+T进入干扰区域后的掉话率η′(t)，其中，掉话数目包括handoff、信道冲突和用户首次接入阻塞的通话。由移动基站MBS_i在预测时刻t+T进入干扰区域后的掉话率η′(t)和移动基站MBS_i在时刻t的掉话率η(t)得到移动基站MBS_i进入该干扰区域的代价(也就是根据干扰基站集I_i内所有移动基站在预测时刻t+T的掉话率的改变衡量移动基站MBS_i进入该干扰区域的代价)，根据干扰基站集I_i内所有移动基站在预测时刻t+T的掉话率的改变衡量移动基站MBS_i进入该干扰区域的代价。

结合一些现实场景，基站的移动建模为：移动基站带领所服务的群移动用户沿直线速度恒定向选定的目的点运动，如果移动基站MBS_i通过执行移动轨迹控制策略改变其方向，那么下一时刻仍需调节方向，以折线向目的地行进，这种折线运动的移动基站速度恒定，具体来说：

对于直线移动：移动基站带领所服务的群移动用户沿直线向选定的目的点运动，基站速度恒定，那么这种运动方式具有最短的到达时间，定义为Tstr_i：

${\mathrm{Tstr}}_i=\frac{\left|\right|l_i^D-l_i^S\left|\right|}{v}$

其中，表示MBS_i的目的位置，表示出发位置坐标，v＝||v_i(t)||，是速度矢量v_i(t)的模值，方向为θ_i(t)。

${\mathrm{Tstr}}_i=\frac{\left|\right|l_i^D-l_i^S\left|\right|}{v}$

其中，移动基站MBS_i的目的点位置；表示移动基站MBS_i的出发位置坐标，v＝||v_i(t)||表示移动基站MBS_i速度矢量v_i(t)的模值，方向为θ_i(t)。

那么，移动基站MBS_i在时刻t+T的位置可由下式计算：

l_i(t+T)＝l_i(t)+v_i(t)T

如果MBS_i通过执行移动策略改变其方向，那么下一时刻仍需调节方向，以折线向目的地行进，移动基站MBS_i在预测时刻t+T采用折线运动到达其目的点所需要的时间定义为Tcir_i(t)：

${\mathrm{Tcir}}_i\left(t\right)=\frac{\left|\right|l_i^D-l_i(t+T)\left|\right|}{v}+t+T-T_i^S$

其中T_i ^S代表MBS_i出发时刻。对于移动基站MBS_i，这种建模折线运动必须满足限制条件，这个限制条件为了保证所建模的折线运动能够到达目的点：

$\left\{\begin{array}{c}{\∫}_{T_i^s}^{{\mathrm{Tcir}}_i}{v}_i\left(t\right)\·e^{{\mathrm{str}}_i}\mathrm{dt}=\left|\right|l_i^D-l_i^S\left|\right|\\ {\∫}_{T_i^s}^{{\mathrm{Tcir}}_i}{v}_i\left(t\right)\·e_{\⊥}^{{\mathrm{str}}_i}\mathrm{dt}=0\end{array}\right.$

其中，表示移动基站MBS_i的目的点位置；

l_i(t+T)表示移动基站MBS_i在时刻t+T的位置；

表示移动基站MBS_i的出发位置坐标；

v＝||v_i(t)||表示移动基站MBS_i速度矢量v_i(t)的模值；

T_i ^S表示移动基站MBS_i的出发时刻；

v_i(t)表示移动基站MBS_i的速度。

其中，移动轨迹控制策略符合下式要求：

$\left\{\begin{array}{c}\underset{j\&Element;I_i}{\mathrm{\&Sigma;}}({\mathrm{\&eta;}}_j^{\&prime;}\left(t\right)-{\mathrm{\&eta;}}_j\left(t\right))>\mathrm{\&gamma;},\\ {\mathrm{Tcir}}_i\left(t\right)/{\mathrm{Tstr}}_i<\mathrm{\&xi;},\end{array}\right.$

η_i(t)表示移动基站MBS_i在时刻t的掉话率；

η_i′(t)表示移动基站MBS_i在预测时刻t+T进入干扰区域后的掉话率；

Tcir_i(t)表示移动基站MBS_i采用折线运动向移动基站MBS_i的目的点运动时所需要的运动时间；

γ为阈值；ξ为时间门限；

即：若移动基站MBS_i进入该干扰区域的代价大于阈值γ，且移动基站MBS_i采用折线运动到达其目的点所需要的时间小于门限，则当移动基站到达时刻t+T时，移动基站MBS_i朝干扰区域切线以外方向，避开该干扰区域向移动基站MBS_i的目的点运动；否则，在时刻t+T，移动基站MBS_i采用直线运动进入该干扰区域，且能够使用时刻t为short-hop链路预分配信道的结果；

轨迹控制策略的γ和ξ的设置反应不同的***要求。例如，当ξ取值足够高时，也就是说我们不需要考虑到达目的地的时间限制，那么较低的γ相较较高取值会使得基站更为容易的执行轨迹控制策略，有效减少信道冲突。但当固定时间门限ξ，选用较低的γ会在未达到时间阈值之前频繁的切换方向执行移动策略，避开干扰，而在此之后，考虑到时间限制，即使干扰很大也不能够执行策略避开信道冲突，这可能会导致不期望的***性能的下降。因此需要找到合适门限值来权衡代价和收益。

图4～5是***在不同信道数目掉话率随着***到话率的变化曲线图。其中，图4具体为不同信道数下首次接入阻塞率对比图，图5为不同信道数下切换掉话率对比图；仿真在1500m×1500m的正方形区域内进行，包含10个移动基站，初始时每个移动基站分别服务30个群移动用户，***总户用为300个。所有移动基站均在该正方形区域内运动。仿真初始时，所有移动基站随机分布在正方形区域内，进入仿真时每个基站随机在正方形网络内选择一点作为自己的目的点，并带领群移动用户沿直线朝其运动，随后，重新选择新的目的点，并重复上述运动模式，直到仿真结束。在仿真过程中，移动用户跟随服务基站一同运动。在一个基站内停留时间遵照均值为15分钟的指数分布。同时，一次通话时长服从均值为2分钟的指数分布。对一给定用户，两个连续的通信请求的时间间隔服从指数分布，称为到话率，其均值在仿真中是变化的。

仿真在100000分钟后结束。轨迹控制策略执行条件的两个阈值γ和ξ取值为0.02和1.35。如图4～5所示，遍历通话到达率，在不同信道数目下，传统的信道重新分配算法同所提出的结合预分配后移动基站轨迹控制算法的掉话率比较。可以看出，在一定到话率下，可用信道数越多，掉话数目越低。与此同时，本发明相较传统方案拥有较低的掉话率，原因在于本方案通过执行基站轨迹控制策略，通过选择合适的运动方向，在一定程度上避免信道碰撞所带来的严重影响。尽管会延长到达目的点的时间，但这是在***性能提升的容忍范围内的。

图6是在不同网络到话率下信道重新分配次数对比图。由图6可以看出，所提出的方案的信道重新分配次数相较传统方案低，原因在于本方案通过执行基站轨迹控制策略，能够在一定程度上避免信道碰撞。另一方面，当呼叫到达率较低时，***当前的呼叫相对较少，信道碰撞较低，因此，需要重新切换信道的数目较低。随着呼叫到达率的增加，两个short-hop链路采用相同的信道概率大大增加，因此，信道重新排列数目随之增加。当增加到一定到话率阈值后，呈现降低趋势。这种走势可能具有两个原因：一是因为在较高到话率下，很多通话在初始接入时由于缺少信道而掉话，所以留下较少需要重新排列的潜在通话。另一个原因是，在较高到话率下，信道发生冲突的链路很难成功找到空闲信道进行切换，使得信道重新分配次数降低。

在图7中讨论不同门限对掉话率的影响，将移动策略时间阈值设为ξ＝1.25,1.35，遍历掉话率门限γ。可以看出：在任意γ下，较高的时间阈值相较低门限都具有较低的掉话率。这是因为较高的时间阈值意味着我们有更多的机会执行轨迹控制策略，以避免移动基站在移动过程中带来的信道碰撞。同时，当ξ＝1.25时，较低掉话率门限并没有带来较好的***掉话率，原因可能在于较低的γ会导致在时间阈值内频繁的执行移动策略更改方向，而在此之后，即使干扰再大，该移动基站由于时间限制，也无法切换方向避免干扰。因此，在一个固定时间门限下，低γ并不能带来更好的***性能。当γ增加到0.08时，图中***掉话率达到最小值，在此之后，掉话率迅速增加，这是因为门限增加使得执行移动策略的条件难以满足。

Claims (8)

1.无定形小区中基于干扰预测的基站移动轨迹控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)利用若干移动基站和若干移动用户构建无定形小区模型，无定形小区模型中移动基站与移动用户之间形成short-hop链路，两个移动基站之间形成backbone链路；

2)在时刻t，移动基站MBS_i通过预测其在时刻t+T时的位置，以更新可能进入其他移动基站的干扰区域，将产生该干扰区域的所有移动基站定义为干扰基站集I_i；其中，T是检测时间窗口；

3)干扰基站集I_i中所有的移动基站进行信道重新排列，同时根据用户通信的请求，干扰基站集I_i与移动基站MBS_i在时刻t为short-hop链路预分配信道，以完成时刻t+T的信道预分配；

4)根据干扰基站集I_i内所有移动基站在预测时刻t+T的掉话率的改变衡量移动基站MBS_i进入该干扰区域的代价；然后通过移动轨迹控制策略对移动基站MBS_i的运动进行控制；

其中，移动轨迹控制策略为：若移动基站MBS_i进入该干扰区域的代价大于阈值γ，且移动基站MBS_i采用折线运动到达其目的点所需要的时间小于时间门限，则当移动基站到达时刻t+T时，移动基站MBS_i朝干扰区域切线以外方向，避开该干扰区域向移动基站MBS_i的目的点运动；否则，在时刻t+T，移动基站MBS_i采用直线运动进入该干扰区域，且能够使用时刻t为short-hop链路预分配信道的结果；其中，掉话数目包括handoff、信道冲突和用户首次接入阻塞的通话。

2.根据权利要求1所述的无定形小区中基于干扰预测的基站移动轨迹控制方法，其特征在于，所述的步骤1)中short-hop链路所满足的条件是：移动基站与移动用户之间的距离小于d；short-hop链路的信道复用距离是α×d，α>1；α为short-hop链路的复用因子。

3.根据权利要求1或2所述的无定形小区中基于干扰预测的基站移动轨迹控制方法，其特征在于：所述的步骤1)中backbone链路所满足的条件是：两个移动基站间的距离小于D；且为所述两个移动基站间分配的信道在两个移动基站周围β×D的区域外分配给其他任何通信；其中，β>1；β为backbone链路的复用因子。

4.根据权利要求1所述的无定形小区中基于干扰预测的基站移动轨迹控制方法，其特征在于：所述的步骤1)中无定形小区内的用户符合以下移动规则：

用户在一个移动基站内停留并跟随其一同运动，当停留时间到达时，判断是否存在该移动基站的邻居小区；若当前有邻居小区，则用户选择邻居小区中的一个移动基站并迁移进去，若在迁移过程中，用户正处于通信，则发生一次handoff；若当前无邻居小区，则用户继续留在原移动基站内。

5.根据权利要求1所述的无定形小区中基于干扰预测的基站移动轨迹控制方法，其特征在于：所述的步骤3)为short-hop链路预分配信道的方法为：首先，用户呼叫该移动基站MBS_i，该移动基站MBS_i检查自己当前是否存在可用信道，若存在，则为short-hop链路分配信道；若不存在，则移动基站MBS_i向邻居基站发送借信道请求；其次，该移动基站MBS_i根据邻居基站回复的信息计算可被借用的信道集合，移动基站MBS_i从可被借用的信道集合中选择一条信道进行借用并分配给short-hop链路；若移动基站自身不存在可用信道，且邻居移动基站反馈的信息中没有可被借用的信道，则移动基站MBS_i拒绝用户的呼叫请求。

6.根据权利要求5所述的无定形小区中基于干扰预测的基站移动轨迹控制方法，其特征在于：为short-hop链路预分配信道的过程中，邻居基站能够将一条信道同时借给多个与发出借信道请求的移动基站。

7.根据权利要求5所述的无定形小区中基于干扰预测的基站移动轨迹控制方法，其特征在于，所述的步骤3)为short-hop链路预分配信道的具体方法为：

3-1)更新移动基站MBS_i的可用信道集合Avai_i，移动基站MBS_i向干扰基站集I_i发送UPDATE信号，干扰基站集I_i中的一个移动基站反馈当前正在使用的信道集合B_j

${\mathrm{Avai}}_i={\mathrm{Allo}}_i-B_{i}U\left(\underset{j\&Element;I_i}{\mathrm{\&Sigma;}}{B}_j\right)$

Allo_i表示分配给移动基站MBS_i的信道集合；

B_j表示移动基站MBS_j当前正在使用的信道集合；

B_i表示移动基站MBS_i当前正在使用的信道集合；

3-2)若则移动基站MBS_i从其可用信道集合Avai_i中挑选一条信道进行分配；

若则向干扰基站集I_i内所有基站发送REQUEST信号借用信道；

3-3)干扰基站集I_i中所有的移动基站反馈包含分配的信道集合Allo和当前正在使用的信道集B的反馈信息；移动基站MBS_i收到所有移动基站的反馈信息，然后将Allo存储在Assign集合，将B存储Occupy集合内；

3-4)若表示目前存在邻居基站拥有的空闲信道，则从邻居基站拥有的空闲信道中挑选一条空闲信道进行分配，同时，将挑选出的该条空闲信道分别加入至Allo_i和B_i；其中，S表示全频带信道集合；

若且表示邻居节点存在分配给其他移动基站但当前尚未使用的信道，则从Assign-Occupy内挑选一条信道并向拥有该条信道的移动基站发送TRANSFER信令；收到TRANSFER信令的移动基站将该条信道从其Allo集合中删除；同时，移动基站MBS_i分配该条信道，并将其分别加入至Allo_i和B_i，完成信道借用过程；其中，S表示全频带信道集合。

8.根据权利要求1所述的所述的无定形小区中基于干扰预测的基站移动轨迹控制方法，其特征在于，所述的步骤4)移动基站MBS_i进入该干扰区域的代价为： $\underset{j\&Element;I_i}{\mathrm{\&Sigma;}}({\mathrm{\&eta;}}_j^{\&prime;}\left(t\right)-{\mathrm{\&eta;}}_j\left(t\right));$

其中，η_i(t)表示移动基站MBS_i在时刻t的掉话率；

η_i′(t)表示移动基站MBS_i在预测时刻t+T进入干扰区域后的掉话率。

所述的步骤4)采用折线运动到达移动基站MBS_i的目的点运动时所需要的运动时间是采用下式得到的：

${\mathrm{Tcir}}_i\left(t\right)=\frac{\left|\right|l_i^D-l_i(t+T)\left|\right|}{v}+t+T-{T_i}^S$

其中，Tcir_i表示移动基站MBS_i在预测时刻t+T采用折线运动到达其目的点所需要的时间，且折线运动满足：

$\left\{\begin{array}{c}{\&Integral;}_{T_i^s}^{{\mathrm{Tcir}}_i}{v}_i\left(t\right)\&CenterDot;e^{{\mathrm{str}}_i}\mathrm{dt}=\left|\right|l_i^D-l_i^S\left|\right|\\ {\&Integral;}_{T_i^s}^{{\mathrm{Tcir}}_i}{v}_i\left(t\right)\&CenterDot;e_{\&perp;}^{{\mathrm{str}}_i}\mathrm{dt}=0\end{array}\right.$

表示移动基站MBS_i的目的点位置；

l_i(t+T)表示移动基站MBS_i在时刻t+T的位置；

表示移动基站MBS_i的出发位置坐标；

v＝||v_i(t)||表示移动基站MBS_i速度矢量v_i(t)的模值；

表示移动基站MBS_i的出发时刻；

v_i(t)表示移动基站MBS_i的速度。