專利名稱：一種基于協(xié)作分集技術的無縫切換方法
技術領域：
本發(fā)明涉及移動通信中的切換方法，尤其是涉及一種基于協(xié)作分集技術的無縫切 換方法。
背景技術：
切換管理機制是實現下一代移動通信系統(tǒng)的關鍵技術。其性能參數主要是切換過 程中的丟包率和切換過程中的服務中斷時間兩個方面。在降低切換過程中服務中斷時間方面，大多數已有切換機制(如FMIPv6，PHMIPv6 等)采用了“基于提前切換準備”的方式來降低切換過程中的服務中斷時間?；谔崆扒?換準備的切換機制將切換過程劃為切換準備階段和切換執(zhí)行階段。切換準備階段依賴于一 定的移動預測算法提前預測出將要接入的目標基站/路由器，從而可以在這段時間內進行 切換前的準備操作，如進行轉交地址的配置和地址重復檢測過程。當MN必須從源基站切換 到目標基站時，只需進行切換執(zhí)行操作，從而大大減少切換延時?；谔崆扒袚Q準備的切換管理機制中，MN需要在保證一定預測準確度的前提下， 在切換實際發(fā)生之前一段較長的可預測時長內提前預測出自己將要移動到的目標基站，從 而才能夠實現進行切換準備階段。然而對于移動預測算法來說，預測準確度的提高是以犧 牲一定的可預測時長為代價的，即預測準確度和可預測時長這兩者是相互矛盾的。在許多 實際部署情況中，移動預測算法的實現具有一定的難度，這限制了以上“基于提前切換準 備”的切換機制的使用效果。因此，有必要提出一種有效的技術方案，在不需要移動預測算法的情況下，也能進 行有效的切換管理的機制。

發(fā)明內容
為解決上述問題，特別是解決現有技術中切換時對移動預測算法依賴過高、切換 過程中的服務中斷時間較長的問題，為此，本發(fā)明提出一種基于協(xié)作分集的切換管理機制。 通過在移動終端MN和源基站之間使用協(xié)作分集，延長了源基站能夠為移動終端提供服務 的時間，從而為切換準備和切換執(zhí)行贏得更多的時間。本發(fā)明利用協(xié)作分集機制，延長了 MN 與源基站的通信時間，減少了切換過程中的服務中斷時間，提高了系統(tǒng)性能。本發(fā)明提出的基于協(xié)作分集技術的無縫切換方法，包括(a)當主麗的接收信干噪比低于預定閾值時，所述主麗通過Wi-Fi接口從鄰居 MN中選擇出一個或多個輔助MN，形成一個切換協(xié)作集；(b)所述主MN分別在上下行通過所述切換協(xié)作集利用協(xié)作分集技術傳輸數據幀；(c)所述主MN在所述切換協(xié)作集的幫助下進行無縫切換。本發(fā)明利用協(xié)作分集機制，延長了 MN與源基站的通信時間，減少了切換過程中的 服務中斷時間。此外，本發(fā)明利用空閑的終端節(jié)點作為輔助MN，并且輔助MN都使用主MN的 上下行資源塊進行數據傳輸，不需要耗費額外的蜂窩網絡資源，只需耗費一些廉價的短距
3離Wi-Fi資源，降低了通信成本，有效提高了系統(tǒng)性能。本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變 得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。


圖1是根據本發(fā)明的實施例的無縫切換方法流程圖；圖2是根據本發(fā)明的實施例的切換協(xié)作集的選擇以及構建示意圖；圖3是根據本發(fā)明的實施例的下行鏈路協(xié)作示意圖；圖4是根據本發(fā)明的實施例的上行鏈路協(xié)作示意圖；圖5是根據本發(fā)明的實施例的蜂窩切換與傳統(tǒng)切換延時比較示意圖；以及圖6是根據本發(fā)明的實施例的減少服務中斷時間的示意圖。
具體實施例方式下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終 相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附 圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對本發(fā)明的限制。為了實現本發(fā)明之目的，本發(fā)明公開了一種基于協(xié)作分集技術的無縫切換方法， 包括如下步驟(a)當主麗的接收信干噪比低于預定閾值時，主麗通過Wi-Fi接口從鄰居 MN中選擇出一個或多個輔助MN,形成一個切換協(xié)作集；(b)主MN分別在上下行通過切換協(xié) 作集利用協(xié)作分集技術傳輸數據幀；(c)主MN在切換協(xié)作集的幫助下進行無縫切換。如圖1所示，為根據本發(fā)明的實施例的無縫切換方法流程圖，包括以下步驟S110 主麗的接收信干噪比低于預定閾值時，通過Wi-Fi接口從鄰居麗中選擇出 一個或多個輔助MN，形成一個切換協(xié)作集。在步驟S110中，進一步還包括以下步驟主麗選擇蜂窩網接口處于空閑IDLE狀態(tài)的麗作為輔助麗；主麗選擇Wi-Fi —跳通信范圍內的麗作為輔助麗，且輔助麗與主麗之間的 Wi-Fi能夠正常通信，S卩，通常情況下，主麗應選擇Wi-Fi —跳通信范圍內的麗作為輔助 麗，并且必須保證輔助麗與主麗之間的Wi-Fi通信質量。根據以上條件組建好協(xié)作集后，主麗將自己所使用的蜂窩網絡的上下行資源告 知給切換協(xié)作集中的所有輔助MN。S120 主MN分別在上下行通過切換協(xié)作集利用協(xié)作分集技術傳輸數據幀。在步驟S120中，具體而言，下行傳輸時，切換協(xié)作集中的所有MN都在主MN的下行 鏈路資源塊上監(jiān)聽并接收主MN的下行數據，當主MN不能正確解碼下行數據幀時，則通過 Wi-Fi接口向協(xié)作輔助MN請求數據幀；上行傳輸時，當主MN的上行信道無法滿足業(yè)務的QoS需求時，主MN在切換協(xié)作集 的輔助MN中選擇一個作為上行中繼，主MN所有上行數據均通過輔助MN中繼發(fā)給源基站當切換協(xié)作集中只有一個輔助MN時，如果主MN能夠成功接收基站的下行數據幀， 則主MN直接使用該數據幀；否則，主MN向輔助MN請求對應的下行數據幀，輔助MN將對應 的數據幀通過Wi-Fi接口轉發(fā)給主麗。
當切換協(xié)作集中具有兩個或兩個以上輔助MN時，MN向輔助MN請求數據時，多個 輔助MN通過協(xié)作的方式向主MN發(fā)送數據幀，主MN對數據幀進行聯合處理接收。S130 主MN在切換協(xié)作集的幫助下進行無縫切換。在步驟S130中，具體而言，當主MN的信號強度滿足鏈路層切換判定準則時，主MN 發(fā)起并執(zhí)行正常的鏈路層切換過程；若此次切換涉及到三層切換，則主麗將根據目標路由器廣播的路由公告報文配 置新的轉交地址，并執(zhí)行正常的三層切換流程；在主MN進行鏈路層及網絡層切換的過程中，分別由切換協(xié)作集形成的上下行協(xié) 作信道來為主MN傳輸上下行數據。進一步而言，當主MN進入到兩基站的重疊覆蓋范圍內時，主MN通過協(xié)作分集延長 通信的時間，并進行切換準備和切換執(zhí)行，對鏈路轉交地址LCoA和區(qū)域轉交地址RCoA進行 重新配置和重復檢測等切換操作。主MN通過切換協(xié)作集完成切換后，主MN停止使用切換協(xié)作集進行上下行數據傳 輸，主MN與切換后接入的基站進行正常的通信。通過組建切換協(xié)作集并在切換過程中同切換協(xié)作集中的輔助麗進行協(xié)同通信， 主MN與源基站的通信時間大大延長，也即增加了切換準備時間，減少了切換延時。與普通 的切換機制比較，本發(fā)明能夠避免由于可預測時長不足所引起的切換服務中斷時間過大的 問題本發(fā)明利用協(xié)作分集機制，延長了 MN與源基站的通信時間，減少了切換過程中的 服務中斷時間。此外，本發(fā)明利用空閑的終端節(jié)點作為輔助MN，并且輔助MN都使用主MN的 上下行資源塊進行數據傳輸，不需要耗費額外的蜂窩網絡資源，只需耗費一些廉價的短距 離Wi-Fi資源，降低了通信成本，有效提高了系統(tǒng)性能。為了進一步闡述本發(fā)明，下面結合具體網絡的實例，對本發(fā)明作進一步闡述。本發(fā)明所述方法的網絡拓撲結構如圖2所示，包括PDN網關(PDN Gateway，簡稱 P-GW)、服務網關(Serving Gateway，簡稱 S-GW)、基站(Base Station、簡稱 BS)、主 MN 和輔 助MN。各部分的定義為PDN網關是具有HMIPv6中的移動錨定點(Mobile Anchor Point) 功能的節(jié)點；服務網關對應于HMIPv6中的接入路由器(Access Router, AR)；主麗為需要 切換到一個新的移動管理域的移動終端；輔助MN為空閑移動終端，在主MN切換過程中協(xié) 助主MN傳輸數據信息。由于在圖示網絡拓撲中，源和目標基站分屬于兩個不同的切換管理 域，因此主MN的切換過程涉及了鏈路層切換及跨域三層切換。作為本發(fā)明的實施例，按照如下步驟進行無縫切換一)如圖2所示，主麗從源基站移動到目標基站的過程中，當主麗業(yè)務的服務質 量開始持續(xù)下降時，主MN使用其Wi-Fi接口在其鄰居節(jié)點中尋找并且組建切換協(xié)作集。協(xié) 作節(jié)點的選擇必須同時滿足以下兩個條件切換協(xié)作集中輔助MN的蜂窩網接口必須處于IDLE狀態(tài)；切換協(xié)作集中輔助麗必須位于主麗的Wi-Fi通信范圍內，并且能夠在一段時間 內保證與輔助麗之間的Wi-Fi通信質量。根據以上條件組建好協(xié)作集后，主麗將自己所使用的蜂窩網絡的上下行資源告 知給切換協(xié)作集中的所有輔助MN。
二 )在下行鏈路中，如圖3所示，切換協(xié)作集中所有的MN都在主MN的下行資源塊 上接收數據，從而在下行形成協(xié)作分集。根據協(xié)作集中節(jié)點的數目，將分為兩種情況討論。情況bl 協(xié)作集中只有一個輔助麗如果主MN能夠成功接收基站的下行數據幀，則主MN直接使用該數據幀；否則，主 麗向輔助麗請求對應的下行數據幀，輔助麗將對應的數據幀通過Wi-Fi接口轉發(fā)給主麗。 由于輔助MN接收和發(fā)送采用的空口技術不同，則可以將其視為異構全雙工中繼節(jié)點。也即 在接收這一時隙數據幀的同時也在發(fā)送上一時隙數據幀。相比于基站直接發(fā)送到接收端， 只增加了第一個時隙的時間。情況b2 協(xié)作集中有2個或多個輔助麗與情況bl不同之處在于，當主麗向輔助麗請求數據時，多個輔助節(jié)點可以通過 某種協(xié)作的方式向主MN發(fā)送數據幀。例如有2個輔助MN時，可以制定協(xié)議使兩輔助MN同 時向主MN發(fā)送數據幀，在主MN處進行信號合并，進一步提高了接收機上的等效信干噪比， 也即延長了與源基站的通信時間。三)在上行鏈路中，如圖4所示，主麗在輔助麗中選擇一個麗作為其上行中繼， 讓該上行中繼輔助MN使用其上行資源。上行中繼選擇準則可以根據輔助MN當前信干噪比 和歷史信干噪比等因素，選擇一個在未來一定時隙內與基站有最好連接的輔助MN。主MN所有的上行數據首先由Wi-Fi鏈路傳遞給上行中繼，然后再由該上行中繼使 用主MN的上行資源塊傳遞給基站。四)通過組建切換協(xié)作集并在切換過程中同切換協(xié)作集中的輔助MN進行協(xié)同通 信，主MN與源基站間滿足業(yè)務QoS需求的通信時間大大延長，也即增加了切換準備時間，減 少了切換延時。如圖5所示，與普通的切換機制比較，本發(fā)明能夠避免由于可預測時長不足 所引起的切換服務中斷時間過大的問題。本發(fā)明所公開的基于協(xié)作分集技術的無縫切換方法具有以下一個或多個優(yōu)點本發(fā)明不需要依賴于復雜的切換預測算法，如圖6所示，利用協(xié)作分集機制，延長 了 MN與源基站間滿足業(yè)務QoS需求的通信時間，減少了切換過程中的服務中斷時間；本發(fā)明利用空閑的終端節(jié)點作為輔助MN，并且輔助MN都使用主MN的上下行資源塊 進行數據傳輸，不需要耗費額外的蜂窩網絡資源，只需耗費一些廉價的短距離Wi-Fi資源。本領域普通技術人員可以理解實現上述實施例方法攜帶的全部或部分步驟是可 以通過程序來命令相關的硬件完成，所述的程序可以存儲于一種計算機可讀存儲介質中， 該程序在執(zhí)行時，包括方法實施例的步驟之一或其組合。另外，在本發(fā)明各個實施例中的各功能單元可以集成在一個處理模塊中，也可以 是各個單元單獨物理存在，也可以兩個或兩個以上單元集成在一個模塊中。上述集成的模 塊既可以采用硬件的形式實現，也可以采用軟件功能模塊的形式實現。所述集成的模塊如 果以軟件功能模塊的形式實現并作為獨立的產品銷售或使用時，也可以存儲在一個計算機 可讀取存儲介質中。上述提到的存儲介質可以是只讀存儲器，磁盤或光盤等。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人 員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應 視為本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
一種基于協(xié)作分集技術的無縫切換方法，其特征在于，包括如下步驟(a)當主MN的接收信干噪比低于預定閾值時，所述主MN通過Wi Fi接口從鄰居MN中選擇出一個或多個輔助MN，形成一個切換協(xié)作集；(b)所述主MN分別在上下行通過所述切換協(xié)作集利用協(xié)作分集技術傳輸數據幀；(c)所述主MN在所述切換協(xié)作集的幫助下進行無縫切換。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述主MN通過所述切換協(xié)作集完成切換后， 還包括所述主MN停止使用所述切換協(xié)作集進行上下行數據傳輸。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(a)還包括所述主麗選擇蜂窩網接口處于空閑IDLE狀態(tài)的麗作為輔助麗；所述主麗選擇Wi-Fi —跳通信范圍內的麗作為輔助麗，且輔助麗與主麗之間的 Wi-Fi能夠正常通信。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(b)包括下行傳輸時，切換協(xié)作集中的所有MN都在所述主MN的下行鏈路資源塊上監(jiān)聽并接收 所述主MN的下行數據，當所述主MN不能正確解碼下行數據幀時，則通過Wi-Fi接口向協(xié)作 輔助MN請求所述數據幀；上行傳輸時，當所述主MN的上行信道無法滿足業(yè)務的QoS需求時，所述主MN在所述切 換協(xié)作集的輔助MN中選擇一個作為上行中繼，所述主MN所有上行數據均通過所述輔助MN 中繼發(fā)給源基站。
5.如權利要求4所述的方法，其特征在于，當所述切換協(xié)作集中只有一個輔助MN時， 如果所述主MN能夠成功接收基站的下行數據幀，則主MN直接使用該數據幀；否則，所述主 MN向輔助MN請求對應的下行數據幀，輔助MN將對應的數據幀通過Wi-Fi接口轉發(fā)給所述主麗。
6.如權利要求4所述的方法，其特征在于，當所述切換協(xié)作集中具有兩個或兩個以上 輔助麗時，所述麗向輔助麗請求數據時，所述多個輔助麗通過協(xié)作的方式向所述主麗 發(fā)送數據幀，所述主MN對所述數據幀進行聯合處理接收。
7.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(c)包括當所述主MN的信號強度滿足鏈路層切換判定準則時，所述主MN發(fā)起并執(zhí)行正常的鏈 路層切換過程；若此次切換涉及到三層切換，則所述主MN將根據目標路由器廣播的路由公告報文配 置新的轉交地址，并執(zhí)行正常的三層切換流程；在主MN進行鏈路層及網絡層切換的過程中，分別由切換協(xié)作集形成的上下行協(xié)作信 道來為主MN傳輸上下行數據。
8.如權利要求7所述的方法，其特征在于，所述步驟(c)還包括當所述主MN進入到兩基站的重疊覆蓋范圍內時，所述主MN通過協(xié)作分集延長通信的 時間，并進行切換準備和切換執(zhí)行，對鏈路轉交地址LCoA和區(qū)域轉交地址RCoA進行重新配 置和重復檢測的切換操作。
全文摘要
本發(fā)明實施例提供一種基于協(xié)作分集技術的無縫切換方法。該方法包括(a)當主MN的接收信干噪比低于預定閾值時，所述主MN通過Wi-Fi接口從鄰居MN中選擇出一個或多個輔助MN，形成一個切換協(xié)作集；(b)所述主MN分別在上下行通過所述切換協(xié)作集利用協(xié)作分集技術傳輸數據幀；(c)所述主MN在所述切換協(xié)作集的幫助下實現無縫切換。本發(fā)明利用協(xié)作分集機制，延長了MN與源基站的通信時間，減少了切換過程中的服務中斷時間，能有效提高系統(tǒng)性能。
文檔編號H04W36/18GK101917748SQ201010268238
公開日2010年12月15日 申請日期2010年8月30日 優(yōu)先權日2010年8月30日
發(fā)明者唐浩, 洪佩琳, 薛開平, 鐵曉磊 申請人:中國科學技術大學