[发明专利]一种基于谱聚类的跟踪区域规划方法

说明书

本发明提出一种基于谱聚类的跟踪区域规划方法，该方法主要是针对热点区域小蜂窝网络环境下的用户跟踪区域规划方法。本发明提出的方法整体思路是，首先基于泊松点过程的小蜂窝部署构建了一个系统模型，产生显示用户移动性和寻呼特性的蜂窝网络图；接着将TA规划问题建模为图形相关系数的分割问题；然后应用基于图论的谱聚类算法对产生的网络图进行TA规划。

技术领域

本发明涉及通信领域下的用户位置管理技术领域，主要是涉及一种对跟踪区(Tracking Area，TA)的规划方法。

背景技术

近年来，移动用户数量的快速增长导致移动通信网络流量迅猛增长，对网络的容量要求大大增加。大型的热点区域，如商场等存在着大量的连接设备。小蜂窝基站的密集部署迫在眉睫，超密集组网应运而生。未来的小蜂窝网络将在宏蜂窝范围内的热点区域部署密集的自组织、低成本，低功率的小蜂窝。虽然小蜂窝网络具有很多优势，但是由于小蜂窝有着动态随机部署，超密集，自组织和自由化能力强等特点，使得在其覆盖范围下的移动用户可能频繁地游走与不同的小区，增加了用户位置管理的复杂性。

在LTE网络中，宏蜂窝(eNB)与小蜂窝(HeNB)覆盖的服务区域重叠。eNB通过移动管理实体和服务网关连接到核心网络(Core Network，CN)，HeNB通过家庭基站的服务网关连接到CN。网络中的小区被划分到TA中，每个TA都有一个由eNB广播的唯一的识别码，用户可以识别当前所处哪个TA。当用户从一个TA移动到另一个TA时，用户将其所在小区的识别码报告给归属用户服务器(Home Subscriber Server，HSS)，CN通过HSS查询被呼叫用户所在的TAI，指示TA中的所有基站呼叫用户。因此在LTE网络中，为了更好地对用户位置进行管理，网络的覆盖区域被分成多个TA，每个TA包含大量的小区，TA之间不能相互重叠。任何通过TA边界的空闲终端执行位置更新操作，当有呼叫到达时，CN将向用户当前位置所属TA范围内的所有小区发送寻呼消息。如果将每个小蜂窝单独划分成一个TA，那么移动用户将要频繁执行位置更新操作并产生大量的位置更新信令。如果将所有的小蜂窝划分到同一个TA，当有系统呼叫到达时会产生巨大的寻呼成本。因此，TA规划的目的就是以位置更新为目标，在寻呼容量约束下求解最大TA边界，寻找位置更新成本与寻呼成本之间的平衡点。

为了更加有效地对小蜂窝网络进行TA规划，降低系统总信令成本开销，许多TA规划算法被提出。2013年FU等人提出了一种延迟注册算法来减少网络中的信令开销，但是该算法以降低流量卸载能力为代价来减少系统信令开销。2013年Toril等人统计了移动用户在TA规划区域的移动特征，将TA规划问题建模为图分割问题，采用进化搜索算法给出TA规划方案，该算法属于最新的启发式TA规划算法，但是，该算法步骤复杂，搜索TA规划问题的全局最优解速度较慢，在面对超密集组网的小蜂窝部署环境，还需要研究更加高效的TA规划算法。2017年Chen等人采用进化多目标算法建模来解决跟踪区域规划问题，该模型采用带约束的多目标优化，旨在找到位置更新信令和寻呼信令之间更好的权衡。2017年Ning等人提出一种基于社区检测的TA规划算法，该算法将TA规划问题建模为复杂网络中社区检测问题，应用基于协作博弈的社区检测算法给出TA规划方案，但是当场景中的小蜂窝较多时，会导致出现越来越多的小蜂窝被单独划分成一个TA的不合理现象。此外，当前大多数动态位置管理方法的研究都是基于蜂窝同大小、同形状、同分布的规则蜂窝拓扑模型，无法应对热点区域的超密集组网的蜂窝部署环境。此外，随着用户移动趋势和蜂窝基站部署的变化，最初的TA规划方法不能更好地优化网络系统的信令成本开销。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明提出一种基于谱聚类的跟踪区域规划方法，该方法主要是针对热点区域小蜂窝网络环境下的用户跟踪区域规划方法。本发明提出的方法整体思路是，首先基于泊松点过程的小蜂窝部署构建了一个系统模型，产生显示用户移动性和寻呼特性的蜂窝网络图；接着将TA规划问题建模为图形相关系数的分割问题；然后应用基于图论的谱聚类算法对产生的网络图进行TA规划。

一种基于谱聚类的跟踪区域规划方法主要包括以下实现步骤：