[发明专利]一种面向宽带体验的近海用户接入切换方法

摘要

一种面向宽带体验的近海用户接入切换方法，属于海洋无线宽带通信技术领域，其特征在于：是在基于卫星‑地面移动通信协同的宽带通信网络中，对于进入近海的基站船，其所配备的船载基站按照接收信号强度、下行链路速率和接入持续时间三个接入切换参数，计算接入宽带卫星与岸基基站的切换综评指数；对进入近海的用户船按照岸基基站信号强度、下行链路速率以及接入持续时间三个接入切换参数，计算用户船接入岸基基站的综评指数，若岸基基站不满足条件，则选择综评指数最高的船载基站作为他们的接入点。与基于LTE‑A3信令的切换方法相比，在满足用户宽带接入的条件下可有效降低切换次数、降低近岸时用户船接入岸基基站用时。

主权项

1.一种面向宽带体验的近海用户接入切换方法，其特征在于，是在卫星‑地面移动通信协同的宽带通信系统，简称系统中依次按以下步骤实现的：步骤(1.1)，基于所述系统的海洋宽带通信架构建立海洋宽带通信网：所述海洋宽带通信架构由二种近海用户和四类接入点构成，其中：两种用户是指基站船与用户船，其中：基站船B_i,部署有：设有甚小孔径卫星终端VSAT与船载基站BS_i,i＝1,2,3…N，N是总数，i是序号，用户船U_j,可接受地面蜂窝网络服务、所述船载基站BS_i服务以及窄带卫星NWS服务，j＝1,2,3…M，M是总数，j是序号，四类接入点，包括：岸基基站BS_l，其中下标l表示岸基，船载基站BS_i，宽带卫星BWS，窄带卫星NWS，在离岸15km以上的远海区域：所述基站船B_i，借助船载基站BS_i接入所述宽带卫星BWS，所述用户船U_j，借助邻近的船载基站接入宽带卫星BWS，在没有邻近的船载基站BS_i时接入窄带卫星NWS，在离岸15km以内的近海区域，用户船U_j与基站船B_i优先选择岸基基站BS_l，步骤(1.2)，构建所述的海洋宽带通信网,步骤(1.2.1)，设立v_k(t)为时刻t时用户船U_j的与基站船B_i的速率，而坐标位置为[x_k(t),y_k(t)],k＝1,…,(N+M)，为用户的序号，U_max为单个船载基站BS_i能服务的用户船U_j的最大数量，为船载基站BS_i在t时刻已接入用户船U_j的数量，为岸基基站BS_l在t时刻已接入用户的数量，步骤(1.2.2)，定义所述海洋宽带通信网的两类性能参数：切换性能参数和切换性能评价指数，其中：切换性能参数，是切换控制参数，包括：接收信号强度，用户下行链路速率以及接入持续时间，其中：A：接收信号强度，表示用户从目标接入点收到的接收功率：A₁：当用户为用户船U_j时：A₁₁：若，以船载基站BS_i作为目标接入点，则接收信号强度表示为其中，P₀为各船载基站BS_i的固定发射功率，为t时刻船载基站BS_i与用户船U_j之间的路径损耗，其中,λ_i为船载基站BS_i的信号发射波长，h_j分别为船载基站BS_i和用户船U_j的天线高度，为t时刻船载基站BS_i与用户船U_j之间的直线距离，A₁₂：若，以岸基基站BS_l作为目标接入点，则接收信号强度表示为其中，为岸基基站BS_l的固定发射功率，为t时刻岸基基站BS_l与用户船U_j之间的路径损耗，其中，为岸基基站BS_l的信号发射波长，h_j分别为岸基基站BS_l和用户船U_j的天线高度，为t时刻岸基基站BS_l与用户船U_j之间的直线距离，A₂：当用户为基站船B_i时：A₂₁：若，以岸基基站BS_l作为目标接入点，则接收信号强度表示为其中，为岸基基站BS_l的固定发射功率，为t时刻岸基基站BS_l与船载基站BS_i之间的路径损耗，其中，为岸基基站BS_l的信号发射波长，h_i分别为岸基基站BS_l和船载基站BS_i的天线高度，为t时刻岸基基站BS_l与船载基站BS_i之间的直线距离，A₂₂：若，以宽带卫星BWS作为目标接入点，则接收信号强度可表示为P_i←BWS(t)，为固定值，B：用户下行链路速率，B₁：当用户为用户船U_j时：B₁₁：若，以船载基站BS_i作为目标接入点时，则用户船U_j从接入的船载基站BS_i获得的下行链路速率表示为：其中，为用户船U_j从接入的船载基站BS_i获得的接收功率信噪比，其中，为用户从接入船载基站处获得的信号接收功率，σ²表示噪声，表示用户船U_j接收到来自邻区的同频干扰，n表示除当前接入点之外的其他船载基站BS_i的序号，为用户船U_j接收到来自岸基基站的同频干扰，a_n(t)表示除当前接入的船载基站之外其余船载基站的状态，a_n(t)＝1表示船载基站BS_n开，a_n(t)＝0表示船载基站BS_n关，B₁₂：若，以岸基基站BS_l作为目标接入点时，则用户船U_j从接入的岸基基站BS_l获得的下行链路速率表示为：其中，为用户船U_j从接入的岸基基站BS_l获得的接收功率信噪比，其中，σ²表示噪声，表示用户船U_j接收到来自邻区的同频干扰，n表示船载基站BS_i的序号，a_n(t)表示各船载基站的状态，a_n(t)＝1表示船载基站BS_n开，a_n(t)＝0表示船载基站BS_n关，B₂：当用户为基站船B_i时：B₂₁：若，以岸基基站BS_l作为目标接入点，则下行链路速率为为固定值，B₂₂：若，以宽带卫星BWS作为目标接入点，则下行链路速率为R_i←BWS(t)，为固定值，C：接入持续时间，表示从某一时刻t开始，用户估计能保持持续接入目标点的理论时间，C₁：当用户为用户船U_j时：C₁₁：若，以船载基站BS_i作为目标接入点，则接入持续时间表示为，单位为秒，r为所有船载基站BS_i信号覆盖半径，属于已知值，表示时刻t时船载基站BS_i和用户船U_j在水平方向上的距离，表示时刻t时船载基站BS_i和用户船U_j在垂直方向上的距离，表示时刻t时船载基站BS_i和用户船U_j在水平方向上的相对速度分量，表示时刻t时船载基站BS_i和用户船U_j在垂直方向上的相对速度分量，α(t)和β(t)分别表示船载基站BS_i和用户船U_j各自的航行方向与水平方向的夹角，C₁₂：若，以岸基基站BS_l作为目标接入点，则接入持续时间表示为，单位为秒，R为岸基基站BS_l信号覆盖半径，属于已知值，由于岸基基站BS_l位置固定，因此：表示时刻t时岸基基站BS_l和用户船U_j在水平方向上的距离，表示时刻t时岸基基站BS_l和用户船U_j在垂直方向上的距离，表示时刻t时岸基基站BS_l和用户船U_j在水平方向上的相对速度分量，表示时刻t时岸基基站BS_l和用户船U_j在垂直方向上的相对速度分量，β(t)表示用户船U_j的航行方向与水平方向的夹角，C₂：当用户为船载基站BS_i时：C₂₁：若，以岸基基站BS_l作为目标接入点，则接入持续时间表示为，单位为秒，R为岸基基站BS_l信号覆盖半径，属于已知值，由于岸基基站BS_l固定，因此：表示时刻t时岸基基站BS_l和基站船B_i在水平方向上的距离，表示时刻t时岸基基站BS_l和基站船B_i在垂直方向上的距离，表示时刻t时基站船B_i在水平方向上的相对速度分量，表示时刻t时基站船B_i在垂直方向上的相对速度分量，β(t)表示基站船B_i的航行方向与水平方向的夹角，C₂₂：若，以宽带卫星BWS作为目标接入点，则接入持续时间表示为为固定值，且以下设定，接入持续时间AET(s)与经实际优化得出的切换触发时间TTT的对照表：AET(s)≥150s时，TTT＝160ms，100≤AET(s)<150s时，TTT＝100ms，60≤AET(s)<100s时，TTT＝80ms，30≤AET(s)<60s时，TTT＝64ms，AET(s)<30s时，TTT＝40ms，切换性能评价指数，用于对切换性能参数使用权重方法进行综合评价的，表示为计算各候选目标接入点e的切换性能评价指数的效用公式UF，当用户为用户船U_j时，若：候选的目标接入点为船载基站则：若：候选的目标接入点为岸基基站BS_l，则：当用户为基站船B_i时，若：候选的目标接入点为岸基基站BS_l，则：若：候选的目标接入点为宽带卫星BWS时，则：其中，分别为用户是用户船U_j，侯选的接入点为船载基站BS_i时的权重分配系数，且分别为用户是用户船U_j，侯选的接入点为岸基基站BS_l时的权重分配系数，且分别为用户是基站船B_i，侯选的接入点为岸基基站BS_l时的权重分配系数，且分别为用户是基站船B_i，侯选的用户接入点为宽带卫星BWS时的权重分配系数，且N(·)为切换性能参数的归一化函数：步骤(1.3)，依次按照以下步骤分别实施当用户从远海进入近海时基站船B_i或用户船U_j的切换接入方法，步骤(1.3.1)，当用户为基站船B_i时，依次按照以下步骤分别在切换到作为目标接入点的岸基基站BS_l或者当前接入点宽带卫星BWS时做出选择性切换，步骤(1.3.1.1)，船载基站BS_i主机初始化，设定：滞后参数H是指候选的目标接入点的性能评价指数与当前接入点的性能评价指数之差，在本系统中H取值相同，取值范围是0.05<H<0.2，为设定值，当船载基站BS_i切换到岸基基站BS_l时，所述船载基站BS_i的接入持续时间的下限阈值为设定值取值范围是0‑20min，下同，船载基站BS_i接入目标接入点岸基基站BS_l的性能评价指数步骤(1.3.1.2)，作为用户的基站船B_i的船载基站BS_i依次按照以下步骤在优先切换到岸基基站BS_l和维持在作为当前接入点的宽带卫星BWS之间进行选择性切换：步骤(1.3.1.2.1)，船载基站BS_i判定准则有：有用户船U_j接入否：若：有，则转入步骤(1.3.1.2.3)，若：没有，则转到步骤(1.3.1.2.2)，步骤(1.3.1.2.2)，判定本船载基站BS_i是否接入岸基基站BS_l：若：没有，则返回步骤(1.3.1.2.1)，若：已接入，则关闭本船载基站BS_i，结束，步骤(1.3.1.2.3)，判定：满足切换到所述目标接入点岸基基站BS_l的条件若：不满足，则返回步骤(1.3.1.2.1)，若：满足，则转入步骤(1.3.1.2.4)，步骤(1.3.1.2.4)，在满足(1.3.1.2.3)已经提出的目标接入点的性能评价指数高于当前接入点的性能评价指数与滞后参数之和后，计算所述船载基站BS_i与岸基基站BS_l的当前接入持续时间再根据所述对照表求出切换持续时间步骤(1.3.1.2.5)，判断：在内，作为目标接入点的岸基基站BS_l是否满足步骤(1.3.1.2.3)的条件：若：不满足，则转入步骤(1.3.1.2.1)，若：满足，则计算船载基站BS_i与目标接入点岸基基站BS_l的当前接入持续时间则转入步骤(1.3.1.2.6)，步骤(1.3.1.2.6)，判断：若：满足则船载基站BS_i切换至岸基基站BS_l，若：不满足，则返回步骤(1.3.1.2.1)，不执行切换，步骤(1.3.2)，当用户为用户船U_j时，自远海海域进入近海海域时，按当前接入点的类别，在优先接入岸基基站BS_l的原则下，分别按照以下步骤在岸基基站BS_l以及船载基站BS_i之间做出选择性切换：步骤(1.3.2.1)，判断：用户船U_j的当前接入点为窄带卫星NWS还是船载基站BS_i：若：用户船U_j的当前接入点是窄带卫星NWS，则转(1.3.2.2)，若：用户船U_j的当前接入点是船载基站BS_i，则转(1.3.2.3)，步骤(1.3.2.2)，用户船U_j的当前接入点为窄带卫星NWS时，按以下的步骤进行接入点切换：步骤(1.3.2.2.1)，用户船主机初始化：在用户船U_j进入近海海域的时刻t：用户船U_j切断窄带通信卫星NWS，并确定：用户船U_j，各船载基站BS_i,i＝1,2,3,4…N与岸基基站BS_l的位置坐标信息，用户船U_j接入岸基基站BS_l的接入持续时间以及下限阈值取值范围是0‑20min，下同，用户船U_j接入船载基站BS_i的接入持续时间以及下限阈值取值范围是0‑20min，下同，用户船U_j在检测到自己处于作为候选目标接入点岸基基站BS_l的信号覆盖半径之内以后，步骤(1.3.2.2.2)，找出用户船U_j切换到船载基站BS_i时切换性能评价指数较大且又满足的若干个船载基站BS_i，转到步骤(1.3.2.2.3)，步骤(1.3.2.2.3)，计算用户船U_j分别接入N个船载基站BS_i,i＝1,2,3,4…N时各自的切换性能评价指数按数值大小从大到小排列，转到步骤(1.3.2.2.4)，步骤(1.3.2.2.4)，在步骤(1.3.2.2.2)中找到若干个切换性能评价指数值较大的船载基站BS_i后，删除其中的船载基站，得到若干个切换性能评价指数较大且满足的船载基站BS_i集合，称为用户船U_j接入船载基站BS_i的所述候选接入点集合，在所有候选船载基站接入点当中寻找性能评价指数最大的接入点max{BS_i}作为当前接入点，同时用户船U_j接入该接入点，转到步骤(1.3.2.2.5)，步骤(1.3.2.2.5)，判断：切换条件否，其中，为用户船U_j接入其目标接入点岸基基站BS_l时的的切换性能评价指数，为用户船U_j接入其作为当前接入点船载基站BS_i时的切换性能评价指数，若：不成立，则，不切换到岸基基站BS_l，即仍以当前船载基站max{BS_i}为目标接入点，结束，若：成立，则转入步骤(1.3.2.2.6)，步骤(1.3.2.2.6)，根据用户船U_j接入岸基基站BS_l时的接入持续时间查找所述对照表得到切换触发时间步骤(1.3.2.2.7)，判断内步骤(1.3.2.2.5)所述切换条件仍否成立：若，不成立，则不切换到岸基基站BS_l，结束，若，成立，则转步骤(1.3.2.2.8)，步骤(1.3.2.2.8)，判断是否成立，若：不成立，则，仍以当前船载基站max{BS_i}为目标接入点，结束，若：成立，则：用户船U_j接入岸基基站BS_l，结束，步骤(1.3.2.3)，用户为用户船U_j，当前接入点为船载基站BS_i，依次按以下步骤进行切换接入，步骤(1.3.2.3.1)，用户船主机初始化，在近海海域中用户船U_j在时刻t确定：各船载基站BS_i,i＝1,2,3,4…N以及岸基基站BS_l的坐标位置，用户船U_j接入岸基基站BS_l的接入持续时间的下限阈值用户船U_j接入其他船载基站BS_i的接入持续时间的下限阈值H为系统的滞后系数，其中，为用户船U_j接入最佳船载基站切换性能评价指数，为用户船U_j接入当前船载基站BS_i的切换性能评价指数，步骤(1.3.2.3.2)，按照步骤(1.3.2.2.5)至步骤(1.3.2.2.8)共4个步骤中所述的方法，依次按照切换条件切换触发时间内本切换条件是否成立以及是否大于下限阈值共三个条件判断：若：上述三个条件全部满足，则：用户船U_j切换至岸基基站BS_l，结束，若：不满足，转步骤(1.3.2.3.3)，步骤(1.3.2.3.3)，按照步骤(1.3.2.2.2)至步骤(1.3.2.2.4)中所述的方法，从除当前接入点BS_i之外的N‑1个候选中继船载基站中找出性能最佳船载基站max{BS_n}_N‑1,n≤N,n≠i，转到步骤(1.3.2.3.3)，步骤(1.3.2.3.3)，判断：是否成立，若：不成立，则不执行切换，即仍以当前船载基站BS_i为接入点，结束，若：成立，则转入步骤(1.3.2.3.4)，步骤(1.3.2.3.4)，根据用户船U_j接入船载基站max{BS_n}_N‑1时的接入持续时间查找所述对照表得到切换触发时间转到步骤(1.3.2.3.5)，步骤(1.3.2.3.5)，判断内步骤(1.3.2.3.3)所述切换条件仍否成立：若，不成立，则不执行切换，结束，若，成立，并选择该基站max{BS_n}_N‑1,n≤N,n≠i作为最终的目标船载基站接入点，同时用户船U_j接入该船载基站接入点，转到步骤(1.3.2.4)，步骤(1.3.2.4)结束。