CN101151913A - 自动学习地理感知切换方法和系统 - Google Patents

Abstract

公开了一种自动学习地理感知切换方法和系统。该系统包括切换管理器(108)，它接收与移动网络(100)中存在的移动节点(102a、102b、102c和102d)的位置和移动有关的信息。切换管理器学习移动网络中的接入点(104a、104b、104c和104d)的覆盖能力。然后，它基于所学习的覆盖能力确定移动节点将要切换到的第二接入点。然后，切换管理器通知移动节点关于该第二接入点。

Description

自动学习地理感知切换方法和系统

技术领域

本发明一般涉及移动网络，更具体的是涉及在移动网络中切换移动节点。

背景技术

在移动网络中，移动节点可能经常地从由一个接入点服务的一个小区移动到由不同接入点服务的另一小区。为了使移动节点能经常地和其它移动节点交互，必须保持移动节点和移动网络中的至少一个接入点之间的通信。从一个接入点向另一个接入点移交通信链接的过程被称为切换。

用于确定切换需求的最通用标准是接收信号强度(RSS)和/或信噪比(SNR)。当移动节点从一个小区移到另一个时，它表现出RSS或SNR的下降。然后移动节点扫描新接入点，该新接入点可以在新小区中为移动节点提供服务。一旦找到新接入点，移动节点就与其交互并使用其服务。

然而，如下所述，切换的方法受到许多限制。首先，该方法可能不会总获得平滑的切换。例如，如果移动节点提前开始扫描(当它还在和旧接入点联系时)，它可能发现新的接入点。然后，该移动节点可能在还能够和旧接入点对话的同时，便将连接释放给新接入点。接着移动节点不得不再次扫描，其结果是浪费电池和网络资源。如果移动节点滞后开始扫描，它可能甚至在释放了与旧接入点的连接之后，仍没有找到新接入点。这导致切换过程中的无效。

其次，移动网络中存在某些区域，在这些区域中，即使非常短暂的移动，RSS和SNR也会急剧下降。在另一些区域中，它们可能随着直线移动而交替降低或增加。在这样的区域中，用RSS和SNR值来确定切换需求可导致其过程无效。

因此，需要一种改进的切换方法和系统。

附图说明

在附图中，同样的附图标记指的是全部的分立视图中同样或功能相似的部件。依照本发明，这些附图，和下述详细的描述一起，被组合进并构成说明书的一部分，用于进一步图示实施例和解释各种原理和优势。

图1图示了依照本发明的一个示例性实施例的移动网络。

图2是依照本发明的一个示例性实施例的切换管理器的方框图。

图3是依照本发明的一个示例性实施例的覆盖图的示意框图。

图4图示了依照本发明的一个示例性实施例的切换方法的流程图。

图5图示了依照本发明的另一个示例性实施例的切换方法的流程图。

图6图示了依照本发明的一个示例性实施例的预测矩阵的方框图。

发明内容

依照本发明，当前的公开内容用于进一步解释在启动方式中生成和使用各种实施例的最佳模式。这公开内容还用于增强对此处发明原理和优势的理解和评价，而不是局限于发明的任何方式。本发明仅被公开的附属权利要求定义，这些权利要求包括任何在本申请的未决期间进行的改进以及权利要求的等价物。

所进一步理解是相关术语的使用，如果任何，如第一和第二，顶部和底部之类的，仅用于从一个实体或动作中区分另一个，无需请求或暗示这些实体或动作间的任何实际关系或命令。

图1依照本发明的一个示例性实施例图示了移动网络100。移动网络100包括移动节点102a、102b、102c和102d，以及接入点104a、104b、104c和104d。以下，移动节点102a、102b、102c和102d被称为多个移动节点102。同样，接入点104a、104b、104c和104d被称为多个接入点104。移动网络100被划分为小区106a、106b、106c和106d。以下小区106a、106b、106c和106d被称为多个小区106。参照图1，即使地理区域被表示为矩形并且小区被表示为圆形，地理区域和小区都可有任意形状。多个小区106中的每个小区都由多个接入点104中的一个进行服务。例如，接入点104a在小区106a中为移动节点102a提供通信信道。这个通信信道使得移动节点102a能和移动网络100中的其它移动节点进行通信。

当移动节点102a从小区106a移动到任意相邻小区，例如小区106b时，接入点104a的接收信号强度(RSS)可能变得不足以支持与移动节点102a的通信。结果是，移动节点102a可与小区106b中的接入点104b建立通信。移动节点102a的这个切换过程由移动网络100中的切换管理器108进行协调。切换管理器108协调移动网络100中地理区域110内的切换。依照本发明的一个实施例，地理区域110包括多个小区106中的至少一个小区。切换管理器108在地理区域110内通过通信信道102，与多个接入点104进行通信。依照本发明的各种实施例，通信信道102可以是有线线路或无线通信信道。

图2是依照本发明的一个实施例的切换管理器108的方框图。切换管理器108是一种系统，其允许移动节点从移动网络100中的第一接入点进行切换。切换管理器108包括接收信息装置202、学习装置204、确定装置206和通知装置208。

接收信息装置202接收与地理区域110中的多个移动节点102的移动和位置相关的信息。在本发明的一个实施例中，接收信息装置202接收关于多个移动节点102的速度的信息。接收信息的装置202还获取与在地理区域110中的多个移动节点102中的每个移动节点处的RSS和信噪比(SNR)有关的信息。此外，接收信息装置202维护与地理区域110中的多个接入点104的位置有关的信息。在本发明的一个实施例中，接收信息装置202接收与移动节点的第二位置有关的信息。该第二位置是移动节点切换的位置。

学习装置204把接收信息装置202所接收的信息映射到各个移动节点的地理位置的信息，以形成覆盖图。将结合图3详细描述覆盖图。切换管理器108利用该映射的信息，学习地理区域110中多个接入点104的覆盖能力。映射的信息随即被确定装置206用于确定移动节点将要切换到的第二接入点。通知装置208随即通知移动节点关于第二接入点。在本发明的一个实施例中，通知装置208向移动节点通知预测位置，例如切换位置，和预测时间，例如切换的时间，以进行切换。例如，基于映射的信息，切换管理器108可预测：移动节点102a将在预测的一段时间后切换到第二接入点，例如接入点104b。通知装置208随即通知移动节点102a和接入点104b关于该即将来临的切换。

在本发明的一个实施例中，通知装置208通知接入点104b，以保留用于该预测的切换的网络资源。在本发明的另一个实施例中，通知装置208启动上下文的传递。启动上下文的传递使得已经在第一接入点(例如接入点104a)上建立的服务，能够在接入点104b上延续。随即，它可向移动节点102a提供关于接入点104b的必要信息，例如频带、调制技术、信标间隔等。该信息帮助移动节点102a搜索和建立与接入点104b的通信。

图3是依照本发明的一个示例性实施例的覆盖图300的示意图。切换管理器108是用定义地理区域110边界的坐标来配置的。依照本发明的一个实施例，切换管理器108将地理区域110划分成多个微小区302。多个移动节点102中的每一个都向切换管理器108发送其位置的地理坐标和其所连接的接入点。对于每个移动节点，切换管理器108基于接收到的地理坐标确定移动节点所处的微小区。如本领域所公知的，每个移动节点可以通过各种机制中之一来获取其位置的地理坐标，例如通过使用GPS接收器、三角测量等。

例如，移动节点102b在路径304上移动，经过微小区302a、302b、302c等。切换管理器108将接入点映射到各个微小区里，所述接入点为这些微小区中的移动节点102b提供覆盖。在其中多个微小区302中的每一个与至少一个接入点相关联的覆盖图300中的这一映射结果，是向该微小区内的移动节点提供覆盖的接入点。例如，图3中，数字“1”代表为微小区302a、302b、302c、302d和302e提供覆盖的第一接入点。此外，数字“2”代表为其它微小区提供覆盖的第二接入点，数字“4”表示为其它微小区提供覆盖的另一接入点。

在本发明的一个实施例中，覆盖图300具有与多个微小区302关联的每个接入点的RSS指示器。在本发明的另一个实施例中，覆盖图300考虑了可能影响移动节点性能的因素，比如电池的状态。参照本发明的一个实施例，是经过一段长期的时间才能构建出完整的覆盖图300。

图4是参照本发明的一个示例性实施例的切换方法的流程图。在步骤402中，切换管理器108接收与地理区域110中的多个移动节点102的位置和移动相关的信息。另外，切换管理器还可以与上述信息相结合地接收与这些位置和移动是在何时被测量有关的信息。在这样的实施例中，该信息可包括时间戳。在本发明的一个实施例中，切换管理器108还可接收与地理区域110中的多个移动节点102的速度有关的信息。

在步骤404中，切换管理器108学习在地理区域110中的多个接入点104的覆盖能力。在一个实施例中，这是通过将接收到的信息映射到移动节点的位置上来完成的。在步骤406中，切换管理器108确定移动节点(例如移动节点102a)将要切换到的第二接入点，例如接入点104b。这个确定是利用映射信息来完成的。在本发明的一个实施例中，第二接入点的确定是利用预测矩阵来完成的。结合图6详细描述了本发明的一个实施例中的预测矩阵。

在步骤408中，切换管理器108通知移动节点102a关于接入点104b。在本发明的一个实施例中，切换管理器108随即启动上下文的传递。切换管理器108还通知移动节点102a关于频带、调制技术、信标间隔等，以使得移动节点102a能够和第二接入点通信，例如接入点104b。

图5是图示了参照本发明的另一个示例性实施例的切换方法的流程图。在步骤502中，切换管理器108接收与地理区域110中的多个移动节点102中每一个的位置和移动有关的信息。在本发明的一个实施例中，切换管理器108接收与地理区域110中的多个移动节点102的每一个的速度有关的信息。切换管理器108还可接收与多个移动节点102的每一个的RSS和/或SNR有关的信息。在本发明的一个实施例中，切换管理器108追踪与移动节点的第二位置有关的信息。第二位置表示出如下位置，在该位置处，地理区域110中的移动节点决定自行切换或通过未包含切换管理器的其他方式来切换。切换管理器108利用多个移动节点102中的每一个与切换管理器108之间的协议，定期地接收该信息。例如，该协议可包含定期向切换管理器108发送更新的多个移动节点102中的每一个，其中该更新包括移动节点的当前位置，还可能是其它参数例如移动节点的速度、RSS和SNR。在本发明的一个实施例中，这些更新的频率可随着参数改变的值和/或速度而变化。此外，更新的频率还可被切换管理器108所影响。

在步骤504中，切换管理器108通过维护与多个接入点104中每一个的位置相关的信息，来学习地理区域110中的该多个接入点104的每一个的覆盖能力。在步骤506中，切换管理器108利用接收到的信息来构建覆盖图300(如结合图3所描述的)。在步骤508中，切换管理器108为地理区域110中的多个移动节点102中的每一个建立和维护历史表。该历史表表示出地理区域110中的多个移动节点102中的每一个所访问的最近位置。在一个实施例中，历史表中所保存的位置数量是固定的。做为选择，历史表中所保存的位置数量也可根据该移动节点在给定的路由上可采取的备选路径数量而变化。此外，历史表中所保存的位置数量可根据覆盖图的粒度而变化。在本发明的一个实施例中，在历史表中为多个移动节点102的每一个表示出的位置数量至少为两个。每当移动节点向切换管理器108发送关于其位置的信息，就更新该历史表，并删除历史表中的用于该移动节点的最旧位置。此外，关于其它位置的信息被移位，并且在历史表中添加移动节点的当前位置。

例如，如果移动节点102b在路径304上移动，经过微小区302a、302b、302c，然后到302d，历史表将这组微小区放在与移动节点102b对应的一列中。此处，历史表中所表示出的位置数量是四个。移动节点102b随即移动到微小区302e。切换管理器108从历史表中移除最旧的位置，例如微小区302e。切换管理器108将其它三个微小区标识为移动节点102b的先前位置。然后切换管理器108将微小区302e标识为移动节点102b的当前位置。在本发明的一个实施例中，每当从地理区域110中的移动节点接收到信息，就更新该历史表。

在步骤510中，切换管理器108确定移动节点(例如移动节点102a)将要切换到的第二接入点。在本发明的各种实施例中，切换管理器108利用预测矩阵来确定第二接入点、切换位置和切换时间。结合图6详细描述了预测矩阵。切换管理器108还预测切换位置和切换时间。切换位置是预测要发生切换的位置。切换时间是预测要发生切换的时间。切换位置和切换时间可基于标准技术来计算，并考虑测量值被接收的位置和时间。例如，如上所述，如果切换管理器108从移动节点处与接收时间以及关于位置和移动的信息，切换管理器108可根据接收的信息来计算切换位置和切换时间。在步骤512，切换管理器108通知移动节点102a关于第二接入点。切换管理器108还可通知移动节点102a关于切换位置和切换时间。

在本发明的一个实施例中，切换管理器108启动上下文传递。其还可通知移动节点102a关于频带、调制技术、信标间隔等，从而使移动节点102a能够与第二接入点通信。

图6图示了参照本发明的一个示例性实施例的预测矩阵600。切换管理器108利用历史表中的信息创建并更新预测矩阵600。预测矩阵600用于确定移动节点(例如移动节点102a)将要切换到的第二接入点。预测矩阵600包括多个列。每个列包括一组先前位置。每列还进一步具有预测位置，如果其已经在该组先前位置之后，则该预测位置规定移动节点将要进入的微小区。每列还规定了频率，该频率是移动节点进入所预测的微小区的概率。

每当历史表被更新时，切换管理器108就在预测矩阵600的各行中搜索该组先前位置。例如，基于从移动节点102b接收到的信息，历史表被更新。微小区302b、302c和302d被添加到历史表中，作为移动节点102b的该组先前位置。微小区302e被添加到历史表中，作为当前位置。现在，切换管理器108在预测矩阵600中的已有行中搜索由移动节点102b报告的该组先前位置。基于搜索结果，切换管理器108可执行下列动作中的一种。

如果在已有行中并不存在该组先前位置，则将具有这组先前位置的新行添加到预测矩阵600中。此外，移动节点102b的当前位置(例如微小区302e)被存储到预测矩阵600中，作为预测位置。如果微小区302e遵循该组先前位置，则移动节点进入微小区302e的频率是一。

如果预测矩阵600中存在用于该组先前位置的单一条目，并且预测位置是微小区302e，那么就不对预测矩阵600作出任何改变。频率也保持不变。

如果预测矩阵600中存在用于该组先前位置的单一条目，但是预测位置是除了微小区302e之外的微小区，就添加新的行。使用已知的技术(比如加权平均)，为这两个行都计算新的频率。

如果预测矩阵600中存在用于该组先前位置的多个条目，并且用于它们之一的预测位置是微小区302e，就不添加新的，也不重新计算现有频率。

如果对于该多个条目，这些预测位置中没有一个包含该微小区302e，就添加带有这个预测位置的新行，并且重新计算频率。

在确定用于移动节点的预测位置时，切换管理器108将移动节点的较旧位置与预测矩阵600中的现有行进行匹配。如果存在对应的条目，切换管理器108确定预测的微小区，以及移动节点移到该预测的微小区中的概率。然后，它使用覆盖图来确定在预测微小区中提供服务的第二接入点。如果一个不同的接入点在预测微小区中提供服务，切换管理器108在第二接入点上预留资源，并通知移动节点：即将进行切换。在多种可能性的情况下，切换管理器108可通知预测接入点的全部或子集合，以预留资源用于切换。在本发明的一个实施例中，通过仅仅选择那些大于特定概率阈值的，来确定该子集合。然后，它可通知移动节点：即将进行到预测接入点之一的切换。

在本发明的一个实施例中，随着移动节点接近其当前微小区的边缘，切换管理器108可命令移动节点经常地报告其位置。在预测接入点的数量大于一时，切换管理器108可以这样做。这有助于切换管理器108更准确地决定第二接入点。

在本发明的一个实施例中，附加信息可被添加到预测矩阵600中，以在频率计算方面辅助切换管理器108。例如，通过将移动节点标识信息(例如移动节点的模型号或序列号)添加到覆盖图和预测矩阵中，可改进预测准确性。添加这样的标识信息将允许为由其序列号标识的每个移动模型和/或特定移动设备，单独地确定系统覆盖能力。另外，预测准确性可通过添加切换的行计数来改进，而不单是移交的平均值、移交之间的时间、移动节点在微小区中的持续时间，和其它类似的系数。

从上述公开中应当明白，本发明提供了切换的方法，由于切换管理器108提供的协调，该方法实现了平滑切换。此外，切换管理器108几乎不需要配置和维护。它随着现有接入点的覆盖能力中的改变而自动学习，并由此周期性地更新自身。此外，切换的方法是可扩缩的，因为可以在移动网络100中实现任何数目的切换管理器，每个具有一个有限的控制区域。此外，在切换管理器108故障的情况下，移动节点可回归到传统的切换机制。

应认识到的是，这里描述的切换技术可包含一个或多个常规处理器、和控制该一个或多个处理器以完成此处所述的一些、大多数、或所有功能的唯一存储程序指令；因此，学习覆盖能力和确定接入点的功能可被解释为是方法的步骤。做为选择地，同样的功能也可以由没有存储程序指令的状态机来实现，其中每个功能和这些功能的特定部分的一些组合是作为自定义逻辑来实现的。可以使用这两种方式的组合。因此，这里已经描述了用于实现这些功能的方法和装置。

尽管上文已经结合具体装置描述了本发明的原理，但应清楚地理解的是，本说明仅仅是以举例的方式做出的，而不是对本发明范围的限制。

本公开内容意图详细描述如何参照本发明形成并使用各种实施例，而不是限制其真实的、想要的、合理范围和精神。先前的说明并不想穷举或将本发明限制到所公开的确切方式上。在上述教导的提示下调整或改进都是可能的。实施例被选择和描述，以提供本发明的原理的最佳说明和其实际应用以允许本领域普通技术人员在各种实施例中利用发明并进行各种调整，因此适于预期的特殊应用。当参照它们被公平地、合法地和公正地授权的范围进行解释时，所有这些调整和改进都在如附属的权利要求和此处的所有等价物所确定的、本发明的范围内，这些权利要求可在本专利申请的悬而未决期间做修正。

Claims (10)

1.一种使移动节点能够从移动网络中的第一接入点切换的方法，所述移动网络实现多个移动节点之间的通信，所述方法包括：

a.接收与所述移动网络中的每个移动节点的位置和移动有关的信息；

b.学习所述移动网络中的多个接入点的覆盖能力，其中与每个移动节点的所述位置和移动有关的所述信息被用于学习所述覆盖能力；

c.基于所述移动网络中的所述多个接入点的所述覆盖能力来确定第二接入点；以及

d.向所述移动节点通知所述第二接入点，其中所述移动节点作出向第二接入点的切换。

2.如权利要求1所述的方法，其中与所述移动节点的移动有关的所述信息包括与移动节点的速度有关的信息。

3.如权利要求1所述的方法，进一步包括：

a.接收与所述移动节点的第二位置有关的信息，其中所述移动节点决定在所述第二位置处进行切换；

b.将与所述移动节点的所述第二位置有关的所述信息映射到所述移动节点的地理位置上。

4.如权利要求1所述的方法，进一步包括：

a.接收与所述移动节点的接收信号强度(RSS)和信噪比(SNR)有关的信息；并且

b.将与所述移动节点的RSS和SNR有关的所述信息映射到所述移动节点的地理位置上。

5.如权利要求1所述的方法，进一步包括：

a.预测切换位置和切换时间中的至少一个，其中所述移动节点在所述切换位置和所述切换时间处进行向所述第二接入点的切换；并且

b.向所述移动节点通知所述切换位置和所述切换时间中的至少一个。

6.一种使移动节点能够从移动网络中的第一接入点切换的方法，所述移动网络实现多个移动节点之间的通信，所述方法包括：

a.接收与移动网络中的每个移动节点的位置和移动有关的信息；

b.学习移动网络中的多个接入点的覆盖能力，其中与每个移动节点的所述位置和移动有关的所述信息被用于学习所述覆盖能力；

c.基于所述移动网络中的多个接入点的所述覆盖能力，来建立覆盖图；

d.为所述移动网络内的每个移动节点维护历史表；

e.基于所述历史表来确定第二接入点；并且

f.向所述移动节点通知所述第二接入点，其中所述移动节点进行向所述第二接入点的切换。

7.如权利要求6所述的方法，进一步包括：

a.接收与所述移动节点的第二位置有关的信息，其中所述移动节点决定在所述第二位置处进行切换；并且

b.将与所述移动节点的所述第二位置有关的所述信息映射到所述移动节点的地理位置上。

8.如权利要求6所述的方法，其中建立所述覆盖图包括：

a.将所述移动网络划分成多个微小区；

b.将每个移动节点映射到微小区中；并且

c.将每个微小区映射到至少一个接入点上，所述至少一个接入点向所述微小区中存在的所述移动节点提供覆盖。

9.如权利要求6所述的方法，其中维护所述历史表包括：

a.基于从每个移动节点接收的所述信息更新所述历史表；

b.基于所述历史表更新预测矩阵。

10.如权利要求6所述的方法，进一步包括：

a.基于所述预测矩阵来预测切换位置和切换时间中的至少一个，其中所述移动节点在所述切换位置和所述切换时间进行向第二接入点的切换；并且

b.向所述移动节点通知所述切换位置和所述切换时间中的至少一个。

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