CN101543114A - 促进在多跳网络中进行路径选择的系统和方法 - Google Patents

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CN101543114A CNA2007800415173A CN200780041517A CN101543114A CN 101543114 A CN101543114 A CN 101543114A CN A2007800415173 A CNA2007800415173 A CN A2007800415173A CN 200780041517 A CN200780041517 A CN 200780041517A CN 101543114 A CN101543114 A CN 101543114A
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Abstract

一种促进在多跳网络中进行路径选择的系统和方法，包括：由基站接收与邻近订户站的多个站中的每个相关联的路径度量；将每个所述路径度量与当前路径度量进行比较；以及，当一个比较的路径度量好于当前路径度量时，将路径选择推荐从基站发射到订户站。

Description

促进在多跳网络中进行路径选择的系统和方法
技术领域
[1]本发明总体上涉及无线通信系统，并且具体涉及利用中继站的通信网络的操作。
背景技术
[2]基于基础结构的无线网络典型地包括拥有固定和有线网关的通信网络。很多基于基础结构的无线网络使用移动单元或主机，该移动单元或主机与耦合到有线网络的固定基站进行通信。在通过无线链路与基站进行通信的同时，移动单元在地理位置上可以移动。当移动单元移动出一个基站的范围时，其可以连接或“切换”到新的基站，并开始通过新的基站与有线网络进行通信。
[3]与诸如蜂窝网络或卫星网络的基于基础结构的无线网络相比，自组网络(ad hoc network)是自形成的网络，其可以在没有任何固定基础结构的情况下进行操作，并且在某些情形中，自组网络完全由移动节点形成。自组网络典型地包括多个在地理位置上分布、潜在的移动单元，有时也称为“节点”，这些移动单元通过一个或多个链路(例如，无线电频率通信信道)相互无线连接在一起。节点可以在没有基于基础结构或有线网络的支持的情况下，经由无线介质来相互通信。当现有节点在自组网络内移动时，当新节点加入或进入自组网络时，或是当现有节点离开或退出自组网络时，这些节点之间的链路或连接可以以任意方式动态地改变。因为自组网络的拓扑可能显著地改变，所以需要技术来许可自组网络针对这些改变进行动态调整。由于缺少中央控制器，因此可以将很多网络控制功能分布在节点间，使得节点可响应于拓扑改变来进行自我组织和重新配置。
[4]自组网络节点的一个特性是，每个节点可以在短距离内与单“跳”距离的节点直接通信。有时将这类节点称为“邻居节点”。当一个节点将分组发射给目标节点，并且所述节点由一个以上的跳所隔开(例如，在两个节点之间的距离超过节点的无线电传输范围，或是在节点之间有物理屏障)时，可以经由中间节点(“多跳”)来对分组进行中继，直到分组到达目的地节点为止。在这类情形中，每个中间节点沿着路线将分组(例如，数据和控制信息)路由到下一节点，直到分组到达其最终目的地。
[5]IEEE 802.16是点对多点(PMP)系统，其中在基站(BS)和订户站(SS)之间有一跳链路(one hop link)。这类网络拓扑对小区边界上的链路预算造成很大压力，并且常常使得小区边界上的订户不能使用其无线电收发装置可以支持的更高阶调制来进行通信。创建了覆盖较差区域的口袋(pocket)，其中高速数据通信是不可能的。这反过来使整体系统容量下降。尽管可以通过紧凑地部署BS来避免这种覆盖空白，但这大大提高了进行网络部署的资本支出(CAPEX)和运营支出(OPEX)。较为节省的解决方案是在具有较差覆盖范围的区域内部署中继站(RS)(也称为中继或中继器)并且重复传输，使得小区边界内的订户可以使用高速数据链路来进行连接。
附图说明
[6]在附图的各个视图中，相同的附图标记表示相同或功能上类似的元素，并且将附图与下列详细描述一起并入说明书，并构成说明书的一部分，用于进一步说明各个实施例，以及解释根据本发明的各种原理和优点。
[7]图1示出了示例性无线通信网络。
[8]图2示出了根据本发明的一些实施例，在图1的示例性无线通信网络中使用的示例性基站。
[9]图3示出了根据本发明的一些实施例，在图1的示例性无线通信网络中使用的示例性中继站。
[10]图4示出了根据本发明的一些实施例，在图1的示例性无线通信网络中使用的示例性订户站。
[11]图5是用于实施本发明的至少一些实施例的图1的无线通信网络的示例性部分。
[12]图6是根据本发明的至少一些实施例，示出了图4的订户站的示例性操作的流程图。
[13]图7是根据本发明的至少一些实施例，示出了图2的基站的示例性操作的流程图。
[14]图8是用于实施本发明的至少一些实施例的图1的无线通信网络的示例性部分。
[15]图9和10是根据本发明的至少一些实施例，示出了图1的无线通信网络的示例性操作的流程图。
[16]图11是用于实施本发明的至少一些实施例的图1的无线通信网络的示例性部分。
[17]技术人员将理解，附图中的元素是出于简洁的目的而被示出的，而且不必对其按比例进行绘制。例如，为了有助于改善对本发明的实施例的理解，图中一些元素的尺寸可能相对其它元素被夸大。
具体实施方式
[18]在详细描述根据本发明的实施例之前，应当理解，实施例主要在于对与多跳网络中的路径选择相关的方法步骤和装置组件进行组合。因此，在附图中，在合适的地方通过常规符号表示了装置组件和方法步骤，仅仅显示了那些与理解本发明的实施例相关的具体细节，使得不会用那些对于从这里的描述受益的本领域的普通技术人员所显而易见的细节来使本公开难以理解。
[19]在本文档中，关系术语，诸如第一和第二、顶部和底部等，可以仅用于将一个实体或动作与另一实体或动作区别开来，而不必要求或意指这些实体或动作之间的任何实际的该类关系或顺序。术语“包括”或其任何其它变形，意欲涵盖非排它的包含，使得包括元素列表的过程、方法、物件、或装置不仅包括这些元素，而是还可以包括未明确列出的其他元素，或者这类过程、方法、物件、或装置所固有的其他元素。之前为“包括...一个”的元素，在没有更多限制的情况下，不排除在包括该元素的过程、方法、物件、或装置中存在附加的相同元素。
[20]应当理解，此处描述的本发明的实施例可以由一个或多个常规处理器以及唯一存储的程序指令所组成，该程序指令控制一个或多个处理器结合特定的非处理器电路来实施此处描述的多跳网络中的路径选择的某些、大多数、或所有功能。非处理器电路可以包括但不限于：无线电接收机、无线电发射机、信号驱动器、时钟电路、电源电路、和用户输入设备。这样，可以将这些功能解释为用来在多跳网络中执行路径选择的方法的步骤。替代性地，某些或所有功能可以由没有已存储的程序指令的状态机来实施，或是在一个或多个专用集成电路(ASIC)中来实施，在该专用集成电路中，将某些功能的每个功能或一些组合实施为定制逻辑。当然，可以使用这两种方法的组合。所以，这里已经描述了用于这些功能的方法和装置。另外，预计到，尽管可能由例如可用时间、现有技术、和经济上的考虑促使其进行重大努力和众多设计选择，但是当由此处所公开的概念和原理所导引时，一名普通技术人员将能够以最少的试验来轻易地产生这类软件指令和程序及IC。
[21]图1示出了用于在本发明的至少一些实施例的实施中使用的示例性无线通信网络。图1具体示出了IEEE 802.16网络100。如示出的，网络100包括至少一个基站105，用于与多个订户站110-n进行通信。示例性网络100进一步包括多个中继115-n(也称为中继站或中继器)。中继115-n被部署在具有较差覆盖范围的区域中并重复传输，使得在小区边界中的订户站110-n可以使用高速数据链路进行连接。在一些情况中，中继115-n也可以服务于处于基站105覆盖范围之外的订户站110-n。在一些网络中，中继115-n是基站105的简化版本，因为其不管理连接，只是协助对数据进行中继。替代性地，中继115-n至少可以像基站105一样复杂。
[22]图2示出了根据本发明的一些实施例的示例性基站105。如示出的，基站105包括多个端口200-n、控制器205、和存储器210。
[23]每个端口200-n提供用于由基站105进行网络通信的端点或“信道”。可以指定每个端口200-n作为例如IEEE 802.16端口、回程端口或替代回程端口来使用。例如，基站105可以使用IEEE 802.16端口，与802.16网络内的一个或多个中继站和/或一个或多个订户站进行通信。例如，IEEE 802.16端口可以用于发射和接收数据和管理信息二者。
[24]类似地，回程端口可以提供用于由基站105进行回程通信的端点或信道。例如，基站105可以经由回程端口，使用回程与一个或多个其他基站进行通信，回程可以是有线或无线的。
[25]端口200-n中的每个均耦合到控制器205，用于基站105的操作。在控制器205的控制下，每个端口分别使用常规的解调制和调制技术，用于从基站105接收诸如经分组的信号的通信信号或从其发射所述信号。经分组的数据信号可以包括，例如，语音、数据或多媒体信息、和经分组的控制信号，包括节点更新信息。
[26]控制器205包括路径/链路代价管理块215，此处将对其进行详细描述。本领域的普通技术人员应当理解，可以在制造过程中将路径/链路代价管理块215和其中使用的参数硬编码或编程到基站105中，可以应客户预订而通过空中对其进行编程，或其可以是可下载的应用。应当理解，可以使用其他编程方法来将路径/链路代价管理块156编程到基站105中。本领域的普通技术人员还应当理解，路径/链路代价管理块215可以是在基站内的硬件电路。根据本发明，路径/链路代价管理块215可以如所示的那样包含在控制器205内，或替代性地可以是操作地耦合到控制器205的单独块(未示出)。
[27]为了执行基站105的必要功能，控制器205耦合到存储器210，存储器210优选地包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、和闪速存储器。
[28]存储器210包括用于存储关联表220的存储位置。根据本发明，关联表220存储在基站域之下的所有订户站和到其域之下的每个订户站的端到端路径度量的列表。对于直接耦合到基站105的订户站，基站使用路径/链路代价管理块215来将一跳RSSI和/或SNR测量变换为链路度量，并将结果存储在关联表220中。对于经由一个或多个中继站115-n耦合到基站105的订户站，基站105在订户站的接入中继站(这是订户站直接附连的中继站)的帮助下学习路径度量。每个中继站定期监视其到基站105方向的下一跳中继站的链路质量(并且作为结果为其链路度量)。接着，每个中继站将该链路度量添加到上游中继站所通告的路径度量，以确定到基站105的端到端路径度量。每个中继站还将该值通知给基站105。所以，基站105被定期告知基站与中继站之间的路径度量。接着，基站105的路径/链路代价管理块215可以确定到订户站的链路度量，并将其存储在关联表220中。
[29]本领域的普通技术人员应当理解，存储器210可以集成在基站105内，或替代性地，可以至少部分包含在诸如存储器存储设备的外部存储器内。例如，存储器存储设备可以是订户标识模块(SIM)卡。
[30]图3示出根据本发明的一些实施例的示例性中继站115。如示出的，中继站115-n包括多个端口300-n。可以指定每个端口300-n作为例如，IEEE 802.16端口、或回程端口或替代回程端口来使用。例如，多个端口300-n可以包括IEEE 802.16端口，其用于与一个或多个基站、一个或多个中继站和/或一个或多个订户站进行通信。中继站115进一步包括控制器305和存储器310。
[31]例如，IEEE 802.16端口提供端点或“信道”，以供中继站115进行802.16网络通信。例如，中继站115可以使用IEEE 802.16端口，与802.16网络内的一个或多个基站、和/或一个或多个中继站和/或一个或多个订户站进行通信。例如，IEEE 802.16端口可以用于发射和接收数据和管理信息二者。
[32]端口300-n中的每个均耦合到控制器305，用于中继站115的操作。在控制器305的控制下，每个端口分别使用常规的解调制和调制技术，用于从中继站115接收诸如经分组的信号的通信信号或者从其发射所述信号。经分组的数据信号可以包括，例如，语音、数据或多媒体信息、和经分组的控制信号，包括节点更新信息。
[33]根据本发明，控制器305包括路径/链路代价管理块315。本领域的普通技术人员应当理解，可以在制造过程中将路径/链路代价管理块315和此处使用的参数硬编码或编程到中继站115中，可以应客户预订通过空中对其进行编程，或者其可以是可下载的应用。应当理解，可以使用其他编程方法来将路径/链路代价管理块315编程到中继站115中。本领域的普通技术人员还应当理解，路径/链路代价管理块315可以是在中继站115内的硬件电路。根据本发明，路径/链路代价管理块315可以如所示的那样包含在控制器305内，或替代性地可以是操作性地耦合到控制器305的独立块(未示出)。
[34]为了执行中继站115的必要功能，控制器305和/或路径/链路代价管理块315均耦合到存储器310，存储器310优选地包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、和闪速存储器。存储器310包括用于邻居表320的存储的存储位置。
[35]在操作中，路径/链路代价管理块315定期监视到关联基站方向上的下一跳中继站的链路质量(并且作为结果为其链路度量)。接着，路径/链路代价管理块315将该链路度量添加到存储在邻居表320中的由上游中继站所广播的路径度量，以确定到基站的端到端路径度量。中继站115还将该值通知给基站。
[36]在一个实施例中，当中继站115是用于关联订户站的接入中继站时，接入中继站115的路径/链路代价管理块315对关联订户站110进行测量，并确定接入链路的链路度量。接入中继站115将该值添加到自己与关联基站之间的累积路径度量，以确定订户站与基站之间的路径度量。中继站115还将该值通知给基站。
[37]本领域的普通技术人员应当理解，存储器310可以集成在中继站115内，或替代性地，可以至少部分包含在诸如存储器存储设备的外部存储器内。例如，存储器存储设备可以是订户标识模块(SIM)卡。
[38]在诸如网络100的典型系统中，IEEE 802.16基站(BS)不在IEEE 802.16空中接口上将业务转发给其他基站。另外，IEEE 802.16中继(RS)可以将业务转发给基站、中继站、或订户站(SS)。如之前提及的，由基站中的至少一个来管理/控制中继站自身。另外，中继站可以是固定的、流动的(nomadic)或移动的。
[39]如图1所示出的，网络100的中继站115-n可以提供基站覆盖区120以外的通信覆盖。例如，中继站3 115-3提供覆盖区125，而中继站4 115-4提供覆盖区130，它们包括基站105的覆盖区120之外的通信覆盖。因而，中继站3 115-3所进行的通信可以包括用于订户站7110-7的通信；并且中继站4 115-4所进行的通信可以包括用于订户站6110-6的通信，否则它们不能直接连接到基站105。由于订户站6 110-6和订户站7 110-7不能由基站105直接进行控制，所以它们分别由中继站115-4和中继站115-3或是分别由基站105通过中继站115-5和中继站115-3来进行完全控制。
[40]总之，引入IEEE 802.16系统的中继站(RS)可以通过扩展基站(BS)范围并许可订户站(SS)多跳到BS来提供覆盖和容量增益。
[41]图4是根据本发明，订户站110的一个实施例的电子框图。如示出的，订户站110包括天线400、收发信机(或调制解调器)405、处理器410、和存储器415。
[42]天线400对从网络100中的一个或多个基站105、一个或多个中继站115、和/或一个或多个订户站110发射的信号进行拦截，并将信号发射给网络100中的一个或多个基站105、一个或多个中继站115、和/或一个或多个订户站110。天线400耦合到收发信机405，其采用常规解调制技术，用于在处理器410的控制之下，从订户站110接收诸如经分组的信号的通信信号，以及向其发射所述信号。经分组的数据信号可以包括，例如，语音、数据或多媒体信息、和经分组的控制信号，包括节点更新信息。当收发信机405接收到来自处理器401的命令时，收发信机405经由天线400将信号发送给网络100内的一个或多个设备。例如，订户站110可以使用IEEE 802.16，通过天线400和收发信机405与802.16网络内的一个或多个基站、和/或一个或多个中继站和/或一个或多个订户站进行通信，例如用来发射和接收数据和管理信息二者。
[43]在替代性实施例中(未示出)，订户站110包括接收天线和接收机，用于从网络100接收信号，还包括发射天线和发射机，用于将信号发射给网络100。本领域的普通技术人员应当理解，对于订户站110，可以使用相同或替代类型的其他类似电子框图。
[44]耦合到收发信机405的是利用常规信号处理技术以用于对接收到的消息进行处理的处理器410。本领域的普通技术人员应当理解，根据操作处理器410的处理要求的需要，可以利用附加处理器。
[45]根据本发明，处理器410包括路径选择块420，用于选择订户站110与至少一个基站105、中继站115、或订户站110之间的用于通信的最优路径。本领域的普通技术人员应当理解，可以在制造过程中将路径选择块420硬编码或编程到订户站110中，可以应客户预订通过空中对其进行编程，或其可以是可下载的应用。应当理解，可以使用其他编程方法来将路径选择块420编程到订户站110中。本领域的普通技术人员还应当理解，路径选择块420可以是在订户站110内的硬件电路。根据本发明，路径选择块420可以如所示出的那样被包含在处理器410内，或替代性地可以是操作性地耦合到处理器410的单独块(未示出)。以下将描述路径选择块420的进一步操作。
[46]为了执行订户站110的必要功能，处理器410耦合到存储器415，存储器415优选地包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、和闪速存储器。根据本发明，存储器415包括用于存储关联表425的存储位置，以下将对其进行描述。
[47]如以下将在图6中进一步详细描述的，在操作中，当订户站110初始加入网络时，路径选择块420使用存储在关联表425中的与一个或多个邻居站相关联的一个或多个链路度量，来确定要关联的服务站。
[48]本领域的普通技术人员应当理解，存储器415可以集成在订户站110内，或替代性地，可以至少部分包含在诸如存储器存储设备的外部存储器内。例如，存储器存储设备可以是订户标识模块(SIM)卡。
[49]在一跳网络(即一跳IEEE 802.16网络)中，在进入网络时，对订户站(SS)来说，足以测量从一个或多个基站(BS)接收的信号的信号强度和/或信噪比(SNR)。然后，为了选择要关联的最佳基站，订户站将来自每个基站的测量参数进行比较。
[50]在出于覆盖扩展或容量改善目的而使用中继站(RS)的多跳网络(即多跳IEEE 802.16网络)中，重要的是，订户站(SS)在与基站关联(直接或通过一个或多个中继站)之前，考虑端到端的路径度量。端到端路径度量典型地是接入链路(BS-SS或RS-SS)和所有中继链路(BS-RS或RS-RS)的单独链路度量的总和，其在订户站和基站之间的端到端路径上产生。本领域的普通技术人员应当理解，端到端路径度量也可以是路径的单独路径度量的任何其他函数，并且不必要总是附加的。一跳信号强度或对接入链路的SNR测量独自将不把接入节点的适宜性传送给订户。
[51]本领域的普通技术人员应当理解，期望的是，对网络内的每个订户站110来说，所有中继站看起来就像基站一样。进一步，期望的是，在不进行改变的情况下，利用现有订户站来在多跳网络中进行操作。在假定这些约束时，本发明提供了促进网络对订户站进行智能路径选择的方法。通过提供对于订户站为透明的方法，可以重新使用现有的切换消息(即，现有的IEEE 802.16切换消息)。
[52]本领域的普通技术人员应当理解，最终是订户站来决定订户站要切换到的目标基站。服务基站可以推荐其他基站，并且可能甚至强令订户站进行切换，但是目标始终是订户站的选择。订户站可以选择其察觉是合适切换目标的任何邻居。由于订户站没有察觉到多跳网络的存在，订户站很可能基于一跳下行链路测量而做出错误决定。
[53]本发明提供了一种方法，用于：如果确定中继站(多个)不适合于处理订户站，则通过将一个或多个中继站从订户站的考虑中删去，来最小化订户站做出这类错误决定。
[54]具体而言，本发明提供了对以下现有网络问题的解决方案：
a.当订户站进入网络时，其基于一跳下行链路(DL)SNR或RSSI来选择服务基站。这对多跳网络来说是不足够的，并且甚至可能不利于网络性能。
b.当订户站从服务基站切换到其他邻居时，其邻居选择准则典型地涉及最强的一跳DL。一跳DL测量是不足够的。有利地，网络应当协助订户站选择更加合适的邻居基站而不是较为不合适的那些。
[55]图5是用于实施本发明的至少一些实施例的多跳网络的示例性部分。如此处先前讨论的，基站维持到其域下的所有订户站的端到端路径度量。对于直接耦合到基站的订户站，基站通过将一跳RSSI或SNR测量变换为链路度量来学习链路度量。例如，在图5中，对于SS1110-1的链路度量，基站105将其确定并记录为Cbs1。这也是到SS1110-1的总路径度量，因为其仅离基站105一跳。
[56]对于经由一个或多个中继站115-n附连的订户站110-n，基站105在每个订户站的接入中继站的帮助下学习路径度量。如此处先前所讨论的，每个中继站115-n定期监视其到基站105方向上的下一跳中继站的链路质量(并且作为结果为其的链路度量)。接着，每个中继站115-n将该链路度量添加到上游中继站所通告的路径度量，以确定到基站105的端到端路径度量。每个中继站115-n还将该值通知给基站105。所以，基站105被定期告知在基站105和中继站115-n之间的路径度量。例如，在图5中，RS2 115-2将其自身和基站105之间的代价确定为Cb2。其将该值作为在基站105与其自身之间的路径度量而通知给基站105。其还将该代价Cb2通知给RS3 115-3。RS3 115-3测量在其自身与RS2115-2之间的链路，以确定链路代价C23。接着，RS3 115-3将其自身与基站105之间的路径度量报告为(Cb3＝Cb2+C23)。注意，该附加性路径度量仅是这里为了简化所使用的示例(并且贯穿本发明描述)。路径度量可以是(Cb2，C23)的任何函数。
[57]如这里先前所讨论的，接入中继站115-n对关联的订户站110-n进行测量，并确定在接入链路上的链路度量。接入中继站115-n将该值加到其自身与基站105之间的累积路径度量，以确定订户站110-n与基站105之间的路径度量。例如，在图5中，RS1 115-1将其自身与SS2 110-2之间的链路度量确定为C12。RS1 115-1将C12添加其自身到基站105的代价Cb1，并将路径度量(C12+Cb1)报告给基站105。RS1 115-1定期地或当订户站110-2指示对切换有兴趣时，将该订户站路径度量通知给基站105。
[58]实际上，当订户站与基站直接关联或通过一个或多个中继站与基站关联时，基站得知在基站与订户站之间的端到端路径度量。基站使用该值来为订户站定制邻居通告。
初始订户站网络进入
[59]图6是根据本发明的至少一些实施例，示出了当订户站初始进入网络时，订户站的操作600的流程图。具体而言，可以在图4的订户站110的路径选择块420内实施操作600。
[60]如图6所示出的，当订户站在网络内第一次加电时(即，不是切换)，操作开始于步骤605。接下来，在步骤610中，订户站查找来自基站和中继站(例如，根据IEEE 802.16j向后兼容要求，对于订户站，中继站看起来和基站一样)的下行链路前同步传输。在接收到一个或多个下行链路前同步传输之后，在步骤615中，订户站选择具有最强下行链路前同步的基站或中继站作为其优选服务站。
[61]接下来，在步骤620中，在由选定服务站所调度的初始测距间隔期间，订户站通过在上行链路上发射测距序列(即，码分多址(CDMA)测距序列)来对选定服务站设备进行测距。接收到初始测距码的基站或中继站应当在分配给该订户站的专用时隙中，返回所要求的正确值，并请求订户站“继续”。
[62]根据本发明，当订户站在上行链路上发送测距请求(RNG-REQ)消息时，服务站应当考虑“服务基站标识(BS ID)”字段，以确定该订户站是第一次进入网络还是进行切换。如果订户站在RNG-REQ中不具有有效的BS ID值，则服务基站假设订户站是新进入网络。然后，服务基站将对测距码所做的上行链路测量转换为到订户站的预期链路度量。如果服务站是基站，则该链路度量还是端到端的路径度量。如果服务站是中继站，则链路度量值是与该服务站到其基站的路径度量组合的。如果中继站的端到端路径度量低于许可的阈值，则服务站拒绝订户站尝试通过其接入网络。实现这点的优选机制是，服务站发送具有测距状态为“终止”的测距响应(RNG-RSP)消息。在图6的步骤625中，当测距尝试被拒绝时，操作返回到步骤610，在该步骤中，订户站重新扫描下行链路，并选择不同的服务站。
[63]在步骤625，当尝试未被拒绝(即被接收)时，操作继续到步骤630，在该步骤中，在选定的服务站和订户站之间建立通信。
[64]切换优化
[65]如以下所描述的，本发明提供了多种改进，以协助订户站在切换期间选择最佳路径。
定制的邻居列表
[66]在目前的蜂窝网络中，每个基站将所有已知的基站或所有邻居基站包括在对在其小区内的所有订户站的切换选项的列表中。
[67]图7是根据本发明的至少一些实施例，示出基站的示例性操作700的流程图。具体而言，图7示出，基站在多跳IEEE 802.16j网络中创建定制邻居通告消息(MOB_NBR-ADV)，该定制邻居通告消息(MOB_NBR-ADV)将直接地或通过一个或多个中继站被发射给与基站相关联的每个订户站。
[68]如图7所示出的，操作700开始于步骤705，其中参数被设置为N＝1。接下来，在步骤710中，基站检查第N个邻居站。应当理解，第N个邻居站可以是基站或中继站。当第N个邻居站存在时，操作继续到步骤715，其中，将关于第N个邻居站的到订户站的路径度量与到订户站的当前路径度量进行比较。路径度量例如可以是路径代价。在步骤720中，当到第N个邻居站的路径度量大于到订户站的当前路径度量时，则第N个邻居站不包括在邻居列表中，该邻居列表包括在从基站发送到订户站的MOB_NBR-ADV消息中。在步骤725中，当到第N个邻居站的路径度量小于到订户站的当前路径度量时，则第N个邻居站包括在邻居列表中，该邻居列表包括在从基站发送到订户站的MOB_NBR-ADV消息中。换言之，用于将基站或中继站包括在邻居列表中的准则是在基站与特定邻居之间的路径代价(度量)，该邻居列表包括在MOB_NBR-ADV消息中。在步骤720和725之后，操作继续到步骤730，其中，参数递增到N＝N+1。接着，操作返回到步骤710以检查第N个邻居站。
[69]当第N个邻居站不存在时，操作继续到步骤735，其中基站将定制邻居通告消息(MOB_NBR-ADV)发送给特定的订户站，该定制邻居通告消息(MOB_NBR-ADV)包括被标识为将要包括在邻居列表中的所有邻居站。例如，在订户站的主要管理连接标识(CID)上发送给该MOB_NBR-ADV消息。例如，在图5所示的网络中，基站105可以包括RS1 115-1和RS2 115-2作为SS1 110-1的邻居，并且当Cbs1＜Cb2+C23时，删去RS3 115-3。
[70]通常，图7的操作将删去可能不合适为候选的中继站，因为相比订户站当前的跳计数，该中继站可能离开基站的跳数更多；该中继站可能在其去往基站的路径上具有一个或多个较弱的RF链路；或者其可能过于拥挤并且不能处理更多业务。在一个实施例中，该列表将不删去作为可能邻居的任何基站。
[71]在图8所示的示例中，BS1 105-1包括RS2 115-2，作为SS1110-1的邻居。BS2 105-2定期将其每个中继站的路径度量报告给BS1105-1，和所有其他邻居基站。优选地，如本领域所知，用关于邻居基站的信息来配置基站。结果是，BS1 105-1包括RS4 115-4，作为到SS1110-1的邻居。假定RS2 115-2和RS4 115-4仅是两个路径度量低于Cbs1(从BS1 105-1直接到SS1 110-1的路径度量)的中继站，则BS1105-1将RS2 115-2、RS4 115-4和BS2 105-2包括在MOB_NBR-ADV中，BS1 105-1在SS1的基本管理CID上发送MOB_NBR-ADV。
[72]注意，如果BS1 105-1不具有到与BS2 105-2相关联的一个或多个中继站的路径度量，则其优选地将它们包括在其所有订户站的邻居列表中。如以下所讨论的，可以在切换过程期间，确定到这些邻居设备的路径度量。
多跳切换
[73]基站维持三个运营商可调节参数，用来在多跳切换过程中使用：切换度量偏移(HO_METRIC_OFFSET)、切换度量滞后(HO_METRIC_HYS)、和跳的阈值数(N_HOPS)。以下将讨论它们的使用。
[74]图9是根据本发明的至少一些实施例，示出用于订户站进行多跳切换的示例性过程900的流程图。如所示出的，操作开始于步骤905，在其中发起订户站切换。根据本发明，切换可以由基站发起，或者可以替代性地由订户站发起。例如，当基站确定到订户站的端到端路径度量已经相比到最佳邻居的路径度量下降了特定阈值HO_METRIC_OFFSET时，基站发起订户站切换的过程。在另一示例中，订户站可以确定切换的需要(基于其一跳链路特性，因为其是保留802.16设备)，并且使用移动扫描请求消息(MOB_SCN-REQ)来请求基站许可，以扫描其邻居。
[75]接下来，在步骤910中，在基站与订户站之间的通信建立供订户站扫描其邻居的协定。例如，当切换是由基站发起时，基站使用移动扫描响应(MOB_SCN-RSP)请求订户站扫描其邻居。替代性地，当切换是由订户站发起时，基站使用MOB_SCN-RSP许可订户站进行扫描。
[76]接下来，在步骤915中，基站通过上升的路径代价对其邻居进行排序，来调度用于订户站的扫描机会。如果调度约束阻止将所有邻居包括在有希望邻居列表中的能力时，则将基于路径度量，首先调度最佳选项。
[77]接下来，在步骤920中，基站将扫描指令提供给订户站。例如，当基站响应于扫描请求消息(MOB_SCN-REQ)或者以非请求方式，来指令订户站扫描另一基站(或中继站)时，其规定在与“网络协助”关联的情况下来对与其他基站相关联的中继站进行扫描。这使得订户站能够在目标站的信道中停留较短时间段，并且切换结果经由服务基站通过回程被传送。在另一示例中，当基站指示订户站对与其自身相关联的中继站进行扫描时，其规定，对于与其自身相关联并且距离大于N_HOPS的中继站，订户站应当在与“网络协助”关联的情况下进行扫描。理想上，基站使用的N_HOPS要等于订户站的当前接入中继站的跳数(如果订户站实际上是通过中继站与基站来对话的)。
[78]接下来，在步骤925中，基站接收来自邻居中继站和基站的路径度量。在图10中更加详细地示出了步骤925。如图10所示出的，步骤925的操作开始于图9和图10的节点A，在步骤1000中，订户站通过扫描下行链路MAP消息(DL-MAP)来尝试与目标基站或中继站相关联，以查找初始或切换测距机会。当标识出初始或切换测距机会时，在步骤1005中，订户站发射CDMA伪随机测距码序列。接下来，在步骤1010中，目标基站或中继站随后基于对码序列的RSSI或CINR测量，对在订户站与其自身之间的一跳链路质量进行测量。也可以将该链路质量转换为一跳路径代价。如果目标站是中继站，则其还计算从该订户站到其服务基站的端到端路径度量。接下来，在步骤1015中，将该值报告给订户站的服务基站。接着，操作返回到步骤1000中，并且订户站查找其他测距机会。当没有标识出测距机会时，操作返回到图9的节点B。
[79]返回参照图9，在步骤930，服务基站将订户站的当前路径度量与一个或多个目标站所报告的预期路径度量进行比较，并决定是否需要进行切换(HO)。当报告的最佳预期路径度量并不比现有路径度量好HO_METRIC_HYS时，操作结束。当报告的最佳预期路径度量比现有路径度量好HO_METRIC_HYS时，操作继续到步骤935，在其中，服务基站将发布具有列表中的选定的最佳目标站的移动基站切换请求消息(MOB_BSHO-REQ)。
[80]如之前所提及的，订户站仍可以选择忽略基站的推荐，并尝试切换到其选择的任何目标站。基站尝试确保其所做的选择尽可能地得到尊重。对于具有为“终止”测距状态的不期望的站，除了发送MOB_BSHO-REQ，在步骤940中，基站还选择地发送关联报告消息、移动关联结果报告消息(MOB_ASC-REP)。这将阻止订户站切换到如下站，所述站已由基站基于多跳端到端度量标记为不期望，但是对于基于其一跳测量的订户站来说看上去仍是有吸引力的。本领域的普通技术人员应当理解，根据本发明，步骤940可以在步骤935之前、之后、或同时进行。
[81]图11是此处针对图9和10描述的切换过程的示例性网络实施。如图11所示出的，BS1 105-1是SS1 110-1的服务基站。假定SS1110-1当前直接与BS1 105-1相关联，则其路径度量是Cbs1(其低于HO_METRIC_OFFSET)。还假定已经将SS1 110-1的邻居列表消减为仅包括RS2 115-2、BS2 105-2、和RS4 115-4。
[82]根据本发明，BS1 105-1指令SS1 110-1来扫描BS2 105-2、RS2 115-2、和RS4 115-4(按此顺序)，假定Cb4大于Cb2。BS1 105-1将进一步指令SS1 110-1来在网络的协助下对所有三个可能的切换目标进行扫描。
[83]SS1 110-1依次对三个候选中的每个执行初始或切换测距。它们每个对订户站发射的CDMA码的SNR(或RSSI)进行测量，并将测量转换为链路代价。例如，BS2 105-2计算Cbs2的链路代价。RS2 115-2和RS4 115-4分别计算C21和C41的链路代价。它们每个将总的端到端路径代价报告给BS1 105-1。BS2 105-2报告Cbs2，RS2 115-2报告(Cb2+C21)，RS4 115-4报告(Cb4+C41)。
[84]BS1 105-1选择比Cbs1好HO_METRIC_HYS的最佳报告路径代价。假定Cbs2＜(Cbs1-HO_METRIC_HYS)。在此情况中，BS1 105-1在其发送给SS1 110-1的MOB_BSHO_REQ中，将BS2 105-2推荐为最佳切换候选。其进一步通过发送具有用“终止”作为来自RS2 115-2和RS4 115-4的测距状态的MOB_ASC-REP，来劝阻SS1 110-1不选择RS2115-2或RS4 115-4。
[85]此处描述的本发明提供了一种机制，用于协助订户站选择最佳接入点(基站或中继站)以接入网络。尽管订户站仅具有网络的一跳视野，但是与订户站相关联的基站基于多跳度量来做出推荐。基站进一步确保订户站不通过错误的邻居来选择路径。
[86]在以上说明中，已经描述了本发明的特定实施例。然而，本领域的一名普通技术人员理解，在不偏离所附权利要求所阐述的本发明的范围的前提下，可做出各种修改和改变。因此，说明书和附图被认为是说明性的而不是限制性意义的，并且意欲将所有这类修改都包括在本发明的范围之内。益处、优点、问题的解决方案，以及可导致任何益处、优点、或解决方案发生或变得更明显的任何元素(多个)都不被解释为任何或所有权利要求的关键、要求的、或基本的特征或元素。仅通过所附权利要求，包括本申请待决期间所做的任何修改，和如发布的那些权利要求的所有等效体，来限定本发明。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种如权利要求7所述的促进在多跳网络中进行路径选择的方法，在所述比较步骤之前进一步包括：
将包括测距码的测距请求消息从订户站发射到所述服务站，以通过所述服务站接入所述多跳网络；
所述服务站将对所述测距码所做的一个或多个上行链路测量转换为到所述订户站的路径链路度量；
当所述路径链路度量低于阈值时，所述服务站拒绝所述测距请求；以及
当所述路径链路度量高于所述阈值时，通过所述服务站向所述订户站提供对所述多跳网络的接入。
2.如权利要求1所述的促进在多跳网络中进行路径选择的方法，进一步包括：
由所述订户站扫描下行链路并且选择不同的服务站；以及
重复由所述不同的服务站进行的转换、拒绝和接受步骤。
3.如权利要求1所述的促进在多跳网络中进行路径选择的方法，其中所述服务站包括基站，并且进一步，其中所述路径链路度量包括端到端路径度量。
4.如权利要求1所述的促进在多跳网络中进行路径选择的方法，其中所述服务站包括中继站，并且进一步，其中所述路径链路度量包括与到关联基站的路径度量组合的链路度量值。
5.如权利要求1所述的促进在多跳网络中进行路径选择的方法，其中所述拒绝步骤包括：所述服务站将具有“终止”测距状态的测距响应消息发射给所述订户站。
6.如权利要求1所述的促进在多跳网络中进行路径选择的方法，在所述发射测距请求消息步骤之前，进一步包括：
由所述订户站扫描来自一个或多个站的一个或多个下行链路前同步传输；
接收来自所述一个或多个站的一个或多个下行链路前同步传输；以及
选择具有最强下行链路前同步的服务站。
7.一种促进一个或多个订户站在多跳网络中进行路径选择的方法，所述方法包括：
在服务基站处，对于所述订户站的每个：
将多个邻居站中每个的路径度量与所述订户站的当前路径度量进行比较；
当邻居站的所述路径度量好于所述当前路径度量时，将所述邻居站包括在所述订户站的邻居列表中；
当邻居站的所述路径度量差于所述当前路径度量时，将所述邻居站排除在所述订户站的邻居列表之外；以及
将邻居通告消息发射到所述订户站，该邻居通告消息包括被标识为将要包括在所述订户站邻居列表中的邻居站的列表。
8.如权利要求7所述的促进订户站在多跳网络中进行路径选择的方法，其中在所述订户站的主要管理连接标识(CID)上发射所述邻居通告消息。
9.如权利要求7所述的促进订户站在多跳网络中进行路径选择的方法，其中所述路径链路度量包括选自以下度量组中的一个或多个度量，该度量组包括：路径代价、跳计数、无线电频率、链路质量、邻居拥塞和链路拥塞。
10.如权利要求7所述的促进订户站在多跳网络中进行路径选择的方法，进一步包括，对于每个所述订户站：
由所述服务站通过以路径度量的升序将包括在所述邻居列表中的所述多个邻居站排序，来对用于所述订户站的多个扫描机会进行调度。
11.如权利要求10所述的促进订户站在多跳网络中进行路径选择的方法，进一步包括，对于每个所述订户站：
由所述服务站首先调度包括在所述邻居列表中的所述多个邻居站中的具有最佳路径度量的一个或多个邻居站。
12.一种促进在多跳网络中进行路径选择的方法，包括：
发起订户站切换；
由基站接收与邻近于所述订户站的多个站中的每个站相关联的路径度量；
将所述路径度量中的每个与当前路径度量进行比较；以及
将路径选择推荐从所述基站发射到所述订户站，其中所述路径选择推荐包括具有好于所述当前路径度量的路径度量的路径。
13.如权利要求12所述的促进在多跳网络中进行路径选择的方法，其中所述发起步骤包括由基站发起所述订户站切换。
14.如权利要求13所述的促进在多跳网络中进行路径选择的方法，其中所述发起步骤进一步包括：在所述基站处，
确定到所述订户站的端到端路径度量已经相比于到最佳邻居的路径度量下降了阈值；以及
作为响应，发起所述订户站切换。
15.如权利要求12所述的促进在多跳网络中进行路径选择的方法，其中所述发起步骤包括由所述订户站发起所述订户站切换。
16.如权利要求15所述的促进在多跳网络中进行路径选择的方法，其中所述发起步骤进一步包括：在所述订户站处，
基于一跳链路特性，确定需要进行切换；以及
向所述基站请求许可，以扫描一个或多个邻居。
17.如权利要求12所述的促进在多跳网络中进行路径选择的方法，在所述发起步骤之后进一步包括：
在所述基站和所述订户站之间建立协定，以供所述订户站对邻近于所述订户站并且相比于所述订户站的当前路径度量具有更好路径度量的所述多个站中的每个进行扫描。
18.如权利要求17所述的促进在多跳网络中进行路径选择的方法，在所述接收步骤之前进一步包括：
由所述基站对用于所述订户站的一个或多个扫描机会进行调度，包括：以升序路径代价对邻近于所述订户站的所述多个站的扫描进行排序。
19.如权利要求18所述的促进在多跳网络中进行路径选择的方法，在所述接收步骤之前进一步包括：
将一个或多个扫描指令提供给所述订户站。
20.如权利要求19所述的促进在多跳网络中进行路径选择的方法，其中所述扫描指令包括：
指令所述订户站在与网络协助相关联的情况下对与一个或多个其他基站相关联的一个或多个中继站进行扫描。
21.如权利要求20所述的促进在多跳网络中进行路径选择的方法，其中所述扫描指令包括：
指令所述订户站：对于与所述基站相关联并且大于预定的跳数距离的中继站，所述订户站应当在与网络协助相关联的情况下进行扫描。
22.如权利要求12所述的促进在多跳网络中进行路径选择的方法，进一步包括：
对于一个或多个不期望的站，从所述基站向所述订户站发送包括测距状态为“终止”的关联报告消息。

Claims (22)

1.一种促进在多跳网络中进行路径选择的方法，包括：
将包括测距码的测距请求消息从订户站发射到服务站，以通过所述服务站接入所述多跳网络；
由所述服务站将对所述测距码所做的一个或多个上行链路测量转换为到所述订户站的路径链路度量；
当所述路径链路度量低于阈值时，所述服务站拒绝所述测距请求；以及
当所述路径链路度量高于所述阈值时，通过所述服务站向所述订户站提供对所述多跳网络的接入。
2.如权利要求1所述的促进在多跳网络中进行路径选择的方法，进一步包括：
所述订户站扫描下行链路并且选择不同的服务站；以及
重复由所述不同的服务站进行的转换、拒绝、和接受步骤。
3.如权利要求1所述的促进在多跳网络中进行路径选择的方法，其中所述服务站包括基站，并且进一步，其中所述路径链路度量包括端到端路径度量。
4.如权利要求1所述的促进在多跳网络中进行路径选择的方法，其中所述服务站包括中继站，并且进一步，其中所述路径链路度量包括与到关联基站的路径度量组合的链路度量值。
5.如权利要求1所述的促进在多跳网络中进行路径选择的方法，其中所述拒绝步骤包括：所述服务站将具有“终止”测距状态的测距响应消息发射给所述订户站。
6.如权利要求1所述的促进在多跳网络中进行路径选择的方法，在所述发射测距请求消息步骤之前，进一步包括：
由所述订户站扫描来自一个或多个站的一个或多个下行链路前同步传输；
接收来自所述一个或多个站的一个或多个下行链路前同步传输；以及
选择具有最强下行链路前同步的服务站。
7.一种促进订户站在多跳网络中进行路径选择的基站操作方法，所述方法包括：
将多个邻居站中每个的路径度量与所述订户站的当前路径度量进行比较；
当邻居站的所述路径度量小于所述当前路径度量时，将所述邻居站包括在邻居列表中；以及
将包括所述邻居列表的邻居通告消息从所述基站发射到所述订户站。
8.如权利要求7所述的促进订户站在多跳网络中进行路径选择的基站操作方法，其中在所述订户站的主要管理连接标识(CID)上发射所述邻居通告消息。
9.如权利要求7所述的促进订户站在多跳网络中进行路径选择的基站操作方法，其中所述路径链路度量包括选自以下度量组中的一个或多个度量，该度量组包括：路径代价、跳计数、无线电频率、链路质量、邻居拥塞和链路拥塞。
10.如权利要求7所述的促进订户站在多跳网络中进行路径选择的基站操作方法，进一步包括：
通过以路径度量的升序将所述多个邻居站排序，来对用于所述订户站的多个扫描机会进行调度。
11.如权利要求10所述的促进订户站在多跳网络中进行路径选择的基站操作方法，进一步包括：
当调度约束阻止将所有所述多个邻居站均包括在所述邻居列表中时，首先调度所述多个邻居站中的具有最佳路径度量的一个或多个邻居站。
12.一种促进在多跳网络中进行路径选择的方法，包括：
发起订户站切换；
由基站接收与邻近于所述订户站的多个站中的每个站相关联的路径度量；
将所述路径度量中的每个与当前路径度量进行比较；以及
当所述比较的路径度量中的一个好于所述当前路径度量时，将路径选择推荐从所述基站发射到所述订户站。
13.如权利要求12所述的促进在多跳网络中进行路径选择的方法，其中所述发起步骤包括：由基站发起所述订户站切换。
14.如权利要求13所述的促进在多跳网络中进行路径选择的方法，其中所述发起步骤进一步包括：在所述基站处，
确定到所述订户站的端到端路径度量已经相比于到最佳邻居的路径度量下降了阈值；以及
作为响应，发起所述订户站切换。
15.如权利要求12所述的促进在多跳网络中进行路径选择的方法，其中所述发起步骤包括：由所述订户站发起所述订户站切换。
16.如权利要求15所述的促进在多跳网络中进行路径选择的方法，其中所述发起步骤进一步包括：在所述订户站处，
基于一跳链路特性，确定需要进行切换；以及
向所述基站请求许可，以扫描一个或多个邻居。
17.如权利要求12所述的促进在多跳网络中进行路径选择的方法，在所述发起步骤之后进一步包括：
在所述基站和所述订户站之间建立协定，以供所述订户站对邻近于所述订户站的所述多个站中的每个进行扫描。
18.如权利要求17所述的促进在多跳网络中进行路径选择的方法，在所述接收步骤之前进一步包括：
由所述基站对用于所述订户站的一个或多个扫描机会进行调度，包括：以升序路径代价对邻近于所述订户站的所述多个站的扫描进行排序。
19.如权利要求18所述的促进在多跳网络中进行路径选择的方法，在所述接收步骤之前进一步包括：
将一个或多个扫描指令提供给所述订户站。
20.如权利要求19所述的促进在多跳网络中进行路径选择的方法，其中所述扫描指令包括：
指令所述订户站在与网络协助相关联的情况下对与一个或多个其他基站相关联的一个或多个中继站进行扫描。
21.如权利要求20所述的促进在多跳网络中进行路径选择的方法，其中所述扫描指令包括：
指令所述订户站：对于与所述基站相关联并且大于预定的跳数距离的中继站，所述订户站应当在与网络协助相关联的情况下进行扫描。
22.如权利要求12所述的促进在多跳网络中进行路径选择的方法，进一步包括：
对于一个或多个不期望的站，从所述基站向所述订户站发送包括测距状态为“终止”的关联报告消息。
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