CN104703239A - 基于发送切换邀请的准周期越区切换触发机制 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于发送切换邀请的准周期越区切换触发机制，该机制依据移动终端的移动线路图、移动速度与服务小区基站及其相邻小区基站的位置信息，构建小区簇，确定发送切换邀请的参考时间、基本周期、准周期，由小区簇内各基站准周期性地向移动终端发送切换邀请从而触发越区切换。本发明能克服了传统上基于接收信号强度的越区切换触发机制的缺点，使切换的触发更及时、准确和可靠，同时也能简化整个越区切换的实现步骤，缩短切换的执行时间，提高越区切换的速度和效率，同时还能防止“乒乓”切换的发生，在移动线路相对固定、移动速度较高的无线通信环境如高速铁路、高速公路和城市BRT等中具有广泛应用前景。

Description

基于发送切换邀请的准周期越区切换触发机制

技术领域

本发明涉及智能交通与无线移动通信技术领域，尤其涉及公交车辆行驶中车载网络与道路旁边无线网络接入点的信息交换技术，即一种基于发送切换邀请的准周期越区切换触发机制。

背景技术

随着移动通信和无线网络技术的飞速发展，智能公交系统IPTS(Intelligent PublicTransport System)的发展越来越迅速，尤其是近来快速公交(BRT)系统的投入应用。众所周知，公共交通车辆是广大市民出行的主要交通工具，因此公交车联网是现代化城市建设中不可缺少的一项重要内容。在智慧型城市建设中，公交车联网除辅助安全驾驶、提高交通效率之外，还需要提供车载信息服务，如Internet接入服务或车载娱乐等。企业和政府有关部门可利用车联网上公共信息平台发布影视、广告、宣传片、管理条例、紧急预警、各种通知等；广大市民上、下班途中可以使用手机、Pad等上网浏览新闻、刷微博、听音乐、看视频等，而高效可靠的信息传输系统是车联网各项功能得以实现的重要保证。

目前公交车联网的基本信息传输模式是V2R(车辆到路边)，即公交车辆是通过车载单元(OBU)与公交线路上若干个路边单元(RSU)进行无线信息交换。车辆在行驶中必然会使OBU与RSU的无线通信信号从一个RSU跨越到另一个RSU的信号覆盖范围，相应地要求V2R连接从上一个RSU转换到下一个RSU，由此产生RSU切换问题，即OBU越区产生RSU切换。

车载单元(OBU)一般是通过WI-FI技术(IEEE 802.11)使广大乘客能够以较低代价享受Internet服务。现有的WI-FI技术对公交车载单元(OBU)越区切换工作支持较差，通常会产生较大延迟(几十毫秒～几秒)。特别地，对于诸如VoIP等延迟敏感性业务的支持更差。另外，公交车上常拥有多个乘客，这些乘客作为一组用户，整体移动，且每个乘客会有不同类型的信息服务请求，在跨越各个RSU时，必然会同时产生大量的切换请求，从而对切换的快速性提出了更高的要求。

近来，随着快速公交(BRT)系统的建设和投入运行，公交车行驶速度有了很大的提高。车速加快使得公交车通过两个相邻的路边单元(RSU)的信号重叠覆盖区的时间较短，导致车载单元(OBU)通常的越区切换过程不能按时完成，极大影响了用户的服务质量，因此迫切需要提高现有越区切换的速度。

另外，随着我国城市建设水准的不断提高，城区高大建筑物越来越多，造成无线电波的传播环境变得越来越恶劣，以至于车载信息单元(OBU)在越区切换过程中极易产生信号中断，极大地损害了在线用户的服务质量与车辆运行的安全性。

越区切换的触发机制决定公交车载单元(OBU)何时进行切换以及以何种性能度量指标进行切换判决。现有的越区切换机制，主要根据RSSI(接收信号的强度)值或SNR(信噪比)是否低于预设的门限来触发切换，受高速移动环境的影响，切换的成功率较低。另外有研究结果表明当公交车载单元(OBU)移动到路边单元(RSU)覆盖范围的边界区域时，其RSSI值的变化较小，所以不足以作为触发的条件，这也是引起传统切换触发时性能较低的原因之一。

目前移动通信中越区切换方式主要有三种，即网络控制、网络发起用户设备(UE)辅助、UE独立控制。后一种切换方式，虽然具有切换速度快的特点，但不便于统一管理，遇到多个用户同时切换时，失败概率较高。前两种切换方式在蜂窝移动网络中应用较广，两者都是由原基站(相当于RSU)向UE发出启动切换命令，再由UE尝试与新基站建立链接。这种切换方式被称为后向越区切换。车辆高速行驶中，信号的不稳定易造成切换联络信令的丢失等。虽然近来很多学者提出了很多改进措施，但仍然难满足高速移动环境越区切换的要求。归根到底，传统的基于RSSI判决机制属于被动切换方式，面对车辆高速行驶环境，改进空间越来越小。为此必须对现有的越区切换机制进行革新，变被动为主动。

如果改变切换过程的信令联络方式，采用由新小区基站主动向有切换意向的UE预先发出邀请，UE一旦接到了邀请，并做出响应，UE就与新小区建立链接。一方面能避免后向越区切换的信号测量和判决过程，克服基于RSSI切换判决机制的不可靠性。另一方面也简化了切换的联络过程，可降低切换时延和信令联络中断的概率。有别于传统的切换方式，称这种切换方式为前向越区切换。

要实现基于切换邀请的前向切换，关键要解决如何向UE发送切换邀请的问题。首先要选择合适的发送时机，其次是要确定切换邀请发送的合理范围。倘若能估计出UE通过相邻小区重叠域的切换位置，那么就可计算UE从当前位置到达切换位置的时间，宜将这一时刻作为启动发送切换邀请的时机。对于某些已知的规则移动线路，如公交线路，则能预测出车辆到达公交沿线各小区重叠域的大致时间，那么可针对较规则的高速移动环境提出一种准周期越区触发机制，如果车辆行驶速度发生变化或者遇到线路拐弯，可对准周期做适当调整。

要使每一个有切换需求的高速移动UE都能按时接收到邀请，应扩大切换邀请的发送范围，但范围太大会占用过多的通信资源。本发明依据移动UE的移动方向、各基站的位置及其相邻关系信息，选择当前服务小区及其周边的第一层小区聚合成小区簇，由小区簇内各基站向移动UE发送切换邀请，从而提高切换邀请发送和接收的成功率。

与普通移动UE相比，公交车辆的车载单元(OBU)的移动线路及其方向等信息具有一定的规律性，这些信息可取自于公交线路数据库。其次，对于公交车行驶固定的线路，也可获知其运行线路周边蜂窝移动通信基站的位置及其对应信道号等信息，这些信息可取自于移动网络数据库。利用公交车辆行驶环境的特殊性，可以大大加快公交车载单元(OBU)的越区切换的速度。

为此本发明依据移动UE的移动线路图、移动速度与服务小区基站及其相邻小区基站的位置信息，提出准周期性地向移动UE发送切换邀请的越区切换机制。

发明内容

本发明目的是为了克服传统上基于接收信号强度的越区切换触发机制的不足，提供一种基于发送切换邀请的准周期越区切换触发机制，该机制能使移动线路相对固定、移动速度较高的无线通信环境(如高速铁路、高速公路和城市BRT等)中的越区切换的触发更及时、准确和可靠，同时也能使整个越区切换的实现步骤得到简化，缩短了切换的执行时间，提高了越区切换的速度和效率，同时还能防止“乒乓”切换的发生。

本发明实现上述目的的技术方案是：

一种基于发送切换邀请的准周期越区切换触发机制，其特征是：该机制依据移动终端的移动线路图、移动速度与服务小区基站及其相邻小区基站的位置信息，准周期性地向移动台发送切换邀请从而触发越区切换，包括以下步骤：

1)根据移动终端的移动方向、各基站的位置及其相邻位置关系信息，选择当前服务小区及其周边的第一层小区构建发送切换邀请的小区簇；

2)依据移动终端的移动线路图确定发送切换邀请的参考时间；

3)根据发送切换邀请的参考时间和相邻小区重叠区最大距离的一半确定发送切换邀请的基本周期；

4)根据车辆的行驶速度、小区基站的位置和公交线路的拓扑结构，决定是否需要对发送切换邀请的基本周期进行调整，确定发送切换邀请的准周期；

5)由小区簇内各小区基站按照调整后的准周期或基本周期以相同的功率在各自小区内发送切换邀请，启动越区切换过程。

前述的一种基于发送切换邀请的准周期越区切换触发机制，其特征是：所述步骤2)依据移动终端的具体移动线路图，并采用以下具体步骤：

1)根据无线电波传播损耗的工程估算模型，确定移动终端跨越两个相邻小区进行信号切换的参考位置；

2)根据移动终端在当前位置发送的信号分别到达相邻基站的时间差，确定移动终端当前位置；

3)根据移动终端的瞬时速度，估算移动终端从当前位置到达越区切换参考位置的时间，将移动终端到达越区切换参考位置的时刻作为发送切换邀请的参考时间。

前述的一种基于发送切换邀请的准周期越区切换触发机制，其特征是所述的移动终端跨越两个相邻小区进行信号切换的参考位置为(X_h,Y_h)＝Min[(X_h1,Y_h1)，(X_h2,Y_h2)]，其中Min[·]代表求最小值函数，(X_h1,Y_h1)是通过求解下列方程组：

$\left\{\begin{array}{c}{(X_{h1}-X_i)}^2+{(Y_{h1}-Y_i)}^2={(X_j-X_{h1})}^2+{(Y_j-Y_{h1})}^2\\ Y_{h1}=K_1\end{array}\right.---\left(1\right)$

得到，其中(X_i,Y_i),(X_j,Y_j),i,j＝1,2,…,N分别表示相邻基站位置坐标，N为基站的个数，K₁代表公交线路拓扑结构的纵坐标，为已知常数；公式(1)假定相邻基站的载波频率、发射天线的高度都相等；如果相邻基站的载波频率和/或发射天线的高度不相等，则公式(1)第一个式子的等号右边增加一修正系数(Δd)²：

${\left(\mathrm{\Δd}\right)}^2=\frac{f_j}{f_i}\×\frac{h_{\mathrm{Ti}}{h}_{\mathrm{Ri}}}{h_{\mathrm{Tj}}{h}_{\mathrm{Rj}}}---\left(2\right)$

其中，f_i，f_j分别为相邻基站的工作频率，h_Ti，h_Tj分别为相邻基站的发射天线高度，h_Ri，h_Rj分别为相邻基站的接收天线的高度；

(X_h2,Y_h2)是通过求解下列方程组：

$\left\{\begin{array}{c}{K}_2\log \left(\sqrt{{(X_{h2}-X_i)}^2+{(Y_{h2}-Y_i)}^2}\right)=P_{\mathrm{TH}}\\ Y_{h2}=K_1\end{array}\right.---\left(3\right)$

得到，其中K₂代表实际通信环境的信道衰减常数，P_TH为信号强度或功率门限。

前述的一种基于发送切换邀请的准周期越区切换触发机制，其特征是，所述的移动终端当前位置(X,Y)是通过下列方程组：

$\left\{\begin{array}{c}|\sqrt{{(X_i-X)}^2+{(Y_i-Y)}^2}-\sqrt{{(X_j-X)}^2+{(Y_j-Y)}^2}|=C\·{\mathrm{\Δt}}_{i,j}\\ Y=K_1\end{array}\right.---\left(4\right)$

得到，其中，Δt_i,j表示移动终端当前位置(X,Y)分别到达相邻基站(X_i,Y_i),(X_j,Y_j),i,j＝1,2,…,N的时间差，C为光速。

前述的一种基于发送切换邀请的准周期越区切换触发机制，其特征是，所述的移动终端从当前位置到达越区切换参考位置的时间t_h是通过下列方程：

$t_h=\sqrt{{(X-X_h)}^2+{(Y-Y_h)}^2}/V---\left(5\right)$

得到，其中V是移动终端的瞬时速度。

前述的一种基于发送切换邀请的准周期越区切换触发机制，其特征是：所述基本周期T₀是根据发送切换邀请的参考时间t_h，提前一个时间段Δt，即T₀＝t_h-Δt，Δt是通过下列方程：

Δt＝O_l/V    (6)

得到，其中O_l为相邻小区重叠区最大距离的一半，V是移动终端的瞬时速度。

前述的一种基于发送切换邀请的准周期越区切换触发机制，其特征是：当车辆拓扑结构为拐弯时，所述准周期T为：

T＝T₀+ΔT_i,i＝1,2,…,M    (7)

其中ΔT_i代表需要调整的时间，M为某条公交线路的发生拐弯的次数；需要调整的时间ΔT_i为：

${\mathrm{\ΔT}}_i=(\sqrt{{(X-X_g)}^2+{(Y-Y_g)}^2}+\sqrt{{(X_h\cos \mathrm{\θ}-X_g)}^2+{(Y_h\sin \mathrm{\θ}-Y_g)}^2})/\stackrel{\‾}{V}-t_h---\left(8\right)$

其中，(X_g,Y_g)为车辆行驶到拐弯处的位置坐标，θ转弯后的行驶线路与原来行驶线路之间的夹角，为车辆拐弯前路段与拐弯后路段行驶速度的平均值。

前述的一种基于发送切换邀请的准周期越区切换触发机制，其特征是：所述切换邀请的信息包括本小区的识别码、移动终端的地址码以及接入本小区的信道信息。

本发明所达到的有益效果：本发明依据移动终端的移动线路图、移动速度与服务小区基站及其相邻小区基站的位置信息，构建小区簇，使移动终端能在较大范围内接收到切换邀请，由小区簇内各基站准周期性地向移动终端发送切换邀请从而触发越区切换；充分利用了较规则和固定的移动线路拓扑图，能克服传统上基于接收信号强度的越区切换触发机制的缺点，使切换的触发更及时、准确和可靠，同时也能简化整个越区切换的实现步骤，缩短切换的执行时间，提高越区切换的速度和效率，同时还能防止“乒乓”切换的发生；能广泛地应用于移动线路相对固定、移动速度较高的无线通信环境中，如高速铁路、高速公路和城市BRT等车载信息单元(OBU)与路边单元(RSU)的信息切换传输系统。

附图说明

图1是公交车辆直行时车载移动终端越区切换示意图；

图2是公交车辆行驶拐弯时车载移动终端越区切换示意图；

图3是基于发送切换邀请的准周期越区切换触发机制的实现流程图；

图4是估算发送切换邀请的参考时间的流程图；

图5基于发送切换邀请的准周期越区切换触发机制的仿真结果图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

假设公交车载信息单元(OBU)与路边单元(RSU)的无线移动通信环境如图1所示，路边单元(RSU)为UMTS基站，基站的天线高度h_b＝150m，工作频率f＝2100MHz，发射功率为20W，基站之间的距离为3km，各小区基站通过有线信道与无线网络控制器(RNC)相连，为简化图形结构，图1中未画出RNC，本发明涉及的构建小区簇以及估算发送切换邀请的基本周期或准周期在UMTS中均由RNC完成。BRT(快速公交)正沿直线行驶，最高速度为72km/h，车载信息单元(OBU)为IEEE 802.11b网关，车载天线的高度h_m＝3m，车上用户由IEEE 802.11b无线局域网提供信息服务。车辆行驶过程中，为了使车载用户在线信息不中断，OBU需要进行路边UMTS基站的切换。

无线电波传播损耗的工程估算模型采用Okumura-Hata城区基本传输损耗预测模型，即：

L_b＝69.55+26.16*lgf-13.82lg(h_b)-3.2*[lg(11.75*h_m)]²-4.97

                                                           (9)

-[44.9-6.55*lg(h_b)]*lgd

式(9)中d为移动终端离开基站的距离，L_b为信号强度损耗值。

确定切换参考点(位置)的方法：

对于如图1所示的已知公交运行线路，假定只考虑二维(XY)平面，沿线各基站的坐标均为已知常数，而且车辆行驶路线的Y坐标(即公交线路拓扑结构的纵坐标K₁)也是已知的常数。若定义车辆行驶到车载信息单元(OBU)接收两相邻基站发送的信号刚好相等时为进行信号切换的参考位置，这时由式(1)可计算出切换的参考位置(X_h1,Y_h1)。对于上述给定的参数，算出的切换参考位置恰好位于两基站的中点1.5km处。徜若该位置切换不能满足信的质量要求，可以针对需要达到的质量指标，预设一个功率门限P_TH，由式(3)可计算出切换的参考位置(X_h2,Y_h2)，取两者的最小值作为切换的参考位置(X_h,Y_h)＝Min[(X_h1,Y_h1)，(X_h2,Y_h2)]，即最终的切换参考位置离源基站的距离最近。

确定公交车当前位置的方法：

如图1所示，假定公交车辆沿公交线路行驶到当前位置(X,Y)时，车载信息单元(OBU)发送的信号到达基站(X_i,Y_i)的时间为：C为光速，而达到相邻基站(X_j,Y_j)的时间为：到达两者的时间差为Δt_i,j，相邻基站坐标(X_i,Y_i),(X_j,Y_j),i,j＝1,2,…,N均为已知，因此求解方程式(4)可确定公交车当前位置(X,Y)。

确定发送切换邀请的参考时间的方法：

假定BRT(快速公交)车辆行驶的速度为V公里/小时，车载OBU从当前位置(X,Y)到达越区切换参考位置(X_h,Y_h)的时间t_h由式(5)计算得到，t_h即为发送切换邀请的参考时间。

确定发送切换邀请的基本周期的方法：

为了提高OBU接收切换邀请的成功率，宜将发送切换邀请的时间从参考时间t_h提前一个时间段Δt，而Δt由式(6)计算得到，即车载OBU一进入相邻小区的信号覆盖重叠区，RSU(相邻小区基站)就开始向其发送切换邀请，这样车载OBU在重叠区内接收到切换邀请的概率会有较大的提高。

假定在公交线路周边部署的小区基站之间的距离近似相等，公交车辆的平均行驶速度基本保持恒定，那么每当车载OBU到达公交沿线各相邻小区信号重叠区时发送切换邀请的参考时间t_h也近似相等，于是将发送切换邀请的基本周期定义为：T₀＝t_h-Δt。显然发送切换邀请的基本周期与公交车行驶的速度有关，表1给出了公交车辆在不同行驶速度下小区簇向车载OBU单元发送切换邀请的参考时间和基本周期。

表1 公交车在不同行驶速度下小区簇发送切换邀请的参考时间的估算值

行驶速度	越区切换参考位置	发送切换邀请参考时间	发送切换邀请基本周期
				30km/h	1.5km	5分18秒	4分36秒
45km/h	1.5km	3分32秒	3分4秒
				60km/h	1.5km	2分39秒	2分18秒

对基本周期进行调整，得到发送切换邀请的准周期的方法：

如果公交车辆行驶过程中遇到转弯等不规则的路线时，小区基站之间的距离以及相邻小区的信号覆盖重叠区会发生较小的变化，需要对发送切换邀请的基本周期T₀按式(6)做出适当的调整，调整后得到的实际发送切换邀请的时间T与基本周期T₀存在较小的差别，但当公交车转弯过后行驶到直线上，T又会回到基本周期T₀上来，因此也可将式(7)称为准周期。

假设公交车辆行驶到拐弯处的位置为(X_g,Y_g)，转弯后的行驶线路与原来行驶线路的夹角为θ，如图2所示，如果忽略小区基站与公交线路的实际距离，并假定基站天线发射的功率是全向的，那么公交车辆实际行驶的距离为：

$\sqrt{{(X-X_g)}^2+{(Y-Y_g)}^2}+\sqrt{{(X_h\cos \mathrm{\θ}-X_g)}^2+{(Y_h\sin \mathrm{\θ}-Y_g)}^2}---\left(10\right)$

则需要调整的时间大小为：

${\mathrm{\ΔT}}_i=(\sqrt{{(X-X_g)}^2+{(Y-Y_g)}^2}+\sqrt{{(X_h\cos \mathrm{\θ}-X_g)}^2+{(Y_h\sin \mathrm{\θ}-Y_g)}^2})/\stackrel{\‾}{V}-t_h---\left(8\right)$

当θ分别为30°、60°和90°时，由式(8)计算所得到的需要调整的时间量以及发送切换邀请的时刻如表2所示，假定此时BRT车辆的行驶速度为60km/h。

表2 公交车转弯角度不同时需要调整得时间量及发送切换邀请时间的估算值

拐弯角度	原发送切换邀请基本周期	需要调整时间量	现发送切换邀请的时间
				30°拐弯	2分18秒	5.34秒	约2分13秒
60°拐弯	2分18秒	20.88秒	约1分57秒
				90°拐弯	2分18秒	45.6秒	约1分32秒

倘若公交线路周边小区基站的位置发生了改变，则需要重新构建小区簇，按公式(1)、(3)、(5)、(7)和(8)，估算越区切换参考位置、参考时间、基本周期、准周期。

倘若公交线路周边小区基站的位置未发生改变，但车辆在行驶中行驶速度发生较大改变，例如变化速度超过正常行驶速度的±10％，则无需再次构建小区簇，但要按公式(5)、(7)和(8)，重新估算这些路段的参考时间、基本周期、准周期。

倘若车辆行驶到某路段时，行驶速度虽然发生了改变，但其变化不大，例如变化在正常行驶速度的±10％的范围内，则只要利用式(8)对发送切换邀请的基本周期进行调整，但行驶速度应取行驶速度改变路段的平均速度。

基于发送切换邀请的准周期越区切换触发机制的具体实现过程如图3所示，

步骤301，根据移动终端的移动线路图、移动方向、各基站的位置及其相邻位置关系信息，选择当前服务小区及其周边的第一层小区构建小区簇；各基站的位置及其相邻位置关系信息均取自于移动网络数据库；

步骤302，依据移动终端的具体移动线路图确定发送切换邀请的参考时间；

步骤303，根据发送切换邀请的参考时间和相邻小区重叠区最大距离的一半确定发送切换邀请的基本周期；

步骤304，根据车辆的行驶速度、小区基站的位置和公交线路的拓扑结构(直线或拐弯)，决定是否需要对发送切换邀请的基本周期进行调整，最终得到实际发送切换邀请的时间(准周期)；若车辆的行驶速度、小区基站的位置均未发生改变，则只要在公交线路出现拐弯时，按照式(8)对基本周期进行调整，得到准周期；若车辆的行驶速度发生了改变，且变化速度在正常行驶速度的±10％的范围内，则按行驶速度改变路段的平均行驶速度对基本周期进行调整。

步骤305-306，启动越区切换过程，由小区簇内各基站按照调整后的时间(准周期)或基本周期，以相同的功率在各自小区内发送切换邀请。

估算发送切换邀请的参考时间的具体实现步骤如图4所示，

步骤401，采用Okumura-Hata城区基本传输损耗预测模型式(7)估算车载信息单元(OBU)接收信号的强度；

步骤402，根据车载信息单元(OBU)接收到相邻基站发送信号的强度刚好相等时位置，以及切换刚好能满足通信的质量指标要求的位置，确定越区切换的参考位置；

步骤403-404，根据OBU在当前位置发送的信号分别到达相邻基站的时间差，确定OBU当前位置；

步骤405-406，根据公交车辆行驶的瞬时速度，估算移动终端从当前位置到达越区切换参考位置的时间，将OBU到达越区切换参考位置的时刻作为发送切换邀请的参考时间。

实施例的仿真结果：

基于发送切换邀请的准周期越区切换触发机制的仿真结果如图5所示。仿真条件如下：

基站的天线高度为150m，工作频率为2100MHz，发射功率为20W，基站之间的距离为3km，车载天线的高度为3m，采用式(7)所示的城区基本传输损耗预测模型，仿真得到车载信息单元(OBU)接收到两相邻基站的信号强度曲线分别如图5中带圆圈的实线和带方形的实线所示，两者的交点正好是切换参考位置，对于上述给定的参数，该切换参考位置恰好位于两基站的中点1.5km处。

倘若传输信道的带宽给定为200kHz，发射机和接收机的绝对温度系数为293.15K，噪声系数为4dB，固定实现损耗3dB，数据传输速率为12.2kbps，信噪比Eb/N0＝5dB，仿真得到接收机的灵敏度为-121.0667dB，如图5中底部的加粗的虚线所示。

假定信道的衰落概率为95％，仿真得到衰落边界为-114.42dB，如图5中部的加粗的实线所示，该线(代表衰落边界)与两条接收信号强度曲线(带圆圈的实线和带方形的实线)的交点即为两小区信号重叠覆盖区的边界，由此可得两相邻小区重叠区的大小为700m。

如果BRT(快速公交)行驶的速度为72km/h(20m/s)，由图5中的切换参考位置可算出发送切换邀请的参考时间约为2分13秒，再根据图5中两相邻小区重叠区的大小，可算出发送切换邀请的基本周期为1分55秒。同理可计算BRT(快速公交)不同行驶速度时发送切换邀请的参考时间和基本周期，对于行驶速度分别为30km/h、45km/h和60km/h，发送切换邀请的参考时间以及发送切换邀请的基本周期如表1所示。而对于BRT行驶中拐弯角分别为30°、60°和90°时发送切换邀请基本周期的时间调整量的估算值如表2所示。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于发送切换邀请的准周期越区切换触发机制，其特征是：该机制依据移动终端的移动线路图、移动速度与服务小区基站及其相邻小区基站的位置信息，准周期性地向移动台发送切换邀请从而触发越区切换，包括以下步骤：

1)根据移动终端的移动方向、各基站的位置及其相邻位置关系信息，选择当前服务小区及其周边的第一层小区构建发送切换邀请的小区簇；

2)依据移动终端的移动线路图确定发送切换邀请的参考时间；

3)根据发送切换邀请的参考时间和相邻小区重叠区最大距离的一半确定发送切换邀请的基本周期；

4)根据车辆的行驶速度、小区基站的位置和公交线路的拓扑结构，决定是否需要对发送切换邀请的基本周期进行调整，确定发送切换邀请的准周期；

5)由小区簇内各小区基站按照调整后的准周期或基本周期以相同的功率在各自小区内发送切换邀请，启动越区切换过程。

2.根据权利要求1所述的一种基于发送切换邀请的准周期越区切换触发机制，其特征是：所述步骤2)依据移动终端的具体移动线路图，并采用以下具体步骤：

1)根据无线电波传播损耗的工程估算模型，确定移动终端跨越两个相邻小区进行信号切换的参考位置；

2)根据移动终端在当前位置发送的信号分别到达相邻基站的时间差，确定移动终端当前位置；

3)根据移动终端的瞬时速度，估算移动终端从当前位置到达越区切换参考位置的时间，将移动终端到达越区切换参考位置的时刻作为发送切换邀请的参考时间。

3.根据权利要求2所述的一种基于发送切换邀请的准周期越区切换触发机制，其特征是所述的移动终端跨越两个相邻小区进行信号切换的参考位置为(X_h,Y_h)＝Min[(X_h1,Y_h1)，(X_h2,Y_h2)]，其中Min[·]代表求最小值函数，(X_h1,Y_h1)是通过求解下列方程组：

$\left\{\begin{array}{c}{(X_{h1}-X_i)}^2+{(Y_{h1}-Y_i)}^2={(X_j-X_{h1})}^2+{(Y_j-Y_{h1})}^2\\ Y_{h1}=K_1\end{array}\right.---\left(1\right)$

得到，其中(X_i,Y_i),(X_j,Y_j),i,j＝1,2,…,N分别表示相邻基站位置坐标，N为基站的个数，K₁代表公交线路拓扑结构的纵坐标，为已知常数；公式(1)假定相邻基站的载波频率、发射天线的高度都相等；如果相邻基站的载波频率和/或发射天线的高度不相等，则公式(1)第一个式子的等号右边增加一修正系数(Δd)²：

${\left(\mathrm{\Δd}\right)}^2=\frac{f_j}{f_i}\×\frac{h_{\mathrm{Ti}}{h}_{\mathrm{Ri}}}{h_{\mathrm{Tj}}{h}_{\mathrm{Rj}}}---\left(2\right)$

其中，f_i，f_j分别为相邻基站的工作频率，h_Ti，h_Tj分别为相邻基站的发射天线高度，h_Ri，h_Rj分别为相邻基站的接收天线的高度；

(X_h2,Y_h2)是通过求解下列方程组：

$\left\{\begin{array}{c}{K}_2\log \left(\sqrt{{(X_{h2}-X_i)}^2+{(Y_{h2}-Y_i)}^2}\right)=P_{\mathrm{TH}}\\ Y_{h2}=K_1\end{array}\right.---\left(3\right)$

得到，其中K₂代表实际通信环境的信道衰减常数，P_TH为信号强度或功率门限。

4.根据权利要求2所述的一种基于发送切换邀请的准周期越区切换触发机制，其特征是，所述的移动终端当前位置(X,Y)是通过下列方程组：

$\left\{\begin{array}{c}|\sqrt{{(X_i-X)}^2+{(Y_i-Y)}^2}-\sqrt{{(X_j-X)}^2+{(Y_j-Y)}^2}|=C\·\mathrm{\Δ}{t}_{i,j}\\ Y=K_1\end{array}\right.---\left(4\right)$

得到，其中，Δt_i,j表示移动终端当前位置(X,Y)分别到达相邻基站(X_i,Y_i),(X_j,Y_j),i,j＝1,2,…,N的时间差，C为光速。

5.根据权利要求2所述的一种基于发送切换邀请的准周期越区切换触发机制，其特征是，所述的移动终端从当前位置到达越区切换参考位置的时间t_h是通过下列方程：

$t_h=\sqrt{{(X-X_h)}^2+{(Y-Y_h)}^2}/V---\left(5\right)$

得到，其中V是移动终端的瞬时速度。

6.根据权利要求1所述的一种基于发送切换邀请的准周期越区切换触发机制，其特征是：所述基本周期T₀是根据发送切换邀请的参考时间t_h，提前一个时间段Δt，即T₀＝t_h-Δt，Δt是通过下列方程：

Δt＝O_l/V    (6)

得到，其中O_l为相邻小区重叠区最大距离的一半，V是移动终端的瞬时速度。

7.根据权利要求1所述的一种基于发送切换邀请的准周期越区切换触发机制，其特征是：当车辆拓扑结构为拐弯时，所述准周期T为：

T＝T₀+ΔT_i,i＝1,2,…,M    (7)

其中ΔT_i代表需要调整的时间，M为某条公交线路的发生拐弯的次数；需要调整的时间ΔT_i为：

$\mathrm{\Δ}{T}_i=(\sqrt{{(X-X_g)}^2+{(Y-Y_g)}^2}+\sqrt{{(X_h\cos \mathrm{\θ}-X_g)}^2+{(Y_h\sin \mathrm{\θ}-Y_g)}^2})/\stackrel{\‾}{V}-t_h---\left(8\right)$

其中，(X_g,Y_g)为车辆行驶到拐弯处的位置坐标，θ转弯后的行驶线路与原来行驶线路之间的夹角，为车辆拐弯前路段与拐弯后路段行驶速度的平均值。

8.根据权利要求1所述的一种基于发送切换邀请的准周期越区切换触发机制，其特征是：所述切换邀请的信息包括本小区的识别码、移动终端的地址码以及接入本小区的信道信息。