CN106817676A - 利用随机时延的密集用户位置更新场景下的位置管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种利用随机时延的密集用户位置更新场景下的位置管理方法，该方法包括:在小区重叠区域，移动终端根据接收到的基站的系统消息判决需要进行小区重选后，移动终端重选到新小区；移动终端接收到新小区的基站广播的系统消息，根据该系统消息中的n₀、T₀和T_change生成位置更新随机时延时间t；移动终端将位置更新随机延迟时间t与T_change进行比较，根据比较结果判决是否需要返回原小区等待启动位置更新。本发明利用随机时延进行移动终端的位置管理，将用户在时间域上进行随机排序，在保证用户之间的公平性的前提下，将密集的位置更新请求分散，解决了大量用户同时发出位置更新请求的情况，降低了信令风暴、网络拥塞等情况发生的概率，而且保证了寻呼用户的接通率。

Description

利用随机时延的密集用户位置更新场景下的位置管理方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种利用随机时延的密集用户位置更新场景下的位置管理方法。

背景技术

由于高速铁路速度快、运能大、功耗低、污染低等多项优点，在国家发展中起到至关重要的作用。目前，中国已经成为世界高速铁路发展最快的国家，速度的不断提升为乘客带来了极大的益处，但是也给铁路沿线移动通信网络的部署带来了非常大的挑战，位置管理就是其中之一。

由于用户终端的移动性，服务基站需要实时有效地跟踪移动台并确定其大致位置，从而使得用户在网络覆盖范围内移动时可随时接听或发起呼叫。基站确定移动终端的大致位置的过程称之为位置管理。位置管理中的基本单元为LA(Location Area，位置区)，每一个位置区都具有一个识别码(LAI)，一般位置管理的实现分为四个阶段，即：位置更新、位置注册、位置查询和呼叫传递、位置寻呼。

位置更新：位置更新通常是在跨位置区的小区重选之后由移动台发起，小区重选的条件是达到判决阈值。当移动终端小区重选(重选前后两个小区归属不同位置区，例如：越过旧的位置区LA1进入新的位置区LA2以后，新小区的基站会周期性的广播小区位置区识别码LAI，移动终端接收系统广播消息发现LAI改变时，将通过基站向MSC(MobileSwitching Centre，移动交换中心)汇报新的位置。

位置注册：在移动终端位置信息已知的情况下，更新位置信息库，并认证移动台。

位置查询和呼叫传递：当有呼叫指向移动终端(MS)时，首先从位置数据库取得MS所在的当前位置区，并建立GMSC(Gateway Mobile Switching Center，网关移动交换中心)和MS所在位置区的MSC的路由。

终端寻呼：在MS的位置区内需要通过寻呼的方式与MS建立通信。

传统位置管理方法主要有，移动端周期性位置管理和基站广播位置管理两种方法。

移动终端周期性位置管理：移动终端以周期T为单位向所在位置区的MSC汇报自己的身份，以保证MSC能够更新其位置信息。

基站广播位置管理：每个基站周期性的广播自己位置区的位置识别码LAI，当用户检测到自己的LAI与广播收到的LAI有差异时触发位置更新。在实际的应用中，使用最为广泛的是将以上两种方式混合使用。移动台每次越区都会进行一次位置更新，移动台在一个固定周期内如果没有通信，则向基站报告自己的位置区，以告知移动台还在这个位置区内。这样的使用方法在网络有时可能由于硬件故障而丢失移动台的位置数据时，可以恢复移动台的位置数据，提高了系统的位置管理的稳定性。

用户位置管理可以总结为对用户位置的跟踪、存储、查找和更新，即怎样定位一个终端，怎样去跟踪和实时更新移动终端的位置。因此位置更新策略的优劣直接影响着控制信令的开销、无线资源信道的占用和位置数据库的负载等系统关键性能。在高速铁路应用场景中，移动终端处于密集分布的状态，如果按照传统的位置更新策略将出现多个用户同时或者几乎同时达到位置更新的触发条件并向新小区归属的基站发出位置更新请求，从而导致同一时间大量的控制信令的开销和大量的资源信道的占用，位置更新完成所需时间变长，增大用户寻呼失败的概率，在用户数量达到一定规模后，甚至会导致移动通信系统的信令风暴、网络拥塞等一系列问题，严重降低系统的通信性能。

现有技术中的一种高速铁路场景下的位置管理策略为基于移动目标机动运动模型的动态位置管理方案，针对机动运动目标利用GPS和卡尔曼滤波法得到运动目标的速度，然后根据速度的大小和方向动态分配沿着速度方向，其形状随速度大小而相应变化的矩形动态位置区的动态位置管理策略。

上述现有技术中的高速铁路场景下的位置管理策略的缺点为：当在高速列车等密集用户场景下，由于列车用户非常多，同时进行位置更新的移动终端会很多，会出现信道资源不够用，信令风暴等情况，影响通信系统的性能。

发明内容

本发明实施例提供了一种利用随机时延的密集用户位置更新场景下的位置管理方法，以实现有效地进行密集用户的小区重选和位置更新。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

一种利用随机时延的密集用户位置更新场景下的位置管理方法，包括：

在小区重叠区域，移动终端根据接收到的基站的系统消息判决需要进行小区重选后，所述移动终端重选到新小区；

所述移动终端接收到所述新小区的基站广播的系统消息，根据该系统消息中的位置更新延迟分组参数n₀、移动终端完成一次位置管理操作的时间周期T₀生成位置更新随机时延时间t；

所述移动终端将所述位置更新随机延迟时间t与预先设定的时间门限值T_change进行比较，根据比较结果判决是否需要返回原小区等待启动位置更新。

进一步地，所述的方法还包括：

位置区边界处的基站设置小区重选滞后值CRH；

位置区边界处的基站设置位置更新延迟分组参数n₀；’

所述N为同时进行位置更新的用户数，所述D为提供用于位置更新的专用信道个数；

位置区边界处的基站设置移动终端完成一次位置管理操作的时间周期T₀；

位置区边界处的基站设置时间门限值T_change；

所述位置区边界处的基站周期性发送携带所述CRH、n₀、T₀和T_change的系统消息。

进一步地，所述的在小区重叠区域，移动终端根据接收到的基站的系统消息判决需要进行小区重选后，所述移动终端重选到新小区，包括：

在小区重叠区域，移动终端接收到新小区的基站发送的系统消息，提取新小区基站系统消息中携带的小区重选滞后CRH值，并且计算出所述新小区基站系统消息的信号电平，当所述新小区基站系统消息的信号电平大于所述移动终端所在的本小区系统消息的信号电平，并且，所述新小区基站系统消息的信号电平与所述本小区系统消息的信号电平之间的差值大于所述小区重选滞后CRH值，则所述移动终端重选到所述新小区。

进一步地，所述移动终端接收到所述新小区的基站广播的系统消息，根据该系统消息中的位置更新延迟分组参数n₀、移动终端完成一次位置管理操作的时间周期T₀生成位置更新随机时延时间t,,包括：

当所述移动终端重选到新小区后，接收到新小区基站广播的系统消息，提取系统消息中携带的n₀、T₀和T_change参数，在1到n₀内生成一个随机正整数K，将随机正整数K作为随机时延区间的序号，在时间区间[K-1*T₀,KT₀)之间生成一个位置更新随机时延t。

进一步地，所述的移动终端将所述位置更新随机延迟时间t与所述T_change进行比较，根据比较结果判决是否需要返回原小区等待启动位置更新，包括：

若所述移动终端生成的位置更新随机延迟时间t>T_change，则所述移动终端先重选回原来的小区，并等到定时器达到t时，启动新小区重选和位置更新；

若所述移动终端生成的位置更新随机延迟时间t<T_change，则所述移动终端驻留在新小区，并等到定时器达到t时，启动位置更新。

由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例利用随机时延进行移动终端的位置管理，将用户在时间域上进行随机排序，在保证用户之间的公平性的前提下，将密集的位置更新请求分散，从根本上解决了大量用户同时发出位置更新请求的情况，降低了信令风暴、网络拥塞等情况发生的概率，而且保证了寻呼用户的接通率。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种铁路沿线位置区结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种利用随机时延的密集用户位置更新场景下的位置管理方法的处理流程图；

图3为本发明实施例提供的一种随机时延生成区间分布图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。

实施例一

本发明提供了一种利用随机时延的密集用户位置管理策略，旨在解决在高速铁路环境下用户密集分布情况下，多个用户同时发起位置更新导致通信系统出现信令风暴、网络拥塞等问题。本发明的主要技术特点是将可能同时发起的多个用户位置更新请求通过分配随机时延的方法分散到不同时刻发起。当位置更新达到触发条件时，用户根据接收到的系统广播参数为自己分配一个随机时延值，等到达到一定的延迟时间之后再发起位置更新请求。

采用将高速列车内密集用户在时间域上进行分组和随机排序的位置管理策略，即“随机时延的密集用户位置管理策略”，将同时发起的大量位置更新请求分散到不同的时间点上进行。

该实施例提供的一种利用随机时延的密集用户位置更新场景下的位置管理方法的包括如下的处理步骤：

步骤1、设置位置区边界基站小区广播系统消息中小区重选和位置更新相关参数CRH，n₀，T₀和T_change。

(1)调整基站小区广播系统消息中小区重选参数小区重选迟滞(CRH)：移动台进行小区重选时，若原小区和目标小区属不同的位置区，则移动台在小区重选后必须启动一次位置更新过程。由于无线信道的衰落特性，通常在相邻小区的交界处测量得到的两个小区的C2值会有较大的波动，从而使移动台频繁地进行小区重选。

C2是小区重选准则，GSM规范里面定义的算法，C2＝C1+CRO-To*H(PT-T)，小区重选偏移(CRO)：即Cell Reselect Offset，表示对C2的人为修正值。TO表示对C2的临时修正值，所谓临时是指他仅在一段时间内对C2发生作用。而这段时间则由参数PT确定。小区重选惩罚时间(PT)：是TO作用于C2的时间。一般计算出来C2值大的小区会被终端优选为服务小区。

为了减小频繁重选这一问题的影响，GSM规范设立了一个参数，称为CRH(CELLRESELECTHYSTERESIS，小区重选滞后)。要求新小区(位置区与本区不同)的信号电平必须比本区的信号电平大，且其差值必须大于小区重选滞后规定的值，移动台才启动小区重选。在工程实施中CRH的值一般为4dB。在本发明中，结合提出的位置更新随机延时策略需要将CRH的值进行适当的调整，使CRH的值更低。这样做的目的主要是使用户位置更新能够进行顺利，且尽量保持用户寻呼接通率。

(2)确定基站小区广播系统消息中新增加的位置更新延迟分组参数n₀的大小。

n₀数值的大小可由传统方案中同时进行位置更新的用户数N与系统可提供用于位置更新的专用信道个数D共同决定。

沿线基站呈线状固定分布，在确定行车区间内，网络运营商可以估测列车上有位置更新需求的用户数量N。

(3)设置基站小区广播系统消息中新增加的用户完成一次位置管理操作的时间周期T₀。

用户完成一次位置管理操作的时间周期为T₀。根据位置更新完成一次的时间并且考虑释放信道的时间合理设置T₀，假设在一个T₀时间内，发起位置更新的用户可视为同时发起位置更新请求。对于中国目前的高速铁路列车，采用传统位置更新方案时，车上用户可视为同时进行位置更新。

(4)设置一个时间门限值T_change，根据网络现状，可设置T_change＝15s，该门限规定若移动终端产生的位置更新随机延迟时间t>T_change，则用户先重选回原来的小区，并等到定时器达到t时，启动新小区重选和位置更新。

步骤2、承载着大量用户群体的列车从cell1驶入cell2的时候，其中cell1归属LA1，cell2归属LA2，在两小区重叠区域，移动终端根据基站的系统消息如CRH判决是否需要小区重选，在到达阈值之后进行小区重选；

步骤3、当选择到新小区cell2以后，MS可接收到新小区广播的系统消息中的n₀、T₀和T_change参数，根据参数生成位置更新随机时延时间t。

具体实现MS在1到n₀内生成一个随机正整数K，作为随机时延区间的序号，在时间区间[K-1*T₀,KT₀)之间再产生一个随机时延t。

步骤4、将移动终端产生的位置更新随机延迟时间t与门限值T_change判决比较，分两种情况：

步骤4.1、若移动终端产生的位置更新随机延迟时间t>T_change，则用户先重选回原来的小区，并等到定时器达到t时，启动新小区重选和位置更新。

步骤4.2、若移动终端产生的位置更新随机延迟时间t<T_change，则用户驻留在新小区，并等到定时器达到t时，启动位置更新。

步骤5、MS启动位置更新后，根据位置更新的成功与失败分两种情况：

步骤5.1、在MS发起位置更新请求T₀时间后，MS收到了来自基站端的位置更新完成响应，MS成功将移动台存储的LA更新为新位置区。

步骤5.2、在MS发起位置更新请求T₀时间后，MS未收到来自基站端的位置更新完成响应，MS继续等待n₀*T₀-t-T₀时间，再次发出位置更新请求。

实施例二

图1为该实施例提供的一种铁路沿线位置区结构示意图，图2为该实施例提供的一种利用随机时延的密集用户位置更新场景下的位置管理方法的处理流程图，包括如下的处理步骤：

步骤1、设置位置区边界基站小区广播系统消息中小区重选和位置更新相关参数CRH，n₀，T₀和T_change。

(1)小区重选参数小区重选迟滞(CRH)

在工程实施中CRH的值一般为4dB。在本实施例中，需要将CRH的值进行适当的降低调整，令CRH＝2dB。

(2)位置更新延迟分组参数n₀

n₀数值的大小可由传统方案中同时进行位置更新的用户数N与系统可提供用于位置更新的专用信道个数D共同决定。

沿线基站呈线状固定分布，在确定行车区间内，网络运营商可以估测列车上有位置更新需求的用户数量N＝600，位置更新的专用信道个数D＝16，故

(3)用户完成一次位置管理操作的时间周期T₀

根据工程经验，完成一次位置更新的时间大约在2到3.5s左右，因此可取T₀＝4s，并且假设在在一个T₀时间内，发起位置更新的用户，考虑为同时发起位置更新请求。

(4)时间门限值T_change

根据网络现状，可设置T_change＝15s，该门限主要用户判断MS是否需要重选回原小区等待延迟时间到达再重新进行小区重选和位置更新。

步骤2、如图1所示，高速列车从cell1行驶到cell2，其中cell1归属LA1，cell2归属LA2，在两小区重叠区域，移动终端根据基站的系统消息如CRH判决是否需要小区重选，在到达阈值之后进行小区重选；列车上的乘客属于密集分布的情况，所以，列车进入cell1和cell2的小区重叠区域时，大量用户同时进行小区重选到cell2。MSs接收到cell2的基站广播系统消息，除了包括基站的LAI等基础信息以外，还包括如下的跟策略有关的数据：n₀，T₀和T_change。

步骤3、当选择到新小区cell2以后，MS可接收到新小区广播的系统消息中的n₀、T₀和T_change参数，如图3所示根据参数n₀、T₀生成位置更新随机时延时间t。

步骤3.1、具体实现假设MS1在1到n₀内生成一个随机正整数K₁作为随机时延区间的序号，在此例中，n₀＝38，假设K₁＝18，在时间区间[K₁-1*T₀,K₁T₀)之间再产生一个随机时延t₁，即在[68s,72s)间产生一个随机时延t₁＝70.1s。

步骤3.2、具体实现假设MS2在1到n₀内生成一个随机正整数K₂作为随机时延区间的序号，在此例中，n₀＝38，假设K₂＝3，在时间区间[K₂-1*T₀,K₂T₀)之间再产生一个随机时延t₂，即在[8s,12s)之间产生一个随机时延t₂＝8.7s。

步骤4、将移动终端产生的位置更新随机延迟时间t与门限值T_change判决比较，分两种情况：

步骤4.1、本实施例中，因为MS1产生的位置更新随机延迟时间70.1s>15s，即t₁>T_change，则MS1先重选回原来的小区cell1，并等到定时器达到70.1s时，启动新小区重选和位置更新。

步骤4.2、本实施例中，因为MS2产生的位置更新随机延迟时间8.7s<15s，即t₂<T_change，则用户驻留在新小区cell2，并等到定时器达到8.7s时，启动位置更新。

步骤5、移动终端启动位置更新后，根据位置更新的成功与失败分两种情况：

步骤5.1、在MS1发起位置更新请求T₀时间后，MS1收到来自cell2基站端的位置更新完成响应，MS1成功将移动台存储的LA更新为新位置区LA2。

步骤5.2、在MS2发起位置更新请求T₀时间后，MS2未收到来自cell2基站端的位置更新完成响应，这种概率应该非常小，MS继续等待n₀*T₀-t-T₀时间，即139.3s后再次发出位置更新请求。在第二次发出位置更新请求后，不再执行延时策略。

综上所述，本发明实施例利用随机时延进行移动终端的位置管理，将用户在时间域上进行随机排序，在保证用户之间的公平性的前提下，将密集的位置更新请求分散，从根本上解决了大量用户同时发出位置更新请求的情况，降低了信令风暴、网络拥塞等情况发生的概率，而且保证了寻呼用户的接通率。

本发明大大降低了用户发起位置更新请求后的等待时间，大大缩短了用户从发起位置更新请求到位置更新结束的时间。当MS产生较长时间的位置更新随机时延时，采用了“返回重选旧小区”机制，因此不再存在由于用户发起位置更新请求，而短时间丢失用户位置信息的情况，保证了寻呼用户的接通率。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种利用随机时延的密集用户位置更新场景下的位置管理方法，其特征在于，包括：

在小区重叠区域，移动终端根据接收到的基站的系统消息判决需要进行小区重选后，所述移动终端重选到新小区；

所述移动终端接收到所述新小区的基站广播的系统消息，根据该系统消息中的位置更新延迟分组参数n₀、移动终端完成一次位置管理操作的时间周期T₀生成位置更新随机时延时间t；

所述移动终端将所述位置更新随机延迟时间t与预先设定的时间门限值T_change进行比较，根据比较结果判决是否需要返回原小区等待启动位置更新。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的方法还包括：

位置区边界处的基站设置小区重选滞后值CRH；

位置区边界处的基站设置位置更新延迟分组参数n₀；，

所述N为同时进行位置更新的用户数，所述D为提供用于位置更新的专用信道个数；

位置区边界处的基站设置移动终端完成一次位置管理操作的时间周期T₀；

位置区边界处的基站设置时间门限值T_change；

所述位置区边界处的基站周期性发送携带所述CRH、n₀、T₀和T_change的系统消息。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的在小区重叠区域，移动终端根据接收到的基站的系统消息判决需要进行小区重选后，所述移动终端重选到新小区，包括：

在小区重叠区域，移动终端接收到新小区的基站发送的系统消息，提取新小区基站系统消息中携带的小区重选滞后CRH值，并且计算出所述新小区基站系统消息的信号电平，当所述新小区基站系统消息的信号电平大于所述移动终端所在的本小区系统消息的信号电平，并且，所述新小区基站系统消息的信号电平与所述本小区系统消息的信号电平之间的差值大于所述小区重选滞后CRH值，则所述移动终端重选到所述新小区。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述移动终端接收到所述新小区的基站广播的系统消息，根据该系统消息中的位置更新延迟分组参数n₀、移动终端完成一次位置管理操作的时间周期T₀生成位置更新随机时延时间t,,包括：

当所述移动终端重选到新小区后，接收到新小区基站广播的系统消息，提取系统消息中携带的n₀、T₀和T_change参数，在1到n₀内生成一个随机正整数K，将随机正整数K作为随机时延区间的序号，在时间区间[K-1*T₀,KT₀)之间生成一个位置更新随机时延t。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的移动终端将所述位置更新随机延迟时间t与所述T_change进行比较，根据比较结果判决是否需要返回原小区等待启动位置更新，包括：

若所述移动终端生成的位置更新随机延迟时间t>T_change，则所述移动终端先重选回原来的小区，并等到定时器达到t时，启动新小区重选和位置更新；

若所述移动终端生成的位置更新随机延迟时间t<T_change，则所述移动终端驻留在新小区，并等到定时器达到t时，启动位置更新。