CN108601053B - 一种高速铁路场景下无线网络切换优化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高速铁路场景下无线网络切换优化方法，本发明将切换过程分为四个过程：信号测量过程、切换参数确定过程、切换判决过程和切换执行过程，它是将车载中继站作为用户与源基站通信的中介，列车上用户与车载中继站进行通信，车载中继站作为车载终端与基站进行通信。本发明将切换触发条件中切换参数迟滞余量值与列车的当前速度和位置建立函数关系，通过列车的当前速度和位置动态调整切换迟滞余量以达到避免过早切换和过晚切换的发生，同时提高切换成功率的目的。

Description

一种高速铁路场景下无线网络切换优化方法
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种高速铁路场景下无线网络切换优化方法。
背景技术
在高速铁路快速发展的今天，GSM-R无论是在带宽还是数据传输速度方面都无法满足用户的需求。相对于GSM，LTE能够提供更多的频带资源，更高的峰值速度。因此研究LTE在高速铁路方面的应用很有必要。
LTE-R铁路长期演进是针对铁路网络的特点提出的适合铁路无线网络，具有扁平化的结构特点，这就决定LTE-R网络只能采用硬切换方式，硬切换进行切换时必然会产生中断，影响通信质量。铁路无线网络呈线状分布在铁路沿线，列车运行时，通信用户与轨道旁的基站发生切换，随着列车速度的提高，切换变得频繁，这就要求提出更优化的切换方案，使切换成功率提高，同时减少不必要切换的次数。优化的切换方案要能够使在列车高速运行时，保证用户通信质量，减少乒乓切换率和提高链路连接成功率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高速铁路场景下无线网络切换优化方法，该方法的关键是根据列车的速度和所处的位置动态调整切换迟滞余量。在列车未经过重叠带中点时源基站信号强于目标基站，增加切换触发难度，避免过早切换；在列车驶过重叠带中点时目标基站信号强于源基站，则降低切换触发难度，可以避免过晚切换，达到提高切换成功率的目的。
本发明的目的是这样实现的：
一种高速铁路场景下无线网络切换优化方法，特征是：
根据铁路网络分布的特殊性，列车在除重叠带位置区域外，车载终端所在小区的基站为源基站BSs，则行进方向下一个基站即为目标基站BSt，该方法切换过程包括以下过程四个过程：信号测量过程、切换参数确定过程、切换判决过程和切换执行过程：
过程1：信号测量过程：
过程1.1：车载终端代替列车内所有用户与源基站进行通信，车载终端以周期Tm测量源基站的信号接收强度Ri和目标基站的信号接收强度Rj；
过程1.2：车载终端以周期Tu将测量到的源基站的信号强度Ri和目标基站的信号强度Rj上报源基站；
过程2：切换参数确定过程：
过程2.1：车载终端通过GPS得到列车的速度v和位置信息d，定义v<120km/h为低速、120km/h≤v≤250km/h为中速、v>250km/h为高速，预设迟滞余量hys可分别取hysh、hysm、hysl，其中hysh>hysm>hysl，也即
Figure GDA0002522264670000021
过程2.2：由预设迟滞余量值hys与列车的速度和位置建立的函数关式(2)，得到迟滞余量值Hys：
Hys＝hys·a·x (2)
其中，a为根据列车速度选择的迟滞余量调整值，其值根据列车低速、中速、高速运行，可分别取ah、am、al，且ah<am<al<0。a的取值与速度等级关系如下式(3)所示，x＝d-d0(d为车载终端所在位置，d0为重叠带中点位置)为列车位置对迟滞余量的调整值，
Figure GDA0002522264670000022
过程3：切换判决过程：
切换判决在源基站进行，源基站根据车载终端上报的源基站的信号接收强度Ri和目标基站的信号接收强度Rj，判决是否满足下式(4)，
Rj-Ri≥Hys (4)
上式中Hys是由过程2确定的当前状态下的迟滞余量值，当上报的源基站的信号接收强度Ri和目标基站的信号接收强度Rj满足公式(4)的次数达到N次(N为大于1的有限整数)，源基站的切换判决需要触发切换进行切换执行过程4，当不满足切换条件时车载终端继续进行信号测量过程；
过程4：切换执行过程：
在切换执行过程中，判断车载终端接收到的目标基站的信号接收强度Rj是否符合条件：接收强度Rj大于满足通信要求的最小阈值L，即Rj≥L，若不满足该条件，车载终端跳转执行过程1；否则继续执行过程4.1；
过程4.1：车载终端断开与源基站的链接，向目标基站发起切换请求；
过程4.2：目标基站收到源基站的链接的切换请求后，分配资源，并将配置信息发送至目标基站；
过程4.3：源基站将配置信息转发给车载终端，车载终端根据配置信息接入到目标基站，并将重配置确认消息发送给目标基站，车载终端与目标基站链接成功；
过程4.4：车载终端链接至目标基站，源基站释放车载终端占用的资源，目标基站更新为源基站，车载终端继续进行信号测量过程。
本发明将切换过程分为四个过程：信号测量过程、切换参数确定过程、切换判决过程和切换执行过程。本发明将切换触发条件中切换参数迟滞余量值与列车的当前速度和位置建立函数关系，通过列车的当前速度和位置动态调整切换迟滞余量以达到避免过早切换和过晚切换的发生、同时提高切换成功率的目的。
本发明具有如下优点：
1、由车载终端代替车内所有车内用户与源基站进行切换，避免群切换导致信令风暴造成通信拥塞降低通信质量；
2、切换条件中的迟滞余量根据列车速度和位置进行动态调整，通过迟滞余量调整切换触发难度。在列车未驶过重叠带中点时，本发明的切换触发难度大于传统方案，可以有效避免过早切换；在列车驶过重叠带中点时，切换触发难度低于传统方案，可以有效避免过晚切换；
3、本发明以减少不必要切换次数的目的来提高通信质量。
附图说明
图1为本发明的流程框图。
具体实施方式
下面结合实施例并对照附图对本发明作进一步详细说明。
本发明是一种高速铁路场景下无线网络切换优化方法，在本发明中车载终端作为用户与基站通信的中介，车内用户与车载终端进行通信，车载终端代表车内用户与基站进行通信；本发明中车载终端在移动过程中当前所在小区基站为源基站，选取行进方向下一个基站为目标基站。
本发明切换步骤基本流程图如图1所示，包括如下步骤：
步骤1、车载终端代表车内用户与源基站进行通信，车载终端以周期Tm测量源基站的信号接收强度Ri和目标基站的信号强度Rj；
步骤2、车载终端将测量到的源基站的接收信号强度Ri和目标基站的接收信号强度Rj以周期Tu上报源基站；
步骤3：源基站通过GPS更新列车速度信息v和位置信息d，并计算x＝d-d0，其中d0为重叠带的重点，由此得到位置调整值x；
步骤4、源基站通过获得的列车速度信息v，获取当前速度下的速度调整值a和预设迟滞余量值hys，速度调整值a的取值范围为a∈{ah,am,al}，预设迟滞余量值hys的取值范围为
Figure GDA0002522264670000031
a、hys对应列车的当前速度v时取值如下
Figure GDA0002522264670000041
其中ah<am<al<0，hysl>hysm>hysh>0，即当列车未经过重叠带中点时，切换触发难度大于传统切换算法，反之，触发切换难度小于传统切换算法；，计算当前场景下进行切换判决时迟滞余量值Hys；
步骤5、由步骤3得到的x和4得到的a、hys，计算Hys＝hys·a·x，得到当前的切换迟滞余量Hys；
步骤6、当车载终端上报的信号测量值Ri、Rj，当N次满足Rj-Ri≥Hys时，源基站判决触发切换，进行步骤7，否则返回步骤1；
步骤7、触发切换后进行切换执行过程，在切换执行过程中，车载终端接收到的目标基站信号强度Rj大于满足通信要求的最小阈值L，即Rj≥L，若不满足该条件，切换失败，车载终端继续进行测量步骤1；
步骤8：源基站向目标基站发起切换请求；
步骤9：目标基站收到源基站的链接的切换请求后，分配资源，并将配置信息发送至目标基站；
步骤10：源基站将配置信息转发给车载终端，车载终端根据配置信息接入到目标基站，并将重配置确认消息发送给目标基站，车载终端与目标基站链接成功；步骤11：车载终端链接至目标基站，源基站释放车载终端占用的资源，目标基站更新为源基站，车载终端继续进行测量步骤1。

Claims (1)

1.一种高速铁路场景下无线网络切换优化方法，其特征在于：
根据铁路网络分布的特殊性，列车在除重叠带位置区域外，车载终端所在小区的基站为源基站BSs，则行进方向下一个基站即为目标基站BSt，该方法切换过程包括以下过程四个过程：信号测量过程、切换参数确定过程、切换判决过程和切换执行过程：
过程1：信号测量过程：
过程1.1：车载终端代替列车内所有用户与源基站进行通信，车载终端以周期Tm测量源基站的信号接收强度Ri和目标基站的信号接收强度Rj；
过程1.2：车载终端以周期Tu将测量到的源基站的信号强度Ri和目标基站的信号强度Rj上报源基站；
过程2：切换参数确定过程：
过程2.1：车载终端通过GPS得到列车的速度v和位置信息d，定义v<120km/h为低速、120km/h≤v≤250km/h为中速、v>250km/h为高速，预设迟滞余量hys可分别取hysh、hysm、hysl，其中hysh>hysm>hysl，也即
Figure FDA0002522264660000011
过程2.2：由预设迟滞余量值hys与列车的速度和位置建立的函数关式(2)，得到迟滞余量值Hys：
Hys＝hys·a·x (2)
其中，a为根据列车速度选择的迟滞余量调整值，其值根据列车低速、中速、高速运行，可分别取ah、am、al，且ah<am<al<0， a的取值与速度等级关系如下式(3)所示，x＝d-d0(d为车载终端所在位置，d0为重叠带中点位置)为列车位置对迟滞余量的调整值，
Figure FDA0002522264660000012
过程3：切换判决过程：
切换判决在源基站进行，源基站根据车载终端上报的源基站的信号接收强度Ri和目标基站的信号接收强度Rj判决是否满足下式(4)，
Rj-Ri≥Hys (4)
上式中Hys是由过程2确定的当前状态下的迟滞余量值，当上报的源基站的信号接收强度Ri和目标基站的信号接收强度Rj满足公式(4)的次数达到N次(N为大于1的有限整数)，源基站的切换判决需要触发切换进行切换执行过程4，当不满足切换条件时车载终端继续进行信号测量过程；
过程4：切换执行过程：
在切换执行过程中，判断车载终端接收到的目标基站的信号接收强度Rj是否符合条件：接收强度Rj大于满足通信要求的最小阈值L，即Rj≥L，若不满足该条件，车载终端跳转执行过程1；否则继续执行过程4.1；
过程4.1：车载终端断开与源基站的链接，向目标基站发起切换请求；
过程4.2：目标基站收到源基站的链接的切换请求后，分配资源，并将配置信息发送至目标基站；
过程4.3：源基站将配置信息转发给车载终端，车载终端根据配置信息接入到目标基站，并将重配置确认消息发送给目标基站，车载终端与目标基站链接成功；
过程4.4：车载终端链接至目标基站，源基站释放车载终端占用的资源，目标基站更新为源基站，车载终端继续进行信号测量过程。
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