CN111405626A - 一种基于时隙计算实现微小区预切换的实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于时隙计算实现微小区预切换的实现方法，包括以下步骤：步骤S1，预先定义N_period为一帧的时隙数，用于计算MS位置的探测时隙，其中，每一帧的第一位时隙N_period1和第三位时隙N_period3为探测时隙，其他时隙用于发送数据；步骤S3，通过每一帧的第一位时隙N_period1和第三位时隙N_period3，确定终端的位置：pos₁＝x₁+y₁*j，pos₂＝x₂+y₂*j，并获取移动速度v：

其中t₀为一个时隙的时间间隔。本发明应用于室内或微小区结构的通信系统，包含多个通信接入点APs，移动终端MSs，通过高效的切换算法，实现计算简单、减小开销的显著增益，以良好的正确率实现在微小区结构下频繁切换的通信方式，降低通信系统的切换开销及冗余。

Description

一种基于时隙计算实现微小区预切换的实现方法

技术领域

本发明涉及无线通信切换技术领域，具体来说，涉及一种基于时隙计算实现微小区预切换的实现方法。

背景技术

无线局域网中AP的通信半径一般在100米以下。为了覆盖一个相对较大的区域，就必须布设大量的AP。在很多情况下，因为一个无线连接客户有移动的需要，当用户逐渐脱离某一AP的范围的时候，它的移动终端(MS)应该在很短的时间内切换到另一个AP上去。切换直接决定着用户的通信服务质量(QoS)，因为如果无法完成切换或者切换延时过长，用户的通信，特别是一些实时性较强的会话，就会受到影响，甚至被完全中断。

该系统每个AP的通信覆盖范围小，且有重叠区域，系统中MS移动速率不高，但移动频率高，由于AP的覆盖小，MS的移动性强，导致MS需要在不同AP之间切换。

因此需要一种高效的切换算法来实现，以此降低通信系统的切换开销及冗余。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

针对相关技术中的问题，本发明提出一种基于时隙计算实现微小区预切换的实现方法，应用于室内或微小区结构的通信系统，包含多个通信接入点APs(Access Points)，移动终端MSs(Mobility Stations)，通过高效的切换算法，实现计算简单、减小开销的显著增益，以良好的正确率实现在微小区结构下频繁切换的通信方式，降低通信系统的切换开销及冗余，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于时隙计算实现微小区预切换的实现方法，包括以下步骤：

步骤S1，预先定义N_period为一帧的时隙数，用于计算MS位置的探测时隙，其中，每一帧的第一位时隙N_period1和第三位时隙N_period3为探测时隙，其他时隙用于发送数据；

步骤S3，通过每一帧的第一位时隙N_period1和第三位时隙N_period3，确定终端的位置：pos₁＝x₁+y₁*j，pos₂＝x₂+y₂*j，并获取移动速度v：

其中t₀为一个时隙的时间间隔；

步骤S5，通过移动速度v值，预计算此帧第三位时隙之后是否需要切换，其中，若移动速度v＝0，MS为静止状态，无切换趋势，继续进行通信数据的传输，若v>0，MS为移动状态，为切换趋势，进行提前两位时隙切换。

进一步的，还包括以下步骤：

步骤S501，接收AP1探测时隙的时刻为t₁，接收AP2探测时隙的时刻为t₂，接收AP3探测时隙的时刻为t₃，则时间差为Δt₁＝t₂―t₁，Δt₂＝t₃―t₁，其中，x₀,y₀为MS坐标，c为光速，h为MS到AP的房间高度，计算公式为：

步骤S502，比较接收信号强度最大的两个AP，记为APm和APn，根据获取的速度v(v_x,v_y)和第三位预测时隙N_period3得到的位置(x₂,y₂)，获取下一帧的第一位预测时隙时的位置：(x₁,y₁)＝v*(x₂,y₂)，

步骤S503，判断APm和APn是否接收信号为最强，其中，若接收信号为最强，则进入下一帧的传输，若接收信号不是最强，判断MS有移动到另一个AP下的趋势，进行预计算切换时隙的位置；

步骤S504，计算MS移动到APm和APn之间的中间位置时发生切换，则通过已获取的速度v(v_x,v_y)，预计算出再过n个时隙MS可到达距APm和APn等距(即APm和APn的中间)的位置，该位置为发生切换的位置，计算公式如下：

进一步的，所述切换时隙N表示为：N＝n-2，即提前两位时隙进行切换。

进一步的，步骤S3中，所述移动速度v为矢量，包括大小值和方向值。

进一步的，微小区通信系统至少包含多个通信接入点Aps和移动终端MSs。

本发明的有益效果：

本发明应用于室内或微小区结构的通信系统，包含多个通信接入点APs，移动终端MSs，通过高效的切换算法，实现计算简单、减小开销的显著增益，以良好的正确率实现在微小区结构下频繁切换的通信方式，降低通信系统的切换开销及冗余。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例的一种基于时隙计算实现微小区预切换的实现方法的流程示意图；

图2是根据本发明实施例的一种基于时隙计算实现微小区预切换的实施流程示意图。

图3是根据本发明实施例的一种基于时隙计算实现微小区预切换的实现方法的实施预切换成功率仿真图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

根据本发明的实施例，提供了一种基于时隙计算实现微小区预切换的实现方法。

如图1所示，根据本发明实施例的基于时隙计算实现微小区预切换的实现方法，包括以下步骤：

步骤S1，预先定义N_period为一帧的时隙数，用于计算MS位置的探测时隙，其中，每一帧的第一位时隙N_period1和第三位时隙N_period3为探测时隙，其他时隙用于发送数据；

步骤S3，通过每一帧的第一位时隙N_period1和第三位时隙N_period3，确定终端的位置：pos₁＝x₁+y₁*j，pos₂＝x₂+y₂*j，并获取移动速度v：

其中t₀为一个时隙的时间间隔；

步骤S5，通过移动速度v值，预计算此帧第三位时隙之后是否需要切换，其中，若移动速度v＝0，MS为静止状态，无切换趋势，继续进行通信数据的传输，若v>0，MS为移动状态，为切换趋势，进行提前两位时隙切换。

另外，每一帧都会得到一个速度，若当前帧与上一帧速度一致，表示匀速运动，若当前帧与上一帧速度不一致，则根据新速度进行预测，其中各APs同时给MSs发送探测时隙，因为距离的不同，MS接收到会有时间差异，根据时间差进行定位。包括以下步骤：

步骤S501，接收AP1探测时隙的时刻为t₁，接收AP2探测时隙的时刻为t₂，接收AP3探测时隙的时刻为t₃，则时间差为Δt₁＝t₂―t₁，Δt₂＝t₃―t₁，其中，x₀,y₀为MS坐标，c为光速，h为MS到AP的房间高度，计算公式为：

步骤S502，比较接收信号强度最大的两个AP，记为APm和APn，根据获取的速度v(v_x,v_y)和第三位预测时隙N_period3得到的位置(x₂,y₂)，获取下一帧的第一位预测时隙时的位置：(x₁,y₁)＝v*(x₂,y₂)，

步骤S503，判断APm和APn是否接收信号为最强，其中，若接收信号为最强，则进入下一帧的传输，若接收信号不是最强，判断MS有移动到另一个AP下的趋势，进行预计算切换时隙的位置；

步骤S504，计算MS移动到APm和APn之间的中间位置时发生切换，则通过已获取的速度v(v_x,v_y)，预计算出再过n个时隙MS可到达距APm和APn等距(即APm和APn的中间)的位置，该位置为发生切换的位置，计算公式如下：

其中，所述切换时隙N表示为：N＝n-2，即提前两位时隙进行切换。

其中，步骤S3中，所述移动速度v为矢量，包括大小值和方向值。

其中，微小区通信系统至少包含多个通信接入点Aps和移动终端MSs。

借助于上述技术方案，通过应用于室内或微小区结构的通信系统，包含多个通信接入点APs(Access Points)，移动终端MSs(Mobility Stations)，通过高效的切换算法，实现计算简单、减小开销的显著增益，以良好的正确率实现在微小区结构下频繁切换的通信方式，降低通信系统的切换开销及冗余。

此外，在具体实施例中，以室内可见光通信系统为实施例具体说明本发明的计算方法，详细如下：

如图2-图3所示，可见光通信系统以LED作为AP，设置环境参数：LED个数num_led、LED空间布局pos_led、MS数量num_ue、室内空间的长宽r和高度h、AP距离MS高度h_ue、单位帧包含的时隙数TTI_period、时隙的单位传输时间t₀、半功率角θ、用户终端的移动速度v、朗伯模型参数A、LED发射功率P₀、初始化终端位置pos_initial、提前切换的时隙数H_before等。

具体算法如下：

1、初始化参数：预测切换成功次数H_success＝0，预测切换失败次数H_fail＝0。

2：for n_ue＝1：num_ue。开始迭代循环，依次分析每一个用户终端的情况，直至完成第num_ue个用户终端。

3、随机生成该用户终端发送数据的时隙长度num_t1，则总计需要传输时间time_ue(n_ue)＝t₀×num_t1。随机生成该用户终端移动路径和终点位置pos_end(n_ue)，总移动距离r_m＝v×t₀×num_t1。初始化预测切换状态参数H_is＝false，预测切换的时隙点next_{H_slot}＝0。

3、or tti＝1：num_t1。开始迭代循环，依次分析该终端每一个时隙的情况，直至完成第num_t1时隙。

5、预测切换状态归零H_is＝false。判断：当前时隙数tti是否等于预测的切换时隙点next_{H_slot},若相等，更新预测切换状态参数H_is＝true；否则，不作处理。

6、根据第3步随机生成的移动路径更新用户终端当前的位置。

7、计算该用户终端当前时隙下与每个LED灯通信下的接收功率Pr(n_ue,n_led)，其中n_ue时隙数，n_led指第n个LED灯，并且对应功率最高的LED灯为当前正在与用户终端通信的LED灯。

8、if(led_now＝max(Pr(n_ue,:)))＝＝(led_last＝max(Pr(n_ue―1,:)))。即判断当前通信的LED灯和上一时隙通信的LED灯是否相同，若不相同，说明发生切换，同时，若H_is＝true，说明该算法预测切换成功，更新参数H_success＝H_success+1；若H_is＝false，说明该算法预测切换失败，更新参数H_fail＝H_fail+1；若相同，则不作处理。

9、if tti＝＝num_t1％TTI_period+1||num_t1％TTI_period+3。即判断当前时隙数tti是否是数据帧内的第一个时隙或第三个时隙，若是，跳至第10步；否则，跳至第13步。

10、通信系统对用户终端进行定位。根据Pr(n_ue,n_led)获取功率最高的三个LED灯，依次命名为LED1、LED2、LED3，其中LED1为对应功率最高的LED灯。根据LED的空间布局和数据传输时延差定位(TOA、TDOA)用户终端。若当前时隙是数据帧内的第三个时隙，则跳至第11步；若是第一个时隙，跳至第13步。

11、根据第10步已获得的第一和第三时隙处的终端位置，预测数据帧结束时，即第TTI_period个时隙的终端位置，并计算此时与LED1和LED2的距离。若终端与LED2的距离更短，说明在数据帧内将发生切换，并跳至第12步；否则，跳至第13步。

12、根据第11步对用户终端预测的路径，求解出用户终端从LED1向LED2切换时的临界时隙数H_critical，将临界时隙数提前H_before时隙，得到预测切换的时隙处next_{H_slot}＝H_critical-H_before。

13、end。若内层循环未达到该用户终端的总时隙数num_t1，则继续循环，即跳至4步；否则，跳至第14步。

14、end。若外层循环未达到用户终端数num_ue，则继续循环，即跳至2步；否则，输出预测成功次数H_success，预测失败次数H_fail，以及总传输时间sum(time_ue)。

通过以上参数设定及算法流程，在MATLAB中建模计算了本发明的预切换成功率，图2为不同TTI_period数量时，预切换成功率仿真图。从结果可以得出，当TTI_period＝20即每帧设计20个时隙，是本发明算法在此实施例建模仿真环境参数下，预切换成功率最高值80％以上。由此可鉴，本发明的算法具备计算简单、减小开销的显著增益，以良好的正确率实现在微小区结构下频繁切换的通信方式。

综上所述，借助于本发明的上述技术方案，本发明应用于室内或微小区结构的通信系统，包含多个通信接入点APs(Access Points)，移动终端MSs(Mobility Stations)，通过高效的切换算法，实现计算简单、减小开销的显著增益，以良好的正确率实现在微小区结构下频繁切换的通信方式，降低通信系统的切换开销及冗余。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于时隙计算实现微小区预切换的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1，预先定义N_period为一帧的时隙数，用于计算MS位置的探测时隙，其中，每一帧的第一位时隙N_period1和第三位时隙N_period3为探测时隙，其他时隙用于发送数据；

步骤S3，通过每一帧的第一位时隙N_period1和第三位时隙N_period3，确定终端的位置：pos₁＝x₁+y₁*j，pos₂＝x₂+y₂*j，并获取移动速度v：

其中t₀为一个时隙的时间间隔；

步骤S5，通过移动速度v值，预计算此帧第三位时隙之后是否需要切换，其中，若移动速度v＝0，MS为静止状态，无切换趋势，继续进行通信数据的传输，若v>0，MS为移动状态，为切换趋势，进行提前两位时隙切换。

2.根据权利要求1所述的基于时隙计算实现微小区预切换的实现方法，其特征在于，还包括以下步骤：

步骤S501，接收AP1探测时隙的时刻为t₁，接收AP2探测时隙的时刻为t₂，接收AP3探测时隙的时刻为t₃，则时间差为Δt₁＝t₂―t₁，Δt₂＝t₃―t₁，其中，x₀,y₀为MS坐标，c为光速，h为MS到AP的房间高度，计算公式为：

步骤S502，比较接收信号强度最大的两个AP，记为APm和APn，根据获取的速度v(v_x,v_y)和第三位预测时隙N_period3得到的位置(x₂,y₂)，获取下一帧的第一位预测时隙时的位置：(x₁,y₁)＝v*(x₂,y₂)，

步骤S503，判断APm和APn是否接收信号为最强，其中，若接收信号为最强，则进入下一帧的传输，若接收信号不是最强，判断MS有移动到另一个AP下的趋势，进行预计算切换时隙的位置；

步骤S504，计算MS移动到APm和APn之间的中间位置时发生切换，则通过已获取的速度v(v_x,v_y)，预计算出再过n个时隙MS可到达距APm和APn等距(即APm和APn的中间)的位置，该位置为发生切换的位置，计算公式如下：

3.根据权利要求2所述的基于时隙计算实现微小区预切换的实现方法，其特征在于，所述切换时隙N表示为：N＝n-2，即提前两位时隙进行切换。

4.根据权利要求1所述的基于时隙计算实现微小区预切换的实现方法，其特征在于，步骤S3中，所述移动速度v为矢量，包括大小值和方向值。

5.根据权利要求1所述的基于时隙计算实现微小区预切换的实现方法，其特征在于，微小区通信系统至少包含多个通信接入点Aps和移动终端MSs。

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