CN111885657A - 基站通信质量选择与评估系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了基站通信质量选择与评估系统和方法，涉及低速无线通信网络领域，解决相关技术中存在的问题。本发明的通信模块用于终端向信号覆盖区域内的多个基站回传数据，并依据无线通信信号判断每次回传结果是否成功，并将结果输出给评分模块；评分模块用于根据评分规则对每次所述回传结果进行评分，并将所述评分累加到基站分值表中对应基站的分值上，同时实时更新、排序所述基站分值表；切换模块用于所述终端达到基站切换条件时，根据所述基站分值表以及基站负载情况选择基站进行切换。本发明通过迟滞型基站质量评分机制，终端有能力避开多个受干扰基站或通信质量差的基站选择通信质量最优的基站。

Description

基站通信质量选择与评估系统和方法
技术领域
本发明涉及低速无线通信网络领域，具体涉及基站通信质量选择与评估系统和方法。
背景技术
基于无线环境干扰感知的基站选择技术通常采用的方法为设备在进行无线信号发射前，侦听空中的无线频谱，通过分析接收到空间频谱的频率与强度，评估空间干扰，从而选择干扰小的基站进行通信。
该技术与CSMA-CA(载波侦听、接入)技术类似，在发射前通过打开一定时间接收机进行干扰评估，技术在干扰感知与规避方面具有显著作用，但是具有以下问题：
CSMA-CA仅针对于瞬时，快速的干扰评估，对应某次的通信传输意义重大。对于持续，缓变的干扰状态感知与基站选择，则需要长时间打开接收机，这样会增加功耗，不利于低功耗设计；
通过射频信号手段直接评估信道，这样在数据通信阶段额外增加了一个流程，增加数据传输的复杂性及发射时间。
发明内容
本发明的目的在于提供基站通信质量选择与评估系统和方法，以解决相关技术中存在的问题。
本发明通过下述技术方案实现：
基站通信质量选择与评估系统，包括：
通信模块，用于终端向信号覆盖区域内的多个基站回传数据，并依据无线通信信号判断每次回传结果是否成功，并将结果输出给评分模块；
评分模块，用于根据评分规则对每次所述回传结果进行评分，并将所述评分累加到基站分值表中对应基站的分值上，同时实时更新、排序所述基站分值表；
切换模块用于所述终端达到基站切换条件时，根据所述基站分值表以及基站负载情况选择基站进行切换。
进一步地，所述终端达到基站切换条件时，根据所述基站分值表以及基站负载情况选择基站进行切换，包括：终端连续回传失败n次触发基站切换，根据各基站在基站分值表中的分值大小选择备选基站加入备选基站列表，再结合备选基站列表中哥基站的负载情况，选择基站进行通信；其中，n为所述切换模块的预设数据，n为大于等于2的整数，n值的大小控制终端通信躲避干扰的速度与评估准确度。
进一步地，所述结合备选基站负载情况，选择基站进行通信，包括：在所述备选基站中筛选出负载最小的基站，选择所述负载最小的基站作为回传基站。
进一步地，关于基站分值表，包括每个基站初始分值为0分，分值越高表示基站通信质量越差；
所述评分规则包括：
所述回传结果为成功，所有基站的分值减B分；
所述回传结果为失败，仅所述终端对应回传结果的基站的分值加A分；
所述回传结果连续失败n次，则与所述终端回传通信连续失败n次的基站的分值额外加C分。
进一步地，所述备选基站的选择方法包括：预设基站选择阈值为T，当基站的分值小于所述预设基站选择阈值T，则将所述基站选择作为备选基站；其中，所述基站选择阈值T依据终端信号覆盖区域内基站的数量以及需躲避干扰的基站数量进行设置。
进一步地，分值A，分值B，分值C和阈值T之间的关系满足：C>A>B,T>＝n*A。
进一步地，n为所述评分模块的预设数据，n为大于等于2的整数，n值的大小控制终端通信躲避干扰的速度与评估准确度；
n值越大，终端通信评估并选择基站的准确度越高；
n值越小，终端通信躲避干扰的速度越快；
当n取2时，终端通信躲避干扰的速度最快。
基站通信质量选择与评估的方法，基于上述基站通信质量选择与评估系统，包括如下步骤：
建立基站分值表，所述基站分值表中的基站为信号覆盖区域内与终端进行通信的基站；存储并更新所述基站的评分；
终端向信号覆盖区域内的多个基站回传数据，并判断是否回传成功，根据评分规则对回传结果进行评分，并将所述评分累加到所述基站分值表中对应基站的分值上；
当所述终端达到基站切换条件时，查询所述基站分值表中所述基站的分值，根据所述基站分值表中基站的分值以及基站负载情况选择基站进行切换。
进一步地，终端连续回传失败n次触发基站切换，根据各基站在基站分值表中的分值大小选择备选基站加入备选基站列表，再结合备选基站列表中基站的负载情况，选择基站进行通信。
进一步地，包括基于所述系统的应用方法步骤如下：
S21：在同一小区，多个基站与终端进行通信；
S22：终端回传数据至回传基站，判断是否回传成功，如回传成功所有基站值-B分，如回传失败，则仅回传基站+A分；
S23：连续回传n次后；
判断：
当连续回传失败n次，则仅回传基站附加分+C分，并检查小区内所有基站分值，将分值小于阈值T分的基站加入备选基站列表，跳转至S24；
当至少回传成功1次，则跳转至S27；
S24：搜索终端信号覆盖区域内基站信标获取的基站负载情况；
S25：根据备选基站列表中基站的负载情况筛选出负载最小的基站；
S26：选择所述负载最小的基站作为回传基站并进行切换；
S27：终端与基站周期性通信。
本发明具有如下的优点和有益效果：
本发明的终端基于上行通信成功率来间接评估小区内某基站通信信道是否受干扰；
本发明通过迟滞型基站质量评分机制，终端有能力避开多个受干扰基站或通信质量差的基站,从而选择通信质量最优的基站；
本发明的计算算法耗费资源小，易于集成到IOT等小型设备中。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明的流程图。
图2为本发明的方法实施例中的具体流程图。
图3为本发明的方法实施例中的具体应用判断流程图。
具体实施方式
在对本发明的任意实施例进行详细的描述之前，应该理解本发明的应用不局限于下面的说明或附图中所示的结构的细节。本发明可采用其它的实施例，并且可以以各种方式被实施或被执行。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性改进前提下所获得的所有其它实施例，均属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供基站通信质量选择与评估系统，包括通信模块，用于终端向信号覆盖区域内的多个基站回传数据，并依据无线通信信号判断每次回传结果是否成功，并将结果输出给评分模块；
评分模块，用于根据评分规则对每次所述回传结果进行评分，并将所述评分累加到基站分值表中对应基站的分值上，同时实时更新、排序所述基站分值表；
切换模块用于所述终端达到基站切换条件时，根据所述基站分值表以及基站负载情况选择基站进行切换。
所述终端与终端的通信信号覆盖区域内多个基站进行回传通信，所述终端在所述基站的接入时隙内向所述基站发送数据，基站为接入的每个终端分配一个时隙，终端只在其时隙内向基站发送数据；
所述系统用于基于终端与基站回传通信结果建立、更新基站分值表和备选列表；所述终端基于备选列表在连续通信失败后进行基站切换选择备选列表中负载最小的基站作为备选基站，所述备选基站为终端连续失败多次后进行基站选择切换后的下次通信的回传基站。
所述基站分值表评价基站通信质量按照分值由小到大排序，所述终端依据与基站通信的回传通信结果判断并评价通信质量为量值并载入基站分值表中基站对应分值；
具体的，本发明实施例提供的所述系统针对低速无线通信网络，TDMA时分通信系统，通信小区结构，一个通信小区内有多个通信基站覆盖，每个基站采用不同的通信信道，终端可选择其中任意一个基站进行通信，基站在其信标信息中广播当前负载数量及通信参数，终端通过搜网可获取信标内容。基站与终端之间采用TDMA的时分多址接入方式。
优选的，终端采用基站分数值表维护每个基站的分数值，每个基站初始分值0分，分值范围bs_Min～bs_Max分，分值越低，表示通信质量越好，质量最差:bs_Max分。
基站分值表如下：
基站ID 信道 分值
评价模块根据每次终端通信结果是否成功，按下面规则进行评分。
(1)回传成功，所有基站分值记录的基站ID-B分。
(2)回传失败，仅该终端的回传基站(例如基站A)分值+A分，表示存在某种影响通信的因素。
(3)连续失败n次，与该终端的通信基站分值额外+C分。其中，一般情况下，n大于等于2小于等于10。则此时针对回传通信连续失败n次的基站，终端启动基站选择算法，实施备选基站的选择方法，从所述备选列表中选择备选基站并切换基站，切换后终端与备选基站保持周期性通信。
所述备选基站的选择方法包括：预设基站选择阈值为T，当基站的分值小于所述预设基站选择阈值T，则将所述基站选择作为备选基站；其中，所述预设基站选择阈值T还依据终端信号覆盖区域内基站的数量以及需躲避干扰的基站数量进行设置。
附加分规则，主要保证连续通信失败的基站分值比一般的基站更高，增加切换基站的时候其再次作为备选基站的难度。由于连续失败基站分值高，为了达到再次作为备选站的分值小于阈值T的条件，T值，可根据小区内基站数量个数，需要躲避干扰的基站数配置，调整T值，以达到连续躲避多个信道干扰的能力；需要根据规则(1)终端回传成功多次后，才可能满足。这样终端切换通信站后，不能快速的又切换回原通信站，切换回原通信站，具有一定迟滞效果。同理，当存在多个基站干扰情况下，可提高附加分C的分值，提高切换原通信站的难度，终端必须经过多次切换基站才能将该基站再次作为备选站。终端便具有躲避多个干扰基站的能力。
上述评价方法可保证在一段工作时间后，以前通信质量较差评分较高的基站有能力恢复到较低的分值，这样在基站切换模块，能够将此类基站再次作为备选基站选择。上述评价方法能够适应无线环境变化，如果某基站干扰环境改善后，能够再次成为通信基站。
进一步的，在本发明实施例中分值A，分值B，分值C和阈值T之间的关系满足：C>A>B,T>＝n*A，由于通信成功后所有基站分值均减B分，因此以前由于连续失败而分值较高的基站，有机会降低分值再次作为备选基站，评估方法具有迟滞性恢复特性，适用于阶段性干扰感知，当干扰移除后，终端与基站间可再次恢复通信，扩展系统的适用性；同时，C值、A值、B值、n、T值选择不限于以上关系，可根据具体小区内基站数量，评估的准确性，恢复速度等调整。
上述方法具有迟滞性效果，不会出现切换后，立即又切回环境差的通信基站情况，同时具备感知多个干扰基站的能力，同时具备迟滞回复通信效果。
参阅图1，本发明实施例还提供了基站通信质量选择与评估的方法，所述方法包括如下步骤：
步骤S1：建立基站分值表，所述基站分值表中的基站为信号覆盖区域内与终端进行通信的基站；存储并更新所述基站的评分；
具体的，在该步骤中：通信小区内有多个通信基站覆盖，每个基站采用不同的通信信道，终端可选择其中任意一个基站进行通信，基站在其信标信息中广播当前负载数量及通信参数，终端通过搜网可获取信标内容。又因为基站与终端之间采用TDMA的时分多址接入方式，基站为接入的每个终端分配一个时隙，终端只在其时隙内向基站发送数据，理论上，终端对其时隙内的频谱资源完全独占，不会存在终端间相互干扰。
步骤S2：终端向信号覆盖区域内的多个基站回传数据，并判断是否回传成功，根据评分规则对回传结果进行评分，并将所述评分累加到所述基站分值表中对应基站的分值上；
具体的，在该步骤中，终端周期性地与其接入的通信基站回传数据，根据是否收到ACK信号判断回传是否成功，进一步根据评分规则来对所有基站分值进行评分，最终形成稳定的基站分值分布，所述终端依据与基站通信的回传通信结果判断并评价通信质量为量值并载入基站分值表中基站对应分值。
步骤S3：当所述终端达到基站切换条件时，查询所述基站分值表中所述基站的分值，根据所述基站分值表中基站的分值以及基站负载情况选择基站进行切换。
具体的，在该步骤中；当所述终端连续回传失败n次触发基站切换，根据各基站在基站分值表中的分值大小选择备选基站加入备选基站列表，再结合备选基站列表中哥基站的负载情况，选择基站进行通信；进一步的，所述结合备选基站列表中哥基站的负载情况，选择基站进行通信，包括：在所述备选基站中筛选出负载最小的基站，选择所述负载最小的基站作为回传基站。
进一步的，参阅图2和图3，在一具体实施中，本发明所提供的基站通信质量选择与评估的方法，,基于所述系统的应用方法包括如下步骤：
S21：在同一小区，多个基站与终端进行通信；
S22：终端回传数据至回传基站，判断是否回传成功，如回传成功所有基站值-B分，如回传失败，则仅回传基站+A分；
S23：连续回传n次后；
判断：
当连续回传失败n次，则仅回传基站附加分+C分，并检查小区内所有基站分值，将分值小于阈值T分的基站加入备选基站列表，跳转至S24；
当至少回传成功1次，则跳转至S27；
S24：搜索终端信号覆盖区域内基站信标获取的基站负载情况；
S25：根据备选基站列表中基站的负载情况筛选出负载最小的基站；
S26：选择所述负载最小的基站作为回传基站并进行切换；
S27：终端与基站周期性通信。
在一个具体实施例中，
n＝4,A＝10,B＝4,C＝25,T＝40，
8.4667mm
连续失败4次作为触发切换基站条件，基站得分值：
连续失败4次，则当前回传基站得分40+附加分25，即65分。
正常通信过程中环境因素反映分值：
0失败4成功：-4-4-4-4＝-16：环境优
1失败3成功：+10-4-4-4＝-2：环境较优
2失败2成功：+20-4-4＝12：环境较差
3失败1成功：+30-4＝26：环境差
4失败0成功：+10+10+10+10+25＝65，切站-无线环境极度差
则根据4次通信结果，可以反映环境等级。由此，通过分数值，可以反映基站通信质量及环境好坏，环境好的基站，其分值每次均减分，环境差的基站其分值每次均加分。
设小区内有5个基站，初始分值都0分，基站A和基站B信道存在环境无线干扰，终端首先选择了通信站Q进行通信，根据通信进程，各基站分值如下表：
Figure BDA0002577286950000071
如上表所示，进程1～5过程中，终端成功避开两个存在干扰的基站，选择到环境优秀的通信站E。
n设置的小，则会提高基站切换速度，T越小，则会降低选择的门限，B越大，迟滞性恢复的速度越快，A越大终端对干扰越敏感。
由上述实施例可知本发明根据终端通信结果作为评估输入参数，不仅可以反映电磁环境的影响，还可以反映其他一切影响正确传输的因素大小，同时，通过调整A、B、C、T、n之间的关系，可以进行迟滞性的干扰躲避与恢复选择，多干扰躲避，调整干扰躲避速度及评估准确性，流程简单，便于集成到终端。阈值设置可以屏蔽掉那些环境较差的基站，保留环境较好基站。
在基站通信质量评估方面具有一定的自恢复性，通信成功后，每个基站均减分，则以前分值高(质量差)的基站，有机会在经过一段时间后其分值小于阈值后,可以继续作为备选站通信。
由于在切站条件满足后，当前通信失败的基站会增加一个附加分。该附件分可以保证当前基站比其他基站分值高很多，当前基站作为备选站难度高很多。必须经过更多轮的成功传输，该基站才可以作为备选基站。这样，终端在切站及下次再切站的时候，也不可能切换到以前失败的基站，这样当存在多个受干扰基站时候，终端必须先切换到其他基站传输，这样终端便有能力躲避多个受干扰基站。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.基站通信质量选择与评估系统，其特征在于，包括：
通信模块，用于终端向信号覆盖区域内的多个基站回传数据，并依据无线通信信号判断每次回传结果是否成功，并将结果输出给评分模块；
评分模块，用于根据评分规则对每次所述回传结果进行评分，并将所述评分累加到基站分值表中对应基站的分值上，同时实时更新、排序所述基站分值表；
切换模块用于所述终端达到基站切换条件时，根据所述基站分值表以及基站负载情况选择基站进行切换。
2.根据权利要求1所述的基站通信质量选择与评估系统，其特征在于：所述终端达到基站切换条件时，根据所述基站分值表以及基站负载情况选择基站进行切换，包括：终端连续回传失败n次触发基站切换，根据各基站在基站分值表中的分值大小选择备选基站加入备选基站列表，再结合备选基站列表中哥基站的负载情况，选择基站进行通信；其中，n为所述切换模块的预设数据，n为大于等于2的整数，n值的大小控制终端通信躲避干扰的速度与评估准确度。
3.根据权利要求2所述的基站通信质量选择与评估系统，其特征在于：所述结合备选基站负载情况，选择基站进行通信，包括：在所述备选基站中筛选出负载最小的基站，选择所述负载最小的基站作为回传基站。
4.根据权利要求3所述的基站通信质量选择与评估系统，其特征在于：关于基站分值表，包括每个基站初始分值为0分，分值越高表示基站通信质量越差；
所述评分规则包括：
所述回传结果为成功，所有基站的分值减B分；
所述回传结果为失败，仅所述终端对应回传结果的基站的分值加A分；
所述回传结果连续失败n次，则与所述终端回传通信连续失败n次的基站的分值额外加C分。
5.根据权利要求4所述的基站通信质量选择与评估系统，其特征在于：所述备选基站的选择方法包括：预设基站选择阈值为T，当基站的分值小于所述预设基站选择阈值T，则将所述基站选择作为备选基站；其中，所述基站选择阈值T依据终端信号覆盖区域内基站的数量以及需躲避干扰的基站数量进行设置。
6.根据权利要求5所述的基站通信质量选择与评估系统，其特征在于：分值A，分值B，分值C和阈值T之间的关系满足：C>A>B,T>＝n*A。
7.根据权利要求6所述的基站通信质量选择与评估系统，其特征在于，
n为所述评分模块的预设数据，n为大于等于2的整数，n值的大小控制终端通信躲避干扰的速度与评估准确度；
n值越大，终端通信评估并选择基站的准确度越高；
n值越小，终端通信躲避干扰的速度越快；
当n取2时，终端通信躲避干扰的速度最快。
8.基站通信质量选择与评估的方法，其特征在于，基于如权利要求1-7中任意一项所述的基站通信质量选择与评估系统，包括如下步骤：
建立基站分值表，所述基站分值表中的基站为信号覆盖区域内与终端进行通信的基站；存储并更新所述基站的评分；
终端向信号覆盖区域内的多个基站回传数据，并判断是否回传成功，根据评分规则对回传结果进行评分，并将所述评分累加到所述基站分值表中对应基站的分值上；
当所述终端达到基站切换条件时，查询所述基站分值表中所述基站的分值，根据所述基站分值表中基站的分值以及基站负载情况选择基站进行切换。
9.根据权利要求8所述的基站通信质量选择与评估的方法，其特征在于，终端连续回传失败n次触发基站切换，根据各基站在基站分值表中的分值大小选择备选基站加入备选基站列表，再结合备选基站列表中基站的负载情况，选择基站进行通信。
10.根据权利要求8所述的基站通信质量选择与评估的方法，其特征在于，包括基于所述系统的应用方法步骤如下：
S21：在同一小区，多个基站与终端进行通信；
S22：终端回传数据至回传基站，判断是否回传成功，如回传成功所有基站值-B分，如回传失败，则仅回传基站+A分；
S23：连续回传n次后；
判断：
当连续回传失败n次，则仅回传基站附加分+C分，并检查小区内所有基站分值，将分值小于阈值T分的基站加入备选基站列表，跳转至S24；
当至少回传成功1次，则跳转至S27；
S24：搜索终端信号覆盖区域内基站信标获取的基站负载情况；
S25：根据备选基站列表中基站的负载情况筛选出负载最小的基站；
S26：选择所述负载最小的基站作为回传基站并进行切换；
S27：终端与基站周期性通信。
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