CN114175736A - 根据视觉数据发起用户设备到基站的转移 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种在蜂窝电信网络中发起转移的方法，以及一种用于实现该方法的网络节点，其中，该蜂窝电信网络包括用户设备UE和基站，其中，该UE包括摄像头，该方法包括：存储包括基站的至少一部分的视觉表示的视觉数据；接收由UE的摄像头捕获的视觉数据；对所捕获的视觉数据执行计算机视觉操作，以确定基站或其部分的视觉表示存在于所捕获的视觉数据中，该计算机视觉操作包括对所存储的视觉数据进行训练；以及发起UE到基站的转移。
Description
技术领域
本发明涉及蜂窝电信网络中的方法。
背景技术
蜂窝电信网络包括多个基站，每个基站具有覆盖区域，在该覆盖区域内，基站向多个用户设备(UE)提供语音和数据服务。UE通常是移动的，因此可以从当前(“服务”)基站的覆盖区域移动到另一基站的覆盖区域。当这发生时，UE必须被转移到另一基站(其中，该另一基站被称为该转移的“目标”)，使得此后由目标基站向UE提供语音和数据服务。
传统蜂窝电信网络的基站以允许几平方公里覆盖区域的发射功率和频带工作。然而，现代蜂窝电信网络的基站也可以利用具有对应于相对小的覆盖区域的相对高频率的频带。这包括例如30-300GHz的毫米波(mmWave)频带。此外，这种高频通过建筑材料具有相对高的衰减，使得现代蜂窝电信网络的室外基站提供相对差的室内服务。为了确保与在这些频带中工作的基站的良好质量的连接，UE应具有与基站的视线(LoS：Line of Sight)。此外，为了在UE需要连接到基站的这些现代网络中保持连接性，UE必须更频繁地在基站之间(或在单个基站的不同波束之间)转移。这导致UE执行无线电测量报告的控制信令的相应增加。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种在蜂窝电信网络中发起转移的方法，其中所述蜂窝电信网络包括用户设备(UE)和基站，其中所述UE包括摄像头，所述方法包括：存储包括所述基站的至少一部分的视觉表示的视觉数据；接收由所述UE的摄像头捕获的视觉数据；对所存储的视觉数据、所捕获的视觉数据执行计算机视觉操作，以确定基站或其部分的视觉表示存在于所捕获的视觉数据中；以及发起UE到基站的转移。
基站可以具有第一模式和第二模式，并且当工作在第一模式时可以使用比第二模式更多的能量，其中基站初始处于第二模式，并且发起UE的转移的步骤可以包括发起基站中从第二模式到第一模式的切换。
基站可以是目标基站，并且UE可以在转移之前由具有第一模式和第二模式的服务基站服务，并且该方法还可以包括在服务基站中发起从第一模式到第二模式的切换的步骤。
所存储的视觉数据可以包括服务基站的至少一部分的第一视觉表示和目标基站的至少一部分的第二视觉表示，并且该方法还可以包括以下步骤：处理由UE的摄像头捕获的视觉数据序列以：确定所述目标基站或其部分的所述第二视觉表示存在于所捕获的视觉数据中，并且确定障碍物、所述UE和所述服务基站之间的相对运动使得存在高于对象将阻挡所述UE与所述服务基站之间的视线的阈值的概率；并且，作为响应，转移UE的步骤是将UE从服务基站转移到目标基站。
该方法可以在包括以下各项的组中的一个或更多个中实现：UE、基站和网络节点。
基站的至少一部分的视觉表示还可以包括基站周围的一个或更多个特征。
根据本发明的第二方面，提供了一种包括指令的计算机程序产品，当所述程序由计算机执行时，所述指令使所述计算机执行本发明的第一方面的方法。计算机程序可以存储在计算机可读数据载体上。
根据本发明的第三方面，提供了一种蜂窝电信网络中的网络节点，该网络节点具有被配置为协作以执行本发明的第一方面的方法的收发器、处理器和存储器。网络节点可以是UE或基站。
附图说明
为了更好地理解本发明，现在将参照附图仅以示例的方式描述本发明的实施方式，在附图中：
图1是本发明的蜂窝电信网络的实施方式的示意图；
图2是图1的网络的第一基站的示意图；
图3是图1的网络的UE的示意图；
图4是图1的网络的边缘计算节点的示意图；
图5是在第一状态中实现本发明的方法的第一实施方式的蜂窝电信网络的示意图；
图6是在第二状态中实现本发明的方法的第一实施方式的蜂窝电信网络的示意图；
图7是示出本发明的方法的第一实施方式的流程图；
图8是在第一状态中实现本发明的方法的第二实施方式的蜂窝电信网络的示意图；
图9是在第二状态中实现本发明的方法的第二实施方式的蜂窝电信网络的示意图；
图10是示出本发明的方法的第二实施方式的流程图；
图11是在第一状态中实现本发明的方法的第三实施方式的蜂窝电信网络的示意图；
图12是在第二状态中实现本发明的方法的第三实施方式的蜂窝电信网络的示意图；以及
图13是示出本发明的方法的第三实施方式的流程图。
具体实施方式
现在将参照图1至图4来描述蜂窝电信网络1的第一实施方式。蜂窝电信网络1包括用户设备(UE)10、第一基站20、第二基站30和移动边缘计算(MEC)服务器40。图1示出了在覆盖区域周围发射的第一基站20的第一波束。虽然第一基站20可能发射多个波束，但为简单起见仅示出了该第一波束。UE 10被示出为位于第一基站20的第一波束内。图1还示出了在覆盖区域周围发射的第二基站的第一波束。同样，第二基站30可能发射多个波束，但为简单起见仅示出了该第一波束。
在图2中更详细地示出了第一基站20。第一基站20包括第一通信接口21、处理器23、存储器25和第二接口27，它们都通过总线29连接。在该实施方式中，第一通信接口21是被配置用于使用具有范围从30GHz到300GHz的频率的信号(这种信号被称为毫米波，mmWave)进行无线通信的天线，并且第二通信接口27是到一个或更多个蜂窝核心网络节点(包括MEC 40)的有线连接(例如光纤)。处理器23和存储器25被配置用于促进这些通信，例如通过处理和存储经由第一和第二通信接口发送/接收的数据分组。
在该实施方式中，第二基站30基本上与第一基站20相同。
在图3中更详细地示出了UE 10。在该实施方式中，UE 10是被配置用于蜂窝电信的虚拟现实耳机。因此，UE 10包括通信接口11、处理器12、存储器13、光学摄像头14和显示器15，所有这些都经由总线16连接。在该实施方式中，通信接口11是被配置用于使用频率范围从30GHz到300GHz的信号进行无线通信的天线。光学摄像头14被配置用于捕获可见光谱(即，具有在大约400至700纳米范围内的波长的电磁辐射)中的图像或视频(即，图像序列)。
在图4中更详细地示出了MEC 40。在该实施方式中，MEC 40包括通信接口41、处理器43和存储器45，所有这些都通过总线47连接。存储器45包括用于计算机视觉学习代理的视觉训练数据的数据库。在该实施方式中，存储器45包括具有第一数据库表的数据库，该第一数据库表包括：
1.从网络中的任何其他基站唯一地标识该基站的基站标识符(例如，用于该基站的增强型小区全局标识符eCGI)，
2.基站的位置数据(例如，基站的全球导航卫星系统(GNSS)坐标)，以及
3.基站图像标识符(唯一地标识该基站的原地(in situ)图像)，用于在第二数据库表中查找该基站的相应图像。
因此，第二数据库表包括基站图像标识符和该基站在其真实世界位置(例如，以各种角度)的一个或更多个图像。该数据用于训练由处理器43实现的计算机视觉处理。
存储器45用每个基站的新信息和关于蜂窝电信网络中每个新基站的信息来更新。例如，存储器45可以周期性地用第一和第二基站在它们的真实世界位置中的新图像来更新，并且用关于被添加到网络的新基站的信息和该基站在它的真实世界位置中的一个或更多个图像来更新。
MEC 40的处理器43通过学习代理43a和推断代理43b实现计算机视觉处理。学习代理43a被配置为基于数据库中的视觉训练数据来训练机器学习算法，在这种情况下是分类模型。分类模型在来自第二数据库表的每个输入图像和相应的基站标识符之间映射。然后，推断代理43b可以使用经训练的分类模型。
学习代理43a执行周期性学习操作以更新分类算法，从而适应现有基站的任何新图像或新基站的图像。
推断代理43b使用经训练的分类模型以便在输入图像(例如，由UE 10的光学摄像头14捕获的图像)与基站标识符之间进行映射。这将在下面更详细地说明。
现在将参照图5至图7来描述本发明的方法的第一实施方式。在该第一实施方式中，如图5所示，UE 10由第一基站20服务，并且位于第一基站的第一波束的覆盖区域内。在步骤S1中，UE 10经由其光学摄像头14捕获图像。在该示例中，捕获的图像包括第二基站30。图像经由第一基站20被传送至MEC 40。
在步骤S3中，推断代理43b将捕获的图像作为其输入，并使用其经训练的分类模型输出基站标识符。在该示例中，推断代理43b使用其经训练的分类模型来输出基站图像标识符(基于捕获的图像与存储在第二数据库表中的第二基站30的一个或更多个图像之间的映射)。然后，处理器43使用所存储的映射(来自第一数据库表)来在基站图像标识符与第二基站30的基站标识符(例如eCGI)之间进行映射。
在步骤S5中，MEC 40向第一基站20发送消息，该消息包括：1)第二基站30的基站标识符(例如eCGI)，以及2)UE 10具有到第二基站30的LoS的指示符。
在步骤S6中，第一基站20查询其邻居关系表(NRT)以确定第二基站30是否是已知的邻居。如果不是，则第一基站20建立与第二基站30的X2连接(即，基站间连接)，并将第二基站30的信息记录在其NRT中。
在步骤S7中，第一基站20向第二基站30发送标识UE 10和UE的GNSS坐标的X2消息。在步骤S9中，第二基站30响应于该消息而重新配置其第一波束，以使得其覆盖区域覆盖UE10。即，第二基站30可以基于其自己的GNSS坐标和UE的GNSS坐标来计算到UE 10的距离和方位角。然后，第二基站30可以重新配置其第一波束，以在计算出的方位角和计算出的距离上发射。在步骤S11中，第一基站20接收UE 10现在处于第二基站30的第一波束的覆盖区域内的确认。在该实施方式中，该确认经由来自第二基站30的确认消息。在步骤S13中，第一基站20发起UE 10到第二基站30的转移，使得UE 10此后由第二基站30服务。在该重新配置之后，蜂窝电信网络1如图6所示。
在使用相对较高频带(例如本实施方式中使用的mmWave频带)的蜂窝电信网络中，当UE和服务基站具有LoS时，UE具有更好质量的连接。因此，该实施方式利用UE 10的光学摄像头和计算机视觉处理来确定UE 10与基站的连接，并且作为响应，发起UE到该基站的转移。因此，该实施方式省略了传统切换的典型UE测量报告部分。在UE 10与第二基站30具有LoS的该肯定确定之后，这些步骤是不必要的。此外，该实施方式还支持UE 10到另一基站的对于传统切换来说不可行的转移。即，第二基站的第一波束最初不覆盖UE 10(如图5所示)，因此UE的测量报告将不标识第二基站30(使得第一基站的NRT将不标识第二基站30)，并且转移将是不可能的。然而，如上所述，通过从捕获的图像中识别出UE 10具有与第二基站30的LoS，第二基站30可以重新配置，以便在覆盖UE 10的覆盖区域中提供服务，使得到第二基站30的转移成为可能。
在上述实施方式中，第一基站20响应于来自MEC服务器40的消息而执行导致UE 10转移到第二基站30的几个步骤。这可能是由于例如UE与第一基站之间的连接降级(例如，如果测量报告或视觉数据指示UE与第一基站之间的距离正在增加)。然而，本领域技术人员将理解，该响应也可用于平衡网络负载。
现在将参照图8至图10来描述本发明的方法的第二实施方式。该第二实施方式利用与第一实施方式相同的蜂窝电信网络，因此将使用相同的附图标记。此外，在该第二实施方式中还执行步骤S1至S6，使得MEC 40向第一基站20发送消息，该消息包括：1)第二基站30的基站标识符(例如eCGI)，以及2)UE 10具有到第二基站30的LoS的指示符，并且作为响应，第一基站20确认/建立与第二基站30的X2连接。
第一基站20和第二基站30可以工作在第一(活动)状态或第二(节能)状态。第一基站20和第二基站30在活动状态下比在节能状态下使用更多的能量。在步骤S6之后，第一基站20和第二基站30通过它们的X2连接进行通信，以用关于相邻基站的信息更新它们各自的NRT。该信息包括基站的操作状态。在该第二实施方式中，如图8所示，第二基站30初始处于节能状态。在步骤S8中，第一基站20向第二基站30发送激活信号(通过X2连接)。该激活信号使第二基站30从节能状态切换到活动(即非节能状态)操作模式。在该第二实施方式中，激活信号还包括UE 10的标识符和UE的GNSS坐标。类似于第一实施方式，第二基站30响应于该信息而重新配置其第一波束，以使得其覆盖区域覆盖UE 10。在该重新配置之后，第二基站30向第一基站20发送确认UE 10现在在第二基站30的第一波束的覆盖区域内的消息，并且作为响应，第一基站20发起UE 10到第二基站30的转移(即，实现第一实施方式的步骤S9、S11和S13)。在这些步骤之后，蜂窝电信网络处于图9所示的配置中。
因此，该第二实施方式在基于从UE的光学摄像头捕获的图像来检测UE与基站之间的LoS方面提供了进一步的益处，因为作为响应，基站可以从节能操作模式切换到正常(活动)操作模式。然后，基站可以用作切换目标。当第一基站20还不知道第二基站30时(即，第二基站30不是第一基站的NRT的成员)，这也是可能的，因为从UE 10捕获的图像中识别第二基站30允许第一基站20将第二基站30识别为邻居，即使UE不存在于第二基站的第一波束中。
在对该第二实施方式的增强中，MEC服务器40继续处理从UE 10接收的视觉数据，并确定UE 10随后丢失与第一基站20的LoS。在该确定之后，MEC 40向第一基站20发送指令消息以从其正常(活动)操作模式切换到节能操作模式。因此，该第二实施方式使用LoS信息来切换基站进入和离开节能模式。
现在将参照图11至图13来描述本发明的方法的第三实施方式。该第三实施方式也使用与第一实施方式相同的蜂窝电信网络，因此将使用相同的附图标记。在该实施方式的第一步骤(步骤S17)中，UE 10使用其光学摄像头捕获图像序列。该图像序列经由第一基站20被发送至MEC服务器40。
在步骤S19中，MEC服务器40处理图像序列并确定第一基站20和第二基站30都存在(使用推断代理43b和经训练的分类模型，如以上第一实施方式中所讨论的)。
在步骤S21中，MEC服务器40还能够识别图像序列中的运动对象。这是通过背景减除来确定对象在图像序列的不同图像中具有不同的位置而实现的。在该示例中，MEC服务器40实现在O.Barnich和M.Van Droogenbroeck的“ViBe:A Universal BackgroundSubtraction Algorithm for Video Sequences”(IEEE Transactions on ImageProcessing,vol.20,no.6,pp.1709-1724,June 2011)中详细描述的背景减除法。
在步骤S23中，MEC服务器40确定运动对象是否在将阻挡UE 10与第一基站20之间的LoS的路径上。这基于对象跟踪功能(例如Dong Hye Ye等人的“Deep Learning forMoving Object Detection and Tracking from a Single Camera in Unmanned AerialVehicles(UAVs)”,IS&T International Symposium on Electronic Imaging 2018)和相对深度确定功能(例如Chen等人的“Single-Image Depth Perception in the Wild”,30thConference on Neural Information Processing Systems)。在该示例中，该确定的结果是运动对象将阻挡UE 10与第一基站20之间的LoS。响应于该肯定确定，MEC服务器40向第一基站20发送消息以触发UE 10到第二基站30的转移(步骤25)。然后，网络处于图12所示的配置中。
因此，第三实施方式提供了这样的优点，即可以预测UE与服务基站之间的未来阻挡，并且作为响应，可以发起UE到与其具有LoS的另一基站的抢占式(pre-emptive)转移。因此，UE继续从与其具有LoS的基站接收服务，从而确保服务质量(QoS)的连续性。本领域技术人员将理解，阻挡并不是必须是由移动对象引起的。也就是说，可以基于UE、对象和基站之间的任何形式的相对运动来预测阻挡。例如，对象可以是静止的，但是基站和/或UE的运动可能导致丢失UE与基站之间LoS，这可以根据图像序列来预测，并且作为响应，可以发起抢占式转移。此外，本领域技术人员将理解，可以通过MEC服务器40确定UE、基站和对象之间的相对运动使得对象将阻挡UE与基站之间的LoS的概率，并将该概率与阈值进行比较来实现第三实施方式。
在上述实施方式中，MEC服务器40包括具有第一数据库表的存储器45，该第一数据库表存储每个基站的基站标识符和该基站的一个或更多个图像的基站图像标识符(图像存储在第二数据库表中)。图像是安装在现实世界中的那个确切基站的图像。此外，可以有该确切基站的多个图像，其中每个图像来自不同的图像捕获位置。通过使用此数据来训练分类模型，MEC服务器40然后可以使用经训练的分类模型来唯一地识别在从UE 10捕获的视觉数据内的基站。本领域技术人员将理解，使用基站的包括基站周围环境中的一个或更多个区别特征的图像(或多个图像)是有益的。这些区别特征(以及它们与基站的空间关系)可以提高分类模型的精度。
本领域技术人员还将理解，在一些情况下，仅基站的一部分是可见的(例如，天线)，而基站的其余部分位于外壳内，并且从许多UE的视角来看是不可见的。例如，一些现代基站位于灯柱内，天线从灯柱的顶部延伸出，而基站的其余部分位于灯柱外壳内。当然，用于训练分类模型的图像将仅包括基站的可见部分(天线)，而图像的其它部分(例如灯柱)形成其周围环境中用于训练分类模型以识别该基站的区别特征的一部分。
基站的图像是安装在现实世界中的确切基站的图像也并不是必需的。在另选配置中，存储器45包括第三数据库表，该第三数据库表具有标识基站模型(在该特定模型的网络中可能有多个基站)的基站模型标识符以及该基站模型的一个或更多个图像。第一数据库表还可以为网络中的每个基站标识基站的模型。然后，MEC服务器的学习代理43a被配置为基于第三数据库表的图像训练另外的机器学习算法，也就是分类模型。该第二分类模型在来自第三数据库表的每个图像与相应的基站模型标识符之间映射。然后，推断代理43b可以使用该第二分类模型(例如，在上述第一实施方式的分类模型没有成功地识别出确切基站的情况下)来识别来自UE 10的所捕获图像内的基站模型。推断代理43b在该阶段还没有唯一地标识第二基站30，因为有多个基站可以基于该模型。因此，推断代理43b使用UE 10的位置数据来确定UE 10在第二基站30的阈值距离内。推断代理43b可以组合该数据(UE 10在第二基站30的阈值距离内并且来自UE 10的所捕获图像包括与第二基站30相关联的基站模型)以确定它是所捕获图像中的第二基站30。推断代理43b然后输出基站标识符(例如，增强型小区全局标识符)。
在上述实施方式中，在MEC服务器40中执行计算机视觉操作。然而，这并不是必需的，并且该方法可以在网络中的任何单个节点中执行或分布在多个节点上。例如，网络中的每个基站可以存储与存储在MEC服务器40的存储器45中的数据相同的数据，但只限于附近的基站(例如，只有在其邻居关系表(NRT)中标识的那些基站)。在这种情况下，当UE连接到基站时，基站可以将数据转发给UE，使得可以在UE中本地执行计算机视觉操作。在由UE捕获的图像内的另一基站的肯定标识之后，UE可以向基站发送消息，指示它与另一基站具有LoS。在转移到另一基站之后，UE然后可以从另一基站接收新数据用于其计算机视觉操作。
此外，在上述实施方式中，UE 10以及第一基站20和第二基站30被配置用于毫米波通信。由于对UE与基站之间的LoS(或接近LoS)的要求，这些益处对于这种通信特别相关。然而，本领域技术人员将理解这并不是必需的。也就是说，UE 10以及第一基站20和第二基站30可以使用任何频带和蜂窝电信协议进行通信，并且实现这些益处，因为确认LoS仍然将指示UE和基站将具有良好质量的连接，并且还将允许切换过程跳过测量报告步骤，从而节省了将在测量报告中使用的网络资源(包括例如带宽、功率和存储器)。
MEC服务器包括用于在网络中的基站上存储数据的存储器。这可以是网络中基站的子集(例如在MEC服务器的地理区域中的基站)，以减少存储需求。在这种情况下，可以利用移入或移出地理区域的任何移动基站来更新数据库。
在上述实施方式中，UE 10是虚拟现实耳机。然而，这也不是必需的，并且UE可以是包括用于捕获可见光谱中的视觉数据的摄像头和用于经由蜂窝电信协议进行通信的通信接口的任何形式的用户设备。本领域技术人员还将理解，本发明不限于使用可见光谱(尽管由于UE上的光学摄像头的可用性，这可能是优选的)。也就是说，上面概述的计算机视觉处理可以在电磁频谱的其它部分中操作，诸如红外，因此本发明的方法可以基于由在可见频谱之外操作的摄像头捕获的视觉数据来实现。
在对上述实施方式的进一步增强中，可以将UE到目标基站的成功转移报告回MEC服务器。该成功可以基于连接到目标基站的UE以及接收表示LoS的连接特性(例如，信噪比(SNR)或吞吐量)的UE。该数据可以用于将UE捕获的图像添加到第二数据库表中，这改善了学习代理的训练数据的主体，并且还用作监督学习的形式，以指示先前的分类模型是准确的。
本领域技术人员将理解，在所要求保护的本发明的范围内，特征的任何组合都是可能的。
Claims (10)
1.一种在蜂窝电信网络中发起转移的方法，其中，所述蜂窝电信网络包括用户设备UE和基站，其中，所述UE包括摄像头，所述方法包括：
存储包括所述基站的至少一部分的视觉表示的视觉数据；
接收由所述UE的所述摄像头捕获的视觉数据；
对所捕获的视觉数据执行计算机视觉操作，以确定所述基站或其部分的视觉表示存在于所捕获的视觉数据中，所述计算机视觉操作是针对所存储的视觉数据进行训练过的；以及，
发起所述UE到所述基站的转移。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述基站具有第一模式和第二模式，并且在所述第一模式中操作时比在所述第二模式中使用更多的能量，其中，所述基站初始处于所述第二模式，并且发起所述UE的转移的步骤包括：在所述基站中发起从所述第二模式到所述第一模式的切换。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述基站是目标基站，并且所述UE在所述转移之前由具有所述第一模式和所述第二模式的服务基站服务，并且所述方法还包括在所述服务基站中发起从所述第一模式到所述第二模式的切换的步骤。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所存储的视觉数据包括服务基站的至少一部分的第一视觉表示和目标基站的至少一部分的第二视觉表示，并且所述方法还包括以下步骤：
对由所述UE的所述摄像头捕获的视觉数据序列进行处理，以：
确定所述目标基站或其部分的所述第二视觉表示存在于所捕获的视觉数据中，以及
确定障碍物、所述UE和所述服务基站之间的相对运动使得所述对象将遮挡所述UE与所述服务基站之间的视线的概率高于阈值；并且，作为响应，
转移所述UE的步骤是将所述UE从所述服务基站转移到所述目标基站。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，该方法在包括以下各项的组中的一项或更多项中实施：所述UE、所述基站和网络节点。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述基站的至少一部分的视觉表示还包括所述基站周围的一个或更多个特征。
7.一种包括指令的计算机程序产品，当所述程序由计算机执行时，所述指令致使所述计算机执行根据前述权利要求中任一项所述的方法。
8.一种计算机可读数据载体，该计算机可读数据载体上存储有根据权利要求7所述的计算机程序。
9.一种蜂窝电信网络中的网络节点，所述网络节点具有收发器、处理器和存储器，所述收发器、所述处理器和所述存储器被配置为协作以执行根据前述权利要求中任一项所述的方法。
10.根据权利要求9所述的网络节点，该网络节点是UE或基站。
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