TWI411318B - Planning a cell-centric regional approach in a personal communications network - Google Patents

Description

在個人通訊網路中規劃以細胞為中心之區域劃分方法

本發明係提供一種在個人通訊網路中區域劃分的方法，尤指其技術上提供一種以細胞為中心，以細胞與相鄰細胞的關聯性來規劃生活圈，以此來降低位置管理成本的區域劃分方法。

個人通訊網路(PCS)中位置管理的成本，可分為位置更新成本(location update cost)及位置搜尋成本(paging cost)兩部分，而位置更新成本加上位置搜尋成本就是個人通訊網路中位置管理的訊號處理總成本，當增加生活圈(Location Area，LA)大小來降低位置更新成本時，則位置搜尋成本就會增加，反之，若減少生活圈大小來降低位置搜尋成本時，則位置更新成本就會增加，因此，如何降低此訊號處理總成本是個人通訊網路中位置管理相當重要的議題。

先前的相關技術中，個人通訊網路中位置管理主要可分為兩大類，固定式(static)與動態式(dynamic)，固定式的位置管理策略有固定的生活圈大小，但是在相鄰的兩個生活圈間來回移動則會產生不必要的位置更新成本，造成乒乓效應(Ping-Pong effect)的問題產生。而在動態式的位置管理策略，主要又可區分為以距離為基準(distance-based)、以移動量為基準(movement-based)、以時間為基準(time-based)及以使用者軌跡為基準(profile-based)的位置管理策略，以距離為基準的位置管理策略，是當行動裝置(mobile terminal，MT)目前所在的細胞(cell)與最後一次更新細胞的距離，超過預先設定的門檻值時，行動裝置執行更新的動作；以移動量為基準的位置管理策略是當行動裝置跨過細胞邊界的次數超過預先設定的門檻值時，行動裝置執行更新的動作；以時間為基準的位置管理策略是每當行動裝置距離上一次的更新時間超過預先設定的時間門檻時，行動裝置執行更新的動作；以使用者軌跡為基準的位置管理策略是收集使用者行動裝置過去的紀錄，並且列出此行動裝置最有可能出現的地點，使行動裝置只需在移動到沒有列出的地點時，才需更新生活圈。

然而以上所述的相關技術中，大多都是針對所有的細胞來規劃出一個或多個生活圈，如此的規劃方式並沒有辦法很明確的表達出規劃在同一個生活圈下的細胞是關聯性很高的，有些細胞有可能是位於一些流量較大的地區，這些人群經過的時候並不會長時間的停留在細胞的涵蓋範圍內，而過去相關文獻提出的方式大部分都將這些流量大的細胞就當作關聯性是很大的，這樣的判斷方式會將路過的人們也都判斷進去，造成位置管理成本在計算的時候多計算了許多不必要的部份。

是以，針對上述習知技術所存在之問題點，如何開發一種更具理想實用性之創新技術，實消費者所殷切企盼，亦係相關業者須努力研發突破之目標及方向。

有鑑於此，發明人本於多年從事相關技術研究與發展經驗，針對上述之目標，詳加研究與審慎評估後，終得一確具實用性之本發明。

先前技術大多都是針對所有的細胞來規劃出一個或多個生活圈，如此的規劃方式並沒有辦法很明確的表達出規劃在同一個生活圈下的細胞是關聯性很高的，有些細胞有可能是位於一些流量較大的地區，這些人群經過的時候並不會長時間的停留在細胞的涵蓋範圍內，而過去相關文獻提出的方式大部分都將這些流量大的細胞就當作關聯性是很大的，這樣的判斷方式會將路過的人們也都判斷進去，造成位置管理成本在計算的時候多計算了許多不必要的部份。

提供一種在個人通訊網路中規劃以細胞為中心之區域劃分方法，包括以下步驟：步驟一、首先定義位置管理的成本()為位置更新成本(location update cost)加上位置搜尋成本(paging cost)，並根據演算法將該生活圈LA _i 的某一鄰居細胞(neighbor cell)納入試算，其位置管理的成本為=Cp *(|LA _i |+1)*(*λ _j )+Cu *；步驟二、對於該生活圈LA _i 的每一個鄰居細胞，逐一計算每一個鄰居細胞納入生活圈LA _i 後所增加或減少的成本ΔC _k ；步驟三、選擇使ΔC _k 為最小之鄰居細胞進行步驟四；步驟四、如果ΔC _k 小於0，將使ΔC _k 為最小之鄰居細胞納入LA _i 中形成生活圈，並且回到步驟二，繼續計算生活圈的鄰居細胞納入生活圈後所增加或減少的成本ΔC _k ；若ΔC _k 大於或等於0，則停止將使ΔC _k 為最小之鄰居細胞納入生活圈LA _i 中，並完成生活圈LA _i 的規劃。

本發明之在個人通訊網路中規劃以細胞為中心之區域劃分方法，以細胞為中心，去計算附近的細胞關聯性，明確的表達出規劃在同一個生活圈下的細胞是關聯性很高，不會將路過的人們也都判斷進去，有效降低位置管理的成本。

有關本發明所採用之技術、手段及其功效，茲舉一較佳實施例並配合圖式詳細說明於后，相信本發明上述之目的、構造及特徵，當可由之得一深入而具體的瞭解。

本發明係提供一種在個人通訊網路中規劃以細胞為中心之區域劃分方法，主要是以每個細胞(cell)與相鄰細胞的關聯性來規劃生活圈(location area，LA)，每個細胞都會規劃出自己的生活圈，每個生活圈內都包含了一個或數個細胞，這些細胞的關聯性都是很強的，所以當使用者進入到了這個生活圈後，大部分都會停留上一段時間以後才會離開這個生活圈，這樣子的規劃方式可以減少位置更新的成本。

然而若生活圈內包含了太多的細胞在同一個生活圈內，假如有電話來需要搜尋使用者的位置時，必定會產生大量的搜尋成本，所以我們不能夠無限制的把細胞都加入到同一個生活圈內。

所以有著以上的考量，本發明以一個細胞為中心，來計算相鄰的細胞之ΔC _k ，如果此ΔC _k 小於0代表將這兩個細胞放在相同生活圈可以降低目前的位置管理的成本，所以演算法目的是找出ΔC _k 負值最小的細胞鄰居加入目前的生活圈，然後再繼續尋找，直到所有ΔC _k 皆大於0，代表此生活圈已經不能再加入細胞了，由此在個人通訊網路中規劃以細胞為中心之區域劃分方法即規劃完成。

以下為ΔC _k 的計算方式：

位置管理的成本為位置更新成本(location update cost)加上位置搜尋成本(paging cost)，位置更新成本(location update cost)與位置搜尋成本(paging cost)這兩個成本計算方式如下：

(一)

位置搜尋成本(paging cost)=

|LA_i |：在生活圈LA_i 的細胞數目(number of cells in LA_i )

Cp：每一細胞的位置搜尋成本(paging cost per cell)

λ_j ：細胞j的行動裝置來電頻率(call arrival rate for cell j)

r_j ：從細胞i轉移到細胞j人口與細胞j人口的比率(The ratio of population transited from cell i to cell j to population cell j)

(二)

位置更新成本(location update cost)=Cu *

Cu：一單位的位置更新成本(Location update cost per unit)

Φ_LA ：生活圈的位置更新頻率(Location update rate for LA)

以上將位置管理成本的定義好之後，對於LA_i ，其位置管理的成本為

然後演算法會將此LA_i 的鄰居都包進來試算，根據演算法將此生活圈LA_i 的鄰居細胞k (cellk )納入試算，其位置管理的成本為

其中=LA _i ∪{k }。

最後根據有效成本(Cost-effective)的變數ΔC _k 來決定是否要將鄰居細胞k 放進同一個生活圈(Location area，LA)，其ΔC _k 為

如果數學式(3)中計算ΔC _k 小於0代表將這鄰居細胞k 加入目前的LA_i 會將低於目前的位置管理的成本，此時將鄰居細胞k 納入LA_i 中，若ΔC _k 大於或等於0代表將這鄰居細胞k 加入目前的LA_i 不會降低目前的位置管理的成本，此時不將鄰居細胞k 納入LA_i 中。

綜合以上所述，請參閱第一圖，本發明之一種在個人通訊網路中規劃以細胞為中心之區域劃分方法，其步驟可歸納如下：

步驟一、定義位置管理成本(10)：首先定義位置管理的成本為位置更新成本(location update cost)加上位置搜尋成本(paging cost)，並根據演算法將該生活圈LA _i 的某一鄰居細胞(neighbor cell)納入試算，其位置管理的成本為

步驟二、計算ΔC _k (11)：對於該生活圈LA _i 的每一個鄰居細胞，逐一計算每一個鄰居細胞納入生活圈LA _i 後所增加或減少的成本ΔC _k ，其中，

步驟三、選擇最小的ΔC _k (12)：選擇使ΔC _k 為最小之鄰居細胞進行步驟四；

步驟四、決定使ΔC _k 為最小之鄰居細胞納入生活圈與否(13)：如果ΔC _k 小於0，將使ΔC _k 為最小之鄰居細胞納入生活圈LA _i 中形成生活圈，並且回到步驟二，繼續計算生活圈的鄰居細胞納入生活圈後所增加或減少的成本ΔC _k ；若ΔC _k 大於或等於0，則停止將使ΔC _k 為最小之鄰居細胞納入生活圈LA _i 中，並完成生活圈LA _i 的規劃。

其中，上述之在個人通訊網路中規劃以細胞為中心之區域劃分方法可分兩種方式來規劃，一種是集中式的，另外一種是分散式的方式，分散式跟集中式的差別在於規劃生活圈時，分散式是在細胞(cell)端計算，而集中式是在伺服器(server)端計算。在細胞端計算即為以細胞為中心，蒐集各個細胞跟自己的鄰居細胞資料後自行計算自己的生活圈；而在伺服器端計算就是將所有細胞與鄰居細胞資料，蒐集後傳至伺服器端統一做計算的動作，再規劃出屬於各個細胞的生活圈。

[實施例]

請參閱第二圖所示，一個圈圈代表一個細胞(cell)，圈圈內的數字為細胞編號(cell ID)，分別為細胞0、1、2、3、4、5，圖中箭頭旁所代表的數字為細胞與相鄰細胞之間彼此移動的機率，所以根據生活圈的概念，細胞0假設為一個都會區，細胞0經細胞1至細胞2的路徑為道路，細胞2跟細胞3為醫院，細胞5跟細胞6為學校。

經由本發明歸納之步驟一到步驟四的以細胞為中心之區域劃分方法進行演算法計算，本實施例之演算法計算簡單表示如第三圖所示，其中以虛框圈起來的部分就表示在細胞i下的生活圈(LA_i )包含哪幾個細胞是最合適的，在本發明的演算法執行結束後，會將生活圈劃分為下表一：

生活圈劃分的結果就是以細胞與相鄰細胞間關連性較大的為相同生活圈，應證了生活圈的概念，來降低位置管理的成本。

前文係針對本發明之較佳實施例為本發明之技術特徵進行具體之說明；惟，熟悉此項技術之人士當可在不脫離本發明之精神與原則下對本發明進行變更與修改，而該等變更與修改，皆應涵蓋於如下申請專利範圍所界定之範疇中。

(10)．．．定義位置管理成本

(11)．．．計算ΔC _k

(12)．．．選擇最小的ΔC _k

(13)．．．決定使ΔC _k 為最小之鄰居細胞納入生活圈與否

第一圖：本發明之步驟流程圖。

第二圖：本發明其一實施例之生活圈規劃示意圖。

第三圖：本發明其一實施例之生活圈規劃計算過程簡圖。

(10)．．．定義位置管理成本

(11)．．．計算ΔC _k

(12)．．．選擇最小的ΔC _k

(13)．．．決定使ΔC _k 為最小之鄰居細胞納入生活圈與否

Claims (4)

1. 一種在個人通訊網路中規劃以細胞為中心之區域劃分方法，其步驟依序如下：步驟一：首先定義位置管理的成本()為位置更新成本(location update cost)加上位置搜尋成本(paging cost)，其位置管理的成本為，其中，|LA _i |代表在一生活圈LA _i 的細胞數目，Cp代表每一細胞的位置搜尋成本，λ_j 代表細胞j的行動裝置來電頻率，r_j 代表從細胞i轉移到細胞j人口與細胞j人口的比率，Cu代表一單位的位置更新成本，代表生活圈的位置更新頻率；並根據演算法將該生活圈LA _i 的某一鄰居細胞(neighbor cell)納入試算，其位置管理的成本為，其中=LA _i ∪{k }，k 代表該生活圈LA _i 的某一鄰居細胞；步驟二：對於該生活圈LA _i 的每一個鄰居細胞，逐一計算每一個鄰居細胞納入該生活圈LA _i 後所增加或減少的成本ΔC _k ，其中， 步驟三：選擇使ΔC _k 為最小之鄰居細胞進行步驟四；步驟四：如果ΔC _k 小於0，將使ΔC _k 為最小之鄰居細胞納入LA _i 中形成生活圈，並且回到步驟二，繼續計算生活圈的鄰居細胞納入生活圈後所增加或減少的成本ΔC _k ；若ΔC _k 大於或等於0，則停止將使ΔC _k 為最小之鄰居細胞納入生活圈LA _i 中，並完成生活圈LA _i 的規劃。
2. 如申請專利範圍第1項所述之在個人通訊網路中規劃以細胞為中心之區域劃分方法，其中步驟一所述之該生活圈LA _i 的細胞數目為1個。
3. 如申請專利範圍第2項所述之在個人通訊網路中規劃以細胞為中心之區域劃分方法，其中該在個人通訊網路中規劃以細胞為中心之區域劃分方法可在細胞(cell)端計算，蒐集各個細胞跟自己的鄰居細胞資料後自行計算自己的生活圈。
4. 如申請專利範圍第2項所述之在個人通訊網路中規劃以細胞為中心之區域劃分方法，其中該在個人通訊網路中規劃以細胞為中心之區域劃分方法可在伺服器(server)端計算，將所有細胞與鄰居細胞資料蒐集後傳至伺服器端統一做計算的動作，再規劃出屬於各個細胞的生活圈。