[發(fā)明專利]V2I通信中基于運動預(yù)測的二層快速切換方法

有效

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• 申請日: 2010-08-02
• 公開（公告）號: CN101902794A
• 公開（公告）日: 2010-12-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 盧恒惠;張盛;秦博;陳霽;林孝康
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)深圳研究生院
• 主分類號: H04W36/32
• 分類號: H04W36/32;H04W48/20
• 代理公司: 深圳市匯力通專利商標(biāo)代理有限公司 44257
• 代理人: 王鎖林;李保明

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明利用車輛的運動信息及其軌跡受限性提出了一種新型的預(yù)測式快速切換方法，屬于移動通信領(lǐng)域，特別是車輛與路邊基礎(chǔ)設(shè)施(V2I)通信、鐵路GSM-R系統(tǒng)等移動節(jié)點軌跡受限、有基礎(chǔ)設(shè)施的無線通信系統(tǒng)。

背景技術(shù)

車載自組織網(wǎng)(VANET)作為智能交通系統(tǒng)(ITS)的一個重要組成部分，在提高交通安全、交通效率、行車舒適度等方面發(fā)揮著重要作用，并受到了全世界的廣泛關(guān)注。它創(chuàng)造性的將無線通信技術(shù)和Ad?hoc技術(shù)結(jié)合在一起，通過車輛間(V2V)、車輛與路邊基礎(chǔ)設(shè)施(V2I)的通信為公眾提供各種安全、娛樂相關(guān)服務(wù)。車載環(huán)境的無線接入(WAVE)作為VANET的無線通信標(biāo)準(zhǔn)，其物理層和MAC層采用IEEE?802.11p，通信范圍只有300-1000m。車輛的高速移動性與路邊基礎(chǔ)設(shè)施通信覆蓋范圍的有限性，必然導(dǎo)致頻繁的越區(qū)行為。為保證通信的連續(xù)性與VANET應(yīng)用的可靠性，必須設(shè)計一種快速的越區(qū)切換技術(shù)，降低切換時延、減少丟包及信令開銷。

在無線局域網(wǎng)(WLAN)的二層(即數(shù)據(jù)鏈路層)快速切換問題上，人們提出了多種不同的方法。其中，多數(shù)基于預(yù)測式，即在當(dāng)前服務(wù)接入點的覆蓋范圍內(nèi)預(yù)先估計下一個接入點，提前做好切換準(zhǔn)備。根據(jù)觸發(fā)預(yù)測、確定下一接入點的不同因素，可以將目前主流的預(yù)測式快速切換方法分成以下三類：

1、基于信號強度的預(yù)測式快速切換

基于信號強度的預(yù)測式快速切換其原理和CDMA中的軟切換相似。基本思想在于：在不同小區(qū)的交疊范圍內(nèi)，移動臺同時接收來自不同接入點(AP)的信標(biāo)(Beacon)信號，若當(dāng)前服務(wù)AP的信號強度低于某一閾值，則根據(jù)預(yù)切換的策略選擇信號強度最強的一個AP或信號強度較強的AP集合作為即將接入的下一跳AP，提前執(zhí)行預(yù)切換措施，如動態(tài)信道掃描、預(yù)認(rèn)證等，以此減少切換延遲。然而，這種方法要求小區(qū)間必須有交疊，因此在小區(qū)覆蓋不連續(xù)的情況下并不適用。事實上，在實際的VANET中，鋪設(shè)大量路邊基礎(chǔ)設(shè)施以保證無處不在的連續(xù)通信覆蓋既是不經(jīng)濟也是不必要的。

2、基于位置信息的預(yù)測式快速切換

與基于信號強度的預(yù)測式快速切換不同，基于位置信息的預(yù)測式快速切換方法利用位置信息作為預(yù)測觸發(fā)及下一跳AP選擇的依據(jù)。此方法假定移動臺具備定位能力，如安裝了GPS、慣性導(dǎo)航等，并要求已知關(guān)注區(qū)域內(nèi)所有AP的位置、網(wǎng)絡(luò)前綴等信息。根據(jù)AP數(shù)據(jù)庫的存儲主體及下一跳AP的判決者，基于位置信息的預(yù)測式快速切換方法又可細(xì)分為基于服務(wù)器和基于主機兩種。

在基于服務(wù)器的方法中，要求有單獨的服務(wù)器存儲AP數(shù)據(jù)庫。移動臺周期性的向服務(wù)器發(fā)送自己的位置信息，服務(wù)器根據(jù)AP數(shù)據(jù)庫中已有的位置信息計算其與當(dāng)前AP的距離。若超過一定的閾值，則搜索數(shù)據(jù)庫中的其它AP，選擇距離移動臺最近的點作為下一跳即將接入的AP并通知移動臺。移動臺接收到包含了下一跳AP位置、網(wǎng)絡(luò)前綴、工作頻率等信息的通知后，即啟動預(yù)切換措施，提前做好切換準(zhǔn)備。基于主機的方法與基于服務(wù)器的類似，只是將AP數(shù)據(jù)庫存儲在移動臺，且由移動臺本身選擇下一跳。

盡管基于位置的預(yù)測式切換克服了要求小區(qū)連續(xù)覆蓋的局限性，但也不可避免的引入了一些新的問題。對于基于服務(wù)器的方案，由于引入了服務(wù)器，勢必會增加成本；而周期性的向服務(wù)器更新移動臺位置信息既占用了寶貴的頻率資源也加大了服務(wù)器的負(fù)擔(dān)。對于基于主機的方案，將數(shù)據(jù)庫儲存及預(yù)測選擇放在移動臺本身，必然要求加大移動臺的儲存空間、提高其運算能力，對現(xiàn)有的移動終端改動大，不利于實施。此外，大范圍AP數(shù)據(jù)庫的建立、維護、更新也給這種方案的推廣帶來了困難。

3、基于信號強度與位置信息的預(yù)測式快速切換

基于信號強度與位置信息的預(yù)測式快速切換方法綜合了上述二者的優(yōu)勢，其基本原理如下：當(dāng)移動臺接收的當(dāng)前AP信號強度低于某一閾值時，移動臺更新位置信息。隨后，服務(wù)器或移動臺利用數(shù)據(jù)庫中的AP位置預(yù)測下一跳AP。這種方法雖然消除了移動臺周期性更新位置信息所帶來的負(fù)面影響，但依然存在著與基于位置預(yù)測式切換方法同樣的其它問題。此外，對于V2I來說由于通信范圍很小、車輛運動速度很快，一旦當(dāng)前AP信號強度低于某一閾值，很可能下一時刻就斷開與當(dāng)前AP的連接，如果此時才啟動預(yù)切換措施，極有可能造成通信的中斷。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對V2I通信中頻繁的越區(qū)行為，提供一種基于運動預(yù)測的快速二層切換方法，該切換方法便于系統(tǒng)實現(xiàn)，能有效降低切換延遲和丟包率、減少信令開銷，且能同時適用于小區(qū)連續(xù)覆蓋及小區(qū)非連續(xù)覆蓋的場合，克服了現(xiàn)有預(yù)測式快速切換方案存在的不足。