专利名称：一种移动通信系统和方法
技术领域：
本发明涉及移动通信技术领域，特别涉及到其中的认知无线电技术，接入网技术，Ad-hoc技术及Mesh网络技术。
背景技术：
近几年来，泛在网、物联网等技术蓬勃发展，伴随智慧地球、智慧城市的概念的提出，以及世界范围内正在推进的智能城市建设，更是将整个社会生活对信息网络建设的需求推到了极致，社会生活的各行业对信息与通讯技术行业翘首以待，纷纷冀望能借助信息网络实现诸如交通、旅游、政府办公等各种凌驾于全互联网络的沟通。宽带无线通信技术不断推陈出新，但对于无线通信网络技术来说，瓶颈永远是频谱资源。通信行业近些年来一直 被有限的频谱资源与日益增长的服务需求之间的矛盾所困扰，由于无线网络设计思想所造成的网络接入、融合需求与当前孤岛式的异构网络之间的矛盾，必须由对网络设计思想的革新来解决。只有彻底改变当前固定频谱分配政策，部分甚至全部采用动态频谱分配策略，使多种技术可以实现频谱共享，才能彻底改变频谱资源“匮乏”的问题。另一方面，多域多网络共存问题，将在日后渐渐凸显，这无疑会给无线网络的发展和建设带来极大困难。覆盖区域重叠、通信协议不一致、缺乏统一的服务管控网络格局，不仅没有使得泛在、异构的网络突显其优势，反而使得用户面临更加复杂的网络环境。我们认为，未来通信网络的前景是一个泛在、异构融合的网络模式，多接入方式并存，多节点协同工作，支持不同程度的无缝移动特性，同时它又是一个智能化的无线通信系统，能够随时感知外界环境，并根据当前的网络状况自配置以响应和动态自适应环境和操作的改变。目前异构无线Mesh网络作为多种网络融合的重要途径，正努力逐步完善与多种无线传输技术的融合，旨在为用户提供更加便利和可靠的网络服务。然而各种Mesh子网拥有不同的媒体接入控制层以及物理层，而且不同的传输技术其物理层表现出独特的特性，因此如何获知这些差异信息将极大的影响网络融合的效果。认知无线电技术作为获取无线传输物理层信息的重要手段，能够自动检测无线电环境，重新配置网络资源、调整工作模式及传输参数，实现认知用户与授权用户的频谱共享，不仅使得频谱利用方式的转变以及频谱使用效率的提升，而且对整个通信网络架构带来了潜在的巨大变革。认知无线电网络以其极具智能特色、无缝融合异构网络、通过联合资源管理以最大化网络整体性能等优势迅速成为国内外各大标准化组织、研究机构和大量学者关注的焦点。采用认知无线电的认知能力，理论上可以使有限的频谱资源支撑与日俱增的无线接入服务成为可能。认知无线电网络不仅是一种处理当前频谱分配不科学和频谱使用不平衡的实质性解决方案，而且也有助于推动不同无线网络的融合或互操作，为构筑未来无线认知网络和具备感知自适应特性的自组织网络提供了基本保障。将认知技术应用于无线Mesh网络而形成的具有认知特性的CogMesh节点能够更好的发挥两种技术的优势，以解决当前无线通信过程中出现的频谱紧张以及负载不均等问题。此外，通过辅以具有认知功能的CogAd-hoc节点来解决网络覆盖盲区的问题，进而实现提供高质量通信服务的无缝通信网络。
发明内容
(一)要解决的技术问题本发明要解决的技术问题是提供一种CogMesh/CogAd-hoc机会协助式泛域移动通信网络架构，并给出该泛域异构切换的流程。(二)技术方案一种移动通信网络系统，在蜂窝网络的热点小区部署CogMesh节点，在蜂窝网络的盲区部署CogAd-hoc节点，借助具有认知功能的CogMesh节点和CogAd-hoc节点机 会式协助蜂窝网络传输。其中，所述CogMesh节点为类基站设备，通过移动交换中心接入到IP骨干网中。其中，所述CogMesh节点之间可以建立起多跳的数据链路；当IP骨干网产生拥塞或者移动交换中心发生故障时，CogMesh节点发起按需路由尝试建立一条通过Mesh多跳路径的传输链路将用户数据进行转发。其中，所述CogAd-hoc节点作为网络覆盖的保障性节点被部署于整个接入网的盲区以及边缘地区以实现网络的无缝覆盖。其中，所述CogAd-hoc节点在接入网的盲区以及边缘地区的用户将启动Ad_hoc功能，尝试通过其它开启Ad-hoc功能的节点或者预部署的CogAd-hoc节点的多跳路径连接入
基站网络。其中，所述CogMesh节点以及CogAd-hoc节点具有认知功能,根据感知到的周边的频谱空洞生成频谱资源列表，并记录通过其接入网络的用户的QoS需求，并将频谱资源和QoS需求信息通过不同CogMesh节点间的交互进而指导空闲频谱的分配，选取互相干扰最小的频段为用户提供服务，通过利用空闲频谱为用户提供尽可能高质量的服务。一种移动通信方法，所述方法步骤如下SI，网络初始时，每个CogMesh节点检测周围的无线环境，并与与附近的蜂窝基站和邻居CogMesh节点交换各自的负载情况以及感知的周边频谱利用情况；根据交互的信息,各CogMesh节点确定使用不同频带的代价,选取合适的频带使用；S2，UE开机后，优先尝试接入蜂窝网络，若无法接入或蜂窝网络提供的服务质量不能满足要求，则开启认知模块；S3,UE在开启认知模块后，搜索周边的CogMesh网络的信号强度，当CogMesh网络的信号强度达到UE的QoS要求时，UE将接入到相应的CogMesh节点，CogMesh节点会根据此时网络及信道的通信状况选择建立不同的上行通道链路；若经过CogMesh节点的通信链路不能满足UE的QoS要求时，CogMesh节点则通知UE开启Ad-hoc功能；S4，UE开启Ad-hoc功能后，其将搜寻周围同时开启该功能的UE或预先部署的CogAd-hoc节点，尝试通过它们的多跳链路接入网络；S5，若UE仍无法找到合适的通信渠道时，UE降低服务Qos要求，跳转到S2重新进行网络接入请求流程；S6，对于已经接入网络的UE，在网络出现拥塞的情况下，网络侧会通知UE更改QoS等级，而UE将尝试保持当前QoS等级按照S2之后的流程选择其他可行链接路径，在无法寻找到合适路径接入网络时UE才更改自己的QoS等级重复S2之后的流程；S7，通过CogMesh节点或者CogAd-hoc节点接入网络的UE需要周期性的探测周边各种网络的状况，当周边网络环境发生变化时，为了保证通信质量，UE将启动切换过程，切换标准依照S2之后的流程进行选择。其中，所述步骤S2进一步包括S2. I若所选择的蜂窝基站能够满足用户所要求的QoS要求，将由该蜂窝网络为其提供服务；S2. 2当所选择的蜂窝基站的信号质量良好，但是由于用户较多导致拥塞而无法满足用户其所要求的QoS，该蜂窝网络将通知UE开启认知模块，尝试通过认知节点接入网络；
S2. 3当蜂窝基站的信号强度过差而无法达到UE所需的QoS要求，UE将主动开启认知模块，感知周边的认知基站，尝试通过认知节点接入网络。其中，所述步骤S3进一步包括S3. I当IP骨干网络承载能力良好时，CogMesh节点则选择通过移动交换中心的上行链路将用户接入网络；S3. 2当IP骨干网络出现拥塞或发生故障时，CogMesh节点按需启动路由发现过程，尝试通过CogMesh节点间的互联链路寻找能够到达目标用户的通道，并利用该多跳路径进行用户数据的转发；S3.3当IP骨干网络出现拥塞或者发生故障，且不存在达到目标用户的多跳链路时,CogMesh节点将通知UE开启CogAd-hoc功能,使其能够通过CogAd-hoc节点接入网络。其中，所述步骤S4进一步包括S4. I若目标UE在同一个Ad-hoc网络下，则直接建立多跳的通信连接，而无需再接入到IP骨干网络中；S4. 2若目标不在，则可通过Ad-hoc网络接入CogMes h和蜂窝基站组成的骨干网，再实施S2之后的通信流程。。(三)有益效果此发明可有效解决传统接蜂窝网络中遇到的频谱资源匮乏和普遍的频谱利用率不高的问题。利用CogAd-hoc网络和CogMesh网络对蜂窝网络的辅助作用实现整个接入区域的全覆盖，并解决以往小区边缘地区和覆盖盲区的通信质量差的问题，同时，CogMesh网络部署可综合考虑认知覆盖效果和可再生能源分布等特性，有助于蜂窝网络的绿色低碳改造。CogMesh节点和CogAd-hoc节点依靠其认知功能进行频谱感知,利用空闲频带进行通信，提高频带利用率；同时当蜂窝网络传输压力过大时，CogMesh网络和CogAd-hoc网络对蜂窝网络起到分流作用；而在某些蜂窝网络覆盖盲区或覆盖边缘地带；C0gme sh网络和Ad-hoc网络的灵活性将弥补此时的信号不足；提升边缘用户的通信质量。
图I是CogMesh/CogAd-hoc机会协助式泛域移动通信网络架构；图2是用户接入流程；图3是基于CogMesh节点的通信链路的建立过程；
图4基于CogMesh、CogAd-hoc异构接入网络间的切换过程。
具体实施例方式下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式
作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。本发明提供的一种CogMesh/CogAd-hoc机会协助式泛域移动通信网络架构,其特征在于借助于认知无线电的无限接入能力，通过CogMesh节点与CogAd-hoc节点机会式协助蜂窝网络传输，构建认知泛域移动通信网络架构。其依托于蜂窝网络的架构，在蜂窝网络的热点小区间部署具有认知无线电功能的Mesh节点，对蜂窝网络的覆盖进行补偿以及进行相应的负荷分担。其中，这些CogMesh节点是一种类基站设备，它和普通蜂窝基站共同通过移动交换中心接入到IP骨干网中；同时，CogMesh节点还具有智能决策的能力，CogMesh节点可以根据感知到的周边的频谱空洞生成频谱资源列表，并记录通过其接入网络的用户的QoS需求，并将这些信息通过不同CogMesh节点间的交互进而指导空闲频谱的分配，从而达到灵活高效的频谱资源复用并且·最好的保证的用户的需求。此外,Co gMe sh节点还保留了 Me sh网络的特性,在互联的Co gMe sh节点之间可以建立起多跳的数据链路。当IP骨干网产生拥塞或者移动交换中心发生故障时，CogMesh节点则发起按需路由尝试建立一条通过Mesh多跳路径的传输链路将用户数据进行转发。从而缓解了核心网络的传输压力，并充分利用了 CogMesh节点的能力。由于CogMesh节点作为一种辅助部署的基站，无需将网络覆盖作为其部署策略的重点，而可以充分考虑绿能能源(如风能、太阳能、水能等)的分布，从而使得CogMesh节点的使用不仅有利于缓解热点小区压力，而且有利于网络的绿色低碳改造。而CogAd-hoc节点作为网络覆盖的保障性节点被部署于整个接入网的盲区以及边缘地区以实现网络的无缝覆盖。由于网络信号覆盖较差，在接入网的盲区以及边缘地区的用户将启动Ad-hoc功能,尝试通过其它开启Ad-hoc功能的节点或者预部署的CogAd-hoc节点的多跳路径连接入基站网络。此外，CogAd-hoc节点如同CogMesh节点一样具有认知功能，可以利用空闲频谱为用户提高尽可能高质量的服务；而且CogAd-hoc节点也会与其他CogAd-hoc节点以及CogMesh节点进行感知信息的交互，并基于交互信息选取互相干扰最小的频段为用户提供服务。由于CogMesh节点和CogAd-hoc节点是机会式的利用频谱空洞为用户提供服务，因此通过CogMesh节点或者CogAd-hoc节点接入网络的UE需要周期性的探测周边各种网络的状况。当周边网络环境发生变化时，为了保证通信质量，UE将启动切换过程。本发明的工作流程如下在该泛域网络架构下，终端开始进行通信时，若蜂窝网络信号良好，信道流畅，终端将接入蜂窝网络中进行通信；若无法检测到蜂窝网络信号或此时蜂窝网络出现拥塞现象，此时将检测是否能接受到CogMesh信号，若信号良好且CogMesh拥塞状况正常，则终端接入CogMesh网络，由CogMe sh网络辅助终端进行通信；若此时CogMesh网络质量依然达不到要求；则终端启动Ad-hoc功能，寻找合适的Ad-hoc网络路径达到目的地，完成通信传输。具体流程如下
I.网络初始时，每个CogMesh节点检测周围的无线环境，并与与附近的蜂窝基站和邻居CogMesh节点交换各自的负载情况以及感知的周边频谱利用情况。根据交互的信息，各CogMesh节点确定使用不同频带的代价，选取合适的频带使用以减少相互干扰。2. UE开机后，将选择合适的网络接入。UE将优先尝试接入蜂窝网络。2. I若所选择的蜂窝基站能够满足用户所要求的QoS要求，将由该蜂窝网络为其提供服务；2. 2当所选择的蜂窝基站的信号质量良好，但是由于用户较多导致拥塞而无法满足用户其所要求的QoS，该蜂窝网络将通知UE开启认知模块，尝试通过认知节点接入网络；2. 3当蜂窝基站的信号强度过差而无法达到UE所需的QoS要求，UE将主动开启认知模块，感知周边的认知基站，尝试通过认知节点接入网络；3. UE在开启认知模块后，搜索周边的CogMesh网络的信号强度，当CogMesh网络的 信号强度满足UE的QoS要求时，UE将接入到相应的CogMesh节点。该GogMesh节点会根据此时网络及信道的通信状况选择建立不同的上行通道链路3. I当IP骨干网络承载能力良好时，CogMesh节点则选择通过移动交换中心的上行链路将用户接入网络；3. 2当IP骨干网络出现拥塞或发生故障时，CogMesh节点按需启动路由发现过程，尝试通过CogMesh节点间的互联链路寻找能够到达目标用户的通道，并利用该多跳路径进行用户数据的转发。3.3当IP骨干网络出现拥塞或者发生故障，且不存在达到目标用户的多跳链路时,CogMesh节点将通知UE开启CogAd-hoc功能,使其能够通过CogAd-hoc节点接入网络；4. UE开启Ad-hoc功能后，其将搜寻周围同时开启该功能的UE或预先部署的CogAd-hoc节点，尝试通过它们的多跳链路接入网络。4. I若目标UE在同一个Ad-hoc网络下，则直接建立多跳的通信连接，而无需再接入到IP骨干网络中；4. 2若目标不在，则可通过Ad-hoc网络接入CogMesh和蜂窝基站组成的骨干网，再实施第2步之后的通信流程。5.经过以上过程UE仍无法找到合适的通信渠道时，UE降低服务Qos要求，按照步骤2之后的流程重新进行网络接入请求流程。6.对于已经接入网络的UE，在网络出现拥塞的情况下，网络侧会通知UE更改QoS等级，而UE将尝试保持当前QoS等级按照S2之后的流程选择其他可行链接路径，在无法寻找到合适路径接入网络时UE才更改自己的QoS等级重复S2之后的流程。7.由于CogMesh节点和CogAd-hoc节点是动态感知周边频谱空洞所提供的服务是不稳定的，因此通过CogMesh节点或者CogAd-hoc节点接入网络的UE需要周期性的探测周边各种网络的状况。当周边网络环境发生变化时，为了保证通信质量，UE将启动切换过程，切换标准依照步骤2之后的流程进行选择。以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
权利要求
1.一种移动通信网络系统，其特征在于，在蜂窝网络的热点小区部署CogMesh节点，在蜂窝网络的盲区部署CogAd-hoc节点，借助具有认知功能的CogMesh节点和CogAd-hoc节点机会式协助蜂窝网络传输。
2.如权利要求I所述的系统，其特征在于，所述CogMesh节点为类基站设备，通过移动交换中心接入到IP骨干网中。
3.如权利要求I所述的系统，其特征在于，所述CogMesh节点之间可以建立起多跳的数据链路；当IP骨干网产生拥塞或者移动交换中心发生故障时，CogMesh节点发起按需路由尝试建立一条通过Mesh多跳路径的传输链路将用户数据进行转发。
4.如权利要求I所述的系统，其特征在于，所述CogAd-hoc节点作为网络覆盖的保障性节点被部署于整个接入网的盲区以及边缘地区以实现网络的无缝覆盖。
5.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述CogAd-hoc节点在接入网的盲区以及边缘地区的用户将启动Ad-hoc功能,尝试通过其它开启Ad-hoc功能的节点或者预部署的CogAd-hoc节点的多跳路径连接入基站网络。
6.如权利要求I所述的系统，其特征在于，所述CogMesh节点以及CogAd-hoc节点具有认知功能，根据感知到的周边的频谱空洞生成频谱资源列表，并记录通过其接入网络的用户的QoS需求，并将频谱资源和QoS需求信息通过不同CogMesh节点间的交互进而指导空闲频谱的分配，选取互相干扰最小的频段为用户提供服务，通过利用空闲频谱为用户提供尽可能高质量的服务。
7.一种移动通信方法，其特征在于，所述方法步骤如下 SI,网络初始时，每个CogMesh节点检测周围的无线环境，并与与附近的蜂窝基站和邻居CogMesh节点交换各自的负载情况以及感知的周边频谱利用情况；根据交互的信息，各CogMesh节点确定使用不同频带的代价,选取合适的频带使用； S2，UE开机后，优先尝试接入蜂窝网络，若无法接入或蜂窝网络提供的服务质量不能满足要求，则开启认知模块； S3,UE在开启认知模块后，搜索周边的CogMesh网络的信号强度，当CogMesh网络的信号强度达到UE的QoS要求时，UE将接入到相应的CogMesh节点，CogMesh节点会根据此时网络及信道的通信状况选择建立不同的上行通道链路；若经过CogMesh节点的通信链路不能满足UE的QoS要求时，CogMesh节点则通知UE开启Ad-hoc功能； S4，UE开启Ad-hoc功能后，其将搜寻周围同时开启该功能的UE或预先部署的CogAd-hoc节点，尝试通过它们的多跳链路接入网络； S5，若UE仍无法找到合适的通信渠道时，UE降低服务Qos要求，跳转到S2重新进行网络接入请求流程； S6，对于已经接入网络的UE，在网络出现拥塞的情况下，网络侧会通知UE更改QoS等级，而UE将尝试保持当前QoS等级按照S2之后的流程选择其他可行链接路径，在无法寻找到合适路径接入网络时UE才更改自己的QoS等级重复S2之后的流程；S7，通过CogMesh节点或者CogAd-hoc节点接入网络的UE需要周期性的探测周边各种网络的状况，当周边网络环境发生变化时，为了保证通信质量，UE将启动切换过程，切换标准依照S2之后的流程进行选择。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤S2进一步包括S2. I若所选择的蜂窝基站能够满足用户所要求的QoS要求，将由该蜂窝网络为其提供服务； S2. 2当所选择的蜂窝基站的信号质量良好，但是由于用户较多导致拥塞而无法满足用户其所要求的QoS，该蜂窝网络将通知UE开启认知模块，尝试通过认知节点接入网络； ·52.3当蜂窝基站的信号强度过差而无法达到UE所需的QoS要求，UE将主动开启认知模块，感知周边的认知基站，尝试通过认知节点接入网络。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤S3进一步包括 53.I当IP骨干网络承载能力良好时，CogMesh节点则选择通过移动交换中心的上行链路将用户接入网络； S3. 2当IP骨干网络出现拥塞或发生故障时，CogMesh节点按需启动路由发现过程，尝试通过CogMesh节点间的互联链路寻找能够到达目标用户的通道，并利用该多跳路径进行用户数据的转发； 53.3当IP骨干网络出现拥塞或者发生故障，且不存在达到目标用户的多跳链路时，CogMesh节点将通知UE开启CogAd-hoc功能,使其能够通过CogAd-hoc节点接入网络。
10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤S4进一步包括 ·54.I若目标UE在同一个Ad-hoc网络下，则直接建立多跳的通信连接，而无需再接入到IP骨干网络中； · S4.2若目标不在，则可通过Ad-hoc网络接入CogMesh和蜂窝基站组成的骨干网，再实施S2之后的通信流程。
全文摘要
本发明公开了一种移动通信网络系统和方法，它为一种异构融合的网络体系架构，该架构以蜂窝网络为主体，在蜂窝网络的热点小区部署CogMesh节点，在蜂窝网络的盲区部署CogAd-hoc节点，借助新部署的具有认知功能的节点机会式协助蜂窝网络传输，这种移动通信网络系统及方法解决了蜂窝网络中无线频谱资源紧张和网络负载分布不均等问题。
文档编号H04W16/10GK102711118SQ201210212678
公开日2012年10月3日 申请日期2012年6月21日 优先权日2012年6月21日
发明者宋梅, 张勇, 李治, 滕颖蕾, 满毅, 都晨辉, 陶雄强, 马跃, 魏翼飞 申请人:北京邮电大学