专利名称：用于为无线网络中移动终端扫描的切换目标划分优先次序的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于为无线网络中移动终端扫描的切换目标划分优先次序 (prioritize)的方法，以及更为具体地，但不排他地涉及宽带接入移动网络。
背景技术：
在包括多个接入节点的无线网络中，可能期望的是提供对用户设备的移动性的支持，例如，为了管理从网络的一个小区移动到另一小区的用户设备，或在改变无线电条件的情况下，例如，使其成为用户设备切换到新的服务节点以保持连通性所必须的，用户设备可以通过所述接入节点接入网络。目前正在开发的网络类型旨在允许宽带无线接入，例如遵循IEEE802. 16标准的网络，有时也被称为WiMAX。在WiMAX中，接入节点通常被称为基站并且用户设备通常被称为移动用户站。在WiMAX中，移动用户站与服务基站进行通信，并且希望发起到另一目标基站的切换，扫描相邻基站的频率直到其发现下行链路信号。在移动用户站扫描期间，中断载荷数据通信以能够扫描不同的频率。布恩等的论文，“用于在WiMax/802. 16中的快速扫描和切换策略”，BWIA-关于宽带无线接入的第一次国际研讨会(IEEE ACCESSNETS 2007)，2007年 8月22日至24日，加拿大安大略省渥太华，提出用于在WiMAX网络的相邻基站间执行切换时降低扫描操作所要求的时间的策略。一个已提出的策略是，移动用户站建立其已经访问的基站之间的切换历史，并且移动用户站使用上述历史来确定哪个基站是最有可能用于切换的相邻目标基站。首先扫描最有可能的候选。
发明内容
根据本发明的第一方面，一种用于为具有多个网络元件的无线网络中移动终端MS 扫描的切换目标划分优先次序的方法，包括从MS接收信号的网络元件，所述网络元件是MS 的服务网络元件，以及网络元件检测其从MS接收信号的方向。对于所检测的方向，网络元件从与网络元件相关联的数据存储(data store)获得成功切换到各个不同相邻网络元件的概率(probability)。网络元件将所述概率用于对相邻网络元件的扫描顺序划分优先次序，并且将与所述划分了优先次序的扫描顺序相关的信息发送给MS。MS可以是手持设备、 便携笔记本电脑、或一些其它设备，所述其它设备被配置为与网络交互并且具有移动性从而有时(time to time)需要从一个网络元件切换到另一个。根据本发明的一种方法适用于WiMAX网络，其中网络元件是基站且移动终端是移动用户站。根据本发明的方法可以用在其它类型的无线网络中，例如，在3GPP长期演进 (LTE)实现的网络，在这种情况下，网络元件是eNodeB且MS被称为UE(用户设备)。根据本发明的一种方法可以适用于涉及从一个网络元件切换到另一个的其它类型的网络技术， 并且不需要被限制为第四代(4G)网络或提供宽带移动接入的网络。
例如，在单个网络内发生切换或在相同技术类型的不同网络之间发生切换的情况下，可以应用根据本发明的方法。在一个实施方式中，在从一种技术类型的网络中包括的网络元件到不同技术类型的网络中的目标网络元件的切换中，使用根据本发明的方法。通过使用根据本发明的方法，发现下行链路信号以实现成功切换所需要的扫描操作的数量很可能降低。具有MS不太可能移动到的小区的相邻网络元件被扫描的可能性不大并且将资源集中在那些具有较高被选择可能性的网络元件。因此，可能要求更少的网络资源并且专用于扫描的时间减少，当MS从事于实时应用时这是这样是特别有益处的，例如流视频和VoIP，其载荷数据的中断传输是不期望的。基于网络建立和触发切换所使用的何种参数，切换事件可能是频繁的。通过使用根据本发明的方法，频繁的切换可能比可能的另外情况具有更小的损害。在一个实施方式中，能够与MS通信的所有相邻网络元件可以被包括在发送给MS 的信息中。MS所执行的扫描仅与直到识别合适的目标网络元件所需的扫描一样多。因此， 甚至是在相当大数量的相邻网络元件能够与MS进行通信的情况下，由于仅在如果扫描顺序中的前述“最佳”相邻网络元件或多个元件作为目标是不满意的才会执行任意特定网络元件的扫描，这样也不需要对资源产生负担。通过采用这种方式降低了可能的候选被丢弃或断线而没有与MS通信(然而不太可能)的风险。这在仅存在较少数量的相邻网络元件的情况下是特别有益处的。在另一实施方式中，例如，通过排除具有小于在成功切换中成为目标网络元件的预定阈值概率的任意网络元件，所选择的相邻网络元件组可以用于替代网络元件的全部。为了从本发明获得益处，任意特定MS可能不是必须在它的移动跨越网络时示出周期性和一致性。因此，本发明可以有用地应用于，MS示出往返模式(commuting pattern) 的情况下(其中在不同场合沿规则路线)，以及同样在没有规则模式是可辨识的情况下。网络元件可以包括数据存储。可替换地，数据存储可以被包含在另一网络元件中， 例如单独专用于保持数据存储的组件，或被包括在持有与许多网络元件相关的记录的不同相邻网络元件中，或被包括在与网络元件不同类型的组件中。例如，比如说，其中网络元件是WiMAX网络中的基站，数据存储可以被包括在相关的接入服务网路网关(ASN-GW)中。其中数据存储位于远程位置，其仅可以接入到单个网络元件。可以换地，其可以接入到一组网络元件，在这种情况下，为大量的切换排列存储信息。通过将数据存储包括为网络的一部分，无论是否被包括在网络元件中或是独立的形式，与利用便携式、非网络数据存储可实现的数据存储相比，其可能存储大量的数据，例如，与用于不同MS和方向的许多成功切换有关的数据。数据存储可以包括关于到相邻网络元件的成功切换以及从MS接收的信号的方向有关的信息。数据存储可以包括相对于多个目标网络元件的成功切换的概率来映射方向的表格。使用根据本发明的一种方法，随着时间的推移，涉及多个不同基站以及他们的成功地实现切换到各种网络元件的输入，可以用于更新数据存储中保持的数据以及改进统计
可靠性。在一个实施方式中，网络元件可以将至少一个其它参数用于对相邻网络元件的扫描顺序划分优先次序。例如，用于给定方向的切换概率可以与其他要求相结合，例如误码率、信号强度、小区负载限制或用于过滤或组织的另一因素或多个因素，以提供用于传输到 MS的相邻网络元件的划分了优先次序的扫描顺序。在一个实施方式中，网络元件检测从MS接收信号的方向。可以使用位于网络元件上的测角仪(goniometer)和测向仪(directionfinder)来完成上述内容。例如，可以使用网络元件上设置的接收天线的方向特性，或通过一些其它方法来确定接收所述信号的方向。方向可以仅是方位角的(azimuthal)方向，例如，但是使用涉及方位角(azimuth)和高程坐标(elevation co-ordinate)的方向在实现本方法时提供额外的改进。在另一实施方式中，通过访问基于信息源的，在别处例如保持通过GPS或一些其它位置监控系统更新的 MS位置坐标的存储，网络元件从与其自身相关的MS获得信号的方向。在本发明的一个实施方式中，在网络元件从MS接收扫描请求的时候，获得信号的方向。在一种方法中，网络元件忽略来自MS的任何接下来的扫描请求。
现在将仅通过实例的方式，并参考附图来介绍本发明的一些实施方式，其中图1示意性示出了根据本发明的一个实施方式；图2是与图1的实施方式相关的示意的示例性图示；以及图3是与图1的实施方式相关的示意的示例性图示。
具体实施例方式参见图l，WiMAX网络1包括多个基站(BS)，示例性地示出了其中的四个基站2、3、 4和5。MS 6与一个基站进行通信，其中所述基站是MS 6的服务基站。每个基站2、3、4和 5分别包括测向仪和测角仪2A、3A、4A和5A以及分别包括数据存储2B、3B、4B和5B。每个数据存储2B、3B、4B和5B均包括表格，其提供对于从MS接收的信号的给定方向，从所述基站到每个相邻基站的成功切换(HO)的概率。因此，服务基站2具有数据存储2B，其提供从其到基站3的对于任意给定方向的成功切换概率，到基站4的对于任意给定方向的切换概率，以及同样到基站5的对于任意给定方向的切换概率。当MS 6检测到执行切换的必要性时，其必须扫描相邻基站(NBS)的列表以发现下行链路信号。MS 6向它的服务BS 2 (SBS)发送包括其标识符MS_ID和MS 6认为是可能的候选目标基站的NBS的列表Ll的扫描请求M0B_SCN_REQ。当从MS 6接收到扫描请求时，服务基站2捕获从MS 6接收的信号的方向，MS 6在时间tSQOEQ发送其扫描请求。在该方法中，测角仪2A所检测的方向包括方位角和高程信息。方位角角度α和高程角度φ四舍五入 (rounded)为A和Φ。四舍五入要求较小的存储空间并且更大的精度可能在任意情况下难以实现。数据存储存储值区间(value interval)，例如，方向角度的5%、10%。特别有用的是，在不均勻地区的MS信号的水平和垂直维度上捕获MS信号的方向，不均勻地区例如是人口密集的城市商业中心或丘陵区域。在这种情况下，MS移动可能包括大部分的垂直度和 /或小区覆盖范围可能在某些区域重叠。然而，在其它实施方式中，只捕获方向角信息。图2和图3示出了可以如何考虑在(MS，BS)水平和垂直方面中的(MS，BS)轴的方向。参考图2，MS可以从开始位置MSo在垂直方向移动到位置MSa或沿水平方向移动到位置MSb。当其移动到MSa，如果仅考虑水平方向，可能认为NBS 1将是目标BS的最佳选择。
6然而，通过列出的成功切换的概率，明显的是NBS 2将是最合适的。在发生到位置MSb的移动的情况下，当考虑垂直和水平角度时选择将是NBS 1。图3示出了与图2相同方案，但是仅考虑水平方向。通过这种限制信息，当其实际上移动到NBS 2时，可以宣布MSa最有可能移动到NBS 1。在访问数据存储2B中的信息时，基站使用四舍五入的角度信息来获得{PH0(Jn， Α, Φ) =Ρη}，其中Jn表示相邻基站以及其给出对于方向A和Φ成功切换到NBS的概率 Ρη。服务基站2根据Pn值的降低来对NBS排序以获得列表L2。基站2将包含列表L2的扫描响应消息M0B_SCN_RSP应答给MS 6。MS 6于是根据列表L2的顺序来扫描NBS。当发现用于HO的合适候选基站时，于是遵循通常的切换过程。在扫描请求的发送和HO的执行之间，MS可能进行了明显的和不可预测的移动。切换概率表格PH0(Jn，A，Φ)反映当MS发送扫描请求时MS的位置，而不是当MS执行HO时位置。因此，扫描首先处理那些具有提供可行下行链路信道的统计上的更高概率的NBS， 当其请求扫描时，提供HO的历史以及所影响的MS的方向。可能的是，在扫描到“不可能的” NBS之前发现合适的下行链路信道。可以由HO到这个NBS的与HO到全部数量的正在进行的给定方向D的HO的比率来表示执行给出方向D的从BS到NBS的切换的概率。在本实施方式中，要考虑HO的是那些导致到TBS的成功测距(ranging)的那些HO。当实现从所述基站到相邻基站的成功切换时，更新每个基站上的数据存储。所更新的数据是11-元组(1^8_10，01，9，知(^_舰(3)，其中角度(1 e [-180°，180° ]是参照例如方向北的方位角，以及φΕ
，参照水平平面的高程角度。基站包括保持方向的HO概率表格PHO (Jn，A，Φ)的功能，其中J指向相邻BS，A和 Φ是值区间，例如方向角的5%、10%，以及表格PH0(Jn，A，Φ)是发送具有方向(Α，Φ)的扫描请求信号的MS所执行的到NBS J的切换的比率。通常在BS或ASN-网关中保持报告到NBS的HO的数量或比率的HO计数器。在本实施方式中，BS存储并更新如果需要的话ASN网关可以容易的访问下述信息(a)扫描阶段方向η-元组(MS_ID，α, φ, tSCN_RQ )的列表L_SCN，其中tSCN KQ是MS_ID发送的最近有效扫描请求的日期；以及(b) “扫描方向感知” HO概率表格PH0(Jn，A，Φ)。在这个表格中，SBS的ID是暗含的并且仅报告具有优先方向发现和扫描的MS发起的H0。由于例如小区选择中断或扫描拒绝但是数据存储中仅为每个MS存储了一个扫描请求，即，可能发起最多到目标BS测距的成功HO的一个，单个MS_ID可以发送多个连续有效的扫描请求。当BS用包含非空扫描持续值dl的M0B_SCN-RSP来应答M0B_SCN_REQ时，在时间tl创建η-元组(MS_ID，α, φ, h )。由于以下原因删除Π-元组(a)相同的 MS_ID ( MS_ID, α2, φ2, t2 )在、> tfdl发起另一有效的η-元组，其中通过关于连续扫描和HO切换的优先级规则来确定有效性；(b)扫描过程所发起的HO已经取消或已经失效；或(c)其已经导致成功的H0，成功的HO已经记录在表格PH0(Jn，A，Φ)中并因此已经存储了。
当扫描请求导致到NBS J的成功HO时，通过消息通知SBS，其可能是，例如，来自目标基站的骨干消息(baclibone message)或如果在RNG-RSP中指定了 HO处理优化字段中指定则直接来自MS。收到通知之后，SBS更新表格PHO(Jn，A，Φ)，其中对通过已经发起HO 的扫描请求所捕获的α和ψ值的四舍五入得到A和Φ。α和φ值的四舍五入依赖于关于方向测量的精确度和/或存储策略的其它事项。例如，如果将角度值分成值为k= 10的样本，四舍五入的实例公式是，Φ (X) =x/k+k/2，其中x/k是除以K之后的整数部分。如果值为 k = 10，那么 Φ (X) = χ/10+5。在本实施方式中，“基于MS方向的扫描顺序”功能可以与其它功能相结合，意味着基于标准和限制(例如小区负载)，其过滤或组织推荐用于扫描NBS的列表，或反映可用的 QoS等级。在不脱离本发明精神或基本特性的情况下，可以在其它具体形式中体现本发明。 所介绍的实施方式在所有方面被认为是仅示意性的且不是限制性的。因此，本发明的范围由附加的权利要求所指示，而不是由之前的说明来指示。来自权利要求的等价含义和范围内的所有改变都被包括在它们的范围之内。
权利要求
1.一种用于对具有多个网络元件的无线网络中移动终端MS扫描的切换目标划分优先次序的方法，包括网络元件从MS接收信号，所述网络元件是MS的服务网络元件； 网络元件获取方向，网络元件通过所述方向从MS接收信号；对于所述方向，网络元件从与网络元件相关的数据存储获取成功切换到各个不同相邻网络元件的概率；网络元件使用所述概率来对相邻网络元件的扫描顺序划分优先次序；以及网络元件将与划分了优先次序的扫描顺序相关的信息发送到MS。
2.根据权利要求1所述的方法，以及其中网络元件所接收的信号是来自MS的扫描请求。
3.根据权利要求1或2所述的方法，以及其中数据存储包括与之前的从服务网络元件到相邻网络元件的成功切换相关的以及与在之前的成功切换中涉及的从MS接收的信号的方向相关的信息。
4.根据权利要求1、2或3所述的方法，以及其中当实现了从所述基站到相邻基站的成功切换时，更新数据存储。
5.根据前述任意一项权利要求所述的方法，以及其中在水平和垂直关系中定义所述方向。
6.根据权利要求5所述的方法，以及其中在数据存储中存储的数据包括η-元组 (MS_ID, α, φ, tscN_RQ)，其中ms_id标识MS，角度α是方位角，φ是高程以及tSCN RQ是MS发送扫描请求的时间。
7.根据权利要求6所述的方法，以及其中当出现以下情况时从数据存储中删除η-元组(a)相同的MS_ID ( MS_ID, α2, φ2, t2 )在t2 > t^dl发起另一有效的η-元组，其中通过关于连续扫描和HO切换的优先级规则来确定有效性；(b)扫描过程所发起的 HO已经取消或已经失效；或(C)其已经导致成功的H0，成功的HO已经记录在切换概率表格中。
8.根据前述任意一项权利要求所述的方法，以及其中数据存储包括相对于用于多个目标网络元件的成功切换的概率来映射方向的表格。
9.根据前述任意一项权利要求所述的方法，以及其中网络元件包括数据存储。
10.根据前述任意一项权利要求所述的方法，以及其中当网络元件从MS接收多个有效的连续信号时，将仅与多个中的一个相关的信息存储在数据存储中。
11.根据前述任意一项权利要求所述的方法，以及其中网络元件使用至少一个其它附加参数来对相邻网络元件的扫描顺序划分优先次序。
12.根据前述任意一项权利要求所述的方法，以及其中网络元件检测方向，其通过所述方向从MS接收信号。
13.根据前述任意一项权利要求所述的方法，以及其中根据宽带无线接入标准来实现无线网络。
14.根据权利要求13所述的方法，以及其中根据IEEE802. 16或WiMAX标准或3GPP标准来实现所述无线网络。
15. 一种无线网络，包括多个网络元件并且被安排为根据前述任意权利要求的方法来运行。
全文摘要
本发明涉及一种用于对具有多个网络元件(2到5)的无线网络(1)中移动终端MS(6)扫描的切换目标划分优先次序的方法，包括网络元件(2)从MS(6)接收信号，所述网络元件是MS的服务网络元件，以及网络元件检测从MS接收信号的方向。对于所检测方向，网络元件从与网络元件(2)相关的数据存储(2B)获取成功切换到各个不同相邻网络元件的概率。网络元件(2)使用所述概率来对相邻网络元件的扫描顺序划分优先次序以及将与划分了优先次序的扫描次序相关的信息发送到MS(6)。所述网络可以使WiMAX网络，其中网络元件可以是基站。
文档编号H04W36/32GK102308632SQ201080006897
公开日2012年1月4日 申请日期2010年1月7日 优先权日2009年1月8日
发明者S·兰德里亚马斯, V·卡普德维尔 申请人:阿尔卡特朗讯公司