一种用于智能交通系统的移动性管理方法及系统与流程

本发明涉及智能交通技术领域，具体地说，涉及一种用于智能交通系统的移动性管理。

背景技术：

针对汽车的高速移动环境，IEEE专门制定了一个用于车载无线通信的标准，即802.11p。802.11p是在802.11a基础上改变而来，所以它本质是802.11的扩充和延伸。即MAC层仍然采用基于CSMA/CA的机制，随着终端数量的增加，竞争和碰撞开销将大大降低系统吞吐量。由于终端的高速移动性,无线链路的地可靠性以及IP协议自身的无连接特性等原因，致使在基于IEEE 802.11P的车路通信系统中很难为终端用户提供可靠的业务传输。

鉴于此，需要提出一种智能交通通信系统，以适应终端的高速移动性,克服无线链路的不稳定性，满足上层业务的QoS需求等。

技术实现要素：

本发明提供一种用于智能交通系统的移动性管理，可实现在RSU之间的快速平滑移动性管理机制。

本发明提供的一种用于智能交通系统的移动性管理方法，包括：

小区重选的步骤：

在空闲模式下，通过对服务小区和邻近小区的信道质量测量值的监控来触发小区重选；

空中接口切换的步骤：

切换程序包括信道测量、切换触发、切换判决与切换准备,切换执行。

本发明还提供了一种用于智能交通系统的移动性管理系统，包括：

车载单元OBU，用于与路边单元RSU进行通信，协同完成信道测量和切换；

RSU-S与RSU-D：用于与车载单元OBU进行通信，协同完成信道测量和切换；以及

车载单元管理实体OME/业务控制网关SCG，用于对车载单元OBU进行路由更新和管理。

本发明提供的技术方案，可实现在RSU之间的快速平滑移动性管理机制,从而保证终端移动过程中的可靠业务传输。以适应终端的高速移动性,克服无线链路的不稳定性，满足上层业务的QoS需求等。

附图说明

图1为本发明提供的智能交通接入网结构示意图；

图2为本发明的智能交通协议平面架构图；

图3为本发明实施例中提供的移动性管理方法中小区重选流程图；

图4为本发明实施例中提供的移动性管理方法中的切换程序流程图；

图5为本发明实施例中提供的由OBU触发的空中接口切换程序流程图。

具体实施方式

鉴于现有的智能交通通信系统中存在的不足，本发明提出了基于调度的全新智能交通通信系统，其网络架构和协议平面分别如图1和图2所示。

智能交通接入网结构如图1所示。接入网以路边单元(RSU)，光纤接入网和接入控制器(AC)为核心。RSU和AC数据交换接口是快速以太网接口(100/1000Mbps)。RSU和AC与光纤接入网之间通过Adapter适配传输协议。AC控制器再通过Modem连接到远端的ITS核心网，本发明提供的技术方案，可实现在RSU之间的快速平滑移动性管理机制,从而保证终端移动过程中的可靠业务传输。以适应终端的高速移动性,克服无线链路的不稳定性，满足上层业务的QoS需求等。

移动性管理是智能交通系统(ITS，Intelligent Transport System)必备的机制。该功能根据OBU的状态主要分为两类空闲状态下的移动性管理和连接状态的移动性管理。空闲状态下的移动性管理主要通过小区重选过程来实现，连接状态的移动性管理主要由切换过程来完成。

小区重选

在空闲模式下，通过对服务小区和邻近小区的信道质量测量值的监控来触发小区重选。服务小区可以通过测量响应消息指示和配置车载单元(OBU，on Board Unit)搜索和测量邻近小区的信息。小区重选的准则涉及服务小区和邻近小区的测量。OBU根据当前的信道质量测量结果和网络侧配置的门限值，依据重选判决准则来判定是否发起小区重选过程。一旦确定重选目标小区，OBU开始与目标小区进行入网程序。与目标小区完成入网程序后，则OBU可 以驻留在本小区，并向核心网发送位置更新消息，具体流程如图3所示。

其中包括切换管理的步骤。

切换基本程序

当OBU处于业务连接状态时，通过切换流程可以为OBU实现移动性管理。切换程序包括信道测量,切换触发，切换判决与切换准备,切换执行。基本的切换程序如图4所示。

信道测量

为了辅助切换判决，路侧单元(RSU，Roadside Unit)可以为OBU分配相应的时间间隔，进行信道扫描测量，并上报服务小区和邻近小区的信道测量结果，为后续的信道切换和小区切换做准备。

具体的测量步骤如下：

步骤1，OBU测量当前小区工作信道的平均信号强度(RSSI，Received Signal Strength Indicator)。

步骤2，将当前小区的工作信道的平均RSSI测量值与设定的门限值RSSI_DL_DROP进行比较。测量值小于门限值RSSI_DL_DROP时，定时器开始计时。

步骤3，在设定的迟滞时间T1内当前小区的平均RSSI的测量值是否都小于门限值RSSI_DL_DROP。如果是，发送由接收信号强度下降事件触发的测量请求消息给RSU-S。

步骤4，根据RSU-S返回的测量响应消息，此消息携带分配的测量时间与候选小区列表信息，启动对候选小区的测量，测量候选小区的工作信道的RSSI。

步骤5，如果候选小区符合切换条件，则发送包含有候选小区的作信道的平均RSSI测量值的切换请求给RSU-S。

RSU-S根据OBU发送的切换请求进行切换判决并执行后续的切换流程。

切换触发

对于ITS系统，切换可以根据信道变化，由OBU触发；对于OBU触发的切换，OBU向RSU-S发送HO-REQ消息触发切换程序，然后开始RSU与RSU之间的切换准备的信令交互。

网络测也可以根据负载均衡为目的发起切换。对于由网络侧触发的切换，网络侧向RSU-S向OBU发送HO-COM消息来触发切换的，RSU-S和RSU-D之间 的切换准备交互程序，是在切换触发之前完成的，具体如图5所示。

切换判决和切换准备

对于OBU触发的切换，RSU-S根据HO-REQ消息所携带的推荐的一个或者多个候选RSU，RSU-S可以向一个或者多个候选RSU发送切换准备消息，询问可用资源等参数，从而为OBU确定切换目标RSU-D。并通过HO-COM消息通知OBU。

对于由网络侧触发的切换，网络侧根据先前的切换准备交互中，为OBU选择目标RSU信息，并通过HO-COM消息中携带目标RSU-D信息。一旦确定RSU-D后，RSU-S可以通过骨干网可以将OBU能力信息、业务上下文等信息在切换前发送至RSU-D，用于切换性能优化。

在此阶段中，RSU-D可以预先分配临时OBUID参数，经过RSU-S并通过HO-COM消息发送给OBU。OBU收到HO-COM命令后，OBU根据HO-COM所携带参数应该更新信息，包括OBUID为RSU_D的TOBUID，和RSU_D所使用的认证等消息。如果RSU-D为OBU在切换过程中分配了TOBUID，那么此时OBU所使用的不同FID在切换过程中可以不用更新。

切换执行

一旦接收到HO-COM消息，在指定的切换时间内，OBU开始执行与RSU-D入网程序。如果HO_COM消息中携带了RSU-D所分配的TOBUID参数，在临时OBUID参数的有效期内，OBU应该使用TOBUID参数完成与RSU-D的无竞争的接入流程，即OBU等待TOBUID所分配的资源指示进行无竞争接入。一旦所分配的临时OBUID过期，OBU随机选择PN码在RACH信道中进行竞争的随机接入。RSU-D收到测距码后，将发送测距CCH，同时分配RA-REQ的上行带宽。OBU收到RA-RSP后，OBU和RSU-D空口之间切换成功，即可以正常通信。

切换完成

OBU与RSU-D可以正常通信以后，RSU-D向车载单元管理实体OME/业务控制网关SCG发送路由更新消息，进行后台路由更新。

切换流程

由于切换流程属于跨多个网络实体，跨多层协议的一个复杂过程。下面将针对ITS系统内空口最基本的过程给出介绍。

以OBU触发切换为例，切换流程如图3所示。其中图中的虚线部分是可选步骤，根据切换命令的指示类型来决定切换的流程。

具体切换步骤如下：

1)在一段时间内,一旦当前小区的信号质量(平均RSSI)低于测量阈值，OBU像当前服务小区(RSU-S)发送测量请求消息。

2)RSU-S返回测量响应消息，并为OBU分配信道测量时间和候选列表信息。

3)OBU根据信道测量结果，进行切换触发判断，如果在一段时间内,接收到的信号质量(平均RSSI)超过切换阈值，向RSU-S发送切换请求，触发切换。

4)RSU-S根据切换请求的所携带的推荐候选RSU进行切换判决，并确定目标RSU-D。

5)RSU_S向目标RSU-D1发送切换准备，进行切换资源的预留，消息具体定义见下面描述。

6)RSU-S向OBU发送切换命令消息。切换命令消息中，携带切换类型指示。

7)收到切换命令后，OBU根据切换命令所携带的相关参数，向RSU-D发起切换过程。

根据切换命令消息中携带的切换类型，进入不同的切换流程。如果切换类型为“重新接入类型”，那么OBU将在RSU-D所在的信道，重新发起一次接入过程，与入网流程相同。

如果切换类型为竞争型接入，将根据步骤8～11步骤进行快竞争模式的接入，省去了能力协商过程。如果切换类型为无竞争接入，按照步骤12进行切换。

8)OBU在RSU-D的RACH信道发送PN码，以新的OB一样采用竞争接入模式。

9)RSU-D收到接入码之后，发送下行传输RA-REQ的上行资源分配CCH，并携带功率和上行TA信息；

10)OBU在在所分配的资源上发送RA-REQ，携带OBU MAC地址。

11)收到RA-REQ后，RSU-D发送RA-RSP，并分配唯一的OBUID；

12)无竞争接入模式下，RSU-D需要提前为该用户分配好OBUID，并在切换命令中通知OBU由RSU-D的分配的临时OBUID等信息；

13)RSU-D向核心网设备OME/SCG发送路由更新消息，进行下行业务 传输恢复；

14)至此，OBU通过RSU-D的上下行业务切换完成，向通知RSU-S释放资源。

在本发明实施方案中涉及的消息体描述如下：

测量请求帧(CM-REQ)

OBU根据测量的当前小区的RSSI，一旦RSSI低于阈值，可以主动向当前RSU发送CM-REQ消息,请求测量时间和邻近小区列表信息。CM-REQ携带的参数如表1所示。

表1 CM-REQ消息参数

测量响应帧(CM-RSP)

CM-RSP可以用来响应CM-REQ消息，也可以由网络测主动发送，对OBU进行测量的控制。CM-RSP携带的参数如表2所示。

表2 CM-RSP消息参数

测量报告帧(CM_REP)

根据收到的CM-RSP消息中的测量报告的指示信息，OBU进行测量结果上报。CM-REP消息中携带的参数如表3所示。

表3 CM-REP消息参数

切换请求帧(HO_REQ)

对于由OBU触发的切换，OBU可以向当前服务的RSU(RSU-S)发送HO_REQ 消息，触发切换程序。其中HO_REQ携带参数如表4所示。

表4 HO_REQ消息参数

切换命令帧(HO_CMD)

当前服务的RSU发送HO_CMD触发切换，或者用来确认由OBU发送

的HO_REQ的消息。HO_CMD携带的消息参数如表5所示。

表5 HO_CMD消息参数

本发明提供的技术方案，可实现在RSU之间的快速平滑移动性管理机制,从而保证终端移动过程中的可靠业务传输。以适应终端的高速移动性,克服无线链路的不稳定性，满足上层业务的QoS需求等。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。