一种基于电力物联网的无线终端业务多连接切换方法与流程

本发明属于通信领域，尤其涉及一种基于电力物联网的无线终端业务多连接切换方法。

背景技术：

国家电网在2019年发布《泛在电力物联网白皮书2019》，提出全面建设泛在物联网。泛在电力物联网，是充分应用移动互联、人工智能等现代信息技术、先进通信技术，实现电力系统各个环节万物互联、人机交互，具有状态全面感知、信息高效处理、应用便捷灵活特征的智慧服务系统。这一系统将会使电网变得更“聪明”，把电力系统里的各种设备、电力企业、用户相联，使得互联互通系统无处不在，同时也能够带动更多相关产业产生协同效应，改变我们的生产生活。

由于连接多个基站进行数据传输服务，业务数据面临不同的接入选择以及传输过程中可能出现的连接切换问题。从网络整体的角度看，以上结果关系到网络资源的合理分配和各个接入基站的负载均衡问题。从用户的角度来看，用户业务的质量保证和使用体验也将直接受到影响。具体地，当物联网终端进行移动时，如巡检机器人，在两个基站间进行切换，单连接的状态无法保证切换过程中的可靠通信。或者当物联网终端所处环境的信道质量发生变化时，终端需要重新进行网络选择，保证其可靠的输出传输服务。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的缺点和不足，本发明提出了一种基于电力物联网的无线终端业务多连接切换方法，所述多连接切换方法包括：

在多个基站共同覆盖范围内收集各个网络信息，以及包括业务需求信息、终端设备状态、用户偏好、接入点在内的参考信息；

当连接的性能下降无法保证业务服务质量需求时，结合移动终端状态，触发网络为该业务重新选择一个新的网络连接，将该业务在不同的连接之间进行切换；或

由于移动终端在密集覆网络盖下发生移动，为保证业务连续性在不同基站之间进行切换。

可选的，所述在多个基站共同覆盖范围内收集各个网络信息，以及包括业务需求信息、终端设备状态、用户偏好、接入点在内的参考信息，包括：

根据各个参数的不同的特性，可以将信息参数分为动态参数和静态参数。

可选的，所述动态参数包括：

接入网络的负载率；

网络的状态属性，如带宽、速率、时延、抖动；

无线信道状况，如无线信号强度、信噪比、干扰；

终端能耗情况，业务消耗资源情况。

可选的，所述方法还包括：

主基站对终端进行测量控制，发送允许终端进行上行传输的许可；

终端测量其周围基站的rsrp后将信息上报给主基站；

主基站根据终端上报的rsrp信息，确定协作基站的候选集，向周围的协作基站发送服务用户数目信息和负载信息请求；

协作基站上报请求的信息，包括服务基站的数目；

主基站根据用户密度数目，选择基站进行切换，向准备切换的基站发送添加请求；

协作基站返回请求信息；

主基站获取信息后，向终端发送下行服务许可，主基站对终端进行rrc连接配置；

终端返回rrc连接配置信息；

协作基站配置完成。

本发明提供的技术方案带来的有益效果是：

借助多连接在切换时也将表现出优异的性能，不会出现掉线的现象，确保物联网终端的服务质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例提出的一种基于电力物联网的无线终端业务多连接切换方法的流程示意图；

图2是本申请实施例提出的实现多连接条件下的切换过程示意图；

图3是本申请实施例提出的多连接信令交换示意图。

具体实施方式

为使本发明的结构和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的结构作进一步地描述。

实施例一

参考释义

rsrpreferencesignalreceivedpower(接收考信号)

ueuserequipment(用户设备)

s1-u表示基站与核心网之间的接口

u-u表示基站到用户之间的接口

menbmainenodeb(主基站)

senbsupplementaryenodeb(辅助基站)

rrcradioresourcecontrol(无线资源控制)

rbresourceblock(资源块)

sgwservinggateway(服务网关)

lte-ulong-termevolutioninunlicensedbands(免许可频段lte-u技术)

本文提出一种基于电力物联网的无线终端业务多连接切换方法，如图1所示，所述网络切换方法包括：

11、在多个基站共同覆盖范围内收集各个网络信息，以及包括业务需求信息、终端设备状态、用户偏好、接入点在内的参考信息；

12、当连接的性能下降无法保证业务服务质量需求时，结合移动终端状态，触发网络为该业务重新选择一个新的网络连接，将该业务在不同的连接之间进行切换；或

13、由于移动终端在密集覆网络盖下发生移动，为保证业务连续性在不同基站之间进行切换。

在实施中，在电力物联网的多连接场景中，物联网终端与接入网的连接不再局限于单个基站，而是一簇相互协作的基站，多个基站同时通信的架构给了终端更大的服务基站选择空间，但是同时也要考虑连接多基站所带来的问题。首先是协作基站的数量的确定，如果协作基站太少，则无法充分利用泛在物联网密集组网的优势，丰富的无线链路资源得不到充分的利用，会影响性能。但是，如果一个终端同时与过多的基站建立了连接，终端就必须同时配置多套无线协议栈实体，这会大大增加基站的复杂度，同时会增加物联网的复杂度和拥挤度，当调度不合理时，还会造成信道质量较好的无线链路被抢占的情况。因此，在电力物联网的场景中，为了提高多连接时系统的性能，增加频谱利用率，需要对连接基站的数量进行控制，使其维持在合理的范围内。其次，在根据终端所在的位置确定了基站的个数之后，还需要进一步确定需要选择哪一个或者哪几个基站作为协作基站簇。

基站的选择是数据传输的根本，直接决定了物联网终端在未来一段时间内的数据传输质量和用户的体验，并影响着系统吞吐量和系统平均时延等系统性能。因此物联网终端需要自适应进行网络选择，使得多连接的协作基站簇选择结果能够根据物联网终端当前所处的场景环境，动态地计算连接的基站数量以及对应的基站id。同时，基于系统性能考虑，算法本身应不引入过多的参数，或是过于复杂的计算过程，尽量能使参数简单有效，且便于计算，以免造成额外的系统信令开销。

除了进行有效的网络选择外，多连接还能提高移动性管理的性能，即在用户发生切换时，可以保证在切换时一定有链路没有中断，以提高切换的成功率与终端的服务质量。

一般情况下，多连接场景下切换可能由如下几种情况触发：

1)当连接的性能下降，无法保证业务服务质量需求，并且考虑到移动终端状态等因素，可能触发网络为该业务重新选择一个新的网络连接，将该业务在不同的连接之间进行切换。

2)由于移动终端在密集覆网络盖下发生移动，为保证业务连续性，在不同基站之间进行切换。

上述两种多连接下的切换场景，本质是多连接重新选择过程。选择过程，主要包括的功能模块有信息参数收集模块、接入选择模块、目标接入输出模块。

其中，信息参数收集模块主要包括以下功能：收集网络状态信息、业务需求信息以及系统预配置策略和用户偏好等。根据各个参数的不同的特性，可以将以上信息参数分为两类：动态参数和静态参数。一般地，动态参数会在业务运行期间，一定的时间范围内发生变化，与当前网络负载、用户业务和状态等相关。主要包括：

接入网络的负载率；

网络的状态属性，如带宽、速率、时延、抖动等；

无线信道状况，如无线信号强度、信噪比、干扰等；

终端能耗情况，业务消耗资源情况等。

相比于动态参数，静态参数一般保持一个相对稳定的值，在某个业务持续期间基本不会发生变化。这类参数主要包括：接入网络的总带宽；业务类型以及其服务质量需求。

根据以上的参数信息，运行上述提出的网络选择算法，实现多连接条件下的如图2所示的切换过程，其切换过程包括三个阶段：信息收集、切换决策、切换执行。

1)信息收集：即在多个基站共同覆盖范围内，不仅需要收集各个网络信息，还需要收集包括业务需求信息、终端设备状态、用户偏好、接入点等信息，用于切换决策。

2)切换决策：结合网络连接状态的变化以及用户业务基本服务质量需求指标，对当前可用网络进行性能评估并且排序，选择其中评价最优的网络提供给用户作为切换目标。

3)切换执行：根据上面的判决结果，进行切换操作。

具体地，基于多连接的整个切换的信令流程为：

(1)主基站对终端进行测量控制；

(2)主基站允许终端进行上行传输；

(3)终端测量其周围基站的rsrp后将信息上报给主基站；

(4)主基站根据终端上报的rsrp信息，确定协作基站的候选集；

(5)向周围的协作基站发送服务用户数目信息和负载信息请求；

(6)协作基站上报请求的信息，包括服务基站的数目；

(7)主基站根据用户密度数目，选择基站进行切换；

(8)向准备切换的基站发送添加请求；

(9)协作基站返回请求信息；

(10)主基站获取信息后，向终端发送下行服务许可；

(11)主基站对终端进行rrc连接配置；

(12)终端返回rrc连接配置信息；

(13)协作基站配置完成；

(14)切换成功。

不同于单连接模式，提出面向泛在物联网的多连接方式与协议。提出基于多连接的网络选择的准则与算法。提出基于多连接的切换机制。不同于单连接，多连接可以保证泛在电力物联网的服务质量，保证电力数据的稳定检测与运行。在电力物联网的多连接场景中，物联网终端与接入网的连接不再局限于单个基站，而是一簇偶相互协作的基站，与多个基站同时连接的机制给了终端更大的服务基站选择空间。进行合理的多连接网络选择，可以进一步提高多连接系统的性能。多连接在切换时也将表现出优异的性能，不会出现掉线的现象，确保物联网终端的服务质量。

针对提出的发明内容，考虑网络选择和移动性管理两个对应的实施案例。

实施例一：

考虑泛在电力物联网的多连接场景下的网络选择过程，系统内含有k个物联网终端与m个基站，k个终端分别从基站中选择合适的协作基站簇进行通信。

具体的实施过程为：

s1初始化。包括系统内终端用户数目k以及基站的数目m，终端到基站的接收的rsrp作为强度矩阵p，大小为m×k，协作基站矩阵s＝zeros(m,k)，即网络选择的策略，矩阵中每一列的值为1即表示该用户选择的协作基站簇，每个终端用户可以接入基站的最大个数nk，选择基站策略的rsrp阈值λ。

s2选出参数矩阵p中每一列的最大的项，作为对应用户的主基站。

针对每个终端用户k，进行如下操作流程：

s3根据终端用户k从各个基站获取的rsrp的值，选出大于阈值λ的部分，作为协作基站的候选集ak，该阈值表示能够满足最低服务质量的rsrp。

s4计算候选集ak中每个基站的主服务用户数目ρi，可以衡量其负载的大小。

s5根据计算得到的基站的主服务用户数目进行排序，从中挑选出服务用户数目小的nk个基站作为协作基站簇，如果小于nk，则全部作为协作基站。

实施例二：

考虑泛在物联网的多连接场景中的切换问题，物联网终端在进行切换时，其实就是重新网络选择的过程，终端依靠其主基站进行辅助切换，重新选择一簇协作基站进行通信，值得注意的是，切换过程中，没有链路丢失的情况，因此数据不会丢失。具体的实施过程为：

s1主基站对终端进行测量控制

s2主基站允许终端进行上行传输

s3终端测量其周围基站的rsrp后将信息上报给主基站

s4主基站根据终端上报的rsrp信息，确定协作基站的候选集

s5向周围的协作基站发送服务用户数目信息和负载信息请求

s6协作基站上报请求的信息，包括服务基站的数目

s7主基站根据用户密度数目，选择基站进行切换

s8向准备切换的基站发送添加请求

s9协作基站返回请求信息；

s10主基站获取信息后，想终端发送下行服务许可；

s11主基站对终端进行rrc连接配置；

s12终端返回rrc连接配置信息；

s13协作基站配置完成；

s14切换成功。

上述实施例中的各个序号仅仅为了描述，不代表各部件的组装或使用过程中的先后顺序。

以上所述仅为本发明的实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。