在移动WiMAX网络中防止乒乓切换效应的方法

摘要

本发明涉及在移动WiMAX网络中防止乒乓切换效应的方法。为了防止在WiMAX兼容网络中的基站间带有乒乓效应的切换，先为使用的切换触发原因分配优先级，并编码优先化的原因。然后将代码细分为无限制的切换的第一类别和受限制的切换的第二类别。第一类别包括最高优先权切换。第二类别包括具有高或正常优先权的切换的给定子集，用于优化资源。除此子集之外，第二类别还包括具有正常优先级的功率预算切换。在决定外向切换时，如果目标BS对应此移动对象的之前的服务BS，则当前的服务BS允许或选择性地抑制至目标BS的切换请求。在因包含于第二类别的给定子集中的切换原因的出现而触发的处罚时间期间，选择机制仅执行于受限制的切换的第二类别。

说明书

技术领域

本发明涉及宽带无线电信网络，并特别地涉及一种在移动WiMAX网络中防止乒乓切换效应的方法。说明书结尾描述了用[...]标识的参考文献和使用的首字母缩写词。

更特别地，本发明应用于一种遵循IEEE 802.16-2004标准[1]的移动无线宽带接入网络，其中IEEE 802.16-2004标准[1]经IEEE 802.16e-2005[2]修订并经IEEE802.16-2004 Corrigendum 2[3]纠正。本发明还可以延及遵循IEEE 802.16 Rev2[4]的移动无线宽带接入网络。本发明同样适用于WiMAX论坛规范(也即Stage 2和Stage 3[5]规范)。

背景技术

如在WiMAX论坛中所述，移动WiMAX是一种能够通过通用广域宽带无线电接入技术和灵活的网络结构融合移动和固定宽带网络的宽带无线解决方案。在非视距(non-line-of-sight)环境中，为了改善的多径性能，移动WiMAX空中接口采用正交频分多址(OFDMA(Orthogonal Frequency Division MultipleAccess))。在IEEE 802.16e修改版本中介绍了可定标(scalable)OFDMA(SOFDMA)，从而支持从1.25到20MHz的可定标信道带宽。

图1示出了WiMAX网络的参考结构，稍后将对图1做详细描述。在实际中，我们看到移动台(MS)通过R1接口无线连接到基站BS1。出于各种原因，该MS可以请求网络将用户的连接从当前无线电信道切换到不同小区(或相同小区)的另一无线电信道。此外，出于多种原因，BS能够响应于MS请求或自发地触发切换过程(例如为了无线电信道质量，通信业务负载条件，资源状态)。一些触发原因需要立即执行切换(紧急切换(imperative handover))，否则会发生掉话或严重干扰。其它触发原因不需要立即执行，因为目的仅仅是为了优化：例如为了个别的的无线电链路优化(功率预算切换(power budget handover))或为了网络资源优化(用于负载平衡准则的切换等)。在第二情形下，因为之前的服务BS可提供更好的无线电信道条件，目标BS可立即触发切换回之前的服务BS。在其停止(通常在计数满期时)之前可能来回重复多次，引起所谓“乒乓”效应，由于切换事件的非必要增加，该乒乓效应可能导致系统不稳定、掉话(call drop)增加以及QoS下降。

在WiMAX标准化的现阶段，甚至查找最接近的蜂窝技术，教导一直是与其技术无关地禁止乒乓切换。这一处置方式引入了额外的干扰，因为那些有用的切换也将被阻止，也就是，因为移动对象真的将来往于两小区之间而在两BS之间重复命令功率预算切换。

此外，为了降低系统的不稳定性，WiMAX、GSM、和W-CDMA为切换采用滞后余量(hysteresis margin)。滞后余量的效应是防止MS立即与最合适的小区连接，用这一方式减少乒乓效应。滞后越大，系统性能越低，因为MS与次最佳的小区保持更长时间的连接。实际上，由于在紧邻的小区上产生了额外的干扰，在低频再利用系统(例如WiMAX)中，大的滞后值特别有害。

发明内容

鉴于所描述的现有技术，本发明的目标是提供一种准则，用以仅禁止实际上是乒乓切换的那类切换，但是允许切换到不同的BS，从而避免大的资源浪费滞后。

本发明通过以下方式来达到所述目标：提供一种在蜂窝通信网络的基站之间控制至移动台的无线电连接的切换的方法，包括以下由每个基站执行的步骤：

a)为可包含在切换请求或确认消息中的每一切换触发原因分配优先级并编码优先化的切换触发原因；

b)将如此所获得的代码细分为与无限制的切换相关的第一类别和与被限制的切换相关的第二类别；

c)为针对特定的移动台所接受的到来的切换存储之前服务基站的标识符；

d)如果与被接受的切换有关的优先化的切换触发原因的代码属于第二类别的给定子集，则启动处罚计时器(penalty timer)；

e)确定新的有效条件来触发针对此移动台的切换请求，和

·检测目标基站标识符是否与所存储的标识符相等，和

·检测与所述新的有效条件有关的优先化的切换触发原因的代码是否属于第二类别，和

·处罚消逝时间低于可配置的值；

f)如果在前步骤的所有条件同时被满足，则抑制为所述移动台发出切换请求，否则发出包含切换触发原因的切换请求，如权利要求1中所述。

本发明的其它特征在从属权利要求中描述。

根据本发明的一方面，第二编码类别包括用于如负载平衡的网络资源分配优化和通信业务分布的切换触发原因的代码，具有高或正常优先级。

根据本发明的另一方面，第一编码类别主要包括涉及如UL/DL电平/质量或告警的紧急切换的切换触发原因的代码，具有最高优先级。

根据本发明的另一方面，具有正常优先级的优先化功率预算切换触发原因的代码处于第二编码类别的所述给定子集之外。功率预算是使用切换来防止相邻小区干扰从而提高传输质量的功率控制特征。

根据本发明的另一方面，通过包含在切换请求消息和切换确认消息中的厂商特定TLV信息元素来传输所述切换触发原因。

根据本发明的另一方面，既然信息通过切换消息被用信号传送给目标基站和接入服务网网关，为每一切换原因提供切换性能计数器。

根据本发明的另一方面，所述蜂窝电信网具有基于OFDMA或SOFDMA技术的无线电接口。

以上公开是通过所提出的方法真正解决本发明问题的合理实证。实际上，实现选择机制来选择性地禁止那些仅用于网络资源优化和负载平衡目的切换。然而，尽管功率预算切换是优先级低于被禁止的切换的触发原因，但对应的切换请求不被抑制并对于该移动对象允许乒乓切换，因为它的确是由物理原因产生的，也就是说，移动对象正移动跨越两小区之间的边界。因此这么做减少了干扰级别并避免了有害的振荡。因此在减少掉话可能性的同时改善了系统稳定性和服务质量(QoS)。

附图说明

可以通过以下结合附图进行的实施例的详细描述来理解本发明以及其优点，这些附图仅被提供用作非限制性地解释目的，其中：

-图1作为实现本发明的可能情形的示例示出了WiMAX固定和移动网络的参考结构；

-图2表示根据本发明方法选择切换延迟的消息时间图；

-表1描述了可能的切换原因编码和优先级。

-表2描述了遭遇切换禁止的切换原因。

具体实施方式

参见图1，我们看到包含三个主要功能块的WiMAX参考模型，即：网络服务提供商(NSP)1、网络接入提供商(NAP)、和移动台(MS)3。NSP1包括连接到也提供IP服务的外部应用服务提供商(ASP/IP)5的连通性服务网络(CSN)4。NAP2包括由通过接口R8’相互连接的第一基站(BS1)7和第二基站(BS2)8、以及通过接口R6’连接到BS17和BS28并且通过接口R4’连接到同一NAP块2的但在ASN 6外部的另一ASN GW块的无线接入网网关(ASNGW)9组成的接入服务网络(ASN)6。ASN GW 9通过R3接口连接到CSN块4。MS 3通过R1接口无线连接到ASN块6(BS1和/或BS2)，并通过R2接口连接到CSN块4(通过NAP块2)。

除了描述用撇号标记的接口(R6’，R8’，R4’)，其中包括将参考图2进行描述的相应的标准接口的升级，在参考标准化中详细描述操作。与描述相关的操作的焦点主要在于通过ASN GW 9，使用通过R6’接口传送到BS 7和8的切换触发原因在R6’接口处在基站之间切换。这些信息元素还通过R4’接口与其它ASN GW 10通信。通过R8接口在基站之间的切换将被计划用于WiMAX的未来版本。

在参考文献[5]的目前阶段，并未考虑在BS之间的切换触发原因信令的交换。其目标BS不知晓切换原因。参考文献[5]的第5.3.2.203节将“Vendor SpecificTLV”定义为可选的TLV，其中该可选TLV允许在R4和R6接口上增加厂商特定信息。不受限制地，本发明利用厂商特定TLV来添加关于切换触发原因的信息。

图2的消息序列图涉及以下三个网络元件：MS(1)、BS1(7)以及BS2(8)，它们涉及基站之间的切换，其中选择性地防止反跳(bouncing)风险。为了简化，发往/来自ASN GW9的消息未示出；这一节点通过各自的R6’接口在两个BS7和BS8之间执行中继功能。通过以下的初步描述便于理解该时间图。

如前所述，服务BS应该通过将厂商特定TLV添加到HO_Request和HO_Confirm消息来在R6’接口上用信号通知切换(HO)的原因。将切换原因编码进厂商特定TLV的厂商特定信息字段(Vendor Specific Information Field)中。这一处置方式不是强制的，任何其它类型的适当的消息格式都可用于同样的目的。

表1描述了以下信息元素：

·列1：主要切换触发原因的运营商命名；

·列2：可能的切换原因编码的示例；

·列3：分配给切换触发原因的优先级的示例；

可为触发名称、切换原因编码和优先级考虑其他或不同的值，然而仍然可以使用用于编码和传输切换原因信息的这里提出的机制。

应该通过以下步骤防止乒乓切换：

·针对每一到来的切换，在目标基站(BS)中存储关于在表1中定义的切换原因的信息。

·在到来的切换的触发条件为表2中所列的一个的情况下，应当为到来的移动台(MS)启动定时器“T_back_HO”(图2)。

·每当到来的切换发生时，新的服务BS还保持之前的服务BS的基站标识符(BSID)。

·每当对于特定的MS而言，用于切换的触发条件被满足时，BS检查目标BS不同于该MS的之前的服务BS。在这种情况下，切换过程按通常的方式进行。

·在目标BS对应之前的服务BS的情况下，考虑与切换原因有关的优先级：

·如果优先级为“最高”(HO原因编码0，1，2，7)，则允许切换并按照通常方式进行切换过程；

·如果优先级为“高”或“正常”(HO原因编码3，4，5，6)并且T_back_HO消逝时间低于可配置的参数“Penalty_time_HO”，则应当停止切换过程并且不执行切换。

标准功率预算表达式(PBGT(n))提供一种将MS和服务小区(PBGT(s))的路径损耗与MS和潜在的切换目标小区(PBGT(t))的路径损耗进行比较的方法。当(PBGT(n))超过由系统操作者选择的切换门限值时，可以发起切换。通信系统内的切换门限值可以选择尽可能小(高于正常的信号变化)从而最小化再利用系统内的发射机功率级和互干扰。

转而关注图2，第一页中表示的时间图致力于在非紧急的足够QoS切换原因下，MS连接从BS1到BS2的切换的性能，所述非紧急的足够QoS切换原因在表1中优先化为正常且用4编码。该优化切换由BS1升到BS2，因为它估计MS在该无线电链路上具有足够的QoS。由BS1通过ASN GW中继功能在R6’接口上向BS2发送包括字段HO原因中的“足够的QoS HO”的第一消息HO_Req。HO_Req消息中的HO原因信息元素与厂商特定TLV信息一致。以下步骤完成了BS1-BS2和BS1-MS之间的握手，一直到(up)BS2应答(acknowledge)切换并且MS被注册到BS2。BS2在传输HO_Ack消息到BS1的同时，触发T_back_HO计时器，处罚计数开始直到可配置的间隔Penalty_time_HO为止。

在图2的第二页中，由于MS无线电链路的QoS被认定不足，BS2又命令切换回BS1。通过对连续步骤的多次比较避免了乒乓，并且切换被阻止，直至T_back_HO计时器满期、也就是说Penalty_time_HO消逝。由于经过了足够的时间，现在可以使能被阻止的切换而不经历乒乓效应。在T_back_HO计时器满期之后，允许任何类型的切换，例如图中所示的功率预算原因的切换。由BS2在R6’接口上发送包含字段HO原因中的“功率预算”的消息HO_Req到BS1。后续步骤完成了BS2-BS1和BS1-MS之间的握手，一直到BS1应答切换并且MS被再次注册到BS1。

尽管已特别地参照优选实施例描述了本发明，但对本领域技术人员显而易见的是，本发明并不局限于此，并且在不脱离如由所附的权利要求定义的本发明范围的情况下，可以进行更进一步的变化和修改。

表1

HO原因编码和优先级示例

  触发名称  切换原因编码  优先级  UL接收电平HO  0  最高  UL接收质量HO  1  最高  因告警准则的MS发起切换  2  最高  功率预算HO  3  正常  足够的QoS HO  4  正常  不足的QoS HO  5  高  因通信业务理由的HO  6  正常  因DL质量或DL接收电平的  切换  7  最高

表2

遭受切换禁止的切换原因

  触发名称  切换原因编码  足够的QoS HO  4  不足的QoS HO  5  因通信业务理由的HO  6

使用的首字母缩写词

3GPP   第三代合作伙伴计划

ASN    接入服务网

ASN GW 接入服务网网关

ASP    应用服务提供商

BS     基站

CSN    连通性服务网

GSM    全球移动通信系统

IEEE   电气电子工程师协会

MS     移动台

NAP    网络接入提供商

NSP    网络服务提供商

OFDM   正交频分复用

OFDMA  正交频分多址

QoS    服务质量

SOFDMA 可定标正交频分多址

TLV    类型/长度/数值

UMTS   通用移动电信系统

WCDMA  宽带码分多址

WiMAX  全球微波接入互通

参考文献

[1]IEEE Computer Society and IEEE Microwave Theory and Techniques Society，“IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networks Part 16：Air Interfacefor Fixed Broadband Wireless Access Systems”，IEEE Std 802.16-2004(Revisionof IEEE Std 802.16-2001)，1 October 2004.

[2]IEEE Computer Society and IEEE Microwave Theory and Techniques Society，“IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networks Part 16：Air Interfacefor Fixed and Mobile Broadband Wireless Access Systems”Amendment 2：Physical and Medium Access Control Layers for Combined Fixed and MobileOperation in Licensed Bands and Corrigendum 1，IEEE Std 802.16e^TM-2005 andIEEE Std 802.16^TM-2004/Cor1-2005(Amendment and Corrigendum to IEEE Std802.16-2004)28 February 2006

[3]IEEE Computer Society and IEEE Microwave Theory and TechniquesSociety，”Draft Standard for Local and metropolitan area networks Part 16：AirInterface for Fixed and Mobile Broadband Wireless Access Systems--Corrigendum 2”.

[4]IEEE Computer Society and IEEE Microwave Theory and Techniques Society，“DRAFT Standard for Local and Metropolitan Area Networks Part 16：Air Interfacefor Broadband Wireless Access Systems”，P802.16Rev2/D1(October 2007)Revision of IEEE Std 802.16-2004 as amended by IEEE Std 802.16f-2005 andIEEE Std 802.16e-2005

[5]Wimax Forum Network Architecture Stage 3(Detailed Protocols and Procedures).