[发明专利]V2I通信中基于运动预测的二层快速切换方法

说明书

技术领域

本发明利用车辆的运动信息及其轨迹受限性提出了一种新型的预测式快速切换方法，属于移动通信领域，特别是车辆与路边基础设施(V2I)通信、铁路GSM-R系统等移动节点轨迹受限、有基础设施的无线通信系统。

背景技术

车载自组织网(VANET)作为智能交通系统(ITS)的一个重要组成部分，在提高交通安全、交通效率、行车舒适度等方面发挥着重要作用，并受到了全世界的广泛关注。它创造性的将无线通信技术和Ad hoc技术结合在一起，通过车辆间(V2V)、车辆与路边基础设施(V2I)的通信为公众提供各种安全、娱乐相关服务。车载环境的无线接入(WAVE)作为VANET的无线通信标准，其物理层和MAC层采用IEEE 802.11p，通信范围只有300-1000m。车辆的高速移动性与路边基础设施通信覆盖范围的有限性，必然导致频繁的越区行为。为保证通信的连续性与VANET应用的可靠性，必须设计一种快速的越区切换技术，降低切换时延、减少丢包及信令开销。

在无线局域网(WLAN)的二层(即数据链路层)快速切换问题上，人们提出了多种不同的方法。其中，多数基于预测式，即在当前服务接入点的覆盖范围内预先估计下一个接入点，提前做好切换准备。根据触发预测、确定下一接入点的不同因素，可以将目前主流的预测式快速切换方法分成以下三类：

1、基于信号强度的预测式快速切换

基于信号强度的预测式快速切换其原理和CDMA中的软切换相似。基本思想在于：在不同小区的交叠范围内，移动台同时接收来自不同接入点(AP)的信标(Beacon)信号，若当前服务AP的信号强度低于某一阈值，则根据预切换的策略选择信号强度最强的一个AP或信号强度较强的AP集合作为即将接入的下一跳AP，提前执行预切换措施，如动态信道扫描、预认证等，以此减少切换延迟。然而，这种方法要求小区间必须有交叠，因此在小区覆盖不连续的情况下并不适用。事实上，在实际的VANET中，铺设大量路边基础设施以保证无处不在的连续通信覆盖既是不经济也是不必要的。

2、基于位置信息的预测式快速切换

与基于信号强度的预测式快速切换不同，基于位置信息的预测式快速切换方法利用位置信息作为预测触发及下一跳AP选择的依据。此方法假定移动台具备定位能力，如安装了GPS、惯性导航等，并要求已知关注区域内所有AP的位置、网络前缀等信息。根据AP数据库的存储主体及下一跳AP的判决者，基于位置信息的预测式快速切换方法又可细分为基于服务器和基于主机两种。

在基于服务器的方法中，要求有单独的服务器存储AP数据库。移动台周期性的向服务器发送自己的位置信息，服务器根据AP数据库中已有的位置信息计算其与当前AP的距离。若超过一定的阈值，则搜索数据库中的其它AP，选择距离移动台最近的点作为下一跳即将接入的AP并通知移动台。移动台接收到包含了下一跳AP位置、网络前缀、工作频率等信息的通知后，即启动预切换措施，提前做好切换准备。基于主机的方法与基于服务器的类似，只是将AP数据库存储在移动台，且由移动台本身选择下一跳。

尽管基于位置的预测式切换克服了要求小区连续覆盖的局限性，但也不可避免的引入了一些新的问题。对于基于服务器的方案，由于引入了服务器，势必会增加成本；而周期性的向服务器更新移动台位置信息既占用了宝贵的频率资源也加大了服务器的负担。对于基于主机的方案，将数据库储存及预测选择放在移动台本身，必然要求加大移动台的储存空间、提高其运算能力，对现有的移动终端改动大，不利于实施。此外，大范围AP数据库的建立、维护、更新也给这种方案的推广带来了困难。

3、基于信号强度与位置信息的预测式快速切换

基于信号强度与位置信息的预测式快速切换方法综合了上述二者的优势，其基本原理如下：当移动台接收的当前AP信号强度低于某一阈值时，移动台更新位置信息。随后，服务器或移动台利用数据库中的AP位置预测下一跳AP。这种方法虽然消除了移动台周期性更新位置信息所带来的负面影响，但依然存在着与基于位置预测式切换方法同样的其它问题。此外，对于V2I来说由于通信范围很小、车辆运动速度很快，一旦当前AP信号强度低于某一阈值，很可能下一时刻就断开与当前AP的连接，如果此时才启动预切换措施，极有可能造成通信的中断。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对V2I通信中频繁的越区行为，提供一种基于运动预测的快速二层切换方法，该切换方法便于系统实现，能有效降低切换延迟和丢包率、减少信令开销，且能同时适用于小区连续覆盖及小区非连续覆盖的场合，克服了现有预测式快速切换方案存在的不足。