[发明专利]基于GPS位置信息的运动感知垂直切换方法

权利要求书

1.一种基于GPS位置信息的运动感知垂直切换方法，其特征在于：利用终端获取的GPS位置信息来估测终端在基站覆盖范围内的滞留时间，通过滞留时间来判断是否需要进行切换；其中：

获得滞留时间的方法需要进行GPS位置信息更新、GPS终端信息处理；具体步骤如下：

步骤1，GPS位置信息更新方法，终端周期性检测WLAN网络的无线信号，如果检测到了来自WLAN无线局域网的无线信号，并且接收信号强度大于某个门限值，则将WLAN无线局域网的这个基站加入到可用WLAN基站集合BS_WLAN中；如果集合BS_WLAN中的某个基站链路质量下降，即接收信号强度RSS下降到某一门限值以下时，就将该WLAN基站移出集合BS_WLAN，同时删除其RSS集合，可以计算出该WLAN基站与终端的距离d_WLAN-MN；为了比较准确地预测终端相对于某个WLAN基站的运动状态，需要记录终端在最近一段时间内的GPS位置信息；如果终端接入WLAN且当前无线链路质量很好，说明短时间不可能触发切换的，不需要终端更新本身的GPS位置信息的；如果终端当前接入的网络是UMTS，由于是WLAN优先原则，只要可用WLAN基站集合BS_WLAN非空，就可能有适合切换的WLAN备选基站；因此，需要周期性更新终端的GPS位置信息，再利用GPS-MAV方法来处理，进行切换判决；

步骤2，GPS终端信息处理方法，针对集合BS_WLAN中的某个WLAN基站，用本专利提出的(GPS-MAV)方法处理，计算出终端相对于该WLAN基站的距离、运动速度、滞留时间等有用信息；

WLAN基站的位置是点O，其坐标为(x₀，y₀)；终端MN的当前位置是点D，其坐标为(x_N，y_N)；终端的当前速度为大小v_t，其方向与向量相同；基站与终端确定的射线为其中线段OD为基站与终端之间的距离；射线与x轴正向方向相同；终端运动方向与x轴正向所成的角度为且基站和终端连线与x轴正向的夹角为θ_t，且0≤θ_t<2π；

由上面运动分类，WLAN基站覆盖范围内滞留时间的估计更准确；对终端速度v_t做矢量分解；其在方向的分量大小为v_BS-＞MN，其垂直方向的分量大小为v_vertical；速度分量v_vertical不影响基站和终端之间的距离，基站和终端之间距离受到速度分量为v_BS-＞MN的影响；另外，v’是终端的另一时刻的速度，是与v相对应的夹角；根据上面的假设，可以表示出速度分量v_BS-＞MN和v_vertical，即

若v_BS-＞MN>0，则终端与基站之间的距离增大，接收信号强度RSS逐渐减小；若v_BS-＞MN<0，则终端与基站之间的距离减小，接收信号强度RSS逐渐增大；夹角θ_t是向量与向量所成的夹角，即为(x_N-x₀，y_N-y₀)与(1，0)确定的夹角；所以

θt=arccos(xN-x0(xN-x0)2+(yN-y0)2),(yN-y0)≥02π-arccos(xt-x0(xN-x0)2+(yN-y0)2),(yN-y0)<0---(7)]]>

前一时刻的终端坐标为(x_N-1，y_N-1)；由于相邻的两次位置更新的时间间隔很小，可以认为终端在这个周期内做匀速直线运动；因而，在一个周期内终端的运动方向就可以由这两个时刻的位置坐标(x_N，y_N)和(x_N-1，y_N-1)来确定，即

考虑到用户运动的随机性，在进行速度分解时，采用的是最近一段时间内角度的平均值即

式中，α是指数分布平滑因子，是由位置信息p_k和p_k-1计算得到的；

终端与WLAN基站的当前距离d_t为

dt=(xN-x0)2+(yN-y0)2---(10)]]>

终端最新的位置信息p_N和p_N-1运动速度大小v_t为，

vt=|Δd|Δt=(xN-xN-1)2+(yN-yN-1)2|tN-tN-1|---(11)]]>

考虑到用户运动的随机性，在进行速度分解时，采用的是一段时间内速度大小v_t的平均值即

v~t=(1-α)Σk=1NαN-kvk---(12)]]>

式中，v_k是由位置信息p_k和p_k-1计算得到的；

所以，速度在方向的分量大小v_BS-＞MN分量大小可表示为

若GPS位置信息更新周期T_GPS很小并可以连续取得样值，那么，角度平均值速度大小平均值就可以表示为，

v~t=(1-α)∫0NαN-ividi---(15)]]>

用户运动的随机性使速度大小和方向都不是恒定的；一种情况就是在某点基站覆盖边缘做往返运动；此时，终端的平均速度大小的值可能很大，但在一段时间内的位移是很小的；若按照上式来求滞留时间时，得到的结果是有很大误差的，在此提出一个新参数，即有效位移因子β，

β=|dN-d0|Σi=1Ndisi,i-1---(16)]]>

disi,i-1=(xi-xi-1)2+(yi-yi-1)2---(17)]]>

有效位移因子β反应了终端相对于原来位置移动的比例大小；

估算出用户在当前基站覆盖范围内的滞留时间t_dwell，即

tdwell_dispose=RWLAN-dt|vBS->MN|---(18)]]>

tdwell_factor=RWLAN-dtβ|v~t|---(19)]]>

tdwell=min{tdwell_dispose,tdwell_factor}---(20)]]>

式中，滞留时间t_{dwell_dispose}是根据速度分量V_BS-＞MN求得的，滞留时间t_{dwell_factor}是根据有效位移因子β求得的。

2.根据权利要求1所述的基于GPS位置信息的运动感知垂直切换方法，其特征在于：利用滞留时间进行切换判决；切换判决方法如下：

如果是从UMTS网络向WLAN无线局域网的切换，即从优先级较低的网络向优先级较高的网络切换；切换判决应该在满足通信需求的条件下，尽量降低要求，以充分利用WLAN无线局域网的较高的接入带宽；

RSSWLAN>RSSWLAN_threstdwell>thandover_delayβ>βthres_pingpong---(21)]]>

其中，t_{handover_delay}是切换时延；β_{thres_pingpong}是一个常数；

如果是从WLAN无线局域网向UMTS网络的切换，即从优先级较高的网络向优先级较低的网络切换；切换之后，服务质量会降低；所以，应该使切换条件比较苛刻；即来自WLAN基站信号强度小于门限值；在WLAN网络内的滞留时间小于门限值，仅仅足以满足切换的需要；终端与当前服务WLAN基站的距离在逐渐增大；即

RSSWLAN<RSSWLAN_threstdwell≤thandover_delayvBS->MN>vmin---(22).]]>