一种面向宽带体验的近海用户接入切换方法技术

一种面向宽带体验的近海用户接入切换方法，属于海洋无线宽带通信技术领域，其特征在于：是在基于卫星‑地面移动通信协同的宽带通信网络中，对于进入近海的基站船，其所配备的船载基站按照接收信号强度、下行链路速率和接入持续时间三个接入切换参数，计算接入宽带卫星与岸基基站的切换综评指数；对进入近海的用户船按照岸基基站信号强度、下行链路速率以及接入持续时间三个接入切换参数，计算用户船接入岸基基站的综评指数，若岸基基站不满足条件，则选择综评指数最高的船载基站作为他们的接入点。与基于LTE‑A3信令的切换方法相比，在满足用户宽带接入的条件下可有效降低切换次数、降低近岸时用户船接入岸基基站用时。

A broadband experience oriented access switching method for offshore users

An offshore user access switching method for broadband experience, which belongs to the field of marine wireless broadband communication technology, which is characterized in that: in the broadband communication network based on satellite terrestrial mobile communication cooperation, for base station access to offshore ship, the ship is equipped with base station according to the received signal strength, downlink rate and access time three access switching parameters, switching integrated computing access broadband satellite base station and base on the evaluation index; user access to offshore ship shore base station signal strength and duration according to the downlink rate and access between three access switching parameters, calculation of ship shore base station user access evaluation index, if the base station does not meet the conditions, select the evaluation of the highest index of ship borne base station as their access points. Compared with the LTE A3 switching method based on signaling, to meet user broadband access conditions can effectively reduce the switching frequency, reduce the user access to shore ship shore base station use.

【技术实现步骤摘要】
一种面向宽带体验的近海用户接入切换方法
本专利技术涉及一种基于卫星-地面移动通信协同的宽带通信网络下，近海海域的船舶用户接入切换方法，属于海洋无线宽带通信

技术介绍
我国近海(距岸边5-20km的水域)的渔业、矿业资源丰富，随着海洋经济的不断发展，越来越多的从业人员参与到近海水域的海事活动中。为保障近海水域作业安全并提升涉海人员的海上信息生活质量，海洋宽带通信系统已成为海事活动中必不可少的基础设施。空地协同的海洋通信架构是一种新型的海洋宽带通信架构，该架构具有覆盖范围大、通信速率高的优点。如图1，在已申请专利《一种空地协同的海洋宽带通信体系架构及其船载基站开关的选择方法》，专利申请号201611265563.9中的空地协同海洋通信架构中，船舶被分为两类：基站船、用户船。基站船上部署了船载基站和VSAT卫星通信设备，用户船上只有需要宽带服务的用户。在远海海域(距岸边20Km以上海域)，基站船可用自身的VSAT设备经过卫星链路接入宽带，用户船可通过相邻基站船的船载基站接入宽带。在任何时刻，若没有用户船接入，基站船关掉自身的船载基站，变为用户船；若没有宽带接入方式，用户船可以接入窄带卫星。前述的已申请专利提供了一种整体优化方法来确定远海海域用户船与基站船的接入关系。而在近海水域(距岸边5-20Km)，作为海上无线通信和卫星通信的补充，岸基移动通信系统有系统稳定、价格低廉、速率高等优势，驶入近海的用户应尽快选择岸基基站作为接入点。此外，在船舶由远海驶向近海的过程中，由于近海海域基站船分布动态且不均匀，用户船会经历多个接入点之间的频繁切换，而基站船也会在岸基接入点与宽带卫星之间乒乓切换，严重影响近海船舶用户的宽带服务体验。目前，地面蜂窝通信系统中小区间切换通常采用基于LTE网络A3信令固定触发时长的切换算法，即由移动端动态地检测各基站的信号强度，根据各基站的参考信号接收功率来触发切换流程和选择目标基站。然而，在近海海域宽带通信中，基站船可采用宽带卫星和岸基基站两种不同的回程链路，由于不同回程链路的带宽、资费、时延等情况不同，所以船载基站的参考信号接收功率并不能有效反映各接入点的性能。由于近海基站船不断移动，部分地区分布密集，采用固定触发方式的传统切换算法仍会使用户船面临频繁切换的问题。此外，由于在海洋通信中LTE信令交换所带来的时延较长，用户的接入点切换会带来一定的服务中断，从而影响用户宽带服务体验。因此，一种综合考虑多种实际因素并有效应对频繁切换问题的用户接入切换算法是该通信架构中亟待解决的重大问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是在基于卫星-地面移动通信协同的宽带通信网络基础上，提出一种适用于该体系架构中近海区域的用户接入切换方法，该方法在保障宽带接入的同时合理减少切换次数，提升近海区域通信用户的宽带服务体验。所述用户指从从远海海域进入“近海海域”用户船与基站船共二类用户。所需要解决的技术问题是；当船舶进入近海海域后，如何充分利用岸基基站的优势，优先选择岸基基站，或者，如果岸基基站不满足切换条件，用户船如何优选船载基站以尽可能减少切换次数，提升用户的宽带服务体验。本专利技术的特征在于：是在卫星-地面移动通信协同的宽带通信系统，简称系统中依次按以下步骤实现的：步骤(1)，基于所述系统的海洋宽带通信架构建立海洋宽带通信网：所述海洋宽带通信架构由二种近海用户和四类接入点构成，其中：两种用户是指基站船与用户船，其中：基站船Bi,部署有：设有甚小孔径卫星终端VSAT与船载基站BSi,i＝1,2,3…N，N是总数，i是序号，用户船Uj,可接受地面蜂窝网络服务、所述船载基站BSi服务以及窄带卫星NWS服务，j＝1,2,3…M，M是总数，j是序号，四类接入点，包括：岸基基站BSl，其中下标l表示岸基，船载基站BSi，宽带卫星BWS，窄带卫星NWS，在离岸15km以上的远海区域：所述基站船Bi，借助船载基站BSi接入所述宽带卫星BWS，所述用户船Uj，借助邻近的船载基站接入宽带卫星BWS，在没有邻近的船载基站BSi时接入窄带卫星NWS，在离岸15km以内的近海区域，用户船Uj与基站船Bi优先选择岸基基站BSl，步骤(1.2)，构建所述的海洋宽带通信网,步骤(1.2.1)，设立vk(t)为时刻t时用户船Uj的与基站船Bi的速率，而坐标位置为[xk(t),yk(t)],k＝1,…,(N+M)，为用户的序号，Umax为单个船载基站BSi能服务的用户船Uj的最大数量，i＝1,2,3…N，为船载基站BSi在t时刻已接入用户船Uj的数量，为岸基基站BSl在t时刻已接入用户的数量，步骤(1.2.2)，定义所述海洋宽带通信网的两类性能参数：切换性能参数和切换性能评价指数，其中：切换性能参数，是切换控制参数，包括：接收信号强度，用户下行链路速率以及接入持续时间，其中：A：接收信号强度，表示用户从目标接入点收到的接收功率：A1：当用户为用户船Uj时：A11：若，以船载基站BSi作为目标接入点，则接收信号强度表示为Pj←i(t)：Pj←i(t)＝10log10(P0)-Lj←i(t)，其中，P0为各船载基站BSi的固定发射功率，Lj←i(t)为t时刻船载基站BSi与用户船Uj之间的路径损耗，其中,λi为船载基站BSi的信号发射波长，hi、hj分别为船载基站BSi和用户船Uj的天线高度，dj,i(t)为t时刻船载基站BSi与用户船Uj之间的直线距离，A12：若，以岸基基站BSl作为目标接入点，则接收信号强度表示为其中，为岸基基站BSl的固定发射功率，为t时刻岸基基站BSl与用户船Uj之间的路径损耗，其中，为岸基基站BSl的信号发射波长，hj分别为岸基基站BSl和用户船Uj的天线高度，为t时刻岸基基站BSl与用户船Uj之间的直线距离，A2：当用户为基站船Bi时：A21：若，以岸基基站BSl作为目标接入点，则接收信号强度表示为其中，为岸基基站BSl的固定发射功率，为t时刻岸基基站BSl与船载基站BSi之间的路径损耗，其中，为岸基基站BSl的信号发射波长，hi分别为岸基基站BSl和船载基站BSi的天线高度，为t时刻岸基基站BSl与船载基站BSi之间的直线距离，A22：若，以宽带卫星BWS作为目标接入点，则接收信号强度可表示为Pi←BWS(t)，为固定值，B：用户下行链路速率，B1：当用户为用户船Uj时：B11：若，以船载基站BSi作为目标接入点时，则用户船Uj从接入的船载基站BSi获得的下行链路速率Rj←i(t)，表示为：其中，Γj←i(t)为用户船Uj从接入的船载基站BSi获得的接受功率信噪比，其中，Pj←i(t)为用户从接入船载基站出获得的信号接收功率，σ2表示噪声，∑n≠ian(t)Pj←n(t)表示用户船Uj接收到来自邻区的同频干扰，n表示除当前接入点之外的其他船载基站BSi的序号，用户船Uj接收到来自岸基基站的同频干扰，an(t)表示除当前接入的船载基站之外其余船载基站的状态，an(t)＝1表示船载基站BSn开，an(t)＝0表示船载基站BSn关，Uj从获得的下行链路速率上限是Ri←j(t)，B12：若，以岸基基站BSl作为目标接入点时，则用户船Uj从接入的岸基基站BSl获得的下行链路速率表示为：其中，为用户船Uj从接入的岸基基站BS本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种面向宽带体验的近海用户接入切换方法，其特征在于，是在卫星‑地面移动通信协同的宽带通信系统，简称系统中依次按以下步骤实现的：步骤(1)，基于所述系统的海洋宽带通信架构建立海洋宽带通信网：所述海洋宽带通信架构由二种近海用户和四类接入点构成，其中：两种用户是指基站船与用户船，其中：基站船Bi,部署有：设有甚小孔径卫星终端VSAT与船载基站BSi,i＝1,2,3…N，N是总数，i是序号，用户船Uj,可接受地面蜂窝网络服务、所述船载基站BSi服务以及窄带卫星NWS服务，j＝1,2,3…M，M是总数，j是序号，四类接入点，包括：岸基基站BSl，其中下标l表示岸基，船载基站BSi，宽带卫星BWS，窄带卫星NWS，在离岸15km以上的远海区域：所述基站船Bi，借助船载基站BSi接入所述宽带卫星BWS，所述用户船Uj，借助邻近的船载基站接入宽带卫星BWS，在没有邻近的船载基站BSi时接入窄带卫星NWS，在离岸15km以内的近海区域，用户船Uj与基站船Bi优先选择岸基基站BSl，步骤(1.2)，构建所述的海洋宽带通信网,步骤(1.2.1)，设立vk(t)为时刻t时用户船Uj的与基站船Bi的速率，而坐标位置为[xk(t),yk(t)],k＝1,…,(N+M)，为用户的序号，Umax为单个船载基站BSi能服务的用户船Uj的最大数量，...

【技术特征摘要】
1.一种面向宽带体验的近海用户接入切换方法，其特征在于，是在卫星-地面移动通信协同的宽带通信系统，简称系统中依次按以下步骤实现的：步骤(1)，基于所述系统的海洋宽带通信架构建立海洋宽带通信网：所述海洋宽带通信架构由二种近海用户和四类接入点构成，其中：两种用户是指基站船与用户船，其中：基站船Bi,部署有：设有甚小孔径卫星终端VSAT与船载基站BSi,i＝1,2,3…N，N是总数，i是序号，用户船Uj,可接受地面蜂窝网络服务、所述船载基站BSi服务以及窄带卫星NWS服务，j＝1,2,3…M，M是总数，j是序号，四类接入点，包括：岸基基站BSl，其中下标l表示岸基，船载基站BSi，宽带卫星BWS，窄带卫星NWS，在离岸15km以上的远海区域：所述基站船Bi，借助船载基站BSi接入所述宽带卫星BWS，所述用户船Uj，借助邻近的船载基站接入宽带卫星BWS，在没有邻近的船载基站BSi时接入窄带卫星NWS，在离岸15km以内的近海区域，用户船Uj与基站船Bi优先选择岸基基站BSl，步骤(1.2)，构建所述的海洋宽带通信网,步骤(1.2.1)，设立vk(t)为时刻t时用户船Uj的与基站船Bi的速率，而坐标位置为[xk(t),yk(t)],k＝1,…,(N+M)，为用户的序号，Umax为单个船载基站BSi能服务的用户船Uj的最大数量，为船载基站BSi在t时刻已接入用户船Uj的数量，为岸基基站BSl在t时刻已接入用户的数量，步骤(1.2.2)，定义所述海洋宽带通信网的两类性能参数：切换性能参数和切换性能评价指数，其中：切换性能参数，是切换控制参数，包括：接收信号强度，用户下行链路速率以及接入持续时间，其中：A：接收信号强度，表示用户从目标接入点收到的接收功率：A1：当用户为用户船Uj时：A11：若，以船载基站BSi作为目标接入点，则接收信号强度表示为Pj←i(t)：Pj←i(t)＝10log10(P0)-Lj←i(t)，其中，P0为各船载基站BSi的固定发射功率，Lj←i(t)为t时刻船载基站BSi与用户船Uj之间的路径损耗，其中,λi为船载基站BSi的信号发射波长，hi、hj分别为船载基站BSi和用户船Uj的天线高度，dj,i(t)为t时刻船载基站BSi与用户船Uj之间的直线距离，A12：若，以岸基基站BSl作为目标接入点，则接收信号强度表示为其中，为岸基基站BSl的固定发射功率，为t时刻岸基基站BSl与用户船Uj之间的路径损耗，其中，为岸基基站BSl的信号发射波长，hj分别为岸基基站BSl和用户船Uj的天线高度，为t时刻岸基基站BSl与用户船Uj之间的直线距离，A2：当用户为基站船Bi时：A21：若，以岸基基站BSl作为目标接入点，则接收信号强度表示为其中，为岸基基站BSl的固定发射功率，为t时刻岸基基站BSl与船载基站BSi之间的路径损耗，其中，为岸基基站BSl的信号发射波长，hi分别为岸基基站BSl和船载基站BSi的天线高度，为t时刻岸基基站BSl与船载基站BSi之间的直线距离，A22：若，以宽带卫星BWS作为目标接入点，则接收信号强度可表示为Pi←BWS(t)，为固定值，B：用户下行链路速率，B1：当用户为用户船Uj时：B11：若，以船载基站BSi作为目标接入点时，则用户船Uj从接入的船载基站BSi获得的下行链路速率Rj←i(t)，表示为：其中，Γj←i(t)为用户船Uj从接入的船载基站BSi获得的接受功率信噪比，其中，Pj←i(t)为用户从接入船载基站出获得的信号接收功率，σ2表示噪声，∑n≠ian(t)Pj←n(t)表示用户船Uj接收到来自邻区的同频干扰，n表示除当前接入点之外的其他船载基站BSi的序号，用户船Uj接收到来自岸基基站的同频干扰，an(t)表示除当前接入的船载基站之外其余船载基站的状态，an(t)＝1表示船载基站BSn开，an(t)＝0表示船载基站BSn关，Uj从获得的下行链路速率上限是Ri←j(t)，B12：若，以岸基基站BSl作为目标接入点时，则用户船Uj从接入的岸基基站BSl获得的下行链路速率表示为：其中，为用户船Uj从接入的岸基基站BSl获得的接受功率信噪比，其中，σ2表示噪声，∑n≤Nan(t)Pj←n(t)表示用户船Uj接收到来自邻区的同频干扰，n表示船载基站BSi的序号，an(t)表示各船载基站的状态，an(t)＝1表示船载基站BSn开，an(t)＝0表示船载基站BSn关，B2：当用户为基站船Bi时：B21：若，以岸基基站BSl作为目标接入点，则下行链路速率为为固定值，B22：若，以宽带卫星BWS作为目标接入点，则下行链路速率为Ri←BWS(t)，为固定值，C：接入持续时间，表示从某一时刻t开始，用户估计能保持持续接入目标点的理论时间，C1：当用户为用户船Uj时：C11：若，以船载基站BSi作为目标接入点，则接入持续时间表示为AETi←j(t)：单位为秒，r为所有船载基站BSi信号覆盖半径，属于已知值，b＝xi(t)-xj(t)，表示时刻t时船载基站BSi和用户船Uj在水平方向上的距离，d＝yi(t)-yj(t)，表示时刻t时船载基站BSi和用户船Uj在垂直方向上的距离，a＝vi(t)cosα(t)-vj(t)cosβ(t)，表示时刻t时船载基站BSi和用户船Uj在水平方向上的相对速度分量，c＝vi(t)sinα(t)-vj(t)sinβ(t)，表示时刻t时船载基站BSi和用户船Uj在垂直方向上的相对速度分量，α(t)和β(t)分别表示船载基站BSi和用户船Uj各自的航行方向与水平方向的夹角，C12：若，以岸基基站BSl作为目标接入点，则接入持续时间表示为单位为秒，R为岸基基站BSl信号覆盖半径，属于已知值，由于岸基基站BSl位置固定，因此：表示时刻t时岸基基站BSl和用户船Uj在水平方向上的距离，表示时刻t时岸基基站BSl和用户船Uj在垂直方向上的距离，a＝-vj(t)cosβ(t)，表示时刻t时岸基基站BSl和用户船Uj在水平方向上的相对速度分量，c＝-vj(t)sinβ(t)，表示时刻t时岸基基站BSl和用户船Uj在垂直方向上的相对速度分量，β(t)表示用户船Uj的航行方向与水平方向的夹角，C2：当用户为基站船Bi时：C21：若，以岸基基站BSl作为目标接入点，则接入持续时间表示为单位为秒，r为岸基基站BSl信号覆盖半径，属于已知值，由于岸基基站BSl固定，因此：表示时刻t时岸基基站BSl和基站船Bi在水平方向上的距离，表示时刻t时岸基基站BSl和基站船Bi在垂直方向上的距离，a＝-vi(t)cosβ(t)，表示时刻t时基站船Bi在水平方向上的相对速度分量，c＝-vi(t)sinβ(t)，表示时刻t时基站船Bi在垂直方向上的相对速度分量，β(t)表示基站船Bi的航行方向与水平方向的夹角，C22：若，以宽带卫星BWS作为目标接入点，则接入持续时间表示为AETBWS←i(t)为固定值，且AETBWS←i(t)＝∞，以下设定，接入持续时间AET(s)与经实际优化得出的切换触发时间TTT(ms)的对照表：AET(s)≥150s时，TTT(ms)＝160ms，100≤AET(s)<150s时，TTT(ms)＝100ms，60≤AET(s)<100s时，TTT(ms)＝80ms，30≤AET(s)<60s时，TTT(ms)＝64ms，AET(s)<30s时，TTT(ms)＝40ms，切换性能评价指数，用于对切换性能参数使用权重方法进行综合评价的，表示为计算各候选目标接入点e的切换性能评价指数的效用公式UF，当用户为用户船Uj时，若：候选的目标接入点为船载基站则：若：候选的目标接入点为岸基基站BSl，则：当用户为基站船Bi时，若：候选的目标接入点为岸基基站BSl，则：若：候选的目标接入点为宽带卫星BWS时，则：

【专利技术属性】
技术研发人员：葛宁，肖蔼玲，陶晓明，殷柳国，姜川傲，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11