[发明专利]基于GPS位置信息的运动感知垂直切换方法

摘要

本发明提出了基于GPS位置信息的运动感知垂直切换方法，通过GPS技术获取终端的位置信息，利用这些信息估测终端的运动速度以及终端在某基站覆盖范围内的滞留时间进行判决，本方案发明了有效位移因子，此参数能够反映用户运动的形式，克服了用户做往返运动、围绕基站做圆周运动等特殊情况下产生的严重误差，能够明显的降低切换次数，提供用户的可用带宽；本方案同时克服了采用RSS历史记录估测终端运动状态过程中随机噪声的影响，降低系统开销的同时提高了估测滞留时间的精确度，使得垂直切换更合理，系统资源利用率更高。

主权项

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。