促進在多跳網絡中進行路徑選擇的系統和方法

專利名稱：促進在多跳網絡中進行路徑選擇的系統和方法
技術領域：
本發明總體上涉及無線通信系統，并且具體涉及利用中繼站 的通信網絡的操作。
背景技術：
基于基礎結構的無線網絡典型地包括擁有固定和有線網關的
通信網絡。很多基于基礎結構的無線網絡使用移動單元或主機，該移 動單元或主機與耦合到有線網絡的固定基站進行通信。在通過無線鏈 路與基站進行通信的同時，移動單元在地理位置上可以移動。當移動 單元移動出一個基站的范圍時，其可以連接或"切換"到新的基站，
j f:開始通過新的基站與有線網絡進行通信。與諸如蜂窩網絡或衛星網絡的基于基礎結構的無線網絡相 比，自組網絡(adhocnetwork)是自形成的網絡，其可以在沒有任何固定 基礎結構的情況下進行操作，并且在某些情形中，自組網絡完全由移 動節點形成。自組網絡典型地包括多個在地理位置上分布、潛在的移 動單元，有時也稱為"節點"，這些移動單元通過一個或多個鏈路(例如， 無線電頻率通信信道)相互無線連接在一起。節點可以在沒有基于基礎 結構或有線網絡的支持的情況下，經由無線介質來相互通信。當現有 節點在自組網絡內移動時，當新節點加入或進入自組網絡時，或是當 現有節點離開或退出自組網絡時，這些節點之間的鏈路或連接可以以 任意方式動態地改變。因為自組網絡的拓撲可能顯著地改變，所以需 要技術來許可自組網絡針對這些改變進行動態調整。由于缺少中央控 制器，因此可以將很多網絡控制功能分布在節點間，使得節點可響應 于拓撲改變來進行自我組織和重新配置。[4]自組網絡節點的一個特性是，每個節點可以在短距離內與單 "跳"距離的節點直接通信。有時將這類節點稱為"鄰居節點"。當一 個節點將分組發射給目標節點，并且所述節點由一個以上的跳所隔開 (例如，在兩個節點之間的距離超過節點的無線電傳輸范圍，或是在節 點之間有物理屏障)時，可以經由中間節點("多跳")來對分組進行中 繼，直到分組到達目的地節點為止。在這類情形中，每個中間節點沿 著路線將分組(例如，數據和控制信息)路由到下一節點，直到分組到達 其最終目的地。 IEEE 802.16是點對多點(PMP)系統，其中在基站(BS)和訂戶 站(SS)之間有一跳鏈路(onehop link)。這類網絡拓撲對小區邊界上的鏈 路預算造成很大壓力，并且常常使得小區邊界上的訂戶不能使用其無 線電收發裝置可以支持的更高階調制來進行通信。創建了覆蓋較差區 域的口袋(pocket)，其中高速數據通信是不可能的。這反過來使整體系 統容量下降。盡管可以通過緊湊地部署BS來避免這種覆蓋空白，但這 大大提高了進行網絡部署的資本支出(C APEX)和運營支出(OPEX)。較 為節省的解決方案是在具有較差覆蓋范圍的區域內部署中繼站(RS)(也 稱為中繼或中繼器)并且重復傳輸，使得小區邊界內的訂戶可以使用高 速數據鏈路來進行連接。


在附圖的各個視圖中，相同的附圖標記表示相同或功能上類 似的元素，并且將附圖與下列詳細描述一起并入說明書，并構成說明 書的一部分，用于進--步說明各個實施例，以及解釋根據本發明的各 種原理和優點。圖1示出了示例性無線通信網絡。圖2示出了根據本發明的一些實施例，在圖1的示例性無線 通信網絡中使用的示例性基站。圖3示出了根據本發明的一些實施例，在圖1的示例性無線通信網絡中使用的示例性中繼站。圖4示出了根據本發明的一些實施例，在圖1的示例性無線 通信網絡中使用的示例性訂戶站。圖5是用于實施本發明的至少一些實施例的圖1的無線通信 網絡的示例性部分。圖6是根據本發明的至少一些實施例，示出了圖4的訂戶站
的示例性操作的流程圖。圖7是根據本發明的至少一些實施例，示出了圖2的基站的 示例性操作的流程圖。圖8是用于實施本發明的至少一些實施例的圖1的無線通信 網絡的示例性部分。圖9和IO是根據本發明的至少一些實施例，示出了圖1的無 線通信網絡的示例'性操作的流程圖。圖11是用于實施本發明的至少一些實施例的圖1的無線通信 網絡的示例性部分。技術人員將理解，附圖中的元素是出于簡潔的目的而被示出 的，而且不必對其按比例進行繪制。例如，為了有助于改善對本發明 的實施例的理解，圖中 一 些元素的尺寸可能相對其它元素被夸大。
具體實施例方式在詳細描述根據本發明的實施例之前，應當理解，實施例主 要在于對與多跳網絡中的路徑選擇相關的方法步驟和裝置組件進行組 合。因此，在附圖中，在合適的地方通過常規符號表示了裝置組件和 方法步驟，僅僅顯示了那些與理解本發明的實施例相關的具體細節， 使得不會用那些對于從這里的描述受益的本領域的普通技術人員所顯 而易見的細節來使本公開難以理解。在本文檔中，關系術語，諸如第一和第二、頂部和底部等， 可以僅用于將一個實體或動作與另一實體或動作區別開來，而不必要 求或意指這些實體或動作之間的任何實際的該類關系或順序。術語"包括"或其任何其它變形，意欲涵蓋非排它的包含，使得包括元素列表 的過程、方法、物件、或裝置不僅包括這些元素，而是還可以包括未 明確列出的其他元素，或者這類過程、方法、物件、或裝置所固有的 其他元素。之前為"包括...一個"的元素，在沒有更多限制的情況下， 不排除在包括該元素的過程、方法、物件、或裝置中存在附加的相同 元素。應當理解，此處描述的本發明的實施例可以由一個或多個常 規處理器以及唯一存儲的程序指令所組成，該程序指令控制一個或多 個處理器結合特定的非處理器電路來實施此處描述的多跳網絡中的路 徑選擇的某些、大多數、或所有功能。非處理器電路可以包括但不限
于無線電接收機、無線電發射機、信號驅動器、時鐘電路、電源電 路、和用戶輸入設備。這樣，可以將這些功能解釋為用來在多跳網絡 中執行路徑選擇的方法的步驟。替代性地，某些或所有功能可以由沒 有已存儲的程序指令的狀態機來實施，或是在一個或多個專用集成電 路(ASIC)中來實施，在該專用集成電路中，將某些功能的每個功能或 --些組合實施為定制邏輯。當然，可以使用這兩種方法的組合。所以， 這里己經描述了用于這些功能的方法和裝置。另外，預計到，盡管可 能由例如可用時間、現有技術、和經濟上的考慮促使其進行重大努力 和眾多設計選擇，但是當由此處所公開的概念和原理所導引時， 一名 普通技術人員將能夠以最少的試驗來輕易地產生這類軟件指令和程序 及IC。圖1示出了用于在本發明的至少一些實施例的實施中使用的 示例性無線通信網絡。圖1具體示出了 IEEE 802.16網絡100 。如示出 的，網絡IOO包括至少一個基站105，用于與多個訂戶站110-n進行通 信。示例性網絡100進一步包括多個中繼115-n(也稱為中繼站或中繼 器)。中繼115-n被部署在具有較差覆蓋范圍的區域中并重復傳輸，使 得在小區邊界中的訂戶站110-n可以使用高速數據鏈路進行連接。在一 些情況中，中繼115-n也可以服務于處于基站105覆蓋范圍之外的訂戶站110-n。在一些網絡中，中繼115-n是基站105的簡化版本，因為其 不管理連接，只是協助對數據進行中繼。替代性地，中繼115-n至少可 以像基站105—樣復雜。圖2示出了根據本發明的一些實施例的示例性基站105。如示 出的，基站105包括多個端口 200-n、控制器205、和存儲器210。每個端口 200-n提供用于由基站105進行網絡通信的端點或 "信道"。可以指定每個端口 200-n作為例如IEEE 802.16端口、回程 端口或替代回程端口來使用。例如，基站105可以使用IEEE 802.16端 口，與802.16網絡內的一個或多個中繼站和/或一個或多個訂戶站進行 通信。例如，IEEE 802.16端口可以用于發射和接收數據和管理信息二 者。類似地，回程端口可以提供用于由基站105進行回程通信的 端點或信道。例如，基站105可以經由回程端口，使用回程與一個或 多個其他基站進行通信，回程可以是有線或無線的。端口 200-n中的每個均耦合到控制器205，用于基站105的操 作。在控制器205的控制下，每個端口分別使用常規的解調制和調制 技術，用于從基站105接收諸如經分組的信號的通信信號或從其發射 所述信號。經分組的數據信號可以包括，例如，語音、數據或多媒體 信息、和經分組的控制信號，包括節點更新信息。控制器205包括路徑/鏈路代價管理塊215，此處將對其進行 詳細描述。本領域的普通技術人員應當理解，可以在制造過程中將路 徑/鏈路代價管理塊215和其中使用的參數硬編碼或編程到基站105中， 可以應客戶預訂而通過空中對其進行編程，或其可以是可下載的應用。 應當理解，可以使用其他編程方法來將路徑/鏈路代價管理塊156編程 到基站105中。本領域的普通技術人員還應當理解，路徑/鏈路代價管理塊215可以是在基站內的硬件電路。根據本發明，路徑/鏈路代價管
理塊215可以如所示的那樣包含在控制器205內，或替代性地可以是 操作地耦合到控制器205的單獨塊(未示出)。為了執行基站105的必要功能，控制器205耦合到存儲器210， 存儲器210優選地包括隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、電 可擦除可編程只讀存儲器(EEPROM)、和閃速存儲器。存儲器210包括用于存儲關聯表220的存儲位置。根據本發 明，關聯表220存儲在基站域之下的所有訂戶站和到其域之下的每個 訂戶站的端到端路徑度量的列表。對于直接耦合到基站105的訂戶站， 基站使用路徑/鏈路代價管理塊215來將一跳RSSI和/或SNR測量變換 為鏈路度量，并將結果存儲在關聯表220中。對于經由一個或多個中 繼站115-n耦合到基站105的訂戶站，基站105在訂戶站的接入中繼站 (這是訂戶站直接附連的中繼站)的幫助下學習路徑度量。每個中繼站定 期監視其至'J基站10 5方向的—F —跳中繼站的鏈路質量(并且作為結果為 其鏈路度量)。接著，每個中繼站將該鏈路度量添加到上游中繼站所通 告的路徑度量，以確定到基站105的端到端路徑度量。每個中繼站還 將該值通知給基站105。所以，基站105被定期告知基站與中繼站之間 的路徑度量。接著，基站105的路徑/鏈路代價管理塊215可以確定到 訂戶站的鏈路度量，并將其存儲在關聯表220中。本領域的普通技術人員應當理解，存儲器210可以集成在基 站105內，或替代性地，可以至少部分包含在諸如存儲器存儲設備的 外部存儲器內。例如，存儲器存儲設備可以是訂戶標識模塊(SIM)卡。圖3示出根據本發明的一些實施例的示例性中繼站115。如示 出的，中繼站115-n包括多個端口 300-n。可以指定每個端口 300-n作 為例如，IEEE 802.16端口、或回程端口或替代回程端口來使用。例如， 多個端口 3OO-n可以包括IEEE 802.16端口 ，其用于與 一個或多個基站、一個或多個中繼站和/或一個或多個訂戶站進行通信。中繼站115迸一 步包括控制器305和存儲器310。例如，IEEE 802.16端口提供端點或"信道"，以供中繼站115 進行802.16網絡通信。例如，中繼站115可以使用IEEE 802.16端口，
與802.16網絡內的一個或多個基站、和/或一個或多個中繼站和/或一個 或多個訂戶站進行通信。例如，IEEE 802.16端口可以用于發射和接收 數據和管理信息二者。端口 300-n中的每個均耦合到控制器305，用于中繼站115的 操作。在控制器305的控制下，每個端口分別使用常規的解調制和調 制技術，用于從中繼站115接收諸如經分組的信號的通信信號或者從 其發射所述信號。經分組的數據信號可以包括，例如，語音、數據或 多媒體信息、和經分組的控制信號，包括節點更新信息。
L33]根據木發明，控制器305包括路徑/鏈路代價管理塊315。本 領域的普通技術人員應當理解，可以在制造過程中將路徑/鏈路代價管 理塊315和此處使用的參數硬編碼或編程到中繼站115中，可以應客 戶預訂通過空中對其進行編程，或者其可以是可下載的應用。應當理 解，可以使用其他編程方法來將路徑/鏈路代價管理塊315編程到中繼 站115中。本領域的普通技術人員還應當理解，路徑/鏈路代價管理塊 315可以是在中繼站115內的硬件電路。根據本發明，路徑/鏈路代價 管理塊315可以如所示的那樣包含在控制器305內，或替代性地可以 是操作性地耦合到控制器305的獨立塊(未示出)。為了執行中繼站115的必要功能，控制器305和/或路徑/鏈路 代價管理塊315均耦合到存儲器310，存儲器310優選地包括隨機存取 存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、電可擦除可編程只讀存儲器 (EEPROM)、和閃速存儲器。存儲器310包括用于鄰居表320的存儲的
存儲位置。[35]在操作中，路徑/鏈路代價管理塊315定期監視到關聯基站方
向上的下一跳中繼站的鏈路質量(并且作為結果為其鏈路度量)。接著，
路徑/鏈路代價管理塊315將該鏈路度量添加到存儲在鄰居表320中的 由上游中繼站所廣播的路徑度量，以確定到基站的端到端路徑度量。 中繼站115還將該值通知給基站。在一個實施例中，當中繼站115是用于關聯訂戶站的接入中 繼站時，接入中繼站115的路徑/鏈路代價管理塊315對關聯訂戶站110 進行測量，并確定接入鏈路的鏈路度量。接入中繼站115將該值添加 到自己與關聯基站之間的累積路徑度量，以確定訂戶站與基站之間的 路徑度量。中繼站115還將該值通知給基站。本領域的普通技術人員應當理解，存儲器310可以集成在中 繼站15內，或替代性地，可以至少部分包含在諸如存儲器存儲設備 的外部存儲器內。例如，存儲器存儲設備可以是訂戶標識模塊(SIM)卡。在諸如網絡100的典型系統中，IEEE 802.16基站(BS)不在 IEEE 802.16空中接口上將業務轉發給其他基站。另外，IEEE 802.16 中繼(RS)可以將業務轉發給基站、中繼站、或訂戶站(SS)。如之前提及 的，由基站中的至少一個來管理/控制中繼站自身。另外，中繼站可以 是固定的、流動的(nomadic)或移動的。如圖1所示出的，網絡100的中繼站115-n可以提供基站覆蓋 區120以外的通信覆蓋。例如，中繼站3 115-3提供覆蓋區125，而中 繼站4 115-4提供覆蓋區130，它們包括基站105的覆蓋區120之外的 通信覆蓋。因而，中繼站3 115-3所進行的通信可以包括用于訂戶站7 110-7的通信；并且中繼站4 115-4所進行的通信可以包括用于訂戶站6 110-6的通信，否則它們不能直接連接到基站105。由于訂戶站6 110-6 和訂戶站7 110-7不能由基站105直接進行控制，所以它們分別由中繼站115-4和中繼站115-3或是分別由基站105通過中繼站115-5和中繼 站115-3來進行完全控制。總之，引入IEEE 802.16系統的中繼站(RS)可以通過擴展基站 (BS)范圍并許可訂戶站(SS)多跳到BS來提供覆蓋和容量增益。圖4是根據本發明，訂戶站110的一個實施例的電子框圖。 如示出的，訂戶站110包括天線400、收發信機(或調制解調器)405、處 理器410、和存儲器415。天線400對從網絡100中的一個或多個基站105、一個或多個 中繼站115、和/或一個或多個訂戶站110發射的信號進行攔截，并將 信號發射給網絡100中的一個或多個基站105、一個或多個中繼站115、 和/或一個或多個訂戶站110。天線400耦合到收發信機405，其采用常 規解調制技術，用于在處理器410的控制之下，從訂戶站110接收諸 如經分組的信號的通信信號，以及向其發射所述信號。經分組的數據 信號可以包括，例如，語音、數據或多媒體信息、和經分組的控制信 號，包括節點更新信息。當收發信機405接收到來自處理器401的命 令時，收發信機405經由天線400將信號發送給網絡100內的一個或 多個設備。例如，訂戶站110可以使用IEEE 802.16，通過天線400和 收發信機405與802.16網絡內的一個或多個基站、禾n/或一個或多個中 繼站和/或 一 個或多個訂戶站進行通信，例如用來發射和接收數據和管 理信息二者。在替代性實施例中(未示出)，訂戶站110包括接收天線和接收 機，用于從網絡100接收信號，還包括發射天線和發射機，用于將信 號發射給網絡100。本領域的普通技術人員應當理解，對于訂戶站110， 可以使用相同或替代類型的其他類似電子框圖。耦合到收發信機405的是利用常規信號處理技術以用于對接收到的消息進行處理的處理器410。本領域的普通技術人員應當理解，
根據操作處理器410的處理要求的需要，可以利用附加處理器。根據本發明，處理器410包括路徑選擇塊420，用于選擇訂戶 站IIO與至少一個基站105、中繼站115、或訂戶站IIO之間的用于通 信的最優路徑。本領域的普通技術人員應當理解，可以在制造過程中 將路徑選擇塊420硬編碼或編程到訂戶站110中，可以應客戶預訂通 過空中對其進行編程，或其可以是可下載的應用。應當理解，可以使 用其他編程方法來將路徑選擇塊420編程到訂戶站110中。本領域的 普通技術人員還應當理解，路徑選擇塊420可以是在訂戶站110內的 硬件電路。根據本發明，路徑選擇塊420可以如所示出的那樣被包含 在處理器410內，或替代性地可以是操作性地耦合到處理器410的單 獨塊(未示出)。以下將描述路徑選擇塊420的進一步操作。為了執行訂戶站110的必要功能，處理器410耦合到存儲器 415，存儲器415優選地包括隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器 (ROM)、 Kl可擦除可編程只讀存儲器(EEPROM)、和閃速存儲器。根據 本發叨，存儲器415包括用于存儲關聯表425的存儲位置，以下將對 其進行描述。如以下將在圖6中進一步詳細描述的，在操作中，當訂戶站 110初始加入網絡時，路徑選擇塊420使用存儲在關聯表425中的與一 個或多個鄰居站相關聯的一個或多個鏈路度量，來確定要關聯的服務站。本領域的普通技術人員應當理解，存儲器415可以集成在訂 戶站110內，或替代性地，可以至少部分包含在諸如存儲器存儲設備 的外部存儲器內。例如，存儲器存儲設備可以是訂戶標識模塊(SIM)卡。在一跳網絡(即一跳IEEE 802.16網絡)中，在進入網絡時，對訂戶站(SS)來說，足以測量從一個或多個基站(BS)接收的信號的信號強
度和/或信噪比(SNR)。然后，為了選擇要關聯的最佳基站，訂戶站將來
自每個基站的測量參數進行比較。在出于覆蓋擴展或容量改善目的而使用中繼站(RS)的多跳網 絡(即多跳IEEE 802.16網絡)中，重要的是，訂戶站(SS)在與基站關聯(直 接或通過一個或多個中繼站)之前，考慮端到端的路徑度量。端到端路 徑度量典型地是接入鏈路(BS-SS或RS-SS)和所有中繼鏈路(BS-RS或 RS-RS)的單獨鏈路度量的總和，其在訂戶站和基站之間的端到端路徑 上產生。本領域的普通技術人員應當理解，端到端路徑度量也可以是 路徑的單獨路徑度量的任何其他函數，并且不必要總是附加的。 一跳
信號強度或對接入鏈路的SNR測量獨自將不把接入節點的適宜性傳送
給訂戶。本領域的普通技術人員應當理解，期望的是，對網絡內的每 個訂戶站110來說，所有中繼站看起來就像基站一樣。進一步，期望 的是，在不進行改變的情況下，利用現有訂戶站來在多跳網絡中進行 操作。在假定這些約束時，本發明提供了促進網絡對訂戶站進行智能 路徑選擇的方法。通過提供對于訂戶站為透明的方法，可以重新使用 現有的切換消息(即，現有的IEEE 802.16切換消息)。本領域的普通技術人員應當理解，最終是訂戶站來決定訂戶 站要切換到的目標基站。服務基站可以推薦其他基站，并且可能甚至 強令訂戶站進行切換，但是目標始終是訂戶站的選擇。訂戶站可以選 擇其察覺是合適切換目標的任何鄰居。由于訂戶站沒有察覺到多跳網 絡的存在，訂戶站很可能基于 一 跳下行鏈路測量而做出錯誤決定。本發明提供了一種方法，用于如果確定中繼站(多個)不適合 于處理訂戶站，則通過將一個或多個中繼站從訂戶站的考慮中刪去， 來最小化訂戶站做出這類錯誤決定。有網絡問題的解決方案
a. 當訂戶站進入網絡時，其基于一跳下行鏈路(DL)SNR或RSSI 來選擇服務基站。這對多跳網絡來說是不足夠的，并且甚至可能不利 于網絡性能。
b. 當訂戶站從服務基站切換到其他鄰居時，其鄰居選擇準則典型 地涉及最強的一跳DL。 一跳DL測量是不足夠的。有利地，網絡應當 協助訂戶站選擇更加合適的鄰居基站而不是較為不合適的那些。圖5是用于實施本發明的至少一些實施例的多跳網絡的示例 性部分。如此處先前討論的，基站維持到其域下的所有訂戶站的端到 端路徑度量。對于直接耦合到基站的訂戶站，基站通過將一跳RSSI或 SNR測量變換為鏈路度量來學習鏈路度量。例如，在圖5中，對于SS1 110-1的鏈路度量，基站105將其確定并記錄為Cbsl。這也是到SS1 110-1的總路徑度量，因為其僅離基站105 —跳。對于經由一個或多個中繼站115-n附連的訂戶站llO-n，基站 105在每個訂戶站的接入中繼站的幫助下學習路徑度量。如此處先前所 討論的，每個中繼站115-n定期監視其到基站105方向上的下一跳中繼 站的鏈路質量(并且作為結果為其的鏈路度量)。接著，每個中繼站115-n 將該鏈路度量添加到上游中繼站所通告的路徑度量，以確定到基站！05 的端到端路徑度量。每個中繼站115-n還將該值通知給基站105。所以， 基站105被定期告知在基站105和中繼站115-n之間的路徑度量。例如， 在圖5中，RS2 115-2將其自身和基站105之間的代價確定為Cb2。其 將該值作為在基站105與其自身之間的路徑度量而通知給基站105。其 還將該代價Cb2通知給RS3 115-3。 RS3 115-3測量在其自身與RS2 115-2之間的鏈路，以確定鏈路代價C23。接著，RS3 115-3將其自身 與基站105之間的路徑度量報告為(Cb3 = Cb2+C23)。注意，該附加性 路徑度量僅是這里為了簡化所使用的示例(并且貫穿本發明描述)。路徑 度量可以是(Cb2，C23)的任何函數。[57]如這里先前所討論的，接入中繼站115-n對關聯的訂戶站 110-n進行測量，并確定在接入鏈路上的鏈路度量。接入中繼站115-n 將該值加到其自身與基站105之間的累積路徑度量，以確定訂戶站 110-n與基站105之間的路徑度量。例如，在圖5中，RS1 115-1將其 自身與SS2 110-2之間的鏈路度量確定為C12。 RS1 115-1將C12添加 其自身到基站105的代價Cbl，并將路徑度量(C12+Cbl)報告給基站 105。 RS1 115-1定期地或當訂戶站110-2指示對切換有興趣時，將該訂 戶站路徑度量通知給基站105。實際上，當訂戶站與基站直接關聯或通過一個或多個中繼站 與基站關聯時，基站得知在基站與訂戶站之間的端到端路徑度量。基 站使用該值來為訂戶站定制鄰居通告。
初始訂戶站網絡進入圖6是根據本發明的至少一些實施例，示出了當訂戶站初始 進入網絡時，訂戶站的操作600的流程圖。具體而言，可以在圖4的 訂戶站110的路徑選擇塊420內實施操作600。如圖6所示出的，當訂戶站在網絡內第一次加電時(即，不是 切換)，操作開始于步驟605。接下來，在步驟610中，訂戶站查找來 自基站和中繼站(例如，根據IEEE 802.16j向后兼容要求，對于訂戶站， 中繼站看起來和基站 一 樣)的下行鏈路前同步傳輸。在接收到 一 個或多 個下行鏈路前同步傳輸之后，在步驟615中，訂戶站選擇具有最強下 行鏈路前同步的基站或中繼站作為其優選服務站。接下來，在步驟620中，在由選定服務站所調度的初始測距 間隔期間，訂戶站通過在上行鏈路上發射測距序列(即，碼分多址 (CDMA)測距序列)來對選定服務站設備進行測距。接收到初始測距碼 的基站或中繼站應當在分配給該訂戶站的專用時隙中，返回所要求的正確值，并請求訂戶站"繼續"。根據本發明，當訂戶站在上行鏈路上發送測距請求(RNG-REQ) 消息時，服務站應當考慮"服務基站標識(BS ID)"字段，以確定該訂 戶站是第一次進入網絡還是進行切換。如果訂戶站在RNG-REQ中不具 有有效的BS ID值，則服務基站假設訂戶站是新進入網絡。然后，月艮 務基站將對測距碼所做的上行鏈路測量轉換為到訂戶站的預期鏈路度 量。如果服務站是基站，則該鏈路度量還是端到端的路徑度量。如果 服務站是中繼站，則鏈路度量值是與該服務站到其基站的路徑度量組 合的。如果中繼站的端到端路徑度量低于許可的閾值，則服務站拒絕 訂戶站嘗試通過其接入網絡。實現這點的優選機制是，服務站發送具 有測距狀態為"終止"的測距響應(RNG-RSP)消息。在圖6的步驟625 中，當測距嘗試被拒絕時，操作返回到步驟610，在該步驟中，訂戶站 重新掃描下行鏈路，并選擇不同的服務站。切換優化如以下所描述的，本發明提供了多種改進，以協助訂戶站在 切換期間選擇最佳路徑。
定制的鄰居列表在目前的蜂窩網絡中，每個基站將所有己知的基站或所有鄰 居基站包括在對在其小區內的所有訂戶站的切換選項的列表中。圖7是根據本發明的至少一些實施例，示出基站的示例性操 作700的流程圖。具體而言，圖7示出，基站在多跳IEEE 802.16j網 絡中創建定制鄰居通告消息(MOB—NBR-ADV)，該定制鄰居通告消息 (MOB—NBR-AD V)將直接地或通過 一 個或多個中繼站被發射給與基站相關聯的每個訂戶站。如圖7所示出的，操作700開始于步驟705，其中參數被設置 為N4。接下來，在步驟710中，基站檢査第N個鄰居站。應當理解， 第N個鄰居站可以是基站或中繼站。當第N個鄰居站存在時，操作繼 續到步驟715，其中，將關于第N個鄰居站的到訂戶站的路徑度量與 到訂戶站的當前路徑度量進行比較。路徑度量例如可以是路徑代價。 在步驟720中，當到第N個鄰居站的路徑度量大于到訂戶站的當前路 徑度量時，則第N個鄰居站不包括在鄰居列表中，該鄰居列表包括在 從基站發送到訂戶站的MOB一NBR-ADV消息中。在步驟725中，當到 第N個鄰居站的路徑度量小于到訂戶站的當前路徑度量時，則第N個 鄰居站包括在鄰居列表中，該鄰居列表包括在從基站發送到訂戶站的 MOB—NBR-ADV消息中。換言之，用于將基站或中繼站包括在鄰居列 表中的準則是在基站與特定鄰居之間的路徑代價(度量)，該鄰居列表包 括在MOB—NBR-ADV消息中。在步驟720和725之后，操作繼續到步 驟730，其中，參數遞增到N二N+1。接著，操作返回到步驟710以檢 查第N個鄰居站。當第N個鄰居站不存在時，操作繼續到步驟735，其中基站 將定制鄰居通告消息(MOB一NBR-ADV)發送給特定的訂戶站，該定制鄰 居通告消息(MOB—NBR-ADV)包括被標識為將耍包括在鄰居列表中的 所有鄰居站。例如，在訂戶站的主要管理連接標識(CID)上發送給該 MOB—NBR-ADV消息。例如，在圖5所示的網絡中，基站105可以包 括RS1 115-1和RS2 115-2作為SS1 110-1的鄰居，并且當Cbsl < Cb2 + C23時，刪去RS3 115-3。通常，圖7的操作將刪去可能不合適為候選的中繼站，因為 相比訂戶站當前的跳計數，該中繼站可能離開基站的跳數更多；該中 繼站可能在其去往基站的路徑上具有一個或多個較弱的RF鏈路；或者 其可能過于擁擠并且不能處理更多業務。在一個實施例中，該列表將不刪去作為可能鄰居的任何基站。在圖8所示的示例中，BS1 105-1包括RS2 115-2，作為SS1 110-1的鄰居。BS2 105-2定期將其每個中繼站的路徑度量報告給BS1 105-1，和所有其他鄰居基站。優選地，如本領域所知，用關于鄰居基 站的信息來配置基站。結果是，BS1 105-1包括RS4 115-4，作為到SS1 110-1的鄰居。假定RS2 115-2和RS4 115-4僅是兩個路徑度量低于 Cbsl(從BS1 105-1直接到SS1 110-1的路徑度量)的中繼站，則BS1 105-1將RS2 115-2、 RS4 115-4和BS2 105-2包括在MOB—NBR-ADV 中，BS1 105-1在SS1的基本管理CID上發送MOB—NBR-ADV。注意，如果BS1 105-1不具有到與BS2 105-2相關聯的一個或 多個中繼站的路徑度量，則其優選地將它們包括在其所有訂戶站的鄰 居列表中。如以下所討論的，可以在切換過程期間，確定到這些鄰居 設備的路徑度量。
多跳切換基站維持三個運營商可調節參數，用來在多跳切換過程中使 用切換度量偏移(HO—METRIC—OFFSET)、切換度量滯后 (HO一METRIC—HYS)、和跳的閾值數(N—HOPS)。以下將討論它們的使用。圖9是根據本發明的至少一些實施例，示出用于訂戶站進行 多跳切換的示例性過程900的流程圖。如所示出的，操作開始于步驟 卯5，在其中發起訂戶站切換。根據本發明，切換可以由基站發起，或 者可以替代性地由訂戶站發起。例如，當基站確定到訂戶站的端到端 路徑度量已經相比到最佳鄰居的路徑度量下降了特定閾值 HO—METRIC—OFFSET時，基站發起訂戶站切換的過程。在另一示例 中，訂戶站可以確定切換的需要(基于其一跳鏈路特性，因為其是保留 802.16設備)，并且使用移動掃描請求消息(MOB—SCN-REQ)來請求基站許可，以掃描其鄰居。接下來，在步驟910中，在基站與訂戶站之間的通信建立供 訂戶站掃描其鄰居的協定。例如，當切換是由基站發起時，基站使用
移動掃描響應(MOB—SCN-RSP)請求訂戶站掃描其鄰居。替代性地，當 切換是由訂戶站發起時，基站使用MOB—SCN-RSP許可訂戶站進行掃 描。接下來，在步驟915中，基站通過上升的路徑代價對其鄰居 進行排序，來調度用于訂戶站的掃描機會。如果調度約束阻止將所有 鄰居包括在有希望鄰居列表中的能力時，則將基于路徑度量，首先調 度最佳選項。接下來，在步驟920中，基站將掃描指令提供給訂戶站。例 如，當基站響應于掃描請求消息(MOB—SCN-REQ)或者以非請求方式，
來指令訂戶站掃描另一基站(或中繼站)時，其規定在與"網絡協助"關 聯的情況下來對與其他基站相關聯的中繼站進行掃描。這使得訂戶站 能夠在卩l標站的信道中停留較短時間段，并且切換結果經由服務基站 通過回程被傳送。在另一示例中，當基站指示訂戶站對與其自身相關 聯的中繼站進行掃描時，其規定，對于與其自身相關聯并且距離大于 N一HOPS的中繼站，訂戶站應當在與"網絡協助"關聯的情況下進行 掃描。理想上，基站使用的N—HOPS要等于訂戶站的當前接入中繼站 的跳數(如果訂戶站實際上是通過中繼站與基站來對話的)。接下來，在步驟925中，基站接收來自鄰居中繼站和基站的 路徑度量。在圖10中更加詳細地示出了步驟925。如圖10所示出的， 步驟925的操作開始于圖9和圖10的節點A，在步驟1000中，訂戶 站通過掃描下行鏈路MAP消息(DL-MAP)來嘗試與目標基站或中繼站 相關聯，以查找初始或切換測距機會。當標識出初始或切換測距機會 時，在步驟1005中，訂戶站發射CDMA偽隨機測距碼序列。接下來，在步驟1010中，目標基站或中繼站隨后基于對碼序列的RSSI或CINR 測量，對在訂戶站與其自身之間的一跳鏈路質量進行測量。也可以將 該鏈路質量轉換為一跳路徑代價。如果目標站是中繼站，則其還計算 從該訂戶站到其服務基站的端到端路徑度量。接下來，在步驟1015中， 將該值報告給訂戶站的服務基站。接著，操作返回到步驟1000中，并 且訂戶站査找其他測距機會。當沒有標識出測距機會時，操作返回到 圖9的節點B。返回參照圖9，在步驟930，服務基站將訂戶站的當前路徑度 量與一個或多個目標站所報告的預期路徑度量進行比較，并決定是否
需要進行切換(HO)。當報告的最佳預期路徑度量并不比現有路徑度量 好HO—METRIC—HYS時，操作結束。當報告的最佳預期路徑度量比現 有路徑度量好HO_METRIC—HYS時，操作繼續到步驟935，在其中， 服務基站將發布具有列表中的選定的最佳目標站的移動基站切換請求 消息(MOB一B SHO-REQ)。如之前所提及的，訂戶站仍可以選擇忽略基站的推薦，并嘗 試切換到其選擇的任何目標站。基站嘗試確保其所做的選擇盡可能地 得到尊重。對于具有為"終止"測距狀態的不期望的站，除了發送 MOB_BSHO-REQ，在步驟940中，基站還選擇地發送關聯報告消息、 移動關聯結果報告消息(MOB—ASC-REP)。這將阻止訂戶站切換到如下 站，所述站已由基站基于多跳端到端度量標記為不期望，但是對于基 于其一跳測量的訂戶站來說看上去仍是有吸引力的。本領域的普通技 術人員應當理解，根據本發明，歩驟940可以在步驟935之前、之后、 或同時進行。圖11是此處針對圖9和10描述的切換過程的示例性網絡實 施。如圖11所示出的，BS1 105-1是SS1 110-1的服務基站。假定SS1 110-1當前直接與BS1 105-1相關聯，則其路徑度量是Cbsl(其低于 HO—METRIC—OFFSET)。還假定己經將SS1 110-1的鄰居列表消減為僅包括RS2 115-2、 BS2 105-2、和RS4 115-4。根據本發明，BS1 105-1指令SS1 110-1來掃描BS2 105-2、 RS2 115-2、和RS4 115-4(按此順序)，假定Cb4大于Cb2。 BS1 105-1 將進一步指令SS1 110-1來在網絡的協助下對所有三個可能的切換目標 進行掃描。SS1 110-1依次對三個候選中的每個執行初始或切換測距。它 們每個對訂戶站發射的CDMA碼的SNR(或RSSI)進行測量，并將測量 轉換為鏈路代價。例如，BS2 105-2計算Cbs2的鏈路代價。RS2 115-2 和RS4 115-4分別計算C21和C41的鏈路代價。它們每個將總的端到 端路徑代價報告給BS1 105-1。 BS2 105-2報告Cbs2， RS2 115-2報告 (Cb2+C21) ， RS4 115-4報告(Cb4+C41)。BS1 105-1選擇比Cbsl好HO—METRIC—HYS的最佳報告路徑 代價。假定Cbs2 < (Cbsl — HO—METRIC—HYS)。在此情況中，BS1 105-1 在其發送給SS1 110-1的MOB—BSHO—REQ中，將BS2 105-2推薦為最 佳切換候選。其進一步通過發送具有用"終止"作為來自RS2 115-2和 RS4 115-4的測距狀態的MOB—ASC-REP，來勸阻SS1 110-1不選擇RS2 115-2或RS4 115-4。此處描述的本發明提供了 一種機制，用亍協助訂戶站選擇最 佳接入點(基站或中繼站)以接入網絡。盡管訂戶站僅具有網絡的一跳視 野，但是與訂戶站相關聯的基站基于多跳度量來做出推薦。基站進一 歩確保訂戶站不通過錯誤的鄰居來選擇路徑。在以上說明中，已經描述了本發明的特定實施例。然而，本 領域的一名普通技術人員理解，在不偏離所附權利要求所闡述的本發 明的范圍的前提下，可做出各種修改和改變。因此，說明書和附圖被 認為是說明性的而不是限制性意義的，并且意欲將所有這類修改都包括在本發明的范圍之內。益處、優點、問題的解決方案，以及可導致 任何益處、優點、或解決方案發生或變得更明顯的任何元素(多個)都不 被解釋為任何或所有權利要求的關鍵、要求的、或基本的特征或元素。 僅通過所附權利要求，包括本申請待決期間所做的任何修改，和如發 布的那些權利要求的所有等效體，來限定本發明。
權利要求
1.一種促進在多跳網絡中進行路徑選擇的方法，包括將包括測距碼的測距請求消息從訂戶站發射到服務站，以通過所述服務站接入所述多跳網絡；由所述服務站將對所述測距碼所做的一個或多個上行鏈路測量轉換為到所述訂戶站的路徑鏈路度量；當所述路徑鏈路度量低于閾值時，所述服務站拒絕所述測距請求；以及當所述路徑鏈路度量高于所述閾值時，通過所述服務站向所述訂戶站提供對所述多跳網絡的接入。
2. 如權利要求l所述的促進在多跳網絡中進行路徑選擇的方法， 進一歩包括所述訂戶站掃描下行鏈路并且選擇不同的服務站；以及 重復山所述不同的服務站進行的轉換、拒絕、和接受步驟。
3. 如權利要求l所述的促進在多跳網絡中進行路徑選擇的方法， 其中所述服務站包括基站，并且進一步，其中所述路徑鏈路度量包括 端到端路徑度量。
4. 如權利要求l所述的促進在多跳網絡中進行路徑選擇的方法， 其中所述服務站包括中繼站，并且進一步，其中所述路徑鏈路度量包 括與到關聯基站的路徑度量組合的鏈路度量值。
5. 如權利要求l所述的促進在多跳網絡中進行路徑選擇的方法， 其中所述拒絕步驟包括所述服務站將具有"終止"測距狀態的測距 響應消息發射給所述訂戶站。
6. 如權利要求l所述的促進在多跳網絡中進行路徑選擇的方法，在所述發射測距請求消息步驟之前，進一步包括由所述訂戶站掃描來自一個或多個站的一個或多個下行鏈路前同 步傳輸；接收來自所述一個或多個站的一個或多個下行鏈路前同步傳輸；以及選擇具有最強下行鏈路前同步的服務站。
7. —種促進訂戶站在多跳網絡中進行路徑選擇的基站操作方法， 所述方法包括將多個鄰居站中每個的路徑度量與所述訂戶站的當前路徑度量進 行比較；當鄰居站的所述路徑度量小于所述當前路徑度量時，將所述鄰居 站包括在鄰居列表中；以及將包括所述鄰居列表的鄰居通告消息從所述基站發射到所述訂戶站。
8. 如權利要求7所述的促進訂戶站在多跳網絡中進行路徑選擇的 基站操作方法，其中在所述訂戶站的主要管理連接標識(CID)上發射所 述鄰居通告消息。
9. 如權利要求7所述的促進訂戶站在多跳網絡中進行路徑選擇的 基站操作方法，其中所述路徑鏈路度量包括選自以下度量組中的一個 或多個度量，該度量組包括路徑代價、跳計數、無線電頻率、鏈路 質量、鄰居擁塞和鏈路擁塞。
10. 如權利要求7所述的促進訂戶站在多跳網絡中進行路徑選擇 的基站操作方法，進一步包括通過以路徑度量的升序將所述多個鄰居站排序，來對用于所述訂 戶站的多個掃描機會進行調度。
11. 如權利要求10所述的促進訂戶站在多跳網絡中進行路徑選擇 的基站操作方法，進一步包括當調度約束阻止將所有所述多個鄰居站均包括在所述鄰居列表中 時，首先調度所述多個鄰居站中的具有最佳路徑度量的一個或多個鄰 居站。
12. —種促進在多跳網絡中進行路徑選擇的方法，包括 發起訂戶站切換；由基站接收與鄰近于所述訂戶站的多個站中的每個站相關聯的路 徑度量；將所述路徑度量中的每個與當前路徑度量進行比較；以及當所述比較的路徑度量中的一個好于所述當前路徑度量時，將路 徑選擇推薦從所述基站發射到所述訂戶站。
13. 如權利要求12所述的促進在多跳網絡中進行路徑選擇的方法，其中所述發起步驟包括由基站發起所述訂戶站切換。
14. 如權利耍求13所述的促進在多跳網絡中進行路徑選擇的方法，其中所述發起步驟進一步包括在所述基站處，確定到所述訂戶站的端到端路徑度量已經相比于到最佳鄰居的路徑度量下降了閾值；以及作為響應，發起所述訂戶站切換。
15. 如權利要求12所述的促進在多跳網絡中進行路徑選擇的方法，其中所述發起步驟包括由所述訂戶站發起所述訂戶站切換。
16. 如權利要求15所述的促進在多跳網絡中進行路徑選擇的方法，其中所述發起步驟進一歩包括在所述訂戶站處，基于一跳鏈路特性，確定需要進行切換；以及向所述基站請求許可，以掃描一個或多個鄰居。
17. 如權利要求12所述的促進在多跳網絡中進行路徑選擇的方 法，在所述發起步驟之后進一步包括在所述基站和所述訂戶站之間建立協定，以供所述訂戶站對鄰近 于所述訂戶站的所述多個站中的每個進行掃描。
18. 如權利要求17所述的促進在多跳網絡中進行路徑選擇的方 法，在所述接收步驟之前進一步包括由所述基站對用于所述訂戶站的一個或多個掃描機會進行調度， 包括以升序路徑代價對鄰近于所述訂戶站的所述多個站的掃描進行 排序。
19. 如權利要求18所述的促進在多跳網絡中進行路徑選擇的方 法，在所述接收步驟之前進一步包括將一個或多個掃描指令提供給所述訂戶站。
20. 如權利要求19所述的促進在多跳網絡中進行路徑選擇的方 法，其中所述掃描指令包括指令所述訂戶站在與網絡協助相關聯的情況下對與一個或多個其 他基站相關聯的一個或多個中繼站進行掃描。
21. 如權利要求20所述的促進在多跳網絡中進行路徑選擇的方法，其中所述掃描指令包括指令所述訂戶站對于與所述基站相關聯并且大于預定的跳數距 離的中繼站，所述訂戶站應當在與網絡協助相關聯的情況下進行掃描。
22. 如權利要求12所述的促進在多跳網絡中進行路徑選擇的方 法，進一步包括對于一個或多個不期望的站，從所述基站向所述訂戶站發送包括 測距狀態為"終止"的關聯報告消息。
全文摘要
一種促進在多跳網絡中進行路徑選擇的系統和方法，包括由基站接收與鄰近訂戶站的多個站中的每個相關聯的路徑度量；將每個所述路徑度量與當前路徑度量進行比較；以及，當一個比較的路徑度量好于當前路徑度量時，將路徑選擇推薦從基站發射到訂戶站。
文檔編號H04W36/00GK101543114SQ200780041517
公開日2009年9月23日 申請日期2007年9月26日 優先權日2006年11月7日
發明者凱特·J·戈爾德貝格, 沙馬爾·拉馬錢德蘭 申請人:摩托羅拉公司