СПОСОБ РЕГИСТРАЦИИ ПОДВИЖНОГО КОММУНИКАЦИОННОГО УСТРОЙСТВА Российский патент 1998 года по МПК H04B7/26 

Изобретение относится к средствам связи. В частности, оно относится к новому и усовершенствованному способу регистрации подвижного коммуникационного устройства в ячейках сотовой системы связи.

Регистрация в сотовой системе связи - это процесс, выполняемый подвижной станцией, для оповещения системы о том, находится ли она "в эфире" и о том, с какой из ячеек сотовой системы она в настоящий момент поддерживает связь. Подвижная станция может быть сотовым радиотелефоном или устройством персональной радиосвязи обычно в виде портативного переносного блока или блока, установленного на транспортном средстве. При вызове подвижной станции сотовая система использует регистрационную информацию с целью уменьшения количества поисковых вызовов путем определения необходимости их передачи в подвижную станцию и определения при наличии такой необходимости группы ячеек, в которые будет передан поисковый вызов.

Если подвижной станции адресован вызов, то наземная система должна выяснить, находится ли подвижная станция во включенном состоянии, а также узнать, какую из ячеек сотовой системы она принимает. Для обнаружения подвижной станции сотовая система посылает сообщение или, другими словами, поисковый вызов в разные ячейки. Если подвижная станция отвечает на это сообщение, то сотовая система продолжает держать вызов активным с последующей передачей сообщений в ячейку, в которой находится подвижная станция. Как указано ниже, процесс передачи сигнала поискового вызова используется для определения местоположения подвижной станции с целью любого другого взаимодействия с этой станцией.

Если у системы нет сведений о местоположении подвижной станции, тогда она должна посылать сигналы поискового вызова в каждый сектор каждой из ячеек сотовой системы. По мере возрастания количества вызовов к подвижным объектам ресурсы системы связи, необходимые для быстрого осуществления многонаправленного поискового вызова в наиболее крупных городах становятся чрезмерно большими.

Процесс, называемый регистрацией, используется подвижной станцией для передачи сотовой системе сведений о ее местоположении. В некоторых системах, таких как AMPS и GSM. используется периодический или счетный метод определения местоположения подвижной станции. Счетный метод подобен описанному здесь временному методу. Хотя эти методы далеко не идеальны, тем не менее с их помощью можно значительно сократить количество поисковых вызовов.

Для анализа временного метода предполагается мозаичное расположение одинаковых ячеек в виде шестиугольников или окружностей с радиусом r_o. Также предполагается, что в каждой ячейке находится одинаковое количество Na подвижных станций.

В сотовой системе, в которой используется временной метод, каждая подвижная станция регистрируется каждые T_r секунд. Это требование легко выполняется путем периодического приращения значения счетчика подвижной станции, либо приращения этого значения, в соответствии с общей командой, поступающей из системы. Значение T_r в системе может быть изменено либо установкой максимального значения счетчика, либо изменением частоты приращения. Таким образом, средняя частота λ_reg передачи регистрационных сообщений для одной ячейки характеризуется следующим уравнением:
λ_reg= N_a/T_r. (I).

Для вызова подвижной станции системе необходимо определить ячейки, в которые подвижная станция может попасть. Если максимальная скорость, с которой может передвигаться подвижная станция, равна V_m то расстояние, которое она может пройти равно V_m(t-t_r), где t_r - время последней регистрации подвижной станции. Если система не знает точного местоположения подвижной станции в ячейке во время ее регистрации, то она должна принять, что подвижная станция находилась на границе этой ячейки. Если система не имеет сведений о направлении движения, она должна принять, что подвижная станция движется от ячейки.

Для произвольно выбранной подвижной станции может быть легко найдено ожидаемое число ячеек, в которые должен быть послан поисковый вызов. Время с момента регистрации является равномерно распределенной случайной величиной в интервале [0, T_r]. При более глубоком рассмотрении наиболее точный результат, точность которого ухудшается с расстоянием, может быть получен при квадратичной аппроксимации количества ячеек как функции расстояния. Ожидаемое число ячеек сотовой структуры, в которые передается сигнал для поискового вызова подвижной станции, характеризуется уравнением:
.

Величина r_c/V_m- время, которое затрачивает подвижная станция, двигаясь со скоростью V_m на прохождение расстояния от центра ячейки до ее границы. Если частота λ_ex передачи избыточных сообщений от ячеек определяется как ожидаемое число поисковых вызовов, отличное от числа вызовов, на которые получен ответ, плюс ожидаемое число сообщений, которые должны быть переданы для подтверждения регистрации, то ее можно представить в виде уравнения:
,
где
M_p - количество повторений поискового вызова,
P_p - вероятность ответа подвижной станции на поисковые вызовы при определенном количестве их повторения, и
N_a λ_mα_t частота исходных вызовов, адресованных подвижной станции, в ячейке.

При уменьшении интервала времени T_r между регистрациями количество ячеек, в которые должен быть послан поисковый вызов, уменьшается, а частота подтверждения поисковых вызовов увеличивается. Таким образом, при некотором значении T_r частота λ_ex является минимальной.

Основная проблема временного метода состоит в том, что поиск транспортного средства должен быть сделан на участке, где оно движется с максимальной скоростью. Если имеется несколько маршрутов, позволяющих развить высокую скорость, то система для определения направления поиска должна рассматривать маршрут с наибольшей скоростью движения. Переносные блоки, которые обычно не могут передвигаться очень быстро, могут тем не менее устанавливаться на движущееся с высокой скоростью транспортное средство и поэтому не могут рассматриваться как отдельный класс. Для уменьшения количества поисковых вызовов за счет задержки могут быть использованы методы, в которых сигналы поискового вызова начинают передавать в пределах небольшого района, а затем расширяют район передачи, если подвижная станция не отвечает на вызовы.

Для сокращения количества поисковых вызовов в сотовой системе используется также другой способ регистрации, известный как способ зонной регистрации. В этом способе система разбивается на участки, называемые зонами. Таким образом, ячейки сотовой структуры группируются, образуя фиксированные зоны поиска. При регистрации в зоне поисковый вызов для подвижной станции посылается во все ячейки в пределах зоны. Обычно подвижная станция содержит список зон, в которых она недавно была. Если подвижная станция попадает в зону, которой нет в списке, то она регистрируется. Таким образом, при движении подвижной станции в системе, каждый раз, как она попадает в новую зону, она регистрируется.

Один из вариантов базового способа зонной регистрации описывается в статье Sadaatsu Okasaka, Seizo Опое, Syuji Yasuda, and Akihiro Maebara "A New Location Updating Method for Digital Cellular Systems", Proceedings of the 41st IEEE Vehicular Technology Conference, St. Louis, МО, May 19-22, 1991, pp 345-350. B этом варианте способа зонной регистрации создается наслоение зон и группа подвижных станций, разделенных по параметрам, таким как их порядковый номер, при этом подвижная станция будет регистрироваться в соответствующем "слое" зоны.

При анализе способа зонной регистрации вновь предполагается мозаичное расположение на плане местности одинаковых ячеек сотовой структуры в виде шестиугольников или окружностей с радиусом r_c. Также предполагается, что в каждой ячейке находится одинаковое количество N_a подвижных станций.

Как уже было сказано, в способе зонной регистрации каждая из ячеек сотовой системы закреплена за определенной фиксированной зоной. Каждая из ячеек передает сообщения в зоне, за которой она закреплена. Подвижная станция содержит список зон, которые она недавно проследовала. Каждый раз, когда подвижная станция попадает в зону, которой нет в списке, она регистрируется и заносит эту зону в список.

Для оценки ожидаемой наибольшей частоты регистрации в ячейке, расположенной на границе зоны, может быть использована теория транспортного движения. Если ячейка имеет одно или два главных шоссе, вычислить частоту регистрации относительно легко, для других случаев вычисления могут быть крайне утомительными. Хорошо известно, что максимальная интенсивность движения по одной полосе скоростной магистрали с хорошими транспортными развязками примерно равна 2000 транспортных средств в час при их скорости 50 км/ч. Для других типов дорог также существует хорошее полученное эмпирически правило оценки интенсивности движения. Если известно процентное соотношение транспортных средств, оборудованных сотовыми радиотелефонами) из их общего числа, то может быть вычислена ожидаемая наибольшая частота регистрации. Например, если 25% транспортных средств, движущихся по восьмиполосной автомагистрали, оборудованы сотовыми радиотелефонами, то ожидаемая наибольшая частота регистрации в ячейке, расположенной на границе зоны, будет равна 0,56 регистраций в секунду.

Один из недостатков способа зонной регистрации проявляется в том случае, когда дорога с интенсивным движением, например скоростная автомагистраль, пересекает границу зоны. В этом случае все подвижные станции регистрируются в ячейках на границе зоны, через которую проходит эта автомагистраль. Данная ситуация может создать большую нагрузку на ресурсы ячейки, расположенной на границе зоны. Одним из возможных способов решения этой проблемы является создание расположенных в шахматном порядке или наслаиваемых зон так, как было описано выше. В этом случае образуются перекрывающие друг друга зоны, где определенная зона, в которой происходит регистрация подвижной станции, определяется также порядковыми или идентификационными номерами подвижных станций. Подобная компоновка ведет к еще большему усложнению способа регистрации и не может правильно распределить регистрации между ячейками.

Хотя способ зонной регистрации является более усовершенствованным по сравнению с временным или счетным способом в отношении сокращения количества поисковых вызовов в ячейках, существует необходимость еще большего сокращения их количества.

Поэтому целью настоящего изобретения является создание способа в сотовой системе связи, с помощью которого можно сократить количество поисковых вызовов подвижной станции.

Другой целью настоящего изобретения является создание схемы регистрации подвижной станции в сотовой системе связи, которая обеспечивает лучшее распределение регистраций подвижных станций по ячейкам.

Настоящее изобретение относится к новому, усовершенствованному способу регистрации подвижной станции в сотовой системе связи. Предлагаемый способ основан на оценке расстояния, т.е. подвижная станция регистрируется каждый раз, когда она попадает в новую ячейку, расстояние до которой от предыдущей ячейки, в которой она регистрировалась, больше, чем некоторое заранее определенное расстояние.

В сотовой системе связи сигналы поиска подвижной станции с целью маршрутизации вызовов посылаются в различные ячейки сотовой структуры, чтобы обнаружить ячейку, где находится подвижная станция. Подвижная коммутационная телефонная станция посылает поисковый вызов в ячейки в пределах определенной зоны, где он передается базовой станцией соответствующей ячейки. Если подвижная станция находится в пределах зоны и в состоянии принять поисковый вызов, то она отвечает на этот вызов, передавая ответное сообщение, которое принимается базовой станцией ячейки, в которой находится подвижная станция. Ответ на поисковый вызов ретранслируется принимающей базовой станцией ячейки в подвижную коммутационную телефонную станцию. Подвижная коммутационная телефонная станция по ответному сообщению, ретранслируемому базовой станцией ячейки, распознает ячейку, в которой в данный момент находится подвижная станция. Подвижная коммутационная телефонная станция направляет вызов, предназначенный для подвижной станции, в базовую станцию той ячейки, в которой эта подвижная станция находится.

Если подвижная станция перемещается через ряд ячеек, то желательно ограничить посылку поискового вызова теми ячейками, где нахождение подвижной станции является наиболее вероятным. Регистрация подвижной станции позволяет идентифицировать группу ячеек, в которых она может находиться с наибольшей вероятностью. В предлагаемом способе регистрации посылка поискового вызова необходима лишь в ячейки этой группы. Настоящее изобретение обеспечивает основанный на оценке расстояния способ регистрации подвижной станции, который позволяет сократить число ячеек сотовой системы, в которые необходимо передавать сигналы поискового вызова для подвижной станции.

В соответствии с этим способом регистрации базовая станция каждой из ячеек системы передает информацию о ее местоположении и величину расстояния. Подвижная станция принимает эти данные, относящиеся к ячейке, в которой она в настоящий момент находится. На основе информации о местоположении, передаваемой текущей базовой станцией, т.е. базовой станцией ячейки, где находится подвижная станция, подвижная станция вычисляет расстояние между этой базовой станцией и базовой станцией предыдущей ячейки, в которой она последний раз регистрировалась. Затем подвижная станция сравнивает вычисленное расстояние с величиной расстояния, переданной базовой станцией предыдущей ячейки.

Подвижная станция передает регистрационную информацию в базовую станцию текущей ячейки, если вычисленное расстояние больше, чем величина расстояния, переданная базовой станцией предыдущей ячейки. Регистрационная информация ретранслируется в подвижную коммутационную телефонную станцию, где определяет зону, в ячейках которой будет выполняться поиск подвижной станции. Зона поиска включает текущую ячейку сотовой структуры и те ячейки, базовые станции которых находятся от текущей ячейки на расстоянии, не превышающем величины расстояния, переданного базовой станцией текущей ячейки.

На фиг. 1 представлена схема возможной сотовой структуры ячеек и зон поиска подвижной станции при первичной регистрации и последующей регистрации в соответствии с пройденным расстоянием; на фиг.2 - структурная схема сотовой системы, с входящими в ее состав устройствами связи; на фиг.3 - график зависимости частоты передачи избыточных сообщений. Передаваемых базовыми станциями, от частоты регистрации в ячейке при использовании способа в соответствии с настоящим изобретением; на фиг.4 - график зависимости частоты передачи избыточных сообщений, передаваемых базовыми станциями, от частоты регистрации в ячейке, расположенной на границе зоны, при использовании известного способа зонной регистрации.

В соответствии с предлагаемым способом подвижная станция регистрируется каждый раз, когда она удаляется от ячейки, в которой она регистрировалась последний раз, на расстояние, превышающее заданное расстояние. Хотя существует несколько путей реализации этого способа, есть один простой путь, который дает достаточную точность, согласно которому все ячейки передают следующие параметры: широту (шир. ), долготу (долг.) и расстояние (d_r). Подвижная станция регистрируется каждый раз, когда
,
где
d_r - параметр расстояния, переданный ячейкой, в которой подвижная станция регистрировалась последний раз.

При этом
Δ_шир. = новая широта - старая широта (5)
Δ_долг. =(новая долгота - старая долгота)cos π/180 старая широта) (6),
где новая широта и новая долгота - соответственно широта и долгота текущей ячейки в градусах, в которой находится подвижная станция, и старая широта и старая долгота - соответственно широта и долгота ячейки в градусах, в которой подвижная станция регистрировалась последний раз.

Отметим, что косинусный множитель в уравнении (6) компенсирует сужение пиний долготы с увеличением широты. При исключении косинусного множителя из уравнения (6) достигается более общая аппроксимация расстояния. Кроме того, при исключении косинусного множителя аппроксимация становится менее точной с увеличением широты. Параметр dr расстояния обычно передается ячейкой, в которой подвижная станция регистрировалась последний раз. Однако в альтернативном варианте параметр расстояния может быть фиксированной величиной, хранящейся в памяти подвижной станции. Кроме того, должно быть ясно, что хотя регистрация подвижной станции согласно уравнениям (4)-(6) происходит при ее перемещении с одного места на другое, она также обычно регистрируется в системе при первом включении.

Разность значений (новая долгота) и (старая долгота), а также разность значений (новая широта) и (старая широта) в сотовой системе связи обычно мала. Следовательно аппроксимация, определяемая уравнениями (4)-(6), является достаточно точной. Для расстояния между базовыми станциями до 200 миль (370 км) ошибки составляют менее 1% от результата, полученного точным методом, описанным ниже.

Кроме того, тригонометрическая функция в уравнении (4) может быть легко аппроксимирована с помощью функции табличного поиска. Квадратный корень из суммы квадратов может быть аппроксимирован с помощью любого из известных методов. Согласно одному из таких методов аппроксимации
,
где расстояние = x + y/8 при 0 ≤ y ≤ x/4,
расстояние = 7x/8 + y/2 при у ≥ x/4
При аппроксимации с помощью уравнений (7)-(10) максимальная погрешность не превышает 3% при средней квадратической ошибке, составляющей около 1%. Аппроксимированные выражения могут быть быстро вычислены в микропроцессоре с помощью операций сдвига, сложения, вычитания и сравнения. Другие методы аппроксимации могут обладать большей или меньшей точностью с большим или меньшим количеством вычислений.

Табличный поиск с 64 входными аргументами для косинусной функции в уравнении (6) плюс аппроксимация квадратного корня из суммы квадратов в уравнении (4) с помощью уравнений (7)-(10) дают погрешность, не превышающую 6%, для базовой станции на широте ниже 60^o.

Как уже было сказано, уравнения (4)-(10) являются аппроксимацией точного метода вычисления расстояния между базовыми станциями. Точный метод вычисления расстояния для сферической модели поверхности Земли характеризуется уравнениями (11)-(16). Согласно этому методу подвижная станция будет регистрироваться вновь, если:
d_r ≤ расстояния,
где
расстояние =

В указанный выше уравнениях (4)-(16) параметры "новая долгота", "новая широта", "старая долгота" и "старая широта" даны в градусах.

На фиг. 1 представлена возможная структура сотовой системы связи для осуществления способа в соответствии с настоящим изобретением. Следует иметь в виду, что на фиг.1 дан пример сотовой системы, а в реальной системе ячейки могут отличаться по размеру и форме. Должно быть также ясно, что границы ячеек могут пересекаться, образуя ячейки, форма которых отличается от идеальной шестиугольной формы. Кроме того, ячейки могут разбиваться на сектора, например, чаще всего встречается разбиение ячейки на три сектора. Сотовая система, показанная на фиг.1, может быть аналоговой или цифровой системой связи и использовать один или несколько видов модуляционных схем многостанционного доступа, например, схем многостанционного доступа с кодовым разделением каналов, схем многостанционного доступа с временным разделением каналов и схем с частотной модуляцией.

Обычно при регистрации трансивер подвижной станции 10, показанной на фиг. 2, передает параметры идентификации, которые могут включать, например, порядковый номер подвижной станции и соответствующий ей телефонный номер (или номера). Регистрационная информация принимается трансивером базовой (или сотовой) станции 12 ячейки, в которой находится подвижная станция 10. Регистрационная информация через базовую станцию 12 ретранслируется в подвижную коммутационную телефонную станцию 14.

Одной из функций подвижной коммутационной телефонной станции 14 является маршрутизация известными способами вызовов между телефонной сетью общего пользования и различными ячейками сотовой структуры. Обычно подвижная коммутационная телефонная станция 14 содержит базу данных, соответствующую структуре ячейки. При регистрации подвижной станции в конкретной ячейке подвижная коммутационная телефонная станция 14, используя процессор и базу данных структуры ячеек, определяет, ориентируясь на ячейку, где регистрировалась подвижная станция, другие ячейки для образования района или зоны поиска. Зона поиска включает ячейку, где имела место регистрация, и ячейки, находящиеся от нее на расстоянии, не превышающем заранее установленного расстояния. Это расстояние соответствует величине расстояния, переданной из ячейки, где имела место регистрация, о чем более подробно будет сказано ниже. При приеме вызова, предназначенного для подвижной станции 10, подвижная коммутационная телефонная станция 14 осуществляет поиск этой подвижной станции 10 в определенной зоне.

В альтернативном варианте подвижная коммутационная телефонная станция 14 может просто отметить ячейку, в которой регистрируется подвижная станция 10. По истечении времени, требуемого для передачи поискового вызова подвижной станции 10, подвижная коммутационная телефонная станция 14 находит информацию, относящуюся к отмеченной ячейке, в которой регистрировалась подвижная станция 10. Затем, используя информацию из базы данных структуры ячеек и информацию ячейки, где была регистрация, подвижная телефонная коммутационная станция определяет ячейки, образующие соответствующую зону поиска.

В известном способе регистрации с фиксированными зонами, описанном выше, регистрация подвижной станции обычно выполняется в ячейке, расположенной на границе зоны, либо в ячейке, расположенной в пределах зоны, при включении подвижной станции. В предлагаемом способе, использующем оценку расстояния, вокруг ячейки, в которой регистрируется подвижная станция, создается "плавающая" зона с центром в этой ячейке.

При первом включении подвижной станции 10 в системе или после прохождения ею заранее установленного расстояния от ячейки, где она регистрировалась последний раз, предпочтительно расстояния, достаточного для попадания подвижной станции 10 в новую ячейку, она регистрируется в этой новой ячейке. Новая ячейка, в которой вновь регистрируется подвижная станция 10, становится центром новой зоны.

В соответствии с настоящим изобретением размер зоны определяется величиной расстояния, которая обычно передается в подвижную станцию в качестве информации ячейки из базовой станции этой ячейки. Информация ячейки передается каждой базовой станцией по каналу передачи сигнала поискового вызова. Кроме величины расстояния информация ячейки включает информацию о местоположении ячейки, обычно ее широту и долготу.

Когда вызов, предназначенный для подвижной станции 10, принимается подвижной коммутационной телефонной станцией 14, она начинает поиск подвижной станции. Подвижная коммутационная телефонная станция 14 передает ячейкам зоны, в которых зарегистрирована подвижная станция 10, команду передать сообщение поискового вызова. Сообщение поискового вызова используется для того, чтобы предупредить подвижную станций 10 о том, что ей направлен вызов. При приеме подвижной станцией 10 сообщения поискового вызова она реагирует на него передачей ответного сообщения в базовую станцию 12 ячейки, в которой она находится. Обычно ответное сообщение далее передается базовой станцией 12 в подвижную коммутационную телефонную станцию 14.

После приема базовой станцией 12 ответного сообщения от подвижной станции 10 она обычно передает в подвижную станцию сообщение о подтверждении поискового вызова. Сообщение о подтверждении поискового вызова может быть сформировано либо в подвижной коммутационной телефонной станции 14, либо в базовой станции 12. Кроме извещения подвижной станции 10 о том, что ответ на сигнал поискового вызова принят, сообщение о подтверждении этого вызова может также содержать другую информацию.

Ответное сообщение, передаваемое принимающей базовой станцией 12, используется подвижной коммутационной телефонной станцией 14 для определения ячейки, в которой подвижная станция находится в настоящий момент. Подвижная коммутационная телефонная станция 14 через базовую станцию 12 посылает вызов в подвижную станцию 10.

В примере, показанном на фиг.1, подвижная станция 10 регистрируется в ячейке С1А. Регистрация подвижной станции 10 может произойти в ячейке С1А вследствие того, что подвижная станция удалилась от другой ячейки на расстояние, большее указанной величины расстояния, или вследствие перехода подвижной станции из выключенного состояния в состояние "включено". При включенной подвижной станции 10 определяют, хранится ли в ее памяти информация ячейки, где имела место предыдущая регистрация, и отыскивают эту информацию. Если в памяти подвижной станции 10 нет информации ячейки, например при ее первом включении, то подвижная станция 10 регистрируется. Однако если в памяти подвижной станции 10 записана информация ячейки, где была предыдущая регистрация, определение того, необходима ли регистрация, основывается на хранимой информации ячейки и информации, принятой от текущей ячейки, в которой находится подвижная станция 10.

Процедура основанная на оценке расстояния регистрации включает извлечение из памяти подвижной станции хранимой информации ячейки, в которой была выполнена предыдущая регистрация. Информация ячейки, в которой находится подвижная станция 10, передается базовой станцией этой ячейки. В соответствии с методом, описанным уравнениями (4)-(6), с целью определения необходимости регистрации в процессоре подвижной станции выполняется следующая последовательность операций. В соответствии с уравнением (5) хранимая широта вычитается из широты текущей ячейки для получения значения Δ_шир.. В соответствии с уравнением (6) хранимая долгота вычитается из долготы текущей ячейки, и для получение значения Δ_долг. этот результат умножается на косинусный множитель. В соответствии с уравнением (4) значения Δ_шир. и Δ_долг. возводятся в квадрат, суммируются, и затем находится квадратный корень из полученной суммы для получения результирующей величины d_m расстояния. Затем величина d_m сравнивается с хранимой в памяти величиной d_r расстояния. Если расстояние d_m больше или равно хранимой величине d_r, то подвижная станция 10 регистрируется так, как было сказано выше.

Начиная с самой первой регистрации подвижной станции 10 и при каждой последующей регистрации информация ячейки, в которой происходит регистрация, записывается в память подвижной станции. После выключения подвижной станции информация ячейки, в которой подвижная станция регистрировалась последний раз, хранится в ее памяти, желательно в энергонезависимой памяти, для использования после включения подвижной станции.

Во время регистрации подвижная станция 10 передает свою регистрационную информацию в базовую станцию 12 ячейки, в которой она находится. Базовая станция 12 в ответ на эту информацию передает в подвижную станцию 10 сообщение о подтверждении регистрации, указывающее на то, что регистрационная информация подвижной станции принята. Сообщение о подтверждении регистрации может также включать информацию, указывающую на разрешение или запрещение работы подвижной станции 10 в системе.

Во время регистрации подвижной станции 10, показанной на фиг.1, в ячейке C1A все ячейки сотовой структуры в пределах заранее установленной дальности действия или расстояния d_r от ячейки C1A образуют зону поиска подвижной станции 10, ограниченную окружностью 16. Все базовые станции 12 ячеек зоны поиска получают из подвижной коммутационной телефонной станции 14 команду провести поиск подвижной станции 10, если ей должен быть направлен вызов. В случае, когда подвижная станция 10 регистрируется в ячейке C1A, кроме нее сигналы поискового вызова передают базовые станции 12 в каждую из ячеек C1A- C1S, расположенных вокруг ячейки C1A в пределах зоны поиска.

При регистрации в ячейке C1A подвижная станция 10 записывает в память информацию ячейки, широту и долготу базовой станции и величину расстояния для ячейки C1A. При передвижении в сотовой системе, например по маршруту, обозначенному пунктирной линией 18, подвижная станция 10 настроена на прием сигнала поискового вызова и информации о ячейках, через которые она следует. При движении подвижной станции 10 от ячейки к ячейке она принимает информацию о широте и долготе соответствующей ячейки, а также величину расстояния. Широта и долгота текущей ячейки вместе с широтой, долготой и величиной расстояния, хранимыми в памяти, используются подвижной станцией 10 при решении уравнений (4)-(6) для определения, превышает ли расстояние, пройденное ею с момента последней регистрации, хранимую величину расстояния d_r.

Если подвижной станцией 10 определено, что пройденное ею расстояние превышает d_r, то она регистрируется снова. Как показано на фиг.1. когда подвижная станция 10 попадает в ячейку C2A, т.е. в ячейку базовая станция 12 которой расположена от базовой станции 12 ячейки C1A на расстоянии, превышающем значение d_r, подвижная станция 10 регистрируется в этой ячейке C2A. При регистрации в ячейке C2A все ячейки, находящиеся от ее базовой станции 12 на расстоянии, не превышающем заранее установленное значение d, образуют новую "плавающую" зону, ограниченную на фиг.1 окружностью 20. Все базовые станции ячеек новой зоны получают команду от подвижной коммутационной телефонной станции 14 передавать сигналы поискового вызова подвижной станции 10, когда в нее должен быть направлен вызов. Так же, как и в случае предыдущей регистрации в ячейке C1A, эти сигналы передаются базовыми станциями в каждой из ячеек C2A-C2S новой зоны, центром которой является ячейка C2A.

Необходимо отметить, что пройденное подвижной станцией 10 расстояние, используемое для определения - необходима ли регистрация в новой ячейке, не является тем расстоянием, которое в действительности прошла подвижная станция 10. Значение расстояния, используемое с целью определения необходимости регистрации, находится исходя из разности местоположения базовых станций ячеек. Подвижная станция 10 независимо от ее местоположения в ячейке при регистрации присваивает себе координаты базовой станции ячейки, в которой она находится.

Например, когда подвижная станция 10 регистрируется в ячейке C1A. она присваивает себе координаты базовой станции 12 ячейки C1A. Когда подвижная станция попадает в другую ячейку, например, в ячейку C1F, она присваивает себе координаты базовой станции 12 ячейки C1F. Когда подвижная станция 10 попадает в ячейку C2A, она соответственно присваивает себе координаты базовой станции 12 ячейки C2A. Хотя в действительности подвижная станция 10 при попадании в ячейку C2A может и не пройти расстояния d_r, один лишь факт, что вычисленное расстояние между базовыми станциями 12 ячеек C1A и C2A превышает это расстояние d_r, обуславливает регистрацию подвижной станции 10.

Таким образом, окружности 16 и 20 являются лишь приближенными границами самоцентрирующихся "плавающих" зон, соответствующих подвижной станции 10. Более точное представление границ "плавающих" зон показано на фиг.1 более томными линиями 22 и 24, соответствующими окружностям 16 и 20.

Как было сказано выше, базовые станции передают значения широты и долготы для определения необходимости регистрации. Очевидно, что другая система координат может использоваться с той же целью. Например, может быть построена координатная сетка сотовой системы, в которой базовые станции передают координаты соответствующей ячейки координатной сетки.

С целью анализа предлагаемого способа регистрации рассматривается однородная сеть ячеек, как показано на фиг.1. Подвижная станция 10 регистрируется, в случае необходимости, при ее включении, а также каждый раз, когда она попадает в кольцо ячеек, определяемое расстоянием от ячейки предыдущей регистрации. При однородном транспортном движении в сети ячеек для определения ожидаемой частоты регистрации может частично (наполовину) использоваться метод Маркова. Хотя, как правило, движение транспортных средств от ячейки к ячейке представляет собой цепь Маркова высокого порядка, может быть получена простая модель, если принять цепь Маркова первого порядка с вероятностью попадания подвижной станции в одну из соседних ячеек, равной 1/6.

На фиг. 3 в виде графика представлена зависимость частоты избыточных сообщений, передаваемых базовыми станциями, от частоты регистрации для четырех различных значений t_c - ожидаемого времени, которое требуется подвижной станции, чтобы попасть в ячейку i при условии, что она только что вошла в ячейку j. Анализ, результатом которого является график, показанный на фиг. 3, предполагает наличие 1000 подвижных станций в одной ячейке сотовой системы, и поэтому для другого количества подвижных станций в ячейке нужно изменить масштаб. Выделенные точки на фиг.3 соответствуют регистрации, когда подвижная станция попадает в первое, второе и третье кольцо ячеек, а прямые отрезки, соединяющие эти точки, дают представление о форме кривой. Должно быть ясно, что для получения реальной картины транспортного движения значения на фиг.3 должны быть масштабированы. Действительно, почти невозможно представить, что 1000 подвижных станций могут пересечь ячейку сотовой системы за одну минуту, как показано на графике.

Для сопоставления с графиком, показанным на фиг.3, на фиг.4 представлен график зависимости частоты передачи базовыми станциями избыточных сообщений от частоты регистрации для ячейки, расположенной на границе зоны, в которой используется известный способ регистрации с фиксированными зонами. Для упрощения анализа допускается, что в списке зон, которые прошла подвижная станция, имеется только одна зона. В этом случае вновь используется однородная сеть ячеек, и полумодель Маркова, описанная при пояснении графика, показанного на фиг.3.

Для данной частоты передачи избыточных сообщений при использовании полумодели Маркова частота регистрации в предлагаемом способе имеет тенденцию быть меньше, чем в известном способе регистрация с фиксированными зонами. Меньшая частота передачи избыточных сообщений в предлагаемом способе, основанном на оценке расстояния, достигается потому, что круговая область ("плавающая" зона) образуется вокруг ячейки, в которой подвижная станция регистрировалась последний раз.

При использовании известного способа с фиксированными зонами ожидаемое расстояние, которое должна пройти подвижная станция, чтобы попасть в новую зону, меньше, так как она регистрируется в ячейке, расположенной на границе зоны. На самом деле в списке зон имеется несколько зон. Список с несколькими зонами используется таким образом, что подвижной станции не приходится регистрироваться несколько раз при ее перемещении из одной ячейки в другую вдоль границы зон. Следовательно, системе иногда приходится вести поиск подвижной станции в нескольких зонах. Поэтому предлагаемый способ регистрации, использующий расстояние, является более предпочтительным, если движение транспорта соответствует описанной выше модели.

При использовании известного способа регистрации с фиксированными зонами частота регистрации в ячейках, расположенных по периметру зоны, высокая, а в ячейках, расположенных внутри зоны, низкая. Это может привести к неравномерной нагрузке на ресурсы ячеек. Путем разделения подвижных станций на группы и расположения зон для каждой группы неравномерность распределения частоты регистрации по ячейкам может быть уменьшена. Однако при этом между зонами отсутствует четко определенная граница, что в ряде случаев нежелательно. В случае однородной сети сотовых ячеек при использовании предлагаемого способа частота регистрации одинакова во всех ячейках. Это утверждение не будет строго выполняться в большинстве систем, так как для подвижных станций наблюдается тенденция к инициализации регистрации в некоторых ячейках.

Описанные выше предпочтительные варианты осуществления изобретения позволяют любому специалисту реализовать или использовать настоящее изобретение. Для специалиста является очевидным, что возможны различные модификации этих вариантов, кроме того основные, принципы, описываемые здесь, могут быть использованы в других вариантах без дополнительного изобретательства. Таким образом, настоящее изобретение но ограничивается описанными здесь вариантами, а имеет широкий объем в соответствии с изложенными принципами и особенностями.

Сущность изобретения: способ регистрации подвижной станции в сотовой системе связи основан на оценке расстояния. Подвижная станция 10 регистрируется каждый раз, как она попадает в новую ячейку С2, расстояние до которой от предыдущей ячейки (С1), где она регистрировалась, больше некоторого заранее установленного значения. Базовые станции 12 ячеек передают информацию о их местоположении и величину расстояния. Подвижная станция 10 принимает информацию о местоположении базовой станции и вычисляет расстояние 18 от ячейки С1, в которой подвижная станция последний раз регистрировалась, до текущей ячейки С2, в которой она находится в настоящий момент. Если вычисленное расстояние больше, чем величина расстояния, соответствующая ячейке, где имела место регистрация, то подвижная станция регистрируется. Сигналы поискового вызова подвижной станции 10 передаются в группе 16, 20 ячеек, находящихся от ячейки, где подвижная станция зарегистрировалась, на расстоянии, не превышающем величину расстояния, переданную этой ячейкой. 5 с. и 28 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ создания зон передачи сигнала поискового вызова подвижной станции в сотовой системе связи, содержащей множество ячеек, отличающийся тем, что в каждой ячейке передают соответствующие информацию о местоположении ячейки и величину расстояния, на подвижной станции принимают и хранят информацию о местоположении ячейки и величину расстояния для текучей ячейки, в которой подвижная станция находится в данный момент, вычисляют расстояние между текучей ячейкой и предыдущей ячейкой, в которой подвижная станция регистрировалась, и сравнивают его с величиной расстояния для предыдущей ячейки, передают регистрационную информацию подвижной станции, когда вычисленное расстояние по меньшей мере равно величине расстояния для предыдущей ячейки, и по регистрационной информации подвижной станции определяют группу ячеек, находящихся от текучей ячейки на расстоянии, не превыщающем расстояния, соответствующего величине расстояния для текучей ячейки. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что запоминают информацию о местоположении ячейки и величину расстояния, соответствующие предыдущей ячейке, отыскивают информацию о местоположении ячейки и величину расстояния, соответствующие предыдущей ячейке, и сравнивают вычисленное расстояние с величиной расстояния, соответствующей предыдущей ячейке. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что регистрационную информацию подвижной станции передают, когда подвижная станция не регистрировалась в предыдущей ячейке. 4. Способ сокращения числа ячеек сотовой системы, связи, в которых требуется передача сигнала поискового вызова подвижной станции, отличающийся тем, что с базовой станции каждой ячейки передают соответствующие информацию о местоположении и величину расстояния, на подвижной станции, когда она находится в текущей ячейке, принимают и запоминают указанные информацию о местоположении и величину расстояния для текущей ячейки, вычисляют расстояние между базовой станцией текущей ячейки и базовой станцией предыдущей ячейки, в которой подвижная станция регистрировалась раньше, сравнивают вычисленное расстояние с величиной расстояния, соответствующей базовой станции предыдущей ячейки, передают регистрационную информацию подвижной станции на базовую станцию текущей ячейки, если вычисленное расстояние по меньшей мере равно величине расстояния, соответствующей базовой станции предыдущей ячейки, на базовой станции текущей ячейки принимают регистрационную информацию подвижной стадии и определяют группу ячеек, находящихся от текущей ячейки на расстоянии, не превышающем расстояния, соответствующего величине расстояния для текущей ячейки. 5. Способ по п.4, отличающийся тем, что информацию о местоположении и величину расстояния, соответствующие базовой станции предыдущей ячейки, запоминают в энергонезависимой памяти, отыскивают в указанной памяти запомненную информацию о местоположении предыдущей ячейки для вычисления указанного расстояния и отыскивают в указанной памяти запомненную величину расстояния, соответствующую базовой станции предыдущей ячейки, для сравнения с указанной величиной расстояния. 6. Способ по п.4, отличающийся тем, что определяют, регистрировалась ли подвижная станция в какой-либо ячейке, и передают указанную регистрационную информацию подвижной станции на базовую станцию текущей ячейки, если подвижная станция не регистрировалась ни в одной ячейке. 7. Способ по пп.4 - 6, отличающийся тем, что информация о местоположении базовой станции каждой ячейки содержит широту и долготу соответствующей базовой станции. 8. Способ по п.7, отличающийся тем, что для вычисления расстояния между базовой станцией текущей ячейки и базовой станцией предыдущей ячейки определяют разность между широтой базовой станции текущей ячейки и широтой базовой станции предыдущей ячейки для получения значения разности широт, определяют разность между долготой базовой станции текущей ячейки и долготой базовой станции предыдущей ячейки для получения значения разности долгот, возводят в квадрат значение разности широт и значение разности долгот, суммируют возведенное в квадрат значение разности широт с возведенным в квадрат значением разности долгот и вычисляют квадратный корень из полученной суммы с получением результата, соответствующего расстоянию между базовой станцией текущей ячейки и базовой станцией предыдущей ячейки. 9. Способ по п.5, отличающийся тем, что в указанной памяти дополнительно запоминают информацию о местоположении и величину расстояния, переданные базовой станцией текущей ячейки, когда вычисленное расстояние по меньшей мере равно величине расстояния, переданной базовой станцией предыдущей ячейки. 10. Способ по п.6, отличающийся тем, что в указанной памяти запоминают информацию о местоположении и величину расстояния, соответствующие базовой станции текущей ячейки, если подвижная станция не регистрировалась ни в одной из ячеек. 11. Способ по пп.4 - 10, отличающийся тем, что из каждой ячейки указанной группы ячеек передают сообщение поискового вызова. 12. Способ повторной регистрации в сотовой системе связи, включающий регистрацию подвижной станции в первой ячейке, отличающийся тем, что подвижную станцию обеспечивают информацией о местоположении первой базовой станции, расположенной в первой ячейке, со второй базовой станции, расположенной во второй ячейке, передают подвижной станции, когда она находится во второй ячейке, информацию о местоположении второй базовой станции, на подвижной станции вычисляют расстояние между первой базовой станцией и второй базовой станцией и регистрируют подвижную станцию во второй ячейке, когда вычисленное расстояние больше заранее установленной величины расстояния или равно этой величине. 13. Способ по п.12, отличающийся тем, что информацию о местоположении первой базовой станции запоминают в памяти подвижной станции и отыскивают в указанной памяти информацию о местоположении первой базовой станции для вычисления указанного расстояния. 14. Способ по п.13, отличающийся тем, что в указанной памяти запоминают указанную информацию о местоположении второй базовой станции, когда вычисленное расстоение по меньшей мере равно указанной заранее установленной величине расстояния. 15. Способ по п.12, отличающийся тем, что заранее установленная величина расстояния содержится в информации о местоположении первой базовой станции. 16. Способ по п.14, отличающийся тем, что заранее установленная величина расстояния содержится в информации о местоположении первой базовой станции. 17. Способ по п.16, отличающийся тем, что в информации о местоположении второй базовой станции содержится вторая заранее установленная величина расстояния. 18. Способ по пп.12 - 14, отличающийся тем, что заранее установленную величину расстояния предварительно запоминают в подвижной станции. 19. Способ по пп.12 - 18, отличающийся тем, что информация о местоположении первой станции содержит ее широту и долготу, а информация о местоположении второй базовой станции содержит широту и долготу второй базовой станции. 20. Способ по п.19, отличающийся тем, что при вычислении расстояния между первой базовой станцией и второй базовой станцией определяют разность между широтой второй базовой станции и широтой первой базовой станции для получения значения разности широт, определяют разность между долготой второй базовой станции и долготой первой базовой станции для получения значения разности долгот, возводят в квадрат значение разности широт и значение разности долгот, суммируют возведенное в квадрат значение разности широт с возведенным в квадрат значением разности долгот и вычисляют квадратный корень из полученной суммы с получением результата, соответствующего расстоянию между второй базовой станцией и первой базовой станцией. 21. Способ регистрации подвижной станции в сотовой системе связи, включающий регистрацию подвижной станции в первой ячейке, отличающийся тем, что с первой базовой станции, расположенной в первой ячейке, передают подвижной станции, когда она находится в первой ячейке, информацию о местоположении первой базовой станции и запоминают эту информацию в подвижной станции, с второй базовой станции, расположенной во второй ячейке, передают подвижной станции, когда она находится во второй ячейке, информацию о местоположении второй базовой станции, вычисляют расстояние между первой базовой станцией и второй базовой станцией и регистрируют подвижную станцию во второй ячейке, когда вычисленное расстоение по меньшей мере равное заранее установленной величине расстояния. 22. Способ по п.21, отличающийся тем, что запоминают информацию о местоположении первой базовой станции и величину расстояния в памяти подвижной станции и отыскивают в указанной памяти информацию о местоположении первой базовой станции и величину расстояния для вычисления указанного расстояния. 23. Способ по п.22, отличающийся тем, что в указанной памяти запоминают информацию о местоположении второй базовой станции, когда вычисленное расстояние больше указанной заранее установленной величины расстояния или равно этой величине. 24. Способ по пп.21 - 23, отличающийся тем, что информация о местоположении первой базовой станции содержит ее широту и долготу, а информация о местоположении второй базовой станции содержит широту и долготу второй базовой станции. 25. Способ по п.24, отличающийся тем, что при вычислении расстояния между первой базовой станцией и второй базовой станцией определяют разность между широтой второй базовой станции и широтой первой базовой станции для получения значения разности широт, определяют разность между долготой второй базовой станции и долготой первой базовой станции для получения значения разности долгот, возводят в квадрат значение разности широт и значение разности долгот, суммируют возведенное в квадрат значение разности широт с возведенным в квадрат значением разности долгот и вычисляют квадратичный корень из полученной суммы с получением результата, соответствующего расстоянию между второй базовой станцией и первой базовой станцией. 26. Способ создания зон передачи сигнала поискового вызова подвижной станции в сотовой системе связи, содержащей множество ячеек, отличающийся тем, что в заранее определенных ячейках передают информацию о местоположении соответствующей ячейки, на подвижной станции, когда она находится в текущей ячейке, принимают информацию о местоположении, переданную в ятой ячейке, и запоминают ее, вычисляют расстояние между текущей ячейкой и предыдущей ячейкой, в которой подвижная станция регистрировалась раньше, передают регистрационную информацию подвижной станции, когда вычисленное расстояние больше заранее установленной величины расстояния или равно этой величине, и по переданной регистрационной информации подвижной станции определяют группу ячеек, находящихся от текущей ячейки на расстоянии, не превышающем расстояния, соответствующего величине расстояния для текущей ячейки. 27. Способ по п.26, отличающийся тем, что запоминают информацию о местоположении предыдущей ячейки из указанных ячеек и указанную величину расстояния в энергонезависимой памяти, отыскивают в указанной памяти информацию о местоположении предыдущей ячейки для вычисления указанного расстояния и отыскивают в указанной памяти указанную заранее установленную величину расстояния для ее сравнения с вычисленным расстоянием. 28. Способ по п.27, отличающийся тем, что в указанной памяти запоминают информацию о местоположении текущей ячейки, когда вычисленное расстояние больше указанной заранее установленной величины расстояния или равно этой величине. 29. Способ по пп.26 - 28, отличающийся тем, что информация о местоположении предыдущей ячейки содержит ее широту и долготу, а информация о местоположении текущей ячейки содержит широту и долготу текущей ячейки. 30. Способ по п.29, отличающийся тем, что при вычислении расстояния между первой ячейкой и второй ячейкой определяют разность между широтой второй ячейки и широтой первой ячейки для получения значения разности широт, определяют разность между долготой второй ячейки и долготой первой ячейки для получения значения разности долгот, возводят в квадрат значение разности широт и значение разности долгот, суммируют возведенное в квадрат значение разности широт с возведенным в квадрат значением разности долгот и вычисляют квадратный корень из полученной суммы с получением результата, соответствующего расстоянию между базовой станцией второй ячейки и базовой станцией первой ячейки. 31. Способ по пп.26 - 30, отличающийся тем, что из каждой ячейки заранее определенной группы ячеек передают сообщение поискового вызова. 32. Сотовая система связи, содержащая множество базовых станций, каждая из кторых определяет ячейку, отличающаяся тем, что указанные базовые станции выполнены с возможностью выдачи подвижной станции информации о местоположении, а указанная подвижная станция выполнена с возможностью приема и запоминания информации о местоположении от каждой базовой станции, когда подвижная станция находится в ячейке, соответствующей этой базовой станции, выдачи регистрационной информации в первую базовую станцию, вычисления на основе указанной информации о местоположении расстояния между первой базовой станцией и текущей базовой станцией и выдачи регистрационной информации в текущую базовую станцию в случае, если это расстояние превышает заранее установленное значение. 33. Система по п.32, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит системный контроллер для приема регистрационной информации от каждой базовой станции и определения на основе этой информации группы базовых станций для передачи сигнала поискового вызова подвижной станции.