CN110326322A - 用于游牧式中继节点部署的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于在游牧式中继网络中进行中继节点配置和定位的控制装置100。该控制装置100被配置为接收中继节点200到达预定区域300的指示，以及该到达的中继节点200的中继节点信息。当接收该指示时，根据接收的该中继节点信息，并基于覆盖和/或连通要求，确定该预定区域300中该到达的中继节点200的配置和/或位置。最后，向该到达的中继节点200通知确定的所述配置和/或位置。

Description

用于游牧式中继节点部署的装置和方法

技术领域

本发明涉及用于在游牧式中继节点网络中进行中继节点配置和定位的控制装置、中继节点和方法。因此，定位意指找到网络中给定中继节点的位置，类似于节点部署。本发明的控制装置可以位于网络的基站(base station，BS)侧，或者位于网络中的游牧式中继节点的一侧。也就是说，该控制装置可以以集中式或分布式的方式实现。本发明的中继节点优选为游牧式中继节点，即可以在网络内改变其位置的中继节点。

背景技术

要提供普遍蜂窝网络覆盖是一个巨大的挑战，特别是在地下区域或深层室内的区域，如城市停车场。这主要是由于这些区域的墙壁、地板和天花板造成的累积贯穿损耗。蜂窝宏网络部署很少针对这些深度覆盖情况进行优化。然而，普遍的覆盖对于新的汽车机器类型通信(Machine Type Communication，MTC)用例尤为重要，例如用于检查车辆状态、在公共停车场中定位车辆、自动代客泊车等远程业务。传统的技术方案基于宏小区部署提供覆盖，通常可以分为以下两类。

第一种方法使用了用于物联网(Internet of Things，IoT)的窄带(narrowband，NB)技术，或基于低功率广域网(Low Power Wide Area Network，LPWAN)的MTC。这包括基于3GPP的技术，如NB-IoT(也称NB-CIoT)、NB-LTE、LTE-MTC、EC-GSM-IoT等，以及非3GPP技术，如LoRaWAN、SigFox等。这些技术方案在传统蜂窝技术之上引入了若干新的进展，例如：新的窄带空口设计、多次重传方案(multiple-retransmission scheme)、多子帧信道估计，更长的捕获时间(longer acquisition times)以及其它与接收器处理相关的创新。通过这些进展，与LTE等传统蜂窝标准相比，该些技术方案可实现高达20dB的链路预算改善，几乎接近热噪基底。使用的窄带技术针对典型的IoT和MTC场景，如智能电表、智能水表、智能灌溉传感器等，并具有几个吸引人的功能，如功耗极低、电池寿命长、芯片组成本低、并支持海量连接设备。

然而，所述窄带技术提供的链路预算改进仍然不足以在深层室内场景中带来普遍覆盖，例如地下多层车库，其中由多层墙壁、地面、地板和其它停放的车辆引起相当的传播损耗。

第二种方法是使用附加的基础设施，例如多跳固定中继和楼宇内分布式天线系统(In-Building Distributed Antenna System，DAS)。例如，添加固定的室外到室内(outdoor-to-indoor，O-to-I)中继，或使用专用的楼宇内DAS，确实可以解决向深层室内或地下区域提供覆盖的问题。电信运营商或所拥有的设施可以在城市的特定区域部署这种O-to-I中继，以便在特定区域中提供室内覆盖扩展。类似地，DAS可以处理例如大型建筑物内部覆盖不良的孤立点，即通过在整个建筑物中配置较小天线的网络来充当中继器。

然而，固定中继的主要缺点是增加了基础设施成本，并相应增加了网络规划和部署成本，并且该方法的可扩展性差(因为每个目标区域都需要专用于该地点的规划和部署)。

发明内容

鉴于上述问题和缺点，本发明旨在改进传统方法。具体地，本发明的目的是提供一种用于深层覆盖情况下的蜂窝网络部署的改进技术方案。因此，本发明特别针对汽车MTC应用。例如，为停放在地下和多层停车场的车辆提供连接这种关键用例。

本发明的目的通过所附独立权利要求中提供的技术方案实现。在从属权利要求中进一步限定了本发明的有利实施方式。

本发明的主要思想是通过按需配置和/或定位的游牧式中继节点的网络，将室内/地下区域的覆盖最大化。游牧式中继节点可以集成到或安装到车辆上。有利地，这样保持了覆盖冗余。覆盖冗余在概念上可以理解为由于在中继节点的给定拓扑结构中改变单个中继节点的位置而导致的覆盖的减少。因此，保持覆盖冗余意指针对游牧式网络的时变拓扑结构的覆盖保证或鲁棒性。在这方面值得注意的是，为了满足网络的某些业务要求，可以定义不同的关键性能指标(key performance indicator，KPI)或性能标准。

在游牧式中继节点的网络中(称为游牧式中继网络)，由于不可避免地存在一些中继节点具有变化的中继能力、电池状态、部署持续时间(例如，停放持续时间)，本发明特别提供了一种用于游牧式网络配置和/或定位的智能方法，以便在深层覆盖情况下提供改进的网络覆盖和减少的“覆盖漏洞”数量。

本发明的第一方面提供一种用于在游牧式中继网络中进行中继节点配置和定位的控制装置，所述控制装置被配置为：接收中继节点到达预定区域的指示，以及所述到达的中继节点的中继节点信息，当接收所述指示时，根据接收的所述中继节点信息，并基于覆盖要求和/或连通要求，确定所述预定区域中所述到达的中继节点的配置和/或位置，向所述到达的中继节点通知确定的所述配置和/或位置。

该预定区域也可以是在该控制装置的操作期间改变或更新的区域。因此，“预定”一词不仅指在游牧节点进入区域或网络之前的预先确定，而且指在该事件之后的预先确定。

游牧式中继网络可以是任何类型的网络，其中至少一个中继节点，例如基站或用户设备，是游牧式的。

该控制装置可以设置在基站或终端中，即也可以设置为分布式，尤其是也作为软件功能。

利用第一方面的该控制装置，能够按需(通过指示触发)配置和/或定位到达的游牧式中继节点，尤其是基于覆盖和/或连通要求配置和/或定位。这些要求可以根据该区域的期望覆盖或连通目标来定义。即使在深度覆盖的情况下，控制装置也能够提供几乎普遍的蜂窝网络覆盖。

因为中继节点配置和/或定位是基于特定连通标准和/或覆盖标准的，所以可以确定给定中继节点的最佳位置和/或配置，以便满足期望目标。例如，可以基于服务KPI来定义覆盖目标。中继节点的位置和/或配置可以在其初始确定之后，根据例如来自其它中继节点的本地信息动态地和/或按需更新，以便满足并维持期望的覆盖目标。还可以根据例如网络中的任何活动和/或候选中继节点的状态/能力来重新配置中继节点。

该控制装置还可以向该网络提供更新，例如向基站或该区域中的一个或多个中继节点提供，该更新可以是关于该预定区域的覆盖的局部变化、关于当前车辆位置、和/或关于车辆能力(如电池状态、中继能力、天线配置和/或载波频率支持，如毫米波)。

根据第一方面，在该控制装置的第一种实施方式中，该控制装置包括在服务于所述预定区域的基站或另一个网络节点中，或与之相关联，或者分布在所述预定区域中的多个中继节点上、或云上、或独立于运营商的实体中。

因此，可以实现集中式控制装置或分布式控制装置，用于实现该中继节点配置和/或定位，并且尤其是用于随时间维持该预定区域中的动态中继连通。

根据第一方面本身或根据第一方面的第一实施方式，在该控制装置的第二种实施方式中，所述覆盖要求包括使所述到达的中继节点在确定的所述位置处实现的覆盖最大化，和/或所述连通要求包括在确定的所述位置处的到达的中继节点与所述预定区域中的其它活动中继节点之间的连接数量高于阈值。

利用这些要求，可以优化该预定区域的覆盖和/或连通。其他覆盖要求可以包括业务要求，例如由必须满足的某些KPI定义的业务要求。这种KPI的一个示例是由特定中继节点服务的UE的最小接收功率，其可以转换为特定分组大小的时延范围。

在根据第一方面或根据第一方面的任何先前实施方式，在该控制装置的第三种实施方式中，该控制装置还被配置为维持所述网络为无间断的网络，其中每个活动中继节点都连接到基站。

在这方面，“连接”一词意指优选地利用图论来表示连通/可达性。这意指每个连接的活动中继节点都能够至少间接地(例如，通过一个或多个其它节点)与基站或其它服务节点通信。

作为示例，该控制装置可以被配置为维持连通图，该连通图至少在预定区域中优选动态地模拟游牧式中继网络。在连通图中，节点可以表示活动中继节点、候选中继节点或用户设备，而边可以表示两个活动中继节点之间的连接。然后，该连通要求优选地包括无中断的图，其中每个活动中继节点都连接到基站或服务于预定区域的至少一部分的另一个网络节点。

这种连通图的使用和维持使得能够以简单但有效的方式评估是否满足以及随着时间推移是否维持无间断网络和/或连通要求。另外，可以监视图中的周期，其中该周期指示能提供的连通冗余，即，某个节点到服务基站或其它服务节点(尤其是活动中继节点)的冗余连接。因此，显著改善了预定区域中的连通稳健性。

根据第一方面本身或根据第一方面的任何先前实施方式，在该控制装置的第四种实施方式中，所述配置包括中继模式，所述中继模式定义如何将信息中继到其它节点。

该中继模式可以是放大转发(amplify-and-forward，AF)模式或解码转发(decode-and-forward，DF)模式，和/或带外模式或带内模式，和/或非活动模式等。非活动模式是例如，非中继模式，如UE模式或RRM配置。通过具体配置中继模式，可以进一步提高网络的覆盖和性能。

根据第一方面或根据第一方面的任何先前实施方式，在该控制装置的第五种实施方式中，所述中继节点信息包括所述到达的中继节点的中继能力、最大发射功率、电池状态和/或在所述预定区域中预期的停留时间。

要注意的是，该特定中继节点信息允许进一步优化预定区域中的网络的覆盖和可靠性。此外，该中继节点信息还可以包括中继节点身份ID和/或该预定区域的ID。

根据第一方面或根据第一方面的任何先前实施方式，在该控制装置的第六种实施方式中，该控制装置还被配置为基于所述网络状态变化的有关信息，基于所述覆盖和/或连通要求，为所述预定区域中的至少一个其它活动或非活动中继节点确定新配置和/或位置。

网络的状态改变可以基于通知的接收，该通知指示：节点离开该预定区域、中继节点离开该预定区域、和/或节点改变其状态，例如在电池状态方面发生改变等。相应地，该控制装置能够提供网络的按需重新配置和/或定位，这提供了额外的覆盖稳健性和可靠性。因此，该控制装置能够更好地随时间维持覆盖和/或连通。

根据第一方面的第六种实施方式，在该控制装置的第七种实施方式中，该装置还被配置为为所述预定区域中的至少一个活动中继节点确定新位置，并向所述活动中继节点通知所述新位置，和/或为所述预定区域中的至少一个非活动中继节点确定活动配置，或为所述预定区域中的至少一个活动中继节点确定非活动配置，并向所述非活动中继节点通知所述活动配置。

本发明的第二方面提供一种用于游牧式中继网络的中继节点，被配置为：发送所述中继节点到达预定区域的指示和自己的中继节点信息，获得所述预定区域中的所述中继节点的配置和位置，在获得的所述位置执行获得的所述配置，并且在执行所述配置之后，确定并发送所述预定区域的更新的覆盖。

该中继节点移动到获得的位置，并在该处执行获得的配置。该位置可以从控制装置获得，该控制装置可以按如上所述，以集中方式在BS、网络节点、云等处实现，也可以按分布式方式，在中继节点自身处实现。从而，该中继节点参与优化网络中的覆盖和/或连通。覆盖更新可以仅发送一次，但覆盖更新也可以更频繁地发送，例如周期性地发送。覆盖更新可以仅包括与当前覆盖相比的覆盖增益，但也可能包括全新的覆盖。

根据第二方面，在中继节点的第一种实施方式中，该中继节点还被配置为通过以下方式确定所述更新的覆盖：从已连接的中继节点或用户设备收集信号质量测量，并从收集的所述测量中得出所述更新的覆盖，或基于所述中继节点与周围对象之间的测量距离和/或所述中继节点的发射功率水平，估计所述更新的覆盖。

因此，该中继节点能够基于预定区域中的实际环境，以及预定区域中的障碍物、墙壁和/或楼层等，分别提供精确和实际的覆盖更新。

根据第二方面本身或根据第二方面的第一种实施方式，在该中继节点的第二种实施方式中，该中继节点还被配置为：基于所述更新的覆盖和/或基于接收的所述预定区域的至少一个无线环境地图，构建所述预定区域的无线环境地图。

因此，随着时间的推移，可以产生预定区域的完整无线指纹，这便于为到达的中继节点或要重新安排的中继节点识别潜在位置。此外，可以监控活动中继节点在所服务的用户设备数量方面的负载。第三方地图或传感器测量可以与无线环境地图(如有)组合，以获得更精确的环境地图。

根据第二方面本身或根据第二方面任何先前实施方式，在该中继节点的第三种实施方式中，该中继节点还被配置为通过以下方式获得所述配置和位置：基于由所述中继节点从所述预定区域中的其它活动中继节点周期性地接收或请求的和/或由所述网络中的变化触发的所述预定区域的至少一个无线环境图，自主地确定其在所述预定区域中的配置和位置。

根据本发明第二方面或根据第二方面的任何先前实施方式，在该中继节点的第四种实施方式中，该中继节点还被配置为，当处于不活动状态时，监控所述预定区域的所述覆盖，以及当所述覆盖低于阈值时，或者当从另一个中继节点接收到指示时，发送(尤其是广播)自己的中继节点信息。

利用预定区域中的这种中继节点，可以以自组织且反应灵敏的方式维持网络的覆盖和/或连通。

根据第二方面本身或根据第二方面任何先前实施方式，在该中继节点的第五种实施方式中，该中继节点还被配置为：发送其离开所述预定区域的通知，在离开所述预定区域之前，识别所述预定区域中合适的替换中继节点，向识别的所述替换中继节点发送配置，以便根据所述配置来配置所述替换中继节点，并且尤其地，向所述预定区域中的其它中继节点通知所述替换中继节点的所述配置。

因此，预定区域中的中继节点可以以自组织的方式，随着时间维持覆盖和/或连通。值得注意的是，对其它中继节点的通知也可以由该替换中继节点执行。

根据第二方面的第四种实施方式，在该中继节点的第六种实施方式中，该中继节点还被配置为：如果不能识别替换中继节点，则：相应地通知所述预定区域中的至少一个其它中继节点，或指示至少一个其它中继节点移动到所述预定区域中基于覆盖和/或连通要求而确定的新位置。

如此，缓和了找到合适的替换中继节点的失败，并且因此改善了覆盖和/或连通稳健性。

本发明的第三方面提供了一种用于在游牧式中继网络中进行中继节点配置和定位的方法，所述方法包括以下步骤：接收中继节点到达预定区域的指示，以及接收所述到达的中继节点的中继节点信息，当接收所述指示时，根据接收的所述中继节点信息，并基于覆盖要求和/或连通要求，确定所述预定区域中所述到达的中继节点的配置和/或位置，向所述到达的中继节点通知确定的所述配置和位置。

根据第三方面，在该方法的第一种实施方式中，该方法由控制装置执行，该控制装置包括在服务于所述预定区域的基站或另一个网络节点中，或与之相关联，或者在所述预定区域中的多个中继节点上、或云上、或独立于运营商的实体中分布式执行。

根据第三方面本身或根据第三方面的第一种实施方式，在该方法的第二种实施方式中，所述覆盖要求包括使所述到达的中继节点在确定的所述位置处实现的覆盖最大化，和/或所述连通要求包括在确定的所述位置处的到达的中继节点与所述预定区域中的其它活动中继节点之间的连接数量高于阈值。

根据第三方面的方法或根据第三方面的任何先前实施方式，在该方法的第三种实施方式中，该网络被维持为无间断的网络。

根据第三方面本身或根据第三方面的任何先前实施方式，在该方法的第四种实施方式中，所述配置包括中继模式，所述中继模式定义如何将信息中继到其它节点。

根据第三方面或根据第三方面的任何先前实施方式，在该方法的第五种实施方式中，所述中继节点信息包括所述到达的中继节点的中继能力、最大发射功率、电池状态和/或在所述预定区域中预期的停留时间。

根据第三方面或根据第三方面的任何先前实施方式，在该方法的第六种实施方式中，该方法包括：基于所述网络状态变化的有关信息，基于所述覆盖和/或连通要求，为所述预定区域中的至少一个其它活动或非活动中继节点确定新配置和/或位置。

根据第三方面的第六实施方式，在该方法的第七种实施方式中，该方法还包括：为所述预定区域中的至少一个活动中继节点确定新位置，并向所述活动中继节点通知所述新位置，和/或为所述预定区域中的至少一个非活动中继节点确定活动配置，或为所述预定区域中的至少一个活动中继节点确定非活动配置，并向所述非活动中继节点通知所述活动配置。

第三方面的方法及其实施方式实现了与第一方面的装置及其实施方式相同的优点。

本发明的第四方面提供了一种用于在游牧式中继网络中进行中继节点配置和定位的方法，所述方法包括以下步骤：发送中继节点到达预定区域的指示，并发送中继节点信息，获得所述预定区域中的所述中继节点的配置和位置，在获得的所述位置执行获得的所述配置，并且在执行所述配置之后，确定并发送所述预定区域的更新的覆盖。

根据第四方面，在该方法的第一种实施方式中，该方法还包括通过以下方式确定所述更新的覆盖：从已连接的中继节点或用户设备收集信号质量测量，并从收集的所述测量中得出所述更新的覆盖，或基于所述中继节点与周围对象之间的测量距离和/或所述中继节点的发射功率水平，估计所述更新的覆盖。

根据第四方面的方法或根据第四方面的第一种实施方式，在该方法的第二种实施方式中，该方法还包括基于所述更新的覆盖和/或基于接收的所述预定区域的至少一个无线环境地图，构建所述预定区域的无线环境地图。

根据第四方面的方法或根据第四方面的任何先前实施方式，在该方法的第三种实施方式中，该方法还包括通过以下方式获得所述配置和位置：基于由所述中继节点从所述预定区域中的其它活动中继节点周期性地接收或请求的和/或由所述网络中的变化触发的所述预定区域的至少一个无线环境图，自主地确定其在所述预定区域中的配置和位置。

根据第四方面的方法或根据第四方面的任何先前实施方式，在该方法的第四种实施方式中，该方法还包括：监控所述预定区域的所述覆盖，以及当所述覆盖低于阈值时，或者当从另一个中继节点接收到指示时，发送(尤其是广播)自己的中继节点信息。

根据第四方面的方法或根据第四方面的任何先前实施方式，在该方法的第五种实施方式中，该方法还包括：发送中继节点离开所述预定区域的通知，在该中继节点离开该预定区域之前，识别所述预定区域中合适的替换中继节点，向识别的所述替换中继节点发送配置，以便根据所述配置来配置所述替换中继节点，并且尤其地，向所述预定区域中的其它中继节点通知所述替换中继节点的所述配置。

根据第四方面的第四种实施方式，在该方法的第六种实施方式中，该方法还包括：如果不能识别替换中继节点，则：相应地通知所述预定区域中的至少一个其它中继节点，或指示至少一个其它中继节点移动到所述预定区域中基于覆盖和/或连通要求而确定的新位置。

第四方面的方法及其实施方式实现了与第二方面的中继节点及其实施方式相同的优点。

应注意本申请中描述的所有设备、元件、单元和装置等均可在软件或硬件元件或其任何种类的组合中实现。由本申请中描述的各种实体执行的所有步骤以及被描述为由各种实体执行的功能旨在表示相应实体适于或被配置为执行相应的步骤和功能。

即使在以下对特定实施例的描述中，由外部实体执行的特定功能或步骤并未反映在执行特定步骤或功能的实体的特定详细元件的描述中，但应该清楚的是，本领域技术人员可以在相应的软件或硬件元件或其任何种类的组合中实现这些方法和功能。

附图说明

本发明的上述各方面和实施方式将在下面的具体实施例的描述中结合附图进行解释，在附图中：

图1示出了根据本发明实施例的控制装置，其被配置为执行根据本发明实施例的方法。

图2示出了根据本发明实施例的中继节点，其被配置为执行根据本发明实施例的方法。

图3示出了根据本发明的中继节点进入预定区域并离开蜂窝覆盖区域的场景。

图4示出了对游牧式中继网络建模的连通图。

图5示出了用于在中继节点进入预定区域的情况下维持覆盖和/或连通的集中式机制。

图6示出了用于在中继节点离开预定区域的情况下维持覆盖和/或连通的集中式机制。

图7示出了用于在中继节点进入预定区域的情况下维持覆盖和/或连通的分布式机制。

图8示出了用于在中继节点离开预定区域的情况下维持覆盖和/或连通的分布式机制。

图9示出了将本发明与现有技术进行比较的表格。

图10示出了智能覆盖扩展模块的功能架构。

图11示出了根据本发明实施例的中继节点的定位场景。

图12示出了由某处的中继节点获得的测量表。

具体实施方式

图1示出了根据本发明实施例的控制装置100。该控制装置100被配置为执行根据本发明另一实施例的方法110，用于在游牧式中继网络中进行中继节点配置和定位。

具体地，控制装置100被配置为接收111中继节点200到达预定区域300的指示，以及该到达的中继节点200的中继节点信息。控制装置100可以直接从到达的中继节点200接收该指示和/或信息，和/或从服务于该预定区域300的BS 301或其它节点、和/或一个或多个其它中继节点间接接收。此外，控制装置100被配置为当接收到关于该到达的中继节点200的指示时，根据接收的中继节点信息并基于预定区域300中的覆盖要求和/或连通要求，确定112该到达的中继节点200的配置和/或位置。最后，控制装置100被配置为：向到达的中继节点200通知113其所确定的配置和/或位置。由此，到达的中继节点200就可以直接和/或经由例如BS 301和/或一个或多个其它中继节点间接地得到通知。然后，到达的中继节点200就可以占据所确定的位置，例如停车位，和/或可以执行该配置，优选地在所确定的位置处执行。

图2示出了根据本发明另一实施例的中继节点200。该中继节点200被配置为执行根据本发明另一实施例的方法210，用于在游牧式中继网络中进行中继节点配置和定位。

具体地，中继节点200被配置为发送211中继节点到达预定区域300的指示，以及发送自身的中继节点信息。该指示和/或信息可以发送给控制装置100，和/或发送给BS 301或网络的其它服务节点，和/或可以在一个或多个其它中继节点之间分发。此外，中继节点200被配置为获得212中继节点200在预定区域300中的配置和位置，并且在该获得的位置处执行213该获得的配置。在执行配置之后，中继节点200被配置为确定并发送213该预定区域300的更新的覆盖。特别地，该更新的覆盖可以发送给控制装置100、BS 301或区域300中的其它服务节点，或者区域300中的一个或多个其它中继节点。

图3示出了本发明的典型应用场景。特别地，图3示出的预定区域300为具有两层(标记为0层和1层)的停车库。预定区域300由至少一个BS 301服务。BS 301可以包括控制装置100或与控制装置100相关联。在预定区域300中示出了几个车辆(标记为车1-3)。每个车辆可以各自配备有中继节点200。控制装置100还可以分布在该预定区域300中的车辆的中继节点200之间。

如图所示，第一中继节点200安装在车1上，进入了预定区域300。第二和第三中继节点200分别安装在已停放的车2和车3上。在进入区域300时，车1的中继节点200发送指示其已到达的触发(trigger)和自己的中继节点信息。此外，它可以从服务BS 301接收该区域300的室内地图。从这一点开始，车1的一个或多个传感器(例如GPS/IMU、激光雷达、毫米波雷达等)可以例如，通过使用室内导航技术，确定到达的中继节点200在预定区域300中的当前位置。

然后，车1的到达的中继节点200获得预定区域200中的配置和/或位置。例如，控制装置100根据所述中继节点200的中继节点信息并基于覆盖要求和/或连通要求，确定该到达的中继节点200的配置和/或位置。然后，控制装置100和BS 301可以直接或间接地向到达的中继节点200通知其所确定的配置和/或位置。例如，区域300中最近的其它中继节点200(例如，车2)可以为车1的到达的中继节点200提供该配置和/或位置。

特别地，该位置可以从潜在位置401确定，例如，该预定区域300中的可用和已知停车位，并且可以是基于与每个潜在位置401相关联的覆盖度量(metric)和/或连通度量。如果车1的中继节点200最终占据该潜在位置401作为其确定的位置，则与潜在位置401相关联的覆盖度量可以指示例如估计的非重叠3D覆盖。如果进入该区域的中继节点200最终被定位在该潜在位置401作为其确定的位置，则与潜在位置401相关联的连通度量可指示例如可能潜在地与该进入的中继节点200通信的活动或候选中继节点400的数量。

另选地，在控制装置100分布在预定区域300中的多个或所有中继节点200中的情况下，就可以向车1的中继节点200提供潜在位置401，以及与潜在位置401相关联的覆盖度量和/或连通度量。然后，所述中继节点200可以自行，或者在区域300中的其它中继节点200的支持下，从潜在位置401确定最终位置。

预定区域300中的每个中继节点200，即每个配备有中继能力的车辆，最终应该在区域300中占据一个位置，使得满足覆盖要求，例如，覆盖度量最大化。而且还要满足连通要求，例如，连通度量保持在最小阈值之上。

与每个潜在位置401相关联，优选也是对中继节点200的中继能力和/或功耗的要求。因此，一些位置可能不需要任何中继能力(由于其附近存在其它活动中继节点200)，而其它位置确实需要中继能力(例如，具有不同的占空比、发射功率等)。

中继节点200随着时间移入和移出确定的位置(停车位)和/或整个预定区域300，该预定区域300中的网络拓扑结构也会发生改变，相应地，网络的中继和/或连通状态也会发生改变。

本发明的优选目标是确保网络始终保持为无间断的网络。也就是说，预定区域300中的每个中继节点200应该始终直接或间接地连接到BS 301或区域300的另一个服务节点。为此，优选地，对网络动态建模的连通图应该无间断地连接起来。控制装置100可以使用集中式或分布式的信令机制来检查和维持(动态)连通图。优选的信令机制在下面进一步描述。

对游牧式中继网络动态建模的连通图的示例在图4中示出，可以由控制装置100使用，以便确保到BS 301或其它服务节点的连通。连通图中的每个节点是BS 301或网络节点、活动中继节点200、候选中继节点400或常规用户设备(user equipment，UE)402。另外，还可以优选地包括候选位置401(即，潜在的中继节点位置)。活动中继节点200可以彼此连接，并且在一些情况下，可以连接到一个以上的其它活动中继节点200。候选中继节点400就是，例如，可以成为活动中继节点200的停放车辆，例如，如果附近的活动中继节点200离开该预定区域300，则可以成为活动中继节点200。优选的信令机制确保这种配置改变平稳地发生，其中该改变可能需要重新部署预定区域300中的一些现有节点，以维持连通图中连接的无间断。

连通图中的周期指示着连接的冗余，其针对游牧式网络之变化的拓扑结构，增加了连通的鲁棒性，尤其是当中继节点200随着时间移入和移出预定区域300时的连通鲁棒性。

下面示出了可以据以确定中继节点200的配置和/或位置的覆盖要求和连通要求的示例。

首先，进行如下假设：

A_p ^r(t)表示在时刻t由放置在预定区域300中的位置p处的中继节点r实现的3D覆盖。

T_p ^r(t)表示在时刻t由位于位置p处的中继节点r服务的UE 402的覆盖集。

S_p ^r(t)表示在时刻t连接到位于位置p处的中继节点r的已连接中继节点200的集合。

SINR_ij表示从节点i到节点j的传输的信干噪比。

如果有SINR_ij>β_conn且SINR_ji>β_conn，其中β_conn为节点连通的最小SINR阈值，则两个中继节点i和j是相连的。

N^r _p(t)表示在时刻t连接到位于位置p处的中继节点r的中继节点200的数量。

N^conn _min是连接到特定中继节点的已连接中继节点200的最小数量。

N^cov _min是向特定UE 402提供覆盖的中继节点200的最小数量。

中继节点r在预定区域300中选择位置p的规则可以用公式表述如下：

N^r _p>N^conn _min(连通要求)

A_p ^r取最大值(覆盖要求)

常规UE u在预定区域300中选择位置p的可选规则可以用公式表述如下：

u∈T_p ^r，对于N^cov _min个不同节点r＝r₁,r₂..N^cov _min(覆盖冗余)

N^r＝u _p＝min(1,N^conn _min)(中继部署优化)

其中假设u是位于预定区域300中的位置p处的UE 402。

接下来将描述两种优选的信令机制，其可另选地用于通过例如多跳中继节点场景中的(动态)图形连通来实现和维持无间断的网络。

在图5和图6所示的集中式机制中，控制装置100确定到达预定区域300的中继节点200的最佳位置和/或配置(图5中所示)，以便满足覆盖和/或连通目标，即控制装置100基于覆盖和/或连通要求来确定位置。在中继节点200离开预定区域300的情况下(图6中所示)，控制装置100也确定中继节点200的配置和/或位置。集中式机制具有的优点是：掌握预确定的覆盖区域300的全局视图，并掌握网络覆盖和连通的整体状态。

参见图5，针对新中继节点200与车1一起到达预定区域300的情况，描述了集中式信令机制。当车1的中继节点200进入区域300时，它可以发送触发给服务BS 301，以便传达其进入区域300的事件。服务BS 301可以将更新触发与中继节点上下文，例如中继ID(可以映射到中继类型和中继能力)、停车场ID和/或电池状态，一起转发给控制装置100(这里称为控制单元)。

然后，基于包括中继节点上下文、现有覆盖、现有连通和/或从例如智能交通系统(Transportation System，ITS)App 500获得的连通要求等的标准，控制装置100可以确定车1的最佳停车位置，即到达的中继节点200在预定区域300中的最佳位置。控制装置100还可以确定到达的中继节点200的配置。可以将配置发送给到达的中继节点200，例如通过服务BS 301发送。到达的中继节点200的配置可以包括与下面类似的参数：中继模式，其定义如何将信息中继到其它节点(例如，包括诸如AF或DF的中继操作、带外或带内中继)、UE模式、无线资源管理配置(例如，Tx功率、天线模式、频带)和/或邻近中继节点200的ID。所谓邻近中继节点200，是指到达的中继节点200应与之建立中继到中继链路的中继节点200(例如，与车2和/或车3建立)。

此外，也可以将预定区域300的当前有效3D地图发送给到达的中继节点200。在此基础上，预定区域300中的位置可以被指定为所提供的3D地图上的坐标，或者被指定为相对于任意已停放的中继节点200的相对位置。除此之外，该位置还可以定义为无线参数，例如，来自已停放的、具有给定中继ID的、可以与之建立可靠的无线链路连接的中继节点200的接收信号功率。例如，当接收功率水平达到给定阈值以上时，就可以假定已经就位。

到达的中继节点200执行所接收的配置，例如通过建立到另一个中继节点200(例如，汽车3的中继节点200)的通信链路来执行。一旦建立通信链路，新到达的车1的中继节点200就可以确定当前的覆盖，例如，通过从已连接的UE 402收集信号质量测量值，或者通过使用，例如，用于测量到周围物体的距离和/或Tx功率水平的停车传感器来估计覆盖。然后，可以通过现有连通链路，将覆盖更新发送给服务BS 301。因此，在集中式机制中，通过覆盖更新来表示新中继节点200配置成功。

参见图6，针对中继节点200离开预定区域300的情况，进一步描述了集中式信令机制。当中继节点200(例如，车3的中继节点)离开区域300时，要离开的中继节点200可以发送触发给服务BS 301，以便传达其离开区域300的事件。该触发可以在例如车3的发动机启动或者有目标地址输入车3的导航系统时生成。然后，触发消息被发送给服务BS 301，优选地经由维持该连通的已连接的中继节点200的网络发送，或者，当可以建立与服务BS 301的通信链路时，也可以直接发送。服务BS 301可以向控制装置100发送将该触发，优选地，同时还发送如上所述的中继节点上下文。然后，控制装置100在例如连通图上确定所需的更新。

这里考虑两个示例选项：确定现有中继节点200之一(例如，车1的中继节点200)的新位置，以便维持连通图。另选地(或另外地)，从可用的、当前不活动的候选中继节点400中配置新的活动中继节点200，使得维持连通图无间断。

在图6中示出该第二种选择。因此，将新中继节点配置经由车1的服务中继节点200发送给当前处于UE模式的车2的候选中继节点400。然后，将车2的候选中继节点400激活为中继节点200，建立车1和车2之间的通信链路。一旦在车1和车2之间建立了该通信链路，就可以向车3发送离开ACK，例如由控制装置100通过服务BS 301并最终通过其它已连接的中继节点200发送。当车2被激活作为新中继节点200时，就确定上面详述的更新的覆盖，并且将覆盖更新发送给控制装置100，优选地经由连通图中的服务BS 301和中继节点200发送。基于该覆盖更新，控制装置100更新区域300的当前有效3D地图。

应注意的是，图5和6中提到的控制装置100的一部分或全部，或其控制功能，可以位于BS 301或区域300的另一个服务节点中，但也可以位于随机接入网(RAN)聚合点中，或者位于ITS App 500中。

在如图7和图8所示的分布式机制中，用于中继配置、节点定位和维持连通的控制装置100分布在若干中继节点200上，从而产生游牧式中继节点200的自组织临时(ad-hoc)网络，其协作地确保每个中继节点200与网络的BS 301之间的连通。也就是说，控制装置100分布在多个中继节点200上。

参见图7，针对下面的情形描述了分布式信令机制：中继节点200(与车1一起)进入预定区域300(这里是停车场)，向BS 301发送指示，然后接收区域300当前有效的环境地图，优选地还接收活动中继节点200的信息。该环境地图优选地包括潜在位置401(候选停车位置)，这取决于例如车1的中继能力、其预期的停车时长(如有)及其电池状态。关于活动中继节点200的信息可以包括以服务BS 301的定时为参照的活动中继节点200的网络标识和传输调度。

所有活动中继节点200可以周期性地广播它们自己版本的环境地图，包括可用和合适的位置401，这取决于待加入的中继节点200的状态(即中继能力、预期停车时长、电池状态)。活动中继节点200的传输调度和周期可以由网络预先配置，或者可以由中继节点200以分散的方式从有限的一组可能性中选择。

任何中继节点200都可以感测和监视BS 301的覆盖。一旦有例如车1感测到BS 301的覆盖低于特定阈值(例如，基于RSSI或RSRP测量)，就可以立即广播其自身的状态信息(中继能力、预期停车时长、电池状态等)。然后，由最近的活动中继节点200(此处为车2的活动中继节点200)接收该信息，该活动中继节点200可以更新其自己的周期性广播，在其中包含该新信息。该更新被车2的覆盖中的至少一个活动中继节点200(例如，车3)和其它非活动中继节点400以及非中继节点接收。其它活动中继节点200(这里是车3的中继节点)可以将其自己的更新的环境地图广播到最近的活动中继节点200(这里是车1的中继节点，通过车2广播)，后者则更新其自己的环境地图广播。于是，车1通过这个已连接中继节点200构成的链条接收区域300中的所有活动中继节点200的更广泛的环境地图更新。

车1及其中继节点200的最终位置由其自身决定，优选地基于如上所述获得的累加和融合后的环境地图信息。一旦车1及其中继节点停放到确定的位置，中继节点200就将包含该位置的指示发送给最近的活动中继节点200，后者则经由多跳中继，将该指示中继到BS301。

参见图8，针对中继节点200离开预定区域300的情况，描述了分布式信令机制。在分布式信令机制中，标出了以下步骤。

离开预定区域300的中继节点200(此处属于车2)向例如其邻近活动中继节点200发送指示，然后再为其自身标识合适的替换者。这可以基于由服务中继节点200触发的或者由所服务的UE 402(诸如车3的UE)初始化的按需或周期性测量报告。该测量报告并不限于信号质量测量(如RSSI、RSRP等)，还可以包括车辆状态报告，包含中继能力、电池电量、预期停车时长等。

一旦要离开的中继节点200决定了合适的替换者，就将其配置并激活为新中继节点200(例如，车3的中继节点)，并且向其所连接的活动中继节点200(例如车1的中继节点)通知此操作。在从其服务中继节点200接收到中继配置和激活命令时，该新中继节点200就与旧中继节点200以及连接到该旧中继节点200的至少一个活动中继节点200建立链路。

连接到要离开的中继节点200的活动中继节点200在接收到来自新中继节点200的通信时，就向要离开的中继节点200发送确认。新配置的活动中继节点200开始周期性广播其更新的环境地图，而其覆盖区域中的UE 402则最终根据它们的睡眠/唤醒周期，将它们自身与新激活的中继节点200相关联。

如果没有合适的中继节点200可以满足覆盖和/或连通要求，则要离开的中继节点200有两个选项：通知其连接的活动中继节点200寻找合适的替换者，在这种情况下，找到合适的替换的过程在这些中继节点200处重复；或者指示候选中继节点400移动到合适的位置401，使得其可以满足覆盖和/或连通要求。

在图9中所示的表中，给出了本发明与传统窄带LPWAN技术方案(即NB-IoT)以及基于专用基础设施的技术方案(如多跳固定中继)的定性比较。可以看出，利用本发明，很好地利用了现有基础设施，而基于专用基础设施的技术方案却未能做到。此外，本发明足以实现深度室内覆盖，并且在没有额外成本的情况下满足汽车远程服务用例，而窄带LPWAN技术方案却未能做到。此外，虽然本发明引入了新的信令机制，但这些并不是延迟关键性(delay-critical)的。

此外，下面描述可以应用本发明的具体使用情况。

一个用例是如图10所示的智能覆盖扩展模块(Coverage Extension Module，ICEM)。其提出专为根据本发明实施例的控制装置100实现为ICEM中的新5G特征。因此，“智能覆盖扩展”(ICE)可以在现有NB-IoT或LTE(-M/Cat0)调制解调器上实现为软件模块。如此得到的是具有智能覆盖扩展模块(ICEM)的传统NB-IoT或LTE-M/Cat0调制解调器，其根据基于本发明实施例的控制装置100的能力，提供智能和增强的覆盖扩展。

另一个用例是图11中所示的动态无线环境地图(Dynamic Radio EnvironmentMap，DREM)。该建议用例要求游牧式节点(中继节点200或其它)进行无线测量，并构建预定区域300的无线环境地图，以便参与该方案。这些环境地图也称为动态无线环境地图(LocalDREM，LDREM)，顾名思义，是动态的，因为它们会随时间和空间变化，并且基于无线测量。

考虑图11的具体场景，其示出了预定区域300(这里是停车场)的平面图，各个位置(这里是停车位)被标记为A1…A30。阴影车辆是当前活动的中继节点200(游牧式)，其为其它车辆提供覆盖扩展。在图11中，特别示出了在位置A17处的活动中继节点200提供的覆盖。

每个定位的中继节点200触发来自其服务用户(D2D)的无线测量，以构建局部动态无线环境地图(LDREM)。之所以是“局部”，是因为测量是在所讨论的已停放中继节点200的局部进行的。例如，位置A17处的中继节点200的LDREM看起来可能如图12的上半部分所示。

图12中的上半部分包括在位置A17处的中继节点200相对于位置A1…A16、A18…A30处的其它节点的无线测量，该无线测量在此处为示例性的RSSI(dBM)。上半部分包括空位，取决于区域300的大小和占用、遮蔽等。

由于应当连接(即，形成无间断的连通图)所有活动中继节点200，因此没有活动中继节点200被隔离或断开连接。活动中继节点200可以共享它们各自的LDREM，并且可以构建区域300的全局动态无线环境地图(Global Dynamic Radio Environment Map，GDREM)，如图12的下半部分所示。这个群策群力做成的GDREM可以提供区域300的完整RF指纹，包括潜在的空车位置401、和/或活动中继节点200上的负载。还可以补充附加的上下文信息，例如节点能力、估计的停车时长、电池状态等。GDREM可以作为对上面提出的集中/分布式中继节点200部署和配置机制的输入。LDREM/GDREM可以可选地集成第三方地图或传感器测量(如果可用)，以获得更细粒度的环境地图。

总之，本发明相比传统技术方案，尤其是传统的仅设计用于两跳通信的LTE中继，实现了以下差异。传统方案不支持多跳，即可以的跳数不超过两跳。此外，在LTE中继中，没有建立多跳的自动机制。不考虑电池消耗，因为通常有固定的电源。此外，中继节点的模式在LTE中继中是固定的，即不是AF就是DF。

相反，利用本发明，可以支持超过两跳，并且中继节点200可以基于覆盖和/或连通要求来配置模式。中继节点200也可以被配置为UE 402。此外，中继节点200之间的中继模式和连通可以基于信息元素(例如，收集到的测量值)以及电池状态来确定。

已经结合各种作为示例的实施例以及实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员在实践所要求保护的本发明时，可以通过研究附图、本公开和独立权利要求，从而理解和实现其它变型。在权利要求书以及说明书中，“包括”一词不排除其他要素或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单个元件或其他单元可以满足权利要求中记载的若干实体或项目的功能。在互不相同的从属权利要求中记载了某些措施的事实，并不表示不能使用这些措施的组合产生有利的实施方式。

Claims (17)

1.一种用于在游牧式中继网络中进行中继节点配置和定位的控制装置，所述控制装置被配置为：

接收中继节点到达预定区域的指示，以及所述到达的中继节点的中继节点信息，

当接收所述指示时，根据接收的所述中继节点信息，并基于覆盖要求和/或连通要求，确定所述预定区域中所述到达的中继节点的配置和/或位置，

向所述到达的中继节点通知确定的所述配置和/或位置。

2.根据权利要求1所述的控制装置，其中所述控制装置：

包括在服务于所述预定区域的基站或另一个网络节点中，或与之相关联，或者

分布在所述预定区域中的多个中继节点上、或云上、或独立于运营商的实体中。

3.根据权利要求1或2所述的控制装置，其中：

所述覆盖要求包括使所述到达的中继节点在确定的所述位置处实现的覆盖最大化，和/或

所述连通要求包括在确定的所述位置处的到达的中继节点与所述预定区域中的其它活动中继节点之间的连接数量高于阈值。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的控制装置，还被配置为：

维持所述网络为无间断的网络，其中每个活动中继节点都连接到基站。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的控制装置，其中：

所述配置包括中继模式，所述中继模式定义如何将信息中继到其它节点。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的控制装置，其中：

所述中继节点信息包括所述到达的中继节点的中继能力、最大发射功率、电池状态和/或在所述预定区域中预期的停留时间。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的控制装置，还被配置为：

基于所述网络状态变化的有关信息，基于所述覆盖和/或连通要求，为所述预定区域中的至少一个其它活动或非活动中继节点确定新配置和/或位置。

8.根据权利要求7所述的控制装置，还被配置为：

为所述预定区域中的至少一个活动中继节点确定新位置，并向所述活动中继节点通知所述新位置，和/或

为所述预定区域中的至少一个非活动中继节点确定活动配置，或为所述预定区域中的至少一个活动中继节点确定非活动配置，并向所述非活动中继节点通知所述活动配置。

9.一种用于游牧式中继网络的中继节点，被配置为：

发送所述中继节点到达预定区域的指示和自己的中继节点信息，

获得所述预定区域中的所述中继节点的配置和位置，

在获得的所述位置执行获得的所述配置，并且

在执行所述配置之后，确定并发送所述预定区域的更新的覆盖。

10.根据权利要求9所述的中继节点，还被配置为通过以下方式确定所述更新的覆盖：

从已连接的中继节点或用户设备收集信号质量测量，并从收集的所述测量中得出所述更新的覆盖，和/或

基于所述中继节点与周围对象之间的测量距离和/或所述中继节点的发射功率水平，估计所述更新的覆盖。

11.根据权利要求9或10所述的中继节点，还被配置为：

基于所述更新的覆盖和/或基于接收的所述预定区域的至少一个无线环境地图，构建所述预定区域的无线环境地图。

12.根据权利要求9至11中任一项所述的中继节点，还被配置为通过以下方式获得所述配置和位置：

基于由所述中继节点从所述预定区域中的其它活动中继节点周期性地接收或请求的和/或由所述网络中的变化触发的所述预定区域的至少一个无线环境图，自主地确定其在所述预定区域中的配置和位置。

13.根据权利要求9至12中任一项所述的中继节点，还被配置为：当处于不活动状态时，

监控所述预定区域的所述覆盖，以及

当所述覆盖低于阈值时，或者当从另一个中继节点接收到指示时，发送，尤其是广播，自己的中继节点信息。

14.根据权利要求9至13中任一项所述的中继节点，还被配置为：

发送其离开所述预定区域的通知，

在离开所述预定区域之前，识别所述预定区域中合适的替换中继节点，

向识别的所述替换中继节点发送配置，以便根据所述配置来配置所述替换中继节点，并且尤其地，

向所述预定区域中的其它中继节点通知所述替换中继节点的所述配置。

15.根据权利要求14所述的中继节点，还被配置为：如果不能识别替换中继节点，则：

相应地通知所述预定区域中的至少一个其它中继节点，或

指示至少一个其它中继节点移动到所述预定区域中基于覆盖和/或连通要求而确定的新位置。

16.一种用于在游牧式中继网络中进行中继节点配置和定位的方法，所述方法包括以下步骤：

接收中继节点到达预定区域的指示，以及所述到达的中继节点的中继节点信息，

当接收所述指示时，根据接收的所述中继节点信息，并基于覆盖和/或连通要求，确定所述预定区域中所述到达的中继节点的配置和/或位置，

向所述到达的中继节点通知确定的所述配置和位置。

17.一种用于在游牧式中继网络中进行中继节点配置和定位的方法，所述方法包括以下步骤：

发送中继节点到达预定区域的指示和中继节点信息，

获得所述预定区域中的所述中继节点的配置和位置，

在获得的所述位置执行获得的所述配置，并且

在执行所述配置之后，确定并发送所述预定区域的更新的覆盖。