用于切换交通工具上的用户设备的方法

技术领域

本发明涉及工业环境中的无线通信技术，尤其涉及与工业环境中使用的交通工具相关的通信。由于工业应用的性质，关联通信必须提供高可用性和可靠性。

背景技术

本发明涉及工业自动化情境中的无线通信。如上所提及，由于工业应用的关键性质，需要高可用性和可靠性。对于在工业自动化的情境下使用的交通工具和其他此类移动设备，情况尤其如此。然而，这在火车和其它这种长距离运输的情境下尤其具有挑战性。

例如，由于移动运营商网络的覆盖不总是针对列车轨道进行优化，所以难以对列车上的工业和乘客设备进行车载覆盖。传统上，列车网络基础设施包括连接到移动运营商网络的蜂窝路由器，其是连接的本地WLAN设备，该设备通过WLAN向工业和乘客设备提供室内覆盖。尽管蜂窝路由器可以具有多个SIM以连接到多个运营商并在它们当中选择最佳，但是由于移动运营商网络的覆盖通常不佳，因为它们通常共享相同的天线站点，该解决方案不一定会提供良好和可靠的服务，导致在不同的移动运营商之间没有真正的差别。大多数铁路轨道是在乡村地区，在乡村地区用不具有足够数据速率的2G网络实现覆盖。此外，由于景观、山脉、列车速度和列车内部室内传播，传播条件可能是不利的。因此，工业和乘客设备经常遭受覆盖范围损失和服务质量差。

在一种方法中，通过提供专用从列车上的工业和乘客设备传输数据包的专用5G网络来解决这个问题。专用5G网络包括位于交通工具上的无线电单元，用于向交通工具上的一个或多个用户设备提供网络连接。无线电单元属于分布式基站并连接到5G网络核心。在一个示例中，5G网络核心是归属网络，或者连接到与一个或多个用户设备中的至少一个用户设备相关联的归属网络。通过使用专用网络，在路旁网络和专用网络提供遍及交通工具路线的最佳覆盖时，由于路旁网络提供可靠的连接性以在车载RU和核心之间传输协议，所以交通工具上的设备不会遭受路旁网络的不良覆盖，。

然而，当具有这种专用5G网络基础设施的交通工具进入车站时，专用5G网络基础设施可能对公共网络造成干扰。这种干扰会显著影响交通工具上和车站中设备的性能。因此，需要一种解决干扰问题的方法和设备。

发明内容

因此，本发明描述了一种由包括交通工具上的至少一个无线电单元的第一基站执行交通工具上的一个或多个用户设备的切换的方法。该方法包括：确定交通工具上的至少一个无线电单元的位置信息；基于交通工具上的至少一个无线电单元的位置信息，确定到第一交通工具站点的距离；基于所确定的距离，执行连接到至少一个无线电单元的一个或多个用户设备从第一基站到第二基站的强制切换，其中，第二基站在第一交通工具站点的附近；以及在第一时间段内停用交通工具上的至少一个无线电单元。

因此，本发明描述了一种执行切换的方法，通过该方法避免了潜在的干扰。通过确保第一基站的无线电单元被停用，避免了与第一交通工具站点附近的第二基站的干扰。另外，通过强制用户设备的切换，本发明确保了无线电单元的停用不影响交通工具上的用户体验。

在一个实施例中，该方法还包括在第一时间段之后激活交通工具上的至少一个无线电单元。因此，这允许当交通工具在交通工具站点之外时在用户设备与无线电单元之间建立连接，并且因此不会发生与第二基站的干扰。

在一个实施例中，该方法还包括在执行强制切换之前确定与第二基站相关联的频率范围。因此，本发明允许在停用无线电单元之前检查干扰程度，并且基于此，分布式单元可以确定无线电单元是否必须停用。

在另一方面，本发明描述了用于执行交通工具上的一个或多个用户设备的切换的第一基站。第一基站包括交通工具上的多个无线电单元，每个无线电单元连接到交通工具上的一个或多个用户设备；以及连接到多个无线电单元的分布式单元。分布式单元被配置成确定交通工具上的第一无线电单元的位置信息，基于交通工具上的第一无线电单元的位置信息确定到第一交通工具站点的距离，基于所确定的距离执行连接到无线电单元的一个或多个用户设备从第一基站到第二基站的强制切换，其中，第二基站在第一交通工具站点的附近，以及在第一时间段内停用交通工具上的多个无线电单元。

在一个实施例中，多个无线电单元通过第一无线通信网络和第二光通信网络彼此连接。每个无线电单元包括连接到第一无线通信网络的第一网络接口(也称为无线电接口)和连接到第二有线通信网络的第二光接口。因此，当交通工具在交通工具站点中时可以使用第二光接口，而无线电单元的无线电接口被停用。

在一个实施例中，分布式单元还被配置为接收用于传输到第一用户设备的一个或多个数据包，并且将特殊报头附加到一个或多个数据包，其中特殊报头指示与第一用户设备相关联的无线电单元。特殊报头用于在无线电单元之间路由数据包。

在一个实施例中，停用多个无线电单元包括停用与每个无线电单元的第一无线通信网络相关联的第一接口。因此，在无线电单元与第二基站之间没有干扰，因为无线电单元之间的通信经由不干扰第二基站的光网络进行。

在另一方面，本发明描述了一种用于执行交通工具上的一个或多个用户设备的切换的非瞬态存储介质。非瞬态存储介质包括一个或多个指令，当在一个或多个处理器上执行指令时，使一个或多个处理器确定交通工具上的第一无线电单元的位置信息，其中一个或多个用户设备连接到第一无线电单元；基于交通工具上的第一无线电单元的位置信息确定到第一交通工具站点的距离；基于所确定的距离，执行连接到无线电单元的一个或多个用户设备从第一基站到第二基站的强制切换，其中第二基站在第一交通工具站点的附近；以及在第一时间段内停用交通工具上的多个无线电单元。该方法的优点适用于设备和非瞬态存储介质方面。参考图1-图5解释这些特征。

附图说明

图1示出了用于在工业环境中在交通工具上的通信的专用无线网络；

图2示出了在交通工具上执行一个或多个用户设备的切换的方法；

图3示出了用于在工业环境中在交通工具上的通信的专用无线网络；

图4示出了具有多个无线电单元的专用无线网络，这些无线电单元具有两个侧链路，用于在工业环境中在交通工具上进行通信；以及

图5示出了用于执行交通工具上的一个或多个用户设备的切换的设备。

具体实施方式

图1示出了用于在工业环境中在交通工具115上进行通信的专用无线网络101。本文中的工业环境是指其中可以进行一个或多个工业过程例如制造、精炼、熔炼、设备组装的任何环境，并且包括制炼厂、炼油厂、汽车工厂、发电厂、例如铁路、船舶等运输基础设施。交通工具可以包括连接到多个现场设备的多个控制设备，用于监测和调节交通工具115上的一个或多个过程。本文中的交通工具是指能够将材料或人员从一个位置运输到另一个位置的任何机器。交通工具的示例包括自动引导交通工具、采矿车、列车、汽车等。交通工具能够沿着包括多个交通工具站点的预定路线行驶。每个交通工具站点包括连接到蜂窝网络的固定基站(例如，如图1所示的固定基站185)。

专用无线网络101包括安装在交通工具115上的一个或多个网络设备，例如如图1所示的无线电单元110和一个或多个接入点或天线119和113。交通工具115上的一个或多个网络设备经由路旁网络130连接到网络核心160。无线电单元110属于第一基站(图中未示出)。第一基站是分布式基站，并且除了无线电单元110之外还包括分布式单元和中央单元。第一基站可以包括附加的无线电单元(图中未示出)，其也可以与无线电单元110一起存在于交通工具115上。

安装在交通工具115上的一个或多个网络设备经由路旁网络130连接到网络核心160。路旁网络130包括多个网络基础设施设备133和136，并且包括例如包括无线电单元、分布式单元、中央单元等的一个或多个基站。如前所提及，路旁网络130连接到网络核心160。中央单元处理非实时协议和服务。分布式单元处理物理层协议和延迟关键实时服务。当发送和接收无线电信号时，无线电单元执行链路层和物理层信号处理。多个公知的协议(例如eCPRI)可被用于这些组件之间的通信。专用无线网络110包括用于管理和操作专用无线网络101的网络核心160。如前所提及，网络核心160连接到与用户设备125相关联的归属网络180。因此，网络核心160被配置为向相应归属网络180发送数据包。因此，在用户设备与归属网络之间提供网络连接。

如前所提及，交通工具被配置为沿着包括多个交通工具站点的路径移动。如前所提及，每个交通工具站点包括连接到至少一个用户设备的归属网络的固定基站。因此，当交通工具进入站点时，用户设备可以经由站点中的固定基站直接地连接到归属网络。因此，专用无线网络的基站被配置为当交通工具到达该站点时将用户设备切换到固定基站，并切换无线电单元以减少无线干扰。这将参考图2进一步解释。

图2示出了由第一基站执行交通工具115上的一个或多个用户设备125的切换的方法200。如前所提及，第一基站包括交通工具115上的无线电单元110。在一个示例中，方法200由第一基站的分布式单元与网络核心160协调来执行。在步骤210，分布式单元确定交通工具115上的至少一个无线电单元110的位置信息。在一个实施例中，分布式单元与关联于无线电单元的网络核心160的位置管理器功能协调以确定无线电单元的位置信息。这里的位置信息指的是指示无线电单元的位置的信息。由于交通工具处于运动中，所以位置信息是动态的，因此分布式单元定期地与位置管理器协调以获得关于无线电单元的位置的信息。位置管理器使用诸如GPS、GLONASS等的一个或多个定位标准和技术来确定位置信息。

然后在步骤220，分布式单元基于交通工具115上的至少一个无线电单元110的位置信息确定到第一交通工具站点的距离。基于至少一个无线电单元110的位置信息，分布式单元确定交通工具停止的最近交通工具站点(即第一交通工具站点)。在一个示例中，分布式单元包括与交通工具的路线有关的信息，包括关于路线中的交通工具站点的信息以及交通工具站点的位置信息。在另一示例中，分布式单元被配置为获取与交通工具路线相关的信息。基于交通工具站点的位置信息，分布式单元确定最近的交通工具站点(即，第一交通工具站点)和到最近的交通工具站点的距离。最近的交通工具站点包括基站(即，第二基站)。第二基站连接到与交通工具上的一个或多个用户设备中的用户设备相关联的归属网络。第二基站185在第一交通工具站点附近。

然后，在步骤230，分布式单元基于所确定的距离执行连接到至少一个无线电单元110的一个或多个用户设备125从第一基站到第二基站185的强制切换。基于所确定的到最近的交通工具站点(即，第一交通工具站点)的距离，分布式单元基于第一交通工具站点的信息位置来确定可能进行切换(从第一基站到第二基站)的时间点。然后，分布式单元在所确定的时间点，执行连接到第一基站的一个或多个用户设备到第二基站的强制切换。强制切换可以根据现有技术中已知的一种或多种技术来执行。在一个示例中，基于所确定的距离，分布式单元可以从网络核心160中的接入和移动性管理功能(AMF)接收用于执行切换的指令。

然后，在步骤240，分布式单元在第一时间段内停用交通工具115上的至少一个无线电单元110。在用户设备的强制切换之后，分布式单元停用无线电单元以避免与第二基站的干扰。在一个实施例中，无线电单元的停用是指无线电接口(即，无线电模块和天线)的停用。本质上不是无线的任何其它接口，例如有线和光接口不被停用，并且通信仍然可以在这些接口上进行。这将参考图4进一步解释。

虽然以上方法200是关于进入交通工具站点的交通工具来解释的，但是本领域技术人员可以修改方法200以解决其他情况。例如，还可以基于交通工具上的无线电单元的位置和无线电单元相对于周围干扰的状态来执行方法200。

例如，当交通工具在交通工具站点中时，用户设备可以进入交通工具。在这种情况下，交通工具上的无线电单元没有干扰覆盖该站点的公共网络。用户设备将向网络报告从机载RU接收的信号的测量。归属网络的AMF可以向UE发送切换指令以移动到机载单元。

在另一示例中，交通工具在交通工具站点中并且机载无线电单元根据方法200关闭。一旦交通工具移动到外面，机载无线电单元的位置被发送到位置/干扰管理器，该位置/干扰管理器命令分布式单元接通列车上的无线电单元。一旦接通无线电单元，分布式单元将执行用户设备从交通工具站点中的基站到机载无线电单元的切换。

基于与第一交通工具站点相关联的信息来确定第一时间段。在一个实施例中，与第一交通工具站点相关联的信息包括交通工具停留在第一交通工具站点的时间段(也称为停留时间)。基于停留时间，分布式单元确定无线电单元被停用的第一时间段。在一个实施例中，分布式单元在第一时间段之后激活交通工具115上的至少一个无线电单元110。例如，交通工具在停留时间之后离开站点，分布式单元激活无线电单元。

在一个实施例中，分布式单元在执行强制切换之前确定与第二基站相关联的频率范围。将频率范围存储在与第一交通工具站点相关联的信息中。基于频率范围，分布式单元确定干扰程度并确定是否必须停用无线电单元。例如，如果与第二基站相关联的频率范围不受无线电单元所使用的频率的影响，则分布式单元不会停用无线电单元。

因此，如上所描述，本发明描述了一种方法，通过该方法消除了第二基站与交通工具上的无线电单元之间的干扰。通过迫使用户设备或用户装备切换到第二基站，本发明确保了网络连通性不会由于推断移交(英语：inference handing)目的的无线电单元停用而被中断。

然而，无线电单元的这种停用可能影响跨无线电单元的网络策略改变的实现。因此，为了解决这个问题，除了无线网络之外，无线电单元还经由光纤连接彼此连接。为了处理干扰，无线电单元的无线接口被停用，而光接口保持活动，从而允许无线电单元和分布式单元之间通过有线网络进行通信。这将参考图4进一步解释。

图4示出了用于在工业环境中交通工具415上的通信的另一专用无线网络。因此，专用无线网络包括交通工具上的网络设备和路旁网络(图中未示出)。如图所示，专用无线网络包括用于向交通工具上的用户设备(425)提供网络连接的多个无线电单元(430，435)。无线电单元可以连接到分布式单元410。在一个示例中，分布式单元可以在交通工具415上。每个无线电单元(430，435)通过光纤网络和无线网络连接到其它无线电单元。无线网络是专用无线网络的子网络。每个无线电单元可以连接到一个或多个天线(439，449，459，469)。

另外，每个无线电单元(430，435)配备有光接口(431，436)以与另一无线电单元通信，并且配备有无线电接口或无线接口以同样与其它无线电单元通信。为了保证连接的鲁棒性，在无线电单元之间使用光和无线电链路。在一个实施例中，光信号经由电缆在两侧被传导到列车厢端，并且经由光连接将数据从一个列车厢传递到另一个列车厢。在一个实施例中，分布式单元410也连接到光纤网络。

因此，本发明提供了在无线电单元之间的光连接，其尤其可以在无线接口被停用时使用。另外，光连接可以允许路径冗余。例如，无线电单元可以通过无线和光链路在彼此之间传送数据包，以确保数据包到达目的地无线电单元。在一个实施例中，为了确保这种多网络连接的有效使用，修改了前传帧的格式。前传帧包括指示目的地无线电单元的附加报头。当无线电单元从另一无线电单元或从分布式单元接收到这种帧时，由无线电单元分析该帧。如果目的地是当前无线电设备，则从帧中去除报头部分，然后无线电单元将数据包转发到与数据包相关联的用户设备。如果在帧的报头中提到的目的地无线电单元是另一个RU，则无线电单元经由无线和最佳链路将包括报头的帧转发到其它无线电单元。经由这两个接口，帧被发送到相邻的无线电单元。

在一个实施例中，无线电单元310属于归属网络380，并且路旁网络330和网络核心360充当无线电单元310和归属网络380之间的隧道/传输层，其对于连接到归属网络380的用户设备是透明的。因此，无线电单元310充当归属网络380的扩展。因此，网络核心360包括负责在路旁网络和网络核心360上传送数据包的用户平面功能354。这与归属网络380的用户平面功能385不同。在一个示例中，无线电单元310被配置成根据与路旁网络和网络核心相关联的一个或多个协议来向/从用户设备打包和解包数据包。在另一示例中，用户设备325被配置为根据与路旁网络和网络核心相关联的一个或多个协议来向/从用户设备打包和解包数据包。例如，无线电单元或用户设备能够将打包和解包协议映射到与归属网络180和网络核心160相关联的协议(包括前传协议)中/从与归属网络和网络核心相关联的协议映射出来。例如，在网络核心360中实现了前传映射功能(示为FH-映射356)。前传映射功能用于将到用户设备的数据包打包以及将到归属网络的数据包解包。例如，可以在网络核心360与归属网络380之间使用不同的前传协议。由于数据包经由网络核心和路旁网络被传送到归属网络，所以归属网络的前传(FH)协议被打包在网络核心和路旁网络的协议中。前传映射功能管理归属网络和网络核心(包括路旁网络)之间的信息流的转换。这样的打包和解包也可以根据需要为其它协议执行。例如，当在RU(即，充当小型网格的RU)处使用小型网格规范时，可以执行协议的适当打包和解包，用于经由路旁网络和网络核心将数据包从小型网格RU传输到归属网络。

在一个实例中，网络核心可包括两个或更多个网络切片：第一网络切片(也称为机载切片)和第二网络切片(也称为主切片)。第一网络切片处理交通工具上的用户设备和诸如与至少一个用户设备相关联的归属网络之类的外部网络之间的通信。第一网络切片包括用于处理和管理与用户设备相关联的通信的多个网络功能。第二网络切片管理和处理路旁网络和在路旁网络上发生的通信。第二网络切片包括多个网络功能。路旁网络和第二网络切片负责传送与第一网络切片相关联的数据包。路旁网络和第二网络切片充当交通工具上的用户设备与第一网络切片之间的专用隧道，其允许在第二网络切片的用户平面上传送与第一网络切片相关联的数据包。

本发明可以采取计算机程序产品的形式，该计算机程序产品包括可从计算机可用或计算机可读介质访问的程序模块，该计算机可用或计算机可读介质存储由一个或多个计算机、处理单元或指令执行系统使用或与其结合使用的程序代码。例如，可以在一个或多个设备上实现分布式单元。

因此，例如，本发明描述了设备500。设备500实现方法200。设备500包括一个或多个网络接口(510，540)、一个或多个处理器520和非瞬态存储介质530。非瞬态存储介质530包含用于实现方法200的多个指令。当在一个或多个处理器520上执行时，使得一个或多个处理器520确定交通工具115上的第一无线电单元110的位置信息，基于交通工具115上的第一无线电单元110的位置信息确定到第一交通工具站点的距离，基于所确定的距离，执行连接到无线电单元110的一个或多个用户设备125从第一基站到第二基站185的强制切换，其中第二基站185在第一交通工具站点的附近；以及在第一时间段内停用交通工具115上的多个无线电单元。

出于本说明书的目的，计算机可用或计算机可读的非瞬态存储介质可以是能够包含、存储、传送、传播或传输供指令执行系统、装置或设备使用或与之结合使用的程序的任何装置。该介质可以是电子的、磁的、光的、电磁的、红外的、或半导体系统(或装置或设备)或其自身的传播介质，因为信号载体不被包括在物理计算机可读介质的定义中，物理计算机可读介质包括半导体或固态存储器、磁带、可移动计算机盘，随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、刚性磁盘和光盘，例如光盘只读存储器(CD-ROM)、光盘读/写和DVD。用于实现本技术的每个方面的处理单元和程序代码都可以是本领域技术人员已知的集中式或分布式(或其组合)。

虽然参考少数工业设备描述了本发明，但是在本发明的上下文中可以利用多个工业设备。虽然已经参考某些实施例详细描述了本发明，但是应当理解，本发明不限于那些实施例。鉴于本发明，对于本领域技术人员而言，在不脱离如本文所描述的本发明的各种实施例的范围的情况下，将存在许多修改和变化。因此，本发明的范围由所附权利要求而不是由前述描述来指定。在权利要求书的等同物的含义和范围内的所有改变、修改和变化被认为在其范围内。在方法权利要求中要求保护的所有有利实施例也可以应用于设备/非瞬态存储介质权利要求。