本发明涉及海洋互联网领域，具体涉及一种海洋互联网的多岸基基站切换及其与移动船舶建立通信的方法。
背景技术：
在海洋互联网中，存在两种类型的节点，一种是位置固定的岸基基站，另一种为位置可移动的船舶终端与传感器终端。岸基基站负责将岸上高速互联网信号发送给近岸船舶和传感器终端，它可以为分布在离岸5～50km范围内的移动船舶提供通信服务，近岸船舶和传感器终端负责与岸基基站建立高速通信。在船舶移动过程中，可能会发生与当前服务岸基基站通信质量变差的情况，为了充分保障移动船舶与岸基基站通信的连续性，移动船舶借助海事无线电技术的中远程数据通信功能来获取附近岸基基站的信息，根据所获取的附近岸基基站信息，移动船舶将切换至一个性能最优的岸基基站并与之建立通信链接。
海洋互联网中岸基基站与移动船舶的通信天线主要分为两种，一种是全向天线，另一种是定向天线。全向天线在水平方向图上表现为360°均匀辐射，即无方向性。一般情况下波瓣宽度越小，增益越大，而且全向天线通信距离短，覆盖范围大，在海洋互联网中适用于岸基基站与近岸船舶的通信。近岸船舶采用全向天线不仅用于与岸基基站通信，还可以在基站切换时起到大范围扫描并获取附近岸基基站的作用。定向天线可以在天线的某一特定角度增加信号的覆盖深度，同时这一特定角度还可以增加天线的增益，即当船舶远离岸基基站移动时，岸基基站与移动船舶可以将各自的通信天线切换为定向天线，以保证两者之间在远距离条件下的高质量通信。同时，当移动船舶在某一时间内在一定海域范围内聚集时，也可以使用定向天线对特定区域内船舶的实现跟踪定向通信，提高船舶与岸基的通信质量。
以上技术均为陆地移动通信中的独立技术方法。在不考虑海洋恶劣环境的影响下，将以上独立技术方法运用至海洋互联网中，船舶的不断移动会导致某些时刻与岸基基站连接中断的情况；当船舶移动至深海时，甚至会因距离受限而无法与岸基基站建立通信连接。这些状况的出现会影响船舶以及船舶用户的通信质量。因此，仅仅将陆地移动通信中的独立技术方法运用至海洋互联网中是不可靠的，而且独立的方式只能满足一段时间内的通信，无法满足船舶多方位移动时连续的通信需求。
技术实现要素：
本发明提供了一种综合利用海洋互联网中海事无线电技术与移动通信中切换技术共同构建的海洋互联网的的多岸基基站切换方法。该方法提高了海洋互联网中船舶的通信能力，使得移动船舶在向多方位移动时，都有良好的通信连续性，还可以提高移动船舶在远距离情况下的数据传输能力以及与岸基基站通信的稳定，并最终保障移动船舶中用户的通信服务需求。
为到达上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种海洋互联网的多岸基基站切换方法，该方法包括基站切换与天线切换。当移动船舶需要进行基站切换时，利用移动通信系统的软切换技术结合事先获取的附近岸基基站信息来完成基站切换过程。在天线切换过程中，当船舶远离岸基基站移动时，为保障移动船舶与岸基基站的连续通信，可将处于全向天线工作状态的岸基基站和移动船舶切换为定向天线通信，以此来满足移动船舶在远距离条件下与岸基基站的通信。同理，当船舶由远及近移动时，还可将定向天线切换为全向天线。这个多岸基基站切换方法可以使船舶在移动过程中与不同的岸基基站进行切换，还可以使移动船舶在远离或靠近岸基移动时与岸基基站有可靠的通信，通过两种切换技术动态地结合，克服了采用独立技术方式下船舶通信中断的问题，实现移动船舶与岸基基站之间高效、稳定的通信。
所述基站切换：当移动船舶与当前服务岸基基站的通信质量不满足移动船舶的通信条件时，移动船舶与满足其通信条件的一个新岸基基站接入后，断开与原来岸基基站的连接，完成基站切换；所述天线切换：当岸基基站与移动船舶采用全向天线通信时，如果移动船舶不在岸基基站全向天线的通信范围内，则切换至定向天线来实现远距离定向通信，当岸基基站与移动船舶采用定向天线通信时，如果移动船舶在岸基基站全向天线的通信范围内时，则切换至全向天线通信；
一种海洋互联网的多岸基基站切换及其与移动船舶建立通信的方法，包括以下步骤：
s1、移动船舶与当前服务岸基基站采用全向天线通信时，船舶与岸基基站之间的距离逐渐增加即远离岸基基站移动，当移动船舶在当前服务岸基基站全向天线的覆盖范围内，或不在覆盖范围内且两者之间的方位角大于所设定的角度阈值时，通过以下步骤保持其通信的连续性：
s101、当移动船舶检测到与当前服务岸基基站的接收信号强度不满足正常通信条件时，移动船舶向附近岸基基站广播基站切换请求信息；
s102、当附近岸基基站收到该移动船舶发送的基站切换请求信息后，根据请求信息判断自身是否满足该移动船舶的通信服务质量要求。若满足要求，则回复该请求船舶，并把各自的位置信息、数字信道信息以及服务质量信息告诉该移动船舶；
s103、当移动船舶收到附近岸基基站的回复后，借助所获取的位置信息、数字信道信息和服务质量信息，选择满足自身需求的一个新岸基基站作为新服务岸基基站，切换到新服务岸基基站所指定的数字通信信道，并向新服务岸基基站返回切换确认信息。若此时移动船舶在新服务岸基基站全向天线的覆盖范围内时，则保持通信；若不在覆盖范围内，则两者切换至定向天线实现跟踪定向通信；
s104、如果该请求船舶在特定的时间内没有收到附近任何岸基基站回复时，增大其发送功率，并转到步骤s101。
s2、移动船舶与当前服务岸基基站采用全向天线通信时，船舶与岸基基站之间的距离逐渐增加即远离岸基基站移动，当移动船舶不在当前服务岸基基站全向天线的覆盖范围内，且两者之间的方位角小于所设定的角度阈值时，通过以下步骤保持其通信的连续性：
s201、当移动船舶检测到与当前服务岸基基站的接收信号强度不满足条件时，移动船舶向当前服务岸基基站发送天线切换请求信息；
s202、在当前服务岸基基站收到该移动船舶发送的天线切换请求信息后，将全向天线切换为定向天线，根据移动船舶的位置信息调整天线方向角扫描幅度，并将定向天线方向角扫描幅度发送给该移动船舶；
s203、当该移动船舶收到当前服务岸基基站发送的天线方向角扫描幅度后，将自身天线切换为定向天线，调整天线方向角扫描幅度，并向当前服务岸基基站返回天线切换确认信息，重新启动与当前服务岸基基站的通信。
s204、如果该移动船舶在特定的时间内没有收到当前服务岸基基站回复时，增大其发送功率，并转到步骤s201。
s3、移动船舶与当前服务岸基基站采用定向天线通信时，当船舶与岸基基站之间的距离逐渐减小即靠近岸基基站移动，且移动船舶在当前服务岸基基站全向天线的覆盖范围内时，则通过以下步骤保持其通信的连续性：
s301、当移动船舶检测到与当前服务岸基基站的接收信号强度满足条件时，移动船舶向当前服务岸基基站发送天线切换请求信息；
s302、在当前服务岸基基站收到该移动船舶发送的天线切换请求信息后，将自身天线切换为全向天线，并将天线切换信息发送给该移动船舶；
s303、当该移动船舶收到当前服务岸基基站发送天线切换信息后，将自身天线切换为全向天线，并向当前服务岸基基站返回天线切换确认信息，重新启动与当前服务岸基基站的通信；
s304、如果该请求船舶在特定的时间内没有收到当前服务岸基基站回复时，增大其发送功率，并转到步骤s301。
s305、当移动船舶与当前服务岸基基站的接收信号强度不满足条件时，执行与步骤s101～s104相同的基站切换过程，且移动船舶与新服务岸基基站接入后不在新服务岸基基站全向天线的覆盖范围内时，两者保持通信连接；否则，两者切换至全向天线通信。
附图说明
图1为本发明中海洋互联网的多岸基基站切换与移动船舶建立通信的方法示意图；
图2为本发明中海洋互联网的多岸基基站切换与移动船舶建立通信的方法流程图。
具体实施方式
下面利用图1-2，结合具体实施例子对本发明进行详细说明。以下实施例子将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
一种海洋互联网的多岸基基站切换方法，该方法包括基站切换与天线切换。当移动船舶需要进行基站切换时，利用移动通信系统的软切换技术结合事先获取的附近岸基基站信息来完成基站切换过程。在天线切换过程中，当船舶远离岸基基站移动时，为保障移动船舶与岸基基站的连续通信，可将处于全向天线工作状态的岸基基站和移动船舶切换为定向天线通信，以此来满足移动船舶在远距离条件下与岸基基站的通信。同理，当船舶由远及近移动是，还可将定向天线切换为全向天线。这个多岸基基站切换方法可以使船舶在移动过程中与不同的岸基基站进行切换，还可以使移动船舶在远离或靠近岸基移动时与岸基基站有可靠的通信，通过两种切换技术相结合，最终实现移动船舶与岸基基站之间高效、稳定的通信。
所述基站切换：当移动船舶与当前服务岸基基站的通信质量不满足移动船舶的通信条件时，移动船舶与满足其通信条件的一个新岸基基站接入后，断开与原来岸基基站的连接，完成基站切换；所述天线切换：当岸基基站与移动船舶采用全向天线通信时，如果移动船舶不在岸基基站全向天线的通信范围内，则切换至定向天线来实现远距离定向通信，当岸基基站与移动船舶采用定向天线通信时，如果移动船舶在岸基基站全向天线的通信范围内时，则切换至全向天线通信；
s1、移动船舶与当前服务岸基基站采用全向天线通信时，船舶与岸基基站之间的距离逐渐增加即远离岸基基站移动，当移动船舶在当前服务岸基基站全向天线的覆盖范围内，实施方案包括以下步骤：
s101、如图1中情景ⅰ所示，t时刻船舶1正与岸基基站ⅰ通信，并逐渐远离岸基基站1并向岸基基站ⅱ方向移动。当船舶1与岸基基站ⅰ的rsss1<rssγ且cinrs1<cinrl时，船舶1借助ais系统将自身的位置信息、航行方向、速度以及服务质量信息要求广播出去。其中，rssγ与cinrl为基站切换触发阈值；
s102、若岸基基站ⅱ与岸基基站ⅲ均收到了船舶1发送的请求信息，根据请求信息，岸基基站ⅱ与岸基基站ⅲ判断自身均可以满足船舶1的请求信息后，将自身的位置信息和即将使用的数字信道信息发送给船舶1；
s103、当船舶1收到岸基基站ⅱ与岸基基站ⅲ的回复后，船舶1根据两岸基基站所能提供的服务质量信息以及两岸基基站的位置信息选择距离最短，且满足rss>rsss1与cinr>cinrs1的岸基基站接入。如果岸基基站ⅱ满足条件，如图1情景ⅰ所示，船舶1在t t时刻与岸基基站ⅱ接入，当满足rsss2>rssγ与cinrs2>cinrl且船舶1在岸基基站ⅱ全向天线的最大覆盖范围内时，岸基基站ⅱ被作为船舶1的新服务岸基基站，断开与岸基基站ⅰ的通信链接；
s104、如果船舶1在特定等待时间内没有收到任何岸基基站的回复时，增大发送功率，转到s101；
s2、移动船舶与当前服务岸基基站采用全向天线通信时，船舶与岸基基站之间的距离逐渐增加即远离岸基基站移动，当移动船舶不在覆盖范围内且两者之间的方位角大于所设定的角度阈值时，实施方案包括以下步骤：
s201、如图1中情景ⅱ所示，t时刻船舶2正与岸基基站ⅲ通信，并逐渐远离岸基基站ⅲ并向岸基基站ⅳ方向移动。若在t t时刻船舶2移动至与岸基基站ⅲ的距离大于岸基基站ⅲ全向天线的最大覆盖范围，且测得船舶2与岸基基站ⅲ的rsss3<rssγ与cinrs3<cinrl，计算出船舶2与岸基基站ⅲ的方位角angles3大于设定的角度阈值angleβ时，船舶2借助ais系统将自身的位置信息、航行方向、速度以及服务质量信息要求广播出去。其中，rssγ与cinrl为基站切换触发阈值；
s202、若岸基基站ⅳ与岸基基站ⅴ均收到了船舶2发送的请求信息，根据请求信息，岸基基站ⅳ与岸基基站ⅴ判断自身均可以满足船舶2的请求信息后，将自身的位置信息和即将使用的数字信道信息发送给船舶2；
s203、当船舶2收到岸基基站ⅳ与岸基基站ⅴ的回复后，船舶2根据两岸基基站所能提供的服务质量信息以及两岸基基站的位置信息选择距离最短，且满足rss>rsss3与cinr>cinrs3的岸基基站接入。如果岸基基站ⅳ满足条件，如图1情景ⅱ所示，船舶2在t 2t时刻与岸基基站ⅳ接入，当满足rsss4>rssγ与cinrs4>cinrl时，岸基基站ⅳ被作为船舶2的新服务岸基基站，断开与岸基基站ⅲ的通信连接。
s204、如果船舶2在特定时间内没有收到任何岸基基站的回复时，增大发送功率，转到步骤s201；
s205、若步骤s203执行完毕后，船舶2与岸基基站ⅳ成功接入，且在t 2t时刻船舶2与岸基基站ⅳ的距离大于岸基基站ⅳ全向天线的最大覆盖范围，船舶2则将自身位置信息和天线切换请求描述符放在天线切换请求信息中发送给岸基基站ⅳ；
s206、岸基基站ⅳ收到船舶2发送的天线切换请求信息后，根据天线切换请求描述符将全向天线切换为定向天线，根据船舶2的位置调整其定向天线方向角，并将自身的位置信息和定向天线方向角扫描幅度存储在天线确认消息中发送给船舶2；
s207、当船舶2收到岸基基站ⅳ发送的天线确认消息后，将自身的全向天线切换为定向天线，根据岸基基站ⅳ的位置和定向天线方向角扫描幅度，船舶2调整自身定向天线的方向角扫描幅度，重新启动跟踪定向服务；
s208、如果船舶2在特定的时间内没有收到岸基基站ⅳ的回复时，船舶2增大其发射功率，并转到步骤s205；
s3、移动船舶与当前服务岸基基站采用全向天线通信时，船舶与岸基基站之间的距离逐渐增加即远离岸基基站移动，当移动船舶不在当前服务岸基基站全向天线的覆盖范围内时，实施方案包括以下步骤：
s301、如图1中情景ⅲ所示，t时刻船舶3正与岸基基站ⅴ通信，船舶3与岸基基站ⅴ之间采用全向天线通信。若在t t时刻船舶3移动至与岸基基站ⅴ的距离大于岸基基站ⅴ全向天线的最大覆盖范围，测得船舶3与岸基基站ⅴ的rsss5<rssγ与cinrs5<cinrl，且计算出船舶3与岸基基站ⅴ的方位角angles5小于设定的角度阈值angleβ时，或者仅满足船舶3与岸基基站ⅴ的rsss5>rssγ与cinrs5>cinrl时，船舶3将自身的位置信息和天线切换请求描述符放在天线切换请求信息中发送给岸基基站ⅴ。其中，rssγ与cinrl为基站切换触发阈值；
s302、岸基基站ⅴ收到船舶3发送的天线切换请求信息后，根据天线切换请求描述符将全向天线切换为定向天线，根据船舶3的位置调整其定向天线方向角，并将自身的位置信息和定向天线方向角扫描幅度存储在天线确认消息中发送给船舶3；
s303、当船舶3收到岸基基站ⅴ发送的天线确认消息后，将自身的全向天线切换为定向天线，根据岸基基站ⅴ的位置和定向天线方向角扫描幅度，船舶3调整自身定向天线的方向角扫描幅度，重新启动跟踪定向服务；
s304、如果船舶3在特定的时间内没有收到岸基基站ⅴ的回复时，船舶3增大其发射功率，并转到步骤s301；
s4、移动船舶与当前服务岸基基站采用定向天线通信时，当船舶与岸基基站之间的距离逐渐减小即靠近岸基基站移动，且移动船舶在当前服务岸基基站全向天线的覆盖范围内时，实施方案包括以下步骤：
s401、如图1中情景ⅳ所示，t时刻船舶4正在与岸基基站ⅵ通信。若在t t时刻船舶4移动至与岸基基站ⅵ的距离小于岸基基站ⅵ全向天线的最大覆盖范围，测得船舶4与岸基基站ⅵ的rsss6>rssγ与cinrs6>cinrl时，船舶4将自身的位置信息和天线切换请求描述符放在天线切换请求信息中发送给岸基基站ⅵ。其中，rssγ与cinrl为基站切换触发阈值；
s402、岸基基站ⅵ收到船舶4发送的天线切换请求信息后，根据天线切换请求描述符将定向天线切换为全向天线，并将自身的位置信息和天线切换消息中发送给船舶4；
s403、当船舶4收到岸基基站ⅵ发送的天线切换消息后，将自身的定向天线切换为全向天线，并向岸基基站ⅵ返回天线切换确认信息，重新启动跟踪定向服务；
s404、如果船舶4在特定的时间内没有收到岸基基站ⅵ的回复时，增大发送功率，重新执行步骤s401操作；
s405、如图1中情景ⅳ所示，t t时刻船舶4正在与岸基基站ⅵ通信。若测得船舶4与岸基基站ⅵ的rsss6<rssγ与cinrs6<cinrl时，船舶4借助ais系统将自身的位置信息、航行方向、速度以及服务质量信息要求广播出去。其中，rssγ与cinrl为基站切换触发阈值；
s406、若岸基基站ⅶ与周围岸基基站均收到了船舶4发送的请求信息，根据请求信息，岸基基站ⅶ与周围岸基基站判断自身均可以满足船舶4的请求信息后，将自身的位置信息和即将使用的数字信道信息发送给船舶4；
s407、当船舶4收到岸基基站ⅶ与周围岸基基站的回复后，船舶4根据岸基基站所能提供的服务质量信息以及位置信息选择距离最短，且满足rss>rsss6与cinr>cinrs6的岸基基站接入。如果岸基基站ⅶ满足条件，如图1情景ⅳ所示，船舶4在t 2t时刻与岸基基站ⅶ接入，当满足rsss7>rssγ与cinrs7>cinrl且船舶4在岸基基站ⅶ全向天线的最大覆盖范围内时，岸基基站ⅶ被作为船舶4的新服务岸基基站，断开与岸基基站ⅵ的通信链接；
s408、如果船舶4在特定等待时间内没有收到任何岸基基站的回复时，增大发送功率，转到步骤s405；
s409、若步骤s407执行完毕后，船舶4与岸基基站ⅶ成功接入，且在t 2t时刻船舶4与岸基基站ⅶ的距离小于岸基基站ⅶ全向天线的最大覆盖范围时，保持两者之间的通信；若大于最大覆盖范围时，两者切换至定向天线通信。
以上对本发明的具体实例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
1.一种海洋互联网的多岸基基站切换及其与移动船舶建立通信的方法，通过多个岸基基站进行基站切换和天线切换；所述基站切换：当移动船舶与当前服务岸基基站的通信质量不满足移动船舶的通信条件时，移动船舶与满足其通信条件的一个新岸基基站接入后，断开与原来岸基基站的连接，完成基站切换；所述天线切换：当岸基基站与移动船舶采用全向天线通信时，如果移动船舶不在岸基基站全向天线的通信范围内，则切换至定向天线来实现远距离定向通信，当岸基基站与移动船舶采用定向天线通信时，如果移动船舶在岸基基站全向天线的通信范围内时，则切换至全向天线通信；
其特征在于，所述海洋互联网的多岸基基站切换及其与移动船舶建立通信的方法包括如下步骤：
s1、移动船舶与当前服务岸基基站采用全向天线通信时，船舶与岸基基站之间的距离逐渐增加即远离岸基基站移动，当移动船舶在当前服务岸基基站的全向天线的覆盖范围内，或不在覆盖范围内且两者之间的方位角大于所设定的角度阈值时，通过以下步骤保持其通信的连续性：
s101、当移动船舶检测到与当前服务岸基基站的连通性不满足条件时，移动船舶向附近岸基基站广播基站切换请求信息；
s102、当附近岸基基站收到该移动船舶发送的基站切换请求信息后，根据请求信息判断自身是否满足该移动船舶的通信服务质量要求；若满足要求，则回复该请求船舶，并把各自的位置信息、数字信道信息以及服务质量信息告诉该移动船舶；
s103、当移动船舶收到附近岸基基站的回复后，借助所获取的位置信息、数字信道信息和服务质量信息，选择满足自身需求的一个岸基基站作为新服务岸基基站，切换到新服务岸基基站所指定的数字通信信道，并向新服务岸基基站返回切换确认信息；若此时移动船舶在新服务岸基基站全向天线的覆盖范围内，则保持通信；若不在覆盖范围内，则两者切换至定向天线实现跟踪定向通信；
s104、如果该请求船舶在特定的时间内没有收到附近任何岸基基站回复时，增大其发送功率，并转到步骤s101；
s2、移动船舶与当前服务岸基基站采用全向天线通信时，船舶与岸基基站之间的距离逐渐增加即远离岸基基站移动，当移动船舶不在当前服务岸基基站全向天线的覆盖范围内，且两者之间的方位角小于所设定的角度阈值时，通过以下步骤保持其通信的连续性：
s201、当移动船舶检测到与当前服务岸基基站的连通性不满足条件时，移动船舶向当前服务岸基基站发送天线切换请求信息；
s202、在当前服务岸基基站收到该移动船舶发送的天线切换请求信息后，将全向天线切换为定向天线，根据移动船舶的位置信息调整天线方向角扫描幅度，并将定向天线方向角扫描幅度发送给该移动船舶；
s203、当该移动船舶收到当前服务岸基基站发送的天线方向角扫描幅度后，将自身天线切换为定向天线，调整天线方向角扫描幅度，并向当前服务岸基基站返回天线切换确认信息，重新启动与当前服务岸基基站的通信；
s204、如果该移动船舶在特定的时间内没有收到当前服务岸基基站回复时，增大其发送功率，并转到步骤s201；
s3、移动船舶与当前服务岸基基站采用定向天线通信时，当船舶与岸基基站之间的距离逐渐减小即靠近岸基基站移动，且移动船舶在当前服务岸基基站全向天线的覆盖范围内时，则通过以下步骤保持其通信的连续性：
s301、当移动船舶检测到与当前服务岸基基站的连通性满足条件时，移动船舶向当前服务岸基基站发送天线切换请求信息；
s302、在当前服务岸基基站收到该移动船舶发送的天线切换请求信息后，将自身天线切换为全向天线，并将天线切换信息发送给该移动船舶；
s303、当该移动船舶收到当前服务岸基基站发送天线切换信息后，将自身天线切换为全向天线，并向当前服务岸基基站返回天线切换确认信息，重新启动与当前服务岸基基站的通信；
s304、如果该请求船舶在特定的时间内没有收到当前服务岸基基站回复时，增大其发送功率，并转到步骤s301；
s305、当移动船舶与当前服务岸基基站的连通性不满足条件时，执行与步骤s101～s104相同的基站切换过程，且移动船舶与新服务岸基基站接入后不在新服务岸基基站全向天线的覆盖范围内时，两者保持通信连接；否则，两者切换至全向天线通信。
技术总结