CN110495218A

CN110495218A - 接入网络选择

Info

Publication number: CN110495218A
Application number: CN201880022391.3A
Authority: CN
Inventors: M·奎瓦斯·拉米雷斯
Original assignee: British Telecommunications PLC
Current assignee: British Telecommunications PLC
Priority date: 2017-03-31
Filing date: 2018-03-29
Publication date: 2019-11-22
Also published as: US20200107255A1; US11140620B2; WO2018178293A1; EP3603210A1

Abstract

一种对蜂窝网络中的网络网关进行操作以控制至少一个移动设备接入能经由该蜂窝网络接入的语音服务的方法，该移动设备经由无线接入路由器和广域网WAN连接至网络网关，所述方法包括：接收来自移动设备的用于接入语音服务的请求；测量针对移动设备的非蜂窝无线网络链路的性能度量；从移动设备请求所观察到的网络信息；以及将针对移动设备的非蜂窝无线网络链路的质量与至少一个所观察到的网络的相应质量进行比较；如果非蜂窝无线网络链路的质量优于可用的所观察到的网络的质量，则允许所述请求进行至蜂窝网络；并且如果所观察到的网络中的至少一个的质量优于当前非蜂窝无线网络链路的质量，则拒绝移动设备的语音服务请求。

Description

接入网络选择

技术领域

本发明涉及无线数据网络，特别是涉及用于管理语音服务接入的方法。

背景技术

蜂窝网络

蜂窝数据网络提供与移动设备(诸如具有蜂窝网络接口的移动电话和智能电话)的数据连接。

所述网络由用于处理控制层面功能和数据分组路由的网络核心以及遍布移动网络的覆盖区域定位的宏小区基站的无线电接入网络(RAN)形成，该RAN用于与诸如移动电话和智能电话设备的订户用户实体(UE)进行无线通信。蜂窝网络架构的示例是长期演进(LTE)。与在电路交换语音平台上提供分组交换数据服务的较早的第二代(2G)蜂窝网络和第三代(3G)蜂窝网络不同，LTE是不支持传统的语音呼叫平台的全分组交换数据网络架构。

LTE语音(VoLTE)是由与蜂窝网络相关联的互联网多媒体服务(IMS)中的应用服务器托管的语音服务(MMTel)所提供的分组交换语音服务。语音数据作为具有与时延(latency)和延迟(delay)有关的严格的服务质量参数的一组数据包，经由LTE网络在UE与语音服务之间进行传送。VoLTE旨在降低对传统蜂窝电路交换回退(CSFB)和IP语音服务的依赖。这将减少运营开销，并且可以允许关闭部分传统2G平台和3G平台。

WLAN

根据电气和电子工程师协会(IEEE)802.11标准系列(通常称为Wi-Fi^TM)操作的无线局域网(WLAN)在许多用户位置中都很常见，并且在小的地理范围内提供数据连接。通常，无线局域网由无线接入点生成，该无线接入点还充当连接至WLAN的Wi-Fi客户端设备(例如，智能电话、平板电脑)与经由有线接口连接的本地设备(电视机、网络附属存储部)之间的分组路由接口。无线接入点为本地网络设备提供服务，并且通常与诸如调制解调器的外部网络接口共同定位或者集成，以经由互联网服务提供商的核心网络向诸如互联网的外部网络提供“宽带”回程链路。

示例用户处所宽带技术包括基于有线电缆数据服务接口规范(DOCSIS)架构的数字用户线(xDSL)铜/光纤和电缆。

在整个说明书中，这种组合的无线接入点、路由以及调制解调器设备将被称为集线器。

VoLTE/VoWiFi

蜂窝信号强度根据距发射器的距离而变化，但也由于存在障碍物和干扰源而变化。在建筑物或其它封闭区域中，蜂窝信号可以被衰减成使得不能进行数据通信。这些类型的位置有时被称为覆盖范围间隙。

由于在许多室内区域(在该室内区域中，蜂窝覆盖范围可能是局部较弱的)中普遍存在WLAN，因此通常使用Wi-Fi分流(Wi-Fi offload)来将UE分组数据传输到蜂窝网络中。多个网络运营商还将Wi-Fi语音(VoWiFi)或Wi-Fi呼叫服务部署为Wi-Fi分流概念针对语音数据的扩展。在VoWiFi中，UE中的语音拨号客户端链接至在VoLTE中使用的相同MMTel语音服务，因此VoWiFi可以被视为UE与IMS中的语音服务之间的另选数据路径。具体地，UE用于VoWiFi的WLAN被视为针对LTE网络的非3GPP接入网络。使用标准电话客户端软件发出和接收语音呼叫，并且在通道中向以及从蜂窝网络核心的公共可接入网络网关(被称为演进分组数据网关(ePDG))传送承载语音数据的数据包。

VoWiFi将蜂窝网络范围扩展到蜂窝信号传统上较弱的室内位置，并且在移动设备移动到室外位置时还允许切换至正常的VoLTE或传统语音服务。

VoLTE和VoWiFi可供具有用于数据连接的蜂窝网络接口和WLAN接口两者的UE(诸如智能电话)使用。在传统系统中，UE具有接入网络选择策略，该接入网络选择策略可以在设备上被配置为优先于蜂窝网络而连接至WLAN网络或者反之亦然(即，相比于WLAN优选蜂窝接入)。类似地，UE可以基于WLAN和/或蜂窝接入网络的可用性来决定是连接至VoLTE还是VoWiFi来接入语音服务。如果WLAN可用并且WLAN已经被设定为首选接入，则UE将通过建立到订户蜂窝网络的ePDG的安全通信通道来尝试连接至VoWiFi服务。一旦建立，则移动设备将与IMS中的MMTel语音服务建立会话以实现VoWiFi。

蜂窝网络运营商认为这种行为是有利的，因为它将来自其蜂窝网络的无线电接入网络的业务分流到非3GPP网络上，从而释放网络资源。

然而，由于UE假设WLAN和VoWiFi链路将始终比蜂窝环境更稳定且性能更高，因此UE中的这种过分简单化的接入网络选择行为可能导致较差质量的呼叫或呼叫被错过。

如果所选择的网络因拥塞等原因而不合适，则VoWiFi服务可能会遇到体验质量(QoE)问题。选择最佳接入网络来接入语音服务的传统机制主要基于设备决策，该设备决策基于静态策略或从网络接收的基本动态信息(例如，Wi-Fi信号强度)，但是可见性受限于设备可以使用的信息以及已经在各种特定设备类型上实现的机制(即，取决于设备制造商的实现)。

本发明的实施方式涉及这些问题。

发明内容

在一个方面，实施方式提供了一种对蜂窝网络中的网络网关进行操作以控制至少一个移动设备接入能经由所述蜂窝网络接入的语音服务的方法，所述移动设备经由无线接入路由器和广域网WAN连接至所述网络网关，所述方法包括以下步骤：接收来自所述移动设备的用于接入所述语音服务的请求；测量针对所述移动设备的非蜂窝无线网络链路的性能度量；从所述移动设备请求所观察到的网络信息；以及将针对所述移动设备的所述非蜂窝无线网络链路的质量与至少一个所观察到的网络的相应质量进行比较；如果所述非蜂窝无线网络链路的质量优于可用的所观察到的网络的质量，则允许所述请求进行至所述蜂窝网络；并且如果所观察到的网络中的至少一个的质量优于当前非蜂窝无线网络链路的质量，则拒绝所述移动设备的语音服务请求。

在另一方面，实施方式提供了一种用于控制至少一个移动设备接入能经由蜂窝网络接入的语音服务的装置，所述移动设备经由无线接入路由器和广域网WAN连接至所述网络网关，所述装置包括：广域网接口；安全数据通道控制器，所述安全数据通道控制器用于接收来自所述移动设备的用于经由所述广域网接口接入所述语音服务的请求；用于测量针对所述移动设备的非蜂窝无线网络链路的性能度量的单元；用于从所述移动设备请求所观察到的网络信息的单元；以及用于将针对所述移动设备的所述非蜂窝无线网络链路的质量与至少一个所观察到的网络的相应质量进行比较的单元；接入控制器，所述接入控制器被配置成：如果所述非蜂窝无线网络链路的质量优于可用的所观察到的网络的质量，则允许所述请求进行至所述蜂窝网络；并且如果所观察到的网络中的至少一个的质量优于所述非蜂窝无线网络链路的质量，则拒绝所述移动设备的语音服务请求。

附图说明

现在将借助于附图对本发明的实施方式进行描述，在附图中：

图1示意性地示出了根据第一实施方式的电信系统的概览；

图2示意性地示出了根据第一实施方式的无线路由设备的功能部件；

图3是示出第一实施方式中的由无线路由设备和用户实体执行的总体处理步骤的流程图；

图4是更详细地示出图3的步骤s5的处理的流程图；

图5是更详细地示出图3的步骤s11的处理的流程图；

图6示意性地示出了第一实施方式中的、图1所示的UE的功能部件；

图7是示出UE的操作的流程图；

图8示意性地示出了根据第二实施方式的电信系统的概览；

图9示意性地示出了图8所示的ePDG的功能部件；以及

图10是示出第二实施方式中的ePDG的处理的流程图。

具体实施方式

系统概述

图1示出了根据第一实施方式的电信通信系统1中的主要部件的概览。系统1具有多个功能子系统：

长期演进(LTE)蜂窝网络3基础设施；

非蜂窝网络基础设施5(包括本地网络和互联网服务提供商(ISP)架构)；以及

IP多媒体子系统(IMS)7。

LTE蜂窝网络3使用分组交换IP网络而不是较早的电路交换网络向被称为用户实体(UE)的蜂窝网络客户端设备(诸如移动电话9)提供数据和语音服务。LTE蜂窝网络3包括网络核心11以及由用于将网络核心11中的服务和资源连接至UE 9的eNodeB 13形成的无线电接入网络。网络核心11包含控制功能，诸如多媒体移动实体(MME)31、归属订户服务器(HSS)33以及策略配置规则功能(PCRF)35。为了将数据包路由至以及路由出网络核心，存在连接至eNodeB 13的多个服务网关(SGW)37和连接至诸如互联网23和IMS 7的外部资源的分组网关(PGW)39。

IMS 7是为所有网络提供统一的服务架构的IP数据网络。即使接入网络可能不同，也可以在单个控制/服务层上提供多个服务。因此，IMS 7减少了在数据服务/应用中进行复制的需求。VoLTE和VoWiFi这两者的语音呼叫服务托管在IMS 7内的应用服务器15中，在该实施方式中，应用服务器15是由被称为多媒体电话服务(MMTel)的服务提供的。

非蜂窝网络基础设施5包括位于用户处所(诸如用户的家)中的无线接入点/调制解调器路由器设备17(以下称为集线器)，该集线器根据IEEE 802.11标准系列(在该实施方式中，802.11ac)生成无线局域网(WLAN)19，以允许与UE 9并且还与仅可接入WLAN的设备(诸如计算机10)进行通信。对于外部网络接入，集线器17与互联网服务提供商(ISP)21进行通信，该ISP 21经由诸如互联网23的广域网将数据路由至外部服务器和用户。

由于LTE蜂窝网络3允许UE 9经由诸如WLAN 19的非蜂窝网络接入网络核心11服务的能力，因此LTE蜂窝网络3还包括演进分组数据网关(ePDG)25，该ePDG充当与不被信任的第三代合作伙伴计划(3GPP)系统内的UE 9的安全数据通道(在这种情况下，该安全数据通道使用IP安全(IPSec)协议)的终止点。这允许将UE数据路由到EPC网络核心11中，以在LTE蜂窝网络3和IMS 7网络内进行处理。

UE 9具有分别用于接入非蜂窝网络基础设施和LTE蜂窝网络的WLAN无线电接口和LTE无线电接口，并且UE 9支持VoLTE、VoWiFi以及CSFB语音呼叫。为了突出UE 9与其它连接WLAN设备10之间的区别，计算机10仅具有WLAN接口，因此只能接入集线器17的WLAN 19而不能接入蜂窝网络3，因为该计算机10不具有能够发送和接收LTE信号的接口。

UE使用WLAN接口和LTE接口的行为

如上文提到的，UE 9具有WLAN接口和LTE接口，并且能够进行VoLTE呼叫处理和VoWiFi呼叫处理。由于LTE网络的eNodeB 13比WLAN 19具有更大的地理覆盖范围，因此在大部分区域中，UE将连接至LTE网络3并将使用VoLTE。

然而，如图1所示，当UE处于WLAN 19的范围内时，连接范围有交叠，并且UE 9可以使用蜂窝接口或者WLAN接口连接至数据服务。典型的默认UE策略是优选WLAN连接。因此，当UE连接至LTE网络并且该UE检测到已知的WLAN时，该UE将尝试使用WLAN进行数据服务。

因此，在检测到已知的WLAN后，UE 9将启用其WLAN接口并禁用其蜂窝接口，从而导致任何现有的蜂窝服务也被断开连接。UE的用户通常感觉不到这种改变，因为这对诸如文件传送和网页浏览的服务的操作几乎没有影响。然而，优选WLAN数据接口而不是蜂窝数据接口的一般UE策略可能对使用VoWiFi而不是VoLTE的语音服务的用户的体验质量产生影响。

在第一实施方式中，Wi-Fi接入点基于与可用的另选网络的存在和连接质量有关的任何可用信息，代表UE执行网络选择决定，以便将UE引导至提供至语音服务的最佳路径的网络。特别是，即使能经由Wi-Fi接入点使用VoWiFi，但如果认为VoWiFi连接的质量不足以提供语音接入，那么也可以将连接引导至VoLTE。

集线器

图2示出了第一实施方式中的集线器17的内部部件。

集线器17包含用于与各种类型的网络设备进行通信的多个网络接口。对于无线本地设备，存在无线局域网(WLAN)接口31，该WLAN接口用于使用诸如被称为Wi-Fi的IEEE802.11无线LAN标准系列的无线协议来与无线设备进行通信。在这个实施方式中，WLAN接口31遵循针对WLAN操作的802.11ac Wi-Fi标准。对于有线LAN设备，存在根据IEEE 802.3标准的以太网接口33。

为了连接至互联网服务提供商(ISP)，集线器17具有广域网(WAN)接口35，在该实施方式中，该WAN接口是遵循数字用户线(xDSL)标准系列的调制解调器(诸如超高速DSL(VDSL)调制解调器)。

集线器17还包含中央处理器和存储器(未示出)。该存储器包含计算机程序代码，该计算机程序代码在由该处理器执行时限定下面描述的许多软件功能单元。

集线器17包含分组路由功能37，该分组路由功能负责管理三个接口31、33、35之间的数据包流动。分组路由功能37处理在这三个接口31、33、35上接收到的传入数据包的报头并且确定在何处发送数据包以向前传送至预期的数据包目的地。分组路由功能37还将包括诸如网络地址转换(NAT)的功能，以在本地接口31、33与WAN接口35之间引导数据包。

集线器17包含VoWiFi监测功能39，该VoWiFi监测功能负责确定是否应当允许UE使用由其蜂窝网络提供商提供的VoWiFi服务。VoWiFi监测功能39被配置成处理来自UE 9的针对VoWiFi服务的请求，并且根据与另选网络的存在有关的VoWiFi网络要求的评估来允许或拒绝注册请求。

以这种方式，集线器17充当针对请求VoWiFi的设备的准入控制器，并且根据VoWiFi会话是否是最合适的网络选择性地允许接入VoWiFi。

VoWiFi监测功能39具有VoWiFi请求检测功能41、准入控制决定功能43、策略数据库45以及网络设备状态查询功能47。

VoWiFi请求检测功能41链接至WLAN控制器31并且还链接至ePDG公共地址存储部51以及连接的客户端列表49。VoWiFi请求检测功能41被配置成监测在WLAN接口31与WAN接口35之间传送的数据。特别地，该功能寻找指向与UE 9相关联的蜂窝网络的ePDG 25的业务。

VoWiFi请求检测功能41处理穿过集线器的数据包流，以识别寻址到该UE 9的蜂窝网络的ePDG的IP地址的数据包子集。

一旦检测到新请求，准入控制决定功能43就得到通知并且能够进行操作以确定是否应当允许针对VoWiFi的请求。准入控制决定功能43首先向网络设备状态查询47通知UE 9的地址。

网络设备状态查询功能47执行两个处理，首先，命令所识别的UE经由该UE的Wi-Fi接口和蜂窝网络接口扫描已存在的任何可用网络。除了可用网络列表外，性能度量也被包括在UE的响应中。

一旦被取回，准入控制决定功能43就结合预先存储在策略数据库45中的阈值来处理该性能度量，以确定各个检测到的网络的质量。在处理之后，如果VoWiFi链路被认为是最合适的可用网络，则将VoWiFi请求转发至ePDG，使得可以以常规方式建立VoWiFi会话。

然而，如果VoWiFi路径的性能低于另选的检测到的WLAN或蜂窝网络，则拒绝该请求，并且准入控制决定功能43将向UE发送消息，从而向该UE通知最合适的网络的标识。

响应于该通知，UE将启动与所推荐的网络的连接。

系统的总体操作

图3示出了第一实施方式中的由各种部件执行的总体步骤的流程图。

该处理在UE 9处开始。在步骤s1中，如常规的一样，当移动设备的WLAN控制器被启用并检测到WLAN的存在时，UE的现有接入网络选择机制将选择Wi-Fi作为优选无线电接入网络(RAN)并启动与该WLAN的连接。

在步骤s3中，一旦UE与WLAN关联并认证，则UE将通过向ePDG发送请求来启动在VoWiFi服务上进行注册，以便根据IP安全(IPSec)标准建立到蜂窝网络核心11中的安全数据通道。

根据第一实施方式，无线接入点的VoWiFi请求检测功能41被配置成检测包含从移动设备到ePDG的IPSec请求的初始消息。在步骤s5中，一旦检测到请求，则无线接入点将延迟把IPSec请求转发至目的地ePDG，直到该无线接入点确定了另选接入是否适合VoWiFi服务。

在步骤s7中，无线接入点的网络设备状态查询功能47与移动设备上的客户端进行通信。发送请求来自移动设备的附加信息的请求，特别是为了识别移动设备可见的任何其它无线电网络(蜂窝网络和/或非蜂窝Wi-Fi网络)。

在步骤s9中，UE扫描另选网络(蜂窝网络和WLAN)并利用至少包括网络标识符的任何另选网络信息和观察到的信号强度信息来响应集线器。

在步骤s11中，集线器的准入控制决定功能43评估观察到的可用网络的质量。下面将提供该步骤的更多细节。

在步骤s13中，对经由当前WLAN的VoWiFi链路的质量和最佳另选网络的质量进行比较。

如果VoWiFi链路的质量得分高于或等于蜂窝网络得分，则在步骤s15中，将IPSec请求转发至ePDG，使得移动设备可以注册VoWiFi服务。

然而，如果确定蜂窝信号的质量高于VoWiFi链路的质量得分，则在步骤s17中，准入控制功能将选择蜂窝网络并因此丢弃IPSec请求。这将导致在超时时段之前没有接收到IPSec响应时，UE假设VoWiFi不可用。

此外，准入控制功能将提供所推荐的另选网络的标识，该另选网络在质量评估中用作要被UE用于语音服务的网络。将包含另选网络的标识的消息从准入控制功能发送至在UE上运行的客户端。

一旦UE接收到所述通知连同IPSec请求的超时，则将UE配置成连接至所推荐的网络，以接入语音服务。

现在将描述图3中的操作步骤的进一步细节。

步骤s5-VoWiFi请求检测

图4是更详细地示出步骤s5的处理的流程图。

在这个实施方式中，集线器中的VoWiFi请求检测功能41被配置成使用IP流检测来检测来自UE的关于连接至与该UE相关联的ePDG的新请求的提交。

在步骤s21中，VoWiFi请求检测功能41接入与在集线器的区域中可用的蜂窝网络相对应的ePDG IP地址的预先存储的列表。ePDG是蜂窝网络的边缘网关，该边缘网关允许不被信任的3GPP网络上的设备接入蜂窝核心网络服务和资源(诸如驻留在IMS上的MMTel语音服务)。因此，ePDG能公共接入位于公共网络(诸如互联网)中的设备。

一旦加载了所述列表，则在步骤s23中，VoWiFi请求检测功能41监测从集线器的WLAN接口接收到的传入数据包，以监听连接至该集线器的WLAN的UE与已知ePDG之间的新的IP流会话。这是通过分析传入IP数据包的报头中的源地址和目的地地址来实现的。当在步骤s25中从UE接收到新的数据包时，VoWiFi请求检测功能检查查看数据包报头中的目的地字段是否寻址到已知的ePDG地址。

如果所述数据包未寻址到ePDG，则ePDG检测处理结束，并且将所述数据包正常路由至其目的地。

如果所述测试确定所述数据包寻址已知的ePDG IP地址，则在步骤s27中，VoWiFi请求检测功能接下来检查现有的VoWiFi客户端列表49，以确定所述数据包是否是已经被记录为现有VoWiFi会话的现有IP流的一部分。如果所述数据包确实与到ePDG的现有VoWiFiIP流相对应，则处理结束，并且所述数据包像往常一样被转发。然而，如果所述数据包确实与VoWiFi的新的IP流有关，则在步骤s29中，无线接入点阻止所述数据包，并且在步骤s31，VoWiFi准入控制功能被通知需要第一实施方式的用于确定最佳无线电接入网络的处理，然后处理移动至步骤s7。

在步骤s7中，如图3所示，集线器从UE请求另选网络信息。在已经描述了集线器的总体处理之后，将讨论用于提供这样的信息的与UE的交互。

步骤s9-从UE接收回复

在这个实施方式中，UE将以与蜂窝切换期间发送至蜂窝网络eNodeB的响应类似的方式，利用一组可用网络进行响应。

下面对UE响应的示例进行阐述。

示例1.返回了许多不同的另选网络，包括LTE网络、Wi-Fi网络以及可以使用CSFB来提供语音服务的传统3G网络。

检测到的网络	信号强度(dBm)	频率(Mhz)
			LTE 1	-77	800
LTE 2	-80	3200
			Wi-Fi 1	-30	2412(2.4GHz Wi-Fi信道1)
HSPA	-70	1900

示例2.没有检测到其它另选网络。

检测到的网络	信号强度(dBm)	频率(Mhz)
			-	-	-

示例3.定位了低信号强度的另选网络。

检测到的网络	信号强度(dBm)	频率(Mhz)
			LTE 1	-120	2600

一旦UE已经利用观察到的网络以及关于那些网络的任何测量度量数据的列表对来自网络设备状态查询功能47的查询进行了回复，则准入控制决定功能43对所收集的数据进行处理，以确定是否允许连接至VoWiFi。

步骤s11-确定本地网络和另选网络的性能

图5是更详细地示出步骤s11的处理的流程图。

如上文提到的，UE与IMS语音服务之间的VoWiFi链路由多个单独网络构成。即，UE与集线器之间的本地WLAN、集线器与ePDG之间的公共网络宽带链路以及ePDG与IMS之间的私有蜂窝网络链路。为了评价VoWiFi链路的质量，准入控制功能43获得这些组成链路中的两个(即，WLAN部分和宽带部分)的性能度量，以获得VoWiFi链路的质量。在这个实施方式中，假定蜂窝网络核心11不会对VoWiFi服务进行性能限制。

在步骤s41中，准入控制功能43通过将WLAN的当前状态与存储在策略数据库45中的一组阈值进行比较来确定WLAN链路质量。基于例如连接的WLAN设备的数量和WLAN的当前吞吐量来确定WLAN的负载。例如，如果集线器没有任何活动数据会话，则WLAN的质量被认为是高的。另选地，如果有多个高清视频流会话或文件传送，则所述质量被认为是低的。

一旦测量了WLAN性能，则在步骤s43中，准入控制功能43通过向宽带网络或互联网的服务器发送一系列ping请求来确定宽带链路的当前性能。在这个实施方式中，所述ping请求是由UE发送给ePDG的。响应数据包将提供与在链路上经历的延迟、抖动以及数据包丢失有关的信息。将这些度量与存储在策略数据库45中的相应阈值进行比较，以确定宽带链路是否足以承载VoWiFi会话。

在步骤s45中，准入控制功能确定经由集线器建立的VoWiFi会话的当前数量是否高于阈值。例如，网络运营商策略限定三个活动VoWiFi会话的阈值数量。

在步骤s47中，将来自WLAN链路、宽带链路以及VoWiFi会话测试的信息相结合并映射成质量得分，从而反映到ePDG的WLAN链路和宽带链路承载VoWiFi呼叫的能力。特别是，VoWiFi链路的性能最差的方面将被识别为速率限制步骤。通常，如果WLAN链路和宽带链路两者都以高水平执行，那么最终的质量得分会很高。然而，如果WLAN链路负载较轻但宽带链路出现拥塞，则最终得分将很低，以反映由宽带链路带来的瓶颈。另选地，如果宽带链路正在良好地执行但WLAN链路拥塞，则最终得分也很低，这次反映了WLAN的瓶颈。

步骤s41至步骤s47允许准入控制功能确定与本地环境支持VoWiFi会话的能力有关的信息。然而，所述集线器不能确定与UE的环境有关的信息，因为UE处于不同的位置并且不具有蜂窝网络接口。

因此，在步骤s49中，从网络设备状态查询功能取回与移动设备可见的另选网络有关的信息，并且在步骤s51中，针对检测到的网络中的每一个获得质量得分。

使用适合于各种无线电接入网络技术的相应转换表来获得该质量得分。

下面示出了针对LTE网络、HSPA网络以及Wi-Fi网络的示例信号强度到质量的转换表。

将该映射应用于在示例表1中示出的检测到的另选网络：

网络	信号强度	质量
			LTE 1	-77dBm	4
LTE 2	-80dBm	4
			Wi-Fi 1	-30dBm	4
HSPA	-70dBm	3

在转换后，选择具有最高得分的另选网络，并且处理返回到步骤s13，其中将WLAN/宽带链路的质量与所选择的另选网络的质量进行比较。在上面的示例扫描1的情况下，选择LTE1作为另选网络候选，因为尽管LTE1被映射至相同的质量得分，但该LTE1具有稍高的信号强度。

返回至图3中的步骤s13。在该示例中，VoWiFi链路被指派了4分，并且另选网络得分也是4。

因此，处理进行至步骤s15，因为VoWiFi链路得分与所述另选网络得分相同，因此切换成所述另选网络将没有益处。

在步骤s15中，将来自UE的IPSec请求转发至ePDG，使得UE可以注册VoWiFi。VoWiFi客户端列表还利用现有VoWiFi会话的新条目进行更新，并且处理结束。

然而，如果在VoWiFi链路段中的至少一个中检测到问题，则在步骤s13中，将选择另选网络LTE1作为更高性能的网络。在步骤s17中，来自UE的IPSec请求将在集线器内被丢弃，并且将LTE1的网络标识符提供给UE。

一旦UE接收到该网络标识符，则该UE将与WLAN取消关联并连接至LTE1的eNodeB并使用VoLTE连接至语音服务。

用于提供另选网络信息的UE操作

返回至图3，将参照图6对集线器与UE之间的早期交互进行描述。

图6示意性地示出了根据第一实施方式的UE的功能部件。

当UE处理器执行存储在数据存储部上的计算机代码指令时，该UE 9可以被认为具有许多不同的功能。在用户层面，应用和服务61为最终用户提供语音和数据功能。电话拨号器应用63被示出为语音服务的示例。其它应用包括网页浏览器、摄像头、GPS应用以及VoIP服务。

操作系统65为应用61提供环境，并且还负责根据UE 9的任何硬件(诸如屏幕、罗盘、键盘/用户输入等(未显示))的特性来提取软件。

为了与外部资源进行数据交换，连接管理器67(在该实施方式中，该连接管理器是OS 65的一部分)管理用于与外部资源进行通信的许多数据网络接口。连接管理器67连接至蜂窝网络接口69(在这种情况下，是LTE调制解调器69)，并且还连接至Wi-Fi WLAN接口71(在这种情况下，遵循IEEE 802.11ac)。

连接管理器67负责管理对连接接口的接入，使得使用合适的接口来传输由应用和服务生成的数据以及寻址到应用和服务的数据。这样，所述应用不需要知道使用哪个数据接口，这些应用仅需要知道数据连接是否可用。

LTE调制解调器69与LTE网络3的eNodeB 13进行通信，以接入诸如MMTel服务的资源。

WiFi接口71经由通过集线器17生成的WLAN 19与集线器17进行通信。

因此，LTE调制解调器69和WiFi接口71提供用于承载由在UE 9上运行的应用生成的数据包的相应数据链路。在语音服务的背景下，当经由LTE调制解调器69和eNodeB 13的蜂窝无线电接入网络传送语音数据时使用VoLTE，并且当语音数据经由Wi-Fi接口71、WLAN19、集线器17以及包括ISP 21和互联网23的宽带网络传送至ePDG 25时使用VoWiFi。

无线通信的优点之一是UE的移动性。eNodeB 13的位置和集线器17的位置通常是固定的，但是UE可以在限定的范围内移动并且仍然保持与相应网络接入的连接。

此外，在LTE中，当UE参与语音呼叫会话并且还移动远离服务eNodeB 13时，服务eNodeB将执行切换过程以选择位于更好的地理位置的另一eNodeB 13来为该UE服务。作为这个处理的一部分，服务eNodeB将从UE请求针对频率内载波、频率间载波以及RAT(无线电接入技术)间载波的测量报告。该信息由UE生成并存储在测量报告存储部73中，以便传输至服务小区。基于测量报告中的信息，服务eNodeB将识别并选择新的切换eNodeB，以在UE的新位置处为该UE服务。

相比之下，传统上，Wi-Fi通常依赖于受客户端支配的移交处理。当UE连接至无线接入点(AP)的WLAN或者诸如集线器的组合无线接入点设备时，该UE使用接收信号强度指示符(RSSI)度量来监测无线连接的信号强度。当连接降低到阈值强度之下时，UE发出探测数据包以发现新的周围AP。使用来自周围AP的任何探测响应来选择移交AP(通常是选择具有最高信号强度的AP)。

一旦选择，则UE与所选择的AP相关联并进行认证。

为了改进移交过程，IEEE 802.11k标准限定了AP辅助漫游方法，其中AP可以扫描邻近AP并将该邻居报告发送至连接的UE以帮助UE做出移交决定。

当UE连接至AP WLAN时，AP监测针对UE的连接信号强度。当信号强度降低到某个阈值之下时，这表示UE正在离开AP，或者存在干扰源来破坏连接。

AP将向UE发送控制消息作为可能需要移交的警告，并且作为响应，UE可以请求邻居报告并使用近邻AP信息作为移交决定的基础。

在这个实施方式中，该邻居报告的扫描和可用性被应用于UE。

响应于步骤s7的UE操作-从UE请求另选网络信息

集线器17的网络状态功能49被配置成使用根据IEEE 802.11k协议的修订版本操作的消息交换过程来与在UE 9上运行的修改后的802.11k客户端75进行通信。

除了按照802.11k请求与邻近Wi-Fi网络有关的信息外，集线器还请求与蜂窝网络有关的信息(诸如无线电接入技术、频带以及UE观察到的信号强度)。

修改后的802.11k客户端75在标准802.11k UE客户端上提供多个附加功能。

在标准的802.11k客户端中，客户端从AP请求邻居报告。修改后的802.11k客户端75生成邻居报告以记录周围AP的存在，并且还允许生成的邻居报告沿相反方向流动(即，从客户端向AP/集线器流动)。

此外，连接管理器67链接至修改后的802.11k客户端以及蜂窝接口69上的测量报告73，以使邻居报告还包括范围内的蜂窝网络。

图7是示出UE响应于请求与UE 9当前可见的所有邻居蜂窝网络和Wi-Fi网络有关的信息的动作帧的处理的流程图。

在步骤s61中，WiFi接口71识别与802.11k请求有关的动作帧。如果接收到这样的帧，则通知修改后的802.11k客户端75，并且在步骤s63中，以与802.11k集线器中的处理类似的方式生成周围WLAN的邻居报告。

为了包括与蜂窝网络有关的信息，在步骤s65中，修改后的802.11k客户端75向连接管理器67通知已经接收到请求。

在步骤s67中，连接管理器67与蜂窝接口69进行通信，并取回测量报告73中的与任何观察到的蜂窝网络有关的信息，该信息包括无线电接入技术、频带以及UE观察到的信号强度。在步骤s69中，连接管理器67将取回的信息转发至修改后的802.11k客户端。

在步骤s71中，修改后的802.11k客户端75将蜂窝网络测量报告73信息与生成的邻居报告合并，并且在步骤s73中，响应网络状态信息请求器47并且处理结束。

UE的处理为集线器提供另选网络信息。这使得集线器能够评价当前连接以及经由其它网络的可能连接的相对质量，以便确定是否允许UE对VoWiFi的请求或者另选网络是否更适合于承载语音服务。

第二实施方式

在第一实施方式中，集线器可以拦截来自UE的注册VoWiFi的请求，并且确定UE与ePDG之间的当前VoWiFi路径的质量。该集线器还接收UE可用的另选网络的信息。如果当前连接的质量比任何另选网络更适合VoWiFi，则将VoWiFi请求转发给ePDG。然而，如果VoWiFi链路的质量低于另选网络，则集线器将识别所推荐的另选网络并通知UE。一旦通知，则将UE引导至所推荐的接入网络来接入语音服务。

该实施方式的优点是：若需要的话，则在控制数据到达外部网络之前，将UE引导到不同的接入网络。这减少了经由外部网络传递给ePDG的控制信息以及由此引起的相关资源。

这种解决方案的缺点是：该功能需要修改各个集线器以便能够提供能力，并且在使用中，集线器上的处理负荷较大。

在第二实施方式中，采用更集中的方法，其中UE使用VoWiFi的准入控制是由蜂窝网络的ePDG来执行的。

图8是根据第二实施方式的系统的概览。

图8所示的系统与图1的系统的不同之处在于ePDG 101和集线器103两者的置换。具有与第一实施方式中的功能相同的功能的部件具有相同的附图标记，并且将不再描述。由于第一实施方式中的集线器的操作对UE而言在很大程度上是透明的，因此第二实施方式的UE 9在功能上是相同的。

在第二实施方式中，为了经由ePDG 101建立VoWiFi连接，UE 9将首先连接至集线器103的WLAN 19。一旦无线地连接，则UE将尝试经由从集线器103到ISP 21和互联网23的宽带链路，使用IPSec来建立到ePDG 101的安全连接。

在这个实施方式中，与第一实施方式的集线器相比，集线器103具有更少的修改，集线器103不需要执行任何IP流分析或数据包检查来识别IPSec请求，也不需要执行对WLAN链路和宽带链路的任何测量。

然而，第二实施方式的集线器确实包含UE信息请求器功能，以与UE的修改后的802.11k功能进行通信，以便获得与任何邻近WLAN网络和蜂窝网络有关的信息。这些信息被转发至ePDG 101而不是在本地进行处理。

ePDG 101是UE的IPSec通道请求的目的地端点，ePDG 101被配置成，通过评价任何接收到的IPSec请求并确定是否应当允许UE对VoWiFi的请求或者确定另选网络是否更适合于语音通信来执行准入控制决定。

尽管由ePDG 101而不是由集线器103来执行，但如在第一实施方式中那样，将当前VoWiFi路径的质量与从其它网络链路获得的VoLTE路径或VoWiFi路径的可能质量进行比较。如果认为VoWiFi链路的质量与另选网络的质量相同或更高，则允许IPSec请求。相反地，如果检测到的另选网络被认为能够提供更好的语音服务，则拒绝IPSec请求。

此外，在该实施方式中，ePDG 101还可以出于与链路质量无关的其它理由(即，如果UE连接至列入黑名单的集线器，则丢弃VoWiFi连接请求的这种策略)，选择拒绝UE请求。

图9示意性地示出了第二实施方式中的ePDG 101的功能部件。

ePDG包含各种网络部件的接口：

·SWm接口111经由不被信任的非3GPP网络连接至UE；

·AAA接口113连接至位于网络核心的认证、授权以及计费服务器；

·DNS接口115连接至网络核心内的DNS服务器；

·管理接口117连接至用于配置ePDG的操作的管理设备；以及

·S2b接口连接至网络核心的PGW。

为了在各种接口之间路由数据包，ePDG包含用于检查数据包并将该数据包转发至相关接口以进行外部处理的路由功能121。在将数据包定向至ePDG本身(例如，来自UE的用于建立IPSec通道的请求)的情况下，将所述数据包转发至处理功能123。

处理功能123具有用于对来自UE的传入请求进行分析的IPSec处理器125。根据第二实施方式，IPSec处理器125负责将资源分配给传入的通道请求。IPSec处理器125连接至客户端列表127和VoWiFi准入控制功能129。结合地，根据第二实施方式的ePDG 101的这些部件确定是否应当接受VoWiFi请求。

客户端列表127包含与已经建立VoWiFi连接的UE进行的现有IPSec会话的列表。IPSec处理器125使用该列表来识别来自UE的新VoWiFi请求。

VoWiFi准入控制功能129连接至UE链路分析功能131、UE信息请求器133以及策略数据库135，以确定是否应当允许VoWiFi请求。

将参照图10对ePDG 101中的处理功能123的操作进行描述。图10是示出第二实施方式中的ePDG的操作的流程图。

操作在步骤s101开始，其中，ePDG接收来自位于不被信任的3GPP网络中的UE的IPSec通道建立请求。

在步骤s103中，ePDG处理IP数据包的源报头以识别与请求UE相关联的无线接入点路由器(集线器)。由于IPSec请求被封装在IP数据包中，因此在将所述数据包路由至ePDG之前，集线器将利用其公共IP地址替换UE的WLAN地址。

为了确定是否应当允许UE的VoWiFi请求，在步骤s105中，ePDG确定针对UE的数据链路统计。请求信息包括负载、当前Wi-Fi端点的数量、吞吐量以及针对AP的链路统计。在这个实施方式中，UE链路分析功能查验(ping)UE以确定数据路径链路的时延、抖动以及数据包丢失数据。

在步骤s107中，ePDG然后监测其自身的负载信息，以确定它是否可以支持VoWiFi请求。这包括当前活动的IPSec通道连接的数量。

在步骤s109中，ePDG请求与UE的范围内的任何另选网络有关的信息，并且在步骤s111中，从UE接收可用网络列表。在这两个步骤中，如第一实施方式中所描述的，ePDG实际上将控制数据请求发送至集线器103，并且集线器103的UE信息请求器与UE的802.11k客户端交互。然后将关于可用网络的返回数据发送至ePDG101。

在步骤s113中，ePDG 101使用所收集的信息以与第一实施方式中的集线器的等效VoWiFi准入控制功能类似的方式，确定VoWiFi和另选网络链路这两者的质量得分。此外，可以基于ePDG可用的其它信息来对计算出的质量得分进行修改/归一化。例如，如果UE 9处于蜂窝网络的eNodeB的范围内，则由于ePDG是同一蜂窝网络的一部分，因此ePDG 101将基于观察到的eNodeB的负载条件的实时视图来修改任何计算出的质量得分。此外，如果其它WLAN可用于UE，那么如果ePDG过载，则那些另选WLAN的计算出的质量得分会降低，这是因为该ePDG服务VoWiFi会话的能力将会降低，而与UE所使用的WLAN无关。

在步骤s115中，执行VoWiFi连接质量和性能最高(在归一化/调整之后)的另选网络连接质量的比较，并且如果确定当前WLAN路径具有最高质量，则VoWiFi连接是可能的，并因此允许IPSec请求，并且可以与IMS建立VoWiFi连接。

另选地，如果蜂窝网络/另选网络连接的质量更高，则在步骤s119，ePDG将拒绝IPSec请求并包括另选网络的标识，使得UE无法连接并因此将恢复至另选网络。

第二实施方式使用ePDG，该ePDG可以确定VoWiFi路径质量和VoLTE路径质量，并且可以做出如何按照标准UE行为来引导请求VoWiFi的设备的决定。

另选例和修改例

在第一实施方式中，准入控制功能确定WLAN的状态和宽带本地链路的状态以及UE检测到的另选网络的状态。可以使用其它网络信息，在另选例中，接入点接入与相邻网络的存在有关的信息。可以在Wi-Fi接入点上预先配置或者动态更新该信息。该信息允许ISP静态地或动态地配置Wi-Fi接入点，以向该Wi-Fi接入点通知该区域中的更适合Wi-Fi呼叫的另选Wi-Fi网络。

在上述实施方式中，针对可用的另选网络中的每一个计算质量得分，然后在与WLAN进行比较的情况下仅使用具有最高质量得分的网络。由于只需要执行一次比较，因此这减少了处理时间。在另选例中，比较各个可用网络，并且将可以比WLAN提供更好的语音服务的各个可用网络的细节发送给用户。

在这些实施方式中，使用数据包报头的IP流数据包检查来检测连接至集线器WLAN的UE与ePDG之间的可能的IPSec请求。

存在不同的方法来确定是否已请求IPSec会话。在另选例中，集线器中的深度数据包检查(DPI)功能可以识别可以与VoWiFi服务相关联(例如，发送给预先配置的域名或者利用嵌入在请求中的VoWiFi指示符)的IPSec建立请求。

在这些实施方式中，加载到UE中的客户端被配置成与集线器进行通信以处理定位其它无线电接入网络的请求并对来自集线器的请求做出响应。在其它情况下，该功能内建于UE的操作系统中或任何其它处理器(例如，调制解调器芯片组)中。

在这些实施方式中，UE将WiFi邻居信息与蜂窝网络测量报告合并，并将组合的数据集转发至集线器。一旦接收到，则VoWiFi准入控制功能将计算各种网络的质量得分。

在另选例中，修改后的802.11k客户端或UE的子功能还可以计算观察到的网络的质量得分，该质量得分被包括在发送至集线器的返回信息中。在另一另选例中，修改后的802.11k客户端仅发送质量得分而不是测量报告。

在第二实施方式中，ePDG通过分析从UE发送和接收的数据包的性能统计来确定潜在的VoWiFi链路的性能，以减少集线器所需的修改次数。在另选例中，将ePDG链接至第一实施方式的集线器，并以与第一实施方式类似的方式从集线器请求WLAN统计。

在第一实施方式中，描述了集线器负责控制UE接入VoWiFi服务的系统，而在第二实施方式中，ePDG是用于VoWiFi接入的唯一控制器。在另选例中，组合第二实施方式的ePDG和来自第一实施方式的集线器，使得系统包含用于控制接入的混合实体。

在所描述的本发明的实施方式至少部分地使用诸如微处理器、数字信号处理器或其它处理设备的软件控制可编程处理设备、数据处理装置或系统来实现的范围内，应当理解，用于配置用于实现前述方法的可编程设备、装置或系统的计算机程序被设想为本发明的一方面。例如，计算机程序可以被具体实施为源代码或者经历编译以在处理设备、装置或系统上实现，或者可以被具体实施为目标代码。

适当地，计算机程序以机器可读形式或设备可读形式存储在载体介质上，例如存储在固态存储器、诸如磁盘或磁带的磁存储器、光学或磁光可读存储器(如光盘或数字通用盘等)中，并且处理设备利用该程序或该程序的一部分来配置该处理设备以供操作。计算机程序可以由具体实施在诸如电子信号、射频载波或光学载波的通信媒介中的远程源提供。这种载体介质也被设想为本发明的各方面。

本领域技术人员应当理解，尽管已经关于上述示例实施方式对本发明进行了描述，但本发明不限于此，并且存在落入本发明的范围内的许多可能变型例和修改例。

本发明的范围包括本文所公开的任何新颖特征或特征组合。本申请人特此通知，在起诉本申请或起诉从本申请衍生的任何这种其它申请期间，可以针对这种特征或特征的组合制定新的权利要求。具体地，参照所附权利要求，来自从属权利要求的特征可以与独立权利要求的特征组合，并且来自相应独立权利要求的特征可以以任何适当的方式组合，而不仅仅是权利要求中列举的具体组合。

Claims

1.一种对蜂窝网络中的网络网关进行操作以控制至少一个移动设备接入能经由所述蜂窝网络接入的语音服务的方法，所述移动设备经由无线接入路由器和广域网WAN连接至所述网络网关，所述方法包括：

接收来自所述移动设备的用于接入所述语音服务的请求；

测量针对所述移动设备的非蜂窝无线网络链路的性能度量；

从所述移动设备请求所观察到的网络信息；以及

将针对所述移动设备的所述非蜂窝无线网络链路的质量与至少一个所观察到的网络的相应质量进行比较；

如果所述非蜂窝无线网络链路的质量优于可用的所观察到的网络的质量，则允许所述请求进行至所述蜂窝网络；并且

如果所观察到的网络中的至少一个的质量优于当前非蜂窝无线网络链路的质量，则拒绝所述移动设备的语音服务请求。

2.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：

从所述移动设备接收所观察到的网络标识符和信号强度测量结果；

根据与所述观察到的网络有关的相应信号强度测量结果来计算针对各个所观察到的网络标识符的质量得分。

3.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：接收所观察到的网络标识符以及由所述移动设备计算出的质量得分。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法还包括：发送比所述非蜂窝无线网络链路具有更高的质量得分的所观察到的网络中的至少一个网络的标识，所述至少一个网络作为用于接入所述语音服务的另选网络。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法还包括：

监测与所述网络网关有关的负载状况；以及

修改所观察到的网络的接收到的质量得分。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，经由所述无线接入路由器和所述网络网关在所述移动设备与语音通信服务之间建立WiFi语音数据路径。

7.一种用于控制至少一个移动设备接入能经由蜂窝网络接入的语音服务的装置，所述移动设备经由无线接入路由器和广域网WAN连接至所述网络网关，所述装置包括：

广域网接口；

安全数据通道控制器，所述安全数据通道控制器用于接收来自所述移动设备的用于经由所述广域网接口接入所述语音服务的请求；

用于测量针对所述移动设备的非蜂窝无线网络链路的性能度量的单元；

用于从所述移动设备请求所观察到的网络信息的单元；以及

用于将针对所述移动设备的所述非蜂窝无线网络链路的质量与至少一个所观察到的网络的相应质量进行比较的单元；

接入控制器，所述接入控制器被配置成：

如果所观察到的网络中的至少一个的质量优于所述非蜂窝无线网络链路的质量，则拒绝所述移动设备的语音服务请求。

8.根据权利要求7所述的装置，所述装置还包括：

用于从所述移动设备接收所观察到的网络标识符和信号强度测量结果的单元；以及

用于根据与所述观察到的网络有关的相应信号强度测量结果来计算针对各个所观察到的网络标识符的质量得分的单元。

9.根据权利要求7所述的装置，所述装置还包括用于接收所观察到的网络标识符以及由所述移动设备计算出的质量得分的单元。

10.根据权利要求7至9中任一项所述的装置，其中，所述接入控制器能够操作以发送比所述非蜂窝无线网络链路具有更高的质量得分的所观察到的网络中的至少一个网络的标识，所述至少一个网络作为用于接入所述语音服务的另选网络。

11.根据权利要求7至10中任一项所述的装置，所述装置还包括：

用于监测与所述网络网关有关的负载状况的单元；以及

用于根据所述负载状况对所观察到的网络的接收到的质量得分进行修改的单元。

12.根据权利要求7至11中任一项所述的装置，其中，经由所述无线接入路由器和所述网络网关在所述移动设备与语音通信服务之间建立WiFi语音数据路径。

13.一种包括指令的计算机程序，当计算机执行所述程序时，所述指令使所述计算机执行根据权利要求1至6中任一项所述的方法。

14.一种存储有根据权利要求13所述的计算机程序的计算机可读数据载体。