CN100571222C - 在区域环境内实现固定移动融合的网络系统及其uma网关 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在区域环境内实现固定移动融合的网络系统及其UMA网关，其中：UMA网关在包含协议适配层和控制层的呼叫通信服务器本体的基础上，增设一位于协议适配层中的UMA协议模块、一位于控制层呼叫处理模块中的路由管理子模块，以及增设在控制层中的安全网关模块和用户管理/认证模块。本发明在UMA系统中引入了UMA网关，不仅能够提供基于SIP的丰富业务，而且能够提供基于UMA的移动连接应用，用户的移动终端不仅在移动中，而且在办公室等固定场所中也可以作为基本通信手段，有利于固定和移动业务的融合。本发明UMA网关可以应用于多种区域环境内，包括企业、家庭和热点区域等，在企业应用中，UMA网关可以和多个AP及企业PBX配合实现企业内部的固定移动融合业务应用。

Description

在区域环境内实现固定移动融合的网络系统及其UMA网关

技术领域

本发明涉及宽带无线技术，尤其指在区域环境内实现固定移动融合的UMA(Unlicensed Mobile Access，无需许可的移动接入)网络系统及其UMA网关。

技术背景

随着用户的活动区域日益扩展，在移动环境中的业务需求逐渐变得越来越广泛和强烈，用户也更加习惯于采用移动终端来满足通信需求。近年来移动用户的使用习惯发生较大变化，即使可轻松使用固定电话，他们仍更愿意用手机进行通信。这种趋势是由移动电话的便利性所逐步影响的。用户可通过手机查阅自己的个人通讯录，也能轻松获知所有未接电话。

在企业内部环境中，用户的移动办公需求也变得相应普遍，这就需要有一种企业移动解决方案，无论企业员工处在任何位置，都可以被联系到。同时能够有效降低管理成本和费用(内部通信不再需要通过公共蜂窝网络的呼叫)，并提高企业的应变能力和员工生产力。而在员工离开企业办公环境，进入公共环境后，又能够享有透明的业务体验。

终端用户希望：

1)在任何地点获得相同的业务

2)一个设备、一个号码、一个信箱、一本地址簿、多种接入模式(全球移动通信系统GSM/通用分组无线业务GPRS、无线局域网WiFi、蓝牙等)

3)无缝的语音和数据业务，网络的切换不会对其业务造成任何影响

现有的PBX(专用小交换机)解决方案，提供的主要业务功能包括：话音功能，嵌入式应用，增值业务应用，以及移动应用。其移动应用主要侧重于企业网络内部的移动通信，包括话音和数据，但这部分的移动应用与外部的公共移动网络之间还只能实现部分功能的互通，而无法做到无缝的切换。

由于企业级的PBX主要提供基于企业内部通信需求的业务以及应用，目前已经发展至以IP交换为核心的IP-PBX阶段。但是现有的PBX解决方案，不论其架构体系是集中式或者分布式，都还无法支持UMA协议。

另外，作为3GPP(3rd Generation Partnership Project，第三代移动通信合作项目)标准的接入技术UMA(Unlicensed Mobile Access)，支持移动语音与数据从公共蜂窝网络到无线宽带网络的无缝转换。UMA标准确立了移动运营商将家庭、办公室与公共WLAN(无线宽带网络)无缝扩展至其蜂窝网络的方法。

因此，如何在诸如企业内部环境中通过部署UMA技术，在提供无线宽带覆盖区域内的移动业务应用的同时，也能够为用户在无线宽带网络和公共蜂窝网络之间的移动提供业务，从而形成一种端到端固定和移动业务的融合，以期有效降低企业管理成本和费用，是本申请人致力研究的内容之一。

发明内容

本发明旨在通过提供一种在区域环境内实现固定移动融合的网络系统及其UMA网关，以期降低在区域环境内(例如企业、热点区域等)的管理成本和费用，同时能够简化终端用户的移动体验。

本发明提供了一种UMA网关，基于一包括协议适配层、控制层和位于控制层中的呼叫处理模块的呼叫通信服务器本体，其特征在于：在所述协议适配层中增设一UMA协议模块，在所述呼叫处理模块中增设一路由管理子模块，其中：UMA协议模块，用于提供UMA协议的处理功能；路由管理子模块，用于根据主被叫号码分别进行相关路由选择，透明转接PS业务的UMA承载通道，维持移动终端和UMA网络控制器之间安全信令和用户平面的建立、管理及中止。

在上述的UMA网关中，在控制层中还增设一安全网关模块和一用户管理/认证模块，其中：用户管理/认证模块，用于网络内部认证，并记录UMA终端信息；安全网关模块，用于提供UMA终端至UMA网关之间的安全隧道连接的建立和终止。

本发明还提供了一种在区域环境内实现固定移动融合的网络系统，基于一包括UMA网络控制器、IP宽带网络、接入点和移动终端的UMA系统，其特征在于：它包括一如权利要求1所述的UMA网关，该UMA网关连接在若干个接入点和IP宽带网络之间。

在上述的网络系统中，还包括一连接于UMA网关的SIP终端和一通过SIP协议与所述UMA网关相连的IP-PBX。

在上述的网络系统中，还包括一通过ISDN，CAS信令连接于所述UMA网关的PBX。

在上述的网络系统中，移动终端为一具有支持多种工作频段且支持多种频段之间切换能力的终端。

本发明再提供了一种基于UMA网关实现固定移动融合的呼叫处理方法，包括：号码分析步骤：对于UMA网关内部用户拨叫，由UMA网关对主、被叫号码进行内部分析；路由选择步骤：对于分析结果，作出相应路由至移动核心网络或由UMA网关直接进行后续呼叫处理。

在上述的呼叫处理方法中，对于号码分析结果为网关内部用户时，进一步判断用户属性：若是UMA用户，由UMA网关连接被叫用户；若是SIP用户和PBX用户，则UMA网关在进行相应的协议转换后，连接被叫用户。

在上述的呼叫处理方法中，对于号码分析结果为非网关内部用户时，进一步判断用户属性：若是GSM用户，由GSM核心网络连接被叫；若是固定网络用户，则确定由固定网络连接被叫或由GSM核心网络至固定网络连接被叫。

采用了上述的技术解决方案，也即引入UMA网关，不仅能够提供基于SIP的丰富业务，而且能够提供基于UMA的移动连接应用，用户的移动终端不仅在移动中，而且在办公室等固定场所中也可以作为基本通信手段，有利于固定和移动业务的融合。本发明UMA网关可以应用于多种区域环境内，包括企业、家庭和热点区域等，在企业应用中，UMA网关可以和多个AP及企业PBX配合实现企业内部的固定移动融合业务应用。

附图说明

图1是本发明，即在区域环境内实现固定移动融合的网络系统的架构示意图；

图2是UMA用户注册过程的示意图；

图3是UMA用户呼叫UMA用户过程的示意图；

图4是UMA用户呼叫SIP用户过程的示意图；

图5是UMA用户呼叫公网GSM用户过程的示意图；

图6是UMA用户呼叫固定用户过程的示意图；

图7是UMA用户呼叫固定用户(UMA网关连接固网)过程的示意图；

图8是UMA用户切换至GSM网络过程的示意图；

图9是UMA用户切换至GSM网络(UMA网关连接固网)过程的示意图；

图10是UMA网关特服功能实现过程的示意图；

图11是UMA用户呼叫PBX用户过程的示意图；

图12是本发明UMA网关的功能模块示意图；

图13是本发明呼叫处理流程示意图。

具体实施方式

一、在区域环境内实现固定移动融合的网络系统

如图1所示，本发明，即在区域环境内实现固定移动融合的网络系统，主要网络单元包括：UMA网关1，移动终端(MS，Mobile Station)4，接入点(AP，Access Point)2，以及UNC(Unlicensed Mobile Controller，UMA网络控制器)3。这些网元与现有的GSM/GPRS无线网络并存，并通过标准的A接口和Gb接口与GSM核心网络进行连接。而在AP和UNC之间则采用IP宽带网络连接，从而能够在移动终端和UNC之间建立IP透明承载。

1.UMA网关

UMA网关主要提供无线宽带覆盖区域内的移动业务应用，并能够与UNC配合为用户在无线宽带覆盖区域和移动公共网络之间的移动提供业务。无线宽带覆盖区域内的固定用户的连接可以由UMA网关提供IP连接实现，也可以通过企业PBX实现。

UMA网关采用IP接口与UNC进行连接，采用IP接口连接网络内部AP，采用IP透明连接移动终端。

如图12所示，UMA网关1，基于一包括协议适配层、控制层和位于控制层中的呼叫处理模块的呼叫通信服务器本体，其特点是：在协议适配层中增设一UMA协议模块11、在控制层呼叫处理模块中增设一路由管理子模块12，以及在控制层中还增设的一安全网关模块13和一用户管理/认证模块14。

UMA协议模块，用于提供UMA协议的处理功能。

路由管理子模块，用于根据主被叫号码分别进行相关路由选择，透明转接PS业务的UMA承载通道，维持移动终端和UMA网络控制器之间安全信令和用户平面的建立、管理及中止。

用户管理/认证模块，用于网络内部认证，并记录UMA终端信息。

安全网关模块，用于提供UMA终端至UMA网关之间的安全隧道连接的建立和终止。

UMA网关支持的功能包括：

1)本地交换：网关内部UMA用户和SIP终端用户之间的语音承载交换，包括从UMA用户发起至UMA用户，UMA用户发起至SIP用户；以及从SIP用户发起至UMA用户的呼叫。

2)提供SIP协议接口

3)支持SIP终端连接，支持采用SIP协议与IP-PBX互连

4)支持通过ISDN，CAS信令与传统PBX互连

5)支持语音压缩编码：G.711，G.723，G.729

6)安全网关(SGW)用于终止UMA移动终端发起的安全隧道连接

7)路由管理功能

包括：根据主被叫号码分别路由至UMA网关或移动核心网络进行处理；透明转接PS(分组交换)业务的UMA承载通道，维持移动终端和UNC之间安全信令和用户平面的建立、管理及中止。

8)控制功能

包括：UMA业务接入注册；在UMA网关范围内，CS业务的UMA承载通道建立，包括移动终端和UMA网关之间的安全信令和用户平面的建立、管理、及中止；以及，在UMA网关范围内，提供与GSM RR相当的功能用于寻呼和切换

2.移动终端

移动终端包括双模或多模终端(GSM和无需许可的公共频段)，并具备在多种工作频段之间切换的能力。移动终端应能支持Bluetooth PAN协议或802.11x协议，并提供IP接口连接至AP。

3.接入点

接入点采用无需许可的公共频段提供无线链路用于移动终端接入。AP与UNC之间通过IP网络进行连接。AP应提供Bluetooth PAN协议或802.11[802.11]协议接口。

4.UMA网络控制器

UNC分别采用A接口和Gb接口与移动核心网络MSC和SGSN进行连接。UNC提供的功能相当于GERAN(GSM边际无线接入网络)中的BSC(基站控制器)，并能够通过IP透明连接至AP。UNC采用Up接口连接移动终端，并提供部分Wm功能用于认证流程。UNC能够保持终端至核心网络间端到端的连接，并将GERAN信号传递到A/Gb接口至GSM核心网络。

二、基于UMA网关实现固定移动融合的呼叫处理方法，包括：

号码分析步骤：对于UMA网关内部用户拨叫，由UMA网关对主被叫号码进行内部分析；

路由选择步骤：对于号码分析结果，作出相应路由至移动核心网络或由UMA网关直接进行后续呼叫处理。即：

对于号码分析结果为网关内部用户时，进一步判断用户属性：若是UMA用户，由UMA网关连接被叫用户；若是SIP用户和PBX用户，则UMA网关在进行相应的协议转换后，连接被叫用户；

对于号码分析结果为非网关内部用户时，进一步判断用户属性：若是GSM用户，由GSM核心网络连接被叫；若是固定网络用户，则确定由固定网络连接被叫或由GSM核心网络至固定网络连接被叫。

如图13所示，在UMA网关下，当网内用户拨被叫号码时，UMA网关分析被叫号码是否异常，对于异常情况，直接作听忙音处理，结束过程。

对于正常情况，分析被叫号码是否是网内用户：对于是网内用户，依次分析被叫号码是UMA用户、SIP用户、还是PBX用户？并作相应的处理：由UMA网关连接被叫或由UMA网关进行协议转换后连接被叫用户；对于非网内用户，分析被叫号码是否GSM号码，若是，则呼叫送到GSM核心网络建立连接；若否，则进一步判断是否由UMA网关连接固定网络，并将相应的呼叫送到固定网络建立连接或将呼叫送到GSM核心网络建立连接，结束程序运行。

下面对上述过程中的几个主要流程分别进行详细描述

一)在UMA网关下，UMA用户呼叫UMA用户

在UMA网关下，UMA终端用户发起的至UMA终端用户的呼叫通过UMA网关实现。

参见图3，在UMA网关下，UMA用户发起呼叫，UMA终端将发起一个连接至UMA网关；

UMA网关分析主被叫号码，分析发现被叫UMA用户注册在UMA网关下，UMA网关直接连接被叫UMA用户。

二)在UMA网关下，UMA用户呼叫SIP用户

在UMA网关下，UMA终端用户发起的至SIP终端用户的呼叫通过UMA网关实现。

参见图4，在UMA网关下，UMA用户发起呼叫，UMA终端将发起一个连接至UMA网关；

UMA网关分析主被叫号码，分析发现被叫用户是注册在UMA网关下的SIP用户，UMA网关完成UMA协议至SIP协议的转换，并连接被叫SIP用户。

三)在UMA网关下，UMA用户呼叫公共蜂窝网络(以下简称“公网”)GSM用户

在UMA网关下，UMA终端用户发起的至公网GSM用户的呼叫通过UNC和GSM核心网络实现。

参见图5，在UMA网关下，UMA用户发起呼叫，UMA终端将发起一个连接至UMA网关；

UMA网关分析主被叫号码，分析发现被叫用户是在UMA网关下没有注册的用户，UMA网关将呼叫信息转发至UNC；

UNC和GSM核心网络对主叫用户鉴权后，分析被叫号码是GSM网络用户，直接发起至被叫用户的呼叫连接。

四)在UMA网关下，UMA用户呼叫固定用户

在UMA网关下，UMA终端用户发起的至固定网络用户的呼叫可以分为两种情况：UMA网关只连接UNC和GSM核心网；UMA网关同时连接GSM核心网和固定网络。

1)UMA网关只连接UNC和GSM核心网

参见图6，UMA网关下，UMA用户发起呼叫，UMA终端将发起一个连接至UMA网关；

UMA网关分析主被叫号码，发现被叫用户是在UMA网关下没有注册的用户，UMA网关将呼叫信息转发至UNC；

UNC和GSM核心网络对主叫用户鉴权后，分析被叫号码是固定网络用户，GSM核心网络发起至被叫固定网络用户的呼叫连接。

2)UMA网关同时连接GSM核心网和固定网络

参见图7，UMA网关下，UMA用户发起呼叫，UMA终端将发起一个连接至UMA网关；

UMA网关分析主被叫号码，发现被叫用户是在UMA网关下没有注册的用户，而且是固定网络的号段，UMA网关根据被叫号码将呼叫路由至固定网络；

固定网络建立至被叫用户的呼叫连接。

五)在UMA网关下，UMA用户切换到GSM网络

在UMA网关下，UMA终端用户发起的至固定网络用户的呼叫建立后，UMA用户切换到GSM网络，呼叫流程可以分为两种情况：UMA网关只连接UNC和GSM核心网；UMA网关同时连接GSM核心网和固定网络。

1)UMA网关只连接UNC和GSM核心网

参见图8，由GSM核心网络发起至被叫固定网络用户的呼叫建立后，UMA用户从UMA网关下离开，进入GERAN：

UMA双模终端向UNC发起切换请求，UNC和GSM核心网络交互后，分配GERAN资源给UMA双模终端，实现切换。

2)UMA网关同时连接GSM核心网和固定网络

参见图9，由固定网络建立至被叫用户的呼叫建立后，UMA用户从UMA网关下离开，进入GERAN；

UMA双模终端向UNC发起切换请求，UNC和GSM核心网络交互后，分配GERAN资源给UMA双模终端，实现切换。

六)在UMA网关下，UMA用户呼叫PBX用户

在UMA网关下，UMA终端用户发起的至PBX用户的呼叫通过UMA网关转接。

参见图11，在UMA网关下，UMA用户发起呼叫，UMA终端将发起一个连接至UMA网关；

UMA网关分析主被叫号码，分析发现被叫用户是UMA网关下的PBX用户，UMA网关完成UMA至PBX之间的协议转换，并转接呼叫至PBX，PBX连接被叫用户。

七)在UMA网关下，UMA用户注册

在UMA网关下，UMA终端用户采用UMA协议分别向UMA网关和公网UNC及GSM核心网络进行注册。

参见图2，UMA终端加入WLAN网络；

UMA终端获取IP地址；

UMA终端与公网UNC建立TCP连接，发起注册，注册消息中包括终端UMAN信息，终端的IMSI以及AP标示；

UNC和核心网AAA服务器、HLR配合采用EAP-SIM(SIM用户)或EAP-AKA(USIM用户)对终端进行认证，认证通过后返回确认消息；

UMA终端在实施步骤2的同时向UMA网关发起注册请求，UMA网关对其进行认证，通过认证后返回确认消息，并记录下UMA终端信息。

八)UMA网关的特服功能

参见图10，呼叫通过UMA网关直接建立后，当用户A正在与用户B进行内部或外部呼叫时，可以通过拨打后缀(如*XX)向第三方的分机发起呼叫。用户A可以听到拨号音(或语音提示)，然后通过类似于其它普通呼叫的方式拨打电话。在拨打呼叫期间，用户B不会挂断。

综上所述，本发明具有下列特点：用户通过使用具备UMA接入能力的双模终端，可以方便的通过无线方式连接到无线宽带网络上；无线宽带网络内部的语音通信通过本发明UMA网关实现；GPRS数据业务可以通过公共移动网络实现；用户能够在无线宽带网络和公共蜂窝无线网(RAN)间透明的进行语音、数据业务的切换；UMA网关还可以通过外部标准接口和协议与PBX进行互连，实现业务功能的互补。

虽然本发明参照了当前的具体实例进行了描述，但是本技术领域的普通技术人员应该认识到，以上的实例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可作出各种等效的变化和修改。因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实例的变化，变型都将落在本发明的权利要求书的范围内。

Claims (6)

1.一种无需许可的移动接入UMA网关，基于一包括协议适配层、控制层和位于控制层中的呼叫处理模块的呼叫通信服务器本体，其特征在于：在所述协议适配层中增设一UMA协议模块，在所述呼叫处理模块中增设一路由管理子模块，其中：

UMA协议模块，用于提供UMA协议的处理功能；

路由管理子模块，用于根据主被叫号码分别进行相关路由选择，透明转接分组域业务PS业务的UMA承载通道，维持移动终端和UMA网络控制器之间安全信令和用户平面的建立、管理及中止。

2.根据权利要求1所述的UMA网关，其特征在于：在所述控制层中还增设一安全网关模块和一用户管理/认证模块，其中：

用户管理/认证模块，用于网络内部认证，并记录UMA终端信息；

安全网关模块，用于提供UMA终端至UMA网关之间的安全隧道连接的建立和终止。

3.一种在区域环境内实现固定移动融合的网络系统，基于一包括UMA网络控制器、IP宽带网络、接入点和移动终端的UMA系统，所述移动终端为一具有支持多种工作频段且支持多种频段之间切换能力的终端，所述网络系统的特征在于：它包括一如权利要求1所述的UMA网关，该UMA网关连接在若干个接入点和IP宽带网络之间。

4.根据权利要求3所述的网络系统，其特征在于：它还包括一连接于所述UMA网关的SIP终端和一通过SIP协议与所述UMA网关相连的网际协议专用分组交换机IP-PBX。

5.根据根据权利要求3或4所述的网络系统，其特征在于：它还包括一通过ISDN，随路信令CAS信令连接于所述UMA网关的PBX。

6.一种基于UMA网关实现固定移动融合的呼叫处理方法，包括：

号码分析步骤：对于UMA网关内部用户拨叫，由UMA网关对主、被叫号码进行内部分析；

路由选择步骤：对于分析结果，作出相应路由至移动核心网络或由UMA网关直接进行后续呼叫处理，

其中：对于号码分析结果为网关内部用户时，进一步判断用户属性：若是UMA用户，由UMA网关连接被叫用户；若是SIP用户和PBX用户，则UMA网关在进行相应的协议转换后，连接被叫用户，

对于号码分析结果为非网关内部用户时，进一步判断用户属性：若是GSM用户，由GSM核心网络连接被叫；若是固定网络用户，则确定由固定网络连接被叫或由GSM核心网络至固定网络连接被叫。

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