CN101142828B - 用于链路层辅助切换的方法与装置 - Google Patents

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Abstract

说明了各种实施例来满足对于改善已知的切换技术的装置的方法的需要，以改善终端用户的移动性体验。引入切换即将到来(301、501、502)、由于切换的链路中断(307、509、510)以及切换之后链路启动(309、511、512)的OSI层2发起的指示。这些指示可由应用程序(例如移动台(101)上的实时/流应用程序)用来在实际的切换之前采取适当的主动措施。这些措施的示例包括以改善终端用户无缝移动性体验的方式缓冲在切换间隔期间要使用的数据。

Description

用于链路层辅助切换的方法与装置
相关申请
本申请要求2005年4月29日提交的题为“METHOD ANDAPPRARTUS FOR LINK LAYER ASSISTED HANDOFF”的临时申请，No.60/676064的优先权，该申请在此整体参考并包含。
技术领域
本发明主要涉及通信系统，并且更具体地，涉及无线通信系统中的链路层辅助切换。
背景技术
通常，分组交换无线接入网包含连接至PDG(分组数据网关)的AN(接入网)元件。PDG通过MN(移动节点)所连接的AN服务MN。PDG可向MN提供与分组数据网的连接性，并且可执行移动代理的功能来支持MN的网络层移动性。MN的切换可将MN的层2连接点从一个PDG改变到另一PDG(在同一无线接入技术内或者跨越不同的无线技术)，这形成新的链路层并且在MN和新的PDG之间建立网络层连接。IP移动性的问题通常由移动IP得到解决；然而，这样的切换可导致实时业务的明显中断，这是由于诸如切换延时、从媒体的层2切换导致的短暂分组丢失以及由移动IP协议导致的层3协议延时等问题所造成。
这些延时影响了实时/流应用(例如，音频和视频)和基于现有链路层技术(例如，蜂窝和WLAN(无线局域网))和即将出现的无线技术(例如，802.16/WiMAX)的其它准实时应用的性能。连接的短暂丢失或者响应的缺乏可导致虚假的指示和这些应用的后续性能下降。切换期间应用经历的总中断期通常是层2切换延迟的函数，并且当涉及网络层切换时，也是层3延迟的函数。层2延时通常是从旧接入点的链路层脱离和在新接入点的重新连接之间的时间。层3延时通常是重新建立L3连接的时间(例如，MN到达新链路，并且检测以及完成向层3代理的注册)。
用户容易感觉到性能的下降，并且影响用户的无线移动性体验。例如，在切换期间在移动台上运行的流视频应用用户可体验视频帧的可见丢失和失真。此外，在基于TCP的应用中，切换期间的丢帧可被TCP错误地解释为网络性能问题，例如拥塞，这导致TCP协议转向退避模式(通过拥塞控制和重传)，因而降低总的TCP吞吐量。所以，切换对于TCP的影响可能不仅限于切换，而可能持续至超过切换间隔。
在IETF中已经提出了改进的切换技术，例如快速移动IP切换。这些技术通过促进层2和层3切换过程的重合，有助于改善网络层切换延时。然而，它们的性能仍然受到层2切换延时的限制。可以看出，即使通过快速移动IP(FMIP)切换方案，仍然存在不可避免的分组丢失，并且切换对于基于TCP的应用的负面影响仍然得不到解决。
因此，需要一种链路层辅助切换的装置和方法，解决上述标准和快速移动IP切换技术的至少一些限制，并且可改善运行基于IP的应用程序(例如，VoIP、图像、视频、流媒体、PTT等)的终端用户的移动性体验。
附图说明
图1是根据本发明多个实施例的无线通信系统的框图描述。
图2是根据本发明某些实施例的移动节点(MN)的框图描述，其中MN控制切换。
图3是根据本发明某些实施例的描述MN切换的示例信令流程图，其中MN控制切换。
图4是根据本发明某些实施例移动节点(MN)的框图描述，其中网络控制切换。
图5是根据本发明某些实施例的描述MN切换的示例信令流程图，其中网络控制切换。
下面参考图1-5公开本发明的特定实施例。以增进理解为目的进行说明和解释。例如，一些图中元件的尺度可能相对于其它元件夸大，并且没有描述对于商业可行实施例有利甚至必要的公知元件，以获得对于实施例的较少混淆和更清楚的表示。力求解释和说明的简明扼要，以使本领域的技术人员根据本领域的已知技术制造、使用和最佳地实现本发明。本领域的技术人员明白，对于下述特定实施例可进行各种修改和变化，而不脱离本发明的精神与范围。从而，说明书和附图被视为解释性和示例性，而不是限制性和完全包含，并且对于下述特定实施例的所有这样修改要被包括在本发明的范围之内。
具体实施方式
说明各种实施例以满足对于改善现有切换技术(例如快速移动IP)的装置和方法的需要，改善终端用户的移动性体验。OSI层2发起的切换指示即将出现，引入了切换的链路拆除和切换之后的新链路建立。这些指示由应用程序(例如，移动台上的实时/流应用)用来在实际的切换之前采取适当的主动措施。这些措施的示例包括以改善终端用户无缝移动性体验的方式缓冲在切换间隔期间要使用的数据。
参考图1-5可以更加充分地理解公开的实施例。图1是根据本发明多个实施例的无线通信系统100的框图描述。目前，例如OMA(开放移动联盟)、3GPP(第三代合作项目)、3GPP2(第三代合作项目2)以及IEEE(电气与电子工程师协会)802的标准组织正在为无线电信系统开发标准规范(可以分别通过http://www.openmobilealliance.com，http:www.3gpD.org/，http://www.3gDp2.com/以及http:www.ieee802.org/联系这些团体)。通信系统100表示具有基于不同无线技术的接入网的系统。例如，下面的说明将假设AN 121基于IEEE802.XX，而AN122基于3GPP。从而，AN121使用诸如IEEE的802.11、802.16或者802.20的无线技术，而AN122使用诸如CDMA2000或者HRPD(也称为1xEV-DO或者IS-856)的无线技术，可以适当地修改AN121和122来实现本发明。
本发明的替换实施例可在通信系统中实现，这些通信系统使用其它或者附加技术，例如但不限于，在3GPP规范中所述(例如，GSM、GPRS、EDGE、W-CDMA、UTRAN、FOMA、UMTS、HSDPA以及HSUPA)，在IS-136(TDMA第三代无线标准)规范中所述，在IS-95(CDMA)规范中所述，1xEV-DV技术以及集成传输增强网络技术。本发明的替换实施例还可实现在AN121和122采用相同无线技术的通信系统中。进一步地，本发明的替换实施例还可实现在AN121和122表示物理和/或功能上相当重叠的AN的通信系统中。例如，AN121和122可仅在部件AP、BTS或者与MN101通信的基站扇区方面不同。
更具体地，通信系统100包括移动节点(MN)101、接入网(AN)121和122以及分组网络151。本领域的技术人员知道，图1并未描述系统100操作的所有必要网络设备，而仅描述了与此处实施例的说明密切相关的系统部件和逻辑实体。例如，已知AN包括一个或多个设备，例如WLAN(无线局域网)站(其包括接入点(AP)、AP控制器/交换机和/或WLAN交换机)、基站收发信机站(BTS)、基站控制器(BSC)(其包括选择与分配单元(SDU))、分组控制功能(PCF)、分组控制单元(PCU)和/或无线网络控制器(RNC)。然而，这些设备未具体在图1中示出。
相反，AN121和122在图1中描述，它们包括处理单元125和126、网络接口127和128以及收发信机123和124。通常，诸如处理单元、网络接口以及收发信机的部件是公知的。例如，公知AN处理单元包括基本的部件，例如但不限于，微处理器、微控制器、存储器件、专用集成电路(ASIC)和/或逻辑电路。这样的部件通常适于实现算法和/或协议，这些算法和/或协议已经利用高层设计语言或描述表达，利用计算机指令表达、利用消息流程图表达并且/或者利用逻辑流程图表达。
从而，给定算法、逻辑流、消息/信令流和/或协议规范，本领域的技术人员知道多种实现执行给定逻辑的AN处理单元的设计与开发技术。因此，AN121和122代表根据此处说明的适于实现本发明多个实施例的公知AN。进一步地，本领域的技术人员知道，本发明的各个方面可实现于或者跨越各个物理部件，并且均不一定限制于单个平台的实现方式。例如，本发明的AN方面可实现于上面所列的任何AN设备中，或者分布在这些部件之间。
AN121和122使用无线接口111和112与MN101通信。出于说明的目的，由于AN121基于IEEE802.XX，而AN122基于3GPP，无线接口111和112分别对应于IEEE802.XX空中接口和3GPP2空中接口。
已知MN平台涉及各种消费电子平台，例如但不限于，移动台(MS)、接入终端(AT)、终端设备、游戏设备、个人计算机以及个人数字助理(PDA)。具体地，MN101包括处理单元102、收发信机103、键盘(未示出)、扬声器(未示出)、麦克风(未示出)以及显示器(未示出)。处理单元、收发信机、键盘、扬声器、麦克风以及显示器用于MN为本领域所公知。
例如，公知MN处理单元包括基本部件，例如但不限于，微处理器、数字信号处理器(DSP)、微控制器、存储器件、专用集成电路(ASIC)和/或逻辑电路。这些MS部件通常适于实现算法和/或协议，这些算法和/或协议已经用高级设计语言或描述表示，用计算机指令表示，用消息/信令流程图表示并且/或者使用逻辑流程图表示。从而，给定算法、逻辑流程、消息/信令流程、呼叫流程和/或协议规范，本领域技术人员知道多种实现执行给定逻辑的用户设备的设计和开发技术。因此，MN101代表根据此处说明的适于实现本发明实施例的公知MN。
根据本发明多种实施例的操作基本上如下进行。相关的操作开始于AN121、MN101或者AN121和MN101利用基于开放系统互连(OSI)的通信接口经由无线接口111相互发送消息。具体地，基于OSI的通信接口由处理单元125和102用来分别经由各自的收发信机123和103向MN101和AN121发送消息。在发送和接收消息时，出现这样的情况，其中希望从服务或源AN121向目标AN122进行切换。
对于现有的无线技术，公知判决何时和何处进行切换的技术。根据实施例，切换判决和控制驻留于移动台或者网络。图2和3提供MN控制的切换的示例性解释，而图4和图5提供网络控制的切换的示例性解释。
图2是MN切换的框图表示，图3是描述MN切换的示例信令流程图，二者均符合MN控制切换的本发明某些实施例。在图200中，示出MN101首先经由网络121获得服务，然后切换至网络122。一种应用程序，例如语音IP(VoIP)，驻留于MN101(处理单元102)，并且在层3上的OSI层操作，经由基于OSI的通信接口与网络121进行通信。
根据实施例，当MN101进行并且完成向网络122的切换时，MN处理单元102向应用程序提供下面指令中的一些或者全部。在由框图200和信令流程图300描述的实施例中，这些指示完全是MN101，OSI层2(L2)发起。如图所述，这些指示采用事件触发的形式。MN应用程序必须预注册或者预定这些触发事件，以在事件实际发生时得到通知。但是，可以根据具体的实施例通过替换的方式或者替换的形式传送这些指示。
OSI层2(L2)发起的指示包括：向基于OSI的目标通信接口的切换即将到来的指示(例如，预触发)，至基于OSI的服务通信接口的链路由于向基于OSI的目标通信接口的切换而中断的指示(例如，链路中断触发)以及至基于OSI的目标通信接口的链路启动的指示(例如，链路启动触发)。在由框图200和信令流程图300描述的一个或多个实施例中，MN处理单元102向应用程序提供向基于OSI的目标通信接口的切换即将到来的OSI层2(L2)发起的指示(即，预触发301)。预触发301恰好在切换发生生成。根据实施例，该预触发可包含关于新连接点的信息(例如，关于新接入路由器的IP信息)，还可包含应用程序专用信息，例如新信道上的可用带宽、QoS参数、AAA等。
响应于预触发301，MN处理单元102可请求在切换期间使用的附加数据在切换之前被发送至MN。请求303附加数据以覆盖切换静默期可能需要网络121向MN分配额外的带宽，以供额外的数据传输。在切换之前，MN处理单元102然后从网络121接收附加的或者额外的数据305，以在切换期间使用。
MN处理单元102然后向应用程序提供至基于OSI的服务通信接口的链路由于向基于OSI的目标通信接口的切换而中断的OSI层2
(L2)发起的指示(即，链路中断触发307)。从而，在MN101的当前链路因为切换而中断时生成链路中断触发307。当新链路建立时，MN处理单元102向应用程序提供至基于OSI的目标通信接口的链路启动的指示(即，链路启动触发309)。当可以经由与网络122的新链路发送或者接收业务时就发送链路启动触发309。这需要首先成功地在新网络上注册。
图4是MN切换的框图描述，图5是描述MN切换的示例信令流程图，二者均符合网络控制切换的本发明某些实施例。在图400中，示出MN101首先经由网络121获得服务，然后切换至网络122。应用程序.例如语音IP(VoIP)，驻留于MN101(处理单元102)并且在层3之上的OSI层操作，经由基于OSI的通信接口与网络121通信。
根据实施例，在MN101进行和完成向网络122的切换时，MN处理单元102提供下面指示中的一些或者全部。这些指示采用事件触发的形式。MN应用程序必须预注册或者预定这些触发事件，以在事件实际发生时得到通知。但是，可以根据具体的实施例通过替换的方式或者替换的形式传送这些指示。在由框图400和信号流程图500描述的实施例中，这些指示本身由网络发起的、OSI层2(L2)发起的指示触发，这些指示由MN处理单元102经由收发信机103接收。
网络发起的、OSI层2(L2)发起的指示包括：向基于OSI的目标通信接口的切换即将到来的指示(例如，预触发指示)，至基于OSI的服务通信接口的链路由于向基于OSI的目标通信接口的切换而中断的指示(例如，链路中断触发指示)以及至基于OSI的目标通信接口的链路启动的指示(例如，链路启动触发指示)。在由框图400和信令流程图500描述的一个或多个实施例中，网络121向MN101发送预触发指示501。MN处理单元102又接收预触发指示501并向应用程序提供预触发502。根据实施例，该预触发501和预触发502可包含关于新连接点的信息(例如，关于新接入路由器的IP信息)，还可包含应用程序专用信息，例如新信道上的可用带宽、QoS参数、AAA等。
网络121还可在L2切换正在进行时提供附加带宽(例如，辅助信道)，以传送MN应用程序可本地存储和使用的额外数据503。网络121可在其一发送预触发指示501时就主动开始发送附加数据503。可基于涉及的资源和目标接入技术来估计切换静默时间。通常，例如可以随着移动台的移动利用更好的值动态调节该估计并且记录实际的静默时间。计算的静默时间估计、使用的编解码器(编码器-解码器)类型和/或本地链路状态可用于确定切换间隔所需的数据量。
响应于预触发指示501和预触发指示502，MN处理单元102可请求在切换期间使用的附加数据在切换之前被发送至MN。请求505附加数据以覆盖切换静默期可能需要指定对于切换静默间隔需要多少数据。在切换之前，MN处理单元102然后从网络121接收(或者继续接收)附加的或者额外的数据507，以在切换期间使用。
网络121然后向MN101发送链路中断触发指示509。MN处理单元102又向应用程序提供链路中断触发510。网络121可将链路中断触发指示509用作网络断开的通知，从而暂停网络活动。MN应用程序然后可开始使用为切换缓冲的额外数据。
当建立了新链路时，MN处理单元102接收链路启动触发指示511，并向应用程序提供链路启动触发512。链路启动触发指示511和链路启动触发512可以通知MN应用程序来经由新的网络122重新开始其服务，并且可能开始使用经由预触发指示501和预触发502传送的任何应用程序专用参数(例如，调整其编解码以适合新网络的带宽)。
如上所述，OSI L2发起的切换即将到来、由于切换的链路中断以及切换后的新链路启动的指示可由应用程序用来改善切换期间的用户体验。应用程序如何使用这些指示将根据涉及的应用程序而变化。例如，应用程序可要求一些辅助资源在切换之前获取数据分组，并且在切换期间存储和使用这些数据，从而补偿切换分组丢失。这种能力降低了切换对于应用程序的总体影响，从而提供增强的性能并且为应用程序的终端用户提供更加无缝的体验。当在切换期间移动台快速移动并且可观察到服务中断是更是如此。
尽管此处讨论的技术适用于技术体系内部和之间的切换，但是它们可在技术体系之间的切换中找到极佳的适用性，其中移动台可以从WLAN切换至蜂窝网络或者相反。此间隔中的延时相当大，并且从网络向应用程序指示关于技术体系之间的切换可有助于应用程序采取适当的步骤来适应切换延时间隔，并且还可重配置其参数来适应目标技术。
至于分组丢失，如果已知链路中断，那么应用程序可在切换期间暂停网络活动，并从而避免在切换期间由于缺乏响应而对诸如TCP的IP层协议导致错误指示的问题。以此方式暂停网络活动可避免降低总体吞吐量的TCP退避模式。应用程序还可通知其对等进程停止发送业务，直到收到通知，从而在切换期间避免转变中的分组丢失。
此处讨论的技术补充了提供更小(与标准移动IP相比)和可预测的切换静默时间的快速移动IP。应用程序可考虑该时间，并且对应于此间隔数据可被适当的请求并且在切换之前存储。
此处讨论的技术还可使移动应用能够在新的网络上与切换过程并行地开始鉴权与注册过程(例如，通过经由一个或多个L2发起的指示传送AAA信息)。
此处讨论的技术还通过根据适当的触发通知使移动台选择性地请求辅助网络资源，改善了资源的使用。网络可具有这样的策略，例如规定移动台可请求多少突发数据。
总而言之，在移动台上运行的实时/流应用程序常常知道其正在发送/接收的应用程序数据的更好语义。因此，其处于决定在切换期间有何作为的较好位置。当被通知发生切换时，应用程序可以，例如请求其需要用来覆盖静默时间的数据，这些数据被提前取回并且存储在移动台的缓冲内。然后在L2切换期间消耗(即，输出)这些数据，并且在通知新链路启动时应用程序可重新开始通信。
上面已经针对本发明的特定实施例说明了益处、其它优势以及问题的解决方案。然而，这些益处、优势、问题的解决方案以及引起或者导致这些益处、优势或解决方案或者使这些益处、优势或解决方案更加显著的任何要素未被解释为任何或全部权利要求的关键的、必需的或者本质的特征。如此处和所附权利要求中使用，术语“包含”或其任何变形目的是指非排它性的内容，使得包含一系列要素的过程、方法、制造的物品或者装置不仅包括列表中的这些要素，还可包括没有明确列出的或者这些过程、方法、制造的物品或者装置固有的其它要素。
此处使用的术语“一”定义为一个或者多于一个。此处使用的术语“多个”定义为两个或多于两个。此处使用的术语“另一”定义为至少第二个或者更多。此处使用的术语“包括”或者“具有”定义为“包含”(开放式语言)。此处使用的术语“耦合”定义为连接，但是不一定是直接的，也不一定是机械的连接。此处使用的术语“程序”、“计算机程序”和“计算机指令”定义为设计用于在计算机上执行的指令序列。该指令序列可包括，但不限于，子例程、函数、过程、对象方法、对象实现、可执行应用程序、applet、servlet、共享库/动态加载库、源代码、目标代码和/或汇编代码。

Claims (12)

1.一种链路层辅助切换方法，包括：
由基于开放系统互连(OSI)的通信接口的层2(L2)指示：从基于OSI的服务通信接口向基于OSI的目标通信接口的切换即将到来，其中基于OSI的通信接口的L2向在OSI层3之上的OSI层运行的应用程序指示所述切换即将到来；
在指示所述切换即将到来之后，由基于OSI的通信接口的L2向所述应用程序指示：至基于OSI的服务通信接口的链路由于向所述基于OSI的目标通信接口的切换而中断；
请求在切换期间使用的附加数据在切换之前被发送至移动节点(MN)，其中所述请求被引导至接入网(AN)，并且响应于向基于OSI的目标通信接口的切换即将到来的OSI层2(L2)发起的指示；
在切换之前从接入网(AN)接收在切换期间使用的附加数据。
2.权利要求1所述的方法，进一步包括
从接入网(AN)接收OSI层2(L2)发起的指示：MN向基于OSI的目标通信接口的切换即将到来。
3.权利要求1所述的方法，进一步包括
从接入网(AN)接收OSI层2(L2)发起的指示：至基于OSI的服务通信接口的链路由于向基于OSI的目标通信接口的切换而中断。
4.权利要求1所述的方法，进一步包括
在指示至所述基于OSI的服务通信接口的链路由于所述切换而中断之后，向所述应用程序提供OSI层2(L2)发起的指示：至所述基于OSI的目标通信接口的链路启动。
5.权利要求4所述的方法，进一步包括
从接入网(AN)接收OSI层2(L2)发起的指示：至所述基于OSI的目标通信接口的链路启动。
6.一种链路层辅助切换系统，包括：
指示切换装置，所述指示切换装置用于由基于开放系统互连(OSI)的通信接口的层2(L2)指示：从基于OSI的服务通信接口向基于OSI的目标通信接口的切换即将到来，其中基于OSI的通信接口的L2向在OSI层3之上的OSI层运行的应用程序指示所述切换即将到来；
指示中断装置，所述指示中断装置用于在指示所述切换即将到来之后，由基于OSI的通信接口的L2向所述应用程序指示：至基于OSI的服务通信接口的链路由于向所述基于OSI的目标通信接口的切换而中断；
请求装置，所述请求装置用于请求在切换期间使用的附加数据在切换之前被发送至移动节点(MN)，其中所述请求被引导至接入网(AN)，并且响应于向基于OSI的目标通信接口的切换即将到来的OSI层2(L2)发起的指示；
接收装置，所述接收装置用于在切换之前从接入网(AN)接收在切换期间使用的附加数据。
7.权利要求6所述的系统，进一步包括接收切换指示装置，所述接收切换指示装置用于从接入网(AN)接收OSI层2(L2)发起的指示：MN向基于OSI的目标通信接口的切换即将到来。
8.权利要求6所述的系统，进一步包括接收中断指示装置，所述接收中断指示装置用于从接入网(AN)接收OSI层2(L2)发起的指示：至基于OSI的服务通信接口的链路由于向基于OSI的目标通信接口的切换而中断。
9.权利要求6所述的系统，进一步包括提供指示装置，所述提供指示装置用于在指示至所述基于OSI的服务通信接口的链路由于所述切换而中断之后，向所述应用程序提供OSI层2(L2)发起的指示：至所述基于OSI的目标通信接口的链路启动。
10.权利要求9所述的系统，进一步包括接收启动指示装置，所述接收启动指示装置用于从接入网(AN)接收OSI层2(L2)发起的指示：至所述基于OSI的目标通信接口的链路启动。
11.一种链路层辅助切换方法，包括：
由接入网(AN)向移动节点(MN)发送OSI层2(L2)发起的指示：向基于OSI的目标通信接口的切换即将到来；
在指示所述切换即将到来之后，由所述AN向所述MN发送OSI层2(L2)发起的指示：至基于OSI的服务通信接口的链路由于向所述基于OSI的目标通信接口的切换而中断；
响应于向基于OSI的目标通信接口的切换即将到来的OSI层2(L2)发起的指示，从所述MN接收请求：在切换期间使用的附加数据在切换之前被发送至所述MN；
由所述AN在切换之前向所述MN发送在切换期间使用的附加数据。
12.一种链路层辅助切换系统，包括：
指示切换装置，所述指示切换装置用于由接入网(AN)向移动节点(MN)发送OSI层2(L2)发起的指示：向基于OSI的目标通信接口的切换即将到来；
指示中断装置，所述指示中断装置用于在指示所述切换即将到来之后，由所述AN向所述MN发送OSI层2(L2)发起的指示：至基于OSI的服务通信接口的链路由于向所述基于OSI的目标通信接口的切换而中断；
接收装置，所述接收装置用于响应于向基于OSI的目标通信接口的切换即将到来的OSI层2(L2)发起的指示，从所述MN接收请求：在切换期间使用的附加数据在切换之前被发送至所述MN；
发送装置，所述发送装置用于由所述AN在切换之前向所述MN发送在切换期间使用的附加数据。
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