CN101325806B - 跨系统切换优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种跨系统切换优化方法，包括以下步骤：源系统将关于目标系统的测量信息通知给终端，并且该终端根据该测量信息获取该目标系统的位置信息；该终端根据该位置信息查找为其提供服务的切换辅助服务器，并向该切换辅助服务器发出跨系统切换请求；该切换辅助服务器根据该位置信息找到该目标系统，并在该目标系统中预留资源；该目标系统通过该切换辅助服务器向该终端发出切换命令，然后该终端断开与该源系统的联系，并转入该目标系统。因而，采用本发明，能够有效获得移动终端当前在目标系统中所处的位置，有效减小了切换实验，无需增加新的接口，实现了跨系统的切换优化。

Description

跨系统切换优化方法

技术领域

本发明涉及一种在无线网络中的跨系统切换优化方法。

背景技术

3GPP演进的分组系统(EPS，Evolved Packet System)由演进的UTRAN(E-UTRAN，Evolved Universal Terrestrial Radio AccessNetwork)、MME(移动管理单元，Mobility Management Entity)、S-GW(服务网关，Serving Gateway)、PDN GW(P-GW，Packet DataNetwork GateWay，数据网络网关)、HSS(归属用户服务器，HomeSubscriber Server)、3GPP AAA服务器(3GPP认证授权计费服务器)，及其他支撑节点组成。其中MME负责移动性管理、非接入层信令的处理、用户的移动管理上下文的管理等控制面相关工作；S-GW是与E-UTRAN相连的接入网关设备，在E-UTRAN和PDNGW之间转发数据，并且负责对寻呼等待数据进行缓存；P-GW则是3GPP演进的分组系统(EPS，Evolved Packet System)与PDN(Packet Data Network)网络的边界网关，负责PDN的接入、在EPS与PDN间转发数据等功能。

EPS支持与非3GPP网络的互通。与非3GPP网络的互通通过S2a/b/c接口实现，P-GW作为3GPP与非3GPP网络间的锚点。如图1所示，是EPS的系统架构图。其中，非3GPP系统被分为可信任非3GPP IP接入和不可信任非3GPP IP接入。可信任非3GPP IP接入可直接通过S2a与P-GW接口；不可信任非3GPP IP接入需经过ePDG(Evolved Packet Data Gateway，演进的数据网关)与P-GW相连，ePDG与P-GW间的接口为S2b。S2c是UE与P-GW间的接口，当使用基于终端的移动性IP协议时使用该接口。

为了减少3GPP网络与非3GPP网络间的耦合，3GPP网络与非3GPP网络间的切换实际上是一种先断后通的方式。也就是，先从源系统中断开，再在新系统中注册。这种方法只能保证IP地址不变，但却有很大的时延。这些时延包括：在新系统中注册时的认证时延；在新系统中建立承载的时延。过大的切换时延会导致对时间敏感的业务的中断，不能满足跨系统间切换时对业务的连续性和移动的无缝性需求。

因此，我们需要优化跨系统切换方案以减少切换时延。现有的优化方案只能部分减少切换时延，比如，将在新系统中的认证时延减少到零，但是现有的优化方案不能消除由建立承载所引起的时延。这是因为，现有的优化方案无法有效获得移动终端当前在目标系统中所处的位置。具体地说，假设从非3GPP切换到3GPP时，系统无法判断移动终端将要切换到哪个eNB(Evolved Node B)、该选哪个MME和S-GW。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提出了一种跨系统切换优化方法和，其中，源系统给UE(User Equipment)提供测量目标系统所需的辅助信息(如目标系统的载频等)，由UE对目标网络进行测量，在测量的过程中，UE读取目标系统的广播信息，从而获得目标系统的位置信息。

本发明提供了一种跨系统切换优化方法，包括以下步骤：步骤一，源系统将关于目标系统的测量信息通知给终端，并且该终端根据测量信息获取目标系统的位置信息；步骤二，终端根据位置信息查找为其提供服务的切换辅助服务器，并向切换辅助服务器发出跨系统切换请求；步骤三，切换辅助服务器根据位置信息找到目标系统，并在目标系统中预留资源；以及步骤四，目标系统通过切换辅助服务器向终端发出切换命令，然后终端断开与源系统的联系，并转入目标系统。

在步骤一中，执行以下处理：在源系统中，将测量信息发送至终端；当终端附着在源系统中时，终端根据测量信息搜索目标系统；当搜索到目标系统时，终端读取目标系统的广播信息；根据广播信息，终端获取位置信息；终端根据目标系统的强度和策略来决定是否切换到目标系统。

其中，测量信息至少包括目标系统的载频。发送述测量信息的方式是根据源系统的类型确定的，此方式包括：通过目标系统的空中接口广播所述测量信息；或通过移动终端与核心网的非接入层消息接口发送所述测量信息给移动终端。

位置信息至少包括：小区标识、运营商标识、和路由区码。

在步骤二中，执行以下处理：终端将运营商标识和小区标识组成域名解析系统域名；以及通过域名解析系统域名获得切换辅助服务器的IP地址。

在步骤(3)中执行以下处理：切换辅助服务器根据位置信息，为终端选择服务节点；服务节点根据位置信息找到并联系目标系统；目标系统为终端预留资源；以及服务节点还为终端选择目标系统中的网关设备。

在本发明的跨系统切换优化方法中，源系统是非3GPP系统，以及目标系统是3GPP EPS系统。

因而，本发明可以将跨系统切换时延减少到最小，并且，不需要在3GPP和非3GPP系统间增加新的接口。另外，若运营商想支持跨系统切换优化，只须配置源系统以支持跨系统的无线测量，当然，UE需要支持该优化方案。该切换优化方案还可同时适用于单发射模块(Single Radio)手机和双发射模块(Dual Radio)手机。本发明中的切换辅助服务器可以集成到现有网络实体中，如集成到MME中。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1示出了EPS的架构图；

图2是示出了根据本发明的跨系统切换优化方法的流程图；

图3是根据本发明实施例的系统架构图；

图4是在图3所示的系统结构中的无线检测过程的流程图；以及

图5是在图3所示的系统架构中的UE切换的流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明主要针对从非3GPP系统向3GPP EPS系统切换的过程，在从非3GPP系统向3GPP EPS系统切换时，目标系统为3GPP EPS系统。上述目标系统的位置信息对应的是3GPP EPS中的eNB的小区标识(CELL ID)、PLMN ID、TAI(Tracking Area ID，跟踪区ID)等信息。

另外，本发明在3GPP EPS中设置了一个切换辅助服务器，用以协助跨系统切换。UE在源系统中通过IP连接与该切换辅助服务器联系，并由该切换辅助服务器进一步分配和联系UE的服务MME，由服务MME负责分配S-GW，并联系目的eNB(Target eNB)，为移动终端的切换预留无线资源、建立所需承载。在资源预留及承载建立完成后，服务MME通过切换辅助服务器通知UE切换到目标系统。

图2是示出了根据本发明的跨系统切换优化方法的流程图。如图2所示，该方法包括以下步骤：

步骤S202，源系统将关于目标系统的测量信息通知给终端，并且该终端根据测量信息获取目标系统的位置信息；

步骤S204，终端根据位置信息查找为其提供服务的切换辅助服务器，并向切换辅助服务器发出跨系统切换请求；

步骤S206，切换辅助服务器根据位置信息找到目标系统，并在目标系统中预留资源；以及

步骤S208，目标系统通过切换辅助服务器向终端发出切换命令，然后终端断开与源系统的联系，并转入目标系统。

在步骤S202中，执行以下处理：在源系统中，将测量信息发送至终端；当终端附着在源系统中时，终端根据测量信息搜索目标系统；当搜索到目标系统时，终端读取目标系统的广播信息；根据广播信息，终端获取位置信息；以及终端根据目标系统的强度和策略来决定是否切换到目标系统。

其中，测量信息至少包括目标系统的载频。发送述测量信息的方式是根据源系统的类型确定的，此方式包括：通过目标系统的空中接口广播所述测量信息；或通过移动终端与核心网的非接入层消息接口发送所述测量信息给移动终端。

位置信息至少包括：小区标识、运营商标识、和路由区码。

在步骤S204中，执行以下处理：终端将运营商标识和小区标识组成域名解析系统域名；以及通过域名解析系统域名获得切换辅助服务器的IP地址。

在步骤S206中，执行以下处理：切换辅助服务器根据位置信息，为终端选择服务节点；服务节点根据位置信息找到并联系目标系统；目标系统为终端预留资源；以及服务节点还为终端选择目标系统中的网关设备。

在本发明的跨系统切换优化方法中，源系统是非3GPP系统，以及目标系统是3GPP EPS系统。

接下来以从WiMax切换到3GPP的EPS的切换为例来对本发明的跨系统切换优化方法进行详细说明。在本实施例中，UE首先驻留在WiMax的无线接入网络中。UE检测无线网络信号强度，并决定是否切换到3GPP EPS。若UE决定切换，则由UE通过WiMax中的IP连接在目标3GPP EPS系统中为UE预留资源，并最终完成切换过程。

图3是根据本发明实施例的系统架构图。如图3所示，各单元的功能如下：

UE与切换辅助服务器间的接口302，其是基于IP的NAS信令接口，NAS信令在UE与切换辅助服务器间的IP连接上传输；

切换辅助服务器304，位于3GPP EPS系统中，一个或多个重叠的MME Pool共享一个或多个切换辅助服务器，另外，UE根据跟踪区信息在一个PLMN可找到对应的切换辅助服务器，其可与MME在一个物理实体中，也可以是独立的物理单元；

MME Pool 306，由共同管理一组跟踪区的一组MME组成，一个跟踪区可属于一个或多个MME Pool，当一个跟踪区同时属于多个MME Pool时，这些MME Pool间互相重叠；

WiMax无线接入网络308为UE提供WiMax无线接入，其中包括基站和接入网关；

3GPP EPS网络中的演进B节点310是用户检测过程中检测到的3GPP EPS小区所在的eNB；

MME 312是3GPP EPS系统中的移动性管理实体，在本实施例中切换辅助服务器负责从MME Pool中选择特定的MME；

S-GW 314是3GPP EPS系统中的服务网关，MME负责该网关的选择；

P-GW 316是3GPP EPS系统中的数据网关，该网关在切换前后保持不变；

HSS(Home Subscriber Server)318是家乡用户服务器，用来保存用户的签约信息，并且在切换过程中向目标系统提供当前P-GW的IP地址；

MME与切换辅助寄存器间的接口320采用类似eNB与MME间的接口(即图1中的S1-MME接口)协议；

DNS(Domain Name System)322，域名解析系统，可通过由PLMN ID和路由区信息组成的域名解析到切换辅助寄存器的IP地址。

为了能完成本发明所述切换优化，WiMax的无线接入网络需配置临近区域的3GPP EPS的基站的载频信息，并且WiMax的无线接入网络将该载频信息作为无线检测参数发送给UE，作为UE检测3GPP EPS的依据。

图4是在图3所示的系统结构中的无线检测过程的流程图，如图4所示，各步骤描述如下：

S402，WiMax无线接入网络将临近的3GPP EPS的无线参数信息发送给UE，该无线参数信息包括3GPP EPS小区的载频信息，亦可包括其他辅助信息。3GPP EPS的无线参数信息可通过配置的方式配置在WiMax的无线接入网络中，其中，无线参数信息可通过WiMax中的无线资源管理信令发送给UE，亦可通过其他方法通知UE；以及

S404，UE与3GPP EPS的基站间执行检测并读取3GPP EPS系统信息，该过程UE可获得3GPP EPS基站的信号强度，并从3GPPEPS系统的基站的广播信道中获取如下系统信息：PLMN ID、CellID、跟踪区ID等。

其中，UE根据步骤S404中检测的信号强度决定是否执行切换，比如UE可比较当前所在的WiMax小区的无线信号强度和3GPPEPS基站的无线信号强度，以决定是否切换。具体判决是否切换的条件可由网络发送给UE。

在图3所示的系统架构中的UE切换的流程如图5所示，图中的虚线是可选步骤，其执行条件包含在各步骤的描述中，各步骤描述如下：

S502，UE根据检测到的无线信号强度决定切换到3GPP EPS系统的某一特定基站eNB，UE在检测过程中获得了该基站eNB的CELL ID、PLMN ID和跟踪区ID，其中，系统可根据该CELL ID、PLMN ID、跟踪区标识查找eNB的标识，当无线网络共享时，系统信息中包含了不止一个PLMN ID，此时，UE需根据PLMN选择原则选择一个合适的PLMN ID作为切换目的，PLMN的选择原则可采用与现有技术类似的方案；

S504，UE根据其在检测过程中获得的PLMN ID及跟踪区ID，组成切换辅助服务器的域名，并查询DNS服务器，以获得切换辅助服务器的IP地址，该查询过程使用了UE当前在WiMax中建立的IP连接。在3GPP EPS系统中的DNS服务器中需配置切换辅助服务器的域名到IP地址的映射；

S506，UE通过其在WiMax中建立的IP连接向切换辅助服务器发送切换请求消息，在该消息中，UE需将其在检测阶段获得的系统信息，包括PLMN ID、跟踪区ID、CELL ID，带给切换辅助服务器，若UE之前在3GPP EPS系统中已注册，UE还需将上次注册的跟踪区ID、临时IMSI发送给切换辅助服务器；

S508，若在第S506的消息中，UE携带了上次注册的跟踪区ID和临时IMSI，则切换辅助服务器首先将UE上次注册的跟踪区ID与切换辅助服务器所在MME Pool的跟踪区ID列表(一个MMEPool管理多个跟踪区ID，称为该跟踪区的跟踪区ID列表)进行比较。若UE上次注册的跟踪区ID包含在MME Pool的跟踪区ID列表中，则切换辅助服务器根据UE上次注册时的跟踪区ID和临时IMSI可推导出UE上次注册所在的MME，切换辅助服务器选择上次注册的MME为当前UE的服务MME；若UE上次注册时的跟踪区ID不在MME Pool的跟踪区列表中，则切换辅助服务器根据UE在检测阶段获得的PLMN ID、跟踪区ID为UE在管理该跟踪区的MME池中选择一个MME作为UE的服务MME，其中，切换辅助服务器可根据负荷分担的原则从MME池中选择MME，亦可根据当前UE的位置信息选择合适的MME，另外，若切换辅助服务器与MME在一个物理实体中，切换辅助服务器选择的MME也可能是它自己；

S510，切换辅助服务器向步骤S508选中的服务MME发送切换请求消息。该消息中携带了步骤S506中的部分参数，包括：UE在检测阶段所获得的PLMN ID、跟踪区ID、CELL ID，若UE曾经在3GPP EPS中做过注册，则该消息中还需将上次注册时所获得的跟踪区ID和临时IMSI发送给服务MME；

S512，若步骤S510中携带有UE上次注册时的跟踪区ID和临时IMSI，并且根据跟踪区ID和临时IMSI推出的MME标识不是当前服务MME的标识，则服务MME应向UE上次注册的MME(在图5中为Old MME)获取UE上次注册的上下文信息；

S514，服务MME根据需要对UE进行认证，认证过程中MME可能需从HSS获取认证所需的安全向量。该认证过程经过切换辅助服务器转发，切换辅助服务器负责在UE和服务MME间翻译认证信令；

S516，服务MME向HSS注册自己为UE的当前服务MME，HSS需将当前为该UE服务的P-GW的IP地址发送给MME；

S518，服务MME为UE选择适合的S-GW，在选择时，服务MME首先根据UE在检测阶段获得的CELL ID查询该小区所对应的eNB的标识，然后，服务MME判断UE之前是否曾在3GPP EPS注册，若UE曾在3GPP EPS注册，则服务MME从Old MME获得的上下文中(步骤S512)获取之前注册时的S-GW的IP地址，服务MME判断该S-GW是否能为该eNB服务，若能，服务MME选择该S-GW为UE的当前S-GW，否则，服务MME为UE选择新的S-GW，服务MME根据eNB的标识选择S-GW，若所选S-GW不同于UE之前注册时所选的S-GW，则服务MME向该S-GW发送建立承载请求消息；

S520，在收到步骤S518的消息后，S-GW为UE建立相应的承载，并向服务MME发送建立承载相应消息，将承载相关信息发送给服务MME；

S522，服务MME向eNB发送建立承载请求消息，服务MME在步骤S518中根据CELL ID查询到该eNB的标识；

S524，eNB在为UE分配了无线资源后，向服务MME发送建立承载响应消息，该消息中需携带给UE的无线资源信息，并包括eNB与S-GW间的承载信息；

S526，服务MME向切换辅助服务器发送切换完成消息，消息中携带步骤412种eNB为UE分配的无线资源信息；

S528，切换辅助服务器通过UE在WiMax中建立的IP连接向UE发送切换命令消息，命令UE断开WiMax链路，连接到3GPP EPS的无线网络中；

S530，UE断开到WiMax无线链路；

S532，UE同步到3GPP EPS中指定的eNB中的指定小区中(该小区是UE在检测阶段决定要切换的小区)，UE与eNB间执行资源配置等无线相关过程；

S534，eNB在检测到UE的接入后，向服务MME发送切换完成消息；

S536，服务MME通知S-GW更新承载，服务MME将步骤S524中eNB分配的eNB与S-GW间的承载信息发送给S-GW。同时MME将P-GW的IP地址发送给S-GW，MME是在步骤S516中从HSS获得P-GW的IP地址的；以及

S538，S-GW保存步骤S536收到的eNB的承载信息，并且S-GW发起到P-GW的承载更新。

综上所述，通过本发明，可以将跨系统切换时延减少到最小，并且，不需要在3GPP和非3GPP系统间增加新的接口。另外，若运营商想支持跨系统切换优化，只须配置源系统以支持跨系统的无线测量，当然，UE需要支持该优化方案。该切换优化方案还可同时适用于单发射模块(Single Radio)手机和双发射模块(Dual Radio)手机。本发明中的切换辅助服务器可以集成到现有网络实体中，如集成到MME中，当然，也可以与MME独立地进行配置。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种跨系统切换优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，源系统将关于目标系统的测量信息通知给终端，并且所述终端根据所述测量信息获取所述目标系统的位置信息，其中，在所述步骤一中执行以下处理：在所述源系统中，将所述测量信息发送至所述终端；当所述终端附着在所述源系统中时，所述终端根据所述测量信息搜索所述目标系统；当搜索到所述目标系统时，所述终端读取所述目标系统的广播信息；根据所述广播信息，所述终端获取所述位置信息，其中，所述测量信息至少包括所述目标系统的载频，所述位置信息至少包括：小区标识、运营商标识、和路由区码；

步骤二，所述终端根据所述位置信息查找为其提供服务的切换辅助服务器，并向所述切换辅助服务器发出跨系统切换请求，其中，在所述步骤二中，执行以下处理：所述终端将所述运营商标识和所述小区标识组成域名解析系统域名；通过所述域名解析系统域名获得所述切换辅助服务器的IP地址；

步骤三，所述切换辅助服务器根据所述位置信息找到所述目标系统，并在所述目标系统中预留资源；以及

步骤四，所述目标系统通过所述切换辅助服务器向所述终端发出切换命令，然后所述终端断开与所述源系统的联系，并转入所述目标系统。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，发送所述测量信息的方式是根据所述源系统的类型确定的，所述方式包括：

通过目标系统的空中接口广播所述测量信息；或 

通过移动终端与核心网的非接入层消息接口发送所述测量信息给移动终端。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤一中，还执行以下处理：

所述终端根据所述目标系统基站的信号强度来决定是否切换到所述目标系统。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤三中，执行以下处理：

所述切换辅助服务器根据所述位置信息，为所述终端选择服务节点；

所述服务节点根据所述位置信息找到并联系所述目标系统；

所述目标系统为所述终端预留所述资源。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述步骤三中，还执行以下处理：

所述服务节点为所述终端选择所述目标系统的网关设备。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述源系统是非3GPP系统，

所述目标系统是3GPP EPS系统。 

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