CN101385380B - 保障分组交换移动无线网络中服务质量的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种保障分组交换移动无线网络的服务质量的方法，按照本发明，无线接入网络RAN和核心网络CN彼此独立地使用在此方法中所描述的服务质量信息，并且此过程中没有单个参数的信令，以保证连接中分组的传输与服务质量相符。这一点完全基于针对单个TCL配置的本地设置来完成。由此相对于现今通用的方法可大大降低繁琐性。通过此处所描述的不同任务之间或与已存在的数据传输之间的联系还可引起其它方面的程序简化。

Description

保障分组交换移动无线网络中服务质量的方法
本发明涉及保障分组交换移动无线网络中服务质量的方法，尤其是包含了当今第2代和第3代数字移动无线网络(GSM/UMTS)中应用的服务质量方案之外的另一种选择。
现今已知的解决方案(现有技术)：
终端机(用户设备(UE))位于一个分组交换移动无线网络的小区，终端机在网络中成功注册之后，被传输的数据可送达至其中。为了真正启动数据传输，必须建立与位于移动无线网络之核心网络(核心网络，”CN”)中的数据传输设备之间的分组导向连接。为此UE向网络发出要求建立连接的请求，并给出连接所需的服务质量。这里涉及到：
-明确的包含了服务质量概要，其形式为描述连接中分组流的技术特征(如数据流量、传输延迟、优先顺序)的一个参数组；或者
-暗含的包含了(如通过参与者概要)存储于网络中的基本概要说明，其形式依然为上述参数组。
建立连接的请求通过无线接入网络(Radio Access Network“RAN”)传递至核心网络CN，在那里首先借助参与者概要的参数组对所请求的服务质量的许可性以及基本概要的选择作出审核。在连接的请求以及借助参与者概要在可能情况下作出调适的服务质量被一起传递给数据传输设备之后，在那里会重新对服务质量进行审核并在可能的情况下对其进行降低，其间要考虑到内部标准和可选性考虑数据传输设备与外部决策节点或服务节点的其它信令中所获得的附加外部标准。一旦最终确定了服务质量，就通过核心网络和无线网络中参与的节点向提出请求的UE回传一个建立连接请求的确认。RAN中会进行其它的信令，以便建立通往UE所必要的无线信道。这里有可能由RAN重新将服务质量降低(例如由于资源的缺失)，以便自此重新产生至数据传输设备新信令。如果连接建立最终被所有参与的节点所接受，就可以开始进行从UE以及至UE的数据传输，通过此连接既可按顺序次第处理服务，又可同时处理多个不同服务。所有涉及数据传输的节点必须根据通过技术性传输参数列出的服务质量概要对数据流做处理。
此方法应用的一个例子是第3代无线网络”UMTS”，其中SGSN(GPRS服务支持节点)和GGSN(网关GPRS支持节点)参与其核心网络中，RNC(无线网络控制器)和NodeB(基站)参与其RAN中。在图1中以UMTS为例对上述程序进行了说明。
上面提到的外部决策节点和服务节点在图1中未描述。
当前的UMTS标准中，相关数据是通过全部所描述的节点流动的。与此不同，现在我们要谋求的是一种更完善的程序，其间SGSN只参与到信令，而并不参与相关数据的传输。
上述现有技术的主要缺点在于：
a)服务质量的统一是在每个连接中(“载体”型)进行，而不是按照本
来所必须的在每个“服务流程”中(服务型)进行。
b)即使对这一“载体”，CN和RAN中也没有关于服务质量特征的的共识，因为CN和RAN各自单独工作。
c)在协商服务质量概要时必须就许多技术参数进行协商，这些参数对于所要求的服务或参与各议定环节的节点总的来说或者不具有意义，或者无关紧要。
d)相关节点之间的信令-比如基于c)项下描述的情况-非常复杂。
e)尽管UE在网络中已经注册，但为了初始化数据通信而仍然需要额外的信令。
f)图1中所描绘的CN的各元件通常是通过一个基于网际协议(IP)的传输网络(骨干网络(Backbone))互相连接。但是设置于移动无线网络中的载体的服务质量却无法与传输网络节点的服务质量相比。
g)例如当UE方面用到其它应用/服务等情况时，连接生成后再要对服务质量进行修订则原则上需要上述同样的信令。
h)在并行使用服务质量不同的服务时，为了区分不同服务质量，必需建立其它的连接(见a项)。所必需的信令的流程和复杂度与上述信令类似。
本发明的目的是建立一种针对分组交换的移动无线网络中服务质量的保障方法，此方法将避免上述所有缺陷，并且不仅能应用于现今的移动无线网络，也能应用于未来的移动无线网络。
该目的是通过根据本发明的一种方法来实现，该方法具有权利要求1的特征。
在从属权利要求中描述了本发明的优选实施方式。
出发点是，如在上述例子UMTS一样，网际协议IP用来作为分组交换技术。此外移动无线网络中原则上区分了无线网络部分RAN和核心网络部分CN。
提出的实施方式克服了当前方案中的方法缺陷，这些缺陷使得达到所提供的电信服务所需的服务质量很艰难，甚至成为了阻碍。由于提出的实施方式包含了简化程序，很大程度的减小了保障服务质量所必需的运行步骤和运行资源的数量。此外通过使所必需的信令最小化可以较快的建立连接，并使网络达到更高的效率。
图1示出了根据现有技术现状建立连接的流程。
图2示出了依照本发明的建立连接的流程。
初始状态首先与已知解决方案的初始状态一致。终端机(用户设备(UE))位于一个小区，在网络中成功注册之后，被传输的数据可到达终端机。然后直接在注册之后或在之后稍晚的一个时间建立一用于数据传输的连接，该连接包括应用于其上的服务质量。这一点可通过运用此处所述方法来实现，或者作为UE和网络之间的其它(之前已发生的)信令的一部分来实现，从而避免了具有当前解决方案缺陷的为建立连接而进行的单独信令(参见e项)。例如可以作为UE在网络中注册过程的一部分建立连接，或者在UE按IP协议进行配置过程中建立连接。通过此处所描述的方法至少将很大程度的降低与服务质量相关的信令的数量。
根据对网络的RAN部分和核心网络部分的划分，连接也可以划分为无线连接和核心网络连接。无线连接由RAN管理，其特征由下列参数体现：
-一个“无线流量标识”(RFI)，
-一个传输类别标签(TCL)，
-一个由TCL值预设的、对无线连接参数所做的无线网络特定描述，
RAN通过它来操控关于保障服务质量的无线连接。
核心网络连接基本上由CN管理，其特征由下列参数体现：
-一个“CN流量标识”(CFI)，
-一个传输类别标签(TCL)，
-一个由TCL值预设的、对核心网络连接参数所做的核心网络特定
描述，CN通过它来操控关于保障服务质量的核心网络连接。
我们仅须要么知晓RAN的上述三个参数，要么知晓CN的上述三个参数，而TCL值却不仅在RAN中、也同时在CN中为已知状态。但不管上面所提的标识/标签在RAN和CN中是否为已知或完全等同，这对于程序的工作原理来说却无关紧要。RFI和CFI可以设计成只有与UE的标识组合在一起时才是唯一的。
根据不同系统的特点，各无线网络特定参数或核心网络特定参数可以间接从TCL推导而出，或要么部分、要么全部地明确在TCL中作出说明。在特定参数是全部或部分推导而得的情况下，推导是在可配置的节点特定规则的基础上进行的。此方法的一个最主要特点是，RAN和CN可以相互独立地、并且不需要相应信令就可修改由其管理的RAN连接或CN连接的参数，只要这一点在预设的TCL及可能与之相关联的推导规则的限度内是被允许的。
此外每一连接还具有一个特点，即分组过滤器，它为连接确定IP操控信息(IP报头)的性质，以便只有符合此分组过滤器的分组在连接中传递给UE。这里尤其是“此UE的所有分组”这一规则适用于连接。此分组过滤对于新的/进行中的连接的设置/修改可以在UE和CN间约定，或者由CN算出(例如借助参与者概要)。但是这一点所必需的步骤却并非此服务质量方法的组成部分。
A)通过一个服务质量不变的已存在连接进行传输
通过此连接向UE(”下行链路”)传输的分组(在它们由CN借助分组过滤器分配给该连接之后)将标上对连接有效的CFI和TCL。RAN利用CFI将分组通过相应设置的RAN连接进行继续传递，也就是说RAN将CFI映射在RFI上。TCL指出分组及为连接设置的服务质量应通过空中接口继续传递，而TCL自身并不一定要通过空中接口传输。
通过连接从UE(”上行链路”(uplink))传输的分组(在它们由UE借助内部装置分配给该连接之后)将由UE标上分配给此连接的RFI。RAN利用RFI将分组通过相应建立的CN连接进行继续传递，也就是说RAN将RFI映射在CFI上。此外还加上了对此连接有效的TCL，它指出分组及为连接设置的服务质量应该通过核心网络继续传递。
上述方法的一个变体为间歇性地或完全省略TCL，因为在服务质量不变时它相对之前的分组是不会改变的。
通过连接向UE发送的及从UE接收的分组可以事先在RAN连接或CN连接中、或者从CN向UE不间断地进行加密。从UE向外部目标的加密也同样可行。此外传输量的优化，例如IP报头压缩，也都是可行的。
图2以图解方式展示了上述通过已存在的连接进行数据传输的流程。B)通过服务质量有变化的已存在连接进行传输
对于已存在的连接，已约定的服务质量被确定为并不适合通过连接处理的服务/目的(过高/过低)，或者早先分配/请求的资源不再可用。连接的服务质量的修改则由那些确定上述变化理由的节点(UE，RAN，CN)促成。
B1)由UE促成的服务质量修改
UE确定不再需要先前约定的服务质量，或者确定应该进行更高质量的服务。其据此要求服务质量的相应降低或升高。其流程如下：
1.UE要求RAN修改该连接的无线网络特定参数，使其与已存在的TCL不一致。为了传递此请求，可能需要事先建立一个无线信令连接。
2.RAN算出适合无线连接变化的TCL。
3.RAN向CN发送此连接的(上行链路)上面标记着新的TCL的分组。如果TCL象A)中所描述那样被省略，则至少会有一个带有修改后TCL的分组被发送。为了保证新的TCL被CN接收到，也可以顺序发送或以一定间隔发送多个带新TCL的分组。如此时没有用户数据，则可以选择性地在该连接中发送标有新TCL的空分组。
4.在CN中，确定新的TCL所需的核心网络特定连接参数。
5.审核所需资源的可用性：
a)如上述审核结果为肯定，则将新的TCL分配给(有CFI标识的)连接；
b)否则，将基于实际可用的资源降低服务质量，并将一个符合此服务质量的TCL分配给连接(有可能会是“旧”的TCL！)。
在服务质量应被降低的情况下可省略此审核。
6.如在CN中分配了新的TCL，则可借助另外的信息(例如参与者概要)选择性地对新的TCL可否被允许连接到UE作出审定。这里如果需要可引入外部决策节点或服务节点因素。
在服务质量应被降低的情况下可省略此步骤。
7.随后CN发送连接的下行链路分组，分组上带有上面确定的TCL。如果象A)中所描述的那样省略了TCL，则至少会有一个带有修改后TCL的分组被发送。为了保证新的TCL被RAN接收到，也可以顺序发送或间隔一定距离发送多个带新TCL的分组。如此时没有用户数据，则可以选择性地在连接中发送标有新TCL的空分组。
8.若有必要并且还未做这一步，则根据步骤7中预设的实际TCL对无线连接的参数作出调适：
a)如RAN和UE还未对无线连接作出修改(参见步骤1)，则现在根据实际TCL作出修改，
b)如有必要，已经修改了的无线连接将根据实际TCL进行调整。
以上关于流程的描述并不必然涉及时间顺序。
B2)由RAN促成的服务质量修改
比如在RAN中不再有足够资源来维持约定的连接服务质量，或者在之前的使用后流失的资源又重新可支配时，就会引发这种修改。与此相应，RAN将促成服务质量降低或升高。这里的流程与B1所描述的一致，除了一个例外，即步骤1中无线连接的修改在这里不是象B1中那样来自UE，而是来自RAN。
关于流程的描述并不必然涉及时间顺序。
B3)由CN促成的服务质量修改
比如在CN中不再有足够资源来维持约定的连接服务质量，或者在之前的使用后流失的资源又重新可支配时，就会引发这种修改。也可能由于CN确定不再需要之前约定的服务质量，或者服务质量应提高而引发修改。同样也可能由于CN与外部决策节点或服务节点的通信而促成对已存在的连接作修改。
与此相应，CN促成服务质量降低或升高。这里的流程与B1所描述的原则上一致，除了一个事实，即各步骤以CN为出发点以相应相反的顺序进行。因而RAN中所要求的资源有可能不可支配-就这点而言，RAN有可能传回去一个跟CN给出的上行链路中TCL不一样的TCL。
关于流程的描述并不必然涉及时间顺序。
C)设置确定了服务质量的连接
UE或UPE确定以一定的服务质量建立(新的)连接的需求。这可以在第一次连接时在网络注册过程中或其它信号传输等过程中进行，这在一开始已提到-即这是一个与我们提出的实施方式无关的步骤。
C1)通过UE建立第一次连接
另一种选择是UE也可单独促成连接的设置，以便从根本上实现通信。UE在注册时获得必要的确证参数、识别参数和通信参数。建立连接的流程如下：
1.依照B1第1项所描述的行为，UE从RAN请求获得无线网络连接的资源。传递这一请求可能需要先建立一个无线信令连接。
2.如同在B中已叙述的那样，UE和RAN就连接的无线连接特定参数达成一致，同时要与RAN中已确定的建立新连接的方针一致。RAN算出适合此无线连接的TCL并确定连接的一个RFI。
3.RAN向CN发送一个或多个上行链路分组，分组上面标记着新的TCL以及
a)一个特定的CFI，它将CN阐述为关于一个新连接的请求。
b)必要范围内的在注册时分配的UE识别参数。
当比如CFI通过UE特性被明确时(如开始所述)，a)和b)也可组合在一起。这种情况下一个对连接有效的CFI已经确定了。
4.CN生成对新连接可用的CFI或使用已经明确的CFI，并如同在B项下所描述的，确定实际的TCL。其间可能会降低RAN所请求的TCL(例如由于资源瓶颈、地方性方针或由于参与者概要中的限制)。
5.CN向RAN发送一个或多个带确定了的TCL、对连接有效的CFI以及-如需要，分开的-UE识别参数的下行链路分组。
6.如有必要，还会进行RAN和UE之间的无线连接的调适。这样连接就建立起来了。
7.或者与上述步骤一道，或者以一个单独步骤进行带有所需要的IP参数(如IP地址)的UE的配置。
8.或者与上述步骤一道，或者以一个单独步骤进行UE在CN中的告知和确证以及对这两点的审核。如在B中所述，也可能要借助参与者数据审核TC1是否被允许。
9.在第7步和第8步中提到的单独步骤并非此处所描述的服务质量方法的组成部分。
10.对第一个连接有效的分组过滤器可以隐含地设置为“所有分组”。若为了通过此连接只发送特定的、符合此分组过滤器的分组，从而还需求另外一个分组过滤器，则其设置如同在C2第6步中所描述的进行。
11.如设置好的连接就服务质量需要作修改，则按照B中所描述的进行。C2)通过UE建立其它连接
流程可以跟建立第一次连接一模一样。然而，作为另一种选择，也可以利用一个已经存在的连接来请求建立新的连接，这样可以将新的请求植入已有连接的用户数据分组中，并且简化或避免了新的确证步骤。其流程如下：
1.UE通过已知方式从RAN请求获得新的无线连接的资源，这个过程中确定无线连接参数、相应的TCL和一个新的RFI。
2.RAN在已有连接的上行链路中向一个或多个分组中加入所需要的TCL和确定了的CFI(如C1第3步所述)。如果此时没有连接的用户数据，作为一种选择可以在连接上发送标着新的TCL的空分组。
3.已述的CN中的步骤开始进行，CN在下行链路中发送最终的TCL和CFI。
a)植入到一个已有连接的一个-可能是空的-分组中；
b)如C1第5步所述，即已经作为新的连接。
c)如有必要，还会进行对RAN和UE之间的无线连接的调适。这样连接就建立起来了。
4.在此连接中UE可以使用同另一连接一样的IP地址，或者也可使用另外一个地址。确定将要使用的地址的机制不属于该服务质量方法的组成部分。
5.还须确定此连接中应用哪一个分组过滤器，以便通过此连接在下行链路中发送相应的分组。这一点将由UE和CN以此处所述服务质量方法之外的机制约定。
6.与第6步无关，UE可能已经在新连接上发送数据。只要没有对该连接有效的分组过滤器，如有需要，CN可拒绝这些数据。作为另一种选择，CN也可以暗自从上行链路分组中推导出(下行链路)分组过滤器的配置，包括针对此连接的UE的可能的新的IP地址。
7.新连接的服务质量可以随时以B下所描述的方法进行修改。也可能由于并未对连接依照已约定的服务质量进行使用或在一段时间之后未设置分组过滤器而需要作出修改。
C3)通过CN建立第一次连接
例如当UE的IP地址被确定、或者当一个向UE的IP地址发送的分组到达，但还没有连接存在时，则CN会促成这一步。此处的流程类推于C1，但顺序相应相反。
当给UE的一个分组到达、而与此UE间的已有连接还没有适合的分组过滤器时，CN也可能促使建立此处所描述的新连接。作为另一种选择，也可以修改与此UE间一个已有连接的分组过滤器。与建立连接相反，CN和UE之间关于分组过滤的议定并不是此服务质量方法的组成部分。
C4)通过CN建立其它连接
当给UE的分组到达、而与UE间还没有服务质量合适的连接存在时，则CN会促成这一步。不是对已有的一个连接作出修改，而是建立一个新的连接，这一点的意义尤其体现在当通过连接传输的分组借助一个分组过滤器与其它分组分离时。同样也可能由于CN与外部决策节点或服务节点的通信而促成建立新的连接。
此处的流程类推于C2，顺序相应相反。
D)终止一个已存在的连接
这可以由UE、RAN或CN促成，也可能是由于与外部决策节点/服务节点间的信令的需要。
无论由UE、RAN或CN中的哪一个促成连接的终止：
无线连接的终止通过RAN和UE之间的信令进行；
核心网络连接的终止通过B中所描述的机制进行，其间TCL被设定为一个特殊的值，这个值被RAN和CN阐释为“连接终止”。
然后RAN和CN解除所有为该连接所分配的资源和设置。这之前可能需要进行UE和CN之间的一个信令，例如为了注销/重置施加于该连接的分组过滤器。
无线接入网络RAN和核心网络CN彼此独立地使用在此方法中所描述的服务质量信息，并且此过程中没有单个参数的信令，以保证上行链路和下行链路中分组的传输与服务质量相符。这一点完全基于针对单个TCL配置的本地设置来完成。由此相对于现今通用的方法可大大降低繁琐性。通过此处所描述的不同任务之间或与已存在的数据传输之间的联系还可引起其它方面的程序简化。
可应用此方法的网络例子：
第2代移动无线网络GSM，其核心网络由SGSN和GGSN两个节点组成，而RAN由BTS和BSC两个节点组成；
第3代移动无线网络UMTS，其核心网络由SGSN和GGSN两个节点组成，而RAN由NodeB和RNC两个节点组成；
改进的第3代移动无线网络，它在3GPP的标准化过程中以暂定名“SAE”和“LTE”运行。其核心网络由MME和UPE两个节点组成，而RAN由eNodeB以及可能由中心的信令节点组成。
如考虑到RAN和CN及外部网络间的骨干网络的服务质量因素，所述方法的变体为：
-骨干中的区分服务(DifferServ)
-Gi上的区分服务(DifferServ)
-同上的(Dito)综合服务(IntServ)

Claims (16)

1.一种保障分组交换移动无线网络的服务质量的方法，该分组交换移动无线网络具有一核心网络CN和一无线接入网络RAN，在该分组交换移动无线网络中分组连接的服务质量借助服务质量信息确定，其特征是：无线接入网络RAN和核心网络CN彼此独立地使用在此方法中所描述的服务质量信息，并且此过程中没有单个参数的信令，以保证连接中分组的传输与服务质量相符，而这一点仅仅借助于为单个的传输类别标签TCL配置的本地设置来完成。
2.依照权利要求1的方法，其特征是：各无线网络特定参数及核心网络特定参数间接地由传输类别标签TCL推导而来，或者要么部分要么全部地在TCL中明确给出，且在全部或部分推导特定参数时，推导是在可配置的节点特定规则的基础上进行的。
3.依照权利要求1或2的方法，其特征是：无线接入网络RAN和核心网络CN可相互独立地、无相应信号传输就可分别修改由其管理的RAN连接/CN连接的特定参数，只要这一点是在预设的TCL和可能与其关联的推导规则范围内是被允许的。
4.依照权利要求1到3中任意一项的方法，其特征是：如在一个连接存在的情况下确定已约定的通过连接施行的服务/目标的服务质量不合适，或早先分配/要求的资源不再可用，则连接的服务质量的修改由那个确定上述修改理由的节点促成。
5.根据权利要求4的方法，其特征是：服务质量的修改由终端用户UE促成。
6.根据权利要求4的方法，其特征是：服务质量的修改由无线接入网络RAN促成。
7.根据权利要求4的方法，其特征是：服务质量的修改由核心网络CN促成。
8.根据权利要求5的方法，其特征是：该连接的设置是作为将该UE向该网络上注册的一部分进行的或在该UE针对该IP协议的一配置过程中进行的。
9.一种保障分组交换移动无线网络的服务质量的装置，其中，该分组交换移动无线网络具有一核心网络CN和一无线接入网络RAN，在该分组交换移动无线网络中分组连接的服务质量借助服务质量信息确定，其特征是：还包括完全借助于为单个的传输类别标签TCL配置的本地设置来完成无线接入网络RAN和核心网络CN彼此独立地使用在此方法中所描述的服务质量信息，并且此过程中没有单个参数的信令，以保证连接中分组的传输与服务质量相符的装置。
10.依照权利要求9的装置，其特征是：还包括间接地由传输类别标签TCL推导得到各无线网络特定参数及核心网络特定参数的装置，或者包括要么部分要么全部地在TCL中明确给出各无线网络特定参数及核心网络特定参数的装置，其中，在全部或部分推导特定参数时，推导是在可配置的节点特定规则的基础上进行的。
11.依照权利要求9的装置，其特征是：无线接入网络RAN和核心网络CN可相互独立地、无相应信号传输就可分别修改由其管理的RAN连接/CN连接的特定参数的装置，只要这一点是在预设的TCL和可能与其关联的推导规则范围内是被允许的。
12.依照权利要求9的装置，其特征是：还包括如在一个连接存在的情况下确定已约定的通过连接施行的服务/目标的服务质量不合适，或早先分配/要求的资源不再可用，则连接的服务质量的修改由那个确定上述修改理由的节点促成的装置。
13.根据权利要求12的装置，其特征是：包括服务质量的修改由终端用户UE促成的装置。
14.根据权利要求12的装置，其特征是：包括服务质量的修改由无线接入网络RAN促成的装置。
15.根据权利要求12的装置，其特征是：包括服务质量的修改由核心网络CN促成的装置。
16.根据权利要求13的装置，其特征是：还包括将作为该UE向该网络上注册的一部分进行该连接的设置的装置或在该UE针对该IP协议的一配置过程中进行该连接的设置的装置。
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