CN101394359A

CN101394359A - 一种异构无线网络中支持端到端服务质量的通信系统和方法

Info

Publication number: CN101394359A
Application number: CNA2008102256322A
Authority: CN
Inventors: 纪红; 李屹; 罗常青; 谢园; 李曦; 李亭; 梅敬青; 王仕果
Original assignee: Beijing University of Posts and Telecommunications
Current assignee: Beijing University of Posts and Telecommunications
Priority date: 2008-10-31
Filing date: 2008-10-31
Publication date: 2009-03-25
Anticipated expiration: 2028-10-31
Also published as: CN101394359B

Abstract

本发明公开了一种异构无线网络中支持端到端服务质量的通信系统和方法，技术方案包括：服务质量代理模块，用于接收终端发送的切换请求消息，该消息中包含要切换的目的网络信息、资源预留信息和与服务质量相关的参数；当终端确认切换时，发送资源预留请求消息；当目的网络资源预留成功后，发送预留资源激活消息，并将激活结果发送给所述终端；服务质量管理模块，用于与目的网络基站进行信令交互，判定所述终端是否可以接入到该目的网络；接收所述服务质量代理模块发送的所述资源预留请求消息，并根据该消息进行目的网络中资源的预留，并向终端发送预留成功消息。采用本发明所述技术方案完善了802.21协议中在服务质量资源预留过程中的信令交互过程。

Description

一种异构无线网络中支持端到端服务质量的通信系统和方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种基于802.21协议的异构无线网络中支持端到端服务质量的通信系统和方法。

背景技术

随着移动通信的发展，下一代网络中WLAN(无线局域网)、WIMAX(全球微波互连接入)、UMTS(通用移动通讯系统)等接入技术将会融合在一起，为用户提供泛在的接入方式。当新一代的多模终端处于多个网络覆盖范围内时，需求不再局限于获得连接，而是寻求一种最好的连接方式和配置方式。

在这种环境下，所提供的下一代网络QoS(服务质量)架构即能提供QoS保障，还能方便运营商实施某些算法，能在不降低业务流质量的情况下，尽可能多的接入用户，最大化资源利用率。

多种接入技术的复用需要复杂的QoS策略支持，它取决于用户的应用程序、当前可用的技术、当前网络状况和用户的偏好等条件，这些条件统称为上下文。在QoS会话建立的时候必须提供上下文信息，QoS信令的传送可以通过QoS信令协议来实现。

目前，下一代网络的框架已经有许多标准化组织在研究，包括ITU-T(国际电信联盟远程通信标准化组)和ETSI(欧洲电信标准化协会)等。ITU-T的标准定义了基本需求和NGN(新一代网络)的整体框架，ETSI的TISPAN(电信和互联网融合业务及高级网络协议)项目则定义了一个更高级别的QoS架构。802.21标准的提出试图填补现行WLAN、WiMAX与蜂窝网络间的空隙，目的是让用户在使用网络时，能跨越多种异构网络实现无间断的连接，使Wi-Fi、WiMAX及3G网络之间能进行无缝切换。在每一个协议栈中的MAC(介质访问控制)层都添加定义以下事件报告：

介质无关事件服务：由终端的移动、环境状态的改变或网络管理功能的实施而引发切换称为事件(Event)，它可以由本地节点或网络接入点中的MAC、PHY(物理层)或MIH(介质无关切换) 功能产生。介质无关事件服务(MIES)主要提供有关链路特征和链路状态发生动态改变等信息。

介质无关命令服务：主要是使得高层能够管理和控制本地链路有关切换的操作行为，可分为两大类：MIH命令和Link命令。MIH命令是高层(MIHUser)对MIH层发出的命令。Link命令是MIH层对特定MAC层或PHY层发出的命令，可以是启用链路(LinkPowerUp)、关闭链路(LinkPowerDown)、配置特定链路接口(LinkConfigure)等。

介质无关信息服务：主要向高层提供与切换有密切关系的信息以使其作出有效的切换决定。一般包括三大类：1)GNI(通用网络信息)，这类信息主要是对网络信息的概要描述；2)链路层信息LLI，这类信息主要指与链路层有关的信息；3)HLI(高层信息)，这类信息主要指与高层服务或应用相关的信息。

发明内容

鉴于上述现有技术所存在的问题，本发明的目的是提供一种异构无线网络中支持端到端服务质量的通信系统和方法，完善了802.21协议中在服务质量资源预留过程中的信令交互过程。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种异构无线网络中支持端到端服务质量的通信系统，包括：

服务质量代理模块，用于接收终端发送的切换请求消息，该消息中包含要切换的目的网络信息、资源预留信息和与服务质量相关的参数；当终端确认切换时，发送资源预留请求消息；当目的网络资源预留成功后，发送预留资源激活消息，并将激活结果发送给终端；

服务质量管理模块，用于与目的网络基站进行信令交互，判定终端是否可以接入到该目的网络；接收服务质量代理模块发送的资源预留请求消息，并根据该消息进行目的网络中资源的预留，并向终端发送预留成功消息。

进一步地，所述系统还包括：

移动性管理模块，用于更新终端的位置信息和当前网络的基站信息；还用于在终端向目的网络接入时，将终端从当前网络中的接入技术切换到目的网络中的接入技术。

进一步地，服务质量代理模块，还用于在接收到所述切换请求消息后，向终端发送回应消息，该消息中包含要切换到目的网络中的可行性信息；当所述终端向目的网络切换结束时，接收终端发送的所述切换完成消息，并通知原网络基站释放网络资源。

进一步地，所述系统还包括：

切换决策模块，设置在终端上，用于根据移动性管理模块更新的终端信息、新网络的资源情况和特点，判断终端能够切换的目的网络，如果能够获得所要切换的目的网络，终端向目的网络发送切换请求消息，否则，放弃切换或者向其他网络发起请求。

进一步地，服务质量管理模块分为：终端服务质量客户端和接入网服务质量管理端；

终端服务质量客户端，用于产生与服务质量相关的资源预留消息，并转发终端发送的与服务质量相关的消息，在终端向目的网络切换过程结束时，向所述服务质量代理端发送切换完成消息；

接入网服务质量管理端，用于与目的网络基站进行信令交互，判定所述终端是否可以接入到该目的网络；接收所述资源预留请求消息，并根据该消息进行资源的预留，并向终端发送预留成功消息。

进一步地，所述通信系统适用于异构网络融合下的通信。

一种异构无线网络中支持端到端服务质量系统中的通信方法，包括：

服务质量代理模块接收终端发送的切换请求消息，该消息中包含要切换的目的网络信息，资源预留信息和与服务质量相关的参数；当终端确认切换时，发送资源预留请求消息；

服务质量管理模块接收所述资源预留请求消息后，根据该消息预留目的网络资源，并向终端发送预留成功消息；

所述终端通过服务质量代理模块向目的网络发送预留资源激活消息，所述服务质量代理模块将目的网络中的激活结果发送给所述终端。

具体地，当终端确认切换时，发送包含资源预留请求消息之前，该过程还包括：所述服务质量代理模块向终端返回切换响应消息，该消息中包含所述终端切换到目的网络中的可行性信息。

具体地，服务质量代理模块将目的网络中的激活结果发送给所述终端后，过程还包括：当激活成功后，所述终端将当前网络的接入技术切换到目的网络中的接入技术；当终端向目的网络切换结束时，所述终端向所述服务质量代理模块发送切换完毕消息；同时所述服务质量代理模块通知原网络中的基站释放占用的网络资源。

具体地，所述服务质量代理模块接收终端发送的切换请求消息，该消息中包含要切换的目的网络信息，资源预留信息和与服务质量相关的参数，所述与服务质量相关的参数包括：数据传输速率、业务带宽、业务所需的最低延时和网络的吞吐率中的一种或多种。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明所提出的系统将802.21协议与4G网络的QoS架构相融合，完善802.21在QoS方面的支持，对原有IEEE和3GPP定义的接入技术修改不多的情况下，实现了支持QoS的切换。

附图说明

图1为本发明基于分层拓扑形式的网络系统应用场景图；

图2为本发明所述通信系统的结构示意图；

图3本发明所述的技术方案中资源预留过程部分的示意图；

图4本发明所述方法的应用实例的流程图。

具体实施方式

下面结合附图，通过具体实施方式对本发明的技术方案作进一步说明。

如图1所示，为本发明基于分层拓扑形式的网络系统应用场景图。

支持QoS和移动性控制。Access Network与用户的L3(层3)的连接是通过AR(Mobile Access Gateway，移动接入网关)实现的。每一个L2(层2)的连接是通过接入点AP(Access Point，无线访问节点)实现的，从移动性和连接的观点来看，这种分层结构的特点在于终端发生切换的时候不需要每次都进行重配置(例如获得一个新的IP地址的时候)，在同一个域内只有L2的切换发生，不同的域中的移动是互相独立的。

支持QoS的移动性是由终端上的MM(Mobility Manager，移动性管理)功能和接入路由器(Access Router)上的QoSManager(服务质量管理)共同完成的。QoS控制采用分层架构，分离了L3(层3)的端到端QoS控制和L2(层2)的QoS控制。L3的QoS是由Domain QoS-Brokers(域内服务质量代理)实现的。这些实体负责基于每个数据流的接入控制和资源管理，以及各个接入网之间基于用户需求和网络能力的的资源管理优化。Core NetworkBroker(核心网QoS代理)管理域间的切换，它可以根据一定的政策管理各QoS网元。这种分层架构可以提高网络的可扩展性。

管理域中的鉴权认证服务器(A4C)管理用户信息以及提供QoS模块的辅助功能，储存有用户特征数据和业务描述，与用户和业务提供商交互。终端MT(Mobility Terminal)和接入路由器AR(Access Router)都具有支持网络QoS的模块，来触发接入控制和资源预留。在终端处的称为QoSClient(服务质量客户端)，在AR处的称为QoSManager(服务质量管理端)。每一种接入技术具体的资源预留处理过程则由各自的RAT(Radio AccessTechnology，无线接入技术)负责。

如图2所示，为本发明一种异构无线网络中支持端到端服务质量的通信系统，包括：

服务质量代理模块S11，用于接收终端发送的切换请求消息，该消息中包含要切换的目的网络信息、资源预留信息和与服务质量相关的参数；当终端确认切换时，发送资源预留请求消息；当资源预留成功后，向目的网络发送预留资源激活消息，将激活结果发送给所述终端；

服务质量管理模块S12，用于与目的网络基站进行信令交互，判定所述终端是否可以接入到该目的网络；接收所述服务质量代理模块发送的所述资源预留请求消息，并根据该消息进行目的网络中资源的预留，并向终端发送预留成功消息。

具体地，所述系统还包括：

移动性管理模块(MM)S13，用于更新终端的位置信息和当前网络的基站信息；还用于终端向目的网络接入时，将终端从当前网络中的接入技术切换到目的网络中的接入技术；

具体地，所述服务质量代理模块S11，还用于在接收到所述切换请求消息后，向所述终端发送回应消息，该消息中包含要切换到所述目的网络中的可行性信息；当所述终端向目的网络切换结束时，接收终端发送的所述切换完成消息，并通知原网络基站释放占用的网络资源。

所述系统还包括：切换决策模块S14，设置在终端上，用于根据所述移动性管理模块更新的终端信息、新网络的资源情况和特点，判断所述终端能够切换的目的网络，如果能够获得所要切换的目的网络，终端向目的网络发送切换请求消息，否则，放弃切换或者向其他网络发起请求。

切换决策模块HDE(Handover Decision Engine)。切换决策模块为每个数据流选择最佳接口和AN(接入网)。网络侧的相应HDE则存在于DomainQoSBroker中，用于资源分配。

所述服务质量管理模块S12分为：终端服务质量客户端S121和接入网服务质量管理端S122；

所述终端服务质量客户端S121，用于产生与服务质量相关的资源预留消息，并转发终端发送的与服务质量相关的消息；在终端向目的网络切换过程结束时，向所述服务质量代理端发送切换完成消息；

所述接入网服务质量管理端S122，用于与目的网络基站进行信令交互，判定所述终端是否可以接入到该目的网络；接收所述鉴权请求消息，并根据该消息进行资源的预留，并向终端发送预留成功消息。

所述通信系统适用于异构网络融合下的通信。例如：终端从802.11切换到802.16，或者从802.16切换到TD-SCDMA等异构网络融合的情况。

终端中负责移动性管理的实体需要QoSClient提供与QoS相结合的移动性，在这种情况下，当终端移动时，MM要通知QoSClient触发QoS预留的过程，根据QoS需求选择接口。

终端搜集的信息包括：当地收费政策和底层获得的测量结果。HDE基于这些参数分析并评估网络发来的切换判决，判断是否接受切换判决。QoSClient周期性的向MM报告输出的数据流特征。当QoSClient接收到资源请求时会向MM发送Flowlndication消息，报告新会话的特征。HDE根据当前的数据流选择相应的接口发送。这些接口用转交地址CoA来标示。经过HDE的接口选择后，MM负责把数据流传送到特定的接口。MM向QoSClient示意接口选择操作的完成，接着QoSClient开始传输端到端的NSIS信令。

如图3所示，本发明所述的技术方案中资源预留过程部分的示意图。

这个过程能保证NSIS信令能够使用正确的接口，请求能够传达到正确的DQoSBroker。移动性管理过程结束时，DQoSBroker还要更新HA(HomeAgent)，使其把数据包转发到正确的接口。在路由优化的过程中，相应节点的绑定缓存需要被更新。

QoSManager管理整个数据配置过程，收集，产生和处理QoS信令消息，负责QoS的增强。QoSManager包含L2层的功能，支持任何技术下的QoS，通过802.21的信令和接口支持L2的QoS增强。

QoSManager还包含了L2的QoS控制功能。当网络负载超过某一个门限的时候，DQoSBroker的对于每个数据流的接入控制功能可以在QoSManager中实现。这时候QoSManager需要向DQoSBroker上报建立数据流的信息。

接入控制是由DQoSBroker根据业务流量判决并控制的。DQoSBroker还要实现网络中的负载平衡，初始化AR之间的用户切换，或者是不同技术之间的切换。这种数据流是由DQoSBroker的HDE进行统一管理和分配资源。需要综合考虑很多的因素，如处于活动状态的会话数、拓扑结构、用户资料、网络拥塞状况和业务上下文信息。

DQoSBroker的HDE判决需要几个输入信息，如资源可用的确认信息。为了进行优化切换判决，它必须能够获得选定AP的可得资源状况。还要结合其他的参数，例如利用用户信息和偏好以及当地的运营商政策。根据终端的执行判决的能力，网络可以建议甚至强迫终端在AP之间切换一些数据流。

其他的输入信息包括一些实时事件，例如报告链路质量下降(终端远离AP运动)，这时候网络应该马上回应，可以重新执行一次网络侧的HDE功能。实时业务的接入控制是最重要的。为了给一个新到的QoS请求留出资源空间，网络可以要求终端把某个数据流重定向到另外一个AP。这就意味着不仅仅要检查资源可得性，而且要检查当前的接口是否适合当前的流业务类型。例如，数据业务更适合802.11接口，而话音流更适合采用3G接口。CQoSBroker是负责在核心网内管理资源的网络元素，它还负责信令传输和管理域间的资源。

本发明一种异构无线网络中支持端到端服务质量的通信方法，包括：

具体地，所述当终端确认切换时，发送包含资源预留请求消息之前，该过程还包括：所述服务质量代理模块向终端返回切换响应消息，该消息中包含所述终端切换到目的网络中的可行性信息。

所述服务质量代理端将目的网络中的激活成功消息发送给所述终端后，过程还包括：所述终端将当前网络的接入技术切换到目的网络中的接入技术；当切换结束时，所述终端向所述服务质量代理端发送切换完成消息；同时所述服务质量代理端通知原网络基站释放占用的网络资源。

所述服务质量代理端接收终端发送的切换请求消息，该消息中包含要切换的目的网络信息，资源预留信息和与服务质量相关的参数，所述与服务质量相关的参数包括：数据传输速率、业务带宽、业务所需的最低延时和网络的吞吐率中的一种或多种。

下面结合应用实例对本发明所述方法作详细说明。

如图4所示，本发明所述方法的应用实例的流程图，终端在802.11网络和TD-SCDMA网络之间进行切换，它们通过核心网连接，假设它们由同一个DQoSBroker管理，DQoSBroker通过MIH_HDE_Trigger.command向终端提供可能的切换配置信息表，这标识了整个切换的开始。

步骤S101：终端根据切换配置信息表，选择一个可行的切换目标，然后向DQoSBroker发布切换请求消息(MIH_Handover_Initiate.req命令)；

步骤S102：DQoSBroker收到所述切换请求消息后，向终端发送响应消息，该消息中包含向目的网络AP切换的可能性参数；

步骤S103：当终端确认切换后，DQoSBroker向目的网络AR上面的QoSManager发送资源预留消息(Diameter QAR)；

步骤S104：该QoSManager接收到所述资源预留消息后，通过MIH_Handover_Prepare.req触发相应网元的一系列L2资源预留过程；

步骤S105：目的网络中的AP接收到预留请求后，发送一个包含预留结果的消息到终端；

步骤S106：当终端收到目的网络中的预留资源响应时，如果确认切换，则向DQoSBroker发送MIH_Handover_Commit.req(确认切换消息)；

步骤S107：然后DQoSBroker向新网络发送Diameter QIR消息，激活先前预留的资源，并且触发一次commit命令来执行链路层的激活；

步骤S108：最后DQoSBroker把包含这次激活过程的响应消息发送到终端，表示切换目的端的资源预留顺利完成；

步骤S109：切换就开始，终端处的MM通过MIH层向RAL发送switch命令，目的是将终端当前所在网络中的接入技术切换到目的网络中的接入技术；

步骤S110：当切换过程结束时，终端发送MIH_Handover_Complete.req到DQoSBroker，通知它切换顺利完成。

步骤S111：DQoSBroker同时也通知源PoA(Point Of Attachment)释放资源，它会发送一个QIR消息给原AR的QoSManager。这时候与原PoA相关的实体都接收到MIH_Handover_Complete.req，然后它们会释放网络资源。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims

1、一种异构无线网络中支持端到端服务质量的通信系统，其特征在于，包括：

服务质量代理模块，用于接收终端发送的切换请求消息，该消息中包含要切换的目的网络信息、资源预留信息和与服务质量相关的参数；当终端确认切换时，发送资源预留请求消息；当目的网络资源预留成功后，发送预留资源激活消息，并将激活结果发送给所述终端；

服务质量管理模块，用于与目的网络基站进行信令交互，判定所述终端是否可以接入到该目的网络；接收所述服务质量代理模块发送的所述资源预留请求消息，并根据该消息进行目的网络中资源的预留，并向终端发送预留成功消息。

2、根据权利要求1所述的通信系统，其特征在于，所述系统还包括：

3、根据权利要求1或2所述的通信系统，其特征在于：

所述服务质量代理模块，还用于在接收到所述切换请求消息后，向所述终端发送回应消息，该消息中包含要切换到所述目的网络中的可行性信息；当所述终端向目的网络切换结束时，接收终端发送的所述切换完成消息，并通知原网络基站释放网络资源。

4、根据权利要求2所述的通信系统，其特征在于，所述系统还包括：

切换决策模块，设置在终端上，用于根据所述移动性管理模块更新的终端信息、新网络的资源情况和特点，判断所述终端能够切换的目的网络，如果能够获得所要切换的目的网络，终端向目的网络发送切换请求消息，否则，放弃切换或者向其他网络发起请求。

5、根据权利要求1所述的通信系统，其特征在于，所述服务质量管理模块分为：终端服务质量客户端和接入网服务质量管理端；

所述终端服务质量客户端，用于产生与服务质量相关的资源预留消息，并转发终端发送的与服务质量相关的消息，在终端向目的网络切换过程结束时，向所述服务质量代理端发送切换完成消息；

所述接入网服务质量管理端，用于与目的网络基站进行信令交互，判定所述终端是否可以接入到该目的网络；接收所述资源预留请求消息，并根据该消息进行资源的预留，并向终端发送预留成功消息。

6、根据权利要求1所述的通信系统，其特征在于，所述通信系统适用于异构网络融合下的通信。

7、一种异构无线网络中支持端到端服务质量系统中的通信方法，其特征在于，包括：

8、根据权利要求7所述的通信系统，其特征在于，所述当终端确认切换时，发送包含资源预留请求消息之前，该过程还包括：所述服务质量代理模块向终端返回切换响应消息，该消息中包含所述终端切换到目的网络中的可行性信息。

9、根据权利要求7所述的通信系统，其特征在于，所述服务质量代理模块将目的网络中的激活结果发送给所述终端后，过程还包括：当激活成功后，所述终端将当前网络的接入技术切换到目的网络中的接入技术；当终端向目的网络切换结束时，所述终端向所述服务质量代理模块发送切换完毕消息；同时所述服务质量代理模块通知原网络中的基站释放占用的网络资源。

10、根据权利要求7所述的通信系统，其特征在于，所述服务质量代理模块接收终端发送的切换请求消息，该消息中包含要切换的目的网络信息，资源预留信息和与服务质量相关的参数，所述与服务质量相关的参数包括：数据传输速率、业务带宽、业务所需的最低延时和网络的吞吐率中的一种或多种。