CN101523940A - 用于进入一地理区域的自动无线授权的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种基于可工作在全球移动通信网络系统中的移动站的检测而自动电子授权进入某一地理区域的方法，包括：通过与通行费基站关联的发射机发送用于指示通行费基站存在的信号；通过与通行费基站相关联的接收器检测移动站的连接于通行费基站的请求；通过发射机向移动站发送身份请求信号；检测身份响应信号，该身份响应信号识别出移动站；基于检测出的身份响应信号来确定与移动站相关联的订户的身份；以及基于所确定的订户身份授权订户进入地理区域。

Description

用于进入一地理区域的自动无线授权的系统和方法

发明领域

本发明总地涉及进入某一地理区域的授权，例如对公路上通行的车辆自动收取通行费。更具体地说，本发明涉及自动无线通行费收取系统和方法，这种系统和方法可使用与已有的全球移动通信系统(GSM)或其它基于与订户关联的移动站向订户收费的网络相关联的信号进行操作。

背景技术

全世界许多公路系统都要求支付通行费以使车辆通过。一般这些通行费以现金支付，车辆的驾驶员必须经常在收费亭重复停车以支付通行费。这必将导致交通延迟，由于车辆被迫停下并为了付费而排起长队。这些交通延迟导致行车时间增加和乘客挫折感增加。此外，交通堵塞的时停时行增加对例如刹车等车辆部件的磨损和撕裂，并需要消耗更多汽油量，这还增加了与旅程相关联的污染等级和行车成本。对于必须付费以进入需要缴费的指定区域的车辆而言存在同样的问题，并扩展至不需要车辆的情形，例如人们必须排队等待以进入收费的戏院、或进入需要安全检查和禁止未经授权人进入的区域。

近年来，已研发出自动通行费系统或授权进入特定区域的其它系统，以尝试缓解这样一些问题。这些自动通行费系统一般采用射频识别(RFID)技术并要求车辆或个人配有唯一的物理装置，例如设计成接收具体信号并发送具体应答的发射应答器。这些发射应答器是仅针对例如自动通行费收取这一个目的的独立物理装置，而这些装置的使用者必须购买这种发射应答器。它们一般是需要例如必须周期性更换的电池的电源的半无源装置。此外，如果人们使用一辆以上的车，则要么在每辆车上设置不同的发射应答器，要么必须在两辆车之间移动发射应答器。另外，发射应答器仅工作在可与之兼容的系统中，因此如果驾驶员穿过州、省或其它国内边境，或使用例如由不同RFID网络覆盖的公路，发射应答器则变得无用。

例如这些传统的自动通行费收取系统和方法一般不需要车辆完全停下。然而，这仍然需要车辆明显减速，例如从标准公路限速65mph下降至15mph。此外，由于这种技术限制，车辆仍然必须形成长队并通过一个车道收费亭以在例如RFID读取器的装置的几米内经过，为了使该装置正确地接收来自车辆内的发射应答器的信号。这些强制的车道改变和要求的减速增加了导致财产损失或严重身体伤害的交通事故发生的可能性。结果，交通流量、相关的低效率和危险仍然严重和负面地受到这些自动通行费收取程序的影响。其它已有系统和方法也要求个人或车辆减速、改变行车方向或排队。

发明概述

鉴于前面的内容，显然存在一种直接的需要，使车辆在沿公路行驶时不必为了支付通行费而改变自然发生的交通流量或转移注意力的自动通行费收取的系统和方法。也存在相同的直接的需要，使车辆或个人支付费用以进入任何地理区域而不造成妨碍。为了提高效率并减少与突然车道改变相关的交通事故发生的可能性，使车辆或人们不必减慢速度、排队或在规定车道上前进。为了进一步提高效率和便利性，希望通过使用已为驾驶员或个人拥有的多功能装置避开所需的购买并使用专门的自动通行费支付装置。这改善了行车时间、相关成本和车上乘客的安全性。

因此，本发明的目的是通过提供基于可工作在全球移动通信网络系统上的移动站的检测而自动电子授权以进入某个地理区域的方法来克服上面提到的问题和其它问题，所述方法包括：通过与通行费基站关联的发射机，发送用于指示通行费基站存在的信号；通过与通行费基站关联的接收器，检测移动站要连接于通行费基站的请求；通过发射机向移动站发送身份请求信号；检测用于识别该移动站的身份响应信号；基于检测到的身份响应信号来确定与移动站关联的订户的身份；以及基于所确定的订户身份来授权该订户进入该地理区域。

上面提到的目的和其它目的也通过一种基于工作在全球移动通信网络系统上的移动站的检测而自动电子授权以进入某个地理区域的系统来实现，该系统包括：与通行费基站关联的发射机，该发射机发送用于指示通行费基站存在的信号；与通行费基站关联的接收器，该接收器检测移动站要连接于通行费基站的请求；该发射机将身份请求信号发送给移动站；该接收器检测用于识别该移动站的身份响应信号；以及处理器，用来基于检测到的身份响应信号来确定与移动站相关联的订户的身份；该处理器基于所确定的订户身份来授权该订户进入该地理区域。

在某些实施例中，本发明还包括：提取与订户相关联的记账参数；基于与移动订户关联的身份响应信号来处理身份响应信号以向该订户收取在公路上通行的一笔通行费。还可将移动站连接于通行费基站，并随后释放移动站和通行费基站之间的连接，其中移动站接下来连接于作为全球移动通信网络系统的一部分的基站。由通行费基站检测到的身份请求信号也可包括用于唯一地识别该移动站的国际移动设备身份信号。此外，当处理器将所提取的订户特征与包含关联于自动通行费支付服务的多个订户的数据的数据库进行比较时，可确定该订户的身份；并验证所检测到的身份响应信号是否关联于上述多个订户中的一个。

贯穿全文——包括附图和权利要求书——使用的词“通行费”从广义上说不仅指在公路上行驶的车辆的传统货币收费，还指车辆进入停车场或其它地理区域所收取的费用，甚至还有向接受某项服务或通行进入任何地理区域的人收取的费用。

本发明的宗旨和目的是通过本发明的独立权利要求1和任何其它独立权利要求的方法和系统来完成的。其它细节可从余下的从属权利要求中找到。

结合附图参照下面的详细说明，本发明的其它方面和优点将变得更为明显，附图仅以示例方式阐述本发明的原理。

附图简述

通过结合附图细阅下面对各实施例的说明，将能更好地理解本发明前述的和其它的目的、特征和优点以及发明本身，在附图中：

图1是描述根据本发明一个实施例的基于移动站的检测而自动电子授权以进入某个地理区域的方法的流程图；

图2是描述根据本发明一个实施例的基于移动站的检测而自动电子授权以进入某个地理区域的系统的方框图；以及

图3是表示根据本发明一个实施例的通行费基站范围的图。

实现本发明的方法

如图所示，这些图以例示为目的，本发明可表现为基于移动站的检测而自动电子支付通行费的系统和方法。这些系统和方法允许车辆或个人保持其当前的速度和行进路线。本发明的诸实施例可与车辆所有者个人拥有的已有的移动站兼容并且不需要独立的专门装置。

简单来看，图1是描述根据本发明一个实施例的基于移动站的检测而自动电子授权以进入某个地理区域的方法100的流程图。方法100开始于发送通行费基站信号的步骤(步骤105)。发送通行费基站信号(步骤105)可使用天线——例如扇形天线——来完成，以精确地控制信号发送的地理区域。然而，也可使用其它类型的天线，例如全向天线。发送通行费基站信号(步骤105)可以包括将信号作为射频(RF)信号予以发送。

在发送通行费基站信号(步骤105)后，方法100前进至检测移动站连接于通行费基站的请求的步骤(步骤110)。检测步骤(步骤100)可通过使用与通行费基站关联的接收器来完成，且检测到的信号可包括射频或其它类型的无线信号或传输。只要这种检测(步骤110)被传送到与通行费基站关联的逻辑，则能够以任何方式或在任何地点检测该信号。一般，连接于通行费基站的请求是从移动站发起的。一旦检测到来自例如移动站等装置连接于通行费基站的请求(步骤110)，则方法100就着手发送一身份请求信号(步骤115)。一般来说，这种发送的目的(步骤115)是请求用于唯一地识别在接收步骤(步骤110)接收到的连接于通行费基站的请求的发起源的信息。身份请求的发送可通过任何发送装置来实现，其中包括用来发送通行费基站信号(步骤105)的发送装置。

一旦发送身份请求信号(步骤115)，方法100就等待身份响应信号的检测(步骤120)。一般来说，这种身份响应信号是用于唯一地识别已请求连接于通行费基站的装置的信号。在各实施例中，步骤120可包括检测与该装置关联的国际移动设备身份码(IMEI)，其中该装置可以是例如移动电话这样的移动站。

在方法100的这个方面，在特定地理区域内发送其信号(步骤105)的基站已接收到一装置要连接于通行费基站的请求(步骤110)，并已发送针对身份信号的请求(步骤115)并已接收到对该请求的响应(步骤120)，该响应用于识别该装置。方法100一般继续到证实订户身份的步骤(步骤125)，其中订户身份一般包括与携带该装置的人关联的信息。一般，该步骤需要核实该装置和个人(例如该装置的所有者)之间的联系。换句话说，该装置(它可以是移动站，例如移动电话)关联于某个人，例如移动电话的拥有者。

在一些实施例中，将会对照这些自动通行费收取系统和方法中的参与者的数据库，来检查订户的身份。在这一情形下，如果订户身份出现在数据库中，则自动收费程序将会开始，或以其它方式授权订户进入一地理区域。如果订户身份信息未出现在数据库中，则订户未参与这些系统和方法而必须以传统方式支付任何通行费。所示实施例防止了未经移动站主人同意而向其收取通行费的情况，并能用于这样一种情形，即四人家庭，家庭中每位成员都具有移动电话并在同一辆车中，而只有一个人——例如驾驶员——想要付费。在这种情形下，只有家庭成员中的一个人——例如驾驶员——将他或她的订户身份包含入一数据库中，作为步骤125的一部分检查该数据库以证实订户身份。

一旦已识别与该装置相关联的订户(步骤125)，如果通行费是正当的，则方法100通常开始提取与订户相关联的记账参数(步骤130)。这些记账参数可包括订户对任何通行费的记账、收取或借贷的正当花费所需的任何信息。提取记账参数(步骤130)可通过任何手段完成并可包括处理器，该处理器处理与订户关联的数据。该处理器要么与通行费基站整合在一起，要么与之相隔很远。可通过从电子数据库中检索该信息来提取记账参数，其中记账参数关联于所识别的订户。

方法100随后继续到向订户开票的步骤(步骤135)。一般向订户开票包括向订户收取因通过特定公路部分而产生的一定货币量的通行费。可以多种方式向订户开票(步骤135)。例如，订户开票(步骤135)可包括自动借帐表或以电子方式或通过标准邮件寄送发票等形式。订户开票(步骤135)也可链接于与订户关联的信用卡。

简单地看，图2是描述根据本发明一个实施例的基于移动站的检测而自动电子授权以进入某个地理区域的系统的方框图。基站205可包括基站收发器和基站控制器，基站205一般是例如全球移动通信系统(GSM)网络的移动电话网的组成部分。也可使用其它网络，例如通用移动电信系统(UTMS)网络或任何第三代(3G)或类似的网络。基站205一般提供到移动站(例如移动电话或蜂窝电话)的无线电接口，以使移动电话连接于(例如“射程内的”)网络并能发送和接收呼叫。鉴于GSM和其它移动电话网覆盖范围广阔，系统200通常会落在由一个或更多个基站205覆盖的地理区域内，但系统200不一定要处于基站205的范围内。基站205通常是移动电话网的一部分并且是移动电话能够拨出或接收电话呼叫所必需。

整个系统200可被围在一个或更多个基站205的范围210内。基站范围210一般是基站205发送强度足以用于移动电话通信的信号所能达到的地理区域。一般，每个基站205对应一个基站范围210。

系统200一般还包括至少一个通行费基站215。通行费基站215一般具有与基站205相同的功能性特征，并在本文中表示为一种类型的基站。然而，通行费基站215——与基站205不同——不构成GSM(或任何其它)移动电话网的一部分。通行费基站215模仿GSM或例如基站205等其它基站的信号，但专门用来检索关于自动通行费收取的信息，而不是为了移动电话通信。因此，通行费基站215一般不连接呼出或上行链路呼叫。由于拒绝上行链路呼叫请求，作出这些请求的任何移动电话一般被迫选择与基站205关联的网络。

对于移动电话，通行费基站215一般就象是基站205，而相对于基站205来说，通行费基站215一般就象是移动电话。通行费基站215一般在地理通行费基站范围220内发送信号。通行费基站范围220可部分地或完全地处于基站范围210的地理区域内。在这种情形下，通行费基站范围220可包括这样的地理区域，其中从通行费基站215发射出的信号强于从基站205发射出的信号。或者，通行费基站范围220根本不与基站范围210重叠。在一些实施例中，通行费基站范围220可覆盖车辆通行的一段特定公路。

通行费基站范围220和系统200一般不局限于对沿一段特定公路的行驶而征收通行费。通行费基站范围220也可覆盖停车场(例如汽车停车场)，其中车辆一般是付费停车的，或覆盖需要付费或限制未经授权的人或车辆进入的任何地理区域。这包括对进入任何限制区域的车辆或人征收通行费(例如货币费用)的情形。在通行费基站范围220被设计成覆盖停车场的情形下，通行费基站215可位于停车场的进口或出口附近。一般来说，通行费基站范围220可覆盖任何地理区域，包括例如戏院、竞技场或办公空间、停车场和一段公路。

通行费基站范围220可覆盖对所有车辆通行征收通行费的公路的一部分。不一定要使通行费基站范围覆盖整个长度的公路。相反，通行费基站范围一般充当“虚拟收费亭”并仅覆盖足够长的公路的公路宽度(例如三车道高速公路的所有三条车道加上应急车道)以识别汽车并评估适当的通行费。

在一个实施例中，通行费基站215信号可以在将近7秒之内是最强的。当车辆以120km/h的速度行进时，通行费基站范围220应当至少为234米。当速度为180km/h时，范围的长度可以是将近350米。

通行费基站215也可包括一个或更多个发射机225、接收器230和处理器235。发射机220一般包括电子装置，该电子装置产生和放大载波、用信号(例如取自话音或其它来源的信号)调制该载波、并将所得的信号从天线辐射出去。发射机225可集成于或以其它方式关联于通行费基站215。

接收器230一般包括能够检测和捕获输入的射频信号的装置。像发射机225那样，接收器230也可集成于或以其它方式关联于通行费基站215。

处理器235一般包括中央处理单元或计算机其它部件，这些部件包含数据处理逻辑以便处理数据，例如将数据从一种格式转化成另一种格式。处理器235可以是通行费基站215的组成部分，然而也可使处理器235位于离通行费基站215很远的地方。处理器235或直接或间接地关联于通行费基站215。

系统200一般还包括至少一个移动站240。移动站240一般包括例如无线电收发器、显示监视器、数字信号处理器等物理装置。顾名思义，移动站240一般是移动的，并因此可穿行于通行费基站范围220的全部或部分。在本发明的一个实施例中，移动站240是移动电话(也被称为蜂窝电话)。

移动站240还包括订户身份模块(SIM)，也被称为“智能卡”或“SIM卡”。典型地，移动站240必须具有SIM，如果没有SIM存在，则移动站240只能作出紧急呼叫并且不会进行位置更新。这种位置更新一般是当移动站240改变位置时令移动站240从连接到一个基站205切换成连接到另一基站205(或连接到通行费基站215)所必需的。不带SIM的移动站240无法使GSM网络知道它所在的位置，因为没人能联系到它。因此，在本发明的实施例中，SIM是激活GSM网络所必需的，并提供位置提醒和更新。然而，本实施例并不要求SIM或其操作者的任何功能。

构成移动站240的硬件(即移动电话本身，而不是智能卡)包括一般被称为国际移动设备身份码(IMEI)的唯一标识符。SIM也包括被称为国际移动订户身份码(IMSI)的唯一标识符。IMEI和IMSI是彼此独立的。IMEI识别移动电话，而IMSI识别智能卡。

一般来说，移动站240登记在与多个基站205关联的GSM或其它网络上。通行费基站215一般检索进入移动站范围210的每个移动订户240的国际移动设备识别号，而不对GSM网络功能产生明显干扰。

移动站240一般选择作为整个GSM网络的一部分的公共陆地移动网络(PLMN)。基站205所使用的公共陆地移动网络(PLMN)是由移动国家码(MCC)和移动网络码(MNC)识别的。这些代码包括由基站205发送的位置区域信息(LAI)的一部分。移动站240仅侦听作为所选PLMN的一部分的基站205，因此，通行费基站215必须发送由基站205所发送的相同的MCC和MNC信号，以使移动站240作出正确的响应。

移动站240一般关联于订户245。订户245可以是加入本发明定义的自动无线系统和方法的人。订户245可用车辆旅行或步行。在一个实施例中，订户245肯定地同意这些形式的自动电子授权，而订户245在通过通行费基站范围200时一般使他或她本人携带移动站240或将放在身边。

移动站240一般连接或“驻扎”在与移动站所接收到的最强信号相关联的基站上。这种驻扎的信号强度通常通过移动站240从视觉上予以指示。例如，移动电话(移动站240)的监视器将指示移动电话在当前位置接收到的信号的强度。当目前驻扎于基站205的移动站240移动至另一地理位置时，它一般不可避免地碰到与另一基站205相关联的另一基站范围。如果另一基站205的信号强度强于移动站240当前驻扎在的基站的信号强度，则移动站240将其驻扎点从前一基站205切换至新基站205。因此，移动站240如今驻扎在新的基站205上。如此，移动站240一般驻扎或连接于在特定地理区域具有最强信号的基站205。因此在通行费基站范围220内，也就是来自通行费基站215的信号强于来自基站205的信号的范围内，移动站240将驻扎在通行费基站215上，而不是基站205上。

同样，如果移动站240不位于基站范围210内(并因此“超出范围”而没有蜂窝电话服务)，并且移动站240随后进入通行费基站范围220，则移动站240将驻扎在通行费基站215上。

表述通行费基站范围的大小的一个例子示出于图3中。基站范围220的大小一般由通行费基站215获得移动站240的必要的标识所花费的时间来确定，例如移动设备身份码(IMEI)检索过程的持续时间和使移动站连接于通行费基站215所需的时间。图3总地示出包括公路305的系统300。在本例中，卡车310包括订户245(驾驶员)和移动站240(例如移动电话)。卡车310处于运动中并通过从通行费基站215发出的通行费基站范围220。在本示例性实施例中，公路长度315表示使移动站240连接于通行费基站215所需的时间。该时间可以是例如最小5秒。公路长度320代表从移动站240检索出识别信息(例如IMEI)所需的时间。这一般需要大约1.5-2.0秒。公路长度325代表在移动站240重新选择以重新驻扎在基站205之前经过的时间。在一些实施例中，这将花费大约5.3秒。

回到图2，在系统200的一般实施例中，发射机225发送用于表示通行费基站215存在的信号。该信号一般处于与所分配的广播控制信道分配列表(BCCH列表或BA列表)对应的频域。该BA列表与允许基站发射的多个频域对应，以为移动站提供带宽。通行费基站215的发射机225发送的频率一般与基站205发送的频率处于相同的频率范围内。发射机225发射的信号所覆盖的地理区域形成了通行费基站范围220，该范围220通常是移动站能够接收到信号的区域，或者是来自发射机225的信号强于来自任何基站范围210的信号的区域。在任何一种情况下，当移动站240进入通行费基站范围220时，移动站240一般驻扎在通行费基站215上。

随着移动站240进入通行费基站范围220，移动站240通常发送驻扎——即连接于——通行费基站215的请求。之后接收器230通常检测到移动站240要驻扎于通行费基站215的请求。通行费基站215随后允许移动站240驻扎于其上。

在接收到移动站240连接于通行费基站215的请求之后，发射机225可将身份请求信号发送给移动站240。该身份请求可包括对移动站240的国际移动设备身份码(IMEI)的请求。一旦接收到该请求，移动站240发送识别信号作为响应。接收器230一般检测用于唯一地识别移动站240的身份响应信号。这包括检测与移动站240相关联的国际移动设备身份码(IMEI)。

一般来说，通行费基站215可访问识别信号(例如IMEI)，而不会干扰其它的移动服务。典型地，身份请求信号(有时称为身份请求消息)由若干字段的连接而构成。身份请求信号中的一个字段是身份类型字段，并且通过将该身份类型字段置为010二进制信号，就可以获得用于请求移动站240的IMEI的识别请求信号。在这种情形下，一旦接收到这种身份请求信号，移动站240通过发送含移动站240的IMEI的身份响应信号而作出应答。

这里，处理器235如今具有用于唯一地识别位于通行费基站范围220内的移动站240的任何所需的信息。在许多情形下，可同时将多个移动站240识别为全部位于通行费基站范围220之内。处理器235也可验证与移动站240关联的订户245的身份。订户245一般是(明确地或含蓄地)同意本发明披露的自动通行费收取形式的人。订户245可通过将其姓名与诸如IMEI或IMSI等移动站240身份关联起来并使该信息存储在以通行费收取为目的的数据库中而作出同意表示。处理器235随后从数据库检查移动站240标识符以确定订户245是否符合该自动通行费支付形式。

如果订户245符合这种通行费支付形式，处理器235则提取与订户245关联的记账参数。这些记账参数可包括订户名、订户地址、订户帐号或当前订户必须支付的通行费的数量中的任何一个。记账参数也可包括帐户余额、银行帐户信息、记账表或欠款中的任何一个。处理器235一般着手向订户245开票出将要到期的任何通行费的数量。这包括创建帐单并将帐单发送给订户245，或任何形式的预授权自动提款或信用卡支付。

一般来说，本发明的系统和方法可与已有的移动站240兼容，这包括用于全球移动通信系统(GSM)或其它网络的移动电话。本文公开的自动电子通行费收取的系统和方法包括若干通行费接入点，通行费接入点由公路(例如高速公路)上通行费基站范围220覆盖。当车辆进入该接入点附近时，基于驾驶员的移动站240，来识别该驾驶员，而不需要减低行驶速度。在一些实施例中，中央数据库可跟踪曾识别出驾驶员的移动站240所在的地点，并且这触发自动记账系统。一般来说，这种识别仅取决于移动站硬件而不取决于(由移动工作人员提供的)已有的移动服务。因此，本发明的系统和方法一般不需要使用订户身份模块(智能卡或SIM卡)或其相关联的国际移动订户身份码(IMSI)信息。在一个实施例中，本发明的系统和方法可单独基于与移动电话本身(移动站240)关联的IMEI(国际移动设备身份码)信息。

本发明的系统和方法一般访问与移动站240关联的移动电话的IMEI号，而不干扰GSM或其它网络提供的标准移动服务。这可通过暂时允许移动站240连接(即驻扎)于通行费基站足够长以识别订户245的时间而实现。如果，在进入通行费基站范围220之前，移动站240驻扎于基站205，则一旦通行费基站215信号强度高过基站205信号强度，移动站240将会断开与基站205的连接并连接于通行费基站215。一般来说，在接收器230接收到识别移动站240的数据后，就释放该连接(例如IMEI信号)，而移动站240随后重新连接于来自基站205的信号，如果移动站240还处于基站范围210内的话。如此，移动站240一般仅连接于最强的“单元”，该“单元”可能是基站205或者是通行费基站215。

移动站240一般具有多种工作状态。例如，在建立呼叫的过程中，在接收呼叫的过程中，或在呼叫期间的交谈模式下，移动站240可以是闲置的(即待机)。当移动站240已驻扎于基站205时，一般执行重新选择算法，这使移动站240断开与基站205的连接并连接于通行费基站215。一般来说，这要求通行费基站215工作在基站205的广播控制信道分配列表(BCCH)的频率上。通行费基站215一般必须还包括与基站205相同的移动国家码和移动网络码。此外，通行费基站必须具有大于零的路径丢失标准(“C1”)，如下面的计算机代码摘录所表示的那样：

The path loss criterion parameter C1 used for cell selection and

reselection is defined by：

C1＝(A-Max(B，O))

where A＝Received Level Average-RXLEV_ACCESS_MIN

      B＝MS_TXPWR_MAX_CCH-P

RXLEV ACCESS_MIN＝Minimum received level at the MS required for

accessto the system

MS_TXPWR_MAX_CCH＝Maximum TXPWR level an MS may use when

accessing the system until otherwise commanded

P＝maximum RF output power of the MS.

All values are expressed in dBm.

参数RXLEV_ACCESS_MIN和MS_TXPWR_MAX_CCH在服务小区的BCCH上广播。如果通行费基站215因维护而停机或不能正常工作，则它具有状态“禁止”。要解除通行费基站215的禁止，则应当发送单元禁止访问参数。

通行费基站215可具有与基站——例如当移动站240进入通行费基站范围220时所驻扎在的基站205——不同的位置区域码。这一般使基站215明白新移动站(例如移动站240)驻扎于其上这个事实。

如果通行费基站215的计算值C1在一段时间内超过当前服务基站(例如基站205)的C1值最少CELL_RESELECT_HYSTERESIS dB，例如5秒，则移动站240一般连接于通行费基站215。最后一个参数通过来自服务基站的BCCH数据来提供。在驻扎于通行费基站215前，移动站240可尝试解码BCCH的完整数据组(系统信息)来检查MCC/MNC和CELL_BAR_ACCESS。

一般来说，在移动站240和通行费基站215之间建立连接后，在SACCH(慢访问控制信道)上的这些装置之间传送系统信息消息。系统信息一般包含关于相邻基站中的BCCH分配的信息以及例如位置区域识别和基站身份等信息。

在一般实施例中，移动站240一般连接于从中接收到最强信号的任何一个基站(基站205或移动站240中的一个)。如果通行费基站215的位置区域码(LAC)不同于移动站240当前驻扎在其上的基站205的LAC，则移动站240随后建立与通行费基站215的连接并发送位置更新请求，通行费基站215通过将身份请求信号——例如IMEI数据请求——送至移动站240而作出响应。

在示例性实施例中，在预定义基站中，通行费基站215的C1必须比当前连接的移动站240的基站的C1高出CELL_RESELECT_HYSTERIS。这典型地实现位置区域身份(LAI)消息的广播。作为收费基站215的选择的极小条件，收费基站215的LAC可不同于移动站240当前连接的基站的LAC。通行费基站215所使用的频率典型为例如基站205的当前基站的BA列表(BCCH分配列表)中的成员，而通行费基站215的LAI典型地包含与移动站240当前连接的基站相联的网络的MCC和MNC。如果无法接收到作为BA列表成员的任何一个频率，移动站240可仅扫描所有124个可用频率。

继续该示例性实施例的说明，移动站240可检测通行费基站215并试图通过建立RR(无线电源)连接——即通过在通行费基站215的RACH(随机访问信道)上的访问猝发串中发送RR信道请求消息——而连接于通行费基站215。

通行费基站215随后通过在其AGCH(访问许可信道)上发送RR直接分配而将SDCCH(自立型专用控制信道)分配给移动站240，这一般使移动站240在分配的SDCCH上将位置更新请求发送给通行费基站215并在其SACCH上开始发送侦测报告。通行费基站215随后发送其身份类型字段等于2的身份请求，它充当移动站240向通行费基站215发送带有其IMEI数据的身份响应的请求。最后，通行费基站可发送位置更新接收和RR信道释放。

在一个实施例中，在通行费基站215接收到例如用于指示移动站240身份的IMEI数据等数据后，就不再需要使移动站240与通行费基站215保持连接。因此，移动站240可与通行费基站215断开连接，其中移动站240不与基站205连接(或重新连接)。移动站240选择连接的基站存在若干种情形。例如，如果连接于移动站240的基站或通行费基站215的路径丢失标准(C1)在有限时间段内——例如5秒——低于零。下行链路信令故障或用于指示所连接的基站被禁止的BCCH数据都会使移动站240选择另一基站205或通行费基站215进行连接。例如，如果无连接的基站205(或通行费基站215)的C1值高过有连接的基站205(或通行费基站215)的C1值一段时间，例如5秒，则已检测到更强的信号。如果新的基站(或通行费基站215)处于不同的位置区域，则要求C1值比连接的基站(或通行费基站215)的C1值高出至少如来自当前连接的基站的BCCH数据定义的CELL_RESELECT_HYSTERESIS dB达一段时间，例如5秒。在一些实施例中，随机访问尝试发生在例如在BCCH中定义为“*MAX retrans”的数目的某一次数的尝试后不成功后，随后重选择基站或通行费基站215。

在一般实施例中，一旦已接收和兑现(cashed)识别移动站240的例如IMEI的身份响应信号，则要求移动站240尽可能快地与通行费基站215断开连接并连接或重新连接于基站205。这一般被称为原网络的重选择。通过将下行链路信令故障消息从通行费基站215发送至移动站240来完成一般是最有效的。

下行链路信令故障标准一般基于下行链路信令故障计数器(DSC)。当移动站240驻扎于通行费基站215或基站205时，DSC可初始化至与90/N最接近的整数值，其中N是基站205或通行费基站215的BS_PA_MFRMS参数。此后，寻呼子信道中的移动站240的成功解码使DSC递增1，(然而永远不会超过与90/N最接近的整数)，否则DSC递减4。如果DSC变得等于零，则通告下行链路信令故障并启动重选择过程。

在一个实施例中，重选择过程取将近5.3秒，根据下面的等式：

$\left.\begin{array}{c}\frac{90}{N}-4F=0\\ \mathrm{\ΔP}.N.F=\mathrm{\ΔC}\end{array}\right\}\⇒\mathrm{\ΔC}=\frac{90}{4}\mathrm{\ΔP}\≈5.3s$

其中

·N是基站205或通行费基站215的BS_PA_MFRMS(在控制信道描述中，在系统信息3中送出)参数；

·F是移动站240需要接收的损坏寻呼消息的量；

·NΔP是移动站240的两个寻呼消息之间的时间；

·ΔP＝(51×8)×15/26ms(51帧的多帧持续时间)≈235ms。

在移动发起呼叫(上行链路呼叫)的情形下，可进一步扩展重选择过程。基站重选择可发生在移动站240已经过“MAX retrans”(BCCH参数)次数的不成功的随机访问尝试。这一般要求在由移动站240发送的作出位置更新的信道请求(在这里经常是信道请求中的字段ESTABL_CAUSE等于零)和用来建立移动发起呼叫或紧急呼叫的信道请求(在这些情形下，一般来说字段ESTABL_CAUSE不等于零)之间作出区别。

另一种在通行费基站215接收到例如移动站240的IMEI的身份订户数据后加快重选择过程的方法可将位置更新拒绝消息从通行费基站215发送至移动站240。这使移动站240“认为”它尚未连接于通行费基站215并因此移动站240迅速寻找例如基站205的另一基站并连接之。

假若移动站240不被禁止或将通行费基站215标记为无效，则可使用各种其它的重选择信号。一些作为选择的重选择信号的例子包括发送表示IMSI对原始位置寄存器(HLR)而言是未知的一个消息，发送指示不合法的移动订户或不合法的移动设备的消息；发送指示对关联于GSM网络的公共陆地移动网络(PLMN)禁止访问的消息。相似的消息也可指示在该特定区域内不允许漫游，或指示该位置区域不被允许，这将导致LAI被存储在禁止的位置区域列表中。“禁止的漫游位置区域”和“禁止地域服务提供的位置区域”列表一般在移动站240关机或SIM卡移去时或在一定周期内(例如12至24小时)擦除。另一种可能性是使用与上述内容不同的拒绝事由，例如在进入新的基站(即小区)时“重试”。例如，拒绝事由可如下所示：

拒绝事由值(八字节2)

比特

8 7 6 5 4 3 2 1

0 0 0 0 0 0 1 0     IMSI在HLR中未知

0 0 0 0 0 0 1 1     非法MS

0 0 0 0 0 1 0 0     IMSI在VLR中未知

0 0 0 0 0 1 0 1     IMEI不被接受

0 0 0 0 0 1 1 0     非法ME

0 0 0 0 1 0 1 1     不允许PLMN

0 0 0 0 1 1 0 0     位置区域不被允许

0 0 0 0 1 1 0 1     在该位置区域内不允许漫游

0 0 0 1 0 0 0 1     网络故障

0 0 0 1 0 1 1 0     拥塞

0 0 1 0 0 0 0 0      不支持服务选项

0 0 1 0 0 0 0 1      请求的服务选项未订购

0 0 1 0 0 0 1 0      服务选项暂时不可得

0 0 1 0 0 1 1 0      呼叫无法被识别

0 0 1 1 0 0 0 0至 0 0 1 1 1 1 1 1      一旦进入新呼叫即重试

0 1 0 1 1 1 1 1      语法错误消息

0 1 1 0 0 0 0 0      无效的命令信息

0 1 1 0 0 0 0 1      消息类型不存在或无法实现

0 1 1 0 0 0 1 0      消息类型与协议声明不兼容

0 1 1 0 0 0 1 1      信息元素不存在或无法实现

0 1 1 0 0 1 0 0      有条件的IE错误

0 1 1 0 0 1 0 1      消息与协议声明不兼容

0 1 1 0 1 1 1 1      协议错误、未定义

移动站接收到的任何其它值应当视为0010 0010，“服务选项暂时不可得”。网络接收到的任何其它值应当视为0110 1111，“协议错误，未指定”。

一般来说，当移动站240接收到带异常拒绝事由的位置更新拒绝消息时，它可通过使定时器(例如定时器T3210)停止——如果它还在运行的话——来作出反应。定时器T3210一般在位置更新请求消息由移动站240发送时启动，并一般在接收到作为回复的位置更新接受或位置更新拒绝消息时停止。通常在定时器T3210超时的时候中止无线电源连接。在这种情形下，尝试计数器递增。接下来的动作一般取决于位置区域身份(存储和接收自当前服务小区的BCCH)和尝试计数器的值。如果更新状态是UPDATED，则存储的LAI等于在BCCH上从当前服务小区接收到的LAI，并且尝试计数器小于4，移动站240可将更新状态保持为UPLOADED，在无线电源(RR)连接释放后的MM(移动管理)IDLE子状态是NORMAL SERVICE(参见下文)。移动站可记住在位置更新过程中使用的位置更新类型，并在RR连接释放后启动定时器T3211。

当定时器T3211超时，可通过所记住的位置更新类型再次触发位置更新过程，一般来说，或者更新状态与UPDATED不同，或者所存储的LAI与来自当前服务小区的在BCCH上接收到的LAI不同，或者尝试计数器大于或等于4。

当释放RR连接时，移动站240一般删除存储在SIM中的任何LAI、TMSI或密钥序列号，将更新状态设为NOT UPDATED并进入MM IDLE子状态ATTEMPTING TO UPDATE。如果尝试计数器小于4，则移动站240可记住当释放RR连接时要启动定时器T3211，否则它可记住当释放RR连接时可启动用来执行周期性更新的定时器T3212。T3211的典型超时值为15秒。如果RR连接发生故障，则之后一般跟随相同的过程，在该过程正常结束前或定时器T3210超时前解除RR连接。

当移动站240正在接收正常服务时，它一般在进入新的位置区域时执行正常的位置更新；在定时器T3211超时的时候执行位置更新过程；在定时器3212超时的时候执行周期性更新；执行IMSI分离；支持来自CM(连接管理)层的请求；或对寻呼作出响应。当移动站240处于子状态ATTEMPTING TOUPDATE时，移动站240在定时器T3211超时的时候执行位置更新过程，当服务小区的位置区域标识变化时执行正常的位置更新，或如果进入该状态是由随机访问失败(其事由不同于“异常释放，未规定”)或位置更新拒绝消息(其事由是“一旦进入新的小区则重试”)引起的，则在进入新的基站205或通行费基站215时执行位置更新。如果进入该状态是由“异常释放、未规定”状况或位置更新拒绝消息(其异常事由不同于“一旦进入新的小区则重试”)引起的，由于已进入新的小区，不执行位置更新。

此外，移动站240可在定时器T3212超时的时候执行正常的位置更新(发起周期性更新)；可不执行IMSI分离；可支持紧急呼叫请求；可将来自CM层的其它请求用作正常位置更新过程的触发(如果位置更新过程成功，则接受MM连接请求)；或例如用IMSI对寻呼作出响应。

在将识别信息(例如IMEI)发送至通行费基站215后允许移动站240连接或重新连接于基站205的其它可能性包括采用中止过程。该中止过程可由与基站205或通行费基站215关联的GSM网络调用以中止任何现行的或已建立的移动管理(MM)连接。如果存在至少一个MM连接或正在建立一个MM连接时接收到中止消息，移动站240一般将该中止消息视为与当前协议声明兼容。

中止过程可由GSM网络或通行费基站215发起并包括从GSM网络发送至移动站240的中止消息。在发送中止消息前，网络一般从本地释放任何现行的MM连接。在发送中止消息后，网络可启动正常RR连接释放过程。事由信息元一般包括中止的原因，例如不合法的移动设备或网络故障。

移动站240也可发起中止过程。一般来说，一旦接收到中止消息，移动站240中止任何MM连接建立或呼叫再建立过程，并释放任何MM连接。移动站240还删除存储在SIM中的任何TMSI、LAI和密钥序列号，将更新状态设为ROAMING NOT ALLOWED，将该状态存储在SIM中，并将SIM视为无效，直到关机或移去SIM。结果，移动站240进入状态MM IDLE，在释放RR连接后进入子状态NO IMSI。移动站240随后等待网络释放RR连接。典型地，用于指示网络故障的事由信息元将不会释放通行费基站215处的所有现行的MM连接。

如果移动站240驻扎于通行费基站215，则它也许不能接收下行链路呼叫。因此，一旦通行费基站215已获得例如移动站240的IMEI的识别信息，则移动站240尽可能快地重新连接于GSM网络以侦听正确的寻呼信道。在典型实施例中，基于下行链路信令故障，移动站240可能在5.3秒的时间内不能触及到GSM网络。如果移动站240仍然处于通行费基站范围220内，则它可在15秒后再次驻扎于通行费基站215，并在另一个5.3秒内保持驻扎于通行费基站215，然后才再次驻扎于GSM网络。在该示例性实施例中，只要移动站240仍然在通行费范围220内并且在大约26％的时间无法触及到呼叫者，则可重复这个循环。为使这种情况发生的几率减至最小，通行费基站范围220一般是移动站240驻扎于其上并发送身份信号所需的最小区域，以在重选择过程中使移动站240驻扎于基站205而不是再次驻扎于通行费基站215。

在移动站240处于专门模式——例如订户245用移动电话对话——的情形下，可通过侦听专门移动站240的侦测报告、将其解码并将临时移动订户标识符(TMSI)存储于临时缓冲器而建立移动站240和通行费基站215之间的连接。如果移动站240稍后进入通行费网络中的第二通行费基站，它将相同的TMSI连同位置更新一起发送。然后通行费系统确定是否基于时间和两个登记点之间的距离来评估通行费。

在一些情形下，如果移动站240处于专门模式并进入通行费基站范围220，本发明的系统和方法还选择交通费BSIC(基站身份码)和交通费BSIC频率，以使它们不会因为越区切换而中断现行的呼叫。

在典型实施例中，涉及“一旦进入新的小区即重试”的位置更新拒绝过程是最有可能的拒绝事由。当使用该事由时，移动站240在进入新的位置区域或在进入新小区(即基站范围210或通行费基站范围220)时经过4次失败的位置更新尝试的时候执行位置更新过程。

本发明的系统和方法足够健全以适应许多实施例，在这些实施例中，基站205向移动站240证明自己作为GSM或其它网络的一部分。在该实施例中，通行费基站215在验证或加密过程发生前从移动站240请求识别信息。如此，通行费基站215可仍然接收所要求的识别信息。

本发明的系统和方法提供对移动站240的IMEI号的访问而不会显著干扰标准移动服务。一般来说，通过调整和优化IMSI捕捉器以创建IMEI捕捉器，本文中披露的系统和方法允许基于GSM网络兼容技术的自动无线通行费收取。在较佳实施例中，移动订户240处于闲置(待机)模式。然而，其它工作模式也是可行的。通过增加所要求侦测设备的数量，专门的移动站240的丢失的登记数减至最小。

一般来说，方法100和系统200均可包括车辆行驶过必须对公路上的每个通行口付费的公路的情形。方法100和系统200也覆盖了对车辆进入(或离开)任何地理区域——例如停车场或车库——进行收费的实施例。此外，这些系统和方法不一定要有车辆出现，而是可以包括人们进入需要交费或禁止未经授权的人进入的地理区域的情形。对人们收费的区域例如包括进入体育场、竞技场、戏院等。对未经授权的人限制进入的区域例如包括军事基地、办公大楼等。在限制未经授权的人进入但不收取通行费的情形下，可验证订户(即某个人)并随后允许他进入该地理区域而不对其征收通行费。

在图1至图3中，多个列举项被图示为单独的单元。然而，在本发明的实际应用中，它们可以是例如数字计算机的其它电子设备的不可分离部件。因此，上述动作可实现为软件，该软件以包含程序存储介质的制品的形式出现。程序存储介质包括表现为载波、计算机盘片(磁盘或光盘(例如CD或DVD或两者))、非易失性存储器、磁带、系统存储器和计算机硬盘驱动器中的一种或多种的数据信号。

从前面的内容可以知道，本发明提供的系统和方法承担简单和有效的自动无线通行费收取。根据本发明诸实施例的系统和方法能够使用已有的移动电话和相关联的网络，并且不需要专门的发射应答器。这提高了效率和兼容性并使成本降低。

本领域内技术人员理解本发明可表现为其它具体形式而不脱离其精神或实质特征。因此前述实施例从各方面都应当被认为是示例性的，而不旨在对本文所述的发明构成限制。本发明的范围因此由所附权利要求书限定，而不是由前面的说明限定，所有落在权利要求书的含义和等效范围内的变化都被本发明所涵盖。

Claims (26)

1.一种基于可工作在全球移动通信网络系统中的移动站的检测而自动电子授权进入一地理区域的方法，包括：

通过与通行费基站关联的发射机，发送用于指示通行费基站存在的信号；

通过与所述通行费基站相关联的接收器，检测移动站的连接于所述通行费基站的请求；

通过所述发射机，向所述移动站发送身份请求信号；

检测身份响应信号，所述身份响应信号识别出所述移动站；

基于检测出的身份响应信号，确定与所述移动站相关联的订户的身份；以及

基于所确定的订户身份，授权订户进入所述地理区域。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

提取与所述订户相关联的记账参数；以及

基于与所述移动订户关联的身份响应信号，处理所述身份响应信号以向订户收取一定货币量的通行费以允许进入所述地理区域。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括将所述移动站连接于所述通行费基站。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括释放所述移动站和所述通行费基站之间的连接，所述移动站随后连接于与全球移动通信网络系统相关联的基站。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，发送用于指示通行费基站存在的信号包括发送位置区域身份信号，所述位置区域身份信号包括第一位置区域码，所述第一位置区域码不同于地理上最靠近关联于全球移动通信网络系统的基站的位置区域码。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，检测连接于通行费基站的请求包括接收无线电源连接，所述无线电源连接包括在与所述通行费基站相关联的随机访问信道上的访问猝发串中的无线电源信道请求信号。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，检测连接于通行费基站的请求包括在自立型专用控制信道上接收位置更新请求信号。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，向移动站发送身份请求信号包括发送国际移动设备身份请求信号。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，检测身份响应信号包括检测与所述移动订户关联的国际移动设备身份信号。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，确定订户身份包括：

将所提取的订户特征与含关联于自动通行费支付服务的多个订户的数据的数据库进行比较；以及

证明检测出的身份响应信号关联于多个订户中的一个。

11.如权利要求2所述的方法，其特征在于，提取记账参数包括提取订户名、订户地址和订户帐户中的至少一个。

12.一种基于可工作在全球移动通信网络系统中的移动站的检测而自动电子授权进入一地理区域的系统，包括：

与通行费基站关联的发射机，所述发射机发送用于指示通行费基站存在的信号；

与所述通行费基站相关联的接收器，所述接收器检测移动站的连接于所述通行费基站的请求；

所述发射机向所述移动站发送身份请求信号；

所述接收器检测身份响应信号，所述身份响应信号识别出所述移动站；

处理器，所述处理器基于检测出的身份响应信号来确定与所述移动站相关联的订户的身份；以及

所述处理器基于所确定的订户身份授权订户进入所述地理区域。

13.如权利要求12所述的系统，其特征在于，还包括：

所述处理器提取与订户相关联的记账参数；以及

所述处理器基于与所述移动订户关联的身份响应信号来处理所述身份响应信号以向订户收取一定货币量的通行费以允许通过一条公路。

14.如权利要求12所述的系统，其特征在于，在接收器检测到身份响应信号后，所述移动站连接于所述通行费基站。

15.如权利要求14所述的系统，其特征在于，释放所述移动站和所述通行费基站之间的连接，且所述移动站随后连接于与全球移动通信网络系统关联的基站。

16.如权利要求12所述的系统，其特征在于，用于指示通行费基站存在的信号包括位置区域身份信号，所述位置区域身份信号包括第一位置区域码，所述第一位置区域码不同于地理上最靠近关联于全球移动通信网络系统的基站的位置区域码。

17.如权利要求12所述的系统，其特征在于，连接于通行费基站的请求包括无线电源连接，所述无线电源连接包括在与所述通行费基站相关联的随机访问信道上的访问猝发串中的无线电源信道请求信号。

18.如权利要求12所述的系统，其特征在于，连接于通行费基站的请求包括在自立型专用控制信道上的位置更新请求信号。

19.如权利要求12所述的系统，其特征在于，送往移动站的身份请求信号包括国际移动设备身份请求信号。

20.如权利要求12所述的系统，其特征在于，所述身份响应信号包括与所述移动站关联的国际移动设备身份信号。

21.如权利要求13所述的系统，其特征在于，还包括：

所述处理器将所提取的订户记账参数与包含关联于自动通行费支付服务的多个订户的数据的数据库进行比较；以及

所述处理器证明检测出的身份响应信号关联于多个订户中的一个。

22.如权利要求13所述的系统，其特征在于，所述记账参数包括订户名、订户地址和订户帐户中的至少一个。

23.一种基于可工作在全球移动通信网络系统中的移动站的检测而自动电子授权进入一地理区域的系统，包括：

从通行费基站发送用于指示通行费基站存在的信号的装置；

检测移动站的连接于所述通行费基站的请求的装置；

将身份请求信号发送给所述移动站的装置；

检测用于识别所述移动站的身份响应信号的装置；

基于检测出的身份响应信号来确定与所述移动站相关联的订户的身份的装置；以及

基于所确定的订户身份授权订户进入所述地理区域的装置。

24.如权利要求23所述的系统，其特征在于，还包括：

提取与所述订户相关联的记账参数的装置；以及

基于与所述移动订户关联的身份响应信号来处理所述身份响应信号以向订户收取一定货币量的通行费以允许通过一条公路的装置。

25.一种包含程序存储介质的制品，所述程序存储介质具有收录于其中的计算机可读程序代码，用来基于工作在全球移动通信网络系统中的移动站的检测实现自动电子通行费支付，所述制品中的所述计算机可读程序代码包括：

使计算机从通行费基站发送用于指示通行费基站存在的信号的计算机可读代码；

使计算机检测移动站的连接于所述通行费基站的请求的计算机可读代码；

使计算机向所述移动站发送身份请求信号的计算机可读代码；

使计算机检测用于识别所述移动站的身份响应信号的计算机可读代码；

使计算机基于检测出的身份响应信号来确定与所述移动站相关联的订户的身份的计算机可读代码；以及

使计算机基于所确定的订户身份授权所述订户进入所述地理区域的计算机可读代码。

26.如权利要求25所述的制品，其特征在于，还包括：

使计算机提取与所述订户相关联的记账参数的计算机可读代码；以及

使计算机基于与所述移动订户关联的身份响应信号来处理所述身份响应信号以向订户收取一定货币量的通行费以允许通过一条公路的计算机可读代码。

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