CN101904200B - 用于快速移动无线设备的网络发起的主动切换过程 - Google Patents

用于快速移动无线设备的网络发起的主动切换过程 Download PDF

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Abstract

一种方法、信息处理系统和无线通信系统发起与无线设备的切换扫描过程。所述方法包括监视由无线设备(108)发送的第一信号强度测量(606)。监视本地测量的与无线设备(108)相关联的第二信号强度测量(606)。所述方法还包括响应于监视所述第一信号强度和第二信号强度测量来确定是否已经检测到扫描事件触发(608)。响应于检测到扫描事件触发来向无线设备(108)发送扫描发起消息(614)。所述扫描发起消息向无线设备(108)发信号以执行切换扫描过程。

Description

用于快速移动无线设备的网络发起的主动切换过程
技术领域
本发明总体上涉及无线通信领域，并且尤其涉及在无线通信网络内用于无线设备的切换过程。
背景技术
诸如那些利用IEEE 802.16标准的各种无线通信网络允许无线设备发起用于标识小区的扫描过程。无线设备标识用于与之发起切换过程的潜在小区。一个问题在于在允许无线设备发起扫描的当前网络中，要求设备等待直到载波与干扰加噪声比(“CINR”)、接收信号强度指示符(“RSSI”)以及往返时延在相应的SCAN阈值以下以向基站发起扫描请求。这是有问题的，因为完全移动的无线设备可能不再处于与基站成功进行切换的范围内。例如，当执行带宽请求测距以向基站发送扫描请求时可以要求另外的20-50帧。在许多实例中，此时间帧对于完全移动无线设备来说太大而不能维持呼叫。
因此需要克服如上所述的现有技术的问题。
发明内容
简而言之，依照本发明公开了一种用于在无线设备上发起切换扫描过程的方法、信息处理系统和无线通信系统。所述方法包括监视由无线设备发送的第一信号强度测量。监视本地测量的与无线设备相关联的第二信号强度测量。所述方法还包括响应于监视第一信号强度和第二信号强度测量来确定是否已经检测到扫描事件触发。响应于检测到扫描事件触发来向无线设备发送扫描发起消息。扫描发起消息向无线设备发信号以执行切换扫描过程。
在另一实施例中，信息处理系统在无线设备上发起切换扫描过程。信息处理系统包括网络适配器硬件和处理单元，所述处理单元包括通信地耦合到存储器的处理器。处理单元适合于监视由无线设备发送的第一信号强度测量。监视本地测量的与无线设备相关联的第二信号强度测量。所述处理单元还适合于响应于监视所述第一信号强度和第二信号强度测量来确定是否已经检测到扫描事件触发。响应于检测到扫描事件触发来向无线设备发送扫描发起消息。扫描发起消息向无线设备发信号以执行切换扫描过程。
在又一实施例中，公开了一种无线通信系统。所述无线通信系统包括多个基站和多个无线设备。每个无线设备通信地耦合到多个基站中的至少一个基站。无线通信系统还包括至少一个信息处理系统，其通信地耦合到多个基站中的至少一个基站。信息处理系统包括网络适配器硬件和处理单元，所述处理单元包括通信地耦合到存储器的处理器。处理单元适合于监视由无线设备发送的第一信号强度测量。监视本地测量的与无线设备相关联的第二信号强度测量。所述处理单元还适合于响应于监视所述第一信号强度和第二信号强度测量来确定是否已经检测到扫描事件触发。响应于检测到扫描事件触发来向无线设备发送扫描发起消息。扫描发起消息向无线设备发信号以执行切换扫描过程。
本发明前述实施例的优点在于基站可以在无线设备发起切换扫描过程。所述基站可以向无线设备发送未经请求的扫描消息，这允许所述设备响应于检测到弱信号在不发送扫描请求的情况下开始扫描过程。本发明的至少一个实施例的另一优点在于由基站发起的主动扫描减少了整体切换等待时间。这可以减少完全移动无线设备的呼叫丢失率。
附图说明
附图均依照本发明用来进一步图示各个实施例并且解释各个原理和优点，其中遍及各个视图同样的附图标记指代相同的或者在功能上类似的元素，并且连同下面的详细描述一起被结合到说明书中并且形成所述说明书的一部分。
图1是依照本发明一个实施例图示无线通信系统的框图；
图2是用于图示由无线设备发起的常规切换扫描过程的交互图；
图3是用于依照本发明一个实施例图示由基站在无线设备上发起的切换扫描过程的交互图；
图4是依照本发明一个实施例图示无线设备的详细视图的框图；
图5是依照本发明一个实施例图示站点控制器的详细视图的框图；和
图6是依照本发明一个实施例图示基站在无线设备上发起切换扫描过程的处理的操作流程图。
具体实施方式
按照需要，这里公开了本发明的详细实施例；然而应当理解，所公开的实施例仅是本发明的例子，其可以以各种形式来实施。因此，这里公开的特定结构和功能细节不被解释为限制性的，而是仅作为权利要求的基础以及用于教导本领域技术人员采用实际上任何适当的详细结构来不同地使用本发明的代表性基础。此外，这里使用的术语和短语并不意在是限制性的；而是用于提供对本发明的可理解的描述。
如这里所用的术语“一”被定义为一个或多于一个。如这里所用的术语多个被定义为两个或多于两个。如这里所用的术语另一个被定义为至少是第二或更多。如这里所用的术语包含和/或具有被定义为包括(即，开放式语言)。如这里所用的术语耦合被定义为连接，但不必是直接的，并且不必是机械的。
术语无线通信设备旨在广泛地覆盖许多不同类型的设备，所述设备可以无线接收信号，并且选择性地可以无线发送信号，并且还可以在无线通信系统中操作。例如，并且并非是任何限制，无线通信设备可以包括以下中的任何一个或组合：蜂窝式电话、移动电话、智能电话、双向无线电、双向传呼机、无线消息设备、膝上型电脑/计算机、汽车网关和住宅网关。
无线通信系统
依照本发明的一个实施例，图1图示了无线通信系统100的例子。图1特别地示出了无线通信网络102，包括诸如电路服务网络104和/或分组数据网络106的一个或多个接入网络。在一个实施例中，分组数据网络106是基于IP或SIP的连接网络，以比传统的电路服务网络高得多的传送速率来提供数据连接。分组数据网络106可以包括演进的仅数据(“EV-DO”)网络、通用分组无线服务(“GPRS”)网络、通用移动电信系统(“UMTS”)网络、802.11网络、802.16(WiMax)网络、以太网连接、拨号调制解调器连接等。电路服务网络104此外向无线设备102提供语音服务。应当注意，诸如电路服务网络104和分组数据网络106的接入网络还包括另外的组件(未示出)，诸如控制器、传送/互连传动装置、网络管理模块以及为那些本领域普通技术人员已知的其它网络组件。
由网络104、106利用的一个或多个通信标准可以包括码分多址(“CDMA”)、时分多址(“TDMA”)、全球移动通信系统(“GSM”)、通用分组无线服务(“GPRS”)、频分多址(“FDMA”)、IEEE 802.16标准族、正交频分多路复用(“OFDM”)、正交频分多址(“OFDMA”)、无线LAN(“WLAN”)、WiMax等。其它适用的通信标准包括那些用于公共安全通信网络的通信标准，所述公共安全通信网络包括陆地集群无线电(“TETRA”)。每个接入网络104、106可以被独立的无线服务提供商拥有并操作。作为选择，网络104、106中的两个或多个可以为相同的无线服务供应商拥有和操作。
无线通信系统100支持任意数目的无线设备108，所述无线设备108可以是单模或多模设备。多模设备能够在具有不同技术的多个接入网络上进行通信。例如，多模设备可以使用各种服务在接入网络104、106上通信，所述各种服务诸如按键通话(“PTT”)、无线一键通(“PoC”)、多媒体消息发送、网络浏览、VoIP和多媒体流送。在一个实施例中，无线设备108包括下面更加详细论述的扫描模块110。
无线系统100还包括通信地耦合到站点控制器114的一个或多个基站112。在一个实施例中，每个站点控制器114包括无线设备管理器116，所述无线设备管理器116包括扫描发起模块124，下面将对二者进行更加详细地论述。在站点控制器114内还包括设备简档118。在一个实施例中，设备简档118可以包括AAA(认证，授权和计费)信息、移动性信息及其它相关信息。在WiMAX的环境下，不同的移动性简档例如可以包括固定/游牧(没有移动性支持)、便携、简单、完全(以从0-120kph变动的不同车辆速度支持的移动性)。站点控制器114可以从诸如归属位置寄存器、本地订户服务器等的寄存器(未示出)获取设备简档118。移动性信息例如可以指示无线设备是便携式的，具有简单的移动性以及具有完全的移动性。
无线通信系统100还包括一个或多个信息处理系统120，诸如经由网关122通信地耦合到无线通信网络102的中央服务器。信息处理系统120保持并处理用于在无线网络102上通信的所有无线设备108的信息。另外，每个信息处理系统120通过无线通信网络102将无线通信设备108通信地耦合到广域网126、局域网128和公用交换电话网络130。这些网络中的每个具有向无线设备108发送诸如(但不局限于)多媒体文本消息的数据的能力。
在一个实施例中，站点控制器114的无线设备管理器116可以经由其扫描发起模块124在无线设备108发起扫描过程。例如，扫描发起模块124可以产生被发送到无线设备108的扫描消息。此扫描消息指示无线设备108发起切换扫描过程。可以基于各个事件来向无线设备108发送扫描消息。在一个实施例中，无线设备管理器116检测无线设备108已经向基站112注册。在给定时间间隔之后，扫描发起模块124向无线设备108发送扫描消息。在此实施例中，将扫描消息发送到无线设备108，以使得它发起切换扫描过程来确定它是否向“最佳”基站注册。换句话说，在无线设备108发起扫描以确定另一基站是否可以提供比当前基站更好的通信环境(例如，更多带宽，更少干扰和/或其它通信优点)。
在另一实施例中，载波与干扰加噪声比(“CINR”)和接收信号强度指示符(“RSSI”)用来确定何时向无线设备108发送扫描消息。在IEEE 802.16标准中，测量RSSI和载波与干扰加噪声比CINR，所述RSSI是接收信号的测量功率，并且CINR是期望的信号功率与噪声功率的比率，所述噪声功率包括加性高斯白噪声(“AWGN”)及其它不期望的干扰。这些测量一般被发送回基站112以用于空中干扰资源管理。
在此实施例中，无线设备管理器116监视由无线设备108发送的用于下行链路的CINR以及在上行链路上的RSSI/CINR以确定何时由所述无线设备主动地发起扫描(即，发送扫描消息)。在一个实施例中，无线设备管理器116监视关于一个或多个扫描阈值的CINR和RSSI信息。当检测到扫描触发事件时，诸如小于或等于给定阈值的CINR和RSSI值，扫描发起模块124产生被发送到无线设备108的扫描消息。在一个实施例中，扫描事件触发基于所测量的信道条件，诸如载波与干扰加噪声比、接收信号强度指示和往返行程时延。
扫描事件触发的几个例子是基于CINR的、用于TxAA的信道探测、MIMO信道条件反馈、所选择的MCS。无线设备扫描模块110接收来自无线设备108的扫描消息并且执行切换扫描过程。如下是如何使用CINR和RSSI发起扫描的一个例子。基站使用由无线设备为了数据调度目的而报告的信道测量以及设备简档118。这些信道测量可以是基于RSSI和/或CINR的测量。基站112还可以基于配置参数和由订户站或无线设备提供的一个或多个反馈量度响应于扫描事件触发来发起扫描。
可以基于无线设备108的移动性能力而将不同的扫描阈值与无线设备108相关联，所述移动性能力在各自的设备简档118中标识。例如，具有被定义为“便携式”的移动能力的无线设备可以与扫描阈值相关联，所述扫描阈值不同于具有被定义为“完全移动”的移动性能力的设备的阈值。在一个实施例中，无线设备管理器116向无线设备108发送扫描阈值以及扫描消息108，扫描消息108基于设备的移动性能力。在此实施例中，无线设备108经由其扫描模块110基于从基站112接收到的扫描消息和扫描阈值来开始切换扫描过程。
如从以上论述中可以看出，依照本发明的各个实施例，基站112可以在无线设备108发起切换扫描过程。基站112可以向无线设备108发送未经请求的扫描消息，这允许设备108响应于检测到弱信号在不发送扫描请求的情况下开始扫描过程。这是在本发明之前是不可得到的优点。本发明各个实施例的另一优点在于由基站112发起的主动扫描减少了整体切换等待时间。这减少了完全移动无线设备108的呼叫丢失率。
图示由无线设备发起的常规扫描的时序图
图2是用于图示由无线设备发起的常规切换扫描过程的时序图。
在时间T0，无线设备确定扫描阈值已经满足并且向基站发送SCN-REQ消息。在时间T1，在无线设备和基站之间执行基于竞争的带宽请求过程。基于竞争的带宽请求过程涉及多个订户争夺单个信道以请求UL资源。与专用带宽分配相比，这是费时的过程。在时间T2，基站向无线设备发送UL(上行链路)MAP UL分配。在时间T3，无线设备通过向基站发送MOB_SCN-REQ(扫描请求)作出响应。基站接收来自无线设备的扫描请求，并且在时间T4向无线设备发送MOB_SCN-RSP(扫描发起消息)。
在时间T5，无线设备执行切换扫描。在T6，无线设备发送MOB_SCN-REP/MOB_MSHO-REQ。MOB_SCN-REP是无线设备使用以向基站提供信道测量的移动扫描报告。换句话说，无线设备已经检测到它期望切换的小区并且向其当前基站发送切换请求。基站通过向无线设备发送MOB_BSHO-RSP来作出响应。MOB_BSHO-RSP是用于指示无线设备允许切换到所请求的小区的基站切换响应。
此扫描过程具有许多缺点。例如，在WiMax系统中，对于切换控制消息来说可以存在150ms的切换准备等待时间。这可能导致丢弃的呼叫率增加40％-60％。如果无线设备发起扫描，则扫描可能占据150ms。如果存在50ms的回程延迟，那么扫描等待时间使呼叫失败增加40％-60％。常规系统通常设置扫描阈值等待时间以适应由无线设备发起的扫描。因为无线设备不断地扫描，所以这导致损害了QOS。
图示由基站设备发起的主动扫描的时序图
图3是依照本发明的一个实施例示出由基站112在无线设备108发起的主动扫描的时序图。在时间T0，基站112分析从无线设备108接收的用于下行链路的信道条件和在上行链路上测量的信道条件以确定何时在无线设备108发起扫描。如果满足诸如基于CINR或用于TxAA的信道探测的扫描事件触发，则在时间T1，在站点控制器114的无线设备管理器116向无线设备108发送MOB_SCN-RSP(扫描响应消息)。
在时间T2，无线设备108接收扫描响应消息并且随后执行切换扫描过程。在完成切换扫描过程之后，在时间T3，无线设备向其当前基站112发送MOB-SCN-REP/MOB_MSHO-REQ(切换请求)。在时间T4，基站112利用MOB_BSHO-RSP(基站切换响应)作出响应。依照当前例子，基站切换响应指示无线设备108是否允许切换到所请求的小区。如同所见，基站可以在无线设备发起切换扫描过程，这是本发明实施例的优点。基站112可以向无线无线设备108发送未经请求的扫描消息，这允许无线设备108响应于检测到弱信号在不发送扫描请求的情况下开始扫描过程。由基站发起的此主动扫描减少了整体切换等待时间和呼叫丢失率。
无线设备
图4是依照本发明一个实施例图示无线设备108的详细视图的框图。假定读者熟悉无线通信设备。为了简化当前的描述，只论述与本发明有关的无线通信设备部分。无线设备108在控制无线通信信号的发送和接收的设备控制器/处理器402的控制下操作。在接收模式中，设备控制器402通过发送/接收转换器406将天线404电耦合到接收器408。接收器408解码接收到的信号并且把那些解码的信号提供到设备控制器402。
在发送模式中，设备控制器402通过发送/接收转换器406将天线404电耦合到发送器410。应当注意，在一个实施例中，接收器408和发送器410是用于经由用来提供不同空中接口类型的各个接入网络来进行接收/发送的双模接收器和双模发送器。在另一实施例中，独立的发送器和接收器用于每种类型的空中接口。
设备控制器402依照存储在存储器412中的指令来操作发送器和接收器。这些指令例如包括邻近小区测量调度算法。在一个实施例中，存储器412包括扫描模块110。无线设备108还包括例如用于存储等待在无线设备108上执行的应用(未示出)的非易失性存储设备414。
信息处理系统
图5是图示诸如在站点控制器114中包括的信息处理系统514的更详细视图的框图。信息处理系统514是基于适合于实现本发明实施例的适当配置的处理系统。例如，可以使用个人计算机、工作站或其它这种计算机系统。信息处理系统514包括计算机502。计算机502具有处理器504，其被连接到主存储器506、大容量存储接口508、人机接口510和网络适配器硬件512。系统总线520将这些系统组件互连。
主存储器506至少包括无线设备管理器116。如上所述，设备管理器116可以包括扫描发起模块124。如上所述，存储器506还可以包括设备简档118。尽管被图示为同时存在于主存储器506中，但显然并不要求主存储器506的各自组件始终甚至同时完全存在于所述主存储器506中。这些组件中的一个或多个可以作为硬件实现。
尽管对于计算机502来说只图示了一个CPU 504，但可以有效地同等地使用具有多个CPU的计算机系统计算机系统。本发明的各个实施例进一步包括接口，所述接口每个均包括独立的、完全编程的微处理器，其用于卸载(off-load)与CPU 504的处理。人机接口510允许技术人员、管理员和用户直接连接到信息处理系统514。
网络适配器硬件512用来提供到无线通信网络102、诸如因特网的公共网络和/或另一网络的接口。本发明的各个实施例能够适合于与任何数据通信连接一起工作，包括目前的模拟和/或数字技术或经由将来的联网机构。尽管在完备功能的计算机系统的环境下描述了本发明的实施例，但那些本领域普通技术人员应当理解，各个实施例能够经由软盘、例如CD/DVD或其它形式的可记录介质或经由任何类型的电子传输机构作为程序产品分发。
在无线设备上发起切换扫描过程的处理
图6是图示在无线设备108上发起切换扫描过程的基站的处理的操作流程图。图6的操作流程图从步骤602开始，并且直接流到步骤604。在步骤604，无线设备管理器116确定无线设备108已经向无线网络102注册。在步骤606，无线设备管理器116监视由无线设备108发送的CINR信息(第一信号强度测量)和由站点控制器114测量的RSSI/CINR信息(第二信号强度测量)。
在步骤608，无线设备管理器116确定是否已经检测到扫描事件触发。例如，无线设备管理器116确定所测量的信号强度信息是否小于或等于给定阈值。在一个例子中，可以确定由无线设备108所发送的第一信号强度测量是否小于或等于本地测量的第二信号强度测量。如果此确定的结果是否定的，则无线设备管理器116继续监视扫描事件触发。如果此确定的结果是肯定的，则在步骤610，无线设备管理器116确定已经检测到扫描事件触发并且相应地确定无线设备108的移动性能力。在步骤612，基于所确定的设备的移动性能力，将扫描阈值与无线设备108相关联。在步骤614，站点控制器114经由基站112向无线设备108发送扫描响应消息。扫描响应消息可以包括扫描阈值并且扫描事件基于该阈值触发无线设备108开始切换扫描过程。然后在步骤616，控制流程退出。
非限制性例子
尽管已经公开了本发明的特定实施例，但那些本领域普通技术人员应当理解在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以对特定实施例进行改变。因此本发明的范围不被限制为特定实施例，并且旨在所附权利要求覆盖在本发明范围内的任何和所有这样的应用、改变和实施例。

Claims (8)

1.一种用于在无线设备上发起切换扫描过程的方法，所述方法包括：
由基站监视由无线设备发送的第一信号强度测量；
由所述基站监视在所述基站处本地测量的与所述无线设备相关联的第二信号强度测量；
由所述基站响应于监视所述第一信号强度和第二信号强度测量来确定是否已经检测到扫描事件触发，其中所述扫描事件触发包括由所述基站比较所述第一信号强度测量和所述第二信号强度测量；
确定所述无线设备的移动性能力；
响应于已经确定的所述移动性能力来将扫描阈值与所述无线设备相关联；以及
响应于检测到扫描事件触发，向所述无线设备发送扫描发起消息和扫描阈值，其中所述扫描发起消息向所述无线设备发信号以执行切换扫描过程，而且，其中所述扫描阈值指示所述无线设备当已经满足所述扫描阈值时发起切换扫描过程。
2.如权利要求1所述的方法，其中，在下行链路传输路径上从所述无线设备接收所述第一信号强度测量，并且基于上行链路传输路径本地测量所述第二信号强度测量。
3.一种能够在无线设备上发起切换扫描过程的信息处理系统，所述信息处理系统包括：
网络适配器硬件；
处理单元，包括通信地耦合到存储器的处理器，适合于：
由所述信息处理系统监视由无线设备发送的第一信号强度测量；
由所述信息处理系统监视在所述信息处理系统处本地测量的与所述无线设备相关联的第二信号强度测量；
由所述信息处理系统响应于监视所述第一信号强度和第二信号强度测量来确定是否已经检测到扫描事件触发，其中所述扫描事件触发包括由所述信息处理系统比较所述第一信号强度测量和所述第二信号强度测量；
确定所述无线设备的移动性能力；
响应于已经确定的所述移动性能力来将扫描阈值与所述无线设备相关联；以及
响应于检测到扫描事件触发，经由所述网络适配器硬件向所述无线设备发送扫描发起消息和扫描阈值，其中所述扫描发起消息向所述无线设备发信号以执行切换扫描过程，而且，其中所述扫描阈值指示所述无线设备当已经满足所述扫描阈值时发起切换。
4.如权利要求3所述的信息处理系统，其中，响应于所述第一信号强度测量等于或小于本地测量的所述第二信号强度测量，所述处理单元确定已经检测到扫描事件触发。
5.如权利要求3所述的信息处理系统，其中，对于下行链路传输路径从所述无线设备接收所述第一信号强度测量，并且基于上行链路传输路径本地测量所述第二信号强度测量。
6.一种无线通信系统，所述无线通信系统包括：
多个基站；
多个无线设备，其中每个无线设备通信地耦合到所述多个基站中的至少一个基站；以及
至少一个信息处理系统，通信地耦合到所述多个基站中的至少一个基站，所述信息处理系统包括：
网络适配器硬件；
处理单元，包括通信地耦合到存储器的处理器，适合于：
由所述信息处理系统监视由无线设备发送的第一信号强度测量；
由所述信息处理系统监视在所述信息处理系统处本地测量的与所述无线设备相关联的第二信号强度测量；
由所述信息处理系统响应于监视所述第一信号强度和第二信号强度测量来确定是否已经检测到扫描事件触发，其中所述扫描事件触发包括由所述信息处理系统比较所述第一信号强度测量和所述第二信号强度测量；
确定所述无线设备的移动性能力；
响应于已经确定的所述移动性能力来将扫描阈值与所述无线设备相关联；以及
响应于检测到扫描事件触发，向所述无线设备发送扫描发起消息和扫描阈值，其中所述扫描发起消息向所述无线设备发信号以执行切换扫描过程，而且，其中所述扫描阈值指示所述无线设备当已经满足所述扫描阈值时发起切换扫描过程。
7.如权利要求6所述的无线通信系统，其中，所述处理单元进一步适合于：
确定所述无线设备的移动性能力；
响应于已经确定的所述移动性能力来将扫描阈值与所述无线设备相关联；以及
利用所述扫描发起消息向所述无线设备发送所述扫描阈值，其中所述扫描阈值指示所述无线设备当已经满足所述扫描阈值时发起切换扫描过程。
8.如权利要求6所述的无线通信系统，其中，对于下行链路传输路径从所述无线设备接收所述第一信号强度测量并且基于上行链路传输路径本地测量所述第二信号强度测量。
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