CN102404816A - 一种蜂窝网-无线局域网异构融合的方法、系统和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实现蜂窝网-无线局域网异构融合的方法，包括：在原无线局域网的网络接入点中嵌入蜂窝网终端模块，构成新的网络接入点；双模终端通过蜂窝网连接与网络接入点中嵌入的蜂窝网终端模块进行通信，交换与异构网络管理相关的信令，实现蜂窝网-无线局域网异构融合。本发明还公开了一种蜂窝网-无线局域网异构融合系统和装置。通过本发明，不需要对蜂窝通信系统中的核心网作改动即可实现蜂窝网-无线局域网异构融合，该异构融合方案具有实现成本低、实现周期快的优点。

Description

一种蜂窝网-无线局域网异构融合的方法、系统和装置

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种蜂窝网-无线局域网异构融合的方法、系统和装置。

背景技术

近年来，随着手机、笔记本电脑等便携式设备的广泛使用，人们对移动上网提出了越来越多的需求。3G（WCDMA，CDMA2000，TD-SCDMA）系统可以为用户提供一定的用于上网的通信流量，但难以满足手机用户对于上网的大数据流量的需求，也难以为用户提供高速的数据业务。如现行WCDMA系统的一个小区只能提供2Mbps的数据速率，远远不能满足用户对于互联网业务的需求。通过采用高速下行链路分组接入技术（HSDPA，High Speed Downlink Packet Access），一个WCDMA基站可以为小区内的用户提供10Mbps的下行数据速率，但是距离满足用户互联网业务需求的通信流量仍然有很大差距。

解决3G系统通信流量不足的一个办法是采用蜂窝网与无线局域网异构网络融合技术，将两种网络融合起来使用。蜂窝网具有覆盖大、数据速率较低的特点，而无线局域网则具有数据速率高、覆盖较小的特点（如单天线40MHz带宽的802.11n无线局域网可向用户提供150Mbps的数据速率），将两者融合起来使用，可充分利用无线局域网的高数据速率来为手机用户分担通信流量。

3GPP组织已经提出了一种蜂窝网与无线局域网异构融合的实施方案，其具体做法是在蜂窝网的核心网与无线局域网的网络接入点之间设置一条有线连接，并且在蜂窝网的核心网中增加无线局域网接入网关（WAG，WLAN Access Gateway）、报文分组数据网关（PDG，Packet Data Gateway）等单元来支持无线局域网中的用户数据通过蜂窝网的核心网传送到互联网。该方案的具体内容可参考3GPP的文献：3GPP TS 23.234。3GPP的方案需要通过对蜂窝网的核心网进行设备升级才能实现，将面临设备成本高、商用实现周期长等缺点。

核心网的设备必须要满足数据容量大、能够长期稳定工作等要求，其设备成本非常昂贵。在蜂窝网核心网中加入新设备，将大幅增加蜂窝网运营商的设备成本，还可能会造成整个蜂窝系统工作不稳定的问题，增加运营商的运营风险。并且，新增的核心网设备从预研、到开发、到试用、到正式商用要经过很长的一个时间周期，这个时间周期有可能要好几年，这也意味着改动核心网的方案在较短的时间周期内难以投入商用，难以满足当务之急的用户上网需求。

因此，在不改动蜂窝网核心网的前提下实现蜂窝网与无线局域网的异构融合是蜂窝网-无线局域网异构融合领域所要面临的一个具有极大的实用价值的技术问题。

图1是现有的蜂窝网与无线局域网的连接关系示意图，图1中，实线表示有线连接，虚线表示无线连接。无线局域网与蜂窝网处于分立应用的状态，无线局域网的网络接入点102接入到互联网103，但不与蜂窝网发生直接的连接。电信运营商可通过无线局域网网络接入点102对用户的流量进行统计，然后上报给运营商的计费中心来对用户进行计费。在这种连接方式中，蜂窝网-无线局域网双模终端101既可由蜂窝网来传输数据，也可由无线局域网来传输数据，但它在由蜂窝网进入到无线局域网时，将不能自动地转到无线局域网上传输当前的业务数据，在由无线局域网进入到蜂窝网时，也不能自动地转到蜂窝网上传输当前的业务数据。通过对蜂窝网和无线局域网进行一定的技术升级，也可以在图1所示的网络架构下实现一定程度的蜂窝网与无线局域网的异构融合。

图1架构下的异构融合方案将会存在的两个方面的问题。一是：其异构切换的性能不能得到保证，如：当双模终端由无线局域网进入到蜂窝网时，由于无线局域网信号很可能会突然变弱或消失，将使得双模终端不能正常地实现异构切换，不能满足用户对于异构融合业务的需求；二是：这样的方案很可能也需要对蜂窝网的核心网进行一定的升级和改动，虽然这种技术升级不需要象3GPP的方案那样大规模地增加核心网设备，但同样也会使运营商面临运营风险。 

发明内容

有鉴于此，针对蜂窝网-无线局域网异构融合面临的问题，本发明的目的在于提供一种在不改动蜂窝网核心网、并且至多只对蜂窝网的接入网进行很小改动的情况下实现蜂窝网-无线局域网异构融合的方法。

为达到上述目的，本发明提供了一种蜂窝网-无线局域网异构融合的方法，包括：

在原无线局域网的网络接入点中嵌入蜂窝网终端模块，构成新的网络接入点；

双模终端通过蜂窝网连接与网络接入点中嵌入的所述蜂窝网终端模块进行通信，交换与异构网络管理相关的信令，实现蜂窝网-无线局域网异构融合。

所述原无线局域网的网络接入点为802.11无线局域网的接入点或HiperLAN/2无线局域网的接入点。

所述在原无线局域网的网络接入点中嵌入蜂窝网终端模块构成新的网络接入点，具体通过以下方式实现：

通过在原网络接入点的电路板上增加蜂窝网终端模块来实现；或

通过将蜂窝网终端模块单独封装成一个实体并在其中安装一个通信接口，再在原网络接入点的电路板上增加一个对应的通信接口，并将上述两个通信接口连接起来，原网络接入点模块、蜂窝网终端模块和两者之间的连接一起构成新的网络接入点。

双模终端通过蜂窝网连接与网络接入点中嵌入的蜂窝网终端模块进行通信，交换与异构网络管理相关的信令，具体为：

网络接入点通过无线局域网广播或单播其嵌入的蜂窝网终端模块的通信标识信息；

双模终端通过上述嵌入的蜂窝网终端模块的通信标识信息与网络接入点建立起蜂窝网连接；

双模终端和网络接入点通过该蜂窝网连接交换与异构网络管理相关的信令。

所述通信标识信息，具体为：

所述蜂窝网终端模块在当前蜂窝网中的地址、标号、名称信息，该蜂窝网中的其它蜂窝网终端通过该通信标识信息找到该蜂窝网终端模块并与之进行通信。

所述通信标识信息为所述蜂窝网终端模块的电话号码或国际移动用户识别码IMSI或蜂窝网分配给所述蜂窝网终端模块的IP地址；或

在蜂窝系统为通用移动通信系统UMTS时，所述通信标识信息为所述蜂窝网终端模块的临时移动用户标识号TMSI或分组移动台临时识别号P-TMSI或UMTS地面无线接入网络UTRAN无线网络临时标识号U-RNTI或小区无线网络临时标识号C-RNTI。

所述网络接入点通过无线局域网广播其嵌入的蜂窝网终端模块的通信标识信息，具体通过以下方式实现：

通过在MAC层或网络层发送广播帧来实现，或通过在MAC层发送MAC帧的广播信道来实现。

所述在MAC层或网络层发送广播帧，具体为：

在原有广播帧中加入表示网络接入点所嵌入的蜂窝网终端模块的通信标识信息的数据项或数据域形成新的广播帧。

802.11系统中，所述发送广播帧，具体为：

在802.11系统的信标帧中加入新的表示网络接入点所嵌入的蜂窝网终端模块的通信标识信息的数据项形成新的信标帧。

所述在MAC层发送MAC帧广播信道，具体为：

在原有MAC帧广播信道中加入表示所嵌入的蜂窝网终端模块的通信标识信息的数据项或数据域形成新的MAC帧广播信道。

所述网络接入点通过无线局域网单播其嵌入的蜂窝网终端模块的通信标识信息，具体通过以下方式实现：

通过在原有单播帧中加入表示所嵌入的蜂窝网终端模块的通信标识信息的数据项或数据域形成新的单播帧，或者，新定义包含所述通信标识信息的新的单播帧；

并在MAC层发送所述新的单播帧。

802.11系统中，所述发送单播帧，具体为：

在802.11系统的探询响应帧中加入新的表示所嵌入的蜂窝网终端模块的通信标识信息的数据项，构成新的探询响应帧。

双模终端与网络接入点所嵌入的蜂窝网终端模块之间与异构网络管理相关的信令的传输通过下述方式实现：

双模终端和网络接入点嵌入的蜂窝网终端模块通过蜂窝网信令的方式直接向对方发送与异构网络管理相关的信令；或

将与异构网络管理相关的信令封装在数据分组中作为蜂窝网的数据负载来进行传输。

双模终端根据预定的判别准则来判定是选择无线局域网来传输数据还是选择蜂窝网来传输数据。

双模终端由单一的蜂窝网覆盖区域进入到无线局域网覆盖区域时接入无线局域网和进行异构切换的流程，具体包括：

双模终端从网络接入点的广播帧中得到其所嵌入的蜂窝网终端模块的通信标识信息；

通过所述通信标识信息，双模终端向该蜂窝网终端模块发起并建立连接，然后向其发送请求接入的信令，在该信令中包含双模终端无线局域网网卡的MAC地址；

由网络接入点主动向上述MAC地址发送同意其接入的信令，或者由双模终端在无线局域网中向网络接入点发送接入请求、网络接入点核对MAC地址，实现双模终端的接入；

如果双模终端要对当前业务进行异构切换，则进一步按预定的支持异构切换的上层协议执行异构切换的流程。

双模终端由无线局域网覆盖区域进入到单一的蜂窝网覆盖区域时退出无线局域网和进行异构切换的流程，具体包括：

双模终端通过其与网络接入点之间的蜂窝网连接来发送退出无线局域网或异构切换的信令；

如果双模终端要对当前业务进行异构切换，则按预定的支持异构切换的上层协议执行异构切换的流程，否则，不执行此操作；

网络接入点终止该双模终端对无线局域网的接入。

为达到上述目的，本发明还提供了一种蜂窝网-无线局域网异构融合的系统，包括：双模终端、无线局域网的网络接入点、蜂窝基站、蜂窝通信系统更上层的部分和互联网；

所述双模终端与所述无线局域网的网络接入点无线连接，所述双模终端与所述蜂窝基站无线连接，所述蜂窝基站向上连接到所述蜂窝通信系统更上层的部分；

所述无线局域网的网络接入点包括原网络接入点模块和蜂窝网终端模块，通过所述蜂窝网终端模块在所述无线局域网的网络接入点和所述蜂窝基站之间建立一条通信连接；

双模终端与网络接入点中嵌入的蜂窝网终端模块之间通过蜂窝网连接进行通信，交换与异构网络管理相关的信令，实现异构融合。

双模终端与网络接入点中嵌入的蜂窝网终端模块之间通过蜂窝网连接进行通信，交换与异构网络管理相关的信令，具体为：

网络接入点通过无线局域网广播或单播其嵌入的蜂窝网终端模块的通信标识信息，用于提供其它蜂窝网终端与其建立蜂窝网连接；

双模终端通过上述嵌入的蜂窝网终端模块的通信标识信息与网络接入点建立起蜂窝网连接；

双模终端和网络接入点通过该蜂窝网连接交换与异构网络管理相关的信令。

所述蜂窝网终端模块的通信标识信息，具体为：

所述蜂窝网终端模块在当前蜂窝网中的地址、标号、名称信息，该蜂窝网中的其它蜂窝网终端通过该通信标识信息找到该蜂窝网终端模块并与之进行通信。

所述网络接入点通过无线局域网广播其嵌入的蜂窝网终端模块的通信标识信息，具体为：

通过在MAC层或网络层发送广播帧来实现，或通过在MAC层发送MAC帧的广播信道来实现。

所述在MAC层或网络层发送广播帧，具体为：

在原有广播帧中加入表示所嵌入的蜂窝网终端模块的通信标识信息的数据项或数据域形成新的广播帧。

所述在MAC层发送MAC帧广播信道，具体为：

在原有MAC帧广播信道中加入表示所嵌入的蜂窝网终端模块的通信标识信息的数据项或数据域形成新的MAC帧广播信道。

所述网络接入点通过无线局域网单播其嵌入的蜂窝网终端模块的通信标识信息，具体为：

通过在原有单播帧中加入表示所嵌入的蜂窝网终端模块的通信标识信息的数据项或数据域形成新的单播帧，或者，新定义包含所述通信标识信息的新的单播帧；

并在MAC层发送所述新的单播帧。

双模终端与网络接入点所嵌入的蜂窝网终端模块之间与异构网络管理相关的信令的传输通过下述方式实现：

双模终端和网络接入点嵌入的蜂窝网终端模块通过蜂窝网信令的方式直接向对方发送与异构网络管理相关的信令；或

将与异构网络管理相关的信令封装在数据分组中作为蜂窝网的数据负载来进行传输。

所述双模终端包括：

判别单元，用于根据预定的判别准则来判定是选择无线局域网来传输数据还是选择蜂窝网来传输数据；

网络选择单元，用于根据所述判别单元的结果进行相应的网络选择的操作。

为达到上述目的，本发明还提供了一种无线局域网的网络接入点，包括原网络接入点模块，还包括：

蜂窝网终端模块，用于在无线局域网的网络接入点和蜂窝网的蜂窝基站之间建立一条通信连接来传输与异构网络管理相关的信令。

为达到上述目的，本发明还提供了一种双模终端，包括：

判别单元，用于根据预定的判别准则来判定是选择无线局域网来传输数据还是选择蜂窝网来传输数据；

网络选择单元，用于根据所述判别单元的结果进行相应的网络选择的操作。

 

通过采用本发明所提出的异构融合方案，将可以在技术上实现以下功能：

1、实现了双模终端在由蜂窝网进入无线局域网时可自动地将当前业务数据切换到无线局域网上进行传输，而在由无线局域网进入蜂窝网时可自动地将当前业务数据切换到蜂窝网上进行传输。通过这种异构融合，无线局域网将可以为蜂窝网分担大量的用户数据的通信流量，从而可以满足用户对于无线上网的需求。

2、双模终端发生由无线局域网向蜂窝网的切换时，其异构切换的信令总能发给无线局域网的网络接入点，从而可以保证异构切换的完成。

3、双模终端由蜂窝网接入无线局域网或发生由蜂窝网向无线局域网的切换时，异构系统不需要通过网络接入点再对双模终端作一次认证，提高了系统工作的安全性，也节省了认证的时间，可以降低异构切换的时延。

4、双模终端退出无线局域网时，其退出信令总能发给无线局域网的网络接入点，有利于网络接入点对无线局域网的管理。

而在异构网络的实现上，本发明提出的异构融合方案不需要对蜂窝网的核心网作出改动、对蜂窝网的接入网也可以不需要作出改动(至多只是作出很少的改动)、而主要只需要对无线局域网的网络接入点进行升级和对双模终端进行软件升级即可实现，因此，本方案具有设备更新成本低、实现周期快的优点。

附图说明

图1 是现有的蜂窝网与无线局域网的连接关系示意图；

图2是本发明蜂窝网-无线局域网异构融合系统的结构示意图；

图3是本发明在网络接入点和蜂窝网终端模块属于同一蜂窝基站时的蜂窝网-无线局域网异构融合系统的结构示意图；

图4是本发明在网络接入点和蜂窝网终端模块属于不同的蜂窝基站时的蜂窝网与无线局域网异构融合系统的结构示意图；

图5是网络接入点通过其蜂窝网终端模块向双模终端发送与异构网络管理相关的信令的方法示意图；

图6是双模终端通过蜂窝网连接向网络接入点发送与异构网络管理相关的信令的方法示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式进行详细说明。

本发明涉及到的一些名词解释如下：

无线局域网的网络接入点：无线局域网接入外部网络(如互联网)的接入点，无线局域网中的用户站点通过该接入点与无线局域网以外的站点进行通信。在802.11和HiperLAN/2无线局域网中，该网络接入点称为接入点（AP，Access Point）。在本发明中简称为网络接入点。

无线局域网的结构：无线局域网由一个网络接入点与一组用户站点所构成，该网络接入点通常又可以作为无线局域网的中心基站，用户站点在其覆盖下工作，并通过与其关联而接入无线局域网。目前使用的无线局域网绝大多数都是采用了这样的网络结构。无线局域网也可以没有中心基站，如802.11s协议定义的一种称为Mesh结构的无线局域网即是这样的例子，局域网内的用户站点可以通过以其它站点为中继、使用多跳的方式而连接到局域网内的站点和网络接入点。在本发明中，我们只要求无线局域网包含网络接入点，并不将无线局域网限定成是使用中心基站的无线局域网，但具有中心基站的无线局域网是其典型应用。

蜂窝通信系统的层次：蜂窝通信系统由核心网、接入网和用户终端三层所组成。蜂窝基站属于接入网这一层。现行2G和3G系统的接入网由蜂窝基站和管理控制蜂窝基站的单元两个子层所构成。在未来的蜂窝通信系统中，接入网也可能只由蜂窝基站所构成。

异构无线网络：两种或两种以上采用不同的技术、特别是采用不同的物理层技术的无线网络通过融合技术而融合在一起使用的网络，称为异构无线网络，本发明中简称为异构网络。

异构切换：可接入两种或两种以上不同的无线网络的双模终端或多模终端，在两种无线网络之间发生的切换称为异构切换。经过切换，终端的当前业务将会在新的网络中继续传输、而不会被终止。

蜂窝网-无线局域网双模终端：同时包含蜂窝网用户终端和无线局域网用户站点的终端，该终端可以同时与蜂窝网和无线局域网进行通信。如果终端中包含至少两种以上的蜂窝网用户终端或/和包含至少两种以上的无线局域网用户站点，则这样的多模终端也属于蜂窝网-无线局域网双模终端。本发明中简称为双模终端。

通信连接：两个通信实体之间通过有线、无线或有线无线混合方式形成的通信通路。在本发明中简称为连接。

 

本发明提出一种实现蜂窝网-无线局域网异构融合的方法，其具体实现方法是：在原无线局域网的网络接入点中嵌入一个蜂窝网终端模块，构成新的无线局域网的网络接入点，这里，原无线局域网的网络接入点包括现已提出的无线局域网中的网络接入点，如802.11无线局域网的接入点和HiperLAN/2无线局域网的接入点，同时也包括未来可能出现的无线局域网中的网络接入点；再将该网络接入点安装在某个蜂窝基站的覆盖区域中，网络接入点的蜂窝网终端模块以一个普通的蜂窝网终端的方式而工作；双模终端与网络接入点中嵌入的所述蜂窝网终端模块之间通过蜂窝网连接进行通信，交换与异构网络管理相关的信令，实现蜂窝网-无线局域网异构融合。

在本发明提供的实现方法中，要求无线局域网的网络接入点被放置在某个蜂窝基站的覆盖区域中，考虑到蜂窝网在大部分地区、特别是在用户集中的地区(在这种地区，用户对数据流量的要求也高)都能实现全区域的覆盖，这个要求在实际中是容易达到的。如果网络接入点同时处于两个以上的蜂窝基站的覆盖区域时，其蜂窝网终端模块采用蜂窝网终端选择基站的方法选择其中的一个蜂窝基站作为其接入基站。

在典型的应用场景中，蜂窝网能够对工作区域实现全区域的覆盖，而无线局域网则对工作区域实现部分区域的覆盖，但本发明的方法仍然适用于蜂窝网不能对工作区域实现全区域覆盖的情形。

在典型的应用中，网络接入点的蜂窝网终端模块与蜂窝基站之间的通信连接只用来传输与异构网络管理相关的信令，而不传输用户数据，因而，只占用蜂窝系统中很小的带宽。但本发明并不排除通过网络接入点与蜂窝基站之间的蜂窝网连接来传输数据的情形。

双模终端可通过其与网络接入点所嵌入的蜂窝网终端模块之间的蜂窝网连接来请求接入无线局域网。其实现方法是：网络接入点在无线局域网中通过广播（通常是周期性地广播）或单播的方式向其覆盖区域内的无线局域网站点发送其所嵌入的蜂窝网终端模块的通信标识信息，这里的通信标识信息指的是蜂窝网终端模块在当前蜂窝网中的地址、标号、名称等信息，该蜂窝网中的其它蜂窝网终端可以通过该通信标识信息找到该蜂窝网终端模块并与之进行通信，这种通信标识信息例如：蜂窝网分配给该嵌入的蜂窝网终端模块的IP地址、该蜂窝网终端模块的电话号码、国际移动用户标识号（IMSI，International Mobile Subscriber Identity)等，如果所述蜂窝系统为通用移动通信系统（UMTS，Universal Mobile Telecommunications System），则这种通信标识信息的例子还包括：临时移动用户标识号（TMSI，Temporary Mobile Subscriber Identity）、分组移动台临时识别号（P-TMSI，Packet Temporary Mobile Subscriber Identity）、UMTS地面无线接入网络（UTRAN，UMTS Terrestrial Radio Access Network）无线网络临时标识号（U-RNTI，UTRAN Radio Network Temporary Identity）、小区无线网络临时标识号（C-RNTI，Cell Radio Network Temporary Identity）等，通过这样的通信标识信息，其它蜂窝网终端可以在蜂窝网中与所述蜂窝网终端模块进行通信；当双模终端进入当前无线局域网时，可以由上述广播或单播信息得到网络接入点嵌入的蜂窝网终端模块的通信标识信息，并使用该通信标识信息发起与蜂窝网终端模块的通信，用于交换与异构网络管理相关的信令。在上述通信标识信息的一些实例中，如果所述通信标识信息是所述蜂窝网终端模块的网络地址(通常为IP地址)，则双模终端可以通过向该网络地址发送数据分组(通常为IP分组)的方式来传送与异构网络管理相关的信令；如果上述通信标识信息是所述蜂窝网终端模块的电话号码或IMSI，双模终端则可以通过向该电话号码或IMSI发起呼叫、然后建立连接的方式来传送与异构网络管理相关的信令。

网络接入点通过无线局域网广播或单播其嵌入的蜂窝网终端模块的通信标识信息，从而使无线局域网中的用户站点可以得到该信息。

网络接入点可以在MAC层或网络层或其它层广播(通常是周期性地广播)其嵌入的蜂窝网终端模块的通信标识信息，用于支持双模终端对其蜂窝网终端模块发起连接。这可以通过在MAC层或网络层或其它层中发送(通常是周期性发送)广播帧来实现，这些广播帧可以是新定义的广播帧，也可以是在相应层的原有广播帧中加入表示所嵌入的蜂窝网终端模块的通信标识信息的数据项或数据域而形成的新的广播帧，如：对于802.11无线局域网，可以通过在其MAC层信标帧中加入上述数据项或数据域得到新的信标帧；这也可以通过在MAC层中发送(通常是周期性地发送)MAC帧的广播信道来实现，该广播信道可以是MAC帧中新定义的广播信道，也可以是在原有的广播信道中加入新的表示所嵌入的蜂窝网终端模块的通信标识信息的数据项或数据域而形成的新的广播信道，如：对于HiperLAN/2无线局域网，可以通过在其MAC帧广播信道中加入上述数据项或数据域而得到新的MAC层广播信道。

网络接入点也可以通过在MAC层向其覆盖下的站点发送单播帧的方式向其发送其嵌入的蜂窝网终端模块的通信标识信息。这些单播帧可以是新定义的单播帧，也可以是在原有单播帧中加入表示所嵌入的蜂窝网终端模块的通信标识信息的数据项或数据域而形成的新的单播帧，如：对于802.11无线局域网，可以通过在其MAC层探询响应帧中加入上述数据项或数据域得到新的探询响应帧。

根据本发明的方法，可以得到一种蜂窝网-无线局域网异构融合系统。

图2是本发明提出的蜂窝网-无线局域网异构融合系统的结构示意图。图2中，实直线表示有线连接，虚直线表示无线连接。系统中包括双模终端201、无线局域网的网络接入点202、互联网203、蜂窝基站一2041和蜂窝基站二2042和蜂窝通信系统更上层的部分205。其中，蜂窝通信系统更上层的部分205是蜂窝通信系统中蜂窝基站以上的部分且不包含蜂窝基站，在其中包含蜂窝网的核心网。无线局域网的网络接入点202包括原网络接入点模块2021和蜂窝网终端模块2022，蜂窝网终端模块2022用于在所述无线局域网的网络接入点和蜂窝网之间建立一条蜂窝网通信连接。蜂窝网终端模块2022连接到蜂窝基站一2041，双模终端连接到蜂窝基站二2042，即：蜂窝基站一2041是蜂窝网终端模块2022的所属的蜂窝基站，蜂窝基站二2042是双模终端201所属的蜂窝基站。图2中，蜂窝基站二2042的虚线框表示该基站可能与蜂窝基站一2041是不同的基站，也可能与蜂窝基站一2041是同一个基站；蜂窝基站一2041与蜂窝基站二2042是否为同一个蜂窝基站取决于网络接入点的蜂窝网终端模块2022和双模终端201是否选择了同一个基站。由于与蜂窝基站的相对位置关系、蜂窝基站的信号强度的分布等因素，网络接入点的蜂窝网终端模块和双模终端可能选择同一个蜂窝基站，也可能选择不同的蜂窝基站。

对于图2所示的蜂窝网与无线局域网异构融合系统，根据其中蜂窝基站一2041和蜂窝基站二2042是否为同一基站等情况的不同，可以得到本发明所提出的蜂窝网-无线局域网异构融合系统的具体结构如图3、图4所示，图3、图4分别所示为实施例一、实施例二提供的异构融合系统。其中，实施例一中的图3为蜂窝基站一2041和蜂窝基站二2042是同一个蜂窝基站时的异构融合系统，实施例二中的图4为蜂窝基站一2041和蜂窝基站二2042是不同的蜂窝基站时的异构融合系统。

在图2至图4所示的异构融合系统中，无线局域网的网络接入点由原网络接入点模块和蜂窝网终端模块两部分所构成，它通过在原无线局域网的网络接入点中嵌入一个蜂窝网终端模块而实现，这可以通过具体的数字电路设计技术而完成。

常用的方法是：由于原网络接入点通常是用一块电路板来实现的，因此新的网络接入点可以通过在原网络接入点的电路板上增加蜂窝网终端模块来实现，新增的蜂窝网终端模块与原有的器件之间通过电路板上的线路相连，从而可以与原有器件传输数据。通过数字电路的设计和线路连接来实现数字电路模块之间的数据传输属于数字电路领域的现有的和成熟的技术。

另一种可选的方法是：将蜂窝网终端模块单独封装成一个实体，如单独封装在一块电路板上，并在其中安装一个通信接口，同时在原网络接入点的电路板上增加一个通信接口，该通信接口与蜂窝网终端模块中的通信接口为同一类型，通过通信接口的连接，可以在两者之间传输数据。由此，原网络接入点、单独封装的蜂窝网终端模块和两者之间的通信连接，即构成新的网络接入点。在该实现中，通过通信接口的连接来传输数据也是属于数字电路领域的现有的和成熟的技术。

双模终端与网络接入点所嵌入的蜂窝网终端模块之间的信令传输可通过以下两种方式而实现。

第一种方式是对蜂窝网的接入网设计新的与异构网络管理相关的蜂窝网信令，双模终端和网络接入点的蜂窝网终端模块在蜂窝网中可以直接向对方发送这种信令。该种方式需要对蜂窝网的接入网进行很小的改动。

另一种方式是将与异构网络管理相关的信令封装在数据分组中、再将该数据分组封装成蜂窝网数据帧的载荷来进行传输，即将与异构网络管理相关的信令封装在数据分组中作为蜂窝网的数据负载来进行传输。这里的数据分组，通常为 IP分组，也可以是其它类型的数据分组。在这种信令传输方式中，开始传输信令之前，需要由通信的一方(双模终端或网络接入点所嵌入的蜂窝网终端模块)在蜂窝网中发起和建立一条传输分组的连接，其后双方(双模终端和网络接入点所嵌入的蜂窝网终端模块)通过这条连接交换信令。该种方式不需要对蜂窝网的接入网进行改动。

通过前述网络接入点用广播或单播方式发送的其所嵌入的蜂窝网终端模块的通信标识信息，双模终端将可以通过直接发送信令方式或/和将信令封装在分组中发送的方式来向网络接入点发送与异构网络管理相关的信令。

通过将与异构网络管理相关的信令作为数据分组的负载、并进而作为分组域数据帧的载荷进行传输的实现方法如图5和图6所示，其中，图5为网络接入点通过其蜂窝网终端模块向双模终端发送与异构网络管理相关的信令的情形，图6为双模终端通过蜂窝网连接向网络接入点发送与异构网络管理相关的信令的情形。在图5中，网络接入点的蜂窝网终端模块首先将与异构网络管理相关的信令封装在数据分组中，再将该数据分组封装成蜂窝网分组域的数据帧的载荷来进行传输，双模终端接收到该蜂窝网数据帧后进行解封装，依次得到数据分组和信令。在图6中，双模终端首先将与异构网络管理相关的信令封装在数据分组中，再将该数据分组封装成蜂窝网分组域的数据帧的载荷来进行传输，网络接入点的蜂窝网终端模块接收到该蜂窝网数据帧后进行解封装，依次得到数据分组和信令。

在图2至图4所示的异构融合系统中，双模终端根据预定的判别准则来判定是选择无线局域网来传输数据还是选择蜂窝网来传输数据。双模终端包括判别单元和网络选择单元。其中，判别单元，用于根据预定的判别准则来判定是选择无线局域网来传输数据还是选择蜂窝网来传输数据；网络选择单元，用于根据所述判别单元的结果进行相应的网络选择的操作。

以下列举了对蜂窝网和无线局域网进行优劣判别的准则，包括信号强度准则、无线局域网优先准则、服务质量（QoS，Quality of Service，）可满足前提下的信号强度准则、QoS可满足前提下的无线局域网优先准则等。本发明的具体实施例中不限于这些准则，可采用其他的准则选择用无线局域网还是用蜂窝网来传输数据。

所谓信号强度判别准则，具体为：当同时存在无线局域网和蜂窝网可用时，双模终端选择信号强度较强的网络传输数据，这样可以使得用户得到最高的数据吞吐。

所谓无线局域网优先判别准则，具体为：当同时存在无线局域网和蜂窝网可用时，双模终端总是选择无线局域网，这样可以尽可能地为蜂窝网节省传输数据的带宽。

对于语音、视频等实时业务，除了数据吞吐外，还有QoS的要求，QoS可满足前提下的信号强度准则、QoS可满足前提下的无线局域网优先准则就是在无线局域网和蜂窝网都可用的情况下，首先考察相关网络是否能满足当前业务QoS的要求，如果只有一个网络能满足该QoS要求，则选择该网络，如果两个网络都能满足该QoS要求，则再按照前述的信号强度准则或无线局域网优先准则在两个网络中选择一个网络。

对于图2所示的蜂窝网-无线局域网异构融合系统，下面描述在蜂窝网实现对工作区域的全区域覆盖的情况下双模终端由蜂窝网单一覆盖区进入无线局域网覆盖区和由无线局域网覆盖区进入蜂窝网单一覆盖区时的接入、退出无线局域网和进行异构切换的流程。

首先，考察双模终端由单一的蜂窝网覆盖区域进入到无线局域网覆盖区域时接入无线局域网和进行异构切换的流程。具体流程如下：

如果双模终端当前没有数据传输，或者虽然有数据传输，但根据网络选择的判别准则仍选择蜂窝网而不需要进行业务切换，则其在进入到无线局域网覆盖区域时，可以接入无线局域网，其接入的流程如下：

步骤S701、双模终端进入无线局域网覆盖区域，并从网络接入点的广播帧中得到其所嵌入的蜂窝网终端模块的通信标识信息。

步骤S702、双模终端通过上述通信标识信息向网络接入点嵌入的蜂窝网终端模块发起连接，并进而建立连接，然后向其发送请求接入的信令，在该信令中包含双模终端无线局域网网卡的MAC地址。

步骤S703、由于使用蜂窝系统进行通信的终端必定是已经经过了蜂窝网的认证与授权，因此网络接入点202将可以不对双模终端201进行认证而直接视为其已通过了认证。

根据运营商的要求不同，网络接入点202可能还需要向蜂窝通信系统更上层的部分205核实该双模终端201是否开通了无线局域网的服务，然后才能允许其接入无线局域网。在这种情况下，网络接入点202向核心网发送信令，询问双模终端201是否开通了无线局域网的业务。如果从核心网回馈的信息表明当前蜂窝网终端模块用户开通了无线局域网服务，则网络接入点202将接受该双模终端201接入无线局域网。如果运营商约定所有的蜂窝网终端用户都具有使用无线局域网的权限，则网络接入点202就不需要进行这一核实而允许双模终端201使用无线局域网传输数据。

步骤S704、如果当前的无线局域网采用加密通信，则网络接入点202通过蜂窝网连接向双模终端201反馈一个同意接入的信令，其中包含无线局域网当前使用的密钥。双模终端201接收到该信令和其中的密钥后，在无线局域网中以加密的方式向网络接入点202发送接入请求，网络接入点核对MAC地址后，接受其接入。

如果当前的无线局域网不采用加密通信，则可以使用以下两种方式之一实现对双模终端的接入：(1)网络接入点202在无线局域网主动地向双终端201发送同意其接入的信令，该信令中包含双模终端无线局域网网卡的MAC地址，双模终端201作出应答，接受接入；(2) 网络接入点202通过蜂窝网连接向双模终端201发送一个同意接入的信令，双模终端201接收到该信令后，在无线局域网中向网络接入点202发送接入请求，网络接入点核对MAC地址，实现接入。

如果当前正在传输数据，且根据网络选择的判别准则，要选择无线局域网，则需要进行异构切换，该异构切换的流程如下：

步骤S801、双模终端201进入无线局域网覆盖区域，并从该网络接入点的广播帧中得到其所嵌入的蜂窝网终端模块的通信标识信息。

步骤S802、双模终端201通过上述通信标识信息向网络接入点嵌入的蜂窝网终端模块发起连接，并进而建立连接，然后向其发送请求接入的信令，在该信令中包含双模终端无线局域网网卡的MAC地址。

步骤S803、网络接入点202不对双模终端201进行认证而直接视为其已通过了认证，并进一步采用与步骤S703中相同的步骤来决定是否同意双模终端201使用无线局域网传输数据。

步骤S804、如果当前的无线局域网采用加密通信，则网络接入点202通过蜂窝网连接向双模终端201反馈一个同意接入的信令，其中包含无线局域网当前使用的密钥。双模终端201接收到该信令和其中的密钥后，在无线局域网中以加密的方式向网络接入点202发送接入请求，网络接入点202核对MAC地址后，接受其接入。

如果当前的无线局域网不采用加密通信，则可以使用以下两种方式之一实现对双模终端的接入：(1)网络接入点在无线局域网主动地向双模终端发送同意其接入的信令，该信令中包含双模终端无线局域网网卡的MAC地址，双模终端作出应答，接受接入；(2)网络接入点通过蜂窝网连接向双模终端发送一个同意接入的信令，双模终端接收到该信令后，在无线局域网中向网络接入点发送接入请求，网络接入点核对MAC地址，实现接入。

步骤S805、通过在双模终端、网络接入点、蜂窝网核心网的相应网关之间采用预定的支持异构切换的上层协议(例如：移动IP协议、移动SCTP(Stream Control Transport Protocol)协议等)，来自远方站点的当前业务数据由蜂窝网核心网中的相应网关通过互联网转移到无线局域网的网络接入点上再传输给双模终端，完成异构切换。

然后，考察双模终端由无线局域网覆盖区域进入到单一的蜂窝网覆盖区域时退出无线局域网和进行异构切换的流程，具体如下：

如果双模终端当前没有数据传输，则执行退出无线局域网的流程，具体流程如下：

步骤S901、双模终端201发现无线局域网的信号变弱或者消失，决定退出无线局域网。

步骤S902、双模终端201向网络接入点202发起退出当前无线局域网的请求，这可以通过无线局域网直接向网络接入点202发送；也可以通过双模终端201与网络接入点所嵌入的蜂窝网终端模块2022之间的蜂窝网连接来发送。在后一种情况下，如果双模终端201与网络接入点所嵌入的蜂窝网终端模块2022之间目前还没有创建一条蜂窝网连接，则需要由双模终端来发起并建立一条这样的连接。由于在这种双模终端的移动中无线局域网的信号可能突然变弱或消失，后一种发送方式更为可靠。

步骤S903、网络接入点202在接收到该信令后，终止该双模终端201对无线局域网的接入，双模终端201退出无线局域网。

如果双模终端当前正在传输数据，则需要进行异构切换，该异构切换的流程如下：

步骤S1001、双模终端201发现无线局域网的信号变弱或者消失，决定进行由无线局域网向蜂窝网的异构切换。

步骤S1002、双模终端201向网络接入点202发送退出无线局域网和进行异构切换的信令，该信令可以通过无线局域网来进行发送，也可以通过双模终端201与网络接入点所嵌入的蜂窝网终端模块2022之间的蜂窝网连接来进行发送，后一种发送方式更加可靠。在后一种发送方式下，如果双模终端201与网络接入点所嵌入的蜂窝网终端模块2022之间目前还没有创建一条蜂窝网连接，则需要由双模终端来发起并建立一条这样的连接。同时，双模终端也向蜂窝网中与异构切换相关的单元发送异构切换的信令。

步骤S1003、通过在双模终端201、网络接入点202、蜂窝网核心网的相应网关之间采用预定的支持异构切换的上层协议(如：移动IP协议、移动SCTP协议等)，来自远方站点的当前业务数据由无线局域网的网络接入点202通过互联网203转向蜂窝网核心网中的相应网关，再由该网关传输给双模终端201。

步骤S1004、在执行异构切换操作的同时，网络接入点202终止双模终端201对无线局域网的接入，双模终端201的退出无线局域网。

 

本发明提供了一种在不改变蜂窝网的核心网、并且也至多只对蜂窝网的接入网进行很小改动的情况下实现蜂窝网与无线局域网异构融合的实现方法、系统和装置。通过采用本发明提出的方法，当双模终端发生由蜂窝网向无线局域网的切换时，网络接入点可以免去对双模终端进行认证的步骤而同意其接入，从而可以降低切换的时延，并且可以实现双模终端在蜂窝网与无线局域网之间性能良好的异构切换。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明并非局限于此，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 (27)

1.一种蜂窝网-无线局域网异构融合的方法，其特征在于，包括：

在原无线局域网的网络接入点中嵌入蜂窝网终端模块，构成新的网络接入点；

双模终端通过蜂窝网连接与网络接入点中嵌入的所述蜂窝网终端模块进行通信，交换与异构网络管理相关的信令，实现蜂窝网-无线局域网异构融合。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述原无线局域网的网络接入点为802.11无线局域网的接入点或HiperLAN/2无线局域网的接入点。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在原无线局域网的网络接入点中嵌入蜂窝网终端模块构成新的网络接入点，具体通过以下方式实现：

通过在原网络接入点的电路板上增加蜂窝网终端模块来实现；或

通过将蜂窝网终端模块单独封装成一个实体并在其中安装一个通信接口，再在原网络接入点的电路板上增加一个对应的通信接口，并将上述两个通信接口连接起来，原网络接入点模块、蜂窝网终端模块和两者之间的连接一起构成新的网络接入点。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，双模终端通过蜂窝网连接与网络接入点中嵌入的蜂窝网终端模块进行通信，交换与异构网络管理相关的信令，具体为：

网络接入点通过无线局域网广播或单播其嵌入的蜂窝网终端模块的通信标识信息；

双模终端通过上述嵌入的蜂窝网终端模块的通信标识信息与网络接入点建立起蜂窝网连接；

双模终端和网络接入点通过该蜂窝网连接交换与异构网络管理相关的信令。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述通信标识信息，具体为：

所述蜂窝网终端模块在当前蜂窝网中的地址、标号、名称信息，该蜂窝网中的其它蜂窝网终端通过该通信标识信息找到该蜂窝网终端模块并与之进行通信。

6.如权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述通信标识信息为所述蜂窝网终端模块的电话号码或国际移动用户识别码IMSI或蜂窝网分配给所述蜂窝网终端模块的IP地址；或

在蜂窝系统为通用移动通信系统UMTS时，所述通信标识信息为所述蜂窝网终端模块的临时移动用户标识号TMSI或分组移动台临时识别号P-TMSI或UMTS地面无线接入网络UTRAN无线网络临时标识号U-RNTI或小区无线网络临时标识号C-RNTI。

7.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述网络接入点通过无线局域网广播其嵌入的蜂窝网终端模块的通信标识信息，具体通过以下方式实现：

通过在MAC层或网络层发送广播帧来实现，或通过在MAC层发送MAC帧的广播信道来实现。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述在MAC层或网络层发送广播帧，具体为：

在原有广播帧中加入表示网络接入点所嵌入的蜂窝网终端模块的通信标识信息的数据项或数据域形成新的广播帧。

9.如权利要求7或8所述的方法，其特征在于，802.11系统中，所述发送广播帧，具体为：

在802.11系统的信标帧中加入新的表示网络接入点所嵌入的蜂窝网终端模块的通信标识信息的数据项形成新的信标帧。

10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述在MAC层发送MAC帧广播信道，具体为：

在原有MAC帧广播信道中加入表示所嵌入的蜂窝网终端模块的通信标识信息的数据项或数据域形成新的MAC帧广播信道。

11.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述网络接入点通过无线局域网单播其嵌入的蜂窝网终端模块的通信标识信息，具体通过以下方式实现：

通过在原有单播帧中加入表示所嵌入的蜂窝网终端模块的通信标识信息的数据项或数据域形成新的单播帧，或者，新定义包含所述通信标识信息的新的单播帧；

并在MAC层发送所述新的单播帧。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，802.11系统中，所述发送单播帧，具体为：

在802.11系统的探询响应帧中加入新的表示所嵌入的蜂窝网终端模块的通信标识信息的数据项，构成新的探询响应帧。

13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，双模终端与网络接入点所嵌入的蜂窝网终端模块之间与异构网络管理相关的信令的传输通过下述方式实现：

双模终端和网络接入点嵌入的蜂窝网终端模块通过蜂窝网信令的方式直接向对方发送与异构网络管理相关的信令；或

将与异构网络管理相关的信令封装在数据分组中作为蜂窝网的数据负载来进行传输。

14.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

双模终端根据预定的判别准则来判定是选择无线局域网来传输数据还是选择蜂窝网来传输数据。

15.如权利要求1-14中之一所述的方法，其特征在于，双模终端由单一的蜂窝网覆盖区域进入到无线局域网覆盖区域时接入无线局域网和进行异构切换的流程，具体包括：

双模终端从网络接入点的广播帧中得到其所嵌入的蜂窝网终端模块的通信标识信息；

通过所述通信标识信息，双模终端向该蜂窝网终端模块发起并建立连接，然后向其发送请求接入的信令，在该信令中包含双模终端无线局域网网卡的MAC地址；

由网络接入点主动向上述MAC地址发送同意其接入的信令，或者由双模终端在无线局域网中向网络接入点发送接入请求、网络接入点核对MAC地址，实现双模终端的接入；

如果双模终端要对当前业务进行异构切换，则进一步按预定的支持异构切换的上层协议执行异构切换的流程。

16.如权利要求1-14中之一所述的方法，其特征在于，双模终端由无线局域网覆盖区域进入到单一的蜂窝网覆盖区域时退出无线局域网和进行异构切换的流程，具体包括：

双模终端通过其与网络接入点之间的蜂窝网连接来发送退出无线局域网或进行异构切换的信令；

如果双模终端要对当前业务进行异构切换，则按预定的支持异构切换的上层协议执行异构切换的流程，否则，不执行此操作；

网络接入点终止该双模终端对无线局域网的接入。

17.一种蜂窝网-无线局域网异构融合的系统，其特征在于，包括：双模终端、无线局域网的网络接入点、蜂窝基站、蜂窝通信系统更上层的部分和互联网；

所述双模终端与所述无线局域网的网络接入点无线连接，所述双模终端与所述蜂窝基站无线连接，所述蜂窝基站向上连接到所述蜂窝通信系统更上层的部分；

所述无线局域网的网络接入点包括原网络接入点模块和蜂窝网终端模块，通过所述蜂窝网终端模块在所述无线局域网的网络接入点和所述蜂窝基站之间建立一条通信连接；

双模终端与网络接入点中嵌入的蜂窝网终端模块之间通过蜂窝网连接进行通信，交换与异构网络管理相关的信令，实现异构融合。

18.如权利要求17所述的系统，其特征在于，双模终端与网络接入点中嵌入的蜂窝网终端模块之间通过蜂窝网连接进行通信，交换与异构网络管理相关的信令，具体为：

网络接入点通过无线局域网广播或单播其嵌入的蜂窝网终端模块的通信标识信息，用于提供其它蜂窝网终端与其建立蜂窝网连接；

双模终端通过上述嵌入的蜂窝网终端模块的通信标识信息与网络接入点建立起蜂窝网连接；

双模终端和网络接入点通过该蜂窝网连接交换与异构网络管理相关的信令。

19.如权利要求18所述的系统，其特征在于，所述蜂窝网终端模块的通信标识信息，具体为：

所述蜂窝网终端模块在当前蜂窝网中的地址、标号、名称信息，该蜂窝网中的其它蜂窝网终端通过该通信标识信息找到该蜂窝网终端模块并与之进行通信。

20.如权利要求18所述的系统，其特征在于，所述网络接入点通过无线局域网广播其嵌入的蜂窝网终端模块的通信标识信息，具体为：

通过在MAC层或网络层发送广播帧来实现，或通过在MAC层发送MAC帧的广播信道来实现。

21.如权利要求20所述的系统，其特征在于，所述在MAC层或网络层发送广播帧，具体为：

在原有广播帧中加入表示所嵌入的蜂窝网终端模块的通信标识信息的数据项或数据域形成新的广播帧。

22.如权利要求20所述的系统，其特征在于，所述在MAC层发送MAC帧广播信道，具体为：

在原有MAC帧广播信道中加入表示所嵌入的蜂窝网终端模块的通信标识信息的数据项或数据域形成新的MAC帧广播信道。

23.如权利要求18所述的系统，其特征在于，所述网络接入点通过无线局域网单播其嵌入的蜂窝网终端模块的通信标识信息，具体为：

通过在原有单播帧中加入表示所嵌入的蜂窝网终端模块的通信标识信息的数据项或数据域形成新的单播帧，或者，新定义包含所述通信标识信息的新的单播帧；

并在MAC层发送所述新的单播帧。

24.如权利要求17所述的系统，其特征在于，双模终端与网络接入点所嵌入的蜂窝网终端模块之间与异构网络管理相关的信令的传输通过下述方式实现：

双模终端和网络接入点嵌入的蜂窝网终端模块通过蜂窝网信令的方式直接向对方发送与异构网络管理相关的信令；或

将与异构网络管理相关的信令封装在数据分组中作为蜂窝网的数据负载来进行传输。

25.如权利要求17所述的系统，其特征在于，所述双模终端包括：

判别单元，用于根据预定的判别准则来判定是选择无线局域网来传输数据还是选择蜂窝网来传输数据；

网络选择单元，用于根据所述判别单元的结果进行相应的网络选择的操作。

26.一种无线局域网的网络接入点，包括原网络接入点模块，其特征在于，还包括：

蜂窝网终端模块，用于在无线局域网的网络接入点和蜂窝网的蜂窝基站之间建立一条通信连接来传输与异构网络管理相关的信令。

27.一种双模终端，其特征在于，包括：

判别单元，用于根据预定的判别准则来判定是选择无线局域网来传输数据还是选择蜂窝网来传输数据；

网络选择单元，用于根据所述判别单元的结果进行相应的网络选择的操作。

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