CN102648637A - 无线网络中的预注册/预认证 - Google Patents

Abstract

本发明提供了管理无线网络移动性和无线网络资源的系统和方法。本发明的一个方面，网络设备获取与过去的用户设备在覆盖范围内停留的时间相关联的样本，并且基于所获取的样本估计用户设备当前停留在小区中的时间。在另一方面，基于所估计的时间，执行在其他网络中的用户设备的预认证和预注册。在另一方面，基于所估计的时间释放为用户设备保留的网络资源。

Description

无线网络中的预注册/预认证

相关申请的交叉参考

本申请要求2009年8月18日提交的美国临时专利申请第61/234,757号的申请日的利益，在这里通过参考结合了该申请的公开内容。

技术领域

本发明一般地涉及用于执行在无线通信网络中的预注册(pre-registration)/预认证(pre-authentication)和保留资源的方法和系统，更具体地，本发明涉及在演进的通用陆地无线接入网络(E-UTRAN)和演进的高速率分组数据(eHRPD)网络中的该方法和系统的使用。

背景技术

第四代(4G)无线系统是端到端(从无线接入网络到核心网络)全IP系统。4G系统被期望升级例如3G网络的现有通信网络，并且提供在显著更高的数据速率上，在“任何时间，任何地点”的基础上安全泛在的基于IP的通信。4G网络被预期提升现有服务(例如，语音，邮件)和提供诸如无线宽带接入，视频聊天，移动电视，HDTV内容和数字视频广播(DVB)之类的新服务。该系统被期望提升频谱效率(每频率单位更多的比特/时间单位)，并且提供更大的容量，平滑切换，无缝连接和多网络的全球漫游。

一种主要的4G无线系统是由第三代合作伙伴计划(3GPP)定义的演进的分组系统(EPS)。它包括用于无线接入网络(RAN)的长期演进(LTE)和用于核心网络的服务架构演进(SAE)。它还包括用于与诸如3GPP2演进-优化的数据(EV-DO)之类的其他无线技术互通的架构，以支持异构蜂窝无线接入技术和允许优美的网络演进。由3GPP LTE和SAE定义的无线接入网络和核心网络被分别称为演进的通用陆地无线接入网络(E-UTRAN)和演进的分组核心(EPC)。

EV-DO一般指3GPP2高速率分组数据(HRPD)和演进HRPD(eHRPD)标准。HRPD是基于CDMA2000的技术，用于在如3GPP2C.S0024-A v3.0规范中描述的分组传输。eHRPD网络提供无线接入网络，该无线接入网络支持演进的操作模式和提供IP环境用于支持经由3GPPEPC连接到多分组数据网络。称互通架构为在3GPP2X.S0057规范中所描述的E-UTRAN和eHRPD互通。

虽然诸如3GPP和3GPP2之类的标准体已经在提供与互通架构(例如，见图1)，呼叫流程(例如，见图2)和用户设备或者移动台/设备在网络间的切换相关联的高级规约中做了显著的大量工作(例如，见图1)，但留下了很多的需要实现的细节。例如，参考图2，没有规定与何时预注册相关联的过程(见图2中的框208)。另外，类似地对设计实现开放用于确定应该将资源保留多长时间的过程(见图2中的框218)。

作为一个一般问题，标准体通常不标准化用于执行预注册和预认证的算法。因此，已经提出了不同的方式以使用预注册和预认证降低切换时延。在一种方式中，用户设备或者移动台独立工作或者与一个或者多个基站协作，在用户设备或者移动台切换到邻居网络之前，选择它可能访问的邻居基站，并参与执行与候选基站的预注册和预认证，提前密钥分发和其他过程。然而，大部分现有的预注册/认证机制通常关注预测用户设备移动和基于该移动怎样选择用户设备台可能切换到的目标基站。

更具体地，一些机制使用与服务器相关联的集中式数据库去收集在小区间的用户设备移动历史，以例如通过在WiFi网络中的接入点间构建邻居图来预测将来的切换行为。然而，在接入点间交换的额外信令消息可能造成去往其他没有采用相同算法的接入点的信令中的一致性问题。此外，集中式服务器可能成为性能瓶颈。另外，该技术不适用于异构网络(使用不同接入技术的网络)，这是因为接入点需要在相同的管理域下。

在其他的机制中，每一接入点记录移动台或者用户设备能够到达它的邻居的平均需要时间间隔。当用户设备请求预认证时，服务接入点帮助识别满足需要的所有邻居。这些机制在有大量移动台的地方变得很难实现。

鉴于现有的技术，需要解决一些技术问题以允许预注册/预认证从而有效地降低切换时延。如上所述，一个问题是何时执行预注册/预认证。移动设备或者用户设备可以以任何速度移动并且在任何时间离开它的当前小区。如果要执行预注册/预认证，则应当在真正切换发生前执行预注册/预认证。然而，当当前小区小并且用户设备高速移动时，用户设备可能没有足够的时间与一些或者甚至任何一个邻居小区来执行预注册/预认证。因此，决定何时以及是否触发与邻居小区的预注册/预认证是重要的。

另一个问题是应当与哪一个邻居网络或者小区来执行预注册/预认证。用户设备可以在任何方向移动并且可以在任何时间改变它的移动方向。因此，决定用户设备应当与哪一个邻居小区来执行预注册和预认证是重要的。如果要与多个邻居网络或者小区来执行预注册和预认证，则确定用户设备与这些邻居小区执行预注册和预认证的顺序也是重要的。这是因为预注册和预认证是耗时的，并且在移动台与其试图进行预注册和预认证的所有邻居网络或者小区完成预注册和预认证操作之前，移动台可以离开它的当前小区。

另一个问题是何时释放在邻居网络中通过预注册/预认证保留的网络资源。如图2中所图示的，一旦与邻居网络或者小区的预注册/预认证完成，就将在邻居网络中为特定用户设备或者移动台保留一些上下文(context)，该上下文包括IP地址，密钥和移动性上下文。然而，用户设备可以不访问一些用户设备已经与之执行了预注册/预认证的候选小区。因此，及时删除那些小区中的上下文是重要的。

于是，针对解决问题和缺陷的系统和方法是实用的，该问题和缺陷与确定在无线网络中，具体而言是在全IP无线网络中，何时执行切换以及保留资源多长时间相关。

发明内容

本发明的一个方面是一种用于管理无线网络移动性的方法。该方法优选地包括在第一网络设备处，获取与停留在该第一网络设备的覆盖范围内的一个或者多个用户设备相关联的时间的一个或者多个样本。该方法还优选地包括在第二网络设备处，基于所获取的时间样本，估计另一用户设备可能停留在该覆盖范围内的时间。

依据本发明的这个方面，该方法优选地包括使用随机处理来处理该获取的样本，其中，随机处理包括Wiener处理。

另外，依据本发明的这个方面，该方法可以包括使用时间序列分析来处理获取的样本。

另外，依据本发明的这个方面，该方法可以包括通过第二网络设备，向该另一用户设备传输所估计的时间。

另外，依据本发明的这个方面，该第一网络设备和第二网络设备包含同一网络设备。

另外，依据本发明的这个方面，可从包含基站，蜂窝电话，移动性管理实体，本地用户服务器，服务网关和认证、授权和计费服务器的组中来选择第一或者第二网络设备。

另外，该方法可以包括在网络设备处，接收来自另一用户设备的预认证/预注册请求，并且基于所估计的时间在网络设备处执行预认证/预注册请求。

另外，依据本发明的这个方面，该方法可以包括获取一个或者多个邻居小区的信噪比，所述邻居小区通过与所述另一用户设备相关联的一个或者多个邻居基站的覆盖范围被定义，并且从邻居小区中，基于所获取的信噪比，确定用于切换另一用户设备的目标小区。

在另一方面，本发明包括管理无线网络资源的方法。该方法优选地包括以下步骤：在第一网络设备处，获取与第一基站相关联的多哦用户设备的一个或者多个时间样本；以及在第二网络设备处，基于获取的时间样本，估计与该第一基站相关联的另一用户设备的小区驻留时间；在第二网络设备处，基于估计的小区驻留时间，确定释放网络资源的时间。

另外，依据本发明的这个方面，估计还包括计算所估计的小区驻留时间的标准偏差。

另外，依据本发明的这个方面，网络资源可以包括网络地址，QoS配置文件，密钥或者承载。

另外，依据本发明的这个方面，该方法可以包括以下步骤：在第二基站处，接收来自另一用户设备的预认证或者预注册请求；在第二基站处，基于估计的时间，预认证或者预注册另一用户设备；以及保留网络资源，用于切换另一用户设备到与该另一用户设备相关联的邻居小区。

另外，估计可以包括使用随机处理或者时间序列分析处理所获取的时间样本，其中随机处理可以包括Wiener处理。

另外，该方法可以包括通过网络设备向另一用户设备传输估计的时间。

在另一方面，本发明是一个系统，该系统可以包括以下部件：基站，用于获取与该基站相关联的多个用户设备的一个或者多个时间样本；以及与网络元件相关联的处理器，用于基于所获取的时间样本，估计与该基站相关联的另一用户设备的小区驻留时间。

另外，依据本发明的这个方面，从包含基站，蜂窝电话，移动性管理实体，本地用户服务器，服务网关和认证、授权和计费服务器的组中选择网络设备。

另外，依据本发明的这个方面，时间样本包括小区驻留时间，用户设备进入小区的时间或者用户设备离开小区的时间。

附图说明

图1A图解了E-URTAN和eHRPD网络的互通网络拓扑。

图1B图解了E-URTAN和eHRPD互通架构的系统示意图。

图2图解了在E-URTAN和eHRPD互通中用于预注册和预认证的呼叫流程示意图。

图3图解了依据本发明的一个方面的流程图。

图4图解了依据该系统和方法的一个方面的系统示意图。

图5A图解了依据本发明的一个方面的呼叫流程示意图。

图5B图解了依据本发明的一个方面的呼叫流程示意图。

图5C图解了依据本发明的一个方面的呼叫流程示意图。

图5D图解了依据本发明的一个方面的呼叫流程示意图。

具体实施方式

图1A示出了E-URTAN和eHRPD网络的互通网络拓扑。如所示出的，拓扑100包括eHRPD网络部分或小区101以及E-URTAN网络部分或小区102。作为用户设备，移动台或者网络设备103在这些网络或者小区101和102间移动，需要在适当的时候通过基站109和基站113无缝地建立通信。这需要预认证和预注册，以及网络资源的分配以使能在网络或者小区间的平滑和无缝切换。

图1B示出了简化的E-URTAN和eHRPD互通架构160。如所示出的，该E-URTAN网络包括无线接入网络168，该无线接入网络168包括基站或者eNodeB(演进的节点B或者eNB，该节点B或者eNB可以包括基站)113。eNodeB 113被连接到在3GPP演进的分组核心(EPC)网络170中的一个或多个网络设备或者元件。具体地，可以连接eNodeB 113到服务网关164或者移动性管理实体174中的任一个。可以连接服务网关164到分组数据网络网关176以及策略和收费规则功能网络元件184。移动性管理实体174连接到本地用户服务器180，该本地用户服务器180自身连接到3GPP认证，授权和计费(AAA)服务器186。虽然图1B示出的连接是在这种网络设备间的线，但应理解，可能存在在网络设备或者元件之间的中介设备。在每一网络设备间示出的线意图图示出这些网络设备或者元件彼此间直接地或者间接的通信。

功能上，服务网关164在网络的E-URTAN 168部分和EPC 170部分间运输数据分组。移动性管理实体174负责与移动性管理和认证相关的功能。服务网关164与每一用户设备103₁相关联。当用户设备穿越eNodeB113时，服务网关164作为本地移动性锚点来服务。即，服务网关164路由和转发用户数据分组。分组数据网络网关176作为在3GPP EPC和外部分组数据网络(没有示出)间的分组数据的锚点。为了连接多个分组数据网络，可以存在多于一个分组数据网络网关。本地用户服务器180存储用于用户的信息。策略和收费规则功能网络元件184支持QoS资源的策略控制和管理。3GPPP AAA服务器186负责认证，授权和计费。

如图1B所示出的，用户设备103₁可以通过eHRPD无线接入网络192漫游到eHRPD网络188。无线接入网络192包括与用户设备103通信的基站109。基站109连接到演进的接入网络/演进的分组控制功能(eAN/ePCF)194。eAN/ePCF 194连接到HRPD服务网关190，接入网络AAA 196，以及优选连接到移动性管理实体174。HRPD服务网关190连接到3GPP2AAA服务器198。

在3GPP2eHRPD网络188中，HRPD服务网关190是将eHRPD接入网络和3GPP EPC进行连接的服务网关。eAN/ePCF 194是演进的接入网络(eAN)和演进的分组控制功能(ePCF)的组合。该eAN被用于与用户设备无线通信。该ePCF管理在eAN和HRPD服务网关190间的分组的中继。虽然逻辑上，能够分离该eAN和ePCF，但是作为实际的情况，当实现它们时，通常预期它们物理上是同址的。接入网络AAA 196负责接入网络的认证，该接入网络在图1B中是eHRPD无线接入网络192。3GPP2AAA 198作为在eHRPD系统中的AAA服务器。

参考图1A和图1B，当用户设备从它当前驻留的小区移动到另一个小区时，切换用户设备。通过基站所服务于的无线信号覆盖区域来定义小区。在3GPP LTE中，小区覆盖面积可以从1km到100km变化。活动的切换指当用户设备103处于活动状态时发生的切换，用户设备103处于活动状态即在用户设备103和eAN/ePCF 194间存在物理业务信道，并且在eAN/ePCF 194和HSGW 190间存在连接。在用户设备103和HSGW 190间还存在点对点协议(PPP)链路。在静止切换中，在用户设备103和eAN/ePCF 194间不存在物理业务信道。相应地，静止切换中，在HSGW190和用户设备103间能发送分组数据之前，应当寻呼(page)用户设备。

存在切换的两个阶段。第一阶段是与目标邻居小区执行预注册和预认证。在这一点上，当邻居小区在例如3GPP EPC和3GPP2eHRPD的不同网络上时，在邻居网络间发生切换。第二阶段，即切换阶段，包括切换过程的其余部分，即，令用户设备或者网络装置真正地改变网络或者服务基站。研究示出，注册和认证比在切换期间通常执行的其他过程占用更多的时间。因此，预注册和预认证能够显著的降低切换时延。

现参考图2，其中示出了一呼叫流程，该呼叫流程描述了如3GPP1X.0057中所规定的，作为在E-TRAN和eHRPD网络间的切换过程的一部分的预注册和预认证的步骤。如所示出的，用户设备103发起eHRPD系统中的新会话209的建立。设备认证210之后，eHRPD eAN/ePCF 194建立和HRPD服务网关190间的主要A10连接。之后，用户设备103和HRPD服务网关190发起PPP连接建立过程212。如在IETF RFC 4197中所描述的，用户设备103然后通过使用EAP-AKA 212₁到EAP-AKA 212₃执行用户认证和授权。使用点对点协议(PPP)在用户设备103和HRPD服务网关190间交换EAP-AKA消息。通过3GPP2AAA服务器198将该EAP-AKA消息进一步中继到3GPP2AAA服务器186，该3GPP2AAA服务器186认证和授权用户设备。

在成功的认证和授权后，3GPP AAA服务器186查询本地用户服务器180以及返回分组数据网络网关地址到eHRPD系统。HRPD服务网关190存储从3GPP2AAA服务器186或者本地用户服务器180接收的PDN GWIP地址，QoS配置文件(profile)，以及其他用户上下文信息，213和214。上述步骤之后，网络发起资源保留过程以建立全部专用承载并完成预注册/认证处理。使用该过程，建立了eHRPD和IP上下文。

依据本发明的多种方面，通过用于预测用户设备应当何时，是否，以及与哪一个邻居小区或者网络来执行预注册/预认证，以及估计在预注册/预认证期间建立的上下文(例如，保留的网络资源)的生存时间从而降低切换时延的系统和方法，提升了无线网络移动性和资源管理。具体地，该系统和方法使用历史信息以预测用户设备的小区驻留时间，该小区驻留时间被定义为从用户设备连接到一个基站时起直到用户设备被切换到另一基站的时间间隔。如下面详细说明的，历史信息优选地包括先前驻留在小区中的用户设备的驻留时间样本。

现参考图3，图3示出了流程图300，该流程图300图示了依据本发明的一个方面的一种方法。该方法开始在步骤S305处，网络设备(例如，基站)获取在与该网络设备相关联的小区中已驻留的(一个或多个)用户设备的小区驻留时间样本。通常，当(一个或多个)用户设备正在从它们原始的服务小区切换到邻居小区时，获取小区驻留时间。在其他实施例中，可以通过轮询用户设备，或者令用户设备周期性地向网络设备报告该设备的当前驻留时间来周期性地获取小区驻留时间。

在步骤S310处，基于在步骤S305处所获取的样本，网络设备估计驻留在小区中的用户设备的小区驻留时间。之后，基于所估计的小区驻留时间，在步骤315处，网络设备估计要为用户保留的网络资源的生存时间，并且在步骤320处，网络设备执行用户设备的预认证和预注册。

图4示出了可以依据本发明的一个方面实现的系统400。具体地，图4图解地描述了包括基站401和用户设备402的系统400。如上所述，基站401可以包括或者被称为eNodeB或者eNB。一般地，基站401包括天线，以及用于将用户和控制信息传送到用户设备402，或者从用户设备402传送用户和控制信息的接收机和发射机(一起构成收发机单元)。在这一点上，将天线配置为将射频波发射到用户设备，或者接收来自用户设备的射频波。如图1和图2所示出的，基站包括RAN的一部分并且被耦合到例如EPC 170或者eHRPD 188的核心网络上。

基站401可以包括数据库403，该数据库403包括所获取的之前驻留在基站401的小区或服务区域中的用户设备的小区驻留时间的样本。虽然图4图示的数据库403作为基站的一部分，但该数据库可以驻留在核心网络中，如图2所示。例如，该数据库可以驻留在图1B中示出的任何网络设备或者元件中，或者作为一个单独的基站。同样，也可以通过任何一个这样的网络设备执行步骤413到步骤423中的任何一个。

如图4中所示出的，在步骤S410处，用户设备402监控当前该设备连接到的或者用来例如与另一用户设备通信的基站的信噪比(SNR)。在这一点上，可以称基站为服务基站，这是因为该基站是用于提供内容(例如，语音，视频等)到用户设备402的基站。通过这种方式，虽然用户设备402可以听到其他基站，但基站401定义其正在驻留(或停留)的当前小区。另外，如上所述，用户设备停留或者驻留在基站的覆盖范围或者小区的时间，一般被称为用户设备的小区驻留时间。

用户设备或者用户设备402一般包括能够与基站401无线地通信的任何移动设备或者移动台。用户设备402的示例包括蜂窝电话，智能电话，个人数字助理或者移动计算设备。

在步骤S411处，用户设备402将当前测量的SNR和预定的阈值T₁进行比较(例如，T₁≤50％)。如果SNR小于T₁，则在步骤S412处，用户设备通知基站其希望与候选邻居基站或者小区执行预注册和预认证。在步骤413到步骤420中，基站401(或者其他网络设备)通过估计用户设备402的小区驻留时间来决定是否触发预注册/预认证。

具体地，在步骤413处，基站401从用户设备402接收预注册和预认证请求。之后，在步骤414处，基站401从数据库403检索所收集的小区驻留时间的样本，该小区驻留时间是从基站401所服务于的小区切换到邻居小区的用户设备的小区驻留时间。在以下将进一步描述的步骤415到步骤418处，基站401基于统计模型估计用户设备的小区驻留时间。在步骤419处，计算用户设备的剩余时间。剩余时间是估计的小区驻留时间和用户设备驻留在当前小区的时间之间的差值。在步骤420处，如果用户设备的驻留时间小于阈值T2，例如，T2≤500ms，则基站401进行到步骤423，以指导用户设备执行预注册/预认证，并且进行到在步骤421处，估计小区驻留时间的标准偏差。在步骤422处，可以使用小区驻留时间的估计的标准偏差，来估计要为用户设备保留以供执行切换的网络资源的生存时间。如果剩余时间等于或者大于预定的阈值T2，则基站401不批准预注册和预认证请求。

现参考图5A，图示了本发明更多方面的呼叫流程示意图。如上述，在步骤411处，用户设备402将当前测量的SNR与预确定的阈值T₁进行比较(例如，T₁≤50％)。如果SNR小于T₁，在步骤S412处，用户设备通知基站其希望与候选邻居基站或者小区执行预注册和预认证。在步骤419到步骤418处，基站401为用户设备402估计小区驻留时间和剩余时间。如之前参考图4所描述的，在步骤420处，如果驻留时间小于预确定的阈值T2，在步骤424处，基站401拒绝预注册/预认证请求。在另一方面，如果用户设备的剩余时间小于阈值T2，在步骤423处，基站401批准预注册/预认证请求。

图5B示出了本发明的另一方面。在这个方面中，当用户设备连接到基站时，或者当用户设备向基站报告该用户设备与该基站的SNR小于阈值T₁时，基站401将预测的小区驻留时间发送到用户设备。之后，用户设备自身可使用从基站接收的预测的小区驻留时间，以确定该用户设备应当何时(和是否应当)发起预注册和预认证。

在本发明的另一个方面，基站还可以将其从一个或多个用户设备获取的小区驻留时间传输到其他网络设备。可以在这些其他网络设备或者元件中存储这些获取的驻留时间或者样本，并且这些获取的驻留时间或者样本可以被用于在该其他网络设备中估计小区驻留时间。如之前所述的，该网络设备可以包括在3GPP EPC中的网络部件，该网络部件诸如是移动性管理实体174，本地用户服务器180，服务网关164或者AAA服务器186。对于3GPP2 eHRPD网络，设备可以包括eAN/ePCF 194，接入网络AAA196，或者AAA服务器198。

在本发明的另一方面，基站可以指导用户设备来与在列表中的邻居基站执行预注册/预认证，该列表是基于SNR下降的顺序来排序的。图5C和图5D示出了，在步骤453处，用户设备收集基站的邻居小区的SNR，并且在步骤454处，向基站报告收集的SNR。通常地，可以是E-UTRAN或者eHRPD的邻居小区的数目小于10。从E-UTRAN到eHRPD的切换中，基站首先列出eHRPD的小区。之后，在步骤455处，基站基于通过用户设备报告的SNR，对eHRPD小区的列表进行排序。在列表中的一些或者全部SNR可以为零，这是因为可能在开始预注册和预认证之前，用户设备不能找到全部的邻居小区。之后，在步骤456处，网络向用户设备回送排序后的列表，并且指导用户设备基于SNR下降顺序与在列表中的小区执行预注册/预认证。与最高SNR的小区执行预注册/预认证的原因是，用户设备很可能将漫游到该小区。

在本发明的另一方面，基于SNR增大的比例，而不是SNR本身，基站为用户设备的预注册和预认证确定候选小区的排名。SNR的较高的增大比率指示用户设备正向该候选小区移动。在图5A和图5B中，当用户设备决定执行预注册和预认证时，在步骤453处，该用户设备在给定的时间周期[t₁，t₂]采样候选小区的SNR，并且在步骤454处，向基站报告在t₁和t₂的邻居小区的SNR。从用户设备接收SNR后，在步骤455处，基站为每一候选小区计算在这个时间周期上的SNR的增大率。之后，基站依据SNR增大的比率按照下降顺序对候选小区进行排名，并且在步骤456处，将列表送回用户设备。

图5A到图5D示出了用户设备从具有最高SNR增大比率或者最高SNR的候选小区开始执行预注册和预认证。在网络进行到用户设备的预注册和预认证之后，在步骤459处，基站开始估计网络驻留时间的标准偏差，并且计算针对切换用户设备而保留的上下文数据的生存时间，在步骤460处，相应地设置上下文数据的生存时间。在本发明的其他实施例中，可以在其它网络设备或者元件中执行上下文生存时间的计算。该网络设备可以包括在3GPP EPC中的网络部件，诸如移动性管理实体174，本地用户服务器180，服务网关164或者AAA服务器186。对于3GPP2 eHRPD网络，设备可以包括eAN/ePCF 194，接入网络AAA 196，或者AAA服务器198。

在本发明的另一优选方面，可使用Wiener处理来估计小区驻留时间。Wiener处理是一个随机处理，该处理被证明在随机变量的值受到大量的独立的或者弱相关的、每一个都有相对小的影响的因素影响的建模处理中是有效的。小区驻留时间是一个受大量因素影响的模型，所述因素或者是彼此独立的或者是相互弱相关的。因此，Wiener处理提供了建模小区驻留时间的有效方法。

一般地，通过以下的三个特征定义Wiener处理X_t：

对于全部的t≥0，X_t是N(0，c²t)分布的。N代表零均值，方差为c²t的正态分布。{X_t；t≥0}具有独立增量。对于0≤s≤t，增量{X_t-X_s}是N(0，c²(t-s))分布的。

通过{W_t；t≥0}代表c＝1时的标准Wiener处理，其中，对于全部的0≤s≤t，E[W_t]＝0，Var(W_t)＝t。此外，有漂移或者趋势μt的一般Wiener处理被写为：

X_t＝μt+W_t                 (1)

令Δt为预测时间间隔，α为标准正态随机变量。通过使用一般Wiener处理，变化ΔK可以被写为：

$\mathrm{\ΔK}=K\left(t\right)-K(t-\mathrm{\Δt})=\mathrm{\α}\sqrt{\mathrm{\Δt}}---\left(2\right)$

ΔK是从t-Δt到t的变化。每Δt时间单位计算ΔK的量。对任意给定的Δt，可以建模ΔK为正态随机变量。另外，在下面方程中的Wiener处理的变化允许ΔK的均值和标准偏差随时间变化。

$\mathrm{\ΔK}=\mathrm{\μ\Δt}+\mathrm{\α\δ}\sqrt{\mathrm{\Δt}}---\left(3\right)$

其中，μ和δ为常量。如方程(3)示出的，ΔK变为均值为μΔt且标准偏差为

的正态分布随机变量。这表明对于任意给定的时间间隔Δt，可以从μ和δ直接计算ΔK的均值和标准偏差。因此，μ和δ分别称为ΔK的期望漂移和标准偏差率。而且，对任意给定的时间间隔θ，基于长度为θ的先前的时间间隔中的ΔK的样本值的均值和方差，可以估计μ和δ。令k(t)为K(t)的样本值，在先前的r个时间间隔[t-iθ-θ，t-iθ]中ΔK的样本值为k(t-iθ)-k(t-iθ-θ)，其中i＝0，...，r-1。那么，能够通过估计μ：

$\widehat{\mathrm{\μ}}=\frac{\mathrm{\Σ}\frac{r-1}{i=0}(k(t-\mathrm{i\θ})-k(t-\mathrm{i\θ}-\mathrm{\θ}))}{\mathrm{r\θ}}=\frac{k\left(t\right)-k(t-\mathrm{r\θ})}{\mathrm{r\θ}}---\left(4\right)$

而且，δ的估计

通过如下方程被给出：

$\widehat{\mathrm{\δ}}=\sqrt{\frac{\mathrm{\Σ}\frac{r-1}{i=0}{(k(t-\mathrm{i\θ})-k(t-\mathrm{i\θ}-\mathrm{\θ})-\widehat{\mathrm{\μ}}\mathrm{\θ})}^2}{\mathrm{r\θ}}}---\left(5\right)$

通过使用方程(3)到方程(5)，当r足够大时，能够接近地估计出ΔK。通常对于r25足够。Wiener处理可以使用在任意给定取样时间间隔θ中的旧记录，来估计在不久的将来K(t+Δt)的值。

对于不同的用户设备，小区驻留时间可以变化很大，尤其是在E-UTRAN-eHRPD互通的网络系统中。因此，定义k(t-iθ)以表示用户设备的小区驻留时间的瞬时平均，该用户设备为对于全部的i＝0，...，r-1，在(t-iθ)前执行切换到邻居小区的最后n个用户设备。之后，在方程(4)到方程(5)中使用k(t-iθ)来计算

和

之后通过使用方程(3)利用和来产生ΔK。当使用Wiener处理时，首先，基站需要运行r×θ时间单位以收集足够的样本。之后，基站能够使用方程(3)到方程(5)开始计算ΔK的估计值。然后通过ΔK和K(t)可以计算出估计的K(t+Δt)。

在图4中的步骤413到步骤418图示了该Wiener处理的以上步骤。具体地，在步骤413处，在时间t，基站401从用户设备402接收预注册和预认证请求。之后，在步骤414，基站401从基站403例如检索针对长度θ的r-1个时间间隔的最后n个用户设备的小区驻留时间的所收集样本。在步骤415处，计算在t-(r-1)θ之前的小区驻留时间的瞬时均值。之后在步骤416，基站401计算从t-Δt到t的小区驻留时间的变化的期望漂移和标准偏差。之后在步骤417处，计算从t-Δt到t的小区驻留时间的变化。在步骤418处，基于所计算出的从t-Δt到t的小区驻留时间的变化，估计用户设备402的小区驻留时间。

在本发明的其他实施例中，能够使用诸如时间序列分析之类的其他统计模型来估计小区驻留时间。也可以使用包括求平均在内的其他模型来估计小区驻留时间。

在本发明的另一方面，基于小区驻留时间，可以估计通过预注册/预认证保留的网络资源的上下文生存时间。如果预测的上下文生存时间短于剩余小区驻留时间，那么保留的上下文可能在切换开始之前到期。这可能影响预注册/预认证处理，使得在某些情况下预注册/预认证变得没有意义。

可以计算通过方程(3)到方程(5)估计的小区驻留时间的标准偏差。定义std(t-iθ)为对全部的i＝0，...，r-1，在(t-iθ)前执行切换到邻居小区的n个用户设备的小区驻留时间的瞬时标准偏差。也通过对全部的i＝0，...，r-1，k(t-iθ)和时间间隔[t-iθ-θ，t-iθ]内的在小区中的全部用户设备，来计算该std(t-iθ)。

如之前所描述的，之后可以通过ΔK和K(t)计算K(t+Δt)。令σ(t+Δt)代表小区驻留时间的估计标准偏差。即，σ(t+Δt)＝std(t)。为了增大在用户设备执行切换前用户设备的上下文生存时间不到期的概率，可以按照如下步骤预测上下文生存时间，其中a为正实数的置信系数。例如，当a＝2时，用户设备实际的上下文生存时间长于预测的上下文生存时间的概率将小于5％。

上下文生存时间＝K(t+Δt)+a×σ(t+Δt)。

释放保留的网络资源的一种途径是，一旦用户设备移动到了一个小区中，就使用显式的信令来触发其他的小区删除该上下文。然而，可能需要改变或者定义网络架构和新信令以实现该过程。在3GPP2 eHRPD中，基站不能与另一个基站直接通信。信令消息需要穿过eAN/ePCF或者甚至HSGW以到达另一基站。虽然可以通过被叫做X2接口的接口连接在eGPPEPS中的eNodeB，但X2接口的主要目的是在切换之后将分组从原来的eNodeB转发到新的eNodeB。需要标准化用于删除不用的上下文的X2接口的使用。对于从E-UTRAN和eHRPD的切换，基站间的信令消息需要穿过PDN GW，这将会导致长的路由路径。除了标准化的问题以外，该途径还显著地增大了预注册/预认证的复杂度。

鉴于以上目的，各预建立的上下文可以拥有终止在其自身上到期的上下文生存时间。这避免了用户设备需要使用更多的信令来指导邻居网络去移除该预建立的上下文，因此，显著地降低了预注册/预认证的复杂度。

怎样确定预建立的上下文的生存时间是重要的。如果上下文生存时间太长或者无限，则将在候选网络和用户设备中都浪费该在不用的上下文中的保留资源，这是因为其他的用户设备不能使用这些保留的资源。如果存在许多用户设备执行预注册/预认证，则甚至可能不必要地耗尽在各小区中的资源。并且，如果不删除不用的密钥资料，则该不用的密钥资料可能导致安全问题。在另一方面，如果在切换发生之前删除该上下文，则当用户设备访问该小区时，用户设备需要再一次重新执行预注册/预认证，并且重新建立上下文。于是，较早地执行预注册/预认证变得没有用，并且增大了在用户设备和基站上的消息传送开销和计算开销。这个问题对于大规模网络变得尤其重要。

已经证明，任意选择的静态上下文生存时间会导致差的性能。一个评估准则是呼叫阻塞/切换丢弃概率。较长的生存时间导致较高的呼叫阻塞/切换丢弃概率。显然，如果为切换呼叫保留了较多的资源，那么新呼叫的阻塞概率下降。另一方面，如果为新呼叫保留了较多的资源，那么切换丢弃概率下降。因此，较短的生存时间在呼叫阻塞/切换丢弃概率方面性能更好。

另一个评估准则是实际上使用了多少保留的上下文的测量值。可以定义该测量值为命中率：

(NotExpired：未到期；UE：用户设备)

随着上下文生存时间增大，命中率也增大。相反地，较短的上下文生存时间导致低的命中率。因此，使用静态上下文生存时间时，呼叫阻塞/切换丢弃概率和命中率这两个性能度量相互间冲突。因此，需要动态上下文生存时间算法。

在切换用户设备到候选小区之后，将重置在该候选小区中为用户设备保留的上下文生存时间，使其持续与用户设备停留在该小区内的时间相同长的时间。

在这里使用的术语仅仅是为了描述特定的实施例目的，并不意图成为本发明的限制。如这里所使用的，单数形式“一(“a”，“an”)”和“该(“the”)”也意图包含复数形式，除非该上下文明显的指示其他情况。将进一步理解，在本说明书中，当使用术语“包括”时，说明所叙述的特征、整体、步骤、操作、元件、和/或器件的存在，但是不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、器件、和/或他们的组的存在或者附加。

作为包含在计算机或者可用机器或者可读介质中的程序、软件或者计算指令，可以包括本公开的许多方面。当该程序、软件或者计算指令运行在计算机、处理器、和/或机器上时，引起计算机或者机器执行方法的步骤。更特殊地，可以简化这里所描述的方法为编程指令，该编程指令存储在存储器中，并且通过处理器或者中央处理单元(CPU)，微处理器等被执行。该处理器可以包括Intel，AMD制造的处理器或者任意其他的类似产品。另外，还可以对指令编程以使用应用特定的集成电路(ASICs)来操作，对指令编程可以使得该方法对于例如基站或者用户设备更加便携。

如上所述的，本公开的用户设备，移动台或者用户设备可以包括诸如蜂窝电话，移动计算机，移动媒体刻录机，移动媒体播放器，移动游戏操纵台，导航设备，通信设备和附件之类的移动设备。移动设备在其中执行切换的无线网络可以包括3GPP，3GPP2或者WiFi网络。

虽然在这里已经参考特定的实施例描述了本发明，应理解，这些实施例仅是本发明的应用和原理的解释性的。因此，应理解，可以制造该解释性的实施例的大量修改，并且在不偏离所附权利要求所定义的本发明的精神和范围的情况下，可以设计其他方案。

Claims (23)

1.一种用于无线网络移动性管理的方法，包括：

在第一网络设备处，获取与一个或者多个用户设备停留在所述第一网络设备的覆盖范围内的时间相关的一个或者多个时间样本；以及

在第二网络设备处，基于所获取的所述时间样本估计另一用户设备可能停留在所述覆盖范围内的时间。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，通过从包含基站，蜂窝电话，移动性管理实体，本地用户服务器，服务网关和认证、授权和计费服务器的组中选择的网络设备来执行所述获取和估计。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一网络设备和所述第二网络设备包括同一网络设备。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述估计还包括使用随机处理来处理所获取的样本。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述随机处理包括Wiener处理。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述估计还包括使用时间序列分析处理所获取的样本。

7.根据权利要求1所述的方法，还包括通过所述的第二网络设备，向所述的另一用户设备传输所估计的时间。

8.根据权利要求1所述的方法，其中：从包含蜂窝电话，移动计算机，移动媒体刻录机，移动媒体播放器，移动游戏操纵台，导航设备，通信设备和通信附件的组中选择所述的用户设备。

9.根据权利要求1所述的方法，还包括：

在第三网络设备处，接收来自所述的另一用户设备的预认证请求；以及

在所述第三网络设备处，基于所估计的时间，预认证所述的另一用户设备。

10.根据权利要求1所述的方法，还包括：

在第三网络设备处，接收来自所述的另一用户设备的预注册请求；以及

在所述第三网络设备处，基于所估计的时间，执行所述的另一用户设备的预注册。

11.根据权利要求1所述的方法，还包括获取一个或者多个邻居小区的信噪比，所述邻居小区通过与所述另一用户设备相关联的一个或者多个邻居基站的覆盖范围被定义。

12.根据权利要求11所述的方法，还包括基于所获取的信噪比，从所述邻居小区中，确定用于切换所述另一用户设备的目标小区。

13.一种管理无线网络资源的方法，包括：

在第一网络设备处，获取与第一基站相关联的多个用户设备的一个或者多个时间样本；以及

在第二网络设备处，基于所获取的时间样本，估计与所述第一基站相关联的另一用户设备的小区驻留时间；

在所述第二网络设备处，基于所估计的小区驻留时间，确定用于释放网络资源的时间。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，估计还包括计算所估计的小区驻留时间的标准偏差。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述网络资源包括网络地址，网络承载，服务质量配置文件或者密钥。

16.根据权利要求14所述的方法，还包括：

在第二基站处，接收来自所述另一用户设备的预认证或预注册请求；

在所述第二基站处，基于所估计的时间，预认证和预注册所述另一用户设备；以及

保留网络资源，用于将所述另一用户设备切换到与所述另一用户设备相关联的邻居小区。

17.根据权利要求14所述的方法，其中，从包含基站，蜂窝电话，移动性管理实体，本地用户服务器，服务网关和认证、授权和计费服务器的组中来选择所述的第一或者第二网络设备。

18.根据权利要求14所述的方法，其中，估计还包括使用随机处理或者时间序列分析来处理所获取的时间样本。

19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述随机处理包括Wiener处理。

20.根据权利要求14所述的方法，还包括通过所述的网络设备，向所述的另一用户设备传输所估计的时间。

21.一种系统，包括：

基站，用于获取与所述基站相关联的多个用户设备的一个或者多个时间样本；以及

与网络元件相关联的处理器，用于基于所获取的时间样本，估计与所述基站相关联的另一用户设备的小区驻留时间。

22.根据权利要求21所述的系统，其中，从包含基站，蜂窝电话，移动性管理实体，本地用户服务器，服务网关和认证、授权和计费服务器的组中选择所述网络元件。

23.根据权利要求22所述的系统，其中，所述时间样本包括小区驻留时间。

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