CN102696269A - 用于lte和第三代无线网络之间互工作的拥塞控制 - Google Patents

用于lte和第三代无线网络之间互工作的拥塞控制 Download PDF

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Abstract

一种拥塞指示被引入以向诸如LTE网络等分组交换网络指示电路交换网络的拥塞状况。拥塞指示从电路交换网络中的互工作功能传送到LTE网络。拥塞指示和/或其它拥塞信息与其它情况下发送的电路服务信令消息一起传送。将拥塞信息和其它电路服务信令消息搭载在一起减少了通过LTE网络的信令的量。

Description

用于LTE和第三代无线网络之间互工作的拥塞控制
相关申请
本申请要求2010年1月15日提交的美国临时专利申请61/295271的权益（benefit），该申请通过引用结合于本文中。
背景技术
过去，移动通信系统主要使用电路交换网络来提供话音服务和低速数据服务，并且使用分组交换网络来提供高速数据服务。电路交换网络为每个话音或数据呼叫分配专用信道。在分组交换网络中，数据通过共享网络资源以分组传送。通常，与电路交换网络相比，分组交换网络一般提供增大的带宽效率，而电路交换网络一般提供更高的服务质量保证。第三代(3G)标准集成了分组交换数据网络和电路交换话音网络以提供话音和数据服务。
在开发中的并称为长期演进(LTE)的第四代(4G)标准是对话音服务不具有内在支持的分组交换网络。多个提议在考虑中以用于在LTE网络中提供话音通信。然而，在此点不确定的是LTE系统的初始铺展是否将包括对话音通信的支持。如果初始铺展不提供对话音通信的支持，则服务提供商能够利用现有电路交换网络来提供话音服务。即使早期LTE系统支持话音通信，服务提供商也将可能逐渐分阶段引入LTE系统，并利用现有3G网络在LTE网络不提供覆盖的区域中提供服务。因此，需要互工作（interworking）协议以便能够实现LTE与现有电路交换网络之间的互工作。
正在考虑几个提议以能够实现3G与LTE网络之间的互工作，以允许服务提供商利用现有网络并逐渐分阶段引入LTE网络。互工作的一种方案称为单无线电话音呼叫连续性(SRVCC)。在LTE覆盖不可用时，SRVCC方案允许LTE话音呼叫切换到3G网络。SRVCC方案在3GPP TS.23.216中被描述。另一互工作方案称为电路交换回退(CSFB)。CSFB是允许服务提供商使用现有电路交换网络向LTE用户提供话音服务的互工作机制。移动用户能够在附连到LTE网络后向电路交换网络注册。对于话音通信，用户从LTE网络被重定向到提供话音服务的3G网络。
在3G网络中，拥塞控制机制可用于控制拥塞。拥塞控制机制的目的是在网络过载时减少移动端接的和移动始发的呼叫的数量。拥塞控制机制使用通过下行链路广播信道向移动终端广播的持久性参数（persistence parameter）。持久性参数确定移动终端将尝试接入网络的概率。一般情况下，移动终端通过持久性参数执行随机检查。如果移动终端通过随机检查，则移动终端被允许接入网络。由于持久性参数在3G网络中传送，因此，在LTE网络中操作的移动终端可能不接收持久性参数。因此，LTE网络中的移动终端将不知道3G网络何时拥塞。
已提议通过LTE广播信道广播持久性参数。在运营商检测到3G系统中存在过载时，运营商能够更新LTE中的持久性参数，以便电路交换回退尝试的数量对于某个时间期减少或停止。类似于3G系统，移动终端将读取持久性参数，并且在尝试电路交换回退前执行随机检查。因此，避免了由失败的电路交换回退尝试在LTE无线电接口上造成的信令负载。
另一提议是在移动终端尝试电路交换回退后通过LTE广播信道输送拥塞信息到移动终端。移动终端尝试电路交换回退时，移动终端将电路交换消息发送到3G网络中的移动交换中心。互工作功能可接受或拒绝信令消息。任一情况下，互工作功能能够在对信令消息的响应中指示拥塞状况。
用于拥塞管理的提议的解决方案未完全令人满意。第一种提议有关的问题是没有标准机制用于使得在LTE网络中知道3G网络的拥塞状况。虽然供应商可在操作和管理系统内实现专有协议以将拥塞信息从3G网络输送到LTE网络，但供应商设备将在此类情况下与其它供应商设备不可互操作。此外，拥塞状况的动态性质意味着专有系统需要动态更新拥塞信息。常规操作和管理系统一般未设计成提供动态功能性。
第二种方案有关的问题是3G网络的拥塞状况仅在移动终端尝试电路交换回退后才知道。如果电路交换回退尝试由于3G网络中的拥塞而失败，则通过LTE网络的不必要信令将产生。
两种提议的方案均设想使用系统信息块8来广播拥塞信息。系统信息块8是公共信道信息元素。在LTE网络中通过广播信道持续广播拥塞信息将消耗能够用于其它用途的信令带宽。
相应地，存在对于从3G网络输送拥塞信息到LTE网络中移动终端的机制的需要。
发明内容
本发明提供将电路交换网络的拥塞状况通过信号发送到LTE网络中操作的移动终端的机制。拥塞指示被引入以指示电路交换网络的拥塞状况。诸如持久性参数(PSIST)等其它信息可与拥塞指示一起被传送。拥塞指示从电路交换网络中的互工作功能传送到LTE网络。在一个示范实施例中，拥塞指示和/或其它拥塞信息与在其它情况下发送的电路服务信令消息一起传送。将拥塞信息和其它电路服务信令搭载在一起减少了通过LTE网络的信令的量。
在本发明的一些实施例中，拥塞信息可在包含电路服务通知消息的隧道化分组的报头中被传送。备选的是，拥塞信息可作为新的或修改的电路服务信令消息内的信息元素来传送。在其它实施例中，拥塞信息可在分开的消息中与电路服务信令消息同时被传送。其它方法可用于将拥塞信息的传送与电路服务信令消息的传送联系在一起。
本发明的一个示范实施例包括一种由用于在电路交换网络与分组交换网络之间发送信令消息的互工作功能所实现的信令方法。该信令方法包括：在互工作功能从电路交换网络中的移动交换中心接收电路服务信令消息；由互工作功能将电路服务信令消息发送到分组交换网络中的移动终端；以及由互工作功能将指示电路交换网络中拥塞状况的拥塞指示与电路服务信令消息一起发送到分组交换网络。
附图说明
图1示出示范混合网络。
图2示出示范注册过程以使得LTE网络中的移动终端能够向3G网络注册。
图3示出在电路交换网络与分组交换网络之间通过信号发送拥塞信息的示范方法。
图4示出通过信号发送拥塞信息到分组交换网络中移动终端的示范方法。
图5示出示范的移动端接的呼叫过程。
图6示出示范的移动始发的呼叫过程。
具体实施方式
现在参照图形，将在提供话音和数据服务到移动终端100的混合网络10的上下文中描述本发明。在本文中所示示范实施例中，混合网络10组合了用于电路交换服务（例如话音）的cdma2000网络12和用于高速数据服务的LTE网络14。cdma2000网络可包括1xRTT网络。本领域技术人员将领会到，cdma2000网络在一些实施例中除电路交换服务外，也可提供数据服务。示范实施例仅旨在说明，并且本领域技术人员将领会到，本发明可在基于其它网络标准的网络中使用。
Cdma2000网络12包括连接到电路交换核心网络(CSCN) 30的cdma2000无线电接入网20。cdma2000无线电接入网20包括用于与在cdma2000无线电接入网20的覆盖区域中的移动终端100进行通信的一个或多个基站22。虽然在图1中示为单个实体，但基站22一般包括可在不同位置的不同网络节点中实施的基站控制器(BSC)和基站收发信台(BTS)。BTS包括用于通过空中接口与移动终端100进行通信的无线电设备，而BSC提供用于一个或多个BTS的无线电资源控制和管理功能。CSCN 30包括提供到公共交换电话网络(PSTN)的连接并交换往来于移动终端100的呼叫的移动交换中心(MSC) 32。基站20转发来自MSC 32的下行链路业务和信令到移动终端100，以及转发来自移动终端100的上行链路业务和信令到MSC 32。
LTE网络14包括连接到分组交换核心网络(PSCN) 50的LTE无线电接入网40。LTE无线电接入网40包括用于与LTE无线电接入网40的覆盖区域中的移动终端100进行通信的一个或多个接入网(AN) 22。LTE接入网40也称为演进通用地面无线电接入网(E-UTRAN)，并且AN 42也称为演进NodeB (eNodeB)。除接入节点42组合BTS和BSC的功能到单个网络节点中外，接入节点或eNodeB 42类似于cdma200网络中的基站22。也称为演进分组核心(EPC)的PSCN 50包括服务网关(SGW) 52、分组数据网络网关(PGW) 54和移动性管理实体(MME) 56。SGW 52和PGW 54提供到诸如因特网等外部分组数据网络(PDN)的连接。SGW 52是连接PSCN 50到LTE无线电接入网40中的AN 42的用户平面节点，并且在移动终端100在小区之间移动时用作移动终端100的移动性锚点。PGW 54是连接PSCN 50到诸如因特网等外部分组数据网络(PDN)的用户平面节点。MME 56是处理诸如移动性管理、开单等PSCN 50的控制功能的控制平面节点。
在示范实施例中，电路交换回退(CSFB)用于提供话音服务到在LTE网络14中操作的移动终端100。在移动终端100附连到LTE网络14后，移动终端100向cdma2000网络12注册。CSFB过程提供信令信道以便通过LTE网络14在cdma2000网络12与移动终端100之间发送电路服务信号消息。信令信道能够用于通知移动终端100有关进入的话音呼叫和SMS消息。移动终端100能够在重叠覆盖的区域中切换到cdma2000网络12以应答进入的话音呼叫或进行外出的话音呼叫。
在cdma2000网络12中，拥塞控制机制用于限制在cdma2000网络12过载时移动终端100进行的接入尝试次数。拥塞控制机制的目的是在cdma2000网络12过载时减少移动端接的和移动始发的呼叫尝试的数量。拥塞控制机制使用cdma2000基站22通过下行链路广播信道广播的持久性参数。持久性参数确定移动终端100将通过随机检查和发送接入请求的概率。因此，持久性参数用于节制移动终端100进行的接入尝试的次数。持久性参数能够在负载条件更改时被动态调整以便减少在拥塞增大时移动终端100进行接入尝试的概率，并且在拥塞降低时增大接入尝试的概率。
由于持久性参数由cdma2000基站22传送，因此，在LTE网络14中的操作的移动终端100将不接收持久性参数。因此，LTE网络14中的移动终端100将不知道cdma2000网络何时拥塞。本发明通过提供一种机制将电路交换网络12的拥塞状况通过信号发送到LTE基站42和/或MME 56而解决了此问题。
拥塞指示被引入以指示电路交换网络12的拥塞状况。拥塞指示通过S102接口从互工作功能34传送到MME 56，并且通过S1接口从MME 56传送到LTE基站42。互工作功能34与MME 56之间的S102接口提供用于将1x电路交换服务(1xCS)信令消息从cdma2000网络12传递到分组交换网络14的隧道。1XCS信令消息是定义用于如3GPP2 S0008-C “Interoperability specification (IOS) for high rate packet data (HRPD) radio access network interfaces with session control in the access network”中所述的A21接口的那些消息。S102接口在3GPP TS 29.277 v.8.1.0 (2008-12) “Optimized handover procedures and protocol between EUTRAN access and non-3GPP accesses (S102); Stage 3”中被描述。
拥塞信息的传送与电路服务信令消息的传送联系在一起。在本发明的一些实施例中，拥塞信息可在包含电路服务通知消息的S102隧道化分组的报头中被传送。备选的是，拥塞信息可作为新的或修改的电路服务信令消息内的信息元素被传送。此外，要注意的是，1XCS消息集合包括1XCS事件通知消息。拥塞指示可通过定义新事件值以指示电路交换网络何时拥塞来实现。在其它实施例中，拥塞信息可在分开的消息中与电路服务信令消息大致在相同时间（在信令序列中无中间消息）被传送。类似的方案能够用于通过S1接口将拥塞指示从MME 56输送到LTE基站42。
拥塞指示和/或其它拥塞信息（例如，持久性参数）可在cdma2000网络12拥塞时，或者在移动终端接入尝试失败时从互工作功能34传送到MME 56。拥塞指示和/或其它拥塞信息将对将来接入尝试有效，或者将在接收新拥塞信息前有效。拥塞信息也可通过S102和S1接口在其它信令过程期间被传送。例如，拥塞信息能够在寻呼和/或注册过程期间被传输到MME 56和LTE基站42。在CSCN 30内，OAM系统可用于输送拥塞信息到互工作功能34。
图2示出分组交换网络中的移动终端100向CSCN 30中MSC 32注册的过程。移动终端100如TS 23.401中所指定的一样附连到E-UTRAN (a)。在移动终端100附连到E-UTRAN后，移动终端100决定向cdma2000网络注册(b)。向cdma2000网络12注册的决定可例如在移动终端100在已连接状态中时由来自E-UTRAN的指示来触发。如果移动终端100在它尝试向电路交换网络12注册时在闲置状态中，则移动终端100可需要执行服务请求过程以创建与MME 56的信令连接(c)。一旦与MME 56的信令连接被建立，移动终端100便生成注册请求，并将注册请求发送到互工作功能34 (d)。互工作功能34执行位置更新(e)，并且将注册响应发送到移动终端100 (f)。注册响应可包括拥塞指示和/或其它拥塞信息，如持久性参数。
图3示出由互工作功能34用于将拥塞信息传输到MME 56而实现的示范过程150。过程150在互工作功能34从cdma2000网络12中的MSC 32接收1xCS信令消息时开始（框152）。互工作功能34通过S102接口向LTE网络14中的移动终端100传递1xCS信令消息（框154）。MME 56通过S1接口向LTE基站42传递1xCS信令消息，LTE基站42将1xCS信令消息传送到移动终端100。为了指示拥塞状况，互工作功能34将指示电路交换网络中拥塞状况的拥塞信息与电路服务信令消息一起发送。通过在其它1xCS信令消息上搭载拥塞信息，减少信令开销和信令发生（occasion）的次数。
图4示出由MME 56或LTE基站42用于将拥塞信息提供到移动终端100而实现的示范过程160。该过程在LTE基站42的MME 56接收指示cdma2000网络12中拥塞状况的拥塞指示时开始（框162）。如前面所述，拥塞指示由MME 56通过S102接口从互工作功能34接收。LTE基站42通过S1接口从MME 56接收拥塞指示。MME 56和/或LTE基站42将拥塞指示与任何其它提供的拥塞信息一起存储。随后，LTE基站42或MME 56从LTE网络14中尝试接入cdma2000网络12的移动终端100接收接入消息（框164）。响应该接入消息，MME 56或LTE基站42将拥塞信息发送到移动终端100（框166）。在一个示范实施例中，MME 56或LTE基站42响应来自移动终端100的扩展服务请求消息，将持久性参数发送到移动终端100。在此情形中，持久性参数控制移动终端100将继续或中止接入尝试的概率。
图5示出根据本发明的一个实施例的用于移动端接的呼叫的示范电路交换回退过程。移动终端100附连到LTE网络14并向cdma2000网络12注册(a)。在向移动终端100进行呼叫时，MSC 32经互工作功能34将寻呼请求发送到移动终端100 (b)。互工作功能34通过S102接口将寻呼请求转发到MME 56 (c)。拥塞指示符或其它拥塞信息可与寻呼请求一起从IWF 34被传送到MME 56。MME 56又通过S1接口将寻呼请求和任何拥塞信息一起转发到LTE基站42 (d)。LTE基站42随后通过下行链路将寻呼请求传送到移动终端100 (e)。
假设移动终端100以前从LTE基站42已接收持久性参数，或者以其它方式已经配备有持久性参数。在接收寻呼请求时，移动终端100执行随机检查(f)。如果移动终端100基于随机检查而决定接受呼叫，则移动终端100将扩展服务请求发送到MME 56 (g)。随后，MME 56将UE上下文修改消息与电路交换回退指示符一起发送到LTE基站42，以指示LTE基站42将移动终端100切换到cdma2000网络12 (h)。LTE基站42随后触发无线电资源控制(RRC)连接释放，并且将移动终端100重定向到cdma2000网络12 (i)。在RRC连接释放过程期间，LTE基站42可将诸如持久性参数等拥塞信息发送到移动终端100。LTE基站42也触发上下文释放和承载更新(j)。在上下文释放和承载更新过程期间，cdma2000网络12可将更新的拥塞指示和/或其它拥塞信息发送到MME 56和/或LTE基站42。
移动终端100切换到cdma2000网络12并将寻呼响应发送到MSC 32 (k)。寻呼响应被传送到cdma2000基站22，并由cdma2000基站22转发到MSC 32。移动终端100随后执行如3GPP2 A.S0013中所指定的用于移动端接的呼叫建立的过程。
图6示出根据一个实施例的用于移动始发的呼叫的示范电路交换回退过程。在此实施例中，移动终端100附连到LTE网络14并向cdma2000网络12注册(a)。如果移动终端100以前从LTE基站42已接收急促的(precipitous)参数，则移动终端100在接入cdma2000网络12前执行随机检查(b)。如果移动终端100未配备有持久性参数，则此步骤可被忽略。如果移动终端100基于随机检查而决定进行呼叫，移动终端100将扩展服务请求发送到MME 56 (c)。MME 56将UE上下文修改与电路交换回退指示符一起发送到LTE基站42，以指示LTE基站42将移动终端100切换到cdma2000网络12 (d)。LTE基站42将从EUTRA切换准备请求消息发送到移动终端100以启动回退过程(e)。切换准备请求消息包括3G1x开销参数和RAND值。切换准备请求消息也可包括拥塞信息，例如拥塞指示符和/或持久性参数。移动终端100随后更新在其存储器中存储的拥塞信息。
移动终端100通过将切换准备传输消息发送到LTE基站42来响应切换准备请求消息(f)。切换准备传输消息包括带有被叫方号码的1xRTT始发消息。信令消息在LTE基站42与MSC 32之间使用常规互工作过程来传输(g)。LTE基站42随后将切换命令发送到移动终端100，以指示移动终端100进行切换(h)。LTE基站42也触发上下文释放(i)和承载更新(j)。移动终端100切换到cdma2000网络12，并且以标准3GPP2过程继续以建立移动始发的呼叫(k)。
当然，在不脱离本发明范围和基本特性的情况下，本发明可以在不同于本文所述那些方式外的其它特定方式中来实现。因此，提出的实施例在所有方面中均要视为说明性而不是限制性的，并且在随附权利要求的意义和等同范围内的所有更改旨在被涵盖于其中。

Claims (22)

1. 一种由用于在电路交换网络与分组交换网络之间发送信令消息的互工作功能所实现的信令方法，所述信令方法包括：
在所述互工作功能从所述电路交换网络中的移动交换中心接收电路服务信令消息；
由所述互工作功能将所述电路服务信令消息发送到所述分组交换网络中的移动终端；以及 
由所述互工作功能将指示所述电路交换网络中拥塞状况的拥塞指示与所述电路服务信令消息一起发送到所述分组交换网络。
2. 如权利要求1所述的方法，其中从所述电路交换网络中的所述互工作功能将电路服务信令消息发送到所述分组交换网络中的所述移动终端包括：通过所述互工作功能与所述分组交换网络中移动性管理实体之间的隧道发送所述电路服务信令消息。
3. 如权利要求2所述的方法，其中通过所述互工作功能与所述分组交换网络中所述移动性管理实体之间的隧道发送所述电路服务信令消息包括：
在一个或多个隧道化分组中封装所述电路服务信令消息；以及 
将所述隧道化分组通过所述隧道发送到所述移动性管理实体。
4. 如权利要求3所述的方法，其中发送指示所述电路交换网络中的拥塞状况的所述拥塞指示包括：在所述隧道化分组的至少之一中发送所述拥塞指示。
5. 如权利要求1所述的方法，还包括从所述电路交换网络将持久性参数与所述电路服务信令消息一起发送到所述分组交换网络。
6. 一种在电路交换网络中用于通过信号向分组交换网络中的节点发送拥塞状况的互工作功能，所述互工作功能包括：
接口电路，将所述互工作功能连接到所述电路交换网络和所述分组交换网络；以及 
互工作处理器，配置成：
从所述电路交换网络中的移动交换中心接收电路服务信令消息；
将所述电路服务信令消息发送到所述分组交换网络中的移动终端；以及 
将指示所述电路交换网络中的拥塞状况的拥塞指示与所述电路服务信令消息一起发送到所述分组交换网络。
7. 如权利要求6所述的互工作功能，其中所述互工作处理器配置成通过所述互工作功能与所述分组交换网络中移动性管理实体之间的隧道来发送所述电路服务信令消息。
8. 如权利要求7所述的互工作功能，其中所述互工作处理器配置成：
在一个或多个隧道化分组中封装所述电路服务信令消息；以及 
将所述隧道化分组通过所述隧道发送到所述移动性管理实体。
9. 如权利要求8所述的互工作功能，其中所述互工作处理器配置成在所述隧道化分组的至少之一中发送所述拥塞指示。
10. 如权利要求6所述的互工作功能，其中所述互工作处理器配置成从所述电路交换网络将持久性参数与所述电路服务信令消息一起发送到所述分组交换网络。
11. 一种控制分组交换网络中的移动终端对电路交换网络的接入的方法，所述方法包括：
从所述电路交换网络接收指示所述电路交换网络中拥塞状况的拥塞指示；
随后从所述分组交换网络中尝试接入所述电路交换网络的移动终端接收接入消息；以及 
在所述拥塞指示符指示所述电路交换网络拥塞时，响应所述接入消息而发送持久性参数到所述移动终端。
12. 如权利要求11所述的方法，还包括从所述电路交换网络与所述拥塞指示一起接收所述持久性参数。
13. 如权利要求11所述的方法，其中从所述电路交换网络接收指示所述电路交换网络中拥塞的所述拥塞指示包括：从所述电路交换网络中的互工作功能接收所述拥塞指示。
14. 如权利要求11所述的方法，其中从所述分组交换网络中尝试接入所述电路交换网络的所述移动终端接收所述接入消息包括：从所述移动终端接收扩展服务请求消息。
15. 如权利要求14所述的方法，其中在所述拥塞指示符指示所述电路交换网络拥塞时响应所述消息而发送所述持久性参数到所述移动终端包括：响应所述扩展服务请求消息而发送所述持久性参数。
16. 如权利要求15所述的方法，其中响应所述扩展服务请求消息而发送所述持久性参数包括：将所述持久性参数与一个或多个电路服务参数一起发送。
17. 一种位于分组交换网络中移动终端与电路交换网络中互工作功能之间路径中的分组交换网络中的网络节点，所述网络节点包括：
接口电路，用于将所述网络节点连接到所述分组交换网络；以及 
拥塞控制器，配置成：
接收指示所述电路交换网络中拥塞状况的拥塞指示；
随后从所述分组交换网络中尝试接入所述电路交换网络的移动终端接收接入消息；以及 
在所述拥塞指示指示所述电路交换网络拥塞时，响应所述接入消息而发送持久性参数到所述移动终端。
18. 如权利要求17所述的网络节点，其中所述拥塞控制器还配置成从所述电路交换网络接收所述持久性参数。
19. 如权利要求17所述的网络节点，其中所述拥塞控制器配置成从所述电路交换网络中的所述互工作功能接收所述拥塞指示。
20. 权利要求17所述的网络节点，其中所述拥塞控制器配置成响应来自所述移动终端的扩展服务请求消息而发送所述持久性参数。
21. 权利要求20所述的网络节点，其中所述拥塞控制器配置成响应所述扩展服务请求消息而发送所述持久性参数。
22. 权利要求21所述的网络节点，其中所述拥塞控制器配置成将所述持久性参数与一个或多个电路服务参数一起发送。
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