CN103503492B - 第二代和第三代无线接入网络上的语音服务的分组交换核心网络架构 - Google Patents

第二代和第三代无线接入网络上的语音服务的分组交换核心网络架构 Download PDF

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Abstract

具有启动第二代和第三代无线接入网络上的语音服务的演进的分组交换核心网络架构的通信系统和方法。该系统和方法允许未修改的2G和3G移动设备在空中接口使用传统的线路交换的用户层面和控制层面协议进行语音通话，而在后端使用分组交换核心网络切换语音通话。该系统可以包括控制器组件的转换模块，该控制器组件被配置为在未经修改的2G／3G移动设备和分组交换核心网络之间提供用户层面和控制层面转换功能，该移动设备利用语音通话的线路交换协议以及该分组交换核心网络利用分组交换协议切换话音通话。

Description

第二代和第三代无线接入网络上的语音服务的分组交换核心 网络架构
技术领域
本申请涉及无线接入网络，更具体地，涉及第二代和第三代无线接入网络上的语音服务的分组交换核心网络架构。
背景技术
第三代合作伙伴项目(3GPP)长期演进(LTE)是新的标准的移动网络技术，其只使用分组交换(PS)协议，包括无线或空中接口。已经提出，LTE系统的简化架构将降低移动服务提供商的运营成本。逐渐地，移动服务提供商正在集成LTE网络和预先存在的第二代(2G)和第三代(3G)网络，第三代网络利用相结合的线路交换(CS)和分组交换协议，如全球移动通信系统(GSM)、通用数据包无线业务(GPRS)，增强型数据速率GSM演进技术(EDGE)，通用移动通信系统(UMTS)网络。例如，GSM和UMTS网络都为语音服务利用了线路交换协议。
移动服务提供商可能发现很难优雅地过渡到LTE技术，因为他们必须继续支持传统的2G/3G，硬件服务提供商或其客户在传统的2G/3G中进行投资，即使在新的LTE基础设施被部署之后。例如，服务提供商将需要继续支持具有不能够与LTE无线接入网络互动的传统2G/3G移动设备的客户。此外，服务提供商在完全以LTE无线接入网络取代2G/3G无线接入网络之前，可继续在一段时间内保持他们的2G/3G无线接入网络，因为这些传统网络占了大量的前期资本投资。
在现有的方法中，传统的线路交换核心网络架构必须保持支持使用传统2G/3G移动设备和2G/3G无线接入网络进行的语音通话。此外，3GPP中已经提出，为了连接LTE子系统和2G/3G子系统，在LTE子系统的移动设备上和2G/3G子系统上的移动设备之间的语音通话，应由2G/3G子系统的线路交换核心网络进行线路交换。所提议的方法将需要移动服务提供商无限期地维护两个独立的核心网络：传统的线路交换核心网络和分组交换核心网络。维护两个独立的核心网络导致增加的运营和资本支出。如果2G/3G线路交换核心网络硬件可以正常退役，服务提供商能够实现他们的运营和资本支出的节省。
消除线路交换核心网络的先前方法被描述在2001年9月10日提交的美国专利公开号为2004/0029615，标题为“Transmission of Voice Over Packet-Switched Systems”，PCT号为PCT/EP01/11164的申请中，其全部内容以引用方式被合并于此。在以前的方法中，经由互联网协议(IP)的语音传输在UMTS系统中通过使用连接的混合模式被执行，其中来自移动设备的语音承载路径被输送到线路交换模式中的网络控制器，并从那里开始为分组交换模式。来自移动设备的控制信令被经由IP发送到核心网络。不幸的是，在以前的方法中，移动设备必须能够生成和解释会话发起协议(SIP)信令消息，例如，通过已安装的SIP体系结构或应用。因此，未修改的不包括SIP应用的2G/3G移动设备可能无法利用以前的方法。
发明内容
根据本发明的一个方面，涉及一种在具有分组交换核心网络的无线电信系统中用于从移动设备传送电信系统内的语音数据流的子系统，所述移动设备使用线路交换协议发送上行链路语音数据，所述子系统包括：用户层面转换模块，配置为：转换线路交换格式上行链路语音数据为上行链路数据包，所述上行链路语音数据源自移动设备，所述移动设备通过线路交换协议经由空中接口发送所述上行链路语音数据；传输所述上行链路包至使用分组交换协议的分组交换核心网络；转换分组交换下行链路语音数据包为线路交换格式下行链路语音数据，所述下行链路语音包被从所述使用分组交换协议的分组交换核心网络接收；以及经由空中接口使用线路交换协议向所述移动设备传输线路交换格式下行链路语音数据；以及控制层面转换模块，配置为：转换从所述移动设备接收到的线路交换格式信令消息为模拟的分组交换格式信令消息；以及传输所述模拟的分组交换格式信令消息至使用分组交换协议的会话发起协议(SIP)语音控制网络中，其中所述用户层面转换模块和所述控制层面转换模块与控制器组件相关联。
根据本发明的另一方面，涉及一种在通信系统中用于提供语音服务到移动设备的方法，所述移动设备经由空中接口通过线路交换协议发送和接收语音数据，所述方法包括：从移动设备经由空中接口通过线路交换协议接收上行链路语音数据；转换所述接收的线路交换协议上行链路语音数据为上行链路包；使用分组交换协议传输所述上行链路包至分组交换核心网络；使用分组交换协议接收经由分组交换核心网络传输分组交换下行链路语音数据包；传输所述接收到的分组交换下行链路语音数据包至线路交换格式下行链路语音数据；使用线路交换协议通过空中接口传输所述线路交换格式下行链路语音数据至所述移动设备；转换从所述移动设备接收的线路交换格式信令消息为模拟的分组交换格式信令消息；以及使用分组交换协议传输所述模拟的分组交换格式信令消息至会话发起协议(SIP)语音控制网络。
附图说明
图1示出了可以采用第二和第三代的接入网络上的语音服务的演进的分组交换核心网络架构的通信系统。
图2示出了移动发起的2G/3G语音通话的通话建立过程的控制信令的简化流程图。
图3示出了移动终止的2G/3G语音通话的通话建立过程的控制信令的简化流程图。
图4示出了用于通过分组交换核心网络的切换的2G或3G语音通话收费的过程。
图5示出了转换模块的框图。
具体实施方式
本文公开的是具有第二代和第三代无线接入网络上的语音服务的演进的分组交换核心网络架构的通信系统及相关方法。该系统和方法允许未修改的2G和3G移动设备在空中接口使用传统的线路交换的用户层面和控制层面的协议进行语音通话，并且在后端使用分组交换核心网络切换语音通话。如在本文中更详细地描述，因为分组交换核心网络使用分组交换核心网络管理2G/3G语音通话的控制层面信令和用户层面数据，所以没有必要维持传统的线路交换核心网络。因此，本文所述的系统和方法可以降低资本和运营开支。此外，通过移动2G/3G语音通话到专用线路和IP语音(VoIP)或类似的分组交换服务，系统和方法可提供比常规2G/3G技术更高的效率和能力。
如本文所述，系统包括控制器组件的转换模块。转换模块被配置为同时提供为语音通话采用线路交换协议的未修改的2G/3G移动设备和利用分组交换协议切换语音通话的分组交换核心网络之间的用户层面和控制层面转换功能。由于转换模块提供分组交换和线路交换模式之间所需要的互通，本文所述的方法对于移动设备可以是完全透明的。因此，本文所述的方法即使是以不能提供语音通话的基于SIP的控制的未修改的2G/3G移动设备也可被执行。
此外，本文所描述的各种系统和方法用于向经由分组交换核心网络进行切换的2G/3G语音通话收费。此外，本文所描述的各种系统和方法用于支持出站(outbound)和入站(inbound)漫游2G/3G移动设备。
现在将描述本发明的各种实施例。下面的描述提供了这些实施例的透彻了解和可行说明的具体细节。然而，本领域技术人员将理解，没有许多这些细节也可以实施本发明。此外，一些知名的结构或功能可能未被详细显示或描述，以避免不必要地模糊各种实施例的相关描述。在下面的描述中所使用的术语的旨在以其最广泛的合理方式来解释，即使它被与本发明的某些特定实施例的详细描述配合使用。
A.通信系统
图1示出了通信系统100，可以采用第二和第三代的接入网络上的语音服务的演进的分组交换核心网络架构的通信系统。通信系统100包括移动设备102、包括基站(BTS)140和基站控制器(BSC)142的2G(如GSM)无线接入网络，包括节点-B141和无线网络控制器(RNC)143的3G(例如，UMTS)无线接入网络，服务GPRS支持节点(SGSN)118、网关GPRS支持节点(GGSN)120、包含e节点-B 144、移动性管理实体(MME)160、接入网关(AGW)134、媒体网关(MGW)130和IP多媒体子系统(IMS)161的LTE无线接入网络。如本文所述，通信系统100的一些示例可以包括传统的移动交换中心(MSC)122，而其他实施例可能不会。通信系统100可以耦合到一个或多个外部网络，例如公共交换电话网(PSTN)132、基于IP的网络(如互联网和VOIP网络110)，以及包括线路切换的PLMN的公共陆地移动网络(PLMN)112。尽管未示出，通信系统100也可以包括例如在GGSN120和IP网络110之间的各种安全组件以保护系统不受网络攻击。虽然通信系统100以GSM/GPRS/EDGE/UMTS/LTE网络组件和体系结构的方式被说明和描述，在此描述的技术并不限定于这样的架构。任何合适的通信系统可以采用本文所描述的技术的各个方面。
移动设备202可以几乎包括通过无线网络进行通信的任何设备。这些设备包括移动电话，如全球移动通信系统(GSM)电话、时分多址(TDMA)电话、通用移动通信系统(UMTS)电话、演进数据优化(EVDO)电话、长期演进(LTE)电话、通用接入网络(GAN)电话、非授权移动接入(UMA)电话和其它移动计算机或设备，如互联网语音协议(VoIP)设备、安全用户层面定位(SUPL)启用终端(SETs)、个人数字助理(PDAs)、无线电频率设备、红外设备、掌上电脑、笔记本电脑、可佩戴的计算机、平板计算机、寻呼机，前述设备中的一个或多个组合的集成器件，等等。因此，移动设备以功能和特性的方式分布广泛。例如，移动电话可以有数字键盘，只显示几行文本的能力，并且被构造成仅与GSM网络交互操作。然而，其他移动设备(例如智能手机)可能有触摸屏幕、手写笔、嵌入式GPS接收器和相对高的分辨率显示，并配置为与多种类型的网络进行交互操作。移动设备也可能包括SIM卡减少设备(即，移动设备不包含功能性订户识别模块(SIM)、漫游移动设备(即，在其归属网络之外的移动操作设备)，和/或移动软件应用。
用户可以采用移动设备102与其他用户或设备通信，例如通过语音电话、短信、多媒体数据通信，或以其他方式。移动设备通常包括处理单元，易失性存储器和/或非易失性存储器，电源，一个或多个网络接口，显示器，小键盘或键盘，GPS接收器和/或其他位置确定组件以及其他的输入和/或输出接口。移动设备的各个组件可以通过总线相互连接。易失性和非易失性存储器一般包括用于存储信息，例如处理器可读指令，数据结构，程序模块或其他数据的存储介质。可被存储的信息的一些例子包括基本输入/输出系统(BIOS)，操作系统，和应用。此外，存储器也可以被采用以存储操作数据、内容、上下文，等等。存储器还可以存储一个或多个应用，该应用被配置为用于从其他设备或组件接收消息和/或提供消息至其他设备或组件。这些消息也可以被显示和/或存储在移动设备上。这样的消息可包括短消息服务(SMS)消息、多媒体消息服务(MMS)消息、即时消息(IM)消息、增强信息服务(EMS)消息、丰富通信服务内容，和/或任何其他指向移动设备用户的内容。
各种移动设备102包括“修改的”和“未修改的”移动设备。未修改的移动设备(102a、102b和102c)，如2G/3G移动设备，不包括被配置为提供VoIP通话的本地支持的本地VOIP应用。相比之下，“修改的”移动设备(102d)，如4G或LTE移动设备，包括本地的VOIP应用，其被配置为当用户发起或接收语音通话时，提供VOIP电话的本地支持。移动设备上的VOIP通话的用户层面数据和控制信令通过分组交换协议，即使在空中接口，可被完全传输。
BTS 140和节点-B 141各自被配置为在BSC 142和RNC 143的控制下提供到移动设备的无线或空中接口102。例如，BTS可以提供GSM无线接口(Um)，而节点-B提供GPRS和/或UMTS无线接口(Uu)。BTS和Node-B通常包括有限的指挥和控制功能(例如，重发)或无指挥和控制功能。相反，BSC和/或RNC提供了这样的命令和控制功能，而BTS和节点-B中提供物理层接口以相关联移动设备。BTS和节点-B可被定位在分布式的不同位置上以提供在整个地理区域的网络覆盖范围。在一些实例中，节点-B和RNC也可以组合成单个的设备。
如本发明更详细的描述，通信系统100交换一些或所有的语音通话，该语音通话终止或起源于通过分组交换核心网在2G或3G的无线接入网络(“2G/3G语音通话”)上漫游的移动设备。为了便于2G/3G语音通话的分组交换，BSC和/或RNC包括或耦合到转换模块108，本文将会更详细地进行描述。如图5所示，转换模块108可包括被配置为执行各种有关语音通话的控制层面信令的转换任务的控制层面转换模块502，和被配置为执行与语音通话的用户层面有关的各种转换任务的用户层面转换模块504。虽然在图1中未示出，但在一些实例中，如执行HSPA技术的系统，如互联网HSPA，BTS可替代地或另外地包括转换模块。
BSC 142和RNC 143分别通过Gb和Iu-PS接口连接到SGSN 118。SGSN在它的服务区域内分配数据包至移动设备102并从移动设备102分配数据包。SGSN还执行移动性管理职责，认证功能，和/或其他任务。SGSN可以维持向其注册的移动设备的位置和配置文件信息，如当前小区标识符和地址。SGSN可从GGSN 120和反隧穿数据包(例如，GPRS隧道协议(GTP)数据包)以及隧穿IP数据包到GGSN。
SGSN 118被耦合到GGSN 120。在一些实例中(例如，其中支持直接隧穿)，RNC143也可直接耦合到GGSN 120。GGSN提供在(1)2G/3G网络和(2)分组交换组件和分组交换网络之间的基于数据包的互通，包括基于IP网络110(如互联网和VOIP网络)，IMS161，媒体网关130，接入网关134，和/或其他系统组件。GGSN执行如2G和3G接入网络内的漫游的移动设备102的各种数据路由功能。要实现路由功能，GGSN可管理和分配IP地址并可能会维持目前的移动设备102的SGSN地址。
GGSN 120转发输入数据数据包至特定的移动设备102，该移动设备源自另一移动设备102、其他系统组件，或外部网络并发至特定的移动设备的。要做到这一点，GGSN可隧穿接收到的数据包到服务于特定移动设备的SGSN 118。GGSN可以转化接收的数据包的和数据包数据协议(PDP)地址到特定的移动设备的访问网络地址，并发送数据包至特定移动设备所注册到的SGSN。如果支持直接隧穿，GGSN可以直接隧穿接收到的数据包到服务于特定的移动设备的RNC143。
另外，GGSN 120也转发从SGSN 118接收到的数据包，如源自移动设备102、BSC142、RNC 143并发到另一个分组交换网络或组件(例如IP网络110、IMS 161、媒体网关130、接入网关134、另一个GGSN 120或其他的分组交换系统组件)的数据包。要做到这一点，GGSN可以转换从SGSN接收到的数据包成适于目的的PDP格式(如IP格式)，并传输数据包到相应的网络或组件。如果支持直接隧穿，GGSN 120还可以转换从RNC143接收的数据包到另一个分组交换网络或组件。
e节点-B 144被作为BTS 140、节点-B 141、BSC 142和RNC 143的统一的LTE的对口。例如，e节点-B提供低级别的LTE无线接口和各种命令和控制功能，包括无线资源管理。
e节点-B144被耦合到MME160和AGW134。连接MME至e节点-B、AGW和SGSN的虚线表明所述MME提供控制层面信令。MME是LTE接入网的控制点，LTE接入网络提供类似于SGSN118和GGSN120的LTE接入网络内的功能。MME可跟踪空闲模式移动设备102和提供寻呼功能。MME还可以实现承载的激活/失活，选择特定移动设备，认证和授权的AGW。MME可以是由来自的3GPP(例如，TS33.401)的系统架构演进(SAE)标准所描述的MME。
AGW 134(在一些示例性实施例中可以包括服务网关和数据包数据网络网关)路由用户层面数据包至e节点-B 144并从e节点-B 144路由用户层面数据包。AGW在e节点-B切换期间作为用户层面的移动性锚点。AGW也可作为在LTE接入网和2G/3G接入网络之间的移动性锚点。AGW可以发起寻呼，当它接收移动设备102的下行链路数据时。AGW也可以管理移动设备上下文，如IP承载服务信息和路由信息。在一些实例中，AGW负责路由部分或所有的与IP网络110交换的流量。在一些实例中，AGW可以与GGSN 120整合成单个的设备。
MGW 130连接通信系统100到外部网络，并作为用户层面流量(如VOIP)或与外部网络交换的数据流量的出口点和入口点。由于其功能的一部分，MGW可提供转码服务，在不同的传输和编码技术，数字媒体流转换。MGW也可以作为3GPP和非3GPP网络中，例如，利用WiMAX和3GPP2技术的网络(在图1中未示出)之间的移动性锚点。
GGSN 120、AGW 134和MGW 130耦合到IMS 161。连接IMS至这些组件的虚线表示IMS提供控制层面信令的。IMS允许在2G，3G和LTE接入网络中漫游的移动设备102访问多媒体，短信和语音应用和服务的。要做到这一点，IMS提供从服务层隔离接入网络的控制层。IMS可包括各种通话会话控制功能和其他组件，尤其是提供在IMS中的SIP信令数据包的处理的组件。IMS还可以包括或耦合到归属订户服务器(HSS)(图中未示出)。IMS组件的基本功能由3GPP颁布标准进行描述，3GPP包括3GPP TS 23.002，版本9.5.0第9版，其全部内容通过引用被合并于此。IMS可能还包括CS收费模块126，其被配置为执行各种功能以确保使用2G/3G接入网络上的移动设备的用户被正确收取2G/3G语音通话的费用。IMS的可能还包括CS欺骗(spoofing)模块128，其被配置为了支持入站和出站的漫游和其他服务而执行不同的功能以与其他PMLNs互动。该CS收费模块和CS欺骗模块都在本文中更详细地描述。在一些实例中，IMS可能不是由3GPP所描述的IMS，而是另一个网络，其被配置为使用基于SIP协议或IP的协议控制语音通话和/或数据传输。在这样的例子中，SIP语音控制网络可以根据一些但不是所有的3GPP标准的各个方面来执行它的各种控制功能。
B.传统的线路交换语音通话
在传统的2G和3G系统中，移动终止(MT)或移动发起的(MO)的语音通话被典型地使用线路交换协议实现并通过MSC122被切换。为了说明问题，在传统的3G UMTS系统中，当用户发起移动设备102上的语音通话时，移动设备102通过空中接口Uu与使用线路交换协议(包括，例如，用户层面数据的帧协议)的节点-B141进行通信。通话控制由MSC提供，MSC经由Iu-CS接口与使用线路交换协议的RNC 143进行通信。在语音通话期间，用户层面语音数据通常在RNC和MSC之间经由使用线路交换协议(例如帧协议)的Iu-CS接口被路由，但也可以被封装入ATM或IP。这种传统的语音通话控制和用户层面路由的方法需要传统的MSC的积极参与。如上所述，移动服务提供商必须花费额外的资源，以维持传统的MSC，其增加了运营和资本支出。对于使用ATM或IP封装的3G通话，也有必要从IP或ATM协议转换回来。
C.支持2G/3G语音通话的分组交换的转换模块
虽然未修改的移动设备102在空中接口继续使用线路交换协议，在所描述的通信系统100中的部分或全部的2G/3G语音通话被使用由SGSN、GGSN和/或IMS组成的分组交换核心网进行切换。分组交换核心网络提供2G/3G语音通话的控制信令和用户层面数据路由。通过使用分组交换核心网络以切换2G/3G语音通话，通信系统不需要包括单独的传统的线路交换MSC 122以支持未修改的2G/3G移动设备。在一些实例中，通信系统可以继续通过传统的MSC切换一些2G/3G，例如，以提供额外的补充的分组交换核心网络的容量的交换容量。在其他实施例中，MSC可以完全退役以及分组交换核心网络可以切换所有的2G/3G语音通话。
在语音通话期间，未修改的移动设备102与在空中接口使用线路交换协议的2G/3G无线接入网进行交互。为了通过分组交换核心网络切换2G/3G语音通话且无需修改移动设备，转换模块108被在BSC 142和/或RNC 143导入通信系统100。转换模块被配置为提供在(1)未修改的在语音通话期间在空中接口利用线路交换协议的移动设备，和(2)利用用户层面和控制层面数据的分组交换协议控制的分组交换核心网之间的用户层面和控制层面的转换功能。在2G/3G语音通话期间，转换模块绕过在用户层面和控制层面中的MSC 122。相反，如本文更详细地描述，转换模块可路由用户层面数据通过分组交换核心网络并与分组交换核心网络交换控制信令消息。尽管转换模块可能如在本文中更详细地描述一样，制定和/或数据包先前编码的语音数据，转换模块不需要修改语音数据的编码。
D.2G/3G语音通话的用户层面语音数据的分组交换
转换模块108执行各种转换功能以便于2G/3G语音通话的用户层面数据通过分组交换核心网络的转移。在上行链路，转换模块封装由移动设备102所产生的上行链路线路交换语音数据(例如，在线路交换的帧协议格式的语音数据)到分组交换格式语音数据包(例如，IP数据包)并发送产生的数据包与其他系统组件。为了说明问题，2G/3G语音通话期间，可能会出现以下步骤。首先，上行链路的用户层面的语音数据来源于使用传统的2G或3G(例如，GSM或UMTS)技术来编码声音信号的移动设备102。移动设备通过使用传统的线路交换的2G或3G空中接口协议栈(例如，利用帧协议的协议栈)的空中接口(即，Um或Uu接口)发送语音数据。第二，线路交换格式语音数据被BTS 140或节点-B 141接收。BTS或节点-B使用协议栈(如所定义的2G/3G协议)分别通过Abis或Iub接口转发接收到的语音数据到BSC 142或RNC 143。第三，当BSC或RNC接收线路交换格式语音数据时，转换模块108将接收到的数据从线路交换格式(例如，帧格式)转换成分组交换格式(例如，IP数据包格式)。例如，转换模块可以封装线路交换格式数据到分组交换格式数据，如在2003年3月14日提交的美国专利申请号10/380,790，标题为“Transmission of Voice Over Packet-Switched Systems”，现在美国专利申请公开号2004/0029615中所描述的一样，其被完整合并于此。第四，然后转换模块108所产生的语音数据包被转发到SGSN 118并稍后被转发到使用分组交换协议的GGSN120。或者，转换模块产生的语音数据包可以绕过SGSN被直接从RNC 143转发(或组合RNC/节点-B)到GGSN 120。第五，GGSN和/或MGW 130转发语音数据包到网络，预期的接收方(即在电话会议上的另一方)位于该网络上。例如，GGSN可以将数据包转发到MGW 130，其反过来转发数据包中的语音数据至位于PSTN 132，不同的PLMN 112，IP网络110或LTE接入网上的接收方。MGW也可以在转发语音数据之前执行在数据包上的转码，例如，如果接收方是在PSTN上。可选地，GGSN可以将数据包转发到不同的GGSN，SGSN，BSC，RNC(或组合的RNC/节点-B)，AGW134或使用分组交换协议的IP网络110。
在下行链路上，转换模块108转换或不封装从分组交换核心网络接收到线路交换格式(例如，帧格式的语音数据)中的下行链路的分组交换语音数据(例如，VoIP数据包)。为了说明问题，在下行链路上，可能会发生下面的步骤。首先，GGSN 120通过分组交换协议(例如IP协议)接收从另一方到通话的定向到移动设备102连接的分组交换语音数据。语音数据包可以被从MGW 130，另一个GGSN 120或SGSN 118，AGW 134，IP网络110(例如，VoIP网络)或其他系统组件接收。其次，使用分组交换协议，GGSN转发收到的数据包到正确的移动设备被连接至的SGSN或RNC(或组合的RNC/节点-B)。反过来，SGSN分别通过Gb或的Iu-PS接口使用分组交换协议栈转发语音数据包至BSC 142或RNC 143。第三，转换模块108稍后将接收到的语音数据包(例如，VOIP数据包)转换为线路交换格式的语音数据(例如，帧格式)。第四，该模块发送线路交换格式语音数据(如语音帧)到BTS 140或使用线路交换协议的节点-B141。第五，BTS或节点-B传输线路交换格式语音数据至使用定义的协议(例如，传统的线路交换的2G或3G空中接口协议栈)的移动设备。
E.通过分组交换核心网的2G/3G语音通话的控制信令
转换模块108还可以执行各种转换功能以便于2G/3G语音通话的控制信令。如在图2和图3的更详细地描述，转换模块可以通过线路交换协议拦截源自所述移动设备的线路交换格式信令消息，解释线路交换消息，生成有关于所接收的线路交换消息或与所接收的线路交换消息类似的分组交换格式信令消息(例如，SIP消息)，以及发送生成的分组交换信令消息到IMS或其他使用分组交换协议的组件。类似地，转换模块也可以通过分组交换协议拦截源自IMS或其他组件的分组交换格式信令消息，解释分组交换消息，产生类似的或相关的线路交换格式信令消息，并通过使用线路交换协议的无线接入网络发送所产生的消息到移动设备。由于转换模块执行转换功能(例如，在线路交换信令消息和SIP消息之间)，传统的2G/3G移动设备不需要安装SIP应用或其他任何修改以提供2G/3G语音通话的信令。相反，语音通话的基于数据包的交换对于移动设备是透明的。另外，由于转换模块执行转换功能，SGSN和GGSN不需要修改以切换2G/3G语音通话。各种转换模块的控制层面功能会在图2和图3进一步被示出。
图2示出移动发起(MO)的2G/3G语音通话的通话建立过程200的控制信号的简化流程图。通话建立过程200开始于步骤202，当移动设备102发送线路交换服务请求消息至位于RNC 143或BSC 142的转换模块108并从位于RNC 143或BSC 142的转换模块108接收线路交换响应。然后在步骤204中，移动设备将线路交换的建立消息发送至转换模块并从转换模块接收线路交换响应。虽然在图2中未示出，但转换模块建立SIP信令，移动性管理和认证的分组交换信令承载。在步骤206中，转换模块发送个分组交换SIP邀请消息到IMS 161，这将触发IM将初始地址消息(IAM)发送到PSTN 132。在步骤208，IMS向转换模块发送分组交换SIP响应消息，其可以包括或以其他方式表示IP地址和/或其他与通话接收方相关联的地址(“目的地址”)。目的地址也可以由不同的SIP消息表示转换模块。转换模块映射或关联通话会话至目的地址，例如，通过在本地会话表中存储目的地址。此外，在通话启动后的不同的点，例如，在RNC和/或节点-B的目标移动设备切换期间，转换模块可以接收与通话的接收方相关联的不同地址(例如，IP地址或其他地址)的指示并可更新其存储的目标地址以反映新的不同的地址。在步骤210，IMS经由GGSN 120，SGSN 118和转换模块发起通话的分组交换媒体承载任务。分组交换媒体承载任务通常是与分组交换SIP信令承载分开的并可能有严格的质量服务(QoS)参数(例如，适用于语音通话的QoS参数)或其他适合语音通话的承载参数。例如，为确保足够的通话质量，媒体承载可有比分组交换信令承载或用于非话音数据的信令承载更高的QoS。在步骤212，转换模块启动具有使用线路交换协议的移动设备的无线承载认为。转换模块，然后触发完成分组交换媒体承载任务。当从PSTN接收到地址完成消息(ACM)时，IMS发送分组交换SIP：180拨打消息以通知转换模块。反过来，在步骤216，转换模块通过发送线路交换警告消息通知移动设备。一旦接收来自PSTN的答复消息(ANS)，IMS通过分组交换SIP 200OK消息通知转换模块。反过来，转换模块发送线路交换连接消息至该移动设备，其响应于线路交换确认。
图3示出移动终止(MT)的2G/3G语音通话的通话建立过程300的控制信令的简化流程图。通话建立过程300开始于步骤302，当响应于从PSTN接收IAM消息时，IMS 161发送分组交换SIP：在RNC 143或BSC 142的至转换模块108的邀请消息。邀请消息(或来自IMS的另一个SIP消息)可表示目的地址。转换模块可以采用各种方法来存储目的地址(例如，在与通话会话的关联中)，并在通话期间在不同的点更新存储的目标地址，如前所述。虽然在图3中未示出，转换模块还可以建立SIP信令，移动性管理和认证的分组交换信令承载。然后在步骤304，转换模块发送线路交换建立消息并从移动设备102接收线路交换响应。接着，在步骤306，转换模块发送分组交换SIP响应消息到IMS。在步骤308，IMS经由GGSN 120、SGSN 118和转换模块发起通话的分组交换媒体承载任务。分配的分组交换媒体承载通常与SIP信令承载分开，并且可以是，例如，具有严格的QoS承载参数，如前所述。在步骤310，转换模块启动移动设备的线路交换无线承载任务。然后，转换模块完成分组交换媒体承载任务。在步骤312，移动设备发送线路交换警告消息到转换模块。作为响应，转换模块发送分组交换SIP：180拨打消息到IMS，其反过来发送地址完成消息(ACM)到PSTN。在步骤316，移动设备发送线路交换连接消息到转换模块。在步骤318，转换模块发送分组交换SIP 200OK消息到IMS，然后发送答复消息(ANS)到PSTN。转换模块还响应于从移动设备接收的线路交换连接消息。
如图2和图3所示，由于转换模块108转换控制层面消息，移动设备102不需要偏离传统的线路交换2G或3G信号行为，以进行在分组交换核心网络上切换的语音通话。取而代之的是，移动设备将继续执行其会在传统的2G或3G系统中所作的，通过使用传统的线路交换信令协议与BTS140或节点-B141通过空中接口(Um或Uu)进行通信。例如，移动设备可继续发送并接收直接转移应用子部(DTAP)消息。因此，传统的2G/3G移动设备并不需要修改，例如已安装的SIP应用，以进行在分组交换核心网络上切换的语音通话。
过程200和300也突出通信系统100如何不同于在常规2G/3G线路交换系统中使用的语音通话建立的一些实施例。作为第一个例子，IMS 161，而不是MSC 122管理语音通话的建立。作为另一示例，系统100使用移动设备102和SGSN之间而不是移动设备与MSC 122之间的传送的消息的移动性管理的分组交换模式。作为又一个例子，网络而不是移动设备102启动媒体承载激活。
为执行过程200和300，GGSN 120，SGSN 118，BSC 142和RNC 143可以执行分组交换寻呼机制。此外，路由区域和BSC/RNC可被对准。在一些实例中，离散接入点名称(APN)以单独的分组交换承载语音和信令被使用。
图2和图3中没有显示所有的将在2G/3G语音通话期间被执行的信令步骤。例如，这些图没有显示需要终止语音通话的信令步骤。然而，转换模块108可类似地拦截和转换与2G/3G语音通话有关的任何其他信令消息，而不是只在图2和图3中所示的那些。此外，虽然图2和图3示出具有PSTN 132上的一方的2G/3G语音通话的信令流图，通话可以被定向至在相同通信系统或不同PLMN 112上的另一移动设备或从相同通信系统或不同PLMN 112上的另一移动设备或从任何其他类型的移动设备(例如VOIP客户端)被接收，而基本上不会脱离图2和图3中所示的步骤。
F.经由分组交换核心网络的2G/3G语音通话的收费
图4示出了通过分组交换核心网切换的2G或3G语音通话的收费过程400。过程400被描述为由CS-收费模块126执行，但是，它也可能被其他系统组件或在其他系统中执行。当CS收费模块在通过分组交换核心网络进行分组交换的2G/3G语音通话会话中检测到第一相关的数据包时，过程400开始于块402。数据包相关于语音通话收费，如果它提供了直接或间接地形成移动服务提供商如何向语音通话用户收取费用的基础的信息。相关的数据包可能会由IMS 161产生或由IMS(例如，从RNC 143或BSC 142)接收。“第一”有关的数据包是在通话建立期间发送或接收的初始相关的数据包，并且可以是，例如，提供语音通话开始或建立的时间点的指示。例如，如果移动服务提供商在通话何时被连接的基础上向用户收费，第一相关数据包可进行SIP：200OK消息，如在步骤218和步骤318所示的消息，因为这些被在时间上紧密接近线路交换连接消息而发送或接收。在收费的其他方法中，第一相关数据包可能会出现在示于图2和3的任何其他步骤或在图中未示出通话建立的步骤中。例如，如果服务提供商的客户被收取即使未连接(例如，未答复)的费用，数据包携带SIP：邀请或SIP：响应消息可能是第一个相关的数据包。
在块404，CS-收费模块126从直接或间接相关于收费的数据包中提取信息。例如，对CS-收费模块可确定被接收或产生的数据包(例如，一个SIP 200OK数据包)的时间，例如，为了间接判断通话被启动或连接的时间。作为另一个例子，CS收费模块可确定将被用作通话收费基础的语音通话的特征，例如，将决定通话费率的目的地电话号码，或指示移动设备的当前位置和/或时区的小区标识符。为了执行提取，CS收费模块可立即或随后地(例如，在块410)利用会话标识符或在数据包内的其他信息以查找语音通话会话特征，例如，在会话表中。其他系统组件可执行CS收费模块的请求中的查找。
在块406，CS-收费模块126继续监视在语音通话会话中的其他相关的数据包并继续从其他数据包中提取信息，如本文所述。
在决定块408，CS-收费模块126确定是否已经接收到最后一个相关的数据包。例如，CS收费模块可确定已发送或接收的SIP Bye消息(或Bye消息的响应)，表明该通话被终止。如果最后一个相关的数据包已经收到，则过程400进行到块410，否则，返回到块406。
在块410，CS-收费模块126产生包含相关于向语音通话用户收费的信息的语音通话的收费数据记录(CDR)。所生成的CDR提供了足够的信息，例如，传统的线路交换的收费方案可以应用到向通话的订户收取费用。传统方案包括基于通话的持续时间而不是在通话过程中被转移的分组交换语音数据量的语音通话的收费。在一些例子中，CDR可能会指示开始时间，结束时间，计费时间，起始位置，结束位置，来源/目的IP地址，在通话过程中使用的补充服务(其可由扩展代码(例如，通话等待，三方通话等)进行指示)，拨打的原目标号码，以及连接到的数字。可以理解的是，为语音通话产生的CDR因此通常是不同于为网页浏览会话生成的CDR，即使是利用相同的分组交换核心网络和可以被通过该网络传输的同样的数据量。
此外，在块410，或在其他时间，CS-收费模块或其他系统组件可以采取纠正步骤以确保未向订户超收在语音通话期间交换的分组交换数据费用。例如，如果订户同时安排了语音通话服务计划和数据服务计划，订户可能会收到他的数据服务计划占通话过程中传输的数据包的量的比例的信用点数(credit)。作为另一个例子，CS收费模块或其他系统组件可能会采取不同的操作，以确保与语音通话相关的数据包不会冲减订户的数据计划。否则，如果没有这样的纠正步骤，用户可能被超收通话费用，如果除了按照CDR(例如，每分钟的基础上)进行语音通话收费，则订户还被收取根据他的数据计划的数据包传输的费用(例如，每千字节的基础上)。
在一些实施例中，在过程400中，CS-收费模块126可能还检测和利用包含相关于移动服务提供商的记录保存过程的信息的数据包，即使该信息将不被用于收费目的。例如，移动服务提供商可能不会收取用户无关的语音通话，但可以为记录保存的目的而跟踪无关的语音通话的发生。在这种例子中，CS收费模块可能会检测到相关于收费和/或未连接通话的所有数据包并使用这些数据包来生成CDR和/或类似的记录。
在一些示例中，RNC 143，BSC 142和/或IMS 161可以嵌入额外的收费或其他相关的信息到控制层面分组交换(例如，SIP)消息，该消息相关于通话管理，身份验证，移动性管理，或类似的主要的控制层面的任务；被嵌入的额外信息是没有必要执行主要控制层面任务。在过程400中，附加信息可以被由CS收费模块162提取并利用。例如，RNC或BSC可以嵌入信息至SIP：表示时区的邀请消息(或其响应)。另外地或可选地，在过程400期间，检测和利用的有关的数据包的部分或全部可能会由RNC或BSC单独地产生以便于收费功能，而不是其他的控制层面任务。
虽然过程400已经主要描述收费的控制层面数据包的检测和使用，在一些实施例中，在过程400中，CS-收费模块162可另外地或替代地检测和利用承载语音载荷数据的用户层面数据包。
G.漫游
通信系统可以包括CS欺骗模块128以便于2G/3G移动设备的出站和入站漫游。模块执行各种转换任务，从而使通信系统100外部地出现模仿移动性管理和通常会被传统的线路交换2G或3G核心网络实现的其他核心程序，如MSC 122。这些转换任务可能包括：(1)接受，解释，并响应于从其他通信系统接收的控制层面消息，包括与移动性管理有关的消息，及(2)发送输出的控制层面消息到其它通信系统，包括与移动性管理有关的消息。作为一个例子，当运营通信系统100的移动服务提供者的订户漫游到一个不同的受访的通信系统时，在订户归属通信系统中的CS-欺骗模块可以被配置为接收，解释，和响应来自请求订户的订阅信息的受访网络的消息。当响应时，CS-欺骗模块可以使用的消息格式，欺骗或模拟信号的2G或3G的核心网络，例如，MSC 122。作为另一个例子，当一个用户的不同的通信系统中，例如，一个不同的PLMN的运营商的通信系统100漫游到对CS-欺骗模块可以被配置使用，欺骗或模仿的2G或3G核心网，(例如，MSC 122)的信令的消息格式。作为另一个例子，当不同的通信系统(例如，不同的PLMN)的运营商的订户漫游至通信系统100时，CS-欺骗模块可以被配置为发送移动设备102的订阅信息请求，该移动设备使用欺骗或模仿2G或3G核心网络(例如，MSC 122)的信令的消息格式。
此外，CS-欺骗模块128可以执行各种转换任务以支持身份验证，配置文件转换，紧急服务支持，和/或归属网络的其他服务的转换。CS欺骗模块也可以支持通常不可用于线路交换语音通话的2G/3G语音通话的扩展服务。
H.结论
系统的实施例的上述的详细描述并非意在穷举或限制系统为上述公开的精确形式。而如上所述的系统的具体的实施例是说明目的，作为在相关领域的技术人员将认识到系统范围内的各种等同修改是可能的。例如，当过程或步骤以给定顺序呈现时，替代实施例可以以不同的顺序执行具有步骤的例程或采用具有步骤的系统，并且一些过程或步骤可被删除、移动、添加、细分、结合和/或修改，以提供选择或重组。这些过程或步骤的每一个可以被以多种不同的方式实现。此外，虽然过程或步骤在时间上以串联方式被显示，这些过程或步骤也可以被并行执行或者在不同的时间被执行。
虽然本发明的某些方面以某些权利要求的形式被呈现，申请人可以以任意数量的权利要求的形式设想本发明的各个方面。因此，申请人有权在提出申请后保留增加额外的权利要求的权利以为本发明的其他方面追求额外的权利要求。

Claims (20)

1.一种在具有分组交换核心网络的无线电信系统中用于从移动设备传送电信系统内的语音数据流的子系统，所述移动设备使用线路交换协议发送上行链路语音数据，所述子系统包括：
用户层面转换模块，配置为：
转换线路交换格式上行链路语音数据为上行链路数据包，所述上行链路语音数据源自移动设备，所述移动设备通过线路交换协议经由空中接口发送所述上行链路语音数据；
传输所述上行链路包至使用分组交换协议的分组交换核心网络；
转换分组交换下行链路语音数据包为线路交换格式下行链路语音数据，所述下行链路语音包被从所述使用分组交换协议的分组交换核心网络接收；以及
经由空中接口使用线路交换协议向所述移动设备传输线路交换格式下行链路语音数据；以及
控制层面转换模块，配置为：
转换从所述移动设备接收到的线路交换格式信令消息为模拟的分组交换格式信令消息；以及
传输所述模拟的分组交换格式信令消息至使用分组交换协议的会话发起协议(SIP)语音控制网络中，
其中所述用户层面转换模块和所述控制层面转换模块与控制器组件相关联。
2.如权利要求1所述的子系统，其中所述控制器组件不传输语音通话数据或语音通话信令消息至移动交换中心或从移动交换中心接收语音通话数据或语音通话信令消息。
3.如权利要求1所述的子系统，其中所述线路交换格式上行链路语音数据是根据帧协议格式的上行链路语音数据。
4.如权利要求1所述的子系统，其中所述分组交换下行链路语音数据是根据互联网协议格式的下行链路语音数据。
5.如权利要求1所述的子系统，进一步包括至少一个的SGSN、GGSN和配置为执行分组交换寻呼机制的控制器组件，以促进在所述移动设备的语音通话。
6.如权利要求1所述的子系统，进一步包括线路交换的收费模块，配置为生成终止于或源自所述移动设备的语音通话的收费数据记录，所述收费数据记录被基于分组交换消息的分析生成。
7.如权利要求1所述的子系统，其中所述移动设备与用户相关联，所述用户不是运营通信系统的移动服务提供商的订户，而是运营其他不同的通信系统的不同的移动设备提供商的订户，所述子系统还包括漫游模块，其被配置以与其他通信系统进行互动，以执行移动性管理功能，所述漫游模块模仿移动交换中心所使用的信令。
8.如权利要求1所述的子系统，其中通信系统由提供服务订阅至一个或多个订户的移动服务提供商运营，所述子系统进一步包括漫游模块，其被配置为与其他不同的通信系统进行互动，以执行移动性管理功能，所述漫游模块模仿移动交换中心所使用的信令，并当与订户相关联的移动设备漫游到所述其他通信系统中时，与所述其他通信系统进行互动。
9.如权利要求1所述的子系统，其中所述控制层面的转换模块进一步被配置为：
转换来自SIP语音控制网络的分组交换格式信令消息为模拟的线路交换格式信令消息；和
通过空中接口使用线路交换协议传输所述模拟的线路交换格式信令至所述移动设备。
10.如权利要求1所述的子系统，其中所述模拟的分组交换格式信令消息是SIP格式。
11.如权利要求1所述的子系统，其中所述SIP语音控制网络是IP多媒体子系统。
12.一种在通信系统中用于提供语音服务到移动设备的方法，所述移动设备经由空中接口通过线路交换协议发送和接收语音数据，所述方法包括：
从移动设备经由空中接口通过线路交换协议接收上行链路语音数据；
转换所述接收的线路交换协议上行链路语音数据为上行链路包；
使用分组交换协议传输所述上行链路包至分组交换核心网络；
使用分组交换协议接收经由分组交换核心网络传输分组交换下行链路语音数据包；
传输所述接收到的分组交换下行链路语音数据包至线路交换格式下行链路语音数据；
使用线路交换协议通过空中接口传输所述线路交换格式下行链路语音数据至所述移动设备；
转换从所述移动设备接收的线路交换格式信令消息为模拟的分组交换格式信令消息；以及
使用分组交换协议传输所述模拟的分组交换格式信令消息至会话发起协议(SIP)语音控制网络。
13.如权利要求12所述的方法，进一步包括：
转换从所述分组交换核心网络接收到的分组交换格式信令消息为模拟的线路交换格式信令消息；以及
使用线路交换协议通过空中接口向所述移动设备传输模拟的线路交换格式信令消息。
14.一种在通信系统中用于从移动设备传送语音通话的方法，该方法包括：
从与控制语音通话相关的移动设备通过线路交换信令协议接收第一信令消息，所述移动设备使用线路交换协议通过空中接口传输所述语音通话的线路交换格式上行链路语音数据至所述通信系统；
转换所述接收的第一信令消息为第二分组交换信令消息，所述第二分组交换信令消息类似于所述接收的第一信令消息；以及
使用分组交换协议向会话发起协议(SIP)语音控制网络发送第二分组交换信令消息的格式；
其中所述方法进一步包括由所述会话发起协议(SIP)语音控制网络分配介质承载至所述语音通话，与所述语音通话的信令承载分离，运送所述语音通话的分组交换语音数据，所述分配的媒体承载提供比所述通信系统为分组交换非话音数据提供的更高的服务质量。
15.如权利要求14所述的方法，进一步包括：
从与控制所述语音通话有关的SIP语音控制网络接收第三信令消息，其中所述第三信令消息使用分组交换信令协议被接收；
转换接收到的第三信令消息为第四线路交换格式信令消息，所述第四线路交换格式信令消息类似于所述接收到的第三信令消息；以及
使用线路交换协议通过空中接口向所述移动设备发送所述第四线路交换格式信令消息。
16.如权利要求14所述的方法，其中所述分组交换格式是会话发起协议(SIP)格式。
17.如权利要求14所述的方法，其中所述移动设备与用户相关联，所述用户不是运营所述通信系统的移动服务提供商的订户而是运营另一不同的通信系统的不同的移动服务提供商的订户，所述方法还包括执行移动性管理功能以模仿移动交换中心的信令。
18.如权利要求14所述的方法，其中所述SIP语音控制网络是IP多媒体子系统。
19.一种在通信系统中用于控制移动设备上的语音通话的系统，包括：
在与控制器组件相关联的转换模块，转换线路交换格式上行链路语音数据为上行链路数据包的装置，源自移动设备的所述上行链路语音数据经由空中接口通过线路交换协议发送行链路语音数据；
使用分组交换协议传输所述上行链路数据包至分组交换核心网络的装置；
转换分组交换下行链路语音数据包为线路交换格式下行语音数据的装置，所述分组交换下行链路语音数据的数据包被从分组交换核心网络使用分组交换协议进行接收；
通过空中接口使用线路交换协议传输所述线路交换格式下行链路语音数据至所述移动设备的装置；
转换从所述移动设备接收到的线路交换格式信令消息为类似的分组交换格式信令消息的装置；以及
使用分组交换协议传输所述类似的分组交换格式信令消息至会话发起协议(SIP)语音控制网络的装置。
20.如权利要求19所述的系统，进一步包括：
在所述转换模块，接收来自所述SIP语音控制网络的与控制所述语音通话相关的第三信令消息的装置，其中所述第三信令消息使用分组交换信令协议进行接收；
转换接收到的第三信令消息为第四线路交换格式信令消息的装置，所述第四线路交换格式信令消息类似于所述接收到的第三信令消息；以及
使用线路交换协议通过所述空中接口向所述移动设备发送所述第四线路交换格式信令消息的装置。
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