CN105900486A - 移动切换 - Google Patents

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Abstract

通过移动终端或基站转交的蜂窝电话切换处理根据服务质量控制指示符(QCI)(23)来控制，以使根据涉及用于处理当前使用的会话或多个会话的每一个基站的能力的参数(11、12、21、22)来选择(60、61)对其进行切换的基站(如有的话)。如果用户启动不被当前使用的基站所支持的应用(93、94)，则也可以启动切换。如果所述会话正在运行具有低等待时间阈值的应用(例如，会话式话音呼叫)，并且切换仅可以通过利用“具有重定向的释放”处理中断所述会话来实现，则所述切换不继续进行(98)。

Description

移动切换
本发明涉及对需要移动通信装置(用户终端)停止通过一个基站与核心网络通信并且通过另一基站开始通信时发生的切换处理的改进。针对需要这种切换的最常见原因是因为用户终端或者基站检测到它们之间的无线通信链路上的信号质量劣化。这可以是因为移动装置移出该基站的范围，但无线环境中的其它变化(如拥塞或干扰程度的变化)也可以使得切换恰当。切换还可以在“漫游”在不同于他的“归属网络(homenetwork)”(他预订的归属网络)的网络上的用户移动到他的归属网络的基站范围中时发生：在这种情况下，只要该用户终端与归属网络之间的信号质量满足预定阈值，就希望切换到该归属网络，而不管另一网络上的信号质量如何，因为这将允许该用户使用他的“归属”网络专有的任何设施，并且避免支付通常经由不同于该用户的归属网络的网络的连接所需的较高费用。
除非上下文另外要求，术语“基站”在本说明书中应当被解释成表示终端可以无线地与其通信以便允许终端利用到核心通信网络的回程连接来通信的任何设备或装置。例如，基站包括“WiFi”(IEEE 802.11标准)接入网络的接入点(无线路由器)以及蜂窝电话中使用的基站。
发起切换的决定和对要切换到的新链路的选择通常基于信号强度，由此，根据基站信令可用性(具有接受连接并且被授权与移动单元进行连接的容量)，与生成最强信号的基站建立连接。
切换可以在两个蜂窝基站之间，并且在这种情况下，当两个基站根据同一协议工作时，通常是相对直接的。在许多情况下，两个基站通过可以协调该过程的同一基站控制器来控制。在具有永久性基站的蜂窝系统中，常规上保持每一个基站的“邻居列表”，该列表可被用于向移动单元通知最可能切换到的基站。
然而，随着手机越来越能够以两种或更多种不同的无线电接入技术来工作，例如，蜂窝(UMTS(3G)及其分组数据协议GPRS)和WiFi(IEEE 802.11)，在以不同的无线电接入技术工作的两个基站之间可能需要切换成为可能。一种特定情况发生在以WiFi协议工作的、已经与室内的短距离基站工作的用户装置在离开房屋并因此离开该基站的范围之后要继续会话的时候。即使在蜂窝网络内，由于正在进行中的移动网络从2G(第二代)向3G至4G的升级(可导致具有不同能力的邻居基站)，可以导致困难出现。例如，某些基站可能不能支持电路切换和分组切换业务两者。
在现有系统中，与当前服务基站的联系的丢失或劣化导致移动单元尝试寻求来自该移动单元具有接入权利的另一基站的较强信号，并且尝试安排从当前服务基站至该基站的切换。然而，如果仅依靠信号强度，可能出现服务质量的损失，这是由于其它特性的劣化。例如，对于话音呼叫(例如，利用VoIP-因特网语音传输协议)或VoLTE(长期演进语音传输协议)来说，低的等待时间和抖动是重要的特性，而对于游戏或视频流应用来说，高的比特率是优先级。
例如根据专利说明书US2003/069018(Matta)、US2007/026861(Kuhn)以及WO2011/033173(Valtion)，已知提供相邻基站在“服务质量”参数方面的排名，以允许用户选择用于切换的合适候选。这需要用户熟悉当时运行在手机上的应用(包括任何后台应用)所需的能力。
根据本发明，所述切换处理监测用户终端与第一基站之间的初始承载链路被监测；识别潜在切换的需求；从多个候选基站中选择用于形成到所述用户终端的优选承载链路的基站，其特征在于，所述选择通过如下方式做出：通过确定当前正在由所述初始承载链路处理的会话业务的性质，并且选择要被切换到的、适于处理所述会话业务的基站。
标准可以包括以下中的任一个或组合：承载类型、服务质量类别标识符(QCI)以及使用中的实际应用。还可以使用其它标准。
如常规一样，由于信号强度劣化，或者初始承载链路上的干扰或拥塞方面的增加的缘故，可以识别对切换的需求。
本发明因此修改了所述系统在选择切换基站方面的缺省行为。
例如，如果所在位置没有来自蜂窝运营商的可用的合适无线电接入技术，则通过wifi连接运行语音会话的客户可能不切换到该蜂窝运营商的网络上。当wifi连接信号丢失时，停止呼叫可能是优选的，或者选择另选的小区/接入网络。
本发明通过避免针对目标小区的不必要信令来提高信令效率，并且通过针对特定应用和订户选择要切换到的最佳小区来优化客户体验。
在第一实施方式中，通过评估记录在中央数据库中的单个候选基站的能力，并且根据基于当前通过承载链路承载的应用或多个应用的选择标准来选择所述候选基站中的一个，在蜂窝网络的基站管理系统中操作所述处理。
在第二实施方式中，所述处理由识别单个基站的能力的用户终端来控制，例如，通过询问或通过数据的测试交换，并且根据基于当前由用户终端操作的应用或多个应用的选择标准来选择候选基站中的一个。
参照附图，将以示例的方式对本发明的实施方式进行描述，其中：
图1描绘了被配置成根据本发明工作的无线基站的相关功能部件；
图2是提供该处理的概述的流程图；
图3是描绘在本发明的操作期间执行的主要功能的流程图；
图4更详细地描绘了在通过基站发起切换请求的情况下的决定处理和控制该处理的输入；
图5列出了来自3GPP Standard 23.203Section 6.1.7的标准化的QCI特性，这些特性在该实施方式中被用于限定在实现本发明方面使用的切换标准；
图6描绘了该决定处理的第一说明示例；
图7描绘了该决定处理的、利用不同加权的第二说明示例；
图8描绘了目标小区选择处理中的最后阶段；
图9描绘了图4的变型例，其中，切换请求由基站控制，但由用户终端发起。
图1描绘了无线基站2，无线基站2可以是蜂窝基站或用于WLAN(无线局域网)的基站，其具有用于将与手机1的无线通信会话(例如，语音呼叫，或数据会话，或视频流)切换至另一无线基站的能力。
无线基站2包括用于与一个或更多个用户终端1通信的无线接口3以及用于经由回程链路6连接至网络的网络接口5。为了通过无线接口3和网络接口5承载的信号之间的转换，提供信号处理部4(例如，调制解调器)。
切换管理系统7与无线接口3和网络(经由接口5)交互作用，以为用户终端1安排从基站2断开并且根据情况重新连接至另一基站(或者从另一基站断开并重新连接至基站2)。
在一些实施方式中，基站2维护与其它基站有关的数据的数据库14，这些基站被选择成为最可能在切换中涉及的基站，例如基于地理位置，或者基于关于以前切换的历史数据。数据存储器由数据交换处理器9维护，数据交换处理器9还可以通过回程6传递与当前基站2有关的数据以维护其它基站的邻居列表。
切换管理系统7与系统23交互作用，以识别用户终端1与基站2之间的链路上的被使用的或者被设置要使用的应用。在这个实施方式中，通过针对不同应用的QCI值(QoS类别指示符)特性监测会话业务(13)来执行该功能。
加权处理器61使用邻居数据14和应用数据23，以生成每一个候选基站的加权值，所述加权值被选择处理器10用于控制切换管理系统7。
图2提供了该处理的操作的概述图。该处理可以由基站(如图1所示)或者由手机来控制。在正常使用中，(90)手机1被连接至初始基站2。可以出现特定触发条件，例如，小区超载91、由用户终端的干扰或移动而造成的信号质量下降92、或者用户终端启动要求较高带宽的新应用93或者连接中的其它变化。这些可用于发起切换处理。
如果新应用93是触发条件，则该系统首先确定现有连接的QoS(服务质量)参数对于该服务来说是否足够(步骤94)，并且如果是这样情况的话，不采取进一步动作。否则，或者如果触发条件91、92是链路质量方面的某一变化，则确定与正在该连接上运行的应用相关联的QCI(QoS类别标识符)(或者，如果超过一个应用在工作中，则确定最严格的QCI)(步骤23)。接着，根据所需QCI，将与当前基站2的能力有关的数据(21、22)和与一个或更多个候选基站的能力有关的数据(11、12)应用至加权函数(60)，并且识别具有最佳得分的基站(61)。数据11、12可以在切换处理期间收集，或者可以预先收割(harvest)。
将该最佳得分与作为与要运行的应用相关联的最小值的阈值(95)相比较。如果得分无法满足该阈值，则停止呼叫(或相关应用)(96)。另外，如果当前服务基站2具有最高得分(97)，则不进行切换。否则，发起到最佳得分基站的切换7。
在某些情况下，特别是在从一个运营商向另一运营商切换时，无法进行(“漫游”)不中断“无缝”切换，而且该会话必须加以释放并且在重新定向路由上发起的新会话需要新的IP地址。在具有非常低的等待时间阈值的某些应用中，特别是诸如很少或没有缓冲的VoLTE的对话语音应用(QCI 1)，这可以导致通信中的不可接受的间隙。在这种情况下，尽管呼叫质量劣化但是保持原始连接上的会话可以是优选的。由此，如果确定QCI＝1(步骤98)，并且该切换仅可以通过“释放并重新定向”来执行，则该会话仍保持与原始基站的操作。
图3更详细例示了切换决定逻辑10。切换决定逻辑10接收与服务小区和作为切换的候选的一个或更多个小区的信号强度有关的信号强度输入11、21。其它输入12、22涉及每个候选小区的负载，就是说，其具有什么容量来处理与另一用户终端的会话。
另一输入13提供针对各个承载的QCI(服务质量(QOS)类别标识符)值。利用切换决定逻辑10存储的另一数据14包括有关邻居小区的能力的附加信息。通常，这种信息包括诸如被不同小区使用的无线电接入技术和频率的特征。
在如图4所示第一实施方式的操作中，当初始地与基站通信的移动手机移动离开该基站时，或者在存在干扰源时，检测到信号强度的损失(输入21)或者超负载状况22。响应于检测到的状况，发起切换决定处理20，以便利用切换决定逻辑10来选择用于切换的新基站。通常，对下一个基站的这个确定基于对所有潜在切换目标基站的信号强度(11)和当前处理负载(12)的评估。
由于不同基站具有用于处理数据服务的不同能力，因而根据本发明，该处理还考虑目标小区的进一步能力(例如，根据诸如回程容量的永久性特征来服务特定QCI值的能力)。
操作该处理的基站或用户终端还监测要切换的会话以识别使用中的应用(输入23)，以使其可以确定连接所使用的应用的类型(23)。切换决定逻辑10确定各个应用的QCI类别，并且根据使用中的应用的QCI值，基于诸如候选目标小区信号强度和频率的因子的常规原理(步骤15)，或者给予使用中的应用的需求优先级(步骤16)，来执行目标切换小区的选择。
图5列出了根据3GPP Standard 23.203Section 6.1.7的标准化QCI特性，这些特性在该例示性实施方式中被用于根据不同应用的不同需求(例如，最大包错误丢失率、等待时间(包延迟)以及优先级)，来限定在实现本发明中使用的切换标准。
例如，语音应用可以经得住相对高的丢失率，这是因为在倾听过程中存在相当大的冗余。具体地，因为收听者向讲话者提供有关他可以怎样清楚理解的反馈，所以对话语音(QCI 1)可以经得住比流式话音信号(QCI 7)的丢失率(0.1％)高的丢失率(1％)。然而，延迟可能非常令人不安，因而，语音应用对于延迟来说具有较低的容忍度(100ms而非300ms)。实时游戏(QCI 3)具有更加低的延迟容忍度(50ms)，这是因为用户必须对彼此的动作做出反应。
相反，信令应用(QCI 5)，或者重度压缩的视频应用(QCI 4、6、8或9)较不能容忍包丢失(1/1000000)，但因为缓冲，所以可以容忍更大延迟(300ms)。
基站或用户终端可使用包含有关各个切换基站候选的简档信息的数据。该数据可以被存储在基站本地数据库中，或者可以存储在几个基站可访问的共享数据库中，或者可以在需要切换时由基站或用户终端收集。
图6和图7针对三个QCI类别(即，用于保证比特率和不保证比特率类别的那些类别，QCI 1、QCI 2及QCI 7)中的每一个描绘了包含针对每一个基站1、2、3的QCI处理优先级得分(E1、E2、E7)的简档。每一个基站还具有针对VoLTE支持(A)、回程容量(B)、保证比特率支持(C)、负载信息(D)以及如图4和图5所描绘的针对所讨论的QCI类别的处理优先级(E1、E2、E7)的得分。
对要使用的基站的选择是通过向各种得分A、B、C、D、E应用加权来确定的：这些加权取决于所需的QCI类别。对于主要支持一些应用的因子(A、C)来说，根据所讨论的基站是否支持该应用来应用二进制标签。由此，如图6所示，切换其上在使用QCI类别1(可对话语音)的会话，根据公式来确定示例性加权得分：
得分(QCI1)＝A*(B+D+E1)
(注意：在该公式中，二进制标签A将得分乘零，由此向不能够提供VoLTE支持的任何小区赋予零分)。
这些计算由此将小区ID 3识别为针对QCI 1具有最高得分。由此，如图8中所示(针对QCI 1)，选择了适于使用中的应用的QCI值(步骤60)，并接着评估目标小区，以识别可以进行连接的最佳小区(步骤61)。
类似地，如图7所示，切换其上在使用QCI类别7(流式语音或视频)的会话，根据公式来确定示例性加权得分：
得分(QCI7)＝4B+D+E7
这些计算由此将小区ID 2识别为针对QCI 7具有最高得分。
因此，可以选择适于使用中的应用的QCI值(步骤60)，并接着评估目标小区，以识别可以进行连接的最佳小区(步骤61)。
再次参照图3，对目标小区的选择(步骤16)可以确定当前服务小区是对于使用中应用而言的最佳小区。这例如可以是因为与当前服务小区相比，附近没有具有更好信号质量的其它小区可以支持正在运行的应用，或者是因为切换必须通过“具有重新定向的释放”来执行而非无缝地执行并且应用具有低等待时间阈值(图2，步骤98)。在这种情况下，选择步骤16确定不应进行切换(步骤17)。服务基站接着可以停止呼叫，或者可以继续操作该会话，请求进一步测量(步骤18)以监测支持该会话的承载链路的连续信号质量。
该处理可以通过几个触发事件中的任一个来启动。如果参与需要高QoS(即，低等待时间和抖动-例如，VoLTE)的应用会话的用户连接小区变得超负载，则基站可以决定设法将一些用户终端切换至不同无线电接入技术和/或频率。有关哪些装置应当被切换的决定取决于应用需求(应用-类型/承载)和目标小区的能力(例如，RAT、拥塞水平)二者。
在切换是基于服务小区的信号强度的另选情况中，当服务小区的信号强度变弱时，基站进行有关哪个目标无线电接入技术和频率应当执行切换的决定。这再次基于应用需求(应用-类型/承载)和目标小区的能力(例如，RAT、拥塞水平)二者。
结果可以是，运营商决定应当切换到哪个目标小区(RAT/频率)以确保可以保持体验的质量。例如，与以严重劣化的质量执行相比，可以优选地停止VoLTE呼叫。
在另一情况下，蜂窝至wifi的切换决定由用户设备基于存储在该用户设备中的数据来做出。用户设备最初连接至第一小区并且参与需要高QoS(即，低等待时间和抖动-例如，VoLTE)的应用会话。该终端确定切换到WiFi可能是希望的，并且基于当前在该装置上使用的应用来做出切换决定。
在图9中所描绘的又一情况下，切换处理通过利用高QCI优先级应用发起一应用来触发(步骤93)。手机可以通过向当前服务基站发送指示所需应用的通知73，来发起切换处理。接着，在发起数据会话之前，该基站发起基站选择和切换处理。用于选择新手机的处理在其它方面与网络发起的切换相同。

Claims (11)

1.一种移动通信切换处理，其中，
监测用户终端与第一基站之间的初始承载链路；
识别潜在切换的需求；
从多个候选基站中选择用于形成到所述用户终端的优选承载链路的基站，
其特征在于，通过确定当前由所述初始承载链路处理的会话业务的性质，并选择适于处理切换所要建立到的所述会话业务的基站来做出所述选择。
2.根据权利要求1所述的移动通信切换处理，其中，针对预定类别的会话业务，所选择的基站是第一基站，使得不发生切换。
3.根据权利要求2所述的移动通信切换处理，其中，如果应用具有低于预定值的等待时间阈值，并且将利用具有重定向的释放来执行到另一基站的切换，则保持到所述第一基站的承载链路。
4.根据任一前述权利要求所述的移动通信切换处理，其中，标准可以包括以下中的任一个或者组合：承载类型、服务质量类别标识符(QCI)以及使用中的实际应用。
5.根据权利要求4所述的移动通信切换处理，其中，各个基站的能力都根据由承载链路处理的业务的需求来加权，并且根据加权的能力来选择用于切换的基站。
6.根据权利要求4或5所述的移动通信切换处理，其中，各个基站的能力都根据由承载链路处理的业务的需求来加权，并且如果没有基站被识别为满足针对所述会话所需要的业务的性质的预定最小加权能力，则终止所述会话。
7.根据任一前述权利要求所述的移动通信切换处理，其中，从数据存储器检索所述基站的能力。
8.根据任一前述权利要求所述的移动通信切换处理，其中，通过询问无线范围内的基站来识别所述基站的能力。
9.一种移动通信基站，该移动通信基站被设置成根据任一前述权利要求来工作，以安排通过承载链路与该基站通信的用户终端的切换。
10.一种移动通信用户终端，该移动通信用户终端被设置成根据权利要求1至9中任一项工作，以便管理从通过承载链路到第一基站的连接的切换，从而识别要通过新的承载链路建立连接的第二基站。
11.根据权利要求10所述的移动通信用户终端，所述移动通信用户终端被设置成操作具有根据不同无线协议工作的基站的承载链路之间的切换。
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