CN106465215A - 改进的垂直切换 - Google Patents
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Abstract
系统和方法用于使用终端以及固定点来进行第一网络与第二网络之间的垂直切换决策，该终端被配置成附连到两个网络，该固定点是在任一网络中。两个网络允许终端与固定点之间的信息流。当附连到第一网络时，终端检测第二个，并且比较表示沿终端与固定点之间的第一路径的可用带宽的第一带宽测量结果与表示沿终端与固定点之间的第二路径的可用带宽的第二带宽测量结果。如果第一带宽测量结果高于第二带宽测量结果，则终端维持附连到第一网络，并且如果第二带宽测量结果高于第一带宽测量结果，则终端做出切换到第二网络的决策。
Description
技术领域
本发明涉及用于进行移动终端（其被配置成附连到第一和第二网络二者）中的第一网络与第二网络之间的垂直切换决策的系统、进行垂直切换决策的方法、以及用于进行第一和第二网络之间的垂直切换决策的系统，其中第二网络是移动终端可以通过接入点而附连到的Wi-Fi网络。
背景技术
移动终端（特别地连接到3G、4G、5G等的移动电话和其它终端）以及连接性和数据分组网络并且特别地VoIP（互联网协议电话）方法中的发展，意味着存在以下兴趣：以更为传统的方式通过基站将移动终端无线连接到IP网络以及连接到电信网络。随着家庭中无线互联网接入的到来，用户现在可以在处于其自身的家庭环境中时直接地通过其自身的无线互联网接入点或接入路由器而将其移动终端（例如，智能电话）附连到互联网以及以常见方式通过电信网络进行连接。这向用户提供了特定优势并且特别地可以提供减少成本的优势。
例如，当终端在经由基站连接到移动电话网络的同时进入Wi-Fi热点领域中时，同样可以发生在用户自身的家庭环境外部。移动装置的用户然后可以选择将移动装置附连到Wi-Fi接入点并且直接地通过互联网来使用移动服务。类似地，用户可以例如基于访问朋友时的邀请将其移动电话附连到另一用户的Wi-Fi接入。
蜂窝网络用户典型地在任何地方并且在任何时间都需求连接性，但是它们还寻求可能的最佳服务质量，并且这三个需求可以总结在称作“始终最佳连接”的概念中，根据该概念，用户应当能够在任何时间点处运用最佳可用的接入网络。迄今为止，切换机制不会完全地根据始终最佳连接原理进行操作。
切换机制是移动终端的通信控制通过其而从一个网络接入门户转移到另一个（例如在附连到电信网络的移动终端从一个基站切转到相同网络或者不同网络中的另一个基站时）的那些协议和程序。移动终端接入的这种转移被称为水平切换并且还可以被描述为同类网络或者使用相同技术的网络之间的切换。从一种类型的网络向具有不同能力和特性的完全不同类型的另一种网络（例如，从移动电信网络到Wi-Fi网络）的附连的转移被称为垂直切换，并且可以被描述为异类网络之间的切换。
当前用于异类网络之间的垂直切换的切换机制是用户设定的并且基于以下假设：Wi-Fi是免费的而3G/4G/5G不免费。然而，这是基于陈旧的商业模型，其不再普遍使用中。假设用户已经设定适当的用户偏好，则移动终端在每当在终端中登记的接入点变得可用时执行向Wi-Fi的切换，并且否则不执行。然而，这没有考虑到将在切换之后经历的服务质量或QoS、或者切换是否将有益于用户的需要。
S. Busanelli等人的Vertical Handover between Wi-Fi and UMTS Networks:Experimental Performance Analysis（Wi-Fi和UMTS网络之间的垂直切换：实验性能分析）描述了使用带宽估计技术的垂直切换的方法，其中附连到第一网络的移动终端检测到第二网络并且附连到它而同时维持附连到第一网络，并且然后执行可用带宽估计而同时维持两个附连。
需要执行垂直切换的改进的方法。
发明内容
本发明在权利要求中被描述并且涉及用于进行第一网络和第二网络之间的垂直切换决策的系统，所述系统包括第一网络、第二网络、被配置成附连到第一和第二网络二者的终端、以及第一或第二网络中的固定点。第一和第二网络二者允许终端与固定点之间的信息流，并且终端被配置成在其被附连到第一网络时检测第二网络。终端还被配置成比较第一带宽测量结果与第二带宽测量结果。第一带宽测量结果表示沿终端与固定点之间的第一路径长度的可用带宽，该第一路径长度包括通过第一网络对固定点的接入。第二带宽测量结果表示沿终端和固定点之间的第二路径长度的可用带宽，该第二路径长度包括通过第二网络对固定点的接入。在已经执行比较的情况下，如果第一带宽测量结果高于第二带宽测量结果，则终端维持附连到第一网络。然而，如果第二带宽测量结果高于第一带宽测量结果，则终端做出切换到第二网络的决策。
因而，终端现在能够基于可用服务质量而进行改进的垂直切换决策。换言之，终端能够基于可用的服务质量如何而控制是否执行垂直切换。
典型地，终端将是移动终端，诸如移动电话或其它这样的设备，其能够连接到两种不同技术的网络，诸如连接到3G、4G或5G电信网络以及附加地Wi-Fi网络。终端因此还可以是平板、智能电话或者其它手持式通信设备。然而，终端还可以是膝上型或者甚至桌上型计算机，例如连接到以太网和Wi-Fi的计算机。
典型地，第一和第二网络将是异类网络，换言之是提供不同特性的网络。这样的网络典型地由不同实体操作，并且因此关于两个网络的操作特性和服务质量的信息没有以一个实体而驻留。终端或者其它移动设备将典型地附连到第一网络并且将检测第二网络的可用性。用于检测第二网络的方法和协议是技术人员所已知的。
基于检测到第二网络，终端或者移动终端比较第一带宽测量结果和第二带宽测量结果。第一带宽测量结果表示第一网络中的可用带宽，并且第二带宽测量结果表示第二网络中的可用带宽。通过比较第一带宽测量结果和第二带宽测量结果，移动终端能够接入两个网络中提供更好或较优的服务质量的那个网络。
比较第一带宽测量结果与第二带宽测量结果（换言之，比较一个值与另一个值）的方法是技术人员所已知的。
如果第一带宽测量结果高于第二带宽测量结果，则终端维持附连到第一网络，或者替换地，如果第二带宽测量结果高于第一带宽测量结果，则终端做出切换到第二网络的决策。如果终端维持附连到第一网络，则其需要绝不附连到第二网络，并且这节约资源，因为移动终端和第二网络二者避免与网络附连相关联的处理和信号生成。如果终端做出切换的决策，则一旦它能够确保将附连无缝转移到第二网络，它就可以从第一网络解附连。换言之，它不再需要自动地策动或者开始到第二网络的附连，但是替代地维持到第一网络的附连而同时它评估第二网络，从而使切换决策基于评估结果。在第二网络不提供优于第一网络的改进性能时的情况下，终端保持附连到第一网络，从而节约资源。终端或者移动终端因此基于网络性能的两个读数来进行最终决策。
如果第二测量结果好于第一测量结果并且终端做出执行切换到第二网络的决策，则不要求它立即执行切换，而是可以在一旦合理地可实现或者在它有益于终端时就执行切换。例如，如果语音呼叫正在进行中，则移动装置可能在它判定它可以转移呼叫而不会损失数据时执行切换，并且这在终端是移动电话或者能够通过3G、4G或5G网络进行电话呼叫的其它移动手持式装置时特别有用。
由终端用于比较的第一和第二测量结果分别表示沿终端与固定点之间的第一和第二路径长度的可用带宽，其中固定点是通过第一或第二网络可接入的某一地点并且是可以进行从终端到其的测量的点。典型地，固定点处于第一或第二网络中或者在互联网中的某一地方。第一路径长度包括通过第一网络对固定点的接入。第二路径长度包括通过第二网络对固定点的接入。
典型地，第一或第二路径长度包括终端与固定点之间的整个路径长度，并且这具有以下特定优势：终端可以使其决策基于深入到核心信息网络中的整个路径长度。附加地，通过使用涉及从终端到固定点的真实路径长度的数据，终端能够比较考虑到终端和在其之间做决策的两个网络之间的接口和同时期情况的测量结果。换言之，如所描述的系统考虑到终端或移动终端正在其之下操作的实际情况，并且没有假设始终有利于一种类型的网络而不是另一种的统一决策。
典型地，固定点是第一或第二网络中或者互联网中的某一地方处的服务器或专用计算机。典型地，因为切换是垂直切换，那么第一或第二网络是3G或4G或5G电信网络并且另一网络将典型地是Wi-Fi网络。然而，其它异类组合是可能的。
在一个实施例中，并且当一个网络是Wi-Fi网络时，从接入点进行操作并且固定点可以处于接入点中。
在进一步有利的实施例中，并且当Wi-Fi网络是家庭Wi-Fi网络时，固定点处于被配置成将家庭Wi-Fi网络连接到更宽网络的家庭网络中的家用网关上。在该情况下，更宽网络将典型地是互联网，并且家用网关将是被配置成充当家庭网络与互联网之间的桥接的网关设备。
在特别有利的实施例中，终端被配置成通过分别地执行通过第一或第二网络到固定点的可用带宽测量（例如，速度测试）来导出第一或第二带宽测量结果。
在特别有利的实施例中，终端被配置成从接入点接收第一或第二带宽测量结果。典型地，在该实施例中，第一或第二网络是从接入点操作的Wi-Fi网络，并且终端或移动终端被配置成分别从接入点接收第一或第二带宽测量结果。这具有以下优势：移动终端不必自己执行带宽测量，而是可以接收由两个网络中的任一者中的其它实体所执行的带宽测量的结果。另外，信息可以被并入到在终端与接入点之间使用的现有消息传递协议中，并且这具有以下另外的优势：将带宽信息转移到终端而不必使Wi-Fi网络加载附加消息传递。作为示例，带宽测量结果可以从接入点来接收，所述接入点被包括在如常规地由Wi-Fi接入点传输的信标帧中或者从所述信标帧导出。替换地，带宽测量结果可以被包括在响应于由终端传输给接入点的附连请求而从接入点传输的关联拒绝消息或关联接受消息中。要指出，在该示例中，终端不必实际地附连到接入点，除非由Wi-Fi网络提供的带宽相比经由终端已经附连到的网络已经提供的带宽而言提供优势。
在另外有利的实施例中，在信标帧、关联接受消息或关联拒绝消息中传输的带宽测量结果可以被包括在相应消息中的销售商特定字段中，并且这具有以下优势：可以将带宽信息提供给终端而没有新的消息传递协议的必要。然而，替换地，可以使用新的消息传递协议。
在另外的特别有利的实施例中，终端或移动终端被配置成在比较之前存储第一或第二带宽测量结果。这允许终端在需要带宽测量结果之前接收它并且存储它以供将来使用。例如，成功附连到第一网络的移动终端可以从第一网络接收带宽测量结果并且在检测到不同技术类型的第二网络的情况下存储它。基于检测到第二网络，移动终端已经具有用于第一网络的第一带宽测量结果并且仅需要以某种方式获取用于第二网络的第二带宽测量结果。所存储的带宽测量结果可以在适当的情况下通过网络更新。这可以具有以下优势：保持利用代表实际网络带宽的测量结果来更新移动终端。
在另一有利的实施例中，第一网络是3G或4G或5G网络，第二网络是从接入点操作的Wi-Fi网络，并且终端被配置成通过第一网络联系接入点以请求用于第二带宽测量的数据。这具有以下特定优势：终端可以获得执行两个带宽测量结果之间的比较所需要的信息而不必执行向第二网络的附连。
特别地，终端可以从固定点本身请求用于第一或第二带宽测量的数据，固定点典型地是服务器或专用计算机。在该情况下，终端请求固定点执行一个或多个可用带宽测量，并且随后将结果或者结果的比较传送给终端。
如由系统所操作的本发明的方法在终端与第一网络和第二网络之间着手进行。两个网络允许终端与固定点之间的信息流，并且方法在附连到第一网络的终端中执行。终端检测第二网络并且然后比较第一带宽测量结果与第二带宽测量结果。第一带宽测量结果表示沿终端与固定点之间的第一路径长度的可用带宽。第一路径长度包括通过第一网络对固定点的接入。第二带宽测量结果表示沿终端与固定点之间的第二路径长度的可用带宽。第二路径长度包括通过第二网络对固定点的接入。基于比较第一和第二带宽测量结果，终端取决于比较结果而执行两个动作中的一个。如果第一带宽测量结果高于第二带宽测量结果，则终端维持附连到第一网络。替换地，如果第二带宽测量结果高于第一带宽测量结果，则终端做出执行向第二网络的垂直切换的决策。
有利地，第一带宽测量结果和第二带宽测量结果之间的比较发生在于第二网络中认证终端之前。这节约终端和网络资源二者，因为既不要求终端也不要求网络在查明第二网络是否提供比第一网络更优的带宽之前策动用于使终端向第二网络附连的进程。
如果第二带宽测量结果高于第一带宽测量结果，则在特别有利的实施例中，如果终端检测到活跃会话（例如语音会话、电话呼叫、数据下载）通过第一网络正在进行中，则终端可以推迟垂直切换直到活跃会话已经结束之后。这具有以下优势：减少了在活跃会话期间的切换中可能发生的数据损失的潜在可能。
在替换实施例中，如果第一带宽测量结果高于第二带宽测量结果，则终端维持附连到第一网络，但是可以获取新的第二带宽测量结果，或者多个随后的第二带宽测量结果，并且再执行比较。在终端维持其处于第二网络的邻域中的位置的情况下，这允许终端检查并且再检查用于带宽的最佳网络。
本发明还涉及一种用于进行第一网络与第二网络之间的垂直切换决策的系统，其中第二网络是终端可以通过接入点附连到的Wi-Fi网络，以及被配置成附连到第一和第二网络二者的终端，以及固定点。第一和第二网络允许终端与固定点之间的信息流，并且终端被配置成在附连到第一网络时检测第二网络并且将关联请求传输给接入点。接入点被配置成比较第一带宽测量结果与第二带宽测量结果。第一带宽测量结果表示沿终端与固定点之间的第一路径长度的可用带宽，该路径长度包括通过第一网络的接入。第二带宽测量结果表示沿终端与固定点之间的第二路径长度的可用带宽，该路径长度包括通过第二网络的接入。在如所描述的系统中，如果第一带宽测量结果高于第二带宽测量结果，则接入点向终端传输拒绝消息。替换地，如果第二带宽测量结果高于第一带宽测量结果，则接入点向终端传输接受消息。
本发明允许基于从例如移动终端到固定点（比方说，在典型地互联网这样的网络中的服务器）的端对端可用带宽而执行切换，并且其中可以经由任一连接测量端对端可用带宽。在该含义下，“端对端”意指移动终端与固定点或服务器之间的完整路径的可用带宽，并且其通常由该路径中的最弱链接（换言之，具有最小可用带宽的链接）给定。这是重要的措施，因为经由3G/4G/5G网络所取得的路径和经由Wi-Fi网络所取得的路径可能彼此非常不同，并且其中之一或另一个可能面临关于可用带宽或者其它服务质量参数的非预期的约束。
当尝试完成这一点时发生两个问题。第一个是尽管终端或移动终端可能知晓其直接附连到的无线电链接上的可用带宽，但是它不知晓到互联网以及互联网中的主干连接的质量。该主干连接可能极大地变化。本发明提出了实时地测量该可用带宽并且因此使得终端根据当前或者同时期的信息而关于执行切换做决策是可能的。第二个问题是在执行切换的情况下，其不应当干扰服务。因此，为了避免切换期间的服务中断，终端进行关于切换的决策，但是未必在该时间点处执行切换。终端关于执行切换做决策，但是本发明的方法允许这一点而不要求终端首先执行试验切换或者不要求终端在进行执行切换的决策后立即执行切换。方法允许终端在其在感兴趣的网络中被认证之前进行决策，并且例如当第二网络是Wi-Fi网络时，接收IP地址。
互联网业务量从3G/4G/5G向Wi-Fi网络的切换是对于运营商来说感兴趣的工具以便最小化可能过载的基站处的使用。特别地，过载的基站可能不能够接受任何更多的用户，并且除了将一些终端水平切换到相同网络中的其它基站之外，有利的是具有可以藉此向终端提供它们可以藉此就哪个网络对于它们是最佳的进行决策的信息的机制。当3G/4G/5G网络上的可用带宽降低时，例如由于增大的用户负载，第二可用网络可能变得更具吸引力并且使用本发明的方法，单独的移动终端自己可以切换到第二网络并且释放第一网络上的容量。
对于最终用户而言还感兴趣的是，能够自动地基于可用网络的质量而选择适当的网络。在具有到互联网服务的超越巅峰连接的卓越质量的意义之下，3G/4G/5G网络的质量通常好于Wi-Fi的质量。这为用户提供了改进的移动电话使用，而且还改进了用于静止用户的网络连接。例如，连接到以太网和Wi-Fi的计算机终端，例如个人计算机（pc），可以执行该方法，并且例如在以太网链接拥堵时执行向Wi-Fi的切换。
之前，垂直切换进程没有考虑到在任何所检测的Wi-Fi接入点上或者在该Wi-Fi接入点的主干网络上存在多少可用容量，并且这不与始终最佳连接的概念相符。其不考虑到终端在从一种类型的网络向另一种转移附连时将经历的服务质量。例如，Wi-Fi接入网络可以变得可用，但是所提供的服务质量可能比3G/4G/5G网络上的更差。本发明允许这样的准则在切换进程的信息搜集和决策阶段期间发挥作用。
因此，本发明向用户并且还向为用户供应电信网络服务的网络运营商提供了显著的优势。在附图中进一步描述这些和其它实施例。
附图说明
图1示出了根据现有技术的切换的示例。
图2示出了根据现有技术的切换管理进程。
图3示出了如应用于垂直切换的本发明的主要步骤。
图4示出了如应用于垂直切换的本发明的主要组件。
图5示出了本发明的实施例。
图6示出了可以在本发明中使用的管理帧格式。
图7示出了本发明的实施例。
图8示出了本发明的实施例。
图9示出了本发明的实施例。
图10示出了本发明的实施例。
图11示出了本发明的实施例。
具体实施方式
图1示出了垂直切换的示例。该图以及其它各图示出了移动电话，然而，如所描述的系统和方法还适用于平板电脑、膝上型电脑、计算机外加能够连接到多于一种类型的网络的其它手持式设备。移动终端101连接到作为服务提供商SP1 103的网络的部分的基站或eNodeB 102。网络SP1 103可以是3G、4G或5G网络。终端101能够经由网络103进行电话呼叫并且还能够接入互联网104。如果终端101进入由控制到服务提供商SP2 106（其也允许到互联网104的连接）的Wi-Fi接入的接入点105覆盖的区域，则终端101可以经由其接入点105执行向网络SP2 106的切换。基站或eNodeB 102和接入点105二者从以下含义来说在功能上是相同的设备：它们使得移动终端101能够连接到网络并且在那些连接上运行服务。典型地，在切换过程期间，移动终端维持其连接活跃而同时从一个附连点（基站或接入点）移动到另一个。
替换地，可以在另一方向上，从SP2 106的网络向SP1 103的网络，执行切换。
图2示出了典型的切换过程。可以典型地区分三个阶段。在第一阶段201（切换信息搜集阶段）中，收集信息以便将其使用和处理以用于在下一阶段中进行决策。典型地在该阶段期间，检测网络，并且识别用户偏好和移动节点状态以便准确地决策是否应当尝试切换。例如，用户可能已经设定用户偏好，其指示用户偏好于在每当Wi-Fi可用时附连到Wi-Fi。在第二阶段202（切换决策阶段）中，算法决策是否执行切换，并且决策这样做的时刻。切换应当理想地在最佳时刻处执行。在第三阶段203（切换执行阶段）中，执行切换。该阶段应当保证网络之间的平滑会话过渡过程。
图3示出了如在本发明的大多数实施例中应用于垂直切换的决策过程的主要且经简化的步骤。在该示例中，假设移动终端连接到3G/4G/5G基站或eNodeB（BS）并且Wi-Fi接入点（AP）变得可用301。移动终端将以以下方式继续进行决策是否要执行向Wi-Fi网络中的垂直切换。首先，终端向互联网中的服务器执行3G/4G/5G网络之上的速度测试302。在一些实施例中，该步骤在检测到合适的Wi-Fi网络之前可能已经执行，并且在该情况下将存储速度测试结果。用于执行速度测试的许多方法已经在现有技术的现阶段中可用并且是技术人员所已知的。终端将向互联网中的相同服务器执行Wi-Fi网络之上的等同的速度测试303。最终，终端将比较源自于第一速度测试302的3G/4G/5G网络之上的可用带宽（ABw3G）与源自于第二速度测试303的Wi-Fi网络之上的可用带宽（ABwWi-Fi）。如果ABwWi-Fi高于ABw3G 304，则移动终端将继续进行完成垂直切换305，否则垂直切换将被取消306。感兴趣的可用带宽可以取决于终端想要在任一网络上使用的服务的细节而是在下游方向（从服务器到移动终端）或在上游方向（从移动终端到服务器）上。然而，在大多数情况下，感兴趣的可用带宽是在下游方向上并且这适用于用户参与下载数据（例如电影、文档等）的情况。
图4示出了如应用于垂直切换的本发明的主要组件。移动终端401连接到作为可以是3G、4G或5G网络的服务提供商SP1 403的网络的部分的基站或eNodeB 402。终端401位于由控制到服务提供商SP2 406（其也允许到互联网404的连接）的Wi-Fi接入的接入点405覆盖的区域中。SP1和SP2是否为相同实体并不重要。在该情况下被描绘为测试服务器的固定点407位于互联网404中并且可以在可用带宽的测量中使用。该服务器应当从SP1 403和SP2406可达到。固定点或者测试服务器407还可以被称为速度箱（Speed Box）。
存在其中可以实现速度箱的若干方式。
速度箱可以是互联网404上的专用计算机。移动终端401上的切换应用知晓速度箱407的IP地址并且执行到所述计算机的可用带宽测试。技术人员知晓移动终端可以通过其执行可用带宽测试的方法。
替换地，速度箱407可以是被添加到另一互联网服务的服务器的软件片段，例如终端401在执行用于就切换进行决策的方法之前访问的网页。在该实施例中，当终端401检测到第二网络406时，其执行经由SP1 403到其最后访问的网页的速度测试并且然后还执行经由SP2 406到相同网页的速度测试。因而，互联网中可以存在多于一个速度箱407。
优选地，存在物理地靠近每一个互联网服务的服务器的速度箱。以这种方式，移动终端401总是按需得到针对到服务的可用带宽的现实值。在一些情况下，不需要将软件添加到服务器并且仅仅知晓服务器的IP地址是足够的。
速度箱407可以是在SP1 403或SP2 406的网络中运行的计算机或软件片段，其中SP1或SP2分别提供切换应用作为对其客户的服务。在后一示例的特殊情况下，软件在Wi-FiAP的WAN侧上运行，并且这可以例如是家用网关，并且具有关于可部署性的优势。对于终端希望连接到的任何基本服务集识别符（BSSID），换言之AP MAC地址，其可以寻找本地速度箱的IP地址，也就是说属于该BSSID的AP。然而测量结果的解译变得更加困难，因为提供给AP的SP2带宽可能高度非对称。
另一特殊情况是，速度箱407在Wi-Fi网络406中的计算机上运行。这样的优势在于，Wi-Fi网络从其运行的服务器然后兼作用于Wi-Fi网络的质量的探测器，并且进一步地，终端401不需要在其可以测量该Wi-Fi网络之上的路径的质量之前从Wi-Fi网络406获取IP地址。这使得切换是更少侵扰性的。
典型地，一旦移动终端已经执行第一网络之上的速度测试或者搜集其结果，就存在用于计算或估计第二网络之上的可用带宽的若干可能性，这取决于网络、终端、接入点或速度箱中的哪个元件发起并且执行测试。
在特别有用的实施例中，第二网络中的接入点在信息搜集中被涉及，并且在另外的实施例中，还在决策制定中被涉及。这具有以下优势：其允许移动终端在其被附连到第二网络之前经由第二网络查明可用带宽。在其中第二网络是Wi-Fi网络的示例中，该实施例允许移动终端在其执行切换并且从Wi-Fi接入点或AP接收IP地址之前查明可用Wi-Fi带宽。
该实施例在图5中示出。终端501连接到作为服务提供商SP1 503的网络的部分的基站或eNodeB 502。网络SP1 503可以是3G、4G或5G网络。终端501执行或者已经执行了通过互联网504到速度箱507的SP1 503之上的速度测试。当终端501通过接入点505检测到Wi-Fi网络SP2 506时，其需要获取两个可用带宽（ABw）值。第一值是从移动终端501到AP 505的ABw。该值表示无线连接自身之上的可用带宽以及因此的服务质量。第二个是从AP 505到速度箱507的ABw。替换地，可以在相反方向上，换言之从速度箱507到AP 505并且附加地从AP505到移动终端501，测量可用带宽值。前一情况表示用于将数据从终端501上载到互联网504中的某一服务器或IP地址的路径长度之上的可用带宽，后者表示用于相反地从互联网504下载数据的路径长度之上的可用带宽。
关于从AP 505到SB 507或者反之亦然的ABw的信息可以由AP 505或者速度箱507或者二者来获取，并且通过这些设备中的任一个来执行速度测试的方法是本领域中已知的。
作为示例，为了获取终端501与AP 505之间的可用带宽，终端可以检查从AP所接收的信标帧。从这些信标，终端501能够计算来自于AP 505的无线电信号的信噪比（SNR），并且由此计算Wi-Fi链接上的总最大可用数据速率（换言之可用带宽）的估计，而没有校正报头、同步位、等待时间和由相同网络上的其它设备使用的带宽等。总最大可用数据速率将通常明显大于应用层中可使用的可用带宽。可选地，在计算移动终端501其自身与AP 505之间的可用带宽之后，移动终端501可以取消切换进程，如果其查明所获得的Wi-Fi链接上的总最大可用数据速率低于其在经由SP1 503的3G/4G链接上所具有的应用层可用带宽的话。对信标帧的检查因此为终端501提供了一种执行迅速且不复杂的切换决策的特别有利的方法，特别是在其中速度箱位于接入点本身中的实施例中。
用于使终端501获取Wi-Fi链接上的可用数据速率的有利方式是针对该信息而询问AP 505。接入点505具有Wi-Fi网络和任何相关联的终端（包括终端501）以及特别地它们正在生成多少业务量的更好概观。接入点505因此能够为MT提供关于Wi-Fi网络上的可用带宽的更好信息。例如，AP 505可能最近已经使用到Wi-Fi网络上本地的其它计算机的速度测试。而且，AP知晓多少个其它设备正在并发地使用Wi-Fi网络并且因而必须共享可用带宽。用于使终端501获取该信息的一种方式是通过在互联网504之上联系AP 505。这可以通过SP1 503实现，因为终端501仍旧经由3G/4G网络连接到互联网504。因此，AP 505可以经由替换路线而达到。终端501可以请求AP 505向它传输关于AP与速度箱507之间的可用带宽的信息。用于使终端501获取信息的另一种方式是周期性地或者按需地使AP 505将其信息上载到速度箱507。终端501可以周期性地或者如所需要和按需地从速度箱507收集所上载的数据。在终端501已经收集关于Wi-Fi网络以及AP 505和速度箱507之间的路径上的可用带宽的信息之后，终端501可以取二者中的最低值并且比较该值与3G/4G网络之上的测量结果。然后，其可以相应地决策执行切换。
在给定终端501想要连接到的Wi-Fi网络的BSSID的情况下，当终端501针对关于Wi-Fi链接的信息而经由3G/4G网络SP1 503和互联网504询问AP 505时，终端需要知晓可以在哪里获取该信息，换言之可以在哪个IP地址处获取该信息。这要求具有其相关联的IP地址的BSSID的相当多的簿记。
关于Wi-Fi链接的信息可以经由Wi-Fi网络的层2而获取，因此是在终端已经从Wi-Fi AP接收到IP地址之前。在该情况下，终端必须向AP告知其期望执行垂直切换。根据管治Wi-Fi的IEEE 802.11标准，这要求终端向AP发送关联请求消息并且AP以包含接受或拒绝关联请求的关联响应消息而进行响应。关联请求帧可以在IEEE 802.11帧的帧主体内的字段中包含所谓的“销售商特定信息”，如图6中所示。关于3G/4G路径上的可用带宽的信息（并且终端已经知晓它）可以由终端包括在如传输给AP的关联请求的销售商特定字段中。
这进一步地在图7中示出。终端701检测Wi-Fi接入点702并且检测来自AP 702的信标帧704。终端701向AP 702传输关联请求705，其中终端701已经包括关于终端701已经附连到的3G/4G网络的可用带宽的信息。基于接收到关联请求，AP 702执行自己与速度箱703之间的速度测试706。基于速度测试706的结果，AP 702比较它可以为终端701提供的可用带宽与在关联请求中传输给它的可用带宽值并且接受或者拒绝707终端附连请求。典型地，AP比较所获得的3G/4G路径可用带宽与它本身具有的关于Wi-Fi网络和AP-速度箱路径的信息。如果接受附连请求，则终端701继续进行认证708。因此在该实施例中，作为终端进行关联决策的代替，AP进行关联决策并且这在图8中示出。
图8示出了接入点可以通过其决策是否允许从终端附连的方法。在步骤801中，接收关联请求，包括关于已经跨替换连接而测量的可用带宽Bw的信息。接下来，在接入点与速度箱之间执行速度测试802。从速度测试，AP可以计算相比于经由其它连接的带宽Bw而言它可以为终端提供多少可用带宽ABw。如果ABw大于Bw 803，则接受终端附连804。如果ABw不大于Bw，则拒绝终端附连805。
在如被传输给AP的关联请求的销售商特定字段中包括关于3G/4G路径上的可用带宽的信息的替换方案是针对该信息交换定义完全新消息或者新消息交换。
使接入点进行决策的替换方案是，AP使用关联响应消息中的销售商特定字段向终端发送其关于自己与速度箱之间以及Wi-Fi上的可用带宽的信息。在该实施例中，终端然后进行决策。
在接入点涉及到信息搜集和决策制定中时的情况下，接入点和速度箱执行它们之间的速度测试。存在用于完成这一点的已知技术，但是重要点是接入点如何知晓要与哪个速度箱关联并进行测试，并且反之亦然。在一个实施例中，终端在尝试新的垂直切换并且速度箱的IP地址已经存储在终端中并且可以被传输给接入点之前已经与某一速度箱关联。在一个替换方案中，速度箱的IP地址可以硬编码在终端中，例如在出厂设置中或者在提供终端时。替换地，终端可以默认于其所关联的之前的速度箱，在该情况下，所需要的速度箱的IP地址将与来自终端所使用的最后服务的相同。替换地，终端可以从速度箱接收IP地址。在其中速度箱事实上处于接入点中的特殊情况下，将不需要AP和速度箱之间的特定测量。
用于使速度箱追踪接入点的IP地址的最简单的方式是在任何切换之后，终端经由包括接入点的BSSID的Wi-Fi网络而向速度箱发送任意消息。然后，速度箱知晓该接入点的IP地址并且可以在下一次终端想要执行向该网络的切换时使用它。另一方式是接入点在其信标消息或关联响应消息的销售商特定字段中不仅包括BSSID而且还包括其IP地址，终端然后将其传送给速度箱。这在图9中示出。
终端901检测Wi-Fi接入点902并且检测来自AP 902的信标帧904。终端901将关联请求905传输给AP 902并且基于接收到此，接入点902向终端901传输关联接受消息906。信标帧或者关联接受消息包括关于AP 902的IP地址的信息。一旦接收到关联接受，终端901就执行与AP 902的认证907。在认证之后，终端901向速度箱903传输AP的IP地址908。基于接收到AP的IP地址，速度箱903执行到该IP地址的速度测试909并且向终端通知结果910。
如果根本没有可以在接入点与速度箱之间进行的关联，则接入点可以通过选择互联网中的某一默认速度箱而不是终端自己偏好的速度箱来估计其到互联网的可用带宽。
在接入点和速度箱之间关联之后，可以周期性地或者按需地执行二者之间的速度测试。
如果周期性地执行速度测试，则优选地将最后的速度测试的结果维持在接入点或速度箱中（这取决于二者中的哪一个正在接收来自终端的请求），并且用于在来自终端的下一请求之后的决策制定。可以经由信标的销售商特定字段或者通过关联之后的分离通知消息来通知终端。该实施例在图10中示出，其中终端1001检测执行到速度箱1003的速度测试1004的Wi-Fi接入点1002。接入点1002包括由终端1001所检测的信标帧广播1005中的结果。终端1001然后可以决策执行切换。如果是，则它将传输由接入点接受1007的关联请求1006。
如果按需地执行速度测试，则在接入点从终端接收到关联请求之后，或者在速度箱从终端接收到针对信息的请求之后，典型地接入点执行到速度箱的速度测试或者反之亦然。如果从该测试所获取的可用带宽大于由终端经由3G/4G网络所获取的值，则接受关联请求并且执行切换。或者在接入点不能使用销售商特定字段时的情况下，可以通过关联之后的分离通知消息来通知终端。
在特别有利的实施例中，速度箱在Wi-Fi网络中的计算机上运行。对终端和速度箱之间的网络路径质量的探测然后包括第一网络（典型地3G/4G/5G网络）以及Wi-Fi、第二网络部分。速度箱因而兼作用于互联网端对端路径的质量以及Wi-Fi网络的质量的探测器。这意味着终端不需要在其可以测量Wi-Fi网络之上的路径的质量之前从Wi-Fi网络获取IP地址。这使得切换是更少侵扰性的。另外的优势在于，因为固定点处于Wi-Fi网络中，所以不需要在例如互联网后面进一步设立附加服务器。另外的优势在于，因为固定点处于Wi-Fi网络中的计算机上，所以如从固定点所操作的本发明的功能性可以分离地被提供在位于Wi-Fi网络中的计算机上运行的软件中。这在图11中示出，其中终端1101连接到作为服务提供商SP1 1103的网络的部分的基站或eNodeB 1102。网络SP1 1103可以是3G、4G或5G网络。终端1101通过接入点1105检测Wi-Fi网络SP2 1106。速度箱1107位于Wi-Fi网络中。
然而在该特定实施例中，当从相反方向（从Wi-Fi网络1106向3G/4G网络1103）执行垂直切换时，在可以测量第二网络（3G/4G网络）的网络质量之前，终端首先执行切换，包括IP地址的改变。原因在于，如果固定点或速度箱处于Wi-Fi网络中，则其不能够也处于感兴趣的3G/4G无线电网络中并且因此不能接入3G/4G基础设施。典型地，不论如何，3G/4G基础设施是移动网络运营商的域。对此的一种解决方案将是3G/4G网络运营商SP1 1103在3G/4G无线电网络中或者SP1云中的某一地方部署另外的速度箱1108并且这引起本发明的另外的实施例。当终端想要考虑从Wi-Fi网络切换回到3G/4G网络时，该另外的速度箱可以用于速度测试。
在3G/4G网络中的终端想要执行向Wi-Fi网络的切换的情况下，对终端与Wi-Fi网络中的速度箱之间的网络路径质量的探测包括网络的3G/4G部分以及Wi-Fi部分。结果因而包含来自两个网络的贡献，其需要被解开以就待在3G/4G网络上还是执行切换进行知情决策。当存在SP1网络中（例如，云中）的第二速度箱1108时，这容易地完成。终端然后执行到两个速度箱1107和1108的测量并且比较结果。结果中的差异由Wi-Fi网络所引起。如果不存在SP1网络中的速度箱，并且仅存在Wi-Fi网络中的速度箱，则需要使用给出关于网络路径中的单独的层2链接的信息的可用带宽测量方法。
在替换实施例中，可能执行垂直切换而不需要速度箱。两个网络SP1和SP2具有它们可以通过其知晓核心网络中的可用带宽的进程。在该情况下，网络核心充当固定点，并且当可以计算或估计或测量从终端到核心网络的可用带宽时，则存在足够的信息以决策是否执行垂直切换。
在其中终端搜集所有信息并且进行决策的又另外并且特别简单的实施例中，终端首先执行切换而不管可用带宽如何，并且一旦其附连到Wi-Fi，换言之被连接、认证并且具有新的IP地址，则它可以执行相对于速度箱的速度测试并且计算其可以得到的可用带宽（ABw）。MT现在比较该结果与通过第一网络的可用带宽并且基于该结果而可能地切转回到3G/4G网络。
如所描述的本发明还适用于向其它网络以及其它网络之间的切换，例如从Wi-Fi到3G/4G/5G或者从固定接入（DSL、光纤…）到3G/4G/5G等。而且，3G/4G网络本身包含AP（其具有接入点名称或APN），但是这些一般地不位于基站处或基站附近，而是在运营商或服务提供商网络中较远处。在该布置中，激活所谓的PDP上下文，而不是根据之前描述的实施例的关联请求和响应消息，并且因此关于带宽的信息的交换将被包括在终端与APN之间的PDP消息中。一般地，所有对3G/4G网络的引用还应用于5G网络，并且对具体消息传递系统和协议的引用等同地应用于提供相同或者等同的功能性的其它等同的消息传递系统。一般地，对“终端”的引用包括移动终端、移动电话、平板电脑、膝上型电脑、计算机外加能够连接到多于一种类型的网络的其它手持式设备。
类似地，网络路径性能测量不仅仅是指可用带宽测量，还可以是指延迟、抖动、分组丢失、误码率等的测量，以及这些的任何组合，或者可用带宽、延迟等的预测。因此例如，作为带宽的替代，终端可以获取并且比较针对两个网络的分组丢失的测量结果，如果该测量更为适当的话。
尽管使用本发明的系统或方法执行垂直切换将通常是意味着从第一网络向第二网络切换所有服务，但是不总是必然这样。可能的是，可以执行仅某些数据或者某些应用的切换而不是所有数据。终端可以决策保持一些应用（例如，Skype）仍在3G/4G网络之上工作，而同时将其它应用的数据移动到Wi-Fi网络。这意味着MT将保持同时连接到两个网络。这将使用更多资源，但是可能是临时适合的，例如如果用户正在第一网络之上执行语音呼叫而同时下载可能需要接入到提供更大带宽的网络的数据的话。MT还应当能够将各个应用的带宽需要匹配到总体可用带宽。
本发明提供了管理终端向第一和第二网络的附连的有利系统和方法。
Claims (20)
1.用于进行第一网络与第二网络之间的垂直切换决策的系统，包括：
- 第一网络，
- 第二网络，
- 被配置成附连到第一和第二网络二者的终端，
- 处于第一或第二网络中的固定点；并且
- 其中第一和第二网络二者允许终端与固定点之间的信息流，并且其中终端被配置成在附连到第一网络时：
- 检测第二网络；
- 比较第一带宽测量结果与第二带宽测量结果，其中：
- 第一带宽测量结果表示沿终端与固定点之间的第一路径长度的可用带宽，该第一路径长度包括通过第一网络对固定点的接入；并且
- 第二带宽测量结果表示沿终端与固定点之间的第二路径长度的可用带宽，该第二路径长度包括通过第二网络对固定点的接入，其中终端进一步被配置成：
- 如果第一带宽测量结果高于第二带宽测量结果，则维持附连到第一网络；
- 如果第二带宽测量结果高于第一带宽测量结果，则做出切换到第二网络的决策。
2.根据权利要求1所述的系统，其中第一或第二路径长度包括终端与固定点之间的完整路径长度。
3.根据权利要求2所述的系统，其中固定点是服务器或专用计算机。
4.根据权利要求1所述的系统，其中第一或第二网络是3G或4G或5G电信网络。
5.根据权利要求1所述的系统，其中第一或第二网络是Wi-Fi网络。
6.根据权利要求5所述的系统，其中从接入点操作Wi-Fi网络并且固定点处于接入点中。
7.根据权利要求5所述的系统，其中Wi-Fi网络是家庭Wi-Fi网络并且固定点处于被配置成将家庭Wi-Fi网络连接到更宽网络的家庭网络中的家用网关上。
8.根据权利要求1所述的系统，其中终端被配置成通过执行分别经由第一或第二网络到固定点的可用带宽测量来导出第一或第二带宽测量结果。
9.根据权利要求1所述的系统，其中第一或第二网络是从接入点操作的Wi-Fi网络并且终端被配置成分别从接入点接收第一或第二带宽测量结果。
10.根据权利要求9所述的系统，其中从信标帧导出从接入点接收的带宽测量结果。
11.根据权利要求9所述的系统，其中从接入点接收的带宽测量结果被包括在信标帧、关联接受消息或关联拒绝消息中。
12.根据权利要求11所述的系统，其中在信标帧、关联接受消息或关联拒绝消息中所接收的带宽测量结果被包括在相应消息中的销售商特定字段中。
13.根据权利要求8或9所述的系统，其中终端被配置成在比较之前存储第一或第二带宽测量结果。
14.根据权利要求1所述的系统，其中：
- 第一网络是3G或4G网络，
- 第二网络是从接入点操作的Wi-Fi网络，并且
终端被配置成通过第一网络联系接入点以请求用于第二带宽测量结果的数据。
15.根据权利要求3所述的系统，其中终端进一步被配置成从服务器或专用计算机来请求用于第二带宽测量结果的数据。
16.用于进行第一网络与第二网络之间的垂直切换决策的方法，其中第一和第二网络二者允许终端与固定点之间的信息流，该方法在附连到第一网络的终端中执行，并且其中终端：
- 检测第二网络；
- 比较第一带宽测量结果与第二带宽测量结果，其中：
- 第一带宽测量结果表示沿终端与固定点之间的第一路径长度的可用带宽，该第一路径长度包括通过第一网络的接入；并且
- 第二带宽测量结果表示沿终端与固定点之间的第二路径长度的可用带宽，该第二路径长度包括通过第二网络的接入，以及：
- 如果第一带宽测量结果高于第二带宽测量结果，则终端维持附连到第一网络；
- 如果第二带宽测量结果高于第一带宽测量结果，则终端做出执行向第二网络的垂直切换的决策。
17.根据权利要求16所述的方法，其中在第二网络中认证终端之前进行第一带宽测量结果与第二带宽测量结果之间的比较。
18.根据权利要求16所述的方法，其中如果第二带宽测量结果高于第一带宽测量结果并且终端检测到活跃会话通过第一网络正在进行中，则终端还推迟垂直切换直到活跃会话结束之后。
19.根据权利要求16所述的方法，其中如果第一带宽测量结果高于第二带宽测量结果，则终端获取新的第二带宽测量结果并且重新执行比较。
20.用于进行第一网络与第二网络之间的垂直切换决策的系统，该系统包括：
- 第一网络，
- 第二网络，其中第二网络是终端能够通过接入点附连到其的Wi-Fi网络，
- 被配置成附连到第一和第二网络的终端，
- 固定点；并且
- 其中第一和第二网络二者允许终端与固定点之间的信息流，并且其中终端被配置成在附连到第一网络时：
- 检测第二网络；
- 向接入点传输关联请求，并且其中接入点被配置成：
- 比较第一带宽测量结果与第二带宽测量结果，其中
- 第一带宽测量结果表示沿终端与固定点之间的第一路径长度的可用带宽，该路径长度包括通过第一网络的接入，并且
- 第二带宽测量结果表示沿终端与固定点之间的第二路径长度的可用带宽，该路径长度包括通过第二网络的接入，以及：
- 如果第一带宽测量结果高于第二带宽测量结果，则接入点向终端传输拒绝消息；
- 如果第二带宽测量结果高于第一带宽测量结果，则接入点向终端传输接受消息。
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