CN1123187C - 涉及分组数据通信的设备、系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及支持分组数据通信的蜂窝通信系统中的设备和方法。该设备连接到多个基站(BS)并且与基站通过第一通信协议(11)通信。该设备还通过第三协议(13)与数据网络通信并且它包括一个处理设备(100)，为多个与基站通信的移动用户站(6)管理分组数据通信。处理设备至少包括多个第一处理装置(10，20)和多个第二处理装置(30，40，50)。每个第一处理装置与多个基站通信并且终接第一通信协议。第二处理装置管理移动用户站。

Description

涉及分组数据通信的设备、系统和方法
技术领域
本发明涉及支持分组数据通信的蜂窝通信系统中的设备、支持分组数据通信的蜂窝通信系统、和在支持分组数据通信的通信系统中的设备或节点中控制负载分配的方法。
技术状况
除了支持语音和电路交换数据通信外还支持分组数据通信的蜂窝通信系统正在变得越来越有吸引力。例如，用于GSM(全球移动通信系统)的对分组数据通信的支持正通过通用分组无线业务(GPRS)而不断发展。类似地，PDC系统(太平洋数字通信)通过PPDC(分组PDC)提供分组数据通信支持。CDPD是用于AMPS系统的另一种这样的支持分组数据通信的业务。
GSM的通用分组无线业务(GPRS)使用分组模式的技术来传送数据和信令，并且GPRS无线信道被定义成其分配是灵活的，以及TDMA(时分多址)帧中的时隙由活动的用户共享，上行链路和下行链路独立分配。在GPRS中，以及在其他支持分组数据通信的蜂窝系统中，引入了用于管理分组数据通信的节点。这样的节点在这里被称为分组数据节点。在GPRS中，分组数据节点被称为服务的GPRS支持节点(SGSN)，它与普通的MSC(移动交换中心)处于同一分层等级并且它追踪单个移动用户站的位置，执行安全功能和接入控制。SGSN通过帧中继连接到基站系统。GPRS还包括另一个节点，即提供与外部分组交换网络互相作用的网关GSN(GGSN)，并且它通过一个基于IP的GPRS骨干网与SGSN相连。通常从移动站通过分组数据节点发出的经过数据网络的数据分组数量要大大低于从数据网通过分组数据节点发往移动用户站的业务量。这种现象的一个原因可以举例说明，例如移动用户站可能连接到一个小的个人计算机(PC)，它从邮件服务器读取电子邮件等等。这样，此处示例中的用户站只发送一个短分组，而它却接收了大量分组或长消息。如果举例将移动用户站连接到因特网，则移动用户站可能，例如仅仅发送一个请求文件的短消息，基于此它会接收到一个大文件。所以问题在于在处理移动用户站的分组数据节点中对带宽的需求非常不对称，这对于所有的移动用户站情况可能都是相似的，即上行链路的负载低而下行链路的负载高。因此分组数据节点可能需要几个处理器并且控制负载在处理器上的分配是一个问题。
所以，关于在不同处理器中的负载状态的信息必须在节点中以某种方式保存。然而，当将消息从一个处理器发送到另一个时，会需要一定数量的系统资源(通信介质带宽，CPU功率等等)。包含这样的信息的消息是很小的，但是这样的消息所需的资源和用于消息中字节总和的资源的比率是很高的。这就意味着从信息密度的观点看，发送这样的消息是很昂贵的，并且由这种信息分配所引起的额外开销将会很高。
发明概述
因此所需要的是一种处理设备，它被用于这样一种分组数据节点中，该数据分组节点对于在一个方向上发送分组的带宽需求与在另一个方向上发送分组的带宽需求相比是不对称的，该处理设备确保双方向分组的安全和可靠传输，不会出现过载情况或引起时延，或者更糟糕的，引起分组的丢失。此外还需要一个支持分组数据通信的蜂窝通信系统，通过它可以达到上面提及的目的。更进一步，还需要在支持分组数据通信的蜂窝通信系统中的分组数据节点中用于控制负载分配的方法。
所以提供了一种设备，它包括一个至少包括多个第一处理装置和多个第二处理装置的处理设备。第一处理装置与多个基站通信并且终接第一通信协议。第二处理装置被赋予另一功能，即管理与任何基站通信的移动用户站、并且终接用于移动用户站和其中提供处理设备的分组数据节点之间通信的第二通信协议。每个第二处理装置包括用于多个向分组数据节点登记的移动用户站的移动用户站信息，每个移动用户站向已被分配了一个具体的第二处理装置的分组数据节点登记。第一处理装置被提供以关于每个第二处理装置的负载的信息并且所述的第一处理装置使用所述的信息将实际上没有向该设备登记的移动用户站分配给第二处理装置中的一个。至少如果第二处理装置中的负载状态超过了一个给定值，则使用从或者经过数据网络通过第一处理装置发送给移动用户站的有效负载业务来将关于第二处理装置中的负载状态信息提供给第一处理装置。在具体的实施方案中，如果分组通信负载低，则生成单独的负载状态信息消息并将其从第二处理装置发送到第一处理装置。在示范的实施方案中关于第二处理装置的负载状态的信息被包括在每个从第二处理装置发给第一处理装置的分组数据消息中。除此之外，或者作为选择，负载状态信息至少以一个给定的频率被提供给第一处理装置并且如果没有发送数据分组，则发送一个单独的负载状态信息以便满足负载状态信息传送频率的需要。作为选择，如果业务量高，则并不是每一个从第二处理装置发送到第一处理装置的分组或者消息都被提供以关于特定第二处理装置的负载状态的信息，而是只以给定的频率提供。
至少可能给多个第二处理装置提供定时器，在其到期时会生成一个关于有关的第二处理装置中当前负载的单独的负载状态信息消息并且它被发送给有关的第一处理装置。作为选择，或者除此之外，当负载状态信息被添加到发送的常规业务数据分组时，可能使用定时器去控制将负载状态信息提供给第一处理装置。
在一个有益的实施方案中，每个第二处理装置包括第二消息传送系统、第二分组数据处理装置和负载状态信息指示装置，提供负载状态信息指示装置是为了在第二处理装置中保留有关本地负载状态的更新负载状态信息。第一和第二处理装置使用处理器间通信协议相互通信。这方面的例子是ATM(异步转移模式)、以太网、FDDI(它是一个令牌环结构)。但是其他选择也是可能的。
在示范的实施方案中，负载状态信息被添加到在消息传送系统中从第二处理装置的分组控制装置接收到的分组，以便形成包含分组数据和负载状态信息的消息，所述的消息被提供给相应的第一处理装置。由于所有向分组数据节点登记的移动用户站被分配以一个特定的第二处理装置以保存用户数据信息，所以相应的第一处理装置是已知的，并且因此位置也是已知的。
在一个可选实施方案中，当在第二处理装置中的负载状态有变化时，负载状态信息被连接到打算给移动用户站的分组中。在一个具体实施方案中，给定了一个限制并且如果负载状态中的变化超过了给定的限制，则消息被连接到有效负载业务，即数据分组。在一个具体实施方案中，第二处理装置包括用于通过终接第三通信协议的第三处理装置与外部数据网络通信的装置。作为选择，为了与外部数据网络通信，第二处理装置与终接第三协议的第三处理装置通信。
特别地，每个第一处理装置包括第一消息传送系统和第一分组处理装置。除此之外，每个第一处理装置还包含用于保持有关所有第二处理装置中负载状态的信息的负载状态信息保持装置。特别地，第一负载状态信息保持装置包含一个用于每个第二处理装置的负载状态指示器，并且在信息从第二处理装置提供和所述的信息被用于将“新的”移动用户站分配给第二处理装置之一时，用当前的负载状态信息更新所述的负载状态指示器。在一个具体的实施方案中，至少多个第二处理装置被给以负载状态等级，并且第一处理装置根据该负载状态等级来使用包含在负载状态信息保持装置中的负载状态信息去控制新移动用户站的分配，即执行新的移动用户站的分配，以免超过任何第二处理装置的负载状态等级。在示范的实施方案中，每个第一处理装置都被提供以有关不同的第二处理装置上的负载之间的所期望联系的信息，并且第一处理装置使用该负载状态信息去将新的移动用户站分配给第二处理装置以便在各个第二处理装置中的负载状态之间维持这样的联系。
有利地是，第一消息传送系统包括分解装置，用于分解从第二处理装置进入的消息，并且用于将负载状态信息提供给负载状态信息保持装置和将数据分组发送给第一分组处理装置。特别地，每个第二处理装置包括组合装置，用于将分组数据信息和负载状态信息组合到要被发送给第一处理装置的消息中。在一个有益的实施方案中，至少多个第二处理装置包括用于控制将本地负载状态信息与或者不与分组数据信息一起传送给至少多个第一处理装置的定时器。特别地，在从数据网络接收到数据分组和/或者在定时器到期时，消息组合装置生成和发送消息给第一处理装置，所述的定时器在每次本地负载状态信息被发送出去给第一处理装置时都被复位。
在具体的实施方案中，所述设备包含蜂窝通信系统中的分组数据节点，例如作为例子的GSM系统中的服务的GPRS支持节点或者PDC系统中的P-MSC节点。
根据本发明，还提供了支持分组数据通信的蜂窝通信系统，它包括多个分组数据节点，每个节点使用第一通信协议与多个分组数据节点通信并且通过第三通信协议与外部数据网络通信。每个分组数据节点包括一个管理通过节点的分组数据通信的处理设备。该处理设备包括多个第一处理装置和多个第二处理装置。每个第一处理装置与多个基站通信并且终接第一通信协议。每个第二处理装置包含移动用户站信息并且每个第二处理装置管理多个向它登记或者分配给它的移动用户站。
每个第一处理装置被提供以关于所有第二处理装置中的负载状态的信息，并且第一处理装置使用所述的负载状态信息去将没有被分配给任何第二处理装置的新的移动用户站分配给所述的第二处理装置中的一个。特别地，至少当分组数据节点中的分组数据通信量大时，有关第二处理装置中的负载状态的信息被添加到经第二处理装置发送并将移动用户站作为目的地的数据通信分组。
在示范的实施方案中，每个第二处理装置包括一个用于控制将负载状态信息传送给第一处理装置的定时器，并且，如果没有分组要从第二处理装置发送，则负载状态信息消息被生成和作为包含有关第二处理装置中的本地负载状态的信息的单独消息来发送给多个第一处理装置。在一个具体的实施方案中，在控制用于发送负载状态信息给第一处理装置的频率的定时器到期时，有关第二处理装置中的负载状态的信息被发送。负载状态信息可能还在第二处理装置中的负载状态改变或负载状态中所述的改变超过了一个给定值时被发送。有利地是，每个第二处理装置都包括一个消息传送系统和第二分组数据处理装置。提供了负载状态指示装置并且第二消息传送系统包括消息组合装置，该装置用于在分组到达时组合由本地负载状态信息和分组数据信息组成的消息。特别地，第二消息传送系统包括一个定时器，并且，在收到分组和/或定时器到期时，消息组合装置发送包括第二处理装置的本地负载状态信息的消息，定时器在每次发送出包括负载状态信息的消息时被复位。
每个第一处理装置包括第一消息传送系统、第一分组处理装置、和用于保持有关所有第二处理装置的负载状态的信息的负载状态信息保持装置。第一消息传送系统包括分解装置，该装置用于分解从第二处理装置接收的消息，并且用于将负载状态信息提供给负载状态信息保持装置和将分组数据信息通过第一分组处理装置传送给基站中的一个。
本发明还提供了一种控制支持分组数据通信的通信系统的分组数据节点中负载分配的方法。分组数据节点包括处理设备，它管理和控制去往/来自通过基站与分组数据节点通信的移动用户站的分组数据的发送。所述的方法包括以下步骤：通过第一处理装置传送去往/来自移动用户站的分组数据，管理分组数据通信并且在第二处理装置中通过第二通信协议与移动用户站通信，在第二处理装置中将负载状态信息添加到目的地为所述的移动用户站的分组，使用处理器间的通信协议将此负载状态信息发送给第一处理装置，保持每个第一处理装置中关于所有第二处理装置的负载状态信息，利用第一处理装置中的负载状态信息将没有向分组数据节点登记的新的移动用户站分配给第二处理装置，以便在第二处理装置之中分配负载。
特别地，所述的方法包括在每次第二处理装置发送数据分组给第一处理装置时添加有关第二处理装置中的负载的本地负载状态信息。作为选择，所述的方法包括的步骤有：在第二处理装置中检测第二处理装置中的负载状态是否已经改变，或者所述的改变是否已经超过了给定值，如果是，那么将负载状态信息添加到发送给所述的/某个第一处理装置的分组数据中。
所述的方法可能还包括的步骤有：从每个或者多个第二处理装置以一个给定的频率提供出负载状态信息。因此，为了以给定的频率提供信息，负载状态信息可能添加负载状态信息到从第二处理装置发送的分组，或者如果没有分组要发送，则只发送一个包含负载状态信息的单独消息。特别地，所述的方法包括的步骤有：在每个第二处理装置中，当在第二处理装置中通过与数据网络通信的第三通信协议接收到分组和/或当定时器到期时，生成和发送一个包括负载状态信息的消息，并且在每次发送出包含负载状态信息的消息时复位定时器，检查在接收的第一处理装置中的消息，并且，如果消息包含负载状态信息，则将负载状态信息存储到负载状态信息处理装置中，并且如果在消息中包含分组数据信息，则将其发送给合适的基站。
附图简述
本发明将在下文中以一种不受限的方式并且参考附图做进一步的描述，其中：
图1A是支持分组数据通信的通信系统的简化说明；
图1B是一个类似于图1A作为GSM GPRS实现的图；
图2示意性地说明了与多个基站和一个外部数据网络通信的多个分组数据节点；
图3示意性地说明了根据本发明的包含处理设备的分组数据节点；
图4示意性地说明了第一处理装置；
图5示意性地说明了第二处理装置；
图6示意性地说明了发送信息给第一处理装置；
图7示意性地说明了移动站和分组数据节点之间的通信；
图8是一个描述在第二处理装置中发送负载状态信息的过程的流程图，以及；
图9是一个说明了在第一处理装置中接收消息的流程图。
发明详述
图1A显示了在支持分组数据通信的移动通信系统中本发明的实现。在该通信系统中示出了多个基站，它们在下文中也被表示为BS、3A0、3B0、3C0、3D0，它们与分组数据节点PDN10通过第一通信协议110通信。由于系统还支持语音和电路交换数据的通信，所以按常规方式它包括多个移动交换中心MSC，并且其中只说明了一个，即MSC50。为清楚起见，还只说明了MSC50与BS 3C0，3D0的通信。
在图1A中，说明了移动站MS60，它连接到数字终端设备DTE70。MS60通过无线链路与BS3A0通信。说明了用于PDN10和MS60之间通信的第二通信协议120。有关移动用户站的信息被保存在分组数据节点10中，后者还提供复用、压缩、接入控制等，并且第二通信协议是虚拟的和“紧随”一起被发送去往/来自相同的目的地的分组。分组数据节点10还与诸如因特网(IN)80的外部数据网络通过第三通信协议130通信。
图1B是一个类似于图1A的图，有关GSM系统的通用分组无线业务GPRS。此处的分组数据节点包括与多个基站控制器BSC 3A、3B、3C通信的服务的GPRS支持节点SGSN，而每个BSC又与多个基站收发信台BTS 4A11、4A2；4B1、4B2、4B3；4C1通信。SGSN1与BSC3A、3B、3C通过第一通信协议11通信，这里该协议11是基站系统GPRS协议BSSGP。SGSN处于与移动交换中心MSC(这里仅说明了MSC5)相同的分层等级，并且它追踪单个的MS的位置，执行安全功能和接入控制。SGSN1通过帧中继连接到基站系统。SGSN1还连接到网络节点网关GSN，GGSN2，后者提供与外部分组交换网络的相互作用并且它与SGSN通过基于IP(因特网协议)的GPRS骨干网相连。此处第二通信协议是LLC(逻辑链路控制)和SNDCP(子网相关收敛协议)12。SGSN和GGSN的功能可能被结合到同一个物理节点或者它们可能属于不同的物理节点，正如图1B中说明的。GTP，GPRS隧道协议13是在GPRS骨干网中的GSN节点之间的协议并且它既包括GTP信令又包括数据传送规程。GTP协议在由ETSI(欧洲电信标准化组织)提出的GSM09.60，版本5.0.0，草案TS 100 960 V5.0.0(1998-01)中描述并在此引入以供参考。通用分组无线业务GPRS还在由ETSI提出的GSM03.60，版本5.2.0(1997-12)中被描述并且也在此引入以供参考。由ETSI提出的GSM04.65，版本5.1.0，GSM04.64，版本5.1.0和TS GSM08.18版本5.0.0同样地在此引入以供参考，并且特别描述了SNDCP协议、逻辑链路控制(LLC)层和BSSGP。
图2以一种非常示意性的方式说明了多个与网关GSN(GGSN)通信的SGSN，GGSN形成了一个去往诸如因特网IN的外部数据网络的网关。而每个SGSN又与多个此处被简称为BS的基站通信。但是，正如上文所提到的，GGSN功能还可以在物理上被包含在SGSN节点中。参见图1B来描述相关的协议。对于另一种GSM以外的通信系统，SGSN节点相应于更加通用的术语中的分组数据节点PDN并且网关功能可以从这样的PDN分离出来或者以相似的方式被包含于PDN中。
现在本发明将参考图3进行更加全面的描述，图中说明了分组数据节点1，特别地即图1B中的SGSN。与图1B中相同的参考数字被用于说明GSM系统的实现，但是应该清楚的是，对于所有支持分组数据通信的蜂窝通信系统，其功能基本上都是相同的。在这种情况中，分组数据节点1与网关分组数据节点G-PDN2通信，因此G-PDN2形成了一个去往外部网络或者去往其他分组数据节点(未示出)的网关。此处PDN1包括包含多个处理装置10、20、30、40、50、60、70的处理设备100。处理设备100的不同处理装置被赋予不同的功能。此处处理装置10、20是用于终接PDN1和基站BS/BSC之间第一通信协议11的处理器。因此每个处理装置BP1 10、BP2 20都通过第一通信协议11(在GSM的情形中，这是上面所述的BSSGP协议)与多个基站通信。尽管在图中仅说明了两个基站处理装置BP1、BP2，应该清楚可以例如在BP1 10和BP2 20之间提供更多这样的处理装置。还说明了多个第二处理装置MP1 30、MP2 40、MP3 50。应该清楚所述的第二处理装置的数量也可以不同，例如可能有10到20之间的MP，但也可以是任何种类的更少或更多的处理器。第二处理装置MP1、MP2、MP3终接第二通信协议12，在GSM的情形中，这分别就是用于移动用户站(这里只说明了一个移动用户站，即MS6)与分组数据节点PDN1之间的通信的LLC和SNDCP。在如图3中说明的实现中还包括第三种处理装置，即DP1 60、DP2 70，它终接用于例如通过网关PDN2(如果这个被提供，则它在那一端终接第三协议)与外部数据网络通信的第三通信协议。
在GSM的情形中，第三通信协议是前文提及的GTP协议。但是应该清楚的是，处理设备100并非必须有三个不同种类的处理器，第三处理装置的功能可能同样被包括在第二处理装置的功能中。再进一步，当然可能还有另一个有其他功能的处理装置。PDN上部的箭头被说明仅仅用来表示：来自移动用户站方向的分组数据流要大大低于去往移动用户站的数据流，正如在本申请的前文中讨论的。
第二处理装置MP1 30、MP2 40、MP3 50保留有关每个移动用户站的信息，相应的MP为每个用户站处理分组。为了避免用于特定移动用户站的数据被分配给所有的第二处理装置，用于特别的移动用户站的所有分组都由同一个第二处理装置处理，即每个向PDN1登记的移动用户站都被分配以一个特定的第二处理装置MP30、40或者50。当一个新的移动用户站登录到系统时，或者它被从另一个分组数据节点切换时，这首先会通过基站BS中的一个在第一处理装置PB1、PB2中进行检测。因此，在本申请中，新的移动用户站意味着用户站是新的，或者用户站以前或者至少最近没有向PDN登记过，换句话说，也就是此刻没有给移动用户站分配一个特定的第二处理装置。
但是，第一处理装置(例如在PB2 20的这种情形中)接着必须选择一个合适的第二处理装置以便控制这个新的移动用户站，在这种举例的特定情形中是指MS6。为了避免一些第二处理装置被过度地加载而其它装置只加载到例如一个很有限的范围，或者更少，或者换句话说，一些有空闲的能力而其它的则实际上确实没有足够的处理能力，那么第一处理装置需要去了解所有第二处理装置MP1 30、MP240、MP3 50上的当前负载状态。可以有一个选择，即每个第二处理装置将有关它当前负载状态的信息发送给所有的第一处理装置。这可以周期性地或者在检测到负载状态中的变化时进行，或者作为两者的组合进行。但是，降低由这样的一类信息分配所引起的额外开销负载是必需的。当消息被从一个处理器发送到另一个时，使用了一定数量的资源，例如通信介质带宽、CPU(中央处理单元)周期等等。正如前面提及的，一个重要的方面是包含有关负载状态信息的消息短而用于该消息的资源和用于消息中字节总和的资源的比率相当高。这意味着从信息密度的观点看，发送短消息是很昂贵的并且产生了可观的负载。根据具体的实施方案，只要系统没有被施加重负载，就发送单独的负载状态信息消息，即通过使用唯一的消息来提供负载状态信息的分配。这通常不成问题，因为如果系统上的负载低，则将会有可用的资源。但是，如果仍然要更加节约地使用资源，则如果系统中的负载状况低，也可能会应用如下文所描述的实现。
如果系统被施加重负载，或者可选地，正如上文提及的，在任何情况下，则在从第二处理装置或者管理处理器MP1 30、MP2 40、MP350发送到第一处理装置BP1 10、BP2 20的有效负载消息上都会附加负载状态信息。即在每次从第二处理装置发送包含多个分组(例如一个分组)的消息给第一处理装置时，有关特定的第二处理装置中的本地负载状态的信息都被添加并且与分组/消息一起发送。在具体的实施方案中，相同类型的信息分配可能从第三处理装置DP1 60、DP2 70提供给第二处理装置MP1 30、MP2 40、MP3 50。然而并非必需这样，但是它提供了一种可选的解决方案，因为如果在移动用户站已经发送了所有东西而第二处理装置或者管理处理器还没有被选定之前，分组就从诸如IN的外部数据网络进入，那么该分组可能被丢弃而负载分配不平衡的问题不会太突出，并且因此增益会更低。
正如前面提及的，希望在从第一处理装置到第二处理装置等的方向上的分组数据流大大低于从第二处理装置到第一处理装置方向上的数据流。这意味着在高负载情况期间会有在其上可以“粘附”更多的负载状态信息的有效负载业务量。
正如上面提及的，每个第二处理装置或者管理处理器被分配给多个移动用户站。这意味着如果移动用户站移动(在PDN的覆盖之内)，则它可能使用另一个第一处理装置的连接线路，但是它仍将使用同一第二处理装置。因此在移动用户站和第二处理装置之间存在一个虚拟连接。本实施方案中的第二处理装置提供对信息的压缩/解压缩、编码、加密等，并且有关移动用户站的信息数据被包含于第二处理装置中。对于一个特定的移动用户站，它并不希望在不同的第二处理装置之间移动分组，但是第二处理装置的分配应该按某个频率进行改变，为了避免性能的降低，所述的频率应该尽可能低。
因此根据本发明，如果新的移动用户站将向PDN1登记，则通过与MS6通信的基站通知第一处理装置PB2 20(在这个具体的实施方案中)有关MS6的存在。新的移动用户站是如上所述的不曾向PDN1登记的移动站或者是有一段时间没有连接到PDN1的移动用户站。BP2 20使用已经提供给它的有关负载状态的信息去找到一个可以向其分配MS6的第二处理装置。正如上面提及的，在一个具体的实施方案中，对于每一个从第二处理装置发送到第一处理装置的分组，有关发送的第二处理装置中的负载状态的信息被提供给接收的第一处理装置。负载越高，也即发送的分组越多，则第一处理装置从第二处理装置获得的信息越多并且该信息越新。
在可选实施方案中，第二处理装置包括用于控制向第一处理装置提供负载状态信息时所使用的频率的装置。在示范的实施方案中，负载状态信息提供频率是给定的，它被一直维持而与是否要将任何数据分组从第二处理装置发送到第一处理装置无关。这意味着如果没有数据分组要发送，则生成一个只包含负载状态信息的单独消息。可选地，负载状态信息可以仅仅在发送数据分组时才以给定的频率提供。在可选实施方案中，如果第二处理装置中的负载状态正在变化或者可选地正在进行一个超过了给定值的变化，则负载状态信息被添加到一个从第二处理装置发送到第一处理装置的数据分组中。在具体实施方案中，在第二处理装置中提供的定时器到期时或者在数据分组要从第二处理装置发送给第一处理装置时，负载状态信息被从第二处理装置提供给第一处理装置。正如可见的，对于从第二处理装置到第一处理装置的负载状态的提供可以给定多个不同的准则，但是至少在某种程度上有效负载业务量还要被用于承载负载状态信息。这是非常有利的，因为，举一个例子，如果发送了一个常规的数据分组并且将负载状态信息添加到此普通的数据分组中，则负载状态信息可能例如包括大约消息内容的百分之一，因此使系统中的资源得到了有效的利用，而如果发送一个单独消息，则所需要的能力的总量可能是包含于消息中的真正有用信息(也就是负载状态信息)的10-50倍，这意味着对资源的极大浪费。
图4显示了第一处理装置10的一个例子。正如上文提及的，第一处理装置10与多个此处仅被表示为BS的基站通过第一通信协议(例如在GSM情况下的BSSGP)通信。第一处理装置10包括第一消息传送系统14。所有在第一处理装置和第二处理装置之间交换的消息都经过该消息传送系统14。第一处理装置还包括负载状态信息保持装置16，它带有用于所有第二处理装置N×MP(假定有N个MP)的负载状态指示器。更进一步，第一处理装置10包括第一分组控制装置15。有利地是，各个第二处理装置的负载状态指示器尽可能等于使用最少资源或者付出最小资源代价的第二处理装置上的原始负载状态指示器。在图4中示意性地说明了第一处理装置10如何通过第一消息传送系统14用处理器间协议与多个第二处理装置MP30、MP40通信。
在图5中以相似的方式说明了第二处理装置40。它也包含一个消息传送系统，此处被称为第二消息传送系统44。所有在第二处理器和第一处理器之间交换的消息都经过这个组成部分。第二处理装置MP240还包括一个本地负载状态指示器，负载状态MP40 46，它仅有的特性是提供代表MP2 40当前负载状态的值。第二处理装置MP2 40还包括代表着主要第二处理器功能的第二分组控制装置45。第二分组控制装置45通过第二消息传送系统44接收来自第一处理装置BP1 10、BP2 20的分组并且将要去往第一处理器的分组发送给第二消息传送系统44。在图中说明了第二处理装置40如何通过第二消息传送系统44与第一处理装置BP1 10、BP2 20通信。更进一步在图中说明了第二处理装置MP2 40如何与一个诸如因特网的外部数据网络通信。此处没有说明任何第三处理装置的功能并且该功能可能被包括在第二处理装置中或者在第三处理装置(未显示)中单独提供。如上提及的网关功能可能被包含在分组数据节点中或者由一个独立的网关节点提供。
应该注意的是，在本发明的内容中，分别在第一和第二处理器上的分组控制装置之间交换的数据被称为分组并且这些分组在处理器之间被承载于消息中。消息是在第二处理装置和第一处理装置中的消息传送系统之间交换的数据。
图6示意性地说明了第一处理装置10和第二处理装置40的消息传送系统14、44的内部结构。在第一处理装置10一方的发送部分和在第二处理装置40一方的接收部分仅仅通过第一和第二分组控制装置15、45分别作了示意性的说明。更进一步，为了简明的目的，仅说明了单个第一处理装置/第二处理装置10、40之间的联系。在第二处理装置40和第一处理装置10之间发送的消息包含负载状态信息或者数据分组，或者两者兼而有之。第二处理装置40包含如上提及的第二消息传送系统44。第二消息传送系统44包含消息组合装置47，它在两种情况下生成并发送消息，即当从第二分组控制装置45接收到分组时和在从定时器48接收到超时的情况时。当接收到分组时会生成一个组合了该分组和由本地负载状态指示器46提供的当前值的消息。接着定时器48被复位。当消息组合装置47从定时器48接收到超时时，会生成一个只包含由本地负载状态指示器46提供的当前负载状态值的消息。定时器在它最后一次复位之后的一段时间产生一个超时。由消息组合装置47组成或生成的消息接着被作为一个消息发送给第一处理装置的消息传送系统14。消息在第一消息传送系统14中提供的消息分解装置17中接收。消息分解装置17对接收到的消息的内容进行分析，并且如果消息同时包含分组和负载状态信息，则它会将此消息分解成两个子部分：其中之一在此处被表示为负载状态信息，该负载状态信息被提供给负载状态信息保持装置16，在其中它被存储在相应于第二处理装置40 MP2的合适的负载状态指示器中；其中之二是一个要被提供给第一分组控制装置15的数据分组。如果消息只包含负载状态信息，则负载状态信息被类似地提供给负载状态信息控制装置16中的合适的负载状态指示器。如果消息只包含分组，则该数据分组被传送给第一分组控制装置15。如果消息同时包括负载状态信息和分组，则该分组被类似地从消息分解装置17提供给第一分组控制装置15，从这里它被发送出去给合适的基站。
在可选实施方案中，正如上文提及的，第二消息传送系统44和第二处理装置40可能不必包括定时器41，但是负载状态信息可能与到达消息组合装置47的每个分组一起发送。更进一步，正如也在前面讨论过的，可能提供一个检测装置，以便检测本地负载状态中的变化，在这种情况下它会启动从本地负载状态指示器46到消息组合装置47的负载状态信息的发送。可能还会给出限定，在超过其限定时，便启动给消息组合装置47的负载状态信息的提供。这样的限定可以由一个独立的控制装置重新配置和控制，该控制装置被提供用于控制多个或者所有分组数据节点中的第二处理装置。
图7又显示了一个有关GSM GPRS的实现。此处SGSN1包括多个处理装置，即第一处理装置BP 10A，第二处理装置MP 30A、40A、50A。当然，有更多的第一和第二处理装置，此图仅仅想说明通信协议的使用。此处假设移动站MS 6A到达并且需要向SGSN1登记。为了简明只说明了BSC 3A。实际上MS 6A通过无线链路与基站通信，而所述的基站又连接到BSC 3A。BSC 3A使用第一通信协议BSSGP向SGSN1中的BP 10A提供有关MS 6A的信息。如上所述，BP 10A保存有关MP 30A、40A、50A中负载状态的信息并且知道MP 50A是当前负载最轻的MP并因此而将MS 6A分配给MP 50A。而MP 50A又通过第三通信协议GTP(GPRS隧道协议)与GGSN 2A通信。有关MS 6A的信息被通过SNDCP-LLC提供给MP 50A，这样MP 50A便终接了这些协议并且为后续的去往/来自MS 6A的分组建立了一个虚拟连接。因此提供了虚拟连接的物理映射，它是恒定的，这意味着所有的分组都经同一路径通过系统以便能够使用通过SGSN1提供的交换而可得的数据。
图8是一个说明当从第二处理装置发送本地负载状态信息到第一处理装置时的过程的流程图。在所说明的实施方案中，假定第二处理装置包括定时器。假定第二处理装置处于开始位置(200)，其中定时器已经被复位等。是否从第三处理装置或者从另一个节点接收到分组或者是否接收到一个超时信号都被连续检测(201)。如果接收到分组或者超时，则检查是否接收到分组(202)。如果没有接收到分组，则已经接收到了超时信号并且接着提取或提供第二处理装置的本地负载状态信息(202A)。然后生成一个只包含本地负载状态信息的消息(202B)。定时器接着被复位(205)，并且只包含本地负载状态信息的消息被通过第二分组控制装置发送给第一处理装置(206)。
但是，如果所述的是否接收到分组的检查(202)显示实际上接收到了分组，则从本地负载状态指示器提取或者自动提供本地负载状态信息(203)。然后在消息组合装置中组成一个同时包含接收的分组和本地负载状态信息的消息(204)，并且复位定时器(205)。接着由分组和本地负载状态信息组成的消息被通过第二分组控制装置发送给第一处理装置(206)。
在可选实施方案中，如果接收到分组，则并非必须发送负载状态信息，但是作为例子，可能还应该接收到一个超时以便控制提供负载状态信息的速率。更进一步，正如上文提及的，可能提供一种装置去检测在本地负载状态信息中是否出现了变化并且当这样的变化已经出现时只提供本地负载状态信息。
图9是一个与图8相对应、但是说明了在接收来自第二处理装置的消息时的第一处理装置中的过程的流程图。
因此假定在第一处理装置中提供的分解装置中接收到消息MSG(301)。然后在分解装置中检查接收到的消息是否同时包含分组和负载状态信息(302)。如果该消息没有同时包含分组和负载状态信息，则检查它是否包含分组(302A)。如果它不包含分组，则该负载状态信息被存储到相关的负载状态信息保持装置的负载状态指示器中(302B)。但是，如果它确实包含分组，则该分组被发送到第一分组控制装置(302C)。
如果最后检测到该消息同时包含分组和负载状态信息，则该消息被分解成独立的分组和独立的负载状态信息(303)。然后负载状态信息被发送给相关的负载状态信息保持装置的负载状态指示器(304)，而分组被发送给第一分组控制装置(305)。于是负载状态信息是可用的并且可能被用于将新的移动用户站分配给合适的第二处理装置(304A)，即由于负载状态信息可用于业务上行链路的处理，这样该流程是走向相反方向的，因此到框304A的连接通过一条虚线说明。分组从第一分组控制装置发送给相关的基站(306)，这个过程结束(307)，直到从分组数据节点的任何一个第二处理装置接收到一个新的消息。
本发明当然不限于已明确说明的实施方案，它可以在所附的权利要求的范围内有多种方式的变化。

Claims (31)

1、一种在支持分组数据通信的蜂窝通信系统中的设备(10；1；PDN；SGSN)，所述的设备连接到多个基站(3A0、3B0、3C0、3D0；3A、4A1、4A2、3B、4B1、4B2、4B3、3C、4C1)并且通过第一通信协议(110；11；BSSGP)与所述的基站通信，并且它通过第三通信协议(130；13；GTP)与数据网络(80；8)通信和包括一个处理设备(100)，用于为多个与所述的基站通信的移动用户站(60；6；6A)管理分组数据通信，其特征在于：
处理设备(100)至少包括多个第一处理装置(10；20；10A)和多个第二处理装置(30、40、50；30A、40A、50A)，每个第一处理装置(10；20；10A)与多个基站(3A0、3B0、3C0、3D0；3A、4A1、4A2、3B、4B1、4B2、4B3、3C、4C1)通信并且终接第一通信协议(110；11；BSSGP)，第二处理装置(30、40、50；30A、40A、50A)管理与任何一个基站通信的移动用户站(60；6；6A)，并且在每个第二处理装置(30、40、50；30A、40A、50A)中都包含了多个移动用户站(60；6；6A)的移动用户站信息，每个向该设备登记的移动用户站被分配给其中一个第二处理装置(30、40、50；30A、40A、50A)，并且第一处理装置(10；20；10A)被提供以有关第二处理装置(30、40、50；30A、40A、50A)的负载状态的信息，并且所述的第一处理装置(10；20；10A)使用所述的信息将实际上没有向该设备登记的移动用户站分配给其中一个第二处理装置(30、40、50；30A、40A、50A)。
2、根据权利要求1的设备，其特征在于，至少如果第二处理装置(30、40、50；30A、40A、50A)的负载状态超过了给定值，则有关第二处理装置(30、40、50；30A、40A、50A)中负载状态的信息通过第二处理装置(30、40、50；30A、40A、50A)由从数据网络发送给移动用户站(60；6；6A)的有效负载消息提供给第一处理装置(10；20；10A)。
3、根据权利要求2的设备，其特征在于，如果分组通信负载低，则从第二处理装置(30、40、50；30A、40A、50A)发送单独的负载状态信息消息给第一处理装置(10；20；10A)。
4、根据权利要求2或3的设备，其特征在于，有关第二处理装置(30、40、50；30A、40A、50A)中负载状态的信息被包括在从第二处理装置(30、40、50；30A、40A、50A)发送到第一处理装置(10；20；10A)的每个分组数据消息中。
5、根据权利要求2或3的设备，其特征在于，至少以一个给定的频率从第二处理装置(30、40、50；30A、40A、50A)发送负载状态信息消息给第一处理装置(10；20；10A)，并且如果没有发送分组数据消息，则发送只包括负载状态信息的单独的消息。
6、根据权利要求5的设备，其特征在于，至少多个第二处理(40)装置包含定时器(48)，在定时器到期时发送一个包含有关第二处理装置(40)中当前负载的负载状态信息的消息给第一处理装置(10)。
7、根据权利要求2或3的设备，其特征在于，每个第二处理装置(40)包含第二消息传送系统(44)和第二分组数据控制装置(45)，并且负载状态信息指示装置(46)被提供以保存有关第二处理装置(40)中当前本地负载状态的信息。
8、根据权利要求7的设备，其特征在于，当在第二处理装置(40)的第二消息传送系统(44)中从第二分组数据控制装置(45)接收到一个数据分组时，负载状态信息被添加到第二消息传送系统(44)的消息中并且被发送给第一处理装置(10；20)。
9、根据权利要求8的设备，其特征在于，当负载状态中的变化出现在第二处理装置(30、40、50)中时，负载状态信息通过第一处理装置(10；20)和基站连接到目的地为其中一个移动用户站的数据分组。
10、根据权利要求2或3的设备，其特征在于，第二处理装置包括用于与外部数据网络通信的装置，所述的装置终接第三通信协议(130；13；GTP)。
11、根据权利要求2或3的设备，其特征在于，每个第二处理装置(30、40、50)与终接用于去往外部数据网络的第三通信协议(13)的第三处理装置(60、70)通信。
12、根据权利要求2或3的设备，其特征在于，每个第一处理装置(10)都包括第一消息传送系统(14)、第一分组控制装置(15)和用于保持有关所有的第二处理装置(30、40)的负载状态信息的状态信息保持装置(16)。
13、根据权利要求12的设备，其特征在于，负载状态信息保持装置(16)包括一个用于每个第二处理装置(30、40)的负载状态指示器，并且当从第二处理装置提供信息时，所述的负载状态指示器用当前信息更新，并且所述的信息被用于将一个没有向该分配进行登记的移动用户站分配给其中一个第二处理装置(30、40)。
14、根据权利要求13的设备，其特征在于，为至少多个第二处理装置(30、40、50；30A、40A、50A)给定负载状态等级，并且第一处理装置(10；20；10A)根据所述的负载状态等级使用负载状态信息去控制新移动用户站的分配以便使第二处理装置(30、40、50；30A、40A、50A)的负载状态不超过给定的等级或者保证负载在第二处理装置(30、40、50；30A、40A、50A)之中平均分配。
15、根据权利要求13的设备，其特征在于，每个第一处理装置(10；20；10A)被提供以有关不同的第二处理装置(30、40、50；30A、40A、50A)上的负载所希望的联系的信息，并且第一处理装置(10；20；10A)使用负载状态信息将新的移动用户站分配给第二处理装置(30、40、50；30A、40A、50A)以便在各个第二处理装置(30、40、50；30A、40A、50A)中的负载状态之间维持这样的联系。
16、根据权利要求12的设备，其特征在于，第一消息传送系统(14)包括分解装置(17)，用于分解来自第二处理装置(40)的消息并且用于将负载状态信息发送给负载状态信息保持装置(16)和用于将数据分组发送给第一分组控制装置(15)。
17、根据权利要求16的设备，其特征在于，第二处理装置(40)包括组合装置(47)，用于组成一个要发送给(其中一个)第一处理装置(10)的消息，所述的消息包括数据分组和/或负载状态信息。
18、根据权利要求17的设备，其特征在于，至少多个第二处理装置(40)包括定时器(48)，用于控制与或者不与分组数据信息一起向至少多个第一处理装置(10)传送本地负载状态信息。
19、根据权利要求18的设备，其特征在于，在通过数据网络接收到分组数据信息时或者在定时器(48)到期时，消息组合装置(47)生成并且发送消息给第一处理装置(10)，所述的定时器在每次本地负载状态信息被发送出给所述(或者一个特定的)第一处理装置(10)时被复位。
20、根据权利要求2或3的设备，其特征在于，它包括蜂窝通信系统中的分组数据节点，GSM系统中的服务GPRS支持节点或者PDC中的P-MSC节点。
21、一个支持分组数据通信和包含多个分组数据节点(10；1；PDN；SGSN)的蜂窝通信系统，每个分组数据节点使用第一通信协议(110；11；BSSGP)与多个基站(3A0、3B0、3C0、3D0；3A、4A1、4A2、3B、4B1、4B2、4B3、3C、4C1)通信并且使用第三通信协议(130；13；GTP)与外部数据网络(80；8)通信，每个分组数据节点(10；1；PDN；SGSN)还包括处理设备(100)，用于管理通过该节点的分组数据通信，其特征在于，处理设备(100)包括多个第一处理装置(10；20；10A)和多个第二处理装置(30、40、50；30A、40A、50A)，每个第一处理装置(10；20；10A)与多个基站(3A0、3B0、3C0、3D0；3A、4A1、4A2、3B、4B1、4B2、4B3、3C、4C1)通信并且终接第一通信协议(110；11；BSSGP)，第二处理装置(30、40、50；30A、40A、50A)包含移动用户站信息，每个第二处理装置(30、40、50；30A、40A、50A)管理多个分配给它的移动用户站，并且每个第一处理装置(10；20；10A)被提供以有关每个第二处理装置(30、40、50；30A、40A、50A)中的负载状态的信息，并且第一处理装置(10；20；10A)使用所述的负载状态信息将当前没有分配给任何第二处理装置(30、40、50；30A、40A、50A)的新的移动用户站分配给其中一个所述的第二处理装置(30、40、50；30A、40A、50A)。
22、根据权利要求21的系统，其特征在于，至少在分组数据通信负载量大时，来自每个第二处理装置(30、40、50；30A、40A、50A)的负载状态信息被添加到要通过第二处理装置进行发送且将移动用户站作为其目的地的数据通信分组上。
23、根据权利要求21或22的系统，其特征在于，每个第二处理装置(40)包括定时器(48)，用于控制负载状态信息到第一处理装置(10)的传送，并且如果在定时器(48)到期时，还没有从第二处理装置发送分组数据，则发送一个包含有关第二处理装置(40)的本地负载状态的消息的单独消息。
24、根据权利要求21或22的系统，其特征在于，在控制向第一处理装置(10)发送负载状态信息的频率的定时器到期时，或者在第二处理装置(40)中的负载状态改变时，或者在所述改变超过了给定值时，发送第二处理装置(40)中有关负载状态的信息，可以为向任何第一处理装置的发送提供一个定时器或者为至少多个第一处理装置中的每一个提供单独的定时器。
25、根据权利要求21或22的系统，其特征在于，每个第二处理装置(40)包括第二消息传送系统(44)和第二分组数据控制装置(45)，并且提供了负载状态信息指示装置，所述的第二消息传送系统(44)还包括消息组合装置(47)，用于在分组到达时组成一个本地负载状态信息和分组数据信息的消息。
26、根据权利要求25的系统，其特征在于，第二消息传送系统(44)还包括定时器(48)，并且消息组合装置(47)在接收到分组和/或者在定时器(48)到期时发送一个包含本地负载状态信息的消息，定时器(48)在每次发送出包含本地负载状态信息的消息时被复位。
27、根据权利要求21或22的系统，其特征在于，第一处理装置(10)包括第一消息传送系统(14)、第一分组控制装置(15)和用于保持有关每个第二处理装置的负载状态信息的负载状态信息保持装置，所述的第一消息传送系统(14)包括消息分解装置(40)，用于分解从第二处理装置(40)接收到的消息和将负载状态信息提供给负载状态信息保持装置(16)并将分组数据信息传送给所述的/某个基站。
28、一种用于控制支持分组数据通信的通信系统中的分组数据节点(10；1；PDN；SGSN)中的负载分配的方法，该系统的节点包含处理设备(100)，用于管理和控制去往/来自通过基站与分组数据节点通信的移动用户站的消息的发送，其特征在于，处理设备(100)包括多个第一处理装置(10；20；10A)和多个第二处理装置(30、40、50；30A、40A、50A)，所述的方法包括以下步骤：
-在所述的第二处理装置中添加负载状态信息到目的地为移动用户站的分组上；
-使用处理器间的通信协议发送负载状态信息给第一处理装置；
-在每个第一处理装置中保留有关所有第二处理装置的负载状态信息；
-使用第一处理装置中的负载状态信息将没有向分组数据节点登记的新的移动用户站分配给第二处理装置，以便所述的负载在第二处理装置之中分配。
29、根据权利要求28的方法，其特征在于，它还包括以下步骤：
-在每次第二处理装置发送数据分组给第一处理装置(10；20；10A)时，在第二处理装置(30、40、50；30A、40A、50A)中添加有关负载的本地负载状态信息。
30、根据权利要求28的方法，其特征在于，它还包括以下步骤：
-在第二处理装置(30、40、50；30A、40A、50A)中检测本地负载状态信息是否已经改变，或者是否所述改变已经超过了给定值，如果是，则：
-与分组数据一起发送负载状态信息给第一处理装置(10；20；10A)，否则直到在负载状态中出现变化才发送分组数据。
31、根据权利要求28的方法，其特征在于，它还包括以下步骤：
-确定第二处理装置(30、40、50；30A、40A、50A)向第一处理装置(10；20；10A)提供负载状态信息时所使用的频率；
-设置用于启动本地负载状态信息的发送的定时器(48)；
-添加负载状态信息到以给定频率从第二处理装置(30、40、50；30A、40A、50A)发送的每个数据分组上；
-如果在定时器到期时没有数据分组要发送，则将本地负载状态信息作为一个单独的消息发送。
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