CN1154323C - 基于异步传输模式的移动通信网络的信令网络层协议 - Google Patents

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Abstract

基于ATM的移动通信网络的信令网络层协议，该通信网络包括以点对点方式连接的MSC和RNC，在该协议中定义了预定消息形式，上层和下层之间的原语，协议个体的状态和操作过程，使得能够通过单独信令网络层(SNL)处理MSC和RNC之间的信号消息。

Description

基于异步传输模式的移动通信网络的信令网络层协议
技术领域
本发明涉及移动通信网络协议，具体涉及在基于ATM(异步传输模式)的移动通信网络中，RNC和MSC之间具有点对点结构的信令网络层协议。
背景技术
常规移动通信网络中的物理匹配是基于64Kbps的低速时分交换方法中的连接。基于七号信令网络，用于在无线网络控制器(此后称为“RNC”)和移动交换中心(此后称为“MSC”)之间传送信号消息的信令网络层包括两层，即MTP(消息传送部分)和SCCP(信令连接控制部分)。上述两层的功能如下所述。
首先，MTP功能包括信号消息处理功能和信令网络管理功能。信号消息处理功能执行各种功能，以将用户在信号传送点请求的信号消息可靠地传送至信号接收点的用户部分。信号消息处理功能包括：消息鉴别功能，用于鉴别信号消息；消息分配功能，用于将所鉴别的信号消息分配给适当的功能个体；和消息路由选择功能，用于根据形成信令网络的多个信号点由一个信号接收点对信号消息进行路由选择。
信令网络管理功能通过重构信令网络执行各种功能，从而在发生信令链路故障或信令传送点故障的情况下确保信令网络的可靠性，其包括：信令链路管理功能，用于分配信号终端和在形成信令网络的多个信号点之间的信令链路，以及执行激活和去激活功能；信号路由管理功能，用于通过将多个信号点进行分组来建立它们之间信令链路从而对其进行管理；和信号业务量管理功能，用于监视信号消息的业务量和检测故障的发生，从而平稳地管理信号流。
SCCP传送上层信号或通用数据信息，并扩展下层的消息传送单元(MTP)的受限的地址解释能力，从而使能各种信令链路连接管理，并且由于链路连接，使得能够可靠地传送信号消息。
SCCP所提供的业务包括：“CLASS 0”，基本无连接模式业务；“CLASS 1”，应用基于MTP的顺序对准功能的无连接模式业务；和“CLASS 3”，具有流量控制功能的连接模式业务。
作为相关功能，有使用下层逻辑链接的信号连接建立和释放功能，将网络地址映射为信号相关标识符的功能，上层消息划分和重组功能，信号连接鉴别功能，消息序列差错检测功能和恢复功能。
基于常规移动通信网络的七号信令网络的信令网络层协议(MTP和SCCP)是一种能够在多个物理个体之间一点对多点的复杂网络结构中有效地对网络进行管理的信令协议。因此，对管理该信令网络所需的各种参数进行设置是非常复杂的，而且在其操作方面的维护工作也很复杂，所以这种协议在信号处理方面具有较大的负荷。
因此，在这种主要由(例如移动通信网络中RNC和MSC之间应用的)点对点连接形成的网络结构中，基于七号信令网络的信令协议在处理信号消息方面具有相对较重的负荷，因此认为其是一种低效的信令协议。
此外，基于ATM(异步传输模式)的信令网络需要通过单独物理连接线路以高速传送大量信号消息，其结构应被设计为使信号处理的负荷最小化。
因此，常规移动通信网络中基于七号信令网络的信令网络层协议(MTP和SCCP)的不足在于，对管理信令网络所需的各种参数进行设置是非常复杂的，并且针对其操作的维护工作也很复杂。尤其是，在该种主要由点对点连接形成的网络结构中，信号处理的负荷较重。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种基于ATM的移动通信网络的信令网络层协议，其在基于RNC和MSC之间的ATM对信号消息进行处理的情况下，能够提供适当的信令网络层协议，以便利用对应于上层用户部分或下层信令链路部分的原语来内部地处理信号消息，从而简化在处理信号消息的操作方面的维护工作并使其负荷最小化。
为了实现这些和其它优点并根据本发明的目的，如这里所体现和广义地说明的，提供一种用于在基于ATM的移动通信网络中产生信令网络层协议的方法，该通信网络包括以点对点方式连接的MSC和RNC，该方法包括下列步骤：形成预定的消息形式；定义上层和下层之间的原语；定义协议个体的状态和操作过程，使得可以通过单独的信令网络层处理MSC和RNC之间的信号消息。
根据本发明的另一方面，提供一种在多个协议个体之间处理信号消息的方法，该方法包括以下步骤：建立RNC和MSC之间的逻辑链路连接；通过已建立连接的逻辑链路传送消息；和释放已建立连接的逻辑链路；其中逻辑链路连接建立步骤包括：接收来自RNC的上层用户部分的逻辑链路连接建立请求原语，并将连接建立请求消息与假想连接标识符一起传送至MSC；接收连接建立请求消息并将逻辑链路连接建立命令原语传送至上层用户部分；在从上层用户部分接收到逻辑链路连接建立响应原语的情况下，将连接建立响应消息传送至RNC；和接收连接建立响应消息并将逻辑链路连接建立标识原语传送至上层用户部分。
根据本发明的另一方面，提供一种用于产生基于ATM的移动通信网络的信令网络层协议的方法，包括下列步骤：产生物理层，用于维护和管理物理传输介质；产生ATM层，用于维护ATM节点之间逻辑链路的建立；产生信令ATM适配层，用于执行信令业务的ATM匹配功能；产生信令网络层，用于执行信号消息传送功能和信号连接管理功能；其中，用于产生信令网络层的步骤包括：形成预定的消息形式；定义上层和下层之间的原语；定义协议个体的状态和操作过程，和产生应用层，其作为最上层用于提供所应用系统的管理。
附图说明
所包含的附图提供对本发明的进一步理解，其作为说明书的一部分例示了本发明的实施例，并与说明书一起解释本发明的原理。
在附图中：
图1A，1B和1C对比地显示根据现有技术的基于七号信令网络的协议栈和在根据本发明的ATM网络中基于七号信令网络的协议栈；
图2显示在根据本发明的移动通信网络中RNC和MSC之间的协议栈；
图3显示根据本发明的信令网络层协议的消息结构；
图4显示根据本发明的图3中的ImC-ID结构；
图5是根据本发明的SNL状态转换模型的视图；
图6显示根据本发明的移动通信网络中的逻辑链路连接建立过程；
图7显示在根据本发明的移动通信网络中在逻辑链路连接建立时发生超时的情况下的过程；
图8显示根据本发明的移动通信网络中的逻辑链路连接释放过程；
图9显示根据本发明的移动通信网络中的连接模式消息传送过程；和
图10显示根据本发明的移动通信网络中的无连接模式消息传送过程。
具体实施方式
下面参照附图中显示的例子对本发明的优选实施例进行详细说明。
构成IMT-2000网络的第三代移动通信网络采用45Mbps的高速报文交换(ATM)连接。
图1A显示现有网络中基于七号信令网络的协议栈，图1B显示ATM网络中基于七号信令网络的协议栈，图1C显示本发明提出的协议栈。
如图所示，现有基于七号信令网络的协议栈的两个信令网络层MTP和SCCP在本发明中被构造为一个信令网络层SNL，从而通过点对点连接进行信号连接管理功能和信号消息传送功能，简化了信号处理所需的各种参数或其处理方法。
图2显示根据本发明的移动通信网络中RNC和MSC之间的协议栈。
如图2所示，根据本发明的移动通信网络中RNC和MSC的协议栈结构分别包括：应用层，信令网络层(此后称为“SNL”)，信令ATM适配层(此后称为“SAAL”)，ATM层和物理层，其通过P或A接口连接。
本发明这种结构的协议仅提供无连接模式的信号连接业务，并同时在基于ATM的连接模式信令链路的基础上在信令网络层SNL中进行简单信令链路连接管理
当上部应用层通过SNL传送信号消息或从另一方接收信号时，SNL向每一方的上层传送信令层建立请求和建立指示原语，并在其传送所需消息时利用信号数据传送请求和传送显示原语进行传送上层消息和另一方的信号消息的操作。
应用层，SAAL，ATM层和物理层执行与现有的基于七号信令网络的协议中的对应层相同的业务。
图3显示根据本发明的信令网络层协议的消息结构。
图3中显示了根据SNL协议的消息结构，其包括：承载消息类型信息的信令网络接口(此后称为“SNI”)，假想连接标识符(此后称为“ImC-ID”)，和包含用于数据帧和单元数据帧中的上层用户部分信号消息的SNI本体。
下表1中显示了信令网络消息的类型。
如图4所示，ImC-ID包括：“F”位，用于指示SNL消息的方向，当其为“0”时，表示从产生标识符的一方接收的消息，当其为“1”时，表示向产生标识符的一方传送的消息；“C15～C1”，用于指示ImC-ID值，例如，当其为“0”时，表示借助于全局连接ID的所有逻辑链路连接，当其为“1～32767”时，表示借助于假想链路ID的专用逻辑链路连接，当其为“32767”时，表示其将借助于虚连接ID在以后被用作其它用途。
                   表1
消息类型 代码 解释
建立 00000001 连接建立请求帧
建立确认 00000010 连接建立响应帧
释放 00000011 连接释放请求帧
释放确认 00000100 连接释放完成帧
数据 00000101 连接模式数据帧
Udata 00000110 无连接模式数据帧
数据确认 00000111 连接模式数据帧的响应帧
在下面的表2中定义了SNL协议中上层的用户部分和SNL协议个体之间使用的业务原语，其中“×”表示“应用层至协议层操作”，“-”表示“非应用层至协议层操作”。
SNL中操作的协议个体的状态定义如下。
“Idle状态”表示的状态是，还未建立逻辑虚拟链接并且还未建立对等层间的链接；“Local-PreActive状态”表示的状态是，首先由本地传送链接建立请求并等待响应；“Remote-PreActive状态”表示的状态是，“远端”在接收到链接建立请求时将发出响应；“Active状态”表示的状态是，已通过逻辑虚拟链路建立了对等连接。在这方面，每种状态的状态转换模型如图5所示。
                         表2
  类属名                    类型
    请求     指示     响应     证实
  SNL-建立     ×     ×     ×     ×
  SNL-释放     ×     ×     ×     ×
  SNL-数据     ×     ×     -     -
 SNL-UDATA     ×     ×     -     -
下面参照图6至10对根据SNL协议用于处理RNC和MSC之间的信号消息的逻辑链路连接及其释放的过程，和消息传送过程进行说明。
首先，对于逻辑链路连接建立，当上层模块接收到链路建立请求原语时，本地对其进行解密(disclose)。逻辑链路连接建立过程的一般操作如图6所示。
首先，当从RNC的上层用户部分传送出请求逻辑链路连接建立的原语SNL-EST_REQ时，SNL在接收到该原语后，用ImC-ID作为参数将连接请求消息(Establish)传送至MSC。
在接收到连接请求消息(Establish)后，相应MSC的SNL将命令一逻辑链路连接建立的原语SNL-EST_IND传送至上层用户部分，然后，当其从相应上层用户部分接收到建立响应原语SNL-EST_RESP时，它将一连接建立响应消息(Establish Ack)传送至RNC。
在接收到该响应消息后，相应RNC的SNL将指示逻辑链路连接建立完成的原语SNL-EST_CONF传送至上层用户部分。
响应远端的链路建立请求，以下情况被作为异常状态处理。
首先，在所接收的ImC-ID值已经被使用的情况下，将SNL-EST_IND传送至用户部分并将状态转换为“Remote-PreActive”。并且，当用户部分接收到SNL-REL_RESP时，状态被转换为“Idle”，并传送“Release Ack”。当用户部分接收到SNL-EST_RESP时，状态被转换为“active”并传送“Establish Ack”。
而且，在SNL或上层模块不能正常操作的内部错误发生时，或者发生帧差错的情况下，不执行任何操作。
此外，如图7所示，即使在传送了连接请求消息(Establish)之后，在预定时间内没有响应，则重传送“Establish”N1次。如果在该重传送期间仍未接收到响应，则将SNL-REL_INE传送至上层。
下面根据图8说明根据SNL协议的逻辑链路释放过程。
当从RNC的上层用户部分传送了用于请求将逻辑链路释放的原语SNL-REL_REQ时，SNL在接收到该原语后，将释放请求消息(Release)和ImC-ID一起传送至MSC。
在接收到释放请求消息(Release)后，相应MSC的SNL将用于命令逻辑链路连接释放的原语(SNL-REL_IND)传送至用户部分。然后，当SNL从相应上层用户部分接收到释放响应原语(SNL-REL_RESP)时，其将释放响应消息(Release Ack)传送至RNC。
在接收到该响应消息后，响应于RNC的SNL将指示逻辑链路连接已被完全释放的原语(SNL-REL_CONF)传送至上层用户部分。
下面将对建立了逻辑链路连接的状态下，在RNC和MSC之间传送消息的过程进行说明，其中将其划分为传送连接模式消息的过程和传送无连接模式消息的过程。
图9显示在根据本发明的移动通信网络中的连接模式消息传送过程，图10显示在根据本发明的移动通信网络中的无连接模式消息传送过程。
传送连接模式消息的过程指的是一种在首先建立了对等连接后传送数据的SNL业务，其中通过数据帧将用户部分的消息传送至对等层。
在该过程中，在通过所建立的逻辑链路从RNC的上层用户部分传送用于请求消息传送的原语(SNL-DATA_REQ)的情况下，在接收到该原语后，SNL将用户部分的消息(Data)(即连接模式数据帧)与ImC-ID一起传送至MSC。
然后，相应MSC的SNL将数据命令原语(SNL-DATA_IND)传送至用户部分，并同时将数据响应消息(Data Ack)传送至RNC。
同时，无连接模式消息传送过程指的是一种在不建立对等连接的条件下将期望数据直接传送至另一方的业务，其应用于当接收到来自移动通信用户的呼叫时将用户部分消息从MSC传送至RNC的情况，由于该过程的ImC-ID使用全局连接ID，因此没有对等层接收消息的响应。
如图10所示，对于无连接模式消息传送过程，在从MSC的上层用户部分传送用于请求传送用户部分消息(即无连接消息)的原语(SNL-UDATA_REQ)的情况下，在接收到该原语后，SNL将用户部分消息(Udata)(即无连接数据帧)与指示整个全局链路连接的全局连接ID一起传送至RNC。
因此，相应RNC的SNL将指示原语(SNL-UDATA_IND)的数据传送至上层用户部分。
如上所述，根据本发明基于ATM的移动通信网络中的信令网络层协议，在处理基于ATM的MSC和RNC之间的信号消息的情况下，提供了一种适当的信令网络层协议，以便利用对应于上层用户部分或下层信令链路部分的原语来内部地处理信号消息，使得能够简化处理信号消息所需的各种参数及其处理过程，从而使操作方面的维护工作得到简化并使信号消息处理的负荷最小。
在不偏离本发明的精神或主旨的条件下可以用多种形式实施本发明，还应理解，除非另有说明，上述实施例并不受说明书中细节的限制，而应在所附权利要求限定的精神和范围内广义地加以解释，因此所有在权利要求限定内的修改和变化都应被权利要求所涵盖。

Claims (18)

1.一种用于在基于ATM的移动通信网络中产生信令网络层协议的方法，该通信网络包括以点对点方式连接的MSC和RNC，该方法包括下列步骤：
形成预定的消息形式；
定义上层和下层之间的原语；
定义协议个体的状态和操作过程，
使得可以通过单独的信令网络层处理MSC和RNC之间的信号消息。
2.根据权利要求1的方法，其中所述预定消息形式包括：用于承载消息类型信息的信令网络接口；假想连接标识符；和SNI本体，包含用于数据帧和单元数据帧中的上层用户部分信号消息。
3.根据权利要求2的方法，其中所述消息类型被定义为连接建立请求帧，连接建立响应帧，连接建立释放请求帧，连接释放完成帧，连接模式数据帧，无连接模式数据帧，和连接模式数据帧的响应帧。
4.根据权利要求2的方法，其中所述假想连接标识符包括用于指示SNL消息的方向的位，和用于指示假想连接标识符值的位。
5.根据权利要求1的方法，其中所述原语被定义为：
与逻辑链路连接建立有关的原语；
与逻辑链路连接释放有关的原语；
与连接模式消息传送有关的原语；和
与无连接模式消息传送有关的原语。
6.根据权利要求5的方法，其中与逻辑链路连接建立有关的原语被定义为：
逻辑链路连接建立请求原语，用于由上层用户部分请求RNC的SNL建立逻辑链路连接；
逻辑链路逻辑建立指示原语，用于由MSC的SNL命令上层用户部分建立与RNC的SNL的逻辑链路连接；
逻辑链路连接建立响应原语，用于由MSC的用户部分响应MSC的SNL的逻辑链路连接建立命令；和
逻辑链路连接建立标识原语，用于标识从RNC的SNL到RNC的用户部分的逻辑链路连接建立的完成。
7.根据权利要求5的方法，其中与逻辑链路连接释放有关的原语被定义为：
逻辑链路连接释放请求原语，用于由RNC的上层用户部分请求RNC的SNL释放逻辑链路连接；
逻辑链路连接释放命令原语，用于由MSC的SNL命令MSC的用户部分释放逻辑链路连接；
逻辑链路连接释放响应原语，用于由MSC的用户部分响应MSC的SNL的释放逻辑链路连接的命令；和
逻辑链路连接释放标识原语，用于标识从RNC的SNL到RNC的用户部分的逻辑链路连接建立的完成。
8.根据权利要求5的方法，其中与连接模式数据传送有关的原语被定义为：
连接模式数据传送请求原语，用于由用户部分请求SNL传送连接模式数据；和
连接模式数据传送命令原语，用于命令SNL把连接模式数据传送至用户部分。
9.根据权利要求5的方法，其中与无连接模式数据传送有关的原语被定义为：
无连接模式数据传送请求原语，用于由用户部分请求SNL传送无连接模式数据；和
无连接模式数据传送命令原语，用于由用户部分命令SNL传送无连接模式数据。
10.根据权利要求1的方法，其中协议个体的状态被定义为：
Idle状态，该状态指示未建立逻辑虚拟链接和对等层之间的链接；
Local-PreActive状态，该状态指示首先由本地传送链接建立请求并等待响应；
Remote-PreActive状态，该状态指示当“远端”接收到链接建立请求时，其将要发出响应；和
Active状态，该状态指示已通过逻辑虚拟链路建立了对等连接。
11.一种在多个协议个体之间处理信号消息的方法，该方法包括以下步骤：
建立RNC和MSC之间的逻辑链路连接；
通过已建立连接的逻辑链路传送消息；和
释放已建立连接的逻辑链路；
其中逻辑链路连接建立步骤包括：
接收来自RNC的上层用户部分的逻辑链路连接建立请求原语，并将连接建立请求消息与假想连接标识符一起传送至MSC；
接收连接建立请求消息并将逻辑链路连接建立命令原语传送至上层用户部分；
在从上层用户部分接收到逻辑链路连接建立响应原语的情况下，将连接建立响应消息传送至RNC；和
接收连接建立响应消息并将逻辑链路连接建立标识原语传送至上层用户部分。
12.根据权利要求11的方法，还包括以下步骤：在假想连接标识符已被使用的情况下传送逻辑链路连接建立命令原语，当从用户部分接收到逻辑链路释放响应原语时传送连接释放响应消息，或者当从用户部分接收到逻辑链路连接建立响应原语时传送连接建立响应消息。
13.根据权利要求11的方法，还包括以下步骤：
当将连接建立请求消息从RNC传送至MSC后，在预定时间内没有响应的情况下，以预定的次数反复传送连接建立请求消息；和
在该预定次数后还没有接收到响应的情况下，将逻辑链路连接释放命令原语传送至上层用户部分。
14.根据权利要求11的方法，其中消息传送步骤还包括以下子步骤：
接收来自RNC的上层用户部分的数据传送请求原语，并将数据传送消息与假想连接标识符一起传送至MSC；
接收数据传送消息并将数据传送命令原语传送至上层用户部分；和
将数据响应消息传送至RNC。
15.根据权利要求11的方法，其中逻辑链路连接释放步骤包括以下子步骤：
接收来自RNC的上层用户部分的逻辑链路连接释放请求，并将连接释放请求消息与假想连接标识符一起传送至MSC；
接收连接释放请求消息并将逻辑链路连接释放命令原语传送至上层用户部分；
在从上层用户部分接收到逻辑链路连接响应原语的情况下，将连接释放响应消息传送至RNC；和
接收连接释放响应消息并将逻辑链路连接释放标识原语传送至上层用户部分。
16.根据权利要求11的方法，其中信号消息处理步骤包括无连接模式消息传送步骤，用于在没有逻辑链路连接建立的条件下将用户部分消息从MSC传送至RNC。
17.根据权利要求16的方法，其中无连接模式消息传送步骤包括以下子步骤：
将包含无连接数据传送请求原语和假想连接标识符的数据传送消息从MSC的上层用户部分传送至RNC；和
接收数据传送消息并将数据传送命令原语传送至上层用户部分。
18.一种用于产生基于ATM的移动通信网络的信令网络层协议的方法，包括下列步骤：
产生物理层，用于维护和管理物理传输介质；
产生ATM层，用于维护ATM节点之间逻辑链路的建立；
产生信令ATM适配层，用于执行信令业务的ATM匹配功能；
产生信令网络层，用于执行信号消息传送功能和信号连接管理功能；其中，用于产生信令网络层的步骤包括：
形成预定的消息形式；
定义上层和下层之间的原语；
定义协议个体的状态和操作过程，和
产生应用层，其作为最上层用于提供所应用系统的管理。
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