CN1168347C - 无线网络接入机制 - Google Patents

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Abstract

电信系统中移动台的一种登记方法，该系统包括一个归属位置寄存器(HLR)，用于维护用户数据并支持第一网络，例如GSM，和第二网络，例如GPRS。归属位置寄存器(HLR)维护移动用户数据，向归属位置寄存器(HLR)发送消息(2-6a，4-3)，请求移动用户数据。按照本发明，归属位置寄存器(HLR)维护接入参数(PARAM)，该参数指示了移动用户是否有权使用第一网络、第二网络或者同时使用两个网络。响应于所述请求用户数据的消息，归属位置寄存器发送移动用户数据以及所述接入参数。请求移动用户数据的网元利用所述接入参数将移动用户的接入限制在电路交换网络和/或分组交换网络。

Description

无线网络接入机制
本发明涉及减少多模式(例如GSM/GPRS)移动台在分组无线网络，例如GPRS中登记时的信令负荷。下面将针对支持两种不同网络的双模式电信系统描述本发明。为了便于说明，假定第一网络是电路交换网(例如GSM)，第二网络是分组交换网(例如GPRS)。也可以使用由GSM导出的系统，例如DCS，来代替GSM网络，或者与GSM网络并用。
GPRS(通用分组无线业务)是GSM系统中的一种新业务，它是ETSI(欧洲电信标准委员会)在GSM阶段2+中的标准化项目之一。GPRS工作环境包括通过GPRS骨干网互连的一个或多个子网业务区。子网包括多个分组数据业务节点，此处将其称为GPRS服务支持节点(或代理)，每个GPRS支持节点连接到GSM移动网，从而能够通过多个基站，即小区，向移动数据终端提供分组数据业务。中间移动网在支持节点和移动数据终端之间提供电路交换或分组交换数据传输。不同子网则连接到外部数据网，例如到公用分组数据交换网PSPDN。因此，GPRS业务能够在移动数据终端和外部数据网之间实现分组数据传输，由GSM网络充当接入网络。GPRS服务网的一个属性是，它几乎独立于GSM网络工作。对GPRS服务提出的一个要求是，它必须与不同类型的外部PSPDN网络，例如因特网和X.25网一起工作。换句话说，不论用户希望通过GSM网络连接到哪一种数据网，GPRS服务和GSM网络都应当能够服务于该用户。这意味着GSM网络和GPRS服务必须支持和处理不同网络编址方法和数据分组格式。数据分组处理还包括分组在分组无线网中的路由寻址。此外，用户应当能够从其归属GPRS网络漫游到访问GPRS网络。
图1示出了GPRS网络的典型方案。应当理解，GPRS网络的体系结构没有GSM网络那样成熟。因此，所有GPRS术语应当理解成描述性的，而不是限制性的。充当移动数据终端的典型移动台包括移动网的移动台MS和连接到该MS数据接口的便携式计算机PC。移动台可以例如是芬兰Nokia Mobile Phones生产的Nokia 2110。移动台可以通过Nokia Mobile Phones生产的PCMCIA类型的Nokia蜂房数据卡，连接到带有PCMCIA卡插槽的任意便携式个人计算机PC。PCMCIA卡向PC提供支持PC所用电信应用协议，例如CCITT X.25或Internet协议的接入点。移动台也可以直接提供支持PC应用所用协议的接入点。此外，移动台3和PC 4可以集成在单个单元中，在该单元中向应用提供支持它所用协议的接入点。这种包括集成计算机的移动台的一个例子是Nokia Communicator 9000，它由芬兰NokiaMobile Phones生产。
在典型的GSM网络中网元BSC和MSC众所周知。图1所示方案包括独立的服务GPRS支持节点SGSN。该支持节点控制网络侧分组无线服务的特定操作。这种操作包括移动台MS在系统中登记或移出该系统，更新移动台MS的路由寻址区域以及将数据分组寻址到它们正确的目的地。在本申请中，需要从广义上理解术语’数据’，它是指数字电信系统中发送的任意信息。这种信息可以包括编码成数字形式的语音、计算机间的数据通信、电传数据以及短的程序代码序列等等。SGSN节点可以位于基站BTS、基站控制器BSC或者移动业务交换中心MSC，它也可以单独位于所有这些网元之外。SGSN节点和基站控制器BSC之间的接口称为GB接口。由一个基站控制器BSC管理的区域称为基站子系统(BSS)。
中间移动网在支持节点和移动数据终端之间提供分组交换数据传输。不同子网则通过特定GPRS网关支持节点GGSN连接到外部数据网，例如到公用数据交换网PSPDN。因此，GPRS业务能够在移动数据终端和外部数据网之间提供分组数据传输，由GSM网络充当接口网络。网关节点GGSN也可以替换成路由器。下面，术语‘网关节点GGSN’也可以理解成网关被替换成路由器的结构。
在图1中示出的GPRS网络连接到GSM网络，它包括多个服务GPRS支持节点和一个网关GPRS支持节点GGSN。不同的支持节点SGSN和GGSN通过运营商内部骨干网互连。应当理解，GPRS网络可以包括任何数量的支持节点SGSN和网关节点GGSN。
每个支持节点SGSN管理蜂窝分组无线网中一个或多个节点区域中的分组数据业务。为此，每个支持节点SGSN连接到GSM系统的特定本地部分，一般是移动业务交换中心，但在某些情况下，最好将其直接连接到基站子系统BSS，即基站控制器BSC或基站BTS。小区中的移动台MS通过无线接口与基站BTS通信，并进一步通过移动网和该小区属于其服务区的支持节点SGSN通信。原则上，支持节点SGSN和移动台MS之间的移动网仅在这两者之间发送分组。为此，移动网可以在移动台MS和服务支持节点SGSN之间提供电路交换连接或分组交换数据分组传输。移动台MS和代理之间电路交换连接的一个例子在WO 95/08900中给出。移动台MS和代理之间分组交换数据传输的一个例子在WO 95/20283中给出。但是，应当理解，移动网仅在移动台MS和支持节点SGSN之间提供物理连接，其确切的操作和结构对本发明并不重要。
将运营商的SGSN和GGSN互连的运营商内部骨干网11可以例如采用局域网来实现。应当理解，也可以在没有运营商内部骨干网的情况下，例如通过在单个计算机中实现所有属性，来实现运营商的GPRS网络，但这并不会导致按照本发明的呼叫建立原理出现任何改变。
网关GPRS节点GGSN将运营商的GPRS网络连接到其它运营商的GPRS网络，以及数据网，例如运营商间骨干网12或IP网。可以在网关节点GGSN和其它网络之间配置互连功能IWF，但一般情况下GGSN同时就是IWF。运营商间骨干网12使得不同运营商的网关节点GGSN能够彼此通信。为支持不同GPRS网络之间的GPRS漫游，需要进行通信。
网关节点GGN也用于存储GPRS移动台的位置信息。GGSN还为发向移动台(MT)的数据分组选择路由。GGSN还包含一个数据库，该数据库与移动台例如在IP网或X.25网(或者同时在多于一个网络中)中的网络地址，或者GPRS网络中的移动台标识符相关联。当移动台从一个小区漫游到一个支持节点SGSN区域中的另一小区时，仅需要在支持节点SGSN中进行位置更新，不需要将位置的改变告知网关节点GGSN。当移动台从一个支持节点SGSN的小区漫游到相同或不同运营商区域中的另一SGSN的小区时，还需要在(归属)网关节点GGSN中进行位置更新，存储新的访问支持节点的标识符和移动台标识符。
归属位置寄存器HLR还用于在GPRS会话开始时鉴权用户。它包含用户的PDP(分组数据协议)地址和用户的IMSI(国际移动用户标识)。在GSM网络中，基于IMSI识别用户。在图1中，HLR通过SS7(7号信令系统)连接到例如移动交换中心MSC和运营商内部骨干网。SS7号信令系统和运营商内部骨干网之间可以是直接连接或SS7网关。原则上，HLR可以与任何GPRS节点交换分组交换消息。但是，HLR的通信方法及其到GPRS网络的连接对本发明并不重要。
在上述方案中，首先将网络控制的移动台引导到某种正确的信道类型，即分组数据传输信道，然后可以通过空中接口向移动台发送分组交换数据(简称：分组数据)。支持分组数据传输的移动台可以仅用于收发分组数据(‘仅用于GPRS’)，也可以用于传输常规的电路交换语音和其它业务(‘多功能终端’)。
在本申请中，‘仅用于GPRS’的移动台可以处于三种不同模式之一：就绪、备用和空闲模式。就绪模式下的移动台连接到数据传输信道，准备发送和/或接收数据分组。备用模式下的移动台监听分组数据寻呼信道，在接收到它的寻呼标识符之后，移动台切换到就绪模式。空闲模式下的移动台既不支持分组数据的发送，也不支持分组数据的接收。
多功能终端工作在就绪和备用模式时与‘仅用于GPRS’的终端相同，但是在空闲模式下，它支持常规的电路交换业务。
在向移动台发送分组数据时，将数据通过网关节点GGSN寻路到已知移动台位置的支持节点SGSN，从而能够为数据确定到正确的GSM网络的路由。如果移动台处于备用模式，那么能够知道它位于哪个路由寻址区RA。相应地，如果移动台处于就绪模式，那么能够知道它位于哪个小区。
图2说明了移动台在系统中的登记。图2来自ETSI规范GSM 03.60(版本5.2.0)。移动台的前一支持节点SGSN和中心MSC/VLR称为“原支持节点和中心”，而对应的当前支持节点和中心称为“新支持节点和中心”。在步骤2-1，移动台发送“附加请求”消息。步骤2-2到步骤2-5对本发明既不必要，也不重要，因此此处不再描述。在步骤2-6a中，新的SGSN发送“更新位置消息”给归属位置寄存器HLR，HLR在步骤2-6b中从原SGSN中删去位置(“删除位置”)。在步骤2-6c中，原SGSN确认(＝ACK)。在步骤2-6d中，新的SGSN在消息“插入用户数据”中从归属位置寄存器接收用户数据，在步骤2-6e中发送确认。在步骤2-6f中，新的SGSN接收对步骤2-6a中发送的更新位置消息的确认。
在步骤2-7a中，新的SGSN向新的中心MSC/VLR发送“位置更新请求”。步骤2-7b到2-7g对应于步骤2-6a到2-6f。在步骤2-7h中，新的SGSN从新的中心接收对步骤2-7a中发送的位置更新请求的确认。在步骤2-8中，新的SGSN通知移动台已接受步骤2-1中发送的附加请求。以下步骤对本发明并不重要，因此不再详细解释。
与上述方案相关的问题在于，系统的GPRS侧没有特定用户能否接入GSM侧(MSC/VLR)业务的用户特定信息。当移动台PC/MS在系统中登记时，对访问位置寄存器MSC/VLR进行组合的GPRS/非GPRS IMSI附加操作，以及可能的定位区/路由寻址区(LA/RA)更新。如果该用户仅是GPRS用户，那么会导致经Gs接口到MSC/VLR，以及进一步通过MAP-D接口到归属位置寄存器HLR的不必要的信令。
如果系统的GSM侧没有特定用户能否接入GPRS侧(SGSN)服务的用户特定信息，也会出现类似的问题。如果VLR丢失了该用户的数据，那么会导致不必要的信令。在呼入移动台的呼叫情况下，因为MSC/VLR不知道该用户是否有权使用GPRS服务，所以寻呼总是发送给每个SGSN。
本发明的目的是提供一种方法和实现该方法的装置，消除上述涉及不必要信令的问题。本发明的目的通过某种方法和装置实现，该方法和装置的特征在独立的权利要求书中公开。本发明的优选实施例在相关的权利要求中公开。
首先，本发明基于发现问题。因为常规方案所导致的过多信令不一定会引起实际的出错情况，并且尚未使用GSM/GPRS网络，所以检测问题并不容易。除了发现问题之外，本发明基于找到对其它网元功能的兼容性问题和改变尽可能少的一种方案。因为问题较小，不希望造成网元定义的较大改动。
本发明包括维护用户特定的接入参数，该参数指示了该用户在这两个网络中的权限。在系统中登记时，将接入参数发送给相关的网元。如果第一网络和第二网络的体系结构明显不同，那么本发明的优点，例如信令负荷的减少，将最为突出。例如当第一网络是电路交换网(例如GSM、DSC等)，而第二网络是分组交换网(例如GPRS)时，就会出现这种情况。
本发明的方法和装置的一个优点是，它们以简单的方式解决不明显的问题。换句话说，本发明消除了移动台在系统中登记时的不必要信令负荷。本发明还意外地提供了若干其它不同问题的解决方案，下面将予以描述。
按照本发明的第一实施例，用户特定的接入参数在归属位置寄存器中维护。这种实施例的一个优点在于，不需要改动移动台及其SIM卡。
按照本发明的第二实施例，用户特定的接入参数在移动台中，特别是在SIM卡(用户标识模块)中维护。这种实施例的一个优点在于，能够大幅度减少信令负荷。另一方面，必须对移动台，至少对移动台的SIM卡作一些改动。
下面结合附图，通过优选实施例详细描述本发明，在附图中
图1说明了GSM/GPRS系统的体系结构；
图2说明了按照现有技术的系统中移动台的登记；
图3说明了按照本发明第一实施例的系统中移动台的登记；
图4说明了本发明如何解决访问位置寄存器数据丢失所引起的不同问题。
图3说明了按照本发明方案的系统中移动台的登记。除了消息有一些变化之外，图3中的编号含义与图2相同，在图3中消息的第一标号是3。本发明的接入参数PARAM指示了该用户能否接入GSM网、GPRS网或者同时接入两个网络。按照第一实施例，接入参数在归属位置寄存器HLR的用户数据中维护。在该图中，除了按照本发明的接入参数PARAM与消息3-6d相关联之外，消息3-6d对应于针对图2描述的消息2-6d。在这种情况下，假定用户仅能接入GPRS网络。因为新的SGSN知道用户无法接入GSM网络，所以在使用本发明方案时根本不需要步骤2-7a到2-7h。不再使用消息2-8，而是采用消息3-8“附加响应”，该消息将用户仅有GPRS权限的信息传送给移动用户。不需要消息2-10。没有必要将不具备GSM权限的用户数据发送给新中心的访问位置寄存器。
按照本发明的第二实施例，用户特定的接入参数在移动台中，特别是在SIM卡(用户标识模块)中维护。在这种情况下，其SIM卡仅具GPRS权限信息的移动台甚至独立决定不尝试在GSM网络中登记。因为没有按照图3信令图中的信令，所以可以最大程度减少信令负荷。
图4说明了本发明如何解决另一不同问题。图4说明了访问位置寄存器VLR的数据例如在设备维护或程序更新过程中丢失的情况下，呼入移动台的呼叫的建立过程。在步骤4-1中，HLR向VLR请求漫游号码。在步骤4-2中，VLR向HLR请求鉴权数据。在步骤4-3中，VLR请求HLR回送丢失的数据。在可选步骤4-4中，跟踪定位用户。在步骤4-5中，HLR在消息“插入用户数据”中向VLR发送用户数据。(步骤4-5中给出的接入参数PARAM在按照现有技术的功能中并不存在)在步骤4-7中，移动台MS通过中心MSC接收到呼入移动台的呼叫或者短消息。但是，访问位置寄存器没有用户位置数据，因此，在步骤4-8中，它向中心请求搜索移动台(“搜索移动台”)。在步骤4-9中，按照现有技术通过中心MSC控制下的每个基站系统BSS1到BSSn，也通过每个支持节点SGSN1到SGSNn，向移动台发送寻呼。
按照本发明，指示该用户能否接入GSM网络、GPRS网络或者同时接入两个网络的上述用户特定接入参数PARAM与消息4-5关联。在步骤4-9中，如果寻呼被限制在该用户能够接入的网络(GSM和/或GPRS)，那么实际上减少了移动台的寻呼。如果用户不能接入GPRS网络，那么经SGSN节点的寻呼是不必要的。
本发明还解决了其它问题。按照现有技术，如果用户正使用短消息服务，那么运营商无法明确限制用户仅接入一个网络，因为同一用户数据在网络的GSM和GPRS侧都有效。因为该用户可以同时在GSM和GPRS网络中登记，所以他可以占用两个网络的资源(例如临时寄存器)，尽管除了短消息之外，该用户仅能使用一个网络的服务(例如，仅GSM+SMS或GPRS+SMS)。
因为按照本发明，可以明确地为用户设置指示用户能够接入哪个网络(GSM、GPRS或同时接入这两个网络)的参数，所以运营商可以优化系统的使用。这尤其涉及短消息服务的用户。按照现有技术，归属位置寄存器中的SMS定购使得用户能够同时接入GSM和GPRS网络。按照本发明，运营商可以将仅能接入GPRS网络和短消息服务的用户设置为“仅允许使用GPRS网络”的状态，从而优化系统的使用。
本发明还通过阻止用户在错误的网络(GSM或GPRS)中登记，减少了网络资源的使用。如果用户是例如没有定购短消息服务的GPRS用户，那么他可能会尝试在GSM网络中登记，这不必要地加重了网络的负荷。
对本领域中技术人员而言，显然随着技术的进步，可以通过若干不同方式实现本创新概念。因此，本发明及其实施例并不局限于上述例子，而是可以在权利要求书范围内有所变化。

Claims (7)

1.电信系统中移动台的一种登记方法，该系统包括一个归属位置寄存器(HLR)，用于维护用户数据并支持第一网络，例如GSM，和第二网络，例如GPRS：
该方法包括以下步骤：在归属位置寄存器(HLR)中维护移动用户数据，从另一网元向归属位置寄存器(HLR)发送消息(2-6a，4-3)，请求移动用户数据；
其特征在于，
归属位置寄存器(HLR)维护接入参数(PARAM)，该参数指示了移动用户是否有权使用第一网络、第二网络或者同时使用两个网络；
响应于所述请求用户数据的消息，归属位置寄存器发送移动用户数据以及所述接入参数；
请求移动用户数据的网元利用所述接入参数将移动用户的接入限制在第一网络或第二网络。
2.电信系统中移动台的一种登记方法，该系统包括一个归属位置寄存器(HLR)，用于维护用户数据并支持第一网络，例如GSM，和第二网络，例如GPRS：
该方法包括在移动台的存储器中，最好在其SIM卡中存储移动用户数据；
其特征在于，
在移动台的存储器中还存储接入参数(PARAM)，该参数指示了移动用户是否有权使用第一网络、第二网络或者同时使用两个网络；
移动台利用所述接入参数将移动用户的接入限制在第一网络或第二网络。
3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，即使在为移动用户定义了短消息服务的情况下，也能将该移动用户的接入限制在一个网络。
4.根据权利要求1的方法，其特征在于，请求移动用户数据的网元利用所述接入参数阻止移动用户无权使用的网络中的位置更新(2-7)。
5.根据权利要求2的方法，其特征在于，移动台独立决定不在移动用户无权使用的网络发送附加请求(2-1)。
6.根据权利要求1的方法，其特征在于，电信系统包括众所周知的访问位置寄存器(VLR)；以及
如果位于该访问位置寄存器区域中的移动台接收到呼叫或短消息，而该访问位置寄存器没有该移动用户的数据，那么所述接入参数(PARAM)用于将移动台的寻呼(4-9)限制在该移动用户有权使用的网络中。
7.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，第一网络是电路交换网络，例如GSM/DCS，而第二网络是分组交换网络，例如GPRS。
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