CN1252918A - 在以分组为基础的电信网上避免在越区切换中丢失分组的方法和越区切换方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及以分组数据为基础有关连接的通信网络,诸如ATM(异步传输模式),其中在网络中的终端(MS)和终端的网络接入点是可以移动。当在有效连接期间终端(MS)的网络接入点改变时,连接的择径必须可以从一个旧的接入点(BTS1)到一个新的接入点(BTS2)改变或延伸。旧的接入点(BTS1)可以包括被缓存的信元,这些信元必须被无分组丢失地转移到新的接入点。当需要的时候,动态地建立起从旧的接入点到新的接入点的必要的连接(13)。代替由旧的接入点进行控制,连接的建立是由一个第三网络单元(10)进行控制的,该第三网络单元响应于任何接入点的改变进行控制。第三网络单元(10)产生要求的信令和按“隧道”方式传这个信令到旧的接入点(BTS1),旧的接入点不进行译码地发送这些信令。使得旧的接入点可以被安排为在接入点上不要求任何附加的智能的情况下发送信令消息和建立连接。当被建立以后,旧的接入点发送被缓存的尚未发送的分组到新的接入点(BTS2)。

Description

在以分组为基础的电信网上避免在越区切 换中丢失分组的方法和越区切换方法
本发明涉及诸如ATM(异步传输模式)之类的以分组为基础的电信网络的有关连接技术，和特别是在这些网络中避免在越区切换过程中分组的丢失。
当前在电信技术的发展中存在着两个令人感兴趣的倾向，即，其码速率一般超过2Mb/s的移动通信和宽带网络。一种宽带网络的例子是宽带综合业务数字网(B-ISTN)，这种网络的传输模式被为选择异步传输模式(ATM)。ATM是一种具体涉及数据链路层(即，OSI层2，此后被称为ATM层)的交换和复用解决方案。ATM能够成为在B-ISTN网络中实现有关分组数据的连接。
在ATM数据传输中，终点用户数据的业务借助于虚拟连接被从源传输到目的地。数据是以被称为ATM信元的53字节的标准长度的分组通过网络中的各交换机进行传输的。ATM信元的结构被表示在图1中。一个ATM信元含有5个八位字节的信头和48个八位字节的含有实际有效负荷的信息字段。信头的主要目的是用于识别一个信元序列的连接号，形成对于一个具体呼叫的虚拟信道。物理层(即，OSI层1)可以包括若干个在ATM层中被复接的虚拟通路。各虚拟通路借助于VPI(虚拟通路识别符)进行识别。而各虚拟通路可能包括多个利用VCI(虚拟信道识别符)进行识别的虚拟信道。信头还包含其它各字段，诸如HEC(信头差错控制)、GFC(一般码流控制)、CLP(信元丢失优先级)、和PT(有效负荷类型)。ATM信元在接收机的地址间接含有信息，因此每个信元是一个独立的数据传输单元。在时间单位被传输的信元数量正比于该用户的带宽要求。
ATM是一种通信业务的有关连接的技术，但因为存在着连接建立前的非连接状态，连接建立请求将被按照近似于与各分组数据在分组交换网中进行择径时相同的路径，通过ATM网络从一个源择径到一个目的地。在连接已被建立后，在连接期间各个信元沿着相同的虚拟路径传输。
第三个发展趋势是引入无线数据传输(无线ATM)和将移动性引入ATM网(无线ATM)。当前的B-ISDN和ATM标准不支持诸如无线通信要求的一些附加特征，但是当前已经提出了例如实现与无线ATM有关的移动性要求的不同解决方案。目的是增加无线数据传输和移动性到ATM网中，而现存ATM标准和网络中不作明显的改变。这些解决方案例如已经在未决芬兰专利申请971178和970602中提出。
在PLMN(公共陆地移动网)中，无线接口传统上是窄带接口。移动网络的传输系统传统上是利用按星形或树形网络组态的电路交换连接实现的。为了增加传输系统的容量和灵活性，在例如WO9400959、EP0366342、和EP0426269中还已经建议了使用不同的宽带分组交换传输系统或在移动网络中使用ATM技术。一种可能的未来发展趋势是具有宽带接口的移动系统。移动系统的宽带传输系统也是需要的，而潜在的替代方案是ATM技术。
在移动网和在无线ATM网中，终端不具有固定的到网络的任何接入点，而终端和接入点可以在网中移动。当一个虚拟的连接已经被通过ATM网择径到该终端时，则这种择径也必须改变或从一个旧的接入点(例如一个基站)延伸到一个新的接入点。这个过程被称为越区切换(handover)或越区转换(handoff)。在硬越区切换中，当该连接被从一个接入点到另外一个接入点的连接中，数据传输被中断了。在软越区切换中，在越区切换期间，利用同时与旧的和新的AP(接入点)连接的终端，数据传输的继续是安全的。
在ATM网中，和一般在以分组数据为基础的电信网中，ATM信元(分组)的丢失显著地降低连接的效率。如果一个单个的ATM信元丢失(例如在越区切换期间)，则可能需要重发高级协议的整个PDU(协议数据单元)，即多个ATM信元。这降低了连接效率，和为此信元的丢失将被避免。在连接期间信元次序的变化还引起在接收中的差错和开始信元的重新发送。因此，还应当保证在越区切换期间信元的次序不改变。一般，当无论什么原因有效连接被断开时，则要求始终对信元进行缓存。下面描述在无线ATM网中的信元缓存的某些原因。
当连接的射频支路被断开时，从MT(移动终端)到AP(上行链路方向)和再到网络的业务必须至少在MT中被进行缓存。这种情况可能发生在例如硬越区切换或衰落期间。在通路优化处理期间，可能需要在网络侧的上行链路的业务进行缓存。
在下行链路方向，存在着若干个实现信元缓存的可替代的方案。例如当无线链路突然中断、阻塞和重发的情况下，接入点将缓存下行链路的信元。在越区切换期间，连接断开大约需要用于建立新的无线连接和用于释放旧的连接的时间。一般，由越区切换要求的缓存可以在旧的接入点AP或在ATM交换机中进行。在旧的接入点AP中进行的缓存是简单的，因为AP在任何情况下需要某种类型的缓存。在ATM交换机中涉及越区切换的缓存是一种新功能，与此相比，在旧的AP中某些信元仍必须进行缓存。
在上述下行链路信元缓存的两个可替代方案中，旧的接入点AP可以包含被缓存的信元，这些信元也必须通过无线路径进行发送。在越区切换到新的接入点AP后，这些未被发送的信元将被发送到新的接入点AP，而没有信元的丢失和按次序保持信元序列，从而避免整个PDU的重新发送。
作为对这个问题的一种解决方案，已经提出在相邻各接入点之间建立(永久性)连接，通过这种连接未发送的信元可以从旧的接入点传输到新的接入点。这种方法在AP中不要求任何显著的智能化和因此也不增加AP(例如，基站)的复杂性。但是，这种解决办法不是非常动态的和仅对这种应用预留出网络资源。
作为对这个问题的另外一种解决方案，已经提出了一种“智能”接入点AP，能够通过其自身建立到新的AP的连接和转移未发送的信元到该新的接入点AP。借助于这种解决办法，可以实现较好的动态和网络资源的利用率。但是，缺点是需要附加智能化，从而增加了AP的复杂性和因此增加了成本。
因此，本发明的目的是一种方法，利用该方法未发送的信元可以从旧的接入点发送到新的接入点，而不需要没必要地预留出网络资源和不增加接入点的复杂性和不明显地增加成本。
本发明的目的是借助于在以分组数据为基础的有关连接的电信网络中从旧的接入点转移未发送的分组到新的接入点的方法实现的，在该网络中终端到网络的接入点在有效连接期间可以变化，该方法包括以下各步骤：在改变接入点之前，在旧的接入点中缓存旧的接入点未发送到终端的分组；建立从旧的接入点到新的接入点之间的连接；从旧的接入点通过所述连接转移被缓存的分组到新的接入点。按照本发明的方法的特征在于，建立连接的步骤包括以下各步骤：在第三网络单元中产生对所述连接的建立所要求的信令，该单元可响应于接入点改变的控制；通过隧道传送所述信令到旧的接入点；从旧的接入点发送所述信令到新的接入点。
本发明的另一个目的是一种以分组为基础有关连接的电信网络，包括用于从旧的接入点转移未发送的分组到新的接入点的装置，其中在有效连接期间终端到网络的接入点改变的装置，该装置包括：用于在旧的接入点缓存分组的装置，该分组是在接入点改变之前旧的接入点尚未发送到终端的分组；用于建立从旧的接入点到新的接入点的连接的装置；用于从旧的接入点通过所述连接转移被缓存的分组到新的接入点的装置。按照本发明的网络的特征在于，在所述用于建立连接的装置中包括：用于在第三网络单元中产生对所述连接的建立要求的信令的装置，该单元可响应于接入点改变的控制；用于通过隧道传送所述信令到旧的接入点的装置；用于从旧的接入点发送所述信令到新的接入点的装置。
本发明的再另外一个目的是一种在以分组数据为基础的有关连接的电信系统中用于在有效连接期间从旧的接入点到新的接入点的越区切换方法，该方法包括以下步骤：建立终端和新的接入点之间的连接；在旧的接入点中缓存在改变接入点之前旧的接入点尚未发送到终端的分组；择径从旧的接入点到新的接入点的延伸；通过所述延伸，从旧的接入点转移被缓存的分组到新的接入点。按照本发明的方法的特征在于所述择径延伸的步骤包括以下步骤：在第三网络单元中产生对择径所要求的信令，该单元可响应于接入点的改变进行控制；通过隧道传送所述信令到旧的接入点；从旧的接入点发送所述信令到新的接入点。
在本发明中，当要求时，从旧的接入点到新的接入点的连接是动态建立的。但是，代替由旧的接入点进行控制，连接的建立是由第三网络单元控制的，该单元可采用任何方法对接入点的改变进行控制。这个第三网络单元一般是交换机或移动通信网的控制单元，该单元业已包括对于连接的建立所要求的“智能化”。第三网络单元产生需要的信令和以“隧道”的方式将该信令传到旧的接入点，旧的接入点发送出该信令，而不译码该信令。因此，旧的接入点可以发送信令消息和建立连接，而不需要其它任何附加的智能。控制接入点改变的第三网络单元知道新的接入点和因此它能够正确地寻址信令。隧道可以包括：例如，将含有实际目的地地址的原始信令消息装到配有旧的接入点地址和发送到旧的接入点的分组中的封装。旧的接入点地址从该分组中去封装该信令消息和基于实际目的地地址发送该信令消息。从新的接入点可能发送的信令响应被寻址到第三网络单元和通过旧的接入点自动进行发送。在连接已经建立后，例如响应于由第三网络单元发送的命令，旧的接入点发送被缓存的分组到新的接入点。然后，如果不再需要这个连接，则按与上面描述的相同的方式，第三网络单元可以释放这个连接。在本发明的另外一个实施例中，按照本发明的连接可以被用于进行PE(路径延伸)越区切换。在上述的原理下，PE切换延伸从旧的接入点到新的接入点的现存的连接。但是在PE切换中，在被缓存的分组被发送到新的接入点后，所建立的连接不被释放。
借助于本发明，接入点(例如，基站)的复杂性可以被设计得最低，使价格更为经济。另一方面，在第三网络单元中所要求的智能性已然可以达到，和因此本发明在第三网络单元中仅要求某些新的功能。连接可以被动态地建立起来，从而网络资源永久地预留可以被避免。
现在借助于参照附图的各优选实施例对本发明进行详细描述，各附图中：
图1表示按照本发明的在无线ATM网中“使断开的越区切换(make-break handover)”越区切换的连接；
图2表示按照本发明的在无线ATM网中路径延伸越区切换的连接。
本发明适合被用于所有与连接有关的以分组为基础的电信网中，其中在有效连接期间，随着终端的移动终端到网络的接入点可以改变。这样的电信网例如是利用与连接有关的以分组数据为基础的网络作为各基站和进行控制的网络单元之间的传输网的无线分组网和移动通信网。本发明的主要应用领域是ATM网，特别是无线ATM网，和在传输网中利用ATM技术的移动通信网。
参照图1描述一个简单的例子，该例子说明按照本发明在无线ATM网的使断开的越区切换中如何将旧的接入点缓存的信元转移到新的接入点。两个基站BTS1和BTS2，即接入点被连接到ATM交换机10。开始，假设移动站MS具有与基站BTS1的无线连接，和基站BTS1与ATM交换机10之间有虚拟ATM连接11，还有通过ATM交换机和ATM网络到另外一方的虚拟连接14。各ATM信元以下行方向从交换机10到基站BTS1进行发送，在基站BTS1中这些信元在通过无线路径发送到移动站MS之前被进行缓存。ATM层和物理层MAC(媒介接入控制)最好具有公共信元缓存器。假设MS与BTS1之间的无线连接质量如此之差，以至于该MS通过越区切换被转移到新的基站BTS2。对于本发明来说，越区切换的标准是什么，或是由移动站MS还是由诸如交换机10之类的某些网络单元作出越区切换的判断是不重要的。但是在图1的例子中，交换机10至少控制网络侧的连接的重新建立。在越区切换中，新的无线连接是在MS与新的基站BTS1之间建立的。此外，在图1的使断开的越区切换中，新的虚拟ATM连接是在交换机10与新的基站BTS2之间建立的。交换机10以这样的方式，即从他方用户输入的新的信元被发送到基站BTS2，在基站BTS2这些信元被缓存，而不是发送到基站BTS1的方式，切换连接13到新的连接12上。
另外假设，旧的基站BTS1的缓存器含有基站BTS1尚未来得及在越区切换之前通过无线路径发送到移动站MS的信元。这些“旧”的信元应当被转移到新的基站BTS2和在发送通过连接12接收的“新”的信元之前通过无线路径发送到MS。按照这种方式，避免了信元丢失或信元次序改变和因此的重新发送。
按照本发明，交换机10控制旧的基站BTS1与新的基站BTS2之间的延伸连接13的建立。确切地说，交换机10产生连接建立所要求的信令消息SETUP和具有终点地址基站BTS2。交换机10参与越区切换，和因此它知道新的基站BTS2。交换机10通过“隧道”经连接11传送信令消息到旧的基站BTS1，在终点地址的基础上，这些信令消息通过信令连接从旧的基站BTS1被发送到基站BTS2。通过隧道可以意味着将终点地址装入一个消息封装中，这个消息通过被称为“隧道”地址的中间地址进行择径。在这种情况下，中间地址是基站BTS1。在信令已经被通过隧道传送到中间地址基站BTS1后，执行去封装，即通过基站BTS1利用实际的终点地址发送信令消息。按照这种方式，提供与其曾提供的一样的一个类似的信令和由基站BTS1独立地发送。借助于本发明，基站BTS1并不需要具有对于连接的建立所要求的智能化。结果由基站BTS1发送连接建立信令，和在基站BTS1和基站BTS2之间建立起一个暂时的虚拟连接13。在本发明的优选实施例中，响应于经基站BTS1从基站BTS2发送到交换机10的信令，然后交换机10命令基站BTS1通过连接13发送缓存器中旧的信元到新的基站BTS2。基站BTS2通过无线路径发送各信元到移动站MS和开始发送被缓存的新的信元。此后，连接11和13不需要了并且它们可以被释放。连接13的释放可以通过交换机10借助于与封装相同的功能来执行。换言之，交换机10产生一个释放消息和通过隧道传送该消息到基站BTS1，基站BTS1然后再发送释放消息到终点地址基站BTS2。当连接13进行释放时，连接11可以按正常的方式进行释放。
还应当注意的是，所使用的隧道技术并不是本发明的实质性特征。对于本发明来说，本质上是由交换机10产生的信令消息可以通过隧道被转移到基站BTS1而进行发送，好像基站BTS1曾自己产生和发送消息。另外，所使用的信令协议是一般ATM信令协议。隧道技术公开在：(AF96-1699)Potter，Gilmurray(ORL)，1996，“Tunnelled Signalling for the Support of the Mobile ATM，ATMForum Cobtribution 96-1699”，援引于此作为本发明的交叉参考。ATM信令和隧道技术公开在：“ATM User-Network-InterfaceSpecification”，version 3.1，ATM Forum，1994。
参照图2描述一个简单的例子，该例子说明按照本发明在无线ATM网的越区切换中旧的接入点缓存的未发送的信元是如何被转移到按路径延伸(PE)的新接入点的。两个基站BTS1和BTS2，即各接入点被连接到ATM交换机20。开始，假设移动站MS具有与基站BTS1的无线连接和基站BTS1与ATM交换机20之间的虚拟ATM连接21，和通过ATM交换机20和ATM网到另外一方用户的另外的虚拟连接23。ATM信元在下行链路方向从交换机20被发送到基站BTS1，在基站BTS1中这些信元在通过无线路径发送到移动站MS之前被进行缓存。假设MS和BTS1之间的无线连接是如此的弱，以至于与如图1所示相同的方式，利用越区切换将该MS转移到新的基站BTS2。在越区切换中，在该MS与新的基站BTS2之间建立起新的无线连接。在图2的PE越区切换中，新的虚拟ATM连接22被附加建立在旧的基站BTS1和新的基站BTS2之间。在基站BTS1的缓存器中剩余的未发送信元和来自另外一方用户的新的信元通过连接22被发送到基站BTS2。
按照本发明，按照与图1相同的隧道原理，交换机20控制旧的基站BTS1与新的基站BTS2之间的延伸的建立。确切地说，交换机20产生建立连接所需要的信令消息SETUP和通过隧道传送它们通过连接21到旧的基站BTS1，基站BTS1通过信令连接发送该信令消息到基站BTS2。作为由BTS1发送的连接建立信令的结果，一个暂时的虚拟连接22被建立在BTS1和BTS2之间。在本发明的优选实施例中，然后交换机10命令基站BTS1通过连接13发送在缓存器中的旧的信元到新的基站BTS2。基站BTS2通过无线路径发送这些信元到移动站MS和然后开始发送被缓存的新的信元。在PE越区切换中，在基站BTS1的缓存器已经被腾空后还是需要的连接21和22没有被象在图1那样释放。
因此，本发明能够实现PE越区切换，对于建立连接不要求在基站中附加任何的智能化。
上面描述的交换机10或20可以是提供ATM交换机功能的任何网络单元，诸如ATM网络的常规交换机、无线ATM网的交换机、或提供ATM交换机功能的其它电信网的进行控制的网络单元。实现无线ATM网和利用ATM技术的移动通信网的例子被描述在例如芬兰专利申请971178和970602中，援引于此以资参考。
与本发明有关的各图和说明仅仅是为了说明的目的。于此，本发明及其实施例并不限于上述的例子，而在权利要求书的范围内可以改变。

Claims (15)

1.一种在以分组为基础的有关连接的电信系统中从旧的接入点(BTS1)转移未发送的分组到新的接入点(BTS2)的方法，在该电信系统中终端(MS)到网络的接入点在有效连接期间可以改变，该方法包括以下步骤：
在旧的接入点(BTS1)缓存在接入点改变之前尚未发送的终端的分组；
建立从旧的接入点(BTS1)到新的接入点(BTS2)的连接；
从旧的接入点(BTS1)通过所述连接(13)转移被缓存的分组到新的接入点(BTS2)；
其特征在于：所述建立连接的步骤包括以下步骤：
在控制接入点的改变的第三网络单元(10、20)中产生对于所述连接的建立所要求的信令；
通过隧道传送所述信令到旧的接入点(BTS1)；
从旧的接入点(BTS1)发送所述信令到新的接入点(BTS2)。
2.权利要求1的方法，其特征在于建隧道的步骤包括以下步骤：
在第三网络单元(10、20)中将一个设置实际目的地地址的信令消息封装到一个设置旧的接入点地址的分组中；
发送封装的信令消息到旧的接入点(BTS1)；
在旧的接入点(BTS1)中去封装该信令消息；
基于实际目的地的地址发送该信令消息。
3.权利要求1或者2的方法，其特征在于：
当所述被缓存的各分组已经被从旧的接入点(BTS1)转移到新的接入点(BTS2)后，在第三网络单元(10、20)中产生连接释放消息；
通过隧道传送连接释放消息到旧的接入点(BTS1)；
从旧的接入点(BTS1)发送连接释放消息到新的接入点(BTS2)。
4.按照权利要求1或2的方法，其特征在于：
利用所述连接(13)作为从旧的接入点(BTS1)到新的接入点(BTS2)的路径延伸越区切换的一个延伸。
5.按照权利要求1、2、3或4的方法，其特征在于：电信网的以ATM为基础的网和分组是ATM信元。
6.一种以分组为基础有关连接的通信网，包括用于从旧的接入点(BTS1)转移未发送的分组到新的接入点(BTS2)的装置，在有效连接期间该装置安排终端到网络的接入点的改变，该装置包括：
用于在旧的接入点(BTS1)缓存接入点改变之前尚未发送到终端的分组的装置；
用于建立从旧的接入点(BTS1)到新的接入点的连接(13)的装置；
用于从旧的接入点(BTS1)通过所述连接(13)转移被缓存的分组到新的接入点(BTS2)的装置；
其特征在于所述建立连接的装置包括：
在控制接入点的改变的第三网络单元(10，20)中产生对于所述连接的建立所要求的信令的装置，
用于通过隧道传送所述信令到旧的接入点(BTS1)的装置；
用于从旧的接入点(BTS1)发送所述信令到新的接入点(BTS2)的装置。
7.按照权利要求6的网络，其特征在于所述隧道装置包括：
在第三网络单元(10、20)中用于封装设置有实际目的地地址的信令消息到设置有旧的接入点(BTS1)的地址的分组中和用于发送被封装的信令消息到旧的接入点(BTS1)的装置；
用于在旧的接入点(BTS1)去封装该信令消息和用于恢复在实际目的地地址的基础上进行发送的原来信令消息的装置。
8.按照权利要求6或7的网络，其特征在于该装置还包括：
用于当所述被缓存的分组已经被从旧的接入点(BTS1)转移到新的接入点(BTS2)后，在第三网络单元(10、20)中产生连接释放消息的装置；
用于通过隧道传送连接释放消息到旧的接入点和用于从旧的接入点(BTS1)发送连接释放消息到新的接入点(BTS2)的装置。
9.按照权利要求6或7的网络，其特征在于所述连接是从旧的接入点(BTS1)到新的接入点(BTS2)的路径延伸越区切换的一个延伸。
10.按照权利要求6、7、8或9的网络，其特征在于电信网的以ATM为基础的网和分组是ATM信元。
11.按照权利要求10的网络，其特征在于电信网是包括各移动站和至少一个各基站连接上的ATM交换机的无线ATM网；和在于所述第三网络单元是ATM交换机和各接入点是各基站。
12.按照权利要求10的网络，其特征在于电信网是包括各移动站(MS)、各基站(BTS)、至少一个移动通信网控制单元的移动通信网和互连所述移动通信网的控制单元和各基站的ATM传输网，和在于所述第三网络单元是所述移动通信网的控制单元和/或ATM传输网的ATM交换机和各接入点是各基站。
13.一种在基于分组数据有关连接的电信网中，在有效连接期间，用于通过从旧的接入点到新的接入点处理终端的越区切换方法，该方法包括以下步骤：
建立终端与新的接入点(BTS2)之间的连接；
在旧的接入点(BTS1)缓存各分组，这些分组是该旧的接入点在接入点改变之前尚未发送到终端的；
择径从旧的接入点(BTS1)到新的接入点(BTS2)的延伸；
从旧的接入点通过所述延伸(22)转移被缓存的分组到新的接入点(BTS2)，其特征在于所述择径步骤包括以下步骤：
在用于控制接入点的改变的第三网络单元(10、20)产生择径所要求的信令；
通过隧道传送所述信令到旧的接入点(BTS1)；
从旧的接入点发送所述信令到新的接入点(BTS2)。
14.按照权利要求13的方法，其特征在于建隧道包括以下步骤：
在第三网络单元(10、20)中封装设置于实际目的地地址的信令消息到设置有旧的接入点地址的分组中；
发送封装的信令消息到旧的接入点(BTS1)；
在旧的接入点(BTS1)中去封装该信令消息；
在实际目的地地址的基础上发送信令消息。
15.按照权利要求13或14的方法，其特征在于该通信网是以ATM为基础的网和分组是ATM信元。
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