CN1299483C - 混合umts/wlan电信系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种接口单元，包括：用于通过第一通信协议建立到无线网络子系统的无线网络控制器(100；200；300)的连接的第一部件；用于通过第二通信协议建立到无线局域网的至少一个接入点(110；214；324)的连接的第二部件；用于将第二通信协议转换为第一通信协议和用于将第一通信协议转换为第二通信协议的第三部件；用于向无线网络控制器提供表示至少一个接入点的负载状态的数据的第四部件。

Description

混合UMTS/WLAN电信系统
技术领域
本发明涉及电信系统领域，并且特别涉及但并不限于混合UMTS/WLAN类型系统。
背景技术
现在，无缝的访问现代办公工具对于移动商务专业人士是最有价值的资产之一。可以经过互联网(IP)骨干网远程地访问大部分公司信息系统和数据库，但典型办公应用比如大电子邮件附件下载的高带宽需求常常超过了蜂窝网络的传输容量。移动专业人士正在寻求能够覆盖密集数据应用的需求并能够顺利在线访问公司数据服务的公共无线访问解决方案。
设计了诸如IEEE 802.11和蓝牙(BT)的无线标准以使得移动设备比如移动电话、膝上型电脑和个人数字助理(PDA)等相互通信以及与有线局域网(LAN)通信。
这样的移动设备能够在无线LAN(WLAN)之间移动，一些移动设备能够在不同类型的无线网络(比如WLAN和蜂窝移动电信网络)之间漫游。这样的转移典型地需要利用新的WALN建立新的连接用于移动设备进行转移。
这些技术提供一种用于不同设备的通用附件方式，因此使得移动电话、膝上型电脑和PDA在办公室和公共场合中轻易地与网络连接。IEEE 802.11(电子电器工程师协会)和ETSI(欧洲电信标准协会)HIPERLAN/2规定了无线连接功能，并可用于支持WLAN(无线LAN)通信。参见IEEE 802.11“Wireless LAN Medium Access Control(MAC)and Physical Layer Specifications”，其所有教导在此作为参考。也可参见HIPERLAN/2的ETSI说明书，比如ETSI文件序号TR 101683，“Broadband Radio Access Networks(BRAN)；HIPERLAN类型2；系统概要”，其所有教导在此作为参考。
IEEE 802.11无线LAN标准注重于相同子网上的接入点。如果移动设备决定将自己相关于相同子网上的新接入点，那么它使用IEEE802.11说明内定义的一系列相关和去相关命令，以通知它从旧的接入点移动到新的接入点。如果移动设备转移到新的子网，在移动设备和具有新加密链路的新接入点之间典型地建立新的安全(WEP)对话。
一些移动设备也具有在不同类型的无线通信网络之间移动的性能，比如在WLAN网络(如上所述的蓝牙或IEEE 802.11)和诸如基于移动电话通信协议(比如CMTS或蜂窝移动电话系统、GSM或全球移动通信系统、PCS或个人通信服务、或UMTS或通用移动电信系统)的移动电信网络之间。比如，移动设备(比如膝上型电脑或PDA)包括允许移动设备与两种(或更多)不同类型无线网络通信的通信接口(比如通信硬件和软件)。典型地，当移动设备移动接入不同类型的无线网络时，与当前无线网络的当前通信对话终止，移动设备建立与新接入的无线网络通信的新的对话(新的通信)。
为了真正地有效，移动用户必须能够自由地从一个位置到另一个位置移动他们的移动设备。比如，用户必须能够移动他们的移动设备从办公室到他们自己的会议室、机场休息室、他们客户的会议室，并同时保持对相同资源集合的访问而无需在每个位置重新手动注册。无论在哪，他们也应该能够发送和接收消息和话音呼叫。诸如路由器、WLAN网关和安全服务器的连接服务器应该能够处理从接入点到接入点、从公共网络到专用网络或从一个无线网络系统到不同类型的无线网络系统移动它的连接到网络的移动设备。
美国专利申请20020136226说明了一种用于使得移动设备在无线网络中无缝漫游的系统。一种网关管理移动设备在异质网络系统中的漫游。该网关从另一异质网络系统获取访问标识符，因此移动设备能够漫游到其他异质网络系统并同时保持它与用于该移动设备的本地网关的连接。
WLAN和公共陆地移动网络(PLMN)系统的连接可以不同的方式实现。3GPP定义了互通的依次升级的六级连接(参见：3GPP(TSGSA)TS 22.934 V.1.0.0：“Feasibility study on 3GPP system to Wireless LocalArea(WLAN)interworking”，March 2002)。
情形从松散连接(级别2和3，加之通用的鉴定、授权和清算(AAA)服务)上的开放连接(级别1，基本包括仅仅具有通用计费的两种单独的接入系统)到严格(级别4和5)和非常严格连接(级别5和6)。当前一些试验领域正在实现和测试开放和松散方式(比如e.g.，J.Ala-Laurila，J.Mikkonen，J.Rinnemaa：″Wireless LAN AccessNetwork Architectures for Mobile Operators，″IEEE Commun.Mag.，Nov.2001，pp.82-89)。
另外已经建议了严格连接的方式(http://www.netant.no/Presentasjon％20UMTS％20forum％2030％20okt％202001.pdf)。在这种方式中，通过互通单元(IWU)，WLAN的接入点直接连接到核心网络的SGSN。目前为止尚未有关于非常严格连接方式的现有技术。
因此本发明的目的是提供一种使得3GPP/UMTS和WLAN类型系统的非常严格连接的改善的接口单元/互通单元。本发明还旨在提供相应的混合电信系统和电信方法。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种接口单元，包括：用于通过第一通信协议建立到无线网络子系统的无线网络控制器的连接的第一部件；用于通过第二通信协议建立到无线局域网的多个接入点的连接的第二部件，每个接入点覆盖一个物理小区，多个相邻的物理小区构成一个逻辑小区；用于将第二通信协议转换为第一通信协议和用于将第一通信协议转换为第二通信协议的第三部件；用于向无线网络控制器提供表示逻辑小区的全部负载状态的数据的第四部件，全部负载状态表示了逻辑小区内的接入点的所有负载，作为该逻辑小区内所有物理小区的完整性能的一部分。
基于上述接口单元，本发明提供了一种电信系统，包括：用于连接到核心网络和用于连接到一个或更多节点B的无线网络控制器，具有多个接入点的无线局域网，以及上述接口单元。
根据本发明，接口或互通单元(IWU)连接到3GPP/UMTS类型系统的无线网络控制器(RNC)。这样的系统在3GPP(TSG RAN)，TS25.401 V3.8.0：″UTRAN Overall Description(Release 99)″，Sept.2001有所中说明，这里并入其全部作为参考。
无线网络控制器(RNC)是无线网络子系统(RNS)中的逻辑节点，负责控制无线资源的使用和完整。RNC的目的在于连接一个或更多节点B。节点B是RNS中的逻辑节点，负责在一个或更多小区中到用户设备的传输/从用户设备的接收。
根据本发明，IWU连接到RNC而不是节点B。从RNC的角度看，IWU模仿节点B的功能。从WLAN的角度看，IWU连接到一个或更多接入点(AP)。IWU转换节点B和RNC之间用于通信的和AP之间使用的通信协议，从而将WLAN连接到3GPP/UMTS电信系统。为了无线网络控制功能，IWU收集描述WLAN接入点的负载状况的数据。该负载状况从IWU报告到RNC。
根据本发明的优选实施方式，IWU将用户数据和控制数据经过ATM或IP的传输转换成经过以太网的传输，或者相反。比如，IWU通过短距离以太网总线连接到WLAN的多个AP。在另一方面，IWU经过长距离ATM连接连接到RNC。
根据本发明的另一优选实施方式，由AP构成的WLAN内的物理小区被分组成逻辑小区，其中每个逻辑小区可包括多个物理小区。
优选地，IWU处理逻辑小区内本地的AP负载平衡而无需涉及RNC。这时，IWU仅仅报告表示关于逻辑小区而不是关于单个物理小区的负载状况的数据。根据本发明的另一优选实施方式，RNC处理WLAN的逻辑小区之间而不是逻辑小区内物理小区之间的切换控制。这类似于3GPP/UMTS网络的小区之间的切换处理。
附图说明
通过参考附图，更详细地说明本发明的如下优选实施方式，附图中：
图1是本发明的混合电信系统的优选实施方式的框图，
图2是本发明的混合电信系统的更为详细的第二实施方式的框图，
图3是用于非常严格连接的用户界面协议堆栈的示意图，
图4是用于非常严格连接的控制界面协议堆栈的示意图，
图5是本发明的混合电信系统的另一优选实施方式的框图。
具体实施方式
图1表示混合电信系统的框图。一个或更多RNC100连接到核心网络102。
多个节点B 104连接到RNC100。每个节点B 104提供一个或更多小区106。这样就提供了3GPP/UMTS类型电信系统。
另外，接口或互通单元(IWU)108连接到RNC100。从RNC100的角度看，IWU108模拟节点B。另外，IWU108连接到无线局域网(WLAN)的接入点(AP)。优选地，WLAN是ETSI中说明的HIPERLAN类型2；数据链路控制(DLC)层；部分2：无线链路控制(RLC)子层；TS 101 761-2V1.3.1(2002-01)，这里通过参考而并入其全部，或IEEE 802.11WLAN系统。
IWU108从接入点110收集负载信息，并向RNC100提供负载信息。这使得RNC100以与3GPP/UMTS电信系统的小区106相同或相似的方式，提供关于WLAN的无线网络控制功能。
图2说明了优选实施方式的更详细的框图。在该实施方式中，RNC200连接到核心网络202以及一个或更多节点B 204。RNC200还连接到一个或更多IWU208。RNC200和节点B 204之间的链路是长距离连接，比如ATM或IP链路。类似地，RNC200和IWU208之间的连接与ATM或IP长距离类型相同。
IWU208通过总线212连接到WLAN的AP210。优选地，总线212是以太网总线。每个AP210与一个或更多无线终端(WT)214通信。
为了将WLAN连接到3GPP/UMTS电信系统，IWU208在ATM和以太网传输层之间具有转换器功能。这样，IWU208能够与AP210和RNC200通信。通过将从WLAN协议堆栈(比如经过以太网传输)到/来自AP210的消息转换成从UMTS协议堆栈(比如经过ATM或IP传输)到/来自RNC的消息，IWU208模仿节点B204到RNC200。
为了能在WT214的UMTS到WLAN或WLAN到UMTS转换的情况下进行无缝切换，所有WLAN数据和控制信息应该映射到UMTS逻辑信道。需要的协议堆栈可以是基于WLAN网络提供的使用IP层传输UMTS MAC-d和MAC-c/sh PDU的方式。基于该方式，提供传输IP流量可能的每个WLAN系统可用于该非常严格连接方式。
在图3中通过示例描绘了用于双模式UMTS/WLAN WT情形的用户界面协议堆栈。关于单个UMTS协议实体的细节可参考3GPP(TSG RAN)，TS 25.401 V3.8.0：″UTRAN Overall Description(Release 99)″，Sept.2001。在UDP层之上应用的是通常的UMTS堆栈，即体系结构是完全透明的，并不影响终端和CN之间的IP隧道机制(PDCP，GTP-U)。
对于配备有WLAN和UMTS空中接口的双模式终端，MAC-d层下面的协议堆栈在图3和图4中示出。WLAN空中接口作为UMTS空中接口的等价替代使用。两种类型的选择在描述的选择实体内进行，而选择实体的控制是由UMTS RRC和/或UMTS MM完成。也可能是仅仅配备WLAN空中接口的WT；这时，选择实体和UMTS空中接口下面的特定层可以省略。RNC和节点B之间的帧协议(FP)被撤销，它在UMTS中对于MAC PDU的复用是必需的。替代地，RNC和IWU之间的单独IP连接用于该功能。用于“智能IWU”方式的对应控制界面在图4中描述。
IWU和RNC之间负载报告的产生和分析在‘IWU控制’层内处理。NWAP协议(节点W应用部分，扩展的UMTS NBAP协议)可用作图4中所示的传输功能。负载报告代表整个“WLAN-UMTS无线小区”的所有负载，但也有这样的可能，‘WLAN-UMTS无线小区’内的流量并非均匀地分布，比如大量的WLAN WT经过一个AP通信，而其他AP仅仅服务少数几个WT。这时，IWU不得不通过‘WLAN-UMTS无线小区’内的强制切换分布负载。
该功能包括在WLAN RRC层中。IWU也支持UMTS和WLAN系统的辅助切换策略的处理：在UMTS内，由RNC控制对于DCH中传输的所有CS和PS服务的切换。比较而言，WLAN终端中的切换决策算法完全独立于WLAN AP，即不涉及AP，WLAN终端接触选择的新AP，而不控制WLAN网络。为了解决该情况，作为优选实施方式建议如下概念：
该RNC对于“WLAN-UMTS无线小区”内的切换控制不进行任何控制，即平行切换。
如果WLAN终端从一个“UMTS-WLAN无线小区”移动到另一个由相同或另一IWU控制的小区，就会涉及该RNC。
每个垂直的切换由RNC控制，即RNC通知IWU将有双模式终端离开或进入该“UMTS-WLAN无线小区”。
图5示出另一优选实施方式的框图。图5的电信系统具有一个或更多RNC300连接的核心网络302。RNC300具有通用无线资源管理(CRRM)312，UMTS切换控制314和WLAN切换控制316。注意的是WLAN切换控制316对于RNC300，特别是对于不允许由无线终端(WT)发起切换的WLAN，是可选的部件。
RNC300至少连接到具有WLAN切换控制318的互通单元(IWU)308。IWU308还连接到RNC300以及一个或多个节点B。
WLAN具有多个AP310。每个AP310通过总线连接，比如以太网总线连接，连接到IWU308。每个AP310覆盖定义了物理小区320的边界的特定地理区域。多个相邻的物理小区320构成一个逻辑小区322。优选地，从RNC300角度看，逻辑小区322表现为间隔尺寸的最小水平。
通用无线资源管理(CRRM)312要求向RNC300提供来自每个逻辑小区322的负载报告。该报告基于两步骤方式而产生：
IWU308从每个AP310收集信息，总结这些单独的报告并传输结果到RNC300中的CRRM312。优选地，报告中包括如下信息：
拓扑/结构变化(比如从WLAN，AP310的“on the fly”安装或撤销)，对逻辑小区322之间的终端切换资源影响、无线状态的变化和可用资源的结果变化。为此，扩展的NBAP协议即NWAP协议用于传输该信息，而IWU308控制负责信息处理。
换而言之，IWU308从AP310收集关于每个单独AP310的负载状态的数据。基于该信息，IWU308确定每个逻辑小区322的全部负载状况。全部负载状况表达了小区322内AP310的所有负载，作为该逻辑小区322内所有物理小区320的完整性能的一部分。描述每个逻辑小区322的该全部负载状况的数据从互通单元(IWU)302提供到RNC300内的CRRM312，用于管理无线资源。
当从IWU308到CRRM312提供的全部负载报告描述了逻辑小区322内的所有负载时，有可能是逻辑小区322内的流量并非均匀地分布。比如，当逻辑小区322内WT324的大多数集中在逻辑小区322的物理小区320之一内，而相同逻辑小区322的其他物理小区320没有或几乎没有WT324时，就会发生这样的情况。
在这样的情形下，IWU308能通过它的WLAN切换控制318重分布逻辑小区322内的负载。通过发出适当的控制信号，发起逻辑小区322中密集拥挤的物理小区320内WT324的强制切换，从而缓解密集拥挤的物理小区320的容量。逻辑小区322内这样的强制切换在图5的上部逻辑小区322中说明。
注意的是逻辑小区322内这样的强制切换完全是在IWU308的级别上处理而不涉及RNC300。然而，如果使用的是不允许单独的WT324发起切换的WLAN，该切换控制也可以在RNC300的级别上处理，确切的是由WLAN切换控制316处理。
如果WT324从一个逻辑小区322移动到另一逻辑小区322，切换由RNC300而不是IWU308控制，与这种情形类似的是当用户设备(UE)从一个小区移动到另一小区时在UMTS网络中出现的切换。
简而言之，切换状态优选地进行如下处理：
WLAN的逻辑小区322和UMTS网络的小区之间的切换：这样的切换状态是由RNC300控制。通知IWU308有WT324离开或进入逻辑小区322。
WLAN的逻辑小区322之间的强制切换：这是由RNC300控制。
相同逻辑小区322内物理小区320之间的强制切换：这是由逻辑小区322内的AP310和/或由IWU308，特别是由WLAN切换控制318发起和控制。
基于WLAN原理的切换(由WT324发起)：WT324的新AP310应通知IWU308关于新的WT324。作为响应，IWU308应发送更新的负载报告到RNC300。
                          标号列表
100            无线网络控制器(RNC)
102            核心网络
104            节点B
106            小区
108            互通单元(IWU)
110            接入点(AP)
200            无线网络控制器(RNC)
202            核心网络
204            节点B
208            互通单元(IWU)
210            接入点(AP)
212            总线
214            无线终端(WT)
300            无线网络控制器(RNC)
302            核心网络
308            互通单元(IWU)
310            接入点(AP)
312            通用无线资源管理(CRRM)
314            UMTS切换控制
316            WLAN切换控制
318            WLAN切换控制
320            物理小区
322            逻辑小区
324            无线终端(WT)

Claims (9)

1.一种接口单元(108；208；308)，包括：
用于通过第一通信协议建立到无线网络子系统的无线网络控制器(100；200；300)的连接的第一部件；
用于通过第二通信协议建立到无线局域网的多个接入点(110；210；320)的连接的第二部件，每个接入点覆盖一个物理小区(320)，多个相邻的物理小区构成一个逻辑小区(322)；
用于将第二通信协议转换为第一通信协议和用于将第一通信协议转换为第二通信协议的第三部件；
用于向无线网络控制器提供表示逻辑小区(322)的全部负载状态的数据的第四部件，全部负载状态表达了逻辑小区内的接入点的所有负载，作为该逻辑小区内所有物理小区的完整性能的一部分。
2.根据权利要求1的接口单元，第一连接是长距离连接。
3.根据权利要求1的接口单元，第二连接是短距离连接。
4.根据权利要求1的接口单元，还包括用于平衡无线局域网的逻辑小区(322)内包括的接入点的负载的第五部件。
5.根据权利要求1的接口单元，还包括用于无线终端在无线局域网的逻辑小区(322)内包括的接入点(310)之间的切换控制的第六部件。
6.一种电信系统，包括：
用于连接到核心网络和用于连接到一个或更多节点B的无线网络控制器(100；200；300)，
具有多个接入点(310)的无线局域网，
根据权利要求1-4之任一的接口单元(108；208；308)。
7.一种电信系统，包括：
用于连接到核心网络和用于连接到一个或更多节点B的无线网络控制器(100；200；300)，
具有多个接入点(310)的无线局域网，
根据权利要求5的接口单元(108；208；308)。
8.根据权利要求7的电信系统，用于切换控制的部件包含在无线网络控制器(300)中。
9.一种电信方法，包括：
提供具有一个或更多无线网络控制器的3GPP/UMTS类型系统，
提供具有多个接入点的无线局域网类型系统，每个接入点覆盖一个物理小区(320)，多个相邻的物理小区构成一个逻辑小区(322)，
通过利用接口单元(108；208；308)把至少一个无线网络控制器和接入点互连，将无线局域网类型系统连接到3GPP UMTS类型系统，其中从接口单元向无线网络控制器提供表示逻辑小区(322)的全部负载状态的数据，全部负载状态表达了逻辑小区内的接入点的全部负载，作为该逻辑小区内所有物理小区的完整性能的一部分。
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