CN1659535B - 用于支持在wlan与移动通信网络之间互配的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种支持无线局域网(WLAN)与移动通信网络(20)之间互配的方法。所述互配借助于安装在所述互配的WLAN一侧的互配功能(IWF)。所述方法包含以下步骤：通过将所述IWF(105)用作对于所述移动通信网络的辅助无线网络控制器，具体地讲用作UMTSRNC(130)中的漂移无线网络控制器(DRNC)，将所述WLAN(110)连接到所述移动通信网络。

Description

用于支持在WLAN与移动通信网络之间互配的装置和方法
技术领域
一般地，本发明涉及网络，具体地讲，涉及一种利用互配功能(IWF)，作为用于在无线局域网WLAN与移动通信网络之间互配中混合耦合的逻辑无线网络控制器(RNC)。
背景技术
在无线局域网(WLAN)覆盖区域与诸如通用移动通信系统(UMTS)等移动通信网络技术之间的互配中可以采用许多不同的体系结构。众所公知，WLAN提供了比诸如UMTS等蜂窝式电话网络高得多的访问数据速度，但是提供了非常有限的覆盖面积(一般从无线发射器100米范围内)，而UMTS提供广阔的覆盖区域(范围有几百公里)。可以在WLAN热点(hotspot)与诸如UMTS等移动通信网络之间提供互配，以允许用户根据用户的地点或者利用WLAN或移动通信网络之一，或者利用两者。当用户在WLAN与移动通信网络的覆盖区域之间移动或者穿过该覆盖区域时，WLAN与移动通信网络之间的互配可以为用户提供漫游功能，从而有效地利用接入网络的能力。然而，一般的情况是：在此类互配中，用户与控制平面不分离，并且因此UMTS的服务质量(QOS)协商、可移动性、身份验证-授权-计帐(AAA)程序没有被再用，从而导致昂贵的UMTS无线资源忙于实现这些功能。
相应地，希望具有以下WLAN-UMTS互配，并且这是非常有利的：该互配有助于分离用户与控制平面，从而信令可以穿过UMTS网络，但是数据使用WLAN无线资源。此类互配将具有以下优点：UMTS的服务质量(QOS)协商、可移动性、身份验证-授权-计帐(从A)程序被再用，同时释放了昂贵的UMTS无线资源。
发明内容
本发明解决了上述问题，以及与现有技术的其他相关问题，该发明针对利用互配功能(IWF)，作为用于在无线局域网WLAN与通用移动通信系统(UMTS)之间互配中混合耦合的逻辑无线网络控制器(RNC)。
根据本发明的示范性实施方式，提供了一种支持无线局域网(WLAN)与通用移动通信系统(UMTS)之间互配的方法。所述互配借助于安装在所述互配的WLAN一侧的互配功能(IWF)。所述方法包含以下步骤：通过将所述IWF用作所述通用移动通信系统(UMTS)的漂移无线网络控制器(DRNC)，将所述WLAN连接到所述通用移动通信系统(UMTS)。
根据本发明的另一方面，提供了一种支持无线局域网(WLAN)与通用移动通信系统(UMTS)之间互配的装置，所述互配借助于安装在所述互配的WLAN一侧的互配功能(IWF)。所述装置包含：用于通过将所述IWF用作所述通用移动通信系统(UMTS)的漂移无线网络控制器(DRNC)，将所述WLAN连接到所述通用移动通信系统(UMTS)。
随着以下参照附图的对优选实施方式的详细描述，本发明的这些与其他方面、特征以及优点将变得显而易见。
附图说明
图1为根据本发明示范性实施方式的、可以使用本发明的通信结构100的方框图；
图2为显示根据本发明示范性实施方式的、在将用户设备(UE)从通用移动通信系统(UMTS)移动到无线局域网(WLAN)数据面时所涉及的步骤的图；
图3为显示根据本发明示范性实施方式，就用户平面而言，从用户设备(UE)到通用移动通信系统(UMTS)无线网络控制器(RNC)的协议栈的图；以及
图4为显示根据本发明示范性实施方式，就控制平面而言，从WLAN接入点(AP)-互配功能(IWF)一侧到通用移动通信系统(UMTS)无线网络控制器(RNC)的协议栈的图。
具体实施方式
本发明针对利用互配功能(IWF)作为用于在无线局域网WLAN与移动通信网络之间互配中混合耦合的逻辑无线网络控制器(RNC)。在根据本发明的优选实施方式中，所述耦合在WLAN与第三代(3G)通用移动通信系统(UMTS)之间。然而，应该理解本发明不限于UMTS(相对于耦合至WLAN的移动通信网络)，并且因此在保持本发明的精神与范围的前提下，也可以在与WLAN耦合中使用任意其他类型的移动通信网络。所述其他类型的移动通信网络的许多类型中，某些类型包含那些利用码分多址(CDMA)2000、通用分组无线服务(GPRS)等等的类型。
对于涉及WLAN与UMTS之间耦合的本发明的优选实施方式，本发明允许UMTS的高频谱费用与低数据速度由WLAN的不用许可的频带、高数据速度但是小覆盖区域补充。实质上，本发明利用用户平面接口，以通过接口Iur将WLAN连接到UMTS网络，并且利用UMTS网络以承载信令或者控制平面。
应该理解本发明可以硬件、软件、固件、专用处理器、或者这些的组合的各种形式实现。优选地，将本发明实现为硬件与软件的组合。另外优选地，将所述软件实现为有形地包含在程序存储设备上的应用程序。该应用程序可以上传到包含任何适当的体系结构的机器，或者由该机器执行。优选地，该机器在具有诸如一或多个中央处理单元(CPU)、随机访问存储器(RAM)、以及(多个)输入/输出(I/O)接口等硬件的计算机平台上实现。该计算机平台还可以包含操作系统与微指令代码。此处描述的各种处理与功能可以是微指令代码的一部分或者通过操作系统执行的应用程序的一部分(或者其组合)。另外，可以将各种其他外围设备连接到该计算机平台，诸如附加的数据存储设备与打印设备。
应该理解，由于附图中示出的某些构成系统组件与方法步骤优选以软件实现，所以根据本发明的编程方式，系统组件(或者处理步骤)之间的实际连接可能不同。具有了此处的知识，本领域技术人员将能够想到本发明的这些以及类似实现。
图1为根据本发明示范性实施方式的、可以使用本发明的通信结构100的方框图。以下将参照图1描述根据本发明示范性实施方式的UMTS-WLAN互配，其利用互配功能(IWF)，作为用于UMTS的逻辑漂移无线网络控制器(DRNC)。该WLAN可以是但不限于根据电气电子工程师协会(IEEE)规格802.11或者欧洲电信标准协会(ETSI)高性能无线局域网络类型2(HIPERLAN2)的WLAN。
该通信结构包含：作为逻辑无线网络控制器(RNC)的互配功能(IWF)(因此标号105可以互换地表示IWF与逻辑RNC，这是因为对于本发明的目的，IWF与逻辑RNC是同一个)，WLAN接入点(AP)110，用户设备(UE)120，UMTS节点B 125，UMTS RNC 130，服务通用分组无线服务(GPRS)支持节点(SGSN)135，网关通用分组无线服务(GPRS)支持节点(GGSN)140，因特网145，归属位置寄存器(HLR)150，移动交换中心(MSC)155，以及公共交换电话网络(PSTN)160。
UMTS节点B 125包含用于与UE120通过空中接口通信的收发器。UMTS节点B 125执行用来提供UE 120与UMTS RNC 130之间通信的各种前端功能。UMTS RNC 130进行无线接口的管理并且与SGSN 135接口。SGSN 135提供UTRAN165与分组交换网络之间的接口，并且在分组交换部分执行与MSC 155类似的功能。SGSN 135执行移动管理和会话管理支持。该通信结构100可以包含耦合至SGSN 135的多个UTRAN 165。GGSN 140将公共陆地移动网络(PLMN)互连到任何其他分组数据网络(PDN)，例如因特网。GGSN 140可以被看作为执行诸如地址映射与包封装等功能的IP路由器。一般对于PLMN有一个GGSN140。MSC 155转发电路交换网络中呼叫，并且连接到PSTN 160。HLR 150为管理用户相关数据的数据库。其包含诸如用户所享有的服务、以及用户当前注册的区域地点等信息。可以使用用户的唯一国际移动用户标识(IMSI)或者移动站国际ISDN号码(MSISDN)来检索用户信息。
UE 120与UMTS地面无线接入网络(UTRAN)165通信，后者包含节点B125与RNC 130。UTRAN 165进而连接到核心网络(CN)170，CN 170包含SGSN 135(基于分组的服务)、MSC(基于电路的服务)155、以及GGSN 140(到另一公共陆地移动网络(PLMN)的网关)。UMTS网络可以包含耦合至CN 170的多个UTRAN 165。接口Iu将UTRAN 165连接到CN 170。
在UTRAN 165内，相应于无线网络子系统的RNC通过接口Iur175连接在一起。接口Iu与Iur为逻辑接口。接口Iur175可以通过RNC(105与130)之间的直接物理连接或者使用任何适当传输的虚拟网络传递。对于用户设备(UE)120与UTRAN 165之间的每个连接，一个RNC为负责其小区组资源的服务RNC(SRNC)。当需要时，漂移RNC(DRNC)通过提供无线资源来支持SRNC，如以下图2所示。RNC(服务或漂移)的作用基于在UE与UTRAN165之间的每个连接。
多个接入点(AP)(例如WLAN AP 110)向回连接到互配功能(IWF)105，IWF 105进而连接到UMTS。互配功能105可以在耦合至接入点的分离硬件内实现，或者作为接入点的一部分实现，并且包含实现所希望的功能所需的各种软件模块以及硬件。如图1所示，根据本发明，IWF 105实现自身105与RNC 130之间的Iur用户平面接口，并且作为对于UMTS网络的DRNC(漂移RNC)。
此处所采用的耦合称为“混合耦合”，这是因为欧洲电信标准协会(ETSI)的紧与松耦合的定义没有描述本发明所采用的耦合，在本发明中，在UMTS与WLAN之间分割信令与用户平面。信令与用户平面的分割有助于保持WLAN网关(即IWF)简单，因为WLAN网关只需要承载用户平面，同时复杂的控制平面再用UMTS。对于分组交换(PS)服务，数据面占用了大部分无线资源。通过将数据部分转向到热点内的WLAN，可以节省可观的无线资源，并且这些资源现在可以用于其他用户与其他服务，同时UE保持与CN170的连接。
图2为显示根据本发明示范性实施方式的、在将用户设备(UE)从通用移动通信系统(UMTS)移动到无线局域网(WLAN)数据面时所涉及的步骤的图.图2中所示的步骤相应于UE、UMTS服务无线网络控制器(SRNC)、以及用作漂移RNC(DRNC)的WLAN互配功能(IWF)之间的信令.在图2的例子以及以下例子中，UE、SRNC、以及WLAN IWF以后分别由图1中所示的UE 120、RNC 130、以及IWF 105表示。
在识别与节点B连接的UE 120，进而其靠近WLAN覆盖区域时，UTRAN 165请求UE 120获得有关WLAN的性能测度(例如误比特率(BER))，并且将相应于该性能测度的测度报告提交给UTRAN 165(步骤205)。相应地，有关WLAN的性能测度由UE 120获得，并且该测度报告被从UE 120转发给UTRAN 165(步骤207)。如果性能测度大于预定门限，则SRNC 130可以将WLAN IWF 105用作DRNC，如图1以及以下的步骤215至245所示。UE 120将处理该新无线(WLAN)链路，但是保持驻留(CAMP)在属于SRNC 130的小区中。
如果将在由不同于SRNC 130的RNC(未显示)控制的节点B(未显示)中建立无线链路，则从SRNC 130向DRNC(即IWF)105发送建立无线链路的请求(步骤215)。即，SRNC 130通过RADIO LINK SETUP(无线链路设立)请求来请求DRNC(IWF)105建立无线链路。通过使用RNSAP消息进行该请求。该RNSAP消息包含QoS参数以及待使用的专用/公共传输信道的类型。
根据QoS参数，IWF 105可以基于UMTS QoS类型以及WLAN QoS参数(如果WLAN支持QoS的话)之间的映射以及WLAN物理层与媒体接入控制(MAC)层参数向所请求的服务分配服务类型(步骤220)。
一般地，呼叫许可控制(CAC)总是在SRNC 130中进行。然而，如果要使用Iur(此后为图1所示的Iur175)(如同在该例子中一样)，则CAC在DRNC，即IWF 105内进行(步骤225)，并且资源分配也在DRNC，即IWF 105内进行(步骤228)。IWF 105可以根据预先确立的标准(其可以为静态的和/或动态的)进行CAC以及分配资源。所述标准可以包含但不限于以下：由IWF 105分配的服务类型以及由SRNC 130请求的专用/公共传输信道的类型；UE 120要连接到的AP 110中可用的WLAN资源。另外，当来自SRNC的RADIO LINKSETUP命令到来时，在IWF 105内无线链路的分配与强占可以遵循以下使用分配/保持优先级QoS属性的程序。
根据CAC的结果，向SRNC 130回送确认(230步骤)。使用RNSAP消息来发送该确认。相应地在WLAN AP110中配置层1(L1)与MAC层(步骤235)。
通过Iur175，SRNC 130建立传输承载(transport bearer)(使用例如接入链路控制应用程序协议(ALCAP))(步骤240)。然后，SRNC 130向UE 120发送ACTIVE SET UPDATE(有效设置更新)消息，以便以信号表示新的有效无线链路已经指定了数据与控制路径(步骤245)。数据路径为UE 120<->IWF105<->RNC<->SGSN 135<->GGSN 140，并且控制路径为UE 120<->节点B125<->RNC 130<->SGSN 135<->GGSN 140(如在UMTS中)如图1所示。当在UMTS数据信道上再也看不到数据活动时，如果存在的话应该释放传输承载(步骤250)。
图3为显示根据本发明示范性实施方式，就用户平面而言，从用户设备(UE)到通用移动通信系统(UMTS)无线网络控制器(RNC)的协议栈的图。
UE协议栈310包含：宽带码分多址(WCDMA)层部分310a、WLAN物理(PHY)层部分310b、MAC层部分310c、无线链路控制(RLC)层部分310d、分组数据会聚层部分(PDCP)310e、WLAN MAC/逻辑链路控制器(LLC)层部分310f、互连网协议(IP)层310g、发送控制协议(TCP)/用户数据报(UDP)层310h、以及应用程序层310i。
IWF(此处被用作DRNC)控制栈320包含：WLAN PHY层部分320a、ATM层部分320b、异步转移模式适配层2(AAL2)部分320c、UDP/IP层部分320d、MAC层部分320e、RLC层部分320f、PDCP层部分320g、以及WLAN MAC/LLC层部分320h。
RNC协议栈330包含：ATM层部分330a、AAL2部分330b、UDP/IP层部分330c、层1部分330d、层2部分330e、RLC层部分330f、IP层部分330g、MAC层部分330h、UDP层部分330i、通用分组无线服务包封装协议用户(GTP-U)部分330j、以及PDCP层部分330k。
图4为显示根据本发明示范性实施方式，就控制平面而言，从WLAN接入点(AP)-互配功能(IWF)一侧到通用移动通信系统(UMTS)无线网络控制器(RNC)的协议栈的图。在图4的示范性实施方式中，IWF与UMTS通过作为逻辑漂移无线网络控制器(DRNC)的Iur接口通信。
AP-IWF(逻辑RNC)协议栈410包含：WLAN PHY层部分410a、ATM层部分410b、异步转移模式适配层5(AAL5)部分410c、UDP/IP层部分410d、WLAN MAC/LLC层部分410e、简单发送控制协议(SCTP)层部分410f、MTP3用户适配层(M3UA)部分410g、信令连接控制部分(SCCP)层部分410h、IP层部分410i、无线网络子系统应用部分(RNSAP)层部分410j、发送控制协议层410k、以及信令应用程序层4101。
RNC协议栈420包含：第一ATM层部分420a、第二ATM层部分420b、第一AAL5部分420c、第二AAL5部分420d、第一UDP/IP层部分420e、第二UDP/IP层部分420f、第一SCTP层部分420g、第二SCTP层部分420h、第一M3UA部分420i、第二M3UA部分420j、第一SCCP层部分420k、第二SCCP层部分4201、第一RNSAP层部分420m、以及第二RNSAP层部分420n。
以下将描述本发明许多优点中的以下优点。一个此类优点为：再用了UMTS的QOS协商、可移动性、以及AAA程序；这有助于将WLAN网关(IWF)保持简单，因为IWF只承载用户平面，同时复杂的控制平面再用UMTS系统。对于PS服务，数据面占用了大部分无线资源。因此通过将数据部分转向到热点内的WLAN，可以节省可观的昂贵的UMTS无线资源，并且/或者这些资源现在可以用于其他用户和/或其他服务，同时UE保持与CN的连接。另一个优点为：只要Iur对于每个运营商都可用，本发明就允许所有无线运营商共享热点内的WLAN。另一个优点为：UMTS运营商可以使用现有的WLAN部署，而不用在热点内部署其自己的WLAN。另一个优点为：UMTS运营商提供一个连接点(GGSN)，而给予至UMTS与WLAN网络两者的接入。本发明的另一个优点为：可扩展性，这是因为RNC可以连接有多达7个DRNC。另外，本发明的另一个优点为：对于互配，不需要对现有的UMTS网络节点进行任何修改。
虽然此处参照附图描述了示范性实施方式，但是应该理解本发明不限于这些精确的实施方式，并且在不脱离本发明的精神或范围的前提下，本领域技术人员可以进行各种修改与变化。所有这些修改与变化都包含在权利要求所限定的本发明的范围之内。

Claims (23)

1.一种支持无线局域网与通用移动通信系统UMTS之间互配结构的方法，所述通用移动通信系统UMTS包含具有耦合至无线网络控制器的收发器的无线接入网络，所述无线网络控制器耦合至核心网络，所述方法包含以下步骤：
提供安装在所述互配结构的无线局域网一侧的互配功能部件；以及
通过在所述通用移动通信系统UMTS与无线局域网之间拆分控制平面、在所述通用移动通信系统UMTS与无线局域网之间拆分用户平面、并且将所述互配功能部件用作与所述通用移动通信系统UMTS相关联的辅助无线网络控制器，将所述无线局域网连接到所述通用移动通信系统UMTS。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述互配功能部件被用作漂移无线网络控制器。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述连接步骤通过用户平面接口Iur将所述无线局域网连接到所述通用移动通信系统UMTS。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述通用移动通信系统UMTS具有服务无线网络控制器，并且所述用户平面接口Iur安装在所述互配功能部件与服务无线网络控制器之间。
5.如权利要求4所述的方法，其中所述连接步骤包含：建立所述互配功能部件与服务无线网络控制器之间的所述用户平面接口Iur的步骤。
6.如权利要求5所述的方法，还包含以下步骤：通过所述用户平面接口Iur，将来自所述服务无线网络控制器的数据转向所述无线局域网。
7.如权利要求4所述的方法，其中所述连接步骤包含以下步骤：从所述服务无线网络控制器向所述互配功能部件发送无线链路建立请求。
8.如权利要求7所述的方法，其中通过使用包含服务质量参数与专用/公共传输信道类型中至少一个的无线网络子系统应用部分消息，执行所述发送步骤。
9.如权利要求4所述的方法，还包含以下步骤：通过所述互配功能部件，执行呼叫许可控制。
10.如权利要求9所述的方法，其中根据由所述互配功能部件分配的服务的类型、由所述服务无线网络控制器所请求专用/公共传输信道的类型、以及在用户设备连接的接入点内可用的无线局域网资源中的至少一个，执行所述执行步骤。
11.如权利要求4所述的方法，其中所述通用移动通信系统UMTS还包含服务通用分组无线服务支持节点、网关通用分组无线服务支持节点、以及节点B，并且所述方法还包含以下步骤：
形成从用户设备至所述互配功能部件至所述服务无线网络控制器至所述服务通用分组无线服务支持节点至所述网关通用分组无线服务支持节点的数据路径；以及
形成从所述用户设备至所述节点B至所述服务无线网络控制器至所述服务通用分组无线服务支持节点至所述网关通用分组无线服务支持节点的控制路径。
12.如权利要求2所述的方法，还包含以下步骤：当在通用移动通信系统UMTS的数据信道上停止活动时，释放所述通用移动通信系统UMTS的数据承载。
13.一种支持无线局域网与通用移动通信系统UMTS之间互配结构的装置，所述互配结构借助于安装在所述互配结构的无线局域网一侧中的互配功能部件，所述装置包含：
用于将所述无线局域网连接到所述通用移动通信系统UMTS的部件；
用于在所述通用移动通信系统UMTS与无线局域网之间拆分控制平面的部件；
用于在所述通用移动通信系统UMTS与无线局域网之间拆分用户平面的部件；以及
用于将所述互配功能部件用作所述通用移动通信系统UMTS的漂移无线网络控制器的部件。
14.如权利要求13所述的装置，其中所述用于连接的部件通过用户平面接口Iur将所述无线局域网连接到所述通用移动通信系统UMTS。
15.如权利要求14所述的装置，其中所述通用移动通信系统UMTS具有服务无线网络控制器，并且所述用户平面接口Iur安装在所述互配功能部件与服务无线网络控制器之间。
16.如权利要求15所述的装置，其中所述用于连接的部件包含用于建立所述互配功能部件与服务无线网络控制器之间的所述用户平面接口Iur的部件。
17.如权利要求16所述的装置，还包含用于通过所述用户平面接口Iur，将来自所述服务无线网络控制器的数据转向所述无线局域网的部件。
18.如权利要求15所述的装置，其中所述用于连接的部件包含用于从所述服务无线网络控制器向所述互配功能部件发送无线链路建立请求的部件。
19.如权利要求18所述的装置，其中所述用于发送的部件使用包含服务质量参数与专用/公共传输信道类型中至少一个的无线网络子系统应用部分消息。
20.如权利要求15所述的装置，还包含用于通过所述互配功能部件执行呼叫许可控制的部件。
21.如权利要求20所述的装置，其中所述用于执行呼叫许可控制的部件利用由所述互配功能部件分配的服务的类型、由所述服务无线网络控制器所请求专用/公共传输信道的类型、以及在用户设备连接的接入点内可用的无线局域网资源中的至少一个。
22.如权利要求15所述的装置，所述通用移动通信系统UMTS还包含服务通用分组无线服务支持节点、网关通用分组无线服务支持节点、以及节点B，并且所述装置还包含：
用于形成从用户设备至所述互配功能部件至所述服务无线网络控制器至所述服务通用分组无线服务支持节点至所述网关通用分组无线服务支持节点的数据路径的部件；以及
用于形成从所述用户设备至所述节点B至所述服务无线网络控制器至所述服务通用分组无线服务支持节点至所述网关通用分组无线服务支持节点的控制路径的部件。
23.如权利要求13所述的装置，还包含用于当在通用移动通信系统UMTS的数据信道上停止活动时，释放所述通用移动通信系统UMTS的数据承载的部件。
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