CN1820536B - 在蜂窝无线网络中登录无线模块的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种将无线模块(1)登录到蜂窝无线网络中的方法，其中，无线模块(1)在接通时自动登录到蜂窝无线网络中，其向无线网络发送登录消息，在无线网络中为该无线模块存储登录数据并在该无线模块(1)离开网络时删除该登录数据。在无线模块中响应自动复位信号而触发受控的自动复位，其中无线模块(1)暂时断开然后重新接通，或退出该无线网络然后重新登录。

Description

在蜂窝无线网络中登录无线模块的方法
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的上位概念的在蜂窝无线网络中登录无线模块的方法以及一种根据权利要求11的上位概念的相应的无线模块。
背景技术
无线模块越来越多地应用于M2M(机器-机器)应用中。典型的应用领域例如是无线控制和调节功能、控制和监测功能以及遥测任务。由于很好的网络可用性，这样的M2M无线模块主要支持蜂窝无线标准，如GSM或UMTS。
这样的无线网络的提供商非常重视其所构造的网络容量的有效负载，并因此而钟情于能产生高会话流量或数据流量的移动终端。与之相对的是，那些长时间未产生数据流量的移动终端不再被网络运营商所支持并被从网络中去除。
但被去除的M2M无线模块仅尚有非常有限的功能可用。尽管M2M无线模块由于其在这种情况下自动重新登录而尚能从本身启动数据交换，但其已不再能与外界对话因此也不再能接受命令。这使得M2M应用中无线模块的一个很大的优点变得毫无意义。
作为简单的备用方案，已被提供商去除的M2M无线模块可以手动地再登录。但这要求对无线模块的直接访问，而这与完全通过无线电来远程操作和维护的愿望背道而驰。
另一种持续保持M2M无线模块接入的可能性是，利用不超过提供商所能允许的最大登录时间的周期持续时间来周期地发送数据组。但这样的伪数据交换会造成不必要的费用。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题是，给出一种能以简单而价廉的方式保持无线模块可持续对话的解决方案。
本发明的技术问题是通过按照权利要求1的方法和权利要求11的无线模块解决的。该解决方案基于这样的原则，预计强制的无线网络退出并在此之前或自动地立即对退出进行响应。在此，无论哪种情况下都应避免强制退出或自动重新登入。这可以简单的方式通过利用在接通时已在运行的登录过程来实现。在此，随着自动断开和接通而利用已有的功能。还可以使重新登录过程与接通和断开无关地运行。
按照本发明的解决方案的优点在于，不再能将模块强制性地从网络中断开，省去了由于仅为停留在无线小区中而通过伪数据传输造成的不必要开销。由此可以简单的方式使M2M无线模块可随时对话并由此可无线遥控。
优选在无线模块从无线网络中退出时产生自动复位信号。由此按照本发明的方法恰好在正确的时刻对自动退出无线网络作出反应，并以简单的方式使其登录时间最大。
还可以当预定的时间间隔结束时马上在无线模块中产生自动复位信号。在这种情况下从一开始就已知在自动复位期间的哪些(短)时间段内无法从外界与该无线模块对话。由此还保证了在所提及的时间间隔以及已知的自动复位阶段过去之后无线模块在任何情况下都可对话。
优选无线模块在自动复位时在断开和重新接通之间等待一第二时间间隔。这在从一开始就已知无线模块不需一定的时间时是具有优点的。由此例如可以延长为相应设备供电的电池的寿命或者还可以降低无线模块的辐射。
在另一优选实施方式中，无线模块在自动复位后立即重新接通，由此使得无线模块不能对话的时间间隔最小。
优选第一和/或第二时间间隔尤其可通过无线指令来设置。由此使两个时间间隔根据无线模块的使用来匹配并与外部时间控制同步。由此使两个时间间隔就无线模块所需的活动时间、无线网络允许的最大登录时间以及电池充电的作用时间得到优化。
在另一优选实施方式中，确定最大登录时间和/或活动时间间隔，其中无线网络在该最大登记时间之后触发无线模块的退出，而无线模块在该活动时间间隔内应为活跃的，并由此特别是自适应地确定第一和/或第二时间间隔。因此在此这些参数(即无线模块的最大登录时间或活动间隔)不必是预先已知的，而是在运行时才确定。尤其是在对参数自适应匹配时可达到很好的优化。
优选当无线模块向无线网络发送数据时重新启动第一时间间隔。因此通过发送/接收数据已由无线网络提供商重新启动了最大允许登录时间。
优选在无线模块自动复位之前将该无线模块的易失性存储区域中的数据非易失地存储或存储到无线模块之外，并在接通/重新启动之后回写到易失性存储区域中。由此可以保持敏感的、昂贵的待分析的数据或出于其它原因而是重要的数据，并由此而使无线模块不会由于自动复位而丢失重要的信息也不会由此丢失功能。
在此蜂窝无线网络优选是GSM网络、GPRS网络、UMTS网络或EDGE网络；但在以下还包括WLAN。由于本发明的思想不依赖于哪一个无线标准，因此能够在所有重要的现行标准中实现可靠的M2M应用。
本发明方法的具有优点的特征也适用于按照本发明的无线模块，如在从属权利要求中所述的。
附图说明
以下借助实施例参考附图描述本发明及其其它优点和特征。图中示出：
图1示出按照本发明的无线模块的功能装置的设置；
图2示意性示出GSM网络；
图3示出GSM网络中登录过程的简化流程图；
图4示出按照本发明方法的触发受控自动复位的流程图；
图5示出从活动最大时间数据和登录最大时间数据中自适应地确定第一和第二时间间隔的流程图；
图6示意性示出GPRS网络；
图7示意性示出WLAN网络。
具体实施方式
图1示意性示出按照本发明的无线模块1的功能单元。无线模块1通过通/断开关2被激活和被抑制。在通过通/断开关2激活时，在登录装置3中触发登录过程，无线模块1利用该登录过程通过收发器4注册到无线网络中。以下将结合图3详述该登录过程。
自动复位-触发装置5的一端与收发器4连接而另一端与第一时钟发生器6连接。自动复位-触发装置5从收发器4或第一时钟发生器6接收信号，并在分析之后必要时向自动复位单元7发送自动复位信号。自动复位单元7在接收到自动复位信号时触发受控自动复位。
自动复位单元7在自动复位时通过通/断开关2暂时抑制无线模块1并接着将其激活。由于随着通/断开关2激活无线模块1而在登录装置3中触发登录过程，因此自动复位还使无线模块1重新登录到无线网络中。替代地，还可不将整个无线模块1断开和接通，而仅是触发退出过程和随后的登录过程。
自动复位单元7与第二时钟发生器8连接，该第二时钟发生器预先给出确定自动复位时被抑制阶段的持续时间的时间间隔。第一时钟发生器6和第二时钟发生器8分别设置有输入单元6a、8a和时间间隔存储器6b、8b。通过输入单元6a、8a可以输入并存储第一时间间隔t_cycle_on和第二时间间隔t_cycle_off。在此输入既可以直接在模块上进行也可以无线地进行。时间间隔t_cycle_on确定在触发自动复位之前无线模块保持激活和登录的时间有多长。另一方面时间间隔t_cycle_off确定无线模块在自动复位期间被抑制和断开或退出的持续时间。
时间复位单元9与第一时钟发生器6连接。该时间复位单元9监测是否通过收发器4进行了数据交换。如果是则复位第一时钟发生器6。由此实现当无线模块1引发数据交换时重新启动时间间隔t_cycle_on。最后，还设置有具有活动存储器10a和登录最大时间存储器10b的分析单元10。在此，分析单元10与第一和第二时钟发生器6、8连接并可通过其输入单元6a、8a来确定时间t_cycle_on和t_cycle_off。为此在活动存储器中存储无线模块1曾是活跃的时刻，即发送或接收数据的时刻，在登录最大时间存储器中存储无线网络在一个时间段结束后使无线模块1退出的该时间段。以这种方式分析单元10可以优化两个时间t_cycle_on和t_cycle_off。该优化过程将在以下结合图5详述。
为了在自动复位时不丢失数据，将数据存储在中间存储器11中。该中间存储器是非易失性的，如闪存或磁存储器，或者是与无线模块1的电源独立的并由此而不会由于自动复位而被删除的。以这种方式可以缓存重要的数据，并使无线模块1在重新接通之后立即处于原来的运行状态。
图2以GSM网络为例示出无线模块1所属的无线网络。起GSM网络与其它网络、如固定网络20的接口的作用的是GMSC 21(Gateway Mobile SwitchingCenter)。GMSC 21能够访问HLR 22(Home Location Register)，在该HLR 22中为GSM网络的所有用户存储中央有效数据。此外，GMSC 21与多个分别在特定区域内作为交换位置的MSC 23、23’(Mobile Switching Center)连接。
在此每个MSC 23都可以访问VLR 24(Visitor Location Register)，在VLR24中为停留在MSC 23的责任范围内的用户存储来自HLR 22的用户数据的副本。
每个MSC 23通过BSC 25(Base Station Controller)与多个基站BTS 26、26’(Base Transceiver Station)连接。每个基站26、26’通过无线电负责一个所属的无线小区27、27’。无线终端设备MS(移动站)位于无线小区27中，其中，结合图1描述的无线模块1也是一个这样的移动站。
为了更好地理解现在结合图3详细描述由登录装置3触发的登录过程。在接通无线模块1(E1)后无线模块1开始查找网络(E2)。在此测量不同频率信道的强度，并找出属于本网络并未由于其它原因而被阻断的具有最好接收性的信道。然后无线模块1向MSC 23以位置登录请求形式发送登录愿望(E3)。为了进行登录，HLR 22填入负责无线模块1的无线小区27的VLR 24(E4)。接着HLR 22允许在旧VLR(其例如为VLR 24’)中删除无线模块1的用户数据(E5)。此外，HLR 22向现在负责的新的VLR24发送用户数据(E6)。现在被标记为VMSC(Visited MSC)的MSC 23给出临时标识(TMSI，Temporary MobileSubscriber Identity)并将其发送给无线模块1(E7)。在无线模块1的应用地点稳定的情况下，该过程当然被缩短，因为新、旧VLR 24是相同的。
现在结合图4详细描述在以上所描述的无线模块1中按照本发明方法的受控自动复位的触发。首先无线模块1在接通时如上所述登录到无线网络中(S1)。此时启动第一时钟发生器6(S2)。无线模块1现在在平行的循环中等待应触发自动复位的不同的可能事件。该触发事件可以是无线模块1通过无线网络的退出(S3)，还可以是通过时间t_cycle_on来确定登录持续时间的第一时钟发生器运行完(S3’)，最后还可能是确定出自动通过软件或通过工作人员进行的无线模块1的中断(S3”)。当这些情况之一发生时，自动复位-触发装置5产生自动复位信号，并将其发送到自动复位单元7(S4)。自动复位单元7据此使所有重要数据保存在中间存储器11中(S5)。然后通过通/断开关2抑制无线模块1(S6)。在此无线模块1仅在自动复位单元7尚能启动第二时钟发生器8并监测其运行结束时被抑制(S7)。此外，只要中间存储器11是非易失性的，其还可以即便是在被抑制的情况下也保持供电。在由时间t_cycle_off的结束表示的第二时钟发生器的运行结束后，自动复位单元7重新接通无线模块1，该无线模块1又据此重新登录到无线网络中(S8)。在登录过程结束时将数据重新从中间存储器11写回到其曾被保存的位置(S9)。在此只要是曾在登录过程中需要的数据，则当然必须在接通后并在登录过程之前写回。现在无线模块1又处于与触发自动复位前相同的状态并在从步骤S2开始的循环中继续其用于受控自动复位的监控过程，其中，重新启动第一时钟发生器6。
在此还可以进行不这么硬的自动复位，其中不是将无线模块1完全重新启动而仅是使其退出然后重新登录。
可以依据若干参数来优化两个时间间隔t_cycle_on和t_cycle_off的选择。这样的优化参数包括无线模块1电池充电的作用持续时间、传输数据的总量或这样的传输过程的持续时间或由于发送时的辐射造成的负担。就是在M2M无线模块1上运行的应用程序的活动周期也会对该两个时间间隔产生影响。例如应用程序仅能一周的某一天发送。
对于时间t_cycle_on和t_cycle_off近似优化模式可以是，这样选择这些时间，使得无线模块恰好在期待进行数据传输的时刻登录。例如可以这样选择时间t_cycle_off，使得无线模块1在其中没有期待活动时断开。但另一方面当应用近乎实时工作时也可以将该时间选为0秒。最后，可优选地将参数t_cycle_on选择得稍小于无线网络的最大允许登录时间，从而使无线模块1可实际上随时登录。
但时间间隔的选择还可以通过无线模块1的自动学习阶段中对时间的适配实现。在该阶段中无线模块1存储无线网络的强制断开时间和应用程序要求的活动和非活动时间，并优选产生无线模块1的活动周期。在此当然尤其可使电池充电的作用持续时间最大。
图5更为准确地示出这样的自适应学习阶段。在此在开始时初始化活动存储器10a和登录最大时间存储器10b，例如在安装无线模块时或在过后任意选择的时刻(L1)。然后在无线模块1每次接通时启动附加的对无线模块1的登录时间进行测量的定时器(L2)。然后在一个循环中检验无线模块1是发送数据还是接收数据(L3)，并在活动存储器10a中存储这样的发送过程或接收过程发生的时刻(L3’)。此外还要查询无线模块1是否从无线网络退出(L4)，并将由附加定时器测量的无线模块1的登录时间存储在登录最大时间存储器10b中(L4’)。
然后，分析单元10检验其是否接收到分析触发信号(L5)。这样的分析触发信号可以无线地或直接通过接口输入到无线模块1中，或例如周期性地触发。当分析单元10接收到这样的分析触发信号时，则其从存储的活动和登录最大时刻中根据预先给定的优化模式计算两个时间间隔t_cycle_on和t_cycle_off(L6)。然后所计算出的时间通过输入单元传送给第一和第二时钟发生器6、8。然后或只要未接收到分析触发信号就开始另一个循环运行(在L3)。
尽管至此结合GSM网络描述了按照本发明的用于无线模块1的方法，但其还可用于任何蜂窝无线标准。作为另一个例子在图6中示意性示出了简化的GPRS网络。其与图2所示的GSM网络的区别在于，在无线模块1与因特网30之间的连接在常规的GSM连接以外还通过其它节点，以支持面向分组的数据格式。其与GSM网络的主要区别在于，附加地设置了SGSN 28和GGSN 29(Service及Gateway GPRS支持节点)，它们用于路由数据分组。BSC 25增加了PCU(分组控制单元)，以便就是在无线子系统中也能将数据分组传输给无线模块1。
同样如由以上对GPRS网络的简述给出的，本发明的功能也不依赖于此。因此无线模块1也可以容易地应用于GPRS网络中。
作为另一个例子结合图7描述了另一个网络标准WLAN。在此因特网30通过因特网提供商31与服务器或WLAN节点32连接。WLAN节点32与终端33无线连接。该终端可以是任意设备，如笔记本电脑、PDA或其它具有WLAN接口的设备。无线模块1在这种情况下与终端33连接或集成在其中。在此无线模块1的功能也与所采用的无线标准无关。
当然本发明还可以类似的方式扩展到其它蜂窝无线标准，如UMTS。
因此，按照本发明可以实现所描述的优点，即无线模块1始终或至少在所要求的时间保持登录在无线网络中，即便是提供商为此设置了最高时间，其在该时间之后使该无线模块1退出。以这种方式可以避免通过产生如内容为空的SMS消息的伪数据交换的变通解决方案。此外该解决方案是非常鲁棒的，因为无线模决1就是在中断之后也能简单地再次启动并自动登录。通过设置两个时间t_cycle_on和t_cycle_off还可以对参数和/或功能(对话持续时间、场强负荷、充电周期)进行优化。该优化可以通过无线电远程控制并且此外由于所描述的学习机制还是动态的。

Claims (20)

1.一种将无线模块(1)登录到蜂窝无线网络中的方法，该无线模块(1)在接通时自动登录到蜂窝无线网络中，其中，
-该无线模块(1)向无线网络发送登录消息，以及
-在无线网络中为该无线模块(1)存储登录数据，
-在该无线模块(1)退出时在无线网络中删除该登录数据，
其特征在于，在对自动复位信号进行响应时自动触发自动复位，其中，该自动复位包括：该无线模块(1)暂时地断开并接着重新接通，或退出该无线网络然后重新登录。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在无线模块(1)退出无线网络时产生所述自动复位信号。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，当所述无线模块登录到无线网络中时，启动第一时间间隔，当所述第一时间间隔结束时在所述无线模块中产生所述自动复位信号。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述无线模块(1)在自动复位时在断开和重新接通之间等待第二时间间隔。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述无线模块(1)在自动复位时在断开之后立即重新接通。
6.根据权利要求4所述的方法，其中，所述第一和/或第二时间间隔通过无线指令来设置。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，在所述无线模块的运行过程中，确定该无线模块的最大登录时间或活动时间间隔，其中无线网络在该最大登录时间之后触发无线模块(1)的退出，而在该活动时间间隔期间无线模块(1)发送或接收数据，并由此使用所确定的最大登录时间或所确定的活动时间间隔，来自适应地确定所述第一时间间隔的持续时间以及第二时间间隔的起始点和持续时间。
8.根据权利要求3所述的方法，其中，当无线模块(1)向无线网络发送数据或从无线网络接收数据时重新启动所述第一时间间隔。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，在无线模块(1)自动复位之前将该无线模块(1)的易失性存储区域中的数据非易失地存储或存储到无线模块(1)之外，并在接通之后回写到该易失性存储区域中。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述无线网络是GSM网络、GPRS网络、UMTS网络、EDGE网络或WLAN。
11.一种用于蜂窝无线网络的无线模块(1)，具有：
-用于发送和接收消息的收发器(4)，
-登录装置(3)，其与该收发器(4)连接并用于当无线模块(1)接通时产生登录消息并通过该收发器(4)发送，
其特征在于，具有能够产生或接收自动复位信号的自动复位-触发装置(5)，与该自动复位-触发装置(5)连接的自动复位单元(7)，该自动复位单元(7)能够接收自动复位信号并用于在该接收之后使该无线模块(1)断开并接着重新接通，或使该无线模块(1)退出该无线网络然后借助该登录装置(3)重新登录。
12.根据权利要求11所述的无线模块(1)，其中，所述自动复位-触发装置(5)用于在接收到退出消息之后发出自动复位信号，以及其中，该退出消息包含在该无线网络中删除该无线模块(1)的登录数据的信息。
13.根据权利要求11所述的无线模块(1)，其中，该无线模块(1)还具有用于采集第一时间间隔是否结束的第一时钟发生器(6)，其与所述自动复位-触发装置(5)连接，可在该第一时间间隔结束后输出自动复位信号，其中，当所述无线模块登录到无线网络中时，所述第一时间间隔被启动。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的无线模块(1)，其中，该无线模块(1)还具有用于采集第二时间间隔是否结束的第二时钟发生器(8)，其与所述自动复位单元(7)连接，其中，该自动复位单元(7)用于在自动复位时在断开之后错开所述第二时间间隔之后才重新接通该无线模块(1)。
15.根据权利要求13所述的无线模块(1)，其中，所述第一和/或第二时钟发生器(6，8)分别具有一个输入单元(6a，8a)和一个时间间隔存储器(6b，8b)，该时间间隔存储器用于存储通过该输入单元(6a，8a)输入的时间间隔，并由此确定所述第一和第二时间间隔。
16.根据权利要求15所述的无线模块(1)，其中，所述输入单元(6a，8a)与所述收发器(4)连接并用于通过无线指令确定所述第一和第二时间间隔。
17.根据权利要求16所述的无线模块(1)，其中，该无线模块(1)还具有保持该无线模块的活动时间的活动存储器(10a)、保持该无线模块(1)在无线网络中的最大登录时间的登录最大时间存储器(10b)，以及分析单元(10)，其中，该分析单元(10)可以访问该活动存储器(10a)和登录最大时间存储器(10b)并与输入单元(6a，8a)对话，并且该分析单元(10)用于自适应地确定所述第一和第二时间间隔。
18.根据权利要求13所述的无线模块(1)，其中，还具有时间复位单元(9)，其与所述收发器(4)和第一时钟发生器(6)连接，并用于在无线模块(1)每次向无线网络发送数据或接收数据之后，将该第一时钟发生器(6)复位。
19.根据权利要求11至13中任一项所述的无线模块(1)，其中，具有中间存储器(11)，其即使在无线模块(1)的电源中断时仍然是非易失性的，并因此而能够在自动复位期间缓存数据。
20.根据权利要求11至13中任一项所述的无线模块(1)，其中，所述无线网络是GSM网络、GPRS网络、UMTS网络、EDGE网络或WLAN。
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