CN1898984B - 无线局域网和蜂窝通信系统之间的切换 - Google Patents

无线局域网和蜂窝通信系统之间的切换 Download PDF

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Abstract

提供了在无线LAN和蜂窝通信系统之间的切换。设计了一个系统，用于提供包括I.E.E.E 802.11语音的漫游蜂窝服务。只要语音质量可以接受，就使用802.11网络。对语音质量进行测量并保持在可以接受的水平。如果语音质量下降到可接受水平以下，则本设计允许例如在802.11和CDMA 1xRTT网络之间进行无缝呼叫切换。

Description

无线局域网和蜂窝通信系统之间的切换
根据35U.S.C.§119的优先权要求
本专利申请要求2003年10月24日提交的、题为“ProvidingCellular Service Over Wireless LANs and 802.11 to CDMA 2000 1XHandoff”的临时申请No.60/514,087的优先权，该临时申请已转让给本申请的受让人，并清楚地结合于此作为参考。
技术领域
本发明一般涉及无线通信。更加具体而言，本发明涉及在相对固定的无线系统和蜂窝通信系统之间的切换(handoff)。
技术背景
表1总结了首字母缩拼词和缩写词。
表1：首字母缩拼词和缩写词
AP      Access Point                    接入点
BS      Base Station                    基站
CDMA    Code Division Multiple Access   码分多址
ESN     Electronic Serial Number        电子序号
EVRC    Enhanced Variable Rate Codec    加强可变速率编解码器
FA      Foreign Agent                   外地代理
FFS     For Further Study               待进一步研究
GPS     Global Positioning System       全球定位系统
HLR     Home Location Register          归属位置寄存器
HW      Hardware                        硬件
IETF    Internet Engineering Task Force 互联网工程特别工作组
IMSI    International Mobile Subscriber Identity 国际移动用户身份
IOS        Inter Operability Specifications  互操作性规范
IP         Internet Protocol                  互联网协议
LAN        Local Area Network                 局域网
MAC        Medium Access Control              媒体访问控制
MAD        Mobile Addressed message           移动寻址信息
MGW        Media Gateway                      媒体网关
MIB        Management Information Base        管理信息库
MIN        Mobile Identification Number       移动识别号码
MIP        Mobile Internet Protocol           移动互联网协议
MO         Mobile Originated                  移动发起的
MS         Mobile Station                     移动台
MSC        Mobile Switching Center            移动交换中心
MT         Mobile Terminated                  移动终止的
NGLAN      Next Generation LAN                下一代局域网
OAM        Operation Administration Management 运行、管理、维护
OAM&P      Operation Administration Management & Provisioning
                                              运行、管理、维护和供给
OCS        Obiwan Cellular Server             obiwan蜂窝服务器
PPP        Point to Point Protocol            点对点协议
QOS        Quality of Service                 服务质量
RFC        Request For Comments               征求评议文件
RLP        Radio Link Protocol                无线电链路协议
SGW        Signaling Gateway                  信令网关
SNMP       Simple Network Management Protocol 简单网络管理协议
SS         Supplementary Service              补充业务
SS7        Signaling System#7                 7号信令系统
SW         Software                            软件
TBD        To Be Done                         待完成
TCP        Transport Control Protocol         传输控制协议
UDP        User Datagram Protocol             用户数据报协议
VoIP       Voice Over IP                IP语音
VOPS       Voice Optimized Power Save   语音优化的省电
WAN        Wide Area Network            广域网
WSS        Wireless Soft Switch         无线软交换
附图简要说明
图1是依据一个实施例的一般系统结构；
图2显示了依据一个实施例的信令路径和协议栈；
图3显示了依据一个实施例的语音路径和协议栈；
图4显示了依据一个实施例、在AP间切换中所包括的操作的流程图；
图5显示了依据一个实施例的切换执行过程；
图6显示了切换过程的事件序列；
图7描述了依据一个实施例、在切换之前无线终端处的协议栈；以及
图8描述了依据一个实施例、在切换之后无线终端处的协议栈。
发明详述
在一个实施例中，提供了在无线LAN和蜂窝通信系统之间的切换。
在一个实施例中，将系统设计成提供包括I.E.E.E.802.11语音通信的漫游(nomadic)蜂窝服务。只要语音质量可以接受就使用802.11网络。测量语音质量并保持在可以接受的水平。在一个实施例中，如果语音质量下降到可接受水平以下，则所述设计允许在802.11和例如CDMA 1xRTT网络之间进行无缝呼叫切换。
系统结合了用户的体验，以便用户通常觉察不出用于支持蜂窝服务的底层传输。一个附加价值是当用户从WAN进入LAN时，能确保用户所使用的用户接口(UI)保持不变。
所支持的关键蜂窝特性包括，但不限于：
使用加强可变速率编解码器(EVRC)的语音服务(MO和MT)
SMS(MO和MT)
蜂窝(如CDMA)补充业务
两个空中接口间的空闲切换(idle hand-off)
从802.11到CDMA 1x RTT的无缝呼叫切换
Obiwan蜂窝服务器(OCS)是一种特殊的BSC，例如支持标准互操作性规范(IOS)4.2A1和A2接口。在运营网中配置了OCS服务器，该服务器为无线单元中的客户端提供支持，以提供蜂窝服务。
无线单元也称为用户站，用户单元，移动基站，移动、远程站，远程终端，接入终端，用户终端，用户代理，或者用户设备。用户站可以是蜂窝电话，无绳电话，会话发起协议(SIP)电话，无线本地环路(WLL)站，个人数字助理(PDA)，具有无线连接能力的手持设备，或者其它连接到无线调制解调器的处理设备。
结构
图1显示了依据一个实施例的一般系统结构。图1提出了关于CDMA-WLAN交互工作结构的总体视图，其允许为CDMA系统用户提供公共WLAN接入服务。这些允许的功能包括重复使用CDMA预约(subscription)、系统选择、单一认证机制、呼叫路由和业务接入、以及最终用户计费。交互工作的功能性的获得不用为WLAN接入系统设置任何特殊条件，而是依靠基于IEEE 802.11标准的典型WLAN接入网络中可用的现有功能，以及引入在标准WLAN系统和CDMA网络之间充当网关的OCS。
所述OCS负责SIP和IOS协议之间的转换。对于无线单元OCS起SIP服务器的作用，并且对于MSC起CDMA BSC的作用。SIP注册器(Registrar)用于在SIP/WLAN域中给用户注册。SIP注册器保留SIP/WLAN域中每个用户的IMSI/ESN和IP地址之间的转换。
媒体网关(MGW)和信令网关(SGW)由OCS进行控制，它们都用于与MSC进行通信，其中使用A1/SS7/T1/E1用于信令而A2/T1/E1用于语音传输。信令网关在SIGTRAN(IP)和SS7之间进行转换，媒体网关包括语音编码器，它在EVRC/RTP和PCM/T1/E1之间进行转换。
所述网络包括MSC(软交换)，以向SIP/WLAN模式下的无线终端提供服务。该MSC支持面向OCS/MGW的标准IOS A1和A2接口。该MSC也可接到IS-41网络，用于切换到CDMA无线网络。
图2显示了依据一个实施例的信令路径200和协议栈201。图2显示了OCS 202(和SGW)204在IOS/IP 206和IOS/SS7协议208之间进行转换的方式。OCS 202使用SIP/UDP/IP协议与无线设备210进行通信，且使用IOS/SS7协议与MSC(SS)212进行通信。无线设备210使用802.11协议214与WLANAP 212连接。WLANAP 212与连接至IP网络216。IP网络216使用SIP 218与OCS 202连接。MSC(SS)212使用CDMA 222与CDMA网络220连接。CDMA网络222连接至HLR 224和SMSC 226。
信令路径显示了SIP 230、IOS 232和CDMA 234。
所示协议栈包括无线终端236、WLAN AP 238、OCS 240、SGW242、MSC 244和CDMA网络元件246。
无线终端协议栈236包括SIP 248、UDP 250、IP 252以及802.11254。WLANAP协议栈238包括802.11256和802.3258。OCS协议栈240包括SIP 260、UDP 262、IP 264、802.3266、IOS 268、SIGTRAN270、IP 272和802.3274。SGW协议栈242包括SIGTRAN 276、IP 278、802.3280、SS7 282以及T1/E1 284。MSC协议栈244包括IOS 286、SS7 288、T1/E1 290、CDMA 292、SS7 294、T1/E1 296。CDMA网络元件协议栈246包括CDMA 297、SS7 298和T1/E1 299。
图3显示了根据一个实施例的语音路径300和协议栈301。
图3显示了MGW304用于在EVRC和PCM协议之间进行翻译的方式。无线终端使用EVRS/RTP/UDP/IP协议与MGW304交换语音分组，而MGW304使用PCM/E1/T1协议与MSC 306(或PSTN 308)交换语音帧。
信令路径300显示了无线终端310使用802.11 314与WLAN AP312连接。WLAN AP 312与IP网络316连接。IP网络316使用VoIP318与S/MGW 304连接。S/MGW 304使用PCM/T1(A2)320与MSC(SS)306连接。
信令路径300显示了VoIP 322和PCM/T1 324。
所示协议301包括无线终端324、WLAN AP 326、MGW 328，MSC 330和PSTN 332。
无线终端协议栈324包括EVRC 334、RTP 336、UDP 338、IP 340和802.11 342。WLANAP协议栈326包括802.11 344和802.3 346。MGW协议栈328包括EVERC 348、RTP 350、UDP 360、IP 362、802.3364、PCM 366和T1/E1368。MSC协议栈330包括PCM 370和T1/E1372。PSTN协议栈包括PCM 374和T1/E 1376。
预约管理
蜂窝预约主要用来管理服务。这意味着将使用蜂窝ESN和IMSI连同AKEY。
一种具有Obiwan能力的终端，当在WLAN环境下运行时，将使用SIP呼叫正在处理的信令。它将使用SIP信令结构为蜂窝预约提供隧道。
OCS将把互联网地址(TCP/IP地址和端口或者UDP/IP地址和端口)和蜂窝预约之间的映射保存到持久稳固的冗余存储器中。
切换管理
对于活动模式和空闲模式都定义了切换。具有挑战的是当在这些802.11网络中应用客户端时，为所有不同方式设计802.11 AP的配置以及维护性能。
四种类型的切换包括：
在WLAN网络内的AP间切换(通话或空闲模式)
WLAN到CDMA切换(通话或空闲模式)
CDMA到WLAN切换(只有空闲模式)
在CDMA网络中BS间切换(通话或空闲模式)
在空闲模式下支持所有四种类型的切换，在通话模式下支持除CDMA到WLAN切换以外的所有类型切换。
AP间切换
当无线终端从一个AP的覆盖区进入另一个AP的覆盖区时，发生AP间切换。AP间切换所包括的三个阶段是：
切换触发：当无线终端和OCS之间的连接质量不合适时就会发生切换触发。注意触发不会总是导致切换，切换结果还依赖于搜索阶段。而且，触发可以不产生AP间切换，而产生到CDMA网络的切换
搜索：无线终端搜索新的AP，并且会选择具有最强信号强度的AP。如果该AP好于当前AP一个迟滞等级(hysteresis level)以上(这可以阻止乒乓效应)，则启动切换。注意，通过构造候选AP列表(与OCS处的数据库协作)，部分搜索阶段可在切换触发之前发生。
完成：无线终端与新的AP建立连接。这包括802.11认证、802.11关联和更高层功能。
在图4中显示了依据一个实施例、AP间切换中所包括的操作流程图.在步骤402中，加入新的AP.从OCS和AP获得候选AP列表.在步骤404中，无线终端处于通话模式.执行扫描，以更新候选AP列表.监视802.11和CDMA链路质量.在具有CDMA切换触发的步骤406中，进行测试以确定CDMA信号是否高于第一阈值以及是否允许CDMA切换.如果测试失败，控制流程就进入步骤408.如果测试成功，控制流程就进入步骤410.
在步骤408中，进行测试以确定最佳一级(tier 1)AP是否比第二阈值更好，是否允许AP间切换，以及AP间尝试的次数是否少于第三阈值。如果测试成功，控制流程进入步骤412，否则控制流程进入步骤414。
在步骤412中，将尝试到最佳一级AP的切换。如果切换成功，那么控制流程进入步骤402。如果切换失败，那么在步骤416中从列表删除该AP，并且控制流程进入步骤408。
在步骤414中，进行测试以确定CDMA信号是否高于第四阈值，并且是否允许CDMA切换。如果测试成功，则控制流程进入步骤410。如果测试失败，则控制流程进入步骤418。
在步骤410中，尝试到CDMA的切换。如果切换成功，那么在步骤420中，无线终端在CDMA模式下运行。如果切换失败，在步骤422中，在本地数据库中把CDMA切换设为禁止，并且控制流程进入步骤408。
在步骤418，执行测试以确定最佳二级(tier 2)AP是否比第五阈值更好，是否允许AP间切换，以及AP间尝试的次数是否少于第六阈值。如果测试成功，那么控制流程进入步骤424，否则控制流程进入步骤426。
在步骤426中，执行CDMA和802.11链路的全扫描。把CDMA切换设为允许，并将AP间尝试的次数设为0。控制流程进入步骤408。
在步骤424中，尝试到最佳二级AP的切换。如果切换成功，那么控制流程进入步骤402。如果切换失败，那么控制流程进入步骤426。在步骤426中，将该AP从列表中移除，并且控制流程进入步骤408。
就像在802.11系统中那样，AP间切换是移动控制的(跟通常用在蜂窝交接(handover)中的移动辅助切换相反)。
切换的一个步骤是切换触发的产生，从本质上来说，表示当前链路质量不合适。基于切换触发，执行到CDMA网络的切换或者到另一AP的切换。切换执行本身依赖于无线终端所维护的候选AP列表。切换的最后一步是切换的执行，包括新语音路径的建立和旧语音路径的终止。
切换触发。
基于无线终端是处于空闲模式还是通话模式，切换触发的产生由不同机制进行管理。
通话模式中的切换触发
在WLAN通话模式中可产生两种类型的切换触发，AP间切换触发和WLAN到CDMA切换触发。
在当前AP的连接质量下降时，就会产生AP间触发，并且有理由相信移动到不同AP可改进性能。通信链路包括无线终端-AP链路和AP-OCS链路。如果无线终端-AP链路恶化，则移动到不同AP可以导致更好的链路。然而，AP-OCS链路可能被网络中所有AP分享，而AP-OCS链路的恶化只能通过切换到CDMA网络来补救。当AP-OCS链路恶化时，就产生WLAN到CDMA的切换触发，而当AP-无线终端链路恶化时，产生AP间切换触发。
AP间切换触发
特别地，当遇到下列这些情况中任何一个时，就会产生AP间切换触发。
对于上行传输，已达到最大重试次数。
数据速率达到最小允许值(1Mbps)。数据速率按照下列机制发生改变。当一帧重传三次并且请求发送/清理发送(RTS/CTS)用于发送最近两次重传时，则会发生速率下降改变。如果传输成功，则在短时间间隔之后，以低于缺省速率进行传输的客户端将数据速率提高回到下一更高速率。
下行业务量(当前AP发起)高于某一阈值，并且遇到下列情况中任何一个。
将下行语音编码器缓冲为空，超过切换空缓冲阈值(Handoff_Empty_Buffer_Threshold)。
上行缓冲包含多于切换缓冲阈值(Handoff_Buffer_Threshold)的分组。满上行缓冲表示分组没有成功被另一方接收。
这里(情况3中)的目标是区分通信质量下降是由于AP端排队导致还是由于互联网的骨干网导致。如果语音分组被无规律地接收(情况a)，或者无规律地发送(情况c)，而业务量被别的分组占用，则很可能导致在当前AP处的业务繁忙。通过移动到不同AP，可纠正上述情况。
WLAN到CDMA的切换触发
在下列情况中会发生WLAN到CDMA的切换触发。
当满足3a或者3b时，同时下行业务量低于某一阈值(由于骨干网中的延迟而导致无规律的下行通信的情况)。
当连续三次测量，无线终端和OCS之间的RTT都超过特定值时。通过特殊的RTT请求(RTT_Request)和RTT确认(RTT_Ack)分组来测量RTT，其中在无线终端和OCS之间周期性地交换RTT请求和RTT确认分组。
如图4中所示，即使AP间切换失败，也可以进行WLAN到CDMA切换(即使当没有产生WLAN到CDMA切换触发)。
空闲模式下的切换触发
当遇到下列三种情况中任何一个时，会产生切换预触发。
保活(Keep Alive)的最大重试计数：当保活分组的传输需要超过一定数目的重传时，或者消耗超过一定时间量时。
保活延迟：当在一定延迟时间内(比方说300毫秒)没有收到对保活分组的响应时。
信号强度：接收到的信标或者保活响应的信号强度下降到一定阈值之下时。
一旦产生切换预触发，无线终端就退出802.11省电模式，并且尝试在正常操作模式下发送保活分组。如果保持活性响应发生延迟或者信号强度低，则无线终端产生切换触发。
候选AP列表的维护
一旦产生切换触发，就调用切换执行功能.切换执行功能需要候选AP列表作为参数.在当前的802.11解决方案中，在切换触发产生之后执行扫描，并且扫描结果用于构建候选AP列表.然而对于通话模式中的Obiwan，切换触发之后的扫描可能导致延迟和声音质量下降.这个部分描述了一些在通话模式中为无线终端优化扫描功能的技术，这些优化是通过在切换触发产生之前收集关于切换候选AP的信息而得到的.
注意，不管在切换触发之前收集的信息，无线终端在与目标AP实际关联之前，总是向目标AP发送探测信号。对扫描进行优化的目标是在无线终端处维护一个候选列表，这样列表中第一AP的探测响应的成功就具有很高概率。
候选AP列表
为了支持切换，在WLAN通话模式或者WLAN空闲模式下的无线终端维护一个候选AP列表。在实施例中，对于每一候选AP Y，这个列表包括下列项目：
AP Y的MAC地址
AP Y的SSID(网络标识)
来自APY的最近报告的信号强度
与AP间切换相关的量度
AP间切换可靠性(一级到四级)
到AP Y的成功通话模式切换的数目
到AP Y的不成功通话模式切换的数目
到AP Y的成功(但慢速)空闲模式切换的数目
到AP Y的成功(且快速)空闲模式切换的数目
到APY的不成功模式间切换的数目
呼叫质量历史记录(标度0到7)
IP域
安全设置(能采用下列任一数值)
公开(无安全性)
必需的WEP(OCS处的密钥)
必需的WEP(无线终端处的密钥，OCS不能获得)
必需的EAP(OCS处的密钥)
必需的EAP(无线终端处而非OCS处的密钥)
切换可靠性和安全性
对可靠性的量度进行如下说明(服从完全设置)
级别1：不可靠，不能获得Obiwan服务，永远不尝试与AP关联。
级别2：最低限度。没有通话模式AP间模式切换。只有在CDMA不可用时，才具有空闲模式AP间切换。
级别3：中等可靠。只有当CDMA不可用时，才具有通话模式AP间切换。空闲模式AP间切换不考虑CDMA信号电平。
级别4：高可靠性。即使CDMA信号可用，通话和空闲模式AP间切换也可进行。
候选列表的次序基于切换级和所报告的信号强度。首先根据信号强度挑选出级别4的候选，然后根据信号强度挑选出级别3的切换候选，等等。
对于某些配置，OCS数据库可能没有使无线终端能够切换到候选AP的安全密钥。如果AP需要在OCS或者无线终端处都不可获得的安全密钥，无线终端将AP的切换可靠性调至级别2。
OCS数据库的维护
OCS数据库初始化候选AP列表。对于每个AP，OCS数据库都包含下面形式的项目。这些项目包括已知的相邻AP地址的列表和它们的一些属性，例如最近报告的信号强度、呼叫质量历史记录，以及安全设置。
表2：OCS数据库记录
在AP间切换栏之内的各项描述如下：
AP间切换可靠性(一级到四级)
到AP Y的成功通话模式切换的数目
到AP Y的不成功通话模式切换的数目
到AP Y的成功(但慢速)空闲模式切换的数目
到AP Y的成功(且快速)空闲模式切换的数目
切到APY的不成功模式间切换的数目。
OCS数据库中的AP间切换可靠性可能不同于无线终端候选列表内的可靠性(因为安全设置)。
与自身ID相对应的一行中的项目构造如下。不同类型切换的数量只是下面各行的和，而所述级为该记录中所有AP的最小级。
当无线终端处于WLAN通话或者WLAN空闲模式且与AP X相关联时，基于已进行的测量来更新AP X的相邻AP列表项目.每当无线终端将下列事件中的一个通信到OCS，就更新OCS数据库.注意，如果是连接中断，则在该事件发生数分钟或者甚至数小时之后，才发生该通信.
下列OCS数据库事件发生，以支持切换。这些事件是本文档中在其它地方定义的事件之外的事件。
创建记录：每当无线终端与AP关联，该终端就与OCS进行通信。
如果没有与AP X相对应的项目，OCS数据库就建立新的项目。该项目初始化如下：
CDMA切换可靠性(CDMA_Handoff_Reliabiliy)＝3
AP间切换可靠性(Inter-AP_Handoff_Reliability)＝3
整体服务质量＝4
如果OCS数据库中有记录，则该OCS就将项目发送到无线终端，在无线终端处上述项目用于形成候选AP列表。
向记录中添加新的相邻AP：每当无线终端检测到(在扫描期间)在由OCS提供的列表上没有的AP，它就要求OCS在AP X的项目内增加新行。通过查寻OCS数据库中关于AP Y的记录，可填写该项目的呼叫质量和IP域所对应的行，并且如果OCS数据库中没有AP Y，则前述两个值分别设为默认值Call_Quality_Init和0.0.0。使用AP Y发出的探测响应来填写SSID和信道项目。新AP的安全设置依据其SSID进行设置。
根据新AP的SSID初始化切换可靠性项目。
如果新AP与AP X有相同的SSID，它的切换可靠性设为4。
如果该新AP有与AP X不同的SSID，它的切换可靠性设为3。
到AP Y的成功通话模式切换：修改与AP Y相对应行的切换历史记录项目。将切换可靠性增加1。
到AP Y的成功空闲模式切换：修改与AP Y相对应行的切换历史记录项目。可能存在两种类型的成功空闲模式切换：快速和慢速。
快速：如果快速空闲模式切换的数目可被2整除，将切换可靠性增加1。
慢速：如果慢速空闲模式切换的数目可被5整除，将切换可靠性增加1，但不超过3。
到AP Y的不成功通话模式切换：修改与AP Y相对应行的切换历史记录项目。如果不成功通话模式切换的数目可被2整除，将切换可靠性减1。
到AP Y的不成功空闲模式切换：修改与AP Y相对应行的切换历史记录项目。如果不成功空闲模式切换的数目可被4整除，将切换可靠性减1。
到CDMA网络的成功切换：修改CDMA切换历史记录，将CDMA切换可靠性加1。
到CDMA网络的不成功切换：修改CDMA切换历史记录，将CDMA切换可靠性减1。
802.11扫描要点
802.11标准定义了对用于切换的候选AP实施搜索的扫描机制。对于每个将要扫描的信道，无线终端执行下列操作：
将收发器调到想要的频率(假设延迟1ms)
将补偿(backoff)窗口设为信道延迟(ProbeDelay)持续时间(典型地为100μs)，并且将NAV向量设为0。开始正常的DCF操作。
如果在信道延迟期间信道忙，则按照当前传输设置NAV。
传输探测分组(分组持续时间大约为250μs)。
等待对探测分组做出的响应(所观察到的延迟大约为1ms)。
探测分组可以有两种类型：广播或者单播。广播探测的目标地址为：ff:ff:ff:ff:ff:ff，且任何AP都可对它做出响应。单播探测具有具体的目标地址，并且仅仅具有该探测分组目标地址的AP对该单播探测作出响应。
连续更新的候选AP列表
为了提供快速切换，依据一个实施例，在通话模式下同时支持连续的有效扫描。当使用连续更新时，每个扫描间隔(ScanInterval)的若干秒(比方说1秒)，通话模式下的无线终端扫描一个信道。如果可能，在从下行流接收到分组以后，扫描操作立即开始(以防止当无线终端扫描另一信道时，丢失下行分组)。扫描结果用于构造切换候选列表，如果到当前AP的链路恶化的话，则可使用该候选列表。
在一个实施例中，信道扫描以及切换候选列表更新遵循下面的规则：
基于每一候选的项目，对切换候选列表进行排序。这样，例如，可部分地基于呼叫质量历史记录对切换候选列表进行排序。
将每个第二(2nd)探测信号发送到切换候选列表顶部的AP的信道上。
切换候选列表内包含的所有信道上的其它探测周期。
在每个扫描其他信道(Scan_Other_Channels)的若干秒之后，无线终端对没有包含在切换候选列表中的信道进行扫描(服从规则2)。
每个探测响应都用来对切换候选列表进行更新(尤其是最近观察到的信号强度场)。
如果在扫描期间检测到新AP，就通知OCS数据库。
在实验结果中发现，信道扫描(探测及响应操作)大概需要2ms。假设消耗在信道切换上的时间是1ms，则通话模式中的无线终端可在约4ms内扫描一个信道且返回到原始信道。这个时间不包括MAC硬件切换到扫描模式所消耗的时间。对于802.11芯片集的建议之一是它允许快速扫描。
空闲模式下的扫描过程是不同的。每个空闲模式扫描间隔(Idle_Mode_Scan_Interval)的若干秒，无线终端进行一次全信道扫描。该扫描用于更新OCS数据库，但在空闲模式下不应使用候选AP列表。而是，全信道扫描在切换之前进行。
切换执行
通话模式切换执行：基于每个候选的项目，对候选AP列表进行排序。如果列表顶部的AP的信号强度充分大，则尝试切换到列表顶部的AP。如果切换失败，则无线终端尝试与候选列表中下一个AP进行链接，并且持续该操作直到定时器终止，或者达到切换尝试的最大次数。详见图4。
空闲模式切换执行：无线终端退出802.11省电模式，并且扫描对于该正在操作的调整域来说有效的所有信道以构建候选AP列表，并且按照在0中给出的规则对列表排序.如果切换失败，无线终端尝试与候选列表中的下一个AP进行链接，并且持续该处理直到定时器终止，或者所做的切换尝试达到最大次数.一旦完成每次切换，无线终端发送一个保活信号.该保活信号包括完成切换所消耗的时间，并且被OCS用来更新其数据库.在切换完成之后(与OCS成功交换消息)，无线终端转换回802.11省电模式.用于切换的确切机制依赖于WLAN配置中所实现的安全级别.
无安全的切换
首先考虑最简单的情况，其中没有安全设置或者只使用WEP安全设置。对于这些简单情况，切换过程包括下列步骤：
发送认证请求，得到认证响应。如果分配了WEP密钥，这是使用WEP密钥的阶段。无线终端从OCS数据库或者无线终端的本地数据库得到WEP密钥。
发送关联请求，获取关联响应。
使用AP间协议通知旧AP从其列表中删除无线终端。
使用SNAP通知AP子网处的交换机向新AP发送无线终端的分组。
有安全性的切换
使用802.1X标准来实现安全，802.1X标准规定了802网络上的EAP(扩展认证协议)操作。
在语音模式下的802.11到1x的切换
活动状态切换的特征在于，从802.11操作模式到本地1xRTT模式的切换。
在AP间切换和CDMA切换之间的判决
在当前AP信号强度低时，我们需要判决是切换到CDMA网络还是WLAN。例如，在家庭WLAN中(只有一个AP)，试图切换到另一AP会导致额外的延迟，并且根据一个实施例，WLAN链路一旦恶化，就尝试切换到CDMA网络。另一方面，在企业应用中，可能具有许多个AP，并且在尝试向CDMA网络切换之前，应该先尝试切换到另一AP。
如果在呼叫期间(或者在呼叫开始前)进行的扫描显示没有其他AP可以使用，在WLAN和CDMA之间就可很清楚地做出判决，必须切换到CDMA。然而，当存在其它AP时，我们需要决定是切换到WLAN还是CDMA。这个判决很重要，因为：
切换到WLAN使自由频率使用率最大。
如果需要获得新IP地址或者如果WLAN配置导致过度延迟，则切换到WLAN会引起过度延迟。
OCS数据库帮助无线终端决定应该切换到WLAN还是CDMA。图4的流程图给出了该判决过程的详细情况。如果有用于WLAN到CDMA切换的触发，或者如果没有信号强度在某一阈值之上、可靠性级别为4的AP，则尝试通话模式WLAN到CDMA切换。
WLAN到CDMA切换的要点
在切换之前，用户终端采用信令层面内的802.11协议栈以及业务层面(plain)内的VoIP栈上的IP上的SIP。在切换过程完成之后，用户终端采用信令层面内的本地IS-2000 1xRTT协议栈以及业务层面内的本地IS-2000 1xRTT语音处理。
目标CDMA BTS、目标CDMA BSC和目标IS-41MSC是标准组件。贯穿切换过程的OCS与IS-41 MSC间的相互作用遵循IS-41和IOS规范。只有在OCS处和用户终端处允许和需要进行开发。
在802.11操作模式下的语音呼叫期间，无线终端应该对两个网络(802.11，CDMA)都进行监视。如果802.11的接收功率下降到某特定阈值以下，无线终端应该将这两个网络的接收功率报告给OCS。然后，OCS就可以调用到CDMA的系统间切换过程。因此，该切换过程是移动辅助的。作为该过程的一部分，OCS应该将从IS-41 MSC接收到的切换命令转送给用户终端.然后用户终端将终止它在802.11操作模式中的操作，转到1XRTT模式，启动(kick start)它的CDMA协议栈进入活动模式，并与目标基站一起执行标准CDMA切换序列。
切换触发
在两种情况下能发生从WLAN到CDMA的切换：当有用于WLAN到CDMA切换的触发时，或者当AP间切换失败时，产生用于切换到CDMA网络的请求(详见图4)。
当遇到下列任一情况时，都产生用于WLAN到CDMA切换的触发。
在切换超时阈值(Handoff_Timeout_Threshold)之内，在下行链路上没有接收到分组。
下行数据流上丢失的分组部分超过切换分组丢失阈值(Handoff_PacketLoss_Threshold)。
对于每一种操作模式(802.11，CDMA)，用户终端可使用独立的RF链和固件。在802.11呼叫期间，用户终端应该使用单独的硬件周期性地对802.11和CDMA网络进行监视。无线终端应该尝试获取CDMA系统的导频信道。在获得第一导频信道后，无线终端也应该获取相关的同步信道和寻呼信道，以便获得关于CDMA系统的定时信息、SID和NID对、相邻列表消息和BASE_ID。随后，无线终端应该保持具有时隙周期索引零(Slot Cycle Index zero)的CDMA空闲状态，并且在需要的时候执行到相邻小区的空闲模式切换。无线终端应该维护一个列表，该列表记录了已接收的4个最强导频信道和它们的相关PN偏移量、接收功率以及BASE_ID。
OCS可能处于比用于切换的目标CDMA小区更远的位置。结果，跟本地CDMA不同，只基于PN偏移量，OCS不能确定目标CDMA小区的唯一标识。因此，无线终端应该获取目标小区的寻呼信道，并且从系统参数消息获得BASE_ID。为了重复利用标准CDMA的设计和实现，无线终端应该保持在上面提到的空闲状态。这可能引起电池消耗的少许浪费，但能有效地简化实现。
用户终端也应该监视接收功率和802.11模式的速率。如果802.11网络的接收功率下降到预定阈值之下，用户终端应该向OCS发送类似PSMM的信令消息，以报告两个网络的接收功率。类似PSMM的信令消息应该包含CDMA系统的SID和NID、所报告小区的BASE_ID和它们的接收功率。基于这些测量报告，OCS可调用到CDMA的系统间切换过程。
切换执行
如果OCS决定调用到CDMA的系统间切换过程，则系统执行在图5中描述的过程。
在步骤501中，无线终端检测到802.11系统的接收功率下降到预定阈值之下。结果，无线终端在802.11网路上通过隧道向OCS发送功率测量报告信令消息。该消息包含对802.11和CDMA网络的接收功率的测量。
在步骤502中，基于无线终端对其已越过网络指定的信号强度阈值的报告，OCS推荐硬切换到CDMA网络。OCS向目标IS-41MSC发送IOS切换需要的消息，以找到具有可用资源的目标。
在步骤503中，目标IS-41MSC向目标IOS BSS发送切换请求消息，请求BSS为即将发生的切换准备资源。
在步骤504中，目标BSS确定可获得合适的资源，且开始传送前向NULL业务数据。
在步骤505中，目标BSS向MSC传送切换请求确认消息。
在步骤506中，MSC准备从OCS转换到目标BSS，并且向OCS发送切换命令，以便从目标BSS传送信息。
在步骤507中，OCS向无线终端发送通用切换方向消息(UniversalHandoff Direction Message)并且请求确认。在802.11网络上通过隧道传输这些消息。
在步骤508中，无线终端将确认消息返回给OCS，以确认收到通用切换方向消息。
在步骤509中，OCS向MSC发送切换开始消息，以通知它MS已经准备好向目标BSS转移.
在步骤510中，无线终端调至CDMA模式，并且启动它的协议栈进入活动(Active)呼叫状态。然后无线终端调到它的已分配业务信道，并开始传送反向NULL业务数据。无线终端处的协议栈初始化将在下面进一步描述。
在步骤511中，无线终端向目标BSS发送切换完成消息。
在步骤512中，目标BSS通过空中接口向无线终端发送BSS确认命令(BSS Ack Order)。
在步骤513中，目标BSS向MSC发送切换完成消息，以通知MSC无线终端已经成功完成硬切换。
在步骤514中，MSC向OCS发送清除命令。
在步骤515中，OCS向MSC发送清除完成消息，以通知MSC清除已经完成。
图6描述了切换过程的整个事件序列。
用户终端处的CDMA协议初始化
为了执行切换，从切换之前的802.11到切换之后的CDMA，无线终端需要替换它的操作协议栈。而且，需要将CDMA协议栈直接启动(kick-start)进入它的活动呼叫状态。在本地CDMA操作中，CDMA协议栈执行从NULL状态到空闲状态然后到活动呼叫状态的状态转换。这些状态转换伴随有相当多的与网络的相互作用，如信令消息交换以及网络中对等实体处的对等状态转换。相反地，在802.11到CDMA切换过程中，CDMA协议栈在用户终端处进行本地初始化，直接进入活动呼叫状态。这可以通过以下方式实现，例如，通过将切换代理引入到无线终端软件中，其将运行CDMA协议栈的一组基元(primitive)，从而在本地驱动所需的状态转换。在CDMA协议栈进入活动呼叫状态后，切换代理会向CDMA协议栈传送从OCS接收的交接命令(Handover Command)信令消息。然后，CDMA协议栈可以执行与目标BSS的标准CDMA交接序列。
所有上面的处理应该不为用户所知(合情合理的)，并且必须满足严格的时间限制。
无线终端软件的设计方法应该使用现有的AMSS特征，并且在任何可能的地方使用API，以及在需要的地方修改代码。
图7描述了切换前无线终端处的协议栈。
图8描述了切换后无线终端处的协议栈。
仅在空闲模式下的1x到802.11切换
在一个实施例中，只在空闲模式下支持从1x到802.11的切换.在1x空闲模式中，无线终端周期性地扫描所有802.11信道上的功率.如果来自某个AP的能量较高，无线终端就尝试与该AP进行认证.无线终端可使用1.x数据信道与OCS进行通信，以获得访问802.11网络所需的合适密钥.一旦无线终端与AP发生关联，它将向网络(MSC)进行注册.
在CDMA模式中的BS间切换
在CDMA模式中的BS间切换完全独立于LAN操作。
本发明提供了基于WLAN的蜂窝语音和数据服务。该发明也提供了与计费和分布的NGLAN主干(stem)相结合的蜂窝服务。这减轻了通过提供合适的核心网络综合而带来的困难的覆盖和配置问题。而且该系统也向后兼容802.11。
单个/两个网络。蜂窝数量既影响1x网络也影响NGLAN。核心网络辨别出将服务传送给1x还是NGLAN。空闲模式下的切换在网络之间转移，并且核心网络将其传送到移动台。1x切换处理NGLAN的有效支持。
服务综合
使用1x系统传送蜂窝服务。使用NGLAN传送NGLAN服务。可以同时监控两者。输出服务可以被配置成使用优选的接入。AKEY、ESN和IMSI用于认证。RADIUS用于数据认证。计费记录跟蜂窝系统一致。该系统保持对SMSS综合、补充业务支持、无缝服务可用性以及同时监视1x和NGLAN网络的观察和感知(look and feel)。
系统提供了同步监视1x和NGLAN的能力。切换触发和目标选择支持可帮助决定是否需要切换。在一个优选实施例中，这发生在大约80秒以内。另外，系统在大约20毫秒内确定目标。802.11和1x之间的睡眠模式是同等的，并且综合了核心BSC开发支持。
NGLAN-＞1x切换
NGLAN是终端初始化的。消息流跟CDMA2000中的类似。在IP-BSC和客户端之间的消息经隧道通过互联网协议传输。

Claims (2)

1.一种用于无线终端从无线局域网WLAN到CDMA网络切换的方法，包括：
从所述无线局域网的多个接入点AP中确定AP候选列表；
基于所述多个AP的信号强度，对所述AP候选列表进行排序；
基于所述多个AP的信号强度和可靠性级别，从所述AP候选列表中选择一个AP；
基于当前AP的质量，确定已经触发了一个AP间切换触发；
如果一个切换触发出现、切换尝试的次数低于阈值、且所选AP的信号强度比当前AP的信号强度高一个迟滞等级，则尝试切换到所选AP；以及
如果所述切换尝试的次数等于或大于所述阈值，则尝试切换到CDMA网络。
2.一种用于与无线局域网和CDMA网络进行通信的无线终端，包括：
用于从所述无线局域网的多个接入点AP中确定AP候选列表的模块；
用于基于所述多个AP的信号强度对所述AP候选列表进行排序的模块；
用于基于所述多个AP的信号强度和可靠性级别从所述AP候选列表中选择一个AP的模块；
用于基于当前AP的质量确定已经触发了一个AP间切换触发的模块；
用于如果一个切换触发出现、切换尝试的次数低于阈值、且所选AP的信号强度比当前AP的信号强度高一个迟滞等级，则尝试切换到所选AP的模块；以及
用于如果所述切换尝试的次数等于或大于所述阈值，则尝试切换到CDMA网络的模块。
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