CN101636981B - 用于在分组交换网络上提供电路交换域服务的方法和装置 - Google Patents

用于在分组交换网络上提供电路交换域服务的方法和装置 Download PDF

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Abstract

描述了一种用于通过分组交换网络提供基于移动交换中心的服务的方法和装置。在移动站和分组移动交换中心之间提供接口。该接口用于通过分组交换网络在移动站和分组移动交换中心之间传输控制平面信息和用户平面信息。还描述了用于电路交换网络的分组移动交换中心。在一个实施方式中，网络控制器处理来自分组交换核心网络的控制平面信息，而互通单元处理来自分组交换核心网络的用户平面信息。

Description

用于在分组交换网络上提供电路交换域服务的方法和装置
相关申请的交叉引用
本申请要求2007年1月15日提交的美国临时申请No.60/884,914的权益，将其公开的内容引入于此以供参考。
背景技术
本发明涉及电路交换域服务(circuit switched domainservice)。具体而言，本发明涉及在分组交换(PS)网络上提供电路交换(CS)域服务。
当引入LTE(Long Term Evolution，长期演进)(3GPP的下一代无线接入)时，仅分组承载(bearer)是可用的。这意味着：当前在CS域内提供的多种服务不能供利用LTE连通性的终端使用，除非该终端或者转入另一个无线接入或者配备有允许并行接入2G和3G网络中存在的CS域的第二收发器。现有服务的实例是：
-预付
-等同信令的规则性设备(Regularity equipments for identitysignaling)
-合法截取
-0800呼叫、免费呼叫
-通告(Announcement)
-加价(Premium)号码呼叫
-家园地带
-音响标志
-呼叫限制
-多通卡(MultiSIM)
-标准化附加服务
引入LTE时的基本假定是电信服务将由IMS(IP多媒体子***)***提供。
发明内容
本发明总体上描述了一种用于通过分组交换网络提供基于移动交换中心的CS域服务的方法和装置。在一个实施方式中，在移动站和分组移动交换中心之间提供接口。该接口用于通过分组转接网络在移动站和分组移动交换中心之间传输控制平面(control plane)信息和用户平面信息。
描述了一种用于电路交换网络的分组移动交换中心。在一个实施方式中，网络控制器处理(handle)来自分组交换核心网络的控制平面信息，而互通(interworking)单元处理来自分组交换核心网络的用户平面信息。
附图说明
在下文中，将参照在附图中图示的示例性实施方式来描述本发明，其中：
图1举例说明了根据本发明一个实施方式的用于通过分组交换网络提供电路交换域服务的***；
图2举例说明了根据本发明一个实施方式的3GPP PS网络24.008(24.008 over 3GPP PS network)功能结构；
图3举例说明了根据本发明一个实施方式的用于通过分组交换网络提供基于MSC的CS域服务的方法的图；
图4举例说明了根据本发明一个实施方式的控制平面PS网络协议结构；
图5举例说明了根据本发明一个实施方式的用于CS域控制平面的MS结构；
图6举例说明了根据本发明一个实施方式的用户平面PS网络协议结构；以及
图7举例说明了根据本发明一个实施方式的用于实现3GPP PS网络24.008功能性的MS的状态图。
具体实施方式
如本领域的技术人员所认识的那样，本申请中所描述的创新理念可以在很宽的应用范围内作出修改和变化。因此，所要求专利的主题的范围将不限于上述任何特定的示例性教导，相反意在由所附权利要求来限定。
在所附权利要求中详细阐述了被认为是表示本发明特点的新颖特征。然而，就本发明自身而言，无论其结构和操作方法，还是附加目的及其优点，都能在结合附图阅读下面的描述时最好地理解。
为了说明本发明，使用以下术语和定义：
3GPP PS网络24.008：允许终端也通过3GPP分组交换网络利用CS呼叫控制的服务。
3GPP PS网络24.008模式：NAS层通过U8-CSR实体进行通信的MS操作模式。
3GPP PS网络24.008 PMSC：当从CS域切换到进入3GPP PS网络24.008模式的分组域时的目标MSC，确切地说是PMSC。
3GPP PS网络24.008支持PMSC(24.008 over 3GPP PS networksupporting PMSC)：当进入3GPP PS网络24.008模式时MS将漫游(rove)进入的PMCS。
3GPP PS网络：3GPP分组交换服务的无线和核心部分。
CS域：执行电路交换服务的域。该域可以基于核心网络中的IP，但是在无线接入上该资源是基于电路的。
CS域模式：与CS相关的NAS层通过GERAN RR或者UTRAN RRC实体进行通信以在常规CS域中运行的MS操作模式。当GERAN RR被使用时，利用标准化A-接口将BSS与CN相连接。当UTRAN RRC被使用时，利用标准化Iu-CS接口将RNS与CN相连接。
发现程序(Discovery procedure)：MS由其发现漫游进入哪个PMSC的过程。
切换：致力于呼叫的移动站在3GPP CS接入网络和3GPP PS网络24.008之间移动。
切换入(Handover in)：移动站从3GPP CS接入网络移动到3GPPPS网络24.008。
切换出(Handover out)：移动站从3GPP PS网络24.008移动到3GPP CS接入网络。
PMSC：分组MSC，支持3GPP PS网络24.008服务所需的网络功能。
支持PMSC(Supporting PMSC)：MS漫游进入的PMSC。
漫游入(Rove in)：移动站从3GPP CS接入网络重新选择到3GPPPS网络24.008。
漫游出：移动站从3GPP PS网络24.008重新选择到3GPP CS接入网络。
漫游：对于处于空闲模式下的移动站而言在3GPP CS接入和3GPPPS网络24.008之间重新选择的动作。
无缝(Seamless)：没有明显的过渡(noticeable transition)(即不需要终端用户的动作；语音中断很短；服务中断很短；来电不会被遗漏；分组会话被保持；服务工作相同)。
为了说明本发明，使用了以下缩写：
AMR(Adaptive Multi-Rate)自适应多速率
AS(Access Stratum)接入层
BSS(Base Station Subsystem)基站子***
BSSGP(Base Station System GPRS Protocol)基站***GPRS协议
BSSMAP(Base Station System Management Application Part)基站***管理应用部分
CC(Call Control)呼叫控制
CGI(Cell Global Identity)小区全球识别码
CM(Connection Management)连接管理
CN(Core Network)核心网络
CS(Circuit Switched)电路交换
CSR(Circuit Switched Resources)电路交换资源
CTM(Cellular Text Telephone Modem)蜂窝文本电话调制解调器
DNS(Domain Name System)域名***
DTM(Dual Transfer Mode)双重传输模式
ETSI(European Telecommunications Standards Institute)欧洲电信标准协会
FQDN(Fully Qualified Domain Name)正式域名
GAD(Geographical Area Description)地理区域描述
GAN(Generic Access Network)通用接入网络
GERAN(GSM EDGE Radio Access Network)GSM EDGE无线接入网络
GGSN(Gateway GPRS Support Node)网关GPRS支持节点
GMM/SM(GPRS Mobility Management and Session Management)GPRS移动管理和会话管理
GPRS(General Packet Radio Service)通用分组无线业务
GSM(Global System for Mobile communications)全球移动通信***
GSN(GPRS Support Node)GPRS支持节点
HLR(Home Location Register)归属位置寄存器
HPLMN(Home PLMN)归属PLMN
HSPA(High Speed Packet Access)高速分组接入
IETF(Internet Engineering Task Force)互联网工程任务小组
IMEISV(International Mobile station Equipment Identity andSoft-ware Version number)国际移动台设备标识和软件版本号
IMS(IP Multimedia Subsystem)IP多媒体子***
IMSI(International Mobile Subscriber Identity)国际移动用户标识号
IP(lnternet Protocol)互联网协议
ISIM(IMS Subscriber Identity Module)IMS用户标识模块
LA(Location Area)位置区域
LAI(Location Area Identity)位置区域标识
LLC(Logical Link Control)逻辑链路控制
LTE(Long Term Evolution)长期演进
MAC(Medium Access Control)媒体访问控制
MM(Mobility Management)移动性管理
MS(Mobile Station)移动站
MSC(Mobile Switching Center)移动交换中心
MTP1(Message Transfer Part layer 1)消息传递部分第1层
MTP2(Message Transfer Part layer 2)消息传递部分第2层
MTP3(Message Transfer Part layer 3)消息传递部分第3层
NAS(Non-Access Stratum)非接入层
PDP(Packet Data Protocol)分组数据协议
PDU(Protocol Data Unit)协议数据单元
PLMN(Public Land Mobile Network)公共陆地移动网络
PMSC(Packet MSC)分组MSC
PSAP(Public Safety Answering Point)公共安全响应点
附注：PSAP是负责响应紧急呼叫的紧急服务网络元件。
PSTN(Public Switched Telephone Network)公用交换电话网
QoS(Quality of Service)服务质量
RA(Routing Area)路由区域
RAC(Routing Area Code)路由区域码
RAI(Routing Area Identity)路由区域标识
RAT(Radio Access Technology)无线接入技术
RLC(Radio Link Control)无线链路控制
ROHC(Robust Header Compression)鲁棒报头压缩
RRC(Radio Resource Control)无线资源控制
RTCP(Real Time Control Protocol)实时控制协议
RTP(Real Time Protocol)实时协议
SCCP(Signaling Connection Control Part)信令连接控制部分
SGSN(Serving GPRS Support Node)服务GPRS支持节点
SIM(Subscriber Identity Module)用户标识模块
SMLC(Serving Mobile Location Center)服务移动位置中心
SMS(Short Message Service)短消息服务
SNDCP(Sub-Network Dependent Convergence Protocol)子网相关会聚协议
SS(Signaling Subsystem)信令子***
TFO(Tandem Free Operation)无二次编码操作
TrFO(Transcoder Free Operation)无转码器操作
TTY(Text Telephone or TeletYpewriter)文本电话或电传打字机
UDP(User Datagram Protocol)用户数据报协议
UMTS(Universal Mobile Telecommunication System)通用移动电信***
VLR(Visited Location Register)拜访位置寄存器
VPLMN(Visited Public Land Mobile Network)拜访公用陆地移动通信网络
图1举例说明了用于通过分组交换网络提供电路交换域服务的***100。以前，利用长期演进无线接入130的移动站110需要接入例如2G/3G网络120之类的另一个网络，以便使用基于MSC的CS域服务。本发明允许移动站110同样在处于长期演进(LTE)网络130，或者使用基于其它分组的接入时，也能使用基于MSC的CS域服务。本发明以第三代合作伙伴计划(Third Generation PartnershipProject，3GPP)接入为例进行描述。应当注意的是其它的接入类型也适用于本发明，例如3GPP2和WiMax接入。这意味着CS域的全部控制平面180和用户平面190信息都是穿过(tunnel through)3GPPPS网络140的，该CS域例如电路交换核心网络CS CN 160。与公用交换电话网(PSTN)170有关的服务也可以经由CS CN 160接入。
控制平面信息180穿过分组交换网络140到达网络控制器194。网络控制器194可以是独立的单元，或者也可以是移动交换中心服务器(MSC-S)196的组件。用户平面信息190穿过分组交换网络140到达互通单元(IWU)192。IWU 192可以是独立的单元，或者也可以是电路交换域媒体网关(circuit switch domain media gateway，CS-MGW)198的组件。网络控制器194、MSC-S 196、IWU 192和CS-MGW198全部都位于分组移动交换中心(未示出)中。
全部其它可能的PS业务(traffic)182都可以被传送给分组数据网络150。附图将LTE 130示出为所使用的3GPP PS接入的实例。其它的可能性例如是演进GSM/GPRS(Evolved GSM/GPRS)、UMTS/HSPA和WiMax。图1的LTE实例还示出了接入网关(AGW)144。应当注意的是：尽管本发明涉及3GPP接入，但本领域的技术人员将认识到任何基于分组的接入都是可以使用的。对于演进GSM/GPRS和UMTS/HSPA的情况，AGW 144是与GGSN相对应的节点。在现行标准(3GPP 23.401)中，AGW由服务网关(Serving Gateway)和PDN网关(Packet DataNetwork Gateway，分组数据网络网关)组成。
图2举例说明了3GPP PS网络24.008功能结构200的一个实施方式。移动站(MS)205包含接入3GPP分组交换(PS)网络24.008 220的功能。
与移动交换中心(MSC)相比，分组移动交换中心(PMSC)225具有新的功能性。PMSC 225能够处理3GPP PS网络24.008的服务。在一个实施方式中，PMSC 225处理接口(U8)217，该接口是通过PS网络220在移动站205和PMSC 225之间的接口。在一个实施方式中，PMSC 225能够向PS网络请求特定的IP服务质量类别。PMSC 225可以被分成4个功能组件：MSC服务器240、网络控制器230(例如3GPP网络24.008的控制器(8PSC))、互通单元(IWU)235以及媒体网关245(例如CS域媒体网关(CS-MGW))。网络控制器230和IWU 235可以是独立的单元，或者也可以分别是MSC-服务器240和CS-MGW 245的一部分。
网络控制器194、230端接(terminate)U8接口(即U8c接口)的控制平面部分。网络控制器230在试图向Iu-CS接口发任何信号之前选择性地认证用户，例如MS 205。网络控制器230还负责向策略与计费规则功能(Policy and Charging Rules Function，PCRF)250请求资源。
IWU192、235端接U8接口(即U8u接口)的用户平面部分，并负责将媒体流从实时协议(Real Time Protocol，RTP)重新打包(repack)为RTP中的Nb(Nb是在3GPP CS域中的媒体网关之间的接口)成帧(framing)。作为选择，如果Iu-CS上的基于异步传输模式(Asynchronous Transfer Mode，ATM)的接口被使用，那么IWU 235还将作为ATM和IP之间的媒体网关(IWU 235 will also do mediagatewaying between ATM and IP)。
除处理来自网络控制器230的控制信息之外，MSC服务器240还可操作用于处理经由CS-核心215和CS接入210来自移动站的控制信息，以及处理来自CS-MGW 245的媒体控制信息Mc，如在3GPP标准的相关规范中所说明。除处理来自IWU 235的用户平面信息之外，电路交换域媒体网关(CS-MGW)245还可操作用于处理媒体信息，如在3GPP标准的相关规范中所说明的。
MS 205利用GERAN的Um和UMTS陆地无线接入网络(UMTSTerrestrial Radio Access Network，UTRAN)的Uu与网络210相接口。术语U(x)用来表示Um和Uu二者，但是不排除更多个接口。
A和Iu接口是在接入网络210和核心网络215之间的两个标准CS域接口。A-接口用在GERAN 210和MSC 240之间，而Iu-CS接口可以用在GERAN 210和MSC 240之间或者UTRAN 210和MSC 240之间。
Rx接口是朝向PCRF 250的应用所使用的接口。并不预见这些应用将具有接口上的任何附加功能性需求。
接口217(也就是U8-接口)分开(divide)在用户平面U8u 180和控制平面U8c 190上。接口217承载(carry)例如漫游所需的全部控制和用户平面信息；并且建立、保持和清除通过例如网络140、220的3GPP PS网络24.008 CS呼叫。U8-接口217处于MS 110、205和PMSC 225之间。该接口支持3GPP 24.008内的所有CS限定的服务，诸如移动性、基本呼叫和附加服务(supplementary service)。
Gi接口是基于IP的接口，其从3GPP PS网络引出。Gi接口的另一个名称是SGi，并在SAE/LTE 3GPP规范中使用。关于功能级，在Gi和SGi之间没有实际的差别。在一个实施方式中，Gi接口(或SGi)是利用AGW 144实现的(该AGW 144可以根据当前标准被分成S GW和PDN GW)。在另一个利用GPRS PS网络的实施方式中，Gi接口是利用GGSN实现的。在又一个利用WiMAX结构的实施方式中，AGW可以被转换为接入服务网络网关和归属代理(Home Agent)。在WiMAX结构中，没有与Gi和SGi参考点相对应的名称。
图3举例说明了根据一个实施方式的用于通过分组交换网络提供基于MSC的CS域服务的方法的图。方法300起始于步骤305并进行至步骤310。在步骤310，在移动站和分组移动交换中心之间提供接口217。在步骤315，接口217用来通过分组交换网络在移动站和分组移动交换中心之间传输控制平面信息和用户平面信息。
图4举例说明了控制平面PS网络协议结构。示出了用于LTE中的控制平面的3GPP PS网络24.008协议结构的一个实施例。在GPRS和UMTS中协议栈看起来非常类似，但仍存在一些不同的节点实体。
图4所示的实施方式举例说明了3GPP PS网络24.008服务的U8c接口的特征。3GPP PS网络在MS和PMSC之间提供通用IP连通性。在该实施方式中，PMSC经由SGi/Gi-接口相连接。
UDP提供了在MS 110、205和PMSC 225之间U8电路交换资源(U8-CSR)217的传送。在一个实施方式中，U8-CSR基于GAN(通用接入网络)隧道协议，如在3GPP TS 43.318和44.318中定义的那样。U8-CSR协议管理IP连接，并执行等同于GSM-RR协议的功能性。诸如移动性管理(MM)及以上例如CC/SS/SMS之类的协议，被在MS110、205和PMSC 225之间透明地(transparently)承载。对于3GPP PS网络24.008服务而言，MS110、205的IP地址被PMSC 225所使用以与MS 110、205进行通信。
图5举例说明了MS 110，205中的CS域控制平面的MS结构。连接管理(CM)层包括呼叫控制(CC)，信令子***(SS)以及短消息服务(SMS)服务。移动性管理(MM)层利用相应的服务接入点(SAP)与CM层的CC、SS和SMS服务接口。对GSM、UMTS和3GPP PS网络24.008(以及如果存在，则对GAN)接入而言，对UMTS/GSM-MM层的无线资源SAP(RR-SAP)接口被同等地保留(preserve)。提供接入模式开关(access mode switch)以在UTRAN/GERAN和3GPP PS网络24.008模式(以及如果存在，则GAN)之间进行转换。U8-CSR等同于(peerwith)UTRAN-RRC/GSM-RR，以便提供切换的协调。注意：有时RLC/MAC/L1可以是相同的，例如在UMTS CS和PS无线电接口中。
图6举例说明了用户平面PS网络协议结构。图6所示的实施方式举例说明了3GPP PS网络24.008服务的U8u接口的特征。3GPP PS网络在MS和IP网络之间提供通用连通性。在MS和PMSC之间通过RTP/UDP传送CS域用户平面。如例如在3GPP TS 26.071中所规定的那样，当在3GPP PS网络24.008模式下运行时，支持标准3GPP编码译码器，例如AMR。通过定义新的RTP帧格式在RTP/UDP上传送CS-数据以便承载TAF(Terminal Adaptation Function，终端适配功能)——通过RTP/UDP利用GSM编码译码器上的CTM，在RTP TTY上传送TRAU(Transcoder and Rate Adaptation Unit，转码器和速率适配单元)(v.110那样的)帧。可选地，用于无线接入网络上的有效语音传送的报头压缩(诸如ROHC)可以由3GPP PS接入和PS核心节点支持。
U8-CSR协议提供资源管理层，该资源管理层等同于GSM-RR或UTRAN-RRC，并提供以下功能：发现，也就是选择3GPP PS网络24.008支持PMSC；在MS和PMSC(8PSC功能实体)之间设置CS服务的IP承载资源；在UTRAN/GERAN和3GPP PS网络24.008之间的切换支持；以及诸如寻呼、加密配置(ciphering configuration)、等级改变(classmark change)等之类的功能。
图7举例说明了实现3GPP PS网络24.008模式的MS的示例性状态图。MS中的U8-CSR子层可以处于U8-CSR-IDLE或U8-CSR-DEDICATED两种状态，并在如以下所限定的这些状态之间移动。
当MS将服务RR实体转换为U8-CSR并且在MM和U8-CSR之间的SAP被激活时，MS进入PS网络24.008模式。当MS保持在3GPP PS网络24.008模式中时，其执行正常的和定期的位置更新，并且在3GPPPS网络24.008支持PMSC的情况下应用级别保持有效(applicationlevel keep alive with the 24.008 over 3GPP PS network supportingPMSC)。
当U8-CSR连接被建立时，MS从U8-CSR-IDLE状态移动到U8-CSR-DEDICATED状态，而当U8-CSR连接被释放时，MS返回到U8-CSR-IDLE状态。在U8-CSR连接释放时，就将不存在专用资源的指示传送到上层。
当正在执行到3GPP PS网络24.008的切换时，MS还可以从CS域模式进入PS网络24.008模式下的U8-CSR-DEDICATED状态。同样地，当从3GPP PS网络24.008进行切换时，MS从U8-CSR-DEDICATED进入CS域模式。
3GPP PS网络24.008支持不同层次和接口的安全机制。假定3GPPPS接入对服务而言足够安全(利用为PS服务指定的安全机制)。作为选择IPsec(IPsec供IMS使用)可以被利用以确保信令的安全。认证将在MM层上执行，并由PMSC控制(正常的SIM和ISIM认证程序)。
此外，还需要在AGW和PMSC之间提供安全性。例如，在漫游情况下，AGW驻留于HPLMN中，而PMSC驻留于VPLMN中，并且可能适合于为在AGW和PMSC之间的业务提供一些低层次的安全性(例如IPsec隧道)。

Claims (11)

1.一种用于利用长期演进LTE分组交换接入网络向移动站提供电路交换电信服务的分组移动交换中心PMSC，所述分组移动交换中心包括：
网络控制器，用于从所述LTE接入网络接收穿过分组交换网络的控制平面信息，并向所述分组交换网络中的策略与计费规则功能PCRF请求资源；
移动交换中心服务器MSC-S，与所述网络控制器通信；
电路交换媒体网关CS-MGW，与所述MSC-S通信；以及
互通单元IWU，与所述网络控制器和所述CS-MGW通信以从所述LTE接入网络接收穿过所述分组交换网络的用户平面信息，以及将媒体流从实时协议RTP重新打包为Nb成帧以供所述CS-MGW使用。
2.根据权利要求1所述的PMSC，其中所述分组移动交换中心向所述分组交换网络请求互联网络协议IP服务质量类别。
3.根据权利要求1所述的PMSC，其中所述网络控制器是所述MSC-S的一部分。
4.根据权利要求1所述的PMSC，其中所述网络控制器包括用于在试图向所述MSC-S的Iu-CS接口发信号以前认证用户的装置。
5.根据权利要求1所述的PMSC，其中在所述IWU和所述CS-MGW之间使用异步传输模式ATM，并且所述IWU包括用于在ATM和IP之间的媒体网关的装置。
6.根据权利要求1所述的PMSC，其中所述IWU是所述CS-MGW的一部分。
7.一种用于在分组移动交换中心PMSC中利用长期演进LTE分组交换接入网络向移动站提供电路交换电信服务的方法，所述方法包括下述步骤：
网络控制器从所述LTE接入网络接收穿过分组交换网络的控制平面信息；
所述网络控制器向所述分组交换网络中的策略与计费规则功能PCRF请求资源；
所述网络控制器将控制信息提供至移动交换中心服务器MSC-S；
互通单元IWU从所述LTE接入网络接收穿过所述分组交换网络的用户平面信息；
所述IWU将媒体流从实时协议RTP重新打包为Nb成帧；以及
所述IWU将媒体流转发至电路交换媒体网关CS-MGW。
8.根据权利要求7所述的方法，还包括所述分组移动交换中心向所述分组交换网络请求互联网络协议IP服务质量类别。
9.根据权利要求7所述的方法，还包括在试图向所述MSC-S的Iu-CS接口发信号以前所述网络控制器认证用户。
10.根据权利要求7所述的方法，其中在所述IWU和所述CS-MGW之间使用异步传输模式ATM，并且所述方法还包括在ATM和IP之间由所述IWU进行的媒体网关化。
11.一种用于利用全球微波接入互通WiMAX分组交换接入网络向移动站提供电路交换电信服务的分组移动交换中心PMSC，所述分组移动交换中心包括：
网络控制器，用于从所述WiMAX接入网络接收穿过分组交换网络的控制平面信息，并向所述分组交换网络中的策略与计费规则功能PCRF请求资源；
移动交换中心服务器MSC-S，与所述网络控制器通信；
电路交换媒体网关CS-MGW，与所述MSC-S通信；以及
互通单元IWU，与所述网络控制器和所述CS-MGW通信以从所述WiMAX接入网络接收穿过所述分组交换网络的用户平面信息，以及将媒体流从实时协议RTP重新打包为Nb成帧以供所述CS-MGW使用。
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