CN101801055A - 不同网络之间的通信切换方法及其终端设备 - Google Patents

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郭磊
杨阳
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一种不同网络之间的通信切换方法，包括如下步骤：终端通过第二网络中的接入控制装置向核心网发出建立第二链路请求；在第二链路建立完毕之后，核心网通过第一网络中的接入控制装置向终端发出释放第一链路的请求。本发明的优点在于，提出并解决了现有技术在处理多模终端在WLAN网络和移动无线网络间无缝切换所遇到的技术问题，保障了用户漫游时的业务质量和业务体验。该发明依照3GPP、3GPP2、RFC等国际标准，提出了新型的实现***和方法，实现简单，具有规模商用推广的能力。

Description

不同网络之间的通信切换方法及其终端设备
【技术领域】
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及不同网络之间的通信切换方法及其终端设备。
【背景技术】
固移融合(FMC)技术是将固定网络的宽带优势和移动网络的移动优势相接合，使得用户使用同一UE(User Equipment)能够经由不同的接入网络接入到核心网络，并能在不同的接入网络覆盖下自由移动和切换，获得完整的业务和一致的业务体验。
本发明所指的核心网是3GPP组织和3GPP2定义的移动核心网。本发明所指的WLAN接入技术包括使用WiFi(802.11系列标准)、WiMax(802.16系列标准)和蓝牙(Bluetooth)接入到宽带网络的接入方式。
当用户使用支持WLAN接入和2G/3G接入的多模终端时，用户希望能降低业务使用资费，并保证用户移动时业务都是从较高QoS保证的网络中接入，在移动过程中用户的业务使用不受影响。这样就对终端和WLAN及移动网络间提出了实际的切换需求。切换实现时的一般策略是考虑到WLAN接入网络的高带宽和低成本，当WLAN信号质量较好时，终端优先接入WLAN网络，以降低移动无线接入网络的负荷；当WLAN信号不能满足业务质量要求时，终端转而通过移动基站接入移动核心网络，以保证通信的顺利进行。为了保证上述业务切换过程中的切换质量，提升用户的业务体验，必须要求终端和网络采取相应措施如无线网络优化等，以满足终端在不同接入网络间的无缝切换需求，降低丢包率，提高切换成功率和业务质量。
目前尚未见到使用双模或多模终端，能够自由接入2G/3G移动无线网络和WLAN网络，进而接入移动核心网络，并能在2G/3G和WLAN接入网络间实现无缝切换的成功商用案例。目前已知的异种网络间无缝切换方案大都是基于MIP(移动IP)实现，要求网络中部署FA(外部代理)和HA(归属代理)等设备，对现有网络的部署和改动要求很高。而目前现有的核心网络中支持MIP的设备大都还不具备大规模商用组网能力，或者说MIP业务的商业部署还不够成熟。后续随着MIPv4向MIPv6的演进，基于MIP实现并兼容IPv4/v6双协议栈将使得异种接入网络间的无缝切换实现变得更为复杂。IMS LTE相关协议如3GPP 23.402对3GPP和非3GPP接入网间的切换也进行了描述和定义，也是基于MIP和PMIP(代理移动IP)技术实现，具体实现流程还在逐步完善和修订中。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题是，提供一种不同网络之间的通信切换方法及其终端设备，解决终端在不同网络之间无缝切换的技术问题，尤其是在WLAN与移动无线接入网络之间的无缝切换。
为了解决上述问题，本发明提供了一种不同网络之间的通信切换方法，用于将已经在第一网络中通过第一链路与核心网进行通信的终端切换到第二网络中继续通信，所述第一网络与第二网络连接同一核心网，包括如下步骤：终端通过第二网络中的接入控制装置向核心网发出建立第二链路请求，以在第二网络中建立一个所述终端与核心网之间的所述第二通信链路；在第二链路建立完毕之后，核心网通过第一网络中的接入控制装置向终端发出释放第一链路的请求，以释放第一网络中先前存在的所述终端与核心网之间的所述第一通信链路。
作为可选的技术方案，所述建立第二通信链路的步骤进一步包括如下步骤：终端向第二网络中的接入控制装置发出空口建立第二链路请求；第二网络中的接入控制装置向核心网发出接入网建立第二链路请求；核心网向第二网络中的接入控制装置发出建立第二链路请求的应答；第二网络中的接入控制装置向终端发出对建立第二链路请求的应答，从而将终端的业务流从第一网络切换到第二网络。
作为可选的技术方案，所述释放第一通信链路的步骤进一步包括如下步骤：核心网向第一网络中的接入控制装置发出第一链路释放请求；第一网络中的接入控制装置向终端发出第一链路释放请求；终端向第一网络中的接入控制装置发出对释放第一链路请求的应答；第一网络中的接入控制装置向核心网发出对释放第一链路请求的应答，从而将终端与核心网之间进行通信的第一链路释放。
作为可选的技术方案，所述第一网络中的接入控制装置为移动基站和基站控制器，所述第二网络中的接入控制装置为无线局域网接入网关。
作为可选的技术方案，所述第一网络中的接入控制装置为无线局域网接入网关，所述第二网络中的接入控制装置为移动基站和基站控制器。
本发明进一步提供了一种用于实施上述方法的终端设备，包括应用层、适配层、驱动层和物理层，所述驱动层包括多个驱动模块，所述物理层包括多个调制解调模块。
作为可选的技术方案，所述驱动层包括无线局域网无线网卡驱动模块和2G/3G数据卡驱动模块。
作为可选的技术方案，所述物理层包括无线局域网调制解调器和2G/3G数据卡调制解调器。
本发明的优点在于，提出并解决了现有技术在处理多模终端在WLAN网络和移动无线网络间无缝切换时所遇到的技术问题，保障了用户漫游时的业务质量和业务体验。本发明提出的WLAN和无线网络间的无缝切换的***和方法，只需要在现有网络中增加WLAN接入网关，对现有的移动核心网没有任何其它改动需求，并能够适配后续MIP的部署，扩大用户的漫游范围。采用本发明方案，运营商能够快速推出FMC业务，解决FMC融合业务中异种接入网络间的切换问题，更加充分的利用固定网络(WLAN无线接入)的低成本带宽，降低高成本无线网络的负荷，提高无线网络覆盖质量，满足用户日益增长的分组业务QoS需求。该发明依照3GPP、3GPP2、RFC等国际标准，提出了新型的实现***和方法，实现简单，具有规模商用推广的能力。
【附图说明】
附图1至附图3所示是本发明所述不同网络之间的通信切换方法具体实施方式的实施步骤示意图；
附图4所示是本发明所述不同网络之间的通信切换方法所采用的终端具体实施方式中所述终端的结构示意图；
附图5至附图9所示是本发明一实施例的实施步骤示意图和终端结构示意图。
【具体实施方式】
下面结合附图对本发明提供的不同网络之间的通信切换方法及其终端设备的具体实施方式做详细说明。
首先结合附图给出本发明所述不同网络之间的通信切换方法的具体实施方式。附图1所示是本具体实施方式所述切换方法的实施步骤示意图，包括：步骤S111，终端向第二网络中的接入控制装置发出空口建立第二链路请求；步骤S112，第二网络中的接入控制装置向核心网发出接入网建立第二链路请求；步骤S113，核心网向第二网络中的接入控制装置发出建立第二链路请求的应答；步骤S114，第二网络中的接入控制装置向终端发出对建立第二链路请求的应答，从而将终端的业务流从第一网络切换到第二网络；步骤S121，核心网向第一网络中的接入控制装置发出第一链路释放请求；步骤S122，第一网络中的接入控制装置向终端发出第一链路释放请求；步骤S123，终端向第一网络中的接入控制装置发出对释放第一链路请求的应答；步骤S124，第一网络中的接入控制装置向核心网发出对释放第一链路请求的应答，从而将终端与核心网之间进行通信的第一链路释放。
本具体实施方式所述方法用于将已经在第一网络中通过第一链路与核心网进行通信的终端切换到第二网络中继续通信，所述第一网络与第二网络连接同一核心网，步骤S111至步骤S114的实质在于使终端通过第二网络中的接入控制装置向核心网发出建立第二链路请求，以在第二网络中建立一个所述终端与核心网之间的所述第二通信链路；步骤S121至步骤S124的实质在于在第二链路建立完毕之后，核心网通过第一网络中的接入控制装置向终端发出释放第一链路的请求，以释放第一网络中先前存在的所述终端与核心网之间的所述第一通信链路。
上述终端与网络以及核心网之间的通信还可以通过其他中转设备进行接转。
作为一种实施方式，所述第一网络中的接入控制装置为无线局域网接入网关，所述第二网络中的接入控制装置为移动基站和基站控制器。附图2所示为此种情况下的实施步骤示意图。
在上述方法实施之前，作为一种优选的实施方案，可以在终端探测到移动网络和WLAN网络信号后，就自动向移动网络和WLAN发起注册，驻留到移动网络和WLAN接入网关(以下简称为WAG)上。并实现周期性和网络交互，维持在网络侧的注册状态。当终端通过无线信号测量判断需要发起切换时，就不再需要重新注册，而直接发起切入呼叫，这样将大幅减少切换时延。
终端和核心网之间使用点到点协议(Point to Point Protocol，PPP)，通过WLAN网络和WAG接入到核心网，建立起PPP会话。终端决定发起切换后，通过切入侧接入网控制设备即移动基站和基站控制器与核心网协商新建链接，收到建链成功消息之后，保持原有的WLAN及WAG上承载的PPP会话，而将PPP业务流切换到移动基站和基站控制器上的新建通道上。移动基站和基站控制器在收到核心网建链响应后，就能够接收核心网的下行报文；在收到终端返回的建链响应后，就能够转发终端的上行报文。通过以上控制方式可减少切换过程中的报文缓存和重发间隔。
切入侧建链成功后，核心网通知WAG释放原有链路。终端上层业务并不知道底层的切换，只要PPP会话不断，报文就一直在收发。底层在切换过程中，对发送不成功的报文进行缓存。在收到切入侧建链成功消息后，将此前发送不成功的报文重新发送。接入网控制设备在收到核心网下发的建链应答后，如果还未收到终端的建链成功响应，可先将核心网下发的报文进行缓存，在收到终端建链应答后再转发给终端。通过以上控制方式可以降低切换过程中的丢包率。
作为另一种实施方式，所述第一网络中的接入控制装置为移动基站和基站控制器，所述第二网络中的接入控制装置为无线局域网接入网关。附图3所示是上述情况的实施步骤示意图，与前一情况类似，此处不再赘述。
在其它的实施方式中，终端也可以同时驻留在更多的接入网络中，所述网络不仅包括各种无线网络，甚至也可以包括有线网络。例如同时连接局域网网线并将拥有无线网卡或者蓝牙功能的笔记本电脑，亦可以采用上述方法实现在有线网络和无线网络之间的自由切换。
考虑到WLAN网络单位带宽的建设和维护成本远远低于2G/3G等移动无线网络。在切换判决策略上可以实施WLAN切换优先策略。也就是说，当终端检测到WLAN无线信号质量满足切换门限值要求时，即使此时2G/3G无线信号质量很好，也可以考虑优先将业务切换到WLAN网络，降低2G/3G移动网络的负荷，改善用户的业务体验。
接下来结合附图给出本发明所述不同网络之间的通信切换方法的终端设备的具体实施方式。附图4所示是本具体实施方式所述终端设备的逻辑结构示意图，包括应用层、适配层、驱动层和物理层。应用层包括应用程序(applicationprogram，APP)和终端的PPP拨号程序(RAS)，APP用于完成上层应用业务以及接入移动网络和WLAN网络的应用层协议接口调用；适配层包括虚拟串口驱动模块(Virtual Serial)和协议适配模块(Adapter)，协议适配模块可完成标准或定制的报文协议封装格式的处理；驱动层包括无线局域网无线网卡驱动(WLAN Driver)模块和2G/3G数据卡驱动(2G/3G Datacard Driver)模块；物理层包括无线局域网调制解调器(WLAN Modem)和2G/3G数据卡调制解调器(2G/3G Datacard Modem)。
在采用上述结构的终端实施前一具体实施方式所述方法时，当切换的动作是终端已经通过WLAN经由WAG建立了到移动核心网的PPP链路，并切换至移动网络时，终端的工作模式如下：终端决定发起切换，APP层调用底层指令，通过2G/3G Datacard Modem完成到移动无线网络的空口接入；空口建链完成后，APP层将通知适配层完成驱动接口模块的切换；后续业务流到达适配层，由适配层根据业务建链时的上下文选定2G/3G Datacard驱动来完成2G/3GDatacard Modem上的数据报文收发。
当切换动作是终端已经通过移动无线网络经由基站和基站控制器建立了到移动核心网的PPP链路，并切换至WLAN时，终端的工作模式如下：终端决定发起切换，APP层调用底层指令，通过WLAN Modem完成到WAG的接入；终端到WAG的链路建立完成后，APP层将通知适配层完成驱动接口模块的切换；后续业务流到达适配层后，由适配层根据业务建链时的上下文选定WLAN驱动来完成WLAN Modem上的数据报文收发。
接下来结合附图给出本发明的实施例。
本实施例使用携带WiFi模块的笔记本电脑，***CDMA无线网卡，通过CDMA网络或WLAN网络接入3GPP2移动核心网的PDSN网元，实现同一PDSN下的异种接入网络间自由无缝切换。笔记本使用微软的Windows XP操作***。
本领域中对于3GPP2和RFC的标准规范定义均采用英文，为了使如下的叙述与标准的规范定义相适应，因此如下叙述以及附图中对消息交互的描述都是引用相应3GPP2和RFC的标准规范定义中的英文叙述。
具体的说，以下将采用的英文叙述对应的中文含义如下：
Assignment request：指配请求；
A11-Register Req：A11接口注册请求；
A11-Register Reply：A11接口注册响应；
A11-Register Update：A11接口注册更新；
A11-Register Ack：A11接口注册应答；
Assignment Complete：支配完成；
BS ACK Order：基站应答命令；
CM Service Request：呼叫业务请求；
Clear Request：清除请求；
Clear Command：清除命令；
Clear Complete：清除完成；
LocationNotification：位置通知；
LocationAssignment：位置分配；
LocationComplete：位置完成；
Origination：初始消息；
TCH Setup：传输通道建立；
TCH Release：传输通道释放。
具体业务流程和终端实现过程如下：
1WLAN切换到CDMA
CDMA网络目前存在1X与EVDO制式，以下分别描述从WLAN切换到这两种制式网络的业务流程。
1.1WLAN切换到1X
切换步骤如图5所示。终端已经通过WAG和PDSN建立了PPP会话连接。当终端检测到满足向CDMA 1X接入网络的切换条件后，终端发起向CDMA 1X的切换，触发空口业务信道的建立。经过BSC/PCF、MSC、PDSN的网元交互后，终端和PDSN设备间的业务通道建立完成，终端和PDSN间的PPP会话成功切换到CDMA业务通道上。PDSN向切出侧网络(WLAN)发起业务通道释放消息，WAG收到后向终端发出SIP BYE消息，指示释放资源和结束会话。终端释放WLAN网络的会话资源。
1.2WLAN切换EVDO
切换步骤如图6所示。终端已经通过WAG和PDSN建立了PPP会话连接。当终端检测到满足向CDMA DO的切换条件后，终端发起向CDMA DO的切换，触发空口业务信道的建立。经过RNC、PDSN的网元交互后，终端和PDSN设备的业务通道建立完成，终端和PDSN间的PPP会话成功切换到CDMA业务通道上。PDSN向切出侧网络(WLAN)发起业务通道释放消息，WAG收到后向终端发出SIP BYE消息，指示释放资源和结束会话。终端释放WLAN网络的会话资源。
2CDMA切换到WLAN
2.11x切换WLAN
切换步骤如图7所示。终端已经在CDMA 1X网络建立了PPP会话。终端检测到满足向WLAN的切换条件后，如果尚未注册则终端向WAG发起SIP注册。注册成功后或切换前已处于注册状态，终端向WAG发起SIP INVITE消息来建立呼叫，WAG和PDSN间完成信令交互，建立业务通道。终端经由WAG到PDSN的业务通道建立成功后，终端和PDSN间的PPP会话切换到WLAN网络提供的承载通道上。后续PDSN向CDMA网络发起资源释放，并由CDMA接入网设备通知终端释放CDMA无线网络的会话连接和信道资源。
2.2DO切换到WLAN
切换步骤如图8所示。终端已经在CDMA DO网络建立了PPP会话。终端检测到满足向WLAN的切换条件后，如果尚未注册则终端向WAG发起SIP注册。注册成功后或切换前已处于注册状态时，终端向WAG发起SIP INVITE消息来建立呼叫，WAG和PDSN间完成信令交互，建立业务通道。终端经由WAG到PDSN的业务通道建立成功后，终端和PDSN间的PPP会话切换到WLAN网络提供的承载通道上。后续PDSN向CDMA网络发起资源释放，并由CDMA接入网设备通知终端释放CDMA无线网络的会话连接和信道资源。
3终端实现描述
终端实现基于Windows XP操作***，终端实现架构如图9所示。
3.1初始PPP建立过程：
终端通过SIP指令建立到WAG的接入业务通道，并在NDIS WANMINIPORT(笔记本电脑WAN驱动的适配层，其中NDIS即Network DriverInterface Specification，网络驱动接口规范)上建立数据报文路由和控制通道。
后续终端通过MMI拨号器发起PPP拨号连接，通过WAN驱动发往NDISWAN MINIPORT。由该模块根据SIP信令过程确定的业务报文路由和控制通道，选择合适的物理层设备(WLAN网卡或移动数据卡)将PPP报文发到网络。
网络返回的数据报文经由物理层网卡或MODEM，NDIS WAN MINIPORT和NDIS WAN等驱动层后，经过***的TCP/IP协议栈发送到上层应用。
终端检测到CDMA信号和WLAN信号后就自动尝试注册，终端注册成功后，自动发起周期性注册，和网络侧交互来维持终端在网络侧的注册状态。
3.2切换业务流控制过程：
WLAN->CDMA：
CDMA建链消息由2G/3G MODEM发给NDIS WAN MINIPORT，在其上建立用户面上下文。当建链成功后，NDIS WAN MINIPORT和2G/3G MODEM传送通道建立。后续业务流经过2G/3G MODEM进行收和发。
CDMA->WLAN：
WAG和终端之间的建链消息通过NET CARD、NDIS WAN MINIPORT和上层的SIP应用层进行交互，由SIP在NDIS WAN MINIPORT建立用户面上下文。当建链成功后，后续业务流经过WLAN NET CARD进行收和发。
通过上述过程可实现切换过程中的PPP会话保持，从而实现终端在WLAN和2G./3G无线接入网间的业务自由无缝切换。
4切换性能指标
基于上述实施例实现无缝切换的实际测试结果：
CDMA切换到WLAN平均时延120ms
WLAN切换到CDMA平均时延750ms
上述切换时延是指从终端上业务功能模块向驱动层发起切换指令开始到收到切入侧链路建立响应为止所经历的时间。
在网络环境稳定的情况下，CDMA和WLAN间切换成功率可以达到100％。在优化切换成功判决条件的情况下，上述切换时延还可以继续缩短。
以上切换指标完全能够满足用户对切换过程中的业务质量要求。用户移动时在使用业务中感知不到切换的发生。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种不同网络之间的通信切换方法，用于将已经在第一网络中通过第一链路与核心网进行通信的终端切换到第二网络中继续通信，所述第一网络与第二网络连接同一核心网，其特征在于，包括如下步骤：
终端通过第二网络中的接入控制装置向核心网发出建立第二链路请求，以在第二网络中建立一个所述终端与核心网之间的所述第二通信链路；
在第二链路建立完毕之后，核心网通过第一网络中的接入控制装置向终端发出释放第一链路的请求，以释放第一网络中先前存在的所述终端与核心网之间的所述第一通信链路。
2.根据权利要求1所述的不同网络之间的通信切换方法，其特征在于，所述建立第二通信链路的步骤进一步包括如下步骤：
终端向第二网络中的接入控制装置发出空口建立第二链路请求；
第二网络中的接入控制装置向核心网发出接入网建立第二链路请求；
核心网向第二网络中的接入控制装置发出建立第二链路请求的应答；
第二网络中的接入控制装置向终端发出对建立第二链路请求的应答，从而将终端的业务流从第一网络切换到第二网络。
3.根据权利要求1所述的不同网络之间的通信切换方法，其特征在于，所述释放第一通信链路的步骤进一步包括如下步骤：
核心网向第一网络中的接入控制装置发出第一链路释放请求；
第一网络中的接入控制装置向终端发出第一链路释放请求；
终端向第一网络中的接入控制装置发出对释放第一链路请求的应答；
第一网络中的接入控制装置向核心网发出对释放第一链路请求的应答，从而将终端与核心网之间进行通信的第一链路释放。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的不同网络之间的通信切换方法，其特征在于，所述第一网络中的接入控制装置为移动基站和基站控制器，所述第二网络中的接入控制装置为无线局域网接入网关。
5.根据权利要求1至3任意一项所述的不同网络之间的通信切换方法，其特征在于，所述第一网络中的接入控制装置为无线局域网接入网关，所述第二网络中的接入控制装置为移动基站和基站控制器。
6.一种用于实施权利要求1所述方法的终端设备，包括应用层、适配层、驱动层和物理层，其特征在于，所述驱动层包括多个驱动模块，所述物理层包括多个调制解调模块。
7.根据权利要求6所述的终端设备，其特征在于，所述驱动层包括无线局域网无线网卡驱动模块和2G/3G数据卡驱动模块。
8.根据权利要求6所述的终端设备，其特征在于，所述物理层包括无线局域网调制解调器和2G/3G数据卡调制解调器。
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