CN1348669A - 在某些转移期间避免丢失差错－临界非实时数据的方法和装置 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于移动站执行转移从第一网络连接到第二网络连接的方法。移动远程通信***提供在移动站和移动远程通信***固定部件之间的无线电接口上非实时远程通信连接。在执行转移(702’)从第一网络连接到第二网络连接以前,在移动站和移动远程通信***固定部件之间至少一个活动的非实时远程通信连接被挂起(704)。在新的连接已被建立以后,将所挂起的非实时远程通信连接恢复(705)。

Description

在某些转移期间避免丢失差错-临 界非实时数据的方法和装置

本发明一般涉及用于安排移动终端和分组交换网之间通信的协议结构。特别是，一方面从在某些转移情况下使丢失某些类型数据的风险最小，另一方面，使复杂性减小的观点看来，本发明涉及这样结构的最佳构成。

图1示出应用在分组交换通信连接中的已知数据协议堆，在该连接中一端是移动站(MS)，通过基站分***(BSS)，服务GPRS支持节点(SGSN)和网关GPRS支持节点(GGSN)，在GPRS网(通用包无线电服务)上进行通信。同级实体在MS和BSS中的协议层是采用GSM蜂窝无线电***(全球移动远程通信***)的物理层101，将媒体接入控制(MAC)层102和无线电链路控制层103，有时只认为是MAC层102的一部分，-因此在它们之间是虚线。同级实体在BSS和SGSN中的协议层是L1bis层104，网络服务层105和BSS GPRS协议(BSSGP)层106。

同级实体在MS和SGSN中的层是逻辑链路控制(LLC)层107和子网络相关收敛协议(SNDCP)层108。应该指出，在图1中示出的只是数据或用户平面协议；协议的完整说明将包括与SNDCP层108平行，在LLC层107顶上的层3移动管理(L3MM)和短消息服务(SMS)块。另外有并不位于LLC层顶部的已知的会话管理(SM)和无线电资源管理(RR)实体。在SGSN和GGSN之间的接口上有层1(L1)层109，层2(L2)层110，第一因特网协议(IP)层111，用户数据报文协议/传送控制协议(UDP/TCP)层112和GPRS通过隧道协议(GTP)层113。在MS和GGSN之间有X.25层114和第二因特网协议层115。在MS中的应用层116将与位于，例如，另一个MS或某个其他终端中的同级实体通信。

用于未来UMTS(通用移动远程通信***)的协议已经提议用于在移动站，无线电网络控制器(RNC)和分组交换网络的服务节点之间通信的类似协议结构，在设备、层和协议的符号标记方面有少量的改变或修改。对于与图1中的结构类似的协议结构是典型的，每层有一个被准确地确定的要执行的任务组和一个被准确地确定的与上一层和下一层的接口。一定数量的存储器和处理能力必须被分配在参与通信的设备中，以保持分层的结构和实现每层的任务。因此容易理解，分层协议的结构越复杂，所需的软件和硬件的实施方案越复杂。在设计和制造中承担的成本方面，复杂性是不利的，并且它增加了设计差错的可能性。另外，在电池驱动的移动终端中，降低功率消耗和减小物理尺寸是一项持续的目标，因而一种比较简单的协议结构将带来好处。

因此，本发明的一个目的是提供一种利用比较简单的协议结构实现已知通信协议方案的方法和装置。

通过在转移期间暂时挂起某些通信，替代协议结构的某些部分来实现本发明的目的。

依据本发明的方法的特征在于它包括以下步骤：

-在移动站和移动远程通信***的固定部分之间挂起至少一种活动的非实时远程通信连接，

-执行从第一网络连接到第二网络连接的转移和

-恢复被挂起的非实时远程通信连接。

本发明也涉及一种被安排成依据以上所描述的方法执行转移的移动站。

本发明与观察事实密切相关，即在许多协议结构中某安层的作用是很少有实际价值的，并且局限于用于避免在转移期间丢失数据的某些措施。如果所涉及的数据允许在从发送设备到接收设备的路径上产生某些附加的延时，则这样的协议层一概可被略去，通过在转移将要发生时简单地暂停数据传输，在转移已被成功地完成以后恢复正常的操作来实现。

在先前技术描述中提出的GPRS例子里，可被通过采用挂起一恢复机制略去的协议层是LLC层。我们可注意到，RLC层能够执行在正常操作的无线电接口上所有所需的差错校正任务，LLC的作用主要涉及不同BSC(基站控制器)之间的转移，其中差错-临界(而不是延时-临界)数据需要一种用于避免丢失数据的机制。在所提议的UMTS中，一种类似的需要存在于不同的RNC或SGSN(经常被标记为3GSGSN或第三代SGSN)之间的转移中。如果我们通过在丢失数据可能发生的时间间隔期间，临时地将这些差错-临界的数据的传输统统挂起，来消除这种需要，则LLC层的差错-校正功能成为多余。

LLC层也有某些流控制的责任。依据本发明，RLC层可以关注在移动站和基站控制器或无线电网络控制器(或通常的无线电接入网络)之间所有的流控制，为了控制在无线电接入网络和核心网络之间接口上的流，可以采用局部的流控制机制。在UMTS中后者被称为Iu接口。

将被认为是本发明的新特征特别地描述在所附的权利要求中。然而，本发明本身无论关于其结构还是其操作方法，和其它的目的和优点一起将通过以下特定实施方案的描述，连同阅读附图，得到最好的理解。

图1示出在GPRS实施方案中已知的协议堆，

图2示出LLC层的已知功能模型，

图3示出依据本发明将替代LLC层的一种功能模型，

图4示出依据本发明的一种协议堆方案，

图5a到5c示出依据本发明，RNC之间，SGSN内部的转移，

图6a到6c示出依据本发明，RNC之间，SGSN之间的转移

图7a和7b示出现有技术方法和依据本发明的方法之间的比较。

我们将连同已知的GPRS***说明本发明的可用性。然而，所提出的示范性实施方案并不限制本发明对任何特定***的可用性。作为本发明的背景，我们将首先考虑GPRS***的某些已知特性。

通用分组无线电服务(GPRS)对于GSM***是一种新的服务，是ETSI(欧洲远程通信标准研究所)的GSM阶段2⁺标准化工作的目的之一。GPRS运行环境包括由GPRS骨干网相互连接的一个或多个子网服务区域。子网包括许多分组数据服务节点(SN)，在这份申请中将它们称为服务GPRS支持节点(SGSN)，每个节点以这样的方式连到移动远程通信***，使它能够通过几个基站，也就是小区，为移动数据终端提供分组服务。中间的移动通信网在支持节点和移动数据终端之间提供分组交换数据传输。不同的子网依次通过GPRS网关支持节点(GGSN)连到一个外部的数据网，例如公共交换数据网(PSDN)。因此，当移动远程通信***的适当部分作为一个接入网络起作用时，GPRS服务允许在移动数据终端和外部数据网之间提供分组数据传输。

为了接入GPRS服务，MS应该首先通过执行GPRS挂接使网络知道它的存在。这种操作使MS可得到GPRS上的SMS(短消息服务)，通过SGSN的寻呼，和通知正在进入的GPRS数据。更具体而言，当MS挂接GPRS网络，也就是在GPRS挂接步骤中时，SGSN建立移动性管理上下关系(MM上下关系)。在GPRS挂接步骤中SGSN也实施对用户的认证。为了发送和接收GPRS数据，MS应该通过PDP上下关系激活步骤激活它想要使用的分组数据地址，其中PDP来自分组数据协议。这种操作使在相应的GGSN中已知的，和与外部数据网相互工作的MS可以开始工作。更具本而言，PDP上下关系是在MS，GGSN和SGSN中被建立的。PDP上下关系规定不同的数据传输参数，例如PDP类型(如X.25或IP)，PDP地址(如X.121地址)，服务质量(QoS)和NSAPI(网络服务接入点标识符)。MS利用一种特殊的消息激活PDP上下关系，激活PDP上下关系请求，其中给出在TLLI上的信息，PDP类型，PDP地址，所需的QoS和NSAPI，和可选的接入点名称(APN)。

服务质量规定在通过GPRS网络的传输期间分组数据单元(PDU)是如何被处理的。例如，为PDP地址所规定的服务质量等级控制传输的次序，在SGSN和GGSN中缓存(PDU排序)和删除PDU，特别是在收敛的状况下。因此，不同的服务质量等级将呈现不同的端对端延时，位速率，和例如，对于末端用户的丢失PDU数目。

目前，对于每个PDP上下关系，GPRS只允许一种QoS。典型情况下一个终端只有一个IP地址，所以通常只可以请求一个PDP上下关系。在此辨认修改现有***的需要，使得PDP上下关系可以适应几种不同的QoS流。例如，某些流可以与电子邮件有关，这可容忍长的响应时间。其他的应用不可能容忍延时，并需要非常高等级的吞吐能力，交互作用应用就是一个例子。这些不同的要求被反映在QoS中。不能容忍延时通常必须与相当宽容差错相联系；相应地，差错非常临界的应用必须允许长的延时，因而不可能预测为了达到所要求的高等级的正确度，将要作多少次的重发尝试。如果QoS要求是在PLMN的能力以外，该PLMN协商用尽可能接近所要求的QoS作为QoS.MS或者接受所协商的QoS，或者将PDP上下关系去激活。

当前的GPRS QoS前置文件包含五个参数：服务优先权，延时等级，可靠性，和平均与峰值位速率。服务优先权为属于某个PDP上下关系的分组规定几种优先级，延时等级为属于该上下关系的每个数据包的传送规定平均和最大延时。可靠性依此说明被确认或未被确认的服务将被用在LLC(逻辑链路控制)和RLC(无线电链路控制)层。另外，它说明在未被确认的服务的情况下是否应该使用被保护的模式，和是否GPRS干线应该使用TCP或UDP来传送属于PDP上下关系的数据分组。而且，这些变化的QoS参数被映象到在LLC层上可得到的四个QoS等级。

图2是一种已知的与图1中的方框107对应的LLC协议层201的功能模型。方框202表示已知的较低层(RLC/MAC；无线电链路控制/媒体接入控制)的功能，它们位于移动站MS的协议堆中LLC层201之下。相应地，方框203表示已知的较低层(BSSGP)的功能，它们位于服务GPRS支持节点SGSN中LLC层201之下。在LLC层201和RLC/MAC层202之间的接口被称为RR接口，在LLC层201和BSSGP层203之间的接口被称为BSSGP接口。

在LLC层的上面有已知的GPRS移动性管理功能204(也称为层3移动性管理功能或L3MM)，SNDCP功能205和短消息服务功能206。这些方框中每一个与LLC层201有一个或多个接口，连到该层的不同部分。逻辑链路管理实体207与方框204有一个LLGMM控制接口(逻辑链路-GPRS移动性管理)。移动性管理数据被通过方框204和LLC层的第一逻辑链路实体208之间的LLGMM数据接口传送。第二209，第三210，第四211和第五212逻辑链路实体通过相应的接口连到方框205；按照由每个逻辑链路实体处理的QoS等级，这些接口被称为QoS1，QoS2，QoS3和QoS4.LLC层的第六逻辑链路实体213通过LLSMS接口(逻辑链路-短消息服务)连到方框206。第一208，第二209，第三210，第四211，第五212和第六213逻辑链路实体的服务接入点标识符或SAPI分别是1，3，5，9，11和7。它们中的每一个在LLC层的内部被连到多路转换方框214，处理通过RR接口到方框202并进一步通往移动站的连接以及通过BSSGP接口到方框203并进一步通往SGSN的连接。在MS的方向中多路转换方框214和较低层方框202之间的连接可被描述为一种“传输管道”。

图3示出一种依据本发明的方案，其中LLC层已被完全略去。较上面的层包括MM/RR部分301，用于已知的移动性和无线电资源管理，SMS部分303，用于处理与短消息有关的数据，以及部分302，用于按照其他的功能处理接收到的数据和要发送的数据。在方框304到308中较上面的层上执行“局部的”多路转换/逆多路转换，以致只有一个传输管道用于控制MM/RR部分301和较低层之间的信息，一个传输管道用于在SMS部分303和较低层之间SMS有关的信息，和一个传输管道用于在其他功能部分302和较低层之间的每种服务质量等级。在图3中所示的多路转换是作为分离的功能方框进行的；然而，它可以是，例如，在其他功能部分302中一个或几个功能中的一种固有的部分。

在图3中RLC/MAC层直接位于较上层之下。它执行已知的RLC/MAC功能，用于在它和较上层之间有连接的每种信息流。MAC功能由用于在移动站之间共享公共无线电信道以及分配和不分配专用无线电信道的步骤组成。RLC功能包括组成或拆开RLC方框，检测遭损害的RLC方框，并安排在适当的时候重发遭损害的方框。在UMTS中，RLC单元的概念是单向的，并只保留一个信息流，所以在协议结构中被广义解释的RLC层将为每个活动的信息流提供一对RLC单元。属于不同信息流的RLC方框的多路转换或逆多路转换在物理层上进行，在图3中用方框315表示物理层。在扩频***中，将与某个移动终端有关的所有信息流多路转换到一个单一的码信道上是有利的。从所出版的UMTS的标准化著作看，其中被称为物理层的适用于执行由方框315所表示的操作。

图3照此只适用于移动站，因为有一个RLC/MAC层在较高等级的层之下。然而，容易将图3的方案推广，以致在较高等级层以下可以是BSSGP层，从而得到一种适用于SGSN的方案。在这种情况下，如图3中的方框315那样，也必须在物理层上有一个附加的多路转换/逆多路转换的阶段。

图4示出本发明的协议堆结构，与图1的已知方案作比较。注意，在移动站或SGSN中没有LLC层，在移动站和RAN之间的物理层已被一个UMTS物理层401代替，在RAN和SGSN之间的BSSGP层已被相应的，初步称为RANGP(RAN GPRS协议)层402的UMTS层代替，并依据以上关于图3所给出的原则已适配MAC，RLC，SNDCP，网络服务和L1 bis层。

接着我们将描述某些转移状况，其中移动站和网络将采用依据本发明的暂时挂起差错-临界通信的原理。图5a示出一种状态，其中移动站501具有与两个RNC(无线电网络控制器)网络的宏分集连接，以致第一RNC 502是所谓的服务RNC，第二RNC 503是所谓的漂移RNC。在两个RNC之间的接口被称为Iur接口。从服务RNC520，在所谓的Iu接口上有一个到SGSN 504的连接，从SGSN，有一个到GGSN505的连接。图5a方案的一种推广是这样的情况，其中第二RNC刚好是一个“新的”服务RNC，不管它起初是否是一个漂移的RNC。漂移RNC只涉及宏分集；如果不采用宏分集，将有一个“老的”服务RNC和一个“新的”服务RNC(或者，在第二代***中，一个“老的”BSS和一个“新的”BSS)，很少它们两个对移动站同时服务。

图5b中，或者移动站501，或者服务RNC 502所在的无线电接入网络(未示出)中某个网络设备注意到在移动站和服务RNC之间的直接连接正在危险地削弱或者已被切断，所以转移到第二NRC503是不可避免的。依据本发明，转移是通过请求要被挂起的所有这些需要高等级的正确度和容忍长延时的有效服务开始的，在一种GPRS类型的方案中，挂起服务将需要挂起整个的PDP上下关系，因为PDP上下关系只可能有一种QoS。在一种UMTS类型的方案中，挂起那些QoS流就够了，即对于(延时容限)允许的QoS和甚至需要(正确度)中止的QoS。为了保持通用性，对于将被挂起的实体使用词“服务”。在标准化的技术说明中，为所需的正确度或为所允许的延时，或者为两者事先规定阈值值将是最有利的，以致只有那些所需的正确度或所允许的延时或者两者超过阈值值的有效服务将被挂起。

在挂起所选的有效服务以后，网络将在第二RNC503和SGSN 504之间的Iu接口上建立新的连接。

在未被挂起的服务上同时通信可以继续。典型情况下在参与通信的设备的至少一种设备中将有若干RLC等级的缓存器，在第二RNC可以被指定为服务RNC以前需要被清空。在图5c中所示的状况只有在所有这些RLC缓存器已被清空和在第二RNC和SGSN之间的Iu接口上的新连接已被建立以后可成为有关的。在此时，被挂起的服务可被释放，以致在其上的通信将正常地继续进行。在图5c中第二RNC 503是服务RNC，在第一RNC 502和SGSN 504之间的Iu接口上老的连接已被终止。

在图5c中，已经假定转移并不与在移动站501和第一RNC502之间的直接连接的完全切断有联系。因此，在RNC之间的Iur接口上的连接并未被终止，第一RNC继续作为漂移RNC工作。或早或晚，特别是如果移动站继续移动，使得对第一RNC的直接连接被削弱，这些直接连接将落在可接受的质量等级以下，以致它们被完全释放，在RNC之间Iur接口上的连接被终止。

图6a到6c描述一种转移状况，其中新的RNC在新的SGSN下工作。这样一种转移被称为RNC之间，SGSN之间转移。在此，我们已经预期到，甚至在不同的SGSN下工作的RNC之间存在Iur接口，这并不是与本发明有联系的一种要求，因为没有RNC之间的任何连接本发明工作得同样地好。与图5a对应的图6a有例外，第二RNC 601属于第二SGSN 602的范畴。在某个阶段上，再次注意到从第一RNC到第二RNC的转移将是需要的。如上所述，操作从挂起差错-临界，延时-容忍的PDP上下关系开始。依据图6b，在使移动站在第二SGSN 602之下注册和后者利用GGSN 505建立一个新的GTP载体期间，控制责任仍然在第一RNC 502和第一SGSN 504。第一SGSN 504也将发送与要被转移的连接有关的所有信息到第二SGSN 602，如图6b中箭头所示。此后，控制责任可被移到第二RNC 601和第二SGSN 602，如图6c中所示，被挂起的PDP上下关系可被恢复。如果在移动站和第一RNC 502之间仍然有可使用的直接连接，在RNC之间有工作的Iur接口，则第一RNC可以仍然作为漂移的RNC。

新的SGSN不能够处理某些在转移期间已经接收到其控制责任的信息流是可能的。可以采取在本发明范围以外的特殊措施，以便使信息流适应新的SGSN的能力。在所有信息流处于新的SGSN能够处理它们的范围内以后，在移动终端和老的SGSN之间的连接可被终止。

图7a和7b是简化的流程图，示出在现有技术方法(图7a)和依据本发明的方法(图7b)中，在涉及转移时的重要差别。在图7a中所有的QoS流在整个转移中是有效的，LLC层的例行程序被采用来校正转移对差错-临界，延时-容忍的QoS流引起的任何差错，在图7b中，挂起所选的差错-临界，延时-容忍的QoS流的步骤704在转移前面，不执行LLC层例行程序，恢复差错-临界，延时-容忍的QoS流的步骤705跟随转移后面。

利用图2和3的帮助，在图1和4之间的比较可用于描述依据本发明的移动站和SGSN。已知在移动站和SGSN中协议堆的有优越性的实施方案是存储在存储器设备中的微处理器可执行计算机程序的形式。通过应用本专利申请的讲授内容，实现将依据图3和4的协议结构替代在图1和2中所示的协议结构是在本领域的技术人员的能力范围内，利用这样一种实施方案的移动站和SGSN将依据本发明操作。

以上只是参考分组-交换非-实时通信连接对本发明作了描述。然而，将挂起和释放的概念也应用于特殊类型的线路-交换连接是可能的。将本发明应用到线路-交换连接的先决条件是这样的连接必须有非常不严格的延时要求；在第二代数字蜂窝无线电***的术语中，本发明适用于非-透明的线路-交换连接，但不适用于透明的线路交换连接，因为有与其有关的严格延时要求。

Claims (9)

1.一种在移动远程通信***中用于移动站执行从第一网络连接转移移到第二网络连接的方法，在移动站和移动远程通信***的固定部件之间的无线电接口上提供非实时远程通信连接，其特征在于它包括以下步骤：

-挂起(704)至少一种在移动站和移动远程通信***固定部件之间的活动的非实时远程通信连接，

-执行从第一网络连接到第二网络连接的转移(702’)，

-恢复(705)所挂起的非实时远程通信连接。

2.一种依据权利要求1的方法，其特征在于第一网络连接是从移动站(501)经过第一无线电网络控制器(502)到分组-交换数据传输网的第一服务节点(504)的连接，和第二网络连接是从移动站(501)经过第二无线电网络控制器(503)到所述的第一服务节点(504)的连接，因而执行转移的步骤包括以下：

-在挂起所述的至少一个活动的非实时远程通信连接时，通过第一网络连接清空包含在第一网络连接上要发送的数据的所有传输缓存器和

-经过组成第二网络连接的所述的第二无线电网络控制器，在移动站和所述的第一服务节点之间建立逻辑连接。

3.一种依据权利要求2的方法，其特征在于

-第一网络连接是一种宏分集连接，包括在移动站(501)和所述的第一无线电网络控制器(502)之间的直接连接以及在移动站(501)和所述的第一无线电网络控制器(502)之间，中间经过所述的第二无线电网络控制器(503)的间接连接和

-第二网络连接是一种宏分集连接，包括在移动站(501)和所述的第二无线电网络控制器(503)之间的直接连接以及经过所述的第一无线电网络控制器(502)，在移动站(501)和所述的第二无线电网络控制器(503)之间的间接连接，因此执行转移的步骤另外包括将宏分集控制从第一无线电网络控制器(502)改变为第二无线电网络控制器(503)的步骤。

4.一种依据权利要求1的方法，其特征在于第一网络连接是从移动站(502)经第一无线电网络控制器(502)到分组-交换数据传输网的第一服务节点(504)的一种连接，和第二网络连接是从移动站(501)经第二无线电网络控制器(601)到所述的分组-交换数据传输网的第二服务节点(602)的一种连接，从而执行转移的步骤包括以下：

-在挂起所述的至少一个活动的非实时远程通信连接时，通过第一网络连接将包含要在第一网络连接上发送的数据的所有传输缓存器清空和

-通过组成第二网络连接的所述的第二无线电网络控制器，在移动站和所述的第二服务节点之间建立逻辑连接。

5.一种依据权利要求1的方法，其特征在于非实时远程通信连接是按照在移动站(MS)，无线电接入网络(RAN)，分组-交换数据传送网络的服务支持节点(SGSN)，和分组-交换数据传送网络的网关支持节点(GGSN)中的某种协议堆结构安排的，在其中协议堆结构为

-在移动站和无线电接入网络之间的同级实体是由物理层(401)，媒体接入控制层(102’)和无线电链路控制层(103’)组成

-在无线电接入网络和分组-交换数据传送网络的服务支持节点之间的同级实体是由物理层(104’)，网络服务层(105’)和用于在无线电接入网络与分组-交换数据传送网络(402)之间通信的协议层组成，和

-在移动站和分组-交换数据传送网络的服务支持节点之间的同级实体是由子网络相关控制协议层(108’)组成，该层在移动站中是紧接在无线电链路控制层(103)的顶部，在分组-交换数据传送网络的服务支持节点中是紧接在用于在无线电接入网络和-交换数据传送网络(402)之间通信的协议层的顶部。

6.一种依据权利要求5的方法，其特征在于它包括以下步骤：执行差错检测和差错有关的重发以及在所述的无线电链路控制层(103’)上的移动站和无线电接入网络之间的流控制。

7.一种依据权利要求1的方法，其特征在于第一网络连接和第二网络连接是用于传递差错临界数据的分组-交换连接。

8.一种依据权利要求1的方法，其特征在于第一网络连接和第二网络连接是非-透明的电路交换连接。

9.一种用于与网络连接上的移动远程通信***固定部件通信的移动站，其特征在于为了执行从第一网络连接到第二网络连接的转移，安排其执行依据权利要求1的方法。

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