用于多模式移动站的技术间切换的方法和装置的制作方法

专利名称：用于多模式移动站的技术间切换的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明大体上涉及无线通信系统，并且更具体地，涉及实现不同的空中接口技术 的网络之间的多模式移动站的切换。
背景技术：
蜂窝通信的演进已导致不同技术的网络和相应的不同的空中接口的激增。结果， 在单个通信会话过程期间，无线移动站可以在多个网络中漫游，其中，每个该网络执行不同 于多个网络中的其他网络的技术。第三代(3G)技术是这些不同的网络技术中的技术，例 如，诸如UNTS(通用移动通讯系统)的3GPP(第三代合作伙伴项目)技术以及诸如3GPP LTE (长期演进方案)的3GPP技术的衍生物、诸如CDMA (码分多址)2000 1XEVD0 (仅数据演 进)(还被称为3GPP2 HRPD)(高速分组数据)的3GPP2技术、以及诸如IEEE (电气电子工程 师协会)802. XX系统的各种OFDM(正交频分复用)技术，例如根据802. 1U802. 15,802. 16、 或802. 20标准而操作的网络。多模式移动站(MS)支持两个或更多个空中接口技术。当MS在支持不同技术和空 中接口的网络中漫游时，对于系统性能有益的是，将MS从一个该网络切换到另一个。如果 MS包含每个空中接口技术的分立的、完整的实现方案，则可以在不进行两个技术的基站之 间的交互的情况下完成切换。这是因为针对新的空中接口技术的连接可以独立于针对旧的 空中接口技术的旧的连接而进行。由于切换在不牵涉网络的情况下完全由MS操纵，因此这 不需要改变任一技术的规范。多模式MS的设计人员在努力使成本最小时很可能将尝试在两个或更多个空中接 口技术之间共享一些部件。例如，由于共享同一发射(transmit)链，则执行两个技术的蜂 窝电话可能能够同时在两个技术上进行接收，但是每次仅能够在一个技术上进行发射。即 使存在两个分立的发射链，所期望的仍可能是每次仅在一个技术上进行发射以使两个技术 之间的射频干扰最小。然而，由于MS交替地与源网络和目标网络中的每一个通信，因此MS 中的发射或接收链的共享可能导致切换延迟。对于诸如互联网协议语音(VoIP)的实时应 用，所期望的是使总切换时间最小，以使用户体验尽可能地是无缝的。因此，需要一种用于使多模式MS的技术间切换的总切换时间最小的技术间切换 的方法和装置。


图1是根据本发明的实施例的无线通信系统的框图。图2是根据本发明的实施例的图1的移动站的框图。图3是根据本发明的实施例的图1的另一移动站的框图。图4是根据本发明的实施例的图1的信号转发功能的框图。图5是根据本发明的实施例的在图1的移动站中执行的协议堆栈的框图。图6是根据本发明的各种实施例图示从源网络到图1的通信系统的目标网络的通 信会话的技术间切换的信号流图。本领域的普通技术人员将意识到，图中的元件是出于简单和清楚的目的而被图示 的，并且不一定依比例绘制。例如，图中的一些元件的尺寸可以相对于其他元件放大，以帮 助改进对本发明的各种实施例的理解。再者，商用可行的实施例中的有用的或必要的普通 和公知的元件常常未被示出，以便于便利本发明的这些各种实施例的不受阻碍的观察。
具体实施例方式为了解决对用于使多模式移动站(MS)的技术间切换的总切换时间最小的技术间 切换的方法和装置的需要，提供了一种通信系统，其通过在确定切换MS之前预先建立与目 标网络和第二射频(RF)技术关联的MS的登记状态和MS的认证，减少用于MS从与第一 RF 技术关联的源网络到与第二 RF技术关联的目标网络的技术间切换的建立时间。为了预先 建立登记状态和认证，MS经由第一网络和第一 RF技术与第二网络交换第二 RF技术的报文。 为了便利交换，MS包括与第二技术关联的第二协议堆栈中的垫层(shim)，该垫层截取第二 协议堆栈信令，并且将截取的信令重新引导至MS的与第一技术关联的第一协议堆栈，用于 隧传(tunneling)到源网络。通常，本发明的实施例包括一种由多模式MS执行的用于通信会话从与第一 RF技 术关联的第一网络到与第二 RF技术关联的第二网络的技术间切换的方法。该方法包括经 由第一 RF技术与第一网络交换承载数据；截取第二 RF技术的信令；经由第一 RF技术隧传 截取的信令；经由第一 RF技术并且在未将承载数据引导至第二 RF技术的情况下建立第二 网络中的登记状态；以及在建立第二 RF技术中的登记状态之后，切换到第二 RF技术并且停 止截取第二 RF技术的信令和经由第一 RF技术隧传所截取的信令。本发明的另一实施例包括一种能够在与第一 RF技术关联的第一网络和与第二 RF 技术关联的第二网络中的每一个中进行操作的多模式移动站。该MS包括至少一个收发 器，用于发射和接收RF通信；以及至少一个存储器器件，其保存与第一 RF技术关联的第一 协议堆栈和与第二 RF技术关联的第二协议堆栈，其中，第二协议堆栈包括垫层，该垫层截 取第二协议堆栈信令，并且将截取的信令重新引导至第一协议堆栈用于隧传到第一网络。 该MS进一步包括处理器，其耦合到至少一个存储器器件和至少一个收发器，执行第一和 第二协议堆栈。本发明的另一实施例包括一种用于通信会话从第一 RF技术到第二 RF技术的技术 间切换的方法。该方法包括经由第一 RF技术与MS交换承载数据；经由第一 RF技术接收 对MS进行认证的移动互联网协议(MIP)请求，以提供与第二 RF技术关联的IP服务，其中， 该请求未触发经由第二 RF技术的针对MS的业务的重新路由；以及通过使用MIP并且与第二 RF技术关联，经由第一 RF技术接收向MS分配路由标识符的请求，其中，该请求未触发经 由第二 RF技术的针对MS的业务的重新路由。该方法进一步包括响应于接收到认证请求， 移动性代理与第二 RF技术关联地对MS进行认证；以及响应于接收到分配路由标识符的请 求，与第二 RF技术关联地对路由标识符进行分配。此外，该方法包括在与第二 RF技术关 联地对MS进行认证和对路由标识符进行分配之后，确定将MS切换到第二 RF技术；将MS切 换到第二 RF技术；以及基于在第二 RF技术上发送的登记请求，通过移动性代理将承载数据 从第一 RF技术重新路由到第二 RF技术，并且其不需要进一步的认证或者进一步的路由标 识符分配。本发明的另一实施例包括用于牵涉MS的通信会话从第一 RF技术到第二 RF技术 的技术间切换的方法。该方法包括经由第一 RF技术与MS交换承载数据；在确定将通信 会话切换到第二 RF技术之前，与第二 RF技术关联地对MS进行认证，并且与第二 RF技术 关联地向MS分配路由标识符；确定将通信会话切换到第二技术；以及基于在确定切换之前 提供的认证和路由标识符，将承载数据重新路由到第二 RF技术，并且将移动站的归属地址 (home address)绑定到路由标识符。参照图1 6可以更加全面地描述本发明。图1是根据本发明的实施例的无线通 信系统100的框图。通信系统100包括多个基于分组的无线通信网络110、120(示出了两 个)，每个网络执行不同的射频(RF)或空中接口技术。作为示例，并且并非以任何方式来限 制本发明，无线通信网络110、120中的一个或另一个可以执行第三代(3G)技术，例如，诸如 UNTS(通用移动通讯系统)的3GPP(第三代合作伙伴项目)技术以及诸如3GPP LTE(长期演 进方案)的3GPP技术的衍生物、诸如CDMA (码分多址)2000 1XEVD0 (仅数据演进)的3GPP2 技术、或者例如可以根据802. 11,802. 15,802. 16或802. 20标准而操作的诸如IEEE (电气 电子工程师协会)802. XX技术的各种0FDM(正交频分复用)技术中的一个。多个无线通信网络110、120中的第一无线通信网络110包括耦合到第一网关114 的第一无线电接入网络(RAN) 112。多个无线通信网络110、120中的第二无线通信网络120 包括耦合到第二网关124的第二 RAN 122。每个网关114、124可以包括分组数据服务节点 (PDSN)、移动交换中心演进-模拟(MSCe)、媒体网关(MGW)、服务网关(服务GWG)、公共数据 网络(PDN)网关、和/或为无线接入网络提供与核心网络和/或外部数据网络的连接的其 他已知网络元件中的一个或多个。每个网关114、124进一步耦合到基于互联网协议(IP)的 数据网络130，并且经由数据网络耦合到由相应的RAN服务的每个移动站的归属代理(HA)， 诸如相对于MS 102的HA 132。如本领域中已知的，诸如HA 132的HA用作用于登记有HA 的MS的移动性代理，用于保存和更新关于每个该种MS的路由信息并且向MS路由承载数 据，而无论MS位于何处。在此，网络110和120、基于IP的数据网络130、和HA 132可以被 一起共同称为通信系统100的基础设施。每个RAN 112、122经由各自的空中接口 104、106向驻留在RAN的覆盖区域中的移 动站102(示出了一个)提供无线通信服务。每个空中接口 104、106包括前向链路(未示 出)，该前向链路包括寻呼信道和多个前向链路信令和业务信道；并且所述每个空中接口 104,106进一步包括反向链路(未示出)，该反向链路包括接入信道和多个反向链路信令和 业务信道。在本发明的一个实施例中，无线通信网络110可以是3GPP LTE(这里还被称为 LTE)网络，并且RAN 112是E-UTRAN(演进通用陆地无线电接入网络)，其包括耦合到诸如无线电网络控制器(RNC)的控制器的诸如演进节点B的收发器。再者，在该实施例中，无线 通信网络120可以是3GPP2 CDMA 2000 1XEVD0 (这里还被称为EVD0)网络，RAN 122可以包括 耦合到分组控制功能(PCF)的诸如接入节点(AN)的收发器，并且网关124可以包括PDSN。MS 102是能够在网络110和120中的每一个中进行操作的多模式MS。例如，MS 102可以是多模式蜂窝电话、无线电话、或者个人数字助理(PDA)、个人计算机(PC)、或者配 备用于无线语音通信的膝上型计算机。在各种技术中，除了其他的情况之外，诸如MS 102 的MS可以被称为用户设备(UE)、订户单元(SU)、移动节点(MN)或者接入终端(AT)。现在 参照图2，提供了根据本发明的实施例的MS 102的框图。在本发明的一个实施例中，MS 200 可以包括多个收发器，即，用于根据第一空中接口技术与网络110进行RF通信的发射和接 收的第一收发器202和用于根据第二空中接口技术与网络120进行RF通信的发射和接收 的第二收发器204，由此允许MS在两个网络中的每一个中并行地进行发射或接收。每个收 发器202、204包括发射器和接收器(未示出)，并且耦合到处理器206，该处理器进一步耦 合到至少一个存储器器件208。在努力使成本最小时，诸如MS 102的多模式MS的设计人员可能尝试在两个或更 多个空中接口技术之间共享一些部件。例如，由于共享同一发射链，执行两个技术的MS可 能能够同时在两个技术上进行接收，但是每次仅能够在一个技术上进行发射。即使存在两 个分立的发射链，所期望的仍可能是每次仅在一个技术上进行发射以使两个技术之间的射 频干扰最小。因此，在本发明的其他实施例中，收发器202和204的一些或所有部件可以在 两个收发器之间共享。例如，现在参照图3，在本发明的另一实施例中，多模式MS 102可以 包括单个收发器302，其包括发射器和接收器(未示出)，并且仿效诸如收发器202和204 的双收发器的操作。收发器302耦合到处理器304，该处理器进一步耦合到至少一个存储器 器件306。处理器304可以使收发器302迅速地在网络110和120之间切换，以给出同时操 作的表象。处理器206和304中的每一个可以包括一个或多个微处理器、微控制器、数字信号 处理器(DSP)、它们的组合或者本领域的普通技术人员已知的那些其他器件，该处理器被配 置为执行如MS 102执行的这里描述的功能。至少一个存储器器件208和306中的每一个 可以包括随机存取存储器(RAM)、动态随机存取存储器(DRAM)和/或只读存储器(ROM)或 者它们的等同物，其存储数据和可以由相关联的处理器执行的程序，并且允许MS 102执行 所需用于在通信系统100中操作的所有功能。本发明的实施例优选地在MS 102中执行，并且更具体地，利用或者以相应的至少 一个存储器器件208、306中存储的、并且由相应的处理器206、304执行的软件程序和指令 来执行。然而，本领域的普通技术人员可以认识到，本发明的实施例可替选地可以以例如集 成电路(IC)、专用集成电路(ASIC)等的硬件来执行，诸如以MS 102中实现的ASIC来执行。 基于本公开，本领域的技术人员将容易地能够在不进行实验的情况下产生和实现该软件和 /或硬件。MS 102能够在诸如RAN 112和122的具有相同或不同的空中接口技术的RAN之间 切换。如果MS包含每个空中接口技术的分立的、完整的实现方案，则可以在不进行两个技 术的基站之间的交互的情况下完成切换。这是因为，针对新的空中接口技术的连接可以独 立于针对旧的空中接口技术的旧的连接而进行。由于切换在不牵涉网络的情况下完全由移动节点操纵，因此这不需要改变任一技术的规范。然而，如上文提及的，在努力使成本最小 时，诸如MS 102的多模式MS的设计人员可能尝试在两个或更多个空中接口技术之间共享 一些部件。对于诸如互联网协议语音(VoIP)的实时应用，所期望的是使总切换时间最小， 以使用户体验尽可能地是无缝的。在这些情况中，所期望的是两个网络110、120之间的某 种交互。具体地，所期望的是，在仍连接到例如网络110的旧的源网络和相应的空中接口技 术的同时，尽可能多地建立与新的目标网络的新的连接。为了实现这一点，通信系统100提供了在旧的连接上进行关于新的连接的信令和 承载数据的隧传。隧道是两个点之间的数据封装(encapsulation)，使得中间设备在不进行 解释或修改的情况下透明地使其通过。为了便利MS 102和新的目标网络，即网络120之间 的通信，在MS仍连接到例如网络110的旧的源网络的同时，通信系统100包括接驳在两个 网络之间的信号转发功能块(SFF) 116。在题为“Method of Establishing a HRPD Signal Link”的美国专利申请No. 11/778，746中详细描述了 SFF的功能和操作，该申请被受让于本 发明的受让人，并且通过引用将其全部内容合并于此。SFF 116是可以在任何类型的网络中发挥作用的互联网协议层实体。在通信系统 100中，SFF 116终止MS和服务MS的网络，即源网络110之间的隧道，将SFF经由网络110 从MS接收到的数据解封并且将该数据传输到新的目标网络120的RAN。SFF 116进一步将 从网络120接收到的并且预期用于MS 102的数据封装在服务网络110的信令中，并且经由 网络110和空中接口 104将封装的信令传输到MS 120。在本发明的各种实施例中，SFF 116可以是具有针对每个RAN112、122(或者另一 网络节点)定义的接口的独立的器件，或者可以与旧的源网络Iio的RAN 112或者新的目 标网络120的RAN 122共处一处。MS 102和SFF 116之间的隧道可以基于多个协议中的任 何协议，诸如传输控制协议(TCP)、用户数据报协议(UDP)、通用路由封装(GRE)、互联网协 议(IP)或者其他封装方案。隧传用于使任一技术的空中接口 104、106与更紧密集成的解 决方案中可能需要的改变相互隔离，所述改变如修改一个空中接口技术，以执行另一空中 接口技术的信令并且在当前有效的技术的RAN处解释该信令。图4是根据本发明的实施例的SFF 116的框图。SFF 116包括处理器402，诸如微 处理器、微控制器、数字信号处理器(DSP)、它们的组合或者本领域的普通技术人员已知的 那些其他器件，该处理器被配置为执行如SFF 116执行的这里描述的功能。SFF 116进一步 包括耦合到处理器402的至少一个存储器器件404，诸如随机存取存储器(RAM)、动态随机 存取存储器(DRAM)、和/或只读存储器(ROM)或者它们的等同物，其存储可以由关联的处理 器402执行的，并且允许SFF执行在通信系统100中操作所需的所有功能的数据和程序，诸 如用于网络110和120之间的相互作用的程序，其包括按照网络110的信令格式对从网络 102接收到的数据进行封装，以及对经由网络110从MS 102接收到的分组数据进行解封，即 从接收的分组数据中移除报头和报尾。至少一个存储器设备404进一步保存用于由SFF服 务和/或耦合到SFF的诸如RAN 112和122的RAN和诸如网关114和网关/PDSN 124的网 关的路由信息。为了加入到该隧传，并且与SFF 116交互，MS 102包括新型的互联网协议堆栈，其 包括如下的点，在这些点处可以截取数据并且对数据进行重新引导以便利切换。现在参照 图5，提供了根据本发明的实施例的在MS 102中执行的协议堆栈的框图。协议的分层表示通常被称为协议堆栈。如图5中所示，MS 102包括多个协议堆栈510、530，它们分别与MS 102能够在其中操作的多个网络110、120关联。多个协议堆栈510、530中的第一源网络协 议堆栈510便利于经由空中接口 104的MS 102和源网络110之间的通信，并且多个协议堆 栈510、530中的第二模板网络协议堆栈530便利于经由空中接口 106的MS 102和目标网 络120之间的通信。诸如TCP/IP协议堆栈的协议堆栈典型地包括至少五个层，这些层从最高到最低 是应用层、传输层、网络层、链路层、和物理层。底层，即物理层包括网络硬件和用于数据传 输的物理介质。如图5中所示，MS 102的物理层包括用于与空中接口 104和RAN 112接驳 的第一物理层接口，即LTE空中接口 512，和用于与空中接口 106和RAN 122接驳的第二物 理层接口，即EVDO空中接口 532。典型地，诸如EVDO和LTE空中接口 512、532的物理层功 能在诸如收发器202、204和302的MS的收发器中执行，尽管该功能可以分布在收发器和诸 如处理器206和304的MS的处理器之间。尽管源网络110、空中接口 106、和协议堆栈510在这里可以被称为LTE网络、空 中接口、和协议堆栈，并且目标网络120、空中接口 106、和协议堆栈530在这里可以被称为 EVDO网络、空中接口、和协议堆栈，但是本领域的普通技术人员可以认识到，源网络、空中接 口和协议堆栈可以是任何类型的分组数据网络、空中接口、和协议堆栈，包括EVDO网络、空 中接口、和协议堆栈，并且目标网络、空中接口、和协议堆栈可以是任何其他类型的分组数 据网络，包括LTE网络，只要它们执行不同的空中接口技术。从物理层向上的下一个层是链路层，或层2，其执行在确保数据递送的通信系统中 的可靠的数据传输的协议。LTE协议堆栈510的层2功能包括无线电链路协议(RLP)模块 516、LTE链路层信令模块514、和分组数据压缩协议(PDCP)模块518。相似地，EVDO协议堆 栈530的层2功能包括无线电链路协议(RLP)模块534、EVD0链路层信令模块538、和点对 点协议(PPP)模块542。层3，或网络层负责跨越互连数据源和数据目的地的一系列不同的物理网络而递 送数据。物理层中包括路由协议，例如，诸如IPv4或IPv6的IP(互联网协议)协议模块 522。在对等网络层之间交换的IP数据分组包括IP报头，其包含用于IP协议的信息和用 于更高层协议的数据。IP报头包括协议标识字段，并且进一步包括对应于数据分组发源的 传输层和作为数据分组的目的地的传输层中的每一个的传输地址，其典型地是IP地址。传 输地址唯一地识别能够经由网络层向传输层发送和接收数据分组的接口。从网络层向上的下一个层是传输层。如本领域中已知的，传输层负责向适当的应 用过程递送数据。这牵涉形成数据分组并且在每个传输层数据分组的报头中添加诸如端口 号的源和目的地标识符。如图5中所示，LTE协议堆栈510的传输层包括第一封装模块524， 其可以利用诸如用户数据报协议(UDP)或传输控制协议(TCP)的数个传输层协议中的任何 协议来对从应用层接收到的数据进行封装，或者移除从网络层接收到的分组的报头。而且， 如图5中所示，EVDO协议堆栈530的传输层包括诸如用户数据报协议(UDP)模块的第二封 装模块548，用于对从应用层接收到的数据进行封装，或者移除从网络层接收到的分组的报 头。EVDO协议堆栈530的传输层进一步包括与第二封装模块548接驳的移动IP模块550。对应于RLP模块516和534、LTE链路层信令模块514、EVD0链路层信令模块538、 PDCP模块518、PPP模块542、IP协议模块522、UDP/TCP/封装模块524、548和移动IP模块
9550的协议堆栈功能在本领域中是公知的并且这里将不作详细描述。然而，不同于现有技术 的协议堆栈，目标网络协议堆栈530进一步包括多个链路层“垫层” 536、540和544。垫层 536、540、和544是分别与RLP模块534、EVDO链路层信令模块538、和PPP模块542关联的 软件模块。垫层536、540、和544截取来自目标网络的信令和数据，即预期用于EVDO网络 120中的对等设备(peer)的EVDO协议堆栈530，并且将截取的信令和数据路由到与源网络 协议堆栈510关联的应用层信令适配客户端(SAC) 526。SAC 526随后经由源侧的协议堆栈 510、源空中接口 104、源网络110 JPSFF 116将截取的信令和数据路由到目标网络120，具 体地路由到目标RAN 122。如图5中所示，分立的垫层536、540、和544被提供用于EVDO信令、RLP建立、和 PPP建立。垫层536仅截取RLP信令，垫层540截取其他的非RLP的EVDO链路层信令，并且 垫层544截取PPP模块542下面的信令和/或实际的承载数据。如果数据通过RLP，则数据 将呈现为被分为RLP帧，并且RLP将运行其重传协议。这将产生非最优的结果，因为当数据 通过LTE协议堆栈510时RLP继续在该数据上运行，产生了 RLP上的RLP。两个RLP实例 516、534的重传机制将很可能不利地相互作用。例如，在空中丢失的帧可能产生两个NAK， 而非用于在下面的RLP上重传所需的一个NAK。应当注意，在所有三个情况中，垫层产生通 过SFF 116隧传到目标EVDO RAN 122的数据。对于EVDO链路信令，RAN 122通过UATI分 配和其他配置建立来进行响应。对于RLP信令，目标EVDO RAN 122通过适当的信令来进行 响应以建立RLP状态。对于来自PPP的数据(包括PPP支持的链路控制协议(LCP)、IP控 制协议(IPCP)和移动IP协议)，RAN 122在AlO连接上将数据中继到PDSN 124。MS 102的协议堆栈进一步包括应用层垫层控制模块，即，切换控制部件(HCC)552 和SAC 526。HCC 552与目标网络协议堆栈530关联，并且负责启用或开启截取垫层536、 540、和544，由此将来自目标网络协议堆栈530的信令和数据重新引导至源网络协议堆栈 510和空中接口 104/源网络110。在开启截取垫层536、540和544之后，HCC552等待直到 切换的预先建立完成，并且随后，在建立与网络120关联的上下文/登记状态并且通过网 络120对MS进行认证之后并且在完成实际的空中接口切换之前，禁止或关闭垫层，并且由 此允许数据经由包括MS 102的EVDO空中接口 532和EVDO空中接口 106的EVDO协议堆栈 530流向RAN 122。HCC 526还与移动IP模块550交互，以触发登记请求的发送(或者用于 移动IPv6的绑定更新)。登记请求优选地仅在EVDO空中接口 106上发送，并且禁止用于 LTE空中接口 104。SAC 526包括隧道客户端，当MS正在预先建立诸如网络120的目标网络中的切换 时，该隧道客户端经由诸如网络110的源网络建立与SFF 116的隧道，并且向SFF 116隧 传数据。就是说，SAC 526是连接到通信系统100的基础设施的SFF 116，并且优选地在分 立的连接上向SFF发射三种类型的数据，即EVDO链路信令、RLP协商、以及PPP信令和承载 数据的MS 102的部件。通过利用用于这三种类型的数据中的每一种的分立的连接，数据的 最终接收者，即目标网络的目标RAN，即RAN 122，可以更容易地分离三个不同的接口并且 将数据放置在RAN内部的正确的路径上。例如，当目标网络是EVDO网络，并且目标RAN是 EVDO RAN时，EVDO链路信令应被馈送到RAN中的EVDO连接建立协议，RLP协商应被发送到 RAN中的RLP协议，并且PPP信令和承载数据应由RAN发送到EVDO网关，就是说，应在AlO/ All连接上发送到PDSN 124。本领域的普通技术人员将想到，垫层536、540、和544将数据传输到SAC 526的隧道客户端可以具有许多可能的实现方案。例如，在本发明的一个实施 例中，垫层将数据传输到SAC 526可以是核心空间到用户空间的通信。优选地，RLP模块516 和534，LTE链路层信令模块514，PDCP模块518，EVDO链路层信令模块538，PPP模块542， 垫层536、540和544，IP模块522，封装模块524和548，移动IP模块550，SAC 526、和HCC 552是保存在MS 102的至少一个存储器器件208、306中的并且由MS的处理器206、304执 行的软件模块。在通信系统100中，当订户单元加入到与源网络110的通信会话时，MS 102可以 通过系统漫游。作为漫游的结果，可能出现在其中所期望的是将MS 102从网络110切换到 网络120的情况。例如并且如本领域中已知的，尽管在通信系统100中漫游并且由RAN 112 服务，MS102仍可能从RAN 122接收较强的信号。典型地，信号强度由测量与RAN关联的导 频信道的诸如MS 102的MS来确定。当服务RAN的导频信道弱于阈值和另一 RAN的导频信 道时，典型地指示需要进行切换。作为另一示例，与在网络110上操作MS 102相关的成本可以不同于与在网络120 上操作MS相关的成本。结果，MS 102的用户可以将指示编程到订户中，用以在订户单元能 够在较低成本网络中获取业务信道时，在较低成本网络上操作。作为另一示例，出于载荷均 衡的目的或者由于对覆盖区域中清除业务信道以便于紧急通信的需要，诸如通信系统100 的通信系统的运营商可能发现需要做的是，将有效地加入到诸如网络110的第一网络的语 音呼叫中的诸如订户单元102的MS移动到另一网络。为了加速诸如MS 102的MS的切换，通信系统100提供了一种用于预先建立与作 为切换的潜在目标的网络的切换的方法和装置。通过提供切换的预先建立，即，创建在潜在 的目标网络中和在HA处的用于MS的上下文或登记状态，并且获得潜在的目标网络和HA的 认证以准备切换到目标网络，但是在确定针对目标网络的空中接口的实际切换完成之前， 或者至少在未发起目标网络的空中接口中的连接建立的情况下，通信系统100使用于建立 与目标网络的连接的MS所耗用的时间量最小，由此减小切换期间的掉话或语音业务丢失 的可能性。图6是根据本发明的各种实施例的在将通信会话从第一源网络，即网络110切换 到第二目标网络，即网络120时由通信系统100执行的切换的信号流图600。当MS 102有效 地加入到601、602诸如VoIP呼叫的通信会话中，并且经由通过网络110建立的承载路径， 并且更具体地，经由RAN 112和网关114与远程方(未示出)交换承载数据时，信号流图600 开始。为了经由网络110参与VoIP呼叫，MS 102必须已登记到网络110和HA 132。出于 说明本发明的原理的目的，并且并非以任何方式限制本发明，这里假设源网络110根据LTE 标准进行操作(并且MS 102和网络110之间建立的会话是LTE会话)，并且目标网络120 根据EVDO标准进行操作；然而，如上文提及的，源网络110和目标网络120中的每一个可以 根据任何分组数据网络标准进行操作，只要它们根据不同的标准来进行操作即可。例如，源 网络110可以根据EVDO标准进行操作，而目标网络120可以根据LTE标准进行操作，或者 源网络110和目标网络120中的一个可以根据WiMAX(IEEE 802. 16)标准来进行操作。当加入到与网络110的通信会话时，MS 102监控604其他网络，诸如网络120。例 如，MS 102可以监听网络120的EVDO系统开销报文，诸如由目标RAN 122广播的导频信号。 响应于检测到潜在的目标网络，即网络120，MS 102通过经由源网络110，即经由空中接口104,RAN 112、和网关114，并且经由SFF 116将信令隧传到目标网络，从而发起预先建立与 潜在的目标网络的连接的过程。在本发明的各种实施例中，在从RAN 120检测到的信号超 过第一预先建立阈值和/或从源RAN 110接收到的信号下降到第二预先建立阈值以下之 前，MS 102可以不发起预先建立连接的过程，这些预先建立阈值保存在MS的至少一个存储 器器件208、306中。在预先建立与目标网络120的连接时，MS 102创建在目标网络120中和在HA 130 处的用于MS的上下文，并且获得目标网络和HA的认证以准备切换到目标网络，但是未发起 用于MS的在空中接口 106和网络120中的连接建立，并且未将承载数据引导，即重新路由 到空中接口 106和网络120。作为预先建立与目标网络120的连接的一部分，MS 102可以 执行链路层信令，其是建立网络120中的业务或承载链路的先决条件；并且建立网络120中 的上下文或登记状态，包括建立网络120中的链路层、RLP、PPP、和移动IP上下文。例如， MS 102可以在PDSN 124处建立业务流模板(TFT)，协商用于通过目标网络的IP流的服务 质量(QoS)参数，并且协商RLP重传参数。作为另一示例，在预先建立与目标网络120的连 接时，MS 102可以建立关于PDSN124的PPP状态参数，包括用于与目标网络120和PDSN的 IP链路的服务链路层参数，运行LCP以配置IP链路，并且协商IPCP以配置IP链路。为了预先建立与目标网络120的连接，MS 102经由空中接口 104和源网络110将 封装在源网络Iio的数据分组中的EVDO信令隧传606到SFF 116。例如，EVDO信令可以 包括在源网络数据分组的有效载荷中。EVDO信令识别发送者，即MS 102，和目的地，即RAN 122或PDSN 124，并且包括用于目标网络中的移动标识符，优选地为单播接入终端标识符 (UATI)的请求。优选地，MS 102通过执行用于MS的当前子网的域名服务(DNS)(未示出) 查找来获得用于SFF 116的路由信息，该子网包括RAN 112、网关114、和SFF 116。依次地， SFF 116可以保存用于RAN 122和PDSN 124的路由信息，或者可以位于与RAN相同的网络 和/或子网上，并且能够通过执行DNS查找来获得用于RAN和PDSN的路由信息。当SFF 116接收来自MS 102并且预期用于RAN 122的数据分组时，SFF从数据分 组中移除EVDO信令，并且将EVDO信令转发608到EVDO RAN 122。当RAN 122从MS 102接 收到EVDO信令时，RAN确定仍未建立用于MS 102的AlO连接，并且选择PDSN，即PDSN 124， 以建立用于MS的承载路径。RAN 122随后建立610与PDSN 124的AlO连接。例如，RAN 122可以向PDSN 124传达登记请求，诸如A-Il登记请求。PDSN 124例如，通过将A-Il登 记答复传达回RAN来接受登记请求，并且将PDSN处的用于MS 102的AlO连接绑定信息更 新为指向RAN 122。PDSN 124进一步向MS 102分配在网络120中使用的例如UATI的移动 标识符，并且经由RAN 122向SFF 116提供所分配的移动标识符，即UATI分配，以及会话信 息，诸如例如QoS和RLP参数的会话协议和会话配置。响应于被通知PDSN 124接受登记请求以及从PDSN接收到UATI和会话信息，RAN 122向SFF 116传达612 EVDO报文，该报文通知AlO连接的建立并且提供UATI分配和会话 信息。SFF 116例如，通过使EVDO报文包括在源网络控制信号的有效载荷中，将从RAN 122 接收到的报文封装在源网络110的控制信号中。SFF 116随后经由网关114、RAN 112、和空 中接口 104将包括UATI分配和会话信息的封装的报文转发614到MS 102。响应于接收到用于网络120的UATI分配和会话信息，MS 102协商建立与PDSN 124的PPP连接，并且经由SFF 116和RAN 122建立616、617与PDSN 124的PPP连接。除了 MS 102的垫层544将EVD0PPP信令路由到MS的SAC 526，以及SAC将EVDO PPP信令封 装在网络110的信令中并且经由空中接口 104、RAN 112、和网关114将封装的信令隧传到 SFF 116以外，根据公知的PPP协商技术来操纵这些协商。SFF 116对接收到的EVDO PPP 信令解封，就是说，从接收自网关114的封装信令中移除EVDO PPP信令，并且经由RAN 122 将EVD0PPP信令转发到PDSN 124。相似地，SFF 116将从PDSN 124接收到的EVDO信令封 装在网络110的数据分组中，并且经由网关114、RAN 112、和空中接口 104将封装的数据分 组转发到MS 102。当MS 102接收到封装的信令时，对信令解封并且将其路由到SAC 526， 该SAC 526随后将解封的EVDO PPP信令路由到PPP模块542。响应于建立PPP连接，MS 102通过经由网络110、SFF 116、和PDSN 124向HA 132 发送618、619、620 “仅授权”登记请求报文来执行关于网络120的认证。更具体地，MS 102 的移动IP模块或客户端550生成“仅授权”登记请求报文，并且将报文路由到PPP模块544。 垫层544随后将报文路由到MS 102的SAC 526，其将报文封装在网络110的控制报文中，并 且将报文隧传618到SFF 116。SFF 116对控制报文解封并且将解封的“仅授权”登记请求 报文转发619到PDSN 124的移动IP模块。“仅授权”登记请求报文，优选地是仅认证登记 请求，使用内建到EVDO移动IP会话建立中的挑战-响应机制，而在不创建HA处的绑定的 情况下，请求PDSN 124执行MS使用IP服务的认证。响应于接收到“仅授权”登记请求报 文，PDSN 124的移动IP模块向HA 132传达620 “仅授权”登记请求报文，并且通过HA 132 对MS 102进行认证620、622以使用移动IP服务，作为答复从HA接收“仅授权”登记响应 报文。此外，响应于接收到“仅授权”登记请求报文，网络120，优选地是PDSN 124或可替选 地是RAN 122，向MS 102分配与网络120关联的新的路由标识符，即新的转交地址(CoA)， 更具体地是IP地址，并且存储该新的路由标识符，并且使新的路由标识符/CoA与协商的 MS 102/网络120的TFT/QoS参数关联。此时PDSN 124可以向HA 132传达新的路由标识 符，或者不向其传达新的路由标识符。然而，在PDSN 124向HA 132传达新的路由标识符的 情况中，HA 132仅存储接收到的路由标识符，而未创建路由标识符和MS 102的归属IP地 址之间的在HA处的绑定。PDSN 124随后确认MS 102的认证，并且通过经由SFF 116以及 SFF和MS之间的网络110/空中接口 104的隧道向MS传达623、624回“仅授权”登记响应 报文，来传达所分配的网络120的路由标识符。与通信系统100使用的“仅授权”登记请求报文相反，现有技术的登记请求报文创 建保存在HA处的MS的归属IP地址与用于目标网络中的MS的新的转交地址(CoA)JP IP 地址在HA处的绑定，该IP地址链接到IP数据的重新路由，并且触发经由目标网络的针对 MS的业务的重新路由，即触发从源网络和技术到目标网络和技术的用于MS的承载路径的 开关。然而，在通信系统100中，在预先建立时避免了从源网络到潜在的目标网络的数据的 重新路由，并且因此使用如下登记报文，该登记报文触发MS的认证和目标网络120中的针 对MS的IP地址的分配，而未触发从源网络110到目标网络120的用于MS的承载路径的开 关。在本发明的各种实施例中，仅认证登记请求可以是具有零寿命的登记请求，或者其可以 明确地呈现为新的报文。HA 132是当前已知的本领域中的HA的修改版本，该HA被修改以 支持“仅授权”登记请求报文。响应于从PDSN 124接收到登记请求，HA 132向PDSN传达 622密钥分配信息，并且建立用于MS 102的移动IP安全(IPSec)关联，但是实际上未向MS 转发数据分组。
13
在网络120中的MS 102的认证和用于MS 102和网络120之间的会话的诸如QoS 和RLP传输参数的链路层参数的协商之后的某个时刻，进行确定626以将MS从源网络110 和源RAN 112切换到目标网络120和目标RAN 122。该确定可由MS 102或通信系统100的 基础设施进行。例如，切换可以由如下信号中的任何一个或多个信号来指示下降到第一切 换或下降阈值以下的由RAN 112广播并由MS 102接收的诸如导频信号的信号；超过第二切 换或增加阈值的由RAN 122广播并由MS 102接收的诸如导频信号的信号；以及下降到第三 切换阈值以下的由RAN 112从MS 102接收到的信号。作为其他示例，RAN 112的载荷可以 超过载荷阈值，或者用于清除覆盖区域中的业务信道的需要可能到达临界点，使得所期望 的是将MS 102移动到新的网络。响应于确定将MS 102从源网络110和RAN 112切换到目标网络120和RAN 122， 通过RAN 122获取628MS 102。例如，响应于确定切换或者由基础设施指令发起承载路径 的切换，MS 102，并且具体地，EVDO链路层信令模块538经由垫层540和SAC 526，可以经 由网络110和SFF 116向目标RAN 122发送路由更新报文和连接请求报文。作为响应，目 标RAN 122经由SFF 116和网络110，即网关114和RAN112向MS 102传达业务信道分配。 再次地，由于这些报文由MS 102和SFF 116交换，因此MS的SAC 526将预期用于RAN 122 的EVDO报文封装在网络110的控制报文中，并且对从SFF 116接收到的网络110的控制报 文解封，并且SFF 116将从RAN 122接收到的EVDO报文封装在网络110的控制报文中，并 且对从MS 102接收到的网络110的控制报文解封。可替选地，RAN 122可以经由空中接口 106的控制信道直接向MS 102传达业务信道分配。RAN 122进一步执行关于PDSN 124的 流控制，以向PDSN通知其应当缓冲用于MS 102的数据。在业务信道分配被传达到MS 102 并且执行关于PDSN 124的流控制之后的某个时刻，MS 102在网络110中释放其承载。响应于接收到业务信道分配，MS 102经由RAN 122和空中接口 106向PDSN 124传 达630登记请求，诸如本领域中已知的移动IP登记请求。该登记请求请求将MS 102登记 在网络120中，并且HA 132更新MS 102的绑定记录以反映MS现在由网络120服务，就是 说，通过与网络120关联的新的CoA，即IP地址来更新MS的绑定记录。响应于接收到登记请求，PDSN 124向HA 132传达632登记请求，例如，将从MS 102接收到的移动IP登记请求转发到HA 132。如果PDSN 124仍未向HA 132传达分配给 MS 102的新的路由标识符，则PDSN进一步向HA传达路由标识符。HA 132通过使网络120 中的MS102的新的CoA与MS的记录关联，来更新634其用于MS 102的绑定记录。然而，由 于MS已根据“仅授权”登记请求和登记响应的早先的交换而被认证，因此PDSN 124和HA 132不需要对MS 102进行认证。此外，由于早先已进行了分配，因此网络120不需要向MS 102分配路由标识符。HA 132随后优选地通过向PDSN传达确认更新并且包括网络110中 的MS 102的路由地址的登记答复，来确认636关于PDSN 124的更新。响应于被通知更新完 成，PDSN 124开始用于MS 102的计费纪录，并且优选地通过经由RAN 122和空中接口 106 向MS传达登记答复，来向MS 102确认638MS被登记在网络120中。此时，HA 132开始经 由PDSN 124和RAN 122与MS 102交换640 642数据业务，并且信号流图600结束。在本发明的其他实施例中，MS 102可能希望在多个接口上同时接收业务。为了支 持这一点，MS 102可以使用具有设定的“S” (同时绑定)位的现有的移动IPv4登记请求， 其通知HA 132在继续针对旧的转交地址(CoA)隧传的同时开始针对新的CoA的隧传。分组被复制并且被发送到每个绑定。当MS 102发送后继的具有清除的“S”位的登记请求时， HA 132开始针对新的CoA的隧传，并且停止所有其他CoA上的隧传。如果MS 102希望仅拆 除一个绑定，则MS可以发送具有设定的“S”位但是具有零寿命的登记请求。通过该方式， MS 102可以任意地重新配置HA 132正在其上向MS发送业务的绑定的集合。应当注意，在 一些切换情况中，拆除绑定的登记请求可能在也飞往HA的一些业务之前到达HA 132。在该 情况中，由于HA仍具有未被拆除的绑定，因此HA 132可以执行用于这些分组的“双接收”， 在某个预定的时段中继续对它们进行处理。通过提供潜在的目标网络和漫游MS之间的连接的预先建立，当随后决定切换MS 时可以极大地减少关于目标网络的建立时间。事实上，在包括用于与源和目标网络关联的 接收或传达路径的共享部件的双模式MS中，通过预先建立与目标网络的连接，切换建立时 间可以减少多达5秒。为了易化连接的预先建立，向MS提供修改的协议堆栈，该协议堆栈在 MS连接到例如LTE网络的源网络的同时，实现与例如EVDO网络的目标网络的连接的预先建 立。经修改的协议堆栈包括目标网络协议堆栈中的多个层处的多个垫层，例如，EVDO信令 堆栈下面的垫层、RLP层下面的垫层、和PPP层下面的垫层。MS进一步包括切换控制部件， 用于将垫层切换为导通和关断和用于触发适当类型的登记请求，并且使信令适配客户端用 作用于数据和信令的封装/解封点。通信系统100进一步包括新的移动IP报文，即，仅认 证登记请求，其提供HA处的关于目标网络的MS的认证和MS的登记，而未更新HA处的目标 网络中的用于MS的绑定，由此，在仍处于预先建立阶段的同时不会发起经由目标网络的针 对MS的数据的重新路由。尽管通过参照本发明的特定实施例已具体地示出和描述了本发明，但是本领域的 技术人员将理解，在不偏离如所附权利要求中阐述的本发明的范围的情况下，可以进行各 种改变，并且可以使用等同物替换其元件。此外，本领域的普通技术人员可以认识到，这里 描述的发射通信设备和接收通信设备的部件和操作并非是穷尽的，而是仅被提供来用于增 强对本发明的发明原理和优点的理解和认识，而非以任何方式限制本发明。因此，说明书 和附图应被视为说明性的而非限制性的，并且所有这些改变和替换应包括在本发明的范围 内。上文针对特定实施例描述了益处、其他优点和对问题的解决方案。然而，益处，优 点，对问题的解决方案，以及可以引出任何益处、优点或解决方案或者使其变得更加显著的 任何因素不应被解释为任何或所有权利要求的关键的、必需的或基本的特征或因素。如这 里使用的术语“包括”或其任何变化形式应涵盖非排他性的内含物，使得包括元素列表的 过程、方法、物品或装置不仅包括这些元素而且可以包括未明确列出的或者对于该过程、方 法、物品或装置是固有的其他元素。此外，除非这里另外指出，否则诸如第一和第二、顶和底 等关系性术语的使用仅仅用于使一个实体或动作区别于另一实体或动作，不一定需要或暗 示这些实体或动作之间的任何实际的该关系或顺序。
1权利要求
一种由多模式移动站执行的、用于通信会话从与第一射频(RF)技术关联的第一网络到与第二RF技术关联的第二网络的技术间切换的方法，所述方法包括经由所述第一RF技术与所述第一网络交换承载数据；截取所述第二RF技术的信令；经由所述第一RF技术隧传所截取的信令；经由所述第一RF技术并且在未将承载数据引导至所述第二RF技术的情况下，建立所述第二网络中的登记状态；以及在建立所述第二RF技术中的登记状态之后，切换到所述第二RF技术并且停止截取所述第二RF技术的信令和经由所述第一RF技术隧传所截取的信令。
2.如权利要求1所述的方法，其中，建立登记状态包括建立所述第二网络处的业务流 模板。
3.如权利要求2所述的方法，其中，建立登记状态包括获得与所述第二网络和所述业 务流模板关联的路由标识符。
4.如权利要求3所述的方法，其中，在不创建归属代理处的所述移动站的归属地址和 所述路由标识符的绑定的情况下，从所述第二网络获得所述路由标识符。
5.一种能够在与第一射频(RF)技术关联的第一网络和与第二RF技术关联的第二网络 中的每一个中进行操作的多模式移动站，所述移动站包括至少一个收发器，所述至少一个收发器用于发射和接收RF通信；至少一个存储器器件，所述至少一个存储器器件保存与所述第一 RF技术关联的第一 协议堆栈和与所述第二 RF技术关联的第二协议堆栈，其中，所述第二协议堆栈包括垫层， 所述垫层截取第二协议堆栈信令并且将所截取的信令重新引导至所述第一协议堆栈，用于 隧传到所述第一网络；以及处理器，所述处理器耦合到所述至少一个存储器器件和所述至少一个收发器，执行所 述第一和第二协议堆栈。
6.如权利要求5所述的多模式移动站，其中，所述垫层将所截取的信令重新引导至所 述第一协议堆栈的应用层客户端，所述应用层客户端经由所述第一协议堆栈向所述第一网 络传达所述信令。
7.如权利要求6所述的多模式移动站，其中，所述应用层客户端将从所述垫层接收到 的信令封装在所述第一网络的控制报文中以产生封装信号，并且经由所述第一协议堆栈将 所述封装信号传达到所述第一网络。
8.如权利要求5所述的多模式移动站，其中，所述第二协议堆栈包括启用和禁止所述 垫层的应用层垫层控制模块。
9.如权利要求8所述的多模式移动站，其中，所述垫层控制模块启用所述垫层以便于 进行如下操作中的一个或多个经由所述第一网络建立与所述第二网络关联的用于所述移 动站的登记状态，以及经由所述第一网络与所述第二网络关联地对所述移动站进行认证而 未将承载数据引导至所述第二网络，以及在建立所述登记状态和对所述移动站进行认证中 的一个或多个操作之后并且在完成将所述移动站切换到与所述第二网络关联的空中接口 之前，禁止所述垫层。
10.一种用于通信会话从第一射频(RF)技术到第二RF技术的技术间切换的方法，所述方法包括经由所述第一 RF技术与移动站交换承载数据；经由所述第一 RF技术接收对所述移动站进行认证的移动互联网协议(MIP)请求，以提 供与所述第二 RF技术关联的IP服务，其中，所述请求未触发经由所述第二 RF技术的针对 所述移动站的业务的重新路由；通过使用MIP并且与所述第二 RF技术关联，经由所述第一 RF技术接收向所述移动站 分配路由标识符的请求，其中，所述请求未触发经由所述第二 RF技术的针对所述移动站的 业务的重新路由；响应于接收到所述认证请求，移动性代理与所述第二 RF技术关联地对所述移动站进 行认证；响应于接收到分配路由标识符的请求，与所述第二 RF技术关联地分配路由标识符；在与所述第二 RF技术关联地对所述移动站进行认证和分配路由标识符之后，确定将 所述移动站切换到所述第二 RF技术；将所述移动站切换到所述第二 RF技术；以及基于在所述第二 RF技术上发送的登记请求，通过所述移动性代理将所述承载数据从 所述第一 RF技术重新路由到第二 RF技术，并且其不需要进一步的认证或者进一步的路由 标识符分配。
11.如权利要求10所述的方法，进一步包括，在确定将所述移动站切换到所述第二射 频(RF)技术之前，经由所述第一 RF技术，与所述第二 RF技术关联地协商所述移动站的登 记状态。
12.如权利要求11所述的方法，其中，协商登记状态包括建立与所述第二射频技术关 联的业务流模板。
13.如权利要求12所述的方法，进一步包括，向所述移动站提供与所述第二射频技术 关联的路由标识符并且使所述路由标识符与所述业务流模板关联，而不创建归属代理处的 所述移动站的归属地址和所述路由标识符的绑定。
14.一种用于牵涉移动站的通信会话从第一射频(RF)技术到第二 RF技术的技术间切 换的方法，所述方法包括经由所述第一 RF技术与移动站交换承载数据；在确定将所述通信会话切换到所述第二 RF技术之前，与所述第二 RF技术关联地对所 述移动站进行认证，并且与所述第二 RF技术关联地向所述移动站分配路由标识符；确定将所述通信会话切换到所述第二 RF技术；以及基于在确定切换之前提供的所述认证和路由标识符，将所述承载数据重新路由到所述 第二 RF技术，并且将所述移动站的归属地址绑定到所述路由标识符。
全文摘要
一种通信系统(100)通过在确定切换之前预先建立与目标网络(120)和第二射频(RF)技术关联的多模式移动站(MS)(102)的登记状态和认证，从而减少用于MS(102)从源网络(110)和第一RF技术到目标网络(120)与第二RF技术的技术间切换的建立时间。为了预先建立登记状态和认证，MS经由源网络和第一RF技术与第二网络交换第二RF技术的报文。为了便利交换，MS包括与第二技术关联的第二协议堆栈(530)中的垫层(536、540、544)，该垫层截取第二协议堆栈信令，并且将截取的信令重新引导至MS的与第一技术关联的第一协议堆栈(510)，用于隧传到源网络。
文档编号H04W88/06GK101946542SQ200980105151
公开日2011年1月12日 申请日期2009年2月12日 优先权日2008年2月15日
发明者乔治·切里安, 彼得·J·麦卡恩, 普尔尼玛·A·拉尔瓦尼, 菲利普·R·罗伯茨 申请人:摩托罗拉公司