优化移动电信系统中的回程和无线链路容量的制作方法

优化移动电信系统中的回程和无线链路容量的制作方法
【专利摘要】为了解决当将视频下载到智能电话时回程容量有限和无线链路容量有限的问题，一种用于在移动电信网络上传输数据的方法包括：为每个智能电话或其它用户站(Ua-Ud)提供内存缓存(12)和下载应用程序(10)，并为核心网中的服务器(2)提供服务器内存缓存(16)和下载控制应用程序(14)。每个用户向服务器注册，服务器收集用户访问的、可以进行下载的互联网网站(URLn)的信息，监控该网站，并在该网站上出现更新时选择性地将更新下载到服务器缓存中。接下来建立从服务器经过基站(3)到用户的公共数据信道，从而将更新下载到用户的内存缓存(12)。
【专利说明】优化移动电信系统中的回程和无线链路容量

【技术领域】
[0001]本发明涉及用于优化移动电信系统中数据传输流速率的装置和方法。

【背景技术】
[0002]随着智能电话的不断流行，移动电话访问的互联网数据量正经历所谓的“无线数据爆炸”。智能电话通常被认为是基于移动计算平台构建并包括移动操作系统的移动电话，具有先进的计算能力和连接性，并包括诸如便携媒体播放器和GPS导航单元这样的功能。智能电话通常包括网络浏览器，以及通过W1-Fi和移动宽带实现的高速数据接入。目前智能电话所使用的最常见的移动操作系统(OS)包括-举例来说-苹果(Apple)的1S，谷歌(Google)的 Andr1d,微软(Microsoft)的 Windows Phone,诺基亚(Nokia)的 Symbian 和移动研究公司(Rim)的BlackBerry。操作系统支持“应用程序”，“应用程序”指实现某些特定功能的软件应用，要么预先安装，要么由用户从“应用程序商店”下载。
[0003]已知很多大型电信运营商的移动(智能)电话用户正遭受连接问题。造成该问题的两个主要原因是(I)无线基站和核心网之间的回程(backhaul)网络容量(capacity)有限以及(2)从基站天线到移动电话的无线信道的容量不足以处理移动电话所请求的数据量。
[0004]已知可以通过缓存来解决回程容量有限的问题。在固定网络，例如企业网中，通常在代理服务器上执行网络缓存，网络缓存是一种用于临时存储(缓存)网络文档，例如HTML页面和图像的机制。基于代理服务器容量，地理位置等，代理服务器被一组企业用户使用。网络缓存可以扩展至移动系统，在移动系统中，缓存可以位于基站(即，天线)。但是，缺点是必须在系统的大量基站中安装内存服务器，就成本和安装时间而言，这是很昂贵的。作为替代，代理服务器可以不位于基站中，而是可以位于移动系统的核心网中，并通过多个基站对多个手机进行服务。但是这样做不能有效利用无线信道，因为每个手机都使用专用无线信道来从代理服务器获得数据。
[0005]就基站和移动手机之间的空口上的有限的无线信道容量而言，可以在移动网中使用广播功能，但是通常广播功能只用于如电视这样的广播。想要观看某个内容频道的所有用户可以连接至已经流传输有数据的频道。用于流传输实时数据应用，例如视频的一个提议是多播，在多播中，选定的用户订阅服务，例如多媒体广播多播服务(MBMS) ,MBMS是3GPP定义的标准。流服务通过无线接口传输，但是只有那些订阅了服务的用户才被允许查看正被传输的实时数据。缺点是该多播方法是为如视频这样的实时数据设计的，用户需要加入并观看当前视频。


【发明内容】

[0006]本发明在第一方面提供了一种在移动电信网络上传输数据的方法，该网络包括多个用户站、多个小区站、以及中心网络，
[0007]其中用户站中的每一个包括用户存储装置，中心网络包括服务器装置，服务器装置包括服务器存储装置，
[0008]其中所述方法包括将每个用户站向服务器装置注册，
[0009]服务器装置从每个注册的用户站获得用户站所访问的互联网网站的指示，可以从互联网网站进行下载，
[0010]服务器装置对网站进行监控，当网站上出现新的数据项时将数据项选择性地存储到服务器存储装置中，以及
[0011]建立从服务器装置经过小区站到用户站的公共数据信道，以将选择的数据项下载到每个用户站的用户存储装置中。
[0012]本发明在第二方面提供了一种在移动电信网络上传输数据的装置，该网络包括多个用户站、多个小区站、以及中心网络，
[0013]其中每个用户站包括注册和下载装置、以及用户存储装置，
[0014]中心网络包括服务器装置，服务器装置与用户站通信兵包括服务器存储装置，
[0015]服务器装置包括下载控制装置，下载控制装置用于注册用户站，并从每个注册的用户站获得用户站所访问的互联网网站的指示，可以从互联网网站进行下载，
[0016]服务器下载控制装置设置为对网站进行监控，当网站上出现新的数据项时将数据项选择性地存储到服务器存储装置中，
[0017]并且服务器下载控制装置被设置为在服务器装置之间建立经过小区站到达用户站的立公共数据信道，以选择性地将服务器存储装置中存储的数据项下载到每个用户站的用户存储装置。
[0018]前述方法和装置提供了一种非流传输多播应用，其中多播功能从单个源向多个注册用户站提供数据，数据在非流传输的基础上被提供，也就是说，数据可以在用户需要时被访问，而不是只在传输数据信道上可用时才能被访问。
[0019]本发明的实施方式可以应用至现有或已提议的所有支持数据传输的移动电信系统，包括如GSM这样的2G系统，如UMTS这样的3G系统，以及如LTE这样的4G系统。
[0020]在本说明书中，术语“用户站”涵盖移动站，手机，用户设备，平板电脑，移动加密狗(dongle)，以及所有可以在移动系统的小区之间移动的站。应该理解的是，在本发明的实施方式中，尽管存在未订阅的其它用户站，但是假定多个用户站都向服务器注册。
[0021]术语“小区站”在本说明书中涵盖基站，节点B(NM)，演进型节点B(eNB)，以及限定移动网无线小区的其它无线传输站。应该理解的是，在本发明的实施方式中，尽管在任何情况下可能只需从那些小区中设置有一个或多个用户站的小区站中传输数据，但是提供了多个小区站。
[0022]术语“中心网络”在本说明书中涵盖移动系统中除了用户站和小区站之外的剩余部分，它与互联网(以及其它网络，例如PSDN)连接并包括:a)就UMTS系统而言，核心网(CN)和无线网络控制器(RNC) ；b)就GSM而言，基站控制器(BSC)，网络和交换子系统(NSS)以及移动服务交换中心(MSC) ；c)就LTE而言，服务网关(SGW)，移动性管理实体(MME)，以及分组数据网络网关(PDN Gff)(在LTE中，每个eNB中包含无线接入网)。
[0023]在本发明的实施方式中，公共数据信道是网络层高层信道，与之相反的是低层传输信道和物理信道。在每个用户站和每个小区站之间的空口中，上述公共数据信道包括公共广播信道，从而数据项被传输至小区站的小区中的所有用户站。该公共广播信道与一些移动系统中的冠以“广播”之名的低层信道不同。
[0024]公共数据信道在需要向用户站传输数据项时建立，在传输完成时关闭。能够以减少的网络使用时间周期来实现传输。
[0025]在一个实施方式中，用户订阅缓存服务并在手机上安装应用程序。用户手机上的应用程序向中心(核心)网络中的服务器注册。核心网中的服务器保持对用户和用户之间共享的公共网站进行跟踪。当公共网站上的数据有更新时(例如，新YouTube视频变得流行起来，即它进入前25名单)，服务器建立公共数据信道(其是高层逻辑信道，与之相反的是低层传输信道或物理信道)并在数据信道上传输数据，所有订阅该网站的用户都将从单个数据信道上拉取数据并对其进行本地缓存。接着，当某个用户使用他的手机访问该网站时，应用程序会将数据从缓存的数据中载入到浏览器中。由此，(在固定核心网以及无线网上)使用单个数据信道，而非多个传输信道。因此，在固定核心网以及无线网上使用较少的容量。
[0026]这也实际上提高了用户体验，因为当某个用户想要访问某个流行的YouTube视频时，数据在移动终端上已经本地可用了，因此能够立即打开而无需等待。

【专利附图】

【附图说明】
[0027]下面将参照附图，仅以示例的方式对本发明的实施方式进行描述，在这些附图中:
[0028]图1显示了一种已知的向移动用户手机分发数据的方法的配置；
[0029]图2显示了一种移动电话系统的配置，其包含本发明的实施方式；
[0030]图3是图2所示实施方式的操作方法的流程图；以及
[0031]图4是用于实施本发明的实施方式的MBMS架构的原理图。

【具体实施方式】
[0032]参考图1，显示了一种已知的用户站Ua，Ub, Uc和Ud访问互联网网站URLn (在本实施例中为流行新闻网站)的方法。移动系统的中心网络包括连接至互联网的网关连接器I (例如，就LTE而言是TONGW，就UMTS而言是GGSN，就GSM而言是GGSN)，以及节点2，节点2包括路由器或网络交换机。小区站3包括无线电天线以及适于所采用的移动系统的基站功能(例如，LTE的eNB包括完整的无线接入网功能)。根据已知的查看URLn的程序，每个用户建立到网关连接器I的单独套接字连接(“套接字连接”是一种已知的用于建立到互联网的连接的机制，包括指定本地IP地址，远程IP地址，以及所使用的协议，例如TCP，STCP)，并且每个用户下载合适的网页，网页可能包括视频。
[0033]因此，在本程序中，在移动系统的中心网络和无线接口上建立四个独立的数据连接。很显然，就回程容量和无线链路容量而言，特别是在需要下载视频的情况下，这是很昂贵的。
[0034]现在参考图2，其显示了本发明的一个实施方式，其中与图1所示部件相似的部件用与图1相同的附图标记来表示。每个用户站Ua,Ub,Uc和Ud包括应用程序10,以及预留给应用程序的内存缓存12。网络节点2包括服务器，服务器包括服务器下载控制应用程序14以及预留给应用程序14的内存缓存16，服务器下载控制应用程序14是非流传输多播服务器程序。
[0035]本实施方式的程序是系统操作员首先在服务器节点2中安装应用程序14，并在缓存16中预留合适量的内存。客户端应用程序10安装在手机中，可以在出售前安装，或者在出售后由用户从应用程序“商店”下载。每个用户接下来通过应用程序中的注册程序注册下载服务，并完成所有必要的手续，识别，支付等。同时，或者接下来用户可以对客户端应用程序10配置用户感兴趣的一个或多个网站，这些网站可能不时会包含更新和修订，更新和修订的形式为新的可下载文件，新的可下载文件的形式为视频或其它多媒体文件，或者数据文件。(一个趋势是用户中的大多数通常都访问类似的网站，例如本地新闻网站)。
[0036]服务器应用程序14还可以监控订阅用户进行的互联网交易，可以将经常访问的网站加入到感兴趣网站列表中，服务器应用程序为每个用户维持感兴趣网站列表。服务器应用程序可以对每个用户所访问的每个网站起作用，或仅对访问用户的数量比最小用户数量大的这些网站的子集起作用。在任何情况下，服务器应用程序都会回顾所列的网站。当网站上出现更新或修订，并且更新或修订满足某些要求(例如，就新闻网站而言，新的“头条”或新的体育报道，或者就YouTube而言，新的视频剪辑变得“流行”起来了，即，大量的用户观看了剪辑)时，服务器会下载该数据，举例来说，该数据的形式为新的网页或来自网页的数据项。在某些情况下，网页可以下载到服务器内存缓存16中，当网站上出现更新时，更新的项可以下载到缓存的页面中。
[0037]因此，如图3所示，在操作过程中，在用户注册之后，服务器应用程序14从监控的网站下载更新，并将更新存储在它的缓存16中。这可以通过在网站和服务器之间建立标准的点对点套接字连接来实现。
[0038]每当缓存16被更新时，或当缓存16接收到预定量的更新数据时，服务器应用程序14识别哪些手机订阅了服务，以及它们位于哪些小区站中，并建立到手机所处的系统的这些部分的公共数据信道(多播信道)。服务器应用程序14接下来使用节点2和小区站3之间的中心网有线连接中的公共数据信道，以及小区站3和手机Ua-Ud之间的无线连接中的公共数据信道将更新的数据推送给手机。这可以在网络使用减少时的非高峰时刻进行。小区站3和手机Ua等之间的数据连接通过广播信道18实现。该广播信道是高层逻辑信道，它对小区站的区域中的所有小区进行广播。该广播信道可以映射到合适的传输层信道和物理层信道上。但是，只有那些注册数据服务的手机才能下载数据。所谓的广播信道通常只用于流传输数据(通过流传输数据，手机能够随时加入或离开数据流，但是它们只能访问信道上当前存在的数据-这对于所有用户同时观看相同节目的广播电视而言是很方便的)。
[0039]在一个实施方式中，公共数据信道通过MBMS协议(参见-举例来说-3GPP TS23.246)实现，MBMS协议通常在LTE系统(参见-举例来说-3GPP TS 36.300)中使用。图4显示了 MBMS系统的架构。在该实施方式中，服务器应用程序14用作eMBM-SC单元和E-MGMB网关，或形成eMBM-SC单元和E-MGMB网关的一部分。通过数据信道直接从eBM SC对每个用户站Ua-Ud进行数据传输，根据MBMS标准，该数据信道称为MTCH逻辑信道。在本实施方式中，该信道映射至由eNB确定的合适的传输信道和物理信道。
[0040]手机中的客户端应用程序在广播信道上接收到数据之后将数据存储在各自的缓存12中。当手机用户请求访问合适的网站时，应用程序10截获请求，本地缓存中的数据被显示-与此相反，之前的方法是通过移动系统数据网络从互联网网站下载网页，由此在查看时节约了无线数据信道的使用，并节约了回程带宽。
[0041]说明书和附图仅仅展示了本发明的原理。因此，必须理解的是，本领域技术人员能够想出各种配置，尽管在此未明显描述或显示，这些配置能够实现本发明的原理并且包含于本发明的精神和范围内。此外，所有在此描述的例子原则上仅用于教学目的，以帮助读者理解本发明的原理及发明人对推动现有技术所贡献的想法，并且不应理解为受限于这些特别描述的例子和条件。此外，在此描述本发明的原理、方面、实施方式、以及其特定例子的所有陈述应理解为包含其等效物。
【权利要求】
1.一种用于在移动电信网络上传输数据的方法，所述网络包括多个用户站(Ua-Ud)、多个小区站(3)、以及中心网络(1，2)， 其中每个用户站包括用户存储装置(12)，并且所述中心网络包括服务器装置(2，14)，所述服务器装置(2，14)包括服务器存储装置(16)， 其中所述方法包括将每个用户站向所述服务器装置注册， 所述服务器装置从每个用户站获得所述用户站访问互联网网站(URLn)的指示，从所述互联网网站能够进行下载， 所述服务器装置对所述网站进行监控，并且当所述网站上出现新的数据项时将所述数据项选择性地存储到所述服务器存储装置中，并且 建立从所述服务器装置经过所述小区站到所述用户站的公共数据信道(18)，以将选择的数据项下载到每个所述用户站的用户存储装置。
2.如权利要求1所述的方法，其中在所述小区站和所述用户站之间的空中接口中，所述公共数据信道包括公共广播信道(18)，以向每个小区站的小区区域内的所有用户站广播所述数据项。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中所述服务器装置被配置为仅对注册的用户站所附着到的那些小区站建立所述公共数据信道。
4.如前述权利要求中任意一项所述的方法，其中所述服务器装置通过MBMS协议建立所述公共数据信道。
5.如前述权利要求中任意一项所述的方法，其中所述服务器装置存储一个或多个选择的网页，并在所选择的网页的网站上出现新数据项时用所述新数据项时对存储的网页进行更新。
6.一种用于在移动电信网络上传输数据的装置，所述网络包括多个用户站(Ua-Ud)、多个小区站(3)、以及中心网络(1，2)， 其中每个用户站包括注册和下载装置(10)、以及用户存储装置(12)， 所述中心网络包括服务器装置(2)，所述服务器装置(2)被设置为与所述用户站通信并且包括服务器存储装置(16)， 所述服务器装置具有下载控制装置(14)，该下载控制装置用于注册所述用户站，并从每个用户站获得所述用户站访问互联网网站(URLn)的指示，从所述互联网网站能够进行下载， 所述服务器下载控制装置被设置为对所述网站进行监控，并且当所述网站上出现新的数据项时将所述数据项选择性地存储到所述服务器存储装置中， 并且所述服务器下载控制装置被设置为在所述服务器装置之间建立经过所述小区站到达所述用户站的公共数据信道(18)，以选择性地将所述服务器存储装置中存储的数据项下载到每个所述用户站的存储装置。
7.如权利要求6所述的装置，其中在所述小区站和所述用户站之间的空中接口中，所述公共数据信道包括公共广播信道(18)，以向每个小区站的小区区域内的所有用户站广播所述数据项。
8.如权利要求6或7所述的装置，其中所述服务器装置被配置为仅对注册的用户站所附着到的那些小区站建立所述公共数据信道。
9.如权利要求6至8中任意一项所述的装置，其中所述服务器装置通过MBMS协议建立所述公共数据信道。
10.如权利要求6至9中任意一项所述的装置，其中所述服务器装置存储一个或多个选择的网页，并在所选择的网页的网站上出现新数据项时用所述新数据项时对存储的网页进行更新。
【文档编号】H04W4/06GK104247471SQ201380019256
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2013年2月28日 优先权日:2012年4月10日
【发明者】G·拉杨 申请人:阿尔卡特朗讯公司