专利名称：用于蜂窝网络中的下行链路宏分集的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及通信系统，特别地，涉及用于分组交换蜂窝网络中的下行链路宏分集的方法和装置。
背景技术：
现有的基于CDMA的蜂窝网络技术通过使用已知的“软切换”机制，来实现通常被称为下行链路宏分集。在软切换机制中，从通常位于无线接入网络中心的基站控制器单元，将在链路层或介质接入控制(MAC)子层的下行链路帧的多个拷贝，并行地发送到多个基站收发器，所述基站收发器随后将所述下行链路帧的拷贝同时传输到用户的无线通信设备或终端。然后无线终端使用例如帧选择或软结合的技术，以及自动重发请求(ARQ)机制，以试图再现和正确地接收从基站控制器发送来的帧。这种设计的发展基本上是支持电路交换应用(例如语音)的，并不很适合分组交换网络/网间互联。该设计还在基站收发器之间和/或在基站控制器和基站收发器之间施加了时机选择和同步要求。
这些要求过度地限制了许多分组交换网络/互联网络技术。在无连接的分组交换网络/互联网络例如那些基于网间协议(IP)的网络中，两个终端系统之间的分组顺序(或分组流)在整个网络/互联网络中无需沿着相同的路径。通常还大体上需要来将特定空中链路接口技术的动态局限于接口本身，从而允许将网络层智能提到固定基础结构的边缘。
网间协议概况IP技术是被设计来使异类的计算机通信网络的分组交换互联能够进行的。通过提供分组转发服务的网关(或路由器)，来互连可能的多种不同组的网络和链路层技术。信息作为被称为数据包的数据块，从来源传递到目的地，其中来源和目的地(或主机)是通过固定长度的地址识别的。IP互联网络中的路由实质上是无连接的，因为是以逐跳为基础、使用数据包中的目的地址来在路由器之间转发数据包的。每个路由器使用其自身的内部转发表来决定独立的下一跳的转发。IP还提供了长数据包的分割和重新组合，如有必要，通过“小分组”网络来传输。在一些IP互联网络中，在主机和路由器之间有相对较小的区别。在此，当无需区别时，将使用术语“节点”。大体上适用的一个区别是尽管任意IP节点可能发送和接收数据包时，只有路由器可以转发数据包。
基于无线通信和网络技术的IP网间互联通过有线和无线的通信和网络技术，均可以提供在IP互联网络中的节点之间的连接。无线通信和网络技术可用于提供在有无线通信设备接口的IP节点之间的直接连接，或者通过非IP无线链路层设备，例如作为无线LAN和电路LAN之间桥接器的无线接入点。在任何情况下，信道状态、空间关系及其它因素都对物理和链路层连接有重要的影响，这使这些链路连接与在电路网络中的相比更加动态和随时间变化。
在IP数据包可在两个无线通信设备之间传输之前，必须建立一条可行的链路。建立无线链路的过程可能通过如下一系列可能的阶段来进行。
1.在可被称为″物理层同步″的第一阶段中，设备通常根据物理层机制来互相检测，并互相同步以允许进一步的通信，2.在可被称为“物理层接入交换”的第二阶段中，设备通常交换一系列物理层信号或控制报文从而能够接入空中链路资源。在此阶段之后，设备可以发送和接收链路层控制报文。
3.在可被称为“链路层交换”的第三阶段中，设备通常交换一系列链路层控制报文。这可能包括例如鉴权、授权、登记以及确定用于加密和解密链路流量的密钥的任务。在此阶段之后，设备可以发送和接收网络层控制和数据流量(这样，链路能够支撑链路层数据报文和IP数据包的交换)。
4.在可被称为“网络层交换”的第四阶段中，设备通常交换网络和更高层的控制报文。这可能包括例如地址解析、网络层准入控制、互联网络路由选择以及协商服务质量的任务。根据网络/互联网络情况的特性，在支持交换常规IP数据流量(特别是必须经过不止一个网络跳跃的数据流量)之前可能需要在第四阶段中的各种控制流量交换。
注意一些报文交换可能直接或间接地包括实体，例如除了无线通信设备之外的鉴权、授权和计费(AAA)服务器以及那些包围着它们的实体(特别是在上述的第三和第四阶段中)。
使用一些无线技术，有可能同时保持与多个无线通信设备的连接以获得各种性能的好处。假定无线技术支持多个同时的链路层连接，无线通信设备可被也可不被限制于每次只能在这样一个连接上传输或接收。在蜂窝网络的环境中，这样的技术使无线终端能够与多个基站同时保持链路层连接。在IP互联网络的环境中，无线IP节点可以与多个无线接入点或无线接入路由器同时保持链路层连接。这是可能的，即使所述IP节点只有单个无线通信设备或网络接口卡(NIC)，并因而按常规只有单个IP接口。还有可能来开发单个NIC，其支持使用多种无线通信和网络技术的同时的链路层连接。
发明内容
在此描述的本发明使一种在分组交换蜂窝网络中的下行链路宏分集能够进行。它允许在一组通过一个或多个接入节点(例如基站)从/到一个终端节点的可用连接(例如物理和/或链路层连接)上，从一个网络/互联网络有选择地将分组传输到所述终端节点，例如无线通信设备或终端。该方法符合无连接网络的范例。在一些实施例中，通过引入关键地位于或安放在网络/互联网络之内，并使用由终端节点支持的快速和智能控制以及信令机制连接在一起的创新的有选择的分组复制和转发代理，部分地实现了这种下行链路宏分集的新方法。
蜂窝网络结构特别适合于本发明的应用，因为在网络/互联网络中通过任意一组可用的接入链路和/或接入节点，终端节点通常可与其它节点例如其它终端节点和/或应用服务器节点通信。
当在终端节点和对应接入节点之间的链路层连接例如接入链路在信号强度和干扰上受到独立的或部分相关的时间变化时，下行链路宏分集将是重要的。本发明通过使终端节点能够从一组可用接入链路中，例如以每一分组为基础，根据主要的信道状态、空中链路资源的可用性和/或其它约束，动态地选择将要使用的下行链路，实现了下行链路宏分集。本发明改进了通信的鲁棒性和效率、空中链路资源的总利用率以及由终端节点所体验的服务质量。
鉴于随后的详细讨论，本发明的许多附加的特征优势和实施例将是显而易见的。
图1表示一种本发明适用的典型通信系统的网络图。
图2表示一种依照本发明实施的典型终端节点。
图3表示一种依照本发明实施的典型接入节点。
图4表示作为比较基础的送往一个仅连接到一个接入节点的终端节点的分组流，并且是表示依照图1典型通信系统环境中的本发明执行的各种信令和操作的五幅图组(4到8)中的第一幅。
图5表示依照本发明的第一典型实施例，与复制送往一个连接到多个接入节点的终端节点的分组流相关的信令和操作。
图6表示依照本发明的第一典型实施例，与在送往一个连接到多个接入节点的终端节点的复制的分组流之间交换相关的信令和操作。
图7表示依照本发明的第二典型实施例，与复制送往一个连接到多个接入节点的终端节点的分组流相关的信令和操作。
图8表示依照本发明的第二典型实施例，与在送往一个连接到多个接入节点的终端节点的复制的分组流之间交换相关的信令和操作。
具体实施例方式
图1表示一种本发明适用的典型的通信系统100，例如蜂窝通信网络。该典型的通信系统100包括多个通过通信链路互相连接的节点。在典型的通信系统100中的节点可以根据通信协议例如IP，使用信号例如报文来交换信息。可以例如使用导线、光缆和/或无线通信技术，来实现系统100的通信链路。典型的通信系统100包括多个经由多个接入节点130、140、150来接入本通信系统的终端节点134、136、144、146、154、156。终端节点134、136、144、146、154、156可以是例如无线通信设备或终端，接入节点130、140、150可以是例如无线接入路由器或基站。典型的通信系统100还包括大量可能需要来提供互连性或提供特定服务或功能的其它节点。特别地，典型的通信系统100包括一个移动代理节点108，例如移动IP本地代理节点，其可能需要来支持在接入节点之间的终端节点的移动性，一个会话信号服务器节点106，例如SIP代理服务器，其可能需要来支持建立和维持在终端节点之间的通信会话，以及一个应用服务器节点104，例如多媒体服务器，其可能需要来支持特定的应用层业务。
图1的典型系统100描绘了一个网络102，其包括均通过对应的网络链路105、107、109分别连接到中间网络节点110的应用服务器节点104、会话信号服务器节点106以及移动代理节点108。网络102中的中间网络节点110还提供了经由网络链路111与来自网络102透视图外部的网络节点的互连。将网络链路111连接到另一中间网络节点112，其提供了分别经由网络链路131、141、151与多个接入节点130、140、150的进一步连接。
每个接入节点130、140、150被描绘成分别经由对应的接入链路(135、137)、(145、147)、(155、157)，提供与N个终端节点(134、136)、(144、146)、(154、156)的连接。在典型的通信系统100中，每个接入节点130、140、150被描绘成使用无线技术例如无线接入链路来提供接入。将每个接入节点130、140、150的无线覆盖区域例如通信单元138、148、158分别表示为一个围绕着对应接入节点的圆。
接着，将典型的通信系统100当作用于描述本发明实施例的基础。本发明的替代实施例包括各种网络拓扑，其中网络节点的数量和类型、链路的数量和类型以及节点之间的互连可以与图1中所描绘的典型通信系统100的不尽相同。
依照本发明，通过下列功能实体，启用在典型系统100中对下行链路宏分集的支持。
1.可选的分组复制代理(SPRA)SPRA提供了支持有选择地复制分组流，并且例如通过在到达最终目的地的路程中向不同的中间节点穿隧复制的流，从而沿着分开的路径引导复制的流。
2.可选的分组转发代理(SPFA)SPFA提供了支持有选择地转发、缓冲或丢弃属于一个特定流的分组。
在本发明的不同实施例中，这些功能实体可能位于或放置于网络中的不同点上，或者在不同节点之内。在本发明的一些实施例中，SPRA和SPFA功能实体均可被配置或结合在同一个网络节点之内。关于一个或一组分组流，前往的SPRA复制分组的特定目的地——一个点，例如节点，被称为可选的分组复制点(SPRP)。相似地，一个由SPFA有选择地转发、缓冲和/或丢弃属于一个或一组分组流中的分组的点，例如节点，被称为可选的分组转发点(SPFP)。一般来说，可能有影响在前往特定目的地途中的一个或一组特定分组流的多个SPRP和SPFP。而且，由于SPRA和SPFA可被配置或结合在同一网络节点之内，对这样的节点来说有可能成为一个或一组分组流的SPRP和SPFP两者。
图2提供了依照本发明实施的典型终端节点200的详细说明。在图2中描绘的典型终端节点200，是可被用作图1中描绘的终端节点134、136、144、146、154、156中任意一个的装置的详细表示。在图2的实施例中，终端节点200包括通过总线206连接在一起的一个处理器204、一个无线通信接口230、一个用户输入/输出接口240和存储器210。因此，经由总线206，终端节点200的各个元件可以交换信息、信号和数据。终端节点200的元件204、206、210、230、240位于外壳202之内。
无线通信接口230提供了终端节点200的内部元件可以从/向外部设备和网络节点(例如接入节点)接收和发送信号的机制。无线通信接口230包括例如一个有对应接收天线236的接收机电路232和一个有对应发射天线238的发射机电路234，用于例如经由无线通信信道将终端节点200连接到其它网络节点。终端节点200能够经由无线通信接口230，从/向多个其它节点，例如接入节点，同时地接收和发送控制信号及数据流量。在本发明的一些实施例中，无线通信接口230包括多个基带收发器。
典型终端节点200还包括经由用户输入/输出接口240连接到总线206的一个用户输入设备242，例如键区，和一个用户输出设备244，例如显示器。这样，用户输入/输出设备242、244可以经由用户输入/输出接口240和总线206，与终端节点200的其它元件交换信息、信号和数据。用户输入/输出接口240和相关的设备242、244提供了用户可以操作终端节点200以完成某些任务的机制。特别地，用户输入设备242和用户输出设备244提供了允许用户控制终端节点200以及在终端节点200的存储器210中执行的应用例如模块、程序、例行程序和/或功能的功能。
在包括在存储器210之内的各个模块(例如例行程序)控制之下的处理器204控制着终端节点200的操作以执行如下所述的各种信令和处理任务。在启动时或者当被其它模块接入时，执行包括在存储器210之内的模块。当模块被执行时，可以交换数据、信息和信号。当模块被执行时，还可以共享数据与信息。在图2的实施例中，本发明的终端节点200的存储器210包括一个下行链路宏分集控制模块212和下行链路宏分集控制数据214。
当终端节点200有多个同时到一个或多个接入节点的链路层连接(例如接入链路)时，下行链路宏分集控制模块212控制着与下行链路分组流的复制和在多个复制的下行链路分组流之间进行交换相关的终端节点200的操作。注意终端节点可以有由同一接入节点或不同接入节点支持的、同时在两个或多个单元/扇区中的链路层连接。特别地，下行链路宏分集控制模块212控制着与监控链路层连接的状态、评价可用链路层连接的相对性能或质量以及发送/接收信号例如报文以使用SPRA调整下行链路分组流的可选复制和/或使用SPFA调整分组流的可选转发相关的处理。下行链路宏分集控制数据214包括例如参数、状态信息和/或与下行链路宏分集控制的操作有关的其它信息。特别地，下行链路宏分集控制数据214可以包括配置信息(例如关于所支持的同时连接的最大数量或下行链路交换频率的限制的信息)和运转信息(例如关于电流处理状态、待定信号回应状态等的信息)。下行链路宏分集控制模块212可以接入和/或修改下行链路宏分集控制数据214。
图3提供了依照本发明实施的典型接入节点300的详细说明。在图3中描绘的典型接入节点300，是可被用作图1中描绘的接入节点130、140、150中任意一个的装置的详细表示。在图3的实施例中，接入节点300包括通过总线306连接在一起的一个处理器304、一个网络/互联网络接口320、一个无线通信接口330和存储器310。因此，经由总线306，接入节点300的各个元件可以交换信息、信号和数据。接入节点300的元件304、306、310、320、330位于外壳302之内。
网络/互联网络接口320提供了接入节点300的内部元件可以从/向外部设备和网络节点接收和发送信号的机制。网络/互联网络接口320包括用于例如经由铜线或光纤线路将节点300连接到其它网络节点的一个接收机电路322和一个发射机电路324。无线通信接口330还提供了接入节点300的内部元件可以从/向外部设备和网络节点例如终端节点接收和发送信号的机制。无线通信接口330包括例如一个有对应接收天线336的接收机电路332和一个有对应发射天线338的发射机电路334，用于例如经由无线通信信道将接入节点300连接到其它网络节点。
在包括在存储器310之内的各个模块(例如例行程序)控制之下的处理器304控制着接入节点300的操作以执行如下所述的各种信令和处理任务。在启动时或者当被其它模块接入时，执行包括在存储器31 0之内的模块。当模块被执行时，可以交换数据、信息和信号。当模块被执行时，还可以共享数据与信息。在图3的实施例中，本发明的接入节点300的存储器310包括一个有对应SPRA数据314的SPRA模块312和一个有对应SPFA数据318的SPFA模块316。
SPRA模块312控制着接入节点300的操作以支持能够使用多个同时的链路层连接来控制下行链路宏分集的终端节点(例如范例终端节点200)的SPRA功能。SPRA模块312控制着从其它网络节点和/或模块接收的信号，例如报文的处理，用于来控制例如启动或暂停分组流的可选复制并在到达最终目的地的路程中经由独立的路径例如经由隧道引导复制的分组流。SPRA模块312还控制着从其它网络节点接收的前往相关终端节点的信号，例如报文的处理，用于来分类和筛选以确定是否需要分组复制。SPRA数据314包括例如终端节点标识符、参数、筛选信息和/或与提供在此描述的SPRA功能有关的其它信息。SPRA模块312可以访问和/或修改SPRA数据314。
SPFA模块316控制着接入节点300的操作以支持能够使用多个同时的链路层连接来控制下行链路宏分集的终端节点(例如范例终端节点200)的SPFA功能。SPFA模块316控制着从其它网络节点和/或模块接收的信号，例如报文的处理，用于来控制例如启动或暂停复制的分组流的可选转发。SPFA模块316还控制着从其它网络节点接收的前往相关终端节点的信号，例如报文的处理，用于来分类和筛选以确定是否应当转发、缓冲或丢弃分组。SPFA数据318包括例如终端节点标识符、参数、筛选信息和/或与提供在此描述的SPFA功能有关的其它信息。SPFA模块316可以访问和/或修改SPFA数据318。
接入节点300能够独立地提供SPRA和SPFA功能。这样，关于一个或一组经过接入节点300前往特定目的地的分组流，所述接入节点300可以是一个SPRP、一个SPFP、或者既是一个SPRP又是一个SPFP。
图4、5、6、7和8表示在典型通信系统100的环境中依照本发明执行的下行链路宏分集的操作。与图1相比，图4-8中的说明在本质上更倾向于逻辑上而不是物理上，因此在范例通信系统100中仅描绘了一个相关的节点子组，这样省略了许多物理节点和链路。其中在两个实体之间表示信令或传递分组，假定这样的信号或分组是按照需要经由在物理上互连这两个实体的中间节点和/或链路来传输的。图4-8中的说明包括依照本发明实施的所述移动代理节点108、两个接入节点300、300′，以及依照本发明实施的单个终端节点200。图4-8中所示的终端节点200和接入节点300、300′是在图2和3中分别描绘的那些节点的简化表示。
图4表示没有下行链路宏分集的情况以作为基线来对比。在图4的例子中，经由第一接入链路402将终端节点200连接到第一接入节点300。图4还使用序号i到i+9描绘了作为前往终端节点200的分组流的一部分的分组450、452、454、456、458、460、462的顺序。分组450、452、454、546、458、460、462的来源可以是典型通信系统100中的任意其它节点。实线箭头410、412、414描绘了分组450、452、454、546、458、460、462按照终端节点200的路由选择信息的引导而采用的路径。这样，分组450、452、454、546、458、460、462穿过移动代理节点108和第一接入节点300，从该处经由第一接入链路402将它们传递给终端节点200。
图5-8表示下行链路宏分集的各个方面。图5和6表示第一实施例，而图7和8表示第二实施例。在详述这两个实施例的独特特征之前，将首先描述适用于两个实施例的本发明的下述特性。依照本发明，终端节点200周期性地监控从一个或多个接入节点接收的信号并使用这一信息来确定是否应当建立、保持或断开与特定接入节点的链路层连接。在一个实施例中，终端节点200使用一组可配置的参数，例如但不限于导频功率、导频功率平均持续时间、所需的最小终端节点发射功率、对临区干扰的影响等等，作为用于控制链路层连接的输入因素。终端节点200通常力求保持一个或多个接入链路，例如与一个或多个接入节点的链路层连接，以使用承受动态信道状态的充分恢复力来提供对网络的可靠接入。随着时间的流逝，由于信号是从不同的接入节点接收的，终端节点200按照调节参数的指令来建立、保持或断开链路层连接以保持一组适当的接入链路。同时的链路层连接的数量服从于终端节点200的硬件和软件限制。一般来说，终端节点200和接入节点300、300′均可以限制链路层连接的数量。
在图5-8中，将终端节点200描绘成有多个链路层连接，例如一个经由第一接入链路402到第一接入节点300，另一个经由第二接入链路502到第二接入节点300′。注意尽管本例子描绘了有两个到两个不同接入节点300、300′的链路层连接402、502的情况，但本发明更广泛地适用于有两个或更多与一个或多个接入节点的链路层连接的情况。
为了启用链路层数据报文(以及从而更高层的流量)的交换，终端节点200和接入节点300、300′执行必要的操作以保持接入链路402、502达到并通过先前所述的链路层交换阶段。这可以使用已知的技术来完成。关于如何完成的详细内容是链路层特有的，由于可以使用已知的方法，因而在此并不进行描述。然而，为了终端节点200同时建立多个链路层连接例如接入链路402、502，对终端节点200来说可能需要独立地与多个实体例如接入节点300、300′交换链路层控制报文。而且，终端节点200应当能够根据需要，直接控制到一个特定实体(例如接入节点)的报文。
假定每个接入链路402、502能够支持链路层数据报文和更高层流量(例如IP数据包)的双向交换，尽管这在时间上的每一瞬间不是必需的。信道状态、空间关系及其它随时间变化的动态因数可以妨碍在时间上的任一瞬间在一个或两个方向上交换链路层报文(以及从而更高层的流量)的能力。通常，物理、MAC和链路层提供了能力以适应并承受某种程度的动态变化而不断开和重新建立链路层连接。这样，出于描述本发明的目的，双向链路层连接可被看作包括两个单向的链路层连接，其中在任一方向发送流量的能力可以作为时间的函数而变化。当区别是必需的或对于解释本发明有用时，我们将把方向从终端节点到接入节点的连接称为“上行链路”，把方向从接入节点到终端节点的连接称为“下行链路”。
依照本发明，终端节点200监控可用接入链路402、502的状态以确定用于传输上行链路和下行链路流量的首选链路。注意可以独立地选择首选的上行链路和首选的下行链路，因而在时间上的任意一点可能不同。在无连接的分组交换网络中，终端节点200可以在一组可用接入链路402、502上、在快速的时标上有选择地转发上行链路流量，以容纳物理和链路层动态变化。然而，通常根据由网络基础结构中的节点例如接入节点300、300′和/或移动代理节点108保存的路由选择信息，来引导转发前往终端节点200的下行链路流量。使用传统技术动态地修改或再配置用于下行链路流量的对应路由选择信息相关的控制回路和信令的延迟，通常将超过物理和链路层动态的时标。本发明的创新使在一组接入链路402、502上、在快速的时标上的可选下行链路转发能够实现，以容纳物理和链路层动态特性，例如快衰落。
图5和6进一步表示依照第一典型实施例的下行链路宏分集的操作。在本发明的所述第一典型实施例中，移动代理节点108是SPRP，每个接入节点300、300′是SPFP。在开始使用下行链路宏分集之前，如此假定当前的状态或路由选择信息，以便将前往终端节点200的分组引导向第一接入节点300，从该点经由第一接入链路402例如沿着由实线箭头410、412、414所表示的路径将它们传递到终端节点200。如先前所述，部分地根据对从接入节点接收的信号的分析，终端节点200开始建立经由第二接入节点300′的第二接入链路502。
基于第二接入链路502的建立，终端节点200引导信号520到第二接入节点300′，以启动从移动代理节点108，即SPRP，到第二接入节点300′的可选分组复制的操作，如图5所示。由在第二接入节点300′中的SPFA模块316′来接收和处理由终端节点200发送的信号520。接收的信号520包括用于控制作为SPFP的第二接入节点300′的配置和操作的信息，以用于来自所指出的SPRP(例如移动代理节点108)的复制的分组流。接收的信号520可以，并且在一些实施例中确实，包括与SPFP的初始运转有关的配置信息，例如流识别参数、分组筛选信息和/或初始的可选转发行为，以及其它与SPRP的初始运转有关的配置信息，例如流识别参数、分组筛选信息和/或初始的可选复制行为，其可在后续信号中被转发给SPRP。作为处理接收的信号520的一部分，在第二接入节点300′中的SPFA模块316′引导信号522到接收的信号520中所指出的SPRP，例如移动代理节点108，如图5所示。
由在此情况下提供SPRA功能的移动代理节点来接收并处理由第二接入节点300′发送的信号522。接收的信号522包括用于控制作为SPRP的移动代理节点108的配置和操作的信息，以复制分组流并向所指出的SPFP例如第二接入节点300′引导复制的分组流。接收的信号522可以，并且在一些实施例中确实地，包括与SPRP的初始运转有关的配置信息，例如流识别参数、分组筛选信息和/或初始的可选复制行为，包括从终端节点200和第二接入节点300′之间的信号520继续转发的信息。作为处理从第二接入节点300′接收的信号522的一部分，移动代理节点108开始复制匹配一些特定标准的分组流并且例如经由压缩或隧道向第二接入节点300′引导复制的分组流。
这样，在图5中描绘的信号520、522共同建立了必要的路由选择信息，以使前往终端节点200的复制的分组能被引导向第二接入节点300′，从该点可以将它们经由第二接入链路502例如沿着由实线箭头512、514所表示的路径，传递到终端节点200。用于识别将在SPRP复制的分组的标准，其可以在移动代理节点108中预配置或者依照在接收的信号522中提供的信息来配置，可以根据各种已知的分组分类和筛选技术，例如匹配一组分组头字域。假定该方法的灵活性，复制的分组流可以包含例如所有前往终端节点200的分组，或者仅包含例如与特定IP语音(VoIP)呼叫相关的这种分组的子集。相似地，用于识别将由在SPFP的SPFA模块316、316′转发的分组的标准，其可以在各个接入节点300、300′的SPFA数据318、318′中预配置或者依照在接收的信号520中提供的信息来配置，可以根据各种已知的分组分类和筛选技术，例如匹配一组分组头字域。
图5还使用序号j到j+9描绘了作为前往终端节点200的分组流的一部分的分组(550、550′)、(552、552′)、(554、554′)、(556、556′)、(558、558′)、(560、560′)、562的顺序。注意撇号(′)用于辨别分组的复制的拷贝与同一分组的原始拷贝。分组(550、550′)、(552、552′)、(554、554′)、(556、556′)、(558、558′)、(560、560′)、562的来源可以是范例通信系统100中的任意其它节点。依照由范例通信系统100中的其它网络节点保存的路由选择信息，向移动代理节点108引导前往终端节点200的分组，例如参见序号为j+9的分组562。基于由移动代理节点108即SPRP的接收，检查例如分类或筛选前往终端节点200的分组，以确定它们是否匹配用于可选分组复制的标准。将匹配特定标准的分组，例如参见序号为j到j+8的分组(550、550′)、(552、552′)、(554、554′)、(556、556′)、(558、558′)、(560、560′)进行复制，并向第一和第二接入节点300、300′即SPFP并行转发。在SPRP和SPFP之间转发分组可以经由任意已知的手段，例如压缩和隧道或本地逐跳路由选择来完成。
在各个接入节点300、300′中的SPFA模块316、316′检查例如分类或筛选前往终端节点200的分组，以确定它们是否匹配用于可选分组转发的标准，例如在对应的SPFA数据318、318′中所指定的。根据例如在SPFA模块316、316′的SPFA数据318、318′和/或当前可用状态中的配置信息，可以在对应的接入链路402、502上从接入节点300、300′转发、缓冲或者丢弃前往终端节点200的分组。注意，在图5的例子中，第一接入节点300在接入链路402上转发序号从j到j+2的分组550、552、554，而第二接入节点300′丢弃相同分组的复制拷贝550′、552′、554′，如图5中由位于分组550′、552′和554′之上的X所表示的。这表示了在第二接入节点300′中的SPFA模块316′的初始行为是将丢弃复制的分组流的情况。
图6表示了与交换首选下行链路相关的信令和操作，其中在所述链路上应当传递前往终端节点200的分组。首先在图6的例子中，网络及其节点例如移动代理节点108、接入节点300、300′和终端节点200的状态基本上与图5的例子中的相同。图6还使用序号k到k+9描绘了作为前往终端节点200的分组流的一部分的分组(650、650′)、(652、652′)、(654、654′)、(656、656′)、(658、658′)、(660、660′)、662的顺序。如图5所示，由移动代理节点108即SPRP复制匹配规定标准的分组，例如参见序号为k到k+8的分组(650、650′)、(652、652′)、(654、654′)、(656、656′)、(658、658′)、(660、660′)，并向第一和第二接入节点300、300′即SPFP并行转发。然而，图6还表示了由终端节点200中的下行链路宏分集控制模块212控制的、在各个接入节点300、300′中的SPFA模块316、316′的可选转发行为中的变化。
在第一接入节点300中的SPFA模块316转发序号为k的分组650，而在第二接入节点300′中的SPFA模块316′丢弃同一分组的复制的拷贝650′。在由第一接入节点300传输序号为k的分组650之后，在终端节点200中的下行链路宏分集控制模块212开始切换首选的下行链路。下行链路宏分集控制模块212可以根据先前在此描述的各种因素作出这一判断。基于所作判断来切换应当传递分组流的首选下行链路，在终端节点200中的下行链路宏分集控制模块212向接入节点300、300′即SPFP引导信号620、622，以指出在可选转发行为中所需的变化。在一些实施例中，在终端节点200中的下行链路宏分集控制模块212可以直接向接入节点300、300′中的一个或两者发送信号620、622。在本发明的一些替代实施例中，在各个接入节点300、300′中的SPFA模块316、316′可以在网络基础结构上交换信号624，以调整在可选转发行为中的变化。在任何情况下，信号是由各个接入节点300、300′中的SPFA模块316、316′接收和处理的，并提供关于是否应当在对应接入链路402、502上接着转发、缓冲或丢弃来自接入节点300、300′的特定分组流的指示。
在图6的例子中，基于接收指出在可选转发行为中所需变化的信号例如620或624，在第一接入节点300中的SPFA模块316开始丢弃来自特定流的分组652、654。相应地，基于接收指出在可选转发行为中所需变化的信号例如622或624，在第二接入节点300′中的SPFA模块316′开始在对应的接入链路502上向终端节点200转发分组652′、654′。这样，尽管终端节点200经由第一接入链路402从第一接入节点300接收了序号为k的分组650，但是经由第二接入链路502从第二接入节点300′接收序号为k+1和k+2的分组652′、654′。在没有可选转发行为的后续变化的情况下，还将经由第二接入链路502从第二接入节点300′传输所述流中的后续分组的复制拷贝，例如656′、658′、660′。
在本发明的一些实施例中，指出在可选转发行为中的变化的信号620、622、624包括额外的信息以最小化在所述流之内的分组的副本传递和/或损失。在本发明的一个特定实施例中，信号620、622、624包括分组序列识别信息，例如在IP头部中的识别字段的值或在实时协议(RTP)头部中的序号，以指出在先前的首选下行链路上传输的前一分组和/或在新的首选下行链路上将传输的下一分组。
图7和8进一步表示依照第二典型实施例的下行链路宏分集的操作。在本发明的这个第二典型实施例中，第一接入节点300是SPRP，其中将每个复制的分组的一个拷贝经由第一接入链路402引导向终端节点200，每个复制的分组的第二拷贝经由第二接入链路502引导向第二接入节点300′以传输到终端节点200。每个接入节点300、300′还作为SPFP而工作，以在它的各个接入链路402、502上控制分组的传输。这样，在图7和8所描绘的典型情况下，第一接入节点300既是SPRP又是SPFP，而第二接入节点仅仅是SPFP。在开始使用下行链路宏分集之前，如此假定当前的状态或路由选择信息，以便将前往终端节点200的分组引导向第一接入节点300，从该点经由第一接入链路402例如沿着由实线箭头410、412、414所表示的路径将它们传递到终端节点200。如先前所述，部分地根据对从接入节点接收的信号的分析，终端节点200开始建立经由第二接入节点300′的第二接入链路502。
基于第二接入链路502的建立，终端节点200引导信号720到第二接入节点300′，以开始从第一接入节点300，即SPRP，到第二接入节点300′的可选的分组复制的操作，如图7所示。由在第二接入节点300′中的SPFA模块316′来接收和处理由终端节点200发送的信号720。接收的信号720包括用于控制作为SPFP的第二接入节点300′的配置和操作的信息，以用于来自所指出的SPRP(例如第一接入节点300)的复制的分组流。接收的信号720可以包括与SPFP的初始运转有关的配置信息，例如流识别参数、分组筛选信息和/或初始的可选转发行为，以及其它与SPRP的初始运转有关的配置信息，例如流识别参数、分组滤波信息和/或初始的可选复制行为，其将在到SPRP的后续信号中继续转发。作为处理接收的信号720的一部分，在第二接入节点300′中的SPFA模块316′引导信号722到在接收的信号720中所指出的SPRP例如第一接入节点300，如图7所示。
由第一接入节点300中的SPRA模块312接收和处理由第二接入节点300′发送的信号722。接收的信号722包括用于控制作为SPRP的第一接入节点300的配置和操作的信息，以复制分组流并向所指出的SPFP(例如第二接入节点300′)引导复制的分组流。接收的信号722可以，并且在一些实施例中确实地，包括与SPRP的初始运转有关的配置信息，例如流识别参数、分组筛选信息和/或初始的可选复制行为，包括从终端节点200和第二接入节点300′之间的信号720继续转发的信息。作为处理从第二接入节点300′接收的信号722的一部分，第一接入节点300开始复制匹配一些特定标准的分组流并且例如经由压缩或隧道向第二接入节点300′引导复制的分组流。
这样，在图7中描绘的信号720、722共同建立了必要的路由选择信息，以使前往终端节点200的复制的分组能被引导向第二接入节点300′，从该点可以将它们经由第二接入链路502例如沿着由实线箭头713、714所表示的路径，传递到终端节点200。用于识别在SPRP将复制的分组的标准，其可以在第一接入节点300的SPRA数据314中预配置或者依照在接收的信号722中提供的信息来配置，可以根据各种已知的分组分类和筛选技术，例如匹配一组分组头字域。假定该方法的灵活性，复制的分组流可以包含例如所有前往终端节点200的分组，或者仅包含例如与特定IP语音(VoIP)呼叫相关的这种分组的子集。相似地，用于识别将由在SPFP的SPFA模块316、316′转发的分组的标准，其可以在各个接入节点300、300′的SPFA数据318、318′中预配置或者依照在接收的信号720中提供的信息来配置，可以根据各种已知的分组分类和筛选技术，例如匹配一组分组头字域。
图7还使用序号j到j+9描绘了作为前往终端节点200的分组流的一部分的分组(750、750′)、(752、752′)、(754、754′)、756、758、760、762的顺序。分组(750、750′)、(752、752′)、(754、754′)、756、758、760、762的来源可以是范例通信系统100中的任意其它节点。依照由范例通信系统100中的其它网络节点保存的路由选择信息，将前往终端节点200的分组，例如参见序号为j+3到j+9的分组756、758、760、762，引导向移动代理节点108，然后向第一接入节点300。基于由第一接入节点300即SPRP的接收，检查例如分类或筛选前往终端节点200的分组，以确定它们是否匹配用于可选分组复制的标准。将匹配特定标准的分组例如参见序号为j到j+2的分组(750、750′)、(752、752′)、(754、754′)进行复制，并向第一和第二这两个接入节点300、300′中的SPFA模块316、316′并行转发。在第一接入节点300和第二接入节点300′之间转发分组可以使用各种已知的技术，例如压缩和隧道或本地逐跳路由选择来完成。
在各个接入节点300、300′中的SPFA模决316、316′检查例如分类或筛选前往终端节点200的分组，以确定它们是否匹配用于可选分组转发的标准，例如在对应的SPFA数据318、318′中所指定的。根据例如在SPFA模块316、316′的SPFA数据318、318′和/或当前可用状态中的配置信息，可以在对应的接入链路402、502上从接入节点300，300′转发、缓冲或者丢弃前往终端节点200的分组。注意，在图7的例子中，第一接入节点300在接入链路402上转发序号从j到j+2的分组750、752、754，而第二接入节点300′丢弃同一分组的复制的拷贝750′、752′、754′。这表示了在第二接入节点300′中的SPFA模块316′的初始行为是丢弃复制分组流的情况。
图8表示了与切换首选下行链路相关的信令和操作，其中在所述链路上应当传递前往终端节点200的分组。首先在图8的例子中，网络及其节点例如移动代理节点108、接入节点300、300′和终端节点200的状态基本上与图7的例子中的相同。图8还使用序号k到k+9描绘了作为前往终端节点200的分组流的一部分的分组(850、850′)、(852、852′)、(854、854′)、856、858、860、862的顺序。如图7所示，由第一接入节点300即SPRP复制匹配规定标准的分组，例如参见序号为k到k+2的分组(850、850′)、(852、852′)、(854、854′)，并向第一和第二接入节点300、300′这两者中的SPFA模块316、316′并行转发。然而，图8还表示了由终端节点200中的下行链路宏分集控制模块212控制的、在各个接入节点300、300′中的SPFA模块316、316′的可选转发行为中的变化。
在第一接入节点300中的SPFA模块316转发序号为k的分组850，而在第二接入节点300′中的SPFA模块316′丢弃同一分组的复制的拷贝850′。在由第一接入节点300传输序号为k的分组850之后，在终端节点200中的下行链路宏分集控制模块212开始切换首选的下行链路。下行链路宏分集控制模块212可以，并且在一些实施例中确实地，根据先前在此描述的各种因素作出这一判断。基于所作判断来切换应当传递分组流的首选下行链路，在终端节点200中的下行链路宏分集控制模块212向接入节点300、300′即SPFP引导信号820、822，以指出在可选转发行为中所需的变化。在一些实施例中，在终端节点200中的下行链路宏分集控制模块212可以直接向接入节点300、300′中的一个或两者发送信号820、822。在本发明的一些替代实施例中，在各个接入节点300、300′中的SPFA模块316、316′可以在网络基础结构上交换信号824，以调整在可选转发行为中的变化。这些信号是由各个接入节点300、300′中的SPFA模块316、316′接收和处理的，并提供关于是否应当在对应接入链路402、502上接着转发、缓冲或丢弃来自接入节点300、300′的特定分组流的指示。
在图8的例子中，基于接收指出在可选转发行为中所需变化的信号例如820或824，第一接入节点300中的SPFA模块316开始丢弃来自特定流的分组852、854。相应地，基于接收指出在可选转发行为中所需变化的信号例如822或824，在第二接入节点300′中的SPFA模块316′开始在对应的接入链路502上向终端节点200转发分组852′、854′。这样，尽管终端节点200经由第一接入链路402从第一接入节点300接收了序号为k的分组850，但是经由第二接入链路502从第二接入节点300′接收序号为k+1和k+2的分组852′、854′。在没有可选转发行为的后续变化的情况下，还将经由第二接入链路502从第二接入节点300′传输所述流中的后续分组的复制拷贝。
在本发明的一些实施例中，指出在可选转发行为中的变化的信号820、822、824包括额外的信息以最小化在所述流之内的分组的副本传递和/或损失。在本发明的一个特定实施例中，信号820、822、824包括分组序列识别信息，例如在IP头部中的识别字段的值或在实时协议(RTP)头部中的序号，以指出在先前的首选下行链路上传输的前一分组和/或在新的首选下行链路上将传输的下一分组。
在本发明的一些实施例中，在节点之间的通信是全部或部分地基于IP网间互联的。这样，在网络节点之间的数据和/或控制信令的通信均可以使用IP分组，例如数据包。在使用IP分组的本发明的实施例中，可以使用单播或组播寻址和传输装置将所述IP分组传递给预期的目的节点。当从一个节点向多个其它节点发送相同的信息时，IP组播的使用是特别有用的。在使用单播传输向多个目标节点发送相同的信息例如分组有效载荷数据的情况下，由源节点向每个目标节点发送有信息拷贝的独立的IP分组。作为替代地，当使用组播传输向多个目标节点发送相同的信息时，由源节点发送有信息的单个IP分组，并且网络节点按要求复制所述分组以向每个目标节点传输。这样，IP组播提供了一种从源节点到一组目的节点传递信息的更有效的方法。在本发明的一些实施例中，IP组播用于在SPRP和一个或多个SPFP之间传输复制的分组流。在这种实施例中，SPRP可以实际上并不复制匹配规定标准的分组，而是作为替代地用一个额外IP头部来封装该分组以前往特定IP组播组，并根据IP组播路由信息转发所述封装后的分组。相应地，在这种实施例中，SPFP连接特定的IP组播组以接收封装后的分组拷贝。
本发明的各个特性是使用模块来实施的。这种模块可以使用软件、硬件或者软件和硬件的组合来实施。上文描述的方法或方法步骤中的许多可以使用机器可执行指令例如包括在机器可读介质例如存储设备如RAM、软盘等之内的软件来实施，以控制机器例如有或者没有额外硬件的通用计算机，从而实施全部或一部分上文描述的方法。因此，其中需要说明的一点是，本发明针对一种包括机器可执行指令以引起机器例如处理器及相关硬件执行一个或多个上文所述方法的步骤的机器可读介质。
对于那些熟悉技术的人来说，鉴于本发明的上述描述，上文描述的本发明的方法和装置的许多额外的变化将是显而易见的。这种变化将被认为包括在本发明的范畴之内。本发明的方法和装置可以配合可用于提供接入节点和移动节点之间的无线通信链路的CDMA、正交频分复用(OFDM)或各种其它类型的通信技术来使用。因此，在一些实施例中，将接入节点作为使用OFDM或CDMA与移动节点建立通信链路的基站来实施。在不同的实施例中，将移动节点作为笔记本电脑、个人数字助理(PDA)或其它便携式设备包括接收机/发射机电路和逻辑和/或例行程序来实施，以实现本发明的方法。
权利要求
1.一种通信方法，其包括操作一个终端节点以保持多个通信链路，第一所述通信链路在第一接入节点和所述终端节点之间；以及控制在任意给定时间所述多个通信链路中的哪一个用于向所述终端节点传输分组。
2.权利要求1的方法，其中所述终端节点控制将使用所述多个通信链路中的哪一个，所述方法进一步包括操作所述终端节点以向所述第一接入节点传输一个信号，从而控制所述第一接入节点使用所述第一通信链路向所述终端节点传输分组。
3.权利要求2的方法，进一步包括操作所述终端节点以向所述第一接入节点发送信号，从而在所述终端节点经由所述第二通信链路接收分组期间的至少一部分时间内，阻止在第一通信链路上向所述终端节点传输分组。
4.权利要求3的方法，其中所述第一和第二通信链路都在所述第一接入节点和终端节点之间；以及其中在任意给定时间上所述第一接入节点使用所述通信链路之一向所述终端节点传输分组。
5.权利要求3的方法，其中所述第二通信链路是一个在第二接入节点和所述终端节点之间的通信链路，所述方法进一步包括向所述第一接入节点发送前往所述终端节点的第一分组流；以及向所述第二接入节点发送分组流的副本，所述分组流的副本包括至少一个具有作为所述第一流中至少一个分组的有效载荷副本的有效载荷的分组；以及操作所述第一和第二接入节点中的至少一个以丢弃至少一些前往终端节点的分组。
6.权利要求5的方法，其中在第一时期来自所述第一流的分组在所述第一通信链路上传输到所述终端节点以及在第二时期来自第二流的分组传输到所述终端节点，其中所述第一和第二时期是连贯的时期，在所述第一和第二时期内被传输到所述终端节点的至少一些分组是不重复的。
7.权利要求5的方法，进一步包括操作一个连接到所述第一和第二节点的网络节点以对前往所述终端节点的一系列分组执行复制动作，从而产生所述第一和第二分组流；向所述第一接入节点路由发送第一分组流；以及向所述第二接入节点路由发送第二分组流。
8.权利要求7的方法，进一步包括所述步骤操作所述终端节点以由自所述第一和第二通信链路接收的分组中重建单个系列的分组，所述单个系列中的分组匹配所述被复制以产生所述第一和第二分组流的一系列分组的至少一部分。
9.权利要求1的方法，其中以链路状态质量测量的函数来执行控制所述多个通信链路中的哪一个用于在任意给定时间向所述终端节点传输分组。
10.权利要求9的方法，其中所述终端节点控制所述多个通信链路中的哪一个用于向所述终端节点传递分组。
11.权利要求1的方法，其中所述终端节点根据链路状态质量信息，选择在任意时间点将使用所述多个通信链路中的哪一个以向终端节点传输分组。
12.权利要求1的方法，其中所述终端节点通过向所述第一接入节点传输至少一个控制信号，以控制所述多个通信链路中的哪一个用于在任意给定时间向所述终端节点传输分组。
13.权利要求12的方法，其中所述多个通信链路的第二个在所述终端节点和一个第二接入节点之间；以及其中所述终端节点向至少一个接入节点发送控制信号，以控制所述第一和第二通信链路中的哪一个用于向所述终端节点传输分组。
14.权利要求13的方法，其中所述终端节点向至少两个具有与所述终端节点相连的通信链路的接入节点发送分组传输控制信号。
15.权利要求13的方法，进一步包括操作一个网络节点以复制前往所述终端节点的分组，从而产生第一和第二分组流；向所述第一接入节点传递第一分组流；向所述第二接入节点传递第二分组流；以及操作所述第一和第二接入节点以丢弃被所述第一和第二接入节点的另一个传输到所述终端节点的分组。
16.权利要求15的方法，其中从终端节点向第一接入节点传输控制信号所需要的时间，少于从所述复制分组的网络节点向所述第一接入节点传输分组所需要的时间。
17.权利要求16的方法，其中从终端节点向第二接入节点传输控制信号所需要的时间，少于从所述复制分组的网络节点向所述第二接入节点传输分组所需要的时间。
18.权利要求15的方法，其中从终端节点向第一接入节点传输控制信号所需要的时间，少于从所述复制分组的网络节点向所述终端节点传输分组所需要的时间。
19.权利要求18的方法，其中从终端节点向第二接入节点传输控制信号所需要的时间，少于从所述复制分组的网络节点向所述终端节点传输分组所需要的时间。
20.权利要求2的方法，其中所述接入节点是一个基站。
21.权利要求2的方法，其中所述终端节点是一个移动设备；以及其中所述多个通信链路是无线通信链路。
22.权利要求21的方法，其中所述通信链路是OFDM通信链路。
23.权利要求21的方法，其中所述通信链路是CDMA通信链路。
24.权利要求21的方法，其中所述接入节点是一个基站。
25.权利要求7的方法，其中所述网络节点是一个路由器；其中所述接入节点是一个基站；以及其中所述终端节点是一个便携式笔记本电脑。
26.一种通信系统，其包括一个终端节点，所述终端节点包括用于保持多个通信链路的装置，所述通信链路中的第一个在一个第一接入节点和所述终端节点之间；以及用于控制在任意给定时间所述多个通信链路中的哪一个用于向所述终端节点传输分组的装置。
27.一个权利要求26的通信系统，进一步包括所述第一接入节点；以及一个第二接入节点，将所述第一和第二接入节点分别通过第一和第二通信链路连接到所述终端节点，所述第二接入节点包括用于响应于来自所述终端节点的控制信号而丢弃前往所述终端节点的分组的装置，所述控制信号指出不要传输到所述终端节点的分组。
28.一个权利要求27的通信系统，其中所述第一接入节点包括用于响应于来自所述终端节点的控制信号而丢弃前往所述终端节点的分组的装置，所述控制信号指出不要传输到所述终端节点的分组。
29.一个权利要求28的通信系统，进一步包括一个连接到所述第一和第二接入节点的网络节点，所述网络节点包括用于对一系列前往所述终端节点的分组执行复制动作以产生第一和第二分组流的装置，所述第二分组流包括具有作为第一流中至少一些分组的有效载荷副本的有效载荷的分组。
30.一个权利要求29的通信系统，其中所述第一接入节点是一个第一基站；其中所述第二接入节点是一个第二基站；其中所述多个通信链路是无线通信链路；以及其中所述终端节点是一个移动设备。
31.一个权利要求30的通信系统，其中所述网络节点是一个路由器。
全文摘要
在此描述的本发明使一种在分组交换蜂窝网络中的下行链路宏分集能够进行。它允许通过一个或多个接入节点(300、300′)，例如基站，在一组来自/到达一个终端节点(200)(例如无线通信设备或终端)的可用链路层连接(402、502)上，从网络/互联网络向所述终端节点(200)，有选择地传输分组(650、650′、652、652′、654、654′、656、656′、658、658′、660、660′、662)。当在终端节点(200)和对应接入节点(300、300′)之间的链路层连接(402、502)，例如接入链路，在信号强度和干扰上受到独立的或部分相关的时间变化时，下行链路宏分集是特别重要的。依照本发明，终端节点(200)从一组可用的接入链路中，以每一分组为基础，根据主要的信道状态、空中链路资源的可用性及其它约束，动态地选择将要使用的下行链路(402、502)。本发明改进了通信的鲁棒性和效率、空中链路资源的总利用率以及由终端节点(200)所体验的服务质量。
文档编号H04L1/02GK1759546SQ200380110191
公开日2006年4月12日 申请日期2003年11月5日 优先权日2003年1月21日
发明者M.·斯科特·考森, 萨米尔·卡普尔, 拉加维·拉洛亚, 文森特·帕克 申请人:弗拉里奥恩技术公司