专利名称：利用同步的接入点信标传输的用户检测的切换的机制的制作方法
技术领域：
本发明总的来说涉及蜂窝及无线局域网络，并且更具体的，涉及具有双模无线接口能力的无线局域网络接入点和手持机。
背景技术：
无线局域网络(WLAN)最初构思用于数据连接，例如，个人电脑(PC)到因特网或者内部网(Intranet)的连接。然而，利用WLAN连接的设备和应用的范围已经扩展至包括传统上由蜂窝网络的提供的语音通信。类似的，蜂窝网络目前能够提供数据连接能力。
各种手持设备，以及膝上电脑，包括适于建立与WLAN连接的无线收发机。现存在双模或多模的蜂窝电话，其中这种电话包括用于利用诸如IS-95和GSM的空中接口与蜂窝网络通信的收发机，以及利用诸如802.11、蓝牙、IrDA和HomeRF的空中接口与WLAN通信的收发机。
一个重要的机遇是移动设备在WAN和WLAN网络间无缝地漫游的能力。这些网络提供了可以根据不同环境来有效利用的不同特性。例如，WAN网络数据吞吐量常常是受限的，并且资费繁重。而另一方面，WLAN提供高吞吐量和不昂贵的资费。如果移动设备在其移动到WLAN接入点时能够将其通信转移到WLAN网络，那么这就能够以较低的成本利用多得多的数据吞吐量。因而关键在于在移动设备接近WLAN接入点时将其无缝地从WAN网络转移到WLAN网络。
移动设备的问题在于它们是电池供电的，并因而具有与其所采用的电池的大小成比例的有限操作时间。因此，已经设计了多种机制以限制电池电力的消耗。例如，蜂窝通信系统可以整合数种机制以提高预订到该系统的移动台的操作时间。
用于保存移动台电池电力的一种示例机制是，限制给移动台的收发机供电的时间。例如，处于空闲模式的移动台，换句话说，没有有效地参与呼叫或数据连接的移动台，必须仍使用电池电力来发送信息到无线网络和从无线网络接收信息。特别是，移动设备必须使它的接收机保持与WAN广播信道同步并接收WAN广播信道以接收寻呼，包括入向呼叫的通知。在移动台从一个潜在服务小区或位置区域移动到另一个时，该移动台还必须发送和接收来自广域蜂窝网络的位置更新消息。
通过仅周期性激励接收电路来接收寻呼信道，使移动设备的电力消耗最小化。以已知的方式来发送广播寻呼信息，以确保指定给特定移动设备的信息出现在已知该移动设备正在接收的时间窗口内。
另外，尽管位置更新信息需要移动台电池电力，但电力消耗小于呼叫所用的，因为更新消息仅发生在给定的时间间隔期间。因此，移动台收发机仅在它必须监听或发送的间隔期间需要电力。
WLAN技术团体具有类似的标准化的用于移动台的多种电池电力节约手段。一种这样的手段是被动扫描，这是一种用于确定临近的接入点或多个接入点的可用性的手段。移动台顺序监听多个信道，而不是发送请求消息，并确定是否在任意信道上正在发送信标。移动台记录在其上接收了信标的任意信道的信标信息，并从而知道向哪个接入点信道发送接入请求或者加入哪个接入点信道。尽管这一机制节约了发送所需电力，WLAN收发机仍必须花费电力来扫描潜在的信标信道。
尽管WAN和WLAN系统单独提供了减少电力的机制，然而对于既与蜂窝网络也与WLAN通信的双模或多模移动台还不存在使蜂窝和WLAN电力节约机制协同的机制。为提供无缝的移动性，这是一项关键的要求，因为在移动设备在WAN系统上操作的同时，它需要一种方法以用于检测它已经移动在WLAN接入点的范围内。
因此，存在对将利用蜂窝和WLAN通信的双模和多模移动台的电池电力节约机制协同，特别是对于WLAN接入点检测的方法和装置的需求。
图1是示出与无线局域网络(WLAN)接入点和广域网络(WAN)基站收发台(BTS)通信的移动台的网络框图。
图2是根据本发明实施例的WLAN接入点的框图。
图3是本发明第一实施例的高层操作的框图。
图4是提供了关于图3的本发明第一实施例的进一步细节或操作的消息流图。
图5是本发明第二实施例的高层操作的框图。
图6是提供了关于图5的本发明第二实施例的进一步细节或操作的消息流图。
具体实施例方式
针对上述需要，在此提供了用于降低在蜂窝网络和WLAN之间漫游期间移动台的电池电力消耗的装置和方法。
根据本发明第一实施例，WLAN接入点经回传连接(backhaulconnection)或者经适于接收并解码来自WAN的同步时序信号的WLAN接入点的硬件，与WAN同步。
然后WLAN接入点可以在定义的时间窗口期间发送信标信号。移动台知道该时间窗口，并仅在适当的窗口期间供电其WLAN收发机电路。由于该WLAN接入点与WAN同步，因此该移动台能够预见适当的时间窗口以加电。当移动台检测WLAN接入点信标时，它经WAN基站收发台(BTS)通知WAN，并进行将空闲模式信令从服务BTS切换到WLAN接入点。
根据本发明的第二实施例，移动台在预定的时间窗口期间发送WLAN信标。利用同步信息操作并且可知道该预定时间窗口的WLAN接入点检测该移动台信标，并然后将经回传连接与蜂窝网络基础设施通信，以通知蜂窝网络已经检测到移动台。
然后该蜂窝网络发送消息给该移动台，以使得它加电它的WLAN收发机并搜索WLAN。基于成功检测并连接到WLAN，移动台从蜂窝网络切换到WLAN。另外，移动台可以使用接入点信标信息来更新邻居列表(neighbor list)或者WLAN扫描报告，或者等效物，以及来从该蜂窝网络断开并利用WLAN接入点继续空闲模式行为。例如，该移动台可以随后通过该接入点的数据帧维持到蜂窝网络的位置更新消息传递。
本发明的优点在于移动台可以维持其WLAN收发机设备断电，并且除了在接入点和该移动台之间同步的预定时间间隔期间外，不需要发送或接收WLAN消息传递。
其他的优点在于由于接入点和蜂窝网络间的回传通信，该移动台还可以对于该接入点预鉴权，使得仅需要关联或重新关联的消息传递来建立WLAN业务连接。
现在转到附图，其中相同的附图标记表示相同的部件，图1是示出本发明基本操作的框图。移动台101利用空中接口103与广域网络(WAN)105基站收发台(BTS)107通信。空中接口103可以是，例如，IS-95 CDMA、GSM、WCDMA、CDMA2000等等。移动台101在其处于空闲模式时维持与临近的BTS 107的通信，并发送和接收周期性消息，例如，位置更新消息。
WAN 105包括多个BTS，以及至少一个具有归属位置寄存器的移动交换中心(MSC)，MSC/HLR 121，其控制移动台在多个BTS小区站点间的切换。WAN 105可以具有多个MSC，基于多个BTS小区站点和网络规划其每一都形成位置区域。还可以经分级定位在给定数目的BTS小区站点之间的多个基站控制器(BSC)和MSC以及WAN领域中已知的其他位置寄存器和网络实体，来进一步内部分配WAN105的控制。
根据本发明的实施例，WAN 105经连接117和连接113通过网络115耦合到一个或多个WLAN接入点，比如WAN接入点111。网络115可以是诸如内部网、因特网、PSTN等等的任何合适的一种。回传连接113和117可以是任何合适的手段，比如点对点RF、红外激光、以太网、DSL、线缆、T1/E1、ISDN等等。可以形成到特定WAN MSC如MSC/HLR 121的回传连接，基于MSC/HLR 121物理位置、WAN网络规划或者两者其是合适的。
WLAN接入点111可以经回传和网络115与MSC/HLR 121直接通信，或者可以通过中间WLAN网关通信。WLAN网关可以连接到形成更大区域的WLAN无线覆盖的多个WLAN接入点，或者多个单独的WLAN热点覆盖区域。
WLAN接入点111利用空中接口109与移动台101通信。空中接口109可以是，例如，802.11、蓝牙、HomeRF或者任何其他适合的接口。移动台101包括两种收发机，一种用于利用空中接口109与WLAN接入点111通信，一种用于利用空中接口103与WAN 105通信。移动台101的两个收发机可以同时操作，使得移动台101可以经WLAN接入点111同时与WAN 105和WLAN通信。
在移动台101移动通过WAN 105覆盖区域时，移动台利用移动台101的WAN收发机分别发送周期性的更新到WAN 105和从WAN 105接收周期性的更新。可替换的，移动台101可以简单地接收寻呼消息，或者可以涉及呼叫。在任何情况下，移动台101与WAN 105同步，或者更具体的，与其服务小区BTS 107同步。
在本发明的实施例中，WLAN 111接入点还能够经网络115连接或经接收的空中接口信号119通过WAN接收机/解码器，与WAN 105同步。图2示出了使用WAN接收机/解码器201的实施例。在美国专利申请公开US2004/0081117(公开于2004年4月29日)、于2002年10月29日提交的USPTO申请No.10/282654(两者共同转让给Motorola公司)中，已经描述了用于使用IS-95的WAN的这种WAN接收机/解码器的细节，并且在此将其引入以做参考。
在图2中，WAN接收机/解码器201提供了时序复位203和时钟(CLK)205信号到WLAN接入点111。WAN接收机/解码器201经RF耦合电路207耦合到天线209。可替换的，RF耦合电路207可以使用WLAN接入点111的现有天线。WAN接收机/解码器201、RF耦合207以及天线209可以整合到接入点111中，或者可以是例如PCMCIA卡211的分立的可拆卸电路系统。
在使用WAN接收机/解码器201以用于同步的实施例中，RF耦合装置207接收BTS 107前向链路信号119，在例如IS-95的情况下其包括同步信道和导频信道。RF耦合207将前向链路信号119提供到WAN接收机/解码器201，其处理该信号以提取时序基准203和时钟205。WAN接收机/解码器201将时序基准203和时钟205提供到接入点111以用于同步的目的。
对于本发明全部的各种实施例重要的是，WLAN接入点111要与移动台101及其服务BTS 107的信令同步，然而存在实现此的多种途径，而它们仍都在本发明的范围内。例如，尽管是一种昂贵的选择方案，可以提供GPS接收机，并连接到接入点111以提供时序基准和时钟。另一选择性示例是经网络115向WLAN接入点111提供同步，因为根据这些实施例，经回传113、117的WLAN接入点已经在与WAN105通信。
图3是示出本发明第一实施例的高层操作的流程图。在框301中，如所讨论的，WLAN接入点(AP)111利用WAN接收机/解码器201和前向链路119，或者利用回传连接和/网络113、115和117，来与WAN 105同步。
如框303中所示，根据同步的时序，WLAN接入点111在特定的时间窗口期间广播信标信号。WLAN接入点111使用空中接口109来发送该信标。然而移动台101正常情况下并不总是使其空中接口109收发机设备通电。但是，在预定的时间帧期间，移动台101将使其空中接口109收发机通电，以监听信标信号。根据配置，所述监听可以包括扫描空中接口109信道，或者可以包括在预定的时间窗口期间仅监听特定的空中接口109信道。
在如框305中所示移动台101已经检测了包括WLAN接入点111信标的任何WLAN接入点之后，移动台101可以如在802.11中般编写扫描报告，然而例如时间戳字段的时序参数可以包含用于同步的WLAN接入点111的特殊值，使得在框307中移动台可以将该值报告给WAN 105。但是，可以使用任何合适的指示器，其使得WAN 105能够识别并将所报告的指示器与WLAN接入点111关联，使得通过WLAN接入点111和经回传连接和/或网络113、115和117，在WAN 105和移动台101间通信可以持续。
因为已经经空中接口103利用WAN 105授权并鉴权了移动台101，因此在某些实施例中，移动台101可以以加速方式进行与WLAN接入点111的关联，也就是说，无需加入和鉴权过程。替换的，该操作可以是802.11重新关联过程，其中通过在WLAN接入点111和WAN 105之间的回传连接，BTS 107作为对于WLAN接入点111的WLAN接入点。如框309中所示，可以经WLAN接入点111将移动台空闲模式消息从空中接口103切换到空中接口109。移动台101随后可以将其WAN收发机设备断电，以节省电力。
应当理解，当移动台101在预定的窗口期间检测到来自接入点111的WLAN信标时，切换过程可以以任何数目的方式进行。例如，甚至在WAN呼叫期间移动台101也能够独立地与WLAN接入点连接，并使用它来将所有消息传递路由回网络和WAN，以影响可以被设置成在未来时刻发生的切换。替换的，当检测到信标时，移动台101能够将这信息通信给WAN，然后WAN可以经回传连接113、117和网络115与WLAN协商，以在具体的未来时刻建立移动台101到WLAN的转换。还显而易见的是，因此可以经WLAN接入点、WAN通信或以上两者，来将切换的最终命令给予该移动台。当认识到下面的信标检测时，多种可能性都是明显的，移动设备能够同时地和独立地与WAN和WLAN通信。对于WAN和WLAN子系统，所要做的是协调随后的通信。
图4是示出关于图3的操作的进一步细节的示例性消息流程图。在图4中，WAN BTS 107和WLAN AP 111共享公共时序基准401。移动台(MS)101分别发送空闲模式消息传递403到WAN BTS 107和从WAN BTS 107接收空闲模式消息传递。
WLAN AP 111在与WAN同步并因而类似的与移动台101同步的预定时间窗口期间发送信标405。知晓该时间窗口的移动台101将其空中接口109接收设备加电，并监听信标405。如果移动台101检测到信标405，其经空中接口103发送消息407到WAN BTS 107，指示该检测。移动台101然后进行建立连接409，这可以是如前面所讨论的802.11关联。WAN BTS 107和MSC 121进行必要的切换消息传递411和WLAN AP 111和MSC 121间的消息传递413，从而经消息传递415指令移动台101从WAN BTS 107断开，并经空中接口109继续进行空闲模式消息传递417。移动台随后可以将其WAN收发机设备断电，如操作419所示。
图5是示出本发明第二实施例的高层操作的流程图。在框501中，WLAN接入点111与WAN 105同步。
如前所述的，出于同步目的，WLAN接入点111可以包括接收和解码BTS 107的前向链路的接收机。然而在某些实施例中，WLAN接入点111和WAN 105间的同步是利用回传连接113、117和网络115实现的。
因为WLAN接入点111和移动台101被同步到相同的时间基准，因而WLAN接入点111可以在预定的时间窗口期间检测移动台101发送的短信标突发。
例如，在GSM WAN中，由BTS 107在特定的时隙和频率上发送和接收空闲模式消息。BTS 107可以指令移动台101在与经空中接口103接收空闲模式信息的相同的时隙期间利用空中接口109发送WLAN信标突发。因为WLAN接入点111经WAN接收机/解码器201和回传连接113、115和117与WAN 105通信，因此WAN 105能够通知它要监控的适当时隙和频率。因此移动台101可以通过正常保持其WLAN收发机设备断电和仅对于短信标传输周期通电来保存电池电力。
在框503中，移动台101可以操作在与WAN 105的空闲模式中，并根据空中接口103的要求发送空闲模式消息传递给BTS 107。另外，根据本发明的第二实施例，移动台101可以在如BTS 107所指令的短时间间隔期间经空中接口109发送WLAN信标信号。当移动台101在WLAN接入点111的通信范围内时，如框503中所示，WLAN接入点可以检测空中接口109上的移动台101 WLAN信标传输。
在框505中，WLAN接入点111经回传连接113、115和117通知WAN 105，它已经检测到移动台101信标。在框507中，WAN通知移动台101 WLAN接入点111在附近。在框509中，移动台101将其WLAN收发机设备加电，并可以与接入点关联。在这一点上，它出于与前面的实施例相同的情况下，并且在控制和协商上的多种替换方案都是可能影响用户从WAN到WLAN的切换的。最终，在框511中，移动台从WAN BTS 107断开，并利用空中接口109经WLAN接入点111继续进行空闲模式消息传递。
如前面参考图3和4所讨论的，在某些使用802.11作为空中接口109的实施例中，由于经回传连接113、115和117的WLAN接入点111和WAN 105之间的现有通信，移动台101可以在框511中立即进行802.11关联，而无需加入或鉴权。替换的，移动台101可以进行802.11重新关联，其中BTS 107作为对于WLAN接入点111的802.11接入点。
图6是示出关于图5的操作的进一步的细节的流程图。在图6中，WAN BTS 107和WLAN AP111共享公共时序基准601。移动台101可以处于空闲模式，分别发送空闲模式消息传递603到WAN BTS 107和从WAN BTS 107接收空闲模式消息传递603。
因为WLAN接入点111包括适当的硬件，并且知道要为移动台监听的正确时间和频率，因此它可以通过监控WLAN空中接口109来检测移动台101信标605。
在WLAN接入点111检测到移动台101信标605之后，它发送检测确认607到MSC 121。MSC 121发送通知消息609到BTS 107，随后BTS 107经空中接口103发送通知消息611到移动台101。在某些实施例中，通知消息607、609和611可以包含802.11探测响应的信息，尽管WLAN接入点111并未从该移动台接收正式的探测请求。
另外，因为移动台101可以由除WLAN接入点111外的多个接入点所检测，因此它可以经类似611的消息接收多个探测响应信息，并根据802.11过程利用空中接口109提供确认。
在接收通知消息611之后，在操作613中移动台101将其WLAN收发机设备加电，并且在任何适当的过程中，例如802.11关联、重新关联等等中，可以建立连接615。WAN BTS 107和WLAN接入点111分别经切换消息617和619与MSC 121通信，使得移动台101从BTS107断开，并经空中接口109利用WLAN接入点111继续进行空闲模式消息传递623。移动台101随后可以将其WLAN收发机设备断电，如操作625中所示。
尽管已经示出并说明了本发明的优选实施例，但是应当理解，本发明并不受其限制。对于本领域技术人员而言，许多的修改、变化、改变、替换和等效都是可能的，而不脱离如权利要求所定义的本发明的精神和范围。
权利要求
1.一种将移动台从广域网络切换到无线局域网络接入点的方法，包括在该接入点接收同步信号；基于该同步信号确定广播时间窗口；以及在该广播时间窗口期间广播信标信号。
2.如权利要求1所述的方法，其中，确定广播时间窗口的步骤进一步包括从该广域网络接收时序消息，指明该广播时间窗口。
3.如权利要求2所述的方法，其中，该时序消息是经该广域网络和该接入点之间的回传连接接收的。
4.如权利要求2所述的方法，其中，所述在该接入点接收同步信号的步骤进一步包括在该接入点解码IS-95前向链路、GSM前向链路、CDMA2000前向链路、W-CDMA前向链路以及TD-SCDMA前向链路的至少其一，以及从而获得同步信号。
5.如权利要求2所述的方法，其中，所述在该广播时间窗口期间广播信标信号的步骤进一步包括利用802.11x、802.15x、802.16x、蓝牙和HomeRF无线频率中的至少一个来广播。
6.一种将移动台从广域网络切换到无线局域网络接入点的方法，包括由该广域网络发送同步信号到该接入点；由该广域网络发送时序信号到该接入点，指明其中该接入点要广播信标信号的时间窗口；由该广域网络发送网络消息到该移动台，指明该时间窗口，使得该移动台能够在该时间窗口期间监控该信标信号；以及从该移动台接收已经检测到该接入点信标信号的通知。
7.如权利要求6所述的方法，进一步包括；发送命令消息到该移动台，命令该移动台将无线局域网络收发机加电并建立与该接入点的连接。
8.如权利要求6所述的方法，其中，来自该移动台的通知包括用于该接入点的识别元素。
9.如权利要求6所述的方法，其中，所述由该广域网络发送同步信号到接入点的步骤是利用IS-95、GSM、W-CDMA、TD-SCDMA和CDMA2000之一来实现的。
10.如权利要求6所述的方法，其中，其中所述由该广域网络发送时序信号到该接入点指明时间窗口的步骤是利用回传连接实现的。
11.一种移动台，包括第一收发机，其用于经IS-95、GSM、W-CDMA、TD-SCDMA和CDMA2000的至少其一来通信；第二收发机，其用于经802.11x、802.15x、802.16x、蓝牙和HomeRF的至少其一来通信；处理器和存储器，其被配置来利用该第一收发机来接收网络消息，指明其中要利用第二收发机监控信标信号的时间窗口，其中该第二收发机仅在该时间窗口初始加电，并且其进一步被配置来利用该第一收发机发送利用第二收发机的连接可用的通知，将该第二收发机加电，并建立利用该第二收发机的连接。
12.如权利要求11所述的移动台，其中该处理器和存储器被进一步配置成在建立了利用该第二收发机的连接后将该第一收发机设备断电。
全文摘要
WLAN接入点(111)经回传连接(115)，或者经适于接收和解码来自WAN(105)的同步时序信号的WLAN接入点(111)的硬件，与WAN(105)同步。移动台(101)在预定的时间窗口期间发送WLAN信标。然后检测该移动台(101)信标的WLAN接入点(111)经回传连接(115)与WAN(105)通信，以通知WAN(105)已经检测到移动台(101)。然后WAN(105)发送消息给移动台(101)以开始搜索WLAN接入点和从WAN(105)切换到WLAN。
文档编号H04L12/28GK1993630SQ200580026771
公开日2007年7月4日 申请日期2005年6月23日 优先权日2004年8月17日
发明者迈克尔·D·科特津 申请人:摩托罗拉公司