专利名称：包含蜂窝网络和局域网的混合通信网络的管理的制作方法
技术领域：
本发明一般性涉及通信系统，尤其涉及包含蜂窝网络和局域网的混合通信网络的管理。
背景技术：
近年来，随着支持广域数据接入的蜂窝网络的全球范围的升级，和基于IEEE 802. 11的无线局域网(WLAN)的广泛部署，无线数据网络已获得显著进步。这两种技术具有明显差异。首先，它们提供不同的覆盖范围蜂窝网络可使用大型 小区，并通过支持移动性，提供全国范围的服务连续性，而无线局域网局限于局部的并且相 对较小的热点。其次，这两种网络提供的数据率不同，蜂窝网络支持较低的数据率，约为数百千比 特量级，而无线局域网提供明显更高的数据率，在IEEE 802. Ila和IEEE 802. Ilg标准的特 殊情况下最高达到54Mbps。特别地，蜂窝网络在基础结构模式下工作，固定的基站服务移动用户，WLAN还能够 按照自组织(ad-hoc)模式工作，客户端通过多跳无线链路中继分组。所有这些差异使无线 LAN和蜂窝网络成为能够满足用户的不同需要的互补技术。为此，在最近几年中，市场中对提供蜂窝(2G/3G)和无线LAN连通性的所谓双模移 动手机产生了一定的兴趣。这种手机的可用性提供组合这两种技术，并利用彼此的优点的 机会。于是感到在能够实现蜂窝和WLAN连通性的混合通信网络中高效集成上述两种技 术的需要。在论文"UCAN:AUnified Cellular and Ad-Hoc Network architecture，，(作者 H. Luo, R. Ramjee，P. Sinha, L. Li, S. Lu)中描述了一种集成蜂窝系统和按ad-hoc模式工作 的WLAN的有趣解决方案，其中考虑了既具有3G蜂窝链路，又具有IEEE 802. 11对等链路的 移动终端。3G基站把给信道质量差的目的地客户端的分组转发给信道质量较好的代理服务 器客户端。代理服务器客户端随后使用由采用IEEE802. 11无线链路的其它移动终端构成 的自组织网络，把分组转发给恰当的目的地，从而提高小区吞吐量。代理服务器客户端的发现是通过按需协议实现的，该按需协议利用3G基础结构 来减小复杂度并改善可靠性。该解决方案还考虑应就当充当中继站的移动终端转发其它用 户的数据时所经历的能量消耗，以某种方式补偿充当中继站的移动终端。提出了一种安全的信贷系统，其中代理服务器和中继客户端被给予信用，可以以 分成收入的形式兑换所述信用，或者被提高未来的呼叫准入、分组调度和/或网络流量工 程的优先权。Jlfc夕卜，Profit—Based Routing for Multihop Coverage Extension in Wireless Networks” (作者Y. -J. Choi, J. H. Jun和S. Bahk)中，中继节点从运营商获得收
4入R作为对其能量消耗的报酬。假定能量消耗代表用户i的成本Ci，只有当充当中继站的所有终端的收益都为 正，即，如果对于所有用户i，R>Ci，并且运营商的总成本，S卩，向中继节点支付的所有收入 R的总和低于从建立的连接获得的收入，提出的该方案才考虑自组织网络中的路径。在这种约束条件下，在上述工作中提出的基于收益的路由方案选择允许以最小的 跳数到达基站的路径，以致从运营商支付的收入的数额尽可能地小。这种解决方案背后的假设是，只有当不能直接与基站连接时才使用自组织网络 当不能获得直接连接时，将选择基站覆盖范围中允许到达终端的最短路径，假定从运营商 和中继节点付出的成本不大于其收益。
发明内容
关于上面的论文"UCAN:AUnified Cellular and ad-hoc Network architecture"(作者H. Luo, R. Ramjee，P. Sinha, L. Li, S. Lu)，申请人发现在该文献中描 述的代理服务器发现算法未考虑自组织网络的使用对运营商提出的成本，运营商应向所有 中继节点支付一定的信用，作为对能量消耗的报酬。在上面的文献中，自组织网络被视为免费资源，并且被尽可能多地使用，以便到达 具有最佳蜂窝链路条件的节点，而不管在给中继终端的信用方面的成本有多少。申请人:注意到在论文 “Profit-Based Routing for Multihop Coverage Extension in Wireless Networks”(作者 Y.-J. Choi，J. H. Jun 和 S. Bahk)中，解决了自组 织链路提出的成本的问题。该工作考虑了由于运营商应关于中继节点的能量消耗，以某种 方式报答中继节点，而不能被视为免费资源的自组织链路的成本。不过，该工作只考虑了自 组织网络的成本，而未考虑可以通过借助更好的蜂窝信道链路朝着网关移动终端中继所能 够带来的优点。在这个意义上，迄今为止总是分别地考虑自组织链路的成本或者蜂窝链路 的成本。本发明目的在于利用既提供蜂窝连接，又提供WLAN连接的混合网络中的双模终 端的能力，以便通过还考虑局域网使用成本，提高蜂窝网络提供的容量、覆盖范围和服务质量。上述目的由一种管理包括蜂窝网络和局域网的混合网络的方法实现，其中，多个 双模移动终端能够通过直接蜂窝链路与所述蜂窝网络的基站连接，而且还能够借助无线电 接入技术通过所述局域网相互连接。所述方法包括计算与沿着仅通过蜂窝链路从选择的 移动终端延伸到所述基站的路径建立的直接连接相关联的成本；计算与沿着通过所述局域 网和所述蜂窝网络，从所选择的移动终端延伸到所述基站的路径建立的至少一个间接连接 相关联的成本；和根据所计算的成本为数据传输选择一条路径。
为了更好地理解本发明，现在参考
优选实施例，优选实施例仅仅作为例 子，而不应被理解成对本发明的限制，其中图1示意表示本发明的一个优选实施例；图2是在本发明中进行的成本计算的例子。
具体实施例方式提供下述说明，以使本领域的技术人员能够产生和使用本发明。对本领域的技术 人员来说，对实施例的各种修改将是显而易见的，这里的一般原理可应用于其它实施例和 应用，而不脱离本发明的范围。从而，本发明并不意图局限于所示的实施例，相反本发明应 被给予与在这里公开的，和在附加的权利要求中限定的原理和特征相符的最宽广范围。参考图1，附图标记1指示按照本发明的混合网络。混合网络1包含(示意表示的已知种类的)蜂窝网络3和(已知种类的)局域自 组织网络4，局域自组织网络4包含(已知种类的)多个双模移动电话终端(MT)7。便利地， 双模移动终端7通过例如UMTS接收器和WLAN设备提供无线连通性。双模终端7通过蜂窝链路(图1中用实线表示)，与蜂窝网络3的基础结构11中 的基站10直接连接，还借助例如符合标准IEEE802. 11的无线电接入技术，通过局域网4相 互连接(所述连接在图中用虚线表示)。在局域网4中，移动终端7充当中继站，把从相邻的移动终端7接收的数据转发给 其它相邻的移动终端7。移动终端7还充当面对蜂窝网络3的网关节点，以致局域网4中的 其它移动终端7能够通过也被称为网关移动终端的网关节点，接入蜂窝网络3。按照本发明的一个实施例，提供集中式混合网络管理器(HNM) 12，便利的是，这样 的集中式混合网络管理器12被放置在蜂窝网络3中。例如，集中式混合网络管理器12可 以位于控制一定数目的基站10的节点(通常称为无线电网络控制器或者基站控制器)中， 或者另一方面，位于每个基站10中。如下面的说明中所示，集中式混合网络管理器12根据决定连接双模终端7和基站 10的路径的算法，管理双模移动终端7的通信。当移动终端7请求发起与蜂窝网络3的数据连接时，上述移动终端7启动蜂窝链 路，实现与基站10的连接，并联系集中式混合网络管理器12。集中式混合网络管理器12随后根据算法的既定规则，检查通过下述方式建立移 动终端7和蜂窝网络3之间的连接是否更方便·仅直接通过蜂窝链路(在图1中，这种直接连接用直接路径“A”表示)；或者·间接通过局域网4(在图1中，这种间接连接用间接路径“B”表示)；即，利用局 域网4，以便联系与基站10的蜂窝链路条件良好的网关移动终端(MTeg) 7，即，与蜂窝网络3 的连接具有较高服务质量(QoS)的双模移动终端7。每个双模移动终端7定期(例如，蜂窝链路的每隔一定整数帧)关于下述之一或 其组合，测量沿路径A的直接连接的质量1)吞吐量2)在特定移动终端7的输入端测量的UTRA载波接收信号强度指标(RSSI)。3GPP 把UTRA载波RSSI定义为在由接收器脉冲整形滤波器定义的带宽内的接收宽带功率，包括 热噪声和在接收器中生成的噪声。测量的基准点应是移动终端的天线连接器；和/或3)基站10向所讨论的移动终端7传送的某一参考信道(例如，就UTMS无线电接 入接口来说的公共导频信道CPICH)的接收功率等级。3GPP把该度量定义为CPICH接收信 号码功率(RSCP)，即，关于在主CPICH上测量的一个码的接收功率。RSCP的基准点应是移动终端的天线连接器。最后，通过另外或者作为替代地测量被3GPP定义为每个码片的接收能量除以频 带中的功率密度的CPICH Ec/No，可以确定直接连接的QoS。CPICH Ec/No等于CPICH RSCH 和UTRA载波RSSI之间的比值。当被确定时，上述测量结果连同可在基站10中得到的测量 结果(比如基站用于进行专用信道的发射的功率以及小区负载)一起被发送给集中式混合 网络管理器12。另一方面，每个双模移动终端7定期关于例如空中时间(air-time)成本，测量与 相邻的双模移动终端7的链路的质量。空中时间成本取决于双模终端7之间的无线电信道 在所采用的调制方案的分组错误率和基数(即，每符号比特数)方面的质量，与连接一对双 模终端7的链路上的传输所需的能量消耗成比例。链路质量越高，连接越快速越可靠，空中 时间成本越低。当被确定时，上述成本被发送给集中式混合网络管理器12。通过确定考虑 到连接中所涉及的不同链路的总体效应的成本，集中式混合网络管理器12可确定通过局 域网4的间接连接的质量。事实上，可通过局域网4建立不同的连接，每个连接由相应的路径和取决于所建 立连接的数目和质量的相应成本表征。应注意间接链路的质量取决于间接路径B中的跳数。事实上，每一跳增大总延迟， 并降低连接的可用带宽，因为沿着局域网4多次传送同一分组，以致相对于较短的路径来 说，较长的路径基本上应具有最差的特性。于是，术语“成本”显然指的是识别技术上的代价的技术参数(即，“成本参数”)， 不一定意味经济价值，即使涉及对经济的影响。集中式混合网络管理器12定期收集由双模移动终端7对于相邻的双模移动终端 7进行的测量结果，以建立表示由双模移动终端7构成的局域网4的加权图，其中节点代表 双模移动终端7的位置，权重是相邻的双模移动终端7之间的链路的空中时间成本。集中式混合网络管理器12还可提供诸如安全(认证，保密)和记账之类的其它功 能。测量结果的收集可由集中式混合网络管理器12以反应或主动方式完成，即，可以 指令双模移动终端7定期报告其测量结果，从而集中式混合网络管理器12总是具有更新的 当前局域网4状态图，或者可以只有当不得不建立新连接时才收集测量结果。上面的加权图可以连同Dijkstra算法(该算法是公知的，例如参见 E. W. Dijkstra, A note on two problems in connection with graphs, Numerische Mathematik,N. 1，1959，S. 269-271) 一起被集中式混合网络管理器12用于在局域网4中查 找从移动终端到所有其它移动终端(图1中表示成MTri，Mi;2，MT。g)的总空中时间成本最小 的路径。Dijkstra算法还可考虑在局域网4中可允许的最大跳数NH。更具体地说，移动终端7要求特定水平的QoS，从而集中式混合网络管理器12可据 此决定限制对局域网4中的间接路径来说可接受的最大跳数Nh，使得无论如何都将提供所 请求的QoS水平。因此，Di jkstra算法找出在局域网4中，分别在移动终端MT和通过蜂窝链路3与 基站10联系的网关移动终端MTeg之间延伸的多个候选路径，每个候选路径包括比NH小的
7路数，并且使较低的空中时间成本成为可能。对于上述候选路径，集中式混合网络管理器12计算考虑到四个不同因素的总成 本·候选路径的候选网关节点MTeg和基站10之间的蜂窝链路的质量；·沿着局域网4的候选路径中所涉及的所有链路的质量；·沿着局域网4的候选路径的跳数Nh ；和·在当前小区负载条件下，在基站10中可获得的功率的量Pavail。于是，给定基站10中的可用功率Pavail，从MTs沿着自组织网络4经过最多 跳到 MTcg (下面表示成
权利要求
一种管理包括蜂窝网络(3)和局域网(4)的混合网络的方法，其中，多个双模移动终端(7)能够通过直接蜂窝链路与所述蜂窝网络(3)的基站(10)连接，而且还能够借助无线电接入技术通过所述局域网(4)相互连接；所述方法的特征在于·计算与沿着仅通过蜂窝链路从选择的移动终端(7)延伸到所述基站(10)的路径(A)建立的直接连接相关联的成本；·计算与沿着通过所述局域网(4)和所述蜂窝网络(3)从所述选择的移动终端(7)延伸到所述基站(10)的路径(B)建立的至少一个间接连接相关联的成本(Ccg)；和·根据所计算的成本为数据传输选择一条路径。
2.按照权利要求1所述的方法，其中为数据传输选择一条路径的步骤包括为数据传输 选择使成本最小化的路径的步骤。
3.按照权利要求1或2所述的方法，其中计算与直接连接相关联的成本包括计算下述 之一或其组合 在特定移动终端(7)的输入端测量的接收信号强度指标(RSSI)； 吞吐量；和/或 基站(10)向所关注的移动终端(7)发送的一些参考信道的接收功率等级。
4.按照权利要求1、2或3所述的方法，还包括 确定沿着所述局域网⑷从所述选择的移动终端⑵延伸到经所述蜂窝网络(3)与 所述基站(10)通信的各个候选网关移动终端(7)的多条不同候选路径； 关于每个候选路径，定义各自的成本(C。g)；和 根据其成本选择一条候选路径。
5.按照权利要求4所述的方法，其中定义多条不同候选路径是以考虑到下述至少之一 的算法的使用为基础的 找出从选择的移动终端到所有其它移动终端的总空中时间成本最小的路径；或者 考虑到沿着间接路径(B)，在局域网(4)中允许的最大跳数(Nh)。
6.按照权利要求5所述的方法，其中所述方法是Dijkstra算法。
7.按照权利要求4-6任意之一所述的方法，其中所述候选路径的成本考虑下述因素中 的至少一个 基站(10)和候选路径的候选网关移动终端(7)之间的蜂窝链路的质量； 局域网(4)中沿着候选路径所涉及的所有链路的质量； 局域网⑷中沿着候选路径的跳数(Nh)；和 在当前小区负载条件下，在基站(10)中可获得的功率的量(Pavail)。
8.按照权利要求7所述的方法，其中，根据向所述因素赋予可设定的权重的成本函数， 计算所述成本。
9.按照权利要求7或8所述的方法，其中成本函数被表示成
10. 一种包括蜂窝网络(3)和局域网(4)的混合网络，其中，多个双模移动终端(7)能 够通过直接蜂窝链路与所述蜂窝网络(3)的基站(10)连接，而且还可借助无线电接入技术 通过所述局域网(4)相互连接；所述网络包括混合网络管理器(12)，被配置成 计算与沿着仅通过蜂窝链路从选择的移动终端(7)延伸到所述基站(10)的路径(A) 建立的直接连接相关联的成本； 计算与沿着通过所述局域网(4)和所述蜂窝网络(3)从所述选择的移动终端(7)延 伸到所述基站(10)的路径⑶建立的至少一个间接连接相关联的成本(C。g)；和 根据所计算的成本为数据传输选择一条路径。
全文摘要
公开了一种管理包括蜂窝网络(3)和局域网(4)的混合网络的方法，其中，多个双模移动终端(7)能够通过直接蜂窝链路与所述蜂窝网络(3)的基站(10)连接，而且还能够借助无线电接入技术通过所述局域网(4)相互连接。该方法包括步骤计算与沿着仅通过蜂窝链路从选择的移动终端(7)延伸到所述基站(10)的路径(A)建立的直接连接相关联的成本；计算与沿着通过所述局域网(4)和所述蜂窝网络(3)，从所述选择的移动终端(7)延伸到所述基站(10)的路径(B)建立的至少一个间接连接相关联的成本(Ccg)；和为数据传输选择使成本最小化的路径。
文档编号H04W48/18GK101940036SQ200780102308
公开日2011年1月5日 申请日期2007年12月28日 优先权日2007年12月28日
发明者A·拉斯托, P·加罗, R·梵提尼 申请人:意大利电信股份公司