专利名称：一种异构网络的寻呼控制系统及其寻呼方法
技术领域：
本发明涉及移动通信网络领域，更具体地，本发明涉及一种异构网络的寻 呼控制系统及其寻呼方法。
背景技术：
未来的4G系统必然面临多种无线接入技术共存的局面，因此在系统结构 演进(System Architecture Evolution, SAE )中引入了异构寻呼的机制，并将 多种无线接入技术之间的互联和融合也纳入到4G系统的需求之中。
在移动蜂窝网络中，网络侧使用寻呼操作来请求处于空闲模式下的移动 终端更新其位置信息并且将其转换到连接状态。寻呼机制也可以节省移动终 端的能量消耗，因为在没有数据传输的时候，可以转换为空闲状态。在空闲 状态下，移动终端不发送和接收用户的传输数据，而仅仅监听下行链路，在 3G系统中为PICH信道和PCH信道。当移动终端注册到网络以后，就会分配 到一个寻呼组，当有寻呼消息需要发送给该寻呼组中的任何一个移动终端时， 寻呼指示(PI)信息就会周期地出现在寻呼指示信道PICH上。 一旦检测到 PI,终端对辅CCPCH信道上发送的下一个PCH帧进行译码，以确认是否有 属于自己的寻呼消息；同样当PI指示判决可靠性降低时，移动终端还需要对 PCH译码。
在现有的系统中，网络侧将通过不同的接入网络对移动终端进行寻呼， 然而在不同的无线"t妄入系统中，寻呼机制和寻呼周期不同， 一个移动终端不 需要时刻监听所有到来的寻呼指示，而在特定的寻呼周期内，周期性的监听。 寻呼指示出现的频率越小，则移动终端从休眠模式中唤醒的次数就越少，电
5池的寿命也就越长。对于混合异构无线网络，这个问题尤其明显，因为不同无线接入网络，其省电模式是不同的。
为了实现移动终端的节省能耗，延长移动终端的待机时间，如何使移动终端和网络相互配合，让移动终端在多种通信模式下都能便捷工作，确保其
-在异构无线接入网间无缝漫游和切换是IMT-Advanced亟待解决的问题。而移动终端在异构无线接入网内的漫游和切换涉及到移动终端的位置管理。在异构网络下，如果没有高效的设计支持，移动终端的位置更新消息和寻呼消息的开销将非常庞大。
以双才莫无线移动终端为例，在两个异构无线网路的重叠区域内工作会存在如下问题
1) 、如果移动终端同时工作在两个模式下，可以同时得到两个无线网络的服务，但因为要在两个网络中进行位置更新，还要监听来自两个网络侧的寻呼消息，势必引起过多的位置更新信令开销以及能量消耗；
2) 、如果移动终端在一定时刻只工作在一种模式下，将会减少位置更新信令开销并节省移动终端有限的能量消耗，但不能有效监听来自不工作模式的网络侧的寻呼消息，从而，导致关闭空中接口的无线网络通信不能有效地建立。
另外，在实际应用中，移动终端的通信业务可能大部分只来自于一个无线网络，而另一个无线网络只有很少的通信业务发生，这时让移动终端同时监听两个无线网络，特别是需要对业务量很少的那个网络进行寻呼消息的接受以及进行位置更新，势必带来非常多的不必要的能量消耗和信令负载，使得网络功耗不均衡。
除了上述的能耗问题外，对于异构寻呼机制需要考虑的问题还有寻呼区域的划分、安全性问题、可靠性问题以及寻呼信令开销和位置更新信令开销等问题，还需要考虑这些机制能否在所有的通信无线技术中共存，无论这些接入网络是否存在自己的寻呼功能。
发明内容
为克服现有寻呼机制中移动终端功耗大、位置更新和监听信令的开销浪费大的缺陷，本发明提出一种异构网络的寻呼控制系统及其寻呼方法。
根据本发明的一个方面，提出了一种异构网络的寻呼控制系统，包括一个或者多个接入网络；
移动性管理实体醒E,用于通过其来提供所述一个或者多个接入网络与移动终端之间保持的连接；
联合寻呼功能实体CPC,所述CPC与醒E相连，用于通过所述MME使得所述接入网络对移动终端寻呼，所述CPC获取移动终端的能力、状态信息以及移动终端的驻留信息，并根据业务流的类型和特征，为移动终端选择合适的承载网络。
其中，所述接入网络包括无线接入网络和有线接入网络，其中，所述无线接入网络包括4G接入网、3G接入网络、WLAN和WiMAX，所述有线接入网络包括固网NGN、 Internet、 PSTN和ISDN。
其中，在网络侧CPC存在用户注册情况下，网络侧CPC获取用户状态信息并根据业务流的需求和接入网络的情况，选择寻呼的网络用于移动终端的数据收发。
其中，在网络侧CPC不存在用户注册情况下，网络侧CPC根据上一次寻呼的网络进行初始化寻呼服务，由用户和接入网络决定承载移动终端业务的网络。
其中，移动终端实时更新它的寻呼位置和性能到网络侧CPC,保持移动终端的状态信息与网络侧CPC同步。
根据本发明的另一方面，提出了一种异构接入网络寻呼控制信令的方法，其中，用户将其状态信息注册到网络侧的联合寻呼功能实体CPC,所述方法包括
步骤10)、移动性管理实体画E被指向移动终端的数据流触发后，与CPC建立连接，并且根据移动终端的特征、策略和状态来请求寻呼无线链路；步骤20) 、 CPC获取移动终端的无线链路信息和移动终端的位置更新信息，
向核心网络请求移动终端所能支持的各种网络的能力和覆盖范围信息；
步骤30) 、 CPC将通过选定的网络来寻呼移动终端，所寻呼到的移动终端
把该网络的空口转换为连接状态；
步骤40)、画E通过选定的网络转发收到的数据包给移动终端。
其中，步骤10)还包括醒E寻呼无线链路的同时提供业务流的相关信息
给CPC。
其中，步骤20)还包括CPC通过移动终端的处于连接状态的链路进行初始化寻呼，所述初始化寻呼信息包括请求移动终端的位置更新信息、移动终端的状态4言息。
其中，步骤30)还包括如果移动终端不再需要初始化寻呼网络时，将该空口置为空闲状态，通知醒E更新地址绑定。
根据本发明的又一方面，提供了 一种异构接入网络寻呼控制信令的方法，其中，网络侧的联合寻呼功能实体CPC不存在用户的状态信息，所述方法包括
步骤1Q)、移动性管理实体画E初始化一个通信服务到移动终端并通知CPC,CPC根据之前连接信息选择多个承载网络来寻呼移动终端；
步骤20)、移动终端根据业务需要从中选择承载网络后，告知CPC来通知MME与移动终端建立连接的无线链路；
步骤30)、腿E使用所述无线链路与移动终端建立连接，并在下次寻呼时通过本次所选定的无线链路进行初始化寻呼过程。
其中，步骤1G)还包括CPC根据以前的连接信息自动选择将要承载的网络，通过所选择的多个承载网络顺序发出寻呼消息，其中，如果移动终端没有收到第一个寻呼信息，才会发出第二个寻呼信息。
根据本发明的第四方面，提供了 一种移动终端在异构网络之间更新位置的方法，包4舌
步骤10)、移动终端没有业务时开启一种工作^t式相应的空口，在相应的网络中进行位置更新；
步骤20)、核心网的联合寻呼功能实体CPC将移动终端的位置信息在不同 无线接入网间共享，移动终端注册到多个CPC所保存的用户跟踪区域TA上;
步骤30)、在工作模式下保持一个专用TA，在专用TA内进行移动终端的 寻呼，CPC保持一个时钟，记录专用TA中的位置更新的间隔，超时而没有发生
步骤40)、移动终端移出现有网络后，开启其他工作模式并通知CPC。 在多播的寻呼模式下，如果多播网络接口在没有业务连接的情况下，不会 接收到寻呼信息，不必去读PCH，只有当有业务的时候触发移动终端接入网络之 后进入通信状态，通话结束后进入空闲状态，在下一次呼叫业务时再次重新开 机接入网络。同样，当多播接口处于连接状态而单播接口处于空闲状态的时候， 单播接口不会接收到寻呼信息，不必去读PCH，将节省很大的能量消耗。
图1为异构网络寻呼控制系统结构示意图2为异构网络寻呼控制系统协议栈示意图3为基于注册机制的异构网络寻呼流程示意图4为无注册的异构网络寻呼流程示意图5为异构网络位置更新方法的流程图。
具体实施例方式
下面结合附图和具体实施例对本发明提供的 一种异构网络的寻呼控制系统 及其寻呼方法进行详细描述。
在4G系统中，当移动终端注册到网络以后，就会分配到一个寻呼组，当有 寻呼消息需要发送给该寻呼组中的任何一个移动终端时，寻呼指示(PI)信息 就会周期地出现在寻呼指示信道PICH上(LTE中的PDCCH上)。 一旦检测到PI，
9终端对辅CCPCH信道(LTE中的PDSCH上)上发送的下一个PCH帧进行译码，以 确认是否有属于自己的寻呼消息；同样当PI指示判决可靠性降低时，移动终端 还需要对POH争码。由于一个PI包含有多个UE,所以当UE周期性的监听信道， 并收到自己所属的PI信息的时候，很多时候将会不必要的去读PCH信道，引起 不必要的能量消耗。
在这样的混合异构网络环境下，需要设计最有效的降低移动终端的能量消 耗，以达到使用多种无线接入技术为用户提供优质服务的目的。现有的语音蜂 窝电话，在大部分的情况下，除了接通电话外，都会处于空闲状态。在4G通信 系统中，通信的形式和服务的类型都会有很大的增长，但即使是这样，移动终 端的无线接口也会经常的转换到省电模式下。因此，对于大多数的服务来说， 寻呼机制仍然是必须的。实际上，未来网络系统中大量增长的服务将会带来更 大量的寻呼请求，移动终端将不仅仅被语音业务来寻呼，并且将会被其他服务 寻呼。在这种情况下，有效和省电的寻呼机制将不仅仅使用单一的无线技术的 寻呼功能。因此，需要设计一种新的寻呼机制，这种寻呼机制不仅仅适用于某 种特定无线技术，而是要应用于异构无线网络环境。异构网络寻呼功能将会充 分整合现有各种接入网络的寻呼机制作为工具，不同的无线链路将会联合提供 对于某一种特定接入网络的寻呼功能。
本发明提出一种针对4G系统的异构网络寻呼方案，可以有效解决移动终端 在同时接入多种无线网络时的寻呼问题，在本发明的系统和方法中引入了 CPC 功能实体，负责异构网络之间的寻呼控制。并针对两种不同的情况，提出两种 不同的异构网络系统的寻呼机制基于注册的寻呼机制和无注册的寻呼机制。 在注册机制下，网络侧了解用户状态信息，并根据业务流的需求和网络情况， 选择需要寻呼的网络；在无注册机制下，网络侧将使用上一次寻呼的网络进行 初始化寻呼服务，并由用户和接入网络共同决定将在哪个网络上承载业务。无 论使用哪种寻呼机制，移动终端在没有接收数据的情况下，将驻留在一个接入 网络，并且在这个接入网络上将能够寻呼其他网络上的信息。本发明一个基本实施方式如下在基于注册的异构寻呼机制中，要求移动 终端实时更新它的寻呼位置和它本身的能力到网络侧，保持它们的状态信息等 与网络侧同步。图1示出寻呼控制信令系统结构，在如图l所示的网络环境图
中，异构系统的接入网络将由无线接入网络、有线接入网络和其它网络构成； 其中无线接入网络包括4G接入网、3G接入网络，WLAN和WiMAX等；有线接入 网络包括固网NGN， Internet, PSTN、 ISDN等接入网络；其他网络将会是未来 出现的接入网络。构成寻呼控制信令系统的功能实体还包括有移动性管理实体 (Mobility Management Entity,薩)，醒E将会提供一个与移动终端之间的 时刻保持3层连接，也就是说，通过丽E将不同的接入网络和移动终端连接； 寻呼控制信令系统引入联合寻呼功能实体(Cooperative Paging Center, CPC), 将通过联合寻呼功能实体(Cooperative Paging Center, CPC)来实现与多种异 构接入网之间互连和切换，CPC是4G系统中的一个核心网设备，负责异构网络 的寻呼功能，CPC将会了解移动终端的能力，状态信息，以及移动终端的驻留信 息等。CPC将会根据业务流的类型和特征，为用户选择合适的承载网络而避免移 动终端不必要的无线接口状态转换。
图2示出寻呼控制信令系统的协议栈模型。用户设备与接入网之间通过各 接入网自己的物理层和MAC层协议进行通信。接入网与核心网络之间通过各接 入网的移动管理功能实体利用IP协议进行通信，不同类型的接入网通过各自的 移动功能管理实体在IP层进行通信，控制系统中的各功能实体通过核心IPv6 网络进行通信。在图2的协议栈模型中，IP子层对因特网协议进行处理，包括 IP (v6)路由建立、MPLS标签交换路径建立、路由查找与数据转发等。三层以 上为信令控制层，使用SCTP传输层协议，为在异构网络之间进行寻呼操作提供 信令支持。
图3示出根据本发明异构网络寻呼方法的第一实施例，假设移动终端有3 个无线接口 (MT，对应于三个无线接入网络)，RATI处于连接状态，RAT2处 于空闲状态和RAT3处于关闭状态，基于注册的寻呼机制具体流程步骤如下S3. 1、固E将会被一个指向移动终端的数据流请求触发；
S3. 2、醒E在收到请求信息后，将与CPC建立连接，并且根据移动终端的特
征、策略和状态请求寻呼它的一个或多个无线链路，与此同时，MME将提供业务
流的相关信息；
S3. 3、 CPC 了解到移动终端的链路信息，RATI处于连接状态，将通过RAT1 链路进行初始化的寻呼工作，所述初始化信息包括请求移动终端的位置更新信 息，移动终端本身的状态信息等；
S3. 4、移动终端将会把所要求的信息回复给CPC;
S3. 5、 CPC将根据移动终端所能支持的各种网络的能力和覆盖范围信息，以 及业务流的信息选择合适的承载网络，并进行寻呼，所述选择网络参数包括安 全性，功耗、QoS参数(包括时延，丟包率，抖动)、费用，带宽等；
S3. 6、选择出合适的网络RAT2后，CPC将通过所选定的网络寻呼移动终端， 一旦移动终端被寻呼到，终端将会把它的RAT2空口转换为连接状态；
53. 7、如果移动终端不再需要RATI网络，可将RATI接口置为空闲状态， 并且通知画E更新自己的IP地址绑定；
S 3. 8 、最后，醒E通过MT2网络转发收到的数据包给移动终端。 在根据本发明的另一个实施例中，在无注册的异构寻呼机制中，不需要预 先注册任何信息，多模移动终端不需要向网络侧报告任何它的能力和状态信息， CPC仅仅需要移动终端上非常有限的信息。CPC根据移动终端最近一次连接的网 络情况和最近一次位置更新的情况，来推断出移动终端可能的位置信息。
根据本发明的另一个实施例提供异构接入网络寻呼控制信令系统的构建方 法，其中为基于用户无注册的寻呼机制流程。图4示出根据本发明异构网络寻 呼方法的另一个实施例，参阅图4，寻呼的具体过程如下所示
54. 1、 MME初始化一个通信服务到移动终端B,但是其不了解移动终端B的 位置更新信息，应用服务功能实体将会通知CPC;
S4. 2、由于CPC也不了解移动终端的状态信息，它只能根据以前的连接信息，自动选择将要承载的网络，消息S4. 2a和S4. 2b将会通过RATI和RAT3网 络发出，这两个消息将会依次发出，如果没有收到第一个信息，才会发出第二 个信息；
S4. 3、当移动终端收到寻呼消息后，根据业务需要，将会选择用哪一种网 络来承载业务，S4. 3a — S4. 3c消息为移动终端发送给各个接入网络的指示信息， 网络侧和移动终端将联合确定将要承载业务的接入网络；
S 4. 4 、在选择承载网络RAT 3后，移动终端将会通过所选择的网络回复给CPC;
S4. 5、 CPC将会通知MME,如何与移动终端建立连^l姿；
54. 6、丽E根据CPC传递的信息，将与移动终端之间建立连接，当下次寻呼 信息到来的时候，将首先通过RAT3网络初始化寻呼过程。
本发明的 一个实施例提供了 一种用户设备在不同类型接入网之间进行位置 更新的方法，参阅图5,其流程如下
55. 1、为了节省能耗，移动终端在没有业务的时候，只需要工作在一种模 式下，开启相应的空中接口，并在相应的系统中进行位置更新，而不必在其他 系统中进行任何操作；
S5. 2、核心网的CPC功能实体上，将实现用户的位置信息在不同无线接入 网间实现共享。并且将保存一个用户的Tracking Area (TA)的列表，移动终端 用户将会注册到多个TA上；
S5. 3、在工作模式下保持一个specific TA,当用户的寻呼信息到来时，首 先在这个TA内进行寻呼；
S5.4、与此同时，CPC将保持一个时钟，记录specific TA中的位置更新的 间隔，如果时钟时间到了 ，而没有发生位置更新，CPC将认为移动终端移出了目 前工作模式的区域，而将通过该移动终端注册的其他TA进行寻呼，通知其进行 位置更新。
S5. 5、移动终端发现自己移出现有网络后，也将自动开启其他工作模式， 并通知CPC。
13最后应说明的是，以上实施例仅用以描述本发明的技术方案而不是对本技 术方法进行限制，本发明在应用上可以延伸为其他的》务改、变化、应用和实施 例，并且因此认为所有这样的修改、变化、应用、实施例都在本发明的精神和 教导范围内。
权利要求
1、一种异构网络的寻呼控制系统，包括一个或者多个接入网络；移动性管理实体MME，用于通过其来提供所述一个或者多个接入网络与移动终端之间保持的连接；联合寻呼功能实体CPC，所述CPC与MME相连，用于通过所述MME使得所述接入网络对移动终端寻呼，所述CPC获取移动终端的能力、状态信息以及移动终端的驻留信息，并根据业务流的类型和特征，为移动终端选择合适的承载网络。
2 、权利要求1的系统，其中，所述接入网络包括无线接入网络和有线接入 网络，其中，所述无线接入网络包括4G接入网、3G接入网络、WLAN和WiMAX, 所述有线接入网络包括固网NGN、 Internet 、 PSTN和ISDN。
3 、权利要求1的系统，其中，在网络侧CPC存在用户注册情况下，网络侧 CPC获取用户状态信息并根据业务流的需求和接入网络的情况，选择寻呼的网络 用于移动终端的数据收发。
4 、权利要求1的系统，其中，在网络侧CPC不存在用户注册情况下，网络 侧CPC根据上一次寻呼的网络进行初始化寻呼服务，由用户和接入网络决定承 载移动终端业务的网络。
5、 权利要求3的系统，其中，移动终端实时更新它的寻呼位置和性能到网 络侧CPC，保持移动终端的状态信息与网络侧CPC同步。
6、 一种基于权利要求1所述寻呼控制系统的异构接入网络寻呼控制信令的 方法，其中，用户将其状态信息注册到网络侧的联合寻呼功能实体CPC,所述方 法包括步骤IO)、移动性管理实体画E被指向移动终端的数据流触发后，与CPC 建立连接，并且根据移动终端的特征、策略和状态来请求寻呼无线链路；步骤20) 、 CPC获取移动终端的无线链路信息和移动终端的位置更新信息， 向所述无线链路请求移动终端所能支持的各种网络的能力和覆盖范围信息；步骤30) 、 CPC将通过选定的网络来寻呼移动终端，所寻呼到的移动终端 把该网络的空口转换为连接状态；步骤4 0 )、画E通过选定的网络转发收到的数据包给移动终端。
7、 权利要求6的方法，其中，步骤10)还包括薩E寻呼无线链路的同时 提供业务流的相关信息给CPC。
8、 权利要求6的方法，其中，步骤20)还包括CPC通过移动终端的处于 连接状态的链路进行初始化寻呼，所述初始化寻呼信息包括请求移动终端的位 置更新信息、移动终端的状态信息。
9、 权利要求6的方法，其中，步骤30)还包括如果移动终端不再需要初 始化寻呼网络时，将该空口置为空闲状态，通知薩E更新地址绑定。
10、 一种基于权利要求1所述寻呼控制系统的异构接入网络寻呼控制信令 的方法，其中，网络侧的联合寻呼功能实体CPC不存在用户的状态信息，所述 方法包4舌步骤10 )、移动性管理实体醒E初始化一个通信服务到移动终端并通知CPC, CPC根据之前连接信息选择多个承载网络来寻呼移动终端；步骤20)、移动终端根据业务需要从中选择承载网络后，告知CPC来通知 丽E与移动终端建立连接的无线链路；步骤30)、國E使用所述无线链路与移动终端建立连接，并在下次寻呼时 通过本次所选定的无线链路进行初始化寻呼过程。
11、 权利要求10的方法，其中，步骤10)还包括CPC根据以前的连接信 息自动选择将要承载的网络，通过所选择的多个承载网络顺序发出寻呼消息， 其中，如果移动终端没有收到第一个寻呼信息，才会发出第二个寻呼信息。
12、 一种基于权利要求1所述寻呼控制系统的移动终端在异构网络之间更 新位置的方法，包括步骤10)、移动终端没有业务时开启一种工作模式相应的空口 ，在相应的 网络中进行位置更新；步骤20)、核心网的联合寻呼功能实体CPC将移动终端的位置信息在不同 无线接入网间共享，移动终端注册到多个CPC所保存的用户跟踪区域TA上；步骤30)、在工作模式下保持一个专用TA,在专用TA内进行移动终端的 寻呼，CPC保持一个时钟，记录专用TA中的位置更新的间隔，超时而没有发生 位置更新时将通过该移动终端注册的其他TA进行寻呼并通知其进行位置更新；步骤40)、移动终端移出现有网络后，开启其他工作模式并通知CPC。
全文摘要
本发明提供一种异构网络的寻呼控制系统和寻呼信令方法，包括无线接入网络和有线接入网络；移动性管理实体MME，提供异构网络与移动终端之间的时刻保持的3层连接；联合寻呼功能实体CPC，所述系统通过CPC实现与多种异构接入网之间互连和切换，所述CPC负责异构网络的寻呼功能，获取移动终端的能力、状态信息以及移动终端的驻留信息，并根据业务流的类型和特征，为移动终端选择合适的承载网络。通过应用本发明，提高了寻呼区域安全性、可靠性并且降低了寻呼信令开销和位置更新信令开销。
文档编号H04W68/00GK101466147SQ20081024703
公开日2009年6月24日 申请日期2008年12月31日 优先权日2008年12月31日
发明者占水生, 张玉成, 石晶林, 丽 胡, 尧 袁, 郑笑非 申请人:中国科学院计算技术研究所