专利名称：数据链路同步的系统与方法
技术领域：
本发明的背景发明领域本发明一般涉及用于改善数据链路同步的电信系统和方法，更具体地涉及在两个终端用户之间通过卫星连接时改善数据链路同步的电信系统和方法，而且特别具体地涉及用于当建立单跳卫星连接时在两个用户终端之间进行数据链路同步的电信系统和方法。
本发明的背景和目的自从G.马可尼在1897年演示了无线电提供与在英吉利海峡上航行的船只的不间断的联系能力以来，无线通信在过去一个世纪的发展是非同凡响的。自从马可尼的发现以来，新的有线和无线通信的方法、业务以及标准已经被全世界的人们所采用。这种发展特别是在最近十年以来被加速了。移动无线通信业成倍地增长和发展着，受到大量的技术进步的推动，使便携无线设备越来越小，更便宜和更可靠。移动电话的成指数的增长率将在下一个十年里继续发生，因为这种无线网络将与现有的有线网络相互作用并最终压倒现有的有线网络。
许多电信系统的设计是为实现无线电话通信，例如，美国的”先进移动电话业务”(AMPS)蜂窝系统，北欧的Nordic移动电话(NMT)系统，以及最近出现的全球移动通信(GSM)系统和DCS1800数字系统。然而所有的上述系统均是与基于卫星的传输系统相对的基于地面的传输系统。
东南亚国家联盟(ASEAN)的蜂窝卫星(ACeS)系统正是这样一个基于卫星的数字移动卫星(DMS)系统，它通过一个地理位置相对静止的卫星提供电话通信业务。尽管ACeS系统尚处于制定规范的阶段，但是它将成为获得广泛使用的GSM规范的实质性的应用。AceS计划在亚洲东南部获得实施，意欲覆盖地面线路和蜂窝结构有限的地域，使便携式手持电话在整个亚洲的实现变成可能。一旦这一计划获得实施，AceS系统的卫星将通过大量的点波束覆盖从印度到日本，从中国北部到印度尼西亚的地区，并为这些地区提供业务。
在数字化的基于卫星的电信系统中，例如AceS系统和其他DMS系统，一个用户(呼叫始发用户终端)和另一个用户(呼叫终结用户终端)之间的连接首先通过媒介，即基于陆地的通信网络建立起来，然后，在建立了呼叫始发用户终端(UT)与网络和网络与呼叫终结用户(UT)之间的分立连接以后，即通过轨道卫星建立了一个双跳无线连接之后，两个用户终端就可以在没有中介网络参与的条件下直接的通信了，即通过卫星建立了一个单跳无线连接。
使用标准的通信协议对于任何一类例如在一个用户终端(UT)和网络或在两个用户终端(UT)之间的实体-实体信息交换都是必不可少的。国际标准化组织(ISO)协议即为这样的协议，它有七层，其中一层为数据链路(DL)层。该层控制数据分组的处理，更具体地控制去向分组的编址和来向分组地址的解码。因此，数据链路层协议通过分组交换控制着实体-实体的数据传输，正如本领域技术人员所知，数据链路层协议使用统一的帧结构、段格式和通信步骤来管理物理层(所述的ISO协议中较低的一层，遵循来自高层的指挥)上的分组数据的物理交换。因此，数据链路层最重要的任务是向高层提供无差错连接。在这样的数据链路层协议，一个实体被设定为“网络”而另一个实体被设定为在DL消息中具有不同参数的用户终端(UT)。
正如本领域的技术人员所知，两个设备之间的数据交换依赖于数据链路层上分组的正确接受。携有数据的数据链路帧对于每个数据链路层被顺序地编号，每个设备上的数据链路层保持对每个已传输或接收帧的跟踪。特殊变量，如帧计数和标签，被每个DL层用来对分组数据的发送和接收帧分别加以编号和做标记。通信中顺序计数器和标志的正确保证了数字信息的正确处理。数据链路层协议还提供错误状况下数据分组的重传机制。
然而，在象ACeS这样的数字卫星电信系统中，存在一个问题。当一个双跳连接转换成一个单跳连接时，UT-UT配对的DL层协议并不匹配。原因在于双跳连接的每一跳的DL层协议，即主叫UT和网络间的连接以及另一个在网络和被叫UT之间的连接，是彼此独立并且互不同步的。此外，两个UT的DL实体将去向消息配置为UT消息并等待接收经网络配置过的消息。因此，当网络将两个UT连接到单一的无线信道(即一个单跳连接)的信令建立结束，以及系统进入呼叫激活状态，两个新连到一起的UT的DL层协议却互不同步。相反，每个UT分别同步于网络侧的DL层协议。结果，尽管由一个UT传送到另一个UT的所有数据被全部接收，在这样一个协议不匹配的单跳连接上这些数据也不会被正确处理。
解决方案当然是要使两个UTDL层互相同步，以便两个UT能正确通信。然而，对于推荐的基于卫星的电信系统，例如ACeS，目前的规范并未重视这一问题，也未提供任何一种重新同步的手段。此外，一些简单的解决方案，例如在单跳连接的开始阶段在每一个实体的DL层上复位适当的本地DL层参数，以及在层协议上忽略标志/标签，这些方案都不足以全面解决该问题。因为这样的途径并未提供处理异常状态所需的安全性。实际上，这就意味着DL层的失效。因此，这些简单的解决方案就不能保证在任何状态下正确处理连续的数据，一个更强健的执行同步和通信的解决方案就显得非常必要了。
相应地，本发明的一个目的就是修改数字化的基于卫星的电信系统(如目前已开发的ACeS系统)去克服前述的同步问题。然而，修改ACeS或其他标准化的卫星系统会很困难，很不方便且造价昂贵，通过最小化或避免对各种非手机设备的修改来完善上述的基于卫星的系统是优选的。
因此，本发明的另一目的是提供一个强健的同步方案，该方案并不要求在基于卫星的电信系统中增加新的功能。
本发明的目的还包括提供解决前述同步问题的一种强健的解决方案，该方案通过对已经建立的或推荐的传输协议最少的修改来实现。
发明概要本发明产生了一个改进电信系统中两个用户终端间通信的系统和方法。当两个用户终端(例如具有陆地网络接口的基于卫星的系统中的用户终端)从与网络相连的双跳连接转换成彼此相连的单跳连接时，根据本发明的方法，对原先在双跳连接中分别同步于网络的两个终端用户之间的协议参数进行同步，从而建立通信。
本发明及其范围的更完整理解可以从下面简单概述的附图、本发明目前优选实施例的如下详细描述、以及附属的权利要求中得到。
附图的简要描述
图1是用以说明两个用户终端和一个处于基于卫星的电信系统(如本发明的系统)中的网络之间的无线通信示意图2是说明图1所示的本发明电信系统中处理两个用户终端从双跳到单跳的同步步骤的呼叫流程图。
本发明优选实施例的详细说明现在将参考附图在下面更完整的描述本发明，附图中表示发明优选的实施例。但是，这个发明可以用很多不同的形式实施而不应理解为限制于下面所提出的实施例；相反，提供这些实施例是为了使本揭示更加透彻和完整，并且更完整地将发明范围传递给本领域的技术人员。
参考附图的图1，其中说明了ACeS卫星蜂窝通信网络的简化框图。卫星10，例如一个ACeS系统中位于东南亚上空的同步静止轨道卫星，它以无线形式发送和接收在各种基于陆地的无线设备之间传递的数字信息。这些地面设备包括，如图中第一蜂窝电话12和第二蜂窝电话14或用户终端和一个地面信号控制(GSC)16，GSC16在前述的ACeS或其它基于卫星的电信系统中控制上述和其它用户终端的呼叫管理功能。
当图1中ACES系统中描述的一个呼叫始发用户，例如用户终端12，呼叫该系统中另一个用户，例如用户终端14，最初建立的是一个两跳连接。正如本领域的技术人员所知，卫星地面站10目前还不能立即将来自用户终端12的呼叫转接到呼叫终结用户，例如用户终端14。相反，呼叫请求首先被转接到地面上能够管理连接的GSC16。因此，正如技术人员所知，第一跳是用户终端12-卫星-GSC16。
一旦接收到用户12发出的呼叫请求，GSC16就试图与指定的呼叫终结用户终端14联络。同样，这一通信依然要通过卫星10。因此，第二跳是GSC16-卫星用户终端14。在前述连接建立过程结束后，GSC16指挥卫星10将用户终端12和14之间的业务信道连接起来，产生一个单跳的或用户终端12-卫星用户终端14的连接。现在，两个用户终端可以直接通信而不再需要GSC16的信令参与。
然而，正如上文的讨论，在前述的基于卫星的电信系统中，由双跳到单跳的转换存在问题。尽管两个用户终端可以通过卫星10直接连接，但是它们并不相互同步。换句话说，由于所需参数并非在同一网络中设定，两端数据链路层的帧将互不接纳，结果导致其中的信息和帧被放弃并丢失。
在前述的单跳连接中，两个用户终端之间缺乏同步的原因是数据链路层协议不匹配。正如本领域的技术人员所知，数据链路层协议采用前述的帧结构，段格式和步骤，运用特殊的机制保证数据传输的连续和质量。如果有不可恢复的状况发生，另外一些机制会来处理差错控制和数据链路的释放。所有机制都采用特殊变量，例如采用计数器和标签分别对帧计数和标记。这些变量包括发送帧序列计数器N(S)，接收帧序列计数器N(R)，命令/响应标志(C/R)和轮询/终止标志(P/F)。正如前面所论，当接收到数据帧时，诸如此类的计数器和标志位的正确性将保证这些数据帧中其他段内所包含数据的正确处理。还可以理解的是，这些变量的正确性在整个传输过程中对于保证数据交换的连续性和可靠性是十分重要的。为了简便起见，DL层协议对于这些和其它变量不匹配的更多细节这里暂且不做考虑，但是本领域的技术人员应该意识到它们的存在。
参考附图的图2，这是本发明对两用户终端在单跳连接时建立同步的呼叫流程图。正如前面所论，在单跳连接建立以前，两用户终端的双跳连接曾经例如通过基于陆地的网络设备GSC16存在过。现在，将按图说明和描述用于建立双跳连接和同步单跳连接的顺序步骤。
呼叫始发用户终端12(例如一个蜂窝电话)首先发起一个信道请求(CR1)，该请求通过卫星10转发到GSC16，GSC16返回一个信道分配(CA1)。此时，用户终端12和GSC16开始进行如前所述的数据链路层计数器、标志和其他协议相互之间的同步工作。为完成同步，用户终端12发送一个设置同步平衡模式(SABM)给GSC16。SABM包含一个信息字段，根据数据链路层协议，它标志着初始化。GSC16返回一个无计数证实信号(UA)来完成数据链路层协议对该次连接的初始化。正如本领域的技术人员所知，SABM命令最好由用户终端在“单独专用控制信道”(S-SDCCH)上发送给呼叫终结用户终端14。尽管如此，如本领域的技术人员所知，一个普通的专用控制信道也可能是足够的。上述SABM/UA交换之后，用户终端12和GSC16的协议处于同步状态，且它们之间的复帧数据交换就可以在良好的可靠性和检错机制下进行通信了。
GSC16与用户终端12同步以后寻呼(P)呼叫终结用户终端14，如果用户终端14处于激活状态，它会向GSC16应答一个信道请求(CR2)。GSC16接到CR2后分配一个信息信道(CA2)给用户终端14，正如先前与分配信道CA1有关的描述一样。与用户终端12和GSC16之间建立同步的过程相同，用户终端14会前向发送一个SABM信号给GSC16，GSC16则响应另一个未编号的证实(UA)信号来初始化和同步用户终端14和GSC16之间的数据链路协议，如前面所述的那样。然而，与前述的用户终端12和GSC16之间同步过程有所不同的是，用户终端14-GSC16的数据链路层的同步参数与原先的用户终端12-GSC16的同步参数可能不同。
再一次参考附图的图2，该电信系统的GSC16通过分配特别的卫星业务信道给用户终端12和用户终端14来建立双跳连接，图2中被分配的信道分别用CA3和CA4表示，可以理解的是上述的两个用户终端之间的双跳连接，在GSC16向卫星10约定了两个业务信道CA3和CA4之后就转换成单跳连接了。
一旦用户终端被配置在同一卫星链路上通信，它们与GSC16的通信就可以中断了。利用上述提及的用户终端-网络SABM同步信号，用户终端12会向用户终端14发射一个没有信息字段的SABM信号，用户终端14发起一个命令(如图2中20B所示)来复位同步变量，这些同步变量也就是上面叙述的在某一特定协议配置(例如初始化配制)中的计数器和标签。然后，用户终端14回送一个未编号的证实(UA)信号给用户终端12，该UA信号完成相同协议的再配置。用户终端12将本终端内的各类计数器和标签值重新设置为与用户终端14协议配置相一致的值(如图2中20A所示)。这样，已经同步了的如上所述的位于数据链路层上的数据分组就可以通过公共业务信道(CTL)进行传送了。如附图的图2所示。
此外，应该理解的是，在传送前述用户终端-用户终端SABM命令和UA应答以前，各相关的用户终端最好重新配置代表前面叙述的命令/响应(C/R)标志的比特位，如利用图2中的用户终端12和用户终端14的反相器18A和18B所示。在SABM/UA交换过程中，用户终端12和用户终端14所分别执行并完成的必要协议的再配置和建立复帧的操作，这需在通过数据链路传送其它信令消息之前完成。这些操作确保所有帧序列计数器的重新初始化，也就是说，连续传送的帧在到达对等端时拥有正确的帧数和其它相关参数，而这些参数的值正是对等端所预期获得的。
换一种说法，即，在前述变量和计数器重新初始化以前且各呼叫保持在激活状态下时，每一个用户终端的数据链路层在将信息帧传送到对等端之前，如附图的图2所示，分别通过反相器18A和18B将位于信息帧中地址字段的C/R标志比特取反。通过这种方式，从两个对等端起始发出的命令作为一个网络命令出现在相应对等端，如果接收到的消息中比特未被反转，则该消息将被视为一个响应并作为错误消息处理。事实上，这就意味着，用户终端的每一个传输数据链路层在处理C/R标志时就表现为一个网络。在本发明优选实施例中，C/R标志为“1”时表示命令，为“0”时表示响应，这就是数据链路层通过网络来规定参数配置的方式。此外，传输帧中的P/F标志与以往的设定相同，也就是说，与特定的消息类型和对该类消息请求的可能回答保持一致。
在前面所述的方法里，对C/R标志的反相网络配置和对传输帧中P/F标志的正确设置保证了在接收端没有差错产生。此外，接收链路数据层会看到所有拥有正确值的数据链路层参数，例如在一个UT-网络的呼叫中由网络或GSC16所发送的那些参数。结果是两用户终端的数据链路层相互之间保持着正确的通信协议，并使得所有属于更高层协议的消息的接收和提供成为可能。这就保证了正确的呼入和正确的呼叫清除信令以有效的方式运行。
上述本发明的优选实施例提供了同步化的用户终端—用户终端的呼叫连接建立，它既可以在ACeS中应用，也可以应用于其它任何使用单跳连接的基于卫星的数字电信系统。在这样的系统中，若没有前述的基于单跳的同步机制，承载着呼叫业务的数据链路会使两个单跳用户终端之间的第一个数据消息在接收时遭到损害。没有同步，用户终端之间将不能互换信息，而且要利用大量数据链路及其它资源进行差错处理和异常状态的恢复。再者，如果没有充分的同步，与例如呼入信令有关的用户接口功能可能不会起作用，呼叫也可能被丢失。另一方面，上述本发明的优选实施例是很强健的，它避免了在ACeS系统中增加新功能的需求。
本领域的技术人员应该理解的是，为避免对ACeS(或其它建议的卫星通信)系统的修改，上述同步技术的实施最好完全在用户终端上完成，还建议最好只在软件和数据库上完成。
也应该理解的是，本发明的优选实施例中提及的基于陆地的GSC16所提供的网络功能，可以用一个同步卫星代替，例如前面描述的卫星10，在优选实施例中它将作为中介而导致了单跳连接。还应该理解的是，前面描述的单跳连接还可以通过多个卫星系统未建立/作为中介。
前面的描述是实现本发明的一个优选实施例，发明的范围不应受到这个描述的限制。本发明的范围是如下权利要求所规定的。
权利要求
1.基于卫星的电信系统，具有多个用户终端和一个基于陆地的通信网络。所述的终端和所述的网络能与所述的卫星系统通信，所述的终端和所述的网络每一个都具有用以管理通信的多个协议参数，所述的系统包括，所述的多个用户终端中的第一用户终端，所述的第一用户终端一旦通过所述的卫星上的第一信道与所述的网络建立起第一连接，就去同步网络上所述多个的协议参数，所述的众多用户终端中的第二用户终端，所述的第二用户终端一旦通过所述的卫星上的第二信道与所述的网络建立起第二连接，就去同步网络上所述多个的协议参数，并且，同步装置，当在所述的卫星上建立了一条连接所述的第一和第二用户终端的公共信道时，所述的第一用户终端的多个协议参数与所述的第二用户终端的多个协议参数通过经卫星转接的第三单跳连接而实现同步。
2.根据权利要求1的系统，其特征在于，该同步装置包括，设在所述的第一个和第二个用户终端之中的电路，用于通过所述的第三连接去同步所述的协议参数。
3.根据权利要求2的系统，其特征在于，所述的同步装置电路包括一个设在所述的第一和第二用户终端之中的数据库系统。
4.根据权利要求2的系统，其特征在于，协议参数包括数据链路帧控制数据，所述的控制数据在一个配置中用以表示用户终端模式，所述的控制数据在第二配置中用以表示网络模式。
5.根据权利要求4的系统，其特征在于还包括反相器，设在所述的第一和第二用户终端之中，用以在所述的数据链路层(DL)帧控制数据中将多个协议参数中指定的一个参数取反，
6.根据权利要求5的系统，其特征在于，所述的多个协议参数中指定的一个参数是指命令/响应标志。
7.根据权利要求5的系统，其特征在于，所述的反相器，在通过所述的同步装置同步以前，将所述的多个协议参数中指定的一个参数取反，并将所述的多个协议参数中指定的一个参数设置成网络模式。
8.根据权利要求1的系统，其特征还包括复位装置，设在所述的第一个和第二用户终端之中，用于将所述的多个协议参数分别重新设置为初始状态，所述的第二用户终端复位装置当所述的第二用户终端接收到来自所述的第一用户终端的同步命令时，将本终端所述的多个协议参数重新设置为初始状态，所述的第一用户终端复位装置当所述的第一用户终端接收到来自所述的第二用户终端的响应命令时，将本终端所述的多个协议参数重新设置为初始状态，从而使所述的第一和第二用户终端之间的多个的协议参数达到同步。
9.根据权利要求1的系统，其特征在于，所述的基于卫星的电信系统是AceS。
10.根据权利要求1的系统，其特征在于，所述的第一和第二用户终端是卫星/蜂窝电话。
11.根据权利要求1的系统，其特征在于，所述的多个协议参数包括多个数据链路参数。
12.根据权利要求1的系统，其特征在于，所述的多个协议参数包括至少一个帧计数器。
13.基于卫星的电信系统中在单跳连接方式下的一种用于同步第一和第二用户终端的方法，所述的系统包括至少一个与所述的用户终端和基于陆地的网络通信的卫星，所述的方法包括的步骤通过所述的卫星上的第一信道建立所述的第一用户终端和所述的网络之间的第一连接，所述的第一用户终端去同步那些所述的网络中多个协议参数，通过所述的卫星上的第二信道建立所述的第二用户终端和所述的网络之间的第二连接，所述的第二用户终端去同步那些所述的网络中相应的多个协议参数，在所述的卫星上为所述的第一和第二用户终端分配一个公共信道，通过所述的卫星上的所述的公共信道建立所述的第一和第二用户终端之间的第三连接；使所述的第一和第二用户终端之间所述的各组多个协议参数相互同步。
14.根据权利要求13的方法，其特征在于，所述的同步步骤还包括从所述的第一用户终端向所述的第二用户终端传输一个同步命令；以证实信号回应给所述的第一个用户终端。
15.根据权利要求14的方法，其特征在于，所述的第一和第二用户终端间的同步步骤还包括将所述多个协议参数中的一个指定参数取反。
16.根据权利要求14的方法，其特征在于，所述的多个协议参数中指定的一个参数是命令/响应标志。
17.根据权利要求15的方法，其特征在于，所述的反相步骤是在传送所述的同步命令步骤前执行的。
18.根据权利要求14的方法，其特征在于，所述的同步命令是设置同步平衡模式命令。
19.根据权利要求14的方法，其特征在于，所述的证实信号是无计数证实信号。
20.根据权利要求14的方法，所述的同步步骤还包括在传送所述的证实信号之前，复位所述的第二用户终端中所述的多个协议参数。
21.根据权利要求14的方法，其特征在于，所述的同步步骤进一步包括在接收到所述的证实信号之后，复位所述的第一用户终端中所述的多个协议参数。
22.根据权利要求13的方法，其特征在于，所述的多个协议参数包括多个数据链路协议参数。
23.根据权利要求13的方法，其特征在于，所述的多个协议参数包括至少一个帧计数器。
24.根据权利要求13的方法，其特征在于，所述的基于卫星的电信系统是AceS。
25.根据权利要求13的方法，其特征在于，在所述的第一和第二用户终端间还包括一个用以同步多个协议参数的数据库系统。
26.根据权利要求13的方法，其特征还在于还包括步骤至少从所述的第一用户终端向所述的第二用户终端传送大量数据。
27.基于卫星的电信系统的用户终端，所述的用户终端是能够在所述的系统中与卫星相通信的多个用户终端中的一个，所述的用户终端同样也与基于陆地的通信网络通过所述的卫星通信，所述的用户终端和网络每个都拥有多个用以管理所述的通信的协议参数，所述的用户终端包括，发送器，用以通过所述的卫星从所述的用户终端到所述的网络传送一个建立信号，所述的网络通过所述的卫星传送第二信号给第二用户终端，并且在所述的第一和第二用户终端间建立一个双跳连接，同步装置，用于在所述的用户终端和所述的第二用户终端之间通过卫星建立单跳连接，并使所述的用户终端的所述的多个协议参数与所述的第二用户终端对应的多个协议参数通过所述的单跳连接保持同步。
28.根据权利要求27的用户终端，其特征在于，同步装置包括一个数据库系统，该数据库设在所述的第一和第二用户终端中的至少一个终端中。
全文摘要
公开了一种用于改善电信系统中的两个用户终端之间的通信的系统和方法。当例如位处在一个带有地面网络接口的、基于卫星的系统中的两个用户终端从一个与网络之间的双跳连接转换成它们之间的单跳连接时,根据本发明,通过对这两个用户之间的协议参数进行同步从而建立通信,这些协议参数在双跳连接中曾经是分别与该网络同步的。
文档编号H04L29/06GK1253679SQ98804553
公开日2000年5月17日 申请日期1998年3月3日 优先权日1997年3月4日
发明者J·科勒夫, C·霍伊鲁普 申请人:艾利森公司