通用移动通信系统中为接入点提供充足LAI/RAI的方法和系统

摘要

本发明提供一种为通用移动通信系统的接入点提供充足区域标识的方法。该移动通信系统包括一接入系统，该接入系统包括至少一接入网关和连接于该接入网关的多个接入点。该方法包括：在接入网关上配置多个第一区域标识和至少一个第二区域标识；接入点使用第一区域标识与用户设备进行通信；接入网关使用第二区域标识与核心网进行通信；以及由接入系统进行第一区域标识和第二区域标识之间的转换。

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种通用移动通信系统(UMTS)的接入网，尤其涉及一种为UMTS系统的各接入点(AP)提供充足的位置区标识(LAI)/路由区标识(RAI)的方法和系统。

【背景技术】

UMTS是采用WCDMA空中接口技术的第三代移动通信系统。UMTS的网络系统结构如图1所示，其由用户设备(UE)、无线接入网(UTRAN)和核心网(CN)组成。其中，UTRAN处理所有与无线有关的功能，其包含一个或几个无线网络子系统(RNS)，每个RNS由一个无线网络控制器(RNC)和一个或多个基站(Node B)组成。CN处理UMTS系统内所有的话音呼叫和数据连接，并实现与外部网络(External Network)的交换和路由功能，其包括移动交换中心支撑节点(GMSC)、网关支撑节点(GGSN)、服务支撑节点(SGSN)、归属位置寄存器(HLR)和拜访位置寄存器/移动交换中心(VLR/MSC)等。

随着Internet业务的蓬勃发展以及宽带接入网络和无线网络的广泛应用，高速、便捷的UTRAN正在得到广泛地关注。同时，为了更好的利用现有网络的资源，更好地保护网络设备运营商的成本，在现有的移动网络中引入了UMTS AP-AG(接入点-网关)设备，在AP上设置Gi接口，可直接访问Internet，大大降低了高速数据业务对移动网络的冲击，使现有无线网络可以接入更多的无线高速数据用户。AP的引入，还同时解决了无线数据业务空口资源瓶颈问题，分流了宏小区中高速数据业务用户。

图2显示了引入UMTS AP-AG设备之后的UMTS网络拓扑结构，其中，GMSC、GGSN、SGSN分别为UMTS核心网中的移动交换中心支撑节点、网关支撑节点和服务支撑节点，RNC为无线网络控制器，MS为移动台，HLR是归属位置寄存器，VLR/MSC为集成了拜访位置寄存器的移动交换中心，EIR是设备标志寄存器，CGF是计费网关功能模块。由于UMTS AP是归用户所有的私有设备，故，需要在AP-AG设备上实现准入控制机制，只接受授权用户的访问，拒绝非授权用户的驻留。AP使用位置区更新(LAU)拒绝或者路由区更新(RAU)拒绝消息来阻止非授权用户驻留AP小区，暂时禁止该AP的LAI(12-24小时，或者用户关机后该禁止被取消)，防止非授权用户反复尝试接入该AP小区。

LAI用以标识用户所在的位置区。理想的状况是：每个AP小区使用不同的LAI，避免出现AP用户被一个使用相同LAI的其它AP拒绝之后，短时间内无法正常使用自己的AP的情况。

如果一个地区的AP用户数目非常巨大，无法做到每个AP都使用不同的LAI，那么要求使用相同LAI的AP数目不能过多，尽可能降低用户访问相同LAI的AP的可能性。目前的做法主要有以下两种方案。

一种方案是一个地区的多个AP使用同一个LAI，提供给AP使用的LAI独立于宏覆盖使用的LAI。这种数据配置方式，对于AP的授权用户不会有任何不良影响。但对于非授权用户来说，AP会拒绝其接入，如果拒绝消息中不禁止该LAI，用户设备会反复在这个AP进行接入尝试，增加该AP的信令负荷，甚至影响其他授权用户的正常使用；如果拒绝消息中禁止该LAI，由于有许多AP使用相同的LAI，该LAI被禁止之后，用户设备则无法接入这些AP中的任何一个。如果该用户自己的AP也使用这个LAI，当这个用户切换到另一个AP小区时，由于LAI被禁止，用户设备始终不发起小区重选，导致该用户无法使用自己的AP。用户只能关机(删除LAI禁止列表)后再开机，才能正常接入自己的AP。

另一种方案是分配许多LAI(比如10000个)给一个地区的AP使用，使得使用相同LAI的AP数目降低，降低用户自己的AP使用的LAI被禁止的可能性。然而，如此多的LAI，会导致营运商在核心网配置的工作量大大增加。当AP的LAI配置改变的时候，需要更改核心网相应的配置数据。这大大增加了营运商的人力成本。而且，配置的LAI对全网会产生影响。如果不同地区的AP使用相同的LAI(LAI数目有限，需要复用)，可能会对核心网产生不可预知的影响。

【发明内容】

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种为UMTS系统提供充足LAI/RAI的方法和系统，其既可以避免非授权用户反复尝试接入AP的不必要操作；也可以避免一个用户被其它AP拒绝之后无法接入自己的AP的情况，并且可以降低核心网的配置要求。

为实现上述目的，本发明首先提供一种为通用移动通信系统的接入点提供充足区域标识的方法，该区域标志可以是位置区标志或者路由区标志，该移动通信系统包括一接入系统，该接入系统包括至少一接入网关和连接于该接入网关的多个接入点。该方法包括：在接入网关上配置多个第一区域标识和至少一个第二区域标识；接入点使用第一区域标识与用户设备进行通信；接入网关使用第二区域标识与核心网进行通信；以及由接入系统进行第一区域标识和第二区域标识之间的转换。

所述区域标识可以是位置区标识或路由区标识。

所述接入点使用第一区域标识与用户设备进行通信的步骤中，每个接入点从其连接的接入网关处动态获取一个第一区域标识。

接入系统收到来自用户设备的区域更新请求后，将请求中携带的第一区域标识转换为第二区域标识后，再将该请求转发至核心网；接入系统收到来自核心网的区域更新请求的应答消息后，将应答消息中携带的第二区域标识转换为第一区域标识后，再将应答消息转发给用户设备。所述由接入系统进行第一区域标识和第二区域标识之间的转换的步骤在接入系统内由接入点或接入网关完成。

为实现上述目的，本发明还提供一种为通用移动通信系统的接入点提供充足区域标识的系统，其包括一接入系统，该接入系统包括至少一接入网关和连接于该接入网关的多个接入点，接入网关上配置有供其与核心网通信使用的至少一第二区域标识和供接入点与用户设备通信使用的多个第一区域标识，接入点或接入网关其中至少一个上面设置有一区域标识转换单元，其用以进行来自用户设备的区域更新请求消息中所包含的第一区域标识和来自核心网的区域更新应答消息中包含的第二区域标识之间的转换。

与现有技术相比，采用本发明的方法和系统后，对于一个接入点数目不是很多的城市，可以做到一个每个接入点都拥有唯一的LAI/RAI。在拒绝非授权用户的接入的时候，可以禁止对应的LAI/RAI，防止该用户反复尝试接入。另外，由于每个AP拥有唯一的LAI/RAI，可以完全避免一个用户被其他接入点拒绝之后无法进入自己的接入点的情况。即使接入点数目实在太多，也可以将出现这种情况的可能性降到非常低。另外，由于本发明中所配置的LAI/RAI仅仅被用户设备和接入点使用，对核心网没有任何影响，故，核心网不需要为此配置额外的数据，不会给运营商带来额外的人力成本。

【附图说明】

参考多个附图、借助于本发明实施例的非限制性例子详细介绍本发明：

图1是现有的通用移动通信系统(UMTS)的组成结构图；

图2是现有的引入AP-AG系统的UMTS网络拓扑结构图；以及

图3是根据本发明一实施例用户设备进行位置更新时，用户设备、接入点、接入网关和移动交换中心之间的消息和信令传输的时序图，其中，空口LAI与地面LAI的转换是在接入点进行的。

图4是根据本发明一实施例用户设备进行位置更新时，用户设备、接入点、接入网关和移动交换中心之间的消息和信令传输的时序图，其中，空口LAI与地面LAI的转换是在接入网关进行的。

图5是本发明为通用移动通信系统的接入点提供充足区域标识的系统的一实施例的方框图。

图6是本发明为通用移动通信系统的接入点提供充足区域标识的系统的另一实施例的方框图。

【具体实施方式】

在本发明的下列详细描述中，在某些情况下，陈述了大量具体细节，以提供对本发明的全面理解。然而，一个本领域的普通技术人员应认识到，本发明无需这些具体细节就可以实施。在另一些情况下，为了不致于掩盖本发明的实质内容，没有对已知的方法、过程、布置、结构等作详细描述。

本发明为通用移动通信系统(UMTS)的接入点(AP)提供充足位置区标识(LAI)/路由区标识(RAI)的方法基于一接入系统，该接入系统包括多个接入网关和连接在每一接入网关下的多个接入点。每一接入网关上根据其连接的接入点的个数配置一个或多个静态的LAI，该LAI用以接入网关与核心网之间通信时使用，以下称为地面LAI。每一接入点从其连接的接入网关动态获取一LAI，该LAI用于接入点和用户设备通信时使用，以下称为空口LAI。

用户设备从广播信道收到空口LAI的信息，并可根据该空口LAI信息进行小区重选和位置区更新；地面LAI出现在IUP以及向上的接口中，移动交换中心和服务GPRS支撑节点都只能看到该地面LAI，所有的NAS过程和数据配置也都是根据该地面LAI进行的。

对于用户设备来说，其收发消息中携带的LAI/RAI为空口LAI/RAI，对于接入网关和核心网来说，其收发消息中携带的LAI/RAI为地面LAI/RAI。因此，本发明为通用移动通信系统(UMTS)的接入点(AP)提供充足的位置区标识(LAI)/路由区标识(RAI)的方法需要实现两个LAI/RAI的转换。在一实施例中，该转换例如包括将上行消息中携带的空口LAI/RAI信息转换成地面LAI/RAI，以供核心网处理用户设备的相应请求，以及将下行消息中携带的地面LAI/RAI转换成空口LAI/RAI，以将更新后的LAI/RAI记录在用户设备中。该转换可以在接入点内完成，也可以在接入网关内完成。除了接入点或接入网关，其他的网元设备都只需处理一个LAI/RAI，实现和标准协议的兼容。

上述“转换”过程可以通过以下四种具体实施方式来实现：

(1)接入点进行空口LAI和地面LAI之间的转换；

(2)接入点进行空口RAI和地面RAI之间的转换；

(3)接入网关进行空口LAI和地面LAI之间的转换；

(4)接入网关进行空口RAI和地面RAI之间的转换。

以下将结合一较佳实施例来详述利用接入点进行空口LAI和地面LAI转换的方法。

请参见图3所示，其为用户设备进行位置更新时，用户设备、接入点、接入网关和移动交换中心之间的消息和信令传输的时序图，其中，空口LAI与地面LAI的转换是在接入点进行的。

步骤1、处于空闲模式下的用户设备的接入层(AS)请求建立信令连接，该用户设备向接入点发起无线资源控制(RRC)连接请求，使得用户设备与无线接入网之间可以进行无线网络信令的传输。

步骤2、当用户设备接收到的位置区标识与存储在用户设备中的位置区标识不一致时，用户设备向当前接入点发起位置区更新请求。用户设备发起位置区更新请求可能存在三种情况。第一种情况是用户设备从宏小区进入接入点小区，在该接入点小区第一次发起位置区更新请求。这种情况下更新请求消息中携带的LAI是宏小区的LAI，不需要做转换，直接进行下述步骤4。第二种情况是用户设备在本接入点小区内发起周期性的位置更新请求，这时候请求消息中携带的LAI是该接入点的空口LAI，需要通过接入点将其转换成地面LAI，即执行下述步骤3。第三种情况是用户设备来自其他的接入点，更新请求消息中携带的是其他接入点的空口LAI，本接入点无法进行转换。这种情况比较少出现，若出现该情况，接入点不用做转换处理，移动交换中心无法识别该LAI的时候可以到归属位置寄存器(HLR)中取数据。

虽然本发明为通用移动通信系统(UMTS)的接入点(AP)提供充足位置区标识(LAI)/路由区标识(RAI)的方法的步骤2只提及三种情况，但需说明的是，除上述三种情况外，当用户设备从接入点小区进入宏小区时也能正常工作，不影响本发明方案的可行性。详言之，如果用户设备从原先驻留的接入点小区进入宏小区时，发送位置更新或路由更新请求，请求消息中携带的空口LAI会被发送到移动交换中心。移动交换中心无法识别该空口LAI，故无法获取对应的注册信息，因而会向用户设备发起请求，获取国际移动用户识别码(IMSI)信息，再从归属位置寄存器获取注册信息，鉴权通过之后，接受该用户设备的位置区更新请求或路由区更新请求。可见，接入点上配置的两个LAI(空口LAI和地面LAI)对宏小区没有影响，故，当用户设备从接入点小区进入宏小区时，宏小区接入设备无需进行LAI的转换。

步骤3、接入点将空口LAI转换成地面LAI。

步骤4、接入点将直传消息中包含的LAI信息修改为地面LAI后，再将位置区更新请求发送给接入网关，接入网关、移动交换中心及SSGN感觉用户设备在地面LAI覆盖的位置区中驻留。

步骤5、接入点通过RANAP(空口的无线网络控制面应用协议)向移动交换中心直传位置区更新请求(其中包含地面LAI信息)。

步骤6、移动交换中心通过RANAP(空口的无线网络控制面应用协议)向接入网关直传位置更新接受消息(其中包含地面LAI信息)。

步骤7、接入网关将位置更新接受消息下传给接入点。

步骤8、接入点将更新接受消息中地面LAI转换成空口LAI。

步骤9、接入点将位置区更新接受消息下传给用户设备，位置区更新接受消息中出现的LAI都是空口LAI，因此，用户设备感觉自己已经在空口LAI覆盖的位置区中驻留。

步骤10、用户设备向接入点报告已完成位置区更新。

步骤11、接入点向接入网关报告已完成位置区更新。

步骤12、接入网关向移动交换中心报告已完成位置区更新。

步骤13、接入点向接入网关发送用户设备位置指示消息。

以上较佳实施例中仅以用户设备位置更新时的LAI转换为例对本发明进行说明。事实上，在NAS消息中，包含LAI或RAI信息的消息有下面几组，处理过程与上述实施方式类似，逐一进行分析如下：

1)连接管理重建立请求(CM Re-establishment request)

该消息是用户设备发给核心网的，是在用户设备成功驻留接入点之后发起的，消息中携带的是接入点的空口LAI，需要接入点将该空口LAI转换成地面LAI，转换过程类似上述较佳实施例中所述。

2)位置更新请求(Location updating request)和位置更新接受(Locationupdating accept)

这两条消息中携带LAI信息，需要在空口LAI和地面LAI之间转换时，转换过程在上述较佳实施例中已述。

3)临时移动用户标识重分配命令(TMSI reallocation command)和分组临时移动用户标识重分配命令(P-TMSI reallocation command)

这两条消息是核心网发给用户设备的，是在用户设备成功获取TMSI/P-TMSI之后发生的，消息中携带的是接入点的地面LAI/RAI，需要接入点将其转换成空口LAI/RAI，转换方式类似上述较佳实施例中所述。

4)附着请求(Attach request)和附着接受(Attach accept)

这对消息是用户设备在发起附着的时候使用的，该消息中携带RAI，RAI的转换过程和LAI相似，故也可以根据上述较佳实施例中的转换方式进行转换。

5)路由区更新请求(Routing area update request)和路由区更新接受(Routing area update accept)

由于路由区标识(RAI)的组成为LAI+RAC(路由区码)，所以当用户设备进行路由区更新时，其执行过程与位置区更新的过程基本相同，可参见上述较佳实施例所述。

从上面的分析可以看出，利用接入点对NAS消息中携带的LAI和RAI信息进行转换是完全可行的。

在网络规划中，地面LAI可以被配置到现有核心网中，对现有网络产生影响；空口LAI只被用户设备和接入点使用，不会对现有网络产生影响。对于地面LAI的分配无需特别要求，建议一个接入网关至少分配一个地面LAI。对于空口LAI，为了使每个接入点都获得唯一的空口LAI，需要运营商使用额外的PLMN(保留的，未被使用的PLMN)，这样既可以提供足够的空口LAI，又可以在用户进入接入点小区之后提供便捷的位置指示。如果营运商能提供3个PLMN，则接入点可以使用的空口LAI个数达到196608个，足够一个城市的接入点使用。如果营运商无法申请额外的PLMN，也可以使用自己已有的PLMN下的剩余LAI作为虚拟LAI(空口LAI)。如果不能使用额外的PLMN，无法做到每个接入点分配唯一的空口LAI，需要复用这些虚拟LAI。在一个PLMN下可以使用的LAI有65536个，一般一个大营运商也只会使用几千个，因此有充足的空口LAI提供给接入点使用。假设营运商可以提供30000个LAI，一个城市中的接入点复用这30000个LAI。当接入点数目超过30000个的时候，虚拟LAI就会出现重复。当一个接入点用户经过一个具有和他相同虚拟LAI的接入点附近的时候，如果他的用户设备试图驻留该接入点小区而又被拒绝，用户设备就会将该LAI列为禁止LAI。当该用户会到家的时候，用户设备也不会发起应有的小区重选，因为该LAI已经被禁止。用户需要开关机之后才能正常驻留该接入点。一般一个接入点的信号范围很小，在30000个LAI可以复用的时候出现这种情况的概率还是很小的，所以如果营运商无法申请到额外的PLMN，该方案也是可行的，只是很小的可能会出现用户需要重新开关机的情况。

上述空口LAI和地面LAI之间的转换可以改为由接入网关来实现，转换方法与接入点实现方法类似。在一实施例中，仍以位置更新请求为例，转换方法请参见图4所示。

接入点收到上行的位置更新请求之后，将该消息转发给接入网关，接入网关根据记录的LAI转换表，将位置更新请求消息中携带的LAI-air更改成LAI-land，然后转发给移动交换中心。当接入网关收到来自移动交换中心的位置更新接受的时候，将消息中的LAI-land更改成LAI-air，然后发送给接入点，接入点再转发给用户设备。

需要转换的消息和上述接入点实现的实施例中所述相同，此处不再赘述。

由于一个接入网关管理多个接入点，故需要在接入网关中维护一张表，记录管理每个接入点对应的LAI-air和LAI-land，记录表样例如下：

  AP1  LAI-air1  LAI-land1  AP2  LAI-air2  LAI-land1  AP3  LAI-air3  LAI-land2  AP4  LAI-air4  LAI-land1  ......  ......  ......

接入网关在进行转换的时候，在表中根据接入点查找LAI关系，完成LAI的转换。

网络参数的规划和接入点实现LAI转换的方法中相同，此处不再赘述。

为简化起见，可将LAI与RAI统称为区域标识。

本发明的上述方法基于一系统而实现，即为UMTS系统提供充足区域标识的系统。再请参见图5所示，其显示的是根据本发明第一实施例为UMTS系统提供充足区域标识的系统100。该系统100包括若干个用户设备101、102、103、104，至少一接入系统110和一核心网120。接入系统110连接于用户设备101-104和核心网120之间，其包括多个接入点115、116和一接入网关117。当一用户设备101-104其中之一欲接入其相应的接入点115或116时，该用户设备使用第一区域标识与接入点115或116进行通信。每一接入点115或116中均设有一区域标识转换单元1150、1160，用以将接收自用户设备的区域更新请求消息中所包含的第一区域标识转换为第二区域标识。包含第二区域标识的请求信息被传递至接入网关117，再由接入网关使用该第二区域标识与核心网120进行通信。反之，当接入点115、116接收到来自核心网120的区域更新应答消息后，其中的转换单元115、116会将应答消息中包含的第二区域标识转换为多个第一区域标识。各用户设备101-104所使用的第一区域标识不同，但该些不同的第一区域标识可以经由转换单元1150、1160而转换为相同的第二区域标识。

再请参见图6所示，其显示的是根据本发明的第二实施例为UMTS系统提供充足区域标识的系统200。该系统200包括若干用户设备201、202、203、204，至少一接入系统210和一核心网220。接入系统210连接于用户设备201-204和核心网220之间，其包括多个接入点215、216和一接入网关217。当一用户设备201-204其中之一欲接入其相应的接入点215或216时，该用户设备使用第一区域标识与接入点215或216进行通信。接入网关217中设有一区域标识转换单元2170，用以将接收自接入点215、216的区域更新请求消息中所包含的第一区域标识转换为第二区域标识。接入网关217使用该第二区域标识与核心网220进行通信。反之，当接入网关217接收到来自核心网120的区域更新应答消息后，其中的转换单元2170会将应答消息中包含的第二区域标识转换为多个第一区域标识，供各接入点215、216获取。

与现有技术相比，本发明为UMTS系统提供充足区域标识的方法和系统，对于一个接入点数目不是很多的城市，可以做到一个每个接入点都拥有唯一的区域标识。在拒绝非授权用户的接入的时候，可以禁止对应的区域标识，防止该用户反复尝试接入。另外，由于每个接入点拥有唯一的区域标识，可以完全避免授权用户被其他接入点拒绝之后无法进入自己的接入点的情况。即使接入点数目实在太多，也可以将出现这种情况的可能性降到非常低。另外，由于本发明中所配置的区域标识仅仅被用户设备和接入点使用，对核心网没有任何影响，故，核心网不需要为此配置额外的数据，不会给运营商带来额外的人力成本。

以上的描述和附图表示了本发明的优选实施例。可以理解，在不背离由所附权利要求所定义的本发明的原理的精神和范围的条件下，各种增加、变形和替换都应被包含在本发明的保护范围之内。