使用移动性管理的增强型双传送模式的方法和系统

摘要

提供了一种用于向分组控制单元(PCU)通知具有双传送模式(DTM)功能的移动站是否具有正在进行的电路交换连接和处于专用模式的方法、系统和移动站。分组控制单元将通常设置于基站。在进入专用模式时，移动站使用移动性管理(MM)过程关于进入专用模式向PCU报警。无论移动站的物理移动如何，例如从一个小区移到另一小区，都利用此移动性管理过程关于专用模式向PCU报警。

说明书

技术领域

本发明涉及无线远程通信，具体地涉及一种可以在分组交换环境以及电路交换环境中进行通信的移动站。

背景技术

本发明涉及例如移动电话这样的无线通信设备。最初的全球移动系统(GSM)通信网络是针对语音服务而不是针对数据服务而设计的。当开始使用GSM数据服务时，很快非常明显的是，电路交换(CS)承载服务没有很好地适合于具有猝发性质的某些应用类型。因此针对分组服务开发了新的分组交换(PS)数据传输服务GPRS(通用分组无线电服务)。GPRS是利用GSM网络的分组无线电网络，而GPRS致力于通过在移动站(下文也称之为移动终端)与GPRS网络之间的空中接口借助于GPRS协议层来优化数据分组传输。

也称为移动终端的GPRS移动站(MS)可以在三种操作模式之一中进行操作，这一点在3GPP TS 23.060“服务描述；第2阶段”的第5.4.5部分中有所描述。除3 GPP TS 43.055第5.2.0版的无线电接入网络双传送模式之外，文献3 GPP TS 23.060第5.6.0版的通用分组无线电服务(GPRS)服务描述对于理解本发明的背景也是有益的。

这三种模式是A类模式、B类模式和C类模式。根据A类操作模式，MS附属于GPRS以及其它GSM服务，因此A类模式对应于双传送模式(DTM)(下文也称为双模)。A类模式的移动用户可以同时通过两个服务进行和/或接收呼叫，例如同时进行普通GSM语音呼叫和接收GPRS数据分组。根据B类操作模式，MS附属于GPRS和其它GSM服务，但是MS一次只可以操作一组服务。根据C类操作模式，MS只可以附属于GSM网络或者GPRS网络；选择是人工地进行并且没有同时操作。

基于当前标准(3GPP TS 44.018“无线电资源控制协议”)，当MS在双传送模式(DTM)中时释放CS连接(也称为无线电资源或者RR连接)时，放弃所有分组资源。这在图1中有所描述(同样参见3GPPTS 43.064“GPRS无线电接口的总述；第2阶段”)，该图示出了RR操作模式以及在A类(支持DTM的)与B类之间的转变。RR释放将MS从双传送模式102移到到空闲/分组空闲状态104，此后MS必须获得分组访问以便执行分组传送。换而言之，在释放CS连接之后，MS处于分组空闲模式而且必须执行对系统信息的完全采集和再次要求PS资源以便进入分组传送模式106。

在任何GSM网络中，将会有数个BSC(基站控制器)。在实施GPRS时要求此单元的软件和硬件升级。硬件升级包括添加分组控制单元(PCU)。这一件额外的硬件对去往标准GSM网络的数据或者电路交换数据和去往GPRS网络的数据或者分组交换数据进行区分。在一些情况下PCU可以是分立单元。

根据当前GSM/GPRS规范，只要下述之一成立，移动站(MS)就可以具有同时活跃的GSM电路交换(CS)话音连接和GPRS/EGPRS分组交换(PS)数据连接：MS代表了没有CS域与PS域之间的无线电资源协调即可同时处理CS和PS连接的“A类”GPRS移动站；或者MS和网络支持如下双传送模式(DTM)特征，该特征提供了CS域与PS域之间的无线电资源协调。

“A类”移动站的实施将主要地要求具有两个无线电部分的移动终端，造成了移动制造商所希望避免的高开发成本。然而，对于可以具有同时活跃的GSM电路交换(CS)话音连接和GPRS/EGPRS分组交换(PS)数据连接的这类移动设备仍有明显的需求，因为一些服务要求同时存在CS连接和PS数据传送。这一事实已经给“B类”DTM特征的实施赋予了强大推动力。

DTM是以协调方式为GPRS/EGPRS移动站提供同时GSM/GPRS服务的标准化特征。换而言之，如果在每个方向上分配的无线电时隙是邻接的并且在同一频率之内，则具有DTM功能的MS可以具有同时进行的CS话音连接以及PS数据传送。在CS与PS资源分配之间的这种无线电资源协调应当由支持DTM功能的网络来提供。

当前DTM规范规定只可以从专用模式(该专用模式是MS具有CS连接的模式)才可以进入双传送模式(即MS同时具有CS和PS无线电资源的DTM模式)。这意味着在需要为恰巧在专用模式中的具有DTM功能的MS来建立PS数据连接的情形下尤其需要DTM资源协调。

在GSM/GPRS网络中正是基站子系统(BSS)负责无线电资源管理功能。然而，CS和PS无线电资源由不同网络实体进行管理：目录交换(DX)负责CS无线电资源而分组控制单元(PCU)负责PS无线电资源。

在BSS看来，当需要PS数据传送时，PCU必须知道MS是否恰巧具有正在进行的CS连接。如果MS没有CS连接，则可以应用普通PS数据传送过程。然而，如果MS具有正在进行的CS连接，则需要DTM特有的数据传送过程。

这意味着DX和PCU需要相互通信，使得可以在PS域与CS域之间共享关于DTM移动资源分配的信息。这在BSS处要求内部信令。这一现有技术的主要问题在于当需要PS数据传送时，PCU必须知道具有DTM功能的MS是否恰巧具有正在进行的CS连接。当在上行链路(UL)方向上建立PS数据传送时就没有问题。如果MS具有正在进行的CS连接，则它在请求PS无线电资源时使用DTM特有的信道请求消息。基于此消息，网络就知道需要DTM资源协调。

然而，在下行链路(DL)方向上，PCU可能收到被寻址到其当前模式(专用模式或者空闲模式)未知的、具有DTM功能的MS的数据分组。在现有技术中有两种简单的手段用以发现MS的模式：(I)PCU在有需要时向DX询问MS是否处于专用模式；或者(II)只要具有DTM功能的MS进入或者离开专用模式时，DX都通知PCU，使得PCU可以保持与在给定网络区域之内具有CS连接的所有DTM移动站有关的记录。

第一种方法(I)的问题在于，PCU必须时常进行这样的查询，因为PS数据传送连接是很频繁的过程，也因为PCU无法真正地知道MS是处于专用模式还是空闲模式。另一方面，当数据分组到达PCU时MS将恰好具有正在进行的CS连接是相当不可能的(由GSM用户生成的典型业务负荷是25mErl，这意味着该用户只有在2.5％的时间具有活跃的话音连接)。

第二种方法(II)的问题在于DX不知道MS是否甚至附属于GPRS网络。因此，DX必须将所有具有DTM功能的移动站来通知给PCU。结果，DX必须要向PCU发送大量信息消息，因为CS连接和建立过程在BSS是司空见惯的过程。另一方面，MS将在CS连接期间接收任何数据分组是相当不可能的；多数移动站在它们使用CS话音服务时甚至没有附属于GPRS网络。

换而言之，即使只有少数DTM移动站真正地在应用DTM功能(也就是具有同时活跃的CS和PS连接)，BSS仍然必须为所有具有DTM功能的移动站来执行DTM协调。当具有DTM功能的移动站的渗透率在GSM网络中与日俱增时，这类DTM协调将在BSS之内生成相当可观的信令负荷。

如果假设平均GSM呼叫保持时间是120秒，则可以估计具有4000Erl的CS业务处理容量的BSS生成约2×4000/120秒≈每秒70个CS呼叫建立和释放过程。如果DTM渗透率是80％，则在第二种解决方案(II)中DX必须向PCU发送每秒约50个DTM协调消息，而且多数消息的发送是徒劳的。

众所周知，无线网络使用移动性管理(MM)以便保持对移动站(MS)的位置跟踪。MM利用无线硬件和相关联的用户信息的组合。由于移动站常常从一个地点移到另一地点，所以网络必须了解MS的位置以便维持连通性。移动性管理是指使之成为可能的诸多过程的范畴。这些过程包括移动订户的标识和认证、安全性、对无线服务的访问、订户数据在网络节点之间的传送、位置更新和注册。遗憾的是，尚未就DX与PCU之间的通信或者就MS进入和离开DTM专用模式(这一点即使在MS完全静止(即没有改变地点)时当然仍可能发生)来利用MM过程。

DTM功能的另一问题在于，当MS在它具有正在进行的活跃分组数据传送时需要建立CS连接(例如话音呼叫)的时候，MS无需向网络发送任何信令就释放分组连接，而且在随机访问控制信道(RACH)中建立CS连接。在这一阶段，在PCU看来就是MS已经从所分配的分组资源中消失，而且PCU向服务GPRS支持节点(SGSN)发出RADIO STATUS消息。在MS没有上行链路GPRS数据要发送到网络的情况下，即使MS和网络具有DTM功能仍将停止下行链路方向上的数据流。现有技术的这些和其它问题可以通过本发明来解决。

发明内容

在双传送模式(DTM)中，当需要为DTM移动站(MS)建立下行链路(DL)分组传送时，分组控制单元(PCU)必须知道该MS是否处于专用模式。这在DTM移动站的渗透率较高的情况下要求大量的基站控制器(BSC)内部信令。本发明使得这一DTM协调仅适用于那些真正地附属于电路交换(CS)和分组交换(PS)服务的移动站，这意味着可以相当可观地减少BSC内部信令负荷。

根据本发明，基站子系统(BSS)可以利用GPRS或者增强型GPRS(EGPRS)的移动性管理(MM)过程以便确定哪些DTM移动站在它具有CS连接时的期间真正地在使用GPRS服务。移动性管理(MM)是表示由例如GSM的公共陆地移动网络所提供的移动功能的术语。这样的功能将包括当移动站在网络中到处移动时跟踪它以及确保维持通信。

这例如在具有DTM功能的移动站支持以下附加MM过程的情况下是可能的：即当DTM MS在处于MM就绪状态之时进入专用模式时，即使MS没有改变小区但MS仍然执行小区更新过程。

当具有DTM功能的MS进入专用模式时，它向BSS通知它是否处于MM就绪状态。基于此信息，BSS就可以仅为那些在CS连接期间处于(或者已经处于)MM就绪状态的DTM移动站来执行DTM协调。如果具有DTM功能的移动站支持以下过程之一则此方案就是可能的：

过程A：当DTM MS在处于MM就绪状态之时进入专用模式时，即使MS没有改变小区但MS仍应当执行小区更新过程。

过程B：当DTM MS在处于MM就绪状态之时进入专用模式时，MS应当向BSS发送具有扩展的GPRS SUSPENSION REQUEST消息(附属于GPRS服务的非DTM MS在进入专用模式时发送此消息)。该扩展向BSS指示了DTM MS实际上没有中止GPRS服务而只是向BSS通知它处于GPRS移动性管理(GMM)就绪状态。

过程C：当DTM MS在处于MM就绪状态之时进入专用模式时，MS应当向BSS发送没有LLC PDU或者具有虚LLC PDU的GPRSINFORMATION消息(此消息用来携带GRRP信令消息)。这一点通过扩展此消息或者通过以特有的方式对现有消息进行编码来实现。使用此消息的目的在于向BSS通知MS处于GMM就绪状态。

过程D：当DTM MS在处于MM就绪状态之时进入专用模式时，MS应当向BSS发送GPRS DTM INFORMATION消息。这是出于向BSS通知MS处于GMM就绪状态这一目的而使用的新消息。

使用这四种有关过程中的任一过程，对于BSS而言就变得可以仅为那些在CS连接期间处于(或者已经处于)GMM就绪状态的DTM移动站来执行DTM协调。此外，在中止下行链路GPRS数据传送的情况下，当处于GMM就绪状态的具有DTM功能的MS在支持DTM的小区中进入专用模式时通过向网络发送LLC PDU来使用小区更新过程，网络能够在小区更新过程完成之后立即继续下行链路GPRS数据业务。

附图说明

图1示出了用于DTM移动站从一个模式转移到另一模式的现有技术的系统。

图2图示了根据本发明一个实施例的系统。

图3示出了根据本发明一个实施例的更为具体的系统。

图4是图示了本发明一个实施例的流程图。

具体实施方式

这里假设所有DTM移动站支持上文概述的四种过程之一A、B、C或者D。在这些情况中的任一情况下，可以实施用于DTM协调的最优方法。

作为缺省，DX不向PCU通知具有CS连接的具有DTM功能的移动站。然而，如果DTM MS在CS期间执行DTM特有过程，则DX向PCU通知该MS。

这种DTM特有过程可以是：(a)GPRS透明传送协议(GTTP)消息，当MS在处于专用模式之时需要向网络发送GPRS MM消息(例如小区更新)时使用该GTTP消息；或者(b)DTM信道请求消息，当MS在具有CS连接之时需要在上行链路(UL)方向上建立PS数据传送时使用该消息；或者(c)具有扩展的GPRS SUSPENSIONREQUEST消息，该扩展指示了MS处于GMM就绪状态；或者(d)没有LLC PDU或者具有虚LLC PDU的GPRS INFORMATION消息；或者(e)GPRS DTM INFORMATION消息，该消息指示了MS处于GMM就绪状态。从DX发送到PCU的协调消息标识了移动站(在这一背景中可以使用IMSI)而且指示了MS当前是否具有CS连接。该消息也可以包含与当前小区和/或MS的无线电接入能力有关的信息。

DX必须记住已经向PCU通知哪些DTM移动站，使得DX能够在这样的MS由于CS呼叫释放或者由于小区之间的交接过程而离开专用模式时通知PCU。

当PCU收到指示了给定MS具有CS连接的协调消息时，PCU为该移动站进行记录。相应地，当PCU收到指示了给定MS已经离开专用模式(这意味着CS连接已经释放)的协调消息时，PCU将对应记录从它的存储器中去除。

基于此记录，当PCU收到在DL方向上为MS建立PS数据传送的请求时，PCU就能够检测MS是否具有CS连接。注意的是，这种DTM协调覆盖了所有相关情况：

情况1：MS在处于MM就绪状态之时建立CS连接。在这一情况下MS应当使用上述新过程之一。这将触发从DX发送到PCU的DTM协调消息。基于此消息，当PCU收到在DL方向上为MS建立PS数据传送的请求时，PCU就能够检测MS具有CS连接。

情况2：MS在处于MM就绪状态之时建立CS连接。在这一情况下，MS不执行任何DTM特有过程，而且没有向PCU通知该MS。注意的是，在这一情况下PCU无需知道MS的模式，因为GPRS核心网络没有PS寻呼过程就无法为MS发送数据分组。这是因为MS处于MM待命状态。

情况3：MS在CS连接期间从MM待命状态转移到MM就绪状态。只有MS向网络发送数据分组才触发这样的MM状态变化。在这一情况下MS必须应用DTM特有过程(用于DTM呼叫建立的GTTP消息或者请求)。这将触发从DX发送到PCU的DTM协调消息。基于此消息，当PCU收到在DL方向上为MS建立PS数据传送的请求时，PCU就能够检测MS具有CS连接。

情况4：MS在CS连接期间从MM就绪状态转移到MM待命状态。在这一情况下不需要DTM协调消息。PCU可以仍然为MS保持记录直至DX发送另一协调消息，该消息指示了MS已经由于CS呼叫释放或者由于小区之间的交接过程而离开专用模式。

情况5：移动站的CS连接被交接到另一小区。在这一情况下DX可以向PCU通知MS已经在源小区中离开专用模式。如果MS仍然处于MM就绪状态则它将在目标小区中执行小区更新过程(这是现有MM过程所要求的)。这可以仅通过应用DTM特有过程(用于DTM呼叫建立的GTTP消息或者请求)来完成，该过程触发从DX发送到PCU的新DTM协调消息。如果MS不再处于MM就绪状态，则PCU无需知道MS的模式。

情况6：MS处于MM待命状态而GPRS核心网络针对MS生成PS寻呼请求。在这一情况下PCU通常并不知道MS的模式。因此，PCU将PS寻呼请求发送到DX，该DC然后将判断给定IMSI是否具有CS连接。如果MS恰巧处于专用模式，则PS寻呼请求需要通过CS连接的信令信道发送到MS(这是现有技术中已知的分组通报过程)。如果MS没有CS连接，则MS需要在GPRS寻呼信道上被寻呼。注意的是，MS通过向网络发送数据分组对PS寻呼请求做出响应。如果MS具有CS连接，这可以仅通过应用DTM特有过程来完成，该过程再次触发从DX发送到PCU的DTM协调消息。基于此消息，当需要建立DL方向上的数据传送时PCU就知道MS的模式。另外应当注意，在当前BSS实施中需要在每种情况下从PCU发送PS寻呼请求到DX。因此，此寻呼过程没有增加DX-PCU接口上的信令负荷。

现在将描述可供选择的次优实施，其中假设仅部分DTM移动站支持上述新DTM过程(因为这一增强可能不被作为来自所有DTM移动站的强制要求(即始于R99)而接受，而是作为对后续版本如REL-6的增强而接受，然而该增强取决于实施也可应用于DTM移动站的较早修订)。

那些支持新DTM过程的DTM移动站应当在MS无线电接入能力信息单元(此信息单元包含与移动站的无线电接入能力有关的信息，而网络基于此信息为MS分配无线电资源)中指示这一能力。

在这一次优情况下，DTM协调可以实施如下。作为缺省，DX不向PCU通知具有CS连接的具有DTM功能的移动站。然而，如果DTMMS在CS连接期间执行DTM特有过程，则DX向PCU通知该MS。

正如上文已经结合更优的实施例所述，这种DTM特有过程可以是：(a)GPRS透明传送协议(GTTP)消息，当MS在处于专用模式之时需要向网络发送GPRS MM消息(例如小区更新)时使用该GTTP消息；或者(b)DTM信道请求消息，当MS在具有CS连接之时需要在上行链路(UL)方向上建立PS数据传送时使用该消息；或者(c)具有扩展的GPRS SUSPENSION REQUEST消息，该扩展指示了MS处于GMM就绪状态；或者(d)没有LLC PDU或者具有虚LLC PDU的GPRS INFORMATION消息；或者(e)GPRS DTM INFORMATION消息，该消息指示了MS处于GMM就绪状态。从DX发送到PCU的协调消息标识了移动站(在这一背景中可以使用IMSI)而且指示了MS当前是否具有CS连接。该消息也可以包含与当前小区和/或MS的无线电接入能力有关的信息。

DX必须记住已经向PCU通知了哪些DTM移动站，使得DX能够在这样的MS离开专用模式时通知PCU。当PCU收到指示了给定MS具有CS连接的协调消息时，PCU为该移动站进行记录。当PCU收到指示了给定MS已经离开专用模式(这意味着CS连接已经释放)的协调消息时，PCU相应地将对应记录从它的存储器中去除。

当PCU收到在DL方向上为具有DTM功能的MS建立PS数据传送的请求时，PCU先检查它是否具有用于该MS的记录。如果PCU具有用于该MS的记录，则需要DTM特有过程以便为MS建立DL数据传送。然而，如果PCU没有用于该MS的记录，则PCU检查该MS是否支持新的DTM过程。

如果该MS支持新的DTM过程，则PCU可以推断该MS没有CS连接。因此，当为MS建立DL数据传送时可以应用普通(非DTM)GPRS过程。然而，如果该MS不支持新的DTM过程，则PCU向DX询问该MS是否具有CS连接。然后基于DX的响应来建立DL数据传送。

使用这些DTM协调方法，BSS能够相当可观地减少在DX与PCU之间的内部信令负荷。没有本发明，如果BSS具有4000Erl的CS业务处理容量而且如果DTM移动站的渗透率是80％，则信令负荷可能是每秒70个消息的级别。

利用可供选择的最优实施，相应的信号发送负荷可以是原负荷的2至5％或者每秒约1-3个信令消息。利用可供选择的次优实施，相应的信令负荷取决于支持新DTM过程的DTM移动站的渗透率可以是原负荷的例如10至80％。

MS执行附加小区更新的DTM过程的不足在于，在处于MM就绪状态之时进入专用模式的MS在执行小区更新时重置就绪计时器。这延长了MS处于就绪状态的时间。然而，假设MS在处于MM就绪状态之时进入专用模式的情况非常罕见，这意味着此特征的负面效应是有限的。

现在将描述第二种次优解决方案。那些支持新DTM过程的DTM移动站在移动站类别标志信息单元(MS CLASSMARK IE)中指示这一能力。该MS类别标志包含对MS通向网络的能力进行描述的一个或多个信息单元。当DTM移动站(MS)进入专用模式时，目录交换(DX)根据MS CLASSMARK IE检查移动站是否支持这一新的DTM过程。如果DTM移动站支持新的DTM过程，则作为缺省，DX不向分组控制单元(PCU)通知具有电路交换(CS)连接的具有DTM功能的移动站。然而，如果DTM移动站在CS连接期间执行DTM特有过程，则DX向PCU通知该移动站。如果DTM移动站不支持新的DTM过程，则DX向PCU通知该移动站。基于记录，当PCU收到在下行链路(DL)方向上为MS建立分组交换(PS)数据传送的请求时，PCU就能够检测MS是否具有CS连接。

注意的是，通知PCU的步骤可以看作两步过程。首先，MS使用与CS连接有关的信令链路向GPRS发送GPRS INFORMATION或者向DX发送某一其它消息。然后，DX向PCU发送又一消息或者报警。

图2示出了根据本发明实施例的系统200，其中DTM移动站205进入专用模式，因此向基站215发送移动性管理专用模式进入信号210。在图2中，该基站包括分组控制单元220。

图3以更多的细节示出了根据本发明实施例的系统300，其中DTM移动站205利用了用于进入专用模式的装置305，因此设备310经由收发器315和320向基站215发送移动性管理专用模式进入信号210。在图3中，该基站包括分组控制单元305，该单元然后使得下行链路分组传送330回到移动站205。所有这些都发生在小区335之内。    

图4概括了根据本发明实施例的方法400。在改变或者不改变小区的情况下进入专用模式405。因此向分组控制单元(PCU)提供移动性管理(MM)报警410。最后接着提供下行链路分组传送415。

应当理解，所有当前附图和对最佳实施例的附带叙述性讨论本意不在于完全准确地论及当下考虑的本发明。本领域技术人员将理解本发明的步骤和信号代表了并不排除各类中间交互的一般因果关系，而且还将理解在本申请中描述的各种步骤和概念结构可以通过无需在此进一步具体描述的各种不同硬件和软件组合来实施。