在GSM无线通信网络中检测非授权移动接入（UMA）服务的系统和方法

摘要

提供了利用无线通信设备扫描接入点的技术，该无线通信设备包括基带处理器和WLAN处理器。定义了首选网络列表的数据下载命令可被从基带处理器发送到该WLAN处理器(42)。此外，可从基带处理器发送第一扫描命令，其触发该WLAN处理器以独立地开始周期性地扫描多个信道。

说明书

技术领域

本发明一般地涉及无线通信，更特别地涉及通过能够在不同的通 信系统中工作的无线通信设备(WCD)来快速检测UMA服务，该不 同的通信系统例如，诸如GSM的蜂窝通信网络，和诸如802.11、SIP 协议、IMS协议的宽带WLAN，以及相应的方法。

背景技术

混合无线蜂窝通信设备(WCD)既能在蜂窝网络中又能在宽带无 线网络中进行通信，该宽带无线网络比如，基于802.11协议或者基于 WLAN的网络。由于WCD物理地移动和/或由于复杂的物理环境中微 小的变化而引起的衰落信道的改变，所以WCD支持特殊的具有逻辑决 策能力的装置，该逻辑决策能力决定如何选择小区和/或网络。一般地， 混合WCD可检测并选择一个网络或另一个网络，或者二者。

宽带无线通信协议支持用于检测一个或多个工作频段和接入点的 无线资源管理技术。然而，蜂窝系统，例如全球移动通信系统(GSM)， 与替代的无线接入接口(alternate radio access interfaces)不同，该替代 的无线接入接口例如，像802.11的标准化WLAN或者其他无线技术， 其能够满足在非授权频谱上工作的需要。无线行为的不同主要源于以 下各项的不同：工作带宽，对非授权工作的功率限制，设计为处理不 同的主要流量类型的媒体接入控制(MAC)协议(基于预留的或基于 竞争的)，工作的频率范围，以及因此，在无线传播特征和用于授权/ 非授权工作的接口环境的不同。

当双模WCD从其与GSM网络的移动交换中心(MSC)进行通信 的小区移动到另一个以UMA网络为首选网络的小区时，该WCD工作 在UMA首选模式(preferred mode)。该WCD将试图切换到工作在非 授权IP频谱上的非授权网络控制器(UNC)。当一WCD工作在UMA 首选模式时，上电之后，该WCD扫描UMA网络中的接入点。根据一 些规范，当WCD工作在UMA首选模式时，该WCD应该能够在进入 UMA网络之后一个很短的时间内(比如，15秒)发现或检测到该UMA 网络的接入点，并在检测到接入点之后另一个很短的时间内(比如， 15到30秒)与该UMA网络相联接。

根据一种方法，WCD连续地扫描接入点以发现其首选网络。WCD 的主机基带处理器每隔预定扫描间隔就醒来(wake up)以连续地扫描 接入点。在启动扫描之后，主机基带处理器进入睡眠(go to sleep)， 直到在下一个扫描间隔该主机处理器再次醒来进行扫描。如果检测到 接入点，就将扫描结果返回到该基带处理器。然而，由于WiFi接入点 很普遍，在如此短的时间间隔(比如，每15-20秒)执行完整的扫描过 程在很多情况下可能不必要地唤醒该主机的基带处理器，去为可能对 联接(association)不可用的接入点而处理扫描信息。这两个处理器模 块及其相关联的软件模块被在每一个扫描间隔唤醒或激活。这就需要 在主机基带处理器的不同子模块之间的很多命令和大量通信，从而导 致在不同模块之间传送的大量通信开销。采用该方法去检测UMA网络 内的接入点会消耗大量的电流和电池能量。

本发明的不同方面、特征和优点，对于具有普通技术的本领域人 员而言，结合下述的具体实施例和附图，将变得更加明白。

附图说明

图1是包括蜂窝和宽带无线系统的示例性无线通信网络；

图2表示了混合无线通信设备的示例性结构；

图3是表示无线通信设备(WCD)的组成和模块的框图；

图4是表示用图3所示的WCD扫描接入点的方法的流程图；

图5是当WCD工作在GSM工作模式时在UMA网络中基带处理 器和WLAN处理器的框图；以及

图6是当WCD工作在UMA模式时在UMA网络中基带处理器和 WLAN处理器之间消息流的框图。

具体实施方式

以下说明的方面涉及用于优化WLAN硬件的使用以及减少典型地 与连续WLAN扫描协议相关的开销。相对于“连续”扫描，提出了“专 用(private)”扫描技术，其仅激活WLAN芯片组的WLAN固件以执 行基于SSID或BSSID的更精确的或者低功率的扫描。该低功率扫描 技术更精确更快，因为其在每一个扫描间隔(比如，大约每30秒)仅 对需要扫描的固定数量的信道(比如11或13信道)进行扫描。另外， 基带处理器的其它软件模块保持深度睡眠模式(DSM)(deep sleep mode)并且在该低功率扫描技术期间不被激活。这样，由于这些模块 不需要被激活从而不会消耗电流资源，可以节省大量的电池能量。

当在第一次尝试时没有检测到AP时，基带处理器中的所有模块 都进入“深度睡眠”模式。此时，只有该WLAN设备，特别是WLAN IC硬件/固件被激活，其被通知或被触发以开始周期性间隔(比如，每 25到30秒)的扫描。

在一个实施例中，该基带处理器发送需要被扫描的AP的SSID和 BSSID用户首选列表。这使得该WCD进入首选模式，允许用户选择特 定的AP(BSSID)。该信息被传送到该WLAN设备。接着，基带处理 器中的所有其它模块都进入深度睡眠模式，并且保持深度睡眠模式直 到首选网络(由用户选择的)的BSSID在WLAN扫描中被检测到或者 被匹配到。重要地，在“低功率”扫描中激活的唯一模块是WLAN固 件，并且只需要单一的命令去启动该低功率扫描技术。一旦WLAN扫 描结果被返回，一旦首选网络(由用户选择的)的BSSID被匹配到， 就触发一个GPIO(通用输入/输出)，其激活或“唤醒”主机基带处理 器并使得主机基带处理器得知其必须发送适当的扫描命令。

图1表示混合无线通信设备102工作在无线通信网络100中，该 网络包括通常不同的第一和第二通信系统。所示的第一系统是蜂窝无 线网络或系统，例如，全球移动通信系统(GSM)，其包括耦合到多 个基站收发信台(BTS)112和一个移动交换中心(MSC)114的基站 控制器(BSC)110，移动交换中心将BSC连接到公共交换电话网络 (PSTN)116。所示的蜂窝通信系统通过本领域普通技术人员熟知的基 础设施耦合到数据网络，例如，通用分组无线业务(GPRS)或者其他 一些分组/公共交换数据(PSDN)118网络。所示的蜂窝通信系统也可 以耦合到其他实体和基础设施，例如，没有示出但为本领域普通技术 人员所熟知的的消息和/或在网状态服务器(presence server)。在其他 实施例中，该蜂窝通信网络可以是一些其他协议的网络，例如，CDMA 网络或第3代(3G)W-CDMA网络，或2G与3G结合的网络，以及 其他。

在图1中，所示第二系统是宽带无线通信网络，例如，无线局域 网(WLAN)120。可替换地，该宽带无线通信网络可以是Canopy或 者其他固定无线网络。该宽带无线网络可以是私有的或标准的协议， 例如，802.11协议网络或其他一些满足在非授权频谱上工作需要的无 线技术。在其他实施例中，更一般地，该第二系统可以是其他一些网 络，其一般地与该蜂窝网络相隔离。

图2示出了无线通信设备结构200的一部分，包括监控实体210， 用于管理无线信号测量和通信系统选择逻辑电路。所示结构包括耦合 到WLAN无线接口222的WLAN无线资源管理器220，和耦合到蜂窝 无线接口232的蜂窝无线资源管理器230，该无线接口232将是WLAN URR。该无线资源管理器220和230传送信号测量值到管理实体210， 且该管理实体基于信号测量信息来控制第一和第二无线系统的选择和 监控，以下将作进一步讨论。在其他实施例，该无线资源管理和接口 实体可以与所示实施例不同。图3显示了无线通信设备(WCD)150 的元件和模块的框图。WCD 150包括基带处理器(BP)10，WLAN处 理器(WP)100，WLAN固件模块110和WLAN RF模块120。WCD150 包括两个主要的处理器模块，分别是基带处理器(BP)10和WLAN处 理器(WP)100，以及其相关联的软件模块，该软件模块涉及在WLAN 中扫描接入点，例如，当发起VoIP呼叫时。

基带处理器(BP)10生成包括首选网络列表(PNL)的数据下载 命令(DDC)，和专用扫描命令(PSC)。该首选网络列表(PNL)定 义首选标识符(SSID/BSSID)的列表并且确定用于WLAN处理器(WP) 100的扫描标准。当该基带处理器(BP)10进入深度睡眠模式时，基 带处理器(BP)10生成专用扫描命令(PSC)。在深度睡眠模式下， 降低该处理器中心频率以减少电流消耗，这是因为该处理器只需要保 持其状态而不用处理任何应用。基带处理器(BP)10也可以生成配置 唤醒命令(CWUC)，其定义了何时WLAN处理器(WP)100应该生 成唤醒命令(WUC)并发送到基带处理器(BP)10以将其从DSM中 唤醒的条件。在一个实施例中，该配置唤醒命令(CWUC)规定了当 检测到的标识符(SSID/BSSID)之一与首选标识符(SSID/BSSID)之 一相匹配时就唤醒基带处理器(BP)10。

WLAN处理器(WP)100从基带处理器(BP)10接收数据下载 命令(DDC)和专用扫描命令(PSC)。专用扫描命令(PSC)将基 带处理器(BP)10将进入深度睡眠模式通知给WLAN处理器(WP) 100，并且触发WLAN处理器(WP)100独立地开始周期性地扫描多 个信道。在一个实施例中，WLAN处理器(WP)100，响应于专用扫 描命令(PSC)，开始以已定义的扫描间隔而周期性地为每一个首选标 识符(SSID/BSSID)扫描多个信道。在已定义扫描间隔之间的间隔期 间，基带处理器(BP)10进入低功率模式(LPM)。在低功率模式 下，WLAN处理器发送对每个SSID的主动探查(active probe)并且处理 一些数据，例如，仅为那些占用小于20msec每信道的数据。之后处 理器进入睡眠，可以比喻为被动扫描，其中WLAN接收器将会为每一 个信道为整个100msec信标周期(beacon period)而处于开启的状态。 当WLAN处理器(WP)100检测到标识符(SSID/BSSID)，其就比较 每一个检测到的标识符(SSID/BSSID)与列表的首选标识符 (SSID/BSSID)，从而判断检测到的标识符(SSID/BSSID)是否与列 表的首选标识符(SSID/BSSID)中的一个相匹配。WLAN处理器(WP) 100忽略或者丢弃那些与首选标识符不匹配的检测到的标识符 (SSID/BSSID)。

使用配置唤醒命令(CWUC)(configure wake-up command)标准， WLAN处理器(WP)100得知什么时候其应该生成要发送给基带处理 器(BP)10的唤醒命令(WUC)。例如，如果WLAN处理器(WP) 100发现检测到的标识符(SSID/BSSID)中的一个和首选标识符 (SSID/BSSID)中的一个相匹配，则WLAN处理器(WP)100就生成 并发送唤醒命令(WUC)到基带处理器(BP)10。

图4表示的是利用图3所示的WCD扫描接入点的方法的流程图。

在步骤S42，数据下载命令(DDC)，专用扫描命令(PSC)，和 可选的配置唤醒命令(CWUC)被从基带处理器(BP)10发送到WLAN 处理器(WP)100。在步骤S44，基带处理器(BP)10进入深度睡眠 模式(DSM)并将基带处理器(BP)10将进入深度睡眠模式(DSM) 通知给WLAN处理器(WP)100。在步骤S46，WLAN处理器(WP) 100独立地开始以已定义的扫描间隔而周期性地为每一个首选标识符 (SSID/BSSID)扫描多个信道，而不用等待来自基带处理器(BP)10 的第二扫描命令。在已定义的扫描间隔之间的间隔期间，基带处理器 (BP)10进入低功率模式(LPM)。在步骤S48，WLAN处理器(WP) 100检测标识符(SSID/BSSID)。在步骤S50，WLAN处理器(WP) 100比较每一个检测到的标识符(SSID/BSSID)与首选标识符 (SSID/BSSID)，以确定是否检测到的标识符(SSID/BSSID)中的一 个与首选标识符(SSID/BSSID)中的一个相匹配。在步骤S52，与首 选标识符(SSID/BSSID)不匹配的检测到的标识符(SSID/BSSID)被 忽略。在步骤S54，如果WLAN处理器(WP)100发现检测到的标识 符(SSID/BSSID)中的一个与首选标识符(SSID/BSSID)中的一个相 匹配，就发送唤醒命令(WUC)到基带处理器(BP)10以唤醒基带处 理器(BP)10。

图5是表示基带处理器(BP)10和WLAN处理器(WP)100， 以及当WCD工作在GSM首选工作模式(GSM preferred mode of operation)或者GSM唯一工作模式(GSM only mode of operation)时 在UMA网络中在基带处理器(BP)10和WLAN处理器(WP)100 的不同元件和模块之间的消息流的实施例。

图5的WCD包括UMA无线资源控制器(URR)10，用户接口(UI) /硬件(HW)按钮20，无线服务提供商(WSP)30，无线功率管理模 块(WPrM)40，无线连接管理模块(WCM)50，无线局域网(WLAN) 驱动模块60，UMA应用客户(UAC)70，深度睡眠模块(DSM)80， 以及WLAN功率管理驱动模块(WPrM Driver/API)90。无线资源控制 器(URR)10的一部分在基带处理器(BP)10中共享，但是所有其它 模块40-90是WLAN处理器(WP)100的一部分。通常，当执行“连 续”扫描时，图5中的所有模块都需要在每一次扫描发生时被唤醒。

无线资源控制器(URR)10，除其他功能外，还控制GSM或者 WiFi切换，也确定WCD应该处于GSM模式还是WiFi模式。无线资 源控制器(URR)10还生成数据下载命令(DDC)，专用扫描命令(PSC)， 以及可选的配置唤醒命令(CWUC)。这些命令或者“应用程序接口 (API)”可以由应用处理器使用以执行“专用”扫描，其在WLAN处 理器100中不依赖于主机交互(host interaction)。在本说明书中，术 语“命令”，“API”和Ioctl可以相互交换使用，其代表用于在两个 软件模块之间进行通信的协议。下述的API命令仅仅是举例形式，也 可以采用其他的可选形式。

当基带处理器10进入深度睡眠模式，“专用扫描”命令被发送到 WLAN处理器100的固件，以通知WLAN处理器100基带处理器10 将进入深度睡眠模式，以及WLAN处理器100应该以预定的或者用户 定义的扫描间隔自动地且独立地开始对预定数量(比如，11或13)的 信道进行专用扫描，而不用等待来自主机基带处理器10的扫描命令。 换句话说，WLAN处理器100应该开始不依赖于主机处理器10的扫描。 专用扫描命令可以具有如下形式：

CmdCode UNIT16CMD_802_11_Priv_Scan

Action UNIT 16WLAN start private scan at interval TSCAN

TSCAN UNIT 16timing of automatic interval set to TSCAN in sec

这里，字段TSCAN允许用户设置扫描间隔。在扫描间隔之间， 整个芯片组应该进入低功率模式。在低功率模式，WLAN处理器100 扫描预定数量(比如，11或13)的信道，然后进入IEEE的Psave模 式。待扫描信道的数量取决于WLAN或者UMA网络的类型。例如， 在北美或欧洲或WLAN遵从802.11(b)和802.11(g)WLAN标准的其他 地方，信道的数量为11，但是在遵从日本的WLAN标准的WLAN中， 信道的数量为13。

“数据下载”命令包括用户选择的，对应于首选网络列表的首选 SSID/BSSID信息，并且确定由WLAN处理器100使用的扫描标准。 该首选网络列表可以是来自主机的一系列首选网络。数据下载命令可 以具有如下形式：

CmdCode UNIT 16 CMD_802_11_Pref_Network

Data SSID UNIT96 Host sends upto 6 network SSID/BSSID

为了响应专用扫描命令，WLAN处理器100为其检测到的每一个 SSID/BSSID扫描11个信道，WLAN处理器100比较其检测到的每个 SSID/BSSID和用户选择的首选SSID/BSSID信息。典型地，多数检测 到的SSID/BSSID不会出现在首选列表中，并且它们将被WLAN处理 器100忽略。然而，如果WLAN处理器100发现在检测到的SSID/BSSID 和首选的SSID/BSSID之一存在匹配，则WLAN处理器100唤醒主机 基带处理器10。在上述的形式中，例如，如果任意首选网络，比如数 据SSID，与专用扫描命令的结果相匹配，则WLAN处理器100就设置 主机唤醒标准为真。

“主机唤醒配置”命令典型地定义了规定主机基带处理器10何时 应被唤醒时的标准。在本实施例中，“主机唤醒配置”命令被修改为 规定当唤醒主机数据SSID与专用扫描命令相匹配时主机基带处理器 10应被唤醒。可选地，本实施例的功能可以是执行相似功能的新命令。 例如，可以采用如下形式执行该命令：

CmdCode UNIT 16 CMD_802_11_Host_Wakeup

Criteria UNIT 16 Criteria to wakeup host

Additional Criteria

*Wakeup Host if DataSSID matches Private Scan Command

无线功率管理模块(WPrM)40和WLAN功率管理驱动模块(WPrM Driver/API)90互相协作以作出WLAN功率管理决策。无线连接管理 模块(WCM)50连接到所有音频编解码器和语音应用。WLAN驱动模 块60提供连接到基带处理器的接口。

无线服务提供商(WSP)30接收用户所选择的首选网络，并基于 用户的输入而决定WCD 150是否需要切换或开始扫描。一旦基带处理 器10进入DSM，无线服务提供商(WSP)30就使用数据下载命令从 主机基带处理器10到WLAN处理器100传递首选网络扫描信息，以及 对WLAN芯片组的主机唤醒配置命令，从而仅在WLAN芯片组检测到 首选网络(SSID/BSSID)和应该切换到VoIP网络时唤醒基带处理器。

WLAN驱动器60连接到WLAN固件模块110，该固件模块110 连接到WLAN RF模块120。固件模块110和WLAN RF模块120存在 于WLAN处理器100中。在WLAN固件模块110中进行主机独立扫描， 该固件模块110还确定扫描到的SSID是否是来自匹配于首选列表中 SSID的一个。

示例性WCD扫描技术

下面的示例性WCD扫描技术描述了WCD工作的四个用户可选模 式。这四个模式分别是GSM唯一模式(GSM only mode)，GSM首选 模式(GSM preferred mode)，UMA首选模式和UMA唯一模式。在 GSM唯一模式，WCD扫描GSM网络，而不需要UMA网络。在GSM 首选模式，上电之后，WCD扫描GSM网络，并且如果它找不到GSM 网络，就会扫描UMA网络。在UMA首选模式，上电之后，WCD扫 描UMA网络的接入点，并且如果它找不到UMA网络，就会扫描GSM 网络。在UMA唯一模式，WCD只扫描与UMA网络相关联的接入点。

在以下说明中，讨论两个示例性WCD扫描技术。一个示例性WCD 扫描技术应用于WCD工作在GSM首选模式或者GSM唯一模式的情 况。另一个示例性WCD扫描技术应用于WCD工作在UMA首选模式 或者UMA唯一模式的情况。

GSM首选和GSM唯一模式

当WCD在GSM环境中且没有UMA服务可用时，下述内容可作 为用于WLAN情形的标准。在GSM首选和GSM唯一模式，WLAN芯 片组100将处于深度睡眠模式并且不支持自动地被动或主动扫描 WLAN/UMA网络。在任一模式中，如果用户想要扫描WLAN/UMA网 络，该用户手动地按下WLAN按钮(硬件(HW)按钮20)或者通过 用户接口(UI)20来选择扫描选项。

在步骤S1，用户接口(UI)20模块将发送SCAN命令到无线服 务提供商(WSP)30以及无线资源控制器(URR)10。在步骤S2，无 线服务提供商(WSP)30从无线功率管理模块(WPrM)40到无线连 接管理模块(WCM)50到无线本地区域网络(WLAN)驱动模块60 发送请求。在步骤S3，基带处理器的驱动器发送“DEEPSLEEP Exit” ioctl，通过SD接口通过上电中断/命令去唤醒WLAN设备，或者其可 以通过GPI21 Host_Wake_WLAN发送中断/命令去唤醒WLAN固件。 在步骤S4，当WLAN固件接收到该中断，其就发送主机唤醒事件到基 带处理器。在步骤S5，基带处理器通过发送唤醒确认来响应主机唤醒。 在步骤S6，无线局域网(WLAN)驱动模块60向无线服务提供商(WSP) 30返回扫描结果，在无线服务提供商处进行扫描结果的比较。UAC70 向无线服务提供商(WSP)30提供联接门限(association threshold)。

在步骤S7，一旦满足策略并且基于扫描结果SNR/链路质量满足 门限需求，就从DSM到无线服务提供商(WSP)30启动连接请求。在 步骤S8，无线服务提供商(WSP)30以“连接确认”响应来回应DSM。 在步骤S9A，如果在扫描了预定次数(比如，三次)之后，扫描命令 没有返回无线服务提供商(WSP)30中的比较策略所需要的满意结果， 则无线局域网(WLAN)驱动模块60就发送“DEEPSLEEP Enter”ioctl/ 命令，并且WLAN固件将WLAN硬件置于深度睡眠模式直到用户通过 用户接口(UI)/硬件(HW)按钮20再次将其唤醒。在此模式下电池 寿命由GSM通话时间以及GSM待机时间决定，除非GSM的覆盖太差 以至于用户被迫使用UMA。

UMA首选和UMA唯一模式

图6显示了基带处理器(BP)和WLAN处理器(WP)，以及当 WCD工作在UMA首选模式或者UMA唯一模式时在UMA网络中基带 处理器(BP)和WLAN处理器(WP)的不同元件和模块之间的消息 流的实施例的框图。图6所示的WCD包括相同的模块和相似的相互连 接。此外，参考图5的上述步骤S1-S8同样可以应用在图6中。为了简 明，不再重复图5和步骤S1-S8的描述。

在图6中，在步骤S9B，如果在扫描了预定次数(比如，三次) 之后，扫描命令没有返回WSP中的比较策略所要求的满意结果，则无 线局域网(WLAN)驱动模块60就发送“WLAN_Priv_Scan”ioctl/命 令，以及首选网络命令，基于这些命令，WLAN处理器100在预定时 间(比如30秒)之后进行扫描，而不需要任何主机的支持。在步骤S10， 基带处理器10可以在其发送了用于基带处理器10的唤醒标准之后进 入睡眠。在步骤S11，如果WLAN处理器100在扫描期间的任何时间 与首选网络相匹配，则用于基带处理器10的唤醒标准被设置为“真”， 且WLAN处理器1001唤醒基带处理器10以开始联接和鉴权。在此模 式下，电池寿命取决于扫描间隔(比如，30秒)，但是如果GSM覆盖 好的话用户可能想要降低扫描频率(比如，每5-10分钟)。

这样，根据本发明的一个方面，提出了用于对双模WCD首选 BSSID的主机独立扫描的技术。扫描功能可以从主基带处理器转移到 辅助WiFi处理器。提出了API，其允许首选网络的专用扫描，而无需 打扰WCD的应用处理器，否则该应用处理器会额外消耗大量电流。提 出了附加的或增强的软件命令，主机处理器基于先前的主机唤醒标准 的知识和主机首选WLAN网络，可以发送该命令去启动主机独立扫描。 一个示例性命令基于扫描时间间隔和从WiFi接入点收到的SSID信息， 启动周期性的WiFi扫描，而无需唤醒基带处理器。主机可以保存多个 配置文件(profile)，并且基于该信息，如果WLAN检测到首选的配 置文件，其将只唤醒主机。因此，如果WCD没有进入UMA首选网络 配置文件，则WCD可以允许主机处理器进入深度睡眠模式，在该深度 睡眠模式下主机处理器被无效从而节省并帮助充分利用了电池寿命。 与之相比，如果WCD进入了UMA首选网络配置文件，则WCD将检 测它并试图与之相联接，因为WLAN芯片组将进行低功率背景扫描。

虽然以发明人建立财产和使得本领域普通技术人员可构造并使用 本发明的方式而描述了本公开以及它的目前被认为是最好的模式，但 是应该了解和明白的是，有许多这里所公开的示例性实施例的等同物， 以及那些在不偏离本发明范围和精神之下可进行的修改和变化，本发 明的范围和精神不被示例性实施例所限制，而是被所附的权利要求所 限制。