WIMAX网络和其它网络之间的互通和切换

摘要

本申请描述了用于管理WiMAX和其它网络间的切换的技术。

说明书

背景技术

在WiMAX网络和其它网络之间进行互通以及执行切换的技术可以得到应用。

附图说明

参考附图来描述以下具体实施方式，在附图中：

图1A是根据实施例的WiMAX网络中的数据通路的示意图。

图1B是根据实施例的在WiMAX网络和GPRS/UMTS网络间的切换过程的示意图。

图1C是根据实施例的GPRS/UMTS网络中的数据通路的示意图。

图2是根据实施例的在WiMAX网络和GPRS/UMTS网络间的切换过程的示意图。

图3-7是根据实施例的在WiMAX网络和GPRS/UMTS网络间的互通过程的示意图。

具体实施方式

本申请中所描述的内容是用于在WiMAX网络和其它网络之间执行切换和互通操作的示例性系统和方法。在下面的详细描述中，给出了大量的具体细节以便提供对各种实施例的全面理解。然而，本领域技术人员应当理解的是，可以在不具有这些具体细节的情况下实现各种实施例。在其它例子中，为了不使特定的实施例变得模糊，没有详细示出或描述熟知的方法、过程、组件和电路。

在一些实施例中，提供了一种管理WiMAX网络和GPRS/UMTS网络间的切换操作的方法。图1A是根据实施例的WiMAX网络中的数据通路的示意图。参考图1A，在移动台(MS)、基站(BS)、源接入服务网络网关(ASN-GW)和网关GPRS支持节点(GGSN)之间存在数据通路。GGSN可以耦合到HSS归属位置寄存器(HSS/HLR)。

图1B是根据实施例的在WiMAX网络和GPRS/UMTS网络间的切换过程的示意图。参考图1B，MS向源BS发送MOB_MSHO-REQ以指示其想要发起切换。在这个消息中可以包括目标无线网络控制器(RNC)和/或节点B标识符。

如果源BS同意触发针对MS的切换，则源BS向源ASN-GW发送HO请求以指示针对该MS的切换。接收到HO请求之后，源ASN-GW向目标服务GPRS支持节点(SGSN)发送转发重定位请求。该请求包括目标SGSN为该MS建立传输承载所需要的必需信息。为了数据完整性的目的，可以在该请求中包括PDU信息。

目标SGSN向目标RNC发送重定位请求，其中该请求包括从源ASN-GW获得的一些或全部上下文。根据目标SGSN和目标RNC所接收的上下文，建立接入链路控制应用协议(ALCAP)lu数据传输承载。然后目标RNC向目标节点B发送无线链路建立请求，从而请求准备无线链路资源分配。然后目标节点B使用无线链路建立响应来对目标RNC进行回复。

根据目标RNC和目标节点B所接收的上下文，在目标RNC和节点B之间建立ALCAP Iub数据传输承载。目标RNC向目标SGSN发送重定位请求确认。目标SGSN向源ASN-GW发送转发重定位响应。源ASN-GW向源BS发送HO响应。

如果数据缓存在源BS中，则源BS会向源ASN-GW转发数据，然后该ASN-GW向目标SGSN转发该数据，然后向目标RNC转发。如果数据缓存在源ASN-GW中，则该ASN-GW可以直接向目标SGSN转发数据，然后向目标RNC转发。然后源BS向MS发送MOB_BSHO-RSP，并且MS向源BS发送MOB_HO-IND，其中MOB_HO-IND包括MS想要切换至的目标RNC和节点B的标识符。

然后源BS向源ASN-GW发送HO证实，其中该确证实指出目标RNC和节点B的标识符。源ASN-GW向目标SGSN发送转发SRNS上下文。这个过程的目的是：向目标RNC传送源ASN上下文并将服务ASN的职责移到目标RNC。该上下文可以包括上行链路和下行链路方向的下一PDU序列号。服务ASN-GW会将GRE PDU序列号映射为GTP PDU序列号。

当从源ASN-GW接收到上下文时，安全功能会工作以验证MS是有效的还是无效的，并且如果安全功能没有正确地认证MS，则切换过程失败。成功地执行安全功能之后，目标SGSN向源ASN-GW回复转发SRNS上下文确认，以证实已经接收到SRNS上下文并且已经验证MS为有效的。

目标SGSN向目标RNC发送转发SRNS上下文。目标SGSN可以分别在上行链路和下行链路方向上将GTP PDU序列号映射为PDCP PDU序列号。目标节点B检测MS。目标节点B向目标RNC发送无线链路恢复指示。目标RNC向目标SGSN发送重定位检测，该重定位检测指出目标RNC已经检测到MS。

当MS对自身进行重新配置时，其向目标SRNC发送RRC消息(例如，物理信道重新配置完成消息)。当目标SRNC接收到合适的RRC消息(例如，在UTRAN情形中的物理信道重新配置完成消息或无线承载释放完成消息，或者切换至UTRAN完成消息或在GERAN情形中的切换完成消息)时，即通过无线协议与MS成功交换新SRNC-ID+S-RNTI，目标SRNC会通过向新SGSN发送重定位完成消息来发起重定位完成过程。重定位完成过程的目的是：由目标SRNC指示SRNS到CN的重定位的完成。目标SGSN向源ASN-GW发送转发重定位完成，以告知源ASN-GW在目标网络中完成了重定位。

源ASN-GW向源BS发送切换完成，然后注销源BS和ASW-GW之间的数据通路。数据通路的注销过程可以由源BS或ASN-GW来发起。目标SGSN通过GGSN来更新PDP上下文。GGSN更新其PDP上下文字段，并返回更新PDP上下文响应消息。图1C是根据实施例的GPRS/UMTS网络中的数据通路的示意图。

在一些实施例中，所述系统实现路由区域(RA)更新过程。当MS已经切换到新3GPP网络时，MS向目标SGSN发送路由区域更新请求，以请求路由区域更新。为了更新路由区域信息，目标SGSN向HSS/HLR发送更新位置，其中该更新位置包括该MS的当前路由区域信息。HSS/HLR识别出最新的区域信息指向了AAA服务器，所以HSS/HLR会向AAA服务器发送取消位置。接收到取消位置之后，AAA服务器可以删除已存储的MS会话信息，然后使用取消位置Ack进行回复。

HSS/HLR向新SGSN发送插入用户数据，以告知新SGSN与用户相关的数据，并且SGSN使用插入用户数据Ack进行回复。HSS/HLR使用更新位置Ack来响应更新位置。如果MS在模式Ⅰ或类别A中，则SGSN会向MSC/VLR发送位置更新请求。当接收到位置更新请求时，MSC/VLR可以向HSS/HLR发送更新位置。

然后HSS/HLR通过使用插入用户数据来向MSC/VLR发送用户数据，并且MSC/VLR使用插入用户数据Ack进行响应。将用户数据插入到MSC/VLR中之后，HSS/HLR向MSC/VLR发送更新位置Ack。接收到更新位置Ack之后，MSC/VLR向SGSN发送位置更新接受，然后SGSN向MS发送路由区域更新接受。接收到路由区域更新接受之后，MS使用路由区域更新完成来对SGSN进行响应。

图2是根据实施例的在WiMAX网络和GPRS/UMTS网络间的切换过程的示意图。参考图2，源SRNC根据测量结果和RAN拓扑知识来确定发起硬切换和SRNS重定位的组合。源RNC向源SGSN发送需要重定位以请求重定位。源SGSN根据目标ID来确定SRNS重定位是SGSN内的SRNS重定位还是SGSN间的SRSN重定位。在SGSN间的SRNS重定位的情况下，源SGSN通过向目标ASN-GW发送转发重定位请求消息来发起重定位资源分配过程。

目标ASN-GW向目标BS发送切换请求，以询问BS其是否可以允许MS接入。目标BS使用切换响应来对目标ASN-GW进行回复。目标ASN-GW向源SGSN发送包括来自目标BS的上下文的转发重定位响应。源SGSN向源RNC发送重定位命令，其中该命令指示目标BS可以接受MS。

为了数据完整性的目的，源RNC会向源SGSN转发数据，然后SGSN向目标ASN-GW转发数据。源RNC向MS发送指示切换的RRC消息(例如，UTRAN情形下的物理信道重配置、或者从UTRAN切换、或者GERANIu模式情形下的切换命令)。源RNC向源SGSN发送转发SRNS上下文。针对每一个有关的RAB发送SRNS上下文，并且SRNS上下文包含接下来将在上行链路和下行链路方向上被发送的GTP PDU的序列号以及已经用于从MS发送和接收数据的下一PDCP序列号。源SGSN向目标ASN-GW转发SRNS上下文，其中该SRNS上下文包括从源RNC接收的上下文。

当从源SGSN接收到SRNS上下文时，目标ASN-GW使用转发SRNS上下文确认进行回复。目标ASN-GW向目标BS发送HO证实，该HO证实指示MS将在此进行切换。HO证实之后，可以建立ASN-GW和BS之间的数据通路。MS向目标BS发送RNG-REQ以请求进入网络。目标BS向目标ASN-GW请求AK上下文。如果目标ASN-GW不能提供或导出MS的AK上下文，则目标ASN-GW会与AAA服务器联系以获得根键(Root key)及其使用期限，如果AAA服务器不能提供根键，则AAA服务器可以与HSS/HLR联系以获得键资料。AAA服务器向目标ASN-GW发送接入-接受，然后目标ASN-GW导出相关的安全性上下文并向目标BS发送AK上下文。

在得到安全性上下文并验证MS有效之后，目标BS会向MS发送RNG-RSP。可以在此建立BS和ASN-GW之间的数据通路。BS向ASN-GW发送切换完成。ASN-GW向源SGSN发送转发重定位完成，并且源SGSN使用转发重定位完成确认进行响应。SGSN向源RNC发送Iu释放命令并释放Iu接口，然后源RNC使用Iu释放完成进行回复。

在接收到转发重定位完成确认之后，ASN-GW向GGSN发送更新PDP上下文请求，并且GGSN会更新MS的PDP上下文，然后使用更新PDP上下文响应进行响应。可以有两种不同的位置更新过程，一种是经由AAA服务器，另一种是直接向HSS/HLR发送更新位置。关于第一种方法，对于ASN-GW来说不需要实现MAP。

在一些实施例中，所述系统可以实现位置更新。例如，目标ASN-GW经由AAA服务器向HSS/HLR发送更新位置。当识别出MS已经附着到新接入网(这可以通过读取ASN-GW的标识符来完成)时，HSS/HLR向源SGSN发送取消位置，然后SGSN可以删除该MS的相关会话的上下文并使用取消位置Ack进行回复。接收到取消位置Ack之后，HSS/HLR会经由AAA服务器向新ASN-GW插入用户数据，这可以通过使用插入用户数据和插入用户数据Ack来实现。

向新ASN-GW插入用户数据之后，HSS/HLR会使用更新位置Ack经由AAA服务器进行响应。如果MS处于3GPP网络中的模式Ⅰ或类别A，则HSS/HLR还会向MSC/VLR发送取消位置，并且MSC/VLR可以删除MS的相关会话的上下文，然后使用取消位置Ack进行回复。

在位置更新例程的另一个例子中，目标ASN-GW向HSS/HLR发送更新位置。当识别出MS已经附着到新接入网(这可以通过读取ASN-GW的标识符来完成)时，HSS/HLR向源SGSN发送取消位置，然后SGSN可以删除该MS的相关会话的上下文并使用取消位置Ack进行回复。接收到取消位置Ack之后，HSS/HLR会向新ASN-GW插入用户数据，这可以通过使用插入用户数据和插入用户数据Ack来实现。向新ASN-GW插入用户数据之后，HSS/HLR会使用更新位置Ack进行响应。

如果MS处于3GPP网络中的模式Ⅰ或类别A，则HSS/HLR还会向MSC/VLR发送取消位置，并且MSC/VLR可以删除MS的相关会话的上下文，然后使用取消位置Ack进行回复。

在另一个实现中，所述系统提供在WiMAX网络和其它网络之间执行互通的技术。图3-7是根据实施例的在WiMAX网络和GPRS/UMTS网络间的互通过程的示意图。

参考图3，最初，MS在空中接口中与BS进行附着，以执行时间、功率、频率同步等。经由AAA服务器和ASN-GW上的AAA客户端在MS和HSS之间发生认证。如果是漫游的情况，则在受访CSN中会有AAA代理并且AAA服务器会在归属CSN中。如果成功完成了认证，则AAA服务器会通知受访CSN，然后受访CSN将MS被授权通知给ASN。同时，将用户信息发送给ASN。为了传送DHCP和MIP消息，在BS和ASN-GW之间布置初始服务流，并且发生DHCP和MIP过程。

如果在ASN-GW中具有DHCP代理服务器(Proxy)，则在MS和ASN-GW之间会发生DHCP过程。如果在ASN-GW中具有DHCP代理客户端(Agent)，则在MS、ASN-GW和DHCP服务器间会发生DHCP过程。如果是客户端MIPv4情况，则在MS、ASN-GW和PDN-GW间会发生MIP过程。如果是代理服务器MIPv4情况，则在ASN-GW和PDN-GW之间会发生MIP过程。如果是代理服务器MIPv6情况，则在ASN-GW和PDN-GW之间会发生MIP过程。MIP成功注册之后，在ASN-GW和PDN-GW之间就存在了MIP隧道。MIP注册之后，在MS、BS、ASN-GW、PDF和RCRF之间会发生预先配置的服务流过程。如果是漫游的情况，则在受访CSN中会具有V-PCRF。

图4是用于在WiMAX网络和SAE网络之间执行切换的准备阶段中的操作的示意图。在切换发生之前，会在MS、源BS、源ASN-GW和PDN-GW间传送上行链路和下行链路有效载荷PDU。

在图4中所示出的实施例中，MS向源BS发送指示切换的MOB_MSHO-REQ。可以包括候选目标eNodeB的列表。源BS向源ASN-GW发送切换请求，其中该切换请求包括其想要切换至的目标eNodeB的标识符的列表。可以在这个消息中包括MS的功率、频率、时间和能力信息。源ASN-GW询问每一个目标eNodeB的位置并找到目标MME，然后源ASN-GW向每一个目标MME发送指示切换准备的转发重定位请求。可以在这个消息中包括MS的功率、频率、时间和能力信息。

然后目标MME向目标eNodeB发送指示切换准备的重定位请求。可以在这个消息中包括MS的功率、频率、时间和能力信息。目标eNodeB将其本身的能力与MS的信息进行比较，并确定MS是否可以切换到它。如果目标eNodeB可以接受MS，则目标eNodeB就向目标MME发送包括其频率、时间和能力信息的重定位请求Ack。目标MME向源ASN-GW发送转发重定位响应。可以包括目标eNodeB的频率、时间和能力信息。源ASN-GW从每个目标eNodeB收集响应，并向源BS发送切换响应。可以包括目标eNodeB的频率、时间和能力信息。最后，源BS确定向MS发送候选eNodeB的列表，其中该列表包括候选eNodeB的能力信息。

图5是根据实施例的切换阶段的示意图。参考图5，最初，MS确定其想要切换至的目标eNodeB，然后向源BS发送包括目标eNodeB标识符的MOB_HO-IND。然后源BS向源ASN-GW发送切换请求，其中该切换请求包括目标eNodeB的标识符以及源BS上的MS上下文。可以在源ASN和目标eNodeB之间发生数据转发。

源ASN-GW向目标MME发送包括MS上下文的转发SRNS上下文。目标MME向目标eNodeB发送包括MS上下文的转发SRNS上下文。目标eNodeB使用转发SRNS上下文Ack来回复目标MME。

目标MME使用转发SRNS上下文Ack来回复源ASN-GW。MS附着到目标eNodeB。

在目标eNodeB接收到HO到E-UTRAN完成之后，目标eNodeB向目标MME发送重定位完成。目标MME向源ASN-GW发送转发重定位完成，并且源ASN-GW使用转发重定位完成Ack消息进行回复。源ASN-GW向源BS发送切换完成。注销BS和ASN-GW之间的数据通路，发生MIP释放过程。

目标MME向服务GW发送包括目标eNodeB标识符的更新承载请求，然后服务GW向PDN-GW转发更新承载请求。PDN-GW使用更新承载响应来对服务GW进行回复，然后服务GW向目标MME发送更新承载响应。在目标eNodeB、服务GW和PDN-GW间建立数据承载。在MS、eNodeB、服务GS和PDN-GW之间传送上行链路和下行链路有效载荷PDU。

图6是用于在SAE网络和WiMAX网络之间执行切换的准备阶段中的操作的示意图。参考图6，当检测到MS需要进行重定位时，源eNodeB向源MME发送指示切换的需要重定位。在这个消息中包括目标BS的标识符。可以包括MS和eNodeB的能力、功率、频率和时间信息。源MME询问BS的位置，然后向目标BS位于其下的目标ASN-GW发送转发重定位请求。可以包括MS和eNodeB的能力、功率、频率和时间信息。目标ASN-GW向目标BS发送切换请求。可以包括MS和eNodeB的能力、功率、频率和时间信息。目标BS处理该请求并使用切换响应来对目标ASN-GW进行回复。目标ASN-GW使用转发重定位响应来对目标BS进行回复。

图7是用于在SAE网络和WiMAX网络之间执行切换的执行阶段中的操作的示意图。参考图7，最初，源MME向源eNodeB发送指示切换执行阶段开始的重定位命令。当源eNodeB接收到重定位命令时，其可以开始向目标ASN-GW转发数据。

源eNodeB向MS发送指示切换的从E-UTRAN HO命令，在这个消息中包括目标BS的标识符。源eNodeB通过使用包括MS会话信息的转发SRNS上下文来向源MME转发SRNS上下文。在这个消息中包括目标BS的标识符。

源MME向目标ASN-GW发送转发SRNS上下文。可以在这个消息中包括MS会话信息。在这个消息中包括目标BS的标识符。目标ASN-GW向目标BS发送切换证实。可以在这个消息中包括MS会话信息。

目标BS使用切换证实Ack来对目标ASN-GW进行回复。目标ASN-GW使用转发SRNS上下文Ack消息来回复源MME。在目标WiMAX网络中完成切换，并且ASN-GW向源MME发送指示在目标网络中完成切换的转发重定位完成。

在切换过程和建立初始服务流之后，MIP阶段开始。参考图8，如果MS不能接收MIPv4外部代理公告消息，则MS可以向目标ASN-GW发送MIPv4代理请求(solication)。接下来，ASN-GW中的FA向MS公告MIPv4外部代理公告。然后MS向ASN-GW中的FA发送MIPv4注册请求，以发起MIPv4注册，并且FA向PDN-GW转发MIPv4注册请求。

PDN-GW要求来自AAA服务器或HLR的认证。如果认证成功了，则AAA服务器或HLR可以更新MS的PDN-GW地址记录。PDN-GW向ASN-GW中的FA发送MIPv4注册回复，并且ASN-GW中的FA使用MIPv4注册回复来对MS进行回复。

在一些实施例中，在MS、ASN-GW和PDN-GW之间建立MIP隧道。在切换过程和建立初始服务流之后，MIP阶段开始。参考图9，首先，ASN-GW中的PMIPv6客户端向PDN-GW发送代理绑定更新。然后，PDN-GW要求来自AAA服务器或HLR的认证。如果认证成功了，则AAA服务器或HLR可以更新MS的PDN-GW地址记录。最后，PDN-GW使用代理绑定Ack来对ASN-GW进行回复。

本申请中所提及的术语“逻辑指令”涉及下述表达形式：该表达形式可以被一个或多个机器理解，以用于执行一个或多个逻辑操作。例如，逻辑指令可以包括下述指令：该指令是可由处理器编译器解释的，以用于在一个或多个数据对象上执行一个或多个操作。然而，这只是机器可读指令的一个例子，而实施例并不限于此。

本申请中提及的术语“计算机可读介质”涉及能够保持可由一个或多个机器理解的表达形式的介质。例如，计算机可读介质可以包括用于存储计算机可读指令或数据的一个或多个存储设备。这种存储设备可以包括存储介质，例如，如光、磁或半导体存储介质。然而，这只是计算机可读指令的一个例子，而实施例并不限于此。

本申请中提及的术语“逻辑”涉及用于执行一个或多个逻辑操作的结构。例如，逻辑可以包括根据一个或多个输入信号提供一个或多个输出信号的电路。这种电路可以包括：接收数字输入并提供数字输出的有限状态机、或者响应于一个或多个模拟输入信号而提供一个或多个模拟输出信号的电路。可以在专用集成电路(ASIC)或现场可编程门阵列(FPGA)中提供这种电路。同样地，逻辑可以包括存储在存储器内的机器可读指令，其中该存储器与用于执行这种机器可读指令的处理电路相结合。然而，这些只是可以提供逻辑的结构的例子，而实施例并不限于此。

本申请所描述的方法中的一些方法可以体现为计算机可读介质上的逻辑指令。当在处理器上执行逻辑指令时，这些逻辑指令使得处理器被编程为实现所述方法的特殊用途的机器。当逻辑指令将处理器配置为执行本申请所述的方法时，该处理器构成用于执行所述方法的结构。可替换地，可以将本申请中所述的方法简化为例如现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)等上的逻辑。

在说明书和权利要求书中，可以使用术语“耦合”和“连接”以及它们的衍生词。在特定的实施例中，可以使用“连接”来表示两个或多个元件是与彼此直接物理或电接触的。“耦合”可以指两个或多个元件是直接物理或电接触的。然而，“耦合”也可以指两个或多个元件可以不是与彼此直接接触的，但是仍然可以与彼此协调或交互。

在本申请文件中提及“一个实施例”或“一种实施例”是指结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在至少一种实现中。在本申请文件中的各处出现短语“在一个实施例中”可以全是指相同的实施例，或可以不全是指相同的实施例。

虽然以特定于结构特征和/或方法动作的表达方式描述了实施例，但是应当理解的是，要求保护的主题可以不限于所述的特定特征或动作。相反，将特定特征和动作公开为实现所要求保护的主题的示例性形式。