專利名稱：一種異構(gòu)網(wǎng)中實現(xiàn)td-scdma蜂窩網(wǎng)與無線局域網(wǎng)之間自動切換的方法
一種異構(gòu)網(wǎng)中實現(xiàn)TD-SCDMA蜂窩網(wǎng)與無線局域網(wǎng)之間自
動切換的方法技術(shù)領(lǐng)域一種異構(gòu)網(wǎng)中實現(xiàn)TD-SCDMA蜂窩網(wǎng)與無線局域網(wǎng)之間自動切換的方法屬于無線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及到蜂窩網(wǎng)、無線局域網(wǎng)、以及蜂窩網(wǎng)和無線局域網(wǎng)兩種不同網(wǎng)絡(luò)協(xié)議下幀格式的設(shè)計。
背景技術(shù)：
在無線通信領(lǐng)域中，蜂窩網(wǎng)和無線局域網(wǎng)是當(dāng)今最主流的兩種無線通信網(wǎng)路，隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展，用戶在通信過程中所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量迅速增加，對數(shù)據(jù)處理能力的要求也越來越高，而在現(xiàn)實的無線通信網(wǎng)絡(luò)中卻面臨這樣一個主要問題蜂窩網(wǎng)的覆蓋面積較廣，但是其數(shù)據(jù)吞吐率較低；而在無線局域網(wǎng)中其數(shù)據(jù)吞吐率很高，但是其覆蓋范圍卻有限。如今，雖然蜂窩網(wǎng)和無線局域網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)相對成熟，但是由于這兩種無線技術(shù)的發(fā)展相對獨立，使得它們之間沒有實現(xiàn)很好地融合。目前多模、智能手機的大量使用，對手持移動終端上融合蜂窩接入和無線局域網(wǎng)接入有較大的促進作用，但是大部分終端還是基于一種手動方式切換兩種信號的接入，沒有自適應(yīng)的透明式的切換服務(wù)。為了克服無線通信網(wǎng)絡(luò)中的這種弊端，對異構(gòu)網(wǎng)中實現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)之間融合的研究顯得尤為重要，而與此有關(guān)的技術(shù)也不斷涌現(xiàn)，目前實現(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)中蜂窩網(wǎng)和無線局域網(wǎng)之間切換的方法主要有以下兩種第一種方法其主要思想是通過配置無線局域網(wǎng)來實現(xiàn)蜂窩網(wǎng)與無線局域網(wǎng)絡(luò)之間的通信，并通過定義RFC-2284中的可擴展認證協(xié)議(EAP)，來向移動終端通告所接入網(wǎng)絡(luò)的認證信息。首先通過對無線局域網(wǎng)中無線路由進行配置，使得移動終端在可擴展認證過程中能從無線局域網(wǎng)(WLAN)中接收一般的容量信息，這些容量信息主要包括WLAN先前從蜂窩網(wǎng)接收到的網(wǎng)絡(luò)信息，其次由移動終端解碼這些容量信息，然后標(biāo)識并且在其存儲器中存儲這些網(wǎng)絡(luò)信息，以便移動終端可以方便的選擇多個不同的網(wǎng)絡(luò)之一用于通信。這種方法主要說明了怎樣通過無線局域網(wǎng)去訪問蜂窩網(wǎng)絡(luò)，僅僅簡單的實現(xiàn)了兩種網(wǎng)絡(luò)之間的融合，而并沒有解決兩種網(wǎng)絡(luò)之間的自由切換的問題，因此在現(xiàn)實的應(yīng)用中還有很大的局限性。第二種方法為了實現(xiàn)蜂窩網(wǎng)和無線局域網(wǎng)的切換，首先要在終端和兩種網(wǎng)絡(luò)之間分別建立各自的鏈路，然后通過一定的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)來實現(xiàn)兩種網(wǎng)絡(luò)之間的切換，轉(zhuǎn)換系統(tǒng)主要包括分組數(shù)據(jù)服務(wù)節(jié)點(PDSN)、分組控制代理(PCF)、接入路由器(AR)。實現(xiàn)蜂窩網(wǎng)和無線局域網(wǎng)之間相互切換的整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下終端經(jīng)由基站、基站控制器(具有代理控制功能)相連形成蜂窩網(wǎng)鏈路，終端經(jīng)由接入點(AP)、接入路由、分組控制代理相連而成無線局域網(wǎng)鏈路，然后蜂窩網(wǎng)和無線局域網(wǎng)鏈路一并接入分組數(shù)據(jù)服務(wù)節(jié)點，而分組數(shù)據(jù)服務(wù)節(jié)點再與因特網(wǎng)和其它小區(qū)的交換系統(tǒng)相連接，最后可使蜂窩網(wǎng)和無線局域網(wǎng)之間協(xié)同工作，當(dāng)終端用戶需要蜂窩網(wǎng)提供通信會話時，分組數(shù)據(jù)服務(wù)節(jié)點與基站控制器相連，從而接通蜂窩網(wǎng)鏈路。當(dāng)需要無線局域網(wǎng)提供服務(wù)時分組數(shù)據(jù)服務(wù)節(jié)點就會斷開與基站控制器的連接，同時建立與分組控制代理之間的連接，以此來實現(xiàn)蜂窩網(wǎng)與無線局域網(wǎng)之間的切換。此種方法雖然實現(xiàn)了兩種網(wǎng)絡(luò)之間的自由切換，但是要在網(wǎng)絡(luò)鏈路中添加相應(yīng)的設(shè)備，不僅增加了組網(wǎng)的費用，還增加了組網(wǎng)的復(fù)雜度，而且在用戶使用過程中一旦出現(xiàn)故障，需要專業(yè)的人員對網(wǎng)絡(luò)進行排查，使得問題不能得到及時解決。針對以上方法所存在的不足，本發(fā)明專門提出了實現(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)中TD-SCDMA蜂窩網(wǎng)和無線局域網(wǎng)之間自動切換的方法。

發(fā)明內(nèi)容
典型的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)分布模型如圖1所示，當(dāng)移動用戶從A區(qū)到B區(qū)或從B區(qū)到A區(qū)時，用戶所在位置的網(wǎng)絡(luò)覆蓋會發(fā)生變化，同時當(dāng)A區(qū)或B區(qū)用戶達到一定數(shù)量后，由于網(wǎng)絡(luò)資源的不足會出現(xiàn)擁堵的現(xiàn)象。針對以上情況，為了能給用戶提供更好的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，確保用戶的通信服務(wù)質(zhì)量，此時就需要進行兩種網(wǎng)絡(luò)之間的切換，以選擇最優(yōu)的網(wǎng)絡(luò)進行接入。 在本發(fā)明中實現(xiàn)TD-SCDMA蜂窩網(wǎng)和無線局域網(wǎng)之間的自動切換方法，其主要思想通過對移動終端、蜂窩基站和無線接入點的適當(dāng)改進，新增獲取資源請求和響應(yīng)的控制幀和協(xié)商流程，來實現(xiàn)蜂窩網(wǎng)和無線局域網(wǎng)之間的自動切換。終端設(shè)備與兩個網(wǎng)絡(luò)之間所建立的鏈路如圖2，形象的描述了終端與TD-SCDMA蜂窩網(wǎng)和無線局域網(wǎng)之間的連接過程。為了保證終端在網(wǎng)絡(luò)之間的平穩(wěn)切換，對終端設(shè)備提出了一定的要求，其終端的結(jié)構(gòu)框圖如圖3，主要是在處理器(CPU)的控制下，由蜂窩網(wǎng)子系統(tǒng)和無線局域網(wǎng)的子系統(tǒng)對各自網(wǎng)絡(luò)的信號進行處理，并由切換模塊來完成不同系統(tǒng)指令之間的轉(zhuǎn)化，以實現(xiàn)CPU和兩個子系統(tǒng)之間的通信。同時對無線局域網(wǎng)中獲取資源的管理幀和蜂窩網(wǎng)中的廣播幀結(jié)構(gòu)分別定義如圖5-1、圖6-1，幀的格式主要由MAC頭和幀實體組成，其中MAC頭主要包含了一些控制信息，幀實體才是用戶所需要傳輸?shù)念l帶資源信息。具體的操作流層如圖4，首先由終端設(shè)備信號檢測模塊來檢測所在位置的網(wǎng)絡(luò)信號強度，從而確定所在位置覆蓋了哪種網(wǎng)絡(luò)以及哪個網(wǎng)絡(luò)的信號比較穩(wěn)定，以便為終端選擇合適的網(wǎng)絡(luò)接入提供初步的判斷；其次是由網(wǎng)絡(luò)的控制中心監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的頻帶資源的使用情況，并由終端設(shè)備的監(jiān)測模塊來獲取網(wǎng)絡(luò)的頻帶資源剩余量，以此來判斷網(wǎng)絡(luò)能否為移動終端提供可用信道，從而確定哪個網(wǎng)絡(luò)允許終端接入。其中無線局域網(wǎng)頻帶資源剩余量的獲取方式是由終端設(shè)備中局域網(wǎng)子系統(tǒng)的資源監(jiān)測部分向WLAN網(wǎng)絡(luò)管理中心發(fā)出獲取網(wǎng)絡(luò)資源請求，經(jīng)網(wǎng)絡(luò)管理中心對網(wǎng)絡(luò)資源監(jiān)測后向終端發(fā)出響應(yīng)，終端對響應(yīng)解碼后獲取網(wǎng)絡(luò)的頻帶資源剩余量，而在蜂窩網(wǎng)系統(tǒng)中是由網(wǎng)絡(luò)控制中心對頻帶資源監(jiān)測后直接向小區(qū)用戶廣播該監(jiān)測信息，并由終端設(shè)備中蜂窩網(wǎng)子系統(tǒng)的資源監(jiān)測模塊對廣播幀進行解碼來獲取網(wǎng)絡(luò)的頻帶資源剩余量。如果網(wǎng)絡(luò)的頻帶資源充足，則由終端向網(wǎng)絡(luò)發(fā)出接入請求，如果網(wǎng)頻帶絡(luò)資源不足，終端會向用戶報告接入失敗。本方案可以實現(xiàn)TD-SCDMA蜂窩網(wǎng)和無線局域網(wǎng)之間的自動切換，有三大特色，一是無線局域網(wǎng)終端獲取資源的管理幀的定義以及終端和無線接入點的協(xié)商過程，二是蜂窩網(wǎng)中基站廣播無線資源的幀設(shè)計，三是頻帶資源余量的映射方法。本發(fā)明不但實現(xiàn)了終端在雙網(wǎng)覆蓋區(qū)的擇優(yōu)接入，而且在終端發(fā)生移動和終端所在區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)覆蓋發(fā)生變化的情況下，也可以實現(xiàn)兩種網(wǎng)絡(luò)之間的快速自動切換。


圖1 :TD_SCDMA蜂窩網(wǎng)和無線局域網(wǎng)的分布模型。圖2 移動終端和兩種網(wǎng)絡(luò)之間的實際通信鏈路。圖3 移動終端設(shè)備的結(jié)構(gòu)框圖，是圖2中203的更詳細描繪。圖4 移動終端在TD-SCDMA蜂窩網(wǎng)和無線局域網(wǎng)之間的切換流程。圖5-1 無線局域網(wǎng)獲取頻帶資源的管理幀結(jié)構(gòu)。圖5-2 無線局域網(wǎng)獲取頻帶資源的管理幀中關(guān)鍵域的解釋說明。圖6-1 蜂窩網(wǎng)中用于向終端廣播信息的協(xié)議數(shù)據(jù)單元(PDU)的結(jié)構(gòu)。圖6-2 蜂窩網(wǎng)中用于向終端廣播信息的協(xié)議數(shù)據(jù)單元(PDU)的關(guān)鍵域的解釋說明。圖7 無線局域網(wǎng)中移動終端和無線接入點之間獲取頻帶資源的協(xié)商過程。
具體實施例方式為了能夠更清楚的表述本發(fā)明的實施細節(jié)，首先要引入涉及到本方案的相關(guān)參數(shù)，并詳細描述如下Aw, At分別表示W(wǎng)LAN和TD-SCDMA中網(wǎng)絡(luò)所發(fā)射信號的強度，也即是信號的幅度。α、β分別表示W(wǎng)LAN和TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)中信號的最小閾值，即是能夠保證終端用戶正常通信網(wǎng)絡(luò)所需發(fā)射的最小信號強度，一旦小于此數(shù)值會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的信噪比過低，從而影響用戶的通信質(zhì)量。Cw、Ct分別表示W(wǎng)LAN和TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)中總的頻帶資源量。Mw、Mt分別表示W(wǎng)LAN和TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)中已被終端用戶所占用的頻帶資源量。Rw、Rt分別表示W(wǎng)LAN和TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)中每個用戶在實際通信中所需的頻帶資源量。fw、ft分別表示W(wǎng)LAN和TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)中頻帶資源的最小閾值，即是能夠滿足終端用戶正常通信的最小頻帶寬度，只有當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的頻帶寬度大于最小閾值時網(wǎng)絡(luò)才有足夠的帶寬資源來為移動終端分配相應(yīng)的信道。在WLAN和TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)中的頻帶資源剩余量可以分別表示為CW_MW、Ct-Mto為了便于終端與網(wǎng)絡(luò)之間的通信，我們應(yīng)將頻帶資源剩余量用二進制的形式來表示，因此還需對頻帶資源剩余量進行量化和編碼①量化假設(shè)WLAN和GSM網(wǎng)絡(luò)分別采用間距為dw、dt的均勻量化，其中dw、dt表示頻帶資源的最小量化單位，每個用戶所占用的頻帶資源都是其整數(shù)倍。由此可得，量化區(qū)間數(shù)(量化級)分別為m = (Cw-Mw) /dw、η = (Ct-Mt) /dt 其中 m、η = 0，1，2......②編碼采用自然二進制碼對m、η進行編碼編碼所需比特位Nw=「lo&m"l，Nt=「log2n]。以IEEE 802. Ilg無線局域網(wǎng)系統(tǒng)為例假設(shè)無線局域網(wǎng)系統(tǒng)總的可用頻帶資源為54Mbps，在該無線局域網(wǎng)中用戶已經(jīng)占用的頻帶資源為40Mbps，并取量化間距為 0. 5Mbps，此時，典型的IEEE 802. Ilg無線局域網(wǎng)頻帶資源映射關(guān)系如表1
權(quán)利要求
1.一種異構(gòu)網(wǎng)中實現(xiàn)TD-SCDMA蜂窩網(wǎng)與無線局域網(wǎng)之間自動切換的方法，其方法主要包括首先，在原有無線網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，對無線終端、TD-SCDMA蜂窩基站和無線接入點進行簡單的升級，使得終端能夠在蜂窩網(wǎng)和無線局域網(wǎng)之間自動切換，保證終端用戶能夠接受兩種網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)；其次，由終端自動檢測信號強度，以初步確定終端所在區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)覆蓋情況；最后，通過對幀格式的重新定義，可以使終端獲取所在區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)資源剩余量，進一步確定所在區(qū)域網(wǎng)絡(luò)的使用情況，從而在保障用戶成功接入的同時，能使用戶選擇更優(yōu)質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種異構(gòu)網(wǎng)中實現(xiàn)TD-SCDMA蜂窩網(wǎng)與無線局域網(wǎng)之間自動切換的方法，其特征在于無需改變原有的網(wǎng)絡(luò)布局，僅需要適當(dāng)升級現(xiàn)有蜂窩基站和無線接入點的固件，并在終端設(shè)備中設(shè)計蜂窩網(wǎng)子系統(tǒng)和無線局域網(wǎng)子系統(tǒng)，同時配備交換模塊，使得終端在處理器的控制下自動檢測信號強度和網(wǎng)絡(luò)頻帶資源，然后通過交換模塊實現(xiàn)兩種網(wǎng)絡(luò)的自動切換。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種異構(gòu)網(wǎng)中實現(xiàn)TD-SCDMA蜂窩網(wǎng)與無線局域網(wǎng)之間自動切換的方法，其特征在于當(dāng)終端開始工作時，由無線局域網(wǎng)子系統(tǒng)優(yōu)先檢測無線局域網(wǎng)的信號強度，當(dāng)信號強度較弱時，再由蜂窩網(wǎng)子系統(tǒng)檢測蜂窩網(wǎng)的信號強度，通過對兩種網(wǎng)絡(luò)信號強度的判斷，可以初步確定終端所在區(qū)域兩種網(wǎng)絡(luò)的分布情況。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種異構(gòu)網(wǎng)中實現(xiàn)TD-SCDMA蜂窩網(wǎng)與無線局域網(wǎng)之間自動切換的方法，其特征在于僅判斷網(wǎng)絡(luò)的信號強度，不足以確定網(wǎng)絡(luò)的使用情況，還需獲取網(wǎng)絡(luò)的資源剩余量，此過程是在終端和無線網(wǎng)絡(luò)控制中心之間采用協(xié)商過程來實現(xiàn)的。在無線局域網(wǎng)系統(tǒng)中，首先由無線終端的無線局域網(wǎng)子系統(tǒng)向其小區(qū)網(wǎng)絡(luò)控制中心(如無線局域網(wǎng)的接入點)發(fā)送獲取資源剩余量的請求，然后由無線局域網(wǎng)的控制中心根據(jù)對網(wǎng)絡(luò)資源的檢測情況，向終端做出響應(yīng)，并將網(wǎng)絡(luò)的資源剩余量信息通過響應(yīng)幀發(fā)送回終端，終端接收到響應(yīng)后將信息解碼以獲取無線局域網(wǎng)的資源剩余量；在蜂窩網(wǎng)系統(tǒng)中，首先通過蜂窩網(wǎng)中的基站接收所覆蓋區(qū)域內(nèi)終端用戶的信號來感知不同用戶所占用的頻帶寬度，并由基站控制器來統(tǒng)計蜂窩網(wǎng)中頻帶資源的使用情況以及頻帶資源剩余量，然后通過廣播信道向小區(qū)用戶廣播該信息，終端蜂窩網(wǎng)子系統(tǒng)接收信息后通過解碼來獲取頻帶資源。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種異構(gòu)網(wǎng)中實現(xiàn)TD-SCDMA蜂窩網(wǎng)與無線局域網(wǎng)之間自動切換的方法，其特征在于為了獲取網(wǎng)絡(luò)資源剩余量，就必須進行終端和無線網(wǎng)絡(luò)控制中心的通信，此時就要求定義兩種不同網(wǎng)絡(luò)的幀格式一種是根據(jù)IEEE 802. 11的標(biāo)準來定義的新的獲取資源剩余量的請求幀和響應(yīng)幀，以實現(xiàn)終端和無線局域網(wǎng)的快速鏈接，另一種是根據(jù)3GPP TS 25.321 Release 5有關(guān)建議設(shè)計新的通告小區(qū)資源剩余量的廣播幀，以實現(xiàn)終端和TD-SCDMA基站進行鏈接；其中無線局域網(wǎng)的幀結(jié)構(gòu)主要包括固定長度的MAC頭和可變長度的MAC幀實體，其中，MAC頭又包括幀控制域和地址域，控制域(1字節(jié))由MAC協(xié)議版本O比特)和幀類型O比特)和幀子類型G比特)構(gòu)成；地址域包括目標(biāo)地址G 字節(jié))和源地址G字節(jié))；MAC幀實體則主要通過自然二進制碼的形式攜帶無線局域網(wǎng)的頻帶資源信息，其長度是由無線局域網(wǎng)頻帶資源的量化級數(shù)而定；蜂窩網(wǎng)的廣播幀結(jié)構(gòu)主要包括固定產(chǎn)長度的MAC頭和可變長度MAC業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)單元，MAC頭包括協(xié)議類型O比特) 以及信道類型(1字節(jié))，MAC業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)單元主要反映了蜂窩網(wǎng)絡(luò)的頻帶資源的使用情況，其長度由蜂窩網(wǎng)頻帶資源的量化級數(shù)確定。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種異構(gòu)網(wǎng)中實現(xiàn)TD-SCDMA蜂窩網(wǎng)與無線局域網(wǎng)之間自動切換的方法，其特征在于在兩種網(wǎng)絡(luò)中幀結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程中，網(wǎng)絡(luò)的資源剩余量信息都是通過二進制數(shù)來反映的，方法為首先選取適當(dāng)?shù)牧炕g距d對網(wǎng)絡(luò)的頻帶資源進行量化， 根據(jù)量化結(jié)果可以獲取量化級，然后采用自然的二進制碼對量化級進行編碼便可把網(wǎng)絡(luò)的頻帶資源轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的二進制數(shù)的形式來表示，從而實現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)的頻帶資源余量的映射。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種異構(gòu)網(wǎng)中實現(xiàn)TD-SCDMA蜂窩網(wǎng)與無線局域網(wǎng)之間自動切換的方法，此方法是在原有網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，對無線終端、蜂窩基站和無線接入點做簡單固件升級，僅需對兩種網(wǎng)絡(luò)中的部分幀重新設(shè)計，并通過一定的流程控制實現(xiàn)兩種網(wǎng)絡(luò)之間的自動切換。首先，通過對兩種網(wǎng)絡(luò)信號強度的實時檢測，判斷終端所在區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)覆蓋情況，確定終端所在小區(qū)是否有可用網(wǎng)絡(luò)。其次，通過對兩個網(wǎng)絡(luò)頻帶資源剩余量的實時檢測，判斷各自網(wǎng)絡(luò)的資源利用情況，確定網(wǎng)絡(luò)能否為終端提供可用信道。最后，終端綜合以上檢測結(jié)果，自動選擇可用網(wǎng)絡(luò)接入。
文檔編號H04W36/14GK102300276SQ20111027168
公開日2011年12月28日 申請日期2011年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月14日
發(fā)明者廖勇, 楊力生, 王丹, 魏海波 申請人:重慶大學(xué)