專利名稱：一種異構無線網絡中支持端到端服務質量的通信系統和方法
技術領域：
本發明涉及通信技術領域，具體涉及一種基于802.21協議的異構無線網 絡中支持端到端服務質量的通信系統和方法。
背景技術：
隨著移動通信的發展，下一代網絡中WLAN (無線局域網)、WIMAX (全球微波互連接入)、UMTS (通用移動通訊系統)等接入技術將會融合 在一起，為用戶提供泛在的接入方式。當新一代的多模終端處于多個網絡覆 蓋范圍內時，需求不再局限于獲得連接，而是尋求一種最好的連接方式和配 置方式。
在這種環境下，所提供的下一代網絡QoS (服務質量)架構即能提供 QoS保障，還能方便運營商實施某些算法，能在不降低業務流質量的情況 下，盡可能多的接入用戶，最大化資源利用率。
多種接入技術的復用需要復雜的QoS策略支持，它取決于用戶的應用程 序、當前可用的技術、當前網絡狀況和用戶的偏好等條件，這些條件統稱為 上下文。在QoS會話建立的時候必須提供上下文信息，QoS信令的傳送可以 通過QoS信令協議來實現。
目前，下一代網絡的框架已經有許多標準化組織在研究，包括ITU-T(國 際電信聯盟遠程通信標準化組)和ETSI (歐洲電信標準化協會)等。ITU-T 的標準定義了基本需求和NGN (新一代網絡)的整體框架，ETSI的TISPAN (電信和互聯網融合業務及高級網絡協議)項目則定義了一個更高級別的
QoS架構。802.21標準的提出試圖填補現行WLAN、 WiMAX與蜂窩網絡間的 空隙，目的是讓用戶在使用網絡時，能跨越多種異構網絡實現無間斷的連 接，使Wi-Fi、 WiMAX及3G網絡之間能進行無縫切換。在每一個協議棧中的 MAC (介質訪問控制)層都添加定義以下事件報告
介質無關事件服務由終端的移動、環境狀態的改變或網絡管理功能的 實施而引發切換稱為事件(Event),它可以由本地節點或網絡接入點中的 MAC、 PHY (物理層)或MIH (介質無關切換)功能產生。介質無關事件 服務(MIES)主要提供有關鏈路特征和鏈路狀態發生動態改變等信息。
介質無關命令服務主要是使得高層能夠管理和控制本地鏈路有關切換 的操作行為，可分為兩大類MIH命令和Link命令。MIH命令是高層(MIH User)對MIH層發出的命令。Link命令是M舊層對特定MAC層或PHY層發 出的命令，可以是啟用鏈路(LinkPowerUp )、 關閉鏈路 (LinkPowerDown)、配置特定鏈路接口 ( LinkConfigure)等。
介質無關信息服務主要向高層提供與切換有密切關系的信息以使其作 出有效的切換決定。 一般包括三大類1) GNI (通用網絡信息)，這類信息 主要是對網絡信息的概要描述；2)鏈路層信息LLI，這類信息主要指與鏈路 層有關的信息；3) HLI (高層信息)，這類信息主要指與高層服務或應用相 關的信息。
發明內容
鑒于上述現有技術所存在的問題，本發明的目的是提供一種異構無線網 絡中支持端到端服務質量的通信系統和方法，完善了802.21協議中在服務質 量資源預留過程中的信令交互過程。
本發明的目的是通過以下技術方案實現的
一種異構無線網絡中支持端到端服務質量的通信系統，包括
服務質量代理模塊，用于接收終端發送的切換請求消息，該消息中包含
要切換的目的網絡信息、資源預留信息和與服務質量相關的參數；當終端確 認切換時，發送資源預留請求消息；當目的網絡資源預留成功后，發送預留 資源激活消息，并將激活結果發送給終端；
服務質量管理模塊，用于與目的網絡基站進行信令交互，判定終端是否 可以接入到該目的網絡；接收服務質量代理模塊發送的資源預留請求消息， 并根據該消息進行目的網絡中資源的預留，并向終端發送預留成功消息。
進一步地，所述系統還包括
移動性管理模塊，用于更新終端的位置信息和當前網絡的基站信息；還 用于在終端向目的網絡接入時，將終端從當前網絡中的接入技術切換到目的 網絡中的接入技術。
進一步地，服務質量代理模塊，還用于在接收到所述切換請求消息后， 向終端發送回應消息，該消息中包含要切換到目的網絡中的可行性信息；當 所述終端向目的網絡切換結束時，接收終端發送的所述切換完成消息，并通 知原網絡基站釋放網絡資源。
進一步地，所述系統還包括
切換決策模塊，設置在終端上，用于根據移動性管理模塊更新的終端信 息、新網絡的資源情況和特點，判斷終端能夠切換的目的網絡，如果能夠獲 得所要切換的目的網絡，終端向目的網絡發送切換請求消息，否則，放棄切 換或者向其他網絡發起請求。
進一步地，服務質量管理模塊分為終端服務質量客戶端和接入網服務 質量管理端；
終端服務質量客戶端，用于產生與服務質量相關的資源預留消息，并轉 發終端發送的與服務質量相關的消息，在終端向目的網絡切換過程結束時， 向所述服務質量代理端發送切換完成消息；
接入網服務質量管理端，用于與目的網絡基站進行信令交互，判定所述
終端是否可以接入到該目的網絡；接收所述資源預留請求消息，并根據該消
息進行資源的預留，并向終端發送預留成功消息。
進一步地，所述通信系統適用于異構網絡融合下的通信。
一種異構無線網絡中支持端到端服務質量系統中的通信方法，包括
服務質量代理模塊接收終端發送的切換請求消息，該消息中包含要切換 的目的網絡信息，資源預留信息和與服務質量相關的參數；當終端確認切換 時，發送資源預留請求消息；
服務質量管理模塊接收所述資源預留請求消息后，根據該消息預留目的 網絡資源，并向終端發送預留成功消息；
所述終端通過服務質量代理模塊向目的網絡發送預留資源激活消息，所 述服務質量代理模塊將目的網絡中的激活結果發送給所述終端。
具體地，當終端確認切換時，發送包含資源預留請求消息之前，該過程 還包括所述服務質量代理模塊向終端返回切換響應消息，該消息中包含所 述終端切換到目的網絡中的可行性信息。
具體地，服務質量代理模塊將目的網絡中的激活結果發送給所述終端 后，過程還包括當激活成功后，所述終端將當前網絡的接入技術切換到目 的網絡中的接入技術；當終端向目的網絡切換結束時，所述終端向所述服務 質量代理模塊發送切換完畢消息；同時所述服務質量代理模塊通知原網絡中 的基站釋放占用的網絡資源。
具體地，所述服務質量代理模塊接收終端發送的切換請求消息，該消息 中包含要切換的目的網絡信息，資源預留信息和與服務質量相關的參數，所 述與服務質量相關的參數包括數據傳輸速率、業務帶寬、業務所需的最低 延時和網絡的吞吐率中的 一種或多種。
由上述本發明提供的技術方案可以看出，本發明所提出的系統將802.21 協議與4G網絡的QoS架構相融合，完善802.21在QoS方面的支持，對原有 lEEE和3GPP定義的接入技術修改不多的情況下，實現了支持QoS的切換。
圖1為本發明基于分層拓樸形式的網絡系統應用場景圖； 圖2為本發明所述通信系統的結構示意圖； 圖3本發明所述的技術方案中資源預留過程部分的示意圖； 圖4本發明所述方法的應用實例的流程圖。
具體實施例方式
下面結合附圖，通過具體實施方式
對本發明的技術方案作進一步說明。 如圖1所示，為本發明基于分層拓樸形式的網絡系統應用場景圖。 支持QoS和移動性控制。Access Network與用戶的L3 (層3)的連接是 通過AR (Mobile Access Gateway,移動接入網關)實現的。每一個L2 (層 2)的連接是通過接入點AP (Access Point,無線訪問節點)實現的，從移 動性和連接的觀點來看，這種分層結構的特點在于終端發生切換的時候不需 要每次都進行重配置(例如獲得一個新的IP地址的時候)，在同一個域內只 有L2的切換發生，不同的域中的移動是互相獨立的。
支持QoS的移動性是由終端上的MM (Mobility Manager,移動性管理) 功能和接入路由器(Access Router)上的QoSManager (服務質量管理)共 同完成的。QoS控制采用分層架構，分離了L3 (層3)的端到端QoS控制和 L2 (層2)的QoS控制。L3的QoS是由Domain QoS-Brokers (域內服務質量 代理)實現的。這些實體負責基于每個數據流的接入控制和資源管理，以及 各個接入網之間基于用戶需求和網絡能力的的資源管理優化。Core Network
Broker (核心網QoS代理)管理域間的切換，它可以根據一定的政策管理各 QoS網元。這種分層架構可以提高網絡的可擴展性。
管理域中的鑒權認證服務器(A4C)管理用戶信息以及提供QoS模塊的 輔助功能，儲存有用戶特征數據和業務描述，與用戶和業務提供商交互。終 端MT (Mob川ty Terminal)和接入路由器AR (Access Router)都具有支持 網絡QoS的模塊，來觸發接入控制和資源預留。在終端處的稱為QoSCIient (服務質量客戶端)，在AR處的稱為QoSManager (服務質量管理端)。每 一種接入技術具體的資源預留處理過程則由各自的RAT ( Radio Access Technology,無線接入技術)負責。
如圖2所示，為本發明一種異構無線網絡中支持端到端服務質量的通信 系統，包括
服務質量代理模塊S11，用于接收終端發送的切換請求消息，該消息中 包含要切換的目的網絡信息、資源預留信息和與服務質量相關的參數；當終 端確認切換時，發送資源預留請求消息；當資源預留成功后，向目的網絡發 送預留資源激活消息，將激活結果發送給所述終端；
服務質量管理模塊S12,用于與目的網絡基站進行信令交互，判定所述 終端是否可以接入到該目的網絡；接收所述服務質量代理模塊發送的所述資 源預留請求消息，并根據該消息進行目的網絡中資源的預留，并向終端發送 預留成功消息。
具體地，所述系統還包括
移動性管理模塊(MM) S13，用于更新終端的位置信息和當前網絡的基 站信息；還用于終端向目的網絡接入時，將終端乂人當前網絡中的接入技術切 換到目的網絡中的接入技術；
具體地，所述服務質量代理模塊S11，還用于在接收到所述切換請求消
息后，向所述終端發送回應消息，該消息中包含要切換到所述目的網絡中的
可行性信息；當所述終端向目的網絡切換結束時，接收終端發送的所述切換 完成消息，并通知原網絡基站釋放占用的網絡資源。
所述系統還包括切換決策模塊S14,設置在終端上，用于根據所述移 動性管理模塊更新的終端信息、新網絡的資源情況和特點，判斷所述終端能 夠切換的目的網絡，如果能夠獲得所要切換的目的網絡，終端向目的網絡發 送切換請求消息，否則，放棄切換或者向其他網絡發起請求。
切換決策模塊HDE (Handover Decision Engine)。切換決策模塊為每個 數據流選擇最佳接口和AN (接入網)。網絡側的相應HDE則存在于 DomainQoSBroker中，用于資源分配。
所述服務質量管理模塊S 12分為終端服務質量客戶端S121和接入網服 務質量管理端S122;
所述終端服務質量客戶端S121 ，用于產生與服務質量相關的資源預留消 息，并轉發終端發送的與服務質量相關的消息；在終端向目的網絡切換過程 結束時，向所述服務質量代理端發送切換完成消息；
所述接入網服務質量管理端S122,用于與目的網絡基站進行信令交互， 判定所述終端是否可以接入到該目的網絡；接收所述鑒權請求消息，并根據 該消息進行資源的預留，并向終端發送預留成功消息。
所述通信系統適用于異構網絡融合下的通信。例如終端從802.11切換 到802.16，或者從802.16切換到TD-SCDMA等異構網絡融合的情況。
終端中負責移動性管理的實體需要QoSCIient提供與QoS相結合的移動 性，在這種情況下，當終端移動時，MM要通知QoSCIient觸發QoS預留的過 程，根據QoS需求選擇接口。
終端搜集的信息包括當地收費政策和底層獲得的測量結果。HDE基于 這些參數分析并評估網絡發來的切換判決，判斷是否接受切換判決。QoSCIient周期性的向MM報告輸出的數據流特征。當QoSCIient接收到資源 請求時會向MM發送Flowlndication消息，報告新會話的特征。HDE根據當前 的數據流選擇相應的接口發送。這些接口用轉交地址CoA來標示。經過HDE 的接口選擇后，MM負責把數據流傳送到特定的接口。 MM向QoSCIient示意 接口選擇操作的完成，接著QoSCIient開始傳輸端到端的NSIS信令。
如圖3所示，本發明所述的技術方案中資源預留過程部分的示意圖。
這個過程能保證NSIS信令能夠使用正確的接口 ，請求能夠傳達到正確的 DQoSBroker。移動性管理過程結束時，DQoSBroker還要更新HA ( Home Agent),使其把數據包轉發到正確的接口 。在路由優化的過程中，相應節 點的綁定緩存需要被更新。
QoSManager管理整個數據配置過程，收集，產生和處理QoS信令消 息，負責QoS的增強。QoSManager包含L2層的功能，支持任何技術下的 QoS，通過802.21的信令和接口支持L2的QoS增強。
QoSManager還包含了L2的QoS控制功能。當網絡負載超過某一個門限 的時候，DQoSBroker的對于每個數據流的接入控制功能可以在QoSManager 中實現。這時候QoSManager需要向DQoSBroker上報建立數據流的信息。
接入控制是由DQoSBroker根據業務流量判決并控制的。DQoSBroker還 要實現網絡中的負載平衡，初始化AR之間的用戶切換，或者是不同技術之間 的切換。這種數據流是由DQoSBroker的HDE進行統一管理和分配資源。需 要綜合考慮很多的因素，如處于活動狀態的會話數、拓樸結構、用戶資料、 網絡擁塞狀況和業務上下文信息。
DQoSBroker的HDE判決需要幾個輸入信息，如資源可用的確認信息。 為了進行優化切換判決，它必須能夠獲得選定AP的可得資源狀況。還要結合
其他的參數，例如利用用戶信息和偏好以及當地的運營商政策。根據終端的
執行判決的能力，網絡可以建議甚至強迫終端在AP之間切換一些數據流。
其他的輸入信息包括一些實時事件，例如報告鏈路質量下降(終端遠離
AP運動)，這時^f吳網絡應該馬上回應，可以重新^M亍一次網絡側的HDE功 能。實時業務的接入控制是最重要的。為了給一個新到的QoS請求留出資源 空間，網絡可以要求終端把某個數據流重定向到另外一個AP 。這就意味著 不僅僅要檢查資源可得性，而且要檢查當前的接口是否適合當前的流業務類 型。例如，數據業務更適合802.11接口 ，而話音流更適合采用3G接口 。 CQoSBroker是負責在核心網內管理資源的網絡元素，它還負責信令傳輸和 管理域間的資源。
本發明一種異構無線網絡中支持端到端服務質量的通信方法，包括
服務質量代理模塊接收終端發送的切換請求消息，該消息中包含要切換 的目的網絡信息，資源預留信息和與服務質量相關的參數；當終端確認切換 時，發送資源預留請求消息；
服務質量管理模塊接收所述資源預留請求消息后，根據該消息預留目的 網絡資源，并向終端發送預留成功消息；
所述終端通過服務質量代理模塊向目的網絡發送預留資源激活消息，所 述服務質量代理模塊將目的網絡中的激活結果發送給所述終端。
具體地，所述當終端確認切換時，發送包含資源預留請求消息之前，該 過程還包括所述服務質量代理模塊向終端返回切換響應消息，該消息中包 含所述終端切換到目的網絡中的可行性信息。
所述服務質量代理端將目的網絡中的激活成功消息發送給所述終端后， 過程還包括所述終端將當前網絡的接入技術切換到目的網絡中的接入技 術；當切換結束時，所述終端向所述服務質量代理端發送切換完成消息；同 時所述服務質量代理端通知原網絡基站釋放占用的網絡資源。
所述服務質量代理端接收終端發送的切換請求消息，該消息中包含要切 換的目的網絡信息，資源預留信息和與服務質量相關的參數，所述與服務質
量相關的參數包括數據傳輸速率、業務帶寬、業務所需的最低延時和網絡 的吞吐率中的 一種或多種。
下面結合應用實例對本發明所述方法作詳細i兌明。
如圖4所示，本發明所述方法的應用實例的流程圖，終端在802.11網絡和 TD-SCDMA網絡之間進行切換，它們通過核心網連接，假設它們由同一個 DQoSBroker管理，DQoSBroker通過MIH—HDE—Trigger.command向終端提 供可能的切換配置信息表，這標識了整個切換的開始。
步驟S101:終端根據切換配置信息表，選擇一個可行的切換目標，然后向 DQoSBroker發布切換請求消息(MIHJHandover—lnitiate.req命令)；
步驟S102: DQoSBroker收到所述切換請求消息后，向終端發送響應消 息，該消息中包含向目的網絡AP切換的可能性參數；
步驟S103:當終端確認切換后，DQoSBroker向目的網絡AR上面的 QoSManager發送資源預留消息(Diameter QAR);
步驟S104 :該QoSManager接收到所述資源預留消息后，通過 MIH—Handover—Prepare.req觸發相應網元的一系列L2資源預留過程；
步驟S105:目的網絡中的AP接收到預留請求后，發送一個包含預留結果 的消息到終端；
步驟S106:當終端收到目的網絡中的預留資源響應時，如果確認切換，則 向DQoSBroker發送MIHJHandover—Commit.req (確i人切4灸消息)；
步驟S107:然后DQoSBroker向新網絡發送Diameter QIR消息，激活先前 預留的資源，并且觸發一次commit命令來執行鏈路層的激活；
步驟S108:最后DQoSBroker把包含這次激活過程的響應消息發送到終
端，表示切換目的端的資源預留順利完成；
步驟S109:切換就開始，終端處的MM通過MIH層向RAL發送switch命
令，目的是將終端當前所在網絡中的接入技術切換到目的網絡中的接入技
術；
步驟S110:當切換過程結束時，終端發送MIH—Handover—Complete.req 到DQoSBroker，通知它切換順利完成。
步驟S111: DQoSBroker同時也通知源PoA ( Point Of Attachment)釋放 資源，它會發送一個QIR消息給原AR的QoSManager。這時候與原PoA相關 的實體都接收到MIH—Handover_Complete.req，然后它們會釋放網絡資源。
以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式
，但本發明的保護范圍并不 局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可 輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明 的保護范圍應該以權利要求的保護范圍為準。
權利要求
1、一種異構無線網絡中支持端到端服務質量的通信系統，其特征在于，包括服務質量代理模塊，用于接收終端發送的切換請求消息，該消息中包含要切換的目的網絡信息、資源預留信息和與服務質量相關的參數；當終端確認切換時，發送資源預留請求消息；當目的網絡資源預留成功后，發送預留資源激活消息，并將激活結果發送給所述終端；服務質量管理模塊，用于與目的網絡基站進行信令交互，判定所述終端是否可以接入到該目的網絡；接收所述服務質量代理模塊發送的所述資源預留請求消息，并根據該消息進行目的網絡中資源的預留，并向終端發送預留成功消息。
2、 根據權利要求1所述的通信系統，其特征在于，所述系統還包括 移動性管理模塊，用于更新終端的位置信息和當前網絡的基站信息；還用于在終端向目的網絡接入時，將終端從當前網絡中的接入技術切換到目的 網絡中的接入技術。
3、 根據權利要求1或2所述的通信系統，其特征在于 所述服務質量代理模塊，還用于在接收到所述切換請求消息后，向所述終端發送回應消息，該消息中包含要切換到所述目的網絡中的可行性信息； 當所述終端向目的網絡切換結束時，接收終端發送的所述切換完成消息，并 通知原網絡基站釋放網絡資源。
4、 根據權利要求2所述的通信系統，其特征在于，所述系統還包括 切換決策模塊，設置在終端上，用于根據所述移動性管理模塊更新的終端信息、新網絡的資源情況和特點，判斷所述終端能夠切換的目的網絡，如 果能夠獲得所要切換的目的網絡，終端向目的網絡發送切換請求消息，否 則，放棄切換或者向其他網絡發起請求。
5、 根據權利要求1所述的通信系統，其特征在于，所述服務質量管理模 塊分為終端服務質量客戶端和接入網服務質量管理端；所述終端服務質量客戶端，用于產生與服務質量相關的資源預留消息， 并轉發終端發送的與服務質量相關的消息，在終端向目的網絡切換過程結束 時，向所述服務質量代理端發送切換完成消息；所述接入網服務質量管理端，用于與目的網絡基站進行信令交互，判定 所述終端是否可以接入到該目的網絡；接收所述資源預留請求消息，并根據 該消息進行資源的預留，并向終端發送預留成功消息。
6、 根據權利要求1所述的通信系統，其特征在于，所述通信系統適用于 異構網絡融合下的通信。
7、 一種異構無線網絡中支持端到端服務質量系統中的通信方法，其特 征在于，包括服務質量代理模塊接收終端發送的切換請求消息，該消息中包含要切換 的目的網絡信息，資源預留信息和與服務質量相關的參數；當終端確認切換 時，發送資源預留請求消息；服務質量管理模塊接收所述資源預留請求消息后，根據該消息預留目的 網絡資源，并向終端發送預留成功消息；所述終端通過服務質量代理模塊向目的網絡發送預留資源激活消息，所 述服務質量代理模塊將目的網絡中的激活結果發送給所述終端。
8、 根據權利要求7所述的通信系統，其特征在于，所述當終端確認切換 時，發送包含資源預留請求消息之前，該過程還包括所述服務質量代理模 塊向終端返回切換響應消息，該消息中包含所述終端切換到目的網絡中的可 行性信息。
9、 根據權利要求7所述的通信系統，其特征在于，所述服務質量代理模 塊將目的網絡中的激活結果發送給所述終端后，過程還包括當激活成功 后，所述終端將當前網絡的接入技術切換到目的網絡中的接入技術；當終端 向目的網絡切換結束時，所述終端向所述服務質量代理模塊發送切換完畢消 息；同時所述服務質量代理模塊通知原網絡中的基站釋放占用的網絡資源。
10、 根據權利要求7所述的通信系統，其特征在于，所述服務質量代理 模塊接收終端發送的切換請求消息，該消息中包含要切換的目的網絡信息， 資源預留信息和與服務質量相關的參數，所述與服務質量相關的參數包括 數據傳輸速率、業務帶寬、業務所需的最低延時和網絡的吞吐率中的一種或 多種。
全文摘要
本發明公開了一種異構無線網絡中支持端到端服務質量的通信系統和方法，技術方案包括服務質量代理模塊，用于接收終端發送的切換請求消息，該消息中包含要切換的目的網絡信息、資源預留信息和與服務質量相關的參數；當終端確認切換時，發送資源預留請求消息；當目的網絡資源預留成功后，發送預留資源激活消息，并將激活結果發送給所述終端；服務質量管理模塊，用于與目的網絡基站進行信令交互，判定所述終端是否可以接入到該目的網絡；接收所述服務質量代理模塊發送的所述資源預留請求消息，并根據該消息進行目的網絡中資源的預留，并向終端發送預留成功消息。采用本發明所述技術方案完善了802.21協議中在服務質量資源預留過程中的信令交互過程。
文檔編號H04L12/56GK101394359SQ20081022563
公開日2009年3月25日 申請日期2008年10月31日 優先權日2008年10月31日
發明者亭 李, 屹 李, 曦 李, 梅敬青, 王仕果, 紅 紀, 羅常青, 園 謝 申請人:北京郵電大學