CN1145324C - 在数字无线数据传输系统中用于实现协议适配的适配层 - Google Patents

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Abstract

为了实施在移动站和蜂窝无线电网之间的数据传输，蜂窝无线电网包括用于处理依据第一协议的消息的无线电接入网(104，105，106)，和用于处理依据第二协议的消息的核心网(101，102，103)。移动站在给定的较低协议层上与依据第一协议的消息打交道，在位于较高协议层和较低协议层之间的适配层(301)上实施适配，其中依据第一和第二协议的消息被相互映象。

Description

在数字无线数据传输系统中用于实现协议适配的适配层
一般，本发明涉及实施数字无线数据传输系统中协议之间的适配。特别是，本发明涉及在移动站可以通过一个给定的通常所规定的无线电接入网络，利用由不同的核心网所提供的服务的一种系统中实施适配。在此术语无线意思是移动站可自由移动，它们具有对系统的基站的无线连接。
采用数字数据传输协议的功能通常被描述为依据OSI(开放系统接口)模型的一种堆栈，在其中堆栈各层的任务，以及层之间的数据传输被精确地规定。在GSM(全球移动远程通信系统)中，本专利申请中作为数字无线数据传输系统的一个例子，规定了五个工作层。最低的是传输层，在其上，按以下次序：RR(无线电资源管理)层，MM(移动性管理)层，CM(通信管理)层和OAM层(运行，行政管理和维护)层。最后提到的OAM层在概念上并不始终必须与其余层位于相同的协议堆栈中，因为它并不直接增加用户从其它层获得服务的价值。由基本发送接收机站(BTS)和基站控制器(BSC)组成的基站子系统(BSS)主要在传输和RR层上操作，而移动站(MS)和移动服务交换中心(MSC)在它们的操作中完成从传输层直到CM层的层面操作。原籍位置寄存器(HLR)的操作集中在MM层和CM层，网关MSC(GMSC)只在CM层上操作。
随着数字无线数据传输系统的发展，创立了这样一种局面，使移动站能够利用由几个不同的核心网(CN)提供的服务是有利的。在这种新的状况下，由基站子系统组成的实体被称为无线电接入网(RAM)，核心网由各种中心系统组成，除了通用的数据传输能力以外，可以提供各种智能的网络服务，例如自动数据传输，地图和定位信息，银行和购买服务，娱乐，等。图1是一种对于第三代数字蜂窝无线电系统的建议的图解说明，在其中，移动站100和核心网101，102和103之间可以运行一个或几个无线电接入网104，105和106。通过给定的无线电接入网，移动站100可被连接到几个核心网，例如，像图中那样，通过无线电接入网104分别连到核心网101或102，在移动站和给定的核心网之间的连接可通过一个以上的无线电接入网进行，例如，如图中那样，移动站100和核心网102之间的连接通过无线电接入网104或105。并不只对一个核心网可用的无线电接入网104被称为一般的无线电接入网(GRAN)或UTRA(UMTS陆地无线电接入；通用移动远程通信系统)。
在依据图1的情况中，问题关系到不同协议层之间的数据传输。在协议层之间的关系示于图2中。在移动站MS和一般无线电接入网UTRABSS的基站子系统之间的最低协议层是层1(L1)200，201，它对应于一个物理无线电连接。在其上，是对应于层2和3的实体或常规的OSI模型，其中最低层是无线电链路控制/媒体接入控制(RLC/MAC)层202，203；在其上是逻辑链路控制(LLC)层204，205；和最顶部是无线电资源控制(RRC)层206，207。在一般无线电接入网的基站子系统UTRABSS和位于核心网中的相互工作单元/核心网IWU/CN之间，在此假定应用一种称为In的接口，其中与以上所描述的层从L1到LLC对应的层是OSI模型的层L1和L2(在图中的方框208和2 09)，与以上所描述的RRC层相应的层是OSI模型的层L3(图中的方框210和211)。
移动站MS必须包括较高等级的控制协议212和用于为较高等级的用户服务的协议213，其中前者与RRC层206通信，以便实现连到数据传输连接的控制功能，而后者直接与LLC层204通信，以便发送这种直接服务于用户的数据(例如，数字编码的语音)。在GSM系统的移动站中，将方框212和213包括在上面提到的MM层中。
由核心网提供的服务可以包含显著的差别。如果移动站必须能够利用若干不同的核心网络，取决于核心网的应用，按照核心网它在每个时间点上通信，它必须包含各种较高的协议层212和213，核心网被继续进一步地开发，其中协议层212和213的能力和操作必须是可调的。在另一方面，已经存在完全的第二代核心网，如果移动站可利用第二代连接的服务，不管其无线电接入网络属于第三代的事实都是有利的。
本发明的目的是引入一种方法和系统，由此移动站可通过第三代无线电接入网的相互工作利用由不同的核心网提供的服务。
本发明的目的通过提供带有位于LLC和RRC层顶上的适配层的移动站得以实现；所述的适配层在下行方向具有标准化的接口，并在由位于其上的层使用的基元(primitives)与LLC和RRC层的基元之间实施双向映象，在此术语基元是指协议层之间的基本消息。
依据本发明的方法的特征在于移动站依据在某个较低协议层上的第一协议处理消息，并依据在某个较高协议层上的第二协议处理消息，因而在位于较高和较低协议层之间的适配层上进行适配，在其中将依据第一和第二协议的消息映象为相互对应。
本发明还涉及移动站，其特征在于在所述的协议堆中包括，依据给定的第一协议的较低协议层，和依据给定的第二协议的较高协议层，在它们之间有一个适配层，用于实施这样的双向适配，其中将依据第一和第二协议的消息映象为相互对应。
在一般的无线电接入网和移动站之间，将连接作为无线电载体服务来实现，一个特定的移动站可同时具有几个无线电载体服务。第三代系统的特征在于，在移动站和基本发送接收机站之间的无线电承载服务可互不相干的建立和释放。而且，每个无线电载体具有一定的典型的性质，例如，位速率，服务质量和数据传输的方向。依据本发明的适配层映象较高协议层的需要和由第三代无线电接入网所提供的可能性，在相互关系方面，依据以下原则：
-将服务接入点(SAP)实现在适配层和较高协议层之间；在无线电接入网的适配层和协议层之间并不需要它们。
-适配层在两个方向中服务，将较高协议层的基元映象到无线电接入网的基元中，反过来也一样；因此，无线电接入网的协议层可以接收来自较高协议层的请求并将响应和消息发送给它们。
-适配层可以维持一份移动站和无线电接入网之间现役的无线电载体服务的目录。
-适配层在网络侧并没有特定的同层实体，但将各自的动作作为无线电接入网和核心网之间连接的部分来实现。
-由于该适配层，从第二代较高协议层的观点，第三代无线电接入网是透明的。
-适配层包括必要的智能化功能，以便开始无线电载体服务和无线电接入网的典型处理，与所谈到的较高协议层的需要对应。
-适配层可以从无线电接入网接收这样的附加信息，这对于第二代较高协议层不是直接可得到的，但它，例如，阻止移动站请求由于容量的原因在当前的小区中是不可能的连接。
-适配层可以包括一种接口，通过它能够选择和改变由移动站支持的核心网协议。
以下将参考通过举例提出的最佳实施方案和附图，更详细地描述本发明，其中
图1示出第三代蜂窝无线电网的结构，
图2示出第三代无线电接入网中的协议层，
图3说明依据本发明的一种适配层是如何相对于协议层确定位置的，
图4说明依据本发明的方法如何建立连接，和
图5说明依据本发明的一种蜂窝无线电系统移动站。
在以上的说明书结合现有技术的描述中已经参考过图1和2，在以下本发明和其最佳实施方案的描述中，我们将主要参考图3-5。在附图中对于同样的部件使用同样的标号。
图3用作说明本发明的最佳实施方案的移动站中某些协议层的相互关系。依据本发明的适配层被称为UAL(UMTS适配层，通用移动远程通信系统)，用参考数字301作标记。在其上，协议的分层结构中，可以有几个平行的，相互可选择的较高等级的协议。附图示出GSM MM协议层302，GPRS MM协议层303(通用包无线电服务；移动性管理)，以及另一个协议层304，例如，可以是BISDN(宽带集成服务数字网)在协议分层结构中UAL的下面，有RNL层305，通常对移动站和基本发送接收机站之间的无线电接入网络中待应用的协议堆栈的部件映象(参看在图2中的层200-202-204-206)。从较高协议层302，303和304的观点看，UAL301被看作一组SAP(服务接入点)，包括为GSM MM设计的RR-SAP 306(无线电资源管理服务接入点)，为GPRSMM设计的GMM RR-SAP 307(GPRS MM-RR服务接入点)和为另一个较高等级的协议设计的XXX-SAP308，其中XXX指由方框304代表的协议被识别所用的任何符号。通常，服务接入点意思是一种给定的协议实体提供给另一个实体的接口。在此可以有几个这样的可得到的接口，以致其他协议实体自由选择任何可得的服务接入点。
本发明目的一种特殊的情况是在于移动站能够使用依据GSM系统的较高协议层，因此我们将在以下的技术说明中特别涉及在移动站和无线电接入网之间使用按照GSM系统的连接，本描述很容易被推广到与第二代核心网有关的其他系统。在GSM系统中，移动站和基本发送接收机之间的最简单连接是信号连接，例如为了执行由移动站启动的位置更新步骤就需要这种连接。在第三代无线电接入网中，移动站和无线电接入网之间的最简单连接是IRB(起始的无线电载体)，是在移动站和基本发送接收机站之间建立的第一无线电载体服务。当释放连接时，IRB是最后一个被释放。依据本发明的适配层用依据图4的方式将GSM信号连接映象为IRB。由GSM-MM层302发送的RR_EST_REQ消息402导致UAL301依据本发明将RBC_setup_req消息403发送到RNL层305。该消息在RNL中被引向RBC层(无线电载体控制，在图中未分开示出)。这就引起IRB的建立，是依据现有技术实施的并在图404中用箭头404示出。作为对IRB建立的响应，RND发送RBC_Setup_cuf消息405到UAL，UAL将该消息映象为GSM MM层理解的RR_EST_CNF消息406。
为了能够正确地映象来自较高协议层的消息(在图4中消息402)，UAL必须调查可能包括在消息中的参数值。让我们假定，在图4中，应该实施移动站的位置更新。现在，由箭头402描述的RR_EST_REQ消息包含建立原因参数值，这意味着信号更新。UAL 301知道信号更新只在信号中发生，所以在由它组成的RBC_Setup_req消息403中，通知RNL 305，建立载体服务的请求只涉及建立IRB。RBC_Setup_req消息403可以，没有任何由本发明设置的限制，照这样包含几个不同类型的参数，例如，可以描述载体的种类或所希望的载体服务的接入种类。在其中，如果给定的载体服务类型同时指明通常用于描述给定载体服务的QoS(服务质量)的许多这样的参数值，前者可用作简化。在不同的接入种类中，可以有位置更新，由移动站启动的语音连接。
当网络发送通信联络消息到移动站时，与图4中所示的由移动站发起建立IRB相应，由网络发起建立IRB是可能的。现在，由无线电接入网和移动站的RNL协议层按已知方式实施建立IRB，依据本发明不需要操作UAL。当由网络发起建立的IRB准备好时，通知建立的消息可被发送到UAL，辨别包含在消息中的参数值，并在此基础上，将正确的消息发送到较高协议层。
作为本发明的一种特殊情况，让我们观察位于UAL底下的RNL层是GSM RR层的一种状况。如果在UAL之上采用GSM MM，就根本不需要适配，但UAL“透明地”操作，照此在GSM RR和GSM MM层之间传送消息，这种透明操作可被称为通常的适配，一般可保持UAL始终执行一种适配：或者通常的适配，或者真正的适配。
现在让我们观察由移动站发起的，建立这样一种对应于语音连接的载体服务。正如它们的名称那样，在协议层之间的消息可像在图4所示的建立信号连接中那样被调用。然而，这次，由箭头402描述的RR_EST_REQ消息包含建立原因参数的值，这涉及语音连接。UAL被编程以识别该值以及发来消息的较高阶的协议，在所获得的信息的基础上，包括在RBC_Setup_req消息中的许多消息；UAL选择所述参数值，使得待建立的载体服务在关于服务质量方面，尽可能精确地对应于所希望的语音连接。如果由GSM MM层需要的GSM语音连接要求全速的TCH(通信业务信道)，其中所采用的编码算法是GSM语音算法V1，具有1和14之间的优先权，包含在描述待建立的载体服务的RBC_Setup_req消息中的参数依据下表可被分成三个扇区。
在这张表中，应用的UTRA载体服务的这样一些性质，在组成本申请的日子前已经从涉及第三代数字UMTS蜂窝无线电系统的各种建议中了解到。
GSM连接的说明 UTRA载体服务的服务说明
通道类型 RT-载体{
数据类型：语音 通信业务向量
信道类型：全速TCH PBR＝16K位/秒
编码算法：GSM语音 SBR＝16K位/秒或更低
算法V1 MBS＝320
优先权：1-14 QoS向量
BER＝3
Max_delay＝30
Delay_variation＝0
优先权＝1-14
安全性＝ffs
Handover_data_loss＝被允许
信息向量
方向＝双向
类型＝核心
配置＝ptp}
在下表中，一方面描述MM协议层和UAL之间的对应消息，另一方面描述UAL和RNL之间的对应消息，以及与所述的消息有联系的参数。
消息NM→UAL 参数 消息UAL→RNL 参数
RR_Est_req 基元类型，建立原因，{服务要求} RBC_Setup-req 接入种类(IRB)，载体Cls(IRB)载体QoS(TB)Dir(UL，DL，BI)Boolean(IRB/TB)CN类型，SAPI，{服务要求}
RR_Reconfigure_req 基元类型，QoS参数 RBC_Reconfigure_req BID，载体QoS{载体QoS2}Dir(UL，DL，BI)
RR_Rel_req 基元类型 RBC_Release_req BIDDir(UL，DL，BI)
RR_Data_req 基元类型SAPI消息单元 RBC_Data_req BID消息单元
RR_Unitdata_req 基元类型SAPI消息单元 RBC_Unitdata_req BID消息单元
RR_Abort_req 基元类型 RBC_Abort_req  BIDDir(UL，DL，BI)
RR_Activate_req 基元类型，激活类型 RBC_Activate_req  激活类型
RR_Deactivate_req 基元类型 RBC_Deativate_req
RR_NW_sealch_start_req 基元类型搜索模式 RRC_NW_search_start_req  搜索模式
RR_NW_search_stop_req 基元类型 RRC_NW_search_stop_req
在下表中，一方面描述RNL和UAL之间的对应消息，另一方面描述UAL和MM协议层之间的对应消息，以及与所述的消息有联系的参数。
消息RNL→UAL   参数   消息UAL→MM   参数
RBC_Setup_Cnf   BID，接入类型(IRB)载体Cls(IRB)，载体QoS(TB)，Dir(UL，DL，BI)，CN类型SAPI   RR_Est_cnf   基元类型，SAPI
RBC_Setup_ind   BID接入类型(IRB)，载体Cls(IRB)载体QoS(TB)，Dir(UL，DL，BI)Boolean(IRB/TB)CN类型，SAPI   RR_Est_ind   基元类型，SAPI
RBC_Reconfigu   BID   RR_Reconfigur   基元类型，
re_cnf 载体QoS，{载体QoS2}Dir e_cnf QoS，参数
RBC_Reconfigure_ind BID载体QoS{载体QoS2}Dir RR_Reconfigure_ind 基元类型QoS参数
RBC_Release_cnf BIDDir(UL，DL，BI) RR_Rel_cnf 基元类型，SAPI，释放原因
RBC_Release_ind BIDDir(UL，DL，BI) RR_Rel_ind 基元类型SAPI释放原因
RBC_Data_ind BID，消息单元 RR_Data_ind 基元类型，SAPI，消息单元
RBC_Unitdata_nd BID，消息单元 RR_Unitdata_ind 基元类型，SAPI消息单元
RBC_Abort_ind BID，Dir(UL，DL，BI) RR_Abort_ind 基元类型，SAPI
RBC_Activate_ind 激活类型 RR_Activate_ind 基元类型，SAPI
RBC_ciph_start_ind 算法 RR_Sync_ind 基元类型，SAPI同步类型
RRC_NW_search_term_ind 小区说明 RR_NW_search_term_ind 基元类型，小区说明
第二代数字蜂窝无线电系统具有的特征在于在移动站和基本发送接收机站之间，除了可能的信号连接，每次只可能有一个通信业务连接。第三代系统的目标是对准同时连接的数目事先未被限制的场合。在向上方向中，依据本发明的UAL协议层提供几个平行的服务接入点，从UAL协议层往下的连接是第三代连接。不管是否有其他在用的连接，仍可通过UAL协议层，建立新的连接和释放老的连接。
籍助于本发明，容易实现多模式移动站，能够利用由几个不同的核心网所提供的服务，至少只有一个(第三代)无线电接入网可用。这种类型的移动站有用于独立操作几个较高级协议层的装置。每个所述的较高级协议层可通过给定的服务接入点与UAL协议层交往，不管其他的协议。因为UAL能够通过给定的服务接入点准确地按在所述的较高协议层以下操作的现有技术(第二代)协议层相同的方式与给定的较高协议层通信，因而较高协议层并不必须知道它是与现有技术较低协议层还是与依据本发明的UAL打交道。这意味着为较高级协议层功能设计的已知的计算机程序可照此复制到应用本发明的移动站。显然，本发明并不把位于UAL之上的协议层只限于第二代协议，而是在UAL之上，可实现在所述的协议的基元和第三代无线电接入网的RNL协议层的基元之间所提供的任何协议，其中可构成毫不含糊的映象。
可将UAL动态地配置，也就是可通过编程的方法适配，如果在移动站中被装载着某些新的较高级协议，已经包含在移动站中的UAL可被适配，则同样为新的较高级协议提供至少一个服务接入点，或者可能是几个平行的服务接入点。
图5示出一种可应用依据本发明的UAL的移动站的方框图。话筒501，放大器502，和A/D转换器503和发射机504组成发送分支，它可照样符合现有技术，同样，由接收机511，D/A转换器512，放大器513和扬声器514组成的接收分支，以及双工方框508，控制这两个分支和天线509之间的信号。最便利的是，控制方框505是利用与显示器506和键盘507，连接的微处理器来实现，还被连到存储器510，在其中记录由微处理器505执行的程序，并在操作期间用作数据存储的场所。
依据本发明的适配层最便于作为在存储器510中记录的程序的部分来实现。

Claims (9)

1.一种用于在移动站(100)和数字无线数据传输系统之间实现数据传输的方法，所述数字无线数据传输系统包括按照第一协议处理消息的无线接入网(104，105，106)，和按照第二协议处理消息的核心网(101，102，103)，其特征在于，在所述移动站中，在给定的较低协议层(305)上依据第一协议处理消息，并且在给定的较高协议层(302，303，304)上依据第二协议处理消息，以便在位于较高协议层和较低协议层之间的适配层(301)上实施适配，其中依据第一与第二协议相互映射消息。
2.依据权利要求1的方法，其特征在于，第一协议是第三代数字蜂窝无线电系统的数据传输协议，并且第二协议是第二代数字蜂窝无线电系统的数据传输协议。
3.依据权利要求2的方法，其特征在于，第一协议包括：在移动站和无线电接入网基站子系统之间，对应于物理无线电连接的L1层(200)；以及在其上对应于OSI模型的层2与3的RLC/MAC层(202)、LLC层(204)和RRC层(206)，并且第二协议是GSM系统的数据传输协议，包括GSM MM层(302)。
4.依据权利要求2的方法，其特征在于，第一协议包括：在移动站和无线电接入网基站子系统之间，对应于物理无线电连接的L1层(200)；以及在其上对应于OSI模型的层2与3的RLC/MAC层(202)、LLC层(204)和RRC层(206)，并且第二协议是GPRS系统的数据传输协议，包括GPRS MM层(303)。
5.依据权利要求1的方法，其特征在于，第一协议是第三代数字蜂窝无线电系统的数据传输协议，并且第二协议是第三代数字蜂窝无线电系统的核心网的数据传输协议。
6.依据权利要求1的方法，其特征在于，所述适配层(301)给位于其上的协议层提供至少两个平行服务接入点(306，307，308)，以便使相互可选的第二协议与第一协议适配。
7.一种蜂窝无线电系统移动站，包括用于依据给定的协议堆栈与无线电接入网实现数据传输的装置(504，505，508，509，510)，其特征在于，所述蜂窝无线电系统移动站包括：用于在所述协议堆栈中依据给定的第一协议实施较低协议层(305)的装置(505，510)；和用于在所述协议堆栈中依据给定的第二协议实施较高协议层(302，303，304)的装置(505，510)，并且所述蜂窝无线电系统移动站包括用于在所述较低协议层(305)与所述较高协议层(302，303，304)之间实施适配层(301)以实现这样的一种双向适配的装置(505，510)，其中在所述双向适配中依据第一与第二协议相互映射消息。
8.依据权利要求7的蜂窝无线电系统移动站，其特征在于，所述蜂窝无线电系统移动站包括：用于实施给定的第一较高协议层的装置(505，510)；用于实施第二较高协议层作为对第一较高协议层的选择的装置(505，510)；和用于在所述适配层上实施用于识别从哪个较高协议层中接收到给定消息的功能的装置(505，510)。
9.依据权利要求8的蜂窝无线电系统移动站，其特征在于，用于实施所述第一较高协议层的所述装置(505，510)包括用于实施GSM MM层的装置，并且用于实施所述第二较高协议层的所述装置(505，510)包括用于实施GPRS MM层的装置。
CNB998074527A 1998-04-15 1999-04-14 在数字无线数据传输系统中用于实现协议适配的适配层 Expired - Fee Related CN1145324C (zh)

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