CN102186244B - 无线异构网络系统以及无线异构网络统一化位置管理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种能够简单且有效地实现无线异构网络统一化位置管理的无线异构网络系统以及无线异构网络统一化位置管理方法。本发明无线异构网络系统，包括各异构网络、用户终端、统一化移动性管理数据库、对应每一个异构网络设置的上层网关，上层网关包括位置更新模块、呼叫处理模块；统一化移动性管理数据库只储存用户终端的地理位置坐标，不需要放置用户终端的所有网络位置信息，降低了对数据库节点的要求；在位置更新处理过程中只需要任意选择一个网络进行报告，而不需要对所有的接入网络都进行位置更新处理，大大降低了无线链路的资源开销。
Description
技术领域
本发明属于使用无线异构网络技术，特别是涉及到异构网络中用户的移动性管理。
背景技术
在移动通信从2G向3G发展的10多年来，产生了许多种不同的无线传输技术，如GSM(全球移动通讯系统，一种第2代无线通信的技术标准)、CDMA(码分多址，一种第2代无线通信的技术标准)、WCDMA(宽带码分多址，一种第3代无线通信的技术标准)、CDMA2000(码分多址2000，一种第3代无线通信的技术标准)、TD-SCDMA(时分同步码分多址，一种第3代无线通信的技术标准)、802.11a/b/g等，而目前各国又在研究新的B3G(超3代移动通信系统)和4G(第4代移动通信系统)的传输技术。显然，未来无线网络将是多种异构网络组成的混合网络。
位置管理技术是无线网络移动性管理中的关键技术之一，用于实现跟踪、存储、查找和更新移动目标的位置信息。位置管理包括定位和寻呼两个过程：定位(位置更新)是指移动目标向网络系统报告其位置变更的过程，寻呼(位置查询)则是网络系统查找移动目标所在位置的过程。
目前已有并广泛使用的位置管理技术绝大多数是针对同构网络提出的，对于由异构网络组成的混合网络并不完全适用。
针对网络异构的特征，现有学者也提出了很多解决方案：有学者提出加入网际网关进行相应处理来适应多种网络混合的异构网络的位置管理方式(参看文献Assouma，A.D.，Beaubrun，R.，Pierre，S..Mobility management in heterogeneous wireless networks[J]IEEE Journal onSelected Areas in Communications，2006，24(3)：638-648)，但是这方式需要在两两网络之间建立设备，过于复杂，网络的扩展性不好；还有的提出了一种统一化移动性管理(UMM)技术，提出利用超级数据库(super HLR)来实现多协议的位置管理，UMM端的中心管理节点将存放每个移动用户的GSM的位置区、MIP(移动互联网)的家乡代理地址、WLAN(无线局域网)的目标路由器地址等所有网络位置信息，在对移动用户进行位置更新时，需要对所有接入网络都进行位置管理操作，(参看文献Haase，O.，Ming Xiong；Murakami，K.Multi-protocolprofiles to support user mobility across network technologies[C].Proceedings of the 2004IEEEInternational Conference on Mobile Data Management，2004：100-105)，这种方法虽然比较好的实现了异构网的位置管理功能，但需要重新建立一个性能要求相当高的中心管理节点，中心管理节点的数据存储规模很大，成本很高；在进行位置更新时对无线链路的开销较大，也不具备良好的扩展性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够简单且有效地实现无线异构网络统一化位置管理的无线异构网络系统以及无线异构网络统一化位置管理方法。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是，无线异构网络系统，包括各异构网络、用户终端、统一化移动性管理数据库、对应每一个异构网络设置的上层网关，所述上层网关包括位置更新模块、呼叫处理模块；
所述用户终端用于，周期性地进行自主定位，得到用户终端的地理位置坐标，再选择无线网络，向所选择的无线网络中的位置更新模块发送位置更新报告；所述位置更新报告包括用户终端的地理位置坐标以及用户标识；所述用户终端的地理位置坐标由用户终端所在的经度、纬度组成；当用户终端为主叫用户终端时，主叫用户终端选择无线网络发送呼叫请求，所述呼叫请求中包括主叫用户标识与被叫用户标识；当用户终端为被叫用户终端时，被叫用户终端接收到呼叫请求后，返回呼叫应答；
所述统一化移动性管理数据库用于，接收到位置更新报告后，提取出用户终端的地理位置坐标，存储在该用户终端对应的用户标识下；接收到寻呼请求后，根据被叫用户终端的用户标识查找对应的地理位置坐标，并将被叫用户终端的地理位置坐标返回至主叫用户终端选择的无线网络所对应的呼叫处理模块；
所述位置更新模块用于，接收到用户终端发送的位置更新报告后，向统一化移动性管理数据库发送位置更新报告；
所述呼叫处理模块用于，当呼叫处理模块为主叫呼叫处理模块时，主叫呼叫处理模块接收到主叫用户终端发出的呼叫请求后，向统一化移动性管理数据库发送寻呼请求；主叫呼叫处理模块接收到统一化移动性管理数据库返回的被叫用户终端的地理位置后，在向被叫呼叫处理模块发送呼叫请求中添加被叫用户终端地理位置；当呼叫处理模块为被叫呼叫处理模块时，被叫呼叫处理模块接收到添加了被叫用户终端地理位置的呼叫请求后，提取出被叫用户终端的地理位置坐标，根据被叫用户终端的地理位置坐标，计算出覆盖被叫用户终端的天线信息，并向被叫用户终端发送呼叫请求。
本发明中，各异构网络内部处理保持现有处理方式不变，只在各异构网络内的移动性管理数据库处理之后增加新的上层网关的处理步骤，各异构网络的上层网关中存储有本网内各个位置区管理节点或基站的地理位置坐标；用户终端既可以是单模用户终端也可以是多模用户终端；单模用户终端，在选择无线网络时，可选择无线网络只有一个，多模用户在可选网络范围内任选一个网络进行位置更新或寻呼。
应用于上述系统的无线异构网络统一化位置管理方法，包括用户位置更新处理、用户寻呼处理，其特征在于，所述用户位置更新处理包括以下步骤：
a1、用户终端周期性地进行自主定位，得到该用户终端的地理位置坐标；所述用户终端的地理位置坐标由用户终端所在的经度、纬度组成；
a2、用户终端选择一个无线网络，向所选择的无线网络中的位置更新模块发送位置更新报告，所述位置更新报告包括用户终端的地理位置坐标以及用户标识；
a3、位置更新模块接收到位置更新报告后，向统一化移动性管理数据库转发该位置更新报告；
a4、移动性管理数据库接收到位置更新报告后，提取出用户终端的地理位置坐标，存储在该用户终端对应的用户标识下；
所述用户寻呼处理包括以下步骤：
b1、主叫用户终端选择无线网络发送呼叫请求，所述呼叫请求中包括主叫用户标识与被叫用户标识；
b2、主叫端呼叫处理模块接收到呼叫请求后，向统一化移动性管理数据库发送寻呼请求，所述寻呼请求包括被叫用户终端的用户标识；
b3、统一化移动性管理数据库接收到寻呼请求后，根据被叫用户终端的用户标识查找对应的地理位置坐标，并将返回至主叫端呼叫处理模块；
b4、主叫呼叫处理模块在发送呼叫请求中添加被叫用户的地理位置坐标，向被叫端呼叫处理模块发送添加了被叫用户地理位置坐标的呼叫请求；
b5、被叫端呼叫处理模块接收到添加了被叫用户地理位置坐标的呼叫请求后，提取出被叫用户终端的地理位置坐标，根据被叫用户终端的地理位置坐标计算出覆盖被叫用户终端的天线信息并向其发送呼叫请求；
b6、被叫用户终端接收到呼叫请求后，返回呼叫应答，主叫用户终端与被叫用户终端建立通信链路。
本发明的统一化移动性管理数据库只储存用户终端的地理位置坐标，不需要放置用户终端的所有网络位置信息，降低了对数据库节点的要求；在位置更新处理过程中只需要任意选择一个网络进行报告，而不需要对所有的接入网络都进行位置更新处理，大大降低了无线链路的资源开销。在寻呼阶段由各异构网络的呼叫处理模块进行分布式处理，而不改变现有网络内部位置管理处理流程，具有很好的扩展性、兼容性。
具体的，所述用户标识为用户号码。
具体的，用户终端根据网络的广播信息进行自主定位。更具体的，用户终端根据某一个网络的广播信息进行定位，或根据几个网络的广播信息进行联合定位。如，用户终端采用基于时间的周期性算法进行GPS(全球定位系统)定位处理。
为了进一步降低位置更新时的无线链路开销，在步骤a1之后，步骤a2之前，用户终端还进行一个是否发送位置更新报告的预判处理，用户终端比较上一次位置更新时的地理位置坐标和本次得到的地理位置坐标是否符合位置更新标准，如是，则进入步骤a2，如否，则返回步骤a1；步骤a2中用户终端在发送位置更新报告同时，在本地用本次得到的地理位置坐标替换上一次位置更新时的地理位置坐标并存储。这样，当用户终端在一个周期时间内没有发生大的变化的情况下，用户终端不发起位置更新的报告，极大地减小了混合网络中的无线链路开销。
本发明的有益效果是，在不改变现有网络内部位置管理处理方法的同时，能很好地完成异构网络的位置管理，具有很好的兼容性；未来新出现的网络也可以使用该方法完成位置管理功能，具有很好的开放性；不存在过于复杂的转换而限制网络规模，具有很好的扩展性。用户终端的位置信息虽然也是存放在UMM(统一化移动性管理)数据库，但是由于存放的是地理位置信息，而不是所有网络位置信息(例如同时存放GSM的位置区、MIP的家乡代理地址、WLAN的目标路由器地址)，所以和现有UMM数据库相比，数据库的数据存储规模将大大减小；而且由于位置更新处理只选择最合适的网络进行一次操作，而不是所有可以接入的网络都进行位置管理操作，所以无线链路上的开销也大大降低。
附图说明
图1为本发明的异构网络系统示意图；
图2为本实施中一个具体的无线异构网络场景；
图3为本发明的位置更新处理步骤；
图4为本发明的呼叫处理步骤；
图5为本发明实施例与现有的统一化位置管理数据库的存储规模比较；
图6为本发明实施例与现有的统一化位置管理的无线链路开销比较。
具体实施方式
如图1所示，无线异构网络系统，各异构网络(GSM网络、UNTS网络、WLAN、卫星网络以及其它新型网络)、统一化移动性管理数据库、对应每一个异构网络设置的上层网关，上层网关包括位置更新模块、呼叫处理模块；各异构网络内部结构以及处理按照其协议不变，如现有GSM网络包括基站(BS)、移动交换中心(MSC)，归属位置寄存器(HLR)、访问位置寄存器(VLR)，现有UNTS(通用移动通信系统)网络包括基站(BS)、Node B(B节点)、RNC(无线网络控制器)，现有WLAN(无线局域网络)包括AP(接入点)、MAP(移动应用部分)，现有卫星网络包括卫星、地面信关站。本发明只在各异构网络内的移动性管理处理之后增加新的上层网关的处理步骤，移动性管理处理在现有GSM网络中由HLR/VLR完成，现有UNTS网络中由RNC完成，现有WLAN中由MAP完成，现有卫星网络中由地面信关站完成。各异构网络的上层网关中存储有本网内各个位置区管理节点或基站的地理位置坐标。
下面给出一个具体的无线异构网络场景中本发明的实施方法：
如图2所示，用户1是机载用户，没有地面网络覆盖，只能通过海事卫星接入。用户2是地面移动用户，同时被GSM网络、WLAN以及卫星网络覆盖，各网络总均设置有其上层网关。两个用户进行远程视频通信。卫星网络的上层网关已获得卫星星历信息可以计算出卫星在某时刻的具体位置坐标，WLAN的上层网关已获得本网内各个无线接入点(AP)的位置坐标，GSM网络的上层网关已获得本网内MSC和基站的位置坐标；用户1和用户2都是多模终端，可以软件无线电的方式接入某个或多个无线网络，并可以在不同网络间进行垂直切换；统一化位置管理数据库能与所有网络的上层网关进行通信，存放用户的位置信息等数据。
位置更新阶段的处理流程，如图3所示：
1、机载用户1和地面用户2的终端各自按一定的算法周期性地根据网络的广播信息进行自主定位，分别得到自身的地理位置坐标(X1，Y1)、(X2，Y2)；
2、用户根据自身记录的上一次位置更新时的位置坐标和本次测得的坐标进行判断是否发起位置更新流程，如果需要发起位置更新流程则进入步骤3，如果不需要，则返回步骤1；
用户终端比较上一次位置更新时的地理位置坐标与本次得到的地理位置坐标之间的距离是否大于阈值来判断是否符合位置更新标准，如大于则符合位置更新标准，否则判断为不符合位置更新标准；上一次位置更新时的地理位置坐标与本次得到的地理位置坐标之间的距离为
其中，r为两坐标的距离，X1为上一次位置更新时的经度、Y1为上一次位置更新时的纬度，X2为本次得到的经度、Y2为本次得到的纬度。阈值的取值为
其中，R为阈值，v为用户终端的速率，CU为一次位置更新操作的无线链路开销，CP为一次寻呼操作的无线链路开销，λ为用户终端的呼叫到达率；
3、机载用户1选择卫星网络发起位置更新报告，位置更新报告中包含有自己用户标识以及地理位置坐标(X1，Y1)，位置更新报告通过卫星发送到地面信关站，再经上层网关中的位置更新模块进行处理；地面用户2选择覆盖性好的GSM网络，通过发起位置更新报告，将自己的位置坐标(X2，Y2)通过基站和MSC(移动交换中心)发送到HLR(归属位置寄存器)，再经上层网关中的位置更新模块进行处理，两用户都同时在终端本地记录该坐标并删除上一次的记录；两上层网关中的位置更新模分别向UMM数据库发送位置更新报告，将用户标识id1以及对应坐标(X1，Y1)、用户标识id2以及对应坐标(X2，Y2)发送至UMM数据库；
4、两用户所在网络的上层网关接收到报告后向UMM数据库发送用户的位置坐标数据(X1，Y1)和(X2，Y2)以及两用户的用户标识id1、id2；
5、UMM收到信息后记录用户的位置坐标在各自的用户标识下。
用户寻呼阶段的处理，如图4所示：
1、机载主叫用户1只有卫星覆盖，所以选择卫星网络(网络1)进行呼叫，通过卫星向网络发送呼叫请求，呼叫请求包含信息主叫标识id1和被叫标识id2；
2、网络1呼叫网关收到呼叫请求后向UMM数据库发起寻呼请求查询被叫用户地理位置坐标，寻呼请求包含被叫标识id2；
3、UMM数据库向网络1呼叫模块返回被叫用户2的位置坐标(X2、Y2)；
4、网络1呼叫网关根据业务类型(视频)选择带宽比较大的WLAN作为被叫网络进行接入，向WLAN的上层网关(网络2呼叫模块)发送呼叫请求，此处的呼叫请求中还包含有坐标(X2、Y2)；
5、网络2呼叫模块收到第二呼叫请求后根据被叫用户位置坐标(X2，Y2)得到其所在接入点的IP地址，并通过AP向被叫用户发送呼叫请求；
6、被叫用户2收到呼叫请求后返回呼叫应答，建立链路，进行数据传输。
本发明的UMM数据库只存放用户地理位置信息(经纬度)，在各异构网络网关也不存放用户标识与地理位置坐标；而现有UMM构架在中心数据库中将存放接入卫星号，接入信关站号，蜂窝所属位置区编号和基站编号，WLAN所属路由器ip地址等网络位置信息；而网际网关构架中虽然没有中心节点，但各个异构网将独立存放各自相应信息。根据测试结果，本实施例的UMM数据库的存储规模仅需要现有UMM构架在中心数据库规模或网际网购构架下的各独立数据库总和的0.3倍，即能很好地完成归一化位置管理，如图5所示。在位置更新阶段，本发明报告的是地理位置坐标，所以只需要任意选择一个合适的网络进行位置更新处理即可，而另外两种现有方式同时需要更新的各个异构网络的位置信息，所以用户能接入的所有网络都需要进行位置更新操作。如图2所示的实例中，用户2可以选择接入的网络有3种，采用现有的位置更新方法需要进行三次更新操作，而利用了本发明的位置更新方法仅需要进行一次更新操作，无线链路开销是现有UMM构架以及网际网购构架下的位置更新方法的0.3倍，如图6所示。
Claims (10)
1.无线异构网络系统，包括各异构网络、用户终端，其特征在于，还包括统一化移动性管理数据库、对应每一个异构网络设置的上层网关，所述上层网关包括位置更新模块、呼叫处理模块；
所述用户终端用于，周期性地进行自主定位，得到用户终端的地理位置坐标，再选择无线网络，向所选择的无线网络中的位置更新模块发送位置更新报告；所述位置更新报告包括用户终端的地理位置坐标以及用户标识；所述用户终端的地理位置坐标由用户终端所在的经度、纬度组成；当用户终端为主叫用户终端时，主叫用户终端选择无线网络发送呼叫请求，所述呼叫请求中包括主叫用户标识与被叫用户标识；当用户终端为被叫用户终端时，被叫用户终端接收到呼叫请求后，返回呼叫应答；
所述统一化移动性管理数据库用于，接收到位置更新报告后，提取出用户终端的地理位置坐标，存储在该用户终端对应的用户标识下；接收到寻呼请求后，根据被叫用户终端的用户标识查找对应的地理位置坐标，并将被叫用户终端的地理位置坐标返回至主叫用户终端选择的无线网络所对应的呼叫处理模块；
所述位置更新模块用于，接收到用户终端发送的位置更新报告后，向统一化移动性管理数据库发送位置更新报告；
所述呼叫处理模块用于，当呼叫处理模块为主叫呼叫处理模块时，主叫呼叫处理模块接收到主叫用户终端发出的呼叫请求后，向统一化移动性管理数据库发送寻呼请求；主叫呼叫处理模块接收到统一化移动性管理数据库返回的被叫用户终端的地理位置后，在向被叫呼叫处理模块发送呼叫请求中添加被叫用户终端地理位置；当呼叫处理模块为被叫呼叫处理模块时，被叫呼叫处理模块接收到添加了被叫用户终端地理位置的呼叫请求后，提取出被叫用户终端的地理位置坐标，根据被叫用户终端的地理位置坐标，计算出覆盖被叫用户终端的天线信息，并向被叫用户终端发送呼叫请求。
2.如权利要求1所述无线异构网络系统，其特征在于，用户终端进行自主定位具体为：根据某一个网络的广播信息进行定位，或根据几个网络的广播信息进行联合定位。
3.如权利要求1所述无线异构网络系统，其特征在于，所述用户终端还用于，在得到用户终端的地理位置坐标之后，向所选择的无线网络中的位置更新模块发送位置更新报告之前，进行一个是否发起位置更新报告的预判处理：当上一次位置更新时的地理位置坐标和本次得到的地理位置坐标符合位置更新标准，则发送位置更新报告，如否，不发送位置更新报告；用户终端在发送位置更新报告的同时，在本地用本次得到的地理位置坐标替换上一次位置更新时的地理位置坐标并存储。
4.如权利要求3所述无线异构网络系统，其特征在于，所述用户终端还用于，通过比较 上一次位置更新时的地理位置坐标与本次得到的地理位置坐标之间的距离是否大于阈值来判断是否符合位置更新标准，如大于则符合位置更新标准，否则判断为不符合位置更新标准；上一次位置更新时的地理位置坐标与本次得到的地理位置坐标之间的距离为 其中，r为两坐标的距离，X1为上一次位置更新时的经度、Y1为上一次位置更新时的纬度，X2为本次得到的经度、Y2为本次得到的纬度。
5.如权利要求4所述无线异构网络系统，其特征在于，所述阈值的取值为 其中，R为阈值，v为用户终端的速率，CU为一次位置更新操作的无线链路开销，CP为一次寻呼操作的无线链路开销，λ为用户终端的呼叫到达率。
6.无线异构网络统一化位置管理方法，包括用户位置更新处理、用户寻呼处理，其特征在于，所述用户位置更新处理包括以下步骤：
a1、用户终端周期性地进行自主定位，得到该用户终端的地理位置坐标；所述用户终端的地理位置坐标由用户终端所在的经度、纬度组成；
a2、用户终端选择无线网络，向所选择的无线网络中的位置更新模块发送位置更新报告，所述位置更新报告包括用户终端的地理位置坐标以及用户标识；
a3、位置更新模块接收到位置更新报告后，向统一化移动性管理数据库转发该位置更新报告；
a4、移动性管理数据库接收到位置更新报告后，提取出用户终端的地理位置坐标，存储在该用户终端对应的用户标识下；
所述用户寻呼处理包括以下步骤：
b1、主叫用户终端选择无线网络发送呼叫请求，所述呼叫请求中包括主叫用户标识与被叫用户标识；
b2、主叫呼叫处理模块接收到呼叫请求后，向统一化移动性管理数据库发送寻呼请求，所述寻呼请求包括被叫用户终端的用户标识；
b3、统一化移动性管理数据库接收到寻呼请求后，根据被叫用户终端的用户标识查找对应的地理位置坐标，并将返回至主叫呼叫处理模块；
b4、主叫呼叫处理模块在发送呼叫请求中添加被叫用户的地理位置坐标，向被叫呼叫处理模块发送添加了被叫用户地理位置坐标的呼叫请求，；
b5、被叫呼叫处理模块接收到添加了被叫用户地理位置坐标的呼叫请求后，提取出被叫用户终端的地理位置坐标，根据被叫用户终端的地理位置坐标计算出覆盖被叫用户终端的天线信息并向其发送呼叫请求；
b6、被叫用户终端接收到呼叫请求后，返回呼叫应答，主叫用户终端与被叫用户终端建立通信链路。
7.如权利要求6所述无线异构网络统一化位置管理方法，其特征在于，用户终端进行自主定位具体为：根据某一个网络的广播信息进行定位，或根据几个网络的广播信息进行联合定位。
8.如权利要求6所述无线异构网络统一化位置管理方法，其特征在于，在步骤a1之后，步骤a2之前，用户终端还进行一个是否发送位置更新报告的预判处理，用户终端比较上一次位置更新时的地理位置坐标和本次得到的地理位置坐标是否符合位置更新标准，如是，则进入步骤a2，如否，则返回步骤a1；步骤a2中用户终端在发送位置更新报告后，在本地用本次得到的地理位置坐标替换上一次位置更新时的地理位置坐标并存储。
9.如权利要求8所述无线异构网络统一化位置管理方法，其特征在于，用户终端通过比较上一次位置更新时的地理位置坐标与本次得到的地理位置坐标之间的距离是否大于阈值来判断是否符合位置更新标准，如大于，则符合位置更新标准，否则，判断为不符合位置更新标准；上一次位置更新时的地理位置坐标与本次得到的地理位置坐标之间的距离为 其中，r为两坐标的距离，X1为上一次位置更新时的经度、Y1为上一次位置更新时的纬度，X2为本次得到的经度、Y2为本次得到的纬度。
10.如权利要求9所述无线异构网络统一化位置管理方法，其特征在于，所述阈值的取值为 
其中，R为阈值，v为用户终端的速率，CU为一次位置更新操作的无线链路开销，CP为一次寻呼操作的无线链路开销，λ为用户终端的呼叫到达率。
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