移动电信网中逻辑信道的最佳使用 【发明背景】
发明的技术领域
本发明涉及电信网络，更具体地涉及数字移动通信网中信道资源的有效管理。
有关技术描述
在特定服务小区内漫游的特定移动站与对那个特定服务小区提供无线覆盖的基站收发站(BTS)之间连接的通称是“无线接口”或“空中接口”。历史上，在基站收发站(BTS)和移动站之间通过空中接口的信息通信使用所谓模拟调制技术。例如，频分多址(FDMA)技术已经广泛用于将与当前服务小区关联的多个频道之一分配给每个与服务BTS通信的移动站。但是，目前已经使用数字调制技术以便增强使用移动通信所分配带宽的频谱效率。如所示，使用时分多址(TDMA)和码分多址(CDMA)两种技术允许BTS和多个不同移动站之间在比较有限的无线频带上进行通信。例如，全球移动系统(The Global Systemfor Mobile(GSM))使用TDMA概念，每个载波频道上分配一个TDAM帧用于移动站和BTS之间的通信。每个帧还细分成八个时隙(TS)。单个频道上TDMA帧的每个时隙成为一条物理信道。因此，在GSM系统中每个载波有八条物理信道。GSM系统的每条物理信道可以与FDMA系统中的一个单个信道相比拟，在FDMA系统中每个用户通过一个有关频率连接到该系统。
TDMA技术的实现要求在服务BTS和移动站之间通过有限的物理信道发送大量而且不同的信息。例如，控制数据、业务请求数据、实际的业务数据、辅助数据等，必须通过物理信道传递。因此，为了将数据类型彼此区分，在可用的物理信道上命名并映射(分配)了不同的逻辑信道。例如，实际的语音在称为“业务信道(TCH)”的逻辑信道上发送，占据一条或多条物理信道。被叫方移动站的寻呼通过逻辑“寻呼信道(PCH)”进行，而移动站与服务BTS地同步在逻辑“同步信道(SCH)”上进行，占据一条物理信道。因此，根据发送信息的类型，使用不同的逻辑信道。不用说，如果一条特定的逻辑信道分配了更多的物理信道，其余的逻辑信道可用的物理信道数就少了。
因为有限的物理信道资源，移动业务提供者常常面临信道资源管理和衡量的问题。一个这样的问题包括有效地管理服务移动网络内的独立专用控制信道(SDCCH)。因为SDCCH逻辑信道阻塞的事实会导致丢失呼叫和不成功的呼叫建立，因此SDCCH逻辑信道的有效管理对服务覆盖区内漫游的移动站提供可靠的移动业务是致关重要的。
SDCCH逻辑信道不仅用于建立呼叫连接，而且也用于执行漫游移动站的位置更新和在服务移动网与有关移动站之间传递包含文本或图形数据的分组消息。一般，所有的上述功能都提供了相同的优先级并允许同等地接入可用的SDCCH信道资源。结果，所有可用的SDCCH信道资源可能被传递文本消息的短消息业务(SMS)或非结构辅助业务数据(USSD)消息所占据，而且可能导致阻碍在移动站和服务移动网之间建立语音连接。但是，即使对所有上述功能的支持对为有关移动站提供可靠而全面的移动业务非常重要，但是建立呼叫连接是移动网所执行的最重要功能。
因此，需要一种机制，对服务移动网的移动业务设置优先级，以便更好地利用可用的SDCCH逻辑信道。
【发明内容】
本发明揭示了一种方法和装置，使高优先级移动业务对移动电信网内独立专用控制信道(SDCCH)的使用最佳化。SDCCH逻辑信道的利用级别将在服务于特定地理区域的特定基站控制器(BSC)中加以维护。在确定这种级别超过了服务电信网所施加的门限值之后，BSC就在广播控制信道上发送数据，从而将这种确定通知在其覆盖区内漫游的有关的移动站。此后，指示需要请求低优先级移动业务的移动站延迟请求一条可用的SDCCH逻辑信道，直到利用级别降到所施加的门限级别为止。因此，就为阻塞的移动电信网内的高优先级移动业务保留了可用的SDCCH逻辑信道。
附图的简要描述
本发明方法和装置更完整的理解可以通过结合所附的图参考如下详细描述得到，其中：
图1是说明移动站与服务基站收发站(BTS)通信的移动电信网的框图；
图2是根据时分多址(TDMA)技术分配的物理信道的框图；
图3是根据全球移动系统(Global System for Mobile(GSM))标准的TDMA物理帧内不同逻辑信道的框图；
图4是说明发起出呼叫连接的不同消息传递的信号序列图；
图5是根据本发明教导的服务移动网向移动站发送独立专用控制信道(SDCCH)状态信息的框图；以及
图6是说明移动站向服务移动网请求移动业务所执行的步骤的流程图。
附图的详细描述
图1是说明移动站20与服务基站收发站(BTS)30通信的公用陆地移动网(PLMN)10的框图。与特定的公用陆地移动网(PLMN)10关联的地理区域被分成很多更小的区域。每当移动站20漫游到称为“位置区”的这些更小区域中的一个时，移动站向服务PLMN进行位置更新。这种位置更新将移动站的出现通知有关的移动交换中心/访问位置寄存器(MSC/VLR)。如果移动站20是未注册的用户，则标识与最新注册移动站20关联的原籍位置寄存器(HLR)60并在服务MSC/VLR 50和HLR 60之间进行必要的通信，以便对新移动站20鉴权。进一步从有关的HLR 60请求并检索与最新注册的移动站20有关的必要的用户信息，并将其存储在服务MSC/VLR 50。此后，移动站20被允许接入服务MSC/VLR 50覆盖区内的移动业务。
每当向移动站20请求入呼叫连接时，与HLR 60关联的网关移动交换中心(GMSC)80接收到呼叫建立信号、例如基于综合业务数字网用户部分(ISUP)的初始地址消息(IAM)。在执行了HLR查询以确定移动站20的当前位置之后，所接收的入呼叫建立信号被GMSC 80重新路由选择到目前服务移动站20的MSC/VLR 50。然后，MSC/VLR 50确定移动站20的当前位置区，并指示恰当的基站控制器(BSC)40寻呼移动站20。然后BTS 30寻呼移动站，将入呼叫通知给移动站。一旦移动站检测到寻呼消息，移动站20就向BSC 40发送对信令信道的请求。在对移动站20分配了空闲的信令信道之后，BSC 40发送一个消息，指示移动站20切换到那个特定的信令信道。在最新分配的信令信道上传递了必要的控制和业务有关的数据之后，随后占据一条语音信道并通过BTS 30在移动站20和BSC 40之间建立一条呼叫连接。
最初，服务BTS 30和移动站20之间的通信接口90使用所谓模拟调制技术。但是，随着目前数字通信技术的发展，数字调制技术被用于增强移动电信网内数据通信的效率和容量。如所示，时分多址(TDMA)或码分多址(CDMA)技术正用于允许在比较有限的无线频率上进行多个通信。例如基于全球移动系统(Global System forMobile(GSM))的电信网使用TDMA技术，其每个载波频率上的一个TDMA帧用于移动站和BTS之间的通信。
现在参考图2，描述了GSM标准中的时间帧结构的图示表示。最长的循环时间段结构称为特超(hyper)帧100，它持续3小时28分53秒760毫秒。一个特超帧100分成2048个超帧105，其每个持续6.12秒。超帧105本身细分为多个复帧。GSM标准中存在两种类型的复帧。首先，有一种五十一(51)帧的复帧110，持续120ms，包括二十六(26)个TDMA帧130。其次，有一种二十六(26)帧的复帧120，持续235.4ms，包括五十一(51)个TDMA帧140。最后，复帧内的每个TDAM帧有八个时隙150。这八个物理时隙中的每一个等于一条为单个移动站服务的频分多址(TDMA)信道。
在BTS和移动站之间必须传递大量以及多种的信息。例如，通知移动站有入呼叫的寻呼必须在一个时隙上执行。移动业务请求必须通过一个时隙传递。此外，实际的话音数据必须在可用的时隙上传递。因此，为了区分不同类型的信息，引入了不同的逻辑信道并将其分配到八个物理时隙中的每一个。
现在参考图3，说明了GSM标准中不同的逻辑信道，它们可以分成两个主要的类：业务信道(TCH)160和信令信道170。业务信道(TCH)169由服务BSC用于向其覆盖区内漫游的特定移动站传递呼叫数据(例如，话音数据)。另一方面，信令信道170由服务BSC和BTS用于传递实现与移动站的呼叫数据交换所必需的其它控制数据。
信令信道还细分为三类：广播控制信道270、公共控制信道280、以及专用控制信道280。上面三类中的每一类还细分为多个逻辑信道，用于在服务BTS和移动站之间传递不同类型的信息。
广播控制信道270主要用于从服务BTS向在其覆盖区内漫游的特定移动站传递信息(下行链路)，并包括频率纠正信道(FCCH)180、同步信道(SCH)190、以及广播控制信道(BCCH)200。频率纠正信道(FCCH)180传输移动站频率纠正信息。同步信道(SCH)190传输移动站的帧同步信息以及BTS的标识。最后，广播控制信道(BCCH)200用于向处于位置区内的所有移动站广播有关服务小区的一般系统信息。例如，广播系统信息包括移动站所需的能够以恰当方式与网络通信的有关网络的数据。这种信息包括服务小区描述、位置区标识、相邻服务小区描述等。
公共控制信道280包括寻呼信道(PCH)210、随机接入信道(RACH)220、以及接入授权信道(AGCH)230。寻呼信道(PCH)210在下行链路上用于寻呼移动站。例如，当服务MSC/VLR收到入呼叫建立请求时，指示目前为该移动站服务的恰当的BSC通过PCH寻呼指定的移动站。另一方面，随机接入信道(RACH)220由移动站用于向BSC请求独立专用控制信道(SDCCH)240的分配。例如，当检测到通知移动站入呼叫的寻呼消息时，被叫方移动站通过RACH从服务BSC请求SDCCH。在分配了空闲的SDCCH之后，BSC利用接入授权信道(AGCH)230，将分配的SDCCH的标识传递到请求移动站。
专用控制信道290包括独立专用控制信道(SDCCH)240、慢随路控制信道(SACCH)250、以及快随路控制信道(FACCH)260。独立专用控制信道(SDCCH)240用于对专用移动站的信令。因此，SDCCH240是当移动站进入新位置区时，执行位置更新过程所用的信道。SDCCH也用于发起呼叫建立并占据TCH。此外，SDCCH逻辑信道被服务移动网用于向有关的移动站传递非结构化数据，例如短消息业务(SMS)或非结构化辅助业务数据(USSD)消息。慢随路控制信道(SACCH)250关联于TCH 160或SDCCH 240。SACCH 250是在服务BSC和移动站之间传输连续控制信息(例如测量报告、定时超前及功率等级)的连续数据信道。最后，快随路控制信道(FACCH)260关联于特定的TCH，以突发窃取方式工作以便用其它必要的信令取代语音或数据业务。
如上所述，在九种不同类型的逻辑信令信道和一种逻辑业务信道占据有限的物理信道的情况下，必须高效而且有力地管理TDMA帧中的八个时隙，才能对特定BSC覆盖区内漫游的移动站提供可靠的移动业务。由于逻辑信道到物理信道的分配不能动态地按照服务网内每条逻辑信道改变的需要而改变，确定分配给每条逻辑信道的恰当的物理时隙数就是很重要的。特别是，由于两条最常使用的逻辑信道(SDCCH和TCH)的阻塞，将导致失败的呼叫连接和丢失的呼叫。因此，即使给每条逻辑信道分配了恰当数目的物理信道，信道资源的有效管理也还是使可用逻辑信道的潜在利用最大化所必须的。
图4是说明根据GSM标准的正常呼叫建立过程的信号序列图。每当移动站20向服务移动交换中心(MSC)50请求移动业务时，或者发起出呼叫连接或者接收入呼叫连接，移动站20在随机接入信道(RACH)上向所连接的BSC 40发送信道请求消息。在与有关的MSC 50通信之后，便分配可用的SDCCH信道。然后服务BSC 40向服务BTS 30(图4中未表示)发送立即分配命令消息310，以便向正请求的移动站20指定所分配的SDCCH。立即分配消息310还发送到正请求的移动站20，指示移动站20切换到指定的SDCCH。利用指定的SDCCH逻辑信道，移动站20通过发送加密模式业务请求(CM Serv.Req.)消息320从服务MSC 50请求移动业务。然后，服务BSC 40通过发送一个SCCP-连接请求(CR)消息330建立与MSC 50的的信令连接控制部分(SCCP)连接。接收的CM-SERV.REQ.消息320还可以被“运载”到发送的SCCP-CR消息330上。然后，服务MSC 50得知移动站对移动业务的请求。因此，MSC 50透明地通过所连接的BSC 40并在指定的SDCCH逻辑信道上向移动站20发送鉴权请求消息350，以便尝试对移动站20进行鉴权。作为响应，移动站20向服务MSC 50返回鉴权响应消息360，从而试图遵守鉴权过程。如果成功执行了鉴权过程，服务MSC 50可以启动加密模式设置过程。因此，服务MSC 50向BSC 40发送加密模式命令(图4中未表示)。BSC 40再通过指定的SDCCH逻辑信道向移动站20发送包括密钥的加密模式命令消息370。所提供的密钥随后被服务BTS和移动站用于加密和解密无线接口上发送的数字数据。在存储了接收密钥之后，移动站20通过指定的SDCCH逻辑信道向服务BSC 40返回加密模式完成消息380。然后，将接收的加密模式完成消息390发射到服务MSC 50。此外，为了保证移动用户的隐私，不是用固定指定的国际移动用户标识(IMSI)号码来标识移动站，而是由服务MSC 50再指定一个临时的移动用户标识(TMSI)号码。指定的TMSI号码将被包括在TMSI重分配命令消息400中并通过指定的SDCCH逻辑信道被发送到移动站20。移动站20再通过在指定的SDCCH逻辑信道上向服务MSC 50发回TMSI重分配完成消息410，从而确认对指定的TMSI号码的接收。移动站20现在准备发起出呼叫连接，并向服务MSC 50发送呼叫建立消息420。例如，所发送的建立消息420包括与目标所希望的被叫方用户关联的电话号码。服务MSC 50通过在指定的SDCCH逻辑信道上将呼叫确认消息430发回请求移动站20，从而来确认呼叫建立消息。然后，BSC 40选择空闲业务信道(TCH)，并通过在SDCCH逻辑信道上发送分配命令消息440，从而指示移动站20调谐到最新分配的TCH逻辑信道。作为确认，移动站20向服务MSC 50返回分配完成消息450，表示业务信道启动并运行。然后BSC释放不再需要的SDCCH逻辑信道。然后从服务BSC 40向移动站20发送提示消息460，通知移动站服务MSC 50已经产生了振铃音。此后，从移动站20向服务MSC 50发送连接信号470。服务MSC 50通过向请求移动站20返回连接确认消息480，从而确认连接信号。此后，在最新分配的TCH逻辑信道上建立语音连接，允许移动站20与它的被叫方用户交换数据(例如，话音)。
应该理解，上述的呼叫发起过程只是示例，在朝向被叫方移动站的呼叫终接之前还需要并广泛使用SDCCH的意义上，也适用于建立入呼叫的呼叫终接过程。
如上所述，直到占据TCH逻辑信道、使移动用户与另一个电信终端通信之前，种类繁多而且很大量的信息需要在服务移动网络和请求移动站之间通过SDCCH逻辑信道交换。这些信息包括鉴权数据、信道分配数据、业务请求数据、TMSI号码数据、以及呼叫建立信息数据。因此，如果没有可用的SDCCH信道，即使可以提供TCH逻辑信道，移动站也不能获得移动业务。这种移动业务不仅包括上面解释的呼叫建立请求，也包括很多其它功能。每当移动站漫游到新BSC所服务的新位置区时，漫游移动站需要通过SDCCH逻辑信道向所关联的原籍位置寄存器(HLR)执行位置更新。然后通过在SDCCH逻辑信道上执行国际移动用户标识(IMSI)捆绑过程，移动站周期性地通知服务BSC和MSC：该移动站仍然还在服务区内。以类似于上述方式进行的端接呼叫连接，也需要SDCCH逻辑信道来提示移动站并建立端接呼叫连接。此外，非结构化数据，例如短消息业务(SMS)和非结构化辅助业务数据(USSD)消息，也通过SDCCH逻辑信道进行传递。由于上述所有移动业务都试图在特定移动电信网内占据并利用有限数量的SDCCH逻辑信道，因此提供高效而且有力的SDCCH逻辑信道资源管理对于向有关的移动站提供可靠而且高效的移动业务就变得至关重要。
现在参考图5，其中说明根据本发明的概念，服务移动网向移动站发送独立专用控制信道(SDCCH)状态信息。与特定地理区域(例如服务小区)有关的电信节点将维护表示与那个特定区域关联的SDCCH逻辑信道的利用级别的统计数据。这种电信节点可以包括为那个特定地理区域服务的基站控制器(BSC)60。还可包括为那个特定服务小区服务的基站收发站(BTS)。每当SDCCH信道被请求并且由一个有关的基站收发站(BTS)30将其分配给特定的移动站时，与那个特定服务小区关联的统计数据就由BSC 60所关联的应用模块500更新。类似地，每次移动站释放一个分配的SDCCH逻辑信道时，统计数据就被更新，以便反映地理区域内被释放信道的可用性。
一旦所维护的统计数据反映SDCCH利用级别超过了有关移动电信网所施加的门限级别，就做出指示表示服务地理区域内的SDCCH利用级别已经达到了不希望的级别，没有足够数量的可用SDCCH逻辑信道足以处理来自有关移动站的可能的高级别移动业务请求。因此，应用模块500通过它的一条广播信道向处于其覆盖区内所有移动站发出一条广播消息。为了到达目前在受影响的地理区域内漫游的所有移动站，该消息可以在广播控制信道(BCCH)上发送。所发的广播消息表示当前地理区域内SDCCH逻辑信道资源的过度使用，并指示接收移动站延迟向服务移动网请求低级别移动业务。
作为本发明的另一个实施例，可以将多个门限级别指定给服务移动电信网。为说明起见，指定第一门限级别允许接入除最低级别移动业务(例如SMS或USSD业务)以外的所有移动业务。还可以指定第二门限级别，以限制下一级别的移动业务。例如，还可以限制位置更新和IMSI捆绑接入网络。可以施加最高门限级别，以便只允许为呼叫连接而接入。这种层次结构的移动业务可以由业务经营者标识并确定，并且自由地关联于动态分配的门限级别。服务BSC 60发出恰当的广播消息，通知有关的移动站：当前的利用级别目前关联着哪一个级别。
当收到这种SDCCH状态信息时，需要请求移动业务的移动站首先确定该移动业务是否比接收到的SDCCH状态具有更高的优先级。如果需要的移动业务比当前的SDCCH资源状态优先级低，移动站20内的应用模块510就将收到的请求进行排队。还可以向有关的移动用户显示所请求的移动业务被排队并延迟的指示。然后，移动站20周期性地监视BCCH逻辑信道，确定SDCCH利用级别是否已经降低到足够允许接入移动网络。这种确定可以用多种方式进行。不同的广播消息可以由服务BSC 60发出，通知在其有效区域内漫游的移动站：SDCCH利用级别已经降低。或者，如果监视移动站不再在BCCH逻辑信道上收到广播消息，应用模块510就假设对SDCCH信道请求的限制已经不再有效。然后应用模块510检索以前排队的请求，然后以常规方式执行检索到的移动业务请求。
现在参考图6，其中说明移动站遵从根据本发明概念的SDCCH资源管理程序所执行的步骤。在步骤500，目前处于特定地理区域内的移动站周期性地监视广播信道，例如广播控制信道(BCCH)。此后，移动站收到指示，从而向服务移动网请求移动业务。这种指示可以包括有关的用户输入电话号码、业务码或功能键。此外，这种指示可以在移动站内部产生并检测。而且，这些移动业务可以包括发起出呼叫连接、发送SMS或USSD消息、或执行位置更新。作为响应，移动站所关联的应用模块确定是否已经在BCCH逻辑信道上收到了与SDCCH资源有关的广播消息。如果没有收到这类状态消息，移动站就取“No”判决链570并在步骤560以常规方式执行所请求的移动业务。另一方面，如果已经在广播信道上收到这种状态信息，移动站就在步骤520将请求的移动业务优先级与接收的SDCCH资源状态相比较。如果移动站请求比收到的广播消息当前指示的SDCCH资源状态高的业务，移动站就取“No”判决链590，并在步骤560以常规方式请求移动业务。但是，如果请求的移动业务的优先级比接收到的信道资源状态低，移动站所关联的应用模块就通过对收到的请求进行缓存或排队的方式来延迟发出该请求。这种请求可以在移动站所关联的用户标识模块(SIM)卡中排队。
此后，移动站监视广播信道，以确定信道资源利用级别是否降到足够允许移动站请求所排队的移动业务。如前所述，这种确定可以通过接收表示较低利用级别的不同广播消息、或者通过在预定时间段内没有收到任何广播消息而进行。作为说明，如果在BCCH逻辑信道上正在发送限制移动站请求低级别移动业务的同一广播消息，移动站就在步骤540等待直到不再收到限制消息为止。
确定SDCCH利用级别已经降低之后，移动站在步骤550检索以前排队的移动业务。然后在步骤560以常规方式请求检索到的移动业务。
因此，当SDCCH利用已经超过不期望的高级别时，通过使移动站遵从所发送的广播消息，则服务移动电信网能够较好地将有价值的SDCCH逻辑信道资源用于高优先级的移动业务。
尽管本发明方法和装置的优选实施例已经在附图中说明并在前面的详细描述中描述，但是应该理解发明不仅限于所揭示的实施例，而是能够在不背离如下权利要求提出并定义的发明精神前提下，进行多种重组、修改和替换。