CN102484844B - 用于提供对局域网的接入的装置和方法 - Google Patents

Abstract

用于向在广域网(诸如长期演进蜂窝网络)中可操作的用户设备提供对局域网接入的装置、系统和方法。在一个实施方式中，用于与用户设备一起使用的装置(1020)包括资源分配器(1031)，配置用于生成针对长期演进蜂窝网络的、请求局域网的至少一个特性的消息。装置(1020)还包括累加器(1032)，配置用于接收所述局域网的所述至少一个特性以使得用户设备能够接入所述局域网。

Description

用于提供对局域网的接入的装置和方法

技术领域

本发明总体上涉及通信系统，并且具体地涉及用于向广域网中可操作的用户设备提供对局域网的接入的装置、系统和方法。

背景技术

也被称作3GPP LTE的第三代合作伙伴计划(“3GPP”)的长期演进(“LTE”)是指涉及3GPP Release 8以及更高版本的研究和开发，所述3GPP Release 8是通常用于描述目标在于标识可以改进诸如通用移动通信系统(“UMTS”)之类系统的技术和能力的整个行业的正在进行的努力的名称。该基础广泛的计划的目标包括改进通信效率、降低成本、改进服务、利用新的频谱机遇、以及实现与其他开放标准的更好的集成。3GPP LTE计划自身不是生成标准的努力，但将产生对UMTS的标准的新的建议。此外，这些领域中的开发还被称作长期演进-高级(“LTE-A”)。

3GPP中的演进UMTS地面无线电接入网络(“E-UTRAN”)包括向诸如蜂窝电话之类的无线通信设备提供用户平面(包括分组数据汇聚协议/无线电链路控制/媒体接入控制/物理(“PDCP/RLC/MAC/PHY”)子层)和控制平面(包括无线电资源控制(“RRC”)子层)协议终止的基站。无线通信设备或终端一般被称作用户设备(“UE”)或者移动台(“MS”)。基站是经常被称作节点B或NB的通信网络的实体。具体地在E-UTRAN中，“演进”基站被称作eNodeB或eNB。对于E-UTRAN的整体架构的细节，参见3GPP技术规范(“TS”)36.300，v8.5.0(2008-05)，通过引用将所述技术规范并入于此。术语基站、NB、eNB和小区通常是指在蜂窝电话系统中提供无线网络接口的设备，并且将在本文中可互换使用，并且除了3GPP标准指定的那些系统，还包括蜂窝电话系统。

由于在局域网操作中的不受控环境，诸如可能由于操作在相同区域的另一无线电系统产生的无意识干扰或者该局域网中接入点(“AP”)采用的特定频带中的变化而产生的局部干扰，用户设备可能没有接入该局域网。在没有使用网络的时间段期间，诸如正常工作小时外的时间段或者家庭成员不在家的时间段，在接入点和用户设备处可能采取有效的省电操作。进入局域网服务区域的用户设备可能由于缺少接入授权(诸如接入密钥)而不能接入局域网、不能发起与局域网的通信或者不能与其连接。因此，用户设备可能不能接入局域网(在干扰的情况下或者由于缺少接入密钥)，或者当局域网改变操作参数(诸如频带或频带中的信道)时，用户设备可能要对该局域网进行耗时并且耗能的搜索。

从用户对局域网和广域网中通信性能日益增长的部署和敏感度的角度，有必要进行进一步的改进以处理用户设备对局域网的接入。因此，本领域所需的是针对广域网中可操作的用户设备提供对局域网的接入的装置、系统和方法。

发明内容

这些问题和其他问题通常由本发明的实施方式解决或规避，并且技术优势通常由本发明的实施方式完成，本发明的实施方式包括针对在广域网(诸如长期演进蜂窝网络)中可操作的用户设备提供局域网接入的装置、系统和方法。在一个实施方式中，用于与用户设备一起使用的装置(例如，处理器)包括资源分配器，该资源分配器配置用于生成针对长期演进蜂窝网络的、请求局域网的至少一个特性的消息。该装置还包括累加器，该累加器配置用于接收局域网的至少一个特性以使得用户设备能够接入局域网。

在另一方面，本发明提供了用于与局域支持节点一起使用的装置(例如，处理器)，该局域支持节点与长期演进蜂窝网络相关联。在一个实施方式中，装置包括累加器，该累加器配置用于从用户设备接收请求局域网的至少一个特性的消息。该装置还包括资源分配器，该资源分配器配置用于提供该至少一个特性以使得用户设备能够接入局域网。

以上内容非常宽泛地概述了本发明的特征和技术优点，以使得本发明的以下详细描述能够被更好地理解。将在下文中描述形成本发明的权利要求的主题的本发明的附加特征和优点。本领域技术人员应当理解，所公开的概念和具体实施方式可以被容易地用作修改或设计其他结构或处理以执行与本发明相同的目的的基础。本领域技术人员还应当意识到，这样的等效构造并不偏离于如在所附权利要求中所陈述的本发明的精神和范围。

附图说明

为了更完整地理解本发明及其优点，现在参考与附图结合的以下描述，在所述附图中：

图1和图2图示了提供应用本发明的原理的环境的、包括基站和无线通信设备的通信系统的实施方式的系统级图；

图3至图5图示了提供应用本发明的原理的环境的、包括无线通信系统的通信系统的实施方式的系统级图；

图6图示了根据本发明原理的、通信系统的局域网、广域网和局域支持节点的实施方式的系统级图；

图7图示了提供应用本发明的原理的环境的、通信系统的实施方式的系统级图；

图8和图9图示了根据本发明原理的、通信系统的用户设备与局域支持节点之间的通信路径的实施方式的框图；

图10图示了根据本发明原理构建的通信系统的通信元件的实施方式的系统级图；

图11至图15图示了演示根据本发明原理的、在用户设备与局域支持节点之间传递消息的示例性操作的框图；以及

图16图示了根据本发明原理的在用户设备与局域支持节点之间传递非接入层消息中控制面消息的实施方式的信号传输图。

具体实施方式

以下详细讨论本优选实施方式的实现和使用。然而，应当理解，本发明提供可以在多种具体环境中体现的许多适用的发明性概念。所讨论的具体实施方式仅仅是对实现和使用本发明的具体方式的例示，而并不限制本发明的范围。鉴于以上内容，将参照以下具体环境中的示例实施方式描述本发明，所述具体环境是用于针对在广域网中可操作的用户设备提供局域网接入的装置、系统和方法。虽然这里描述的系统和方法是参考3GPP LTE蜂窝网络描述的，但是所述系统和方法可以应用于包括全球移动通信系统(“GSM”)系统的任意通信系统。

现在转向图1，图示了提供应用本发明的原理的环境的、包括基站115和无线通信设备(例如用户设备)135、140、145的通信系统的实施方式的系统级图。基站115与公共交换电话网络(未示出)耦合。基站115配置有多个天线以在包括第一扇区120、第二扇区125和第三扇区130的多个扇区中发送和接收信号，所述多个扇区中的每个通常跨120度角。虽然图1在每个扇区(例如，第一扇区120)中图示了一个无线通信设备(例如，无线通信设备140)，但是扇区(例如，第一扇区120)通常可以包含多个无线通信设备。在备选的实施方式中，基站115可以仅由一个扇区(例如，第一扇区120)形成，并且可以构建多个基站以根据合作/协作的多输入多输出(“C-MIMO”)操作等进行发射。通过对来自基站天线的辐射信号进行聚焦和定相来形成扇区(例如，第一扇区120)，并且每个扇区(例如，第一扇区120)可以采用单独天线。通过降低由于对基站天线进行聚焦和定相而产生的干扰，所述多个扇区120、125、130增加可以同时与基站115进行通信的订户站(例如，无线通信设备135、140和145)的数目，而无须增加所利用的带宽。

现在转向图2，图示了提供应用本发明的原理的环境的、包括基站和无线通信设备的通信系统的实施方式的系统级图。通信系统包括由通信路径或链路220(例如由光纤通信路径)耦合到诸如公共交换电话网络(“PSTN”)230之类的核心通信网络的基站210。基站210由无线通信路径或链路240、250分别耦合到位于其蜂窝区域290内的无线通信设备260、270。

在图2中所图示的通信系统的操作中，基站210分别在通信路径240、250上通过由基站210分配的控制和数据通信资源来与每个无线通信设备260、270通信。在频分双工(“FDD”)和/或时分双工(“TDD”)通信模式中，控制和数据通信资源可以包括频率和时隙通信资源。

现在转向图3，图示了提供应用本发明的原理的环境的、包括无线通信系统的通信系统的实施方式的系统级图。无线通信系统可以被配置为提供演进UMTS地面无线电接入网络(“E-UTRAN”)通用移动通信服务。移动管理实体/系统架构演进网关(“MME/SAEGW”，其中一个被指定为310)经由S1通信链路(其中多个被指定为“S1链路”)提供对E-UTRAN节点B(被指定为“eNB”，“演进节点B”，也被称作“基站”，其中一个被指定为320)的控制功能。基站320经由X2通信链路(被指定为“X2链路”)通信。多种通信链路通常是光纤、微波、或诸如同轴链路之类的其他高频金属通信路径、或其组合。

基站320与用户设备(“UE”，其中多个被指定为330)通信，所述用户设备通常是由用户携带的移动收发器。从而，将基站320耦合到用户设备330的通信链路(被指定为“Uu”通信链路，其中多个被指定为“Uu链路”)是采用诸如例如正交频分复用(“OFDM”)信号的无线通信信号的空中链路。

现在转向图4，图示了提供应用本发明的原理的环境的、包括无线通信系统的通信系统的实施方式的系统级图。无线通信系统提供E-UTRAN架构，所述E-UTRAN架构包括向用户设备(其中一个被指定为420)提供E-UTRAN用户平面(净荷数据、分组数据汇聚协议/无线电链路控制/媒体接入控制/物理子层)和控制平面(无线电资源控制子层)协议终止的基站(其中一个被指定为410)。基站410与X2接口或通信链路(被指定为“X2”)互连。基站410还通过S1接口或通信链路(被指定为“S1”)与包括移动管理实体/系统架构演进网关(“MME/SAE GW”，其中一个被指定为430)的演进分组核(“EPC”)连接。S1接口支持移动管理实体/系统架构演进网关430和基站410之间的多实体关系。对于支持公共陆地移动间切换的应用，由移动管理实体/系统架构演进网关430重新定位经由S1接口支持eNB间活动模式移动性。

基站410可以主控诸如无线电资源管理这样的功能。例如，基站410可以执行诸如以下功能：用户信号流的网际协议(“IP”)报头压缩和加密、用户信号流的加密、无线电承载控制、无线电准入控制、连接移动性控制、在上行链路和下行链路二者上向用户设备动态分配资源、移动性管理实体在用户设备附接时的选择、用户平面(也被称作“U-平面”)数据向用户平面实体的路由、寻呼消息(源于移动性管理实体)的调度和传输、广播信息(源于移动性管理实体或者操作和维护)的调度和传输以及针对移动性和调度的测量和报告配置。移动管理实体/系统架构演进网关430可以主控诸如以下功能：向基站410分发寻呼消息、安全控制、出于寻呼原因而终止用户平面分组、为了支持用户设备移动性而切换用户平面、空闲状态移动性控制以及系统架构演进承载控制。用户设备420接收来自基站410的信息块组的分配。

容易理解，相对于全球移动通信系统(“GSM”)、通用移动通信系统(“UMTS”)、高速分组接入(“HSPA”)和LTE蜂窝网络，诸如WiFi网络的局域网可以提供针对用户设备的电信接入的备选手段。不同于广域网，局域网(诸如WiFi)可以使用部分免许可频谱以利用附加带宽来提供高速电信接入。由于用户设备能够与可以接入局域网和广域网的收发器一起操作，因此可以利用广域网来增强用户设备在局域网的体验。在用户设备上运行的应用(例如，中间件)可以决定是使用可获得的局域网、广域网还是同时使用两者以用于诸如因特网服务之类的服务。可以构建局域网使得选定的服务(诸如语音呼叫或者紧急呼叫)通过广域网仍然可用于用户设备。因此，用户设备将不完全将其电信操作切换到局域网，但是当接入局域网时优选双工无线电操作。因此，在局域网接入期间优选在广域网与局域网之间进行一定程度的协作。

如这里所使用的，广域网(或者系统或者通信系统)是指提供采用接入常见骨干网(诸如PSTN)的多个基站的无线通信服务的网络。广域网在包括跨大都市、地区或国家边界的通信路径或链路的广阔物理区域上提供通信服务。跨广域网协调多个基站的操作使得用户设备可以随着广域网服务的广阔物理区域上的切换而无缝移动。广域网的示例包括由商业电信运营商(诸如Verizon和AT&T)为了客户的利益而运营的网络，其中电信服务根据制定的收费表来提供。广域网可以利用根据3GPP规格(包括各种级别的LTE容量)指定的系统或者利用其他标准(诸如与GSM或全球微波接入互操作性(“WiMAX”)通信系统可兼容)来构建。

局域网(或者系统或通信系统)是指通过企业(诸如家庭、办公室、旅馆、校园、机场)并且向企业成员(诸如家庭成员、学生或雇员)提供通信服务的孤立节点的网络。在局域网的一个节点提供的服务通常并不与由另一节点提供的服务协调一致。局域网通常由企业或其代理来管理。例如，人们可以在其家中关闭提供服务的路由器，或者改变局域网在其上操作的信道。一个家庭中路由器的操作通常不与邻居家中路由器的操作协调一致，并且接入一个将不与接入另一个协调一致。局域网可以通过端口(诸如光纤端口)、同轴线路、一个或多个正极线和负极线(tip-and-ring)对或者通过广域网与PSTN通信的微波链路耦合到PSTN。局域网的一个示例为根据IEEE标准802.11操作的家庭或商业环境中的无线网络，该IEEE标准802.11通过参考合并于此用于描述WiFi通信服务。

3GPP是针对广域网(诸如与无线局域网(“LA”)网络或系统一起操作的LTE蜂窝网络)标准的合适论坛。LTE蜂窝网络可以定位为3GPP系统，从而挑战利用早先设计构建的目前无线局域网(“WLAN”)系统。为了达到3GPP标准化，需要来自系统运营商的接受。针对无线运营商的兴趣领域为：无线运营商可以从广域网向局域网卸载大量因特网流量，同时向其局域网中的服务提供无缝用户体验。为了支持这种服务卸载，假设局域网操作由广域网通过其间的协作来支持是合理的。

针对局域网的操作可以假设两个可能的操作状态。一个操作状态是具有局域网和广域网的集成系统(或者可操作模式)，并且另一操作状态是具有独立可操作模式的局域网。具有广域网(诸如GSM、UMTS、HSPA和LTE)的集成操作模式可以是默认模式。

现在转向图5，图示了提供应用本发明的原理的环境的、包括无线通信系统的通信系统的实施方式的系统级图。通信系统包括由向其操作及局域网操作提供支持的多个基站510、520、530形成的广域网(或者无线通信系统诸如LTE蜂窝网络)。用户设备(其中一个被指定为550)可以与广域网和局域网两者通信。局域网由提供本地无线通信服务的无线路由器540形成，并且可以提供对本地计算机以及可能的其他设备(诸如无线打印机)的接入。局域网向用户设备550提供用户平面(“U-平面”)数据，以及通常广域网支持的控制平面(“C-平面”)消息的至少一部分。如这里所述，局域接入点(诸如图5中所示的路由器540)可以与位于广域网服务器中或者位于如下文稍后所述的因特网相关设施中的局域支持节点(或者支持节点)进行通信。

控制平面消息是指控制网络元件之间传输的流量的消息，并且因此涉及网络管理，例如向特定用户设备分配通信资源、向网络准许用户设备、轮询消息、切换消息、信道质量信息消息等。用户平面消息是指包含向用户设备通信或者从用户设备通信的实际净荷数据的消息。因此网络运营商具有控制平面消息的可见性并且对其进行功能性使用，而用户平面消息通常不被运营商读取并且通常包含只对用户设备的用户重要的信息。如这里所述，一部分控制信令(即控制平面消息)可以作为用户平面消息通过广域网发送到用户设备或者由用户设备来接收。

现在转向图6，图示了根据本发明原理的、通信系统的局域网、广域网和局域支持节点的实施方式的系统级图。局域网和广域网(例如，LTE蜂窝网络)以及用户设备具有无线通信能力，并且可以在这些无线链路上传输的控制平面消息在图6中由虚线表示。在图6中图示了局域网和广域网的四个功能层，包括局域和广域应用和服务控制服务器、网络控制层、IP路由和传输层以及接入链路层。在广域网中，网络控制层包括与认证、授权、账单/归属订户服务器(“AAA/HSS”)通信的接入控制服务器(“ACS”)/移动性管理实体(“MME”)。ACS/MME在IP路由和传输层中与接入路由器/服务网关节点/分组网关(“AR/SGN/PGW”)通信，传输层进而与广域接入点(“WAP”)(例如接入链路层中的基站)通信。

在局域网中示出了用户设备。在局域网中，接入链路层包括与接入路由器(“AR”)通信的局域接入点(“LAP”)，该接入路由器(“AR”)为局域网提供动态主机配置协议(“DHCP”)服务。图6中所示的局域网由局域支持节点(或者指定为“SN”的支持节点)支持。局域支持节点可以位于单个运营商的网络中，诸如在移动管理实体和/或因特网中用于支持如由局域网和广域网外部的局域支持节点表示的多个运营商。例如，这可以由局域网设备/接入点制造商联盟进行操作，该联盟包括向游戏、地图、媒体、消息传输和音乐提供接入的Nokia Ovi(芬兰语“门”)服务提供的一部分。

局域支持节点处理控制平面消息，并且能够经由局域接入点(诸如本地路由器)或者经由广域接入点(诸如基站)向接入点以及用户设备发送控制平面消息。在局域支持节点位于运营商网络中的情况下，可以直接向局域支持节点发送控制平面消息，并且局域支持节点功能可以集成在现有网络节点内部。在局域支持节点位于运营商网络外的情况下，控制平面消息通过因特网从现有网络节点转发或隧穿至局域支持节点。因此，局域支持节点可以通过IP连接到达局域接入点。

现在转向图7，图示了提供应用本发明的原理的环境的、通信系统的实施方式的系统级图。通信系统部分地由3GPP TS 23.401 v8.6.0(2009-06)，图4.2.1-1重现，其通过引用合并于此，示出了在UTRAN和GSM增强型数据速率GSM演进(“EDGE”)无线接入网络(“GERAN”)的通用架构下操作的针对3GPP接入的非漫游架构的示例。用户设备与包括LTE基站的E-UTRAN进行通信。E-UTRAN通过服务网关进而与分组数据网络(“PDN”)网关进行通信。PDN网关被连接到逻辑上与HSS服务器分离的AAA服务器。PDN网关耦合到策略和计费规则功能(“PCRF”)服务器和包括IP多媒体子系统(“IMS”)和分组交换流式传输服务(“PSS”)子系统的运营商IP服务子系统。E-UTRAN包括进而耦合到HSS服务器以及耦合到通用分组无线业务(“GPRS”)服务支持节点(“SGSN”)的移动管理实体(“MME”)。在上文陈述的3GPP TS 23.401中提供了图7中所示通信系统更详细的分析。现在将描述可以由这里引用的局域支持节点处理的某些示例性控制平面消息，并且控制平面消息可以通过广域网进行发送。

局域网通常在免许可频带中操作。免许可频带的不确定性可以导致用户设备例如由于数字用户线(“DSL”)的临时中断、太阳能供电接入点的临时中断或者由于干扰(例如，来自另一局域网)而“丢失”其网络连接的情况。在这种情况下，用户设备可以利用其广域网连接来从局域支持节点获得信息，从而如果局域网仍可操作则获得其操作参数。

不同于使用静态信道的传统网络，假设使用动态频谱，其中局域网可以在不同时间以不同频带(2.4吉赫兹(“GHz”)/5GHz免许可频带，或者在“空白空间”中，即在未使用的频带中，诸如没有分配给广播设施(诸如电视广播设施)或被其废弃的频带)进行操作。用户设备可以通过局域支持节点获取关于局域网当前使用的局域频带和操作参数的信息以实现更快的网络发现。当局域支持节点支持多个局域网的灵活频谱使用时，也可以获取类似的信息。

可以采用局域支持节点来主控用于局域网空白空间操作的数据库。通过广域网，用户设备能够获取关于局域网操作状态(例如，当前操作状态或空闲状态)的信息。局域网可以用于支持针对局域接入点(诸如局域路由器)的高效省电操作，并且用户设备可以通过例如当到达家或办公室时向局域支持节点发送消息来唤醒处于等待模式的接入点。局域支持节点可以用于存储可用于设备-到-设备通信的设备的存在信息，或者辅助发现局域网服务提供。通常，局域网应当与所有现有广域网(诸如GSM/UMTS/HSPA/LTE)共同操作。为了执行该功能，广域网内部的局域支持节点可以封装增强局域网中用户体验的控制平面消息。

用户设备从空闲模式到连接模式的转换涉及建立用户设备与基站之间的无线资源控制(“RRC”)连接、激活包括安全性的相关功能以及建立一组默认无线电承载以实现数据流量。取决于网络参数、无线电条件和网络负载，可以改变执行该过程的延迟。对LTE蜂窝网络的要求是根据特定网络条件，在用户设备发起连接中延迟应当小于100毫秒(“ms”)。从休眠状态到活动状态，用户设备发起连接中的延迟限制(取决于用户设备是否在物理上行链路控制信道(“PUCCH”)上请求资源，或者其是否需要使用随机接入)为12ms至17ms，并且当用户设备正在监控物理下行链路控制信道(“PDCCH”)并且未被同步时网络发起连接中的延迟限制大约为16ms。在网络发起连接中，网络还需要等待直到用户设备正在监控PDCCH(即，在持续时间中非连续接收(“DRX”)或者在寻呼时刻)。LTE蜂窝网络中的非连续接收周期由基站通过特定步骤进行配置，并且针对长非连续接收的周期是10ms至2048ms，而针对短非连续接收的周期是2ms至640ms。如果两者都进行了配置，则长非连续接收的周期是短非连续接收周期的数倍。寻呼默认周期是320ms至2560ms。通常，寻呼默认周期比非连续接收更少。

局域网通常在免许可频带中操作。如上文所指出的，免许可频带的不确定性及其干扰可以导致如上文所述用户设备可能“丢失”其与局域网连接的情况。局域网可以在用户设备和接入点两者处采用动态频谱使用和高效省电操作。通常具有长睡眠周期的省电状态下的用户设备将不能遵循例如接入点的频带改变。在这种情况下，用户设备可能无法接入网络(由于干扰)，或者当局域网改变操作参数(诸如频带或者该频带中的信道)时用户设备可能需要对局域网进行耗时并且耗能的搜索。在这种情况下，用户设备可以由局域支持节点辅助。这有助于使得能够使用LTE蜂窝网络无线电接口与局域支持节点进行快速通信。

如这里所述，局域相关控制信令的一些部分(例如，控制平面消息)由用户设备通过广域网发送和接收。因此，局域接入点例如通过移动管理实体或通过因特网与局域支持节点通信。在以下表I中图示了与局域控制信令有关的示例性控制平面消息。

表I

如上文表I所述，用户设备可以向局域支持节点提供其当前位置。用户设备可以采用全球定位系统(“GPS”)设备或者通过多个基站的三角测量确定其当前位置。用户设备的位置可以供局域支持节点采用来标识其服务区域支持用户设备当前位置的局域网。

在局域支持节点在运营商网络内部的情况下，可以直接向局域支持节点发送控制平面消息，并且局域支持节点的功能可以集成在现有网络节点内部(例如，移动管理实体内部)。在局域支持节点在运营商网络外部(例如，局域支持节点位于因特网中)的情况下，从现有广域网节点向局域支持节点转发(隧穿)控制平面消息。

现在转向图8，图示了根据本发明原理的、通信系统的用户设备与局域支持节点之间的通信路径的实施方式的框图。一种用于封装控制平面消息的方法是利用长期演进无线通信系统的用户平面。图8演示了用户设备可以经由用户平面向局域支持节点发送控制平面消息。更具体地，用户设备810以LTE-Uu标准协议向包括基站的E-UTRAN 820发送用户平面消息，E-UTRAN 820进而以S1-U标准协议向服务/PDN网关830发送消息。服务/PDN网关830采用例如传输控制协议/网际协议(“TCP/IP”)向局域支持节点840发送该消息。针对由用户设备810或局域支持节点840发起的消息，可以使用常规LTE过程。例如，用户设备810可以向基站请求资源，并且当许可后，基站在针对由局域支持节点840发起的消息的非连续接收时段期间在PDCCH中发送资源消息、寻呼以及信令。LTE蜂窝网络中的连接建立延迟可以适当的短，以使得能够经由用户平面向局域支持节点840发送消息。然而，前面提到的消息可以不接收高优先级，并且可能产生消息递送过程中增加的延迟。控制平面消息的优先化可以通过引入具有低传输延迟的针对局域支持操作的默认无线电承载来完成。

长期演进蜂窝网络期望利用非连续接收来实现省电用户设备操作，但是运营商设置可以改变。当利用用户平面时，用户设备810可以在向局域支持节点840发送消息以及从局域支持节点840接收消息之后在活动状态保持非必要的长时间，这样潜在地增加了用户设备810的功耗。当利用用户平面时，用户将为流量而被收取费用，这可以防止没有统一费率账单的用户使用该选项。另一方面，对于具有统一费率账单的用户，运营商可能希望例如通过针对局域支持收取较少的月度费用而从支持局域操作获得收益。

为了支持灵活的收费以及提供低延迟省电操作，应当将用于获得该辅助的消息封装到LTE蜂窝网络的常规控制平面操作中以向系统运营商提供可视性。用户设备810能够通过去往LTE蜂窝网络核心网络节点的控制平面消息来发送和接收消息以支持其在局域网中的操作，并且由于这种消息将接收高优先级，因此产生的延迟较低。利用LTE蜂窝网络的常规控制平面操作的消息传输过程不需要用户设备在相比消息传输持续时间更长的时间内保持活动。

引入了若干选项以使用LTE控制平面向局域支持节点发送消息：可以定义非接入层(“NAS”)消息类型。消息可以经由E-UTRAN控制平面作为短消息服务(“SMS”)消息进行发送。非接入层是LTE蜂窝网络的核心网络与用户设备之间支持其间信令和流量的无线电信协议栈中的功能层，并且包括通常涉及移动性管理、呼叫控制、会话管理和标识管理的功能。在两种情况下，控制平面消息可以封装到非接入层传输消息如3GPP TS 24.301，v8.2.1(2009-06)所述，其通过引用合并于此。

现在转向图9，图示了根据本发明原理的、通信系统的用户设备与局域支持节点之间的通信路径的实施方式的框图。图9演示了用户设备可以使用信令无线电承载经由用户平面向局域支持节点无线地发送控制平面消息作为无线电资源控制消息。类似于参考图8描述的操作，用户设备910以LTE-Uu标准协议向E-UTRAN 920发送消息。E-UTRAN 920以S1-MME标准协议向移动管理实体930发送消息。移动管理实体930继而以Sx-SN标准协议向局域支持节点940发送消息，该局域支持节点940可以驻留在移动管理实体930中或者可以与移动管理实体930进行通信。定义控制平面消息类型，使得移动管理实体930可以将该消息标识为局域控制平面消息。存在8位可用于指明256种可能的消息类型，并且如上文陈述的3GPP TS24.301中表9.8.1中所示当前只指明了28种消息类型。因此，可以添加新的局域支持消息类型。

以下表II中列出了从3GPP TS 24.301的表9.8.1重现的、与演进分组系统(“EPS”)移动性管理有关的当前非接入层传输消息，其中添加的局域支持消息作为最后一个条目。

表II

位8 7 6 5 4 3 2 1	EPS移动性管理消息
		01000001	附接请求
01000010	附接接受
		01000011	附接完成
01000100	附接拒绝
		01000101	分离请求
01000110	分离接受
		01001000	追踪区域更新请求

01001001	追踪区域更新接受
		01001010	追踪区域更新完成
01001011	追踪区域更新拒绝
		01001100	扩展的服务请求
01001110	服务拒绝
		01010000	全球唯一临时标识(“GUTI”)重分配命令
01010001	GUTI重分配完成
		01010010	认证请求
01010011	认证响应
		01010100	认证拒绝
01011100	认证失败
		01010101	标识请求
01010110	标识响应
		01011101	安全模式命令
01011110	安全模式完成
		01011111	安全模式拒绝
01100000	演进分组系统移动性管理(“EMM”)状态
		01100001	EMM信息
01100010	下行链路NAS传输
		01100011	上行链路NAS传输
01100100	电路交换(“CS”)服务通知
		01101000	局域支持

现在转向图10，图示了用于应用本发明的原理的通信系统的通信元件1010的实施方式的系统级图。通信元件或设备1010可以表示(但不限于)基站、用户设备(例如订户台、终端、移动台、无线通信设备)、网络控制元件、局域支持节点等。通信元件1010至少包括处理器1020、存储临时或更永久的性质的程序和数据的存储器1050。通信元件1010还可以包括耦合到处理器1020的射频收发器1070以及多个天线(其中一个被指定为1060)。通信元件1010可以提供点到点和/或点到多点通信服务。

诸如蜂窝网络中的基站之类的通信元件1010可以耦合到诸如与公共交换电信网络1090(“PSTN”)耦合的网络控制元件1080之类的通信网络元件。网络控制元件1080继而可以利用处理器、存储器和其他电子元件(未示出)来形成。网络控制元件1080通常提供对诸如PSTN之类的电信网络的接入。可以使用耦合到恰当的链路终止元件的光纤、同轴电缆、双绞线、微波通信或类似的链路来提供接入。被形成为用户设备的通信元件1010通常是旨在由最终用户携带的自包含设备。

可以利用一个或多个处理设备来实施的通信元件1010中的处理器1020执行与其操作相关联的功能，所述功能包括但不限于：形成通信消息的单独比特的编码和解码(编码器/解码器1023)、信息的格式化、以及通信元件的整体控制(控制器1025)，包括与资源的管理相关的处理(由资源管理器1028表示)。与资源的管理相关的示例功能包括但不限于硬件安装、流量管理、性能数据分析、最终用户和设施的追踪、配置管理、最终用户管理、用户设备的管理、资费的管理、订阅、以及账单、局域网特性的累加和管理等。

当通信元件1010形成为用户设备时，资源管理器1028包括配置用于生成针对LTE蜂窝网络(例如，向局域支持节点)的请求局域网的至少一个特性的消息的资源分配器1031，以及配置用于从局域支持节点接收局域网(例如，WiFi网络)的至少一个特性以使得通信元件1010能够与局域网通信的累加器1032。于是，通信元件1010配置用于经由资源管理器1028来改变局域网的特性。消息根据通信元件1010状态可以是控制平面消息和用户平面消息中的一个，并且消息(例如，控制平面消息)可以被封装到非接入层消息中。消息可以是短消息系统消息并且可以包括通信元件1010的位置。LTE蜂窝网络可以通过非无线通信路径从局域网接收至少一个特性，并且该至少一个特性包括该局域网的操作频率、对局域网进入活动模式的请求、局域网的授权密钥以及可用于与通信元件1010进行设备-到-设备通信的设备的存在信息。

当通信元件1010形成为与LTE蜂窝网络相关联的局域支持节点时，累加器1032配置用于从用户设备接收请求局域网(例如，WiFi网络)的至少一个特性的消息，并且资源分配器1031配置用于提供该至少一个特性使得用户设备能够接入局域网。向LTE蜂窝网络发送的消息根据通信元件1010状态可以是控制平面消息和用户平面消息中的一个，并且该消息(例如，控制平面消息)可以封装到非接入层消息中。该消息可以是短消息系统消息并且可以包括用户设备的位置。与LTE蜂窝网络相关联的局域支持节点可以通过非无线通信路径从局域网接收至少一个特性，并且该至少一个特性包括该局域网的操作频率、对局域网进入活动模式的请求、局域网的授权密钥以及可用于与用户设备进行设备-到-设备通信的设备的存在信息。

与资源的管理相关的具体功能或处理中的全部或部分的执行可以在与通信元件1010分离和/或耦合的设备中执行，其结果是这样的功能或处理被向通信元件1010进行通信以供执行。通信元件1010的处理器1020可以是适合于本地应用环境的任何类型，并且作为非限制性示例，可以包括一个或多个通用计算机、专用计算机、微处理器、数字信号处理器(“DSP”)、以及基于多核处理器架构的处理器。

通信元件1010的收发器1070将信息调制到载波波形上以由通信元件1010经由天线1060发送到另一通信元件。收发器1070解调经由天线1060接收的信息以由其他通信元件进行进一步的处理。收发器1070能够支持针对通信元件1010的双工操作。

如上面所介绍的通信元件1010的存储器1050可以是适合于本地应用环境的任何类型，并且可以使用任何合适的易失性或非易失性数据存储技术来实现，诸如基于半导体的存储器设备、磁存储器设备和系统、光存储器设备和系统、固定存储器和可移除存储器。存储在存储器1050中的程序可以包括程序指令，所述程序指令在由相关联的处理器执行时使得通信元件1010执行如这里所描述的任务。当然，存储器1050可以形成用于向通信元件1010发送和从通信元件1010发送的数据的数据缓冲。如这里所描述的系统、子系统和模块的示例实施方式可以至少部分地通过可由处理器执行的计算机软件(例如用户设备和局域支持节点)、或通过硬件、或通过其组合来实现。如将变得更明显的那样，可以在如这里所图示和描述的通信元件1010中体现系统、子系统和模块。

现在转向图11和图12，图示了演示根据本发明原理的、在用户设备与局域支持节点之间传递非接入层消息的示例性操作的框图。如图11所示，移动管理实体从用户设备接收非接入层消息，如模块1110中所示。如果该消息用于局域支持(如模块1120所示)，则向局域支持节点转发该消息，如模块1130中所示。如果该消息不用于局域支持，则在移动管理实体执行常规的非接入层消息处理，如模块1140中所示。

如图12所示，移动管理实体从局域支持节点接收非接入层消息，如模块1210中所示。如果该消息用于局域支持(如模块1220所示)，则向用户设备转发该消息，如模块1230中所示。如果该消息不用于局域支持，则在移动管理实体执行常规的非接入层消息处理，如模块1240中所示。

非接入层传输协议还提供非接入层下行链路传输和上行链路传输以将短消息服务消息封装在非接入层消息内部。保留有8位用于指明短消息服务消息类型，其中只指明了三种消息类型。因此，可以将类型控制平面局域支持(“CP-LA支持”)的新消息引入3GPPLTE以区分局域支持消息与例如3GPP TS 24.011，v8.2.0(2009-06)中表8.1中当前指明的控制平面数据、控制平面确认(“CP-ACK”)和控制平面误差，该3GPP TS 24.011，v8.2.0(2009-06)中的表8.1通过参考并入于此。如下所示，另一选项是向局域支持节点指派电话号码，所述电话号码由移动管理实体识别，并且使得移动管理实体向局域支持节点转发接收的短消息服务消息而不是向短消息服务交换中心转发该消息。

现在转向图13和图14，图示了演示根据本发明原理的、在用户设备与局域支持节点之间传递非接入层消息中的短消息服务消息的示例性操作的框图。如图13所示，移动管理实体从用户设备接收非接入层消息，如模块1310中所示。如果消息中的电话号码是局域支持节点的电话号码，如模块1320中所示，则移动管理实体向局域支持节点转发该消息，如模块1330中所示。如果消息中的电话号码不是局域支持节点的电话号码，则在移动管理实体执行常规短消息服务处理，如模块1340中所示。如图14中所示，移动管理实体从类型下行链路传输的局域支持节点接收非接入层消息，如模块1410中所示。如果消息中的电话号码是用户设备的电话号码，如模块1420中所示，则移动管理实体向用户设备转发该消息，如模块1430中所示。如果电话号码不是用户设备的电话号码，则在移动管理实体执行常规短消息服务处理，如模块1440中所示。

如参考图11至图14所述，移动管理实体向局域支持节点转发消息。备选地，局域支持节点功能也可以被集成到移动管理实体。如果局域支持节点位于运营商网络的外部(诸如在因特网中)，则消息可以转发(隧穿)到网关，并且网关向局域支持节点转发该消息。

在许多情况下，用户设备能够决定是经由LTE用户平面还是经由LTE控制平面向局域支持节点发送局域消息。用户设备可以基于其当前状态决定使用哪种封装方法。用户设备优选使用控制平面封装来确保低延迟和低功耗。当用户设备处于活动状态时，经由用户平面发送消息将是优选选项，这是因为没有建立延迟。此外，由于用户设备已经处于活动状态，因此附加功耗较低。

现在转向图15，图示了演示根据本发明原理的、在用户设备与局域支持节点之间传递消息的示例性操作的框图。当用户设备使得局域消息向局域支持节点发送时，如模块1510中所示，确定用户设备是否处于LTE活动状态，如模块1520中所示。如果用户设备处于LTE活动状态，则用户设备采用用户平面封装来向局域支持节点传输该消息，如模块1540中所示。如果用户设备没有处于LTE活动状态，则用户设备采用控制平面封装来向局域支持节点传输该消息，如模块1530中所示。

根据前文所述，图16图示了根据本发明原理的在用户设备与局域支持节点之间传递非接入层消息中控制面消息的实施方式的信令图。在所示实施方式中，局域支持节点与移动管理实体相关联，并且控制平面消息被封装在非接入层消息中。包括控制平面消息的非接入层消息通过基站(被指定为“eNB”)从用户设备(被指定为“UE”)向移动管理实体(被指定为“MME”)传输。非接入层消息是指示移动管理实体向局域支持节点传输消息以进行处理的局域(“LA”)消息类型。上文参考表I描述了示例性局域消息。

因此，这里使用LTE网络的用户平面介绍了针对局域支持的新的默认无线电承载。这里已经介绍了针对局域支持的、增强的移动管理实体的新的非接入层消息，使得该类型的非接入层消息可以向局域支持节点转发。短消息服务消息用于向局域支持节点而不是短消息服务交换中心发送去往局域支持节点、增强的移动管理实体的消息。用户设备基于其当前状态决定使用用户平面还是控制平面。这些处理使得用户设备与局域支持节点之间能够快速消息交换，该局域支持节点通过封装在现有LTE非接入层信令等的控制平面消息来支持局域网操作。描述了三种选项用于允许对支持局域网操作的运营商进行灵活收费。在一个选项中，消息被封装为短消息服务消息，从而支持优惠收费。在另一选项中，消息被封装在用户平面中，从而支持按字节收费。在第三选项中，消息被封装在非接入层消息中，从而支持对局域支持的统一费率收费。

组成本发明的多种实施方式的程序或代码片段可以存储在计算机可读介质中或通过体现在载波或由载波调制的信号中的计算机数据信号来在传输介质上发送。“计算机可读介质”可以包括可以存储或转移信息的任何介质。计算机可读介质的示例包括电子电路、半导体存储器件、只读存储器(“ROM”)、闪存、可擦除ROM(“EROM”)、软盘、压缩盘(“CD”)-ROM、光盘、硬盘、光纤介质、射频(“RF”)链路等。计算机数据信号可以包括可以在传输介质上传播的任何信号，所述传输介质诸如电子通信网络信道、光纤、空气、电磁链路、RF链路等。可以经由诸如因特网、内部网等的计算机网络来下载代码片段。

如上所述，示例实施方式提供了由提供用于执行方法的步骤的功能的多种模块组成的方法和对应的装置。所述模块可以被实施为硬件(在包括诸如专用集成电路之类的集成电路的一个或多个芯片中体现)或可以被实施为供计算机处理器执行的软件或固件。具体地，在固件或软件的情况下，示例实施方式可以被提供为包括在其上体现计算机程序代码(即软件或固件)以供计算机处理器执行的计算机可读存储器的计算机程序产品。

虽然已经详细描述了本发明及其优点，但应当理解，可以在这里进行多种改变、替换和变更而不偏离于如权利要求书所定义的本发明的精神和范围。例如，以上讨论的特征和功能中的许多可以以软件、硬件或固件或其组合来实施。并且，操作其的特征、功能和步骤中的许多可以被重新排序、省略、添加等，而仍然落入本发明的广泛的范围。

此外，本发明的范围不意图被限制于说明书中所描述的处理、机器、生产、物质组成、装置、方法和步骤的具体实施方式。如本领域技术人员将从本发明的公开容易地理解的那样，可以根据本发明而利用执行与这里所描述的对应的实施方式基本上相同的功能或实现基本上与其相同的结果的处理、机器、生产、物质组成、装置、方法或步骤。据此权利要求书意图在其范围内包括这样的处理、机器、生产、物质组成、装置、方法或步骤。

Claims (32)

1.一种用于通信的装置，包括：

资源分配器，配置用于生成针对长期演进蜂窝网络的、请求局域网的至少一个特性的消息以使得用户设备能够接入所述局域网，其中所述消息根据所述用户设备的状态被封装为非接入层消息中的控制平面消息和用户平面消息中的一个；

收发器，配置用于朝向所述长期演进蜂窝网络的移动管理实体发送所封装的消息以基于所述消息而被执行以下操作之一：被所述移动管理实体处理或者被转发到所述局域网的局域支持节点；以及

累加器，配置用于响应于所述发送而接收所述局域网的所述至少一个特性以使得所述用户设备能够接入所述局域网。

2.根据权利要求1所述的装置，进一步包括资源管理器，配置用于改变所述局域网的特性。

3.根据权利要求1所述的装置，其中所述用户设备的所述状态是长期演进空闲状态和活动状态中的一个状态，并且其中在所述用户设备的所述状态是活动状态时所述消息被封装为用户平面消息，并且其中在所述用户设备的所述状态是空闲状态时所述消息被封装为所述非接入层消息中的控制平面消息。

4.根据权利要求1所述的装置，其中针对所述长期演进蜂窝网络的所述消息包括所述用户设备的位置。

5.根据权利要求1所述的装置，其中针对所述长期演进蜂窝网络的被封装为控制平面消息的所述消息包括短消息系统消息。

6.根据权利要求1所述的装置，其中所述至少一个特性是通过非无线通信路径从所述局域网接收的。

7.根据权利要求1所述的装置，其中所述至少一个特性包括以下至少一个：

所述局域网的操作频率；

对所述局域网进入活动模式的请求；

所述局域网的授权密钥；以及

可用于与所述用户设备进行设备-到-设备通信的设备的存在信息。

8.根据权利要求1所述的装置，其中所述长期演进蜂窝网络包括与所述移动管理实体相关联的所述局域支持节点，用于累加所述局域网的所述至少一个特性。

9.根据权利要求1-8中任意一项所述的装置，其中所述局域网是WiFi网络。

10.一种用于通信的设备，包括：

用于生成针对长期演进蜂窝网络的、请求局域网的至少一个特性的消息的装置以使得用户设备能够接入所述局域网，其中所述消息根据所述用户设备的状态被封装为非接入层消息中的控制平面消息和用户平面消息中的一个；

用于朝向所述长期演进蜂窝网络的移动管理实体发送所封装的消息以基于所述消息而被执行以下操作之一的装置：被所述移动管理实体处理或者被转发到所述局域网的局域支持节点；以及

用于响应于所述发送而接收所述局域网的所述至少一个特性以使得所述用户设备能够接入所述局域网的装置。

11.根据权利要求10所述的设备，进一步包括用于改变所述局域网的特性的装置。

12.一种用于通信的方法，包括：

生成针对长期演进蜂窝网络的、请求局域网的至少一个特性的消息以使得用户设备能够接入所述局域网，其中所述消息根据所述用户设备的状态被封装为非接入层消息中的控制平面消息和用户平面消息中的一个；

朝向所述长期演进蜂窝网络的移动管理实体发送所封装的消息以基于所述消息而被执行以下操作之一：被所述移动管理实体处理或者被转发到所述局域网的局域支持节点；以及

响应于所述发送而接收所述局域网的所述至少一个特性以使得所述用户设备能够接入所述局域网。

13.根据权利要求12所述的方法，进一步包括改变所述局域网的特性。

14.根据权利要求12所述的方法，其中所述用户设备的所述状态是长期演进空闲状态和活动状态中的一个状态，并且其中在所述用户设备的所述状态是活动状态时所述消息被封装为用户平面消息，并且其中在所述用户设备的所述状态是空闲状态时所述消息被封装为所述非接入层消息中的控制平面消息。

15.根据权利要求12所述的方法，其中针对所述长期演进蜂窝网络的所述消息包括所述用户设备的位置。

16.根据权利要求12-15中任意一项所述的方法，其中所述至少一个特性包括以下至少一个：

所述局域网的操作频率；

对所述局域网进入活动模式的请求；

所述局域网的授权密钥；以及

可用于与所述用户设备进行设备-到-设备通信的设备的存在信息。

17.一种用于通信的装置，包括：

累加器，配置用于从用户设备接收请求局域网的至少一个特性的消息以使得所述用户设备能够接入所述局域网，其中所述消息根据所述用户设备的状态被封装为非接入层消息中的控制平面消息和用户平面消息中的一个；以及

资源分配器，配置用于基于所述消息而经由以下之一提供所述至少一个特性以使得所述用户设备能够接入所述局域网：经由利用移动管理实体的常规短消息服务处理或者经由与长期演进蜂窝网络相关联的局域支持节点。

18.根据权利要求17所述的装置，其中所述用户设备配置用于改变所述局域网的特性。

19.根据权利要求18所述的装置，其中所述用户设备的所述状态是长期演进空闲状态和活动状态中的一个状态，并且其中在所述用户设备的所述状态是活动状态时所述消息被封装为用户平面消息，并且其中在所述用户设备的所述状态是空闲状态时所述消息被封装为所述非接入层消息中的控制平面消息。

20.根据权利要求17所述的装置，其中来自所述用户设备的所述消息包括所述用户设备的位置。

21.根据权利要求17所述的装置，其中来自所述用户设备的被封装为控制平面消息的所述消息包括短消息系统消息。

22.根据权利要求17所述的装置，其中所述长期演进蜂窝网络配置用于通过非无线通信路径从所述局域网接收所述至少一个特性。

23.根据权利要求17所述的装置，其中所述至少一个特性包括以下至少一个：

所述局域网的操作频率；

对所述局域网进入活动模式的请求；

所述局域网的授权密钥；以及

可用于与所述用户设备进行设备-到-设备通信的设备的存在信息。

24.根据权利要求17所述的装置，其中所述局域支持节点与所述长期演进蜂窝网络的所述移动管理实体相关联。

25.根据权利要求17-24中任意一项所述的装置，其中所述局域网是WiFi网络。

26.一种用于通信的设备，包括：

用于从用户设备接收请求局域网的至少一个特性的消息的装置以使得所述用户设备能够接入所述局域网，其中所述消息根据所述用户设备的状态被封装为非接入层消息中的控制平面消息和用户平面消息中的一个；以及

用于基于所述消息而经由以下之一提供所述至少一个特性以使得所述用户设备能够接入所述局域网的装置：经由利用移动管理实体的常规短消息服务处理或者经由与长期演进蜂窝网络相关联的局域支持节点。

27.根据权利要求26所述的设备，其中所述用户设备的所述状态是长期演进空闲状态和活动状态中的一个状态，并且其中在所述用户设备的所述状态是活动状态时所述消息被封装为用户平面消息，并且其中在所述用户设备的所述状态是空闲状态时所述消息被封装为所述非接入层消息中的控制平面消息。

28.一种用于通信的方法，包括：

从用户设备接收请求局域网的至少一个特性的消息以使得所述用户设备能够接入所述局域网，其中所述消息根据所述用户设备的状态被封装为非接入层消息中的控制平面消息和用户平面消息中的一个；以及

基于所述消息而经由以下之一提供所述至少一个特性以使得所述用户设备能够接入所述局域网：经由利用移动管理实体的常规短消息服务处理或者经由与长期演进蜂窝网络相关联的局域支持节点。

29.根据权利要求28所述的方法，其中所述用户设备改变所述局域网的特性。

30.根据权利要求28所述的方法，其中所述用户设备的所述状态是长期演进空闲状态和活动状态中的一个状态，并且其中在所述用户设备的所述状态是活动状态时所述消息被封装为用户平面消息，并且其中在所述用户设备的所述状态是空闲状态时所述消息被封装为所述非接入层消息中的控制平面消息。

31.根据权利要求28所述的方法，其中来自所述用户设备的所述消息包括所述用户设备的位置。

32.根据权利要求28-31中任意一项所述的方法，其中所述至少一个特性包括以下至少一个：

所述局域网的操作频率；

对所述局域网进入活动模式的请求；

所述局域网的授权密钥；以及

可用于与所述用户设备进行设备-到-设备通信的设备的存在信息。