CN1543730A

CN1543730A - 多网络移动通信系统

Info

Publication number: CN1543730A
Application number: CNA028108817A
Authority: CN
Inventors: K・拉马斯瓦米; K·拉马斯瓦米
Original assignee: RCA Licensing Corp
Current assignee: Thomson Licensing SAS; RCA Licensing Corp
Priority date: 2001-05-30
Filing date: 2002-05-20
Publication date: 2004-11-03
Also published as: KR20040002967A; WO2002098057A8; BR0210029A; JP2004537195A; EP1413091A2; WO2002098057A2; WO2002098057A3; MXPA03010868A; AU2002303776A1; CA2447919A1

Abstract

一种用于经由互联网进行通信的通信系统，包括一个便携式通信装置和多个至少有时候将互联网与便携式通信装置互连的网络。一个智能内容服务器也互连到互联网。一个网络管理实体互连到智能内容服务器，并且选择哪个网络被用于在智能内容服务器与便携式通信装置之间进行通信。

Description

多网络移动通信系统

技术领域

本发明总体上涉及移动通信平台，更具体而言，本发明涉及使用智能网络选择的通信优化。

背景技术

移动或蜂窝电话装置被配置来与多个最终连接到传统电话系统的基于地面或者卫星的天线通信。不管使用的具体路径，都存在蜂窝电话与电话系统通信网络之间的一条直接链路。数字蜂窝电话装置还能够向与电话系统互连的像互联网这样的数字数据网发送数据并且从数字数据网接收数字数据。这种装置被称为个人通信系统(PCS)装置。这种增强型PCS装置能够请求、接收和显示来自互联网的像地图、电子邮件、文本、网页、音频和视频文件这样的信息。

与这种增强型功能相关的一个问题是传输这种大量数据所需要的带宽。许多现有的数据通信网中都存在关于数据传输的调度和路由选择以及数据传输容量的低效率分配的问题。例如，称作互联网的计算机网络的全球互连对于数据分组进行路由选择，期望分组最终被分发到预定的接收机，但是在传输过程中的分组丢失或者延迟并非罕见。此外，互联网在不同类型的被传输的数据之间不进行区分。

需要在一个确定的时间帧中递送的像实时音频或视频通信这样的数据分组在传输中并不受到高于通常不需要递送的特定时间的像电子邮件这样的分组的偏爱。携带重要信息的其中不能容忍分组丢失的数据分组得不到高于其它数据分组的优先级。因为在分配传输资源方面，所有的数据分组都被看作同等重要，所以像电子邮件这样的较不紧要的传输会延迟或者取代更重要和时间敏感的数据。

在现有数据通信网中的数据传输容量通常被低效率地分配。在某些情况下，根据一个固定的调度表或者特定的网络结构来将传输容量或带宽分配给一个特定用户，但是可用带宽实际上不被使用。在其它情况下，用户被阻止发送一个在当时超过用户的带宽分配的数据字符组。现有的数据通信网通常缺乏用来按需分配带宽的机制。

当前的蜂窝电话系统使用大约每秒五十千比特的相对低带宽信令技术。诸如地图和图片的图形信息需要相对宽的带宽以便获得合理的响应时间。视频和音频文件为了适当的响应时间甚至需要更高的带宽。在有限的频谱资源的情况下，在一个相对窄带的网络上的带宽成本将很高。

当前的电视信号广播系统为每个六兆赫宽的电视频道提供大约每秒二十兆比特的相对宽的带宽能力。在美国的陆地频带包括几乎四百兆赫的可用频谱。陆地广播频道通常具有大约七十英里的主要依赖于局部地形的接收半径。

直接数字卫星电视广播系统还能够提供用于数字信息传输的数字频道。在2002年4月2日颁发给Montpetit的题为“在低地球轨道卫星数据通信网中的基于优先级的带宽分配和按需带宽(PRIORITYBASED BANDWIDTH ALLOCATION AND BANDWIDTH ON DEMAND IN A LOWEARTH ORBIT SATELLITE DATA COMMUNICATIONS NETWORK)”的美国专利No.6,366,761中公开了这种系统的一个例子。可以在通常包括几万平方英里的很宽的区域上接收来自所述频道的数字数据。这些频道不被完全使用。因此，有大量未使用的电视广播频谱具有其它用途。

由一个PCS装置的用户请求的某个数据是只有该用户才有的，例如只寻址到该用户的电子邮件。其它数据对于大量用户是同时感兴趣的，例如天气数据或者证券市场行市。其它信息只在特定时间是普遍同时感兴趣的，例如在四月第二周的美国国税局纳税申报表格。互联网以及相关的IP协议被期望来允许对于数据的增长的需求。可以通过各种方法来建立网络连接性，这些方法包括：通过有线或者无线装置连接到一个宽带调制解调器(电缆、DSL或者卫星)、或者连接到诸如由无线LAN标准提供的游动(nomadic)网络、或者连接到移动网。用于蜂窝电话装置的当前带宽仅仅足够为一个特定PCS装置提供被请求的信息，并且如果所有可用带宽不被增加数量的用户耗尽，则必须找到更有效的方法来为实际上需要的带宽访问恰当的网络。

在一个单独的网络中，被需要来连接到该网络以便获取一些业务的机制或者协议是利用已知的解决方案的简单问题。但是，当必须在不同的网络之间穿行时，进行无缝转接的问题就是重要的。例如，在第二代蜂窝网络中，通常可能在每个会话的基础上连接到一个不同的网络。

不幸的是，在分组级别上优化带宽的可能性是无法获得的，这是因为通过网络进行通信的机制没有公共的协议层。在互联网中，公共使用的协议被称作IPv4，它具有一组使得能够进行移动性管理的工具。这些组协议被称作移动IP协议。对于IPv4协议的几个增强带来了称作IPv6的第二代。除了代替由IPv4使用的32位的128位扩展地址空间之外，还有几个使得能够进行更好的移动性管理的特征。能够通过使用IPv6中的静止IP寻址方案来管理移动性。在IPv4中，由于地址空间的不足，通常使用动态和本地IP地址分配。预期在IPv6中的地址管理的效率会更好，从而整体上带来更好的服务。在2001年1月9日颁发给Watanuki等人的题为“移动节点、移动代理和网络系统(MOBILE NODE，MOBILE AGENT AND NETWORK SYSTEM)”的美国专利No.6,172,986中公开了使用IPv6的移动系统的一个例子。

用户所请求的数据可能是时间紧要性质的并且需要在严格时间限制的情况下进行递送。替代地，数据也可以在较不严格的时间限制的情况下被下载。前者要求需要由网络支持的服务质量(QoS)限制。后者是互联网内容的典型下载模型并且被称作最大努力递送。最后，数据也可以被在有时间延迟的情况下递送。这些例子包括用户希望以后浏览的音乐或者多媒体。这个类别代表由网络优化和使用观点所提供的最大灵活性。

在上述许多网络、带宽和接入性变量存在的情况下，需要一种机制，用于基于需要的带宽、消息优先级和带宽成本来允许用户在这些网络之间无缝漫游或者转接，以便总是选择最低成本的最小需要的带宽。

发明内容

根据本发明的原理，用于经由互联网通信的通信系统包括一个便携式通信装置和多个至少有时候将互联网与便携式通信装置互连的网络。一个智能内容服务器也被互连到互联网。一个网络管理实体被互连到智能内容服务器，并且选择哪个网络被用于在智能内容服务器与便携式通信装置之间通信。

在这种通信系统中，通过将便携式通信装置实现为便携式智能多网络平台来解决通过选择最成本有效的可用带宽来优化网络选择的问题。这个平台包括多个前端设备接口，每个接口对应于一种类型的可用网络，诸如本地网络接口、广播网络接口、游动网络接口和移动网络接口。本地网络接口通常被插入到一个宽带调制解调器，而其它接口使用一个天线终端来执行无线通信。

在所述平台中，每个网络接口被互连到能够经由IPv4或者IPv6协议发送和接收数据的网络数据处理层。对于像多媒体应用这样的需要大量带宽的大文件来说，网络数据处理层被互连到一个分立的后端应用处理器，该处理器处理和缓存数据流。

每个网络接口向基站或者专用于所述特定类型网络的网络终端发送数据或者从中接收数据。每个这样的基站或者终端进而具有一个到互联网的恰当连接。互连到网络管理实体的智能内容服务器也连接到互联网。为了智能内容服务器与便携式智能多网络平台通信，该平台通过具有一个返回信道的任何物理层注册到可用网络中的任何一个。

所述平台能够利用现有的移动IPv4协议来工作或者能够使用静止IPv6全球寻址方案。所述平台与智能内容服务器通信并且将其当前的IP地址及其当前的特定多网络连接功能通知给所述服务器。智能网管理实体基于像优先级、希望的传输质量、需要的带宽和成本这样的优化标准来选择恰当的网络用于要被发送或接收的每个分组。

当便携式平台(通常由于物理上在当前网络的范围外行进而)离开当前它在其中工作的网络时，该便携式平台自动搜索并且试图连接到下一个(基于优化标准的)最佳网络。当一个新连接被成功实现时，所述便携式平台将关于其当前连接的信息发送到网络管理实体。响应于该信息，智能网络管理实体通过较新的最佳网络路由对于随后的分组进行路由选择。这个过程可以在每个分组或者每个会话的级别上被管理。

附图说明

图1中的框图表示根据本发明原理的便携式通信网络选择优化系统；以及

图2中的框图表示根据本发明原理的个人通信系统装置，它可以用在图1所示的系统中。

具体实施方式

图1中的框图表示一个移动通信系统，它包括能够经由天线122、126和128与宽带调制解调器12或者多个无线通信网中的任何一个进行双向发送和接收的多网络便携式平台10。实际上，天线122、126和128可以是具有恰当的匹配网的单独物理天线或者是在近的物理接近度中的一个或多个天线。例如，天线122响应于来自例如蜂窝电话移动网终端或基站22的数字蜂窝电话信号。天线122双向耦合到移动接口电路120。

从图2中还可以看到，移动接口电路120耦合到微处理器118的直接数据输入端。微处理器(μp)118的一个直接数据输入端耦合到移动接口120的输入端。微处理器118的音频输出端耦合到扬声器114的输入端。麦克风112的输出端耦合到微处理器118的音频输入端。辅助键盘116的一个输出端耦合到微处理器118的一个控制输入端。

微处理器在存储在像微处理器118中的只读存储器(ROM)中的应用程序的控制下按照已知方式工作。特别地，微处理器被编程来作为使用当前的互联网协议版本4(IPv4)和仍在开发中的下一代互联网协议版本6(IPv6)的数据处理层130进行操作。层130可以包括本领域技术人员公知的服务质量(QoS)程序。

微处理器118还包括能够与互联网协议层130进行双向通信的后端应用处理器14。处理器14用作由微处理器118接收的数据的缓存器和解码器，并且对于处理具有像音频和视频文件这样的多媒体内容的数据特别有用。后端处理器14也可以是微处理器118外部的但仍然是安装在多网络便携式平台10上的集成电路的组合或者分立的电路。

如上所述的平台10以公知的方式操作，来允许用户进行电话呼叫。用户操作辅助键盘116上的按键来指示微处理器118促使移动接口电路120连接到像互联网30这样的外部网或者经由移动基站22连接到移动电话通信网。辅助键盘116产生规定希望的电话号码或者指令码的拨号音。替代地，可以从互联网30或者从蜂窝电话网接收表示某个人正在尝试呼叫便携式平台10的信号。响应于这些信号，微处理器118支配移动接口电路120连接到网络并且完成呼叫。

在任何一个事件中，都由微处理器118对于表示来自麦克风112的口语信息的信号进行数字化，并且数字化的信号被通过移动接口120和天线122发送到移动网基站22。同时，由天线122从基站22接收的以及表示来自另一方的被接收的数字化语音信息的信号由移动接口120接收，由微处理器118转换成为声音信号并且提供给扬声器114。

如上所述，多网络平台10还提供通常经由互联网向计算机请求信息和从该计算机接收信息的能力。可以由用户从具有如图2所示的多个按键的辅助键盘116产生表示被请求的信息的数据。微处理器118将信息请求提供到网络平台10上可用的网络接口中的任何一个。例如，平台10可以不仅包括移动接口120，还可以包括本地网络接口110、游动网络接口16和广播网络接口18。根据哪个网络可获得来使用，信息请求被传送到宽带调制解调器12或者天线122、126或128中的任何一个。

不管在一个特定时间在使用中的网络，信息请求都被发送到互联网30。公共层130还提供关于网络接口16、18、110和120中的哪一个目前正与其相关的网络通信的状态报告。这些网络中的每一个具有与其特定网络路径相关的独特特征。这些特征包括网络路径的带宽、使用网络的货币成本、可用的数据传输速度、网络的质量和可靠性、网络的地理覆盖以及最适合于经由特定网络路径传输的数据类型。通过发送网络可用性的当前域(universe)，接收者就能够选择最恰当的网络来发送返回数据。

由平台10发送到互联网30的信息经由像智能内容服务器27这样的含有便携式平台10的用户所希望的信息的服务器机器来接收。互连到内容服务器27的是从平台10接收网络可用性或者状态报告的网络管理实体26。管理实体26被编程来优化对于网络的选择，经由该网络，其相关的内容服务器27发送数据到平台10和从平台10接收数据。

存在从服务器27发送希望的信息的两种模式。第一种模式是其中服务器的数据只指向特定用户的平台10的单播模式。第二种可能的模式是其中服务器的数据预定同时发送到多个平台10的组播模式。

在任何情况下，服务器27的目的都是将数据通过互联网30的主干或内部结构而路由到其全球计算机网的“边缘”31，并且继续从边缘31将数据通过选择的通信接入网20、21、22和/或25发送到平台10，从而将P个分组传送到平台10。

为了网络管理实体26优化其从可用网络域中选择一个特定网络，单播模式的目标是最小化表达式：

\underset{j}{Minimize} [P_{j} \underset{i}{Σ} ((x_{i} + y_{i}) N_{i})]

在

\underset{j}{Σ} P_{j} = P

的条件下

其中

X_i是对于第i条接入线将每个数据分组通过互联网30传送到其边缘31的成本；

y_i是将每个分组通过相应的接入网，例如20、21、22、25传送的成本；

P_j是在链路i上传送的分组的数量；以及

N_i是在请求服务器27的内容的第i条链路上的用户数。

单播表达式可以被解决为一个使用标准优化技术的优化问题，它将带来降低通过整个网络也就是通过互联网30并且通过后面的通信网20、21、22或25来传送每个分组的成本。为了实现服务质量，先前使用的对于每个段的成本结构x_i和y_i被恰当地反应并且优化问题被利用新的数量来解决。

对于组播的情况，目标是最小化下列表达式：

\underset{j}{Minimize} [P_{j} \underset{j}{Σ} (x_{i} + y_{i})]

在

\underset{j}{Σ} P_{j} = P

的条件下

这个表达式与单播模式相同，除了对于请求服务器内容(N_i)的多用户发生的损失被清除之外。这个表达式还能够被使用众所周知的优化技术来优化。每个优化可以被在每个分组或者每个会话的基础上执行。

Claims

1.一种用于经由互联网通信的通信系统，包括：

一个便携式通信装置；

多个网络，每个网络至少有时候将互联网与便携式通信装置互连；

一个智能内容服务器，该内容服务器互连到互联网；以及

一个网络管理实体，该网络管理实体互连到智能内容服务器，网络管理实体选择哪个网络被用于在智能内容服务器与便携式通信装置之间进行通信。

2.根据权利要求1所述的通信系统，其中便携式通信装置包括多个用于分别建立与多个网络中的每一个的通信链路的网络接口。

3.根据权利要求2所述的通信系统，其中便携式通信装置还包括一个被编程来经由网络接口的任何一个来处理数据的处理器。

4.根据权利要求3所述的通信系统，其中网络管理实体被编程来基于多个网络中的每一个的可用带宽来选择用于与便携式装置通信的网络。

5.根据权利要求4所述的通信系统，其中当选择用于与便携式通信装置通信的网络时，网络管理实体评估与每个网络相关联的成本。

6.根据权利要求5所述的通信系统，其中当选择用于与便携式通信装置通信的网络时，网络管理实体评估与每个网络相关联的传输质量值。

7.根据权利要求6所述的通信系统，其中网络管理实体为在智能内容服务器与便携式通信装置之间传输的每个数据分组来评估用于与便携式通信装置通信的网络。

8.根据权利要求6所述的通信系统，其中网络管理实体为每个数据传输会话来评估用于与便携式通信装置通信的网络。

9.根据权利要求8所述的通信系统，其中微处理器被编程来通过使用一个公共互联网协议层而将所有信息发送到每个网络接口并且从每个网络接口接收所有信息。

10.根据权利要求9所述的通信系统，其中微处理器被编程来：

确定多个网络中的哪一个是运行的；

将表示多个网络中的哪一个是运行的信息发送到网络管理实体。

11.一种在多网络环境中使用的数据传输优化系统，包括：

一个智能内容源(27)；

一个互连到智能内容源的智能网管理实体(26)；

一个互连到多个通信网的多网络平台(10)，该多网络平台将一个通信网状态报告发送到智能管理实体，智能管理实体选择一个通信网(20，21，22，25)用于将数据从智能内容源发送到多网络平台。

12.根据权利要求11所述的数据传输优化系统，其中智能管理实体基于包括作为一个变量的网络带宽的优化算法来选择通信网中的一个。

13.根据权利要求11所述的数据传输优化系统，其中优化算法评估作为一个变量的数据传输的网络成本。

14.根据权利要求11所述的数据传输优化系统，其中优化算法评估作为一个变量的数据传输的网络质量。

15.根据权利要求11所述的数据传输优化系统，其中智能管理实体为每个与多网络平台的数据传输会话来选择通信网中的一个。

16.根据权利要求11所述的数据传输优化系统，其中智能管理实体为每个发送到多网络平台的数据分组来选择通信网中的一个。

17.一种通过优化多网络环境中的通信网选择来优化便携式平台与智能内容服务器之间的数据传输的方法，包括步骤：

确定哪些通信网连接到便携式平台；

将通信网状态报告发送到智能内容服务器；

促使一个网络管理实体评估连接到便携式平台的通信网的特征；以及

促使网络管理实体基于评估的特征来选择一个通信网；以及

经由选择的通信网来将数据从智能内容服务器发送到便携式平台。

18.根据权利要求17所述的方法，还包括为每个数据传输会话来评估通信网的特征的步骤。

19.根据权利要求17所述的方法，还包括为每个要被传输的数据分组来评估通信网的特征的步骤。

20.根据权利要求17所述的方法，其中数据被经由一个公共互联网协议层来从智能内容服务器发送到便携式平台。