在移动通信中管理互连的系统和方法 【技术领域】
本发明涉及移动通信，更特别涉及一种在移动通信网络中管理互连的系统和方法。
背景技术
所有现代移动通信系统都具有分层结构，其中地理上的“覆盖区”被分为多个更小的叫做“小区”的地理区域。参考图1，每一个小区优选地由收发器基站(“BTS”)102a提供服务。若干BTS 102b-n通过固定链路104a-n聚集到基站控制器(“BSC”)106a。BTS和BCS有时共同地被称作基站子系统(“BS”)107。若干BSC 106b-n可能通过固定链路108a-n聚集到移动交换中心(“MSC”)110。
MSC110执行本地交换的功能(具有另外的特征来处理移动管理要求，在下面讨论)，通过中继线组和电话网络(“PSTN”)120通信。在美国移动网络中，具有家用MSC和服务MSC的概念。家用MSC是对应于和移动站(“MS”)关联的交换的MSC；这种关联基于MS的电话号码，例如，区号。(家用MSC对下面讨论的HLR负责)另一方面，服务MSC是用于连接MS呼叫到PSTN的交换(当用户在由服务提供商覆盖的区域内漫游时，不同的MSC执行服务MSC的功能)。因此，有时家用MSC和服务MSC是相同的实体，但是另一些时候它们不是(例如，当MS漫游时)。通常，访问位置寄存器(“VLR”)116和MSC 110协同定位并且在移动网络中使用逻辑上单一的HLR。像将要在下面所解释的，HLR和VLR用于存储多种类型的用户信息和业务文档(profile)。
简要地说，一个或多个无线电信道112和整个覆盖区连接。无线电信道被分为分配到单独小区的信道组。使用信道携带信令信息来建立小区连接等，并在呼叫连接建立时携带语音或数据信息。
在相对高的抽象水平上，移动网络信令包括至少两个主要方面。一个方面包括在MS和网络中其它部件之间地信令。随着2G(“2G”是“第二代”的工业术语)和之后的技术，这个信令涉及由MS(例如，时分多址或TDMA；码分多址或CDMA)使用的访问方法，无线电信道的分配，验证等。第二个方面包括在移动网络中多种实体之中的信令，比如在MSC，VLR，HLR等之中的信令。这第二个部分有时指的是移动应用部分(“MAP”)，特别是在7号信令系统(“SS7”)的上下文中使用时。
根据多种标准发射和接收多种格式的信令(和数据及语音通信)。例如，电子工业协会(“EIA”)和电信工业协会(“TIA”)协助定义了很多美国标准，比如为MAP标准的IS-41。类似的，CCITT和ITU协助定义了国际标准，比如作为国际MAP标准的GSM-MAP。关于这些标准的信息众所周知，并且能够在相关的组织的正文和文献中找到，例如，Bosse，Signaling In Telecommunications Networks(Wiley1998)。
为从MS114发送呼叫，用户拨打号码并按下蜂窝电话或其它MS上的“发送”。MS 114通过BS 107发送表示请求到MSC 110的服务的拨打的号码。MSC 110和关联的VLR 116(更多的描述在下面)检查和确定是否允许MS 114所请求的服务。服务MSC发送呼叫到在PSTN120上的拨打用户的本地交换。本地交换警告呼叫的用户终端，并且回复信号通过随后完成到MS的通话路径的服务MSC 110被发送回MS 114。一旦完成建立就可以继续进行呼叫了。
为发送到MS 114的呼叫，(假定呼叫从PSTN 120开始)PSTN用户拨打MS的关联电话号码。至少根据美国标准，PSTN 120发送呼叫到MS的家用MSC(其可能是也可能不是服务MS中的一个)。之后MSC询问HLR 118来确定现在哪个MSC服务MS。这也会通知服务MSC出现了呼叫。之后家用MSC发送呼叫到服务MSC。服务MSC通过合适的BS呼叫MS。MS响应并且建立合适的信令链接。
在需要的情况下，例如，因为信号的情况，在呼叫过程中，BS 107和MS 114可能合作来改变信道或BTS 102。称这些改变为“移交(handoff)”，并且它们包括它们自己的已知消息和信令的类型。
MAP的一个方面包括“移动管理”。简要地说，当MS 114在不同位置漫游时，可能需要不同的BS和MSC来用于服务MS。移动管理确保服务MSC具有用户业务文档和其它MSC需要正确服务(和记帐)呼叫的信息。为这个目标，MSC使用访问位置寄存器(“VLR”)116和归属位置寄存器(“HLR”)118。HLR用于在其中存储和找回移动识别号码(“MIN”)，电子序号(“ESN”)，MS状况和MS服务业务文档。VLR除存储标识(家用)MSC的MSC标识符外还存储相似的信息。另外，在合适的MAP协议下，执行位置更新程序(或者注册通告)使得移动用户的家用MSC知道它的用户的位置。当MS从一个位置漫游到另一个位置时或在MS启动并登录来访问网络时使用这些过程。例如位置更新程序可能随着MS 114通过BS 107和MSC110发送位置更新请求到VLR 116而继续进行。VLR 116发送位置更新消息到服务MS 114的HLR 118，并且将用户业务文件从HLR 118下载到VLR 116。MS 114发送位置更新已成功的确认。HLR 118请求(如果有的话)先前保存的业务文件数据的VLR删除涉及重新定位的MS 114的数据。
图2更加详细地示出了在CDMA移动网络中的BS 107和MSC 110之间的信令和用户通信接口。BS 107使用A1接口传送信令信息。A2接口携带在MSC和BS107的交换组件204之间的用户通信(例如，语音信号)。A5接口用于提供在源BS和MSC之间用于电路交换数据呼叫(和语音呼叫相反的)的用户通信的路径。
此外，用户要求更新的服务，例如，到互联网的“数据呼叫”。对于这些服务中的一些，服务MSC不能有效的消耗，因为它们原来主要是为语音呼叫而设计的。由于所有权和很多MSC软件体系结构使用的紧密设计，将新的服务结合进MSC相当复杂或不可实行。就是说，提供服务所必要的软件逻辑结构难以加入MSC 110中。通常，使用交换附件来提供这种服务。例如，互联功能(“IWF”)是发送数据呼叫到因特网的附件。要么动手处理，将功能结合到MSC中，要么添加中继端附件，将MSC包括在服务的发送中。因为希望新的服务刺激需求，通过MSC设计变更或通过中继端附件来结合新的服务可能使MSC的网络拥堵恶化并需要消耗更多的MSC资源。
在现有系统上做出变更能够影响系统的可靠性或可知的可靠性。当在现有电信系统上强加变更时，造成的结构可能具有，或者可能被认为具有，发生故障增加的风险。例如，新的结构的故障可能不仅造成意在由变更提供的功能的丧失，还有由变更前的系统所提供的功能部分或全部的丧失。
【发明内容】
本发明一般来说提供移动通信的系统和方法，具体地说是提供一种用于在移动通信网络中管理互连的系统和方法。在本发明的第一个方面中，在网络中提供在第一设备和第二设备之间的第一连接并在网络中提供在第一设备和第三设备之间的第二连接；确定在网络中是否存在影响第一设备的操作的情况；并且在网络中建立在第二设备和第三设备之间的第三连接。在本发明的另一个方面中，确定在网络中存在影响网络中设备的操作的情况；并且使得网络在一种与设备不在网络中的情况相一致的方式下操作。在本发明的另一方面中，提供响应于在网络中存在影响设备的操作的情况的第一机械装置；并提供响应于第一机械装置并且可操作来将设备从网络中电隔离的第二机械装置。
因此，可能提供具有加强互连和纠错能力的移动通信网络。在使用E1，T1或J1线路通信的电信系统中，根据本发明的支路控制交换机可作为在BSC和设备之间以及在设备和MSC之间的连接使用(包括电气和机械的连接)。支路控制交换机可协助减轻任意实际的和可知的将设备插入电信系统所增加的风险。支路控制交换机可能提供机械装置，其用于快速且不更改缆线连接的实现设备到BSC和MSC的电信号隔离以及在BSC和MSC之间的电信号连接的建立。这样，可实现如在插入此设备之前所安排的电信系统的快速反转。
附图说明：
在附图中：
图1是现有技术的移动网络的系统框图；
图2示出了在现有技术的移动网络中，在BS和移动交换中心之间的现有技术的接口；
图3A-B示出了在根据本发明的优选实施例的移动网络中的互联管理系统；
图4-5示出了在移动网络中的代理交换机和特定使用；
图6示出了根据本发明的优选实施例的代理交换机的示例性的数据平面；
图7-11是互联管理系统的示意方框图。
【具体实施方式】
图3A示出了一种用于在移动通信网络5110中管理互联的系统和方法。在网络中提供第一机械装置5112，响应于在网络中存在影响设备5114操作的情况，例如，如下面所述。提供第二机械装置5116，响应于第一机械装置5112并且可操作来将设备5114从网络中电隔离。特别的，第一机械设备5112在网络中提供在设备5114和第二设备5120之间的第一连接5118和在设备5114和第三设备5124之间的第二连接5122。如图3B所示，第一机械装置确定在网络中存在影响设备5114的操作的情况，以及第二机械装置5116将设备5114从网络中电隔离并在网络中建立在第二设备5120和第三设备5124之间的第三连接5126。这样，使得网络在一种与设备5114不在网络中的情况相一致的方式下操作。
本发明的优选实施例在移动通信网络中如下面详细描述地提供互连管理和纠错能力，例如，用于代理交换机。关于和代理交换机一起提供互连管理的情况，代理交换机可能按照在下述未决的美国申请中描述的那样操作，该申请为09/721329，题目是System and Method ofServicing Mobile Communications with a Proxy Switch(以代理交换机服务移动通信的系统和方法)，于2000年11月22日提交，在此通过引用将其结合进来。代理交换机优选放置在MSC和BS之间，对于其它组件是“透明的”，意味着BS和MSC都不需要知道代理交换机的存在或者它们也不需要因为代理交换机的存在而改变它们的功能行为。这样，BS和MSC按照传统的方式操作，忽视代理交换机的存在。如在未决的申请中所述和图4所示，在至少一个移动交换中心(“MSC”)1030和至少一个基站子系统(“BS”)1032之间执行交换1034操作。交换允许通信被从像IP网络那样的另外的网络1036中发送或接收(siphon to or from)。交换是透明的，从而MSC和BS都不需要做出任何改变来与本发明的交换一起工作。
未决的申请所描绘的代理交换机包括用于根据移动信令协议接收来自MSC和BS的信令消息的信令消息处理逻辑模块1038。与信令消息处理逻辑模块合作并将确认消息发送到发射信令信息的MSC或BS的消息截取逻辑模块1040。消息截取逻辑模块同样防止信令消息被分别转寄到其它的BS和MSC。消息转换逻辑模块1042和信令消息处理逻辑模块合作并分别将来自BS和MSC中一个的信令消息转换为用于发射到BS和MSC中另一个的已转换的信令消息。消息发射逻辑模块1044与信令消息处理逻辑模块合作并分别将来自MSC和BS中一个的信令消息发射到BS和MSC中的另一个。
一组来自BS的荷载电路1046被分配给代理交换机。接收并分析在MSC和BS之间的信令消息来确定它们是否对应于分配的荷载电路组。如果是，在信令消息中的控制信息被传递到另外通信网络；且在荷载电路组上携带的信息被发送到另外的网络。
图5示出了代理交换机300的一优选使用，其中代理交换机300放置于BS 107和MSC 110之间。仅仅需要在代理交换机上终止携带用户通信的中继线306的子集；其它中继线308可能直接连接MSC 110和BS 107。所有来自BS 107的控制链路312在代理交换机300终止。代理交换机包括控制平面302和数据平面304(也称为“荷载平面”)。控制平面302处理所有信令通信，数据平面304为连接到代理交换机的中继线处理所有用户通信。
在特定实施例中，在MSC和代理交换机之间存在一一对应。几个BS可能和单一的代理交换机一起工作。
代理交换机300包括接受所有信令消息的软件并且根据消息和系统的状态，执行下面的至少一项操作：
1.将消息无更改的传递到在消息中寻址的MSC或BS；
2.在MSC和BS之间截取消息；
3.对一些截取的消息，将截取的消息转换为不同的消息并代替原来的截取的消息而将已转换的消息发送到在截取的消息中寻址的MSC或BS。
4.将来自基于移动和PSTN的网络的消息发送到比如IP网络的另一网络。
在每一种情况下执行的操作类型以及触发事件将在下面描述。
在许多情况下，特别是当接收来自MS 114的消息且通信被导向另外的网络时，代理交换机可能执行MSC 110的功能。在这样一个角色中，代理交换机实现传统MSC将要执行的职责和任务。这些功能和任务中的一些属于移动管理。考虑漫游MS的情况；当它从一个小区漫游到另一个，它可能漫游到一个由不同的MSC服务的小区，这样就必需在源和目标MSC之间的移交。如果代理交换机300接收了消息并且呼叫/会话被导向另外的网络，那么代理交换机以类似于传统MSC处理移交的方式处理当前的移交。代理交换机使得合适的数据库能够根据MS的新位置得到更新。
代理交换机的另一功能属于资源的分配。特别的，当MS启动要求新的呼叫/会话的消息时，需要给这个会话分配合适的电路(信道)。依靠系统的配置和系统的状态，代理交换机以和传统MSC分配电路相似的方式做出这个分配。
图6示出了一示例性的使用，其中代理交换机300和几个另外的网络连接，比如IP骨干网412或另外的基于电路的网络414，例如不同的载波。这些另外的网络可能用于携带语音和/或数据通信到所述目的地，同时全部或部分地避免PSTN 120和MSC 110的耗费的资源。此外，可能使用这些结构使得电路通信能够回程到不同网络；例如，来自Nashua，NH的电路通信可以回程到在Waltham MA中的MSC。或者，它们可能用于连接其它网络。例如，IP主干网412可能与IP语音网络418或因特网416通信。如在未决申请中解释的那样，当将通信发送到另一网络的时候，在链路306上的控制信息(例如，来自信令消息)和来自荷载电路的语音或数据可能通过另一网络发送。
如上所述，改变旧的系统可能影响系统可靠性或可知的可靠性。当新的设备(比如代理交换机)插入现有的电信系统时，因此而产生的结构可能具有故障增加的风险或被认为具有故障增加的风险。例如，它可能，或者被认为可能，新的设备的故障可能不仅造成由新设备提供的功能的丧失，还造成在插入新设备之前的系统提供的部分或全部功能的丧失。这样，对于系统管理者(也即电信提供商)也许有利的是，在电信系统的这种情况下提供的电信应具有相当可靠的机械装置，其便于管理者插入并移去新设备，特别是响应于出现的问题。
根据本发明，如图7所示和下面描述的支路控制交换机1210可用于便于管理者插入和移去(包括电气的和机械的插入和移去)如上面所描述的代理交换机的设备并提供系统保护。在使用E1，T1或J1线路通信的电信系统中，支路控制交换机可作为在BSC和设备(例如，代理交换机)之间以及在设备和MSC之间的连接(包括电气的和机械的连接)来使用。支路控制交换机协助减少将设备插入电信系统所产生的任何增加的风险或可知的增加的风险。如上面提到的，支路控制交换机提供机械装置，其用于快捷且不需要改变缆线连接地实现设备到BSC和MSC的电信号隔离和在BSC和MSC之间的电信号连接的建立。这样，支路控制交换机提供到如插入设备前所安排的电信系统的快捷回复。
支路控制交换机提供多个能够被独立控制的连接路径。每一个路径包括一组四个E1/T1/J1线路：用于连接到BSC或相似源的第一端口，用于连接到要被移去或插入的设备(“交换的设备”，例如，代理交换机)的一个端口的第二端口，用于连接到交换设备的另一端口的第三端口，和用于连接到MSC或相似源的第四端口。在标准模式下(“通过模式”)，第一端口连接到第二端口且第三端口连接到第四端口，其连接的结构将BSC和MSC分隔并且允许交换的设备分别地与BSC和MSC通信。在支路模式中，仅仅提供在第一线路和第四线路之间的连接，其将交换的设备与MSC和BSC分隔，并且允许BSC直接和MSC通信。
可以以多种途径启动支路控制交换机的操作，包括通过移去支路控制交换机的电源，和通过人类用户的干涉。
在移去电源的情况中，支路控制交换机通过进入支路模式，通过将交换的设备与MSC和BSC电隔离并且建立在MSC和BSC之间的直接的电气连接而操作。这样建立的直接电气连接可由支路控制交换机在不需要电源帮助的情况下而保持。这样，如果发生故障使得交换的设备丧失电源但是不影响MSC和BSC，支路控制交换机的操作将允许MSC和BSC可以几乎立即继续运行来在交换的设备不在的情况下正常的彼此通信从而提供电信服务。
至于人类用户的干涉，如下面所述，提供控制接口，允许人类用户使得支路控制交换机进入或退出支路模式。
如下所述，支路控制交换机使用光学MOS(“optoMOS”)继电器来交换。继电器由通过微控制器访问的可编程逻辑器件控制。因为继电器使用光学传输来打开和关闭连接路径，交换的信号充分与数字噪声隔离，且保持信号的完整性。使用的继电器具有低传输阻抗来进一步保护信号的完整性。在支路控制交换机中移动路径的缺乏也有助于支路控制交换机的可靠性。因为支路控制交换机的支路模式即使在没有电源的情况下也可操作，如果支路控制交换机的供电无效的话，在支路模式中横穿支路控制交换机的电信号仍为有效的。
图8是一方框图，示出了继电器和端口连接。在最上面的一行中，例如，连接器10(其可能包括多个实际的连接器)连接到与继电器14连接的磁性组件12上。(在光学MOS继电器的情况下，可能使用直接连接代替磁性组件。)还是在最上面的一行中，继电器和其它与另一连接器18连接的磁性组件16连接。因此，在对应的线路数字之间做出连接，使得，例如，BSC端口的线路0或者连接到MSC端口(支路模式)的线路0，或者连接到设备端口2(通过模式)的线路0。
图9是一示意图，示出了为支持的每一组端口提供的支路控制交换机的电路系统的一部分。RJ-45连接器50终止四个线路52A-52D。继电器54A，55A将线路52A或者连接到在另一RJ-45连接器58终止的线路56A，或者连接到在手动交叉交换机62终止的线路60A。类似地，继电器54B，55B能够将线路52B或者连接到在连接器58终止的线路56B，或者连接到在交叉交换机62终止的线路60B。
继电器64C，54C能够将线路52C或者连接到在连接器58终止的线路56C，或者连接到在交叉交换机62终止的线路60C。继电器64D，54D能够将线路52D或者连接到在连接器58终止的线路56D，或者连接到在交叉交换机62终止的线路60D。
继电器66A-66D能够分别将线路56A-56D连接到手动交叉交换机68。
控制信号BSCctrl控制继电器54A-54D，55A-55B的状态，且控制信号MSCctrl控制继电器64C-64D，66A-66D的状态。线路56A，56B，52C，52D分别连接到继电器54A，54B，64C，64D正常关闭(“NC”)的端口。交叉交换机62终止连接到继电器55A，55B，54C，54D正常开放(“NO”)的端口的线路，且交叉交换机68终止连接到继电器66A-66D的NO端口的线路。
提供交叉交换机62，68(例如，4刀双掷锁定设备)协助用户设置适于插入RJ-45连接器70，72来连接到交换的设备(例如，代理交换机)的缆线类型(直接或交叉)的支路控制交换机。信号分别通过交叉交换机62，68流动到连接器70，72。
当控制信号BSCctrl和MSCctrl有效时(通过模式)，信号在连接器50和连接器70之间以及连接器58和连接器72之间流动。当控制信号BSCctrl和MSCctrl无效时(支路模式)，或者继电器失去供电(例如，因为电源故障)，信号可能在连接器50和连接器58之间流动。如果BSC和MSC分别连接到连接器50，58，信号可能在支路模式下在BSC和MSC之间直接流动。如果代理交换机和连接器70，72连接，且支路控制交换机在通过模式下操作，信号可能在BSC和代理交换机之间，以及MSC和代理交换机之间直接流动。
在一特定实施例中，继电器55A，55B，66C，66D使用Clare PLB 150(1 form B)继电器实现，其它的继电器使用Clare CPC 1008N(1 formA)继电器实现。
图9还示出了可能如下面的描述所包括的操作的放大器和其它继电器。
控制信号BSCctrl和MSCctrl可能如图10所示由控制逻辑模块6100控制。AMD Am186ER微控制器6102，由时钟6103驱动并根据在位于闪存6104和/或只读存储器6106中的程序指令操作，微控制器使用控制信号BSC0_Rctrl和MSC0_Rctrl(与BSCctrl和MSCctrl等价)为继电器控制指导可编程逻辑模块6108的操作。微控制器与使用RS-232系列DUARTS设备6114的管理控制端口6110，6112通信。外部复位交换机6116提供用于使支路控制交换机复位的机械装置。
图10还示出了可能如下面的描述包括和使用的控制信号Snoop_Rctrl。
图11示出了方框图200，示出了微控制器6102，闪存6104，可编程逻辑器件6108，和如图17所示的电路系统部分组。提供电源202使得从120或220伏AC或从48伏DC中产生电源3.3伏和5伏(并且，在加强的实现中，为-5伏)。
上述实施例便于使用支路控制交换机以及(例如)代理交换机来实现纠错。但是，功能的子集，仍在提供先进的优点。例如，如图9所示，当支路控制交换机在支路模式下时，横穿支路控制交换机的有效的信号可通过无效的连接路径监视。操作的放大器(例如，在图9中的放大器300，302，304，306)由来自电源的+5和-5伏源电压供电，可能用作电压跟随器来提供在无效的连接路径和横穿支路控制交换机的有效的信号之间的隔离。具有几乎无限大的输入阻抗的操作的放大器，将不会使有效的信号负担过重并且不会影响有效的信号的整体性。操作的放大器的输出可通过光学MOS继电器(例如，在图9中的继电器308，310，312，314)连接到无效的连接器70，72。继电器可能响应于控制信号Snoopctrl(与在图10中的信号Snoop_Rctrl等价)，使得输出在交换机离开支路模式并设置为通过模式时断开到连接器的连接。
在另一实例中，支路控制交换机的控制逻辑模块6100可能加强为具有监视交换的设备的功能状况的能力。如果支路控制交换机确定交换的设备没有充分发挥功能，支路控制交换机可自动从系统中通过将支路控制交换机置于支路模式而在逻辑上移去交换的设备。
至少在支路控制交换机具有电源的时候，可加入进一步的改进(例如，附加的逻辑模块，继电器和操作的放大器)来允许支路控制交换机执行信号(例如，E1/T1/J1信号)的转发器的功能。
经过描述示例性的实施例，对本领域普通技术人员来说，很明显可在不脱离本发明的精神和范围的情况下对上述实施例做出改变。
例如，支路控制交换机的变种可能包括磁性设备和机械继电器，例如，代替光学MOS继电器。磁性设备提供到在板上的逻辑模块的噪声发射隔离。把磁性设备置于RJ-45连接器和机械式继电器之间来保持交换的信号的整体性和保护在板上的逻辑模块。机械式继电器可以和光学MOS继电器相同的方式执行实际信号交换的功能。