CN100341351C - 通信系统中的混合体系结构的系统及方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种体系结构解决方案，其中独立自组织网络小区被用作骨干基础设施在网络体系结构和/或其业务性能方面的扩展。这些自组织网络将经由蜂窝和其它接入网集成到互联网。所述集成为网络运营商和ISP带来了新的可能性。在其扩展的体系结构中，考虑到移动网状自组织特定要求，设想通过使用IP移动性能来处理移动性问题。

Description

通信系统中的混合体系结构的系统及方法
技术领域
本发明涉及IP网络，尤其涉及在终端之间建立移动网状自组织组网。
背景技术
近十年来，被称为分组无线电和自组织组网的移动网状自组织组网(MMAN)已引起学术界的注意。其在近年来已成为一种为通信行业和移动终端用户创造新机会的极具吸引力的技术。
迄今为止，自组织组网引起了军事上的最多关注。军事上已研发出其中军队和车辆配备自组织无线电的战场应用。然后，所述军队在不断改变的战场环境内形成通信网络。尽管自组织应用似乎存在，但其并不普遍。
早先的自组织网络组已成为民用波段无线电，其在无线电覆盖区内提供了足够简单的组话音通信。以自组织方式操作的更复杂话音应用是无绳电话。在无绳电话内存在若干标准(模拟和数字)。红外(IR)连接被广泛用于远程控制器，以及移动电话、PDA和膝上电脑之间的对等连接。IR提供了一种简易方便的方法来避免相当短距离连接内的电缆。
远程控制还可使用无线电连接。此实例包括用于车辆和门的无线电“密钥”。此外，可经由无线电连接来连接计算机键盘和鼠标。这些通常基于每个应用的专有无线电。已自组织为移动设备连接到其短程环境(移动电话到膝上电脑、耳机到移动电话等)研发了蓝牙(BT)无线电连接。所述BT无线电主要用于单跳连接，而BT设备自动形成主从类型的皮网。BT网络可被分为多层，从而使得从台站可作为其它从台站的主台站操作。通信主要发生在主方与从方之间。两个从方之间的通信经由公共主方发生。BT是一种避免室内连接的电缆连接的实际方式。其同样是一种与红外连接相比更为稳定的连接，并允许更佳的移动性。蓝牙是一种用于先前使用专用无线电的应用内的标准化方式。
无线局域网(WLAN)同样以基本上带有单跳连接的自组织方式操作。典型的构造包括WLAN接入点(连接到网络)和主机内的WLAN卡。WLAN还支持主要用于在主机之间直接文件传送的对等通信。
尽管以上示出了自组织组网的一些实例，但自组织网络的应用并不是无缝的。自组织组网并不像用户通常所使用的任何PC、PDA或移动电话一样易于使用。此外，自组织网络内可用的业务与用户通常在运营商所控制的其它网络内具有的业务并不相同。
需要一种将自组织组网技术与现有和将来网络基础设施组合的需要，以便推进对于终端用户的业务供给，并便利普遍存在的移动计算，这将是拓展移动应用和行业的转折点。
发明内容
本发明指向解决上述缺点、不足和问题，通过阅读和研究下述技术规范来理解本发明。
根据本发明，提供了一种通信系统中的混合体系结构的系统，其包括：骨干接入网；接入域；作为所述接入域的基础的自组织域，所述自组织域被设置为将无线通信提供给所述自组织域和所述接入域的服务区中的节点；从所述自组织域的服务区中的节点中选择的中继节点，所述中继节点被配置为充当所述自组织域和所述骨干接入网中的节点之间的网关。
根据本发明，还提供了一种用于通信系统的方法，所述通信系统包括：多个接入域和多个骨干实体，其中自组织域构成所述接入域和所述骨干实体的基础，所述自组织域向自组织服务区中的节点提供无线通信；以及中继节点，所述中继节点用于处理到/来自所述接入域、所述自组织域与所述骨干实体中的至少一个的连接，所述方法包括：使所述自组织域与其中一个所述骨干实体相关；从所述自组织服务区中的节点中选择中继节点，以充当所述自组织域与所述其中一个所述骨干实体中的至少一个中的节点之间的网关；以及在所述自组织域与所述其中一个所述骨干实体之间进行信息通信。
根据本发明，还提供了一种通信系统中的混合体系结构的系统，其包括：骨干接入网；接入域，用于无线电接入到所述骨干接入网；构成所述接入域的基础的自组织域，所述自组织域被自动设置成向任意进入所述自组织域的服务区的节点提供与所述接入域的多跳与多信道无线通信中的至少一个，以及在所述节点之间提供与所述接入域的多跳与多信道无线通信中的至少一个；所述自组织域的中继节点，所述中继节点是从任意进入所述自组织域的服务区的所述节点中选择的，并且被自动配置成充当所述自组织域和所述骨干接入网中的节点之间的网关。
根据本发明，还提供了一种用于通信系统的方法，所述通信系统包括：多个接入域和实体，其中自组织域构成所述接入域和实体的基础，所述自组织域自动地向自组织服务区的节点提供多跳与多信道无线通信中的至少一个，以及在所述节点之间提供多跳与多信道无线通信中的至少一个；以及所述自组织域的中继节点，所述中继节点用于自动处理到/来自所述接入域、所述自组织域与覆盖的骨干实体中的至少一个的连接，所述方法包括：使所述自组织域与运营商骨干实体相关；从自组织域的节点中选择中继节点，以充当所述自组织域与骨干实体中的节点之间的网关；以及在所述自组织域与所述骨干实体之间进行信息通信。
根据本发明的一个方面，建立了移动网状自组织网络。所述移动网状自组织网络是支持诸如固定和移动网络的常规自组织和基础设施网络的特征的混合网络。包括移动和固定网络子系统的动态可配置混合网络，以及节点/路由器可使用户终端建立无缝无线电通信接入到无线电接入网络子系统和其它移动节点两者。
根据本发明的另一方面，所述移动网状自组织网络包括形成自组织子网络的1-N群集的自组织终端。每个自组织小区都可能包括至少一个作为中继节点的终端，其处理骨干接入网和所述“自组织小区”内终端之间的网关任务。
根据本发明的另一方面，可在所述自组织网络内建立与组相关的应用。例如，建立青少年和其他组组网、家庭组网和互联网接入、鉴权应用和家庭组网等。
根据本发明的又一方面，所述移动网状自组织网络支持许多特征。所述网络是自配置的，并可能是对等网络体系结构，而非常规的纯蜂窝或固定体系结构。所述用户终端尤其在形成自组织网络时成为网络基础设施的完整部分。
根据本发明的又一方面，通过使用移动网状自组织组网技术生成许多机会。例如，运营商具有提供业务的新网络。此外，用户具有交换信息的新网络。
根据本发明的又一方面，所述自组织网络可能是特定应用和组的独立自组织网络(自组织/临近域)，或经由蜂窝和其它接入网集成到诸如互联网的其它网络。所述集成为网络运营商和ISP带来了新机会。考虑到移动网状自组织特别要求，通过使用蜂窝系统所支持的IP移动性能或其它移动机制可处理移动问题。
附图说明
图1示出了其中本发明可操作的示例移动IP网络；
图2示出了说明示例性系统概观的示意图，在所述示例性系统内，无线局域网和广域网由路由器互连；
图3示出了根据本发明各方面的示例性自组织域；
图4示出了移动网状自组织网络的一般体系结构；
图5示出了带有单个从操作、多个从操作和散射网的皮网；
图6示出了使用基于WLAN网络的对等连接；以及
图7描述了居家应用的基于NWR的固定网状网络的实例。
具体实施方式
在本发明的以下具体实施方式中，参照附图，所述附图形成本发明的一部分，并被借助实践本发明的特别示例实施例示出。以下详细描述了每个实施例，以使本领域技术人员实践本发明，应当理解可使用其它实施例，并在不背离本发明精神或范围的情况下做出其它改变。因而以下详细描述并不具有限制意义，本发明范围仅由所附权利要求书限定。
在本技术规范和权利要求书中，以下术语明确表示本文相关意义，除非上下文明确表示并非如此。术语“自组织网络”表示一种其配置被自动稳定执行的暂时网络结构，因为节点可能出乎意料地出现、消失和移动。自组织网络可能基于单跳或/和多跳无线电链路。术语“空降场(airhead)”是指在网状网络内充当接入点(AP)的缺省路由器。术语“家庭RF”是指在家庭环境内提供无线产品之间的互用性的无线技术。术语“宏移动性”是指一种处理网络分段或不同网络之间的移动性的方法。术语“网状”是指多点到多点的网络拓扑。术语“微移动性”是指一种处理归因于网络拓扑变化的网状网络内的移动性的方法。术语“移动网状”是指多点到多点网络拓扑，其中移动节点可能随机出现/消失，并建立到其地理上相邻节点的无线电链路/终止来自其地理上相邻节点的无线电链路。术语“多跳”是指通信经由中间/中继节点发生。术语“对等”是指网络终端之间的单跳或多跳的直接通信。术语“节点”是指网络上的节点。术语“移动节点、移动设备和终端”是指所述网络上移动的节点。术语“流”是指分组流。术语“中继节点”(TN)是指充当骨干接入网(例如WLAN、蜂窝、网状)与对应(多个)自组织小区或子网的“子”终端之间的网关的节点。在此语境中，子网可预先形成，或是借助中央控制，或并不借助中央控制，由若干固定或移动设备/路由器或网络单元请求。术语“自组织小区”是指自组织域内的区域，包括所有与所述中继节点距离小于或等于N跳，并由ID或其地理坐标识别的节点。术语“支持节点”是指“GGSN”和“SGSN”节点两者。术语“用户”是指使用移动设备来经由移动网络通信或接入资源的人或客户，例如商业或机构。术语“运营商”是指任何维持或服务基于IP网络的任何专家或机构。术语“识别符”包括MSISDN号码、IP地址或其它任何与用户位置或身份相关的信息。参照附图，在整个附图中相同编号指示相同部分。此外，参考单个包括参考多个，除非自组织指明并非如此或与本公开不一致。
邻近移动网状自组织组网
图4示出了根据本发明方面的移动网状自组织网络的一般体系结构。移动网状自组织网络400内所示的三个体系结构层包括诸如互联网的网络410、接入域420和自组织域430。根据本发明一个实施例，互联网基础设施(410)被用作骨干网。接入域420包括覆盖独立自组织网络的不同无线电接入，从而为用户终端提供面向基础设施的无线电连接。所述不同的无线电接入包括网状网络422、WLAN网络424和蜂窝网络426。自组织域430是提供对等单跳、多跳和多分支无线电通信的实际自组织网络基础，包括所述用户终端的无基础设施和面向基础设施的无线电连接两者。
原理上，依据覆盖所述自组织网的接入网的存在，所述用户终端可借助单个无线电接入、多个无线电接入来通信，仅建立对等自组织连接或对它们进行任何组合。就此而言，建立基础设施网络，以为无线用户终端提供特定业务和范围扩展。
自组织域(邻近域)
移动自组织网络可被视为无线无线电链路所连接的终端路由器和相关主机的自治系统。由于所述终端路由器可自由随机移动，并任意组织自身，因此所述网络拓扑可迅速改变。所述自组织域还包括多个能够在需要时路由数据分组的固定节点。所述自组织终端还可能无法信号路由(单跳)，或能够在例如缺少功率所导致的一些情况下停止路由。
依据所使用的网状扩展，网络拓扑可能依赖于单跳或多跳无线电连接。原理上，归因于其性质，独立自组织网络可独立于任何运营商或业务提供商操作。出于讨论的目的，假定自组织网络430包括形成自组织子网的1-N个群集的自组织终端。每个自组织小区都可能具有至少一个作为中继节点的终端。所述中继节点充当接入网420(例如网状422、WLAN 424和蜂窝426)与该小区的“子”终端之间的网关，例如与(多个)骨干网与自组织小区之间的控制信令相关。所述中继节点可被视为这样一种逻辑角色，其功能和物理位置可基于特定于情况的方式和准则改变，例如位置坐标和距离接入点的邻近性、所述自组织小区节点的移动特性、跳次、切换能力、业务简表和业务可用性、业务质量、功率电平、路由度量、变化策略、处理(多个)所覆盖网络与自组织终端(子实体)之间的功能时的SIM/ID等。所述自组织网络的范围取决于所使用的网状/链路技术(见图3和相关讨论)。
原理上，每个参与移动网状自组织网络的节点都可保持到N个相邻节点的有效链路连接。然而，如果所述节点电池电平较低，节点高速移动或连接质量水平对于维持两个或更多连接而言太低(例如归因于拓扑)，则节点仅可保持到自组织网络的单个有效链路连接。
无线电和链路层的备选
以下将概述现有链路层技术的潜在备选。原理上，独立自组织网络的覆盖区是无穷的。然而，由于无线电链路传播的性质，可能会遇到限制。独立自组织网络的最明显优点在于，扩展了面向基础设施的无线电覆盖区，并在无基础设置环境内提供了组和其它本地组网，例如设备组网。
蓝牙无线电
蓝牙是用于替代连接便携和/或固定电子设备的(多个)电缆的短程无线电链路。关键特征是稳定性、低复杂性、低功率和低成本。
图5示出了带有单个从操作(510)、多个从操作(520)和散射网(530)的皮网。蓝牙(BT)系统提供了点到点连接(仅包括两个蓝牙单元)，或点到多点连接。在点到多点连接中，在若干蓝牙单元之中共享信道。
两个或更多共享相同信道的单元形成皮网。一个蓝牙单元充当皮网的主方，而其它(多个)单元充当(多个)从方。在块510内示出了单个从操作。至多7个从方可在所述皮网内是有效的。
图5内的块520示出了主方与三个从方。此外，更多的从方可以所谓的驻留状态保持锁定到所述主方。所述驻留从方在信道上无法保持有效，但可保持与所述主方同步。对于有效和驻留从方两者而言，信道接入由所述主方控制。BT使用其中所有业务经过主节点的星拓扑网络。皮网可经由多无线电节点或散射网模式的节点连接在一起，以提供所需皮网间分组交换。
块530示出了散射网。在BT网络内所有业务经过主节点会浪费稀有无线电资源。皮网内的所有节点还共享单个无线电信道。这会导致无效的无线电资源使用，在散射网的情况下尤为如此，在这种情况下，不同皮网内的两个从方正在通信。这种情况下的分组跳可能是从1-主1-从1/主2-从2，因此即使从节点之间的距离小于1米，仍需经由空中接口发送分组三次。所述三次分组发送事件还发生在相同的无线电信道上。如果依据BT技术建立网状，则存在一些具有多个BT无线电的设备，从而使得所有所述业务将不会在相同信道上。另一选择是在无多无线电设备的情况下，开始使用时分和更多信道。
无线LAN
在链路层内，存在着不同的配置基于WLAN的网络的方法，所述基于WLAN的网络包括自组织和面向基础设施的网络。在所述自组织网络内，节点被集合在一起，以形成“暂时”网络。这样，并不存在固定节点，且通常每个节点都能够与其它每个节点通信。所述节点在对等水平上彼此直接通信，以共享特定小区覆盖区。
图6示出了使用基于WLAN网络的对等连接。如图6所示，对等连接包括主方610、主方615和从方620。这种类型的网络通常暂时形成，因此特定的移动性水平得到自动支持。算法被用于“选择”一个机器作为网络的主方，而其它作为从方。一般而言，自组织网络体系结构内的所述算法在建立谁是谁时，使用广播和扩散到其它所有节点。
原理上，节点还可充当中继器，因此无需考虑类似AP的特别节点，或不必使多无线电设备得到连接，即使节点无法得知原始网络拥有者的信标信号。
本机网状链路层
所述无线路由器网状链路层可能是一种潜在的链路层技术方案。一些现有无线路由器，例如诺基亚研发的一些无线路由器使用时分复用(TDM)无线电调制解调器与自适应调制方案，以最优化使用可用频谱。具有跳时400毫妙的跳频扩频(FHSS)收发信机应用于军用会议、衰落和安全性入侵。通过将调制方案从4层改变为2层高斯频移键控(GFSK)，可以1Mbps建立远程链路。终端用户将接收的实际吞吐量取决于终端用户距离空降场的跳次，以及统计上网络是如何被复用的。无线路由器可能还被在具有与现有一代相比更高频率操作的OFDM无线电之上研发。借助可能便利自组织网络可度量性的自适应调制机制，能够实现正交频分复用(OFDM)解决方案。同步网络层2解决方案利用TDM的优点。所有节点都在特定时间收听固定信道，以听取调度信息；其它时隙用于在不同信道内通信。根据一个实施例，借助一个控制信道支持六个数据信道。这导致最大12M比特/秒的网络容量。可能使用其它组合。所述网状网络可能使用所有信道，而对等通信并非必然使用无线电资源。多个空降场可能用于在接入到互联网时得到较高的比特率。根据实施例，所述无线路由器使用作为相邻协议不可缺少部分的链路鉴权方案，除了其它任务之外，所述方案还负责从物理邻居中选择逻辑邻居。根据一个实施例，鉴权方案是基于32比特安全询问的三路信号交换。
多模式自组织/蜂窝终端
多模式终端将至少两个无线电组合为一个提供蜂窝连接，而另一个用于自组织组网。用于自组织组网的无线电可能使用任何一个上述技术。BT是最明显的技术，但并不排除其它可能性。与单模式蜂窝终端相比，多模式终端能够将更广泛的业务组提供给用户。依据所述用户的当前位置，所述用户可能在自组织覆盖区内，因此可提供更高的数据率业务。经由蜂窝网络得到广泛的覆盖区。
接入域
再次参照图4，接入域430可能包括被组合在多个布局、配置和体系结构层内的无线电接入技术。基于现有接入技术，所述接入域的最潜在部分包括蜂窝系统、无线LAN、NWR网状等的第二代和第三代无线电接入。以下将对此概述。接入域能够传送多跳业务，所述多跳业务表示来自位于连接到接入域的节点之后的自组织节点的业务。此外，其支持在单跳与多跳连接之间移动的自组织节点的鉴权的文本传送。因此，支持下层自组织子网络的鉴权、授权和计算网络实体可能物理上是蜂窝接入网的现有基础设施内对应单元的一部分，而单或多跳连接到网络的每个自组织节点可分别向用户控制单元鉴权。
无线网状接入网
诸如诺基亚所研发无线路由器的无线路由器可能用作网状接入网体系结构的建立块。原理上，基于NWR的网状接入反映出有线互联网的结构。NWR技术方案使用无线操作系统，所述无线操作系统以多点到多点模式自动将业务路由通过网络。网状接入网的主单元被称为空降场。借助于连接到有线或无线回程的接入路由器空降场的部署，建立互联网接入。用户路由器被部署在所述空降场的覆盖区的始终。每个用户路由器不仅为附加用户提供接入，而且通过经由多跳将业务路由通过网络，成为网络基础设施的一部分。这允许客户加入网络，即使他们在空降场的范围之外。
图7描述了住宅应用的基于NWR的固定网状网络的实例。如图所示，基于NWR的固定网状网络700包括耦合在一起的无线路由器701-714。还应当注意的是，包括在网状网络700内的无线路由器701-714可能同样是可移动的，从而提供动态的网状基础设施。因此，所述接入网的单元可能是固定的或移动的，从而建立动态且高度可度量的接入网。此外，通过使用NWR与其它拓扑，可建立具有不同网络层的分级网状网络(HMN)，其中可组合诸如树、星、多分支星和网状的各种网状拓扑。
无线LAN接入网
再次参照图4，WLAN接入网包括接入点(AP)418和一组在AP直接控制下的终端，从而形成基本业务组(BSS)，作为接入网的基本建立块。AP 428在作为网络的主方时，形成无线与有线LAN之间的桥路。AP 428类似于蜂窝电话网络内的基站。当AP存在时，终端并不在对等的基础上通信。因此，网络拓扑是星。终端之间或终端与有线网络客户机之间的所有通信都通过AP。AP并不被设置为移动的，它们形成有线网络基础设施的一部分。移动节点可在AP之间漫游，因此无缝校园覆盖区是可能的。这种配置的无线LAN网络以基础设施模式操作。只要所有用户听见AP传输，诸如诺基亚所研发无线路由器的一些WLAN设备甚至会支持基础设施网络内的对等通信。所述特征改善了无线电效率，因为分组并不通过AP 428。
蜂窝网络
第二、第三代以及未来蜂窝网络的无线电接入为具有各种移动程度的移动设备提供了广泛覆盖区。在多模式自组织终端的情况下，所述终端可能具有通过无线电网络接入的无线电连接，所述无线电接入例如是GSM BSS，包括GPRS和EDGE和WCDMA。就此而言，除了那些出于自组织目的支持的特征之外，所述自组织终端还充当常规GSM或WCDMA终端。主要包括一组基站和基站控制器的RAN负责处理无线电资源管理，处理无线电连接、无线电传输的全面控制，以及在那些无线电接入系统的对应标准内规定的其它许多功能。因此，就经由蜂窝网络中继的业务而言，蜂窝接入域可能还协调中继节点的无线电资源。
移动性管理
一般而言，移动性表示通信设备能够在网络内到处移动，但保持它们到网络的连接。在移动网状自组织网络内，移动物离开当前网络，例如固定网状网的蜂窝。这是因为两个原因。第一，移动问题与路由机制相关，第二，参与路由的节点能够移动。所述技术方案将移动问题带入路由区，这意味着网络内的路由方法应当能够处理移动。
根据本发明的一个实施例，在移动网状自组织网络内支持不同的移动水平。基本上，在移动网状自组织网络的自组织部分内存在两种移动。第一种可称为微移动性。这基本上意味着自组织部分的结构由于节点移动而改变。换言之，所述节点的所在之处改变，从而使得由于链路制动和生成的新链路，在所述网络内将存在新的更佳路由器，而一些旧路由器将变得不可用。因为所述路由协议是负责节点之间的路由的协议，所以负责微移动的是在网状内使用的路由协议。在移动IP的语境内，在微移动电平内，不必改变移动中的节点的IP地址。
在网络的自组织部分处还存在另一种移动，这可能被称为宏移动。宏移动基本上表示作为网状网络一部分的节点(移动路由器)不仅在网状网络内改变其位置，而且还将其位置从网状网络移动到另一网络。这意味着节点离开第一个网状网络，并不再成为所述网状网络的一部分。所述节点加入的新网络可能是另一网状网络，或带有另一拓扑的网络。根据本发明一个实施例，借助与互联网的当前标准兼容的方法，处理网络之间的移动。这可在几乎任何类型的网络之间执行切换。根据一个实施例，移动IP用于处理这种移动。在移动IP的语境内，在宏移动电平内，改变移动节点的地址的网络前缀。每个节点都具有使用自组织组网地址的本地便利性。所述地址由自组织组网协议自动配置，并被检查为透明的。本地链路层寻址用于自组织网络内部连接。本地链路地址可本地映射到链路MAC地址/从链路MAC地址映射。
所述地址由自组织组网协议自动配置。所述地址被检查为是透明的。每个节点都具有用于在自组织网络域之外通信的标准IP地址。
此外，在网状的自组织部分之下可能还存在着移动性。这是并不参与所述网状内分组转发，但连接到所述网状内移动路由器的节点(例如，群集的子节点)的移动性。例如，连接到移动路由器的节点可能将其自身从所述路由器断开，并连接到另一路由器。借助移动IP，或借助网状网内的路由协议，可处理这种移动性。
鉴权业备
到移动网状自组织网络的接入可能仅限于得到授权的节点，但无限制的接入同样是可能的。自组织网络内的每个节点可从接入网过滤业务/将业务过滤到接入网，并通过所述节点放弃接入权利。基本授权基于任何两个接点之间的双向鉴权，而且匿名节点能够与所接受授权证书合作。在网状拓扑连接电平内执行授权。
至于用户鉴权，可能使用基于IP地址、基于SIM或所述方法的任何组合，诸如数字签名和指纹的数字证明方案。在基于SIM的鉴权的情况下，还可通过使用IP协议执行所述终端与网络之间的控制信令。为此，如果所述网络并不完全基于IP，则可能需要辅助逻辑和物理实体，以便通过将控制路径与用户数据分开(通过将用户数据直接传送到目的地)，最优化传送资源。作为基于SIM的实例，假定用户(例如中继节点)预计从无线无线电接入，例如带有蜂窝骨干的网状网络得到接入。靠近空降场(中继节点)的终端请求IP地址，并通过将鉴权消息发送到负责的网络实体/服务器，调用网络鉴权过程。所述网络实体/服务器将IP地址映射到对应的IMSI，并与蜂窝网络内的鉴权对应部分，例如第2代和第3代内的HLR通信。此时，(多个)鉴权密钥和其它(多个)相关随机号(鉴权码)被发送到终端节点(移动路由器)，以准备相互鉴权。根据在蜂窝系统内使用的鉴权机制，剩余鉴权过程继续。依据网络协议的分层结构，可以不同电平实施所述鉴权机制。例如，SIM和IP鉴权机制可分别在连接管理(CM)协议或SIMv6协议的语境内使用，可在应用层协议内实施业务层鉴权。
记账
从运营商的角度而言，可以不同方式建立自组织通信；可经由运营上网络传送所有自组织通信，仅诸如鉴权的控制信令被经由运营商网络传送，仅用户数据被经由运营商网络传送，或在并不涉及运营商网络的情况下处理整个自组织通信。因此，可使用许多不同的记账方案。一些自组织域业务可能是免费的，或可能是收费的。当直接使用网络业务，或与自组织组(子网)的两个或更多群集的网络间互连联合使用网络业务时，除了ISP所经历的常规包价收费法之外，还应用常规的基于SIM或特定于应用的IP计费。
接入域的网络单元/服务器监控数据业务，并将其传送到负责计费的一个或多个鉴权实体，其中统计信息被转换为适当的格式。所述鉴权实体向所鉴权终端或TN证实所接收的记账数据。如果需要，则网络服务器可能将此信息传送到外部网络内的对应服务器/实体(其它运营商、ISP等)，以支持带有不同骨干的自组织网络之间的无缝漫游操作。在自组织层内，还可能存在附加计费方法，其中在所述自组织组内记账并计费共享数据或业务。TN应当处理所述自组织层记账与计费的主要责任。
图3示出了根据本发明各方面的自组织网络。如图所示，所述自组织网络包括骨干域305、接入域310和自组织域315。接入域310包括宏小区320和微小区325。自组织域包括自组织小区350、351、352、353和354，中继节点335和带有对等(PtP)性能340的节点。
如图所示，所述自组织域内的每个节点都与其在原籍自组织小区内的服务TN具有无线电连接。TN 330充当到/从接入域310到原籍自组织小区节点(350-354)的接入点。
不同小区的TN还可执行中间骨干，例如自组织骨干。TN 330可能是移动、固定或可变静止和移动功能单元。
每个节点都可能与相邻自组织小区的所有节点(TN和通常/非TN节点)建立无线电连接。然而，每个节点都仅具有一个服务NT节点。如果节点处于相邻自组织小区的边界处，则其可能与相邻TN具有多个TN相关连接。例如，参照附图，NT节点835C与TN 330A和TN 330B具有相关连接。与多个相邻TN具有多分支连接可能会用于辅助最优化TN间切换，并使用宏/微分集技术来改善链路质量，并减少干扰。可将所述多分支连接和服务TN关系保持为与服务T N最多距离预定义范围。所述距离可被基于终端节点到服务TN和相邻TN的信号强度、TN的移动范围等定义。
可能根据许多不同准则选择TN。以下是对于一些示例选择准则的讨论。
业务可用性(运营商辅助的自组织网络)
所述选择准则参考TN的业务能力。业务能力的一些实例是那些与终端的SIM相关的业务。带有SIM相关业务的TN可被选为经由诸如蜂窝网络的骨干网分配可用业务的TN。与其它终端节点相比，一个终端节点可能已得到授权使用具有较低费率的自组织业务，因此可在其它终端节点之间共享可用业务。
鉴权能力(运营商辅助的自组织网络)
根据所述准则，基于节点经由骨干网提供鉴权图的能力，将一个节点选为TN。所述鉴权机制可能包括提供鉴权信令、鉴权、加密/解密和完整性检查密钥布置、生成鉴权算法内所使用的随机参数以及与所述过程相关的所需任何鉴权行为。
功率可用性
根据所述准则，基于与节点相关的传输功率参数，将一个节点选为TN。根据本发明一个实施例，这意味着功率可用性和功率保存(中继自组织信息所需的功率程度)。功率可用性意味着自组织节点的电池寿命，或其距离电源装置的邻近性。
链路稳定性
可能基于无线电链路的强度，将一个节点选为TN。链路稳定性是指特别时间间隔内的链路可用性和无线电信道的稳定性。
移动性和移动
可能基于节点相对于彼此的移动程度，将一个节点选为TN。对于一组具有高移动性的终端节点而言，选择低速TN是不足够的，因为在这种情况下，节点间链路会经历显著改变。
基于位置的准则
当选择TN时可使用节点位置坐标。位置信息可被经由骨干网、GPS系统或任何移动定位与受援系统提供。位置参数可能还指源节点与目的地节点之间的距离，以及终端节点(主要TN)与骨干网的对应接入点(AP)或基站(BS)之间的距离。所述终端节点移动与移动方向也可包括在位置参数内。
网络辅助的TN选择
可借助无线电通信被建立到其的无线电接入实体(在其辅助下或独立地)选择TN。在这种情况下，无线电资源管理实体负责选择适当的TN，或提供TN选择参数。在通信期间内，还可基于相同机制来重新设置TN。
不论使用何种基本TN选择机制，在做出TN选择判定时可使用上述TN选择准则的任何一个或组合。
应用实例
存在独立和集成自组织网络的许多潜在应用情况。以下将讨论一些示例性应用。
组组网
不同的组具有通信需要以及相互作用的潜在需要。所述需要难以满足成本有效性，并难以有效满足合法通信系统。例如，青少年属于若干个组。所述组可能是教室、朋友组、爱好组、邻居组、游戏组等。所述组的通信包括：1)游戏，建立网络游戏组；2)聊天：多个组，每个人都可建立一个组；3)内容/文件传送(音乐特征等)；4)多媒体消息发送，包括：文本、图画、照片、声音剪辑、视频剪辑、文件；5)经由网关连接到互联网，并支持本地服务器；6)短程话音和视频呼叫。最大努力的支持跳耦、更长连接；7)组播，能够组播高电平话音流；以及8)推式业务(还包括基于位置的业务)。推式业务被定义为应用服务器向移动设备启动的业务。推式业务的实例是发送广告、新闻、瞬时消息发送、多媒体消息发送、终止VoIP呼叫等。推式业务可与位置业务组合，从而为始发业务生成附加值。网络以多跳模式操作，业务与蜂窝业务尽可能的无缝。所述网络可能包括不同的群和组，其在业务层内是关闭的(口令保护/加密)，而在组网层内是开放的。到互联网的连接商业上由ISP提供。此外，广告的互联网接入可由公司和组织提供。
相邻组网和互联网接入
在相邻组网中，“网络核心”从实现住宅之间连接的无线路由器建立。所述网络用于邻居之间的通信，并被ISP用作接入网。房屋内的计算机和PDA将路由器用作接入点。在其中无线覆盖区不可用的范围内，通过生成自组织网络动态扩展覆盖区。ISP和其它组织提供互联网的沉点，这主要在商业上操作。在相邻组网中，应用与先前的青年人与其它组组网范围内相同。除了那些业务之外，所述网络用于房地产管理和相邻安全业务(例如观测相机)。
鉴权、接入权和授权&PAN到PAN组网
这些应用共有的特征是连接通常相当短。连接主要为单跳连接。所述无线电连接用于传送识别用户/持有者和他/她的权利的信息。安全要求从普通到高。
家庭组网
家庭内的局域组网是首要步骤。有线组网的问题在于，铺设电缆需要特殊技能和构造工作。无线自配置网络是解决应用区域挑战的唯一解决方案。所述组网的首要需要出现在家庭具有若干计算机时。娱乐电子(置顶盒、DVD、TV、立体声系统、游戏控制台)需要组网，其中自组织网络用于传送内容或控制信息。电表、气表、水表、加热和空调系统需要控制和远程接入。最后，智能家庭设备可能同样被组网。
如上示例，存在许多受益于自组织组网的不同应用。所提供的优点在于，通过将自组织组网技术应用于现有网络基础设施，同时保持其本地独立，建立自组织组网技术的优点。
根据本发明实施例，所述移动网状自组织网络使用现有标准。如图4所示，移动网状网(MMN)的接入域420包括以不同标准规定的各种无线电接入。这些可能包括蓝牙(BT)、宽带码分多址(WCDMA)、无线本地接入网(WLAN)、宽带无线接入系统(BWA)、高性能无线电局域网(HIPERLAN、移动自组织网络(MANET))等。
频率调节
移动网状自组织网络的频率调节取决于所述自组织和接入域内的所使用技术。至于移动网状自组织网络的接入域而言，现有基于无线路由器的网状以免许可证2.4-2.4835GHz和5.4GHz带宽操作。根据另一实施例，基于NWR的网状接入还支持ISM 5.8GHz。与蓝牙类似，除了以300-428GHz带宽操作的RF之外，无线LAN和原籍RF接入以未经许可的1SM 2.4-2.4835GHz带宽操作。蜂窝RAN的操作频率广泛变化，这取决于用于建立网络的无线电技术以及区域性频率调节。例如，在第三代无线电接入的情况下，1920-1980MHz和2110-2170MHz的频率部分将用于欧洲的WCDMA FDD和多数亚洲区域。不成对的TDD带宽的可用性在欧洲大约为1900-1920和2020-2025。此外，蓝牙在未经许可的2.4GHz ISM带内操作。
示例操作环境
参照图1，示出了其中可操作本发明的示例移动IP网络。如图所示，移动IP网络100包括移动节点(MN)105-109、111和112，无线电接入网(RAN)110，SGSN 115，核心网120，路由器125A-F，任选鉴权、授权和记账(AAA)服务器190，GGSN 135A-B，数据网140和WLAN 145。
以下将描述移动IP网络100的连接和操作。MN 105耦合到无线电接入网(RAN)110。一般而言，MN可能包括任何能够连接到诸如无线电接入网110的无线网的设备，或其它移动节点。所述设备包括蜂窝电话、智能电话、寻呼机、射频(RF)设备、红外(IR)设备、组合一个或多个上述设备的集成设备等。MN 105可能还包括其它具有无线接口的设备，例如个人数字助理(PDA)、手持计算机、个人计算机、多处理器系统、基于微处理器或可编程的客户电路、网络PC、可拆卸计算机等。移动节点105-107相互耦合，并形成自组织网络。MN 108耦合到网络145。MN 108、109、111和112相互耦合，并形成另一自组织网。
无线电接入网(RAN)110管理无线电资源，并向用户提供一种接入核心网120的机制。无线电接入网110从能够无线通信的设备传送信息，以及将信息传送到该设备，所述设备例如是MN 105。无线电接入网110可能包括无线和有线组件。例如，无线电接入网110可能包括链接到有线电话网络的蜂窝塔架。一般而言，所述蜂窝塔架从蜂窝电话、寻呼机和其它无线设备传递通信，并将通信传递到这些设备，而有线电话网将通信传递到常规电话、远程通信链路等。如图所示，RAN 110包括路由器125A-C。简而言之，AAA服务器190可能用于监控并辅助执行通过运营商网络通信的运营商操作。根据此特定实施例，每个路由器都可能将信息提供给AAA服务器190，以实施其策略。
某些节点可能是通用分组无线电业务(GPRS)节点。例如，服务GPRS支持节点(SGSN)115可能经由RAN 110从诸如MN 105的移动节点发送和接收数据。SGSN 115还保持与MN 105相关的位置信息。SGSN 115通过核心网120在MN 105与网关GPRS支持节点(GGSN)135A-B之间通信。根据本发明的一个实施例，AAA服务器190与RAN 110和核心网120通信。
核心网120是基于IP分组的骨干网，其包括连接网络内的支持节点的路由器，例如路由器125D-F。路由器是通信网络上的加速消息传递的中间设备。路由器可能是有线或无线设备。在通过可能的网状连接链接多个计算机的单个网络上，路由器接收到所传送消息，并经由可用路由器将所述消息转发到其正确的目的地。路由器可能是单个计算设备或复杂的计算设备。例如，路由器可能是包括存储器、处理器和网络接口单元的计算机。路由器可能包括在移动节点(未显示)内。
GGSN 135A-B通过路由器125A-C耦合到核心网120，并充当到诸如网络140和WLAN 145的数据网络的网关。网络140和145可能是公共互联网或专用数据网。GGSN 135A-B允许MN 105接入网络140和网络145。
AAA服务器190通过通信媒介耦合到RAN 110和核心网120。AAA服务器190可能由运营商以指令编程，以管理与移动IP网络100相关的策略。AAA服务器190是任选单元。
运营商可能基于特定用户或用户组的不同业务类别，设置用于确定是否接受新流量的门限水平。诸如AAA服务器190的路由器或专用网络单元可能用于此目的。使用AAA服务器来辅助实施鉴权、授权和记账规则，以帮助确认用户的端到端业务质量(QoS)。运营商具有提供不同AAA规则的灵活性。例如，会话业务可能被映射在核心网内的加速转发(EF)类别或确保转发(AF)类别。运营商可能将不同计费结构用于每个类别。此外，可能使用不同的信令传送建立AAA规则。
此外，计算机和其它相关电子设备可能连接到网络140和WLAN网络145。公共互联网自身可能是由大量如此互连的网络、计算机和路由器形成的。移动IP网络100可能包括比图1所示组件更多的组件。然而，所示组件足以公开用于实践本发明的示例性实施例。
如上所述用于在通信链路内传送信息的媒体示出了一种类型的计算机可读媒体，即通信媒体。一般而言，计算机可读媒体包括任何可由计算设备接入的媒体。通信媒体通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或已调制数据信号内的其它数据，例如载波或其它传送机制，所述通信媒体还包括任何信息递送媒体。术语“已调制数据信号”表示其一个或多个特征被以编码信号内信息的方式设置或改变的信号。例如，通信媒体包括诸如双绞线、同轴电缆、光纤、波导管和其它有线媒体的有线媒体，以及诸如声、RF、红外和其它无线媒体的无线媒体。
图2示出了其内操作本发明的另一示例系统，其中多个无线局域网(“WLAN”)220a-c、局域网222和广域网(“WAN”)230由路由器210互连。在LAN的互连组——包括基于不同体系结构和协议的LAN上，路由器充当LAN之间的链路，使消息能够在彼此间发送。所述路由器可能是无线或有线的。
LAN内的通信链路通常包括无线链路、双绞线、光纤或同轴电缆，而网络之间的通信链路可能使用模拟电话线、包括T1、T2、T3和T4的完全或部分专用数字线、集成业务数字网(ISDN)、数字用户线(DSL)、无线链路或其它通信链路。此外，诸如远程计算机240的计算机和其它相关电子设备可能经由另一通信链路远程连接到WLAN 220a-c、LAN 222或WAN 230。在并不背离本发明精神和范围的情况下，可增加或减少图2内WLAN、LAN、WAN和路由器的数量。同样，互联网自身可能由大量如此互连的网络、计算机和路由器形成，且在并不背离本发明精神和范围的情况下，可在互联网上实践本发明实施例。
以上技术规范、实例和数据提供了本发明构成的制造和使用的完全描述。由于可在并不背离本发明精神和范围情况下实施本发明的许多实施例，因此本发明的保护范围由所附权利要求书限定。

Claims (36)

1、一种通信系统中的混合体系结构的系统，其包括：
骨干接入网；
接入域；
作为所述接入域的基础的自组织域，所述自组织域被设置为将无线通信提供给所述自组织域和所述接入域的服务区中的节点；
从所述自组织域的服务区中的节点中选择的中继节点，所述中继节点被配置为充当所述自组织域和所述骨干接入网中的节点之间的网关。
2、根据权利要求1的系统，其中从有线实体和无线实体中选择所述骨干接入网。
3、根据权利要求1的系统，其中根据一组准则选择所述中继节点，其中所述准则组包括位置坐标、所述节点的移动特性、跳次、切换能力、业务简表、业务可用性、业务质量、功率电平、路由度量、记账和计费策略以及识别符。
4、根据权利要求1的系统，还包括记账和计费机制。
5、根据权利要求1的系统，还包括鉴权机制。
6、根据权利要求5的系统，其中所述鉴权机制被配置为授权所述中继节点将自组织域中的节点加入所述骨干接入网或/和节点的自组织子网络中。
7、根据权利要求5的系统，其中可以从一组机制中选择鉴权机制，所述机制组包括用于提供鉴权信令的机制、用于提供鉴权的机制、用于加密/解密和完整性检查密钥布置的机制以及用于生成在鉴权算法中使用的随机参数的方法。
8、根据权利要求1的系统，其中所述自组织域包括独立的邻近自组织网络。
9、根据权利要求1的系统，其中所述邻近自组织域被集成到其它网络中。
10、根据权利要求1的系统，其中所述骨干接入网是互联网基础设施。
11、根据权利要求1的系统，其中所述接入域包括无线电接入，其中所述无线电接入为节点提供面向基础设施的无线电连接。
12、根据权利要求11的系统，其中所述无线电接入包括网状网、WLAN网络和蜂窝网中的至少一个。
13、根据权利要求11的系统，其中所述自组织域为所述节点提供对等单跳、多跳和多分支无线电通信，其中包括无基础设施和面向基础设施的无线电通信。
14、根据权利要求11的系统，其中所述自组织域包括固定节点和移动节点中的至少一个。
15、根据权利要求11的系统，其中所述接入域被配置为传送多跳业务。
16、根据权利要求11的系统，其中所述接入域被配置为支持传送在单跳和多跳连接之间变动的自组织节点的鉴权。
17、根据权利要求1的系统，其中所述自组织域被自动设置成为所述自组织域的服务区中的节点提供多跳无线通信。
18、根据权利要求1的系统，其中所述自组织域被自动设置成为所述自组织域的服务区中的节点提供多信道无线通信。
19、一种用于通信系统的方法，所述通信系统包括：
多个接入域和多个骨干实体，其中自组织域构成所述接入域和所述骨干实体的基础，所述自组织域向自组织服务区中的节点提供无线通信，以及
中继节点，所述中继节点用于处理到/来自所述接入域、所述自组织域与所述骨干实体中的至少一个的连接，所述方法包括：
使所述自组织域与其中一个所述骨干实体相关；
从所述自组织服务区中的节点中选择中继节点，以充当所述自组织域与所述其中一个所述骨干实体中的至少一个中的节点之间的网关；以及
在所述自组织域与所述其中一个所述骨干实体之间进行信息通信。
20、根据权利要求19的方法，还包括：从有线实体与无线实体中选择所述其中一个所述骨干实体。
21、根据权利要求19的方法，其中选择中继节点以充当网关的步骤还包括：基于一组准则选择所述中继节点。
22、根据权利要求21的方法，其中所述准则组包括位置坐标、所述节点的移动特性、跳次、切换能力、业务简表、业务可用性、业务质量、功率电平、路由度量、记账和计费策略以及识别符。
23、根据权利要求19的方法，其中，所述选择中继节点的步骤以及协调所述中继节点的无线电资源的进一步步骤由接入域执行。
24、根据权利要求19的方法，还包括：对与所述至少一个自组织域相关的业务计费。
25、根据权利要求19的方法，其中，除了标准IP地址之外，所述至少一个自组织域中的每个节点都具有本地无歧义的组网地址网络。
26、根据权利要求19的方法，其中，通过使用自组织协议，基于本地链路层地址来形成本地自组织地址，从而使所述本地自组织地址可自动地配置。
27、根据权利要求19的方法，还包括：鉴权所述至少一个自组织域中的节点。
28、根据权利要求27的方法，其中，鉴权所述至少一个自组织域中的节点的步骤还包括：仅允许已授权节点加入所述至少一个自组织域中。
29、根据权利要求27的方法，还包括：提供一组鉴权机制，所述鉴权机制组包括：
用于提供鉴权信令的机制、用于提供鉴权的机制、用于加密/解密和完整性检查密钥设置的机制以及用于生成在鉴权算法中使用的随机参数的机制。
30、根据权利要求19的方法，还包括：将所述自组织域集成到其它网络中。
31、根据权利要求19的方法，还包括：使所述自组织域是独立并且被划分的。
32、根据权利要求19的方法，还包括：为所述至少一个自组织域中的节点提供对等单跳、多跳和多分支无线电通信，其中包括无基础设施和面向基础设施的无线电通信。
33、根据权利要求32的方法，还包括使用所述接入域传送多跳业务。
34、根据权利要求32的方法，还包括：使用所述接入域，传送在单跳和多跳连接之间变动的自组织节点的鉴权。
35、一种通信系统中的混合体系结构的系统，其包括：
骨干接入网；
接入域，用于无线电接入到所述骨干接入网；
构成所述接入域的基础的自组织域，所述自组织域被自动设置成向任意进入所述自组织域的服务区的节点提供与所述接入域的多跳与多信道无线通信中的至少一个，以及在所述节点之间提供与所述接入域的多跳与多信道无线通信中的至少一个；
所述自组织域的中继节点，所述中继节点是从任意进入所述自组织域的服务区的所述节点中选择的，并且被自动配置成充当所述自组织域和所述骨干接入网中的节点之间的网关。
36、一种用于通信系统的方法，所述通信系统包括：
多个接入域和实体，其中自组织域构成所述接入域和实体的基础，所述自组织域自动地向自组织服务区的节点提供多跳与多信道无线通信中的至少一个，以及在所述节点之间提供多跳与多信道无线通信中的至少一个，以及
所述自组织域的中继节点，所述中继节点用于自动处理到/来自所述接入域、所述自组织域与覆盖的骨干实体中的至少一个的连接，所述方法包括：
使所述自组织域与运营商骨干实体相关；
从自组织域的节点中选择中继节点，以充当所述自组织域与骨干实体中的节点之间的网关；以及
在所述自组织域与所述骨干实体之间进行信息通信。
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