CN100591032C - 通过ip网络传送信息的方法及其设备和终端 - Google Patents

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Abstract

从抽象观点，本发明涉及两个组成部分。一个组成部分配置在移动终端上，对应GPRS标准的信息被嵌入到IP分组中，从而经IP通道被发送到第二发明组成部分。所述第二组成部分表示IP网络中的IP服务GPRS支持节点(IP-SGSN)，例如，它接收来自通道的分组，并解封所述分组，从而随后将其继续发送到另一GSN。所述另外的GSN负责其它移动终端或使之能建立到互联网的连接(GGSN)。第二组成部分因此对于外部其它GSN具有通用SGSN的形式，被认为是移动终端方向上的通道终点。

Description

通过IP网络传送信息的方法及其设备和终端
技术领域
本发明涉及用于经IP网络传送信息的方法。更具体涉及一种通过移动终端，例如移动电话或PDA传送信息的方法，其它其中，移动终端配备成能访问诸如GSM或UMTS的传统无线网络。如果这些设备工作在纯粹的基于IP的网络，例如使用现有标准的UMTS或无线LAN中，一方面实现对现有技术的简单过渡，另一方面使它们易于使用。
背景技术
用于GSM和UMTS的GPRS允许在UMTS和GSM基础上最后一英里上的面向分组的网络。所谓面向分组领域的优点在于它们相互之间以及和互联网的兼容性。因此存在特别为基于IP的网络开发的多种应用。很明显，从这点来看，GPRS将是新的UMTS网络的重要组成部分。由于UMTS在甚高频领域(例如在公司或大学环境中发现的)的局限性，UMTS不能满足所有需要。因此实际提供商不可能处理所有和UMTS-GSM有关的任务。例如将在这样的领域采用无线LAN(IEEE802.11(x)，ETSI Hiperlan)，从而减轻UMTS基础结构的负担。在此种混合结构中，在不同领域之间的通信可能是十分重要的。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种允许互用性而不管移动用户所在的网络类型的方法和设备。
根据本发明的第一方面，提供了一种通过IP网络内的GPRS传送信息的方法，具有移动终端，优选连接到IP网络，从而可以交换IP分组，在IP网络中具有IP服务GPRS支持节点，其中，在终端和IP服务GPRS支持节点之间的连接初始化期间，根据IP分组建立传送GPRS信息的通道，其中，该信息通过通道传送，其中，IP服务GPRS支持节点经网络进一步连接到服务GPRS支持节点，并且根据通信方向，解封和/或重新封装信息，从而将信息发送到进一步的服务GPRS支持节点，或封装信息，从而将信息通过通道发送到终端。
根据本发明的第二方面，提供了一种用于在IP网络中提供GPRS服务的设备，具有允许GPRS和/或UMTS网络中服务GPRS支持节点(SGSN)的功能的装置，其特征在于，装置，用于允许和移动终端进行通信，由此IP分组能够在所述设备(SGSN)和移动终端之间交换；其中，在移动终端和所述设备(SGSN)之间的连接初始化期间，根据IP分组建立传送GPRS信息的通道，其中，该GPRS信息通过通道传送，其中，所述设备(SGSN)经IP网络连接到其他服务GPRS支持节点，并且根据通信方向，解封和/或重新封装信息，从而将信息发送到其他服务GPRS支持节点，或封装信息，从而将信息通过通道发送到移动终端。
根据本发明的第三方面，提供了一种终端，具有在IP网络中通信的装置，所述终端包括移动终端，其特征在于，允许经GPRS通过IP通道交换信息的装置。
根据本发明的第四方面，提供了一种用于IP网络中终端的软件，所述终端包括移动终端，其特征在于，实现允许经GPRS通过IP通道交换信息的处理。
从抽象观点来看，本发明包括两个组成部分。一个组成部分配置在移动终端上，具有遵守GPRS标准并嵌入到IP分组内的信息，从而可通过IP通道(tunnel)将该信息发送到第二发明组成部分。所述第二组成部分是IP网络中的IP服务GPRS支持节点(IP-SGSN)，接收来自通道的分组并将其解封，随后将它们发送到另一个GSN，例如，发送到负责其它移动终端或允许到互联网的连接的GSN(GGSN)。第二组成部分因此对于外部其它GSN具有通用SGSN的形式，在移动终端方向上被认为是通道的终点。当通过通道传送信息时，不同协议的分组被封装在IP分组中，从而在IP分组数据部分发现完整的分组，在此例子中是GPRS分组。
更详细地，它涉及通过GPRS在IP网络，更具体地在无线LAN和/或Hiperlan网络中传送信息的方法，优选具有连接到IP网络的移动终端，从而可以交换IP分组。本发明的另一个组成部分是IP网络中的IP服务GPRS支持节点，其中，在初始化终端和IP服务GPRS支持节点之间的连接时，基于IP分组建立传送GPRS信息的通道。在下文中，通过通道传送信息。IP服务GPRS支持节点通过IP网络进一步连接到服务GPRS支持节点，网关GPRS支持节点，以及其它GPRS服务节点(例如用于SMS)，其中，根据通信方向，IP SGSN解封和/或重新封装信息，从而发送信息到进一步的GPRS服务节点，或封装信息从而将其通过通道发送到终端。
由于本发明的特殊性质，必须在通用移动终端上安装附加的软件，该软件为用户透明处理信息的封装和解封。所述软件以此种方式设计，当它能建立和IP网络的连接时就寻找IP SGSN。该软件以此种方式设计，其中通道传送的GPRS信息可被封装和解封。
在初始化连接期间，用已知安全检查根据执行的GPRS模式，检测是否允许移动终端访问GPRS网络。通过传送通道传送的信息，该验证也是有效的。对应模块，如下面进一步所述，是该软件的一部分。然而，也可想到软件和现有验证程序在移动终端上相连接，从而无需独立模块。
为建立连接，优选传送广播消息以寻找IP网络内的IP服务GPRS支持节点，通过该节点建立通道。
在优选实施例中，可能存在HLR服务，该服务允许基于终端的IP地址和其它通用GPRS信息(在移动终端上出现，例如以用户识别模块(SIM)的形式)来授权和/或定位终端。这样的HLR服务任务是确定并存储移动终端的位置以及该移动终端被分配给谁，或分配以什么电话号码。通过HRL服务，网络提供商还分配可用在非GSM/UMTS网络中的用户专用和/或设备专用权，这些专用权是因为本方法的特殊性质所致。
对于移动网络，特别是在基站之间实现切换的方式是重要的。这样的切换可在移动终端离开一个基站的接收区域，进入另一个基站的接收区域的任何时候发生。在优选实施例中，可在IP级和GPRS级执行切换。切换的形式取决于终端所位于的网络，或切换是在哪两种网络类型之间发生。如果移动终端逗留在例如无线网络的范围内，则优选基于IP执行切换。如果，另一方面，要发生领域的改变，则可基于GPRS执行切换。作为特殊性质，本应用使用预测不同网络类型连接质量未来趋势的机制。由于此预测，从一个网络类型到另一个的切换根据时间被最优化。
在移动和无线通信例子中，如果加密信息会十分有利。在优选实施例中，在IP级使用IPSec。然而也希望使用其它加密方法。还可以并行使用多种方法。
如前所述，除了方法之外，设备也是本发明的组成部分；所述设备配置在IP网络中，并用作IP SGSN。这是一种在IP网络中提供GPRS服务的设备，具有允许在GPRS和/或UMTS网络中的服务GPRS支持节点的已知功能的装置。由于和已知SGSN和GGSN(网关GSN)的完全兼容性，无需任何较大技术支出就实现了和现存网络的通信。但是，该设备的此特殊性质在于和移动终端的通信优选是基于IP通道执行，通过IP通道传送GPRS分组的这一事实。
如上所述，IP SGSN可用在任何基于IP的网络中。以此种方式设计，从而可建立到UMTS/GSM家用网络中SGSN，GGSN，HLR，CGF的连接。从UMTS网络观点看，因此，它是标准的“3G”SGSN，和在3GPP文件中规定的一样。
结合修改的HLR服务，IP SGSN可路由不同服务到不同服务器。(例如互联网和电子邮件到“本地”代理以及邮件服务器，或其它GPRS服务到UMTS/GSM提供商的GGSN。)
对于“经过基于IP网络的GPRS”，专用HLR和CGF不是必要组成部分。而是它们允许网络提供商想要提供给其客户的进一步的功能。
修改的HLR功能和基于IP的网络的已知透明HLR相似。它有能漫游的所有持有者的列表。在此例子中，HLR是来自能相互签订漫游协议的UMTS/GSM提供商的HLR。因此IP SGSN询问该修改的HLR而不是其它HLR。修改的HLR确定该分组是否将从IP SGSN发送到HLR，如果是，发送到哪一个。提供商也可以在修改的HLR中管理他自己的用户列表。此外，提供商可在此HLR中管理一个列表，在该列表中存储有提供的对该用户可用的服务。
修改的CGF透明功能基本和已知CGF类似，但是在基于IP的网络中。这使得CGF能收集为用户计算成本或费用的信息。不是建立连接到通用CGF，IP SGSN建立连接到修改的CGF。以此种方式修改的CGF可以转发信息到提供商或自己进行计算。
在优选实施例中，该设备具有提供网关功能的装置，更具体地，路由信息到其它网络。在此例子中，它是IP-GGSN。来自其它网络的等同系统是已知的。
如上所述，该设备假定具有HLR的功能。在此例子中，应当特别提及存在能将IP地址映射到HLR的装置。此外，还存在允许在不同协议层和协议上切换的装置以及允许加密的装置。
该设备的其它组成部分是可接收终端广播消息从而借此建立GPRS通道连接的装置。在接收到这样的分组之后，发送应答到移动终端，从应答中移动终端可以判断出在网络中存在IP GGSN。
本发明的另一个组成部分是能通过通道连接和IP SGSN通信的终端。诸如PDA或移动电话的通用终端不具有此功能。它要求软件的修改以及可能还修改硬件以实现此通信功能。本质上，所述修改终端具有能通过IP通道经GPRS交换信息的装置。必要条件当然是对应的IPSGSN可用于通信。
优选实施例是支持多种无线标准的设备。该设备可优选地支持无线LAN以及UMTS或GSM/GPRS。
由于在IP网络中使用，必须实施已知方法的地址转换。当在支持例如不同IP版本的网络中使用时，这允许更大的灵活性。因此应当允许地址转换，特别是从IPv4到IPv6，反之亦然，以及NAT或地址冒充(masquerading)。
此外，在优选实施例中存在允许信息加密的装置。上面已经讨论了加密的可选方案。在初始化期间，这对于存在在GPRS网络中允许验证的装置特别重要。在此例子中优选访问HLR。该方案允许清楚的成本分配。
允许所述功能的软件层在优选实施例中出现，所述层优选能访问IP堆栈。通过获得或重新路由IP堆栈内的信息能容易的实现，提供该信息用于GPRS和UMTS终端。
本发明的又一组成部分是在通用终端上实现所述功能的软件。注意到能将保护扩展到具有此种软件的数据载体。
作为此方法的结果，易于将新的网络类型集成到现有网络中。可以继续使用已知网络的功能，还能使用由新网络提供的新技术。
附图说明
下面参考在附图中示意显示的示范实施例详细解释本发明。相同参考标记表示在各个附图中的相同元件。详细地：
图1显示支持3个频带，即UMTS，GSM和WLAN的移动终端，在每个例子中都用于不同领域，移动终端经基站连接到SGSN，基站又经GGSN建立到不同领域的连接；
图2显示从终端(UE)开始，经基站(UTRAN)、(服务)无线网络控制器、SGSN、GGSN以及HLR的分级结构；
图3显示(UMTS)GPRS网络的逻辑结构；
图4显示GPRS经GSM的用户层；
图5显示GPRS经UMTS的用户层；
图6显示GPRS经IP的用户层；
图7显示GPRS经GSM的控制层；
图8显示GPRS经UMTS的控制层；
图9显示GPRS经IP的控制层；
图10显示配置在移动终端上的软件模块的结构。
具体实施方式
图1显示支持3个频带，即UMTS，GSM和WLAN的移动终端，在每个例子中都用于不同领域。移动终端在网络中移动，经GPRS发生漫游。为实现漫游，必须使用适当网关(GGSN)建立网络之间的连接。在采用WLAN的网络中，使用根据本发明经IP通道和终端通信的IP SGSN(fm SGSN)。对于进一步的通信，信息经SGSN和GGSN传送。
图2显示在已知网络(UMTS)中发现的分级结构。可在文献[13]中发现该结构的细节。分级结构从通过无线经基站(UTRAN)连接的终端(UE)开始，经(服务)无线网络控制器到SGSN、GGSN。SGSN和GGSN可以访问HLR。无线网络控制器的工作是分配带宽和频率或时隙。
图3显示从[13]中已知的GPRS网络的逻辑结构。可从该图看出，该网络基本由SGSN和GGSN构成，它们一方面控制该领域中移动终端的连接，另一方面允许到其它网络的连接。在一个网络中可能出现多个GGSN相互连接。SMS-GMSC和SMS-IWMSC是用于SMS交换的单元。可在[13]中找到进一步的细节。
图4，5和6显示已知GPRS经GSM/UMTS协议以及经IP的GPRS协议通道的用户层。在此引用参考文献[13]。很清楚图6中的通道传送协议GTP-U既用在GGSN之间也用在终端之间。这用于传送IP分组。在UDP/IP层上仅使用GTP-U。和UMTS相比，无需经分组数据集中协议和终端额外通信的基站。因此提供到终端的直接通道。参看文献[20]获得更多细节。
图7，8和9显示控制层上的不同。
作为进一步的层，使用无线访问网络应用层协议(RANAP)，如在[20]中描述的。该协议在较高层封装并传输信息和信号。在RANAP之下的层描述在[14]中。SCCP可用于传送RANAP信息。这应当遵守ITU-T白皮书。
本发明实际是基于服务器和客户端的。客户端和服务器都支持经IP的GPRS。
客户端模块支持不是IP堆栈部分但基于它的多种新标准(诸如3GPP规范，IETF标准)或草案。此种模块设计具有修改简单的优点。
可从图10看出客户端的结构。
认证器负责管理不同信息，例如密码，公共和私人密钥，证书以及USIM。它还包括认证方法。如在[10]和[25]中阐明的根据GSM和UMTS标准的认证对于经基于IP的网络的GPRS是必须的。
安全代理负责连接的安全和完整。它使用加密方法和基于分组的过滤器以及防火墙机制。对于经基于IP的网络的GPRS，应当支持具有IKE(互联网密钥交换[281)的IPSec。
除了两个模块之外还有其它模块，即通道管理器和地址转换器。
通道管理器负责通道管理以及通道端点切换。对于经基于IP的网络的GPRS，应当支持GTP([22])。
地址转换器工作是地址转换，通常从IPv4到IPv6([30])以及相反。这是必要的，因为终端的堆栈只支持版本4。旧的网络是面向旧的版本。相比而言，较新的网络，例如UMTS，是基于较新的版本。转换是必需的，特别是在不同网络之间发生切换的时候。对于冒充或地址转译的支持([29])也是有益的。
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[29]RFC 3022，Traditional IP Network Address Translator
[30]RFC 3089，A SOCKS-based IPv6/IPv4Gateway Mechanism

Claims (20)

1.一种通过IP网络内的GPRS传送信息的方法，具有移动终端，优选连接到IP网络，从而可以交换IP分组，在IP网络中具有IP服务GPRS支持节点，
-其中，在终端和IP服务GPRS支持节点之间的连接初始化期间，根据IP分组建立传送GPRS信息的通道，
-其中，该信息通过通道传送，
-其中，IP服务GPRS支持节点经网络进一步连接到服务GPRS支持节点，并且根据通信方向，解封和/或重新封装信息，从而将信息发送到进一步的服务GPRS支持节点，或封装信息，从而将信息通过通道发送到终端。
2.如前面一个方法权利要求所述的方法，其特征在于，解封通道传送的GPRS信息的软件安装在移动终端上。
3.如前面一个方法权利要求所述的方法，其特征在于，在连接初始化期间，用已知安全检查，根据执行的GPRS模式，检测是否允许移动终端访问GPRS网络。
4.如前面一个方法权利要求所述的方法，其特征在于，使用广播消息来寻找IP网络中的IP服务GPRS支持节点，以建立通道。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，提供HLR服务，该服务允许根据终端IP地址和GPRS地址信息确定和/或定位终端。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据终端所处网络，可在IP级和GPRS级上执行切换。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在GPRS和/或IP级上执行加密，优选采用IPSec。
8.一种用于在IP网络中提供GPRS服务的设备，具有允许GPRS和/或UMTS网络中服务GPRS支持节点(SGSN)的功能的装置，其特征在于，
装置，用于允许和移动终端进行通信，由此IP分组能够在所述设备(SGSN)和移动终端之间交换；
其中，在移动终端和所述设备(SGSN)之间的连接初始化期间，根据IP分组建立传送GPRS信息的通道，
其中，该GPRS信息通过通道传送，
其中，所述设备(SGSN)经IP网络连接到其他服务GPRS支持节点，并且根据通信方向，解封和/或重新封装信息，从而将信息发送到其他服务GPRS支持节点，或封装信息，从而将信息通过通道发送到移动终端。
9.如前面一个权利要求所述的设备，其特征在于，存在允许网关功能的装置，该网关功能包括路由信息到其它网络。
10.如权利要求8所述的设备，其特征在于，存在允许将IP地址映射到HLR中的装置。
11.如权利要求8所述的设备，其特征在于，存在这样的装置：通过该装置根据终端所处网络，可在IP级和GPRS级执行切换。
12.如权利要求8所述的设备，其特征在于，存在允许在GPRS和/或IP级上加密，优选采用IPSec的装置。
13.如权利要求8所述的设备，其特征在于，存在可以接收终端广播消息以借此建立GPRS通道连接的装置。
14.一种终端，具有在IP网络中通信的装置，所述终端包括移动终端，其特征在于，允许经GPRS通过IP通道交换信息的装置。
15.如前面终端权利要求所述的终端，其特征在于，该终端既支持无线LAN又支持UMTS和/或GSM。
16.如权利要求14所述的终端，其特征在于，存在允许地址转换的装置，以及NAT和/或地址冒充的装置。
17.如权利要求14所述的终端，其特征在于，存在允许通过对通道传送的信息进行加密或加密通道分组自身的装置。
18.如权利要求14所述的终端，其特征在于，存在允许在GPRS网络中认证的装置。
19.如权利要求14所述的终端，其特征在于，存在允许所述功能的软件层，所述层能访问IP堆栈。
20.一种用于IP网络中终端的软件，所述终端包括移动终端，其特征在于，实现允许经GPRS通过IP通道交换信息的处理。
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