CN102802201A - 蜂窝网与无线局域网融合网络环境下的通信方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于蜂窝网与无线局域网融合网络环境下的接入控制设备的通信方法，包括以下步骤：接收来自用户设备的上行数据包；从所接收到的上行数据包中获取所述上行数据包的目的地址；确定所述目的地址的归属，如果所述目的地址属于固网网段，则通过网络地址转换功能将所述上行数据包路由至固定接入网；如果所述目的地址属于移动核心网网段，则通过网络地址转换功能将所述上行数据包路由至移动核心网。通过本发明的方法能够简单地将无线局域网和无线核心网整合在一起，并同时降低蜂窝网的负载以及无线核心网的负载。此外，采用本方法不影响网络中的其他部分，具有兼容性好的优点。

Description

蜂窝网与无线局域网融合网络环境下的通信方法
技术领域
本发明涉及移动通信网，更具体地，涉及在蜂窝网与无线局域网融合网络环境下的通信方法。
背景技术
随着移动网络的发展，越来越多的智能终端通过移动通信网络访问移动数据业务，这导致移动接入网和核心网的负载增大。而移动接入网和核心网的容量跟不上用户数据业务的爆发增长，就容易引起网络拥堵甚至崩溃，尤其在经常有大量用户同时访问数据业务的区域。因此运营商希望能够找到高效的能够减轻移动接入网以及移动核心网负载的方法。
同时，Wi-Fi技术迅速发展。由于Wi-Fi具有带宽大、使用成本低等优点，越来越多的用户通过Wi-Fi技术使用无线局域网的资源访问移动数据业务。因此，希望能够利用Wi-Fi技术通过无线局域网来减轻移动通信网络的负载。
第三代合作伙伴计划(3GPP)标准提出了用于Wi-Fi和3GPP网络交互工作的架构，称为I-WLAN(inter-working WLAN)，如图1所示。在这种架构中，包含以下接入方式：
a)WLAN接入：提供到无线局域网以及本地连接IP网络的连接，以通过3GPP系统认证和授权。
b)WLAN 3GPP接入：允许WLAN用户设备与诸如3G运营商网络的外部IP网络建立连接。之后用户能够通过WLAN访问3G分组业务(packet service：PS)。其中，根据用户设备所请求的3G分组业务的类型来选择用户设备将要连接的分组数据网。所请求的基于3G分组业务是由用户设备通过无线局域网接入点名称(WLAN-Access-Point-Name：W-APN)来标识的。
当用户设备同时访问因特网业务(direct IP access)和3GPP业务时，这两种业务是由两个网络用不同的机制来提供，因此用户设备需要获得来自无线局域网和分组数据网的两个IP地址。由无线局域网分配给用户设备的IP地址用于连接本地传输网，以使得用户设备发出的数据包能够被路由至因特网。由分组数据网分配给用户设备的IP地址用于在用户设备和分组数据网之间建立端到端的隧道，以使得用户设备能够访问3GPP业务。该方案要求用户设备能够获得两个或多个IP地址并且能够建立IPSec隧道。这增加了对用户设备的要求，并且对网络中现有的用户设备的兼容性差。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种在无线局域网的接入控制设备中根据数据包地址来路由数据包的方法，由此简化对用户设备的要求，并同时实现降低无线核心网和蜂窝接入网的负载。这将是非常有益的。
根据本发明的第一方面，提出了一种用于蜂窝网与无线局域网融合网络环境下的接入控制设备的通信方法，包括以下步骤：接收来自用户设备的上行数据包；从所接收到的上行数据包中获取所述上行数据包的目的地址；确定所述目的地址的归属，如果所述目的地址属于固网网段，则通过网络地址转换功能将所述上行数据包路由至固定接入网；如果所述目的地址属于移动核心网网段，则通过网络地址转换功能将所述上行数据包路由至移动核心网。
进一步地，该方法还包括所述接入控制设备作为代理执行用户设备的鉴权、认证和计费(Authentication，Authorization andAccounting：AAA)的步骤。由此能够在运营商第一个可管可控的地点执行AAA认证，易于执行统一的计费。
根据本发明的第二方面，提出了一种用于蜂窝网与无线局域网融合网络环境下的接入控制设备的下行数据通信方法，其特征在于，包括以下步骤：接收一个下行数据包；执行网络地址转换功能，将所述下行数据包转发至该下行数据包对应的用户设备。
由此，采用上述技术方案能够简单地将无线局域网和无线核心网整合在一起，并同时降低蜂窝接入网的负载以及无线核心网的负载。此外，上述技术方案还简化了对用户设备的要求。用户设备仅需保留一个IP地址，因此用户设备无需对业务类型进行区分，也无需选择并建立复杂的传输隧道。同时该方法对其他网络设备也没有影响，增强了对现有用户设备和网络设备的兼容性。
根据本发明的第三方面，提出了一种用于用户设备在蜂窝网与无线局域网融合网络环境下使用的上行数据通信方法，包括以下步骤：确定期望的数据业务对应的接入点名称；如果所述期望的数据业务对应于第一类接入点名称，则以第一地址为源地址封装数据包；如果确定所述期望的数据业务的业务对应于第二类接入点名称，则以第二地址为源地址封装数据包。
根据本发明的第四方面，提出了一种用于蜂窝网与无线局域网融合网络环境下的接入控制设备的通信方法，包括以下步骤：接收来自用户设备的上行数据包；从所接收到的上行数据包中获取所述上行数据包的源地址；确定所述源地址是移动核心网为所述用户设备分配的第一地址还是固定网为所述用户设备分配的第二地址，如果所述源地址为所述第二地址，则通过所述固定网转发所述上行数据包；如果所述源地址为所述第一地址，则为所述上行数据包增加源地址为所述第二地址且目标地址为移动核心网网关地址的报头之后转发至移动核心网。
根据本发明的第五方面，相应地提出了一种用于蜂窝网与无线局域网融合网络环境下中的接入控制设备的下行数据通信方法，其特征在于，还包括以下步骤：接收一个下行数据包；确定该下行数据包的源地址是属于移动核心网网段还是属于固网网段，如果所述源地址属于固网网段，则将该下行数据包直接转发给所述下行数据包对应的用户设备；如果所述源地址属于移动核心网网段，则解开所述下行数据包，并从中取出目标地址为移动核心网为用户设备分配的地址的原始数据包，然后将所述原始数据包转发给所述用户设备。
由此，采用上述技术方案，即使在用户设备保留两个IP地址的情况下，也能够简化用户设备，使其无需建立隧道，或者说用户设备无需支持复杂的隧道协议。此外，上述技术方案在无线局域网中引入锚点，能够保证业务的移动性。当用户设备进入或离开无线局域网时，能够保持会话的连续性，无需重新建立会话。
根据本发明的第六方面，提出了一种基于DSMIP的用于蜂窝网与无线局域网融合网络环境下中的接入控制设备的通信方法，包括以下步骤：接收来自用户设备的DSMIP协议封装的上行数据包；侦测所述DSMIP协议封装的上行数据包中原数据包的目的地址，并确定其归属；如果所述目的地址属于固网网段，则丢弃所述DSMIP协议封装的报头，并将所述原数据包直接路由至固定接入网；如果所述目的地址属于移动核心网网段，则将所述隧道封装的上行数据包路由至移动核心网。
由此，上述技术方案能够在基于DSMIP的网络中减轻蜂窝接入网和无线核心网的负载。
通过本发明的方案，能够在无线局域网的接入控制设备中根据数据包的目的地址或源地址来确定通过不同的路径路由数据包，能够简单地将无线局域网和无线核心网整合在一起，并同时降低蜂窝网的负载以及无线核心网的负载。此外，本发明的有益效果还包括：易于执行统一的计费。能够在运营商第一个可管可控的地方进行认证，易于运营商对无线局域网的使用进行管理。
附图说明
在下文中将参照以下附图仅通过例子更具体地描述本发明的优选实施例：
图1示出了基于I-WLAN通信网络的框图，
图2示出了依据本发明的一个实施例的通信网络框图，
图3示出了图2中实施例的上行通信方法的流程图，
图4示出了图2中实施例的下行数据通信方法流图，
图5示出了依据本发明的另一个实施例的通信网络框图，
图6示出了图5中实施例的上行通信方法的流程图，
图7示出了图5中实施例的通信方法的数据封装，
图8示出了图5中实施例的下行数据通信方法流图，
图9示出了依据本发明的另一个实施例的通信网络框图，
图10示出了图9中实施例的下行数据通信方法流图。
附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的装置。
具体实施方式
图2示出了依据本发明的一个实施例的蜂窝网与无线局域网融合网络环境下的通信网络框图。如图2所示，在蜂窝网与无线局域网融合的网络环境中，包括通用陆地无线接入网210、WLAN接入网220、移动核心网230、用户设备250以及固定网260。
图2中，在通用陆地无线接入网210中示出了基站(Node B)211、212，在WLAN接入网中420示出了Wi-Fi接入点221、222，在移动核心网230示出了服务网关(Serving Gateway：S-GW)/GPRS服务支持节点(Serving GPRS Support Node：SGSN)/移动管理实体(Mobile Management Entity：MME)231、归属位置寄存器(HomeLocation Register：HLR)/鉴权、认证和计费(Authentication，Authorization and Accounting：AAA)寄存器232、GPRS支持节点网关(Gateway GPRS Service Node：GGSN)/分组数据网网关(PDNGateway：PGW)/分组数据网关(Packet Data Gateway：PDG)233，以及归属代理(Home Agent：HA)234。本领域技术人员能够理解，在此仅示出了对于理解本发明必要的部分，无线通信网络系统中包含的构件并不限于所示出的部分。
在一般情况下，用户设备250能够通过通用陆地无线接入网210，经由S-GW/SGSN/MME 231以及GGSN/PGW/PDG 233，以及HA 234访问3GPP业务，比如短消息服务(SMS)或者基于IP的语音传输(Voice over IP：VoIP)等。
此外，在本实施例中，引入了无线智能接入点(Wireless AccessBroker)240这一功能实体，用于执行依据本发明的方法，以将无线局域网和运营商网络整合在一起，扩展网络的覆盖范围并减轻无线接入网和无线核心网的负载。在下文中，无线智能接入点有时也被称为接入控制设备。
下面结合图3说明用于如图2所示的蜂窝网与无线局域网融合网络环境下的接入控制设备的通信方法。在步骤S21中，3G核心网中的PDG 233和固网中的动态主机配置协议(Dynamic HostConfiguration Protocol：DHCP)服务器(图2中未示出)分别响应于无线智能接入点240的请求，为其分配IP地址。在步骤S22中，无线智能接入点240获得分别来自无线核心网中的PDG 233和来自DHCP 261的两个IP地址。在此，如图2所示，将无线核心网为该无线智能接入点240分配的地址记为Addr.1，将固定网为该无线智能接入点分配的地址记为Addr.2。
如图2所示，在这一实施例中，如果用户设备250处于Wi-Fi接入点的覆盖范围内，则用户设备250在步骤S11中通过Wi-Fi接入点连接到无线智能接入点240。用户设备250在与无线智能接入点240之间建立WLAN连接之后，发起基于EAP-AKA的认证，在步骤S23中，无线智能接入点240执行认证功能，使得用户设备和AAA/HLR服务器之间的认证成为可能。在步骤S24中，无线智能接入点240响应于用户设备250的请求，为用户设备250分配本地IP地址。在业务接入阶段，如果用户设备250在步骤121中发出3GPP业务请求，则无线智能接入点240在接收来自用户设备的上行数据包之后，在步骤S25中，从所接收到的上行数据包中获取该上行数据包的目的地址，并确定该目的地址的归属，如果该目的地址属于移动核心网网段，则执行网络地址转换功能，即，将用户设备250的本地IP地址转换为无线智能接入点240从3G核心网获得的IP地址Addr.1，并在步骤S26中，将经过网络地址转换功能的数据包通过无线智能接入点240和PDG 233之间的隧道路由至3G核心网。如果用户设备250在步骤S122中发出因特网业务请求，则无线智能接入点240在接收来自用户设备的上行数据包之后，在步骤S27中，从所接收到的上行数据包中获取该上行数据包的目的地址，并确定所述目的地址的归属，如果该目的地址属于固网网段，则执行网络地址转换功能，即，将用户设备250的本地IP地址转换为无线智能接入点240从固定网获得的IP地址Addr.2，并在步骤S28中将经过网络地址转换功能的数据包路由至因特网。
本领域技术人员能够理解的是，步骤S23和步骤S24对于本发明的实施是可选的。
相应地，图4示出了用于如图2所示的蜂窝网与无线局域网融合网络环境下的下行数据通信方法。在本实施例中，在步骤S41中，无线智能接入点240接收来自移动核心网或者固定网的下行数据包，在步骤S42中执行网络地址转换功能，并在步骤S43中将所述下行数据包转发至该下行数据包对应的用户设备250。在此，当用户设备从无线局域网切换到移动蜂窝网时，无线智能接入点能够作为无线局域网中的锚点，通过与移动核心网移动锚点之间建立隧道，转发所述用户设备的下行数据包。由此在无线局域网中引入锚点，能够保证业务的移动性，即当用户设备进入或离开无线局域网时，能够保持会话的连续性，无需重新建立会话。
图5示出了依据本发明的另一个实施例的蜂窝网与无线局域网融合网络环境下的通信网络框图。如图5所示，在蜂窝网与无线局域网融合的网络环境中，包括通用陆地无线接入网510、WLAN接入网520、移动核心网530、用户设备550以及固定网560。
图5中，在通用陆地无线接入网510中示出了基站(Node B)511、512，在WLAN接入网520中示出了Wi-Fi接入点521、522，在移动核心网530示出了S-GW/SGSN/MME 531、HLR/AAA 532、GGSN/PGW/PDG 533，以及HA 534。本领域技术人员能够理解，在此仅示出了对于理解本发明必要的部分，无线通信网络系统中包含的构件并不限于所示出的部分。
在一般情况下，用户设备550能够通过通用陆地无线接入网510，经由S-GW/SGSN/MME 531以及GGSN/PGW/PDG 533，以及HA 534访问3GPP业务，比如短消息服务(SMS)或者基于IP的语音传输(Voice over IP：VoIP)等。
此外，在本实施例中，同样引入了无线智能接入点540这一功能实体，用于执行依据本发明的方法，以将无线局域网和运营商网络整合在一起，扩展网络的覆盖范围并减轻无线接入网和无线核心网的负载。与图2中所示的实施例不同的是，在本实施例中，用户设备550具有两个IP地址，分别是无线核心网为该用户设备分配的第一地址以及固定IP网为该用户设备分配的第二地址。以及相应地，在无线智能接入点中，不再根据上行数据包的目的地址选择路由该上行数据包的路径，而是根据上行数据包的源地址选择路径。在下文中，无线智能接入点有时也被称为接入控制设备。
图6示出了根据本发明的一个实施例的在图5中所示网络环境中的通信方法的流程图。下面结合图6说明根据本发明的一个实施方式的用于蜂窝网与无线局域网融合网络环境下的用户设备以及接入控制设备的通信方法。首先在步骤S31和步骤S32中，3G核心网中的分组数据网关533和固定网分别响应于用户设备550的请求，为该用户设备550分配相应的IP地址。在此，如图5所示，将无线核心网为该用户设备550分配的地址记为Addr.1，将固定网为该用户设备550分配的地址记为Addr.2。用户设备550在步骤S51中确定期望的数据业务对应的接入点名称(Access Point Name：APN)；如果所期望的数据业务的接入点名称对应于移动核心网，则用户设备550以Addr.1为源地址封装数据包；并在步骤S52中将该数据包发送至无线智能接入点540，如果用户设备550在步骤S55中确定所期望的数据业务的接入点名称对应于固定网，则以Addr.2为源地址封装数据包，如图7所示，并在步骤S56中将该数据包发送至无线智能接入点540。
无线智能接入点540在接收来自用户设备的上行数据包之后，从所接收到的上行数据包中获取该上行数据包的源地址，确定所述源地址是Addr.1还是Addr.2。如果在步骤S53中，确定所述源地址为Addr.1，则为所述上行数据包增加源地址为所述第二地址的且目标地址为移动核心网网关地址的报头，如图7所示，之后在步骤S54中将该上行数据包转发至移动核心网。该报头用于建立在无线智能接入点与移动核心网之间的隧道。如果在步骤57中，确定所述源地址为Addr.2，则在步骤S58中，通过固定网转发直接该上行数据包。
相应地，在图8中示出了用于如图5所示的蜂窝网与无线局域网融合网络环境下的下行数据通信方法。在本发明的上述实施例中，针对下行数据包，无线智能接入点执行如下方法步骤：在步骤S81中，接收来自固定网或者来自移动核心网的下行数据包；在步骤S82中确定该下行数据包的源地址是属于移动核心网网段还是属于固网网段，如果该源地址属于固网网段，则在步骤S83中，将该下行数据包直接转发给所述下行数据包对应的用户设备；如果在步骤84中，确定所述源地址属于移动核心网网段，则在步骤S85中，解开所述下行数据包，并从中取出目标地址为Addr.1的原始数据包，然后在步骤S86中将所述原始数据包转发给用户设备。由此在无线局域网中引入锚点，能够保证业务的移动性，即当用户设备进入或离开无线局域网时，能够保持会话的连续性，无需重新建立会话。
此外，3GPP Rel 8提出了支持蜂窝网和无线局域网之间业务移动性的双栈移动IP(Dual Stack Mobile IP：DSMIP)机制。然而现有技术中，在实现这一机制时，用户设备的所有数据业务(包括3GPP业务和因特网业务)都需要经过移动核心网(归属代理路由器)。根据本发明的教导，图9示出了依据本发明的另一个实施例的蜂窝网与无线局域网融合网络环境下的通信网络框图。如图9所示，在蜂窝网与无线局域网融合的网络环境中，包括通用陆地无线接入网910、WLAN接入网920、移动核心网930、用户设备950以及固定网960。
图9中，在通用陆地无线接入网910中示出了基站(Node B)911、912，在WLAN接入网920中示出了Wi-Fi接入点921、922，在移动核心网930示出了S-GW/SGSN/MME 931、HLR/AAA 932、GGSN/PGW/PDG 933，以及HA 934。本领域技术人员能够理解，在此仅示出了对于理解本发明必要的部分，无线通信网络系统中包含的构件并不限于所示出的部分。
在一般情况下，用户设备950能够通过通用陆地无线接入网910，经由S-GW/SGSN/MME 931以及GGSN/PGW/PDG 933，以及HA 934访问3GPP业务，比如短消息服务(SMS)或者基于IP的语音传输(Voice over IP：VoIP)等。
此外，在本实施例中，同样引入了无线智能接入点940这一功能实体，用于执行依据本发明的方法，以将无线局域网和运营商网络整合在一起，扩展网络的覆盖范围并减轻无线接入网和无线核心网的负载。在该实施例中，用户设备950具有由移动核心网分配的家乡地址(Home Address：HoA)166.111.4.222，当用户设备移动至无线局域网中时，无线局域网为其分配转交地址(Care of Address：CoA)172.24.149.166。该用户设备试图访问的目的地址是162.105.203.16。用户设备950根据DSMIP协议将数据包进行封装，建立与归属代理之间的隧道，传递数据包。
其中，依据本发明的无线智能接入点940执行如下方法步骤：在步骤S91中，接收来自用户设备950的DSMIP协议封装的上行数据包；在步骤S92中侦测所述DSMIP协议封装的上行数据包中原数据包的目的地址，并确定其归属；如果所述目的地址属于移动核心网网段，则在步骤S93中，将所述隧道封装的上行数据包路由至移动核心网；如果所述目的地址属于固网网段，则在步骤S94中丢弃所述DSMIP协议封装的报头，并在步骤S95中将所述原数据包路直接由至固定接入网。
在如图9所示的实施例中，无线智能接入点940可以通过将接收到的数据包解封装来获取原数据包的目的地址166.111.4.222，确定其是属于固网网段的，则丢弃所述隧道封装的报头，并将所述原数据包路由至固定接入网中的目的地址。由此在保证业务移动性的前提下，减轻了移动核心网的负担。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论如何来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的。此外，明显的，“包括”一词不排除其他元素和步骤，并且措辞“一个”不排除复数。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

Claims (10)

1.一种用于蜂窝网与无线局域网融合网络环境下的接入控制设备的通信方法，包括以下步骤：
a.接收来自用户设备的上行数据包；
b.从所接收到的上行数据包中获取所述上行数据包的目的地址；
c.确定所述目的地址的归属，如果所述目的地址属于固网网段，则通过网络地址转换功能将所述上行数据包路由至固定接入网；如果所述目的地址属于移动核心网网段，则通过网络地址转换功能将所述上行数据包路由至移动核心网。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括所述接入控制设备作为代理执行用户设备的鉴权、认证和计费的步骤。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括所述接入控制设备为用户设备分配本地局域网地址的步骤。
4.一种用于蜂窝网与无线局域网融合网络环境下的接入控制设备的下行数据通信方法，其特征在于，包括以下步骤：
d.接收一个下行数据包；
e.执行网络地址转换功能，将所述下行数据包转发至该下行数据包对应的用户设备。
5.一种用于用户设备在蜂窝网与无线局域网融合网络环境下使用的上行数据通信方法，包括以下步骤：
A.确定期望的数据业务对应的接入点名称；
B.如果所述期望的数据业务对应于第一类接入点名称，则以第一地址为源地址封装数据包；如果确定所述期望的数据业务的业务对应于第二类接入点名称，则以第二地址为源地址封装数据包。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，
所述期望的数据业务的第一类接入点名称对应于移动核心网，所述期望的数据业务的第二类接入点名称对应于固定网；
所述第一地址为移动核心网为用户设备分配的地址，所述第二地址为固定网为用户设备分配的地址。
7.一种用于蜂窝网与无线局域网融合网络环境下的接入控制设备的通信方法，包括以下步骤：
i.接收来自用户设备的上行数据包；
ii.从所接收到的上行数据包中获取所述上行数据包的源地址；
iii.确定所述源地址是移动核心网为所述用户设备分配的第一地址还是固定网为所述用户设备分配的第二地址，如果所述源地址为所述第二地址，则通过所述固定网转发所述上行数据包；如果所述源地址为所述第一地址，则为所述上行数据包增加源地址为所述第二地址且目标地址为移动核心网网关地址的报头之后转发至移动核心网。
8.一种用于蜂窝网与无线局域网融合网络环境下中的接入控制设备的下行数据通信方法，其特征在于，包括以下步骤：
iv.接收一个下行数据包；
v.确定该下行数据包的源地址是属于移动核心网网段还是属于固网网段，如果所述源地址属于固网网段，则将该下行数据包直接转发给所述下行数据包对应的用户设备；如果所述源地址属于移动核心网网段，则解开所述下行数据包，并从中取出目标地址为移动核心网为用户设备分配的地址的原始数据包，然后将所述原始数据包转发给所述用户设备。
9.根据权利要求4或8所述的方法，其特征在于，当所述用户设备从无线局域网切换到移动蜂窝网时，所述接入控制设备通过与移动核心网移动锚点之间建立隧道，转发所述用户设备的下行数据包。
10.一种基于DSMIP的用于蜂窝网与无线局域网融合网络环境下中的接入控制设备的通信方法，包括以下步骤：
I.接收来自用户设备的DSMIP协议封装的上行数据包；
II.侦测所述DSMIP协议封装的上行数据包中原数据包的目的地址，并确定其归属；
III.如果所述目的地址属于固网网段，则丢弃所述DSMIP协议封装的报头，并将所述原数据包直接路由至固定接入网；如果所述目的地址属于移动核心网网段，则将所述隧道封装的上行数据包路由至移动核心网。
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