CN104202784B - 使用扩展的路由协议的蜂窝网络中的基于网络的宏移动 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了使用扩展的路由协议的蜂窝网络中的基于网络的宏移动。一种方法：使用蜂窝网络的第一网络设备，接收在移动设备和基于分组的计算机网络间发起数据会话的请求，移动设备和与第一网络设备相关的第一基站进行无线通信；根据与移动设备相关的用户上下文，使用第一网络设备处理与数据会话相关的数据通信，用户上下文指定用于定义应用于数据通信的一个或多个策略的用户指定信息；利用第一网络设备，使用扩展的路由协议向蜂窝网络中的其他网络设备通告移动用户（MS）虚拟专用网络（VPN）路由通告，MS VPN路由通告根据扩展的路由协议对移动设备的用户上下文进行编码，以使其他网络设备能够根据用户上下文对与数据会话相关的数据通信进行处理。

Description

使用扩展的路由协议的蜂窝网络中的基于网络的宏移动
本申请是分案申请，其母案申请的申请号为201010000618.X，申请日为2010年1月12日，发明名称为“使用扩展的路由协议的蜂窝网络中的基于网络的宏移动”。
技术领域
本发明涉及网络，更具体地，涉及蜂窝网络。
背景技术
蜂窝网络是多个蜂窝的集合，其中，每个蜂窝都包括能够向用户的移动设备传输和中继信号的至少一个基站。“蜂窝”通常表示使用特定频率或频率范围来传输数据的蜂窝网络的不同区域。典型基站是附有通过特定频率来传输和接收数据的多个天线的塔。诸如蜂窝或移动电话、智能电话、相机电话、个人数字助理（PDA）和膝上型计算机的移动设备，可以以指定的频率向基站发起或传输信号，以发起呼叫或数据会话并开始传输数据。
回程网络（backhaul network）将基站连接到网关设备。（从移动用户角度看）回程网络是提供从基站到网关设备的连接的第二层（L2）网络。许多蜂窝服务提供商正朝着基于二代（2G）、三代（3G）和其他无线技术移动回程网络的互联网协议（IP）/多协议标签交换（MPLS）的方向发展。微波接入（WiMax）和长期演进（LTE）技术也可能朝这个方向发展。例如，最近，蜂窝服务提供商已经开始升级蜂窝网络，以支持诸如高速接入到基于分组（packet-based）的网络（例如，因特网）、使用互联网协议的语音（VoIP）和互联网协议电视（IPTV）的业务。为了升级蜂窝网络，蜂窝服务提供商将在基站接收到的来自移动设备的蜂窝信号，例如，时分多 址（TDMA）信号、正交频分复用（OFDM）信号或码分多址（CDMA）信号，转换成用于在基于分组的网络中传输的互联网协议（IP）包。为了便于从蜂窝信号到IP包的转换和传输，已经提出了多项标准，例如，由全球移动通信系统（GSM）协会提出的通用分组无线业务（GPRS）标准，由互联网工程任务组（IETF）提出的移动IP标准，以及由第三代伙伴计划（3GPP）、第三代伙伴计划2（3GPP/2）和WiMax论坛的全球互通提出的其他标准。
“微移动（micro mobility）”被定义为锚定（anchored）在固定IP网关设备的移动。即使移动设备可以与用于到达IP网关的不同的回程网络网关（BNG）和/或基站进行通信，只要移动设备的IP网关在移动设备移动位置时不改变，移动设备就位于微移动域内。WiMax的微移动方案需要涉及基站和接入业务网络（ASN）网关（在WiMax技术中，为“R2和R4接口”）的新的控制协议。“宏移动（macro mobility）”被定义为使移动节点从一个IP网关移动到另一个IP网关而保留其IP地址的移动。现有的宏移动方案使用移动IP及对移动IP的扩展，这具有一些限制。一些现有的宏移动方案包括客户端移动IP、客户端移动IPv4、代理（Proxy）移动IPv4、移动IPv6以及客户端移动IPv6。
不管蜂窝服务提供商选择采用哪种标准，每种标准通常都限定蜂窝网络架构，在该架构中，特定的移动设备与特定的网关设备和锚定设备相关。即，在发起基于分组的数据通信会话时，移动设备被同时绑定到蜂窝网络架构中的网关设备和锚定设备。通常，每个网关设备都是与接近通信会话的起始点的一个或多个基站相关的IP网关或其它IP使能的接入路由器。借助于基站的传输和中继能力，每个网关设备都能处理由移动设备发起的数据会话，并将IP通信路由到基于分组的网络。即，网关设备将移动设备发起的任何数据通信均路由到锚定设备。这种包含移动设备、网关设备和锚定设备的路由配置称为“三角路由”。
锚定设备典型地是面向业务的IP使能的路由器，其存储针对特定移动设备的策略和其他信息（统称为“用户上下文”）。例如，用户上下文可 以定义服务水平或质量、加密密钥、寻址信息、组播组会员资格以及用于对向特定移动设备提供的业务进行计费的计费信息。当相关的移动设备移动通过蜂窝网络时，锚定设备为持续接入基于分组的网络所需的用户特定的上下文信息（称为“用户上下文”）提供“锚点（anchor）”或基准位置（setlocation）。锚定设备可以根据用户上下文对数据通信做标记、加标签或进行处理，然后将数据通信路由到基于分组的网络内的期望的目的地。在一些蜂窝架构中，网关设备可以称为“外地代理”，而“锚定设备”可以称为“本地代理”。
虽然上述的网络架构支持精确计费，但是用于会话的到锚定设备的所有数据包的连续三角路由可能会在上述业务的传送中产生大量的延迟，从而降低向移动设备提供的服务的质量。因此，通过使得用户与固定锚定设备相关，上述架构不能有效地路由通信量，并且可能在接入基于分组的网络和由基于分组的网络所支持的业务中引起延迟。随着升级蜂窝基站以支持更高传输速率，这种缺陷可能变成特定约束，这是因为，增加的延迟可能形成实现更高数据传输速率的瓶颈，并且违背与用户的服务质量（QoS）协议。
发明内容
通常，用于为IP通信量提供移动性的新架构是以互联网协议（IP）/多协议标签交换（MPLS）技术为基础来描述的，例如，虚拟专用局域网（LAN）业务（VPLS）、边界网关协议（BGP）和BGP MPLS第三层虚拟专用网（VPN）。包含这种架构的这些技术在本文中称为“移动MPLS”。本文描述的架构解决了现有IP移动方案的多个缺点。这种架构可以应用于第三代（3G）IP数据业务、WiMax、LTE和为移动用户提供基于IP的业务的其他任何无线接入技术。
本文描述的移动MPLS架构由为蜂窝网络移动的不同方面提供功能的多个构件组成。一个构件是IP/MPLS网络中的基于网络的宏移动。本文描述的宏移动方案以对路由协议的扩展和VPN为基础。该技术使诸如边界网关协议（BGP）的路由协议以如下方式扩展，即，使移动用户VPN 路由在路由设备间通信，以提供基于网络的宏移动。例如，BGP可以以如下方式扩展，即，允许了连同MPLS移动VPN标签一起通知到移动用户的可达性。在这种方式下，上述技术虑及了每个用户路由状态的通告，并且使得输入该路由的移动VPN的每个成员能够将通信量直接路由到移动用户所连接的IP网关设备，从而绕过了移动用户的当前锚定设备，避免了三角路由。
根据本文描述的技术，移动用户VPN路由通告被定义用于诸如BGP的路由协议。例如，移动用户VPN路由通告可以被定义为与使用BGP消息通过网络进行通信的通告路由相关的网络层可达性信息（NLRI）。因此，所定义的移动用户VPN路由通告可以被路由设备用来对移动用户可达性信息进行编码，以指示其他路由设备对与所通告的路由相关的网络通信量进行控制。移动用户VPN路由通告可以以使数量可变的属性确定的可扩展方式来定义。此外，移动用户VPN路由通告可以以使编码的移动用户可达性信息作为不透明BGP数据来处理的方式来定义。因此，路由器和不支持扩展的其他网络设备可以忽略编码的移动用户可达性信息。
建立宏移动方案的挑战之一在于最优路由和移动用户状态之间的权衡。去往或来自移动用户的包的有效路由通常需要网络中的每个用户路由状态。诸如移动IPv4或代理移动IP的方案可能会以无效路由（三角路由）为代价来减少此状态。本文描述的方案使服务提供商（SP）在三角路由模式和最优路由模式之间进行选择，具有提供有效路由（即，最短路径路由）或者避免（询问）每个用户状态的灵活性。此外，本文描述的由此方案提供的实施例使SP基于每个用户作出这样的决定。
所提出的基于网络的移动架构的另一构件是在保持用户的IP地址的同时，在移动宽带远程接入服务器（BRAS）之间传输用户上下文的问题的解决方案。当移动用户与BRAS相关时，BRAS可以接入服务器（例如，在用户的认证过程中）以获得诸如策略或者对该移动用户特定的其他信息的用户上下文信息。然后，BRAS示例了与移动用户通信的这些策略。当移动用户随后移动到第二BRAS时，在第二BRAS发生认证会话的切换。 然而，第二BRAS并不能感知到用户上下文，这是因为用户认证已经进行过了。本文描述的方案为以诸如BGP和BGP-MPLS第三层VPVs的路由协议的扩展为基础的移动用户管理提供了用户上下文传输机制。SP可能将本文描述的上下文传输机制与现有的移动方案（例如，移动IP）结合来配置。即，没有必要为了配置上下文传输方案而配置本文所述的基于网络的移动方案。
基于VPLS，本文所述的移动架构的另一构件是基于网络的微移动。此方案的一种应用是在基于IP/MPLS的移动回程网络。由于蜂窝业务提供商开始朝用于无线技术的基于IP/MPLS的移动回程网络发展，本文所提出的微移动方案基于诸如L2VPN、伪线（pseudowire，PW）、VPLS和L3VPN的IP/MPLS技术，在限定用于回程网络的微移动方案方面可以具有特定的优势。本文描述的微移动方案的实施例是基于VPLS的，并且因为其影响可能已经用于回程网络的现有IP/MPLS技术，故是特别需要的。
本文描述的移动架构的各个组成部分是独立的，但是也可以一起使用。例如，业务提供商可以为微移动配置VPLS并且继续使用宏移动的现有的移动IP。又例如，业务提供商可以配置基于L3VPN的宏移动并继续使用基于LTE的微移动。
本文描述的架构还为移动用户提供了组播支持。MPLS组播技术用于为移动用户的组播业务提供支持。特别地，当VPLS用作微移动方案时，VPLS组播扩展能够被影响。当使用基于BGP MPLS VPN的宏移动方案时，BGP组播VPN能够被影响，从而为移动用户提供IP组播业务。
本文描述的技术还提供了该架构的各种功能单元的冗余。例如，该技术可以用于在两个或多个回程网络网关（BNG）之间提供冗余。该技术还可以用于在两个或多个IP移动网关之间提供冗余。最后，其可以在两个或多个移动宽带远程接入服务器（BRAS）之间提供冗余。使用扩展的路由协议进行上下文传输的技术被影响以提供这种冗余。本文描述的技术还提供基于BGP的域间的支持。
本文描述的实施例可以与包括WiMax和LTE在内的各种无线接入技术结合。此外，实施例的子集可以与3G结合用于IP数据通信量。在需要扩展时，本文描述的实施例通过重新使用IP/MPLS机制，在使用IP/MPLS用于移动回程的WiMax网络中提供微移动。例如，微移动可以通过在回程网络中使用虚拟专用LAN业务（VPLS）来提供。该实施例排除了在回程网络中运行新的WiMax控制协议用于微移动的需求。此外，该实施例使相同的控制面机制用于固线和移动业务。该实施例还虑及了相同控制面用于IPv4和IPv6的情况。
在一个实施例中，一种方法包括：使用蜂窝网络的网关设备接收来自移动设备的连接至该网关设备以接入基于分组的网络的请求，该移动设备和与该网关设备相关的基站进行无线通信。该方法进一步包括使用网关设备选择一个模式，用于路由去往移动设备的包，其中，选择一个模式包括选择最优路由模式和三角路由模式中的一个，其中，最优路由模式使去往移动设备的单播通信量能够绕过移动设备的当前锚定设备并被直接路由到网关设备，而三角路由模式使移动设备的单播通信量能够被路由到将该单播通信量传送到网关设备的锚定设备。该方法进一步包括，根据所选择的模式，网关设备使用扩展的路由协议向蜂窝网络中的一个或多个其他网络设备通告移动用户（MS）虚拟专用网络（VPN）路由通告，其中，MSVPN路由通告对与连接至网关设备的移动设备相关的可达性信息进行编码。
在某些方面，通告MS VPN路由通告包括：在使用网关选择最优路由模式时，使用网关通告MS VPN路由通告，所述MS VPN路由通告携带NO_EXPORT（无输出）属性（community），该NO_EXPORT属性避免了在自治系统外部通告MS VPN路由通告。
在某些方面，选择一个模式包括基于与移动设备相关的服务水平协议（SLA）选择一个模式。
在某些方面，通告MS VPN路由通告包括在单个MS VPN路由中集合到多个移动设备的可达性。
在某些方面，自治系统边界路由器（ASBR）通告集合的MS VPN路由通告，该集合的MS VPN路由通告汇总了到由自治系统中的多个网关设备拥有的子网上的所有移动设备的可达性。
在某些方面，扩展的路由协议包括扩展的BGP协议，该扩展的BGP协议将用户上下文定义为不透明BGP数据，使得不支持扩展的网络设备忽略所编码的用户上下文。
在另一个实施例中，蜂窝网络的网关设备包括：接口，被配置为接收来自移动设备的连接至网关设备以接入基于分组的网络的请求，移动设备和与网关设备相关的基站进行无线通信；以及控制单元，被配置为通过选择最优路由模式和三角路由模式中的一个来选择一个模式，用于路由去往移动设备的包，其中，最优路由模式使去往移动设备的单播通信量能够绕过移动设备的当前锚定设备并被直接路由到网关设备，而三角路由模式使移动设备的单播通信量能够被路由到将该单播通信量传送到网关设备的锚定设备。控制单元被配置为执行路由协议，该路由协议已经被扩展以向蜂窝网络中的一个或多个其他网络设备通告移动用户（MS）虚拟专用网络（VPN）路由通告，其中，MS VPN路由通告对与连接至网关设备的移动设备相关的可达性信息进行编码。
在某些方面，控制单元被配置为基于与移动设备相关的服务水平协议（SAL）来选择一个模式。
在某些方面，控制单元被配置为执行BGP组播VPN（MPVN）协议，以及，在网关设备接收来自移动设备的组播加入请求时，控制单元被配置为根据BGP MVPN协议，将组播加入请求从网关设备传播到被选择作为上游组播跳（UMH）的提供商边界路由器。
在又一个实施例中，一种系统包括：与第一基站相关的第一网关设备；与第二基站相关的第二网关设备；在与第二基站进行无线通信后，与第一基站进行无线通信的移动设备；以及用作与移动设备相关的用户上下文的主储存库的锚定设备。第一网关设备包括：接口，被配置为接收来自移动设备的连接至第一网关设备以接入基于分组的网络的请求；以及控制单 元，被配置为从最优路由模式和三角路由模式中选择一个模式，用于路由去往移动设备的包，其中，最优路由模式使去往移动设备的单播通信量能够绕过移动设备的当前锚定设备并被直接路由到网关设备，而三角路由模式使移动设备的单播通信量能够被路由到将该单播通信量传送到网关设备的锚定设备。控制单元被配置为执行路由协议，该路由协议已经被扩展，以向系统的蜂窝网络中的一个或多个其他网络设备通告移动用户（MS）虚拟专用网络（VPN）路由通告，其中，MS VPN路由通告对与连接至网关设备的移动设备相关的可达性信息进行编码。
在又一个实施例中，计算机可读存储介质包括使得蜂窝网络的网关设备的可编程处理器进行如下操作的指令：接收来自移动设备的连接至网关设备以接入基于分组的网络的请求，移动设备和与网关设备相关的基站进行无线通信，以及在最优路由模式和三角路由模式中选择一个模式，用于路由去往移动设备的包，其中，最优路由模式使去往移动设备的单播通信量能够绕过移动设备的当前锚定设备并被直接路由到网关设备。三角路由模式使得移动设备的单播通信量能够被路由到将该单播通信量传送到网关设备的锚定设备。该指令还使处理器根据所选择的模式，使用扩展的路由协议向蜂窝网络中的一个或多个其他网络设备通告移动用户（MS）虚拟专用网络（VPN）路由通告，其中，MS VPN路由通告对与连接至网关设备的移动设备相关的可达性信息进行编码。
在另一个实施例中，用于在网络中路由包的方法包括：经由第一蜂窝基站和与第一蜂窝基站相关的第一网关，在蜂窝移动设备和基于分组的网络之间建立数据通信会话，其中，建立数据通信会话包括：将蜂窝移动设备绑定到与第一网关相关的锚定设备，并使用锚定设备存储蜂窝移动设备的用户上下文。该方法进一步包括：在建立数据通信会话后，使用蜂窝网络的第二网关设备接收来自蜂窝移动设备的连接至第二网关设备以接入基于分组的网络的请求，使用第二网关设备选择一个模式，用于将数据通信会话的包从基于分组的网络路由到移动设备，其中，选择一个模式包括从如下二者之间进行选择：（1）第一路由模式，使去往移动设备的数据通信会话的包能够绕过锚定设备并被直接路由到第二网关设备，（2）第二路 由模式，使数据通信会话的包能够被路由到将通信量转发到第二网关设备的锚定设备。该方法还包括：在使用第二网关设备选择第一路由模式时，使用第二网关设备向蜂窝网络中的其他网络设备通告移动用户（MS）虚拟专用网络（VPN）路由通告，其中，其他网络设备是与第二网关设备相关的移动VPN的成员，其中，MS VPN路由通告对与移动设备相关的完整网址和用于到达连接有移动用户的第二网关的多协议标签交换（MPLS）移动标签进行编码。此外，该方法包括：在使用网关设备选择三角路由模式时，使用第二网关设备向蜂窝网络中的锚定设备通告目标MS VPN路由通告，以使锚定设备能够保持为锚定设备，并将去往移动设备的包路由到第二网关设备。
在另一个实施例中，一种方法包括：在蜂窝网络的第二层（L2）回程网络中运用虚拟专用局域网业务（VPLS）实例，其中，L2回程网络位于移动设备和连接到基于分组的广域网（WAN）的网关设备之间，其中，网关设备被配置为VPLS实例的成员，并且，移动设备和与蜂窝网络的回程单元相关的基站进行无线通信。该方法还包括：使用网关设备接收来自移动设备的地址解析请求，其中，地址解析请求由VPLS实例大量发送，网关设备使用网关设备的媒体接入控制（MAC）地址对地址解析请求进行响应，基于所接收到的请求，识别蜂窝网络的可以到达移动设备的MAC地址的第一回程单元，接收去往移动设备的IP地址的互联网协议（IP）包，并使用VPLS实例将接收到的IP包转发到所识别的回程单元，用于到移动设备的通信。蜂窝网络的网关设备连接到经由与L2回程网络相关的第二回程单元可达的第二基站。该方法还包括，在移动设备从与第一基站的无线通信移动到与第二基站的无线通信时，使用VPLS实例执行MAC地址学习，以检测到移动设备的MAC地址不再通过第一回程单元可达，而是通过第二回程单元可达。该方法包括：响应于MAC地址学习，动态更新移动设备在蜂窝网络中的存储位置，随后接收去往移动设备的IP地址的IP包，以及使用VPLS实例将随后接收到的IP包转发到第二回程单元，用于到移动设备的通信。
在某些方面，在检测到移动设备从与第一基站的无线通信移动到与第二基站的无线通信时，第二基站为移动设备生成包，并将所生成的包大量发送到被配置为VPLS实例成员的网络设备。
在某些方面，使用VPLS实例执行MAC地址学习包括：使用网关设备接收由第二基站生成的大量发送的包，并且基于从大量发送的包中重新学习移动设备的MAC地址的可达性，动态更新移动设备在蜂窝网络中的位置。
在某些方面，使用VPLS实例将所接收到的IP包转发到移动设备包括：在与所识别的回程单元相关的伪线上转发接收到的IP包。在某些方面，回程单元被配置为VPLS实例的成员。移动设备可以生成将网关设备识别为移动设备的下一跳的包。
在再一实施例中，蜂窝网络的网关设备包括：控制单元，被配置为执行虚拟专用局域网业务（VPLS）实例，以及接口，被配置为接收来自移动设备的地址解析请求，其中，该地址解析请求由VPLS实例的成员大量发送，其中网关设备被配置为成员。控制单元被配置为用网关设备的媒体接入控制（MAC）地址对地址解析请求进行响应，并基于所接收的请求，识别蜂窝网络的第二层（L2）回程网络的第一回程单元，其中移动设备的MAC地址通过该第一回程单元可达，其中，L2回程网络位于移动设备和连接至基于分组的广域网（WAN）的网关设备之间，并且其中，移动设备和与蜂窝网络的回程单元相关的基站进行无线通信。接口被配置为接收去往移动设备的IP地址的IP包，并使用VPLS实例将所接收的IP包转发到所识别的回程单元用于与移动设备通信。网关设备连接到经由与L2回程网络相关的第二回程单元可达的第二基站。控制单元被配置为使用VPLS实例执行MAC地址学习，以检测移动设备的MAC地址何时不再通过第一回程单元可达，而是通过第二回程单元可达，并且，响应于MAC地址学习，动态更新移动设备在蜂窝网络中的位置。接口被配置为接收去往移动设备的IP地址的后续IP包，并使用VPLS实例将后续接收到的IP包转发到第二回程单元用于到移动设备的通信。
在某些方面，控制单元被配置为在与所识别的回程单元相关的伪线上转发所接收的IP包。
在又一个实施例中，计算机可读存储介质包括使得蜂窝网络的网关设备的可编程处理器进行如下操作的指令：在网关设备的控制单元中执行虚拟专用局域网服务（VPLS）实例，接收来自移动设备的地址解析请求，其中，地址解析请求由VPLS实例的成员大量发送，其中网关设备被配置为成员，用网关设备的媒体接入控制（MAC）地址对地址解析请求进行响应，并基于所接收的请求，识别蜂窝网络的第二层（L2）回程网络的第一回程单元，其中移动设备的MAC地址通过该第一回程单元可达，其中，L2回程网络位于移动设备和连接至基于分组的广域网（WAN）的网关设备之间，并且其中，移动设备和与蜂窝网络的回程单元相关的基站进行无线通信，其中，蜂窝网络的网关设备连接至经由与L2回程网络的第二回程单元可达的第二基站。该指令还使得处理器执行如下操作：接收去往移动设备的IP地址的IP包，使用VPLS实例将所接收的IP包转发到所识别的回程单元用于到移动设备的通信，以及，在移动设备从与第一基站的无线通信移动到与第二基站的无线通信时，使用VPLS实例执行MAC地址学习以检测到移动设备的MAC地址不再通过第一回程单元可达，而是通过第二回程单元可达。这些指令使得处理器执行如下操作：响应于MAC地址学习，动态更新移动设备在蜂窝网络中的存储位置，随后接收去往移动设备的IP地址的IP包，并使用VPLS实例将后续接收的IP包转发到第二回程单元用于到移动设备的通信。
在某些方面，计算机可读存储介质进一步包括使得可编程处理器在与所识别的回程单元相关的伪线上转发所接收的IP包的指令。
在又一个实施例中，系统包括：蜂窝网络中的第二层（L2）回程网络，其中运用虚拟专用局域网服务（VPLS）实例；连接到蜂窝网络的移动设备，与基站进行无线通信；与基站相关的L2回程网络的第一回程单元，移动设备的媒体接入控制（MAC）地址通过该第一回程单元可达；以及连接至基于分组的广域网（WAN）的第一网关设备，其中，L2回程网 络位于移动设备和第一网关设备之间。系统的第一网关设备包括：控制单元，被配置为执行与VPLS实例相关的VPLS协议；以及接口，被配置接收来自移动设备的地址解析请求，其中，地址解析请求由VPLS实例的成员大量发送，其中第一网关设备被配置为成员；其中，控制单元被配置为使用第一网关设备的MAC地址对地址解析请求进行响应，并基于所接收的请求识别第一回程单元，其中移动设备的MAC地址经由该第一回程单元可达；其中，接口被配置为接收去往移动设备的IP地址的IP包，并使用VPLS实例将接收到的IP包转发到所识别的回程单元用于到移动设备的通信，其中，网关设备连接到经由与L2回程网络相关的第二回程单元可达的第二基站，其中，控制单元被配置为使用VPLS实例执行MAC地址学习，以检测移动设备的MAC地址何时不再通过第一回程单元可达，而是通过第二回程单元可达，以及，响应于MAC地址学习，动态更新移动设备在蜂窝网络中的位置，以及其中接口被配置为随后接收去往移动设备的IP地址的IP包，并使用VPLS实例将后续接收到的IP包转发到第二回程单元用于到移动设备的通信。
在某些方面，该系统进一步包括：连接到基于分组的WAN的第二网关设备、以及第二L2回程网络，其中，第二L2回程网络位于移动设备和第二网关设备之间，其中，当移动设备从与基站的无线通信移动到与第二网关设备相关的第二基站时，第一网关设备被配置为使用扩展的路由协议向第二网关设备通告移动用户（MS）虚拟专用网络（VPN）路由通告，其中，MS VPN路由通告对与移动设备相关的可达性信息进行编码。
在某些方面，MS VPN路由根据扩展的路由协议对移动设备的用户上下文进行编码，以使得第二网关设备能够根据用户上下文处理与数据会话相关的数据通信。
在另一个实施例中，一种方法包括：使用扩展的虚拟专用局域网服务（VPLS）为蜂窝网络中的移动设备提供基于网络的微移动，使用扩展的路由协议为移动设备提供基于网络的宏移动，以发送对与移动设备相关的可达性信息进行编码的虚拟专用网络（VPN）路由，并使用扩展的路由协 议将用户上下文传输到蜂窝网络中的其他网络设备，以对用户上下文进行编码。
在又一个实施例中，一种方法包括：使用蜂窝网络的第一网络设备，接收在移动设备和基于分组的计算机网络间发起数据会话的请求，移动设备和与第一网络设备相关的第一基站进行无线通信。该方法还包括：根据与移动设备相关的用户上下文，使用第一网络设备处理与数据会话相关的数据通信，其中，用户上下文指定了用于定义应用于数据通信的一个或多个策略的用户指定信息。另外，该方法包括，通过第一网络设备，使用扩展的路由协议向蜂窝网络中的其他网络设备通告移动用户（MS）虚拟专用网络（VPN）路由通告，其中，MS VPN路由通告根据扩展的路由协议对移动设备的用户上下文进行编码，以使得其他网络设备能够根据用户上下文对与数据会话相关的数据通信进行处理。
在某些方面，扩展的路由协议包括扩展的边界网关协议（BGP）。MS VPN路由通告可以将用户上下文编码为MS VPN路由通告的BGP属性。对MS VPN路由通告进行通告可以包括：对将用户上下文编码为根据扩展的BGP协议进行通信的网络层可达性信息（NLRI）的MS VPN路由通告进行通告。
在某些方面，扩展的BGP协议将用户用下文定义为不透明BGP数据，使得不支持扩展的其他网络设备忽略编码的用户上下文。
在某些方面，MS VPN路由通告包括上下文传输路由目标，其他网络设备使用该上下文传输路由目标来确定是否输入MS VPN路由通告。
在某些方面，用户上下文包括以下的一个或多个：与移动用户相关的服务水平或质量、QoS调度、速率限制、告警参数、按流分类器/过滤器、加密密钥、寻址信息、移动用户的组播组会员资格、以及用于对提供给移动用户的业务进行计费的计费信息。
在某些方面，处理与会话相关的通信包括以下的一个或多个：应用用户上下文中定义的加密密钥，以对通信进行加密和解密；将通信的互联网 协议（IP）地址翻译成用户上下文中定义的IP地址；以及基于通信更新用户上下文中的计费信息。
在某些方面，用户上下文指定用户指定信息，该用户指定信息涉及对应于由移动设备发起的数据会话的统计量和会话状态。
在某些方面，网络设备包括以下两个或之一：互联网协议网络设备，其在服务提供者网络和广域网（WAN）之间提供网关；宽带远程接入服务器（BRAS），其为移动设备提供用户管理服务。
在某些方面，该方法进一步包括：响应于接收请求，基于该请求从服务器网络设备存取移动设备的用户上下文，并在网络设备中存储移动设备的用户上下文。
在再一个实施例中，蜂窝网络的网络设备包括：接口，被配置为接收在移动设备和基于分组的计算机网络间发起数据会话的请求，移动设备和与第一网络设备相关的第一基站进行无线通信；以及控制单元，被配置为根据与移动设备相关的用户上下文处理与数据会话相关的数据通信，其中，用户上下文指定了用于定义应用于数据通信的一个或多个策略的用户指定信息。该控制单元被配置为执行路由协议，该路由协议已经被扩展，以向蜂窝网络中的其他网络设备通告MS VPN路由通告，其中，MS VPN路由通告根据扩展的路由协议对移动设备的用户上下文进行编码，以使得其他网络设备能够根据用户上下文对与数据会话相关的数据通信进行处理。
在某些方面，扩展的路由协议包括扩展的边界网关协议（BGP）。MS VPN路由通告可以将用户上下文编码为MS VPN路由通告的BGP属性。在某些方面，MS VPN路由通告将用户上下文编码为根据扩展的BGP协议进行通信的网络层可达性信息（NLRI）。
在某些方面，扩展的BGP协议将用户上下文定义为不透明BGP数据，使得不支持扩展的其他网络设备忽略编码的用户上下文。
在某些方面，MS VPN路由通告包括上下文传输路由目标，其他网络设备使用该上下文路由传输目标来确定是否输入MS VPN路由通告。
在某些方面，用户上下文包括以下的一个或多个：与移动用户相关的服务水平或质量、QoS调度、速率限制、告警参数、按流分类器/过滤器、加密密钥、寻址信息、移动用户的组播组会员资格、以及用于对提供给移动用户的业务进行计费的计费信息。
在某些方面，控制单元被配置为通过如下操作中的一个或多个来处理与会话相关的通信：应用用户上下文中定义的加密密钥，以对通信进行加密和解密；将通信的互联网协议（IP）地址翻译成用户上下文中定义的IP地址；以及基于通信更新用户上下文中的计费信息。
在某些方面，用户上下文指定用户指定信息，该用户指定信息涉及对应于由移动设备发起的数据会话的统计量和会话状态。
在某些方面，网络设备包括以下两个或之一：互联网协议网络设备，其在服务提供者网络和广域网（WAN）之间提供网关；宽带远程接入服务器（BRAS），其为移动设备提供用户管理服务。
在另一个实施例中，一种系统包括：与第一基站相关的第一网络设备；与第二基站相关的第二网络设备；与第一基站进行无线通信的移动设备；以及存储与移动设备相关的用户上下文的第三网络设备。第一网络设备包括：接口，被配置为接收来自移动设备的在移动设备和基于分组的计算机网络之间发起数据会话的请求；以及控制单元，被配置为根据与移动设备相关的用户上下文，处理与数据会话相关的数据通信，其中，用户上下文指定了用于定义应用于数据通信的一个或多个策略的用户指定信息。该控制单元被配置执行路由协议，该路由协议已经被扩展，以向第二网络设备通告MS VPN路由，其中，MS VPN路由通告根据扩展的路由协议对移动设备的用户上下文进行编码，以使得第二网络设备能够根据用户上下文对与数据会话相关的数据通信进行处理。
在某些方面，响应于接收来自移动设备的请求，第一网络设备基于该请求从第三网络设备存取移动设备的用户上下文，其中，第一网络设备存储从第三网络设备存取的用户上下文。
在某些方面，第二网络设备包括接口，该接口被配置为接收由第一网络设备通告的MS VPN路由通告，以及其中，第二网络设备包括控制单元，该控制单元被配置为执行路由协议，该路由协议已经被扩展，以在第二网络设备可能需要用户上下文时输入MS VPN路由通告，并且在第二网络设备不太可能需要用户上下文时丢弃MS VPN路由通告。
在某些方面，MS VPN路由通告包括上下文传输路由目标，其中，当第二网络设备可能需要用户上下文时，第二网络设备配置有上下文传输路由目标。
在某些方面，第二网络设备包括控制单元，以及其中，当移动设备终止与第一基站的无线通信，并开始与第二基站的无线通信时，第二网络设备的控制单元被配置为根据与移动设备相关的用户上下文处理与数据会话相关的数据通信，以及其中，与移动设备相关的互联网协议（IP）地址保持不变。
在某些方面，扩展的路由协议包括扩展的边界网关协议（BGP），以及其中，MS VPN路由通告将用户上下文编码为MS VPN路由通告的BGP属性。
在某些方面，第一网络设备和第二网络设备被配置为执行移动IP通信协议，该移动IP通信协议使移动设备终止与第一基站的无线通信，并开始与第二基站的无线通信，而与移动设备相关的互联网协议（IP）地址保持不变。
在另一个实施例中，计算机可读存储介质包括使得蜂窝网络的第一网络设备的可编程处理器执行如下操作的指令：接收在移动设备和基于分组的计算机网络间发起数据会话的请求，移动设备和与第一网络设备相关的第一基站进行无线通信；根据与移动设备相关的用户上下文，处理与数据会话相关的数据通信，其中，用户上下文指定了用户指定信息，该用户指 定信息定义了应用于数据通信的一个或多个策略；使用扩展的路由协议向蜂窝网络中的其他网络设备通告移动用户（MS）虚拟专用网络（VPN）路由通告，其中，MS VPN路由通告根据扩展的路由协议对移动设备的用户上下文进行编码，以使得其他网络设备能够根据用户上下文处理与数据会话相关的数据通信。
在附图以及下面的说明书中描述了本发明的一个或多个实施例的细节。本发明的其他特点、目的、和优点将从说明书、附图、及权利要求中显而易见。
附图说明
图1是示出包括示例性蜂窝网络的系统的框图。
图2是进一步详细地示出蜂窝网络的网关设备的示例性实施例的框图。
图3A是示出可以包括在由网关设备使用扩展路由协议分配的移动用户VPN路由中的示例性数据类型的框图。
图3B示出了被定义用于根据如本文描述扩展的路由协议对路由通信中的用户上下文进行编码的示例性用户上下文数据类型。
图4是示出根据本发明的原理运行的网关设备的示例性操作的流程图。
图5是示出根据本发明的原理传输用户上下文的网关设备的示例性操作的流程图。
图6是示出示例性蜂窝网络的框图，该蜂窝网络包括通过虚拟专用LAN业务（VPLS）回程网络连接至城域站的基站。
图7是示出与本发明的原理一致的微移动域中的网络设备的示例性操作的流程图。
图8是示出微移动域中的网络设备的另一示例性操作的流程图。
具体实施方式
图1是示出包括示例性蜂窝网络10的系统的框图。如图1所示，蜂窝网络10包括网关设备12A、12B（“网关设备12”）以及锚定设备16、基站18A～18Z（“基站18”）以及移动设备20。在图1的例子中，蜂窝网络10连接至基于分组的公共网络22，例如，该公共网络可以表示互联网或者其他基于分组的任何公共接入网络或专用计算机网络。移动设备20也可以称为移动用户。虽然为了便于说明所示出的蜂窝网络仅包括两个网关设备12、一个锚定设备16和一个移动设备20，但是蜂窝网络10可以包括为多个移动设备提供服务的多个网关设备和多个锚定设备。因此，本发明不应限于图1所示的示例性实施例。
基站18在一侧具有与移动设备20的无线连接，而在另一侧，基站18连接至蜂窝网络10的回程网络（未示出）。全球微波互联接入（WiMax）基站是这种设备的一个例子。网关设备12可以是构成移动用户的IP边缘的互联网协议（IP）网关设备。网关设备12是IP路由器，其或者“拥有”移动设备20的IP地址所属的子网络，或者将通信量路由到“拥有”该子网络的IP路由器。示例性的网关设备是移动IP本地代理（HA）或者移动IP外地代理（FA）。WiMax中的另一示例性网关设备是接入业务网络（ASN）网关或者WiMax中的连接业务网络（CSN）网关。在某些情况下，IP网关和移动宽带远程接入服务器（BRAS）功能可能位于同一设备，例如，网关设备12。移动BRAS为移动用户（例如，移动设备20）提供用户管理服务。
蜂窝网络10还可以包括一个或多个回程网络（图1中未示出）。回程网络将基站18连接至网关设备12。回程网络是提供从基站18到网关设备12的连接的第二层网络（从移动用户角度看）。蜂窝网络10还可以包括回程网络网关（BNG）（未示出）。BNG用作第二层回程网络和网关设备12之间的网关。在某些情况下，BNG与IP移动网关（例如，网关设备12）可以是同一设备。
根据本发明的原理，通过扩展网络10的现有IP/MPLS控制面，本文所述的技术为使用IP/MPLS用于无线用户的网络（诸如蜂窝网络10）的 提供基于网络的微移动技术。本文描述的基于网络的宏移动技术以对诸如BGP和VPN（诸如第二层VPN或第三层VPN）的路由协议的扩展为基础。由于本文描述的微移动技术可以与WiMax、LTE或其他接入技术结合使用，并且影响网络10的基于分组的部分的现有IP/MPLS的控制面和数据面，因此，称为移动MPLS的这项技术是独立接入的。
本文描述的移动MPLS技术的一个优点在于，没有必要在IP/MPLS移动回程网络中运行用于微移动的单独的控制面和数据面。例如，在基于IP/MPLS的移动回程网络中，WiMax基站和ASN网关之间的单独WiMax微移动控制面不应是必需的。在这种方式下，本文描述的技术可以避免在缺少控制面层次并需要周期刷新控制面消息的其他技术中发现的潜在的比例限制，例如，移动IP、用户移动IPv4（CMIPv4）和代理移动IP（PMIP）。该技术还可以避免在提供商CMIPv4和PMIP之间出现的某些安全问题，这要求作为本地代理（HA）和外地代理（FA）的提供商边缘（PE）设备间的直接同级操作（peering）。
属于特定移动提供商的移动用户被称作由一组路由目标（Route-Target）限定并由移动提供商管理的“移动VPN”的一部分。宏移动区域中的其他提供商边缘（PE）设备和IP网关是移动VPN的一部分。
构造宏移动技术的挑战之一是有效路由和移动用户状态之间的权衡。为了应对这一挑战，本文描述的宏移动技术使蜂窝网络10能够以称为“最优路由”模式和“三角路由”模式的两个模式中的一个模式路由移动用户通信量。在最优路由模式下，该技术提供了将去往移动设备20的单播通信量（unicast traffic）直接路由到移动设备20当前连接到（即，移动设备20当前与网关设备进行通信）的特定网关设备12的能力。为执行最优路由，该技术扩展了IP VPN路由机制，在本文中也称为“移动用户路由”，因此，为服务提供商提供了避免三角路由的选择。最优路由允许使用最优路径向移动设备20路由单播通信量。使用最优路由模式可以改善时延和带宽利用率，但是是以增加网络中的每个用户的路由状态为代价的，这是因为，最优路由会向每个移动用户通告全部IP地址（/32路由）。
本文描述的技术还为服务提供商提供了对于特定移动用户依赖三角路由并避免每个用户移动状态的选项。当使用该选项时，移动设备20的单播通信量被路由至第三层锚定点（LAP），例如，锚定设备16。锚定设备16获悉移动设备20连接到的当前网关设备12并使用IP或MPLS隧道将通信量传送至网关设备12。锚设备16将使用锚设备16作为锚定点用于三角路由的所有移动用户的可达性通知给蜂窝网络10的其余部分。在蜂窝网络10中可以有多个LAP，每个都用于一组移动用户。此外，该技术支持LAP故障冗余（failure redundancy）。
去往和来自移动用户的包的有效路由典型地需要蜂窝网络10中的每个用户路由状态。诸如移动IPv4或代理移动IP的其他方案以无效路由（三角路由）为代价减少了上述每个用户路由状态。本文中描述的技术使服务提供商（SP）能够灵活地提供有效路由或者通过依赖三角路由避免经过每个用户状态。由本文描述的技术所提供的手段使SP能够基于每个用户作出这样的决定。本文描述的技术还提供了跨自治系统（AS）的移动用户状态的集合。每个AS边界路由器（ASBR）集合属于由AS“拥有”的子网的移动用户路由，同时将其通告给其他AS。根据移动用户位置，该方法还可以在不跨AS传播移动用户状态的同时提供有效路由。本文描述的技术还通过使用BGP-MVPN机制来支持移动用户的组播。这将在下文中进一步描述。
该技术使诸如多协议边界网关协议（MP-BGP）的路由协议以如下方式扩展：定义新的BGP通告类型，并且使这些称为移动用户VPN路由通告的BGP通告在路由设备间进行通信，以提供基于网络的宏移动。对BGP的扩展使到移动用户的可达性被通知，例如，移动用户的IP地址、移动VPN的路由判别符以及MPLS移动VPN标签。这样，该技术虑及了每个用户的路由状态的通告，并且使得输入该路由的移动VPN的每个成员能够将通信量直接路由到移动用户所连接的IP网关设备。
例如，移动用户VPN路由通告可以被定义为与通告的路由相关的网络层可达性信息（NLRI）。因此，移动用户VPN路由通告可以用于对移 动用户可达性信息进行编码，以指示其他路由设备控制与通告的路由相关的网络通信量。移动用户VPN路由通告以使数量可变的属性确定的可扩展方式来定义。此外，移动用户VPN路由通告可以以使得编码的移动用户可达性信息被作为不透明BGP数据处理的方式来定义。因此，路由器和不支持扩展的其他网络设备将忽略编码的移动用户可达性信息。
图2是进一步详细地示出网关设备30的示例性实施例的框图。网关设备30可以包括路由器、交换器、集线器或能够实施本文所述技术的任何网关设备。例如，网关设备30可以是图1中的网关设备12中的一个。
在所述的实施例中，路由器10包括分别经由入站网络链路35A～35N（统称为“入站网络链路35”）和出站网络链路36A～36N（统称为“出站网络链路36）”接收和发送数据包流的接口卡34A～34N（统称为“IFC34”）。IFC34通常经由多个接口端（未示出）连接到入站网络链路35和出站网络链路36，并且经由路径37A～37N（统称为“路径37”）中的各条路径转发和接收来自控制单元32的包和控制信息。网关设备30可以包括具有用于容纳一组卡（包括IFC34）的多个狭槽的底盘。每个卡均可以插入到底盘的对应狭槽中，以经由总线、底板或其他电通信机制将卡可通信地连接到控制单元32。
控制单元32包括路由协议40A～40N(统称为“路由协议40”)、路由信息42以及转发信息43。路由协议40表示经由控制单元32（例如，经由一个或多个软件进程）实施的一组路由协议。网关设备30通过根据路由协议40发送和接收网络通信来与其他路由设备交换路由信息42，从而获悉网络拓扑，并且更具体地，路由到网络中的其他网络设备。路由协议40可以包括外部路由协议，以（例如，经由BGP路由协议40A）与其他域或自治系统的路由器交换路由信息42。此外，或者可选地，路由协议40可以包括内部路由协议（例如，IS-IS路由协议40N）以获悉“内部”路由，即，路由到与网关设备30相同的网络内的目的地。
控制单元32包括可编程微处理器、存储器、存储介质和互联的硬件，用于存储数据和/或执行用于路由协议40、路由信息42、转发信息43、移 动用户VPN路由44、VPLS45和用户上下文46的软件指令。在图2中示出的网关设备30的架构仅用于举例的目的，并且本发明的原理不限于此架构。控制单元32可以根据从一个或多个计算机可读存储介质获取的可执行指令来运行。这种介质的实例包括随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、非易失性随机存取存储器（NVRAM）、电可擦除可编程只读存储器（EEPROM）、闪存等。网关设备30的功能可以通过使用如下之一或者其组合执行计算机可读存储介质的指令来实现：一个或多个处理器、离散的硬件电路、固件、在可编程处理器上执行的软件。
控制电路14根据路由协议40从其他路由设备接收路由信息42。基于路由信息42，控制单元32生成转发信息43，该转发信息将诸如IP地址前缀的目的信息与特定转发下一跳（forwarding next hop，FNH）和IFC34的相应接口端相关联。因此，可以认为转发信息43基于包含在路由信息42中的信息。控制单元32以一个或多个表格、数据库、链路列表、基数树、数据库、平面文件或其他数据结构的形式来维护路由信息42和转发信息43。
根据本发明的原理，当网关设备30以最优路由模式运行时，网关设备30可以使用一个或多个路由协议40来通过移动用户VPN路由44分配移动用户VPN路由通告。例如，可以扩展BGP协议40A，以对新型的BGP通告进行通告，从而分配移动用户VPN路由。这种扩展可以包括定义新的子地址族标识符（SAFI），SAFI用于将BGP路由通告标识为移动用户VPN路由通告。对BGP协议的扩展允许了到达移动设备20的移动用户VPN路由的分配。在一个示例性实施例中，BGP协议40A可以包括扩展的多协议-BGP（MP-BGP）协议。当网关设备30以三角路由模式运行时，BGP协议40A还可以被扩展为使网关设备30将目标移动用户VPN路由分配给锚定设备16。目标移动用户VPN路由使得锚定设备16能够获悉连接到移动用户的特定网关设备30，从而将去往移动设备20的包传送到网关设备。
移动用户VPN路由通告是根据路由协议40中的一个（例如，BGP40A）来定义的，从而移动用户VPN路由通告是根据协议进行通告的。在一个实施例中，移动用户VPN路由通告包括信息元素，该信息元素被定义为网络层可达性信息（NLRI），在对移动用户VPN路由通告进行通告时，其根据BGP协议40A进行通信。
图3A是示出示例性数据类型60的框图，该数据类型可以包括在由网关设备30使用诸如BGP协议40A的扩展路由协议分配的移动用户VPN路由通告中。例如，该信息元素可以以由网关设备30的BGP40A分配的移动用户VPN路由通告的可变长度字段62进行编码，作为BGP路由协议消息。在所述的实施例中，数据类型60被编码为在两字节字段长度值61后跟随有可变长度字段62。字段长度值61指定了字段62的长度，其可以根据在字段62中编码的信息元素的数量而改变。可能包括的示例性信息元素是移动用户的IP地址、在移动用户认证时分配的移动用户标识符、移动用户的下一跳（在某些情况下，例如，发起移动用户VPN路由通告的网关设备）、移动VPN的路由标识（RD）、将与移动设备相关的VPN通信量传送到移动设备当前附着的网关设备的MPLS移动VPN标签、或者其他信息。在一个实施例中，字段62包括任意数量的字段元素63，例如移动用户IP地址63A、下一跳63B、移动VPN RD63C以及MPLS移动VPN标签63D。未示出的其他信息元素也可以编码在移动用户VPN路由通告中。
可以采用不同的方法来分配MPLS移动VPN标签。例如，MPLS移动VPN标签可以包括基于每个前缀分配的标签（例如，每个移动用户）。又例如，MPLS移动VPN标签可以包括按照到网关设备的下一跳（例如，每个用户边缘设备）分配的标签。再例如，MPLS移动VPN标签可以包括按照虚拟路由和转发（VRF）表分配的标签。在该实例中，设备接收移动用户VPN路由通告，查找其VRF表格以确定输出移动用户VPN路由通告的接口，并且在该接口输出移动用户VPN路由通告。
在一个示例性实施例中，该信息元素可以编码在L3VPN单播NLRI中。在另一个示例性实施例中，可以定义新的并发地址族标识符（SAFI），以提供关于作为NLRI携带的信息元素的信息。此外，该信息元素还可以以使得信息元素被作为不透明BGP数据处理的方式来定义。因此，当通过BGP协议40A通信时，路由器和不支持扩展的其他网络设备会忽略编码的信息元素。
网关设备30可以使用MP-BGP经由移动用户VPN路由分配移动用户VPN路由44，并可以重新使用诸如路由目标（RT）的L3VPN机制。在移动用户VPN路由通告中携带的RT具有语义（semantics），使得该路由通告被传播到自治系统中的移动VPN的所有成员。
网关设备30为移动VPN中的所有其他成员分配移动用户VPN路由通告。该移动用户VPN路由通告提供每个用户的路由状态，并使得从该通告输入路由的移动VPN的每个成员能够将通信量直接路由到移动用户所连接到的网关设备30。这样使服务提供商能够选择以引入每个用户的路由状态为代价来取代三角路由。输出扩展的路由协议消息以通知移动用户VPN路由的网关设备（例如，网关设备30）成为移动用户的新的路由设备。因此，在这种情况下，与三角路由的情况不同，锚定设备与用户连接到的网关设备是同一设备。
网关设备30采用的第二构件是提供三角路由作为可以由服务提供商选择的选项的机制。移动用户所连接的网关设备30不需要为该移动用户发起到移动VPN中的所有PE的移动用户VPN路由。相反，与网关设备30相关的服务提供商可以决定使用三角路由用于移动用户。例如，该服务提供商可以基于与该移动用户相关的服务水平协议（SLA）来决定使用哪种模式。例如，服务提供商可以为具有一种类型的SLA的移动用户选择一个模式，而为具有不同类型的SLA的移动用户选择另一模式，并且可以相应地配置网关设备30。
在三角路由的情况下，锚定设备与用于移动用户的网关设备不是相同的设备，而是单独的设备。在这种情况下，网关设备30使用移动用户的 包被路由到网关设备30的信息来更新锚定设备。锚定设备是移动用户的到最优BGP路由的下一跳。为了更新锚定点，网关设备30根据本文所述的技术发起“目标移动VPN路由”通告。该路由通告中的信息元素可以与上述移动用户VPN路由通告中的数据类型60中的信息元素相同。然而，该情况下的路由目标是基于IP的路由目标，其由锚定设备的IP地址构成。此移动用户VPN路由仅由具有该IP地址的锚定设备输入，将该路由目标自动配置为输入路由目标。这使得锚定设备能够借助于本文描述的VPN路由通告获悉移动用户连接到的网关设备30，并将去往该移动用户的包传送到通知该移动用户VPN路由通告的网关设备30。例如，路由设备和网关设备可以建立通道作为IP或MPLS通道。如果可能，通知移动用户VPN路由的网关设备30可以将到多个移动用户的可达性集合在一个路由通告中。这样可以减少网络中的每个用户路由状态。
移动用户VPN路由通告和目标移动用户VPN路由通告为网关设备30（因而是服务提供商）提供了灵活性，从而在以网络中的每个用户状态为代价的高效用户路由和三角路由之间进行权衡。可以基于每个用户进行上述权衡。
另外或者可选地，BGP协议40A可以以如下方式扩展，即，使用户上下文信息被传送到其他网络设备并从其他网络设备接收这些信息，使得当移动设备20发生从一个网关设备到另一个网关设备的切换时，用户上下文信息可用于新的网关设备。如在本文中所描述的，路由协议扩展使多个用户上下文信息元素确定，并作为路由消息中的不透明数据而与其他路由设备进行通信。例如，可以根据本文中描述的技术指定服务水平或质量、QoS调度、速率限制、告警参数、加密密钥、寻址信息、按流分类器/过滤器、组播组会员资格、用于对为特定移动设备提供的服务进行计费的计费信息、和/或其他用户上下文。
为了传送用户上下文46，本文描述了用户上下文数据类型，用于对用户上下文进行编码。例如，用户上下文数据类型可以根据路由协议40中的一种（例如，BGP40A）来定义，使得编码的用户上下文可以与根据 该协议通告的路径相关。这样，当与其他路由器共享路由信息42时，控制单元32可以容易地对用户上下文进行编码，并使用路由信息与用户上下文进行通信。
例如，在一个实施例中，用户上下文数据类型被定义为网络层可达性信息（NLRI），当通告路由时，根据BGP协议40A，该网络层可达性信息容易地作为路由通告中的不透明数据被传递。此外，用户上下文数据类型还可以以使得用户上下文被作为不透明BGP数据处理的方式来定义。因此，当通过BGP协议40A通信时，路由器和不支持扩展的其他网络设备会忽略编码的用户上下文。
将这些技术应用于现有路由协议（例如BGP）将影响协议的现有基础架构的使用，例如，协议算法、运行体验以及诸如提供商之间同级服务协议的管理流程。简而言之，该技术使用已经建立的通信基础架构。因此，可以通过使用这些现有系统来加快本文描述的技术的运用。所建立的通信基础架构包括内部路由分配基础架构以及外部关系，诸如到用户网络的域间的BGP会话。
图3B示出了根据像本文所述被扩展的路由协议，被定义用于对路由通信中的用户上下文46（图2）进行编码的示例性用户上下文数据类型70。例如，用户上下文数据类型70在由网关设备30的BGP40A分配的BGP路由通信中进行编码。在所述的实施例中，用户上下文数据类型70被编码为在两比特字段长度值71后跟随有可变长度字段72。字段长度值71指定了字段72的长度，在一个实施例中，该字段的长度根据在字段72中编码的用户上下文元素的数量而改变。可以可选地包括的示例性用户上下文是用户IP地址、服务水平或质量、QoS调度、速率限制、告警参数、加密密钥、寻址信息、按流分类器/过滤器、组播组会员资格、用于对提供给特定移动设备的业务进行计费的计费信息、或其他用户上下文。在一个实施例中，字段72包括任意数量的字段元素73，诸如用户IP地址73A、QoS水平73B、组播组ID73C和加密密钥73D（统称为“元素73”）。也可以包括除上述所示之外的其他字段元素73。
图4是示出根据本发明的原理运行的网关设备的示例性操作的流程图。为了示例性的目的，将参照图1和图2，并且具体地，参照网关设备12和30对图4进行说明。网关设备12B接收移动设备20（即，移动用户）连接至网关设备12B的请求（78）。例如，这可以在移动设备20从基站18M移动到基站18N时发生，其中，在前一个基站，网关设备12A是到公共网络22的网关，而在后一个基站，网关设备12B是到公共网络22的网关。当移动设备20不再连接至网关设备12A，而是移动到移动设备试图通过网关设备12B建立网络连接和数据业务的位置时，网关设备12B需要对移动网络的上下文中的用户进行认证，并确定移动设备20所属的移动VPN（80）。网关设备12B可以使用多种机制来确定移动VPN，这些机制中的一些依赖于使用移动设备20的标识来确定移动VPN。例如，网关设备12B可以通过移动设备20使用的物理或虚拟接口或互联来确定移动设备20的标识，以与网关设备12B相关联，或网关设备12B可以基于网关设备12B对移动设备20进行认证的动态认证进程的结果来确定移动设备20的标识。
接下来，配置网关设备12B的服务提供商可以在使用最优路由模式和三角路由模式用于路由与移动设备20相关的包之间进行选择。例如，如果服务提供商关心时延和带宽保护且需要有效路由，则网关设备12B可以被配置为使用最优路由模式而非三角路由。在一个实施例中，网关设备12B被配置为基于与移动用户相关的服务水平协议（SLA）自动选择合适的路由模式。例如，网关设备12B可以配置有如下策略，即，使得网关设备12B根据与特定移动用户相关的服务水平自动在最优路由模式和三角路由模式之间进行选择。网关设备12B可以使用远程用户拨号认证服务（RADIUS）（例如，通过接入RADIUS服务器）来确定移动用户的服务水平。又例如，网关设备12B可以执行深度包检测（DPI）来确定移动用户使用的应用程序的类型，并且可以基于该应用程序在两个模式之间进行选择。例如，如果网关设备12B通过DPI确定移动用户使用IP语音呼叫应用程序，则网关设备12B可以被配置为选择最优路由模式。
如果网关设备12B不是使用三角路由用于移动设备20（82的NO分支），而是选择使用最优路由，则网关设备12B使用移动用户VPN路径（“MS VPN路径”）通知其他网关设备到移动设备20的可达性（84）。如上所述，网关设备12B使用与诸如MP-BGP的路由协议一致的路由通告为移动VPN的所有成员分配MS VPN路径（86）。路由通告携带用于确保其不在AS外部被通告的NO_EXPORT属性。
移动用户VPN路由通告可以包括信息元素，例如，移动设备20的IP地址、用于到达移动设备20（在这里，网关设备12B）的下一跳的标识、移动VPN路由判别符（RD）、MPLS移动VPN标签、或其他信息元素。
如果网关设备12B还是移动设备20用来获取其IP地址的DHCP服务器，则网关设备12B已经知道移动设备20的IP地址。如果情况不是这样，则网关设备12B确定移动设备20的当前IP地址。这可以确定为网关设备12B对移动设备20进行认证的结果，即，当网关设备12B确定移动设备20的身份。
由网关设备12B分配的移动用户VPN路由通告提供了每个用户路由状态，并且使得输入该路由的移动VPN的每个成员均能够将通信量直接路由到移动设备20所连接的网关设备12B。这是以引入每个用户的路由状态为代价而取代三角路由的。网关设备12B成为移动设备20的锚定设备（88）。因此，在这种情况下，与三角路由的情况不同，锚定设备与移动设备20所连接的网关设备是同一设备。
可选地，网关设备12B可以配置为使用三角路由而非最优路由用于移动设备20。例如，如果服务提供商希望避免蜂窝网络10中的每个用户的路由状态，则服务提供商可以将网关设备12B配置为使用三角路由。如果网关设备12B使用三角路由用于移动设备20（82的“是”分支），则网关设备12B利用移动设备20的包必须被路由到网关设备12B而非网关设备12A的信息来更新当前锚定设备（例如，锚定设备16）（90）。锚定设备是到移动设备20的最优BGP路由的下一跳。为了更新锚定设备16，网关设 备12B发起通知到移动设备20的可达性的目标移动VPN路由通告（92）。此路由通告中的信息元素可以与以上参照图3A描述的移动用户VPN路由通告的数据类型60的信息元素相同。然而，在此情况下的路由目标是由锚定设备16的IP地址构成的基于IP的路由目标。因此，该移动用户VPN路由仅由锚定设备16输入（94），其将该路由目标自动配置为输入路由目标。这样，锚定设备16获悉移动设备20所连接到的当前网关设备12。锚定设备16使用IP或MPLS隧道将去往移动设备20的通信量传送到网关设备12（96）。锚定设备16将使用锚定设备16作为锚定点用于三角路由的所有移动用户的可达性通知给服务网络10的其余部分。
如有可能，通知移动用户VPN路由通告的网关，例如，网关设备12B，可以将到多个移动用户的可达性集合在一个路由中。这可以减少服务网络10中的每个用户的路由状态。
移动VPN中的移动用户需要能够发送和接收去往/来自不在移动VPN中的目的地址的包。最常见的情况是，目的地在互联网中，即，在公共网络22中。这可以通过使用IP VPN的互联网接入机制来实现，其需要在到目的地的路由不在虚拟路由和转发（VRF）表中时，根据互联网路由表对其进行确定。类似地，IP VPN的互联网接入机制需要使用基于策略的移动VPN来路由通过互联网接收的包。互联网接入机制还可以用于使一个移动服务提供商中的移动用户连接到另一个移动服务提供商中的移动用户。这将在下文中作进一步描述。
现在描述自治系统间交互所关心的问题。在许多情况下，将每个用户的路由状态限制到单个自治系统（AS）可能是有利的。因此，在一些实施例中，移动用户VPN路由通告不会因为疏忽而在AS外部传播。相反，自治系统边界路由器（ASBR）在外部BGP（EBGP）中通告集合的移动VPN路由通告，该集合的移动VPN路由通告具有一个路由，该路由用于汇总到位于由AS中的网关设备拥有的子网上的所有移动用户的可达性。移动用户（MS）的“本地AS”是属于网关设备（其拥有移动用户的子网）的 AS。如果与MS连接的网关设备确定MS的子网位于另一AS中，则该网关设备不应通告移动用户VPN路由通告。
只要MS位于同一AS中，这就意味着到MS的单播通信量首先被传送该AS中的ASBR。然后，该ASBR能够将该通信量传送到与该MS连接的网关设备（在每个用户路由的情况下）或者传送到锚定设备（在三角路由的情况下）。因此，如果MS位于同一AS中，则ASBR所进行的汇总不会影响路由效率。
然而，如果在跨多个AS之间需要宏移动（例如，在移动VPN跨多个AS的情况下），则当MS在其AS外部移动时，该技术自动退回到三角路由。在这种情况下，在本地AS外部发起的指定到用户的单播通信量将首先被传送到本地AS中的ASBR。然后该ASBR将该通信量传送到与MS连接的另一AS中的网关设备。
注意，用户所连接到的网关设备（位于本地AS外部）向起锚定设备作用的ASBR发送目标移动VPN路由。可选地，即使MS的子网属于另一AS，与该MS连接的网关设备也可以为网关设备通告MS VPN路由。在这种情况下，该非本地AS的ASBR可以在EBGP中传播该路由。
一种提供服务商之间的连接的机制是使用诸如AS间选项A、选项B或选项C的提供商之间的IP VPN机制。对于AS之间的选项A、选项B和选项C的细节，参见Rosen，E.C.,“BGP/MPLS IP VPNs,”draft-ietf-l3vpn-rfc2547bis-03.txt,2004年10月，其全部内容结合于此作为参考。这在所关注的提供商全部使用移动VPN机制时是可能的。如果其中一个提供商使用的是移动IP而不是移动VPN，则移动IP需要与移动VPN机制互相作用。
现在描述宏移动方法的另一方面，在本文中所描述的用于宏移动的技术还会影响用于移动组播的BGP-MVPN。首先，考虑接收来自固线源的组播流的移动设备20。当移动设备20连接到网关设备12时，网关设备12接收来自移动设备20的组播加入请求。这可以是IGMP加入。网关设备12依照BGP MVPN进程将该状态传输到PE（位于移动VPN中），其 中该PE挑选作为固线源的上游组播跳（Upstream Multicast Hop，UMH）。网关设备12接收来自UMH的组播通信量。移动设备20的组播状态的加入/删除（prume）率由移动设备20从一个网关设备12移动到另一个网关设备的速率决定。
在另一种方案中，移动设备20可以是组播源。在这种情况下，具有希望接收该通信量的MS的其他PE向与移动设备20连接的网关设备12（对于按用户路由）或者锚定设备16（对于三角路由）发送其c-组播路由。当使用三角路由时，锚定设备16将c-组播路由传输到与移动设备20连接的网关设备12。与移动设备20连接的网关设备12在I-PMSI或S-PMSI上发送组播通信量。注意，在三角路由的情况下，即便c-组播路由是通过锚定设备16传输的，但是数据通信量没有必要流经锚定设备16。
本发明所提出的宏移动方法还解决了与快速切换相关的问题。在按MS VPN路由的情况下，当移动设备20从网关设备12A移动到网关设备12B时，新的网关设备12B发起移动用户VPN路由通告。网络元素持续向旧的网关设备12A转发通信量，直到该路由通告被蜂窝网络10中的其他网络元素接收和处理，并且其转发状态被更新。在没有额外机制的情况下，切换持续时间是当旧的网关设备12A丢弃通信量时所有网络元素完成其转发更新所需的时间。该时间可以是秒这个数量级的。
在本文中，提出了多种用于实现快速切换的方法作为宏移动技术的一部分。减少该切换时间的第一种方法是在下述情况下让旧的网关设备12A将通信量传输到新的网关设备12B：（1），旧的网关设备12A接收去往MS的通信量，并且（2），旧的网关设备12A已经接收到来自新的网关设备12B的移动用户VPN路由通告。这可以在旧的网关设备12A在其他网络元素之前接收并处理该路由时发生。该方法很可能减少切换时间，尤其是在到旧的网关设备12A的移动用户VPN路由通告的传输最优时。
减少该切换时间的第二种方法是创建“切换IPGW-区（HIZ）”的概念。对于特定的IP网关（IPGW）而言，HIZ是移动设备20可能移动到的网关设备12的地理邻区中的IPGW的集合。HIZ配置在特定的网关设备12 上。当旧的网关设备12接收特定移动设备20的通信量时，其可以假设MS已经移动到HIZ中的所有其他IPGW之一（即使旧的网关设备没有接收到来自新的网关设备12的移动用户VPN路由通告），并将该通信量传送到HIZ中的所有其他IPGW。如果网关设备12在HIZ中，则其在其他IPGW丢弃通信量时转发该通信量。旧的网关设备12可以使用点到多点（P2MP）LSP来传送通信量，其中，旧的网关是P2MP隧道的单个源，并且移动设备20可能移动到的IPGW的集合是出口设备（egress device）。标题为AGGREGATE MULTICASTTREES FOR MULTICAST VIRTUAL PRIVATE NETWORKS的第11/212,509号美国专利申请描述了用于建立P2MP隧道的技术，其全部内容结合于此作为参考。
借助于用于去多路复用（demultiplex）移动VPN的上游分配标签，多个移动VPN可以使用同一P2MP LSP来进行该传送。例如，旧的网关可以分配不同的内部标签，用于使用指示P2MP LSP的同一外部标签在同一P2MP LSP上将不同移动VPN的通信量传送到IPGW的集合。该方法很可能显著地减少切换时间，并且潜在地将其降低到10或100毫秒的数量级上。所涉及的代价是当旧的网关设备12将通信量传送到HIZ时的额外带宽消耗。换句话说，在快速切换时间和带宽利用之间存在一个权衡。
在三角路由的情况下，当移动设备20从网关设备12A移动到网关设备12B时，所有的网络元素连续向锚定设备16发送通信量。新的网关设备12B生成到锚定设备16的目标移动VPN路由通告。因此，在没有额外机制的情况下，切换持续时间是锚定设备16接收该路由并更新其转发状态所需的时间。在上述的按MS VPN路由的情况下，可以通过让旧的网关设备12A将通信量传送到其HIZ来显著减少该时间。
图5是示出当用户设备移动到需要新的网关设备的位置时，网关设备传输用户上下文46的示例性操作的流程图。例如，网关设备可以是网关设备12和30（图1和图2）中的一个。如上所述，所提出的基于网络的移动架构还包括解决用户上下文传输问题的方法。特别地，这里所述的方 法提供了一种用户上下文传输机制，用于以BGP和BGP-MPLS第三层VPN的扩展为基础的移动用户管理。
以下将参照图1说明图5，并且假设网关设备12A～12B是宽带远程接入服务器（BRAS）。如上所述，在对用户设备重定位时，用户管理可以在BRAS上示例动态策略。首先，考虑使用会话初始协议（SIP）应用程序用于语音通信的固线用户。移动设备20可以是SIP客户，即，SIP应用程序可以在移动设备20上运行。当SIP应用程序启动时，BRAS接收来自移动设备20的SIP信令，并将该SIP信令发送到SIP服务器，SIP服务器再产生在BRAS上示例的动态策略（例如，过滤规则、告警规则、排队规则等）。一旦上述操作完成，则SIP应用程序服务器不再包括在SIP应用程序的数据路径中。
现在，考虑当诸如移动设备20的移动用户使用SIP应用程序时的相同情况。只要“连接到”移动设备20的BRAS/网关设备12保持固定，则操作与以上描述的固线情况相同。即，当SIP应用程序启动时，BRAS接收来自移动用户的数据会话请求形式的信令消息（100），并且BRAS将SIP信令消息发送到SIP服务器（102）。此时，在BRAS上示例动态策略，例如，使用RADIUS（104）。BRAS流程根据移动设备20的用户上下文与移动设备20通信（106），其中，用户上下文包括应用于移动设备20的策略。然而，如果移动设备20的移动使得其需要通过不同的移动BRAS/网关设备12进行连接，则必须有用于新的移动BRAS/网关设备12机制来示例用户策略。这是因为，不再涉及SIP应用程序服务器（因为SIP信令已经发生，并且宏移动的关键之一在于保持用户的IP地址）。
在本文描述的该问题的解决方案的一个实施例中，使用用于第一BRAS（在该情况下，网关设备12A）的机制将用户上下文传送到第二BRAS（网关设备12B）。本文描述了影响现有IP/MPLS控制面的动态上下文传输协议。例如，描述了用于提供解决以BGP和BGP-MPLS第三层VPN为基础的上下文传输问题的方法的技术。希望通告移动设备20的上下文信息的BRAS/网关设备12，像上文描述的那样通告移动用户VPN路由通 告（110）。如图3B所示，该路由通告包含对上下文信息进行编码的BGP属性。在一些实施例中，可以将网关设备配置为先行为每个移动设备通告移动用户VPN路由通告，从而能够实现“先接后断”的切换，其中，在切换到新的网关之前，上下文信息被传输到该新的网关。在其他实施例中，网关设备可以被配置为仅在有特定触发时通告移动用户VPN路由通告，该特定触发指示了用户将要移动或已经移动到不同网关。
信息元素和这些属性的编码可以采用多种形式。在接收到移动用户VPN路由通告时（112），蜂窝网络10中的可能需要上下文传输信息（114）的所有BRAS将会输入该路由（116），而其他网络元素丢弃该路由（118）。路由携带有“上下文传输路由目标”，其仅在可能潜在地需要上下文传输信息的潜在BRAS上配置。这样，进行通告的BRAS将用户上下文发送到移动用户能够在对其重定位之前移动到的所有相邻BRAS路由器。
以上描述的上下文传输机制可以与诸如移动IP的现有移动技术结合使用。换句话说，没有必要为了采用上述的上下文传输技术而采用这里描述的全部的基于网络的移动技术。
图6是示出使用虚拟专用LAN业务（VPLS）用于宏移动的示例性蜂窝网络120的框图。在图6中，蜂窝网络120包括通过VPLS回程网络126A～126B（VPLS回程网络126）连接至城域站（metro regional site）124的基站122。VPLS回程网络126可以是IP/MPLS城市（metro）回程网络，并且可以包括诸如时分复用（TDM）、Metro-E、WiMax、数字用户线(DSL)等的传输机制。蜂窝网络120中的移动设备130使用蜂窝网络120连接到广域网（WAN）128（例如，互联网）。
保持锚定在单一IP移动网关（例如，网关设备132）的移动设备130的移动称为微移动。如图6所示，网关设备132连接至一个或多个BNG134A～134D（“BNG134”）。每个BNG134均集合来自移动回程网络126的通信量。在某些方面，BNG134可以是诸如WiMax接入服务网络（ASN）网关或长期演进（LTE）服务架构演进（SAE）网关的设备。在某些情况 下，网关设备132可以是WiMax连接服务网络（CSN）网关或LTE分组数据节点（PDN）网关。网关设备132可以用作IP网关设备和移动BRAS。
即使移动设备130可能会从基站136A～136Z中的一个移动到另一个和/或从一个BNG134移动到另一个，但是只要移动设备130的IP网关132不变，则微移动方案足以维持移动设备130的IP地址和IP会话。对于特定的IP网关而言，IP网关持续作为移动用户的IP网关的域称为“微移动域”。在图6中示出的蜂窝网络120的部分由微移动域构成。注意，移动设备130可以从一个回程网络126A移动到另一个回程网络126B，但是，如果由移动设备130用作IP可达性的“下一跳”的网关设备132不改变，则移动设备130位于网关设备132的微移动域中。
在图6中，移动设备130是移动用户，其IP网关是网关设备132。只要移动设备130连接至基站136A～136Z（“基站136”）中的一个，其就被称作位于网关设备132的微移动域中。回程单元138A～138C（“回程单元138”）是基站136所连接到的回程网络单元。基站136可以是LTE基站、IP基站、和/或WiMax基站。
使得VPLS非常适合微移动的特点在于VPLS中的MAC学习功能。MAC学习可以确定移动用户的位置，即，移动用户当前连接到的回程单元。MAC学习还能够进行IPNG处的该位置的动态更新。
本文描述的微移动技术使用了在回程网络126中采用的VPLS。例如，网关设备30（图2）执行VPLS模块45，以在控制面和数据面支持VPLS，其使得网关设备132像VPLS实例的成员一样运行。回程单元138或基站136也支持VPLS。对于该段落的其余部分，假设在回程单元138上采用VPLS，而在基站136上不采用VPLS。然而，在该段落所进行的讨论同样适用于在基站136和/或回程单元138采用VPLS的情况。回程网络126可以在多个移动服务提供商之间共享。虽然事实上每个移动服务提供商可能有多个VPLS实例，但是该讨论将假设对于每个移动服务提供商，在回程网络126中存在单个VPLS实例。
该讨论将假设回程单元138和回程设备132配置有VPLS实例“VPLS-A”。此外，假设基站136分别是回程单元138上的VPLS-A中的站点，并且这些连接中的每个都是VPLS-A中的唯一站点。
图7是示出与本发明的原理一致的微移动域中的网络设备的示例性操作的流程图。参照图6来说明图7，并且描述当移动设备130静止时在移动设备130和网关设备132处的转发。移动设备130经由DHCP确定IP包的下一跳的IP地址，通常使用请求中的网关服务器的名称（140）。对于与移动设备130的子网不同的子网中的包而言，下一跳是网关设备132。为了确定这种包的目的MAC，移动设备130向基站136B发送地址解析协议（ARP）请求，其中，ARP请求指定了由DHCP查询学习到的IP地址（142）。基站136B用作第二层设备并将该ARP请求发送到回程单元138B（144）。回程单元138B上的VPLS-A实例将这些ARP请求大量发送（flood）到VPLS的所有其他成员（146）。网关设备132用其自己的MAC地址对该ARP请求进行响应（148）。此外，网关设备132学习到，移动设备130的MAC地址经由网关设备和基站136B之间的伪线（PW）是可达的（150）。当网关设备132接收去往移动设备130的IP地址的IP包时，网关设备132使用VPLS-A通过VPLS伪线转发这些包（152）。由于移动设备130的MAC地址经由到回程单元138B的PW可达，因此，这些包由网关设备132上的VPLS实例转发到回程单元138B（154）。
图8是示出微移动域中的网络设备的另一示例性操作的流程图。图8示出了当移动设备130从一个基站移动到另一个基站时，在移动设备130和网关设备132处进行的转发。
假设移动设备130从基站136B移动到基站136M（160）。进一步假设移动设备130生成将下一跳作为网关设备132的包（162）。当网关设备132接收这种包时（164），网关设备132重新学习到移动设备130的MAC地址经由到基站136M的伪线是可达的（166）。该“重新学习”处理使得网关设备132能够在移动设备130移动时追踪到移动设备130的可达性。当网关设备132接收去往移动设备130的IP地址的IP包时，网关设备132 使用VPLS-A转发这些包（168）。由于移动设备130的MAC地址经由到回程单元138B的PW可达，因此，这些包由网关设备132上的VPLS实例转发到回程单元138B（170）。
移动设备130生成将下一跳作为网关设备132的包用于进行“重新学习”的假设并不总是成立的。可能需要将一些包大量发送到VPLS网络126中，以确保重新学习到移动设备130的MAC地址。在某些情况下，可能要求所连接的基站为移动设备130生成包，以能够重新学习。所生成的包可以包括移动设备130移动到的基站的源MAC地址。此外，这种包还会使得其他回程单元138更新其用于移动设备130的MAC地址的MAC缓存入口。因此，VPLS可以被扩展为当移动设备130移动时，使得移动设备130移动到的基站为移动设备130生成包，以触发移动设备130的MAC地址的重新学习。
该实施例并不要求所有的回程单元138位于同一VPLS区域中。回程单元138A和138B可以位于一个区域中，而回程单元138C位于另一区域中。此外，还可以在网关设备132和BNG134之间具有不同的VPLS区域，并在BNG134和回程单元138之间具有另一VPLS区域。所提出的微移动技术将重新使用区域间VPLS机制。
可以提供IP网关设备冗余。一种实现机制是为两个网关设备配置相同的IP地址和相同的虚拟路由冗余协议（VRRP）MAC地址。在一个时间点，只有一个网关设备起作用并从移动设备130接收通信量。只有该起作用的网关设备转发来自上游的通信量，而次网关设备将丢弃来自上游的通信量。如果主网关设备失效，则次网关设备将成为VRRP主机（master）从而接收来自移动设备的包。
上述的基于BGP的宏移动的技术可以与上述的基于VPLS的微移动的技术结合使用。该段落描述当使用本文描述的基于BGP的宏移动技术并且移动用户从一个微移动域移动到另一个时所使用的流程。如果VPLS微移动与移动IP结合使用，则这些流程是非必要的。
一个微移动域中的移动用户130在该区域中使用网关设备（网关设备132）作为其下一跳。因此，移动用户130使用其经由ARP学习到的网关设备132的MAC地址，作为移动用户130生成的包的目的MAC地址。如果移动用户从网关设备132的微移动域移动到第二网关设备（图6中未示出）的微移动域，则需要处理某些情形。
第一种情形应对当移动用户发送具有网关设备132的目的MAC地址的包时所发生的情况。该包由第二网关设备接收。对于第二网关设备，网关设备132的MAC是未知的MAC地址，如果第二网关设备遵照默认的VPLS流程，则第二网关设备将因为该包是未知的单播包而将其大量发出。但是，第二网关设备应该路由该包。因此，第二网关设备必须能够基于目的MAC地址认识到该包需要被“特殊”处理。这可以由不同的机制来实现。一种机制可以是每个网关设备使用特殊公知MAC地址或来自公知范围的MAC地址。
另一种情形应对当移动用户发送对第二网关设备的IP地址的ARP请求（因为第二网关设备是移动用户的下一跳）时所发生的情况。在该情况下，网关设备132必须用其MAC地址对ARP请求进行响应。
当移动用户向其子网中的目的地发送包时，标准的移动用户行为是：移动用户发送对目的IP地址的ARP请求。当网关设备132接收该ARP请求时，网关设备132需要用其自身的MAC地址进行响应。
当用于WiMax网络时，本文描述的微移动技术需要在移动用户和WiMax基站之间使用WiMax发现机制。不要求对移动用户的WiMax设备进行任何改变。微移动技术还具有使得IP网关设备（也叫做ASN网关）发现移动用户和移动用户的基站的WiMax机制。微移动技术还具有WiMax安全机制。
当使用本发明的微移动技术时，不得使用WiMax ASN中心移动机制。当使用本发明的宏移动技术时，不得使用依赖移动IP的WiMax CSN中心移动机制。不管使用微移动技术还是宏移动技术，均可以使用本发明的上下文传输机制。
移动用户的服务性能取决于基站136、BNG134、移动回程网络126、网关设备132和移动BRAS上的QoS策略。这至少要求移动BRAS具有影响每个用户的基站136上的QoS策略的能力。WiMax提供了用ASN网关控制BS上的QoS策略的机制。对于IP/MPLS回程网络，该机制可能适用，也可能不适用。
本文描述的在回程网络中使用VPLS的微移动技术还提供了用于组播的方法。特别地，可以使用点到多点标签交换路径（P2MPLSP）来执行组播。
已经描述了本发明的多个实施例。这些及其他实施例均在权利要求的范围之内。

Claims (26)

1.一种用于蜂窝网络的方法，所述方法包括：
使用蜂窝网络的第一网络设备，接收在移动设备和基于分组的计算机网络间发起数据会话的请求，所述移动设备和与所述第一网络设备相关的第一基站进行无线通信；
根据与所述移动设备相关的用户上下文，使用所述第一网络设备处理与所述数据会话相关的数据通信，其中，所述用户上下文指定了用于定义应用于所述数据通信的一个或多个策略的用户指定信息；以及
利用所述第一网络设备，使用扩展的路由协议向所述蜂窝网络中的其他网络设备通告移动用户虚拟专用网络MS VPN路由通告，其中，所述MS VPN路由通告根据所述扩展的路由协议对所述移动设备的所述用户上下文进行编码，以使所述其他网络设备能够根据所述用户上下文对与所述数据会话相关的所述数据通信进行处理。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述扩展的路由协议包括扩展的边界网关协议BGP。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述MS VPN路由通告将所述用户上下文编码为所述MS VPN路由通告的BGP属性。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，对所述MS VPN路由通告进行通告包括：对将所述用户上下文编码为根据所述扩展的BGP进行通信的网络层可达性信息NLRI的MS VPN路由通告进行通告。
5.根据权利要求2所述的方法，其中，所述扩展的BGP将所述用户上下文定义为不透明BGP数据，使得不支持扩展的BGP的其他网络设备忽略经编码的所述用户上下文。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述MS VPN路由通告包括上下文传输路由目标，所述其他网络设备使用所述上下文路由传输目标来确定是否输入所述MS VPN路由通告。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述用户上下文包括以下各项中的一项或多项：指定与所述移动设备相关的服务水平或质量的策略、指定服务质量QoS调度的策略、指定速率限制的策略、指定告警参数的策略、指定一个或多个按流分类器/过滤器的策略、指定一个或多个加密密钥的策略、指定所述移动设备的一个或多个组播组会员资格的策略、以及指定对提供给所述移动设备的一个或多个业务进行计费的计费和记账信息的策略。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，处理与所述会话相关的通信包括以下各项中的一项或多项：应用所述用户上下文中定义的加密密钥以对所述通信进行加密和解密、将所述通信的互联网协议IP地址翻译成所述用户上下文中定义的IP地址、以及基于所述通信更新所述用户上下文中的计费和记账信息。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述用户上下文指定用户指定信息，所述用户指定信息涉及对应于由所述移动设备发起的所述数据会话的统计量和会话状态。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述网络设备包括以下两个或之一：在服务提供商网络和广域网WAN之间提供网关的互联网协议网络设备，以及为所述移动设备提供用户管理服务的宽带远程接入服务器BRAS。
11.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
响应于接收所述请求，基于所述请求从服务器网络设备存取所述移动设备的所述用户上下文；以及
在所述网络设备中存储所述移动设备的所述用户上下文。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，由所述MS VPN路由通告编码的所述用户上下文包括指定对提供给所述移动设备的一个或多个业务进行计费的计费和记账信息的策略。
13.一种蜂窝网络的网络设备，所述网络设备包括：
接口，被配置为接收在移动设备和基于分组的计算机网络间发起数据会话的请求，所述移动设备和与所述网络设备相关的第一基站进行无线通信；以及
控制单元，被配置为根据与所述移动设备相关的用户上下文处理与所述数据会话相关的数据通信，其中，所述用户上下文指定了用于定义应用于所述数据通信的一个或多个策略的用户指定信息，
其中，所述控制单元被配置为执行路由协议，所述路由协议已经被扩展，以向所述蜂窝网络中的其他网络设备通告移动用户虚拟专用网络MS VPN路由通告，其中，所述MS VPN路由通告根据扩展的所述路由协议对所述移动设备的所述用户上下文进行编码，以使得所述其他网络设备能够根据所述用户上下文对与所述数据会话相关的数据通信进行处理。
14.根据权利要求13所述的网络设备，其中，扩展的所述路由协议包括扩展的边界网关协议BGP。
15.根据权利要求14所述的网络设备，其中，所述MS VPN路由通告将所述用户上下文编码为所述MS VPN路由通告的BGP属性。
16.根据权利要求14所述的网络设备，其中，所述MS VPN路由通告将所述用户上下文编码为根据所述扩展的BGP进行通信的网络层可达性信息NLRI。
17.根据权利要求14所述的网络设备，其中，所述扩展的BGP将所述用户上下文定义为不透明BGP数据，使得不支持扩展的BGP的其他网络设备忽略经编码的所述用户上下文。
18.根据权利要求13所述的网络设备，其中，所述MS VPN路由通告包括上下文传输路由目标，所述其他网络设备使用所述上下文路由传输目标来确定是否输入所述MS VPN路由通告。
19.根据权利要求13所述的网络设备，其中，所述用户上下文包括以下各项中的一项或多项：指定与所述移动设备相关的服务水平或质量的策略、指定服务质量QoS调度的策略、指定速率限制的策略、指定告警参数的策略、指定一个或多个按流分类器/过滤器的策略、指定一个或多个加密密钥的策略、指定所述移动设备的一个或多个组播组会员资格的策略、以及指定对提供给所述移动设备的业务进行计费的计费和记账信息的策略。
20.根据权利要求13所述的网络设备，其中，所述控制单元被配置为通过以下各项中的一项或多项来处理与所述会话相关的通信：应用所述用户上下文中定义的加密密钥以对所述通信进行加密和解密、将所述通信的互联网协议IP地址翻译成所述用户上下文中定义的IP地址、以及基于所述通信更新所述用户上下文中的计费和记账信息。
21.根据权利要求13所述的网络设备，其中，所述用户上下文指定用户指定信息，所述用户指定信息涉及对应于由所述移动设备发起的所述数据会话的统计量和会话状态。
22.根据权利要求13所述的网络设备，其中，所述网络设备包括以下两个或之一：在服务提供商网络和广域网WAN之间提供网关的互联网协议网络设备；为所述移动设备提供用户管理服务的宽带远程接入服务器BRAS。
23.根据权利要求13所述的网络设备，其中，响应于接收所述请求，基于所述请求从服务器网络设备存取所述移动设备的所述用户上下文，以及在所述网络设备中存储所述移动设备的所述用户上下文。
24.一种蜂窝网络的系统，所述系统包括：
第一网络设备，与第一基站相关；
第二网络设备，与第二基站相关；
移动设备，与所述第一基站进行无线通信；以及
第三网络设备，存储与所述移动设备相关的用户上下文，
其中，所述第一网络设备包括：
接口，被配置为接收来自所述移动设备的在所述移动设备和基于分组的计算机网络间发起数据会话的请求，其中，响应于接收来自所述移动设备的所述请求，所述第一网络设备基于所述请求从所述第三网络设备存取所述移动设备的所述用户上下文，并且其中，所述第一网络设备存储从所述第三网络设备存取的所述用户上下文；以及
控制单元，被配置为根据与所述移动设备相关的所述用户上下文处理与所述数据会话相关的数据通信，其中，所述用户上下文指定了用于定义应用于所述数据通信的一个或多个策略的用户指定信息，
其中，所述控制单元被配置为执行路由协议，所述路由协议已经被扩展，以向所述第二网络设备通告移动用户虚拟专用网络MS VPN路由通告，其中，所述MS VPN路由通告根据扩展的所述路由协议对所述移动设备的所述用户上下文进行编码，以使得所述第二网络设备能够根据所述用户上下文对与所述数据会话相关的数据通信进行处理。
25.根据权利要求24所述的系统，其中，所述第二网络设备包括控制单元，以及其中，当所述移动设备终止与所述第一基站的无线通信并开始与所述第二基站的无线通信时，所述第二网络设备的所述控制单元被配置为根据与所述移动设备相关的所述用户上下文处理与所述数据会话相关的数据通信，以及其中，与所述移动设备相关的互联网协议IP地址保持不变。
26.根据权利要求24所述的系统，其中，扩展的所述路由协议包括扩展的边界网关协议BGP，以及其中，所述MS VPN路由通告将所述用户上下文编码为所述MS VPN路由通告的BGP属性。
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