CN1202689C - 向移动主机提供移动性的方法以及移动通信系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于向移动通信系统中的移动主机提供因特网协议IP类型的移动性的方法，包括步骤：为移动主机分配IP地址，利用用户标识符和数据设备标识符来标识移动通信系统中的移动主机，建立使所分配的IP地址与用户标识符以及数据设备标识符相结合的地址信息，其中地址信息还包含由当前服务移动主机的移动交换机的标识符所限定的移动主机的位置，用户标识符将所分配的IP地址与移动通信系统中的特定用户或特定移动站相结合，数据设备标识符将所分配的IP地址与数据设备或IP应用相结合，其中数据设备或IP应用连接到或集成到特定移动站或者与特定移动站相关联，将具有所分配的IP地址的IP数据报从网关交换机路由到服务交换机，并根据地址信息进一步路由到相应的移动主机。

Description

向移动主机提供移动性的方法 以及移动通信系统
技术领域
本发明涉及移动通信系统中的因特网类型协议业务的移动性管理。
背景技术
移动通信系统一般是指当用户在系统的服务区内移动时能进行无线通信的任何电信系统。一种典型的移动通信系统是公用陆地移动通信网(PLMN)。通常，移动通信网是一种接入网，它可使用户无线接入外部网络、主机或特殊业务提供商提供的业务。
移动通信网发展的一个主要目的是为用户提供IP(因特网协议)业务，即通过移动通信网接入因特网。这就要求将IP实现成移动网的覆盖，同时对现有标准作最小的修改来保持与现有系统的向后兼容。然而，问题是基本IP思想不支持用户移动性：IP地址根据网络接口的物理位置被分配给这些网络接口。事实上，对与同一因特网子网连接的所有接口而言，IP地址的首字段(NETID)是共同的。这种方案可使用户(移动主机)在不同的因特网子网中移动时即在改变物理接口时不必保留其地址。
为了增强因特网中的移动性，标准RFC2002中的因特网工程工作组(IETF)采用了IP版本4的移动IP协议。移动IP使得能选择发给移动主机的IP数据报的路由，而与子网中的连接点无关。移动IP协议采用了以下新功能或结构的实体。
“移动节点MN”(也称为移动主机MH)是指一种从一个网络或子网到另一个网络或子网时改变其连接点的主机。移动节点可以改变其位置而不改变其IP地址；它可以在任何位置利用其(固定的)IP地址继续与其他因特网节点进行通信。“移动站(MS)”是一种与网络有无线接口的移动节点。“隧道”是指数据报在被压缩时所行进的通路。压缩数据报被发送到已知的解压缩代理，该代理将数据报解压缩然后正确地将它传送到最终目标。各移动节点都通过一个由隧道标识符所标识的单独的隧道与本地代理连接，该标识符对给定的外部代理/本地代理对而言是唯一的。
“本地网络”是指用户逻辑上所属的IP网。从物理上讲，它可以是一个例如通过路由器与因特网连接的局域网(LAN)。“本地地址”是指一种在很长一段时间内分配给移动节点的地址。不论MN在何处与因特网连接，该地址都可以保持不变。或者，还可以从地址库中分配这一地址。
“移动性代理”不是本地代理就是外部代理。“本地代理HA”是指移动节点的本地网络中的一种路由选择实体，当移动节点远离本地时该实体可以隧道传送(tunnel)分组以便传送到移动节点并可以保留移动节点的当前位置信息。当移动节点远离本地时，该代理可以隧道传送数据报以便传送到移动节点，和随意地反隧道传送(detunnel)来自移动节点的数据报。“外部代理FA”是指移动节点的访问网络中的一种路由选择实体，该实体为所注册的移动节点提供路由选择业务，从而使移动节点可利用其本地网络地址。移动节点的本地代理所隧道传送的分组通过外部代理被反隧道传送并传送给移动节点。对于移动节点所发送的数据报而言，外部代理可作为所注册的移动节点的缺省路由器。
RFC2002将“转交地址”(COA)定义为向移动节点隧道传送的端点，以便当移动节点远离本地时数据报被转发给移动节点。该协议可以采用两种不同的转交地址：“外部代理转交地址”是指外部代理所通报的移动节点可用它来被注册的地址，而“局内(co-located)转交地址”是指从外部得到的移动节点已在网络中获取的本地地址。MN可同时具有多个COA。MN的COA利用其HA被注册。当移动节点接收来自外部代理的通告时，COA列表被更新。如果通告到期，则应从列表中删除它的一个或多个表目。一个外部代理在其通告中可提供一个以上的COA，“移动性结合”是指本地地址与转交地址的结合以及该结合的剩余使用期。MN通过发送一个注册请求利用其HA注册它的COA。HA利用注册应答来应答，并保留MN的一个结合。
Maurizio Dell′Abate等人的文章“Performance Evaluation ofMobile IP Protocols in a Wireless Environment”，IEEEInternational Conference on Communications，1998，ConferenceRecord，1998，p.1810-1816公开了一种路由最佳化MIP方案，该方案增强了基本移动IP(MIP)。根据ROMIP，可以从信源直接隧道传送指定给特定主机的分组，从而可以越过本地代理的干预。ROMIP使所有业务信源都可以高速缓存和利用结合的拷贝。虽然移动主机的原结合保留在其本地代理中，但ROMIP支持进一步的更新过程，在这一过程中，通常根据发送给不在本地网络中的移动主机的第一IP分组，将该结合的拷贝(移动主机的当前COA)发送给信源主机。信源主机高速缓存所接收到的结合并利用这一结合，以便将这一分组隧道传送到COA所指示的外部代理FA。当目标移动主机突然移动到另一子网并且从属于另一外部代理时，移动主机在移动后立刻将结合更新消息发送给本地代理HA和原来的外部代理FA。信源主机一点也不知道移动情况并且它一直将IP分组发送给原FA。直到原FA接收到上述更新后，这些分组才不丢失。原FA一被更新，它就向信源主机发出告警并将呼入分组转发给新FA。当已接收到来自本地代理HA的新结合的信源主机能将其分组直接隧道传送到新FA时，切换结束。
Ravi Jain等人的“Mobile Internet Access and QoS GuaranteesUsing Mobile IP and RSVP with Location Registers”，IEEEInternational Conference on Communications，1998，ConferenceRecord，1998，p.1690-1695公开了另一种路由最佳化协议，称为具有位置寄存器的移动IP(MIP-LR)。根据MIP-LR，在将分组发送给移动主机之前，发送主机先查询数据库中编址的移动主机的当前位置。具体地说，当移动主机从一个子网移动到另一个子网时，它将其当前COA寄存到称为归属位置寄存器(HLR)的数据库中。当发送主机有分组要发送时，它首先查询HLR，以得到移动主机的COA，然后将分组直接发送给移动主机。移动主机的位置也保存在另一数据库——所访问子网中的访问者位置寄存器(VLR)中。当移动主机移动时，有两种机制可用于更新发送主机的高速缓存器中的移动主机的位置。在第一种机制中，移动主机通知原VLR，它捕获到指定给原COA的任何分组，并向HLR发送一个结合告警消息。HLR将一个含有移动主机的新COA的结合更新消息发送给发送主机。在第二种机制中，移动主机保留一个所有具有有效连接的其他主机的列表，并向每个这种主机发送一个结合更新。
在没有采用IP作为网络协议的移动通信系统中，这两种现有技术的移动性管理方案都不完全适用于实现移动性管理。通过非IP协议隧道传送IP业务的TETRA网便是这种系统的一个例子。TETRA系统是一种主要为专业和政府用户(如警方、军方、炼油厂等)开发的移动通信系统。下面，参照图1来说明移动性管理问题，该图示出了与因特网连接的TETRA网。TETRA网包括数字交换机DXT和TETRA基站TBS。DXT与因特网的连接方式有两种可能的配置。在第一种配置中，每个DXT单元都可以有各自的通过邻近路由器(例如图1中的针对DXT1的路由器1和针对DXT2的路由器2)的直接“出口”，用于将IP分组从TETRA网转发给因特网和从因特网转发给TETRA网。在第二种配置中，只有某个或某些DXT单元(在此称之为网关DXT)与因特网路由器连接(例如在图1中DXT1与路由器1连接)，而其他DXT通过这些网关DXT与因特网连接。
因特网路由器将TETRA网视为普通本地IP网。每个TETRA网都被分配以一组唯一的IP地址(例如IPv4地址)。IPv4地址由32个比特构成并表示为网络和主机标识符对。网络标识符(netid)标识TETRA IP网而主机标识符标识TETRA网中的移动主机。在TETRA网中，可在一个或多个DXT周围构成一个IP子网。在后一种情况下，多个DXT在逻辑上将隶属于同一netid标识并将共享同一主机地址空间。在图1所示的例子中，TETRA子网1在DXT1周围构成并被分配以netid“192.1.1.0”，而TETRA子网2在DXT2周围构成并被分配以netid“192.1.2.0”。DXT周围的IP网的结构要求在这两者之间链路上具有路由选择能力。每一单或多DXT网都必须能转发指定给其他TETRA IP网的数据报。图1中，DXT1和DXT2通过链路10互连。
移动主机可以从一个小区移动到另一个小区，因此可以随意在DXT之间漫游。移动主机可以在一个网络中起动IP数据交换而在另一个网络中完成数据交换。移动主机在TETRA网中的移动导致这样的情形：移动的IP地址中的netid标识符未必与当前网络相符合。如果用户有一个到另一非TETRA的网络的IP预约，那么移动主机的IP地址将与任何TETRA网都不相符。再者，基本因特网路由选择协议根据目标网络标识符选择路由但不支持移动性。如果TETRA网只采用标准因特网路由选择协议，那么IP数据报将到达不了漫游的用户。
移动IP通过与IP地址的不可变性相适应来解决基本IP的移动性管理问题，因此它不完全适用于TETRA网。以下列出了与TETRA不适宜的一些移动IP特性：
-在移动IP中，移动主机利用其本地IP网来标识，而在TETRA中，移动用户利用单一的用户标识符和网络业务点标识符(NSAPI)来标识。
-在移动IP中，移动主机与其本地网络联系并取决于本地代理。在TETRA中，这将意味着必须使移动主机与特定网络联系。从总体来看，对该网络的依赖性降低了IP业务的健全性。如果当处在所访问的网络中的移动主机获取IP地址时本地代理不能涉及，那么IP业务将被拒绝。在警方所用的TETRA中(对于突发事件和指挥用途的火警业务等)，业务的有效性和健全性尤为重要。
-在移动IP中，移动主机的位置由当前IP网的网络标识符确定。在TETRA中，这将意味着只有当移动主机从一个IP网移动到另一个IP网时才能检测到移动主机的移动。如果打算再利用现有的TETRA结构，那么各DXT必须与某个IP网络标识符联系，以便使IP网络号码与TETRA网络拓扑相结合。各DXT必须装有TCP/IP协议栈并且必须参与不必要的IP隧道传送，这种隧道传送在各个隧道传送的数据报(IP分组中所传送的基本信息单元)中都引入了一个IP附加块(overhead)。另外，还必须通过空中接口发送或广播IP分组中所含的MIP消息。这将加重不良无线接口的负荷并会在各个消息中都引入一个40字节的附加块。无论如何，只有当TETRA采用因特网路由选择协议时才能调整这种隧道传送。隧道传送还意味着，发向移动主机的业务流量必须通过本地代理被传送，而本地代理将使IP业务更易受本地代理故障的影响。
-在移动IP中，移动主机每当它移动到另一网络中时都必须执行认证和位置更新过程。在TETRA中，这意味着要在空中接口中进行附加的数据交换。再者，TETRA还要采用特殊的认证和位置更新过程。
另外，上述文章中所描述的增强型ROMIP和MIP-LR协议也不适用于TETRA。现有技术方法有两个共同的特性：1)这些协议指定用于IP网并适用于IP环境，因此，这两种协议都将用户位置与IP网络标识符相结合，2)这些协议以点对点的方式处理移动性，也就是说，两个通信端都必须负责移动性管理。因此，不论这些方法所采用优化，针对基本MIP的上述所有不一致特性对ROMIP和MIP-LR而言也都存在。再者，只有当两个通信端都支持ROMIP或MIP-LR协议时，ROMIP和MIP-LR才能应用。否则，通信退回到常规MIP。ROMIP和MIP-LR中的还有一个主要缺点与切换有关。移动主机本身在接收到来自外部代理的通告后才发现所访问的网络。这将引入一定的空闲时间段，期间没有一个代理(本地代理、原外部代理和新外部代理)知道移动主机的真正位置。在这一时间段中，某个适当的代理便放弃了指定给移动主机的数据报。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种解决或减轻上述问题的IP移动性管理方法和移动通信系统。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于向移动通信系统中的移动主机提供因特网协议IP类型的移动性的方法，所述移动通信系统包括多个移动主机、至少两个移动交换机、多个与所述移动交换机连接的基站，至少一个所述移动交换机用作所述移动通信系统与外部数据网接口的网关，
其特征在于，所述方法包括以下步骤：
为移动主机分配IP地址，
利用用户标识符和数据设备标识符来标识所述移动通信系统中的移动主机，
建立使所分配的IP地址与用户标识符以及数据设备标识符相结合的地址信息，其中所述地址信息还包含由当前服务所述移动主机的移动交换机的标识符所限定的所述移动主机的位置，所述用户标识符将所分配的IP地址与所述移动通信系统中的特定用户或特定移动站相结合，所述数据设备标识符将所分配的IP地址与数据设备或IP应用相结合，其中所述数据设备或IP应用连接到或集成到所述特定移动站或者与所述特定移动站相关联，
将具有所分配的IP地址的IP数据报从网关交换机路由到所述服务交换机，并根据所述地址信息进一步路由到相应的移动主机。
根据本发明的另一个方面，提供了一种移动通信系统，所述移动通信系统包括：
多个移动主机，
至少两个移动交换机，其中至少一个所述移动交换机用作所述移动通信系统与外部数据网接口的网关，
与所述移动交换机连接的多个基站，以及
用于为所述移动主机提供因特网协议IP类型移动性的移动性机制，
其特征在于，
所述移动性机制包括：
移动交换机，所述移动交换机包括利用用户标识符和数据设备标识符来标识每个移动主机的装置，以及利用当前服务移动主机的移动交换机的标识符来限定所述移动主机的位置的装置；
用于为每个移动主机存储动态分配的或者永久分配的IP地址的装置，其中所述IP地址与所述用户标识符、所述数据设备标识符以及各个移动主机的位置信息相结合；
所述移动交换机包括根据所述位置信息将具有所分配的IP地址的IP数据报从网关交换机路由到所述服务交换机，并且根据与所述IP地址相结合的所述用户标识符以及所述数据设备标识符，进一步路由到各个移动主机的装置。
根据本发明的再一个方面，提供了一种移动通信系统的移动交换机，所述移动通信系统包括：
多个移动主机，
至少两个移动交换机，其中至少一个所述移动交换机用作所述移动通信系统与外部数据网接口的网关，
与所述移动交换机连接的多个基站，
其中所述移动交换机包括用于为所述移动主机提供因特网协议IP类型移动性的移动性机制，
其特征在于，
所述移动性机制包括：
用于利用用户标识符和数据设备标识符来标识每个移动主机的装置，以及利用当前服务移动主机的移动交换机的标识符来限定所述移动主机的位置的装置；
用于为每个移动主机存储动态分配的或者永久分配的IP地址的装置，其中所述IP地址与所述用户标识符、所述数据设备标识符以及各个移动主机的位置信息相结合；
所述移动交换机包括根据所述位置信息将具有所分配的IP地址的IP数据报从网关交换机路由到所述服务交换机，并且根据与所述IP地址相结合的所述用户标识符以及所述数据设备标识符，进一步路由到各个移动主机的装置。
在本发明中，移动主机利用单独的一对用户标识符和数据设备标识符来标识，这两个标识符与分配给系统中移动主机的IP相结合。用户标识符使得可将所分配的IP地址与特定终端用户相结合或与移动通信系统中的特定移动站相结合。在本发明的一种优选实施方式中，用户标识符是移动用户标识符。终端数据设备标识符使得可将与同一个移动站连接的若干个数据设备区分开。在本发明的这种优选实施方式中，网络业务接入点标识符(NSAPI)可用于此目的。本文中，术语“终端数据设备”是指与移动站连接的、集成到移动站中的或与移动站有关联的任何数据设备或IP应用系统。用户标识符和数据终端标识符的使用为移动主机提供了唯一的标识，而与IP网无任何关系。再者，在大多数通信系统(如TETRA)中，这还允许再利用通信系统中已在使用的标识符。
再者，根据本发明，移动主机的位置利用当前服务于移动主机的移动交换机的标识符来确定。移动交换机的标识符可唯一地标识移动通信网的固定部分中的节点，而移动交换机根据通信网中所采用的移动性管理方法可以知道移动主机在该交换机的服务区中的位置。此外，还将位置信息与移动主机的所分配的IP地址相结合。因此，具有所分配的IP地址的IP数据报可根据与移动通信网中的IP地址相结合的位置信息被发送给服务交换机。然后，服务移动交换机可根据与所分配的IP地址相结合的用户标识符和输入端标识符将该数据报转发给目标移动主机。本发明的思想允许采用与具体移动网相关的路由选择方法来取代移动IP隧道传送。因此，还可以避免在各网络节点中实现TCP/IP栈，从而避免了移动IP的弊端。
根据本发明的位置管理的另一个优点在于，移动通信网内的节换对外部网而言是透明的。换言之，到外部网的网关可作为一个锚点被保留，因此数据报只在移动通信网内改发到新位置。由于移动主机注册到移动通信网的一段时间内，IP地址保持不变，因此，无需因切换而进行从移动主机到外部网的更新。
再者，在本发明中，移动通信网可以从一组可供使用的地址空间中将IP地址分配给移动主机。IP地址的分配可以是永久性的(固定的)，或者可以在移动主机注册到网络时动态地进行分配。可用的地址空间可以遍布于若干个交换机中。再者，如果某服务交换机不能分配IP地址，那么它可以从另一个交换机中获取IP地址。因此，确保了IP业务的实用性，这是因为，例如在移动IP中，移动主机与到本地网络的链路和本地代理的有效性无关。
本发明的移动性管理还支持移动通信系统中移动交换机之间的位置更新。在本发明的一种实施方式中，切换在原交换机中开始，原交换机通知新交换机有一个新移动主机，并将相关的用户标识符和相关的终端数据终端标识符传送给新交换机。在本发明的这种优选实施方式中，原交换机将移动主机的新位置存储某一段时间，以便能对发向新交换机的任何随后的数据报进行路由选择。这些方案使得可以避免在移动IP中所碰到的空闲时间段，并可使切换更顺利，从而最大限度地减少数据报丢失。
在本发明的还有一种实施方式中，可以在管理从所分配的IP地址所属的IP地址空间中分配IP地址的交换机处，更新移动主机的位置，如果该管理交换机不是参与切换的交换机之一的话。网关交换机或任何其他想对具有未知位置的IP地址的IP数据报进行路由选择的交换机可以向各自的管理交换机请求位置信息，然后再将该数据报和任何随后的数据报发送到所得到位置。此外，在网关交换机中，所得到的位置信息还将被存储一段预定的时间，而在这段时间过后将被删除。如果在删除该位置信息后接收到又一个具有所分配的IP地址的数据报，那么该网关将向管理交换机发送一个新位置信息请求。网关在接收到来自原交换机的位置更新后又将新数据报发送到新位置。这些措施将确保位置信息和路由选择通路一直是最新的。
附图说明
下面，通过一些优选实施方式并参照附图详述本发明，其中：
图1示出了与因特网连接的TETRA网，
图2示出了地址表，
图3是说明切换中传送用户IP内容的信令图；
图4是说明切换中将用户IP内容和位置更新传送给APS的信令图；
图5是说明获得IP地址的位置的信令图；
图6是说明在转发DXT中更新地址表的信令图；
图7示出了移动主机从APS漫游到APC和从APC漫游到APS的情况，APC与因特网路由器连接，
图8示出了移动主机在两个APC之间漫游的情况，
图9示出了在有四个DXT的网络中怎样才能实施根据本发明的移动性管理的情况，在该网络中，只有一个DXT与因特网连接而移动主机从一个APC移动到另一个APC，
图10示出了在有四个DXT的网络中的根据本发明的移动性管理的第二种情况，在该网络中，只有一个DXT与因特网连接而移动主机从一个APC移动到另一个APC，
图11示出了在有三个DXT的网络中实施根据本发明的移动性管理的情况，在该网络中，只有一个DXT与因特网连接。
具体实施方式
本发明一般可应用于提供IP移动性的移动通信系统。本发明尤其可用于，在采用非IP协议来选择IP业务路由的移动电信系统中，提供IP移动性管理。TETRA网是这种系统的一个例子。下面，通过TETRA系统来描述本发明的优选实施方式，不过不能将本发明局限于这一特定的移动通信系统。
MH可包括与移动无线电台连接的膝上型计算机PC。或者，MH也可以是小型计算机和蜂窝电话的集成结构，外表类似于诺基亚9000系列。MH的还有一些实施方式是各种寻呼机、远程控制的监视和/或数据采集设备等。
前面参照图1描述了可能的TETRA结构的一个例子。应当理解，图1只示出了便于描述本发明的简化结构。实际上，TETRA系统可以包括任意多个TBS、DXT、MH和路由器以及与本发明有关的其他网络单元。这里所用的情况是，该TETRA IP网是一个共享同一IP地址网络标识的一些DXT的集合。一个TETRA网可以细分为两个或两个以上的TETRA IP网。管理TETRA中IP业务和涉及根据本发明的IP移动性管理的协议在此被称为地址信息协议(AIP)。AIP协议驻留在TETRA传送层的顶部。因此，它利用基础传送业务来交换同等的控制消息。在最短的通路上，无需这种协议来选择数据报的路由。本地处理过程至少在两种情况下可向AIP请求IP地址信息。第一，当用户请求IP业务时，负责资源分配的处理过程向AIP请求IP地址。第二，在TETRA路由选择处理过程转发IP数据报之前，它向AIP请求与目标IP地址有关的当前位置。移动主机的位置用TETRA网络节点的标识号码来指定。在这一优选实施方式中，在IP业务中利用DXT交换机的标识符(地址)来确定位置。
通过分配IP网络标识符，可在专用DXT周围构成TETRA IP网。在所分配的网络标识符之下适用的所有IP地址被称为地址空间。AIP实体从可用的地址空间中将IP地址分配给用户。所分配的IP地址以及它们的联系被存储在称为地址表的数据结构中。地址空间可以划分为静态和动态地址子空间。静态IP地址单独分配给特定的用户。分配有IP网络标识符的AIP实体被称为地址库服务器(APS)，而没有IP网络标识符的AIP实体被称为地址库客户(APC)。APS和APC可以共存于该AIP处理单元中。在下列情况下AIP实体用作APC：1)AIP没有被分配以地址空间(AIP是一个纯APC)，2)AIP分配有地址空间，但地址库目前已用完，和3)用户不允许从本地地址库中获取IP地址。如果因某种原因AIP不能从本地地址空间中分配IP地址，那么它可以从远程APS中获取地址。
当APS或APC将IP地址配给用户时，它在地址表中生成一个表目，用于存储IP地址和当前用户位置。为了分配IP地址，AIP必须既要知道用户标识符又要知道终端数据设备或应用系统的标识符。前一标识符是必需的，以便使IP地址与终端用户或与终端移动站相结合。单一的短用户标识符(SSI)号码可用于此目的。后一标识符也是必需的，以便将与同一个移动站连接的若干个数据设备(或应用系统)区分开。网络业务接入点标识符(NSAPI)也可用于此目的。图2中示出了一例可能的具有最小的一组字段的地址表。IP地址表目字段列出了所有所分配的IP地址。位置DXT字段表示IP用户的当前位置。静态/动态字段表示地址是否是永久地分配给用户的。用户标识符字段将IP地址与终端用户相结合。NSAPI(网络业务接入点标识符)字段表示终端数据设备。在TETRA网中，用户可以同时使用高达13个数据设备。号码0预定给特殊的用户，而号码15用于多数情况。因此，针对同一个用户即同一SS1(例如图2中SSI A)而不同的NSAPI和IP地址(例如图2中的IP地址“192.1.1.1”和NSAPI1以及IP地址“192.1.1.52”)，可以有一个以上的表目。
图2的表中的单个用户的一个(多个)表目在此被称为各个用户的用户IP内容。用户的IP内容可以包括多个表目。正如以上所述，当APC或APS将IP地址配给用户时，生成用户IP内容。通常，根据来自用户的地址获取请求来配发IP地址。地址获取请求包括用户和数据设备标识符SSI和NSAPI。当APC或APS接收到来自移动主机的地址获取请求时，它便从地址表中查出表示与所接收请求中的内容相符的用户和数据设备标识符的表目。如果APC或APS找到这种表目，那么它通过向主叫方返回IP地址来完成这一请求。否则，APC或APS将尝试从本地地址空间中分配IP地址。如果地址库中没有可用的IP地址，那么APC或APS向远程APS服务器发出一个地址获取请求。远程APS从地址库中得到一个IP地址并将它发回给请求实体。该地址可以在可用特定的更新方法进行更新的一段预定的时间内进行配发。缺省时间段可以是例如12小时。不过，缺省值时间最好应当这样：在移动主机被注册到系统期间，IP地址不变。当用户不再需要IP地址时，用户请求删除地址表中的表目或IP内容，于是IP地址返回到地址库。如果该IP地址是永久地被分配的，那么它不能被分配给别的移动主机。
在切换情况下，IP内容还可以从一个DXT传送到另一个DXT。如果由于切换要将用户IP内容传送到一个新的DXT，那么移动主机通过发送一个漫游请求消息将这一事件通知原DXT中的AIP实体，如图3中所示。原DXT向新DXT中的AIP实体发送一个漫游请求“ROAMINreq”，并指定漫游状态——原DXT中漫游用户的一个(多个)表目。漫游请求“ROAMINreq”包括SSI和与移动主机的用户有关的地址表的一个(多个)表目的一个(多个)拷贝。一旦接收到“ROAMINreq”，新DXT中的AIP实体就尝试在地址表中分配所接收的表目。如果这一(这些)IP地址属于可供新DXT用的IP地址空间，那么新DXT利用图3中所示的漫游确认“ROAMINack”来响应发端方。该确认包括SSI和在新DXT中分配给移动主机的用户的IP地址列表，即与“ROAMINreq”中所列相同的IP地址。如果“ROAMINreq”中有一个以上的IP地址不属于新DXT的容许IP地址空间，即同一IP地址与另一用户有关，或新DXT不能分配所有这些IP地址，那么“ROAMINack”中的IP地址列表不包含未分配的地址而且与“ROAMINreq”中的列表不一致。
一旦接收到确认，原DXT中的AIP实体必须将这两个列表进行比较。确认的表目被进至“松弛表目(LOOSING_ENTRY)”状态，并将它们的定时器设置为其缺省值可等于例如40分钟的一段路由选择时间。未确认的表目被删除，并使它们的地址返回到合适的APS。当路由选择时间段定时器计满时，删除“松弛表目”状态的表目。
如果内容传送包括从本地地址空间中分配的IP地址，那么原DXT中的AIP实体(此时它起APS作用)使合适的表目从“相关本地”进至“自APS漫游”状态。一旦接收到确认，这些表目被进至“相关远程”状态，并将它们的定时器设置为总租用时间段。
如上所述，一旦接收到“ROAMINreq”请求，新DXT中的AIP实体就尝试分配原DXT所传送的地址表目，然后用“ROAMINack”来确认成功分配的表目。此后，如果地址还没有从原DXT中的APS到达，那么该AIP实体将位置更新初始化。它向合适的APS发送一个位置更新请求“LOCUPDreq”，如图4中所示，并使这些表目进至“更新位置”状态。假定，在使表目进至这一状态之前，AIP保存了表目的当前状态。当APS接收到“LOCUPDreq”请求时，它在合适的表目中更新位置。APS总是要用位置更新确认“LOCUPDres”来确认“LOCUPDreq”请求。然而，如果“LOCUPDres”丢失，那么新DXT中的AIP将重发第二个位置更新请求“LOSUPDreq”并使地址表目返回到前一状态。如果新DXT中的AIP在“更新位置”状态接收到来自APS的“LOCUPDres”确认，则它检查确认的IP地址的列表。如果，因特殊情况，APS无法完成某些地址的位置更新，那么这一列表将与“LOCUPD”请求中的列表不一致，因此该DXT中的AIP将放弃未确认的地址。
特定业务用户如移动主机或DXT可能需要决定目标IP地址的IP地址位置。这种情况可在下列情形发生：有时当数据报到达已移动到另一DXT的用户时，或定期地如果DXT与因特网路由器连接，或如果允许移动用户互相发送IP数据报。负责路由选择的DXT中的业务用户通过发出一个位置请求，向(同一DXT中的)本地AIP处理过程请求当前IP地址位置，如图5中所示。当AIP接收到这种对来自外部路由器或来自TBS的IP数据报的请求时，它检查本地地址表中是否已有与该IP地址有关的表目。如果找到这种表目，那么AIP将DXT标识符返回给请求方。否则，AIP将查询有关发出了所给定的IP地址的APS服务器的数据库，向它发送一个地址位置获取请求“ADDRLOCreq”，并进至“获取DXTID”状态。
APS利用带有DXT标识符的“ADDRLOCres”响应或零(表示该IP地址当前未被使用)来响应位置获取请求。根据接收到的“LOCUPDres”，路由选择DXT中的AIP生成一个地址表表目(称为路由选择表目)，并将该表目置于“路由选择”状态，该状态将路由选择表目定时器设置为一个例如比路由选择时间段少一个时间单位的值。路由选择表目的时间单位例如为分钟。缺省路由选择时间段可等于40分钟，因此路由选择表目的定时器其缺省值可设置为例如39分钟。当各自的路由选择表目定时器计满时，删除该路由选择表目。每当地址位置请求涉及路由选择表目时，路由选择DXT中的AIP将定时器复位。
如果数据库调用后，路由选择DXT中的AIP检测到未知的目标IP网，那么它将通过返回将TETRA网连接到因特网的缺省DXT网关的标识符来完成这一请求。
当本地DXT中的AIP接收到另一DXT所转发的位置请求，而地址表中又没有与给定的IP地址有关的表目时，它向发端DXT中的AIP发送一个目标取消请求“DESREMreq”，如图6中所示。但如果本地DXT中的AIP知道具有特殊IP地址的用户移动到了何处(具有特殊明确IP地址的表目处于“松弛表目”状态)，那么它向发端DXT中的AIP发送一个地址目标更新“DESUPDreq”消息，并完成本地位置请求，如图6中下半部分所示。
一旦接收到“DESUPDreq”，发端DXT中的AIP就必须更新合适地址表目中的位置字段，而一旦接收到“DESREMreq”，发端DXT中的AIP就必须删除路由选择表目。如果APS接收到本地地址之一的“DESREMreq”，那么它使合适的表目从“相关远程”进至“等待位置更新”状态，并保持其定时器字段不变。一旦定时器计满，APS便删除这一表目。如果APS接收到“LOCUPDreq”、“LOSUPDreq”、“ROAMINreq”或“LEASRENreq”消息，那么它使表目返回到“相关远程”状态并相应地进行运转。如果APS在“等待位置更新”状态接收到表目的“ADDRLOCreq”，那么它用否定“ADDRLOCres”来响应。
下面，将参照图7-10来描述根据本发明的IP移动性管理和路由选择的一些事例。网络单元即DXT被认为是其AIP功能性，即地址库服务器(APS)和地址库客户(APC)。
图7示出了移动主机从APS漫游到APC和从APC漫游到APS的情况，APC与因特网路由器连接。参照图7，因特网路由器71与作为网关的APC 72连接。假定，当前在APS 73处的移动主机起初已从APS73获取IP地址。另外，移动主机也已与因特网中的服务器取得了联系从而建立IP会话，因此已将所分配的IP地址通知给了因特网中的服务器(相应的主机)。因此未必涉及本地代理。
当因特网服务器发送含有所分配的IP地址的第一IP数据报时，IP数据报通过因特网被发送到路由器71并进一步发送到网关APC72。APC 72从APS 73获取移动主机的位置，APS 73管理数据报中IP地址所属的IP地址空间。APS 73用位置信息即APS 73的标识符来响应。APC 72还将该位置信息存储39分钟(缺省值)，以便能对随后的IP数据报进行路由选择。下面，假定移动主机从APS 73漫游到APC 72，并开始切换。切换中，APS 73将用户IP内容发送(74)给APC 72，如前面参照图3所述。APC 72对此进行确认(75)，而APS更新地址表中移动主机的位置。此时，当具有IP地址的数据报在APC 72处被接收到时，APC 72根据用户IP内容中的用户标识符和终端数据终端标识符将数据报发送给移动主机。过了一会儿，移动主机漫游回到APS 73，又开始切换。APC 72将用户IP内容发送(76)给APS 73。APS对此进行确认(77)，而APC将该用户位置存储40分钟(缺省值)。如果来自因特网的新数据报在40分钟内到达，那么APC 72正确地将它转发给APS 73并将位置信息定时器置为39分钟(缺省值)。而如果新数据报在40分钟之后到达，那么APC72已经删除了这一妯信息，因此又重新从APS 73获取位置信息。
图8示出了移动主机在两个APC之间漫游的情况。假定，移动主机起初在APC1处且从APS获取(80A，80B)IP地址。过了一会儿，移动主机漫游到APC2，并开始切换。APC1将用户IP内容发送(81)给APC2，APC2对此进行确认(82)。APC1接收到确认后，将移动主机的新位置存储40分钟(缺省值)。APC2在发送了确认后，向APS发送(83)一个位置更新请求。APS更新用户位置并向APC2发出对此的确认(84)。因此，在系统的不同节点中都可使位置信息被更新。
图9示出了在有四个DXT的网络中怎样才能实施根据本发明的移动性管理的情况，在该网络中，只有一个DXT与因特网连接而移动主机从一个APC移动到另一个APC。图9中，APC1与因特网中的路由器R1连接。假定，移动主机起初被注册到APC2处且从APS1获取(91，92)因特网地址。移动主机起动IP业务。来自因特网的第一数据报通过路由器R1到达APC1。APC1向APS1请求(93，94)IP地址的位置信息。APC1在高速缓存器中将该位置存储39分钟(缺省值)，并使该位置返回到TETRA路由选择处理过程，该处理过程将数据报发送给APC2。每当数据报到达时，APC1总是重新起动高速缓存的位置的定时器。过了一会儿，移动主机从APC2移动到APC3，并开始切换。切换中，APC2将用户IP内容发送(95)给APC3，而APC3对此进行确认(96)。APC2接收到确认后，在高速缓存器中将新位置存储40分钟(缺省值)。当APC3完成切换后，它起动位置更新过程(97，98)，以便在APS1处更新有关移动主机的位置。此时，一个来自因特网的新数据报到达APC1。APC1根据高速缓存器中的位置将该数据报转发给APC2。由于APC2知道移动主机的新位置，因此它将数据报转发给APC3。然后，APC2向APC1发送一个目标更新请求(99)，以便在APC1处更新位置信息。APC1对新位置进行高速缓存。当新数据报到达时，APC1将它们直接转发给APC3。
图10示出了在有四个DXT的网络中的根据本发明的移动性管理的第二种情况，在该网络中，只有一个DXT与因特网连接而移动主机从一个APC移动到另一个APC。第二种情况一直到通过APC3更新(97，98)APS1处的位置都类似于针对图9所述的第一种情况。移动主机此时在APC3处。来自因特网的新数据报到达APC1。APC1将该数据报转发给APC2，并重新起动定时器39分钟。由于APC2知道新位置，因此它将数据报转发给APC3。然后，APC2向APC1发送一个目标更新请求(99)，以便在APC1处更新位置。不过，由于链接故障，APC1没有接收到目标更新请求(99)，从而位置未被更新。40分钟过后，APC1接收到新数据报。APC1根据高速缓存器中的位置信息将数据报转发给APC2。由于APC2中的定时器已计满，因此位置信息已被删除，APC2不再知道移动主机的新位置。结果，APC2放弃该数据报并向APC1发送一个目标取消请求(100)。APC1接收到目标取消请求(100)后，删除高速缓存器中的移动主机的位置。当新数据报到达APC1时，如上所述，APC1从APS1中获取新位置。
图11示出了在有三个DXT的网络中实施根据本发明的移动性管理的情况，在该网络中，只有一个DXT与因特网连接。图11中，APS与因特网中的路由器R1连接。假定，移动主机起初在APC1处，并且APC1从APS获取(100，101)IP地址。用户IP内容在APC1和APS处被建立。APS将数据报发送给APC1。过了一会儿，移动主机漫游到APC2，并开始切换。APC1将用户IP内容发送(102)给APC2，而APC2对此进行确认(103)。APC1接收到确认后，将新位置存储40分钟(缺省值)。APC2在发送确认(103)后，尝试更新(104)APS处的位置，但由于链接故障而失败。40分钟过后，APS接收到新数据报。APS根据所存储的位置信息将数据报转发给APC1。由于在APC1处位置定时器已计满，因此APC1不再知道移动主机的新位置，从而放弃该数据报并向APS发送一个目标取消请求(105)。APS接收到来自APC1的目标取消请求后，决定丢弃移动主机的位置。APS给予用户IP内容一个特殊的状态，该状态指示IP地址在使用而位置未知。当新数据报到达APS时，APS放弃该数据报。
上述描述仅说明了本发明的优选实施方式。然而，本发明并不局限于这些例子，而可以在附属权利要求书的范围和实质内变化。

Claims (20)

1.一种用于向移动通信系统中的移动主机提供因特网协议IP类型的移动性的方法，所述移动通信系统包括多个移动主机、至少两个移动交换机、多个与所述移动交换机连接的基站，至少一个所述移动交换机用作所述移动通信系统与外部数据网接口的网关，
其特征在于，所述方法包括以下步骤：
为移动主机分配IP地址，
利用用户标识符和数据设备标识符来标识所述移动通信系统中的移动主机，
建立使所分配的IP地址与用户标识符以及数据设备标识符相结合的地址信息，其中所述地址信息还包含由当前服务所述移动主机的移动交换机的标识符所限定的所述移动主机的位置，所述用户标识符将所分配的IP地址与所述移动通信系统中的特定用户或特定移动站相结合，所述数据设备标识符将所分配的IP地址与数据设备或IP应用相结合，其中所述数据设备或IP应用连接到或集成到所述特定移动站或者与所述特定移动站相关联，
将具有所分配的IP地址的IP数据报从网关交换机路由到所述服务交换机，并根据所述地址信息进一步路由到相应的移动主机。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述方法还包括以下步骤：
在所述服务移动交换机中接收具有所分配的IP地址的数据报，
将所接收的数据报从所述服务移动交换机发送到由所述地址信息中的用户标识符和数据设备标识符所指示的移动主机。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，
所述方法还包括以下步骤：
在从原移动交换机到新移动交换机的切换中，更新由所述地址信息中的当前服务所述移动主机的移动交换机的标识符所限定的所述移动主机的位置。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，
所述切换包括以下步骤：
从所述移动主机向原移动交换机发送漫游请求，
从原移动交换机向新移动交换机发送漫游请求，所述漫游请求包含所述地址信息，
在新移动交换机中更新所述地址信息，
从新移动交换机向原移动交换机发送确认，所述确认包含更新后的地址信息。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，
所述方法还包括以下步骤：
在原移动交换机中将所述更新后的地址信息存储一段预定的路由选择时间，以便能对发向新移动交换机的任何随后数据报进行路由选择。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，
所述方法还包括以下步骤：
在所述切换之后，在原移动交换机中接收具有所分配的IP地址的数据报，
响应于对于随后数据报的接收，向发端移动交换机发送位置更新，以指示IP地址的新位置，
根据所述位置更新，将任何随后的具有所分配的IP地址的数据报路由寻址到所述新位置。
7.根据权利要求1-3任一所述的方法，其特征在于，
所述方法还包括以下步骤：
在管理移动交换机中管理IP地址空间的分配，其中所述分配的IP地址属于所述IP地址空间，并且所述管理移动交换机不同于当前服务所述移动主机的移动交换机；
在所述当前服务移动主机的移动交换机以及所述管理移动交换机中保持所述地址信息。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，
所述方法还包括以下步骤：
如果所述管理移动交换机既不是所述原交换机也不是所述新交换机，响应于切换而在所述管理移动交换机中更新所述移动主机的位置。
9.根据权利要求1-3任一所述的方法，其特征在于，
所述方法还包括以下步骤：
在管理移动交换机中管理IP地址空间的分配，其中所述分配的IP地址属于所述IP地址空间，并且所述管理移动交换机不同于所述网关交换机；
在所述网关交换机中从所述外部网接收寻址到所分配的IP地址的第一数据报，
从所述管理移动交换机请求所述IP地址的位置信息；
接收来自所述管理交换机的所述IP地址的位置信息，
将所述第一数据报以及任何随后的、具有所分配的IP地址的数据报路由到由所述位置信息所指示的服务移动交换机。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，
所述方法还包括以下步骤：
在所述网关交换机中接收来自所述位置信息所指示的移动交换机的位置更新，
响应于所述位置更新，将任何随后的、具有所分配的IP地址的数据报路由到所述位置更新中所指示的新位置。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，
所述方法还包括以下步骤：
当从得到所述位置信息或从最后接收到具有所分配的IP地址的数据报之后经过预定时间周期之后，在所述网关交换机中删除所述IP地址的位置信息，
如果在删除后接收到具有所分配的IP地址的数据报，则所述管理交换机重新请求所述IP地址的位置信息。
12.根据权利要求1-3任一所述的方法，其特征在于，
所述用户标识符是移动用户标识符，所述数据设备标识符是网络业务点接入标识符。
13.根据权利要求1-3任一所述的方法，其特征在于，
当所述移动主机注册到所述移动通信系统时，将所述IP地址动态地分配给所述移动主机，或者永久地将所述IP地址分配给所述移动主机。
14.一种移动通信系统，所述移动通信系统包括：
多个移动主机，
至少两个移动交换机，其中至少一个所述移动交换机用作所述移动通信系统与外部数据网接口的网关，
与所述移动交换机连接的多个基站，以及
用于为所述移动主机提供因特网协议IP类型移动性的移动性机制，
其特征在于，
所述移动性机制包括：
移动交换机，所述移动交换机包括利用用户标识符和数据设备标识符来标识每个移动主机的装置，以及利用当前服务移动主机的移动交换机的标识符来限定所述移动主机的位置的装置；
用于为每个移动主机存储动态分配的或者永久分配的IP地址的装置，其中所述IP地址与所述用户标识符、所述数据设备标识符以及各个移动主机的位置信息相结合；
所述移动交换机包括根据所述位置信息将具有所分配的IP地址的IP数据报从网关交换机路由到所述服务交换机，并且根据与所述IP地址相结合的所述用户标识符以及所述数据设备标识符，进一步路由到各个移动主机的装置。
15.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，
所述移动交换机还包括在从原交换机到新交换机的切换时更新所述位置信息的装置。
16.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，
所述原移动交换机包括用于将所分配IP地址的更新后的位置信息存储预定的路由周期，以便能对寻址到所述新交换机的、任何具有所分配IP地址的其它数据报进行路由选择的装置，并且
所述原移动交换机还包括响应于接收到具有所分配IP地址的所述其它数据报，在发端移动交换机中更新所述IP地址的位置信息，以便允许所述发端交换机将任何具有所分配IP地址的其它数据报重新路由到所述新位置。
17.根据权利要求14、15或16所述的系统，其特征在于，
至少一个所述移动交换机包括地址库服务器，所述地址库服务器用于管理所述移动通信系统中或其一部分中的整个IP地址空间，
除了当前服务移动交换机之外的移动交换机的地址库服务器还存储与所述IP地址相结合的位置、用户标识符以及数据设备标识符，并且
所述新交换机包括响应于切换而更新所述地址库服务器中的移动主机的位置。
18.根据权利要求17所述的系统，其特征在于，
所述网关交换机包括：
响应于从所述外部网接收到寻址到所分配的IP地址的第一数据报，从相应地址库服务器中请求所述IP地址的位置信息的装置，以及
用于将所述第一数据报和任何具有所分配IP地址的其它数据报路由到由所述位置信息所指示的服务移动交换机的装置。
19.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述用户标识符是移动用户标识符，所述数据设备标识符是网络业务点接入标识符。
20.一种移动通信系统的移动交换机，所述移动通信系统包括：
多个移动主机，
至少两个移动交换机，其中至少一个所述移动交换机用作所述移动通信系统与外部数据网接口的网关，
与所述移动交换机连接的多个基站，
其中所述移动交换机包括用于为所述移动主机提供因特网协议IP类型移动性的移动性机制，
其特征在于，
所述移动性机制包括：
用于利用用户标识符和数据设备标识符来标识每个移动主机的装置，以及利用当前服务移动主机的移动交换机的标识符来限定所述移动主机的位置的装置；
用于为每个移动主机存储动态分配的或者永久分配的IP地址的装置，其中所述IP地址与所述用户标识符、所述数据设备标识符以及各个移动主机的位置信息相结合；
所述移动交换机包括根据所述位置信息将具有所分配的IP地址的IP数据报从网关交换机路由到所述服务交换机，并且根据与所述IP地址相结合的所述用户标识符以及所述数据设备标识符，进一步路由到各个移动主机的装置。
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