CN1247001C - Ip无线接入网中的寻址方法 - Google Patents

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Abstract

本发明特别地涉及一种用在基于IP的无线接入网中的寻址方式。根据本发明，该寻址方式包括通过基站与终端用户无线终端通信的无线信道的类型是由记载在每个通过该无线接入网交换的并属于与终端用户无线终端的通信的TCP或UDP数据包中的通信口号码值意义明确地确定的。

Description

IP无线接入网中的寻址方法
技术领域
本发明涉及无线通信系统，并且尤其涉及一种用在基于IP的无线接入网中的寻址方法。
背景技术
在一个普通的无线通信网络中，一个无线终端通过一个无线接口接入到一个无线接入网，该无线接入网是专用的基础设施以建立并控制在无线终端和不同的其它可能的终端用户之间的连接，例如，另一个无线终端、一个固定终端、或一个网服务器。
一个无线接入网主要包括基站和它们的控制器。终端用户数据和连接控制数据通过无线接入网在这些网络单元之间传达。
在通常的GSM移动无线通信网络的情况下，该无线接入网是适合具有例如在一个基站和其控制器之间持久地连接的GSM标准的。
在第三代无线通信网络中，以UMTS为例，它证明使用一个实际上的标准网络(例如，ATM或IP网络)作为在无线接入网中基本传输能力代替特别的适合于该无线通信网络的无线接入网更合适。这个允许重新使用在已完成的服务的性能和质量方面的最近的增强，并保持在IP或ATM传输的领域的存在的改进。为了使这些实际上的标准网络适应一个无线接入网的特殊的需要，在该IP或ATM传输层之上特殊层不得不被实施。
图1表示一个IP主干网的一个例子，用作一个UMTS无线通信网络中的无线接入网的传输层。在一个UMTS无线通信网络中，基站被称作节点B，基站控制器被称作网络控制器RNC。若干个基站101，...，104以及若干个RNC111，112被作为该基于IP的无线接入网的主机考虑并通过互连的边缘路由器121，...，124和中心路由器131，...，133互相连接。边缘路由器121，...，124和中心路由器131，...，133的相互连接构成了该IP主干。
该无线接入网的最主要的任务在于在一个基站和其对应的RNC之间通信(IuB接口)以及在若干个RNC之间的通信(Iur接口)。在一个基于IP的无线接入网中，这些通信能够构成若干跳(hop)，若干个边缘路由器或中心路由器在两个主机之间中继该通信。
在象这样的一个基于IP的无线接入网中，在不同的路由器之间的物理连接能混合若干种技术。传输功能，比如寻址和路由选择，被根据IP实际上的标准构成。该无线接入网的所有单元(例如，基站101，...，104，RNC111，112，路由器121，...，124和131，...，133)被分配一个IP地址，并能意义确定地访问具有这个IP地址的单元。该基于IP的协议栈的IP层对在主机之间传送数据负责。
一个协议层，置于该IP层之上，负责区分单个主机中的多个数据源和目标。这些不同的源或目标可以是不同的并发应用程序。这是具有高处理能力的基站或基站控制器执行的并行处理和多任务所需要的。
在该基于IP的协议栈中的象这样的一个层的例于是UDP(用户数据报协议)，另一个例子可以是TCP(传输控制协议)。10P或TCP都提供两种不由IP层提供的服务。它们提供端口号以帮助区别单个主机内部的不同的源和目标，并可选择地提供一种检查和性能以校验数据完整到达。
在开放系统互连(OSI)通信模式下，IP与网络层层3一致。UDP、象TCP一样是在传输层层4。用户数据报协议是由Internet工程任务组(征求意见768)指定的。
本发明涉及到基于IP的无线接入网对无线通信网络的特殊要求的适应性。这些特殊要求之一是该无线通信网络的纯粹的无线部分不是通过普通的IP实际上的标准支持的。
一个无线通信网络的无线部分支持例如不同的信道类型。这些信道类型的第一类别是专用信道(例如，专用业务信道DTC)，其特性是专用于一个通信。无线信道类型的另一个类别是公共信道。这些无线信道多路传输属于几个连接的数据或由几个连接共享的数据。公共信道类型的例于是随机接入信道(RACH)或广播信道(BCH)。这并不是所有可能信道类型的详尽列表。不同信道类型的完整的列表是依赖无线通信网络的，并是用每个无线通信信道的无线接口规格来描述的。
在若干个信道类型之间的区分的可能性不是在该IP实际上的标准给出的。在该基于IP的无线接入网和无线通信网络的无线部分之间一个协议变换不得不被执行以补救这个问题并允许该基于IP的无线接入网和无线通信网络的无线部分之间的互通。这个协议变换最好发生在该无线接入网的边缘(例如，在基站中或在基站控制器中)。
一种用于解决这个问题的方法在基于ATM的无线接入网中被提供，并包括利用在该ATM实际上的标准中规定的信令平面以传达该无线部分特定参数。该用户数据通过一个建立在基站和RNC之间的连接被并行地传达。然而，与基本上面向连接的ATM相反，IP是基本上无连接的并且不提供任何信令平面。
作为结果，每个附加的通信参数不得不通过在基于IP的无线接入网中交换的IP数据包的有效负载中增加一个字段被传达。这个添加的字段包含添加的通信参数(例如，必须在其上将该信息映射到网络无线部分上的信道的类型)可能是一个密封在UDP数据包中的通信实体的报头的一部分。
这种方法的缺点是要增加额外开铺和传输减慢以及处理延迟。所有的更成问题的是保持该延迟，在穿过网络的时候，为了确保一个可以接受的服务的质量，尽可能小的延迟是重要的。这种方法同样有减小在该无线接入网和无线接口之间的接口的吞吐量的缺点。
发明内容
本发明的一个特别的目的是提供一种寻址方法，该方法不需要单独的信令平面，这种信令平面用于在无线接口上通知必须在其上传输针对无线终端的数据的无线信道的类型。
本发明的另一个目的是不使用另外的用于明确规定在空中接口中传送相应数据时将要使用的无线信道类型的字段。
为实现上述目的，本发明提供一种用在基于IP的无线接入网中的寻址方法，所述无线接入网包括多个基站和至少一个基站控制器，所有的基站和基站控制器利用基于TCP/IP或UDP/IP的协议栈彼此通信，每个所述基站被专用于与通过至少两种不同类型无线信道接入所述无线接入网的多个无线终端通信，所述方法的特征在于包括以下步骤：
对于在一种类型的无线信道上基站与无线终端之间的通信，在所述无线接入网上交换属于所述通信的TCP或UDP数据包，所述数据包包含与无线信道的所述类型明确地关联的端口号。
这种方法有减少在一个基于IP的无线接入网和通信网络的无线部分之间的协议变换所必需的额外开销的优点。
本发明还提供一种基站，是基于IP的无线接入网的一部分并通过利用基于IP的协议栈与所述无线接入网的其它单元通信，所述基站被专用于与通过至少两种不同类型的无线信道接入所述无线接入网的多个无线终端通信，其特征在于包括：
用于确定必须在其上将来自所述无线接入网的数据传送到所述无线终端之一的无线信道的类型的装置，所述用于确定无线信道类型的装置利用从所述无线接入网收到的、并属于与所述无线终端通信的数据包的TCP或UDP报头中提到的端口号，意义明确地确定所述信道类型。
本发明还提供一种无线网络控制器，是基于IP的无线接入网的一部分并通过利用基于IP的协议栈与所述无线接入网的其它单元通信，所述无线网络控制器接收从该无线接入网之外来的属于与无线终端通信的数据，所述无线终端可以通过至少两种不同类型的无线信道受到访问，其特征在于包括：
用于根据属于所述通信的所述数据确定必须在其上将属于所述通信的一部分数据发送到所述无线终端的信道类型的装置，所述用于确定无线信道类型的装置根据所述信道类型意义明确地确定将在通过所述无线接入网交换的并属于与所述无线终端通信的每个TCP或UDP数据包中提到的端口号。
附图说明
本发明的其他特性和益处可以在阅读下面通过一个非限制性例子给出的一个优选的实施的描述和从附图得出，其中：
图1示出了一个基于IP的无线接入网的物理结构；
图2示出了根据本发明的寻址方式的原理。
具体实施方式
已就本发明的技术问题描述过图1。
UDP优选于在后面的TCP，因为它比TCP更加适应一个无线接入网的延迟要求。不同于TCP，UDP不提供将一条消息分割为数据包(数据报)并在另一端重新装配该消息的服务。特别地，UDP不提供数据包的重发。这些特殊的TCP特性严重地影响了无线接入网中的端对端延迟。
然而，上述的寻址方式同样可应用在一个使用TCP的基于IP的协议栈，因为TCP与UDP一样使用端口号的概念。
图2表示一个在基于IP的无线接入网中交换的IP数据包并举例说明了根据本发明的寻址方式。在OSI通信模式下，该基于IP的协议栈依靠一个附属于一个确定层的通信单元的密封，确定层是在一个附属于下一层的协议单元中。IP数据包20包括一个IP数据包报头21和一个IP数据色有效负载。该IP数据包有效负载22依次密封一个包括UDP报头23和一个UDP有效负载24的UDP消息。UDP有效负载24密封一个无线部分专用消息。这个消息的报头25尤其包括该消息去往的终端用户无线终端的标识，发送该消息的终端用户无线终端的标识，并且这个消息的有效负载26含有终端用户数据。终端用户无线终端标识最好包括一个定位该终端用户无线终端的地址。这个地址在附加该终端用户无线终端的基站的区域中是唯一的。
该UDP报头23象在IETF标准中规定的一样被划分为四个双字节字段，规定以下参数：
发送该UDP有效负载的端口(源端口号SPN)；
该UDP有效负载去往的端口(目标端口号DPN)；
该UDP有效负载长度L；和
一个UDP有效负载检查和CRC。
该目标端口号被用于正确地多路分解该IP数据包并将每个UDP有效负载转发到对应于该目标端口的应用程序。通常，该源和目标端口仅在内部用于一个主机(例如，基站或RNC)。为并行执行相同任务的并发应用程序保留一组端口号。在UDP协议的通常使用中，当激活一个应用程序时，随机地或根据循环算法向应用程序分配端口号。
与上述该随机端口号分配相反，这个发明包括在某种程度上管理这个可用的端口号的组合，每个端口号不是仅仅用于在主机的内部处理，而且传达一种关于必须在其上发送数据的无线信道类型或者从其上接收数据的无线信道类型的指示。为了这个原因，该端口号的组合被划分为端口号的几个组，每个组被专门地用于处理通过一个预定类型无线信道发送或接收的数据。
对于无线接入网中的每个主机，该端口号的组合以及一组端口号到一种信道类型的分配最好是相同的。
一个第一组端口号将被用于在该基站的协议变换之后通过一个第一信道类型发送数据。第二组被用于通过第二信道类型发送数据等等...
每组应该至少包括一个端口号。如已经提到的，信道类型的确切数目被从该考虑过的无线通信网络的无线接口规格中分析得出。
使用UDP报头中的目标端号，使端口号与将在无线接口中使用的信道类型关联。同样可以想象使用在UDP报头中的源端口号建立这种关联。在使用一个参数或使用另一个参数之间必须做出选择。
不同组的大小应被如此完成，它平衡并优选在每个可利用的端口号上的负载。在可利用的端口号和无线接口上的相应的信道类型之间的映射可以是一个在无线接入网的初始化中已初始化的系统参数，以便向每个基站或RNC通知这种映射。
在另一个实施例中，这个映射可以是根据无线接入网的需要动态地更新的，并且一旦更新就通知基站和RNC。一个无线接入网的操作和管理中心(OMC)部分例如可以对经过无线接入网的不同通信流量进行统计，并确定一个在该端口号和该无线信道类型之间的最佳映射。这个更新可以在恒定的时间间隔或根据本领域技术人员已知的其它更新准别完成。
在端口号和信道类型之间的该对应关系可以物理地存储在一个可由无线接入网的基站和RNC访问的存储单元或数据库中。该存储单元可以中心地定位在网络中或分布在不同的主机中。
除基站和RNC之外，无线接入网的其它单元(例如，边缘和中心路由器)透明地传送包含在UDP报头中的该目标端口号而不修改它。
在下面，将详细讨论这种寻址方式在该无线接入网中的一个主机(基站或RNC)中的使用。
第一部分描述在一个基站中对来自无线接入网并将经过无线接口发送到无线终端的数据使用该寻址方法。该基站根据UDP目标端口号识别必须在哪个信道类型上发送数据。在UDP有效负载中的一个字段同样被用于给出数据去往的终端用户的标识符。对于属于一个基站的所有的终端用户无线终端来说该标识符是唯一的。终端用户标识符和该UDP端口一起确定在空中接口上发送的消息的目标。
该RNC也负责协议变换。它通常从无线通信网络其余部分接收一个呼叫标识符，并将其变换为无线接入网专用的格式。因而，该呼叫标识符变换为一个包括基站IP地址、UDP目标端口号和终端用户标识符的三元组。然后使用这些参数以及用户数据构造将要通过该无线接入网发送的IP数据包。
第二部分描述在一个基站中对从无线终端接收的并将要发往无线接入网的数据使用该寻址方法。该基站检测接收这些数据的无线信道的类型。它从存储单元中选择一可用端口号，该端口号属于分配给适当信道类型的那组端口号。然后，该基站运行包括将从无线信道接收的数据格式映射为IP数据包的协议变换。在密封的UDP数据包的报头中的该目标端口字段被设置为从存储单元取出的该端口号的值。密封在该UDP数据包中的该无线部分专用消息，在其报头中包含一个字段，该字段指定在这些数据的来源处一个终端用户无线终端的标识符。这个标识符与该UDP端口号的结合在一个给定基站的区域是唯一的。
在基站，除该纯粹的协议变换外，若干个数据流的整形和多路传输能被完成。因而，该UDP数据包不仅仅可以密封一个无线部分专用消息，还可以密封多个属于不同用户的、但是在相同信道类型的无线信道上接收或者发送的多路传输的无线部分专用消息。若干个多路传输无线部分专用消息被称为一个容器。该整形包括例如根据分配给无线部分专用消息的不同优先级对无线部分专用消息进行分段。

Claims (5)

1.一种用在基于IP的无线接入网中的寻址方法，所述无线接入网包括多个基站和至少一个基站控制器，所有的基站和基站控制器利用基于TCP/IP或UDP/IP的协议栈彼此通信，每个所述基站被专用于与通过至少两种不同类型无线信道接入所述无线接入网的多个无线终端通信，所述方法的特征在于包括以下步骤：
对于在一种类型的无线信道上基站与无线终端之间的通信，在所述无线接入网上交换属于所述通信的TCP或UDP数据包，所述数据包包含与无线信道的所述类型明确地关联的端口号。
2.根据权利要求1的寻址方法，其特征在于每个所述无线信道类型是与所述无线接入网的基站或基站控制器的可利用的至少一个所述端口号相关联。
3.根据权利要求1的寻址方法，其特征在于用在所述基于IP的无线接入网中的所述基于IP的协议栈包括：UDP/IP组合、在所述UDP报头中意义明确地确定所述无线信道类型的UDP目标端口号。
4.根据权利要求1的寻址方法，其特征在于用在所述基于IP的无线接入网中的所述基于IP的协议栈包括：UDP/IP组合、在所述UDP报头中意义明确地确定所述无线信道类型的UDP源端口号。
5.根据权利要求1的寻址方法，其特征在于与所述无线终端通信的参数由包含在用在所述无线接入网中的所述基于IP的协议栈的不同层的IP地址、UDP目标端口号和通信标识符定义。
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