CN1303833C - 用于分组数据服务节点负载平衡和容错的系统与方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于提供分组数据服务节点(PDSN)负载平衡和容错的系统和方法。一种示范性方法包括提供具有多个分组数据服务节点(218A，220)及至少一个系统管理器(222)的访问节点(280)，从第一分组数据服务节点上的无线节点(206)接收登记请求，确定第一分组数据服务节点(218A)不能服务登记请求，及从第一分组数据服务节点向系统管理器发送分组数据服务节点选择请求，确定第二分组数据服务节点(220)服务该登记请求，并且为第一分组数据服务节点提供第二分组数据服务节点的地址，从第一分组数据服务节点(218A)向无线节点发送登记回答消息，其中登记回答消息包括第二分组数据服务节点的地址。

Description

用于分组数据服务节点负载平衡和容错的系统与方法

相关申请的交叉参考

本申请要求于2002年6月13日提交的序列号为No.10/170,900的美国专利申请的优先权，其全部内容在此引用作为参考。

技术领域

本发明涉及移动互联网协议(“IP”)网络中的通信。尤其涉及分组数据服务节点的负载平衡和具有容错能力的分组数据服务节点的备份。

背景技术

公共分组交换网络可用于向/从移动通信装置(移动节点)传送业务，所述移动通信装置比如是移动主机，或者是将其接点从一个网络转换到另一个网络的路由器。移动IP数据网络的基本结构在现有技术中是已知的，并且在多种出版物中有所描述，包括注释请求(“RFC”)文件RFC2002(1996)(随后称为“RFC2002”)，可在网址为wwww.ietf.org的互联网工程任务组(“IETF”)中获得该文件的更多的信息。移动IP数据网络领域的技术人员非常熟悉这篇文件以及用于在实际中实施移动IP数据网络的设备。

在一个移动IP通信网络中，一个移动节点通过两个设备：一个“外部代理”和一个“本地代理”在一个IP网络上与一个目标主机通信。在序列号为No.09/354,659，题目为“具有分布在多个设备中的本地代理和/或外部代理功能的移动互联网协议(IP)网络”的美国专利申请中提供了一个描述这种通信类型的移动IP网络的例子，其整个内容在此引作参考。通常，外部代理的功能并入到一个移动节点的访问网络的路由器当中。外部代理为移动节点提供了路由服务，同时它向本地代理登记。例如，外部代理将移动节点的本地代理封装过的数据包拆封并传送到移动节点。

本地代理通常并入到移动节点本地网络的路由器当中。本地代理为移动节点保持当前的位置信息。当一个或者多个本地代理正在同时处理多个移动节点的呼叫时，本地代理实质上提供了类似于虚拟专有网络服务的服务。每个移动节点通常与一个分离的本地网络相关联，并且从该本地网络通过本地代理到达外部代理和移动节点的路由路径与该移动节点的虚拟专有网络类似。

移动IP需要移动节点(一个移动实体)与外部代理之间的链路层连通。但是，在一些系统中，移动节点的链路层可以在远离外部代理的点上终止。这样的网络通常被称为第三代无线网络。图1是一个表明通常在第三代无线网络中应用的网络结构的方框图。参考图1，一个移动节点10通过三个设备：一个无线网络节点16，一个分组数据服务节点18以及一个本地代理节点24，在一个IP网络30上与一个目标主机34通信。移动节点10的物理层在无线网络节点16上终止，外部代理的功能存在于分组数据服务节点18上。通常，无线网络节点16在移动节点10和分组数据服务节点18之间传递链路层协议数据，并且分组数据服务节点18建立、保持和终止到移动节点10的链路层。例如，移动节点10可以通过一个无线接入网上的通信链路链接到无线网络节点16。

分组数据服务节点18为移动节点10提供了路由服务，同时它向本地代理24登记。分组数据服务节点18将从本地代理节点24经由IP网络20封装的数据包拆封并且传送到移动节点10。分组数据服务节点16和本地代理24之间交换的通信业务包括数据业务和控制业务。控制业务包括登记请求或者登记回答消息。控制和数据业务通过分组数据服务节点16发送，并且在移动节点10结束。目标主机34可通过任意数量的网络，例如IP网络20和30，连接到一个本地网络26，或者可以直接位于本地网络26上。可选地，目标主机34可以通过其它类型的分组交换网络连接到本地网络。

可以在移动节点本地网络26的路由器上实现本地代理24。本地代理24为移动终端10保持当前的位置信息数据，例如外部代理地址、移动节点10的网络访问标识符(“NAI”)、移动本地地址以及本地代理和移动节点10之间共享的密钥。本地代理将从目标主机34到分组数据服务节点18的数据封装，并且在反方向上类似地提供隧道(tunnelling)服务。可以在RFC2661中找到有关点-点隧道比如2层隧道协议(“L2TP”)的更多信息，目前可以 www.ietf.org中找到。

因此，本地代理24通常为移动节点10执行至少两个明显不同的任务。首先，本地代理24执行登记和鉴定处理从而确定是否已经授权移动节点10访问本地网络26。这可以包含，例如，通过使用诸如移动实体的唯一的序列号、NAI或者制造号、密码认证，检测移动实体的鉴定，并且可能检查移动实体的帐户是否是流通的和已付的。本地代理的登记和鉴定功能可以结合第二设备或者在第二设备的协助下完成，第二设备例如是鉴定、授权和记帐(“AAA”)服务器，例如一个远程验证拨入用户服务(“RADIUS”)服务器。有关RADIUS服务器的更多信息可以在RFC-2138中找到，其当前可以在 www.ietf.org获得更多信息。本领域的技术人员已经知道，登记处理包括接收和处理来自于分组数据服务节点18的登记请求消息，并且包括向分组数据服务节点18发送登记回答消息。

分组数据服务节点18也为移动节点10执行四个明显不同的任务。分组数据服务节点18处理移动节点10的登记和会话控制，包括向本地代理24发送登记请求消息，以及处理从本地代理24接收的登记回答消息。此外，分组数据服务节点18具有隧道封装责任，用于向本地代理24发送数据包，从而最终传送到目标主机34，以及从本地代理24拆封数据，从而最终传输给移动节点10。而且，分组数据服务节点18为移动节点10提供鉴定、授权和记帐服务。分组数据服务节点可以与鉴定、授权和记帐服务器例如RADIUS服务器结合或者在其辅助下执行鉴定、授权和记帐的功能。此外，分组数据服务节点18可以提供Pi/FA接口，该接口向/从AAA服务器、移动交换中心(“MSC”)或者一个本地代理提供信令/数据接口。

当移动节点10通过利用无线通信链路向无线网络节点16发送一个呼叫建立指示来启动与无线网络节点之间的通信会话时，无线网络节点16利用分组数据服务节点18启动登记处理。通常，无线网络节点16具有多个分组数据服务节点，这些分组数据服务节点可以向移动节点10提供服务。在已知的现有技术中，无线网络节点16没有用于任何分组数据服务节点的状态信息，所述分组数据服务节点被配置为用于新的通信会话。这样，当无线网络节点16启动移动节点10的登记处理时，无线网络节点16为该移动节点10随机地选择一个分组数据服务节点。在这种系统中，无线网络节点可用的一些分组数据服务节点可能迅速的过载，而其他的一些可能几乎没有使用。而且，如果无线网络节点16向其发送登记请求的几个连续的分组数据服务节点过载，这样的分组数据服务节点将很可能拒绝来自无线网络节点16的登记请求，这样，导致移动节点10的服务延迟。

移动节点的用户会话的负载平衡是一种很重要的性能。目前存在着几种方法用于用户会话的负载平衡。通常，利用分组数据服务节点的多个IP地址将一个无线网络节点编程，无线网络节点可以选择它们中的一个用于来自于一个移动节点的输入会话。根据一种现有的方法，一个无线通信节点可以包括一个分组控制功能，该功能能够根据例如一个移动节点的国际电话用户接口(例如一个电话号码)计算无用信息值，计算的无用信息可以用于选择一个分组数据服务节点的IP地址。该方案的缺点在于该算法不考虑每个分组数据服务节点的当前负载。

根据另一种替代方法，分组控制功能可以应用一个循环机构来选择一个分组数据服务节点。在这样的实施例中，分组控制功能可以在其列表中为下一个分组数据服务节点指派每个随后到达的会话，当最后的分组数据服务节点到达时，循环到第一个分组数据服务服务节点。该循环机构在分组数据服务节点之间分布呼叫；但是其例如不考虑发送到每个分组数据服务节点的呼叫会话的类型。

此外，根据另一种方法，一个外部的外部代理控制节点可以根据例如分组数据服务节点的存储器使用量或者处理能力使用量来选择一个分组数据服务节点。外部代理控制节点的功能在序列号为No.09/881,649，题目为“管理移动互联网协议网络中的外部代理选择的系统和方法”的美国专利申请中有所描述，其全部内容在此引作参考。尽管外部代理控制节点在分组数据服务节点的选择过程中提供了负载平衡机构，但是对其目前的结构仍然存在很多限制。首先，目前的分组控制功能选择算法不易与支持多个备份的外部代理控制节点。其次，外部代理控制节点需要在系统结构中增加附加组件，并且当一个PDSN发生故障时，不允许节省用户会话，否则将变得不可用。

因此，需要一种用于在移动IP网络上选择服务节点，例如分组数据服务节点或者本地代理的改进的系统和方法。

发明内容

开发了一种用于分组数据服务节点的负载平衡和容错备份的系统和方法。

一种示范性方法包括提供一个包括多个分组数据服务节点和至少一个系统管理器的访问节点，从访问节点上的第一分组数据服务节点处的无线节点接收登记请求，从而在第一分组数据服务节点和移动节点之间建立一个通信会话；确定该第一分组数据服务节点不能用于该登记请求；并且作为响应，从第一分组数据服务节点向访问节点上的系统服务器发送一个分组数据服务节点选择请求。该方法进一步包括：在系统管理器确定一个第二分组数据服务节点；在系统管理器生成包括第二分组数据服务节点的地址的分组数据服务节点选择回答消息；并且向第一分组数据服务节点发送分组数据服务节点选择回答消息。该方法进一步包括：在第一分组数据服务节点处接收分组数据服务节点选择回答消息；从第一分组数据服务节点向无线节点发送包括登记拒绝和第二分组数据服务节点的地址的登记回答消息。该方法还包括在移动节点和第二分组数据服务节点之间建立通信会话。

一种用于提供分组数据服务节点备份的方法包括：提供一个具有多个分组数据服务节点和至少一个系统管理器的访问节点；为至少一个分组数据服务节点分配一个合作分组数据服务节点；在至少一个系统管理器和至少一个分组数据服务节点之间建立一个监视机构；并且检测被分配有激活任务(active role)的至少一个分组数据服务节点中之一发生的故障。该方法还包括：在系统管理器为发生故障的分组数据服务节点确定一个合作分组数据服务节点，并且将通信会话从发生故障的分组数据服务节点转换到合作分组数据服务节点。

本领域的普通技术人员通过参考附图阅读下面的详细说明，将清楚本发明的这些和其它方案以及优点。

附图说明

参照附图描述本发明的示范性实施例，其中：

图1是表明现有技术中的移动IP网络结构实例的功能框图；

图2是表明一个适于在本发明中应用的网络系统实施例的功能框图；

图3是表明根据本发明的一个实施例的一个访问节点的框图；

图4是表明根据本发明的一个实施例的访问节点的分布结构的框图；

图5是表明根据本发明的一个实施例的访问节点的控制架的框图；

图6是表明根据本发明的一个实施例的访问节点的数据架的框图；

图7是表示根据本发明的一个实施例的访问节点中的架(shelf)体系结构的框图，该架体系结构用于架中对等模块之间的数据平面连通性并用于与机控制器和系统管理器的底板连通性。

图8是表明根据本发明的一个实施例的系统控制总线的示范性物理互连的框图；

图9是表明根据本发明的一个实施例的媒介数据总线的物理互连的框图；

图10是表明根据本发明的一个实施例的内架电缆拓扑的框图；

图11是表明根据本发明的一个实施例的一个PDSN/HA启动处理的消息序列模式的框图；

图12是表明根据本发明的一个实施例、使用一个系统管理器的一个PDSN选择方法的消息序列模式的框图；

图13是表明根据本发明的一个实施例、使用一个分布信息数据库机构的一个PDSN选择方法的消息序列模式的框图；

图14是表明根据本发明的一个实施例、使用一个系统管理器的一个HA登记处理的消息序列模式的框图；以及

图15是表明根据本发明的一个实施例、使用一个分布的信息数据库机构的一个HA登记处理的消息序列模式的框图。

具体实施方式

图2是表明适于在本发明中应用的、用于在移动IP网络中为移动节点选择外部代理和本地代理的一个网络系统200实施例的功能框图。应当理解，这里所描述的这种以及其他设置和处理方法仅是为了举例的目的而提出，其它的设置和元件(例如，接口、功能或者元件次序等)也可以替代使用，并且其中的一些元件可以完全省略。而且，在所述大多数电信应用中，本领域的技术人员能够理解，这里所描述的许多元件都是功能实体，它们可以通过分离的组件或者以任何合适的组合或者位置与其他组件结合来实现。

如图2所示，系统200包括一个移动节点202，一个基站控制器204，一个无线节点206，访问节点208和224，一个IP网络210，一个外部鉴定、授权和记帐(“FAAA”)服务器214，一个本地鉴定、授权和记帐(“HAAA”)服务器216，以及一个目标主机212。移动节点202可以采用任何合适的形式，例如，电话，膝上型电脑，传真机，或个人数字助理(“PDA”)。尽管仅表明了一个移动节点，但是应当理解也可以存在多个移动节点。

移动节点202通过基站(未显示)与基站控制器204相连。基站控制器204可以位于一个无线网络上，例如一个CDMA无线网络。基站控制器204与无线节点206连接。无线节点206可以包括一个分组控制功能块(“PCF”)，用于为一个新的输入用户通信会话选择一个PDSN。例如，PCF可以利用PDSN的一个或者多个IP地址被预编程。

无线节点206与访问节点208通信。访问节点208是一个用于向移动节点传递数据服务的多服务访问平台。根据一个示范性实施例，访问节点208包括多个PDSN，在图2中表明了其中的两个：PDSN218和PDSN220。PDSN218和220与一个系统管理器222通信。系统管理器222从每个PDSN接收负载/状态信息，并且确定为移动节点分配的PDSN，系统管理器的其它功能将在下文中描述。可选地，如同下文中将详细描述的，系统管理器222可以支持一个分布负载数据库。

访问节点208进一步与包括多个HA的访问节点224通信，在图2中表明了其中的两个：HA226和HA228。HA226和228与一个系统管理器230通信。图2示出了两个访问节点，其中访问节点208容纳PDSN卡，访问节点224容纳HA卡。但是，应当理解，网络结构可以包括一个单个的访问节点，该访问节点中包含有PDSN和HA的组合。

PDSN218是从移动节点202开始的点到点协议(“PPP”)会话的结束点。PDSN218也可以集合或者分离PPP包从而获得IP包，这些IP包然后被发送到一个HA，例如访问节点224上的HA226或HA228。访问节点208和224进一步分别连接到FAAA214和HAAA216。FAAA214可以鉴别登录到PDSN上的移动用户，为用户提供对PDSN的具体配置选项，或者在移动IP登记过程中提供路由信息。访问节点208进一步连接到IP网络210，IP网络210进一步连接到目标主机212。

由于PDSN不能直接与HAAA216(其通常位于移动节点的本地网络当中)通信，，因此FAAA214可以作为HAAA216在网络服务提供域的代理服务器。在该实施例中，当FAAA214从PDSN218接收到一个鉴定请求时，FAAA214可以向HAAA216发送请求，并且HAAA216可以向FAAA214发送鉴定响应，然后FAAA214将该响应发回到PDSN218。在FAAA214和HAAA216之间可以存在一个共享的密钥，用于鉴定在它们之间发送的消息。

HAAA216和访问节点224可以位于移动节点202的本地网络当中。HAAA216可以在本地网络鉴别移动节点的登记请求。HAAA216也可以提供一个服务HA配置参数，用于建立呼叫会话。例如，配置参数可以包括一个安全级别，一个区别服务类型或者反向隧道参数。HAAA216也可以代表移动节点202鉴别来自于FAAA214的鉴定请求。FAAA214可以向HAAA216发送请求，并且HAAA216可以鉴别该请求并且向FAAA214发回响应，这些响应接下来被传送到PDSN218。

图3是表明访问节点208的一个示范性实施例的框图300。图3中所示的访问节点208和224可以配置在一个单独的机架之上，该机架包括三个架：控制架302以及两个数据架304和306。控制架302由多个卡(0-N)构成，以后将参照后面的图详细描述。控制架302可以通过网络管理接口308连接到一个网络管理系统，这样能够使系统管理器根据它们的系统要求来配置访问节点208和224。控制架302进一步包括一个到网络316的接口310。在一个实施例中，网络316可以是CDMA网络，PSTN/TDM，或者ATM网络，以及数据网络，例如互联网。但是，也可以使用不同的网络。在一个实施例中，控制架中的每个卡可以包括两个端口，例如两个可以用于向/从网络316传送数据的吉比特以太端口。

而且，图3所示的访问节点208和/或224包括两个数据架304和306，其具有多个卡(0-N)，下文中将参考随后的图详细描述。数据架304和306包括到网络316的接口312和314。应当理解：图3中仅表明了一些外部接口，而没有表明机架之间的连接。而且，应当理解本发明不局限于包括三个架的一个单独的机架，在该单个机架中可以加入多个架。

可选地，访问节点208或者访问节点224可以分布在多个机架当中。在一个这样的配置中，一个控制架可以控制分布在多个机架上的多个数据架。图4是表明访问节点208的一个分布网络结构400的框图。除了图3所示的机架350，访问节点208进一步包括一个第二机架450。第二机架450包含三个通过接口408、410和412与网络316通信的数据架402、404和406，并且分别通过接口414、416和418进一步与网络316通信。应当理解，本发明并不局限于两个机架，也可以使用两个以上的机架。

图5是表明根据一个示范性实施例的一个控制架500的框图。图5所示的控制架500包括18个卡槽；但是，应当理解，控制架并不局限于这样的结构，也可能有一些槽未被使用并且没有插入任何卡，或者也可以使用更少的卡槽。根据一个示范性实施例，控制架500的所有组件都表现有备份，例如1-1备份，并且具有容错的能力。这样，控制架500的每个组件可以包括一个激活卡和一个备用卡，从而，如果激活卡发生故障，备用卡可以检测到该故障，并且充当激活卡使用，下面将详细描述这样的实施例。

控制架500包括两个架控制器502和504，并且每个架控制器都由一个专用的硬件支持，该专用硬件的形式是位于架500的最左侧的槽中的两个一半高度的卡。而且，控制架500包括两个交换输出模块506和508，两个系统管理器510和512，以及多个应用卡514-536，表示为PDSN/HA卡。应当理解，该示范性实施例并不局限于控制架仅包含PDSN或者HA卡，或者，可选地，控制架500可以包括PDSN和HA卡的组合。

根据一个示范性实施例，架控制器502可以配置成一个主架控制器，并且架控制器504可以配置成一个备份架控制器。每个架控制器包括一个多层(L2/L3)开关，用于将架控制器与架内的每个卡槽相连。而且，每个架控制器可以具有一个到每个槽的分离的总线，即，系统控制总线，以后称为管理总线，用于提供内联和互联卡控制通信，例如一个平台上的管理、信令以及路由。根据一个实施例，例如，一个PDSN卡可以利用系统控制总线与一个或者多个系统管理器卡或者其它PDSN卡通信。在这样的实施例中，PDSN发送的数据通过系统控制总线、一个或者多个架控器卡传送到目的地，例如一个或者多个系统管理器卡或者PDSN卡。与此类似，系统管理器卡可以通过系统控制总线将诸如负载信息数据的数据传送到一个或者多个PDSN卡。在这样的一个实施例中，数据从系统管理器卡，通过系统控制总线和架控制器卡，传送到目的地。应当理解，HA也能够使用系统控制总线与架内的系统管理器卡或者其他卡进行通信。

架控制器502和504管理内联架的硬件配置和硬件管理。例如，架控制器可以读取一个架识别符以及一个架序列号，其可以有助于内部地址的分配，并且允许系统管理器正确的将特定的卡位置和配置相关联。而且，架控制器502和504以存在对架内的其他卡和电源的检测的形式提供物理监视。

架控制器502和504例如也可以选择电源，冷却风扇，或者电源中提供的温度传感器的状态。此外，架控制器502和504可以通过估算每个卡所需的电流与电源中可用的电流之间的关系来负责架500内的功率管理。架控制器502和504可以通过以太接口542(诸如100Mbps或者更快速的接口)与架500内的所有卡进行通信。

交换输出模块506和508可以配置成高速点到点开关(L2/L3)，允许槽内的所有卡，例如系统管理器和PDSN/HA，在一个吉比特链路上与另一个进行通信。交换输出模块506和508应用开关网络接口538和540向/从网络传送数据。

而且，控制架500包括系统管理器510和512，其可以应用任何现有的或者以后开发的管理协议，例如简单网络管理协议，来管理来自于一个点的多个架。系统管理器510和512例如可以通过利用SNMP进行周期性的轮询每个卡，来保持系统中的所有卡的统计和状态信息。而且，根据一个示范性实施例，系统管理器510和512可以为每个PDSN或者HA卡保持负载信息，并且可根据输入会话的类型、每个PDSN可用的存储器或者与用户相关的服务文档，使PDSN/HA选择达到负载平衡，该实施例将在下文中详细描述。系统管理器510和512可以分别通过接口544和546与每个卡通信。而且，每个PDSN或者HA卡具有一个网络接口，即图5所示的网络接口548-570。

图6是表明根据一个示范性实施例的数据架600的框图。数据架600包括通过接口642与架600内的所有卡通信的架控制器602和604。数据架600进一步包括两个通过开关网络接口638和640进行通信的交换输出模块606和608，以及通过接口644-670进行通信的PDSN或者HA610-636。与图5类似，应当理解，数据架600并不局限于仅包括PDSN或者HA，数据架600也可以包括PDSN和HA卡的组合。

图7是表示架体系结构的框图，该架体系结构用于架内对等模块之间的数据平面连通性并且用于与架控制器和系统管理器的底板连通性。

架体系结构700示出了三个示范性应用模块702，704和706。应用模块702-706分别包括网络接口710、718和726，互联工作功能块(“IWFs”)712、720和728，管理和控制接口708、706和724，以及分组处理/传送模块714、722和730。应当理解应用模块702-706可以是一个PDSN模块或者一个HA模块。

网络接口710，718和726提供了一个到诸如PSTN、无线网络或者数据网络的网络的接口。管理和控制接口708，716和724提供了到管理和信令网络(例如SNMP网络，会话启动协议(“SIP”)网络，一个H.323网络，或者任何现有的以及以后开发的信令网络)的接口。管理和控制接口通过一个系统控制总线734(或者一个管理总线)与架控制器模块736和738进行通信，架控制模块736和738向控制架比如图5所示的控制架500发送管理和控制消息。

系统控制总线734提供内联/互联卡控制，例如一个平台内的管理、信令以及路由通信。在一个实施例中，系统控制总线734可以作为一个快速转换的以太(100Mbps)系统控制总线来实现，该系统控制总线提供了一个物理分离并且专用嵌入的网络来支持平台的管理和控制功能。系统控制总线734开始于架700内的两个架控制器模块中的每一个，到每个槽(包括对等架控制器槽)结束。例如，每个架控制器可以通过一个双向100Base T-TX以太链路连接到架内的每个交换输出和应用模块。此外，两个架控制器模块可以通过一个双向100Base T-TX以太链路相连。在一个实施例中，每个连接可以配置成携带100Mbps 100Base T-TX以太网的一对不同的轨迹。因此，在这样的实施例中，每个系统控制总线链路可以是一个包括一对TX和一对RX快速以太链路的4-线接口。但是，应当理解也可以使用不同类型的链路。

图8表明了根据一个示范性实施例的系统控制总线734的示范性物理互连的框图。如图8所示，系统控制总线734将两个架控制器806和808彼此互连到每个交换输出模块802和804以及每个应用卡810-836(例如容纳PDAN或HA卡的每个应用槽)。

再次参照图7，每个应用卡和架控制器都连接到一个媒介数据总线732(以后称为转换结构)。媒介数据总线732在一个架内分布IP分组业务。媒介数据总线732可以由一个星形拓扑来实现，其开始于每个交换输出槽，结束于主底板上的所有其它的槽，包括对等交换输出槽和两个架控制器槽。在一个实施例中，转换的星形总线可以允许每个差分对在Gbps的范围(例如1.25Gbps范围或者2.5Gbps范围，或者更高/高低的范围)内可靠地传送。在一个实施例中，与交换输出槽相连的每条媒介数据总线可以配置成双(TX/RX)点对点差分对(即，辐条)。在这种实施例中，辐条可被分布从而到对等交换输出槽存在两个辐条，到每个应用模块槽存在两个辐条，到每个一半的架控制器槽存在一个辐条。

根据一个示范性实施例，一个或者多个PDSN卡可以使用媒介数据总线732彼此通信或者与系统管理器卡通信。在这样的一个实施例中，向/从PDSN卡传送的数据通过媒介数据总线732，经过一个或者多个交换输出模块，被传送到期望的目的地，例如系统管理器卡或者PDSN卡。另外，每个PDSN卡可以使用媒介数据总线732向FAAA服务器214发送请求和接收来自于FAAA服务器214的授权响应。为了发送一个授权询问，一个PDSN卡可以通过媒介数据总线732和交换输出模块向FAAA服务器214发送授权询问。作出响应地，PDSN卡可以通过交换输出模块和媒介数据总线从FAAA服务器214接收授权响应。应当理解，每个HA卡也可以使用媒介数据总线732向HAAA服务器216发送和从HAAA服务器216接收授权信息，以及向/从系统管理器卡和其他HA卡传送数据。

图9是表明根据一个示范性实施例的媒介数据总线的物理互连的框图。如图9所示，交换输出槽802和804通过100Mbps以太链路902相互连接。而且，每个交换输出槽通过100Mbps以太链路904-910互连到每个架控制器806和808，并且通过Gbps以太链路912-926互连到每个应用模块槽。这样，根据一个示范性实施例，转换吉比特以太媒介数据总线提供了一个物理分离的并且专用的嵌入网络，该网络支持每个架内的互联卡通信。

根据一个示范性实施例，一个访问节点的结构可以由包括一个控制架和五个数据架的六个架构成，其中的每个数据架都与控制架通信从而接收控制信息，例如信令和管理信息。图10是表明根据一个示范性实施例的互联架电缆拓扑1000的框图。

图10表明了一个控制架1002，该控制架1002包括与架控制器1008和1010相互连接的两个系统管理器1012和1014，以及五个数据架1016，1018，1020，1022和1024。根据一个示范性实施例，每个数据架包括两个架控制器，其中之一被配置成一个备份控制器。特别是，如图10所示，数据架1016，1018，1020，1022以及1024分别包括架控制器1026和1028，1030和1032，1034和1036，1038和1040，1042和1044。

每个架控制器包括一个多层以太开关，该多层以太开关提供了架内的管理通信的基础结构。而且，每个架控制器提供了具有两个外部连接的一个单独的星形总线接口，从而允许每个备份系统管理器与每个架控制器相连。在控制架1002中，到架控制器1008和1010的路径可以通过底板上的控制板接口配置。

在多架结构中，所有的互联架连接都是通过物理上位于控制架1002内的系统管理器1012和1014与数据架1016-1024内的架控制器1026-1044相连接的。架控制器建立了与它们架内的应用卡之间的物理连接。在图10中参考控制架1002表明了一个这样的实施例，其中架控制器1008和1010与多个应用模块相互连接，所示的是应用模块1004和1006。

图10中所示的每个架控制器包括一个多层(L2/L3)开关，例如包含24个10/100端口以及两个吉比特以太端口的IEEE802.1p/Q开关。在一个实施例中，每个架控制器可以包括Broadcom BCM5600串行多层(Strata)开关；但是，也可以使用不同的开关。参考先前的图释，每个架控制器具有一个到架内的每个槽的物理分离的管理总线，即一个系统控制总线。而且，一个架内的两个架控制器利用双向10/100Mbps链路彼此连接。

图10所示的互联架通信结构用于网络管理和负载信令的目的。应当理解，交换输出模块(图10中没有表示)也提供了能够在无线系统中连接多个架的两个外部吉比特链路。而且，根据图10以及前面的图所示的示范性实施例，控制架功能位于一个专用的架中，从而实现管理和操作的结合。但是，应用理解，控制架的功能也可以分布在多个架当中。

根据一个示范性实施例，图2所示的无线节点206上的PCF可以向访问节点208的任何PDSN发送一个新的通信会话，并且所有的PDSN都向系统管理器周期性地发送它们的负载信息，例如图5所示的系统管理器510或者512。系统管理器以成对的方式排列，其中一个系统管理器卡作为另一个的备份使用。在这样的一个实施例中，当一个主系统管理器从一个PDSN接收到负载信息时，其可以将负载信息传递到它的备份合作者。这样，在主系统管理器的软件或者硬件发生故障的情况下，备份系统管理器可以检测到该故障并且完成主系统管理器的功能。

系统管理器保持与访问节点208中的每个架内的所有卡有关的统计和状态信息。而且，每个系统管理器可以利用系统管理器将维护的PDSNIP地址来编程，每个PDSN IP地址可以映射到相应的PDSN的预定的特征集合。例如，系统管理器可以根据会话类型、，会话比特率或者本组中的每个PDSN能够处理的会话数目将PDSN集合分组。而且，在访问节点208的正常操作过程中，系统管理器可以为每个PDSN、HA以及在该访问节点上正被服务的每个移动终端建立动态的数据库。

在一个实施例中，一个PDSN文档或者一个HA文档可以定义一个PDSN或者一个HA，该文档是分别利用一个PDSN IP地址或者一个HA IP地址而建立的。而且，每个文档可以定义会话的类型，会话的比特率或者各PDSN或HA所配置的能够处理的会话数目。此外，每个PDSN或HA文档可以包括各PDSN和HA的状态和情况，以及PDSN和HA的负载信息。例如，在其他的参数当中，状态可以定义一个PDSN或者HA是否是有效的，情况可以定义该PDSN或者HA是一个主PDSN/HA还是一个备份PDSN/HA。除了每个PDSN或者HA的情况信息，文档也可以定义与其合作的PDSN或HA的IP地址。

而且，根据一个示范性实施例，每个PDSN和HA可以配置成向主系统管理器周期性的发送它们的负载信息，然后主系统管理器将接收到的负载信息提供给备份系统管理器。负载信息可以包括，在其它参数中的、一个CPU负载，一个存储器负载，多个激活的会话，或者正在处理的会话的类型。例如，一个PDSN文档可以定义是否已经为一个特定的会话商定了一个IPsec，或者会话正在使用的PPP压缩的类型。但是，应当理解也可以使用不同的标准来定义会话的类型。在这样的一个实施例当中，一个系统操作者可以在访问节点208中为不同的PDSN下载负载配置，这样，能够利用专门的会话类型为用户提供更好的服务和连接。

而且，根据一个示范性实施例，系统管理器可以包括用于移动节点的移动用户信息记录，这些移动节点由与访问节点有关的PDSN或者HA其中之一正被服务或被服务过。例如，每个移动用户信息记录可以将一个移动用户与其相应的移动电话号码(IMSI)、其移动连接标识符(MN-ID)以及NAI所标引的一个或者多个移动会话相关联。而且，每个移动用户信息记录可以包括为该移动用户服务的最后的PDSN的PDSN IP地址，移动会话的状态(即激活或者空闲)以及移动文档，例如移动会话的一个FAAA文档。

根据一个示范性实施例，访问节点208中的PDSN和HA可以使用一个心跳(heartbeat)机构将它们的可用性和负载信息传递到系统管理器。图11表示了一个诸如HA或者PDSN的应用模块的一个示范性启动处理。图11通过表示出一个PDSN/HA模块中的一个PDSN和HA简化了一个PDSN或者HA的启动处理。但是，应当理解根据一个示范性实施例，HA和PDSN可以位于访问节点208的不同的应用模块当中。

在步骤1102，一个应用模块，例如一个PDSN或者一个HA，电源开启并且通过向系统管理器发送一个初始化消息来开始与主系统管理器的通信。在步骤1104，系统管理器使HA或者PDSN生效。为此，系统管理器可以从其物理HA或者PDSN列表读取HA或者PDSN。一旦成功生效，在步骤1106，系统管理器向该HA/PDSN发送一个初始化确认消息。

在步骤1108，系统管理器为该HA/PDSN选择一个任务。在一个实施例中，该任务分配可以是动态的。可选地，系统管理器可以利用任务分配文件预编程，这些文件为诸如访问节点中的PDSN或者HA的每个卡定义任务，从而建立一个备份机构。例如，HA/PDSN可以被配置成具有一个预定的HA/PDSN作为其备份的主HA/PDSN。而且，HA/PDSN可以为该HA/PDSN分配一个激活任务。可选地，如果该HA/PDSN被分配作为另一个HA/PDSN的备份，系统管理器可以进一步分配一个备份任务给该HA/PDSN，使其作为一个预定的主HA/PDSN的备份HA/PDSN。下面将详细描述不同的备份机构。

在步骤1110，系统管理器向HA/PDSN发送一个任务分配消息，并且HA/PDSN通过向系统管理器发送一个任务分配确认消息1112作出响应。在步骤1114，系统管理器标记该HA/PDSN为正在使用，并且，在步骤1116，系统管理器启动一个心跳定时器。在一个实施例中，心跳定时器可以识别一个时间周期，在该周期内应当从PDSN/HA接收到下一次心跳消息，这样系统管理器可以确定如果在时间周期届满之前没有接收到下一次心跳，该PDSN/HA不可用。可选地，系统管理器可以确定如果没有从一模块接收到两次或者更多次心跳，那么该模块不可用。与此类似，如果没有从系统管理器接收到心跳，HA/PDSN可以检测主系统管理器的故障并且将后来的心跳发送到当前作为主系统管理器使用的一个备份系统管理器。

根据一个示范性实施例，访问节点208中的所有PDSN和HA周期性的向系统管理器发送它们的负载信息，这样系统管理器就对所有PDSN和HA上的负载有了全面的了解。在一个实施例中，一个PDSN或者一个HA可以周期性的请求系统管理器提供一个统一的负载矩阵，其包括访问节点208中的所有PDSN或者HA的负载信息。在这样的一个实施例当中，PDSN/HA可以在其一次心跳当中请求一个来自系统管理器的负载矩阵，并且系统管理器可以在心跳响应中向该PDSN/HA发送该负载矩阵，如图11中的步骤1120和1122所示。而且，可选地，PDSN/HA模块可以使用IP多点传送从其它PDSN/HA接收负载信息，其中每个参与的PDSN/HA是多点传送组的一部分，并且支持一个分布的信息数据库。

根据一个示范性实施例，一个PDSN/HA可以通过管理总线(即系统控制总线)与系统管理器进行通信。可选地，控制消息也可以通过媒介数据总线(即开关结构)交换。

图12是表明使用一个系统管理器的PDSN选择方法的消息序列模式1200的框图。该框图包括一个移动节点(MN)，无线网络节点(RNN)，一个选定的PDSN，以及一个系统管理器。应当理解所示的PDSN和系统管理器是访问节点208的一部分，将参照前面的图对其进行详细的描述。当移动节点漫游到无线网络节点的服务区时，移动节点利用该无线网络节点启动一个业务信道(“TCH”)的建立，如步骤1202所示。一旦建立了业务信道，无线网络节点上的一个分组控制功能块(RCF)向该PDSN发送一个登记请求消息1204。在一个实施例当中，该PCF可以配置成访问节点208上的一个PDSN集合，PCF也可以根据其内部的选择机构，例如负载平衡机构或者循环机构，选择PDSN。

在图12所示的实施例当中，当PDSN接收到登记请求消息1024时，PDSN不能为该会话提供服务。PDSN不能用于为该新的会话提供服务可以存在多种原因。PDSN可能拒绝服务该会话因为它过载了。例如，PDSN可以配置一个门限级别，在拒绝新的会话之前，用以识别其可以服务的会话的数目。可选地，PDSN可以被配置成监视其容量，并且当使用了该容量的预定比例时，该PDSN拒绝服务一个新的会话。而且，PDSN可能由于其功能配置拒绝服务一个新的会话。例如，PDSN可以配置成仅为预定类型的会话提供服务，例如使用压缩或者加密的会话。而且PDSN可以根据所需的数据率或者与会话相关的活动类型(例如流数据对实时聊天)拒绝登记请求。而且，应当理解，即使第一PDSN拒绝服务新的会话，第一PDSN与系统中的其他PDSN相比仍然具有最低的负载，并且系统管理器可以选择该PDSN为新的会话提供服务。应当理解，可以使用不同的实施例。而且，可选地，PDSN可以从该系统管理器接收一个负载矩阵，并且该系统管理器可以为每一个识别的PDSN识别负载级别。在这样的一个实施例当中，PDSN可能由于其负载高于负载矩阵中识别的一个或者多个PDSN的负载而拒绝为输入会话提供服务。

在图12所示的实施例中，系统管理器确定一个交替使用的PDSN。这样，PDSN向系统管理器发送一个PDSN选择请求消息1206，并且在步骤1208，系统管理器根据一组选择规则选择一个新的PDSN。选择规则可以包括先前记录的选择规则，服务规则的类型或者负载平衡规则。在一个实施例当中，系统管理器可以配置成使用一组规则，例如仅使用负载平衡规则，或者不同选择规则的组合。例如，系统管理器可以使用一个选择规则来确定可以为输入会话提供服务的PDSN的一个子集，然后可以使用其它的规则来选择一个可以为输入会话提供服务的PDSN。

在前面的段落中已经提到，系统管理器可以应用先前记录的选择规则来确定一个新的PDSN。在这样的一个实施例中，系统管理器使用移动用户的先前登记记录确定和选择为移动节点上的前一个会话提供服务的PDSN。在一个实施例当中，每个PDSN可以被配置成响应于一个成功的呼叫建立为一个移动节点发送登记记录。可选地，会话信息可以包含在一个负载更新消息当中，一旦为新的会话分配了资源该消息就从每个PDSN发送到系统管理器。

根据一个示范性实施例，系统管理器可以创建和管理一个包括PDSN选择矩阵信息的信息数据库。例如，数据库可以被分成一个用于负载分布的基础矩阵，以及用于增值服务的数据，例如基于目的地的帐单。

基础数据矩阵可以用于根据每个PDSN CPU的使用量、存储器的使用量或者全部的呼叫负载(不考虑特定的呼叫细节)，在一组PDSN中分配呼叫流量。而且，信息数据库可以根据一个加权的数据矩阵包括下一个级别的选择规则。具体地，不同的会话(呼叫)对PDSN的负载具有不同的影响。随着通信系统的发展，以及更多用户和服务的增加，仅使用激活呼叫的总数来选择PDSN可能是不准确的。例如，一个使用I Psec的虚拟专有网络(“VPN”)呼叫比一个简单的IP呼叫耗费更强的CPU运算，或者启动有基于目的地的帐单的呼叫比使用标准帐单方法的呼叫需要更多的资源。这样，PDSN选择机构可以进一步的改进成将所有的呼叫信息扩大为包括更多的呼叫相关信息的加权矩阵。例如，依赖于每个PDSN的会话可以被分成低、高和平均速度的呼叫，例如CDMA 1×RTT-32，64以及128kbps。此外，可以为Ipsec激活呼叫建立一个分离的计数。

而且，应当理解，可以根据所需的服务质量(“QoS”)或者服务类型(“ToS”)选择一个PDSN，并且QoS、ToS以及其他选择参数可以是一个分离矩阵的一部分。服务质量的参数以及其他参数可以部分取决于执行CPU增强QoS方案例如“区分服务(diffserv)”所需的分组类别、过滤和计量。通常，QoS参数在分组报头中被指定，报头的查询深度确定CPU的使用量。分组类别可以用于跟踪网络流量，其可以用于例如防火墙保护。跟踪网络流量也可以用于带宽分配和保险服务。例如，一个矩阵可以定义需要跟踪网络流量的多个呼叫(每个PDSN)。此外，矩阵可以定义分类的深度，该深度表明了每个分组的匹配比特的数目以及查询的数目。

一旦选择一个PDSN，系统管理器向PDSN发送一个包括选定PDSN的IP地址的PDSN选择回答消息1210。当PDSN接收到该消息1210时，PDSN向无线网络节点发送一个包括选定PDSN的IP地址的RP登记回答消息1212。RP登记回答消息1212可以是RFC2002中所述的消息“错误136”的形式。但是，也可以使用不同类型的消息。

接下来，无线网络节点向选定的PDSN发送一个RP登记请求消息1214，并且选定的PDSN分配用于为输入会话提供服务的资源，在步骤1216描述。应当理解选定的PDSN可以拒绝为输入会话提供服务，并且系统管理器的询问处理可以重复。在该实施例中，系统管理器可以判断一个PDSN选择请求是否已经从选定的PDSN发送，以及系统管理器可以利用一个含有发送该请求的PDSN的IP地址的PDSN选择回答来进行回答。此外，PDSN选择回答消息可以包括一个标识符，例如一个预定的比特或者比特图案，通报应当为会话提供服务的PDSN。而且，应当理解一个预定的比特或者比特图案可以在PDSN选择回答消息中设定，该消息表明拒绝处理该请求的PDSN的数目。在这样的一个实施例当中，PDSN可以配置成当预定数目的PDSN拒绝为会话提供服务时接受请求。应当理解也可以使用不同的实施例来防止服务的延迟或者很多PDSN拒绝新的会话。

一旦分配了资源，选定的PDSN发送一个RP登记回答消息1218，并且在无线网络节点和选定的PDSN之间建立一个RP会话，如1220处所示。而且，根据一个示范性实施例，一旦为新的会话分配了资源，选定的PDSN就向系统管理器发送一个包含有选定PDSN上的新的负载的更新消息1222。更新消息1222可以包括已建立的呼叫会话的会话信息，该呼叫会话含有移动节点的NAI和IMSI。可选地，选定的PDSN可向系统管理器发送一个含有会话信息的单独信息。如参照前面的段落所述，当移动节点下次登记时，系统管理器可以利用会话信息确定最后服务的PDSN。在步骤1224，移动节点建立了一个到选定PDSN的点对点协议(“PPP”)会话，并且向选定的PDSN登记。

图13是表示根据一个分布控制节点方法选择PDSN的消息序列模式1300的框图。在分布控制节点机构中，访问节点中的每个PDSN可以周期性的请求系统管理器提供访问节点208中的所有PDSN的负载信息。可选地，PDSN可以从访问节点208中的所有PDSN接收负载信息。在这样的一个实施例当中，每个PDSN可以利用IP多点传送方法，或者任何现有或者以后开发的传输方法，向其他的PDSN提供负载信息。图13表明了一个移动节点，具有一个分组控制功能块的无线网络节点，一个选定的PDSN，一个PDSN，以及一个系统管理器。

当移动节点漫游到无线网络节点的服务区时，移动节点向无线网络节点发送一个消息1302，其含有用于与该无线网络节点建立一个业务信道的请求。当建立了信道以后，无线网络节点向该PDSN发送一个RP登记请求消息1304。在一个实施例中，分组控制功能块在其PDSN表中保留多个PDSN IP地址，分组控制功能块可以应用一个负载平衡机构来确定该PDSN的IP地址。可选地，分组控制功能块可以在其列表中仅保留两个实体，包括：主PDSN的IP地址和次PDSN的IP地址。在这样的一个实施例当中，PCF可以向主PDSN发送所有新的呼叫会话请求，直到主PDSN不能为输入会话提供服务为止。当主PDSN发生故障或者过载时，PCF可以向次PDSN的IP地址发送新的呼叫会话。

根据图13所示的一个实施例，PDSN判断其不能为输入的登记请求提供服务，或者至少该PDSN高于一个预定的门限级别，这样最好由其它的PDSN来处理该呼叫。PDSN可以根据参照图12中讨论的多种因素进行判断。而且，PDSN参与到分布负载数据库的机构当中，并且，因此包括访问节点上的所有或者多个PDSN的负载数据。在一个实施例当中，PDSN首先确定与该移动节点相关的最后服务的PDSN是否能够为新的会话提供服务。例如，一个PCF可以指定为一个R-P登记消息中的移动节点最后服务的PDSN。可选地，包括为一个移动节点最后服务的PDSN的会话信息可以存储在系统管理器当中。而且，可选地，接收请求的PDSN可以向多个PDSN发送请求从而判断它们中的一个是否先前为该呼叫提供过服务。一旦PDSN确定了最后服务的PDSN，该PDSN可以确定最后服务的PDSN是否可以为该会话提供服务。

如果最后服务的PDSN无法使用，PDSN可以根据呼叫的类型/品质，活动性质，呼叫数据率或者用户预订的服务类型选择一个新的PDSN。而且，PDSN可以判断选定的PDSN是否过载。如果选定的PDSN过载，PDSN可以选择具有相同的性能，但是具有更小负载的另外一个PDSN。例如，当启动一个PDSN并且首次向系统管理器登记时，系统管理器可以从该PDSN接收性能信息。在这样的一个实施例当中，系统管理器可以包括一个集中数据库，该集中数据库包括系统中的每个PDSN的负载和性能信息。而且，在这样的一个实施例中，集中数据库可以在一个或者多个PDSN上复制。例如，系统管理器可以将一个PDSN的性能和负载信息在系统管理器所发出的周期性负载更新消息当中传递到其它PDSN。可选地，在该实施例中，一个PDSN可以直接向其它的PDSN提供周期性的负载更新消息，PDSN可以在每个负载更新消息中确定其性能。

一旦PDSN选择了一个新的PDSN，该PDSN就向无线节点发送一个含有选定PDSN的IP地址的RP登记回答消息1308。而且，根据一个示范性实施例，在向无线网络节点发送RP登记回答消息1308以前，原始的PDSN可以直接通知选定的PDSN，这样选定的PDSN将期望从移动节点接收一个登记请求。例如，原始的PDSN可以使用媒介数据总线或者通过交换输出模块的媒介数据总线通知选定的PDSN。可选地，对于互联架通信，原始的PDSN可以通过其外部接口或者通过交换输出模块的外部接口通知选定的PDSN。

当无线网络节点接收到选定PDSN的IP地址时，无线网络节点向选1定PDSN的IP地址发送一个RP登记请求消息1310，并且选定的PDSN为新的会话分配资源，如步骤1312所示。接下来，选定的PDSN发送一个RP登记回答消息1314，并且在无线网络节点和选定的PDSN之间建立一个RP会话1316。而且，根据一个示范性实施例，选定PDSN向原始的PDSN发送其更新负载信息，如步骤1318所示。图13仅表明了从选定的PDSN接收负载信息的一个PDSN；但是，应当理解选定的PDSN可以向多点传送组中的其他PDSN发送其负载。而且，选定PDSN可以向系统管理器发送包含其新的负载的更新消息1320。应当理解系统管理器也可以是多点传送组的一部分。可选地，选定PDSN可以在心跳消息中向系统管理器发送其新的负载。

一旦向选定的PDSN成功登记，就在移动节点和选定的PDSN之间建立一个PPP会话，并且该移动节点向选定的PDSN登记，如步骤1322所示。

根据一个示范性实施例，除了PDSN，访问节点还可以包括也由系统管理器进行管理的HA。如参考图11所述的，访问节点中的所有HA随着系统管理器心跳(heartbeat)并且周期性的向系统管理器发送它们的负载信息。与参考PDSN所描述的实施例类似，系统管理器可以保留一个控制节点数据库，该数据库包含访问节点中的每个HA的负载。可选地，控制节点数据库可以分布在所有HA上，其中每个参与的HA可以保留所有其它参与的HA的负载信息。在这样的一个实施例当中，每个参与HA可以利用IP多点传送更新在其他HA上的负载，并且所有参与HA以及系统管理器可以是多点传送组的一部分，以支持分布的控制节点信息数据库。

图14是表示一个实施例当中的一个HA登记处理的消息序列模式1400的框图，其中当一个原始的HA不可用时，系统管理器选择一个新的HA。图14表明了一个移动节点，一个PDSN，一个系统管理器，一个HA，一个选定的HA，以及一个HAAA。

当移动节点利用参照图12和13所述的方法中的一种方法与PDSN建立了一个PPP会话时，移动节点向该PDSN发送一个MIP登记请求消息1402。在一个实施例当中，登记请求消息1402可以指定移动节点所请求的HA的IP地址。可选地，PDSN可以联系一个FAAA服务器从而确定移动节点的HA的IP地址。然后PDSN向HA发送登记请求消息，如步骤1404所示。根据图14所示的实施例，HA确定由于过载或者接近过载条件，或者由于移动节点所提出的静态移动节点IP地址不属于当前的HA IP地址集，其不能处理该呼叫会话。HA与系统管理器通信从而确定替代HA的网络地址。例如，如图14所示，假设HA不参加分布数据库方案，并且，因此向系统管理器发送MIP登记请求，如步骤1406所示。应当理解也可以利用不同的消息方案来获得替代本地代理的IP地址。

当系统管理器接收到登记请求时，系统管理器选择一个HA，如1408所示。与PDSN的选择类似，系统管理器可以应用多种算法进行选择。例如，系统管理器可以使用先前的记录、负载平衡因子、服务的类型/品质、或者可以考虑每个HA上的会话数量、会话类型、会话比特率、每个HA的CPU负载或者存储器使用量。一旦选择了新的HA，系统管理器向选定的HA发送一个MIP登记请求消息1410。接下来，选定的HA向一个HAAA发送一个访问请求消息，并且一旦鉴别了该移动节点，HAAA就利用一个访问接受回答消息1414作回答。

在步骤1416，选定的HA对MIP登记请求消息进行鉴别，并且为移动节点创建一个MBR。而且，选定的HA开始协商和建立到该PDSN的IP隧道。接下来，选定的HA向该PDSN发送一个MIP登记回答消息1418，并且MIP登记回答消息1418中的本地代理域包括选定HA的IP地址。在步骤1420，PDSN创建到选定HA的IP隧道，以及移动节点的访问列表(VL)。PDSN可以为每个移动IP呼叫创建一个VL，并且每个VL可以包括服务HA的IP地址，移动节点的IP地址，隧道参数，以及鉴定信息。

在步骤1422，PDSN向移动节点发送MIP回答消息。在步骤1424，选定的HA也向系统管理器发送一个MBR更新消息1424，然后，一旦更新了MBR，系统管理器就响应一个MBR更新ACK消息1428，如步骤1426所示。在步骤1430建立一个MIP会话。而且，在步骤1432，选定的HA向系统管理器发送含有其当前负载数据的更新消息。

图15是表示一个HA登记处理的消息序列模式的框图，其中HA参与到分布信息数据库机构中。在这样的一个实施例当中，每个HA可以被配置成如果一个HA过载，就确定一个新的HA。而且，在这样的一个实施例中，每个参与HA可以从系统管理器周期性的接收其他参与HA的负载更新信息。可选地，HA可以通过IP多点传送从每个参与HA接收负载信息。与图14相似，图15表明了一个移动节点，一个PDSN，一个系统管理器，一个HA，一个选定的HA，以及一个HAAA。

一旦建立了到PDSN的PPP会话，移动节点向该PDSN发送一个MIP登记请求消息1502。在一个实施例当中，MIP登记请求消息可以包括移动节点所请求的HA的IP地址。可选地，PDSN可以询问一个FAAA来确定移动节点的一个HA IP地址。接下来，PDSN向HA发送登记请求消息，如步骤1504所示。

当HA接收到MIP登记请求消息1504时，HA确定其不能为该请求提供服务，并且选择一个新的HA，如步骤1506所示。根据图15所示的示范性实施例，HA参与到分布信息数据库中，这样，就具有参与该方案的其他HA的负载信息。HA可以根据与系统管理器选择一个新的HA相同的选择标准选择新的HA。这样，选择标准可以基于每个HA的负载，其中HA选择具有最低负载的HA，会话类型，呼叫数据率，或者与用户相关的服务类型。然后HA将MIP登记请求发送到选定的HA，如步骤1508所示。

而且，选定的HA可以向HAAA发送一个访问请求消息，HAAA利用一个访问接受消息1512作出响应。在步骤1514，选定的HA对MIP登记请求消息进行鉴定，创建一个MBR，并且建立一个到PDSN的IP隧道。在步骤1516，选定的HA向PDSN发送一个MIP回答消息，该PDSN相应的为移动节点创建一个访问列表(VL)，并且建立一个到选定HA的IP隧道，如步骤1518所示。在步骤1520，PDSN向移动节点发送MIP登记回答消息，并且建立一个MIP会话，如步骤1532所示。

在步骤1522，选定的HA向系统管理器发送一个MBR更新，并且在步骤1524，系统管理器更新MBR并且发送一个MBR ACK消息1526。而且，在步骤1528，选定的HA向参与分布数据库机构的HA发送一个更新消息，并且更新消息包括HA的当前更新负载。图15仅表明了接收更新消息1528的一个HA。但是，应当理解，HA可以生成一个能够被所有参与HA所接收的一个IP多点传送。而且，更新消息也可以在系统管理器上接收，如步骤1530所示。应当理解，HA可以为系统管理器生成一个独有消息，或者，可选地，系统管理器的IP地址可以包含在多点传送组当中。

除了负载平衡和另外的选择性发送和重新发送输入通信会话以外，控制架和数据架的组件呈现出具有容错能力的冗余。例如，参照图5所示和描述的控制架包括两个架控制器502和504，以及两个系统管理器510和512。在这样的一个实施例当中，系统管理器/架控制器之一可以配置成激活的系统管理器/架控制器，并且另外的配置成备份(备用)系统管理器/架控制器。因此，如果激活单元发生故障，备份单元可以检测故障并且充当激活单元的任务。

备用系统管理器和架控制器可以利用与其合作的激活单元执行心跳操作，从而判断激活合作者的不可用性。一个备用实体可以在每次其心跳定时器期满时发送一个心跳请求消息，一个激活的实体可以利用一个确认消息作出响应。如果没有接收到确认消息，备用实体可以假设激活实体没有被操作。可选地，基于该结构，激活实体可以重发心跳，并且如果没有接收到其它响应，则它假设其合作者没有被操作。而且，根据一个示范性实施例，成对中的每一部件都具有其合作者的数据的完全镜像。例如，每个PDSN或者HA可以具有两个与每个系统管理器分离的物理链路，这样，激活的系统管理器和备份系统管理器同时接收相同的信息。可选地，激活的系统管理器可以从一个或者多个PDSN或者HA接收更新的负载信息，并且将接收到的信息通过例如系统数据总线传递到备用系统管理器。

而且，每个应用模块(PDSN/HA)都可以成对配置，从而提供1-1的备份，并且成对合作者中的每个PDSN都作为另一个备份服务。当一个新的会话到达一个PDSN时，该PDSN向其合作者发送与该会话相关的所有状态信息。与此类似，当状态改变时，会话状态信息也被传递到合作者。这样，成对中的每个部件都具有其合作者的会话的完全镜像。根据一个示范性实施例，PDSN/HA可以通过交换输出模块或者内部总线进行通信。而且，如果主PDSN发生故障，可以由合作者PDSN/HA接管会话。根据一个示范性实施例，PDSN/HA可以使用审理中的序列号为No.10/041,436，题目为“无线网络中通过状态交换平稳移交”的专利申请中所描述的移交方法，该专利文件在此全部引作参考。

应当理解，可以应用多种配置方案实现功能性的备份。例如，如上所述，将两个PDSN/HA成对的配置成主次(备份)PDSN/HA，并且主PDSN/HA处理所有的会话，直到其不能使用为止。在这样的一个实施例当中，备份PDSN/HA是直到主PDSN/HA发生故障才充当主PDSN/HA功能的一个被动的非激活的备份。而且，次或者备份PDSN/HA通过内部媒介数据总线接收主PDSN/HA所接收到的全部业务的镜像图像，备份PDSN/HA不具有与外部进行数据通信的能力。在这样的一个实施例当中，在其外部接口上退出备份应用模块的所有数据会丢失。

在主/备份配置中，系统管理器监视架内所有激活卡的活动状态。为此，系统管理器可以使用一个简单网络管理协议(“SNMP”)，其在互联网工程任务组(“IETF”)注释请求(“RFC”)1157中具有完整描述，上述文件在此引作参考。在一个实施例当中，SNMP可被用于轮询包含管理信息库(“MIBs”)的PDSN/HA。而且，系统管理器可以使用基于公共对象请求代理体系结构(“CORBA”)的方法来确定每个卡的状态。使用SNMP，如果发生故障的PDSN/HA没有响应SNMP的轮询，系统管理器就可以检测PDSN/HA的故障。当主PDSN/HA发生故障时，系统管理器向备份PDSN/HA发送一个消息，备份PDSN/HA充当主PDSN/HA。而且，当备份PDSN/HA接管时，其向外部路由器发送一个地址解析协议(“ARP”)消息从而将数据传送到备份PDSN/HA而不是发生故障的PDSN/HA。而且当主PDSN/HA发生故障时，备份PDSN/HA使用与主卡相同的外部IP地址。

根据用于备份的另一个示范性实施例，两个成对的PDSN/HA可以被激活和处理通信会话。在这样的一个实施例当中，主PDSN/HA通过媒介数据总线向备份PDSN/HA发送仅激活的通信会话的数据，并且当会话暂停时，备份PDSN/HA从其存储器中去除会话信息，而主PDSN/HA仍保留该信息。在这样的一个实施例当中，支持这种备份所需的存储器被最小化，并且仅激活的会话存储在备份PDSN/HA当中，用于在主PDSN/HA发生故障时，立即转换。而且，激活卡也可以仅发送激活会话的控制数据，从而节省处理备份会话的数据。当一个备份PDSN/HA接管时，备份模块(现在是主模块)向外部的网络实体发送ARP消息，并且将故障卡的IP地址附加到其相关的网络接口上，例如一个R-P接口以及一个Pi接口。

而且，可选地，代替1-1备份，机架内的一个应用模块(PDSN/HA)可以被指定为所有其它应用模块(PDSN/HA)的备份，这样，就创建了一个N-1备份。N-1备份方案在这样的通信系统中是非常需要的：其中多数通信会话经常暂停。这样对于一个备用的并且避免数据和呼叫丢失的系统来说，需要用于激活会话的备份模块。在这样的一个实施例当中，可以根据备份N个PDSN/HA的激活会话所需的存储器的数量来确定一个备份模块可备份的主模块的数量。

在N-1备份方案中，所有激活的模块可以向一个备份模块发送控制和影响呼叫状态的一些数据信息。当N个PDSN/HA中的一个或者多个发生故障时，系统管理器可以将有关的故障模块通知给备份模块，并且备份模块为故障模块提供网络接口。

而且，可选地，也能够使用一个N-M备份方案。N-M备份可以通过机架/架内的仅存储备份会话信息并且不用于进行呼叫处理的特定目的的模块来实现。在这样的一个实施例当中，备份模块具有足够的存储量来存储激活的和暂停的会话，并且仅控制信息镜像到这些模块当中。在这样的一个实施例当中，处理呼叫会话的所有应用模块(PDSN/HA)例如在发生会话时，在会话的状态改变过程中，或者当会话断开时，向备份模块发送会话信息。备份模块可以为所有的激活应用模块安排接收信息。当一个应用模块发生故障时，系统管理器可以从预指定的M个模块的列表当中选择一个备份模块。系统管理器可以根据M个模块的相对负载选择备份模块。在这样的一个实施例当中，选定的备份模块需要从保存信息的M个模块中的一个转送故障模块的会话信息。例如，代替请求所有的呼叫会话信息，备份模块可以仅向激活的会话信息请求一个快速的切换，以后根据其负载获得暂停的会话信息。与前面段落所描述的备份方案相似，M个备份模块可以通过内部媒介数据总线通信。而且，选定的备份模块可以向外部设备，例如路由器发送ARP消息来假定故障模块的网络接口。

应当理解这里所述的程序，处理，方法和系统除了特别说明的以外，均不涉及或者限于计算机或者网络系统(硬件或者软件)的特定类型。各种支持IP网络的通用或者专用的计算机系统都可以使用或者根据这里所描述的教导执行操作。

从本发明的原理能够适用的实施例的广泛性角度来说，应当理解所述的实施例仅是示例，而不是对本发明范围的限制。例如，流程图中的步骤除了可以采用所述的步骤以外，还可以使用更多或者更少的步骤，在框图当中可以使用更多或者更少的元件。尽管所描述的优选实施例的各个元件是利用软件实现的，但是在其他的实施例中也可以使用硬件或者固件来代替，反之亦然。

权利要求并不限制在所述的顺序或者元件范围内，除非注明有特定的效果。因此，所有落在后面的权利要求及其等价内容的精神和范围内的实施例都属于本发明所要求保护的范围之内。

Claims (37)

1.一种用于移动互联网协议网络中的分组数据服务节点选择的方法，该方法包括：

提供包括多个分组数据服务节点和至少一个系统管理器的一个访问节点；

从所述多个分组数据服务节点的第一分组数据服务节点处的一个无线节点接收一个登记请求，以在该第一分组数据服务节点和一个移动节点之间建立一个通信会话；

确定该第一分组数据服务节点不能为该移动节点提供通信服务；

从该第一分组数据服务节点向该访问节点上的一个系统管理器发送一个分组数据服务节点选择请求；

在该系统管理器中确定第二分组数据服务节点的地址；

在该系统管理器中生成一个分组数据服务节点选择回答消息，其中该分组数据服务节点选择回答消息包括该第二分组数据服务节点的地址；

在该第一分组数据服务节点接收该分组数据服务节点选择回答消息；

从该第一分组数据服务节点向该无线节点发送一个登记回答消息，其中该登记回答消息包括登记拒绝和该第二分组数据服务节点的地址；以及

在该移动节点和该第二分组数据服务节点之间建立一个通信会话。

2.根据权利要求1所述的方法，其中在该移动节点和该第二分组数据服务节点之间的一个通信会话的建立包括：

从该无线节点向该第二分组数据服务节点发送一个登记请求消息；

在该第二分组数据服务节点为该移动节点分配资源；以及

从该第二分组数据服务节点向该无线节点发送一个登记回答消息。

3.根据权利要求2所述的方法，进一步包括：

从该第二分组数据服务节点向该系统管理器发送一个负载更新消息；以及

在该系统管理器上更新与该第二分组数据服务节点相关联的负载信息记录。

4.根据权利要求1所述的方法，其中该系统管理器包括一个负载信息数据库，该负载信息数据库包括该访问节点上的多个分组数据服务节点的多个负载记录，并且其中根据所述多个负载记录的至少一部分在该系统管理器上选择第二分组数据服务节点。

5.根据权利要求1所述的方法，其中该系统管理器包括多个选择规则，并且该系统管理器利用所述多个选择规则中的至少一个确定该第二分组数据服务节点。

6.根据权利要求1所述的方法，其中该系统管理器包括一个与该移动节点相关联的移动节点记录，其中该移动节点记录包括该第二分组数据服务节点的地址，该第二分组数据服务节点被指定作为对该移动节点提供过通信服务的最后服务的分组数据服务节点，并且其中该系统管理器根据该移动节点记录选择该第二分组数据服务节点。

7.一种用于移动互联网协议网络中的分组数据服务节点选择的方法，该方法包括：

提供一个包含多个分组数据服务节点的访问节点；

建立所述多个分组数据服务节点的分布负载信息数据库；

从该访问节点上的第一分组数据服务节点处的一个无线节点接收一个登记请求，以在该第一分组数据服务节点和一个移动节点之间建立一个通信会话；

利用该第一分组数据服务节点上的至少一个负载信息数据库，在该第一分组数据服务节点上确定该访问节点上的第二分组数据服务节点的地址；

从该第一分组数据服务节点向该无线节点发送一个登记响应消息，该登记响应消息包括该第二分组数据服务节点的地址；以及

在该移动节点和该第二分组数据服务节点之间建立一个通信会话。

8.根据权利要求7所述的方法，其中在该移动节点和该第二分组数据服务节点之间的一个通信会话的建立包括：

从该第二分组数据服务节点上的该无线节点接收一个登记请求，以在该移动节点和该第二分组数据服务节点之间建立该通信会话；

分配服务于该移动节点的资源；以及

从该第二分组数据服务节点向该无线节点发送一个登记回答消息。

9.根据权利要求7所述的方法，其中该访问节点进一步包括一个系统管理器，并且该系统管理器执行所述多个分组数据服务节点的分布负载信息数据库的建立，并且该方法进一步包括在所述多个分组数据服务节点上复制该负载信息数据库。

10.根据权利要求9所述的方法，其中每个分组数据服务节点执行分布负载信息数据库的建立，并且该方法进一步包括：

在每个分组数据服务节点上生成一个负载信息更新消息，以及

向所述多个分组数据服务节点发送该负载信息更新消息。

11.根据权利要求7所述的方法，其中该第一分组数据服务节点进一步包括多个选择规则，用于选择分组数据服务节点，并且该第二分组数据服务节点的确定进一步包括利用所述多个选择规则中的至少一个来选择该第二分组数据服务节点。

12.根据权利要求7所述的方法，其中在该第一分组数据服务节点上确定第二分组数据服务节点的地址包括：选择该第二分组数据服务节点，该第二分组数据服务节点被指定作为服务过该移动节点的最后的分组数据服务节点。

13.一种用于为一个移动节点选择一个分组数据服务节点的访问节点，该访问节点包括：

多个分组数据服务节点，每个分组数据服务节点被配置成从一个无线节点接收与一个移动节点相关联的登记请求消息，并且，如果接收到该登记请求的第一分组数据服务节点不能向该移动节点提供通信服务，则该第一分组数据服务节点被配置成在该访问节点确定一个第二分组数据服务节点来服务于该登记请求，并且该第一分组数据服务节点被进一步配置成生成并向该无线节点发送含有该第二分组数据服务节点的地址的登记回答消息；以及

一个与所述多个分组数据服务节点通信的系统管理器，该系统管理器被配置成从所述多个分组数据服务节点接收负载信息。

14.根据权利要求13所述的访问节点，其中所述多个分组数据服务节点中的每个包括所述多个分组数据服务节点中的至少一个的负载信息，并且其中该第一分组数据服务节点根据至少该第二分组数据服务节点的负载信息确定该第二分组数据服务节点。

15.根据权利要求14所述的访问节点，其中该登记请求包括该移动节点所请求的会话速率，并且其中该第一分组数据服务节点根据所请求的会话速率确定该第二分组数据服务节点。

16.根据权利要求13所述的访问节点，其中为了确定该第二分组数据服务节点，该第一分组数据服务节点被配置成向该系统管理器发送一个分组数据服务节点选择请求，其中该系统管理器根据至少所述多个分组数据服务节点的负载信息确定该第二分组数据服务节点，并且向该第一分组数据服务节点发送含有该第二分组数据服务节点的地址的分组数据服务节点选择回答。

17.根据权利要求16所述的访问节点，其中该系统管理器包括一个移动节点记录，该记录包括该第二分组数据服务节点的地址，该第二分组数据服务节点被指定作为对该移动节点提供过通信服务的最后服务的分组数据服务节点，并且该系统管理器器选择服务于该登记请求的该第二分组数据服务节点。

18.根据权利要求16所述的访问节点，其中该分组数据服务节点选择请求包括移动节点所请求的会话速率，并且该第一分组数据服务节点在该系统管理器中对该第二分组数据服务节点的选择包括：根据所请求的会话速率选择该第二分组数据服务节点。

19.根据权利要求13所述的访问节点，其中该系统管理器被进一步配置成在该系统管理器和所述多个分组数据服务节点中的每一个之间建立一个心跳机构。

20.一种为移动节点分配一个分组数据服务节点的访问节点，该访问节点包括：

至少一个架控制器卡；

多个分组数据服务节点卡；

交换输出卡；

一个系统控制总线，用于将每个架控制器卡连接到所述多个分组数据服务节点卡和交换输出卡；

一个媒介数据总线，用于将该交换输出卡与至少所述多个分组数据服务节点卡连接起来；

所述多个分组数据服务节点卡中的每一个都具有一个输入端口和一个输出端口，用于向/从通信网络传送数据；

所述多个分组数据服务节点卡中的第一分组数据服务节点卡被配置成通过输入端口从一个无线节点接收与该移动节点相关联的登记请求消息，并且确定第二分组数据服务节点卡的网络地址，该第二分组数据服务节点卡服务于在该登记请求消息中指定的登记请求，该第一分组数据服务节点卡进一步被配置成通过输出端口向该无线节点发送一个含有该第二分组数据服务节点的网络地址的登记回答消息。

21.根据权利要求20所述的访问节点，进一步包括：

一个系统管理卡，被配置成通过该媒介数据总线从所述多个分组数据服务节点卡接收负载信息；并且其中，为了确定该第二分组数据服务节点的网络地址，该第一分组数据服务节点卡被配置成通过系统管理器总线向该系统管理器卡发送一个选择请求消息，然后通过该系统管理器总线从该系统管理器接收一个含有该第二分组数据服务节点卡的网络地址的选择回答消息。

22.根据权利要求21所述的访问节点，其中该第一分组数据服务节点卡进一步被配置成通过该系统控制总线发送该选择请求消息以及接收该选择回答消息。

23.根据权利要求21所述的访问节点，其中对接收该选择请求消息作出响应的系统管理器卡被配置成：利用该系统管理器卡可用的多个选择规则确定该第二分组数据服务节点卡的网络地址。

24.一种提供分组数据服务节点备份的方法，该方法包括：

提供含有多个分组数据服务节点和至少一个系统管理器的访问节点；

对至少一个分组数据服务节点分配一个合作分组数据服务节点，其中该至少一个分组数据服务节点包括至少一个激活的分组数据服务节点；

在该至少一个系统管理器和该至少一个分组数据服务节点之间建立一个监视机构；

检测该至少一个激活的分组数据服务节点其中之一的故障；

在该至少一个系统管理器中，对该至少一个激活的分组数据服务节点其中之一确定该合作分组数据服务节点；以及

从发生故障的该至少一个分组数据服务节点其中之一向该合作分组数据服务节点切换通信会话。

25.根据权利要求24所述的方法，进一步包括：

从该至少一个分组数据服务节点向该合作分组数据服务节点提供通信会话信息；以及

在该合作分组数据服务节点上存储该通信会话信息。

26.根据权利要求25所述的方法，其中该通信会话信息与在该至少一个分组数据服务节点上正在服务的至少一个激活的通信会话相关联，并且向该合作分组数据服务节点切换通信会话包括：从发生故障的分组数据服务节点向该合作分组数据服务节点切换所述的至少一个激活的通信会话。

27.根据权利要求25所述的方法，其中该合作分组数据服务节点正在接收的通信会话信息含有与至少一个暂停的通信会话相关联的通信会话信息。

28.根据权利要求26所述的方法，进一步包括：

从该合作分组数据服务节点上的该至少一个分组数据服务节点其中之一接收该至少一个激活的通信会话的状态变化，其中该至少一个激活的通信会话其中之一变为暂停；以及

在该合作分组数据服务节点上删除与暂停的通信会话相关联的通信会话信息。

29.根据权利要求26所述的方法，其中该通信会话信息进一步与至少一个暂停的通信会话和至少一个正在该至少一个分组数据服务节点上服务的激活的通信会话相关联。

30.一种具有容错能力的分组数据服务节点备份的方法，该方法包括：

在含有一个系统管理器的访问节点上提供多个分组数据服务节点，其中所述多个分组数据服务节点包括多个激活的分组数据服务节点和至少一个合作分组数据服务节点，并且所述多个分组数据服务节点服务于通信会话；

从所述多个激活的分组数据服务节点向所述至少一个合作分组数据服务节点提供通信会话信息；

检测所述多个激活的分组数据服务节点其中之一的故障；

确定所述至少一个合作分组数据服务节点其中之一，以对发生故障的所述多个分组数据服务节点其中之一的通信会话提供服务；以及

激发选定的合作分组数据服务节点从而服务于所述通信会话。

31.根据权利要求30所述的方法，其中所述多个分组数据服务节点包括所述多个激活的分组数据服务节点和多个合作分组数据服务节点，并且其中所述多个分组数据服务节点中的每一个被分配一个合作分组数据服务节点，该方法进一步包括：

在每个合作分组数据服务节点上接收与每个激活的分组数据服务节点上的激活的通信会话相关联的通信会话信息。

32.根据权利要求31所述的方法，进一步包括：

在各合作分组数据服务节点上接收会话状态变化指示，该会话状态变化指示用于所述多个合作分组数据服务节点其中之一上的通信会话；以及

删除与各合作分组数据服务节点上的通信会话相关联的通信会话信息。

33.根据权利要求31所述的方法，进一步包括：

在每个合作分组数据服务节点上接收与每个激活的分组数据服务节点上的暂停通信会话相关联的通信会话信息。

34.根据权利要求30所述的方法，其中该至少一个合作分组数据服务节点被配置成一个备份分组数据服务节点，直到接收到一个激发以服务于所述通信会话为止。

35.根据权利要求30所述的方法，其中该至少合作分组数据服务节点被配置成服务于输入的通信会话并且用作备份分组数据服务节点。

36.根据权利要求30所述的方法，其中该至少一个合作分组数据服务节点为多个合作分组数据服务节点，其中所述多个激活的分组数据服务节点的通信会话信息分布在所述多个合作分组数据服务节点上，并且该方法进一步包括：

响应于所述多个激活的分组数据服务节点其中之一的故障检测，选择所述多个合作分组数据服务节点其中之一以服务于发生故障的激活的分组数据服务节点的通信会话；

将发生故障的激活的分组数据服务节点的激活的通信会话的通信会话信息提供给选定的合作分组数据服务节点；以及

在选定的合作分组数据服务节点上为激活的通信会话提供服务。

37.根据权利要求36所述的方法，进一步包括：

将与发生故障的激活的分组数据服务节点相关联的暂停通信会话的通信会话信息提供给选定的合作分组数据服务节点。

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