CN1425256A - 多承载型网络内的分组路由 - Google Patents

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Abstract

一种用于将数据分组(DP)从对应节点(MCN)经过多承载网络或MBN发送到移动节点(MN)的方法，所述数据分组(DP)直接或间接地指示业务质量要求(QoS)，所述MBN向MBN和移动节点之间的每个多择承载网络(BN)提供至少一个接口单元(IU)。该方法包括选择用于在MBN和移动节点(MN)之间发送数据分组(DP)的最佳承载网络(BN)，所述选择基于：1)所述数据分组(DP)的业务质量要求(QoS)；2)与多承载有关的业务负载数据(41)；3)接口单元可用性信息(PIU，42)；以及4)承载类型优选信息(PBT，43)。

Description

多承载型网络内的分组路由
技术领域
本发明涉及多承载分组数据网络内的业务管理。
背景技术
多承载网络或MBN是具有经过若干可择承载之一来传送数据分组的能力的网络。更确切的说，术语“多承载网络”应当被解释为表示“多承载型网络”，或者换句话说是表示提供用于数据分组传送的多种不同承载类型的网络装置。适当的MBN的实例是被称为MEMO(移动通信多媒体环境)的概念，见参考1。另外，MBN支持用户终端的移动性。终端移动性的实例是IP移动性，IP移动性是因特网工程特别任务组(IETF)的标准RFC2002的主题。在此引入该RFC标准作为参考。
本发明的基本问题是在多承载网络内的变化的情况中如何为每一数据分组选择最佳承载。数据分组具有不同的业务质量要求。情况可能会因为用户移动或网络负载改变而变化。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种用于在变化的情况中为每一数据分组选择最佳承载的机制。该目的通过一种方法和设备来实现，所述方法和设备的特征在所附独立权利要求中公开。本发明的优选实施例在所附从属权利要求中公开。本发明基于这样一种构思，即为MBN和移动节点之间的数据分组选择最佳承载，所述选择应基于1)所述数据分组的业务质量要求(业务类别)、2)与移动节点有关的移动性数据、3)与多承载有关的业务数据以及4)承载优选信息的组合。可以从移动节点，也可以可择地从原籍的运营商和受访的MBN运营商得到所述承载优选信息。
为了节省便携式移动节点的电池，移动节点每次仅监控一种承载类型(网络)是更可取的。例如，与移动节点有关的用户数据可以包括预定承载类型，比如GSM或UMTS。应当在该承载上呼叫所述移动节点。移动节点可被命令通过发送指示所选择的承载类型、信道、可能的解密数据等的修改后的寻呼消息来监控所选择的承载类型。作为选择，可在诸如短消息、USSD(非结构化补充业务数据)、数据呼叫等独立的消息内发送这种信息。
根据本发明的另一优选实施例，只要移动节点在某一覆盖区内，就可经过同一接口单元路由所有属于同一会话(或数据流，如果使用了数据流标记)的IP分组。例如，如果移动节点经过小区x从DAB网络接收IP分组，则应当经过DAB小区x路由同一会话的所有IP分组，除非移动节点移动到该小区的覆盖区之外。
附图说明
以下将结合优选实施例，并参照附图来详细描述根据本发明的方法和装置，在附图中：
图1A示出了其内使用本发明的网络装置的优选结构以及用于移动节点被叫(下行链路)业务的可用选择；
图1B示出了用于移动节点主叫(上行链路)业务的可用选择；
图2示出了根据本发明的来访管理系统的主要功能块；
图3A和3B详细地示出了来访管理系统VAS的内部结构；
图4示出了业务管理单元TMU和业务分配单元之间的协作；以及
图5示出了涉及广播网络的本发明的优选特征；以及
图6示出了带有两个可选字段的路由表的优选版本。
具体实施方式
图1A示出了其内使用本发明的网络装置的优选结构。移动节点MN经过多承载网络MBN与其对应节点MCN通信，所述多承载网络MBN向数据分组DP提供若干可择承载。每个数据分组包括标题H和有效负荷部分PL。确切的说，一个数据分组通常带有若干标题，因为每一协议层都插入其自己的标题。但是，每一协议层仅处理自己的每一标题，而仅带有一个网络层标题的模型通常足以描述本发明。标题直接或间接地指示用于数据分组的业务质量要求QoS。直接的QoS指示的实例是这样一种情况，即数据分组标题包括业务质量要求参数或者包括可被直接地映射到业务质量要求参数的参数。间接的QoS指示的实例是这样一种情况，即标题指示一个PDP(分组数据协议)语境，该PDP语境再指示QoS要求。应当理解，‘业务质量’是非常通用的术语，它指示某种请求的或协商的传输特性，例如比特率、最大时延和/或分组丢失概率。业务质量可由现有的适当字段之一来指示，或者可被映射到现有的适当字段之一，这取决于所使用的实际协议，所述现有的适当字段例如是IPv6的“优选字段”或IPv4的“业务类型”。术语‘业务类别’被用来总体地表示被用作指示业务质量要求的字段。
在图1A中已假定MBN与MCN经过因特网通信。更可取的是在MBN的边缘处有防火墙FW。网关节点GW将MBN接口到因特网。骨干网BBN组合不同承载网络BN。它可能是MBN运营商的内部网络。BBN的物理实例是高速局域网或广域网。原籍管理系统HAS在很大程度上与IP移动性方案(在RFC2002内描述)内的本地代理是相同的。来访管理系统VAS是IP移动性方案内的外地代理的逻辑扩展。MBN已接入若干用于将数据分组传送到移动节点MN的承载。
所述承载包括第一组双向承载。双向承载的实例是诸如GSM(全球移动通信系统)的电路交换移动网络、诸如GPRS(通用分组无线业务)的分组交换移动网络以及同时提供电路交换和分组交换承载的第三代移动网络。对于每一种双向承载，都有对应的接口单元GSM_IU、GPRS_IU以及UMTS_IU。
所述承载包括第二组单向承载。单向承载的实例是数字音频广播(DAB)和数字视频广播(DVB)。对于DAB和DVB两者，图1示出了两个小区DAB_C1，DAB_C2；DVB_C1，DVB_C2，以及它们的对应接口单元DAB_IU1，DAB_IU2；DVB_IU1，DVB_IU2。
在图1的系统中，第一和第二组承载之间还有另一个差别。除了是双向的之外，第一组承载还是点到点承载。换句话说，每个连接被定制给一个特定收信人。相反，第二组承载是广播或组播承载。换句话说，如何将连接定制给相应的收信人并不直观。该问题的一个解决方案是仅将解密密钥分配给预定接收人的广播/组播承载的加密。
在本申请的语境中，‘上行链路’表示从移动节点MN到对应的节点MCN，而‘下行链路’表示相反的方向。图1内的粗箭头符号描述数据分组在下行方向上的各种路由选择。对于MCN和VAS之间的间距12，如果移动节点MN(或其用户)的IP地址不属于MBN网络，则数据分组将被直接路由。如果所述IP地址属于MBN网络，则数据分组将被经过原籍管理系统HAS路由。以细虚线11绘出了该路线。对于VAS和MN之间的间距12，VAS带有若干可供选择的承载。根据本发明，VAS考虑以下各点：1)所述数据分组的业务质量(业务类别)要求，2)与移动节点有关的移动性数据(即何种承载和哪些接口单元可被用作达到MN)，3)与多承载有关的业务负载/资源可用性数据以及4)承载优选信息。最佳承载选择和VAS的内部结构将在下文中详细描述。
图1B示出了可用于MN和MCN之间的上行链路业务的承载选择。由于DAB和DVB是单向的(仅下行链路)，所以它们无法为上行链路业务所用，仅可用的承载21a至21c经过移动网络GSM、GPRS和UMTS。
图2示出了根据本发明的来访管理系统VAS的主要功能块。VAS具有三个主要功能或部分：1)移动性管理功能MMF、2)业务管理功能TMF以及3)高速缓冲代理CP。VAS的移动性管理功能在很大程度上与RFC 2002的IP移动性方案内的外地代理是相同的。MMF也可能参与鉴权和/或计费。业务管理功能TMF的功能包括a)从各种承载网络(GSM、GPRS、UMTS、DAB、DVB…)收集业务信息、b)从移动节点MN及其原籍MBN收集与业务管理有关的信息、c)将与业务管理有关的消息发送到移动节点MN、d)选择用于下行链路业务的承载网络以及e)将下行链路业务转发到所选择的承载网络。高速缓冲代理CP的功能是将频繁请求的内容保持在高速存储器内，以将通过电信线路的这种内容的检索减至最少。高速缓冲代理CP应当具有足够的智能，从而能以一种特定于应用的方式来处理数据分组，而不是仅仅高速缓冲IP业务分组。
图3A和3B详细地示出了从业务管理的观点来看的来访管理系统VAS的内部结构。图3A示出了从用户业务的观点来看的VAS结构。
IP路由软件方框31至33基于分组标题将数据分组路由到适当的接收人。这些方框还解封到VAS的IP分组，并将解封后的分组传递到上层以进一步处理。对应地，方框31至33还封装来自上层的分组。在图3A和3B中，来自上层的分组被表示为从上方进入方框31至33的业务流。VAS还包括业务分配单元TDU。TDU的功能是a)基于一个或多个由分组标题指示的与业务质量有关的参数(这些参数可能包括用于IPv4的‘业务类型’以及用于IPv6的‘优选’或‘数据流标记’)来确定输入IP分组的业务类别、b)基于业务类别/QoS要求来选择用于下行业务的适当的承载(无线网)以及c)将每一IP分组封装入到所选择的承载网络和接口单元的外部IP标题之内。自TDU出发的箭头符号从下方进入IP路由方框32这一事实指示TDU已封装了IP分组，方框32不应当再执行另一封装。
图3B示出了从系统业务、移动性管理和业务管理的观点来看的VAS结构。移动性管理单元MMU执行通常由带有移动IP支持的IP网络内的外地代理来执行的功能，并具有一些与MBN支持有关的增强的功能，例如小区选择以及广播网络之内或网络之间的切换控制。业务管理单元TMU的功能是a)从各种承载网络BN(DVB、DAB、UMTS等)收集业务负载信息、b)收集并更新(经过MMU)来自移动节点的承载优选信息、c)从每个移动节点的原籍网可选择地收集承载类型优选信息、d)生成并更新到TDU的承载路由信息以及e)将业务管理消息发送到移动节点。为了执行这些功能，业务管理单元TMU接收以下输入：a)来自各种承载网络BN的业务负载信息、b)来自移动节点的承载优选信息以及c)来自每个移动节点的原籍MBN的可选择地承载类型优选信息。业务分配单元TDU和业务管理单元TMU协作执行图2内示出的业务管理功能TMF。以下将结合图4详细描述TDU和TMU的合作。
图4示出了业务管理单元TMU和业务分配单元TDU之间的协作。业务管理单元TMU考虑三种信息：1)来自各种承载网络BN的业务负载信息41、2)可用接口单元信息42以及3)优选承载类型43。来自各种承载网络BN的业务信息41指示可选择的承载网络上的负载(或相反：可用容量)。该信息可能被用作硬判决(所请求的承载可否被分配)或软判决(业务是否应当被调整以促进轻负载承载网络的使用)的基础。可用接口单元信息42可被如下生成。优选接口单元表PIU为每种承载类型(DVB、DAB、UMTS、GPRS以及GSM)指示了一个或多个优选接口单元(更确切的说是优选接口单元的IP地址)以及它们的优选级。所述PIU表是特定于移动节点的。每个移动节点MN都应当在登记期间并连同位置更新一起直接或间接地指示其PIU表。例如，MN可能会通过形成PIU表并将其发送到VAS来直接指示PIU。但是，所述PIU表并不被直接发送到TMU。相反，移动性管理单元MMU控制网络内或网络之间的切换。相应地，MMU还为每个广播网络选择接口单元。MMU考虑PIU以及与移动节点有关的移动性数据(即何种接口单元可被用作达到MN)。MMU使用该信息生成其后被应用于TMU的可用接口单元表AIU(而非如上的PIU表)。优选承载类型信息43可被组织为优选承载类型PBT表。PBT表为每一业务类别指示若干具有递减优选的可择承载类型。首字母缩略词‘WLAN’代表无线局域网，尽管这种网络在图1A和1B中并未被单独示出。例如，对于业务类别1来说，最优选的承载类型是WLAN和UMTS，但GPRS和GSM也是可能的选择。VAS可能会随同MN登记得到特定于原籍MBN的PBT表，它也可能使用通用预定PBT表。
业务管理单元TMU考虑所有的可用信息41至43，并在业务分配单元TDU内生成和更新多承载路由表MBRT。MBRT指示用于有效用户w、w+1等和业务类别1至5(编号5仅是一个实例)的每一组合的适当接口单元的IP地址。应当指出，具有多同时会话的用户可以具有用于MBRT表内的每项会话的入口。当业务分配单元TDU接收其标题H间接地指示业务类别(通过与QoS有关的参数)的数据分组时，TDU使用对应的用户ID和业务类别从多承载路由表MBRT恢复适当的接口的IP地址。其次，TDU将数据分组DP封装入其标题H’指示从MBRT恢复的IP地址(所选择的接口单元的)的另一数据分组DP’。当所选择的接口单元接收数据分组DP’时，它解封外部标题H’并将原始数据分组DP发送到移动节点MN。MBRT表的优点基本上如图4所示，在于它为每一数据分组直接指示分组被发送到的IP地址。换句话说，发送单个数据分组并不涉及决策，仅涉及来自MBRT表的IP地址的检索。
对于IPv6，业务类别可被映射到“优选”。对于IPv4，业务类别可被映射到业务类型。如果使用了微分业务协议，可将业务类别映射到被预订以供未来使用的比特。根据本发明的优选实施例，对于IPv6，所有带有同样的数据流标记的分组通常被同样地映射。
假定用户w具有三项同时应用：新闻、FTP以及点播电视。从MCN到该用户的IP分组可能具有新闻为1、FTP为4、电视为9的优选/优先权值。PIU和PBT表如图4所示，MBN使用五个业务类别，优选值和业务类别之间的映射如下：
优选值 业务类型
    1-2     1
    3     2
    4-7     3
    8-11     4
    12-15     5
在这种情况下，IP分组传送属于业务类别1的新闻，它们被经过其IP地址为IP-GPRS_Iua的路由器路由。IP分组传送属于业务类别3的FTP，它们被经过其IP地址为IP-DAB_IUx的路由器路由。IP分组传送属于业务类别4的电视，它们被经过其IP地址为IP-DAB_IUx的路由器路由。
假设该用户w又启动了另一应用，例如具有优选值2的电子邮件。在这种情况下，IP分组传送属于业务类别1的电子邮件，它们被经过其IP地址为IP-GPRS_IUa的路由器路由。
图5示出了另一优选特征或对图4内示出的实施例的增加。该优选特征允许经过单预定承载寻呼移动节点，并允许使用单接口单元，只要移动节点在其覆盖区内。该特征基于这样的构思，即由超过某一最长时间Tmax的时间间隔来分隔的IP分组被MBN视为属于两个独立的会话。在这种情况下，MBRT表内的每个入口不仅包括相关接口单元的IP地址还包括“忙”标志和定时器字段T。所述定时器字段T被与最大值Tmax相比较，其值由运营商优化。如果“忙”标志B为零，则表示无IP分组在Tmax的过去的时间间隔内使用该入口。如果“忙”标志被设置(在图6中以‘B＝1’来指示)，则表示至少一个IP分组在Tmax的过去的时间间隔内使用该入口。每个定时器字段T的值由TMU在恒定的时间间隔内增加。每次通过使用MBRT表内的某一入口来路由一个数据分组后，该入口的对应的定时器字段T被重置为零，而“忙”标志被设置为一。将“忙”标志设置为‘1’更可取的是由TDU在路由IP分组时执行或触发。
图6示出了一种使用图5内示出的B和T字段的方法。在步骤61中，业务分配单元TDU检验呼入IP分组的标题。TDU确定目的IP地址和业务类别(直接或间接映射)并从MBRT表恢复对应入口。在步骤62中，TDU检验“忙”标志以检查所选择的接口单元IU是否在最近的时间间隔Tmax期间内被该用户/会话使用。如果否，TDU则在步骤63内开始缓冲呼入IP分组，并在步骤64内寻呼移动节点。更可取的是，为降低TDU的计算负载，当实际寻呼操作由诸如TMU的另一单元来执行时TDU可仅触发一个寻呼。在步骤65中，当寻呼操作完成且移动节点响应时，“忙”标志被设置为一，而定时器字段T被初始化为零。在步骤66中，TDU开始用其目的IP地址被从MBRT表恢复的另一IP标题来封装每个原始IP分组。最后，在步骤67中，所封装的IP分组被经过IP路由软件传送到移动节点。
业务管理单元TMU负责更新MBRT。MBRT更新应当遵守以下原则。MBRT表的入口，或更特殊的用户/会话和业务类别的某一结合的IP地址应当仅在以下情况下才可被修改：如果“忙”标志为零，且如果a)修改由广播网的小区之间或不同的网络之间的切换引起、b)移动节点移动出一个承载的覆盖区或c)业务负载/资源可用性改变，则IP地址可被更新。另一方面，如果“忙”标志为零，且如果a)修改由广播网的小区之间或不同网络之间的切换引起、b)移动节点移动出一个承载的覆盖区或c)业务条件有非寻常改变，则IP地址可被更新。如果可能的话，应当避免IP业务流的中断。这对于具有高QoS要求的IP分组尤其重要。相反，如果无法避免中断，具有低QoS要求的数据流应当被首先中断。遵守这些原则允许同一接口单元的使用尽可能的长。
参考：
1.在 http：//memo.lboro.ac.uk的MEMO network documentation

Claims (9)

1.一种用于将数据分组(DP)从移动节点的对应节点(MCN)经过多承载网络或MBN发送到移动节点(MN)的方法，所述数据分组(DP)直接或间接地指示业务质量要求(QoS)，其中MBN提供：
给MBN和移动节点之间的每个多择承载网络(BN)至少一个接口单元(IU)；
移动性管理功能(MMF)以保持与移动节点(MN)有关的移动性数据；
其特征在于，该方法包括步骤：
选择用于在MBN和移动节点(MN)之间发送数据分组(DP)的最佳承载网络(BN)，所述选择基于；
所述数据分组(DP)的业务质量要求(QoS)；
与多承载有关的业务负载数据(41)；
接口单元优选信息(PIU，42)；以及
承载类型优选信息(PBT，43)。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，将所述业务负载数据(41)、所述接口单元优选信息(PIU，42)以及所述承载类型优选信息(PBT，43)组合成在功能上对应于一个二维表的数据结构(MBRT)，其每个入口向用户和业务质量要求(QoS)的组合直接指示接口单元(IU)。
3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，承载类型优选信息(PBT，43)至少为业务质量要求的一些值指示多优选承载以及它们的优选级。
4.根据以上权利要求中任何一个的方法，其特征在于，接口单元优选信息(PIU，42)至少为一些承载类型指示多优选接口单元以及它们的优选级。
5.根据以上权利要求中任何一个的方法，其特征在于，承载类型优选信息由MBN的运营商来配置。
6.根据以上权利要求中任何一个的方法，其特征在于，所述承载网络(BN)至少提供第一组点到点承载和第二组组播或广播承载，而发送数据分组的步骤包括经过所述第二组承载发送至少一些加密的数据分组以及将对应的解密密钥经过所述第一组承载发送到至少一个预定接收者。
7.根据权利要求2的方法，其特征在于，所述数据结构(MBRT)的每个入口还指示所述入口在预定的时间间隔内是否被使用。
8.一种用于多承载网络或MBN的网络单元(VAS)，该网络单元包括用于移动节点(MN)的移动性管理功能(MMF)，所述移动节点经过MBN与其对应节点(MCN)通信；
其中MBN向MBN和移动节点之间的每个多择承载网络(BN)提供至少一个接口单元(IU)；
其特征在于：
业务管理功能(TMF)，用于选择用于MBN和移动节点(MN)之间的数据分组(DP)的最佳承载网络(BN)，所述选择基于：
所述数据分组(DP)的业务质量要求(QoS)；
与多承载有关的业务负载数据(41)；
接口单元优选信息(PIU，42)；以及
承载类型优选信息(PBT，43)。
9.根据权利要求8的网络单元(VAS)，其特征在于，被用作将所述业务负载信息(41)、所述接口单元优选信息(PIU，42)以及所述承载类型优选信息(PBT，43)组合成在功能上对应于一个二维表的数据结构(MBRT)，所述数据结构(MBRT)直接为用户和业务质量要求(QoS)的每个组合指示接口单元(IU)。
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