CN1499889A - 用于分组无线网与无线局域网混合部署的无缝漫游方法 - Google Patents

Abstract

一种用于分组无线网与无线局域网混合部署的无缝漫游方法，其中，移动代理周期性地轮询其服务区内的移动节点，如果某一移动节点离开该服务区，则向相邻的其它移动代理发送广播查询请求消息，同时开始对发给所述移动节点的数据包进行缓存；其它移动代理收到广播查询请求消息后，在各自的服务区内对移动节点进行广播查询；移动节点收到广播查询后发出应答消息，收到应答消息的新移动代理向原移动代理发送响应消息；然后移动节点进行位置变更，原移动代理结束对发给移动节点的数据包的缓存，并将这些数据包发给新移动代理，后续的数据包经所述新移动代理发给所述移动节点，从而完成由原移动代理服务区向新移动代理服务区的无缝漫游切换。

Description

用于分组无线网与无线局域网混合部署的无缝漫游方法

技术领域

本发明涉及移动通信系统，尤其涉及一种用于分组无线网与无线局域网混合部署的无缝漫游方法。

背景技术

一、移动IP

因特网工程任务组(IETF，即Internet Engineering Task Force)提出了RFC2002标准，该标准阐述了移动IP(Mobile IP)的原理、实现等问题，该标准在本发明中作为参考。简而言之，移动IP是一种网络通信协议，它能够保证移动节点在不改变其现有IP地址的情况下改变其在因特网中的连接点。因此，移动节点可以在移动过程中不中断正在进行的网络通信以及不中断正在进行的网络应用，从而实现移动节点对网络的不间断的无缝访问。

下面参照图1，对移动IP的一般原理进行描述，其中：

移动节点13(MN，即MobileNode)指的是处于移动中的通信设备，该设备一般安装有无线网卡或无线收发器，因此具备无线通信功能；

归属代理14(HA，即Home Agent)是归属网11上的移动代理，它是移动节点13所在本地归属网中的路由选择实体，其功能是当移动节点13移动到外区网12时，负责截收发给移动节点13的数据包，并使用隧道技术将这些数据包转发到移动节点13的转交地址；

外区代理15(FA，即Foreign Agent)位于移动节点13当前所在的外区网12上，它是移动节点13所在外区访问网中的路由选择实体，它为注册的移动节点13提供路由选择业务，负责解除原始数据包的隧道封装，取出原始数据包，并将其转发到该移动节点13。

其中的移动节点13拥有两个IP地址：一个是归属地址，即移动节点13与归属网11连接时使用的固定IP地址，不管移动节点13移至网络何处，其归属地址始终保持不变；另一个是转交地址(COA，即Care of Address)，就是隧道终点地址，移动节点13的转交地址通常就是外区代理15的地址，也有可能就是移动节点13在外区网12中的地址。工作时，移动节点13通过发送“转交地址注册请求”向归属代理14注册它的转交地址，归属代理14通过“转交地址注册响应”来反馈给移动节点13，同时登记移动节点13的相应捆绑(binding)信息(包括归属地址、转交地址和隧道标识)。

移动IP中的代理发现，是指移动代理在它提供服务的服务区内广播它的可用性消息，移动节点根据该消息发现移动代理，并确定当前网络是否是外区网，如果是外区网，移动节点就从外区代理处获得转交地址。

移动IP中的转交地址注册，是指移动节点将在外区网获得的转交地址告知归属代理，以便归属代理使用该转交地址将归属地址的数据包通过隧道转发给位于外区网的移动节点。

移动IP中的取消注册，是指当移动节点从外区网回到归属网时，它将向归属代理发送取消转交地址注册的请求，以便恢复在归属网的正常通信。

当移动节点13位于外区网12上时，位于分组数据网络16的固定主机17发给移动节点13归属地址的数据包被其归属代理14接收，归属代理14利用隧道技术，将原始IP数据包封装在转发的IP数据包中，从而使原始IP数据包原封不动的转发到移动节点13的转交地址，由隧道终点(外区代理15或移动节点13本身)接收，然后解除隧道封装，并最终把原始IP数据包传送到移动节点13。

在相反方向，即移动节点13向固定主机17发送数据包时，则使用标准的IP路由选择机制，无论移动节点13在归属网11内还是在外区网12内，移动节点13发出的数据包都被直接路由传送到固定主机17，无需通过其归属代理14转发。移动节点13的转交地址仅用于归属代理14和外区代理15进行联系，而不会被固定主机17所觉察感知。

二、分组无线网与无线局域网

GPRS(General Packet Radio Service，即通用分组无线业务)是在GSM(Global System for Mobile Communications，即全球移动通信系统)Phase2+阶段引入的一种新型分组数据业务，它为用户提供端到端的基于分组交换和传输技术的移动数据业务，能更有效的利用网络资源，更好地适用于非周期性的突发数据业务。

下面参照图2，对分组无线网(GPRS网)和无线局域网(WLAN，即Wireless Local Area Network)混合部署的一般网络结构进行描述。

通常，一个通用分组无线业务骨干网206连接有若干个GPRS子网服务区，每个子网服务区内有一个或多个分组数据接入服务支持节点，这些节点被称为服务通用分组无线业务支持节点(SGSN，即Serving GPRS SupportNode)。一般地，每个服务通用分组无线业务支持节点都与GSM移动通信网中的基站系统通过标准Gb接口相连，其中的基站系统由基站收发信机201，基站控制器202和分组控制单元203共同组成，这样可以通过基站系统为移动台提供分组数据服务。在图2中，子网服务区220就有一个服务通用分组无线业务支持节点204，它通过Gb接口和基站系统相连。

服务通用分组无线业务支持节点204为移动台提供移动性管理、路由选择等服务，并执行安全功能和接入控制。这里的移动台是指在分组无线网与无线局域网混合部署的情况下能进行分组无线通信的双模或多模终端设备，例如是集成了无线网卡芯片的分组无线蜂窝电话，或者是与能进行分组无线通信的蜂窝电话连接的具有无线网卡的便携机。因此在图2中，画出了两种不同接入位置下的移动台，即通过基站系统接入的移动台200，以及通过无线局域网210接入的移动台211。移动台还可以有其它多种具体实现方式。移动台的用户信息永久地保存在归属位置寄存器205(HLR，即Home LocateRegister)中。

其中的网关通用分组无线业务支持节点207(GGSN，即Gateway GPRSSupport Node)是用于接入外部数据网络和业务的节点。GPRS子网经过网关通用分组无线业务支持节点207连接到数据网208，例如因特网或X.25网。为了发送和接收分组数据，移动台要向服务通用分组无线业务支持节点204请求创建它所要使用的分组数据地址。这一操作使得在相应的网关通用分组无线业务支持节点207中得知该移动台，然后移动台便可开始与数据网208的互通。其中的服务通用分组无线业务支持节点204和网关通用分组无线业务支持节点207是GSM移动通信系统实现GPRS业务的核心实体。

把服务通用分组无线业务支持节点204、网关通用分组无线业务支持节点207等设备互连的运营者的通用分组无线业务骨干网206，可以通过例如IP网的本地网来实现。然而，不用运营者的内部骨干网，而通过某一计算机提供所有的特性，也可以实现运营者的通用分组无线业务骨干网206。

无线接入网可以是GPRS/GSM系统的一部分。无线接入网包括空中接口Um，如图2所示，该接口是系统性能的瓶颈。因此，GPRS网尽管其覆盖范围非常广泛，但数据传输速率比较低，不能满足移动用户高速上网的要求。

无线局域网210作为一种快捷灵活的本地无线接入网，可以为热点地区的移动台提供较高速率的数据接入服务，而移动台211通过接入控制器209完成身份认证、IP地址分配后接入数据网208，其无线接口的速率要远远高于GPRS网的Um接口的速率。但是无线局域网自身也存在着固有的弱点：作为一种局部性的本地接入网手段，无线局域网无法提供用户跨越较大地理范围例如跨城市的漫游服务。

综合利用分组无线网与无线局域网的各自特点，就产生了如图2所示的混合部署网络结构。从覆盖范围来看，覆盖热点地区的无线局域网同时也处在GPRS网的覆盖范围内。这样，移动台可以利用GPRS网或无线局域网随时随地获得分组数据服务，在热点地区可以优先选择使用无线局域网以获得高速的数据接入，在其它没有无线局域网部署的大范围地区可以使用GPRS网以获得时时在线的数据服务。

上述的混合部署网络结构存在着如下缺点，即一旦移动台在无线局域网和GPRS网间切换时，伴随着获得新的分组数据地址，不得不中断正在进行的网络应用，无法实现对网络的不间断的无缝访问。而且在移动台进行网间切换时，如果仅仅只是简单的利用移动IP的基本方法，则一方面无法满足移动台的频繁移动切换的特性，即无法保证移动台在频繁切换时网络应用的连续性；另一方面也难以与分组无线网络相结合。

发明内容

本发明为克服现有技术的分组无线网与无线局域网混合部署中存在的上述不足，借鉴移动IP的基本思想，对分组无线网与无线局域网做出相应的改进，提供一种用于分组无线网与无线局域网混合部署的无缝漫游方法，使移动台在分组无线网与无线局域网之间切换时无需中断正在进行的网络应用，实现移动台对网络的不间断的无缝访问。

本发明的技术方案在于，一种用于分组无线网与无线局域网混合部署的无缝漫游方法，其特征在于，通过以下步骤实现对网络不间断的无缝漫游：

(1)移动代理周期性地轮询其服务区内的移动节点，如果某一移动节点离开该移动代理的服务区，则所述移动代理向相邻的其它移动代理发送广播查询请求消息，同时开始对它所收到的发给所述移动节点的数据包进行缓存；

(2)所述相邻的其它移动代理收到广播查询请求消息后，在各自的服务区内对所述移动节点进行广播查询；

(3)所述移动节点收到广播查询后，发出应答消息，收到所述应答消息的新移动代理向原移动代理发送针对所述查询请求消息的响应消息；

(4)移动节点进行位置变更，原移动代理结束对收到的发给移动节点的数据包的缓存，并将这些数据包发给新移动代理，后续的数据包通过所述新移动代理发给所述移动节点，从而完成由原移动代理服务区向新移动代理服务区的无缝漫游切换。

根据本发明所述的方法，如果所述原移动代理及新移动代理都是外区代理，则在所述第(4)步中，移动节点从新外区代理处获得新转交地址，并将该新转交地址发送到移动节点的归属代理；所述移动节点的归属代理向原外区代理发出移动节点位置变更消息，原外区代理结束对收到的发给移动节点的数据包的缓存，并将这些数据包发给新外区代理；所述移动节点的归属代理将后续的数据包通过隧道转发给位于所述新外区代理服务区内的移动节点，移动节点完成由原外区代理服务区向新外区代理服务区的无缝漫游切换。

根据本发明所述的方法，如果所述原移动代理是外区代理而所述新移动代理是归属代理，则在所述第(4)步中，所述移动节点向归属代理发送取消原转交地址注册的请求；移动节点的归属代理向原外区代理发出移动节点位置变更消息，原外区代理结束对收到的发给移动节点的数据包的缓存，并将这些数据包发给移动节点的归属代理；归属代理将后续的数据包直接发给位于所述归属代理服务区内的移动节点，移动节点恢复在归属代理服务区内的正常通信，可直接发送和接收数据包，移动节点完成由原外区代理服务区向归属代理服务区的无缝漫游切换。

根据本发明所述的方法，如果所述原移动代理是归属代理而所述新移动代理是外区代理，则在所述第(4)步中，所述移动节点从新外区代理处获得转交地址，并将该转交地址发送到所述归属代理；所述归属代理结束对发给移动节点的数据包的缓存，并将这些数据包发给新外区代理；所述归属代理将后续的数据包通过隧道转发给位于所述外区代理服务区内的移动节点，移动节点完成从归属代理服务区向外区代理服务区的无缝漫游切换。

根据本发明所述的方法，当一个移动节点初始登录时：所述移动节点接收由其所在服务区的移动代理所发出的可用性消息，并判断所进入的是其归属代理服务区还是外区代理服务区；如果进入的是归属代理服务区，则所述移动节点在归属代理服务区内进行正常通信，可直接发送和接收数据包；如果进入的是外区代理服务区，则所述移动节点从所述外区代理处获得转交地址，并将该转交地址发送到所述移动节点的归属代理，所述归属代理将发给所述移动节点的数据包通过隧道转发给位于所述外区代理服务区内的移动节点。

实施本发明的方法具有以下优点：综合利用了分组无线网与无线局域网的各自优势，使得移动节点在分组无线网与无线局域网之间切换时，无需中断正在进行的网络应用，实现了移动节点对这个混合部署网络的不间断的无缝访问与漫游。本发明的另一个优点就是，分组无线网与无线局域网混合部署的移动IP支持可以成为网络运营商的一个新业务，运营商可以针对该业务对用户计费。

附图说明

图1是移动IP的基本原理说明示意图；

图2是分组无线网与无线局域网混合部署的整体网络结构图；

图3是本发明的一个优选实施例的整体网络结构图；

图4是描述图3的移动节点应用本发明方法的流程图。

具体实施方式

在本发明中，漫游是指移动节点在归属网和外区网之间的移动，或者是移动节点在不同的外区网之间的移动；移动节点是指应用了无缝漫游方法后的，如前文所述的混合部署系统中的移动台。

在如图3所示的本发明的一个优选实施例的整体网络结构图中，其基本网络架构与图2完全一致。从覆盖范围来看，覆盖热点地区的第一无线局域网317和第二无线局域网304有部分交叉覆盖，它们同时也处在GPRS网的子网服务区320的覆盖范围内。在本实施例中，假设移动节点305首先登录到归属网——第一无线局域网317，所以在图2的基础上增加了归属网第一无线局域网317的归属代理315，在本实施例中归属代理315在接入控制器314处实现。

随后，移动节点305离开第一无线局域网317，漫游到GPRS网的子网服务区320内，此时GPRS网就是移动节点的外区网，所以在图2的基础上增加外区网GPRS网的第一外区代理311，在本实施例中，第一外区代理在网关通用分组无线业务支持节点312处实现。当然，第一外区代理311也可以在其它地方实现，例如服务通用分组无线业务支持节点306处，这种情况下需要对GPRS骨干网传输协议进行一些修改，网关通用分组无线业务支持节点312和服务通用分组无线业务支持节点306之间不再利用GTP(GPRSTunneling Protocol，即GPRS隧道协议)传输数据，而是利用移动IP协议直接把封装的数据包从网关通用分组无线业务支持节点312隧穿到服务通用分组无线业务支持节点306，再由服务通用分组无线业务支持节点306负责把解除封装后的原始数据包传送给移动节点305。

当移动节点305又进一步漫游到第二无线局域网304并优先使用该无线局域网时(在本实施例中，当移动节点同时处在无线局域网和GPRS网的覆盖范围内时，移动节点总是优先使用数据传输速率较高的无线局域网)，第二无线局域网304就成为了移动节点305的新的外区网，此时新的第二外区代理309在接入控制器308处实现。

当移动节点305重新回到归属网第一无线局域网317时，第二外区代理309就成了原外区代理。移动节点305进行取消注册，恢复在归属网无线局域网317里的正常通信。

现参照图4并结合图3来说明根据本发明的优选实施例的具体漫游切换步骤：

首先，在分组无线网与无线局域网混合部署的系统中，各个移动代理实体(例如归属代理315，第一外区代理311，第二外区代理309等等)都广播自己的可用性消息，供移动到本服务区内的移动节点接收检测，每一个服务区内的移动代理既是本服务区的归属代理，同时也是其它服务区的外区代理；

当移动节点305在外区网络GPRS网的子网服务区320初始登录时，移动节点305检测到第一外区代理311广播的可用性消息，移动节点305就进行代理发现，并进行转交地址注册；

转交地址注册完成后，归属代理315就使用移动节点305的转交地址，将目标地址为移动节点305归属地址的数据包(例如，固定主机316发给移动节点305的数据包)通过隧道转发给位于第一外区代理311服务区内的移动节点305；

第一外区代理311周期性地轮询本服务区内的移动节点，检测移动节点305是否离开本服务区？如果轮询检测的结果是移动节点305仍然在本服务区内，则保持原来的路由不变；如果轮询检测的结果是移动节点305离开了本代理的服务区，则第一外区代理311就会向它相邻的各个移动代理(例如第二外区代理309，归属代理315等等)发送广播查询请求消息，请求检测报告移动节点305的最新位置，同时第一外区代理311开始对归属代理315的发给移动节点305的IP数据包进行缓存。因为此时归属代理315尚未获得移动节点305的更新的捆绑信息，所以仍然会把IP数据包发给移动节点305的原第一外区代理311；

各个相邻的移动代理收到广播查询请求消息后，在各自的服务区内对移动节点进行广播查询，移动节点305收到广播查询后，做出应答，在图3的实施例中，移动节点305从GPRS网又漫游至第二无线局域网304并优先使用该无线局域网，即从第一外区代理311的服务区又漫游至第二外区代理309的服务区，收到移动节点305应答消息后的新的第二外区代理309向原第一外区代理311发送查询请求响应消息，同时进行移动节点305在新服务区内的转交地址注册登记；

移动节点的归属代理向原第一外区代理311发出移动节点位置变更消息后，原第一外区代理311结束它对收到的发给移动节点的IP数据包的缓存，将这些数据包发给新的第二外区代理309，这样，可以避免在移动节点从一个服务区切换到另一个服务区的过程中的数据丢失，在图3的实施例中，归属代理315向原第一外区代理311发出移动节点305位置变更消息后，原第一外区代理311结束它对收到的发给移动节点305的IP数据包的缓存，将这些数据包发给第二无线局域网304中的新的第二外区代理309；

移动节点305的归属代理315将后续的IP数据隧穿到新的第二外区代理309，这样移动节点305就完成了从原第一外区代理311的服务区向新第二外区代理309的服务区的无缝漫游切换，此后，任何发给移动节点305的归属地址的IP数据都会被归属代理315路由至新的第二外区代理309，从而实现了移动节点305的无缝漫游；

如果移动节点305最终又从某个外区网回到了归属网第一无线局域网317，移动节点305就进行取消注册，同时归属代理315向原外区代理发送查询请求响应消息，在移动节点305完成取消注册之前，原外区代理仍然对移动节点305的归属代理315发来的IP数据包进行缓存，直到归属代理315向原外区代理发出移动节点305位置变更消息，原外区代理结束它对收到的发给移动节点305的IP数据包的缓存，将这些缓存的数据包发给归属代理315，移动节点305完成取消注册后，恢复在归属网315中的正常通信。

当然，本发明中的移动节点可以首先登录到GPRS网并设定相应的IP地址，例如由网关通用分组无线业务支持节点(GGSN)分配IP地址，因此GPRS网就是移动节点的归属网，归属代理在GGSN处实现(当然，归属代理也可以在其它地方实现，例如SGSN处)。随后，移动节点漫游到无线局域网的服务区内，无线局域网就是移动节点的外区网，外区代理在无线局域网的接入控制器处实现。

本发明中，如果移动节点支持移动IP协议，则可以进行路由优化，避免移动IP中的三角路由问题(非对称路由问题)。即固定主机发给移动节点的数据必须经由归属代理封装转发后才能到达移动节点的转发地址；而移动节点发出的数据可以直接路由到固定主机。

另外，如果采用IP v6技术和无界地址自动配置(Stateless Address AutoConfiguration)和邻居发现(Neighbor Discovery)配置技术，在上述实施方案中就不再需要外区代理了。

同样，本发明还可以应用于其它移动通信系统和无线局域网混合部署的情况，例如第三代移动通信系统(UMTS，即Universal MobileTelecommunication System，IMT2000 International Mobile Telecommunication)和无线局域网混合部署等等。

以上描述只是说明了本发明的一些优选实施方式，然而，本发明并不局限于这些实例或所用名词术语，而可以在附属权利要求书的范围和实质内变化。

Claims (7)

1、一种用于分组无线网与无线局域网混合部署的无缝漫游方法，其特征在于，通过以下步骤实现对网络无间断的无缝漫游：

(1)移动代理周期性地轮询其服务区内的移动节点，如果某一移动节点离开该移动代理的服务区，则所述移动代理向相邻的其它移动代理发送广播查询请求消息，同时开始对收到的发给所述移动节点的数据包进行缓存；

(2)所述相邻的其它移动代理收到广播查询请求消息后，在各自的服务区内对所述移动节点进行广播查询；

(3)所述移动节点收到广播查询后，发出应答消息，收到所述应答消息的新移动代理向原移动代理发送针对所述查询请求消息的响应消息；

(4)移动节点进行位置变更，原移动代理结束对收到的发给移动节点的数据包的缓存，并将这些数据包发给新移动代理，后续的数据包通过所述新移动代理发给所述移动节点，从而完成由原移动代理服务区向新移动代理服务区的无缝漫游切换。

2、根据权利要求1所述方法，其特征在于，如果所述原移动代理及新移动代理都是外区代理，则在所述第(4)步中，移动节点从新外区代理处获得新转交地址，并将该新转交地址发送到移动节点的归属代理；

所述移动节点的归属代理向原外区代理发出移动节点位置变更消息，原外区代理结束对收到的发给移动节点的数据包的缓存，并将这些数据包发给新外区代理；

所述移动节点的归属代理将后续的数据包通过隧道转发给位于所述新外区代理服务区内的移动节点，移动节点完成由原外区代理服务区向新外区代理服务区的无缝漫游切换。

3、根据权利要求1所述方法，其特征在于，如果所述原移动代理是外区代理而所述新移动代理是归属代理，则在所述第(4)步中，所述移动节点向归属代理发送取消原转交地址注册的请求；

移动节点的归属代理向原外区代理发出移动节点位置变更消息，原外区代理结束对收到的发给移动节点的数据包的缓存，并将这些数据包发给移动节点的归属代理；

归属代理将后续的数据包直接发给位于所述归属代理服务区内的移动节点，移动节点恢复在归属代理服务区内的正常通信，可直接发送和接收数据包，移动节点完成由原外区代理服务区向归属代理服务区的无缝漫游切换。

4、根据权利要求1所述方法，其特征在于，如果所述原移动代理是归属代理而所述新移动代理是外区代理，则在所述第(4)步中，所述移动节点从新外区代理处获得转交地址，并将该转交地址发送到所述归属代理；

所述归属代理结束对发给移动节点的数据包的缓存，并将这些数据包发给新外区代理；

所述归属代理将后续的数据包通过隧道转发给位于所述外区代理服务区内的移动节点，移动节点完成从归属代理服务区向外区代理服务区的无缝漫游切换。

5、根据权利要求1-4中任一项所述方法，其特征在于，当一个移动节点初始登录时：

所述移动节点接收由其所在服务区的移动代理所发出的可用性消息，并判断所进入的是其归属代理服务区还是外区代理服务区；

如果进入的是归属代理服务区，则所述移动节点在归属代理服务区内进行正常通信，可直接发送和接收数据包；

如果进入的是外区代理服务区，则所述移动节点从所述外区代理处获得转交地址，并将该转交地址发送到所述移动节点的归属代理，所述归属代理将发给所述移动节点的数据包通过隧道转发给位于所述外区代理服务区内的移动节点。

6、根据权利要求1-4中任一项所述方法，其特征在于，所述归属代理在分组无线网的网关通用分组无线业务支持节点处实现；所述原外区代理和新外区代理都在无线接入网的控制器处实现。

7、根据权利要求1-4中任一项所述方法，其特征在于，所述归属代理在无线接入网的控制器处实现，所述原外区代理和新外区代理中的一个在分组无线网的网关通用分组无线业务支持节点处实现，另一个在无线接入网的控制器处实现。

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