CN1510941A - 移动通信系统的网络结构及使用该网络结构的通信方法 - Google Patents

移动通信系统的网络结构及使用该网络结构的通信方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一个移动通信系统的网络结构及使用该网络结构的通信方法。所述网络结构包括多个作为网关将来自作为发送方的移动终端的分组数据经由通用互联网协议操作的公共互联网络发送到另一个作为接收方的移动终端的互联网协议(IP)路由器，一个设置在公共互联网络预定位置的本地代理，其执行移动终端的初始注册、IP选择、根的优化和对移动终端移动性的管理，一个设置在公共互联网另一预定位置的许可验证结算(AAA)服务器，其执行对移动终端的许可、验证和结算，以使移动终端可访问公共互联网络并存储每个移动终端的AAA信息，及多个经过IP路由器分别连接到公共互联网络的无线接入点(RAP)，其连接移动终端并执行无线链路功能。

Description

移动通信系统的网络结构及使用该网络结构的通信方法
技术领域
本发明涉及下一代移动通信系统，更具体地，涉及一个能够适应于互联网协议(IP)的下一代移动通信系统的网络结构及使用该网络结构的方法。
背景技术
网络结构是移动通信系统中一个非常重要的要素，它能够影响移动通信系统的一般性能。依赖于网络结构，每个元件都有不同的功能。过去，线路交换通常占据移动终端系统和常规的有线电话系统中开发的绝大部分。然而，最近已经逐渐多的取得对于满足数据通信的要求的研究成果(effort)。作为研究成果的一部分，已经提出了一种将分组数据转换为适合常规线路交换的数据类型并且发送转换后的分组数据的方法。然而，由于上述转换方法存在多种问题，例如低的数据传输速度等，已经开发出一种能够在其上保证分组数据成功发送的新的网络结构。
第三代合伙计划(3GPP)已经提出了一个能够同时处理移动通信系统中电路数据和分组数据的新的网络结构。如图1中所示出的，所提出的网络结构包括一个无线接入网络(RAN)11和一个核心网络(CN)13。每个网络11和每个网络13都包括能提供移动通信服务的单元。RAN 11处理移动终端的无线接入和移动性，CN 13处理移动终端试图对公共交换电话网络(PSTN)或互联网络的访问。RAN 11包括一个用于执行转换控制、许可控制等的无线电网络控制器(RNC)，和节点B，即，与移动终端进行无线通信的基站。在CN 13中，通过移动业务交换中心(MSC)与PSTN进行语音通信，并且分组数据通信通过一个服务的GPRS支持节点(SGSN)/网关GPRS支持节点(GGSN)连接到互联网络。即，在常规的网络结构中，RAN 11通过基站连接到移动终端，而CN 13连接到互联网络或PSTN。
在常规的网络结构中，在一个专用网络中能够保证用户的业务。然而，在一个系统中安装和管理一个接入网络是很昂贵的。另外，业务被集中于每个连接网络的网关，必须重新定义一个专用接入网络的控制平面的协议。而且，常规的网络结构不适用于分组业务，它需要在每个网关中进行附加的转换处理来兼容分组网络，例如互联网。
不同于由多个网络，即RAN 11，CN 13和一个诸如公共电话网络和互联网的公共网络所组成的常规网络结构，下一代移动通信系统的网络结构将变得更加简单。另外，为了使它们的子网络集成为一个单一的网络，下一代移动通信系统的网络结构越来越多采用了基于互联网协议(IP)分组网络的全-互联网协议(ALL-IP)概念。然而，由于上述的问题，常规的网络结构很难应用于这类基于ALL-IP的移动通信系统。
发明内容
本发明一方面提供一种下一代移动通信系统的网络结构，该网络结构能够与使用普通的互联网协议(IP)的其他系统兼容。
本发明还提供了一个在所述的网络结构中的通信方法。在该通信方法中，控制信息分组数据和用户分组数据被分别进行处理。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于移动通信系统的网络结构，该网络结构包括：作为网关将来自作为发送方的移动终端的分组数据通过由互联网协议操作的公共互联网络发送到另一个作为接收方的移动终端的多个互联网协议(IP)路由器，一个设置在公共互联网络中预定位置的本地代理，该本地代理执行移动终端的初始注册、IP路由、根的优化和移动终端的移动性的管理，一个设置在公共互联网上另一个预定位置的许可验证结算(AAA)服务器，该AAA服务器执行对移动终端的许可、验证和结算，以使该移动终端可以访问公共互联网络，并存储每个移动终端的AAA信息，以及多个分别连接到公共互联网络和移动终端并执行无线电链路功能的无线接入点(RAP)。
根据本发明的另一方面，提供一种在移动通信系统的网络结构中的通信方法，该网络结构包括多个互联网协议(IP)路由器，一个本地代理，一个许可验证结算(AAA)服务器和多个无线接入点(RAP)，该通信方法包括：(a)使用第一通信方法发送控制信息数据；(b)使用第二通信方法发送用户数据，其中，控制信息数据和用户数据被分开处理和发送。
附图说明
通过下面结合附图的详细地示例性实施例的描述将使本发明的上述和其他的特征和优点变得更清楚：
图1是说明典型的第三代合伙计划(3GPP)的网络结构图；
图2是说明根据本发明的一个优选实施例的下一代移动通信系统的网络结构图；
图3是说明图2所示网络结构中的发送控制信息分组数据和用户分组数据的通信方法的流程图；
图4是说明图3中发送控制信息数据的路径图；和
图5是说明图3中发送用户数据的路径图。
具体实施方式
下面将参照显示本发明优选实施例的相应附图来更详细地叙述本发明的内容。
图2是说明根据本发明的一个优选实施例的下一代移动通信系统的网络结构图。在图2中，公共互联网络21包括多个IP路由器22a至22d、一个本地代理24和一个许可验证结算(AAA)服务器25。多个节点，即分别连接到IP路由器22a至22d的无线接入点23a至23d。
在对图2的网络结构中的每个元件进行解释之前，先假定数据是根据由互联网工程任务组(IETF)的请求注释(RFC)2460规定的诸如互联网协议模式6(IPv6)的互联网协议通过公共互联网络21进行传输的。
IP路由器22a至22d用作网关，通过使用标准的互联网地址和路由器协议在发送节点和目的节点之间传输数据。
所述节点，即RAP 23a至23d能够以无线方式被移动终端访问。另外，RAP 23a至23d以有线方式被连接到IP路由器23a至22d上，它们将移动终端连接到和公共互联网络21，并执行路由器功能和通常的无线电链路功能。RAP 23a至23d通过典型的虚拟专用网络(VPN)业务来设置到RAP 23a至23d、本地代理24和AAA服务器25的信号路径。因此，在有任意的移动终端请求移动通信业务的情况下，在位于该移动终端附近的每个RAP 23a至23d都能够在保证安全的情况下沿着一个VPN信号路径和邻近的RAP 23a至23d、本地代理24和AAA服务器25通信。
在图1由第三代合伙计划(3GPP)所建议的网络结构中，每个RAP 23a至23d作为一个无线电网络控制器(RNC)、一个网关通用分组无线电业务(GPRS)支持节点(GGSN)和一个移动服务交换中心(MSC)来服务。因此，RAP 23a至23d可以使用会话初始协议(SIP)进行呼叫设置、使用基于IP的电话路由(TRIP)进行电话服务、并将E.164电话号码和由IETF的电话号码映射(ENUM)工作组所限定的协议应用于相应的域名系统(DNS)。同时，RAP 23a至23d被要求保留网络上的资源以保证基于通信类型的不同质量的服务，例如语音通信、可视电话服务或数据通信。资源的保留是通过使用资源保留协议(RSVP)或差分业务(DiffServ)或二者一起使用来进行。这里，RSVP是一个允许资源沿一个预定路径被保留的协议，而DiffServ是一个根据优先级来传输数据的结构。如果移动终端从一个RAP附近移动到另一个RAP附近，只有在路径的设置经历变化的区域中，微移动协议才运行，并迅速的执行转换和资源保留的改变。此后，一个由位于该移动终端附近的RAP(23a至23d)所产生的绑定(binding)更新消息通过相应的IP路由器(22a至22d)被发送到本地代理24。
本地代理24控制公共互联网络21中所有的RAP 23a至23d，该公共互联网络21是一个有线网络，并执行各种功能，例如移动终端的初始注册、IP路由和根的优化、地址管理和移动终端的迁移(migration)信息，隧道效应(tunnelling)和反转隧道效应(inverse tunnelling)。更好地，本地代理24被构造成支持移动终端的虚拟专用网络业务。为了管理和支持移动终端的移动，特别地，当移动终端离开它的本地网络并试图接入本地网络之外的网络时，本地代理24接收包含在从RAP 23a至23d中递送(delivered)的绑定更新消息中的移动终端定位信息。此后，本地代理24将所接收到的移动终端的定位信息存储在数据库中。本地代理24存储将每个RAP 23a至23d的本地IP地址以表格的形式存储为移动终端的位置信息，如果需要，就通过隧道效应(tunnelling)和封装(encapsulation)将从移动终端接收的数据发送到RAP 23a至23d。换句话说，如果移动终端将数据发送到只知道目的移动终端的本地IP地址的本地网络，本地代理24分析该数据，并基于分析结果从数据库中提取目的移动终端的位置信息，然后通过使用RAP 23a至23d将数据发送到目的移动终端所在的网络。本地代理24可以使用IETF的移动IP协议作为微移动协议，也可以使用蜂窝IP或HAWAII作为微移动协议。另外，本地代理24可以使用内容传输协议来发送当前的连接信息，并使用切换候选发现协议(Handoff Candidate Discovery Protocol)来实现越区切换。
AAA服务器25从移动IP的角度来看是作为一个订户服务器，它为试图访问公共互联网络21的移动终端执行订户鉴别，鉴别使用公共互联网络21的用户权限，以及对访问公共互联网络21的用户进行计费。AAA服务器25存储每个移动终端的AAA信息。为了实现这些功能，AAA服务器25可以使用一个协议，例如用户业务中的远程拨号鉴别(RADIUS)、Diameter或普通的开放政策业务(COPS)。如本地代理24一样，AAA服务器25最好被构造成支持移动终端的VPN业务。这里，RADIUS协议是由C.Rigney，S.Willens，A.Rubens和W.Simpson在RFC 2865，2000年6月的“Remote AuthenticationDial in User Service”一文中所教导的协议，Diameter协议是由P.R.Calhoun，J.Arkko，E.Guttman，G.Zorm和J.Loughney在InternetDraft，Draft-ietf-aaa-diameter-11.txt，2002年6月的“Diameter Base Protocol”一文中所教导的协议，COPS协议是由D.Durham，J.Boyle，R.Cohen，S.Herzog，R.Rajan和A.Sastry在RFC 2748，2000年1月的“The COPS Protocl”中所教导的协议。
换句话说，在常规的移动通信系统中时，用于管理移动终端移动性和执行AAA的设备以分级的方式构成它们自己的专用网络，而根据本发明的一个优选实施例的网络结构就不会构造成这么昂贵的专有网络。相反地，根据本发明的一个优选实施例的网络结构通过使用公共互联网络来支持VPN。
图3是图2所示的网络结构中数据通信方法的流程图。在RAP 23a至23d当中发送的通信内容或预定移动终端的控制信息在RAP 23a至23d、本地代理24和AAA服务器25中被封装，以这种方式安全性能够被保证。此后，被封装的通信内容或控制信息在RAP 23a至23d之间、在RAP 23a至23d和本地代理24之间、以及在RAP 23a至23d和AAA服务器之间被发送。
更具体地，在步骤31中，一个RAP(23a至23d)与其他RAP(23a至23d)、本地代理24和AAA服务器进行通信，从而通过预定的安全处理来保护一个安全通信路径。这个通信路径被用于发送控制信息数据。为了安全通信，可以使用一个VPN。另外，可以使用RSVP对控制信息数据划分优先次序。
在步骤33中，在图2示出的网络结构中用于移动通信所必须的控制信息数据被发送。如图4中所示，在发送之前，控制信息数据按照VPN所指定的方法来封装，可以使用诸如RSVP的协议将所封装的控制信息数据设置为高于用户数据的优先级。此后，诸如其它RAP(23a至23d)、本地代理24和AAA服务器的接收方就要解释所封装的控制信息数据。
在步骤35中，如图5所示，移动终端的用户数据在没有经过封装和隧道效应(tunnelling)的情况下通过RAP 23a至23d直接发送到公共互联网络21。
换句话说，在根据本发明的一个优选实施例的通信方法中，控制信息数据和用户数据是被分别处理和随后通过不同的方式被分别发送的。
如上所述，根据本发明，发送控制信息时不再需要复杂的网络结构。根据本发明的网络结构和其他系统兼容，并且在系统安装方面具有高度的可扩展性。
虽然本发明已经示出和描述了相关的优选实施例，但是本领域普通技术人员应当理解，在不脱离由所附权利要求中所限定的本发明的精神和范围的前提下，可以对本发明的形式和细节作各种变化。

Claims (6)

1、一种用于移动通信系统的网络结构，该网络结构包括：
多个互联网协议(IP)路由器，作为网关将来自作为发送方的移动终端的分组数据通过由通用的互联网协议操作的公共互联网络发送到另一个作为接收方的移动终端；
一个本地代理，设置在公共互联网络中的预定位置，该本地代理执行移动终端的初始注册、IP路由、根的优化和移动终端的移动性的管理；
一个许可验证结算(AAA)服务器，设置在公共互联网上另一个预定位置，该AAA服务器执行对移动终端的许可、验证和结算，以使移动终端可以访问公共互联网络，并存储每个移动终端的AAA信息；
多个无线接入点(RAP)，它们经过IP路由器分别连接到公共互联网络，并执行通常的无线电链路功能。
2、如权利要求1所述的网络结构，其中，本地代理、AAA服务器和多个RAP被构造以支持虚拟专有网络(VPN)业务。
3、一种在移动通信系统的网络结构中的通信方法，该网络结构包括多个互联网协议(IP)路由器，一个本地代理，一个许可验证结算(AAA)服务器和多个无线接入点(RAP)，该通信方法包括：
(a)使用第一通信方法发送控制信息数据；和
(b)使用第二通信方法发送用户数据；
其中，控制信息数据和用户数据被分别处理和发送。
4、如权利要求3所述的通信方法，其中，步骤(a)包括：
(a1)通过VPN业务在系统的初始状态执行在RAP 23a至23d之间、在RAP 23a至23d和本地代理24之间、在RAP 23a至23d和AAA服务器之间的通信来保护一个安全的通信路径；
(a2)以预定的方式对控制信息数据封装和发送所封装的控制信息数据。
5、如权利要求4所述的通信方法，其中，在步骤(a2)中，被封装的控制信息数据设置为比用户数据高的优先级。
6、如权利要求3所述的通信方法，其中，在步骤(b)中，每个移动终端的用户数据被直接发送到公共互联网络。
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