CN1518838A - 为无缝ip级别的切换确定最佳目标访问路由器的协议 - Google Patents

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Abstract

提供了用于帮助在IP网络中的访问路由器之间无缝切换IP连接的设备和方法。移动IP网络包括两个或更多访问路由器，每一个访问路由器都服务于不同的地理业务区域。当移动终端从第一个业务区域移到第二个业务区域时，移动终端向第二个访问路由器传输前一个访问路由器的IP地址。第二个访问路由器使用此信息了解第一个访问路由器的容量(例如，所支持的带宽、安全方案等等)，供将来进行切换决策使用，并与第一个访问路由器交换容量信息。基于所交换的信息，作出了访问路由器都在地理位置上是邻近的假设。当另一个移动终端从一个业务区域移动到另一个业务区域时，系统基于以前了解到的信息(包括推断访问路由器之间的地理位置上的相邻性)选择最佳目标访问路由器。

Description

为无缝IP级别的切换确定 最佳目标访问路由器的协议
技术领域
一般来说，本发明涉及电信网络。具体来说，本发明涉及用于在移动电信网络中实现无缝移动性的机制。
背景技术
用于移动设备的电信网络包括蜂窝式通信系统；移动因特网协议(IP)网络；寻呼系统；等等。蜂窝式系统一般来说允许移动终端通过在发射塔和关联的基站之间“切换”本地通信链路而在不同的区域移动。同样，移动IP网络允许启用IP的设备(如无线个人数字助理(PDA))和移动计算机在不同的区域之间移动，  同时保持与因特网的连接。
移动设备可以使用不同的基站和基础结构提供基于语音的连接和IP连接。例如，启用Web的蜂窝电话可以使用第一传输信道保持语音连接，使用第二(和独立的)传输信道保持移动IP连接，以便对于两个信道独立地发生切换。或者，语音业务可以与IP业务结合，以便为两个业务保持单个连接。还可以以综合业务在IP上提供语音连接。
图1显示了覆盖三个业务区域SA1、SA2和SA3的常规移动IP网络。为简单起见，只显示了IP业务，虽然如上所述，可以为语音业务提供了单独的传输网络。
如图1所示，移动终端MT在基站BS1(也称访问点或AP)服务的业务区域SA1内。基站BS1连接到访问路由器AR1，而该路由器AR1又连接到因特网服务提供商ISP1，该ISP1提供到因特网的访问。诸如BS3之类的其他基站也可以连接到访问路由器AR1，以便为移动终端使用通用IP地址，即使终端可能经过不同的业务区域。换句话说，虽然当移动终端在业务区域SA1和业务区域SA3之间移动时可能有射频信道的切换，但是，可能不需要更改用于与移动终端进行通信的IP地址，因为因特网连接仍由相同的访问路由器AR1服务。
第二业务区域SA2由单独的基站BS2服务，该基站又连接到不同的访问路由器AR2。由于网络拓扑，访问路由器AR1和AR2使用不同的IP地址块与在它们关联的业务区域内漫游的移动终端进行通信。如果移动终端MT从业务区域SA1移到业务区域SA2，则需要某些机制来将因特网连接从访问路由器AR1切换到访问路由器AR2。同样，如果业务区域SA1和SA2被比较大的逻辑距离隔开(例如，AR1和AR2连接到不同的ISP)，则需要某些协调机制，以允许传输到以前在业务区域SA1操作的终端的数据转发到业务区域SA2(如果该终端移到区域SA2)。
图2描述了用于切换IP连接的一个常规方案。业务区域SA1由访问路由器AR1服务，该路由器被称为与特定移动终端MT进行通信的“主代理”。当移动终端MT在业务区域SA1内移动时，访问路由器AR1使用指定到访问路由器AR1的IP地址与移动终端进行通信。IP数据包(例如，电子邮件、Web页面等等)通过因特网传输到ISP1，该ISP1将通信转发到AR1，该AR1又知道特定IP连接与其业务区域中的移动终端关联。
如果移动终端MT移到由不同的访问路由器AR2服务的不同的业务区域SA2，则以前传输到AR1的数据包不再达到移动终端。一个常规的解决方案是广告(例如，播放)业务区域SA2中的访问路由器AR2的存在，以便当移动终端MT移到业务区域SA2时，通知它访问路由器AR2的存在，它在业务区域SA2内接收到用于通信的新IP地址。然后，移动终端MT或访问路由器AR2将绑定更新发送到主代理AR1(例如，通过陆线LL或通过因特网)，以便主代理AR1知道将允许数据包达到业务区域SA2中的移动终端的IP地址。主代理将此地址当作“转交”地址，所有到原始IP地址的其他数据包都被转发到新IP地址。本质上，使用两个单独的IP地址与移动终端进行通信：主代理地址和在附件的每一个新点更改的转交地址。在因特网工程任务组(IETF)Request forComments(ICC)编号2002(1996年10月)中描述了此方案。
上述方案假设，在切换之前，原始访问路由器(AR1)知道目标访问路由器(AR2)(例如，移动终端MT从AR2接受了广告，并被分配了一个IP地址，以便与它进行通信)。如果在目标区域中有多个访问路由器，其中每个都具有重叠的业务区域，移动终端从它们中选择不是件容易的事情。例如，假设移动终端正在接收高带宽视频数据，同时，从一个业务区域中移出。可以有由两个不同的服务提供商控制的两个访问路由器服务的两个其他重叠的业务区域可用来接受移动终端的IP连接的切换。这两个访问路由器中的一个可能提供到因特网的高速访问，而另一个可能不。移动终端没有办法从这两个访问路由器中指定或选择。
另一个问题涉及切换速度。如图2所示的常规情况可能不能提供快速的切换速度，因为在移动终端和新访问路由器AR2之间需要握手。如果IP连接的切换不能平稳地执行，则可能会丢失数据包。此外，如果将IP连接用于语音质量的信号或音乐，则切换所产生的延迟可能会中断连接，从而会让人无法接受。
在涉及潜在地不同的(并且不兼容)的服务提供商服务的异类网络(使用不同的访问技术)的情况下，在移动网络中切换IP连接会产生另一个困难。再次参看图1，如果业务区域SA1由MCI服务，而业务区域SA2由AT & T服务，那么，两个服务提供商必须就协调机制进行协商，以从彼此的系统中接受IP业务的切换。此外，当向每一个服务提供商的系统中添加新的访问路由器时，必须在整个系统内(例如，从中央授权机构)传达每一个新访问路由器的详细信息，以确保两个系统中的所有访问路由器能识别其他的访问路由器。这种方法可能会导致单一的故障点，并需要在不同的服务提供商之间协调努力。
在IP环境中提供无缝切换的问题涉及因特网工程任务组(IETF)正在进行的工作，即在Context Transfer，HandoffCandidate Discovery，and Seamless Mobility(SeaMoby)and MobileIP工作组中。已经开发了上下文传输和快速切换协议以分别交换涉及会话的信息或主动地建立移动IP连接。两个协议都假设当请求所希望的功能时目标访问路由器是已知的(参见图1)。虽然在SeaMoby工作组宪章中包括了切换备选，但是，迄今为止，还没有研究出用于在物理上相邻的访问路由器的发现协议。然而，已经就获取网络元件的物理位置进行了研究。诸如全球定位系统(GPS)之类的位置跟踪技术，提供了附加到定位系统的设备的物理位置信息。其他系统使用这样的信息准确地对设备进行定位。然而，由于位置不是相对于访问技术的任何覆盖区，位置信息不可用于备选选择目的。
基于射频技术的定位系统使用无线访问技术的信号来确定移动节点的位置。与GPS系统相比，所获取的位置涉及用于进行位置确定的基站的覆盖区。然而，所获取的位置是对于移动节点特定的，并且不能给出访问路由器的重叠覆盖区的任何指示。如此，这些系统不能用于确定在物理上相邻的网络元件。此外，位置确定通常对于所使用的访问技术是非常特定的，因此，不适合于多个访问技术的情况。除了缺乏所获取的位置的准确性之外，也没有确定物理邻近位置所需要的重叠覆盖区的任何指示。
所需要的是一种解决如前所述的某些或所有问题的系统和方法。
发明内容
本发明提供了一种系统和方法以帮助在诸如移动IP网络之类的移动网络中进行无缝切换。本发明的第一个方面能使访问路由器通过从移到该访问路由器的业务区域移动终端接收信息，来动态地了解在地理位置上相邻的其他访问路由器。本发明的第二个方面可使访问路由器共享容量信息，而不要求集中的方案(例如，使用对等方法)。本发明的第三个方面可以根据与一个或多个目标访问路由器关联的容量信息并根据移动节点的移动方向，选择目标访问路由器并进行切换。通过阅读下面详细说明、附图和所附的权利要求，本发明的其他特点和优点将变得显而易见。
附图说明
图1显示了覆盖三个业务区域SA1、SA2和SA3的常规移动IP网络。
图2显示了一个切换IP连接的常规方案，在该方案中，一个移动终端向主代理AR1注册，还使用第二个IP地址通过代理AR2的“转交”进行通信。
图3显示了根据本发明的一个系统，包括许多访问路由器AR1和AR2，每一个访问路由器都包括一个描述在地理位置上邻近的访问路由器的容量的容量图(304和308)。
图4显示了一个了解物理邻近地区的方法中的用于从物理上相邻的访问路由器获取容量信息的步骤。
图5显示了一个方法中的用于根据以前存储的容量信息选择目标访问路由器的步骤。
图6显示了从与第一个访问路由器AR1关联的业务区域移到由三个不同的访问路由器AR2、AR3和AR4所服务的区域的移动终端MT。
图7显示了配备有处理功能和执行本发明的各个方面的存储器的移动终端701。
具体实施方式
图3显示了一个使用本发明的各个原理的系统。如图3所示，第一个访问路由器AR1服务于第一个业务区域(未显示)，在该业务区域，可以定位移动终端MT。虽然在图3中未明确地显示，但是，假设每一个访问路由器都通过覆盖对应的地理区域的一个或多个基站发送与接收数据包。还假设，每一个访问路由器都提供与因特网兼容的连接(例如，IP协议兼容性)，以便在每一个路由器中接收到的数据包都可以转发到对应的业务区域内的一个或多个移动终端。每一个访问路由器都包括一个用于直接与访问路由器进行通信的IP地址，和可以分配并由访问路由器用来与访问路由器服务的移动终端进行通信的一系列IP地址。为了说明，显示的AR1具有IP地址10.1.0.0，AR2具有IP地址10.2.0.0。
根据本发明的一个方面，每一个访问路由器都创建并维护一个存储了涉及在地理位置上相邻的其他访问路由器的信息本地容量图(图3中的元素304和308)。根据本发明的一个方面，随着移动终端MT移到由访问路由器服务的区域，移动终端传输移动终端将从中离开的业务区域的访问路由器的IP地址。换句话说，每一个移动终端都将涉及以前使用的访问路由器(以前的路由器的身份，即，其IP地址)的信息传递给下一个访问路由器。可以推理，由于从一个路由器的业务区域移到另一个路由器的业务区域，两个路由器在地理位置上是相邻的。一旦每一个访问路由器都了解另一个路由器，则它们可以交换容量信息，可以使用这些信息来选择目标访问路由器以便将来的切换使用。容量信息，以及物理邻近地区AR图，还可以通过手动配置来构建。
如图3所示，访问路由器AR1包括学习功能301，选择器功能302，以及交换功能303。同样，除了容量图308之外，访问路由器AR2包含这样的功能(元素305、306和307)。还显示了其他访问路由器AR3和AR4，没有内部详细信息。一般而言，每一个学习功能301和307都从移到与访问路由器关联的业务区域的移动终端接收信息(例如，以前使用的访问路由器的IP地址)。
交换功能303和305响应学习功能在两个访问路由器之间交换容量信息。例如，当移动终端MT即将从AR1支持的业务区域移出并移入AR2的业务区域时，移动终端向AR1传输原始访问路由器AR1的IP地址(在这种情况下，10.1.0.0)。作为响应，学习功能307将AR1的IP地址存储到容量图308中，并使交换功能305向AR1传输一个请求(通过因特网，或通过其他装置)以便交换容量信息。此后，相应的访问路由器的交换功能303和305交换涉及每一个相应的路由器的容量的容量信息(下面将比较详细地描述)。例如，如果AR1可以支持28KBPS的链路带宽，AR2可以支持56KBPS的链路带宽，此信息存储在每一个访问路由器的相应的容量图中。如此，每一个访问路由器都了解邻近的路由器的容量。
选择器功能302和306分别基于存储在容量图304和308中的容量信息为移动终端选择目标访问路由器。例如，如果移动终端MT即将从由AR1服务的业务区域移到由多个目标访问路由器(例如，包括AR2和AR4)服务的业务区域，AR1中的选择器功能302查询容量图304以判断哪一个访问路由器最适合移动终端MT所需要的容量。使用移动检测方案通知AR1，在移动移动终端时，哪些AR可由移动终端达到。如下文将要详细讲述的，可以基于存储在每一个路由器中的策略来选择目标路由器。
与每一个访问路由器关联的容量都可以包括静态容量(例如，路由器支持的带宽、安全协议；服务提供商等等)和动态容量(例如，当前加载层次或网络延迟)。图3所示的示例包括所支持的带宽；安全方案；连接到路由器的ISP；路由器的IP地址；服务质量参数；以及动态加载状况。
图3中描述的任何或所有功能可以使用在通用或特殊用途的数字计算机上执行的计算机软件来实现。容量信息可以存储在计算机存储器、关系数据库或其他数据结构中。可以修改常规访问路由器以包括图3中说明的功能。
假设移动终端MT的用户正在通过IP连接观看电影，该连接要求256千字节/秒(KBPS)的连接带宽。进一步假设，终端MT即将从目前支持这样的带宽的访问路由器移到由两个访问路由器AR2和AR4服务的区域。移动检测方案允许AR1知道在它移出业务区域SA1之后AR2和AR4可以覆盖MT。访问路由器AR1中的选择器功能302查询容量图304并判断，在该区域中的两个访问路由器中，只有AR4支持这样的带宽。此后，AR1安排移动终端MT和访问路由器AR4之间的切换。进行切换可以包括上下文传输的过程(例如，参见R.Koodli and C Perkins，″AContext Transfer Framework for Seamless Mobility，″Work inProgress，Internet Draft，February 2001)或快速切换(例如，参见C.Tsirtsis et al.，″Fast Handovers for Mobile IPv6，″Work inProgress，Internet Draft，April 2001)。
可以以多种方式进行切换，包括指示MT联系AR4；向AR4发送一个消息以进行切换；或用其它方式。可以理解，可以在另一个路由器、处理器、或移动终端中执行选择功能。
假设移动终端MT的用户要求支持128位加密的高安全性连接。当终端MT从一个业务区域移到另一个业务区域时，它通知旧的访问路由器有关可达到的访问路由器的列表的信息。旧的访问路由器基于MT的要求和相应的邻近路由器的存储的容量信息选择目标路由器。下面将比较详细地说明选择过程。当然，也可以使用其他选择方案。
图4显示了可用于根据移到与访问路由器关联的业务区域了解物理邻近地区和在不同的访问路由器之间共享容量信息的方法的步骤。在步骤403中，移动终端MT检测AR2的业务区域。在步骤402中，移动终端将AR1的IP地址发送到AR2。在一个实施例中，当MT接通时不发送IP地址；相反，它只在移动终端的移动期间发送。
在步骤405中，进行检查，以判断AR1是否在AR2的容量图中。假设它不在，那么，在步骤403中，AR2向AR1发送一个请求(例如，通过因特网)，请求AR1的一系列容量。在步骤404中，AR1和AR2交换容量(包括AR2的IP地址)，以便两个访问路由器都了解另一个路由器的容量。
在一个实施例中，如果自从在路由器之间发生上一次切换之后过去了太长的时间(例如，图4中的步骤406)，每一个路由器的容量图中的条目都可以清除。这样的清除基于这样的理论进行：从一个业务区域移到另一个业务区域的许多移动终端将导致在该时间段内进行若干次切换，在这样的时间之后从一个特定路由器缺少任何切换可能表明，路由器已经被删除或禁用或其覆盖区已经更改，从而改变邻近地区图。
或者，在从其他路由器接收到非请求的消息时可以更改条目，表明容量的变化。可能会是这样的情况，例如，对于诸如当前负载状况之类的动态容量。路由器可以定期向容量图中的所有访问路由器传输请求，以寻求更新的容量信息的交换。
可以手动建立初始容量图，然后如上文所概述的，在一段时间内动态地更新。
图5显示了可用于选择目标访问路由器以实现到选定的目标访问路由器的切换的方法的步骤。在步骤501中，移动终端在移动到多个AR的覆盖区时检测多个AR的业务区域。在步骤502中，这些AR的列表被发送到当前服务访问路由器，例如，AR1。在步骤503中，AR1判断符合MT的和通用AR要求的可达到的AR和容量图中的那些AR的交集。如果该交集是空的，则可能应用两个不同的策略。在第一个(步骤504)中，AR1判断可达到的AR和容量图中包含的所有邻近的交集。当应用第二个策略(步骤505)时，一个故障指示被提供给移动终端MT，表明基于所提供的要求的切换不可行。然后，与移动终端协作的当前AR可以判断移动终端是否可以切换到邻近AR之中的AR，并且移动终端可以听见的，并且部分地最适合移动终端的要求。如果它启动了切换过程，这还可能是当前AR的策略决策。在步骤506中，AR1从交集中选择目标访问路由器。在步骤507中，AR1启动了到选定的目标访问路由器的切换。
应该理解，每一个移动终端MT都可以直接将一个访问路由器的容量传输到另一访问路由器，以便执行容量信息的共享，而不是要求每一个访问路由器都将消息传输到另一个访问路由器。此外，不是在访问路由器中进行容量匹配，每一个移动终端都可以基于从一个潜在的目标访问路由器传输的容量信息，独自判断哪一个目标访问路由器是最佳的(例如，容量图可以传输到移动终端，然后，该移动终端进行选择)。或者，目标路由器选择可以基于其容量图在原始访问路由器中进行。
虽然上文是在业务区域之间移动的上下文中进行描述的，但是，本发明的原理甚至还可以在没有业务区域移动的情况下应用，以在访问路由器之间平衡负载。例如，当一个移动终端移到一个由超载的访问路由器服务的业务区域时，超载的访问路由器可能了解到存在目前服务于移动终端的路由器，并可以指示目前通过超载的访问路由器连接的一些移动终端切换到新发现的访问路由器。
可以在路由器之间交换的容量是广泛的，并可以包括静态的和动态的容量。示例包括路由器所支持的带宽；动态加载条件；安全方案；服务质量(QoS)容量；文件格式(例如，MP3、JPEG、等等)；路由器的地理位置；流式媒体支持；传输技术(例如，CDMA、TDMA、GSM)；功率电平；估计的信号范围；与其他访问路由器的接近程度；连接到路由器的ISP，当前天气状况；音频和/或视频会议设施；成本(例如，每分钟或每单位数据的价格)；促销信息(例如，如果使用某些路由器，则免费访问)；广告等等。支持一个以上的传输技术(例如，IEEE 802.11和GSM)的移动终端在切换被接受之前可以指定这样的容量要求：访问路由器必须与支持任何一个传输技术的基站关联。此外，路由器可以交换涉及每一个访问路由器与其关联的访问点的信息。可以使用此信息帮助访问路由器选择，如下面比较详细地描述的。
虽然在一个实施例中容量只有在移动终端移到一个不同的业务区域的情况下才进行交换，但是，在本发明的其他实施例中，甚至在没有业务区域移动的情况下，每一个访问路由器都定期查询存储在其容量图中的其他访问路由器(例如，每小时一次或每天一次)。此外，还可以理解，潜在的目标访问路由器的网络地址(或访问路由器的其他标识信息)可以通过移动终端传输回原始(当前)访问路由器，而不是相反，以便允许共享邻近地区信息。
根据本发明的一个变种，访问路由器可以基于从一个移动终端接收到的信息递归地共享信息。例如，假设一个移动终端移到一个新业务区域并将以前的访问路由器的IP地址转发到新访问路由器。如果容量图包括地理信息(例如，路由器的当前位置)或信号强度信息(例如，与同一个移动终端关联的当前信号强度)，则新路由器可以推断，其他访问路由器同样也足够近，以在其自己的容量图中存储。
原理可以应用于本身是移动的访问路由器。例如，假设在一个大城市的体育场举行一个大的体育赛事。具有装在汽车上的访问路由器和/或转播设备的多个服务提供商可以停在体育场的旁边，并为参加体育赛事的用户的移动终端提供服务。每一个用户的移动终端都可以根据每一个卡车的位置和能力选择不同的服务提供商(和访问路由器)。一个卡车可能具有为愿意在它们的移动终端上接受广告的移动终端以有限的带宽提供免费的访问的能力。另一个卡车可能提供较高带宽的访问(例如，视频速率)，但成本是每分钟10美分。与每一个卡车关联的路由器都可以根据在与每一辆卡车关联的访问路由器之间移动的移动终端与其他路由器共享容量。可以理解，可以在一辆卡车上提供转播设备，而在另一辆卡车或拖车上提供访问路由器。对于一个实施例如上所述，一旦停止发生从一个AR的物理邻近图中的一个特定AR的切换，它将被删除。这是因为物理邻近图中的每一个条目都有与其关联的寿命。当在邻近的AR之间发生切换时，此寿命被更新。
图6显示了从与第一个访问路由器AR1关联的业务区域移到由三个不同的访问路由器AR2、AR3和AR4所服务的区域的移动终端MT。到达体育场的移动终端用户可能从与访问路由器AR1关联的一个业务区域移动到由停在体育场的不同的卡车(例如，访问路由器AR2、AR3和AR4)支持的潜在地重叠的业务区域。随着移动用户从与AR关联的业务区域移到体育场并遇到体育场的多个访问路由器，访问路由器AR1将了解体育场的访问路由器的容量，然后将能够有选择地根据与体育场的每一个访问路由器关联的容量信息和(可选地)每一个移动终端的容量要求来控制其他移动终端的切换。在此情况之下，依据每一个移动终端所需要的容量，移到相同的地理位置的两个不同的移动终端可能被分配给不同的访问路由器。
作为另一个示例，假设移动终端的用户正在向配备有免费的因特网访问的大型购物中心。随着该用户的临近，他或她可能被邀请切换到免费的访问路由器，以换取令人难以忍受的广告。(用户可以预先建立一个配置文件，表明只要有免费的访问路由器，即优先使用)。但是，另一个进行相同的运动的用户可能正相反，自动切换到高质量的收费的访问路由器，因为一个应用程序目前在移动终端上操作(例如，一个可视电话呼叫)。用户还可以建立有条件的容量要求；例如，默认到免费的访问路由器，除非视频呼叫正在进行中，在这样的情况下，将选择可以保证带宽的收费路由器。
有各种方法可用来检测移动终端向一个新业务区域的移动。在一种方法中，移动终端通过收听与不同的访问路由器关联的邻近基站的信标来“帮助”访问路由器。移动终端作出的开始收听这些邻近地区信标的此决策可以在认为有必要进行切换时由移动终端作出或由AR启动。例如，当前AR发往移动终端的信号可能衰减，或者移动终端发往当前AR的信号可能衰减，或者，这两种情况都可能发生。两个实体(移动终端或AR)中的一个或两者都可能判断需要进行切换。(为了节省电源，当没有必要不断地收听邻近的信标时，移动终端就没有必要这样做)。当移动终端判断与当前访问路由器关联的信号强度低于阈值电平，与不同的访问路由器关联的信号强度较高时，移动终端可以使用上文概述的原理启动切换请求。
当移动终端从邻近的基站或访问点听到信号时，它将此信息转发回其当前服务AR。此信息可以是来自这些基站的低级别的链路层信息，或者可以是它们所连接到的AR的IP地址，或两者都是。此信息被全部转发到移动终端当前所连接的AR。这些基站可以依赖于不同的传输技术。如果如上所述潜在的目标AR的IP地址对当前路由器可用，那么，潜在的目标AR列表对当前路由器立即可用。这些构成了移动终端可以切换到其中的AR的列表，因为这些是移动终端可以听见的AR。基于容量从此列表中选择目标路由器，或者，如果有一个以上可能的路由器用于切换，则可以基于某些策略来进行。
在移动终端不转发它听到的潜在的目标访问路由器的IP地址而只转发链路层(例如，基站标识符)信息的情况下，当前AR识别基站所连接的邻近之中的AR。因此，它向其邻近地区列表中的所有路由器多播它听到的基站ID。这些基站所属的AR以一个确认进行回复。如此，在此情况下，构成了潜在的目标访问路由器列表，使用类似于前一段中说明的过程来识别目标访问路由器。如果在进行容量交换时可以交换基站的链路层ID，则可以避免此多播消息。在后一种方法中，原始的访问路由器将查询其容量图，以判断哪一个(哪些)访问路由器与信标关联。
在移动终端不能帮助当前路由器识别其邻近地区中的最佳目标AR的情况下，当前AR或移动终端判断需要进行切换，当前AR可以使用下列过程来标识目标AR。当前AR向所有其邻居多播带有移动终端的ID的轮询消息。邻近的AR轮询它们的基站以判断它们是否可以听见移动终端的信号。这些基站发出一个信标，移动终端必须响应该信标。在另一个方法中，基站可以收听移动终端的控制信号。可以听见信号的基站将此信息转发到它们相应的AR，然后，这些相应的AR响应发出了轮询消息的AR。一旦AR响应轮询消息，当前AR就具有一系列潜在的目标AR。然后，它使用容量信息或某些策略决策来识别移动终端的目标AR。
在一个实施例中，包括了一个安全功能，以防止所谓的“拒绝服务”攻击或损坏的容量信息。在本实施例中，第二个(目标)访问路由器查询第一个(原始)访问路由器，以验证移动终端最近是否由第一个访问路由器服务。这样的查询可以通过将IP数据包从第二个访问传输到第一个访问路由器，并从第一个访问路由器接收验证响应来执行。如果验证不成功，则将禁止容量交换操作，第一个访问路由器将不会添加到第二个访问路由器的邻近地区图中。(这还将防止移动终端离开东海岸业务区域，再次在西海岸业务区域被打开的情况)。这将防止恶意的移动终端冒充从第一个访问路由器切换而事实上它以前是由第三个访问路由器服务的。此功能可以通过自愿地将数据包从第一个访问路由器传输到提供验证信息的第二个访问路由器来实现。
图7显示了可用于实现本发明的原理的移动终端的一个可能的实现方式。移动终端701包括与一个或多个基站进行通信的传输/接收电路702。基站可以是常规基于语音的蜂窝电话网络(例如，使用CDMA或TDMA技术)使用的相同的基站，或者，它们可以是独立的并与这样的电话网络分开。尽管如此，电路702传输包括将通过移动IP网络路由的IP数据包的数字数据。电路的接收部分从基站接收信号强度或信标信息，这些信息将由信号强度检测器703进行处理。数据接口电路704转换数字消息转换为适合于通过传输/接收电路702进行传输的格式，并执行相反的操作。依据电路实现方式，数据接口704可能不需要。
移动IP切换处理电路705根据信号强度和以前存储的容量要求或配置文件706作出决策。容量要求可以由用户手动输入(例如，使用图形用户界面或小键盘)，或者，它们可以依据在移动终端上执行各种应用程序707中的哪一个来自动设置。例如，如果用户正在执行需要一定带宽的电影应用程序，则该应用程序可以自动设置对应于该带宽的容量要求。此后，移动终端701在尝试切换到新的访问路由器时传输此要求。
图7所示的某些或所有功能可以使用专用集成电路；用软件编程的微处理器；信号处理设备；专用电路；或上面任何一个的组合来实现。因此，图7所示的功能的布局不意味着硬件电路的特定的布局。
如前所述，这里所描述的IP切换机制可以与单一的移动终端中的其他切换机制共存。例如，虽然图7显示了移动IP切换处理功能，一个完全独立的切换功能可以共存于移动终端中，以便基于完全不同的条件单独地切换语音连接。或者，语音连接可以在IP连接上实现，因此，语音切换考虑包括到决策过程中。例如，当涉及目标访问路由器的决策由于在数据包延迟的情况下人能够感觉到分组语音中的回波和延迟，数据包延迟可能是一个较大的问题。
术语“移动终端”应该包括启用IP的蜂窝电话；以无线方式可访问的个人数字助理(PDA)(如PALM Inc.；所生产的)；可以以无线方式进行通信的笔记本电脑；及其他可以使用分组数字通信并采用各种传输技术(包括CDMA、GSM、TDMA等等)或媒体(无线电、红外线、激光等等)进行通信的移动设备。
术语“访问路由器”应该包括基于路由信息将诸如IP数据包之类的数据包路由到网络中的地址的计算机实现的设备。然而，应该理解，访问路由器不同于基站/访问点，后者可能依赖于不同的传输方案来传输信息(例如，GSM或CDMA)。一个或多个基站可以与单个访问路由器关联，如图1所示。或者，一个以上的访问路由器可以与单个基站关联。
术语“移动IP网络”应该包括使用因特网协议以无线方式与移动终端进行通信的一个网络或多个网络(即使在传输技术方面不兼容或由不同的运营商运营)。
虽然是以特定的示例(包括实现本发明的目前优选的模式)来对本发明进行描述的，那些精通本技术的人可以认识到，在所附的权利要求阐述的精神和范围内，可以对上面描述的系统和技术进行许多更改和替换。这里所描述的任何一个方法步骤都可以用计算机软件来实现，并存储在计算机可读的介质，以便在通用或专用计算机上执行。

Claims (51)

1.一种在移动因特网环境中发现目标访问路由器以便在访问路由器之间进行移动终端的无缝因特网协议(IP)切换的方法，包括下列步骤：
(1)通过从第一访问路由器经过移动终端向第二访问路由器传输标识第一访问路由器的标识符，来发现本地地理邻近地区；
(2)基于在步骤(1)中传输的标识符，在第一访问路由器和第二访问路由器之间共享访问路由器容量信息；以及
(3)根据在步骤(2)中共享的访问路由器容量信息，选择用于移动终端切换操作的目标访问路由器。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过从第二访问路由器向第一访问路由器传输IP数据包，并响应传输的IP数据包从第一访问路由器接收访问路由器容量信息，来执行步骤(2)。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中，还根据移动终端的移动方向选择目标访问路由器。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过从第二访问路由器经过移动终端向第一访问路由器传输访问路由器容量信息来执行步骤(2)。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据存储在第一访问路由器中的容量信息由第一访问路由器执行步骤(3)。
6.根据权利要求1所述的方法，进一步包括下列步骤：如果在某一时间间隔内没有移动终端从第一访问路由器切换到第二访问路由器，则清除涉及第一访问路由器的容量信息。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)通过比较移动终端的容量要求与在步骤(2)共享的访问路由器容量信息来执行。
8.根据权利要求3所述的方法，进一步包括下列步骤：
(a)检测对应于第二访问路由器的信标，并向第一访问路由器提供信标信息，以及
(b)第一访问路由器查询邻居，以确定是否有哪一个邻居对应于步骤(a)中提供的信标信息。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)包括将第一访问路由器的IP地址传输到第二访问路由器的步骤。
10.在移动终端中，一种帮助从源访问路由器到许多潜在的目标访问路由器中的一个进行移动因特网协议(IP)切换的方法，该方法包括下列步骤：
(1)检测是否进入到由许多潜在的目标访问路由器中的两个或更多提供服务的区域；
(2)将源访问路由器的地址从移动终端传输到潜在的目标访问路由器中的一个或多个；以及
(3)根据从许多潜在的目标访问路由器中的一个或多个接收到的容量信息，执行从源访问路由器到许多潜在的目标访问路由器中的一个的IP切换操作。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，通过根据移动终端所需要的带宽容量选择目标访问路由器来在移动终端中执行步骤(3)。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，根据由源访问路由器从许多潜在的目标访问路由器中的一个或多个接收到的容量信息，由源访问路由器来执行步骤(3)。
13.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，步骤(3)包括执行到与移动终端所需要的容量最匹配的许多潜在的目标访问路由器中的一个的IP切换的步骤。
14.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，步骤(3)是独立于也由移动终端支持的任何语音信道切换操作执行的。
15.一种在移动通信网络中共享容量信息，以便在访问路由器之间进行切换决策时使用的方法，包括下列步骤：
(1)检测目前由第一访问路由器服务的移动终端正在进入由第二访问路由器服务的区域的状况；
(2)将第一访问路由器的网络地址从移动终端传输到第二访问路由器；以及
(3)在第一访问路由器和第二访问路由器之间交换容量信息，以便每一个访问路由器都了解另一个访问路由器的容量。
16.根据权利要求15所述的方法，进一步包括下列步骤：
(4)使用步骤(3)中交换的容量信息，为移动IP终端作出切换决策。
17.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，步骤(3)是这样执行的：从第二访问路由器向请求容量信息的第一访问路由器传输IP数据包，并从第一访问路由器接收包含描述了第一访问路由器的容量的容量信息的IP数据包。
18.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，容量信息包括由其中一个路由器支持的带宽。
19.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，容量信息包括与其中一个路由器关联的动态加载条件。
20.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，容量信息包括由其中一个路由器支持的安全方案。
21.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，容量信息包括其中一个访问路由器的地理位置。
22.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，容量信息包括与其中一个访问路由器关联的基站支持的信号传输技术。
23.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，容量信息包括使用其中一个访问路由器进行访问的开销。
24.根据权利要求15所述的方法，
其中，步骤(1)包括检测移动终端正在进入由至少两个潜在的目标访问路由器服务的区域的状况；
其中，步骤(3)包括交换涉及至少两个潜在的目标访问路由器中的信息的步骤；以及
进一步包括根据步骤(3)中交换的容量信息来选择至少两个潜在的目标访问路由器中的一个的步骤。
25.根据权利要求15所述的方法，进一步包括下列步骤：
(4)如果在预先确定的时间段内没有检测到从第一访问路由器的切换，则清除第一访问路由器的容量信息。
26.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，步骤(4)包括根据预先确定的策略选择最佳目标路由器的步骤。
27.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，策略规定应该选择开销最低的访问路由器。
28.根据权利要求15所述的方法，进一步包括下列步骤：
(4)根据作为步骤(3)结果获得的容量信息，将一个或多个移动终端从负载重的访问路由器重定向到负载较轻的访问路由器。
29.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，步骤(1)包括检测移动终端正在进入由至少两个潜在的目标访问路由器服务的区域的步骤，并进一步包括下列步骤：
(4)根据在移动终端上执行的应用程序决定的容量和两个潜在的目标访问路由器的容量之间的最佳匹配，选择两个潜在的目标访问路由器中的一个。
30.在移动IP网络中切换移动终端的方法，其中移动IP网络包括许多访问路由器，每一个访问路由器都与一个业务区域关联，该方法包括下列步骤：
(1)接收在移动IP网络中为移动终端启动切换操作的请求；
(2)通过评估许多访问路由器的容量信息，来查找一个最佳访问路由器，以接收移动终端的切换操作，其中，容量信息是以前通过根据在移动IP网络中一个或多个移动终端传输的信息在访问路由器之间交换信息而获得的；以及
(3)对最佳访问路由器执行切换操作。
31.根据权利要求30所述的方法，其特征在于，步骤(2)包括将与步骤(1)中的移动终端关联的容量要求和与许多访问路由器中的每一个关联的动态容量信息进行比较的步骤。
32.根据权利要求30所述的方法，其特征在于，步骤(2)包括将移动终端的带宽要求与每一个访问路由器的带宽容量进行比较的步骤。
33.根据权利要求30所述的方法，其特征在于，步骤(2)包括根据访问的开销选择访问路由器的步骤。
34.根据权利要求30所述的方法，其特征在于，步骤(2)包括根据安全方案选择访问路由器的步骤。
35.用于参与包括许多访问路由器的移动IP网络中的切换决策的移动终端，包括：
能够在移动IP网络内传输和接收数字数据的传输/接收电路；以及
耦合到传输/接收电路的移动IP切换处理电路，其中，移动IP切换处理电路将移动IP网络中的第一访问路由器的网络地址传输到移动IP网络中的第二访问路由器。
36.根据权利要求35所述的移动终端，进一步包括反映移动终端所需要的容量的容量存储区，其中，移动IP切换处理电路将存储在容量存储区中的一个或多个容量传输到移动IP网络中的访问路由器。
37.根据权利要求35所述的移动终端，其特征在于，移动IP处理电路传输取决于目前在移动终端上执行的应用程序的带宽要求。
38.根据权利要求35所述的移动终端，进一步包括耦合到传输/接收电路和移动IP切换处理电路的信号强度检测器，其特征在于，移动IP切换处理电路响应信号强度已经下降到阈值之下的检测结果，在移动IP网络内启动切换过程。
39.供在具有许多访问路由器的移动IP网络中使用的访问路由器，其中每一个访问路由器都在一个业务区域中的移动终端之间路由IP数据包，该访问路由器包括一个处理器，该处理器执行计算机可读的指令，以便执行下列步骤：
(1)从一个移动终端接收与该移动终端进行通信的另一个访问路由器的网络地址；
(2)将网络地址存储到定义了在地理位置上邻近的访问路由器的容量图中；以及
(3)使用存储的网络地址做出涉及移动IP网络中的第二移动终端的切换决策。
40.根据权利要求39所述的访问路由器，其特征在于，处理器进一步执行计算机可读的指令，指令执行下列步骤：
(4)与另一个访问路由器交换容量信息，以便访问路由器和另一个访问路由器根据从移动终端接收到的网络地址知道其它访问路由器的容量。
41.根据权利要求40所述的访问路由器，其特征在于，处理器执行计算机可读的指令，这些指令在访问路由器和另一个访问路由器之间交换带宽容量信息，其中，步骤(3)中的指令根据带宽容量信息选择访问路由器。
42.根据权利要求40所述的访问路由器，其特征在于，处理器执行计算机可读的指令，这些指令在访问路由器和另一个访问路由器之间交换动态加载信息，其中，步骤(3)中的指令根据动态加载信息选择访问路由器。
43.根据权利要求40所述的访问路由器，其特征在于，处理器执行计算机可读的指令，这些指令根据存储在访问路由器中的策略作出涉及移动IP网络中的第二移动终端的切换决策。
44.根据权利要求43所述的访问路由器，其特征在于，策略导致根据访问开销选择访问路由器。
45.根据权利要求40所述的访问路由器，其特征在于，处理器执行计算机可读的指令，这些指令通过将从第二移动终端接收到的容量要求与以前在步骤(4)中获得的容量信息进行比较来作出切换决策。
46.一个包括移动IP网络中的许多访问路由器的系统，其特征在于，每一个访问路由器都包括计算机可执行的指令，当执行这些指令时，执行下列步骤：
(1)从第一移动终端接收与移动IP网络中的另一个访问路由器关联的IP地址；
(2)使用与另一个访问路由器关联的IP地址发现另一个访问路由器的容量；
(3)将另一个访问路由器的容量存储在容量图中，该容量图将许多访问路由器中的每一个映射到与每一个访问路由器关联的容量；以及
(4)响应执行涉及第二移动终端的IP业务的切换的请求，根据以前存储的容量图查找最佳的访问路由器，以执行切换。
47.根据权利要求46所述的系统，其特征在于，每一个访问路由器都包括计算机可执行的指令，这些指令执行将从第二移动终端接收到的容量要求与容量图进行比较的步骤。
48.根据权利要求46所述的系统，其特征在于，每一个访问路由器都包括计算机可执行的指令，这些指令执行通过将以前存储的容量图与一个策略进行比较来查找最佳的访问路由器。
49.根据权利要求1所述的方法，进一步包括下列步骤：在步骤(1)之后，验证第一访问路由器最近是否服务了移动终端，如果第一访问路由器最近没有服务移动终端，则在步骤(2)中禁止共享容量信息。
50.根据权利要求49所述的方法，其特征在于，验证步骤包括将IP数据包从第二访问路由器传输到第一访问路由器，并从第一访问路由器接收响应的步骤，该响应确认移动终端最近由第一访问路由器服务。
51.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)包括共享涉及与第二访问路由器关联的访问点的信息的步骤。
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