CN1612547A - 在移动通信系统中提供移动分组数据业务的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于在下一代移动通信网络中的移动站(MS)和分组数据业务节点(PDSN)之间执行分组数据通信的方法。根据该分组数据通信方法，在MS和无线网络(RN)之间建立业务信道，并且在RN和PDSN之间建立分组连接。MS和PDSN通过网际协议(IP)会话而不需要建立点对点协议(PPP)层连接来交换数据分组。所以，能够消除PPP分组的不必要的字节，以及能够消除建立PPP层连接的协商处理和由于该协商处理产生的时延。在移动通信网络的分组数据业务方法中，在PPP层连接建立过程中通过现有方法执行的用于MS发送IP信息的操作使用广播/组播网际协议(IP)分组来执行。

Description

在移动通信系统中提供移动分组数据业务的方法
技术领域
本发明涉及下一代移动通信网络中的数据通信技术，并且尤其涉及一种在移动站(MS)和分组数据业务节点(PDSN)之间进行分组数据通信的方法。
技术背景
图1示例了现有的第三代合作工程2(3GPP2)网络的结构示意方框图。例如，移动站(MS)是移动通信终端，诸如移动电话，无线应用协议(WAP)终端，移动通信调制解调器等等。
无线接入网(RAN)20在通信载波之间称作无线核心网，它包括基站收发器系统(BTS)21，基站控制器(BSC)23和分组控制功能(PCF)实体25。而且，RAN20通过耦合于移动交换中心(MSC)的访问位置寄存器(VLR)和归属位置寄存器(HLR)来管理MS的移动并提供认证功能。进一步，RAN20控制移动站(MS)10和分组数据业务节点(PDSN)40之间的数据传输，当从网际协议(IP)网络向MS10发送数据时负责用于实现缓冲功能。
当完成了与数据呼叫相关的基本认证程序时，RAN20根据通用路由封装(GRE)协议建立与PDSN40的虚拟连接。
具体而言，BSC23控制和管理至少一个BTS21，并执行与呼叫处理有关的业务和信令管理，如移动管理等等。
PCF实体25提供RAN20和网际协议(IP)网络之间的无线分组(RP)接口，以便通过BSC23将来自MS10的数据耦合到PDSN40。而且，PCF实体25处理虚拟链路连接以用于在RP接口中基于一个个用户来传输数据，并通过GRE协议执行用户数据的封装和解封装操作以提供隧道功能。而且，PCF实体25提供缓冲功能和分组分段功能，以便通过空中接口发送自PDSN40发送到MS10的链路层分组。PCF实体25可位于BSC23内，但一般作为独立系统应用。
PDSN40处理从PCF实体25接收的分组。而且，PDSN40用作与MS10执行点对点协议(PPP)的终端节点。进一步，PDSN40从用户接收用于分组业务的身份(ID)和密码，然后将接收的用户ID和密码发送到远端认证拨入用户服务(RADIUS)服务器50，因此RADIUS服务器50能够根据发送的ID和密码来认证该用户。
RADIUS服务器50执行认证，权限和计费功能。即，RADIUS服务器50执行用户认证功能并验证通信业务用户的分组数据的权限，和使用业务的帐单功能。RADIUS服务器50处理PDSN40的认证请求并处理帐单消息。
当本地代理(HA)60已经接收MS10的注册请求报文时，它通过允许使用固定IP地址或为MS10分配动态IP地址来发送注册响应报文。当用于MS10的PDSN区域改变时，MS10将改变的PDSN区域通知给HA60。
动态主机配置协议(DHCP)服务器/域名系统(DNS)服务器70自动为用户分配IP地址。因此，用户无需直接设置IP地址。DHCP服务器/DNS服务器70用于设置与IP地址，域名等相关的网络配置环境。
DNS服务器70用于将主机名转换为IP地址或将IP地址转换为主机名。根据请求说明(RFC)2136协议，DNS服务器70能够通过DNS更新报文改变和更新对应于特定主机名的IP地址。
当MS10在上述移动通信网络中请求分组数据业务时，由BSC23/PCF实体25确定用于发送分组数据的PDSN40。在这点上，在MS10和BSC23之间设置无线业务信道和无线链路协议(RLP)。分别在BSC23和PCF实体25之间建立的A8业务链路，以及在PCF实体25和PDSN40之间建立A10无线分组(R-P)链路，以便在MS10和PDSN40之间能够传送PPP层数据。分组数据业务的激活状态是一种MS10占用无线业务信道，保持RLP链路和A8业务链路，以及发送/接收分组数据的状态。
图2示例了现有移动通信系统中用于数据呼叫连接的协议栈的示意图。如图2所示，协议栈包括物理层，无线链路协议(RLP)层，点对点协议(PPP)层，网际协议(IP)层，传输控制协议(TCP)层，用户数据报协议(UDP)层等等。
物理层为国际标准化组织(ISO)定义的开放系统互连(OSI)协议参考模型的最底层。物理层执行电气，机械和功能性程序，并对应于IS-95B/2000协议109。
RLP107是通过无线信道用于在MS和BS之间提供可靠数据传输的通信协议。RLP107使用自动重复请求(ARQ)方案提供可靠的无线信道，该ARQ用于请求重新传输在数据传输中出现错误的数据。
PPP105是一种当经过出租线路或公共线路通过高速调制解调器访问互联网时使用的通信协议。IP103互联不同的独立运行的通信网络。即，IP103是一种互联各个独立通信网络的通信协议。
TCP是一种频繁使用的网络协议。在通过网络传输数据时，数据被分段为分组单元，然后发送。TCP进行数据分组流控制和错误检测，而IP进行的是点对点的数据分组传输。
UDP是一种用于TCP/IP网络的更高层的IP层协议，并且是一种在互联网的STD6，RFC768中所定义的传输层协议。UDP以用户定义的数据报为单元发送数据。
MS10通过物理层和RLP层建立与通信网络连接部分如PCF实体25，以及通过中继层和PPP层建立与分组数据传输部分如PDSN40之间的会话建立。
而且，MS10通过中继层，PPP层和TCP/IP或UDP建立与附加业务提供部分的会话。
允许用户使用移动通信终端访问无线互联网的应用软件为浏览器，终端平台(例如，JAVA，BREW，GVM等)以及其他软件。
图3示例了在现有移动通信网络中用于分组数据业务的连接程序的流程图。如图3中所示，在步骤201，当移动站(MS)发送原始报文到基站(BS)时，初始化用于分组数据业务的连接程序。在步骤203，BS向MS发送“BS响应命令”报文，表示BS已经接收到该原始报文。接下来在步骤205，BS发送“CM业务请求”报文到移动交换中心(MSC)，以便通知MSC该分组呼叫请求。然后在步骤207，MSC向BS发送“分配请求”报文来请求BS分配无线资源。接着在步骤209，在MS和MSC之间进行业务协商以建立业务信道(TCH)。
然后在步骤211，BS发送分组控制功能(PCF)资源分配的“A9-建立-A8”报文到PCF实体。A8/A9接口用于在BS和PCF实体之间传送信号和用户数据。在步骤213，PCF实体为GRE会话分配建立与分组数据业务节点(PDSN)间的A10/A11连接。A10和A11接口用于在PCF实体和PDSN之间传输信号和用户数据。接下来，在步骤215，PCF实体发送“A9-连接-A8”报文到BS作为PCF资源分配的相关响应。在步骤217，BS为MSC发送表示资源分配已经完成的“分配完成”报文。在步骤219，建立MS和PDSN之间的PPP层连接，在步骤221，激活分组数据会话。PPP层连接程序包括根据身份(ID)和密码的用户认证程序，IP地址分配，域名系统(DNS)通知等等。
就国际标准化组织(ISO)定义的开放系统互连(OSI)参考模型而言，现有的移动分组数据业务使用用于物理层的IS-95/95B/2000协议和用于数据链路层的PPP。在现有移动分组数据业务中的物理层呼叫建立以后，需要MS10和PDSN60之间的PPP层连接的协商程序和时延。而且，由于通过物理层以PPP分组为单元发送数据，所以至少每个PPP分组浪费7字节。在PPP中，发送单元在一个PPP分组的头部和尾部中附加“7E”比特图案以便接收单元可以区别各个PPP分组。该接收单位以字节为单位接收和读取数据来识别该“7E”比特图案。在以字节为单位执行该操作时，可能恶化整个系统的性能。由于这个缘故，在通信过程中，可能不利地影响剩余信息和其他处理。
发明内容
因此，考虑到上述问题提出了本发明，本发明的一个目的是消除由于应用点对点协议(PPP)而产生的冗余信息的传输。
本发明的另一个目的是消除由于对网际协议(IP)分组和PPP分组的相互转换操作而产生的时延。
本发明的再一个目的是减少由于交换用于建立分组数据连接的必要信息即用户认证数据，网际协议(IP)地址，域名系统(DNS)数据而产生的初始协商延迟。
根据本发明的一个方面，在移动通信网络中提供一种分组数据业务的方法，用于在移动站(MS)和无线网络(RN)之间建立业务信道，在RN和分组数据业务节点(PDSN)之间建立分组交换，以及能够通过网际协议(IP)会话进行数据分组交换而不在MS和PDSN之间建立点对点协议(PPP)层连接。
由于不经过PPP层，上述分组数据服务方法不仅能够消除不必要的操作和不必要的数据，而且能够消除PPP层连接建立的协商程序。
根据本发明的另一个方面，在移动通信网络的分组数据业务方法中，通常在PPP层连接建立程序中执行的为MS发送IP信息的操作通过使用广播/组播IP分组进行。
特别是，当MS为PDSN发送包含用于分组业务认证处理信息的广播/组播IP分组时，PDSN请求认证服务器如远程认证拨入用户服务(RADIUS)服务器使用从MS接收的信息执行认证处理。在这点上，PDSN用作认证客户机。如果已经成功执行了认证处理，那么PDSN接收IP地址分配程序所分配的IP地址，并使用广播/组播IP分组来发送分配的IP地址到MS。当使用简单IP时，认证服务器或其他服务器执行IP地址分配程序。当使用移动IP时，本地代理(HA)执行IP地址分配程序。当IP地址分配程序已经完成时，使用分配的IP地址初始化用于数据业务的IP分组通信。
根据本发明，能够从PDSN向MS发送IP分组而不需要MS和PDSN之间的PPP层连接。
根据本发明的再一个方面，RN必须确定MS是否支持本发明的分组数据业务方法，以便移动通信网络能够支持本发明的数据业务方法并兼有现有的数据业务方法。根据本发明，通过在用于数据通信的业务信道建立步骤中校验业务选项编号来确定是否支持，而在MS和RN之间执行呼叫建立程序。
通过下面的实施方案将使上述和其他方面变得显而易见。
附图说明
在下面结合附图进行的详细描述中，将更加清楚地理解本发明的上述和其他目的，特征和其他优点，其中：
图1示例了现有的第三代合作工程2(3GPP2)网络结构的示意方框图；
图2示例了用于现有移动通信系统的数据呼叫连接的协议栈的示意图；
图3示例了用于现有移动通信系统的分组数据业务的连接处理流程图；
图4示例了用于根据本发明的一个优选实施方案的移动通信系统中数据呼叫连接的协议栈示意图；以及
图5示例了用于根据本发明的一个优选实施方案的移动通信系统中分组数据业务的连接处理流程图。
具体实施方式
为了能够容易理解本发明，现在将参考附图详细描述根据本发明的优选
实施方案。
图4示例了用于根据本发明的一个优选实施方案的移动通信系统中数据呼叫连接的协议栈示意图。在根据本发明的如图4所示的支持数据呼叫连接的移动通信系统中，移动站(MS)10保持业务信道和与基于IS-95B/2000109的无线接入网络(RAN)或无线网络(RN)20的无线链路协议(RLP)的链接以及用于物理层的RLP107。
根据本发明，基于图4所示协议栈的MS10包括：分组业务请求部分，用于通过分组数据业务节点(PDSN)40执行无线分组接入程序；和分组收发器，当完成分组业务接入程序时用于发送/接收分组数据。分组业务请求部分发送分组业务接入请求报文到RN20并通过RN20以网际协议(IP)报文的形式发送MS认证数据到PDSN40。当已经完成分组业务接入程序时，分组发送/接收部分与PDSN40交换分组业务数据而不通过点对点协议(PPP)层。根据本发明，分组业务请求部分在业务接入请求报文中包括指示PPP未使用的指示符，然后发送包括该指示符的业务接入请求报文。
RN20支持对应于MS的那些RLP和IS-95B/2000协议。
另一方面，通过中继层115和127建立并保持RAN20和PDSN40之间的虚拟连接。当然，在两台计算机之间有用于支持IP通信的IP层，链路层和物理层。
IP层103和121以及TCP/UDP层101和121保持MS10和PDSN40之间的连接。如4所示，没有示出互联两台设备的PPP层，但是两台设备之间的连接是由IP层实现的。
图5示例了用于根据本发明的一个优选实施方案的移动通信系统中分组数据业务的连接程序流程图。移动通信系统的无线网络(RN)包括基站(BS)，移动交换中心(MSC)和分组控制功能(PCF)实体。分组数据业务节点(PDSN)用作互联网接口设备。
如图5所示，正如现有的分组数据业务连接程序，在步骤201中，当MS向BS发送原始报文时初始化分组数据业务连接程序。在步骤203，BS向MS发送“BS响应命令”报文，该报文表示BS已经接收到原始报文。然后，在步骤205，BS向MSC发送“CM业务请求”报文以通知MSC分组呼叫请求。接着，在步骤207，MSC发送“分配请求”报文到BS以请求BS分配无线资源。然后，在步骤209，在MS和MSC之间执行业务协商，使得在MS和RN之间建立业务信道(TCH)。
根据本发明，业务协商程序可另外包括允许RN与MS通信以便确定是否必须使用PPP层连接的步骤。即，当执行业务协商程序时，BS通过确认MS发送的特定指示符例如业务域来确定MS是否支持本发明的通信程序。如果MS支持本发明的通信程序，即MS不使用PPP层连接，那么BS通知PDSN该事实即MS不使用PPP层连接以便能够应用根据本发明的数据通信方法。另一方面，如果MS不支持本发明的通信程序，即MS使用PPP层连接，那么拒绝分组数据业务或者通过现有通信方法的PPP层连接来建立会话，以便能够交换和处理IP分组。
根据本发明的优选实施方案，在使用PPP的现有方法中的呼叫和不使用PPP的本发明方法中的呼叫之间的区别能够根据业务选项编号如业务选项33(对应于用于临时标准-2000(IS-2000)144-kbps分组数据业务，用于IS-2000(基于高速分组数据业务)的互联网或ISO协议栈-TSB58B)来实现。该业务选项编号包括16位。业务选项编号的最重要的位是专有指示符。2到4位表示基本业务选项编号，剩余的12位表示业务选项保留编号。在本实施方案中，BS检验业务选项编号的最重要位即专有指示符和基本业务选项编号。在MS发送的业务选项编号中号码“33”用作基本业务选项编号。如果专有指示符位为“1”的话，则执行根据本发明的呼叫建立方法。
在另一个实施方案中，当在上述步骤201中MS向BS初始发送原始报文时，BS执行允许RN与MS通信的步骤以根据接收的原始报文确定是否必须使用PPP层连接。当执行与语言呼叫以及数据呼叫相关的确定步骤时，能够产生不必要的延迟。但是，在执行业务协商处理的本实施方案中能够消除与语音呼叫有关的不必要延迟。
在本发明的另一个实施方案中，根据包括BS的分组业务系统是否提供PPP层连接，MS可能不执行PPP层连接。即，MS从BS接收表示MS是否必须使用PPP层连接的识别信息，以便根据该识别信息MS执行PPP层连接程序或能够省略PPP层连接程序。
然后，在BS和PDSN之间建立分组连接。即，在步骤211，BS向PCF实体发送用于分组控制功能(PCF)资源分配的“A9-建立-A8”报文。在步骤213，PCF实体与分组数据业务节点(PDSN)建立A10-A11连接用于通用路由封装(GRE)会话分配。接着，在步骤215，PCF实体向BS发送“A9-连接-A8”报文作为与PCF资源分配相关的响应。在步骤217，BS向MSC发送表示资源分配已经完成的“分配完成”报文。
根据本发明，在步骤219’，在MS和PDSN之间交换必要信息。例如，该必要信息包括MS分组业务认证数据如分组业务用户身份(ID)和密码。分组业务用户ID和密码通过PDSN被发送到用作认证服务器的远程认证拨入用户服务(RADIUS)服务器，以便RADIUS服务器能够认证该用户。
根据本发明，利用广播/组播IP分组来交换用于执行IP地址分配和DNS信息发送的必要信息。即，对应于该RADIUS服务器，PDSN用作认证客户机，并连接到RADIUS服务器，以便PDSN从RADIUS服务器接收该分配的IP地址和DNS信息。动态主机配置协议(DHCP)服务器能够代替RADUIS服务器来发送IP地址和DNS信息。而且，当使用移动IP时，本地代理(HA)能够通过基于IP层的广播/组播IP分组来发送IP地址和接收的DNS数据到MS。在MS和RN之间分配业务信道以及在MS和RN之间确保点对点连接。当RN和PDSN保持GRE会话时，通过广播/组播IP分组为目标BS适当地发送信息。即，当根据本发明发送该信息时，PDSN用作代理。
当已经分配IP地址时，在步骤221’，MS与PDSN通过RN建立会话并与PDSN交换IP分组。在这点上，PDSN和MS交换该IP分组。但是，IP分组和PPP分组在现有技术中是相互转换的。根据本发明，MS和PDSN将IP分组转换为RLP分组。
从上述描述中明显看出，本发明在移动通信过程中能够省略通过点对点协议(PPP)层的操作以消除与该操作相关的不必要信息以及由PPP分组和网际协议(IP)分组相互转换操作引起的时间延迟。
尽管为了示例目的已经揭示了本发明的优选实施方案，本领域的普通技术人员将会理解，对本发明的各种修改，填加和减少都是可能的，而没有偏离本发明的范围。因此，本发明并不限定于上述实施方案，而是本发明是通过所附的权利要求书及其等同物的全部范围来定义的。

Claims (10)

1、一种用于在移动通信网络中提供移动分组数据业务的方法，包括以下步骤：
(a)在移动站(MS)和无线网络(RN)之间建立业务信道；
(b)在RN和分组数据业务节点(PDSN)之间建立虚拟连接；
(c)允许PDSN向MS发送网际协议(IP)数据，而不需要建立点对点协议(PPP)层连接；以及
(d)允许MS和PDSN通过RN交换IP分组。
2、根据权利要求1所述的方法，其中RN提供临时标准-2000(IS-2000)系统。
3、根据权利要求1所述的方法，其中步骤(c)的IP信息发送操作使用广播/组播IP分组来执行。
4、根据权利要求1所述的方法，其中步骤(a)包括以下步骤：
(a1)确定是否必须使用PPP层连接。
5、根据权利要求4所述的方法，其中所述步骤c)包括步骤：
c1)如果所述步骤(a1)的确定结果是必须使用PPP层连接，则建立点对点协议(PPP)层连接，
c2)如果所述步骤(a1)的确定结果是必须使用PPP层连接，则允许PDSN通过点对点协议(PPP)层连接发送网际协议(IP)数据到MS。
6、根据权利要求4所述的方法，其中在步骤(a1)中的确定是基于包含在码分多址(CDMA)业务选项编号中的最重要位。
7、一种用于提供移动分组数据业务的系统，包含：
至少一个移动站(MS)；
与MS执行数据通信的无线网络(RN)；和
分组数据业务节点(PDSN)，用于通过除了点对点协议(PPP)以外的至少一个必要协议来发送和接收分组业务数据。
8、根据权利要求7所述的系统，其中MS和PDSN发送和接收用于分组业务的IP分组形式的MS认证数据。
9、一种移动分组数据终端，包含：
分组业务请求部分，用于根据分组业务接入程序向无线网络(RN)发送分组业务接入请求报文，并且通过RN以IP报文的形式向分组数据业务节点(PDSN)发送用于分组业务的移动站(MS)认证数据；以及
分组发送/接收部分，用于当已经完成分组业务接入程序时，通过RN而不需要通过点对点协议(PPP)层向PDSN发送分组业务数据以及从PDSN接收分组业务数据。
10、根据权利要求9所述的移动分组数据终端，其中分组业务请求部分在分组业务接入请求报文中包含用于指示PPP未使用的指示符，并发送包含该指示符的分组业务接入请求报文。
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