CN1663159B - 无线电话/无线局域网交互工作环境中的双归属移动性管理 - Google Patents

无线电话/无线局域网交互工作环境中的双归属移动性管理 Download PDF

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Abstract

为实现移动终端用户(16)从第一无线接入网络(12)到第二无线接入网络(14)的无缝转换，第二无线接入网络中的临时本地代理(19)为用户分配一个协同定位地址，当接入第二网络时它成为由用户产生的所有报文分组的源地址。应答那些用协同定位地址作为源地址产生的信息而发送的报文分组直接传送给在第二网络中的移动终端用户，而不首先通过隧道传送经过第一无线接入网络。在移动终端用户转换到第二无线接入网络后，第一无线接入网络将转发所有寻址到第一源地址的用户的报文分组。

Description

无线电话/无线局域网交互工作环境中的双归属移动性管理
根据35U.S.C119(e)，本申请要求2002年6月20日提出的美国临时专利申请第60/390786号的优先权，其内容并入于此。本申请还涉及一个共同转让的申请，该申请根据35U.S.C119(e)，要求2002年9月20日提出的题目为“DUAL HOME MOBILITY MANAGEMENT IN A WIRELESSTELEPHONY/WIRELESS LAN INTERWORKING ENVIRONMENT”的第10/247898号美国国家申请的权益。
技术领域
本发明涉及一项使得移动终端用户能够在无线电话网和无线局域网(LAN)之间转换的技术。
背景技术
无线局域网技术领域的进步导致了可以使用相对便宜的无线局域网设备，这转而又导致了在休息站、咖啡馆、图书馆等类似的公共设施出现了公共可接入无线局域网(例如，“热点(hot spot)”)。目前，无线局域网向用户提供对于诸如公司内联网的专用数据网络或者诸如因特网的公用数据网络的接入。但是即便有的话，也仅有很少的公共可接入无线局域网提供任一类型的电话服务，更不用说无线电话服务了。
目前，用户寻找无线电话服务一般是在这种服务的许多提供商中预订一个。当前的无线电话服务提供商不但提供语音呼叫，而且提供通用分组无线电业务(GPRS)，以便允许通过移动终端交换数据分组。尽管GPRS存在于许多区域，但数据传输率一般不超过56kbs，并且无线网络服务提供商支持这种服务的成本仍然较高，使得GPRS很昂贵。无线局域网的实现和工作成本相对较低，并且可获得较高的带宽(通常超过10兆/秒)，这使无线局域网成为一种理想的接入机制，移动终端用户能够通过无线局域网与无线电话网交换分组。
移动终端用户常常从一个无线接入网络(即，移动电话网)转换到另一个这样的网络(例如，无线局域网)。当前，一种称为“移动IP”的技术提供用于在网络层上实现无缝移动性的最普通的解决方案，从而使移动终端用户能够不考虑接入介质的从一个网络转换到另一个网络，同时在越区切换期间保持正在进行的对话的连续性。所述的移动IP技术为移动终端用户定义了两个地址：一个用于路由的目的(称为“转交地址”)，另一个用于因特网标识(称为“归属IP地址”)。所述归属IP地址用作移动终端用户的唯一标识符。所有指定给移动终端用户的分组都以这个地址作为目标地址，并且来自移动终端用户的每一个分组都以这个地址作为源地址。
在实践中，当移动终端用户第一次加入无线电话网时，该无线电话网在分组数据协议(PDP)环境建立期间向所述移动终端用户分配归属IP地址。当移动终端用户转换到诸如无线局域网的第二无线接入网络时，该第二网络分配转交IP地址，使得无线电话网能够把分组路由到在第二网络中的用户。为了保证连续性和保持现有的连接，无线电话网将利用转交IP地址把指定给在归属IP地址处的用户的分组路由(隧道传送，tunnel)到第二无线接入网络。不幸的是，这种分组隧道传送未能充分利用无线局域网的连通性。当如通常的情况那样，移动终端用户从无线电话网转换到无线局域网并与无线局域网保持持续的接触时，这个问题就变得严重恶化。
因此，需要一种使移动终端用户能够在网络之间进行转换，同时使所述用户能够充分利用每一个网络提供的连通性的技术。
发明内容
简要地说，按照本发明的原理，移动终端用户能够以提高的效率从第一无线接入网络转换到第二无线接入网络，诸如从无线电话网转换到无线局域网。当所述移动终端用户转换到接入到所述第二无线接入网络时，该第二网络将检测这种接入。在检测接入时，该第二无线接入网络给移动终端用户分配一个协同定位地址。当接入第二无线网络时，所分配的协同定位地址成为来源于移动终端用户的分组的源地址。响应由所述移动终端用户发送的、来源于作为源地址的协同定位地址的分组，第二无线接入网络将接收来自一个或者多个诸如因特网的外部网络的应答分组。第二无线接入网络把这种应答分组路由到移动终端用户。在该移动终端保持同第二无线接入网络进行有效通信的同时，第一无线接入网络将把以前寻址到用户的任何分组转发到协同定位地址。这样，用户在转换到第二网络时能够继续进行与第一无线接入网络开始的通信对话，而没有任何分组丢失。
按照本发明的一个方面，提供一种使移动终端用户能够从第一无线接入网络无缝转换到第二无线接入网络的方法，其中所述第一无线接入网络为所述用户分配一个用于接收至少一个分组的第一地址，所述方法包括以下步骤：在所述第二无线接入网络检测移动终端用户的接入；从所述第二无线接入网络为移动终端分配一个协同定位地址，当接入所述第二无线接入网络时，该协同定位地址用作属于由所述移动终端用户产生的对话的分组的源地址；在第二网络接受来自至少一个外部源的应答分组，其并入所述协同定位地址作为目标地址；和在第二网络中从第一网络接收转送的分组，该转送的分组寻址到在第一地址处的移动终端用户。
按照本发明的另一方面，提供一种使移动终端用户能够从第一无线接入网络无缝转换到第二无线接入网络的方法，其中所述第一无线接入网络为所述用户分配一个第一地址用于接收至少一个分组，所述方法包括以下步骤：在所述第二无线接入网络检测移动终端用户的接入；从所述第二无线接入网络为移动终端分配一个协同定位地址，当接入所述第二无线接入网络时，该协同定位地址用作属于由所述移动终端用户产生的对话的分组的源地址；在第二网络接受来自至少一个外部源的应答分组，其并入了所述协同定位地址作为目标地址；在第二网络中从第一网络接收转送的分组，该转送的分组寻址到在第一地址处的移动终端用户；检测移动终端用户从第二无线接入网络到第一无线接入网络的转换；和向第一无线接入网络发送来自第二无线接入网络或者所述移动终端的触发消息，使所述第一无线接入网络停止向第二无线接入网络转送分组；从所述移动终端向第二无线接入网络发送触发消息，使所述第二无线接入网络开始向在第一接入网络的移动终端用户转送分组。
按照本发明的另一方面，提供一种向移动终端用户提供数据通信服务的通信系统，包括：移动终端用户可接入的第一无线接入网络；移动终端用户可接入的第二无线接入网络；第一无线接入网络内的第一本地代理，用于给所述移动终端用户分配第一源地址，该第一源地址用于当移动终端用户接入第一无线接入网络时由该移动终端用户产生的分组，所述第一本地代理还用于在移动终端用户接入第二无线接入网络时将在第一无线接入网络接收到的分组转送到该移动终端用户；和第二无线接入网络内的第二本地代理，用于给所述移动终端用户分配第二源地址，该第二源地址用于当移动终端用户接入第二无线接入网络时由该移动终端用户产生的分组，所述第二本地代理还用于在移动终端用户接入第一无线接入网络时将在第二无线接入网络接收到的分组转送到该移动终端用户。
附图说明
图1描述了包含有由移动终端用户接入的、与无线局域网交互工作的无线电话网的通信网络的方框示意图；和
图2描述了图1的通信网络，展示了移动终端用户接入无线电话网。
具体实施方式
图1描述了通信网络10的方框示意图，该网络10包括与无线局域网14交互工作的无线电话网12，用于向移动终端用户16提供数据通信服务。在这个详细说明的实施例中，无线电话网12具有与本领域众所周知的UMTS3GPP标准一致的体系结构，用于向移动终端用户16提供声音和分组两类服务，而后者包括GPRS。在已经转让给本受让人——Thomson Licensing，S.A.的、于2002年6月28日提交的同时待审的美国专利申请第10/186019号中的公开了无线电话网12和无线局域网14的代表性实施例，所述申请结合于此作为参考。
无线电话网12和无线局域网14的交互工作通过数据网络18而发生，该数据网络可以采用专用内联网形式，或者采用诸如因特网的公用网络形式。无线电话网12和无线局域网14的交互工作使移动终端用户16能够从一个网络转换到另一个网络。例如，所述移动终端用户16能够与无线电话网12开始一个数据通信对话，然后转换到无线局域网14。理想情况下，在网络之间的转换对移动终端用户16是透明的。换言之，当从一个网络转换到另一个网络时，移动终端用户16应当不经受任何信息损失。
在现有技术中存在几种能够使移动终端用户16从一个网络转换到另一个网络同时保持连续性的技术。这些技术中的一种是“移动IP”技术，它要求给移动终端用户16分配一个“归属”IP地址和一个“转交”IP地址。移动终端用户16的归属网络(例如，无线电话网12)分配归属IP地址，以识别在归属网络中的用户。所有指定给移动终端用户16的外部分组使用归属IP地址，以便将用户识别为接收者，同时来源于移动终端用户的分组把归属IP地址作为源地址。这样，按照现有技术中的移动IP技术，不管用户是否已经从归属网络转换，指定给移动终端用户16的外部分组首先到达移动终端用户的归属网络(例如，无线电话网12)。一旦移动终端用户16已经转换到一个新的网络(例如，的无线局域网14)，归属网络(例如，无线电话网12)使用转交地址把分组传送到在新网络中的用户。
按照现有技术的移动IP技术，由新网络(例如，无线局域网14)分配的转交地址识别移动终端用户16已经加入的那个网络中的端点。随着移动终端用户16转换到无线局域网14，只要用户保持进行与无线电话网12的通信对话，无线电话网12就利用转交地址将分组隧道传送到在无线局域网中的移动终端用户。因为分配给移动终端用户16的所有分组首先到达无线网络12，该网络对于所有的通信对话，包括那些在无线局域网14开始的对话，将分组隧道传送到用户。与移动电话网络12相比，无线局域网14一般提供更高的带宽，移动终端用户16一旦转换到无线局域网14，将在一段较长的时间间隔内保持与其的通信。这样，在这段时间内，尽管移动终端用户16与无线局域网14享有通信对话，该用户仍然消耗无线电话网12内的资源以完成分组隧道传送。此外，移动终端用户的通信吞吐量可能潜在地受到无线电话网12的吞吐量的限制。
按照本发明的原理，提供一种下述的技术：其使移动终端用户16能够在网络之间进行无缝转换，诸如从无线电话网12转换到无线局域网14或者反之，同时避免不必要的资源消耗。为了能够进行这种无缝转换，在用户转换到无线局域网时，无线局域网14中的临时本地代理19一般通过使用众所周知的动态主机配置协议(DHCP)向移动终端用户16分配本地(即“协同定位”)IP地址。临时本地代理19在无线局域网14中能够作为独立的设备(例如，路由器)而存在。可选的，临时本地代理19的功能能够存在于无线局域网14的另一个组件中，诸如在互配功能组件(IWE)中(未示出)。
当接入无线局域网14时，由临时本地代理19分配的协同定位地址成为由移动终端用户16产生的所有分组的源地址。对于在应答用协同定位地址作为源地址而从移动终端用户16产生的分组时而从外部源发送的所有分组，协同定位地址也成为进入地址。相反，现有技术中的移动IP技术使移动终端用户16即使在转换到除了归属网络之外的另一个网络以后，仍保留归属IP地址作为由移动终端用户16产生的分组的源地址。
参见图1，在从无线电话网12转换到的无线局域网14时，移动终端用户16在按照本发明的原理登记期间接收来自临时本地代理19的协同定位IP地址。此后，移动终端用户16用移动电话网络12的本地代理20登记由无线局域网14分配的协同定位地址。本地代理20能够作为单独的设备(例如，路由器)而存在。可选的，本地代理20的功能能够存在于无线电话网12的另一个组件中，诸如在网关GPRS服务节点(GGSN)中(未示出)。
在转换到无线局域网14并且向其登记后，移动终端用户16将停止它与无线电话网12的连接。停止与无线电话网的连接使移动终端用户16保持连接到那里，但是不从那里消耗任何无线电资源。在这空闲周期，无线电话网12中的本地代理20将在无线电话网中收到的具有归属地址的分组转送到移动终端用户16。此外，无线电话网12中的本地代理20还将用于由主机开始的对话、并且利用由无线电话网分配的归属IP地址寻址到移动终端用户的输入分组转送到移动终端用户16。
一旦移动终端用户16向无线局域网14登记并且与之开始一个通信对话，无线局域网成为与移动终端用户通信的默认接口。所有后来的与移动终端用户16的通信将使用由无线局域网14分配的协同定位地址作为由该用户产生的分组的源地址。当与无线局域网14通信的时候，对从移动终端用户16产生的分组进行应答而发送的分组将直接传送到无线局域网，而不是首先到达无线电话网12，从而实现较高的效率。
可以理解，当移动终端用户16从无线电话网12转换到无线局域网14时，临时本地代理19承担与无线电话网12中的本地代理20所执行的任务相类似的任务，即地址分配。然而，在本地代理20和临时本地代理19之间存在几处不同。例如，本地代理20在归属网络(例如，无线电话网12)中保持移动终端用户16的帐号。因此，对于验证、计帐和授权控制，临时本地代理19必须依赖本地代理20。此外，临时本地代理19仅对在无线局域网14中已经开始的、当移动终端用户16转换到另一个网络时仍然继续的通信对话承担责任。而本地代理20对在无线电话网12中开始的所有通信对话以及由那个网络中任何对应的主机开始的所有对话承担责任。
图2说明在移动终端用户16从无线局域网14转换到无线电话网12时通信网络10中的信号流。在这种转换后，无线局域网14把正在进行的通信对话移交给无线电话网12。因此，无线电话网12中的本地代理20现在不能向无线局域网14中的临时本地代理19转送分组。反之，临时本地代理19现在经由本地代理20把先前寻址到协同定位地址的分组转送给无线电话网12中的移动终端用户16。为保证平滑的越区切换，移动终端用户16一转换到无线电话网12，临时本地代理19就应当开始转送。
与从无线电话网12到无线局域网14的转换相比，从无线局域网14到无线电话网12的转换施加了不同的限制。与无线局域网14的覆盖区域相比，无线电话网12具有较大的覆盖区域。为此，转换到无线局域网14没有严格的时间限制，因为无线电话网12接口(未展示)能够保持工作直到转换完成。当移出无线局域网14的覆盖区域时，移动终端用户16通常不能在进行向无线电话网12的转换的同时保持良好的无线局域网连接。所以，转换时间应当尽可能短。
在移出无线局域网14的覆盖区域后，移动终端用户16向临时本地代理19登记其归属IP地址(即，由无线电话网12分配给它的IP地址)。这种登记使无线局域网14中的临时本地代理19能够在用户向无线电话网12转换之后把分组转送给移动终端用户16。临时本地代理19从移动终端用户16或者无线局域网自身接收转换出无线局域网14的通知。
如果移动终端用户16具有检测从无线局域网14转换的能力，那么该用户能够恢复其与无线电话网12的连接。换言之，移动终端用户16能够恢复其移动终端用户环境，以重新建立与无线电话网12通信对话所需要的无线电资源。在恢复与无线电话网12的连接后，移动终端用户16发送一个通知给本地代理20以禁止转送。此外，移动终端用户16发送通知到无线局域网14中的临时本地代理19，以开始转送。由于临时本地代理19先前已在登记期间验证了移动终端用户16，并且由于临时本地代理知道移动终端用户的归属IP地址，因此满足简单的触发消息。换言之，移动终端用户16不必经历更多的登记/验证。由此时起，临时本地代理19将所有进入的分组隧道传送到本地代理20，所以进入的分组最初是寻址到由无线局域网14先前分配的协同定位地址处的移动终端用户16。所有最初寻址到由无线电话网12分配的归属地址处的移动终端用户16的分组现在直接传送到那个地址。
代替直接从移动终端用户16接收通知，临时本地代理19能够从无线局域网14中的另一个组件接收移动终端用户16已经转换到无线电话网12的通知。这样，即使移动终端用户16不能迅速检测到覆盖的损失，无线局域网14最终也能发现不能再通过它的无线局域网接口到达用户。在这样的情形中，临时本地代理19通知无线电话网12中的本地代理20停止传送。临时本地代理19现在开始将分组转送到由无线电话网12分配的归属IP地址处的移动终端用户16。这种转送能够容易地发生，因为移动终端用户16已经向无线局域网14登记过它的归属IP地址，并且先前在进入无线局域网覆盖的区域时已经向其验证过自身。无线电话网12现在将自动把移动终端用户16从空闲模式转变到连接模式。
使用现有技术的移动IP技术中存在的某些特征能够有利于执行上面描述的本发明原理的转换方法。例如，无线电话网12中的本地代理20能够利用移动IP技术的方法向移动终端用户16分配归属IP地址，以及在用户转换到无线局域网14后转送报文分组。在无线局域网14中实现临时本地代理19能够稍加改进的利用移动IP技术，来执行向临时本地代理的登记程序而不需任何即时的隧道传送(转送)。利用在移动IP登记消息中的一个备用位就可以完成这项任务。事实上，备用位的利用可以是内含的，在此情况下本地代理20在登记以后将不会立即开始到临时本地代理19的隧道传送，而是等待接收触发消息。通过发送移动IP登记应答消息就可以产生触发，所述应答消息包含有保存用来通知随后将触发隧道通信的错误码的特殊值。在移动终端用户16内，需要修改移动IP堆栈，以允许同时操作两个IP地址。任一地址都可以被用来隧道传送以及被用来直接通信。
上面描述的技术用于使移动终端用户能够从一个网络无缝转换到另一个网络，而不消耗不必要的网络资源。

Claims (18)

1.一种使移动终端用户能够从第一无线接入网络无缝转换到第二无线接入网络的方法，其中所述第一无线接入网络为所述移动终端用户分配一个用于接收至少一个分组的第一地址，所述方法包括以下步骤：
在所述第二无线接入网络检测移动终端用户的接入；
从所述第二无线接入网络为移动终端用户分配一个协同定位地址，当接入所述第二无线接入网络时，该协同定位地址用作属于由所述移动终端用户产生的对话的分组的源地址；
在所述第二无线接入网络接受来自至少一个外部网络的应答分组，其并入所述协同定位地址作为目标地址；和
在所述第二无线接入网络中从所述第一无线接入网络接收转送的分组，该转送的分组寻址到在第一地址处的移动终端用户。
2.按照权利要求1的方法，其中给所述移动终端用户分配协同定位地址的步骤包括给所述移动终端用户分配IP地址的步骤。
3.按照权利要求1的方法，其中在所述第二无线接入网络中从所述第一无线接入网络接收转送的分组的所述步骤包括下列步骤：从第二无线接入网络向第一无线接入网络提供协同定位地址，使所述第一无线接入网络能够向所述第二无线接入网络转送分组。
4.按照权利要求1的方法，其中在所述第二无线接入网络中从所述第一无线接入网络接收转送的分组的所述步骤包括在开始于所述第一无线接入网络的通信对话期间接收在所述第一无线接入网络接收的分组。
5.按照权利要求1的方法，还包括步骤：向所述第二无线接入网络进行所述第一地址的登记，而不需立即从所述第一无线接入网络向所述第二无线接入网络转送用所述协同定位地址作为目标地址的分组。
6.按照权利要求1的方法，进一步包括步骤：感知所述移动终端用户从所述第二无线接入网络向所述第一无线接入网络的转换。
7.按照权利要求6的方法，其中所述的感知步骤包括步骤：从所述移动终端用户接收向所述第一无线接入网络转换的通知。
8.按照权利要求6的方法，其中所述的感知步骤包括步骤：从所述第二无线接入网络接收转换通知。
9.按照权利要求1的方法，包括下列步骤：
通过所述第二无线接入网络和所述移动终端用户之一来检测所述移动终端用户从所述第二无线接入网络向所述第一无线接入网络的转换；
向所述第一无线接入网络发送来自所述第二无线接入网络和所述移动终端用户之一的触发消息，使所述第一无线接入网络停止向所述第二无线接入网络转送分组；和
从所述第二无线接入网络向在所述第一无线接入网络的移动终端用户转送用所述协同定位地址作为目标地址的分组。
10.按照权利要求9的方法，其中在所述移动终端用户转换到所述第一无线接入网络后，所述第二无线接入网络开始向所述第一无线接入网络转送用于在所述第二无线接入网络中开始的对话的分组。
11.一种使移动终端用户能够从第一无线接入网络无缝转换到第二无线接入网络的方法，其中所述第一无线接入网络为所述用户分配一个第一地址用于接收至少一个分组，所述方法包括以下步骤：
在所述第二无线接入网络检测移动终端用户的接入；
从所述第二无线接入网络为移动终端用户分配一个协同定位地址，当接入所述第二无线接入网络时，该协同定位地址用作由所述移动终端用户产生的分组的源地址；
在所述第二无线接入网络接受来自至少一个外部网络的应答分组，其并入了所述协同定位地址作为目标地址；
在所述第二无线接入网络中从所述第一无线接入网络接收转送的分组，该转送的分组寻址到在第一地址处的移动终端用户；
检测移动终端用户从所述第二无线接入网络到所述第一无线接入网络的转换；
向所述第一无线接入网络发送来自所述第二无线接入网络或者所述移动终端用户的触发消息，使所述第一无线接入网络停止向所述第二无线接入网络转送分组；以及
从所述移动终端用户向第二无线接入网络发送触发消息，使所述第二无线接入网络开始向在第一无线接入网络的移动终端用户转送分组。
12.一种向移动终端用户提供数据通信服务的通信系统，包括：
移动终端用户可接入的第一无线接入网络；
移动终端用户可接入的第二无线接入网络；
所述第一无线接入网络内的第一本地代理，用于给所述移动终端用户分配第一源地址，该第一源地址用于当所述移动终端用户接入第一无线接入网络时由该移动终端用户产生的分组，所述第一本地代理还用于在移动终端用户接入第二无线接入网络时将在第一无线接入网络接收到的分组转送到该移动终端用户；和
所述第二无线接入网络内的第二本地代理，用于给所述移动终端用户分配第二源地址，该第二源地址用于当所述移动终端用户接入第二无线接入网络时由该移动终端用户产生的分组，并且用于接受来自至少一个外部网络的给移动终端用户的应答分组，其并入了第二源地址作为目标地址；所述第二本地代理还被配置为用于在移动终端用户接入第一无线接入网络时将在第二无线接入网络接收到的分组转送到该移动终端用户。
13.按照权利要求12的系统，其中所述第一源地址包括一个IP地址。
14.按照权利要求12的系统，其中所述第二源地址包括一个IP地址。
15.按照权利要求12的系统，其中所述第一无线接入网络包括一个无线电话网。
16.按照权利要求15的系统，其中所述第一本地代理位于网关GPRS服务节点。
17.按照权利要求12的系统，其中所述第二无线接入网络包括一个无线局域网。
18.按照权利要求17的系统，其中所述第二本地代理包括一个互配功能组件。
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