TWI573422B - Heterogeneous network integration method and system - Google Patents

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Description

異質網路整合方法及系統
本發明係關於一種異質網路整合方法及系統，係在行動網路與無線網路涵蓋範圍重疊的環境中同時利用兩種網路傳送下行訊務的技術。特別指的是異質網路路由器能將行動網路下行訊務透過無線路由器以無線網路傳輸至異質網路整合終端，以利異質網路整合終端利用行動網路與無線網路同時接收下行訊務。本發明之設計可應用於網際網路應用服務。
傳統的無線傳輸只採用單一的無線通訊系統傳送資料，因此資料傳送的速率單純取決於該無線通訊系統的技術規格與傳輸能力。例如3G WCDMA下行最高速率為2Mbps、3.5G DC-HSPA+下行最高速率為42Mbps、3.9G LTE Category 4 20MHz頻寬的下行最高速率為150Mbps、4G LTE-A Category 8的下行最高速率為3Gbps、Wi-Fi 802.11ac wave 2最高速率為3.5Gbps等。因應日益豐富且高畫質的各式各樣多媒體資料所帶來大資料量傳輸需求，網路容量與傳輸速率需配合持續提升。增加網路容量與傳輸速率的技術可以分為下列三個方向：
1.增加網路頻寬：例如行動網路頻寬由3G的5MHz提升至3.5G DC-HSPA+的10MHz，再由3.5G DC-HSPA+的10MHz提升至3.9G LTE 20MHz，再由3.9G LTE Category 4 20MHz提升至4G LTE-A Category 8的100MHz。頻寬增加的結果讓傳輸速率呈現正比上升。
2.提高系統頻譜效率：頻譜效率的增加主要透過新技術的導入，例如第3代行動網路最高頻譜效率為0.4bit/sec/Hz、3.5代行動網路最高頻譜效率為4.2bit/sec/Hz、3.9代行動網路最高頻譜效率為7.5bit/sec/Hz、第4代行動網路最高頻譜效率為30bit/sec/Hz。
3.增加站台佈建密度或佈建小細胞(small cell)：由於無線電資源屬於共享的性質，因此若分享的人越少則可獲得的空中時間、頻率與空間資源就越多，傳輸速率就可以越快。透過增加站台佈建密度或佈建小細胞即可達到此一效果。
上述三種增加網路容量與傳輸速率的技術方向中，以增加網路頻寬的方法最簡單，效果也最直接顯著。本發明提出之一種無線網路傳輸方法及系統即是採取第1個增加網路頻寬的方向提升終端的傳輸速率。
美國專利“Leveraging multiple access technologies simultaneously(US20130322347 A1)”中有提及類似的概念，係為一種核心網路的解決方案，利用特殊的enhanced packet data gateway(ePDG)將Wi-Fi訊務導入行動網路並將Wi-Fi與行動網路訊務在核心網路整合以達到加值的效果，但並未提供同一終端在接取網路端同時使用行動網路及Wi-Fi的技術。美國專利“System and method for heterogeneous carrier aggregation(US20130242897)”中有提及另一種類似的概念，可同時接取行動網路及Wi-Fi並進行傳輸，但是單一資訊流僅能選擇行動網路或Wi-Fi網路，且須禁用終端Wi-Fi模組DHCP功能並指派行動網路的IP地址給終端Wi-Fi模組，複雜度較高且其功能並非針對單一資訊流的加速應用。
由此可見，上述習用方式仍有諸多缺失，實非一良善之設計，而亟待加以改良。
本案發明人鑑於上述習用方式所衍生的各項缺點，乃亟思加以改良創新，並經多年苦心孤詣潛心研究後，終於成功研發完成本件異質網路整合方法及系統。
本發明之目的在於提供一種異質網路整合方法及系統，係在行動網路與無線網路涵蓋範圍重疊的環境中同時利用兩種網路傳送下行訊務的技術。當異質網路整合終端需要接收下行訊務時，可以同時開啟行動網路與無線網路空中介面，透過行動網路與無線網路技術同時傳送下行訊務，可達到加快傳輸速率及縮短使用者等待時間的進步性。
一種異質網路整合方法及系統，係在行動網路與無線網路涵蓋範圍重疊的環境中同時利用行動網路與無線網路傳送下行訊務以提升傳輸速率。特別指的是在網路端異質網路路由器轉導下行訊務透過無線路由器以無線網路傳輸至異質網路整合終端，以利異質網路整合終端利用行動網路與無線網路同時接收下行訊務。達成上述發明目的之異質網路整合方法，係異質網路整合終端開啟異質網路整合功能，同時與異質網路路由器與無線路由器建立連線，並在元件管理系統留有在無線路由器的上線紀錄。異質網路整合終端透過行動網路回報終端自身的無線網路Layer 2(資料連接層)識別地址給異質網路路由器。異質網路路由器定期或不定期向元件管理系統詢問無線路由器的上線終端列表資料。若發現終端回報之無線網路Layer 2識別地址與上線終端列表資料相符，則回應 異質網路整合終端可提供異質網路整合服務。此時異質網路整合終端下行訊務至異質網路路由器時，會由異質網路路由器內的異質網路控制器進行分流。異質網路控制器將部分下行訊務透過行動網路傳輸，其餘部分透過寬頻數據機經由無線路由器以無線網路傳輸至異質網路整合終端。異質網路整合終端透過同時利用行動網路與無線網路接收下行訊務，並透過異質網路整合器重組下行訊務。
本發明所提出之異質網路整合方法及系統，包括：(一)一寬頻數據機，橋接異質網路路由器與無線路由器，並連接異質網路路由器至行動核心網路；(二)一異質網路路由器，提供終端行動網路服務。異質網路路由器具備異質網路控制器，能將下行訊務依習知技術傳輸至行動網路空中介面，並能轉導下行訊務透過無線路由器以無線網路傳輸至異質網路整合終端；(三)至少一無線路由器，提供終端無線網路服務；(四)至少一元件管理系統，提供無線路由器上線終端列表等資訊；(五)一異質網路整合終端，具備異質網路整合器，重組由行動網路與無線網路傳輸的下行訊務。
101‧‧‧寬頻數據機
102‧‧‧異質網路路由器
103‧‧‧無線路由器
104‧‧‧元件管理系統
105‧‧‧異質網路整合終端
301‧‧‧MAC Destination
302‧‧‧MAC Source
303‧‧‧Ethertype
304‧‧‧Payload
305‧‧‧Frame check sequence
401‧‧‧異質網路整合終端無線網路Layer 2識別地址
402‧‧‧異質網路路由器有線網路Layer 2識別地址
403‧‧‧異質網路整合識別碼
404‧‧‧下行訊務
405‧‧‧訊框檢驗序列
S01~S09‧‧‧步驟流程
圖1係為本發明之異質網路整合系統架構圖；圖2A~2B係為本發明之異質網路整合方法。
圖3係為Ethernet II訊框格式；圖4係為本發明異質網路控制器傳輸至異質網路整合終端無線網路Layer 2識別地址訊框格式示例。
本發明係關於一種異質網路整合方法及系統，係在行動網路與無線網路涵蓋範圍重疊的環境中進行同時下載的技術。本發明特別指的是在異質網路路由器傳送下行訊務處理，將部分下行訊務透過既有無線路由器傳輸給異質網路整合終端。當異質網路整合終端需要接收下行訊務時，可以同時開啟行動網路與無線網路。透過同時以行動網路與無線網路接收下行訊務，可達到加快檔案傳輸速率及縮短使用者等待時間的進步性。
請參閱圖1，為本發明之異質網路整合系統之架構圖，包括一寬頻數據機101、一異質網路路由器102、至少一無線路由器103、至少一元件管理系統104、一異質網路整合終端105，寬頻數據機101係用以橋接異質網路路由器102與無線路由器103，且寬頻數據機101與一行動核心網路連接，並將行動核心網路的訊務導至異質網路路由器102，元件管理系統104可存在於無線路由器103內，亦可獨立於無線路由器103之外，元件管理系統104係提供無線路由器103上線終端列表等資訊。
其中，寬頻數據機101的網路介面可以是光訊號或是電訊號，且寬頻數據機101能依經過的碼框學習到碼框來源的Layer 2識別地址，異質網路路由器102提供終端行動網路服務，傳送的技術規格採用國際通訊標準，例如CDMA(Code Division Multiple Access，分碼多工接取技術)、WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access，寬頻分碼多工接取技術)、HSPA(High Speed Packet Access，高速封包接取技術)、HSPA+(High Speed Packet Access evolution，高速封包接取演進技術)、LTE(Long Term Evolution，長期演進技術)、WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access，全球互通微波接取技 術)及LTE-A(LTE-Advanced，先進長期演進技術)等，且異質網路路由器102能向元件管理系統詢問無線路由器的上線終端列表資料。
無線路由器103係提供終端無線網路服務，傳送的技術規格採用國際通訊標準，例如Wi-Fi等，且該無線路由器103上線終端列表應包含上線終端無線網路Layer 2識別地址，該元件管理系統104係提供無線路由器103上線終端列表等資訊，且該元件管理系統104係可通知異質網路路由器102用以共同組成異質網路整合系統的無線路由器103列表。
該異質網路整合終端105具備異質網路整合器，且該異質網路整合終端105可接取行動網路及無線網路，再者，該異質網路整合終端105可向異質網路路由器102發出啟動異質網路整合功能請求，同時，該異質網路整合終端105可向異質網路路由器102回報異質網路整合終端105的無線網路Layer 2(資料連接層)識別地址，異質網路整合終端105的無線網路Layer 2能將含有異質網路整合識別碼的接收訊務傳送到異質網路整合器，異質網路整合器重組接收到之由異質網路路由器103的異質網路控制器分配至行動網路與無線網路傳輸的下行訊務，該異質網路整合終端105亦可使寬頻數據機101學習到異質網路整合終端105的無線網路Layer 2識別地址，該異質網路控制器可將下行訊務依行動網路技術傳輸至行動網路空中介面，或將下行訊務目的地地址設定為異質網路整合終端105的無線網路Layer 2識別地址，透過寬頻數據機101經由無線路由器103以無線網路傳輸至異質網路整合終端105，其中，異質網路整合識別碼可用Ethernet II訊框的Ethertype欄位實作，且該異質網路整合識別碼之設定值須大於等於0x0600。
請參閱圖2A~2B，為本發明之異質網路整合方法之流程圖，當異質網路整合終端105開啟異質網路整合功能，異質網路整合終端105同時啟用行 動網路功能與無線網路功能，並同時連接異質網路路由器102與無線路由器103。其步驟包括：
S01：行動網路端指定異質網路整合終端可以自動連接的無線路由器，異質網路整合終端開啟異質網路整合功能，異質網路整合終端自動連接異質網路路由器與無線路由器。
S02：異質網路整合終端確認與異質網路路由器以及無線路由器完成連接，元件管理系統最慢在異質網路整合終端與無線路由器完成連接後經過元件管理系統更新時間，所管理的無線路由器上線終端列表包含異質網路整合終端。
S03：異質網路整合終端發出能讓寬頻數據機學習到異質網路整合終端的無線網路Layer 2識別地址的封包，例如異質網路整合終端發出DHCP Discover(Dynamic Host Configuration Protocol Discover，動態主機配置協定發現)封包。
S04：寬頻數據機學習到異質網路整合終端的無線網路Layer 2識別地址。
S05：異質網路整合終端向異質網路路由器發出啟動異質網路整合功能請求，並回報異質網路整合終端的無線網路Layer 2識別地址。
S06：異質網路路由器確認異質網路整合終端回報的無線網路Layer 2識別地址已存在於異質網路路由器已知的無線路由器上線終端列表資料內，異質網路路由器啟動異質網路整合功能，並通知異質網路整合終端異質網路路由器以啟動異質網路整合功能。
S07：異質網路路由器具備的異質網路控制器將下行訊務以行動網路傳輸至異質網路整合終端，或轉導至無線路由器以無線網路傳輸至異質網路整合終 端，異質網路路由器具備的異質網路控制器將轉導至無線路由器以無線網路傳輸至異質網路整合終端的下行訊務的目的地地址設為異質網路整合終端的無線網路Layer 2識別地址，透過寬頻數據機經由無線網路路由器以無線網路傳輸至異質網路整合終端，異質網路控制器須將異質網路整合識別碼加至傳往異質網路整合終端無線網路Layer 2識別地址的下行訊務。
S08：異質網路整合終端無線網路Layer 2能確認接收訊務含有異質網路整合識別碼，並能將含有異質網路整合識別碼的接收訊務傳送到異質網路整合器。
S09：異質網路整合終端的異質網路整合器重組由異質網路路由器與無線路由器接收的下行訊務。
請參閱圖3~4所示，其中圖3為已習知技術Ethernet II(乙太網路2)訊框格式，圖4為本發明所提出之異質網路整合方法之異質網路控制器傳輸至異質網路整合終端無線網路Layer 2識別地址訊框格式示例，在Ethernet II訊框的MAC Destination 301(Media Access Control Destination，媒體存取控制目的地地址)填入異質網路整合終端的無線網路Layer 2識別地址401；在Ethernet II訊框的MAC Source 302(Media Access Control Source，媒體存取控制來源地址)填入異質網路路由器有線網路Layer 2識別地址402；在Ethernet II訊框的Ethertype 303(乙太類型)填入異質網路整合識別碼403，使得異質網路整合終端105無線網路Layer 2收到訊務後可藉由檢查異質網路整合識別碼403一致性確認是由異質網路路由器102傳送，無誤地將訊務導往異質網路整合器；在Ethernet II訊框的Payload 304(上層承載資料)填入下行訊務404；在Ethernet II訊框的Frame check sequence 305(訊框校驗序列)填入訊框檢驗序列405，訊框檢驗序列405的計算方式如Frame check sequence 305。
圖4是以Ethernet II訊框為例子，為了與IEEE 802.3訊框共存，異質網路整合識別碼403須大於等於0x0600。
傳統無線傳輸架構只採用單一的無線通訊系統傳送資料，因此資料傳送的速率單純取決於該無線通訊系統的技術規格與傳輸能力。本發明所提供之一種異質網路整合方法及系統，係同時利用行動網路與無線網路傳送下行訊務以提升傳輸速率，與其他習用技術相互比較時，具備下列優點：
1.本發明提出之異質網路整合方法及系統可同時運用行動網路與無線網路傳送下行訊務接收，可加速傳輸速率並縮短使用者等待的時間。
2.本發明可沿用既有無線路由器，降低建置成本。
上列詳細說明乃針對本發明之一可行實施例進行具體說明，惟該實施例並非用以限制本發明之專利範圍，凡未脫離本發明技藝精神所為之等效實施或變更，均應包含於本案之專利範圍中。
綜上所述，本案不僅於技術思想上確屬創新，並具備習用之傳統方法所不及之上述多項功效，已充分符合新穎性及進步性之法定發明專利要件，爰依法提出申請，懇請 貴局核准本件發明專利申請案，以勵發明，至感德便。
101‧‧‧寬頻數據機
102‧‧‧異質網路路由器
103‧‧‧無線路由器
104‧‧‧元件管理系統
105‧‧‧異質網路整合終端

Claims (18)

  1. 一種異質網路整合系統，係在行動網路與無線網路涵蓋範圍重疊的環境中，同時利用行動網路與無線網路傳送下行訊務，主要包括：一異質網路路由器，該異質網路路由器包括至少一異質網路控制器，用以將下行訊務依行動網路技術傳輸至行動網路空中介面，並將下行訊務之目的地地址設定為異質網路整合終端的無線網路Layer 2識別地址，透過寬頻數據機經由至少一無線路由器以無線網路傳輸至一異質網路整合終端；一寬頻數據機，該寬頻數據機係用以橋接該異質網路路由器與該無線路由器，並連接該異質網路路由器至行動核心網路；至少一元件管理系統，係通知異質網路路由器用以共同組成異質網路整合系統的無線路由器列表，及提供該無線路由器上線終端列表，以供異質網路路由器確認無線網路Layer 2識別地址是否存在於該無線路由器上線終端列表內；該異質網路整合終端，該異質網路整合終端包括至少一異質網路整合器，該異質網路整合終端係同時開啟行動網路與無線網路，以同時接收該異質網路路由器與該無線路由器傳輸之下行訊務。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之異質網路整合系統，其中該寬頻數據機的網路介面為光訊號或電訊號。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之異質網路整合系統，其中該寬頻數據機係依經過的碼框學習到碼框來源的Layer 2識別地址。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之異質網路整合系統，其中該寬頻數據機係將行動核心網路的訊務導至異質網路路由器。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之異質網路整合系統，其中該異質網路路由器提供終端行動網路服務，傳送的技術規格採用CDMA、WCDMA、HSPA、HSPA+、LTE、WiMAX或LTE-A。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之異質網路整合系統，其中該無線路由器提供終端無線網路服務。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之異質網路整合系統，其中該元件管理系統係存在於無線路由器內，或獨立於無線路由器之外。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之異質網路整合系統，其中該異質網路整合終端具備行動網路接取能力。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之異質網路整合系統，其中該異質網路整合終端可接取行動網路及無線網路。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之異質網路整合系統，其中該異質網路整合終端用以向異質網路路由器發出啟動異質網路整合功能請求。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之異質網路整合系統，其中該異質網路整合終端用以向異質網路路由器回報異質網路整合終端的無線網路Layer 2識別地址，該無線網路Layer 2用以確認接收之下行訊務含有異質網路整合識別碼，並將含有異質網路整合識別碼的接收訊務傳送到異質網路整合器。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之異質網路整合系統，其中該異質網路整合終端用以使寬頻數據機學習到異質網路整合終端的無線網路Layer 2識別地址。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之異質網路整合系統，其中該異質網路控制器係用以將部分下行訊務目的地地址設定為異質網路整合終端的無線網 路Layer 2識別地址，並透過寬頻數據機經由無線路由器以無線網路傳輸至異質網路整合終端。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之異質網路整合系統，其中該異質網路控制器係用以將異質網路整合識別碼加至傳往異質網路整合終端無線網路Layer 2識別地址的下行訊務。
  15. 如申請專利範圍第1項所述之異質網路整合系統，其中該無線路由器上線終端列表包含上線終端無線網路Layer 2識別地址。
  16. 如專利範圍第11項所述之異質網路整合系統，其中該異質網路整合識別碼之設定值大於等於0x0600。
  17. 一種異質網路整合方法，係在行動網路與無線網路涵蓋範圍重疊的環境中，同時利用行動網路與無線網路傳送下行訊務，其步驟為：a.異質網路整合終端開啟異質網路整合功能，異質網路整合終端自動連接異質網路路由器與無線路由器；b.異質網路整合終端確認與異質網路路由器以及無線路由器完成連接；c.元件管理系統在異質網路整合終端與無線路由器完成連接後經過元件管理系統更新時間；d.異質網路整合終端發出能讓寬頻數據機學習到異質網路整合終端的無線網路Layer 2(資料連接層)識別地址的封包；e.寬頻數據機學習到異質網路整合終端的無線網路Layer 2識別地址；f.異質網路整合終端向異質網路路由器發出啟動異質網路整合功能請求，並回報異質網路整合終端的無線網路Layer 2識別地址； g.異質網路路由器確認異質網路整合終端的無線網路Layer 2識別地址已存在於異質網路路由器已知的無線路由器上線終端列表資料內，異質網路路由器啟動異質網路整合功能，並通知異質網路整合終端異質網路路由器已啟動異質網路整合功能；h.異質網路路由器具備的異質網路控制器將下行訊務以行動網路傳輸至異質網路整合終端，或轉導至無線路由器以無線網路傳輸至異質網路整合終端，異質網路路由器具備的異質網路控制器將轉導至無線路由器以無線網路傳輸至異質網路整合終端的下行訊務的目的地地址設定為異質網路整合終端的無線網路Layer 2識別地址，透過寬頻數據機經由無線路由器以無線網路傳輸至異質網路整合終端；i.異質網路控制器須將異質網路整合識別碼加至傳往異質網路整合終端無線網路Layer 2識別地址的下行訊務；j.異質網路整合終端無線網路Layer 2能確認接收訊務含有異質網路整合識別碼，並能將含有異質網路整合識別碼的接收訊務傳送到異質網路整合器。
  18. 如專利範圍第17項所述之異質網路整合方法，其中異質網路整合終端自動連接的無線路由器由行動網路端指定。
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