无线网和路由过程的制作方法

专利名称：无线网和路由过程的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种分组数据无线网和一种用于在这样一个网络以及这样一个网络的单独基站中进行路由的方法。


图1表示了正在通过适当的如电缆连接网的传输装置进行互连的多个交换机，以及正在与各个相应交换机进行物理连接的多个终端。
这些终端被分配给来自公共地址空间的地址。这个地址空间被划分为域并且每个域由相应的交换机进行管理。一个终端与它的交换机所管理的地址域相联系。这种配置在某种意义上是静态的，也就是特定地址域一直由相同的交换机进行管理而且终端保持着到相同交换机的连接。
这种网络的目的是允许消息在不同域中的终端之间进行路由。为了实现这个目的，每个交换机了解对于特定地址域要寻址哪个相应交换机。
上面的结构对于象放在办公室中的静止终端运行良好。当一个终端是移动的即意味着它频繁改变它的物理位置时，如在一辆车中的出租调度终端或者一台旅行中商人所使用的计算机，这种网络结构必须适应这种条件。
这里主要有两种方法来解决处理移动终端的问题。一种方法是简单的在终端和交换机之间引入远程连接。这种解决方法通常包括一种使用一些可为无线的电信网的调制解调器连接，也就是一种电路交换解决方案。
另一种方法是使用无线分组数据网。这就是本发明的问题范围。
一种无线分组数据网的简单形式在图2中被表示出来。在这个网络中，一个或多个无线基站被引入到一个交换机和各个终端之间来提供无线连接性。此交换机本身被无线网络交换机所替代。
从其他交换机可以看出无线网络交换机仍旧负责固定地址域，即无线网中所有终端必须分配交换机所管理域中的地址。不同交换机之间的路由用与静态网络中相同的方式完成。
终端和无线交换机之间的静态连接用无线网所取代，它是动态的，即意味着一个终端的物理位置和因而其网络接入点(基站)可能变化。为了跟踪这种变化，移动管理协议被引入到终端和无线网交换机之间。移动管理协议使特定无线网交换机能获悉将哪个接入点用于具体终端。
无线网交换机和终端之间的路由通过用隧道传送消息经过无线网来完成。这个隧道的目的是“隐藏”移动终端的移动性，由此当用户与移动终端站通信时只“看到”一个静态连接即隧道的固定端点。这样便确保了静态网络中所使用的应用(程序选项/网络特征)也可以在无线网中使用。
原理上这种解决方法看起来很合适。然而在现实生活中，基站数量和因而无线网的地理覆盖会受到诸如基站的交换容量和地理分布等因素的限制。
解决这些问题的最简单方法是引入多个无线网交换机，其中每个交换机处理其自己的基站集。但是，由于从其他交换机来看每个地址域可能只由一个交换机进行管理，所以终端可能只在属于同一交换机的基站之间移动而不能移动到属于另一个交换机的基站。
为了让终端在基站间自由移动而独立于交换机配置，可以应用图3所示的解决方案。
在此例中，一种网关交换机GS被引入到静态网与无线网交换机WNS1和WNS2之间。
根据这个例子，无线网交换机不再链接到特定地址域。具有来自网关交换机所管理的任意域的地址的终端可以使用属于任何连接到网关交换机的无线网交换机的接入点。
从静态网来看，网关交换机管理属于无线网的所有域。在网关交换机和无线网交换机之间使用特定移动管理过程，以允许网关交换机将入消息路由到当前被目的终端作为接入点使用的特定网络交换机上。
网关交换机和终端之间的路由是用与前面所述简单解决方案相同方式用隧道传送消息经过无线网来完成。此隧道在终端和网关交换机之间保持，因为网关交换机是网络中唯一的静态点。因此，入和出的业务量必须经过网关交换机。
参考图3，处理一个移动终端站的注册和处理这样一个移动终端站后来到另一个基站的切换的过程会通过示例方式进行解释。
当一个移动终端站MES1寻求注册与基站BS1的连接时，会发生下面的事件在无线网交换机WNS1和网关交换机GS中建立路由器表，以便—GS将给MES1的消息路由到WNS1。
—WNS1将给MES1的消息路由到BS1。
现在MES1移动到一个与BS3相关的区域，并寻求与BS3进行连接，而BS3被连接到无线网交换机WNS2。
如果MES1为BS3所接受，则定义在WNS1、WNS2和GS的路由器表进行变动以便—GS将给MES1的消息路由到WNS2，—WNS2将给MES1的消息路由到BS3。
在所涉及的各单元上路由器表的变动配置通过在网络上传送相应信息来完成。
可以看出，只要一个移动终端站在属于不同无线网交换机的基站之间移动时，所涉及的无线网交换机就不得不交换移动终端站的状态信息。例如，涉及通信链接的缓冲下行链路消息或状态数据在移动终端站和无线网交换机之间进行发送。
为了减少网关交换机的负载可能进一步扩展结构。其实现主要是通过引入一个以上的网关交换机，每个都管理无线网中所使用域的唯一部分而且每个都终止来自属于其自身域的终端的隧道。那么无线网交换机必须知道为每个终端寻址哪个网关交换机一种可能用任意的复杂方式解决的问题。这里并未进一步讨论它，因为本发明为此问题提出了一个更简单的解决方法。
当前技术所使用的网关交换机是上述解决方法的关键，但是同时这也是它最大的缺陷，因为它引入又一个级别的交换并且增加了系统复杂性。而且，移动管理协议变得复杂，尤其是在具有多个网关交换机的情况下。
发明概述本发明的一个目的是提出一种分组数据网，它提供了在一个移动终端站改变基站时在网络上发送的减少的信息量。此目的已经通过独立权利要求1所定义的主题得到实现。
另一个目的是提出一种适于用在与上述网络的连接中的交换基站。这个目的已经通过从属权利要求2中的主题得到实现。
另一个目的是实现一种结合简化的移动管理过程的路由过程。
此目的已经通过根据从属权利要求5的主题得到实现。
作为从属权利要求5所提出路由过程的选择，从属权利要求6规定了一种使无线网交换机能采用未运行状态的修改过程。
根据独立权利要求9定义了一种交换基站，适于在依赖特定移动终端站与之执行通信的多个无线网交换机之间进行交换。
本发明的网络结构比现有技术网络结构更加简单。结果，避免了有关现有技术网关交换机的许多复杂性。一种复杂性较小的结构更易于实现和维护，同时导致了更低成本和更高性能。根据本发明的分组数据网避免了复杂的移动管理过程，并且支持无线网中多个交换机。
而且，根据本发明的分组数据网可以在网络发展的任何阶段方便地在这方面进行扩展或者简化。这种可升级性是一个突出优点，因为网络运营商在预测容量需求方面经常会有困难。
另外的优点从本发明的进一步的从属权利要求和下面的详细描述中会很明显。
图2表示了一种提供无线接入的已知分组数据网。
图3表示了另一种提供无线接入的已知分组数据网。
图4是根据本发明的分组数据网的图解。
图5表示了一种根据本发明的基站的优选实施方案，以及图6表示了一种根据本发明的无线网交换机的优选实施方案。
发明优选实施方案详述根据本发明所建议的分组数据网在图4中已经概括出来，包括至少两个子网SN1和SN2。前者主要用来向固定终端提供连接，而后者用来向移动终端站提供连接。
第一子网SN1包括多个交换机S1和S2、多个无线网交换机WNSx和WNSy以及用于在其间传送消息的第一传输装置C1。交换机S1和S2被连接到静止终端T1和T2。
第二子网SN2包括相同的无线网交换机WNSx和WNSy。无线网交换机WNSx和WNSy构成了第一和第二子网SN1和SN2之间的链接。第二子网还包括多个基站SBS1-SBS4和用于在其间传送消息的第二传输装置C2。基站SBS1-SBS4适于连接到移动终端站MES1和MES2。如图4所示，一个从任何基站SBS1至SBS4到任何交换机S1和S2的给定消息可以经任何无线交换机WNSx或WNSy进行传送，反之亦然。
通过示例，只有有限数目的单元(表示各种交换机、基站和终端)被表示在图4的示例中。但是，本发明并不局限于仅包括有限数目的单元。实际上，对于包括例如多个无线网交换机、数百个基站和数千个终端的网络实现，本发明具有突出优势。
应当理解的是图4所示的第一和第二传输装置C1和C2可能代表任何适当的连接介质如电缆或者设备，包括空中接口用于无线通信例如微波链接。同样应当理解的是已经表示为星型网络的传输装置可能组成环形网络或者任何其他合适的网络结构。因此，图4所示的连接也可能代表通信信道。传输装置C1使通信能在任何交换机和任何无线网交换机之间进行。同样，传输装置C2使通信能在任何基站BS和任何无线网交换机WNS之间进行。
根据本发明的各个基站SBS1-SBS4在分组数据网PDN中适应于其间的交换，或将它们的通信引导至任何无线网交换机WNSx和WNSy。
在优选实施方案中，无线网覆盖两个地址域AD1和AD2。出于性能方面的原因，这些域已经被划分到两个无线网交换机中。如图3云团状区域所示，地址域与固定的本地基站群并没有关联。图3反映了特定移动终端站的地址与特定无线网交换机关联。
为了允许来自一个地址域的移动端终端MES在不同基站之间自由地移动，基站不再依赖于具体交换机。取而代之的是，功能性以这样一种方式被加到基站中基站将选择一个特定的已经分配给所讨论的移动端终端的无线网交换机。因此，避免了掌握地址域全局信息的中心网关交换机。
来自静态网络的业务量被路由到管理目的终端域的无线网交换机WNS。消息就从这里直接通过当前所访问的基站被用隧道送至终端，而不是先经过另一级交换进行路由。这个隧道被建立在终端和管理该终端域的无线网交换机之间。
与图3中所述现有技术系统相比，移动管理过程以这样一种方式进行了修改每个基站知道哪个交换机终止每个访问终端的隧道。单独基站的结构将在后面描述。
下面根据本发明的移动管理过程将通过一个例子进行描述，它有关移动终端站的初始注册和移动终端站随后从一个基站到另一个基站的切换。
当一个移动终端站MES1寻求注册与基站SBS1的连接时，将执行下面的步骤取决于实际配置，WNSx被分配到SBS1，也就是SBS1通过WNSx引导通信。
一个路由器表建立在WNSx中，以便—WNSx将给MES1的消息路由至SBS1。
现在MES1移动到一个有关SBS3的区域并寻求与SBS3连接。
如果SBS3接受，则改动在WNSx的路由器表以使—WNSx将给MES1的消息路由到SBS3。
应当注意的是WNSy不受MES1从SBS1到SBS3位置改变的影响。没有关于在WNSx或WNSy上的路由器表改变的消息在网络上进行交换。
同样应当注意的是上面的取决于所选定配置的路由可能通过WNSy而非WNSx来进行。
现在我们将转向关于交换基站SBS和无线网交换机WNS的细节。
建议的解决方案对于许多不同类型的设置都是可用的。一种交换基站的实现已经表示在图5中。
交换基站SBS在许多方面对应着标准无线基站如Mobitex或GPRS(通用分组无线系统)，它能够传送来自和去往一个移动终端站的无线分组数据消息。
根据图5所示的本发明优选实施方案，交换基站SBS包括一个或多个处理该交换基站SBS和移动终端站MES之间无线链接的收发器TR、和一个处理与各自无线网交换机WNS通信的基站控制器SBSC。
然而，与当前技术所使用的标准设备相比而且如上所述，基站进行了修改以便能够将业务量转发到任何选定的无线网交换机而非仅仅一个固定交换机。这种转发功能性的实现通常是以这样一种方式来自特定移动终端站MES的业务量总是独立于哪个交换基站接收业务量而被路由到相同的无线网交换机WNS。
路由过程在基站控制器以及一个交换机选择表SST中完成。交换基站路由过程SBS-RP使用交换机选择表SST来确定哪个无线网交换机WNS用于特定移动终端站MES。交换机选择表SST中的信息通常是静态的，即当移动终端站MES注册或移动时信息并不改变，而且此信息通过交换基站SBS的配置提供。
在本实施方案中，交换机选择表SST适于以规则间隔如数小时进行更新或重配置。交换机选择表包括分配到所讨论的分组数据网PDN的所有移动终端站的列表。交换机选择表存在于所有交换基站中。基站中和无线网交换机中的交换机选择表功能性(未示出)确保了使得基站中保持的交换机选择表的改变相互间是等同的。
当一个移动终端站第一次访问网络中一个基站时，交换机选择表SST也进行修改。在这种情况下，确定哪个无线网交换机应该被分配到移动终端站，并且网络中其他基站进行相应修改。实际上，交换机选择表可能包括不同表，例如一种包括所有归属网络用户的核心表和一种包括访问移动终端站的访问者表。典型地访问表或其可选修改与核心表或其修改相比会很小，并且会因而适于在网络上传送给其他基站。另一个可能性是将所有访问移动终端站分配到一个预定的无线网交换机。
在任何情况下，交换基站对大部分的时间而言都适于保持同样的交换机选择表SST，它表示哪个特定无线网交换机WNS应当被寻址以便定址特定的移动终端站MES。
无线网交换机WNS可以在一种标准路由器、一种象PC或SUN工作站的标准计算机或一种从现有技术解决方案中已知的无线网交换机上实现。一个使用标准计算机的优选示例表示在图6中。
图6所示的基于计算机的无线网交换机WNS包括一个或多个用于接入到子网SN1(如一种象互联网的外部分组数据网)的网络接口卡NIC、一个或多个用于接入第二子网SN2的基站连接卡BSCC。连接到交换基站SBS的后面的子网可能基于使用T1连接、X.25、IP主干或一些其他合适的接入技术。
无线网交换机WNS还包括一种完成所有交换功能性以及每个移动终端站MES移动管理的中央处理器MP。主处理器MP的功能性包括交换功能性SF、移动管理功能性MMF和一个位置寄存器LR。
交换功能性SF使从任何网络接口卡NIC到任何基站连接卡BSCC传输的数据依赖于位置寄存器LR的内容。
当一个移动终端站MES在无线网上注册或移动时，分配到所讨论的移动终端站MES的无线网交换机WNS得到通知，这是由移动终端站所连接的那个当前基站的变动所涉及的任一交换基站SBS来通知的。移动管理功能性MMF的作用是无线网交换机WNS中的本地寄存器LR包括要寻址的交换基站SBS的当前路由列表，来到达给定的移动终端站。
然后位置寄存器LR用当前位置进行更新，即移动终端站MES所分配到的那个交换基站。
从第一子网SN1所接收的业务量由交换功能性SF经当前访问的交换基站路由到移动终端站MES。位置寄存器LR用于确定要使用哪个交换基站。从一个交换基站SBS所接收的业务量被交换功能性SF直接路由到第一子网SN1。
如上所述根据本发明的分组数据网通常以这样的方式运行来自移动终端站MES的消息经过固定分配的无线网交换机WNS进行路由。
但是，一种中止过程可能在网络中被选择性地执行，以使如果一个无线网交换机WNS正在暂时采用一种未运行状态则基站可以使用剩余的无线网交换机WNS用于路由。这种过程可能在一个无线网交换机遇到一种失败状态时被使用。
为了中止一个无线网交换机的服务，交换基站SBS中的交换机选择表SST被改动。在这方面，分配到给定无线网交换机WNS的所有移动终端站都被分配到另一个或其他无线网交换机WNS。交换机选择表SST中的变动可以用与交换机选择表进行正常配置时相同的方式来完成。变动同样可以在涉及固定终端T的交换机的第一子网SN1进行路由时完成。
在中止期间，无线网交换机WNS可以被维护和替换。
应当注意的是效率的降低与在退出服务之前通过该中止无线网交换机的业务量数量与网络中业务量总量之比是相当的。因此，如果提供了大量无线网交换机，则整体网络容量的降低将是不重要的。
上面的业务量的替换也允许关于特定无线网交换机WNS的传输装置C1和C2的特定通信路径退出服务。
同样应当注意的是即使没有提供中止过程，根据本发明的网络也具有内在的鲁棒性，因为单个无线网交换机的故障将只影响全部网络的对应部分。
上面所述的网络冗余使得可能实现非常低的网络中断值。对于网络制造商、网络提供商和终端用户这是一个感兴趣的关键因素。
而且，如上所述数据内部通信的大大减少已经得到实现，并导致了网络的更高效率和更大容量。
参考符号列表PDN 分组数据网SN1 子网1SN2 子网2AD 地址域MES 移动终端站T 固定终端BS 基站GS 网关交换机SBS 交换基站TR 收发器SBSC交换基站控制器SBS-RP 交换基站路由过程SST 交换机选择表WNS 无线网交换机S 交换机MP 主处理器NIC 网络接口卡BSCC基站连接卡SF 交换功能性LR 位置寄存器MMF 移动管理功能性
权利要求
1.分组数据网(PDN)包括第一子网(SN1)，包括多个交换机(S1、S2)、至少两个无线网交换机(WNSx、WNSy)和用于在其间传输消息的第一传输装置(C1)，该交换机(S1、S2)被连接到静止终端(T1、T2)，第二子网，包括无线网交换机(WNSx、WNSy)、多个基站(SBS1、...、SBS4)和用于在其间传输消息的第二传输装置(C2)，基站(SBS1、...、SBS4)适于被连接到移动终端站(MES1、MES2)，由此无线网交换机(WNSx、WNSy)构成第一和第二子网(SN1、SN2)之间的链接，并且由此一个将在任何基站(SBS1-SBS4)和任何交换机(S1、S2)之间进行传送的给定消息可能经过任何无线交换机(WNSx、WNSy)进行传输。
2.根据权利要求1的分组数据网，其中各个基站(SBS1、...、SBS4)适于在任何无线网交换机(WNSx、WNSy)之间进行交换。
3.根据权利要求2的分组数据网，其中交换基站(SBS)大部分时间保持同样的交换机选择表(SST)，它表明为了定址一个特定移动终端站(MES)应该寻址哪个特定无线网交换机(WNS)。
4.根据任一前述权利要求的分组数据网，其中每个无线网交换机(MES)保持一个位置寄存器(LR)，它是关于特定无线网交换机(WNS)已经被分配给的那些移动终端站(MES)，位置寄存器(LR)表明移动终端站(MES)当前被连接到哪个交换基站(SBS)。
5.用于权利要求1-4中所定义的分组数据网的路由过程，由此去往和/或来自特定移动终端站(MES1、MES2)的通信适于在移动终端站在任意两个基站(SBS1、..、SBS4)之间切换期间保持经相同的无线网交换机(WNSx、WNSy)进行路由。
6.用于权利要求1-4中所定义分组数据网的路由过程，由此优先级被给予一种路由模式，其中去往和/或来自特定移动终端站(MES1、MES2)的通信在移动终端站在任意两个基站(SBS1、..、SBS4)之间切换期间保持经相同的无线网交换机(WNSx、WNSy)进行路由，并且由此任选地，通信在切换期间经过另一个无线网交换机(WNSx、WNSy)进行路由，例如这是当该通信必须被引导经过的无线网交换机采用一种未运行状态时的结果。
7.根据权利要求6的路由过程，由此经另一个无线网交换机(WNSx、WNSy)的可选通信路由根据一种故障状态的情况来执行。
8.根据权利要求5-7中任一权利要求的路由过程，其中移动终端站(MES)在首次连接到第一子网(SN1)时被分配给某个无线网交换机(WNS)，后者被规定为与剩余网络的通信要被引导经过的固定的无线网交换机(WNS)。
9.交换基站(SBS)包括一个交换基站控制器(SBSC)和多个收发器(TR)，用于在给定区域中与多个移动终端站(MES)进行无线通信，交换基站控制器(SBSC)适于依赖于正与之进行通信的特定移动终端站来与多个无线网交换机(WNS)进行通信并且与预定无线网交换机(WNS)进行选择性通信。
10.根据权利要求9的交换基站，其中交换基站控制器适于执行一个用于选择预定无线网交换机的交换基站路由过程，这依赖于一个交换机选择表(SST)，它包含关于特定移动终端站(MES)应该与哪个无线网交换机(WNS)进行通信的信息。
全文摘要
一种分组数据网(PDN)已经被描述,它包括多个交换基站(SBS),它们适于选择性地定址特别分配到给定移动终端站(MES)的无线网交换机(WNS),通过该无线网交换机,对于特定移动终端站(MES)的通信流即使在从交换基站切换期间仍可保持被路由。该分组数据网(PDN)中的路由过程确保了避免复杂管理协议,并由此增加了网络效率。
文档编号H04L12/56GK1354940SQ0080857
公开日2002年6月19日 申请日期2000年3月31日 优先权日1999年4月7日
发明者N·伍德 申请人:艾利森电话股份有限公司