专利名称：无线传输层网关的制作方法
技术领域：
本发明属于IT技术领域中的无线传输层网关，尤其是提供一种无线通讯环境下比TCP平稳得多的，并能支持基于IPv4的传统因特网与基于IPv6的第二代互联网之间的高性能互通的传输服务网。
随着因特网的日益普及，无线上网逐渐成为一个重大方向。无线通讯错包率比有线通讯明显要高。传统的因特网上，90％以上的应用都是基于TCP传输服务，象应用最广泛的HTTP(WEB浏览)，SMTP(电子邮件传递)，POP3和IMAPv4(电子邮件存取)等，都使用TCP传输服务。但TCP不区分物理线路错包所造成的丢包，和网络拥堵所造成的丢包，在发现丢包时，会缩小拥堵窗口、延长丢包报文重发时间、大大降低了传输速率。理论计算和实践经验都表明，在无线传输环境下，错包率一升高，网络应用访问性能就显著降低。象一些已经部署的第三代无线通讯网络，虽然理论上的通讯速度可以达到144Kbps，但实际上只能达到30-50Kbps的持续平均速度，造成这一令人不满效果的原因，除了因为无线网络是一种共享介质以外，实际上主要是因为TCP面对丢包现象时不能做到平稳传输。
无线连网的一种重要新技术是蓝牙(Bluetooth)技术。蓝牙技术作为一种低功耗、低成本、短距离无线通讯技术，要求其支持软件应该力求简单。传统上试图采用嵌入式TCP/IP协议栈驱动蓝牙无线接口，但TCP/IP协议栈是为了适应复杂网络环境而设计，有比较多的额外开销(overhead)，蓝牙技术在无线传输上节约的成本，往往不可避免地被运行TCP/IP协议栈需要的较高性能、较大存储容量的微处理器及操作系统内核所吞噬，违反了蓝牙技术设计的初衷。
由于蓝牙技术的出现，智能家居变得十分可行。例如电表、水表、气表的无线远程抄表，准许收费人员不打扰住户，就能获得煤气和水电的使用量数据，同时也不象使用智能卡(IC)技术的三表，一旦预定额耗尽，就强行断水、断电，给住户带来极大的不便。
与此同时，由于智能家庭网络的大量增加，智能移动设备的使用迅速增长，每个家庭智能设备或智能移动设备都需要至少一个IP地址，传统因特网IPv4地址严重不足的问题明确摆在了人们眼前。基于IPv6的第二代互联网有效解决了这一问题，公认是将来联网必用的途径。
但现有的智能家居网络系统，最多是在网络层(ISO/OSI参考模型的第三层)实现网关功能，一方面还不能同时支持传统的IPv4和新的IPv6，另一方面如前所述对蓝牙技术的使用违反了其设计初衷，严重影响智能家居网络系统的普及。
以VoIP为代表的互联网上的音频、视频流应用、音频、视频交互等媒体传输类的应用，对所传输媒体数据的正确性没有苛刻要求，也不要求每一段数据都不能丢失，但要求数据保持相对顺序，即接收方上层应用接收到的报文的先后关系，应该与发送方发出数据的报文的先后关系一致。由于小波变换(Wavelet Transform)等技术的使用，媒体传输类应用面对数据传输错误或丢失时仍能保持不对用户听觉或视觉效果产生连续的或严重的恶劣影响，这类应用对媒体数据传输的正确性要求更为宽松。而传统的TCP传输服务相比之下所提供的正确性标准过于苛刻，开销过大，UDP传输服务则不能保证报文的先后顺序。
要解决上述问题，必须设计一个崭新的传输层协议，这一新协议不仅在既有因特网上能够使用，而且面对IPv6优化，还要能够针对特定的物理链路或数据链路如蓝牙通讯进行协议栈精简，特别地一定要适用于无线传输环境。另外，还要根据媒体传输类应用的需要，并基于出错率较高的无线传输环境的现实，提供与TCP或UDP品质都不相同的传输层服务。
因此，本发明的目的在于，在保持无线通讯的不插即用(Play，withoutPlug and Pray)特性同时，提供一种无线通讯环境下比TCP平稳得多的传输服务，同时在协议栈设计与实现上使无线通讯技术类中蓝牙无线通讯的低成本优势不被浪费，并且能够支持基于IPv4的传统因特网与基于IPv6的第二代互联网之间的高性能互通。
本发明的其它目的在于，所提供的传输服务对TCP保持向下兼容，面向下一代互联网协议IPv6优化。在兼容TCP传输服务的同时，还要提供不检验数据准确性、但保证顺序和限定延迟的传输服务，填补TCP与UDP留下的空白。所实现的产品要有突出的性能，良好的可扩充性，容易控制成本，便于部署使用。
本发明所涉及的无线传输层网关，是基于ATP over UDP/IPv4和ATPover Multi-Access-Serial(多址访问的串行通讯)技术，以及开放的ATP/IPv6技术，从传输层(ISO/OSI参考模型的第四层)上适应无线上网环境，并在传输层实现网关功能，能够区别对待不同的传输环境，如无线连接，进行优化。
ATP over UDP/IPv4，或者简称ATP*UDP，是在既有因特网TCP/IP协议组中IPv4上的用户数据报协议UDP传输服务之上，实现非对称传输协议ATP。
ATP over Muti-Access-Serial直接驱动具有多址访问能力的串行或串行兼容的物理接口，传递ATP协议报文，象TCP一样提供可靠的流传输服务，但开销小很多，非常适合于要求低成本的嵌入式环境。
ATP/IPv6是随本发明一同开发的一种开放技术，针对应用层兼容既有因特网上的传输控制协议TCP，同时面向下一代互联网协议IPv6优化。ATP在缺省模式下它象TCP一样提供可靠的流传输服务，但使用崭新的拥堵控制与出错重传机制，极大地提升了无线环境下的工作性能。同时，它还为上层应用提供保持报文顺序、但不保证数据正确性、也不保证报文无丢失的传输服务，适用于多媒体传输类的应用。
下面将结合附图和实施例对本发明的技术方案进行详细的说明。
图1表示本发明无线传输层网关的系统结构图；图2表示图1所示的无线传输层网关的系统结构中ATP*UDP，即ATPover UDP/IPv4传输服务的程序结构设置图；图3表示图1所示的无线传输层网关的系统结构中传输层转发器的结构示意图。
在图1所示的本发明无线传输层网关的结构示意图中，虚线以内是无线传输层网关的关键模块及其连接关系，所述的模块包含无线以太网(11)，串行红外端口/快速红外无线接口(12)，Bluetooth接口(13)，Tiny TCP/IPv4(14)，ATP/IPv6协议栈(15)，IrDA协议(16)，ATPoverMulti-Access-Serial(17)，ATP*UDP(18)，传输层转发器(19)，Web服务器(29)，智能设备控制代理(21)，10/100Mbps自适应以太网接口(22)，RS422/485串行接口(23)。在网关中还设置图中没有标出的嵌入式微处理器和嵌入式操作系统。虚线以外是无线传输层网关所能连接的用户设备，以及这些设备与无线传输层网关之间的关系。实际所能连接的设备并不限于图中所示的几种。其中，ATP over Multi-Access-Serial(17)，ATP*UDP(18)和传输层转发器(19)是本发明系统主要的创新点。整体的集成设计也是本发明系统的创新点。
图2表示图1中所示的ATP*UDP(18)，即ATP over UDP/IPv4传输服务的程序结构。图中，自标号(181到188)分别是其主要组成功能模块，模块(189)是包含含缓冲区在内的TCB(传输控制块)。细实线所连接的是网络体系结构中相邻层之间的服务关系。
所述的功能模块(181-188)分别是连接建立协商控制(181)，连接终止协商控制(182)，预处理和后处理压缩、加密、分段、归并、解密和解压(183)，选择肯定性应答协议，含流量控制、窗口滑动控制、缓冲区管理、响应位图管理(184)，校验和处理(185)，快速重传协议(186)，定时器管理与超时控制(187)，拥堵规避(与路由系统协作)(188)。
图3表示图1中传输层转发器(19)的结构示意图。在图中虚线内，标号(191，194，196和197)所示的是转发器(19)的内部处理子程序，而标号(192，193和195)是转发器(19)内部的结构数据。虚线以外是与传输层转发器(19)有联系的各层各种网络服务。其中各标号所表示的子程序和结构数据分别是传输层地址管理器(191)，报文分析器(194)，DNS-ALG(DNS应用层网关)(196)，传输层报头变换器(197)，以及传输层地址映射表(NAT-PT对应表)(192)，动态映射传输层地址池(193)和转换状态记录表(195)。
下面将结合附图进一步详细地介绍本发明的技术内容。
如图1所示，无线传输层网关(以下简称网关)由无线通讯接口模块(11，12，13)、有线通讯接口模块(22，23)、ATP over UDP/IPv4软件模块(18)、ATP over Multi-Access-Serial软件模块(17)、传输层报文转发器(19)和智能设备控制代理软件模块(21)，以及图中没有明确标示的嵌入式微处理器(含EEPROM模块、RAM模块)和嵌入式操作系统组成。
所述的嵌入式微处理器，包括EEPROM模块和RAM模块，是系统程序运行的硬件基础。使用市场上通用的单片机等芯片即可。微处理器运行嵌入式操作系统和其它软件模块，对无线和有线通讯接口模块进行控制，处理数据，执行用户指令。EEPROM用于存放嵌入式操作系统和其它软件程序模块。随机访问存储器RAM则是运行程序所需要的资源。
支持现有互联网的TCP/IPv4协议栈(14)、支持连接下一代互联网(IPv6互联网)的ATP/IPv6协议栈(15)、驱动红外接口的红外数据访问IrDA协议(16)内核模块和内嵌的WEB服务器(20)分别是嵌入式操作系统的必要组成部分。嵌入式操作系统选择WinCE，PalmOS，PSOS，VxWorks或嵌入式Linux实现，为市场上可立即获得的流行嵌入式操作系统。实际产品选择何种操作系统，则根据随应用场合不同而不同的产品型号而定。操作系统内核中还有支持蓝牙无线接口的设备驱动内核模块、以太网接口的设备驱动内核模块、802.11b驱动内核模块以及RS-232，EIA-422/485串行接口设备驱动内核模块。
图中，ATP/IPv6协议栈(15)是基于IPv6和IPv6上的ATP实现的操作系统内核模块。IPv6上的ATP是随本专利产品一同开发的一种开放技术，针对应用层兼容既有因特网上的传输控制协议TCP，同时面向下一代互联网协议IPv6优化。这些技术内容不在本专利申请的保护范围之内。
标号(11)，(12)，(13)示意网关内置的无线通讯接口模块。根据实际产品型号，可以，但并不局限于，从蓝牙无线通讯接口模块(13)、红外串行接口/快速红外线接口(12)、802.11b(11)/802.11a无线局域网接口、LMDS区域多点数据服务接口或正交序列扩频无线连接等接口中选择配置。
标号(22)，(23)示意网关内置的有线通讯接口模块。根据实际产品型号，可以，但并不局限于，从10/100Mbps自适应以太接口模块(22)，千兆以太网模块，EIA422/485串行接口模块(23)，HDSL2，VDSL，CableModem中选择配置。以太网光纤接口可用于实现FTIH光纤到户。
标号20是WEB服务器，用于支持SSL安全连接和使用数字证书进行用户身份认证。WEB服务器(20)通过CGI(通用网关接口)驱动智能设备控制代理(21)软件模块。
智能设备控制代理(21)软件模块是系统根据应用场合配置的智能设备控制代理软件模块，它们被服务器(20)所驱动，通过ATP overMulti-Access-Serial软件模块(17)驱动串行接口(23)，并与有关设备建立联系，对其进行诊断和控制，并向WEB服务器(20)报告结果，使用户能够采用B/S应用结构，最终控制设备和获取信息。
所述的ATP over Muti-Access-Serial软件模块(17)根据嵌入式环境低成本的要求，将ATP协议包直接在具有多址访问能力的串行或串行兼容接口上传递，消除了PPP及IP层的开销，象TCP一样提供可靠的流传输服务，上层应用编程接口格式和SOCK_STREAM完全一致。
其工作原理是(1)直接利用物理接口的输入输出控制，实现一个能够多址访问的数据链路层。
(2)采用三次握手，协商和匹配最大报文长度、发送与接收缓冲区，以及初始序列号。发送与接收缓冲区一经双方同意，就不再变化。缓冲区的大小只要能容纳最大报文即可。
(3)关闭连接使用快速方式，不经过任何中间过程。
(4)使用一种特殊的32位循环校验码(CRC)-法尔码(Fire Code)，生成多项式为(X21+1)(X11+X2+1)作为校验方式，能够纠正一段不超过11位(含)的连续错，和检测两段不超过11位的连续错。校验码的生成，纠错或检错应使用硬件实现。
(5)上层应用可以协商使用共享密钥的方式，对传输报文进行加密处理。
(6)发送缓冲区只有在收到对方的肯定性应答之后，才能继续接受本端上层应用发送数据的要求。只有在接收方发回否定性应答、且报文序列号一致的时候，才重传缓冲区中的报文。其中如果硬件检到了错而不能纠错时，接收方必须立即发回否定性响应。
(7)不进行任何拥堵控制或发送速率调整。
(8)使用简单的超时机制，包括建立连接时，SYN报文的重试；数据传递过程中，如收不到对方任报文，接收方定时向远端发出否定性应答，告知发送方尚未接收的报文序列号，同时也用于通知发送方上层应用，本机工作正常。
所述的ATP over UDP/IPv4协议栈(18)，简称为ATP*UDP，它基于在IPv4上的UDP传输服务，增加非对称传输协议(ATP)封装，象TCP一样提供可靠的流传输服务，但改变了TCP的拥堵控制与出错重传机制，极大地提升了无线环境下的工作性能。
如图2所示，ATP*UDP(18)有如下几项功能性组成部分连接建立的协商控制(181)；连接终止的协商控制(182)；报文的发送前处理与接收后处理，包括载荷的压缩、加密、分段、归并、解密和解压缩(183)；选择肯定性应答协议(184)，含流量控制、窗口滑动控制、缓冲区管理和响应位图管理功能；校验和处理(185)，以实现检错功能；接收方督促的快速重传协议(186)；定时器管理与超时控制(187)；拥堵规避管理(188)；以及传输控制块(TCB)(189)。
ATP*UDP(18)的拥堵规避的功能是和路由系统协作实现的，具体而言就是协议自动机识别ICMP Source Quench信号，即网际控制信息协议“信源熄火”命令报文，依靠识别该报文，而不是根据丢包状况，来决定何时应降低发送速率。因为该报文只在发生拥堵或者路由器出现故障时才会出现，而丢包可以是因为物理线路传输状况不佳，例如在无线传输环境中，所以这样做可以明显提高无线传输环境下的网络传输效率。
传输控制块(含缓冲区)TCB(189)的完整内容包括连接状态，含本端和对方各自的传输层地址；发送窗口、发送缓冲区；接收窗口、接收缓冲区；响应位图；定时器的时间轮。
它的工作原理是(1)基于UDP无连接报文传输服务实现。这与TCP或ATP/IPv6不同，它们是基于IP层的网络报文收发服务实现的。
(2)建立连接时，采用和TCP一样的三次握手，这其中包括初始序列号的选择。
(3)文雅方式时的连接关闭(graceful close)，采用和ATP一样的三元条件组合状态转换。这三元条件是收到远端的终止连接请求FIN报文；收到本端上层应用的关闭连接命令；内部状态表明远端所有的数据报文都已被接收并已按协议要求发回应答。
(4)采取和ATP一样的超时机制，包括建立连接时按一定间隔重试发送未得到肯定性应答的建立连接请求SYN报文；连接建立后，在报文收发过程中，收不到远端信号时，按一定间隔发送否定性应答；在报文收发过程中，接收窗口中出现了空隙，该空隙若在一定时间不能被填充，则向发送方发回否定性应答；远端发送终止连接请求，在一定时间内未得到肯定性应答、就强行快速关闭连接；收到远端终止连接请求、但在一定时间内得不到接收窗口中的空隙数据报文，就强行快速关闭连接；向本端上层应用递交关闭连接请求、在一定时间内未得到上层应用的连接关闭命令、就强行关闭连接；收到低层递交的一个ICMP”Source Quench”信号而降低发送速率之后、不再理会随后一定时期(”Deaf Time”作聋时间)内的其它”Source Quench”信号等。
(5)使用改进的滑动窗口协议，来协调收发双方的缓冲区匹配和控制端到端的流量。对一般的滑动窗口所作的改进是，系统根据发送需要和资源状态，动态调整窗口大小。具体而言，就是如果发送窗口第一个包的肯定性应答，在最后一个包收到之前就已收到，就准许双方减少窗口大小；不然，只要仍有可用空闲资源，就加大窗口大小，从而达到最佳传输性能。
(6)缺省方式下，启动重传机制。通过接收方向发送方按定时机制发回否定性应答，来催促发送方及时重发不能通过数据校验、或者因种种原因中途丢失的报文。数据校验直接利用了UDP的Checksum字段。上层应用，例如媒体传输类应用，可设置ATP*UDP停用重传机制。这时候，ATP不对数据进行校验，对于每一个收到的报文，在等待由上层应用指定的一个较短时间间隔后，就将该报文及先前收到、而尚未递交给上层应用的报文，按通过报文序列号体现的发送顺序，递交给上层应用，而不管报文序列号中间是否有间隙，即是否有丢失的报文。
(7)不使用TCP或TCP友好的拥堵控制机制，而采取与路由系统协作的拥堵预防机制(”Cooperative Congestion Avoidance”)。具体而言，就是初始发送时，选择一个合理的中速发送速率，这一速率的选择取决于低层服务的流量控制配置在发送过程中维持一个发送信用额度，每发送一个报文，就将这一发送信用额度减去报文大小；每过一定时间间隔，依照当前控制发送速率，给发送信用额度加上一个值，该值等于当前控制发送速率乘以这一时间间隔；每当信用额度的值超过了发送窗口的总大小，就停止发送信用额度的定时累加；每当发送窗口已满、而窗口中的第一个报文得到否定性应答进入重传，就将发送信用额度清零，同时再启动发送信用额度的定时累加；在重传机制关闭的工作模式下，每当收到一个报文，延迟一定的时间，将该报文以及接收窗口中尚未递交给上层应用的报文，按发送顺序递交给上层应用，同时滑动接收窗口；每当收到一个与本次连接对应的ICMP“SourceQuench”信号，而且又不在”Deaf Time”内，就将当前控制发送速率减半，同时进入”Deaf Time”的超时递减(Count Down)。
所述的传输层报文转发器(19)用于提供IPv6网络(第二代互联网)与IPv4网络(因特网)之间的互通，并支持ATP的网络与传统的TCP/IP网络之间的互通。它所处理的是传输层报文，包括ATP over IPv6，TCP overIPv6，UDP over IPv6，TCP over IPv4，ATP over UDP/IPv4和UDP overIPv4。
图3表示图1中传输层转发器的结构，其中，所述的传输层地址管理器(191)，它用于从外部的传输层地址检索服务中，查找那些位于IPv4网络中而分配了IPv6地址的网络服务的传输层地址，这些服务主要是那些传输层协议使用了ATP/IPv6的网络服务。对于传输层协议为TCP或UDP的IPv4网络上的服务一般不需要查找IPv6地址，只要按兼容IPv4地址的IPv6地址格式处理即可。传输层地址管理器(191)还负责查找那些位于IPv6网络中而分配了IPv4地址的网络服务的传输层地址，包括这些服务所使用的传输层协议(TCP或UDP)、IPv4地址和传输层端口号。查找结果存在传输层地址映射表中。传输层地址管理器(191)一般要和DNS-ALG(DNS应用层网关)(196)配合工作。
在传输层转发器内部具有一个传输层地址映射表(192)。所述传输层地址是一个多元组，其分量包括第三层协议的版本(IPv4或IPv6)、IP地址、上层协议(ATP，TCP，UDP或其它)、上层协议端口号(仅对TCP，UDP或ATP*UDP有意义)。传输层地址映射表(192)记载了IPv6地址、传输层协议(ATP，TCP或UDP)和端口号(ATP没有端口号)，与IPv4地址、传输层协议和端口号之间的对应关系。传输层地址映射表(192)存放着所有的静态NAT-PT变换，并缓存着系统最近最常使用的传输层地址变换，包括所有处于转发状态的传输层服务所使用的传输层地址映射，和动态NAT-PT变换。表中每一项为两个传输层地址，这两个传输层地址必须保持映射前后传输层协议的相容性。规定IPv6上的ATP或TCP，与IPv4上TCP或ATP*UDP相容，反之亦然；除此之外，完全相同的传输层协议之间也相容。其它都是不相容。传输层地址映射表(192)中不应有传输层协议不相容的项。
所述传输层转发器中的动态映射传输层地址池(193)，它用于支持NAT-PT传输层地址的动态分配。
所述传输层转发器中的报文分析器(194)，它根据每个报文的报头内容，和内部的转换状态记录，决定系统下一步的动作。
所述传输层转发器中的转换状态记录表(195)，它用于转换状态记录，是有连接的传输层协议ATP或TCP的代理连接状态，或者UDP或TCP的传输层地址转换情形。
所述传输层转发器中的域名解析服务的应用层网关(DNS-ALG)(196)，它接受IPv6报文中的DNS域名解析请求，将IPv4网络中网络资源的IPv4地址，翻译成兼容的IPv6地址，返回给用户。同时，它还接受IPv4报文中的DNS域名解析请求，将IPv6网络中网络资源的IPv6地址，对应为预定的IPv4地址。其中，从IPv4地址到IPv6地址的翻译，是一对一的；从IPv6地址到IPv4地址的对应，一般是多对一的，还需要由上层应用加上端口号，才能建立IPv4传输层地址(TCP地址或UDP地址)到IPv6传输层地址(对于ATP，就是IPv6地址；对于TCP地址或UDP地址，要加上端口号)的一一对应。
所述传输层转发器中的传输层报头变换器(197)，在使用NAT-PT时，它将收到的报文的传输层报头中的传输层地址，按照传输层地址映射关系，变换成新地址，并按传输层校验和的计算办法，重新计算校验之和，再将报文按修改后的信宿IP地址发送出去。除传输层校验外，传输层报头修改的部分包括信源IP地址、信源端口、信宿IP地址和信宿端口。
所述传输层转发器中的存储转发队列(198)，在使用传输层的存储转发时，它缓存从接收报文的传输层自动机(包括TCP，ATP*UDP和ATP/IPv6)递交的载荷数据，再依照FIFO顺序递交给由转换状态记录规定的传输层自动机，发送给同一个转换状态记录所规定的传输层地址。
它的工作原理是这样的首先，报文分析器(194)从IPv4或IPv6网际层收发服务中截获(图三中没有示意)网际层报文，并根据信源传输层地址查找系统中是否有对应的转发状态记录。如果已有转发状态记录，则根据既有的转发状态记录和报文内的控制信息，作恰当的处理。转发状态记录规定的处理为如下几种之一(1)传输层报文中的载荷，如需要，按传输层协议要求恰当向信源做出应答，载荷内容送存储转发队列(198)，再按对应的另一传输层协议要求方式发送。
(2)使用网络地址转换加端口转换(NAT-PT)，并由传输层报头变换器(197)处理。
(3)丢弃，即滤除该传输层报文。
(4)关闭连接，并销除转发状态记录。
如果系统中还没有与该报文对应的转发状态记录，则系统如下工作(1)如果该报文信源传输层协议是IPv6上的ATP，则依照信宿传输层地址查找传输层地址映射表。如果找到了一项，其传输层协议是TCP，则创建转发状态记录，处理ATP over IPv6到TCP over IPv4报文转发。如果找到一项，其传输层协议是ATP*UDP，则创建转发状态记录，进行ATP over IPv6到ATP over UDP/IPv4的报文转发。如非上述情形之一，就按第三层路由交换处理。
(2)如果该报文信源传输层协议是IPv6上的TCP，则依照信宿传输层地址查找传输层地址映射表。如果找到一项，其传输层协议是TCP，则进行TCP下的网络地址与端口转换(NAT-PT)。如果找到一项，其传输层协议是ATP*UDP，则创建转发状态记录，处理TCP overIPv6到ATP over UDP/IPv4的报文转发。如非上述情形之一，就按第三层路由交换处理。
在查找传输层地址映射表时，所查到的项可能是一个动态映射项，即映射后的传输层地址并没有明确。这时需要从传输层动态映射地址池(193)中取得一个空闲传输层地址，置换变换前的传输层地址，这一置换填写到转换状态记录中，用于以后的转发处理。
(3)如果该报文信源传输层协议是IPv6上的UDP，则检查应用层端口是否为DNS。如果是，则系统按DNS-ALG(域名解析服务的应用层网关)行为工作。如果不是，则系统查找传输层地址映射表；如果找到一项，则进行UDP下的网络地址与端口转换(NAT-PT)，否则就按第三层路由交换处理。
(4)如果报文信源传输层协议是IPv4上的TCP，则依照信宿传输层地址查找传输层地址映射表。如果找到一项，其传输层协议是TCP，则进行TCP下的网络地址与端口转换(NAT-PT)。如果找到一项，其传输层协议是ATP，则建立连接状态记录，进行TCP over IPv4到ATP over IPv6之间的报文转发。如果不是上述情形之一，则按第三层路由交换处理。
(5)如果报文信源传输层协议是IPv4上的UDP，且根据端口号判断上层应用使用了ATP*UDP，则依照信宿传输层地址查找传输层地址映射表。如果找到一项，其传输层协议是ATP，则建立连接状态记录，进行ATP over UDP/IPv4到ATP over IPv6之间的报文转发。如果找到一项，其传输层协议是TCP，则建立连接状态记录，进行ATP over UDP/IPv4到ATP over IPv6之间的报文转发。如果不是上述情形之一，则按第三层路由交换处理。
在IPv4报文中，如果传输层协议是UDP，则根据端口号，能够判定该端口是否分配给了使用ATP*UDP的上层应用，如果是，则传输层协议就为ATP*UDP。
(6)如果报文信源传输层协议是IPv4上的UDP，则检查其应用层端口是否是DNS。如果是，则系统按DNS-ALG的行为工作。如果不是，则查找传输层地址映射表；如果找到一项，则进行UDP下的网络地址与端口转换(NAT-PT)，否则就按第三层路由交换处理。
(7)如果不是上述情形之一，则按第三层路由交换处理。
在IPv4网络与IPv6网络之间，本系统不进行针对TCP或UDP报文以外的网络地址转换。
实施例例一一台家庭计算机上安装了ATP over Multi-Access-Serial软件模块以及有关设备的控制代理软件模块。通过USB通用串行总线、连接一个蓝牙收发器。使用浏览器访问家用计算机的WEB服务器，驱动设备控制代理软件模块，该软件模块再驱动ATP over Multi-Access-Serial软件模块，再通过USB驱动蓝牙收发器，与同样使用了蓝牙无线接口和ATP over Multi-Access-Serial协议报文格式的智能家居设备建立联系，传递用户指令并获得设备状态，实现控制和状态询问。
例二一家移动无线上网服务商(Mobile ISP)配置的一套本发明的无线传输层网关，内部有高性能的处理器和大容量的RAM、优化的操作系统，配置ATP over UDP/IPv4适配器软件模块和传输层转发器软件模块。用户设备是使用了GPRS或3G移动上网的WAP手机、PDA、便携电脑等，用的是ATP/IPv6协议栈，或者仍用TCP/IPv4协议栈，但增加了ATP over UDP/IPv4软件模块，通过本网关的传输层交换，同有线网络中的传统因特网信息资源站点或不使用ATP协议的IPv6站点建立连接，获取信息资源。
例三一个写字楼内联网(Intranet)上内部配置的一台本发明的无线传输层网关，内有单片机、嵌入式操作系统、ASIC实现的ATP/IPv6、ASIC实现的ATP over UDP/IPv4、ASIC实现的TCP/IPv4、ASIC实现的传输层转发器、集成的802.11b无线访问接入点和10/100Mbps以太网接口。用户持安装有802.11b网络接口和同样安装了ATP overUDP/IPv4或ATP/IPv6协议栈的便携电脑，与网关建立连接，可靠、稳定地访问企业信息资源。
例四一个工业企业安装的一套本发明的无线传输层网关，内有单片机、嵌入式操作系统、IrDA接口、蓝牙无线接口、EIA-422/485串行接口，居民小区楼宇内、WEB服务器、有关工业设备的智能控制代理软件模块。专业人员通过IrDA接口或蓝牙无线接口与网关建立联系，控制串联在EIA-422/485总线上的工业设备。
权利要求
1.一种无线传输层网关，其特征是所述的网关包含下述模块及其连接关系，所述的模块包含无线以太网(11)，串行红外端口/快速红外无线接口(12)，Bluetooth接口(13)，Tiny TCP/IPv4(14)，ATP/IPv6协议栈(15)，IrDA协议(16)，ATP overMulti-Access-Serial(17)，ATP*UDP(18)，传输层转发器(19)，Web服务器(29)，智能设备控制代理(21)，10/100Mbps自适应以太网接口(22)，RS422/485串行接口(23)，在所述网关中还设置嵌入式微处理器和嵌入式操作系统，其中，一类有无线通讯接口、有线通讯接口、使用了UDP之上的非对称传输协议(ATP)或直接驱动多址访问串联型接口(Multi-Access-Serial)非对称传输协议的传输层网关或第四层交换机。
2.如权利要求1所述的网关，其特征是具有直接驱动多址访问串联型接口的非对称传输协议(ATP)软件或ASIC模块，和传输层(ISO/OSI参考模型的第四层)转发器。
3.如权利要求2所述的网关，其特征是用非对称传输协议(ATP)驱动蓝牙(Bluetooth)或其它短距低成本射频无线通讯接口。
4.如权利要求2所述的网关，其特征是用非对称传输协议(ATP)驱动串行红外线或高速红外线(SIR/FIR)无线通讯接口。
5.如权利要求2所述的网关，其特征是用非对称传输协议(ATP)驱动可菊花链或总线方式连接的EIA-422/485平衡串行接口，或者RS232非平衡串行接口。
6.如权利要求1所述的网关，其特征是支持TCP/IPv4协议栈，并在UDP之上运行非对称传输协议(ATP over UDP/IPv4)。
7.如权利要求6所述的网关，其特征是在802.11/802.11b无线以太网通讯接口之上，运行ATP over UDP/IPv4。
8.如权利要求1所述的网关，其特征是使用了非对称传输协议ATP，不论是ATP/IPv6还是ATP over UDP/IPv4，同时连接IPv4网络，不论是因特网(Internet)还是内联网(intranet)，和IPv6网络，不论是下一代互联网还是家庭网络，并使用传输层交换担任二者之间的传输层网关(Layer 4Gateway)。
9.如权利要求1所述的网关，其特征是所使用的非对称传输协议软件模块，不论是多址访问串行接口上的非对称传输协议，还是用户数据报协议UDP上的非对称传输协议，和传输层转发软件模块，安装并运行在一台通用计算机上，不论是手持电脑、家用计算机、工业PC机还是商用服务器，使用内置或通过USB或IEEE 1394外接的蓝牙或红外无线通讯收发器进行无线连接，接入IPv4或IPv6网络。
全文摘要
本发明涉及无线传输层网关，基于ATP overUDP/IPv4和ATP over Multi－Access－Serial(多址访问的串行通讯)技术，以及开放的ATP/IPv6技术，从传输层(ISO/OSI参考模型的第四层)上适应无线上网环境，并在传输层实现网关功能，能够区别对待不同的传输环境，如无线连接，进行优化。ATP在缺省模式下它象TCP一样提供可靠的流传输服务，但使用崭新的拥堵控制与出错重传机制，极大提升了无线环境下的工作性能。
文档编号H04L29/06GK1391380SQ0111869
公开日2003年1月15日 申请日期2001年6月11日 优先权日2001年6月11日
发明者朱汉强, 杨燕, 吴忠明, 郭舜成, 高军安 申请人:朱汉强, 杨燕