专利名称：在采用多协议标签交换的无线网络中提供移动性的制作方法
技术领域：
一般地，本发明涉及例如蜂窝式移动网络与无线局域网的无线网络中的分组数据传送，更具体地，本发明涉及提供通过无线网络的核心网络的分组数据的路由的协议。
在无线网络中，移动数据终端(在此称为“移动主机”，MH)(例如移动电话或者便携式个人计算机)提供例如到互联网中的服务器计算机或者到另一无线网络中的另一移动数据终端的经分组交换数据的连接。在这种情况下的分组数据可以包含超文本标记语言(HTML)文档或者编码音频与视频信号，例如通过互联网协议传送的语音、视频会议信号或者视频流传送。尤其对于实时音频与视频数据，但是也对于其他类型的数据，传送中的不受控的延迟甚或数据分组丢失可能会影响实际使用到完全不能使用的地步。为了处理这一问题，在相关协议中已经引入了确保分组数据传送的特定服务质量(QoS)的机制。
无线网络包含所谓的核心网络与提供移动主机与核心网络之间无线连接的多个射频访问网络(RAN)域。核心网络具有通过到其他网络(例如世界范围的互联网)的网关(GW)的外部连接。
考虑以下情形部署多协议标签交换(MPLS)作为网关(GW)与射频访问网络域之间的传输技术。为了确保所需的QoS要求，建立GW与RAN之间的基于MPLS的隧道以便部署MPLS信号传输(signalling)的业务工程(traffic engineering，TE)选项。隧道为网络两个节点之间的虚拟连接，其中有效负荷数据用较低层协议头部封装，并且通过网络传送，以提供透明的点到点连接。目的地为漫游MH的数据分组在此类基于MPLS的隧道中在核心网络上以隧道传送。
在本发明的语境中，将区分在RAN中管理的切换程序，以及在核心网络中管理的确保数据业务(或者数据隧道)的再路由的切换程序。因为MH在移动的同时改变附接(attachment)节点(NoA，即数据隧道的外出LSR)，所以需要提供一种方法，以在核心网络中重定向分组数据，使得它们在没有不适当延迟甚或分组丢失的情况下到达MH。
背景技术：
数据通信的移动性管理解决方案，例如在第二代(移动通信全球系统，GSM)与第三代(统一移动电信系统，UMTS)蜂窝式网络中，为专有的，并且在技术上是特定的。互联网工程任务组(IEFT)已经在基于互联网协议(IP)的网络内标准化了移动性管理，称为移动互联网协议(MIP)。IP路由使用分组的IP地址作为关于目的地点的信息，即IP地址无歧义地确定附接的地理地点。MIP扩展了传统的IP路由，其中移动主机可以与两个IP地址相关联静态的“归属(home)”地址与动态的“转交(care-of-address)地址”(CoA)，该CoA反映了MH的当前附接点。关于MIP的功能更详细的信息可以2002年8月的RFC 3344中的C.Perkins等人的″IP Mobility Support forIPv4″中找到。
MPLS概念采用两个不同的功能平面控制平面与转发平面。在控制平面中，使用标准路由协议来在路由器之间交换信息，以建立并且维护转发表。此类标准协议为例如“开放最短路径优先”(OSPF)以及边界网关协议(BGP)。在转发平面中，当数据分组到达时，转发组件在转发表中搜索，以对于每个分组进行路由判定。对于每个分组，附接长度固定的短标签，以识别转发等价类(FEC)。MPLS中的转发平面基于标签交换算法。作为网络的节点的标签交换机(称为标签交换路由器，LSR)进行路由表查找，将分组映射到FEC，然后在将分组转发给标签交换路径(LSP)中下一LSR之前将标签分配给分组。MPLS概念的详细说明可以在2001年1月的RFC 3031中的E.Rosen，Floyd，A.Viswanathan，and R.Callon的″Multiprotocol Label Switching Architecture″中找到。
上述的MPLS仍然具有从标准IP路由继承的逐跳转发范型。为了在MPLS域中增加效率以及可靠的网络操作，并且为了满足QoS要求，可以部署MPLS的业务工程(TE)功能。在1999年9月的RFC 2702中的D.Awduche，J.Malcolm，J.Agogbua，M.O′Dell，J.McManus的″Requirements for TrafficEngineering Over MPLS″中定义了对TE-MPLS的要求。可以使用这些功能来优化网络资源的利用，以及增强面向业务的性能的特性。由TE功能建立的LSP称为TE-LSP或者LSP隧道，这是因为沿LSP的流动完全由在路径进入节点处使用的标签标识。
MPLS是通用的而非专有的传输技术，但是在规范中没有可用的移动性。几个最近的公开已经考虑在移动网络中部署MPLS。在2002年3月的无线通信和网络会议的会议录(Proc.of the Wireless Communications and NetworkingConference(WCNC))中F.Chiussi，D.Khotimsky和S.Krishnan的″A NetworkArchitecture for MPLS-Based Micro-Mobility″中和在2002年6月的国际电信大会的会议录(Proc.of the International Conference on Telecommunications(ICT))中T.Yang，Y.Dong，Y.Zhang和D.Makrakis的″Practical Approaches forSupporting Micro Mobility with MPLS″中，考虑了移动运营商网络内的微移动性，在2001年6月的国际通信大会的会议录(Proc.of the InternationalConference on Communications(ICC))中Z.Ren，C.-K.Tham，C.-C.Foo，C.-C.Ko的″Integration of Mobile IP and Multi-Protocol Label Switching″中描述的提案为宏移动方案。为了在MPLS中部署移动性，需要MPLS标签交换路径(LSP)隧道切换。在所引用的文档中提出的机制基于以下假定一起部署移动IP与MPLS两者，并且MH将在切换之后获得新的IP CoA地址。
在将来的无线网络中，应该支持交谈性(conversational)服务(语音与语音会议)。为了简化对下游以及上游数据路径中业务流的维护，可以使用双向MPLS隧道，以连接网关与NoA。双向LSP的建立在R.Dube，M.Costa，″Bi-directional LSPs for classical MPLS″，Internet Draft，Work in Progress(″传统″MPLS的情况下)和2003年1月的RFC 3473中L.Berger等人的″Generalized Multi-Protocol Label Switching(GMPLS)Signaling ResourceReserVation Protocol-Traffic Engineering(RSVP-TE)Extensions″(一般化MPLS的情况下)中详细描述，其只在消息格式而非LSP建立的过程上不同。利用所述的机制，双向LSP建立由在路径消息中存在“上游标签”来指示。对于信号传输过程，与单向隧道的建立没有差别。请参照以上引用的文档察看更多细节。
以下本文中使用术语“发起方(initiator)”来表示发起LSP建立的LSR，使用术语“终结方(terminator)”来表示LSP的另一端处的LSR。这意味着单向隧道情况下的进入LSR对应于发起方，外出LSR对应于终结方。因为建立单向与双向MPLS隧道的过程没有区别，所以对于本发明的描述，将考虑单向隧道，并且使用术语进入与外出LSR以易于解释。但是，这不应该被理解为限制性的，所描述的过程也可以用于双向隧道。
建立双向MPLS隧道的方法提供了用于对称与非对称隧道两者的手段。对于语音服务或者视频会议，对称双向隧道可能是优选的。相反，当使用双向隧道支持视频流传送时，非对称隧道(其中上游路径的带宽比在下游路径中低)可能最适合业务要求。根据本发明的方法不影响建立对称/非对称隧道的过程。
MPLS架构没有假定单一标签分布协议，由此，在控制平面中，可以使用不同的信号传输协议，例如标签分布协议(LDP)与资源预留协议(RSVP)。开始RSVP被设计来实行用于在基于标准IP的网络中实现QoS的集成服务(IntServ)概念。采用具有几种附加的对象的RSVP中的扩展允许将RSVP用做信号传输协议以便在MPLS中提供TE。扩展后的RSVP称为RSVP-TE，并且其在2001年12月的RFC 3209中D.Awduche，L.Berger，D.Gan，T.Li，V.Srinivasan，G.Swallow的″RSVP-TEExtensions to RSVP for LSP Tunnels″中详细描述。具体地，扩展后的RSVP协议在有或没有资源预留的情况下支持显式(explicitly)路由的LSP的实例化。其还支持LSP隧道的平滑的再路由、抢先、以及环路检测。
在以下本发明的描述中，将RSVP-TE当作示范性信号传输协议。但是，应该理解本发明也可以用于在分组交换网络中提供数据隧道的其它特定协议。在RSVP-TE中当前有两种机制，其允许对现有的LSP隧道进行改变。这些机制是-基于MPLS的恢复，其确保当发生链路或者节点故障时LSP的再路由。该机制的框架在RFC 3469中描述，并且可以在″Fast Reroute Extensions toRSVP-TE for LSP Tunnels″中找到所建议的解决方案，其中建议了局部修复的两种不同的技术——一对一备份(在每个潜在的局部修复点处建立绕行LSP)以及设施备份(建立旁路隧道以保护潜在的故障点)。
-在RFC 3209中建议的LSP改进。
以上两种机制的共同之处在于RSVP-TE的“路径”消息(参见RFC 3209)中的会话(SESSION)对象保持相同，这意味着不改变LSP隧道的进入与外出节点，以及LSP ID。由此，以上机制都不能用于本发明中的信号传输，这是因为对于移动MH，外出LSR的位置变化。
因此，需要一种方法，来在具有部署在核心网络中的多协议标签交换的无线网络中提供用于移动主机的移动性，从而确保对分组数据的无中断路由。
在CA2292252″SYSTEM AND METHOD FOR MOBILE SPECIFICLABEL EDGE ROUTER OPERATION WITHIN A CORE AND EDGENETWORK″中，分组交换通信网络使用配置有移动管理功能的移动特有标签边沿路由器(MLER)。MLER支持将呼叫从到与当前服务的射频基站相关联的第一MLER的标签交换路径切换到与目标基站相关联的第二MLER的另一标签交换路径。在所述方法中，在标签边沿路由器(LER)与BS之间有路径可用。在切换时，标签边沿路由器用目标为新基站的MPLS标签改变目的地为旧基站的数据分组的MPLS头部。CA2292252提出了MPLS域内LSP的分段化，其中中间LER改变分组的头部。这要求中间LER的扩展功能。因此，需要一种简化的方法，其对核心网络的中间节点具有最小的额外要求。
WO0045560A2 ″PUBLIC MOBILE DATA COMMUNICATIONSNETWORK″为使用主/外区代理模型的公共移动访问网络的例子，其中归属(home)与外区(foreign)代理通过数据隧道在公共移动访问网络上传送数据分组。使用MPLS LSP承载移动IP分组。归属代理位于靠近互联网骨干的存在点处，并且每个基站都实现外区代理功能。WO0045560A2假定在MPLS LSP上运行的移动IP。这要求来自移动主机的扩展功能。因此需要一种方法，其使移动主机在很大程度上从移动性管理任务中解放出来。
在WO2003030467A2 ″MPLS DATA TRANSMISSION INPACKET-ORIENTED MOBILE RADIO NETWORKS″中公开的方法中，向每个终端分配唯一的MPLS标签。该MPLS标签允许数据分组到终端的无歧义的寻址。路由器利用MPLS或者另一隧道传输协议，以隧道传送信息分组。这提供了最终终端通知MPLS路由器关于其唯一MPLS标签的一种方法。然后，MPLS路由器利用标签堆栈，以隧道传送数据分组到最终终端。WO2003030467A2假定每个终端都有允许从进入点到移动主机的隧道传送的唯一的MPLS标签。这要求改变射频访问网络中的信号传输。因此需要一种方法，其在MPLS功能中不包含移动主机。
在移动网络中引入MPLS合并了分组交换网络的优点，其可以提供QoS(对于实时服务尤其有意义)与TE。因为MH在BS之间(因此在AR之间)漫游，所以终结MPLS隧道的外出LSR可能在切换期间改变。在这样的情形下，需要一种适当的方法来向MH提供移动性。采用MPLS中移动性的当前已知的方案基于移动IP，并且当MH在新AR处注册时，要求MH接受新IP地址。
需要一种改进和简化的方法，用来在无线网络中为移动主机提供移动性，尤其在当在切换期间改变外出节点时的情况下。
发明内容
因此，本发明的目的在于以改进和简化的方式在具有部署在核心网络中的多协议标签交换的无线网络中向移动主机提供移动性。本发明的另一目的在于提供以下可能性在移动主机在无线网络的服务区域中移动的同时，维持分组交换连接的所定义的服务质量。
该目的由独立权利要求的方法与系统达到。本发明可能的实施例在从属权利要求中规定。
在本发明的一个实施例中，提供了一种方法，包括以下步骤(a)建立从进入节点到服务于第一射频访问网络域的第一外出节点的第一多协议标签交换隧道；以及，如果所述移动主机从所述第一射频访问网络域的服务区域移动到第二射频访问网络域的服务区域，则(b)建立从所述进入节点到服务于所述第二射频访问网络域的第二外出节点的第二多协议标签交换隧道；所述移动主机在步骤(b)中具有与在步骤(a)中分配给所述移动主机的IP地址相同的IP地址。
该建立到第二(新)外出节点的新隧道而非再路由现有隧道的方法具有与现有资源预留协议兼容的优点，因为隧道终点地址为隧道标识符的一部分。由于可以在进入节点中处理移动性，而不需要中间节点中的附加功能，所以简化了移动性处理，并且减少了对MH的功能的要求。
在另一实施例中，所述第二MPLS隧道可以具有等于所述第一MPLS隧道的服务质量参数的服务质量参数。这就保证了当MH在无线网络的服务区域内移动时，服务质量不改变。
在另一实施例中，所述第一与第二MPLS隧道的标识符之间的差异只是隧道终点地址。这提供了简化的信号传输的优点，并且减少了核心网络中信号传输所需的业务。
在另一实施例中，在拆除所述第一MPLS隧道之前，建立所述第二MPLS隧道。该实施例提供了改进可靠性的优点，从而避免丢失数据分组的风险。
在另一实施例中，所述对所述第二MPLS隧道的建立可以从所述第一外出节点发起。
该实施例提供了简化的信号传输的优点，这是因为第一(旧)外出节点具有请求建立到第二(新)外出节点的新隧道所需的所有信息。
在另一实施例中，所述方法可以包含以下步骤(c)通知所述第一外出节点所述切换；(d)由所述第一外出节点发送(d1)到所述第二外出节点的对于附接的肯定应答；以及(d2)到所述进入节点的具有关于所述第二外出节点的信息的消息；(e)当收到(d2)中指定的消息时，由所述进入节点开始所述对到第二外出节点的第二多协议标签交换隧道的建立；(f)在收到(d1)中指定的肯定应答以及来自所述进入节点的、关于所述对第二多协议标签交换隧道的建立的信号传输之后，由所述第二外出节点完成所述网络中的切换过程；(g)当收到隧道建立肯定应答时，由所述进入节点将业务从所述第一隧道切换到所述第二隧道；以及(h)由所述进入节点拆除所述第一隧道。
该实施例提供了迅速可靠信号传输的优点，同时只需要协议中的一个元素，该元素不是当前标准的一部分，必须新引入该元素。
在另一实施例中，步骤(c)包含(c1)由所述移动主机通知所述第二外出节点所述移动主机的IP地址以及所述第一外出节点的IP地址；以及(c2)由所述第二外出节点请求来自所述第一外出节点的授权。
在另一实施例中，步骤(d2)中的所述消息为资源预留协议中的专用消息。该实施例提供了与现有协议兼容的优点。
在另一实施例中，步骤(d2)中的所述消息包含资源预留协议中的专用对象。该实施例提供了与现有协议兼容的优点，同时使信号传输业务最小化，这是因为在步骤(d2)中不重复两个隧道共有的相同元素。
在另一实施例中，在步骤(c)中，由所述移动主机通知所述第一外出节点所述切换以及所述第二外出节点的标识符。该实施例也可在以下情况中工作，其中可能在核心网络(例如具有松耦合的射频访问网络域)上没有第一与第二外出节点的直接通信。
在另一实施例中，在步骤(e)中，所述进入节点查找通过所述第一外出节点到所述移动主机的其他可用隧道，并且对于每个此类隧道开始建立到所述第二外出节点的隧道。该实施例具有大大减少第一外出节点与进入节点之间的信号传输的优点，这是因为对于到相同MH的所有现有隧道，第一外出节点只需要发送步骤(d2)中的消息一次。
在另一实施例中，所述对第二多协议标签交换隧道的建立从所述第二外出节点发起。
在另一实施例中，所述方法可以包含以下步骤(i)由所述移动主机通知所述第一外出节点所述第二外出节点的IP地址；(k)从所述第一外出节点向所述第二外出节点发送上下文信息；(l)从所述第二外出节点向所述进入节点发送关于建立所述第二多协议标签交换隧道的请求；(m)当收到(c)中指定的所述请求时，由所述进入节点开始所述对到第二外出节点的第二多协议标签交换隧道的建立；(n)在收到来自所述进入节点的、关于所述对第二多协议标签交换隧道的建立的信号传输之后，由所述第二外出节点完成所述网络中的切换过程；(o)当收到隧道建立肯定应答时，由所述进入节点将业务从所述旧隧道切换到所述第二隧道；以及(p)由所述进入节点拆除所述旧隧道。
该实施例提供了迅速可靠信号传输的优点，同时只需要协议中的一个元素，该元素不是当前标准的一部分，必须新引入该元素。
在另一实施例中，步骤(l)中的所述请求可以为资源预留协议中的专用消息。该实施例提供了与现有协议兼容的优点。
在另一实施例中，步骤(l)中的所述请求可以为资源预留协议中的专用对象。该实施例提供了与现有协议兼容的优点，同时使信号传输业务最小化，这是因为在步骤(l)中不重复两个隧道共有的相同元素。
在另一实施例中，在步骤(m)中，所述进入节点查找通过所述第一外出节点到所述移动主机的其他可用隧道，并且对于每个此类隧道开始建立第二隧道。该实施例具有大大减少第一外出节点与进入节点之间的信号传输的优点，这是因为对于到相同MH的所有现有隧道，第一外出节点只需要发送步骤(l)中的消息一次。
在另一实施例中，所述无线网络为蜂窝式网络。该实施例提供了与现有蜂窝式网络兼容的优点。
在另一实施例中，所述无线网络为无线局域网。该实施例提供了与现有无线局域网兼容的优点。
在一实施例中，一种电信系统包含多协议标签交换网络，具有形成该网络的节点的多个标签交换路由器，所述节点中的一个被配置为提供到外部分组交换网络的连接的进入节点；移动主机，具有互联网协议地址，并且被配置来接收分组数据；多个射频访问网络域，每个射频访问网络域都被配置来提供所述节点中的一个与所述移动主机之间的无线连接；所述网络被配置来建立从所述进入节点到连接属于所述移动主机所在的第一服务区域的第一射频访问网络域的第一外出节点的第一多协议标签交换隧道；以及，如果移动主机将其位置从所述第一射频访问网络域的服务区域移动到第二射频访问网络域的服务区域，则建立从所述进入节点到连接所述第二射频访问网络域的第二外出节点的第二多协议标签交换隧道；其中所述移动主机不改变所述互联网协议地址。
根据本实施例的电信系统提供了以下优点由于与现有资源预留协议兼容，所以其可以通过升级现有系统获得。不要求中间节点的附加功能，并且减少了对MH功能的要求。
在另一实施例中，一种形成多协议标签交换网络的第一外出节点的装置，其被配置来通过多协议标签交换隧道接收来自所述网络的进入节点的分组数据，并且通过第一射频访问网络域，将所述分组数据转发给移动主机，该装置还用来执行以下步骤当收到关于所述移动主机从所述第一射频访问网络域切换到第二射频访问网络域的信息时，向连接所述第二射频访问网络域的第二外出节点发送肯定应答消息；以及向所述进入节点发送具有关于所述第二外出节点的信息的消息。
有利的是，根据本实施例的装置可以作为根据先前实施例的电信系统中的外出节点。
在另一实施例中，一种形成从外部分组交换网络到多协议标签交换网络的进入节点的装置，其被配置来通过多协议标签交换隧道接收来自所述外部网络的分组数据，并且通过多协议标签交换隧道、多协议标签交换网络的第一外出节点、以及第一射频访问网络域，将所述分组数据转发给移动主机，该装置还用来执行以下步骤当从所述第一外出节点收到具有关于连接所述移动主机的位置向其中切换的第二射频访问网络域的第二外出节点的信息的消息时，开始对到所述第二外出节点的第二多协议标签交换隧道的建立；当收到来自所述第二外出节点的隧道建立肯定应答时，将业务从所述第一隧道切换到所述第二隧道；以及拆除所述第一隧道。
有利的是，根据本实施例的装置可以作为根据本发明另一实施例的电信系统中的进入节点(网关)。
附图被并入说明书，并且形成其一部分，以解释本发明的原理。不应该将附图理解为将本发明仅限制于所图示与描述的关于如何实现与使用本发明的例子。从附图中所示的、以下对本发明的更具体的描述中，可以清楚进一步的特征与优点，其中图1显示无线网络的示范性架构。
图2显示移动主机在核心网络的两个外出节点之间的切换。
图3显示图2所示实体中的协议栈。
图4显示当新MPLS隧道的建立从第一(旧)外出节点发起时、切换过程中所涉及的实体之间的信号传输流。
图5显示图4所示信号传输流的替换方案。
图6显示当新MPLS隧道的建立由第二(新)外出节点发起时、切换过程中所涉及的实体之间的信号传输流。
图7显示处理到移动主机的多个隧道的过程。
图8显示MPLS隧道标识符的格式。
图9显示RSVP-TE中会话_属性(SESSION_ATTRIBUTE)对象的格式。
图10显示RSVP-TE中路径(PATH)消息的构造。
图11显示来自进入节点的、请求建立新MPLS隧道的、RSVP-TE中的新消息的可能性。
图12显示来自进入节点的、请求建立新MPLS隧道的、RSVP-TE中新对象的可能性。
具体实施例方式
将参照附图描述本发明的示范性实施例，在附图中，相同的元件与结构由相同的附图标记表示。
图1给出了网络结构100的例子，其中在包含核心网络113与射频访问网络(RAN)的无线网络中部署TE MPLS。在RAN中可以支持几种访问技术，例如无线局域网(WLAN)，第3代(3G)RAN以及未来的第4代(4G)RAN，或者无绳技术，例如DECT。每个不同的射频访问技术都在由访问路由器(AR)管理的射频访问域中按区域组织。AR通过核心边沿路由器(CER)连接到核心网络113。3G与4G访问域104、105连接到CER28。
在移动网络中的进入LSR1(例如网关，GW)与外出LSR2或3(例如NoA(AR或者基站BS))之间，建立MPLS隧道4或5。目的地为MH6的分组在进入LSR1处封装(即将MPLS标签添加到IP头部)，通过先前建立的MPLS隧道4传输，在外出LSR2处解封装，并且根据原始的IP地址7进一步传输。考虑以下情况GW1还执行外区代理(FA)的功能，如MIP规范RFC 3344中所述，由此，其可以分配CoA地址7给外区MH6，其当时在整个移动网络100中有效。外出LSR2在NoA中实现，其中MH6需要在切换时验证。在图1所示的系统架构中，NoA为AR，但是在其他情形下可以为BS。MH6不支持MPLS。另外，从图1中可以看出MPLS隧道在AR处终结，这是因为射频访问域104内的分组传输被假定在第2层中执行，并且一个射频访问域形成某种局域网(LAN)。但是，可能MPLS隧道在另一节点例如BS处终结，其中实现根据本发明的功能。
MH6为移动计算设备，例如笔记本或者3G的用户设备(UE)等等。MH6通过无线链路与BS 113连接，其终结无线通信，并且确保与移动网络中的其他实体的面向有线分组交换的连接。BS可以为最后的实体，其终结MPLS隧道4。
当MH6沿箭头115的方向移动、从而其进入BS 114的服务区域并且将要离开BS 113的服务区域时，需要切换，不仅在BS 113与BS 114之间，而且在第一RAN域104与第二RAN域105之间。为了能够连续地传送数据分组给MH6，网络建立到第二外出节点3的新LSP5。MH位置数据库不在网络上分布，而是集中于进入LSR中，其中创建并且维护该数据库。通过部署该数据库，进入LSR可以根据IP地址，将每个进入的数据分组映射到MPLS隧道。由此，只要MH在同一无线网络中漫游，就不需要改变MH的IP地址。
现在参照图2，显示了无线网络100的细节。首先，移动主机6具有到旧外出LSR2的无线连接，其通过第一隧道或者LSP4接收来自网关或者进入LSR1的数据分组。在图2的例子中，LSP经过一个中间LSR8，其可以为核心边沿路由器。在另一示例中，LSP4可能通过多个这样的中间LSR。在切换之后，MH6具有到新外出LSR3的无线连接。建立从进入LSR1到新外出LSR2的新LSP5，并且数据业务从LSP4切换到LSP5。此后，拆除旧LSP4。
图3显示MPLS网络的数据平面中的协议栈。301为网关1的协议栈，302属于中间LSR8，303属于相应的外出LSR2或3，304属于移动主机6。网络中的每对相邻节点在MPLS协议平面中维持双向数据连接305，306。MPLS隧道307为从进入节点1到外出节点2或3的虚拟点到点连接。其通过以下实现在MPLS数据连接305与306上以跳跃的方式发送封装的数据分组。外出节点2或3将收到的数据分组转发给MH6，例如通过射频访问网络协议的第2层中的连接308。
图4显示由移动主机目前为止所附接的旧外出节点发起的、建立从进入节点到移动主机向其切换的新外出节点的新MPLS隧道的方法的说明性例子。图4中所述的实施例显示以下优点旧外出节点确切知道(1)MH的验证与连接会话参数，(2)MPLS隧道的进入节点，(3)隧道业务参数以及(4)新外出节点的IP地址。以下描述对建立新MPLS隧道的步骤的详细描述。
当在步骤401MH检测到新NoA(将为新外出LSR)时，在步骤402，MH要求验证，并且通知其关于它自身的IP地址和当前(旧)NoA(旧外出LSR)的IP地址。
新外出LSR不知道MH是否被授权使用网络资源，因此，在步骤403，其请求来自旧外出LSR的验证，旧外出LSR仍然在为MH服务。可扩展验证协议(EAP)表示如何可以在MH与新外出LSR之间、以及新外出LSR与旧外出LSR之间进行通信的一种可能性。
当从新外出LSR收到请求时，在步骤404，旧外出LSR检查其数据库。如果旧外出LSR当前为MH服务(即，MH也被授权，并且从网关建立了有效的隧道)，则LSR发起两项活动以使能切换(i)其向新外出LSR发送对附接405的肯定应答以及(ii)其向进入LSR发送消息406，其具有新外出LSR的更新。后一消息包含例如新外出LSR的以及MH的IP地址。进入LSR需要关于所关心的MH的信息，这是因为其应该更新其数据库，其中进入的IP分组被根据MH的IP地址分类为MPLS隧道。
当从外出LSR收到更新消息时，在步骤407，进入LSR开始利用与旧隧道相同的参数建立到新外出LSR的新TE隧道。在建立过程期间，进入LSR仍然在旧隧道上发送MH的业务。
在收到对附接的肯定应答以及隧道建立信号传输之后，新外出LSR完成RAN中的切换过程，以完成MH的整个切换。
最后，当进入LSR收到隧道建立肯定应答408时，其在步骤409将业务从旧隧道切换到新隧道，并且在步骤410拆除旧隧道。
现在参照图5，替换图4的403中示出的信号传输流，旧外出LSR可以通过MH获得新外出LSR的标识符(例如IP地址)，如步骤501所示。在网络配置不允许新与旧外出LSR之间的直接通信(例如对于RAN域之间的松耦合(loose coupling))的情况下，这是可行的。在该情形下，MH可以通知旧外出LSR新NoA(新外出LSR)，随后旧外出LSR发起到进入LSR的信号传输。
图4与5中所述方法的优点在于旧外出LSR可以直接将新外出LSR的标识符(例如IP地址)作为信号发送给进入LSR，这会通过节省附加信号传输的延迟而加快该过程，该附加信号传输在其他情况下是必须的。
图6显示本发明的另一实施例，其中由新外出LSR发起信号传输。在新与旧外出LSR相互通信以交换业务上下文参数(例如现有隧道业务参数)的情况下，这一选择是可行的。在第3代伙伴计划(Partnership Project)中，业务上下文参数被称为PDP上下文。在步骤601，新外出LSR周期性地发送广播消息。例如，在互联网协议的版本6情况下，每3秒种就发送路由器广告消息。当收到该消息时，MH在步骤602通知旧外出LSR新外出LSR的IP地址。随后，旧外出LSR在步骤603将业务上下文传送给新外出LSR。通过这种方式，通知新外出LSR进入LSR的标识符(IP地址)，其为在上下文中包含的MPLS隧道参数的一部分。现在，新外出LSR可以在步骤604联系进入LSR，并且要求建立到新外出LSR的新MPLS隧道。以与结合图4所述的相同的方式，由步骤605到608完成信号传输。
在上述过程中，考虑了每个用户建立一个MPLS隧道。但是该方法可以用于以下情况一个用户通过多个隧道连接到网关。这是当逐应用地建立隧道时的情况，因为不同的应用可能具有不同的QoS要求。当通过多个隧道连接到网关的MH的用户移动到新NoA时，可以为每个隧道分别地应用上述的方法之一。但是，这一处理可以在另一实施例中得到优化，其示范性程序在图7中显示。当进入LSR收到来自旧外出LSR的、建立到新外出LSR的一个新隧道的通知消息时，进入LSR开始过程700。首先，在步骤701，创建新列表，其有在请求消息中指定的现有MPLS隧道作为第一项。然后，在步骤702，进入LSR检查其数据库，查找到相同用户的其他可用隧道。将作为该搜索的结果的所找到的其他隧道添加到该列表。在步骤703，进入节点建立到列表中第一项的新外出LSR的新MPLS隧道，在步骤704删除该项。在步骤705，检查列表是否为空。如果为空，则在步骤706终止该过程。否则，跳回到步骤703，以处理列表中的下一项。
目前所提出的方法可以用于单向与双向MPLS隧道两者。在两种情况下，以上描述的过程都相同，这是因为对双向隧道的建立与通常一样由进入LSR(发起方)发起，并且与单向隧道的唯一区别在于RSVP-TE消息格式。
现在参照图8，显示示范性数据结构800，其无歧义地识别MPLS隧道。其包括来自RSVP-TE协议的两个对象，即SESSION(会话)对象801与SENDER_TEMPLATE(发送方模板)或者FILTER_SPEC(过滤器规范)对象802。SESSION对象801包含隧道终点(即网络外出节点)的IP地址803，隧道标识符805以及扩展隧道标识符806。在本发明的情况下，字段804没有意义，并且可以填充零。SENDER_TEMPLATE或者FILTER_SPEC对象包含隧道发送方(即网络进入节点)的IP地址，以及隧道标识符809。再一次地，字段808填充零。图8的结构只是标识隧道的数据结构的例子。可以考虑满足相同目的的其他结构。
图9显示RSVP-TE中SESSION_ATTRIBUTE(会话属性)对象900的数据结构，作为传送QoS信息的数据结构的例子。字段901到903为可选的，并且不再进一步详细解释。字段904指定对于占用资源而言该隧道与其它业务相比的优先级，并且可以假定0和7之间的值。标志906为关于隧道的路由的控制开关，并且在本文中不详细考虑。字段908包含空字符填补的会话名称，字段907包含该名称的长度。在其他协议中，不同于图9所示的其他结构可以满足指定隧道服务质量的相同的目的。
图10显示RSVP-TE PATH消息1000的结构，其由进入节点发送，以建立新隧道，例如分别在图4与6中的步骤407与605中。其包含结合图8解释的SESSION对象801，来自图9的SESSION_ATTRIBUTE对象900，以及来自图8的SENDER_TEMPLATE对象。EXPLICIT_ROUTE(显式路由)对象包含定义应该或者必须由隧道的路由穿过的网络节点的子对象。PATH消息1000的其他字段不再更详细地解释。
根据本发明的一种实施例，新旧隧道之间的标识符差异只在于隧道终点地址803。这意味着沿新MPLS隧道的路径，利用PATH消息1000，将相同的SENDER_TEMPLATE和FILTER_SPEC对象802，与修改后的SESSION对象801和EXPLICIT_ROUTE对象1005一起发送。因为移动运营商对网络拓扑结构具有完全的了解，所以有利的是，可以迅速确定新隧道的路由。
为了实现所提出的方法，在协议中，需要新的对象或者消息，用于请求建立对于现有隧道的新MPLS隧道，例如在步骤406或者604中所使用的。
图11显示用于此类消息1100的可能结构的示范性提案。因为新的所请求隧道的标识符只在终点地址上不同于旧的现有隧道的标识符，所以除头部1101之外，消息1100还可以只包含具有旧外出节点的IP地址的旧SESSION对象、以及具有新外出节点的IP地址的新SESSION对象。由此，有利的是，可以使消息1100保持很短。
在图12的例子中显示了使用协议中的新对象1200(一般包含在路径消息中)来请求建立新隧道的情况。在该提案中，通过扩展SESSION对象801(向其附加新外出节点的IP地址1201)，获得对象1200。
作为可能的优点，图4至6中描述的过程允许MH的无缝移动性，这是因为与对应相对方的连接在切换期间保持存在。这些切换可以是在相同或不同访问技术两者内的基站之间。核心网络中所述的切换过程确保了隧道的移动性，并且可以快速方式实现该移动性，而没有分组丢失。这通过“先接后离”的原理达到，因为在业务切换到新隧道上之前建立新MPLS隧道，并且最后拆除旧隧道。
为了避免MH与网络管理实体之间关于业务上下文的会话QoS参数的协商，所提出的方法使用与旧隧道中相同的隧道参数。所提出的方法的另一好处在于除进入与外出LSR之外，其部署不要求改变信号传输协议的实现。即，不需要改变中间LSR。另外，所提出的方法广泛使用了现有的RSVP-TE信号传输，并且使所需的修改最小化。
上述方法的另一好处在于除在网关与MH中之外，不需要在网络实体中实现微移动性移动IP。因为分散在市场上大部分路由器现在具有MPLS功能，所以上述实施例可以由仅在网络一侧的切换过程实现。与微移动性MIP扩展相比，减少了信号传输和处理的工作。另外，将MH从移动性管理任务中解放出来，该任务由网络设备接管。这使之能够减少处理功率，因此导致较低的功耗，较小的电池与较小的MH。
虽然已经对于根据发明构造的实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应该理解根据以上教导、并且在所附权利要求的范围内，在不脱离本发明的精神与范围的前提下，可以进行对本发明的各种修改、变化、以及改进。另外，此处没有描述人们认为本领域技术人员熟知的领域，以不必要地使此处描述的本发明难以理解。相应地，应该理解本发明不受具体的说明性实施例限制，而是由所附权利要求的范围限定。
权利要求
1.一种在利用多协议标签交换作为网关与多个射频访问网络域之间的传输技术的无线网络中提供移动主机的移动性的方法，包含以下步骤a)建立从进入节点到服务于第一射频访问网络域的第一外出节点的第一多协议标签交换隧道；以及，如果所述移动主机从所述第一射频访问网络域的服务区域移动到第二射频访问网络域的服务区域，则；b)建立从所述进入节点到服务于所述第二射频访问网络域的第二外出节点的第二多协议标签交换隧道；所述移动主机在步骤b)中具有与在步骤a)中分配给所述移动主机的IP地址相同的IP地址。
2.如权利要求1所述的方法，所述第二多协议标签交换隧道具有等于所述第一多协议标签交换隧道的服务质量参数的服务质量参数。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述第一与第二多协议标签交换隧道的标识符之间的差异只是隧道终点地址。
4.如权利要求3所述的方法，其中在拆除所述第一多协议标签交换隧道之前，建立所述第二多协议标签交换隧道。
5.如权利要求4所述的方法，其中所述对所述第二多协议标签交换隧道的建立从所述第一外出节点发起。
6.如权利要求5所述的方法，包含以下步骤c)通知所述第一外出节点所述切换；d)由所述第一外出节点发送；d1)到所述第二外出节点的对于附接的肯定应答；以及d2)到所述进入节点的具有关于所述第二外出节点的信息的消息；e)当收到d2)中指定的消息时，由所述进入节点开始所述对到第二外出节点的第二多协议标签交换隧道的建立；f)在收到d1)中指定的肯定应答以及来自所述进入节点的、关于所述对第二多协议标签交换隧道的建立的信号传输之后，由所述第二外出节点完成所述网络中的切换过程；g)当收到隧道建立肯定应答时，由所述进入节点将业务从所述第一隧道切换到所述第二隧道；以及h)由所述进入节点拆除所述第一隧道。
7.如权利要求6所述的方法，其中步骤c)包含c1)由所述移动主机通知所述第二外出节点所述移动主机的IP地址以及所述第一外出节点的IP地址；以及c2)由所述第二外出节点请求来自所述第一外出节点的授权。
8.如权利要求7所述的方法，其中步骤d2)中的所述消息为资源预留协议中的专用消息。
9.如权利要求7所述的方法，其中步骤d2)中的所述消息包含资源预留协议中的专用对象。
10.如权利要求6所述的方法，其中在步骤c)中，由所述移动主机通知所述第一外出节点所述切换以及所述第二外出节点的标识符。
11.如权利要求6所述的方法，其中在步骤e)中，所述进入节点查找通过所述第一外出节点到所述移动主机的其他可用隧道，并且对于每个此类隧道开始建立到所述第二外出节点的隧道。
12.如权利要求4所述的方法，其中所述对第二多协议标签交换隧道的建立从所述第二外出节点发起。
13.如权利要求12所述的方法，包含以下步骤i)由所述移动主机通知所述旧外出节点所述第二外出节点的IP地址；k)从所述旧外出节点向所述第二外出节点发送上下文信息；l)从所述第二外出节点向所述进入节点发送关于建立所述第二多协议标签交换隧道的请求；m)当收到c)中指定的所述请求时，由所述进入节点开始所述对到第二外出节点的第二多协议标签交换隧道的建立；n)在收到来自所述进入节点的、关于所述对第二多协议标签交换隧道的建立的信号传输之后，由所述第二外出节点完成所述网络中的切换过程；o)当收到隧道建立肯定应答时，由所述进入节点将业务从所述旧隧道切换到所述第二隧道；以及p)由所述进入节点拆除所述旧隧道。
14.如权利要求13所述的方法，其中步骤l)中的所述请求是资源预留协议中的专用消息。
15.如权利要求13所述的方法，其中步骤l)中的所述请求是资源预留协议中的专用对象。
16.如权利要求13所述的方法，其中在步骤m)中，所述进入节点查找通过所述旧外出节点到所述移动主机的其他可用隧道，并且对于每个此类隧道开始建立第二隧道。
17.如权利要求1至16中任一项所述的方法，其中所述无线网络为蜂窝式网络。
18.如权利要求1至16中任一项所述的方法，其中所述无线网络为无线局域网。
19.一种电信系统，包含多协议标签交换网络，具有形成该网络的节点的多个标签交换路由器，所述节点中的一个被配置为提供到外部分组交换网络的连接的进入节点；移动主机，具有互联网协议地址，并且被配置来接收分组数据；多个射频访问网络域，每个所述射频访问网络域都被配置来提供所述节点中的一个与所述移动主机之间的无线连接；所述网络被配置来建立从所述进入节点到连接属于所述移动主机所在的第一服务区域的第一射频访问网络域的第一外出节点的第一多协议标签交换隧道；以及，如果移动主机将其位置从所述第一射频访问网络域的所述第一服务区域改变到第二射频访问网络域的第二服务区域，则，建立从所述进入节点到连接所述第二射频访问网络域的第二外出节点的第二多协议标签交换隧道；其中所述移动主机不改变所述互联网协议地址。
20.一种形成多协议标签交换网络的第一外出节点的装置，其被配置来通过多协议标签交换隧道接收来自所述网络的进入节点的分组数据，并且通过第一射频访问网络域，将所述分组数据转发给移动主机，该装置还用来执行以下步骤当收到关于所述移动主机从所述第一射频访问网络域切换到第二射频访问网络域的信息时，向连接所述第二射频访问网络域的第二外出节点发送肯定应答消息；以及向所述进入节点发送具有关于所述第二外出节点的信息的消息。
21.一种形成从外部分组交换网络到多协议标签交换网络的进入节点的装置，其被配置来通过多协议标签交换隧道接收来自所述外部网络的分组数据，并且通过多协议标签交换隧道、多协议标签交换网络的第一外出节点、以及第一射频访问网络域，将所述分组数据转发给移动主机，该装置还用来执行以下步骤当从所述第一外出节点收到具有关于连接所述移动主机的位置向其中切换的第二射频访问网络域的第二外出节点的信息的消息时，开始对到所述第二外出节点的第二多协议标签交换隧道的建立；当收到来自所述第二外出节点的隧道建立肯定应答时，将业务从所述第一隧道切换到所述第二隧道；以及拆除所述第一隧道。
全文摘要
提供了一种方法，确保在分组交换核心网络中部署了多协议标签交换的无线网络中对于移动主机的移动性。当将移动主机在连接到核心网络的不同外出节点的射频访问网络的不同域之间切换时，建立从进入节点到新外出节点的新数据隧道。在切换期间，移动主机不改变其互联网协议地址。
文档编号H04L29/06GK1926822SQ200480042666
公开日2007年3月7日 申请日期2004年3月31日 优先权日2004年3月31日
发明者维莱夫·格那迪 申请人:松下电器产业株式会社