专利名称：无线lan中移动台的移动性的制作方法
技术领域：
本发明总的涉及通信系统，更具体地涉及用于在无线局域网中促进移动台移动性的方法和设备。
背景技术：
在无线局域网(WLAN)中操作的同时移动并维持网络连接的能力是已知的。当移动台在WLAN接入点和不同子网之间移动时，诸如移动互联网协议(移动IP)和接入点间协议这样的无线协议支持这些无线移动台。当前的WLAN移动性协议分配转交地址(care-of-address)给移动台以转发分组到目的主机。当移动台从一个子网向另一个子网移动时，移动台要求一个新的IP地址并且把该新的移动IP地址与其永久移动节点地址关联起来。
但是，当TCP分组跟着移动台在WLAN中到处移动时，例如转交地址和路由选择这样的支持机制增加了对于TCP分组来说不可接受的延迟，并且通常太慢而不能支持例如基于IP的语音这样的许多时间敏感应用，这些应用要求更快的子网到子网切换。另外，许多应用，例如Microsoft Outlook、即时通信以及安装的(mounted)文件服务器，它们虽然对时间不敏感，但是要求持续的TCP连接以便正确运行。此外，如果持续连接可用，那么可以维持MS和应用之间的安全关联而没有额外的时间消耗注册。标准的联网方案，例如第2层隧道连接，可以暂时帮助解决延迟问题，但是增加了网络操作的开销，趋向于把网络业务集中在网络的一些元件上等等，这对于大多数网络来说是不可接受，例如是因为可靠性问题以及额外的运行成本。
显然，需要一种用于促进移动台有效并且高效的移动性的系统，在时间敏感通信等需要持续连接时尤其需要。
在附图中，各个视图中相同的参考标记指相同或功能类似的元件，附图和下面的详细说明都包含在说明中并且组成说明书的一部分，用于进一步说明所有根据本发明的各种实施例并且解释其各种原理和优点。
图1描述了示范性无线局域网(WLAN)，包括在其中操作并且在多个接入点之间移动的移动台；图2描述了示范性移动台的框图；图3描述了示范性WLAN AP的框图；图4示出了描述用来支持图1网络中移动性的示范性数据报的图表；图5示出了说明在移动台中促进移动性的示范性方法的流程图；图6示出了说明在WLAN AP中便于移动性的示范性方法的流程图；图7描述了使用外部代理以促进移动性的WLAN的另一个实施例。
具体实施例方式
总体来说，本公开涉及为通信单元或者移动台或者更具体来说是在其中操作的用户提供服务的通信系统。更具体地，本公开讨论和描述了以用于当移动台加入无线局域网(WLAN)时促进移动台移动性的方法和设备来实施的各种发明概念和原理。我们尤其感兴趣的通信系统是那些正在发展和采用的那些通信系统，例如WLAN、适于支持在企业网络上运行的时间敏感应用的混合型企业数据与语音网络。移动台或无线移动台可以称为用户装置，并且例如可以包括蜂窝或移动电话、双向无线电台、信息收发(messaging)装置、个人数字助理、个人任务板(personal assignment pad)、以及被配置用于无线操作的个人计算机、蜂窝电话或装置等等或其等同物。作为替换，这些也可以称作WLAN移动性客户端，其中假定这种单元被配置并构造用于根据如下面进一步讨论和描述的各种发明概念和原理来操作，这些发明概念和原理实施为用于提供、发起或者促进无线通信单元移动性的网络元件、网络、系统、电子装置或者通信单元以及方法。
所讨论和描述的原理和概念尤其可应用于为具有短距离通信能力的系统中的站点提供或促进移动性的无线通信单元、装置(移动台)、接入点以及系统，其中这种具有短距离通信能力的系统通常称为WLAN系统。这些WLAN系统可以采用空中接口或者接入技术，例如IEEE 802.11、蓝牙或者Hiper-LAN等等或其变形或等效方式，其优选利用CDMA、跳频、正交频分复用或者TDMA(时分多址)。此外，这些WLAN可以利用一种或多种联网协议，例如TCP/IP(传输控制协议/互联网协议)、IPX/SPX(分组间交换/顺序分组交换)、Net BIOS(网络基本输入输出系统)或者其他协议结构。
如下面所讨论的，有利地采用各种发明原理及其组合来支持当移动台在WLAN中来回移动时的持续连接(例如与固定或者不变IP地址相关的连接或无连接)，如果利用下面公开的一种或多种原理和概念，从而将减少例如与已知WLAN系统以及时间敏感应用相关的掉线以及延迟问题。
提供本公开，以便进一步以一种可实现形式解释制造和使用根据本发明的各种实施例的最佳模式。提供本公开，进一步是为了增强对本发明的原理和其优点的理解和认识，而不是以任何方式限制本发明。本发明仅受附随权利要求的限定，权利要求包括在本申请待决期间进行的各种修改和所提出的那些权利要求的所有等效方式。
应该进一步理解，相关术语的使用(如果有的话)，例如第一和第二，顶部和底部等等，都仅仅用于区分各个实体或动作，而不必要求或隐含这些实体或动作之间的任何实际的这些关系或顺序。
本发明的许多功能和本发明的许多原理最好用或以软件程序或指令和诸如专用IC这样的集成电路(IC)来实现。可以预料到本领域普通技术人员，尽管可能通过很多努力和受到例如可用时间、当前技术和经济考虑所激励的许多设计选择也可以实现，但是当受到在此公开的概念和原理的指导时将容易地能够用最少的实验产生这样的软件指令和程序和IC。因此为了简明和使造成根据本发明的原理和概念不清楚的风险最小，这种软件和IC的进一步讨论(如果有的话)将限于关于优选实施例的原理和概念的要点。
参照图1，现在描述和讨论示范性无线局域网(WLAN)，该局域网包括在其中操作并且在多个接入点109、111、113之间移动(用虚线箭头105、107表示)的移动台MS 103。为了认识与该WLAN及其中移动性相关的原理和概念，图1描述了无线通信操作期间移动台MS103在WLAN子网内或之间的移动。WLAN可以具有传统的结构体系，例如是具有本领域中公知的用于建立/支持通信端点之间的通信链路的接入、分布、核心和服务器层的分层网络结构体系，通信端点例如是移动台(示出一个)和包括外部节点115(示出一个)在内的其他节点。这些通信链路例如可以使用或者包括一个或多个路由器、交换机、计算机、服务器、网络接口卡等(未具体示出)以及WLAN接入点(AP)和通信协议栈。诸如WLAN AP 109、111和113这样的WLAN AP可以利用802.11x协议，并且可以被配置用于服务可移动的无线通信单元，例如移动台103。
移动台103在第一WLAN子网117内驻留并且最初在其内操作，并由此标号为MS 103A。WLAN子网117通常由WLAN子网边界来描述，其中边界典型地由WLAN AP 109所建立的无线覆盖区或者覆盖区域来确定。注意，实际上多个AP都可以作为子网操作，该子网具有由他们相应无线覆盖区的组合所确定的物理边界和由子网地址空间所确定的子网逻辑边界，这是已知的。另外还示出了第二子网119和第三子网121，其中他们各自的物理边界由AP 111、113的无线覆盖区分别确定。当MS 103A物理地或者逻辑地从第一子网117(例如AP 109)移动105到第二子网119时，该MS在第二子网中被指定为MS 103B。类似地，通过在第三子网中把该移动台指定为MS 103C来表示到第三子网121(例如AP 113)的移动107。在下面的讨论中，移动台103或者MS 103指该移动台的统称，而移动台103A、B、C或者MS 103A、B、C指的是分别与第一、第二或者第三子网以及相应的AP相关联的移动台。
为了促进移动台103的移动性，采用了归属代理123。MS 103被提供、分配或者要不就是得到移动节点互联网协议(MNIP)地址410(见图4，注意所有的4xx标号都可以在图4中找到)。MNIP可以在初始提供时编程到MS 103中，并且然后作为引导处理的一部分在上电时进行加载。作为替换，MNIP地址例如可以在移动台103初始与WLAN关联时由系统管理功能静态分配或者由提供服务给WLAN的DHCP(动态主机控制协议)服务器125动态分配。MNIP地址是与移动台103相关或者至少在MS 103在该WLAN上操作期间由MS 103所维护的IP地址。典型地是，MNIP地址将处于归属网络或者子网的地址空间内。移动台122在WLAN上的操作持续时间可以被看作是在该移动台停止操作(例如关机)或者移动台移动到WLAN及其相应有线网络的边界影响之外以前在各种AP上的任何操作。通常，MNIP地址是在归属网络123上终接(terminate)或者可以由归属代理123截取并且与MS 103相关的IP地址。归属代理123可以与图1中的归属代理123一样物理驻留在企业网络或者WLAN内任何地方并且可以经由企业网络或者WLAN接入，但是可以在每个WLAN子网内虚拟地表示。
此外，移动台103A、103B、103C被分配有WLAN互联网协议(WLAN IP)地址420或者与WLAN互联网协议(WLAN IP)地址420(见图4)相关，至少当MS在除了它自己的归属网络之外的任何子网上或者之内操作的任何时候该地址也可以称为转交地址(COA)。在当MS 103在其归属网络或子网上或之内操作的时间之外，移动台103被分配WLAN IP地址以及MNIP地址410。注意，一些WLAN具有虚拟归属网络，并且因此MS可能从未在该归属子网内操作，在这种情况下该移动台将总是利用两个IP地址。典型地是，WLAN IP地址是子网专用的，并且这样为MS 103指定该WLAN的子网或者AP，例如附着点。一旦经由该MS发起的DHCP请求与AP关联，例如与子网关联，就取得WLAN IP地址。为了促进MS 103的移动性，经MS 103向归属代理123发起的已知注册处理，当前的WLAN IP地址与该移动台103的相应MNIP地址相关联，其中该注册处理可以称为移动IP注册。通常，归属代理123负责为移动台(例如MS 103)在它们在WLAN上操作期间跟踪在WLAN内的附着点或位置，并且通过把WLAN IP地址420映射到MNIP地址410上或者与其关联来实现。
这样，当外部节点115想要发送诸如消息或者有效载荷411(见图4)这样的消息给MS 103时，外部节点将向该消息或者有效载荷411添加IP报头或者MNIP报头来提供分组或者数据报403。该报头包括作为目的地址的MNIP地址410，并且在通向MS 103的路径或通信链路127上为该MS 103发送合成IP分组。如果MS 103在其归属子网内操作，数据报402将根据正常的IP网络路由技术进行路由并且直接传送给该MS。否则，该归属代理123将依靠识别该MNIP地址来截取该分组。该归属代理123将通过向原始分组添加WLAN IP1报头或者COA报头，把目前注册或者相关的WLAN IP1地址420(COA)作为目的地址，使用已知联网机制以及协议经路径或链路129把合成分组或数据报405转发给MS 103A，具体来说是转发给第一子网，例如AP 109。AP 109然后使用该MS的MAC地址经链路、路径或空中接口131把该合成分组405转发给MS 103A，这是已知的。如图4所示，把具有MNIP地址410和原始数据411的MNIP报头封装在另一个报头如具有WLANIP1地址420的WLAN IP1报头内(数据报405)的处理也称为隧道(tunneling)，例如移动IP隧道封装。注意，为了简单，图1没有如MS 103B和MS 103C所示那样具体描述与MS 103A相关的COA代理，但是应该理解为是存在的。注意，COA代理通常是WLAN IP地址的目的地并且被认为是移动IP隧道的一端。图1中的网络通信链路127、129和所有其他链路可以使用已知的联网基础设施部件，例如路由器、交换机、网关等等，这些没有具体描述。例如，在图1的框图中，显然应该理解AP包括交换功能。在实际的系统中，AP和交换机可以是独立的实体。
MS 103A可以如箭头105所示从第一子网117向第二子网119移动并且在移动之后MS 103被表示为MS 103B。注意，“移动”可以是由于无线接口、负载管理等等原因物理重定位到不同AP中的结果，或在AP之间具有重叠无线覆盖的实际系统中简单地是逻辑重定位到不同AP中的结果。此外，这种移动可能会在持续连接上的有效紧急通信期间发生。根据移动IP标准，当MS 103重定位到第二子网时(假定第一和第二子网不同，例如不同的地址空间)，该MS 103B将试图延长从DHCP服务器125租用的IP地址租期。如果该移动台已经移动到WLAN内的一个不同子网，那么可能不为该移动台分配WLAN IP1，取而代之是分配WLAN IP2440(见图4)。该WLAN IP2地址成为MS 103B的新转交地址(COA)，并且它将指示MS在WLAN上的附着点。
根据移动IP标准，MS将向归属代理123移动IP注册该新的WLANIP2地址，从而使得它成为新的COA。注意，外部代理可能在每个子网中存在或支持每个子网，在这种情况中外部代理将便于注册处理，并且实际上COA将成为该外部代理的IP地址，这将在下面参考图7进行讨论。替换和优选实施例使用配置转交地址(co-located care ofaddress)方法，在该方法中MS实际上充当外部代理并且经该配置转交地址代理134处理移动IP注册等。然后，打算发往MS 103B的数据和消息定址到MNIP地址410，由归属代理123截取，并且例如在链路133上通过AP 111经链路135隧道发送到与数据报409所示的WLANIP2地址440相关的COA代理134。注意，在链路135上建立新的移动IP隧道包括拆除在链路129上的前一个隧道。所述的移动IP方法的一个问题是DHCP、注册以及隧道传输处理通常所需要的时间以及由此对紧急连接(time critical connection)的影响，这种连接例如是媒体(语音、视频等)。
另一种不使用例如Proxim这样的供应商建议/提供的移动IP的技术依赖于诸如IEEE 802.11或其扩展(extension)所定义的WLAN移动性技术来解决上面提出的关于移动IP处理所需时间的问题。在这种方法中，基本上从归属代理123到诸如AP 109这样的接入点的隧道例如经链路137延伸到新的接入点AP 111。这可以通过WLAN基础设施来完成并且依赖于当MS与新AP 111相关联时该MS所提供的信息，例如前一个AP的标识(例如Mac地址或IP地址)。该信息被AP 111识别，并且用来联系前一个AP 109以及发起这两个AP之间的第2层隧道，其中假定AP 109是原始或锚点AP(anchor AP)。这样，数据报407经AP之间的该隧道或第2层隧道转发，如所示该数据报包括添加的报头、指定的AP2报头，AP2报头包括作为目的地址的AP2 IP地址430。AP2 111剥去AP2报头并且使用MAC地址把该消息转发给该移动台，或者更具体是转发给COA代理134。
注意，如果前一个AP不是锚点或原始AP，那么当新的AP联系该前一AP时，将通知该新AP在前一AP和锚点AP之间存在隧道，从而将在该新AP和锚点AP之间建立第2层隧道。第2层隧道由路径或链路139表示。例如，如果MS 103如MS 103C所示移动到第三子网121并且告诉AP 113如AP 111这样的前一AP的标识，AP 113可以联系AP 111并且被告知AP 111和AP 109之间的第2层隧道137。这样，可以在例如AP 113这样的当前AP和原始或锚点AP 109之间建立新的第2层隧道139，并且丢弃旧隧道137。存在维护这些活动的各种方法。例如，AP 113可以发起与锚点AP 109之间的第2层隧道并且AP 109可以丢弃137上的较早第2层隧道。一旦已经与新AP 113建立了联系，前一AP 111就可以通知该锚点AP，并且锚点AP 109可以发起139上新的第2层隧道并且丢弃137上的旧隧道。在这些情况中，经链路139在新的第2层隧道上转发的数据报或消息将采取数据报407的形式，其中由AP3报头代替AP2报头并且AP3 IP地址用作目的地址。AP3将把该数据或消息转发给MS 103C，具体是经无线链路141转发给相应的COA代理140。
虽然上面讨论的WLAN移动性技术解决了移动IP的时间延迟问题，因为可以快速建立AP到AP的第2层隧道(＜100msc)，但是对上面的思考将暴露一些问题。例如，所有的业务都通过接入点之一或者更具体是通过一个相关交换机。这些交换机或接入点往往驻留在LAN的边缘(例如，移动台或客户端附近)。为了避免通信故障，这些交换机需要非常可靠，因为大量业务都依赖于一个交换机或AP。此外，假定该锚点AP是移动台所遇到的原始AP，那么在所有移动台中所发现的任何业务量分布情况都将反映在相关的AP或交换机负载中。例如，假设AP 109靠近大型办公楼的唯一入口点。所有或大部分移动台可能开始都与AP 109相关联，因此AP 109将成为该WLAN中所有或大部分业务的锚点AP，从而可能把过度消息处理负担都放在该接入点上，并且把WLAN的信赖都放在该接入点或相应交换机的可靠性上。其他应用，例如大型购物中心或者机场，类似地都有有限数量的入口/出口点，并且类似地可能遇到相同的负载/可靠性问题。
下面的讨论将描述例如作为有利地解决这些问题的设备和方法来实施的各种发明概念和原理。总的来说，提供了一些方法和设备，在这些方法和设备中的适当情况下，移动IP或一些类似技术用来把锚点AP从一个AP移动到另一个AP，例如从AP 109移动到AP 111，这样在任何扩展时间期间都不需要142第2层隧道139。如果为了支持移动性而需要该隧道，那么在AP 111和AP 113之间建立第2层隧道143。在适当时间，第2层隧道143可再次被拆除并且经移动IP技术锚点AP移动到AP 113。这将导致135上的隧道被从归属代理到AP 113的隧道所代替(未示出)。
参照图2，将描述和讨论如上面提到的MS 103这样的移动台(MS)的框图。MS类似于市场上可以买到的单元，其根据下面的概念和原理进行了修改。该移动台包括各种元件，例如包括耦合到天线201的收发信机203、具有至少一个处理器206的控制器205、用户接口207、以及根据需要例如与总线排211相互耦合的存储器209。收发信机203通常已知并且包括一个或多个发射机和接收机。例如，移动台可以是多模MS，其适于在一个或多个蜂窝或者类似蜂窝的广域网上以及多个具有不同接入技术或者空中接口的WLAN上运行。在这种情况中，收发信机将包括足够的功能来与特定网络相接，因此收发信机可以是软件定义的收发信机或者多个收发信机或者其一些组合。
控制器负责移动台的总体控制，包括控制收发信机在内，以便支持空中接口、各种信号处理任务、支持用户接口207、运行各种应用等。这些任务由处理器执行，处理器可以包括一个或多个通用处理器或数字信号处理器，它们通常可以从诸如摩托罗拉公司等提供商买到。处理器206进而控制器205的特定操作/功能由存储器209所存储的软件指令以及例程的执行来确定，其中该存储器通常已知并且可以由RAM、ROM、EPROM、基于磁的存储器等等的一些组合组成。
软件指令通常例如包括用于提供所有控制的操作系统(OS)213数据和变量。此外包括AP接口或交互例程215，其包括发现和关联功能等等以便支持与一个或多个WLAN的空中接口。进一步包括的是移动IP例程217，其用于支持经DHCP请求的WLAN IP地址请求和IP注册；以及例程和数据库219，其用于获得MNIP地址并把MNIP地址和MS关联起来，以及如果需要的话，获得WLAN IP地址并把WLANIP地址与MS关联起来，并且执行COA功能。此外描述的有诸如电子邮件、VOIP、流媒体和其他需要的TCP/IP、SCTP或UDP等连接或者无连接链路的应用221，还有，用来评价用于各个应用的持续连接的需要和益处的例程223，和用于确定这些连接是否活动的例程225。本领域技术人员应该认识到，将包括或者需要其他诸如用户接口驱动、WAN支持例程等这样的其他例程227，但是那些例程的讨论与本申请无关。
在操作中，MS被安排用于在WLAN中操作并且进一步用于促进WLAN中的移动性。收发信机203可操作地支持WLAN内的通信活动以及链路，具体是与相应WLAN AP的通信活动和链路。控制器205与收发信机协作操作，以便例如使用其中的AP接口例程215支持WLAN内的操作。这些功能可以根据WLAN技术而改变，但是例如在IEEE 802.11网络中包括经已知的扫描技术发现一个或多个AP、建立与AP的通信链路，例如与AP之一相关联，其包括满足或者提供任意认证或授权要求或过程。
注意，控制器可操作地使用这些例程和数据库219把MNIP地址与移动台相关联，其中MNIP地址可以在初始配置或提供MS时来提供和存储。作为替换，MNIP地址例如可以使用DHCP例程217在与AP关联时来获得并且由此与MS相关联。如果已经建立了通信链路，与AP相关联，并且假定没有紧急的活动应用或连接，与收发信机协作地控制器进一步与在相应于该AP的子网中的一个WLAN IP地址相关联。如果之前没有提供WLAN IP地址或者如果数据库219中的当前WLANIP地址不在当前子网的地址空间内，那么利用DHCP例程经WLAN例如向DHCP服务器请求WLAN IP地址。MS在第一子网中获得WLANIP地址之后现在附属于WLAN。注意，通常称为DHCP更新请求(renewal request)的请求由MS通过上述隧道通过从AP 111到AP 109的通信发送，并且可以由AP截取，并且如果该AP理解该地址是其子网一部分并且对于MS来说是有效的，那么其立即被接受/响应而无需传送给DHCP服务器。
在使用例程217向服务该WLAN的归属代理完成移动IP注册之后，通过例程219该WLAN IP地址将成为/用作MS转交地址(COA)。在一个实施例中，这称为配置COA，因为如前面所讨论的，MS将作为从归属代理开始的移动IP隧道的一端操作。对于配置COA实施例来说，IP注册的处理导致MS本地的代理把MNIP和WLAN IP地址关联起来并且从而“传送”去往COA的分组给MS。如上所述，该IP注册允许服务该WLAN的归属代理把MNIP地址与WLAN IP地址关联起来，从而正确地把消息路由给MS。在移动IP注册之后，该MS可以看作是持续存在于WLAN内，例如外部节点可以发送数据报给该MNIP地址，并且该归属代理将把这些分组隧道传送给该WLAN IP地址。在IP注册之后，控制器可以把该WLAN IP地址用于该子网中的应用221，例如支持该应用的通信需要。
通常上面参照图4所讨论的数据报，具体是数据报403、405，至少用于控制通信或消息，其中控制消息是与建立、拆除以及其他控制连接或通信相关的消息。来自外部源的承载消息，例如专用于实际数据的那些消息，通常都直接寻址到WLAN IP地址(绕开归属代理)，其中数据例如是基于IP的语音(VoIP)或者媒体分组。典型地，虽然来自该MS的分组或消息将直接经诸如路径或连接144这样的路径通过当前AP(如AP111)而不是通过归属代理发送到目的地，但是控制消息将使用MNIP地址作为源地址。
当MS移动到另一个或第二子网和相应的AP或是需要离开原始子网和AP时，控制器205与收发信机203进一步协作操作以扫描合适的第二AP。一旦定位了第二AP，控制器就操作以建立与第二WLAN AP的第二通信链路作为第一子网和相应于第二AP的第二子网之间的MS跃迁。然后如上所述该MS变成与第二AP相关。在此之后，完全与移动IP形成对比，如果正在运行的任何应用受益于持续连接的话，那么该MS(具体来说是控制器和收发信机)将把与原始AP和子网所建立的第一WLAN IP地址用于第二子网中的持续连接。
使用持续连接和活动例程223、225来确定应用是否受益。如果确定消息、分组等可能要使用该WLAN IP地址在源和目的地(或者是MS)之间交换，那么确定应用受益于持续连接。若确定如果WLAN IP地址不再保持固定则这些消息或连接中断或者丢弃对该应用或其用户不利，那么该应用也将受益于持续连接。该持续连接例程可以是查找例程，其比较正在运行的应用和指示该应用是否需要持续连接的数据库条目。该活动例程再次确定是否任意一个应用正在使用持续连接，例如是否存在活动控制或承载路径或会话。注意，活动可能隐含着这样的路径或会话在最近的预定量时间(2秒或者其他根据经验所确定的时间量)内经历了消息业务，或者简单地是这样的路径已经建立并且没有拆除。这主要是跟踪链路或连接状态并且把各自状态与适当的测试或阈值等比较来进行必需的确定。
为了使用原始或当前在新子网(外部子网)中分配的WLAN IP地址，可以使用诸如上面讨论的WLAN移动性技术这样的技术。为了使用作为WLAN移动性技术基础的AP到AP或WLAN第2层隧道，作为与第二AP相关联的一部分，MS还转发标识原始AP或最后提供服务的AP的信息(IP或MAC地址)，其中假定第二AP是不同子网的一部分。这允许该新AP联系原始AP并且经原始COA(例如原始WLANIP地址)建立从原始AP通过该新AP到MS的隧道。一旦建立该隧道，在该隧道上发送的消息，具体是控制消息、分组或数据报，将类似于数据报或分组407。注意，承载分组可以采用数据报411的形式，其具有增加的第二AP报头，其包括作为目的地的第二AP IP地址430，以便把原始寻址到第一WLAN IP地址420的承载消息隧道传送给在第二子网中的MS。
当随后确定该持续连接不再需要或者不是马上需要时，例如甚至当持续仍然有利但不活动时，该MS(具体是控制器205和收发信机203)可以经DHCP处理请求新的或第二WLAN IP地址，该WLAN IP地址例如与第二子网相兼容，例如可路由到并且在第二子网内。MS、控制器和收发信机的移动IP注册将导致关联信息改变，从而本地代理(COA代理)和归属代理现在与第二WLAN IP地址和MNIP地址相关联。当请求第二WLAN IP地址或者当IP注册发生时，两者中的任何之一都可以用作丢弃AP到AP第2层隧道的信号。之后，用于该MS的消息将类似于数据报409，或者如果是承载消息，类似于缺少MNIP报头的数据报409。
参照图3，将描述和讨论示范性WLAN AP的框图。可以料想到该讨论将进一步从网络观点澄清根据本发明的概念和原理。该WLAN AP类似于市场上可以买到的单元，其根据下面的概念和原理进行修改。该WLAN AP包括各种元件，例如包括耦合到天线301的收发信机303、具有至少一个处理器306的控制器305、诸如以太网收发信机这样的用于与有线网络或LAN 308通信的网络或LAN接口307、以及根据需要例如与总线排311相互耦合的存储器309。收发信机303通常已知并且包括一个或多个发射机和接收机。收发信机将包括足够的功能来根据该WLAN所采用的诸如IEEE 802.11这样的接入技术与特定MS相接，并且收发信机可以是软件定义的收发信机或者基于硬件的收发信机或者其一些组合。
控制器负责WLAN AP的总体控制，包括控制收发信机在内，以便支持与MS的空中接口、各种信号处理任务、支持LAN接口307、促进移动性等。这些任务由处理器执行，处理器可以包括一个或多个通用处理器或数字信号处理器，它们通常可以从诸如摩托罗拉公司等提供商买到。处理器306进而控制器305的特定操作/功能由存储器309所存储的软件指令以及例程的执行来确定，其中该存储器通常已知并且可以由RAM、ROM、EPROM、基于磁的存储器等等的一些组合组成。尽管在此描述的WLAN AP还包括交换功能，但是应该理解这些功能可以包含在独立的实体中。
软件指令例如通常包括用于提供总体控制的操作系统(OS)313数据和变量。此外，包括用于管理例如与其他AP的隧道等的WLAN移动性例程，移动IP例程317，包括广告、探测以及关联功能等在内的AP到移动台接口或交互例程319，以便建立和支持与一个或多个MS的空中接口等。进一步包括的是用于AP与其它LAN实体相互耦合的LAN接口例程321，以及用来促进隧道传输和路由消息等的交换例程323，其中其他LAN实体例如是归属代理、其他AP、DHCP服务器、路由器服务器等。进一步描述是在下面将要讨论的一些实施例中可能利用的外部代理功能325。本领域技术人员应该认识到，将包括或者需要其他诸如网络/业务管理、故障状态等的其他例程327，但是那些例程的讨论与本申请无关。
在操作中，诸如WLAN AP 109、111、113中任一个的WLAN AP被安排用于在WLAN中操作并且进一步用于促进MS在WLAN内的移动性。此外，根据各种示范性实施例，WLAN AP必须快速建立到移动台的通信链路，以促进转移与移动台122的时间敏感连接而不丢失数据量。收发信机303可操作地支持WLAN内的通信链路。控制器305与收发信机协作操作，以便例如使用例程319在WLAN内建立与MS的通信链路、与MS相关联等。
控制器305进一步可操作地识别MS何时使用不同于在其相应子网中的该AP所支持的IP地址范围的第一WLAN互联网协议(WLANIP)地址。当把该MS与其前一个AP(标识等)相关联时，或者作为交换信息的一部分，该AP将识别不适合其地址范围的IP地址，或者识别出该MS没有在使用WLAN移动性例程315请求新的WLAN IP地址。一旦识别出该第一WLAN IP地址不同于该AP所支持的IP地址范围，该WLAN AP，具体是控制器305和LAN接口307或者收发信机303，就在识别功能之后操作以便初始化到第一子网的第2层隧道。这可以使用例程315和之前详细讨论的MS所提供的前一AP标识信息来完成。因此，时间敏感的数据报就可以经该第2层隧道传送到该MS，其中这些数据报依赖于正在传输的是控制还是承载消息而类似于数据报407或411。
一旦该MS进行了第二WLAN IP地址的请求，就可以由该AP或者在另一端的AP终接该第2层隧道。然后该控制器与该收发信机协作地操作以促进向归属代理的移动IP注册，从而把用于该移动台的移动节点地址(MNIP)地址与作为该MS的转交地址的第二WLAN IP地址关联起来。对于配置COA来说，这通常由MS发起或者在使用由外部代理例程327所实现的外部代理的情况下作为MS的代理发起。注意，在移动IP注册之后，该MS具有新的WLAN IP地址，并且可以使用类似于数据报409的分组来转发消息尤其是控制消息给MS。在一些实施例中，承载消息类似于数据报409减去MNIP报头信息。进一步应该注意，对于任何进一步的第2层隧道的起始点已经转移到新的AP上。这样，解决了上面提出的问题，也就是时间延迟太大以及不适当的业务分布/可靠性问题。
上面的讨论主要涉及一个实施例，在该实施例中MS包括配置COA功能，例如COA代理134、140。在另一个实施例中，WLAN可以使用外部代理来支持移动IP，其中该外部代理类似于移动IP标准所定义的外部代理，其具有根据下面提出的概念和原理所实现的修改。注意，该外部代理可以如例程325所示组合在AP内，或者如图7所示在另一个单独的实体中与AP紧密相关。外部代理703、707、709例如可以与在附加的交换机(通常已知但是未具体示出)内实施的AP控制器包括在一起。外部代理使用诸如移动IP这样的技术提供第3层网络移动性，并且例如负责分配新的WLAN IP地址给移动台、促进向归属代理的移动IP注册，以及支持从归属代理到外部代理的移动IP隧道。在这些隧道上的消息使用类似于405或409的数据报，其中WLAN IP地址将是该相应外部代理的IP地址。当MS从子网向子网移动时，例如在外部代理之间移动时，前一外部代理可以利用在相应AP之间产生的第2层隧道。例如在图7的实施例中，第一子网117中的外部代理703经链路129上的隧道从归属代理123接收去往MNIP地址的数据报，并且通过AP 109和空中接口131经链路705把这些数据报转发给MS103A。当MS移动到子网119和AP 111时，根据需要如上所述建立第2层隧道137。注意，外部代理703可以使用该隧道来继续通过到AP 111的(第2层)隧道以及通过空中接口133传送数据报给MS 103B。
上述的隧道将根据需要而存在，并且至少在移动台移动到第二AP时暂时在AP之间存在。移动台一旦与新AP(例如AP 111)相关联，就通过已知的代理请求或发现技术发现存在新的外部代理707。对于被称为移动节点IP地址的持续IP地址来说，这将用移动台的新位置更新归属代理。但是，在用绑定到该归属代理123上的新移动性来更新该新子网中的外部代理707之后，该MS例如在合适时，或者根据情况，诸如不允许活动媒体流时，通过执行DHCP，来执行早前描述的同样功能，以处理拆除137上的第2层隧道的需要。注意，当137上的第2层隧道拆除时，同时建立从归属代理123到外部代理707在135上的移动IP隧道，并且丢弃到外部代理703的移动IP隧道。当MS移动到子网121和接入点113时，类似的活动发生并且将发现外部代理709等等。
这样，使用外部代理的移动IP技术就可以与WLAN移动性技术相组合，从而解决上面提出的各个缺点。通过组合这两种技术，可以移动从WLAN移动性概念中来的锚点AP，从而使用移动IP概念适当地分布业务，并且这种移动能够在不中断紧急连接的情况下完成。
回顾根据各种示范性实施例的移动台过程，将有助于更好地理解在WLAN移动性IP网络中与时间敏感应用相关的原理和概念。图2表示了在可移动无线通信单元操作期间当移动台在WLAN子网内移动时该移动台所使用的方法和判决处理。
参照图5，描述和讨论了说明在WLAN中促进MS移动性的示范性方法的流程图。该方法有利地可以由移动台进行，移动台例如是在图1的WLAN中操作的图2的移动台，每个都如上所述配置和操作。注意，该方法可以由其他设备进行，假定这些设备具有类似的能力并且类似地操作。注意，上面讨论了图5的方法所实施的许多概念和原理，并且这种回顾更多地具有总结的性质，读者可以参照前面对其他细节的讨论。
该方法在500开始，并且在501，例如经提供MS或者初始网络接入和注册并且随后在上电等合适时间加载或者链接MNIP，把MNIP地址与移动台相关联或者分配给该移动台。在502，建立该移动台和第一子网中的第一WLAN接入点(AP)之间的第一通信链路，并且该MS与该第一AP相关联或者关联到该第一AP上。在503，例如经DHCP请求获得第一WLAN IP地址，并且把该第一WLAN IP地址例如作为转交地址与该MS相关联。现在在MS以及例如在归属代理处，该MNIP和WLAN IP地址相关联。在该归属代理处的该关联例如是该MS发起移动IP注册处理的结果。
在505，该MS把该第一WLAN IP地址用于一个或多个应用，这些应用包括受益于持续连接的应用。例如，该应用可以使用或支持受益于为媒体会话和在媒体会话期间维持固定IP地址的媒体应用，其中媒体会话可以与WLAN之外的节点交换视频或音频分组。注意，媒体通信典型地是实时或接近实时的通信。第一WLAN IP地址可以用于实时媒体通信，而MNIP地址可以用于维持固定信令或控制连接。MNIP地址还可以用于一些应用，诸如电子邮件客户端、文件系统客户端、即时消息客户端以及其他如果MS IP地址改变就必须重建连接(例如TCP连接)的应用。
在507，在MS和第二WLAN AP之间建立第二通信链路，第二WLAN AP可能在第二子网中，并且该MS与第二AP相关联。然后在509确定第二AP是否是不同子网(例如，不同的地址空间)的一部分，并且如果是，511表示继续利用第一WLAN IP地址用于可能需要它的任何目的，并且当建立与另一个AP的通信时该方法返回511并且重新开始。如果在509子网不同，那么在513确定是否有应用之一正在使用或受益于持续连接，例如该连接活动。如果是，在515该MS继续把第一WLAN IP地址用于该连接，例如用于与第二子网通信，并且WLAN通过如上所述建立隧道(即第一和第二AP之间的第2层隧道)来响应。这样，把第一WLAN IP地址与MNIP地址相关联以便于使用第一WLAN IP地址作为转交地址，从而根据需要当MS在第一和第二子网之间跃迁时支持持续连接。
在一些实施例中使用第一WLAN IP地址来与第二子网通信例如还包括把第一WLAN IP地址用于实时媒体通信而把MNIP地址用来维持固定信令或控制连接。因此参照早前的讨论，在去往第一WLAN IP地址的任何数据从第一子网经第2层隧道转发到第二子网(假定是不同子网)后，MS将在第二子网中接收该数据，从而把该持续连接扩展到第二子网中。类似地，在去往MNIP地址的任何数据由归属代理经第3层隧道转发到第一WLAN IP地址后，MS在第二子网中经第2层隧道接收该数据。
如果在513，持续连接没有在使用或者不再使用或者不再需要，那么在517，例如经DHCP请求来请求适于在第二子网中使用的第二WLAN IP地址。一旦分配或获得了第二WLAN IP地址，那么519表示把第二WLAN IP地址与MNIP地址相关联并且使用该第二WLAN IP地址作为MS的COA。该关联例如由MS以移动IP注册的形式发起，并且导致在归属代理和MS处的关联信息改变、拆除任何第2层隧道并且建立新的第3层隧道。每次MS离开该WLAN并且经上电或者移动重新进入时，该方法将从开始进行重复。
参照图6，描述和讨论一种在WLAN内促进MS移动性的方法的流程图。尽管WLAN AP或者WLAN的其他元件更适宜执行该方法，但是具有类似功能性和任务的其他设备也可以利用图6的方法。许多讨论是回顾某些前面讨论的性质并且读者可以参考那些详细讨论。图6的流程在600开始，并且假定MS和第一AP处于通信中。因此，例如将移动节点互联网协议(MNIP)地址与移动台关联以及在该移动台和第一子网中的第一WLAN接入点(AP)之间建立第一通信链路已经完成。此外，与第一子网中的第一AP关联以及把第一WLAN互联网协议(WLAN IP)地址和该移动台关联已经经类似于图5中501-505的方法的处理发生了。注意，紧密相关的外部代理可能正在代表MS执行各种IP地址关联和注册。
然后在603表示在该移动台和第二子网中的第二WLAN AP之间建立第二通信链路，并且应该理解这包括把第二AP和MS相关联等。然后在605，在第二AP接收第一AP标识信息。在670经上述技术确定具有第一AP的第一子网是否不同于第二子网。如果相同，当建立另一个通信链路时重启该方法。如果子网不同，在609，第二AP通过第二子网(如第二AP)来初始化第一子网(如第一AP)和移动台之间的隧道。否则，与第二AP相关联的外部代理终接该新隧道。注意，该隧道作为对移动台与第二WLAN IP相关联而形成或者可以看作为对其的响应。该隧道通过如早前所述第二AP使用识别信息联系第一AP来初始化。然后在611，确定该MS是否发送了对第二WLAN IP地址的请求，并且该方法在611循环直到发送该请求。一旦在第二AP发送或检测到该请求，例如DHCP请求，那么611表示终接该隧道。
注意，由第二WLAN IP在第一子网和第二子网之间初始化的隧道可以用来当移动台在第一子网和第二子网之间跃迁时支持持续连接。持续连接例如包括传输控制协议(TCP)；流控制传输协议(SCTP)；(用户数据报协议)UDP；或者当信令消息经归属代理转发给第一WLAN AP并且然后通过隧道转发给第二WLAN AP以传送给移动台时的任何其他协议连接。该隧道称为第2层隧道并且可以用于从第一WLAN AP通过第二WLAN AP转发包括媒体分组在内的用户数据报协议(UDP)分组给该移动台。如上参照图5所述，只要需要持续连接，例如持续连接是活动的，那么该MS就将放弃对新WLAN IP地址的请求。
上面讨论的处理、设备和系统以及其发明原理都企图并且可以减轻现有移动IP技术以及WLAN移动技术引起的问题。使用如果持续连接活动或需要那么由该移动台延迟DHCP请求的原理将促进及时把时间敏感数据从外部节点传送给移动台。通过消除当移动台在WLAN内的子网之间跃迁时与重复连接建立相关的延迟，这大大降低了外部节点和移动台之间数据的丢失。
已经讨论和描述了用于在WLAN内促进移动性以及在外部节点和移动台之间建立合适连接的方法、系统和设备的各种实施例。可以预料到，根据本发明的这些实施例以及其他实施例将可以应用在耦合到诸如PSTN或者互联网这样的固定广域网的许多无线局域网中。该公开可以扩展到包括这种系统的组成元件或设备，尤其是由此和其中采用的方法。使用在此描述的发明原理和概念有利地允许或提供低延迟、最小程度的时间敏感数据丢失、用来支持时间敏感应用的低网络开销接入以及良好的WLAN上负载分布。
本公开是用来解释如何构成和使用根据本发明的各种实施例，而不是用来限制其真正的、预定的合理范围。前面的说明不是穷举的或把本发明限制到所公开的确切形式。根据上面的教导可能有修改和变形。选择并描述这些实施例是为了提供本发明的原理和其实际应用的最佳说明，并且使本领域普通技术人员以各种实施例和适于所设想的特定使用的各种修改来利用本发明。当根据权利要求被合理、合法并公正地授权的范围解释时，所有这些修改和变形都在附随的权利要求以及其所有等效方式所确定的本发明的范围内，这些附随的权利要求可以在本申请获得专利权的待决期间修改。
权利要求
1.一种在无线局域网(WLAN)中促进移动台的移动性的方法，其包括把移动节点互联网协议(MNIP)地址和移动台相关联；在所述移动台和第一子网中的第一WLAN接入点(AP)之间建立第一通信链路；关联到所述第一子网中的所述第一AP上，关联第一WLAN互联网协议(WLAN IP)地址与所述移动台，并且使用所述第一WLAN IP地址来用于受益于持续连接的应用；在所述移动台和第二子网中的第二WLAN AP之间建立第二通信链路；当所述移动台正在使用受益于持续连接的应用时，继续使用所述第一WLAN IP地址来用于与所述第二子网的通信；以及当所述持续连接不再需要时，请求在第二子网中的第二WLAN IP地址。
2.如权利要求1的方法，其中，使用所述第一WLAN IP地址来用于与所述第二子网的通信进一步包括使用所述第一WLAN IP地址来用于实时媒体通信，而使用所述MNIP地址来用于维持固定信令连接。
3.如权利要求1的方法，进一步包括当所述移动台在所述第一子网和所述第二子网之间跃迁时，把所述第一WLAN IP地址与所述MNIP地址相关联，并且使用所述第一WLAN IP地址作为转交地址(COA)来支持所述持续连接。
4.如权利要求1的方法，其中，请求第二WLAN IP地址进一步包括获得所述第二WLAN IP地址，并且关联所述第二WLAN IP地址与所述MNIP地址，以及使用所述第二WLAN IP地址作为COA。
5.如权利要求1的方法，进一步包括在去往所述第一WLAN IP地址的任何数据已经从所述第一子网转发到所述第二子网之后，在所述第二子网中接收所述数据，从而把所述持续连接扩展到所述第二子网。
6.如权利要求5的方法，进一步包括在去往所述MNIP地址的任何数据由归属代理转发到所述第一WLAN IP地址之后，在所述第二子网中接收所述数据。
7.一种在无线局域网(WLAN)中促进移动台的移动性的方法，其包括把移动节点互联网协议(MNIP)地址和移动台相关联；在所述移动台和第一子网中的第一WLAN接入点(AP)之间建立第一通信链路；把所述移动台关联到所述第一子网中的所述第一AP上，并且关联第一WLAN互联网协议(WLAN IP)地址与所述移动台；在所述移动台和第二子网中的第二WLAN AP之间建立第二通信链路；如果所述第一子网不同于所述第二子网，当所述移动台与所述第二WLAN AP关联时，通过所述第二子网发起所述第一子网和所述移动台之间的隧道；以及当所述移动台发送对第二WLAN IP地址的请求时，终止所述隧道。
8.如权利要求7的方法，其中，当所述移动台在所述第一子网和所述第二子网之间跃迁时，所述第二WLAN AP初始化所述第一子网和第二子网之间的所述隧道，以便支持持续连接。
9.一种在无线局域网(WLAN)内操作和促进移动性的移动台，所述移动台包括可操作地支持在所述WLAN内的通信链路的收发信机；控制器，其与所述收发信机协作操作以把移动节点互联网协议(MNIP)地址和所述移动台相关联；与第一子网中的第一WLAN接入点(AP)建立第一通信链路；与所述第一子网中的第一WLAN IP地址关联，以及使用所述第一WLAN IP地址来用于所述第一子网中的应用；当所述移动台在所述第一子网和第二子网之间跃迁时，与第二WLAN AP建立第二通信链路；当应用受益于持续连接时，使用与所述第一子网所建立的所述第一WLAN IP地址来用于第二子网中的持续连接。
10.如权利要求9的方法，其中，第一代理把所述第一WLAN IP地址关联到所述MNIP地址上。
11.如权利要求10的方法，其中，所述控制器进一步与所述收发信机协作操作以当所述持续连接不再需要时，请求所述第二子网中的第二WLAN IP地址；与所述第一代理通信；以及把所述第二WLANIP地址关联到所述MNIP地址上，从而改变关联信息。
12.一种在无线局域网(WLAN)内操作和促进移动性的接入点(AP)，所述AP包括可操作地支持在所述WLAN内的通信链路的收发信机；控制器，其与所述收发信机协作操作以建立到移动台的通信链路；识别所述移动台何时使用不同于所述AP所支持的IP地址范围的第一WLAN互联网协议(WLAN IP)地址；当识别出所述第一WLAN IP地址不同于所述AP所支持的IP地址范围时，发起到第一子网的隧道；以及当所述移动台进行对第二WLAN IP地址的请求时，终止所述隧道。
13.如权利要求12的方法，其中，所述控制器与所述收发信机协作操作以促进向归属代理的移动IP注册，以便把用于所述移动台的移动节点IP(MNIP)地址和作为所述移动台的转交地址的所述第二WLAN IP地址相关联。
全文摘要
提供一种用于在无线局域网(WLAN)中促进移动台(MS)移动性而不中断通信的方法和设备。该方法包括把MNIP地址(410)与MS关联(501)起来；在该MS和第一子网(117)中的第一WLAN AP(109)之间建立(109)通信链路；并且把第一WLAN IP(420)地址与该MS关联起来(503)。然后把该第一WLAN IP地址用于(505)受益于持续连接的应用。另外还包括在该MS和第二子网(119)中的第二WLAN AP 111之间建立第二通信链路。当该MS正使用该应用时，继续使用该第一WLAN IP地址来与该第二子网通信；并且当不再需要该持续连接时，请求(517)在该第二子网中的第二WLAN IP地址。
文档编号H04L12/28GK1985525SQ200580013062
公开日2007年6月20日 申请日期2005年4月19日 优先权日2004年4月26日
发明者史蒂文·D·厄普, 迈克尔·A·斯滕平, 蒂莫西·J·威尔逊 申请人:摩托罗拉公司(在特拉华州注册的公司)