用于管理机载无线蜂窝网络中的移动网际协议地址的系统的制作方法

专利名称：用于管理机载无线蜂窝网络中的移动网际协议地址的系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及蜂窝式通信，尤其涉及在机载无线蜂窝网络中创建基于网际协议的机 上子网的系统。
背景技术：
无线通信领域中的一个问题是，在位于飞机中的乘客在非陆地蜂窝通信网络中的 小区站点间漫游时，管理由飞机网络向乘客提供的无线业务。飞机网络为多位用户服务，仍 然通过同时为多个个体用户服务的宽的带宽连接链接到基于地面的网络。在现有无线网络 中仍有待于解决管理该宽的带宽连接以能够逐个识别基于飞机的用户身份。
在陆地蜂窝通信领域中，通常无线用户在其家庭蜂窝服务提供商的网络服务的区 域内移动并保持他们希望的用户特征组。在整个本地网络中的特征组可用性由本地蜂窝服 务提供商的数据库管理，该数据库常被称为归属位置寄存器(HLR)，具有通往一个或多个交 换机(分组或电路)和诸如语音邮件和短消息服务器的各种辅助设备的数据连接，以实现 这种无缝特征组管理。每位用户都与一对一通信连接关联，以访问期望的通信业务，一对一 通信连接包括服务小区站点上的信道。
如果无线用户要在网络间转换，从其归属蜂窝网络的覆盖区转换到同一或另一蜂 窝服务提供商(在这里称为“漫游蜂窝服务提供商”)的网络，不论其位置如何，无线用户都 应当有能力以统一的方式发起和接收呼叫。此外，给定无线用户的特征组应当能够与他们 一起透明地移动。然而，要出现这个特征组可传输性，需要数据库文件共享，其中，归属蜂窝 业务的归属位置寄存器(HLI )将用户的授权特征组概况传送到漫游蜂窝服务提供商的数 据库，该数据库常被称为访客位置寄存器，或VLR。VLR然后发现给定的漫游无线用户被授 权了特定特征组，并使漫游蜂窝服务提供商网络向无线用户透明地提供这些特征。通过这 种方式，漫游无线用户保持了与他们在其归属蜂窝服务提供商网络上所具有的同样的被授 权特征组，或“用户类别”。
在无线用户进入非陆地蜂窝通信网络(亦即，他们作为乘客在飞机中飞行)时，他 们遇到了常规与陆地蜂窝网络不相连的独特环境，其中飞机的无线网络将用户(这里也称 为“乘客”)接口连接到各种业务和内容。因此，飞机无线网络能够充当内容过滤器，或能够 生成针对飞机上各位乘客的独特类型的内容。然而，尽管飞机网络为多位乘客服务，但其经 由在基于地面的接入网络上具有单个IP地址的宽带射频连接而具有通往基于地面的接入 网络的链接。于是，宽的带宽射频连接同时承载着多位个体乘客的通信，但这些通信不能被 基于地面的接入网络逐个识别。在现有无线网络中仍有待于解决管理该宽带宽连接以能够 通过向每位乘客的无线设备分配个体唯一的IP地址来逐一识别乘客。发明内容
通过用于在机载无线蜂窝网络中管理移动网际协议地址的本系统(这里称为“飞 机移动IP地址系统”)解决了上述问题并在本领域中实现了技术进步，本系统能够向工作于飞机中且由机载无线蜂窝网络服务的每个乘客无线设备分配各自的网际协议(IP)地 址，由此能够向逐一识别的无线设备提供无线业务。
飞机移动IP地址系统通过存储表示逐一识别的位于飞机上的无线设备的数据向 位于飞机上的乘客提供无线通信业务。飞机移动IP地址系统向终结将飞机网络连接到基 于地面的接入网络的射频链路的空对地通信单元中的每个空对地调制调解器，或在位于这 些空对地调制调解器后方的空对地控制处理器单元上执行的MIP客户端分配单个IP地址。 第三种方式是无需使用移动IP客户端，而使用简单IP地址和IP隧道将飞机网络连接到基 于地面的接入网络。这样的方法不改变IPCP或其他EVDO协议/消息传输，但确实允许无 线设备的个体IP地址能够被基于地面的接入网络直接看到。
向乘客提供的电子业务包括因特网、飞行中娱乐业务，例如多媒体呈现，以及基于 目的地的业务，其将乘客现有的旅行计划与对乘客在其标称目的地和其规划旅行日程可用 的附加业务提供链接起来，以及任选的语音业务。由此，在乘客飞行期间通过接入各种业务 为他们提供了机会来提高他们在飞行中和在其目的地的旅行体验。逐个识别每位乘客的无 线设备简化了这些业务的提供并能够基于为乘客创建的预定义概况定制这些业务。


图1以方框图的形式示出了将空中子系统与基于地面的接入网络互连的复合空 对地网络的总体架构；
图2以方框图的形式示出了实现于多乘客商用飞机中的用于无线设备的典型的 基于飞机的网络的典型实施例的架构；
图3A和;3B以方框图形式示出了分别用于仅IP数据的业务和用于IP数据和语音 业务的典型EVDO蜂窝网络的架构；
图4以方框图形式示出了在EVDO网络之内提供移动IP地址的飞机移动IP地址 系统的实施架构；
图5以方框图形式示出了利用移动IP隧道提供EVDO网络外部的移动IP地址的 飞机移动IP地址系统的实施架构；
图6示出了图5的系统中使用的典型寻址方式；
图7示出了利用图6系统中使用的典型寻址方式的变化在空对地调制调解器之间 传送IP隧道；以及
图8以方框图形式示出了利用移动IP隧道提供EVDO网络外部的移动IP地址的 飞机移动IP地址系统的实施架构。
具体实施方式
整体系统架构
图1以方框图的形式示出了非陆地蜂窝通信网络的总体架构，该网络包括将外部 网络的两个要素，包括空中子系统3和地面子系统1互连的空对地网络2 (内部网络)。该 图示出了非陆地蜂窝通信网络的基本概念，为了例示的简单，未包括典型非陆地蜂窝通信 网络中发现的所有要素。图1中披露的基本要素提供了用于实现非陆地蜂窝通信网络以向 位于飞机上的乘客无线设备提供内容的各种要素的相互关系的教导。
图1中所示的总体概念是提供了“内部网络”，内部网络连接“外部网络”的两段， 包括空中子系统3和地面子系统1。这是由空对地网络2实现的，空对地网络2在空中子系 统3和地面子系统1之间传输乘客通信业务(包括语音和/或其他数据)和控制信息以及 特征组数据，由此使位于飞机中的乘客无线设备能够在飞机中接收业务。
空中子系统
“空中子系统”是实施于飞机中的通信环境，这些通信可以基于各种技术，包括， 但不限于有线、无线、光学、声学(超声波)等。在题为“Aircraft-Based Network For Wireless Subscriber Mations”的美国专利No. 67889 中公开了这种网络的范例。
空中子系统3的优选实施例是使用无线技术并使无线技术是飞机上乘客和机组 人员携带的乘客无线设备固有的。于是，膝上型计算机可以通过WiFi或WiMax无线模式 (或通过有线连接，例如LAN)通信，或PDA可以通过VoIP(IP语音)传递电话语音业务。同 样地，使用GSM协议的手持蜂窝电话在处于飞机内部时通过GSM向空中子系统通信。当在 飞机到空中子系统3内部时，CDMA蜂窝电话会使用CDMA，模拟AMPS电话会使用模拟AMPS。 连接状态可以是分组交换或电路交换或两者。总的说来，空中子系统3的目标是，不论乘客 和机组人员携带的乘客无线设备使用什么技术，都能够使这些设备无缝且随处接入到空中 子系统3。
空中子系统3还提供了管理向工作于飞机座舱中的乘客无线设备提供业务的机 构。这种管理不仅包括提供乘客业务连接，而且包括提供授权每位乘客接收的非陆地特定 特征组的可用性。这些特征包括飞行中娱乐业务，例如多媒体呈现，以及基于目的地的业 务，其将乘客现有的旅行计划与对乘客在其标称目的地和其规划旅行日程可用的附加业务 提供链接起来。由此，在乘客飞行期间为他们提供了机会来提高他们在飞行中和在其目的 地的旅行体验。
在飞机中使用的乘客无线设备101可以与在蜂窝/PCS基于地面的通信网络中使 用的那些相同；不过，这些乘客无线设备101预先在为飞机服务的运营商注册过和/或用户 具有用于验证的PIN号。此外，天线将乘客无线设备101与机舱内的基站收发(BTS) 111-114 互连起来，机舱内基站收发通常是集成了 BSC/MSC功能的微微小区。为每种支持的空中接 口技术增加BTS/BSC/MSC模块。交换机/路由器122充当空中子系统3和基于地面的接入 网络1之间的桥接功能(用于有限范围的媒体/内容和信令)，因为交换机/路由器122利 用调制调解器123通过空对地网络2向基于地面的接入网络1拨打电话。交换机/路由器 122向/从集合数据流转换来自基站的个体业务和信令信道，并通过在飞机行进时维持连 续业务的空对地网络2发射/接收集合数据流。调制调解器123包括无线电发射设备和天 线系统，以与空对地网络2的基于地面的部分中的基于地面的收发器通信。基于要从飞机 支持的业务需求激活空对地网络2上分配的各业务信道。
空对地网络
显然，图1所示的空对地网络2是基于地面子系统1和位于飞机中的乘客无线设 备101间的无线通信(射频或光的)一种，优选方式是射频连接的。该射频连接采取蜂窝 拓扑的形式，其中，通常超过一个小区描述复合空对地网络2的地理占据区或覆盖区。空对 地连接承载着乘客通信业务和本地网络信令业务。在优选实施例中，空对地网络2在单个 集总通信信道中传输所有向/从飞机的业务。这种“单管道”在飞机在一个基于地面的小6区向下一个转换时管理硬切换和软切换方面具有明确的优点。这种方法还利用了更新的更 高速度的无线蜂窝技术。
或者，可以通过无线卫星连接实现空对地网络2，其中，分别在飞机和卫星之间以 及卫星和地面子系统1之间建立射频链路。这些卫星可以地球同步的(从地球基准点看起 来是固定的)，或如中地球轨道(MEO)和低地球轨道(LEO)的情形那样运行。卫星的范例包 括，但不限于地球同步Ku频段卫星、DBS卫星(直接广播卫星)、铱星系统、全球星系统和 国际海事卫星系统。对于专用卫星而言，例如用于直接广播卫星的那些而言，链路通常是单 向的，亦即，对于飞机而言，从卫星到接收平台。在这样的系统中，需要从飞机单向发射的链 路来进行双向通信。如前所述，在本质上，这种链路可以基于卫星或地面。最后，其他用于 向飞机通信的手段包括广域链路，例如HF (高频)无线电和更独特的系统，例如对流层散射 架构。
可以将空对地网络2视为在地面子系统1和空中子系统3之间传送乘客通信业务 以及控制和网络特征组数据的管道。可以将空对地网络2实现为单个射频链路或多个射频 链路，通过不同类型的链路，例如空对地链路和卫星链路对信号的一部分进行路由。于是， 在使用这里以各种组合描述的各种部件和架构概念实施这种系统时有大量的灵活性。
针对空对地调制调解器的射频设计通常使用多个调制调解器，其中一个空对地调 制调解器(空对地调制调解器1)以垂直信号极化工作，一个空对地调制调解器(空对地调 制调解器2、以水平信号极化工作，当个体空对地调制调解器上损失/增益信号强度时，该 空对地调制调解器变为休眠或活动。
在本协议的第一实施例中，不为空对地调制调解器分配IP地址，但在具有公共数 据交换网络上的转发地址的空对地通信单元上有移动IP客户端。该移动IP客户端配置有 归属地址，并注册了对应的异地地址/归属地址，以将归属地址与公共数据交换网络上的 空对地调制调解器1或空对地调制调解器2/异地地址关联。归属地址到转交地址(子网 地址)的关联不变，因为转交地址是公共数据交换网络IP地址并在公共数据交换网络中被 管理。空对地通信单元上的移动IP客户端需要来自空对地调制调解器的信息以更新异地 地址/归属地址上的移动IP绑定。移动IP客户端必须接收空对地调制调解器1和空对地 调制调解器2分配的IP (这是用于移动IP客户端的转交地址)。移动IP客户端应当具有 已配置/已知的归属地址和归属代理服务器地址。该配置能够运行空对地通信单元上的多 个移动IP客户端和隧道。
在本协议的第二实施例中，为每个空对地调制调解器分配IP地址，移动IP客户端 驻留在空对地控制处理器单元上。该移动IP客户端配置有归属地址，对应的转交地址与空 对地通信单元中的空对地调制调解器1或空对地调制调解器2相关联。经由移动IP隧道 将空对地控制处理器单元上的移动IP客户端连接到公共数据交换网络。在各空对地调制 调解器上损失/增益信号强度时，在两个空对地调制调解器之间切换业务。
在本协议的第三实施例中，为每个空对地调制调解器分配IP地址，在空对地通信 单元上管理简单IP地址。多个IP隧道将空对地控制处理器单元连接到基于地面的接入 网络中的路由器。空对地控制处理器单元执行隧道终点功能并为这些IP隧道使用公共地 址。在各空对地调制调解器上损失/增益信号强度时，在两个空对地调制调解器之间切换 业务。7
地面子系统
地面子系统1由边缘路由器140构成，边缘路由器将空对地网络2的语音业务与 传统蜂窝通信网络要素连接，包括基站控制器141及其带有被访问位置寄存器、归属位置 寄存器的关联移动交换中心142，以将语音业务互连到公共交换电话网144和其他这种功 能。此外，经由公共交换数据网络143将基站控制器141连接到因特网147，用于完成呼叫。 边缘路由器IM还经由IP语音服务器146提供数据业务到因特网147、公共交换电话网络 144的互连，以及其他这样的功能。这些包括认证服务器、操作子系统、CALEA和BSS服务器 145。
于是，位于飞机中的乘客无线设备101和基于地面的通信网络的地面子系统1之 间的通信经由空中子系统3和空对地网络2被传送到非陆地蜂窝通信网络的基于地面的基 站控制器141。如下所述并由空中子系统3、空对地网络2和基于地面的基站控制器141提 供的增强功能使得向位于飞机中的乘客无线设备101提供业务对于乘客而言是透明的。无 线电接入网络(RAN)支持从多架飞机进行通信，可以采用单个全向信号，或可以采用根据 方位角和/或仰角定义的多个空间扇区。飞机网络切换不同位置(不同地面子系统1)中 无线电接入网络(RAN)间的点到点通信链路，以便维持空对地网络2上业务的连续性。切 换可以是硬的或软的，或可以是空-地和地-空链路上硬和软切换的组合。
移动交换中心(MSC)为所有机载系统提供移动性管理，并提供在机载系统在邻近 地面子系统1的服务区之间移动时地面站之间的切换管理。基站控制器(BSC)与向/从基 站收发子系统(BTS)的所有业务接口连接。分组数据服务节点(PDSN)控制在机载系统相 应服务区域之内它们之间每个基站收发子系统(BTQ的容量分配。
典型的基于飞机的网络
图2示出了实现于多乘客商用飞机200中的用于乘客无线设备的典型的基于飞机 的网络的架构。这个系统包括用于实现通信骨干的多个要素，通信主干用于实现多个属性 不同的无线通信设备的无线通信。用于乘客无线设备的基于飞机的网络包括局域网206， 其包括射频通信系统201，射频通信系统201使用扩展频谱范型并具有短工作距离。该网 络206支持来自乘客无线设备221-2M的电路交换和分组交换连接并通过网关收发器或收 发器210将这些乘客的无线设备221-224的通信互连到公共交换电话网(PSTN) 126和其他 目的地，例如因特网127或公共数据交换网络(PDSN)。无线乘客由此保持了他们各自的数 字身份，如同他们直接连接到公共交换电话网126—般。乘客无线设备221-2M包括多种 通信设备，例如膝上型计算机221、蜂窝电话222、MP3音乐播放器(未示出)、个人数字助理 (PDA)(未示出)、基于WiFi的设备223、基于WiMax的设备2M等，为了描述简单起见，不论 其实现具体细节如何，这里将其全部统称为“乘客无线设备”。
用于乘客无线设备的基于飞机的网络基本要素包括至少一个天线205或用于向/ 从位于飞机200之内的空中子系统3耦合电磁能量的模块，用于与飞机200之内的多个乘 客无线设备221-2 通信。至少一个天线205连接到无线控制器201，无线控制器201涵盖 用于调节与多个乘客无线设备221-224的无线通信的多个要素。无线控制器201包括至少 一个低功率射频收发器202，用于利用诸如PCS、CDMA或GSM的无线通信范型提供电路交换 的通信空间。此外，无线控制器201包括低功率射频收发器203，用于利用诸如WiFi (也可 以传送分组交换的网际协议语音(VoIP))的无线通信范型提供基于数据的分组交换的通8信空间。
最后，无线控制器201包括功率控制部分204，其用于调节多个乘客无线设备的功 率输出。它还用于由RF噪声或干扰设备防止机舱内乘客无线设备在处于非陆地模式时直 接和错误地接入地面网络。超低机载发射功率电平特征表示基于飞机的网络的无线控制器 201的功率控制要素对乘客无线设备的控制，以调节乘客无线设备221-2M产生的输出信 号功率，使基于地面的小区站点或基于地面的乘客无线设备接收到蜂窝信号的可能性最小 化。
显然，可以通过各种方式组合或分析无线控制器201的这些上述部分以生成与这 里公开的不同的实施。选择所述的特定实施以例示本发明的概念，并非意在将本概念的适 用性限制到其他实施。
无线控制器201通过骨干网络206连接到多个用于向乘客无线设备221-2 提供 业务的其他要素。这些其他要素可以包括用于为乘客无线设备的通信传输提供管理、交换、 路由和汇集功能的飞机接口 209 (包括“空对地通信单元”和“空对地控制处理器单元”)。 数据采集要素207用于与多个飞行系统传感器211-214和全球定位系统要素216接口连 接，以从如下所述的多个源收集数据。此外，经由有线连接或无线连接将导频通信设备，例 如显示器217和耳机218连接到本骨干网络206。
最后，使用网关收发器210将飞机接口 209互连到天线215，使得能够从用于乘客 无线设备221-224的基于飞机的网络向位于地面的收发器发射信号。这些部件中包括通信 路由器功能，以向适当的目的地转发通信信号。于是，将指定给飞机上乘客的信号路由到这 些个人，而指向例如地面上的乘客的信号被路由到地面子系统。在实现飞机上的天线215 时可以使用通常使最低点(指向地球)有效辐射功率(ERP)最小化的飞机天线模式，以为 乘客无线设备221-224的基于飞机的网络服务。
乘客登录以接入系统
在每架飞机上，乘客接入电子通信通常是由乘客的无线设备登记过程调节的，其 中必须识别、认证和授权每个电子设备以接收业务。由于相对于乘客无线设备和飞机中现 存机载无线网络之间的无线通信而言，飞机是一个自给自足的环境，所有通信都是由网络 控制器控制的。于是，在乘客激活他们的无线设备时，乘客的无线设备和网络控制器之间发 起通信会话，以识别乘客正使用的设备类型，从而识别其无线协议。在乘客的无线设备上向 他们提供“启动画面”，以宣布进入无线网络入口。一旦建立这一过程，网络控制器向乘客无 线设备发射一组登录显示，使得乘客能够标识他们自己并证实他们的身份(如果乘客无线 设备不能通过智能客户端自动执行这些任务，则自动使乘客登录到网络中)。作为这个过程 的结果，为乘客无线设备提供了唯一的电子身份(IP地址)，网络能够对乘客无线设备做出 响应而无需额外的管理开销。验证过程可以包括使用安全过程，例如口令、扫描乘客的不可 改变特征(指纹、视网膜扫描等)等。
—旦乘客无线设备登录成功，乘客就能够访问可从网络获得的免费标准电子业务 或为特定乘客定制的电子业务。可以对呈现给乘客的屏幕进行定制，以呈现乘客所乘坐航 线的品牌。
移动无线网络架构
为了描述简单起见，以下范例基于使用CDMA2000EVD0蜂窝网络范型。然而，这里9例示的概念不限于这种实施，可以预期，基于其他网络架构和实施，可以创造出其他实施方 式。因此，图3A和;3B以方框图形式示出了分别用于仅IP数据的业务和用于IP数据和 语音业务的典型EVDO蜂窝网络的架构，用于例示本飞机移动IP地址系统的架构和运行。 CDMA2000是一种混合式2. 5G/3G移动电信技术，使用CDMA (码分多址)在无线设备和小区 站点之间发送数字无线电、语音、数据和信令数据。CDMA2000蜂窝网络的架构和运行由第三 代合作伙伴计划2(3GPP》标准化。在CDMA2000蜂窝网络中，支持两种无线电接入网络技 术IxRTT和EV-DO (演化-数据优化)，其中在使用EV-DO接入网络时，CDMA2000被视为第 三代(3G)技术。
CDMA2000蜂窝网络(这里也称为“接入网络”)包括三个主要部分核心网络 (CN)、无线电接入网络(RAN)和无线设备(MQ。核心网络(CN)进一步分成两个部分，一个 部分接口连接到诸如公共交换电话网(PSTN)的外部网络，另一个接口连接到基于IP的网 络，例如因特网311和/或专用数据网312。无线设备MS终结蜂窝网络用户侧的无线电路 径，使用户能够通过被实施为互连无线设备(MS)与接入网络300的接口 to!接入网络业务。
如图3A所示，用于仅IP数据的接入网络300的几个关键部件是
基站收发系统(BTS)在^!参考点之间提供传输能力的实体。基站收发系统(BTS) 由无线电设备、天线和设备构成。
基站控制器(BSC)为一个或多个基站收发系统(BTQ提供控制和管理的实体。
分组控制功能(PCF)提供通往分组交换网络(因特网311和/或专用数据网312) 的接口功能的实体。
无线设备(MS)作为移动IP客户端工作。无线设备(MS)与接入网络300交互以获 得用于交换分组的适当无线电资源，并跟踪无线电资源的状态(例如，活动、待机、休眠)。 在无线电资源未到位或不足以支持通向接入网络300的流时，无线设备(MS)从基站收发系 统(BTS)接受缓冲分组。在加电时，无线设备(MS)自动在移动交换中心(MSC)中的归属位 置寄存器(HLR)处登记，以便
针对所接入网络的环境认证无线设备(MS)；
为归属位置寄存器(HLR)提供无线设备的当前位置；以及
为服务移动交换中心(MSC)提供无线设备的许可特征组。
在归属位置寄存器(HLR)成功注册之后，无线设备(MQ准备好拨打语音和数据呼 叫。根据无线设备自身遵从IS-2000标准(还是缺少)，这些可以采取两种形式的任一种 电路交换数据(CSD)或分组交换数据(PSD)。
无线设备必须遵守IS-2000标准以使用接入网络300发起分组数据会话。仅有 IS-95能力的无线设备限于经公共交换电话网(PSTN)发射的电路交换数据，而IS-2000终 端能够选择分组交换数据或电路交换数据。无线设备(MQ通过空中链路(AL)向接入网络 300转发的参数决定了所请求的业务类型。对于每次数据会话，在无线设备(MQ和分组数 据服务节点(PDSN)之间创建点到点协议(PPP)会话。可以由分组数据服务节点(PDSN)或 动态主机配置协议(DHCP)服务器经由归属代理(HA)提供每个无线设备的IP地址分配。
无线电接入网络(RAN)
无线电接入网络(RAN)是无线设备传送数据或语音内容的进入点。它包括
空中链路(AL)；
小区站点塔/天线以及通往基站收发子系统(BTS)的电缆连接；
基站收发子系统(BTS)；
从基站收发子系统到基站控制器(BSC)的通信路径；
基站控制器(BSC)；以及
分组控制功能(PCF)。
无线电接入网络(RAN)有若干影响网络提供特别分组业务的职责。无线电接入网 络(RAN)必须将移动客户端标识符参考映射到用于与分组数据服务节点(PDSN)通信的唯 一链路层标识符，针对接入业务验证无线设备并维持所建立的传输链路。
基站收发子系统(BTS)控制空中链路(AL)的活动并充当接入网络300和无线设 备(MS)之间的接口。在基站收发子系统(BTS)处管理射频资源，例如频率分配、扇区分离 和发射功率控制。此外，基站收发子系统(BTQ管理从小区站点到基站控制器(BSC)的回 程，以使这两个要素之间的任何延迟最小化。
基站控制器(BSC)在小区站点和移动交换中心(MSC)之间路由语音和电路交换数 据消息。它还承担着移动性管理的责任在需要的情况下控制和指导从一个小区站点到另 一个的切换。
分组控制功能(PCF)在小区站点之内的移动站(MS)和分组数据服务节点(PDSN) 之间路由IP分组数据。在分组数据会话期间，它根据需要分配可用的附加信道，以遵循无 线设备(MS)请求并由用户付费的业务。
分组数据服各节点(PDSN)
分组数据服务节点(PDSN)是从无线电接入网络(RAN)进入公共和/或专用分组 网络的网关。在简单的IP网络中，分组数据服务节点(PDSN)充当独立的网络接入服务器 (NAS)；在移动IP网络中，可以将其配置成归属代理(HA)或异地代理(FA)。分组数据服务 节点(PDSN)实施以下动作
通过建立、维持和终止通往移动客户端的链路层来管理基站子系统(BTQ、基站控 制器(BSC)和IP网络之间的无线电分组接口 ；
终止用户发起的点到点协议(PPP)会话；
为用户(从内部池或通过动态主机配置协议(DHCP)服务器或通过认证、授权和计 费(AAA)服务器)提供IP地址；
执行通往外部分组数据网络的分组路由或通往归属代理(HA)的分组路由，它们 可以任选地经由安全隧道；
收集和转发分组账单数据；
主动基于从认证、授权和计费(AAA)服务器的SCS服务器接收的概况信息管理用 户业务；以及
在本地认证用户，或向认证、授权和计费(AAA)服务器转发认证请求。
认证、授权和计费服务器
认证、授权和计费(AAA)服务器用于认证和授权用户的网络接入，以存储用户的 使用统计信息，用于记账和开发票。
归属代理
归属代(HA)支持进入支持IxRTT的其他网络的无缝数据漫游。归属代理(HA)为移动系统提供锚IP地址并向适当的网络转发任何移动绑定的业务，以传送给手机。它还维 持用户登记、向分组数据服务节点(PDSN)重定向分组并(任选地)向分组数据服务节点 (PDSN)进行安全隧穿。最后，归属代理(HA)支持从认证、授权和计费(AAA)服务器动态分 配用户并(再次任选地)分配动态的归属地址。
CDMA2000接入网络中的传统单呼叫设置
下面描述各个无线设备在CDMA2000接入网络中建立通信连接的成功呼叫设置方 案。注意，这一解释省略了基站收发子系统(BTS)的无线电接收/发射活动，而是集中在开 始于无线设备(MS)和基站控制器(BSC)之间的起始对话的协议功能。
1.为了针对分组数据业务注册，无线设备(MQ通过接入信道向基站子系统(BSS) 发送起始消息。
2.基站子系统(BSS)确认收到起始消息，向无线设备(MS)返回基站确认命令。
3.基站子系统(BSS)构造CM服务请求消息并向移动交换中心(MSC)发送该消息。
4.移动交换中心(MSC)向请求分配无线电资源的基站子系统(BSS)发送分配请求 消息。不向分组数据呼叫分配移动交换中心(MSC)和基站子系统(BSS)之间的陆地电路。
5.基站子系统(BSS)和无线设备(MS)执行无线电资源设置程序。分组控制功能 (PCF)发现没有与该无线设备(MQ关联的AlO连接，并为该数据呼叫选择分组数据服务节 点(PDSN)。AlO连接是由标准主体定义的术语，是指基站控制器(BSC)和分组数据服务节 点(PDSN)之间的接口，其中AlO指代基站控制器(BSC)和分组数据服务节点(PDSN)之间 交换的IP用户数据。
6.分组控制功能(PCF)向选定的分组数据服务节点(PDSN)发送All注册请求消肩、ο
7.验证All注册请求，分组数据服务节点(PDSN)通过返回All注册回复消息来接 受连接。分组数据服务节点(PDSN)和分组控制功能(PCF)为AlO连接创建绑定记录。术 语“All”是指基站控制器(BSC)和分组数据服务节点(PDSN)之间交换的信令。
8.在无线电链路和AlO连接都建立起来之后，基站子系统(BSS)向移动交换中心 (MSC)发送分配完成消息。
9.移动系统和分组数据服务节点(PDSN)建立链路层(PPP)连接，然后在链路层 (PPP)连接上执行移动IP登记流程。
10.在完成移动IP登记之后，移动系统可以通过在AlO连接上的GRE成帧来发送/接收数据。
11.分组控制功能(PCF)周期性发送All注册请求消息，用于为AlO连接刷新登记。
12.对于经验证的All注册请求，分组数据服务节点(PDSN)返回All登记回复消 息。分组数据服务节点(PDSN)和分组控制功能(PCF)都更新AlO连接绑定记录。
对于电路交换的话音呼叫，需要图IBB中所示的额外要素。具体而言，从分组数据 服务节点(PDSN)向媒体网关(MGW)转发从无线设备(MQ接收的分组交换语音，其中将其 变换成电路交换语音并提供给公共交换电话网(PTSN)。此外，与会话发起协议代理服务 器(SIP)交换呼叫建立数据以提供用于基于IP的通信的信令和呼叫建立协议，该通信能 够支持公共交换电话网(PSTN)中存在的呼叫处理功能和特征的超集。媒体网关控制功能12(MGCF)和信令网关(SGW)实现信令系统7(SS7)中存在的呼叫处理特征。
图4以方框图形式示出了在上述EVDO网络之内提供移动IP地址的飞机移动IP地 址系统的实施架构。公共数据交换网络401经由多个小区421、422的射频链路连接到空对 地通信单元402 (图2的飞机接口 209的一部分)，然后连接到空对地控制处理单元403 (图 2的飞机接口 209的一部分)。空对地通信单元402包括多个用于终结由小区421、422维 持的射频链路的空对地调制调解器411、412。空对地通信单元402还包括移动IP客户端 413。针对空对地调制调解器的射频设计通常使用多个调制调解器，其中一个空对地调制调 解器(空对地调制调解器411)以垂直信号极化工作，一个空对地调制调解器(空对地调制 调解器41 以水平信号极化工作；当个体空对地调制调解器上损失/增益信号强度时，该 空对地调制调解器变为休眠或活动。
在本实施例中，不为空对地调制调解器411、412分配IP地址，但利用公共数据交 换网络401上的异地代理416为空对地通信单元402上的移动IP客户端413分配各自的 IP地址。该移动IP客户端413配置有归属地址414，并注册了对应的异地代理416/归属 地址414，以将归属地址与公共数据交换网络上的空对地调制调解器411或空对地调制调 解器412关联。归属地址414到转交地址415(子网地址)的关联不变，因为转交地址415 是公共数据交换网络401的IP地址并在公共数据交换网络401中被管理。空对地通信单 元402上的移动IP客户端413需要来自空对地调制调解器411、412的信息以更新异地代 理416/归属地址414上的移动IP绑定。移动IP客户端413必须接收空对地调制调解器 411和空对地调制调解器412分配的IP地址(这是用于移动IP客户端413的转交地址)。 移动IP客户端413应当具有已配置/已知的归属地址414和归属代理服务器地址419。该 配置能够运行空对地通信单元402上的多个移动IP客户端和隧道。
图5以方框图形式示出了利用移动IP隧道提供EVDO网络外部的移动IP地址的飞 机移动IP地址系统的实施架构。在本协议的第二实施例中，为每个空对地调制调解器511、 512分配IP地址，移动IP客户端513驻留在空对地控制处理器单元503上。该移动IP客 户端513配置有归属地址514，对应的转交地址515、516分别与空对地通信单元502中的空 对地调制调解器511或空对地调制调解器512相关联。经由移动IP隧道514将空对地控 制处理器单元503上的移动IP客户端513连接到公共数据交换网络501。针对空对地调制 调解器的射频设计通常使用多个调制调解器，其中一个空对地调制调解器(空对地调制调 解器511)以垂直信号极化工作，一个空对地调制调解器(空对地调制调解器51 以水平 信号极化工作；当个体空对地调制调解器上损失/增益信号强度时，该空对地调制调解器 变为休眠或活动。
这种实施方式使用了空对地控制处理器单元503上的移动IP客户端513而未使 用异地代理，因为转交地址515、516是在移动IP客户端513上配置的，其超出了归属地址 514和归属代理服务器519的地址。在工作中，各自的移动IP客户端513在归属代理504 注册并能够利用空对地调制调解器511或空对地调制调解器512的任一个的转交地址515、 516。在注册各自的移动IP客户端513时，归属代理504具有通往空对地调制调解器511 上的转交地址1 (515)或空对地调制调解器512上的转交地址2 (516)的移动IP隧道504。 空对地控制处理器单元503上的移动IP客户端513需要来自空对地通信单元502的信息 以更新归属代理服务器519上的移动IP绑定。移动IP客户端513必须接收由空对地调制13调解器511和空对地调制调解器512分配的IP地址(这是用于移动IP客户端513的转交 地址515、516)。移动IP客户端513具有已配置/已知的归属地址514和归属代理服务器 地址519。每个空对地调制调解器511、512具有移动IP隧道504，或每个WiFi客户端具有 移动IP隧道504。
图6示出了图5的系统中使用的典型寻址方式，而图7示出了利用图6所示典型 寻址方式的变化在空对地调制调解器之间IP隧道的传送。在这些图中，有数据流到达公共 数据交换网络501，其由数据有效载荷和预先计划的目的地址DIP = HA. A和DIP = HA. B构 成。当在MIP隧道514A和514B中传送这些数据流时，向数据流预先计划分别由转交地址 CoA. 1和CoA. 2构成的地址以及通用路由封装GRE。一旦在空对地控制处理器单元503处 接收到，这些数据流的新地址头被剥离并恢复原来的地址。在图7中，经由空对地调制调解 器511路由一个MIP隧道，DIP = CoA. 2的MIP隧道中使用的预先设计地址的所得寻址变 化针对该流变为DIP = CoA. 1。
图8以方框图形式示出了利用移动IP隧道提供EVDO网络外部的移动IP地址的飞 机移动IP地址系统的实施架构。在本协议的第三实施例中，为每个空对地调制调解器811、 812分配IP地址，在空对地通信单元802上管理简单IP地址。多个IP隧道805、806将空 对地控制处理器单元803连接到基于地面的接入网络中的路由器804。空对地控制处理器 单元803执行隧道终点功能并为这些IP隧道805、806使用公共地址813。在各空对地调制 调解器811、812上损失/增益信号强度时，在两个空对地调制调解器811、812之间切换业 务。
图8是提供EVDO网络外部的移动IP地址的范例。两个空对地调制调解器811、 812都是业务调制调解器，其中两者都连接并试图建立会话/连接。每个空对地调制调解器 811、812都具有分配给它的简单IP地址，该地址可以在飞机网络之内路由。如上述系统那 样，针对空对地调制调解器的射频设计通常使用多个调制调解器，其中一个空对地调制调 解器(空对地调制调解器811)以垂直信号极化工作，一个空对地调制调解器(空对地调制 调解器81 以水平信号极化工作；当个体空对地调制调解器上损失/增益信号强度时，该 空对地调制调解器变为休眠或活动。
空对地控制处理器单元802执行如行业标准文献中定义的隧道终点功能并要求 在空对地控制处理器单元803上执行的隧道终点客户端807上配置隧道终点公共地址813。 空对地控制处理器单元803可以基于空对地调制调解器性能数据(SINR、扇区加载等)通过 空对地调制调解器811和/或空对地调制调解器812隧穿数据。在本链路的基于地面的终 点，路由器804执行隧道终点808功能。或者，可以在图3A和的核心网络中实施服务器 808以实施隧道终点功能。
服务器808在核心网络中，客户端807在空对地控制处理器单元803上。相对于来 自未通过本链路发射的IP数据的应用内容，本链路上发射的IP数据似乎没有不同。客户端 807恰在发射之前处理分组，在接收时首先处理分组，使得隧穿协议对于高层软件而言是透 明的。于是，在多个IP隧穿中，在通过隧道之后维持的WiFi客户端IP地址是透明的。数 据的所有分割和重新装配都容易处理，因为TCP会话是在客户端807和服务器808处终止 的。仅有通过隧道的数据以及在通过隧道发射的分组之内使用的分组边界与原始TCP/IP 分组化没有关系。因此，WiFi客户端和客户端807之间的TCP/IP分割完全与服务器808和起点服务器之间的TCP/IP连接隔离，反之亦然。可以在服务器808和起点服务器之间分割 数据，这种分割对客户端807和WiFi客户端之间的TCP连接没有影响。
飞机移动IP地址系统能够向每个工作于飞机中并由机载无线蜂窝网络服务的乘 客无线设备分配各个网际协议(IP)地址，由此能够向各个被识别的无线设备提供无线服务。
权利要求
1.一种用于向位于飞机上的多个乘客无线设备提供各自的基于地面的IP地址的飞机 移动IP地址系统，包括位于所述飞机中的飞机网络模块，用于产生射频通信信号，以与位于所述飞机中的所 述多个乘客无线设备中的至少一个通信；基于地面的接入网络模块，用于与至少一个基于地面的通信网络交换通信信号；以及 用于所述飞机网络模块和所述基于地面的接入网络模块之间的射频通信的空对地网 络模块，其用于独立于与位于所述飞机上的所述多个乘客无线设备相关联的多个IP地址， 在所述飞机网络模块和所述基于地面的接入网络模块之间传输数据分组。
2.根据权利要求1所述的飞机移动IP地址系统，其中所述空对地网络模块包括位于所述飞机上的数据集中器模块，用于将从位于所述飞机中的所述多个乘客无线设 备接收的用户业务和信令信道转换成至少一个集合数据流。
3.根据权利要求1所述的飞机移动IP地址系统，其中所述空对地网络模块包括位于所述基于地面的接入网络模块中的数据解集中模块，用于将所述至少一个集合数 据流解集中成多个数据流并向对应的基于地面的通信网络传送所述多个数据流中的每个。
4.根据权利要求1所述的飞机移动IP地址系统，其中所述空对地网络模块包括位于所述飞机中的移动IP客户端模块，用于容纳所述飞机上的归属地址以在所述飞 机网络模块和所述基于地面的接入网络模块之间通信。
5.根据权利要求4所述的飞机移动IP地址系统，其中所述空对地网络模块还包括 用于以互补极化来实现所述射频通信的多个空对地调制调解器模块。
6.根据权利要求1所述的飞机移动IP地址系统，其中所述空对地网络模块包括位于所述飞机中的移动IP客户端模块，用于容纳所述飞机上的归属地址以在所述飞 机网络模块和所述基于地面的接入网络模块之间通信。
7.根据权利要求6所述的飞机移动IP地址系统，其中所述空对地网络模块还包括 用于以互补极化来实现所述射频通信的多个空对地调制调解器模块，每个所述空对地调制调解器模块都具有IP地址。
8.根据权利要求6所述的飞机移动IP地址系统，其中所述空对地网络模块还包括 移动IP隧道模块，用于独立于与位于所述飞机上的所述多个乘客无线设备相关联的多个IP地址，在所述飞机网络模块和所述基于地面的接入网络模块之间传输数据分组。
9.根据权利要求1所述的飞机移动IP地址系统，其中所述空对地网络模块包括IP隧道模块，用于独立于与位于所述飞机上的所述多个乘客无线设备相关联的多个 IP地址，在所述飞机网络模块和所述基于地面的接入网络模块之间传输数据分组。
10.根据权利要求9所述的飞机移动IP地址系统，其中所述空对地网络模块还包括 用于以互补极化来实现所述射频通信的多个空对地调制调解器模块，每个所述空对地调制调解器模块都具有IP地址。
11.根据权利要求9所述的飞机移动IP地址系统，其中所述基于地面的接入网络模块 包括位于所述地面上的路由器模块，用于为所述IP隧道模块提供隧道终点功能。
12.根据权利要求1所述的飞机移动IP地址系统，其中所述空对地网络模块还包括 位于所述飞机上的空对地控制处理器模块，用于为所述IP隧道模块提供隧道终点功能。
全文摘要
飞机移动IP地址系统通过存储表示它们逐一识别的无线设备的数据向位于飞机上的乘客提供无线通信业务。该系统向将飞机网络连接到基于地面的通信网络的每个点到点协议链路分配单个IP地址并还创建飞机上的IP子网。IP子网利用用于每个点到点链路的多个IP地址，由此使得每个乘客无线设备都能够以其自己的IP地址而被唯一地识别。之所以实现这个效果，是因为点到点协议IPCP的两个终点都具有预定义的IP地址池和/或配置了拓扑。这样的方法不改变IPCP或其他EVDO协议/消息传输，但允许该地址能够被基于地面的通信网络直接看到。
文档编号H04W84/00GK102037744SQ200980118268
公开日2011年4月27日 申请日期2009年3月5日 优先权日2008年4月1日
发明者A·拉希德, B·A·劳尔, J·A·托宾, J·斯塔马托普洛斯, P·J·沃尔什, S·J·阿恩岑 申请人:Aircell有限公司