专利名称：一种蜂窝网与无线局域网切换的方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种使通信终端在蜂窝网与无线局域网之间自由切换的方法，属于无线通信技术领域。
背景技术：
目前，蜂窝网和无线局域网是相互独立的两个网络，由通信终端自主选择接入网络，暂时没有能够协调控制通信终端在两个网络之间自由切换的方法。通信终端从一个网络中退出，加入新的网络后，需要重新获取网络地址,这将导致网络切换后原有的TCP/UDP通信将无法保持。现有的异构网切换技术为了保证通信的连续性，主要是通过选择高质量的候选网络来保证异构网切换时的通信质量。例如，上海华为技术有限公司在2008年9月9日提交的发明专利申请(申请号:200810042875.2)中，提出网络侧设备发送切换类型信息给接入通信终端，然后接受接入通信终端根据所述切换类型信息进行的从3GPP2小区到非3GPP2小区的切换，从而使得接入通信终端能选择最合适的切换类型以切换到非3GPP2网络中。特别是对于实时业务和时延敏感性业务而言，便于其及时选择优化切换的切换类型，使得其可以提前完成接入鉴权与授权，以及目标接入系统无线特定的协商、配置过程，降低切换的延时，提高性能，保证了接入通信终端业务的连续性。现有技术中还有一种方式是通过IP地址的映射关系来转换异构网之间的地址，实现通信的连续性。韩国SK电信有限公司在2008年10月17日提交的发明专利申请(申请号:200810166561.3)中介绍了一种在异构网络之间进行切换时提供分组服务的方法和移动通信终端，该移动通信终端包括应用模块；通信模块；和通信控制模块，该方法包括:由通信控制模块向移动通信终端分配虚拟IP ;由应用模块使用该虚拟IP请求分组数据连接；由通信控制模块通过第一移动通信网络连接调制解调器将会话连接到第一移动通信网络并从其分配到第一 IP ;通信控制模块将虚拟IP转换为第一 IP，通过第一移动通信网络向特定业务服务器传送请求，并将分组数据传送到应用模块；通信控制模块通过第二移动通信网络连接调制解调器将会话连接到第二移动通信网络，并从其分配到第二 IP，应用模块存储最后从特定业务服务器接收的帧的帧号；通信控制模块将虚拟IP转换为第二 IP，从该最后接收到的帧的下一帧开始接收分组数据，并向应用模块传送所接收的分组数据。在上述切换技术中，由于终端上的应用模块需要与通信控制模块交互，所以一般应用程序必须经过修改(需要能够记录切换前从业务服务器最后接收的帧号，切换后有可能需要重新连接业务服务器)，增加功能后，才能使用于该切换技术。这就限制了该切换技术的实际应用，难于被普遍接受。而且，从终端角度来看，通信是连接的；但是从业务服务器的角度来看，在切换前后，业务服务器不能保持同一连接。即从业务服务器看，切换时，原有连接断开，之后重新接收一次来自终端的连接请求。因此，该切换技术中，业务服务器的功能被局限在数据下载业务，其他业务可能不被支持。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够支持所有基于TCP/IP协议的业务，独立于应用程序且可以保持切换过程中的通信连续性的蜂窝网与无线局域网切换的方法。为实现上述的发明目的，本发明采用下述的技术方案:一种蜂窝网与无线局域网切换的方法，多个通信终端在加入蜂窝网时，由所述蜂窝网网关分配IP地址，所述蜂窝网网关通过IP核心网与所述无线局域网中的多个接入点进行通信，所述蜂窝网网关和所述接入点分别具有标识符并且预先分配有IP地址，其特征在于包括以下步骤:步骤1:所述通信终端搜索无线局域网信道，获得所述接入点标识符；步骤2:所述通信终端通过蜂窝网链路向蜂窝网网关发送第一切换请求，所述第一切换请求的内容包括所述接入点标识符；步骤3:所述蜂窝网网关从所述蜂窝链路接收到所述第一切换请求，从中提取出所述接入点标识符，并确定与所述接入点标识符对应的接入点是否有能力容纳新通信终端，若无，则所述蜂窝网网关通过所述蜂窝链路向所述通信终端发出禁止切换的回复；否贝U，进入步骤4;步骤4:所述蜂窝网网关通过所述IP核心网向所述接入点发送第一预切换请求，所述预切换请求的内容包括通信终端的标识符和通信终端的IP地址；步骤5:所述接入点从所述IP核心网接收到所述第一预切换请求，并从所述第一预切换请求中提取并记录所述通信终端IP地址和所述通信终端标识符，再发出第一预切换响应；步骤6:所述蜂窝网网关接收到所述第一预切换响应，则通过所述蜂窝链路向所述通信终端发送表示允许切换的第一切换回复；否则向所述通信终端发送禁止切换回复；步骤7:所述通信终端从接收到的所述第一切换回复中提取并记录所述接入点的无线接口 IP，进入步骤8 ;步骤8:所述通信终端开始缓存外发IP包，并向所述接入点发起关联请求；步骤9:所述接入点接收到所述关联请求后，向所述通信终端发送关联响应；步骤10:所述通信终端收到所述关联响应之后，修改本地IP路由表，将所述蜂窝链路的优先级降低，同时新建无线局域网链路路由条目，并将所述无线局域网链路的优先级设置为最高，开始发送IP包。在本发明中，应用程序不需要与其他模块交互，一般的应用程序不需要修改，可以直接使用切换功能，所以独立于应用程序实现切换过程中的通信连续性。另外，业务服务器感觉不到发生切换，切换前的通信连接可以保持到切换后。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步的详细说明。图1是本发明的网络结构示意图。图2是本发明的蜂窝网网关模块示意图。图3是本发明的无线局域网接入点模块示意图。图4是本发明的从蜂窝网向无线局域网切换的流程图。
图5是本发明的从无线局域网向蜂窝网切换的流程图。
具体实施例方式下面，以GSM蜂窝网络与无线局域网作为异构网的代表进行说明本发明的具体技术方案。但是，本发明可以应用于蜂窝网与无线局域网的切换，其中蜂窝网不局限于GSM，可以是CDMA或3G网等采用蜂窝结构的网络。如图1所示，本发明应用于GSM蜂窝网络与无线局域网之间的切换。在图1所示的网络结构中，GSM蜂窝网包括蜂窝网网关1，与蜂窝网网关连接的多个基站控制器(BSC)，以及与基站控制器连接的多个基站(BS)。无线通信终端以无线方式与基站实现通信。在图1所示无线局域网中，IP核心网与蜂窝网网关直接连接，多个无线接入点(AP)2连接IP核心网并且可以与通信终端3通信。在本发明中，蜂窝网网关I直接接入IP核心网，具有IP层路由功能，能够处理IP包。如图2所示，蜂窝网网关包括网络信息管理模块11、蜂窝网IP包处理模块12、蜂窝网地址伪装模块13和网关切换控制模块14。其中，网络信息管理模块维护一个IP地址池110，并记录地址池中每一个IP地址的状态:空闲、被通信终端占用、被接入点占用。该地址池中的IP地址被分配给通信终端使用或分配给接入点的无线接口使用。池中的地址全部是Internet不可直接寻址的私有IP，并处于同一个连续的地址段。池中的地址分为三部分:第一部分包含一个IP地址，在网络建立前预先分配，作为蜂窝网关的蜂窝链路IP;第二部分包含若干个IP地址，在网络建立前预先分配，作为接入点的无线接口 IP ;第三部分包含若干个IP地址，在通信终端在蜂窝网入网注册时分配给通信终端，作为通信终端IP，并在通信终端注销时归还给IP地址池。此外，网络信息管理模块还维护网关终端信息库111和接入点信息库112。终端信息库111记录网内所有通信终端的状态，用于辅助切换。网关终端信息库111的条目内容包括:通信终端标识符、通信终端(私有)IP地址、通信终端现在正在使用的链路(取值可以是:蜂窝网链路或无线局域网链路)、通信终端使用无线局域网链路时的接入点名称。接入点信息库112记录网内所有无线接入点的状态，用于辅助切换。接入点信息库的条目内容包括:接入点标识符、有线接口 IP地址、无线接口 IP地址、与接入点关联的通信终端数量。蜂窝网IP包处理模块12用于提供IP封包和解包机制。它能将IP包封装进新IP包中，生成IP-1n-1P格式的封包，并能够从IP-1n-1P格式的封包中解出原始IP包。蜂窝网地址伪装模块13，用于维护一个蜂窝地址伪装表130，记录原IP、原端口号、伪装IP，伪装端口号和该条目最近一次使用时间，并根据蜂窝地址伪装表130的记录信息，执行地址伪装功能。在终端每次使用一个新的端口号与业务服务器通信时才建立一个新的地址伪装表条目。原IP是相对于伪装IP而言的，伪装前的终端IP就是原IP。对于蜂窝网网关而言，在初始条件下，无终端入网，蜂窝网网关的地址伪装表为空。蜂窝网网关的地址伪装表条目的来源有两个:I)终端从无线局域网切换到蜂窝网且切换成功，原来位于无线局域网接入点之上的与该终端相关的地址伪装表条目(如果存在这样的条目)，将被复制到蜂窝网网关(通过切换过程中的预切换指令)并添加进蜂窝网网关的地址伪装表。
2)当使用蜂窝网链路的终端向位于IP核心网的业务服务器发送IP包时，蜂窝网网关以IP包的源IP和源端口号为索引去查询蜂窝网网关上的地址伪装表，在地址伪装表中不存在这样一个条目(条目的原IP地址等于IP包的源地址、条目的原端口号等于IP包的源端口号)时，蜂窝网网关会新建一个地址伪装表条目。同样的，对于无线局域网接入点而言，接入点在刚刚启动成功时，它的地址伪装表为空。无线局域网接入点的地址伪装表条目的来源有两个:I)终端从蜂窝网切换到无线局域网且切换成功，原来位于蜂窝网网关之上的与该终端相关的地址伪装表条目(如果存在这样的条目)，将被复制到无线局域网接入点(通过切换过程中的预切换指令)并添加进蜂窝网网关的地址伪装表。2)当使用无线局域网链路的终端向位于IP核心网的业务服务器发送IP包时，无线局域网接入点以IP包的源IP和源端口号为索引去查询无线局域网接入点上的地址伪装表，在地址伪装表中不存在这样一个条目(条目的原IP地址等于IP包的源地址、条目的原端口号等于IP包的源端口号)时，无线局域网接入点会新建一个地址伪装表条目。地址伪装表条 目不与终端一一对应，而是与“IP地址和端口”相对应。例如，一个正在使用蜂窝网链路的终端，它的IP地址为IPE1，正在使用端口 PORTEl连接业务服务器1，同时使用端口 P0RTE2连接业务服务器2。蜂窝网网关的IP核心网接口地址为IPG则蜂窝网网关上的地址伪装表应该存在这样的条目。
权利要求
1.一种蜂窝网与无线局域网切换的方法，多个通信终端在加入蜂窝网时，由所述蜂窝网网关分配IP地址，所述蜂窝网网关通过IP核心网与所述无线局域网中的多个接入点进行通信，所述蜂窝网网关和所述接入点分别具有标识符并且预先分配有IP地址，其特征在于包括以下步骤: 步骤1:所述通信终端搜索无线局域网信道，获得所述接入点标识符； 步骤2:所述通信终端通过蜂窝网链路向蜂窝网网关发送第一切换请求，所述第一切换请求的内容包括所述接入点标识符； 步骤3:所述蜂窝网网关从所述蜂窝链路接收到所述第一切换请求，从中提取出所述接入点标识符，并确定与所述接入点标识符对应的接入点是否有能力容纳新通信终端，若无，则所述蜂窝网网关通过所述蜂窝链路向所述通信终端发出禁止切换的回复；否则，进入步骤4 ; 步骤4:所述蜂窝网网关通过所述IP核心网向所述接入点发送第一预切换请求，所述预切换请求的内容包括通信终端的标识符和通信终端的IP地址； 步骤5:所述接入点从所述IP核心网接收到所述第一预切换请求，并从所述第一预切换请求中提取并记录所述通信终端IP地址和所述通信终端标识符，再向所述蜂窝网网关发出第一预切换响应； 步骤6:所述蜂窝网网关接收到所述第一预切换响应，则通过所述蜂窝链路向所述通信终端发送表示允许切换的第一切换回复；否则向所述通信终端发送禁止切换回复； 步骤7:所述通信终端从接收到的所述第一切换回复中提取并记录所述接入点的无线接口 IP，进入步骤8 ； 步骤8:所述通信终端开始缓存外发IP包，并向所述接入点发起关联请求； 步骤9:所述接入点接收到所述关联请求后，向所述通信终端发送关联响应； 步骤10:所述通信终端收到所述关联响应之后，修改本地IP路由表，将所述蜂窝链路的优先级降低，同时新建无线局域网链路路由条目，并将所述无线局域网链路的优先级设置为最高，开始发送IP包。
2.如权利要求1所述的蜂窝网与无线局域网切换的方法，其特征在于， 还包括步骤11:在收到所述第一预切换响应后的规定时间内，如果所述蜂窝网网关接收到来自所述接入点的第一切换确认，则所述蜂窝网关自动将所述通信终端标记为使用无线链路，并增加所述接入点的已关联通信终端数量， 如果所述蜂窝网网关未接收到来自所述接入点的第一切换确认，则所述蜂窝网关结束处理。
3.根据权利要求1所述的蜂窝网与无线局域网切换的方法，其特征在于， 还包括下述从所述无线局域网向所述蜂窝网切换的步骤: 步骤21:当位于所述无线局域网的所述通信终端判断需要切换的时候，所述通信终端开始缓存IP包，直到切换流程结束； 步骤22:所述通信终端向所述接入点发送第二切换请求； 步骤23:所述接入点接收到所述第二切换请求，则通过所述IP核心网向所述蜂窝网网关发送所述第二预切换请求，所述第二预切换请求至少包括所述通信终端标识符、所述通信终端IP地址及所述接入点标识符；步骤24:所述蜂窝网网关接收到所述第二预切换请求，则从中取出所述通信终端标识符和所述通信终端IP地址； 步骤25:所述蜂窝网网关向所述接入点发送第二预切换响应； 步骤26:所述接入点收到所述第二预切换响应后，通过所述接入点的无线接口向所述通信终端发送表示允许切换的第二切换回复，进入步骤27 ;否则结束切换流程； 步骤27:所述通信终端在收到所述第二切换回复后，修改本地IP路由表，并将所述蜂窝网链路路由优先级升至最高，通过所述蜂窝网链路向所述蜂窝网网关发送第三切换请求，进入步骤28 ； 步骤28:所述蜂窝网网关收到所述第三切换请求，则判断所述第三切换请求中是否包含在步骤24中获取的所述通 信终端标识符和所述通信终端IP地址，包含则进入步骤29，不包含则向所述通信终端发送包含禁止切换标志的第三切换回复，并结束切换流程； 步骤29:所述蜂窝网网关通过所述蜂窝网链路向所述通信终端发送包含允许切换标志的第三切换回复； 步骤30:所述通信终端接收到所述包含允许切换标志的第三切换回复，则断开与所述接入点的连接，删除所述无线局域网链路路由，通过所述蜂窝网链路发送IP包。
4.根据权利要求3所述的蜂窝网与无线局域网切换的方法，其特征在于， 还包括步骤30:所述蜂窝网网关在发送所述包含允许切换标志的第三切换回复后，向所述接入点发送第二切换确认；所述接入点在接收到所述第二切换确认后，删除所述通信终端的信息。
5.根据权利要求1或3所述的蜂窝网与无线局域网切换的方法，其特征在于， 在所述蜂窝网网关或所述接入点，终端向业务服务器发送IP包则建立与所述终端相关的地址伪装表条目；否则不建立地址伪装表条目， 在切换时，如果作为预切换请求发送方的所述蜂窝网网关或所述接入点已建立与所述终端相关的地址伪装表条目，则所述与所述终端相关的地址伪装表条目的复本会通过所述预切换请求发送到作为预切换请求接收方的所述接入点或所述蜂窝网网关；如果作为预切换请求发送方的所述蜂窝网网关或所述接入点没有建立与所述终端相关的地址伪装表条目，则没有地址伪装表条目会被发送到作为预切换请求接收方的所述接入点或所述蜂窝网网关。
6.根据权利要求1或3所述的蜂窝网与无线局域网切换的方法，其特征在于， 所述蜂窝网网关及所述接入点，在发送预切换请求的时候，在所述预切换请求中包含有原IP地址与终端IP地址相同的条目的复本； 如果所述蜂窝网网关接收的所述预切换请求中包含地址伪装条目复本，则在所述蜂窝网网关发送所述包含允许切换标志的第三切换回复时，将所述地址伪装条目复本添加进本地地址伪装表； 如果所述接入点接收到的预切换请求中包含地址伪装表条目复本，则在所述接入点发送所述表示允许关联的关联响应时，将所述地址伪装条目复本添加进本地地址伪装表。
7.根据权利要求1或3所述的蜂窝网与无线局域网切换的方法，其特征在于， 所述蜂窝网网关对从所述蜂窝网链路接收到的IP包，以源IP地址和源端口号为索引，对本地伪装表进行上行匹配，若匹配失败，则新建一个地址伪装表条目，再依据所述新建的地址伪装表条目，执行地址伪装；若匹配成功，则依据匹配成功的地址伪装表条目，执行地址伪装；将地址伪装完成后得到的IP包发送到IP核心网； 所述蜂窝网网关对从所述IP核心网接收到的IP包，首先检查是否为IP-1n-1P封包， 若从所述IP核心网接收到的IP包是IP-1n-1P封包则解出原始IP包，当原始IP包的目的IP对应的终端正使用蜂窝网链路时，将原始IP包通过蜂窝网链路发送给终端，当原始IP包的目的IP对应的终端正使用无线局域网链路时，将原始IP包以IP-1n-1P的形式发送给相关的接入点； 若从所述IP核心网接收到的IP包不是IP-1n-1P封包，则以目的IP和目的端口号进行地址伪装表下行匹配，若匹配成功，则进行解地址伪装，再通过所述蜂窝网链路发送给相应终端，若匹配失败则丢弃该IP包，处理结束。
8.根据权利要求1或3所述的蜂窝网与无线局域网切换的方法，其特征在于， 所述接入点对从所述无线局域网链路接收到的IP包，以源IP地址和源端口号为索引执行地址伪装表上行匹配，若匹配失败，则新建一个地址伪装表条目，根据所述新建的条目进行地址伪装后，通过所述IP核心网发送给业务服务器；若匹配成功，则根据匹配成功的条目执行地址伪装后，通过所述IP核心网接口发送给业务服务器； 所述接入点对从所述IP核心网接收到的IP包，若是IP-1n-1P形式的包，先解出原始IP包，查看原始IP包的目的IP是否为与自己关联的终端所使用，若是则通过无线局域网链路发送给终端，若否则丢弃；若非IP-1n-1P形式的包，则以目的IP和目的端口号为索引执行地址伪装表下行匹配，若匹配失败，则丢弃IP包；若匹配成功，则根据匹配成功的条目执行解地址伪装，解地址伪装后，检查目的IP，若目的IP对应的终端与自己关联，则通过所述无线局域网链路发送给相应终端，若目的IP对应的终端未与自己关联，将IP包以IP-1n-1P的形式通过IP核心网发送给蜂窝网网关。
9.一种可实现蜂窝网与无线局域网切换的系统，包括位于所述蜂窝网内的蜂窝网网关、位于所述无线局域网内的多个接入点，以及连接所述蜂窝网网关与所述多接入点的IP核心网， 所述蜂窝网网关包括网络信息管理模块、蜂窝网IP包处理模块、蜂窝网地址伪装模块和网关切换控制模块，所述网关切换控制模块与所述网络信息管理模块、蜂窝网IP包处理模块、蜂窝网地址伪装模块进行信息交互，所述网络信息管理模块用于管理IP地址、终端信息和接入点信息； 所述接入点包括终端信息管理模块、接入点IP包处理模块、接入点地址伪装模块和接入点切换控制模块，所述接入点切换控制模块与所述终端信息管理模块、接入点IP包处理模块、接入点地址伪装模块进行信息交互 所述通信终端包括本地信息库和切换控制模块，所述信息库的条目内容包括:已关联的接入点标识符、接入点的IP地址，所述切换控制模块用于发起切换请求，接收并处理切换控制信令，修改本地IP路由表，完成切换流程。
10.如权利要求9所述的可实现蜂窝网与无线局域网切换的系统，其特征在于， 所述蜂窝网地址伪装模块和所述接入点地址伪装模块，在终端每次使用一个新的端口号与业务服务器通信时才建立一个新的地址伪装表条目， 所述地址伪装表条目的内容是:原IP、原端口号、伪装IP，伪装端口号和该条目最近一次使 用时间。
全文摘要
本发明公开了一种实现蜂窝网与无线局域网切换的方法。该方法中，通信终端向蜂窝网网关发送切换请求，蜂窝网网关接收到切换请求，从中提取出接入点标识符，并根据接入点标识符确定接入点是否有能力容纳新通信终端，若无，则蜂窝网网关向通信终端发出禁止切换的回复；否则，接入点向通信终端发送关联响应；通信终端收到关联响应之后，修改本地IP路由表，将蜂窝链路的优先级降低，同时新建无线局域网链路路由条目，并将无线局域网链路的优先级设置为最高，开始发送IP包。利用本发明，可以独立于应用程序实现切换过程中的通信连续性。另外，业务服务器感觉不到发生切换，切换前的通信连接可以保持到切换后。
文档编号H04W36/14GK103179621SQ20111043620
公开日2013年6月26日 申请日期2011年12月22日 优先权日2011年12月22日
发明者钱骅, 裴旭明, 姚炜, 王育兵, 熊勇, 杨旸 申请人:上海无线通信研究中心