专利名称：面向道路应急无线接入的网络结构和ip流动接入方法
技术领域：
本发明属于无线通讯领域，涉及到一种在道路交通通信应用中的，面向应急通信、应急指挥的网络结构，以及实现移动终端的流动通信方法。
背景技术：
近年来重大的交通安全事故层出不穷，而在事故现场往往比较混乱、人员众多，目前现场的指挥基本依赖对讲机、公众电信。对讲机可以解决语音指挥问题，但是其所用的频率是ISM波段，易受冲突和干扰，对讲机不能解决数据、图像的传输问题。而公众电信主要缺点是容量受限，难以在不同用户间进行区分业务优先级的资源调度。在紧急情况下，大量重要的指挥调度消息与普通民众的通信需求混杂竞争有限的资源。这两者都不能充分保障应急通信的有效、实时和多业务需求。总之，随着公共无线通信的日益普及和发展，利用3G或未来的4G技术为智能交通提供通信支持，是一个重要的途径。但是，作为公众电信，其在专业领域的使用存在适应性差、费用高、带宽不能保证的缺陷，因此在应急现场，铺设专用的无线通信管道是必然之选。本专利就是基于这个背景而提出的组网和接入技术。
发明内容
技术问题为了更好地解决在智能交通应用中，车辆频繁运动带来的移动接入和网络运营管理的问题，本发明提出了一种可靠地解决在车载节点频繁移动导致的接入点切换和随之而来的IP接入问题，实现简单，无须改动TCP/IP协议栈，并可提高系统软件兼容性的面向道路应急无线接入的网络结构，以及采用这种网络结构的IP流动接入方法。技术方案本发明的面向道路应急无线接入的网络结构，包括一个或若干个具有与周边无线接入点通信能力的无线接入流动终端；—个或若干个布置在道路上或道路周边建筑中的无线接入点，用于接收来自无线接入流动终端的数据包，发送目的地址是无线接入流动终端的数据包、其它控制和配置信息；无线接入点通过由本地有线网(如以太网)或无线网组成的IP核心网与系统中其它部分用IP (IPV4或IPV6)协议互联；一个用户账号用户实时状态服务器，用于记录预配置的用户信息，同时记录包括在线状态、当前登录位置在内的当前用户状态；一个或若干个IP业务转发服务器，用于将目的地址为无线接入流动终端的IP包转发至无线接入流动终端当前接入的接入点；一个支持IPV4或IPV6的IP核心网，用于在接入点、用户账号和用户实时状态服务器、IP业务转发服务器之间的通信。本发明的采用这种网络结构的IP流动接入方法，包括无线接入流动终端的数据包接收步骤和无线接入流动终端 的接入位置更新步骤。无线接入流动终端数据包接收步骤中，数据包的接收依赖于IP业务转发服务器节点，IP业务转发服务器具有不止一个的网络接口，其中一个网络接口用于IP业务转发服务器分别与用户账号用户实时状态服务器和无线接入点进行IP通讯，其它接口连接到IP网络的路由器的端口上，每个路由器端口对应于一个IP网段，IP网段的地址分配给无线接入流动终端。无线接入流动终端的接入位置更新步骤中，无线接入流动终端在不同无线接入点之间切换时，保持无线接入流动终端位置的一致性，具体的方法为通过无线接入点向用户账号用户实时状态服务器实时更新用户当前无线接入点，然后用户账号用户实时状态服务器向IP业务转发服务器实时推送无线接入流动终端的当前无线接入点，从而实现网络中用户位置的一致性。有益效果本发明与现有技术相比，具有以下优点本发明技术方案在允许集中控制的网络中，支持终端在不同AP之间自动切换，可以保证IP地址不变化，保证无线接入流动终端对全IP业务的支持能力。但是系统未对切换中的数据包进行保护，适宜使用的场合为流动，终端在业务传输期间处于同一个AP覆盖范围，这对应急救援中的大多数场合都是适用的。而由于切换时间不长，对于差错不敏感的业务、在无线资源不紧张的情况下还是支持的。
图1是本发明中终端入网过程流程图；图2是本发明中终端切换AP的流程图；图3是本发明中IP包的收发过程流程图；图4是本发明中多用户下IP包的收发过程流程
图5是本发明的系统总体框架结构图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例，来进一步说明本发明技术方案。本发明的面向道路应急无线接入的网络结构，包括一个或若干个具有与周边无线接入点通信能力的无线接入流动终端，其实际位置不固定，具有与周边无线接入点通信的能力，并通过无线接入点接入系统中的各类服务器。IP业务终端包括但不限于电脑、手机、嵌入式车载终端等。一个或若干个布置在道路上或道路周边建筑中的无线接入点，它布置在路边或者周边建筑中，用于接收来自无线接入流动终端的数据包，发送目的地址是无线接入流动终端的数据包、其它控制和配置信息；包括但不限于终端入网登记、位置登记与更新、IP地址配置等；一个AP至少拥有一个与终端通信的无线网络接口(记为AP-1NTERFACE-W)，一个或若干个有线或无线的，与用户账号用户实时状态服务器通信的接口(记为AP-1NTERFACE-L)。AP通过有线或无线网络接入到系统中。一个用户账号用户实时状态服务器(URSS)，用于记录预配置的用户信息，包括但不限于认证信息、用户权限、IP地址信息等，同时记录当前用户状态，包括在线状态、当前登录位置等；一个或若干个IP业务转发服务器(IPTS)，用于将目的地址为终端地址的IP包转发至终端当前接入的接入点；
一个支持IPV4或IPV6的IP网络，用于在无线接入点、用户账号用户实时状态服务器、IP业务转发服务器之间的通信；下文的系统初始化步骤和系统运行步骤(包括无线接入移动终端接收数据包过程、无线接入移动终端发送数据包过程、无线接入终端切换过程)详细描述了本发明的采用这种网络结构的IP流动接入实现方法。一、系统运行初始化步骤(I)对网络中的AP、URSS, IPTS进行初始配置，设置AP、URSS, IP业务转发服务器IPTS-1NTERFACE-A网络接口的IP地址，保证三者之间可以进行正常IP通信；(2)配置URSS，登记或装入用户信息，启动一个应用层服务，等待来自接入点(AP)和IPTS的连接； (3)将IPTS的若干IPTS-1NTERFACE-B接口连接到对应的路由器端口，创建到URSS的TCP/IP连接，并启动一个应用层服务，等待来自接入点(AP)的连接；(4) AP启动，创建一个到URSS的TCP/IP连接，并从URSS下载各移动终端网段对应的IPTS服务器地址和端口列表，每个终端网段为一个表项；(5)当有移动终端开机后，通过无线链路控制层向所接入的AP发送登录请求；(6)该请求被AP转发至URSS ；(7)URSS进行用户认证后，将预配置的IP(如固定IP的终端)、或实时分配的IP地址、或者如果发生了切换将切换前的IP地址，以及其它网络参数传递给AP转交终端，完成终端初始IP地址参数的初始化。URSS同时将该用户的当前状态及所接入的AP通知该终端对应的IPTS ； (8) IPTS接收到其管辖的终端的新位置，进行本地登记、建表备查；(9)AP将接受到的地址参数转交终端，同时AP建立一个到该终端所在子网IPTS服务器的TCP/IP连接，如果已经有连接则不新建连接；(10)终端利用收到的地址就行TCP/IP协议栈参数初始化，如果收到的地址与之前相同则不动作。二、系统运行步骤终端发送IP包的过程(I)终端产生一个IP包时，源IP是自身的IP (设为IPS)，目的IP为对端的IP (设为IPD)，该包由终端交给接入的AP处理；(2) AP 从无线接口 AP-1NTERFACE-W 接收到，并将此包经过 AP 的 AP-1NTERFACE-L转发出去；(3)该包被网络里面的路由器接收到，并被正常路由到该包的目的节点。终端接收IP包的过程(I)对端发出IP包，源IP为IPD，目的地址为IPS ；(2)该IP包被路由器接收到，并路由至IPS的对应网段；(3)该网段相连的IPTS其某个IPTS-1NTERFACE-B接口得到，随后IPTS根据该IP包的目的地址查询目前该终端所处的AP地址，将这个IP数据包通过其IPTS-1NTERFACE-A接口以IP隧道的方式利用先前AP与IPTS的连接传输给AP。(4)该AP将IP包由AP-1NTERFACE-W接口转发给终端；
(5)终端接收到一个来自对端的源地址为IPD，目的地址为自身(IPS)的数据包，完成IP包的接收操作。终端切换过程(I)终端由于移动等原因导致原接入AP(记为API)信号减弱，终端重新搜索当前信号最佳的AP，并经过无线链路控制层协议切换至新的AP (记为AP2)；(2) AP2上触发一个事件，AP2向URSS汇报终端位置变更；(3)URSS收到终端位置变更消息后，在URSS上触发两个事件，一个是向该终端对应的IPTS服务器(记为IPTS-T)更新终端新位置，一个向终端原先接入的APl发出用户脱离消息；(4) IPTS-T更新用户当前接入的AP地址由APl更新至AP2 ；(5)APl完成终端离开的后续清理工作。附图1描述了终端入网工作过程。为简便起见，图中未画出IPTS的IPTS-1NTERFACE-A接口的连接，下同。图中URSS给Tl预分配了地址10.1.1. 2，掩码为255. 255. 255. 0，为简化起见省略了网关及DNS配置。其中各步骤的说明如下①终端Tl发现无线接入点AP1，并向APl发起入网请求；@AP1将此请求转交给URSS，URSS鉴权完毕后，读取预分配的IP地址(10.1. 1.2)(如果终端切换，则再次分配之前的IP地址)，同时在自身数据库中查询该IP地址对应的IPTS服务器地址IPTSl ;③由于IPTSl已经与URSS预建立了一个连接，URSS通过该连接通知Tl的新位置(API) IPTSl回送确认； URSS向APl传送地址及确认消息； AP1向Tl回送地址(10.1.1. 2)和确认消息。附图2描述了终端切换过程，图中Tl终端原先接入的是API。与图1相比，处理流程基本相同，无线接入点变 成了 AP2，由于发生了切换，因此额外通知原先接入AP1，此终端已经脱离。与附图1相比，多出的⑦和⑧步骤为⑦URSS通知APl无线接入流动终端Tl脱离API ; AP1回送URSS确认消息。附图3以查询气象与路况为例给出了移动节点进行IP数据收发的过程。其中各步骤说明如下①终端产生查询请求，IP的源地址为Tl的地址，IP的目的地址为气象与路况服务器的地址 ’②AP2将该IP包从其某个AP-1NTERFACE-L接口发送出去，并进IP核心网路由至气象与路况服务器；③气象与路况服务器接收到该包后，产生响应消息，响应消息的源地址为气象服务器的地址，目的地址为10.1.1. 2 (Tl的IP地址)，该IP包被正常路由到路由器的10.1.1. 0/24接口，并被与之相连的IPTSl接收得到； IPTSl从URSS推送的终端位置得知该目的IP在AP2处，IPTSl查询AP2的连接，并把完整IP数据包转交给AP2 ；⑤AP2解出完整数据包，并从AP-1NTERFACE-W网络接口发送给Tl。附图4描述了多个用户终端同时访问某个服务器的情况。该图说明了，不同的终端访问服务器时，服务器的响应消息回程路径。由于Tl和T2的网段不同，服务器发送给他们的数据包分别路由到不同的网段，并被不同的IPTS处理。
权利要求
1.一种面向道路应急无线接入的网络结构，其特征在于，该网络结构包括 一个或若干个具有与周边无线接入点通信能力的无线接入流动终端； 一个或若干个布置在道路上或道路周边建筑中的无线接入点，用于接收来自无线接入流动终端的数据包，发送目的地址是无线接入流动终端的数据包、其它控制和配置信息；所述无线接入点通过由本地有线网或无线网组成的IP核心网与系统中其它部分用IP协议互联； 一个用户账号用户实时状态服务器，用于记录预配置的用户信息，同时记录包括在线状态、当前登录位置在内的当前用户状态； 一个或若干个IP业务转发服务器，用于将目的地址为无线接入流动终端的IP包转发至无线接入流动终端当前接入的接入点； 一个支持IPV4或IPV6的IP核心网，用于在接入点、用户账号用户实时状态服务器、IP业务转发服务器之间的通信。
2.一种采用权利要求1所述面向道路应急无线接入的网络结构的IP流动接入方法，其特征在于，该方法包括无线接入流动终端的数据包接收步骤和无线接入流动终端的接入位置更新步骤； 所述无线接入流动终端数据包接收步骤中，数据包的接收依赖于IP业务转发服务器节点，所述IP业务转发服务器具有不止一个的网络接口，其中一个网络接口用于IP业务转发服务器分别与用户账号用户实时状态服务器和无线接入点进行IP通讯，其它接口连接到IP网络的路由器的端口上，每个路由器端口对应于一个IP网段，所述IP网段的地址分配给无线接入流动终端； 所述无线接入流动终端的接入位置更新步骤中，无线接入流动终端在不同无线接入点之间切换时，保持无线接入流动终端位置的一致性，具体的方法为通过无线接入点向用户账号用户实时状态服务器实时更新用户当前无线接入点，然后用户账号用户实时状态服务器向IP业务转发服务器实时推送无线接入流动终端的当前无线接入点，从而实现网络中用户位置的一致性。
全文摘要
本发明公开了一种面向道路应急无线接入的网络结构，以及采用这种网络结构的IP流动接入技术，用于解决覆盖一个城市范围海量用户的交通通信服务中流动用户接入问题。本发明技术方案在允许集中控制的网络中，支持终端在不同AP之间自动切换，可以保证IP地址不变化，保证无线接入流动终端对全IP业务的支持能力。同时系统未对切换中的数据包进行保护，适宜在流动场合使用，终端在业务传输期间处于同一个AP覆盖范围，适用大多数的应急救援场合。
文档编号H04W48/16GK103067535SQ201210576328
公开日2013年4月24日 申请日期2012年12月26日 优先权日2012年12月26日
发明者陈国华, 陈晓曙 申请人:东南大学