一种wtru利用蜂窝网在无线局域网中切换的方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种WTRU利用蜂窝网在无线局域网中切换的方法及系统。该方法包括：WTRU通过所述蜂窝网将切换所需的信息发送至AC；AC验证WTRU后，将验证结果群发至接入点AP，并通过蜂窝网将验证结果发送WTRU；WTRU向AP发送关联请求；AP根据所存储的验证结果以及WTRU发送的验证结果允许WTRU接入；在WTRU确定切换至另一AP时，WTRU向另一AP发送关联请求；另一AP根据所存储的验证结果以及WTRU发送的验证结果允许所述WTRU接入，从而完成在无线局域网中的切换。本发明中使得WTRU断开当前连接到建立新的连接过程不需要重新认证，所需要的时间比现有基于接入点漫游协议的切换技术所用时间少，可以保证业务连续性好，可靠性高。
【专利说明】—种WTRU利用蜂窝网在无线局域网中切换的方法及系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及移动通信领域，具体地，涉及一种WTRU利用蜂窝网在无线局域网中切换的方法及系统。
【背景技术】
[0002]鉴于无线通信的便利性，无线局域网(W1-Fi)也越来越多地得到了应用，特别是移动通信服务商都在大规模部署无线热点。但是由于无线局域网并不是针对移动应用而设计，并且其覆盖范围较小，在站点(STA，即无线局域网中的数字链路终端设备)运行速度快的场景中，移动设备节点在每个接入点(AP)覆盖下的驻留时间通常很短，所以AP间切换的技术是W1-Fi网络很重要的系统支持技术之一。站点应该被允许在同一 W1-Fi网络覆盖范围内自由漫游，组成W1-Fi网络的所有AP必须通力合作，保证向持有该站点的用户提供无缝的接入服务。当用户逐渐脱离某一 AP的范围的时候，移动终端应该在很短的时间内挂靠到另一个AP上去,这个过程称为切换。
[0003]现有技术中存在的一种实现站点切换的方案如图1所示。目前无线局域网系统大多遵循IEEE802.11协议，并采用其定义的站点主动切换技术，即在一个扩展服务集(ESS)内，STA根据空口信号质量，选择其中信号最强的AP为切换目标接入点，而在接入点间漫游协议中，STA在同一 ESS内不同AP间的切换过程为:
[0004]STA寻找到新的目标AP，切断与当前AP的连接，并给目标AP发送重连接请求；
[0005]目标AP与STA建立新的连接，给当前AP发送切换通知，并更新二层路由；
[0006]当前AP接收到切换通知，通过分布式系统(DS)的安全通道转移STA相关信息至目标AP，并清除本地的STA相关信息；
[0007]目标AP接收到STA相关信息并存储，STA切换至目标AP。
[0008]该实现方案中，站点切换通过连接或重连接过程完成，切换延时较长，对时延要求严格的业务在切换时会出现明显中断。在采用重连接过程进行切换时，由于没有对切换目标AP进行必要的安全认证的过程，因此STA的切换过程缺乏安全性保证。随意的STA主动切换还会给负载均衡等优化过程带来不必要的困难。在上述切换中，AP缺乏对切换过程进行有效控制和管理的机制，因此切换效率、服务质量(QOS)要求、安全性和优化措施等都难以保证。
[0009]现有技术中另一种站点切换实现方案如图2所示，其通过AP或接入点控制器(AC)取得STA控制权，在用户信息移植过程中可将用户的多种信息，包括用户标志信息、安全信息、申请业务信息通过有线网络的安全通道转交给目标AP，保证了切换的效率和安全性，并可以支持不同QoS业务的切换要求。图2中，AC之间通过IACTP隧道连接。该STA快速切换技术在同一 ESS下不同AP间的切换过程如下:
[0010]STA上报无线空中接口环境信息(或者切换申请)；
[0011]AP/AC根据无线空中接口环境信息和DS信息，判断切换是否发生；
[0012]移植STA信息并更新二层路由；[0013]STA切换至目标AP。
[0014]该实现方案虽然使得切换速度有一定的提高，但是也引入了一些不确定的因素，反而增加了部分延时。该切换由同步、STA信息移植和二层路由更新三者中的最大时延决定，因此切换效率得不到最大程度上的保证。另外，对于跨区域、跨运营商方面的切换，该技术不能得到有效的支持。
【发明内容】
[0015]本发明的目的是提供一种WTRU利用蜂窝网在无线局域网中切换的方法及系统，以便WTRU能够在无线局域网中无缝切换。
[0016]为了实现上述目的，本发明提供了一种WTRU利用蜂窝网在无线局域网中切换的方法，该方法包括:所述WTRU通过所述蜂窝网将在无线局域网中切换所需的信息发送至管理所述WTRU所在区域的接入点控制器AC，所述在无线局域网中切换所需的信息包括所述AC验证所述WTRU所需的信息；所述AC验证所述WTRU后，将验证结果群发至所述AC管理的WTRU所在区域的接入点AP，并通过所述蜂窝网将验证结果发送至所述WTRU ;所述WTRU向服务所述WTRU所在区域的AP发送关联请求，所述关联请求中包含所述验证结果；所述服务所述WTRU所在区域的AP根据所存储的所述验证结果以及所述WTRU发送的验证结果允许所述WTRU接入；在所述WTRU确定切换至另一服务所述WTRU所在区域的AP时，所述WTRU向所述另一服务所述WTRU所在区域的AP发送所述关联请求，所述关联请求中包含所述验证结果；所述另一服务所述WTRU所在区域的AP根据所存储的所述验证结果以及所述WTRU发送的验证结果允许所述WTRU接入，从而完成在无线局域网中的切换。
[0017]优选地，所述WTRU通过所述蜂窝网将在无线局域网中切换所需的信息发送至管理所述WTRU所在区域的接入点控制器AC包括:所述WTRU通过所述蜂窝网在无线局域网中切换所需的信息发送到移动性管理设备MME;所述MME将所述在无线局域网中切换所需的信息发送到服务网关S-GW ;所述S-GW将所述在无线局域网中切换所需的信息发送到分组数据网关P-GW ;所述P-GW将所述在无线局域网中切换所需的信息发送到管理所述WTRU所在区域的接入点控制器AC。
[0018]优选地，所述通过所述蜂窝网将验证结果发送至所述WTRU包括:所述AC将所述验证结果发送至所述P-GW ;所述P-GW将所述验证结果发送至所述S-GW ;所述S-GW将所述验证结果发送至所述MME ;所述MME将所述验证结果通过蜂窝网发送至所述WTRU。
[0019]优选地，所述服务所述WTRU所在区域的AP根据所存储的所述验证结果以及所述WTRU发送的验证结果允许所述WTRU接入包括:在所述所存储的所述验证结果以及所述WTRU发送的验证结果一致的情况下，所述服务所述WTRU所在区域的AP允许所述WTRU接入；所述另一服务所述WTRU所在区域的AP根据所存储的所述验证结果以及所述WTRU发送的验证结果允许所述WTRU接入包括:在所述所存储的所述验证结果以及所述WTRU发送的验证结果一致的情况下，所述另一服务所述WTRU所在区域的AP允许所述WTRU接入。
[0020]优选地，该方法还包括:所述AC通过所述蜂窝网将服务所述WTRU所在区域的AP的信息与所述验证结果一同发送至所述WTRU。
[0021 ] 优选地，该方法还包括:所述AC验证所述WTRU后，将验证结果群发至除所述AC之外的AC，除所述AC之外的AC将验证结果群发至其管理的接入点AP。[0022]优选地，所述在无线局域网中切换所需的信息包括:WTRU所在区域的地理位置标识、媒体访问控制MAC地址、认证状态、加密模式、以及密钥。
[0023]优选地，所述验证结果为验证码。
[0024]本发明还提供了一种WTRU利用蜂窝网在无线局域网中切换的系统，该系统包括WTRU、接入点控制器AC、以及接入点AP ;所述WTRU，用于通过所述蜂窝网将在无线局域网中切换所需的信息发送至管理所述WTRU所在区域的AC，所述在无线局域网中切换所需的信息包括所述AC验证所述WTRU所需的信息；所述AC，用于验证所述WTRU，将验证结果群发至所述AC管理的WTRU所在区域的AP，并通过所述蜂窝网将验证结果发送至所述WTRU ;所述WTRU，还用于向服务所述WTRU所在区域的AP发送关联请求，所述关联请求中包含所述验证结果；所述服务所述WTRU所在区域的AP，用于根据所存储的所述验证结果以及所述WTRU发送的验证结果允许所述WTRU接入；所述WTRU，还用于在所述WTRU确定切换至另一服务所述WTRU所在区域的AP时，向所述另一服务所述WTRU所在区域的AP发送所述关联请求，所述关联请求中包含所述验证结果；所述另一服务所述WTRU所在区域的AP，用于根据所存储的所述验证结果以及所述WTRU发送的验证结果允许所述WTRU接入，从而完成在无线局域网中的切换。
[0025]优选地，该系统还包括:移动性管理设备MME、服务网关S-GW、以及分组数据网关P-Gff ;所述WTRU，用于通过所述蜂窝网在无线局域网中切换所需的信息发送到所述MME ;所述MME，用于将所述在无线局域网中切换所需的信息发送到所述S-GW，以及将所述验证结果通过蜂窝网发送至所述WTRU ;所述S-GW，用于将所述在无线局域网中切换所需的信息发送到所述P-GW，以及将所述验证结果发送至所述MME ;所述P-GW，用于将所述在无线局域网中切换所需的信息发送到管理所述WTRU所在区域的接入点控制器AC，以及将所述验证结果发送至所述S-GW ;所述AC，还用于将所述验证结果发送至所述P-GW。
[0026]优选地，所述AC，还用于在验证所述WTRU后，将验证结果群发至除所述AC之外的AC,除所述AC之外的AC将验证结果群发至其管理的接入点AP。
[0027]本发明利用蜂窝网的通道实现了 WTRU快速注册W1-Fi网络、在多个AP间进行快速切换连接的功能。本发明中使得WTRU断开当前连接到建立新的连接过程不需要重新认证，所需要的时间比现有基于接入点漫游协议的切换技术所用时间少，可以保证业务连续性好，可靠性高。
[0028]本发明的其他特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予以详细说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0029]附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的【具体实施方式】一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中:
[0030]图1是现有技术中的一种实现站点切换的系统示意图；
[0031]图2是现有技术中的另一种实现站点切换的系统不意图；
[0032]图3是本发明提供的另一种实现站点切换的系统示意图；
【具体实施方式】
[0033]以下结合附图对本发明的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的【具体实施方式】仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
[0034]为了实现站点的快速切换，并保证业务的安全性、连续性和可靠性，本发明提供了一种利用蜂窝网实现站点切换的方案。目前蜂窝网的覆盖明显好于W1-Fi网络，因此移动终端在W1-Fi网络间切换时候可以利用蜂窝网的通道实现切换所需要的数据交换，在最短的时间内完成不同区域，不同运营商的AP间的切换，大大提高终端用户的体验度。
[0035]本发明提供的实现方案如图3所示，可以通过空中接口方法实现，即STA通过蜂窝网无线空中接口将STA的相关信息，如地理位置标识、媒体访问控制(MAC)地址、认证状态、加密模式、密钥等通知给AC。AC通过验证再将STA的相关信息注册在AC上，并通知给该STA。快速切换判决可以灵活地在STA上实现，并将判决结果落实在AP/AC上。为了能够利用蜂窝网，本实施例中的站点需要支持W1-Fi网络和蜂窝网。本发明，能够支持W1-Fi网络和蜂窝网的站点可以称为无线发射/接收单元(WTRU)。
[0036]在图3中，每个eNB中配置有AC的信息，包括其地址和管理区域信息配置，并且eNB可以定时地更新该AC的信息；可以通过AC的信息来确定哪个AC为当前的WTRU服务，从而可以正确地向WTRU发送其所需要的AC信息(例如AC的地址)。这样，每个站点都可以在eNB侧获得该AC信息。
[0037]下面结合附图，详细描述WTRU切换的过程。如图3所示，当WTRU在进入一个区域后，它首先接入蜂窝网，在蜂窝网侧关联注册后，从eNB中获得该区域AC信息(例如可以包括管理该区域内所布设的多个AP的那台AC服务器IP地址)，然后在移动过程中通过AC提供AP信息来连接不同的AP，实现快速切换。需要说明的是AC的IP地址的获取可以通过蜂窝网获得，也可以通过无线局域网获得，例如直接接入无线局域网后，通过无线局域网获得AC的IP地址。eNB具备多个AC，例如运营商自己的AC和所存储的第三方的AC，第三方AC信息可以通过其他途径收集，包括但不限于通过已在网络中的STA收集。
[0038]具体的切换过程如下:
[0039](I)WTRU通过蜂窝网方式获悉AC的IP地址；
[0040](2)WTRU通过蜂窝网连接AC服务器的过程:先通过eNB连接到核心网的移动性管理设备(MME)服务器，经过MME连接到核心网的S-GW服务器，再通过服务网关(S-Gff)连接至IJ分组数据网关(P-GW)上，通过P-GW的对外的s2a接口连接到AC中。
[0041](3)通过第(2)步中的通道，WTRU直接到AC上进行注册认证，当该WTRU得到AC服务器的认证后，可以将该WTRU所属的地理信息(如基站的ID)发送给AC，AC根据该信息，将该地理位置附近的AP信息(例如AP的标识或IP地址)和一个注册验证码发送给该WTRU。同时AC服务器将该WTRU的注册信息群发给该区域的AP。
[0042](4)AC发送给WTRU的数据信息可以通过蜂窝回传网一侧发送给WTRU，具体的过程为:AC通过s2a接口连接到P-GW，再从P-GW返回到S-WG，再从S-GW传送到eNB，通过eNB发送给WTRU。
[0043](5)WTRU在收到AC传回来的该区域的AP信息，选择适当的AP进行连接。WTRU向选定的AP发送关联请求，在关联请求的信息中包含了在AC侧的注册验证码信息。
[0044](6) AP在接收到该WTRU的关联信息后，通过AC提供的注册验证码信息，该WTRU只需要进行简单的关联，而不需要进行认证。在进行关联后，该AP将此WTRU的信息回传给AC进行备份。AP所进行的关联可以包括比较其存储的验证码和接收到的WTRU发送的验证码，二者相同则认定关联成功，WTRU可以接入。
[0045](7)这样WTRU就可以在此区域内移动，并且和同属于一台AC服务器的AP进行快速连接和切换。
[0046]可替换地，AC也可以只将验证码发送至WTRU，通过WTRU本地搜索服务其所在区域的AP (例如无线信号覆盖该区域的AP)，通过发送关联请求来接入适当的AP (例如信号较强的AP)。需要说明的是，图3中的认证、鉴权计费服务器(AAA)可以用来在WTRU注册到蜂窝网时对WTRU进行验证。
[0047]对于不同AC服务器之间实现WTRU的无缝切换，可以通过AC在验证后将验证码群发到其它的AC (例如相邻的AC)，AC再将验证码群发到其管理的AP，这样就可以实现在不同AC管理的AP间进行无缝切换。
[0048]切换的发起可以由WTRU主动确定，例如通过检测所接入的AP的信号强度降到阈值以下，可以确定需要接入其它可用的AP。
[0049]以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
[0050]另外需要说明的是，在上述【具体实施方式】中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
[0051]此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
【权利要求】
1.一种WTRU利用蜂窝网在无线局域网中切换的方法，其特征在于，该方法包括: 所述WTRU通过所述蜂窝网将在无线局域网中切换所需的信息发送至管理所述WTRU所在区域的接入点控制器AC，所述在无线局域网中切换所需的信息包括所述AC验证所述WTRU所需的信息； 所述AC验证所述WTRU后，将验证结果群发至所述AC管理的WTRU所在区域的接入点AP,并通过所述蜂窝网将验证结果发送至所述WTRU ； 所述WTRU向服务所述WTRU所在区域的AP发送关联请求，所述关联请求中包含所述验证结果； 所述服务所述WTRU所在区域的AP根据所存储的所述验证结果以及所述WTRU发送的验证结果允许所述WTRU接入； 在所述WTRU确定切换至另一服务所述WTRU所在区域的AP时，所述WTRU向所述另一服务所述WTRU所在区域的AP发送所述关联请求，所述关联请求中包含所述验证结果；所述另一服务所述WTRU所在区域的AP根据所存储的所述验证结果以及所述WTRU发送的验证结果允许所述WTRU接入，从而完成在无线局域网中的切换。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述WTRU通过所述蜂窝网将在无线局域网中切换所需的信息发送至管理所述WTRU所在区域的接入点控制器AC包括: 所述WTRU通过所述蜂窝网在无线局域网中切换所需的信息发送到移动性管理设备MME ； 所述MME将所述在无线局域网 中切换所需的信息发送到服务网关S-GW ； 所述S-GW将所述在无线局域网中切换所需的信息发送到分组数据网关P-GW ； 所述P-GW将所述在无线局域网中切换所需的信息发送到管理所述WTRU所在区域的接入点控制器AC。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述通过所述蜂窝网将验证结果发送至所述WTRU包括: 所述AC将所述验证结果发送至所述P-GW ； 所述P-GW将所述验证结果发送至所述S-GW ； 所述S-GW将所述验证结果发送至所述MME ； 所述MME将所述验证结果通过蜂窝网发送至所述WTRU。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于， 所述服务所述WTRU所在区域的AP根据所存储的所述验证结果以及所述WTRU发送的验证结果允许所述WTRU接入包括: 在所述所存储的所述验证结果以及所述WTRU发送的验证结果一致的情况下，所述服务所述WTRU所在区域的AP允许所述WTRU接入； 所述另一服务所述WTRU所在区域的AP根据所存储的所述验证结果以及所述WTRU发送的验证结果允许所述WTRU接入包括: 在所述所存储的所述验证结果以及所述WTRU发送的验证结果一致的情况下，所述另一服务所述WTRU所在区域的AP允许所述WTRU接入。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的方法，其特征在于，该方法还包括: 所述AC通过所述蜂窝网将服务所述WTRU所在区域的AP的信息与所述验证结果一同发送至所述WTRU。
6.根据权利要求1-4任意一项所述的方法，其特征在于，该方法还包括: 所述AC验证所述WTRU后，将验证结果群发至除所述AC之外的AC，除所述AC之外的AC将验证结果群发至其管理的接入点AP。
7.根据权利要求1-4任意一项所述的方法，其特征在于，所述在无线局域网中切换所需的信息包括=WTRU所在区域的地理位置标识、媒体访问控制MAC地址、认证状态、加密模式、以及密钥。
8.根据权利要求1-4任意一项所述的方法，其特征在于，所述验证结果为验证码。
9.一种WTRU利用蜂窝网在无线局域网中切换的系统，其特征在于，该系统包括WTRU、接入点控制器AC、以及接入点AP ； 所述WTRU，用于通过所述蜂窝网将在无线局域网中切换所需的信息发送至管理所述WTRU所在区域的AC，所述在无线局域网中切换所需的信息包括所述AC验证所述WTRU所需的信息； 所述AC，用于验证所述WTRU，将验证结果群发至所述AC管理的WTRU所在区域的AP，并通过所述蜂窝网将验证结果发送至所述WTRU ； 所述WTRU，还用于向服务所述WTRU所在区域的AP发送关联请求，所述关联请求中包含所述验证结果； 所述服务所述WTRU所在区`域的AP，用于根据所存储的所述验证结果以及所述WTRU发送的验证结果允许所述WTRU接入； 所述WTRU，还用于在所述WTRU确定切换至另一服务所述WTRU所在区域的AP时，向所述另一服务所述WTRU所在区域的AP发送所述关联请求，所述关联请求中包含所述验证结果; 所述另一服务所述WTRU所在区域的AP，用于根据所存储的所述验证结果以及所述WTRU发送的验证结果允许所述WTRU接入，从而完成在无线局域网中的切换。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，该系统还包括:移动性管理设备MME、月艮务网关S-GW、以及分组数据网关P-GW ； 所述WTRU，用于通过所述蜂窝网在无线局域网中切换所需的信息发送到所述MME; 所述MME，用于将所述在无线局域网中切换所需的信息发送到所述S-GW，以及将所述验证结果通过蜂窝网发送至所述WTRU ； 所述S-GW，用于将所述在无线局域网中切换所需的信息发送到所述P-GW，以及将所述验证结果发送至所述MME; 所述P-GW，用于将所述在无线局域网中切换所需的信息发送到管理所述WTRU所在区域的接入点控制器AC，以及将所述验证结果发送至所述S-GW ； 所述AC，还用于将所述验证结果发送至所述P-GW。
【文档编号】H04W84/12GK103702375SQ201310727365
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年12月25日 优先权日:2013年12月25日
【发明者】李莉, 陈建亚, 刘韵洁 申请人:北京邮电大学