CN1516940A - 无线数据通信的分布式基础结构 - Google Patents

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Abstract

移动用户终端(402)通过若干网络接入点(404－412)中的一个或多个来接入分组数据网(450)。一个或多个控制点432－440确定用户终端要接入哪个或哪些网络接入点。在方便的时候，控制可能被保持在当前控制点内，或者被转移至另一控制点。最好有几个路由器，每个都有一个相关的本地代理(418－420)，它们代表每个用户终端确定需要使用哪些外来代理。存在几个外来代理(422－430)，它们把从用户终端的本地代理接收到的分组转发至目前控制与该用户终端的通信的控制点。

Description

无线数据通信的分布式基础结构
技术领域
本发明涉及无线通信系统，尤其涉及无线分组数据网络。
背景技术
图1
图1示出常规的单路由器无线分组数据网络100。分组路由器102从网络104的剩余部分接收数据分组，并把它们路由至一个或多个网络接入点106-110。网络接入点106-110在前向无线链路114-116上把分组前向发送至用户终端112。用户终端112在反向无线链路118-120上把分组发回网络接入点106-110。用户终端112可能是由人携带的蜂窝电话、便携式计算机、汽车内的移动电话、或者即使在移动时也必须提供连通性的任何其它移动设备。
控制点122与分组路由器102相连。它管理无线链路114-120。管理包括许多功能。例如，随着用户终端112的到处移动，其间的路径损耗及网络接入点106-110变化。在图1所示的情况下，控制点122必须使用户终端112用需要被至少一个网络接入点106-110接收的最小功率量进行发射。由于它造成对来自其它移动站的传输的干扰，因此移动站发射功率最小。当用户终端从由网络接入点106所服务的区域移动到由网络接入点108所服务的区域时，会有用户终端112从网络接入点106到网络接入点108的越区转换。控制点122必须管理该越区转换。其它管理功能对于本领域技术人员来说是已知的。
图2
图2示出常规的多路由器无线分组数据网络200，它支持诸如InternetEngineering Task Force RFC 2002中所述的移动IP(Mobile IP)这样的移动性协议。第二分组路由器202连接至第一分组路由器102、连接至网络104的剩余部分，或者连接至两者(如图所示)。第二分组路由器202连接至网络接入点204-206。在图2中，用户终端112正从由网络接入点110所服务的区域(它由前向链路208所服务)移动到由网络接入点204所服务的区域(它由前向链路210所服务)。控制点122在该越区转换期间(包括对反向链路212-214的管理)以与在图1所示越区转换中相同的方式来管理无线链路。控制可以根据需要从第一控制点122被传递至第二控制点222。这些控制点分别连接至第一和第二分组路由器102和202。
图2还示出本地代理224和外来代理226。本地代理224连接至第一分组路由器102，外来代理226连接至第二分组路由器202。
用户终端112具有一网络地址，分组路由器102为该地址通告可达性。因此，指向用户终端112的分组被发送至第一分组路由器102。当用户终端112在与分组路由器102相关的网络接入点(106-110)的覆盖区域内时，分组路由器102会把该分组转发至控制点122，后者会发送该分组，用于传输至目前为用户终端112提供前向无线链路的网络接入点。
用户终端112可能离开由第一分组路由器102所服务的区域，并且可能进入由第二分组路由器202所服务的区域。网络104会把指向用户终端112的分组发送至分组路由器102，后者接着把它们转发至本地代理224，本地代理224以“转交”地址的形式保持用户终端112当前位置的轨迹。然后，本地代理会把这些分组封装在指向用户终端的转交地址(如，外来代理226)的分组内，并通过分组路由器102和202发送这些分组。在接收到这些分组时，外来代理226会解封分组并把针对到用户终端112的传输的分组转发至控制点222。然后，控制点222会转发分组，用于传输至目前为用户终端112提供前向无线链路的网络接入点。
这样，数据连接的网络接入点的控制已从控制点122移动到了控制点222。在另一种常规方法中，控制不在这两个接入点之间移动，其中分组路由器102继续把用于传输至用户终端112的分组转发至控制点122，后者然后把分组直接发送到向用户终端112提供前向无线链路的无论任何网络接入点，而不考虑这些网络接入点所位于的系统。例如，控制点122可能转发分组，既用于传输至网络接入点106-110，又用于传输至网络接入点204-206。
这种结构存在若干基本问题：网络每部分的控制点是独立的失败点，它们必须是高度可靠的，从而增加它们的费用。而且，由于它们对应每个网络而言是唯一的，因此随着网络接入点数目增加，该结构不会按比例缩放，随之增加可被服务的移动终端总数，因而增加对控制点给出的负载。最后，出现高速无线协议要求控制点的低延迟控制，这由于控制点和网络接入点之间的传输和排队延时是不可能的。
此外，由于路由器连接至一个或多个网络接入点，因此路由器的失败导致在与该路由器相连的一个或多个网络接入点所服务的区域内用户服务的失败。
发明的公开
申请人通过分散控制点的功能并且允许控制点与每个网络接入点的共同相处，从而对上述结构的缺点提供了一种解决方式。申请人所提出的结构通过共同定位外来代理以及网络接入点和控制点而得到进一步优化。
而且，如果特定的结构采用多个路由器，则每个接入点可能与不止一个路由器相连。
附图简述
图1示出常规的单路由器无线分组数据网络。
图2示出常规的多路由器无线分组数据网络。
图3示出按照本发明的单路由器无线分组数据网络。
图4示出按照本发明一实施例的多路由器无线分组数据网络。
图5示出按照本发明另一实施例的多路由器无线分组数据网络。
实现本发明的方式
图3
图3示出按照本发明的单路由器无线分组数据网络300。
用户终端302用于发射并接收无线数据分组。有多个网络接入点304-308，每个都用于向用户终端302发射或从中接收无线数据分组。路由器310能够把分组发送至网络接入点304-308并从中接收它们。图3示出用户终端正离开由第一网络接入点304所服务的区域并正进入由第二网络接入点306所服务的区域的情况。
有多个控制点312-316。如在现有技术中，每个控制点都用于管理用户终端302和所选网络接入点304-308之间的无线链路318-324。然而，有多个控制点312-316而非单个控制点122。在本发明中，用户终端由与第一网络接入点共同相处的控制点所服务，用户终端用第一网络接入点已经为特定数据交换建立通信。在图3的示例中，用户终端302目前与两个网络接入点304和306相连。如果要服务用户终端的第一网络接入点是网络接入点304，则控制点会是控制点312。否则，控制点会是控制点314。通过使用本发明，接入网络的多个用户终端可由多个控制点所控制，从而在控制点间共享负载。而且，控制点的失败仅会影响由其所服务的用户终端，而非所有的用户终端。
每个控制点312-316用于选择一网络接入点304-308与用户终端302进行通信。在图3中，第一控制点312已选择第一网络接入点304作为与用户终端302通信的网络接入点。然而，当用户终端302离开由第一网络接入点304所服务的区域并且进入由第二网络接入点306所服务的区域时，第一控制点312选择两个网络接入点304和306与用户终端302进行通信。然而，第一控制点312仅选择第二网络接入点306与用户终端302通信，从而引起软越区转换。第一控制点312可能即使在进程结束后仍保持控制，或者它可能把控制转移至第二控制点314。第三控制点在刚才描述的进程中未被使用，但在用户终端302移到由第三网络接入点308所服务的区域内时可用。操作者可能产生任何便利的方法，用于确定何时在当前控制点内保持控制以及何时把控制转移至另一控制点。
软越区转换不是触发关于是在当前控制点内保持控制还是把控制转移至另一控制点的判决的唯一可能事件。操作者可能使用负载共享、控制点的失败、以及相似的考虑来确定何时触发判决。
通过使用诸如Internet Engineering Task Force RFC 2002这样的移动性协议，指向用户终端302的分组从路由器310被路由至目前控制与用户终端302的通信的控制点。
与用户终端通信所使用的实际网络接入点可能与和网络接入点相关的控制点不同，或者可能相同。
每个控制点可能根据需要来选择多个网络接入点进发地与用户终端进行通信。在这种情况下，所有所选择的网络接入点都可能与控制点的相关网络接入点不同，或者一个所选择的网络接入点可能与控制点的相关网络接入点相同。
每个控制点可能根据需要在用户终端未被分配到话务信道时高速缓存用户终端的数据链路协议信息。如果完成了这个，则高速缓存控制点可能与首先由用户终端所使用的网络接入点、与最后由用户终端所使用的网络接入点、或者与任何其它点相关。
图4
图4示出按照本发明一实施例的多路由器无线分组数据网络400。
用户终端402用于发射并接收无线数据分组。有多个网络接入点404-412，每个都用于把无线数据分组发射至用户终端402或从中接收它们。有一个或多个路由器414-416，能够把数据分组发射至网络接入点404-412或从中接收它们。每个网络接入点404-412仅连接至一个路由器414-416。有一个或多个本地代理418-420。每个本地代理418-420都与一路由器414-416相关。本地代理把指向向它们登记的用户终端的分组封装在指向用户终端的当前转交地址的分组内。该地址是与控制点共同相处的外来代理的地址，该控制点正在控制与用户终端的通信。外来代理可能连接至与本地代理相同的路由器或连接至不同的路由器。本地代理和外来代理的使用对应本领域技术人员而言是熟知的，并且在诸如InternetEngineering Task Force RFC 2002这样的移动性协议中已作描述。
有多个外来代理422-430。每个外来代理422-430都与网络接入点404-412和控制点432-440相关。每个外来代理都用于接收目前由与其共同相处的控制点所服务的用户终端的分组。外来代理接收指向它的分组。如果这些分组包含指向这种用户终端的分组，则它解封这些分组并把它们转发至控制点。
有多个控制点432-440。如图3所示，每个控制点432-440都与一网络接入点404-412相关。每个控制点432-440都用于选择一个或多个网络接入点404-412与用户终端402通信。每个控制点432-440还用于管理用户终端402和所选网络接入点408-410之间的无线链路442-448。因而，用户终端402即使在移动时也保持与网络其余部分的通信。
所选网络接入点可能与控制点的相关网络接入点不同或相同。
每个控制点可能用于选择多个网络接入点进发地与用户终端通信。如果这样，则所有所选择的网络接入点都可能与控制点的相关网络接入点不同，或者其中之一可能相同。
在越区转换后，控制可能或保持在始发控制点内，或可能被转移至与新网络接入点相关的控制点。如图3中的装置所示，操作者可能产生任何便利的方法，用于确定何时在当前控制点内保持控制，何时把控制转移至另一控制点。同样在图3的装置中，软越区转换不是触发关于是在当前控制点内保持控制还是把控制转移至另一控制点的判决的唯一可能事件。操作者可能使用负载共享、控制点的失败、以及相似的考虑来确定何时触发判决。
在任何事件中，每个控制点可能还用于在用户终端未被分配到话务信道时高速缓存用户终端的数据链路协议信息。这可能在与用户终端首先使用的网络接入点、用户终端最后使用的网络接入点或任何其它点相关的控制点内完成。
图5
图5示出按照本发明另一实施例的多路由器无线分组数据网络500。
无线分组数据网络500的无线服务区域由多个网络接入点502所覆盖，为说明目的示出五个502(1)、502(2)、502(3)、502(4)和502(5)。网络接入点502用于在前向无线链路518上把信号发射至多个用户终端516，并在反向无线链路520上从多个用户终端516接收信号。每个网络接入点502连接至多个分组路由器506。任何分组路由器506和任何网络接入点502之间的每个连接都用于提供数据分组的双向交换。分组路由器506连接至网络508的剩余部分。而且，分组路由器506可能两两相连。
为路由器506之一，如路由器502(1)提供通过网络508指向用户516的分组。按照诸如开通最短路径优先(OSPF)、边界网关协议(BGP)这样的路由协议及本领域技术人员已知的其它路由协议而作出使用哪个路由器506的判决。分组路由器502(1)把分组转发至与路由器506(1)相关的本地代理510(1)。本地代理510(1)用于以转交地址的形式保持用户终端516当前位置的轨迹。转交地址是与服务用户终端516的接入点共同相处的外来代理512的地址。本地代理和外来代理的使用对于本领域的技术人员是熟知的，并且在诸如Internet Engineering Task Force RFC2002这样的移动性协议中已作描述。然后，本地代理510(1)把分组封装成指向用户终端516的转交地址(如，外来代理512(3))的分组，并通过分组路由器506(1)和网络接入点502(3)之间的连接发送已封装的分组。
在接收到已封装的分组时，外来代理512(3)会解封已封装的分组并把针对到用户终端516的传输的分组转发到与网络接入点502(3)相关的控制点514(3)。控制点514(3)管理无线链路518(3)和520(3)。管理包括功率控制、越区转换、及本领域普通技术人员已知的其它管理功能。控制点514(3)转发用于到网络接入点502的传输的分组，网络接入点502目前为用户终端516提供无线链路。
如上所述，用户终端516由控制点514(3)所服务，后者与网络接入点502(3)共同相处，用户终端516已经用网络接入点502(3)建立通信。然而，如图5所示，用户终端516正从由网络接入点502(3)所服务的区域移动到由网络接入点502(4)所服务的区域。控制点514(3)现在管理两个网络接入点502(3)和502(4)的无线链路518和520。在一实施例中，一旦用户终端516离开由网络接入点502(3)所服务的区域而去由网络接入点502(4)所服务的区域，控制点514(4)就继续管理第二网络接入点502(4)。在另一实施例中，一旦用户终端516离开由网络接入点502(3)所服务的区域而去到由网络接入点502(4)所服务的区域，控制点514(3)就把管理转移至控制点514(4)。而且，尽管已描述了两个接入点502的越区转换，然而每个控制点514可能都用来管理多个网络接入点502以与用户终端516进发地通信。
尽管已描述了两个特定的实施例，然而由于网络的分布式特性和完全互连性，网络操作者可能产生任何便利的方法，用于确定何时在当前控制点514内保持控制，何时把控制转移至另一控制点514。因而，与用户终端516通信的实际网络接入点502可能与和网络接入点502相关的控制点514不同，或者可能相同。
软越区转换不是触发关于是在当前控制点514内保持控制还是把控制转移至另一控制点514的判决的唯一可能事件。操作者可能使用负载共享、控制点514的失败及相似的依据来确定何时触发判决。
每个控制点514可能根据需要在用户终端516未被分配到话务信道时高速缓存用户终端516的数据链路协议信息。如果完成了这个，则高速缓存控制点514可能与首先由用户终端516所使用的网络接入点502、最后由用户终端所使用的网络接入点516、或任何其它网络接入点502相关。
工业上的应用性
本发明能够在工业中使用，并且不管是否期望分布式分组数据网络提供移动性时都能制造并使用。
这里描述了实践本发明的若干示例和方式。然而，本发明的实际精神和范围并不限于此，而仅有所附权利要求及其等价物所限制。

Claims (20)

1.一种无线数据通信系统装置，包括：
多个网络接入点，每个所述网络接入点都用于：
与多个路由器的至少两个进行通信；以及
与至少一个远程用户进行通信。
2.如权利要求1所述的无线数据通信系统装置，其特征在于还包括多个控制点，每个所述多个控制点都与所述多个网络接入点中的一个相关。
3.如权利要求2所述的无线数据通信系统装置，其特征在于，所述多个控制点的每一个都用于控制至少一个所述多个网络接入点和至少一个远程用户之间的通信。
4.如权利要求2所述的无线数据通信系统装置，其特征在于，所述多个控制点的每一个都用于把在多个网络接入点的所述至少一个上的控制转移至不同的控制点。
5.如权利要求1所述的无线数据通信系统装置，其特征在于还包括：
多个路由器；以及
多个本地代理，所述多个本地代理的每一个都与所述多个路由器之一相关。
6.如权利要求1所述的无线数据通信系统装置，其特征在于还包括：
多个外来代理，所述多个外来代理的每一个都与所述多个网络接入点之一相关。
7.一种无线数据通信系统装置，包括：
多个网络接入点；以及
多个控制点，所述多个控制点的每一个都与所述多个网络接入点之一相关。
8.如权利要求7所述的无线数据通信系统装置，其特征在于，所述多个控制点的每一个都用于控制至少一个所述多个网络接入点和至少一个远程用户之间的通信。
9.如权利要求7所述的无线数据通信系统装置，其特征在于，所述多个控制点的每一个都用于把在多个网络接入点的所述至少一个上的控制转移至不同的控制点。
10.如权利要求7所述的无线数据通信系统装置，其特征在于还包括：
多个外来代理，所述多个外来代理的每一个都与所述多个网络接入点之一相关。
11.一种无线数据通信系统装置，包括：
多个路由器；
多个网络接入点，所述多个网络接入点的每一个都用于：
与所述多个路由器的至少两个进行通信；以及
与至少一个远程用户进行通信；以及
多个控制点，所述多个控制点的每一个都与所述多个网络接入点之一相关。
12.一种在分布式数据通信系统中进行数据流控制的方法，包括：
在路由器处接收指向远程用户的数据；以及
把接收到的数据发射至外来代理，所述外来代理与网络接入点相关。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述把接收到的数据发射至与网络接入点相关的外来代理包括：
把指向远程用户的所述接收到的数据提供给本地代理，所述本地代理与路由器相关。
14.一种在分布式数据通信系统中进行数据流控制的方法，包括：
接收指向远程用户的至少两个网络接入点数据；以及
在第一控制点的控制下把接收到的数据从至少两个网络接入点发射至远程用户，所述第一控制点与网络接入点相关。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述在与网络接入点相关的第一控制点的控制下把接收到的数据从至少两个网络接入点发射至远程用户包括：
在第一控制点的控制下把接收到的数据从至少两个网络接入点发射至远程用户，所述第一控制点与和远程用户通信的至少两个网络接入点之一相关。
16.如权利要求14所述的方法，其特征在于，还包括把控制从第一控制点转移至第二控制点。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述把控制从第一控制点转移至第二控制点包括：
把控制从第一控制点转移至第二控制点，所述第二控制点与至少两个网络接入点之一相关。
18.一种在分布式数据通信系统中进行数据流控制的方法，包括：
接收指向远程用户的网络接入点数据；以及
在第一控制点的控制下把接收到的数据从网络接入点发射至远程用户，所述第一控制点与网络接入点相关。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述在与网络接入点相关的第一控制点的控制下把接收到的数据从网络接入点发射至远程用户包括：
在第一控制点的控制下把接收到的数据从网络接入点发射至远程用户，所述第一控制点与不同于所述发射网络接入点的网络接入点相关。
20.如权利要求18所述的方法，其特征在于还包括把控制从第一控制点转移至第二控制点。
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