接入网中的移动性代理选择 【技术领域】
本发明涉及一种在接入网中为路由较高协议层业务，如因特网型协议业务，选择移动性代理的机制。
背景技术
移动通信系统一般是指用户在系统的服务区域内移动时能进行无线通信的任何通信系统。一种典型的移动通信系统为公众陆地移动网络(PLMN)。移动通信网络通常为接入网，为用户提供到外部网络、主机或由特定服务提供商提供的业务的无线接入。
通用分组无线电业务GPRS为GSM系统(全球移动通信系统)中的一个新业务。一个子网包括大量分组数据业务节点SN，本应用中称为服务GPRS支持节点SGSN。每个SGSN连接GSM移动通信网络(典型地连接基站系统中的基站控制器BSC或基站BTS)，以便SGSN能通过若干基站(即小区)为移动数据终端提供分组业务。中间移动通信网络在SGSN和移动数据终端之间提供无线接入以及分组交换数据传输。不同子网又通过GPRS网关支持节点GGSN连接一个外部数据网络，如公众交换数据网络PSPDN。由此，当GSM网络用作无线接入网RAN时，GPRS业务允许在移动数据终端和外部数据网络之间提供分组数据传输。
当前正开发第三代移动系统，如全球移动通信系统(UMTS)和未来公众陆地移动通信系统(FPLMTS)，以后将更名为IMT-2000(国际移动通信2000)。在UMTS体系结构中，UMTS地面无线接入网(UTRAN)由一组连接核心网(CN)的无线接入网RAN(也称为无线网络子系统RNS)组成。每个RAN负责其小区组的资源。对于移动台MS和UTRAN之间的每一个连接，RAN就是服务RAN。RAN包括一个无线网络控制器RNC和多个基站BTS。正将使用UMTS无线接入网的一种核心网即为GPRS。
开发移动通信网络的一个主要目标是提供一个具有标准IP骨干的IP(网际协议)业务，在移动网络中将使用移动IP与移动网络移动性管理相结合。基本地IP概念并不支持用户的移动性：IP地址是根据网络接口的物理位置分配给网络接口的。事实上，IP地址(NETID)的第一字段对连接到同一因特网子网的所有接口都是通用的。这种方案防止用户(移动主机)在不同因特网子网间移动时，即改变物理接口时，保持其地址。
为增强因特网的移动性，由因特网工程特别任务组(IETF)在RFC2002标准中提出了针对IP4的移动IP协议。移动IP使得能够路由IP数据报到移动主机，而与子网中的连接点(point of attachment)无关。移动IP协议引入了下述新功能或结构实体。
‘移动节点MN’(也称为移动主机MH)指的是改变其连接点从一个网络或子网到另一网络或子网的主机。移动节点可改变其位置但不改变其IP地址；可利用其(固定的)IP地址继续与其它任何位置的因特网节点通信。‘移动台(MS)’为与网络有无线接口的移动节点。‘隧道(Tunnel)’为数据报被封装后的传输路径。封装后的数据报被路由到一个已知的解封代理，该代理解封数据报并将其正确地分发到其最终目的地。每个移动节点通过一个由隧道标识符识别的唯一隧道连接到一个本地代理，该标识符对给定的外地代理/本地代理对是唯一的。
‘归属网络’为一个用户逻辑归属的IP网络。就物理意义上讲，它可以是例如经路由器连接到因特网的局域网(LAN)。‘归属地址’是在一个扩展时间周期内，分配给移动节点的地址。不论MN在何处连接到因特网归属地址都保持不变。或者，也可从地址池分配归属地址。
‘移动性代理’为本地代理或者外地代理。‘本地代理HA’是移动节点归属网络上的路由实体，当移动节点远离其归属网络时，它为分组数据开辟道路以传输到该移动节点，并为该移动节点保持当前位置信息。它为数据报开辟道路传输到移动节点，或者，当移动节点离开归属网络时，撤消开辟的道路。‘外地代理FA’指的是移动节点受访网络中的路由实体，它在注册后为移动节点提供路由服务，由此允许移动节点使用其归属网络地址。外地代理撤消开辟的道路，并将移动节点的本地代理发送的分组传送到该移动节点。对于由移动节点发送的数据报，外地代理可用作注册的移动节点的默认路由器。
RFC2002定义了‘转交地址’(COA)作为当移动节点离开归属网络时，对于转发到移动节点的数据报，通向移动节点的隧道的终点。该协议能使用两种不同类型的转交地址：“外地代理转交地址”为外地代理宣布的地址，利用此地址注册移动节点，而“共址转交地址”为从外部获得的本地地址，这是移动节点在网络中获得的。MN可同时具有多个COA。MN的COA注册到其HA。当移动节点接收到来自外地代理的公告时刷新COA列表。如果公告到期，应从列表中删除其入口。一个外地代理可在其公告中提供一个以上的COA。“移动绑定”为结合本地地址与转交地址，该关联的剩余生命期。MN通过发送一个注册请求注册其COA到其HA。HA回应一个注册应答并为MN保持一个绑定。
允许在所有类型的接入网络之间漫游的单个通用移动性处理机制将允许用户在固定和移动网络之间、公众和个人网络之间，以及在不同接入技术的PLMN之间自由移动。因此，在诸如UMTS和GRPS的移动通信系统中也正在开发支持移动IP功能的机制。
假设对GPRS标准和运营商并不想支持MIP的网络作很小改动，希望移动IP将实现对UMTS/GRPS网络的覆盖同时保持与现有系统的向后兼容。图1示出了对于希望提供移动IP业务的GRPS运营商的最小配置。当MIP允许用户在其它系统(例如LAN)和UMTS之间漫游而不会失去一个正进行会话时，当前GPRS结构被保持并在PLMN内处理移动性。图1中，外地代理FA位于GGSN。所有GGSN可以没有FA。SGSN和GGSN也可共址。PLMN中有一个FA就足以提供MIP业务，但由于容量和效率的缘故，可能希望不止一个FA。这意味着MS必须请求与提供FA功能的GGSN一起建立一个PDP语境。在建立PDP语境时，MS被告知有关FA的网络参数，例如转交地址。
问题是要知道SGSN是否有一个与外地代理(FA)能力相关的GGSN，以及打开一个PDP地址到若干FA中正确的一个，例如最近的一个。
类似的问题也可能在任何移动性管理以及在覆盖接入网移动性管理的系统级的路由中遇到。这些各种各样的覆盖移动性管理在此通称为宏移动性管理。
【发明内容】
本发明的一个目的是克服或部分克服上述问题。
该目的是通过一种方法、系统和接入节点实现的，其特征在所附独立权利要求中公开。本发明的优选实施例在所附相关权利要求中公开。
在本发明中，一个支持节点，或者一般来说，任何接入节点，最好在移动台的连接过程期间检查所关心的移动台是否具有宏移动能力，即，是否能假设可能需要移动性实体或宏移动能力。移动性实体可以是在宏移动性级别上提供连接点的任何实体，例如移动IP型移动性管理中的移动性代理。如果没有移动性能力，则执行常规连接过程。然而，如果具有宏移动能力，则接入节点为移动台选择一个适当的移动性实体，并联同接入语境建立发送所选泽的移动性实体的识别到移动台。接入语境建立可以是，例如分组协议(PDP)语境的创建，而且接入节点可请求移动台在系统中启动分组协议(PDP)语境的激活。移动性实体的识别最好在PDP语境激活请求中发送，这样就不要求额外的消息。同时，可发送其它移动性实体的属性到移动台。如果移动台确实对使用宏移动感兴趣，则立即执行PDP语境激活以便建立一个到所选移动实体的连接。
在本发明的优选实施例中，宏移动性管理为移动IP型移动性管理。移动IP中移动性代理的典型特征在于，其周期性地发送代理公告消息到移动节点以便通知其服务。移动节点利用这些公告确定到因特网的当前连接点。所建立的到所选移动性代理的连接允许由所选移动性代理发送的代理公告消息被该移动节点接收，由此移动节点能够启动一个标准移动IP注册。
在本发明的一个实施例中，当移动台对使用宏移动不感兴趣时，例如由于移动台当前没有相关的移动节点(例如利用移动IP的应用或设备)，将忽略PDP激活请求。移动台可另外存储接收的移动性实体信息留待以后使用。当移动台在下一步骤希望根据特定的宏移动性管理注册时，它能使用存储的信息。
移动性实体的选择可基于任何适当的标准。例如，可选择与距离最近的网关节点相关的移动实体以便优化宏层业务的路由。另一个标准可以是移动性实体的当前负载，以便优选轻业务负载的移动性实体而不是重负载的移动性代理以分担网络中的业务量。选择也可基于存储于接入节点的移动性实体数据，或者基于从另一网元接收的信息或压倒一切的命令，或者基于这些信息的组合。
宏移动能力的检测可基于存储于用户数据库中的用户数据，或在所述连接过程中所述移动台提供的信息。例如，移动台可通过例如移动台级别在连接请求中指出移动IP能力。另外一个例子是，通过询问归属用户数据库可检查移动IP的能力。通常，这种检测包括所有指示移动台到移动节点的移动IP能力的测量。
本发明的一个优点是移动台无需预先知道移动性代理，而是在它接入到网络时被告知一个适当的移动性代理。本发明的另一个优点是，接入节点处的新发明功能使得能检测一个移动实体需要在网络的每一部分选择最佳移动性实体并改变它，而无需在分组无线电网络的其它单元中或在移动IP级别所需的任何非标准信令或过程。移动实体的优化选择还可导致更优化的路由，这使得在分组无线电系统中能节省或更有效地使用传输移动性实体资源，而且由于接入节点和移动性实体之间的连接路程更短而使得连接可能更快。
【附图说明】
下面将参考附图通过优选实施例更加详细地描述本发明，其中：
图1示出了GPRS网络的体系结构；
图2为示意根据本发明的方法的信令图；以及
图3为示意支持节点功能的流程图。
具体实现方式
本发明能应用于任何要求覆盖接入网的移动性管理的宏移动性管理的分组模式通信中。本发明特别适用于在接入网中支持移动IP型移动性管理。这种接入网可以是任意类型的接入网，例如无线接入网。本发明尤其优选用于在泛-欧数字移动通信系统GSM(全球移动通信系统)，或在相应的移动通信系统中，例如DCS1800和PCS(个人通信系统)，或在实现GPRS型分组无线电的第三代(3G)移动系统中，如UMTS，提供通用分组无线电业务GPRS。下面将参考由GPRS业务和3G或GSM系统形成的GPRS分组无线电网络描述本发明的优选实施例，但本发明并不局限于这个特定的分组接入系统。
图1示意了使用3G无线接入(如UMTS)或2G无线接入(如GSM)的GRPS体系结构。GPRS的基本设施包括支持节点，例如GPRS网关支持节点(GGSN)和GPRS服务支持节点(SGSN)。GGSN的主要功能涉及与外部数据网络相互作用。GGSN利用SGSN提供的有关MS路径的路由信息刷新位置目录，并通过GPRS骨干网路由封装的外部数据网络协议分组到当前服务MS的SGSN。GGSN还解封外部数据网络分组并将其转发到适当的数据网络，并处理数据业务的计费。
SGSN的主要功能是在其服务区域检测新的GPRS移动台，处理注册新的MS到GPRS寄存器的过程，发送数据分组到GPRS MS或从GPRSMS接收数据分组，以及保持MS在其服务区域的位置记录。预约信息存储于GPRS寄存器(HLR)，其中还存储了移动台识别(如MS-ISDN或IMSI)与PSPDN地址之间的映射。GPRS寄存器用作数据库，从该数据库SGSN能询问在其区域内一个新的MS是否允许加入GPRS网络。
GPRS网关支持节点GGSN连接运营商的GPRS网络到外部系统，如其它运营商的GPRS系统到数据网络11，如IP网络(因特网)或X.25网络；或若到一个服务中心。固定主机14例如通过一个局域网LAN和路由器15，可连接到数据网络11。边界网关BG提供接入到一个运营商间的GPRS骨干网络12。GGSN还可直接连接一个专用企业网络或一个主机。GGSN包括GPRS用户的PDP地址和路由信息，即SGSN地址。路由信息用于将协议数据单元PDU从数据网络11传递到MS的当前交换点，即传递到服务SGSN。SGSN和GGSN的功能可连接为同一物理节点(SGSN+GGSN)。
GSM网络的归属位置寄存器HLR包含GPRS用户数据和路由信息，并将用户的IMSI映射为一对或多对PDP类型和PDP地址。HLR还映射每个PDP类型和PDP地址对到一个GGSN节点。SGSN有一个与HLR的Gr接口(直接信令连接或通过内部骨干网13连接)。漫游MS的HLR及其服务SGSN可位于不同移动通信网络中。
通过例如一个局域网(如IP网络)可实现互连运营商的SGSN和GGSN设备的运营商内骨干网13。应注意的是，没有运营商内骨干网也可实现运营商的GPRS网络，例如通过在一台计算机中提供所有的功能。
网络接入提供了一种将用户与电信网络连接的手段，以便利用该网络的服务和/或设备。接入协议是一组定义的使用户能使用网络的服务和/或设备的过程集合。与移动交换中心MSC位于同一分层的SGSN跟踪各个MS的位置并执行安全功能和接入控制。GPRS安全功能等效于已有GSM的安全功能。SGSN基于已有GSM中的相同算法、密钥和标准执行鉴权和密码设置过程。GPRS使用优化用于分组数据传输的加密算法。
为获得GPRS服务，MS应首先通过执行GPRS连接操作使网络知道自己的存在。这个操作在MS和SGSN之间建立一条逻辑链路，并使SMS通过GPRS能获得MS，用于通过SGSN寻呼以及通知GPRS数据的到来。具体来讲，当MS连接到GPRS网络时，即在GPRS连接过程中，SGSN创建一个移动性管理语境(MM语境)，并在协议层的MS和SGSN之间建立一条逻辑链路LLC(逻辑链路控制)。MM语境存储于SGSN和MS中。SGSN的MM语境可包含用户数据，如用户IMSI、TLLI以及位置和路由信息等等。
为了发送和接收GPRS数据，MS应通过请求一个PDP激活过程激活其想要使用的分组数据地址。这个操作使得相应的GGSN知道MS的存在，而且可开始与外部数据网络的互通。具体来讲，在MS、GGSN和SGSN中创建一个或多个PDP语境并连同MM语境存储于正服务SGSN中。PDP语境定义了不同数据传输参数，例如PDP类型(如X.25或IP)、PDP地址(如IP地址)、服务质量QoS以及NSAPI(网络业务接入点标识符)。MS利用一个特定消息激活PDU语境，激活PDP语境请求，在该消息中给出了关于TLLI、PDP类型、PDP地址、请求的QoS和NSAPI，或者接入点名称APN的信息。SGSN发送一个创建PDP语境消息到GGSN，而GGSN创建PDP语境并发送给SGSN。SGSN在一个激活PDP语境响应消息中发送PDP语境到MS，并在MS和GGSN之间建立起一条虚拟连接或链路。结果，SGSN转发所有来自MS的数据分组到GGSN，而GGSN又发送所有接收自外部网络且定址到MS的数据分组到SGSN。PDP语境存储于MS、SGSN和GGSN之中。当MS漫游到一个新的SGSN的区域时，新SGSN从原SGSN请求MM和PDP语境。
图1示出了GPRS/3G环境中的移动IP实现。
MS可以是一台连接蜂窝电话具有分组无线电传输能力的膝上型计算机PC。或者，MS也可以是小型计算机和分组无线电话的集成，在外形上类似于诺基亚9000系列的通信装置。MS还可以表现为各种寻呼机，遥控、监视和/或数据获取装置等。移动台MS的用户预约一个特定的移动IP业务。预约信息连同用户的归属IP地址存储于归属位置寄存器HLR。
图1中，外地代理FA位于(集成到)GGSN中。一个可选方案为SGSN和GGSN共址，而FA就位于SGSN+GGSN。应注意，一个网络中可能有不止一个SGSN和GGSN。所有的GGSN均可没有FA。每个FA在因特网中和运营商自己专用的GPRS/3G骨干网中有一个IP地址。准确地讲，FA的IP地址使得指定到该地址的IP分组在因特网中被路由到与FA相关的GGSN。当MN离开其归属子网注册到一个新的FA时，它就无法单独根据其归属IP地址到达，而是必须被分配一个属于受访网络的地址，称为转交地址(COA)。转交地址能确切地识别移动终端的瞬时位置，而且可以为：1)属于受访网络的FA的IP地址，或2)由移动终端通过自动配置机制直接从本地IP地址空间获得的IP地址，在此情况下使用术语共址转交地址。一旦注册到新的FA并获得一个COA，MN就注册到其归属网络中的一个本地代理HA并告知其COA。图1中，本地代理HA位于数据网络11中，该网络是与移动台MS相关的移动节点MN的归属网络。希望与MN通信的第二主机14无需知道MN已经移动了：它只简单地发送定址到MN的归属IP地址的IP分组。这些分组通过正常IP路由被路由到MN的归属网络，在此它们被HA截收。HA将每个这样的分组封装为另一个包含MN的COA的IP分组，这些分组由此被发送到FA(一种称为开辟隧道的过程)。FA转发IP分组给GGSN。GGSN转发IP分组(可能被封装，以便通过GPRS骨干网传输)给服务SGSN，服务SGSN又进一步转发IP分组给MS/MN。分组从MN到第二个主机14不必开辟隧道传输：MN可以简单地发送它们到GGSN，GGSN直接转发这些分组到第二个主机14，而不会被FA或HA截收。
上面提到，根据本发明，SGSN选择移动性代理并在GPRS连接期间指示给移动台。现在参考图1、2和3描述本发明的一个优选实施例。
现在参考图1。移动台MS的归属网络为GPRS/3G网络1。移动台MS的用户预约一个特定的移动IP业务，而且在MS或一个独立数据终端中的IP应用为移动IP通信中的移动节点MN。
现在我们假设MS/MN位于由支持节点SGSN2服务的另一个GPRS/3G网络2的服务区域内。MS方侦听无线电广播消息，该消息包含无线电参数、网络和小区识别等信息，以及有关可用核心网、服务提供商、业务能力等信息。接着，MS发送一个GPRS连接请求到SGSN2，如图2中步骤1所示。SGSN2创建一个移动性管理语境(MM语境)，并在协议层MS和SGSN之间建立一条逻辑链路LLC(逻辑链路控制)。MM语境存储于SGSN和MS。SGSN的MM语境可包含用户数据，如用户的IMSI、TLLI以及位置和路由信息等等。鉴权、加密和位置刷新过程，以及为获取用户数据对MS/MN的HLR的询问，典型地可涉及MM语境的创建，如步骤2所示。在该优选实施例中，步骤1和步骤2涉及的过程与在当前GPRS/UMTS规范中定义的基本GPRS连接一致。
根据本发明步骤3，在GPRS连接过程期间，SGSN2最好在创建MM语境之后执行移动IP能力检测和FA选择过程。
图3示意了根据本发明的优选实施例的检测和选择过程。
在步骤31，SGSN2检测MS/MN是否具有移动IP能力。例如，SGSN2可检查从HLR得到的用户数据是否指示移动台MS预约了一个特定的移动IP业务。或者或另外，SGSN2可检测在来自MS的连接请求消息中接收的移动台级别信元是否指示MS具有移动IP能力。移动台级别信元用于指示移动台设备对网络的一般特征以便影响网络处理移动台的操作的方式。如果在级别信元中指示了移动IP能力，则这种能力能在本发明中利用。然而，应注意的是，对移动IP能力的识别可基于从MS、另一网元(如HLR)接收，或SGSN2本地存储的任何消息。
如果在步骤31了解了MS的移动IP能力，则SGSN2在步骤32为MS选择一个适当的外地代理(FA)。移动代理的选择可基于任何适当的标准。例如，与最近的GGSN相关的FA的地址，即位于GGSN2的FA2的地址，可存储于SGSN2用于选择。在此情况下，SGSN2可能总是选择FA2。通常这种方案也能同时提供最佳路由，即使通过网络的路由路径长度最小。在本发明的另一实施例中，是基于外地代理FA1和FA2处的业务负载选择的。业务负载可由网络的控制和维护中心AMC(未示出)监视并告知SGSN2。如果FA2的业务负载低于一个预定阈值，SGSN2将选择FA2，而如果FA2的业务负载超过该阈值，则选择另一个具有较低业务负载的FA。根据在选择中要考虑的系统参数，本领域的技术人员还知道其它标准。还有可能另一个网元(如OMC)命令SGSN选择一个特定的FA，例如基于上面提及的标准。
选择了FA之后，SGSN2发送一个请求PDP语境激活消息到MS，该消息请求MS启动PDP语境的激活。在本发明的优选实施例中，请求消息包括FA的IP地址和指示该地址为FA地址的信息。利用提供的PDP地址信息字段FA信息可包含于请求PDP语境激活消息中。在提供的PDP语境地址信息字段中，当前定义，有备用比特能携带指示字段内的PDP地址为FA地址的信息。然而，应注意的是，根据本发明，其它任何信息字段、附加的信息字段、其它消息或专用消息均可用于携带FA信息。另外一种能用于此目的的已有消息例子是GPRS连接确认。还应注意的是，GPRS连接过程期间执行IP能力检测和FA选择的确切时间点可能与图2中所示的点有所不同，但这并不偏离本发明的基本原理。
如果在步骤31没有发现移动IP能力，SGSN2如同当前GPRS/UMTS规范中定义的那样结束GPRS连接过程(步骤34)。
再次参考图2，SGSN如上所述发送请求PDP语境激活消息(步骤4)。如果MS确实准备好了使用移动IP(例如，MS有一个连接了移动IP应用软件的膝上型计算机)，MS立即发送在其请求PDP地址字段中包含FA地址的激活PDP语境请求消息到SGSN2。SGSN2通过发送一个创建PDP语境请求到GGSN/FA2在GGSN/FA2中创建一个PDP语境(图2中步骤6)。GGSN/FA2为MS/MN创建PDP语境并返回一个创建PDP语境响应到SGSN2(图2中步骤7)。SGSN2为MS/MN建立PDP语境，并响应MS/MN该激活PDP语境接收消息(图2中步骤8)。由此，在MS/MN和GGSN/FA2之间建立了一条虚拟连接。
前面的所有过程仅在GPRS/3G层执行。根据本发明，覆盖移动IP层，由此MS/MN的MS方无需知晓FA的选择。然而，由于建立的是到GGSN2/FA2的连接，MN现在能够根据移动IP协议接收通过FA2广播的代理公告消息。代理公告消息也可包含转交地址COA，或者MN可根据MIP标准获得COA。移动节点MN接着根据MIP标准注册其COA到其本地代理(图2中步骤10)。根据其连接方法，MS或者将直接注册到其HA，或者通过FA2转发该注册到HA。之后，根据移动IP标准就能建立起HA和GGSN/FA2之间的移动IP传输隧道。
因此，利用标准GPRS/3G过程和标准移动IP过程消息，以及除SGSN2，可能在MS中的各个地方的消息，能正确选择FA和外地代理公告。同样在SGSN2只需做很小改动。
上面的描述仅仅示意了本发明的优选实施例。然而，本发明并不局限于这些例子，而是可在所附权利要求书的范围和精神内变化。