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用于将移动客户装置连接到因特网的方法和系统.pdf

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  • 文档编号:681693
  • 上传时间:2018-03-04
  • 格式:PDF
  • 页数:27
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  • 摘要
    申请专利号:

    CN03802842.5

    申请日:

    2003.01.23

    公开号:

    CN1623309A

    公开日:

    2005.06.01

    当前法律状态:

    授权

    有效性:

    有权

    法律详情:

    授权|||实质审查的生效|||公开

    IPC分类号:

    H04L29/06; H04L29/12; H04L12/28

    主分类号:

    H04L29/06; H04L29/12; H04L12/28

    申请人:

    皇家飞利浦电子股份有限公司;

    发明人:

    D·斯奥帕斯; F·加尔洛; D·梅皮格纳诺

    地址:

    荷兰艾恩德霍芬

    优先权:

    2002.01.29 EP 02075414.9; 2002.07.11 EP 02077785.0

    专利代理机构:

    中国专利代理(香港)有限公司

    代理人:

    刘红;陈景峻

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    内容摘要

    本发明公开了一种利用WPAN和WLAN基础结构或者类似GPRS的某些蜂窝系统,将移动客户装置MT连接到因特网或者其它基于IP的网络的设备。这基本上通过提供路由选择机构(IP-IP隧道14)来无缝实现的,所述路由选择机构根据可用基础结构使用多个通信标准,例如GPRS、IEEE802.11b或者Bluetooth无线标准,允许类似个人数字助理(PDA)的移动客户装置连接到应用服务器10。所建议的设备是适合于通用的层2技术,其中移动客户装置MT和服务器10被安排用于通过因特网协议隧道效应技术在网络层上通信,以便在从第一通信标准切换到第二通信标准期间,使移动客户MT的因特网协议地址保持不变。

    权利要求书

    1、  一种通信系统,包括:
    a)因特网协议兼容通信网络;
    b)客户装置,被安排用来根据多个通信标准之一连接到所述网络,以及在预定环境下在所述通信标准之间改变;和
    c)服务器,被安排用来耦合到所述网络,以便与所述客户装置通信,
    其中所述客户装置和所述服务器被安排用来通过因特网协议隧道效应技术在网络层上通信,以便在从第一所述通信标准切换到第二所述通信标准期间,所述客户装置的因特网协议地址保持不变。

    2、
      根据权利要求1所述的系统,其中所述因特网协议隧道效应技术区分用于将所述客户装置连接到子网的因特网协议地址和用于将所述客户装置连接到所述服务器的因特网协议地址。

    3、
      根据权利要求1所述的系统,其中所述因特网协议隧道效应技术将一个因特网协议数据报封装在另一个因特网协议数据报内。

    4、
      根据权利要求1所述的系统,其中所述因特网协议隧道效应技术的服务器端点被实质上固定,并且客户装置端点作为漫游的结果是可改变的。

    5、
      根据权利要求1所述的系统,其中所述因特网协议隧道效应技术保持一个因特网协议地址用于应用,并且依赖于动态分配的因特网协议地址用于传送业务。

    6、
      根据权利要求1所述的系统,其中至少两个所述通信标准的承载的网络结构一般是不相关的。

    7、
      根据权利要求1所述的系统,其中启动所述标准之间的所述改变的所述预定环境至少包括使用成本、带宽可用性、已接收的信号强度、链路质量、链路可用性、信噪比、功耗或用户干预之一。

    8、
      根据权利要求1所述的系统,其中利用网络层的重新配置来执行两个所述通信标准之间的转换。

    9、
      根据权利要求1所述的系统,其中在所述客户装置与诸如接入点的网络单元之间,用于两个所述通信标准之中每一个通信标准的链路层切换在驱动器级上是不相关的,并且对于每个所述标准独立地执行所述链路层切换。

    10、
      根据权利要求1所述的系统,其中在两个所述通信标准之间的垂直切换期间,例如在子网间漫游期间,所述客户装置被自动分配新的因特网协议地址。

    11、
      根据权利要求1所述的系统,其中在两个所述通信标准之间的垂直切换前后由所述客户装置使用的这一个或每一个网络接入点属于相同的因特网协议子网的情况下,例如,在子网内漫游的情况下或者在无线个人域网(WPAN)与无线局域网(WLAN)之间切换的情况下,不给所述客户装置分配新的因特网协议地址。

    12、
      根据权利要求1所述的系统,还包括一个路由选择管理器,适用于监视所述通信标准之中的哪一个或多个可以被采用,以及根据所述监视作出在使用的通信标准之间切换的决定。

    13、
      根据权利要求12所述的系统,其中所述路由选择管理器至少根据来自较低层的输入、所述客户装置的位置或者用户需求之一作出所述决定。

    14、
      根据权利要求12所述的系统,其中每个所述通信标准通过各个接口接入所述网络,并且所述路由选择管理器适用于在预定条件下至少临时地去激活一个或多个所述接口,例如,以实现功率节省。

    15、
      根据权利要求1所述的系统,还包括适用于只允许授权的客户装置接入所述网络的安全设备,所述安全设备最好包括以下各项之中的一个或多个:
    a)基于诸如安全套接层(SSL)的安全数据传送的应用;
    b)利用诸如应用于HTTP消息(HTTPS)的安全套接层(SSL)的安全数据传送保护的位置更新;
    c)控制对网络的接入,例如,接入点连接到基于RADIUS服务器和GPRS SIM卡的安全性;和
    d)在用于所述通信标准的接入网需要连接到因特网或者其它基于因特网协议的网络时使用的防火墙。

    16、
      根据权利要求1所述的系统,其中所述通信标准包括IEEE802.11b、BluetoothTM和GPRS之一。

    17、
      在因特网协议兼容网络中执行通信的一种方法,该方法包括:
    a)根据多个通信标准之一将客户装置连接到所述网络,以及在预定环境下在所述通信标准之间改变;和
    b)将服务器耦合到所述网络,以便与所述客户装置通信;
    c)通过因特网协议隧道效应技术在网络层上在所述客户装置与所述服务器之间通信,在从第一所述通信标准切换到第二所述通信标准的同时,使所述客户装置的因特网协议地址保持不变。

    18、
      一种软件产品,其上具有编码的可执行程序,所述可执行程序适用于实施以下步骤:
    a)根据多个通信标准之一将客户装置连接到所述网络,以及在预定环境下在所述通信标准之间改变;
    b)将服务器耦合到所述网络,以便与所述客户装置通信;
    c)通过因特网协议隧道效应技术在网络层上在所述客户装置与所述服务器之间通信,在从第一所述通信标准切换到第二所述通信标准的同时,使所述客户装置的因特网协议地址保持不变。

    19、
      一种客户装置,用于根据权利要求1-16之中任一项所述的系统中或者用于根据权利要求17的方法中,所述客户装置适用于根据多个通信标准之一与所述服务器通信,以及在预定环境下在所述标准之间改变,利用因特网协议隧道效应技术执行所述通信,所述客户装置最好包括移动终端,诸如个人数字助理(PDA)、膝上型计算机或者移动电话。

    20、
      一种服务器,用于根据权利要求1-16之中任一项所述的系统中或者用于根据权利要求17的方法中,所述服务器适用于根据多种通信标准之一与一个或多个所述客户装置通信,并且适用于在预定环境下控制所述标准之间的改变,利用因特网协议隧道效应技术执行所述通信。

    说明书

    用于将移动客户装置连接到因特网的方法和系统
    本发明涉及基于因特网协议(IP)的通信设备(arrangement),并且特别地而非排他地涉及其中可利用多种通信标准基本上无缝地接入因特网协议兼容网络的一种基于因特网协议的通信设备。
    至因特网或另一基于IP网络的连通性可以通过客户装置来实现,所述客户装置例如是使用不同接入网的个人数字助理(PDA)、膝上型计算机和移动电话,所述不同接入网例如是无线局域网(WLAN)、无线个人域网(WPAN)或者类似通用分组无线电系统(GPRS)的蜂窝系统。
    无线接入技术(IEEE802.11,BluetoothTM(蓝牙)和GPRS)的快速传播使得便携/移动客户装置如PDA不论是在办公室还是在移动中连接到因特网上业务成为可能。尽管组合产品如WLAN/GPRS卡正在出现,但是不同技术上的无缝漫游仍然是罕见的。
    然而,某些装置已经具有使用一个以上的无线通信标准或网络来接入因特网的能力。一个例子是具有蓝牙支持的GPRS电话:当在建筑物内使用时,蓝牙网络接入点可以在移动电话与因特网之间转发业务,同时GPRS标准以较低速度在室外提供相同的功能。预测这种趋势将继续,因为更多的无线标准很可能成为可用于提供多样化的特征和成本。因特网或者其它基于IP网络由此将被需要被连接和可获得的各种无线装置接入。
    Internet Engineering Task force(因特网工程任务组)(IETF)正在开发用于因特网主机移动性的协议,如下所述:
    (1)IETF Mobile IP WG,http://www.ietf.org/html.charters/mobileip-charter.html
    (2)K.El Malkietal.,“Low latency handoffs in Mobile IPv4”,http://www.ietf.org/internet-drafts/draft-ietf-mobileip-lowlatency-handoffs-v4-03.txt(work in progress)
    (3)G.Dommeti et al.,“Fast Handovers for Mobile IPv6”,http://www.ietf.org/internet-drafts/draft-ietf-mobileip-fast-mipv6-03.txt(work in progress)
    目前这些建议在撰写阶段还没有定稿。此外,上述协议(MobileIP(移动IP)及其改进)将不得不依赖于较低层能力,而这些较低层能力都没有被标准化。Mobile IP(1)是支持网络移动性的协议。其主要特征是:
    1)用于上层的透明性。
    2)与IPv4的互操作性:一个应用可以发送数据到仅使用IPv4地址的另一个应用。
    3)可伸缩性:Mobile IP可以与小LAN或者大WAN一起工作。
    4)安全性:该协议提供某些仪器来验证消息和保护网上的数据。
    5)宏移动性:它在移动终端移动不频繁时工作,例如,它不能有效支持每三分钟(GSM系统的典型值)改变其接入点的移动终端。
    Mobile IP已被设计用于大规模移动性,并因此太复杂而不适合某些纵向市场的需要,例如,在该纵向市场中,应用提供商控制对其包括客户的验证和授权的业务的接入。
    一般来说,移动性增加了已经固有地呈现在无线接入和因特网结构中的安全风险。终端应当理想地避免未授权接入服务器以及导致业务拒绝的攻击。MIPv4不被认为是一个安全解决方案,因为它相对容易仿造位置捆绑(binding)更新,造成业务不适当地改道到不同的客户。利用系统结构、总体性能和复杂性的不同含义,在从链路层到应用层的不同层上加强安全性。
    本发明的目的是提供一种改进的基于因特网协议的通信设备,并且特别地而非排他地提供一种根据可利用网络基础结构(无线或有线)从一种网络接入标准转换到另一种标准的移动装置的有效设备。
    因此,本发明提供了一种通信系统,包括:
    a)因特网协议兼容通信网络;
    b)客户装置,被安排用来根据多个通信标准之一连接到所述网络,以及在预定环境下在所述通信标准之间改变;和
    c)服务器,被安排用来连接到所述网络,以便与所述客户装置通信,
    其中所述客户装置和所述服务器被安排用来通过因特网协议隧道效应(tunneling)技术在网络层上通信,以便在从第一所述通信标准切换到第二所述通信标准期间,所述客户装置的因特网协议地址保持不变。所述通信标准可以是无线或者有线标准,并且所述客户装置可以包括移动或便携装置。
    所述因特网协议隧道效应技术可以辨别用于将所述客户装置连接到子网的因特网协议地址和用于将所述客户装置连接到所述服务器的因特网协议地址。
    所述因特网协议隧道效应技术可以把一个因特网协议数据报封装在另一个因特网协议数据报内。
    所述因特网协议隧道效应技术的服务器端点可以被充分固定,并且客户装置端点可作为漫游的结果而是可改变的。
    所述因特网隧道效应技术可以维持用于应用的一个因特网协议地址,并且可以依赖于动态分配的用于业务传送(carriage)的因特网协议地址。
    至少两个所述通信标准的承载(bearer)的网络结构一般是不相关的。
    启动所述标准之间变化的所述预定环境可以至少包括使用成本、带宽可用性、已接收的信号强度、链路质量、链路可用性、信噪比、功耗或者明确的用户干预之一。
    可以利用网络层的重新配置来执行两个所述通信标准之间的转换。
    所述客户装置与诸如接入点的网络单元之间的用于两个所述通信标准之中每个的链路层切换在驱动器级上可以是不相关的,并且可以为每个所述标准独立地执行所述链路层切换。
    在两个所述通信标准之间垂直切换期间,例如在子网之间漫游期间,所述客户装置可以被自动地分配新的因特网协议地址。
    优选地,在两个所述通信标准之间的所述垂直切换前后由所述客户装置使用的这个或每个网络接入点属于同一因特网协议子网的情况下,不分配新的因特网协议地址给所述客户装置。例如,在子网内漫游的情况下或者在无线个人域网(WPAN)与无线局域网(WLAN)之间切换的情况下,最好不向所述客户装置分配新的因特网协议地址。当接入点属于相同LAN分段时,该装置的IP地址最好保持不变。
    所述系统还可以包括一个路由选择管理器,适用于监视所述通信标准之中哪一个或者多个标准可有效使用以及用于基于所述监视作出有关所述通信标准之间转换的决定。
    所述路由选择管理器可以根据来自较低层的至少一个关于所述客户装置位置或者用户需求的输入来作出所述决定。
    每个所述通信标准可以经由各个接口接入所述网络,并且所述路由选择管理器可以适用于在预定条件下至少临时去激活一个或多个所述接口,用于例如实现功率节省。
    所述系统还可以包括一个适用于只允许被授权客户装置接入所述网络地安全设备,所述安全设备最好包括以下各项之中的一个或多个:
    a)基于诸如安全套接层(Secure Socket Layer)(SSL)的安全数据传送的应用;
    b)利用诸如应用于超文本传送协议消息(HTTPS)的安全套接层(SSL)的安全数据传送保护的位置更新;
    c)控制对网络的接入,例如,包括用户验证和/或检验,一个例子将是接入点连接到基于RADIUS服务器和GPRS SIM卡的安全性;和
    d)一旦用于所述通信标准的接入网需要连接到因特网或者其它基于因特网协议的网络时使用的防火墙。
    所述通信标准可以定义无线接入协议。无线接入协议可以基于任何合适的无线按入系统,例如频分多址(FDMA)、码分多址(CDMA)、时分多址(TDMA)、时分双工(TDD)、正交频分多址(0FDMA)或者其组合,诸如CDMA/FDMA、CDMA/FDMA/TDMA、FDMA/TDMA。作为一个特定实例,可以选择IEEE802.11b、Bluetooth和GPRS之一。
    本发明还提供了一种在因特网协议兼容网络中执行通信的方法,该方法包括:
    a)根据多个通信标准之一将客户装置耦合到所述网络,以及在预定环境下在所述通信标准之间改变;和
    b)将服务器耦合到所述网络,以便与所述客户装置通信;
    c)通过因特网协议隧道效应技术在网络层上在所述客户装置与所述服务器之间通信,在从第一通信标准切换到第二通信标准的同时,使所述客户装置的因特网协议地址保持不变。所述通信标准可以包括无线或者有线标准。
    本发明还提供了一种其上具有编码的可执行程序的软件产品,所述可执行程序适用于实施包含本发明方法中上述的步骤的方法。
    本发明还提供了一种在根据本发明的系统或根据本发明的方法中使用的客户装置,所述客户装置适用于根据多个通信标准之一与所述服务器通信,以及适用于在预定环境下在所述标准之间变换,利用因特网协议隧道效应技术执行所述通信,所述客户装置最好包括一个移动终端,比如个人数字助理(PDA)、膝上型计算机或者移动电话。
    本发明还提供了一种服务器,用于根据本发明的系统中或者根据本发明的方法中,所述服务器适用于根据多种通信标准之一与一个或多个所述客户装置通信,并且适用于在预定环境下控制所述标准之间的改变,利用因特网协议隧道效应技术执行所述通信。
    图1是根据本发明一个实施例的通信系统的总体示意图;
    图2是图1的系统的方框图;
    图3是本发明一个实施例中采用的因特网协议隧道效应技术(IP-IP Tunnel)的示意图;
    图4是根据本发明一个实施例的主要功能块的类别图;
    图5是由客户装置最初接入图1的系统的服务器的顺序图;和
    图6是在图1的系统中所采用的通信标准之间垂直切换的顺序图。
    现在将根据某些实施例并参照上述附图说明本发明。这种说明仅仅是举例,并且本发明并不限于此。术语“包括”,例如,权利要求书中的“包括”不排除其它元件和步骤,并且名词前的不定冠词“a”或者“an”不排除多个名词,除非有特别说明。相对于若干个别项目,例如信道解码器、信道均衡器,或者给予个别功能的项目,例如信道解码装置、信道均衡装置,本发明在其范畴内包含可以在单个项目中例如在具有相关软件应用程序来执行功能的处理器中实施多个这样的项目。
    在本发明中,参照客户装置,所述客户装置被安排用来根据多个通信标准之一连接到网络。术语“多个通信标准”当涉及客户装置时,对于技术人员来说是指多模终端。这样的多模终端可以是PDA,它具有所谓的组合芯片组或者“combo”卡,即,向Bluetooth、IEEE802.11b和GSM/GPRS收发信机提供功能的卡。在通信设备中使用的“标准”可以包括由公认组织提倡的技术准则,这例如可以包括政府当局或者非商业组织,比如IETF、ETSI、ITU或者IEEE,尽管并不限于此。由这些实体发行或者推荐的标准可以是正规处理的结果,例如以合作组或者委员会在对现行方法、方案和技术趋势及发展进行深入细致研究之后起草的规范为基础。所建议的标准以后可能被公认组织批准或通过,并且随着基于该标准的产品变得日益在市场上流行时,该标准随时间被一致采用。这种“标准”的不太正规设定还可以包括由于单个公司或者集团公司开发的产品或者基本原理的实施而得到的技术准则。如果通过成功或模拟这种准则变得如此广泛使用,以致偏离标准,造成兼容性问题或者限制市场销售,尤其可能是这样的情况。一个硬件符合被接受标准的程度可以被认为是,该硬件在所有方面以此标准为基础进行操作或者按此标准设计的程度。就软件而言,兼容性可以被认为是计算机元件和程序之间在面向任务级别上实现的和谐性。因此,对标准的软件兼容性还可以被认为是诸多程序可以共同工作以及共享数据的程度。
    参见附图,根据本发明,用户设备具有移动性,即用户设备可以利用移动终端MT来代表,能够通过多个通信标准连接到公知的和适当配置的服务器10,正如可以在某些纵向市场环境(例如金融机构)中发现的那样。无线接入协议可以基于任何合适的无线接入系统,例如频分多址(FDMA)、码分多址(CDMA)、时分多址(TDMA)、时分双工(TDD)、正交频分多址(OFDMA)、编码正交频分多址(COFDMA)或其组合,诸如CDMA/FDMA、CDMA/FDMA/TDMA、FDMA/TDMA系统。作为一个具体的有用实例,可以选择IEEE802.11b、Bluetooth和GPRS之一。然而,也将认识到,可以采用其它的无线或有线标准(以太网、令牌环)。有关无线协议的一般信息可以在以下文件中找到:Richardvan Nee和Ramjee Prasad的“OFDM for wireless multimediacommunications(用于无线多媒体通信的OFDM)”,Artech House,2000;Tero O janpera和Ramjee Prasad的“Wideband CDMA for thirdgeneration mobile communications(用于第三代移动通信的宽带CDMA)”,Artech House,1998;John Phillips和Gerard Mac Namee的“Personal Wireless Communication with DECT and PWT(具有DECT和PWT的个人无线通信)”,Artech House,1998;Ramjee Prasad的“CDMA for wireless personal communications(用于无线个人通信的CDMA)”,Artech House,1996;Walter Tuttlebeee的“Cordless telecommunications Worldwide(世界范围的无绳电信)”,Springer,1997;以及类似的标准文本。
    本发明在客户装置MT上提供了用于不同接口之间无缝标准转换的路由选择方案。此问题牵涉三个OSI层(PHY,链路层和网络)。这里所讨论的实施例将集中于受限制情况下的移动性支持,其中服务提供商除了控制装备有三个上述标准的客户装置MT之外,还控制终端服务器10,从此服务器10中检索(恢复)数据内容或在此服务器中可以实施代理技术。该服务器10随后可以提供对因特网或其它基于IP网络的充分接入以及记帐、统计数据收集、防火墙和验证。
    在一个典型实施例中,在公司办公室中利用无线LAN基础结构或Bluetooth接入点可以到达该服务器,或者在移动时利用类似GPRS或UMTS的蜂窝接入也可以到达该服务器。客户装置可以是个人数字助理(PDA)或者PocketPC(TM)形式的移动终端,其中由于功耗问题,Bluetooth接入对于WLAM也许是优选的,而GPRS能够总是一个可用主干线,其中没有其它接入点提供无线电覆盖。在公司情况下连接接入点的网络可以包括若干利用路由器连接在一起的IP子网(选择地利用公用因特网上的虚拟专用网络连接)。公司网络到因特网的连接点(进口路由器)最好总是利用一个或多个软件和/或硬件防火墙来保护,并且移动终端应最好考虑随之发生的限制,但不需要防火墙配置中任何特殊策略。在企业基础结构中,RADIUS服务器可以用来控制移动终端的接入。还假定,可以部署DHCP基础结构,以便移动终端可以被分配一个租用的IP地址。在用户的终端中,用于选择替代另一个的一个无线接入技术的准则可以根据使用情况而改变。用户可以例如使用移动终端中的专用配置工具来设置其首选项(preference)。
    现在特别参见图1,在移动终端用户控制下的客户装置装备有三种不同的无线技术:IEEE802.11b,Bluetooth和GPRS,该客户装置是多模用户设备。客户设备具有移动性并且最好可被用户携带,而且为了方便起见,将该客户装置称之为移动终端MT。熟练技术人员将会明白,移动性和便携性不是一个必须要求。在移动终端MT上,诸如web浏览器的应用经由通信协议(特别是层1或层1/层2协议,例如标准TCP/IP协议)连接到处于服务提供商管理控制下的一个固定服务器10。根据可以包括位置、带宽需求和功耗的预定条件,移动终端MT可能希望或者需要在这些多个不同无线接口之间切换,或者在对于用于本实施例的不同无线或有线标准可能是合适的诸多接口之间切换。
    在低功率要求为主要限制时以及当移动性区域被限制到例如办公室环境时,指示BluetoothTM。在由Prentice Hall PTR underISBNO-13-089840-6出版的Jennifer Bray和Charles F.Sturman的“BluetoothTM,Connect Without Wires”的教科书中可以找到BluetoothTM通信的有用讨论。
    IEEE802.11b更适合于当办公室或建筑物地区需要较宽接入时以及较高带宽是所希望的情况。有关无线LAN协议和系统的一般信息可以在Jim Geier的“Wireless LANs”,Macmillan Technical press,1999中找到。当无线LAN资源不可获得时,(例如,BluetoothTM和IEEE802.111b都不可获得),那么必须使用GPRS连接性。
    本发明允许这些无线技术之间的无缝转换,不需要上层重新配置,并且最好不明显影响性能。这意味着最好实施以下各项:
    (i)垂直切换支持(链路层移动性)
    (ii)IP移动性支持(网络移动性)
    IP移动性支持目前是深入研究的课题,并且已经在标准化组中讨论了许多提议。然而,直至现在,这些建议都没有得到广泛的认可,并且迄今也没有被普遍利用。为此,建议提供一种仅牵涉移动终端MT和服务器10的解决方案。中间网络不需要实施本发明的特殊的或者额外的特征,但普通的自动网络配置协议,比如用于GPRS的DHCP和PPP动态地址配置除外。
    现在也参见图2,移动终端MT在WPAN、WLAN和蜂窝系统所覆盖的区域之间移动的同时想要连接到因特网或者其它基于IP的网络。就术语“LAN”而言,本领域熟练技术人员将会明白,本发明的任何实施例可以利用共享资源网络来实施,其LAN(局域网)、MAN(城域网)、WAN(广域网)、PAN(个人域网)、CAN(控制器域网)都是实例并且包含在本发明的范围之内。一旦移动终端MT正在与网络中的服务器进行对话,该对话就一定不会在移动终端MT从一个接入系统切换到另一个接入系统时被中断。必须防止现有的TCP/IP对话阻塞,例如,停止以致于需要用户干预来恢复。当执行垂直切换时,移动终端将最有可能被分配一个新的IP地址,但是接入点AP属于相同IP子网的WPAN/WLAN切换的情况除外。这里能够注意到,共享公用地址成分的网络的一部分可以被称为这样的子网。在TCP/IP网络上,子网被定义为其IP地址具有相同前缀的所有装置。
    因此,利用本发明所解决的问题可以利用以下几点来概括:
    1.检测不同无线网络基础结构的存在;
    2.决定何时执行垂直切换;
    3.重新配置无线硬件,以便使用新的无线基础结构;
    4.向新网络(包括AAA)注册;
    5.如果需要的话,获得新的IP地址;
    6.通过新的接入网处理IP分组的路由选择,以及通过网络层上适当的信令处理接入点AP的路由选择;
    7.重新配置无线网络接口,以便使用新标准来连接到因特网以及使用新IP地址;和
    8.安全保护应当保证只有授权装置才能够使用此服务,并且还应当防止所有的服务攻击的拒绝。应只允许授权客户接入服务,并且一旦被连接,就应当尽可能地保护这些客户不被窃听、业务改道、man-in-the-middle(中间人)和其它种类的安全攻击。
    本发明聚焦于基本上在OSI协议堆栈的网络层上的客户/移动装置的路由选择问题和安全性(点3、4、5和8)。假定:较低层,即无线网络接口,正在支持剩余的点。
    一般来说,利用因特网协议的装置的切换技术涉及链路和网络OSI级。这些引起将要被分别对待的两个不同的移动性问题。在根据本发明一个实施例的技术方案中,移动终端MT能够利用多种无线技术连接到位于因特网或者其它IP网络中的服务器10,在该实施例中,所述无线技术例如是BluetoothTM、IEEE802.11b和GPRS。这三种承载的网络结构通常是不相关的。这对于GPRS保持为真实的,而BluetoothTM和IEEE802.11b可以在同一核心网上共存。
    链路层移动性
    关于链路层移动性,利用相同技术配置的单元(MT,AP)之间的链路层切换被假定为已经采用基础技术来实现。更准确地说:
    (1)BluetoothTM:Bluetooth接入点之间的Bluetooth链路级移动性正在被标准化并且将成为PAN概况(profile)的未来版本的一部分。
    (2)IEEE802.11:IEEE标准指定了支持链路层上漫游的基本消息格式,但是还留有一切其它的事情需要网络卖主来完成。
    (3)GPRS:GSM小区内的漫游完全由服务承载来管理,并且移动终端MT被认为是“Always ON(总是接通)”。
    这三个切换解决方案在驱动器级上彼此完全不相关,并且他们独立工作。当移动终端MT进入在成本、带宽或者功率要求方面提供更便利技术的区域时,或者当所使用的技术不再可利用时(例如,在范围之外),必须在不同技术之间转换(垂直切换)。因此,这两种情况必须被定义:
    -链路可用性测试过程。
    -技术切换策略。
    关于第一点,必须引入能够允许接入点检测的技术。某些代理能够不断监视不同技术可用性,并通知适当的软件模块必须被部署。所牵涉的技术是非常不同的,并因此以完全不同的方式来解决链路可用性测试过程问题。
    关于第二点,根据链路质量和可用性以及诸如功耗限制的其它参数来执行技术切换。假定每个无线接口可以处于ON或OFF两种状态之一,并且有可能查询无线电链路质量和检索参数,比如所接收的信号强度或者信噪比或者其它指示符。正好在驱动器之上的专用代理(RM:路由选择管理器)根据来自较低层的输入、装置的位置和/或用户需求决定哪种技术必须被使用。路由选择管理器RM还可以决定暂时去激活某些无线接口,以便功率节省。本发明为三个无线装置之中的每个建议分配不同的接口。正如稍后将要看到的那样,该解决方案简化了在处理网络移动性时出现的某些问题。
    在最简单的情况下,相同无线电技术的接入点AP被定位在相同子网上。最终,Bluetooth和802.11接入点AP共享相同的LAN。包括多个子网的更复杂环境更难于管理,因为需要在以下段落所述的更高的网络移动性协议。
    网络移动性
    在牵涉利用可用的多个无线技术漫游的情况下,可以定义以下四种情况:
    1、子网内同类(homogeneous)漫游。
    2、子网间同类漫游。
    3、子网内异类(heterogeneous)漫游。
    4、子网间异类漫游。
    如果移动终端逗留在相同IP子网边界内,则存在子网内漫游,即接入点AP和在其间漫游的移动终端MT属于同一IP子网并且表现类似桥。在此情况下,当其网络附接点改变时,不给移动终端MT分配一个新IP地址。如果相反情况保持,则存在子网间漫游。
    同类漫游是指不存在所涉及的技术切换,即承载不会在切换期间改变。异类漫游要求切换期间的无线技术切换。
    下表概述了不同漫游类型以及在每种情况下由移动终端MT执行的动作。
                       表1:切换类型

    子网间子网内同类(切换)链路_请求_接入(MT)DHCP_发现(MT)DHCP_请求(MT)配置IP地址(MT)配置隧道(MT,服务器)链路_请求_接入(MT)DHCP_发现(MT)异类(垂直切换)链路_请求_接入(MT)DHCP_发现(MT)DHCP_请求(MT)配置IP地址(MT)配置隧道(MT,服务器)链路_请求_接入(MT)DHCP_发现(MT)DHCP_请求(MT)配置IP地址(MT)配置隧道(MT,服务器)

    子网内同类切换不需要网络协议的重新配置,因为承载较低层解决了链路层上的切换。
    子网间同类切换略微复杂:如前所述,由承载再次执行级2漫游,但是现在需要重新配置客户的IP地址,以便能够在新的子网内通信。因此,新的IP地址必须被自动分配给移动终端MT。尽管新的IP地址允许通信朝着新子网方向进行,但是严重地影响移动终端MT与服务器10之间的端对端IP通信,因为无论在移动一侧还是在服务器一侧上应用不知道移动IP地址改变。在此情况下,IP连接性丢失,并且运行应用必须被重新启动,以便与新IP地址通信。优选应该发现甚至在执行子网间漫游时也能保持相同移动终端IP地址的解决方案。
    子网内异类漫游不需要IP重新配置,因为接入点AP被配置为桥,但是技术切换引起移动终端MT中使用的无线卡的MAC地址改变。这可能有必要刷新第一跳跃路由器ARP表上移动终端的ARP表目。此外,链路最大传输单元(MTU)可能改变。
    除了基础技术改变之外,子网间异类漫游类似于第二种情况。然而,从网络层的观点看具有相同问题。
    本发明建议的实施例
    如果移动终端MT仅仅在同一子网内移动,则问题不出现,因为移动终端的IP地址不需要改变,以及与服务器10的端对端通信总是可能的。当在两个技术之间进行切换时,网络接口的MAC地址改变。
    当移动终端MT越过不同子网时,网络层漫游难于保持相同技术(同类)或者在两个不同技术(异类)之间转换。实际上,当移动终端MT在服务于两个不同IP子网的接入点AP之间移动时,两个强制性要求彼此冲突:
    1.移动终端MT需要获得一个新IP地址以便加入到新子网中。
    2.移动终端MT需要保持相同IP地址来保证与服务器10的连接性(从应用来看)。
    将用于连接到子网的IP地址与用于连接服务器10的IP地址相区别,并且利用所谓的“IP隧道效应中的IP”,可以解决此问题。该技术包括把一个IP数据报封装在另一个数据报中。在描述解决方案之前,应当介绍用于IP地址的以下技术术语:
    -IP_BEARER:这是无线连接性承载自动分配给移动终端MT的IP地址。
    -IP_CLIENT:属于移动终端MT。应用用于通信的IP地址。它由服务器10分配,并且在漫游或切换期间从不改变。
    -IP_SERVER:属于服务器。这是应用用于与客户MT通信的地址。
    -IP_TEP:属于服务器。在因特网或者其它IP网(视情况而定)上查找服务器的有效IP地址。
    图3示出了它们在IP-IP隧道中的作用。其思想是借助于从不改变的IP_CLIENT和IP-SERVER来保持应用连接性。使用特定协议的服务器10分配IP_CLIENT给移动终端。在隧道端点之间的IP通信中传送(或者封装)这些地址之间的业务。服务器端点IP_TEP被固定,而客户MT端点可以作为子网间漫游的结果而改变。利用这一方案,有可能保持用于应用的相同IP地址,并且依赖于动态分配的IP地址用于业务传送。
    在图4中,利用标准的Unified Modeling Language(统一模型语言)(UML)符号描述目标系统的主要功能块的类别图。图中显示了主类别、其方法以及类别关系。该图显示了客户-服务器系统的主类别,并且用于说明根据本发明一个实施例的一种设计的主要功能块的唯一目的。在图的左侧可以发现主要客户类别即移动节点,这代表应用和客户路由选择类别,这嵌入了处理网络和DLC层问题的所有功能,例如IP-IP隧道效应和可用的无线基础结构的检测和管理。实际上,该类别输出诸多方法来请求接入无线网络、检测何时需要切换、接收来自服务器10的信息以建立IP-IP隧道和实际上配置隧道效应。
    在图4的右侧显示了服务器侧类别;特别是应用服务器、隧道端点和AAA服务器。第一一般是也能够运行脚本并生成动态Web页的Web服务器,但是也可以包括类似电子邮件交换服务器或者数据库存取的特征。隧道端点类别用来与移动客户MT建立IP隧道,而AAA服务器类别执行移动客户的验证、授权和记帐。它还分配在整个对话期间可以由客户使用的IP地址。在本实施例中,建议使用简单的基于Web的AAA服务器,该服务器控制特定客户的隧道端点的激活和配置。其它类别代表无线接入网(例如,Bluetooth、IEEE802.11和GPRS),它们都实施承载接口。最后,还显示了因特网类别。
    可以按以下方式(从左至右)读取类别间的关系。移动节点类别使用客户路由选择来接入承载。承载使用因特网来连接到由应用服务器使用的隧道端点。AAA服务器与隧道端点相关联。
    想接入系统的移动终端通过请求特定的动态Web页来联络AAA服务器,利用SSL来保护所述请求。然后,执行接入脚本以控制客户接入权。该步骤可以包括验证服务器以联络特定数据库。一旦客户验证成功,AAA服务器借助于专有协议来联络隧道端点,并建立用于已验证客户的隧道。最后,AAA服务器将Web页返回给客户,以指示该处理已经成功地完成。在该页中,还返回应用IP地址,客户路由选择类别可以拾取该IP地址来建立移动终端上的隧道。
    下面利用两种情况的顺序图详细说明实施这些类别的对象的动态行为,这两种情况是:
    1.移动终端初始接入服务;和
    2.由移动节点经由因特网接入服务器的无线接入网的改变(即,垂直切换本身)。
    至服务器的初始接入
    在图5所示的时序图中显示了至服务器的初始接入,并包括以下步骤。
    1.移动终端链路层检测无线基础结构(例如,Bluetooth、IEEE802.11或者GPRS)可用性。在该实例中使用Bluetooth。
    2.在GPRS情况下,移动终端MT利用DHCP协议或PPP请求IP_BEARER地址。
    3.承载的无线基础结构检查该请求并向移动终端MT提供主机配置信息。
    4.移动终端MT利用由无线基础结构提供的数据来配置它的无线接口。移动终端MT此时能够利用其新分配的IP_BEARER地址来建立与服务器10的直接通信。
    5.移动通信终端MT利用其新的IP_BEARER向已知的AAA服务器web服务器的地址发送HTTP请求。
    6.AAA服务器利用验证协议分析该请求和识别移动终端MT。
    7.如果验证成功,则计算IP_CLIENT地址并分配给移动客户。
    8.建立服务器隧道。
    9.把端对端隧道配置发送给RM,和
    10.建立移动终端的隧道。
    11.设置服务器的隧道。
    在已经成功建立隧道之后,移动终端MT与服务器10之间的通信出现在固定的IP_CLIENT与IP_SERVER之间。当随后执行子网交换时,重新配置客户MT和服务器TBP的隧道端点,同时IP_CLIENT地址保持不变。
    垂直切换的执行
    当垂直切换必须被执行时,执行图6所示的操作顺序。已经使用的实例涉及使用BluetoothTM的移动终端MT,该移动终端离开建筑物并检测GPRS网络基础结构。
    1.路由选择管理器对象(RM)检测新的无线基础结构可用(GPRS)并且较低驱动器(DLC)使链路层连接可利用。
    2.向新的检测的基础结构(GPRS网络)请求IP_BEARER_2地址。
    3.GPRS承载验证和决定将要分配给移动终端MT的IP_BEARER_2地址。
    4.利用PPP设施自动配置GPRS接口。
    5.如果需要切换,
    6.通过用新的地址(BT_BEARER_2)替换在前的IP_BEARER地址(IP_BEARER_BT),重新配置隧道。
    7.利用对服务器10的DIRECT连接(即,利用新的IP_BEARER_2地址),利用HTTPS请求格式中的安全捆绑更新消息,移动终端MT通知基于web的验证服务器:需要重新配置其隧道。
    8.基于Web的验证服务器执行一个脚本,并更新用于移动终端MT的隧道端点配置。
    9.然后它确认返回到移动客户的成功捆绑更新。
    10.利用新隧道配置,使IP_CLIENT与IP_SERVER之间的通信再次可利用。
    应当注意的是,隧道端点应当检查客户活动性,并且在一个给定量的时间不产生业务的情况下,应当删除该隧道并把IP_CLIENT返回到客户地址库。
    因此,所建议的解决方案提供了在移动终端MT配置被托付给一个适当配置的集中式服务器10的环境下不同无线标准与不同IP子网之间的无缝漫游设施。对无线接入网本身完全不设置要求。集中式服务器10的目的是:利用IP隧道效应的适当配置来支持客户MT的移动性,并且经由一个公共Web接口提供信息检索。在该场境下还可以容易地处理验证和安全性机构。与移动IP协议相比,所建议的技术方案资源消耗少并且其实施比较简单。
    安全性
    至于安全性,包括以下机构:
    -应用以安全数据传送为基础,比如以应用于超文本传送协议消息(HTTPS)的安全套接层(SSL)为基础;
    -利用相同的安全数据传送(例如HTTPS)来保护位置更新;
    -通过标准机构(例如连接到基于RADIUS服务器和GPRS SIM的安全性的接入点AP)可以控制对无线网络的接入;和
    -当接入网需要连接到因特网或其它基于IP网络(视情况而定)时,使用软件或者硬件防火墙。
    尽管已经结合优选实施例具体显示和说明了本发明,但是本领域熟练技术人员将会理解,可以在形式和细节上对本发明作出改变,而不背离本发明的精神和范围。
    词汇表AAA验证、授权和计费ARP地址解析协议GPRS通用分组无线电系统HTTP超文本传送协议IETF因特网工程任务小组IP因特网协议LAN局域网MAN媒体接入控制MT移动终端MTU最大传输单元PAN个人域网RM路由选择管理器TCP传输控制协议TEP隧道端点UDP用户数据报协议WLAN无线局域网WPAN无线个人域网

    关 键  词:
    用于 移动 客户 装置 接到 因特网 方法 系统
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