中继站、无线网络通信系统与方法 【技术领域】
本发明涉及一种无线网络，特别是涉及无线网络中具有信号转换功能的中继站。
背景技术
IEEE 802.16因为具备高频宽、高移动性和联机品质保证等优越特性，在无线宽频技术中是嘱目的焦点。但IEEE 802.16仍有技术上待克服的问题，其包含基站覆盖范围的死角以及在基站覆盖边缘信号不稳定的问题。
【发明内容】
本发明的一实施例提供一种中继站，适用于一基站与一移动终端之间，包括一基站模块与一移动终端模块。该基站模块，用以接收该移动终端传送给该基站的一控制分组与一数据分组。该移动终端模块，用以传送该控制分组与该数据分组至该基站。其中，该基站模块通过一隧道模式传送该控制分组至该移动终端模块，且该基站模块通过一桥接模式转传该数据分组至该移动终端模块。
本发明的另一实施例为一种无线网络通信系统，包括一移动终端、一连接服务网络模块，包括一隧道/发送单元、一基站，用以网络连接该服务网络服务器，以及一中继站。该中继站包括一第一基站模块以及一移动终端模块。该第一基站模块，用以接收该移动终端发出的一控制分组与一数据分组。该移动终端模块，用以传送该控制分组与该数据分组至该基站，其中，该第一基站模块通过一隧道模式转换该控制分组为一第一控制分组，且该第一基站模块通过一桥接模式转传该数据分组至该移动终端模块。当该隧道/发送单元接收到该第一控制分组时，该隧道/发送单元转换该第一控制分组为该控制分组，并将该控制分组传送至该连接该服务网络服务器。
本发明的另一实施例为一种无线网络通信方法，包括：对一中继站执行一网络连接程序，用以与一连接服务网络模块产生网络连接；该中继站对一移动终端进行一认证程序，并与该移动终端产生网络连接；当该移动终端传送一控制分组至该连接服务网络模块时，该中继站运作在一隧道模式，并转换该控制分组为一第一控制分组后传送该第一控制分组至该连接服务网络模块时；当该移动终端传送一数据分组至该连接服务网络模块时，该中继站运作在一桥接模式，用以转传该数据分组至该连接服务网络模块。
【附图说明】
图1为根据本发明的无线通信系统的一实施例的示意图。
图2为根据本发明的无线通信系统的另一实施例的示意图。
图3为根据本发明的无线通信系统的另一实施例的示意图。
图4为根据本发明的无线通信系统中控制信息传送的一实施例的示意图。
图5为说明EP-RS中继站43的控制分组转换示意图。
图6为根据本发明的无线通信系统中数据分组传送的一实施例的示意图。
图7为根据本发明的中继站的一实施例的示意图。
图8为根据本发明的具有多点跳跃的无线通信系统的一实施例的示意图。
图9为根据本发明的具有多点跳跃的无线通信系统的分组转换的一实施例的示意图。
附图符号说明
12～移动终端
14～中继站
16～基站
22～移动终端
24～中继站
26～基站
28～存取服务网络网关器
31～移动终端
32～BS模块
34～MS模块
35～存取服务网络模块
36～BS模块
38～存取服务网络网关器
37～CSN模块
41～移动终端
42～BS模块
43～EP-RS中继站
44～MS模块
45～存取服务网络模块
46～BS模块
47～CSN模块
48～存取服务网络网关器
49a、49b～隧道/发送(Tunnel/Dispatch)单元
61～桥接单元
62～目标终端
71～BS模块
72～存取服务网络网关器
73～移动终端模块
83～基站
84～第一中继站
85～第二中继站
86～移动终端
91～第一EP-RS中继站
92～第二EP-RS中继站
93～AAA模块
【具体实施方式】
图1为根据本发明的无线通信系统的一实施例的示意图。本实施例中的无线通信系统是以WIMAX(Worldwide Interoperability for MicrowaveAccess，全球互通微波存取)为例说明。移动终端(mobile station，MS)12通过无线网络与中继站(relay)14连接，并通过中继站14连接到基站(basestation，BS)16。在图1中，中继站14会先与基站16进行网络连接(networkentry)的动作。在中继站14与基站16完成网络连接后，移动终端12再与中继站14进行网络连接，并通过中继站14与基站16沟通。在本实施例中，移动终端12为符合802.16规范的移动终端，而基站16则不限于802.16规范的基站。中继站14中包括一个802.16的基站模块，用以与移动终端12沟通，以及一与基站16使用的无线通信规范兼容的移动终端模块，用以与基站16通信。当移动终端12与基站16之间要传递控制信息的时候，以控制面(control plane)的方式，通过中继站14以IP网络隧道(IP tunneling)方式传递控制信息。移动终端12与基站16之间要传递数据分组时，以数据面(data plane)的方式，通过中继站14以桥接模式(bridge mode)，中继站14直接将数据分组传递给基站16。
图2为根据本发明的无线通信系统的另一实施例的示意图。在图2中，说明了中继站24连接上网络以及移动终端22连接网络的控制信息与数据传输的部分。中继站24先通过基站26与存取服务网络网关器(AccessService Network Gateway，ASN-GW)28执行网络连接(network entry)程序202。当中继站24取得进入网络的权限后，与移动终端22执行距离量测(ranging)程序204。接着，移动终端22通过中继站24与ASN-GW 28执行认证与IP配址(Authentication and IP Addressing)程序206。在程序206完成后，移动终端22便连接上网络。在本实施例中，对移动终端22的认证部分是通过中继站24完成，因此ASN-GW 28不用再针对个别的移动终端22进行个别认证，只需要确认是中继站24传送过来控制信息即可视为是可合法存取网络。不过，在另一实施例中，亦可以直接由ASN-GW 28对移动终端22进行认证、使用者管理或是计费的功能。
在本实施例中，数据传输的部分，移动终端22先通过网络规范208，如IEEE 802.16，将数据传送到中继站24。接着中继站24在通过网络规范210，如IEEE 802.16，传送到基站26。最后，基站26与ASN-GW 28通过IP网络212传送数据到网络。在本实施例中，中继站24会将移动终端22传送来的信号分为控制信息与数据两种，控制信息以IP网络隧道(IPtunneling)方式传递，数据分组以桥接模式(bridge mode)传送。
图3为根据本发明的无线通信系统的另一实施例的示意图。在本实施例中，快速建置中继站(easy-placement relay，以下称EP-RS)33，包括一含有ASN-GW功能地BS模块32以及一MS模块34。当EP-RS中继站33被致能时，会先与存取服务网络模块(Access Service Network Module，以下称ASN)35的BS模块36与ASN-GW 38以及连接服务网络模块(Connectivity Service Network，以下称CSN)37内的认证、授权以及记录(Authentication、Authorization、Accounting，以下简称AAA)服务器与动态主机设定协议(Dynamic Host Configuration Protocol，以下简称DHCP)服务器进行IEEE 802.16所规范的网络连接程序301。当EP-RS中继站33认证成功并成功的取得IP地址，即可以提供服务给移动终端31。
因为移动终端31是通过EP-RS中继站33连接网络，因此一开始会与EP-RS中继站33进行一连串的信息交握程序304，包括了距离量测(ranging)程序、服务基本能力沟通(Service Basic Capability，SBC)程序以及私钥管理(Private Key Management，PKM)程序。在信息交握程序304完成后，此时EP-RS中继站33已经可以认得移动终端31。接着，EP-RS中继站33会隧道(tunneling)方式，将移动终端31的控制信息传送给CSN模块37，并通过CSN模块37中的AAA服务器进行延伸式认证协议(extensibleauthentication protocol，EAP)。当认证成功后，移动终端31继续与EP-RS中继站33交换PKM信息，并跟EP-RS中继站33中的BS模块32内的ASN-GW完成注册程序306。
当移动终端31要传送数据至外界网络时，EP-RS中继站33会运做在桥接模式(bridging mode)308，由EP-RS中继站33中的MS模块34先向CSN模块37中的DHCP服务器取得一IP地址，接着再通过取得的IP地址由EP-RS中继站33将移动终端31要传送数据分组传送至外界网络。在本实施例中，桥接模式是指利用EP-RS中继站33中的BS模块32仿真成为一个无线访问接入点(Access Point，AP)，用来接收移动中端31传送的数据。接着直接将接收到的数据，通过MS模块34与BS模块32之间的传输方式直接将数据传送到MS模块34，再发出至基站26。
在本实施例中，移动终端31与EP-RS中继站33的沟通方式是以IEEE802.16规范的无线通信方式，EP-RS中继站33与ASN 35的沟通方式亦是以IEEE 802.16规范的无线通信方式，而ASN 35与CSN模块37的沟通方式则可以为无线或有线的网络或其它通信方式。
图4为根据本发明的无线通信系统中控制信息传送的一实施例的示意图。在本实施例中，快速建置中继站(easy-placement relay，以下称EP-RS)43，包括一具有ASN-GW功能的BS模块42、一MS模块44以及一隧道/发送(Tunnel/Dispatch)单元49a。在本实施例中，隧道/发送单元49a的动作为将接收到的控制信息分组加上/去除EP-RS中继站33的IP地址。而隧道/发送单元49b的动作为将从ASN 45接收到的控制信息分组去除/加上EP-RS中继站33的IP地址。
首先EP-RS中继站43对WiMAX网络进行网络连接程序，以取得IP地址。此时EP-RS中继站43会与ASN-GW 48建立一条特别的最佳服务流(Best Effort Service Flow，BE服务流)，专职用来传送与EP-RS中继站43连接的移动终端41要传送至CSN模块47的控制讯息，相当于初始服务流(initial service flow，ISF)的功能。由于WiMAX标准中对ISF的基本设定值(default value)是BE，因此在本实施例的设计中也遵照标准将此条初始服务流的信号品质(QoS)等级设为BE。接着，为移动终端41的网络连接程序。如前所述，移动终端41会与EP-RS中继站43进行范围量测程序，SBC及PKM等讯息交换。接着延伸式认证协议认证程序(EAPAuthentication)则会藉由之前EP-RS中继站43所事先建好的BE服务流，通过隧道模式传至CSN模块47的AAA服务器。因此在控制分组进入EP-RS中继站43的MS模块44前，隧道/发送单元49a执行将控制分组包装成EP-RS中继站43的MS模块44要传送出去的数据分组的动作。接下来便以单纯的数据传送模式来进行数据分组的传送运作。在CSN模块47的AAA服务器前的隧道/发送单元49b对接收到的数据分组解分组，将数据分组还原成原本移动终端41送出的控制分组。若移动终端41认证成功，会继续与EP-RS中继站43内具有ASN-GW功能的BS模块完成PKM与注册动作。最后经由EP-RS中继站43的桥接模式功能，移动终端41由CSN模块47的DHCP获得IP地址，完成整个网络连接程序并建立服务流。
以下为一实施例的说明。移动终端41传送的数据401至EP-RS中继站43，在此数据401仅以部分的控制参数说明，并非将本发明限于此。数据在移动终端41与隧道/发送单元49a之间的传递方式是以控制信息的传递方式在传递，也就是控制面的传输。BS模块42接收数据401后，通过其内建的ASN-GW产生数据402，并传送给隧道/发送单元49a，以产生数据403。在数据402中的IP为移动终端41的IP地址。隧道/发送单元49a将移动终端41的IP地址包装在数据403中的payload(图上未绘出)，而在数据403中的IP则是MS模块44的IP地址。当数据在MS模块44与ASN 45之间传递时，是以数据分组的形式在传递，也就是数据面的传输。
数据404中的IP地址为MS模块44的IP地址。ASN 45接收到数据404后，产生具有IP1与IP2的数据405，其中IP1为移动终端41的IP地址，IP2为MS模块44的IP地址。而移动终端41的IP地址是位于数据404与405的payload内。隧道/发送单元49b接收到数据405后，将数据405做解分组的动作，此时才会看到包装在payload内的移动终端41的IP地址。数据402中的目标地址是CSN模块47中的AAA模块的地址，因此会送往AAA模块处理。
而隧道/发送单元49b的动作为将数据405去除EP-RS中继站33的IP地址，以产生数据402。如此，CSN模块47就可以收到MS所传送的控制信息。在本实施例中，隧道/发送单元49a与隧道/发送单元49b之间的信息传送是以802.16的数据分组传送的方式传送，而不是以现有的传送控制信息的方式传送。
图5为说明EP-RS中继站43的控制分组转换示意图。控制分组501的来源地址为移动终端41的地址HoA@，目的地地址为CSN模块47的地址AAA@，而所要传送的控制信息内容为payload。当EP-RS中继站43接收到控制分组501后，其中的隧道/发送单元49a会将控制分组501改变，在控制分组前加入地址RS@与AAA@，用以表示此分组是经过EP-RS中继站43认可，由EP-RS中继站43的地址RS@所发出，目的地为CSN模块47的地址AAA@的数据分组502。在本实施例中，ASN 45只能认得EP-RS中继站43与CSN模块47的地址，无法认得移动终端41的地址。隧道/发送单元49b接收到数据分组502后，会将数据分组502还原成原先移动终端41送出的控制分组503。在本实施例中，隧道/发送单元49b必需内建EP-RS中继站43的地址RS@与移动终端41的地址HoA@的对应表格，如此一来CSN模块47才能知道是哪一个移动终端通过那一个EP-RS所发出的控制分组。
当CSN模块47要传送一控制分组504给移动终端41时，控制分组504的来源地址为CSN模块47的地址AAA@，目的地地址为移动终端41的地址HoA@，而所要传送的控制信息内容为payload。隧道/发送单元49b会先根据移动终端41的地址HoA@来决定通过哪一个EP-RS发送，用以表示此分组是经过EP-RS中继站43认可，由CSN模块47的地址AAA@所发出，目的地为EP-RS中继站43的地址RS@的数据分组505。接着EP-RS中继站43中的隧道/发送单元49a会将控制分组501还原成CSN模块47所发出的分组506，再通过BS模块42传送到移动终端41。
图6为根据本发明的无线通信系统中数据分组传送的一实施例的示意图。当移动终端41要传送数据分组601至目标终端(corresponding node，CN)62时，EP-RS中继站43会通过内建的桥接模式单元61直接将数据分组601传送给ASN 45，其中目标终端62可能为网络上的结点或是连接网络上的一计算机，桥接模式单元61可能为EP-RS中继站43中的一个传输路径、传输控制单元或传输控制模块。在本实施例中，桥接模式单元61仅是用以表示EP-RS中继站43内的一种传输方式，可以是由具有ASN-GW功能的BS模块42来完成，并非具体限制EP-RS中继站43内必须内建一桥接模式单元61。分组601的来源地址为移动终端41的地址HoA@，目的地地址为目标终端的地址CN@，而传送的数据以data表示。因为EP-RS中继站43是以桥接模式运作，因此EP-RS中继站43直接将分组601传送至ASN45。因为此时移动终端41已经被认证，因此ASN 45中的ASN-GW 48会根据数据分组601中的地址CN@，将数据分组601传送到目标终端62。
当目标终端62要传送数据分组602给移动终端41时，ASN 45会先根据数据分组602中目的地地址HoA@，将数据分组602传送到对应的EP-RS中继站43。当EP-RS中继站43中的MS模块44接收到数据分组后，通过EP-RS中继站43的桥接模式单元61直接传送给具有ASN-GW功能的BS模块42，并传送到移动终端41。
图7为根据本发明的中继站的一实施例的示意图。当BS模块71接收到一移动终端的信息时，先通过ASN-GW 72对移动终端进行认证。认证完毕后，BS模块71会通过内建的一服务流管理模块，根据移动终端的服务流识别码(service flow identification，SFID)，选择对应的服务流提供移动终端使用。不过，移动终端一开始进行网络连接程序(network entry)时，仍需通过DHCP服务器来进行认证与IP地址取得。一般的网络连接程序包括下列几个步骤：
1.移动终端会先扫描所有的下链频道(downlink channel)，并与基站进行同步。
2.移动终端取得传送的参数。
3.移动终端执行距离量测(ranging)程序。
4.移动终端与基站沟通，以取得基本的权限。
5.基站对移动终端进行认证，并进行金钥交换(key exchange)。
6.移动终端对基站注册(registration)。
7.移动终端与基站之间建立IP连接。
8.建立移动终端与基站之间的网络连接。
在进行上述步骤时，因为移动终端尚未取得IP地址，因此WiMAX提供一特别的初始服务流(Initial Service Flow)来传送这些控制讯息。
当BS模块71确定了移动终端所使用的服务流后，ASN-GW 72会再针对移动终端传送的数据分组或是控制信息做服务流确认(service flowauthorization，SFA)，确认无误后才会通过移动终端模块73传送数据分组或是控制信息至中继站70所连接的基站。当BS模块71接收到移动终端传送的数据分组时，会以桥接模式传送到中继站70内的移动终端模块73。当BS模块71接收到移动终端传送的控制信息时，会以隧道模式传送到中继站70内的移动终端模块73。在隧道模式中，中继站70会将接收到的控制信息加上中继站70的地址后才会传送至所连接的基站。
在本实施例中，中继站70主要是提供服务给IEEE 802.16的移动终端使用，因此BS模块71是符合IEEE 802.16的基站模块。但移动终端模块73则不以IEEE 802.16j的网络规范为限。
在本实施例中，ASN-GW 72可内建一处理单元，网络服务提供商可用以针对移动终端进行网络使用计费、网络时间计时等等的网络服务，网络服务提供商亦可藉此做移动终端的使用者管理。
图8为根据本发明的具有多点跳跃的无线通信系统的一实施例的示意图。在本实施例中以两个中继站，第一中继站84与第二中继站85为例说明，但不限定本发明于此。在本实施例中，移动终端86与基站83距离太远，因此需要通过第一中继站84与第二中继站85来传送控制信息与数据分组。移动终端86在传送控制信息至基站83时，会先通过无线网络82来将控制信息先传送到第二中继站85，其中无线网络82为IEEE 802.16的网络规范。在第二中继站85与基站83之间的控制信息传送则是通过如前述隧道模式81，将控制信息传送到基站83。在本实施例中，第一中继站84与第二中继站85之间的网络联机可能为有线或是无线网络连接，第一中继站84与基站83之间的网络联机可能为有线或是无线网络连接。
当移动终端86在传送数据分组至基站83时，会先将数据分组传送到第二中继站85，接着通过第二中继站85内的桥接模式，将数据分组传送到第一中继站84，再通过第一中继站84将数据分组传送到基站83。
图9为根据本发明的具有多点跳跃的无线通信系统的分组转换的一实施例的示意图。控制分组901的来源地址为移动终端41的地址HoA@，目的地地址为目标终端62的地址AAA@，而所要传送的控制信息内容为payload。当第一EP-RS中继站(EP-RS1)91接收到控制分组901后，会将控制分组901改变，在控制分组901前加入第一EP-RS中继站91的地址RS 1@与目标终端62的地址AAA@，用以表示此分组是经过第一EP-RS中继站91认可，由第一EP-RS中继站91的地址RS1@所发出，目标终端62的地址AAA@的数据分组902。
当第二EP-RS中继站(EP-RS2)92接收到控制分组902后，会将控制分组902改变，在控制分组902前加入第二EP-RS中继站92的地址RS2@与目标终端62的地址AAA@，用以表示此分组是经过第二EP-RS中继站92认可，由第二EP-RS中继站92的地址RS2@所发出，目标终端62的地址AAA@的数据分组903。
当AAA模块93接收到数据分组903后，会将第一EP-RS中继站93的地址RS1@与第二EP-RS中继站92的地址RS2@删除，还原成原先移动终端41发出的控制分组901。
当移动终端41要传送数据分组904至目标终端(corresponding node，CN)62时，第一EP-RS中继站91会通过桥接模式单元直接将数据分组904传送给第二EP-RS中继站92，其中目标终端62可能为网络上的结点或是连接网络上的一计算机，桥接模式单元可能为EP-RS中继站中的一个传输路径、传输控制单元或传输控制模块。在本实施例中，桥接模式单元仅是用以表示第一EP-RS中继站91内的一种传输方式，可以是由具有ASN-GW功能的BS模块来完成，并非具体限制第一EP-RS中继站91内必须内建一桥接模式单元。分组904的来源地址为移动终端41的地址HoA@，目的地地址为目标终端62的地址CN@，而传送的数据以data表示。因为第一EP-RS中继站91是以桥接模式运作，因此第一EP-RS中继站91直接将分组904传送至第二EP-RS中继站92
当第二EP-RS中继站92接收到数据分组904后，其运作与第一EP-RS中继站91相同，直接将分组904传送至AAA模块93。因为此时移动终端41已经被认证，因此AAA模块93会根据数据分组904中的地址CN@，将数据分组904传送到目标终端62。
本实施例仅以移动终端41传送至目标终端62之间的数据分组与控制信息传送方式为例说明。而目标终端62传送至移动终端41之间的数据分组与控制信息传送方式则相类似。
虽然本发明已以具体实施例揭示如上，然其仅是为了易于说明本发明的技术内容，而并非将本发明狭义地限定于该实施例，本领技术人员在不脱离本发明的精神和范围的前提下可作若干的更动与润饰，因此本发明的保护范围以本发明的权利要求为准。