无线通信系统中移动IP节点的有效再注册

摘要

给出了用于减少由移动节点向外部代理发送的注册请求数目的方法和装置。只有在前面的成功注册所划界的一时间段后发生某些数据传输，才发送再注册请求，而不总是在注册期满前的预定时刻发送再注册请求(340)。

说明书

                              背景

领域

本发明一般涉及通信，尤其涉及分组数据在无线通信系统上的传输。

背景

无线通信领域具有许多应用，包括例如：无绳电话、寻呼、无线本地回路、个人数字助理(PDA)、因特网电话以及卫星通信系统。一特别重要的应用是移动订户的蜂窝电话系统。如这里使用的，术语“蜂窝”系统包含蜂窝和个人通信服务(PCS)频率。已经为这类蜂窝电话系统开发了各种空中接口，包括例如频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)以及码分多址(CDMA)。与之相关，已经建立了各种本国因特网标准，包括例如高级移动电话服务(AMPS)、全球移动电话系统(GSM)以及临时标准95(IS-95)。IS-95及其衍生标准IS-95A、IS-95B、ANSI J-STD-008(通常总称为IS-95)以及所提出的高数据速率系统由电信工业联盟(TIA)及其它公知标准实体公布。

按照IS-95标准的用途配置的蜂窝电话系统采用CDMA信号处理技术来提供高效和稳健的蜂窝电话服务。美国专利号5103459和4901307中描述了实质上按照IS-95标准的用途配置的示例性蜂窝电话系统，所述美国专利被转让给本发明的受让人并且通过引用被结合于此。采用CDMA技术的示例性系统是由TIA发布的cdma2000 ITU-R无线电传输技术(RTT)候选提案(这里称为cdma2000)。用于cdma2000的标准在IS-2000的草案中给出并且已经由TIA和3GPP2确认。另一CDMA标准是W-CDMA标准，其包含在第三代合伙人计划“3GPP”中，文献号3G TS 25.211、3G TS 25.212、3G TS 25.213和3G TS 25.214。

假定对无线数据应用日益增长的需求，对高效无线数据通信系统的需求也变得日益重要。一种这样的无线数据应用是数据分组的传输，其在分组交换网络处始发或终止。存在各种协议，用于在分组交换网络上发送分组话务，使得信息到达其所指的目标站。一种这样的协议是“因特网协议”，RFC 791(1981，9月)。因特网协议(IP)把消息分解成分组，把分组从发送者路由至目标站，并且在目标站把分组重新装配成始发消息。IP协议要求每个数据分组以IP头部开始，该IP头部包含唯一地标识主机和目标站计算机的源地址字段和目标地址字段。RFC 793(1981，9月)中公布的传输控制协议(TCP)负责数据从一个应用到另一个应用的可靠、顺序传递。用户数据报协议(UDP)是较简单的协议，它在TCP的可靠性机制不必要时有用。对于IP上的语音话务服务，TCP的可靠性机制是不必要的，因为语音分组的重传由于延迟约束而无效。因此，UDP通常用于发送语音话务。

通过粘附于一组协议，称为协议栈，可以完成在无线通信网络上来自IP网络的数据分组传输，或者在IP网络上来自无线通信网络的数据分组传输。一般而言，无线通信设备通过接口Um与基站(BS)和/或分组数据服务节点(PDSN)通信。无线通信设备可以是IP分组的始发站或目标站，或者，无线通信设备可以是到电子设备的透明链路。在任一情况下，把负载信息分解成多个分组，其中向每个分组添加头部信息。IP头部在PPP层顶部，PPP层在RLP层上，RLP层在物理层顶部。RLP层是无线电链路协议层，它负责在发生传输差错时重传分组。分组在控制被传输到BS/PDSN，随后分组在IP网络上被发送。

现在解决由于移动通信的特性而产生的问题。如上所述，IP协议要求每个数据分组包含主机和目标计算机的唯一标识符。由于移动通信设备能从一个基站的范围传播至另一基站的范围，则被定址到该移动通信设备的数据分组必须能到达所述设备。因此，需要某些机制在移动通信设备实际移动时继续数据传输。RFC2002(1996，10月)提出了对该问题的一个解决方案。该文献中公布的协议使移动通信设备能改变到因特网的附着点，而无须改变设备的IP地址。也就是，RFC 2002描述了一种注册方案，该方案向本地代理通知移动通信设备的位置，使得本地代理能通过外部代理来路由数据分组。

然而，RFC 2002所提出的解决方案不是最优的，因为注册过程要求使用移动通信设备和网络基础结构元件间的信道资源。“信道资源”是一般为了描述准备用于传输的分组所需的传输信道和资源所使用的术语。在CDMA系统中，这类资源可包括扩展码、调制码元以及其它处理元件。特别是，注册和再注册事件消耗了重要的信道资源以便维持与本地代理的附着点。目前需要实现一种使信道资源的消耗最小的注册和再注册过程。

概述

这里给出了解决上述需求的方法和装置。只有在前面的成功注册后发生某些数据传输时才发送再注册请求，而不是在注册期满前的预定时刻发送移动IP再注册请求。在成功注册后和注册期满前没有数据传输的情况下，移动IP会话被终止。

一方面，给出了一种用于向外部代理再注册移动节点的装置，所述装置包括：存储器元件；以及用于执行保存在所述存储器元件内的一组指令的处理器，所述指令组用于：向外部代理实行注册，其中设定了生存期；如果小于注册生存期的预定时段已到期并且没有发送或接收任何分组，则制止实行再注册；以及仅在成功注册后和注册生存期前发送或接收某些分组时才实行再注册。

另一方面，给出了用于注册工作在被访问网络中的移动节点的一种装置，所述装置包括：用于实行移动节点与被访问网络中外部代理的初始注册和随后再注册的注册装置；以及与所述注册装置一起使用的定时装置，其中所述注册装置使用所述定时装置来确定是按照标准协议还是忽视标准协议，其中忽视标准协议是制止实行移动节点的再注册。

另一方面，给出了一种向外部代理再注册移动节点的方法，所述方法包括：实行与被访问网络中外部代理的初始注册；如果在预定时段内发送或接收IP分组，则按照标准协议；如果在上述预定时段内没有发送或接收IP分组，则制止向外部代理实行再注册，其中制止实行再注册与标准协议相对；以及如果在预定时段后并且在注册生存期前发送或接收IP分组，则发送或接收所述IP分组，并且发送再注册请求。

附图简述

图1是无线通信网络的图。

图2是按照RFC 200的当前再注册定时要求的时间线。

图3是新的再注册过程的流程图。

详细描述

如图1所示，无线通信网络10一般包括多个移动站(也称为订户单元或用户设备)12a-12d、多个基站(也称为基站收发机(BTS)或节点B)14a-14c、基站控制器(BSC)(也称为无线电网络控制器或分组控制函数16)、移动交换中心(MSC)或接线器18、分组数据服务节点(PDSN)或网际互连函数(IWF)20、公共交换电话网(PSTN)22(一般是电话公司)、以及因特网协议(IP)网络24(一般是因特网)。为了简洁，示出四个移动站12a-12d、三个基站14a-14c、一个BSC16、一个MSC 18和一个PDSN 20。本领域的技术人员应该理解，可以有任意数量的移动站12、基站14、BSC 16、MSC 18和PDSN 20。

在一个实施例中，无线通信网络10是分组数据服务网络。移动站12a-12d可以是多种不同类型的无线通信设备之一，譬如便携式电话、与运行基于IP的Web浏览器应用程序的膝上型电脑相连的蜂窝电话、带有相关免提汽车部件的蜂窝电话、运行基于IP的Web浏览器应用程序的个人数据助理(PDA)、结合在便携式计算机内的无线通信模块、或者诸如可在无线本地回路或仪表读数系统内找到的固定位置的通信模块。在最普遍的实施例中，移动站可能是任一类型的通信单元。

移动站12a-12d可最好用于执行一个或多个无线分组数据协议，诸如EIA/TIA/IS-707标准中所描述的。在特定实施例中，移动站12a-12d产生指向IP网络24的IP分组并用点对点协议(PPP)把这些IP分组封装在帧内。

在一实施例中，IP网络24与PDSN 20耦合，PDSN 20与MSC 18耦合，MSC 18与BSC 16和PSTN 22耦合，而BSC 16通过有线线路与基站14a-14c耦合，有线线路为按照多种已知协议的话音和/或数据分组的传输而配置，多种已知协议包括如：E1、T1、异步传输模式(ATM)、IP、PPP、帧中继、HDSL、ADSL或xDSL。在另一实施例中，BSC 16直接与PDSN 20耦合，而MSC 18不与PDSN 20耦合。

在无线通信网络10的典型操作期间，基站14a-14c接收并解调来自电话呼叫、Web浏览、或其它数据通信中所涉及的各移动站12a-12d的反向链路信号集。给定的基站14a-14c所接收到的每个反向链路信号都在基站14a-14c内被处理。每个基站14a-14c可以通过调制并把前向链路信号集发送至移动站12a-12d而与多个移动站12a-12d进行通信。例如，如图1所示，基站14a同时与第一和第二移动站12a、12b进行通信，而基站14c同时与第三和第四移动站12c、12d进行通信。所产生的分组被转发至BSC 16，后者提供呼叫资源分配和移动管理功能，包括把特定移动站12a-12d的呼叫软切换从一个基站14a-14c编制到另一个基站14a-14c。例如，移动站正同时与两个基站14b、14c进行通信。最终，当移动站12c移至离开一个基站14c足够远时，呼叫会被切换至另一基站14b。

如果传输是常规的电话呼叫，则BSC 16会把接收到的数据路由至MSC 18，后者为与PSTN 22接口提供附加的路由服务。如果传输是基于分组的传输，譬如指向IP网络24的数据呼叫，MSC 18会把数据分组路由至PDSN 20，后者会把分组发送至IP网络24。或者，BSC 16会把分组直接路由至PDSN 20，后者把分组发送至IP网络24。

应该注意到，CDMA系统的“分组”在结构上与分组交换网络的“分组”不同。两者都是描述数据发送格式的单位，但一个对于无线网络最佳，另一个对于分组交换网络最佳。例如，来自IP源的数据分组会包含一头部部分和一数据部分。然而，用于在空中传输的数据分组带有已经被编码和调制的数据，并可能在被分组到分组中前经历码元重复。因此，来自分组交换网络的分组将要被重新格式化以便在无线网络上使用。

为了说明简便，这里将使用RFC 2002的术语。被配置成处理IP分组的移动通信设备被称为移动节点。在移动节点的本地系统处处理IP分组以便传递到移动节点的路由器将被称为本地代理。在所访问的系统处服务移动节点的路由器将被称为外部代理。参照图1，外部代理和/或本地代理的功能可由所访问网络中的BSC 16和本地网络中的BSC 16来完成。

按照RFC 2002，基于IP分组头部中的目标地址来路由IP地址。每个移动节点有一个永久IP地址。然而，到一个网络的附着点会频繁改变。当前的附着点称为“转交”地址。执行移动节点的注册，使得移动节点能在访问外部网络时请求转发服务、通知本地代理有关当前的转发地址、在移动节点返回本地时重新开始由于期满和/或撤销注册而产生的注册。

因此，注册消息在移动节点、外部代理和本地代理间交换信息。注册使本地代理能修改移动节点的移动性绑定。移动性绑定是移动节点的永久IP地址和移动节点的转发地址之间的关联。移动性绑定对于在被破坏前的“生存期”是一般有效的。图2中描述了注册过程和再注册过程。

图2是在RFC 2002中当前给出的注册和再注册过程的时间线。在时刻t₀处，移动节点实行一初始注册过程。该过程需要将注册请求消息传输到预期的外部代理、将来自预期的外部代理的注册请求消息传输到本地代理、将来自本地代理的注册应答传输到预期的外部代理、以及将来自预期的外部代理的注册应答传输到移动节点。

如果来自本地代理的注册应答许可服务接入，则设定指示移动IP绑定的持续时间的生存期。移动节点所使用的生存期持续时间或由移动节点请求，或由本地代理许可，无论哪个持续时间较短。一旦已经确定了生存期，就为时刻t₁设定一定时器，该定时器的期满指示移动节点何时应尝试再注册。为时刻T₁设定第二定时器，该定时器的期满指示移动IP会话结束。为了维持移动IP会话，t₁必须比T₁短。

当定时器在t₁期满时，移动节点将会尝试再注册，并且为t₂设定定时器。如果时刻t₃未接收到应答，则发送另一请求，并且为t₃设定定时器。这继续，直到为T₁设定的定时器期满为止。在这一点，会话终止。随后注册间的时间受“几何回落”支配，其中向前面已用于定时器的值应用一恒定乘数。例如，如果t₂被设为1秒且乘数为2，则t₂会是2秒，t₃会是4秒，依此类推。

尽管上面的再注册过程对于确定无线通信网络中移动节点的位置是有利的，然而上面的再注册过程是不合需要的，因为必须为在空中发送的每个注册请求消息和注册应答分配信道资源。工作在外部代理服务下的单个移动节点也许不会显著地影响系统容量，但大多数移动节点，比如在工作在相同外部代理的服务下的密集分布的区域中的节点，会显著地影响网络的语音和数据能力。

这里所述的实施例用于使用于移动节点的注册和再注册的系统资源的数量最小。

图3是用于工作在外部代理支持下的移动节点的再注册的方法流程图。处理器和存储器元件被配置成如下执行这里所述的方法步骤。在步骤300中，移动节点向外部代理实行初始注册，然后外部代理与移动节点的本地代理通信以确认移动节点的服务。在步骤310中，确定注册是否成功。如果注册不成功，则会话在步骤370终止。如果注册成功，则在步骤320中，允许移动节点和外部代理间的数据分组传输。在步骤330中，检验用于再注册的定时器。如果未到再注册的时刻，则允许数据分组传输。

如果到了再注册的时刻，则在步骤340中，移动节点必须考虑是否已经与网络交换了任何数据分组。如果已经传输了数据分组，则为再注册重复步骤300处的注册。如果尚未传输数据分组，则移动节点等待可能在步骤350被发送或结束的任何数据分组。在移动节点等待时，在步骤360确定生存期定时器是否已期满。如果生存期定时器尚未期满，则程序流继续回到步骤340。如果生存期定时器已经期满，则程序流继续到步骤370，其中会话被终止。

如果初始注册成功且数据传输在第一时间标记t₁前发生，则程序流如RFC2002所指地继续。第一时间标记t₁取决于初始注册期间设定的生存期T₁。

如果初始注册成功且数据传输未发生在第一时间标记t₁之前，移动节点就制止向外部代理发送再注册请求。相反，移动节点等待。应该注意，该步骤不被RFC200的原理所支持。尽管未发送再注册请求，然而在初始注册期间建立的移动绑定对于初始注册处设定的生存期持续时间仍有效。因此，外部代理和本地代理都继续把IP分组路由至移动节点。

如果在第一时间标记t₁后但在初始注册所设的生存期结束前由移动节点发送或接收一IP分组，则移动站发送所述IP分组和再注册请求两者。一旦接受再注册请求，就设定一新的生存期时段，程序流重复，直到移动节点不再处于外部代理的工作范围内为止。然而，如果移动节点在生存期期满前不发送任何数据，则会话会期满并且被终止。

本领域的技术人员可以理解，信息和信号可以用多种不同技术和工艺中的任一种来表示。例如，上述说明中可能涉及的数据、指令、命令、信息、信号、比特、码元和码片可以用电压、电流、电磁波、磁场或其粒子、光场或其粒子或它们的任意组合来表示。

本领域的技术人员能进一步理解，结合这里所公开的实施例所描述的各种说明性的逻辑块、模块和算法步骤可以作为电子硬件、计算机软件或两者的组合来实现。为了清楚说明硬件和软件间的互换性，各种说明性的组件、框图、模块、电路和步骤一般按照其功能性进行了阐述。这些功能性究竟作为硬件或软件来实现取决于整个系统所采用的特定的应用程序和设计。技术人员可以认识到在这些情况下硬件和软件的交互性，以及怎样最好地实现每个特定应用程序的所述功能。技术人员可能以对于每个特定应用不同的方式来实现所述功能，但这种实现决定不应被解释为造成背离本发明的范围。

结合这里所描述的实施例来描述的各种说明性的逻辑块、模块和算法步骤的实现或执行可以用：通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑器件、离散门或晶体管逻辑、离散硬件组件或者为执行这里所述功能而设计的任意组合。通用处理器可能是微处理器，然而或者，处理器可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器也可能用计算设备的组合来实现，如，DSP和微处理器的组合、多个微处理器、结合DSP内核的一个或多个微处理器或者任意其它这种配置。

结合这里所公开实施例描述的方法或算法的步骤可能直接包含在硬件中、由处理器执行的软件模块中或在两者当中。软件模块可能驻留在RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动盘、CD-ROM或本领域中已知的任何其它形式的存储媒质中。示例性存储媒质与处理器耦合，使得处理器可以从存储媒质读取信息，或把信息写入存储媒质。或者，存储媒质可以与处理器整合。处理器和存储媒质可能驻留在ASIC中。ASIC可能驻留在订户单元中。或者，处理器和存储媒质可能作为离散组件驻留在用户终端中。

上述优选实施例的描述使本领域的技术人员能制造或使用本发明。这些实施例的各种修改对于本领域的技术人员来说是显而易见的，这里定义的一般原理可以被应用于其它实施例中而不使用创造能力。因此，本发明并不限于这里示出的实施例，而要符合与这里揭示的原理和新颖特征一致的最宽泛的范围。