CN1653738B - 在由网络服务的移动终端用户之间通信数据分组的方法 - Google Patents

在由网络服务的移动终端用户之间通信数据分组的方法 Download PDF

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Abstract

一种通用分组无线业务(GPRS)网络(141)包括至少一个，优选地，多个无线接入网(161～16m)，每一个均提供对一个或多个移动终端用户(121～12n)的无线接入。与一个或多个接入网相关联的是多个侍服GPRS服务节点(SGSN)(241～24m)中相应的一个，每个节点(SGSN)用于识别并验证移动终端用户。有利地，每个SGSN还用于对来自移动终端用户的IP分组进行高速缓存，并检查每个分组以确定目的地IP地址是否对应于网络中的另一移动终端用户。如果是，则该SGSN向目的地移动终端用户路由该分组。否则，如果分组目的地位于网络外部，则SGSN向用于跨越网络进行路由的网关(32)路由分组。

Description

在由网络服务的移动终端用户之间通信数据分组的方法
技术领域
本发明涉及一种在由无线网络服务的移动终端用户之间对IP分组进行有效通信的技术。
背景技术
无线电信服务随着时间不断发展。当最初引入时，无线服务采用允许用户发送和接收语音呼叫的模拟无线电技术。现在，大多数无线服务供应商采用允许用户对语音和数据进行通信的数字通信技术。在努力推进无线通信的状态的过程中，无线服务供应商和设备制造商联盟提出了针对无线网络体系结构的新规范，被称为“通用移动电话系统”(UMTS)，以相当高的速度提供对文本、数据甚至多媒体服务的宽带、基于分组的通信。由第三代伙伴计划(3GPP)公布的文件3GPP TS23.101 V4.0.0(2001-04)，Sophia，Antipolis，Valbone，France，本领域的技术人员所公知的UMTS规范，代表了整个世界所使用的全球移动标准(GSM)、无线电信标准的发展。
UMTS规范提出了一种核心网络，包括用于提供语音服务的电路交换域和用于提供通用分组无线业务(GPRS)的分组交换域。分组通过多个无线接入网络之一进入和离开分组域。每个无线接入网络包括由无线网络控制器(RNC)管理的一个或多个无线基站。在分组域中，多个侍服GPRS服务节点(SGSN)通过识别和验证寻求发送和接收分组数据的移动终端用户，控制从相应无线接入网络之一对核心网络的接入。在识别并有效验证移动终端用户之后，SGSN建立到网关GPRS服务节点(GGSN)的链路。为此，移动终端用户需要IP地址，当移动终端用户首次接入网络时，GGSN将分配该地址。对于已经具有已分配IP地址的移动终端用户，GGSN将用作在移动终端用户和用户寻求接入的外部网络之间路由通信的服务器。
在当前所提出的UMTS标准中，寻求与由相同或不同接入网络服务的另一移动终端交换分组的移动终端用户总是必须建立与用户的分组域中的GGSN之间的关系，这是由于GGSN负责在移动终端用户之间路由IP业务。因此，两个或多个用户之间的全部分组通信，尤其是公共分组域(即，公共公用陆地移动网络)中的分组通信，通过GGSN进行，即使用户并不需要接入外部IP网络。因此，移动终端用户之间的分组通信将可能给GGSN带来负担，导致效率低下。依据GSM/GPRS2.5G标准、在GSM网络中实施的通用分组无线业务利用类似于针对UMTS而提出的体系结构，因此，可能存在相同的效率低下问题。
因此，需要在移动终端用户之间对分组进行有效通信的技术，以克服现有技术的缺点。
发明内容
简要地，根据优选实施例，提出了一种用于在如通用分组无线业务(GPRS)网络等分组无线业务网络中从一个移动终端用户向另一移动终端用户通信至少一个IP分组的方法。当在网络中的服务节点处接收到由第一移动终端用户发送的分组时，所述方法开始。实际上，服务节点采用侍服GPRS服务节点(SGSN)的形式，识别并验证移动终端用户。在接收到分组之后，服务节点检查包含在分组中的目的地IP地址，以确定所述地址是否标识了由所述网络服务的任何移动终端用户。如果是，则服务节点向指定接收分组的、所识别的移动终端用户路由分组。
上述方法通过消除从服务节点向用于评估IP分组地址的网关统一路由分组以便最终路由到接收移动终端用户的需要，取得了更高的效率。只有分组不去往网络中的任何移动终端用户时，服务节点才向网关路由所述分组。因为网关只接收去往网络外部的分组，上述方法降低了网关的负荷。
附图说明
图1示出了根据现有技术的通用分组无线业务网络体系结构的方框示意图；
图2示出了图1所示的网络体系结构的一部分，示出了在每个用户与特定接入网络保持关联时，根据本发明的原理，在移动终端用户之间进行分组通信的方式；以及
图3示出了图1所示的网络体系结构的一部分，示出了在用户从一个接入网络向相同分组域中的另一接入网络运动时，根据本发明的原理，在移动终端用户之间进行分组通信的方式。
具体实施方式
图1示出了根据现有技术的通用分组无线业务(GPRS)网络体系结构10，其用于向多个移动终端121、122、…、12n(其中n为正整数)提供分组无线服务。图1所示的网络体系结构10包括至少一个，优选地，多个分组域，每一个均以公用陆地移动网络(PLMN)表示。图1示意性地示出了一对PLMN 141和142，但是应当理解的是，网络体系结构10可以包括更多和更少数量的PLMN。每个PLMN，如PLMN 141，在网络运营商具有常规权限的地理区域内，提供分组无线服务。PLMN通常具有相同的结构，只对PLMN 141的细节进行描述。
实际上，PLMN 141包括至少一个，优选地，多个无线接入网161、…16m(其中m是正整数)。典型地，每个无线接入网根据GSM/3GPP或UMTS/3GPP规范之一，提供对移动终端用户121～12n中的一个或多个的接入。如图2和图3所示，每个接入网包括至少一个，优选地，多个基站181、…、18x(其中x是正整数)。每个无线接入网161～16m中的基站181～18x在无线网络控制器20的控制下进行操作，所述无线网络控制器20用于管理如呼叫切换和基站发射机功率电平等功能。
在PLMN 141等如图1所示的每个PLMN中，每个无线接入网161～16m与相应的侍服GPRS服务节点(SGSN)241～24m之一进行接口。每个SGSN，如SGSN 241在如接入网161等寻求对IP分组进行通信的相应的无线接入网上，识别并验证移动终端用户。尽管图1示出了每个无线接入网络与每个SGSN之间一一对应的关系，但如图2和图3所示，SGSN可以服务于两个或多个接入网。由于每个无线接入网161～16m服务于特定的地理区域，与该接入网相关联的SGSN同样服务于相同的区域。
每个SGSN 241～24m与包括归属位置寄存器(HLR)28的PLMN核26进行接口。HLR 28采用数据库的形式，存储与订阅了由PLMN提供的分组无线服务的移动终端单元有关的信息。实际上，HLR 28存储PLMN中的每个移动终端用户的IP地址和相应的SGSN。
每个PLMN，如PLMN 141，包括第一网关30，典型地被命名为边界网关(BG)。BG 30使每个PLMN能够通过PLMN间网络33与其他PLMN交换信息。这些信息包括“来访”移动终端用户的标识，即原始归属于一个PLMN但漫游到另一PLMN的移动终端用户。此外，每个PLMN还包括第二网关，命名为网关GPRS支持节点(GGSN)32，将PLMN与外部IP网络34进行接口，典型地，尽管不是必需的，所述外部IP网络34为因特网。GGSN 32用于在移动终端用户和外部IP网络或跨越了PLMN的目的地，如属于不同网络的移动终端用户之间路由分组。
首次向其归属PLMN，如PLMN 141寻求服务的移动终端用户，如用户121通过以下过程来“添加”其自身。首先，移动终端用户通过如接入网161等无线接入网接入PLMN 141。之后，服务于请求移动终端用户的SGSN(如SGSN 241)识别并验证用户。完成识别和验证后，请求移动终端用户建立分组数据协议(PDP)通信会话(此后称为“PDP上下文”)，以便接收动态IP地址。为了建立PDP上下文，请求移动终端用户进行PDP上下文请求。SGSN接收该请求，并反过来，根据包括在PDP上下文请求中的服务质量(QoS)要求，分配相应无线接入网内的适当无线资源。
SGSN向GGSN 32转发PDP上下文请求。作为响应，GGSN 32将动态IP地址分配给请求移动终端用户121，作为PDP上下文响应的一部分。为了使移动终端用户接入因特网34，GGSN 32将保留必需的资源，并进行任何所需的验证。如果移动终端具有静态IP地址，由移动终端用户做出的PDP上下文请求将把该信息包含在由GGSN 32接收的PDP上下文请求中的适当字段中。否则，IP请求字段保持为空。一旦移动终端用户以这种方式获得IP地址，在属于其服务归属PLMN时，用户保持该地址。
在当前所提出的GPRS标准下，需求与另一用户(如用户122)交换IP分组的移动终端用户(如用户121)必须总是通过相应的SGSN建立去往发送方PLMN中的GGSN 32的通信路径，即使发送方并不想访问外部IP网络34。换句话说，PLMN内的GGSN 32接收所有分组业务，甚至是在相同网络内的移动终端用户之间交换的分组业务，从而给GGSN 32带来了负担。
根据本发明的原理，图2所示的PLMN(如PLMN 141)内的SGSN 241～24m有利地在由PLMN服务的移动终端用户之间路由分组，而不需要GGSN(在图2中未示出)的参与。PLMN 141内的SGSN通过在每个SGSN中维护包含与移动终端用户有关的信息的路由表来实现这种路由。在创建移动终端用户的PDP上下文时，服务于该移动终端用户的SGSN将对其路由表进行更新，并将移动终端用户指定为“本地的”(即，由该SGSN服务)。类似地，当移动终端用户退出其PDP上下文时，SGSN同样对其路由表进行更新。利用其内部路由表，每个SGSN确定输入分组是否去往由该SGSN服务的移动终端，或者是否去往相同PLMN(如PLMN 141)中的另一SGSN，或者跨越了PLMN的目的地。
为了有利于SGSN的路由，PLMN中的HLR 28接收来自与每个“本地”移动终端用户(即，当前归属于PLMN的移动终端用户)的IP地址有关的每个SGSN的更新和服务于该用户的SGSN的标识。按照这种方式，如果SGSN接收到路由表中并不存在其信息的输入分组，SGSN可以向HLR 28查询信息。由于每次新的移动终端用户将其自身附属于PLMN 141时，HLR 28自身通过报告SGSN来进行更新，SGSN在查询HLR时将获得最近的数据。下面的表格I示出了记录在HLR 28中的这些典型数据。
表格I
  移动终端用户   IP地址   SGSN
  12<sub>1</sub>   A10   24<sub>1</sub>
  12<sub>2</sub>   A16   24<sub>1</sub>
  12<sub>3</sub>   A20   24<sub>2</sub>
  12<sub>4</sub>   A3   24<sub>3</sub>
在操作中，当移动终端用户寻求与另一移动终端用户交换分组时，与发送移动终端用户相关联的SGSN检查从发送用户接收到的分组中的目的地IP地址。因此，当移动终端用户121发送去往移动终端用户122的分组时，SGSN 241检查在接收到的、去往该移动终端用户的分组中的目的地IP地址(@ip:A16)。在图2所示的实施例中，SGSN 241知道移动终端用户121和122是“本地的”(即，由SGSN 241服务)。知道移动终端122是本地的，SGSN 241可以从移动终端用户121向其路由分组，而不需要GGSN(未示出)的参与。
根据包含在其内部路由表中的信息，SGSN 241也可以向由其他SGSN服务的移动终端用户路由IP分组。在图2中，SGSN 241知道SGSN242和243分别服务于移动终端用户123和124。因此，SGSN 241可以向用于向移动终端用户123进行路由的SGSN 243路由去往该移动终端用户的IP分组。只有当分组中的IP地址指定PLMN 141外部的目的地时，SGSN 241才向GGSN(在图2中未示出)路由该分组。PLMN 141中的其他SGSN同样使用其内部路由表路由从其所服务的移动终端用户发送过来的业务。因此，例如，SGSN 242和SGSN 243中的每一个通过检查所发送过来的分组的目的地IP地址，可以分别路由来自移动终端用户123和124中相应的一个的IP分组。使用其内部路由中的信息，每个SGSN建立适当的路径，以向其预期的目的地路由分组。与SGSN 241一样，PLMN 141中的其他SGSN(如SNSN 242和243)只在这些分组中的目的地IP地址对应于PLMN外部的目的地时，才向GGSN路由IP分组。
实际上，每个PLMN中的每个SGSN按照如下的方式更新其路由表，以确保连续的路由能力。如果SGSN接收到其目的地IP地址并不存在于内部路由表中也不对应于GPRS网络地址的分组，则SGSN识别归属于目的地移动终端的SGSN，并确定目的地移动终端的IP地址以及移动终端用户目前所附属的SGSN的标识(如果不同的话)。如果需要，SGSN将向HLR 28查询这些信息。
如果SGSN接收到其目的地IP地址对应于表中的条目而其源地址并不对应于条目的分组，则SGSN创建针对该源地址及其关联SGSN的新条目。同样，如果需要，SGSN将向HLR 28查询这些消息。如果移动终端用户离开PLMN(即，移动终端用户丢弃其PDP上下文)，SGSN通过丢弃针对该移动终端用户的相应条目，对其路由表进行更新。如果SGSN接收到其源地址对应于表中的条目但SGSN并未与发送移动终端用户相关联的分组，SGSN相应地更新其路由表。
在旅行期间，移动终端用户可以进入或离开与特定SGSN相关联的地理区域。例如，在离开由如图2所示的SGSN 241服务的区域之后，移动终端用户122可以进入由如图3所示的SGSN 242服务的区域。为了使“新”SGSN能够向和从此“新”附属的移动用户路由业务，新SGSN将针对新附属移动终端的上下文信息，与“旧”SGSN进行联系。如图3所示，在检测到移动终端用户122出现在其侍服区域中时，SGSN 242针对与此新附属的移动终端用户相关联的PDP上下文信息，与SGSN 241取得连续。旧和新SGSN更新其各自的路由表，以反映出移动终端用户122的新位置。在更新之后，现在，由SGSN 242路由从移动终端用户122发送的和去往移动终端用户122的IP分组。应当注意，当SGSN(如SGSN 242)检测到新移动终端用户(如移动终端用户122)的出现时，该SGSN可以在其他SGSN得知该移动终端用户的新归属之前，对其他SGSN进行更新。
在旧和新SGSN中的每一个更新其各自的路由表之后，每个SGSN将典型地对HLR 28进行更新。利用更新后的HLR 28，网络141中的任何SGSN都可以查询HLR，以获得路由信息，直接向移动终端用户122发送分组(即，通过SGSN 242)，而不需要首先向旧SGSN 241发送并进行转发。一旦在移动终端用户122附属于SGSN 242之后，SGSN接收到来自该用户的分组时，接收SGSN更新其自身内部的路由表，并从而知道将去往移动终端用户122的分组送往何处。
实际上，SGSN并不保留不确定的路由信息。假设移动终端用户121～12m经常在PLMN 141内部旅行，甚至旅行到不同的PLMN，存储在特定SGSN内的路由信息可能会变得“陈旧”。为此，每个SGSN将典型地在预定时间间隔之后丢弃路由信息，从最旧的条目开始。SGSN保持路由条目的时间长度依赖于多种因素，包括当前附属于SGSN的移动终端用户数，以及分组传输容量。
上面描述了用于在通用分组无线业务(GPRS)网络中的移动终端用户之间路由IP分组的技术，使侍服GPRS服务节点检查每个输入分组中的目的地IP地址，如果去往相同PLMN中的另一移动终端用户，则相应地路由该分组。

Claims (13)

1.一种用于在由分组无线业务网络服务的移动终端用户之间通信至少一个数据分组的方法，包括以下步骤：
在网络中的源服务节点处识别和验证在网络中的移动终端用户；
在网络中的源服务节点处高速缓存来自所述移动终端用户的分组，所述分组具有目的地IP地址；
在源服务节点处检查列出了移动终端用户及其相应IP地址的由所述源服务节点维护的路由表，以确定所述分组的目的地IP地址是否标识由源服务节点管理的无线接入网所服务的任何移动终端用户；以及如果是，
向由所述分组中的目的地IP地址所标识的目的地移动终端用户路由所述分组。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：还包括以下步骤：当所述目的地IP地址标识指定接收所述分组的外部目的地时，向网关路由所述分组。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：还包括以下步骤：每次新移动终端用户将其自身附属于网络时，更新所述源服务节点。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在预定时间间隔之后，所述源服务节点丢弃其路由表中的路由信息。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：当所述源服务节点不知道所述目的地IP地址是否在所述网络内时，所述源服务节点通过查询所述网络中的归属位置寄存器来更新其路由表。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：每次新移动终端用户将其自身附属于源服务节点时，所述源服务节点利用动态分配的IP地址信息动态地更新所述归属位置寄存器。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：还包括以下步骤：
在所述源服务节点处确定所述源服务节点已经对其分组进行了高速缓存的所述移动终端用户是否不再与所述源服务节点相关联，以及如果是，
更新由所述源服务节点维护的内部路由表，以反映所述移动终端用户不再与所述源服务节点相关联。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述源服务节点至少警告所述网络中的除了所述源服务节点之外的另一服务节点：所述移动终端不再与所述源服务节点相关联。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：当新移动终端用户附属于所述源服务节点时，所述源服务节点至少警告所述网络中的除了所述源服务节点之外的另一服务节点。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述路由步骤包括以下步骤：向所述目的地移动终端用户所附属的目的地服务节点路由所述分组。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于：即使在所述目的地移动终端用户已经离开所述目的地服务节点并将其自身附属于新目的地服务节点之后，所述源服务节点仍然向所述目的地节点临时路由所述分组，继续这种临时路由，直到所述新目的地服务节点将新路由路径通知给所述源服务节点为止。
12.一种通用分组无线业务网络，包括：
至少一个无线接入网，用于对移动终端用户进行无线接入；以及
所述网络中的至少一个源服务节点，与所述至少一个无线接入网相连，用于识别和验证所述至少一个无线接入网上的移动终端用户，并且高速缓存来自移动终端用户的、具有IP目的地地址的IP分组，所述源服务节点检查列出了移动终端用户及其相应IP地址的由所述源服务节点维护的路由表，以确定所述分组是否去往由所述至少一个无线接入网服务的至少一个接收移动终端用户，以及如果是，则向由所述分组中的目的地IP地址所标识的接收移动终端用户路由所述分组。
13.根据权利要求12所述的通用分组无线业务网络，其特征在于：还包括：网关，与所述一个源服务节点相连，用于分配和标识所述至少一个无线接入网上的每个移动终端用户的地址，并在所述分组中的IP目的地地址标识所述分组的外部目的地时，向所述外部目的地路由所述IP分组。
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