专利名称：组合移动ip系统及使用该系统管理移动性的方法
技术领域：
本发明涉及移动通信系统，尤其涉及在移动通信系统内管理移动IP终端的位置和/或运动的系统和方法。
与此相反，蜂窝网络的移动性管理比在互联网上要容易，原因在于蜂窝网络是集中系统。蜂窝网络中，移动性管理通过以下两种方案执行位置更新和寻呼。另一方面，传统移动IP仅使用注册。这产生了更多的差别。例如，传统移动IP中，注册的执行方式在注册成本方面不同于蜂窝网络中的位置更新。在蜂窝网络中，在集中的顶端管理级别上进行注册，如MSC(移动交换中心)，而传统移动IP是分布在叶节点(leaf node)处，如HA(本地代理，home agent)和FA(外地代理，foreign agent)。这导致注册成本大为增加。
传统移动IP系统在其他方面与蜂窝系统也不相同。例如，传统移动IP中的本地网络远远小于蜂窝网络。因此，若假设传统移动IP和蜂窝网络具有相同的移动率(mobility rate)，移动IP中从本地网络向外地网络转移的概率高于蜂窝网络。这可以通过下文更清楚地理解。
图1显示了跟踪移动IP终端位置的传统系统的结构。该系统包括本地网络1，其中有移动IP终端的本地代理(如服务器)；多个外地网络2，各含有用于管理与相关覆盖区域内的移动节点(MN)间的通信的外地代理(FA)。
这种系统中，当移动节点从本地网络移动到外地网络FA2中时，移动节点在其外地代理处注册其位置，然后，外地代理沿信号路径发送信息，以在移动节点的本地代理处注册移动节点的位置。当移动节点在外地代理之间移动时，如从外地网络FA1移动到FA3，或从FA3移动到FA4，上述也成立。这种方案的结果是外地网络的注册成本是本地网络的两倍。此外，若外地代理和本地代理相距遥远，则移动IP的注册成本大大增加。
传统移动IP和蜂窝网络在交换消息方面也不相同。传统移动IP中，当移动节点离开本地网络时，移动节点通过其本地代理，经外地代理而从相应节点接收数据，而移动节点直接向相应节点发送数据。因此，传统移动IP中的消息交换不对称。然而，蜂窝网络中，路径上的消息交换对称，同时发送和接收消息。
考虑到上述比较，很明显，传统移动IP系统的效率和成本已经被证明次于蜂窝网络。因此需要管理IP终端的位置和/或运动的改良的系统和方法，尤其需要与传统移动IP系统的成本相比能够更加有效使用的系统和方法，其在可比环境中的性能水平接近或等于蜂窝网络。
本发明的另一个目的在于提供一种通过进行注册和最少寻呼方案而管理移动IP终端移动性的系统和方法。
本发明的另一个目的在于提供一种组合系统和管理IP终端移动性的方法，该方法能够减少发送和接收数据信号的成本。
为达到上述和其他目的和优点，根据其中一个实施例，本发明提供了一种组合移动IP系统，该系统包括具有与移动节点相互通信的主服务器的本地代理，以及在移动节点与本地代理之间转发相互通信的外地代理，其中外地代理包括至少一个区域(regional area)，该区域由至少一个与本地代理相互通信的控制外地代理和至少一个与控制外地代理相互通信的寻呼外地代理构成。
优选地，区域的控制和寻呼外地代理构成了上和下分级结构，其中控制外地代理是寻呼外地代理的上层，而寻呼外地代理是控制外地代理的下层。
优选地，寻呼外地代理转发移动节点与控制外地代理之间的相互通信，控制外地代理转发寻呼外地代理与本地代理之间的相互通信。
优选地，区域可划分为至少一个寻呼区域，寻呼区域由具有控制和寻呼外地代理的IP地址的寻呼区域标识扩展来标识。
在本发明的一个方面，组合移动IP系统包括本地代理和外地代理，本地代理含有与移动节点相互通信的主服务器，外地代理含有至少一个控制外地代理和至少一个寻呼外地代理，以在移动终端和本地代理之间转发相互通信。使用该组合移动IP系统管理移动性的方法包括以下步骤本地代理向控制外地代理发送数据分组，控制外地代理向寻呼外地代理请求寻呼，寻呼外地代理向移动节点请求寻呼，移动节点向寻呼外地代理发送寻呼回复，寻呼外地代理向控制外地代理请求本地注册，控制外地代理向寻呼外地代理发送本地注册回复，寻呼外地代理向控制外地代理发送寻呼回复。
优选地，在控制外地代理向寻呼外地代理请求寻呼的步骤中，控制外地代理向属于控制外地代理的一个区域的所有寻呼外地代理请求寻呼。
优选地，在寻呼外地代理向移动节点请求寻呼的步骤中，寻呼外地代理从寻呼外地代理的访客列表中搜索移动节点的本地地址，并且只有具有移动节点本地地址的寻呼外地代理向相应移动节点发送寻呼请求。
在本发明的更进一步的方面，一种使用组合移动IP系统管理移动性的方法包括以下步骤移动节点从本地网络向外地网络移动或从一个区域移动到另一个区域，从移动节点向寻呼外地代理发送全球注册请求，寻呼外地代理向控制外地代理发送全球注册请求，控制外地代理向本地代理发送全球注册请求，本地代理向控制外地代理发送全球注册回复，以及寻呼外地代理向移动节点发送全球注册回复。
在移动节点在外地代理的同一区域中在从一个寻呼区域移动到另一个寻呼区域的情况下，移动节点向寻呼外地代理发送区域注册请求，寻呼外地代理向控制外地代理发送区域注册请求，控制外地代理向寻呼外地代理发送区域注册回复，以及寻呼外地代理向移动节点发送区域注册回复。
这种情况下，移动中的移动节点处于活动模式。而且，在移动节点从一个寻呼区域移动到另一个寻呼区域的情况下，移动节点向寻呼外地代理发送本地注册请求，寻呼外地代理向移动节点发送本地注册回复。这种情况下，移动中的移动节点处于空闲模式。上述的本发明能够在移动IP环境中有效地管理移动性，因而能够优化数据发送和接收的信令成本。
优选实施例说明根据本发明，组合移动IP系统的构造如下。首先，系统由多层注册协议/结构构成。为降低复杂程度，双层等级/结构比较优越，因此，下面描述这种情况。但是，技术人员可以理解这种双层的实施例仅用来做解释，因此，不应认为限制本发明。例如，若需要，为满足特定用途的需要，本发明可由三、四或更多管理层构成。
第二，本发明的系统使用寻呼和注册来实现移动性管理，如所有的外地代理使用寻呼和注册机制跟踪移动IP终端的位置/运动。
第三，本发明的系统对蜂窝形状没有限制。尤其是，蜂窝形状不预定为任何特定的拓扑布局，而可以是实际网络的任意形状。
根据满足上述三个特征的本发明的一个实施例，图2显示了组合移动IP系统的结构。该系统中，移动IP环境被分为本地网络(HN)10和一个或多个外地网络(FN)20。本地网络中，本地代理(HA)具有与移动节点(MN)相互通信并管理本地网络的主服务器。外地代理(FA)位于外地网络中，执行转发移动节点与本地代理间的相互通信并管理外地网络的功能。
每个外地代理可分为至少一个上层和一个下层，以提供高效的移动性管理。外地代理管理各个区域RA1和RA2内的移动节点的通信。每个区域由至少一个与本地代理相互无线通信的控制外地代理(CFA)和至少一个与控制外地代理相互无线通信的寻呼外地代理(PFA)构成。控制外地代理可看作是相对于寻呼外地代理的上层，即，寻呼外地代理可看作是控制外地代理的下层。
每个寻呼外地代理执行的功能包括转发移动节点和控制外地代理之间的相互无线通信。控制外地代理转发寻呼外地代理与本地代理之间的相互无线通信。
该实施例中，位于一个区域(RA1)中的控制和寻呼外地代理不与另一个区域中的控制和寻呼外地代理进行相互无线通信。而是，每个寻呼外地代理管理各个寻呼区域，以与蜂窝网络内基站(BS)相似的方式执行寻呼功能，只是由本发明的寻呼外地代理执行这种移动IP终端的功能。控制外地代理管理该区域内由一个或多个寻呼外地代理执行的寻呼功能。因此，控制外地代理以与蜂窝网络中基站控制器(BSC)相似的方式执行管理功能，只是由移动IP终端执行这种功能。
下面解释本发明的系统中移动IP终端位置和/或运动管理方法。如图2所示，若移动节点位于其本地网络，则该移动节点以与传统移动IP相似的方式操作。但是，若移动节点离开其本地网络，则该移动节点必须向该移动节点进入区域内的寻呼外地代理(PFA)注册其位置信息。然后，寻呼外地代理使用控制外地代理(CFA)注册该移动节点的位置信息。接着，控制外地代理向移动节点的本地代理发送移动节点的位置信息。
当移动节点通过寻呼和控制外地代理注册了其位置信息后，若移动节点进入寻呼外地代理的区域后移动节点处于活动模式，则寻呼和控制外地代理设定定时器。若到时间后移动节点仍然有数据需要发送或接收，则该活动模式定时器周期将被延长。但是，若移动节点在特定时段后没有发送或接收数据，激活的定时器将超时，移动节点将转换为空闲模式。
使用控制外地代理注册移动IP终端的位置信息是有条件的。若移动节点处于活动模式，并移动到了外地代理，则移动节点通过相应区域的寻呼外地代理注册其位置信息，且寻呼外地代理向相应区域的控制外地代理注册移动节点的位置信息。若移动节点处于空闲模式，并移动到了外地代理，则该移动节点仅向相应区域的寻呼外地代理注册其位置信息。这种情况下，寻呼外地代理不需要向相应区域的控制外地代理注册移动节点的位置信息。
由于移动节点和寻呼外地代理相互接近，注册成本可以忽略。由于注册是本地行为，数据发送和接收的信令成本将不会影响移动IP系统。
若移动节点离开其控制外地代理，则该移动节点必须在其新的控制外地代理上注册。然后，该控制外地代理把移动节点的位置信息通知给移动节点的本地代理。
移动节点处于空闲模式时，若需要接收数据，则控制外地代理向其寻呼外地代理发送寻呼请求。寻呼外地代理搜索其访客列表，然后，若在访客列表中找到移动节点的本地地址，则向其寻呼区域广播寻呼请求。另一方面，若寻呼外地代理在访客列表中没有找到移动节点的本地地址，则寻呼外地代理假设移动节点没有处于其寻呼区域内，也不向其寻呼区域发送寻呼请求。这样，在桥接控制外地代理和寻呼外地代理时，使用组合IP系统中的寻呼。
若控制外地代理寻呼了整个网络，则寻呼广播是压倒性的。若移动时寻呼外地代理向其控制外地代理进行注册，则注册成本将非常可观。因此，为提供经济的解决方案，以与传统网络相比减少寻呼和注册业务量的方式使用本发明的组合移动IP系统，因此，大大减少了总信令成本。
图3到图7解释了本发明的组合移动IP系统管理移动节点移动性的方法，需要指出的是，为进行移动性管理，本发明根据移动IP环境把寻呼和注册巧妙地组合在一起。然而，为解释方便，下面将分开解释寻呼和注册。寻呼图3显示了本发明可能使用的一种寻呼区域标识扩展分组，图4显示了本发明的执行寻呼注册时的呼叫流程。本发明的寻呼区域(PA)可由其控制和寻呼外地代理的IP地址进行标识。因此，寻呼区域标识(PAI)分组可包括控制和寻呼外地代理的IP地址。寻呼区域标识仅可标识特定区域中的寻呼区域。这种情况下，使用少量带宽来识别各个寻呼区域。
寻呼区域标识可通过代理广告和寻呼区域标识扩展一起发布，如图3所示。因此，移动节点接收代理广告，检测其寻呼区域。
如图4所示，本地代理向控制外地代理发送数据分组，数据分组将被发送到空闲模式中的移动节点。接着，控制外地代理向其区域内的所有寻呼外地代理发送寻呼请求。但是，所有寻呼外地代理不向其移动节点转发寻呼请求。而是，在向其移动节点转发寻呼请求之前，寻呼外地代理搜索其访客列表，寻找处于空闲模式的移动节点。只有具有移动节点本地地址的寻呼外地代理向其寻呼区域发送寻呼请求。
当移动节点在寻呼请求中找到其本地地址时，移动节点向其寻呼外地代理发送寻呼回复。并且，移动节点把模式转换为激活模式，启动活动定时器。
当寻呼外地代理从移动节点接收到寻呼回复后，寻呼外地代理向其控制外地代理发送区域注册请求。控制外地代理向其寻呼外地代理发送区域注册回复，且寻呼外地代理向其控制外地代理发送寻呼回复。注册图5显示了根据本发明，执行全球注册操作的呼叫流程。当移动IP与本地代理相距遥远时，移动IP的注册并不一定导致信号延迟。而且，一旦移动节点从一个外地代理移动到另一个外地代理，就会引发注册。但是，本发明的组合IP系统通过控制区域内的控制外地代理而控制注册。与原有移动IP管理系统相比，这导致注册成本显著下降。
接收到回复后，移动节点和外地代理通过把移动节点设定为活动模式并启动定时器，而重设移动节点的状态。此外，注册步骤涉及注册请求和回复。
如图5所示，当有移动节点开始访问区域时，进行全球注册过程。尤其是，当移动节点从本地代理移动到外地代理，或从一个外地代理移动到另一个外地代理时，将进行全球注册。
首先，移动节点(MN)向其寻呼区域(PA)内的寻呼外地代理(PFA)发送全球注册请求，且寻呼外地代理向其控制外地代理(CFA)发送全球注册请求。
接着，控制外地代理向本地代理(HA)发送全球注册请求，且本地代理向控制外地代理发送全球注册回复接受或拒绝该全球注册请求。
然后，控制外地代理向寻呼外地代理发送全球注册回复，且寻呼外地代理向移动节点转发全球注册回复的结果。
图6显示了本发明的区域注册的呼叫流程。当处于活动模式的移动节点不改变其区域而从一个寻呼区域移动到另一个寻呼区域时，执行区域注册过程。
首先，移动节点向其区域内的寻呼外地代理发送区域注册请求，且寻呼外地代理向其控制外地代理转发区域注册请求。接着，控制外地代理向寻呼外地代理发送区域注册回复，然后，寻呼外地代理向移动节点转发该区域注册回复。
图7显示了本发明的本地注册呼叫流程。当处于空闲模式的移动节点在一个特定区域中从一个寻呼区域移动到另一个寻呼区域时，执行本地注册过程。首先，移动节点向其寻呼区域内的寻呼外地代理发送本地注册请求。寻呼外地代理向移动节点发送本地注册回复。因此，当处于空闲模式的移动节点在寻呼区域之间移动时，由于移动节点仅在其寻呼外地代理中进行注册，从而简化了注册过程。
在本发明的组合移动IP系统中，在下述情况下执行注册过程。
第一，当空闲移动节点在同一区域(RA)中移动到新的寻呼区域(PA)时，执行本地注册过程。
第二，当活动移动节点在同一区域(RA)中移动到新的寻呼区域(PA)时，执行区域注册过程。
第三，当移动节点移动到新区域(RA)时，执行全球注册过程。
第四，当移动节点的生命周期超期后，执行注册。
第五，当移动节点的寻呼或控制外地代理(PFA或CFA)重新启动时，执行注册。
第六，当移动节点被寻呼时，执行区域注册。
第七，当空闲移动节点将要传输数据时，执行注册。
图8显示了随本地代理与外地代理之间距离的不同，本发明与传统系统的总信令成本的比较图。一般而言，传统移动IP中，随移动节点离本地代理距离的改变，总信令成本受到影响。尤其是，如曲线所示，传统移动IP系统的总信令成本随本地代理与外地代理距离的增加而线性增加。
与此相反，本发明的移动IP位置管理系统把全球注册和区域注册分开来。所以，当移动节点处于同一区域时，本地代理的注册成本并不增加。因此，本发明的信令成本在同一区域内保持为较低的常数。因此，本发明的优点来源于区分了本地和区域注册以及使用寻呼。
图9显示了随本地注册刷新率的分量不同，本发明与传统系统的总信令成本的比较图。传统移动IP系统中，信令成本因本地注册刷新率的增加而显著增加。但是，如图9所示，本发明的移动IP系统比传统移动IP系统的成本低很多，且保持稳定。这种优点来源于把移动节点区分为活动模式和空闲模式。
图10显示了随活动移动节点比例的增加，本发明与传统系统的总信令成本的比较图。本发明的优点在于把移动节点的使用状态区分为活动和空闲模式，因此，与不区分模式的传统系统相比，本发明减少了总信令成本。
图11显示了随寻呼成本(Cp)/注册成本(Cr)的比值的变化，本发明与传统系统的总信令成本的比较图。如图所示，根据寻呼成本(Cp)/注册成本(Cr)，与传统IP系统相比，本发明大大减少了总信令成本。
总而言之，本发明的组合系统和方法通过使用注册和最少的寻呼，有效地管理了IP终端的移动性。所以，本发明不仅适用于宏观和微观移动性应用，也适用于管理处于空闲和活动模式的终端。这样，与传统移动IP系统相比，数据发送和接收的信令成本可显著改善。
上述实施例和优点仅仅是示例性的，并不构建来限制本发明。本发明可以容易地应用于其它类型的装置。本发明的描述旨在说明，不限制权利要求的范围。很显然，本领域的技术人员可以对本发明进行许多替换、修改和变化。权利要求书中，装置加功能的语句旨在涵盖执行所述功能的结构，其不仅是结构等同的，也包括等同的结构。
权利要求
1.一种管理移动IP系统的系统，包括外地代理；以及第一寻呼代理，其注册由外地代理管理的服务区域的第一寻呼区域中的移动IP终端的位置信息。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，第一寻呼代理向移动IP终端发送寻呼信号，以使移动IP终端从空闲模式转换为活动模式。
3.根据权利要求1所述的系统，还包括第二寻呼代理，其注册所述服务区域的第二寻呼区域中的移动IP终端的位置信息。
4.根据权利要求3所述的系统，其中，仅当满足一定条件时，第二寻呼代理才向外地代理传输位置信息。
5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述条件是移动IP终端处于活动模式。
6.根据权利要求4所述的系统，其中，当移动IP终端处于空闲模式时，第二寻呼代理不向外地代理传输位置信息。
7.根据权利要求1所述的系统，其中，当移动IP终端处于活动模式时，第一寻呼代理向外地代理传输位置信息，若移动IP终端处于空闲模式，则不向外地代理传输位置信息。
8.一种在通信系统中管理移动IP终端的运动的方法，所述系统包括管理第一服务区域中通信的第一代理和管理第二服务区域中通信的第二代理，移动IP终端在第一服务区域中具有本地IP地址，所述方法包括检测移动IP终端是否进入了第二服务区域中的第一寻呼区域；向管理第一寻呼区域中通信的寻呼代理注册表明移动IP终端位置的信息；以及从寻呼代理向第二代理传输所述位置信息。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括从第二代理向第一代理传输所述位置信息。
10.根据权利要求8所述的方法，还包括检测移动IP终端是否进入了对应于第二服务区域内第二寻呼区域的新位置；以及向管理第二寻呼区域中通信的寻呼代理注册新位置信息。
11.根据权利要求10所述的方法，还包括仅当满足至少一个条件时，向第二代理传输新位置信息。
12.根据权利要求11所述的方法，其中的条件基于移动IP终端进入第二寻呼区域时移动IP终端的操作模式。
13.根据权利要求12所述的方法，还包括仅当移动IP终端进入第二寻呼区域时移动IP终端处于活动模式，才向第二代理传输新位置信息。
14.根据权利要求12所述的方法，还包括若移动IP终端进入第二寻呼区域时，移动IP终端处于空闲模式，则不向第二代理传输新位置信息。
15.根据权利要求8所述的方法，还包括从寻呼代理向移动IP终端传输信息，所述信息包括寻呼代理的IP地址和第二代理的IP地址。
16.根据权利要求15所述的方法，还包括根据寻呼代理的IP地址和第二代理的IP地址，从移动IP终端向第一代理路由分组信息。
17.根据权利要求8所述的方法，其中，当寻呼代理和第二代理中的至少一个被重启动时，执行注册和传输步骤。
18.根据权利要求8所述的方法，其中，当移动IP终端的生命周期结束时，至少执行所述的注册步骤。
19.一种在通信系统中管理移动IP终端的运动的方法，所述系统包括管理第一服务区域中通信的第一代理，和管理第二服务区域中通信的第二代理，移动IP终端具有在第二服务区域中注册的本地IP地址，所述方法包括(a)检测移动IP终端是否进入了第二服务区域中多个寻呼区域中的一个，所述多个寻呼区域分别由多个寻呼代理进行管理；(b)向所述多个寻呼代理广播寻呼请求；(c)确定移动IP终端的地址是否已经在任何一个寻呼代理中注册；以及(d)向移动IP终端传输寻呼请求，所述寻呼请求仅传输自注册了移动IP地址的寻呼代理，其中当移动IP终端处于空闲模式时，执行所述步骤(b)-(d)。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括当移动终端接收到步骤(d)中传输的寻呼请求时，把移动IP终端从空闲模式转换为活动模式。
21.根据权利要求20所述的方法，还包括通过第二代理和传输寻呼请求的寻呼代理，从第一代理向移动终端传输数据。
22.一种管理移动IP终端的运动的系统，包括管理第一服务区域中通信的第一代理；以及向第一服务区域中的第一寻呼区域传输寻呼信号的第二代理，所述第二代理注册指示第一寻呼区域中移动IP终端位置的信息，并向第一代理传输所述位置信息，所述移动IP终端具有一个本地地址，所述本地地址是在管理第二服务区域中通信的代理中注册的。
23.根据权利要求22所述的系统，其中第一代理向所述管理第二服务区域中通信的代理传输位置信息。
24.根据权利要求22所述的系统，还包括在第一服务区域中的第二寻呼区域中传输寻呼信号的第三代理，其中，当移动IP终端从第一寻呼区域移动到第二寻呼区域时，第三代理在第二寻呼区域中注册移动IP终端。
25.根据权利要求24所述的系统，其中第三代理根据至少一个条件，传输表示向第一代理注册了第二寻呼区域中移动IP终端的信息。
26.根据权利要求25所述的系统，其中的条件是根据移动IP终端进入第二寻呼区域时移动IP终端的操作模式。
27.根据权利要求26所述的系统，其中，仅当移动IP终端进入第二寻呼区域时移动IP终端处于活动模式，第三代理才向第一代理传输所述信息。
28.根据权利要求26所述的系统，其中，如果移动IP终端进入第二寻呼区域时移动IP终端处于空闲模式，则第三代理不向第一代理传输所述信息。
29.根据权利要求22所述的系统，其中，第二代理向移动IP终端传输包含第二代理的IP地址和第一代理的IP地址的信息。
30.根据权利要求29所述的系统，其中，移动终端根据第一代理的IP地址和第二代理的IP地址向所述管理第二服务区域中通信的代理传输分组信息。
31.一种信号，包括表示管理第一服务区域中移动IP通信的控制代理的IP地址的第一信息；以及表示在第一服务区域中包含的寻呼区域中执行寻呼功能的寻呼代理的IP地址的第二信息。
32.一种移动IP终端，包括传输分组的传输单元，所述分组包括(a)表示管理第一服务区域中移动IP通信的控制代理的IP地址的第一信息；以及(b)表示在第一服务区域中包含的寻呼区域中执行寻呼功能的寻呼代理的IP地址的第二信息。
33.一种通信代理，包括向寻呼区域传输寻呼信号的寻呼单元，所述寻呼信号包含标识通信代理的IP地址的信息；以及注册表示移动IP终端位于一个寻呼区域中的信息的注册单元。
34.根据权利要求33所述的通信代理，还包括向包含所述寻呼区域的服务区域中管理通信的另一个代理传输所述位置信息的传输器。
全文摘要
公开了一种组合系统和使用最少寻呼和注册双重途径而管理移动IP终端的位置和/或运动的方法。该系统包括具有与移动节点进行相互通信的主服务器的本地代理，转发移动节点和本地代理之间的相互通信的外地代理。外地代理包含在至少一个区域中，并由至少一个与本地代理相互通信的控制外地代理和至少一个与控制外地代理相互通信的寻呼外地代理构成。
文档编号H04L12/56GK1468008SQ0216080
公开日2004年1月14日 申请日期2002年12月30日 优先权日2002年6月29日
发明者崔泰焕 申请人:Lg电子株式会社