專利名稱：基于網(wǎng)際協(xié)議的無線通信方案的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及基于網(wǎng)際協(xié)議(IP)的無線通信方案(arrangement)，并且特別涉及但不限于可以接入基于網(wǎng)際協(xié)議的網(wǎng)絡的基于網(wǎng)際協(xié)議的無線通信方案，包括在多個通信標準之間進行基本無縫隙的垂直切換而不丟失當前連接。
背景技術：
客戶機，比如個人數(shù)字助理(PDA)、膝上型計算機和移動電話利用不同接入網(wǎng)可以實現(xiàn)對互聯(lián)網(wǎng)或者其它的基于IP網(wǎng)絡的無線連接。某些這樣的網(wǎng)絡包括無線局域網(wǎng)(WLAN)、無線個人區(qū)域網(wǎng)(WPAN)或者蜂窩系統(tǒng)如通用分組無線電系統(tǒng)(GPRS)和所謂的第三代移動電信(3G)。
某些裝置已經(jīng)具有使用一個以上無線通信標準或者接入網(wǎng)來接入互聯(lián)網(wǎng)或其它基于網(wǎng)際協(xié)議的網(wǎng)絡的能力。一個實例是具有藍牙支持的GPRS電話當在建筑物內(nèi)使用時，藍牙網(wǎng)絡接入點可以在移動電話和互聯(lián)網(wǎng)之間轉發(fā)業(yè)務，而GPRS標準在室外以較低速度提供了同樣的功能。預計這種趨勢還將繼續(xù)，因為更多的無線標準很可能變成可用于提供多樣化特征和成本。因此，需要被連接和可抵達的各種無線裝置將接入互聯(lián)網(wǎng)或基于IP的網(wǎng)絡。
互聯(lián)網(wǎng)工程任務組(IETF)正在開發(fā)用于互聯(lián)網(wǎng)主機移動性的協(xié)議，諸如以下所討論的(1)IETF Mobile IP WG，http://www.ietf.org/html.charters/mobileip-charter.html，(2)K.EL Malki et al.，“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 (workinprogress)。
這些建議還沒有最后定稿。此外，上述協(xié)議(移動IP及其衍生物)將不得不依賴較低層能力，而在本申請的優(yōu)先權日之前這些還沒有被標準化。
例如，可以從以下文件中找到針對包括框架和信息的平臺獨立的IP傳輸方案的建議(4)P.Mahonen等人的“無線網(wǎng)絡上的平臺獨立的IP傳輸WINE方案”，IEEE PCM，2001年12月。該文的焦點在于推動在同類無線網(wǎng)絡中的IP傳輸。
移動無線互聯(lián)網(wǎng)論壇(MWIF)內(nèi)正在進行引入統(tǒng)一無線網(wǎng)絡接口的一種嘗試(5)http://www.mwif.org。然而，該方法主要只用于蜂窩系統(tǒng)，所以沒有考慮WLAN和WPAN。
Linux操作系統(tǒng)中已經(jīng)引入了用于處理無線接口的通用接口，并且例如可以在下文中找到有關信息(7)J.Tourrilles，“無線擴展”，但是這每次只支持一個接口，并且專用于Linux操作系統(tǒng)，用于比如異步事件產(chǎn)生的功能。該文可以在http://www.hpl.hp.com/personal/Jean Tourrilhes/Linux/Tools.html，.上找到。
上述方案凸顯使移動裝置能夠在諸多無線接入技術之間變化而不丟失當前連接的有效技術方案之需要，并且該有效技術方案最好依賴于已知的無線網(wǎng)絡基礎結構。已知的解決方案不能提供解決該問題的合適方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種改進的基于網(wǎng)際協(xié)議的無線通信方案，并且特別是但不限于提供一種基于網(wǎng)際協(xié)議的無線通信方案，其中可以接入基于網(wǎng)際協(xié)議的網(wǎng)絡，包括在多個通信標準之間進行并且最好不丟失當前連接的基本無縫的垂直切換。
因此，本發(fā)明提供了一種用于網(wǎng)際協(xié)議(IP)兼容通信方案的客戶機裝置，所述的客戶機裝置包括適于根據(jù)多個網(wǎng)際協(xié)議兼容無線通信標準支持所述客戶機裝置的無線操作的多標準硬件，所述多標準硬件的操作由網(wǎng)絡驅動器控制，所述網(wǎng)絡驅動器包括具有無線適配層的軟件結構，所述無線適配層被安排用于使所述客戶機裝置在所述無線通信標準之間執(zhí)行垂直切換。
根據(jù)權利要求1的客戶機裝置，其中所述垂直硬件是無縫的。
所述無線適配層可以適合于允許基于網(wǎng)絡的應用在所述垂直切換期間在所述客戶機裝置上透明地運行。
所述客戶機裝置可以確定哪個無線接入網(wǎng)是可用的，并且可以根據(jù)這個或每個所述可用無線接入網(wǎng)的基礎結構執(zhí)行所述垂直切換。
所述裝置包括用戶便攜終端，比如個人數(shù)字助理(PDA)、膝上型計算機、移動通信裝置或類似裝置/功能等同裝置。客戶機裝置可以是移動的，因而它包括在多個無線網(wǎng)絡的覆蓋區(qū)域之間漫游的移動終端，或者可以是臨時或本質上永久固定的。所述網(wǎng)際協(xié)議兼容無線通信標準可以包括任何合適的無線接入系統(tǒng)，例如頻分多址(FDMA)、碼分多址(CDMA)、時分多址(TDMA)、時分雙工(TDD)、正交頻分多址(OFDMA)或者其組合，比如CDMA/FDMA、CDMA/FDMA/FDMA、FDMA/TDMA。作為一個特定實例，可以選擇IEEE802.11b、藍牙和通用分組無線電系統(tǒng)(GPRS)之一。
本發(fā)明還提供了適于在本發(fā)明的客戶機裝置中實現(xiàn)網(wǎng)絡驅動器的無線適配層的軟件產(chǎn)品，所述軟件產(chǎn)品包括用于向所述客戶機裝置的協(xié)議棧的網(wǎng)際協(xié)議層提供統(tǒng)一接口的代碼，至少用于以下之一a)發(fā)射網(wǎng)際協(xié)議分組；b)監(jiān)視無線電鏈路質量；c)控制無線電鏈路質量；d)尋呼其它裝置；和e)在網(wǎng)絡的不同接入點或者基站之間或在網(wǎng)絡之間切換所述客戶機裝置。
所述無線適配層接口可以向所述客戶裝置的操作系統(tǒng)和向應用(程序)提供OSI協(xié)議棧的層2與層3之間的單一接口，通過該接口可以交換一個或多個數(shù)據(jù)、命令和事件。
軟件產(chǎn)品可以包括無線適配層協(xié)調(diào)器，用于控制所述無線適配層接口的整個操作，并且具有用于至少以下之一的代碼a)確定并控制軟件模塊的加載和卸載；b)用于安排所述垂直切換的代碼；和c)用于從應用接收命令并發(fā)回事件的代碼。
所述無線適配層接口可以提供對所述網(wǎng)絡驅動器的數(shù)據(jù)平面(plane)和控制平面的分離接入，以使所述無線適配層的控制應用經(jīng)由一個所述無線通信標準來管理連接，而另一個所述無線通信標準用于交換數(shù)據(jù)。
所述無線適配層接口對于所述客戶機裝置的一個操作系統(tǒng)可以呈現(xiàn)為共享資源網(wǎng)絡接口，例如可從應用層利用套接字接口控制的令牌環(huán)或者以太網(wǎng)LAN接口。
軟件模塊可以被動態(tài)地加載到無線適配層以及動態(tài)地從無線適配層中卸載，所述模塊包括用于使所述無線硬件接口連接到所述無線通信標準或者對通過無線適配層轉發(fā)的網(wǎng)際協(xié)議分組操作的代碼。
所述軟件產(chǎn)品可以包括一個具有代碼的較低層驅動器模塊，所述代碼用于封裝專用于特定的所述無線通信標準的特征，以便在所述客戶機裝置與其它客戶機裝置或網(wǎng)絡之間的無線鏈路上發(fā)送和/或接收網(wǎng)際協(xié)議分組。
所述較低層模塊可以包括用于至少以下之一的代碼a)基帶處理器的較低層的初始化；b)與所述多標準硬件模塊交換數(shù)據(jù)幀和/或控制消息；c)管理連接的建立；d)管理尋呼信道，以使所述客戶機裝置從休眠模式中被喚醒；e)管理所述客戶機裝置的低功率模式；f)監(jiān)視所述客戶機裝置的無線連接中的鏈路質量。
所述較低層模塊可以包括數(shù)據(jù)平面和控制平面，所述數(shù)據(jù)平面包括用于在所述無線適配層與所述硬件模塊之間轉發(fā)幀的代碼，而所述控制平面包括用于發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡接入基礎結構是否存在以及在交換數(shù)據(jù)之前建立連接之中的至少之一的代碼。
所述軟件產(chǎn)品可以包括具有代碼的軟件模塊，該代碼用于監(jiān)視上游和下游方向的傳送控制/網(wǎng)際協(xié)議(TCP/IP)段(segment)的流，所述模塊最好包括用于在無線鏈路變得不可用時凍結(freeze)傳送控制協(xié)議(TCP)發(fā)送器的代碼，進一步優(yōu)選至少在新鏈路變成為可用之前凍結所述發(fā)送器。
所述軟件產(chǎn)品可以包括具有代碼的軟件模塊，該代碼用于確保所述無線適配層的媒體接入控制(MAC)地址在所述垂直切換期間不改變。
所述軟件產(chǎn)品可以包括具有代碼的軟件模塊，該代碼用于監(jiān)視服務質量，并且如果牽涉所述客戶機裝置的多個無線連接是合適的(in place)，則所述軟件模塊最好還具有用于根據(jù)當前運行應用的需求將業(yè)務按照優(yōu)先順序排列的代碼。
本發(fā)明還提供了一種支持客戶機裝置的無線操作的方法，該方法包括配置所述客戶機裝置的多標準硬件，以便在多個網(wǎng)際協(xié)議兼容無線通信標準之間，在網(wǎng)絡驅動器的無線適配層的控制下，執(zhí)行所述客戶機裝置的垂直切換。
本發(fā)明還提供了一種網(wǎng)際兼容通信系統(tǒng)，適于經(jīng)由多個無線通信標準之一提供與客戶機裝置的連接，所述的客戶機裝置最好包括移動終端，并且包含適于根據(jù)多個所述無線通信標準支持所述客戶機裝置的無線操作的多標準硬件，所述標準中的操作或變化以及所述標準之間的操作或者改變利用預定的軟件結構來控制，該軟件結構包括被安排用來使所述客戶機裝置能夠在所述無線通信標準之間執(zhí)行垂直切換的無線適配層(WAL)。


圖1是包括本發(fā)明的一個實施例的方案的通信系統(tǒng)的參考結構；圖2是圖1的系統(tǒng)的網(wǎng)絡驅動器的結構的示意圖。
圖3是圖2所示結構的軟件組成的更詳細圖；圖4是關于傳送控制協(xié)議(TCP)的鏈路斷開的影響的示意圖；圖5是用于圖1的方案中的IP-IP隧道配置的方框圖；圖6和圖7是用于圖2和圖3的結構和相關軟件的分類圖；圖8是利用圖1至圖3的方案初始接入服務器的序列圖；圖9和圖10是利用圖1至圖3的方案在不同無線通信標準之間垂直切換的序列圖；圖11是在圖1至圖3的方案中使用的客戶機驗證過程的序列圖；和圖12是圖1至圖3的方案的網(wǎng)絡接口的方框圖。
具體實施例方式
下面將參照某些實施例和上述

本發(fā)明。這種說明僅僅是舉例說明，并且本發(fā)明不受此限制。術語“包括”例如在權利要求中不排除其它元件和步驟；并且名詞前的不定冠詞“一(a)”或者“一個(an)”不排除多個名詞，除非特別聲明。對于幾個個別部件，例如信道解碼器、信道均衡器或者給予單獨功能的部件，例如信道解碼裝置、信道均衡裝置，本發(fā)明在其范圍內(nèi)包含可以在單個項中例如在具有執(zhí)行該功能的相關軟件應用程序的處理器中實現(xiàn)多個這樣的項。
在本發(fā)明中，參考說明是針對被安排用來根據(jù)多個通信標準之一連接網(wǎng)絡的客戶機裝置作出的。術語“多個通信標準”在涉及客戶機裝置時對于熟練技術人員來說是指多模式終端。這種多模式終端可以是具有所謂的組合芯片組或者“combo(組合)”卡的PDA，即向藍牙裝置、IEEE802.1lb和GSM/GPRS收發(fā)信機提供功能的卡的PDA。通信方案中使用的“標準”可以包括公認組織主張的技術準則，所述公認組織包括例如政府機構部門或者非商業(yè)組織如IETF、ETSI、ITU或者IEEE，但不限于此。這種實體發(fā)行或者推薦的標準可以是例如基于合作小組或委員會在時常深入研究現(xiàn)存方法、方案、技術趨勢以及發(fā)展之后起草的規(guī)范的正式處理的結果。一個建議的標準在以后可以被公認的組織承認或批準并且隨著時間的推移被輿論采用，因為基于該標準的產(chǎn)品在市場上變得愈加流行。這種“標準”的不正規(guī)設置還包括由單一公司或者一組公司開發(fā)的產(chǎn)品或者基本原理的實施所導致的技術準則。這可以是這樣的情況，即，如果通過成功或者模擬，這種準則變得被廣泛使用，從而與標準的偏差造成兼容性問題或者限制市場能力。一片硬件符合已接受標準的范圍可以被認為是該硬件在所有方面類似于其以之為基礎或其設計所依據(jù)的標準操作的范圍。就軟件而言，兼容性可以被認為在計算機元件和程序之中面向作業(yè)層面所達到的和諧性。因此，對標準的軟件兼容性還被認為是程序可以與之一起工作并與之共享數(shù)據(jù)的范圍。
本發(fā)明提供了一種有效方案，能夠使移動裝置在無線接入標準之間基本無縫地改變并且不丟失當前連接，最好使這種改變依賴于一個或多個可用無線網(wǎng)絡的已知基礎結構?？梢允褂萌魏魏线m的無線接入系統(tǒng)，例如頻分多址(FDMA)、碼分多址(CDMA)、時分多址(TDMA)、時分雙工(TDD)、正交頻分多址(OFSMA)或者其組合，比如CDMA/FDMA、CDMA/FDMA/TDMA、FDMA/TDMA。關于無線協(xié)議的一般信息可以在以下文件牛中找到Richard van Nee和Ramjee Prasad所著的“用于無線多媒體通信的OFDM”，Artech House，2000；Tero 和Ramjee Prasad所著的“用于第三代移動通信的寬帶CDMA”，Artech House，1998；John Phillips和Gerard MacNamee所著的“具有DECT和PWT的個人無線通信”，Artech House，1998；“CDMA for wireless personal communications”by Ramjee Prasad，Artech House，199；Walter Tuttlebeee，Springer所著的“Cordless telecommunicationWorldwide”，1997以及類似的標準文本。
在用戶終端(客戶機裝置/移動終端)中，選擇一項無線接入技術而不是另一項技術的標準可以依賴于使用情況而變化。用戶可以例如利用移動終端中的專用配置工具來設置他的偏愛。在每個實施例中，客戶機裝置裝備有多標準無線硬件，有時將該硬件稱之為組合或者“combo”芯片組，它支持多個無線通信標準并且可以被單一軟件網(wǎng)絡接口所控制。該軟件驅動器可以被稱作無線適配層(WAL)并向網(wǎng)際協(xié)議(IP)層提供統(tǒng)一接口，用于以下功能1、IP分組的傳輸；2、無線電鏈路監(jiān)視和控制；3、對空閑裝置(例如，客戶機/移動終端)的尋呼；和4、有可能利用不同種類的標準在兩個接入點AP(或基站BS)之間切換。
WAL是一個無線網(wǎng)絡驅動器，它被設計成允許本機互聯(lián)網(wǎng)應用在客戶機/移動裝置上透明地運行，例如不需要改變公共傳送協(xié)議如TCP/IP或者UDP/IP。WAL的一組合適的基本設計原理被記載在以下文件中P.Mahonen等人的“Platform-Independent IP Transmission over Wireless Networks(無線網(wǎng)上的平臺獨立的IP傳輸)WINE Approach”，IEEE PCM，2001年12月，其焦點在于推動同類無線網(wǎng)中的IP傳送。
參見附圖并且此時特別參見圖1，示意地表示一種參考結構，其中客戶機裝置是用戶便攜裝置，并因此該客戶機裝置可以被認為在移動終端MT的形式中實施。客戶裝置/移動終端MT可以被實施為例如個人數(shù)字助理(PDA)、移動電話或者便攜計算機，并且在漫游時，無論利用哪一種可用的無線接入技術，都保持連接到當前的基于IP的業(yè)務。
此移動終端MT在多個區(qū)域之中移動的同時想連接到互聯(lián)網(wǎng)(根據(jù)情況，或者其它基于IP的網(wǎng)絡)，其中每個區(qū)域由一個或多個接入網(wǎng)絡例如無線個人區(qū)域網(wǎng)(WPAN)10、無線局域網(wǎng)(WLAN)12和蜂窩網(wǎng)14覆蓋。在所示的非限制實施例中，經(jīng)由以下至少之一進行對互聯(lián)網(wǎng)的連接WPAN接入點AP1、AP2和WPAN路由器16；WLAN接入點AP3、AP4和WLAN路由器18；或者經(jīng)由蜂窩網(wǎng)14的基站BS1、BS2和相關的網(wǎng)關20進行所述連接。
移動終端MT最好包括集成的多標準無線硬件22，該硬件22適于在其相應的鏈路層上根據(jù)多個無線通信標準的任何一個支持移動終端MT的操作，這些標準是可用的并且目前被合適的接入網(wǎng)所支持。這些無線通信標準可以包括例如藍牙(BT)、IEEE802.11和通用分組無線系統(tǒng)(GPRS)，分別用于WPAN 10、WLAN 12以及蜂窩14接入網(wǎng)。
在公司辦公室中的同時，利用無線LAN基礎結構(IEEE802.11b，AP3、4)或者藍牙接入點(AP1，2)可以到達服務器和服務器池(pool)40，或者在移動的同時利用蜂窩接入點(BS1，2)如GPRS到達服務器或服務器池40?？梢栽贗SBN0-13-089840-6下的Prentice Hall PTR公布的由Jennifer Bray和Charles F.Sturman所著的“BluetoothTM，Connect Without Wires”的教材中找到BluetoothTM通信的有用討論。IEEE802.11b更適合于在辦公室或者建筑物附近中需要更寬接入以及需要更高帶寬的時候。在Jim Geier的“無線LAN”(Macmillan Technical press，1999)中可以發(fā)現(xiàn)有關無線LAN協(xié)議和系統(tǒng)的一般信息。當無線LAN資源不可用時(例如，既不是BluetoothTM也不是IEEE802.111b)，則可以使用GPRS連接性。
移動終端MT的優(yōu)選實施例可以包括例如基于Compaq iPAQ平臺的個人數(shù)字助理(PDA)。在該情況下，由于功率消耗原因，對于WLAN，藍牙接入可能是最好的，而GPRS總是可以是其中其它接入點AP-4不提供無線覆蓋的可用主干網(wǎng)絡。
在公司情況下連接接入點AP-4的網(wǎng)絡可以包括幾個被路由器(由公用互聯(lián)網(wǎng)上的VPN任意地)連接在一起的IP子網(wǎng)。一旦移動終端MT在互聯(lián)網(wǎng)中與服務器40進行對話，在移動終端MT從一個接入系統(tǒng)(BT，IEEE802.11，GPRS)轉換到另一個接入系統(tǒng)時，最好不中斷該對話。應當避免現(xiàn)有TCP/IP對話阻塞(即，停止，以致必須再啟動應用程序或者需要用戶干預來恢復)。
與其中所有漫游終端保持其原籍地址并可以從互聯(lián)網(wǎng)的任何地方被抵達的移動IP的更一般情況相比，本發(fā)明的方案還可以支持更簡單的情況。在這種更簡單的情況中，移動性可以僅僅被支持用于想連接到互聯(lián)網(wǎng)的服務器池40中的特定服務器的有限的一組移動終端MT，其中臨界數(shù)據(jù)是可用的，或者經(jīng)?？梢越?jīng)由Web接口來接入服務。
為了在移動終端MT中執(zhí)行無線標準之間的垂直切換，必需存在功能協(xié)調(diào)，例如屬于數(shù)據(jù)鏈路層(管理多個無線接口)的功能協(xié)調(diào)和屬于網(wǎng)絡層(確保移動終端MT在適當?shù)臅r候得到新的可路由的IP地址，并且將分組路由發(fā)送到新的IP地址)的功能協(xié)調(diào)。該解決方案包含移動終端MT中的鏈路層和網(wǎng)絡層，而在接收機側40，前端可能需要被發(fā)展以管理客戶機IP移動性。移動Ipv4被認為具有安全限制，一旦利用MIPv6，移動Ipv4將是復雜的并且具有限制的壽命。
當執(zhí)行切換時，除了在接入點AP1-4屬于相同IP子網(wǎng)的WPAN/WLAN交換的特定情況之外，移動終端MT將最有可能被分配新的IP地址。請注意，這里將IP子網(wǎng)被定義為共享公共地址成分的網(wǎng)絡的一部分。在TCP/IP網(wǎng)絡上，子網(wǎng)被定義為其IP地址具有相同前綴的所有裝置。
將要解決的問題因此可以包括以下一個或多個1、檢測不同無線網(wǎng)絡基礎結構的存在(BT，IEEE802.11，GPRS)；2、判定何時執(zhí)行垂直切換；3、重新配置無線硬件22，以使用新的無線基礎結構(BT，IEEE802.11，GPRS)；4、向新網(wǎng)絡(包括AAA)登記；5、得到新的IP地址(如果需要的話)；6、經(jīng)由新的接入網(wǎng)(BT，IEEE802.11，GPRS)處理IP分組的路由選擇，以及經(jīng)由網(wǎng)絡層的合適信令處理接入點AP(AP1-4，BS1，2)；7、重新配置無線網(wǎng)絡接口，以使新標準被用來連接到互聯(lián)網(wǎng)以及使用新的IP地址；和8、安全性。
本發(fā)明至少集中于基本上在OSI協(xié)議棧的網(wǎng)絡層之下的客戶機/移動裝置MT(點1、2、3和7、8)的無線網(wǎng)絡驅動器的再配置的部分?；ヂ?lián)網(wǎng)工程任務組(IETF)IP移動協(xié)議例如移動IP考慮了對剩下點之中的至少(4)、(5)和(6)點的解決方案。
至于安全性(上述項8)，客戶機裝置MT的移動性增加了已經(jīng)固有地存在于無線接入和互聯(lián)網(wǎng)基礎結構中的安全性風險。安全解決方案應當防止未授權接入無線網(wǎng)基礎結構并進而接入服務器池40，以及避免可能導致服務拒絕的所有攻擊。可以在不同層，即從鏈路層到應用層，利用系統(tǒng)基礎結構的不同牽連、整體性能以及復雜性強制實施安全性。安全性威脅可以包括盜聽、業(yè)務的改道以及man-in-middle(中間人)中繼。
關于連接性，為了執(zhí)行移動終端MT中的垂直切換，必需存在功能協(xié)調(diào)，即屬于數(shù)據(jù)鏈路層的功能協(xié)調(diào)(管理多個無線接口)和網(wǎng)絡層上的功能協(xié)調(diào)(確保移動終端MT在適當?shù)臅r候得到新的可路由的IP地址，并且將分組實際傳送到該地址)。本發(fā)明的垂直切換由無線適配層(WAL)網(wǎng)絡驅動器的形式來啟動，該驅動器的內(nèi)部基礎結構特別在圖2和圖3中示出。
網(wǎng)絡驅動器是靈活的網(wǎng)絡接口管理器，它支持多個無線標準并因此被稱為多標準無線適配層(MWAL)200。在該實施例中，MWAL 200僅僅在移動終端MT中運行，并且可以由移動終端MT的操作系統(tǒng)視為可以利用來自應用層的套接字接口控制的以太網(wǎng)接口。MWAL 200是一個可以以協(xié)調(diào)方式控制和使用其它網(wǎng)絡驅動器并處理不同鏈路層(GPRS，BT，IEEE802.11b)的虛擬網(wǎng)絡驅動器。它把單個網(wǎng)絡接口暴露給路由選擇實體，其中網(wǎng)絡接入技術的多樣性維持被隱藏，并且給移動終端MT的操作系統(tǒng)和應用程序提供層2與層3之間的單一接口(圖3中的“wal0”)，其中交換數(shù)據(jù)、命令和事件。這樣，該接口向無線驅動器的數(shù)據(jù)平面和控制平面提供分離接入。利用該不同，被稱為WAL守護程序(WALD)的用戶空間中的MWAL控制應用可以經(jīng)由一個驅動器(例如藍牙)管理連接建立以及安全授權，而另一個驅動器用來交換數(shù)據(jù)(例如，GPRS)。在MWAL 200用來在垂直切換期間協(xié)調(diào)無線收發(fā)信機的操作并且向移動終端MT中的上路由選擇實體提供單一接口的時候，通?？梢杂梢苿泳W(wǎng)際協(xié)議(MIP)及其變型如分層移動IP(HMIP)來解決層3移動性問題。
可以在類以插件的MWAL200中動態(tài)地加載和卸載軟件模塊X、Y，以便連接多標準無線硬件22(可以按組合芯片組的形式來實施)或者作用于被MWAL接口轉發(fā)的IP分組。
MWAL事件有可能向MWAL200登記應用，以接收在某些條件發(fā)生時的事件。因此，當新的無線接口已經(jīng)變得可用時，可以通知路由選擇管理器，所以可以調(diào)用層3機制(例如，捆綁更新)。在圖3中，這是通過使用Linux/proc filesystem文件系統(tǒng)的實例實現(xiàn)的。在WindowsTMOS中，可以改為注冊合適的回叫功能。
WAL守護程序無線適配層守護程序(WALD)負責以應用程序僅僅看到“wal0”網(wǎng)絡接口的方式來管理MWAL內(nèi)部操作，而不考慮這種接口對特定無線技術的實際映射。WALD還可以發(fā)射其它的用戶空間守護程序，比如負責協(xié)商GPRS連接的PPPD。
MWAL功能塊
MWAL內(nèi)的WAL協(xié)調(diào)器206處理命令(可能涉及不同的網(wǎng)絡驅動器)和事件(將被轉發(fā)到上層的已登記實體)。MWAL 200利用稱之為邏輯鏈路控制轉換器(translator)(LLCT)204的專用模塊來控制其它網(wǎng)絡驅動器。這些模塊負責把數(shù)據(jù)幀和命令發(fā)送給諸如WLAN、藍牙和GPRS的現(xiàn)存網(wǎng)絡驅動器(并且用于由已有網(wǎng)絡驅動器接收數(shù)據(jù)幀和事件)。與此同時，從WAL協(xié)調(diào)器206中可以以相同方式控制所有LLCT 204。
如果應用想具有有關無線信道的當前鏈路質量的指示，則它可以在wal0接口上發(fā)出命令。該命令可以在藍牙情況下被轉換成用于閱讀接收信號強度指示(RSSI)的請求，或者在IEEE802.11情況下被轉換成用于信噪比(SNR)的請求。返回值被LLCT 204標準化成技術獨立的度量，并最終被返回給應用。
此外，為了向上層提供單一的統(tǒng)一接口，MWAL具有能力來加載/卸載分組處理模塊，這些模塊對IP分組執(zhí)行操作，比如延遲TCP確認分組或者高速緩存TCP段。
MWAL APIMWAL輸出兩個應用程序編制器接口(API)，一個是由WALD使用的專用API，而另一個是由應用使用的公用API。公用API根據(jù)可以由應用發(fā)出的命令來定義，并且可以由MWAL和由MWAL發(fā)送到有關處理的事件來執(zhí)行。
專用MWAL APL(僅供WALD使用)命令c1-select_MWAL_Data_Plane({GPRS，BT，WLAN})實際轉換有效接口，以交換數(shù)據(jù)分組c2-select_MWAL_Control_Plane({GPRS，BT，WLAN})選擇必須發(fā)送命令給它的接口(命令是Linux下的ioctl呼叫)c3-driver specific commands現(xiàn)有驅動器已經(jīng)理解的ioctl()命令事件e1-由現(xiàn)有驅動器已經(jīng)產(chǎn)生的所有事件(發(fā)送給WALD)公用MWAL API(將由上下文知道(context-aware)的應用使用，但細節(jié)仍要定義)命令
c4-get_link_quality技術獨立的鏈路質量測量c5-registerListener登記想接收MWAL事件的應用c6-get type(name)of bearer(得到承載電路的類型(名稱))c7-get bandwidth(available/max)(得到帶寬(可用/最大))c8-QoS support(probably not in phase 1)(QoS支持(有可能步在第1階段))c9-range(for P2P apps)(范圍(用于P2P apps))c10-get/set security parameters(？)(得到/設置安全參數(shù)(？))c11-get power consumption(得到功率消耗)事件e2-handoverEvent(發(fā)送到層3)通知已執(zhí)行切換，以便路由選擇管理器可以更新隧道配置e3-connectionEvent(發(fā)送到層3)通知已經(jīng)第一次與服務器建立連接，以便能夠建立隧道e4-disconnectionEvent(發(fā)送到層3)通知應當終止連接，以便隧道必須被拆除。
鏈路中斷保護模塊現(xiàn)在也參見圖4，可以考慮TCP的鏈路斷開的影響。當移動終端MT具有與例如互聯(lián)網(wǎng)的服務器池中的服務器40正在進行的TCP/IP連接時，需要確保它在垂直切換期間不停止?？赡馨l(fā)生的是在垂直切換處理的執(zhí)行期間丟失某些in-fly(正在傳送的)TCP分組。如果對網(wǎng)絡基礎結構的能力作出某些假設，則可以避免這種行為，但是在某些實施例中可能不總是這樣的。丟失TCP段的結果是發(fā)送器(通常是互聯(lián)網(wǎng)的服務器40)中的TCP超時的高概率。只要觸發(fā)TCP超時，分組重傳就根據(jù)指數(shù)補償延遲發(fā)生。因此，鏈路連接中的短暫中斷可能導致幾秒鐘的TCP中斷(如應用所看的)。
當確保正在進行的TCP/IP連接在垂直切換過程期間不被斷開是重要的時，可以加載任意的WAL模塊X、Y。該模塊還被稱作鏈路斷開保護(LOP)模塊，該模塊監(jiān)視TCP/IP段在上游和下游方向的流(flow)。只要無線鏈路變得不可用，該模塊就凍結TCP發(fā)送器，直至一條新鏈路是可用的并且TCP/IP段的流可以恢復。該行為避免TCP/IP連接被停止，以及避免擁塞控制機制被步必要地調(diào)用，由此避免TCP吞吐量降低以及分組重傳。移動終端MT的MWAL200的LOP模塊避免這些不良影響并且確保只要重新建立鏈路連接，就恢復TCP流。LOP工作的必要條件可以是TCP/IP分組報頭是可讀的(即，未被加密)，這可能產(chǎn)生某些安全問題。因此，必須在分組解密(接收時)之后和在分組加密(發(fā)送時)之前在移動終端中執(zhí)行LOP處理。
邏輯鏈路控制轉換器204用于WPAN、WLAN或者蜂窩系統(tǒng)(BT，IEEE802.11，GPRS)的較低層驅動器模塊被稱作邏輯鏈路控制轉換器(LLCT)，并且在圖中分別被表示為轉換器組204和單個轉換器204A、204B、204C。LLCT 204負責封裝用于無線鏈路上的IP分組發(fā)送/接收的其相關無線技術的所有具體內(nèi)容。例如，在WPAN情況下，有關的藍牙WAL LLCT模塊204A可以包括藍牙BT協(xié)議棧的上層以及其個人區(qū)域網(wǎng)(PAV)簡檔(profile)；具有多標準無線硬件22的接口最好與藍牙主機控制器接口(HCI)相兼容。對于WLAN LLCT模塊204B，處理限于接口連接多標準無線硬件22和處理以太網(wǎng)幀的發(fā)送與接收。
所有MWAL LLCT模塊204A、B、C執(zhí)行以下功能(在WALD的控制下)-基帶處理器的較下層的初始化；-根據(jù)特定接口與多標準無線硬件22交換數(shù)據(jù)幀以及及控制消息；-在需要時執(zhí)行連接的建立；-管理可用時的尋呼信道，以使移動終端MT可以從空閑模式中被喚醒，例如以接收輸入呼叫；-管理可用時無線模塊的低功率模式(例如，藍牙SNIFF模式)；-執(zhí)行涉及接入無線基礎結構的安全過程；-監(jiān)視無線信道質量并使之以標準獨立方式可用于WAL協(xié)調(diào)器206。
需要時，可以在MWAL 200中同時加載LLCT 204，但是實際上只有一個LLCT可以在MWAL 200與多標準無線硬件22之間轉發(fā)幀。換言之，LLCT 204具有數(shù)據(jù)平面和控制平面。當在MWAL200中加載多個LLCT204時，只有一個LLCT能夠具有有效的數(shù)據(jù)平面，而所有其它LLCT可以執(zhí)行控制平面中的功能，比如發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡基礎結構(WPAN10、WLAN12、蜂窩14)是否存在，或者在實際交換數(shù)據(jù)之前建立連接。
WAL協(xié)調(diào)器206WAL協(xié)調(diào)器206加載或卸載動態(tài)的WAL模塊202，并控制MWAL接口的所有行為?？梢孕遁d模塊202，以節(jié)省移動終端MT中的存儲器。WAL協(xié)調(diào)器206從所有LLCT204接收控制信息208，并且通知上層垂直切換何時需要執(zhí)行。
通過檢查上層協(xié)議的報頭信息，在WAL協(xié)調(diào)器206中分類從IP棧接收的每個分組。一旦分類，就把待發(fā)送的分組沿下游方向傳遞到另一個MWAL模塊X、Y204。鏈中的最后一個模塊必須總是LLCT 204，它負責物理媒介(WPAN10、WLAN12、蜂窩14)上IP分組的傳輸。下面說明在垂直切換期間可以使用的有用MWAL模塊X、Y的實例。
MAC電子欺騙模塊當WMAL 200對于移動終端MT的操作系統(tǒng)顯現(xiàn)為共享資源網(wǎng)絡接口如以太網(wǎng)接口時，需要在垂直切換期間不改變其MAC地址。然而，WPAN和WLAN卡可能也具有不同的MAC地址。MWAL 200可以負責把MWAL接口輸出的MAC地址映射到較低層上使用的地址上。這意味著MWAL200中的MAC電子欺騙模塊改變了輸出以太網(wǎng)幀中的MAC源地址以及輸入以太網(wǎng)幀中的MAC目的地地址。該模塊還必須變換在用于IPv4的地址解析協(xié)議(ARP)和用于IPv6的鄰居發(fā)現(xiàn)的有效負載中傳遞的MAC地址。
服務質量模塊MWAL 200內(nèi)的服務質量(QoS)模塊能夠用來根據(jù)應用需求調(diào)度IP分組的傳輸。在最簡單情況下，QoS模塊可以基于由WAL協(xié)調(diào)器206執(zhí)行的分類把超過TCP分組的優(yōu)先級給予UDP分組。
路由選擇網(wǎng)絡層上的操作包括1)當連接到網(wǎng)絡基礎結構時，移動終端MT獲得有效的IP地址；2)移動終端MT從服務器40得到IP地址，該地址在會話期間保持不變，所以應用不需要在垂直切換之后被重新啟動；3)維持應用所明白的移動終端裝置IP地址(在垂直切換期間不必改變)與依據(jù)網(wǎng)絡基礎結構而改變的IP轉交地址(care-of-address)(CoA)之間的一致映射；和
4)維持在服務器側上的相同IP地址映射(捆綁表)。
IP隧道效應(tunneling)是實現(xiàn)前兩個上述需求的基本機制。在移動終端情況下，移動終端MT和服務器40負責封裝和解封IP隧道中的分組以及交換信令，以便一致地和安全地管理初始化時間和垂直切換之后的隧道配置。這是移動IP的傳統(tǒng)域。
本發(fā)明的基礎結構是開放的，足以適應路由選擇策略的未來變化。特別是，考慮到在可用的時候可以綜合移動IPv6。由于層3機制落入目前討論的范圍之外，因此這里只需要強調(diào)，最好應當標準化層2上的MWAL與管理層3上移動性的路由選擇實體之間的接口。在本發(fā)明的一個方面中，建議了通常足以在現(xiàn)有和未來網(wǎng)絡移動性解決方案中使用的這種接口的一種可能，并且這里已經(jīng)依據(jù)M-WAL API描述了這樣的接口建議。就眼前來說，稱作路由選擇管理器(RM)的移動終端中的應用負責根據(jù)MWAL虛擬網(wǎng)絡驅動器和OS內(nèi)核中的IP隧道效應模塊來管理IP配置。
移動終端MT中的路由選擇管理器RM負責管理開頭部分所述的四個步驟。根據(jù)與遠程服務器40的交互作用，路由選擇管理器RM配置MWAL接口以及移動終端中的IP隧道配置。該處理可以在用戶空間中執(zhí)行。
這里提供IP隧道配置的進一步細節(jié)可能是有用的。IP隧道在移動終端MT與遠程隧道端點之間建立，所以如圖5所示，封裝所得到的數(shù)據(jù)分組?？梢宰⒁獾?，已經(jīng)增加了4字節(jié)GRE報頭，以允許NAT/防火墻遍歷(traversal)。大量的網(wǎng)絡設備支持GRE。
TCP報頭開銷隨著端對端協(xié)商參數(shù)而變化在這些參數(shù)中，與移動終端MT最相關的是SACK和時間標記選項，減輕在無線鏈路中丟失分組的問題。SACK和時間標記選項把12至24個字節(jié)添加到20字節(jié)的TCP報頭上。
MWAL狀態(tài)圖在圖6和圖7中利用標準的統(tǒng)一模型化語言(Unified Modeling Language)(UML)記號示出了MWAL 200的分類圖。圖中示出了主分類、主分類方法以及分類關系。
MobileNodeApplication、ClientRouting和WALD分類都使用了代表通用化網(wǎng)絡接口的MWAL分類。如上所述，MobileNodeApplication不知道發(fā)生在MWAL中的操作。WALD控制連接建立/切換處理，而ClientRouting處理層3操作，類似于獲得轉交地址(CoA)并維持IP隧道。應當強調(diào)的是，WALD與ClientRouting分類之間沒有明確關系，只是經(jīng)由MWAL200進行通信這是重要的，因為沒有引入對特定路由選擇機制的依賴性。換言之，有可能在未來使用MIPv6層3解決方案并且本發(fā)明包括該選項。
盡管WALD和ClientRouting分類使用專用MWAL接口，但是其它應用如context-aware應用可以使用共用MWAL接口主要用于檢索無線相關的信息。這不意味著應用應當被改為使用MWAL200，而只是MWAL200允許開發(fā)和實施利用它輸出的信息的新的應用。
MWAL分類圖是若干MWALModule的集合。WALModule接口由LLCT接口定制，這又利用BTLLCT 204A、WLANLLCT 204B和GPRSLLCT 204C來實現(xiàn)。所有邏輯鏈路控制分類使用相應的現(xiàn)有網(wǎng)絡驅動器。
初始接入服務器40該部分描述移動終端MT用于經(jīng)由連接到互聯(lián)網(wǎng)或者可能的其它基于IP的網(wǎng)絡的無線網(wǎng)絡基礎結構最初接入應用服務器40的過程。圖8的序列圖將被用作一個參考，其中在頂部顯示了交互作用中所涉及的對象。
WALD周期地檢驗是否出現(xiàn)無線網(wǎng)絡基礎結構(例如WLAN、藍牙或GPRS之一)，并且根據(jù)用戶的偏愛可以決定連接到這些網(wǎng)絡基礎結構中的一個。一旦WALD向MWAL200發(fā)送初始命令(步驟1)，該命令就被轉發(fā)到藍牙LLCT204A(步驟2)，其中根據(jù)LAN接入簡檔或者(甚至更好)PAN簡檔在BT驅動器(3)上執(zhí)行查詢、尋呼和SDP操作。如果提供互聯(lián)網(wǎng)接入的合適網(wǎng)絡接入點AP1、AP2可以被發(fā)現(xiàn)，則發(fā)送給WALD(4)一個指示。然后該實體可以決定應當建立與藍牙承載電路的連接；因此發(fā)出相應命令(5)。該連接的命令被轉發(fā)到藍牙LLTC(6)，開始由使用的藍牙簡檔指定的網(wǎng)絡接入過程(7)。
該接入階段可以包括或不包括驗證和鏈路密鑰生成。一旦完成處理以及在移動終端MT與網(wǎng)絡接入點AP1、2之間已經(jīng)建立了連接，就把“承載電路已驗證”事件發(fā)送給WALD(8)，這表明該鏈路最終準備好用來交換數(shù)據(jù)。
然后WALD通過發(fā)送選擇命令來激活接口(9)。然后MWAL生成一個對路由選擇管理器RM的事件(步驟10)，這觸發(fā)層3過程的激活，類似得到有效IP轉交地址(getCOA，步驟11)。由MWAL200產(chǎn)生該事件，以避免在路由選擇實體與WALD之間的直接通信。這樣，可以容納其它路由選擇機制，例如MIPv6。一旦使用無論哪一種機制(DHCP、PPP或者將來的IPv6自動配置)獲得可路由的IP地址，就將該地址分配給MWAL接口(12)。從此開始，可以在移動終端MT與服務器40之間交換數(shù)據(jù)。
路由選擇管理器RM利用MWAL網(wǎng)絡接口以及先前建立的藍牙連接把一個請求發(fā)送給應用服務器40，以得到應用IP地址(步驟13至16)。使用移動IP消息或者專用路由選擇管理協(xié)議進行該請求。一旦成功，就把應用IP地址(也稱之為“Home Address(內(nèi)部地址)”)分配給客戶機，在對話期間該地址將保持不變。隧道端點被建立在服務器上(18)，并且在路由選擇管理器RM負責分析的Web頁中把IP地址返回到客戶機(19至22)。一旦完成該處理，就在移動終端MT上建立IP隧道(23)，以便把客戶機應用IP地址與其當前的CoA(在圖8中還稱之為IPbearer)相關聯(lián)。
如果成功完成上述所有步驟，將具有在MN與服務器之間建立的IP隧道，其中加密TCP有效負載，將使用保留的SSL端口243，并且TCP/IP報頭是允許LOP操作的明文?，F(xiàn)在數(shù)據(jù)可以利用已經(jīng)配置的隧道，在移動終端MT與應用服務器之間流動(23至28)。在失敗情況下，移動終端可以試著使用另一個可用接口，或者提示用戶遠程服務器40不可用。
MWAL200內(nèi)的垂直切換的執(zhí)行當必須執(zhí)行垂直切換時，在MWAL 200內(nèi)執(zhí)行圖9和/或10所示的操作序列。
圖9所用的實例涉及利用GPRS的移動終端MT進入具有藍牙BT網(wǎng)絡基礎結構即WPAN10的建筑物。WAL協(xié)調(diào)器可以(周期地)加載LLCT 204，以檢查接入點AP或者基站BS的出現(xiàn)。
當加載藍牙(BT)LLCT 204A并且調(diào)用其相關的checkNetworkInfrastructure()方法時，執(zhí)行藍牙查詢過程。如果發(fā)現(xiàn)用戶具有接入特權的藍牙網(wǎng)絡接入點AP1-2，則建立連接并把肯定答復返回到WAL協(xié)調(diào)器206。在這一點上，為了藍牙LLCT 204A而禁用GPRS數(shù)據(jù)流，并且最終從主機存儲器卸載GPRS LLCT204C。
當在移動終端MT與互聯(lián)網(wǎng)上的遠程主機之間存在在垂直切換期間不應被中斷的正在進行的TCP對話時，應當加載和激活任選的鏈路停止保護模塊LOP。當完成該處理時，WAL協(xié)調(diào)器206卸載LOP模塊。
同樣，當存在涉及其中MWAL200正在運行的移動終端MT的多個連接時，可以加載任選QoS模塊，以根據(jù)應用需求把業(yè)務按照優(yōu)先順序進行排列。
現(xiàn)在參見顯示垂直切換的圖10的特定序列圖，當移動終端MT經(jīng)由一個無線基礎結構(BT，IEEE802.11b，GPRS)與服務器40具有有效連接以及鏈路質量降低時，從當前接入點或者甚至接入技術到另一個例如被更好支持的接入點和/或技術的切換可能變成是必需的。作為選擇，移動終端MT可以周期地檢驗其它無線網(wǎng)絡的可用性，并根據(jù)用戶定義的標準決定切換到其中的一個無線網(wǎng)絡。如果另一個接入點AP1-4可用來使用相同技術進行連接，則移動終端MT必需檢驗新的接入點API-4是否屬于相同的IP子網(wǎng)，而如果不是的話，則得到新的CoA地址，并重新配置它的IP隧道以維持與遠程應用服務器40的連接。如果接入點AP1-4不可用，則移動終端MT可能想嘗試另一個無線基礎結構(垂直切換)。圖10詳細說明了用于WLAN/GPRS切換情況的后一處理。
當移動終端MT正在利用WLAN基礎結構交換數(shù)據(jù)(步驟1至3)時，MWAL200生成針對WALD的事件(步驟4)，指示鏈路質量正在降低。WALD激活LOP模塊(步驟5)，以開始緩存TCP段并且在MWAL 200中觸發(fā)對另可替換的可用無線網(wǎng)絡的搜索(6)。該命令被發(fā)送到WLAN LLCT(7)和GPRSLLCT(8)。在該特定的非限制實例中未顯示藍牙，以限制此附圖的復雜性。與此同時，假定鏈路仍然是可用的，則數(shù)據(jù)利用先前的WLAN接入點繼續(xù)流動(9至11)。
一旦新的/可替代基礎結構被檢測為可用(12)，則WALD決定建立GPRS連接(13)。MWAL 200啟動包括鏈路驗證的接入過程(14)。只要完成驗證(15)以及鏈路是可用的，就把事件發(fā)回到WALD(15)，該WALD最終發(fā)送選擇命令(16)，這使數(shù)據(jù)分組被發(fā)送到新的GPRS鏈路。由MWAL接口針對路由選擇管理器RM生成切換事件(17)，以發(fā)出應當觸發(fā)層3處理過程的信號，比如得到新的有效的轉交地址CoA(18)。一旦獲得新的IP地址，就將該地址分配給MWAL(19)。在此時，利用新映射{IP_client，IP_bearer2}在移動終端MT中重新配置IP隧道(20)。為了在遠端側更新隧道配置，路由選擇管理器RM將向驗證服務器40發(fā)送專用捆綁更新消息。服務器40將傳遞新配置給隧道端點(24)，所以將利用新的外部目的地IP地址(新的客戶機CoA)封裝數(shù)據(jù)分組。在已經(jīng)更新隧道配置之后，把確認頁回送給客戶機(25至27)。這完成垂直切換處理。
應當注意，鏈路質量惡化不僅僅是觸發(fā)垂直切換處理的原因。實際上，WALD可以根據(jù)條件如成本、可用帶寬和功率考慮來決定開始切換處理。用戶可以利用專用移動性配置工具來指示其偏愛。
WAL與上層之間的接口當前最廣泛使用的用于連網(wǎng)的應用程序編制器接口是套接字接口。該接口是伯克利大學原始開發(fā)的在互聯(lián)網(wǎng)的應用之間建立TCP/IP和UDP/IP連接的一組功能，下面的參考可能是有用的(7)J.Tourrilles，“Wireless Extensions”在http://www.hpl.hp.com/personal/Jean Tourrilhes/Linux/Tools.html還可以建立局部套接字，以便例如在相同主機上運行的兩個應用之間或者在應用與網(wǎng)絡驅動器之間進行局部通信。
MWAL接口落入后一套接字種類，因為它使用與主機中的應用空間通信的兩個原始套接字，如圖12所示。WAL協(xié)調(diào)器206負責接收來自應用的命令并返回事件。用戶空間210中的應用可以發(fā)射分離的線程，以處理在專用套接字中傳遞的異步MWAL事件。用戶空間210中的應用建立命令和事件套接字212、214，并使用特殊的“ioctl”套接字命令把對事件套接字的參考下傳到驅動器。用于在MWAL與應用空間之間交換信息的數(shù)據(jù)結構是標準“ifreq”數(shù)據(jù)結構，它使用“ioctl”命令在驅動器與應用之間通過參考來傳遞，如(7)J.Tourrilles的“Wireless Extensions”所述。
新的命令和參數(shù)可以被定義用于-加載和卸載MWAL模塊X，Y；-設置模塊參數(shù)；-初始化時傳送對事件套接字214的參考；-處理鏈路層連接的管理；-處理鏈路層安全性；-報告鏈路質量指示；和-管理低功率模式和尋呼信道(若有的話)。
安全性可以在協(xié)議棧的不同層上，即從鏈路層直到應用層上運用安全性。移動終端MT與接入網(wǎng)絡AP、BS之間的無線鏈路以及與服務器池40的端對端連接需要被保護?？梢钥紤]若干選項來實施安全性，包括具有TLS/EAP較高層驗證和密鑰生成的接入點中基于PPTP/GRE或IPSEC/ESP、TLS/SSL、IEEE802.1x的VPN。每個這樣的選項具有其自身的優(yōu)點和缺點。
由于主要強調(diào)垂直切換期間連續(xù)的客戶機操作，因此可以證明在客戶機MT與服務器40之間使用TLS/SSL是理想的，而GRS隧道緩解無線跳躍(在移動終端MT與接入點AP之間)中的防火墻/NAT遍歷以及任選鏈路層加密。該解決方案允許在移動終端MT的MWAL接口中解密接收的TCT/IP，所以可以實現(xiàn)LOP功能。作為選擇，可以在移動終端MT中以稍高的資源消耗成本使用鏈路加密。
利用可以由管理服務的實體發(fā)給客戶的SSL證書完成移動終端MT與遠程服務器40之間的相互驗證。該解決方案的一個缺點是需要使用SSL使能的應用。當前的Windows CE瀏覽器和電子郵件客戶機已支持SSL，因此不認為這是移動終端接受的主要障礙。
如果把安全證書分發(fā)給客戶機是不希望的，則可以在“服務器側處理”下(如這里已經(jīng)詳細說明的)使用用戶名/口令機制，例如利用管理客戶機驗證的Web服務器的標準安全機制。就所涉及的移動終端MT對無線基礎結構的安全接入而言，可以作出以下考慮-對于GPRS情況，基于SIM的安全是標準；-對于藍牙，與接入點AP1、2的網(wǎng)絡的捆綁過程在第一次接入它們時是必需的。由于最好不利用對于基礎結構中的每個接入點AP1、2的配對過程而煩惱用戶，因此可以使用“組密鑰”的概念。這是由BT特殊興趣組(SIG)的安全專家組已經(jīng)引入的新特點，其不需要當前BT1.1HW/FW的改變。一旦切換發(fā)生，就不需要重新驗證。由于即將公開的原因，這里只需要提及以下是有用的關于在藍牙基礎結構中使用組密鑰的細節(jié)正在被包含在BT接入點漫游(APR)規(guī)范中。
-對于WLAN，可以使用傳統(tǒng)的WEP加密，盡管這可能證明不是一個理想解決方案。通過將接入點AP3、4連接到RADIUS服務器300、302并僅允許具有已登記得MAC地址的幀被橋接，可以控制對基礎結構的接入。這也不認為是最安全的處理過程，因為它也許證明能夠欺騙MAC地址。IEEE 802.1x驗證可以解決該問題，但是這種基礎結構對于本發(fā)明不是實質的。
企業(yè)網(wǎng)對互聯(lián)網(wǎng)的連接點(入口路由器)應當總是利用一個或多個防火墻來保護，并且移動終端應當考慮隨之發(fā)生的限制，而不需要防火墻配置中的任何特殊策略。
在企業(yè)基礎結構中，RADIUS服務器300、302可以用來控制移動終端MT的接入。也可以配置DHCP基礎結構，以使移動終端MT可以得到租用的IP地址。只要涉及進一步安全性，就可以采用一個或多個以下機制-應用可以以安全數(shù)據(jù)傳送比如安全套接字層(SSL)為基礎；-還可以利用諸如SSL的安全數(shù)據(jù)傳送(可能通過專用機制)來保護位置更新；-通過提供對驗證和/或確認挑戰(zhàn)的標準機制(例如，連接到RADIUS的接入點和基于GPRS SIM的安全性)可以控制對無線網(wǎng)絡的接入；-可以在MT中安裝防火墻，以防止來自外部網(wǎng)絡的未授權訪問；-只要接入網(wǎng)需要連接到互聯(lián)網(wǎng)，就可以使用防火墻；和-由于接入過程通常因初始驗證而是耗時的，因此MWAL在使用一個接口的同時，可以在另一接口上執(zhí)行這些任務。這可以縮短切換處理，因為正在流水作業(yè)(pipeline)接入過程和數(shù)據(jù)交換。
在一個方面中，本發(fā)明擴充了基本W(wǎng)AL框架，以允許客戶機裝置/夠動終端執(zhí)行垂直切換，即在一個無線接入標準與一個不同無線接入標準之間以不停止或不中斷現(xiàn)有數(shù)據(jù)連接以及不需要用戶干預的方式進行切換。因而，可以看到，本發(fā)明提供了一種有效的方案，以使客戶機裝置能夠從一個無線接入標準切換到另一個無線接入標準，而這種切換最好根據(jù)已知的無線網(wǎng)絡基礎結構進行。
盡管已經(jīng)結合優(yōu)選實施例特別顯示和說明了本發(fā)明，但是本領域熟練技術人員將會明白，在不背離本發(fā)明精神和范圍的條件下，可以進行形式和細節(jié)的改變。例如，應當明白，術語互聯(lián)網(wǎng)的使用包括至等同方案比如至其它基于網(wǎng)際協(xié)議(IP)的系統(tǒng)的連接。此外，客戶機裝置已經(jīng)被公開為利用移動終端的形式實施，以反映用戶便攜性，或者例如在可用網(wǎng)絡基礎結構改變時至少需要能夠在不同的無線通信標準之間切換。這種移動終端可以包括例如個人數(shù)字助理(PDA)、便攜計算機或者移動通信裝置，但是人們將會明白，該客戶機裝置實際上也可以是臨時地或者基本永久地固定的。還可以是這樣一種情況，對于一個、多個或者所有接入網(wǎng)，客戶機裝置是固定的，并且客戶機裝置也可以是正在移動的某個或每個周圍的網(wǎng)絡基礎結構，其中在此情況下客戶機裝置的移動性可以被認為表示該裝置與接入網(wǎng)或者網(wǎng)絡之間的相對移動。
術語表

權利要求
1.一種用于基于網(wǎng)際協(xié)議(IP)的通信方案的客戶機裝置，所述客戶機裝置包括適于根據(jù)多個網(wǎng)際協(xié)議兼容無線通信標準支持所述客戶機裝置的無線操作的多標準硬件，所述多標準硬件的操作由網(wǎng)絡驅動器來控制，該網(wǎng)絡驅動器包括具有無線適配層的軟件結構，所述無線適配層被安排成在使用中能夠使所述客戶機裝置在所述無線通信標準之間執(zhí)行垂直切換。
2.根據(jù)權利要求1所述的客戶機裝置，其中所述垂直切換是無縫的。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的客戶機裝置，其中所述無線適配層適合于在所述垂直切換期間允許基于網(wǎng)絡的應用程序在所述客戶機裝置上透明地運行。
4.根據(jù)上述任一項權利要求所述的客戶機裝置，其中所述客戶機裝置確定哪一些無線接入網(wǎng)是可用的，并且依據(jù)某個或者每一個所述可用無線接入網(wǎng)的基礎結構執(zhí)行所述垂直切換。
5.根據(jù)上述任一項權利要求所述的客戶機裝置，其中所述裝置包括用戶可攜帶終端。
6.根據(jù)上述任一項權利要求所述的客戶機裝置，其中所述網(wǎng)際協(xié)議兼容無線通信標準包括通用分組無線電系統(tǒng)(GPRS)、IEEE802.11和藍牙標準之一。
7.一種軟件產(chǎn)品，適合于在上述任一項權利要求所述的客戶機裝置中實現(xiàn)網(wǎng)絡驅動器的無線適配層，所述軟件產(chǎn)品包括用于向所述客戶機裝置的協(xié)議棧的網(wǎng)際協(xié)議層提供統(tǒng)一接口的代碼，用于至少以下之一a)傳送網(wǎng)際協(xié)議分組；b)監(jiān)視無線電鏈路質量；c)控制無線電鏈路質量；d)尋呼其它裝置；和e)在網(wǎng)絡的不同接入點或基站之間或者在網(wǎng)絡之間切換所述客戶機裝置。
8.根據(jù)權利要求7所述的軟件產(chǎn)品，其中所述無線適配層接口向所述客戶機裝置的操作系統(tǒng)以及向應用提供OSI協(xié)議棧的層2與層3之間的單一接口，經(jīng)由該接口來交換一個或多個數(shù)據(jù)、命令和事件。
9.根據(jù)權利要求8所述的軟件產(chǎn)品，還包括用于控制所述無線適配層接口的整體操作的無線適配層協(xié)調(diào)器，并具有用于至少以下之一的代碼a)確定和控制軟件模塊的加載和卸載；b)用于安排所述垂直切換的代碼；和c)用于從應用接收命令以及發(fā)回事件的代碼。
10.根據(jù)權利要求10所述的軟件產(chǎn)品，其中所述無線適配層接口向所述網(wǎng)絡驅動器的數(shù)據(jù)平面和控制平面提供分離的接入，以使所述無線適配層的控制應用能夠經(jīng)由一個所述無線通信標準來管理連接，而另一個所述無線通信標準用來交換數(shù)據(jù)。
11.根據(jù)權利要求8至10之中任一項權利要求所述的軟件產(chǎn)品，其中所述無線適配層接口對于所述客戶機裝置的操作系統(tǒng)顯現(xiàn)為共享資源網(wǎng)絡接口，從應用層中利用套接字接口來控制所述共享資源網(wǎng)絡接口。
12.根據(jù)權利要求7至11之中任一項權利要求所述的軟件產(chǎn)品，其中軟件模塊被動態(tài)地加載到無線適配層以及動態(tài)地從無線網(wǎng)絡層卸載，所述模塊包括用于使所述無線硬件接口到所述無線通信標準或者作用于由無線適配層轉發(fā)的網(wǎng)際協(xié)議分組的代碼。
13.根據(jù)權利要求7至12之中任一項權利要求所述的軟件產(chǎn)品，包括具有代碼的較低層驅動器模塊，用于封裝專用于特定的所述無線通信標準的特性，以便在所述客戶機裝置與其它客戶機裝置或網(wǎng)絡之間的無線鏈路上發(fā)送和/或接收網(wǎng)際協(xié)議分組。
14.根據(jù)權利要求13所述的軟件產(chǎn)品，所述較低層模塊包括用于以下至少之一的代碼a)基帶處理器的較低層的初始化；b)與所述多標準硬件模塊交換數(shù)據(jù)幀和/或控制消息；c)管理連接的建立；d)管理尋呼信道，以使所述客戶機裝置從空閑模式中被喚醒；e)管理所述客戶機裝置的低功率模式；f)監(jiān)視所述客戶機裝置的無線連接中的鏈路質量。
15.根據(jù)權利要求13或14所述的軟件產(chǎn)品，其中所述較低層模塊包括數(shù)據(jù)平面和控制平面，所述數(shù)據(jù)平面包括用于在所述無線適配層與所述硬件模塊之間轉發(fā)幀的代碼，而所述控制平面包括至少用于發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡接入基礎結構是否存在以及在交換數(shù)據(jù)前建立連接之一的代碼。
16.根據(jù)權利要求11至15之中任一項權利要求所述軟件產(chǎn)品，還包括具有代碼的軟件產(chǎn)品，該代碼用于監(jiān)視上游和下游方向的傳送控制和/或網(wǎng)際協(xié)議(TCP/IP)段的流，所述模塊最好包括用于在無線鏈路變得不可用時凍結傳送控制協(xié)議(TCP)發(fā)送器的代碼，最好還至少在新鏈路變得可用之前凍結所述發(fā)送器的代碼。
17.根據(jù)權利要求11至16之中任一項權利要求所述的軟件產(chǎn)品，包括具有代碼的模塊，該代碼用于確保所述無線適配層的媒體訪問控制(MAC)地址在所述垂直切換期間不改變。
18.根據(jù)權利要求11至17之中任一項權利要求所述的軟件產(chǎn)品，包括具有用于監(jiān)視服務質量的代碼的模塊，并且如果多個牽涉所述客戶機裝置的無線連接是合適的，最好還具有用于根據(jù)當前運行應用的需求按照優(yōu)先順序排列業(yè)務的代碼。
19.一種支持客戶機裝置的無線操作的方法，所述方法包括配置所述客戶機裝置的多標準硬件，以便在多個網(wǎng)際協(xié)議兼容無線通信標準之間在網(wǎng)絡驅動器的無線適配層的控制下執(zhí)行所述客戶機裝置的垂直切換。
20.一種基于網(wǎng)際協(xié)議的通信系統(tǒng)，適于經(jīng)由多個無線通信標準之一提供與客戶機裝置的連接，所述客戶機裝置最好包括移動終端，并包括適于根據(jù)多個所述無線通信標準支持所述客戶機裝置的無線操作的多標準硬件，所述標準之中的操作或之間的改變由預定的軟件結構來控制，所述軟件結構包括無線適配層(WAL)，它被安排成在使用中能夠使所述客戶機裝置執(zhí)行所述無線通信標準之間的垂直切換。
全文摘要
諸如個人數(shù)字助理或者移動電話的移動裝置可以使用WPAN和WLAN基礎結構或者蜂窩系統(tǒng)如GPRS或3G連接到互聯(lián)網(wǎng)或者另一個基于IP的網(wǎng)絡。支持這些標準的多模式硬件如組合芯片組也正在變得可用。根據(jù)本發(fā)明，建議了無線網(wǎng)絡驅動器軟件結構，它被命名為多標準無線適配層(MWAL)，并且用于客戶機裝置MT，該客戶機裝置可以是便攜的，需要從一個無線標準有效地切換到另一個無線標準，并且即使在諸多無線通信標準之間進行切換時，也必須能夠在互聯(lián)網(wǎng)或者其它基于IP的網(wǎng)絡中保持被連接和可抵達。本發(fā)明的技術是適合于垂直市場和專用解決方案的層2技術，其中MWAL使客戶機裝置MT能夠在無線通信標準之間執(zhí)行垂直切換。
文檔編號H04L12/28GK1636356SQ03802814
公開日2005年7月6日 申請日期2003年1月24日 優(yōu)先權日2002年1月29日
發(fā)明者D·梅皮格納諾 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司