CN1129275C - 点到多点的无线分布网络以及通过其进行通讯的方法 - Google Patents

点到多点的无线分布网络以及通过其进行通讯的方法 Download PDF

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Abstract

一种固定无线点到多点网络，用于向多个用户提供无缝通信覆盖，包括：多个基站，用于向所述用户提供无线访问；每个基站通过多个IDCN交换机中的至少一个，在第一网络层上互连；和每个所述IDCN通过传输环，在第二网络层上互连，从而允许一个用户通过所述IDCN交换机中的一个，直接与在所述第一网络层中或在所述第一网络层之外的另一个用户进行通信。提供一种综合数据中央网，它将语音、数据和视频业务综合在单个网络中；终端用户通过提供中间件以使得终端用户能够开发服务和应用而定义用户服务；和向载波等级服务提供分布式联网和业务。

Description

点到多点的无线分布网络以及通过其进行通讯的方法
发明领域
本发明涉及固定无线点到点和/或点到多点通信系统，具体地说，本发明涉及综合数据中央网(Integrated Date Centric Network)(IDCN)，其中将语音、数据或视频业务综合在相同的网上。
发明背景
过去，传统的固定无线访问网必须用分开的网络来向远程用户提供语音和数据业务。语音网向用户提供最优质量的业务，但是缺乏数据传输所需的效率。数据网(特别是IP网络)提供数据传输效率，但是缺乏语音和视频业务所需的服务质量。此外，由于实际上在网络内包括智能(intelligence)，所以网络实际上限定了用户服务，因而不能容易地采用并商业化新的服务，且这些服务不是可移值的。其中在网络中包含智能的这些类型的网络利用哑终端，而且服务和特征受到服务提供者和交换设备的控制通过复杂的信令协议提供任何这样的服务，因此引入这些服务较慢。
有多个讨论到网络利用的文件。例如，EPO专利0657074A2揭示了一种通信系统，用于以电话或任何其他类型的形式向一组终端提供语音和/或数据服务。接着，WO 97/4819I专利揭示了低功率多蜂窝状，宽带通信系统，用于单向(即，广播)、双向和多向传输并接收在点到多点网络拓扑的前提下提供的语音、视频、音频、电视和数据信号。
EPO专利0818940A2揭示了一种在线路交换环上以单向路径传输SONET/SDH格式化异步传输模式(ATM)信号和/或同步传输模式(STM)信号。美国专利5,537,411揭示了一种用双反向旋转环的双总线形成的移动无线电话网络的访问网络的新型体系结构，其中在上述环中连接有访问点和若干个基站，其中所述基站能够接收若干个移动站并运用其报头表示虚拟电路号或标识符的信元提供虚拟电路业务。
接着，Wile G E.等人所著的论文“DPN数据联网系统的体系结构”讨论了从声音技术产品(product)基础的演变发展的好处。在上述论文中描述了北方电信关于使它的数据包通信产品进展到满足DPN产品目标的策略。接着，RayHunt论文所著的“ATM-协议和体系结构”描述ATM协议、技术和体系结构，以及设计它以要解决的问题。这种网络导致用户维护网络的成本很高。
因此，需要一种综合数据中央网，其中将语音、数据和视频业务综合在网络中。此外，需要一种综合中央网，其中由用户定义服务且使得服务便于移植。最后，需要一种综合数据中央网，其中语音、数据和视频业务具有传统语音网的业务质量和传统数据(IP)网的传输效率。
发明概述
本发明涉及一种固定无线点到多点网络，用于向多个用户提供无缝通信覆盖，包括：
多个基站，用于向所述用户提供无线访问；
每个基站通过多个交换机中的至少一个，在第一网络层上互连；和
每个所述交换机通过传输，在第二网络层上互连，从而允许一个用户通过所述交换机中的一个，直接与在所述第一网络层中的另一个用户进行通信。
提供一种综合数据中央网，它将语音、数据和视频业务综合在单个网络中；终端用户通过提供中间件以使得终端用户能够开发服务和应用而定义用户服务；和向载波等级服务提供分布式联网和服务。
附图简述
结合附图，描述本发明的较佳实施例，其中：
图1是固定无线点到多点网的方框图；
图2是在图1的现有实施例上传输语音和数据(IP和帧中继)服务的方框图；
图3示出本发明的固定无线点到多点网；
图4示出本发明的固定无线点到多点系统的多传输层；
图5是示出本发明的固定无线点到多点系统的网络体系结构的功能方框图；
图6是本发明的固定无线点到多点系统的控制和管理功能的功能方框图；和
图7是本发明的固定无线点到多点系统子网控制器的功能方框图。
较佳实施例的详细描述
为了有于本发明的描述，可用下列缩写词：CPE     客户住宅设备DHCP    动态主机配置协议DMAT    动态调制适配(adaption)技术DPAT    动态功率调节技术DS      数字信号(在描述数字信号分级中的层时用的Bellcore术语)DNS     域名服务器GR      通用(generic)设备(用于批准的通用标准的Bellcore术语)IDCN    综合数据中央网IP      网间协议，用于本文本的上下文(context)包括在网间协议的顶部
    运行的所有网络应用LAN     局域网LMCS    本地多点通信业务LMDS    本地多点分布式系统MVDS    多点视频分布式服务NIU     网络接口单元，在用户住宅设备和无线访问网之间提供接口的用户
    站装置(site device)OAMP    操作、管理和维护程序PBX     用户交换机PC      个人计算机POTS    简易老式电话业务PVC     固定虚拟电路，PVC是运用管理程序建立的连接PSTN    公共电话交换网SNMP    简单网络管理协议SVC     切换虚拟电路，SVC是以请求方式(每次呼叫)运用信令程序建立的
    连接TFTP    一般文件传递协议UNI     在ATM网中的用户至网络接口VPN     虚拟专用网
固定无线点到多点访问网包括具有多个重叠小区的拓扑结构，它提供对城市、城郊或郊区的覆盖。重叠小区结构的设计依赖于应用，但是应理想地提供到用户站的链路冗余，并调节可能阻碍以前可用链路的新城市结构。
在频分多址(FDMA)和时分多址(TDMA)的原理下，设计利用无线ATM访问的那些系统。将FDMA用于来自DS1/E1及以上(即，租用线路)的服务带宽，并将TDMA特别用于低于DS1/E1的速率下的突发话务源(bursty traffic source)。TDMA系统设计成在多个用户之间共享带宽，从而当处理突发话务源时使它具有更大的效率。TDMA系统考虑带宽共享，从而提供多个突发或低比特率用户访问信道。TDMA系统共享在几百的用户之间的单个解调器，并尤其适于10baseT以太网、IP和POTS语音运用。另一方面，将FDMA系统设计成向特别用户提供专用带宽，同时那些用户一般是租用线路用户，他们具有相当恒定的数据速率需求。
无线ATM系统考虑运用宽带微波基础结构，从而有效地利用宽带微波系统的多载波本质。这些多载波系统使得网络操作者低进入(entry)成本与扩大小区范围和话务处理容量最好地结合。
一般，在每个区站，存在包括微波和数字无线电设备的基站。基站提供网络连接，而该连接一般是OC3s ATM UNI接口。将基站微波设备安装在建筑物的顶端，一般是外面，并向用户提供无线连接能力。
在用户住宅，室外微波设备(与收发机构成整体的天线)连接到网络接口。小区大小一般是1-10千米，这取决于系统操作的频率、系统操作者所需的可用程度以及系统操作者所需的服务性能。一般，将无线访问系统设计成能够低成本地支持系统所需语音、视频和数据方案(solution)，其中用户量足以保证点到多点实施。这些类型的系统包括LMCS(加拿大)、LMDS(美国和全世界)和MVDS(欧洲)。
现在，参照图1，我们示出根据现有技术的无线分布式系统的方框图。在该配置中，用户通过各种用户住宅设备接收对电话网络的固定无线访问。利用无线链路、通信塔和基站，提供访问。用ATM交换机提供对各种多媒体业务的访问，诸如语音和数据。通过点到点无线链路的租用线路，连接基站和ATM交换机。
为了使用户访问多种服务(诸如，语音、数据)中的一种，ATM交换机需要到PSTN的连接链路(通过公共网)、到IP网的链路用于英特网的访问或者到帧中继网的链路用于数据通信。类似地，可提供链路来访问其他ATM网。
在用户要求访问或与PSTN链路的情况下，要求通过如图2所示的复接器和集中器将ATM交换机连接到中央局交换机。
如图2所示，根据用户的站配置，用户住宅设备可通过10BseT以太网链路连接到PBX或通过DS1链路连接到访问节点。于是，通过无线固定访问链路，将用户站链路到基站。基站包括调制器、解调器和通过任一点到点无线链路的租用线路连接到ATM交换机的发射/接收无线设备。于是，通过DS3链路，把ATM交换机连接到2至1复接器。于是，通过DS3链路，把ATM交换机连接到3至1复接器。于是，在通过GR303信令链路连接到中央局交换机之前，复接器通过DS1链路连接到集中器(concentrator)。
如前所述，与该现有电信网相关的缺点在于根据用户的通信需要，要求分开的语音和数据网络。由于可能不同的用户来访问各种服务，所以用户服务实际上是由与用户相对照的网络来定义的。类似地，根据网络的性质，在网络中存在服务逻辑模块，从而很难获得服务可移值性。点到点网络设计使得网络告诉用户与其通信链路的容量和可用性，而与用户的需要无关，网络将传递它可做什么，它何时可做。
与现有技术的电信网络相关的另一个问题是在网络中包含智能。即，向用户提供终端，其中特性和服务受到交换中心的控制。由于通过复杂的信令协议提供业务，所以操作者很慢地引入新服务和应用。在协议之间的复杂的互相工作功能是因为在网络中用到的协议与在网络的用户之间的协议以及在网络元件的用户之间的协议之间清楚的区别所导致的。
由于这种复杂性，业务操作者不喜欢访问服务，并传递协议以阻止任何潜在的网络故障。这导致了有限的用户到用户信令。该复杂性还导致固定记帐结构(rigid billing structure)和操作者以高成本来维护网络。
现在参照图3，示出了本发明的固定无线点到多点网络的网络结构的方框图。图3的体系结构提供了一种综合语音、数据和视频网络业务的综合数据中央网。网络结构使得能有服务的可移值性，以及能根据各个用户的需要定义服务。与网络需要相对照，根据用户的需求来确定网络参数和要求(requirements)。每个终端用户(end user)设有智能终端，诸如PC，从而使得网络的服务逻辑常驻在终端用户的终端中。实际上，网络提供中间件(middleware)(在终端用户终端和网络之间的信令功能)来使用户能够根据他们的需要开发服务和应用。如图3所示的网络结构表示混合环、星和网孔结构，其中多个基站提供对多个用户的无线访问。每个基站至少通过多个IDCN交换机中的一个，在第一网络层上相互连接。这使得一个用户能够直接与该第一网络层中的另一个用户相连。如图4所示，每个IDCN交换机通过混合环，在第二网络层上相互连接。
如图4所示，在国家/区域级别，由以环形或星形结构连接的多个IDCN交换机支持传输和路由层。类似地，在度量分布层(metro distribution level)和路由层，在基站之间利用传输环和LAN，同时连接到IDCN交换机以访问更高级的层。路由层使得用户通过网关能够访问IDCN网络、IP网络、帧中继网络或者PSTN公共网络。到度量分布和路由层的子层是访问/最后英里层，其中基站通过固定无线与识别为用户住宅层的多个用户进行通信。
现在，参照图5，示出本发明的固定无线点到多点系统的网络体系结构的方框图。如上所述，分布层在基站和IDCN交换机之间一层中完成。这有助于巩固从基站到IDCN以及基站到基站的回程(back haul)，从而优化分布式网络的路由。此外，用户到用户话务将留在该网络中，而不经过第三方网络，从而减小网络服务的成本。这种结构使能在基站之间的信令、使能管理部分并使能包含家庭位置寄存器，用于在子网控制器内转换/登记地址。根据用户需要，IDCN交换机可以访问H.323服务器、IP网关、ATM网关、帧中继网关或电话网关，以与来自第三方网络的用户进行语音、数据和视频通信。固定无线点到多点系统包括几个主系统软件和硬件块。这些是用于ATM或IP传输的点到多点基站；用户住宅设备；建筑物接口；集中压缩(centralized compression)；和/或网络操作中心。
IDCDN基站包括数字和微波设备，设计用来将ATM元或IP包路由到适当调制器，同时把该ATM元或IP包发送到用户。IDCN基站还把从用户设备接收到的话务(ATM元或IP包)通过适当解调器路由到IDCN交换机，以路由到另一个IDCN交换机、基站、网关，等。
基站提供另一种FDMA和TDMA访问方法。根据每个用户有一个逻辑信道(per logical channel per subscriber)，进行加密。根据逻辑信道，进行路由。ATM信令接口支持SVC和PVC连接。IP信令接口支持IP连接。通过对所有设备采用SNMP接口标准所提供的开放式NMS接口包括微波发射机和接收机。设有ATM OC-3c UNI网络接口用于ATM连接和设有100BaseT网络接口用于IP连接。基站包括至无线发送设备的视频网络，以及微波发射机、接收机、天线和公共设备元件。
参照图6，示出子网控制器的功能方框图。多个和分布式子网控制器可存在于单个IDCN网。每个子网控制器控制一部分IDCN网(大城市区域)。多子网控制器形成对等控制网(peer-to-peer control network)。由子网控制器提供的关键功能是用户数据库、鉴别、安全性、保密性、服务移值性管理、呼叫控制、会话管理和服务供应(provisioning)。
参照图7，示出子网控制器的结构方框图。子网控制器具有两个功能块，即，接口和服务。接口部分向其他子网控制器、网络管理中心和IDCN交换机提供接口连接。服务部分提供服务器功能，诸如，
1.监控服务器-控制带宽、业务质量和用户的访问策略(policy)；
2.TFTP服务器-向无盘片客户机提供文件传递业务；
3.DNS，DHCP服务器-提供地址映射和地址分辨率(resolution)服务；
4.OAMP，记帐-提供记帐记录收集、配置管理、故障管理、维护和事务管理；
5.会话管理-管理终端登录和连接会话、登录授权；
6.话务管理器-提供实时话务管理、拥塞控制、呼叫允许控制；
7.地址连接(binding)服务器-提供在不同层之间的地址连接；
8.用户管理服务器-管理用户数据库、用户状态、预订简档(subscriptionprofile)；
9.用户鉴别服务器-提供用户鉴别；和
10.鉴别/加密密钥管理-提供加密密钥管理用于用户鉴别和用户数据加密。
根据由子网控制器提供的信息和功能，可在用户之间建立高速通道(tunnel)用于在相同网络中的用户；和可在用户和网关之间建立高速通道，用于连接到第三方网络中的另一个用户；因此，提高路由效率并减小网络的联网(networking)成本。
链路接口作为到外部世界(在子网控制器之外)的联络(代理)。典型的事件流(event flow)如下：
外部请求通过链路接口进入，其中该链路接口解密该请求、确定要采用的程序并向适当服务器产生动作或信息检索的请求。每个包含的服务器都对该请求起作用并产生适当的响应。
链路接口巩固响应并以适当的算法运作，随后发送响应和对相关交换机、基站或其他子网控制器的控制。
例如，在两个网络实体之间建立高速通道的请求包括下列事件流：
链路接口接收和解密请求、选择高速通道建立程序和把请求发送到：
用户鉴别服务器，来看用户是否合法；
用户管理服务器，来看用户帐目是否是最新的，并获得关于服务等级和特征设置(settings of feature)的信息。
监控服务器以确定要建立的通道的规则和边界(即，如何建立通道)；
地址连接服务器(binding server)以在所请求的两点之间建立地址连接；和
OAM&P和记帐以开始记录记帐信息。
链路信息巩固请求并经历通道建立算法和在请求识别两点的同时把控制发送到交换机以建立通道。
在接收来自所包含的所有网络实体的确认之后，链路接口向请求器发送表示建立高速通道以及通道(路径)信息的响应。

Claims (17)

1.一种固定无线点到多点网络，用于向多个用户提供无缝通信覆盖，其特征在于：
多个基站，用于向所述用户提供无线访问；
每个基站通过多个交换机中的至少一个，在第一网络层上互连；和
每个所述交换机通过传输在第二网络层上互连，该传输环表示环形结构、星形结构和混合环形、星形和网孔形结构中的任何一个，从而允许一个用户通过所述交换机中的一个，直接与在所述第一网络层中的另一个用户进行通信。
2.如权利要求1所述的网络，其特征在于，还包括配置成提供信息和功能的子网控制器；和配置成与由所述子网控制器提供的信息和功能合作从而使用户可获得指示何时要求带宽和要求多宽的带宽的能力的智能用户住宅设备。
3.如权利要求1所述的网络，其特征在于，还包括配置成提供信息和功能的子网控制器；和通过由所述子网控制器提供的信息和功能建立的直接的连接通道，从而所述网络路由效率提高并减少了网络成本。
4.如权利要求1所述的网络，其特征在于，所述交换机是综合数据中央网IDCN交换机。
5.一种点到多点无线分布式网络，其特征在于：
多个基站和多个交换机；
第一网络层和第二网络层；和
传输，每个所述基站通过所述交换机中的至少一个在所述第一网络层上互连，每个所述交换机通过所述传输在所述第二网络层上互连；所述传输表示环形结构、星形结构和混合环形、星形和网孔形结构中的任一个。
6.如权利要求5所述的网络，其特征在于，所述交换机是综合数据中央网IDSN交换机。
7.如权利要求6所述的网络，其特征在于，每个基站具有数字和微波设备，该数字和微波设备适于把异步传输模式(ATM)信元和网间协议(IP)包中的任一种路由到适当的调制器或者到适当的解调器，且在此之后路由回到所述网络。
8.如权利要求7所述的网络，其特征在于，所述数字和微波设备两者包括到无线传输设备的视频网、微波发射机、接收机和天线。
9.如权利要求6所述的网络，其特征在于，所述基站中的每一个都具有频分多址和时分多址。
10.如权利要求9所述的网络，其特征在于，还包括分层层次网络体系结构，所述第一和第二网络层是所述体系结构的一部分并由以环形、星形和网孔形结构连接的多个交换机支持。
11.如权利要求5所述的网络，其特征在于，所述第二网络层配置成通过电话网关访问综合数字中央网IDCN、网间协议(IP)网、帧中继网或公共交换传输网(PSTN)中的每一个。
12.如权利要求5所述的网络，其特征在于，在所述基站之间设置所述传输和局域网，并与综合数字中央网IDCN交换机相连并在所述第二层内。
13.如权利要求5所述的网络，其特征在于，将所述第二网络层配置和设置成通过电话网关访问至少一个另外的网络。
14.一种通过点到多点无线分布式网络进行通信的方法，其特征在于：
通过多个基站和多个交换机向用户提供无线访问；
使每个所述基站通过至少一个所述交换机在第一网络层上互连；
使每个所述交换机通过传输在第二网络层上互连，所述传输表示环形结构、星形结构和混合环形、星形和网孔形结构中的任一种；和
用户通过至少一个所述交换机在所述第一网络层或所述第一网络层之外直接进行通信。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述交换机是综合数字中央网IDCN交换机。
16.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述通信是作为所有所述提供步骤的结果，通过向多个用户提供无缝通信覆盖来执行的。
17.如权利要求14所述的方法，其特征在于，还包括把语音、数据和视频业务综合在所述第一和第二层中。
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