CN1430856A - 用于无线装置的热备份协议 - Google Patents

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Abstract

一种用于提供冗余归属代理的系统，包括多个归属代理，这些归属代理创建移动连接登记到外部PDSN。该系统还包括一个冗余归属代理，该冗余归属代理连接到所述多个归属代理。归属代理控制节点连接到多个归属代理并将登记请求发送到归属代理。该归属代理控制节点包括一个检测器，用于确定多个归属代理的任一个归属代理的故障。该归属代理控制节点还包括移动连接登记，并在检测到多个归属代理的一个归属代理故障时将该移动连接登记下载到该冗余归属代理。

Description

用于无线装置的热备份协议
相关申请的交叉引用
本申请要求2000年10月31日提交的申请号为09/703,099的美国专利申请的优先权，这里引入它的全部教导作为参考。
本发明的领域
本发明涉及具有备用代理的网络。更具体地说，它涉及第三代网络和备用归属代理。
本发明的背景
过去的几年里已经开发了各种类型的通信网。例如，已经开发了第三代网络，试图综合无线网和其它的网络，例如因特网。这种综合允许无线网的用户访问因特网业务。
在第三代网络的一个例子中，移动节点(例如蜂窝电话机)经空中接口与无线接入网(RAN)通信。RAN经接口连接到IP网。RAN包括基站、交换机和控制实体，它们允许移动设备与固定的、陆线设备通信。IP网可以连接到提供访问其它网络例如因特网的各种服务器。
IP网例如包括交换机和网络管理实体，它们通过IP网发送IP分组。这些管理实体包括管理器和代理。管理器可以是一个实体，可以查询代理、接收来自代理的响应，并向这些代理发送指令。代理响应这些请求并对网络中的各种资源执行管理功能。代理翻译包含在管理信息库(MIB)中的信息。MIB包含涉及所管理资源的信息。
移动节点可以从“归属”网移动到“外部”网。归属网可能需要将信息分组传送到外部网中的移动节点。如果信息要传送到该移动节点，则归属网需要知道移动节点的位置。
移动节点有一个静态地址，称为归属地址，它用于识别移动节点，因此信息分组可以发送到和从该移动节点发送。归属代理使得移动节点像是能够在归属网接收数据。归属节点存在于归属网，它有助于管理该移动节点和具有在该归属网的归属地址的其它移动节点的活动。当移动节点移向外部网时，归属代理传送收到的去往该移动节点的分组，并安排将这些分组传递到在外部网的它的位置的移动节点。
无论何时移动节点移到外部网时，它都将其新的外部代理地址登记到其归属代理。为了将分组从归属网传送到新的外部代理地址，需要改变该分组。这种重建或建立隧道(tunneling)绕过IP路由选择的一般影响。
外部代理利用点对点协议(PPP)帮助保持通过链路通信。为了通过点对点链路建立通信，链路的每一端必须首先发送帮助配置该链路的分组。在已经建立链路以后，在传输分组以前可以验证该链路。该点对点协议通过点对点链路提供封装网络层协议信息的标准方法。该点对点协议通过数据链路连接封装数据；建立、配置和测试该数据链路连接；和建立并配置不同的网络层协议。
归属代理可以在它们操作中利用各种数据库。归属和外部网还可以具有数据库的连接，该数据库存储各种类型的信息。管理分散的串行线和用于大量用户的调制解调器群可产生对大量的管理支持的需求。因为调制解调器群将一个用户链接到其它的用户，需要授权、安全和计费功能。这可以通过管理单个用户数据库而不是多个数据库来实现。单个数据库允许验证以及详细描述提供给用户的业务类型，例如PPP业务的配置功能。
归属代理和外部代理可以将它们的可用性通知给它们提供业务的每条通信连路上的移动节点。移动节点可以在该链路上发送查询以获知是否存在任何预期的代理。当该移动节点离开归属网时，它将“转移地址”登记到其归属代理。根据其连接方法，该移动节点或者直接或通过外部代理登记到其归属代理，该外部代理将此登记传送到归属代理。
外部代理和归属代理经代理通知消息向移动代理通知其存在。移动节点可以通过代理请求消息从任何外部或归属代理请求代理通知消息。移动节点从该外部或归属代理接收这些代理通知并确定它是在归属网或外部网。当移动节点检测到它是在归属网时，它工作而不需要移动业务。如果从登记的别的地方返回到其归属代理，则该移动节点通过与归属代理交换登记请求和登记应答消息，解除与其归属代理的登记。当移动节点检测到它已经移到外部网时，它获得外部网的转移地址。然后离开归属网工作的移动节点通过与归属代理交换登记请求和登记应答消息，可能通过外部代理将新的转移地址登记到归属代理。发送到移动节点的归属地址的信息由归属代理获取，由归属代理建立隧道到移动节点的转移地址，在隧道端点(在外部代理或在移动节点本身)接收，并最终传递到移动节点。
在相反的方向，由移动节点发送的信息通常利用标准的IP路由选择机理传递到其目的地，而不必通过归属代理。当离开归属网时，使用建立隧道向其归属网和其当前位置之间的干扰路由器隐藏移动节点的归属地址。该隧道终止在移动节点的转移地址。转移地址必须是可以经常规的IP路由选择传递信息的地址。在转移地址，原始信息从隧道中删除并传递到移动节点。
用于因特网的用户业务远程验证拨号(RADIUS)协议在希望验证其链路的网络接入服务器和共享验证服务器之间传送验证、授权和配置信息。
网络接入服务器作为RADIUS的客户工作。该客户负责将用户信息传递到指定的RADIUS服务器，然后对返回的请求采取行动。RADIUS服务器负责接收用户连接请求、验证该用户和返回客户所必须的所有配置信息以传递给用户。RADIUS服务器可以充当其它RADIUS服务器或其它类型的验证服务器的代理客户。
归属代理可能由于多种原因而被取下。例如，硬件或软件故障可能会导致归属代理不工作并被网络取下。如果归属代理故障，则呼叫可能丢失。需要一种归属代理故障不会导致掉话的系统和方法。还需要一种从故障的归属代理转移到新的归属代理对用户是透明的系统和方法。也就是说，呼叫流不应当被转移中断。
发明内容
本发明涉及通信网中不影响移动节点对话的热备用特性。
在本发明的一个实施例中，移动节点经具有归属代理的IP网连接到各种实体。这些实体可以包括PDSN、服务器和AAA节点。实体的其它例子也是可能的。归属代理控制节点(HACN)和冗余归属代理也连接到IP网。
移动节点通过HACN登记它的识别。例如，每个移动节点可能具有登记移动连接纪录(MBR)瞬相(snapshot)。每个节点的MBR瞬相记录在HACN、HACN的备份和归属代理中。
HACN周期地轮询其归属代理以确定某一个归属代理是否出现故障。例如，归属代理可以广播心跳信号，该心跳信号表示归属代理正常工作。心跳信号不存在表示归属代理故障。
在归属代理故障的情况下，与故障的归属代理相关的MBR瞬相从HACN传送到冗余归属代理。该冗余归属代理等待直到从HACN下载所有正确的HBR瞬相。当下载完成时，冗余归属代理被激活并开始广播心跳信号。
在本发明的另一个方面中，HACN还具有相关的HACN备用。每个登记都分布到所有的HACN。在一个HACN故障的情况下，备用HACN将替代故障的HACN。
从下面参照附图的详细描述中，本发明解说性的实施例的上述和其他特征和优点将变得更加明显。
附图的简要描述
下面参照附图描述本发明的优选实施例，其中：
图1是说明根据本发明原理的网络实施例的方框图；
图2是根据本发明原理的归属代理控制节点/归属(HACN/HA)代理模块的方框图；
图3是根据本发明原理的HACN/HA模块操作的流程图；
图4是说明HACN以及故障的归属代理和冗余归属代理根据本发明原理操作的方框图；和
图5是根据本发明原理的冗余归属代理操作的流程图。
优选实施例的详细描述
现在参见图1，描述表示本发明说明性特征的网络。该网络包括移动节点(MN)100。移动节点100经空中接口连接到无线网络节点(RNN)104。RNN 108连接到公共数据服务节点(PDSN)108。类似地，移动节点(MN)102通过空中接口连接到无线网络节点106。RNN106连接到公共数据服务节点(PDSN)110。PDSN 108和PDSN 110连接到归属代理/归属代理控制节点模块150。移动节点100和102存在于覆盖区140中。
移动节点100和102可以是任何类型的移动无线设备，例如蜂窝电话机。它们也可以用于传送话音消息、数据和话音与数据的组合。移动节点的其它例子和其它功能也是可能的。
RNN 104和108是无线网络节点。RNN 104和108包括需要将移动节点连接到网络101的网络设备。RNN 104和108可以包括基站、基站控制器和数据库。该数据库包括消息连接登记数据库，它包含有关该移动节点的信息。RNN也可以包括其它的实体。
网络101是支持移动IP的IP网。例如，该网络可以是无线局域网(LAN)。网络的其它例子也是可能的。
PDSN 108和110起着网络接入服务器(NAS)装置的作用。它们终止与MN的PPP对话。PDSN 108和110为MN和HA/HACN模块150提供移动IP外部代理功能。PDSN具有使它作为移动无线节点的远程接入服务器工作。PDSN终止移动节点的点对点(ppp)链路。另外，它执行移动IP外部代理功能。例如，它可以存储移动节点的转移地址。外部代理功能的其它例子也是可能的。
IP隧道122将PDSN 108连接到HA/HACN模块150，并在PDSN 108和HACN/HA模块150之间传送IP分组。IP隧道126将PDSN 110连接到HACN/HA模块150，并在PDSN 110和HACN/HA模块150之间传送IP分组。MIP登记链路124也将PDSN 108连接到HACN/HA模块150。MIP登记链路128也将PDSN 110连接到HACN/HA模块150。MIP登记链路124和128在PDSN 108和110和HACN/HA模块150之间传送MIP登记信息。
MIP登记是外部代理和归属代理建立IP隧道的机理。外部代理发送建立IP隧道的请求，而归属代理应答该请求。如果两个代理都同意需要IP隧道，则这两个代理建立IP隧道。外部代理和归属代理之间的IP隧道在移动节点和连接到该移动节点的服务器之间传送分组。
HACN/HA模块150包括连接到归属代理(HA)模块152的HACN模块151。此连接利用内部总线152实现。HA模块包括多个激活的归属代理和至少一个冗余HA。HACN模块包括一个激活的HACN和至少一个冗余的HACN。
HACN轮询已配置提供业务的所有的归属代理。选择这组配置代理的一个代理作为备用归属代理。在该归属代理故障的情况下，备用归属代理变成工作状态，并担当已经故障的归属代理的作用。
无论何时HA模块中的HA故障，激活的HACN将检测到该故障。在检测到故障以后，以不影响或不丢失呼叫的方式实现到冗余HA的切换。切换时间可以配置成几秒的数量级，这会引起呼叫的最小中断。该切换对用户是透明的。HACN保持每个HA的一个或多个MBR瞬相并在切换期间下载到冗余HA。每个MBR瞬相包含移动节点的信息。
HACN/HA模块连接到服务器120和本地验证、授权和计费(AAA)模块116。归属AAA模块116是因特网业务提供商(ISP)网络118的一部分。
外部验证、授权和计费(AAA)模块是外部网的一部分。MN 100和102可以转移到由覆盖区142覆盖的区域。外部AAA 112也直接地或间接地连接到HACN/HA模块150。
归属AAA和外部AAA向它们各自的服务区提供验证、授权和计费功能。例如，归属AAA和外部AAA验证呼叫方是否已经预定由该网络提供的业务；一旦已经建立验证则授权业务；和为提供给各个用户的业务收取费用。归属AAA负责接受来自外部AAA的代理验证请求和验证这些请求。归属AAA还接受来自HA的RADIUS查询并响应这些查询。其它的功能也是可能的。
服务器120充当HACN/HA模块150和其它网络的管道。服务器120可以是连接到移动节点的网络主机。如果移动节点正在预定因特网业务，则该服务器可以是在因特网上。或者，如果移动用户正访问公司的局域网(LAN)，则服务器可以是公司内部的邮件服务器。
现在参见图2，描述了HACN/HA模块150。HACN模块151包括归属代理控制节点(HACN)200和冗余归属代理控制节点(HACN)204。HACN 200的目的是经PDSN 108和110接收来自MN 100和102的所有移动IP登记消息。冗余HACN的目的是在HACN 220故障的情况下提供HACN 220的备份。
模块151可以包括HA和HACN。但是，它们也可以是单独模块的一部分。
HA部分152包括多个归属代理：第一HA 200、第二HA 202和第n HA 208。HA部分152也包括冗余HA 210。HA部分152中的归属代理负责接受来自HACN部分的HACN的登记请求和创建MBR瞬相。另外，归属代理创建IP隧道以终止来自PDSN的隧道业务量。归属代理还将相反方向的业务量解封装和发送到因特网业务提供商的网络。归属代理还接收来自ISP的IP业务量，并将前向的业务量封装和建立隧道到PDSN。其它的功能也是可能的。
尽管只表示了一个冗余归属代理，但是应当理解也可以使用多个冗余归属代理。例如，它们可以是一对冗余归属代理，以促进系统更大的冗余度。
网络管理控制器(NMC)212经内部总线153连接到归属代理和归属代理控制节点。网络管理控制器212的目的是起着管理接入点的作用。网络管理控制器检索关于HA和HACN性能的统计数字。网络管理控制器212还可用于配置HA和HACN。网络管理控制器的其它功能也是可能的。
现在参见图3，描述用于检测HA故障和为检测的故障提供备份的算法。在步骤302，激活的HACN确定HA是否存在故障。
可以利用多种方法进行故障的归属代理的检测。例如，HACN可以周期地轮询每一个HA以检测HA是否正在广播特定的消息，例如地址。每一个HA还周期地向HACN报告它的状态。该系统还可利用中断驱动方法检测HA故障。在这种情况下，一旦出现故障，则HA向HACN发送中断来报告故障。其它的故障检测算法也是可能的。在步骤302如果HACN检测到HA故障，控制继续执行步骤304。在步骤302如果HACN没有检测到故障，控制返回到步骤302，在此系统等待HA的故障。
在步骤304，HACN确定已经故障的HA的标识。在使用轮询检测故障的情况下，HACN知道刚刚轮询的HA的标识，因此它可以只通过接收最新轮询的HA的故障消息确定HA的标识。如果使用终端驱动系统，则中断消息将包含已故障的归属代理的标识。
接下来，在步骤306，与该HA相关的每个移动节点的MBR瞬相发送到冗余HA。MAR瞬相可以包括移动节点的归属地址、移动节点的外部代理地址、移动节点的归属代理地址、授予MBR瞬相的寿命、MBR瞬相剩余的未到期时间和IP隧道的方法。其它类型的信息也是可能的。MBR瞬相配置该冗余归属代理。该冗余归属代理这时被激活并起着具有与该归属代理相关的MBR瞬相的移动节点的归属代理的作用。
如果有一个以上的冗余HA，则该系统将选择一个冗余HA发送MBR瞬相。该选择可以利用具有任何个标准的任何个方法来实现。例如，冗余HA可以从表中选择。该表可以指示该冗余HA的优先级。该表可以根据各种因素，例如HA的能力。当然，在任何优先级的确定中可以使用其它的因素或根本不使用任何因素。
然后，在步骤308，MBR瞬相用于配置该冗余HA。该冗余HA这时变成激活的HA并可以执行HA的所有功能。
现在参见图4，描述故障的归属代理的检测。HACN 402、第1HA408至第n HA 413和冗余HA 410连接到公共总线406。HA 408传送由HACN 402检测的“心跳”信号412。该心跳信号可以是规则序列的脉冲或识别HACN的唯一的地址。其它类型的心跳信号也是可能的。HACN 402周期地检查信号412的存在。尽管在图4中没有示出，但是应当懂得，所有的HA 408至413将传送心跳信号，它们都由HACN402监视。
在一个实施例中，HACN 402包括故障检测模块403、冗余信息检索模块403和存储器407。存储器407包括第一MBR瞬相404到第n MBR瞬相406。在这种情况下，MBR瞬相404对应于HA 408。MBR瞬相404至406包含这样的信息，例如移动节点的归属地址、移动节点的外部代理地址、移动节点的归属代理地址、给予MBR瞬相的寿命、MBR瞬相剩余的未到期时间和IP隧道的方法。存储器407也包含冗余归属代理的地址411，在这种情况下，该地址对应于冗余HA 410。存储器407可以是任何类型的存储器，包括永久性和非永久性存储器。应当懂得其它类型的模块也可以包含在HACN中。
冗余HA 410配置成具有移动归属代理功能的路由器。冗余HA 410包括地址417。在本发明的一个实施例中，以HACN地址配置HA 408至413通过总线心跳它们的地址。
没有收到在HACN 402的HA 408至413的任何一个HA的心跳信号表示该HA已经故障。然后HACN激活另一个备用的HA。在一个例子中，故障检测模块403检测是否存在心跳信号412。如果不存在心跳信号，则故障经导线409表示给冗余信息检索模块。在通过导线409收到信号时，冗余信息检索模块405从存储器407中检索冗余归属代理411的地址。然后冗余信息检索模块405将与故障的归属代理408相关的MBR瞬相发送到冗余归属代理，在这种情况下，是与冗余归属代理相关的MBR瞬相404。地址407与地址417匹配。使用MBR瞬相404配置冗余HA。故障检测模块403和冗余信息检索模块可以由硬件、软件或硬件或软件的任何组合实现。
现在参见图5，描述冗余归属代理的激活过程。在步骤502，冗余归属代理接收具有特定移动节点的配置信息的配置记录。例如，这个信息可以包括移动节点的归属地址、移动节点的外部代理地址、移动节点的归属代理地址、给予MBR瞬相的寿命、MBR瞬相剩余的未到期时间和IP隧道的方法。接下来，在步骤504，冗余归属代理确定是否要接收更多的配置记录。如果回答是肯定的，则在步骤502继续执行。如果回答是否定的，则在步骤506继续执行，在此加电冗余归属代理。接下来，在步骤508，冗余归属代理启动心跳信号。心跳信号由归属代理用于向HACN表示归属代理功能正常(即，没有故障)。该心跳信号可以是HACN地址。然后，在步骤510，广播该心跳信号。在此时，已经配置了冗余归属代理并准备充当归属代理。
应当懂得，这里所述的程序、过程、方法和系统不涉及或局限于任何特定类型的计算机或网络系统(硬件或软件)，除非指明。各种类型的通用或专用计算机系统可以使用或者根据这里所述的教导执行操作。
鉴于可以应用本发明的原理的各种实施例，应当懂得，所说明的实施例只是示例性的，而不应当用来限制本发明的范围。例如，可以按照不同于所述的顺序执行流程图的步骤，而且方框图中可以使用或多或少的元件。虽然优选实施例的各种元件描述为用软件实现，在其他实施例中也可以使用硬件或软件来实现，反之亦然。
权利要求书不应当理解为局限于所述的顺序或元件，除非指明。因此落入权利要求书的范围和精神的所有实施例及其等同物都是本发明所要求保护的。

Claims (14)

1.一种提供冗余归属代理的系统，包括：
多个归属代理，所述归属代理创建与外部PDSN的移动连接登记；
冗余归属代理，所述冗余归属代理连接到所述多个归属代理；
归属代理控制节点，所述归属代理控制节点连接到所述多个归属代理，所述归属代理控制节点发送登记请求给所述归属代理，所述归属代理控制节点包含一个检测器，用于确定所述多个归属代理的任何一个归属代理的故障，所述归属代理控制节点还包括一个移动连接登记，所述归属代理控制节点在检测所述多个归属代理的一个归属代理故障时将所述移动连接登记下载到所述冗余归属代理。
2.根据权利要求1的系统，进一步包括移动节点，所述移动节点连接到PDSN，所述PDSN连接到所述归属代理控制节点。
3.根据权利要求2的系统，其中所述移动节点包括在归属代理覆盖区和外部代理覆盖区之间移动的装置。
4.根据权利要求1的系统，进一步包括一个冗余归属代理控制节点，其中所述冗余归属代理控制节点响应所述归属代理控制节点的故障被激活。
5.根据权利要求1的系统，进一步包括网络管理控制器。
6.一种替换通信系统中的归属代理的方法，包括步骤：
提供多个归属代理；
检测多个归属代理是否已故障和已故障的归属代理之一的标识；和
在检测到所述归属代理的所述选择的一个归属代理故障时，将移动连接登记发送到所述冗余归属代理，所述移动连接登记包含足以激活所述冗余归属代理的信息。
7.根据权利要求6的方法，包括从PSDN接收MIP登记信息的进一步步骤。
8.根据权利要求6的方法，包括将IP业务发送到IP服务器的进一步步骤。
9.根据权利要求6的方法，包括将RADIUS查询选择路由到验证、授权和计费模块的进一步的步骤。
10.根据权利要求7的方法，包括提供移动节点和将通信从所述移动节点发送到所述PDSN的进一步的步骤。
11.一种计算机可用介质，具有在其中嵌入的计算机可读代码，以使能够以冗余归属代理替换多个归属代理的选择的归属代理，该计算机可读代码包括以下的组合：
检测所述多个归属代理的所述选择的归属代理是否已故障和已故障的归属代理的标识；
在检测到所述归属代理的所述选择的归属代理故障时，将移动连接登记发送到所述冗余归属代理，所述移动连接登记包含足以激活所述冗余归属代理的信息。
12.一种计算机程序，用于检测归属代理的故障和配置冗余归属代理，包括
第一代码，用于检测多个归属代理的所述选择的归属代理是否已故障和已故障的归属代理的标识；
第二代码，在检测到所述归属代理中的所述选择的归属代理故障时，将移动连接登记发送到所述冗余归属代理，所述移动连接登记包含足以激活所述冗余归属代理的信息。
13.一种归属代理控制节点，包括：
用于确定归属代理是否已故障的装置；
用于确定所述故障的归属代理的标识的装置；
用于识别冗余归属代理的装置；和
用于向所述冗余归属代理发送足够的控制信息以便配置所述冗余归属代理。
14.一种提供通信业务的网络，包括：
移动节点；
连接到所述移动节点的PDSN；
连接到所述PDSN的归属代理控制节点；
连接到所述归属代理控制中心的多个归属代理；
连接到所述归属代理控制中心的冗余归属代理；
其中所述归属代理控制节点包括用于确定归属代理是否已故障的装置；
用于确定所述已故障的归属代理的标识的装置；
用于识别冗余归属代理的装置；和
用于向所述冗余归属代理发送足够的控制信息以便配置所述冗余归属代理的装置。
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