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一种在WiMax系统中动态分配数据通道标识号的方法

阅读：1016发布：2020-06-14

IPRDB可以提供一种在WiMax系统中动态分配数据通道标识号的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提出一种在WiMax系统中动态分配数据通道标识号的方法，所述的方法包含如下步骤：(1)DPid？server在NAP范围内创建全局DPid？pool；(2)受理DPid客户端的请求消息，将全局DPid？pool的某一DPid子集动态分配给DPid客户端；(3)当用户终端借助DPid客户端发起数据通道的建立或预建立时，该DPid客户端从DPidserver为其分配的DPid子集中任取一值作为将要建立或预建立的Data？Path？ID，从而实现在WiMax系统中为用户终端动态分配数据通道标识号；其中，步骤1)所述的建立DPid？pool包含如下子步骤：(1-1)将DPid的取值范围1～232以λ为单位划分成若干个等长区间进行管理，即[1，λ]、[λ+1，2λ]、[2λ+1，3λ]、L，其中λ∈N+；(1-2)创建一张如下的DPid子集管理表，用于保存分配给各DPid客户端的子集信息，DPid？server中的DPid？pool建立完成。，下面是一种在WiMax系统中动态分配数据通道标识号的方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种在WiMax系统中动态分配数据通道标识号的方法，该方法用DPid server实现在NAP范围内针对不同用户终端的DPid分配的唯一性，所述的方法包含如下步骤：(1)DPid server在NAP范围内创建全局DPid pool；

(2)受理DPid客户端的请求消息，将全局DPid pool的某一DPid子集动态分配给DPid客户端；

(3)当用户终端借助DPid客户端发起数据通道的建立或预建立时，该DPid客户端从DPid server为其分配的DPid子集中任取一值作为将要建立或预建立的DataPath ID，从而实现在WiMax系统中为用户终端动态分配数据通道标识号；

其中，步骤1)所述的建立DPid pool包含如下子步骤：

(1-1)将DPid的取值范围1～232以λ为单位划分成若干个等长区间进行管理，即[1，λ]、[λ+1，2λ]、[2λ+1，3λ]、L，其中λ∈N+；

(1-2)创建一张如下的DPid子集管理表，用于保存分配给各DPid客户端的子集信息，DPid server中的DPid pool建立完成；

其中，

Serial Number：DPid子集编号，代表了一个DPid的取值区间，int表示其取值为整型数；

Status Bit：DPid子集使用与否的状态指示位，用来控制一个DPid子集是否可用，bool表示其取值为布尔值0或1；

Lifetime：DPid子集的生命期，每一个分配出去的DPid子集，都会随之定义一个生命期从它被分配出去的那一刻开始计时，struct timeval表示其取值为定义的一个结构体；

DPid client：用来指示这个DPid子集的绑定对象，即DPid子集将会与DPid客户端建立一个映射关系，struct sockaddr_in表示其取值为定义的一个结构体。

2.根据权利要求1所述的在WiMax系统中动态分配数据通道标识号的方法，其特征在于，所述的DPid客户端上的可用DPid值小于某一个阀值γ，，DPid客户端会主动发起新的DPid子集申请，用以保证满足某一时刻大规模的用户接入不受限制，其中0＜γ＜λ。

3.根据权利要求1所述的在WiMax系统中动态分配数据通道标识号的方法，其特征在于，所述的生命期lifetime到期而数据通道正在使用时，则DPid客户端将发起生命期续约申请，更新Dpid子集的生命期lifetime。

4.根据权利要求1或3所述的在WiMax系统中动态分配数据通道标识号的方法，其特征在于，所述的生命期续约申请具体包含如下子步骤：(4-1)Dpid客户端向DPid server发送DPid子集生命期更新指示消息；

(4-2)DPid server确认消息，同时更新DPid子集编号对应的生命期lifetime值。

5.根据权利要求1所述的在WiMax系统中动态分配数据通道标识号的方法，其特征在于，所述的DPid server轮询分配出去的DPid pool，若某一个DPid子集生命期终止，则直接从DPid客户端回收此DPid子集。

6.根据权利要求1或5所述的在WiMax系统中动态分配数据通道标识号的方法，其特征在于，所述的回收DPid子集具体包含如下子步骤：(6-1)确定要回收DPid子集的编号；

(6-2)在DPid pool中取消DPid客户端的绑定；

(6-3)将DPid子集设置成空闲状态，将status bit位置0，同时将该值反馈给DPid pool。

7.根据权利要求1所述的在WiMax系统中动态分配数据通道标识号的方法，其特征在于，所述的步骤(2)具体包含如下子步骤：(2-1)Dpid客户端向DPid server发送DPid子集请求消息；

(2-2)DPid server遍历全局Dpid pool，找到一个闲置的DPid子集，并回应dpid_set_rsp消息，消息中包含DPid的取值区间和生命期信息；

(2-3)DPid客户端发送确认消息dpid_set_ack，同时开始生命期计时工作。

8.根据权利要求1所述的在WiMax系统中动态分配数据通道标识号的方法，其特征在于，所述的步骤(3)具体包含如下子步骤：DPid客户端将申请到的DPid子集按分配时间依次存放，同时对每一个DPid均如下表所示设置一个指示位indicator，用于表示此DPid目前的分配状态；用户终端发起数据通道的建立或预建立时，该数据通道号将优先从分配时间最早的DPid子集取值；

Data Path ID Indicator

说明书全文

技术领域

本发明涉及Wimax网络，具体涉及一种在WiMax系统中动态分配数据通道标识号的方法。

背景技术

WiMAX全称为Worldwide Interoperability for Microwave Access，即全球微波互联接入技术，一项无线城域网(WMAN)技术，图1是WiMax网络架构参考模型图，如图1所示，其参考模型由移动终端MS、网络接入提供商(ASP)、和网络业务提供商(NSP)三个逻辑实体组成。MS是最终的服务受用者，ASP是WiMax网络系统中与接入业务相关的功能实体的集合，由若干个ASN组成，包括BS和ASN-GW，为MS提供无线接入服务。其中BS与ASN-GW是两个独立的功能实体，ASN-GW可以同一个或多个BS连接，BS与ASN之间的接口为R6接口，ASN-GW与ASN-GW之间的接口为R4接口。R4和R6接口是WiMax网络中非常重要的接口，如附图1所示。
WiMax系统中的数据通道(Data Path)主要是为了完成BS和ASN-GW(R6)之间以及ASN-GW和ASN-GW(R4)之间的数据传输，通过应用层会话，选择、建立以及管理相应的隧道传输技术，如图2所示。
WiMax数据包的封装格式采用GRE协议(通用路由封装协议)，GRE报头放在净荷包和分发包之间(当采用第一种协议的网络层数据包要被封装进采用第二种协议的网络层数据包时，将内层数据包称为净荷包，外层数据包则称为分发包)。GRE的封装过程如附图3所示。
在WiMax系统中，GRE key被定义成Data Path ID，是一个32位的无符号整型，由BS或ASN-GW中的Data Path Function唯一指定，它的有效范围是整个NAP(网络接入提供商)，WiMax标准协议虽规定了DPid的有效范围，但却没有给出一个具体的实施方案，如何保证DPid在NAP范围内的唯一性，是当前必须要解决的问题。
如图4所示，MS1和MS2由同一个NAP提供网络接入服务，但它们分别属于不同的ASN，当它们同处于切换的时候，就会出现图4(左)中的两个aGW的情形。按照数据通道的功能划分，aGW1和aGW2分别扮演着MS1和MS2的Anchor DPFunction，而aGW3则同时为它们提供Relay(中继)服务，扮演着Relay DP Function的角色。当一个数据包到达aGW3时，首先判断自己是不是数据包的终点，如果不是，那么就把数据包交给DP Function，DP Function从GRE报头中读出DPid信息，然后根据DPid交由相应的数据通道进行转发处理，如果图4(左)中的Data Path1和Data Path2的DPid相同(均为x)，那么aGW3将没法对数据包进行转发操作，即使它知道数据包的目的地不是本地，如果aGW3做丢弃处理，意味着承载面数据通道不通，将导致大量数据包的丢失以及业务的停止，影响用户的使用感受，这也是WiMax协议所不容许的。同理，对图4(右)中的情况，当BS1和BS2同时向aGW发起数据通道的建立请求时，如果请求消息中包含的DPid相同(均为y)，也同样会导致冲突的出现，无法正常建立数据通道。
WiMax数据包的封装格式采用GRE协议(通用路由封装协议)，GRE报头放在净荷包和分发包之间(当采用第一种协议的网络层数据包要被封装进采用第二种协议的网络层数据包时，将内层数据包称为净荷包，外层数据包则称为分发包)。
当我们对ASN-GW和BS(R6)以及ASN-GW和ASN-GW(R4)之间的隧道采用GRE封装机制时，隧道信息的扩展部分将被设成GRE Key。GRE Key由ASN-GW和BS或ASN-GW和ASN-GW之间定义出，在WiMax系统中，GRE key被定义成DataPath ID，是一个32位的无符号整型，由BS或ASN-GW中的Data Path Function唯一指定，它的有效范围是整个NAP(网络接入提供商)，但如何保证DPid的唯一性，是当前必须要解决的问题。
本发明用到的英文缩写其全称对照如下：
NAP：Network Access Provider网络接入提供商
DPid：Data Path ID数据链路识别号
DPid server：Data Path ID server数据链路识别号服务器
DPid pool：Data Path ID pool数据链路识别号池
DPid client：Data Path ID client数据链路识别号客户端
ASN-GW：Access Service Network GateWay接入服务网络的网关
BS：Base Station基站
MS：Mobile station移动台

发明内容

本发明的目的在于，为克服WiMax标准协议中虽规定了DPid的唯一性，但却没有给出一个具体的实施方案，从而提供了一种在WiMax系统中数据通道标识号的动态分配方法。
本发明要解决的问题：提出DPid server的概念，用于存储和管理NAP范围内的DPid号，进而提出一种WiMax系统中的数据通道标识号的动态分配方法，用以保证DPid在NAP范围内的有效性，实现DPid的安全、可靠分配。
本发明提出的一种在WiMax系统中动态分配数据通道标识号的方法，该方法用DPid server实现在NAP范围内针对不同用户终端的DPid分配的唯一性，所述的方法包含如下步骤：
(1)DPid senver在NAP范围内创建全局DPid pool；
(2)受理DPid客户端的请求消息，将全局DPid pool的某一DPid子集动态分配给DPid客户端；
(3)当用户终端借助DPid客户端发起数据通道的建立或预建立时，该DPid客户端从DPid server为其分配的DPid子集中任取一值作为将要建立或预建立的DataPath ID，从而实现在WiMax系统中为用户终端动态分配数据通道标识号；
其中，步骤1)所述的建立DPid pool包含如下子步骤：
(1-1)将DPid的取值范围1～232以λ为单位划分成若干个等长区间进行管理，即[1，λ]、[λ+1，2λ]、[2λ+1，3λ]、L，其中λ∈N+；
(1-2)创建一张如下的DPid子集管理表，用于保存分配给各DPid客户端的子集信息，DPid server中的DPid Dool建立完成；

其中，
Serial Number：DPid子集编号，代表了一个DPid的取值区间；
Status Bit：DPid子集使用与否的状态指示位，用来控制一个DPid子集是否可用；
Lifetime：DPid子集的生命期，每一个分配出去的DPid子集，都会随之定义一个生命期从它被分配出去的那一刻开始计时；
DPid client：用来指示这个DPid子集的绑定对象，即DPid子集将会与DPid客户端建立一个映射关系。
上述技术方案，所述的步骤(2)具体包含如下子步骤：
(2-1)Dpid客户端向DPid server发送DPid子集请求消息；
(2-2)DPid server遍历全局Dpid pool，找到一个闲置的DPid子集，并回应dpid_set_rsp消息，消息中包含DPid的取值区间和生命期信息；
(2-3)DPid客户端发送确认消息dpid_set_ack，同时开始生命期计时工作。
上述技术方案，所述的步骤(3)具体包含如下子步骤：
DPid客户端将申请到的DPid子集按分配时间依次存放，同时对每一个DPid均如下表所示设置一个指示位indicator，用于表示此DPid目前的分配状态；用户终端发起数据通道的建立或预建立时，该数据通道号将优先从分配时间最早的DPid子集取值；
Data Path ID Indicator
作为本发明的一个改进，所述的DPid客户端上的可用DPid值小于某一个阀值γ(0＜γ＜λ)时，DPid客户端会主动发起新的DPid子集申请，用以保证满足某一时刻大规模的用户接入不受限制。
作为本发明的又一改进，所述的生命期lifetime到期而数据通道正在使用时，则DPid客户端将发起生命期续约申请，更新Dpid子集的生命期lifetime。所述的生命期续约申请具体包含如下子步骤：
(4-1)Dpid客户端向DPid server发送DPid子集生命期更新指示消息；
(4-2)DPid server确认消息，同时更新DPid子集编号对应的生命期lifetime值。
作为本发明的再一改进，所述的DPid server轮询分配出去的DPid pool，若某一个DPid子集生命期终止，则直接从DPid客户端回收此DPid子集。所述的回收DPid子集具体包含如下子步骤：
(6-1)确定要回收DPid子集的编号；
(6-2)在DPid pool中取消DPid客户端的绑定；
(6-3)将DPid子集设置成空闲状态，将status bit位置0，同时将该值反馈给DPid pool。
本发明提供了一种WiMax系统中的数据通道标识号的动态分配方法，用以保证DPid在NAP范围内的有效性，实现DPid的安全、可靠分配。
在本发明中提出DPid server的概念，用于存储和管理NAP范围内的DPid号，与之对应的，我们把ASN功能网元BS和ASN-GW称为DPid Client，作为一个逻辑单元，它可以与AAA等服务器在一个物理实体上。本发明的各模块或各步骤均可以通过通用计算装置来实现，不限制与任何特定的硬件和软件结合；本发明定义的DPid管理设备是个逻辑实体，具体实现时，可以与AAA或DHCP服务器在同一个物理实体上，从而减少了对已有系统流程的改动和影响；
本发明提供了一种动态分配DPid方法的同时，对DPid的回收也给出了详细的介绍，从而达到了方便DP信息管理及提高数据传输安全性的效果；DPid的申请和分配以集合为单位，可以保证某一时刻大规模的数据通道创建不受限制。
本发明的优点在于，通过定义一个DPid server这个逻辑实体，用于管理DPid的分配和管理，从客观上保证了用户终端建立的每一条数据通道的标识号在NAP范围的唯一性。

附图说明

图1是现有的WiMax网络参考模型；
图2是现有的数据通道数据平面功能(Data Plane with R4and R6)图；
图3是现有的GRE封装过程及GRE报头格式；
图4是现有技术的Data Path id冲突场景；
图5是本发明的一种在WiMax系统中动态分配数据通道标识号的分配系统架构图；
图6是本发明的一种在WiMax系统中动态分配数据通道标识号的方法的时序流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步说明。
如图5所示，基于本发明的Data Path ID分配系统包括：接入服务网关ASN-GW、基站BS、DPid server。其中DPid server是DPid的管理设备，保存着所有可能的1～232(默认的DPid值不为0)的数字，并且将这些数字划分成区间进行管理，如[1，λ]、[λ+1，2λ]、[2λ+1，3λ]、L(其中λ为一个正整数)。
图6给出了基于本发明的DPid动态分配系统的使用方法流程图，具体步骤如下：
(1)DPid server创建全局DPid pool；
(2)受理DPid Client的请求消息，将DPid子集动态分配给DPid Client(BS或ASN-GW)；
(3)ASN功能网元(BS或ASN-GW)发起数据通道的建立或预建立时，从DPid server为其分配的取值区间中任取一值作为将要建立(或预建立)的Data PathID；
(4)当DPid客户端，即ASN功能网元上的可用DPid值少于某一个阀值，如γ(0＜γ＜λ)时，DPid客户端会主动发起新的DPid子集申请，用以保证满足某一时刻大规模的用户接入不受限制(当DPid客户端中的可用DPid值过少时，会发生MS创建Data Pach无法分配DPid的情况)；
(5)当Dpid Client中的DPid子集lifetime到期，而数据通道正在使用，则DPidClient将发起生命期续约申请，更新Dpid子集lifetime；
(6)DPid server轮询DPid pool，若某一个DPid子集生命期终止，则直接回收此DPid子集；
进一步，步骤(1)具体为：
(11)将DPid的取值范围1～232以λ为单位划分成若干个等长区间进行管理，即[1，λ]、[λ+1，2λ]、[2λ+1，3λ]、L(λ∈N+)；
(12)创建一张DPid子集管理表，用于保存分配给各DPid Client的子集信息；

上图定义了表单元的元素信息：
Serial Number：DPid子集编号，代表了一个DPid的取值区间，如编号为n(int型)的子集区间为[(n-1)λ+1，nλ]，当它被分给BS1时，那么从BS1入网的MS，发起数据通道的建立或预建立时，Data Path ID的取值可以是[(n-1)λ+1，nλ]中的任意值，而且不用担心会出现冲突。
Status Bit：DPid子集使用与否的状态指示位，用来控制一个DPid子集是否可用。如定义一个bool型变量flag，让flag＝1时代表此DPid子集已经分配出去了，flag＝0表示DPid子集可用(即DPid server可以在flag＝0时将此指示位对应的DPid子集分配出去)。
Lifetime：DPid子集的生命期，是为了确保在客户端当前没有使用这些DPid子集时，它们被能够被及时的释放出来。对每一个分配出去的DPid子集，都会随之定义一个生命期(如time_num秒，当然，这个生命期可以是一个全局统一值)，从它被分配出去的那一刻开始计时，当生命期为0时，DPid Client可以选择申请续约，DPid server会更新对应的lifetime值，反之，DPid server将会收回对应的DPid子集，并将flag位置0；
DPid client：用来指示这个DPid子集的绑定对象，即DPid子集将会与DPid Client建立一个映射关系，同时管理表中的DPid Client值也将用于在续约(更新生命期)的认证过程中。
至此，DPid server中的DPid pool就建立完成。
步骤(2)的主要目的是建立每一个ID区间(即DPid子集)和一个ASN功能网元(BS或ASN-GW)之间的映射关系，如aGW1的DPid取值范围定为[1，λ]，aGW2的DPid取值范围定成[λ+1，2λ]。每一个Dpid Client启动以后，都会向DPid server发送请求消息，申请DPid子集。
DPid pool的三次握手分配过程，进一步解释了步骤(2)的具体工作：
(21)Dpid Client向DPid server发送DPid子集(set)请求消息；
(22)DPid server遍历全局Dpid pool，找到一个闲置的DPid子集，并回应dpid_set_rsp消息，消息中包含DPid的取值区间和生命期信息；
(23)DPid Client发送确认消息dpid_set_ack，同时开始生命期计时工作；
其中，在步骤(3)中包括以下处理：DPid Client将申请到的DPid子集按分配时间依次存放，同时对每一个DPid均如下表所示设置一个指示位indicator(默认值为0，当建立了一条以此DPid值为标识号的数据通道时，indicator置成1)，用于表示此DPid是否已经被分配出去。终端接入以后，发起数据通道的建立或预建立时，Data Path ID将优先从分配时间最早的DPid子集取值，这样可以达到DPid pool的集中使用，当某个DPid子集的indicator均为0时，便可转入步骤(6)，执行DPid子集的释放回收操作。
Data Path ID Indicator
进一步，步骤(5)具体为：
(51)Dpid Client向DPid server发送DPid子集生命期更新指示(indicate)消息；
(52)DPid server确认(ack)消息，同时更新DPid子集编号对应的lifetime值。
步骤(6)提出DPid生命期的概念，确保在客户端当前没有使用这些DPid子集时，它们被能够被及时的释放出来，具体步骤为：
(61)确定要回收DPid子集的编号；
(62)在DPid管理表中取消DPid Client的绑定；
(63)将DPid子集设置成空闲状态，即status bit位置0，同时将它返还给DPid pool。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

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