用於通過異構基礎架構分布不限數量的虛擬ieee802.11無線網絡的接入點、伺服器和系統的製作方法

2023-05-14 12:58:41

專利名稱：用於通過異構基礎架構分布不限數量的虛擬ieee 802.11無線網絡的接入點、伺服器和系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及數據通信網絡的一般領域。具體地說，本發明涉及用於在終端和數據通信網絡之間建立數據連接的方法、裝置和電腦程式。
背景技術：
用於移動寬帶的主要技術是高速分組接入(HSPA)、長期演進(LTE)和全球微波接入互通(WiMAX)技術。這些技術是基於傳統的蜂窩網絡結構；基站(可被安裝在例如無線電塔中)可覆蓋幾平方公裡的區域(所謂宏單元或宏蜂窩)並且經常通過同步數字體系 (SDH)或類似的回傳技術可操作地連接至基站控制器和核心網。所述網絡的大量成本在於規劃網絡、安裝基站和提供回傳。需要與業主談判交易並且必須購買、安裝和維護設備。為了提高容量並且減少成本，大部分移動寬帶技術還支持所謂的微微蜂窩(Picocell)。對於微微蜂窩，在用戶家中或辦公室內安裝非常小的基站，所述基站通過用戶現有的寬帶網際網路連接可操作地連接至基站控制器和核心網。IEEE 802. 11 (電氣與電子工程師協會)兼容技術還可用於提供家庭或辦公室外 (例如到網際網路)的服務接入。具有向公眾提供服務接入的IEEE 802. 11兼容接入點的場所通常被稱作「熱點」;而更大的區域例如具有連續覆蓋的小區通常被稱作「熱區」。儘管IEEE 802. 11標準支持強認證和加密，這些特徵在公網中通常被禁用以允許潛在的用戶訪問網絡及其服務的信息。最常用的技術解決方案(被稱為通用接入方法(UAM))是來自未認證終端的超文本傳輸協議(HTTP)請求被重定向到強制網絡門戶(captive portal)，在這裡用戶被要求在他們被授權通過網絡訪問所需要的服務(例如網際網路)之前利用瀏覽器通過輸入他們的用戶證書來認證他們自己。

發明內容
傳統的蜂窩網絡結構的缺點可包括高每位成本和低整體網絡容量。取得頻譜執照、建立無線電塔、安裝基站設備和提供回傳是高成本的。低網絡容量可歸因於終端和基站之間的大平均距離；通常是一公裡或更大。這可能導致低平均比特率和(在人口密集區域) 大量終端競爭同一蜂窩的頻譜接入。在許多採用能夠實現移動寬帶服務的蜂窩網絡的市區，已經存在由住宅網際網路連接和IEEE 802. 11兼容無線接入點構成的很好接合的無線接入網絡。此外，由於網際網路通信的按需特性，在給定時間點僅使用該基礎架構總容量的約1_2%。儘管在固定的住宅網際網路連接中網絡擁塞是服務質量下降的常見原因，在這些類型的網絡中瓶頸最通常的並不在最後一英裡基礎架構中(其中所述基礎架構通常不在用戶之間共享)而是在例如主配線架 (MDF)和運營商的核心網絡之間的匯聚網絡中。可以通常以相對較低的成本增大網絡這部分的容量。本發明的發明人已經發現了在可將IEEE 802. 11型方案用於提供大規模移動寬帶之前必須克服的與現有技術相關的若干問題。例如，用戶可能被要求找到和選擇與他們的服務提供商有漫遊協議的網絡。例如，用戶的服務提供商可能要求用戶進行身份認證，而不使用戶證書遭受被盜的風險。例如，可能對網絡流量進行加密以確保隱私並且不僅在無線電傳輸中而且當通過不能被物理保護的有線網絡進行傳輸時防止修改。例如，可要求用於提供服務的公共網際網路協議(IP)地址可追溯到個人用戶，以便符合法律要求和法規。例如，用戶可能為所用的服務付費並且收入可在共同提供服務的各方之間進行分配。上述需要考慮的方面應當在很大程度上是自動化的，優選不要求改動現有的終端硬體或軟體。本發明提出通過提供用於在終端和數據通信網絡之間建立數據連接的方法、裝置和電腦程式來解決或至少緩解上述問題。根據第一方面，提供了一種在終端和數據通信網絡之間建立數據連接的方法。因此提供了一種用於接入點、用於在終端和數據通信網絡之間建立數據連接的方法，包括接收來自終端的服務提供商請求，所述服務提供商請求包括所述終端的MAC地址和SSID ；向主伺服器發送關於所述服務提供商請求的請求信息；從所述主伺服器接收確認信息，所述確認信息涉及能夠通過接入點可操作地將所述終端連接到所述數據通信網絡的可用服務提供商；向所述終端發送服務提供商請求響應，所述服務提供商請求響應包括識別可用的服務提供商和與所接收到的確認信息相關的至少一個SSID ；從所述終端接收數據連接信息，所述數據連接信息涉及利用從可用的服務提供商中選定的服務提供商通過接入點在所述終端和所述數據通信網絡之間建立數據連接；和，利用所選定的服務提供商通過接入點在所述終端和數據通信網絡之間建立數據連接。一個優點可能是終端可自動查找接入點，通過所述接入點可接入由用戶優選的服務提供商所提供的服務。一個優點可能是未改動的IEEE 802. 11兼容終端可自動查找接入點，所述接入點可被可操作地連接至用戶優選的服務提供商以便用戶可接入其優選的服務提供商的服務。所述服務提供商請求可通過探測請求幀(Probe Request frame)的形式發送，所述探測請求幀可以是IEEE 802. 11探測請求幀。所述服務提供商請求響應可通過對每個可用的服務提供商以單獨的探測響應幀(Probe Response frame)的形式發送，所述探測響應幀可以是IEEE 802. 11探測響應幀。所述數據連接信息可通過認證幀(Authentication frame)的形式發送，所述認證幀可以是IEEE 802. 11認證幀。一個優點可能是可以使用未改動的IEEE 802. 11兼容終端。所述方法還可包括向所述主伺服器發送關於所選定的服務提供商的信息。一個優點可能是所述主伺服器可以存儲和使用該信息以推測用戶優選的服務提供商並且用這些回答以後的服務提供商請求。一個優點可能是所述主伺服器可存儲並在以後利用該信息要適當的服務提供商付款。一個優點可能是所述終端和接入點之間的通信協議可符合現有協議(例如IEEE 802. 11)的規定，所述協議具有服務提供商請求響應僅可包括一個服務提供商的限制。所述方法還可包括利用所選定的服務提供商從終端接收與所建立的數據連接相關的認證信息；和向服務提供商伺服器發送所接收到的認證信息，其中所述認證信息包括一組用戶證書和數字證書中的至少一個。一個優點可能是用戶向服務提供商進行認證而不冒著用戶證書被盜的風險，並且
6服務提供商向用戶進行認證(即，用戶可以確信他們在與他們的服務提供商進行通信，即使他們不信任網絡運營商)。服務提供商請求的SSID可以是空的。一個優點可能是終端隨後不需要披露其信任的服務提供商的列表。一個優點可能是終端通過已實現該安全改進的現有IEEE 802. 11兼容終端運行。可用的服務提供商可取決於MAC地址。一個優點可能是主伺服器可使用MAC地址通過看由相同終端作出的先前選擇來推斷用戶的優選服務提供商。所述方法還可包括根據服務提供商請求在與接入點相關聯的服務提供商列表中搜索可用的服務提供商，並且其中只有在服務提供商列表中沒有找到可用的服務提供商的情況才將請求信息發送到主伺服器。一個優點可能是所述方法可被結合為標準接入點中的備用。所述方法還可包括登記終端的身份。所述方法還可包括登記接入點的身份。所述方法還可包括登記服務提供商請求。所述方法還可包括登記所選定的服務提供商。一個優點可能是主伺服器可以存儲和利用該信息來推測用戶優選的服務提供商並且用這些回答以後的服務提供商請求。一個優點可能是主伺服器可以存儲並且以後使用該信息以便要合適的服務提供商付款並補償合適的網絡運營商。所述方法還可包括記錄所建立數據連接的網絡流量信息。一個優點可能是可在以後使用該信息來確定服務提供商應當補償給運營商的數額。根據第二方面，提供了一種用於在終端和數據通信網絡之間建立數據連接的接入點，包括接收器，所述接收器用於從終端接收服務提供商請求，所述服務提供商請求包括終端的MAC地址和SSID ；發送器，所述發送器用於向主伺服器發送有關服務提供商請求的請求信息；所述接收器還被設置成從主伺服器接收確認信息，所述確認信息涉及能夠通過接入點可操作地將終端連接到數據通信網絡的可用服務提供商；所述發送器還被設置成向終端發送服務提供商請求響應，所述服務提供商請求響應包括識別可用的服務提供商和涉及所接收到的確認信息的至少一個SSID ；所述接收器還被設置成從終端接收數據連接信息， 所述數據連接信息涉及利用從可用的服務提供商中選擇的服務提供商通過接入點在終端和數據通信網絡之間建立數據連接；和處理單元，所述處理單元用於利用所選定的服務提供商通過接入點在終端和數據通信網絡之間建立數據連接。根據第三方面，提供了一種用於主伺服器用於在終端和數據通信網絡之間建立數據連接的方法，包括從接入點接收請求信息，所述請求信息涉及服務提供商請求，所述服務提供商請求包括終端的MAC地址和SSID ；根據所接收到的請求信息搜索可用的服務提供商；和發送確認信息，所述確認信息包括至少一個SSID，所述至少一個SSID識別能夠通過接入點可操作地將終端連接至數據通信網絡的可用的服務提供商。一個優點可能是終端可自動查找接入點，通過所述接入點可接入由用戶優選的服務提供商提供的服務。可用的服務提供商可取決於與終端先前所用的服務提供商相關的服務提供商。一個優點可能是可以回答空的服務提供商請求，而不返回服務提供商的完整列表。一個優點可能是未改動的IEEE 802. 11兼容終端可被告知服務提供商的有意義子集而不消耗不相稱量的頻譜以傳送服務提供商響應並且該子集可通過終端的用戶接口呈現給用戶。一個優點可能是服務提供商的完整列表可能非常長，它的長度僅受主伺服器的存儲器限制。所述方法還可包括登記終端的身份。所述方法還可包括登記接入點的身份。所述方法還可包括登記服務提供商請求。所述方法還可包括登記所選定的服務提供商。所述方法還可包括從接入點接收有關終端和接入點之間的網絡流量的網絡流量信息；和登記所建立的數據連接的網絡流量信息。所述方法還可包括從接入點接收有關從可用的服務提供商中選定的服務提供商的數據連接信息；和登記所選定的服務提供商。根據第四方面，提供了一種用於在終端和數據通信網絡之間建立數據連接的主伺服器，包括接收器，所述接收器用於從接入點接收請求信息，所述請求信息涉及服務提供商請求並且包括終端的MAC地址和SSID ；處理器單元，所述處理器單元用於根據所接收到的請求信息搜索可用的服務提供商；和發送器，所述發送器用於發送確認信息，所述確認信息包括至少一個SSID，所述至少一個SSID識別能夠通過接入點可操作地將終端連接至數據通信網絡的可用的服務提供商。根據第五方面，提供了一種在包括接入點、主伺服器和服務提供商伺服器的系統中用於在終端和數據通信網絡之間建立數據連接的方法，包括由接入點接收服務提供商請求，所述服務提供商請求包括終端的MAC地址和SSID ；由接入點發送與服務提供商請求相關的請求信息至主伺服器；由主伺服器接收所述請求信息；根據所接收到的請求信息由主伺服器搜索可用的服務提供商；由主伺服器向接入點發送確認信息，所述確認信息涉及能夠通過接入點可操作地將終端連接至數據通信網絡的可用的服務提供商；由接入點接收所述確認信息；由接入點發送服務提供商請求響應，所述服務提供商請求響應包括識別可用的服務提供商和涉及所接收到的確認信息的至少一個SSID ；由接入點利用所選定的服務提供商接收與所建立的數據連接相關的認證信息；和由接入點將所接收到的認證信息發送至服務提供商伺服器。根據第六方面，提供了一種電腦程式產品，所述電腦程式產品包括存儲在計算機可讀介質上的軟體指令，當在處理器上執行所述軟體指令時，根據上文所述在接入點執行一方法。根據第七方面，提供了一種電腦程式產品，所述電腦程式產品包括存儲在計算機可讀介質上的軟體指令，當在處理器上執行所述軟體指令時，根據上文所述在主伺服器上執行一方法。計算機可讀介質可以是計算機存儲器。計算機可讀介質可以是光碟，例如CD刻錄光碟或DVD刻錄光碟。所述第二、第三、第四、第五、第六和第七方面一般可具有與所述第一方面相同的特徵和優點。一般，權利要求書中所用的所有術語可根據它們在技術領域中的普通含義進行解釋，除非在本文中以其它方式明確定義。所有提及「一(個)/所述(a/an/the)[設備，事件，訊息，警告，參數，步驟等]」處可被開放式解釋為是指所述設備，事件，訊息，警告，參數，步驟等中的至少一個示例，除非通過其它方式明確說明。本文所披露的任何方法中的步驟不必要按照所披露的具體順序執行，除非明確說明。


現在將結合所附示意性附圖通過示例方式來描述本發明的實施例，其中圖1是現有技術通信系統的示意圖，圖2是根據實施例的通信系統的示意圖，圖3是根據實施例的通信系統的示意圖，圖4是根據實施例的通信系統的示意圖，圖fe是根據實施例的主伺服器的示意圖，圖恥是根據實施例的接入點的示意圖，圖5c是根據實施例的流程示意圖，和圖6(a)-6(c)是根據實施例的流程圖。
具體實施例方式一般，類似的附圖標記在申請文件中表示類似的元件。在圖1中示出了現有技術的第一通信系統100。現有技術系統100包括終端102、數據通信網絡108和與服務提供商伺服器106相關聯的接入點104。終端(例如可以是計算機、個人數字助理、移動通信設備或諸如此類)被設置成通過由附圖標記110示出的接入點被可操作地無線連接至數據通信網絡。數據通信網絡可以是區域網或廣域網，並且可以接入不同的服務，例如電話、電視和網際網路。接入點可以是無線路由器。服務提供商伺服器與終端的服務提供商相聯繫。一般， 系統100可包括多個終端和接入點。請求無線連接至數據通信網絡108的終端發送服務提供商請求。如果終端符合 IEEE 802. 11標準，該服務提供商請求通過探測請求幀的形式發送，包含識別服務提供商的服務集標識符(SSID)。如果與終端的服務提供商相連的接入點接收該請求，所述接入點可向終端發送通知，告知所述接入點並從而所相連的服務提供商是可訪問(接入)的。如果接入點符合IEEE 802. 11標準，該通知通過探測響應幀的形式發送。隨後，可通過接入點在終端和數據通信網絡之間建立數據連接。同樣地，如果沒有與終端的服務提供商相連的接入點接收服務提供商請求，就不可能在終端和數據通信網絡之間建立數據連接。圖2中示出了第二通信系統200。通信系統200包括終端102，第一多個接入點， 其中的一個接入點由附圖標記104』表示，第二多個接入點，其中的一個接入點由附圖標記 104」表示，用於第一服務提供商的伺服器106』，用於第二服務提供商的伺服器106」和數據通信網絡108。第一多個接入點104』與第一服務提供商相連，而第二多個接入點104」與第二服務提供商相連。請求無線連接至數據通信網絡108的終端102通過發送服務提供商請求開始。如果與終端的服務提供商相連的接入點接收到該請求，可以如上文結合圖1的系統100所述建立數據連接。對於大型網絡，運營商可與若干個服務提供商有協議，在該協議下這些服務提供商的客戶可使用網絡。如果不與終端的服務提供商相連的接入點接收到該請求，可通過下文示例方式所述建立數據連接。假設，如圖2中通過標記「SP 2」所表示，終端102與第二服務提供商相連並因此與服務提供商伺服器106」相連。服務提供商請求被接入點104』接收到，所述接入點104』被假設成通過服務提供商伺服器106』與第一服務提供商相連。服務提供商請求被從接入點104』發送到與接入點相連的服務提供商，即發送到服務提供商伺服器106』。在第一服務提供商和第二服務提供商之間缺少服務協議的情況下，終止在終端和數據通信網絡之間的連接的建立。如果所述服務協議存在，第一服務提供商伺服器106 將服務提供商請求轉送到第二服務提供商伺服器106」。之後，通過接入點104』和第一服務提供商伺服器106』可以在終端102和數據通信網絡108之間建立數據連接。額外的步驟可因此被引入強制網絡門戶；在用戶輸入他們的證書之前，他們被要求從列表中選擇他們的服務提供商。隨後利用認證、授權和記帳(AAA)協議例如RADIUS將用戶證書轉送到選定的服務提供商。所選定的服務提供商對用戶進行認證並且授權所述用戶接入數據通信網絡。因此，在不同的服務提供商之間需要服務協議。否則，與第二服務提供商相連的終端可能不能通過與第一服務提供商相連的接入點建立至數據通信網絡的連接。此外，所有數據通信(流量)通過與接入點相連的服務提供商伺服器發送，與終端與哪個服務提供商相連無關。用於認證的必要數據通信通路由圖2中的虛線表示。這可能影響終端和數據通信網絡之間的連接以及終端和相連的服務提供商之間的連接的安全性方面。此外，在IEEE 802. 11兼容網絡中，在連接至網絡之前關於終端可用的服務的僅有信息是SSID，在信標幀周期性廣播並且包括在探測響應幀中的短字符串。因為每個運營商對他們的網絡指定他們自己的SSID，在不熟悉的場所查找與用戶優選的服務提供商有漫遊協議的網絡對於用戶來說是困難的。用戶可以手動命令終端依次連接至每個可用的網絡並且通過利用例如網頁瀏覽器查看強制網絡門戶尋找如何用現有的證書登錄的指令。如果網絡運營商與用戶優選的服務提供商沒有漫遊協議，用戶可以或者與新的(未知)服務提供商建立服務協議(例如收費關係)或者搜索另一開放的網絡。當找到合適的網絡，一個問題可能是終端可能被要求相信新的(未知)服務提供商，以便使用網絡並利用現有的證書登錄。最新的IEEE 802. 11接入點支持虛擬接入點特徵。就是說，一個物理接入點可以對終端表現為若干個單獨的接入點，每個具有其自己的網絡名，或所謂的服務集標識符 (SSID)。該特徵有時被運營商使用，以使一個或幾個服務提供商通過他們自己的SSID更清楚地表示或宣傳他們服務的可利用性。由接入點從與該SSID相連的終端接收到的通信流量通常在單獨的乙太網虛擬區域網(VLAN)上發射，從而單獨的強制網絡門戶界面可用於該虛擬網絡。不過，所述虛擬接入點的數量可能被限制在小數量，通常小於10。關於這的原因是兩方面的。第一，由於對每個虛擬接入點周期性傳送單獨的信標，大量所述虛擬接入點可能導致信標消耗不相稱量的可用頻譜。第二，由於每個虛擬接入點的媒體訪問(接入)控制(MAC)層的運行所需的存儲器和其它資源是靜態分配的，當接入點開始運行時，虛擬接入點的最大數量受到接入點設備的有限資源的限制。這使得公共網絡的運營商向每個服務提供商分配單獨的虛擬網絡是不切實際的。此外，IEEE 802. 11兼容終端假設具有相同SSID的(虛擬)接入點屬於相同的擴展服務集(ESQ，即它們提供層2到相同網絡的連通性。這使得能夠實現接入點之間的自動交接(切換)，同時保持較高層的連接，例如TCP/IP連接。當終端被從屬於一個網絡運營商的接入點交接(切換)到屬於另一網絡運營商的接入點時，上文所述的通信系統100、200 不能確保層2的連通性。結果可能是較高層連接被中斷並且IP位址衝突可能發生。這使得具有重疊覆蓋範圍的網絡運營商分配相同的虛擬網絡是不切實際的。本發明提出的網絡體系結構改進了上述的通信系統。首先，所提出的網絡體系結構為每個被請求的服務提供商按需動態分配單獨的虛擬接入點。這使得網絡運營商能夠分配非常大數量的服務提供商的服務。第二，所提出的網絡體系結構確保了即使當終端在與各自的網絡運營商相連的接入點之間漫遊時保持層2的連通性。這使得服務提供商能夠通過可能具有重疊網絡覆蓋範圍的非常大數量的網絡運營商的接入點來分配其服務。最後， 所提出的網絡體系結構使得第三方能夠操作主伺服器並且充當用於在服務提供商和網絡運營商之間漫遊的清算方。這確保了服務提供商和網絡運營商只需要與第三方具有漫遊協議，從而將必要的法律協議的數量減小到可管理的水平。總的來說，除了其它應用外，這些改進使得使用低成本、基於IEEE 802. 11、連接到住宅網際網路連接以便大規模提供移動寬帶的接入點變得可行。圖3中示出了第三通信系統300。第三通信系統300包括終端102，接入點104，服務提供商伺服器106，數據通信網絡108和所謂的主伺服器310。如上文所述，終端102可以是計算機、個人數字助理、移動通信設備或諸如此類等。終端可符合IEEE 802. 11標準。 本發明不需要改動IEEE 802. 11兼容終端。接入點104被設置成通過數據通信網絡108可操作地連接到服務提供商伺服器106和主伺服器310。圖如是根據實施例的所謂主伺服器310的內部部件的示意性示圖。一般而言，主伺服器310被設置成執行與可操作地將終端連接至數據通信系統的過程相關的操作，其中所述操作可包括接收有關服務提供商請求的請求信息，根據所接收到的請求信息搜索可用的服務提供商，和發送與可用的服務提供商相關的確認信息。主伺服器310還可被設置成存儲與之相關的信息。主伺服器310包括通信接口 502。通信接口 502可以是天線和/或網絡插座(套接字)等等，使得主伺服器310能夠與通信系統中的其它實體進行通信。通信接口 502被設置成與接收器504和發送器506通信，所述接收器504被設置成接收數據訊息和信號，所述發送器506被設置成發送數據訊息和信號。接收器504和發送器506被設置成與處理單元508通信。處理單元508可以是中央處理器(CPU)。處理單元508還被設置成與存儲器510通信。在優選的實施例中，利用若干個計算機伺服器以冗餘高可用性結構實現主伺服器。通信接口被實現為網絡插座(套接字)，綁定至從廣域網例如網際網路可獲得的IP位址。圖恥是根據實施例的接入點104的內部部件的示意性示圖。接入點104包括通信接口 512。通信接口 512可以是天線和/或網絡插座(套接字)等等，使得接入點104能夠與通信系統中的其它實體通信。通信接口 512被設置成與接收器514和發送器516通信， 所述接收器514被設置成接收數據訊息和信號，所述發送器516被設置成發送數據訊息和信號。接收器514和發送器516被設置成與處理單元518通信。處理單元518可以是中央處理器(CPU)。處理單元518還被設置成與存儲器520通信。在優選的實施例中，利用帶兩個通信接口的低成本嵌入系統實現接入點。主要用於與終端通信的第一通信接口包括具有軟體定義的媒體接入(訪問)控制(MAC)層的IEEE802. 11兼容無線電設備。MAC層上的軟體控制使得利用標準低成本IEEE 802. 11硬體實現所披露的方法和設備成為可能。第二通信接口主要用於與主伺服器通信並且包括網絡插座 (套接字)，所述網絡插座(套接字)綁定至IP位址，從所述IP位址可以到達主伺服器。基於IP的第二通信接口使得通過網際網路接入在任何地點部署接入點成為可能。現在將結合圖6a的流程圖描述在系統例如系統300中用於在終端102和數據通信網絡108之間建立數據連接的方法。在步驟602，請求與數據通信網絡108數據連接的終端102發送服務提供商請求。在優選的實施例中，終端是未改動的符合IEEE 802. 11標準的設備並且服務提供商請求是探測請求幀，所述探測請求幀包含識別優選的服務提供商的服務集標識符(SSID)。終端可以在服務提供商請求中標識一個或多個優選的服務提供商。 可替換的，對每個優選的服務提供商可以發送單獨的服務提供商請求。優選的服務提供商可以是過去曾經為終端擔任服務提供商的服務提供商。優選的服務提供商還可以是終端與其籤訂有服務協議並從而已建立了多個連接規則或諸如此類的服務提供商。在優選的實施例中，服務提供商請求還包含終端的MAC地址。可替換的，服務提供商請求還可以是所謂的空服務提供商請求。對於空服務提供商請求，終端不規定優選的服務提供商。如果終端沒有接收到來自優選服務提供商的響應， 可發送空服務提供商請求。可替換的，如果優選匿名服務提供商請求以便不披露優選的服務提供商並從而避免接入點表示欺詐行為(例如，通過聲明是用於與接入點不相連的服務提供商的接入點)，可以從終端發送空服務提供商請求。在優選的實施例中，空服務提供商請求被實現為包含零長度SSID的探測請求幀。在步驟604，接入點104的接收器514接收服務提供商請求。根據實施例，接入點可訪問服務提供商列表，所述服務提供商列表包括關於先前優選的服務提供商的信息。該信息可被存儲為接入點的存儲器520中的數據項的列表。可替換的，該信息可被遠程存儲， 例如存儲在主伺服器310的存儲器510中。接入點可根據服務提供商請求在服務提供商列表中利用處理單元518搜索可用的服務提供商。可以在存儲器520登記終端的身份、接入點的身份和服務提供商請求。該信息可與服務提供商列表相關聯。在優選實施例中，接入點符合IEEE 802. 11規定。一組虛擬接入點可在接入點中被靜態分配。不過，包括關於每個終端先前優選的服務提供商的信息的服務提供商列表可被存儲在主伺服器310的存儲器中。對於服務提供商列表中的登錄沒有靜態分配接入點資源。如果接入點與終端所請求的服務提供商相連，接入點可利用發送器516和接入點 104的接口 512向所請求的服務提供商轉送服務提供商請求。如果終端所請求的服務提供商被包括在服務提供商列表中，接入點可直接或通過主伺服器向所請求的服務提供商轉送服務提供商請求。可用的服務提供商還可取決於終端的MAC地址。接入點還可以將關於服務提供商請求的請求信息發送至所謂的主伺服器，例如用於生成終端的行為統計目的。此外，在步驟606，如果在服務提供商列表中沒有找到終端所請求的服務提供商，或者如果發送了空服務提供商請求，接入點將關於服務提供商請求的請求信息發送至主伺服器。只有假如在服務提供商列表中沒有找到可用的服務提供商的情況，請求信息可被發送至所謂的主伺服器。在優選實施例中，軟體部件被添加至接入點。軟體部件在第一通信接口檢測進入的IEEE 802. 11管理幀。當軟體部件檢測到具有零長度SSID或沒有靜態分配的虛擬接入點的SSID的進入探測請求幀時，所述幀被轉化成網絡訊息並且通過第二通信接口發送到主伺服器。隨後，在步驟608，主伺服器可通過與接口 502相連的接收器504接收請求信息。 隨後，在步驟610，通過利用處理單元508根據所接收到的請求信息可搜索可用的服務提供商。如果找到一個或多個可用的服務提供商，可通過接入點利用發送器506將該信息發送到終端。可用的服務提供商例如可依據與終端先前所用的服務提供商相關的服務提供商。 對於接入點，主伺服器可接入(訪問)可用的服務提供商的列表，在所述列表中可指示先前所用的服務提供商。可替換的，如果沒有找到可用的服務提供商，主伺服器可在發送給終端的訊息中表明這點。所述情況例如當存在網絡故障時可能發生。換言之，在步驟612，主伺服器可以向接入點發送確認信息，所述確認信息與能夠通過接入點可操作地將終端連接至數據通信網絡的可用服務提供商相關。在優選實施例中，主伺服器接收到服務提供商請求網絡訊息並通過兩種方式中的一種搜索服務提供商列表。如果訊息表示探測請求幀包含非零SSID，搜索服務提供商列表以查找具有匹配SSID的服務提供商。如果訊息表示探測請求幀包含零長度SSID，轉而搜索服務提供商列表以查找通過MAC地址識別的終端先前選定為優選服務提供商的一組服務提供商。隨後，在步驟614，由接入點接收確認信息。隨後，在步驟616，接入點發送與所接收到的確認信息相關的服務提供商請求響應。如果多於一個的服務提供商是可用的，可以發送對每個可用服務提供商的單獨的服務提供商請求響應。在優選實施例中，根據下文所述方法間接產生服務提供商請求響應訊息。首先，在響應中對每個服務提供商動態分配虛擬接入點。動態分配的虛擬接入點隨後被要求處理原探測請求幀，從而產生探測響應幀，所述探測響應幀與那些如果靜態分配虛擬接入點所產生的相同，但具有延遲。實踐中，大多數未改動的IEEE802. 11兼容終端可很好地處理可達到1000ms的延遲，從而使得所述方法對於最終用戶完全透明。大多數通常(標準)的IEEE 802. 11兼容接入點可被設置成以兩種工作模式中的一種工作。在這兩種工作模式的第一種工作模式中，接入點廣播每個信標幀中網絡的SSID 並且通過包含網絡的SSID的探測響應幀應答包含零長度SSID的探測請求幀。在第二種工作模式中，接入點轉而廣播信標幀中的零長度SSID並且不回應包含零長度SSID的探測請求幀。以這種模式工作的接入點通常被稱為「隱藏」接入點，因為它不易被不知道網絡的 SSID的終端檢測到。在此披露在下文中被稱為半隱藏接入點的第三種工作模式。在這種工作模式中， 如果並且只有當探測請求幀的源MAC地址屬於特定的終端時，接入點廣播信標幀中的零長度SSID並且通過包含網絡的SSID的探測響應幀應答包含零長度SSID的探測請求幀。因此，接入點對除選定終端外的所有終端表現為隱藏接入點。根據一個實施例，軟體控制的動態分配虛擬接入點的MAC層被修改為執行半隱藏工作模式並且被設置成只從所述接入點被分配給的特定終端應答包含零長度SSID的探測請求幀。一個優點可能是許多終端可能在相同地點例如體育場館或機場使用網絡，而不使探測響應幀消耗不相稱的頻譜資源量或使終端網絡選擇用戶接口顯示其它附近終端所優選的服務提供商。在本文中，應當指出，由於終端102可以是移動終端，所披露的通信系統可被設置成處理交接(切換)和漫遊問題。例如，在不迫使終端和數據通信網絡之間的數據連接終止的情況下，終端可從與當前接入點相連的當前(蜂窩)覆蓋範圍移動到與下一個接入點相連的下一個(蜂窩)覆蓋範圍。本實施例涉及新連接的建立，該過程可能在持續幾秒鐘的範圍內。此外，如果接入點被定位成使得產生重疊的蜂窩結構，不太可能會在實際建立過程中終止終端和接入點之間的數據連接。在步驟618，由終端接收服務提供商請求響應。終端(在用戶協助下或不在用戶協助下)可通過接入點利用從可用的服務提供商中選定的服務提供商選擇建立到數據通信網絡的連接。因此，在步驟620，終端可利用從可用的服務提供商中選定的服務提供商向接入點發送數據連接信息，所述數據連接信息涉及通過接入點建立終端和數據通信網絡之間的數據連接。隨後，在步驟622，由接入點接收該信息，並且在步驟624，可以利用所選定的服務提供商通過接入點在終端和數據通信網絡之間建立數據連接。從而，終端被可操作地連接至數據通信網絡。在優選實施例中，終端是未改動的符合IEEE 802. 11標準的設備並且所述終端通過發送認證幀隨後發送連接請求幀選擇服務提供商，所述連接請求幀包含與優選服務提供商相連的虛擬接入點的MAC地址。隨後，接入點利用第二通信接口建立至服務提供商伺服器的第2層隧道協議(L2TP)連接，從而可操作地將終端連接到優選服務提供商的數據通信網絡。這確保了當終端即使在通過不同的網絡運營商運營的網絡之間漫遊時仍保持層 2(第2層)連通性。此外，由於用戶優選的服務提供商擔任終端到網際網路的網關，終端的公共IP位址可追溯到服務提供商和個人用戶。這可能是必要的，以便符合法律要求和法規。上文所述的方法可確保在大面積區域例如整個城市或甚至整個世界漫遊時層 2(第2層)連通性。儘管單播通信(流量)可以容易地切換至合適的接入點，廣播通信 (流量)通常會被發送到可操作地連接至服務提供商伺服器的所有接入點，並且會被傳送成IEEE 802. 11數據幀。在具有很多接入點的大型網絡中，廣播通信(流量)因此會消耗不相稱的頻譜量。通過將每個終端分配給不同(單獨)的VLAN，可實現兩個目的。第一，阻止了直接的終端到終端通信，從而提高安全性。第二，廣播通信(流量)只被引向終端通過其連接的接入點，從而確保了可擴展性。此外，終端可通過加密的數據連接利用選定的服務提供商向接入點發送關於所建立的數據連接的認證信息。因此，接入點可能不能接入(訪問)數據包(即，嵌入的認證信息)而僅能接入(訪問)被訪地址。這改進了網絡的安全性。認證信息還可包括一組用戶證書和數字證書中的至少一個。隨後通過加密的數據連接由接入點向服務提供商的服務提供商伺服器發送所接收到的認證信息。同樣，關於認證的確認信息可從服務提供商伺服器發送到終端。根據一個實施例，媒體接入(訪問)控制(MAC)層的實施在接入點和服務提供商伺服器之間分開。接入點實施MAC層的實時方面，例如確認(Ack)幀的傳輸，而服務提供商伺服器實施非實時方面，例如加密密鑰管理。按照IEEE802. Ili標準加密的控制訊息和數據幀通過公共網際網路利用基於UDP/IP協議例如CAPWAP進行傳送，而沒有攔截和改動的可能性。終端和服務提供商伺服器之間的端對端加密確保了終端用戶和接入點運營商之間不
14需要信任關係即使在接入點上具有物理控制也不可能攔截或修改數據幀。終端用戶只需要相信他或她的服務提供商，這是通常建立的信任關係。接入點可向主伺服器發送關於所選定的服務提供商的信息。所選定的服務提供商可在接入點或主伺服器登記(註冊)。所選定的服務提供商可與服務提供商列表相關聯存儲。所述信息可用於生成終端的行為統計的目的。類似的，還可以登記所建立的數據連接的網絡通信流量信息。在優選實施例中，接入點和服務提供商伺服器定期向主伺服器報告無線電鏈路質量、通信流量和類似的統計數據。這些統計數據由主伺服器處理以確定要由服務提供商向接入點的運營商支付的數額，作為啟用服務的補償。圖4中示出了第四通信系統400。與通信系統300相似，通信系統400包括終端 102，數據通信網絡108，和主伺服器310。與系統300不同的是，系統400還包括第一組多個接入點，其中的一個接入點由附圖標記104』表示，第二組多個接入點，其中的一個接入點由附圖標記104」表示，用於第一服務提供商的伺服器106』，和用於第二服務提供商的伺服器106」。第一組多個接入點和第二組多個接入點可操作地連接至主伺服器310。通信系統400能夠與上文所述的通信系統200直接對比。根據通信系統200，不與接收接入點的服務提供商相連的服務提供商請求被首先轉送至接收接入點的服務提供商伺服器並且隨後從接收接入點的服務提供商伺服器轉送到被請求服務提供商的服務提供商伺服器。該轉送程序被通信系統400避免。因此，可改進網絡安全性和整體性。此外， 可以不需要存在有不同的服務提供商之間的服務提供商協議。如圖4所示，系統400可包括多個服務提供商和由多個網絡運營商運營的多個接入點。可以通過多個接入點接入(訪問)每個服務提供商的服務。不過，如同結合系統300的描述所含蓄披露的，不與接收接入點的服務提供商相連的服務提供商請求不需要被發送至接收接入點的服務提供商伺服器。而是，如上文所述， 如果在接入點的服務提供商列表中沒有找到被請求的服務提供商，所述服務提供商請求被轉送到主伺服器。主伺服器可隨後對被請求的服務提供商進行查找並且將請求轉送到該服務提供商伺服器。因此，主伺服器可擔任獨立和安全方。結果，任何加密的數據通信，例如認證信息、口令等不需要通過不與終端相連的服務提供商伺服器進行發送。例如，假設圖4中的終端102請求通過與服務提供商伺服器106」(由「SP2」表示)相連的服務提供商接入數據通信網絡108。所述服務提供商請求由與服務提供商伺服器106』相連的接入點104』接收。接入點104』在服務提供商列表中沒有找到被請求的服務提供商並因此將所述請求轉送到主伺服器310。主伺服器310進行查找並且找到與所請求的服務提供商相連的服務提供商伺服器106」。主伺服器310隨後將所述請求轉送至服務提供商伺服器106」。隨後，關於從終端102和數據通信網絡108的數據連接的數據通信可被直接從接入點104』引向服務提供商伺服器106」 (即，而不通過與接入點104』相連的服務提供商伺服器106』引導)。在圖4中，由虛線勾畫相關的數據通信通路。一個優點可能是未修改的終端軟體可自動找到網絡，通過所述網絡用戶可接入他們的服務提供商的服務。一個優點可能是未修改的終端軟體可自動向網絡認證用戶。一個優點可能是用戶沒有被暴露於在認證過程中使他們的證書有被盜的任何風險。一個優點可能是未修改的終端軟體可自動在終端和服務提供商伺服器之間建立端對端加密連接。一個優點可能是未修改的終端軟體可自動向用戶認證網絡，即，用戶可以確信他們的服務提供商是加密的通信端點。一個優點可能是用戶只要相信他們自己的服務提供商。用戶和運營商或者用戶和主伺服器提供商之間不需要信任關係。一個優點可能是由於強認證和加密的端對端連接，服務提供商可具有可靠的IP位址使用記錄。一個優點可能是未修改的終端軟體可自動在接入點之間進行交接(切換)，即使當這些接入點由不同的網絡運營商運營。總的來說，上述優點使得利用IEEE 802. 11型方案在人口密集區域大規模提供移動寬帶成為可行。圖5c示意性地示出了根據實施例的系統550中的帳戶信息流流程。系統550可對應於系統300或400，但是為了闡明起見，省略了數據通信網絡108。除了終端102、服務提供商伺服器106和主伺服器310，系統500還包括網絡運營商552。箭頭554、556、558表示帳戶信息流。一般而言，網絡運營商還可被稱為載波服務提供商，無線服務提供商，無線電信運營商，行動電話運營商，或蜂窩電話公司。網絡運營商可以是公司。網絡運營商可提供由服務提供商所用的網絡基礎架構以便服務提供商能夠為終端提供服務。因此，網絡運營商可提供物理接入點。一個公司可同時擔任服務提供商和網絡運營商。在這種情況，本發明實施例允許與第一服務提供商相連的接入點被第二不同的服務提供商使用，儘管終端僅與一個服務提供商籤有排他性服務協議，如箭頭5M所示。因此，帳戶信息可在終端102 和服務提供商伺服器106之間流動。主伺服器可訪問關於接入點、服務提供商和網絡運營商之間的相連的終端帳戶信息。因此，帳戶信息可在服務提供商伺服器106和主伺服器310 之間流動，如箭頭556所示，並且還可在主伺服器310和網絡運營商552之間流動，如箭頭 558所示。帳戶信息可涉及用戶和服務提供商之間的商業協議，服務提供商和主伺服器之間的商業協議，主伺服器和網絡運營商之間的商業協議，和/或服務提供商和網絡運營商之間的商業協議。所披露方法的至少部分可在上述接入點中執行。由接入點執行的方法的步驟已在上文進行描述並且現在將結合圖6b進行說明，圖6b是根據用於在終端和數據通信網絡之間建立數據連接的接入點中方法的實施例的流程圖。在接入點，在步驟652，接收來自終端的服務提供商請求。在步驟654，關於服務提供商請求的請求信息由接入點發送至主伺服器。在步驟656，隨後從主伺服器接收確認信息，所述確認信息涉及能夠通過接入點可操作地將終端連接至數據通信網絡的可用的服務提供商。在步驟658，隨後向終端發送與接收到的確認信息相關的服務提供商請求響應。在步驟660，從終端接收數據連接信息，所述數據連接信息涉及利用從可用的服務提供商中選擇的服務提供商通過接入點在終端和數據通信網絡之間建立數據連接。在步驟662，隨後建立通過利用所選定的服務提供商通過接入點在終端和數據通信網絡之間的數據連接。根據實施例，步驟658和/或步驟660是可選的。上文所披露的方法的至少部分可在上述主伺服器中執行。由主伺服器執行的方法的步驟已在上文進行了描述並且現在將結合圖6b進行說明，圖6b是根據用於在終端和數據通信網絡之間建立數據連接的主伺服器中方法的實施例的流程圖。在主伺服器，在步驟 682，從接入點接收關於服務提供商請求的請求信息。在步驟684，主伺服器根據接收到的請求信息搜索可用的服務提供商。在步驟686，隨後將確認信息發送至接入點，所述確認信息涉及能夠通過接入點可操作地將終端連接至數據通信網絡的可用的服務提供商。應當理解，本領域的技術人員可通過多種方式改動上述的實施例並且仍能使用上述實施例所示的本發明的優點。因此，本發明不應限於所示出的實施例，而應僅通過所附權利要求書進行限定。
權利要求
1.一種用在接入點用於在終端和數據通信網絡之間建立數據連接的方法，包括-從所述終端接收服務提供商請求，所述服務提供商請求包括所述終端的MAC地址和 SSID ；-向主伺服器發送關於所述服務提供商請求的請求信息；-從所述主伺服器接收確認信息，所述確認信息涉及能夠通過接入點可操作地將所述終端連接至所述數據通信網絡的可用的服務提供商；-向所述終端發送服務提供商請求響應，所述服務提供商請求響應包括識別可用的服務提供商和與所接收到的確認信息相關的至少一個SSID ；-從所述終端接收數據連接信息，所述數據連接信息涉及利用從可用的服務提供商中選擇的服務提供商通過接入點在所述終端和所述數據通信網絡之間建立數據連接；和-利用所選擇的服務提供商通過接入點在所述終端和所述數據通信網絡之間建立數據連接。
2.根據權利要求1所述的方法，其中所述服務提供商請求以探測請求幀的形式發送； 其中所述服務提供商請求響應對於每個所述可用的服務提供商以單獨的探測響應幀的形式發送；並且其中所述數據連接信息以認證幀的形式發送。
3.根據權利要求2所述的方法，其中所述探測請求幀是IEEE802. 11探測請求幀，其中所述探測響應幀是IEEE 802. 11探測響應幀，並且其中所述認證幀是IEEE 802. 11認證幀。
4.根據權利要求1-3中任一權利要求所述的方法，其中所述服務提供商請求的SSID為空。
5.根據權利要求1-4中任一權利要求所述的方法，還包括-向所述主伺服器發送關於所選定的服務提供商的信息。
6.根據權利要求1-5中任一權利要求所述的方法，還包括-從所述終端接收認證信息，所述認證信息涉及利用所選定的服務提供商建立的數據連接；和-向服務提供商伺服器發送所接收到的認證信息，其中-所述認證信息包括一組用戶證書和數字證書中的至少一個。
7.根據權利要求1-6中任一權利要求所述的方法，其中所述可用的服務提供商取決於 MAC地址。
8.根據權利要求1-7中任一權利要求所述的方法，還包括-根據所述服務提供商請求在與所述接入點相連的服務提供商列表中搜索可用的服務提供商，並且其中-只有當沒有在所述服務提供商列表中找到可用的服務提供商，所述請求信息被發送至所述主伺服器。
9.根據權利要求1-8中任一權利要求所述的方法，還包括-登記所述終端的身份、所述接入點的身份和所述服務提供商請求的組中的任何一個。
10.根據權利要求1-9中任一權利要求所述的方法，還包括-登記所選定的服務提供商。
11.根據權利要求1-10中任一權利要求所述的方法，還包括-登記所建立的數據連接的網絡通信流量信息。
12.一種用於在終端和數據通信網絡之間建立數據連接的接入點，包括-接收器，所述接收器用於從所述終端接收服務提供商請求，所述服務提供商請求包括所述終端的MAC地址和SSID ；-發送器，所述發送器用於向主伺服器發送關於所述服務提供商請求的請求信息； -所述接收器還被設置成從所述主伺服器接收確認信息，所述確認信息涉及能夠通過接入點可操作地將所述終端連接至所述數據通信網絡的可用的服務提供商；-所述發送器還被設置成向所述終端發送服務提供商請求響應，所述服務提供商請求響應包括識別可用的服務提供商和與所接收到的確認信息相關的至少一個SSID ；-所述接收器還被設置成從所述終端接收數據連接信息，所述數據連接信息涉及利用從可用的服務提供商中選擇的服務提供商通過接入點在所述終端和所述數據通信網絡之間建立數據連接；和-處理單元，所述處理單元用於利用所選擇的服務提供商通過接入點在所述終端和所述數據通信網絡之間建立數據連接。
13.—種用在主伺服器用於在終端和數據通信網絡之間建立數據連接的方法，包括-從接入點接收請求信息，所述請求信息關於服務提供商請求，所述服務提供商請求包括所述終端的MAC地址和SSID ；-根據所接收到的請求信息搜索可用的服務提供商；和-發送確認信息，所述確認信息包括至少一個SSID，所述至少一個SSID識別能夠通過接入點可操作地將所述終端連接至所述數據通信網絡的可用的服務提供商。
14.根據權利要求13所述的方法，其中所述可用的服務提供商取決於與所述終端先前所用的服務提供商相關的服務提供商。
15.根據權利要求13或14所述的方法，還包括-登記所述終端的身份、所述接入點的身份和所述服務提供商請求的組中的任何一個。
16.根據權利要求13-15中任一權利要求所述的方法，還包括 -登記所選定的服務提供商。
17.根據權利要求13-16中任一權利要求所述的方法，還包括-從所述接入點接收網絡通信流量信息，所述網絡通信流量信息涉及所述終端和所述接入點之間的網絡通信流量；和-登記所建立的數據連接的網絡通信流量信息。
18.根據權利要求13-17中任一權利要求所述的方法，還包括-從所述接入點接收數據連接信息，所述數據連接信息與從所述可用的服務提供商選擇的服務提供商有關；和-登記所選擇的服務提供商。
19.一種用於在終端和數據通信網絡之間建立數據連接的主伺服器，包括-接收器，所述接收器用於從接入點接收請求信息，所述請求信息關於服務提供商請求並且包括所述終端的MAC地址和SSID ；-處理器單元，所述處理器單元用於根據所接收到的請求信息搜索可用的服務提供商；禾口-發送器，所述發送器用於發送確認信息，所述確認信息包括至少一個SSID，所述至少一個SSID識別能夠通過接入點可操作地將所述終端連接至所述數據通信網絡的可用的服務提供商。
20. 一種在包括接入點、主伺服器和服務提供商伺服器的系統中用於在終端和數據通信網絡之間建立數據連接的方法，包括-由接入點接收服務提供商請求，所述服務提供商請求包括所述終端的MAC地址和 SSID ；-由接入點向所述主伺服器發送關於所述服務提供商請求的請求信息； -由所述主伺服器接收所述請求信息；-根據所接收到的請求信息由所述主伺服器搜索可用的服務提供商； -由所述主伺服器向接入點發送確認信息，所述確認信息涉及能夠通過接入點可操作地將所述終端連接至所述數據通信網絡的可用的服務提供商； -由所述接入點接收所述確認信息；-由所述接入點發送服務提供商請求響應，所述服務提供商請求響應包括識別可用的服務提供商和與所接收到的確認信息相關的至少一個SSID ；-由所述接入點接收認證信息，所述認證信息與利用所選擇的服務提供商建立的數據連接相關；和-由所述接入點向所述服務提供商伺服器發送所接收到的認證信息。
全文摘要
本發明披露了一種用於通過異構基礎架構分配多個虛擬IEEE 802.11無線網絡的方法、設備和電腦程式產品。終端將服務提供商請求發送至接入點。所述服務提供商請求被轉送至搜索可用服務提供商的主伺服器。由主伺服器向接入點發送確認信息，所述確認信息涉及能夠通過接入點可操作地將終端連接至數據通信網絡的可用的服務提供商。接入點將該信息轉送至終端。接入點因此可分配多個虛擬IEEE 802.11無線網絡，它們的數量僅受不同可識別服務提供商的數量和主伺服器的存儲器限制。在終端的服務提供商和接入點的運營商之間缺少直接的服務協議的情況下可建立數據連接。
文檔編號H04W48/18GK102461272SQ201080027298
公開日2012年5月16日 申請日期2010年5月3日 優先權日2009年6月18日
發明者比約恩·斯梅德曼 申請人:安尼費網絡公司