CN104023328B - 一种运营商移动蜂窝网络接入***及相应的通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种运营商移动蜂窝网络接入***，包括：SIM卡接口设备，智能终端，以及接入运营商通信网网关的家乡服务器；SIM卡接口设备用于安装SIM卡，所述SIM卡与所述家乡服务器所接入的运营商通信网网关归属地一致，SIM接口设备还用于将SIM卡的鉴权信息转发至家乡服务器；智能终端用于向家乡服务器注册，以及通过互联网与家乡服务器通信；家乡服务器用于接受所述智能终端的注册并利用所接收的所述SIM卡的鉴权信息接入所述运营商通信网网关，还用于通过所述运营商通信网网关与通信对端通信，互联网与智能终端通信，并实现运营商通信网数据和IP数据包的互相转换。本发明无需开通漫游服务即可在域外接入运营商移动蜂窝网络，便捷且成本低廉。

Description

一种运营商移动蜂窝网络接入***及相应的通信方法

技术领域

本发明涉及移动通信技术领域，具体的说，本发明涉及一种运营商移动蜂窝网络接入***及相应的通信方法。

背景技术

众所周知，目前手机用户要享受基于运营商蜂窝移动网络的境外语音通信服务，需要开通漫游服务。本文中，运营商蜂窝移动网络，指***，***等运营商提供的PLMN无线通信网络。PLMN全称为Public Land Mobile Network，即公共陆地移动网络。基于运营商蜂窝移动网络的漫游服务通常是跨境结算费用，因此较为昂贵。

另一方面，VoIP技术可以实现境外语音通信，在一定程度上解决用户的境外联络问题，且费用相对低廉。然而，采用VoIP技术拨打电话时，手机用户本人的常用SIM卡实际上并未真正接入运营商通信网络，此时被叫方所显示的号码实际上是访问的VoIP电话号码，这可能让被叫方难以识别，给双方沟通带来不必要的障碍。并且，VoIP通信技术也难以解决SIM卡待机（即被叫）的问题，当用户处于境外时，如果他人直接拨打该用户的常用SIM卡电话号码，可能仍然无法联系上该用户。并且，目前的VoIP方案无法收发短信。

另外，除了出境外，用户有时还可能遇到基站信号不稳定或无信号等其它问题，这也可能会影响到正常的联络。

因此，当前迫切需要一种便捷、经济地接入运营商通信网络的解决方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种便捷、经济地接入运营商通信网络的解决方案。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种运营商移动蜂窝网络接入***，包括：包括： SIM卡接口设备，智能终端，以及接入运营商通信网网关的家乡服务器；

所述SIM卡接口设备用于安装SIM卡，所述SIM卡与所述家乡服务器所接入的所述运营商通信网网关归属地一致，所述SIM接口设备还用于将所述SIM卡的鉴权信息转发至所述家乡服务器；

所述智能终端用于向所述家乡服务器注册，以及通过互联网与所述家乡服务器通信；

所述家乡服务器用于接受所述智能终端的注册并利用所接收的所述SIM卡的鉴权信息接入所述运营商通信网网关，还用于通过所述运营商通信网网关与通信对端通信，通过互联网与所述智能终端通信，并实现运营商通信网数据和IP数据包的互相转换。

其中，所述SIM卡接口设备为便携式SIM卡接口设备，所述SIM卡接口设备与所述智能终端连接，所述SIM卡接口设备用于通过所述智能终端将所述SIM卡的鉴权信息转发至所述家乡服务器。

其中，所述便携式SIM卡接口设备包括：蓝牙盒子、贴膜SIM卡或者读卡器。

其中，所述智能终端包括：手机、平板电脑、台式电脑或者笔记本电脑。

本发明还提供了一种基于上述运营商移动蜂窝网络接入***的运营商移动蜂窝网络接入方法，包括下列步骤：

1）所述智能终端向家乡服务器注册，在家乡服务器和所述智能终端之间建立IP数据通道；

2）家乡服务器为所述SIM卡，建立与所述运营商通信网网关的标准Iuh连接；

3）所述智能终端通过所述家乡服务器接入运营商移动蜂窝网络，与通信对端进行通话和短信交互；

所述步骤2）和步骤3）中，所述家乡服务器基于所述SIM卡接口设备所转发的SIM鉴权信息，通过所述运营商移动蜂窝网网关的鉴权。

其中，所述步骤2）和所述步骤3）中，如遇到所述运营商通信网网关的鉴权要求，所述家乡服务器通过所述智能终端让SIM卡完成鉴权，并返回鉴权结果，在将鉴权结果传递到所述运营商通信网网关。

其中，所述步骤3）中，所述智能终端发起主叫的过程如下：所述智能终端向家乡服务器发起主叫请求，所述家乡服务器通过Iuh口连接所述运营商移动蜂窝网络网关实现呼叫流程，所述智能终端通过家乡服务器，与运营商移动蜂窝网络内的通信对端建立进行通话的连接并实现语音流的传递。

其中，所述步骤3）中，所述智能终端被叫的过程如下：通信对端通过所述运营商移动蜂窝网络网关通过Iuh口连接家乡服务器，并寻呼所述SIM卡用户；家乡服务器收到呼叫请求后，通过互联网（IP网络）对所述智能终端进行寻呼并建立连接，进行语音通话。

其中，所述步骤3）中，所述智能终端发送短信的过程如下：所述智能终端向所述家乡服务器发送短消息，所述家乡服务器发送短信到运营商移动蜂窝网络，进而传递给通信对端。

其中，所述步骤3）中，所述智能终端接收短信的过程如下：家乡服务器收到运营商移动蜂窝网络过来的短信后，将该短信转换为IP消息，然后发送到所述智能终端。

相对于现有技术，本发明具体下列技术效果：

1、只需要额外携带便携式SIM卡接口设备，即可在外地（特别是境外）接入运营商通信网络，无需开通漫游服务，便捷且成本低廉。

2、可选用的智能终端类型多样，接入方式也灵活多样，便于有效应对各种情况。

3、通话或短信时，作为主叫方，能够让对方显示的为本人国内手机号码，作为被叫方，能够显示对方手机号或联系人名字，这与本地手机通信是完全一致的，便于通信双方互相呼叫和联系。

附图说明

图1是本发明一个实施例中的运营商移动蜂窝网络接入***的示意图；

图2是本发明一个实施例中的运营商移动蜂窝网络接入方法的示意图；

图3是本发明一个实施例中的Iuh口协议栈架构图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步地描述。

根据本发明的一个实施例，提供了一种运营商移动蜂窝网络接入***及相应的通信方法。图1示出了本实施例中的运营商移动蜂窝网络接入***，它包括接入运营商通信网网关的无漫游服务器（No Roaming Server，简称为NRS，也可称为家乡服务器），便携式SIM卡接口设备（图1中未直接示出便携式SIM卡接口设备），以及智能终端。图1中Homing代表家乡网络，Visiting代表外地网络，图1的应用场景中,家乡服务器和运营商通信网网关位于家乡网络，智能终端位于外地网络。所述便携式SIM卡接口设备用于安装SIM卡，所述SIM卡与所述家乡服务器所接入的所述运营商通信网网关归属地一致；所述智能终端与所述便携式SIM卡接口设备连接，所述智能终端用于向所述家乡服务器注册并转发所述SIM卡的鉴权信息；所述家乡服务器用于接受所述智能终端的注册并利用所接收的所述SIM卡的鉴权信息接入所述运营商通信网网关，还用于通过所述运营商通信网网关与通信对端通信，通过互联网与所述智能终端通信，并实现运营商通信网数据和IP数据包的互相转换。

所述智能终端可以是手机。用户可以在手机上安装专门的 App应用软件。该App能通过手机的3G/LTE/WiFi模块接入IP通信网，进而连接NRS，通过OTT方式，接入国内蜂窝移动网络。手机应用App，将模拟信号（Voice）数字化，以数据包（RTP包）的形式在IP网络上实时传递至NRS，NRS接收到数据包(RTP包)，进行整理，并通过运营商蜂窝移动网络的网关(GW)，把数据传递到PLMN网络；手机上的App还可以接收NRS传来的语音数据包，将数据包转化后可获得语音并进行实时播放。

便携式SIM卡接口设备可以是一个蓝牙盒子。SIM卡安装在蓝牙盒子内。手机上的App应用软件通过蓝牙盒子与SIM卡取得通信。

本实施例中，NRS部署位置与SIM卡相适配，也就是说， SIM卡与NRS（家乡服务器）所接入的所述运营商通信网网关归属地一致。NRS还可以连接一个数据库，如图1所示。

基于上述运营商移动蜂窝网络接入***，还提供了一种运营商移动蜂窝网络接入方法，参考图2，该运营商移动蜂窝网络接入方法包括下列步骤：

步骤1：智能终端运行App，与NRS建立连接，该智能终端与NRS的连接将作为IP数据通道，传输信令数据及后续语音数据(RTP包)。本步骤中，App首先申请登陆NRS， NRS接收到登陆请求时，会检查该用户App是否允许接入；允许接入，则App（即其所在智能终端）和NRS之间会建立一条IP通路，该IP通路将作为数据通道，传输信令数据及后续语音数据(RTP包)。

步骤2：智能终端通过蓝牙方式，连接蓝牙盒子，与SIM卡取得通信（蓝牙盒子可以通过7816指令访问SIM卡），这样，SIM卡通过智能终端协助NRS完成接入PLMN网络的鉴权过程，从而使智能终端通过NRS，实现OTT方式接入PLMN网络。

步骤3：NRS为App (SIM卡)建立标准Iuh连接，传输信令和语音数据。NRS包含了标准Iuh口协议栈，还包括NAS模块，信令交互为移动通信标准接口消息，语音格式也采用AMR格式，和现有移动通信网一致。图3为Iuh口协议栈架构图。建立标准Iuh连接后，NRS发起PLMN网注册请求，注册过程中，PLMN网会要求进行鉴权，NRS通过智能终端上的App访问SIM卡，进而实现鉴权。

一个例子中，步骤2、3可以理解为智能终端登陆PLMN网络的过程，该过程具体如下：App通过蓝牙盒子，读取SIM卡的IMSI信息，并向NRS发起PLMN网注册请求，NRS模拟移动通信Iuh口信令消息，向GW(GW后面是PLMN核心网)发起注册请求；注册过程中，PLMN网会要求App进行鉴权，App通过访问SIM卡，实现鉴权，并把鉴权结果反馈给NRS，NRS反馈给PLMN网，鉴权通过，App允许接入PLMN网络。

NRS和 GW中间的接口可称为Iuh口。标准的在PLMN网络注册过程，Iuh口信令交互如下：

a）NRS-->GW: location updating request (注册请求)

b）GW--> NRS:authentication request (鉴权请求)

c）NRS -->App: 转发鉴权请求信息

d）App -> NRS: App给SIM卡发送鉴权请求信息，SIM卡反向鉴权autn，并计算出秘钥xres，返回给app；app发送给NRS

e）NRS -->GW: authentication response (鉴权应答)

f）GW--> NRS: security mode control （加密协商）

g）NRS -->GW: securtiy mode control (加密确认)

h）GW--> NRS: location updating accept (注册应答，包含TMSI更新)，TMSI信息保存在NRS处

i）NRS-->GW: tmsi realloction complete (TMSI更新确认)

j）GW-->NRS: mm information (移动信管理信息)

其中，“-->”表示信令的流向。完成上述a）~j）步骤，即完成了PLMN网络注册的鉴权。

步骤4：NRS保存App(SIM卡)的IMSI信息，模拟智能终端的状态、信令，控制语音传输过程和短信的收发。如遇到GW的鉴权要求，NRS通过与App建立的IP通路，让SIM卡完成鉴权，并返回鉴权结果，传递到GW，完成GW的鉴权要求。这样，App就能够通过OTT方式接入蜂窝移动网的通话和短信(SMS)。

在一个例子中，每发生一次业务过程（比如短信，通话等）包括下列三个步骤。

步骤41：NRS和GW 之间建立针对该用户的Iuh口连接 （Iuh口的物理通路是一直存在的，但每个手机有业务，会建立一条逻辑通路，给该手机使用）。

步骤42：每一次业务，GW都会需要用户进行一次鉴权。鉴权由SIM卡自己计算才能完成，NRS即使有IMSI信息，不能代替SIM卡完成，以提高安全性。鉴权的具体过程可参考前文b）~e）步骤。

步骤43：进行后续业务，比如短信，电话等。

下面以手机为例进行说明。普通手机，在标准PLMN网络的注册过程，通话，短信过程，体现在Iuh口，是标准的信令和语音交互过程；NRS服务器支持这些信令消息，可以与GW进行标准的信令和语音交互。比如语音处理过程：NRS模块接收App的AMR语音数据，封装RTP头和IuUP头，发送给GW即可；NRS模块，接收GW语音数据，去掉IuUP头和RTP头，即为AMR语音数据，发送给App播放即可。

App通过OTT方式接入蜂窝移动网的通话和短信(SMS)过程如下：

主叫：用户使用App，向NRS发起主叫请求，NRS通过Iuh口，连接GW，实现呼叫流程，App通过NRS服务器，与PLMN网络内手机进行通话的连接建立和AMR语音流的传递；

被叫：GW通过Iuh口，连接NRS，寻呼用户；NRS收到呼叫请求，通过IP网络，对App进行寻呼，并建立连接，进行语音通话；

发送SMS：App向NRS服务器发送短消息，NRS服务器发送SMS消息到PLMN网络；

接收SMS：NRS服务器收到GW过来的SMS消息，转换为IP消息发送到App。

本步骤中，NRS也可以不直接保存App(SIM卡)的鉴权信息，此时，当GW发出鉴权请求时，可以

上述运营商移动蜂窝网络接入***及相应的通信方法具有下列技术效果：

1、只需要额外携带便携式SIM卡接口设备，即可在外地（特别是境外）接入运营商通信网络，无需开通漫游服务，便捷且成本低廉。

2、可选用包括手机、台式电脑、笔记本电脑、平板电脑等在内的各种类型的智能终端进行接入，接入方式也灵活多样，便于有效应对各种情况。例如：附近基站故障时，可以使用台式电脑通过有线网口接入，也可以使用笔记本电脑、手机或平板电脑通过wifi接入。

3、通话或短信时，作为主叫方，能够让对方显示的为本人国内手机号码，作为被叫方，能够显示对方手机号或联系人名字，这与本地手机通信是完全一致的，便于通信双方互相呼叫和联系。

本发明中，通过便携式SIM卡接口设备实现蜂窝移动网对用户的鉴权，进而让用于以一种低成本地方式，便捷地接入蜂窝移动网。便携式SIM卡接口设备存在多种形态；相应地，接入NRS服务器的智能终端也存在多种形态，下面列举一些例子。

a)访问SIM卡形态1：便携式SIM卡接口设备为蓝牙盒子，智能终端为手机或平板电脑。SIM卡放置蓝牙盒子内，App通过蓝牙连接蓝牙盒子，实现App对SIM卡的控制和数据交互。

b) 访问SIM卡形态2： 便携式SIM卡接口设备为贴膜SIM卡，智能终端为手机。在手机的SIM卡上贴装贴膜SIM卡（不带蓝牙模块），贴膜SIM卡可以对SIM卡进行控制和数据交互；App对贴膜SIM卡进行写电话本、写短信等操作，贴膜SIM卡接收约定的指令，对SIM卡进行操作；通过该方式，App实现了对SIM卡的控制和数据交互。

c) 访问SIM卡形态3：便携式SIM卡接口设备为带蓝牙模块的薄膜SIM卡，智能终端为手机。手机的SIM卡上贴装薄膜SIM卡（带蓝牙模块），贴膜SIM卡可以对SIM卡进行控制和数据交互，App通过蓝牙方式访问贴膜SIM卡，贴膜SIM卡接收约定的指令，对SIM卡进行操作；通过该方式，App实现了对SIM卡的控制和数据交互。

d) 访问SIM卡形态4：便携式SIM卡接口设备为读卡器，智能终端为电脑。SIM卡放置在USB等接口的读卡器内，读卡器***安装有IM（及时通讯软件）的电脑上，这样，IM通过USB读卡器，实现对SIM卡的控制和数据交互。

相应地，智能终端的应用客户端形态可以是App方式，在智能手机，pad上，安装专门的App软件，通过App接入NRS；也可以是IM方式，在pc电脑上，安装专门的IM软件，通过IM接入NRS。

另外，便携式SIM卡接口设备可以用带接入IP网络模块（无线wifi模块或者标准网络接口）的小盒子替代。SIM卡放置在带接入IP网络模块（无线wifi模块或者标准网络接口）的小盒子内，小盒子能对SIM卡进行访问和控制，NRS服务器直接访问小盒子，获取鉴权数据，无需App或IM进行传递，鉴权过程由NRS和小盒子通信完成。

另外，在一个实施例中，提供了另一种运营商移动蜂窝网络接入方法，该方法中，智能终端运行App后，进行自动检测，当前手机数据网络(IP网络)性能满足要求，则进入手机拨号呼叫流程，执行前述步骤1至5；如果不满足要求，则使用***拨号键盘功能，使用CS域(电路交换域)通信方案,即传统的通信方案。

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，尽管参照较佳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，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而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。

Claims (7)

1.一种运营商移动蜂窝网络接入***，包括：SIM卡接口设备，智能终端，以及接入运营商通信网网关的家乡服务器；

所述SIM卡接口设备用于安装SIM卡，所述SIM卡与所述家乡服务器所接入的所述运营商通信网网关归属地一致，所述SIM接口设备还用于将所述SIM卡的鉴权信息转发至所述家乡服务器；

所述智能终端用于向所述家乡服务器注册，以及通过互联网与所述家乡服务器通信；

所述家乡服务器用于接受所述智能终端的注册并利用所接收的所述SIM卡的鉴权信息接入所述运营商通信网网关，还用于通过所述运营商通信网网关与通信对端通信，通过互联网与所述智能终端通信，并实现运营商通信网数据和IP数据包的互相转换；

所述SIM卡接口设备为便携式SIM卡接口设备，所述SIM卡接口设备与所述智能终端连接，所述SIM卡接口设备用于通过所述智能终端将所述SIM卡的鉴权信息转发至所述家乡服务器；

所述便携式SIM卡接口设备包括：蓝牙盒子、贴膜SIM卡或者读卡器；

所述智能终端包括：手机、平板电脑、台式电脑或者笔记本电脑；

其中，所述家乡服务器包含标准Iuh口协议栈和NAS模块；所述家乡服务器用于将来自所述智能终端的语音数据封装RTP头和IuUP头，然后发送给所述运营商通信网网关；所述家乡服务器还用于将来自所述运营商通信网网关的语音数据去掉IuUP头和RTP头，然后发送给所述智能终端。

2.一种基于权利要求1所述的运营商移动蜂窝网络接入***的运营商移动蜂窝网络接入方法，包括下列步骤：

1)所述智能终端向家乡服务器注册，在家乡服务器和所述智能终端之间建立IP数据通道；

2)家乡服务器为所述SIM卡，建立与所述运营商通信网网关的标准Iuh连接；

3)所述智能终端通过所述家乡服务器接入运营商移动蜂窝网络，与通信对端进行通话和短信交互；

所述步骤2)和步骤3)中，所述家乡服务器基于所述SIM卡接口设备所转发的SIM鉴权信息，完成运营商移动蜂窝网络的鉴权过程；

其中，所述SIM卡与所述家乡服务器所接入的所述运营商通信网网关归属地一致；所述家乡服务器用于将来自所述智能终端的语音数据封装RTP头和IuUP头，然后发送给所述运营商通信网网关；所述家乡服务器还用于将来自所述运营商通信网网关的语音数据去掉IuUP头和RTP头，然后发送给所述智能终端。

3.根据权利要求2所述的运营商移动蜂窝网络接入方法，其特征在于，所述步骤2)和所述步骤3)中，如遇到所述运营商通信网网关的鉴权要求，所述家乡服务器通过所述智能终端让SIM卡完成鉴权，并返回鉴权结果，在将鉴权结果传递到所述运营商通信网网关。

4.根据权利要求3所述的运营商移动蜂窝网络接入方法，其特征在于，所述步骤3)中，所述智能终端发起主叫的过程如下：所述智能终端向家乡服务器发起主叫请求，所述家乡服务器通过Iuh口连接所述运营商移动蜂窝网络网关实现呼叫流程，所述智能终端通过家乡服务器，与运营商移动蜂窝网络内的通信对端建立进行通话的连接并实现语音流的传递。

5.根据权利要求3所述的运营商移动蜂窝网络接入方法，其特征在于，所述步骤3)中，所述智能终端被叫的过程如下：通信对端通过所述运营商移动蜂窝网络网关通过Iuh口连接家乡服务器，并寻呼所述SIM卡用户；家乡服务器收到呼叫请求后，通过互联网对所述智能终端进行寻呼并建立连接，进行语音通话。

6.根据权利要求3所述的运营商移动蜂窝网络接入方法，其特征在于，所述步骤3)中，所述智能终端发送短信的过程如下：所述智能终端向所述家乡服务器发送短消息，所述家乡服务器发送短信到运营商移动蜂窝网络，进而传递给通信对端。

7.根据权利要求3所述的运营商移动蜂窝网络接入方法，其特征在于，所述步骤3)中，所述智能终端接收短信的过程如下：家乡服务器收到运营商移动蜂窝网络过来的短信后，将该短信转换为IP消息，然后发送到所述智能终端。