CN101052209B - 一种用户设备的移动性管理实体用户面实体重选方法 - Google Patents
一种用户设备的移动性管理实体用户面实体重选方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种用户设备UE的移动性管理实体MME/用户面实体UPE重选方法，应用于演进网络，包括：当演进网络基站eNodeB收到UE发起的跟踪区更新请求消息后，执行下列步骤：A、所述eNodeB在与自身相连接的MME/UPE中选择一个满足服务质量最优的MME/UPE作为重选后的目标MME/UPE；B、所述eNodeB向所述目标MME/UPE发送接入请求；C、所述目标MME/UPE与重选前所述UE的服务MME/UPE交互，获取所述UE的移动性管理上下文；D、所述目标MME/UPE执行所述UE的位置更新注册流程，成为重选后所述UE的服务MME/UPE。采用本发明可有效避免由于原服务MME/UPE负载过重而导致通信质量下降或通信中断的问题。
Description
技术领域
本发明涉及演进网络，尤其涉及演进网络中一种用户设备(UserEquipment，UE)的移动性管理实体(Mobility Management Entity，MME)/用户面实体(User Plane Entity，UPE)重选方法。
背景技术
通用移动通信系统(Universal Mobile Telecommunications System，UMTS)是采用WCDMA空中接口技术的第三代移动通信系统，通常也把UMTS系统称为WCDMA通信系统。UMTS系统采用了与第二代移动通信系统类似的结构，包括无线接入网络(Radio Access Network，RAN)和核心网络(CoreNetwork，CN)。其中无线接入网络用于处理所有与无线有关的功能，而CN处理UMTS系统内所有的话音呼叫和数据连接，并实现与外部网络的交换和路由功能。CN从逻辑上分为电路交换域(Circuit Switched Domain，CS)和分组交换域(Packet Switched Domain，PS)。UTRAN、CN与用户设备(User Equipment，UE)一起构成了整个UMTS系统。其系统结构如图1所示。
UTRAN即陆地无线接入网，它包含一个或几个无线网络子系统(RadioNetwork Subsystem，RNS)。一个RNS由一个无线网络控制器(Radio NetworkController，RNC)和一个或多个基站(NodeB)组成。RNC与CN之间的接口是Iu接口，NodeB和RNC通过Iub接口连接。在UTRAN内部，无线网络控制器之间通过Iur接口互联，Iur接口可以通过RNC之间的直接物理连接或通过传输网连接。RNC用来分配和控制与之相连或相关的NodeB的无线资源。NodeB则完成Iub接口和Uu接口之间的数据流的转换，同时也参与一部分无线资源管理。UTRAN的结构如图2所示。
3G PS域的核心网结构如图3所示，主要包括的网元：服务GPRS支持节点(Serving GPRS Support Node，SGSN)和网关GPRS支持节点(Gateway GPRSSupport Node，GGSN)。
其中，SGSN是PS网络的一个基本的组成网元。其主要的作用就是为本SGSN服务区域的UE转发输入/输出的IP分组，其地位类似于CS域中的VMSC(拜访移动交换中心)。此外，SGSN中还集成了类似于CS网络中访问位置寄存器(Visitor Location Register，VLR)的功能，当用户处于附着(Attached)状态时，SGSN中存储了同分组相关的用户信息和位置信息，同VLR相似，SGSN中的大部分用户信息在位置更新过程中从归属位置寄存器(HomeLocation Register，HLR)中获取。
GGSN也是为了在UMTS网络中提供PS业务功能而引入的一个网元功能实体，提供数据包在PS网和外部数据网之间的路由和封装。
目前在3GPP中，各厂商积极研究长期演进(Long Term Evolution，LTE)网络，LTE的目的是提供一种能够降低时延、提高用户数据速率、改进系统容量和低成本覆盖的网络，只使用PS域业务，承载网络都为IP承载。
一种典型的两层节点演进网络架构如图4所示，包括：
LTE RAN：为演进网络的无线接入网，拥有演进网络基站(Evolved NodeB，eNodeB)实体，保存用户设备(User Equipment，UE)无线接入网络(RadioAccess Network，RAN)内的上下文(context)，在逻辑上将其称作为长期演进无线接入网实体(LTE-RAN Entity)。
MME/UPE：为逻辑实体，MME的功能是保存UE的移动性管理(MobilityManagement，MM)上下文，如用户的标识，移动性状态、跟踪区(Tracking Area，TA)信息等，并对用户进行认证；UPE的功能是空闲(idle)状态的UE终结下行数据的实体，同时触发寻呼，保存UE的上下文，如UE的IP地址和路由信息等。
用户面锚点(User Plane Anchor)：与UPE相关联，在用户的会话期间内保持用户面的锚点不变。
家乡用户服务器(Home Subscriber Server，HSS)：演进的HLR，与MME相关联，存储并更新用户的注册信息。
在演进网络中，MME/UPE和LTE-RAN Entity具有多对多关系，即S1-flex。S1是演进网络RAN与演进分组核心(Evolved Packet Core)的接口。如图5所示。
在演进网络中，MME和UPE不一定位于同一个物理节点，也没有限定是核心网(CN)节点。例如：有可能UPE处于EnodeB，MME处于CN作为控制面节点。
MME和UPE不一定是一个节点，可能是分离的。不同的MME和UPE会被配置在一个池内，并通过IP网络与所有可提供服务的eNodeB存在一个全连接，即逻辑上配置MME/UPE与可提供服务的eNodeB之间是一个多点对多点的关系。当UE驻留在一个小区后，eNodeB会根据负载均衡等原则选择一个服务的MME/UPE。当空闲(Idle)状态下的UE在所选服务的MME/UPE所在的MME/UPE池内的eNodeB之间移动时，总是会选择驻点的MME/UPE作为为其提供服务的MME/UPE。当发生位置更新流程时，只是由eNodeB通知服务MME/UPE相关UE所处的跟踪区(Tracking Area，TA)信息，不发生MME/UPE重选的流程。图6展示了UE移动到不同的eNodeB后，当有业务到达时，业务流将通过原服务MME/UPE到达UE的情形。
由于在现有技术中，UE在同一个MME/UPE池内的eNodeB间移动时，总是选择驻点的MME/UPE作为服务MME/UPE；但是当服务MME/UPE处于负载太重，或服务MME/UPE到UE的链路负载过重，或路由不是最优化等情况时，如果不更换服务MME/UPE可能会导致通信质量下降或中断，对用户通信业务产生较大的影响。
发明内容
本发明提供一种UE的MME/UPE重选方法，用以解决现有技术中当UE在同一个MME/UPE池内的eNodeB间移动时，由于不进行服务MME/UPE更换，导致通信质量下降或通信中断的问题。
本发明方法包括：当演进网络基站eNodeB收到UE发起的跟踪区更新请求消息后，执行下列步骤：
A、所述eNodeB在与自身相连接的MME/UPE中选择一个满足服务质量最优的MME/UPE作为重选后的目标MME/UPE；
B、所述eNodeB向所述目标MME/UPE发送接入请求；
C、所述目标MME/UPE与重选前所述UE的服务MME/UPE交互，获取所述UE的移动性管理上下文；
D、所述目标MME/UPE执行所述UE的位置更新注册流程，成为重选后所述UE的服务MME/UPE。
所述步骤A包括：
所述eNodeB获取与其相连接的所有MME/UPE的当前状态信息，并根据状态信息，从中选择出满足服务质量最优的MME/UPE作为重选后的目标MME/UPE。
根据本发明的上述方法，所述步骤A之前还包括：在所述eNodeB中设置服务质量等级对照表，所述eNodeB周期获取与自身相连接的所有MME/UPE的状态信息，并根据所述状态信息确定出对应的MME/UPE能满足的服务质量等级，更新所述服务质量等级对照表；
所述步骤A中，所述eNodeB查询所述服务质量等级对照表，将服务质量等级最高的MME/UPE作为重选后的目标MME/UPE。
根据本发明的上述方法，所述eNodeB根据路由表信息，设置路径度量值列表，存储所述eNodeB到相连接的所有MME/UPE的路径度量值；
所述eNodeB根据获取的每一个MME/UPE的状态信息和对应路径度量值，确定出每一个MME/UPE能满足的服务质量等级，更新所述服务质量等级对照表。
根据本发明的上述方法，在所述eNodeB中还设置优先级顺序列表，所述eNodeB将所述MME/UPE按照其能满足的服务质量等级从高到低或从低到高的顺序排列后，按序存储到所述优先级顺序列表中；
所述步骤A中，所述eNodeB选择所述优先级顺序列表中排列在第一位或最后一位的MME/UPE作为重选后的目标MME/UPE。
所述MME/UPE的状态信息包括但不限于：
与所述MME/UPE相连接的处于激活状态的UE数量、处于空闲状态的UE数量、和/或CUP负载状况信息。
所述步骤B之前还包括如下步骤：
eNodeB判断所述目标MME/UPE与重选前UE的服务MME/UPE是否为同一个MME/UPE；如果不是同一个MME/UPE，继续步骤B；否则，结束MME/UPE重选流程。
所述步骤C之前还包括如下步骤：
所述目标MME/UPE判决是否接受接入请求；如果接受，继续步骤C；否则，所述目标MME/UPE向所述eNodeB返回接入拒绝消息；
所述eNodeB收到接入拒绝消息后，向重选前UE的服务MME/UPE发送跟踪区更新请求消息，执行常规跟踪区更流流程。
所述步骤D包括：
D1、所述目标MME/UPE与网络中的锚点Anchor交互，更新所述UE的PDP上下文；
D2、所述目标MME/UPE与网络中家乡用户服务器HSS交互，获取所述UE的签约数据并更新位置信息；
D3、所述目标MME/UPE作为重选后的服务MME/UPE向所述UE返回跟踪区更新接受消息，接收所述UE返回的跟踪区更新完成消息，结束流程。
所述目标MME/UPE与重选前所述UE的服务MME/UPE位于同一个资源池中。
本发明具有如下有益效果：
(1)由于本发明的MME/UPE的重选是由UE通过正常的位置更新流程(周期性更新或UE跨越TA边界)触发，对现有网络的其它流程和应用没有任何影响，只需eNodeB通过读取后台的一张列表进行各MME/UPE服务质量的比较，之后再决定是否发起MME/UPE的重选过程。
(2)由于eNodeB可通过后台周期确定出相连接的各MME/UPE的优先级并更新列表，有较强的实时性，对MME/UPE的性能没有影响。
(3)由MME/UPE定时将自身负荷等参数发送到所有与其相连的eNodeB上，eNodeB可以确定出各MME/UPE的服务质量等级，实现方法简单；eNodeB将UE的服务MME/UPE切换到服务质量等级较高的MME/UPE上，有效避免由于原服务MME/UPE负载过重而导致通信质量下降或通信中断的问题。
附图说明
图1为UMTS系统结构示意图；
图2为UTRAN网络结构示意图；
图3为PS域网络结构示意图；
图4为现有技术中提供的一种演进网络结构示意图；
图5为演进网络共享S1-flex配置示意图；
图6为现有技术中业务流量路由方式示意图；
图7为本发明进行服务MME/UPE重选后的业务流量路由方式示意图；
图8为本发明进行MME/UPE重选信令流程之一；
图9为本发明进行MME/UPE重选信令流程之二。
具体实施方式
本发明提出一种当UE发起跟踪区(TA)更新请求时，由eNodeB根据与其相连接的MME/UPE的负载情况、路由度量或链路情况等进行服务MME/UPE重选的方法。具体包括：
当eNodeB收到UE发起的跟踪区更新请求消息后，eNodeB在与自身相连接的MME/UPE中选择一个满足服务质量最优的MME/UPE作为重选后的目标MME/UPE；并向目标MME/UPE发送接入请求；目标MME/UPE进行接入判决，确定是否允许该eNodeB接入；目标MME/UPE与重选前UE的服务MME/UPE交互，获取UE的移动性管理上下文；目标MME/UPE执行所述UE的位置更新注册流程，成为重选后UE的服务MME/UPE。
如图7所示，为本发明进行服务MME/UPE重选后的业务流量路由方式示意图。图7中黑实线表示未经过eNodeB重选的业务流量路由途径，黑虚线表示经过eNodeB重选后的业务流量路由途径。即：不进行服务MME/UPE重选时，UE的服务MME/UPE为MME/UPE1，按照本发明上述方法进行服务MME/UPE重选后，UE的服务MME/UPE为MME/UPE3。
UE由于位置更新而触发eNodeB进行服务MME/UPE选择且选择成功的流程图如图8所示，包括如下步骤：
步骤1、UE向eNodeB发送TA更新请求；更新请求中包括分组临时移动用户识别号码(Packet-Temporary Mobile Subscriber Identify，P-TMSI)、UE位置更新前的跟踪区标识(old TAI)、旧的分组临时移动用户标识签名(oldP-TMSI Signature)以及更新类型(Update Type)等参数，更新原因可为周期性更新或UE发现进入了一个新的跟踪区。
步骤2、eNodeB收到TA更新请求后，从上述参数中获得为该UE服务的MME/UPE地址，并从与自身相连接的所有MME/UPE中选择一个满足服务质量最优的MME/UPE作为重选后的目标MME/UPE；
选择服务质量最优的MME/UPE的具体方式有很多，例如：
方式一：eNodeB在收到TA更新请求后，即时获取与其相连接的所有MME/UPE的当前状态信息，并根据状态信息，从中选择出满足服务质量最优的MME/UPE作为重选后的目标MME/UPE；
方式二：在eNodeB中设置服务质量等级对照表，eNodeB周期获取与自身相连接的所有MME/UPE的状态信息(例如：由MME/UPE将自身负荷等参数定时发送到所有与其相连的eNodeB上)，并根据获取的各MME/UPE的状态信息，确定出MME/UPE能满足的服务质量等级，更新服务质量等级对照表；
eNodeB在收到TA更新请求后，查询服务质量等级对照表，将服务质量等级最高的MME/UPE作为重选后的目标MME/UPE；
方式三：根据方式二确定出各MME/UPE对应的服务质量等级后，eNodeB将各MME/UPE按照其能满足的服务质量等级从高到低或从低到高的顺序排列后，按序存储到本地的一个优先级顺序列表中；
eNodeB在收到TA更新请求后，选择优先级顺序列表中排列在第一位或最后一位的MME/UPE作为重选后的目标MME/UPE；
方式四：在eNodeB中还可根据路由表中到每个MME/UPE的路由度量信息，，获取eNodeB到相连接的所有MME/UPE的路径度量值；eNodeB获取每一个MME/UPE的状态信息并结合对应路径度量值，确定出每一个MME/UPE能满足的服务质量等级，并将MME/UPE及其对应的服务质量等级信息存储到本地一个服务质量等级对照表中；
eNodeB在收到TA更新请求后，查询上述服务质量等级对照表，将服务质量等级最高的MME/UPE作为重选后的目标MME/UPE；
方式五：根据方式四确定出各MME/UPE对应的服务质量等级后，eNodeB将各MME/UPE按照其能满足的服务质量等级从高到低或从低到高的顺序排列后，按序存储到本地的一个优先级顺序列表中；
eNodeB在收到TA更新请求后，选择优先级顺序列表中排列在第一位或最后一位的MME/UPE作为重选后的目标MME/UPE。
上述各方式中，MME/UPE的状态信息包括但不限于：与MME/UPE相连接的处于激活状态的UE数量、处于空闲状态的UE数量和/或CPU负载状况信息。
在该步骤2中，eNodeB确定出目标MME/UPE后，还判断该目标MME/UPE与重选前UE的服务MME/UPE是否为同一个MME/UPE；如果不是同一个MME/UPE，继续步骤3；如果是同一个MME/UPE，则不需要进行服务MME/UPE重选，直接结束重选流程。
步骤3、eNodeB向选择出的目标MME/UPE发送接入请求消息。
步骤4、目标MME/UPE根据自身最新的负载状况等参数来确定是否接受接入请求(即是否允许该UE接入)；如果不允许，则执行图9所示流程(待后述)；如果接受接入请求，继续步骤5。
步骤5、目标MME/UPE向重选前UE的服务MME/UPE发送上下文(Context)转移请求，其中包含一些必要的信息，如P-TMSI、oldTAI、临时逻辑链路标识(TLLI)、old P-TMSI Signature以及目标MME/UPE的地址信息。
步骤6、重选前UE的服务MME/UPE返回MM Context响应消息，将UE的MM Context转移到目标MME/UPE。
步骤7、UE与目标MME/UPE之间，以及目标MME/UPE与网络中的HSS之间可能会执行一个安全认证过程。
步骤8、认证通过后，目标MME/UPE向重选前服务MME/UPE发送收到MM context确认消息。
步骤9、目标MME发送该UE的数据包协议(Packet Data Protocol，PDP)上下文更新请求到网络中的Anchor；PDP上下文请求消息中包含目标MME/UPE的地址信息、隧道终点标识(TEID)、服务质量的协商(QoSNegotiated)、服务网络标识(serving network identity)、全球小区标识(CellGlobal Identifier，CGI)或服务区标识(Serving Area Identity，SAI)以及无线接入技术类型(RAT type)等参数。
步骤10、Anchor更新该UE的PDP上下文字段(PDP context fields)的内容，并返回PDP上下文更新响应消息，在该响应消息中包括TEID，禁止负荷压缩(Prohibit Payload Compression)以及接入点名称限制(APN Restriction)等参数。
步骤11、目标MME/UPE向HSS发送位置更新消息。
步骤12、HSS向重选前服务MME/UPE发送位置取消消息，可能包括如下参数：国际移动用户标识码(International Mobile Subscriber Identity，IMSI)以及取消类型(Cancellation Type)。
步骤13、重选前服务MME/UPE向HSS发送位置取消确认消息。
步骤14a、HSS发送用户的签约数据到目标MME/UPE；
步骤14b、目标MME/UPE确认UE位于新的路由区后为UE创建新的移动性管理上下文(MM context)，并向HSS返回插入用户数据确认消息；
步骤14c、HSS收到确认信息后，向目标MME/UPE返回位置更新确认消息。
步骤15、目标MME/UPE向UE发送TA更新接受消息，包含新的P-TMSI，P-TMSI Signature，新TAI等参数。
步骤16、UE向目标MME/UPE返回TA更新完成消息。
UE由于位置更新而触发eNodeB重选MME/UPE且选择失败的流程图如图9所示，包括如下步骤：
步骤1-3：与图8所示流程中步骤1-3相同，不重述；
步骤4、目标MME/UPE根据自身最新的负载状况等参数来确定是否允许该UE接入；如果判决结果为不允许接入，继续步骤5；
步骤5、目标MME/UPE向eNodeB发送拒绝接入消息；
步骤6、eNodeB向重选前UE的服务MME/UPE发送TA更新请求消息；
步骤7、重选前UE的服务MME/UPE向UE发送TA更新接受消息，包含P-TMSI，P-TMSI Signature，新TAI等参数；
步骤8、UE向重选前UE的服务MME/UPE返回TA更新完成消息。
在本发明上述方法中，目标MME/UPE与重选前UE的服务MME/UPE位于同一个资源池中。
综上所述，由于本发明的MME/UPE的重选是由UE通过正常的位置更新流程(周期性更新或UE跨越TA边界)触发，对现有网络的其它流程和应用没有任何影响，只需eNodeB通过读取后台的一张列表进行各MME/UPE服务质量的比较，之后再决定是否发起MME/UPE的重选过程。
由于eNodeB可通过后台周期确定出相连接的各MME/UPE的优先级并更新列表，有较强的实时性，对MME/UPE的性能没有影响。
MME/UPE的负荷等参数只需定时发送到所有与其相连的eNodeB上，eNodeB就可以确定出各MME/UPE的服务质量等级，实现灵活简单。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种用户设备UE的移动性管理实体MME/用户面实体UPE重选方法，应用于演进网络，其特征在于，包括：当演进网络基站eNodeB收到UE发起的跟踪区更新请求消息后，执行下列步骤：
A、所述eNodeB在与自身相连接的MME/UPE中选择一个满足服务质量最优的MME/UPE作为重选后的目标MME/UPE；
B、所述eNodeB向所述目标MME/UPE发送接入请求；
C、所述目标MME/UPE与重选前所述UE的服务MME/UPE交互，获取所述UE的移动性管理上下文；
D、所述目标MME/UPE执行所述UE的位置更新注册流程，成为重选后所述UE的服务MME/UPE。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤A包括：
所述eNodeB获取与其相连接的所有MME/UPE的当前状态信息，并根据状态信息，从中选择出满足服务质量最优的MME/UPE作为重选后的目标MME/UPE。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤A之前还包括：在所述eNodeB中设置服务质量等级对照表，所述eNodeB周期获取与自身相连接的所有MME/UPE的状态信息，并根据所述状态信息确定出对应的MME/UPE能满足的服务质量等级，更新所述服务质量等级对照表；
所述步骤A中，所述eNodeB查询所述服务质量等级对照表，将服务质量等级最高的MME/UPE作为重选后的目标MME/UPE。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述eNodeB根据路由表信息，设置路径度量值列表，存储所述eNodeB到相连接的所有MME/UPE的路径度量值；
所述eNodeB根据获取的每一个MME/UPE的状态信息和对应路径度量值，确定出每一个MME/UPE能满足的服务质量等级，更新所述服务质量等级对照表。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述eNodeB中还设置优先级顺序列表，所述eNodeB将所述MME/UPE按照其能满足的服务质量等级从高到低或从低到高的顺序排列后，按序存储到所述优先级顺序列表中；
所述步骤A中，所述eNodeB选择所述优先级顺序列表中排列在第一位或最后一位的MME/UPE作为重选后的目标MME/UPE。
6.如权利要求2-5任一权项所述的方法，其特征在于，所述MME/UPE的状态信息包括但不限于：
与所述MME/UPE相连接的处于激活状态的UE数量、处于空闲状态的UE数量、和/或CUP负载状况信息。
7.如权利要求1-5任一权项所述的方法，其特征在于，所述步骤B之前还包括如下步骤：
eNodeB判断所述目标MME/UPE与重选前UE的服务MME/UPE是否为同一个MME/UPE；如果不是同一个MME/UPE，继续步骤B；否则，结束MME/UPE重选流程。
8.如权利要求1-5任一权项所述的方法，其特征在于，所述步骤C之前还包括如下步骤：
所述目标MME/UPE判决是否接受接入请求；如果接受，继续步骤C；否则，所述目标MME/UPE向所述eNodeB返回接入拒绝消息；
所述eNodeB收到接入拒绝消息后，向重选前UE的服务MME/UPE发送跟踪区更新请求消息，执行常规跟踪区更新流程。
9.如权利要求1-5任一权项所述的方法，其特征在于，所述步骤D包括：
D1、所述目标MME/UPE与网络中的锚点Anchor交互，更新所述UE的数据包协议PDP上下文；
D2、所述目标MME/UPE与网络中家乡用户服务器HSS交互，获取所述UE的签约数据并更新位置信息；
D3、所述目标MME/UPE作为重选后的服务MME/UPE向所述UE返回跟踪区更新接受消息，接收所述UE返回的跟踪区更新完成消息，结束流程。
10.如权利要求1-5任一权项所述的方法，其特征在于，所述目标ME/UPE与重选前所述UE的服务MME/UPE位于同一个资源池中。
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