CN101094509B - 演进网络及用户设备锚点迁移的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及移动通信领域，公开了一种演进网络及用户设备锚点迁移的方法，使得UE的锚点可以迁移到更适合的位置。本发明中，提出了在LTE中UE锚点迁移的实用方法，即在旧锚点释放UE的业务层地址和用户面承载，在新锚点为该UE分配新的业务层地址和用户面承载，并通知UE更新为新地址。需要迁移锚点的UE是处于Idle状态的UE，通过寻呼机制将新地址通知到UE。如果UE已注册了业务，则要向提供业务的业务服务器进行重新注册。在重新注册前还可以进行安全认证。有两种方式触发UE锚点的迁移，一种是MME/UPE或UE当前锚点判定有更优的锚点时触发迁移；另一种是由网管根据某种需要强制触发迁移。

Description

演进网络及用户设备锚点迁移的方法

技术领域

本发明涉及移动通信领域，特别涉及演进网络构架中与用户设备锚点相关的技术。

背景技术

随着全球科技的迅猛发展，移动通信技术在经历了模拟语音移动通信系统和数字通信系统的两个时代后，进入了第三代移动通信系统，通用移动通信系统(Universal Mobile Telecommunications System，简称“UMTS”)。由于UMTS采用宽带码分多址(Wideband Code Division Multiple Access，简称“WCDMA”)通信系统空中接口技术，因此通常也把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。如图1所示，包含用户设备(User Equipment，简称“UE”)、通用移动通信系统地面无线接入网(UMTS Terrestrial Radio Access Network，简称“UTRAN”)和核心网(Core Net，简称“CN”)构成，并通过CN与外部网络，如因特网以及公用电话交换网(Public Switched Telephone Network，简称“PSTN”)等，进行通信。其中UTRAN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的系统结构如图2所示，包含一个或几个通过Iu接口连接到CN的无线网络子系统(Radio Network Subsystem，简称“RNS”)。一个RNS包括一个无线网络控制器(Radio Network Controller，简称“RNC”)和一个或多个基站(Node B)，NodeB和RNC通过Iub接口连接。在UTRAN内部，RNC之间通过Iur接口互连，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。其中，NodeB主要完成Uu接口物理层协议的处理。它的主要功能是扩频、调制、信道编码及解扩、解调、信道解码，还包括基带信号和射频信号的相互转换等功能；RNC用于控制UTRAN的无线资源，主要完成连接建立和断开、切换、宏分集合并、无线资源管理控制等功能。

PS域的CN如图3所示，从功能逻辑上可以分成两个通用无线分组服务支持节点(GPRS Support Node，简称“GSN”)：通用分组无线业务服务支持节点(Serving GPRS Support Node，简称“SGSN”)和通用分组无线业务网关支持节点(GPRS Gateway Support Node，简称“GGSN”)。

其中，SGSN主要的作用就是为本SGSN服务区域的UE转发输入/输出的网间互联协议(Internet Protocol，简称“IP”)分组，其地位类似于CS域中的访问移动业务交换中心(Visitor Mobile services Switching Center，简称“VMSC”)。SGSN提供以下功能：

(1)本SGSN区域内的分组数据包的路由与转发功能，为本SGSN区域内的所有PS用户提供服务。

(2)加密与鉴权功能。

(3)会话管理功能。

(4)移动性管理功能。

(5)同UTRAN、GGSN、归属位置寄存器(Home Location Register，简称“HLR”)、移动交换中心(Mobile Switch Center，简称“MSC”)、移动交换中心网关(Gateway Mobile Switching Center，简称“GMSC”)等接口功能。

此外，SGSN中还集成了类似于CS网络中访问者定位寄存器VisitorLocation Register，简称“VLR”)的功能，当UE处于附着状态时，SGSN中存储了同分组相关的UE信息和位置信息。同VLR相似，SGSN中的大部分UE信息在位置更新过程中从HLR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。UE选择哪一个GGSN作为网关，是在分组数据协议(Packet Data Protocol，简称“PDP”)上下文激活过程中根据UE的签约信息以及UE请求的接入点名而确定的。GGSN主要提供以下功能：

(1)同外部IP分组网络的接口功能，GGSN需要提供UE接入外部分组网络的关口功能，从外部网的观点来看，GGSN就好象是可寻址PS网络中所有UEIP的路由器，需要同外部网络交换路由信息。

(2)会话管理，完成UE同外部网的通信建立过程。

(3)将移动UE的分组数据发往正确的SGSN的功能。

然而，随着移动数据和多媒体通信的应用将越来越广泛，也为了满足人们对通信技术越来越高的要求，一种长期演进网络(Long Term Evolution，简称“LTE”)的构架已越来越受到关注。LTE的目的是提供一种能够降低时延、提高UE数据速率、改进的系统容量和覆盖的低成本的网络，只使用PS域业务，承载网络都为IP承载。LTE提出以下目标：

(1)显著提高峰值数据速率，如100Mbps(下行链路)和50Mbps(上行链路)。

(2)在维持现有站点部署位置不变的前提下，增加“小区边缘比特率”。

(3)显著改进频谱效率(例如：Rel-6的2-4倍)。

(4)实现低于10ms的无线接入网络延迟。

(5)显著降低控制面延迟，包括尽可能以不到100ms的时间，从预占状态开始交换用户平面数据(不包括下行链路寻呼延迟)。

(6)可扩充带宽，可灵活地分配窄频谱带宽。

(7)支持现有3G系统和非3GPP规范系统间的互通。

(8)进一步加强组播和广播业务。

(9)降低资本支出和运营支出(包括回程成本)。

(10)实现从Rel-6无线接口和体系结构经济高效的演进。

(11)合理的系统与终端成本、功耗以及复杂性。

(12)支持未来增强型网际协议多媒体子系统(IP Multimedia Subsystem，简称“IMS”)和CN。

(13)最好能支持向后兼容，但要在性能和/或容量增强之间取得平衡。

(14)高效地支持不同类型的业务，特别是来自PS域的业务。

(15)优化系统，使其既支持较低的移动速率，也支持高的移动速率。

(16)不应排除在配对频谱和非配对频谱内的实施。

(17)可简化运营商在邻接频带上的共存问题和跨界共存问题。

在此基础上，衍生出很多新的网络架构以满足以上要求，目前大部分厂商比较赞同的架构如图4所示。其中LTE RAN为演进网络的无线接入网，拥有演进的基站实体(eNodeB)，保存UE RAN内的上下文，具备3G网络的RNC控制面功能，在逻辑上将其作为长期演进无线接入网实体(LTE-RANEntity)。移动管理实体/用户面实体(Mobility Management Entity/User PlaneEntity，简称“MME/UPE”)也是逻辑实体，MME的功能是保存UE的移动管理上下文，如UE的标识，移动性状态、跟踪域信息等，并对UE进行认证。UPE的功能是终结空闲状态UE的下行数据，同时触发寻呼并保存UE的上下文，如UE的IP地址和路由信息等。UE的锚点在UE的会话时间内是不变的。MME/UPE既可以存在于一个实体中，也可以为分离为两个单独的实体。

在目前的演进网络构架中，一个网络运营商通过会划分不同的服务区域，UE附着网络时会选择一个服务区域。当UE在激活状态下移动到不同的服务区域时，会根据目前发起业务的类型，对于非实时业务会在切换时发起一个网络服务器MME/UPE的重新选择的过程，如图5所示，并且，UE在选择注册后，更新路由面；而对于实时性业务，数据流向还是需要通过新服务区的接入网络和归属地的服务器间的交互。只有当UE进入空闲模式后，才进行网络服务器MME/UPE的重新选择，如图6所示。

但是，在激活状态下的UE移动到不同的服务区域时，UE的锚点始终未发生改变，因此，在移动到新的服务区域时，该UE的锚点可能就不是最优的了。而且，由于在运营商的网络规划中，会根据网络覆盖的区域面积，人口密度等规划不同的网络构架。为保持设备的冗余，负载均衡等要求，规划网络时，会出现一种逻辑上多对多的连接关系，如图7所示，因此，当某些设备的负荷过重，或需要维护时，UE的锚点也需要将一些空闲状态下的UE迁移至新的锚点。但在目前的提案中，尚未对UE的锚点迁移提出具体的方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种演进网络及用户设备锚点迁移的方法，使得UE的锚点可以迁移到更适合的位置。

为实现上述目的，本发明提供了一种演进网络架构下用户设备锚点迁移的方法，包含以任意顺序执行的以下步骤：

A在旧锚点释放用户设备的业务层地址和用户面承载；

B在新锚点为所述用户设备分配新的业务层地址并重建用户面承载，再通知该用户设备更新为该业务层地址；

其中，将所述新的业务层地址通知所述用户设备的步骤包含以下子步骤：

网络服务器在寻呼区域寻呼该用户设备，该用户设备回应寻呼；

所述网络服务器通过非接入层信令通知所述用户设备所述新的业务层地址。

其中，所述用户设备处于空闲状态。

此外在所述方法中，还包含以下步骤：

所述用户设备使用所述新的业务层地址向已经注册的业务服务器进行重新注册。

此外在所述方法中，还包含以下步骤：

在所述用户设备重新注册前执行安全认证过程。

此外在所述方法中，核心网侧设备判断用户设备当前所在的锚点是否最优，如果是则继续留在该锚点，否则选择最优的锚点作为新锚点执行所述步骤A、B。

此外在所述方法中，所述核心网侧设备根据以下信息之一或其任意组合选判断锚点是否最优：

锚点和移动管理实体/用户面实体之间的路由度量；以及，

锚点的资源负载程度。

此外在所述方法中，判断用户设备当前所在的锚点是否最优的所述核心网侧设备是移动管理实体/用户面实体或用户设备当前所在锚点。

此外在所述方法中，所述新、旧锚点根据网管命令执行所述步骤A和B。

本发明还提供了一种演进网络，包含：

旧锚点，用于释放用户设备的业务层地址和用户面承载；

新锚点，用于为所述用户设备分配新的业务层地址并重建用户面承载，再通知该用户设备更新为该业务层地址；

网络服务器，用于在寻呼区域寻呼用户设备，并在用户设备回应寻呼后，通过非接入层信令通知所述用户设备所述新的业务层地址。

通过比较可以发现，本发明的技术方案与现有技术的主要区别在于，提出了在LTE中UE锚点迁移的实用方法，即在旧锚点释放UE的业务层地址和用户面承载，在新锚点为该UE分配新的业务层地址和用户面承载，并通知UE更新为新地址。使得UE的锚点不再固定在某一个位置，为锚点的优化提供了基础。

需要迁移锚点的UE是处于Idle状态的UE，通过寻呼机制，可以在不知道UE确切位置时也能够及时将新地址通知到UE。

如果UE已注册了业务，则要向提供业务的业务服务器进行重新注册。这样使用户的业务不会因为锚点的迁移而产生任何影响。在重新注册前还可以进行安全认证，以进一步提高业务的安全性。

有两种方式触发UE锚点的迁移，一种是MME/UPE或UE当前锚点判定有比该当前锚点更优的锚点时触发迁移，可以根据MME/UPE与锚点的路由度量(或可称为“距离”)或锚点的资源负载程度确定哪一个锚点更优；另一种是由网管根据某种需要(如测试、主备倒换等)强制触发迁移。

附图说明

图1是根据现有技术中UMTS系统结构图；

图2是根据现有技术中UTRAN系统结构图；

图3是根据现有技术中PS域系统结构图；

图4是根据现有技术中的演进网络结构图；

图5是根据现有技术中非实时业务的MME/UPE重新选择过程示意图；

图6是根据现有技术中实时业务的MME/UPE重新选择过程示意图；

图7是根据现有技术中演进网络的规划示意图；

图8是根据本发明第一实施方式的演进网络架构下UE锚点迁移的方法；

图9是根据本发明第二实施方式的演进网络架构下UE锚点迁移的方法；

图10是根据本发明第三实施方式的演进网络架构下UE锚点迁移的方法；

图11是根据本发明第四实施方式的演进网络结构图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

本发明的核心在于，由核心网侧设备判断UE当前所在的锚点是否最优，如果是，则将该UE继续留在该锚点，否则选择最优的锚点作为新锚点，通过该新锚点为该UE分配新的业务层地址并重建用户面承载，再通知该UE更新为该业务层地址，并在旧锚点释放该UE的业务层地址和用户面承载，将该UE的锚点迁移到该新锚点。使得UE的锚点不再固定在某一个位置，为锚点的优化提供了基础。

以上对本发明的原理做了简要说明，下面根据该原理对本发明的第一实施方式演进网络架构下UE锚点迁移的方法进行详细阐述。在本实施方式中，核心网侧设备是MME/UPE或UE当前所在的锚点，其中，MME/UPE位于一个网络实体中。本实施方式中的UE处于空闲状态下。

如图8所示，在步骤801中，核心网侧设备判断是否需要迁移UE当前的锚点。具体地说，可分为两种情况，一种情况是：MME/UPE或UE当前的锚点根据静态配置或动态协商等多种方式判断该锚点是否为UE当前最优的锚点，如果是，则将UE继续留在该锚点，否则选择最优的锚点作为UE的新锚点，进入步骤802。

比如说，MME/UPE通过和UE当前的锚点实时交互相关的指令、参数来决定是否发起空闲状态下UE的迁移。例如，UE当前的锚点可通过时间触发机制定期地向和它签约的MME/UPE发送指令，该指令中包含有UE负载的指示，不准备接入新终端的指示，或需要分批迁移空闲状态下UE的参数等。使得MME/UPE可以较明确地获知该锚点当前的资源负载程度，从而决定该锚点是否为UE当前最优的锚点。当然，UE当前的锚点也可以通过事件触发机制来实时交互相关参数。

或者，根据锚点和MME/UPE之间的路由度量判断该锚点是否为UE当前最优的锚点。比如说，UE在处于激活态下时可能移动到了不同的服务区域，但当该UE的业务结束后，MME/UPE根据UE服务区的标识或其他参数判定目前为该UE服务的锚点不是最合适的，因此，将根据锚点负荷，路由度量等参数为该UE选择一个最优的新锚点。

由于MME/UPE可根据与UE当前的锚点间实时交互的参数得知该锚点的负载是否已经过重(即有效连接数目过多)，如果是，则为该UE选择最优的锚点作为新锚点，避免了当该UE从空闲状态转变为激活态时，通信质量受到影响。

另一种情况是：UE的锚点由于一些其他原因需要被迁移(如单板故障，网络维护等)，那么，UE当前的锚点将主动向MME/UPE发起锚点迁移的请求。MME/UPE在接收到该请求后，将同样根据锚点负荷，路由度量等参数为该锚点下处于空闲状态的UE选择一个最优的新锚点，进入步骤802。

在步骤802中，MME/UPE请求新锚点为该UE分配新的业务层地址并重建用户面承载。具体地说，MME/UPE将该UE的PDP上下文请求发送到所选择的新锚点，该PDP上下文请求消息中包含MME/UPE的地址，QoSNegotiated(服务质量协商)，serving network identity(服务网络标识)，CGI/SAI，RAT type等参数，并请求该新锚点分配该UE的业务层IP地址。该新锚点分配该UE的业务层IP地址的方式可以通过查询域名服务器(Domain Name Server，简称“DNS”)等多种方式进行。

接着，进入步骤803，该新锚点为该UE分配完新的业务层IP地址并重建用户面承载后，向MME/UPE返回响应。

接着，进入步骤804，旧锚点释放UE的业务层地址和用户面承载。也就是说，MME/UPE删除与该UE的旧锚点间的相互关联，需要说明的是，本步骤与本流程的其他步骤并没有必然的先后顺序，也就是说，本步骤也可以在MME/UPE与UE的新锚点建立好连接关系之前执行，或者，在步骤805至步骤811的任何时刻执行。

在步骤805中，MME/UPE在寻呼区域内寻呼该UE。具体地说，由于需要迁移锚点的UE是处于空闲状态的UE，因此，需要在该UE的寻呼区域内进行寻呼，找到该UE。

接着，在步骤806中，该UE向MME/UPE返回寻呼响应。

接着，在步骤807中，MME/UPE通知UE新的业务层IP地址。具体地说，MME/UPE通过非接入层信令将该新锚点所分配的新的业务层IP地址通知给UE。如果该UE已在业务服务器中注册过，则MME/UPE还将指示该UE向高层服务网络重新注册。使用户的业务不会因为锚点的迁移而产生任何影响。

接着，在步骤808中，UE根据所获取的业务层IP地址，重新配置IP层面参数。

接着，进入步骤809，UE向MME/UPE发起服务请求。

在步骤810中，如果该UE被指示需要向高层服务网络重新注册，则由于安全密钥的实效等原因，该UE在重新注册之前，需要执行安全认证过程，以进一步提高业务的安全性。如果该UE不需要向高层服务网络重新注册，则跳过本步骤。

接着，在步骤811中，UE根据指示，使用新的业务层IP地址向高层服务网络IMS，也就是已经注册的业务服务器进行重新注册。

本发明的第二实施方式演进网络架构下UE锚点迁移的方法与第一实施方式大致相同，其区别仅在于，在第一实施方式中，MME/UPE位于同一个网络实体中，UE当前的锚点位于另一个网络实体中，而在本实施方式中，UPE与UE当前的锚点位于一个网络实体中，而MME位于另一个网络实体中，如图9所示。但步骤901至步骤911与步骤801至步骤811完全相同，在此不再赘述。

本发明的第三实施方式演进网络架构下UE锚点迁移的方法与第一实施方式大致相同，其区别仅在于，在第一实施方式中，MME/UPE位于同一个网络实体中，UE当前的锚点位于另一个网络实体中，而在本实施方式中，MME、UPEUE以及当前的锚点分别位于一个网络实体中，而MME位于另一个网络实体中，如图10所示。步骤1001对应于步骤801，步骤1002对应于步骤802至步骤803，步骤1003至步骤1010对应于步骤804至步骤811。

本发明第四实施方式的演进网络如图11所示，包含用于释放UE的业务层地址和用户面承载的旧锚点、用于为UE分配新的业务层地址并重建用户面承载，再通知该UE更新为该业务层地址的新锚点、以及网络服务器，用于在寻呼区域寻呼UE，并在UE回应寻呼后，通过非接入层信令通知该UE为其分配的新的业务层地址。

上述实施方式中所称的UPE是一个逻辑实体，在一些技术文献中UPE也可被称为LTE Anchor，这里所称的Anchor可以是3GPP Anchor或系统构架演进(System Architecture Evolution，简称“SAE”)Anchor。

虽然通过参照本发明的某些优选实施方式，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (9)

1.一种演进网络架构下用户设备锚点迁移的方法，其特征在于，包含以任意顺序执行的以下步骤：

A在旧锚点释放用户设备的业务层地址和用户面承载；

B在新锚点为所述用户设备分配新的业务层地址并重建用户面承载，再通知该用户设备更新为该业务层地址；

其中，将所述新的业务层地址通知所述用户设备的步骤包含以下子步骤：

网络服务器在寻呼区域寻呼该用户设备，该用户设备回应寻呼；

所述网络服务器通过非接入层信令通知所述用户设备所述新的业务层地址。

2.根据权利要求1所述的演进网络架构下用户设备锚点迁移的方法，其特征在于，所述用户设备处于空闲状态。

3.根据权利要求1所述的演进网络架构下用户设备锚点迁移的方法，其特征在于，还包含以下步骤：

所述用户设备使用所述新的业务层地址向已经注册的业务服务器进行重新注册。

4.根据权利要求3所述的演进网络架构下用户设备锚点迁移的方法，其特征在于，还包含以下步骤：

在所述用户设备重新注册前执行安全认证过程。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的演进网络架构下用户设备锚点迁移的方法，其特征在于，核心网侧设备判断用户设备当前所在的锚点是否最优，如果是则继续留在该锚点，否则选择最优的锚点作为新锚点执行所述步骤A、B。

6.根据权利要求5所述的演进网络架构下用户设备锚点迁移的方法，其特征在于，所述核心网侧设备根据以下信息之一或其任意组合选判断锚点是否最优：

锚点和移动管理实体/用户面实体之间的路由度量；以及，

锚点的资源负载程度。

7.根据权利要求5所述的演进网络架构下用户设备锚点迁移的方法，其特征在于，判断用户设备当前所在的锚点是否最优的所述核心网侧设备是移动管理实体/用户面实体或用户设备当前所在锚点。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的演进网络架构下用户设备锚点迁移的方法，其特征在于，所述新、旧锚点根据网管命令执行所述步骤A和B。

9.一种演进网络，其特征在于，包含：

旧锚点，用于释放用户设备的业务层地址和用户面承载；

新锚点，用于为所述用户设备分配新的业务层地址并重建用户面承载，再通知该用户设备更新为该业务层地址；

网络服务器，用于在寻呼区域寻呼用户设备，并在用户设备回应寻呼后，通过非接入层信令通知所述用户设备所述新的业务层地址。

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