CN101114928A - 一种实现负载均衡的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实现负载均衡的方法，应用在至少包括演进无线接入网(E－RAN)、一个以上移动性管理实体(MME)、一个以上用户面实体(UPE)的系统中，该方法为：用户设备进行网络附着或位置更新时，接入到服务MME；服务MME判断该UE是否已经附着，如果没有，为UE选择服务UPE，并附着到该服务UPE，结束本流程；如果有，服务MME判断是否需要转移该用户设备的服务UPE，如果需要，选择目标UPE并作为服务UPE，该UE附着到目标UPE，否则，将原UPE作为服务UPE，该UE附着到服务UPE，结束本流程。本发明利用若干UPE共同承担网络的负载，当UPE过载，或UPE重新启动时，UE能够快速转移到其他UPE。

Description

一种实现负载均衡的系统及方法

技术领域

本发明涉及移动通信技术领域，特别是指一种实现负载均衡系统及方法。

背景技术

通用移动通信系统(UMTS)是第三代合作伙伴计划(3GPP)组织制定的一种第三代移动通信系统的技术标准。目前，3GPP组织在研究UMTS网络向后演进的下一代网络，本文中将该网络称为“演进网络”，并制定演进网络的技术标准。演进网络具有很多新的特点，例如：只提供分组型业务，语音、视频电话等实时业务以分组的方式来提供；实现全因特网协议(IP)网络，网络中各节点设备通过IP网络互连，每个用户设备完成网络附着后，网络为其分配IP地址；更好的网络拓扑结构以提高网络的可靠性，设备之间可建立多对多关系，多个设备共同承担网络负载实现负载均衡。

图1描述了演进网络的结构。参见图1所示，演进网络由三部分组成，包括演进无线接入网(Evolved Radio Access Network，E-RAN)、演进分组核心网(Evolved Packet Core，EPC)和用户设备(User Equipment，UE)。E-RAN是指由若干演进基站(eNodeB)组成的演进无线接入网。演进分组核心网中有四个逻辑功能实体，即移动性管理实体(Mobility Management Entity，MME)、用户面实体(User Plane Entity，UPE)、3GPP锚点(3GPP Anchor)和SAE锚点(SAE Anchor)。MME实现移动性管理和S1接口的控制面功能，UPE实现用户数据的加密、头压缩、数据帧处理功能，3GPP Anchor作为2G/3G与演进网络之间移动时的用户面锚点，SAE Anchor作为3GPP系统与非3GPP系统之间移动时的用户面锚点。四个逻辑功能实体MME、UPE、3GPPAnchor和SAEAnchor如何部署在不同的物理设备，3GPP组织目前没有确定。图1描述的是MME和UPE部署在不同设备，而3GPP Anchor和SAE Anchor部署在同一设备的情况，E-RAN与MME/UPE之间为S1接口，其中E-RAN与MME的接口为控制面接口S1-c，E-RAN与UPE之间的接口为用户面接口S1-u。

演进网络的实际建设中，将部署一个以上的MME和UPE设备，并由这些MME和UPE共同承担网络的负载。在演进网络中，如何实现若干MME和UPE设备共同承担网络负载，是需要研究的课题。

3GPP制定的TS23.236技术标准中，提供了一种针对UMTS网络中CN节点负载均衡的方法，核心网(CN)包括移动交换中心(MSC)和服务GPRS支持节点(SGSN)，下面以SGSN为例说明该方法。

RNC与SGSN通过IP网络互连，形成多对多关系。若干个SGSN组成一个SGSN池，每个SGSN分配有1个或若干个网络资源标识(Network ResourceIdentity，NRI)，所有与这些SGSN互连的接入网络控制器(RNC)所覆盖的范围称为池区域(Pool Area)。UE第一次在池区域内执行网络附着时，由RNC在SGSN池内选择一个SGSN为UE提供服务，UE附着到该SGSN，该SGSN即为该UE的服务SGSN。UE成功附着后，服务SGSN为UE分配临时标识P-TMSI，并在P-TMSI中指出服务SGSN的NRI，服务SGSN还为UE提供一个用于控制周期路由区更新的周期时间(Period Time)。在池区域内，UE每次执行网络、路由区更新或发起业务呼叫时，在发送给RNC的消息中指出服务SGSN的NRI，RNC根据NRI选择UE的服务SGSN，因此UE在池区域内，由同一个SGSN为UE提供服务。

当SGSN过载或执行维护操作时，例如SGSN设备重启，由SGSN决定转移部分UE或全部UE到SGSN池内的其他SGSN中。转移的方法如下：

在UE执行网络附着或路由区更新时，服务SGSN判断是否需要转移UE，若需要转移，服务SGSN为UE分配一个P-TMSI，该P-TMSI中携带一个特殊的NullNRI。同时，服务SGSN为UE提供一个时间很短的周期时间(Period Time)，大约4秒。服务SGSN接受UE的附着请求，并在发给UE的消息中指出携带有NullNRI的P-TMSI和时间很短的周期时间。

UE根据新的周期时间启动周期路由更新定时器，在定时器超时时，UE使用新的P-TMSI发起路由区更新。RNC根据自身配置的SGSN的Null NRI，发现UE提供的NRI是特殊的Null NRI，RNC重新为UE选择服务SGSN并将路由区更新请求消息路由到新的SGSN中。UE执行正常的路由区更新过程，并附着到新的SGSN中。至此，UE从一个SGSN转移到另一个SGSN，并将一直由新的SGSN为UE提供服务，该SGSN为新的服务SGSN。新的服务SGSN为UE重新分配P-TMSI并指定正常的周期时间，P-TMSI中指出SGSN的正常NRI。

上述针对UMTS网络中CN节点负载均衡的方法的缺点在于：

1)转移UE的时间比较长，从SGSN决定转移UE到UE转移到新的SGSN，至少需要一个周期时间，例如4秒；

2)转移过程消息交互频繁，UE与SGSN需要建立/释放两次信令连接，导致网络开销过大，如果短时间内转移的UE比较多，会导致设备负载加重。

而且，由于SGSN既实现控制面又实现用户面功能，而在演进网络中，MME实现控制面功能，UPE实现用户面功能，当MME和UPE设置在不同设备时，MME设备和UPE设备之间可建立多对多的控制和被控制关系，因此上述方法不能应用在MME和UPE分离的演进网络中，必须重新设计负载均衡的方法。

而且，由于SGSN既实现控制面又实现用户面功能，而在演进网络中，UPE实现用户面功能，当UPE设置在不同设备时，上述方法不能应用UPE分离的演进网络中，必须重新设计负载均衡的方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的是提供一种实现负载均衡的系统及方法，以解决在演进网络中负载不均衡的问题。

本发明提供的一种实现负载均衡的方法，应用于包括演进无线接入网(E-RAN)、一个以上移动性管理实体(MME)、一个以上用户面实体(UPE)的系统中，该方法是这样实现的：

A.用户设备进行网络附着或位置更新时，接入到服务MME；

B.如果需要转移该用户设备的服务UPE，服务MME选择目标UPE，并将该用户设备附着到目标UPE。

在执行步骤A之前，该方法可以进一步包括：

A01、UPE向与其连接的MME提供负载状态信息；

A02、MME根据UPE上报的负载和状态信息，决定是否触发用户设备转移，如果是，则确定要转移的用户设备，并向确定的用户设备发送寻呼消息，在寻呼消息中指出用户设备标识和寻呼原因，其中寻呼原因为重附着；

A03、用户设备收到寻呼原因为重附着的寻呼消息后，立即发起网络附着，执行步骤A。

步骤A中用户设备接入到服务MME的步骤可以包括：

A10、用户设备与E-RAN建立无线连接；

A11、E-RAN收到来自用户设备的含有网络附着或位置更新消息的初始消息后，为用户设备选择服务MME，并发送连接请求消息至服务MME；

A12、服务MME判断是否需要转移MME，如果需要，则确定目标MME，目标MME作为服务MME与E-RAN之间建立信令连接，否则，服务MME与E-RAN之间建立信令连接。

在步骤A12中目标MME作为服务MME与E-RAN之间建立信令连接的步骤后，且在执行步骤B之前，该方法可以进一步包括：

A13、目标MME对该用户设备进行鉴权，如果鉴权通过，则在归属位置寄存器中进行位置更新，执行步骤B，否则，结束本流程。

如果该用户设备是非首次接入，步骤A11中所选择的服务MME为该用户设备上次附着的原MME，如果该用户设备是首次接入，则A11中所述服务MME根据预先配置的算法进行选择。

步骤B中服务MME可以根据UPE的负载和状态、用户设备签约数据的业务信息、路由优化以及家乡代理地址中的一种或几种因素选择目标UPE。

在步骤B之前，该方法可以包括：

B0、服务MME判断该用户设备是否已经附着，如果没有附着，则为该用户设备选择服务UPE，并附着到该服务UPE，结束本流程，否则，执行步骤B。

步骤B0中如果服务MME确定用户设备没有附着，则为用户设备选择服务UPE，并附着到该服务UPE的步骤可以包括：

B01、服务MME为该用户设备选择服务UPE，并向该服务UPE发送UPE附着请求；

B02、服务UPE收到该附着请求后，为该用户设备创建通信上下文、分配临时标识和IP地址；

B03、建立服务UPE与用户设备之间的用户面链路，服务UPE与用户设备协商加密的算法和参数，然后服务UPE向服务MME发送附着接受消息；

B04、服务MME收到附着接受消息后，通知用户设备附着完成。

步骤B中该用户设备附着到目标UPE的可以步骤包括：

B11、服务MME向目标UPE发送UPE附着请求；

B12、目标UPE收到附着请求后，判断该用户设备是否已经附着在本UPE，如果没有，为用户设备创建通信上下文、分配临时标识和IP地址，执行步骤B13，如果有，则执行步骤B13；

B13、建立目标UPE与用户设备之间的用户面链路，目标UPE与用户设备协商加密的算法和参数，然后目标UPE向服务MME发送附着接受消息；

B14、服务MME收到附着接受消息后，通知用户设备附着完成。

在步骤B14后，该方法可以进一步包括：

服务MME通知原UPE清除该用户设备的通信上下文。

所述UPE负载状态信息可以为UPE的当前负载状况、过载指示、UPE状态中的一种或几种组合。

步骤B03或步骤B13中所述加密算法和参数是通过MME在UPE和用户设备之间透传，或通过用户面提供的控制帧在UPE和用户设备之间传送。

步骤B中所述服务MME可以根据如下一种或几种情况判断是否需要转移该用户设备的服务UPE：

服务UPE的位置距离用户设备所在演进基站的距离太远导致传输时延太长，或者服务UPE的负载过重，或者服务UPE将进行重启操作。

本发明提供的一种实现负载均衡的系统包括：与用户设备连接的E-RAN、服务MME以及一个以上UPE，其中，

E-RAN，用于接收到来自用户设备的初始消息，将用户设备接入到服务MME；

服务MME，用于确定是否需要转移用户设备的服务UPE，如果需要转移，则为用户设备从所述一个以上UPE中选择目标UPE；

目标UPE，用于为该用户设备提供用户面功能。

所述服务MME是根据UPE的负载和状态、用户设备签约数据的业务信息、路由优化以及家乡代理地址中的一种或几种因素选择目标UPE。

通过上述方案可知，本发明的方法利用若干UPE共同承担网络的负载，由UE的服务MME判断当前是否需要转移UE的服务UPE，如果需要，则为该UE选择目标UPE，并直接向服务目标UPE发送附着请求，将该UE附着到目标UPE中，无须进行UE和E-RAN之间两次释放、建立的信令过程，由于每个UPE都是独立的物理实体，因此当UPE过载，或UPE重新启动时，UE能够快速转移到服务MME选择的其他负载较低的UPE，从而使演进网络负载均衡，有效的保障系统正常运行。

附图说明

图1为演进网络的结构示意图；

图2为实现本发明系统的组网结构示意图；

图3为实现本发明方法的流程示意图；

图4为本发明的UE执行网络附着的过程；

图5为本发明的UE执行跟踪区更新的过程；

图6为由网络发起的UE转移流程示意图。

具体实施方式

图2为演进网络中MME和UPE部署在不同设备时演进组网的结构示意图。参见图2所示，实现本发明的系统包括E-RAN、MME资源池、UPE资源池。其中，MME资源池包括一个以上MME，UPE资源池包括一个以上UPE。每个池区域内的移动用户由一个MME资源池和一个UPE资源池提供服务。图2中示出该池区域由k个E-RAN覆盖区组成，即E-RAN₁～E-RAN_k。MME资源池由m个MME组成，即MME1～MME_m；UPE资源池由n个UPE组成，即UPE₁～UPE_n。E-RAN与MME和UPE之间互连，形成多对多关系，即任意E-RAN与任意MME和UPE互连，UPE与锚相连。其中，锚包括3GPP锚和SAE锚，E-RAN可以通过IP网络与MME和UPE连接。

在本发明中，3GPP锚和SAE锚可以都作为一个独立的物理实体单独设置，也可以是设置在同一个物理实体中。MME和UPE可以都作为一个独立的物理实体单独设置，也可以是设置在同一个物理实体中，当MME与UPE设置在同一个物理实体中时，本发明中描述的MME与UPE之间的流程作为设备内部流程。当MME与UPE设置在不同的物理实体中时MME与UPE可以通过多种方式互连，具体采用何种方式本发明不作限定，两者之间可以通信即可。

由于MME和UPE之间为多对多关系，因此，1个MME可以控制若干UPE，而1个UPE可以由若干MME控制。当然，MME与UPE之间的实际控制与被控制关系取决于网络的实际配置。

在本发明的系统中，E-RAN用于接收到来自用户设备的初始消息，将用户设备接入到服务MME，服务MME用于确定是否需要转移用户设备的服务UPE，如果需要转移，则为用户设备从所述一个以上UPE中选择目标UPE；目标UPE，用于为该用户设备提供用户面功能。

本发明的方法是利用UPE资源池为池区域内的UE提供服务，共同承担网络负载。正常情况下，UE在池区域内由同一个UPE为其提供服务。为了实现UPE池内不同UPE之间的负载平衡，在UE进行附着和跟踪区更新过程中，网络侧根据自身资源状况，调整UE在UPE设备之间进行转移。

进一步地，本发明还可以利用MME资源池为池区域的UE提供服务，即：在UPE转移之前，网络侧根据自身资源状况，进行MME转移。

参见图3所示，实现本发明的方法包括以下步骤：

步骤301：用户设备进行网络附着或位置更新时，接入到服务MME。

步骤302：服务MME判断该UE是否已经附着，如果没有，执行步骤303，如果有，执行步骤304。

这里，服务MME可以通过判断是否还有该UE的通信上下文来确定该UE是不是已经附着，如果服务MME中含有该UE的通信上下文，则认为该UE已经附着，否则，认为该UE还没有附着。

步骤303：服务MME为UE选择服务UPE，并附着到该服务UPE，结束本流程。

步骤304：服务MME判断是否需要转移该用户设备到其他UPE，如果需要，选择目标UPE并将该UE附着到目标UPE，否则，将UE附着到原UPE，结束本流程。

用户设备接入到MME的步骤包括：用户设备与E-RAN建立无线连接；E-RAN收到来自用户设备的含有网络附着或位置更新消息的初始消息后，E-RAN为UE选择服务MME，并向服务MME发送连接请求消息；服务MME判断是否需要转移MME，如果需要，则确定目标MME，将目标MME作为服务MME，与E-RAN之间建立信令连接，否则，服务MME与E-RAN之间建立信令连接。

如果将目标MME作为服务MME，与E-RAN之间建立信令连接的步骤后，为了保障服务安全，目标MME还需要对该用户设备进行鉴权，如果鉴权通过，在HSS中进行位置更新，然后再进行后续处理步骤。

当UE开机时，首先需要执行网络附着，此时UE需要向E-RAN发送含有附着请求消息的初始消息。在UE已经附着到网络后，UE需要周期或定时的进行跟踪区更新，此时UE需要向E-RAN发送含有跟踪区更新请求消息的初始消息。

UE在非首次附着网络时，UE还应向E-RAN指示UE自身保存的MME ID和UPE ID。E-RAN将附着请求消息发送给MME ID所对应的MME。该MME判断是否需要转移MME，如果需要转移，则重新为该UE选择一个目标MME，并将该UE的附着请求发送给目标MME，再由目标MME执行后续UPE附着的处理步骤；如果不需要转移，则直接执行UPE附着的后续处理步骤，完成网络附着。

一旦UE成功附着到演进网络，将由同一个MME和UPE为UE提供服务，但是，为均衡网络负载，可以需要在MME池内不同MME之间转移UE。比如：MME负载超过一定上限，为避免MME严重过载，将部分UE转移到其他MME；MME需要系统重启，在系统重启之前一段时间内，将所有UE转移到其他MME中；O&M操作命令指示MME转移部分UE到其他MME，例如，MME资源池中配置了新的MME，如：新增MME，或系统重启之后的MME，为使新的MME能够快速承担网络的负载，可通过O&M命令指示负载较高的MME转移部分UE到新的MME。

当UE执行网络附着或跟踪区更新时，若当前的服务UPE不再适合为UE提供服务，如：服务UPE的位置距离UE所在eNodeB的距离太远导致传输时延太长，或者服务UPE的负载过重，或者服务UPE将进行重启操作，MME将为UE重新选择合适的UPE，并将UE从原服务UPE转移到目标UPE中。

在完成附着后，UE每次接入网络时，需要向E-RAN提供附着MME的标识MME ID，并根据MME ID选择服务MME，并将来自UE的信令消息路由到正确的服务MME。

图4是以UE从其他池区域漫游到本地池区域为例，详细描述UE执行网络附着的流程。

参见图4所示，本发明的UE执行网络附着的具体过程如下：

步骤401：用户开机后，UE搜索网络并选择了演进网络，UE与E-RAN建立无线连接，E-RAN为UE分配必要的信道资源，以便UE完成后续的流程处理，例如网络附着流程、跟踪区更新流程。UE与E-RAN之间如何建立无线连接，可以采用多种方式，但具体采用何种方式，不在本发明讨论范围之内。

步骤402：UE向E-RAN发送初始消息，初始消息中含有附着请求消息。这里，初始消息是指在空中接口中，用于承载UE发给MME的第一条消息的空口消息，例如，UE发给MME的第一条消息可以是附着请求消息，或者跟踪区更新请求消息、或者业务请求消息，这些消息作为消息数据被携带在初始消息中。

步骤403：E-RAN收到初始消息后，为UE选择服务MME并向所选MME发送一条连接请求消息，附着请求消息作为消息数据携带在连接请求消息中，消息中还携带E-RAN为连接分配的连接标识；否则，结束本流程。这里，连接请求消息是指E-RAN发送给MME的、针对某UE的第一条信令消息，用于为某个UE建立E-RAN和MME之间的信令连接。

这里，E-RAN通常是根据UE在初始消息中指示的MME ID选择服务MME，若UE未指出MME ID，E-RAN可根据具体设备实现方式选择服务MME，例如，若E-RAN可获得各MME的负载信息，可以根据负载信息来选择服务MME，若不能获得MME的负载信息，可以按顺序选择MME或随机选择服务MME，具体的选择方式与E-RAN的设备实现方式相关。

步骤404：服务MME收到连接请求后，如果接受该连接请求，则向E-RAN响应连接响应消息，消息中指出E-RAN分配的连接标识，执行步骤405；如果服务MME不接受该连接请求，则响应连接拒绝消息，在消息中指出拒绝的原因，结束本流程。

这里，服务MME是否接受该连接请求可以根据自身预先配置的信息以及当前资源状况确定。如：由于服务MME过载不能接受附着请求并决定转移UE，消息中指出拒绝的原因为转移UE，E-RAN将重新选择服务MME，将附着请求路由到新的服务MME。

步骤405：服务MME判断附着请求消息中是否携带有UE的临时标识和跟踪区标识(TAID)，如果没有，则认为UE在MME中是第一次附着，因此该MME中没有UE的通信上下文；如果有，服务MME根据临时标识和TAID确定UE的原附着MME的地址，MME向原附着MME请求转移UE的通信上下文，原附着MME将UE通信上下文传递给服务MME。

步骤406：服务MME从HSS获得该UE的用户信息，对该UE进行鉴权，如果鉴权通过，则执行步骤407；如果鉴权失败，则结束本流程。

这里，如果UE是第一次附着，核心网络侧需要对UE进行鉴权，但是如何对UE进行鉴权超出本发明范围。对于UE不是第一次附着网络的情况，网络侧也可以根据具体情况决定是否对UE鉴权，例如，运营商可以设定每次UE附着时都必须通过鉴权，也可以决定对第一次附着的进行鉴权，对非首次附着的不进行鉴权。

步骤407：服务MME为该UE分配临时标识，临时标识中指出服务MME的MME ID。MME ID可以是MME的网络资源标识(NRI)，也可以是MME的实际标识或其他类型的标识。

步骤408：服务MME向归属位置寄存器(HSS)发送位置更新消息，位置更新消息中至少携带TAID、MME ID和UE标识，如永久性标识(IMSI)。

步骤409：HSS存储位置更新消息中的信息，如TAID、MME ID和UE标识，然后向MME应答位置更新确认消息，确认消息中携带有用户在HSS中的签约数据。当然，用户的签约数据也可以由HSS通过其他消息发送给MME，MME收到签约数据后，再应答一条确认消息，例如，HSS向MME发送完位置更新确认消息后，再向MME发送一条插入签约数据消息，MME应答一条插入签约数据确认消息。

另外，HSS指示原附着MME清除UE的通信上下文，而原MME会指示原附着UPE清除UE的通信上下文和缺省IP承载，图中未示出。

步骤410：由于UE附着到MME的同时，还需要附着到UPE，因此MME需要为UE选择一个服务UPE。

MME可以参考以下因素选择UPE。

1)UPE的负载和状态。如：MME不能选择已经过载或正在进行维护的UPE，也不能选择即将重启或正在重启的UPE；

2)UE签约数据的业务信息。如：在UPE与Anchor合并时，不能选择无法接入指定外部PDN的UPE；

3)路由优化。如：MME应尽量选择路由最优的UPE，即距离eNodeB最近的UPE，或者说用户面路径延迟最小的UPE；

4)家乡代理(Home Agent)地址。如：MME为UE选择的UPE应能够访问签约数据中指定的Home Agent，若Anchor与UPE合并，则MME为UE选择的UPE就是Home Agent IP地址指定的UPE。

步骤411：MME为UE选择了服务UPE之后，向该服务UPE发送一条UPE附着请求，消息中指出MME ID、UE的临时标识、安全参数、签约数据，其中签约数据中指示UPE是否为UE建立缺省IP承载，若需要建立，同时指出缺省IP承载的QoS参数。

步骤412：UPE收到来自MME的UPE附着请求后，判断UE是否已经附着在本UPE中，如果没有，即UE是第一次在该UPE中附着，UPE为UE创建通信上下文、分配临时标识和IP地址，UPE存储UPE附着请求消息携带的参数，例如MME标识、MME分配的临时标识、安全参数和签约数据，如果UE已经附着在本UPE中，执行步骤413。

步骤413：若UPE附着请求消息中的签约数据指示需要为UE建立缺省IP承载，UPE向Anchor发送一条路由更新请求消息，消息中指出缺省IP承载的QoS参数；如果没有指示需要为UE建立缺省IP承载呢。

步骤414：Anchor收到路由更新请求消息后，根据缺省IP承载的QoS参数为缺省IP承载分配IP链路资源，完成到UPE的IP承载路由的建立，然后向UPE应答一条路由更新响应消息。

这里，若签约数据指示不要求建立缺省IP承载，则步骤413和414被省略；若Anchor与UPE合并且位于一个物理设备，则步骤413和414成为设备的内部流程。

步骤415：UPE、E-RAN和UE之间进行交互，建立UPE与UE之间的用户面链路，用于传输缺省IP承载的用户数据。UPE与UE之间的用户面链路，由UE与E-RAN之间的无线接入承载RB和E-RAN与UPE之间的无线接入承载RAB组成，如何建立UPE与UE之间的用户面链路超出本发明范围。

若步骤409中的用户签约数据指示不为UE建立缺省IP承载，则步骤415建立RAB/RB的过程可以省略。

步骤416：由于UPE需要实现对用户面数据的加密，因此UE附着到UPE时，UPE与UE需要协商加密算法和参数。

UPE与UE协商加密算法和参数，可以有两种方式：

方式一，UPE与UE协商时交换的信令消息由MME透传；

方式二，UPE与UE直接通过用户面提供的控制帧协商。

当然，本发明并不限定UPE与UE如何协商加密算法和参数。

步骤417：UPE向MME发送一条UPE附着接受消息，消息中至少携带UPE为UE分配的IP地址和临时标识。

步骤418：MME收到该附着接受消息后，向UE应答一条附着接受消息，消息中至少携带MME和UPE为UE分配的临时标识和IP地址。其中，MME为UE分配的临时标识中指出了服务MME的MME ID，UPE为UE分配的临时标识中指出了服务UPE的UPE ID。

步骤419：UE收到该附着接受消息后，存储附着接受消息中携带的临时标识和IP地址等参数，并向MME应答一条附着完成消息，指示新的临时标识和IP地址已经被使用。

至此，UE完成到演进网络的附着，获得网络分配的临时标识和IP地址，并建立了所需要的缺省IP承载。UE完成网络附着后，若用户签约了IMS业务且需要进行IMS注册，UE发起IMS注册过程。UE如何执行具体的IMS注册，超出本发明的范围。需要说明的是，图4是以MME和UPE同时为UE分配临时标识为例，MME分配的临时标识中指示有MME ID，而UPE分配的临时标识中指示有UPEID。如果只由MME为UE分配临时标识，那么临时标识中除了指示MME ID外，还应指出UPE ID，同时UPE将以MME分配的临时标识作为UE的标识。

上述实施例描述的是UE进入本地池区域发起网络附着的过程，如果UE进入本地池区域发起跟踪区更新，其流程与图4完全相同，只是UE与MME交互的消息是跟踪区更新请求、跟踪区更新接受和跟踪区更新完成消息。

图5所示为UE成功附着后，在池区域内执行跟踪区更新时，服务MME为UE重选服务UPE并完成UE转移的过程。

参见图5所示，其具体流程如下：

步骤501：与步骤401相同。

步骤502：UE与E-RAN建立无线连接后，向E-RAN发送一条初始消息，初始消息中含有跟踪区更新请求消息，消息中还指出UE附着的MME标识(MMEID)。

步骤503：E-RAN收到初始消息后，E-RAN根据MME ID选择服务MME并向服务MME发送一条连接请求消息，跟踪区更新请求消息作为消息数据携带在连接请求消息中，消息中还携带E-RAN为UE分配的连接标识。这里，连接请求是指E-RAN发送给MME的、针对某UE的第一条信令消息，用于为某个UE建立E-RAN和MME之间的信令连接。

步骤504～505与步骤404～405相同。

步骤506：服务MME为UE重新分配临时标识，临时标识中指出服务MME的MME ID。MME ID可以是MME的网络资源标识NRI，也可以是MME的实际标识或其他类型的标识。并且，MME判断UE的跟踪区位置是否发生改变，如果发生改变，则执行步骤507，否则，执行步骤509。

这里，由于UE已经附着在服务MME中，因此服务MME无需从其他MME中获取UE通信上下文。而且也可以不为UE分配临时标识，这可以取决于设备的实现和具体情况。

步骤507～508与步骤408～409相同。

步骤509：服务MME判断当前服务UPE不适合为该UE提供服务，例如，UPE到UE所在eNodeB的传输时延超过指定门限，或者路由不优化，或者服务UPE已经过载，或服务UPE即将重启等情况，服务MME为UE重新选择UPE。

步骤510：服务MME向UPE发送一条UPE附着请求，消息中指出MMEID、UE的临时标识、安全参数、签约数据，其中签约数据中指示UPE是否为UE建立缺省IP承载，若需要建立，同时指出缺省IP承载的QoS参数。

步骤511～516与步骤412～417相同。

步骤517：服务MME向原UPE发送一条UPE去附着请求，指示原UPE清除UE的通信上下文。

步骤518：原UPE与Anchor释放缺省IP承载。若UPE与Anchor合并，则步骤518省略，或者UPE到Anchor的缺省IP承载不存在，步骤518也可以省略。

步骤519：原UPE清除UE的通信上下文后，向服务MME应答一条UPE去附着接受，指出原UPE已经清除UE的通信上下文。

步骤520～521与步骤418～419相同。

从上面可以看出，UE成功附着之后，通常由相同的MME和UPE为UE提供服务。但是，当UE再次执行网络附着或跟踪区更新时，若当前的服务UPE不再适合为UE提供服务，MME将为UE重新选择合适的目标UPE，并将UE从原服务UPE转移到目标UPE中。

在很多情况下，网络需要主动地在UPE池内不同UPE之间转移UE，比如：

(1)UPE负载超过一定上限，为避免UPE严重过载，将部分UE转移到其他UPE；

(2)UPE需要系统重启，在系统重启之前一段时间内，将所有UE转移到其他UPE中；

(3)O&M操作命令指示UPE转移部分UE到其他UPE，例如，UPE资源池中使用了新的UPE，如新购的UPE或系统重启之后的UPE，为使新的UPE能够快速承担网络的负载。

在UPE之间主动地转移UE的核心思想是：UPE向MME上报负载和/或状态信息，MME根据当前负载状况确定需要转移UPE的UE并寻呼UE，指示UE发起网络附着；UE收到该寻呼后，发起新的网络附着过程，服务MME为UE重新选择新的UPE，并完成到新的UPE的附着。在UE发起新的网络附着过程中，服务MME根据附着请求消息中携带的临时标识可确定服务UPE，由于该UPE已经过载，或者即将重启，或者O&M命令指示要转移部分UE，服务MME为UE重选UPE，并向新的UPE请求附着。当然，此时如果服务UPE不能满足路由优化要求，服务MME也会为UE重选UPE。

UPE上报MME的负载和/或状态信息包括：

1)UPE的当前负载，如何评价UPE的负载超出本发明的范围；

2)过载指示，指出UPE当前是否过载；

3)状态信息，例如，UPE是否即将重启。可以是以上信息的任意组合，过载指示也可以作为状态信息的一种。UPE如何上报负载和/或状态信息超出本发明范围，但通常是当负载或状态发生改变时，或者周期性触发上报，UPE向MME发送一条信令消息。

对于已经完成网络附着的UE，服务MME存储有UE的通信上下文、记录有UE的状态信息，如：激活态或者空闲态。对于空闲态UE，由于用户未激活业务，转移UE不会对用户的业务产生影响，因此服务MME可以转移空闲态UE。但是UPE中有大量处于空闲态的UE，如果同时或短时间内转移这些UE，会导致网络负载急剧增加，严重时会导致系统过载，因此服务MME应建立一定的机制以保证转移UE时不导致系统负载过重，例如，服务MME每隔一定时间转移一个或几个UE。

为更加清楚地描述本发明中UE在UPE之间转移的方案，下面以UPE过载导致UE转移为例，说明网络主动转移UE的流程。

参见图6所示，本实施例的具体流程如下：

步骤601：UPE资源池内，所有UPE向控制它的MME提供负载和状态信息，UPE向MME发送一条负载状态指示消息，消息中指出UPE的当前负载和/或状态。负载状态指示消息中包括参数：UPE的当前负载、过载指示、状态信息。

步骤602：MME根据UPE上报的负载和状态信息，决定是否触发UE转移。例如，若某UPE上报的负载超过设定的上限，或者UPE上报的状态显示UPE已经过载，则触发UE转移。同时MME决定转移哪个UE，被转移UE的选择方法与MME设备实现相关，这里不在赘述。

步骤603：确定要转移的UE后，MME向UE发送寻呼消息，在寻呼消息中指出UE的标识，例如UE的临时标识，以及寻呼原因，其中寻呼原因为“跟踪区更新”。

步骤604：UE收到寻呼原因为“跟踪区更新”的寻呼消息后，立即发起跟踪区更新。UE执行跟踪区更新，跟踪区更新的过程与正常的跟踪区更新过程相同。在执行跟踪区更新过程中，服务MME会检查服务UPE的负载和状态、甚至路由优化情况，由于服务UPE已经过载，因此服务MME为UE重选UPE并完成到新UPE的附着。

也可以在寻呼消息中指示UE执行网络附着，例如寻呼原因为“重附着”，UE将执行重附着过程，在重附着过程中被转移到新的UPE中。

通常，服务MME中记录有UE的跟踪区位置，因此服务MME请求跟踪区内的E-RAN寻呼UE，具体的寻呼过程以及E-RAN如何寻呼UE超出本发明范围。

需要说明的是，本发明所称的负载平衡是指不论演进网络中GPP Anchor和SAE Anchor如何部署，而MME和UPE部署在不同物理设备时的负载平衡。

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 (15)

1.一种实现负载均衡的方法，应用于包括演进无线接入网E-RAN、一个以上移动性管理实体MME、一个以上用户面实体UPE的系统中，其特征在于，该方法包括以下步骤：

A.用户设备进行网络附着或位置更新时，接入到服务MME；

B.如果需要转移该用户设备的服务UPE，服务MME选择目标UPE，并将该用户设备附着到目标UPE。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在执行步骤A之前，该方法进一步包括：

A01、UPE向与其连接的MME提供负载状态信息；

A02、MME根据UPE上报的负载和状态信息，决定是否触发用户设备转移，如果是，则确定要转移的用户设备，并向确定的用户设备发送寻呼消息，在寻呼消息中指出用户设备标识和寻呼原因，其中寻呼原因为重附着；

A03、用户设备收到寻呼原因为重附着的寻呼消息后，立即发起网络附着，执行步骤A。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤A中用户设备接入到服务MME的步骤包括：

A10、用户设备与E-RAN建立无线连接；

A11、E-RAN收到来自用户设备的含有网络附着或位置更新消息的初始消息后，为用户设备选择服务MME，并发送连接请求消息至服务MME；

A12、服务MME判断是否需要转移MME，如果需要，则确定目标MME，目标MME作为服务MME与E-RAN之间建立信令连接，否则，服务MME与E-RAN之间建立信令连接。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在步骤A12中目标MME作为服务MME与E-RAN之间建立信令连接的步骤后，且在执行步骤B之前，该方法进一步包括：

A13、目标MME对该用户设备进行鉴权，如果鉴权通过，则在归属位置寄存器中进行位置更新，执行步骤B，否则，结束本流程。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，如果该用户设备是非首次接入，步骤A11中所选择的服务MME为该用户设备上次附着的原MME，如果该用户设备是首次接入，则A11中所述服务MME根据预先配置的算法进行选择。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

步骤B中服务MME是根据UPE的负载和状态、用户设备签约数据的业务信息、路由优化以及家乡代理地址中的一种或几种因素选择目标UPE。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤B之前，该方法进一步包括：

B0、服务MME判断该用户设备是否已经附着，如果没有附着，则为该用户设备选择服务UPE，并附着到该服务UPE，结束本流程，否则，执行步骤B。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤B0中如果服务MME确定用户设备没有附着，则为用户设备选择服务UPE，并附着到该服务UPE的步骤包括：

B01、服务MME为该用户设备选择服务UPE，并向该服务UPE发送UPE附着请求；

B02、服务UPE收到该附着请求后，为该用户设备创建通信上下文、分配临时标识和IP地址；

B03、建立服务UPE与用户设备之间的用户面链路，服务UPE与用户设备协商加密的算法和参数，然后服务UPE向服务MME发送附着接受消息；

B04、服务MME收到附着接受消息后，通知用户设备附着完成。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤B中该用户设备附着到目标UPE的步骤包括：

B11、服务MME向目标UPE发送UPE附着请求；

B12、目标UPE收到附着请求后，判断该用户设备是否已经附着在本UPE，如果没有，为用户设备创建通信上下文、分配临时标识和IP地址，执行步骤B13，如果有，则执行步骤B13；

B13、建立目标UPE与用户设备之间的用户面链路，目标UPE与用户设备协商加密的算法和参数，然后目标UPE向服务MME发送附着接受消息；

B14、服务MME收到附着接受消息后，通知用户设备附着完成。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在步骤B14后，该方法进一步包括：

服务MME通知原UPE清除该用户设备的通信上下文。

11.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述UPE负载状态信息为UPE的当前负载状况、过载指示、UPE状态中的一种或几种组合。

12.根据权利要求8或9中所述的方法，其特征在于，步骤B03或步骤B13中所述加密算法和参数是通过MME在UPE和用户设备之间透传，或通过用户面提供的控制帧在UPE和用户设备之间传送。

13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤B中所述服务MME是根据如下一种或几种情况判断是否需要转移该用户设备的服务UPE：

服务UPE的位置距离用户设备所在演进基站的距离太远导致传输时延太长，或者服务UPE的负载过重，或者服务UPE将进行重启操作。

14.一种实现负载均衡的系统，其特征在于，该系统包括：与用户设备连接的E-RAN、服务MME以及一个以上UPE，其中，

E-RAN，用于接收到来自用户设备的初始消息，将用户设备接入到服务MME；

服务MME，用于确定是否需要转移用户设备的服务UPE，如果需要转移，则为用户设备从所述一个以上UPE中选择目标UPE；

目标UPE，用于为该用户设备提供用户面功能。

15.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述服务MME是根据UPE的负载和状态、用户设备签约数据的业务信息、路由优化以及家乡代理地址中的一种或几种因素选择目标UPE。

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