CN101321383B - 一种通信系统和方法、家用基站网关及归属用户服务器 - Google Patents
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Abstract
本发明的实施例提供了一种通信系统和方法、家用基站网关及归属用户服务器,解决了在现有通信系统中没有引入家用基站的问题。所述通信系统包括家用基站、第三方网络和家用基站网关,所述家用基站用于通过第一地址与家用基站网关进行通信,所述第一地址用于在第三方网络中唯一确定家用基站;所述第三方网络用于连接家用基站和家用基站网关;所述家用基站网关用于使家用基站使用第二地址与通信网络中其它节点进行通信,所述第二地址用于在通信网络中唯一确定家用基站。本发明的实施例描述了家用基站接入到分组数据网络的情况,可充分发挥家用基站的作用。
Description
技术领域
本发明涉及一种通信技术,尤其涉及一种通信系统和方法、家用基站网关及归属用户服务器。
背景技术
随着Internet(互联网)业务的蓬勃发展,以及宽带接入网络和无线网络的广泛应用,高速、便捷地接入网络是人们追求的目标。为了更好的利用现有网络的资源,保护网络设备运营商的成本,3GPP(3rd Generation PartnershipProject,第三代移动通信标准化组织)引入了Home NB(家用基站)的概念。家用基站是指小型化的、家庭或者办公室用的小基站,可能是完全私有的,也可以在设置不同优先级、权限的情况下,开放给大众使用,其所有权归私人,而不是归政府或者运营商;其使用对象则可能是小范围的用户,也可能是大范围的用户。采用家用基站来实现无线接入,能够更好的利用现有网络资源,更多的节约网络设备运营商的成本,融合移动接入网络和固定接入网络的各自优点。
考虑到未来网络的竞争能力,3GPP正在研究一种全新的演进网络架构以满足未来十年甚至更长时间内移动网络的应用需求,所述演进网络也称作SAE(System Architecture Evolution,系统架构演进)/LTE(Long Term Evolution,长期演进)网络,所述演进网络的接入网称为E-UTRAN(Evolved UMTSTerritorial Radio Access Network,演进的UMTS(Universal MobileTelecommunications System,通用移动通信系统)陆地无线接入网)。网络演进的目标是希望提供一种低时延、高数据速率、高系统容量和覆盖、低成本、 完全基于IP的网络。
演进络架构的核心网包括移动性管理实体(Mobility Management Entity,MME)、服务网关(Serving GW)以及归属网络服务器(Home Subscriber Server,HSS)等功能实体。其中,所述MME负责控制面的移动性管理,包括用户上下文和移动状态管理,分配用户临时身份标识等,对应于当前GPRS(GeneralPacket Radio Service,通用分组无线业务)/UMTS(Universal MobileTelecommunication System,通用移动通信系统)系统内部SGSN(Serving GPRSSupport Node,服务GPRS支持节点)的控制平面部分;Serving GW负责空闲状态下为下行数据发起寻呼,管理保存IP承载参数和网络内路由信息等,对应于当前GPRS/UMTS系统内部SGSN和GGSN(Gateway GPRS Support Node,网关GPRS支持节点)的数据平面部分;HSS用于存储用户签约信息。
在现有技术中,由于家用基站还没有被引入E-UTRAN中,也没有被引入其它网络(如UMTS网络)中,使得家用基站的优点不能在通信网络(如SAE/LTE网络、UMTS网络)中体现,这样,严重限制了家用基站的发展。
发明内容
本发明的实施例提供了一种通信系统和方法、家用基站网关及归属用户服务器,解决了在通信系统中没有引入家用基站的问题。
本发明的实施例提供了一种通信系统,包括家用基站、第三方网络和家用基站网关,
所述家用基站用于通过第一地址与家用基站网关进行通信,所述第一地址用于在第三方网络中唯一确定家用基站;
所述第三方网络用于连接家用基站和家用基站网关;
所述家用基站网关用于使家用基站使用第二地址与通信网络中其它节点进行通信,所述第二地址用于在通信网络中唯一确定家用基站;所述家用基站网关还用于从第三方网络中的归属用户服务器获得第一鉴权结果,从家用基站获得第二鉴权结果,并根据第二鉴权结果和第一鉴权结果进行鉴权。
本发明的实施例还提供了一种家用基站网关,包括:
存储单元,其包括第一存储单元,用于存储家用基站用户标识、第一地址 和第二地址;
接收单元,用于接收家用基站发送通信网络中其它节点的第一数据包和/或通信网络中其它节点发给家用基站的第二数据包,所述第一数据包的源地址为第一地址,所述第二数据包的目的地址为第二地址;
处理单元,用于根据所述存储单元存储的内容和所述接收单元接收的数据包的地址,将所述第一地址转换为第二地址,将所述第二地址转换为第一地址;还用于从第三方网络中的归属用户服务器获得第一鉴权结果,从家用基站获得第二鉴权结果,并根据第二鉴权结果和第一鉴权结果进行鉴权;
发送单元,用于发送所述处理单元处理的数据包。
本发明的实施例还提供了一种归属用户服务器,包括:
接收单元,用于接收鉴权信息请求消息,所述鉴权信息请求消息包括家用基站用户标识;
存储单元,其包括第一存储单元,用于存储家用基站用户标识和与家用基站用户标识对应的基本密钥和鉴权算法;
鉴权单元,用于根据所述接收单元接收的家用基站用户标识和该家用基站用户标识对应的基本密钥对家用基站进行鉴权,获得第一鉴权结果,以供家用基站网关根据第一鉴权结果以及从家用基站获得的第二鉴权结果进行鉴权。
本发明的实施例还提供了一种通信方法,包括:
家用基站与家用基站网关使用第一地址进行通信,所述第一地址用于在第三方网络中唯一确定家用基站;
家用基站网关使家用基站使用第二地址与通信网络中其它节点进行通信,所述第二地址用于在通信网络中唯一确定家用基站;
所述家用基站网关还用于从第三方网络中的归属用户服务器获得第一鉴权结果,从家用基站获得第二鉴权结果,并根据第二鉴权结果和第一鉴权结果进行鉴权。
本发明的实施例描述了家用基站接入到通信系统的情况,可充分发挥家用基站的作用。
附图说明
图1示出了本发明实施例一的通信网络;
图2A示出了本发明实施例一的家用基站网关;
图2B示出了本发明实施例一的归属用户服务器;
图3示出了本发明实施例二的通信方法;
图4示出了本发明实施例四中家用基站的鉴权过程;
图5示出了本发明实施例五的分配的IP地址(IP2)的过程;
图6示出了本发明实施例五的分配网管面的IP地址(IP3)的过程;
图7示出了本发明实施例七的家用基站与HSS同步的过程;
图8示出了本发明实施例七的HSS与家用基站同步的过程;
图9示出了本发明实施例的安全关联建立后的协议栈;
图10示出了本发明实施例的控制面的协议栈;
图11示出了本发明实施例的业务控制功能的协议栈;
图12示出了本发明实施例的采用Logic OAM方式时的网络管理功能协议栈;
图13示出了本发明实施例的采用普通方式时的网络管理功能协议栈;
图14示出了本发明实施例的用户面协议栈。
具体实施方式
为了便于本领域一般技术人员理解和实现本发明,现结合附图描述本发明的实施例。
在下面的实施例中,以SAE/LTE网络为例来描述本发明的通信系统和方法。
实施例一
如图1所示,本实施例提供了一种带有家用基站的通信系统。
本实施例描述本发明的通信系统,所述通信系统包括用户设备(UE)、家用基站(HNB)、第三方网络、家用基站网关(HNBGW)、归属用户服务器(HSS)、移动性管理实体(MME)和服务网关(Serving GW)等节点。下面分别介绍本实施例通信系统的各个部分。
所述用户设备用于通过所述家用基站和家用基站网关接入核心网,以便与 其它网络节点通信。
所述家用基站用于通过第一地址(即下文中的IP1)与家用基站网关进行通信,所述第一地址用于在第三方网络(如Internet)中唯一确定家用基站。所述家用基站还用于存储使用该基站的家用基站用户标识(HNB ID)、鉴权用的基本密钥、鉴权算法、加密算法以及用户列表等,并提供空口接入功能和接入限制功能,所述空口接入功能用于将用户设备通过无线链路与家用基站相连,所述限制功能可通过用户列表来实现,即在用户列表中列出的用户可以接入,而不在用户列表中的用户不允许接入。家用基站和家用基站网关之间的链路可由第三方提供,比如采用第三方提供的xDSL(xDSL是DSL(DigitalSubscriber Line)的统称,即数字用户线路)线路、Ethernet(以太网)等等。家用基站可以通过家用基站网关和MME、服务网关、OAM、HSS等网络节点相链接。
所述第三方网络用于连接家用基站和家用基站网关,所述第三方网络可以是Internet。
所述家用基站网关用于使家用基站使用第二地址(即下文中的IP2)与通信网络中其它节点(如,移动性管理实体、服务网关、HSS等)进行通信,所述第二地址用于在通信网络中唯一确定家用基站。这样,家用基站网关可将家用基站通过第一地址和第二地址与通信网络中其它节点进行通信。家用基站网关和MME、服务网关、HSS、OAM之间存在接口,其中与MME之间的接口主要是用来传递一些UE相关的控制信息;与服务网关之间的接口主要是用户面的数据传输,与HSS之间的接口主要是家用基站网关需要从HSS处获取一些关于家用基站的业务控制信息;与OAM之间的接口用于对家用基站提供管理功能。
如图2A所示,所述家用基站网关包括:存储单元,其包括第一存储单元,用于存储家用基站用户标识、第一地址、第二地址;接收单元,用于接收家用基站发送通信网络中其它节点的第一数据包和/或通信网络中其它节点发给家 用基站的第二数据包,所述第一数据包的源地址为第一地址,所述第二数据包的目的地址为第二地址;处理单元,用于根据所述存储单元存储的内容和所述接收单元接收的数据包的地址,将所述第一地址转换为第二地址,将所述第二地址转换为第一地址;发送单元,用于发送所述处理单元处理的数据包。所述处理单元包括:确定单元,用于确定所述接收单元接收的数据包;获得单元,用于当所述确定单元确定的数据包为第一数据包时,根据所述存储单元存储的内容和所述第一地址获得第二地址;当所述确定单元确定的数据包为第二数据包时,根据所述存储单元存储的内容和所述第二地址获得第一地址;设置单元,用于将所述获得单元获得的地址设为数据包目的地址。
所述HSS用来保存家用基站用户标识、该家用基站用户标识对应的签约信息、该家用基站用户标识对应的用户列表、该家用基站用户标识所对应的基本密钥、鉴权算法,该家用基站的设备标识以及厂商信息、与家用基站相链接的家用基站网关地址等,当家用基站接入到网络时,HSS需要对家用基站进行鉴权。该HSS可以与原来的E-UTRAN网络中的用来保存用户签约信息的服务器是同一个服务器,也可以是一个新的服务器。如图2B所示,所述HSS包括:接收单元,用于接收鉴权信息请求消息,所述鉴权信息请求消息包括家用基站用户标识;存储单元,其包括第一存储单元,用于存储家用基站用户标识和与家用基站用户标识对应的基本密钥,第二存储单元,用于存储家用基站用户的签约信息、用户群组所包括的用户列表,以便其它网络节点利用所述家用基站用户的签约信息、用户群组所包括的用户列表对家用基站的通信进行控制;鉴权单元,用于根据所述接收单元接收的家用基站用户标识和该家用基站用户标识对应的基本密钥对家用基站进行鉴权;第一处理单元和/或第二处理单元。所述第一处理单元用于对所述第二存储单元存储的用户列表进行修改,并将修改结果同步到家用基站的用户列表中。所述第二处理单元用于接收修改用户列表请求,并根据修改用户列表请求对所述第二存储单元存储的用户列表进行修改。
所述MME用于进行移动性管理、用户设备的鉴权和密钥管理、信令的加 密、完整性保护、管理和分配临时移动用户标识。所述MME还用于存储UE(用户设备)控制面上下文,所述UE控制面上下文包括UEID(用户设备标识)、用户设备状态(包括激活,待机)、用户设备所在的跟踪区等。
所述服务网关负责用户面处理,所述用户面处理包括数据的路由和转发、存储UE用户面上下文、家用基站切换时用户面支持、LTE_IDLE时下行数据触发/发起寻呼。所述UE用户面上下文包括基本IP承载信息、路由信息等。
所述OAM(操作、管理、维护实体)主要负责网管功能。
实施例二
如图3所示,本实施例描述本发明的通信方法。下面按照家用基站与网络之间建立链接并进行数据传输的过程来说明本发明的通信。
步骤31、家用基站上电后,获得第一地址(IP1),并通过家用基站网关的域名确定家用基站网关的地址,当确定家用基站网关的地址后,家用基站可接入到家用基站网关,所述第一地址用于在第三方网络中唯一确定家用基站。
步骤32、家用基站接入到家用基站网关后,家用基站向网络进行登记注册和鉴权,鉴权成功后,在家用基站网关和家用基站之间建立安全隧道。
步骤33、安全隧道建立完成后,DHCP(Dynamic Host Configration Protocol,动态主机配置协议)服务器为家用基站分配第二地址(IP2),所述第二地址为通信网络的内部IP地址,在通信网络中唯一确定一个家用基站。
步骤34、在开始进行数据传输前,每一个家用基站可以和家用基站网关之间建立有限的SCTP(Stream Control Transmission Protocol,流控制传输协议)链接,家用基站网关和MME之间也建立少量的SCTP链接,家用基站网关可以将家用基站网关和家用基站之间SCTP链接汇聚到家用基站网关和MME之间的SCTP链接中去。以便家用基站与家用基站网关之间使用第一地址进行通信,家用基站网关与移动性管理理实体使用第二地址进行通信。
网络侧可以通过HSS实现网络对家用基站的业务的控制,完成网络侧与家用基站之间业务信息的同步。
网络侧还可通过OAM对家用基站提供网络管理功能。
下面通过实施例三至实施例九分别描述上述各个通信步骤。
实施例三
本实施例描述家用基站接入家用基站网关的过程(步骤31)。当家用基站上电后,第三方网络(例如Internet中的xDSL网络)会给该家用基站分配一个IP地址(如IP1),家用基站可使用IP1和家用基站网关相链接,家用基站确定家用基站网关地址的方法有三种。
1、将家用基站网关的域名手动输入家用基站中。
2、当家用基站采用机卡分离方案时,可以将家用基站网关的域名作为一个参数放在BSIM(Base Station Identifier Module,基站身份模块)卡中提供给家用基站。
3、可以将家用基站网关的域名放在第三方的DHCP服务器中,当DHCP服务器给家用基站回DHCP响应时,将家用基站网关的域名发送给家用基站。
家用基站在获得家用基站网关的域名后,然后使用该域名通过域名服务器解析出家用基站网关的IP地址,通过该IP地址接入家用基站网关。
实施例四
本实施例描述家用基站的鉴权过程(步骤32)。家用基站接入家用基站网关后,还需要向核心网进行登记和鉴权,以鉴别家用基站的合法性。如图4所示,下面详细描述家用基站的鉴权过程。
步骤41、家用基站在开机后,向家用基站网关发送登记请求消息(Register),所述登记请求消息包括家用基站用户标识(HNB ID),以便将家用基站用户标识发送给家用基站网关,所述家用基站用户标识是由使用该基站的用户在登记时获得的,其可以是BSIM ID(家用基站身份标识),也可以是家用基站设备标识。
步骤42、家用基站网关获得登记请求消息后,将登记请求消息中的家用基站用户标识设置在鉴权信息请求消息(AuthInfoReq)中,并将鉴权信息请求消 息发给HSS。
步骤43、HSS收到鉴权信息请求消息后,根据鉴权信息请求消息中的HNBID找到与该HNB ID相应的基本密钥,并产生随机数,以基本密钥和随机数为参数,执行鉴权算法,产生鉴权结果(Result1);同时HSS也可以根据基本密钥、随机数和特定的密钥产生算法生成衍生密钥,然后HSS向家用基站网关发送鉴权信息响应消息(AuthInfoResp),所述鉴权信息响应消息包括鉴权结果(Result1)、随机数和衍生密钥,以便将鉴权结果(Result1)、随机数和衍生密钥发送给家用基站网关。
步骤44、家用基站网关接收到鉴权信息响应消息后,将鉴权信息响应消息中的随机数设置在鉴权请求消息(AuthChallenge)中,并将该鉴权请求发给家用基站。
步骤45、家用基站接收到鉴权请求后,根据鉴权请求中的随机数和家用基站中存储的基本密钥,使用与步骤43中相同的鉴权算法产生鉴权结果(Result2),根据基本密钥和随机数使用与步骤43中相同的密钥产生算法生成衍生密钥。接着,家用基站将鉴权结果(Result2)设置在鉴权响应消息中,并向家用基站网关发送该鉴权响应消息。
步骤43和步骤45中生成的衍生密钥可以用作IPSec中IKE的预共享密钥,用来生成IPSec中的安全关联(SA),该衍生密钥也可以用作对家用基站和网络之间传输数据进行保护的密钥。
步骤46、家用基站网关将该鉴权结果(Result2)与HSS传送过来的鉴权结果(Result1)相比较,如果不同则鉴权失败,否则鉴权成功,使用该家用基站的用户为合法的用户,家用基站网关将向家用基站发送登记确认消息(RegisterAck)。
在鉴权通过后,为了保证家用基站网关和家用基站之间的通讯安全,在家用基站网关和家用基站之间可以采用安全隧道方式通信。安全隧道方式有多种,如IPSec安全隧道、L2TP(Layer2Tunneling Protocol,第二层隧道协议) 安全隧道。在发明实施例中,安全隧道为IPSec安全隧道。IPSec需要一个安全关联(SA),这个安全关联可以通过采用IKE(Internet Key Exchange,密钥交换)使用预共享密钥、数字签名或者公钥加密等方式来动态建立。
当在家用基站网关和家用基站之间建立了IPSec安全隧道之后,家用基站网关起着一个安全网关的作用。
安全关联建好后,家用基站和家用基站网关之间的控制面数据的传输方式将采用IPSec隧道的方式。当MME需要给家用基站发送数据时,其IP层的目的IP地址使用的是通信网络给家用基站分配的IP地址(IP2),该数据包首先被路由到家用基站网关,然后家用基站网关将该IP包原封不动的用IPSec进行封装,在IPSec的外层IP采用的是第三方网络(例如xDSL网络)给家用基站分配的IP地址(IP1),可以在家用基站网关上通过查找家用基站地址映射关系得到与IP2相对应的IP1。反过来,当家用基站向MME发送数据时也采用同样的方式,其内部的IP地址采用的是通信网络给家用基站分配的IP地址(IP2),其外部IP地址采用的是第三方给家用基站分配的IP地址(IP1)。
图9示出了安全关联建立后的协议栈,协议栈的最上层是网络节点和家用基站之间的应用层,可以是任意应用层协议,可能是RANAP(Radio AccessNetwork Application Part,无线接入网应用部分)协议用于MME控制HNB,也可能是用户面协议等;应用层下面的传输层可能SCTP、UDP或者其它的协议等;传输层下面是IP层,网络节点和家用基站网关以及家用基站网关和家用基站之间的用户数据和信令都是通过IP层进行路由的。家用基站网关和家用基站之间的数据包是用IPSec进行封装并采用第三方给家用基站分配的IP地址IP1(可以在家用基站网关上通过查找家用基站地址映射关系得到与IP2相对应的IP1)作为IPSec的外层IP。本协议栈的最下两层,网络节点和家用基站网关以及家用基站网关和家用基站之间L1、L2层是物理层和数据链路层,可以采用任意能承载IP协议的技术,例如可以是以太网、ATM或者令牌环等。
实施例五
本实施例描述通信网络为家用基站分配内部IP地址的过程。
当家用基站接入到家用基站网关,并鉴权成功后,为了使家用基站与通信网络中的其它节点进行通信,DHCP服务器需要为家用基站分配一个通信网络的内部IP地址(IP2)。这样,通信网络中的其它网络节点可将该家用基站作为通信网络内的一个节点,以便利用该内部IP地址(IP2)进行路由,从而可以方便地和该家用基站之间进行通讯。在完成了家用基站的内部IP地址(IP2)的分配后,此时家用基站网关已获得家用基站外部IP地址(IP1,第三方给家用基站分配的IP地址)、家用基站内部IP地址(IP2)以及家用基站的用户标识(HNBID),家用基站网关上需要建立一个家用基站的用户标识HNB ID、家用基站外部IP地址(IP1)和家用基站内部IP地址(IP2)之间的家用基站地址映射关系表,这样当家用基站网关和家用基站之间通过IP层进行用户数据和信令路由时,家用基站网关可以使用这张家用基站地址映射关系表找到与家用基站的外部IP地址(IP2)对应的家用基站的内部IP地址(IP1)。为了和网管面的其他节点通讯,网管面的DHCP服务器通常需要给家用基站分配另一个IP地址(IP3)。
所述分配家用基站内部IP地址(IP2)的DHCP服务器可以放在家用基站网关上,也可以是一个单独的网络节点;当DHCP服务器为一个单独的网络节点时,家用基站网关就需要承担起DHCP Relay(DHCP中继)的功能。在DHCP服务器为家用基站分配IP地址(IP2)之后,将IP地址(IP2)发给家用基站。
网管面的DHCP服务器为家用基站分配IP地址(IP3)之后,除了将IP地址(IP3)发给家用基站之外,还需要将OAM服务器的IP地址发给家用基站。当使用Logic OAM(逻辑网管)时,因为OAM与家用基站之间并没有直接的接口,只是在OAM和家用基站网关之间存在接口,可以通过家用基站网关实现对家用基站的管理,就不需要对家用基站分配这个IP地址了。
图5示出了分配IP地址(IP2)的过程,下面参照图5描述分配IP地址(IP2)的过程。
步骤51、家用基站向用户面的DHCP服务器发送一个地址服务请求消息,要求获得一个通信网络中的IP地址(IP2),所述地址服务请求消息包含家用基站用户标识;如果家用基站与DHCP服务器不在同一个网段,则家用基站网关就需要承担中继的功能,向DHCP服务器转发这条消息;
步骤52、DHCP服务器在收到家用基站的地址服务请求消息之后,根据家用基站自身的标识为该家用基站分配IP地址(IP2)。
步骤53、DHCP向家用基站发送地址服务响应消息,所述地址服务响应消息包含家用基站的IP地址(IP2)。
图6示出了分配网管面的IP地址(IP3)的过程,下面参照图6描述分配网管面的IP地址(IP3)的过程。
步骤61、家用基站向网管面的DHCP服务器发送一个地址服务请求消息,要求获得一个网管面的IP地址,所述地址服务请求消息包含家用基站用户标识;如果家用基站与DHCP服务器不在同一个网段,则家用基站网关就需要承担DHCP Relay的功能,向DHCP服务器转发这条消息;
步骤62、DHCP服务器在收到家用基站的地址服务请求消息之后,根据家用基站自身的标识为该家用基站分配用户面的IP地址IP3,并确定OAM的地址。
步骤63、DHCP返回给家用基站地址服务响应消息,所述地址服务响应消息包括家用基站的IP地址(IP3)、OAM服务器的地址。
实施例六
本实施例描述家用基站网关的SCTP链接汇聚功能(参见步骤34)。
考虑到在通信网络中有成千上万的家用基站的存在,而每一个家用基站的都需要建立到MME的SCTP的链接,建立的方法有以下三步骤:
1、每一个家用基站可以和家用基站网关之间建立有限的SCTP链接,比如说4个SCTP链接。
2、家用基站网关和MME之间也建立少量的SCTP链接,由于家用基站网关下有大量的家用基站,所以家用基站网关需要将所有的到这些家用基站的 SCTP汇聚到这少量的和MME之间的SCTP链接中去。
3、考虑到一个家用基站可以和多个MME相链接,所以家用基站网关需要将某一个家用基站的SCTP转接到不同的MME上去。
当在MME和家用基站之间存在SCTP转接时,此时在MME和家用基站网关之间存在一段SCTP,在家用基站网关和家用基站之间存在另外一段SCTP,这两段SCTP在家用基站网关上进行转接。
对于下行,当MME需要向家用基站发送数据包的时候,该数据包的目的IP地址是家用基站网关的IP地址,并在该数据包的包头中带上目的家用基站的标识,所述家用基站用户标识可以通过SCTP包头中的PPI(Payload ProtocolIdentifier,负荷协议标识)来标识。家用基站网关收到该数据包后,交由SCTP层处理,SCTP解析出SCTP SDU(SCTP Service Data Unit,SCTP业务数据单元),然后将该SCTP SDU重新封装到某一个家用基站的SCTP链接中发送出去;家用基站网关将根据SCTP包头中的家用基站用户标识来确定将该数据包转发到家用基站,然后找到该家用基站的SCTP链接的标识等,对SCTP SDU进行封包,接着再添上该家用基站的IP地址,然后再将这个该IP包封在IPSec中发送给家用基站。
对于上行,由于家用基站可能会连接到多个MME。当UE初始附着(Attach)时,可根据MME的负荷情况来选择一个MME,有两种选择方法:
1、家用基站来选择MME,当家用基站选择好MME后,将该选择的结果告诉家用基站网关,家用基站网关根据家用基站选择的MME,将相应的SCTP的链接转接到相应的MME上去;对于这种情况,家用基站需要知道各个MME的负载信息,并据此选择相应的MME。MME和家用基站之间的负载信息的交互可通过RANAP层进行。
2、家用基站网关选择MME,家用基站网关可根据MME的负载信息选择相应的MME。
当UE在附着后的其他建链过程中,比如进行TAU(Tracking Area Update, 跟踪区更新)过程或者进行业务请求过程;家用基站可以根据UE带上的TMSI(Temporary Mobile Subscriber Identity,临时移动用户标识)来选择MME。。
当家用基站选择MME时,将选择的MME告诉家用基站网关,以便于家用基站网关将其与该家用基站的SCTP链接转接到家用基站网关到MME的SCTP上去;同样道理,可以在家用基站和家用基站网关之间的SCTP包头中将目标MME的标识带上,以提供家用基站网关选择;该标识可以放在SCTP包头的PPI中带给家用基站网关。
图10示出了采用SCTP汇聚时的控制面的协议栈,协议栈的最上层是MME和家用基站之间的应用层,可能是RANAP协议,用于MME控制HNB,该应用层是承载在SCTP上的,SCTP层被分为两段,MME和家用基站网关之间的一段SCTP以及家用基站网关和家用基站之间的另外一段SCTP,这两段SCTP在家用基站网关上进行转接。SCTP层下面是IP层,MME和家用基站网关以及家用基站网关和家用基站之间的用户数据和信令都是通过IP层进行路由的。家用基站网关和家用基站之间的数据包是用IPSec进行封装并采用第三方给家用基站分配的IP地址IP1(可以在家用基站网关上通过查找家用基站地址映射关系得到与IP2相对应的IP1)作为IPSec的外层IP。本协议栈的最下两层,MME和家用基站网关以及家用基站网关和家用基站之间L1、L2层是物理层和数据链路层,可以采用任意能承载IP协议的技术,例如可以是以太网、ATM或者令牌环等。
实施例七
本实施例描述业务控制功能。
家用基站是一个网络节点,网络侧可能需要对其业务进行相应的管理,比如对家用基站上允许接入的用户列表或者用户的位置信息等进行管理。如果在家用基站上设置允许接入的用户列表,这些业务列表需要同步到网络中去,反过来网络侧也可能设置一些业务参数,这些业务参数也需要传递到家用基站上。从这个角度看,就存在着网络对家用基站的业务的控制功能。
在本实施例中,HSS可作为家用基站的业务控制节点,其上保存着家用基 站的所有相关的业务信息,网络可以通过HSS和家用基站网关之间的接口来控制家用基站。在家用基站网关和家用基站之间需要建立一个应用层协议,用于家用基站网关控制家用基站。该Application层可以承载在TCP上,也可以承载在SCTP上,考虑到在家用基站网关和家用基站之间存在SCTP链接,所以Application承载在SCTP上更好一些。
图11示出了业务控制功能的协议栈,协议栈的最上层是应用层,用于HSS通过家用基站网关对家用基站进行控制。在HSS和家用基站网关之间的应用层协议可以采用MAP(Mobile Application Part,移动应用部分)协议或其他可能的协议,用于HSS控制家用基站网关;在家用基站网关和家用基站之间的应用层协议可能是RANAP协议,用于家用基站网关控制家用基站。应用层下面的HSS和家用基站网关之间的传输层协议可能是SCTP或者SCCP,在家用基站网关和家用基站之间的传输层协议可能是SCTP或者TCP。传输层下面是IP层,HSS和家用基站网关以及家用基站网关和家用基站之间的用户数据和信令都是通过IP层进行路由的。家用基站网关和家用基站之间的数据包是用IPSec进行封装并采用第三方给家用基站分配的IP地址IP1(可以在家用基站网关上通过查找家用基站地址映射关系得到与IP2相对应的IP1)作为IPSec的外层IP。本协议栈的最下两层,HSS节点和家用基站网关以及家用基站网关和家用基站之间L1、L2层是物理层和数据链路层,可以采用任意能承载IP协议的技术,例如可以是以太网、ATM或者令牌环等。
下面以用户接入列表的同步过程作为业务控制功能的一个实施例进行具体的描述。
当家用基站的用户接入列表被修改后,需要同步到HSS,以便于HSS调整对这些用户的计费策略。如图7所示,下面描述家用基站与HSS的接入列表同步的过程。
步骤71、家用基站向家用基站网关发送用户列表修改请求消息,所述用户列表修改请求消息包括操作参数(如增加、删除),所述增加为向用户列表中 增加用户,所述删除为从用户列表中删除用户。
步骤72、家用基站网关接收到用户列表修改请求消息后,将用户列表修改请求消息发给HSS。
步骤73、HSS根据收到的用户列表修改请求消息,根据操作参数向用户列表中增加用户,或者从列表中删除用户,并向家用基站网关发送修改用户列表响应消息。
步骤74、家用基站网关向家用基站发送修改用户列表响应消息,家用基站接收到此消息后,允许或者限制某些用户接入该家用基站。
当家用基站的所有人通过手机终端、internet等方式修改接入限制列表时,首先可能修改的是HSS上的用户接入列表。当HSS中家用基站的用户接入列表被修改后,需要同步到家用基站,以便于HSS调整对这些用户的计费策略。如图8所示,下面描述HSS与家用基站同步的过程。
步骤81、HSS向家用基站网关发送用户列表修改请求消息,所述用户列表修改请求消息包括操作参数(如增加、删除),所述增加为向用户列表中增加用户,所述删除为从用户列表中删除用户。
步骤82、家用基站网关接收到用户列表修改请求消息后,并将用户列表修改请求消息发给家用基站。
步骤83、家用基站根据收到的用户列表修改请求消息,根据操作参数向用户列表中增加用户,或者从列表中删除用户,并向家用基站网关发送修改用户列表响应消息。
步骤84、家用基站网关向HSS发送修改用户列表响应消息,HSS接收到此消息后,允许或者限制某些用户接入该家用基站。
实施例八
本实施例描述网管控制功能。
当把家用基站作为一个网络节点时,网络侧需要对该节点提供网络管理功能;网管的方式有两种:
1、Logic OAM方式:
对于Logic OAM方式,OAM实际上只是和家用基站网关之间存在接口,在家用基站网关和家用基站之间采用Logic OAM的方式。采用Logic OAM时应用层可以和业务控制功能的应用层重用;考虑到家用基站和OAM之间的接口可能开放,在OAM和家用基站网关之间的接口也就可能开放。
图12示出了采用Logic OAM方式时的网络管理功能协议栈。协议栈的最上层是应用层,用于OAM通过家用基站网关对家用基站进行控制。在家用基站网关和家用基站之间的传输层协议可能是SCTP或者TCP。传输层下面是IP层,OAM和家用基站网关以及家用基站网关和家用基站之间的用户数据和信令都是通过IP层进行路由的。家用基站网关和家用基站之间的数据包是用IPSec进行封装并采用第三方给家用基站分配的IP地址IP1(可以在家用基站网关上通过查找家用基站地址映射关系得到与IP2相对应的IP1)作为IPSec的外层IP。本协议栈的最下两层,OAM和家用基站网关以及家用基站网关和家用基站之间L1、L2层是物理层和数据链路层,可以采用任意能承载IP协议的技术,例如可以是以太网、ATM或者令牌环等。
2、普通方式:
对于普通方式,OAM和家用基站之间有直接接口,家用基站网关此时仅仅提供安全网关的功能;其协议栈的结构如图12所示。
图13示出了采用普通方式时的网络管理功能协议栈。在该协议栈结构中在OAM和家用基站之间有直接的应用层和传输层,OAM直接对家用基站进行控制。传输层下面是IP层,OAM和家用基站网关以及家用基站网关和家用基站之间的用户数据和信令都是通过IP层进行路由的。家用基站网关和家用基站之间的数据包是用IPSec进行封装并采用第三方给家用基站分配的IP地址IP1(可以在家用基站网关上通过查找家用基站地址映射关系得到与IP2相对应的IP1)作为IPSec的外层IP。本协议栈的最下两层,OAM和家用基站网关以及家用基站网关和家用基站之间L1、L2层是物理层和数据链路层,可以采用任意能承载IP 协议的技术,例如可以是以太网、ATM或者令牌环等。
实施例九
本实施例提供用户面功能。
对于用户面来说,家用基站网关仅仅是一个安全网关。在用户面承载建立的时候,服务网关使用家用基站的IP地址(IP2)以及家用基站分配的TEID(Tunnel End Point Identifier,隧道端点标识)来建立下行承载,家用基站使用服务网关的IP地址以及服务网关分配的TEID来建立上行承载。就是说家用基站网关不参与任何的隧道建立、释放、修改工作,GTP-U(用户面的GPRS隧道协议)数据包对于家用基站网关来说就是一个透明的数据包,这样对于用户面来说,家用基站网关就相当于一个路由器。这样做的好处是中间节点比较少,时延较小。
图14示出了用户面协议栈,该协议栈最上面三层(应用层、TCP/UDP层和IP层)是UE和网络服务器之间的对等协议,封装的是UE的数据包。GTP-U层是服务网关和家用基站之间的对等协议,用于在服务网关和家用基站之间建立隧道来对上层的分组数据进行传输,GTP-U是依靠下层的UDP协议来实现的。UDP层下面的IP层,用于对服务网关和家用基站网关以及家用基站网关和家用基站之间的用户数据进行路由。家用基站网关和家用基站之间的数据包是用IPSec进行封装并采用第三方网络协议给家用基站分配的IP地址(IP1)作为IPSec的外层IP。本协议栈的最下两层,服务网关和家用基站网关以及家用基站网关和家用基站之间L1、L2层是物理层和数据链路层,可以采用任意能承载IP协议的技术,例如可以是以太网、ATM或者令牌环等。
上面描述了可使家用基站接入到SAE/LTE中。根据本发明实施例,家用基站同样可以接入到其它网络(如UMTS网络)中,这样,可充分发挥家用基站的作用。
虽然通过实施例描绘了本发明,但本领域普通技术人员知道,在不脱离本发明的精神和实质的情况下,就可使本发明有许多变形和变化,本发明的范围 由所附的权利要求来限定。
Claims (19)
1.一种通信系统,其特征在于,包括家用基站、第三方网络和家用基站网关,
所述家用基站用于通过第一地址与家用基站网关进行通信,所述第一地址用于在第三方网络中唯一确定家用基站;
所述第三方网络用于连接家用基站和家用基站网关;
所述家用基站网关用于使家用基站使用第二地址与通信网络中其它节点进行通信,所述第二地址用于在通信网络中唯一确定家用基站;所述家用基站网关还用于从第三方网络中的归属用户服务器获得第一鉴权结果,从家用基站获得第二鉴权结果,并根据第二鉴权结果和第一鉴权结果进行鉴权。
2.根据权利要求1所述的通信系统,其特征在于,所述系统还包括归属用户服务器;所述归属用户服务器包括:
接收单元,用于接收鉴权信息请求消息,所述鉴权信息请求消息包括家用基站用户标识;
存储单元,其包括第一存储单元,用于存储家用基站用户标识、与家用基站用户标识对应的基本密钥和鉴权算法;
鉴权单元,用于根据所述接收单元接收的家用基站用户标识和所述家用基站用户标识对应的基本密钥对家用基站进行鉴权。
3.根据权利要求2所述的通信系统,其特征在于,所述存储单元还包括:第二存储单元,用于存储家用基站用户的签约信息和用户列表;
所述归属用户服务器还包括第一处理单元和/或第二处理单元,
所述第一处理单元用于对所述第二存储单元存储的用户列表进行修改,并将修改结果同步到家用基站的用户列表中;
所述第二处理单元用于接收修改用户列表请求,并根据修改用户列表请求对所述第二存储单元存储的用户列表进行修改。
4.根据权利要求1至3其中之一所述的通信系统,其特征在于,所述系统还包括操作、管理和维护实体,用于进行网络管理。
5.一种家用基站网关,其特征在于,包括:
存储单元,其包括第一存储单元,用于存储家用基站用户标识、第一地址和第二地址;
接收单元,用于接收家用基站发送通信网络中其它节点的第一数据包和/或通信网络中其它节点发给家用基站的第二数据包,所述第一数据包的源地址为第一地址,所述第二数据包的目的地址为第二地址;
处理单元,用于根据所述存储单元存储的内容和所述接收单元接收的数据包的地址,将所述第一地址转换为第二地址,将所述第二地址转换为第一地址;还用于从第三方网络中的归属用户服务器获得第一鉴权结果,从家用基站获得第二鉴权结果,并根据第二鉴权结果和第一鉴权结果进行鉴权;
发送单元,用于发送所述处理单元处理的数据包。
6.根据权利要求5所述的家用基站网关,其特征在于,所述处理单元包括:
确定单元,用于确定所述接收单元接收的数据包;
获得单元,用于当所述确定单元确定的数据包为第一数据包时,根据所述存储单元存储的内容和所述第一地址获得第二地址;当所述确定单元确定的数据包为第二数据包时时,根据所述存储单元存储的内容和所述第二地址获得第一地址;
设置单元,用于将所述获得单元获得的地址设为数据包目的地址。
7.一种归属用户服务器,其特征在于,包括:
接收单元,用于接收鉴权信息请求消息,所述鉴权信息请求消息包括家用基站用户标识;
存储单元,其包括第一存储单元,用于存储家用基站用户标识、与家用基站用户标识对应的基本密钥和鉴权算法;
鉴权单元,用于根据所述接收单元接收的家用基站用户标识和所述家用基站用户标识对应的基本密钥对家用基站进行鉴权,获得第一鉴权结果,以供家用基站网关根据第一鉴权结果以及从家用基站获得的第二鉴权结果进行鉴权。
8.根据权利要求7所述的归属用户服务器,其特征在于,所述存储单元还包括:第二存储单元,用于存储家用基站用户的签约信息和用户列表;
所述归属用户服务器还包括第一处理单元和/或第二处理单元,
所述第一处理单元用于对所述第二存储单元存储的用户列表进行修改,并将修改结果同步到家用基站的用户列表中;
所述第二处理单元用于接收修改用户列表请求,并根据修改用户列表请求对所述第二存储单元存储的用户列表进行修改。
9.一种通信方法,其特征在于,包括:
家用基站与家用基站网关使用第一地址进行通信,所述第一地址用于在第三方网络中唯一确定家用基站;
家用基站网关使家用基站使用第二地址与通信网络中其它节点进行通信,所述第二地址用于在通信网络中唯一确定家用基站;
所述家用基站网关还用于从第三方网络中的归属用户服务器获得第一鉴权结果,从家用基站获得第二鉴权结果,并根据第二鉴权结果和第一鉴权结果进行鉴权。
10.根据权利要求9所述的方法,其特征在于,在所述家用基站与家用基站网关使用第一地址进行通信之前,所述方法还包括:
家用基站获得第一地址,并确定家用基站网关地址;
家用基站根据所述第一地址和所述家用基站网关地址接入家用基站网关。
11.根据权利要求9或10所述的方法,其特征在于,在所述家用基站接入家用基站网关之后,所述方法还包括:家用基站向通信网络进行鉴权,鉴权成功后,在家用基站网关和家用基站之间建立安全隧道。
12.根据权利要求11所述的方法,其特征在于,所述家用基站网关从归属用户服务器获得第一鉴权结果具体包括:
家用基站网关接收家用基站发送的登记请求消息,所述登记请求消息包括家用基站用户标识;
家用基站网关将登记请求消息中的家用基站用户标识通过鉴权信息请求消息发给归属用户服务器;
家用基站网关接收归属用户服务器发送的鉴权信息响应消息,所述鉴权信息响应消息包括第一鉴权结果和随机数,其中,所述第一鉴权结果由归属用户服务器根据基本密钥和随机数为参数通过执行鉴权算法而产生,所述随机数根据鉴权信息请求消息中的家用基站用户标识和与所述家用基站用户标识相应的基本密钥而产生。
13.根据权利要求12所述的方法,其特征在于,所述家用基站网关从家用基站获得第二鉴权结果具体包括:
家用基站网关将鉴权信息响应消息中的随机数通过鉴权请求消息发给家用基站;
家用基站网关接收家用基站发送的鉴权响应消息,所述鉴权响应消息包括第二鉴权结果,所述第二鉴权结果由家用基站根据鉴权请求中的随机数和家用基站中存储的基本密钥执行所述鉴权算法而产生。
14.根据权利要求13所述的方法,其特征在于,当所述家用基站网关根据第二鉴权结果和第一鉴权结果进行鉴权之后,若鉴权成功,则在家用基站网关和家用基站之间建立一个安全隧道。
15.根据权利要求9所述的方法,其特征在于,在所述家用基站获得第一地址之后,所述方法还包括:家用基站获得第二地址。
16.根据权利要求9所述的方法,其特征在于,在所述家用基站获得第一地址之后,所述方法还包括:家用基站获得第三地址,所述第三地址用于在通信网络中网管面唯一确定家用基站。
17.根据权利要求15所述的方法,其特征在于,在所述家用基站获得第二地址之后,在家用基站与通信网络中其它节点之间进行通信之前,所述方法还包括:将家用基站与家用基站网关之间的链接汇聚到家用基站网关与移动性管理实体之间的链接上。
18.根据权利要求9所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:网络侧通过归属用户服务器对家用基站的业务进行控制。
19.根据权利要求9所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:操作、维护和管理实体对家用基站进行管理。
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