CN101730071A - 多分组数据网络连接的实现方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明多分组数据网络连接的实现方法包括：新建分组数据网络多PDN连接时，网络设备向归属用户服务器存储用于区别PDN连接的PDN连接区分标识；接入网络发生切换时，网络设备从归属用户服务器获取对应的PDN连接区分标识，以重建所有PDN连接。本发明多分组数据网络连接的实现方法和系统，可以保证用户设备发生跨接入网络切换时，仍然能重建多分组数据网络连接，实现数据路由的正确性。
Description
技术领域
本发明涉及通信领域，更具体地涉及一种建立多分组数据网络连接的实现方法及系统。
背景技术
3GPP(3rd Generation Partnership Project，第三代合作伙伴计划)演进的分组系统(EPS，Evolved Packet System演进的分组系统)由演进的UTRAN(E-UTRAN，Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network演进的陆地通用无线接入网络)、MME(Mobility Management Entity，移动管理单元)、S-GW(Serving Gateway，服务网关)、P-GW又称PDN GW(Packet DataNetwork Gateway，数据网络网关)、HSS(Home Subscriber Server，归属用户服务器)、3GPP AAA(Authentication、Authorization and Accounting，认证授权计费)服务器，PCRF(Policy and Charging Rules Function，策略和计费规则功能)及其他支撑节点组成。
MME负责移动性管理、非接入层信令的处理、用户移动管理上下文的管理等控制面相关工作，P-GW以及S-GW的选择，空闲状态下手机可达性管理，以及跟踪区列表的选择等功能。
S-GW是与E-UTRAN相连的接入网关设备，其功能包括，作为eNodeB间切换的本地锚点，在E-UTRAN和P-GW之间转发数据；负责对寻呼等待数据进行缓存；合法监听，数据报文路由，以及跨运营商时基于用户与QCI(QoS Class Identifier，QoS类标识)的计费。
P-GW则是EPS与PDN(Packet Data Network，分组数据网络)网络的边界网关，其功能包括，基于用户的报文过滤，合法监听，手机地址分配，传输层报文QoS(Quality of Service，服务质量)标签，上行与下行基于业务的计费，基于AMBR的下行速率保证，DHCPv4/v6功能，基于相同GBRQCI的累积MBR的下行速率保证，另外还负责上下行的承载绑定。
PCRF是策略和计费规则功能实体，它通过Rx接口和运营商IP(InternetProtocol，网络协议)业务网络相连，获取业务信息，PCRF生成QoS以及计费的策略，通过Gx/Gxa/Gxb/Gxc接口把这些策略下发给PCEF(Policy andCharging Enforcement Function，策略和计费执行功能，位于PDN-GW)，以及BBERF(Bearer Binding and Event Report Function，承载绑定和事件上报功能，位于S-GW或non-3GPP接入网关)执行。
EPS支持与非3GPP系统的互通。与非3GPP系统的互通通过S2a/b/c接口实现，P-GW作为3GPP与非3GPP系统间的锚点，EPS的系统架构图如图1所示，其中非3GPP系统被分为可信任非3GPP IP接入和不可信任非3GPP IP接入。
可信任非3GPP IP接入网关直接通过S2a接口与P-GW连接；不可信任非3GPP IP接入需经过ePDG(Evolved Packet Data Gateway，演进的数据网关)与P-GW相连，ePDG与P-GW间的接口为S2b；S2c是UE(UserEquipment，用户设备)和P-GW之间的接口，提供了UE与P-GW之间用户面的控制和移动性支持；S2c接口可适用于3GPP网关或者信任与非信任的non-3GPP接入网关。
UE和一个PDN网络之间建立的连接称为PDN连接；EPS支持用户和连接到一个或者多个P-GW上的多个PDN网络同时建立连接的能力，即支持多PDN连接，如图2所示，如果各PDN网络具有不同的APN(Access PointName，接入点名称)，则可以通过图a或者图b实现多PDN连接；如果各PDN网络具有相同的APN，则只能通过图b的方式实现多PDN连接。UE的多PDN连接建立能力需要由网络策略和用户签约信息决定；EPS可以支持UE发起多PDN连接，也支持UE发起和任何一个PDN网络去连接的过程。
当UE建立多PDN连接时，中间网络设备就需要区分不同的PDN连接，以识别网络传送的数据包隶属UE和哪个PDN网络进行的数据包交换。
3GPP定义了EPS系统架构下位于S-GW和P-GW之间的S5/S8接口采用PMIP技术，通过APN实现多PDN连接的区分；但是对于多个PDN网络具有相同的APN时，采用修饰的APN以实现多PDN连接的区分，其实现过程如图3所示，包括如下步骤：
步骤301，如果UE和PDN1网络建立了PDN连接1，此时UE发起了到PDN2网络的连接请求，请求中携带了用户标识，请求类型设置为新建、APN等信息，此时的PDN2网络使用的APN与PDN网络1的APN相同；
步骤302，当MME接收到来自UE的新建PDN连接请求后，且判断APN与UE发起新建PDN连接1时的APN标识相同(在PDN连接建立的整个周期，MME是会保存已建连接的APN)，此时MME对APN进行修饰，例如对APN进行修饰：APN+“；”+NSAPI NSAPI＝1-F；通过修饰的APN以实现PDN网络的区分，MME发起缺省承载建立请求，将修饰APN、请求服务质量QoS、用户标识、Handover Indicator＝新建等信息包含在消息中发送给S-GW；
步骤303，S-GW和PCRF之间发起网关控制建立的过程，并将修饰APN发送给PCRF；
步骤304，S-GW向P-GW发送PBU消息，携带用户标识、GRE key、修饰APN、Handover Indicator＝新建等信息；
步骤305，P-GW收到消息后为用户分配IP地址，并根据HandoverIndicator＝新建以及修饰APN发起IP-CAN会话修改过程，并将修饰APN发送给PCRF，PCRF根据修饰APN进行网关控制会话和IP-CAN会话的关联；
步骤306，P-GW向S-GW返回PBA消息，携带用户标识、用户IP地址、GRE key等信息；
步骤307，S-GW和PCRF之间对新建的网关控制会话下发QoS规则等信息；
步骤308，S-GW向MME返回缺省承载建立的响应；
步骤309，MME向UE返回PDN连接2建立的响应；
步骤310，MME将P-GW地址保存到HSS。
通过MME修饰APN的方法可以在UE与共享同一APN的多个PDN网络建立多PDN连接时，达到区分多PDN连接，从而使得网络中间设备(例如MME、S-GW、PCRF、P-GW)对UE和PDN网络交换的数据进行区分并正确路由的目的。
然而，对于UE发生接入网络切换，但仍然要保持PDN连接的情况下，修饰APN方法就存在问题，当UE从一种接入网络切换到另外的接入网络，新接入的网络设备无法感知修饰APN，因而在发生接入网络切换之后，UE和多PDN网络之间无法重建这些PDN连接，从而无法区分PDN网络，无法实现数据报在UE和PDN网络之间的正确路由。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种多分组数据网络连接的实现方法和系统，以保证用户设备发生跨接入网络切换时，仍然能重建多分组数据网络连接，实现数据路由的正确性。
为解决上述技术问题，本发明提供一种多分组数据网络连接的实现方法，该方法包括：新建分组数据网络多PDN连接时，网络设备向归属用户服务器HSS存储用于区别PDN连接的PDN连接区分标识；接入网络发生切换时，网络设备从归属用户服务器获取对应的PDN连接区分标识，以重建所有PDN连接。
进一步地，新建多PDN连接的过程包括：
所述网络设备接收终端发送的PDN连接建立请求，其中携带用户标识、PDN连接区分标识及请求类型，所述请求类型设置为新建；
所述网络设备判断所述PDN连接区分标识与已建PDN连接建立时的PDN连接区分标识相同，对PDN连接建立请求中的PDN连接区分标识进行区分处理；
所述网络设备将用户标识及处理后的PDN连接区分标识保存在HSS中。
进一步地，接入网络切换时重建多PDN连接的过程包括：
所述网络设备接收终端发送的PDN连接建立请求，其中携带用户标识及请求类型，所述请求类型为切换；
所述网络设备根据所述用户标识从HSS获取所述PDN连接区分标识，以重建PDN连接。
进一步地，所述PDN连接区分标识指接入点名称APN或修饰APN。
进一步地，在3GPP接入情况下，所述网络设备指移动管理单元MME，在非3GPP接入情况下，所述网络设备指非3GPP接入网关。
为解决上述技术问题，本发明还提供一种多分组数据网络连接的实现系统，所述系统包括相连接的网络设备及归属用户服务器，其中，
所述网络设备包括标识操作模块，用于向归属用户服务器存储PDN连接区分标识以及从归属用户服务器获取对应的PDN连接区分标识；
所述归属用户服务器HSS用于存储用于区别PDN连接的PDN连接区分标识。
进一步地，所述网络设备还包括请求接收模块、与所述请求接收模块连接的请求分析模块、与所述请求分析模块连接的标识处理模块，所述标识操作模块与所述请求分析模块及标识处理模块相连接，其中所述请求接收模块用于接收终端发送的PDN连接建立请求，其中携带用户标识、PDN连接区分标识及请求类型，所述请求类型设置为新建或切换；所述请求分析模块，用于对PDN连接建立请求进行分析，若请求类型为新建，还用于进一步判断所述请求中的PDN连接区分标识是否与已建PDN连接建立时的PDN连接区分标识相同，若相同，则通知所述标识处理模块；所述标识处理模块用于对PDN连接区分标识进行区分处理，还用于通知标识操作模块保存用户标识及区分处理后的PDN连接区分标识。
进一步地，所述请求分析模块分析PDN连接建立请求中的请求类型为切换，所述请求分析模块还用于通知所述标识操作模块根据所述请求中的用户标识获取PDN连接区分标识。
进一步地，所述PDN连接区分标识指接入点名称APN或修饰APN。
进一步地，在3GPP接入情况下，所述网络设备指移动管理单元MME，在非3GPP接入情况下，所述网络设备指非3GPP接入网关。
相较于现有技术，本发明方法和系统在新建PDN连接时，网络设备将用于区分PDN连接的PDN连接区分标识保存在HSS中，并在用户设备发生跨接入网络切换时，从HSS获取对应的PDN连接区分标识，仍然能重建所有分组数据网络连接，实现数据路由的正确性，保证数据在终端和PDN网络之间的正确路由。
附图说明
图1是现有技术的EPS的系统架构的示意图；
图2(a)和图2(b)是现有技术的多PDN连接场景图；
图3是现有技术的通过MME修饰APN进行多PDN连接区分的流程图；
图4是本发明的UE发生3GPP接入网络之间切换时的重建多PDN连接流程图；
图5是本发明的UE从3GPP接入网络切换非3GPP接入网络时的多PDN连接重建流程图；
图6是本发明多分组数据网络连接的实现方法的示意图；
图7是本发明多分组数据网络连接的实现系统中网络设备的模块结构示意图。
具体实施方式
本发明针对S5/S8接口使用PMIP技术，且UE与多个具有相同APN的PDN网络建立了多PDN连接，提出了一种发生接入网络切换情况下，切换所有PDN连接的方法。
本发明多分组数据网络连接的实现方法和系统的主要思想是：新建分组数据网络多PDN连接时，存储用于区别PDN连接的PDN连接区分标识PDN；重建多PDN连接时，获取对应的PDN连接区分标识，以重建所有PDN连接。
如图6所示，本发明多分组数据网络连接的实现方法包括：
601：新建分组数据网络PDN连接时，网络设备向归属用户服务器存储用于区别PDN连接的PDN连接区分标识；
为了便于获取PDN连接区分标识，保存PDN连接区分标识的同时，保存用户标识。本发明所说的PDN连接区分标识指接入点名称APN或修饰APN。当然PND连接区分标识也可以是能区分PDN连接的其他信息。
针对S5/S8接口使用PMIP技术，按照图3描述的方法UE与多个具有相同APN的PDN网络建立了多PDN连接，网络设备对APN标识进行修饰(即步骤302)后向HSS保存用以区分PDN网络的修饰APN信息；本发明所说的网络设备在3GPP接入情况下是MME，在非3GPP接入情况下为非3GPP接入网关；
602：接入网络发生切换时，网络设备从归属用户服务器获取对应的PDN连接区分标识，以重建所有PDN连接。
当发生接入网络切换时，UE需要重建多PDN连接，并向所述网络设备(MME或非3GPP接入网关)发送PDN连接建立请求，网络设备根据Handover Indicator＝切换信息判别UE发生了接入网络的切换，而需要重建PDN连接，网络设备从HSS获取用以区分PDN网络的修饰APN信息。
网络设备根据获取的修饰APN信息为UE重新建立多PDN连接，所述PDN连接建立的过程可以参考现有技术。
以下结合附图，并以PDN连接区分标识是APN或修饰APN为例，对本发明多分组数据网络连接切换方法进行详细说明：
实施例一：UE在3GPP接入网络之间的切换。
如图4所示，UE通过3GPP接入网络(Old MME标识)和多个PDN网络之间建立了多PDN连接，即UE和S-GW1之间建立了多个缺省无线承载，并在S-GW1和P-GW之间建立了PMIP隧道，此时UE发现了新的3GPP接入网络(New MME标识)，并需要发生切换。实施步骤如下描述：
步骤401：UE发起到新3GPP接入网络的附着请求；
步骤402：UE和新3GPP接入网络之间完成认证过程；
步骤403：UE需要通过新3GPP接入网络发起多PDN连接的重建，并向New MME发起PDN连接建立请求，其中携带APN、用户标识及请求类型，请求类型为切换；
步骤404：New MME识别到UE是由于接入网络的切换，而需要重建PDN连接，并根据用户标识及APN向HSS获取APN信息，APN信息可以是原APN也可以是修饰APN，这里以修饰APN为例进行说明；
步骤405：New MME向S-GW2发起缺省承载建立的请求，请求消息中包含修饰APN、用户标识、Handover Indicator＝切换等信息；
步骤406：S-GW2根据收到的请求，与PCRF之间新建网关控制会话，S-GW2将修饰APN发送给PCRF；
步骤407：S-GW2向P-GW发起PBU消息，消息中携带修饰APN、用户标识、Handover Indicator＝切换、GRE Key等信息；
步骤408：P-GW为UE分配IP地址，并根据修饰APN、Handover Indicator＝切换可以判断UE是由于发生了接入网络的切换，而要求重建PDN连接，P-GW发起和PCRF之间的IP-CAN会话修改的过程，并将修饰APN、用户标识发送给PCRF，PCRF根据修饰APN实现网关控制会话和IP-CAN会话的关联；
步骤409：PCRF和S-GW2之间完成网关控制和QoS规则提供的交互过程；
步骤410：P-GW向S-GW2返回PBA消息，包含用户IP地址、用户标识等信息；
步骤411：S-GW2向New MME返回缺省承载建立的响应；
步骤412：New MME向UE返回重建PDN连接成功的响应。
UE建立了多PDN连接，当发生接入网络切换使得UE需要重建PDN连接时，通过New MME从HSS获取修饰APN信息，根据修饰APN重建PDN连接，由UE选择PDN连接，从而可以完成重建多PDN连接的过程。
实施例二：UE从3GPP接入网络向非3GPP接入网络的切换
UE通过3GPP接入网络(MME标识)和多个PDN网络之间建立了多PDN连接。即UE和Old S-GW之间建立了多个缺省无线承载，并在Old S-GW和P-GW之间建立了PMIP隧道，此时UE发现了信任的非3GPP接入网络(信任的非3GPP接入网关标识)，并需要发生切换，实施步骤如下描述：
步骤501：UE发起到非3GPP接入网络的附着请求；
步骤502：UE和非3GPP接入网络之间完成认证过程；
步骤503：UE需要通过非3GPP接入网络发起多PDN连接的重建，并向信任的非3GPP接入网关发起PDN连接重建请求，请求消息中携带APN，用户标识等信息；
步骤504：信任的非3GPP接入网关识别到UE是由于发生接入网络的切换，而需要重建PDN连接，并向HSS获取修饰APN信息；
步骤505：信任的非3GPP接入网关向New S-GW发起缺省承载建立的请求，请求消息中包含修饰APN、用户标识、Handover Indicator＝切换等信息；
步骤506：New S-GW根据收到的请求，与PCRF之间新建网关控制会话。New S-GW将修饰APN发送给PCRF；
步骤507：New S-GW向P-GW发起PBU消息，消息中携带修饰APN、用户标识、Handover Indicator＝切换、GRE Key等信息；
步骤508：P-GW为UE分配IP地址，并根据修饰APN、Handover Indicator＝切换可以判断UE是由于发生了接入网络的切换，而要求重建PDN连接，P-GW发起和PCRF之间的IP-CAN会话修改的过程；并将修饰APN、用户标识发送给PCRF；PCRF根据修饰APN实现网关控制会话和IP-CAN会话的关联；
步骤509：PCRF和New S-GW之间完成网关控制和QoS规则提供的交互过程；
步骤510：P-GW向New S-GW返回PBA消息，包含用户IP地址、用户标识等信息；
步骤511：New S-GW向信任的非3GPP接入网关返回缺省承载建立的响应；
步骤512：信任的非3GPP接入网关向UE返回重建PDN连接成功的响应。
为实现以上方法，本发明还提供一种多分组数据网络连接的实现系统，该系统包括网络设备及归属用户服务器HSS，如图7所述，其中，
所述网络设备还包括请求接收模块、与所述请求接收模块连接的请求分析模块、与所述请求分析模块连接的标识处理模块，及与所述请求分析模块及标识处理模块相连接的标识操作模块，其中，
所述网络设备包括标识操作模块，用于向归属用户服务器存储PDN连接区分标识以及从归属用户服务器获取对应的PDN连接区分标识；
所述归属用户服务器HSS用于存储用于区别PDN连接的PDN连接区分标识。
所述请求接收模块用于接收终端发送的PDN连接建立请求，其中携带用户标识、PDN连接区分标识及请求类型，所述请求类型设置为新建或切换；
所述请求分析模块，用于对PDN连接建立请求进行分析，若请求类型为新建，还用于进一步判断所述请求中的PDN连接区分标识是否与已建PDN连接建立时的PDN连接区分标识相同，若相同，则通知标识处理模块，若不同，则直接通知标识操作模块保存用户标识及PDN连接区分标识；若请求类型为切换，所述请求分析模块还用于通知所述标识操作模块根据所述请求中的用户标识获取PDN连接区分标识。
所述标识处理模块用于对PDN连接区分标识进行区分处理，还用于通知标识操作模块保存用户标识及区分处理后的PDN连接区分标识。
所述PDN连接区分标识指接入点名称APN或修饰APN。
在3GPP接入情况下，所述网络设备指移动管理单元MME，在非3GPP接入情况下，所述网络设备指非3GPP接入网关。
所述归属用户服务器HSS用于存储用户标识及用于区分PDN连接的PDN连接区分标识。
所述的PDN连接区分标识是APN或修饰APN。在3GPP接入情况下，所述网络设备指移动管理单元MME，在非3GPP接入情况下，所述网络设备指非3GPP接入网关。
建立多PDN连接的情况下，MME将区分PDN网络的修饰APN保存到HSS，当发生切换到非3GPP接入网络的情况，UE需要重建PDN连接时，通过信任的非3GPP接入网关从HSS获取修饰APN信息，从而可以完成重建多PDN连接的过程。
相较于现有技术，本发明方法和系统在新建PDN连接时，网络设备将用于区分PDN连接的PDN连接区分标识保存在HSS中，并在用户设备发生跨接入网络切换时，从HSS获取对应的PDN连接区分标识，仍然能重建所有分组数据网络连接，实现数据路由的正确性，保证数据在终端和PDN网络之间的正确路由。
Claims (10)
1.一种多分组数据网络连接的实现方法，其特征在于，该方法包括：新建分组数据网络多PDN连接时，网络设备向归属用户服务器HSS存储用于区别PDN连接的PDN连接区分标识；接入网络发生切换时，网络设备从归属用户服务器获取对应的PDN连接区分标识，以重建所有PDN连接。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：新建多PDN连接的过程包括：
所述网络设备接收终端发送的PDN连接建立请求，其中携带用户标识、PDN连接区分标识及请求类型，所述请求类型设置为新建；
所述网络设备判断所述PDN连接区分标识与已建PDN连接建立时的PDN连接区分标识相同，对PDN连接建立请求中的PDN连接区分标识进行区分处理；
所述网络设备将用户标识及处理后的PDN连接区分标识保存在HSS中。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：接入网络切换时重建多PDN连接的过程包括：
所述网络设备接收终端发送的PDN连接建立请求，其中携带用户标识及请求类型，所述请求类型为切换；
所述网络设备根据所述用户标识从HSS获取所述PDN连接区分标识，以重建PDN连接。
4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于：所述PDN连接区分标识指接入点名称APN或修饰APN。
5.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于：在3GPP接入情况下，所述网络设备指移动管理单元MME，在非3GPP接入情况下，所述网络设备指非3GPP接入网关。
6.一种多分组数据网络连接的实现系统，其特征在于：所述系统包括相连接的网络设备及归属用户服务器，其中，
所述网络设备包括标识操作模块，用于向归属用户服务器存储PDN连接区分标识以及从归属用户服务器获取对应的PDN连接区分标识；
所述归属用户服务器HSS用于存储用于区别PDN连接的PDN连接区分标识。
7.如权利要求6所述的系统，其特征在于：所述网络设备还包括请求接收模块、与所述请求接收模块连接的请求分析模块、与所述请求分析模块连接的标识处理模块，所述标识操作模块与所述请求分析模块及标识处理模块相连接，其中所述请求接收模块用于接收终端发送的PDN连接建立请求，其中携带用户标识、PDN连接区分标识及请求类型，所述请求类型设置为新建或切换；所述请求分析模块，用于对PDN连接建立请求进行分析，若请求类型为新建，还用于进一步判断所述请求中的PDN连接区分标识是否与已建PDN连接建立时的PDN连接区分标识相同，若相同，则通知所述标识处理模块；所述标识处理模块用于对PDN连接区分标识进行区分处理，还用于通知标识操作模块保存用户标识及区分处理后的PDN连接区分标识。
8.如权利要求所述7的系统，其特征在于：所述请求分析模块分析PDN连接建立请求中的请求类型为切换，所述请求分析模块还用于通知所述标识操作模块根据所述请求中的用户标识获取PDN连接区分标识。
9.如权利要求6至8中任一项所述的系统，其特征在于：所述PDN连接区分标识指接入点名称APN或修饰APN。
10.如权利要求所述6至8中任一项的系统，其特征在于：在3GPP接入情况下，所述网络设备指移动管理单元MME，在非3GPP接入情况下，所述网络设备指非3GPP接入网关。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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Granted publication date: 20120905 Termination date: 20200519 |