CN101990312B - 一种移动网络连接的建立方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种移动网络连接的建立方法，增加初始分组数据网络网关P-GW与目标P-GW之间的接口，具体包括：用户设备UE发起与初始P-GW之间的安全联盟建立；初始P-GW建立与目标P-GW之间的连接，并向UE返回认证响应；UE与初始P-GW之间进行绑定更新，另外，本发明还相应地公开了一种移动网络连接的建立系统，包括UE、初始P-GW和目标P-GW。由于通过本发明，UE能够与目标P-GW建立通信，所以节约网络资源，且能提高UE接入网络的速度及用户体验。
Description
技术领域
本发明涉及移动通信技术，尤其涉及一种移动网络连接的建立方法及系统。
背景技术
移动IP协议是一种在因特网(Internet)上提供移动功能的网络层方案，能够使节点在切换链路时不中断正在进行的通信。特别是移动IP提供了一种IP路由机制，使得在移动节点接入外地链路时仍然可以通过其家乡地址被访问。
下面解释本文中涉及的关于移动IP的重要专有名词：
移动节点(Mobile Node)：指移动IP中能够从一个链路的连接点移动到另一个连接点，同时，仍能通过其家乡地址被访问的节点。本发明中，用户设备(User Equipment，UE)也可称为移动节点。
家乡代理(Home Agent，HA)：指移动节点家乡链路上的一个路由器。当移动节点离开家乡链路时，能截取其家乡链路上的目的地址为移动节点家乡地址的数据包，通过隧道转发到移动节点注册的转交地址。HA是MN的家乡代理，它是MN的家乡网络前缀的拓扑锚点，并且管理MN的绑定状态。
家乡地址(Home Address，HoA)：指分配给移动节点的永久的IP地址，属于移动节点的家乡链路。标准的IP路由机制会把发给移动节点家乡地址的分组发送到其家乡链路。
转交地址(Care of Address，CoA)：指移动节点访问外地链路时获得的IP地址。这个IP地址的子网前缀是外地子网前缀。
绑定(Binding)：是MN的IPv6家乡网络前缀和/或IPv4家乡地址与CoA之间的关联关系。
为了保持第三代移动通信系统在移动通信领域的竞争力，必须提高其网络性能以及降低网络建设和运营成本。因此，第三代合作伙伴计划(3rd GenerationPartnership Project，3GPP)的标准化工作组目前正致力研究核心网系统下一代演进——演进的分组核心网(Evolved Packet Core，EPC)，目的是能为用户提供更高的传输速率，更短的传输时延。EPC系统支持演进的通用陆地无线接入网(Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network，E-UTRAN)的接入，以及非3GPP接入网的接入，如全球微波互联接入(Worldwide Interoperability forMicrowave Access，WiMAX)接入网。
图1为演进的分组系统(Evolved Packet System，EPS)的系统架构图，如图1所示，UE处于非漫游情况下时，通过非3GPP接入网接入EPC。图中的网元还包括有：服务网关(Serving Gateway，S-GW)、分组数据网络网关(PacketData Network GateWay，P-GW)、归属用户服务器(Home Subscriber Server，HSS)/认证、授权、计费服务器(AAA Server)和演进的分组数据网关(EvolvedPacket Data Gateway，ePDG)，其中，P-GW区分为初始P-GW和目标P-GW，非3GPP接入网包括以下两种类型：
信任的非3GPP接入网(Trusted Non 3GPP Access)：3GPP网络和该非3GPP接入系统之间存在信任关系，非3GPP接入系统可以直接接入P-GW；
不信任的非3GPP接入网(Untrusted Non 3GPP Access)：3GPP网络和该非3GPP接入系统之间不存在信任关系，非3GPP接入系统必须首先接入3GPP网络的演进的分组数据网关(ePDG)，再接入P-GW。这时UE与ePDG之间建立一个安全隧道，保证UE与3GPP网络之间数据的安全传输。
当UE作为移动节点通过非3GPP接入网接入EPS网络时，双栈移动IP协议第六版(Dual Stack MIPv6，DS-MIPv6)被用来保持用户IP地址不变，以维持用户业务连续性，此时初始P-GW具有HA的功能。信任的非3GPP接入网或者ePDG会为UE分配转交地址(CoA)。当UE使用移动性业务时，UE发起因特网密钥交换第2版(Internet Key Exchange version 2，IKEv2)与HA建立安全联盟，HA会为UE分配IP地址(HoA)并把该地址发给UE。
图2为现有技术中移动网络连接的建立方法流程示意图，如图2所示，现有技术中，建立移动网络连接具体包括以下步骤：
步骤201：UE通过E-UTRAN和服务网关接入目标P-GW。
HSS中保存有对于UE当前使用的业务接入P-GW的IP地址或者身份，该业务用接入点名称(Access point name，APN)标识，该P-GW即称为目标P-GW。
步骤202：UE切换到非3GPP接入网络，建立与信任的非3GPP网络或者ePDG的连接。
步骤203：UE与初始P-GW交互，进行家乡代理转换。
这里，UE启动DSMIPv6协议栈，开始查找HA的地址，现有技术中UE获取HA地址，即初始P-GW地址的方式可以是通过域名系统(Domain NameSystem，DNS)查询，具体为：UE发送家乡代理-接入点名称(HA-APN)给DNS服务器(DNS Server)；DNS Server查找自身保存的该HA-APN对应的P-GW的IP地址，查找到一些P-GW的IP地址，将其以列表的形式返回给UE；UE获取到DNS Server返回的P-GW的地址列表，从其中选取一个地址，该地址对应的P-GW不是目标P-GW，是初始P-GW。之后，UE与初始P-GW建立安全联盟，在建立该安全联盟的过程中，初始P-GW会从HSS获取目标P-GW的地址，将其发给UE，并且指示该UE重定向到目标P-GW，即指示家乡代理转换。
步骤204：UE与获取的目标P-GW建立DSMIPv6安全联盟和绑定关系，完成切换，实现业务连续。
完成切换后，用户数据便可通过目标P-GW直接发给UE。
可以看出，现有技术中，UE不能直接与切换前连接的P-GW、即目标P-GW建立DSMIPv6绑定，需要一个从初始P-GW到目标P-GW的家乡代理转换的过程，这个转换过程浪费网络资源，且影响UE接入网络的速度及用户体验。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种移动网络连接的建立方法及系统，能够节省网络资源，提高UE接入网络的速度，且提高用户体验。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种移动网络连接的建立方法，增加初始分组数据网络网关P-GW与目标P-GW之间的接口，该方法包括：
用户设备UE发起与初始P-GW之间的安全联盟建立；
初始P-GW建立与目标P-GW之间的连接，并向UE返回认证响应；
UE与初始P-GW之间进行绑定更新。
所述UE发起与初始P-GW之间的安全联盟建立之前，还包括步骤：
UE通过演进的通用陆地无线接入网E-UTRAN和服务网关接入目标P-GW；
UE向非第三代合作伙伴计划3GPP接入网切换，建立与信任的非3GPP或者演进的分组数据网关ePDG之间的连接。
所述UE发起与初始P-GW之间的安全联盟建立后还包括步骤：
UE发送接入点名称APN给初始P-GW；
初始P-GW从归属用户服务器HSS获取目标P-GW的地址。
所述初始P-GW建立与目标P-GW之间的连接为：
初始P-GW通过与目标P-GW之间的接口，向目标P-GW发送建立连接请求；
目标P-GW通过与初始P-GW之间的接口，向初始P-GW返回建立连接响应，
所述建立连接请求至少携带用户身份、APN、以及下行通用路由封装键GRE KEY。
所述初始P-GW向目标P-GW发送建立连接请求之后还包括步骤：
目标P-GW根据建立连接请求中携带的用户身份和APN，查找所述APN对应的PDN连接上下文，获取其中保存的用户IP地址，并更新所述PDN连接上下文；
目标P-GW保存收到的下行GRE KEY和初始P-GW的IP地址，以及分配上行GRE KEY，之后执行后续流程，
所述建立连接响应至少携带：上行GRE KEY、用户身份、APN、以及用户IP地址。
所述UE与初始P-GW之间进行绑定更新之后包括：
外部分组数据网络PDN向目标P-GW发送下行用户数据；
目标P-GW将所述数据转发给初始P-GW；
初始P-GW将所述数据发给UE，实现业务连续。
一种移动网络连接的建立系统，包括：UE、初始P-GW和目标P-GW，其中，
所述UE，用于发起与初始P-GW之间的安全联盟建立；以及在收到来自初始P-GW的认证响应后，与初始P-GW之间进行绑定更新；
所述初始P-GW，用于在UE发起安全联盟建立后，建立与目标P-GW之间的连接，并向UE返回认证响应；
所述目标P-GW，用于在UE发起安全联盟建立后，建立与初始P-GW之间的连接。
所述UE，还用于在发起与初始P-GW之间的安全联盟建立后，发送APN给初始P-GW；
所述初始P-GW，还用于获取目标P-GW的地址。
所述初始P-GW，还用于通过与目标P-GW之间的接口，向目标P-GW发送建立连接请求；
所述目标P-GW，还用于通过与初始P-GW之间的接口，向初始P-GW返回建立连接响应。
所述目标P-GW，还用于根据建立连接请求中携带的用户身份和APN，查找所述APN对应的PDN连接上下文，获取其中保存的用户IP地址，并更新所述PDN连接上下文；保存收到的下行GRE KEY和初始P-GW的IP地址，以及分配上行GRE KEY。
所述目标P-GW，还用于接收外部PDN发来的下行用户数据，并将所述数据转发给初始P-GW；
所述初始P-GW，还用于将所述来自目标P-GW的数据发给UE。
本发明移动网络连接的建立方法及系统，增加初始P-GW与目标P-GW之间的接口P1，UE通过E-UTRAN和服务网关接入目标P-GW，且建立与信任的非3GPP或者ePDG之间的连接之后，由UE发起与初始P-GW之间的安全联盟建立，从而建立初始P-GW和目标P-GW之间的连接，外部PDN发来的下行用户数据继续发给目标P-GW，目标P-GW将这些数据转发给初始P-GW，再由初始P-GW将数据发给UE，以实现业务连续。由于通过本发明，UE能够与目标P-GW建立通信，所以节约网络资源，且能提高UE接入网络的速度及用户体验。
附图说明
图1为EPS的系统架构图；
图2为现有技术中移动网络连接的建立方法流程示意图；
图3为本发明建立的网络连接的架构示意图；
图4为本发明移动网络连接的建立方法流程示意图；
图5为本发明移动网络连接的建立系统结构示意图。
具体实施方式
本发明的基本思想是：增加初始P-GW与目标P-GW之间的接口，UE通过E-UTRAN和服务网关接入目标P-GW，且建立与信任的非3GPP或者ePDG之间的连接之后，由UE发起与初始P-GW之间的安全联盟建立，从而建立初始P-GW和目标P-GW之间的连接，外部PDN发来的下行用户数据继续发给目标P-GW，目标P-GW将这些数据转发给初始P-GW，再由初始P-GW将数据发给UE，以实现业务连续。
下面结合附图对技术方案的实施作进一步的详细描述。
图3为本发明建立的网络连接的架构示意图，如图3所示，本发明建立的网络连接的架构与图1相比，有如下改动：增加初始P-GW与目标P-GW之间的接口，命名为P1。该接口的功能包括但不限于：通过信令交互，建立初始P-GW与目标P-GW的用户面连接，如通用路由封装(GRE)隧道，该接口同时具有用户面和信令面的功能。
图4为本发明移动网络连接的建立方法流程示意图，如图4所示，本发明移动网络连接的建立方法具体包括以下步骤：
步骤401：UE通过E-UTRAN和服务网关接入目标P-GW。
步骤402：UE向非3GPP接入网切换，建立与信任的非3GPP或者ePDG之间的连接。
步骤403：UE发起与初始P-GW之间的安全联盟建立。
这里，UE启动DSMIPv6协议栈，开始查询HA的地址，即UE向DNS Server发送含有HA-APN的查询报文；DNS Server收到所述查询报文后，查找自身保存的该HA-APN对应的P-GW的IP地址，查找到一些P-GW的IP地址，将其以列表的形式返回给UE；UE获取到DNS Server返回的P-GW的地址列表后，从其中选取一个地址，该地址对应的P-GW不是目标P-GW，是初始P-GW，之后发起与所选取的初始P-GW的安全联盟建立。
需要说明的是，在建立该安全联盟的过程中，UE需要发送APN给初始P-GW，初始P-GW从HSS获取目标P-GW的地址。
步骤404：初始P-GW通过P1接口，向目标P-GW发送建立连接请求。
该建立连接请求中包含用户身份和APN，以及下行通用路由封装键(Generic Routing Encapsulation KEY，GRE KEY)等，其中，用户身份一般为网络接入标识(Network Access ID，NAI)或者国际移动用户识别码(internationalmobile subscriber identity，IMSI)。
步骤405：目标P-GW收到建立连接请求后，通过与初始P-GW之间的接口P1向初始P-GW返回建立连接响应。
具体的，目标P-GW根据建立连接请求中携带的用户身份和APN，查找所述APN对应的PDN连接上下文，获取其中保存的用户IP地址，同时更新上述PDN连接上下文，保存收到的下行GRE KEY和初始P-GW的IP地址，以及分配上行GRE KEY，之后发送建立连接响应给初始P-GW，该建立连接响应消息中包含：上行GRE KEY、用户身份和APN，以及用户IP地址等。
步骤406：初始P-GW发送认证响应、即认证完成消息给UE，完成安全联盟的建立。
该认证完成消息中包括步骤405中从目标P-GW获取到的用户IP地址。
步骤407：UE与初始P-GW之间进行绑定更新。
UE发送绑定更新给初始P-GW，初始P-GW回复绑定确认给UE，完成初始P-GW与UE之间的DSMIPv6隧道的建立。
绑定更新完成后，外部PDN发来的下行用户数据继续发给目标P-GW，目标P-GW将这些数据通过P1接口转发给初始P-GW，初始P-GW通过S2c接口将数据发给UE，实现了业务连续。
图5为本发明移动网络连接的建立系统结构示意图，如图5所示，本发明移动网络连接的建立系统包括：UE 51、初始P-GW 52和目标P-GW 53，其中，
UE 51，用于发起与初始P-GW 52之间的安全联盟建立；以及在收到来自初始P-GW 52的认证响应后，与初始P-GW 52之间进行绑定更新；
初始P-GW 52，用于在UE 51发起安全联盟建立后，建立与目标P-GW 53之间的连接，并向UE 51返回认证响应；
目标P-GW 53，用于在UE 51发起安全联盟建立后，建立与初始P-GW 52之间的连接。
UE 51，还用于在发起与初始P-GW 52之间的安全联盟建立后，发送APN给初始P-GW 52；
初始P-GW 52，还用于获取目标P-GW 53的地址。
初始P-GW 52，还用于通过与目标P-GW 53之间的接口，向目标P-GW 53发送建立连接请求；
目标P-GW 53，还用于通过与初始P-GW 52之间的接口，向初始P-GW 52返回建立连接响应。
目标P-GW 53，还用于根据建立连接请求中携带的用户身份和APN，查找所述APN对应的PDN连接上下文，获取其中保存的用户IP地址，并更新所述PDN连接上下文；保存收到的下行GRE KEY和初始P-GW的IP地址，以及分配上行GRE KEY。
目标P-GW 53，还用于接收外部PDN发来的下行用户数据，并将所述数据转发给初始P-GW 52；
初始P-GW 52，还用于将所述来自目标P-GW 53的数据发给UE 51。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种移动网络连接的建立方法，其特征在于，增加初始分组数据网络网关P-GW与目标P-GW之间的接口，该方法包括：
用户设备UE发起与初始P-GW之间的安全联盟建立；
初始P-GW通过与目标P-GW之间的接口，向目标P-GW发送建立连接请求；所述建立连接请求至少携带用户身份、APN、以及下行通用路由封装键GREKEY；
目标P-GW通过与初始P-GW之间的接口，向初始P-GW返回建立连接响应；
初始P-GW向UE返回认证响应；
UE与初始P-GW之间进行绑定更新。
2.根据权利要求1所述的移动网络连接的建立方法，其特征在于，所述UE发起与初始P-GW之间的安全联盟建立之前，还包括步骤：
UE通过演进的通用陆地无线接入网E-UTRAN和服务网关接入目标P-GW；
UE向非第三代合作伙伴计划3GPP接入网切换，建立与信任的非3GPP或者演进的分组数据网关ePDG之间的连接。
3.根据权利要求1所述的移动网络连接的建立方法，其特征在于，所述UE发起与初始P-GW之间的安全联盟建立后还包括步骤：
UE发送接入点名称APN给初始P-GW；
初始P-GW从归属用户服务器HSS获取目标P-GW的地址。
4.根据权利要求3所述的移动网络连接的建立方法，其特征在于，所述初始P-GW向目标P-GW发送建立连接请求之后还包括步骤：
目标P-GW根据建立连接请求中携带的用户身份和APN，查找所述APN对应的PDN连接上下文，获取其中保存的用户IP地址，并更新所述PDN连接上下文；
目标P-GW保存收到的下行GRE KEY和初始P-GW的IP地址，以及分配上行GRE KEY，之后执行后续流程，
所述建立连接响应至少携带：上行GRE KEY、用户身份、APN、以及用户IP地址。
5.根据权利要求1至4任一项所述的移动网络连接的建立方法，其特征在于，所述UE与初始P-GW之间进行绑定更新之后包括：
外部分组数据网络PDN向目标P-GW发送下行用户数据；
目标P-GW将所述数据转发给初始P-GW；
初始P-GW将所述数据发给UE，实现业务连续。
6.一种移动网络连接的建立系统，其特征在于，该系统包括：UE、初始P-GW和目标P-GW，其中，
所述UE，用于发起与初始P-GW之间的安全联盟建立；以及在收到来自初始P-GW的认证响应后，与初始P-GW之间进行绑定更新；
所述初始P-GW，用于在UE发起安全联盟建立后，通过与目标P-GW之间的接口，向目标P-GW发送建立连接请求；接收到所述目标P-GW返回的建立连接响应后，向UE返回认证响应；
所述目标P-GW，用于在UE发起安全联盟建立后，通过与初始P-GW之间的接口，接收初始P-GW发送的建立连接请求，并向所述初始P-GW返回建立连接响应；
所述建立连接请求至少携带用户身份、APN、以及下行通用路由封装键GRE KEY。
7.根据权利要求6所述的移动网络连接的建立系统，其特征在于，
所述UE，还用于在发起与初始P-GW之间的安全联盟建立后，发送APN给初始P-GW；
所述初始P-GW，还用于获取目标P-GW的地址。
8.根据权利要求7所述的移动网络连接的建立系统，其特征在于，
所述目标P-GW，还用于根据建立连接请求中携带的用户身份和APN，查找所述APN对应的PDN连接上下文，获取其中保存的用户IP地址，并更新所述PDN连接上下文；保存收到的下行GRE KEY和初始P-GW的IP地址，以及分配上行GRE KEY。
9.根据权利要求6至8任一项所述的移动网络连接的建立系统，其特征在于，
所述目标P-GW，还用于接收外部PDN发来的下行用户数据，并将所述数据转发给初始P-GW；
所述初始P-GW，还用于将所述来自目标P-GW的数据发给UE。
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