CN102077636A - 用于自组织网络的系统和方法 - Google Patents

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拉杰韦·库德利
昆塔尔·乔沃德哈里
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Abstract

公开了为通信网络中的网络装置提供自管理的系统和方法。这些管理能力使得网络装置能够执行例如改善资源分布、考虑维护和更新以及有条理有组织地提供会话管理和策略实施的功能。在自组织网络(SON)中，一些网络装置可以被配置为提供自配置和自优化性能，以提供使某些操作和管理功能以及系统管理功能自动进行的能力。SON结合了自配置、自优化、监控以及操作管理，以使网络装置被插入网络中并且在基本没有人为干预的情况下进行操作。

Description

用于自组织网络的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请根据35U.S.C.§119(e)要求于2009年5月15日提交的名为“System and Method for a Self Organizing Network”的美国临时专利申请No.61/178,812的优先权，其全部内容通过引用结合于此。
技术领域
本公开涉及电信领域，更具体地涉及一种用于在通信网络中提供自组织的系统和方法。
背景技术
无线网络是使用无线电波来将信息从网络中的一个节点携带到网络中的一个或多个接收节点的电信网络。有线通信也可以用在无线网络的部分中，诸如，在小区或接入点之间。蜂窝电话的特征在于使用了对地理区域提供无线电覆盖的无线电小区，多个小区可以被布置以在更大区域上提供连续无线电覆盖。
第一代无线电话技术使用了模拟移动电话，其中模拟信息信号被发送。随着技术的进步，第二代(2G)无线服务被引入。在2G系统中，数字信息信号被用来调制载波。这些2G技术使用时分多址(TDMA)或码分多址(CDMA)技术来区分多个用户。被升级为处理网络中的更高速的分组数据的这些网络被称为2.5G以及3G网络。第三代合作伙伴计划(3GPP)以及第三代合作伙伴计划2(3GPP2)分别开发出了GSM/UMTS/HSDPA和cdmaOne/CDMA2000技术。下一步演进是4G技术，其被称为长期演进一系统体系结构演进(LTE-SAE)并且使用正交频分多址(OFDMA)技术。
包括WiFi、各种IEEE 802.11协议的实现方式、WiMAX、IEEE802.16的实现方式、以及HiperMAN(其是以替代IEEE 802.16的ETSI为基础的)在内的其他无线协议也已经被开发出来。
无线通信技术被与很多应用结合使用，这些应用包括例如卫星通信系统、便携式数字助理(PDA)、膝上型电脑、以及移动装置(例如，蜂窝电话、用户设备)。这些应用的用户可以获得的一个好处是，只要这些用户处于这种无线通信技术的范围之内，就具有连接到网络(例如，互联网)的能力。
发明内容
公开了在通信网络中提供网络装置的自管理的系统和方法。这些管理能力使得网络装置能够执行例如改善资源分布、考虑维护和更新以及有条理有组织地提供会话管理和策略执行之类的功能。在自组织网络(SON)中，一些网络装置可以被配置为提供自配置和自优化性能，以提供使某些操作和管理功能以及系统管理功能自动进行的能力。SON结合了自配置、自优化、监控、以及操作管理，以使网络装置能够被插入网络并在基本没有人为干预的情况下进行操作。
在一些实施例中，公开了一种方法，包括：在网络装置被引入自组织网络之后在网络装置处发起通信，以获取自组织网络的管理服务器和网络装置的寻址信息，并从管理服务器获取配置信息以在自组织网络上对网络装置进行初始化；在网络装置处进行自测试以确定在自组织网络上如何配置网络装置并且将自测试结果发送至管理服务器以获得基于自测试结果的附加配置信息；从网络装置发布信息以发起与其他网络装置的信息交换并建立连接，从而为自组织网络上的用户设备会话提供服务；监控网络装置上的性能、资源和用户设备会话信息，并且记录该信息以供管理服务器使用；以及调整与多个用户设备会话有关的参数，并且基于从管理服务器接收的指令来确定是否接受现有的用户设备会话以及如何修改现有的用户设备会话。
在其他实施例中，公开了一种网络装置，该网络装置提供了以下部件：被配置为与服务器通信以获取网络装置的IP地址并获取管理服务器的IP地址的接口；被配置为与管理服务器通信以获取软件和配置信息从而在自组织网络上对网络装置进行初始化的接口；被配置为与自组织网络中的其他网络装置通信以交换信息并建立连接，从而为自组织网络上的用户设备会话提供服务的接口；被配置为获取关于网络装置的操作和性能信息的自测试功能；使用从管理服务器接收的软件和配置信息对网络装置进行配置以便网络装置在自组织网络中进行操作的自配置功能，其中网络装置基于从管理服务器接收的指令来修改其操作和配置；以及被配置为监控网络装置上的性能、资源和用户设备会话信息并记录该信息以供管理服务器使用的自配置监控功能。
在另外的其他实施例中，公开了一种方法，包括：从动态主机配置协议(DHCP)服务器获取IP地址和管理服务器地址；从网络装置与管理服务器通信，以下载软件和配置信息从而对网络装置进行设置；执行网络装置的自测试以获取关于网络装置的性能的结果和测量信息，其结果和测量信息被用来确定如何对网络装置进行配置以便其在自组织网络中进行操作；与其他网络装置接触以确定其他网络装置的性能并且向其他网络装置提供关于该网络装置的信息；监控关于该网络装置的资源和其他信息以供传送给管理服务器；在网络装置上接收来自管理服务器的指令，并且根据指令修改网络装置的配置。
附图说明
图1示出根据某些实施例的网络示意图。
图2示出根据某些实施例的MME池、SGW集以及eNB簇之间的通信。
图3示出根据一些实施例的演进的分组核心SON的网络视图。
图4示出根据一些实施例的自组织网络中的自配置消息传送过程。
图5示出根据某些实施例的自配置网络功能。
图6示出根据一些实施例的用于MME的自动配置的消息流。
图7示出根据一些实施例的用于SGW的自动配置的消息流。
图8示出根据某些实施例的网络装置对信息的报告。
图9示出根据一些实施例的在MME处使用选择逻辑进行的网络装置选择。
图10示出根据一些实施例的自组织网络的另一个实施例。
图11示出根据某些实施例的机箱(chassis)。
具体实施方式
公开了在通信网络中提供网络装置的自管理的系统和方法。在自组织网络(SON)中，一些网络装置可以被配置为实现自配置和自优化性能，以提供使某些操作和管理功能以及系统管理功能自动进行的能力。自组织网络可以通过在操作期间动态地优化无线电网络特性而消除部署时对设备的人工配置，来最小化运行网络的寿命周期成本。这可以使网络提供商的操作效率提高并且操作成本降低。网络装置可以是例如网关GPRS支持节点(GGSN)、服务GPRS支持节点(SGSN)、移动性管理实体(MME)、服务网关(SGW)或者分组数据网络网关(PGW)。网络装置还可以在下面进一步描述的诸如思科系统公司(Cisco System)的机箱平台之类的网关平台上实现。
图1示出根据某些实施例的长期演进(LTE)网络中的实现方式。图1示出了通用移动电信系统(UMTS)版本8网络和LTE网络二者。图1的网络示意图包括用户设备(UE)110、演进的节点B(eNB)112、节点B114、无线电网络控制器(RNC)116、移动性管理实体(MME)/用户平面实体(UPE)118、系统架构演进网关(SAE GW)120、策略与计费规则功能(PCRF)122、归属订户服务器(HSS)124、核心IP网络126、互联网128以及服务通用分组无线业务支持节点(SGSN)130。MME118、SAE GW 120、以及SGSN 130可以如下所述地实现在机箱中。SAEGW 120可以包括服务网关(SGW)以及分组数据网络网关(P-GW)。在一些实施例中，SGW和P-GW可以在单独的网络装置上实现。SAE架构的主要部件是演进的分组核心(EPC)(也称为SAE核心)。EPC包括MME、SGW、以及P-GW部件。
MME 118是用于LTE接入网的控制节点。MME 118负责包括重传在内的UE 110追踪和寻呼过程。MME 118控制承载激活/去激活处理，并且还负责在LTE内越区切换时在初始附接过程中为UE 110选择SGW。MME 118还通过与HSS 124交互来对用户进行认证。MME 118还生成临时标识，将这些临时标识分配给UE，并且终止非接入层(NAS)信号传送。MME 118对UE 110在服务提供商的公众陆地移动网(PLMN)上的预占线的授权进行检查，并且实行UE漫游限制。MME 118是网络中用于NAS信号传送的加密/完整性保护的终止点，并且控制安全密钥管理。MME 118还支持信号传送的合法拦截。MME还提供对于LTE和2G/3G接入网之间的移动性的控制平面功能，其中S3接口始于SGSN 130并且终止于MME 118。MME 118还终止去往用于漫游UE的归属HSS的S6a接口。
SGW对用户数据分组进行路由和转发，同时还充当在eNB间越区切换期间用于用户平面的移动性锚点以及充当用于LTE和其他3GPP技术之间的移动性的锚点(终止S4接口并且中继2G/3G系统和PDN GW之间的流量)。对于空闲状态的UE，SGW终止下行链路数据路径，并且在下行链路数据到达时触发对UE110的寻呼。SGW管理并存储UE环境，例如，IP承载服务的参数和网络内部路由信息。SGW还在合法拦截的情况下执行用户流量的复制。PGW通过充当用于UE 110的流量的出口和入口来为UE 110提供到外部分组数据网的连接性。UE 110可以同时具有与一个以上PGW的连接性以便接入多个分组数据网。P-GW执行策略实施、针对每个用户的分组过滤、收费支持、合法拦截以及分组筛选。PGW还提供用于3GPP和诸如WiMAX和3GPP2(CDMA 1X和EvDO)之类的非3GPP技术之间的移动性的锚点。根据本实施例的SGW或PGW可以用来在实现SGW或PGW的机箱上如上述那样以每个订户为基础提供深度分组检测以及向用户提供广告。
演进的分组核心自组织网络(SON)可以通过提供自配置、自优化、邻居和对等机发现以及监控来实现。在提供这些性能的过程中，每个网络装置可能涉及很多功能。自配置方面使得网络装置能够获取在装置操作中使用的参数。例如，网络装置的自配置可以包括获取网络装置的地址、确定操作和管理服务器位置、获取传输参数、获取对于系统软件和硬件的更新、设置配置文件以及获取安全性环境。自优化方面使得网络装置能够使用信息来在网络中变得更有效。这可以包括例如网络装置改变它的覆盖范围、修改它的能力(capacity)、修改移动性参数以及进行负载均衡。邻居和对等机发现方面可以包括网络装置学习网络上的其他网络装置。该发现方面可以包括例如eNodeB(eNB)-MME连接性自动配置、MME-MME发现和自动配置以及MME-SGW发现和自动配置。监控是自组织网络的另一方面，其涉及追踪和记录事件、进行统计以及操作信息。该监控可以包括负载信息、位置信息、协议信息、警报、统计信息、故障信息、硬件信息以及传感器信息。
SON通过结合自配置、自优化、发现和监控性能以及来自这些方面的信息而起作用，从而使得网络能够对以前由人工实现的问题作出抉择和反应。例如，通过使用配置信息、邻居和对等机信息、监控信息以及配置和优化性能，诸如地址配置、池配置、覆盖范围配置以及负载均衡之类的活动可以由网络管理，而不需要或者只需要最少的人为干预。这些性能使得网络能够提供更好的用户体验并且使得网络对于条件的改变更有弹性。自组织网络具有比使用一个或多个人来人工配置对事件的反应更快地对事件作出反应的能力。在静态配置以外，自组织网络还提供动态配置、监控以及响应性能。
例如，如果遇到不仅会对设备造成损害而且会毁坏呼叫者的系统的自然灾害，自组织网络可以以很多方式作出反应。首先，自组织网络可以检测负载方面的变化(并且监控情况)。其次，其可以检测网络中的网络装置是否损毁以及这些故障对网络造成的影响。然后，自组织网络可以通过重新组织网络和网络资源，使用负载均衡、改变能力和各种网络节点的覆盖范围来增加特定区域中资源的可用性。
图2示出了根据某些实施例的MME池、SGW集以及eNB簇之间的通信。图2包括eNodeB(eNB)簇136、SGW集136、MME池138、以及执行操作和管理的管理服务器140，其中eNB簇136包括一组eNB135a-135e，SGW集136包括一组SGW 137a-137c，MME池138包括一组MME 139a-139c。MME可以使用诸如链路141之类的一个或多个通信链路相互通信，eNB可以使用链路142通信，并且SGW可以使用链路143通信。MME池、SGW集以及eNB簇之间的通信在自组织网络中被实现，以在各种网络装置之间提供信息和反馈。例如，MME池138可以使用通信网络146与SGW集136通信，并可以使用通信网络144与eNB簇134通信。MME池、SGW集以及eNB簇可以联合相互之间的通信或者独立于相互之间的通信而与操作和管理服务器(“O&M”或者“OAM”)通信。这些通信148可以在网络上发生，或者通过一个或多个链路发生。
如所示出的，MME池138可以实现自配置、邻居间及邻居内列表管理、能力和负载均衡优化以及监控。SGW集136可以实现自配置、负载均衡优化以及监控。另外，eNB簇可以实现自配置、邻居列表管理、各种优化(包括覆盖范围、能力、以及移动性)以及监控。其他功能也可以被实现在自组织网络以及各个池中。
在自组织网络中以及自组织网络中的网络装置上实现的自配置可以包括很多功能。它可以包括例如与其他网络装置交换性能、分配配置参数、为进入MME池、SGW集或eNB簇的新网络装置分配角色。在网络装置“落入”或者进入“云”(该云可以是任意一个装置网络)时，该网络装置与其他装置交换其性能，学习其在该网络中的角色，并且为其与该网络的接口分配配置参数。基于该网络装置的角色及其的被分配性能，该网络装置被提供简档类型。例如，能够S5-PMIP(代理移动IP)的SGW和能够S5-GTP(GPRS隧道协议)的SGW被分配单独的简档类型，该网络装置可以与其邻居共享简档类型。自组织配置还可以包括基于该网络装置的配置以及该网络装置将如何与其他网络装置通信，来为该网络装置分配IP地址。这可以基于简档类型以及关于该网络装置的其他因素。
一旦IP地址被分配并且该网络装置知道了其在网络中的角色，该网络装置就可以与他网络装置进行邻居和对等机发现以及自动配置。邻居和对等机发现的过程可以是主动过程，也可以是被动过程。在主动过程中，该网络装置主动向其他网络装置传送消息，以获取信息和配置连接。在被动过程中，该网络装置通过侦听通信来获知其邻居和对等机。在每种情况下，网络装置都可以开始创建被用于配置连接、开始监控以及准备动态优化的信息的数据库。该网络装置可以学习有关其邻居的各种信息，诸如，邻居的简档、地址信息以及性能。
SON中的网络装置还可以执行邻居/对等机发现和自动配置来学习群组(例如，MME池)中的其他节点或网络装置。此学习包括学习作为同一种类型装置的其他网络装置或者作为不同类型装置的其他网络装置。这使得各种网络装置能够在自组织网络中相互通信。例如，MME学习其相邻的MME，以管理哪些MME控制哪些会话和装置，并且MME学习SGW和eNB以获知这些装置的性能，从而MME可以管理这些装置。eNB也学习MME，以连接到MME从而例如建立传输会话和建立安全关联。网络装置还相互学习。例如，MME在对其自身进行配置并且管理TAI列表的过程中使用有关管理重叠TAI列表的MME的信息，从而此信息被本地存储在该MME中。
自组织网络中的自优化可以包括很多功能。自优化随着网络装置和网络装置的功能而改变，并且可以包括通信网络中的覆盖范围、移动性、容量以及负载均衡的优化。SON还可以包括监控，该监控被执行以在网络装置的群组中进行自检查和检查。出错和故障也在网络装置间传播，以使网络装置能够对这些事件作出反应。覆盖和移动性优化可以发生在包括诸如eNB之类的装置的无线电接入网(RAN)中。覆盖可以包括如何布置eNB以提供地理区域上的小区覆盖。eNB可以被配置用来改变它们覆盖的地理区域(例如，它们的占地)。移动性配置影响如何在RAN中的装置之间发生交接。这可以被配置用来测定在用于用户设备的eNB之间何时发生交接。
容量和负载均衡可用于诸如MME和SGW之类的网络装置。容量功能包括有关网络装置上有多少资源正被使用的一个或多个度量。容量可以是对特定时间特定网络上有多少处理、存储量和/或联网带宽正被使用的指示。其还可以基于有多少会话或呼叫正在被装置处理。会话是用于从用户设备进行通信的、网络装置中的服务的提供。用户设备在网络中可以具有一个以上会话。例如，会话可以是网络装置上的资源贡献，以处理对于用户设备的电影流传输、或者处理对于用户设备的语音呼叫。例如，存在有关有多少处理功率正被使用、有多少存储器正被使用(可以包括在网络装置上运行的会话的数目)、有多少带宽可用于通信的单独测量。在一些实施例中，各种监控信息被记录在网络装置上，并被存储在存储装置中以供随后检索。O&M服务器可以检索此信息并对此信息进行处理，以基于策略作出抉择，然后发送控制消息以调整各种网络装置上的参数。
当优化各种网络装置或者网络装置的群组时，自组织网络在装置之间传播优化信息，以确保其他网络装置可以相应地调整它们的参数。即，自组织网络中的改变可以影响很多不同类型的装置。例如，RAN中的eNB中的改变会对MME和SGW上的设置产生影响，诸如当追踪区域(TA)列表中存在改变时。自组织网络以有组织的方式传播改变，以提供协调的改变。如果改变没有被适当地协调，则网络的稳定性可能会被危害。例如，如果改变没有在网络装置的群组间被适当地传播，则可能会在被不适当地更新或配置的装置处发生故障或过载。自组织网络中的挑战在于对实体的管理以及确保适当的改变被及时地设立以不对网络的稳定性造成危害。
自组织网络可以包括集中式通信和分布式通信。集中式通信包括使用中心节点来向正确的网络装置传递通信的通信，而分布式通信包括从任意一个网络装置到任意其他网络装置的通信。在一些实施例中，装置的群组之间(例如，MME池和eNB簇之间)的通信是通过诸如O&M服务器之类的管理服务器进行的。此管理服务器可以协调并管理群组间通信，从而确保通信被发送至适当的网络装置。交换群组专用信息的网络装置可以使用分布式协议，而不会对诸如O&M服务器之类的管理服务器增加负担。诸如SGW之类的某些群组中的一些网络装置可能不需要进行通信，所以对于这些网络装置而言不需要分布式协议。
图3示出根据一些实施例的演进的分组核心SON的网络视图。图3包括管理服务器160、域名服务器(DNS)162、移动性管理实体(MME)164、eNodeB 166a和166b以及服务网关(SGW)168。管理服务器160可以是操作管理服务器(O&M)、元件管理服务器(EMS)和/或网络管理系统(NMS)。网络管理系统(NMS)/元件管理系统(EMS)可以提供操作管理、行政管理、维护管理以及联网系统的供应管理。操作涉及保持网络(和网络提供的服务)活动并运行顺畅，并且包括进行监控以检测问题并最小化网络上的中断。行政涉及保持追踪网络中的资源以及这些资源是如何分配的。维护涉及执行修复和更新，例如，当设备必须被更换时，当路由器需要对于操作系统图像的补丁时，当新交换机被添加到网络时。
供应涉及在网络中配置资源以支持给定的服务。例如，这可包括设置网络从而使新的顾客可以接收服务。作为网络管理的一部分被执行的功能包括网络规划、频率分配、预定的流量路由以支持负载均衡、加密密钥分发授权、配置管理、出错管理、安全管理、特性管理、带宽管理、以及计费管理。其还可以包括控制、规划、分配、部署、协调以及监控网络的资源。元件管理系统(EMS)包括管理电信管理网络模型的网络元件管理层(NEL)上的网络元件(NE)的系统和应用。
如图3中所示，管理服务器160与DNS 162、MME 164、eNB 166a和166b以及SGW 168通信。管理服务器160可以在这些不同的网络元件间提供集中式通信。管理服务器160可以在自组织过程中通过从网络装置获取的一系列数据来从网络装置收集统计信息。网络装置被设置为对它们自身以及其他信息进行监控，以收集可以被管理服务器169提取的信息。然后，管理服务器160使用此统计数据来计算度量并确定如何配置网络。这些度量可以包括容量、可用资源、活动会话的数目、覆盖、移动性等。根据这些度量，策略或逻辑可以被用来在很少或者没有人为干预的情况下管理和优化网络。当在管理服务器160处识别出优化或其他改变时，控制信号中携带的指令被推送给各种网络装置。这些网络装置可以使用各种接口相互通信。例如，MME 164可以使用S1-MME接口与eNB 166a通信，SGW 168可以使用S1-U接口与eNB 166通信。S1是eNB和演进的分组核心(EPC)之间的标准化接口。S1-MME被用来在eNB和MME之间交换信令消息，并且S1-U被用来在eNB和服务网关(S-GW)之间传输用户数据报文。
图4示出了根据一些实施例的自组织网络中的自配置消息传送过程。图4包括网络元件或网络装置180、DHCP服务器182、管理服务器或OAM服务器184、可扩展认证协议(EAP)服务器186、DNS服务器188以及对等网络元件190。作为自组织网络的一部分的网络装置被配置为在被附接至自组织网络时或者在自组织网络中启动时进行自配置。为了对其自身进行配置，在192中，网络装置180与DHCP服务器182通信，以获取IP地址、OAM地址以及其他地址和位置信息。在194中，网络装置180使用可扩展认证协议(EAP)与OAM服务器184通信。
EAP是为通过EAP方法生成的密钥资料(keying material)和参数的传输和使用而提供的一种认证架构。EAP方法包括用于认证协商的一些常见功能和方法。EAP定义消息格式，并且使用EAP的每个协议定义将EAP消息封装在协议的消息中的方式。一些EAP方法包括EAP-MD5、EAP-OTP、EAP-GTC、EAP-TLS、EAP-IKEv2、EAP-SIM以及EAP-AKA。用于GSM订户身份模块的可扩展认证协议方法(EAP-SIM)是一种使用全球移动通信系统(GSM)订户身份模块(SIM)的用于认证和会话分发的EAP机制。GSM蜂窝网使用订户身份模块(SIM)卡来进行用户认证。EAP-SIM在客户端与提供客户端和网络之间的相互认证的认证、授权以及计费(AAA)服务器之间使用SIM认证算法。
194中的消息传送提供了用于检查用户设备或网络装置的凭证的机制。尽管示出了EAP-SIM，也可以使用其他认证机制来检查凭证。基于EAP的认证可以与简单网络管理协议(SNMP)相结合。SNMP是一种可以被用在网络管理系统中以监控网络附接装置为条件来令行政注意的基于UDP的网络协议。SNMP包括一组用于网络管理的标准，包括应用层协议、数据库纲要以及一组数据对象。SNMP在自组织网络中以变量的形式携带管理数据，其中这些变量是可扩展的并且携带来自网络装置的监控和统计信息。这些变量然后可以被管理服务器184查询并不时地被设置。在自组织网络中，SNMP可以被管理服务器184用来监控自组织网络中的网络装置并获取监控信息，以使得管理决策能够被实施。管理服务器184包括可以存储经由SNMP获取的信息的数据库。
管理服务器184还可以帮助对自组织网络上的网络装置进行认证。这可以使装置被信任，并使装置能够发送可以被信任的信息。认证处理可以包括管理服务器184在196中与EAP服务器186通信。在一些实施例中，EAP服务器186可以被实现在AAA服务器上，或者可以通过类似的功能实现。在消息传送198中，管理服务器184可以发送软件下载、配置下载、或者其他相关信息，以使网络装置能够对其自身进行配置。软件下载可以包括更新、升级、新版本、用在自组织网络中的软件、以及配置文件。配置文件可以包括例如有关如何执行优化、监控什么信息、如何接触对等节点的策略或其他指令。消息传送198可以使用例如SNMP或者文件传输协议(FTP)来发送。
用于特定任务和操作方面的参数和配置信息也可以在自配置处理中由管理服务器184提供给网络装置180。在消息传送200中，传输参数和配置信息、无线电参数和配置信息、网络参数和配置信息、安全参数和配置信息、以及装置参数和配置信息可以被发送给网络装置180或者被与网络装置180交换。网络装置180可以使用这些参数、配置信息以及软件进行设置以在网络上运行。
在202中，网络装置180执行自测试，以确定所有事物是否都在适当地运作。自测试可以包括响应于指定的输入来运行由管理服务器接收的测试软件或者监控网络装置上的部件。自测试结果以及其他监控测量结果可以在消息传送204中被发送给管理服务器184。消息传送204可以使用SNMP TRAP来实现，SNMP TRAP是一种用于报告警报或者关于所管理的系统的其他异步事件的分组数据单元。消息传送204中的结果可以由OAM服务器184进行分析，以确定网络装置如何在SON中起作用。该分析可以确定网络装置的简档和/或初始操作参数，诸如，网络内的任务的加载和分配。在消息传送206中，附加配置信息被从管理服务器184发送至网络装置180。此附加配置信息可以基于对从网络装置获取的统计信息和其他测量结果和/或自测试结果的分析。消息传送206可以使用FTP来递送配置文件。
当网络装置被配置到自组织网络中时，中心管理服务器184在208中与DNS 188通信，以将网络装置180更新到DNS中。当网络装置180被包括在DNS中后，它将可用于网络中的查找和使用。一旦网络装置180完成了针对自组织网络而对其自身的配置，该网络装置可以开始对等机发现，并且与其他网络装置190进行连接。这可以包括将该网络装置的简档广告给SON中的其他网络装置。网络装置180可以在消息传送210中与其他网络装置190进行连接。
图5示出了根据某些实施例的自组织网络功能。SON功能可以包括充当网络管理器(IRP管理器)的自配置监控和管理功能(SC-MMF_NM)220、充当用于集中式管理器的代理(IRP代理)的自配置监控和管理功能(SC_MMF_EM)222、用于追踪并在一些情况下分发寻址信息的地址分配功能(AAF)224、用于提供到管理服务器的连接的OAM连接性建立功能(OAM CO_EF)226、用于管理装置上的软件并可以提供有关驻留在装置上的软件的信息的软件管理功能(SW_MF)228、用于中继关于资源可用性以及装置上的可用资源的信息的清单更新功能(Inv_UF)230、用于监控网络装置、在装置上进行测试、以及向管理功能220进行报告的自测试功能(ST_F)232。SON还包括用于建立用于呼叫处理的数据路径的呼叫处理链路(CPL)建立功能(CPL_SUF)234、实现用于RAN的配置信息的无线电网络配置数据功能(R_CD_F)236、实现用于网络的配置信息的传输网络配置数据功能(T_CD_F)238、用于更新IRP管理器220的NRM IRP更新功能(NRM_UP)240、以及用于帮助通信的无线电网络和传输网络配置数据准备功能(未示出)。
图6示出了根据一些实施例的用于MME的自动配置的消息流。图6包括MME 250、DHCP服务器182、操作管理服务器(OAM)184、对等MME 254、DNS 188、以及eNodeB 262。在消息传送192中，MME在192中与DHCP服务器182通信，以获取IP地址、管理服务器地址、以及其他地址和位置信息。MME 250可以发起与管理服务器184的通信252，以使用例如SNMP或FTP来下载软件和/或配置信息。软件和配置信息被MME 250用来对装置进行设置，以便装置在自组织网络的环境运作。自测试202确定MME的性能，并且在消息传送204中将此信息传送给管理服务器184。自测试202还可以监控MME 250的某些方面，以向管理服务器184提供其他测量结果。管理服务器184对这些测量结果和测试数据进行分析，以确定MME的性能，进而确定简档以及MME适合自组织网络的程度。
管理服务器184发送基于自测试结果的附加配置信息206，附加配置信息206被MME用来进行设置以便在自组织网络中进行操作。在256中，MME 250确定其在其对等机中间的角色。该角色可以包括例如MME池的主控者、活动角色、备用角色。活动和备用角色可以被用于故障保护和负载均衡。MME 250在258中与其他对等MME 254通信，以执行邻居和近邻发现，确定对等群组MME的角色，以及获得有关对等MME的简档和角色的信息。MME 250的角色的确定可能受到对等MME 254的角色的影响。在消息传送260中，MME 250在有关MME的简档和角色(诸如，MME的状态、分组、以及其他参数)方面对管理服务器184进行更新。更新可以利用SNMP TRAP来发送。管理服务器184使用消息传送208来更新DNS中的MME 250。MME 250还与eNodeB 262通信，以执行S1接口设置264。
图7示出了根据一些实施例的用于SGW的自动配置的消息流。图7包括SGW 270、DHCP服务器182、操作管理服务器(OAM)184、DNS188、以及MME 273。在消息传送192中，SGW 270在192中与DHCP服务器182通信，以获取IP地址、OAM地址、以及其他地址和位置信息。SGW 270可以发起与管理服务器184的通信252，以下载软件和/或配置信息。软件和配置信息被SGW 270用来进行设置以便在自组织网络的环境中运作。自测试272可以被用来确定SGW的性能。这些性能在消息传送204中被传送给管理服务器184。自测试272还可以监控SGW 270的某些方面，以向管理服务器184提供其他测量结果。管理服务器184对这些测量结果和测试数据进行分析，以确定SGW的性能，从而确定简档以及SGW适合自组织网络的程度。
管理服务器184发送基于自测试结果的附加配置信息206，以设置SGW 270。SGW使用此配置信息来进行设置以便在自组织网络中进行操作。在消息传送208中，管理服务器184将DNS 188更新为包括新的SGW。在被配置之后，SGW 270创建与自组织网络中的MME 273的会话274。SGW还可以发起对等机发现以及从其他网络元件收集其他信息。在消息传送276中，SGW 270可以使用管理消息来更新管理服务器。管理消息可以包括诸如负载状况和其他操作信息之类的信息。管理消息可以是SNMP TRAP消息。管理服务器184还可以发起从包括SGW 270的网络装置获取监控和统计信息。当在SGW 270中发生诸如优先级改变之类的改变时，管理服务器184还更新278DNS 188。
图8示出了根据一些实施例的网络装置对信息的报告。网络装置可以报告诸如负载信息、网络装置健康状况、错误日志、帐单信息、策略信息、或者任何其他可用信息之类的信息。图8包括MME/SGSN 280和SGW 282。MME/SGSN 280向SGW 282发送回显(echo)请求。响应于回显请求，SGW 282发送回显响应消息286，该回显响应消息可以包括用于携带诸如负载信息之类的信息的专用(private)扩展。SGW 282还可以通过例如发送回显请求消息288来从网络请求信息。回显请求消息传送可以包括请求特定信息的专用扩展。MME/SGSN 280利用包括所请求的信息的回显响应290进行响应。
与网关交换的信息可以被用于网关选择、实现冗余操作、以及维持服务质量(QoS)。例如，在实现冗余操作的过程中，第一SGW可以将关于第一SGW正在处理的会话的信息发送给第二SGW，从而使得在故障或其他情况下第二SGW可以继续第一SGW的操作。
图9示出了根据一些实施例的在MME处使用选择逻辑进行的网络装置选择。选择逻辑可以被作为可执行的指令存储在可由实现MME的机箱上的处理器访问的计算机可读介质中。在302中，新的UE连接被通过非接入层(NAS)协议用信号通知给MME。在304，MME从包括追踪区域标识的eNodeB小区ID(eCID)形成追踪区域标识全限定域名(TAIFQDN)。使用DNS简单名称权威指针(S-NAPTR)进程，MME将FQDN分解为SGW地址和所支持的S5/S8协议的候选名单(shortlist)。它们基于NAPTR返回优先级、已经存在的会话以及过载权重的组合而被分类。过载权重可以是数据结构中表示的SGW或PGW荷载状况。
在306中，MME在304中创建的候选名单中找寻SGW。如果在306中在候选名单中没有找到SGW，则在308中该UE不能使用NAS进行连接并且MME用信号通知UE会话不能被建立。如果在306中可以找到SGW，则在310中PGW被基于S5/S8协议选择出来。在312，MME检查SGW是否支持与PGW相同的S5/S8协议。如果不是，则在314中SGW被从MME候选名单中移除，并且在306中处理利用修改后的候选名单重新开始。如果在312中SGW支持相同的协议，则在316中MME检查SGW是否是候选名单中的最后一个。如果在316中SGW是候选名单中的最后一个，则在318中该SGW被选择，并且创建会话请求被发送至所选择的SGW。
如果SGW不是候选名单316中的最后一个，则在320中MME检查SGW是否被标记为过载。如果在320中SGW被标记为过载，则此条目可以被检查以确定SGW何时被标记以及SGW被从候选名单中选择出来的次数。如果时间达到阈值或者已经超过尝试的阈值数目，则该SGW被选择，并且新结果被写入数据结构中。例如，如果尝试成功，则SGW不被标记。如果尝试不成功，则条目因不成功而被重写以重置尝试的时间和数目。如果在320中没有达到阈值并且SGW被标记为过载，则在314中其被从候选名单中移除。PGW可以经历选择逻辑中的相同的过载检查，以确定被选择的PGW。
图10示出了根据一些实施例的自组织网络的另一个实施例。图10包括核心网(CN)网络管理系统(NMS)330、互联网协议无线接入网(IPRAN)/eNB网络管理系统(NMS)332、MME 334、SGW 336、分组数据网络网关(PGW)338、RAN 340、以及eNB 342。CN NMS 330管理核心网中的MME 334、SGW 336、PGW 338、以及其他网络装置。管理服务器330获得网络装置的特性统计信息，并且使用阈值来生成对于服务提供商的操作支持系统(OSS)的通知。这些通知可以被记录，以随后分析故障和向服务提供商提供其他信息。在一些实施例中，这些相同的通知还可以使用IPRAN NMS 332来触发对于RAN侧上的网络装置的动作。在此触发中，过载状况和其他信息可以使用诸如SNMP或3GPP XML接口之类的协议被发送给RAN NMS。在一些实施例中，CNN MS 330管理服务器和IPRAN NMS 332管理服务器可以被设置在相同的服务器上。在其他实施例中，核心网络管理服务器330和RAN管理服务器332被设置在不同的服务器上，并且相互之间进行通信以协调管理动作。网络管理服务器可以被实现在Cisco刀片服务器上。
核心网络管理服务器330还可以管理对于诸如现有的MME和SGW池之类的网络装置群组的顺序更新处理。另外，核心网络管理服务器330可以通过使RAN网络管理服务器332知晓现有的池状况来帮助软件下载/停工修复和更新。这可以使RAN网络管理服务器332动态地修改与核心网的RAN通信，从而有助于核心网操作。动态修改可以包括在核心网装置间重新分配RAN容量。CN NMS 330还可以充当对于诸如MME和SGW池之类的网络装置的健康的控制器。依赖于SON，其可以是集中式的或分布式的，或者混合组合。在混合组合中，一些通信可以是集中式的(例如，使用O&M服务器)，而其他通信可以是分布式的。
在一些实施例中，用于提供自组织网络(SON)的功能可以通过将机箱的软件修改为支持这些功能而在网络装置上实现。例如，机箱上运行的基于Linux的操作系统支持命令行界面，并且机箱上运行的软件可以被修改以允许拆除网关。另外，软件可以被修改以改变资源以及在其他网络装置上发送改变资源的消息。
自组织网络可以使用大量不同的通信协议来帮助功能的实现。如上所述，这些协议可以以各种组合以及相互代替的方式被使用。例如，动态主机配置协议(DHCP)可以被用于自动地址配置，并且诸如FTP、SFTP、以及TFTP之类的传输协议可以被用于从网络装置获取统计信息以及软件下载。安全外壳(SSH)、命令行界面(CLI)、以及公共对象请求代理体系结构(CORBA)可以被用于进行配置。CORBA还可以被用来在网络装置上采取措施以及在网络装置处进行自动扩展(例如，请求更多的地址池)。SNMP可以被用于配置、软件下载、以及报警。
上面描述的网络装置或网关可以实现在具有多种不同集成功能的机箱上。在一些实施例中，移动性管理实体(MME)、服务网关(SGW)、PDN网关(P-GW)、接入网关、分组数据服务节点(PDSN)、外部代理(FA)、或者归属代(HA)可以实现在机箱上。在其他实施例中，其他类型的功能也可以实现在机箱上，其中，这些功能有网关通用分组无线业务服务节点(GGSN)、服务GPRS支持节点(SGSN)、分组数据互通功能(PDIF)、接入服务网络网关(ASNGW)、基站、接入网、用户面实体(UPE)、IP网关、接入网关、会话发起协议(SIP)服务器、代理-呼叫会话控制功能(P-CSCF)、以及查询-呼叫会话控制功能(I-CSCF)、服务网关(SGW)、以及分组数据网络网关(PDNGW)。在某些实施例中，一个或多个上述其他类型的功能被集成在一起，或者由同一个功能提供。例如，接入网可以与PDSN集成在一起。机箱可以包括PDSN、FA、HA、GGSN、PDIF、ASNGW、UPE、IP网关、接入网关、或者任何其他的可用接入接口装置。在某些实施例中，机箱由马萨诸塞州的Starent Networks of Tewksbury的ST16或ST40多媒体平台或者CiscoSystems ASR5000网关平台提供。
根据一些实施例，实现网关的机箱的特征在下面进一步描述。图11示出了根据一些实施例的机箱中的卡的定位。机箱包括用于装载应用卡350和线路卡352的槽。中间板354可以被用在机箱中以提供机箱内通信、功率连接、以及所安装的各种卡之间的传输路径。中间板354可以包括诸如交换光纤、控制总线、系统管理总线、冗余总线、以及时分复用(TDM)总线之类的总线。交换光纤是这样一种基于IP的传输路径，该传输路径通过建立应用卡和线路卡之间的卡间通信实现贯穿机箱的用于用户数据的传输路径。控制总线将机箱中的控制和管理处理器相互连接。机箱管理总线提供诸如供电、监控温度、板状态(board status)、数据路径错误、卡重置、以及其他故障转移(failover)特征之类的系统管理功能。冗余总线在硬件故障的情况下提供用户数据的传输和冗余链路。TDM总线为系统上的语音服务提供支持。
机箱支持至少四种类型的应用卡：交换处理器卡、系统管理卡、分组服务卡、以及分组加速器卡。交换处理器卡充当机箱的控制器，并且负责诸如对机箱进行初始化以及将软件配置加载到机箱中的其他卡上之类的事务。分组加速器卡提供分组处理和转发性能。每个分组加速器卡能够支持多种环境。硬件引擎可以被布置这样的卡，以支持用于压缩、分类流量调度、转发、分组过滤、以及统计信息编辑的并行分布式处理。系统管理卡是用于管理和控制网关装置中的其他卡的系统控制和管理卡。分组服务卡是提供多线程点到点的分组数据处理以及环境处理性能等的高速处理卡。
分组加速器卡通过使用控制处理器和网络处理单元执行分组处理操作。网络处理单元确定分组处理要求；从各种物理接口接收用户数据帧/向各种物理接口发送用户数据帧；作出IP转发决定；实施分组过滤、流插入、删除、以及修改；执行流量管理和流量工程；修改/添加/剥除分组头；以及管理线路卡端口和内部分组传输。控制处理器也位于分组加速器卡上，并且提供基于分组的用户服务处理。线路卡在被加载到机箱中时提供输入/输出连接性，并且还可以提供冗余连接。
操作系统软件可以以Linux软件内核为基础，并且在机箱中运行特定应用，诸如，监控任务和提供协议栈。软件使得机箱资源能够被单独地分配给控制路径和数据路径。例如，某些分组加速器卡可以被专门用来执行路由或安全控制功能，而其他分组加速器卡被专门用来处理用户会话流量。在一些实施例中，当网络要求改变时，硬件资源可以被动态地布置以满足要求。该系统可以被虚拟化为支持诸如技术功能(例如，PDN GW、SWG、PDSN、ASNGW、PDIF、HA、GGSN、或者IPSG)之类的多个逻辑服务实例。
机箱的软件可以被划分为执行特定功能的一系列任务。这些任务按照所需相互通信，以贯穿机箱而共享控制和数据信息。任务是执行与系统控制或会话处理有关的特定功能的软件处理。在一些实施例中，机箱中有三种类型的任务进行操作：关键任务、控制器任务、以及管理器任务。关键任务控制与机箱处理呼叫的能力有关的功能，诸如，机箱初始化、错误检测、以及恢复任务。控制器任务向用户遮掩软件的分布式本质，并且执行诸如监控(一个或多个)下级管理器的状态、在同一子系统中提供管理器内通信、以及通过与属于其他子系统的控制器通信来使能子系统间通信之类的任务。管理器任务可以控制系统资源，并保持系统资源之间的逻辑映射。
在应用卡中的处理器上运行的各任务可以被划分成多个子系统。子系统是执行特定任务或者作为多个其他任务的至高点(culmination)的软件元件。单个子系统可以包括关键任务、控制器任务、和管理器任务。可以在的盘上运行的一些子系统包括系统初始任务子系统、高可用性任务子系统、恢复控制任务子系统、共享配置任务子系统、资源管理子系统、虚拟专用网子系统、网络处理单元子系统、卡/槽/端口子系统、以及会话子系统。
系统初始任务子系统负责在系统启动时开启一组初始任务，并且根据需要提供各个任务。高可用性任务子系统结合恢复控制任务子系统一起工作，以通过监控机箱的各种软件和硬件部件来维持机箱的操作状态。恢复控制任务子系统负责执行对于机箱中发生的故障的恢复动作以及接收来自高可用性任务子系统的恢复动作。共享配置任务子系统向机箱提供设置、检索、以及接收机箱配置参数改变的通知，并且负责存储用于在机箱中运行的应用的配置数据。资源管理子系统负责为任务分配资源(例如，处理器和存储器性能)，以及监控任务对于资源的使用。
虚拟专用网(VPN)子系统管理机箱中的与VPN有关的实体的行政和操作方面，包括创建单独的VPN环境、在VPN环境中开启IP服务、管理IP池和订户IP地址、以及在VPN环境中分发IP流信息。在一些实施例中，在机箱中，IP操作在特定的VPN环境中完成。网络处理单元子系统负责以上列出的用于网络处理单元的很多功能。卡/槽/端口子系统负责协调所发生的涉及卡活动的事件(诸如，发现和配置新插入的卡上的端口、以及确定线路卡如何映射到应用卡)。在一些实施例中，会话子系统负责处理并监控移动订户的数据流。用于移动数据通信的会话处理任务包括：用于CDMA网络的A10/A11终结、用于GPRS和/或UMTS网络的GSM隧道协议终结、异步PPP处理、分组过滤、分组调度、Difserv码点标记、统计信息收集、IP转发、以及AAA服务。这些条目中的每个的职责可以被分布为遍及下级任务(称为管理器)，以提供更有效的处理和更大的冗余。单独的会话控制器任务充当集成的控制节点，以调整并监控管理器以及与另一个活动子系统通信。会话子系统还管理诸如有效载荷变换、过滤、统计信息收集、制定策略、以及调度之类的专业化用户数据处理。
在一些实施例中，实现处理或数据库所需的软件包括诸如C、C++、C#、Java、或者Perl之类的高级编程语言或者面向对象语言。如果需要，软件还可以由汇编语言实现。在机箱中实现的分组处理可以包括由环境决定的任何处理。例如，分组处理可以包括高级数据链路控制(HDLC)成帧、报压缩、和/或加密。在某些实施例中，软件被存储在可以由通用或专用处理单元读取以执行本文中描述的处理的存储介质或装置上，这些存储介质或装置诸如是只读存储器(ROM)、可编程只读存储器(PROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、闪存、或者磁盘之类。
尽管在前述示例性实施例中描述并示出了本发明，但是应该理解，本公开只是通过示例做出的，并且在不脱离本发明的精神和范围的条件下可以对本发明的实现方式的细节做出很多改变，本发明的精神和范围只由后面的权利要求限制。

Claims (20)

1.一种方法，包括：
在网络装置被引入自组织网络之后在所述网络装置处发起通信，以获取用于所述自组织网络的管理服务器和所述网络装置的寻址信息，并从所述管理服务器获取配置信息以在所述自组织网络上对所述网络装置进行初始化；
在所述网络装置处执行自测试以确定在所述自组织网络上如何配置所述网络装置，并且将自测试结果发送至所述管理服务器以获取基于所述自测试结果的附加配置信息；
从所述网络装置发布信息，以发起与其他网络装置的信息交换和建立连接，从而为所述自组织网络上的用户设备会话提供服务；
监控所述网络装置上的资源和用户设备会话信息，并且记录该信息以供所述管理服务器使用；以及
调整与多个用户设备会话有关的参数并且基于从所述管理服务器接收的指令来确定是否接受现有的用户设备会话以及如何修改现有的用户设备会话。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述网络装置包括移动性管理实体(MME)。
3.根据权利要求2所述的方法，还包括：
与MME池中的对等MME通信，以确定追踪区域列表重叠并交换MME池专有信息；以及
与服务网关(SGW)通信，以确定服务网关的性能。
4.根据权利要求2所述的方法，还包括：
与所述管理服务器交流MME负载信息；以及
在所述MME处接收指令，以对与所述自组织网络中的另一个MME的用户设备会话进行负载均衡。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述网络装置包括服务网关(SGW)。
6.根据权利要求5所述的方法，还包括基于SGW的性能从所述管理服务器接收简档类型，所述简档类型描述所述SGW的性能，包括所述SGW在所述自组织网络上进行通信的协议。
7.根据权利要求6所述的方法，还包括：将所述SGW的简档类型提供给所述自组织网络中的移动性管理实体(MME)。
8.根据权利要求6所述的方法，还包括：向所述管理服务器发送所述SGW处的负载状况，以触发所述管理服务器改变有关所述SGW的优先级信息。
9.根据权利要求1所述的方法，其中简单网络管理协议(SNMP)被用来以结构化的形式传送数据，以使能从所述管理服务器对所述网络装置进行管理和配置。
10.一种网络装置，包括：
被配置为与服务器通信以获取所述网络装置的IP地址并获取管理服务器的IP地址的接口；
被配置为与所述管理服务器通信以获取软件和配置信息从而在自组织网络上对所述网络装置进行初始化的接口；
被配置为与所述自组织网络中的其他网络装置通信以交换信息并建立连接从而为所述自组织网络上的用户设备会话提供服务的接口；
被配置为获取关于所述网络装置的操作和性能信息的自测试功能；
使用从所述管理服务器接收的所述软件和配置信息对所述网络装置进行配置以便所述网络装置在所述自组织网络中进行操作的自配置功能，其中所述网络装置基于从所述管理服务器接收的指令修改其操作；以及
被配置为监控所述网络装置上的资源和用户设备会话信息并记录该信息以供所述管理服务器使用的自配置监控功能。
11.根据权利要求10所述的网络装置，其中所述网络装置提供移动性管理实体(MME)功能。
12.根据权利要求11所述的网络装置，其中所述接口被用来与MME池中的对等MME通信，以确定追踪区域列表重叠并交换MME池专有信息，以及用来与服务网关(SGW)通信以确定所述服务网关的性能。
13.根据权利要求11所述的网络装置，其中所述接口被用来与所述管理服务器交流MME负载信息，以及接收所述MME用来对与所述自组织网络中的另一个MME的用户设备会话进行负载均衡的指令。
14.根据权利要求10所述的网络装置，其中所述网络装置提供服务网关(SGW)功能。
15.根据权利要求15所述的网络装置，其中所述SGW基于SGW的性能接收来自所述管理服务器的简档类型，所述简档类型描述所述SGW的性能，包括所述SGW在所述自组织网络上进行通信的协议。
16.根据权利要求15所述的网络装置，其中所述SGW向所述自组织网络中的移动性管理实体(MME)提供简档类型。
17.根据权利要求15所述的网络装置，其中所述接口被用来向所述管理服务器发送所述SGW处的负载状况，以触发所述管理服务器改变关于所述SGW的优先级信息。
18.根据权利要求15所述的网络装置，其中简单网络管理协议(SNMP)被用来以结构化的形式传送来自所述接口的数据，以使能从所述管理服务器管理和配置所述网络装置。
19.一种方法，包括：
从动态主机配置协议(DHCP)服务器获取IP地址和管理服务器地址；
从网络装置与管理服务器通信以下载软件和配置信息，从而对所述网络装置进行设置；
执行所述网络装置的自测试以获取关于所述网络装置的性能的结果和测量信息，所述结果和测量信息被用来确定如何对所述网络装置进行配置以便其在自组织网络中进行操作；
与其他网络装置通信以确定所述其他网络装置的性能，并且向所述其他网络装置提供关于所述网络装置的信息；
监控关于所述网络装置的资源和其他信息，以供传送给所述管理服务器；
在所述网络装置上接收来自所述管理服务器的指令，并且根据所述指令修改所述网络装置的配置。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述网络装置是移动性管理实体(MME)、服务网关(SGW)、以及eNodeB中的至少一个。
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