CN102204306A - Mtc终端通过网关与网络通信的方法、设备及系统 - Google Patents

Mtc终端通过网关与网络通信的方法、设备及系统 Download PDF

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Abstract

一种MTC终端通过MTC网关接入网络的方法，包括：MTC网关作为用户设备接入网络，与网络中用于认证鉴权的服务器建立通信连接，配合所述用于认证鉴权的服务器对接入的MTC终端进行认证，根据认证结果决定是否在所述MTC终端和网络之间建立通信连接。本发明实施例还提供相应的MTC网关及通信系统。采用本发明实施例的技术方案，网络中的设备能够通过认证过程识别接入的MTC终端，进而能够根据认证结果决定是否在所述MTC终端和网络之间建立通信连接，从而可以控制是否允许特定的MTC终端与网络进行通信。

Description

MTC终端通过网关与网络通信的方法、设备及系统
技术领域
本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种MTC终端通过MTC网关与网络通信的方法、设备及系统。
背景技术
机器类型通讯(Machine Type Communications，MTC)指的是一个或者多个网元之间在不需要人为参与的情况下进行的网络通讯，如交通控制与管理、远程抄表、远程监控、移动支付、定位跟踪、医疗监护等应用。
MTC的广泛应用使无线通信终端的数量迅速增加，为此，第三代合作伙伴计划(3rd Generation Partnership Project，3GPP)引入了MTC网关(Gateway，GW)设备，MTC网关作为一个普通用户设备(User Equipment，UE)接入3GPP网络，则MTC终端(Device)可以通过MTC网关接入3GPP网络。如图1所示，MTC终端与MTC网关之间通过非3GPP空口技术的接入(Non 3GPP IP Access)系统(以下简称为非3GPP系统)相连，例如采用蓝牙，微微蜂(Zigbee)等短距离通信技术；MTC网关与3GPP接入网之间则通过3GPP空口技术相连。下面举例说明。
请参考图2，系统架构演进(System Architecture Evolution，SAE)通信系统中，UE通过演进基站(eNodeB，eNB)接入核心网的移动管理实体(Mobile Management Entity，MME)以及服务网关(Serving Gateway，S-GW)，并经过S-GW连接到分组数据网(Packet Data Network，PDN)的网关(P-GW)。
请参考图3，宽带码分多址接入(Wideband Code Division Multiple Access，WCDMA)通信系统中，UE经过基站(NodeB)连接到无线网络控制器(Radio Network Controller，RNC)再接入核心网的通用分组无线业务的服务节点(SGSN，Serving GPRS(General Packet Radio Service)Support Node)，并通过SGSN连接到通用分组无线业务的网关节点(GGSN，Gateway GPRS Support Node)。
在系统中引入MTC网关设备，使MTC终端可以通过MTC网关接入网络的技术并不局限于上述的WCDMA通信系统和长期演进(Long Term Evolution，LTE)通信系统，还可以应用于其它通信系统如全球互联微波接入(Worldwide Interoperability for Microwave Access，WiMAX)通信系统和全球移动通信系统(Global System for Mobile communication，GSM)，此处不再一一列举。
在上述的应用中，MTC网关作为一个普通用户设备UE接入运营商网络，代替与其相连的MTC终端与运营商网络中的业务服务器交互，MTC终端发送的信息携带在MTC网关的应用层业务数据包中。对于运营商网络而言，能看到MTC网关通过运营商网络与外部通信，但是，与MTC网关相连的MTC终端则是不可见的。从而，只要MTC网关成功接入运营商网络，任何MTC终端都可以通过该MTC网关接入运营商网络进行业务，运营商无法控制是否允许特定的MTC终端接入网络，例如，一个没有和运营商签约的MTC终端也可以通过MTC网关进行业务。
发明内容
本发明实施例提供一种MTC终端通过MTC网关与网络通信的方法、设备及系统。
一种MTC终端通过MTC网关与网络通信的方法，包括：
MTC网关作为用户设备接入网络，与网络中用于认证鉴权的服务器建立通信连接；
MTC网关配合所述用于认证鉴权的服务器对接入的MTC终端进行认证，根据认证结果决定是否在所述MTC终端和网络之间建立通信连接。
一种MTC网关，包括：
用户设备模块，用于接入网络，与网络中用于认证鉴权的服务器建立通信连接；
认证鉴权服务模块，用于配合所述用于认证鉴权的服务器对接入的MTC终端进行认证；
通信连接建立模块，用于根据认证结果决定是否在所述MTC终端和网络之间建立通信连接。
一种通信系统，包括：
上述的MTC网关，与所述MTC网关通过非第三代合作伙伴计划3GPP的空中接口技术相连的MTC终端，以及与所述MTC网关通过3GPP的控制接口技术相连的网络，所述网络包括用于认证鉴权的服务器。
本发明实施例提供的方法，采用由MTC网关配合网络中用于认证鉴权的服务器对接入的MTC终端进行认证，根据认证结果决定是否在所述MTC终端和网络之间建立通信连接的技术方案。采用该技术方案，网络中的设备能够通过认证过程识别接入的MTC终端，进而能够根据认证结果决定是否在所述MTC终端和网络之间建立通信连接，从而可以控制是否允许特定的MTC终端与网络进行通信。
附图说明
图1是现有的3GPP系统的网络架构示意图；
图2是现有的SAE通信系统的网络架构示意图；
图3是现有的WCDMA通信系统的网络架构示意图；
图4是本发明实施例的MTC终端通过MTC网关与网络通信的方法的流程图；
图5是本发明实施例的方法用于一个应用场景例的示意图；
图6是本发明实施例的方法用于另一个应用场景例的示意图；
图7是本发明实施例的MTC网关的逻辑结构示意图；
图8是本发明实施例的通信系统的网络架构示意图。
具体实施方式
本发明实施例提供一种MTC终端通过MTC网关与网络通信的方法，采用由MTC网关配合网络中用于认证鉴权的服务器对接入的MTC终端进行认证，根据认证结果决定是否在所述MTC终端和网络之间建立通信连接的技术方案。采用该技术方案，网络中的设备能够通过认证过程识别接入的MTC终端，进而能够根据认证结果决定是否在所述MTC终端和网络之间建立通信连接，从而可以控制是否允许特定的MTC终端与网络进行通信。本发明实施例还提供相应的MTC网关及通信系统。以下分别进行详细说明。
请参考图4，本发明实施例提供一种机器类型通讯MTC终端通过MTC网关与网络通信的方法，包括：
101、MTC网关作为用户设备接入网络，与网络中用于认证鉴权的服务器建立通信连接。
应用本发明方法的通信系统中，所说的网络可以是3GPP网络，例如PDN网络，该运营商网络中需要包括用于认证鉴权的服务器，例如认证、授权和计费服务器(Authentication Authorization Accounting，AAA)，以及归属用户服务器(Home Subscriber Server，HSS)，以便于对MTC终端进行认证鉴权。在用户侧，通信系统需要包括非3GPP空口技术的控制模块，以便MTC网关可以通过非3GPP空口技术例如蓝牙或微微蜂等与MTC终端相连；在网络侧，MTC网关则可以通过3GPP空口技术与运营商网络相连。需要说明的是，所说的非3GPP空口技术并不限于蓝牙或微微蜂技术，任何非3GPP的空口接入技术都可以被使用。
102、MTC网关配合所述用于认证鉴权的服务器对接入的MTC终端进行认证，根据认证结果决定是否在所述MTC终端和网络之间建立通信连接。
MTC网关的一端连接MTC终端，另一端连接用于MTC终端的认证鉴权的服务器，例如HSS/AAA。MTC网关具体用于在认证鉴权过程中将MTC终端发送的认证鉴权请求消息解析并封装后转发给服务器，将服务器发送的认证鉴权响应消息解析并封装后转发给MTC终端。从而，MTC网关可以从收到的认证鉴权响应消息中获知认证结果，根据认证结果决定是否在所述MTC终端和网络之间建立通信连接。
其中，所说的MTC网关配合用于认证鉴权的服务器对接入的MTC终端进行认证具体可以是：采用因特网密钥交换(Internet Key Exchange，IKE)协议对接入的MTC终端进行认证；或者采用扩展认证协议(Extensible Authentication Protocol，EAP)对接入的MTC终端进行认证。如果采用IKE协议，例如IKEv2进行认证鉴权，则MTC网关需要具备基于IKEv2的认证鉴权功能；如果采用EAP进行认证鉴权，MTC网关需要具备基于EAP的认证鉴权功能。由于非3GPP空口技术的控制模块具有对于终端的认证鉴权功能，一种实施方式中，可以将非3GPP空口技术的控制模块集成在MTC网关中，使MTC网关可以直接利用该控制模块配合用于认证鉴权的服务器对接入的MTC终端进行认证。
MTC网关收到服务器返回的携带认证鉴权结果的认证鉴权响应消息后，解析该认证鉴权响应消息，获取认证结果，即可以根据认证结果决定是否在所述MTC终端和网络之间建立通信连接。若认证通过，在所述MTC终端和网络之间建立通信连接；否则，拒绝将MTC终端接入运营商网络。其中，在所述MTC终端和网络之间建立通信连接的步骤具体可以是：将MTC终端与运营商网络中的网关连接，在MTC终端和网关之间建立通信连接，例如，在运营商网络为PDN网络时，在MTC终端和PDN网关之间建立通信连接。
其中，在所述MTC终端和PDN网关之间建立通信连接可以采用多种方式。
在一个实施例中，可以利用隧道技术在MTC终端和PDN网关之间建立通信连接，以实现数据交换。例如，可以采用基于移动IP代理(Proxy mobile IP(Internet Protocol)，PMIP)的隧道建立技术。具体的步骤可以是，建立MTC网关到PDN网关的数据隧道，以及建立MTC网关到MTC终端的数据隧道，两个隧道在MTC网关处接通，以便MTC终端和PDN网关能够通过该数据隧道进行数据交换。
其中，MTC网关在建立MTC网关到PDN网关以及MTC网关到MTC终端的数据隧道之后，还需要接收PDN网关为MTC终端分配的属于PDN地址空间的IP地址，并将该IP地址发送给MTC终端。该IP地址是MTC终端在PDN网络内应该使用的IP地址，用于被MTC终端使用在上层的应用层通信中。
在另一个实施例中，可以利用网络地址转换(Net Work Address，NAT)技术在MTC终端和PDN网关之间建立通信连接，，以实现数据交换。NAT属于广域网技术，可以将MTC终端的私有地址转换为用于PDN网络的合法IP地址。MTC网关可以在本地建立用于数据转发的NAT转发项，以便MTC网关能够通过NAT转发项在MTC终端和PDN网关间进行数据交换。
其中，MTC网关在建立用于数据转发的网络地址转换NAT转发项之后，还需要为MTC终端分配属于MTC网关地址空间的IP地址，并将该IP地址发送给MTC终端。由于该IP地址仅供MTC终端在MTC网关所在的非3GPP网络使用，而不用于PDN网络，因此MTC网关可以分配任何可用的IP地址给MTC终端。该IP地址将被MTC终端用于上层的应用层通信中。
本发明实施例提供的方法，在控制平面由MTC网关配合网络中用于认证鉴权的服务器对接入的MTC终端进行认证实现了MTC终端对网络的可见，网络中的设备能够通过认证过程识别接入的MTC终端；在数据平面通过NAT或者隧道方法实现了在所述MTC终端和网络之间建立通信连接。其中，MTC网关要具备认证鉴权客户端的功能，能够配合用于认证鉴权的服务器对MTC终端进行认证以实现MTC终端对运营商网络的可见；还要具备控制能力，能够根据认证结果决定是否在所述MTC终端和网络之间建立通信连接。
采用本发明实施例的技术方案，网络中的设备能够通过认证过程识别接入的MTC终端，进而能够根据认证结果决定是否在所述MTC终端和网络之间建立通信连接，从而可以控制是否允许特定的MTC终端与网络进行通信。在能够识别MTC终端的基础上，还能够实现对特定MTC终端进行计费。
下面结合具体的应用场景对本发明实施例提供的方法做进一步描述。
请参考图5，在一个应用场景中，运营商网络为PDN网络，该PDN网络包括PDN网关，和用于认证的服务器HSS/AAA；用户侧包括MTC终端，和非3GPP系统；MTC终端可以通过MTC网关与PDN网络相连。MTC网关具备基于IKEv2的认证功能，该MTC网关还内置有用于接入网络的UE模块。本应用场景中实施的本发明方法包括：
201、当MTC网关启动以后，其内置的UE模块首先完成网络的接入过程。此过程使MTC网关能够获取网络的接入能力。
202、MTC终端启动以后，首先搜索周围的可使用的非3GPP系统，完成接入非3GPP系统的流程。非3GPP系统会给该MTC终端分配本地IP地址。至此，MTC终端此时已经具备了IP的接入能力。
203、MTC终端发起基于IKEv2的认证流程，MTC网关配合PDN网络中的HSS/AAA完成HSS/AAA对该MTC终端的认证鉴权。
204、MTC网关根据认证结果决定是否为MTC终端建立到PDN网络中PDN网关的数据隧道，实现在所述MTC终端和网络之间建立通信连接。
205、如果该MTC终端通过认证，PDN网关将基于PMIP的隧道建立流程为MTC终端建立通向PDN网关的数据隧道。
206、在数据隧道建立后，MTC网关向MTC终端返回其在PDN网络内应该使用的IP地址。该IP地址是由PDN网关分配的，将被MTC终端用于上层的应用层通信。
本应用场景例中，MTC网关能够配合HSS/AAA对MTC终端进行认证，并根据认证结果决定是否为此MTC终端建立到PDN网关的数据隧道。从而，网络中的设备能够通过认证过程识别接入的MTC终端，进而能够根据认证结果决定是否在MTC终端和网络之间建立通信连接，从而可以控制是否允许特定的MTC终端与网络进行通信。
请参考图6，在另一个应用场景中，MTC网关可以利用NAT技术在MTC终端和网络之间建立通信连接，以实现数据交换。从而，MTC网关设备不需要支持PMIP功能，将大大节省实现的复杂度。本应用场景中实施的本发明方法包括：
301、当MTC网关启动以后，其内置的UE模块首先完成网络的接入过程。此过程使MTC网关能够获取网络的接入能力。
302、MTC终端启动以后，首先搜索周围的可使用的非3GPP系统，完成接入非3GPP系统的流程。非3GPP系统会给该MTC终端分配本地IP地址。至此，MTC终端此时已经具备了IP的接入能力。
303、MTC终端发起基于IKEv2的认证流程，MTC网关配合PDN网络中的HSS/AAA完成HSS/AAA对该MTC设备的认证鉴权。
304、MTC网关根据认证结果决定是否为MTC终端建立用于数据转发的NAT转发项，实现在所述MTC终端和网络之间建立通信连接。
305、如果该MTC终端通过认证，PDN网关将建立NAT转发项，NAT是基于端口的技术，于是，一个通向MTC终端的IPSec隧道将和通向PDN网络的一个端口对应，IPSec隧道的标识符可被用来标识MTC终端。从而实现MTC终端的IPSec隧道上的数据和PDN网络之间的数据交换。
306、在NAT转发项建立后，MTC网关会向MTC终端分配IP地址并将该IP地址发送给MTC终端。但由于NAT的使用，该IP地址仅供MTC终端在非3GPP网络使用，而不用于PDN网络。因此MTC网关可以分配任何可用的IP地址给MTC终端。该IP地址将被MTC中断用于上层的应用层通信。
本应用场景例中，MTC网关能够配合HSS/AAA对MTC终端进行认证，并根据认证结果决定是否为此MTC终端建立NAT转发项。从而，网络中的设备能够通过认证过程识别接入的MTC终端，进而能够根据认证结果决定是否在MTC终端和网络之间建立通信连接，从而可以控制是否允许特定的MTC终端与网络进行通信。
请参考图7，本发明实施例提供一种MTC网关，包括：
用户设备模块701，用于接入网络，与网络中用于认证鉴权的服务器建立通信连接；
认证服务模块702，用于配合用于认证鉴权的服务器对接入的MTC终端进行认证；
通信连接建立模块703，用于根据认证结果决定是否在所述MTC终端和网络之间建立通信连接。
一个实施例中，运营商网络可以为分组数据网络PDN，该PDN包括PDN网关，该通信连接建立模块703可以包括：第一建立模块703a；
第一建立模块703a，用于若认证通过，建立MTC网关到PDN网关以及MTC网关到MTC终端的数据隧道，以便MTC终端和PDN网关能够通过数据隧道进行数据交换。
进一步的，该通信连接建立模块703还可以包括：第二建立模块703b；
第二建立模块703b，用于若认证通过，建立用于数据转发的网络地址转换NAT转发项，以便MTC网关能够通过NAT转发项在MTC终端和PDN网关间进行数据交换。
本发明实施例的MTC网关，能够配合网络中用于认证鉴权的服务器对接入的MTC终端进行认证，并根据认证结果决定是否在所述MTC终端和网络之间建立通信连接；从而，网络中的设备能够通过认证过程识别接入的MTC终端，进而能够根据认证结果决定是否在所述MTC终端和网络之间建立通信连接，从而可以控制是否允许特定的MTC终端与网络进行通信。
请参考图8，本发明实施例还提供一种通信系统，包括：
如上述实施例提供的MTC网关700，与MTC网关700通过非3GPP的空中接口技术相连的MTC终端600，以及与MTC网关700通过3GPP的控制接口技术相连的网络，该网络包括用于认证鉴权的服务器500；
本发明实施例的通信系统，网络中的设备能够通过认证过程识别接入的MTC终端，进而能够根据认证结果决定是否在所述MTC终端和网络之间建立通信连接，从而可以控制是否允许特定的MTC终端与网络进行通信。
本领域的技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器、随机存取存储器、磁盘或光盘等。
以上对本发明实施例提供的MTC终端通过MTC网关接入网络的方法以及相应的MTC网关及通信系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种机器类型通讯MTC终端通过MTC网关与网络通信的方法，其特征在于，包括：
MTC网关作为用户设备接入网络，与网络中用于认证鉴权的服务器建立通信连接；
MTC网关配合所述用于认证鉴权的服务器对接入的MTC终端进行认证，根据认证结果决定是否在所述MTC终端和网络之间建立通信连接。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述网络为分组数据网络PDN，所述PDN包括PDN网关；
所述根据认证结果决定是否在所述MTC终端和网络之间建立通信连接包括：
若认证通过，建立MTC网关到PDN网关以及MTC网关到MTC终端的数据隧道，以便所述MTC终端和所述PDN网关能够通过所述数据隧道进行数据交换。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述建立MTC网关到PDN网关以及MTC网关到MTC终端的数据隧道之后还包括：
接收所述PDN网关为所述MTC终端分配的属于PDN地址空间的IP地址；
将所述IP地址发送给所述MTC终端。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述运营商网络为分组数据网络PDN，所述PDN包括PDN网关；
所述根据认证结果决定是否在所述MTC终端和网络之间建立通信连接包括：
若认证通过，建立用于数据转发的网络地址转换NAT转发项，以便所述MTC网关能够通过所述NAT转发项在所述MTC终端和所述PDN网关间进行数据交换。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述建立用于数据转发的网络地址转换NAT转发项之后还包括：
为所述MTC终端分配属于MTC网关地址空间的IP地址；
将所述IP地址发送给所述MTC终端。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述MTC网关配合所述用于认证鉴权的服务器对接入的MTC终端进行认证包括：
所述MTC网关配合所述用于认证鉴权的服务器，采用因特网密钥交换IKE协议或者扩展认证协议EAP对接入的MTC终端进行认证。
7.一种机器类型通讯MTC网关，其特征在于，包括：
用户设备模块，用于接入网络，与网络中用于认证鉴权的服务器建立通信连接；
认证鉴权服务模块，用于配合所述用于认证鉴权的服务器对接入的MTC终端进行认证；
通信连接建立模块，用于根据认证结果决定是否在所述MTC终端和网络之间建立通信连接。
8.根据权利要求7所述的MTC网关，其特征在于：
所述运营商网络为分组数据网络PDN，所述PDN包括PDN网关，所述通信连接建立模块包括：第一建立模块；
所述第一建立模块，用于若认证通过，建立MTC网关到PDN网关以及MTC网关到MTC终端的数据隧道，以便所述MTC终端和所述PDN网关能够通过所述数据隧道进行数据交换。
9.根据权利要求7所述的MTC网关，其特征在于：
所述运营商网络为分组数据网络PDN，所述PDN包括PDN网关，所述通信连接建立模块包括：第二建立模块；
所述第二建立模块，用于若认证通过，建立用于数据转发的网络地址转换NAT转发项，以便所述MTC网关能够通过所述NAT转发项在所述MTC终端和所述PDN网关间进行数据交换。
10.一种通信系统，其特征在于，包括：
如权利要求7至9中任一项所述的MTC网关，与所述MTC网关通过非第三代合作伙伴计划3GPP的空中接口技术相连的MTC终端，以及与所述MTC网关通过3GPP的控制接口技术相连的网络，所述网络包括用于认证鉴权的服务器。
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