CN102349350A

CN102349350A - 具有优化接口的本地疏导

Info

Publication number: CN102349350A
Application number: CN2009801580177A
Authority: CN
Inventors: S.I.维斯特里南; W.哈恩; M.E.莱蒂拉
Original assignee: Nokia Siemens Networks Oy
Current assignee: Nokia Solutions and Networks Oy
Priority date: 2009-03-13
Filing date: 2009-03-13
Publication date: 2012-02-08
Anticipated expiration: 2029-03-13
Also published as: EP3229507A1; CN102349350B; US20120002608A1; EP2407004B1; ES2948566T3; WO2010102652A1; EP2407004A1; EP3229507B1; US9241255B2

Abstract

本发明涉及用于经由蜂窝接入网络向分组数据网络提供接入的网络系统的相互关连的实体处的方法、装置和计算机程序产品，其中提供简单的本地IP接入或者本地疏导（LBO）特征，其使用可由单个控制平面接口控制的接入设备（例如基站设备或HNB）中的无线电接口和分组数据网络接口之间的桥接功能。

Description

具有优化接口的本地疏导

技术领域

本发明涉及用于提供能够经由无线电接入网络接入分组交换网络的网络系统的方法、装置和计算机程序产品，该分组交换网络诸如，但不限于，通用移动通信系统（UMTS）或长期演进（LTE）或局域网（LAN）网络。

背景技术

家庭基站、家庭NodeB（节点B）、毫微微（Femto）eNodeB（eNB）或者任何类型的家庭接入设备（在下文中被称为“HNB”）已变为第三代伙伴项目（3GPP）以及运营商和制造商团体中广泛讨论的话题。当部署在家中和办公室中时，HNB允许订户使用他们现有的手机，其在建筑物中具有显著改进的覆盖和增加的宽带无线性能。而且，基于互联网协议（IP）的架构允许在具有宽带互联网服务的实际上任何环境中部署和管理。

在当前的标准化活动中，3G和LTE背景下的牵涉毫微微基站的部署情形正在吸引来自制造商和运营商的极大关注。3GPP标准化活动中的当前状态是，HNB部署已被若干工作组所承认并且官方文档已被草拟以获得关于这些HNB部署的要求。

在3GPP规范TS 22.220中，已描述了基于家庭的网络中的本地IP接入，其中除了普通的经由运营商的核心网络的基于IP的服务之外，已建议从HNB到基于家庭的网络或者到互联网的本地IP疏导（IP breakout，LBO）。允许IP业务的本地疏导（还被称为“路由优化”）可以缩短端到端路由并且减少相对昂贵的IP主干（其固有地提供高服务质量）上的负荷。

本地IP接入旨在区分HNB中的用户的本地IP业务，从而去往/来自连接到基于家庭的网络的IP设备的本地IP业务在最短路径上转发，从而不会在基于家庭的网络外部传送（即保持内联网业务）。而且，针对互联网的本地IP接入业务不必通过运营商的演进分组核心（EPC）传送，也就是将经由对于基站而言本地的网关将互联网业务转发到互联网并且从互联网接收互联网业务，而不必通过运营商的核心节点传送。

当前的3GPP规范和文献建议将通用分组无线电服务（GPRS）网关支持节点（GGSN）或者另一类型的网关功能集成到HNB中用于实现针对基于家庭的网络或者针对互联网的本地疏导。然而，将用于本地IP接入的本地网关实现到HNB中需要并入大量的网关功能（诸如隧传、计费、归属代理等），从而复杂度和处理负荷增加并且违反无线电接入网络（RAN）和核心网络之间的已达成协议的划分。此外，网关设备被建模为IP路由器，其执行用于去往/来自3GPP指定承载（bearer）服务的用户业务的路由的IP查找。因而，如果本地疏导在HNB中的类似GGSN的IP路由器功能处进行，则这将导致如下缺点：每种类型的HNB间切换将导致GGSN的改变并且因而需要使用小区重选过程。换言之，将HNB中的本地网关功能建模为IP路由器将IP移动性和会话连续性限制于仅在所服务的终端设备（例如用户设备（UE））连接到当前HNB时起作用。这将导致例如如办公室或校园中的局部区域情形中的严重限制，其中在局部区域中可通过多个小区或基站服务于本地IP接入。

WO2008/125729A1公开了用于提供本地疏导或者本地IP接入的方法、无线电系统、移动终端和基站，其中当可以消除对用于控制本地网关功能的核心网络接口的需要时在EUTRAN（演进通用地面无线电接入网络）层级处执行本地接入会话或服务管理。然而，仍需要相应修改无线电资源控制（RRC）和非接入层（NAS）接口，这可能导致支持或者兼容性相关的问题。

发明内容

除其他之外，本发明的目的在于提供基站设备中的简化的网关功能，从而可以以对接口的较少修改来本地地处置网关管理。

在终端侧，该目的通过如下装置实现，其包括：

· 选择部件，用于在终端设备处并且响应于检测到的本地疏导服务的可用性，选择在无线电接入网络的接入设备处提供的虚拟网关功能的标识（identification），用于用在针对分组数据网络的本地疏导中；

· 地址配置部件，用于配置所述本地疏导中的所述终端设备的网络层地址；以及

· 消息生成部件，用于生成指示所述标识的连接性请求，以传送到所述无线电接入网络。

此外，在终端侧，以上目的通过如下方法实现，其包括：

· 在终端设备处并且响应于检测到的本地疏导服务的可用性，选择在无线电接入网络的接入设备处提供的虚拟网关功能的标识，用于用在针对分组数据网络的本地疏导中；

· 配置所述本地疏导中的所述终端设备的网络层地址；以及

· 生成指示所述标识的连接性请求，以传送到所述无线电接入网络。

此外，在终端侧，以上目的通过如下计算机程序产品实现，该计算机程序产品包括用于在计算设备上运行时产生以上方法步骤的代码部件。

此外，在无线电接入网络侧，以上目的通过如下装置实现，其包括：

· 获取（deriving）部件，用于在接入设备处从承载建立请求获取无线电承载相关参数；

· 确定部件，用于基于所述获取的参数确定本地疏导；

· 网关配置部件，用于响应于所述确定部件在所述接入设备处配置虚拟网关功能；以及

· 业务桥接部件，用于桥接在所述承载建立请求所请求的无线电承载服务和用于所述本地疏导的分组数据网络之间的用户业务。

此外，在接入网络侧，以上目的通过如下方法实现，其包括：

· 在接入设备处从承载建立请求获取无线电承载相关参数；

· 基于所述获取的参数确定本地疏导；

· 响应于所述确定在所述接入设备处配置虚拟网关功能；以及

· 桥接在所述承载建立请求所请求的无线电承载服务和用于所述本地疏导的分组数据网络之间的用户业务。

此外，在无线电接入网络侧，以上目的通过如下计算机程序产品实现，该计算机程序产品包括用于在计算设备上运行时产生以上方法步骤的代码部件。

而且，在核心网络侧，以上目的通过如下装置实现，其包括：

· 选择部件，用于在核心网络处基于在无线电接入网络的接入设备处提供的虚拟网关功能的标识来选择本地疏导的参数集合；以及

· 设定部件，用于设定承载建立请求中的预定的缺省参数值以指示所述虚拟网关功能处的本地疏导。

此外，在核心网络侧，以上目的通过如下方法实现，其包括：

· 在核心网络处基于在无线电接入网络的接入设备处提供的虚拟网关功能的标识来选择本地疏导的参数集合；以及

· 设定承载建立请求中的预定的缺省参数值以指示所述虚拟网关功能处的本地疏导。

此外，在核心网络侧，以上目的通过如下计算机程序产品实现，该计算机程序产品包括用于在计算设备上运行时产生以上方法步骤的代码部件。

因此，提供了使用在接入设备（例如HNB）中的无线电接口和分组数据网络接口之间的桥接功能的简单的本地IP接入特征或本地疏导特征，其可以以现有控制平面接口（例如，S1控制平面接口）中的最小修改来控制，同时不修改RRC、NAS或其他相关协议。更具体地，由于不需要终端设备和其他本地S-/P-网关功能之间的通信，因此控制平面接口不需要以其他功能（例如，S11功能）进行扩展。可以本地地处置终端设备处的地址分配，并且核心网络侧（例如，移动性管理实体（MME））可以负责会话或承载服务管理。

由于虚拟网关功能可以共同安置（co-locate）在无线电接入网络的接入设备中或接入设备处，形式上需要的隧道变为节点内部问题并且不再被需要。所有相关的隧道配置数据可以被省略。核心网络侧了解所有本地接入承载服务参数，因此可以在消息中将这些参数递送到接入设备。结果，可以仅使用一个控制平面接口并且因而需要最小的修改，在接入设备中配置本地接入承载服务而不需要任何额外的核心网络接口。这种基于优化的接口的方法提供了如下优点：可以仅使用无线电接入网络和核心网络之间的单个接口以数目最小的消息提供简化的本地疏导控制过程，并且不必终止无线电接入网络的接入设备中的额外的核心网络接口。

此外，优化的本地疏导接口还实现了接入设备之间的切换中的本地移动性的简化的实现方案，而不需要在每次切换时执行S-/P-网关重新定位过程。现在，可以在建立疏导服务之后本地地处置用于简单的本地疏导的共同安置的虚拟网关功能的管理。不需要执行经由核心网络的针对外部网关的隧道路径切换。

终端侧的装置处的地址配置部件可以适于使用动态主机配置协议或者互联网协议地址自动配置来配置网络层地址。

此外，无线电接入网络侧的装置可以被配置为发出具有关于至少一个传输层地址的预定义值以及隧道端点标识符的承载建立响应，所述预定值指示不需要隧传。

此外，可以经由S1类型控制平面接口来接收承载建立请求。在该情况下，可以仅经由S1类型控制平面接口来控制虚拟网关功能。

根据另一方面，无线电接入网络侧的装置可以被配置为经由S1类型控制平面接口发出关于空闲（idle）终端的寻呼触发。

根据另一方面，无线电接入网络侧的装置可以被配置为从待切换的承载列表移除本地疏导承载并且在切换过程的情况下朝向终端设备释放本地疏导承载。

在核心网络侧的装置处选择的参数集合可以包括：关于虚拟网关功能和请求本地疏导的终端设备的保留的或缺省的地址值、本地疏导承载的总计最大位速率、用于检查是否允许本地疏导与其他现有连接并行的虚拟网关功能的检查值、以及限定本地疏导接入的过滤标准的业务流模板中的至少一个。

此外，在核心网络侧的装置处设定的预定的缺省参数值可以包括：具有指示不需要隧道端点地址的预定义值的传输层地址、具有指示不需要隧传的预定值的隧道端点标识符、以及总计最大位速率中的至少一个。

此外，核心网络侧的装置可以被配置为设置在核心网络的移动性管理实体中。

在从属权利要求中限定了其他有利的修改方案。

附图说明

现将参照附图基于实施例更详细地描述本发明，在附图中：

图1示出了具有牵涉链路层交换功能的HNB的示意性网络架构；

图2示出了具有所牵涉的网络元件的网络系统的更详细的架构；

图3示出了指示信令消息和在相关网络系统的所牵涉的实体处执行的特定处理的信令和处理示图；

图4示出了所提出的网络系统中牵涉的实体的示意性框图；

图5示出了终端侧的本地疏导处理的示意性流程图；

图6示出了接入设备侧的本地疏导过程的示意性流程图；

图7示出了核心网络侧的本地疏导处理的示意性流程图；

图8示出了寻呼相关处理的信令和处理示图；以及

图9示出了根据另一实施例的基于软件的实现方案的示意性框图。

具体实施方式

在下文中，将基于示例性的和非限制性的LTE网络架构来描述本发明的实施例。

图1示出了示意性网络架构，包括至少一个HNB 20，其具有订户家庭环境中（例如建筑物中）的所添加的虚拟网关功能，并且连接到运营商的核心网络（CN）600，IP网络500且通过接入路由器（AR）30连接到基于家庭的LAN 300。HNB 20包括IP交换机（IP-SW）220，用于将IP业务直接切换到IP网络500或LAN 300而不牵涉CN 600。IP交换机220因而用于提供用于本地IP业务（L-IP-T）和其他IP业务（IP-T）的LBO的虚拟网关功能。IP业务可以源自或者终止于经由空中接口无线连接到HNB 20的UE 10。

服务于UE 10的HNB 20包括针对LAN 300和IP网络500的接口，其为UE 10提供来自LAN 300和IP网络500的端接点。

因而，不同于在HNB 20中实现用于本地IP接入（或LBO）服务的完整的IP路由器功能（如传统的网关解决方案的情况中的那样），HNB 20处的网关功能可以被简化成作为LAN 300（基于家庭的网络）或IP网络500和无线电接口（承载服务）上的UE特定的点对点链路之间的用户IP业务的交换或桥接功能。该交换或桥接功能可以是IP化（IP aware）功能，这意味着由IP交换机220提供的该功能可以表现为针对LAN 300或IP网络500的“UE代理”，从而其不仅用于在分配IP地址时协助UE 10并且支持邻居发现功能，而且用于实现对于UE 10透明地执行链路层移动性并且消除在本地IP接入服务区域中使用某些IP移动性机制的需要。

根据开放系统互连参考模型（OSI模型），网络架构被分为七个层，它们从顶至底被称为应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、链路层（或数据链路）和物理层。层可以被视为向其之上的层提供服务并且从其之下的层接收服务的概念上相似的功能的集合。例如，跨越网络提供无错误通信的层提供了其之上的应用所需的路径，同时其使下一更低层发送和接收构成路径的内容的分组。

在这里的实施例中，区分链路层（还被称为L2）和网络层（还被称为L3）层级。网络层提供经由一个或多个网络将可变长度数据序列从源输送到目的地的功能和过程部件，同时维持传输层所请求的服务质量。网络层执行网络路由功能，并且还可以执行分段（fragmentation）和重组，并且报告递送错误。路由器在该层处操作，即通过扩展网络发送数据并且使得互联网成为可能。网络层协议或L3协议的公知示例是互联网协议（IP）。其一次一跳地管理数据从端系统到入口路由器、路由器到路由器、以及从出口路由器到目的地和系统的无连接输送。其不负责针对下一跳的可靠递送，而是仅负责检测错误分组，从而它们可以被放弃或纠正。当下一跳的介质不能接受其当前长度的分组时，IP负责将分组分段为介质能够接受的充分小的分组。

（数据）链路层（L2）提供用于在网络实体之间输送数据并且检测并且可能地校正物理层（还被称为L1）中可能出现的错误的功能和过程部件。

所提出的IP交换机220可以设置在HNB 20的用户平面接口中并且出于LAN 300和IP网络500的观点可以被实现为链路层设备（例如，L2交换机）。这意味着出于UE 10或HNB 20的观点，其本地IP附连点位于从HNB 20看到的外部下一跳路由器中。在作为家庭网络或局域网（办公室、校园等）的LAN 300中，如果例如在单独的数字订户线路（DSL）路由器盒中，该下一跳路由器可以是针对外部网络的缺省网关。或者，在IP网络500的情况下，其可以是互联网服务提供商（ISP）网络中的最近的IP路由器。

在在IP交换机220中实现IP化桥接或交换功能的情况下，HNB 20可以执行IP查找以便于在无线电接口上将用户下行链路业务转发到相应的UE特定的承载服务（即点对点链路）。用于实现IP化桥接或交换功能的另一替选方案可以是将IP交换机220建模为无线L2交换机。在该情况下，可以基于UE特定的链路层地址（例如以太网MAC地址）进行关于用户本地IP业务从LAN 300或IP网络500到相应的UE特定的承载服务的转发判定。

所建议的HNB 20中的IP交换机220因而提供了如下优点：不需要运行IP路由协议、执行路由器广告等。在上行链路方向中，HNB 20简单地将本地IP接入业务直接转发到其在LAN 300或IP网络500中的网络接口并且不需要任何隧传协议或其他IP隧传。

根据本地IP接入服务可以看出所提出的具有IP交换机220的HNB 20的优点，其中IP会话连续性支持在多个HNB或者与同一局部区域连接的其他类型的基站之间，而不需要LAN 300或IP网络500中的任何移动性代理节点（例如代理移动IP中的归属代理）。

图2示出了本地IP接入或LBO过程中牵涉的网络实体以及这些网络实体之间的相应的接口的更详细的框图。图2的示例性网络架构基于如例如3GPP规范TS23.401 V8.4.0中描述的EUTRAN系统。

当网络策略和用户订购允许时，支持经由受访公共陆地移动网络(PLMN)的IP业务的LBO。LBO可以与对多个同时的分组数据网络（PDN）连接的支持组合。图2中的粗虚线使网络系统的EUTRAN部分与网络系统的演进分组核心（EPC）分开。UE 10经由LTE-Uu接口连接到HNB 20。HNB 20经由IPv4/IPv6接口连接到家庭/本地LAN 300。此外，HNB 20经由S1-MME接口连接到EPC的至少一个MME 30。该S1-MME接口形成了EUTRAN和MME之间的控制平面协议的参考点。MME 30经由S3接口连接到服务通用分组无线电服务（GPRS）支持节点（SGSN）40。S3接口实现了关于空闲和/或活跃状态下的3GPP接入网络之间的移动性的用户和承载信息交换。此外，MME 30经由S6a接口连接到其中存储订户数据的归属订户服务器（HSS）50。S6a接口实现了MME 30和HSS 50之间的关于认证/授权用户接入演进系统的订购和认证数据的输送。HSS 50还连接到管理基础系统接入功能的认证、授权和计费（AAA）服务器60。

作为额外的实体，EPC包括服务SAE网关（S-GW）70和PDN SAE网关（P-GW）80，它们向外部IP网络500提供网关功能。S-GW 70经由S11接口连接到MME 30，其中S11接口提供MME 30和S-GW 70之间的参考点。此外，S-GW 70经由S1_U接口连接到HNB 20，其中S1-U接口提供关于每个承载的用户平面隧传和切换期间的HNB之间的路径交换的EUTRAN和S-GW 70之间的参考点。

在MME 30处，S10接口提供关于MME重新定位和MME到MME的信息输送的MME之间的参考点。S-GW 70和P-GW 80经由提供用户平面隧传和这些网关之间的隧道管理的S5接口连接。由于UE移动性，并且如果S-GW 70需要连接到用于所需的PDN连接性的非共同安置的PDN网关，则其可以用于S-GW重新定位。注意，P-GW 80和S-GW 70可以在一个物理节点或单独的物理节点中实现。S-GW 70是端接于针对EUTRAN的接口的网关。对于与EPS相关联的每个UE，在给定的时间点，可能存在单个S-GW作为用于HNB之间的切换的本地移动性锚点（anchor point），其负责分组路由、转发以及许多其他网关功能。P-GW 80是端接于针对例如外部IP网络500的PDN的接口的网关。PDN可以是任何运营商的外部公共或私有分组数据网络或者运营商内部的分组数据网络，例如用于提供IP多媒体子系统（IMS）服务。如果UE 10正在接入多个PDN，则可能存在用于该UE 10的不止一个P-GW。

根据一些实施例，假设不同于在HNB 20中端接核心网络接口（如例如S5、S11、Gn或Gx）用于控制关于本地IP接入服务的网关功能的子集（如网关GPRS支持节点（GGSN）或S-/P-GW功能），可以以现有的S1控制平面接口（或者用于3G系统的lu接口）中的最小修改并且不修改RRC和NAS协议，控制使用HNB 20中的IP交换机220的简单的桥接功能的简单的本地IP接入特征。

在这种本地IP接入或LBO中，可以使用多种PDN支持在NAS层级处处置LBO会话管理。出于UE观点，如果接入点名称（APN）与在HNB 20处提供的本地虚拟网关相关联，则可以使则本地U平面处置是透明的并且可以将LBO会话映射到UE请求的PDN连接性。这样，MME 30仍可以通过修改的网关处置过程根据3GPP规范工作。

不具有本地IP接入订购（LBO订购）的用户或者不支持LBO的HNB可以使用核心网络提供的传统的EPS承载服务。UE 10总是在控制平面上锚定到MME 30。根据核心网络（EPC）的S-GW 70和/或P-GW 80，缺省EPS承载服务总是被激活和处置。

由于HNB 20提供了内部虚拟网关功能，因此在HNB 20中仅需要S-/P-GW功能的最小集合用于LBO服务。可以通过在S1应用协议信令中递送所需的LBO控制信息来在S1接口上单独地控制简单的虚拟网关功能。例如，这可以通过如例如3GPP规范TS 36.413中规定的E-RAB建立请求和E-RAB建立响应消息来实现。当然，也可以使用经由S1接口或者其他网络系统的相似的控制平面接口递送的其他信令消息。因而，根据一些实施例，在HNB 20处可以省略S11控制接口。

图3示出了指示消息和处理的信令和处理示图，该处理与通过仅端接于HNB中的S1接口用于本地IP接入或LBO建立的UE请求的PDN连接性过程相关。

如可以从图3推断的，当UE 10例如基于相应的广播信息检测到LBO服务时，其通过在上行链路（UL）方向上经由到可以用作DHCP中继器的HNB 20的RRC直接输送而发送PDN连接性请求来开始网络登录（步骤1）。HNB 20经由S1接口将接收到的连接性请求作为上行链路NAS输送转发到MME 30（步骤2）。连接性请求包括指向HNB 20处的虚拟网关的APN。MME 30通过例如发起针对HSS 50或相应的订户数据库的询问来证实关于LBO的UE订购。基于询问结果，MME 30经由S1接口发出包括NAS分组数据单元（PDU）的E-RAB建立请求（步骤3）。基于在E-RAB建立请求中给出的信息，HNB 20修改其UE RAN上下文并且向UE 10发送包括NAS-PDU的RRC连接重新配置消息（步骤4）。在步骤5中，UE 10以RRC连接重新配置完成消息来进行响应，HNB 20基于该消息实现用户平面连接性。

如果来自MME 30的E-RAB建立请求消息不包含有效的网络地址以及用于在S1用户平面上建立GTP隧道的TEID（隧道端点标识符），则HNB 20检测到承载建立用于使用HNB内部虚拟网关功能的本地IP接入服务。

如果来自HNB 20的连接重新配置消息不包含关于UE 10的任何IP地址，则UE 10在DHCP客户端处发起地址配置过程。为了实现这一点，在步骤6和6'中经由HNB 20向本地DHCP服务器（图2中未示出）发送DHCP发现消息，该本地DHCP服务器在步骤7和7'中以经由HNB 20转发到UE 10的DHCP提供（DHCP Offer）消息来进行响应。基于建议的IP地址，UE 10在步骤8和8'中经由HNB 20向本地DHCP服务器发送DHCP请求，该本地DHCP服务器在步骤9和9'中确收所请求的地址。基于DHCP地址配置过程的结果，UE 10配置其IP堆栈并且HNB 20存储UE 10的IP上下文。当然，也可以使用其他地址配置过程，诸如IPv6地址自动配置等。

HNB 20现在在步骤10中将E-RAB建立响应消息转发到MME 30并且在步骤11中以分配给UE 10的自身的IP地址作为目标地址向所有节点广播通知或请求以便于检查该IP地址是否被使用不止一次和/或更新其他节点中的表格或堆栈。该通知可以是免费（gratuitous）地址解析协议（ARP）请求分组，其中该情况下的“免费”意味着根据ARP规范通常不需要的但是可能在某些情况下使用的请求/答复。作为替选方案，可以发送相应的IPv6-N-adv（邻居广告）消息。

因而，由于在UE 10和本地S-/P-GW功能之间不存在通信，因此S1接口不需要通过某种S11功能进行扩展。UE 10的IP地址分配可以被本地处置（例如不基于3GPP信令），而MME 30负责会话管理（承载服务管理）。由于虚拟网关功能在HNB 20中共同安置，因此S1-U和S5-U GTP隧道变为HNB 20的内部问题并且因而不被需要，这意味着可以省略所有相关GTP隧道配置数据（例如TEID）。MME 30作为判定管理器了解可以递送到HNB 20的所有本地IP接入承载服务参数。

经由S1接口的对E-RAB建立请求的增强可以是使用关于（多个）LBO承载的APN总计最大位速率（AMBR）参数。这将允许确保（多个）LBO承载的资源使用较之经由运营商网络载送的承载的特定关系。这种或其他业务整形参数可以通过通常用于所有APN的管理或手动配置而提供给HNB 20。例如，基于核心网络的承载（例如缺省EPS承载）的RAN容量的回程（backhaul）的百分之n可以保留。UE 10的（多个）IP地址根据其中连接HNB 20的LAN或IP子网而分配，即在HNB 20或其自身的协助下由UE 10本地地进行。在结合本地IP接入或LBO使用按时计价计费（flatrate charging）的情况下，在HNB 20中可以省略计费功能。

作为结论，通过仅使用需要对S1应用协议的使用的最小修改的S1接口（S1+）并且例如在承载建立请求和承载建立响应消息（例如E-RAB建立请求和E-RAB建立响应）中，可以在没有S11接口或者其他与核心网络网关的接口的情况下在HNB 20中配置本地IP接入或者LBO承载服务。

图4示出了UE 10、HNB 20和MME 30的示意性框图。注意，该框图是没有分离控制平面和用户平面连接的简化表示。

UE 10包括射频（RF）单元101，其被配置为经由无线电接口（例如LTE-Uu接口）向RAN的HNB 20传送和接收无线电信号。此外，UE 10包括LBO控制功能或单元104，其被配置为执行LBO相关处理并且检测LBO相关信令。LBO控制单元104检查从RAN接收到的消息或者广播信息，检测LBO服务并且如果其已检测到LBO服务，则发起LBO相关网络登录。此外，如果经由HNB 20与MME 30的初始LBO相关消息交换指示没有保留或提出用于UE 10的IP地址，则地址选择功能或单元（AS）102发起地址选择过程，地址选择功能或单元（AS）102例如基于DHCP或IPv6向消息生成器（MG）功能或单元105提供信息以发起地址配置操作。在消息生成器单元105处生成的消息经由RF单元101传送到无线电接口。地址选择单元102可以访问APN存储103（其中可以存储关于各种连接或目的的APN）。

HNB 20还包括RF单元201以便于能够经由无线电接口与UE或其他终端设备通信。可以在业务监控功能或单元（TrM）202中监控经由RF单元201接收到的业务。此外，从RF单元201接收到的或者发送到RF单元201的业务可以经由业务桥接功能或单元（TrB）203转发，业务桥接功能或单元（TrB）203提供无线电承载服务和PDN相关连接之间的桥接功能。从而，在MME 30和UE 10之间可以实现直接桥接或交换功能。

此外，HNB 20包括LBO控制功能或单元204，其被配置为控制网关配置功能或单元（GWC）205，网关配置功能或单元（GWC）205可以接入上下文存储单元（CT）208。业务监控单元202和网关配置单元205两者均可以控制业务桥接单元203。通过业务桥接单元230流动的业务经由S1接口路由到或者路由自MME 30的收发器单元（TRX）301。从收发器单元301接收到的或者传送到收发器单元301的业务可以被提供给LBO控制功能或单元304，其控制被配置为向核心网络提供隧道配置信令的隧道配置功能或单元（TC）305。LBO控制单元304接入HSS 50或者另一订户相关数据库90以便于获取建立本地IP接入或LBO所需的LBO相关参数。

注意，结合图4描述的功能或单元可以被实现为离散硬件单元或电路或者被实现为控制在UE 10、HNB 20和/或MME 30处提供的处理器单元或若干个处理器单元的软件例程。

在下文中，基于图5至7更详细地描述了描述UE 10、HNB 20和MME 30处的LBO或本地IP接入相关功能的流程图。

图5示出了UE 10处的LBO或本地IP接入相关处理的示意性流程图。当UE 10（例如LBO控制单元104）检测到LBO服务时，在步骤S101中（例如由地址选择单元102）选择指向HNB 20处的虚拟网关的APN。随后，在步骤S102中通过相关APN向以MME 30为目标的网络发送连接性请求（例如由消息生成器105生成）。

现在，UE 10等待接收重新配置消息（步骤S103）。如果接收到重新配置消息，则在步骤S104中（例如由LBO控制单元104）检查重新配置消息中提供的NAS PDU。如果在步骤S105中确定在NAS PDU中设定了预定地址值（例如零地址），则在步骤S106中（例如由地址选择单元102）发起IP地址配置。如果未确定预定地址值，则使用接收到的IP地址（步骤S107）。最后，UE 10通过HNB 20处的虚拟网关功能使用本地IP接入或LBO以所选择的APN和IP地址S108向其应用层响应IP连接性可用。

图6示出了HNB 20处的本地IP接入或LBO相关处理的示意性流程图。当HNB 20从MME 30接收到承载建立请求时，发起图6的过程。在步骤S201中，HNB 20检测承载相关参数（例如在LBO控制单元204处）并且在步骤S202中（例如由LBO控制单元204）例如基于消息中的预定网络地址和TEID值（例如零）检查是否请求本地接入类型。

如果是，则在步骤S203中（例如由LBO控制单元204控制下的网关配置单元205）配置HNB 20处的虚拟网关。

在步骤S204中，（例如在网关配置单元205控制下的上下文存储208中）修改LBO与其相关的UE的上下文。随后，在步骤S205中，（例如由LBO控制单元204）基于检测到的承载相关参数生成连接重新配置请求并且将其发送到UE 10。

现在HNB 20等待接收连接重新配置完成消息（步骤206）。如果接收到重新配置完成消息并且确定将设定本地接入类型（步骤207），则该过程在步骤S208中继续，其中（例如由业务监控单元202）监控UE业务并且将接收到的本地UE IP地址添加到UE上下文。随后，在步骤S209中（例如由业务桥接单元203）对于本地IP接入或LBO桥接无线电承载服务和基于IP的PDN之间的用户业务。在步骤S210中，如果在承载相关参数中限定，则使本地业务符合根据所允许的最大位速率的所允许的服务质量（QoS）。最后，在步骤S211中（例如在LBO控制单元204的控制下）发送具有基于接入类型设定的隧道相关参数的承载建立响应。

图7示出了MME 30处的本地IP接入或LBO相关处理的示意性流程图。

当经由HNB 20从UE 10接收到连接请求时，触发该过程。在步骤S301中（例如由LBO控制单元304基于HSS 50的询问）证实LBO订购。如果在步骤S302中确定不允许LBO，则MME 30可以可选地以连接性拒绝消息经由HNB 20向UE 10响应，并且该过程结束。在另一种形式中，可以在后继步骤中以信号形式通知指示连接性拒绝的相应的参数设定。如果允许LBO，则在步骤S304中（例如基于HSS 50处的询问或者其他数据库90）获得订购参数。基于所获得的订户参数，在步骤S305中（例如由LBO控制单元304）选择相应的LBO简档。随后，在步骤S306中发送具有相应的缺省参数值的承载建立请求，其中缺省参数值指示LBO简档（例如UE 10是否必须获得IP地址，是否使用HNB 20处的虚拟网关，和/或是否需要GTP隧传等）。

随后，该过程在步骤S307中例如基于建立响应中提供的相应的参数检查是否需要隧传。如果例如由于未使用HNB 20处的虚拟网关而需要隧传，则在步骤S308中（例如由隧道配置单元305）建立GTP隧道。此外，在步骤S309中更新核心网络的外部网关和HNB 20之间的S11承载。如果不需要隧传，则该过程在步骤S307之后直接结束。

根据另一实施例，在UE 10已移至空闲状态时，S11接口（或者HNB 20和核心网络之间的其他控制平面接口）的控制功能可以在S1接口上处置以在接收到的下行链路中的本地IP接入业务或LBO业务上提供来自最后服务的HNB的寻呼触发。

图8示出了具有经由S1接口的本地寻呼触发功能的另一实施例的示意性信令和处理示图。在UE相关下行链路数据到达HNB 20的虚拟网关的情况下激活触发功能。

根据图8，在最后服务的HNB处接收下行链路（DL）LBO数据并且其对于下行链路LBO数据在相应的缓冲器中缓冲。随后，在步骤1中，将具有相关的UE（其当前处于空闲状态（例如LTE_IDLE））的相应的标识和事件与下行链路LBO数据通知相关的指示的位置报告转发到MME。MME检测该报告作为来自具有激活的LBO的最后服务的HNB的寻呼触发。在步骤2中，MME向最后服务的HNB和相关的跟踪区域（TA）内的其他HNB 1至n广播具有UE标识和起因（cause）参数的寻呼命令。目标区域中的HNB向它们所服务的UE发出具有UE标识和起因参数的相应的寻呼。如果目标UE检测到寻呼，则其在步骤4中发起RRC连接建立。随后在步骤5其使其模式从空闲模式变为连接模式（例如RRC_CONNECTED）并且发起网络重新登录和/或LBO服务重新登录过程。

因而，在接收到本地IP接入或LBO中的UE相关下行链路数据时，可以通过S1接口从最后服务的HNB向MME发出寻呼触发消息。在对其的响应中，MME可以继续通常的UE寻呼过程。这种HNB和MME之间的S1接口（S1+）的新功能可以以图8中示出的方式与例如S1应用协议的位置报告消息组合。位置报告消息可以通过请求类型信息元素（IE）中的新事件类型（例如，DL LBO数据通知）进行扩展以便于支持本地IP接入或LBO中的从HNB到MME的本地UE寻呼触发。

在下文中，更详细地描述以上实施例的实现方案选择。

UE在PDN连接性请求消息中将APN转发到MME。MME了解UE请求的APN指向共同安置的HNB处的虚拟网关。这可以通过MME的相应的配置实现。

此外，对于LBO承载处置，MME包括反映不同的运营商策略和/或订户类型和/或HNB回程能力的一个或多个简档。可以代表本地PDN网关经由缺省值传递或者以信号形式通知所选择的简档。这些缺省值可以由MME用于NAS消息并且用于设定S1接口的E-RAB建立中的参数。对于UE IP地址（PDN地址）该缺省或预定值可以被设定为零，从而在承载建立（例如DHCP）之后（例如由图4的地址选择单元102）基于IETF（互联网工程任务组）机制触发UE获得IP地址。S-GW传输层IP地址可以被设定为预定义值，其经由其内部虚拟网关向HNB指示本地接入类型或LBO。

此外，HSS中存储的用户的订户数据可以增强有关于LBO的许可和关于具有相应的APN-AMBR参数的LBO的可选的专用APN和可选的订户类型信息。HNB回程能力参数（例如指示HNB所有者的固定网络连接的数字订户线路（DSL）速度）可以与可由操作和维护（O&M）网络功能建立的其他数据库中的封闭订户组（CSG）数据相关联，或者作为关于S1接口的HNB初始建立过程的新参数被引入并且存储在其他数据库中。这可以在MME的内部或者外部实现。

根据HSS或另一数据库的订户相关数据，MME可以相应地选择LBO简档。更具体地，LBO网关简档可以包括以下至少一个：所提及的关于UE IP（PDN）地址和网关的保留值，用于计算可能优先于HSS存储的APN AMBR的MME中的UE-AMBR的LBO承载（考虑如果LBO与EPS承载并行）的APN AMBR参数，用于检查是否允许LBO与其他现有的PDN连接并行的最大APN限制特征的本地/虚拟PDN网关值，以及在接入应被限制到特定过滤标准的情况下的根据APN、订户类型等的业务流模板。

对于本地IP接入或LBO承载服务的处置以及S1接口上的共同安置的虚拟网关建立，MME可以基于LBO订购简档和运营商策略将如下承载相关信息元素添加到承载建立请求消息：

· UE总计最大位速率（UE-AMBR）

· APN总计最大位速率（APN-AMBR）

· 承载建立信息元素：

· 承载标识

· 承载水平（bearer level）QoS参数

· 具有指示不需要GTP隧道和点地址的预定义值（例如零）的传输层地址

· 具有指示不需要GTP隧传的零值的TEID

· 包含从MME到UE的加密NAS协议消息（例如激活缺省EPS承载上下文请求）的NAS PDU，其中可以设定关于PDN地址的零值（可替选地，如果对于目标UE不允许LBO服务，则MME可以以连接性拒绝消息进行响应）。

HNB现在可以基于传输层地址和TEID信息元素中的接收到的预定义的（零）值检测到该承载建立预期使用其共同安置的（内部）虚拟网关用于本地IP接入或LBO服务。因而，不同于建立关于S1-U连接的GTP隧道端点，HNB根据接收到的承载参数配置其本地虚拟网关功能。

随后，HNB可以发送连接重新配置消息以便于通过给定参数配置关于所请求的无线电承载的无线电承载服务。在该消息中HNB可以转发NAS PDU（除其他信息之外），其是来自MME的对UE的连接性请求的响应。

UE根据在重新配置消息和NAS PDU中接收到的参数配置其EPS承载服务并且以连接重新配置完成消息响应HNB。由于在NAS PDU中接收到的PDN地址具有零值，因此UE可以在新建立的EPS承载服务上使用DHCP或IPv6地址自动配置等使其自身准备好配置关于该PDN连接性的IP地址（本地IP地址或LBO）。相应地，HNB可以准备监控新建立的承载服务上的UE业务以便于协助UE作为针对LAN的DHCP中继器或者IPv6邻居发现过程中的代理功能。

在UE已使用地址配置过程分配本地IP地址之后，HNB也已处理相关的消息并且能够读取UE本地IP地址并且将信息添加到UE上下文数据以便于执行在无线电承载服务和基于“天然（native）IP”的局域网或用于本地IP接入或LBO服务的其他PDN之间的基于IP查找的用户业务桥接。而且，HNB可以激活业务整形功能作为其本地网关功能的一部分以使本地业务符合根据APN AMBR的所允许的QoS。

最后，HNB向MME发送指示所请求的承载建立已成功的建立响应消息。由于不需要建立用于本地IP接入承载的GTP隧道，因此可以在HNB中将建立响应中的相应的信息元素设定为预定义值或缺省值，诸如关于传输层地址和GTP TEID（HNB TEID）的零值以及指示不需要隧道端点地址并且不需要隧传的用户数据报协议（UDP）端口号。

在接收到修改的建立响应消息时，由于相关的本地IP接入承载服务使用HNB中的共同安置的虚拟网关，因此MME可以省略S11更新承载过程。根据接收到的无线承载标识、传输层地址值和UDP端口号值可以明确地检测这一点。

所提出的优化的基于“S1+”的方法提供了如下优点：使用接入网络和核心网络之间的单个接口的具有最小数目的消息的简化的LBO控制过程，不需要在接入网络的接入节点（例如HNB）处端接额外的核心网络接口。

此外，在如家庭/办公室/校园LAN的L2交换LAN网络中的关于LBO的HNB之间的切换中实现了本地IP移动性功能的简化的实现方案，不需要在每次切换时执行S-/P-GW重新定位过程（如其他接口（如S11接口）将端接于HNB处的情况中的那样）。现在，在建立本地IP接入服务之后可以本地地处置关于简单的本地IP接入的共同安置的虚拟网关的管理。在HNB之间的切换中不需要执行本地IP接入承载服务经由MME到S-GW的隧道路径切换。此外，不需要修改NAS和RRC接口。

MME功能的实现方案可以基于附连到家庭小区或者在家庭小区中使用UE请求的PDN连接性过程（通过APN或缺省的APN指示符）。MME可以检查是否应建立本地疏导承载（LBB）。该检查的标准是UE是否在家庭小区（根据小区标识符）中或者其是否接入可以提供本地IP接入的网络。此外，标准可以是：是否允许APN用于LBO（例如专用APN或缺省APN），或者是否允许UE用于LBO（通过检查订购数据）。此外，MME可以检查是否允许UE用于CSG接入（例如基于小区标识符或HNB地址信息位于家庭小区中）或者位于具有LBO可能性的HNB区域中。在该情况下，MME可以可选地执行网关选择过程，其中S-/P-GW地址的保留值（例如127.0.0.1）可以指示UE请求LBO并且允许LBO用于该APN。或者，MME可以通过新过程判定是否允许LBO用于该APN。MME可以应用关于LBO允许的APN（如关于互联网）的运营商策略以允许LBO或不允许LBO。在某些条件下，LBO可能性可以被否决并且MME可以分配移动网络运营商的网关地址。

此外，MME可以检查是否允许LBO用于该用户（基于HSS中存储的订购数据）。出于该目的，可以增强HSS中的订购数据和/或可以使用最大APN限制特征以判定在通过运营商的S-GW和P-GW（关于UE请求的PDN连接性过程）建立该UE的其他承载的情况下，是否允许LBO与其他移动网络运营商承载并行。

为了建立LBB，MME可以建立关于可能在以后的过程中被标识为LBO的该承载的会话管理上下文（例如通过LBO指示符、保留的S-/P-GW地址或者存储的APN）。该联系触发了用于该承载的以后的动作的MME中的特殊的LBO处置。MME可以跳过网关选择过程并且可以分配关于P-和S-GW地址的保留值。此外，MME可以跳过创建缺省承载请求过程。

此外，MME可以选择正确的LBO简档以建立关于承载建立请求的消息参数。保留的S-GW地址或者LBO指示符可以向HNB指示应使用LBB。

在从家庭切换到宏小区的情况下，对于仅在运营商网络中端接的承载可以执行该切换。在EUTRAN内部切换的情况下，HNB可以从待切换的承载列表（SAE承载建立列表）移除LBB并且朝向UE释放承载。MME从UE会话管理上下文移除这些标为LBB的承载。

图9示出了根据另一实施例的可替选的基于软件的实现方案的示意性框图。所需的功能可以在具有处理单元410的任何基站类型的网络实体400中实现，处理单元410可以是具有控制单元的任何处理器或计算设备，该控制单元基于存储器412中存储的控制程序的软件例程执行控制。控制程序也可以单独地存储在计算机可读介质上。从存储器412取回程序代码指令并且将其加载到处理单元410的控制单元以便于执行结合图3至8描述的设备特定的功能的处理步骤，这可以被实现为上述软件例程。处理步骤可以基于输入数据DI执行并且可以生成输出数据DO。在终端设备（例如UE）处执行处理的情况下，输入数据DI可以与经由无线电接口接收的信令对应并且输出数据DO可以与连接性请求和/或连接重新配置完成消息对应。在接入设备（例如HNB）处执行处理的情况下，输入数据DI可以与从核心网络（例如MME）接收到的消息对应并且输出数据DO可以与发出到核心网络的承载建立响应对应。在核心网络实体（例如MME）处处理的情况下，输入数据DI可以与经由S1接口接收到的消息对应并且输出数据DO可以与发出到接入设备的承载建立请求对应。

因此，终端设备、接入设备和核心网络实体的以上实施例的功能可以被实现为各个计算机程序产品，其包括代码部件，用于在相应的实体的数据处理器或者计算机设备上运行时生成关于相应的实体或功能的处理和/或信令过程的各个步骤。

总之，本发明涉及用于经由蜂窝接入网络向分组网络提供接入的网络系统的相互关连的实体的方法、装置和计算机程序产品，其中提供简单的本地IP接入或者本地疏导（LBO）特征，其使用可由单个控制平面接口控制的接入设备（例如基站设备或（H）NB）处的无线电接口和分组数据网络接口之间的桥接功能。

显然本发明可以容易地扩展到任何网络环境，其中无线电接入网络的接入设备连接到具有移动性管理实体或相似实体以及用于提供针对其他PDN网络的接入的相应的网关功能的核心网络。本发明不旨在限于结合图3和8说明的特定消息，而是可以扩展到具有相同或相似功能的任何相应的消息。此外，本发明不限于所描述的接口并且可以扩展到无线电接入网络的接入设备和核心网络的移动性管理实体或相似实体之间的任何接口。

Claims

1. 一种装置，包括：

· 选择部件（102），用于在终端设备（10）处并且响应于检测到的本地疏导服务的可用性，选择在无线电接入网络的接入设备（20）处提供的虚拟网关功能的标识，用于用在针对分组数据网络的本地疏导中；

· 地址配置部件（102），用于配置所述本地疏导中的所述终端设备（10）的网络层地址；以及

· 消息生成部件（105），用于生成指示所述标识的连接性请求，以传送到所述无线电接入网络。

2. 根据权利要求1所述的装置，其中所述地址配置部件（102）适于使用动态主机配置协议或者互联网协议地址自动配置以配置所述网络层地址。

3. 一种方法，包括：

· 在终端设备（10）处并且响应于检测到的本地疏导服务的可用性，选择在无线电接入网络的接入设备（20）处提供的虚拟网关功能的标识，用于用在针对分组数据网络的本地疏导中；

· 配置所述本地疏导中的所述终端设备的网络层地址；以及

4. 根据权利要求3所述的方法，进一步包括使用动态主机配置协议或者互联网协议地址自动配置以配置所述网络层地址。

5. 一种计算机程序产品，包括用于在计算设备上运行时产生根据方法权利要求3所述的步骤的代码部件。

6. 一种装置，包括：

· 获取部件（204），用于在接入设备（20）处从承载建立请求获取无线电承载相关参数；

· 确定部件（205），用于基于所述获取的参数确定本地疏导；

· 网关配置部件（205），用于响应于所述确定部件（205）在所述接入设备处配置虚拟网关功能；以及

· 业务桥接部件（203），用于桥接在所述承载建立请求所请求的无线电承载服务和用于所述本地疏导的分组数据网络之间的用户业务。

7. 根据权利要求6所述的装置，其中所述装置被配置为发出具有关于至少一个传输层地址的预定义值以及隧道端点标识符的承载建立响应，所述预定义值指示不需要隧传。

8. 根据权利要求6或7所述的装置，其中所述装置被配置为通过S1类型控制平面接口来接收所述承载建立请求。

9. 根据权利要求8所述的装置，其中仅经由所述S1类型控制平面接口来控制所述虚拟网关功能。

10. 根据权利要求8或9所述的装置，其中所述装置被配置为设置在蜂窝网路的基站设备（20）中。

11. 根据权利要求8至10中任一项所述的装置，其中所述装置被配置为经由所述S1类型控制平面接口发出关于空闲终端的寻呼触发。

12. 根据权利要求6至11中任一项所述的装置，其中所述装置被配置为从待切换的承载列表移除本地疏导承载并且在切换过程的情况下朝向所述终端设备（10）释放所述本地疏导承载。

13. 一种方法，包括：

· 在接入设备（20）处从承载建立请求获取无线电承载相关参数；

· 基于所述获取的参数确定本地疏导；

14. 根据权利要求13所述的方法，进一步包括发出具有关于至少一个传输层地址的预定义值以及隧道端点标识符的承载建立响应，所述预定义值指示不需要隧传。

15. 根据权利要求13或14所述的方法，进一步包括经由S1类型控制平面接口来接收所述承载建立请求。

16. 根据权利要求15所述的方法，进一步包括仅经由所述S1类型控制平面接口来控制所述虚拟网关功能。

17. 根据权利要求15或16所述的方法，进一步包括经由所述S1类型控制平面接口发出关于空闲终端的寻呼触发。

18. 根据权利要求13至17中任一项所述的方法，进一步包括从待切换的承载列表移除本地疏导承载并且在切换过程的情况下朝向所述终端设备（10）释放所述本地疏导承载。

19. 一种计算机程序产品，包括用于在计算设备上运行时产生根据方法权利要求13所述的步骤的代码部件。

20. 一种装置，包括：

· 选择部件（304），用于在核心网络处基于在无线电接入网络的接入设备（20）处提供的虚拟网关功能的标识来选择本地疏导的参数集合；以及

· 设定部件（304），用于设定承载建立请求中的预定的缺省参数值以指示所述虚拟网关功能处的本地疏导。

21. 根据权利要求20所述的装置，其中所述参数集合包括：关于所述虚拟网关功能和请求所述本地疏导的终端设备（10）的保留的或缺省的地址值、和本地疏导承载的总计最大位速率、用于检查是否允许本地疏导与其他现有连接并行的所述虚拟网关功能的检查值、以及限定本地疏导接入的过滤标准的业务流模板中的至少一个。

22. 根据权利要求20或21所述的装置，其中所述预定的缺省参数值包括：具有指示不使用隧道端点地址的预定义值的传输层地址、具有指示不需要隧传的预定值的隧道端点标识符、以及总计最大位速率中的至少一个。

23. 根据权利要求20至22中任一项所述的装置，其中所述装置被配置为设置在所述核心网络的移动性管理实体（30）中。

24. 一种方法，包括：

· 在核心网络处基于在无线电接入网络的接入设备（20）处提供的虚拟网关功能的标识来选择本地疏导的参数集合；以及

25. 根据权利要求24所述的方法，其中所述参数集合包括：关于所述虚拟网关功能和请求所述本地疏导的终端设备（10）的保留的或缺省的地址值、本地疏导承载的总计最大位速率、用于检查是否允许本地疏导与其他现有连接并行的所述虚拟网关功能的检查值、以及限定本地疏导接入的过滤标准的业务流模板中的至少一个。

26. 根据权利要求24或25所述的装置，其中所述预定的缺省参数值包括：具有指示不需要隧道端点地址的预定义值的传输层地址、具有指示不需要隧传的预定值的隧道端点标识符、以及总计最大位速率中的至少一个。

27. 一种计算机程序产品，包括用于在计算设备上运行时产生根据方法权利要求24所述的步骤的代码部件。