CN102415199B - 一种通过毫微微基站的本地ip接入的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

公开了用于将用户设备UE连接到本地网络中的本地设备的方法、毫微微基站和网络服务节点。femtoBS包括femtoBS部分和分组数据网络网关PDN-GW部分，PDN-GW部分包括PDN-GW功能的子集。UE发送包括特殊接入点名称APN的PDN连接请求，该特殊APN指示请求针对于本地IP接入。诸如移动性管理实体MME的网络服务节点包括网关选择机制，网关选择机制基于该特殊的APN选择femtoBS设备的PDN GW部分来为连接服务。femtoBS中的路由优化功能短接femtoBS部分和PDN GW部分之间的业务，提供对本地网络的直接接入。UE可以通过本地网络中的住所网关和固定接入连接接入互联网。

Description

一种通过毫微微基站的本地IP接入的方法和装置
相关申请 
本申请要求于2009年4月23日提交的美国临时专利申请No.61/171,926的权益。 
技术领域
本发明总体涉及通信网络，并且具体地涉及使用户设备(UE)能够通过毫微微基站(femtoBS)直接接入本地网络中的本地设备的系统和方法。 
背景技术
在本文档中使用以下缩写。 
3GPP    第三代伙伴计划 
ALG     应用层网关 
APN     接入点名称 
CPE     客户住宅设备 
CSG     封闭订阅组 
DHCP    动态主机配置协议 
DNS     域名服务器 
DSL     数字订户线路 
EBI     EPS承载ID 
ECGI    E-UTRAN小区全球标识 
eNB     演进的节点B 
EPC     演进的分组核心 
EPS     演进的分组系统 
E-UTRAN 演进的通用陆地无线接入网 
毫微微  毫微微基站 
FMC     固定移动汇聚 
FTTH    光纤到户 
GERAN   GSM/Edge无线接入网 
GGSN    GPRS网关支持节点 
GRE     通用路由封装 
GTP     GPRS隧道协议 
GW      网关 
HNB     家庭节点B 
HeNB    家庭演进节点B 
IP      互联网协议 
IMSI    国际移动台标识符 
ISP     互联网服务提供商 
ISR     空闲状态信令缩减 
LBO     本地中断 
UPA     本地IP接入 
LTE     长期演进 
MME     移动性管理实体 
MSC     移动交换中心 
NAS     非接入层 
NAT     网络地址转换/转换器 
OMA DM  开放移动联盟设备管理 
PCC     策略与计费控制 
PDN     分组数据网络 
PGW     PDN网关 
PWIP    代理移动IP 
PON     无源光网络 
RAR     无线接入技术 
RBS     无线基站 
RRC     无线资源控制 
SAE     系统架构演进 
SEGW  安全网关 
SGSN  服务GPRS支持节点 
SGW   服务网关 
SIPTO 所选IP业务卸载 
TAI   跟踪区标识 
TAU   跟踪区更新 
TEID  隧道端点标识符 
UE    用户设备 
UMTS  通用移动电信系统 
UTRAN 通用陆地无线接入网 
第三代伙伴计划(3GPP)当前正在对被称为家庭基站的概念进行标准化。住所订户可以预订固定接入方案，如DSL。然后，移动运营商可以向订户出售家庭基站(也可以互换地称为毫微微基站(毫微微BS))，订户在家中将毫微微基站附接至他的住所固定接入网关。 
家庭基站经由至位于运营商网络边界处的安全网关(SEGW)的安全隧道(假设受到IPsec保护)连接到运营商的网络。经由SEGW，使用演进的分组系统(EPS)中的S1接口，家庭基站具有与核心网节点(如，移动性管理实体(MME)和服务网关(SGW))的连接。同样地，可以使用可选的HeNB GW。在3G通用移动电信系统(UMTS)中，家庭基站经由SEGW连接到HNB GW，SEGW具有经由Iu接口与服务GPRS支持节点(SGSN)和移动交换中心(MSC)的连接。 
家庭RBS方案的问题是：针对本地IP接入(LIPA)的标准还未完成。LIPA规定了将UE直接连接到本地设备(即，住所网络中的设备)。此外，可以利用所选IP业务卸载(SIPTO)，直接通过固定DSL网络接入互联网。第二能力的原因是为了：将互联网业务从移动运营商的网络卸下，并从而降低成本(在固定计费(flat charging)模型中，尽力而为的互联网业务不会增加移动运营商的收入)。好的技术方案可以允许同时接入演进的分组核心(EPC)、本地设备以及经由互联网服务提供商(ISP)接入互联网。 
另一相关问题是：怎样为封闭客户组提供对本地设备的远程接入。 在大量存在许多支持IP功能的家用电器的用例中，存在该问题。 
在Telefonaktiebolaget LM Ericsson的题为“Local Breakout in Home(e)Node B”的美国专利申请No.61/101,726中描述的一个方案中，新颖的femtoBS功能嗅探(snoop)来自UE的上行链路分组的IP报头中的目的地址，识别本地目的地的分组，并向本地CPE网络转发该本地目的地的分组，而不是将其转发到IPsec隧道中送往3GPP网络。该方案具有不影响UE的优势，所述UE能够使用与3GPP运营商所指派的相同的地址和PDN连接。然而，该方案需要复杂的(non-trivial)机制来识别要本地中断的业务，并且不能解决以下的可能情况：3GPP运营商向UE指派私有地址，该私有地址可能与在住所网络中使用的地址范围相重叠。不能排除这种重叠，并且建立针对这种场景的地址转换规则可能是非常复杂的。此外，网络地址转换(NAT)还需要应用层网关(ALG)，以在本地网络中运行特定的应用，并且用户/UE不能逐情况地指示其希望经由宽带接入网直接路由还是经由3GPP核心网路由特定互联网会话/业务流。 
在Telefonaktiebolaget LM Ericsson的题为“Local Breakout in HeNB with UE and HeNB Support”的美国专利申请No.61/101797中描述了针对家庭RBS问题的另一方案。该方案基于UE和femtoBS之间的显式信令建立用于LBO业务的单独承载。描述了该方案的两个实施例。第一实施例将用于本地承载建立的信令集成到RRC信令中，而第二实施例将该信令集成到NAS信令中(其中，femtoBS嗅探NAS信令消息，并推断UE的本地承载建立意图)。第一实施例的劣势在于其需要特定的UE功能和标准化，而第二实施例的劣势在于嗅探加密的NAS消息是不可能的。 
以上没有方案提供了远程接入住所网络的能力。 
在3GPP中，最近的Qualcomm提案提出使用HeNB中的“本地”服务GW和PDN GW的本地接入方案，包括至MME的信令和至HeNB中的GW的新接口。然而，该方案具有涉及在femtoBS中放置服务GW的问题。首先，这可能破坏当前的SAE架构设想，其中，在当前仅为UE指派单个SGW。因为建立和释放附加SGW的需要，指派第二SGW可能影响所有的移动性过程。影响所有的连接和空闲模式移动性过程具有显著的劣势。第二，如果将服务GW放置在femtoBS中，在MME和本地服务GW之间将需要多得多的S11接口。最后，由于服务GW是用于UE在E-UTRAN和UTRAN/GERAN接入之间移动的公共节点，在直接隧道的情况下，femtoBS中的服务GW也需要具有至SGSN和RNC的接口。这种家庭节点与运营商网络中的SGSN/RNC之间的直接接口部署起来可能是有问题的。
Vodafone在3GPP SA WG2临时文档S2-092301“local Breakout and Home(e)NodeB”中以及Nortel在临时文档S2-092355中提出了另一变型。该提案将SGW和PDN网关与HeNB放置在一起，然而仅为UE提供单个SGW。每当UE移动到家庭小区，SGW进行重新放置。该方案避免了与具有两个SGW有关的架构影响，但是引起了若干其他问题。例如，移进移出毫微微小区可能对PDN GW是可见的，PDN GW可能需要额外的信令。例如，在漫游的情况下，每当UE移进移出家庭小区时，家庭网络可能看到信令。在开放接入或者校园的场景下，该问题特别不利。 
Vodafone/Nortel提案还妨碍了跟踪区更新(TAU)优化。使用该方案，不能向UE指派包括家庭小区和周围的宏小区在内的跟踪区标识(TAI)列表，这是因为该提案不管UE何时进入或者离开家庭小区都将要求SGW改变以及TAU。TAI列表特征对于减少TAU信令来说是非常重要的，特别在该场景中。此外，不能将空闲状态信令缩减(ISR)与该解决方案一起使用。3GPP已定义了复杂的ISR特征以减少TAU信令，并且具有2G/3G宏覆盖的家庭LTE小区(或者具有LTE宏覆盖的3G家庭小区)的场景是看起来ISR最有用的场景。然而，Vodafone/Nortel提案会导致ISR不可用，这是因为ISR需要用于家庭小区和其他无线接入技术(RAT)的宏小区的公共SGW。 
另一问题是：在移动进入家庭小区之前，UE不知道是否将使用本地IP连接。可能存在很多不使用本地IP连接的用户，对于他们，SGW重新放置可能是不必要的。使用Vodafone/Nortel提案，在UE开始进入家庭小区的移动过程之前，没有办法知道这一点，并且因此如果用户不想要使用本地IP连接，可能不必要地执行了该过程。 
发明内容
在WO 2008/1125729A1中描述了针对家庭RBS问题的另一解决方案。该PCT申请公开了用于本地中断的系统和方法。然而，所提议的方 法要求MME和UE在行为上发生实质改变。MME必须被修改为与eNB直接进行信号收发，以及UE必须被修改为不涉及MME地与eNB建立无线承载。这可能导致承载ID指派的严重问题。在3GPP草案提议“LTE Local Breakout for Home eNB”中描述了针对家庭RBS问题的另一解决方案。该文档提出在家庭NodeB内部实现GGSN/SGW功能，以实现本地中断。提供了高层框图，然而没有公开用以完成该实现的任何信令或者现有实体的功能的任何改变。 
本发明消除了Qualcomm和Vodafone/Nortel提案的缺陷，同时提供了(1)使得UE能够直接连接到本地设备(即，住所网络中的设备)，(2)使得UE能够直接通过固定DSL网络接入互联网，以及(3)为封闭客户组提供对本地设备的远程接入的方案。 
在一个实施例中，本发明利用了在此被称为“住所APN”的特别的接入点名称(APN)，住所APN使得用户可以连接到住所网络(连接到femtoBS)。PDN GW功能的子集位于femtoBS中，以及MME中新颖的选择机制启用对住所APN的用户可定制PDN GW的选择。例如，可以基于每个IMSI对所选择的PDN GW进行配置，或者还可以将当前femtoBS用作PDN GW。SGW功能不是femtoBS的一部分，以及在3GPP运营商网络中，单个SGW保持不变。femtoBS中的路由优化功能短接femtoBS和包含在其中的PDN GW之间的业务，绕过服务GW。 
从而，在一个实施例中，本发明涉及通过femtoBS设备将无线通信设备连接到本地网络中的本地设备的方法。该方法包括：在femtoBS设备中，从无线通信设备接收建立至3GPP运营商网络的分组交换数据连接的请求；以及向3GPP运营商网络中的服务节点转发该连接请求。femtoBS设备包括femtoBS部分和网关部分，网关部分包括在femtoBS部分中实现或者与femtoBS部分通信的3GPP运营商网络网关功能的子集。该方法还包括：由服务节点确定请求针对于本地IP接入；响应于确定请求针对于本地IP接入，激活服务节点中的网关选择机制，以及选择femtoBS设备的网关部分来为连接提供服务；以及在建立连接时，在femtoBS设备的femtoBS部分和网关部分之间直接路由业务，同时绕过在3GPP运营商网络中单独实现的服务网关(SGW)，网关部分提供对本地网络的直接接入。 
在另一实施例中，本发明涉及用于将无线通信设备连接到本地网络中的本地设备的femtoBS设备。该femtoBS设备包括femtoBS部分，femtoBS部分包括通信装置：用于从无线通信设备接收对建立至3GPP运营商网络的分组交换数据连接的请求，并用于向3GPP运营商网络中的服务节点转发该请求。该femtoBS设备还包括：网关部分，在femtoBS部分中实现或者与femtoBS部分通信，网关部分包括3GPP运营商网络 网关功能的子集；通信装置，用于从3GPP运营商网络中的服务节点接收对已选择femtoBS的网关部分来为数据连接服务的指示；以及用于绕过在3GPP运营商网络中单独实现的服务网关SGW的装置，其中，在建立数据连接时，该用于绕过SGW的装置在femtoBS设备的femtoBS部分和网关部分之间直接路由业务，网关部分提供对本地网络的直接接入。 
在另一实施例中，本发明涉及3GPP运营商网络中的服务节点，所述服务节点用于控制通过femtoBS设备建立无线通信设备的分组交换数据连接。该服务节点包括：通信装置，用于从femtoBS设备接收无线通信设备对至3GPP运营商网络的分组交换数据连接的请求；用于确定请求针对于本地IP接入的装置；网关选择机制，响应于确定请求针对于本地IP接入，用于选择femtoBS设备的网关部分来为连接服务，网关部分包括3GPP运营商网络网关功能的子集；以及通信装置，用于向femtoBS设备发送对已选择femtoBS设备的网关部分来为连接服务的指示，从而使得在建立数据连接时，femtoBS设备能够通过在femtoBS设备的femtoBS部分和网关部分之间直接路由业务，绕过在3GPP运营商网络中单独实现的服务网关SGW。 
附图说明
图1是本发明的系统的示例性实施例的简化框图； 
图2是简化信令图，示出了以下过程：在本发明的方法的示例性实施例中，UE建立至住所APN的PDN连接； 
图3A-3C是示出了具有演进的分组核心(EPC)的3G情况的备选配置的简化框图； 
图4A-4C是示出了没有EPC的3G情况的备选配置的简化框图； 
图5是示出了本发明的方法的示例性实施例的步骤的流程图。 
具体实施方式
如上提到的，家庭基站经由至位于运营商网络边界处的SEGW的安全隧道(假设受到IPsec保护)连接到运营商的网络。以下描述关注于 该场景。然而，应该理解，在其他场景(如，拥有固定和无线接入的固定移动汇聚(FMC)运营商的商业场景)中或者针对于想要尽早将互联网业务从其网络卸下的运营商，本发明也是有用的。在此，将具有固定连接的RBS称为femtoBS，将femtoBS的无线小区称为毫微微小区。在3GPP规范中将femtoBS称为家庭eNB(HeNB)或者家庭节点，将毫微微小区称为家庭小区。 
在一个实施例中，本发明利用了在此被称为“住所APN”的接入点名称(APN)，住所APN使用户能够连接到本地住所网络(连接到femtoBS)。术语“住所”在此的使用不应被解释为将本发明限制在住所；该术语意在涵盖任何具体放置的femtoBS部署。 
UE使用住所ANP来标识UE想要打开用于本地IP接入的PDN连接。可以利用的接入的类型包括： 
·远程接入：用户已经建立了其自己的家庭eNB，并且想要从该家庭eNB的家庭小区在该家庭eNB处获得接入，或者从另一位置远程地在该家庭eNB处获得接入。 
·本地接入：用户可能想到在当前家庭eNB处获得本地IP接入，不管该用户是否是该eNodeB的拥有者。 
两种类型都可以利用，并且可以分别启用/禁用。UE可以使用不同的住所APN来区分两种接入类型(例如，“远程接入”或“本地接入”)。HeNB拥有者可以控制启用/禁用哪个选项，以及当建立了PDN连接时，UE可以例如通过开放移动联盟设备管理(OMA DM)或者通过适当的成功/出错代码意识到这点。 
针对远程接入的情况，UE可以在任何时间从任何位置附接至住所网络。除了UE已存在的会话之外，UE还可以打开至住所网络的PDN连接。(如在此使用的，当提到UE打开PDN连接时，将该过程理解为也包括初始的附接过程)。为UE提供服务的MME检测到对住所网络的连接请求，并激活新颖的PDN GW选择机制(不影响服务GW选择)。 
如所提到的，在femtoBS中或者在本地网络中femtoBS附近实现PDN GW功能的小的用户可定制子集，以及MME中新颖的选择机制启用对住所APN的用户可定制PDN GW的选择。例如，可以基于每个IMSI 配置所选择的PDN GW，或者可以将当前femtoBS作为PDN GW使用。换言之，可以基于用户的IMSI来配置MME中的选择算法。使用将家庭eNodeB(即，femtoBS)选为PDN GW的算法对应该有权接入本地住所网络的用户(例如，因为其居住在那里)进行配置。这实现了对本地网络的UE接入。使用选择另一PDN GW的算法来配置其他用户。 
SGW功能不是femtoBS的一部分，以及在3GPP运营商网络中，单个SGW保持不变。在一个新颖的方面，femtoBS中的路由优化功能对femtoBS和包含其中的PDN SW之间的业务进行短接，绕过运营商核心网中的服务GW。 
该机制具有可配置的数据库，针对每个可连接到住所APN的IMSI，该数据库包含femtoBS的标识。可以将该数据库与HSS或者存储了涉及家庭eNB订户的其他订户信息(如，所允许的封闭订阅组(CSG)列表)的其他数据库合并在一起。可以通过O&M建立PDN GW标识/地址，或者可以在S1建立时向MME发送PDN GW的地址，然后，MME可以将该地址存储在数据库中。该数据库可以具有任何结构(例如，用户组等)。针对开启PDN会话的IMSI，MME选择femtoBS作为PDN GW。 
针对本地接入的情况，MME基于UE的当前家庭eNB来选择PDNGW标识/地址，UE的当前家庭eNB可以从O&M得知或者在S1接口上发送。例如，可以按如下方式实现： 
·针对新的PDN连接请求(附接)，可以在eNodeB和MME之间发送的S1-AP消息中携带PDN GW的IP地址(在该情况下，是家庭eNodeB的IP地址)。然而，家庭eNB可能不知道这种消息是何时发送的，因为NAS消息是加密的。因此，家庭eNB需要在所有的UPLINK NAS TRANSPORT或者INITIAL UE MESSAGE S1-AP消息中发送PDN GW的IP地址。应该注意的是，针对其家庭eNodeB功能和针对其PDN GW功能，家庭eNodB可以使用不同的IP地址，并且可以在单独的位置实现这些功能。 
·MME可以向家庭eNB查询PDN GW地址。这可以使用从MME到家庭eNB的S1-AP消息(可能经由HeNB GW)以及响应来进行。 
·将PDN GW地址与E-UTRAN全球小区标识(ECGI)之间的关 联存储在网络中，例如，在HeNB GW中。每当建立S1连接，更新该关联。MME知道UE的当前ECGI，并在建立用于本地接入的新PDN连接时，将其映射到PDN GW地址。这可以例如通过对HeNB GW的DNS查询来完成，以将ECGI解析为PDN GW地址。DNS查找表可以包括例如“pgw-address.ECGI.HeNB-GW-id”的字符串，其中，HeNB-GW-id是HeNB GW的eNB标识。 
·MME使用S1接口目的地址作为PGW地址。对于使用HeNB GW的情况，这导致MME向SGW发送创建会话请求(Create Session Request)消息，SGW向HeNB GW转发该消息。然后，HeNB GW可以确定正确的HeNB并向其转发消息。该确定可以基于如上所述的将ECGI映射至正确的HeNB。HeNB可以在创建会话响应(Create Session Response)消息中包括正确的PGW地址，然后SGW和MME使用该地址。 
对于没有使用HeNB GW的情况，创建会话请求可以从SGW直接去往HeNB。 
这允许femtoBS设备(包含PDN GW)将UE直接连接到住所GW。在该具体的情况下，PDN GW应该获取用户的IP地址，例如经由住所网络内的动态主机配置协议(DHCP)请求来获取(潜在地，由用户的住所GW或者固定网络来应答)。 
从而，UE的IP地址来自于住所网络的IP地址范围，并且UE在住所APN上发送的任何分组在住所网络中结束。同样地，向UE的PDN GW发送由住所网络中的设备向UE的IP地址发送的分组。为此，femtoBS中的PDN GW通过向UE的IP地址发送其自己的MAC地址来回复ARP请求。然而，在UE和住所网络之间发送的分组仍然通过潜在位于3GPP运营商的网络中的服务GW。如果用户实际上位于毫微微小区处，这种业务可能将固定接入链路装载两次。为了消除该低效率，femtoBS可以将该业务短接(在其femtoBS部分和其PDN GW部分之间有效发送)。应该注意的是，在此将术语“DSL链路”与术语“固定接入链路”互换使用，并且要理解，术语“DSL链路”包括其他接入技术，如PON或FTTH。 
图1是本发明的系统的示例性实施例的简化框图。该系统包括femtoBS设备11，femtoBS设备11包括femtoBS部分12和PDN GW部 分13。femtoBS设备经由住所LAN 14连接到住所网关15，住所网关15提供通过固定接入网16至核心网中的服务GW(SGW)和MME 18的固定接入。路由优化机制19在femtoBS部分和PDN GW部分之间建立业务捷径20。使用粗的虚线示出了业务捷径。标记为S1U和S5的线表示去往和来自被短接的服务GW的GTP隧道。至MME的S1C虚线表示控制平面连接，实线表示物理连接。femtoBS设备将femtoBS部分上的GTP隧道与PDN GW部分上的GTP隧道配对，共同实现针对住所APN的(缺省的和/或专用的)承载。该配对是必要的，因为可能不止一个用户正在使用femtoBS。可以由执行存储在存储器2上的计算机程序指令的处理器1来控制femtoBS设备及其各种组件的操作。 
MME 18包括：通信单元3，用于从femtoBS设备11接收来自UE的PDN连接请求。将该请求发送到接入类型确定单元4，接入类型确定单元4确定该连接请求是接入诸如3GPP运营商网络的公共网络的标准请求，还是针对本地IP接入的请求。可以基于住所APN、UE的IMSI或者另一适合的指示来进行该确定。当请求针对本地IP接入时，网关选择机制5选择femtoBS设备的PDN GW部分13来为该连接提供服务。然后，通信单元3向femtoBS设备发送指示，指示femtoBS设备的PDNGW部分已被选择用于为该连接提供服务。可以由执行存储在存储器7上的计算机程序指令的处理器6来控制MME及其各种组件的操作。 
femtoBS利用以下方法中的一个或者组合来执行GTP隧道的配对： 
·在针对femtoBS的本地IP接入连接的情况下，MME可以将已经出现在S5接口上的一个标识符附至通过S1的承载建立消息。该标识符可以是在PDN GW处用于上行链路的隧道端点标识符(TEID)，该TEID已被发送至MME。在多个承载的情况下，可以包括针对每个承载(由其承载ID来标识)的上行链路TEID。备选地，针对每个PDN连接，可以仅利用单个上行链路TEID，并且可以由承载ID来标识PDN连接内的承载。可以利用控制平面和用户平面PDN GW TEID。 
其他备选标识符包括例如与已经出现在S1-C上的EPS承载ID(EBI)一起的APN和IMSI。这种组合可以明确地标识承载。作为另一备选，可以针对该目的定义S5和S11上的新字段，但是这可能影响 S5/S11定义。然后，femtoBS可以基于该字段的值来执行匹配。该备选也影响S1AP协议。 
·在下行链路方向上，femtoBS的PDN GW部分可以在所建立的隧道上发送特别格式化的分组。该分组将在GTP隧道上从服务GW到达femtoBS部分。femtoBS部分可以检测该特别格式化的分组，并将其从承载上移除。除了在femtoBS中之外，该方法不需要任何改变。然而，在这种情况下，MME无法控制是开启还是关闭优化，并且如果该特别格式化的分组到达另一节点，必须确保其不造成任何错误。 
·如果在作为配对候选的PDN GW部分和femtoBS部分中存在上下文，可以对初始业务(包括用户平面IP和传输报头，但是不包括GTP和外部IP报头)进行高速缓存，以确定其稍后是否重新出现在相同的节点处。如果在比特上相同的业务出现，则建议进行配对。通过允许足够大数目的比特匹配，可以将误配对检测的概率降低到可以忽略的等级。该方式不需要任何的协议影响，虽然其在配对过程中引入了一定程度的延迟，并且还暗示了潜在的额外的重新排序。 
·femtoBS设备接收与在时间上相对接近的承载相对应的S1AP和S5消息。这允许femtoBS设备针对相同的承载将S1和S5GTP隧道配对。如果一个UE切换到具有已经建立至住所APN的多个承载的毫微微小区中，femtoBS可以同时接收到多个承载。在该情况下，接收到承载的时刻向femtoBS指示这些承载都属于同一个UE。然后，femtoBS可以使用EBI参数(在S1和S5上出现)映射相同UE的多个承载，然而，假设多个UE不同时切换到毫微微小区中。 
应该注意的是，如果UE具有至住所APN的多个承载，将针对多于一对的GTP隧道进行配对。使用基于PDN GW上行链路TEID的配对或者使用其他方式配对，情况也是这样的。这使得例如来自住所媒体存储器的流内容具有高质量。 
针对基于代理移动IP(PMIP)的S5/S8，也可以基于通用路由封装(GRE)密钥而不是TEID来进行配对。针对基于PMIP的S5/S8，每连接使用多于一个的承载是不可能的，因为这需要复杂的实现，在该复杂的实现中，策略与计费控制(PCC)基础设施适当地用于femtoBS的PDN GW部分。 
图2是简化信令图，示出以下过程：在本发明的方法的示例性实施例中，UE 21建立至住所APN的PDN连接。在UE 21、具有毫微微BS(eNB)部分12和PDN GW部分13的毫微微BS设备11、家庭网络14或互联网中的对等设备22、SGW 17、MME 18、常规PDN 23、UE的归属位置寄存器(HLR)24以及互联网中的对等设备25之间执行该过程。 
在26处，UE 21向femtoBS部分12发送建立PDN连接的请求。在27处，femtoBS部分向MME 18转发该请求，MME 18可以在28处可选地与UE的HLR 24进行核对，以证实对于该服务，UE已被授权。请求可以包括住所APN，指示请求是针对本地IP接入的。MME中的网关选择机制基于住所APN和UE的IMSI选择PDN GW部分13为连接提供服务，以及在29处，在PDN GW部分和SGW 17之间创建会话。在31处，执行初始上下文建立，以及在32处，毫微微BS设备11创建至SGW的GTP隧道的捷径。该捷径使业务可以在femtoBS部分12和PDNGW部分13之间直接路由。此后，在33处，UE可以经由移动运营商网络与互联网中的对等设备25交换数据，或者在34处经由住所/固定网络14和住所网关15与家庭网络或者互联网中的对等设备22交换数据。 
应当注意的是，当UE 21处于空闲模式并且下行链路分组到达PDN23中的PDN GW时，首先向SGW 17发送下行链路分组，然后，SGW 17触发MME 18处的寻呼，使得UE变为连接。如果UE位于其家庭小区中，可以如上所述建立PDN GW上下文和HeNB上下文之间的配对。然而，触发寻呼的第一分组仍然通过SGW。 
禁用远程接入 
仅在UE实际上在该小区处的情况下，MME可以允许至住所APN的连接。这将禁用对家庭LAN的远程接入。类似地，如果UE在活跃模式下移出毫微微小区，或者从另一小区发送TAU，可以移除至住所GW的PDN连接。取决于运营商需求，可以需要或者可以不需要该特征。 
应当注意的是，在UE离开家庭小区之后立即释放本地PDN连接可以是不可能的，因为在空闲模式下，TAI列表或ISR功能暗示了当UE 移出家庭小区时，其不可能发送任何信令。因此，网络没有意识到UE已经离开。当UE离开毫微微小区时由UE发起的PDN连接释放具有很大的劣势，其可能使UE进入连接模式，由于较高的电池使用率和额外的信令，这是不希望的。在UE不位于家庭小区的情况下，如果PDN GW可以丢弃下行链路以及上行链路IP分组，即使没有释放用于本地IP接入的PDN连接，也可以禁用远程接入。这可以通过如下的两种备选方式来执行。 
在第一备选中，如果UE没有连接到家庭节点，家庭节点中的PDNGW丢弃除了下行链路突发的初始分组之外的上行链路和下行链路分组，以使得可以寻呼UE。即使当UE在家庭小区之外仍有一些初始下行链路分组可能到达UE时，该备选也能有效地阻止PDN连接的使用。规则如下： 
·如果PDN GW接收到上行链路分组，PDN GW确定PDN GW上下文是否与家庭eNB上下文配对，如果不是，丢弃分组。 
·如果PDN GW接收到下行链路分组，并且PDH GW上下文与家庭eNB上下文配对，传送分组；否则 
·向SGW传送分组，SGW触发对UE的寻呼。 
启动两个定时器：短定时器t1(被设置为使得寻呼过程应在t1内完成)以及较长的定时器t2(例如，被设置为比t1高几倍)。在t1期满之前，仍向SGW传送其他分组。在经过t1之后，t2期满之前，不再向SGW传送下行链路分组。当经过t2后，重置t1和t2，并且再次向SGW传送新的分组。如果UE在家庭节点中的时间期间变为连接，重置该两个定时器，并且向UE传送下行链路分组。 
第一备选的特殊变型不使用定时器t2。相反，如果下行链路分组到达，并且向SGW转发传入的分组，然而UE在时段t1内没有在家庭节点中变为连接，则家庭节点中的PDN GW去激活针对本地IP接入使用的PDN连接。这降低了将其他下行链路分组徒劳地转发至SGW的可能性。 
第一备选的又一变型是：当UE没有连接至家庭节点时，针对任何在家庭节点的PDN GW中接收到的上行链路分组，PDN GW丢弃该分 组并且去激活PDN连接。 
在第二备选中，以和第一备选相似的方式丢弃上行链路分组。对于下行链路分组，在家庭节点中并且仅当UE位于传送分组的家庭小区中的情况下，本地执行寻呼。规则如下： 
·如果PDN GW接收到上行链路分组，PDN GW确定PDN GW上下文是否与家庭eNB上下文配对，如果不是，丢弃分组； 
·如果PDN GW接收到下行链路分组，并且PDH GW上下文与家庭eNB上下文配对，传送分组；否则 
·PDN GW本地寻呼家庭小区中的UE(不涉及MME和SGW)。如果UE(在超时时段内)变为连接并且家庭eNB上下文可以与PDN GW上下文配对，向UE传送分组；否则丢弃分组。 
·最后一步涉及由家庭节点(即，femtoBS)本地寻呼UE。然而，寻呼需要知道UE特定的寻呼时机索引，这通常仅为MME所知。然而，家庭节点也可以知道该索引，因为在PDN GW上下文中IMSI是已知的，并且该索引是由IMS导出的。 
一旦UE已经离开家庭小区(在连接模式或者在空闲模式下)，可以去激活针对本地IP接入的PDN连接(优选地，在延迟时段之后进行)。与立即释放PDN连接相对地，引入这样的延迟有助于减少会话管理信令，否则如果每当用户穿过家庭小区的边界就存在PDN连接建立/释放，会话管理信令会有相当大的数量。 
可以在femtoBS的PDN GW部分中按如下方式支持该过程。femtoBS的PDN GW部分引入定时器，在没有配对的家庭eNodeB上下文的情况下，不管何时发起针对本地接入的PDN连接，都启动该定时器。每当femtoBS得到与PDN GW上下文配对的家庭eNB上下文时，将定时器重置为零。当定时器(具有可配置的超时值)到时时，femtoBS在家庭小区中发起对UE的寻呼。如果在固定的时段内没有重新建立家庭eNodeB上下文(即，如果UE没有以空闲模式驻留到家庭小区中)，则femtoBS的PDN GW部分发起对PDN GW连接的释放。 
在该过程的变型中，如果femtoBS的PDN GW部分基于RAT型IE知道UE在另一RAT中，则可以跳过寻呼。针对这种情况，还可以应用 更短的超时值。 
应该注意的是，也可以将以上在禁用远程接入的情况下释放针对本地IP地址的PDN连接的功能置于MME上，然而这具有以下劣势：在UE移动到另一MME/SGSN(甚至可以是传统的SGSN)的情况下，释放可能无法工作。 
此外，UE还可以自行进行该释放。基于UE的释放的风险在于：过快地使很多UE释放PDN连接可能给网络造成负担，以及在空闲模式下进行释放不必要地使UE进入连接模式。因此，如果由UE进行释放，延迟释放是有利的，并且优选地，在连接模式下进行。在一个实施例中，在以连接模式离开家庭小区后，在超时t1期满时，UE释放PDN连接。在以空闲模式离开家庭小区后，在超时t2期满时，UE释放PDN连接，其中，t1可以小于t2。 
本发明的其他变型也是可能的。在一个实施例中，针对本地启动的连接，允许远程接入。该实施例跳过了禁用远程接入的任意功能，即使针对本地IP地址的连接是作为非远程连接启动的也是如此。这使得用户即使在移动离开家庭小区时，也可以继续本地IP接入会话。这对应于远程接入，尽管与完全的远程接入功能相比，可能存在必须在家庭小区内启动连接的限制。 
在本实施例的另一变型中，针对本地启动的连接允许远程接入，然而自UE上一次连接在家庭小区中起超时期满之后，去激活针对本地IP接入的PDN连接。例如，PDN GW可以发起对PDN连接的去激活。 
在另一实施例中，MME可以显式地或者使用配对GTP隧道的第一方法启用或者禁用该优化。例如，在服务GW需要执行对UE业务的合法拦截时，这可能是需要的。 
图3A-3C是示出了针对3G家庭NB 41与EPC 42一起操作的情况的备选配置的简化框图。使用相关的修改，本发明也可以应用于3G家庭NB。在每个备选中，由实线示出正常的业务流，由虚线示出通过捷径的业务流。图3A示出了没有直接隧道特征的实施例。图3B示出了直接隧道业务去往HNB GW 43的实施例。图3C示出了直接隧道业务跳过HNB GW直接去往家庭节点的实施例。家庭节点包括PDN GW功能 (PGW)44的子集。 
图4A-3C是示出了针对没有EPC(例如，具有GPRS网络46)的3G家庭NB 41情况的备选配置的简化框图。家庭节点包括GPRS网关支持节点(GGSN)功能47的子集。图4A示出了没有直接隧道特征的实施例。图4B示出了直接隧道业务去往HNB GW 48的实施例。图4C示出了直接隧道业务跳过HNB GW直接去往家庭节点的实施例。应当注意的是，针对直接去往家庭节点的直接隧道的情况，直接隧道机制已经实现了捷径功能。因此，在该情况下，在家庭节点中可能不需要额外的捷径机制。 
使用相关的修改，本发明可应用于3G的情况。例如，本发明利用Iu和Iuh参考点和这些参考点上的对应消息，代替S1接口。 
终端中的NAT 
针对特定类型的移动终端，终端具有两个并行的PDN连接(一个至3GPP运营商的网络，以及一个用于本地IP接入)可能是个劣势。运营商系统和/或应用可能无法容易地处理两个PDN连接以及很可能相同接口上的两个不同的IP地址。 
克服该潜在问题的一种方式是：在终端自身中执行网络地址转换(NAT)。例如，针对本地网络上的业务，终端设备驱动器可以执行NAT，来将本地IP地址替换为运营商指派的IP地址，并从而在面对操作系统和应用的API上仅呈现一个单独的IP地址。这需要终端中有将上行链路分组映射到用于本地IP接入的PDN连接或者映射到用于运营商网络的PDN连接的过滤器。该过滤器可以基于UE的地址和子网掩码，以及可能基于在终端中配置或者由配置协议接收到的其他过滤准则。 
图5是示出本发明的方法的示例性实施例的步骤的流程图。如上提到的，存在不同方式使MME 18能够确定PDN连接请求是针对本地IP接入的请求。例如，该请求中可以包括住所APN，或者可以执行基于IMSI的分析。在图5中示出的实施例中，利用住所APN。 
在步骤51处，列出了一些前提。本实施例假定(1)femtoBS设备11包括PDN GW功能的子集；(2)femtoBS设备包括路由优化机制；(3) MME 18包括PDN GW选择机制；以及(4)SGW保留在3GPP网络中。在步骤52处，UE打开至住所APN的PDN连接。在步骤53处，MME检测PDN连接请求，并作为响应，激活PDN GW选择机制。PDN GW选择机制识别出住所APN，并确定UE已请求本地IP接入。在步骤54处，PDN GW选择机制选择femtoBS设备的PDN GW部分13来为连接服务。在步骤55处，femtoBS设备中的路由优化机制短接femtoBS部分12和PDN GW部分13之间的业务，绕过运营商的核心网中的SGW 17。在步骤56处，UE经由移动运营商网络与互联网对等设备25交换数据，或者经由住所/固定网络14和住所网关15与家庭网络或互联网中的对等设备22交换数据。 
如上所述，本发明有利地使femtoBS场景中的UE可以同时与住所网络中的设备、经由EPC与外部网络或者运营商服务以及通过ISP固定接入在互联网上通信。此外，针对于去往住所网络和其他地方的业务，本发明使得UE可以远程连接到住所网络，并且可以无缝切换自住所网络或者无缝切换到住所网络。 
使用本发明，可能将多个IMSI(例如，家庭成员)配置为接入特定的住所网络。还可能(使用多个住所APN)允许UE接入多个家庭网络(潜在地，在同时进行)。可以通过任何已知的技术(如，路由或者交换的、NAT变换的或者公共地址、IPv4或者IPv6、共处一地或者单独的CPE等)来实现住所网络。 
当然，在不背离本发明的基本特征的情况下，可以通过与在此阐述的方式不相同的其他特定方式来执行本发明。因此，在所有方面将当前实施例视为示意性的而不是限制性的，并且，意在将进入到所附权利要求的内涵和等效范围内的所有改变包含在其中。 

Claims (23)

1.一种通过毫微微基站femtoBS设备(11)将无线通信设备(21)连接到本地网络中的本地设备的方法，所述方法包括以下步骤：
在所述femtoBS设备(11)中，从所述无线通信设备接收(26)建立至3GPP运营商网络的分组交换数据连接的请求，所述femtoBS设备包括femtoBS部分(12)和网关部分(13)，所述网关部分包括在所述femtoBS部分中实现或者与所述femtoBS部分通信的3GPP运营商网络网关功能的子集；
向所述3GPP运营商网络中的服务节点(18)转发(27)所述连接请求；
由所述服务节点确定(53)所述请求针对于本地IP接入；
响应于确定所述请求针对于本地IP接入，激活(53)所述服务节点中的网关选择机制(5)，以及选择(54)所述femtoBS设备的网关部分来为连接提供服务；以及
在建立所述连接时，在所述femtoBS设备的femtoBS部分和网关部分之间直接路由业务(55)，同时绕过在所述3GPP运营商网络中单独实现的服务网关SGW(17)，所述网关部分提供对本地网络的直接接入，
其中，所述femtoBS设备通过短接所述femtoBS设备与所述3GPP运营商网络中的SGW(17)之间的第一和第GPRS隧道协议GTP隧道(S5、S1U)，在所述femtoBS设备(11)的femtoBS部分(12)和网关部分(13)之间直接路由业务，其中，所述第一GTP隧道连接所述femtoBS部分和所述SGW，所述第GTP隧道连接所述SGW和所述网关部分。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述请求(26)针对于本地IP接入的步骤包括：检测所述请求包括指示所述请求针对于本地IP接入的接入点名称APN。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述请求包括所述无线通信设备(21)的标识符，以及确定所述请求针对于本地IP接入的步骤包括：确定与所述标识符相关联的、指示应为所述无线通信设备提供本地IP接入的订阅。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法在长期演进LTE无线接入网中执行，其中，
所述无线通信设备是移动用户设备UE；
所述femtoBS是家庭eNodeB；
所述连接请求是对分组数据网络PDN连接的请求；
所述femtoBS的网关部分是包括PDN GW功能的子集的PDN GW部分；以及
所述3GPP运营商网络中的服务节点是移动性管理实体MME。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述短接步骤包括所述femtoBS设备将所述第一和第二GTP隧道配对，所述配对步骤包括：
接收通过S1接口从所述MME(18)向所述femtoBS设备(11)发送的承载建立消息中的标识符，所述标识符在所述服务网关和所述PDNGW部分之间的S5接口上利用；以及
利用所述S5标识符将所述第一和第二GTP隧道配对。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述S5标识符是在所述PDNGW处针对上行链路连接使用的隧道端点标识符TEID，所述TEID为所述MME所知。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，所述S5标识符是所述UE(21)的国际移动台标识符IMSI以及演进分组系统承载标识符EBI，在所述femtoBS部分(12)和所述MME(18)之间的S1-C接口上利用。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述短接步骤包括所述femtoBS设备(11)将所述第一和第二GTP隧道配对，所述配对步骤包括：
在所述第二GTP隧道上从所述PDN GW部分(13)向所述SGW(17)发送特别格式化的分组；
在所述femtoBS部分(12)处，在所述第一GTP隧道上从所述SGW接收所述特别格式化的分组；以及
利用所述特别格式化的分组将所述第一和第二GTP隧道配对。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法在第三代3G网络中执行，其中，
所述无线通信设备是移动用户设备UE；
所述femtoBS是3G家庭NodeB；
所述连接请求是对分组数据网络PDN连接的请求；
所述femtoBS的网关部分包括PDN GW功能的子集；以及
所述3GPP运营商网络中的服务节点是服务GPRS支持节点SGSN。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述连接请求包括：指示所述请求针对于本地IP接入的接入点名称APN。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，所述连接请求包括：所述UE(21)的国际移动台标识符，指示所述请求针对于本地IP接入。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述本地网络中的本地设备包括连接到固定接入网(16)的住所网关(15)，所述方法还包括：通过所述住所网关和固定接入连接来提供互联网连接。
13.一种用于将无线通信设备(21)连接到本地网络(14)中的本地设备的毫微微基站femtoBS设备(11)，所述femtoBS设备包括：
femtoBS部分(12)，包括通信装置，所述通信装置用于从所述无线通信设备(21)接收建立至3GPP运营商网络的分组交换数据连接的请求，并用于向所述3GPP运营商网络中的服务节点(18)转发所述请求；
网关部分(13)，在所述femtoBS部分中实现或者与所述femtoBS部分通信，所述网关部分包括3GPP运营商网络网关功能的子集；
通信装置，用于从所述3GPP运营商网络中的服务节点(18)接收对已选择所述femtoBS的网关部分来为所述数据连接服务的指示；以及
用于绕过在所述3GPP运营商网络中单独实现的服务网关SGW(17)的装置(20)，其中，在建立所述数据连接时，用于绕过所述SGW的所述装置在所述femtoBS设备的femtoBS部分(12)和网关部分(13)之间直接路由业务，所述网关部分提供对本地网络的直接接入，
其中，用于绕过所述3GPP运营商网络中的SGW的所述装置(20)包括：用于短接所述femtoBS设备(11)与所述3GPP运营商网络中的SGW(17)之间的第一和第二GPRS隧道协议GTP隧道(S5、S1U)的装置，所述第一GTP隧道连接所述femtoBS部分和所述SGW，以及所述第二GTP隧道连接所述SGW和所述网关部分。
14.根据权利要求13所述的femtoBS设备，其中，所述femtoBS设备(11)是长期演进LTE无线接入网中的家庭eNodeB。
15.根据权利要求14所述的femtoBS设备，其中，
所述无线通信设备是移动用户设备UE；
所述连接请求是对分组数据网络PDN连接的请求；
所述femtoBS的网关部分是包括PDN GW功能的子集的PDN GW部分；以及
所述3GPP运营商网络中的服务节点是移动性管理实体MME。
16.根据权利要求15所述的femtoBS设备，其中，所述连接请求包括对所述请求针对于本地IP接入的指示，所述指示是特别定义的接入点名称APN。
17.根据权利要求15所述的femtoBS设备，其中，所述连接请求包括：对所述请求针对于本地IP接入的指示，所述指示是所述UE(21)的标识符，所述标识符与指示应为所述UE提供本地IP接入的订阅相关联。
18.根据权利要求15所述的femtoBS设备，其中，用于绕过所述SGW的所述装置(20)包括：用于由所述femtoBS设备将所述第一和第二GTP隧道配对的装置，所述配对装置包括：
通信装置，用于接收通过S1接口从所述MME(18)向所述femtoBS设备(21)发送的承载建立消息中的标识符，所述标识符在所述SGW和所述PDN GW部分之间的S5接口上利用；以及
利用所述标识符将所述第一和第二GTP隧道配对的装置；
其中，所述标识符选自以下各项：
在所述PDN GW(13)处针对上行链路连接使用的隧道端点标识符TEID，所述TEID为所述MME所知；
在所述连接请求中利用的特别定义的接入点名称APN；以及
所述UE(21)的国际移动台标识符IMSI以及演进分组系统承载标识符EBI，在所述femtoBS部分(12)和所述MME(18)之间的S1-C接口上利用所述国际移动台标识符IMSI以及所述演进分组系统承载标识符EBI。
19.根据权利要求13所述的femtoBS设备，其中，所述本地网络中的本地设备包括连接到固定接入网(16)的住所网关(15)，所述网关部分(13)包括：用于通过所述住所网关和固定接入连接来提供互联网连接的装置。
20.一种3GPP运营商网络中的服务节点(18)，用于控制通过毫微微基站femtoBS设备(11)建立无线通信设备(21)的分组交换数据连接，所述服务节点包括：
通信装置(3)，用于经由所述femtoBS设备(11)接收所述无线通信设备(21)对至所述3GPP运营商网络的分组交换数据连接的请求；
用于确定所述请求针对于本地IP接入的装置(4)；
网关选择机制(5)，响应于确定所述请求针对于本地IP接入，用于选择所述femtoBS设备的网关部分(13)来为所述连接服务，所述网关部分包括3GPP运营商网络网关功能的子集；以及
通信装置(3)，用于向所述femtoBS设备(11)发送对已选择所述femtoBS设备的网关部分(13)来为所述连接服务的指示，从而使得在建立所述数据连接时，所述femtoBS设备能够通过在所述femtoBS设备的femtoBS部分(12)和网关部分(13)之间直接路由业务，绕过在3GPP运营商网络中单独实现的服务网关SGW(17)，
其中，用于向所述femtoBS设备(11)发送对已选择所述femtoBS设备的网关部分来为所述连接服务的指示的所述通信装置(3)还被配置为：通过S1接口向所述femtoBS设备发送承载建立消息，所述承载建立消息包括在所述网关部分(13)和演进的分组核心EPC网络中的所述SGW(17)之间的S5接口上利用的标识符；
其中，所述标识符使得所述femtoBS设备(11)能够将所述femtoBS设备和所述SGW(17)之间的第一和第二GTP隧道(S5、S1U)配对，所述第一GTP隧道连接所述femtoBS部分(12)和所述SGW，以及所述第二GTP隧道连接所述SGW和所述网关部分(13)。
21.根据权利要求20所述的服务节点，其中，所述服务节点是EPC网络中的移动性管理实体MME。
22.根据权利要求20所述的服务节点，其中，所述承载建立消息中的标识符是隧道端点标识符TEID。
23.根据权利要求20所述的服务节点，其中，所述服务节点(18)时第三代3G网络中的服务GPRS支持节点SGSN。
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