CN102711275A - 一种接入点及终端接入方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种接入点及终端接入方法，用于解决在家用环境下，固网运营商若不重新部署MME、SAE GW及HSS等网元，就无法为LTE终端用户提供LTE无线信号的技术问题。本发明提供的AP中包含eNodeB模块、MME模块、SAE GW模块，基于该AP能够实现一种简化无线接入系统，在该系统中运营商不需要新建MME\SAE GW\HSS等网元，通过本发明基于该AP提供的接入方法，也能够为用户提供LTE服务，同时该AP在家用模式下，能直接替换现有的无线局域网WLAN的无线路由器，并能够节约运营商IP地址。

Description

一种接入点及终端接入方法

技术领域

本发明涉及移动通信领域，尤其涉及3GPP(3rd Generation PartnershipProject，第三代合作伙伴计划)无线接入网络中的接入点(Access Point，AP)、基于接入点实现的简化接入网系统中的终端接入方法。

背景技术

为了更好的满足用户对无线连接带宽的需求，3GPP定义了GPRS(Generalpacket radio service，通用分组无线业务)的演进系统LTE(Long Term Evolution，指长期演进的空口)和EPC(evolved Packet Core，演进的分组核心网)，架构如图1所示，各网元的功能如下说明。

演进无线网络控制器/演进无线节点/基站(evolved NodeB，eNodeB)，演进的无线节点可以在空口上提供比UTRAN/GERAN(Universal MobileTelecommunication System Radio Access Network/GSM EDGE Radio AccessNetwork，全球移动通信系统无线接入网，指GPRS的无线网络，UTRAN代表3G，GERAN代表2G)更高的上下行速率，更低的传输延迟和更加可靠的无线传输。eNodeB为终端(User Equipment，UE)的接入提供无线资源，同时和核心网移动性管理实体MME之间建立S1控制面链接。

移动性管理实体(Mobility Management Entity，MME)，也是一个控制面实体，临时存储用户数据的服务器，负责管理和存储终端上下文(比如UE/用户标识、移动性管理状态、用户安全参数等)，为用户分配临时标识GUTI(GloballyUnique Temporary Identity，全球唯一临时标识)，MME负责用户从LTE接入的时候对用户进行鉴权。MME和eNodeB之间通过S1-C接口相连。

系统结构演进网关(System Architecture Evolution Gateway，SAE GW)，是一个用户面实体，负责用户面数据路由处理。SAE GW一般分为服务网关Serving GW和分组数据网网关PDN GW，Serving GW负责LTE和2G/3G之间移动性的锚点，空闲状态下下行数据触发MME寻呼；PDN GW负责UE接入PDN(Packet Data Network，分组数据网)的网关功能，为用户分配用户IP(Internet Protocol)地址。PDN GW和Serving GW可能合设在一个物理实体中。PDN GW通过SGs接口和运营商网络相连。

用户设备UE，通过在MME中注册并鉴权，从PDN GW获取IP地址，为用户提供服务。

图2是用户在LTE中的注册过程。

步骤201，终端开机之后，LTE模块发现用户处于LTE覆盖范围，则LTE模块选择合适小区，向eNodeB发起无线资源控制(Radio Resource Control，RRC)链接建立请求，建立RRC连接，然后发起注册请求，带有用户永久用户标识IMSI；

步骤202，eNodeB选择合适的MME，将注册请求转发到所选MME。

步骤203，MME根据IMSI，找到对应的归属用户服务器(Home SubscriberServer，HSS)，然后向HSS发起获取鉴权参数过程

步骤204，HSS返回用户鉴权参数。

步骤205，MME向UE发起鉴权请求，里面带有随机数。

步骤206，UE首先对网络进行鉴权，成功之后，UE根据随机数计算鉴权结果，然后将鉴权结果返回MME。UE同时根据随机数计算出完整性密钥和加密密钥。

步骤207，MME对鉴权结果进行判断是否鉴权成功，成功之后，向eNodeB发起安全模式命令，其中带有支持的安全算法、以及相关完整性和加密密钥。

步骤208，eNodeB向UE发起安全模式命令，其中带有eNodeB支持的安全算法。

步骤209，UE返回安全模式完成，带有UE所选择的安全算法。算法协商之后，UE和eNodeB都有相关的完整性密钥和加密密钥，于是安全模式启动成功。

步骤210，eNodeB返回加密模式完成到MME。

步骤211，MME向HSS发起位置更新请求，获取用户数据

步骤212，HSS返回MME位置更新响应，其中带有用户签约数据。

步骤213，MME选择合适的SAE GW，向SAE GW发起创建会话请求；

步骤214，SAE GW分配用户IP地址，确定承载QoS，之后，返回MME创建会话响应。

步骤215，MME向eNodeB发起初始上下文建立请求，带有SAE GW所确定的承载QoS。

步骤216，eNodeB向UE发起RRC链接重配过程，和UE协商相关的无线参数，建立承载的空口资源。

步骤217，UE完成承载建立之后，返回eNodeB RRC链接重配完成。

步骤218，eNodeB分配S1用户面信息，返回MME。

步骤219，MME向SAE GW发起更新承载请求，将eNodeB的S1用户面信息发送给SAE GW

步骤220，SAE GW返回响应。

步骤221，MME分配用户临时ID，返回注册响应给eNodeB，在注册响应中带有用户临时Id以及用户IP地址。步骤221可以和步骤215在一条消息中发送给eNodeB.

步骤222，eNodeB将注册响应发送给UE。

步骤223，UE保存临时Id以及用户IP地址之后，返回eNodeB注册完成。

步骤224，eNodeB将注册完成返回给MME。

通过上述过程，UE完成了通过LTE在MME中的注册。

上述是一个正常的LTE接入过程，该过程中需要核心网的多个网元参与，比如MME\SAE GW\HSS等。在某些情况，比如为家庭用户提供无线宽带的时候，固网运营商不一定想重新部署MME\SAE GW以及HSS这些网元，但是又希望给LTE终端用户在家里提供LTE无线信号。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种接入点及终端接入方法，用于解决在家用环境下，固网运营商若不重新部署MME、SAE GW及HSS等网元，就无法为LTE终端用户提供LTE无线信号的技术问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种接入点(AP)，该AP包括：

演进基站(eNodeB)模块，用于为终端的接入提供无线资源管理；

移动性管理实体(MME)模块，用于在本地执行移动性管理，与所述eNodeB模块连接；

系统结构演进网关(SAE GW)模块，用于在本地执行用户面数据路由处理，分别与所述eNodeB模块和所述MME模块连接。

进一步地，所述eNodeB模块在接收到终端发送的注册请求后，将注册请求转发给所述MME模块，所述MME模块还用于获取本地配置的缺省签约数据并将本地配置的缺省签约数据提供给所述eNodeB模块，所述eNodeB模块根据本地配置的缺省签约数据向终端发起无线资源控制(RRC)链接重配置过程，建立与终端之间的空口承载；

所述MME模块还用于为终端分配临时标识并将临时标识提供给所述eNodeB模块，所述eNodeB模块还用于向终端返回包含所述临时标识的注册响应。

进一步地，所述SAE GW模块还用于在向终端返回注册响应之前，为终端分配本地IP地址，并随同所述MME模块为终端分配的临时标识一同反馈给终端；或

所述SAE GW模块还用于在向终端返回注册响应之后，采用动态主机配置协议DHCP方式，从DHCP服务器获取为终端分配本地IP地址，并反馈给终端。

进一步地，所述MME模块还用于在发起RRC链接重配置过程之前或在建立与终端的空口承载之后，经所述eNodeB模块向终端发送协议配置选择(PCO)请求消息；

所述MME模块还用于接收终端反馈的用户名和密码并提供给所述SAEGW模块；

所述SAE GW模块还用于依据本地配置的用户名和密码判断终端返回的用户名和密码是否正确，如果正确则继续注册流程，否则终止注册流程并向终端返回注册拒绝消息。

进一步地，所述SAE GW模块在检测到终端有用户数据需要发送时，还用于向固定网络发起拨号连接，注册到固定网络并获取对外的IP地址，从而建立AP到固定网络的通道用于用户数据的传送。

进一步地，所述AP还包括：

本地配置模块，该模块用于配置工作模式，所述工作模式包括家用模式和公用模式；

在家用模式下，所述eNodeB模块选择所述MME模块以实现终端的注册流程；在公用模式下，所述eNodeB模块还用于选择运营商部署的MME以实现终端的注册流程。

基于本发明实施例，还提供一种终端接入方法，该方法应用于包含eNodeB模块、MME模块及SAE GW模块的接入点的接入网络，该方法包括：

AP与终端之间建立RRC连接，在接收到终端发送的注册请求后，所述AP根据本地配置的缺省签约数据，发起RRC链接重配置过程，建立与终端之间的空口承载；

所述AP为终端分配临时标识，向终端返回包含所述临时标识的注册响应。

进一步地，在所述AP接收到注册请求之后，发起RRC链接重配置过程之前，所述方法还包括：

所述AP判断本地配置的工作模式，当本地配置的工作模式为公用模式，则AP选择运营商部署的移动性管理实体MME来处理终端的注册请求；当本地配置的工作模式为家用模式，则AP选择本地配置的MME模块来处理终端的注册请求，由本地配置的MME模块根据本地配置的缺省签约数据，发起RRC链接重配置过程。

进一步地，在所述AP接收到注册请求之后，还包括与终端执行安全模式协商的步骤：

所述AP发送安全模式命令消息，消息中指示完整性算法为空算法，加密算法为空算法；

终端接收到安全模式命令消息后，返回安全模式完成消息。

进一步地，所述方法还包括：

所述AP在向终端返回注册响应之前，由所述AP本地配置的SAE GW模块为终端分配本地IP地址，并随同分配的临时标识一同反馈给终端；或

所述AP在向终端返回注册响应之后，采用动态主机配置协议DHCP方式，由DHCP服务器为终端分配本地IP地址。

进一步地，在所述AP发起RRC链接重配置过程之前或在所述AP与终端之间建立空口承载之后，所述方法还包括：

所述AP向终端发送协议配置选择(PCO)请求消息，请求用户的用户名和密码，终端接收到PCO请求消息后，向所述AP返回用户名和密码；

所述AP依据本地配置的用户名和密码判断终端返回的用户名和密码是否正确，如果正确则继续注册流程，否则终止注册流程并向终端返回注册拒绝消息。

进一步地，所述方法还包括：

终端收到所述AP发送的注册响应消息后，向所述AP发送注册完成消息，所述AP在接收所述注册完成消息后，当所述AP检测到终端有用户数据需要发送时，所述AP向固定网络发起拨号连接，注册到固定网络并获取对外的IP地址，从而建立所述AP到固定网络的通道用于用户数据的传送。

本发明提供的AP中包含eNodeB模块、MME模块、SAE GW模块，基于该AP能够实现一种简化无线接入系统，在该系统中运营商不需要新建MME\SAE GW\HSS等网元，通过本发明基于该AP提供的接入方法，也能够为用户提供LTE服务，同时该AP在家用模式下，能直接替换现有的无线局域网(Wireless Local Access Net，WLAN)的无线路由器，并能够节约运营商IP地址。

附图说明

图1为3GPP定义的GPRS的LTE和EPC架构示意图；

图2为现有架构中用户在LTE中的注册过程；

图3为本发明实施例提供的无线接入系统的架构示意图；

图4为本发明实施例提供的AP的内部功能模块结构示意图；

图5为本发明实施例提供的终端接入方法流程图。

具体实施方式

本发明基本思想是，提供一种接入点(Access Point，AP)，该AP内部配置基站eNodeB功能模块、移动性管理实体MME功能模块、系统结构演进网关SAE GW功能模块，在家用模式下，通过本地配置模块提供默认签约数据，在注册过程中，该AP基于默认的签约数据建立终端与AP之间的RRC连接，并为终端分配本地IP地址，在建立RRC连接之后，AP向固定网络发起拨号连接，从固定网络获取对外的IP地址，从而建立终端与固定网络之间的数据通道。基于该AP，为LTE终端用户提供LTE服务时，不需要运营商专门部署MME、SGW GW、HSS等核心网网元，简化了网络，降低了运营商成本。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下举实施例并参照附图，对本发明进一步详细说明。

图3为本发明实施例提供的基于本发明提供的AP实现的无线接入系统300的网络架构示意图，该系统架构中，多个终端通过LTE无线接入到本发明提供的AP 300中，AP300为这些终端分配本地IP地址，通过拨号接入到运营商固定网络301中，从而完成终端通过AP的上网过程。

图4为本发明实施例提供的AP的内部功能模块结构示意图，该AP 400包括：

演进基站模块401，即eNodeB模块，用于为终端接入网络提供无线资源管理，功能包含：建立与终端之间的RRC连接、处理RRC链接重配置过程，以建立空口承载，该模块分别与本地MME模块、本地SAE GW模块接口相连；

移动性管理实体模块402，即MME模块，用于在本地执行移动性管理，功能包含：管理和存储终端上下文、处理终端的注册请求、发起安全模式协商过程、为用户分配临时标识ID、获取本地缺省的签约数据；该模块分别与eNodeB模块401和SAE GW模块403接口相连；

系统结构演进网关模块403，即SAE GW模块，用于在本地执行用户面数据路由处理，功能包含：为终端分配本地IP、向固定网络发起拨号连接、向固定网络发起注册流程并获取对外的IP地址、建立AP到固定网络的通道；该模块分别与eNodeB模块401、MME模块402和固定网络接口相连；

进一步地，所述AP还包含一个本地配置模块404，该模块用于配置本地默认签约数据、用户和密码及工作模式，该模块分别与eNodeB模块401、MME模块402和SAE GW模块403接口相连；所述工作模式包括家用模式和公用模式。在家用模式下，所述AP的eNodeB模块401选择本地MME模块402完成终端的注册过程，SAE GW模块403依据本地的缺省的签约数据建立到固定网络的通道；在公用模式下，所述AP作为普通eNodeB执行终端的注册流程，MME模块402、SAE GW模块403不起作用，eNodeB模块401选择运营商部署的MME完成终端的注册过程。

图5为基于本发明提供的AP实现的接入流程，该流程中包含终端向AP注册流程及AP向运营商的固定网络注册流程，具体步骤如下：

步骤501，终端开机之后，终端的LTE模块发现用户处于LTE覆盖范围，则LTE模块选择合适小区，若终端选定本发明AP提供的LTE小区，则终端向对应的AP发起无线资源控制RRC建立请求，建立RRC连接；在RRC连接建立后，终端向AP发送注册请求，AP的eNodeB模块向MME模块转发注册请求，所述注册请求中携带用户的永久用户标识IMSI；

步骤502，可选地，若本发明实施例提供的AP提供工作模式选择，则AP的eNodeB模块检查本地配置模块的工作模式配置，如果当前工作模式为公用模式，则AP和普通eNodeB一样，选择运营商的MME，然后转发注册请求到所选运营商的MME，后续注册步骤参照图2所示，此为现有技术，此处不再赘述；如果当前工作模式为家用模式，则AP选择自己本身的MME模块来处理终端的注册请求；以下步骤503至步骤511为家用模式下的注册流程；

步骤503，在家用模式，本发明实施例的注册流程取消3GPP的鉴权过程，即本发明AP中的MME模块不向终端发起鉴权请求过程；AP的MME模块在接收到终端发送的注册请求后，主动发起安全模式协商过程；

本发明一优选实施例中，MME模块经eNodeB模块向终端发送安全模式命令消息，消息中携带完整性算法为EIA0(空算法)，加密算法为EEA0(空算法)，即终端和AP之间没有完整性保护和加密。当然，UE和AP之间也可通过其他方式协商密钥，使终端和AP之间有完整性保护和加密。

步骤504，终端接收到安全模式命令消息后，采用协商的安全模式，并返回安全模式完成消息。

步骤505，可选地，AP的MME模块经eNodeB模块向终端发起协议配置选择(Protocol Configuration Option，PCO)请求消息，请求用户的用户名和密码。

步骤506，可选地，终端返回用户名和密码，AP的MME模块将其发送给SAE GW模块，SAE GW模块依据本地配置模块中配置的用户名和密码检查用户名和密码是否正确，如果正确则继续注册流程，如果错误则终止注册流程，并向终端返回注册拒绝消息，本流程终止。

步骤507，本发明实施例的注册流程取消MME从HSS获取上下文过程，取而代之的是，eNodeB模块将注册请求转发给MME模块，MME模块从本地配置模块获取本地预置的默认或缺省的签约数据，例如接入点名称以及对应的服务质量Qos信息等，之后AP的eNodeB模块根据MME模块提供的默认的签约数据向终端发起RRC链接重配请求，并根据默认的服务质量QoS参数配置相关无线参数，建立空口承载。

步骤508，终端完成承载建立之后，向AP的eNodeB模块返回RRC链接重配完成消息。

步骤509，RRC链接重配完成消息触发AP的SAE GW模块为终端分配本地IP地址以及AP的MME模块为终端分配临时标识(ID)，然后通过eNodeB模块发送注册响应给终端，注册响应消息中携带为终端分配的本地IP地址和临时ID。

步骤510，终端保存AP为终端分配的临时ID和本地IP地址，并向AP返回注册完成消息，以确认完成注册流程。

通过上述步骤，终端获取了IP地址后，便建立起了终端和AP之间的无线连接。

可选的，用户本地IP地址也可以在注册过程中获取，也可以在注册过程之后，由UE向DHCP服务器获取，DHCP服务器地址是UE自己配置的。DHCP服务器在SAE GW后面，可以和AP在物理上合设。例如在步骤509中AP只反馈临时ID，在步骤510之后，终端再与AP的SAE GW模块进行DHCP交互，从DHCP服务器获取本地IP地址。

可选的，步骤505和步骤506对终端的认证过程也可在建立RRC无线连接之后进行，终端通过该连接将用户名和密码发送给AP，如果AP检查用户名和密码正确，则维持注册过程，如果错误，则发起去注册过程。

步骤511，当AP检测终端有用户数据需要发送的时候，AP的SAE GW模块从本地配置模块获取用户名和密码，向固定网络发起拨号连接，在固定网络中注册获取AP的对外IP地址，这样建立了AP到固定网络的通道。

在步骤511之后，终端可以通过LTE无线网络接入AP，并利用对外IP地址通过固定网络和其他用户通讯。

基于本发明实施例提供的部署本发明实施例提供的AP的接入网络，用户终端可直接通过AP与运营商的固定网络建立IP连接，运营商无需部署MME、SGW GW、HSS等核心网网元。本发明对终端侧无需做修改，当终端在公用网络中的时候，可以通过eNodeB接入公用网络，当终端位于家用网络中的时候，可以通过本发明实施例提供的AP接入固定网络，降低了应用成本。

此外，本发明实施例提供的AP具有家用模式和公用模式，对于公用模式，该AP相当于eNodeB，对于家用模式，该AP具有eNodeB\MME\SAE GW的功能，简化了接入网络，降低了时延。在家用模式下，本发明实施例提供的AP能够直接替换家庭中的WLAN无线路由器，用户使用简单、方便。

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 (12)

1.一种接入点(AP)，其特征在于，该AP包括：

演进基站(eNodeB)模块，用于为终端的接入提供无线资源管理；

移动性管理实体(MME)模块，用于在本地执行移动性管理，与所述eNodeB模块连接；

系统结构演进网关(SAE GW)模块，用于在本地执行用户面数据路由处理，分别与所述eNodeB模块和所述MME模块连接。

2.根据权利要求1所述的AP，其特征在于，

所述eNodeB模块在接收到终端发送的注册请求后，将注册请求转发给所述MME模块，所述MME模块还用于获取本地配置的缺省签约数据并将本地配置的缺省签约数据提供给所述eNodeB模块，所述eNodeB模块根据本地配置的缺省签约数据向终端发起无线资源控制(RRC)链接重配置过程，建立与终端之间的空口承载；

所述MME模块还用于为终端分配临时标识并将临时标识提供给所述eNodeB模块，所述eNodeB模块还用于向终端返回包含所述临时标识的注册响应。

3.根据权利要求1所述的AP，其特征在于，所述AP还包括：

本地配置模块，该模块用于配置工作模式，所述工作模式包括家用模式和公用模式；

在家用模式下，所述eNodeB模块选择所述MME模块以实现终端的注册流程；在公用模式下，所述eNodeB模块还用于选择运营商部署的MME以实现终端的注册流程。

4.根据权利要求2所述的AP，其特征在于，

所述SAE GW模块还用于在向终端返回注册响应之前，为终端分配本地IP地址，并随同所述MME模块为终端分配的临时标识一同反馈给终端；或

所述SAE GW模块还用于在向终端返回注册响应之后，采用动态主机配置协议DHCP方式，从DHCP服务器获取为终端分配本地IP地址，并反馈给终端。

5.根据权利要求2所述的AP，其特征在于，

所述MME模块还用于在发起RRC链接重配置过程之前或在建立与终端的空口承载之后，经所述eNodeB模块向终端发送协议配置选择(PCO)请求消息；

所述MME模块还用于接收终端反馈的用户名和密码并提供给所述SAEGW模块；

所述SAE GW模块还用于依据本地配置的用户名和密码判断终端返回的用户名和密码是否正确，如果正确则继续注册流程，否则终止注册流程并向终端返回注册拒绝消息。

6.根据权利要求4所述的AP，其特征在于，

所述SAE GW模块在检测到终端有用户数据需要发送时，还用于向固定网络发起拨号连接，注册到固定网络并获取对外的IP地址，从而建立AP到固定网络的通道用于用户数据的传送。

7.一种终端接入方法，其特征在于，应用于包含eNodeB模块、MME模块及SAE GW模块的接入点的接入网络，该方法包括：

AP与终端之间建立RRC连接，在接收到终端发送的注册请求后，所述AP根据本地配置的缺省签约数据，发起RRC链接重配置过程，建立与终端之间的空口承载；

所述AP为终端分配临时标识，向终端返回包含所述临时标识的注册响应。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在所述AP接收到注册请求之后，发起RRC链接重配置过程之前，所述方法还包括：

所述AP判断本地配置的工作模式，当本地配置的工作模式为公用模式，则AP选择运营商部署的移动性管理实体MME来处理终端的注册请求；当本地配置的工作模式为家用模式，则AP选择本地配置的MME模块来处理终端的注册请求，由本地配置的MME模块根据本地配置的缺省签约数据，发起RRC链接重配置过程。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在所述AP接收到注册请求之后，还包括与终端执行安全模式协商的步骤：

所述AP发送安全模式命令消息，消息中指示完整性算法为空算法，加密算法为空算法；

终端接收到安全模式命令消息后，返回安全模式完成消息。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

所述AP在向终端返回注册响应之前，由所述AP本地配置的SAE GW模块为终端分配本地IP地址，并随同分配的临时标识一同反馈给终端；或

所述AP在向终端返回注册响应之后，采用动态主机配置协议DHCP方式，由DHCP服务器为终端分配本地IP地址。

11.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在所述AP发起RRC链接重配置过程之前或在所述AP与终端之间建立空口承载之后，所述方法还包括：

所述AP向终端发送协议配置选择(PCO)请求消息，请求用户的用户名和密码，终端接收到PCO请求消息后，向所述AP返回用户名和密码；

所述AP依据本地配置的用户名和密码判断终端返回的用户名和密码是否正确，如果正确则继续注册流程，否则终止注册流程并向终端返回注册拒绝消息。

12.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

终端收到所述AP发送的注册响应消息后，向所述AP发送注册完成消息，所述AP在接收所述注册完成消息后，当所述AP检测到终端有用户数据需要发送时，所述AP向固定网络发起拨号连接，注册到固定网络并获取对外的IP地址，从而建立所述AP到固定网络的通道用于用户数据的传送。

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