CN103098511A - Lte中用于省电的睡眠epc - Google Patents

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志贺信吾
戈特弗里德·帕兹
斯蒂芬·施密特
田村利之
阿南德·罗迦沃·普拉萨德
千叶和宏
冈部洵也
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Abstract

为了在EPS网络中省电，当网络的业务负载降低时，允许一些MME和/或S-GW睡眠(断电)。当业务负载变得较重时，网络可以对一些之前睡眠的MME和/或S-GW加电。

Description

LTE中用于省电的睡眠EPC
技术领域
本发明涉及长期演进(LTE)系统中针对进化分组核心(EPC)的省电。
背景技术
与第三代(3G)通信系统相比，演进分组系统(EPS)需要更多的功率并因此产生更多的二氧化碳(CO2)。当面临逐渐增长的气候变化和能源短缺的问题时，省电在移动通信工业上是重要的。省电产品和机制对降低能源消耗是必要的，并因此降低与需求一致所需要的能源供给的增长。
引用列表
非专利文献
NPL1：3GPP TS23.401，″General Packet Radio Service(GPRS)enhancements for Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network(E-UTRAN)access(Release9)″，V9.5.0，2010-06
发明内容
本发明提供了LTE核心网中的省电机制。考虑在夜间为了服务而连接移动网络的大量用户的数目降低，不需要网络在此时保持所有移动管理实体(MME)和/或服务网关(S-GW)工作。将其扩展到更普遍的情况：每当核心网中没有大量地负载业务时，可以将一些MME和/或S-GW断电，并因此达到省电和降低污染的目的。非专利文献(NPL)1中定义的MME池可以实现此机制。
术语
睡眠MME：将要断电的MME或处于断电状态中的MME(针对省电的目的)。
正常MME：MME永久地保持有效，即不处于断电状态。
睡眠S-GW：将要断电的S-GW或处于断电状态中的S-GW(针对省电的目的)。
正常S-GW：S-GW永久地保持有效，即不处于断电状态。
本发明考虑LTE核心网中的省电。如果网络没有沉重的业务负载，不需要让所有的MME和S-GW保持激活(即，处于正常操作下)。当网络知道业务负载降低时，一些MME和/或一些S-GW将断电以降低耗电和CO2的产生(这些称为“睡眠”MME和“睡眠”S-GW；其他MME和S-GW称为“正常”)。类似地，当业务负载变重时，网络可以对一些之前睡眠的MME加电。
同时，对UE的影响应当没有或尽可能地少。
本发明的有益效果
让MME和/或S-GW在一段时间处于断电状态可以省电并降低CO2的产生；基于典型的业务和负载的考虑，在此状态中的MME/S-GW数目及其合计时间是相当大的。
重用基于S1的切换和跟踪区域更新过程不会对UE产生影响，也不会给网络带来很多负担。
MME和/或S-GW改变过程对UE和现有系统是透明的。
附图说明
图1是示出了当UE处于连接模式时睡眠MME的操作的时序图。
图2是示出了当UE处于空闲模式时睡眠MME的操作的时序图。
图3是示出了当UE处于连接模式时睡眠S-GW的操作的时序图。
图4是示出了当UE处于空闲模式时睡眠S-GW的操作的时序图。
具体实施方式
本发明的目的通过以下机制实现：当网络的业务负载降低时，允许一些MME和/或S-GW睡眠(断电)。考虑连接状态和空闲状态下的用户设备(UE)。
1.睡眠MME
在MME进入睡眠的情况下，当MME将要睡眠时，MME向所有连接的增强Node B(eNB)发送“断电”通知消息。此MME称为睡眠MME。
-针对处于连接模式中的UE，部分重用基于S1的切换过程以将UE上下文从睡眠MME转发到处在相同池中的正常MME。在eNB和UE之间不会发生无线电资源控制(RRC)信令，即eNB不会发送用来触发UE发送测量报告的“测量控制”消息。断电通知消息触发eNB通过向睡眠MME发送“需要切换”消息启动向正常MME的基于S1的切换(图1中示出的步骤S101和S102)。当睡眠MME从eNB接收到“需要切换”消息时，其将执行用于选择正常MME(既不是其自身也不是将要睡眠的任何其他MME)的MME选择(步骤S103)。睡眠MME可以通过例如在处在相同池的MME之间初步地共享状态来选择正常MME。同时，睡眠MME将向其他MME通知其状态，使得其他MME不会选择该MME作为正常MME。此外，一旦MME被其他任意睡眠MME选择，该MME不能发送“断电”通知。于是，睡眠MME向正常MME发送“转发重定位请求”，从而向正常MME转发UE上下文。在切换过程结束后(步骤S104)，新选择的MME将执行全局唯一临时标识(GUIT)重分配过程，以向UE分配新的GUIT(步骤S105)。
-针对处于空闲模式中的UE，重用跟踪区域更新(TAU)过程。在发送“断电”通知消息(图2中示出的步骤S201)后，睡眠MME进入断电准备阶段(附件1)。在该准备阶段期间，此MME处理的所有UE将在给定的时间段持续发送“跟踪区域更新请求”消息(步骤S202)。当eNB接收到这种消息时，其选择正常MME(步骤S203)。于是，每个eNB向所选MME发送“跟踪区域更新请求”消息，从而触发所选MME从睡眠MME获取UE上下文。所选MME要分配新GUTI并将在TAU接受消息中发送给UE(步骤S204)。一旦断电准备阶段结束，MME进入断电状态或睡眠状态。正常MME选择遵循与针对连接UE的那些规则相同的规则。例如，每个eNB从与每个eNB连接的MME中选择没有发送“加电”通知消息的MME。
备选地，睡眠MME也可以寻呼处于空闲模式中的UE以触发该UE执行服务请求过程(步骤S205)；此后，演进eNB可以提出具有“需要负载平衡TAU”的原因的RRC释放，这会随后引起跟踪区域更新。该过程的此变体允许更快地进入MME睡眠模式。
当例如根据网络配置时间到达时、eNB超负载或灾难等时，睡眠MME可以苏醒。将会向eNB发送加电消息(图1和2中分别示出的步骤S106和S206)。
2.睡眠S-GW：
在睡眠S-GW的情况下，与该S-GW相关联的MME向所有连接的eNB和作为断电的目标的S-GW发送具有指示该S-GW要睡眠的参数的“断电”通知消息(图3和4中分别示出的步骤S301和S401)。备选地，当S-GW启动睡眠时，该S-GW向池中所有MME或所有连接的eNB发送“断电”指示。当删除了S-GW的所有会话时，该S-GW可以进入睡眠(步骤S305和S403)。不需要针对加电的特定消息，因为MME会确定之前睡眠的S-GW是否已经苏醒并且可以在其他(有效模式或空闲模式移动性)过程中将其自由分配(步骤S306和S404)。S-GW是否处于睡眠模式中对于UE没有影响。
-针对处于连接模式的UE，也以eNB和UE之间不发生RRC信令的方式部分重用基于S1的切换过程。eNB向MME发送“需要切换”消息，于是MME执行用于选择没有进入睡眠的S-GW的S-GW选择(步骤S302)。于是MME与此正常S-GW建立会话(步骤S303)。在MME向eNB发送“切换命令”消息之后(步骤S304)，切换过程结束(参见NPL1，子条款5.5.1.2)。
-针对处于空闲模式的UE，UE不需要知道S-GW的改变。MME执行选择正常S-GW的S-GW选择并建立与之的会话(步骤S402)。
要注意的是，在睡眠S-GW的情况下，MME作出哪个(哪些)S-GW可以睡眠的决定。备选地，S-GW可以自己作出该决定并通知MME。
为了避免睡眠S-GW没有通知的MME选择睡眠S-GW，S-GW应当向DNS(域名系统)指示其睡眠。DNS应该更新睡眠S-GW的状态，使得MME不选择睡眠S-GW。按照同样的方式，当睡眠S-GW苏醒时，在DNS中应当更新其状态，使得MME可以选择该S-GW。
3.MME和S-GW都睡眠
有可能MME和S-GW都睡眠。在这种情况下，以下条件是足够的：
-睡眠MME不应当选择要进入睡眠的任意MME或S-GW。
-有效MME不应当选择要进入睡眠的S-GW。
-MME应当保证可以与该MME连接的池中所有S-GW不会几乎同时睡眠(需要S-GW的睡眠时间之间的最小时间间隔，以避免信令过载)。
附件1.断电准备阶段
在断电准备阶段，针对定时器的缺省设置，在没有寻呼处于空闲模式的UE的情况下为了将其移动到另一MME，需要如下定义的66分50秒长度的定时器。
T3412+T3411*5times+T3402＝54min+10sec*5+12min
否则，可以将断电准备阶段设置为寻呼所有Ue以将它们移动到另一MME所需要的最大时间。
要注意的是，虽然省略了叙述，可以通过例如收发机和控制器来配置MME，所述收发机分别与连接的eNB、相同池中的其他MME和S-GW进行通信，所述控制器控制其收发机分别执行图1至4中示出的处理或与其等同的处理。
此外，可以通过例如与MME进行通信的收发机、与UE进行无线通信的收发机和控制其收发机分别执行图1至4中示出的处理或与其等同的处理的控制器，来配置eNB。
此外，可以通过例如与相同池中的MME进行通信的收发机和控制此收发机分别执行图3和4中示出的处理或与其等同的处理的控制器，来配置S-GW。
注意的是，本发明不限于上述示例性实施例，很显然本领域普通技术人员可以基于权利要求的记载作出各种修改。
本申请基于并要求2010年8月17日提交的日本专利申请2010-182385的优先权，其公开以引用方式并入本文。
上文公开的示例性实施例的全部或部分可以描述为但不限于以下补充说明。
(补充说明1)
一种决定哪个MME进入睡眠的方法
-运营商可以预先定义或及时地设置，并且可以周期性地(例如每晚)改变睡眠的MME。
-网络可以动态地选择具有较低业务负载的MME进入睡眠。
(补充说明2)
断电通知和加电通知的新消息
断电通知由要睡眠的MME或S-GW(在S-GW能够作出该决定的情况下)发送给eNB，然后触发所述MME或S-GW睡眠。以同样的方式，睡眠的MME向eNB发送加电通知以指示所述MME从断电状态苏醒。
(补充说明3)
断电消息触发eNB启动基于S1的切换的消息
在从MME接收断电通知时，eNB通过向MME发送需要切换消息来启动基于S1的切换并忽略UE间的RRC信令。
(补充说明4)
断电准备阶段
因为MME必需将其相关联的UE转移到有效或未睡眠的MME，该MME不能在其发送断电消息后断电。其将进入断电准备阶段，并等待直到UE已经与有效MME建立了连接。
(补充说明5)
重用具有MME重定位的基于S1的切换，用于将处于连接模式的UE转移到未睡眠的MME上。
此切换与普通的基于S1的切换稍有不同，因为eNB既是源也是目标，而睡眠MME是源MME且未睡眠MME是目标MME。
(补充说明6)
重用具有SGW重定位的基于S1的切换，以实现使S-GW睡眠
在使S-GW睡眠的情况下，重用部分切换过程(NPL1中步骤2-9)。在从MME向eNB的切换命令消息中，可以提供关于所选未睡眠的S-GW的必需信息。
(补充说明7)
重用跟踪区域更新过程，以将空闲UE转移到有效MME。
为了不影响UE的行为和造成不必要的信令，睡眠MME等待处于空闲模式的UE执行跟踪区域更新过程。在此期间，eNB执行MME选择以便为UE选择未睡眠的MME。
备选地，睡眠MME也可以(以合适的原因)寻呼处于空闲模式的UE，以触发UE执行允许加速MME睡眠过程的跟踪区域更新。
(补充说明8)
触发MME睡眠
-可以在睡眠MME中存储并设置定时器，例如MME可以在夜间睡眠；
-或者运营商可以设置用于断电和加电的阈值，即当网络的业务负载下降到阈值时，一些MME可以开始睡眠，以同样的方式，当业务负载增加并达到阈值时，激活一些或所有睡眠MME；可以经由OAM(操作、管理和维护)触发或管理此操作。
(补充说明9)
未睡眠MME选择策略
-MME应当知道相互的睡眠状态，使得睡眠MME不选择处于断电准备阶段或断电状态中的MME。这可以通过睡眠MME发出用于通知其要睡眠的消息来实现。
-如果另一睡眠MME选择了睡眠MME，其应当通知请求发送者并以合适的原因拒绝该请求。
-睡眠MME能够动态地选择具有轻负载的未睡眠MME。
(补充说明10)
触发睡眠MME苏醒
存在能够触发MME从睡眠状态苏醒的多个事件。
-O&M或配置：例如在MME中设置日期和时间段的定时器
-灾难：例如ETWS(地震和海啸警告系统)
-来自eNodeB或未睡眠MME：例如eNB或MME过载。
(补充说明11)
清除处于空闲模式的UE
通常地，当UE已经离开24小时时，MME发送清除UE请求。然而，如果睡眠MME苏醒但状态未改变，可能不会达到24小时并且不会触发清除。
因此，睡眠MME向所选的未睡眠MME发送离开的UE的上下文，然后该未睡眠MME负责该离开的UE。
(补充说明12)
DNS中S-GW信息更新
由于下述原因，为了影响基于DNS的S-GW选择处理，应当通过S-GW或MME在DNS(域名系统)中更新睡眠S-GW的状态(即在睡眠S-GW的睡眠阶段期间，DNS不应当对睡眠S-GW执行解析)：
-为了避免与睡眠S-GW相关联的MME在睡眠S-GW睡眠阶段期间选择该睡眠S-GW，
-为了避免与S-GW不相关联的其他MME选择该S-GW。
为了避免MME可能因为DNS缓冲而选择睡眠S-GW，因此需要减少针对S-GW选择的DNS解析的缓冲时间。
当睡眠S-GW苏醒时，也应当更新DNS以允许针对新PDN(分组数据网络)连接选择该S-GW。

Claims (38)

1.一种管理一个或多个用户设备UE的移动性的节点，所述节点包括：
第一装置，用于基于网络中的业务负载，确定是否对所述节点断电；
第二装置，用于当确定对所述节点断电时，向与所述节点连接的基站通知所述节点被断电，以触发所述基站启动切换；以及
第三装置，用于在从所述基站接收到用于所述切换的第一请求时，发送第二请求，所述第二请求用于将处于连接模式的UE的上下文转发到能够管理所述UE的所述移动性的不同节点。
2.根据权利要求1所述的节点，还包括：
用于等待预定的时间段以对所述节点断电的装置，所述时间段被设置为处于空闲模式的UE能够与所述不同节点建立连接的时间段。
3.根据权利要求1或2所述的节点，其中所述第一请求包括基于S1的切换方式中使用的需要切换消息，并且所述第二请求包括基于S1的切换方式中使用的转发重定位请求消息。
4.根据权利要求1到3中任意一项所述的节点，
其中所述第一装置还基于所述网络中的所述业务负载，确定是否对路由并转发针对所述UE的数据分组的网关断电，
其中当确定对所述网关断电时，所述第二装置向所述基站通知所述网关被断电，以触发所述基站启动切换，
其中在从所述基站接收到所述第一请求时，所述第三装置向不同网关发送用于建立会话的第三请求并向所述基站返回响应，所述不同网关能够路由并转发针对所述UE的所述数据分组，所述响应包括与所述不同网关有关的信息。
5.根据权利要求4所述的节点，其中所述第三请求包括基于S1的切换方式中使用的创建会话请求消息，并且所述响应包括基于S1的切换方式中使用的切换命令消息。
6.根据权利要求1所述的节点，还包括：
用于寻呼将被触发以执行跟踪区域更新TAU过程的处于空闲模式的UE的装置。
7.根据权利要求1至6中任意一项所述的节点，其中在与不同的时间段相比预计所述业务负载将下降的预定时间段，或当所述业务负载下降到预定的阈值时，所述第一装置确定对所述节点断电。
8.根据权利要求1至7中任意一项所述的节点，还包括：
用于当确定对所述节点断电时，向能够管理所述UE的所述移动性的其他节点通知所述节点被断电的装置。
9.根据权利要求1到8中任意一项所述的节点，
其中在对所述节点断电后，所述第一装置基于所述网络中的所述业务负载，还确定是否对所述节点加电，
其中当确定对所述节点加电时，所述第二装置向所述基站通知所述节点被加电。
10.根据权利要求9所述的节点，其中在与不同的时间段相比预计所述业务负载将增加的预定时间段、在灾难时或当所述基站或所述不同节点过载时，所述第一装置确定对所述节点加电。
11.根据权利要求1至10中任意一项所述的节点，其中所述第三装置将离开所述节点的UE的上下文包括在所述第二请求中。
12.一种能够与一个或多个用户设备UE无线地通信的基站，所述基站包括：
第一装置，用于从与所述基站连接并管理所述UE的移动性的节点接收指示所述节点被断电的第一通知；以及
第二装置，用于在接收到所述第一通知时，向所述节点发送用于切换的第一请求。
13.根据权利要求12所述的基站，其中所述第一请求包括基于S1的切换方式中使用的需要切换消息。
14.根据权利要求12或13所述的基站，还包括：
用于从处于空闲模式的UE接收用于跟踪区域更新TAU的第二请求的装置；
用于从与所述基站连接的节点中选择除了从其接收到所述第一通知的所述节点之外的、能够管理所述UE的移动性的不同节点的装置；以及
用于将所述第二请求传送到所述不同节点的装置。
15.根据权利要求12至14中任意一项所述的基站，
其中所述第一装置还从所述节点接收指示网关被断电的第二通知，所述网关路由并转发针对UE的数据分组，
其中在接收到所述第二请求时，所述第二装置向所述节点发送所述第一请求，
其中所述第一装置从所述节点接收对所述第一请求的响应，所述响应包括与作为所述网关的代替的、路由并转发针对所述UE的所述数据分组的不同网关有关的信息。
16.根据权利要求15所述的基站，其中所述响应包括基于S1的切换方式中使用的切换命令消息。
17.一种路由并转发针对一个或多个用户设备UE的数据分组的网关，所述网关包括：
用于基于网络中的业务负载，确定是否对所述网关断电的装置；以及
用于当确定对所述网关断电时，向管理所述UE的移动性的节点通知所述网关被断电的装置。
18.根据权利要求17所述的网关，还包括：
用于当对所述网关断电时，命令域名系统DNS不执行针对所述网关的解析的装置。
19.一种在移动通信系统中省电的方法，所述方法包括：
基于降低所述移动通信系统中网络的业务负载，对所述移动通信系统中多个网络节点中的一些网络节点断电。
20.一种控制节点的方法，所述节点管理一个或多个用户设备UE的移动性，所述方法包括：
基于网络中的业务负载，确定是否对所述节点断电；
当确定对所述节点断电时，向与所述节点连接的基站通知所述节点被断电，以触发所述基站启动切换；以及
在从所述基站接收到用于所述切换的第一请求时，发送第二请求，所述第二请求用于向能够管理所述UE的所述移动性的不同节点发送处于连接模式的UE的上下文。
21.根据权利要求20所述的方法，还包括：
等待预定的时间段以对所述节点断电，所述时间段被设置为处于空闲模式的UE能够与所述不同节点建立连接的时间段。
22.根据权利要求20或21所述的方法，其中作为所述第一请求，接收基于S1的切换方式中使用的需要切换消息，并且作为所述第二请求，发送基于所述S1的切换方式中使用的转发重定位请求消息。
23.根据权利要求20至22中任意一项所述的方法，还包括：
基于所述网络中的所述业务负载，确定是否对路由并转发针对所述UE的数据分组的网关断电；
当确定对所述网关断电时，向所述基站通知对所述网关断电，以触发所述基站启动切换；
在从所述基站接收到所述第一请求时，向能够路由并转发针对所述UE的所述数据分组的不同网关发送用于建立会话的第三请求；以及
向所述基站回复响应，所述响应包括与所述不同网关有关的信息。
24.根据权利要求23所述的方法，其中作为第三请求，发送基于S1的切换方式中使用的创建会话请求消息，并且作为响应，返回基于S1的切换方式中使用的切换命令消息。
25.根据权利要求20所述的方法，还包括：
寻呼将被触发以执行跟踪区域更新TAU过程的处于空闲模式的UE。
26.根据权利要求20至25中任意一项所述的方法，其中在与不同的时间段相比预计所述业务负载将下降的预定时间段中，或当所述业务负载下降到预定的阈值时，确定对所述节点断电。
27.根据权利要求20至26中任意一项所述的方法，还包括：
当确定对所述节点断电时，向能够管理所述UE的所述移动性的其他节点通知所述节点被断电。
28.根据权利要求20至27中任意一项所述的方法，还包括：
在对所述节点断电后，基于所述网络中的所述业务负载，确定是否对所述节点加电；以及
当确定对所述节点加电时，向所述基站通知对所述节点加电。
29.根据权利要求28所述的方法，其中在与不同的时间段相比预计所述业务负载将增加的预定时间段中、在灾难时或当所述基站或所述不同节点过载时，确定对所述节点加电。
30.根据权利要求20至29中任意一项所述的方法，其中离开所述节点的UE的上下文被包括在所述第二请求中。
31.一种控制基站的方法，所述基站能够与一个或多个用户设备UE无线地通信，所述方法包括：
从与所述基站连接并管理所述UE的移动性的节点接收指示所述节点被断电的第一通知；以及
在接收到所述第一通知时，向所述节点发送用于切换的第一请求。
32.根据权利要求31所述的方法，其中作为第一请求，发送基于S1的切换方式中使用的需要切换消息。
33.根据权利要求31或32所述的方法，还包括：
从处于空闲模式的UE接收用于跟踪区域更新TAU的第二请求；
从与所述基站连接的节点中选择除了从其接收到所述第一通知的所述节点之外的、能够管理所述UE的所述移动性的不同节点；以及
将所述第二请求传送到所述不同节点。
34.根据权利要求31至33中任意一项所述的方法，还包括：
从所述节点接收指示网关被断电的第二通知，所述网关路由并转发针对所述UE的数据分组；
在接收到所述第二请求时，向所述节点发送所述第一请求；以及
从所述节点接收对所述第一请求的响应，所述响应包括与作为所述网关的替代的、路由并转发针对所述UE的所述数据分组的不同网关有关的信息。
35.根据权利要求34所述的方法，其中作为响应，接收基于S1的切换方式中使用的切换命令消息。
36.一种控制网关的方法，所述网关路由并转发针对一个或多个用户设备UE的数据分组，所述方法包括：
基于网络中的业务负载，确定是否对所述网关断电；以及
当确定对所述网关断电时，向管理所述UE的移动性的节点通知所述网关被断电。
37.根据权利要求36所述的方法，还包括：
当对所述网关断电时，命令域名系统DNS不执行针对所述网关的解析。
38.一种包括多个网络节点的移动通信系统，
其中基于降低所述移动通信系统中网络的业务负载，所述多个网络节点中的一些网络节点进入断电状态或睡眠状态。
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