CN103348717A - Eps中的移动路由器 - Google Patents

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Abstract

通过在移动路由器与包括指派有IP地址的移动路由器的移动通信网络之间建立通信会话，在移动通信网络与无线装置之间能够实现消息路由选择。通过移动路由器，向移动通信网络鉴定无线装置，使得移动通信网络可独特地识别无线装置。基于移动通信网络独特地指派到无线装置的IP地址，通过与移动通信网络建立的通信会话，在无线装置与移动通信网络之间建立新分组数据网络(PDN)连接。

Description

EPS中的移动路由器
优先权声明
本申请要求具有2011年2月18日提交的美国临时专利申请61/444584的优先权，所述申请的内容通过引用整体结合于本文中。
技术领域
本申请涉及移动路由器，具体而言，涉及在移动通信网络与连接到移动路由器的无线装置之间能够实现消息路由选择的移动路由器。
背景技术
今天存在的一个功能是爱立信GGSN-MPG（网关GPRS支持节点-移动分组网关）支持的“MS后路由选择” (Routing behind MS)，其中，单个UE（用户设备）充当用于几个装置的路由器，以及其中，服务Radius指派子网而不是单个IP地址到此UE/路由器。该子网由连接到UE/路由器的装置使用。也存在充当具有NAT（网络地址转换）能力的网关的装置，其中，北向接口通过HSPA（高速分组接入）或LTE（长期演进）与移动通信网络连接，并且南向接口基于WiFi，并且与无线装置连接。此类网关隐藏南向连接的装置的存在，并且移动网络将其视为单个移动终端。
上述实现利用了连接到LTE基站的UE路由器的预订。如果使用移动路由器，则位于南向接口上的所有用户共享移动路由器的预订。
作为另一单独的概念，EPS（3GPP演进分组系统）能够支持施主eNB（施主增强NodeB或简称为DeNB）的概念，施主eNB支持LTE中继。DeNB具有E-UTRAN（演进UMTS地面无线电接入网络）无线电接口的修改版本，该修改版本称为Un接口。这允许基于3GPP LTE的装置通过DeNB连接到eNB。
如果中继模型转而用于经另一移动装置连接的UE，则模型假设移动装置使用E-UTRAN无线电接口。因此，希望实现中继功能，其中，每个装置通过其自己的预订连接，但使用诸如WiFi等不同无线电接口。
发明内容
移动路由器提供有至少两种不同类型的接口。一种接口是无线电接入网络接口，如在其北向链路上用于将移动路由器连接到诸如LTE网络等无线电接入网络的E-UTRAN接口。移动路由器也具有非无线电接入网络接口，如在其南向链路上的802.1x接口。对于经WiFi或者诸如Zigbee或甚至LTE等另一无线电技术连接到移动路由器的南向链路的UE，移动路由器例如充当802.1x接入点(AP)。移动路由器能够实现附连的装置由无线电接入网络独特地鉴定和服务。因此，在其南向接口（即，非无线电接入网络接口）上连接到移动路由器的装置被视为通过无线电接入网络附连到移动路由器的各个装置，并且可通过相应网络指派的IP地址接入。无线电接入网络因此可单独识别和服务于连接到移动路由器的南向接口的装置。
根据在移动通信网络与无线装置之间能够实现消息路由选择的方法的一个实施例，方法包括：在移动路由器与包括指派有IP地址的移动路由器的移动通信网络之间建立通信会话；通过移动路由器，向移动通信网络鉴定无线装置，使得移动通信网络可独特地识别无线装置；以及基于移动通信网络独特地指派到无线装置的IP地址，通过与移动通信网络建立的通信会话，在无线装置与移动通信网络之间建立新分组数据网络(PDN)连接。
根据用于在移动通信网络与无线装置之间能够实现消息路由选择的移动路由器的一个实施例，移动路由器包括可用于执行以下操作的一个或多个处理电路：与包括指派有IP地址的移动路由器的移动通信网络建立通信会话；向移动通信网络鉴定无线装置，使得移动通信网络可独特地识别无线装置；以及基于移动通信网络独特地指派到无线装置的IP地址，通过通信会话，在无线装置与移动通信网络之间建立新分组数据网络(PDN)连接。
本领域的技术人员在阅读以下详细说明并查看附图时将认识到其它特征和优点。
附图说明
图中的单元彼此之间不必按比例画出。类似的标号指定对应的类似部分。各种所示实施例的特征除非相互排斥，否则，它们能够组合在一起。实施例在图形中示出，并且在下面的描述中详细描述。
图1示出用于将无线装置连接到移动通信网络的移动路由器的一实施例。
图2示出在向移动通信网络鉴定LTE无线装置期间移动路由器和连接UE经移动路由器的鉴定的一实施例。
图3A和3B示出由移动路由器为鉴定和连接LTE无线装置到移动通信网络而实现的消息传递过程的一实施例。
图4示出在向移动通信网络鉴定WiFi无线装置期间移动路由器的一实施例。
图5A和5B示出由移动路由器为鉴定和连接WiFi无线装置到移动通信网络而实现的消息传递过程的一实施例。
图6示出在移动路由器与移动通信网络之间为携带用于连接到移动路由器的装置的各个PDN连接而建立的LTE链路的一实施例。
图7示出在移动路由器与移动通信网络之间建立的LTE链路的一实施例，通过该链路，将用于不止一个装置的消息聚合到单个PDN连接上，并且该链路用于为连接到移动路由器的其它装置携带各个的PDN连接。
具体实施方式
图1示出在移动通信网络110与无线装置120之间能够实现消息路由选择的移动路由器100的一实施例。移动路由器100以能够实现移动通信网络110独特地鉴定和服务于无线装置120的方式提供在无线装置120与移动通信网络110之间的接口。为此，移动路由器100包括能够与移动通信网络110建立通信会话的一个或多个处理电路102。作为会话建立的一部分，为移动路由器100指派了IP地址。处理电路102还可用于向移动通信网络110鉴定无线装置120，使得移动通信网络110可独特地识别无线装置120。处理电路102也可用于基于移动通信网络110独特地指派到无线装置120的IP地址，通过通信会话，在无线装置120与移动通信网络110之间建立新分组数据网络(PDN)连接。
移动路由器110中包括的处理电路102能够包括适合用于实现这些过程的任何类型的硬件和/或软件。例如，处理电路102可包括一个或多个基带处理器、微处理器、微计算机、数字信号处理器(DSP)、专用硬件，如专用集成电路(ASIC)和可编程逻辑装置、控制器、存储器、固件、软件和/或其任何组合。
经移动路由器100提供到移动通信网络110的接入在业务的加密和鉴定方面对客户端无线装置120提出的要求极低。移动路由器100具有至少两种不同类型的接口以提供此类接入。一个接口是非无线电接入网络接口，如在其南向链路上，即在移动路由器100与无线装置120之间的链路上的802.1x接口（例如，WiFi）。移动路由器100也具有无线电接入网络接口，如在其北向链路上，即在移动路由器100与移动通信网络110之间链路上的E-UTRAN接口。根据此实施例，移动路由器100充当用于经WiFi或诸如Zigbee或甚至LTE等另一无线电技术连接到移动路由器100的无线装置120的802.1x接入点(AP)。
移动路由器100能够实现的无线装置附连和鉴定过程允许移动通信网络110独特地鉴定和服务于附连的无线装置120。因此，在路由器南向接口（即，非无线电接入网络接口）上连接到移动路由器100的无线装置120被移动通信网络110视为附连到移动路由器100的单独装置，并且可通过相应网络指派的IP地址到达。在一个实施例中，独特地指派到相应无线装置120的IP地址从移动通信网络110分配到移动路由器100的子网推导。
移动路由器100能够服务于不同类型的无线装置120。例如，移动路由器100能够服务于诸如使用WiFI接入技术的常规计算装置等的无线装置120，包括带有WiFi接口的移动电话。移动路由器100服务的另一类型的无线装置120是使用WiFi或另一无线电接入技术附连到移动路由器100的低功率和/或有限功能性装置，包括MTC（机器类型通信）装置。在路由器100的南向接口上连接到移动路由器110的每个装置120在网络级是可见的，并且移动通信网络110提供与对应单独装置120的预订相关联的服务集。
移动路由器100的操作在下面在LTE无线电接入网络110的上下文中更详细描述，但能够轻松应用到任何无线电接入技术。因此，移动路由器100也称为MLR（移动LTE路由器）。MLR 100处理朝向LTE无线电网络110的无线电链路，包括例如物理层、第2层和RRC（无线电资源控制）功能性，以便无线连接到基站112，如LTE无线电网络110的eNB（增强NodeB）。MLR 100也终止EPS承载，保持TFT（业务流模板）以便将不同IP流从在南向接口上连接到MLR 100的不同无线装置120映射到正确的EPS承载。
例如在图1中，如果3GPP装置（例如，UE A）使用LTE无线电接入技术连接到MLR 100的南向接口，则MLR 100在以前为MLR 100与LTE无线电网络110建立的主会话的子会话内中继3GPP装置的信令。如果另一装置（例如，UE B）使用WiFi或另一无线电技术与MLR 100的南向接口连接，则MLR 100将相关参数从WiFi（或其它）会话映射到MLR朝向LTE网络110的已经建立的主会话的子会话。特定实现指示MLR 100何时开始和停止服务于UE 120。此外，MLR 100优选不使用另一MLR连接到LTE网络100，即，MLR的级联不是优选的。
MLR 100通过其北向（例如，基于LTE的）接口向无线装置120提供网络连通性。对于基于Wi-Fi的UE装置120，如带有Wi-Fi接入的移动电话，MLR 100充当与移动核心网络110之间的中继/互配功能。在一个实施例中，除MLR 100与LTE网络110创建的主会话外，MLR 100还创建子会话。这些子会话表示或对应于通过与LTE网络110建立的通信会话，在UE装置120与LTE网络110之间建立的新PDN连接。
图2示出无线装置（UE A和UE B）是3GPP装置的一实施例。MLR 100通过MLR 100的北向接口，经LTE网络110的eNB 112，执行与LTE网络110的常规附连和鉴定过程（图2中的步骤1），例如，如图3A的区域300中示出的请求和响应的典型序列所示，其中，MME 114是LTE网络110的移动性管理实体，SGW 116是LTE网络110的服务网关，PGW 118是LTE网络110的分组数据网络网关，PCRF 120是LTE网络110的策略计费和规则功能，以及HSS 122是LTE网络110的归属订户服务器。
UE A使用LTE无线电接入技术连接到MLR 100的南向接口，并且MLR 100通过使用SIM（订户身份模块）卡或例如软SIM执行鉴定（图2中的步骤2），例如，如图3B的区域310中示出的请求和响应的序列所示。具体而言，MLR 100通过路由器南向接口接收来自UE A的RRC连接设置请求和附连请求。MLR 100通过路由器北向接口将附连请求转发到LTE网络110的eNB 112。eNB 112又将请求转发到MME 114，MME 114是用于LTE网络110的控制节点。鉴定/安全过程在UE A、MLR 100与LTE网络110之间实现，由此UE A得以鉴定。在一个实施例中，MLR 100使用EAP-SIM（用于GSM订户身份模块的可扩展鉴定协议方法）鉴定UE。EAP-SIM是用于使用GSM（全球移动通信系统）订户身份模块(SIM)的鉴定和会话密钥分发的可扩展鉴定协议(EAP)机制，并且在RFC 4186中描述。例如，UE A和UE B可使用存储服务订户密钥(IMSI)的SIM卡，该密钥独特地识别每个订户并且能够发送到MLR 100以便实现用户鉴定。MLR 100在容器NAS（非接入层）消息中将鉴定请求发送到LTE网络110（图2中的步骤3）。MLR类似地为UE B执行SIM鉴定和鉴定请求转发（图2中的步骤4和5）。
UE通过鉴定后，MLR 100经eNB 112将PDN连通性请求发送到MME 114。MME 114生成创建会话请求，该请求经SGW 116转发到PGW 118。SGW 116路由和转发用户数据分组，并且充当在eNodeB间切换期间用于用户平面的移动性锚点，并且充当用于在LTE与其它3GPP技术之间移动性的锚点。PGW 118通过充当用于UE的业务的退出点和进入点，提供从UE到外部PDN 130的连通性。
响应创建会话请求，PGW 118和PCRF 120建立IP-CAN（IP连通性接入网络）会话，该会话允许UE开始诸如话音电话、流传送等会话。PGW 118将创建会话响应发送到SGW 116，SGW 116又将响应转发到MME 114。MME 114生成指示IP-CAN会话已建立的PDN连通性接受消息，并且将接受消息发送到eNB 112。eNB 112的响应是执行承载设置，并且启动与MLR 100的RRC连接重新配置。MLR 100类似地启动与对应UE的RRC连接重新配置。在RRC连接重新配置完成后，在路由器南向接口上从UE到MLR 100和在路由器北向接口上在MLR 100与eNB 112之间允许消息的直接传送。eNB 112通知MME 114 PDN连通性已完成。在每种情况下，将与每个LTE UE相关联的子会话锚定到主MLR会话。MME 114和SGW 116能够在需要时执行承载修改，并且承载执行和映射可视特定装置而不同。
图4示出无线装置120是WiFi装置（UE A和UE B）的一实施例。MLR 100通过路由器北向接口经LTE网络110的eNB 112，执行与LTE网络110的常规附连和鉴定过程（图4中的步骤1），例如，如图5A的区域500中示出的请求和响应的典型序列所示。
通过WiFi连接到MLR 100的装置能够通过使用SIM（订户身份模块）卡或例如软SIM执行鉴定。MLR 100能够使用802.1x鉴定这些装置，例如，如图5B的区域510中示出的请求和响应的序列所示。在一个实施例中，鉴定请求作为EAPOL（通过LAN的EAP封装）消息从特定UE发送到MLR 100，并且MLR 100在非接入层消息容器中将鉴定请求发送到eNB 112。
通常，在MLR 100与LTE网络110之间的IP-CAN建立和PDN连通性能够如本文中前面参照图2和3所述般处理。在MLR 100与LTE网络110之间IP-CAN建立和PDN连通性之后，MLR 100将在路由器南向接口上从特定WiFi装置收到的对应DHCP（动态主机配置协议）请求映射到北向接口上的适当NAS（非接入层）消息，以便传送到eNB 112（图4中的步骤2-5）。这么做允许LTE网络110的MME 114和PGW 118创建PDN连接和指派IP地址到对应WiFi装置。源于WiFi装置的每个连接能够视为MLR 100设置的新PDP连接。可为相同或不同APN（接入点名称）设置多个PDN连接。通过使用在MLR 100的南向接口上的多个SSID，能够实现不同装置120附连到多个（独立）PDN 130。在每种情况下，将与WiFi UE相关联的子会话锚定到主MLR会话。
图6示出在MLR 100与LTE网络1120（至外部PDN 130）之间的LTE链路携带用于连接到MLR 100的南向接口的不同无线装置（UE A和UE B）的不同PDN连接。第一PDN连接与UE A相关联，并且第二PDN连接与UE B相关联。UE A和UE B能够被LTE网络110视为附连到MLR 100的单独装置，并且可通过相应网络指派的IP地址到达，例如，如本文中前面所述通过建立用于不同UE的相应IP-CAN会话所确定的IP地址。
图7示出一些无线装置（UE B和UE C）是功率和/或有限功能性装置的一实施例，如传感器或可运行有限IP栈并具有极低功耗要求的专用单功能装置。这些装置通常生成很少的业务。对于这些类型的装置，或者对于诸如移动电话等甚至全功能计算装置，如图7所示，MLR 100能够充当代理，并且将一定数量的这些装置聚合成单个会话。LTE链路携带用于UE A的一个PDN连接，并且因此LTE网络110可独特地识别和服务于UE A。与UE B和UE C相关联的业务由MLR 100聚合成单个子会话，并且由LTE网络110指派有单个PDN连接。通过创建在MLR 100与LTE网络110之间建立的主会话的子会话，MLR 100执行与连接WiFi装置时类似的功能。因此，从LTE网络110的角度而言，UE B和UE C显得是一个装置。备选，MLR 100能够充当相对于UE B和UE C的穿通装置，允许每个装置独立和独特地向LTE网络110注册。
与QoS映射有关的特征在MLR级执行。基于与装置/用户相关联的策略，向不同的业务流指派不同QoS。MLR 100仍携带和中继属于附连到MLR 100的南向接口的多个装置的子会话NAS消息。
本文中所述实施例提供允许移动路由器代表附连的装置启动子会话NAS消息的互配功能，这产生了为移动通信网络中装置创建的会话。在南向装置要建立到不同PDN的连接时，移动路由器先建立到该PDN的连接，这是因为如本文中前面所述，子会话被锚定到与移动网络之间的主路由器会话。因此，各个LTE和/或Wi-Fi装置能够通过其相应预订凭据，使用Wi-Fi或类似链路，接入LTE或其它移动通信网络。这些装置因此无需使用与移动路由器相关联的主网关预订。所有预订策略可用于各个装置，映射到WiFi链路特性。
诸如“在下方”、“下面”、“底部”、“在上方”、“上部”及诸如此类等空间相对术语用于便于描述以解释一个单元相对于第二单元的定位。这些术语旨在包括除不同于图中所示定向外的装置的不同定向。此外，诸如“第一”、“第二”和诸如此类等术语也用于描述各种单元、区域、部分等，并且也无意于限制。类似的术语表示整个描述中类似的单元。
在本文中使用时，术语“具有”、“包含”、“包括”及诸如此类是开放式的，其表示存在所述单元或特征而不排除另外的单元或特征。除非上下文另有明确说明，否则，数词“一”要包括多数或单数。
要理解的是，除非另有明确说明，否则，本文中所述的各种实施例的特征可相互组合。
虽然特定实施例已在本文中示出和描述，但本领域的普通技术人员将理解的是，多种备用和/或等效实现可替代所示和所述的特定实施例而不脱离本发明范围。本申请旨在涵盖本文中所述的特定实施例的所有修改或变化。因此，本发明只受权利要求及其等效物的限制。

Claims (20)

1. 一种在移动通信网络与无线装置之间能够实现消息路由选择的方法，所述方法包括：
在移动路由器与包括指派有IP地址的所述移动路由器的所述移动通信网络之间建立通信会话；
通过所述移动路由器，向所述移动通信网络鉴定无线装置，使得所述移动通信网络可独特地识别所述无线装置；以及
基于所述移动通信网络独特地指派到所述无线装置的IP地址，通过与所述移动通信网络建立的所述通信会话，在所述无线装置与所述移动通信网络之间建立新分组数据网络(PDN)连接。
2. 如权利要求1所述的方法，其中通过所述移动路由器向所述移动通信网络鉴定所述无线装置包括：
使用所述移动通信网络支持的相同无线接入技术，在所述移动路由器鉴定所述无线装置；以及
经所述移动路由器将鉴定请求从所述无线装置转发到所述移动通信网络的基站。
3. 如权利要求2所述的方法，其中所述鉴定请求在NAS（非接入层）消息容器中从所述移动路由器发送到所述基站。
4. 如权利要求2所述的方法，其中通过与所述移动通信网络建立的所述通信会话，在所述无线装置与所述移动通信网络之间建立所述新PDN连接包括：
在向所述移动通信网络鉴定所述无线装置后，将PDN连通性请求从所述移动路由器发送到所述基站；以及
响应所述移动路由器接收所述移动通信网络接受所述PDN连通性请求的指示，重新配置在所述无线装置与所述移动路由器之间的无线电资源控制连接。
5. 如权利要求1所述的方法，其中通过所述移动路由器向所述移动通信网络鉴定所述无线装置包括：
使用与所述移动通信网络支持的所述无线接入技术不同的无线接入技术，在所述移动路由器鉴定所述无线装置；以及
经所述移动路由器将鉴定请求从所述无线装置转发到所述移动通信网络的基站。
6. 如权利要求5所述的方法，其中所述鉴定请求作为EAPOL（通过LAN的EAP封装）消息从所述无线装置发送到所述移动路由器，并且所述移动路由器在非接入层消息容器中将所述鉴定请求转发到所述基站。
7. 如权利要求5所述的方法，其中通过与所述移动通信网络建立的所述通信会话，在所述无线装置与所述移动通信网络之间建立所述新PDN连接包括：
在向所述移动通信网络鉴定所述无线装置后，响应所述移动路由器从所述无线装置接收DHCP发现消息，将PDN连通性请求从所述移动路由器发送到所述基站；以及
响应所述移动路由器接收所述移动通信网络接受所述PDN连通性请求的指示，将DHCP ACK消息从所述移动路由器发送到所述无线装置，所述DHCP ACK消息包括所述移动通信网络独特地指派到所述无线装置的所述IP地址。
8. 如权利要求1所述的方法，其中独特地指派到所述无线装置的所述IP地址从所述移动通信网络分配到所述移动路由器的子网推导。
9. 如权利要求1所述的方法，还包括将从某个类型的多个无线装置收到的消息聚合成单个会话以便从所述移动路由器中继到所述移动通信网络。
10. 如权利要求1所述的方法，其中通过所述移动路由器向所述移动通信网络鉴定所述无线装置使得所述无线通信网络可独特地识别所述无线装置包括经所述移动路由器将与所述无线装置独特地相关联的服务订户密钥转发到所述移动通信网络。
11. 如权利要求10所述的方法，还包括根据与所述无线装置相关联的预订简档，为在所述无线装置与所述移动通信网络之间建立的所述新PDN连接提供服务质量。
12. 一种用于在移动通信网络与无线装置之间能够实现消息路由选择的移动路由器，所述移动路由器包括用于执行以下操作的一个或多个处理电路：
与包括指派有IP地址的所述移动路由器的所述移动通信网络建立通信会话；
向所述移动通信网络鉴定无线装置，使得所述移动通信网络可独特地识别所述无线装置；以及
基于所述移动通信网络独特地指派到所述无线装置的IP地址，通过所述通信会话，在所述无线装置与所述移动通信网络之间建立新分组数据网络(PDN)连接。
13. 如权利要求12所述的移动路由器，其中所述一个或多个处理电路可用于使用所述移动通信网络支持的相同无线接入技术鉴定所述无线装置，并且将从所述无线装置收到的鉴定请求转发到所述移动通信网络的基站。
14. 如权利要求13所述的移动路由器，其中所述一个或多个处理电路可用于在NAS（非接入层）消息容器中将所述鉴定请求转发到所述基站。
15. 如权利要求13所述的移动路由器，其中所述一个或多个处理电路可用于在向所述移动通信网络鉴定所述无线装置后，将PDN连通性请求发送到所述基站，并且响应所述移动路由器接收所述移动通信网络接受所述PDN连通性请求的指示，重新配置与所述无线装置的无线电资源控制连接。
16. 如权利要求12所述的移动路由器，其中所述一个或多个处理电路可用于使用与所述移动通信网络支持的所述无线接入技术不同的无线接入技术鉴定所述无线装置，并且将从所述无线装置收到的鉴定请求转发到所述移动通信网络的基站。
17. 如权利要求16所述的移动路由器，其中所述鉴定请求在所述移动路由器作为EAPOL（通过LAN的EAP封装）消息接收，并且所述一个或多个处理电路可用于在非接入层消息容器中将所述鉴定请求转发到所述基站。
18. 如权利要求16所述的移动路由器，其中所述一个或多个处理电路可用于在向所述移动通信网络鉴定所述无线装置后，响应从所述无线装置收到的DHCP发现消息，将PDN连通性请求发送到所述基站，并且响应所述移动路由器接收所述移动通信网络接受所述PDN连通性请求的指示，将DHCP ACK消息发送到所述无线装置，所述DHCP ACK消息包括所述移动通信网络独特地指派到所述无线装置的所述IP地址。
19. 如权利要求12所述的移动路由器，其中所述一个或多个处理电路还可用于将从某个类型的多个无线装置收到的消息聚合成单个会话以便从所述移动路由器中继到所述移动通信网络。
20. 如权利要求12所述的移动路由器，其中所述一个或多个处理电路可用于将与所述无线装置独特地相关联的服务订户密钥转发到所述移动通信网络。
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