CN103609167B - 用于在地理冗余网关处的会话恢复的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于管理与主要服务网关（SGW）相关联的备份SGW的方法和系统，包括：周期性地从主要SGW接收至少一部分对应UE会话状态信息，所接收的一部分会话状态信息足以使得次要SGW向查询管理实体指示与由主要SGW支持的一组移动设备相关联的所有用户会话处于活动状态；以及响应于主要SGW的故障，承担与主要SGW相关联的IP地址和路径的管理，并使得由发生故障了的主要SGW支持的每个UE将自己重新授权给网络。

Description

用于在地理冗余网关处的会话恢复的系统和方法
相关申请的交叉引用
本专利申请要求申请号为No.61/454,328的美国临时专利申请“GEO-REDUNDANCEIN A SERVING GATEWAY（服务网关中的地理冗余）”的优先权，其申请日为2011年3月18日，该临时专利申请的全部内容在此通过引用而被结合。
本专利申请涉及同时提交的美国专利申请“SYSTEM AND METHOD FOR SESSIONRESILIANCY AT GEO-REDUNDANT GATEWAYS（用于在地理冗余网关处的会话弹性的系统和方法）”和“SYSTEM AND METHOD FOR FAILOVER HANDLING AT GEO-REDUNDANT GATEWAYS（用于在地理冗余网关处的故障转移处理的系统和方法）”，这两个美国专利申请的全部内容在此通过引用而被结合。
技术领域
本发明通常涉及管理网络资源，更具体但非排他地，涉及适应与诸如服务网关（SGW）的系统路由器相关联的操作。
背景技术
无线网络，例如长期演进（LTE）网络，可包括与一个或多个eNodeB进行通信的多组移动电话或其它用户设备（UE），eNodeB与一个或多个服务网关（SGW）进行通信，服务网关与分组数据网络（PDN）网关（PGW）进行通信，而PGW与诸如IP多媒体子系统（IMS）接入网络或核心网络的固定网络进行通信。此外，LTE网络包括各种网络单元，诸如移动性管理实体（MME）、策略与计费规则功能（PCRF）、网络管理系统（NMS）等等。
在服务网关（SGW）失去与网络中的其它节点的连接性（例如，由于网络断开、电源故障或甚至基于部分故障的触发行为）的故障情形中，备份SGW必须接管操作。这应当以智能的方式完成以避免在继续满足合理的用户/订户期望时资源利用中的不合理尖峰。
当主要SGW发生故障时，所有以故障SGW为目的地的分组被丢弃。此外，MME将丢失与故障SGW相关联的路径管理状态，并将需要清除其所有活动会话。这将造成活动UE通过备份SGW或候补SGW来重新连接到网络。同样，PGW将丢失其到SGW的路径管理状态，并将清除去往IMS系统的会话状态（所有UE在PGW上和在网络中是活动的）。随着活动UE再附着，它们的状态将被恢复到PGW和IMS子系统。
然而，由于大部分UE在任意指定时刻是空闲的，因此，在主要SGW发生故障时，MME将不会联系空闲UE以清除它们的会话。这是因为清除空闲UE会话的第一步是寻呼每个空闲UE，这非常昂贵。如果空闲UE未被清除，则网络发起的呼叫无法到达它，因为没有网络实体知道它当前位于网络中哪个地方。另外，IMS子系统不能发现UE，并且没有实体主动激励UE再标识自己。当根据各种定时器，UE将不可达至一个小时或两个小时时，后果是严重的。
发明内容
现有技术的多种缺陷可通过本发明的管理与主要服务网关（SGW）相关联的备份SGW的方法、系统和装置来解决，该方法包括：周期性地从主要SGW接收至少一部分对应UE会话状态信息，所接收的一部分会话状态信息足以使得次要SGW能够向查询管理实体指示与由主要SGW支持的一组移动设备相关联的所有用户会话处于活动状态；以及响应于主要SGW的故障，承担与主要SGW相关联的IP地址和路径的管理，并使由主要SGW支持的每个UE将自己重新授权给网络。
附图说明
通过结合附图考虑以下的详细说明，本发明的教导可被容易地理解，其中：
图1表示根据实施例的示例性通信系统；
图2表示适合于在图1的通信系统中使用的示例性服务网关（SGW）路由器体系结构；
图3表示根据实施例的会话状态备份方法的流程图；
图4表示根据实施例的会话状态恢复方法的流程图；
图5表示根据实施例的响应于在S11上的入口控制信号而向空闲或活动UE提供恢复的方法的流程图；
图6表示响应于在S5上的入口控制信号而向空闲UE提供恢复的方法的流程图；
图7表示响应于在S5上的入口控制信号而向活动UE提供恢复的方法的流程图；
图8表示响应于在S1-u上的进入数据信号而向活动UE提供恢复的方法的流程图；
图9表示响应于在S5/S8上的进入数据信号而向空闲UE提供恢复的方法的流程图；
图10表示响应于在S5/S8上的进入数据信号而向活动UE提供恢复的方法的流程图；
图11表示适合于在执行在此针对各种实施例描述的功能时使用的通用计算机的高级框图。
为了便于理解，可能的话，使用相同的附图标记以表示在附图中共用的相同单元。
具体实施方式
本发明将主要在长期演进（LTE）网络的背景内描述，在LTE网络中，服务网关（SGW）冗余，以使得活动和空闲用户都从故障SGW转移到备份SGW。
尽管在此主要在提供4G LTE网络内的管理和备份功能的背景中进行描述和说明，但应当知道，在此描述的管理和备份功能可用于其它类型的无线网络（例如，3G网络、2G网络、WiMAX等）、有线网络或者无线和有线网络的结合。因此，在此针对LTE网络所描述的各种网络单元、链路和其它功能实体可以被广泛地解释为标识对应的与各种其它类型无线和有线网络相关联的网络单元、链路和其它功能实体。
本发明的一部分产生于发明人认识到显著增加的无线网络的规模特别导致不能适当由现有的方案解决的特定网络管理问题。具体地，发明人认识到现有的方案扩展性很差，不能解决用户设备可能处于各种稳定状态（诸如空闲或活动状态）或者各种转移状态（诸如呼叫流之间的进展、空闲状态与活动状态之间的移动、进行从一个eNodeB到另一个eNodeB的切换、创建专用承载、破坏PDN会话等等）的现实。另外，用户业务可能以稳定或转移状态的任意之一流向用户或从用户流出。
图1表示示例性的无线通信系统，其包括根据实施例的管理和备份/保护功能。具体地，图1表示示例性的无线通信系统100，其包括多个用户设备（UE）102、长期演进（LTE）网络110、IP网络130和网络管理系统（NMS）140。LTE网络110支持UE102与IP网络130之间的通信。MS140被配置为支持LTE网络110的各种管理功能。本领域的普通技术人员能够理解LTE网络的配置和操作。
示例性的UE102是能够接入诸如LTE网络110的无线网络的无线用户设备。UE102能够支持控制信令以支持承载会话。UE102可以是移动电话、个人数字助理（PDA）、计算机、平板设备或任何其它无线用户设备。
示例性的LTE网络110例如包括两个eNodeB1111和1112（统称为eNodeB111）、两个服务网关（SGW）1121和1122（统称为SGW112）、分组数据网络（PDN）网关（PGW）113、移动性管理实体（MME）114和策略与计费规则功能（PCRF）115。eNodeB111向UE102提供无线接入接口。SGW112、PGW113、MME114和PCRF115以及为了简化已被省略的其它组件相互协作以提供使用IP支持端对端服务传送的演进分组核心（EPC）网络。
eNodeB111支持UE102的通信。如图1所示，每个eNodeB111各自支持多个UE102。eNodeB111与UE102之间的通信使用与每个UE102相关联的LTE-Uu接口得以支持。
SGW112使用例如SGW112与eNodeB111之间的各个S1-u接口支持eNodeB111的通信。S1-u接口支持每承载用户平面隧道和切换期间的eNodeB间路径切换。
如图1所示，SGW1121支持eNodeB1111的通信，SGW1122支持eNodeB1112的通信。在各种保护/备份实施例中，SGW1121还能够支持eNodeB1112的通信，SGW1122还能够支持eNodeB1111的通信。
PWG113使用例如PGW113与SGW112之间的各个S5/S8接口支持SGW112的通信。S5接口提供诸如用于PGW113与SGW112之间的通信的用户平面隧道和隧道管理、由于UE移动性而导致的SGW重定位等的功能。S8接口可以是S5接口的公共陆上移动网络（PLMN）的变形，其提供PLMN间接口，该接口在拜访PLMN（VPLMN）的SGW与归属PLMN（HPLMN）的PGW之间提供用户和控制平面连接性。PGW113使得LTE网络110与IP网络130之间经由SGi接口的通信便利。
MME114提供移动性管理功能以支持UE102的移动性。MME114使用例如对MME114与eNodeB111之间的通信提供控制平面协议的各个S1-MME接口支持eNodeB111。
PCRF115提供动态管理能力，通过该能力，服务提供商可以管理与经由LTE网络110提供的服务有关的规则和与对经由LTE网络110提供的服务进行计费有关的规则。
如在此参照图1所描述和说明的，LTE网络110的单元经由单元之间的接口进行通信。参照LTE网络110描述的接口也可被称为会话。LTE网络110包括演进分组系统/方案（EPS）。在一个实施例中，EPS包括EPS节点（例如，eNodeB111、SGW112、PGW113、MME114和PCRF115）和EPS相关互连性（例如，S*接口、G*接口等）。EPS相关接口在此可被称为EPS相关路径。
IP网络130包括一个或多个分组数据网络，UE102可经由分组数据网络访问内容、服务等。
MS140提供管理功能，用于管理LTE网络110。MS140可任何适当的方式与LTE网络110进行通信。例如，在一个实施例中，MS140可经由未穿越IP网络的通信路径141与LTE网络110进行通信。在一个实施例中，例如，MS140可经由IP网络130所支持的通信路径142与LTE网络110进行通信。通信路径141和142可使用任何适当的通信能力实现。MS140可被实现为通用计算设备或者专用计算设备，诸如下面参照图11描述的。
图2表示适合于在图1的通信系统中使用的示例性服务网关（SGW）路由器体系结构。具体地，图2描述作为SGW运行的路由器200，诸如上面参照图1描述的SGW112。路由器200经由网络110，诸如上面参照图1描述的网络110，与各种网络单元（未示出）进行通信。本领域的普通技术人员将知道，在此针对SGW200描述的特定拓扑可以被修改而保留基本的SGW功能。
SGW200被描述为包括多个输入输出（I/O）卡210-1、210-2、直到210-N（统称为I/O卡210）、交换机结构220和控制模块230。控制模块230通过各个控制信号CONT控制I/O卡210和交换机结构220的操作。控制模块230还执行各种SGW功能，如在此所描述的。
每个I/O卡210包括多个入口、出口、控制器等（未示出），其用于在网络110与交换机结构220之间传递分组。在I/O卡210的特定入口处接收的分组可以经由同一I/O卡210或不同I/O卡210的出口传送到交换机结构220或回到网络110。经由I/O卡210的分组路由根据由控制模块230提供的路由数据以标准方式实现。
交换机结构220可包括任何标准的交换机结构，诸如电的、光的、电-光的、MEMS等。
控制模块230从网络管理器（未示出），诸如上面参照图1描述的网络管理系统（NMS）140，接收配置数据、路由数据、策略信息和其它与各种SGW操作和管理功能有关的信息。控制模块230还向网络管理器提供配置数据、状态数据、警报数据、性能数据和其它与操作和管理功能有关的信息。
控制模块230包括I/O模块231、处理器232和存储器233。存储器233被描述为包括软件模块、实例化对象等以提供SGW管理器233SGWM、备份和恢复管理器23BARM、会话数据233SD、路由数据233RD和其它功能/数据233O。控制模块230可以被实现为通用计算设备或者专用计算设备，诸如下面参照图11描述的。
SGW管理器233SGWM用于管理各种服务网关（SGW）功能，如本领域的普通技术人员已知和在此进一步描述的。
备份和恢复管理23BARM用于管理在此参照各种实施例描述的备份和恢复功能。例如，这种备份和恢复功能根据SGW用作主要或活动SGW、次要或备份SGW或者两者而不同。一般来说，各种实施例设想在备份SGW处传输和存储与由活动SGW支持的用户的用户设备或移动设备相关联的一些或全部会话相关数据，以使得活动和空闲会话的快速恢复可以被提供给这种用户。
会话数据233SD包括与用户的用户设备或移动设备相关联的会话数据。如果SGW用作主要或活动SGW，则会话数据233SD可包括支持由主要或活动SGW支持的用户的用户设备或移动设备的信息。如果SGW用作次要或备份SGW，则会话数据233SD可包括与由备份SGW支持的一个或多个主要或活动SGW相关联的一部分会话数据。
路由数据233RD包括与将要被SGW处理的分组或业务流相关联的路由信息，诸如用于处理在入口接收的将要在SGW的基础路由功能的上下文中向适当的出口路由的分组或业务流。路由数据233RD可包括路由表、保护或故障恢复信息等等。
其它功能/数据233O包括程序、函数、数据结构等，其可用于根据各种实施例执行在此参照标准SGW操作以及SGW操作描述的未明确归属于其它管理或数据实体的各种功能。
备份SGW选择和地理冗余配对
MME可通过与故障SGW相邻的节点或网络单元被报警SGW的故障。这些相邻节点或网络单元可以独立地采取修正动作以通过先前分配的备份SGW、通过由MME识别的备份SGW或者通过某些其它路由装置重建连接性。
在各种实施例中，特定的备份SGW被例如网络管理系统（NMS）分配给网络内的一个或多个主要或活动SGW。所选择的备份SGW可以是在地理上最接近主要或活动SGW的SGW。另外，某些主要或活动SGW可用作对其它主要或活动SGW的备份SGW。
在各种实施例中，特定的备份SGW可在主要或活动SGW发生故障后选择。在这些实施例中，备份SGW可以根据各种标准选择，包括在地理上接近故障SGW、DNS响应标准、路径管理验证标准、会话负荷和各种其它标准中的部分或全部。在各种实施例中，备份SGW的选择由MME例如从可用于特定MME的SGW池中进行，SGW池用于在汇成池的SGW中的一个故障时提供备份SGW。
在一个实施例中，SGW112在地理上彼此接近，以使得可用于形成地理冗余SGW对。一般来说，来自特定eNodeB111的UD102的业务和数据流主要经由特定SGW路由到PGW113，特定SGW用作针对来自eNodeB的语音和数据业务的主要或工作SGW。即，一个SGW被配置为工作或主要节点，而另一个被配置为保护或备份节点。在正常运行状态下（即，未发生故障），工作节点用于处理例如来自多个eNodeB的呼叫流和数据流，而保护节点用于在工作节点发生故障时备份工作节点。
在一个实施例中，第一SGW1121用作关于来自第一eNodeB1111的语音和数据业务的主要或工作SGW，而第二SGW1122用作关于来自第一eNodeB1111的语音和数据业务的次要或备份SGW。
在一个实施例中，第二SGW1122用作关于来自第二eNodeB1112的语音和数据业务的主要或工作SGW，而第一SGW1121用作关于来自第二eNodeB1112的语音和数据业务的次要或备份SGW。
在一个实施例中，第一和第二SGW112用作关于来自它们自己的一个（或多个）eNodeB的语音和数据业务的主要或工作SGW和关于来自与其它SGW相关联的一个（或多个）eNodeB的语音和数据业务的次要或备份SGW。
在此所讨论的各种实施例旨在响应于主要工作SGW的故障而快速恢复会话、语音和数据业务和与这种UD102相关联的各种其它管理信息或上下文。特别地，为了在SGW之间提供快速和有效的保护/备份，各种实施例设想与用户设备相关联的会话状态信息的若干级别的冗余存储，以能够快速转移到备份SGW，而无需对用户体验产生重大影响。特别地，会话状态信息冗余使得MME114和PGW113都能够维护空闲用户UE的状态信息，以使得活动会话可以被快速地重建，用户体验提高。
在备份SGW处恢复用户会话
在从故障SGW112到备份SGW112的UD102和/或eNodeB111的“传送”支持的上下文中，用户会话的全部生存性不可能总是实现。然而，在此讨论的各种实施例用于利用按需服务恢复来促进快速的服务恢复，而在活动和备份SGW之间维持低的同步开销。
按需服务恢复是备份SGW仅处理正在请求活动的会话。当SGW处于活动使用时，有大量的不需要立即恢复的空闲会话。经过一段时间后，这些会话变成活动的，此时，需要重新连接这些会话。使用这种及时恢复方案，网络不会由于非活动的会话的信令开销而过载。
低同步开销是主要SGW与其备份SGW之间的数据同步操作、会话状态更新等被保持在最小。通常，在活动SGW与MME之间有大量业务，这些业务指向各种功能，诸如跟踪正变成活动的、进入空闲的或正从一个eNodeB切换到另一个的会话。这些活动发生得如此频繁，以致在活动与备份SGW之间传输所有这些变化是很大的负担。一般来说，各种实施例仅利用哪些会话在故障发生时在活动SGW上存在的认识。
在此描述的各种方法和技术提供了一种机制，通过该机制，在主要SGW上的用户会话可以响应于主要SGW的故障而通过备份SGW恢复。在此描述的会话恢复机制的各种实施例提出三个组成部分；即，（1）IP地址生存性，（2）路径管理持续性，（3）会话恢复。
IP地址生存性是确保连接到备份SGW的网络单元继续能够在传送到备份SGW的整个传送过程中访问故障SGW的IP地址的过程。
在某些实施例中，IP地址生存性使用虚拟IP地址实现，诸如通过使用VRRP（第2层方法）或任播IP地址（第3层方法）。
在某些实施例中，IP地址生存性通过使活动或备份SGW通告相同的IP地址实现，其中，活动SGW通告具有高度优选度量的IP地址，而备份SGW通告具有非优选或“损害”度量的IP。在这些实施例中，在通告IP地址之间进行选择的任意网络单元将总是选择活动SGW的IP地址，因为该地址是高度优选的。当活动SGW出现故障而唯一的有效IP地址是由备份SGW通告的时候，网络单元将选择备份SGW所有数据平面和控制平面业务。
路径管理连续性是确保具有对故障SGW的路径管理的网络单元通过转移到备份SGW的转移过程来维持连续性的过程。在某些实施例中，活动SW参与与各种其它网络单元（例如，MME、eNodeB、PGW）之间的周期性路径管理关系。每个路径管理实例由在回送请求（Echo Request）中发送的重启计数器（Restart Counter）标识。如果该数字发生变化，则表示网络单元已经被重启（因为使网络单元关闭和备份的重启或管理动作）。
当备份SGW接管时，它接收路径管理回送请求，并响应地发送回送应答（EchoReply）。此外，备份SGW发送回送请求和现场回送应答。对于每个对等体，备份SGW将知道在活动SGW处的所接收的重启计数器。这样，如果来自对等体的重启计数器发生变化，则备份SGW可响应地清除与该对等体相关联的会话。在各种实施例中，当备份SGW发送回送请求时，它还将发送活动SGW常用于发送的重启计数器。这样，活动SGW的对等体将不清除会话。
与热备份SGW备份相比，在此描述的方法提供几个优点。具体地，足以仅调用UE再附着的信息是相对缓慢变化的信息，其可以避免生成庞大的状态信息交换的方式提供给备份SGW（或MME）（从而在每个载有数据的修复链路中需要更少的处理器注意、更低的速度/可靠性）。另外，即使所存储的信息不足以调用UE再附着，该方法也不会比使得MME要求UE重启的损害更大。
会话恢复是识别断开或不活动的会话并尽可能快地通过备份SGW恢复所识别的会话的过程。在会话恢复中，活动SGW传递关于每个UE的足够信息，以使得备份SGW可以采取某些有限行动，诸如切断UE会话并使得UE再附着到网络。这意味着备份SGW仅知道活动SGW的UD，但不处理用于这些UD的控制消息或转发这些UD的数据平面业务。
会话恢复阶段只要有关于会话的活动就执行。目的是通知UE会话已经被中断，UE需要再附着到网络。者意味着参与会话的信令和维护的网络单元继续保持会话，因此它们可与它们的对等体进行通信。
在活动SGW发生故障情形后，所有的业务，不管数据平面还是控制平面，都将被路由到备份SGW。当数据业务到达备份SGW的S5-u或S1-u接口时，它将到达具有隧道端点标识符（TEID）的隧道，TEID不应当被编程在备份SGW的数据平面中。SGW的正常行为是提出错误指示异常，即，通知对等体发送TEID未被识别的业务。在本质上，数据业务的到达对控制平面触发向对等体通知该会话未被识别并应当被清除的事件。对于到达S1-u或S5-u接口的数据，删除承载请求（Delete Bearer Request）被发送到MME以清除会话，删除会话请求（Delete Session Request）被发送到PGW以清除其会话状态。MME将触发清除向下到达UE的所有通道。如果MME发送具有再附着请求代码的去附着请求（Detach Request）<它叫什么>，则UE将执行快速重新连接。
同样，如果控制消息到达S11或S5-c接口，则备份SGW将产生到MME的删除承载请求（Delete Bearer Request）和到PGW的删除会话请求（Delete Session Request）。清除确保UE再附着到网络，并对进入呼叫或呼出呼叫做好准备。
为了删除请求被尊重，它们必须到达用与它们各自的会话相关联的正确的控制TEID到达MME和PGW。这就是为什么对于备份SGW来说（1）保持路径管理活着；（2）维持足够的关于会话的状态信息以对每个会话识别数据TEID和相关联的控制TEID是重要的。应当指出，由活动和备份SGW使用的TEID空间必须是分离的以不发生冲突。
一般来说，恢复过程使用在活动与备份SGW之间传输的信息，诸如（1）对于活动SGW已知的每个对等体的路径管理器重启计数器和IP地址；（2）对于活动SGW已知的所有会话的控制TEID；和（3）对于活动SGW已知的所有会话的数据TEID。
图3描述根据一个实施例的会话状态备份方法的流程图。该方法包括在主要SGW中使用的部分和在备份SGW中使用的部分，诸如上面参照图1-2描述的SGW112。
一般来说，图3的方法300用于在备份SGW存储关于由活动SGW支持的每个UE102的足够信息，以使得备份SGW能够至少采取有限的动作，诸如断开UE会话，从而迫使UE再附着到网络。在一个实施例中，备份SGW仅仅知道活动SGW的UD，而不是与那些UD相关联的处理控制消息或前向数据平面业务。这样，参与UE会话的信令和维护的各种网络单元将继续将会话视为活动的，并从而与他们对等体进行通信。
在步骤310，至少一个预备或备份SGW被确定用于主要SGW。即，对于在网络内运行为主要或活动SGW的一个或多个SGW，确定至少一个备份SGW。参见方框315，备份SGW可以根据位置、配置、容量或其它与主要和/或备份SGW相关联的因素确定。确定可通过SGW间协商进行，诸如在相邻SGW间的发现、配置或优化过程的上下文内。确定还可以由网络管理器进行，诸如上面参照图1描述的网络管理器140。可使用其它实体和/或确定方法。
在各种实施例中，主要SGW的预备或备份SGW的确定可根据以下选择标准中的一个或多个执行：DNS响应时间，路径管理验证次数、会话负荷等。在各种实施例中，标准还被MME用于对于新的会话建立选择新的主要SGW。
在步骤320，根据需要，活动和备份SGW被初始化，在SGW之间分配主要和备份角色，主要SGW与备份SGW之间的通信被建立，至少主要SGW开始通告它的IP地址。
参见方框325，在步骤320的处理包括下列的一些或全部：用SGW间通信协议（ISCP）建立将要在活动与备份SGW之间建立的SGW间通信信道（ISCC）以用于传送事件需求，定义将要使用的一个或多个IP生存性机制，定义将从主要SGW传递到备份SGW的相关事件，确定活动SGW将使用的隧道端点标识符（TEID）的范围，共享对等体地址和重启计数器信息等。
在各种实施例中，在初始化期间，活动SGW标识它自己，并请求备份SGW的标识。在验证了配对在适当配置的SGW之间后，活动SGW宣布它将扮演活动的角色。当配对被商定时，活动SGW开始对S1-u、S11、S5-c和S5-u接口通告它的IP地址。在正常操作中，活动SGW在S11、S5-c、S5-u和S1-u接口上“拥有”IP地址。活动SGW还共享它将使用的TEID范围，以使得备份SGW可避免使用该范围。
在各种实施例中，活动SGW与备份SGW共享SGW的本地重启计数器，其中，只有一个重启计数器被维持用于SGW内的所有协议。在某些实施例中，对于活动SGW与其进行通信的每个对等体，活动SGW共享对等体IP地址和重启计数器对。在这些实施例中，由于对等体周期性地进行，因此，活动SGW将该信息通知给备份SGW。该信息通常在稳定网络中不变。
在步骤330，主要SGW将与由主要SGW支持的移动设备相关联的会话状态信息发送到至少一个对应的备份SGW。即，当它处理UE相关消息时，活动SGW标识UE的会话状态相关事件，并将该信息通知给备份SGW。
参看方框335，会话状态信息可以预定的间隔发送，诸如在预定的秒数或分钟数后。会话状态信息还可以在一个或多个预定数量的相关用户事件发生后被发送。相关用户事件包括例如创建会话事件（Create Session Event）、创建承载事件（Create BearerEvent）、删除会话事件（Delete Session Event）和/或删除承载事件（Delete BearerEvent）。一般来说，用于会话恢复实施例的相关用户事件包括任何导致用户会话的创建或破坏的事件，诸如在下面的例子中给出的：
创建会话事件：当创建新的会话时，新的控制TEID被分配给朝向SGW的S5接口。如果这是UE的首次会话，则新的控制TEID被分配给朝向MME的S11接口。在Create事件完成时，用于缺省承载的数据平面TEID也向进入SGW的业务分配，不管在S5-u上来自PGW还是在S1-u接口上来自eNodeB，。
创建承载事件：当创建新的专用承载时，新的数据平面S1-u和S5-u TEID向进入SGW的业务分配。
删除会话事件：当删除会话时，S5-u数据平面TEID和S5-c控制平面TEID以及S1-u数据平面TEID需要从备份SGW中删除。此外，如果这是UE的最后一个会话，则对于MME的S11控制平面需要被删除。
删除承载事件：当删除专用承载时，S5-u数据平面TEID和S1-u数据平面TEID需要从备份SGW中删除。
变化的频率基于建立/断开PDN会话和专用承载的频率。然而，这不像到达SGW的修改会话和承载的状态的事件那么频繁。状态信息主要包括在会话的生存期间不变化的入口和出口控制平面TEID以及在承载的生存期间内不发生变化的入口数据平面TEID。
在某些实施例中，为了避免备份SGW的关于活动SGW实际上已经发生了故障的不正确评估，活动SGW周期性地向备份SGW发送保持连接（keep alive）消息，以防止有极少数相关事件被传送。
在步骤340，在每个备份SGW上，从由备份SGW支持的一个或多个主要SGW发送的会话状态信息被存储。参见方框345，在一个实施例中，所存储的会话数据足以向查询执行指示特定用户设备或装置处于活动或活着的状态。在其它实施例中，所存储的会话数据足以创建或恢复与在主要SGW发生故障之前是活动的用户设备相关联的会话。在其它实施例中，所存储的会话数据足以创建或恢复与在主要SGW发生故障之前是不活动的用户设备相关联的会话。
图4表示根据一个实施例的会话状态恢复方法的流程图。具体地，图4表示在运行为可选或备份网关的网关中使用的方法400，诸如LTE网络中的可选或备份SGW，在其上已经存储了诸如参照图3描述的会话状态信息。
在步骤410，诸如运行为备份SGW的SGW的网关被初始化，并且到主要SGW的通信路径被建立，如根据上面参照图3描述的方法300的步骤310-325所描述的。
在步骤420，备份网关接收并存储与由活动SGW支持的UE有关的UE状态信息，直到如主要SGW的故障被指示时。参见方框425，主要SGE故障可以通过显式故障指示、相邻节点活动指示器的超时、对等体计数器超时等指示。这种指示可以是由于主要SGW的实际故障或某些其它条件，诸如与主要SGW相关联的维护条件或与主要SGW相关联的超载条件。
在步骤430，在主要SGE发生故障后，备份网关承担故障主要网关的IP地址和路径管理职责。例如，参见方框435，备份网关可以开始通告具有优选标准的IP地址，以使得控制平面和数据平面业务和分组被路由到备份网关。
在步骤440，响应于接收控制或数据平面业务，诸如网络生成的控制平面业务或与UE会话相关联的控制平面业务（即，被触发的备份SGW进入数据平面或进入控制平面），备份SGW响应地生成用于MME的下行链路数据通知（DDN）IMSI消息和用于PGW的删除会话消息。
参见方框445，这些消息的结果是：MME用于通过(a)执行IMSI寻呼功能；(b)去附着UE而提供所选择的再附着代码；(c)如果UE处于空闲模式，则执行IMSI附着来处理空闲模式UD。MME用于通过（a）执行去附着；（b）执行IMSI附着来处理活动的或连接模式UD。进一步地，备份SGW将删除会话请求转发到PGW，PGW响应地经由PCRF和IMS响应清除UE状态异常。
下面参照图5-10更详细地描述各种恢复实施例。本领域的普通技术人员将知道，在此所示的各种图仅仅提供示意性的实施例，并可与在此讨论的各种教导一致地进行修改。这些图5-10的每一个描述用于诸如在此参照图1-4示意性地描述的不同恢复情形的在UE102（例如，经由eNodeB111）、MME114、备份SGW112和PGW113之间传递的各种信号。
图5表示响应于在S11上的入口控制信号而向空闲或活动UE提供恢复的方法的流程图。
图6表示响应于在S5/S8上的入口控制信号而向空闲UE提供恢复的方法的流程图。
图7表示响应于在S5/S8上的入口控制信号而向活动UE提供恢复的方法的流程图。
图8表示响应于在S1-u上的进入数据信号而向活动UE提供恢复的方法的流程图。
图9表示响应于在S5/S8上的进入数据信号而向空闲UE提供恢复的方法的流程图。
图10表示响应于在S5/S8上的进入数据信号而向活动UE提供恢复的方法的流程图。
因此，各种实施例设想周期性地将一部分会话状态信息从主要SGW传送到备份SGW（直接或者经由MME），其中所传送的会话状态信息仅足以识别具有活动会话的移动或用户设备。这样，备份SGW可以提示这些移动或用户设备使用与备份SGW相关联的IP地址和其它信息来将它们自己重新授权或再附着到网络。同时，为了或者欺骗那些具有活动会话的移动或用户设备，“session alive”和“session active”响应消息由备份SGW发送到查询管理实体。这样，在查询管理实体上与这些移动或用户设备相关联的会话状态信息被查询管理实体保存。
在此描述的各种实施例通常设想与主要SGW相关联的会话状态信息和/或其它信息被存储在备份SGW上，用于实现故障转移机制。然而，在各种实施例中，这种信息可被储存在多个备份SGW处和/或在一个或多个不是SGW的网络单元处。所存储的与主要SGW相关联的会话状态信息和/或其它信息被备份SGW获取，作为故障转移机制一部分。
各种实施例被修改以使用一个或多个其它用于加速会话恢复过程的机制。一种用于加速会话恢复过程的机制包括在从SGW发送到MME的前几个回送请求（Echo Request）上使用预定义的IE以指示备份SGW已经接管。MME响应地加速清除活动会话，而不是在S1-u或S5-u上等待数据平面通知。一种用于加速会话恢复过程的机制包括周期性地将一列活动会话从活动SGW传送到备份SGW，以使得备份SGW可在故障转移开始后立刻抢先开始清除这些会话，从而更快速地恢复会话。这些和其它机制可以单独或任意结合地使用以提高或加速会话恢复过程。
在主要SGW与备份SGW之间同步状态信息以及这种同步的频度取决于各种因素，诸如网络拓扑、可用资源、所期望的恢复速度等。
作为例子，诸如用于利用通用分组无线系统（GPRS）隧道协议或GTP的LTE网络的系统可同步与GTP信息有关的状态信息、与各种会话或UE相关联的路径管理信息和射频（RF）相关信息中的一些或全部。
状态相关GTP信息可示例性地包括用于S11和S5-c的控制FTEID、用于S1-u和S5-u的数据FTEID等。状态相关路径管理信息可示例性地包括用于S11、S1-u和S5的重启计数器等。状态相关RF信息可示例性地包括原始状态、RAT等（大约16+（24+n*8）个潜在会话，假定每个APN有n个专用承载）。
同步/更新频率可以预先确定，自然周期和/或与各种网络事件有关。
在各种实施例中，当会话被创建和/或破坏时，主要SGW和备份SGW被同步，诸如同步用于会话创建事件的八个GTP/RF消息、用于承载破坏事件的六个GTP/RF消息和用于会话创建/破坏事件的两个IMCP消息。
在各种实施例中，当承载被创建和/或破坏时，主要SGW和备份SGW被同步，诸如同步用于承载创建事件的六个GTP/RF消息、用于承载破坏事件的六个GTP/RF消息和用于承载创建/破坏事件的两个IMCP消息。
在各种实施例中，响应于如MME重定位的网络配置事件，主要SGW和备份SGW被同步，诸如同步用于MME重定位事件的四个GTP/RF消息和两个IMCP消息。
在各种实施例中，SGW双IP地址被用在S11和S5上，其中一个是本地地址，一个是备份地址。本地IP地址用于保持在备份SGW上的现有会话，而备份IP地址用于新的会话、从已故障或正发生故障的主要SGW转移的会话、与已故障或正发生故障的主要SGW相关联的控制业务等等。具体地，即使对备份SGW的IP地址分配也被分成两个部分（其可以是相同的大小，也可以不是相同的大小），其中第一部分用于在备份SGW上的现有的数据和控制平面业务，而第二部分用于与已故障或正发生故障的SGW相关联的数据和控制平面业务。这样，冲突被避免，因为会话支持从主要SGW移动到备份SGW。即，成为活动SGW的备份SGW利用活动SGW IP地址束。这样，会议被避免，会话的支持可在SGW之间在关于它们的IP地址的每束的基础上传送。在各种实施例中，应用了故障抑制，在其它实施例中，故障抑制未被应用。
因此，两个（或多个）服务网关（SGW）或节点可用作地理冗余对，并可被表示为主要/备份或工作/保护网关或节点。主要或工作SGW或节点以主模式运行，而备份或保护SGW或节点运行在从模式中。在主要或工作SGW发生故障时，备份或保护SGW开始在主模式中运行。在这种情况下，UE及其会话被“故障转移”到从属SGW。当故障主要或工作SGW/节点再次变成运行时，需要将新的会话从备份或保护SGW返回或故障转移回主要或工作SGW/节点。
在主运行模式下，主要SGW/节点通告比由从属SGW通告的路由数据更好的路由数据，以使得任何想要发送业务的节点将选择主要SGW/节点作为该业务的路由。为了确保发生这种情况，从属SGW可例如通告“损害的”路由数据，即，由于其高成本或某些其它负面参数而从未被选择使用的路由数据。
图11表示适合于在执行再次参照各种实施例描述的功能中使用的通用计算机的高级框图。特别地，在此参照通用计算机描述的体系结构和功能用于在各种在此参照各个附图描述的交换和通信单元或节点的每一个中使用；即UD102、eNodeB111、SGW112、PGW113、MME114、PCRF115和网络管理系统140。应当知道，在此参照通用计算机讨论的某些功能可被实现在各种网络单元或节点和/或用于配置和管理网络内单元的网络操作中心（NOC）或网络管理系统（NMS）中。
如图11所示，系统1100包括处理器单元1102（例如CPU）、例如随机存取存储器（RAM）和/或只读存储器（ROM）的存储器1104、分组处理模块1105和各种输入/输出设备1106（例如，存储设备，包括但不限于磁带驱动器、软盘驱动器、硬盘驱动器或紧凑盘驱动器、接收器、发射器、扬声器、显示器、输出端口和用户输入设备（诸如键盘、键区，鼠标等））。
应当知道，在图11中描绘的计算机1100提供适合于实现在此描述的功能单元和/或在此描述的部分功能单元的通用体系结构和功能。在此描述和讨论的功能可以被实现在软件和/或硬件中，例如使用通用计算机、一个或多个专用集成电路（ASIC）和/或任何其它硬件等同物。
可以设想，在此作为软件方法讨论的某些步骤可以被实现在硬件内，例如，与处理器协作以执行各种方法步骤的电路。在此描述的部分功能/单元可以被实现为计算机程序产品，其中，计算机指令在被计算机处理时改变计算机的操作，以使得在此描述的方法和/或技术被调用或另外被提供。用于调用创造性方法的指令可以被存储在固定或可移动的媒体上、在广播或其它信号载波媒体中通过数据流传输、通过有形媒体传输和/或在根据这些指令运行的计算机设备的存储器内。
尽管前面内容针对本发明的各种实施例，但在不脱离它的保护范围的情况下，也可以设计本发明的其它和另外的实施例。因此，本发明的适当范围由所附的权利要求确定。

Claims (8)

1.一种用于管理与主要服务网关SGW相关联的备份SGW的方法，包括：
周期性地从所述主要SGW接收至少一部分对应UE会话状态信息，所接收的一部分会话状态信息足以使所述备份SGW能够向查询管理实体指示由所述主要SGW支持的具有活动会话的UE；以及
响应于所述主要SGW的故障，备份SGW承担与所述主要SGW相关联的IP地址和路径的管理，并向移动性管理实体MME发送下行链路数据通知，
其中，所述下行链路数据通知触发所述MME向由发生故障了的主要SGW支持的具有活动会话的UE发送具有再附着请求代码的去附着请求以用于该UE从网络中去附着，并再附着到所述网络。
2.如权利要求1所述的方法，还包括：
通告路由数据，其用于在所述主要SGW未发生故障时避免其它网络单元选择所述备份SGW；以及
通告优选路由数据，其用于在所述主要SGW发生故障时激励其它网络单元选择所述备份SGW。
3.如权利要求1所述的方法，其中，与由所述主要SGW支持的UE相关联的所述一部分会话状态信息包括：足以识别与接近所述主要SGW发生故障的时间的活动会话相关联的那些移动设备的会话状态信息。
4.如权利要求1所述的方法，其中，响应于对应的创建会话事件、删除会话事件、创建承载事件和删除承载事件中的一个或多个，接收与UE相关联的会话状态信息。
5.如权利要求1所述的方法，其中，与UE相关联的会话状态信息以预定的间隔接收或者在预定数量的用户事件后接收。
6.如权利要求1所述的方法，其中，
所述备份SGW与一组本地IP地址相关联，该组本地IP地址与同所述主要SGW相关联的IP地址不冲突；
当所述主要SGW发生故障时，所述备份SGW仅管理所述备份SGW的一组本地IP地址；
当所述主要SGW未发生故障时，所述备份SGW管理两组本地IP地址。
7.一种在服务网关SGW中使用的装置，其中所述SGW用于备份主要SGW，所述装置包括：
处理器，其被配置为管理与主要SGW相关联的备份SGW，并被配置为：
周期性地从所述主要SGW接收至少一部分对应UE会话状态信息，所接收的一部分会话状态信息足以使所述备份SGW能够向查询管理实体指示由所述主要SGW支持的具有活动会话的UE；以及
响应于所述主要SGW的故障，承担与所述主要SGW相关联的IP地址和路径的管理，并向移动性管理实体MME发送下行链路数据通知，
其中，所述下行链路数据通知触发所述MME向由发生故障了的主要SGW支持的具有活动会话的UE发送具有再附着请求代码的去附着请求以用于该UE从网络中去附着，并再附着到所述网络。
8.一种用于管理与主要服务网关SGW相关联的备份SGW的装置，包括：
用于周期性地从所述主要SGW接收至少一部分对应UE会话状态信息的装置，所接收的一部分会话状态信息足以使得所述备份SGW能够向查询管理实体指示由所述主要SGW支持的具有活动会话的UE；以及
响应于所述主要SGW的故障，承担与所述主要SGW相关联的IP地址和路径的管理，并向移动性管理实体MME发送下行链路数据通知的装置，
其中，所述下行链路数据通知触发所述MME向由发生故障了的主要SGW支持的具有活动会话的UE具有再附着请求代码的去附着请求以用于该UE从网络中去附着并再附着到所述网络。
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