CN103650552B - WiFi固定无线个人服务 - Google Patents

Abstract

一种用于为无线终端提供到分组核心网络的接入的方法。方法包括将接入点经蜂窝无线电接入网络附接到所述分组核心网络，定义与IP地址空间相关联的子网，以及将所述接入点配置为子网的路由器。随后，对于要经所述接入点接入所述分组核心网络的每个无线终端，执行以下步骤：c) 经接入点对到分组核心网络的无线终端进行鉴权和授权，以及d)在无线终端与分组核心网络之间经接入点交换信令，以便向无线终端分配来自所述IP地址空间的IP地址。

Description

WiFi固定无线个人服务

技术领域

本发明涉及WiFi固定无线个人服务。更具体地说，它涉及使用3GPP作为将移动用户装置互连到蜂窝网络运营商的核心网络的“最后一英里”接入技术的固定无线终端或其它类型的WiFi接入点的使用。

背景技术

“固定无线终端”(FWT)是能够以与例如蜂窝电话、智能电话、USB电子狗(dongle)及诸如此类等标准移动装置差不多相同的方式与蜂窝网络运营商的无线电接入网络进行无线通信的装置。它使用标准鉴权机制连接到蜂窝网络，例如，使用通用集成电路卡(UICC)或订户身份模块(SIM)卡。FWT是固定型，表现在它预期不由人们四处携带。实际上，其移动性可受接入电源的需要和/或其预期用途约束。然而，虽然FWT可固定到建筑物（内部或外部），它也可例如定位在车辆（公共汽车、轿车）或火车上。FWT为用户装置提供（到蜂窝网络的）接入点。FWT一般情况下将使用WiFi与这些用户装置进行无线通信。

在用于电信服务的铜（导线）可用性有限的区域中，FWT提供了问题的有效和较低成本的解决方案，从而提供通信“热点”。只要用户在FWT的范围内，它们便能够接入电信服务。FWT提供的另一令人感兴趣的可能性是遗留（GSM和3G）终端到高容量长期演进(LTE)和高速分组接入(HSPA)网络的连接。在许多区域中，消费者将要用相当长的时间获得LTE或HSPA启用的终端，并且FWT将同时允许蜂窝网络运营商利用LTE和HSPA基础设施的回程能力和灵活性。在此类情形中，FWT提供在WiFi接入与LTE或HSPA接入网络之间的接口。这在图1中以示意图方式示出。

3GPP规范23.402和WiFi联盟热点2.0与到WiFi接入点的固定宽带连接性有关。WiFi接入环境中的接入控制和漫游往往围绕使用EAP-SIM/AKA鉴权的无线因特网服务提供商漫游(WiSPr)和新兴技术建立。除非引入新功能性，否则，对于具有移动接入宽带连接性的FWT，这些解决方案将是效率不足的。FWT后的单独用户由于隐藏在FWT内的NAT后，因此，它们未被移动接入网络看到。可能备选解决方案涉及web登录过程和/或在用户装置与一些中心（例如，VPN）服务器之间的隧穿。然而，此类解决方案可能实现复杂，并且将与现有移动网络体系结构和策略控制（例如，用于计费和QoS目的）集成不佳。

发明内容

本发明的目的是提供允许无线终端经诸如固定无线终端等接入点接入蜂窝网络运营商的分组核心网络的问题的有效解决方案。

根据本发明的一方面，提供了一种为无线终端提供到分组核心网络的接入的方法。方法包括将接入点经蜂窝无线电接入网络附接到所述分组核心网络，定义与IP地址空间相关联的子网，以及将所述接入点配置为子网的路由器。随后，对于要经所述接入点接入所述分组核心网络的每个无线终端，执行以下步骤：

a)对经接入点到分组核心网络的无线终端进行鉴权并且授权，以及

b)在无线终端与分组核心网络之间经接入点交换信令，以便向无线终端分配来自所述IP地址空间的IP地址。

通过将接入点配置为IP路由器，同时将来自核心网络内的IP地址分配到无线终端，在网络运营商要提供分组接入服务时，向它提供增大的控制和灵活性。

无线终端一般是WiFi已启用，并且所述接入点向无线终端提供WiFi热点。接入点可还作为朝向所述蜂窝无线电接入的例如3G或LTE等移动无线终端或固定无线终端。

步骤a)可涉及SIM/AKA和EAP之一。例如，无线终端的鉴权可涉及在无线终端与接入点之间的802.1x交换和在接入点与分组核心网络之间的radius/EAP交换。步骤b)可使得策略规则在分组核心网络内的GGSN/PGW中安装，策略与分配的IP地址有关。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于允许无线终端接入分组核心网络的接入点。接入点包括经蜂窝无线电接入网络附接到分组核心网络的蜂窝无线电控制器和配置成作为用于与IP地址空间相关联的子网的路由器操作的IP路由器。接入点还包括配置成为本地覆盖区域内的无线终端提供无线热点的本地无线电控制器和用于在无线终端与分组核心网络之间中继鉴权信令以及用于在无线终端与分组核心网络之间中继其它信令以便向无线终端分配来自所述IP地址空间的IP地址的信令中继。

接入点可以是提供WiFi服务到本地无线终端的固定无线终端，并且回程由通过3G的高速分组接入HSPA或长期演进LTE蜂窝无线电接入网络提供。

根据本发明的第三方面，提供了一种在分组核心网络内使用的鉴权、授权和记帐AAA服务器。服务器包括用于经蜂窝无线电接入网络对配置成作为用于无线终端的无线热点操作的接入点进行鉴权和授权的第一控制器和用于将接入点的鉴权和授权通知动态主机控制协议DHCP服务器以及用于在DHCP服务器中安装接入点要充当其路由器的子网的IP地址空间的通知器。服务器还包括用于经接入点对单独无线终端进行鉴权和授权的第二控制器。

AAA服务器的第二控制器可配置成向策略控制器发送信号，指示启动接入点中关于经鉴权和授权的无线终端的上行链路过滤器的安装。

附图说明

图1以示意图方式示出涉及带有移动网络宽带输送的固定无线终端的用户装置接入体系结构；

图2以示意图方式示出为经LTE或HSPA回程网络连接用户终端到分组核心网络提供较简单机制的第一用例；

图3示出根据图2的用例的信令流程；

图4以示意图方式示出为经LTE或HSPA回程网络连接用户终端到分组核心网络提供机制的第二用例；

图5示出根据图4的用例的信令流程；

图6以示意图方式示出为经LTE或HSPA回程网络连接用户终端到分组核心网络提供机制的第三用例；

图7示出根据图6的用例的信令流程；

图8以示意图方式示出为经LTE或HSPA回程网络连接用户终端到分组核心网络提供机制的第四用例；

图9示出根据图8的用例的信令流程；

图10示出经加载的GSM接入网络和经具有LTE回程网络的FWT可用的带宽和等待时间速率；

图11是示出用于允许无线终端经固定无线终端连接到分组核心网络的过程的流程图；

图12以示意图方式示出适合与图11的过程一起使用的固定无线终端；以及

图13以示意图方式示出适合与图11的过程一起使用的AAA服务器。

具体实施方式

如上已经讨论的一样，引入具有移动网络宽带输送（例如，HSPA或LTE）的固定无线终端(FWT)对最终用户和网络运营商带有的许多益处。然而，建立在这些运营商管理FWT（图1）后的订户意识是重要的。此处介绍了多个解决方案。这些解决方案尽可能与支持用于鉴权的EAP-SIM/AKA或其它EAP方法的现有用户装置兼容，以及与使用802.1x和EAP方法的WiFi联盟热点2.0工作组内在进行工作的关键组件兼容。

图1以示意图方式示出使用FWT内的NAT并且添加鉴权的较简单解决方案（“用例1”）。[应理解的是，为便于说明，示出了标准特定的某些网络节点和功能。然而，这些节点的等效物将易于明白，并且将理解的是，这些节点和功能可随时间演进和更改。]图中所示是实现IEEE 802.1x WiFi接口的（标准）FWT、LTE/HSPA回程网络（为简明起见，忽略了此网络的细节）、移动网络运营商的分组交换(PS)核心网络内存在的GGSN/PGW、鉴权、授权和记帐(AAA)服务器及归属位置寄存器(HLR)。

在FWT上电时，在FWT与GGSN/PGW之间建立默认分组承载。之后，用于非基于SIM的装置的EAP-SIM/AKA或其它EAP方法能够与FWT一起用作FWT后装置的鉴权器。[这由这些装置中的无线管理器处理。] 此解决方案在FWT后的所有用户之间以共同的服务质量(QoS)及不同FWT能够获得不同QoS类的基于类的QoS共享全部带宽。在此解决方案中，相同FWT内的不同用户不能被赋予不同的QoS类指示符QCI以允许差分分组处理)。然而，带宽管理是用于热点整体，并且不可能按订户进行。此方案也允许较简单的计费模型，例如，基于用于给定用户的WiFi使用的开始和停止，使用Radius记帐（对于基于时间和流量的计费）。不过，解决方案能够扩展以允许成百上千的装置连接到给定FWT。

图3中进一步示出用例1。在FWT上电时采用标准附接过程以便将FWT连接到移动网络和在FWT与PGW（在此图和其它图中识别为“PDNGW”）之间建立默认PDN连接。一旦此操作完成，带有EAP-SIM/AKA或其它EAP方法的802.1x便用于对FWT后的WiFi装置进行鉴权（在与默认PDN连接相关联的承载上捎带）。用于将IP地址提供到装置的DHCP过程以简化方式示出，忽略了DHCP发现。FWT后的所有无线装置经默认承载发送和接收IP分组。

图4中以示意图方式示出第二用例2。此方案同样采用单个承载（即，与默认PDN连接相关联）携带最终用户业务，但在FWT不进行NAT。此解决方案在所有WiFi装置之间以共同端对端(e2e) QoS共享全部带宽。计费规则/基于流的计费和带宽管理能够在每用户的基础上在GGSN/PGW中实行。此解决方案能够同样扩展以允许成百上千的装置连接到给定FWT。

图5中进一步示出用例2。在FWT上电时，PGW配置成指派子网（即，IP地址范围）到FWT。FWT配置成作为路由器操作。一旦此操作完成，带有EAP-SIM/AKA或其它EAP方法的802.1x便用于对FWT后的WiFi装置进行鉴权。FWT使用DHCP中继转发DHCP请求，并且允许运营商网络将DHCP会话绑定到经鉴权的WiFi用户。DHCP服务器已指派UE IP地址时，FWT将Radius记帐消息发送到AAA服务器。AAA服务器将记帐消息转换成Rx消息，并且将此消息发送到PCRF。

允许网络指派IP地址的优点是不要求在每UE的基础上提供FWT。另一方面，网络服务器要配置有要使用的正确IP子网。

Gx接口用于在根据PCC体系结构充当策略计费执行功能(PCEF)的GGSN或PGW中提供用于特定WiFi UE的QoS和计费规则。这些规则由策略和计费规则功能(PCRF)安装。具体而言，PCRF将UE IP地址映射到用于FWT的Gx会话。PCRF将在GGSN/PGW中安装计费规则，带有设成IMSI和/或MSISDN的AF计费标识符和每UE的FWT独特费率组。

对于离线计费，FWT将生成带有每热点用户（每费率群组）分开容器的记帐消息，容器包括流量及用户身份（AF计费标识符）。对于在线计费，用于该FWT的Gy会话将每热点用户（费率群组）生成一个单独信用实例（配额），其中，每个单独配额请求将包含WLAN用户身份（AF计费标识符）。对于在线和离线两种情况，可能要求使用中介装置以便将CDR/Gy消息转换成计费系统理解的格式。

回到图5的信令流程，Radius记帐或DHCP释放用于触发计费记录的关闭和释放指派到UE的IP地址。

图6中以示意图方式示出此处称为用例3的更复杂的解决方案。此解决方案提供另外的承载，这些承载能够用于分离WiFi用户在不同演进分组系统(EPS)承载上，允许不同用户具有不同QoS。专用承载可能由例如网络启动的QoS过程触发，而网络启动的QoS过程由DHCP嗅探、分组检查或策略控制触发，DHCP嗅探、分组检查或策略控制由DHCP鉴权阶段触发。然而，就最多能向FWT建立8个承载而言，用例3受到限制，可能将其使用限于仅8个UE。在相同承载上复用几个用户（带有相同QoS类）可用于增大此容量。通过使用协议配置选项(PCO)扩展或业务流模板(TFT)的智能使用，或者使用在DHCP/AAA服务器与UE之间路径外通信以在FWT中提供用于特定IP地址的上行链路过滤器，能够实现上行链路QoS过滤器。

图7中进一步示出用例3。呼叫流程利用与用例2相同的步骤，直至UE启动的DHCP阶段，并且包括默认PDP连接的建立。从每个WiFi UE使用标准DHCP。DHCP阶段触发为WiFi启用的UE设置专用EPS承载。上行链路过滤器能够例如以两种不同的方式安装在FWT中，即：

●选项1. 从后端服务器在WiFi UE上行链路策略的带外自动置备，例如在用于订户的Radius鉴权上捎带。这将包含要向FWT中专用承载映射的UE IP地址。

●选项2. 作为专用承载设置的一部分通过信号向UE发送的选项的专有扩展或解释的使用。然而，此方案可能更不合需要，这是因为它将可能要求对更低级网络体系结构信令的更改。

一旦专用承载已在核心网络与FWT之间设置，并且上行链路过滤器已在FWT中安装，FWT便将UE IP地址绑定到专用承载。同样地，Radius记帐或DHCP释放用于触发计费记录的关闭和释放指派到UE的IP地址。

图8示出通过为每UE的PDN连接分配与其相关联的一个或多个专用承载，能够在每订户基础上提供完全策略和计费控制(PCC)的用例4。此用例在用户数量方面确实限制可扩展性，使得它更适合高QoS需求服务，不适合广泛可用的热点服务。

图9中进一步示出用例4。同样地，呼叫流程利用与用例2相同的步骤，直至UE启动的DHCP阶段，并且包括默认PDP连接（带有相关联默认承载）的建立。从每个WiFi UE使用标准DHCP。FWT“嗅探”DHCP ACK，并且使用此事件触发与PGW的又一PDN连接设置。作为PDN连接设置的一部分，此方案将为UE提供用于默认承载的独特IP地址。UE可建立与其专用PDN连接相关联的另外承载（图9中未示出）。对于连接断开过程，FWT或网络能够触发PDN连接断开，并且释放相关联的WiFi UE资源。

上述用例由于它们自动进行基于SIM的装置的鉴权，因此，允许带有GSM+WiFi终端的用户利用最新HSPA/LTE增强而不更改终端。终端不受经GSM技术可用的带宽限制。用例允许运营商快速从其在LTE和HSPA基础设施中的投资中受益。这在图10中示出，图10将使用这些用例时可用的带宽和等待时间速率与经常规GSM体系结构可用的带宽和等待时间速率进行对比。

图11是示出用于将无线终端(UE)经FWT附接到分组核心网络的过程中的各种步骤的流程图。在步骤S1，FWT上电并且通过使用标准附接过程，经蜂窝RAN附接到分组核心网络。在步骤S2，核心网络定义与IP地址空间相关联的子网，并且将FWT（接入点）配置为用于该子网的路由器。

随后，在步骤S3，无线终端启动分组核心网络连接。鉴权和授权信令在无线终端与核心网络之间经FWT交换，S4，以对终端进行鉴权和授权。在步骤S5，无线终端随后与核心网络交换信令，以便从子网范围分配IP地址到无线终端。在步骤S6，由核心网络将关于无线终端的上行链路分组过滤器安装到FWT。终端随后能够开始经FWT发送和接收分组数据。

现在参照图12，此图以示意图方式示出适合与上述接入过程一起使用的接入点(FWT) 1。蜂窝无线电控制器2提供用于允许FWT经蜂窝无线电接入网络附接到分组核心网络。与蜂窝无线电控制器2耦合的是IP路由器3，该路由器配置成作为用于与IP地址空间相关联的子网的路由器操作。相应耦合到IP路由器3的是本地无线电控制器4，该控制器配置成为本地覆盖区域内的无线终端提供无线热点。在蜂窝无线电控制器2与本地无线电控制器4之间耦合的是信令中继5。此信令中继5在无线终端与分组核心网络之间中继鉴权信令及在无线终端与分组核心网络之间中继其它信令以便向无线终端分配来自所述IP地址空间的IP地址。将领会的是，图12中示出的功能实体可在实践中由相应处理器和存储器实现，或者可使用共享处理器和存储器实现。

图13以示意图方式示出配置在分组核心网络内使用以便允许实现上述过程的AAA服务器6。服务器6包括第一控制器，第一控制器用于经蜂窝无线电接入网络对配置成作为用于无线终端的无线热点操作的接入点进行鉴权和授权。服务器也包括通知器8，通知器用于将接入点的鉴权和授权通知DHCP服务器，以及用于在DHCP服务器中安装接入点要充当其路由器的子网的IP地址空间。此外，并且第二控制器9提供用于经接入点对单独无线终端进行鉴权和授权。将领会的是，图13中示出的功能实体可在实践中由相应处理器和存储器实现，或者可使用共享处理器和存储器实现。

本领域的技术人员将领会，在不脱离本发明范围的情况下，可对上述实施例进行各种修改。

Claims (22)

1.一种用于为无线终端提供到分组核心网络的接入的方法，所述方法包括：

经蜂窝无线电接入网络将接入点附接到所述分组核心网络；

定义与IP地址空间相关联的子网，并且将所述接入点配置为所述子网的路由器；

对于要经所述接入点接入所述分组核心网络的每个无线终端，

a) 经所述接入点对到所述分组核心网络的无线终端进行鉴权和授权，以及

b)在所述无线终端与所述分组核心网络之间经所述接入点交换信令，以便向所述无线终端分配来自所述IP地址空间的IP地址。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述接入点是WiFi接入点，并且所述无线终端使用WiFi协议与所述接入点进行通信。

3.如权利要求1或2所述的方法，其中所述蜂窝无线电接入网络利用通过3G的高速分组接入HSPA或长期演进LTE。

4.如权利要求1或2所述的方法，其中步骤a)利用所述分组核心网络中的鉴权、授权和记帐AAA服务器。

5.如权利要求4所述的方法，其中步骤a)使用EAP-SIM/AKA或另一基于EAP的协议。

6.如权利要求5所述的方法，其中步骤a)包括在所述无线终端与所述接入点之间的802.1x交换和在所述接入点与所述AAA服务器之间的radius/EAP交换。

7.如权利要求1或2所述的方法，其中步骤b)包括在所述无线终端与所述接入点之间和在所述接入点与所述分组核心网络中的动态主机控制协议DHCP功能之间DHCP信令的交换。

8.如权利要求1或2所述的方法，其中将所述接入点附接到所述分组核心网络的所述步骤包括在所述接入点与所述分组核心网络的分组网关之间建立PDN连接和默认承载，所述方法还包括在所述接入点在每个经鉴权的无线终端与所述分组核心网络之间经所述默认承载路由所有分组。

9.如权利要求1或2所述的方法，其中将所述接入点附接到所述分组核心网络的所述步骤包括在所述接入点与所述分组核心网络的分组网关之间建立PDN连接，所述方法包括在无线终端的鉴权后，为该无线终端建立与所述PDN连接相关联的专用承载，并且在所述无线终端与所述分组核心网络之间经所述专用承载路由所有分组。

10.如权利要求1或2所述的方法，其中将所述接入点附接到所述分组核心网络的所述步骤包括在所述接入点与所述分组核心网络的分组网关之间建立PDN连接，所述方法包括在无线终端的鉴权后，在所述接入点与所述分组核心网络之间为该终端建立专用PDN连接，建立与该专用PDN连接相关联的一个或多个专用承载，以及在所述无线终端与所述分组核心网络之间经所述专用承载路由所有分组。

11.如权利要求1或2所述的方法，并且包括为每个经授权无线终端在所述分组核心网络的分组网关中安装策略，策略基于在步骤b)中分配的所述IP地址应用到下行链路分组。

12.如权利要求1或2所述的方法，并且包括为每个经授权无线终端在所述接入点中安装策略，策略基于在步骤b)中分配的所述IP地址应用到上行链路分组。

13.如权利要求11所述的方法，其中步骤a)利用所述分组核心网络中的鉴权、授权和记帐AAA服务器，并且其中安装策略的所述步骤由到策略计费规则功能PCRF的所述AAA服务器信令触发，所述PCRF又在所述分组网关和/或接入点中安装所述策略。

14.一种用于允许无线终端接入分组核心网络的接入点，并且包括：

蜂窝无线电控制器，用于经蜂窝无线电接入网络附接到分组核心网络；

IP路由器，配置成作为用于与IP地址空间相关联的子网的路由器操作；

本地无线电控制器，配置成为本地覆盖区域内的无线终端提供无线热点；以及

信令中继，用于在无线终端与所述分组核心网络之间中继鉴权信令以及用于在所述无线终端与所述分组核心网络之间中继其它信令以便向所述无线终端分配来自所述IP地址空间的IP地址。

15.如权利要求14所述的接入点，其中所述本地无线电控制器配置成提供WiFi热点。

16.如权利要求14或15所述的接入点，所述接入点是固定无线终端，并且所述蜂窝无线电控制器配置成使用通过3G的高速分组接入HSPA或长期演进LTE通信协议与所述蜂窝无线电接入网络相互操作。

17.如权利要求14或15所述的接入点，所述信令中继配置成采用与所述无线终端的802.1x交换和与所述分组核心网络内AAA服务器的radius/EAP交换。

18.如权利要求14或15所述的接入点，所述IP路由器配置成在所述无线终端与所述分组核心网络之间经在所述接入点附接到所述分组核心网络时通过所述蜂窝无线电接入网络建立的单个默认承载路由所有分组。

19.如权利要求14或15所述的接入点，所述IP路由器配置成在所述无线终端与所述分组核心网络之间经通过所述蜂窝无线电接入网络建立的默认PDN连接相关联的相应专用承载路由分组。

20.如权利要求14或15所述的接入点，所述IP路由器配置成在所述无线终端与所述分组核心网络之间经通过所述蜂窝无线电接入网络建立的相应PDN连接相关联的相应专用承载路由分组。

21.一种在分组核心网络内使用的鉴权、授权和记帐AAA服务器，并且包括：

第一控制器，用于经蜂窝无线电接入网络对配置成作为用于无线终端的无线热点操作的接入点进行鉴权和授权；

通知器，用于将所述接入点的所述鉴权和授权通知动态主机控制协议DHCP服务器，以及用于在所述DHCP服务器中安装所述接入点要充当其路由器的子网的IP地址空间；以及

第二控制器，用于经所述接入点对单独无线终端进行鉴权和授权。

22.如权利要求21所述的服务器，其中所述第二控制器配置成向策略控制器发送信号，指示启动所述接入点中关于所述经鉴权和授权的无线终端的上行链路过滤器的安装。