CN104244330A - 一种平衡epc网关负载的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种平衡EPC网关负载的方法，包括：宏基站接收第一核心网发送过来的第一核心网过载信息；宏基站通过X2接口与small cell基站建立连接链路；宏基站将终端的连接请求信息通过X2接口发送至small cell基站；small cell基站建立终端的上下文承载通道；small cell基站建立与所述small cell基站连接的第二核心网和终端间的连接；终端通过X2接口和small cell基站与所述第二核心网进行通讯传输。解决连接宏基站的核心网负载过大甚至超载而导致用户终端无法接入的问题。本发明不仅能够很好的降低连接宏基站的核心网的网关负载；而且还能保证请求建立连接的用户终端都能接入网络进行通讯传输；进一步的，还能充分利用宏基站空口资源和small cell基站多余的上层承载资源。

Description

一种平衡EPC网关负载的方法

技术领域

本发明涉及移动通信技术，具体说的是一种平衡EPC网关负载的方法。

背景技术

在移动通讯领域中，EPS(Evolved Packet System，演进分组域系统)正在逐步发展。EPS系统主要包括E-UTRAN(Evolved Universal Terrestrial Radio AccessNetwork，演进的通用陆地无线接入网络)和EPC(Evolved Packet Core，演进的分组核心网)两部分。该系统的EPC能够支持用户从GERAN(GSMEDGE radioaccess network，GSM EDGE无线接入网)和UTRAN(Universal Terrestrial RadioAccess Network，通用陆地无线接入网)的接入。在EPC分组核心网中，包含了HSS(Home Subscriber Server，归属用户数据服务器)、MME(Mobility ManagementEntity，移动性管理单元)、S-GW(Serving Gateway，服务网关)、P-GW(PDNGateway，分组数据网络网关)、SGSN(Serving GPRS Support Node，服务GPRS支持节点)和PCRF(Policy and Charging EnforcementFunction，策略与计费规则功能实体)。

在LTE大规模组网的情况下，随带着用户终端量也出出现爆发性增长，而受限于LTE系统的扁平化网络特性，使得LTE网络中负载的均衡成为全系统的重要问题。LTE核心网虽然管理有多个的宏基站，但是如果存在大量终端用户需要入网连接的情况下，势必造成LTE核心网网关的超载，经常会出现连接宏基站的核心网由于负载负荷多大，将不允许新的终端用户接入，直接造成基站和EPC流量负载加重，甚至出现超载现象，在这种前提下，需要更多的是系统的合作。因此，有必要提供一种能平衡EPC网关负载的方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种平衡EPC网关负载的方法，解决连接宏基站的核心网负载过大甚至超载而导致用户终端无法接入的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种平衡EPC网关负载的方法，包括：

宏基站接收第一核心网发送过来的第一核心网过载信息；

宏基站通过X2接口与small cell基站建立连接链路；

宏基站将终端的连接请求信息通过X2接口发送至small cell基站；

small cell基站建立终端在smallcell基站上的承载通道；

small cell基站建立与所述small cell基站连接的第二核心网和终端间的连接；

终端通过X2接口和small cell基站与所述第二核心网进行通讯传输。

本发明的有益效果在于：区别于现有技术的LTE网络在用户终端激增的情况下势必造成核心网网关的超载，导致用户终端无法接入核心网进行通讯传输的不足。本发明通过X2接口建立宏基站与small cell基站的连接链路后，利用宏基站的空口资源，将宏基站等待连接的用户终端经X2接口连接small cell基站后与small cell基站的核心网进行通讯传输，实现对宏基站连接的核心网网关的负载均衡。本发明不仅能够很好的降低连接宏基站的核心网的网关负载；而且还能保证请求建立连接的用户终端都能接入网络进行通讯传输；进一步的，还能充分利用宏基站空口资源和small cell基站多余的上层承载资源。

附图说明

图1为本发明一实施例一种平衡EPC网关负载的方法的基本流程图；

图2为本发明一实施例一种平衡EPC网关负载的方法中宏基站、small cell基站与第二核心网之间的交互流程图；

图3为本发明一实施例一种平衡EPC网关负载的方法的网络拓扑图。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

本发明最关键的构思在于：宏基站通过X2接口建立与small cell基站的连接链路后，通过连接small cell基站的核心网对接入宏基站的终端业务进行分流，平衡连接宏基站核心网的网关负载。

本发明涉及英文对照中文表：

请参照图1至图3，本发明提供一种平衡EPC网关负载的方法，包括：

宏基站接收第一核心网发送过来的第一核心网过载信息；

宏基站通过X2接口与small cell基站建立连接链路；

宏基站将终端的连接请求信息通过X2接口发送至small cell基站；

small cell基站建立终端的上下文承载通道；

small cell基站建立与所述small cell基站连接的第二核心网和终端间的连接；

终端通过X2接口和small cell基站与所述第二核心网进行通讯传输。

smallcell组网中包括SeGW和路由器，smallcell基站分别通过SeGW安全网关和路由器的通信路径后接入第二核心网。

从上述描述可知，本发明的有益效果在于：本发明通过X2接口建立宏基站与small cell基站的连接链路后，利用宏基站的空口资源，将宏基站等待连接的用户终端经X2接口连接small cell基站后与small cell基站的核心网进行通讯传输，实现对宏基站连接的核心网网关的负载均衡。本发明不仅能够很好的降低连接宏基站的核心网的网关负载；而且还能保证请求建立连接的用户终端都能接入网络进行通讯传输；进一步的，还能充分利用宏基站空口资源和small cell基站上多余的上层承载资源。

进一步的，所述“宏基站将终端的请求信息通过X2接口发送至small cell基站”包括请求初始化终端的过程：

宏基站通过X2接口发送终端的连接请求信息至small cell基站，所述终端的连接请求信息包括X2接口终端标识信息和宏基站组配的初始化终端消息，所述初始化终端消息包括eNB UE S1AP ID1和非接入层消息；

small cell基站接收所述连接请求信息后创建新的终端信息，所述新的终端信息包括重新分配给终端的eNB UE S1AP ID2；

建立宏基站中的终端信息和small cell基站中新的终端信息的映射关系；

将所述eNB UE S1AP ID2填充到所述初始化终端消息消息中的eNB UES1AP ID1，生成初始化终端信息后发送至第二核心网。

需要说明的是，所述X2接口终端标识信息在宏基站和small cell基站间起到标识终端信息的作用，在上述步骤中，用于告知small cell基站预留下资源分配给终端。所述S1AP消息是由宏基站组配的标准的S1AP消息InitialUeMessage，含有eNB UE S1AP ID、NAS PDU(非接入层消息Attach Request)、跟踪区标识、小区标识和无线连接原因等。

进一步的，所述“宏基站将终端的请求信息通过X2接口发送至small cell基站”还包括鉴权请求的过程：

第二核心网下发下行非接入层传输信息至small cell基站，所述下行非接入层传输信息包括基站S1应用协议层终端标识2；

small cell基站根据所述映射关系找到对应所述宏基站的基站S1应用协议层终端标识1，用基站S1应用协议层终端标识1替换基站S1应用协议层终端标识2生成X2接口下行非接入层传输信息发送至宏基站；

宏基站将所述鉴权请求信息转发至终端；

终端发送回应信息至small cell基站，所述回应信息包括X2接口终端标识信息、上行非接入层传输信息和非接入层消息鉴权响应；

small cell基站根据回应信息中的X2接口终端标识信息找到对应的基站S1应用协议层终端标识2填充到上行非接入层传输信息中发送至第二核心网。

进一步的，所述“宏基站将终端的请求信息通过X2接口发送至small cell基站”之后包括终端能力信息传输的过程：

宏基站将终端的能力信息发送至small cell基站，所述能力信息包括终端能力信息指示消息和X2接口终端标识信息；

small cell基站根据所述X2接口终端标识信息找到对应的基站S1应用协议层终端标识2，并将所述基站S1应用协议层终端标识2填充到终端能力信息指示中发送至第二核心网。

进一步的，所述“small cell基站建立终端的上下文承载通道”包括

第二核心网发送初始化上下文建立消息至所述small cell基站，所述初始化上下文建立消息包括承载上下文信息、基站S1应用协议层终端标识2、终端聚合最大速率、ERAB Setup列表、安全能力和安全key；

small cell基站根据所述初始化上下文建立消息中的承载上下文信息建立承载信息和分配终端高层资源，所述终端高层资源包括GTPU隧道资源中的GTPUTEID2和small cell基站的传输层地址；

根据所述映射关系找到对应宏基站的基站S1应用协议层终端标识1，并用所述基站S1应用协议层终端标识1替代所述基站S1应用协议层终端标识2生成X2接口初始化上下文建立请求消息发送至宏基站；

宏基站根据对应X2接口终端标识信息找到对应的终端上下文进行处理，完成接入层的加密和完整性保护配置后；

宏基站发送所述X2接口初始化上下文建立回应消息至small cell基站，所述X2接口初始化上下文建立回应消息包括X2接口终端标识信息和初始化上下文建立回应消息，所述初始化上下文建立回应消息中包括带有宏基站分配GTPUTEID1和传输层地址的ERAB建立列表；

small cell基站根据所述X2接口终端标识信息找到对应的终端上下文；

将所述基站S1应用协议层终端标识2替换所述初始化上下文建立回应消息的基站S1应用协议层终端标识1，并将所述ERAB建立列表中的所述GTPUTEID1和传输层地址替换为所述small cell基站重新分配的GTPU TEID2和传输层地址后生成初始化上下文建立回应发送至第二核心网。

所述GTPU TEID2为GTPU隧道中标识一条数据通道的标识，流程结束后，进行数据的传输，填写在GTPU报文的头部。

进一步的，所述“终端通过X2接口和small cell基站与所述第二核心网进行通讯传输”包括：

small cell基站收到来自第二核心网的下行数据；

根据所述下行数据中的GTPU TEID2找到对应的所述终端的上下文信息，由上下文信息得到宏基站分配的GTPU TEID1；

将所述下行GTPU报文中的TEID修改为所述宏基站分配的GTPU TEID1后，转发X2接口下行数据指示消息至宏基站，所述X2接口下行数据指示(消息包括下行GTPU协议数据单元；

宏基站接收所述X2接口下行数据指示消息后解析出所述GTPU报文中的TEID1后将所述GTPU数据包中的IP数据发送至终端；

宏基站接收到终端的上行数据后发送至small cell基站，所述上行数据中包括GTPU报文；

small cell基站接收所述上行数据后，解析所述GTPU报文得到GTPUTEID1；

根据所述GTPU TEID1找到终端在small cell基站的上下文信息，由上下文信息得到small cell基站分配的GTPU TEID2，填入所述GTPU报文对应位置后发送至第二核心网。

所述GTPU协议数据单元，其中包含GTPU的控制包头和具体的IP数据报文。

本发明的实施例一为：

终端开机进行接入网络，而此时的连接宏基站的第一核心网因为载荷大，已经不允许接入新的终端用户，这时宏基站将接收来自第一核心网的过载指示，造成宏基站不能接入终端，这时宏基站和可能还没有达到满负荷运转，此时，宏基站的高层控制，将终端用户的请求消息，通过宏基站和small cell基站建立起来的链路，发送到small cell基站的高层处理，small cell基站的高层将创建此终端用户的上下文，建立起与small cell基站连接的第二核心网间的连接。从而使得，新的终端用户的业务数据首先通过X2接口，然后经过small cell基站到第二核心网的GTPU通道，达到互通，从而实现分流连接宏基站的第一核心网网关业务的目的，做到负载均衡。

上述具体的过程如下：

一、宏基站获得过载信息

连接宏基站的核心网过载，通知宏基站不能再接入终端，此时如果宏基站收到来自终端的接入请求，将请求经过X2接口转发给small cell，经过small cell进行终端的接入。

二、宏基站通过X2接口终端接入

宏基站通过X2接口向small cell基站发送终端建立消息X2_UE_SETUP_REQUEST,消息中带有X2接口终端标识信息X2UeIndex，此索引在两个基站间唯一标识终端信息，此消息的用途在于告知small cell预留下资源分配给终端。

三、初始终端请求

1、建立宏基站终端信息和small cell基站中终端的映射之后，组配发起初始化用户设备消息(X2InitialUeMessage)，此消息中的信息包括X2UeIndexX2接口终端标识信息和由宏基站组配的标准的S1AP消息InitialUeMessage，含有eNBUE S1AP ID1，NAS PDU(非接入层消息Attach Request)，跟踪区标识，小区标识，无线连接原因等。

2、small cell基站收到后，分配新的eNB UE S1AP ID2，建立与X2InitialUeMessage中带有的eNB UE S1AP ID1，以及X2UdeIndex之间的映射，并将eNB UE S1AP ID2替换InitialUeMessage消息中eNB UE S1AP ID1，发送始化用户设备消息(InitialUeMessage)到核心网。

四、鉴权请求

1、核心网下发DownLinkNASTransport消息到small cell，根据消息中的eNBS1AP UE ID2找到对应宏站的eNB UE S1AP ID1，将消息中的eNB UE S1APID2替换为eNB UE S1AP ID1，经过X2接口，将X2_DOWNLINK_NAS_MESSAGE_TRANSFER(Authetication Request)发送给宏基站。此消息其中包含对应的X2UeIndex和DownLinkNasTrasport消息，DownLinkNasTrasport消息中携带有非接入层的Authetication Request消息。

2、宏基站收到来自X2接口的X2_DOWNLINK_NAS_MESSAGE_TRANSFER(Authetication Request)。由宏基站将Authetication Request转发给终端。

3、终端回应Authetication Response消息给核心网，经过宏基站的X2_UPLINK_NAS_MESSAGE_TRANSFER(Authetication Response)发送给small cell，此消息带有X2UeIndex和UpLinkNasTransport消息，其中包含有非接入层消息Authetication Response。

4、Small Cell根据X2_UPLINK_NAS_MESSAGE_TRANSFER中的X2UeIndex找到对应的eNB UE S1AP ID2，填充到UpLinkNasTransport(Authetication Response)中，将其发送给核心网。

五、终端能力信息传输

1、宏基站将终端能力信息通过X2_UE_CAPBILITY_INFOMATION_IND发送给small cell,此消息包含有UE CAPABILITY INFO INDICATION消息，X2UeIndex。

2、SmallCell收到X2_UE_CAPBILITY_INFOMATION_IND，根据X2UeIndex找到对应的eNB UE S1AP ID2,将eNB UE S1AP ID2填充到UE CAPABILITYINFO INDICATION中，将UE CAPABILITY INFO INDICATION发送给核心网。

六、初始终端上下文建立

1、核心网发送初始化上下文建立(InitialContextSetup)消息，通知small cell基站建立承载信息。此消息中包含有UE AMBR，ERAB Setup列表，安全能力，安全key。Small cell根据消息中的承载上下文信息，建立承载信息，分配终端高层资源，包括GTPU隧道资源中的GTPU TEID2和small cell的传输层地址。根据InitialContextSetup中的eNB UE S1AP ID2找到对应宏站的eNB UE S1APID1，将消息中的eNB UE S1AP ID2替换为eNB UE S1AP ID1，然后组配X2InitialContextSetupRequest消息给宏基站。

2、宏基站收到来自small cell的X2InitialContextSetupRequest，宏基站根据对应X2UeIndex找到对应的终端上下文进行处理，完成接入层的加密和完整性保护配置。

3、宏基站发送X2InitialContextSetupResponse消息给small cell，消息中带有X2UeIndex和InitialContextSetupResponse消息。InitialContextSetupResponse中包含ERAB建立列表，里面带有宏基站分配的GTPU TEID1和传输层地址。

4、Small cell收到X2InitialContextSetupResponse之后，根据消息中的X2UeIndex找到对应的终端上下文，将eNB UE S1AP ID2替换InitialContextSetupResponse消息中的eNB UE S1AP ID1，并且将ERAB建立列表中的GTPU TEID1和传输层地址替换为small cell分配的GTPU TEID2和传输层地址，然后将InitialContextSetupResponse发送给核心网。

5、宏站收到来自终端的Attach Complet消息，组配X2UpLinkNasTransport消息给small cell。消息中包含有X2UeIndex，UpLinkNasTransport消息，其中包含有Attach Complete消息。

七、终端建立响应

Small cell收到X2UpLinkNasTransport之后，根据X2UeIndex找到对应的终端上下文，将消息中的UpLinkNasTransport中的eNB UE S1AP ID1替换为eNBUE S1AP ID2，然后发送UpLinkNasTransport给核心网。

八、数据收发过程

1、Small cell收到来自核心网的下行数据，首先根据数据包中的GTPU TEID2找到终端上下文，由上下文中得到宏站分配的GTPU TEID1，然后将下行GTPU报文中的GTPU TEID2替换为宏站分配的GTPU TEID1，转发X2DownLinkDataInd给通过宏站，消息中带有GTPU数据报文。

2、宏站根据收到的X2DownLinkDataInd，解析出GTPU数据报文中的GTPUTEID1，将数据发送给终端。

3、宏基站将收到的终端的上行数据包，通过X2UpLinkDataInd发送给SmallCell，消息中带有GTPU数据报文。

4、Small cell收到来自宏站的X2UpLinkDataInd，根据GTPU数据报文中解析出GTPU TEID1找到终端上下文，得到Small cell分配的GTPU TEID2，填入报文的对应字段，发送给核心网。

综上所述，本发明提供的一种平衡EPC网关负载的方法，通过X2接口建立宏基站与small cell基站的连接链路后，利用宏基站的空口资源，将宏基站等待连接的用户终端经X2接口连接small cell基站后与small cell基站的核心网进行通讯传输，实现对宏基站连接的核心网网关的负载均衡。本发明不仅能够很好的降低连接宏基站的核心网的网关负载；而且还能保证请求建立连接的用户终端都能接入网络进行通讯传输；进一步的，还能充分利用宏基站和small cell基站上多余的空口资源，使得资源得到更加充分的利用，达到网络的最大利用率，为运营商解决资源分配问题，并尽可能的降低运营成本。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种平衡EPC网关负载的方法，其特征在于，包括：

宏基站接收第一核心网发送过来的第一核心网过载信息；

宏基站通过X2接口与small cell基站建立连接链路；

宏基站将终端的连接请求信息通过X2接口发送至small cell基站；

small cell基站建立终端在smallcell基站上的承载通道；

small cell基站建立与所述small cell基站连接的第二核心网和终端间的连接；

终端通过X2接口和small cell基站与所述第二核心网进行通讯传输。

2.根据权利要求1所述的一种平衡EPC网关负载的方法，其特征在于，所述“宏基站将终端的请求信息通过X2接口发送至small cell基站”包括请求初始化终端的过程：

宏基站通过X2接口发送终端的连接请求信息至small cell基站，所述终端的连接请求信息包括X2接口终端标识信息和宏基站组配的初始化终端消息，所述初始化终端消息包括基站S1应用协议层终端标识1和非接入层消息；

small cell基站接收所述连接请求信息后创建新的终端信息，所述新的终端信息包括重新分配给终端的基站S1应用协议层终端标识2；

建立宏基站中的终端信息和small cell基站中新的终端信息的映射关系；

将所述基站S1应用协议层终端标识2替换所述初始化终端消息中的基站S1应用协议层终端标识1，生成初始化终端信息后发送至第二核心网。

3.根据权利要求2所述的一种平衡EPC网关负载的方法，其特征在于，所述“宏基站将终端的请求信息通过X2接口发送至small cell基站”还包括鉴权请求的过程：

第二核心网下发下行非接入层传输信息至small cell基站，所述下行非接入层传输信息包括基站S1应用协议层终端标识2；

small cell基站根据所述映射关系找到对应所述宏基站的基站S1应用协议层终端标识1，用基站S1应用协议层终端标识1替换基站S1应用协议层终端标识2生成x2接口下行非接入层传输信息发送至宏基站；

宏基站将所述鉴权请求信息转发至终端；

终端发送回应信息至small cell基站，所述回应信息包括X2接口终端标识信息、上行非接入层传输信息和非接入层消息鉴权响应；

small cell基站根据回应信息中的X2接口终端标识信息找到对应的基站S1应用协议层终端标识2填充到上行非接入层传输信息中发送至第二核心网。

4.根据权利要求1所述的一种平衡EPC网关负载的方法，其特征在于，所述“宏基站将终端的请求信息通过X2接口发送至small cell基站”之后包括终端能力信息传输的过程：

宏基站将终端的能力信息发送至small cell基站，所述能力信息包括终端能力信息指示消息和X2接口终端标识信息；

small cell基站根据所述X2接口终端标识信息找到对应的基站S1应用协议层终端标识2，并将所述基站S1应用协议层终端标识2填充到终端能力信息指示中发送至第二核心网。

5.根据权利要求4所述的一种平衡EPC网关负载的方法，其特征在于，所述“small cell基站建立终端的上下文承载通道”包括：

第二核心网发送初始化上下文建立消息至所述small cell基站，所述初始化上下文建立消息包括承载上下文信息、基站S1应用协议层终端标识2、终端聚合最大速率、ERAB Setup列表、安全能力和安全key；

small cell基站根据所述初始化上下文建立消息中的承载上下文信息建立承载信息和分配终端高层资源，所述终端高层资源包括GTPU隧道资源中的GTPUTEID2和small cell基站的传输层地址；

根据所述映射关系找到对应宏基站的基站S1应用协议层终端标识1，并用所述基站S1应用协议层终端标识1替代所述基站S1应用协议层终端标识2生成X2接口初始化上下文建立请求消息发送至宏基站；

宏基站根据对应X2接口终端标识信息找到对应的终端上下文进行处理，完成接入层的加密和完整性保护配置后；

宏基站发送所述X2接口初始化上下文建立回应消息至small cell基站，所述X2接口初始化上下文建立回应消息包括X2接口终端标识信息和初始化上下文建立回应消息，所述初始化上下文建立回应消息中包括带有宏基站分配GTPUTEID1和传输层地址的ERAB建立列表；

small cell基站根据所述X2接口终端标识信息找到对应的终端上下文；

将所述基站S1应用协议层终端标识2替换所述初始化上下文建立回应消息的基站S1应用协议层终端标识1，并将所述ERAB建立列表中的所述GTPUTEID1和传输层地址替换为所述small cell基站重新分配的GTPU TEID2和传输层地址后生成初始化上下文建立回应发送至第二核心网。

6.根据权利要求4所述的一种平衡EPC网关负载的方法，其特征在于，所述“终端通过X2接口和small cell基站与所述第二核心网进行通讯传输”包括：

small cell基站收到来自第二核心网的下行数据；

根据所述下行数据中的GTPU TEID2找到对应的所述终端的上下文信息，由上下文信息得到宏基站分配的GTPU TEID1；

将所述下行GTPU报文中的TEID修改为所述宏基站分配的GTPU TEID2后，转发X2接口下行数据指示消息至宏基站，所述X2接口下行数据指示(消息包括下行GTPU协议数据单元；

宏基站接收所述X2接口下行数据指示消息后解析出所述GTPU报文中的TEID1后将所述GTPU数据包中的IP数据发送至终端；

宏基站接收到终端的上行数据后发送至small cell基站，所述上行数据中包括GTPU报文；

small cell基站接收所述上行数据后，解析所述GTPU报文得到GTPUTEID1；

根据所述GTPU TEID1找到终端在small cell基站的上下文信息，由上下文信息得到small cell基站分配的GTPU TEID2，填入所述GTPU报文对应位置后发送至第二核心网。