CN104380834A - 用于移动通信网络架构优化的网关选择 - Google Patents

Abstract

一种移动通信网络系统的网关控制装置，其是根据第一协议的信令消息的终止点，检测（S2a）经由第一网络技术的接口来自移动性管理实体的第一选择请求，其选择网关控制装置，用于在移动通信网络系统中、在第一协议的实体和第二协议的网络之间传送用户数据。基于检测的第一选择请求，所述网关控制装置从用于传送用户数据的多个分布式网关设备中选择（S3）分布式网关设备，并且经由独立于第一网络技术的第二网络技术的接口提供（S6a）选择分布式网关设备的第二选择请求。

Description

用于移动通信网络架构优化的网关选择

技术领域

本发明涉及用于移动通信网络架构优化的网关选择。

背景技术

用于在本说明书中使用的缩写的如下含义适用：

APN 接入点名称

BS 基站

CAPEX 基本建设费用

CDN 内容递送网络

CP 控制平面

EPC 演进分组核心（在EPS中）

EPS 演进分组系统，LTE RAN和EPC

GPRS 通用分组无线电服务

GTP GPRS隧道协议

GW 网关，S/P-GW

HW 硬件

IETF 互联网工程任务组

IP 互联网协议

NAS 非接入层：MME和UE之间的信令

SGW 服务GW

PGW PDN GW

LTE 长期演进

MME 移动性管理实体

NW 网络

OAM 操作，管控和管理

PDN 分组数据网络

RAN 无线电接入网络

SIPTO 选择性的IP业务卸载

TEID 隧道端点标识符

UE 用户装备，移动设备

UL，DL 上行链路，下行链路

UP 用户平面。

为了应对移动网络的正在进行的和预测的成指数的数据业务增长，在不同的研究活动中提出了用于EPC网络架构的优化。集中于下列技术：

1．移动性锚（anchor）和网关功能（GW）的分布

- 更直接/优化的路由减少业务等待时间并节省输送成本，特别是对于本地业务（高速缓存、CDN、移动到移动业务）。

2．网络管理和控制功能的集中化

- 这有助于降低总体系统的运营成本和CAPEX二者。根据EPC版本8架构，控制（MME）和用户平面（S/PGW）已经被拆分。　

- 集中化意味着到运营商后端和管理系统的较少接口，这结果产生较少的受管理对象。如果其它网络功能/节点的数量增加，则特别需要集中化，如同在如上所提及的分布式GW的情况中。　

- 经集中化的控制器可以结果产生更高的HW利用，如同在云计算环境中那样。

3．网络虚拟化和可编程网络

- 这预示未来网络的成本效率，例如由于网络共享所引起的。　

- Open Flow​​协议被设计为标准化输送网络中的控制和用户平面功能的进一步分离，其可以允许进一步的成本节约：

　○ 用于路由和交换的网络节点可以变得不太昂贵，因为它们只提供简单的标准化功能性。　

　○ 可以集中化控制平面，这进而允许：

　　■ 对于运营商而言不太昂贵的网络管理；

　　■ 使用整个网络视图的信息的决策。　

- 输送网络的控制平面可以与移动网络控制功能协作/可以与之组合，这允许资源使用的进一步优化。

图1以简化方式示出当前的EPC网络架构。S1-C和S11是RAN和MME之间以及MME和GW之间的CP接口，以经由S1-U接口来设置和控制网络内部的用户数据会话和GTP隧道。SGi是用户IP分组经由其而被传送的IP网络（例如互联网）与GW之间的接口。DNS服务器是用于由MME选择GW的主要支持功能。DNS查询包含由UE使用的用于数据连接的APN，并且可以用其它信息来增强，如同作为UE的位置信息的TAC/eNodeB-ID。在图1中，虚线示出控制/信令业务，并且实线示出用户IP分组业务。

为了进一步演进EPC，可以使用如上所提到的不同技术。这包括集中化当前分布在GW中的控制功能、新的移动性过程（例如用于GW重定位）或者使用OpenFlow以更加动态地改变网络中的路由。

在当前架构的情况下，这将高度影响作为用于集中化移动性管理的天然场所的MME。它将增加对于引入新的和更革命性的网络概念的障碍，因为将用许多新的功能性来增强已经非常复杂的系统。

运营商可能还关注网络稳定性，并且需要用于新和旧功能性的更清晰的分离。该分离还将服务用于多供应商场景，其中MME和GW可以由不同的供应商提供。对于引入这样的新技术的挑战是要允许逐步的网络更新，例如仅在特定区域中。并且为了避免需要升级网络的所有组件，例如保持改变受限于核心网络并且保持与无线电网络（eNB）相兼容。

在最近的3GPP版本规范中，MME负责GW选择以及eNB和GW之间连接（GTP隧道）的建立。

在3GPP版本10特征“SIPTO”的帮助下，MME能够以更加分布式的方式、取决于UE位置而选择GW。

发明内容

本发明目的在于促进移动通信网络系统中当前经集中化的（例如MME）功能性和新的经集中化的网络功能性的组合。

这是由如所附权利要求中限定的方法和装置实现的。本发明还可以由计算机程序产品实现。

根据本发明的实施例，在移动通信网络系统中提供中央GW控制器，其执行增强的GW选择。

根据本发明的至少一个实施例，使得能够在由中央GW控制器控制的分布式GW之中引入新GW选择和移动性管理过程，而无需升级MME。只有DNS数据库需要被更新。

在下文中，将通过本发明的实施例、参照附图来描述本发明。

附图说明

图1示出图示了当前EPC架构的示意图。

图2示出图示了根据本发明的示例性实施例的包括中央控制器“GW控制装置”的EPC架构的示意图。

图3示出图示了根据本发明的实施例的选择用于传送用户IP分组的GW的过程的信令图。

图4图示适合于在实行本发明的示例性实施例中使用的各种电子设备的简化框图。

具体实施方式

为了实现新技术，如同新的移动性管理方案，集中化以前驻留在S/PGW中的控制功能或使用OpenFlow，引入被称为“GW控制装置”的中央控制实体，如图2中所图示，图2示出根据本发明的示例性实施例的EPC网络架构。该中央控制器以这样的方式实现使得：从MME的观点来看，与一组分布式GW元件（被称为GW）组合的中央控制器可以被看作一个逻辑网关实体。对于MME，只有一个S/PGW这样存在。因此，MME用S11接口连接到图2中的GW控制装置。

中央控制器是3GPP指定的信令的终止点，并且提供部分的SGW和PGW功能性，诸如IP地址的指派。它必须保持UE上下文等。

网络中的分布式GW元件“GW”包含用户平面功能，如同EPC的S/PGW，诸如数据隧穿和转发以及移动性锚定。但是可以根据在中央控制器“GW控制装置”下的GW将支持的新提出的增强和技术来修改这些功能。

如果使用GTP隧道，则必须支持GTP隧道管理，例如用于S1-U接口。

GW控制装置和GW之间的接口被称为X。作为实现选项，可以基于GTP-C消息或OpenFlow消息或二者的组合来实现X接口。经由S11接口从MME接收的信令业务的部分在GW控制装置中终止，并且其它部分经由S11x接口而被转发到分布式GW。

中央控制器的这种引入结果产生经修改的GW选择：

移动网络/EPC中的GW选择划分成两个步骤：首先MME执行通常的GW选择。为了这个目的，其考虑UE的位置信息，例如eNodeB-ID、TAC，正如针对SIPTO所述那样。如果对于网络的特定（或整个）区域，部署了所提出的移动性方案/技术，则该GW选择提供对应“GW控制”实体的地址。

中央GW控制实体执行第二GW选择。为了这个目的，其可以使用由MME提供的信息，如APN和UE位置信息。此外，中央GW控制实体可以能够访问输送网络相关的信息。这在图2中由功能“NW监视/OAM”描绘。该功能使得中央控制器能够在为UE选择分布式GW时考虑输送网络相关的信息，如同链路或节点的负载状态或不同路径的路由/输送成本。为了这个目的，其还可以使用通过以前在MME中不可用的X接口直接运载的信息。

在图2中，虚线示出控制/信令业务，并且实线示出用户IP分组业务。

图3示出图示了根据本发明的实施例的两步骤GW选择的信令图。图3示出移动通信网络系统中的信令，所述移动通信网络系统包括RAN、MME、GW控制装置、DNS、NW监视/OAM实体、分布式网关GW 1和分布式网关GW 2以及IP网络。例如，这些元件的关联可以被提供为图2中所图示那样。

在UE附连过程期间，其中RAN（UE经由其而接入移动通信网络系统）例如经由S1-C接口向MME发出附连请求（图3中的步骤S1a），首先由MME执行GW选择。MME选择中央控制器GW控制装置，作为根据第一协议的信令消息的终止点，例如作为用于S11接口的GTP-C端点地址，并在步骤S2a中经由第一网络技术的接口（例如S11接口）发出第一GW选择请求（例如创建会话请求）。要注意的是：在图1中所示的架构中，GTP-C端点是SGW地址。在提出的架构中，MME和第一网络技术的接口的端点之间的信令消息终止于经集中化的GW控制装置中。

只有一个或几个中央控制器可以存在于NW中，所以GW选择对于MME变成简单的运用，并且通过相应地设置DNS数据库（图3中未图示）而实现。

在步骤S3中由GW控制装置执行第二GW选择以分配分布式GW。

在步骤S3中分配UE IP地址之前，GW控制装置可以为UE选择分布式GW，考虑不同信息：订阅数据、所使用的APN，而且还考虑输送网络相关的信息，如同链路或节点的负载状态或不同路径的路由/输送成本。为了这个目的，其可以使用来自DNS服务器和其它网络管理和监视系统的信息。例如，图3示出GW控制装置在步骤S4a、S4b中从其获取信息的DNS以及GW控制装置在步骤S5a、S5b中从其获取信息的NW监视/OAM实体。GW控制装置可以通过第二网络技术的接口（例如X接口）获取输送网络相关的信息，该过程未在图3中示出。

在图3中所示的实施例中，GW控制装置选择分布式GW 1，用于在移动通信网络系统中、在第一协议的实体（例如，RAN的eNB）和第二协议的网络（例如，诸如互联网的IP网络）之间传送用户数据。

在步骤S6a中，GW控制装置经由独立于第一网络技术的第二网络技术的接口向所选分布式GW 1发送第二GW选择请求。GW控制装置还可以经由第二网络技术的接口提供从MME接收的信令的一部分。第二网络技术的接口可以通过图2中所示的X接口。GW控制装置可以在X接口上触发在所选分布式GW 1中的上下文建立，例如通过使用S11“创建会话”消息。分布式GW 1可以在步骤S6b中经由第二网络技术的接口而响应于请求，并且在支持GTP隧道的情况下可以为回到GW控制装置的S1-U隧道提供GTP参数。

在步骤S7中，GW控制装置可以生成对第一选择请求的响应，包括所选分布式网关GW 1的指示，并在步骤S2b中经由第一网络技术的接口而向MME提供响应。例如，在步骤S2b中，在S11创建会话响应消息中，在附连或PDN连接性过程期间，GW控制装置向MME返回用于eNB的GTP S1-UP上行链路地址：这是所选分布式GW 1的IP地址和TEID。和图1的常规架构形成对比，用于eNB的GTP S1-UP上行链路地址不是由MME选择的SGW的IP地址。

在步骤S1b中的附连响应中，MME向RAN（即向RAN的eNB）发送所选分布式网关GW 1的指示。

利用上面的过程，使得能够实现根据第一协议的在RAN和GW 1之间的（步骤S8）以及根据第二协议的在GW 1和IP网络之间的（步骤S9）用户数据的通信。

现在参照图4，其用于图示适合于在实行本发明的示例性实施例中使用的各种电子设备的简化框图。

特别地，图4图示控制单元10的结构，控制单元10包括经由链路14连接的处理资源11、存储器资源12和接口13。存储器资源12可以存储程序。控制单元10可以是图2和3中所图示的GW控制装置的部分，或者可以由图2和3中所图示的GW控制装置所使用。

控制单元10可以通过其接口13、经由链路21（诸如S11接口）而连接到MME，经由链路22至25（诸如X接口）连接到分布式网关GW 1至GW 4，经由链路26连接到DNS，并且经由链路27连接到NW监视/OAM实体。MME、GW 1至GW 4、DNS和NW监视/OAM实体可以对应于图2中所图示的MME、分布式网关GW、连接到GW控制装置的DNS以及NW监视/OAM实体。通过使用其处理资源11、存储器资源12和接口13，控制单元10可以执行如关于图2和3所述的GW控制装置的操作。

术语“连接”、“耦合”或其任何变型意思是在两个或更多元件之间的直接或者间接的任何连接或耦合，并且可以包括在“连接”或“耦合”在一起的两个元件之间的一个或多个中间元件的存在。元件之间的耦合或连接可以是物理的、逻辑的或其组合。如本文中所采用的，两个元件可以通过使用一条或多条导线、线缆和印刷电连接以及通过使用电磁能量（诸如具有射频区域、微波区域和光学（可见和不可见二者）区域中的波长的电磁能量，作为非限制性示例）而被认为是“连接”或“耦合”在一起。

存储在存储器资源12中的程序被假设为包括程序指令，所述程序指令当由相关联的处理资源11执行时使得电子设备能够根据本发明的示例性实施例进行操作，如以上详述的那样。

通常，本发明的示例性实施例可以通过计算机软件来实现，所述计算机软件存储在存储器资源12中并且通过控制单元10的处理资源11、或通过硬件、或通过软件和/或固件和硬件的组合可执行。

存储器资源12可以是适合于本地技术环境的任何类型，并且可以通过使用任何适合的数据存储技术来实现，诸如基于半导体的存储器设备、磁存储器设备和系统、光学存储器设备和系统、固定存储器和可移除存储器。处理资源可以是适合于本地技术环境的任何类型，并且可以包括（作为非限制性示例）通用计算机、专用计算机、微处理器、数字信号处理器（DSP）和基于多核处理器架构的处理器中的一个或多个。

根据本发明的方面，一种移动通信网络系统的网关控制装置，其可以包括或使用图4的控制单元10，并且其是根据第一协议的信令消息的终止点，包括：检测构件，用于检测经由第一网络技术的接口来自移动性管理实体的第一选择请求，其选择网关控制装置，用于在移动通信网络系统中、在第一协议的实体和第二协议的网络之间传送用户数据；选择构件，用于基于检测的第一选择请求而从用于传送用户数据的多个分布式网关设备中选择分布式网关设备；以及第一提供构件，用于经由独立于第一网络技术的第二网络技术的接口而提供选择分布式网关设备的第二选择请求。

网关控制装置可以包括用于获取输送网络相关的信息的构件，其中选择构件可以基于输送网络相关的信息而选择分布式网关设备。

输送网络相关的信息可以包括链路或节点的负载状态和/或不同路径的路由/输送成本，其中可以通过第二网络技术的接口获取输送网络相关的信息，例如通过第一提供构件。

第一提供构件可以经由第二网络技术的接口而提供与第一选择请求一起从移动性管理实体接收的信令业务的一部分。

所述装置可以包括生成构件，用于生成对第一选择请求的响应，包括分布式网关设备的指示，以及第二提供构件，用于经由第一网络技术的接口提供响应。

第一网络技术的接口可以包括S11接口，第二网络技术的接口可以包括通用分组无线电服务隧道协议、开放流（open flow）协议或其组合，第一协议可以包括通用分组无线电系统协议，并且第二协议可以包括互联网协议。

检测构件、选择构件、第一和第二提供构件、获取构件和生成构件可以由控制单元10的处理资源11、存储器资源12和接口13来实现。

根据本发明的实施例，一种移动通信网络系统的网关控制装置，其是根据第一协议的信令消息的终止点，检测经由第一网络技术的接口来自移动性管理实体的第一选择请求，其选择网关控制装置，用于在移动通信网络系统中、在第一协议的实体和第二协议的网络之间传送用户数据。基于检测的第一选择请求，所述网关控制装置从用于传送用户数据的多个分布式网关设备中选择分布式网关设备，并且经由独立于第一网络技术的第二网络技术的接口而提供选择分布式网关设备的第二选择请求。

要理解的是：上面的描述说明本发明，并且不要解释为限制本发明。对于本领域技术人员来说，各种修改和应用可能发生，而不脱离如由所附权利要求限定的本发明的真实精神和范围。

Claims (15)

1.一种由移动通信网络系统的网关控制装置使用的方法，所述网关控制装置是根据第一协议的信令消息的终止点，所述方法包括：

检测经由第一网络技术的接口来自移动性管理实体的第一选择请求，其选择网关控制装置，用于在移动通信网络系统中、在第一协议的实体和第二协议的网络之间传送用户数据；

基于检测的第一选择请求，从用于传送用户数据的多个分布式网关设备中选择分布式网关设备；以及

经由独立于第一网络技术的第二网络技术的接口，提供选择分布式网关设备的第二选择请求。

2.根据权利要求1所述的方法，包括：

获取输送网络相关的信息；以及

基于输送网络相关的信息来选择分布式网关设备。

3.根据权利要求2所述的方法，其中输送网络相关的信息包括链路或节点的负载状态和/或不同路径的路由/输送成本，和/或通过第二网络技术的接口来获取输送网络相关的信息。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，包括：

经由第二网络技术的接口，提供与第一选择请求一起从移动性管理实体接收的信令业务的一部分。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，包括：

生成对第一选择请求的响应，包括分布式网关设备的指示；以及

经由第一网络技术的接口提供响应。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中：

第一网络技术的接口包括S11接口，和/或

第二网络技术的接口包括通用分组无线电服务隧道协议、开放流协议或其组合，和/或

第一协议包括通用分组无线电系统协议，和/或

第二协议包括互联网协议。

7.一种包括用于处理设备的程序的计算机程序产品，包括软件代码部分，用于当程序运行在处理设备上时执行权利要求1至6中任一项所述的步骤。

8.根据权利要求7所述的计算机程序产品，其中计算机程序产品包括在其上存储了软件代码部分的计算机可读介质。

9.根据权利要求7所述的计算机程序产品，其中程序直接可加载到处理设备的内部存储器中。

10.一种移动通信网络系统的装置，所述装置是根据第一协议的信令消息的终止点，所述装置被配置成：

检测经由第一网络技术的接口来自移动性管理实体的第一选择请求，其选择装置用于在移动通信网络系统中、在第一协议的实体和第二协议的网络之间传送用户数据；

基于检测的第一选择请求，从用于传送用户数据的多个分布式网关设备中选择分布式网关设备；以及

经由独立于第一网络技术的第二网络技术的接口，提供选择分布式网关设备的第二选择请求。

11.根据权利要求10所述的装置，被配置成：

获取输送网络相关的信息；以及

基于输送网络相关的信息来选择分布式网关设备。

12.根据权利要求11所述的装置，其中输送网络相关的信息包括链路或节点的负载状态和/或不同路径的路由/输送成本，和/或通过第二网络技术的接口来获取输送网络相关的信息。

13.根据权利要求10至12中任一项所述的装置，被配置成：

经由第二网络技术的接口，提供与第一选择请求一起从移动性管理实体接收的信令业务的一部分。

14.根据权利要求10至13中任一项所述的装置，被配置成：

生成对第一选择请求的响应，包括分布式网关设备的指示；以及

经由第一网络技术的接口提供响应。

15.根据权利要求10至14中任一项所述的装置，其中：

第一网络技术的接口包括S11接口，和/或

第二网络技术的接口包括通用分组无线电服务隧道协议、开放流协议或其组合，和/或

第一协议包括通用分组无线电系统协议，和/或第二协议包括互联网协议。