CN104469876B

CN104469876B - 一种基于wlan与移动网异构融合网络的路由方法及装置

Info

Publication number: CN104469876B
Application number: CN201410839881.6A
Authority: CN
Inventors: 缪品章; 余根坚
Original assignee: Fuchun Polytron Technologies Inc
Current assignee: Fuchun Polytron Technologies Inc
Priority date: 2014-12-30
Filing date: 2014-12-30
Publication date: 2018-02-23
Anticipated expiration: 2034-12-30
Also published as: CN104469876A

Abstract

本发明公开一种基于WLAN与LTE异构融合网络的路由方法及装置，其中方法包括如下步骤：接收报文；读取待转发报文的目的UE标识信息；选择预存的与目的UE距离最短的转发路径；根据选择的转发路径对报文进行转发。本技术方案能够有效简化切换和寻址过程，降低网络寻址路由和接入AP时延，达到降低切换与寻址路由时延的目标，保证了移动网络与WLAN异构融合网络间切换与融合时UE的QOS问题。

Description

一种基于WLAN与移动网异构融合网络的路由方法及装置

技术领域

本发明涉及异构网络路由优化技术领域，尤其涉及一种基于WLAN与移动网异构融合网络的路由方法及装置。

背景技术

随着无线智能终端应用的日益丰富，以及无线智能终端设备技术功能的跨越式发展，各种无线智能终端设备数量急速增长。市场研究公司Flurry发布的报告预计截至2015年底中国市场上已激活智能手机和平板电脑数量为3.46亿部，美国为2.9亿部；在未来，将会有越来越多的移动设备投入使用。在此大背景下，一种移动无线网络(移动网)已经不能满足用户日益增长的移动互联网需求，同时移动终端同时支持多种制式，即多模，如2G、3G以及长期演进(Long Term Evolution，简称为LTE)等；另外，近些年WLAN(Wireless LocalArea Networks，简称为无线局域网络)得到市场广泛认可，一方面频谱免费，另一方面产业链成熟，终端成本低廉，并成为智能手机、电脑等终端的标准配置。WLAN的应用场景已经逐步从固网延伸的接入点(Access Point，简称为AP)逐步向无线系统设备(UE)转变，移动运营商也逐步意识到WLAN作为移动网的补充可以分流移动互联网业务，减轻移动互联网业务日益对当前移动网络的承载压力，因此也开始在热点地域部署WLAN网络。

移动智能终端设备的大规模增长，使得无线通信需求急速增长，为了满足多种无线通信业务的不同需求，各种无线通信路由协议应运而生并不断发展与演进。为了满足更高覆盖率，2G、3G、LTE网络与无线局域网(WLAN)等多种异构网络将长期同时存在。多种无线接入方式包括Femtocell、3G、LTE、Wifi等等同时共存，也为业界带来了新的挑战性课题：用户在移动场景下使用这些网络时，如何实现在这些异构网络间的快速寻址与切换？

随着无线局域网(WLAN)和LTE网络融合研究的深入和全球卫星定位系统的普遍应用，一类利用WLAN与LTE融合网络用户地理位置信息的路由寻址方法得到了业界的重视。这一类协议采用基于局部的计算来实现融合网络全局的寻址目的，得到较好的效果。此类方法与传统非融合网络的路由协议不一样，它们只需知道UE用户当前位置，根据相邻UE状态或LTE基站(eNodeB)来决定路由。因此，此类路由协议的系统开销与融合网络的规模无关，具有很好的WLAN与LTE网络融合系统可扩展性。但由于没有WLAN与LTE网络融合系统的全局信息，则在这样一个系统中很难达到快速路由的目的。

发明内容

为此，需要提供一种基于WLAN与移动网异构融合网络的路由方案，解决现有WLAN和移动网异构融合网络需要进行快速寻址与切换的问题。

为实现上述目的，发明人提供了一种基于WLAN与移动网异构融合网络的路由方法，包括如下步骤：

接收报文；

读取待转发报文的目的UE标识信息；

选择预存的与目的UE距离最短的转发路径；

根据选择的转发路径对报文进行转发。

进一步地，在所述接收报文后，还包括如下步骤：

判断报文中的转发路径是否与转发目的UE的距离相同；

如果是则将报文中的转发路径作为与目的UE距离最短的转发路径；而后根据报文中的转发路径进行转发；

否则选择预存与目的UE距离最短的转发路径，并根据选择的转发路径对报文进行转发。

进一步地，所述预存的转发路径的获取包括如下步骤：

接收其他UE的初始化报文信息；

判断发送初始化的报文信息的AP是否与自身连接的AP为同一个AP；

如果否，则记录该其他UE的路由信息；

如果是，则以该初始化报文信息的目的信息为目标点，形成一路径发布控制报文并发送。

进一步地，报文包含有位置信息，所述距离通过位置信息进行判断。

进一步地，所述的位置信息包含有GPS位置信息。

以及发明人还提供一种基于WLAN与移动网异构融合网络的路由装置，包括如下模块：

报文接收模块：用于接收报文；

UE标识信息读取模块：用于读取待转发报文的目的UE标识信息；

转发路径选择模块：选择预存的与目的UE距离最短的转发路径；

报文转发模块：根据选择的转发路径对报文进行转发。

进一步地，还包括如下模块：

报文距离判断模块：用于判断报文中的转发路径是否与转发目的UE的距离相同；

否则使能转发路径选择模块和报文转发模块。

进一步地，所述预存的转发路径的获取包括如下模块：

初始化报文接收模块：用于接收其他UE的初始化报文信息；

AP信息判断模块：判断发送初始化的报文信息的AP是否与自身连接的AP为同一个AP；

如果否，则记录该其他UE的路由信息；

进一步地，所述的位置信息包含有GPS位置信息。

区别于现有技术，上述技术方案能够有效简化切换和寻址过程，降低网络寻址路由和接入AP时延，达到降低切换与寻址路由时延的目标，保证了移动网络与WLAN异构融合网络间切换与融合时UE的QOS问题。

附图说明

图1为WLAN与移动网异构融合网络的结构示意图；

图2为具体实施方式的方法流程图；

图3为另一具体实施方式的方法流程图；

图4为本发明装置实施例的结构示意图。

主要附图标记说明：

1、路由装置；

10、报文接收模块；

11、UE标识信息读取模块；

12、转发路径选择模块；

13、报文转发模块。

14、报文距离判断模块；

15、初始化报文接收模块；

16、AP信息判断模块。

具体实施方式

为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。

请参阅图1到图4，本实施例提供了一种基于WLAN与移动网异构融合网络的路由方案，其中移动网包括2G、3G、LTE等，本发明可以应用于上述的移动网。为了便于说明，本实施例将以移动网为LTE进行说明。

如图1所示，为WLAN和LTE异构融合网络的结构示意图，包含有多个WLAN网络和LTE网络，用户终端可以通过这些网络进行互联。其中，LTE核心网主要由移动性管理设备(MME)、服务网关(S-GW)、分组数据网关(P-GW)、存储用户签约信息的HSS、策略控制单元(PCRF)等组成，其中S-GW和P-GW可以合设，也可以分设。LTE核心网架构秉承了控制与承载分离的理念，将分组域中SGSN(服务GPRS支持节点)的移动性管理、信令控制功能和媒体转发功能分离出来，分别由两个网元来完成，其中，MME负责移动性管理、信令处理等功能，S-GW负责媒体流处理及转发等功能，P-GW则仍承担GGSN的职能。LTE无线系统中取消了RNC网元，将其功能分别移至基站eNodeB和核心网网元，eNodeB将直接通过S1接口与MME、S-GW互通，简化了无线系统的结构。

本发明所提供的路由方法可以运行在控制器CE上，控制器CE的实现可以利用嵌入式硬件设计方法实现，控制器CE可以加入到融合异构网络中，控制器与P-GW网元、MME网元、eNodeB及无线AP直接通信，并制定一组协议栈在通信过程中进行路由协议控制。具体的配置可以是：P-GW选择在ATTACH和新建PDN连接流程中，MME通过APN-FQDN或P-GW node name(P-GW FQDN)查找P-GW。在激活一次PDP和新建PDN连接流程中，SGSN通过APN-FQDN或者P-GWnode name(P-GW FQDN)查找P-GW，完成PDP的激活流程和新建PDN连接流程。其中，终端的IP分配可以统一由P-GW网元负责，即统一WLAN与LTE的IP配置机制，将IP配置职责统一交由P-GW网元负责。S-GW选择ATTACH，S-GW变更的TAU和Handover流程中，MME通过TAI-FQDN查找S-GW。本实施例中UE的标识信息可以由控制器CE为接入异构融合网络的UE封装一个用户标识符(User Identifier，简称UI)，作为该UE在网络中的唯一身份标识。控制器在已验证用户表中建立对当前用户设备UE的一条记录，将该UE的UI写入记录中，UE完成网络路由寻址与接入。

在具体的实施过程中，MME的选择可以是：用户在MME/SGSN间切换流程中，旧MME根据终端当前所在的TAI/RAI进行DNS查询，获取到新的MME/SGSN信息。用户在进行MME间跟踪区更新流程，新MME会根据终端携带的旧GUTI信息解析旧MME地址，到旧MME取终端的上下文，完成跟踪区更新。用户在进行MME和SGSN间跟踪区更新流程，新MME会根据终端携带的旧P-TMSI和旧RAI信息解析旧SGSN地址，到旧SGSN取终端的上下文，完成跟踪区更新。用户在进行SGSN间路由区更新流程/SGSN和MME间的路由区更新流程，新的SGSN会根据终端携带的旧RAI和旧P-TMSI解析旧SGSN地址，到旧SGSN取终端的上下文，完成路由区更新。

在具体的实施过程中，HSS/HLR的选择可以是：MME和HSS之间采用直连组网方案：MME通过本地静态配置，通过IMSI号码分析直接找到HSS；HSS通过主机名匹配到对应MME的IP地址，通过IP路由至MME。MME和HSS之间采用DRA组网方案：MME与HSS之间由DRA完成两者之间的路由。HLR和周边网元组网方案：采用通过STP准连接或者直连的组网方案。

以及，PCRF选择的选择可以是：P-GW和PCRF之间在建设初期适合采用直连组网方案，P-GW通过本地静态配置，通过IMSI/MSISDN号段、主机名、IP地址方式、APN等方式寻址PCRF。CG选择的选择可以是：P-GW/S-GW通过本地配置CG的话单格式类型和优先级寻址，优先选择高优先级的CG；如果优先级相同，可以采用轮选或负载均衡的策略对CG进行选择。

为了便于理解，本实施例以一个异构融合网络模型进行说明。假定WLAN与LTE异构网络模型由多个UE、eNodeB及控制器CE组成，UE和eNodeB独立均匀分布在同一水平面上，UE无线传输半径为r。当两个UE距离小于r时，UE间可以在控制器CE的控制下相互连通。UE知道当前本身位置，同时UE通过嵌入式GPS的控制器可以获得目标UE的位置，当然在其他实施例中，位置信息也可以是基站定位信息或者其他定位信息。在本实施例中，UE间的距离通过GPS信息进行定位和计算，在某些实施例中，可以是厂商将距离等信息预先存储在UE和控制器中。

为了便于下面的说明，本实施例对以下信息进行相应的定义。定义1：WLAN与LTE融合异构网络表示为G，G＝(V，E)，其中V＝{v₀,v₁,......,v_n}为UE或eNodeB，融合网络中UE或eNodeB的个数表示为|V|，|V|＝n+1，E＝{(v_i,v_j)|v_i,v_j∈V,|v_iv_j|＜r}。deg(v_i)表示v_i的度。异构融合网络度

定义2：路由其中为p的目标UE点。设x为异构融合网络中任一UE或eNodeB位置点，|px|称为p到位置点x的距离，

定义3：设UE点v所知道的路由集为P_v，则UE点v到UE点x的最优路由即为p_v→x，p_v→x满足条件p_v→x∈P_v，对于任意p∈P_v，|p_v→xx|≤|px|，且|p_v→xx|<|vx|。

而后，在具体的路由过程中，包括如下步骤：接收报文；读取待转发报文的目的UE标识信息；选择预存的与目的UE距离最短的转发路径；根据选择的转发路径对报文进行转发。

具体地，如图2所示，在步骤S101假设当前UE为m，CE为n，目标UE为d。在步骤S102接收报文，这个报文可以是切换、接入或者中继请求的报文。而后读取待转发报文的目的UE标识信息，根据这个标识信息在步骤S108判断是否预存有与目的UE距离最短的转发路径，如果有则进行选择并转发，即进行相应的切换、接入或者中继。否则就进入步骤S104结束。本方法通过在每个UE上选择与目的UE距离最短的转发路径，从而使得整体的路径最短。即采用最优化方法中的贪心算法，使得这类算法先要达到一个局部最优点，接着采取一定的方法跳出局部最优点，而最终达到全局最优的目标。从而达到了最佳网络距离优化作用，这个作用会带来有效简化切换和寻址过程、降低网络寻址路由和接入AP时延的效果，最终达到了降低切换与寻址路由时延的目标，保证了LTE网络与WLAN异构融合网络间切换与融合时UE的QOS(服务质量)的目的。

在具体实施方式中，收到的报文还可能是目的信息是当前UE的信息，即当前UE为目标UE，则在收到报文后，可以对报文进行判断，判断是否是目的信息为自身，即在步骤S103判断m是否为d，且控制器时n，如果是则表明报文的目的信息是当前UE，则进入步骤S104结束。否则可以对报文进行接下来的处理。为了实时更新预存的转发路径，进一步地，在所述接收报文后，还包括如下步骤：判断报文中的转发路径是否与转发目的UE的距离相同；如果是则将报文中的转发路径作为与目的UE距离最短的转发路径；而后根据报文中的转发路径进行转发；否则选择预存与目的UE距离最短的转发路径，并根据选择的转发路径对报文进行转发。具体地，如图3，还包括如下步骤，步骤S105即在控制器为n情况下求最佳路径，首先在步骤S106判断是否存在上一跳UE选择的AP路由pi(即发送报文的UE)，使得沿着pi路由到达目的UE即d的网络距离(或者称节点跳数)与m到达d的网络距离相等，如果是则进入步骤S107将pi赋值给p_m→d，即将报文中的路径作为转发路径并存储，否则直接进入步骤S108到步骤S109选择预存的p_m→d路径进行转发。

预存的转发路径(路由路径)可以由厂商预先存进去，或者在某些实施例中，转发路径可以由设备自己在设备初始化的过程获得，所述预存的转发路径的获取包括如下步骤：接收其他UE的初始化报文信息；判断发送初始化的报文信息的AP是否与自身连接的AP为同一个AP；如果否，则记录该其他UE的路由信息；如果是，则以该初始化报文信息的目的信息为目标点，形成一路径发布控制报文并发送。

具体地，如图3所示，路由表的格式可以采用自定义的形式，如步骤S201中的形式，在步骤S202中每个UE首先要建立有邻居UE的路由表项。在这个实施例中，步骤S203假设原UE所连接AP为s，当前UE所连AP为m，目标UE为d。而后判断是否为同一个AP，即判断m是否与s为同一个UE标识信息，如果否则进入步骤S205添加为路由表项，如果是的话，则进入步骤S206以目标点为d，形成路径发布控制报文并发送。由于每个UE都是采用该方式，而后会收到其他UE控制报文信息，则进入步骤S207判断报文的目的信息(目标点)是否为自身(运行本方法的装置)，如果是则进入步骤S213结束，否则进入步骤S208求最佳路径。与上述实施例相同，在步骤S209判断是否存在上一跳UE选择的AP路由pi，使得沿着pi路由到达d的网络距离(或者称节点跳数)与m到达d的网络距离相等，如果是，则在步骤S210将pi的值作为p_m→d的值，而后以p_m→d进行转发，否则进入步骤S211判断是否存在p_m→d的值，如果是则以p_m→d进行转发，否则进入步骤S213结束。

上述在WLAN与LTE融合网络初始化时，UE通过利用控制器CE在融合网络中沿一任意方向发布自己的位置信息，形成到达该UE的路径。对于WLAN与LTE融合动态网络，路径有一定生存周期，所以初始化步骤可以周期性地进行，是的路径可以实时更新。

综上，本发明的基本思想是利用UE地理信息在异构融合网络中先进行局部化路由，每个UE都知道若干通过AP到达其他UE的路径，这些路径由UE装置在系统初始化时向外发布路径构造控制报文而形成。在融合网络中进行路由时，UE在已知的路径中选择其终点UE距目标UE最近的AP路径来转发报文。若转发报文时发现距目标UE更近的AP路径，则报文将转到该路径继续转发。这样，报文转发就逐渐向目标UE逼近，最终到达目标UE。

以及发明人还提供一种基于WLAN与移动网异构融合网络的路由装置1，如图4所示，包括如下模块：

报文接收模块10：用于接收报文；

UE标识信息读取模块11：用于读取待转发报文的目的UE标识信息；

转发路径选择模块12：选择预存的与目的UE距离最短的转发路径；

报文转发模块13：根据选择的转发路径对报文进行转发。通过判断目的UE的距离，选择距离最短的转发路径，可以减少转发的时间，提高转发的效率。

进一步地，还包括如下模块：

报文距离判断模块14：用于判断报文中的转发路径是否与转发目的UE的距离相同；

否则使能转发路径选择模块和报文转发模块。通过在转发报文中实时判断报文中包含的转发路径与当前装置与目的UE的距离关系，对转发路径进行实时更新。

进一步地，所述预存的转发路径的获取包括如下模块：

初始化报文接收模块15：用于接收其他UE的初始化报文信息；

AP信息判断模块16：判断发送初始化的报文信息的AP是否与自身连接的AP为同一个AP；如果否，则记录该其他UE的路由信息；如果是，则以该初始化报文信息的目的信息为目标点，形成一路径发布控制报文并发送。通过初始化的报文信息，使得路由装置可以自动生成转发路径。

进一步地，所述的位置信息包含有GPS位置信息。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”或“包含……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的要素。此外，在本文中，“大于”、“小于”、“超过”等理解为不包括本数；“以上”、“以下”、“以内”等理解为包括本数。

本领域内的技术人员应明白，上述各实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。这些实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。上述各实施例涉及的方法中的全部或部分步骤可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于计算机设备可读取的存储介质中，用于执行上述各实施例方法所述的全部或部分步骤。所述计算机设备，包括但不限于：个人计算机、服务器、通用计算机、专用计算机、网络设备、嵌入式设备、可编程设备、智能移动终端、智能家居设备、穿戴式智能设备、车载智能设备等；所述的存储介质，包括但不限于：RAM、ROM、磁碟、磁带、光盘、闪存、U盘、移动硬盘、存储卡、记忆棒、网络服务器存储、网络云存储等。

上述各实施例是参照根据实施例所述的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到计算机设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机设备以特定方式工作的计算机设备可读存储器中，使得存储在该计算机设备可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机设备上，使得在计算机设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已经对上述各实施例进行了描述，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改，所以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保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围之内。

Claims

1.一种基于WLAN与移动网异构融合网络的路由方法，其特征在于，包括如下步骤：

接收报文；

读取待转发报文的目的UE标识信息；

选择预存的与目的UE距离最短的转发路径；

根据选择的转发路径对报文进行转发；

在所述接收报文后，还包括如下步骤：

判断报文中的转发路径是否与转发目的UE的距离相同，所述距离为节点跳数；

如果是则将报文中的转发路径作为与目的UE距离最短的转发路径，并存储该路径为与目的UE距离最短的转发路径；而后根据报文中的转发路径进行转发；

2.根据权利要求1所述的一种基于WLAN与移动网异构融合网络的路由方法，其特征在于，所述预存的转发路径的获取包括如下步骤：

接收其他UE的初始化报文信息；

如果否，则记录该其他UE的路由信息；

3.根据权利要求1所述的一种基于WLAN与移动网异构融合网络的路由方法，其特征在于：

报文包含有位置信息，所述距离通过位置信息进行判断。

4.根据权利要求3所述的一种基于WLAN与移动网异构融合网络的路由方法，其特征在于，所述的位置信息包含有GPS位置信息。

5.一种基于WLAN与移动网异构融合网络的路由装置，其特征在于，包括如下模块：

报文接收模块：用于接收报文；

报文转发模块：根据选择的转发路径对报文进行转发；

报文距离判断模块：用于判断报文中的转发路径是否与转发目的UE的距离相同，所述距离为节点跳数；

否则使能转发路径选择模块和报文转发模块。

6.根据权利要求5所述的一种基于WLAN与移动网异构融合网络的路由装置，其特征在于，所述预存的转发路径的获取包括如下模块：

初始化报文接收模块：用于接收其他UE的初始化报文信息；

如果否，则记录该其他UE的路由信息；

7.根据权利要求5所述的一种基于WLAN与移动网异构融合网络的路由装置，其特征在于：

报文包含有位置信息，所述距离通过位置信息进行判断。

8.根据权利要求7所述的一种基于WLAN与移动网异构融合网络的路由装置，其特征在于，所述的位置信息包含有GPS位置信息。