CN104853344A - 一种选择分流网关的方法和控制器 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种选择分流网关的方法和控制器，所述方法包括：控制器为用户分配服务网关S-GW的任播Anycast地址，并向所有S-GW发送所述Anycast地址；并通过移动性管理实体MME将所述Anycast地址发送给无线侧网元；当控制器接收到所述S-GW发送的Packet_In消息和该用户的第一个上行数据包时，控制器选择该S-GW作为该用户的S-GW。本发明实现了最优分流网关的选择，从而节省了网络传输的资源消耗，缩短了业务数据的传输时延，增强了用户上网体验。

Description

一种选择分流网关的方法和控制器
技术领域
本发明涉及移动通信领域，尤指一种选择分流网关的方法和控制器。
背景技术
第三代合作伙伴计划（3GPP，3rd Generation Partnership Project）中定义的选择互联网协议（IP，Internet Protocol）流量卸载（SIPTO，Selected IP TrafficOffload）是一种在靠近用户设备（UE，User Equipment）附着到接入网络的位置，对特定的业务进行分流的方法。具体而言，除了支持移动核心网络的接入以外，移动通信系统（包括家用基站系统）还可以支持IP分流功能，在无线侧网元有IP分流能力、用户签约允许IP分流的条件下，可实现移动终端对家用网络其他IP设备或者互联网的本地接入。
软件定义网络（SDN，Software Defined Network）是一种新型网络创新架构，其核心技术OPENFLOW通过将网络设备控制面与数据面分离开来，将网络设备控制面功能集成到OPENFLOW控制器内部实现或者作为与控制器北向接口连接的应用来实现，从而实现了网络流量的灵活控制，为核心网络及应用的创新提供了良好的平台。
Anycast（任播）是指在IP网络上通过一个Anycast地址标识一组特定的服务主机，目的地址为该地址的报文可以被IP网络路由到这一组目标中离发送方最近的一个主机上。Anycast每个源节点对应一组接收节点，但只有其中之一可以接收到发送方发送来的报文。
图1是一种基于SDN的实现SIPTO的系统的示意图，图1中通过增设分流网关来实现IP分流，分流网关作为本地接入到外部网络（例如Internet）的网关，包括服务网关（S-GW，Serving Gateway）和本地网关（L-GW，Local Gateway）。基于控制平面和数据转发平面分离的思想，将S-GW和分组数据网关（Packet Data Network Gateway，P-GW）和/或L-GW的控制功能与数据转发功能分离开来。S-GW/P-GW/L-GW的控制平面功能可以经过软化后在控制器内部实现，其与OPENFLOW控制器的接口属于内部接口；也可以作为外部应用置于OPENFLOW控制器之上，其与控制器的接口采用北向接口。具体采用哪种方式取决于网络部署，本发明不作限制。数据转发采用统一的用户面网关（如S-GW，P-GW和L-GW），由控制器（Controller）集中控制，同时，用户面网关也兼容现有的无线侧网元，无线侧网元为演进的无线基站（eNB，evolved NodeB）或家庭演进无线基站（HeNB，Home eNB）和/或家用基站网关。图1所示的各网关均为统一的用户面网关。无论控制平面功能采用哪一种实现方式，对于转发平面的功能，以及对于控制平面和转发平面之间的接口，没有任何影响，因此本文在后面论述时不再区分是采用哪种方式来实现的，而统一将除了转发平面功能以外的上层控制功能称作控制器。
由于SIPTO是在靠近UE附着到接入网络的位置对特定的业务进行分流的方法，如何选择靠近用户附着位置的分流网关非常重要。现有的选择分流网关的方法是由控制器进行随机选择，这样选择的分流网关不是最优的。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种选择分流网关的方法和控制器，能够使得选择的分流网关是最优的，从而节省网络传输的资源消耗，缩短业务数据的传输时延，增强用户上网体验。
为了达到上述目的，本发明提出了一种选择分流网关的方法，其特征在于，所述方法包括：
控制器为用户分配服务网关S-GW的任播Anycast地址，并向所有S-GW发送所述Anycast地址；并通过移动性管理实体MME将所述Anycast地址发送给无线侧网元；
当控制器接收到S-GW发送的Packet_In消息和该用户的第一个上行数据包时，控制器选择所述S-GW作为该用户的S-GW。
优选地，所述通过MME将分配的Anycast地址发送给无线侧网元包括：
所述控制器通过建立会话响应消息将所述Anycast地址发送给所述MME；
所述MME通过无线承载建立请求消息，或者路径转换确认消息，或者切换请求消息发送给所述无线侧网元。
优选地，在附着或分组数据网络PDN连接建立过程中，在所述控制器为用户分配S-GW的Anycast地址的步骤之前还包括：
所述MME接收到来自所述用户的附着请求或PDN连接请求；向对应的控制器发送建立会话请求。
优选地，在切换过程中，在所述控制器为用户分配S-GW的Anycast地址的步骤之前还包括：
所述MME接收到来自目标侧无线网元的路径转换请求消息，或者来自原MME的前传重定位请求消息，向对应的控制器发送建立会话请求。
优选地，所述S-GW和本地网关L-GW分离，所述控制器选择所述S-GW作为所述用户的S-GW的步骤之后还包括：所述控制器向选择的S-GW下发包括所述L-GW的IP地址的流表，并向所述L-GW下发包括选择的S-GW的IP地址的流表。
进一步地，该方法还包括：
所述控制器向所述选择的S-GW发送所述无线侧网元的IP地址。
进一步地，在去附着或者断开PDN连接过程中，当所述控制器接收到来自所述MME的删除会话请求时，该方法还包括：
所述控制器向所述选择的S-GW发送删除所述分配的Anycast地址、所述无线侧网元的IP地址的消息。
进一步地，当所述控制器接收到来自所述MME的修改承载请求时，该方法还包括：
所述控制器向所述所有S-GW发送所述无线侧网元的IP地址。
本发明还提出了一种控制器，其特征在于，至少包括：
分配模块，用于为用户分配服务网关S-GW的任播Anycast地址，并向所有S-GW发送所述Anycast地址；通过MME将所述Anycast地址发送给无线侧网元；
接收模块，用于接收S-GW发送的Packet_In消息和该用户的第一个上行数据包；
选择模块，用于选择该S-GW作为该用户的S-GW。
进一步地，还包括：
下发模块，用于向选择的S-GW下发包括L-GW的IP地址的流表，并向所述L-GW下发包括所述选择的S-GW的IP地址的流表。
进一步地，还包括：
发送模块，用于向所述选择的S-GW发送所述无线侧网元的IP地址。
进一步地，所述接收模块，还用于：接收到来自所述MME的删除会话请求；
所述发送模块，还用于：
向所述选择的S-GW发送删除所述分配的Anycast地址、所述无线侧网元的IP地址的消息。
与现有技术相比，本发明包括：控制器为用户分配S-GW的Anycast地址，向所有S-GW发送分配的Anycast地址；并通过MME将分配的Anycast地址发送给无线侧网元；当控制器接收到S-GW发送的Packet_In消息和第一个上行数据包时，控制器选择该S-GW，并根据选择的S-GW和网络拓扑信息选择L-GW作为分流网关。通过本发明的方案，实现了最优的分流网关的选择，从而节省了网络传输的资源消耗，缩短了业务数据的传输时延，增强了用户上网体验。
附图说明
下面对本发明实施例中的附图进行说明，实施例中的附图是用于对本发明的进一步理解，与说明书一起用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限制。
图1为现有的基于SDN实现SIPTO的系统示意图；
图2为根据本发明实施例的选择分流网关的方法流程图；
图3为根据本发明建立PDN连接的方法的实施例的流程图；
图4为根据本发明断开PDN连接的方法的实施例的流程图；
图5为根据本发明当S-GW发生改变时用户进行切换的方法的实施例的流程图；
图6为根据本发明实施例的控制器的结构组成图。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合附图对本发明作进一步的描述，并不能用来限制本发明的保护范围。
参见图2，本发明实施例提出了一种选择分流网关的方法，分流网关包括S-GW和对应的L-GW，该方法包括：
步骤200、控制器为用户分配S-GW的Anycast地址，并向所有S-GW发送分配的Anycast地址；并通过移动性管理实体（MME，MobilityManagement Entity）将分配的Anycast地址发送给无线侧网元。
本步骤中，在附着或分组数据网络（PDN，Public Data Network）连接建立过程中，该步骤之前还包括：
MME接收到来自用户的附着请求或PDN连接请求；向对应的控制器发送建立会话请求。
控制器接收到建立会话请求消息后，等待接收Packet_In消息和该用户的第一个上行数据包。
在切换过程中，该步骤之前还包括：
MME接收到来自目标侧无线网元的路径转换请求消息，或者来自原MME的前传重定位请求消息，向对应的控制器发送建立会话请求。
控制器接收到建立会话请求消息后，等待接收Packet_In消息和第一个上行数据包。
本步骤中，为用户分配的S-GW的Anycast地址为互联网协议第六版本（IPV6，Internet Protocol Version6）地址。分配的Anycast地址只要是尚未使用的地址就可以，具体怎么选择可以采用现有的方法，不能用来限定本发明的保护范围。
本步骤中，通过MME将分配的Anycast地址发送给无线侧网元包括：控制器在对MME发送的建立会话请求消息进行响应时，通过建立会话响应消息将Anycast地址发送给MME；MME通过无线承载建立请求消息，或者路径转换确认消息，或者切换请求消息发送给无线侧网元。
其中，在建立会话响应消息中，携带了控制器分配的anycast地址，这样MME就得到了anycast地址。
在附着或者PDN连接建立过程，MME发送无线承载建立请求消息给无线侧网元（如eNB），通过该无线承载建立请求消息，MME将anycast地址发送给了无线侧网元（如eNB）；
在切换过程中，若MME没有变化，MME将路径转换确认消息发送给目标侧的无线侧网元（如eNB），并携带了anycast地址；
若MME发生变化，MME为原MME，目标MME将切换请求消息发送给目标侧的无线侧网元（如目标eNB），并携带了anycast地址。
本步骤中，PDN连接建立完成后，当MME向控制器发送修改承载请求时，控制器向所有S-GW发送无线侧网元的IP地址。
步骤201、当控制器接收到S-GW发送的Packet_In消息和该用户的第一个上行数据包时，控制器选择该S-GW作为该用户的S-GW。
本步骤中，通过为用户分配S-GW的Anycast地址，该Anycast地址的数据包能够被路由到这一组目标中离用户附着位置最近的一个主机上，从而实现了最优分流网关的选择。
本步骤中，发送Packet_In消息和第一个上行数据包的S-GW为接收到第一个上行数据包的S-GW。
本步骤中，S-GW和L-GW可以是合设的，也可以是分离的。当S-GW和L-GW为合设时，控制器选择S-GW后，也选择了对应的L-GW。
当S-GW和L-GW为分离时，可以根据选择的S-GW和网络拓扑信息选择L-GW，具体如何根据选择的S-GW和网络拓扑信息选择L-GW属于现有技术，不能用来限定本发明的保护范围。
本发明选择分流网关的方法中，该方法还包括：
步骤202、控制器向选择的S-GW下发包括L-GW的IP地址的流表，并向L-GW下发包括选择的S-GW的IP地址的流表。
本步骤中，控制器还可以向选择的S-GW发送无线侧网元的IP地址。
本步骤中，在断开PDN连接过程中，当控制器接收到来自MME的删除会话请求时，控制器向选择S-GW发送删除分配的Anycast地址、无线侧网元的IP地址的消息。
图3为基于图1的系统建立PDN连接的方法的实施例的流程图，包括：
步骤300、用户经无线侧网元向MME发送PDN连接请求；
步骤301、MME根据用户的签约信息和接入点名称（APN，Access PointName）执行SIPTO的授权，并向对应的控制器发送建立会话请求；
步骤302、控制器为用户分配S-GW的Anycast地址，向所有S-GW发送分配的Anycast地址；并向MME发送建立会话响应；
步骤303、MME向无线侧网元发送无线承载建立请求和PDN连接接收消息；
步骤304、在用户和无线侧网元之间建立无线承载；
步骤305、无线侧网元向MME发送无线承载建立响应消息；
步骤306、用户向无线侧网元发送数据前传；
步骤307、无线侧网元向MME发送PDN连接建立完成的消息；
步骤307a、MME向控制器发送修改承载请求；
步骤307b、控制器向所有S-GW发送无线侧网元的IP地址；步骤307c、控制器向MME发送修改承载响应；
步骤307a～c为可选择的步骤。
步骤308、当S-GW接收到来自无线侧网元的第一个上行数据包时，S-GW向控制器发送Packet_In消息和第一个上行数据包；
步骤309、控制器以该发送Packet_In的SGW作为为该UE服务的S-GW，并根据选择的S-GW和网络拓扑信息选择L-GW；获取该S-GW和选择的L-GW的IP地址；
步骤310、控制器向该S-GW下发包括选择的L-GW的IP地址的流表，并向选择的L-GW下发包括该S-GW的IP地址的流表。
如果可选步骤307a～c没有执行，那么在步骤310中还包括：控制器向为UE服务的该S-GW发送无线侧网元的IP地址和第四TEID。
上述流程描述的是S-GW和L-GW分离的情况，如S-GW和L-GW是合设的，则步骤310中，控制器无需向L-GW下发包括S-GW的IP地址的流表。那么步骤309-310为：
步骤309、控制器以该发送Packet_In的S-GW和对应的L-GW作为为该UE服务的分流网关。
步骤310、控制器向为UE服务的该S-GW发送无线侧网元的IP地址。
在PDN建立完成后，无线侧网元与S-GW，S-GW与L-GW之间建立了数据通道，用于传输数据。数据通道，在这里是基于通用分组无线服务技术隧道协议（GTP，General packet radio service Tunnel Protocol）建立的GTP隧道，建立GTP隧道的信息除了上述对端网元的IP地址外，还包括隧道端点标识（TEID，Tunnel Endpoint Identifier）信息。数据发送时每一个网元需要知道对端网元的TEID和IP地址就能进行发送，因此，控制器还需要通知S-GW，SGW发送数据的对端网元的TEID，具体如何通知属于现有技术，不能用来限制本发明的保护范围。
图4为基于图1的系统断开PDN连接的方法的实施例的流程图，包括：
步骤400、用户经无线侧网元向MME发起断开PDN连接的请求，或者MME主动发起断开PDN连接的请求；
步骤401、MME向控制器发送删除会话请求；
步骤402、控制器向选择的S-GW发送删除包括选择的L-GW的IP地址的流表、分配的Anycast地址、无线侧网元的IP地址的消息；向选择的L-GW发送删除包括选择的S-GW的IP地址的流表的消息；
步骤403、控制器向MME发送删除会话响应；
步骤404、MME向无线侧网元发送承载去激活请求；
步骤405、无线侧网元和用户之间的无线资源进行重配置；
步骤406、无线侧网元向MME发送承载去激活响应；
步骤407、用户想无线侧网元发送该数据前传消息；
步骤408、无线侧网元向MME发送演进数据封包系统（EPS，EvolvedPacket System）承载去激活接受的消息。图5为本发明当S-GW发生改变时用户进行切换的方法的实施例的流程图，如图5所示，当S-GW为原S-GW，且S-GW发生改变时，该方法包括：
步骤500、用户进行切换准备和切换执行完成后，目标无线侧网元向MME发送路径转换请求；
步骤501、MME向控制器发送建立会话请求；
步骤502、目标S-GW接收到来自目标无线侧网元的第一个上行数据包后，向控制器发送Packet_In消息和第一个上行数据包；
步骤503、控制器选择目标S-GW，获取目标S-GW的IP地址；
步骤504、控制器向目标S-GW下发包括L-GW的IP地址的流表，向目标S-GW发送目标侧无线网元的IP地址，向L-GW下发包括目标S-GW的IP地址的流表；步骤505、控制器向MME发送建立会话响应消息；
步骤506、MME向目标无线侧网元发送路径转换确认；
步骤507、目标无线侧网元向无线侧网元发送用户上下文释放消息；
步骤508、MME向控制器发送删除会话请求；
步骤509、控制器向原S-GW发送删除包括对应的L-GW的IP地址的流表的信息，并删除原S-GW的IP地址；
步骤510、控制器向MME发送删除会话响应。
当L-GW为原L-GW，且控制器判断当前到达原L-GW的路径不是最优路径时，步骤511中还包括：控制器向原L-GW发送删除包括原S-GW的IP地址的流表的信息，并删除原L-GW的IP地址。
上述流程描述的是S-GW和L-GW分离的情况，如S-GW和L-GW是合设的，则步骤503中，控制器选择目标S-GW和对应的目标L-GW；步骤505只需要向目标S-GW发送目标侧无需网元的IP地址；步骤509中还包括控制器向原L-GW发送删除包括原S-GW的IP地址的流表的信息，并删除原L-GW的IP地址。
参见图6，本发明还提出了一种控制器，至少包括：
分配模块，用于为用户分配服务网关S-GW的任播Anycast地址，向所有S-GW发送Anycast地址；通过MME将Anycast地址发送给无线侧网元；
接收模块，用于接收S-GW发送的Packet_In消息和该用户的第一个上行数据包；
选择模块，用于选择该S-GW作为该用户的S-GW。
本发明的控制器中，还包括：
下发模块，用于向选择的S-GW下发包括L-GW的IP地址的流表，并向L-GW下发包括选择的S-GW的IP地址的流表。
本发明的控制器中，还包括：
发送模块，用于向选择的S-GW发送无线侧网元的IP地址。
本发明的控制器中，接收模块，还用于：接收到来自MME的删除会话请求；
发送模块，还用于：
向选择的S-GW发送删除分配的Anycast地址、无线侧网元的IP地址的消息。
需要说明的是，以上所述的实施例仅是为了便于本领域的技术人员理解而已，并不用于限制本发明的保护范围，在不脱离本发明的发明构思的前提下，本领域技术人员对本发明所做出的任何显而易见的替换和改进等均在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种选择分流网关的方法，其特征在于，所述方法包括：
控制器为用户分配服务网关S-GW的任播Anycast地址，并向所有S-GW发送所述Anycast地址；并通过移动性管理实体MME将所述Anycast地址发送给无线侧网元；
当控制器接收到S-GW发送的Packet_In消息和该用户的第一个上行数据包时，控制器选择所述S-GW作为该用户的S-GW。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过MME将分配的Anycast地址发送给无线侧网元包括：
所述控制器通过建立会话响应消息将所述Anycast地址发送给所述MME；
所述MME通过无线承载建立请求消息，或者路径转换确认消息，或者切换请求消息发送给所述无线侧网元。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在附着或分组数据网络PDN连接建立过程中，在所述控制器为用户分配S-GW的Anycast地址的步骤之前还包括：
所述MME接收到来自所述用户的附着请求或PDN连接请求；向对应的控制器发送建立会话请求。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在切换过程中，在所述控制器为用户分配S-GW的Anycast地址的步骤之前还包括：
所述MME接收到来自目标侧无线网元的路径转换请求消息，或者来自原MME的前传重定位请求消息，向对应的控制器发送建立会话请求。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述S-GW和本地网关L-GW分离，所述控制器选择所述S-GW作为所述用户的S-GW的步骤之后还包括：所述控制器向选择的S-GW下发包括所述L-GW的IP地址的流表，并向所述L-GW下发包括选择的S-GW的IP地址的流表。
6.根据权利要求1或2所述的方法，该方法还包括：
所述控制器向所述选择的S-GW发送所述无线侧网元的IP地址。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在去附着或者断开PDN连接过程中，当所述控制器接收到来自所述MME的删除会话请求时，该方法还包括：
所述控制器向所述选择的S-GW发送删除所述分配的Anycast地址、所述无线侧网元的IP地址的消息。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，当所述控制器接收到来自所述MME的修改承载请求时，该方法还包括：
所述控制器向所述所有S-GW发送所述无线侧网元的IP地址。
9.一种控制器，其特征在于，至少包括：
分配模块，用于为用户分配服务网关S-GW的任播Anycast地址，并向所有S-GW发送所述Anycast地址；通过MME将所述Anycast地址发送给无线侧网元；
接收模块，用于接收S-GW发送的Packet_In消息和该用户的第一个上行数据包；
选择模块，用于选择该S-GW作为该用户的S-GW。
10.根据权利要求9所述的控制器，其特征在于，还包括：
下发模块，用于向选择的S-GW下发包括L-GW的IP地址的流表，并向所述L-GW下发包括所述选择的S-GW的IP地址的流表。
11.根据权利要求10所述的控制器，其特征在于，还包括：
发送模块，用于向所述选择的S-GW发送所述无线侧网元的IP地址。
12.根据权利要求11所述的控制器，其特征在于，所述接收模块，还用于：接收到来自所述MME的删除会话请求；
所述发送模块，还用于：
向所述选择的S-GW发送删除所述分配的Anycast地址、所述无线侧网元的IP地址的消息。
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