CN105191224B - 动态lte网络 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种包括分组核心网(200)和至少一个无线接入节点(30)的通信网络，其被布置为通过在所述接入节点与所述核心网的网络元件(110，120)之间建立的第一接口为所述核心网提供到用户设备的接入。所述网络包括至少一个管理实体(50，51)，其被设计为建立经由所述管理实体传输并且链接所述接入节点和所述网络元件的虚拟第二接口，并且第一接口被封装在所述虚拟第二接口中。

Description

动态LTE网络
技术领域
本发明总体上涉及远程通信网络，并且更具体地，涉及无线通信网络。
背景技术
LTE(长期演进)技术表示被称为第四代的无线通信标准，被设计为允许非常高比特率的分组模式的数据传输。
基于LTE技术的4G网络凭借在用户体验上的主要提升以及单一世界标准的存在使高移动比特率更接近世界大众市场成为可能。
LTE 4G/3GPP是一种移动通信技术标准，并且对应于GSM/UMTS(全球移动通信系统/通用移动通信系统)标准的演进。LTE标准已经发展为使用新的信号处理技术和新的调制技术来增加移动网络的能力。LTE标准也被设计为着眼于将网络的架构简化和修改为基于IP(互联网协议)的系统，同时与3G架构相比显著地减少传输时间。
根据LTE技术的通信网络的架构是通过由3GPP组织所创建的一组技术规范来定义的。标题为“Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E-UTRA)and EvolvedUniversal Terrestrial Radio Access Network(E-UTRAN)；Overall description；Stage2”的规范TS 36.300定义了接入网的架构。
图1示出了常规的LTE网络的架构。如图1所示，LTE通信网络以基于IP的网络架构100为基础，包括称为EPC(演进的分组核心)的分组核心网20。
常规地，LTE网络包括：
-多个在LTE中称为“eNodeB”或eNB的天线中继或节点10；
-在LTE中称为“移动性管理实体”或MME的移动性管理实体11；
-在LTE中称为“服务网关”或S-GW的服务网关12；
-在LTE中称为“分组数据网络网关”或PDN GW的到外部网络18的网关13；
-在LTE中称为“归属订户服务器”或HSS的中央订户数据库14；
-在LTE中称为“策略与计费规则功能”或PCRF的计费规则模块15。
每个节点eNB 10负责与用户设备项16(通常由缩写“UE”所指示)的无线发送和接收。每个节点eNB是与用户设备项通信的唯一节点。用户设备16可以移动。移动性管理实体MME 11是接入到LTE网络的主管理元件。其负责与用户设备16相关的所有程序(身份验证、加密、发信号、移动性等)。
服务网关S-GW 12将数据分组路由并本地传输给用户，并且允许LTE网络和其他3GPP网络之间的连接。
当发生自然灾难或紧急情况时，远程通信基础设施的故障是常见的。这些故障可能与以下项有关：
-网络组件的物理性破坏：最近的灾难中该类型的故障被广泛地报告和记录。跟与网络中断和拥塞相关的问题相比，由这样的物理性破坏导致的问题常常更严重并且更持续。该类型的故障的发生通常要求对网络中损坏的系统的修理或更换，在灾难情况下这可能是冗长并且特别困难的过程，由于这个原因，到故障设备的接入可能被由所述灾难导致的其他因素搞得非常复杂；
-网络支持基础设施的中断：远程通信网络依赖于很多其他本地和区域性的技术系统以便于保证其正确操作。例如，在蜂窝网络的情况下，eNB的使用很大程度上取决于分组核心网EPC的使用。另一重要因素与配电系统相关，配电系统代表了远程通信网络的最重要的支持基础设施。如果配电系统遭受毁坏，备份电力机制(当其存在时)能够仅在有限的时间内给网络供电；
-由于网络拥塞的中断：目前，社交网络是广泛使用的媒介。在灾难情况下，由此产生的危机产生了对通信和协调响应行为的强烈需要以及用于传达关于受影响的群组和个体的信息的大量交换。因此，在灾难和紧急情况下远程通信量显著增加。其结果是网络的过载，导致通话被拒绝和阻塞，以及消息丢失；
-在远程区域的特定情况：当灾难和紧急情况在不存在远程通信基础设施的远程区域发生时，由于不同群组之间的通信困难，救援行为可能变成挑战。
这些事件通常引发显著的通信量。在这样的事件发生之后，现有的解决方案不能使部署LTE网络以允许到紧急通信单元的接入成为可能，其也不能使以可靠的方式临时增加针对LTE网络的能力成为可能。
发明内容
为此，本发明提出了包括分组核心网和至少一个无线接入节点的通信网络，被布置为提供经由接入节点与核心网的网络元件之间建立的第一接口来接入用户设备的核心网。有利地，网络包括至少一个管理实体，其被配置为建立通过它并且链接接入节点和网络元件的虚拟第二接口，并且第一接口被封装在其中。
因此，本发明凭借另外的硬件元件使识别接入节点eNB的移动性成为可能，所述另外的硬件元件涉及对在eNB和核心网EPC之间的相关联的设备中的新的通信接口以及软件元件的支持。所提出的新的软件实体特别地基于虚拟化方法，其构成满足针对LTE通信网络的动态模型的需求的有效的解决方案，同时具有对LTE标准所支持的现有架构的相对较小的影响。
在本发明的一个实施例中，通信网络包括核心网中的管理实体和每个接入节点中的客户端管理实体。因此，接入节点的客户端管理实体能够接管该过程以使从LTE技术到用于接入节点与核心网EPC之间通信的任意技术的切换成为可能，而核心网的管理实体以中心化的方式接管接入节点的能力。
特别地，虚拟的第二接口的激活包括：接入节点的管理实体将消息封装在分组中，以及根据确定的路由将分组传送到核心网的管理实体，分组由路由上中间接入节点的每个管理实体拦截并返回，这使得在紧急情况下在接入节点eNB之间路由信息成为可能以及使得若干eNB通过接口连接成为可能。
另外，管理实体可以包括度量库，适用于存储网络中每个接入节点的度量以及借助于接入节点之间的交换将其更新。因此，针对管理实体的操作的网络信息能够得以保持。
根据本发明的一个特征，管理实体可以包括路由管理实体，被配置为对在接入节点与网络元件之间交换的每个消息的路由进行确定，其使得对接入节点eNB的网络的路由和跟踪进行控制成为可能。
管理实体还可以包括拓扑管理实体，被布置为控制网络的拓扑。管理实体或(多个)实体对网络拓扑的识别保证了接入节点的移动性以及对动态并且协调的接入节点的拓扑的管理。
根据本发明的另一特征，管理实体可以包括链路管理实体，被配置为对所支持的与核心网通信的接口的MAC和物理层(PHY)进行控制，并且对在接入节点与网络元件之间交换的消息进行封装/解封装。链路管理实体显著地使得保持接入节点eNB与核心网EPC之间的直接动态链路、虚拟化第一接口S1以及保持虚拟第二接口成为可能。
有利地，链路管理实体可以包括控制服务中断和断开的中断管理代理，中断管理代理被配置为将进入到接入节点的、根据预定的规则选择的分组存储在存储器中，中断管理代理还适于响应于网络服务中断或断开之后的接入节点与网络元件之间的所述链路的重建，而将存储在存储器中的所述分组中的一些发送到所述网络元件。因此，本发明使得支持DTN(延迟/中断容忍网络)机制和自主机制以避免信息的损失和服务的中断成为可能。
链路管理实体还可以包括核心网代理，适于在中断或断开之后核心网的元件不可用的情况下至少部分地代替核心网的元件。该核心网代理使得对可以影响虚拟第二接口的临时中断进行控制成为可能。
本发明还提出了具有给定覆盖区域的无线接入节点，被布置为提供对位于在该覆盖区域中的用户设备的接入。该接入节点能够移动并且包括管理实体，该管理实体被配置为经由接入节点和网络元件之间所建立的第一接口来建立移动接入节点与通信网络的元件之间的链路。FME管理实体还被配置为建立通过它并且链接接入节点和网络元件的虚拟第二接口，并且第一接口被封装在其中。这样的接入节点适于多接口以及到核心网200的动态连接。
网络元件可以是通信网络的分组核心网的元件，诸如实体MME或网关S-GW。
在本发明的一个实施例中，接入节点可以是孤立的节点，而网络元件是与通信网络孤立的另一接入节点，这使得在如下的场景中保持部分服务成为可能：其中由于网络的分片所以接入节点与核心网隔离一段不确定时间。
接入节点可以包括多接口模块，被配置为允许根据适当技术的通信网络的接入节点与核心网之间的通信。
每个接入节点还可以包括移动性模块，被配置为根据适当的定位技术提供移动节点的位置。因此，接入节点可以是移动的并且在紧急情况下被动态地部署。
本发明也提出了一种在给定覆盖区域内对通信网络进行部署的方法，包括分组核心网和至少一个无线接入节点，被布置为经由建立在接入节点和核心网的网络元件之间的第一接口来为核心网提供到该覆盖区域的用户设备的接入。所述方法包括的步骤在于：
-提供网络中的至少一个管理实体；
-根据网络的拓扑激活核心网与无线接入节点之间的链路；
-创建通过该管理实体、链接接入节点与网络元件的虚拟第二接口，并且第一接口封装在其中。
这样的方法使得在紧急情况下实现动态部署接入节点的场景成为可能。
附图说明
通过阅读下面的具体实施方式以及附图中的图，本发明的其他特征和优点将变得显而易见，其中：
-图1是示例性常规LTE架构；
-图2是常规LTE网络的主要元件的结构视图；
-图3表示了根据本发明的一个实施例的示例性动态LTE架构；
-图4示出了根据本发明的一个实施例的节点eNodeB的架构；
-图5是示出了根据本发明的一个实施例的动态架构的不同组件的图；
-图6是表示了根据本发明的一个实施例的灵活性管理实体(FME)的结构的图；
-图7是表示了根据本发明的一个实施例的FME的链路单元的结构的图；
-图8是表示了对接口S1的示例性虚拟化的图；
-图9示出了FME实体的元件和接口；
-图10表示了根据中心化的方法的示例性动态架构；
-图11表示了根据去中心化的方法的示例性动态架构；
-图12是表示根据第一场景的示例性动态架构的图；
-图13是表示根据第一场景的被实施以覆盖灾难区域的步骤的流程图；
-图14是表示根据第三场景的示例性动态架构的图；
-图15是表示根据第三场景的被实施以覆盖灾难区域的步骤的流程图。
具体实施方式
尽管假定本领域技术人员熟悉LTE网络，但在这里回顾与图1和2相关的特定概念以帮助理解本发明。
图1的LTE架构100示出了节点eNB 10与核心网EPC 20之间的交互。
在LTE网络中所支持的主要接口包括：
-接口S1-C，该接口是E-UTRAN与实体MME 11之间的控制平面协议的参考点；
-传送平面中的接口S1-U，该接口在eNodeB与服务GW 12之间传送用户数据；
-网关S-GW 12与PDN-GW 13之间的接口S5，该接口用于跟随用户设备项16的移动性，以及当为了PDN连接性，网关S-GW 12需要连接到网关PDN-GW 13时重新分配eNB。
-实体MME 11与HSS数据库之间的接口S6a(接口AAA，代表“认证授权计费”)，该接口使得传输订阅和身份验证数据以认证/授权用户到演进型系统的访问成为可能。
-接口SGi，该接口是网关PDN-GW 13与分组数据网络18之间的参考点。分组数据网络18可以是操作员(operator)的外部公用网络或者个人分组数据网络或者甚至是内部操作员分组数据网络，例如，提供IMS(“IP多媒体子系统”)服务的网络。该参考点对应于3GPP网络接入的接口Gi；
-接口X2，该接口用于与eNB 10交互。
图2示出了节点eNB 10与核心网EPC 200的元件之间的功能分配。
每个节点eNB 10实现MAC(介质访问控制)层、物理(PHY)层、RLC(无线链路控制)层和PDCP(分组数据控制协议)层，并且提供无线资源控制(RRC)、准入、QoS(服务质量)以及其他这样的功能。eNodeB 10具有与核心网EPC 20的接口S1。接口S1包括控制平面中的接口S1-C和传输平面中的接口S1-U。
此外，相邻的eNB在他们之间使用接口X2，这使得在处于ACTIVE(“切换”)模式的用户的移动性中最小化分组的损失成为可能。当被提供有设备项UE 16的用户在ACTIVE模式下从第一eNB移动到第二eNB时，在第二eNB上为UE 16分配新的资源。然而，核心网20继续向第一eNB传输想要给UE 16的分组，直到第二eNB已经将改变通知网络。在该过度时期，第一eNB经过接口X2将想要给UE 16的分组中继到第二eNB，第二eNB将其转发到UE 16。
显著地保证公用或者甚至紧急通信安全的部署eNB的更动态的场景，使得有必要允许eNB 10的移动性以及管理动态的和协调的eNB拓扑。此外，在这样的场景期间的网络操作要求信息在eNB之间路由以及通过接口S1的若干eNB的连接。
因此，将动态拓扑引入到4G/3GPP LTE引起了eNB 10的协作的问题，该问题处理如eNB的移动性和eNB之间的连接中断之类的与场景需求有关的问题。
为了这个目的，本发明提出了新颖的LTE部件，在下文中称为eNB的移动性管理实体，或FME(“灵活性管理实体”)。根据本发明的实体FME允许eNB的有效协作，而不推翻标准接入网络的架构以及LTE网络架构的规则。它还使得在限制对LTE网络架构进行改变的同时引入这些新的功能成为可能。
图3表示了根据本发明的一个实施例的示例性LTE 300架构，其使得支持节点eNB30的移动性成为可能。在该示例中，只有节点eNB中的一些连接到核心网EPC 200。该图示出了动态LTE 300架构构成了其中网络中的移动节点eNB 30的子集管理与核心网200的通信的动态环境，以便于保持LTE网络中的核心网200所提供的服务。
在特定实施例中，这些节点eNB，下文中也称为“Het.eNB”，适应于允许到核心网200的多接口连接，并且被称为异构的。
图4示出了根据本发明的异构节点Het.eNB 30的结构。异构节点Het.eNB 30有利地具有使其区别于常规节点eNB的下面的特征：
-异构节点Het.eNB具有自主的电力供应；
-其具有与核心网EPC 200的多接口连接性(802.11技术、WIMAX、Satellite等)；
-其被提供有移动性性能(例如，随机移动性或预测的移动性或受控的移动性)。
特别地，异构节点Het.eNB 30可以包括：
-电力供应模块40，被配置为通过使用诸如电池、太阳能电池板、风力涡轮机或任何其他等价资源这样的可用的资源来为节点eNB供电。该自供电能力被设计为允许节点Het.eNB支持移动性。电力供应模块40还被配置为控制能量资源并且将其传达到FME实体；
-多接口模块41，被配置为通过使用适当的技术，例如，IEEE 802.11、卫星或以太网通信链路(标准接口)，允许节点Het.eNB 30与核心网EPC 200之间的通信；以及
-移动性模块42，负责节点Het.eNB的移动性。该模块还被布置为通过使用适当的定位技术(例如，GPS(全球定位系统)或任何其他适当的定位系统)提供节点Het.eNB的确切位置。
FME实体使异构节点Het.eNB 30并入LTE核心网以及支持动态架构300的能力和另外的机制成为可能。
图5示出了动态LTE架构300的一般结构。
如所知道的，本质上，核心网EPS(200)要求建立网络的两点之间(例如，UE 16和网关PDN-GW 130之间)的“虚拟”连接。该虚拟连接被称为“EPS承载”(在图中标记为“EPS B”)。此外，在图5中表示为RB的数据无线承载(“无线承载”)将来自EPS承载的分组在设备项UE(16)与节点eNB(30)之间传输。在图中表示为S1-B的接口S1承载将来自EPS的分组在eNodeB(30)与网关S-GW(120)之间传输。在图中表示为S1/S8-B的接口S1/S8承载将来自EPS承载的分组在网关S-GW(120)与网关PDN-GW(130)之间传输。
根据本发明的特征，动态LTE架构还包括实体FME 50，该实体使得异构节点Het.eNB 30和核心网200能够以透明的方式保持LTE网络的所有标准服务和程序(“端到端服务”，图中表示为“EES”)。特别地：
-其使新的网络元件并入LTE的标准实现方式成为可能；
-其使新的控制机制并入标准LTE网络的当前功能成为可能，诸如对节点Het.eNB的网络的监管、跟踪和路由；
-其使得LTE架构上的新的网络元件和机制的影响最小化；
-其以对核心网完全透明的方式实现了节点Het.eNB 30的新的能力，特别地，Het.eNB的移动性及其与核心网EPC 200的动态连接性；
-其控制节点Het.eNB 30与核心网EPC 200之间的动态连接性；
-其保证在每个节点Het.eNB 30与核心网EPC 200之间的接口S1的隧穿(tunneling)的实现，以允许LTE网络所提供的不同服务被支持。
图6表示了根据本发明的一个实施例的灵活性FME管理实体50的结构。实体FME 50能够表现为软件和/或硬件实体的形式，托管在异构节点Het.eNB 30上或者在动态架构的核心网200中，以及特别地在实体MME 110中。根据本发明的实体FME 50显著地被配置为：
-存储与异构节点Het.eNB 30相关联的度量；
-控制节点Het.eNB的网络和用户设备16之间的路由；
-控制节点Het.eNB的网络的拓扑；
-控制在多接口连接性情况下的链路；
-当节点Het.eNB 30不具有到核心网200的接入时，提供核心网功能和服务，
-根据用于与核心网EPC 200(802.11、Satellite、WiMAX)通信的接口，控制针对接口S1的封装的链路，
-创建并保持随后描述的虚拟接口S1a。
实体FME 50使得异构节点30的新能力对核心网EPC 200透明(具有对当前LTE架构的最小影响)成为可能。此外，根据本发明的实体FME 50被布置为平衡网络中的能量消耗，这有利于在动态部署中所提出的解决方案的使用并且延长其寿命。
如图6所表示的，实体FME 50包括度量库61、路由管理单元62(标记为RMU)、拓扑管理单元63(标记为TMU)以及链路管理单元64(也标记为LMU)。
度量库61被配置为存储网络中每个异构节点30的度量，并且借助于异构节点Het.eNB之间的交换来对其更新。度量库61还负责存储从异构节点30Het.eNB的电力供应模块40以及从移动性模块41所获得的信息。它可以表现为FME实体的其他单元RMU、TMU和LMU的网络信息服务器的形式。
路由管理单元62(RMU)被配置为针对用户设备项16和异构节点Het.eNB 30所需要的任何服务来路由网络中的分组，并且使网络中的每个Het.eNB与核心网EPC(200)之间的路由保持活跃。
拓扑管理单元63(TMU)被布置为：
-定位网络中的每个异构节点Het.eNB 30；
-保持Het.eNB网络的有效网络拓扑；
-根据地理距离控制节点Het.eNB 30之间的分隔以避免它们之间的任何干扰。
图7表示了链路管理单元64(LMU)的结构。链路管理单元64被配置为控制支持的用于与核心网EPC通信的接口的MAC和物理层(PHY)。其显著地负责根据节点Het.eNB与EPC通信所支持的可用技术来对异构节点30与核心网EPC 200之间交换的所有消息进行封装或解封装。该程序的主要作用是创建了节点Het.eNB 30与EPC 200之间的隧穿。链路管理单元64因此包括以下功能：
-其保持异构节点Het.eNB与核心网EPC之间的直接动态链路；
-其执行将接口S1封装在虚拟接口S1a中以及从封装在虚拟接口S1a中的接口S1提取数据；
-其创建并且保持虚拟接口S1a(经由一个或多个Het.eNB建立，即借助于多跳连接)。
根据本发明的特征，实体FME 50，特别地其单元LMU 64，被配置为支持核心网的功能以便于允许孤立的节点Het.eNB 30具有自主功能以向用户提供连接性和服务。为了这个目的，单元LMU 64包括网络核心代理640，以下称为“EPC-A”(“演进型分组核心代理”的缩写)。孤立的节点Het.eNB描述了在考虑的时间没有连接到核心网EPC 200的Het.eNB类型的节点。
另外，链路管理单元LMU 64可以适于借助于以下称为“DMA”(“中断管理代理”的缩写)的中断管理代理641来支持DTN网络(“延迟/中断容忍网络”)和自主计算机制。
由于根据本发明，节点eNB与核心网EPC之间的常规以太网连接由新的异构节点30的能力所依赖的多接口连接性所替换，所以FME客户端51可以被安装在涉及该多接口连接性的实现方式的任何网络元件中。
在Het.eNB-Het.eNB以及Het.eNB-EPC之间频繁链路中断的可能性在特定场景中可能更重要或者更不重要，取决于：
(i)节点eNB的移动性的类型；
(ii)一方面异构节点(Het.eNB-Het.eNB)之间的无线连接性，以及每个异构节点与核心网EPC(Het.eNB-EPC)之间的无线连接性；
(iii)信道条件的不可预测的改变。
根据本发明所提供的虚拟接口S1a然后可能遭受影响网络的正常操作的临时中断。为此，将诸如DTN机制和自主机制这样的机制引入到每个实体FME 50以避免信息的损失以及因此带来的服务中断。这些机制由单元LMU 64的中断管理代理DMA 641支持。
然而，由于可能影响移动网络中链路的稳定性的多种因素，预测中断或者断开的持续时间可能是困难的。在这样的场景中，由于网络的分片，节点Het.eNB 30与核心网EPC200隔离一段不确定的时间。在常规的LTE架构中，网络中的大量功能由核心网EPC所支持，这些功能保证在特定场景中不完全需要的一组重要服务。
有利地，单元LMU 64根据(i)中断或断开的持续时间以及(ii)节点Het.eNB 30在存储器方面、在可用电力方面以及在能力方面的可用资源，决定借助于代理EPC-A 640或者代理DMA 641支持DTN机制以保证动态LTE网络的正确操作的最有效的方法。特别地，在节点Het.eNB遭受长的中断或断开的情况下，代理DMA 641的机制所支持的代理EPC-A 640被激活以支持DTN机制并且保持特定功能和服务。在Het.eNB 30遭受短的中断或断开的情况下，代理DMA 641的机制被激活以支持DTN机制。
特别地，代理DMA 641与单元LMU 64交互以根据预定的规则(例如，根据分组的存活时间，或TTL)和根据分组的类型(例如，服务、信令、路由分组)来排列到来的分组，并且根据该排列确定该分组是必须被存储在特定缓冲存储器6410中还是立即被毁坏。
代理DMA 641可以包括缓冲存储器管理器6412以用于控制不同缓冲存储器中的分组的状态，确定分组是否具有过期的TTL或者废弃的功能，并且如果适当的话，拒绝这样的分组。管理器6412根据节点Het.eNB的可用的存储器资源显著地负责本地缓冲存储器空间6410。代理DMA 641还被配置为排列并且指定当所有存储器资源已被使用时不得不被毁坏的分组的优先级。其也适于：一旦Het.eNB-Het.eNB或Het.eNB-EPC链路被重新建立或者路由单元RMU 62发现了到EPC 200的新的接入路径，就根据特定优先级规则将分组发送或返回到虚拟接口S1a。
代理EPC-A 640驻留于单元LMU 64中，并且被配置为控制承担网络分片(或者核心网EPC 200的崩溃)之后孤立的节点Het.eNB 30的基本功能的正在实施的所有机制。代理EPC-A 640与LMU 64和代理DMA 641交互以当EPC发生中断或断开时保证节点Het.eNB的正确操作。代理EPC-A 641包括用作被保护的代码运行时环境的动态代码库6400，其中可以在DMA机制不充分时(特别地，当中断时间大于给定阈值，要求核心网EPC 200对服务的更新)执行小的功能以保证孤立的Het.eNB的正确操作。该技术保证了：如果中断或断开之后核心网200中的特定服务器(例如，像短消息服务中心(SMSC)的高级服务器或者像例如AAA的低级服务器)暂时不可用，则EPC-A 640在中断期间执行能够充当替代服务器的功能。代理EPC-A 641还包括库管理器6402，负责控制动态代码库6400。
该自主方法是重要的，并且在不能为中断或断开问题提供好的解决方案的情况下补充了DTN机制。特别地，该代理EPC-A 640：
-与单元LMU 64交互以确定特定功能被执行以保证孤立的节点Het.eNB 30的正确操作；
-根据所要求的场景和孤立的节点Het.eNB的可用资源，针对代理EPC-A 640对要被执行的功能分配优先级；
-一旦单元RMU 62发现到EPC的新的接入路径，就重建核心网EPC的所有功能，并且执行针对所有这些功能的传输。
因此，节点Het.eNB可以被部署在地理上孤立的位置，与核心网EPC200切断，并且同时能够凭借使用DMA 641和/或EPC-A 640功能而自主操作，DMA 641和EPC-A 640功能二者均驻留于Het.eNB的单元LMU 64中。
应当注意的是，代理EPC-A 640的复杂性取决于其执行的核心网EPC的功能的数量。
图8表示节点Het.eNB 1(由参考标记301所指示)与核心网200的接口S1的虚拟化的示例。图8中所表示的箭头90指示多跳路由，后面是接口S1a以到达核心网200。虚拟接口S1a路由来自箭头91所表示的接口S1的所有信息，通过节点Het.eNB 1(301)、Het.eNB 2(302)、Het.eNB 3(303)的单元LMU 64到达核心网200的单元FME 50。有利地，核心网200的单元LMU 64根据节点Het.eNB中可用的技术封装接口S1，例如，专用于无线网络的802.11标准。
图9示出了示例性动态架构的不同元件的结构以及接口S1和S1a。图9的架构包括位于节点Het.eNB 30中的FME客户端51、位于Het.eNB外的FME客户端51以及完整的FME实体50。FME客户端51(表示为“FMEC”)是FME 50的缩减版本。其支持单元LMU 64的全部能力。FME客户端51与实体FME 50的单元RMU 62和TMU 63永久通信，用于拓扑和路由保持。因此，FME客户端是技术之间的一种会聚层：其接管整个过程，使得从LTE技术改变为用于节点Het.eNB 30与核心网EPC 200之间的通信的任何技术成为可能。接口S1a是虚拟接口，使得在控制平面连接孤立的节点Het.eNB与实体MME 110或者在传输平面连接孤立的节点Het.eNB与服务网关S-GW 120成为可能。接口S1被封装在接口S1a以允许除以太网以外的接口被支持，以及允许与核心网200的多跳连接。
在上文所描述的本发明的实施例中，FME客户端51的单元LMU 64不具有路由功能。针对每个异构节点Het.eNB，S1a的路由由核心网EPC 200的实体FME 50的单元RMU 62提供。然而，FME客户端51的单元LMU 64知道路由上的下一跳。实体FME 50的物理定位是根据异构节点Het.eNB的资源来选择的。特别地，根据本发明的第一实施例，实体FME 50可以位于核心网200中，以具有中心化的方法。在本发明的第二实施例中，根据去中心化的方法，实体FME 50可以位于异构节点Het.eNB 30中。
参考图10，图10表示了根据本发明的第一实施例(中心化的方法)的示例性动态架构。
在本实施例中，实体FME 50以中心化的方式接管异构节点Het.eNB 30的能力。所有信息被收集在EPC 200中，以支持FME 50的全部功能。该架构还包括一组FME客户端51在每个异构节点Het.eNB中，而单个实体FME50安装在核心网EPC 200中。因此，大量FME客户端51存在于异构节点Het.eNB的网络中。
图11表示了根据本发明的第二实施例(中心化的方法)的示例性动态架构。
因此，在本发明的该第二实施例中，该网络包括多于一个实体FME 50，其以去中心化的方式接管异构节点Het.eNB 30的能力。所有信息被收集在每个节点Het.eNB 30处，以支持安装在其中的FME 51的功能。此外，在该实施例中，在核心网200中提供FME客户端51(表示为“FMEC”)，然而在异构节点30的网络中提供多个FME 50。
为了简化对本发明的理解，在下文的说明书中，术语“FME”和参考标记50将被用于表示FME和FME客户端实体二者。然而，本领域技术人员将会理解，可以取决于情况来应用第一和第二实施例中的一个或另一个。因此，当在核心网200中提供中心FME实体时，FME客户端被安装在节点Het.eNB 30中，而当每个节点Het.eNB提供FME实体时，FME客户端在去中心化的方法中在核心网中被提供。
因此，本发明使得LTE4G/3GPP网络在暴露于中断的动态环境中操作成为可能，并且显著地支持以下新的能力：
-对节点eNB的移动性的管理；
-节点eNB与核心网EPC(200)之间连接的灵活性；
-路由和跟踪移动节点eNB构成的网络；
-保持节点Het.eNB的新能力透明，尤其是节点Het.eNB 30的移动性及其与核心网EPC 200的多接口连接性；
-每个Het.eNB与EPC之间的接口S1的封装，即所有服务的隧穿由LTE架构来管理；
-针对动态环境中的LTE，代理DMA 641管理DTN机制；
-管理在网络分片场景中从节点Het.eNB发射通过EPC-A 640的通信；
-保证关键服务的特定集合，即使节点Het.eNB与核心EPC 200完全失去连接；
-将新的网络元件集成在标准LTE网络架构中的设施。
根据本发明，这些能力可以被实现，而不会导致常规LTE网络架构的任何主要的中断以支持这些新的能力。此外，新的元件(FME、LMU、RMU等)具有对常规LTE架构的最小的影响。因此，可以以最小的代价支持针对重要问题的新能力。这还使节点Het.eNB的移动网络的控制、跟踪和路由机制与标准LTE网络配置集成成为可能。
尽管不限于这些应用，本发明特别感兴趣于：在发生包括显著应用通信量的特定事件时，针对紧急通信以及LTE网络的能力的临时增加的4G/3GPP LTE宽带网络的部署。类似地，本发明凭借从Het.eNB的能量视角的独立操作的能力，使得设想实施可靠的并且对全球电力网络的任何故障不敏感的LTE覆盖成为可能。
本说明书接下来的部分将参考紧急通信场景给出，以非限制的示例方式说明创建和保持单元FME 50的虚拟接口S1的过程。
图12表示了与针对单个节点Het.eNB的动态LTE网络架构相关的第一场景。在该场景中，单个节点Het.eNB 30被部署在灾难区域中以为用户提供全面服务。节点Het.eNB装备了表示为FME(1)的实体FME。补充FME实体(完全FME或FME客户端，取决于所选择的方法)也被提供在核心网EPC中。EPC的FME实体表示为FME(2)。
图13表示了根据该第一场景的被实现为保持服务的方法。
在步骤130，将LTE网络部署在灾难区。为了向覆盖区域提供所有服务，该网络包括具有无线接口的MME单元110。例如，部署了：被提供有IEEE 802.11接口的MME单元以及被提供有两个LTE和IEEE 802.11无线接口的节点Het.eNB 30。
在步骤132，然后激活核心网200与节点Het.eNB 30之间的链路(EPC-Het.eNB链路)用于以下的通信：实体FME(1)50建立节点Het.eNB30与核心网EPC 200之间的通信链路(点到点链路的创建)。实体FME(1)50，特别是其单元LMU(64)，配置Ad-Hoc模式的IEEE802.11接口，并且根据两个部件EPC 200和节点Het.eNB之间的距离为两个部件中的IEEE802.11接口选择适当的传输功率。
在步骤134，创建虚拟接口：一旦建立了EPC-Het.eNB链路，单元LMU 64则创建S1的虚拟接口。特别地，单元LMU 64定义使用IEEE 802.11标准封装以及来自LTE到EPC的全部通信量(并且反之亦然)所需要的全部参数。所要求的主要参数包括节点Het.eNB 30和EPC200中的IEEE 802.11接口的识别地址，以及IEEE 802.11标准所允许的最大分组长度(MPDU)。
在步骤136，虚拟接口S1a是运作的。当节点Het.eNB不得不连接到EPC 200时，则执行以下步骤：
a.检查要被路由经过接口S1的源于节点Het.eNB 30的消息并且将其封装在IEEE802.11标准分组中(实体FME(1)的步骤1360)；
b.如果该消息大于授权的最大长度MPDU，则实体FME(1)控制该消息的分片/聚合(步骤1362)；
c.然后，根据IEEE 802.11的MAC层标准的程序，单元LMU 64发送该消息到EPC 200(步骤1364)；
d.当实体EPC接收到消息(步骤1366)，并且更具体地，实体FME(2)接收到消息时，实体FME(2)将消息从IEEE 802.11标准分组中解封装(步骤1368)并且将其递送到实体MME110(步骤1369)。
在步骤138，监督虚拟接口S1a：单元TMU 63控制Het.eNB-EPC链路的可用性以保证接口S1。
在步骤139，保持服务。由于接口S1是可用的，所以可以在覆盖区域提供全面服务。
在关于孤立的节点Het.eNB的动态LTE网络架构的第二场景中，第一场景的节点不链接到EPC网络：在位于节点Het.eNB 30的覆盖区域内的用户之间提供诸如呼叫和文本消息之类的部分服务。通过使用在单元LMU 64中实施的代理EPC-A 640的能力来保持这些服务。
图14表示了关于针对多个节点Het.eNB 30的动态LTE网络架构的第三场景。在该场景中，若干节点Het.eNB被部署在灾难区以为用户提供全面服务。图14特别地示出了：具有覆盖区域A的附图标记30A所指示的第一节点Het.eNB、具有覆盖区域B的附图标记30B所指示的第二节点Het.eNB、以及具有覆盖区域C的附图标记30C所指示的第三节点Het.eNB。节点Het.eNB凭借IEEE 802.11链路两两链接。每个节点Het.eNB装备有表示为FME(1)的FME实体。补充的FME实体(完全FME或FME客户端取决于所选择的方法)也被提供在核心网EPC中。EPC的FME实体表示为FME(2)。
图15表示了根据该第三场景的被实施为保持该服务的方法。
在步骤150，在灾难区部署该网络。为了提供对覆盖区域的所有服务，该网络包括具有无线接口的单元MME 110。例如，部署了：被提供有IEEE 802.11接口的单元MME以及每个被提供有两个LTE和IEEE 802.11无线接口的节点Het.eNB 30A、30B和30C。
在步骤152，然后激活核心网200与每个节点Het.eNB 30A、30B和30C之间的链路。根据网络的拓扑，实体FME 50建立节点Het.eNB 30A、30B和30C与核心网EPC 200之间的通信链路(点到点链路的创建)。在图14的示例中，该拓扑是由点到点链路构成的多跳拓扑：节点30A是从EPC 200的一跳，节点30B和30C是从EPC 200的二跳，节点30A充当EPC 200与节点30B/30C之间的中继。因此，在EPC 200与节点30A之间、在节点30A与节点30B之间、在节点30A与节点30C之间的链路被激活。实体FME 50，特别是其单元LMU(64)，配置Ad-Hoc模式的IEEE 802.11接口，并且为EPC 200和每个节点Het.eNB中的IEEE 802.11接口选择适当的传输功率(根据两个部件之间的距离)。
在步骤154，创建虚拟接口S1a：一旦建立了EPC和节点Het.eNB(30A、30B、30C)之间的链路，单元LMU 64则创建S1的虚拟接口。特别地，单元RMU 62创建从每个节点Het.eNB离开到EPC的路由，并且通知这些路由的单元LMU 64。可以通过使用标准MANET(移动Ad hoc网络)路由协议或作为变体的特定协议来创建该路由。此外，单元LMU 64定义使用IEEE802.11标准的封装需要的全部参数。所要求的主要参数包括节点Het.eNB 30和EPC 200中的IEEE 802.11接口的识别地址，以及IEEE 802.11标准所授权的最大分组长度(MPDU)。
在步骤156，虚拟接口S1a是运作的。当节点Het.eNB与EPC 200通信时，则该步骤包括以下步骤：
a.由所考虑的节点Het.eNB的FME实体检查要被路由经过接口S1的源于节点Het.eNB 30的消息，并且将其封装在IEEE 802.11标准分组中(步骤1560)；
b.如果该消息大于授权的最大长度MPDU，则该节点Het.eNB的FME实体实施该消息的分片/聚合(步骤1562)；
c.然后，根据IEEE 802.11的MAC层标准的程序，该节点Het.eNB的单元LMU 64发送该消息到路由的下一跳(如果适合的话，经由另一Het.eNB)(步骤1564)；
d.根据所确定的路由，如果该路由的下一元件对应于另一节点Het.eNB，该节点的单元LMU将该消息转发到EPC(步骤1565)；
e.当实体EPC接收到消息(步骤1566)，并且更具体地其实体FME 50接收到消息时，EPC的FME实体将消息从IEEE 802.11标准分组中解封装(1568)并且将其递送到实体MME110或者网关S-GW(步骤1569)。
在步骤158，监督虚拟接口S1a：单元TMU 63控制每个Het.eNB-EPC链路的可用性以保证接口S1，而单元RMU 62永久地更新和保持该路由。
在步骤159，保持服务：由于接口S1是可用的，所以可以在覆盖区域提供全面服务。
在关于针对多个孤立的节点Het.eNB 30的动态LTE网络架构的第四场景中，第三场景的节点没有一个链接到网络EPC 200。针对单元LMU 64在异构节点30A、30B和30C之间保持虚拟接口S1a。在几乎不假定任何与核心网EPC 200的(不管怎样间歇的)连接的该场景中，该方法被去中心化以避免非退化的操作。位于节点Het.eNB 30A、30B和30C的FME中的单元RMU 62，负责创建节点之间的路由。这些虚拟接口S1a用于在覆盖区域中提供部分服务。
如在第二场景中一样，在位于节点Het.eNB 30A、30B和30C的覆盖区域中的用户之间提供诸如呼叫和文本消息之类的部分服务。通过使用在单元LMU 64中实施的代理EPC-A640的能力来保持这些服务。
以上场景也可以被组合。
本发明不限于上文以非限制性示例的方式所描述的实施例。其包括将能够由本领域技术人员所设想的所有不同的实施例。特别地，本发明不限于通过示例的方式所描述的场景，并且可以包括这些场景或者甚至其他场景的组合。此外，本发明不限于所描述的应用。其能够显著地应用在灾难或紧急情况期间或灾难或紧急情况之后的不同的阶段，诸如：
-紧急响应阶段
-恢复和维修阶段
-针对功能替换的对所毁坏的基础设施的重建
-再开发的重建
本发明提供了在这种情况下的大量优势，尤其是：
-动态部署：异构节点Het.eNB 30可以容易地置于灾难区以具有更多小区和覆盖区域；
-增量式部署：该服务或许初始地使用单个异构节点Het.eNB来支持，然后在另外的覆盖和/或能力是必要的情况下，可以利用若干节点Het.eNB来渐进地扩展该网络；
-低成本：节点Het.eNB的小集合证明比同步卫星解决方案成本更低；此外，Het.eNB的网络证明比部署具有大量基站的地面网络成本更低；
-响应通信量需求的灵活性：对eNB的移动性的包含使得取决于所考虑的使用情况的需求，通过eNB的简单的地理位移来调节eNB的无线覆盖成为可能。在eNB被部署在空降平台上的情况下，这些eNB能够例如简单地通过增加高度来具有更大的地面无线覆盖，并且能够通过降低高度来减小该无线覆盖。通过对eNB的地理位移来改变无线覆盖的该方法补充了传统方法(例如，经由eNB的天线上的传输增益的变化或者“智能天线”类型的高级天线使用，能够调节其在地面上的无线覆盖)并且增加了具有灵活性的额外元件；以及
-快速部署：针对给定网络架构，相对快速地部署新的节点Het.eNB是可能的。
本领域技术人员将会理解，FME实体及其子部件能够以各种方式通过硬件、软件或硬件和软件与组合来实现。
特别地，FME单元的部件能够被组合或者被分成子元件来实现本发明。此外，这些部件能够以由处理器执行的计算机程序的形式来实现。计算机程序是能够直接地或间接地由计算机所使用的指令的集合。
计算机程序能够以任何程序语言来编写，包括编译的语言或解释的语言，并且其能够以任何形式被部署在所选择的IT环境中。

Claims (13)

1.一种包括分组核心网(200)和至少一个无线接入节点(30)的通信网络，其被布置为经由在所述无线接入节点与所述核心网的网络元件(110，120)之间建立的第一接口为所述核心网提供到用户设备的接入，其特征在于，所述网络包括至少一个管理实体(50，51)，其被配置为建立经过所述管理实体的第二虚拟接口，所述第二虚拟接口链接所述无线接入节点和所述网络元件，并且所述第一接口被封装在所述第二虚拟接口中，
其中，所述管理实体包括链路管理实体，所述链路管理实体被配置为对所支持的与所述核心网通信的接口的MAC和物理层进行控制，并且对在所述无线接入节点与所述网络元件之间交换的消息进行封装/解封装，所述链路管理实体包括用于控制服务中断和断开的中断管理代理，所述中断管理代理被配置为将进入到无线接入节点的、根据预定的规则选择的分组存储在存储器中，所述中断管理代理还适于响应于网络服务中断或断开之后的无线接入节点与网络元件之间的所述链路的重建，而将存储在存储器中的所述分组中的一些发送到所述网络元件。
2.根据权利要求1所述的通信网络，其特征在于，其包括：所述核心网中的管理实体(50)和每个无线接入节点中的客户端管理实体(51)。
3.根据权利要求2所述的通信网络，其特征在于，所述第二虚拟接口的激活包括：所述无线接入节点的所述客户端管理实体(51)将所述消息封装在分组中，以及根据确定的路由将所述分组传送到所述核心网(200)的所述管理实体，所述分组由所述路由上的中间无线接入节点的每个管理实体拦截并返回。
4.根据权利要求1所述的通信网络，其特征在于，所述管理实体(50)包括度量库(61)，其适用于：存储针对所述网络中每个无线接入节点(30)的度量，以及借助于所述无线接入节点之间的交换将其更新。
5.根据权利要求1所述的通信网络，其特征在于，所述管理实体(50)包括路由管理实体(62)，其被配置为对针对在无线接入节点(30)与所述网络元件(110，120)之间交换的每个消息的路由进行确定。
6.根据权利要求1所述的通信网络，其特征在于，所述管理实体(50)包括被布置为控制所述网络的拓扑的拓扑管理实体(63)。
7.根据权利要求1所述的通信网络，其特征在于，所述链路管理实体(64)还包括核心网代理(640)，其适于在中断或断开之后所述核心网(200)的网络元件不可用的情况下，至少部分地代替所述核心网的所述网络元件。
8.一种具有给定覆盖区域的无线接入节点，其被布置为提供到位于所述覆盖区域中的用户设备(16)的接入，其特征在于，所述无线接入节点能够移动并且在于其包括管理实体(50)，所述管理实体(50)被配置为经由所述无线接入节点和通信网络的网络元件(110，120)之间建立的第一接口来建立所述无线接入节点与所述通信网络的所述网络元件(110，120)之间的链路，所述管理实体(50)还被配置为建立经过所述管理实体的第二虚拟接口，所述第二虚拟接口链接所述无线接入节点和所述网络元件，并且所述第一接口被封装在所述第二虚拟接口中，
其中，所述管理实体包括链路管理实体，所述链路管理实体被配置为对所支持的与核心网通信的接口的MAC和物理层进行控制，并且对在所述无线接入节点与所述网络元件之间交换的消息进行封装/解封装，所述链路管理实体包括用于控制服务中断和断开的中断管理代理，所述中断管理代理被配置为将进入到无线接入节点的、根据预定的规则选择的分组存储在存储器中，所述中断管理代理还适于响应于网络服务中断或断开之后的无线接入节点与网络元件之间的所述链路的重建，而将存储在存储器中的所述分组中的一些发送到所述网络元件。
9.根据权利要求8所述的无线接入节点，其特征在于，所述网络元件是所述通信网络的分组核心网(200)的网络元件(110，120)。
10.根据权利要求9所述的无线接入节点，其特征在于，所述无线接入节点是孤立的节点，以及在于所述网络元件是与所述通信网络孤立的另一无线接入节点(30B，30C)。
11.根据权利要求8所述的无线接入节点，其特征在于，所述无线接入节点包括多接口模块(41)，其被配置为允许根据一种技术在所述无线接入节点(30)与所述通信网络的所述核心网(200)之间进行通信。
12.根据权利要求8所述的无线接入节点，其特征在于，每个无线接入节点还包括移动性模块(42)，其被配置为根据定位技术来提供所述无线接入节点的位置。
13.一种在给定覆盖区域内对通信网络进行部署的方法，所述通信网络包括分组核心网(200)和至少一个无线接入节点(30)，其被布置为经由建立在所述无线接入节点和所述核心网的网络元件(110，120)之间的第一接口来为所述核心网提供到所述覆盖区域的用户设备的接入，其特征在于其包括：
-提供所述网络中的至少一个管理实体(50，51)；
-根据所述网络的拓扑，激活所述核心网(200)与所述无线接入节点之间的链路；
-创建经过所述管理实体(50)的第二虚拟接口，所述第二虚拟接口链接所述无线接入节点与所述网络元件，并且所述第一接口被封装在所述第二虚拟接口中，
其中，所述管理实体包括链路管理实体，所述链路管理实体被配置为对所支持的与所述核心网通信的接口的MAC和物理层进行控制，并且对在所述无线接入节点与所述网络元件之间交换的消息进行封装/解封装，所述链路管理实体包括用于控制服务中断和断开的中断管理代理，所述中断管理代理被配置为将进入到所述无线接入节点的、根据预定的规则选择的分组存储在存储器中，所述中断管理代理还适于响应于网络服务中断或断开之后的无线接入节点与网络元件之间的所述链路的重建，而将存储在存储器中的所述分组中的一些发送到所述网络元件。
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