CN105307125A - 优化具有本地ip接入的家庭演进基站中的服务网关的位置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了优化具有本地IP接入的家庭演进基站中的服务网关的位置。实施例提供一种使移动设备在毫微微蜂窝接入网络上的分组数据网络连接上建立本地IP接入的系统和方法。将本地服务网关和宏服务网关连接(coupled？to)到毫微微蜂窝接入网络。将移动性管理实体连接到毫微微蜂窝接入网络、本地服务网关和宏服务网关。所述移动性管理实体获取在所述毫微微蜂窝接入网络中传输(信息)的移动设备的状态模式和所述移动设备的位置。基于所述移动设备的状态模式和所述移动设备的位置，所述移动性管理实体选择所述本地服务网关和所述宏服务网关中的一个。

Description

优化具有本地IP接入的家庭演进基站中的服务网关的位置
本申请是申请日为2010年5月4日、申请号为201080019755.6，发明名称为“优化具有本地IP接入的家庭演进基站中的服务网关的位置”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及毫微微蜂窝网络，并且尤其涉及一种优化用于具有本地互联网协议接入的家庭演进基站(″eNB″)设备的服务网关的位置的系统和方法。
背景技术
无线运营商使用蜂窝式通信塔(cellulartower)来建立用于遍布如大城市或农村地区的宽广物理区域的无线通信的大型蜂窝。所述大型蜂窝或宏蜂窝(macrocell)可覆盖直径1km至5km的区域。蜂窝式通信塔将无线信号播送(broadcast)至遍及宏蜂窝各处的用户设备或移动手持设备，并且接收来自所述用户设备或移动手持设备的无线信号。
位于宏蜂窝环境内的各种建筑物阻碍、反射或干扰无线信号。例如，用户通常试图在建筑物内，如在家和商业机构，及其他建筑物内使用移动设备。这些建筑物可能是由高耗损材料(highlossmaterial)建成，所述高耗损材料例如是阻挡无线信号穿透建筑物的水泥或金属。由于无线信号强度较弱，在这些建筑物内的信号接收通常接收不良且不可靠。接收不良与移动用户低质量的服务相关。毫微微蜂窝或微蜂窝位于这些高耗损建筑物中以通过既有的宽频带回程基础设施(broadbandbackhaulinfrastructure)将信号传输路由至宏网络。数据可以通过宏服务网关(″SGW″)和使用S1-U接口的本地分组数据网络网关(″PGW″)在毫微微蜂窝和宏蜂窝之间无线传输。在这种情况下，数据在毫微微蜂窝的外部传送至宏SGW，并且在毫微微蜂窝内传送回到本地PGW。这就是所知的信息往返流动(traffictromboning)，并且由于其增加了数据通信过程中的延迟因而并不理想。
所期望的是优化与毫微微蜂窝相关联的服务网关的位置的系统和方法。也期望具有避免在S1-U接口中的信息往返流动并且避免在家庭住所的覆盖被中断期间，服务网关在家庭住所和宏环境(macroenvironment)间频繁重定位的系统和方法。
发明内容
本发明有利地提供了一种基于用户设备的状态和用户设备的位置，优化服务网关在本地网络或宏网络中的位置的系统和方法。本发明提供一种使移动设备在使用毫微微蜂窝接入网络的分组数据网络连接上建立IP接入的系统。毫微微蜂窝接入网络被提供并通信连接到本地服务网关和宏服务网关(macroservergateway)。移动性管理器通信连接到毫微微蜂窝接入网络并与本地服务网关和宏服务网关进行通信。移动性管理器获取在所述毫微微蜂窝接入网络中传输(信息)的移动设备的状态模式和所述移动设备的位置。基于所述移动设备的状态模式和所述移动设备的位置，移动性管理器选择本地服务网关和宏服务网关中的一个。
根据另一个实施例，本发明提供了一种使连接到宏蜂窝网络的移动设备能够在使用毫微微蜂窝接入网络的分组数据网络连接上建立IP接入的系统。宏蜂窝接入网络通信耦合到本地服务网关和宏服务网关。移动性管理器通信耦合到宏蜂窝接入网络并与所述本地服务网关和宏服务网关进行通信。移动性管理器获取在所述宏蜂窝接入网络中传输(信息)的移动设备的状态模式和所述移动设备的位置。基于所述移动设备的状态模式和所述移动设备的位置，移动性管理器选择本地服务网关和宏服务网关中的一个。
根据再一个实施例，本发明提供一种方法，该方法使用毫微微蜂窝从而为移动设备在使用本地服务网关和宏服务网关其中一个的分组数据网络连接上建立IP接入。移动性管理器判定移动设备的状态并判定所述移动设备的位置。移动性管理器与本地服务网关和宏服务网关进行通信，并基于所述移动设备的状态和所述移动设备的位置，选择本地服务网关和宏服务网关中的一个。
附图说明
结合附图来考虑，参考下文的详细描述，将更容易地全面理解本发明及本发明具有的优点和特性，其中：
图1示出根据本发明的原理，具有本地PDN连接和本地PGW的家用(in-home)本地IP接入网络构架的框图；
图2是根据本发明的原理，具有外部PDN连接和本地PGW的离家(away-from-home)远程接入架构的框图；
图3是根据本发明的原理，当用户设备被设为空闲状态，同时所述用户设备位于本地网络的工作范围(operatingrange)内时，用于将服务网关重定位到宏环境的服务流程的流程图；
图4是根据本发明的原理，具有外部PDN连接和外部PGW的家用本地IP接入网络构架的框图；
图5是根据本发明的原理，具有外部PDN连接和外部PGW的离家远程接入构架的框图；
图6是根据本发明的原理，当用户设备在本地环境中启动或停用本地PDN连接时，用于在宏环境和本地环境(或反之亦然)间重定位服务网关的服务流程的流程图；
图7是根据本发明的原理，具有本地PDN连接和本地PGW的家用本地IP接入网络构架的框图；
图8是根据本发明的原理，具有本地PDN连接和本地PGW的离家远程接入构架的框图。
具体实施方式
如图1所示，本发明提供被安置在建筑物101内的毫微微基站或家庭演进基站(″e-NB″)装置102，以提高蜂窝的服务质量并实现与连接到家庭网络的装置的通信。例如，毫微微基站102可被安置在住宅或商业建筑物101，及其他建筑物内。毫微微基站102可在约+15dBm的毫微微功率范围(femtopowerrange)内运行并且可以提供约50米的工作范围。本发明还提供被安置在宏蜂窝内的宏e-NB202，所述宏e-NB位于所述住宅或商业建筑物之外。
在描述一些实施例时可能使用了“连接”和“互联”及其衍伸的表达。例如，描述一些实施例时可能使用了术语“互联”以表明两个或两个以上部件彼此间有直接物理接触或电接触。又如，描述一些实施例时可能使用了术语“连接”以表明两个或两个以上部件有直接物理接触或电接触。然而，术语“连接”或“通信连接(communicativelycoupled)”也可能指两个或两个以上部件彼此间并无直接接触，但仍彼此协作或相互作用。这里所公开的实施例并不必然限制于本文内容。
毫微微基站102和宏e-NB202与用户设备(″UE″)106进行通信，所述用户设备如移动电话、个人数字助理或其他通过无线蜂窝技术(运行)的UE。毫微微基站102可通过公共交换电话网络(publicly-switchedtelephonenetwork)使用既有的宽频带回程基础设施来接入网络，所述网络如因特网和/或宏网络。毫微微基站102可通信连接到数字用户线路(″DSL″)设备或电缆调制调解器以及通信连接到局域网(″LAN″)108。
本发明可使用现有的蜂窝技术来运行，例如CDMA20001xRTT、演进数据优化(″EV-DO″)和长期演进(技术)(″LTE″)网络，及其他蜂窝网络。
UE106可包括范围广泛的电子设备，包括但不限于移动电话、个人数字助理(″PDA″)及类似设备，所述电子设备使用各种通信技术，如高级移动电话系统(″AMPS″)、时分多址(″TDMA″)、码分多址(″CDMA″)、全球移动通信系统(″GSM″)、通用分组无线服务(″GPRS″)、1x演进数据优化(简称为″EV-DO″或″1xEV-DO″)以及通用移动通信系统(″UMTS″)。UE106还包括适合于支持与毫微微基站102和宏eNB202进行无线通信所需的控制平面功能(controlplanefunction)的硬件和软件。这样的硬件可包括接收机、发射机、中央处理单元、易失性和非易失性存储器形式的存储设备和输入/输出设备，及其他硬件。
本发明涉及在宏蜂窝或宏环境内部署数个毫微微蜂窝102。各种毫微微基站102是整个通信网络的组成部分，同时每个毫微微蜂窝都是单独的且与现有的宏蜂窝和任何邻近的毫微微蜂窝区分开来。在移动(mobility)过程中，系统将UE通信会话从毫微微蜂窝102递送到宏蜂窝，或正相反。或者，系统可将UE通信会话从毫微微蜂窝递送到另一毫微微蜂窝。
根据一个实施例，宏蜂窝和毫微微蜂窝使用由各种原因引发的切换程序，所述各种原因包括当来自于活跃网络(acitvenetwork)(如蜂窝网络或毫微微网络)的信号强度测量值(signalstrengthmeasurement)落到低于预选的临界参数(值)时。UE106可以探测来自“活跃”接入网络的弱信号强度，并可启动切换以将所述网络转换成具有更强信号强度的“空闲”接入网络，如毫微微基站网络或蜂窝网络。这可以通过向活跃接入网络报告所述弱信号来执行。
或者，切换程序可被启动以卸载(off-load)从蜂窝网络到毫微微基站网络的终端设备通信量负荷。毫微微基站102对每个相应的建筑物而言都是独立(personal)且专用的基站，所述建筑物如住宅或商业建筑101。毫微微基站102与支持宏蜂窝的蜂窝网络一起，独立地支持网络传输。
毫微微基站102可被直接或间接连接到集线器(hub)/交换机、DSL/电缆调制调解器和/或路由器(未示出)。这些设备可包含单独的硬件设备或硬件设备的组合。可提供集线器/交换机和路由器以与UE106共享系统资源。共享的资源可包括终端设备，如个人电脑、笔记本电脑、打印机和媒体播放器，及其它终端设备。
本发明提供毫微微基站102，所述毫微微基站102具有本地分组数据网络(″PDN″)网关(″PGW″)112和本地服务网关(″SGW″)114，所述本地分组数据网络网关112具有家庭接入点名称(″APN″)，所述本地服务网关管理(direct)通过本地局域网108接收到的家用数据请求。单个APN可被分配给数个用户并且可被解析为目标本地PGW112。或者，数个APN可被分配给数个用户。
UE106具有在专用分组数据网络(″PDN″)连接上的本地IP接入。所述PDN连接可包括本地PDN连接、外部PDN连接或同时包括本地和外部PDN连接。UE106可被置为活跃模式(activemode)和空闲模式的两种模式中的一种。根据本地IP接入的类型和UE106的状态，通过将服务网关(SGW)的位置选择性地分配到本地环境或宏环境中，可实现服务网关位置的优化。本发明提供数种优化。例如，当UE106被置为空闲模式，同时位于本地环境中时，移动性管理实体(″MME″)或移动性管理器可将SGW重定位到宏环境中。当UE106被置为活跃模式，且通过本地PDN连接被连接时，MME可将SGW重定位到本地环境以使数据传输合理化(streamline)或防止业务信息往返流动(tromboning)。当UE106停用本地PDN连接，同时UE106仍连接到外部PDN连接时，MME可将SGW重定位到宏环境以消除由不良的信号接收引起的SGW频繁重定位。
长期演进(″LTE″)和演进高速分组数据(″eHRPD″)是实例性的第四代(″4G″)技术，所述4G技术通过提供简化的、全分组架构而改进通用无线通信系统(″UMTS″)移动电话标准。UMTS技术支持移动互联网协议(″IP″)服务，如音乐下载、视频共享、通过IP带宽接入的语音服务，以及提供给笔记本电脑、个人数字助理(″PDA″)和其它用户设备106的其他IP服务。LTE通过提供提高的效率、更低的成本、加快的峰值数据速率、更少的延迟、改善的服务以及与其他开放标准的改进的整合而增强了当前UMTS的性能。本发明进一步支持毫微微蜂窝接入网络，包括LTE网络、连接到分组核心演进(″EPC″)的EVDO或eHRPD网络、连接到EPC的WiMax802.16e/m。
应当理解，尽管参照LTE网络来描述了本发明，本发明的原理可被本领域的技术人员用来使适应于(beadaptedby)包括其他网络，如WiMAX(IEEE802.16)网络、其他CDMA2000网络及业内所知的或后来开发的任何其他网络。
现在参考附图，其中相同的参考标号指代相同的部件，图1示出被标识为“100”的系统的示例性框图，所述系统100提供本地分组数据网络连接且包括在位于建筑物101内的毫微微蜂窝内通过局域网108进行通信的UE106。所述UE106可被分配局域网IP地址。毫微微基站102包括具有家庭接入点名称(″APN″)的本地分组数据网络(″PDN″)网关(″PGW″)112，以及将蜂窝内数据请求路由到家用LAN108的本地服务网关(″SGW″)114。“基于家庭的”PDN或本地PGW112允许UE106通过局域网108进行通信。
本地PGW112使用毫微微基站102和家庭LAN108提供UE106与回程IP基础设施的直接连接。本地PGW112和本地SGW114消除了穿过运营商的宏网络从UE106发送数据的需求。相反，互联网流量(Internettraffic)可从服务提供商的无线网络被重新路由到回程IP基础设施。毫微微基站102、本地PGW112和本地SGW114可被配置为使UE106可通过一个或多个本地PGW112同时接入一个或多个分组数据网络(″PDN″)。
除了支持家庭或本地SGW114和本地PGW112之外，为了支持上述这个性能，毫微微基站102支持S5和S11接口，及其他接口。本地PGW112和本地SGW114使用S5接口进行通信。毫微微网关(″HeNBGW″)120除了聚合(aggregating)S1-MME接口，还可被增强以支持S11和S5聚合。
毫微微基站102可包含中央处理单元(″CPU″)、发射机、接收机、I/O设备和存储器(如易失性和非易失性存储器)，以实现这里所描述的功能。毫微微基站102可通过无线接口与UE106进行通信。
毫微微基站102可通过IPsec隧道(IPsectunnel)116连接到HeNBGW120。IPsec隧道116提供安全的公共网络连接并阻止窃听、流量操纵(trafficmanipulation)或其他安全威胁。HeNBGW120是到外部网络的接口并可连接到数个毫微微基站102。例如，HeNBGW120可连接到并可管理上百或上千个毫微微基站102。此外，HeNBGW120可被配置作为批准本地疏导认证(localbreakoutauthorization)的认证器。
根据一个实施例，可提供移动性管理实体(″MME″)125作为控制平面实体以在LTE网络中管理UE106并认证UE106。MME125可连接到毫微微基站102和本地SGW114。MME125是信号专用实体(signalingonlyentity)，从而来自UE106的IP数据包在MME125处不进行处理。MME125可执行各种功能，包括非接入层(″NAS″)信令；NAS信令安全；用于处于空闲和活跃模式的移动终端的跟踪区域列表(trackingarealist)管理；分组数据网络网关(″PDN-GW″)选择和服务网关(″S-GW″)选择；漫游(roaming)；认证；和承载管理功能；及其它功能。
本地GW或HeNBGW120与分组数据网络网关(″PDNGW″)或(″PGW″)130进行通信。所述通信可使用S5参考点(referencepoint)及其它接口来实现。通过一个或多个PGW130，PGW130使UE106同时接入到一个或多个PDN。PGW130为UE106提供锚定点，且无论UE106是否移动到不同的网络节点，PGW130仍在整个通信会话过程中与UE106进行通信。PGW130被配置为不接收使用毫微微基站102在UE106和任何家用网络设备之间发送的数据。基于运营商的决定，外部因特网流量可通过家用或本地PGW112或PGW130被路由到家用网络设备。PGW130可执行各种功能，包括基于单用户的包过滤；侦听(interception)；移动终端IP地址分配、上行链路(″UL″)和下行链路(″DL″)服务等级收费(servicelevelcharging)、门控(gating)和速率执行(rateenforcement)，和在下行链路中进行传输层数据包标记(transportlevelpacketmarking)及执行其他功能。此处所使用的“上行链路”是指来自UE106的通信，并且“下行链路”是指去向UE106的通信。此外，PGW130可管理4G网络和非4G网络之间的移动性。
图2是被标识为“200”的系统的示意性框图，所述系统200用于提供外部分组数据网络连接并使位于毫微微蜂窝范围外的远程位置的UE106能够与家用LAN108进行通信。换言之，系统200使连接到宏网络的远程UE106能够访问家用LAN108。外部PND的连通性使UE106能够将内部或家用PDN指定为目标PDN。宏网络包括服务网关(″SGW″)204，所述服务网关204经由HeNBGW120、IPsec116和本地PGW112建立到家用PDN的S5隧道或“入(inbound)”S5接口。PGW112使所述远程UE106接入到本地网络108。
所述S5隧道或“入”S5接口提供从SGW204到HeNBGW120的通信路径以便于将请求路由到本地PGW112。UE106在宏网络中与宏e-NB202进行通信，在所述宏网络中UE106可能被认证并且数据包将被转发到SGW204。SGW204分析来自UE106的数据包并决定是否将接收到的数据包通过HeNBGW120发送到本地PGW112。通过如动态主机配置协议(″DHCP″)或另一地址管理协议，UE106可获得自己在远程网络和本地或基于家庭的网络108中的IP地址。HeNBGW120可将数据包发送给本地PGW112。本地PGW112可将所述数据包发送到家用LAN108。
SGW204可执行各种功能，包括作为用于eNB间切换的本地移动性锚定点(localmobilityanchorpoint)；4G间移动性的移动性锚定；侦听；包路由和转发；在上行链路和下行链路中进行传输层包标记；为每个移动终端、PDN和服务质量类型标示符(″QCI″)进行上行传输和下行传输；以及按用户和用于运营商间计费的QCI粒度(QCIgranularity)进行计费；及执行其他功能。
根据一个实施例，可提供MME125作为控制平面实体以在LTE网络中管理UE106并认证UE106。MME125可连接到宏e-NB202和SGW204。MME125可以管理在PGW130和宏e-NB202之间的上下行包转发，及执行其他功能。MME125是信号专用实体，从而来自UE106的IP数据包不在MME125处进行处理。MME125可执行各种功能，包括非接入层(″NAS″)信令，NAS信令安全；用于处于空闲和活跃模式的移动终端的跟踪区域列表管理；分组数据网络网关(″PDN-GW″)选择和服务网关(″S-GW″)选择、漫游、认证，和承载管理功能及其他功能。
IP多媒体子系统核心(未示出)可连接到PGW130以处理通话或会话、实时会话协商(negotiation)和管理。家庭用户服务器(未示出)可连接到MME125以维持用户的物理位置。HSS可通过具有预定(subscription)信息和位置信息的主数据库来实现。
图1和图2所示的系统共同为UE106提供了在系统100中的本地PDN连接和在系统200中的外部PDN连接。当UE106在家用LAN108的范围内使用本地PDN连接在活跃模式运行时，服务网关的预期位置是在家用LAN108内的本地SGW112处，如图1所示。通过在这些条件下将服务网关定位在本地SGW112处，本发明使得在毫微微基站102和SGW204之间的S1-U接口上的数据传送合理化并避免信息往返流动。与之相反，当UE106在宏环境中使用外部PDN连接在活跃模式运行时，服务网关的预期位置是在宏蜂窝中的SGW204处，如图2所示。如果UE106在活跃模式运行，同时UE106从家用LAN108转换到宏环境(或正相反)，则可能使用既有的3GPP程序执行SGW的重定位。否则，如果UE106在空闲模式运行，同时UE106从家内LAN108转换到宏环境(或正相反)，常规系统将SGW保留在UE106最后活跃的环境中。
根据一个实施例，当UE106在本地网络108范围内运行，同时被设为空闲状态时，本发明将SGW从本地环境重定位到宏环境中。参照适于LTE网络的图3来详述在网络中重定位服务网关的示例性过程。当用户设备106被置为空闲状态时，可通过S1释放来启动SGW重定位到宏环境。在步骤S301处，使用控制平面信令协议S1应用部分(″S1AP″)，上下文释放请求(ContextReleaseRequest)在HeNB108和MME125之间被发送，以请求释放S1UE上下文。根据一个实施例，在步骤S303处，更新承载请求(UpdateBearerRequest)在MME125和本地SGW114之间被发送，并且在步骤S305处，更新承载响应在本地SGW114和MME125之间被发送。
在步骤S307处，使用控制平面信令协议S1应用部分(″S1AP″)，上下文释放命令在MME125和HeNB108之间被发送，以释放S1UE上下文。在步骤309处，HeNB108将无线资源控制(RRC)连接释放发送到用户设备106。在步骤311处，HeNB108使用控制平面信令协议S1应用部分(″S1AP″)将上下文释放完成信号发送到MME125，以表明S1UE上下文的释放。在步骤313处，MME125将创建承载请求发送到SGW204，并且在步骤315处，SGW204将创建承载响应发送到MME125。在步骤317处，MME125将删除承载请求发送到本地SGW114，并且在步骤319处，本地SGW114将删除承载响应发送到MME125处。当UE106被设为空闲状态，且在家用LAN108中运行时，一旦步骤319完成，UE106就从本地SGW114重定位到宏SGW204。
图4是被标识为″400″的系统的示意性框图，所述系统400用于提供外部分组数据网络连接。系统400包括在位于建筑物101内的毫微微蜂窝内与局域网108进行通信的UE106。UE106可被分配局域IP地址并且可与家用LAN108进行通信。例如，UE106可通过如动态主机配置协议(″DHCP″)或另一地址管理协议获取在LAN108上的IP地址。
系统400使UE106能够与毫微微基站102进行通信，所述毫微微基站102经由HeNBGW120和IPsec116使用S1-U接口连接到宏网络上的服务网关(″SGW″)204。当使用外部PDN连接时，即便UE106在LAN108的范围内运行时，系统400也使用宏环境中的SGW204。SGW204分析从UE106处接收的数据包并决定是否将接收到的数据包发送到宏PGW130。如果UE106除了触发外部PDN连接外还触发本地PDN连接，系统400可将服务网关重定位到本地服务网关以避免业务信息往返流动。
SGW204可执行各种功能，包括作为用于eNB间切换的本地移动性锚定点；4G间移动性的移动性锚定；侦听；包路由和转发；在上行链路和下行链路中进行传输层包标记；为每个移动终端、PDN和服务质量类型标示符(″QCI″)进行上行传输和下行传输；以及按用户和用于运营商间计费的QCI粒度进行计费；及执行其他功能。
根据一个实施例，可提供MME125作为控制平面实体以在LTE网络中管理UE106并认证UE106。MME125可连接到毫微微基站102和SGW204。MME125可管理PGW130和毫微微基站102之间的上行链路和下行链路包转发，及执行其他功能。MME125是信号专用实体，从而来自UE106的IP数据包在MME125处不进行处理。MME125可执行各种功能，包括非接入层(″NAS″)信令；NAS信令安全；用于在空闲和活跃模式的移动终端的跟踪区域列表管理；分组数据网络网关(″PDN-GW″)选择和服务网关(″S-GW″)选择；漫游；认证；和承载管理功能；及其它功能。
图5是被标识为″500″的系统的示意性框图，所述系统500用于提供外部分组数据网络连接。系统500包括UE106，所述UE106位于毫微微蜂窝范围外的远程位置。UE106可从远程网络中被分配IP地址。例如，UE106可通过如动态主机配置协议(″DHCP″)或另一地址管理协议获取IP地址。
系统500使UE106能够与宏e-NB202进行通信，所述宏e-NB202使用S1-U接口连接到宏网络上的服务网关(″SGW″)204。SGW204分析从UE106处接收的数据包并且决定是否将接收到的数据包发送到宏PGW130。SGW204可执行各种功能，包括作为用于eNB间切换的本地移动性锚定点；4G间移动性的移动性锚定；侦听；包路由和转发；在上行链路和下行链路中进行传输层包标记；为每个移动终端、PDN和服务质量类型标示符(″QCI″)进行上行传输和下行传输；以及按用户和用于运营商间计费的QCI粒度进行计费；及执行其他功能。
根据一个实施例，可提供MME125作为控制平面实体以在LTE网络中管理UE106并认证UE106。MME125可连接到宏e-NB202和SGW204。MME125可管理PGW130和宏e-NB202之间的上行链路和下行链路包转发，及执行其他功能。MME125是信号专用实体，从而来自UE106的IP数据包在MME125处不进行处理。MME125可执行各种功能，包括非接入层(″NAS″)信令；NAS信令安全；用于在空闲和活跃模式的移动终端的跟踪区域列表管理；分组数据网络网关(″PDN-GW″)选择和服务网关(″S-GW″)选择；漫游；认证；和承载管理功能；及其它功能。
图4和图5所示的系统为UE106提供外部PDN连接。当UE106在家用LAN108范围内使用外部PDN连接在活跃模式运行时，服务网关的预期位置是在宏蜂窝内的SGW204处，如图4所示。类似地，当UE106在宏环境中使用外部PDN连接在活跃模式运行时，服务网关的预期位置是在宏蜂窝中的SGW204处，如图5所示。对于图4和图5中的仅为UE106提供了外部PDN连接的系统，无论UE106是在家用LAN108的范围内运行还是在宏蜂窝的范围内运行，理想的SGW位置都是在宏环境中。
参照适于LTE网络的图6来详述在家庭环境和宏环境(或相反)之间重定位服务网关的示例性过程。MME125可启动SGW在家庭环境和宏环境(或相反)之间的重定位。在步骤601中，创建承载请求在MME125和本地SGW114(或SGW204)之间被发送。在步骤S603中，创建承载响应在本地SGW114(或SGW204)和MME125之间被发送。在步骤S605中，使用控制平面信令协议S1应用部分(″S1AP″)，重定位请求在MME125和HeNB108之间被发送以请求重定位SGW。在步骤S607中，使用控制平面信令协议S1应用部分(″S1AP″)在HeNB108和MME125之间发送重定位响应以重定位SGW。在步骤609中，MME125将更新承载请求信号发送到本地SGW114(或SGW204)。在步骤611中，本地SGW114(或SGW204)将更新承载响应信号发送到MME125。在步骤613中，MME125将删除承载请求发送到SGW204(或本地SGW114)，并且在步骤615中，SGW204(或本地SGW114)将删除承载响应发送到MME125。当UE106在活跃状态运行，且本地PDN连接被停用(或本地PDN连接被启用)时，一旦步骤615完成，本地SGW114(或SGW114)就被重定位到SGW114(或本地SGW114)。
图7是被标识为″700″的系统的示意性框图，所述系统700用于提供本地分组数据网络连接。系统700包括在位于建筑物101内的毫微微蜂窝内与局域网108进行通信的UE106。UE106可被分配局域IP地址并可与家用LAN108进行通信。例如，UE106可通过如动态主机配置协议(″DHCP″)或另一地址管理协议获取在LAN108上的IP地址。
系统700使UE106能够与毫微微基站102进行通信，所述毫微微基站102连接到本地网络108上的本地SGW114和本地PGW112。本地PGW112使用毫微微基站102和家庭LAN108使UE106直接连接到回程IP基础设施。毫微微基站102、本地PGW112和本地SGW114可被配置为使UE106可通过一个或多个本地PGW112同时接入一个或多个分组数据网络(″PDN″)。
毫微微基站102支持S5和S11接口，及其它接口。本地PGW112和本地SGW114使用S5接口进行通信。毫微微网关(″HeNBGW″)120除了聚合S1-MME接口，也可被增强以支持S11和S5聚合(aggregation)。
毫微微基站102可通过IPsec隧道116连接到HeNBGW120。IPsec隧道116提供安全的公共网络连接并阻止窃听、流量操纵或其他安全威胁。HeNBGW120是到达外部网络的接口并且可连接到数个毫微微基站102。例如，HeNBGW120可连接到并且可管理上百或上千个毫微微基站102。此外，HeNBGW120可被配置作为批准本地疏导认证的认证器。
根据一个实施例，可提供MME125作为控制平面实体以在LTE网络中管理UE106并认证UE106。MME125可连接到毫微微基站102和本地SGW114。MME125是信号专用实体，从而来自UE106的IP数据包不在MME125处进行处理。MME125可执行各种功能，包括非接入层(″NAS″)信令；NAS信令安全；用于在空闲和活跃模式的移动终端的跟踪区域列表管理；分组数据网络网关(″PDN-GW″)选择和服务网关(″S-GW″)选择；漫游；认证；和承载管理功能；及其它功能。
图8示出被标识为″800″的系统的示意性框图，所述系统800用于提供本地分组数据网络连接。系统800包括UE106，所述UE106位于毫微微蜂窝范围外的远程位置。UE106可从远程网络中被分配IP地址。例如，UE106可通过如动态主机配置协议(″DHCP″)或另一地址管理协议获取IP地址。
系统800使UE106能够与宏e-NB202进行通信，所述宏e-NB202可使用S1-U接口连接到在宏网络上的服务网关(″SGW″)204。SGW204分析从UE106处接收的数据包并决定是否将接收到的数据包发送到本地PGW112。SGW204可执行各种功能，包括作为用于eNB间切换的本地移动性锚定点；4G间移动性的移动性锚定；侦听；包路由和转发；在上行链路和下行链路中进行传输层包标记；为每个移动终端、PDN和服务质量类型标示符(″QCI″)进行上行传输和下行传输；以及按用户和用于运营商间计费的QCI粒度进行计费；及执行其他功能。
根据一个实施例，可提供MME125作为控制平面实体以在LTE网络中管理UE106并且认证UE106。MME125可连接到宏e-NB202和SGW204。MME125可管理本地PGW112和宏e-NB202之间的上行链路和下行链路包转发，及执行其他功能。MME125是信号专用实体，从而来自UE106的IP数据包在MME125处不进行处理。MME125可执行各种功能，包括非接入层(″NAS″)信令；NAS信令安全；用于在空闲和活跃模式的移动终端的跟踪区域列表管理；分组数据网络网关(″PDN-GW″)选择和服务网关(″S-GW″)选择；漫游；认证；和承载管理功能；及其它功能。
图7和图8所示的系统为UE106提供本地PDN连接。当UE106在家用LAN108的范围内使用本地PDN连接在活跃模式运行时，服务网关的预期位置是在毫微微基站102内的本地SGW114处，如图7所示。与之相反，当UE106在宏环境中使用本地PDN连接在活跃状态运行时，服务网关的预期位置是在宏蜂窝中的SGW204处，如图8所示。对于图7和图8中的仅为UE106提供了本地PDN连接的系统，当UE106在家用LAN108的范围内运行时，预期的SGW位置是在本地环境中，并且当UE106在宏蜂窝内运行时，预期的SGW位置是在宏环境中。
应当理解，尽管参照LTE网络来描述了本发明，本领域的技术人员可使本发明的原理适应于移植到任意网络，包括其他网络，例如1xRTT网络、EV-DO网络、UMTS网络、WiMAX(802.16)网络，其他CDMA2000网络及任何业内所知的或后来开发的其他网络。
本发明可通过硬件、软件或硬件和软件的组合来实现。任何类型的计算系统，或其他适合于实现此处所描述方法的装置都适合于执行此处所描述的功能。
硬件和软件的典型结合可以是具有一个或多个处理部件和存储在存储介质上的计算机程序的专用计算机系统，当所述计算机程序被加载和运行时，可控制所述计算机系统，从而所述计算机系统实现此处所描述的方法。本发明也可被内置在计算机程序产品中，所述产品包含能够实现此处所描述方法的所有性能，并且当所述计算机程序产品被加载到计算机系统时能够实现这些方法。存储介质指任何易失性或非易失性存储设备。
上下文中的计算机程序或应用指以任何语言、代码或表示法(notation)形式的一组指令的任意表达式，所述指令意在使具有信息处理能力的系统直接，或在完成以下任一或全部步骤之后执行特定功能：a)转换成另一语言、代码或表示法；b)以不同的物质形式再现。
此外，除非上文有相反的提及，应当注意，所有附图并非按比例绘制的。值得注意的是，本发明可在不背离其精神或本质属性的前提下体现为其他特定形式，并且因此，应参考下面的权利要求而不是上述的说明书，来指明本发明的范围。本领域的技术人员应当理解，本发明并不限制于上文所特别示出或描述的内容。此外，除非上文有相反的提及，应当注意，所有附图并非按比例绘制的。在不背离本发明的范围和精神的前提下，根据上述教导(teaching)的各种修改和变化都有可能的，本发明的范围和精神仅由下面的权利要求限定。
本领域的技术人员应当理解，本发明并不限制于上文所特别示出或描述的内容。此外，除非上文有相反的提及，应当注意，所有附图并非按比例绘制的。在不背离本发明的范围和精神的前提下，根据上述教导的各种修改和变化都有可能的，本发明的范围和精神仅由下面的权利要求限定。

Claims (20)

1.一种计算机系统，包括：
一个或多个处理器；
连接到所述一个或多个处理器的一个或多个存储器，所述一个或多个存储器具有存储在其上的程序指令，所述程序指令可执行以使得所述计算机系统：
为用户设备UE配置通信以通过本地无线电接入网络进行通信；
为所述UE配置通信以通过宏无线电接入网络进行通信；
确定所述UE的状态模式和所述UE的位置；以及
基于所述状态模式和所述位置选择本地服务网关SGW和宏SGW之一。
2.根据权利要求1所述的计算机系统，其中，所述状态模式是活跃模式和空闲模式中的一个。
3.根据权利要求1所述的计算机系统，其中，所述程序指令可执行以：
响应于确定所述UE位于所述本地无线电接入网络范围内并且处于空闲模式，为所述UE选择所述宏SGW。
4.根据权利要求3所述的计算机系统，其中，为了为所述UE选择所述宏SGW，所述程序指令可执行以向所述本地SGW传送更新承载请求并且向所述宏SGW传送创建承载请求。
5.根据权利要求3所述的计算机系统，其中，所述程序指令可执行以响应于来自所述UE的上下文释放请求而为所述UE选择所述宏SGW。
6.根据权利要求1所述的计算机系统，其中，所述程序指令可执行以：
响应于确定已经为所述UE激活了本地分组数据网络连接而为所述UE选择所述本地SGW。
7.根据权利要求1所述的计算机系统，其中，所述计算机系统通信地连接到所述本地SGW、所述宏SGW、所述本地无线电接入网络的基站以及所述宏无线电接入网络的基站。
8.根据权利要求1所述的计算机系统，其中，所述计算机系统通信地连接到本地网关，其中所述本地网关配置成接收来自所述本地无线电接入网络的数据包并将所述数据包路由到所述本地SGW或所述宏SGW中的一个。
9.根据权利要求1所述的计算机系统，其中，所述计算机系统是移动性管理实体MME。
10.根据权利要求1所述的计算机系统，其中，所述本地无线电接入网络是毫微微蜂窝网络。
11.一种方法，包括：
通过计算系统为用户设备UE配置通信以通过本地无线电接入网络进行通信；
通过计算系统为所述UE配置通信以通过宏无线电接入网络进行通信；
通过计算系统确定所述UE的状态模式和所述UE的位置；以及
基于所述状态模式和所述位置，通过计算系统选择本地服务网关SGW和宏SGW之一。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括：
响应于确定所述UE位于所述本地无线电接入网络范围内并且处于空闲模式，通过计算系统为所述UE选择所述宏SGW。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，选择所述宏SGW包括向所述宏SGW传送创建承载请求。
14.根据权利要求11所述的方法，其中，所述状态模式选自由空闲模式和活跃模式构成的组。
15.根据权利要求11所述的方法，其中，选择所述本地SGW或者所述宏SGW之一进一步基于本地分组数据网络PDN连接是否活跃。
16.一种用户设备UE，包括：
至少一根天线；
至少一个无线电装置，其中所述至少一个无线电装置配置成使用至少一种无线电接入技术RAT来执行蜂窝通信；
连接到所述至少一个无线电装置的一个或多个处理器，其中所述一个或多个处理器和所述至少一个无线电装置配置成执行语音和/或数据通信；
其中所述UE配置成：
基于在特定位置操作于第一模式，使用本地服务网关SGW经由本地无线电接入网络RAN和宏RAN之一进行通信；以及
基于在所述特定位置操作于第二模式，使用宏SGW经由本地RAN和宏RAN之一进行通信。
17.根据权利要求16所述的用户设备，其中，所述特定位置在所述本地RAN范围内，所述第一模式是活跃模式，并且所述第二模式是空闲模式。
18.根据权利要求16所述的用户设备，其中，所述UE进一步配置成：
使用上下文释放请求发起从本地SGW到所述宏SGW的切换。
19.根据权利要求16所述的用户设备，其中，所述UE配置成基于接收自移动性管理实体MME的信息使用所述宏SGW或者所述本地SGW进行通信。
20.根据权利要求16所述的用户设备，其中，所述第一模式和所述第二模式选自由空闲模式和活跃模式构成的组。
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