CN105393506B - 通信系统、通信设备和控制方法及其控制设备 - Google Patents
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Abstract
提供一种可以灵活增加/减少通信设备的U‑平面处理功能的通信系统、通信设备、控制方法和控制设备。在网络中建立逻辑路径(50)以执行通信的通信系统,包括:用于逻辑路径的控制平面(30);以及控制设备(20),响应于来自控制平面的请求,从通信设备资源选择通信设备(10)执行与通过逻辑路径的数据传输有关的用户平面处理,并且在选择的通信设备中设置与用户平面处理相关的操作规则。
Description
技术领域
本发明涉及通过逻辑路径在通信设备之间执行数据通信的通信系统,更具体地,涉及通信系统中的通信设备、控制方法和控制设备。
背景技术
在现有无线通信系统中,无线终端连接到无线基站,从而能够通过核心网络访问互联网。此时,无线终端通过无线终端已经连接到的无线基站和核心网络中设置的网关设备之间建立的通信路径(承载)执行分组通信。为了提供承载,无线基站和网关设备通过封装分组构建隧道。通过设置在分组的外报头的隧道标识信息识别通过数据分组的隧道。
例如,在使用非专利文献1中描述的E-UTRAN(演进通用陆地无线电接入网络)的EPS(演进分组系统)中,无线终端UE(用户设备)可以通过在UE和P-GW(分组数据网络网关)之间创建的EPS承载执行分组通信。在该EPS承载中,分别使无线基站(eNodeB)与S-GW(服务GW)之间以及S-GW与P-GW之间终止的数据分组通过的逻辑路径被称为GTP-U(用户平面的GRPS隧道协议)隧道,其由分组的外报头的TEID(隧道端点标识符)识别。
在上述通信系统中,可以通过根据需要添加S-GW和P-GW处理移动流量的增加。
[引文列表]
[专利文献]
[NPL 1]
3GPP TR 23.401V12.0.0“General Packet Radio Service(GPRS)enhancementsfor Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network(E-UTRAN)access”,[2013年5月20日检索]互联网<http://www.3gpp.org/ftp/Specs/html-info/23401.htm>
发明内容
[技术问题]
然而,由于在LTE(长期演进)中目前需要始终在线IP连接,因此在无线终端UE访问移动网络时自动建立与P-GW的连接。也就是说,在无线终端UE访问移动网络时在无线终端UE和P-GW之间构建承载,并且它将被保持。因此,转发流量的U-平面处理随着用户流量增长而增加,但是,在另一方面,管理承载的C-平面处理的份额相对变小。
如上所述,通过添加GW(网关设备)处理移动流量的增加。因此,在其中集成C-平面处理和U-平面处理的单一单元GW(网关设备)的情况下,出现这样的问题:添加GWS来应付U-平面处理的增加负载可能会引起过度的C-平面处理能力,导致总体来说GWS的处理效率下降。
因此,本发明的目的是提供可以灵活增加/减少通信设备的U-平面处理功能的通信系统、通信设备、控制方法和控制设备。
[解决方案]
根据本发明的通信系统是在网络中建立逻辑路径以执行通信的通信系统,包括:用于逻辑路径的控制平面;以及控制设备,响应于来自控制平面的请求,从通信设备资源选择通信设备执行与通过逻辑路径的数据传输有关的用户平面处理,并且在选择的通信设备中设置与用户平面处理相关的操作规则。
根据本发明的控制设备是在网络中配置逻辑路径以执行通信的通信系统中的控制设备,包括:用于响应于来自逻辑路径的控制平面的请求,从通信设备资源选择通信设备执行与通过逻辑路径的数据传输有关的用户平面处理的装置;以及用于在选择的通信设备中设置与用户平面处理相关的操作规则的装置。
根据本发明的控制方法是在网络中配置逻辑路径以执行通信的通信系统中的控制方法,其特征在于包括:响应于来自逻辑路径的控制平面的请求,从通信设备资源选择通信设备执行与通过逻辑路径的数据传输有关的用户平面处理;以及在选择的通信设备中设置与用户平面处理相关的操作规则。
根据本发明的通信设备是在网络中配置逻辑路径以执行通信的通信系统中的通信设备,包括:用于与控制设备建立通信连接的装置,其中,控制设备具有响应于来自逻辑路径的控制平面的请求从通信设备资源选择通信设备的功能;以及用于根据操作规则执行与通过逻辑路径的数据传输相关的用户平面处理的装置,其中,经由通信连接从控制设备通知所述操作规则。
[有益效果]
根据本发明,可以灵活增加/减少通信设备的U-平面处理功能。
附图说明
图1是根据本发明的第一示例性实施例的通信系统的示例结构图。
图2是根据本发明的第一示例性实施例的通信设备的功能配置的框图。
图3是根据本发明的第一示例性实施例的控制设备的示意配置的框图。
图4是示出根据本发明的第一示例性实施例的通信系统中的操作的序列图。
图5是根据本发明的第二示例性实施例的通信系统的示意结构图。
图6是根据本发明的第二示例性实施例的通信设备的功能配置的框图。
图7是根据本发明的第二示例性实施例的控制设备的示意配置的框图。
图8是示出根据本发明的第二示例性实施例的通信系统中的操作的序列图。
图9是示出根据本发明的第二示例性实施例的通信设备的功能配置的第一示例的框图。
图10是示出根据本发明的第二示例性实施例的通信设备的功能配置的第二示例的框图。
图11是示出根据本发明的第二示例性实施例的通过使用软件实现的通信设备的配置的框图。
图12是示出根据本发明的第一示例的通信系统的功能结构的系统结构图。
图13是描述第一示例中采用的OpenFlow技术的示意网络图。
图14是示意性示出存储在图13的流表中的条目的结构的格式图。
图15是示出根据第一示例的通信系统的功能结构的示例的系统结构示图。
图16是示出图15所示的通信系统中在P-GW用于默认承载构建的过程的示例的序列图。
图17是示出图15所示的通信系统中在P-GW用于默认承载释放的过程的示例的序列图。
图18是示出图15所示的通信系统中在P-GW用于专用承载构建的过程的示例的序列图。
图19是示出图15所示的通信系统中在P-GW用于专用承载释放的过程的示例的序列图。
图20是示出根据第二示例的通信系统的功能结构的示例的系统结构示图。
图21是根据第二示例的通信系统的功能结构的示例的系统结构。
图22是示出图21所示的通信系统中在S-GW用于默认承载构建的过程的示例的序列图。
图23是示出图21所示的通信系统中在S-GW用于默认承载释放的过程的示例的序列图。
图24是示出图21所示的通信系统中在S-GW用于专用承载构建的过程的示例的序列图。
图25是示出图21所示的通信系统中在S-GW用于专用承载释放的过程的示例的序列图。
图26是示出图21所示的通信系统中在S-GW用于S1连接释放的过程的示例的序列图。
图27是示出图21所示的通信系统中在S-GW用于UE触发服务请求的过程的示例的序列图。
图28是示出图21所示的通信系统中在S-GW用于NW触发服务请求的过程的示例的序列图。
图29是根据本发明的第三示例性实施例的通信系统的示意结构图。
图30是根据本发明的第四示例性实施例的通信系统的示例的示意结构图。
图31是示出图30所示的通信系统中传输网络的示例的结构图。
图32是示出图30所示的通信系统中U-平面S-GW的配置的示例的框图。
图33是示出图30所示的通信系统中在S-GW用于默认承载构建的过程的示例的序列图。
图34是示出根据本发明的示例性实施例的通信系统的另一示例的示意结构图。
具体实施方式
根据本发明的示例性实施例的系统具有这样的结构:具有C-平面处理功能的通信设备和具有U-平面处理功能的通信设备分离。控制设备响应于来自具有C-平面处理功能的通信设备的请求动态控制U-平面处理功能。因此,本发明允许灵活增加/减少U-平面处理功能。在下文中,将参照附图详细描述本发明的示例性实施例和示例。
1.第一示例性实施例
1.1)系统结构
图1示出根据第一示例性实施例的系统结构的示例。根据本发明的第一示例性实施例的通信系统包括用于执行数据流量处理的U-平面的通信设备10、控制设备20、用于C-平面的通信设备30和与通信设备10通信的通信设备40。假设在U-平面的通信设备10和通信设备40之间创建逻辑路径50。
通信系统可以包括多个用于U-平面的通信设备10。例如,通信系统汇集具有U-平面处理功能的多个通信设备10。控制设备20可以响应于用于C-平面的通信设备30的请求从通信设备10的汇集(包括多个通信设备10的通信设备资源)选择将作为U-平面操作的通信设备10。
例如,控制设备20可以根据通信系统的通信状态选择将作为U-平面操作的通信设备10。作为示例,当通信系统上的负载高于预定阈值时,控制设备20不选择已经作为U-平面功能操作的通信设备10,而是选择新通信设备10并使其作为U-平面操作。此外,例如,当通信系统上的负载低于预定阈值时,控制设备20选择已经作为U-平面功能操作的通信设备10。
例如,控制设备20还可以根据逻辑路径50的类型选择将作为U-平面操作的通信设备10。例如,控制设备20参照包括在分组的报头中的端口号等来识别与分组相关联的服务,并且基于此服务的类型识别逻辑路径50的类型。例如,控制设备20为每个类型逻辑路径50选择不同的通信设备10。
另外,例如,控制设备20还可以根据终端访问的数据网络的类型(互联网、IMS(IP多媒体子系统)等)选择将作为U-平面操作的通信设备10。例如,控制设备20为每个数据网络选择不同的通信设备10。注意,例如,控制设备20还可以根据PDN(分组数据网络)网关选择将作为U-平面操作的通信设备10。
另外,例如,控制设备20还可以根据终端连接到的基站的位置选择将作为U-平面操作的通信设备10。
通信系统可以汇集具有U-平面处理功能的通信设备10。此外,通信系统可以汇集多个通用通信设备10,并且通过使用诸如VM(虚拟机)的软件在每个通信设备10中构建U-平面处理功能。例如,通信系统的操作者在通信设备10中构建具有U-平面处理功能的软件。此外,控制设备20可以依据来自操作者的指令在通信设备10中构建具有U-平面处理功能的软件。
控制设备20响应于来自用于C-平面的通信设备30的请求控制通信设备10的U-平面处理功能。
用于C-平面的通信设备30具有承载管理的功能,诸如在用于U-平面的通信设备10逻辑路径50(例如,承载)的配置、修改和释放,并且请求控制设备20配置U-平面逻辑路径50。
图2示出用于U-平面的通信设备10的配置的示例。控制接口111根据预定控制协议从控制设备20接收命令(操作规则)。对于控制协议,例如,可以使用OpenFlow、I2RS(到路由系统的接口)、ForCES(转发与控制元素分离)等。然而,作为示例列举上述协议,也可以使用其他控制协议。
控制部110按照来自控制设备20的命令作为U-平面处理功能操作。例如,控制部110具有对将发送到通信设备40或从通信设备40接收的分组进行封装或解封装的功能。换句话说,控制部110具有终止与通信设备40建立的逻辑路径50的功能。例如,控制部110通过控制接口111从控制设备20接收包括用于识别逻辑路径50的标识信息的命令。按照这样的命令,控制部110基于接收的标识信息对分组进行封装。此外,按照这样的命令,控制部110对与标识信息相应的分组进行解封装。参照图2描述控制部110终止逻辑路径50的情况。如果按照级联方式以多级构建逻辑路径50,则不仅可以执行解封装处理和封装处理的结合,而且可以执行对包括在外部报头中的信息的修改。将被修改的信息的示例包括,但不限于,用于识别包括在外部报头中的逻辑路径的信息,诸如源和目的IP地址和隧道端点标识符(TEID)。
控制部110执行用于发送和接收回波消息的处理,该回波消息用于检查通信设备40的活力、分组的序列号的管理(即,逻辑路径50)等。
图3示出控制设备20的配置的示例。控制设备20包括通信部201和202以及控制部206。
通信部202从用于C-平面的通信设备30接收配置U-平面逻辑路径50的请求。
控制部206响应于从用于C-平面的通信设备30接收的配置请求选择将执行U-平面处理功能的通信设备10。控制部206通过通信部201向选择的通信设备10发送包括响应于从通信设备30接收的请求构建的逻辑路径50的标识信息的命令。例如,控制部206指示选择的通信设备10根据接收的标识信息对分组进行封装,并且对与标识信息相应的分组进行解封装。可选地,如果按照级联方式以多级构建逻辑路径50,则还可以指示执行用于修改包括在外部报头中的信息的处理。
1.2)操作
图4示出第一示例性实施例中的操作的示例。
用于C-平面的通信设备30从另一设备接收创建会话请求(操作S1)。当接收创建会话请求时,用于C-平面的通信设备30向控制设备20发送用于U-平面逻辑路径50的设定请求(操作S2)。
当接收逻辑路径50的设定请求时,控制设备20执行用于U-平面的通信设备10的选择以及向将通过选择的通信设备10设定的逻辑路径50分配标识信息(例如,TEID(隧道端点ID))(操作S3)。控制设备20向用于C-平面的通信设备30返回U-平面资源(会话)分配响应消息(操作S4)。已经接收到U-平面资源(会话)分配响应消息的用于C-平面的通信设备30向控制设备20发送U-平面资源(会话)设定请求消息(操作S5)。
当接收U-平面资源(会话)设定请求消息时,控制设备20基于标识信息给出对分组进行封装和解封装的命令(操作S6)。控制设备20向用于C-平面的通信设备30返回U-平面资源(会话)设定响应消息(操作S7)。已经接收到U-平面资源(会话)设定响应消息的用于C-平面的通信设备30向已经发送创建会话请求的其他设备发送会话响应消息(操作S8)。
1.3)效果
在本发明的第一示例性实施例中,提供具有C-平面处理功能的通信设备和具有U-平面处理功能的通信设备分离的结构。控制设备响应于来自具有C-平面处理功能的通信设备的请求动态控制U-平面处理功能。因此,根据当前示例性实施例,可以灵活增加/减少U-平面处理功能。
2.第二示例性实施例
在本发明的第二示例性实施例中,可以应用上述第一示例性实施例中提及的技术。在第一示例性实施例中,控制设备20通过使用诸如OpenFlow、I2RS或ForCES的控制协议控制通信设备10,并且使通信设备10执行U-平面处理功能。
另一方面,根据第二示例性实施例,在通信设备10中,U-平面处理功能被划分为将按照控制设备20的控制执行的功能和将通过通信设备10自身执行的功能。通信设备10划分U-平面处理功能,从而控制设备20可以使通信设备10更加容易地执行U-平面处理功能。
通信设备10以分离的方式包括能够执行逻辑路径(例如,承载)终止处理的功能,以及通过逻辑端口接收并发送分组的分组转发功能。控制设备20控制通信设备10的分组转发功能,使得分组将通过适当的逻辑路径被发送或接收。由于通过通信设备10中的逻辑路径管理功能执行逻辑路径的管理,诸如配置和删除,因此控制设备20可以更加容易地增加/减少U-平面处理功能。
2.1)系统结构
参照图5,根据本发明的第二示例性实施例的通信系统包括执行数据流量处理的用于U-平面的通信设备10、控制设备20、用于C-平面的通信设备30以及与通信设备10通信的通信设备40,并且假设在用于U-平面的通信设备10和通信设备40之间创建逻辑路径50。
用于U-平面的通信设备10包括:以功能分离方式设置的执行逻辑路径50的管理(诸如创建和删除)的逻辑路径模块11和执行分组转发的分组转发部12,可以为分组转发部12的一个逻辑端口PL构建一个逻辑路径模块11。逻辑路径模块11可以执行终止逻辑路径50的处理。例如,根据流量的增加或减少确定分组转发部12的逻辑端口PL的数量。此外,例如,根据用于U-平面的通信设备10的吞吐量来确定逻辑端口PL的数量。分组转发部12具有按照来自控制设备20的控制信息对数据分组执行处理的功能,稍后将进行描述。分组转发部12可以按照从控制设备20通知的操作规则交换关于将通过逻辑路径模块11执行的逻辑路径终止处理的信息(例如,承载的标识信息等)。逻辑路径模块11具有与另一端通信设备40创建逻辑路径50和改变或释放逻辑路径50的功能以及交换回波消息Echo以检测另一端通信设备40的状态的功能。
控制设备20管理用于U-平面的通信设备10的端口信息和分组转发规则,并且按照从用于C-平面的通信设备30接收的数据流量转发的命令,向用于U-平面的通信设备10的分组转发部12发送分组转发的控制信息。
用于C-平面的通信设备30具有在用于U-平面的通信设备10的承载管理(诸如承载的设定、修改和释放)的功能,并且向控制设备20给出关于在分组转发部12流量转发的命令。
注意,另一控制设备可以用于实现管理(诸如创建和删除)逻辑路径模块11的功能,将逻辑路径模块11与分组转发部12的逻辑端口PL相关联的功能等。
<用于U-平面的通信设备>
参照图6,逻辑路径模块11包括逻辑路径管理部101,在逻辑路径50的另一端管理通信设备,以及用于逻辑路径的封装功能部102和解封装功能部103。
逻辑路径管理部101执行用于发送/接收回波消息的处理,该回波消息用于检查通信设备40的活力、分组的序列号管理等。封装功能部102基于从分组转发部12输入的数据分组和包括用于识别逻辑路径50的标识信息的元数据执行封装,并且发送结果作为属于逻辑路径50的分组注意,在封装时还可以使用QoS(服务质量)信息标记分组的报头。当接收属于逻辑路径50的分组时,解封装功能部103对接收的分组进行解封装,然后向分组转发部12输出解封装的数据分组,并且还可以向分组转发部12输出包括在外部报头中的逻辑路径50的标识信息作为元数据。
分组转发部12按照来自控制设备20的分组转发规则执行分组转发。按照分组转发规则,分组转发部12可以与逻辑路径模块11交换关于逻辑路径终止处理的信息,同时进行分组转发。此外,分组转发部12管理逻辑路径模块11作为类似于物理端口的逻辑端口PL。也就是说,当从逻辑端口PL接收分组时,该分组所属的逻辑路径50的标识信息作为元数据连同解封装数据分组被接收。注意,如果单一逻辑路径模块可以与多个另一端通信设备进行通信,如稍后将描述,另一端通信设备的IP地址也通过逻辑端口PL接收。
相对地,当向逻辑端口PL转发分组时,分组转发部12向逻辑路径模块11传输逻辑路径标识信息作为元数据以及数据分组。如果单一逻辑路径模块可以与多个另一端通信设备进行通信,则另一端通信设备的IP地址通过逻辑端口PL传送。
<控制设备>
参照图7,控制设备20置于用于C-平面的通信设备30和用于U-平面的通信设备10之间,并且向用于U-平面的通信设备10的分组转发部12发送来自用于C-平面的通信设备30的数据流量转发的命令作为分组转发规则。
控制设备20包括与用于U-平面的通信设备10进行通信的通信部201和用于C-平面的通信设备30进行通信的通信部202,并且还包括路由和操作计算部203、分组转发管理部204、分组转发规则管理部205以及控制部206。
路由和操作计算部203基于来自用于C-平面的通信设备30的信息生成分组转发规则,并且通过通信部20将其发送到用于U-平面的通信设备10。稍后将描述用于控制用于U-平面的通信设备10的分组转发部12的分组转发规则。
分组转发管理部204关于用于U-平面的通信设备10的分组转发部12的容量和端口信息。与逻辑路径50相关联的逻辑端口PL的信息包括分配给逻辑路径模块11的IP地址。注意,在单一逻辑路径模块可以与多个另一端通信设备进行通信的情况下,还包括另一端通信设备40的IP地址。
分组转发规则管理部205关于在用于U-平面的通信设备10的分组转发部12中设置的分组转发规则,并且还管理订户可区分信息和承载标识信息。
注意,控制设备20可以设置有管理用于U-平面的通信设备的功能。例如,还可以执行管理,诸如选择用于U-平面的通信设备,对于用于U-平面的通信设备的逻辑路径模块分配或释放另一端通信设备的单元的逻辑路径标识信息,管理承载标识信息,并且与此同时,如果通信设备10是P-GW,则还可以执行管理,诸如UE的IP地址的分配和释放。然而,可以向诸如用于-面的通信设备30的另一设备提供这种管理用于U-平面的通信设备的功能。
2.2)操作
以下,将参照图8描述转发属于分组流的每个分组的处理。
参照图8,逻辑路径模块11向另一端通信设备40发送回波请求消息,并且根据是否接收到响应于它的回波响应消息,检查另一端通信设备40的活力。此外,当从另一端通信设备40接收到回波请求消息时,逻辑路径模块11发送响应于它的回波响应消息。
当接收数据分组时,分组转发部12检查对分组转发规则的报头信息,并且当确定它是将被转发到通信设备40的分组流时,通过与其设定了逻辑路径50的逻辑端口PL向逻辑路径模块11转发分组。在这种情况下,包括用于识别逻辑路径50的标识信息的元数据随数据分组被转发到逻辑路径模块11。如果存在多个另一端通信设备,则元数据还包括分组要被发送到的另一端通信设备的IP地址。
逻辑路径模块11基于从分组转发部12输入的数据分组和元数据的序列号执行数据分组的封装,并且发送结果作为属于逻辑路径50的分组。其后,以类似方式,封装相同流的数据分组,然后每次接收时发送。此外,如果在逻辑路径中使用序列号,则还添加序列号。
当基于输入数据分组中的报头信息识别逻辑路径50时,逻辑路径模块11对数据分组进行解封装,并且向分组转发部12输出解封装的数据分组,还向分组转发部12输出包括逻辑路径50的标识信息的元数据。如果存在多个与逻辑路径模块11相关联的另一端通信设备,则元数据还包括从其接收分组数据的另一端通信设备的IP地址。分组转发部12对分组转发规则检查元数据中的逻辑路径标识信息(和另一端通信设备的IP地址),由此识别该数据分组将被转发到的端口,然后转发数据分组。
2.3)效果
如上所述,根据本发明的第二示例性实施例,控制设备20根据来自用于C-平面的通信设备30的流量转发的命令向用于U-平面的通信设备10的分组转发部12注册分组转发规则,因此分组转发部12通过与另一端通信设备相关联的逻辑路径转发分组。此外,在用于U-平面的通信设备10中,逻辑路径模块11执行用于回波处理的功能,该回波处理用于检查另一端通信设备的状态,序列号管理等,因此可以促进剪切和粘贴操作频繁发生的逻辑路径的管理,并且还可以减少由用于C-平面的通信设备30和控制设备20构成的控制系统的处理负担。
2.4)用于U-平面的通信设备的配置示例
以下,将描述上述用于U-平面的通信设备10的配置的特定示例。
在图9所示的示例中,分组转发部12根据流量的增加或减少配置或释放逻辑端口PL,并且为每个逻辑端口PL构建逻辑路径模块11。为每个逻辑路径模块11设定一个逻辑路径50。在此情况下,由于每个逻辑路径模块11与另一端通信设备40一对一相关联,因此逻辑路径模块11和分组转发部12转发包括用于识别相关逻辑路径50的标识信息的元数据是足够的。
在图10所示的示例中,分组转发部12根据流量的增加或减少配置或释放逻辑端口PL,并且为每个逻辑端口PL构建逻辑路径模块11。然而,区别是为每个逻辑路径模块11设定多个逻辑路径50。在此情况下,由于每个逻辑路径模块11与多个另一端通信设备40相关联,因此逻辑路径模块11和分组转发部12转发包括用于识别相关逻辑路径50的标识信息和每个另一端通信设备的IP地址的元数据是足够的。
在图11所示的示例中,通过软件(图11的数据处理部13)执行与逻辑路径模块11和分组转发部12相应的各个功能。所述软件包括逻辑路径模块功能11a和分组转发功能12a,逻辑路径模块功能11a与逻辑路径模块11相应,分组转发功能12a与分组转发部12相应。例如,软件可以根据用户流量添加需要的逻辑路径模块功能11a。注意,如果单一逻辑路径模块功能11a与多个另一端通信设备进行通信,则还可以通过使用数据处理部13上执行的过程实现图10所示的功能配置。
不仅如上所述根据流量的增加或减少创建或删除与逻辑端口PL相关联的逻辑路径模块11,而且还可以监控用于U-平面的通信设备10的状态(诸如逻辑端口的负载和编号),并且可以选择终止新逻辑路径的用于U-平面的通信设备10。
3.第一示例
3.1)系统结构
参照图12,在根据第一示例的通信系统中,根据第一或第二示例性实施例的用于U-平面和用于C-平面的通信设备应用于用于U-平面和用于C-平面的P-GW。在当前示例中,GTP-U隧道350被示出为上述逻辑路径50,进一步,U-平面P-GW 300、控制器320、C-平面P-GW330和S-GW 340被分别示出为用于U-平面的通信设备10、控制设备20、用于C-平面的通信设备30和另一端通信设备40。此外,无线基站eNB 360经由移动性管理实体(MME)370选择的S-GW340通过GTP-U隧道连接到U-平面P-GW 300。
U-平面P-GW 300设置有GTP-U隧道模块311和交换机312,分别与上述逻辑路径模块11和分组转发部12相应。控制器320具有识别分组流的功能,并且向交换机312注册分组转发规则,从而控制交换机312,使得交换机312将元数据添加到与分组转发规则匹配的分组并且通过GTP-U隧道模块311转发分组,如上所述。U-平面P-GW 300中的GTP-U隧道模块311与作为另一端通信设备的S-GW340创建GTP-U隧道350,并且通过使用回波消息、序列号管理等执行封装/解封装,对另一端通信设备的活力监控,如上所述。
如上所述,交换机312执行与来自控制器320的分组转发规则匹配的操作,从而执行上述的元数据添加和分组转发。例如,可以通过使用OpenFlow、I2RS(到路由系统接口)、ForCES(转发和控制元件分离)等实现控制器320以集中方式控制交换机312的这种集中控制类型的网络结构系统。以下,将描述使用OpenFlow的示例作为实现控制器320和交换机312的实现的示例。
3.2)OpenFlow
在OpenFlow中,通信被认为是端到端流,以流为单位执行路由控制、故障恢复、负载平衡等。在此,例如,流是具有预定属性的一组串联通信分组。以下,将使用图13所示的网络的OpenFlow作为示例进行简要说明。
参照图13,OpenFlow交换机391是采用OpenFlow技术的网络交换机,并且OpenFlow控制器390是控制OpenFlow交换机391的信息处理设备。
安全信道393被配置在每个OpenFlow交换机391和OpenFlow控制器390,并且每个OpenFlow交换机391通过安全信道393与OpenFlow控制器391进行通信。OpenFlow控制器390通过安全信道393对每个OpenFlow交换机391进行设置。注意,安全信道393是单个交换机391和控制器390之间的通信路径,并且设置有用于防止通信的窃听、操纵等的措施。
图14示出流表392中每个条目(流条目)的结构的示例。流条目包括:匹配字段,规定对包括在通过交换机接收的分组的报头中的信息(例如,目的地IP地址、VLAN ID等)匹配的匹配规则;指示关于每个分组流的统计信息的字段(计数器);以及操作字段(Action),规定与匹配规则匹配的分组处理方法。
当接收分组时,每个OpenFlow交换机391参照流表392。OpenFlow交换机391搜索与接收的分组中的报头信息匹配的流条目。如果检索到与接收的分组中的报头信息匹配的条目,OpenFlow交换机按照检索的条目的操作字段中规定的处理方法处理接收的分组。例如,处理方法是用于“转发来自预定逻辑端口的接收分组”,用于“丢弃接收的分组”或“将接收的分组的报头的一部分修改到元数据并且向预定逻辑端口转发接收的分组”。
另一方面,如果没有找到与接收的分组中的报头信息匹配的条目,则例如,OpenFlow交换机391可以通过安全信道393向OpenFlow控制器390转发接收的分组,并且请求控制器390设置规定处理接收的分组的方法的流条目。
OpenFlow控制器390确定用于处理接收的分组的方法,并且在流表392中注册包括确定的处理方法的流条目。其后,OpenFlow交换机391基于注册的流条目处理与接收的分组属于相同流的后续分组。
根据本发明的第一示例的通信系统中的交换机312和控制器320包括与上述OpenFlow交换机391和OpenFlow控制器390相应的功能。也就是说,OpenFlow交换机391实现在图12中的交换机312上,并且OpenFlow控制器390的功能实现在图12中的控制器320上。OpenFlow交换机391中的流表392与图12的交换机312内设置的存储部(未示出)相应。在下文中,将描述移动系统的结构和其中的操作,作为实现OpenFlow的当前示例的应用的示例。
3.3)应用示例
参照图15,移动系统400包括核心系统401和接入系统402,其中,核心系统401包括U-平面P-GW 300、控制器(OFC)320、C-平面P-GW 330、S-GW 340和MME 370,如图12所示。注意,通常通过OpenFlow配置功能(OFCP:OpenFlow配置点)执行在U-平面P-GW 300的GTP-U隧道的创建、修改、释放等的处理。然而,在当前示例中,可以通过OFC 320执行。
接入系统402包括无线基站、eNB 360a和360b,其中,在此假设通信终端403a和403b分别连接到无线基站。接入系统402是提供通信终端403连接到移动系统400的无线接入网络,例如,通过使用LTE的无线接入方案。通信终端403是移动台,诸如用户终端UE、移动电话、移动通信终端等。通信终端403可以经由移动系统400连接到互联网404,互联网404是外部网络。
3.3.1)在P-GW的默认承载构建
参照图16,当通过eNB 360、MME 370和S-GW 340启动附连过程时(操作S300),S-GW340向C-平面P-GW 330发送创建会话请求消息(操作S301)。当接收创建会话请求消息时,C-平面P-GW 330向OFC 320发送U-平面资源(会话)分配请求消息(操作S302)。
当接收U-平面资源(会话)分配请求消息时,OFC 320执行U-平面P-GW的选择,为选择的P-GW分配GTP-U隧道标识信息(TEID),并且如果必要,分配通信终端的IP地址(操作S303),并且向C-平面P-GW 330返回U-平面资源(会话)分配响应消息(操作S304)。已经接收U-平面资源(会话)分配响应消息的C-平面P-GW 330向OFC 320发送U-平面资源(会话)设定请求消息(操作S305)。
当接收U-平面资源(会话)设定请求消息时,OFC 320生成流修改(FlowMod)消息,下面将描述,并且向U-平面P-GW 300发送FlowMod消息(操作S306),并且还向C-平面P-GW330返回U-平面资源(会话)设定响应消息(操作S307)。已经接收U-平面资源(会话)设定响应消息的C-平面P-GW 330向S-GW 340发送创建会话响应消息(操作S308),并且连续执行上述附连过程。
U-平面P-GW 300向交换机312注册接收的FlowMod消息中的流修改信息,作为分组转发规则,从而对目标流的分组执行规定的处理。FlowMod消息具有图14所示的格式,并且在此,具有如下结构。
<FlowMod结构>
对于上行链路分组,
匹配字段:
·分组输入端口是与相关GTP-U隧道模块11相关联的逻辑端口PL;
·(S-GW地址和)S-GW TEID和P-GW TEID作为元数据进行精确匹配;以及
·其余的都是通配符。
操作:
·将目的地MAC地址修改到相应节点的地址(例如,存在于较高层次的路由器等);
·将源MAC地址修改为P-GW 300的地址;以及
·转发到面向互联网的端口。
对于下行链路分组,
匹配字段:
·UE IP地址准确匹配目的地IP地址;以及
·其余的都是通配符。
操作:
·添加(S-GW地址和)S-GW TEID和P-GW TEID作为元数据;以及
·转发到与相关GTP-U隧道模块11相关联的逻辑端口PL。
3.3.2)在P-GW的默认承载释放
参照图17,当通过eNB 360、MME 370和S-GW 340启动分离过程时(操作S401),S-GW340向C-平面P-GW 330发送删除会话请求消息(操作S402)。当接收删除会话请求消息时,C-平面P-GW 330向OFC 320发送U-平面资源(会话)设定释放请求消息(操作S403)。
当接收U-平面资源(会话)设定释放请求消息时,OFC 320生成FlowMod消息,并且将其发送到U-平面P-GW 300(操作S404),并且还向C-平面P-GW 330返回U-平面资源(会话)设定释放响应消息(操作S405)。已经接收U-平面资源(会话)设定释放响应消息的C-平面P-GW 330向OFC 320发送U-平面资源(会话)分配释放请求消息(操作S406)。
当接收U-平面资源(会话)分配释放请求消息时,OFC 320释放U-平面P-GW的TEID,并且如果必要,则还释放通信终端的IP地址(操作S407)。随后,OFC 320向C-平面P-GW 330发送U-平面资源(会话)分配释放响应消息(操作S408)。C-平面P-GW 330向S-GW 340发送删除会话响应消息,并且连续执行上述分离过程。
U-平面P-GW 300根据接收的FlowMod消息中的流修改信息释放分组转发规则。在此情况下的FlowMod指示使用上述承载构建中使用的相同匹配规则执行删除。
3.3.3)在P-GW的专用承载构建
参照图18,当检测到专用承载构建的触发时(操作S501),C-平面P-GW 330向OFC320发送U-平面资源(承载)分配请求消息(操作S502)。
当接收U-平面资源(承载)分配请求消息时,OFC 320为U-平面P-GW分配TEID(操作S503),并且向C-平面P-GW 330返回U-平面资源(承载)分配响应消息(操作S504)。已经接收U-平面资源(承载)分配响应消息的C-平面P-GW 330向S-GW 340发送创建承载请求消息(操作S505),并且通过eNB 360、MME 370和S-GW 340执行专用承载激活过程(操作S506)。随后,S-GW 340向C-平面P-GW 330发送创建承载响应消息(操作S507),当接收创建承载响应消息时,C-平面P-GW 330向OFC 320发送U-平面资源(承载)设定请求消息(操作S508)。
当接收U-平面资源(承载)设定请求消息时,OFC 320生成流修改(FlowMod)消息,接下来将描述,并且将其发送到U-平面P-GW 300(操作S509),还向C-平面P-GW 330转发U-平面资源(承载)设定响应消息(操作S510)。
U-平面P-GW 300向交换机312注册FlowMod消息中的流修改信息作为分组转发规则,并且交换机312按照此规则对目标流的分组执行规定的处理。FlowMod消息具有图14所示的格式,并且在此,具有如下结构。
<FlowMod结构>
对于上行链路分组,
匹配字段:
·分组输入端口是与相关GTP-U隧道模块11相关联的逻辑端口PL;
·(S-GW地址和)S-GW TEID和P-GW TEID作为元数据进行精确匹配;以及
·其余的都是通配符。
操作:
·转发到面向互联网的端口。
对于下行链路分组,
匹配字段:
·在通过TFT(流量流模板)指定的字段中出现准确匹配;以及
·其余的都是通配符。
操作:
·添加(S-GW地址和)S-GW TEID和P-GW TEID作为元数据;以及
·转发到与相关GTP-U隧道模块11相关联的逻辑端口PL。
3.3.4)在P-GW的专用承载释放
参照图19,当检测到专用承载释放的触发时(操作S601),C-平面P-GW 330向S-GW340发送删除承载请求消息(操作S602),从而eNB 360、MME 370和S-GW 340执行专用承载去激活过程(操作S603)。随后,S-GW 340向C-平面P-GW 330发送删除承载响应消息(操作S604),当接收删除承载响应消息时,C-平面P-GW 330向OFC 320发送U-平面资源(承载)设定释放请求消息(操作S605)。
当接收U-平面资源(承载)设定释放请求消息时,OFC 320生成FlowMod消息,并且将其发送到U-平面P-GW 300(操作S606),还向C-平面P-GW 330返回U-平面资源(承载)设定释放响应消息(操作S607)。已经接收U-平面资源(承载)设定释放响应消息的C-平面P-GW330向OFC 320发送U-平面资源(承载)分配释放请求消息(操作S608)。
当接收U-平面资源(承载)分配释放请求消息时,OFC 320释放U-平面P-GW的TEID(操作S609)。随后,OFC 320向C-平面P-GW 330发送U-平面资源(承载)分配释放响应消息(操作S610)。
U-平面P-GW 300按照接收的FlowMod消息中的流修改信息是否分组转发规则。在此情况下的FlowMod指示使用上述承载构建中使用的相同匹配规则执行删除。
4.第二示例
4.1)系统结构
参照图20,在根据本发明的第二示例的通信系统中,根据第一或第二示例性实施例的用于C-平面的通信设备30和用于U-平面的通信设备10应用于用于U-平面和用于C-平面的S-GW。在当前示例中,GTP-U隧道550被示出为上述逻辑路径50,并且U-平面S-GW 500、控制器520、C-平面S-GW 530和无线基站eNB 560分别被示出为用于U-平面的通信设备10、控制设备20、用于C-平面的通信设备30和另一端通信设备40。此外,通过移动性管理实体(MME)570选择U-平面S-GW 500,并且通过GTP-U隧道550连接eNB 560和U-平面S-GW 500。
U-平面S-GW 500设置有分别与eNB和P-GW相应的多个GTP-U隧道模块511(GTP-U隧道模块#1和#2)以及分别与上述逻辑路径模块11和分组转发部12相应的交换机512。控制器520具有识别分组流的功能,并且向交换机512注册分组转发规则,从而控制转化器512,使得交换机512将元数据添加到与分组转换规则匹配的分组,并且通过GTP-U隧道模块511转发分组,如上所述。U-平面S-GW 500中的GTP-U隧道模块511中的一个(GTP-U隧道模块#1)与作为另一端通信设备的eNB 560建立GTP-U隧道559,并且使用回波消息执行封装/解封装,对另一端通信设备的活力监控等,如上所述。另一GTP-U隧道模块511(GTP-U隧道模块#2)与作为另一端通信设备的P-GW 540配置GTP-U隧道550,并且使用回波消息执行封装/解封装,对另一端通信设备的活力监控等,如上所述。注意,除了第一示例中使用的那些之外,当前示例中交换的元数据包括GTP-U报头中包括的序列号。当接收到分组时,GTP-U隧道模块511还在元数据中包括序列号。此外,控制器520指示交换机512向输出目标GTP-U隧道模块511传送上述序列号作为元数据。
如上所述,交换机512执行与来自控制器520的分组转换规则匹配的操作,从而执行元数据的上述添加和分组转发。可以通过使用OpenFlow、I2RS(到路由系统接口)、ForCES(转发和控制元件分离)等实现控制器520以集中方式控制交换机512的这种集中控制类型的网络结构系统。以下,将描述应用OpenFlow的移动系统的结构和其中的操作,作为实现控制器520和交换机512的实现的示例。
4.2)应用示例
参照图21,移动系统600包括核心系统601和接入系统602,其中,核心系统601包括U-平面S-GW 500、控制器(OFC)520、C-平面S-GW 530、P-GW 540和MME 570,如图20所示。注意,通常通过OpenFlow配置功能(OFCP:OpenFlow配置点)执行在U-平面S-GW 500的GTP-U隧道的创建、修改、释放等的处理。然而,在当前示例中,可以通过OFC 520执行。
接入系统602包括无线基站、eNB 560a和560b,其中,在此假设通信终端603a和603b分别连接到无线基站。接入系统602是提供通信终端603连接到移动系统600的无线接入网络,例如,通过使用LTE的无线接入方案。通信终端603是移动台,诸如用户终端UE、移动电话、移动通信终端等。通信终端603可以经由移动系统600连接到互联网604,互联网604是外部网络。
4.2.1)在S-GW的默认承载构建
参照图22,当通过eNB 560和MME 570启动附连过程时(操作S700),MME 570向C-平面S-GW 530发送创建会话请求消息(操作S701)。当接收创建会话请求消息时,C-平面S-GW530向OFC 520发送U-平面资源(会话)分配请求消息(操作S702)。
当接收U-平面资源(会话)分配请求消息时,OFC 520执行U-平面S-GW的选择,为S-GW分配GTP-U隧道标识信息(TEID)(操作S703),并且向C-平面S-GW 530返回U-平面资源(会话)分配响应消息(操作S704)。已经接收U-平面资源(会话)分配响应消息的C-平面S-GW530向P-GW 540发送创建会话请求消息(操作S705),并且当从P-GW 540接收创建会话请求消息时(操作S706),向MME 570发送创建会话响应消息(操作S707)。
已经接收创建会话响应消息的MME 570继续执行上述附连过程,并且向C-平面S-GW 530发送修改承载请求消息(操作S708)。当接收到修改承载请求消息时,C-平面S-GW530向OFC 520发送U-平面资源(承载)设定请求消息(操作S709)。
当接收U-平面资源(承载)设定请求消息时,OFC 520生成流修改(FlowMod)消息,下面将描述,并且向U-平面S-GW 500发送FlowMod消息(操作S710),并且还向C-平面S-GW530返回U-平面资源(承载)设定响应消息(操作S711)。已经接收U-平面资源(承载)设定响应消息的C-平面S-GW 530向MME 570发送修改承载响应消息(操作S712)。
U-平面S-GW 500向交换机512注册接收的FlowMod消息中的流修改信息,作为分组转发规则,从而对目标流的分组执行规定的处理。FlowMod消息具有图14所示的格式,并且在此,具有如下结构。
<FlowMod结构>
对于上行链路分组,
匹配字段:
·分组输入端口是与相关GTP-U隧道模块511(GTP-U隧道模块#1)相关联的逻辑端口PL;
·(eNB地址和)eNB TEID和S-GW TEID作为元数据进行精确匹配;以及
·其余的都是通配符。
操作:
·添加(P-GW地址和)P-GW TEID、S-GW TEID和承载序列号作为元数据;以及
·转发到与P-GW侧GTP隧道模块511(GTP-U隧道模块#2)相关联的逻辑端口PL。
对于下行链路分组,
匹配字段:
·输入端口是与相关GTP-U隧道模块511(GTP-U隧道模块#2)相关联的逻辑端口PL;
·(P-GW地址和)P-GW TEID和S-GW TEID作为元数据进行精确匹配;以及
·其余的都是通配符。
操作:
·添加(eNB地址和)eNB TEID、S-GW TEID和承载序列号作为元数据;以及
·转发到与eNB侧GTP隧道模块511(GTP-U隧道模块#1)相关联的逻辑端口PL。
4.2.2)在S-GW的默认承载释放
参照图23,通过eNB 560和MME 370启动分离过程(操作S801),MME 570向C-平面S-GW 530发送删除会话请求消息(操作S802)。当接收删除会话请求消息时,C-平面S-GW 530向OFC 520发送U-平面资源(会话)设定释放请求消息(操作S803)。
当接收U-平面资源(会话)设定释放请求消息时,OFC 520生成FlowMod消息,并且将其发送到U-平面S-GW 300(操作S804),并且还向C-平面S-GW 530返回U-平面资源(会话)设定释放响应消息(操作S805)。已经接收U-平面资源(会话)设定释放响应消息的C-平面S-GW 530向OFC 520发送U-平面资源(会话)分配释放请求消息(操作S806)。
当接收U-平面资源(会话)分配释放请求消息时,OFC 520释放U-平面S-GW的TEID(操作S807),并且向C-平面S-GW 530发送U-平面资源(会话)分配释放响应消息(操作S808)。当接收U-平面资源(会话)分配释放响应消息时,C-平面S-GW 530向P-GW 540发送删除会话请求消息(操作S809),并且当接收删除会话响应消息作为删除会话请求消息的响应时(操作S810),向MME 570发送删除会话响应消息(操作S811)。
U-平面S-GW 500按照接收的FlowMod消息中的流修改信息释放分组转换规则。在此情况下的FlowMod指示使用上述承载构建中使用的相同匹配规则执行删除。
4.2.3)在S-GW的专用承载构建
参照图24,当检测到专用承载构建的触发时(操作S901),P-GW 540向C-平面S-GW530发送U-平面资源(承载)设定请求消息(操作S902)。已经接收U-平面资源(承载)设定请求消息的C-平面S-GW 530向OFC 520发送U-平面资源(资源)分配请求消息(操作S903)。
当接收U-平面资源(会话)分配请求消息时,OFC 520为U-平面S-GW分配TEID(操作S904),并且向C-平面S-GW 530返回U-平面资源(会话)分配响应消息(操作S905)。已经接收U-平面资源(会话)分配响应消息的C-平面S-GW 530向MME 570发送创建承载请求消息(操作S906),并且通过eNB 560和MME 570执行专用承载激活过程(操作S907)。随后,MME 570向C-平面S-GW 530发送创建承载响应消息(操作S908),当接收创建承载响应消息时,C-平面S-GW 530向OFC 520发送U-平面资源(承载)设定请求消息(操作S909)。
当接收U-平面资源(承载)设定请求消息时,OFC 520生成流修改(FlowMod)消息,接下来将描述,并且将其发送到U-平面S-GW 500(操作S910),还向C-平面S-GW 530发送U-平面资源(承载)设定响应消息(操作S911)。当接收U-平面资源(承载)设定响应消息时,C-平面S-GW 530向P-GW 540发送U-平面资源(承载)设定响应消息(操作S912)。
U-平面S-GW 500向交换机512注册FlowMod消息中的流修改信息作为分组转发规则,并且交换机512按照此规则对目标流的分组执行规定的处理。FlowMod消息具有图14所示的格式。其结构与上述S-GW的默认承载构建的情况中相同,因此将省略其描述。
4.2.4)在S-GW的专用承载释放
参照图25,当检测到专用承载释放的触发时(操作S1001),P-GW 540向C-平面S-GW530发送删除承载请求消息(操作S1002)。已经接收删除承载请求消息的C-平面S-GW 530向MME 570发送删除承载请求消息(操作S1003),并且通过eNB 560和MME 570执行专用承载去激活过程(操作S1004)。随后,MME 570向C-平面S-GW 530发送删除承载响应消息(操作S1005),当接收删除承载响应消息时,C-平面S-GW 530向OFC 520发送U-平面资源(承载)设定释放请求消息(操作S1006)。
当接收U-平面资源(承载)设定立释放请求消息时,OFC 520生成FlowMod消息,接下来将描述,并且将其发送到U-平面S-GW 500(操作S1007),还向C-平面S-GW 530返回U-平面资源(承载)设定释放响应消息(操作S1008)。当接收U-平面资源(承载)设定释放响应消息时,C-平面S-GW 530向OFC 520发送U-平面资源(承载)分配释放请求消息(操作S1009)。
当接收U-平面资源(承载)分配释放请求消息时,OFC 520释放U-平面S-GW的TEID(操作S1010),并且向C-平面S-GW 530发送U-平面资源(承载)分配释放响应消息(操作S1011)。当接收U-平面资源(承载)分配释放响应消息时,C-平面S-GW 530向P-GW 540发送删除承载响应消息(操作S1012)。
U-平面S-GW 500向交换机512注册FlowMod消息中的流修改信息作为分组转发规则,并且交换机512按照此规则对目标流的分组执行规定的处理。FlowMod消息具有图14所示的格式。其结构与上述S-GW的默认承载释放的情况中相同,因此将省略其描述。
4.3)连接的释放/恢复
参照回图21,接入系统602和U-平面S-GW 500之间的S1-U连接根据通信终端的状态有时落入空闲状态,并且由于出现从通信终端发送的数据或指向通信终端的数据达到,从空闲状态恢复。在下文中,将对本发明的第二示例中S1连接释放/恢复的操作进行描述。
4.3.1)在S-GW的S1连接释放
参照图26,当通过eNB 560和MME 570启动S1连接释放过程时(操作S1101),MME570向C-平面S-GW 530发送释放接入承载请求消息(操作S1102)。当接收释放接入承载请求消息时,C-平面P-GW 530向OFC 520发送U-平面资源(S1-U)设定释放请求消息(操作S1103)。
当接收U-平面资源(S1-U)设定释放请求消息时,OFC 520生成FlowMod消息,并且将其发送到U-平面S-GW 500(操作S1104),并且还向C-平面S-GW 530发送U-平面资源(S1-U)设定释放响应消息(操作S1105)。已经接收U-平面资源(S1-U)设定释放响应消息的C-平面S-GW 530向OFC 520发送U-平面资源(S1-U)分配释放请求消息(操作S1106)。
当接收U-平面资源(S1-U)分配释放请求消息时,OFC 520向C-平面S-GW 530发送U-平面资源(S1-U)分配释放响应消息(操作S1107)。C-平面S-GW 530向MME 570发送释放接入承载响应消息(操作S1108),并且连续执行上述S1连接释放过程。
按照接收的FlowMod消息中的流修改信息,U-平面S-GW 500删除对于上行链路的现有流条目。对于下行链路,匹配字段保持与现有流条目相同,并且操作指示转发到面向OFC 520的端口。
4.3.2)在S-GW的UE-触发的S1连接恢复
参照图27,当接收通信终端UE作出的服务请求时(操作S1201),MME 570向C-平面S-GW 530发送修改承载请求消息(操作S1202)。当接收修改承载请求消息时,C-平面S-GW530向OFC 520发送U-平面资源(S1-U)分配请求消息(操作S1203)。
当接收U-平面资源(S1-U)分配请求消息时,OFC 520向C-平面S-GW 530返回U-平面资源(S1-U)分配响应消息(操作S1204)。已经接收U-平面资源(S1-U)分配响应消息的C-平面S-GW 530向OFC 520发送U-平面资源(S1-U)设定请求消息(操作S1205)。
当接收U-平面资源(S1-U)设定请求消息时,OFC 520生成流修改(FlowMod)消息,接下来将描述,并且将其发送到U-平面S-GW 500(操作S1206),还向C-平面S-GW 530发送U-平面资源(S1-U)设定响应消息(操作S1207)。已经接收C-平面S-GW 530发送U-平面资源(S1-U)设定响应消息的C-平面S-GW 530向MME 570发送修改承载响应消息(操作S1208)。
U-平面S-GW 500向交换机512注册接收的FlowMod消息中的流修改信息作为分组转发规则,从而对目标流的分组执行规定的处理。FlowMod消息具有图14所示的格式,并且具有与上述在S-GW的默认承载构建的情况中相同,但是生成与至今为止生成的数量或请求的数量相同的流条目。
4.3.3)在S-GW的NW-触发的S1连接恢复
参照图28,当从网络接收数据分组时(操作S1301),P-GW 540向U-平面S-GW 500发送此接收的数据分组(操作S1302)。如果没有向交换机512注册与此分组中的报头信息匹配的任何流条目,则已经接收新数据分组的U-平面S-GW 500通过使用Packet-In消息向OFC520通知此分组(操作S1303)。除了输入端口是与相关GTP隧道模块511相关联的逻辑端口PL以及(P-GW地址和)P-GW TEID和S-GW TEID包括在元数据中之外,Packet-In消息与普通Packet-In消息相同。
当接收Packet-In消息时,OFC 520缓冲处理(操作S1304),并且向C-平面S-GW 530发送下行链路分组接收通知(操作S1305),已经接收下行链路分组接收通知的C-平面S-GW530向MME 570发送下行链路数据通知消息(操作S1306)。MME 570向C-平面S-GW 530返回下行链路数据通知响应消息(操作S1307),并且还向eNB 560发现寻呼消息(操作S1308)。
通过寻呼触发,通过上述UE-触发的服务请求操作(图27)建立S1-U连接(操作S1309),然后OSC 520释放处理的缓冲(操作S1310),并且向U-平面S-GW 500发送Packet-Out消息(操作S1311)。除了添加(eNB地址和)eNB TEID和S-GW TEID作为元数据以及设置流条目中的操作使得转发到与相关GTP隧道模块511相关联的逻辑端口PL之外,Packet-Out消息与普通Packet-Out消息相同。
U-平面S-GW 500按照基于Packet-Out消息设置的分组转发规则向eNB 560转发数据分组(操作S1312)。
5.其他应用示例
在上述示例中,GTP隧道被示出为逻辑路径。然而,还可以采用支持PMIP(代理移动IP)/GRE(通用路由封装)等的LTE隧道。然而,在S-GW,还可以使用支持BBERF(承载和事件报告功能),其中,在释放映射之外执行转发,而不执行上述TEID相关联的分组转发。
6.第三示例性实施例
在上述第二示例性实施例和示例中,用于U-平面的通信设备具有这样的配置:逻辑路径模块(GTP-U隧道模块)被提供给分组转发部(交换机)的逻辑端口,如图5所示。然而,本发明不限于此。例如,还可以进行配置,使得图5所示的多个用于U-平面的通信设备通过使用能够控制它们的交换机被部署和彼此连接,并且根据网络负载等选择用于U-平面的通信设备的一个或多个。在下文中,将描述对P-GW的应用作为本发明的第二示例性实施例。注意,可以将上述第一和第二示例性实施例中提及的技术应用到第三示例性实施例中。
参照图29,在根据本发明的第三示例性实施例的通信系统中,假设C-平面P-GW1401和多个U-平面P-GW 1402连接到交换机SW1至SW3,并且控制器1403不仅控制U-平面P-GW 1402,而且通过使用OpenFlow技术控制交换机SW1到SW3。在此,S-GW 1404和互联网1405连接到交换机SW1。
在考虑U-平面P-GW 1402上的各个负载的情况下,控制器1403可以控制U-平面P-GW和S-GW 1404之间的GTP-U隧道(逻辑路径)的设定或者删除哪个GTP-U隧道。
如上所述,根据本发明的第三示例性实施例,控制器1403经由控制器1403能够控制的交换机SW1到SW3置于C-平面P-GW 1401和多个U-平面P-GW 1402之间,从而除了第一和第二示例性实施例的效果之外,可以灵活选择S-GW 1404和U-平面P-GW 1402之间的逻辑路径路由,因此还容易地增加/减少U-平面处理功能。
7.第四示例性实施例
还可以将上述第一至第三示例性实施例中提及的技术应用到本发明的第四示例性实施例中。
在第四示例性实施例中,通过使用诸如通信系统中的虚拟机的软件构建虚拟S-GW。构建虚拟S-GW,诸如包括多个U-平面S-GW(S-GW(U-平面)),并且根据承载选择将通过的U-平面S-GW。
在一些现有通信系统中,如图30所示,对应于通信网络(图30中的数据网络720-1和720-2)可以部署多个P-GW(图30中的P-GW704-1和704-2)。在具有这种结构的通信系统中,可以想象的是,如果所有承载通过特定S-GW,则S-GW形成通信的瓶颈。根据第四示例性实施例,为对应于通信网络的多个P GWS的每一个部署U-平面S-GW。因此,可以在多个U-平面S-GW之中分配与通信网络相应的各个通信,从而可以解决通信中的瓶颈。
图30示出根据第四示例性实施例的通信系统的结构的示例。
移动系统700包括接入系统702,包括与通信终端703执行无线通信的基站(eNB)770。
移动系统700包括核心系统701。核心系统701包括分别与多个数据网络704-1和704-2相应的P-GW 720-1和720-2。注意,还可以为每个数据网络部署多个P-GW。例如,可以为数据网络704-1部署多个P-GW。核心系统701包括通过使用诸如虚拟机的软件构建的虚拟S-GW 740。虚拟S-GW 740包括C-平面S-GW和分别与多个P-GW 720-1和720-2相应的多个U-平面S-GW 740-1和740-2。例如,通过激活诸如服务器或通用通信设备上的虚拟机的软件构建虚拟S-GW 740。C-平面S-GW 730可以是与构建虚拟S-GW 740的设备不同的设备。此外,还可以通过使用诸如构建虚拟S-GW 740的设备上的虚拟机的软件构建C-平面S-GW 730。
例如,U-平面S-GW 740-1和740-2可以具有与图20所示的U-平面S-GW 500类似的配置。例如,U-平面S-GW 740-1和740-2每一个可以通过使用虚拟机上操作的软件应用执行与图20的GTP-U隧道模块511和交换机512相应的功能。与GTP-U隧道模块511和交换机512相应的功能如上述第二示例性实施例中的描述,因此在第四示例性实施例中将省略其描述。此外,U-平面S-GW 740-1和740-2的配置可以被设计为修改外部报头中包括的信息,而不执行解封装处理和封装处理的组合。在此将被修改的信息的示例包括,但不限于,用于识别外部报头中包括的逻辑路径的信息,诸如源和目的地IP地址和隧道端点标识符(TEID)。
控制设备710通过使用诸如OpenFlow、I2RS或ForCES的控制协议控制U-平面S-GW740-1和740-2和传输网络760。根据第四示例性实施例的控制设备710具有与第二示例性实施例中描述的隧道端点标识符的功能类似的功能,因此,在第四示例性实施例中将省略其详细描述。然而,控制设备710的功能不限于OFC 520的功能。
控制设备710根据通信终端703与之通信的数据网络704选择通信通过的U-平面S-GW 740。此外,控制设备710向通过选择的U-平面S-GW 740的承载分配标识信息。
参照图31,传输网络760包括多个交换机7601。例如,每个交换机具有与图13所示的OpenFlow交换机391的功能类似的功能。
控制器710控制传输网络760,并且在eNB 770和虚拟S-GW 740之间构建用于与数据网络704-1和704-2通信的承载的通信路径(GTP-U隧道)。IP地址被分配给虚拟S-GW 740,并且eNB 770向虚拟S-GW 740的IP地址发送与数据网络704-1和704-2相应的各个通信流量。注意,在还包括承载标识信息(TEID)的情况下,eNB 770对与数据网络704-1和704-2相应的各个通信流量进行封装。例如,分配给从eNB 770转发到U-平面S-GW 740-1的承载的标识信息(以下,被称为TEID(A))与分配给从eNB 770转发到U-平面S-GW 740-2的承载的标识信息(以下,被称为TEID(B))不同。因此,可以基于标识信息将承载彼此区分。注意,假设分配给从U-平面S-GW 740-1转发到eNB 770的承载的标识信息是TEID(C),假设分配给从U-平面S-GW 740-2转发到eNB 770的承载的标识信息是TEID(D)。
在图31的示例中,例如,控制设备710决定交换机(A)和(B)作为从eNB 770发送到U-平面S-GW 740-1的承载将通过的交换机7601。控制设备710指示交换机(A)向交换机(B)转发具有虚拟S-GW 740的IP地址作为其目的地地址且具有TEID(A)作为承载标识信息的分组。此外,控制设备710指示交换机(B)向U-平面S-GW 740-1转发具有虚拟S-GW 740的IP地址作为其目的地地址且具有TEID(A)作为承载标识信息的分组。
在图31的示例中,例如,控制设备710决定交换机(A)和(C)作为从eNB 770发送到U-平面S-GW 740-2的承载将通过的交换机7601。控制设备710指示交换机(A)向交换机(C)转发具有虚拟S-GW 740的IP地址作为其目的地地址且具有TEID(B)作为承载标识信息的分组。此外,控制设备710指示交换机(C)向U-平面S-GW 740-2转发具有虚拟S-GW 740的IP地址作为其目的地地址且具有TEID(B)作为承载标识信息的分组。
在图31的示例中,例如,控制设备710决定交换机(B)和(A)作为从U-平面S-GW740-1发送到eNB 770的承载将通过的交换机7601。控制设备710指示交换机(B)向交换机(A)转发具有虚拟eNB 770的IP地址作为其目的地地址且具有TEID(C)作为承载标识信息的分组。此外,控制设备710指示交换机(A)向eNB 770转发具有虚拟eNB 770的IP地址作为其目的地地址且具有TEID(C)作为承载标识信息的分组。
在图31的示例中,例如,控制设备710决定交换机(C)和(A)作为从U-平面S-GW740-2发送到eNB 770的承载将通过的交换机7601。控制设备710指示交换机(C)向交换机(A)转发具有虚拟eNB 770的IP地址作为其目的地地址且具有TEID(D)作为承载标识信息的分组。此外,控制设备710指示交换机(A)向eNB 770转发具有虚拟eNB 770的IP地址作为其目的地地址且具有TEID(D)作为承载标识信息的分组。
控制设备710控制U-平面S-GW 740-1和740-2的每一个。图32示出U-平面S-GW的配置的示例。U-平面S-GW 740包括GTP-U隧道模块741和交换机742。每个GTP-U隧道模块741连接到交换机的逻辑端口PL。控制设备710控制交换机742。例如,分别在eNB 770侧和P-GW720侧部署GTP-U隧道模块741。注意,可以部署eNB 770侧和P-GW 720侧公用的GTP-U隧道模块741。在此情况下,GTP-U隧道模块741连接到与eNB 770侧相应的逻辑端口PL和与P-GW720侧相应的逻辑端口PL的每一个。
在下文中,将描述控制设备710根据OpenFlow协议控制U-平面S-GW。然而,本发明不限于OpenFlow协议。
控制设备710按照OpenFlow协议在交换机742中设置流条目。
对于上行链路分组(从eNB到U-平面S-GW的方向发送的分组)控制设备710设置具有下述内容的流条目。
匹配字段:
·输入端口是eNB 770侧与GTP-U隧道模块741相关联的逻辑端口PL;
·包括在分组中的元数据(与eNB通信的TEID)精确匹配eNB 770和U-平面S-GW之间配置的承载的标识信息;以及
·其余的都是通配符。
操作:
·将元数据(在接收分组时与P-GW通信的TEID和包括在元数据中的序列号)添加到分组;以及
·转发到P-GW 720侧与GTP-U隧道模块742相关联的逻辑端口PL。
对于上行链路分组(从U-平面S-GW到eNB的方向发送的分组)控制设备710设置具有下述内容的流条目。
匹配字段:
·输入端口是P-GW侧与GTP-U隧道模块741相关联的逻辑端口PL;
·包括在分组中的元数据(与P-GW通信的TEID)精确匹配P-GW 720和U-平面S-GW之间配置的承载的标识信息;以及
·其余的都是通配符。
操作:
·添加元数据(在接收分组时与eNB通信的TEID和包括在元数据中的序列号)作为元数据;以及
·转发到eNB 770侧与GTP-U隧道模块741相关联的逻辑端口PL。
图33示出第四示例性实施例中的操作的示例。注意,下面将详细描述与参照图22描述的操作的示例不同的操作,省略类似操作的描述。
在操作S803,控制设备710根据通信终端703与之通信的数据网络704选择通信通过的U-平面S-GW 740。此外,控制设备710向通过选择的U-平面S-GW 740的承载分配标识信息。
在操作S810和S811,控制设备700通过参照图31和图32描述的操作控制传输网络760和U-平面S-GW 740。
图34示出根据第四示例性实施例的系统结构的另一示例。
在图30的系统结构的示例中,在核心系统701中部署虚拟构建的U-平面S-GW 740-1和740-2。与此相对,在图34的系统结构的示例中,在基站中部署虚拟构建的U-平面S-GW的一部分(例如,图34中的U-平面S-GW 740-2)。注意,C-平面S-GW 730、U-平面S-GW 740-1和U-平面S-GW 740-2构建虚拟S-GW 740,并且IP地址没有分别分配给U-平面S-GW 740-1和740-2,但是IP地址(以下,IP地址(A))被分配给虚拟S-GW 740,如图30的示例中。
扩展eNB 771包括具有与图30的eNB 770的功能类似的功能的eNB 7710、U-平面S-GW 740-2和IPsec功能7712。U-平面S-GW 740-2具有与图32示出的配置类似的配置。
在图34所示的系统结构的情况下,在接入系统702附近的位置,可以部署不包括S-GW并且仅部署用于接入数据网络的P-GW的核心系统。因此,可以获得从接入系统卸载流量变得容易的效果。
在下文中,将参照图34描述系统结构。注意,关于图34的描述,将省略与图30的组件类似的组件的描述。
控制设备710控制U-平面S-GW 740-1和740-2,并且构建承载(GTP-U隧道)。
控制设备710指示U-平面S-GW 740-2根据承载转换处理。注意,在图34的示例中,假设标识信息“TEID(X)”的承载通过核心系统701-2中的P-GW 720-2接入数据网络704-2。
如果分组具有作为目的地IP地址的IP地址(A)和TEID(X),则控制设备710指示将分组的源IP地址改变为IP地址(A),并且将其目的地IP地址改变为P-GW 720-2的IP地址。换句话说,控制设备710指示U-平面S-GW 740-2将属于与和预定数据网络(图34中的数据网络704-2)通信相关联的逻辑路径的分组的目的地地址改变到与预定数据网络相应的P-GW(图34中的P-GW 720-2)的地址。U-平面S-GW 740-2具有这样的功能:按照来自控制设备710的命令,将属于与和预定数据网络通信相关联的逻辑路径的分组的目的地地址改变到与预定数据网络相应的P-GW的地址。
此外,控制设备710指示U-平面S-GW 740-2将TEID改变到与P-GW 720-2通信的TEID。U-平面S-GW 740-2向IPsec功能7712转发分组,并且通过IPsec功能7712对此分组进行加密。IPsec功能7712基于分组的目的地IP地址确定分组转发到IPsec GW 780-1和780-2中的哪一个。由于加密的分组的目的地IP地址已经改变到P-GW 720-2的地址,因此IPsec功能7712向IPsec GW 780-2转发分组。
IPsec GW 780-2对接收的分组进行解密,并且向P-GW 720-2发送分组。
控制设备710指示U-平面S-GW 740-2按其原有内容转发分组,而不改变分组的地址,作为默认操作(例如,对除了具有作为目的地IP地址的IP地址(A)和TEID(X)的分组之外的分组的操作)。U-平面S-GW 740-2向IPsec功能7712转发分组。IPsec功能7712对分组进行加密。IPsec功能7712基于分组的目的地IP地址确定分组转发到IPsec GW 780-1和780-2中的哪一个。如果目的地IP地址是作为虚拟S-GW 740的地址的IP地址(A),则IPsec功能7712向IPsec GW 780-1转发分组。
IPsec GW 780-1对接收的分组进行解密,并且向P-GW 720-1转发分组。
对于上述操作,在接入系统702附近的位置,可以部署不包括S-GW并且仅部署用于接入数据网络的P-GW的核心系统。因此,可以获得从接入系统卸载流量变得容易的效果。
上面已经描述了本发明的示例性实施例,但是本发明不限于上述各个示例性实施例。可以基于每个示例性实施例的修改,更换和布置实现本发明。此外,还可以通过任意组合每个示例性实施例实现本发明。也就是说,本发明包括基于所有所公开的内容和本说明书的技术思想可以实现的各种变型和修改。
[工业实用性]
本发明可以应用于创建诸如EPS承载的逻辑路径来发送和接收分组的通信系统。
[附图标记说明]
10 用于U-平面的通信设备
11 逻辑路径模块
12 分组转发部
13 数据处理部
20 控制设备
30 用于C-平面的通信设备
40 另一端通信设备
50 逻辑路径
101 逻辑路径管理部
102 封装功能部
103 解封装功能部
201,202 通信部
203 路由和操作计算部
204 分组转发管理部
205 分组转发规则管理部
206 控制部
300 U-平面P-GW(用于用户平面的PDN网关)
311 GTP-U隧道模块
312 交换机(OFS:OpenFlow交换机)
320 控制器(OFC:Openflow控制器)
330 C-平面P-GW(用于控制平面的PDN网关)
340 S-GW(服务网关)
350 GTP-U隧道
360 无线基站eNB
370 MME
500 U-平面S-GW
511 GTP-U隧道模块
512 交换机(OFS:OpenFlow交换机)
520 控制器(OFC:Openflow控制器)
530 C-平面S-GW
540 P-GW
550 GTP-U隧道
560 无线基站eNB
570 MME
Claims (19)
1.一种在网络中设定逻辑路径以执行通信的通信系统,包括:
用于所述逻辑路径的控制平面通信设备;
用户平面通信设备,所述用户平面通信设备通过所述逻辑路径连接到另一个通信设备;以及
控制设备,所述控制设备响应于来自所述控制平面通信设备的用户平面资源分配请求,从多个用户平面通信设备中选择用户平面通信设备,并且在所选择的用户平面通信设备中设置与用户平面处理相关的操作规则,以执行与通过所述逻辑路径的数据传输有关的用户平面处理,
其中,所述用户平面通信设备包括:
逻辑路径模块,所述逻辑路径模块执行逻辑路径的创建和删除以及终止每个逻辑路径的处理;以及
分组转发部,所述分组转发部经由逻辑端口接收和发送分组,其中所述逻辑路径模块与所述逻辑端口中的一个相关联,其中逻辑端口的数量根据所述用户平面通信设备中的用户平面处理负载的增加和减少来确定。
2.一种在网络中设定逻辑路径以执行通信的通信系统中的控制设备,其中用于所述逻辑路径的控制平面通信设备和通过所述逻辑路径连接到另一个通信设备的用户平面通信设备分离,所述控制设备包括:
第一和第二通信单元,所述第一和第二通信单元分别与所述控制平面通信设备和所述用户平面通信设备通信;以及
控制器,所述控制器被配置为:
响应于来自所述控制平面通信设备的用户平面资源分配请求,从多个用户平面通信设备中选择用户平面通信设备;以及
在所选择的用户平面通信设备中设置与用户平面处理相关的操作规则,以执行与通过所述逻辑路径的数据传输有关的用户平面处理,其中,所述用户平面通信设备包括逻辑路径模块和分组转发部,
其中所述逻辑路径模块执行逻辑路径的创建和删除以及终止每个逻辑路径的处理;以及
所述分组转发部经由逻辑端口接收和发送分组,其中所述逻辑路径模块与所述逻辑端口中的一个相关联,其中逻辑端口的数量根据所述用户平面通信设备中的用户平面处理负载的增加和减少来确定。
3.根据权利要求2所述的控制设备,其中,根据所述通信系统的通信状态,从多个用户平面通信设备中选择用于执行所述用户平面处理的通信设备。
4.根据权利要求2所述的控制设备,其中,根据所述逻辑路径的类型,从多个用户平面通信设备中选择用于执行所述用户平面处理的通信设备。
5.根据权利要求2所述的控制设备,其中,根据终端接入的数据网络来从多个用户平面通信设备中选择用于执行所述用户平面处理的通信设备。
6.根据权利要求2所述的控制设备,其中,根据PDN(分组数据网络)网关,从多个用户平面通信设备中选择用于执行所述用户平面处理的通信设备。
7.根据权利要求2所述的控制设备,其中,根据终端附连到的基站的位置来从多个用户平面通信设备中选择用于执行所述用户平面处理的通信设备。
8.一种在网络中设定逻辑路径以执行通信的通信系统中的控制方法,其中用于所述逻辑路径的控制平面通信设备和通过所述逻辑路径连接到另一个通信设备的用户平面通信设备分离,所述方法包括:
响应于来自所述控制平面通信设备的用户平面资源分配请求,从多个用户平面通信设备中选择用户平面通信设备;以及
在所选择的用户平面通信设备中设置与所述用户平面处理相关的操作规则,以执行与通过所述逻辑路径的数据传输有关的用户平面处理,其中,所述用户平面通信设备包括逻辑路径模块和分组转发部,其中所述逻辑路径模块执行逻辑路径的创建和删除以及终止每个逻辑路径的处理;以及
所述分组转发部经由逻辑端口接收和发送分组,其中所述逻辑路径模块与所述逻辑端口中的一个相关联,其中逻辑端口的数量根据所述用户平面通信设备中的用户平面处理负载的增加和减少来确定。
9.一种存储程序的非瞬时计算机可读介质,所述程序使得控制设备在网络中设定逻辑路径,其中用于所述逻辑路径的控制平面通信设备和通过所述逻辑路径连接到另一个通信设备的用户平面通信设备分离,所述程序包括指令以:
响应于来自所述控制平面通信设备的用户平面资源分配请求,从多个用户平面通信设备中选择用户平面通信设备;以及
在所选择的用户平面通信设备中设置与所述用户平面处理相关的操作规则,以执行与通过所述逻辑路径的数据传输有关的用户平面处理,其中,所述用户平面通信设备包括逻辑路径模块和分组转发部,其中所述逻辑路径模块执行逻辑路径的创建和删除以及终止每个逻辑路径的处理;以及
所述分组转发部经由逻辑端口接收和发送分组,其中所述逻辑路径模块与所述逻辑端口中的一个相关联,其中逻辑端口的数量根据所述用户平面通信设备中的用户平面处理负载的增加和减少来确定。
10.一种在网络中设定逻辑路径以执行通信的通信系统中的用户平面通信设备,其中用于所述逻辑路径的控制平面通信设备和所述用户平面通信设备分离,其中所述用户平面通信设备通过所述逻辑路径连接到另一个通信设备,所述用户平面通信设备包括:
控制接口,所述控制接口被配置为与控制设备建立通信连接,其中,所述控制设备具有响应于来自所述逻辑路径的控制平面的请求而从通信设备资源中选择通信设备的功能;以及
控制器,所述控制器被配置为根据操作规则来执行与通过所述逻辑路径的数据传输相关的用户平面处理,其中,经由所述通信连接从所述控制设备通知所述操作规则;
逻辑路径模块,所述逻辑路径模块执行逻辑路径的创建和删除以及终止每个逻辑路径的处理;以及
分组转发部,所述分组转发部经由逻辑端口接收和发送分组,其中所述逻辑路径模块与所述逻辑端口中的一个相关联,其中逻辑端口的数量根据所述用户平面通信设备中的用户平面处理负载的增加和减少来确定。
11.根据权利要求10所述的通信设备,包括:
所述逻辑路径模块和所述分组转发部根据操作规则交换关于所述终止处理的信息。
12.根据权利要求11所述的通信设备,其中,所述控制器经由所述分组转发部来与所述控制接口交换关于所述终止处理的信息。
13.根据权利要求11所述的通信设备,其中,所述控制器与经由所述分组转发部的数据转发一起交换关于所述终止处理的信息。
14.根据权利要求11所述的通信设备,其中,所述控制器与所述控制接口交换关于所述终止处理的信息作为分组元数据。
15.根据权利要求11所述的通信设备,其中,所述控制器基于关于用于识别所述逻辑路径的所述终止处理的信息来识别分组,并且与所述控制接口交换关于所识别的分组所属的逻辑路径的信息。
16.根据权利要求11所述的通信设备,其中,所述控制接口通过使用从所述控制器接收的关于所述终止处理的信息来对从所述控制器转发的分组进行封装。
17.根据权利要求11所述的通信设备,其中,所述控制接口向所述控制器发送解封装的分组和关于该分组所属的逻辑路径的信息。
18.根据权利要求11所述的通信设备,其中,所述控制接口执行用于终止多个另一端设备中的每一个的逻辑路径的处理。
19.根据权利要求11所述的通信设备,其中,对所述逻辑路径的另一端处的每个设备设置所述控制接口。
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