CN105637805A - 增强移动备用信道以解决有线线路网络中的节点故障 - Google Patents

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Abstract

如果有线线路网络中的主网络边缘节点(例如，BNG1)故障发生，由从网络边缘节点(例如，宽带网络网关BNG2)执行的用于增强长期演进(LTE)备用信道的方法。当BNG2检测BNG1故障时，BNG2向LTE网络的分组数据网络网关(PDN？GW)发送故障更新消息。PDN？GW为CPE提供备用信道以通过移动隧道到达广域网。在故障之前，移动隧道在BNG1具有端点，以及故障更新消息通知PDN？GW移动隧道的端点已经从BNG1改变到BNG2。BNG2从PDN？GW接收故障确认消息之后，BNG2将通过移动隧道的来自PDN？GW的业务路由到广域网。

Description

增强移动备用信道以解决有线线路网络中的节点故障
技术领域
本发明的实施例涉及网络故障恢复领域。更特定地说，本发明的实施例涉及用于在有线线路网络中节点故障时能够实现业务重路由选择的方法和系统。
背景技术
家庭网络用于将家庭中的装置相互连接以及连接至因特网。这些家庭网络经由已知为住宅网关(RGW)的装置来连接至住宅因特网服务提供商。此装置提供家庭网络与接入网络(即，因特网服务提供商的核心网络，包括因特网服务提供商的接入控制装置，诸如宽带远程接入服务器(BRAS)路由器或者宽带网络网关(BNG))之间的物理和协议连接性。在本说明中，BRAS和BNG相换地使用。
RGW能够对于家庭网络提供桥接或路由选择支持。其通常还提供另外的服务，诸如防火墙保护和网络地址转换。RGW能够使用有线和无线协议和连接来与家庭中的装置连接。RGW能够提供一组以太网连接以及使用IEEE802.11(a/b/g/n)的无线局域网。RGW还能够是用于诸如因特网上语音协议(VOIP)的服务的服务交付点或者用于像共享电视交付的服务的解复用点。
因特网服务提供商的接入控制装置(诸如BNG)也被称为网络边缘装置。BNG是给家庭网络提供因特网服务的关键网络元件。BNG故障将使得由因特网服务提供商不能到达家庭网络中的装置。
发明内容
在一个实施例中，一种方法由在服务提供商网络边缘的从网络边缘节点实现，以用于如果有线线路网络中结点故障的发生，增强长期演进(LTE)备用信道。从网络边缘节点在主网络边缘节点故障时为顾客场所设备(CPE)提供到广域网的可接入性。在故障之前，主网络边缘节点通过有线线路链路耦合到CPE并为CPE提供到广域网的可接入性。该方法包括检测主网络边缘节点发生了故障；由从网络边缘节点向LTE网络的分组数据网络网关(PDNGW)发送故障更新消息。PDNGW为CPE提供备用信道以通过移动隧道到达广域网。在故障之前，移动隧道在主网络边缘节点具有端点。故障更新消息通知PDNGW移动隧道的端点已经从主网络边缘节点改变到从网络边缘节点。该方法进一步包括响应于故障更新消息，由从网络边缘节点从PDNGW接收故障确认消息(BFA)；以及由从网络边缘节点将通过移动隧道从PDNGW接收的业务路由到广域网。
在一个实施例中，一种网络元件作为在服务提供商网络边缘的从网络边缘节点。网络元件在主网络边缘节点故障时为CPE提供到广域网的可接入性。在故障之前，主网络边缘节点通过有线线路链路耦合到CPE并为CPE提供到广域网的可接入性。网络元件包括上行链路模块，用于与广域网通信；主/从接口模块，用于与主网络边缘节点通信；PDNGW接口模块，用于与LTE网络的PDNGW通信。PDNGW为CPE提供备用信道以通过移动隧道到达广域网。在故障之前，移动隧道在主网络边缘节点具有端点。网络元件进一步包括通信地耦合至上行链路模块的网络处理器、主/从接口模块和PDNGW接口模块，网络处理器适合于检测主网络边缘节点发生了故障；向PDNGW发送BFU消息，通知PDNGW移动隧道的端点已经从主网络边缘节点改变到从网络边缘节点。网络处理器进一步适合于响应BFU消息，从PDNGW接收BFA消息，以及将通过移动隧道从PDNGW接收的业务路由到广域网。
在一个实施例中，一种网络元件作为在服务提供商网络边缘的从宽带网络网关(BNG)。该网络元件在主BNG故障时为住宅网关(RGW)提供到广域网的可接入性。在故障之前，主BNG通过有线线路链路耦合到RGW并为RGW提供到广域网的可接入性。网络元件包括上行链路模块，用于与广域网通信；主/从接口模块，用于与主BNG通信；PDNGW接口模块，用于与LTE网络的PDNGW通信。PDNGW为RGW提供备用信道以通过移动隧道到达广域网。在故障之前，移动隧道在主BNG具有端点。网络元件进一步包括通信地耦合至上行链路模块的网络处理器、主/从接口模块和PDNGW接口模块，网络处理器适合于检测主BNG发生了故障；向PDNGW发送BFU消息，通知PDNGW移动隧道的端点已经从主BNG改变到从BNG。网络处理器进一步适合于响应BFU消息，从PDNGW接收BFA消息，以及将通过移动隧道从PDNGW接收的业务路由到广域网。
在一个实施例中，由在服务提供商网络边缘的第一网络边缘节点实现用于在多个对等网络边缘节点之间动态均衡网络业务负载的方法。第一网络边缘节点为CPE提供到广域网的可接入性。该方法包括在第一网络边缘节点检测业务超载；由第一网络边缘节点向对等网络边缘节点发送第一业务卸载请求(TOR)。第一业务卸载请求包括将卸载到该对等网络边缘节点的前缀范围，使得标识范围内地址的网络业务将由LTE网络的PDNGW路由至该对等网络边缘节点而不是第一网络边缘节点。PDNGW为CPE提供备用信道以通过移动隧道到达广域网。该方法进一步包括从该对等网络边缘节点接收第一业务卸载确认(TOA)。
在一个实施例中，一种网络元件作为在服务提供商网络边缘的第一网络边缘节点，用于在多个对等网络边缘节点之间动态均衡网络业务负载。第一网络边缘节点为CPE提供到广域网的可接入性。网络元件包括上行链路模块，用于与广域网通信；BNG接口模块，用于与对等网络边缘节点通信；PDNGW接口模块，用于与LTE网络的PDNGW通信，其中PDNGW为RGW提供备用信道以通过移动隧道到达广域网；以及通信地耦合至上行链路模块的网络处理器、BNG接口模块和PDNGW接口模块。网络处理器适合于在第一网络边缘节点检测业务超载；由第一网络边缘节点向对等网络边缘节点发送第一TOR消息。第一TOR消息包括将卸载到该对等网络边缘节点的前缀范围，使得标识范围内地址的网络业务将由PDNGW路由至该对等网络边缘节点而不是第一网络边缘节点。网络处理器进一步适合于从该对等网络边缘节点接收第一TOA消息。
附图说明
在随附附图的图中，通过示例的方式而不是通过限制的方式来图示本发明，所述附图中，相同标号指示相同元件。应当注意，在本公开中对“一”或者“一个”实施例的不同引用不必需对相同的实施例，以及此类引用意味着至少一个。此外，当结合一实施例来描述具体特征、结构或者特性时，认为结合其它实施例(无论是否明确描述)来影响此类特征、结构或者特性是在本领域技术人员的认识之内。
图1是示出网络配置的一个实施例的框图。
图2是示出虚拟网关控制器的一个实施例的框图。
图3A是示出BNG的一个实施例的框图。
图3B是示出PDNGW的一个实施例的框图。
图4A是示出第一网络操作场景的图。
图4B是示出第二网络操作场景的图。
图5A是示出第一网络故障场景的图。
图5B是示出第二网络故障场景的图。
图6是示出用于增强LTE备用信道的方法的一个实施例的流程图。
图7是示出动态负载均衡场景的图。
图8是示出动态负载均衡方法的一个实施例的流程图。
具体实施方式
在下面的描述中，多个特定细节被陈述。然而，要理解，本发明的实施例可以没有这些特定细节而被实践。在其它实例中，众所周知的电路、结构和技术没有详细示出以便不致模糊本描述的理解。然而，将领会，通过本领域技术人员，本发明可以没有此类特定细节来被实践。通过所包括的描述，本领域技术人员将能够实现适当的功能性而无需过度试验。
在本说明中，对“一个实施例”、“一实施例”、“一示例实施例”等的引用指示所描述的实施例可以包括具体特征、结构或特性，但可以不是每个实施例都必需包括所述具体特征、结构或特性。此外，此类短语不必需指相同的实施例。此外，当结合一实施例来描述具体特征、结构或特性时，认为结合其它实施例(无论是否明确描述)来实现此类特征、结构或者特性是在本领域技术人员的认识之内。
在下面的描述和权利要求中，可以使用术语“耦合”和“连接”，连同它们的派生。应当理解这些术语对于彼此并不意图作为同义词。“耦合”用于指示两个或者更多元件彼此协作或交互作用，它们可以是或者可以不是处于直接的物理或者电的彼此接触中。“连接”用于指示在彼此耦合的两个或者更多元件之间通信的建立。
如在本文中所使用的，网络元件或者网络节点(例如，路由器、交换机、桥接器)是一件网络设备，包括硬件和软件，其可通信地与网络上其它设备(例如，其它网络元件、终端站)互连。一些网络元件是“多重服务网络元件”，它们给多重网络功能(例如，路由选择、桥接、交换、层2聚合、会话边界控制、服务质量和/或订户管理)提供支持，和/或给多重应用服务(例如，数据、语音和视频)提供支持。订户终端站(例如，服务器、工作站、膝上型计算机、上网本、掌上计算机、移动电话、智能电话、多媒体电话、因特网上语音协议(VOIP)电话、用户设备、终端、便携式媒体播放器、GPS单元、游戏系统、机顶盒)访问通过因特网提供的内容/服务和/或在覆盖于因特网上(例如，隧道通过)的虚拟个人网络(VPN)上提供的内容/服务。内容和/或服务通常由属于服务或者内容提供商或者参与对等服务的终端站的一个或者更多终端站(例如，服务器终端站)提供，并且可以包括，例如公共网页(例如，免费内容、店面(storefront)、搜索服务)、个人网页(例如，提供电子邮件服务的用户名/密码接入网页)和/或通过VPN的公司网络。通常，订户终端站耦合(例如，通过顾客场所设备耦合到接入网(有线的或者无线的))到边缘网络元件，所述边缘网络元件耦合(例如，通过一个或者更多核心网络元件)到其它边缘网络元件，所述其它边缘网络元件耦合到其它终端站(例如，服务器终端站)。
本发明不同实施例可以使用软件、固件和/或硬件的不同组合来实现。因此，附图中示出的技术能够使用在一个或者更多电子装置(例如，终端站、网络元件)上存储和执行的代码和数据来实现。此类电子装置使用计算机可读媒体，诸如非暂态计算机可读存储媒体(例如，磁盘；光盘；随机接入存储器；只读存储器；闪速存储器装置；相变存储器)和暂态计算机可读传输媒体(例如，电的、光的、声的或其它形式的传播信号-诸如载波、红外信号、数字信号)，来存储和传递(内部地和/或在网络上通过其它电子装置)代码和数据。另外，此类电子装置通常包括耦合至一个或者更多其它组件的一个或者更多处理器的集合，所述一个或者更多其它组件诸如一个或者更多存储装置(非暂态机器可读存储媒体)、用户输入/输出装置(例如，键盘、触摸屏和/或显示器)和网络连接。处理器集合和其它组件的耦合通常是通过一个或者更多总线和桥接器(也被称为总线控制器)。因此，给定电子装置的存储装置通常将用于执行的代码和/或数据存储在那个电子装置的一个或者更多处理器的集合上。
如在本文中所使用的，术语“顾客场所”指住宅和商业场所。虽然在下面的描述中使用术语“家庭网络”、“住宅网关”和“住宅路由器”，但是要理解本发明的实施例可应用于任何顾客场所网络和装置。
住宅网关(RGW)是顾客场所网络的关键部分，因为其提供顾客场所装置到因特网的连接性。RGW通过它的至接入网络的宽带网络网关(BNG)的连接而提供家庭网络和住宅因特网服务提供商的接入网络之间的物理和协议连接性。BNG是网络边缘节点，其提供到RGW的有线线路连接性。当BNG和/或BNG的控制器故障时，连接至RGW的家庭装置变得对因特网通过有线线路网络是不能到达的。因此，期望具有备用机制以在BNG和/或BNG的控制器故障的情况下允许因特网服务提供商到达家庭网络。
长期演进(LTE)是用于高速数据的移动通信的标准。LTE将移动网络架构重新设计和简化为基于IP的系统。LTE规范提供了300Mbit/s的下行链路峰值速率、75Mbit/s的上行链路峰值速率和准许小于5ms的传送延迟的QoS供给。通过高带宽和低延迟，LTE支持视频、数据以及通过VOIP的语音。在LTE系统中，分组数据网络(PDN)网关(PDNGW)提供用户设备(UE)和外部分组数据网络之间的无线连接性。PDNGW作为到UE的业务的进入和退出的点。除控制IP数据服务之外，PDNGW还进行路由选择、分配IP地址、提供非LTE网络的接入和甚至施行策略。
随着LTE网络铺开，趋势是对于家庭网络而具有到LTE网络的接入。一些电信设备基础设施已经开始实现具有LTE能力的RGW。例如，具有LTE接口的RGW模型已经在英国由Vodafone部署。具有通过BNG与有线线路网络连接和通过PDNGW与移动网络连接的接口的RGW的存在允许网络运营商减轻有线线路网络中故障的影响。
本发明的实施例提供用于避免现有技术的缺陷的方法和系统。在有线线路节点故障时，本发明的实施例提供对LTE网络的更新，使得PDNGW能够在有线线路节点故障时具有建立备用信道的正确信息并通过LTE网络重路由业务。有线线路节点恢复之后，RGW和BNG可以停止业务重路由选择并使用有线线路以用于业务路由选择。有线线路节点的示例包括BNG和BNG的控制器。控制器可以存在于BNG内或者外部，以及耦合到BNG。在一个实施例中，控制器是下面参考图1所描述的虚拟网关控制器。
图1是根据一个实施例的使用虚拟网关控制器来支持住宅路由器的虚拟化可见性(visibility)的网络架构的示意图。虚拟化可见性的实现在三个主要组件和若干相关项目之间分开。三个主要组件是住宅网关(RGW)115、上游IP服务路由器105(即，在BNG101、BRAS或等同体中)和虚拟网关控制器107。
BNG101是因特网协议(IP)网络边缘路由器，其中应用了带宽和服务质量(QoS)策略；由BRAS实行的功能是由BNG所实行的那些的超集。BRAS是BNG101，并且是订户业务的聚合点。其提供接入网与因特网服务提供商网络131的核心网络111之间的聚合能力(例如，IP、点到点协议(PPP)、以太网)。除了它的聚合功能之外，BRAS还是接入网中策略管理和IPQoS的注入点。为了简明起见，提供了使用BNG101来实现IP服务路由器105的网络的示例。然而，本领域技术人员将理解也能够使用BRAS或者类似装置。为了简明起见，具有单个BNG101的因特网服务提供商网络131和RGW115也被示出。本领域技术人员将理解BNG101能够连接任何数量的家庭网络121和RGW115到核心网络111以及到通用因特网113。此外，因特网服务提供商131能够包括任何数量的BNG101和BRAS或者类似装置以连接到家庭网络121和RGW115的集合。
虚拟网关控制器107能够以多种形式实现。在一个实施例中，虚拟网关控制器107能够是IP服务路由器105的控制平面的部分，其由BNG或者类似装置的网络处理器103执行。虚拟网关控制器107能够在IP服务路由器105(例如，在BNG101中)的机架中的刀片上被交付。备选的是，虚拟网关控制器107可以存在于经由核心网络111耦合到BNG101的一个或者更多服务器计算机(例如，云服务器109)中。虚拟网关控制器107负责维护订户的虚拟操作状态，其包括确定所有数据平面功能的可操作状态。这意味着对状态进行建模并配置适当的装置(诸如RGW115和BNG101)以交付所需要的行为。
IP服务路由器105是为订户交付数据平面服务的路由器。其处理所有订户数据平面分组。其实行功能中的多个，诸如网络地址转换(NAT)和防火墙功能，这些是传统地由RGW115交付的功能。IP服务路由器105还实行诸如业务策略和QoS交付的数据平面功能。这些功能的操作由虚拟网关控制器107控制。在一个实施例中，IP服务路由器105耦合到存储装置171，其存储用于家庭网络装置183的IPv6信息，防火墙配置，QoS策略和NAT的表格、数据结构或者数据。
RGW115提供家庭中各个媒介之间物理连接性(以太网、802.11b/g/nWifi、Zigbee和类似媒介)和到服务提供商的连接性(DSL、缆线、无源光、LTE和类似技术)。RGW115提供足够的逻辑操作，使得其能够在家庭网络装置183和IP服务提供商网络131之间提供分组通信。RGW115能够由订户或者运营商所拥有。然而，其由由运营商管理的虚拟网关控制器107控制。
家庭网络装置183能够使用网络协议来与虚拟网关控制器107交互作用。家庭网络装置183的示例包括PC、TV、平板计算机、网络附加存储(NAS)、电话、电器(appliance)、传感器等。在一些实施例中，家庭网络装置183可以经由一个或者更多家庭路由器181耦合到RGW115。从RGW115到虚拟网关控制器107功能性的转变提高了操作的可管理性和有效性。这个转变使得家庭网络装置内的交互作用不变。例如，家庭网络121中的装置(例如，PC)能够使用UPnP协议来到达虚拟网关控制器107以便发现家庭网络121中的存储服务(例如，NAS)，之前这完全在家庭网络121内实现。通过使用虚拟网关控制器107，UPnP和其它服务(包括DNS、动态主机配置协议(DHCP)、SSID配置、多播配置和类似服务)看起来像是在家庭网络121中或者在RGW115实现，但是实际上在因特网服务运营商中实现以及由因特网服务运营商从虚拟网关控制器107可交付。虚拟网关控制器107的控制平面与RGW115的数据平面分开的分离架构的使用使得因特网服务提供商网络131的服务显得对用户可易于发现和可透明地接入。此类服务能够包括IP语音(voice-over-IP)(VOIP)启用服务、存储服务、或者应用服务。类似地，当他们使用用于认证和关联的另外的软件(诸如由因特网服务提供商提供的认证服务器117)从其它网络正在接入家庭网络时，接入到家庭网络121和基于家庭网络的服务能够被更容易地提供给用户。
这个网络架构提供用于虚拟住宅网关和虚拟家庭服务交付的相干系统。配置、增强、和相容(consistent)远程服务和远程访问家庭信息和资源所有都成为相干架构的自然的部分。这个架构的重要优点是向运营商提供对连接到家庭网络121中的住宅网关的所有装置的足够的可见性。这使得因特网服务提供商能够向家庭提供不同(无缝(seamless))服务，例如网络管理、服务交付和类似服务。另一个优点是使得因特网服务提供商能够帮助第三方，例如公用事业提供商或者应用制造商，通过家庭网络121来接入正确的装置。例如，电力公用事业公司可以需要接入家庭网络121以配置自动调温器或者打开/关闭家庭电子系统中的具体装置。在一个实施例中，这能够通过虚拟网关控制器107或者其实例中的机器到机器中间件(例如，图2中所示的中间件161)来完成。
图2是示出虚拟网关控制器107的一实施例的框图。虚拟网关控制器107包括接口模块210，负责与其它网络节点(例如BNG和/或其它虚拟网关控制器)通信。虚拟网关控制器107还包括网络处理器220，其包括或者耦合到多个功能模块。网络处理器220可以包括一个或者更多通用处理器或者一个或者更多专用处理器。在一个实施例中，功能模块中的一个是管理模块151，负责配置BNG101上的防火墙功能。管理模块151还负责配置网络参数(例如，服务集标识符(SSID))和它们的策略以用于RGW115上的无线接入。管理模块151还负责管理BNG101和RGW115上的多播过滤器，以便提供所需的连接同时降低不必要的业务。虚拟网关控制器107还能够提供家庭控制功能，诸如通用即插即用(UniversalPlugandPlay)(UPnP)协议控制。其能够提供支持服务，诸如创建域名系统(DNS)条目和支持DHCP。虚拟网关控制器107的操作合并到由因特网服务提供商使用的现有的授权基础设施117中(例如，RADIUS和/或Diameter)。这使得另外的授权操作能够实现，诸如固定移动聚合所需要的，或者支持基于订户识别模块(SIM)的住宅网关所需要的操作。
在一个实施例中，虚拟网关控制器107还包括远程接入模块163、认证模块165、网络配置模块167和类似组件。组件帮助由家庭网络的所有者或者与家庭网络的所有者的账户相关的任何用户管理家庭网络121。为了简明起见，家庭网络所有者指具有家庭网络121的管理权限的任何个人。家庭网络用户指使用连接到家庭网络121的计算装置或者主机183的个人。
远程接入模块163提供从远程家庭网络到访问用户装置的资源的接入。远程接入模块163能够建立独立虚拟局域网(VLAN)或者SSID以用于提供到远程网络资源的接入。远程接入模块163还能够与远程家庭网络的虚拟网关控制器通信以获得对于远程家庭网络的配置信息和接入远程家庭网络上的资源所需的信息。远程接入模块163能够与认证模块165工作以认证家庭网络121上的访问用户装置，使得访问用户装置能够接入家庭网络121的资源。认证模块165还能够帮助认证访问用户装置以用于建立到远程家庭网络的连接。
网络配置模块167能够提供用户接口，以使得家庭网络所有者能够改变家庭网络的配置。网络配置模块167能够提供基于网页的接口，能够与主机装置183的本地客户端交互，或者类似地使得家庭网络所有者能够接入配置接口。在访问用户正在请求接入或者共享本地或者远程家庭网络资源的实例中，家庭网络所有者能够被通知该请求，并使用由网络配置模块167所提供的接口来能够实现批准或者拒绝该请求。
图3A和3B示出相应作为BNG和PDNGW的两个网络元件。在一个实施例中，网络元件包括一个或者更多线卡的集合、一个或者更多控制卡的集合、以及可选地一个或者更多服务卡(有时被称为资源卡)的集合。这些卡通过一个或者更多机制(例如，第一全网耦合线卡，第二全网耦合所有卡)耦合在一起。线卡的集合构成数据平面，而控制卡的集合提供控制平面并且通过线卡与外部网络元件交换分组。服务卡的集合能够提供专门处理(例如，层4到层7服务(例如，防火墙、IPsec、IDS、P2P)、VoIP会话边界控制器、移动无线网关(GGSN、演进分组系统(EPS)网关))。作为示例，服务卡能够用于终止IPsec隧道以及执行附加认证和加密算法。
图3A是示出BNG101的一实施例的框图。在这个实施例中，BNG101包括上行链路模块330，其管理到上行链路网络元件(例如，路由器)的连接性，使得BNG101能够到达因特网以与广域网(例如，服务提供商的核心网络或者因特网)通信。BNG101还包括BNG接口模块340(也被称为主/从接口模块340)以与其它BNG通信，PDNGW接口模块350，其管理到PDNGW的连接性，以使得BNG101能够与LTE网络通信。BNG101还包括RGW接口模块355，其管理到有线线路下行链路网络元件的连接性，用于与下行链路网络元件(例如，RGW)通信。如结合图1所述，BNG101还包括网络处理器103和IP服务路由器105。在虚拟网关控制器107位于BNG101外部的一实施例中，BNG101还能够包括控制器接口模块以与虚拟网关控制器107通信。
网络处理器103是BNG101的关键部分，它除了其它功能之外还实行重路由。网络处理器103管理BNG101和其它网络元件(例如，上行链路网络元件、RGW、其它BNG和PDNGW)之间连接的连接性状态。网络处理器103决定是否发起业务重路由选择。在一个实施例中，重路由选择决策不是在RGW做出，而是代替地在BNG做出。集中的决策作出帮助由因特网服务提供商的重路由选择过程的管理。BNG101和RGW之间的业务能够隧道通过PDNGW，以及其也能够穿过PDNGW。网络处理器103可以包括一个或者更多通用处理器或者一个或者更多专用处理器。
图3B是示出PDNGW108的一实施例的框图。在这个实施例中，PDNGW108包括BNG接口模块370以与BNG通信，RGW接口模块380以与RGW通信。PDNGW108还包括网络处理器320，其执行路由选择模块381和IP地址分配模块382的功能。网络处理器220可以包括一个或者更多通用处理器或者一个或者更多专用处理器。
图4A是根据一个实施例示出正常操作中网络配置的示意图。在这个实施例中，虚拟网关控制器107位于BNG之外的云服务器中。在家庭网络420中，存在RGW115连接至网络中的家庭装置183(例如，平板和TV)。家庭装置183与RGW115通信，RGW115通过有线线路412将业务路由至BNG401(也被称为“BNG1”或“主BNG”)以能够实现通过广域网(诸如因特网)与其它装置通信。BNG1经由链路414与虚拟网关控制器107交换数据。BNG1还耦合到BNG402(也被称为“BNG2”或“从BNG”)。BNG1和BNG2可以由图1和图3A中的BNG101实现。
当链路414故障时，在BNG1与虚拟网关控制器107之间交换的数据能够经由链路415和416经过BNG2。在正常操作期间，BNG1周期性地与BNG2交换keep_alive消息。另外，BNG1和BNG2都周期性地与虚拟网关控制器107交换keep_alive消息。keep_alive消息的缺失指示着消息发送方出故障了。keep_alive消息由BNG1、BNG2和虚拟网关控制器107用于监控彼此的健康，使得当它们中任一个故障时能够采取适当的措施。
在一个实施例中，RGW115具有LTE接口。通过LTE接口，RGW115能够通过PDNGW(例如，PDNGW108)与LTE网络通信，该PDNGW向RGW115提供到移动网络(也被称为“无线网络”)的连接性。RGWLTE接口能够预配置，如此其保持在睡眠模式中而不主动路由业务。预配置包括给LTE接口分配IPv6地址以使其能够与LTE网络中的其它网络元件通信。PDNGW108能够通过诸如RGW(例如，RGW115)IPv6地址的参数来预配置，如此其能够发现RGW。PDNGW不仅能够与RGW通信，还能够与BNG通信。PDNGW能够通过要求的参数(例如，BNG的IPv6地址)来预配置，以及它能够发现与具体RGW关联的BNG并建立安全通信。类似地，BNG能够通过诸如PDNGW的IPv6地址的参数来预配置使得其能够与PDNGW建立安全通信。在图4A的示例实施例中，BNG1通过移动链路413与PDNGW108通信。在其它实施例中，BNG(BNG1和BNG2)与PDNGW108之间的链路能够是部分或者全部地有线或者类似连接或者有线和无线连接的任何组合。
在正常操作中，进入和流出家庭网络420的业务经过有线线路链路412，以及移动链路411和413不路由业务。移动链路411和413形成移动隧道，其在有线线路链路412故障的情况下作为RGW115的备用信道。
图4B是根据另一个实施例示出正常操作中另一网络配置的示意图。与图4A的实施例类似，家庭网络420通过有线线路412经由RGW115连接至BNG1，以及PDNGW108经由移动链路411和413向RGW115提供备用信道。然而，虚拟网关控制器107(VGC1和VGC2)在这个实施例中位于BNG(相应地，BNG1和BNG2)内。例如，VGC1位于BNG1内而VGC2位于BNG2内。BNG1和BNG2周期性地交换keep_alive消息。另外，VGC2周期性地接收VGC1的当前状态使得VGC2的状态能反映VGC1的状态。在正常操作时，进入和流出家庭网络420的业务经过有线线路链路412，移动链路411和413不路由业务。由移动链路411和413形成的移动隧道在有线线路链路412故障或者其它不可用的情况时承担RGW115的业务路由选择。
图5A是根据一个实施例示出BNG1故障时的故障场景的示意图。在所示示例中，虚拟网关控制器107位于BNG1之外。故障影响通信诸如进入和流出RGW115和它的家庭装置183的业务。当BNG1故障时，BNG2和虚拟网关控制器107都能够从来自BNG1的keep-alive消息的缺失检测出故障。在检测到故障时，BNG2向PDNGW108发送BNG_Failure_Update(BUF)消息。BUF消息通知PDNGW108位于RGW115和BNG1之间的移动隧道由于BNG1的故障已经将其端点从BNG1改变到BNG2。响应于BUF消息，PDNGW108用BNG_Failure_ACK(BFA)消息应答，并开始进行在RGW115和BNG2之间建立移动隧道510。BNG2还通知虚拟网关控制器107BNG2现在正在接管BNG1的职责以用于在RGW115和虚拟网关控制器107之间交付数据。在BNG1故障时，RGW115激活它的LTE接口，使得RGW115的向内和向外的数据能够经由移动隧道510通过PDNGW108重路由。因此，RGW115和它的家庭装置183能够继续与其他装置和节点通过因特网通信。
图5B是根据一个实施例示出BNG1故障时的故障场景的示意图。在所示示例中，虚拟网关控制器107位于BNG之内。就是，VGC1位于BNG1内而VGC2位于BNG2内。在这个场景中，当BNG1或VGC1故障时，RGW115就不再能够通过有线线路连接到达BNG1，因此RGW115不再能够与任何装置通过因特网经有线线路通信。故障能够马上由BNG2由于来自BNG1的keep-alive消息的缺失而检测到。与图5A的示例类似，在检测到故障时，BNG2向PDNGW108发送BNG_Failure_Update(BUF)消息。BUF消息通知PDNGW108位于RGW115和BNG1之间的移动隧道由于BNG1的故障已经将其端点从BNG1改变到BNG2。响应于BUF消息，PDNGW108用BNG_Failure_ACK(BFA)消息应答，并开始进行在RGW115和BNG2之间建立(即，配置)移动隧道510。隧道510被配置使得需要在两个装置之间交换的任何信号或数据将进入隧道510。由于VGC2反映VGC1的状态，不需要重配置RGW115以用于将控制从VGC1传送至VGC2。在BNG1故障时，RGW115激活它的LTE接口，使得RGW115的向内和向外的数据都能够经由移动隧道510通过PDNGW108重路由。因此，RGW115和它的家庭装置183能够继续与其他装置和节点通过因特网通信。
图6是示出如果有线线路网络中的节点故障发生，由从网络边缘节点(例如图4的BNG2)实现的用于增强LTE备用信道的方法600的流程图。在主网络边缘节点(例如，图4的BNG1)故障时，从网络边缘节点就为CPE(例如，图1的RGW115)提供到广域网的可接入性。在故障之前，BNG1通过有线线路链路耦合到CPE并为CPE提供到广域网的可接入性。该方法开始于BNG2检测BNG1发生了故障(框610)。在检测到故障时，BNG2向LTE网络的PDNGW(例如，PDNGW108)发送BFU消息(框620)。PDNGW为CPE提供备用信道以通过移动隧道(例如，链路510和520)到达广域网。在故障之前，移动隧道在BNG1具有端点，以及BFU消息通知PDNGW移动隧道的端点已经从BNG1改变到BNG2。响应于BFU消息，BNG2从PDNGW接收BFA消息(框630)。然后BNG2将其通过移动隧道从PDNGW接收的业务路由到广域网(框640)。
图7是根据一个实施例示出动态负载均衡机制的示意图。在BNG1故障之后，BNG2变成通过路径710负责对于RGW115传递向内和向外业务。然而，BNG2可以同时正在服务其它顾客并因此可能超载。为了减轻BNG2的潜在的业务拥塞，BNG2可以确定委派部分业务到一个或者更多其它BNG(也被称为对等BNG)。为了实现这个委派，BNG2用Traffic_Offload_Request(TOR)消息通知对等BNG(例如，BNG3)，该消息承载BNG3的地址和需要卸载到接收节点(BNG3)的前缀范围。在接收到TOR消息时，BNG3发送回Traffic_Offload_ACK(TOA)消息。前缀范围的大小可以由BNG2基于BNG3的当前业务负载来确定。另外，BNG2还通知PDNGW108工作负载的从BNG2到BNG3的转变。对PDNGW108的通知指示BNG3的地址和转变到BNG3的工作负载(以前缀范围的形式)。
图8是示出由BNG实现的用于实行动态负载均衡的方法800的流程图。在一个实施例中，方法800在主网络边缘节点(例如，BNG1)故障之后由从网络边缘节点(例如，图4的BNG2)实行，以及BNG2除了自己的正常工作负载之外还必须接管BNG1的工作负载。方法800开始于BNG2检测自己的业务超载(框810)。在检测到时，BNG2向对等网络边缘节点(例如，BNG3)发送第一TOR消息。第一TOR消息包括将卸载到BNG3的前缀范围，使得标识前缀范围内地址的网络业务将由PDNGW路由至BNG3而不是BNG2(框820)。响应于第一TOR消息，BNG2从BNG3接收第一TOA消息(框830)。另外，BNG2向PDNGW发送第二TOR消息(框840)。第二TOR消息包括将卸载到BNG3的前缀范围和BNG3的地址。响应于第二TOR消息，BNG2从PDNGW接收第二TOA消息(框850)。
在一个实施例中，BNG可以将自己的工作负载移转到对等BNG，其中工作负载移转不是由另一个BNG(例如，BNG1)的故障触发的。在图7的示例中，BNG2可以在正常操作期间将自己的工作负载移转到BNG3，即使BNG正在正常地工作。当BNG1正在工作时BNG2移转工作负载的操作能够与图8中所述的操作相同。
在一个实施例中，BNG可以将自己的工作负载移转到多于一个对等BNG。移转到每个BNG的工作负载量可以不同并可以取决于每个BNG当前的工作负载。移转的工作负载量在发送给每个BNG的前缀范围的大小中体现。BNG可以周期性地交换指示它们相应的当前工作负载的消息。备选的是，BNG可以耦合到集中的实体(例如，一个或者更多VGC)并且集中的实体保持跟踪BNG的容量和当前工作负载。当BNG2检测到自己的业务超载时，BNG2可以从集中的实体获得当前工作负载和/或可用容量的信息，并由此确定将移转到自己的对等BNG的工作负载量。
图6和8的流程图的操作将参考图1、2、3A和3B的示范实施例来描述。然而，应当理解流程图的操作能够由除了参考图1、2、3A和3B所述的那些实施例之外的本发明的实施例实行，以及参考图1、2、3A和3B所述的实施例能够实行不同于参考图6和8的流程图所述的那些操作的操作。虽然本文上述附图中的流程图示出了由本发明某些实施例实行的操作的具体顺序，应当理解此类顺序是示范性的(例如，备选实施例可以以不同顺序实行操作、合并某些操作、重叠某些操作等)。
虽然根据若干实施例描述了本发明，但本领域技术人员将认识到本发明并不局限于所述实施例，能够通过在随附权利要求的精神和范围之内的修改和变化来实践。因此本描述将被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (25)

1.一种由在服务提供商网络(131)边缘的从网络边缘节点(402)实现的方法，所述从网络边缘节点在主网络边缘节点故障时为顾客场所设备(CPE)(115)提供到广域网(113)的可接入性，其中在所述故障之前所述主网络边缘节点通过有线线路链路耦合到所述CPE并为所述CPE提供到所述广域网的可接入性，所述方法包括以下步骤：
检测到(610)所述主网络边缘节点发生了故障；
由所述从网络边缘节点向长期演进(LTE)网络的分组数据网络网关(PDNGW)(108)发送(620)故障更新消息(BFU)，其中所述PDNGW为所述CPE提供备用信道以通过移动隧道(510，520)到达所述广域网，以及其中在所述故障之前，所述移动隧道在所述主网络边缘节点具有端点，以及其中所述故障更新消息向所述PDNGW通知所述移动隧道的端点已经从所述主网络边缘节点改变到所述从网络边缘节点；
响应于所述故障更新消息，由所述从网络边缘节点从所述PDNGW接收(630)故障确认消息(BFA)；以及
将所述从网络边缘节点通过所述移动隧道从所述PDNGW接收的业务路由(640)到所述广域网。
2.如权利要求1所述的方法，其中检测的步骤进一步包括：检测到来自所述主网络边缘节点的keep-alive消息的缺失。
3.如权利要求2所述的方法，进一步包括以下步骤：周期性地交换所述从网络边缘节点中的第二虚拟网关控制器(107)的状态与所述主网络边缘节点中的第一虚拟网关控制器(107)的状态直至检测到所述主网络边缘节点的故障，其中所述第一虚拟网关控制器和所述第二虚拟网关控制器适合于实行所述CPE的控制功能。
4.如权利要求1所述的方法，其中检测的步骤进一步包括：与所述主网络边缘节点和虚拟网关控制器(107)交换keep-alive消息，其中所述虚拟网关控制器耦合至所述主网络边缘节点和所述从网络边缘节点以实行所述CPE的控制功能。
5.如权利要求3所述的方法，进一步包括以下步骤：在检测到所述主网络边缘节点的故障时，向所述虚拟网关控制器通知所述移动隧道的端点已经从所述主网络边缘节点改变到所述从网络边缘节点。
6.如权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤：
在所述从网络边缘节点检测到(810)业务超载；
由所述从网络边缘节点向对等网络边缘节点发送(820)第一业务卸载请求(TOR)，其中所述第一业务卸载请求包括将卸载到该对等网络边缘节点的前缀范围，使得标识所述范围内地址的网络业务将由所述PDNGW路由至该对等网络边缘节点而不是所述从网络边缘节点；以及
从该对等网络边缘节点接收(830)第一业务卸载确认(TOA)。
7.如权利要求6所述的方法，其中发送所述业务卸载请求的步骤进一步包括：
由所述从网络边缘节点向所述PDNGW发送(840)第二业务卸载请求，其中所述第二业务卸载请求包括将卸载到该对等网络边缘节点的前缀范围和该对等网络边缘节点的地址；以及
由所述从网络边缘节点从所述PDNGW接收(850)第二业务卸载确认。
8.如权利要求6所述的方法，其中发送所述业务卸载请求的步骤进一步包括：基于该对等网络边缘节点的当前工作负载来确定所述前缀范围。
9.一种作为在服务提供商网络(131)的边缘的从网络边缘节点(402)的网络元件，所述网络元件在主网络边缘节点(401)故障时为顾客场所设备(CPE)(115)提供到广域网(113)的可接入性，其中在所述故障之前所述主网络边缘节点通过有线线路链路耦合到所述CPE并为所述CPE提供到所述广域网的可接入性，所述网络元件包括：
上行链路模块(330)，用于与所述广域网通信；
主/从接口模块(340)，用于与所述主网络边缘节点通信；
分组数据网络网关(PDNGW)接口模块(350)，用于与长期演进(LTE)网络的PDNGW通信，其中所述PDNGW为所述RGW提供备用信道以通过移动隧道(510，520)到达所述广域网，以及其中在所述故障之前，所述移动隧道在所述主网络边缘节点具有端点；以及
网络处理器(103)，所述网络处理器通信地耦合至所述上行链路模块、所述主/从接口模块和所述PDNGW接口模块，所述网络处理器适合于：
检测到(610)所述主网络边缘节点发生了故障；
向所述PDNGW发送(620)故障更新消息(BFU)，其中所述故障更新消息向所述PDNGW通知所述移动隧道的端点已经从所述主网络边缘节点改变到所述从网络边缘节点；
响应所述故障更新消息，从所述PDNGW接收(630)故障确认消息(BFA)；以及
将通过所述移动隧道从所述PDNGW接收的业务路由(640)到所述广域网。
10.如权利要求9所述的网络元件，其中所述网络处理器进一步适合于检测来自所述主网络边缘节点的keep-alive消息的缺失。
11.如权利要求10所述的网络元件，其中所述网络处理器进一步适合于周期性地交换所述从网络边缘节点中的第二虚拟网关控制器(107)的状态与所述主网络边缘节点中的第一虚拟网关控制器(107)的状态直至检测到所述主网络边缘节点的故障，其中所述第一虚拟网关控制器和所述第二虚拟网关控制器适合于实行所述CPE的控制功能。
12.如权利要求9所述的网络元件，其中所述网络处理器进一步适合于与所述主网络边缘节点和虚拟网关控制器(107)交换keep-alive消息，其中所述虚拟网关控制器耦合至所述主网络边缘节点和所述从网络边缘节点以实行所述CPE的控制功能。
13.如权利要求12所述的网络元件，其中所述网络处理器进一步适合于在检测到所述主网络边缘节点的故障时向所述虚拟网关控制器通知所述移动隧道的端点已经从所述主网络边缘节点改变到所述从网络边缘节点。
14.如权利要求9所述的网络元件，其中所述网络处理器进一步适合于：
在所述从网络边缘节点检测到(810)业务超载；
由所述从网络边缘节点向对等网络边缘节点发送(820)第一业务卸载请求(TOR)，其中所述第一业务卸载请求包括将卸载到该对等网络边缘节点的前缀范围，使得标识所述范围内地址的网络业务将由所述PDNGW路由至该对等网络边缘节点而不是所述从网络边缘节点；以及
从该对等网络边缘节点接收(830)第一业务卸载确认(TOA)。
15.如权利要求14所述的网络元件，其中所述网络处理器进一步适合于：
由所述从网络边缘节点向所述PDNGW发送(840)第二业务卸载请求，其中所述第二业务卸载请求包括将卸载到该对等网络边缘节点的前缀范围和该对等网络边缘节点的地址；以及
由所述从网络边缘节点从所述PDNGW接收(850)第二业务卸载确认。
16.如权利要求14所述的方法，其中所述网络处理器进一步适合于基于该对等网络边缘节点的当前工作负载来确定所述前缀范围。
17.如权利要求9所述的网络元件，其中所述从网络边缘节点是从宽带网络网关(BNG)，以及所述主网络边缘节点是主BNG，以及所述CPE是住宅网关(RGW)。
18.一种服务提供商网络(131)中的从宽带网络网关(BNG)(402)，在主BNG(401)故障时，为住宅网关(RGW)115提供到广域网(113)的可接入性，所述从BNG包括：
上行链路模块(330)，用于与所述广域网通信；
主/从接口模块(340)，用于与所述主BNG通信，所述主BNG通过有线线路链路耦合到所述RGW；
分组数据网络网关(PDNGW)接口模块(350)，用于与长期演进(LTE)网络的PDNGW通信，其中所述PDNGW为所述RGW提供备用信道以通过移动隧道(510，520)到达所述广域网，以及其中在所述故障之前，所述移动隧道在所述主BNG具有端点；以及
网络处理器(103)，所述网络处理器通信地耦合至所述上行链路模块、所述BNG接口模块和所述PDNGW接口模块，所述网络处理器适合于：
检测到(610)所述主BNG发生了故障；
向所述PDNGW发送(620)故障更新消息(BFU)，其中所述故障更新消息向所述PDNGW通知所述移动隧道的端点已经从所述主BNG改变到所述从BNG；
响应所述故障更新消息，从所述PDNGW接收(630)故障确认消息(BFA)；以及
将通过所述移动隧道从所述PDNGW接收的业务路由(640)到所述广域网。
19.一种由在服务提供商网络(131)边缘的第一网络边缘节点(402)实现的方法，用于在多个对等网络边缘节点之间动态均衡网络业务负载，所述第一网络边缘节点为顾客场所设备(CPE)(115)提供到广域网(113)的可接入性，所述方法包括以下步骤：
在所述第一网络边缘节点检测到(810)业务超载；
由所述第一网络边缘节点向对等网络边缘节点发送(820)第一业务卸载请求(TOR)，其中所述第一业务卸载请求包括将卸载到该对等网络边缘节点的前缀范围，使得标识所述范围内地址的网络业务将由长期演进(LTE)网络的分组数据网络网关(PDNGW)108路由至该对等网络边缘节点而不是所述第一网络边缘节点，其中所述PDNGW为所述CPE提供备用信道以通过移动隧道(510，520)到达所述广域网；以及
从该对等网络边缘节点接收(830)第一业务卸载确认(TOA)。
20.如权利要求1所述的方法，其中发送所述业务卸载请求的步骤进一步包括：
由所述第一网络边缘节点向所述PDNGW发送(840)第二业务卸载请求，其中所述第二业务卸载请求包括将卸载到该对等网络边缘节点的前缀范围和该对等网络边缘节点的地址；以及
由所述第一网络边缘节点从所述PDNGW接收(850)第二业务卸载确认。
21.如权利要求1所述的方法，其中发送所述业务卸载请求的步骤进一步包括：基于该对等网络边缘节点的当前工作负载来确定所述前缀范围。
22.如权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤：
从所述多个对等网络边缘节点中的每一个接收当前工作负载的指示；以及
识别具有容量来支持从所述第一网络边缘节点移转的工作负载的对等边缘节点。
23.如权利要求22所述的方法，其中识别对等边缘节点的步骤进一步包括：在所述第一网络边缘节点和对等边缘节点之间交换当前工作负载信息。
24.如权利要求22所述的方法，其中识别对等边缘节点的步骤进一步包括：从耦合到所述第一网络边缘节点和对等边缘节点的一个或者更多虚拟网关控制器接收当前工作负载信息。
25.一种作为在服务提供商网络(131)边缘的第一网络边缘节点的网络元件，用于在多个对等网络边缘节点之间动态均衡网络业务负载，所述第一网络边缘节点为顾客场所设备(CPE)(115)提供到广域网(113)的可接入性，所述网络元件包括：
上行链路模块(330)，用于与所述广域网通信；
BNG接口模块(340)，用于与所述对等网络边缘节点通信；
分组数据网络网关(PDNGW)接口模块(350)，用于与长期演进(LTE)网络的PDNGW通信，其中所述PDNGW为所述RGW提供备用信道以通过移动隧道(510，520)到达所述广域网；以及
网络处理器(103)，所述网络处理器通信地耦合至所述上行链路模块、所述BNG接口模块和所述PDNGW接口模块，所述网络处理器适合于：
在所述第一网络边缘节点检测到(810)业务超载；
由所述第一网络边缘节点向对等网络边缘节点发送(820)第一业务卸载请求(TOR)，其中所述第一业务卸载请求包括将卸载到该对等网络边缘节点的前缀范围，使得标识所述范围内地址的网络业务将由所述PDNGW路由至该对等网络边缘节点而不是所述第一网络边缘节点；以及
从该对等网络边缘节点接收(830)第一业务卸载确认(TOA)。
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