CN106105119B

CN106105119B - 操作网络实体的方法、网络实体和网络

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Publication number: CN106105119B
Application number: CN201480073726.6A
Authority: CN
Inventors: J·海诺南; H·弗林克; T·S·帕蒂; J·T·希洛
Original assignee: Nokia Solutions and Networks Oy
Current assignee: Nokia Solutions and Networks Oy
Priority date: 2014-01-20
Filing date: 2014-01-20
Publication date: 2020-06-12
Anticipated expiration: 2034-01-20
Also published as: US20160337270A1; CN106105119A; US10484307B2; EP3097672B1; WO2015106827A1; EP3097672A1

Abstract

提供了一种操作包括网关(200)的网络的网络实体的方法，其中方法包括动态地改变网关(200)中的GTP终止点(204、227)。

Description

操作网络实体的方法、网络实体和网络

技术领域

本发明涉及操作（例如通信网络或计算网络的）网络实体或网络元素的方法，特别是网络中的GTP终止（termination）的方法。更进一步地，其涉及网络实体，例如网络中的网关，特别是虚拟化网关。此外，其涉及网络、程序单元和计算机可读介质，所述网络例如通信网络或计算网络。

背景技术

虚拟化和软件定义联网（SDN）技术当前正在改变计算和联网领域中的原理（principle）和使用实践。已经借助于多租户虚拟化数据中心中的服务器虚拟化实现了计算和存储领域中的成本减少。服务器虚拟化将操作系统从底层硬件解耦并给每个租户提供可以被按需供应的孤立的虚拟化的资源的池以及可以在数据中心内和跨数据中心平衡的工作量。

网络功能虚拟化（NFV）——指导操作者的ETSI ISG——目的在于使用标准IT虚拟化技术以在软件中实现网络功能并利用位于数据中心和网络节点中的标准高容量服务器、交换机和储存器。

在联网领域中，SDN是允许实时动态的网络配置的方法。由开放网络基金会（ONF）开发的开放流（OpenFlow）协议是在逻辑上集中的控制器和分组转发交换机之间的动态编程的示例。

当向演进分组核心（EPC）分组网关（S/P-GW）应用虚拟化和SDN原理时，在云中对控制功能进行虚拟化并实现控制功能。通过使用开放流协议将快速路径分组处理和GTP终止与控制功能分离。可以在具有专用硬件的（可能位于远离的站点中的）快速路径中或在云中的通用硬件中实现GTP终止。

通常，在其中用户平面处理与控制平面功能分离的虚拟化网关中，所有3GPP信令接口被端接（terminate）到S/P-GW控制元件。在附接过程期间，来自S1接口的“创建会话请求”消息触发向所选择的用户平面交换机创建GTP封装和解封装流。为了做这，S/P-GW控制元件经由北向API与开放流控制器通信。开放流控制器连同开放流协议可以是控制平面和用户平面之间的通信的使能器。

一个问题是实现GTP封装/解封装的流条目（flow entry）是用户特定的（每个UE具有它自己的GTP TEID和IP地址）并且使它们聚合是不可能的。这意味着用户平面交换机不得不为每个活动UE保持状态。然而，交换机中的流表的大小是受限的。一个解决方案是将具有低带宽和非实时业务（例如M2M背景）的所有会话端接到云并且仅将具有实时且高带宽的业务的会话保持在快速路径中。

发明内容

然而，可能存在对提供操作网络的更灵活的方法的需要。

可以通过根据本申请所述的操作网络实体的方法、用于网络的网络实体、网络、计算机可读介质和程序单元来满足该需要。本申请还描述了进一步实施例。

根据示例性方面，提供了一种操作包括网关的网络的网络实体的方法，其中方法包括动态地改变网关中的GTP终止点（或移动性锚点）（GTP = GPRS隧道协议）。具体包括：在用户平面中的云GTP终止点与所述用户平面中的物理GTP终止点之间动态地改变所述网关的用户平面中的GTP终止点，其中在超过或未达业务量阈值的情况下，发起所述用户平面中的GTP终止点的动态改变。

特别地，网关可以是服务网关（S-GW）和/或分组数据网络网关（P-GW）。GTP或GPRS隧道协议指被用来在GSM、UMTS和LTE网络内承载通用分组无线电服务（GPRS）的一组基于IP的通信协议。

根据示例性方面，提供了一种用于网络的网络实体，其中网络实体被适配成执行根据示例性方面的方法。所述网络实体包括：处理器；以及存储计算机程序代码的存储器，其中所述存储器和所述程序代码被配置成用所述处理器使所述网络实体在用户平面中的云GTP终止点与所述用户平面中的物理GTP终止点之间动态地改变所述网关的用户平面中的GTP终止点，其中在超过或未达业务量阈值的情况下，发起所述用户平面中的GTP终止点的动态改变。

特别地，根据示例性方面的方法，网络实体可以包括被适配成执行方法的（虚拟）控制器、（虚拟）处理单元或（虚拟）计算单元。

根据示例性方面，提供一种网络，所述网络包括通过通信链路连接到彼此的根据示例性方面的至少两个网络实体。

特别地，通信链路可以是通信线路、无线电链路或因特网。

根据另一示例性方面，提供了一种程序元件，所述程序元件在由处理器执行时被适配成控制或实现根据示例性方面的方法。

根据另一示例性方面，提供了一种计算机可读介质，其中存储了计算机程序，所述计算机程序在由处理器执行时被适配成控制或实现根据示例性方面的方法。

术语“网络实体”可以特别表示形成网络的部分的虚拟或物理的网络的任何实体、设备、单元或元件。网络实体的示例可以是网关、快速路径节点、云或云计算网络、计算单元、基站等。

术语“网关”可以特别表示第一网络的网络实体或网络节点，其被适配成与不同于第一网络的另一网络对接。例如，第一网络和另一网络可以使用不同的协议。

通过提供使能GTP终止点的动态切换或改变的方法，提供例如通信或计算机网络的较灵活的操作网络可以是可能的。更进一步地，将用户平面处理与S/P-GW控制功能分离使得用户平面和控制平面独立地定标（scale）可以是可能的。因此，可以为每个UE最佳地选择GTP终止点（用户平面元素）可以是可能的。还可能存在其中活动会话的GTP终止点的动态切换有用的情况——这使能云和快速路径之间的移动性锚的移动。

总结示例性方面的要点可以是提供一种操作网络实体的方法，其中可以动态地改变或移动GTP终止点，因此潜在地改善网络实体的灵活性并且因此潜在地改善整个网络和网络中的通信或数据传送的灵活性。特别地，甚至在正在进行的会话期间动态地优化终止点或移动性锚点的位置可以是可能的。

在下文中，将描述操作网络的网络实体的方法的进一步实施例。然而，还可以结合网络实体、网络、程序元件和计算机可读介质来使用所描述的部件和特征。

根据方法的示例性实施例，网关是虚拟化网关。

根据方法的示例性实施例，网关进一步包括快速路径节点，所述快速路径节点包括快速路径交换机，其中用户数据分组经由快速路径交换机到达网关。

特别地，所有用户数据分组可以经由快速路径交换机到达网关。

术语“快速路径”可以特别表示与“正常路径”相比通过程序、算法或例程利用更短的指令长度的路径，因此比“正常路径”更高效地处理通常发生的任务。例如，被用来建立计算机或通信网络的专用分组路由硬件将常常包括专用于处理最常见的类型的分组的硬件，其中被放置在“正常路径”上的例如具有被指向设备本身而不是路由到其他地方的控制信息或分组的其他类型在该示例中通常由在控制处理器上运行的软件实现。

根据方法的示例性实施例，网关进一步包括云，所述云包括被连接到快速路径交换机的虚拟交换机。

根据方法的示例性实施例，云的虚拟交换机和快速路径交换机在相同的通信协议上操作。

特别地，通信协议可以是开放流协议。因此，虚拟交换机和快速路径交换机可以在例如开放流的相同通信协议的控制下，或者可以在相同协议下操作。相同的通信协议的使用可以使甚至在正在进行的会话期间动态地改变GTP终止点的可能性容易（ease）。

根据方法的示例性实施例，通过触发发起GTP终止点的改变。

特别地，触发或触发事件可以是手动触发，例如信号的手动生成，或可以是自动触发，例如可以在阈值的超过或未达的事件中生成触发信号。例如，触发事件可以是超过业务量阈值的事件的确定。特别地，可以在例如在云中实现的开放流控制器接收触发时发起GTP终止点的动态切换。

根据方法的示例性实施例，GTP终止点是默认GTP终止点。

特别地，可以基于接入点名称（APN）确定默认值或默认GTP终止点，其中初始地创建相应的用户设备（UE）特定的GTP封装/解封装流。例如，默认GTP终止点可以被定位或实现在快速路径侧处或快速路径的云侧上。

根据方法的示例性实施例，快速路径交换机充当路由器或转发器。

特别地，快速路径可以充当具有可以包含路由过程的云驻留（resident）控制平面的帮助的路由器。例如，快速路径交换机可以充当代表形成GTP终止点并被定位或实现在云中的用户平面虚拟机（VM）的路由器。为了该目的，可以向快速路径创建转发从S1接口到达并且去往用户平面VM的所有GTP分组的流条目。可以针对被关联到云APN的移动IP地址池创建另一流条目。

根据方法的示例性实施例，进一步包括向连接云和快速路径节点的快速路径生成流条目，其中以高优先级执行生成。

特别地，流条目可以是用户特定的GTP封装/解封装流条目。例如，可以在将与GTP终止点相关联的会话从快速路径移动到云时生成流条目。术语“高优先级”可以特别表示比用于从用户分组向快速路径生成或创建流条目的优先级高的优先级。

根据方法的示例性实施例，进一步包括将会话从快速路径移动到云。

特别地，可以将会话从快速路径或快速路径节点移动到云的虚拟机，例如移动到具有自由容量的用户平面VM。可以从已经在云中运行的一组VM中选择或确定这样的用户平面VM或可以是新近地启动这样的用户平面VM。更进一步地，可以向所选择的用户平面VM生成和/或从快速路径移除UE特定的GTP封装/解封装流条目。

根据方法的示例性实施例，进一步包括将GTP分组转发到云。

特别地，可以将在快速路径中的任何UE特定的GTP终止流中不匹配的GTP分组转发到云。更进一步地，也可以丢弃云中的不具有UE特定的GTP终止流的GTP分组。

总结示例性特定实施例可以基于提供使能甚至在会话期间的在比如网关的网络实体或元素中的GTP终止点或移动性锚点的动态改变的方法或机制的想法。特别地，示例性实施例引入了如何在快速路径和云之间动态地切换GTP终止点（移动性锚）的机制。由于可以假定云中的GTP终止引起比快速路径中的终止更多的等待时间，可能存在情况：其中将现有会话的GTP终止点从云动态地切换到快速路径是有利的（例如其中运动检测启动视频流式传输的M2M情况）。通过提供将会话的集合动态地移动到云的可能性，避免使快速路径超负荷可以是可能的。特别地，GTP终止点的动态改变或移动可以避免在GTP终止点或移动性锚点将被移动时重新创建会话的必要性，例如以便改善等待时间。云和快速路径之间的GTP终止点的动态切换可以是实时地为每个用户决定最佳的GTP终止点的工具。其还可以使得尽可能多地在云中利用便宜的通用HW并且在快速路径中的专用HW中保持最小量的状态是可能的。

根据下文中将描述的实施例的示例，上面定义的方面和示例性实施例以及本发明的进一步方面是显然的，并且参考实施例的这些示例对它们进行解释。

附图说明

图1示意性地示出了一种虚拟化的演进分组核心分组网关。

图2示意性地示出了根据示例性实施例的网关中的动态GTP终止。

具体实施方式

图中的图示是示意性的。在下文中，给出了示例性实施例的详细描述。在图1的上下文中的开始中，给出了关于操作网络、特别是操作虚拟化网络的方法或机制的某些一般说明。

图1示意性地示出了一种虚拟化的演进分组核心（EPC）分组网关100。EPC分组网关100包括快速路径节点101，其通常由专用硬件实现或形成。快速路径节点101通过快速路径103连接到通常由通用硬件形成的云102。特别地，在云中实现（由104示意性地指示的）服务网关和/或分组数据网络网关（P-GW）控制器，用作用于网关的控制器。原则上，可以在网关的云侧处或快速路径节点侧处实现GTP终止点105，如图1中示意性地描绘的那样。开放流被用来使分离的控制平面和用户平面互连，其在图1中由虚线106示意性地指示。

在图2的上下文中，将描述网关中的动态GTP终止的方法或机制的示例性实施例。应该注意，这是针对使用开栈（openstack）的云设置（setup）描述和定制的特定实施例。在其他软件被用于云设置的情况下，实现的细节可以不同但也可以类似或相同。

特别地，图2示出了网关200。网关200包括快速路径节点或快速路径元件201，其经由用户平面接口SGi连接到因特网202并经由用户平面接口S1连接到增强的节点B（NodeB）223。更进一步地，第一或快速路径交换机203被实现在快速路径节点201中，其实现某些路由功能。另外，第一交换机可以起如在图2中指示的一个可能的GTP终止点204的作用。快速路径交换机203被连接到第一隧道桥（tunneling bridge）（Br-tun）交换机205，所述第一隧道桥（Br-tun）交换机205起被连接到分别包括第二Br-tun交换机208和第三Br-tun交换机209的计算节点206和云控制器节点/管理节点207的快速路径的接口的作用。应该注意，第一、第二和第三Br-tun交换机可以被实现为虚拟交换机。

计算节点206的第二Br-tun交换机208被连接到集成桥Br-Int 210，所述集成桥Br-Int 210连接到虚拟机211、212和213，所述虚拟机211、212和213中的每个可以被配置用于不同的功能或应用，例如形成路由守护进程，S/P GW控制或用户平面，其可以形成另一动态GTP终止点227。应该注意，云当然可以包括不止一个计算节点。

云控制器节点207的第三Br-tun交换机209被连接到另一桥214，所述另一桥214被连接到DHCP服务器215和216并且另外经由进一步的交换机217连接到被连接到开栈外部网络219的以太网接口218。

另外，网关200包括开放流控制器，其在图2中由椭圆220示意性地指示并被用来动态地改变或移动GTP终止点。控制由从开放流控制器220分别引导到第一交换机203和第三虚拟机213的虚线221和222示意性地指示。另外，图2示意性地指示了两个不同的网络，其中延伸到快速路径（S1）的第一云内部虚拟网络由虚线223指示，而延伸到快速路径（SGi）的第二云内部虚拟网络由实线224指示。

在虚拟化的S/P-GW中，云的虚拟网络（L2段）向外跨越到快速路径元件201。这借助于将快速路径元件201连接到与云中的所有计算节点206相同的网络来实现，所述网络例如在GRE隧道网状网络上的L2。

物理3GPP用户平面接口S1和SGi位于快速路径元件201中。因此，用于到达网关200的所有用户数据分组的入口点经由快速路径交换机203。这连同快速路径交换机203以及云中的虚拟交换机205、208和209都在开放流控制下的事实使得针对正在进行的会话动态地改变GTP终止点是可能的。

这可以以以下方式被完成：

1. APN名称决定默认GTP终止点（云或快速路径），在其处初始地创建UE特定的GTP封装/解封装流。

2. 快速路径交换机充当代表位于云中的用户平面VM（GTP终止点）的路由器。为了该目的，向快速路径创建转发从S1接口到达、去往用户平面VM的所有GTP分组的流条目（如图2中的箭头225指示的那样）。针对被关联到云APN的移动IP地址池创建另一流条目（如图2中的箭头226指示的那样）。

3. 当开放流控制器接收触发（例如被超过的或手动的业务量阈值）时，发起GTP终止点的动态切换。

4. 当将会话从云移动到快速路径时，以比上面在步骤2中解释的流高的优先级向快速路径创建UE特定的GTP封装/解封装流条目。

5. 当将会话从快速路径移动到云时，可以选择具有自由容量的用户平面VM或者可能启动新的一个，向该VM创建并且从快速路径移除UE特定的GTP封装/解封装流条目。在快速路径中，当UE特定的流不存在时，使用上面在步骤2中描述的流条目。

6. 在快速路径中的任何UE特定的GTP终止流中不匹配的GTP分组被转发到云。也丢弃云中不具有UE特定的GTP终止流的GTP分组。

应该注意，动态的GTP终止点切换可以是网关200的内部功能并且可能不对其他网络元素或网络实体可见。

在权利要求中，被放置在圆括号中的任何参考标记将不被解释为限制权利要求。词语“包括”和“包含”等不排除不同于在任何权利要求或说明书中作为整体列出的那些元件或步骤的元件或步骤的存在。元件的单数引用不排除这样的元件的复数引用并且反之亦然。在列举若干装置的设备权利要求中，这些装置中的若干可以由同一项软件或硬件具体化。某些措施被记载在相互不同的从属权利要求中的纯粹的事实不指示这些措施的组合不能被用来获利。

参考标记的列表：

100 EPC分组网关

101 快速路径节点

102 云

103 快速路径

104 控制器

105 GTP终止点

106 使用开放流

200 网关

201 快速路径节点

202 因特网

203 快速路径交换机

204 GTP终止点

205 第一Br-tun交换机

206 计算节点

207 云控制器节点/管理节点

208 第二Br-tun交换机

209 第三Br-tun交换机

210 集成桥

211-213 虚拟机

214 桥

215、216 DHCP服务器

217 交换机

218 以太网接口

219 外部网络

220 开放流控制器

221、222 控制路径

223 第一网络

224 第二网络

225 创建流条目

226 创建流条目

227 GTP终止点

缩写词的列表：

APN 接入点名称

EPC 演进分组核心

GTP GPRS隧道协议

NFV 网络功能虚拟化

ONF 开放联网基金会

P-GW 分组数据网络网关

SDN 软件定义联网

S-GW 服务网关

UE 用户设备

VM 虚拟机

Claims

1.一种操作包括网关（200）的网络的网络实体的方法，方法包括：

在用户平面中的云GTP终止点与所述用户平面中的物理GTP终止点之间动态地改变所述网关（200）的用户平面中的GTP终止点（204、227），

其中在超过或未达业务量阈值的情况下，发起所述用户平面中的GTP终止点的动态改变。

2.根据权利要求1所述的方法，其中网关（200）是虚拟化网关。

3.根据权利要求1所述的方法，

其中网关（200）进一步包括快速路径节点（201），所述快速路径节点（201）包括快速路径交换机（203），并且

其中用户数据分组经由快速路径交换机（203）到达网关（200）。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中网关（200）进一步包括云，所述云包括被连接到快速路径交换机（203）的虚拟交换机（208、209）。

5.根据权利要求4所述的方法，其中云的虚拟交换机（208、209）和快速路径交换机（203）在相同的通信协议上操作。

6.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中通过触发发起GTP终止点（203、227）的改变。

7.根据权利要求3所述的方法，其中快速路径交换机（203）充当路由器或转发器。

8.根据权利要求4所述的方法，进一步包括向连接云和快速路径节点（201）的快速路径生成流条目，其中以高优先级执行生成。

9.根据权利要求4所述的方法，进一步包括将会话从快速路径移动到云。

10.根据权利要求4所述的方法，进一步包括将GTP分组转发到云。

11.一种用于包括网关的网络的网络实体，所述网络实体包括：

处理器；以及

存储计算机程序代码的存储器，

其中所述存储器和所述程序代码被配置成用所述处理器使所述网络实体在用户平面中的云GTP终止点与所述用户平面中的物理GTP终止点之间动态地改变所述网关（200）的用户平面中的GTP终止点（204、227），

12.一种包括网关的网络，所述网络包括至少两个通过通信链路连接到彼此的根据权利要求11所述的网络实体。

13.一种计算机可读介质，其中存储了计算机程序，所述计算机程序在由处理器执行时被适配成实施根据权利要求1至10中的任一项所述的方法。