CN106465188A - 增强的移动性管理 - Google Patents

Abstract

一种移动网络部件,包括移动管理实体MME、软件定义网络控制器SDNC。SDNC被配置成链接至MME以利用被映射到以太网、MPLS或GRE传输优先级中的移动QoS优先级在演进的节点b——eNB——、SDN交换机和因特网之间直接建立基于以太网、MPLS或GRE的因特网协议IP通信。

Description

增强的移动性管理

技术领域

本发明总体上涉及移动网络。更特别地，本发明涉及移动网络部件、用于移动网络部件的方法、以及用于移动网络部件的计算机程序。

背景技术

传统的无线网络经由点对点传输光纤、微波等通过回程来在基站与核心网之间提供通信。

期望在2013年底，移动设备的数量将超过总人口数，并且到2017年，每个用户将拥有接近1.4部移动设备。实际上，到2013年，支持无线网络的基站的数量将从2007年的360万增加到570万。

另外，用户需要更高的比特率以访问内容、例如视频，视频应当以更高的速度和更好的质量被递送。为了在保持网络运营成本、OPEX和新的资本投资、合理限度下的CAPEX的同时满足这些需求，网络运营商必须寻找更加成本高效的技术。

基本问题在于，移动流量增长被期望到2020年能够增加100倍。长期演进LTE移动网络没有足够的灵活性来适应该流量需求。

当前LTE网络基于LTE功能与硬件HW的垂直集成。因此，当前运营商管理流量需求的方式包括通过对具有仅在峰值时间期间需要的附加HW来过度定义网络的尺寸，而在其余时间，这一设备保持空闲。覆盖流量需求的这一方法导致OPEX和CAPEX的增加。因此，网络被过度定义尺寸以处理将来的流量峰值，这导致资源浪费。

需要克服上文所给出的问题中的一个或多个问题。

发明内容

本发明的目的是提供移动网络部件、用于移动网络部件的方法、以及用于移动网络部件的计算机程序。这一目的可以通过独立权利要求中所定义的特征来实现。另外的增强被从属权利要求所特征化。

一个实施例涉及一种移动网络部件，包括：

移动管理实体MME；

软件定义网络SDN控制器SDNC；

服务质量QoS标记器，被配置成将移动QoS优先级映射到层2或层3隧穿传输中；

其中SDNC被配置成链接至MME，从而使用被映射到层2或层3隧穿传输中的移动QoS优先级在演进的节点b——eNB——与SDN交换机之间直接建立基于层2或层3隧穿传输的因特网协议IP通信。

一个实施例涉及一种用于移动网络部件的方法，其包括：

将软件定义网络SDN控制器链接至移动管理实体MME；

将移动服务质量QoS优先级映射到层2或层3传输中；以及

使用被映射到层2或层3传输中的移动QoS优先级在演进的节点b——eNB——与SDN交换机之间直接建立基于层2或层3传输的因特网协议IP通信。

一个实施例涉及一种计算机程序，包括被配置成使得程序进行以下操作的可编程软件代码：

将软件定义网络SDN控制器链接至移动管理实体MME；

将移动服务质量QoS优先级映射到层2或层3传输中；以及

使用被映射到层2或层3传输中的移动QoS优先级在演进的节点b——eNB——与SDN交换机之间直接建立基于层2或层3传输的因特网协议IP通信。

以上实施例中的至少一个实施例提供对于背景技术的这些问题和缺点的一个或多个解决方案。本领域技术人员根据以下描述和权利要求很容易清楚本公开的其它技术优点。本申请的各种实施例仅获得所给出的优点的子集。没有一个优点对于实施例是至关重要的。任何要求保护的实施例可以与任何其它要求保护的实施例在技术上进行组合。

附图说明

附图图示了本公开的当前优选示例实施例，并且连同上文所给出的一般描述以及下文所给出的优选实施例的详细描述，以示例的方式用于解释本公开的原理。

图1是根据本发明的示例的移动通信系统的示意图；

图2是根据本发明的示例的通信设备的示意图；

图3是根据本发明的示例性实施例的增强的移动管理实体的示意图；

图4图示了根据本发明的示例性实施例的通信结构的示例，其中QoS标记器将移动QoS优先级映射到诸如以太网的层2隧道中；

图5图示了利用所提出的移动QoS优先级与层2优先级标签之间的QoS映射、使用层2隧道以太网的在eNodeB与eMME之间的虚拟局域网VLAN隧道；

图6图示了其中eMME配置有传统eNodeB和启用SDN的eNodeB的示例；以及

图7图示了根据本发明的示例性实施例的网络堆栈。

具体实施方式

参考图1，图1是根据本发明示例的移动通信系统的示意图。移动通信系统主要包括网络以及多个用户设备UE，移动通信系统诸如通用分组无线电业务GPRS系统、全球移动通信GSM系统、通用移动电信系统UMTS、长期演进LTE系统、高级长期演进LTE-A系统、或者其它移动通信系统。在图1中，网络和UE被简单地用于说明无线通信系统的结构。

对于LTE系统或者其它类似的移动通信系统，网络可以被称为包括多个演进的节点B——eNB——和中继的E-UTRAN(演进的UTRAN)。网络还可以包括移动性管理实体MME，MME负责数据分组在其地理服务区域内到UE的来回递送，包括分组路由和传送、移动性管理(附着/分离和跟踪区域管理)、会话管理(PDN连接建立/断开)、逻辑链路管理、以及认证和计费功能。另外，MME可以用作本地移动性锚点以与其它无线电接入技术RAT(例如GSM和UMTS)相互作用。

UE可以是诸如移动电话、笔记本计算机、平板计算机、电子书、以及便携式计算机系统等的设备。此外，根据传输方向，网络和UE可以被视为发射器或接收器，例如对于上行(UL)，UE是发射器并且网络是接收器，而对于下行(DL)，网络是发射器并且UE是接收器。

参考图2，图2是根据本发明的示例的通信设备的示意图。通信设备可以是图1所示的移动网络部件/实体或者UE，但是本文中没有限制。通信设备可以包括处理装置，处理装置诸如微处理器或专用集成电路(ASIC)、存储单元和通信接口单元。存储单元可以是能够存储由处理装置所访问的程序代码的任何数据存储设备。存储单元的示例包括但不限于用户身份模块(SIM)、只读存储器(ROM)、闪存存储器、随机存取存储器(RAM)、CD-ROM/DVD-ROM、磁带、硬盘和光学数据存储设备。通信接口单元优选地是无线电收发器并且可以根据处理装置的处理结果来发射和接收无线信号(例如消息或分组)。

处理可以由通信设备来实现，并且可以被编译成程序代码来指令处理装置执行这些处理的步骤。可以使用云技术来将移动宽带控制平面系统和应用合并到在私有云或公共云上运行的虚拟机中。例如图2的通信设备的网络资源通过虚拟化网络框架被映射到这些虚拟实例，虚拟化网络框架确保使用相同物理网络的不同系统之间的隔离。

本发明的实施例涉及SDN到LTE网络中的集成。MME集成有控制器功能，控制器功能包括SDN控制器。因此，通信被简化并且基于SDN交换机。另外，通过将LTE网络元件合并到单个网络部件中，控制平面也被简化，LTE网络元件诸如MME、服务/分组网关、S/P-GW。单个网络部件称为增强的MME——eMME。另外，eMME被虚拟化。可以在数据中心中发起多个实例以管理简化的数据平面。

因此，为了支持不断增加的流量需求，可以将LTE网络元件移动到具有商品(commodity)HW的云中。eMME包括将在云上运行的MME的整个虚拟化。eMME还包括某些LTE网络元件的合并。eMME包括单个部件。因此，eMME包括在3GPP中定义的MME功能但是也包括SDN控制器功能以及PCRF和P/S-GW功能。

实施例使得能够增加网络吞吐量以及较小投资的情况下的资源的最佳使用，即获取增强的移动性管理实体。eMME的后向兼容性使得能够在网络的部分中采用eMME，其中eMME可以与现有的LTE标准网络元件共存，并且同时使用增强的启用SDN的传输网络。另外，eMME集成来自若干LTE网络元件的功能。因此，单个网络元件管理整个LTE网络并且可以减小OPEX。

图3示出了本发明的实施例，其被配置成利用SDNC的移动性集成，并且其被包括作为MME网络元件的部分。在移动网络中，移动性是主要的要求，其需要以最小延迟和减少的信令来被正确地处理。eMME包括LTE的MME。eMME与SDN控制器SDNC、归属用户服务器HSS、策略控制和计费功能PCRF和eNB进行耦合。这些连接通过图3中用中间色虚线所图示的控制平面来进行。SDNC通过数据平面与开放流交换机OFS耦合。OFS可以替代地称为SDN交换机SDNS。OFS通过数据平面与eNB耦合。用户设备UE与eNB无线地耦合。

将SDNC功能与MME集成从长远来看提供了平滑的集成以及移动网络中的颠覆性解决方案。数据平面被配置用于移动特定的要求。数据平面被优化用于使用开放流OF的高速和低水平处理。在SDMN中，控制平面被移动到基本网络元件外部至集中式服务器中——这些服务器类似于在很多移动协议上使用的经典锚点。因此，SDNC和当前S/P-GW的功能连同MME功能被集成在相同的逻辑网络元件中。因此，当前S/P-GW功能消失并且取而代之使用基于SDN的交换。其被配置成以不同的增量向网络增加灵活性和值，并且支持高网络吞吐量、更优流管理和流量工程可能性的逐渐引入。

除了与MME的SDNC集成，本实施例还包括服务质量QoS标记器功能，其将移动QoS优先级映射到层2或层3传输网络中，层2或层3传输网络诸如以太网、多协议标签交换PMLS、通用路由封装GRE或者其它基于IP的隧穿，如图4和图5所示。QoS标记器与MME连接。QoS标记器位于eNB中，如图3所示。

移动性是移动网络的重要方面。移动性需要网络元件中的具体功能。SDNC与MME之间在eMME内的链接使得能够高效地处理来自SDNC的移动性的时间受约束的功能。这一集成在SDMN中提供高效的切换管理。

这一架构产生优化的传输网络以及可扩展的控制平面，其将具有嵌入式SDNC功能的MME——eMME合并到单个网络部件中。eMME被配置成在专用HW上运行或者作为云服务来运行。云服务被配置成使得能够根据需要来发起多个实例以克服使得所有功能在单个网络元件中的可扩展性。

关于通信，通信包括实体、eNB、eMME与OFS之间的数据流。开放流控制器OFC从流表添加和去除流条目。因此，移动性管理需要流表中的同时更新。eMME被配置成接收更新。流表中的条目具有三个字段：定义流的分组头部、定义分组处理的动作、以及最终统计数据，最终统计数据诸如每个流中的字节和分组的数目。现在参考图4，图4图示了根据示例性实施例的通信结构。本发明的实施例向网络架构添加通信结构。除了eMME，还可以添加该通信结构，从而使得eMME被配置成相应地进行通信。这针对eNB和OFSC也适用。本发明的实施例使用根据802.1ad的通信。本发明的实施例使用802.1ad以实现以太网交换机中的双重标记。例如，在OFS和eNB中。图4图示了通过服务器标签和客户标签来双重标记。

双重标记使得能够实现最高达2^{^12}个服务标签作为外部隧道以及2^{^12}个用户标签用于内部隧道。图5图示eNB与eMME之间的虚拟局域网VLAN隧穿。这些外部虚拟局域网VLAN可以用于在位于相同以太网分段的eNB之间建立隧道。这些从eNB建立的VLAN可以被分配给不同的移动虚拟网络运营商MVNO。2^{^12}个隧道可以服务400个eNB的区域中的10个MVNO。

将SDNC功能与MME和当前S/P-GW集成到单个网络部件eMME中可以简化网络功能。这产生其中数据平面从单个元件eMME来被管理的下一个颠覆。根据本发明的实施例，朝着这一架构的演进可以逐步进行，其中MME将保持通过S1-MME接口接收信令并且继续进行当前标准处理并且在eNodeB与S/P-GW之间建立GTP隧道。图6描绘了示例，其中eMME相应地配置有传统eNB和SDN启用的eNB。eMME与传统S/P-GW和启用SDN的OFC耦合。可选地，QoS标记器可以位于传统S/P-GW中。因此，eMME能够与传统LTE和启用SDN的LTE二者一起操作。例如，实现了这些系统之间的切换和互操作性。

根据实施例，网络包括eNodeB和SDN交换机二者。基于eNB和SDN交换机，可以在没有GTP隧道的情况下直接在层2建立通信。例如，MME在通过S1-MME接口从eNB接收信令时能够使用TUN接口通过L2与末端SDN交换机建立连接。

回程中通信协议802.1ad的使用以及MME与SDNC的集成使得能够去除GTP。这导致eNodeB中的通信协议栈的简化，eNodeB终止无线电层并且包括朝着回程中的网络的其余部分的以太网交换机。另外，已知的S/P-GW在去除GTP之后得到简化并且包括朝着公共因特网的单个以太网交换机、OFS和IP路由器。在这一架构中，移动性由SDNC来执行。图7图示了根据本发明的示例性实施例的网络堆栈。不需要GTP并且可以直接在eNB、eMME和OFS之间应用基于IP的通信。

根据实施例，MME被配置成维持当前网络堆栈。在保持MME中的信令以支持传统eNB的同时，数据平面的变化实现了传统系统与基于SDN的系统之间的过渡。因此，eMME被配置成管理当前的网络元件，例如当前的eNodeB和S/P-GW。另外，eMME还被配置成与SDN集成以使得能够管理eNB、OFS和SDNC，其中GTP已经被去除。

除了MME与SDN的集成以及通过从网络元件去除GTP而实现的回程网络的简化，可以使网络扁平化(flattered)。网络元件通常位于核心网中。取而代之，网络被配置成被扁平化，从而使得网络元件在回程中更接近eNB。这使得能够使用其自己的网络元件来部署独立的接入网。多个接入网的协作使用集中式数据库而被配置。位于每个接入网上的eMME之间的切换通过S10接口来进行。扁平化的架构使得能够针对每个接入网使用802.1ad。

本领域技术人员应当理解，可以对装置和方法做出各种修改和变化。本领域技术人员在考虑到所公开的装置和方法的说明和实践的情况下能够很清楚其它实施例。意图在于，说明书和示例应当被认为仅是示例性的，真实的范围由以下权利要求及其等同方案来指示。

Claims (18)

1.一种移动网络部件，包括：

移动管理实体MME；

软件定义网络控制器SDNC；

服务质量QoS标记器，被配置成将移动QoS优先级映射到层2或层3隧穿传输中；

其中所述SDNC被配置成链接至MME以使用被映射到所述层2或所述层3隧穿传输的所述移动QoS优先级在演进的节点b——eNB——与SDN交换机之间直接建立基于所述层2或所述层3隧穿传输的因特网协议IP通信。

2.根据权利要求1所述的移动网络部件，其中所述SDNC被配置成链接至MME以通过所述SDN交换机来建立进一步到因特网的IP通信。

3.根据权利要求1所述的移动网络部件，其中所述通信被配置成在没有通用分组无线电业务隧穿协议GTP的情况下被建立。

4.根据权利要求1所述的移动网络部件，其中基于所述层2或层3隧穿传输的IP通信包括以太网、多协议标签交换MPLS、通用路由封装GRE。

5.根据任一前述权利要求所述的移动网络部件，还包括归属用户服务器HSS、策略控制和计费规则功能PCRF。

6.根据任一前述权利要求所述的移动网络部件，其中所述移动网络部件包括移动网络中的单个元件。

7.根据任一前述权利要求所述的移动网络部件，其中所述以太网基于802.ad结构。

8.根据任一前述权利要求所述的移动网络部件，还包括具有服务标签和用户标签的双重标记。

9.根据任一前述权利要求所述的移动网络部件，其中所述服务标签被配置成外部隧道，并且所述用户标签被配置成内部隧道。

10.根据任一前述权利要求所述的移动网络部件，其中所述外部隧道包括虚拟局域网VLAN、MPLS或GRE隧道，所述虚拟局域网VLAN、MPLS或GRE隧道被配置用于在位于相同以太网、MPLS或GRE分段中的eNodeB之间建立所述隧道。

11.根据任一前述权利要求所述的移动网络部件，其中所述移动网络部件被配置成基于所述GTP来与传统LTE系统一起操作以及在没有所述GTP的情况下与基于所述SDN的LTE一起操作。

12.根据任一前述权利要求所述的移动网络部件，还包括被配置到所述GTP的服务/分组网关。

13.根据任一前述权利要求所述的移动网络部件，其中所述SDN交换机包括：以太网交换机、MPLS交换机或GRE隧道端点；以及IP路由器。

14.根据任一前述权利要求所述的移动网络部件，其中所述通信的协议栈包括L1、以太网、MPLS或GRE、以及IP。

15.根据任一前述权利要求所述的移动网络部件，其中所述网络元件在移动网络中与距所述SDN交换机相比更接近所述eNB。

16.根据任一前述权利要求所述的移动网络部件，其中所述移动网络部件被配置成由基于云的网络来操作。

17.一种用于移动网络部件的方法，包括：

将软件定义网络SDN控制器链接至移动管理实体MME；

将移动服务质量QoS优先级映射到层2或层3传输中；以及

使用被映射到所述层2或所述层3传输中的所述移动QoS优先级在演进的节点b——eNB——与SDN交换机之间直接建立基于所述层2或所述层3传输的因特网协议IP通信。

18.一种计算机程序，包括被配置成使得所述程序进行以下操作的可编程软件代码：

将软件定义网络SDN控制器链接至移动管理实体MME；

将移动服务质量QoS优先级映射到层2或层3传输中；以及

使用被映射成所述层2或所述层3传输的所述移动QoS优先级在演进的节点b——eNB——与SDN交换机之间直接建立基于所述层2或所述层3传输的因特网协议IP通信。