CN108028793B - 用于蜂窝接入网络中本地桥接通信的装置、系统和方法 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的第一方面，提供一种用于通信网络中本地桥接通信的混合接入网关(HAG)装置，其包括：上游接口，其被配置为接收所述通信网络中的下行链路开放系统互连(OSI)第2层业务；至少一个下游蜂窝耦合接口，其被配置为经由所述通信网络的蜂窝接入网络(例如，无线接入网络或RAN)与由OSI第2层地址表示的用户设备(UE)通信耦合；检验模块，其被配置为检验所接收业务的OSI第2层报头；以及引导模块，其被配置为基于所检验的OSI第2层报头，将所接收业务经由所述至少一个下游蜂窝耦合接口导向所述用户设备。

Description

用于蜂窝接入网络中本地桥接通信的装置、系统和方法
技术领域
本发明的领域涉及通信网络。具体实施例涉及混合接入网关装置、混合接入控制器装置、通信网络系统、用于提供通信网络中本地桥接接入的方法、用于控制通信中本地桥接接入的方法以及用于此目的的计算机程序产品。
背景技术
现今，在蜂窝接入网络(例如无线接入网络/RAN)内、在蜂窝接入网络与非蜂窝接入网络(例如WLAN)之间以及在蜂窝接入网络与外部帧数据网络(FDN，例如以太网网络)之间不存在任何本地桥接通信。
因此，蜂窝无线(2G/3G/长期演进)用户设备(UE)的所有通信都被路由：必须在用户设备(UE)与演进分组核心(EPC)之间建立EPS(演进分组系统)会话或分组数据网络(PDN)连接，并且PDN网关(PGW)路由所有去往/来自UE的业务。在EPC中消耗了大量资源；EPS会话建立过程繁琐且相对缓慢。由UE在面向连接的通信(PDN连接)上发起的开放系统互连数据链路层(OSI第2层)覆盖是已知的，但是这些覆盖层保持基本路由，而不进行本地桥接。目前的蜂窝接入网络和EPC基本上向UE提供路由的OSI第3层服务(IP)，而非桥接或交换的OSI第2层服务。
现今，在未在UE与PGW之间建立覆盖或隧道的情况下，将无法从帧数据网络(FDN，例如以太网、VPLS(虚拟专用LAN服务)或WLAN)中的设备到达蜂窝UE。
发明内容
本发明的实施例的目的是允许通信网络的接入网络中的用户设备进行本地桥接通信，例如以便降低通信网络(例如由第三代合作伙伴计划(3GPP)或下一代移动网络(NGM)联盟定义的5G通信网络)中的通信复杂性并减小通信延迟。
根据本发明的第一方面，提供一种用于通信网络中本地桥接通信的混合接入网关(HAG)装置，其包括：
-上游接口，其被配置为接收所述通信网络中的下行链路开放系统互连(OSI)第2层业务；
-至少一个下游蜂窝耦合接口，其被配置为经由所述通信网络的蜂窝接入网络(例如，无线接入网络或RAN)与由OSI第2层地址表示的用户设备(UE)通信耦合；
-检验模块，其被配置为检验所接收业务的OSI第2层报头；以及
-引导模块，其被配置为基于所检验的OSI第2层报头，将所接收业务经由所述至少一个下游蜂窝耦合接口导向所述用户设备。
以此方式，替代通过OSI第3层(L3)路由通信，而是通过允许通过OSI第2层(L2)的本地桥接通信(其可以以更高的速度、更低的能耗和更低的成本执行)，来降低移动通信网络中的通信复杂性并减小通信延迟。本地桥接通信例如可以在UE与一个或多个其它UE之间进行，这些UE不仅附着到相同的蜂窝接入网络(例如无线接入网络或RAN)或所连接的非蜂窝接入网络(例如WLAN、以太网或固定宽带)，而且还附着在蜂窝UE与非无线帧数据网络(FDN)或分组数据网络(PDN)之间。因此，所述接收可以包括从参考点上游(如从混合接入网关来看)接收以及附加地或可替代地从参考点下游(还是如从混合接入网关来看)接收。
在设备直接连接到蜂窝接入网络时，在OSI第2层执行这种互连以及检验OSI第2层报头而不是OSI第3层报头在计算上更有效。
由于混合接入网关(HAG)装置允许桥接或交换点对于不同UE之间或者UE与FDN/PDN之间的通信更靠近UE，而不是像依赖于IP(因特网协议)隧道上的L2(第2层)(因此非本地)的方案更靠近PGW或在PGW的SGi侧(即，在PGW所连接的PDN中)的网关——换句话说，本地OSI第2层交换靠近UE和演进型节点B(ENB或eNodeB)——因此可以降低复杂性，改进UE吞吐量和延迟。此外，本地桥接通信(即，不建立PDN连接)更快速地建立，不消耗EPC(演进分组核心)资源，消耗更少的UE电池电力，并且提供其它基于EPC的通信(即，建立经由PDN网关的PDN连接)的优点。
另一个问题是在连接到相同的蜂窝接入网络的两个(或更多)UE之间的UE间通信。可扩展性和安全性问题是UE间通信要求需要这两个UE都连接到可准许进行通信的IP虚拟专用网络(VPN)，或者需要类似的技术，诸如IP访问控制列表(ACL)。OSI第3层的这些逻辑结构消耗太多PGW处的资源，因此无法建立足够的小型VPN或ACL，以便为每个家庭提供一个。因此，在PGW处，3G/4G网络用户例如不能安全地与其通用即插即用/数字生活网络联盟(UPNP/DLNA)家庭环境互连。
因此，蜂窝UE之间或蜂窝UE与连接到非蜂窝接入网络的UE之间的局域本地桥接通信是可能的，无需在PGW处进行路由——实际上根本不需要任何EPC资源，从而大大减小往返延迟、减少分组丢失、抖动、分段、计算资源消耗和成本。可以采用控制、安全的方式来建立本地桥接通信，无需EPC或在PGW的SGi侧的网关(例如TWAG)。5G和本地桥接4G可以在对现今的EPC和外围系统(例如归属用户服务器或HSS)几乎没有或没有任何影响的情况下而引入。
此外，这允许将两个通信模式(路由和本地桥接)组合成单个UE会话。
在已知技术中，IPv4地址和IPv6前缀不能分别由DHCP(动态主机配置协议)服务器和使能SLAAC(无状态地址自动配置)功能的路由器来分配给蜂窝UE；所有IPv4地址和全球IPv6前缀必须由PGW或者分别由PGW连接的外部分组数据网络(PDN，例如因特网协议(IP)网络)中的服务器和路由器来分配。现今，蜂窝运营商必须是UE的因特网服务提供商(ISP)，或者至少具有与该UE的ISP的一系列协议和互连。UE本身不能分配网络层(即，OSI第3层)地址。UE也不能运行不同于IP的OSI第3层协议，诸如多协议标签交换(MPLS)。
相反，混合接入网关向蜂窝(无线)接入网络的用户提供运行不同于IP的网络层(即，OSI第3层)协议(例如MPLS)的选择，从而使用4G或5G部分来扩展现有的MPLS网络。
使用混合接入网关的其它优点特别包括从外部FDN/PDN到UE的永久可达性(即，能够进行通信连接质量)，因为不必为了到达UE而建立任何PDN连接(PDN连接受空闲计时器和绝对会话超时限制)；在被访问的蜂窝接入网络(例如RAN)或被访问的非蜂窝接入网络(例如WLAN)上向入境漫游用户提供对本地内容的直接访问，而无需通过外地归属网络中最常见的PGW路由该内容；以及用带内广播业务替换寻呼过程(控制平面)。
此外，本领域的技术人员将理解，下游蜂窝耦合接口和引导模块可以在逻辑上进行组合以构成诸如虚拟路由器和交换机的路由元件，其被实现为单独的硬件设备或者(优选地)被实现为集成软件产品。
虽然本申请使用基于长期演进和暂定5G的术语以便于理解，但是技术人员将理解，它不限于特定技术，特别是还可以适用于其它当前或未来的移动通信技术。
因此，“参考点”被理解为是指连接驻留在通信网络的不同功能性实体中的两个功能群组的概念性链路。3GPP已经定义了多个参考点。此外，“eNodeB”被理解为是指接入节点——即使是其它移动通信技术代中的接入节点，“演进分组核心”被理解为是指核心网络，“E-UTRA(N)”被理解为是指接入网络(其本身可能包括多个更小的接入网络)等。
在优选实施例中，混合接入网关包括被配置为存储包括所述用户设备的多个用户设备与分别表示所述多个用户设备的多个OSI第2层地址之间的关联的表。
以此方式，通过保持跟踪OSI第2层地址(例如媒体接入控制地址)，混合接入网关(或者特别是其引导模块)可以经由蜂窝接入网络或者经由蜂窝接入网络和非蜂窝接入网络将下游业务导向预期的用户设备，在这两种情况下都使用本地桥接通信。
在另一个优选实施例中，所述下游蜂窝耦合接口被配置为经由包括共享或公共信道或无线接入承载(RAB)的蜂窝接入网络与所述用户设备通信耦合，其中，所述共享或公共信道或无线接入承载(RAB)支持多个用户设备的并发接入，优选地，基于竞争的并发接入。
以此方式，蜂窝UE可以竞争无线接入(即为了获得无线接入而彼此急切地竞争)，而不是依赖于专用无线接入承载(每个用户设备和业务类别)。因此，可以更快地发起来自UE的通信。
在实施例中，所述检验模块被配置为通过对源MAC(媒体接入层)地址、目的地MAC地址、协议指示和桥接子网络标识执行4元组浅度帧检验来检验所述OSI第2层报头；其中，所述桥接子网络标识是所述通信网络的桥接子网络的标识；其中，所述桥接子网络是虚拟网络，其被配置为允许附着到相同的桥接子网络的UE以桥接(也称为交换)模式在OSI第2层进行UE间通信，而不允许附着到不同的桥接子网的UE以桥接模式在OSI第2层进行UE间通信。
在特定实施例中，所述混合接入网关被配置为允许所述通信网络的至少一个桥接子网络上的广播、未知单播和组播(BUM)业务。
在实施例中，所述检验模块被配置为检验所接收业务的OSI第2层有效载荷。与深度分组检验类似，这种检验接收业务超出OSI第2层报头的操作可被称为深度帧检验(DFI)。
在实施例中，连接到所述蜂窝接入网络的用户设备(UE)由从用于所述UE的临时标识符中导出的OSI第2层地址(表示为蜂窝MAC地址：cMAC)来标识，其中，所述临时标识符(诸如全球唯一临时标识符(GUTI))优选地包括所述临时标识符/GUTI的最低有效字节，例如直到并包括其MMEC(移动管理实体代码)。在进一步发展的示例性实施例中，同一UE还连接到所述通信网络的非蜂窝接入网络，在该非蜂窝接入网络中，UE由另一个OSI第2层地址(表示为非蜂窝MAC地址：ncMAC)来标识，诸如内置WLAN NIC(网络接口控制器)MAC地址。
在更进一步发展的实施例中，所述检验模块被配置为基于所述通信网络中的所述用户设备(UE)的更高级别授权(例如，来自认证、授权和计账服务器，并且优选地由混合接入控制器(HAC)中继，如将在下面所描述的)，在一个或所述表中将表示所述用户设备(UE)的虚拟MAC地址(vMAC)与所述用户设备(UE)的所述cMAC地址或者与所述用户设备(UE)的所述cMAC地址和所述ncMAC地址相关联。
在实施例中，所述引导模块被配置为根据被配置为防止所接收业务在所述用户设备(UE)处的无序传送的分配算法，将所接收业务导向cMAC地址以及可选地还导向ncMAC地址。在特定实施例中，所述引导模块被配置为基于所述关联，进行所述导向cMAC地址以及可选地还导向ncMAC地址。
在实施例中，所述检验模块被配置为通过来自所述UE的上游业务检测UE已被准入所述蜂窝接入网络，以及重新配置所述引导模块以将下游业务导向所述UE。可选地，在该实施例中，所述检验模块被配置为通知所述通信网络中的更高级别服务器(例如，将在下面描述的混合接入控制器)所述检测。
以此方式，混合接入网关允许通过检验第2层业务而不是依靠控制平面信令来检测UE移动性事件。
在实施例中，所述检验模块被配置为通过来自所述UE的上游业务检测UE已被准入非蜂窝接入网络，以及重新配置所述引导模块以将下游业务导向所述UE。可选地，在该实施例中，所述检验模块被配置为通知所述通信网络中的更高级别服务器(例如，将在下面描述的混合接入控制器)所述检测。
以此方式，混合接入网关允许通过检验第2层业务而不是依靠控制平面信令来检测UE移动性事件。
在实施例中，所述检验模块被配置为通过上游业务检测所述UE已经移动到所述蜂窝接入网络的不同部分或者移动到所述非蜂窝网络的不同部分，以及重新配置所述引导模块以将下游业务导向所述UE。可选地，在该实施例中，所述检验模块被配置为通知所述通信网络中的更高级别服务器(例如，将在下面描述的混合接入控制器)所述检测。
以此方式，混合接入网关允许执行切换，而无需依赖于控制平面信令。
在实施例中，所述检验模块被配置为通过上游业务检测攻击用户设备正在尝试通过欺骗其第2层地址或其第3层地址来冒充另一个UE。
以此方式，混合接入网关可以通过检测从未合法分配给所述攻击用户设备的欺骗性地址发起的攻击来提高安全性。
在实施例中，所述引导模块包括多路复用器(MUX)，其被配置为将所接收业务经由所述通信网络的蜂窝接入网络和非蜂窝接入网络并发地导向所述用户设备(UE)。
通过根据检验报头而通过两个或更多个接口并发地引导接收业务，多路复用器(MUX)允许单个UE并发地使用蜂窝接入网络和非蜂窝接入网络(从而增加双重覆盖区域中的可靠性和吞吐量)。
在另一个实施例中，所述多路复用器(MUX)被配置为将所接收业务的一部分经由上面建立专用逻辑信道或无线接入承载(RAB)的蜂窝接入网络导向用户设备，以及将所接收业务的一部分经由多个UE可以并发接入，优选基于竞争并发接入的一个或所述共享或公共信道或RAB导向用户设备。在进一步发展的实施例中，所述多路复用器(MUX)被配置为基于所接收业务的一种或多种类型来引导所接收业务的所述一部分。
以此方式，混合接入网关允许针对每种业务类型，使用最适当的逻辑信道。
在实施例中，所述混合接入网关包括密码模块，其被配置为存储与连接到所述通信网络的用户设备(UE)相关联的至少一个成对主密钥(PMK)；以及被配置为使用所述存储的至少一个成对主密钥来对去往和来自所述用户设备的业务进行加密和解密。在示例性实施例中，至少一个PMK根据电气和电子工程师协会(IEEE)802.11i标准而导出。在进一步发展的实施例中，至少一个PMK由所述通信网络的认证、授权和计账(AAA)服务器导出。在另一个示例性实施例中，至少一个PMK从根据第三代合作伙伴计划(3GPP)标准的蜂窝用户设备(UE)的认证过程的结果中获得。
以此方式，混合接入网关允许对去往和来自UE的通信进行加密(用密码加密)，而无需依赖于蜂窝或非蜂窝接入网络的单元中的加密单元。这使得UE、eNodeB/RRC/vRRC((虚拟)无线资源控制器)与移动性管理实体(MME)之间的无线资源控制(RRC)和非接入层(NAS)消息的数量更少，因此，与需要获得每个UE加密密钥并应用加密相比，相同的eNodeB/RRC/vRRC可以服务更多UE。
在实施例中，所述密码模块被配置为使用电气和电子工程师协会(IEEE)802.1AE(也称为MACsec)协议来实现所述加密和所述解密。在另一个实施例中，所述密码模块被配置为使用Wi-Fi联盟Wi-Fi保护访问II(也称为WPA2)协议来实现所述加密和解密。在另一个实施例中，所述密码模块被配置为使用由第三代合作伙伴计划(3GPP)标准化的协议。
在实施例中，所述混合接入网关包括：
-GPRS(通用分组无线服务)隧道协议用户平面(GTP-U)模块，其与演进分组核心(EPC)相耦合；
并且被配置为：
-封装去往所述EPC的上行链路OSI第3层业务；以及
-解封装从所述EPC到达的下行链路GTP-U业务，并将所述解封装下行链路GTP-U业务转发到所述检验模块。
根据本发明的另一方面，提供一种用于通信网络中混合接入控制的混合接入控制器(HAC)装置，
其中，所述混合接入控制器被配置为通过设置和控制以下模块来与根据上述任一实施例的混合接入网关通信耦合，并且控制混合接入网关：
-所述混合接入网关的上游接口，其被配置为接收所述通信网络中的下行链路开放系统互连(OSI)第2层业务；
-所述混合接入网关的至少一个下游蜂窝耦合接口，其被配置为经由所述通信网络的蜂窝接入网络(例如，无线接入网络或RAN)与由OSI第2层地址表示的用户设备(UE)通信耦合；
-所述混合接入网关的检验模块，其被配置为检验所接收业务的OSI第2层报头；以及
-所述混合接入网关的引导模块，其被配置为基于所检验的OSI第2层报头，将所接收业务经由所述至少一个下游蜂窝耦合接口导向所述用户设备。
本领域的技术人员将理解，在已作必要修改的情况下，上面描述的考虑和优点也适用于混合接入控制器的实施例。
在优选实施例中，混合接入控制器包括：
-移动性管理功能(MMF)模块，其被配置为执行3GPP(第三代合作伙伴计划)移动性管理实体的任务。
在另一个优选实施例中，混合接入控制器包括：
-服务网关功能(SGF)模块，其被配置为执行3GPP服务网关的任务；
在特定实施例中，混合接入控制器包括：
-可信无线接入网关(TWAG)模块，其被配置为执行可信WLAN接入网络(TWAN)内的3GPP TWAG的任务；以及
-可信无线认证代理(TWAP)模块，其被配置为执行可信WLAN接入网络(TWAN)内的3GPP TWAP的任务。
因此，混合接入控制器的实施例引入可信WLAN接入，而无需独立的或单一的TWAG/TWAP。
在另一个实施例中，混合接入控制器包括：
-宽带网络网关(BNG)模块，其被配置为执行3GPP宽带网络网关的任务。
在另一个实施例中，混合接入控制器包括：
-小小区网关功能(SCGF)模块，其被配置为执行小小区网关(例如，阿尔卡特朗讯的小小区网关)的任务。
在进一步发展的实施例中，所述耦合经由可用于第三代合作伙伴计划(3GPP)、开放网络论坛(ONF)或下一代移动联盟(NGMA)的标准化的参考点(F7)而发生。
在实施例中，所述混合接入控制器被配置为与以下中的至少一个进行交互：订阅平面中的认证、授权、计账、策略控制、计费和其它外围功能。
在实施例中，所述混合接入控制器与演进分组核心(EPC)的移动性管理实体(MME)通信耦合，并且被配置为作为所述MME的eNodeB或小小区网关。
在实施例中，所述混合接入控制器与演进分组核心(EPC)的PDN网关(PGW)通信耦合，并且被配置为作为所述PGW的可信WLAN接入网络(TWAN)或演进型宽带网络网关(eBNG)。
在实施例中，所述混合接入控制器被配置为向与所述混合接入控制器通信耦合的虚拟化服务控制器(VSC——即OpenFlow控制器)通告去往用户设备(UE)的MAC(媒体接入层)或vMAC地址的路由。
在实施例中，所述混合接入控制器与至少一个演进型节点B(eNB)通信耦合，以便寻呼旨在接收在所述混合接入网关处传入的下行链路业务的用户设备。
在实施例中，所述混合接入控制器被配置为从所述混合接入网关接收通知，其中，所述混合接入网关已经检测到经由所述通信网络的蜂窝接入网络(cMAC)或非蜂窝接入网络(ncMAC)源自未知的MAC(媒体接入层)地址的OSI(开放系统互连)第2层业务；被配置为分析所述通知以便确定用户设备在相应的接入网络中的存在；以及被配置为将虚拟MAC地址(vMAC)与所述用户设备相关联。在示例性实施例中，所述混合接入控制器被配置为通过更新被配置为存储多个用户设备与相应数量的OSI第2层地址(优选MAC地址)之间的关联的表来执行所述关联。
将理解，该实施例表示多个混合接入网关之间的“数据触发型切换”。
在实施例中，所述混合接入控制器被配置为与用户设备(UE)交换非接入层信令。
根据本发明的另一方面，提供一种用于混合接入控制和本地桥接通信的通信网络系统，其包括彼此通信耦合的根据上述任一实施例的混合接入控制器(HAC)和根据上述任一实施例的混合接入网关(HAG)。
本领域的技术人员将理解，在已作必要修改的情况下，上面描述的考虑和优点也适用于所述系统的实施例。
在实施例中，所述混合接入控制器和所述混合接入网关通过可用于3GPP的标准化的参考点(F7)彼此耦合。本领域的技术人员将理解，HAC-HAG通信可以通过任何合适的协议来实现。非限制性示例可以包括SDN OpenFlow，或者甚至UNIX进程间通信。
根据本发明的另一方面，提供一种用于通信网络中本地桥接通信的方法，其包括：优选地，在混合接入网关装置处，
-接收所述通信网络中的下行链路开放系统互连(OSI)第2层业务；
-经由所述通信网络的蜂窝网络与由OSI第2层地址表示的用户设备(UE)通信耦合；
-检验所接收业务的OSI第2层报头；以及
-基于所检验的OSI第2层报头，将所接收业务经由所述至少一个下游蜂窝耦合接口导向所述用户设备。
本领域的技术人员将理解，在已作必要修改的情况下，上面描述的考虑和优点也适用于所述方法的实施例。
在优选实施例中，所述方法包括存储包括所述用户设备的多个用户设备与分别表示所述多个用户设备的多个OSI第2层地址之间的关联。
在另一个优选实施例中，所述耦合包括经由包括共享或公共信道或无线接入承载(RAB)的蜂窝接入网络与所述用户设备相耦合，其中，所述共享或公共信道或无线接入承载(RAB)支持多个用户设备的并发接入，优选地，基于竞争的并发接入。
在实施例中，所述检验包括对源MAC(媒体接入层)地址、目的地MAC地址、协议指示和桥接子网络标识执行4元组浅度帧检验；其中，所述桥接子网络标识是所述通信网络的桥接子网络的标识；其中，所述桥接子网络是虚拟网络，其被配置为允许附着到相同的桥接子网络的UE以桥接(也称为交换)模式在OSI第2层进行UE间通信，而不允许附着到不同的桥接子网络的UE以桥接模式在OSI第2层进行UE间通信。
在特定实施例中，所述方法包括允许所述通信网络的至少一个桥接子网络上的广播、未知单播和组播(BUM)业务。
在实施例中，所述检验包括检验所接收业务的OSI第2层有效载荷。与深度分组检验类似，这种检验接收业务超出OSI第2层报头的操作可被称为深度帧检验(DFI)。
在实施例中，连接到所述蜂窝接入网络的用户设备(UE)由通过所述方法从用于所述UE的临时标识符中导出的OSI第2层地址(表示为蜂窝MAC地址：cMAC)来标识，其中，所述临时标识符(诸如全球唯一临时标识符(GUTI))优选地包括所述临时标识符/GUTI的最低有效字节，例如直到并包括其MMEC(移动管理实体代码)。在进一步发展的示例性实施例中，同一UE还连接到所述通信网络的非蜂窝接入网络，在该非蜂窝接入网络中，UE由另一个OSI第2层地址(表示为非蜂窝MAC地址：ncMAC)来标识，诸如内置WLAN NIC(网络接口控制器)MAC地址。
在更进一步发展的实施例中，所述方法包括基于所述通信网络中的所述用户设备(UE)的更高级别授权(例如，来自认证、授权和计账服务器)，在一个或所述表中将表示所述用户设备(UE)的虚拟MAC地址(vMAC)与所述用户设备(UE)的所述cMAC地址或者与所述用户设备(UE)的所述cMAC地址和所述ncMAC地址相关联。
在实施例中，所述引导包括根据被配置为防止所接收业务在所述用户设备(UE)处的无序传送的分配算法，将所接收业务导向cMAC地址以及可选地还导向ncMAC地址。在特定实施例中，基于所述关联，进行所述导向cMAC地址以及可选地还导向ncMAC地址。
在实施例中，所述方法包括通过来自所述UE的上游业务检测UE已被准入所述蜂窝接入网络，以及重新配置所述引导模块以将下游业务导向所述UE。可选地，在该实施例中，所述方法包括通知所述通信网络中的更高级别服务器(例如，将在下面描述的混合接入控制器)所述检测。
在实施例中，所述方法包括通过来自所述UE的上游业务检测UE已被准入非蜂窝接入网络，以及重新配置以将下游业务导向所述UE。可选地，在该实施例中，所述方法包括通知所述通信网络中的更高级别服务器(例如，将在下面描述的混合接入控制器)所述检测。
在实施例中，所述方法包括通过上游业务检测所述UE已经移动到所述蜂窝接入网络的不同部分或者移动到所述非蜂窝网络的不同部分，以及重新配置所述引导模块以将下游业务导向UE。可选地，在该实施例中，所述方法包括通知所述通信网络中的更高级别服务器(例如，将在下面描述的混合接入控制器)所述检测。
在实施例中，所述方法包括通过上游业务检测攻击用户设备正在尝试通过欺骗其第2层地址或其第3层地址来冒充另一个UE。
在实施例中，所述方法包括将所接收业务经由所述通信网络的蜂窝接入网络和非蜂窝接入网络并发地导向所述用户设备(UE)。
在另一个实施例中，所述方法包括将所接收业务的一部分经由上面建立专用逻辑信道或无线接入承载(RAB)的蜂窝接入网络导向用户设备，以及将所接收业务的一部分经由多个UE可以并发接入，优选基于竞争并发接入的一个或所述共享或公共信道或RAB导向用户设备。在进一步发展的实施例中，所述方法包括基于所接收业务的一种或多种类型，引导所接收业务的所述一部分。
在实施例中，所述方法包括存储与连接到所述通信网络的用户设备(UE)相关联的至少一个成对主密钥(PMK)；以及使用所述存储的至少一个成对主密钥来对去往和来自所述用户设备的业务进行加密和解密。在示例性实施例中，至少一个PMK根据电气和电子工程师协会(IEEE)802.11i标准而导出。在进一步发展的实施例中，至少一个PMK由所述通信网络的认证、授权和计账(AAA)服务器导出。在另一个示例性实施例中，至少一个PMK从根据第三代合作伙伴计划(3GPP)标准的蜂窝用户设备(UE)的认证过程的结果中获得。
在实施例中，所述方法包括使用电气和电子工程师协会(IEEE)802.1AE(也称为MACsec)协议来实现所述加密和所述解密。在另一个实施例中，所述方法包括使用Wi-Fi联盟Wi-Fi保护访问II(也称为WPA2)协议来实现所述加密和解密。在另一个实施例中，所述密码模块被配置为使用由第三代合作伙伴计划(3GPP)标准化的协议。
在实施例中，所述方法包括：
-封装去往演进分组核心(EPC)的上行链路OSI第3层业务；以及
-解封装从所述EPC到达的下行链路GTP-U业务，并将所述解封装下行链路GTP-U业务转发到所述混合接入网关。
根据本发明的另一方面，提供一种用于通信网络中混合接入控制的方法，其包括：优选地，在根据上述任一实施例的混合接入控制器处，
-通过设置和控制以下模块来与根据上述任一实施例的混合接入网关通信耦合，并且控制所述混合接入网关：
-所述混合接入网关的上游接口，其被配置为接收所述通信网络中的下行链路开放系统互连(OSI)第2层业务；
-所述混合接入网关的至少一个下游蜂窝耦合接口，其被配置为经由所述通信网络的蜂窝接入网络(例如，无线接入网络或RAN)与由OSI第2层地址表示的用户设备(UE)通信耦合；
-所述混合接入网关的检验模块，其被配置为检验所接收业务的OSI第2层报头；以及
-所述混合接入网关的引导模块，其被配置为基于所检验的OSI第2层报头，将所接收业务经由所述至少一个下游蜂窝耦合接口导向所述用户设备。
本领域的技术人员将理解，在已作必要修改的情况下，上面描述的考虑和优点也适用于该方法的实施例。
在优选实施例中，所述方法包括执行3GPP(第三代合作伙伴计划)移动性管理实体的任务。
在另一个优选实施例中，所述方法包括执行3GPP服务网关的任务；
在特定实施例中，所述方法包括执行3GPP TWAN内的3GPP TWAG的任务；以及执行3GPP TWAN内的3GPP TWAP的任务。
在另一个实施例中，所述方法包括执行3GPP宽带网络网关的任务。
在另一个实施例中，所述方法包括执行小小区网关的任务。
在进一步发展的实施例中，所述耦合经由可用于第三代合作伙伴计划(3GPP)、开放网络论坛(ONF)或下一代移动联盟(NGMA)的标准化的参考点(F7)而发生。
在实施例中，所述方法包括与以下中的至少一个进行交互：订阅平面中的认证、授权、计账、策略控制、计费和其它北向功能。
在实施例中，所述方法包括将所述混合接入控制器与演进分组核心(EPC)的移动性管理实体(MME)通信耦合，以及将所述混合接入控制器配置为作为所述MME的eNodeB或小小区网关。
在实施例中，所述方法包括将所述混合接入控制器与演进分组核心(EPC)的PDN网关(PGW)通信耦合，以及将所述混合接入控制器配置为作为所述PGW的可信WLAN接入网络(TWAN)或演进型宽带网络网关(eBNG)。
在实施例中，所述方法包括向与所述混合接入控制器通信耦合的虚拟化服务控制器(VSC——即OpenFlow控制器)通告去往用户设备(UE)的MAC(媒体接入层)或vMAC地址的路由。
在实施例中，所述方法包括将所述混合接入控制器与至少一个演进型节点B(eNB)通信耦合，以便寻呼旨在接收在所述混合接入网关处传入的下行链路业务的用户设备。
在实施例中，所述方法包括从所述混合接入网关接收通知，其中，所述混合接入网关已经检测到经由所述通信网络的蜂窝接入网络(cMAC)或非蜂窝接入网络(ncMAC)源自未知的MAC(媒体接入层)地址的OSI(开放系统互连)第2层业务；分析所述通知以便确定用户设备在相应的接入网络中的存在；以及将虚拟MAC地址(vMAC)与所述用户设备相关联。在示例性实施例中，所述关联包括更新被配置为存储多个用户设备与相应数量的OSI第2层地址(优选MAC地址)之间的关联的表。
在实施例中，所述方法包括与用户设备(UE)交换非接入层信令。
根据本发明的另一方面，提供一种计算机程序产品，其包括计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于当程序在计算机上运行时执行一种方法，所述方法包括上述方法的任一实施例的任何一个或多个步骤。
本领域的技术人员将理解，在已作必要修改的情况下，上面描述的考虑和优点也适用于计算机程序产品的实施例。
根据本发明的另一方面，提供一种计算机设备或其它硬件设备，其被编程为执行上述方法的任一实施例的任何一个或多个步骤。根据另一方面，提供一种数据存储设备，其采用机器可读和机器可执行形式编码程序以执行上述方法的任一实施例的一个或多个步骤。
附图说明
附图用于示出根据本发明的目前优选的非限制性的示例性实施例。当结合附图进行阅读时，根据本发明的实施例的特征的上述和其它优点以及本发明的目的将从下面的详细描述而变得更加明显，并且可以更好地理解本发明，其中：
图1示意性示出根据本发明的混合接入网关(HAG)100的实施例；
图2示意性示出根据本发明的通信网络系统300的实施例，其包括根据本发明的混合接入控制器(HAC)200和混合接入网关(HAG)100；
图3示意性示出根据本发明的混合接入网关(HAG)100的另一个实施例；
图4示意性示出根据本发明的方法1000的实施例；
图5示意性示出根据本发明的另一个方法2000的实施例；
图6示意性示出已知的第三代合作伙伴计划(3GPP)演进分组核心(EPC)体系结构；
图7示意性示出根据本发明的通信网络系统的实施例；
图8示意性示出根据本发明的系统的另一个实施例；
图9示意性示出根据本发明的系统的另一个实施例；
图10示意性示出已知4G通信网络中的ENB之间的UE切换的加密设置；
图11示意性示出具有根据本发明的混合接入控制器(HAC)的实施例的5G通信网络中的ENB之间的UE切换的加密设置；
图12示意性示出具有根据本发明的混合接入控制器(HAC)的实施例的5G通信网络中的跨不同无线接入技术的UE切换的加密设置；
图13示意性示出根据本发明的系统的另一个实施例；
图14示意性示出根据本发明的系统的另一个实施例，其中，示出了路由通信；
图15示意性示出根据本发明的系统的另一个实施例，其中，示出了桥接通信；
图16示意性示出用于使用根据本发明的混合接入网关(HAG)100的实施例而将5G用户设备与该用户设备后的局域网络进行桥接的协议堆栈。
具体实施方式
图1示意性地示出了根据本发明的混合接入网关(HAG)100的实施例。HAG 100适合于通信网络中的本地桥接通信，HAG 100包括上游接口101、至少一个(仅示出一个)下游蜂窝耦合接口102、检验模块103和引导模块104。
上游接口101被配置为接收所述通信网络中的下行链路开放系统互连(OSI)第2层业务。所述(或每个)下游蜂窝耦合接口102被配置为经由所述通信网络的蜂窝接入网络(例如，无线接入网络或RAN)与由OSI第2层地址表示的用户设备(UE)通信耦合。检验模块103被配置为检验所接收业务的OSI第2层报头。引导模块104被配置为基于所检验的OSI第2层报头，将所接收业务经由所述至少一个下游蜂窝耦合接口101导向所述用户设备。
图2示意性地示出了根据本发明的通信网络系统300的实施例，其包括根据本发明的混合接入控制器(HAC)200和混合接入网关(HAG)100。HAC 200适合于通信网络中的混合接入控制。HAC 200被配置为与HAG 100通信耦合并控制HAG 100。HAC 200通过设置和控制以下模块来实现上述目的：
-所述混合接入网关100的上游接口101，其被配置为接收所述通信网络中的下行链路开放系统互连(OSI)第2层业务；
-所述混合接入网关100的至少一个下游蜂窝耦合接口102，其被配置为经由所述通信网络的蜂窝接入网络(例如，无线接入网络或RAN)与由OSI第2层地址表示的用户设备(UE)通信耦合；
-所述混合接入网关100的检验模块103，其被配置为检验所接收业务的OSI第2层报头；以及
-所述混合接入网关100的引导模块104，其被配置为基于所检验的OSI第2层报头，将所接收业务经由所述至少一个下游蜂窝耦合接口102导向所述用户设备。
图3示意性地示出了根据本发明的混合接入网关(HAG)100的另一个实施例。HAG100包括表105，其被配置为存储包括所述用户设备的多个用户设备与分别表示所述多个用户设备的多个OSI第2层地址之间的关联。此外，当前所示出的HAG 100已经在本发明内进行适配，以使得引导模块104和至少一个下游蜂窝耦合接口102被组合为单个实体106，其例如可被实现为虚拟路由元件。
图4示意性地示出了根据本发明的方法1000的实施例。方法1000包括优选地，在上述HAG 100处进行的以下步骤：
-接收(1001)所述通信网络中的下行链路开放系统互连(OSI)第2层业务；
-经由所述通信网络的蜂窝接入网络与由OSI第2层地址表示的用户设备(UE)通信耦合(1002)；
-检验(1003)所接收业务的OSI第2层报头；以及
-基于所检验的OSI第2层报头，将所接收业务经由所述至少一个下游蜂窝耦合接口导向(1004)所述用户设备。
图5示意性地示出了根据本发明的另一个方法2000的实施例。方法2000包括优选地，在上述HAC 200处进行的以下步骤：
-设置和控制所述混合接入网关100的上游接口101(2001)，上游接口101被配置为接收所述通信网络中的下行链路开放系统互连(OSI)第2层业务；
-设置和控制所述混合接入网关100的至少一个下行蜂窝耦合接口102(2002)，至少一个下行蜂窝耦合接口102被配置为经由所述通信网络的蜂窝接入网络(例如，无线接入网络或RAN)与由OSI第2层地址表示的用户设备(UE)通信耦合；
-设置和控制所述混合接入网关100的检验模块103(2003)，检验模块103被配置为检验所接收业务的OSI第2层报头；以及
-设置和控制所述混合接入网关100的引导模块104(2004)，引导模块104被配置为基于所检验的OSI第2层报头，将所接收业务经由所述至少一个下游蜂窝耦合接口导向所述用户设备。
在根据本发明的系统300的实施例中，连接到所述蜂窝接入网络的用户设备(UE)由从用于所述UE的临时标识符中导出的OSI第2层地址(表示为蜂窝MAC地址：cMAC)来标识，其中，所述临时标识符(诸如全球唯一临时标识符(GUTI))优选地包括所述临时标识符/GUTI的最低有效字节，例如直到并包括其MMEC(移动管理实体代码)。在进一步发展的示例性实施例中，同一UE还连接到所述通信网络的非蜂窝接入网络，在该非蜂窝接入网络中，UE由另一个OSI第2层地址(表示为非蜂窝MAC地址：ncMAC)来标识，诸如内置WLAN NIC(网络接口控制器)MAC地址。5G UE MAC地址可以从全球唯一临时标识(GUTI)中导出——即从S-TMSI中导出。根据未来的标准，相同的技术可以应用于演进的4G RAN(演进的E-UTRAN)。
在HAG 100的实施例中，所述引导模块103包括多路复用器(MUX)，其被配置为将所接收业务经由所述通信网络的蜂窝接入网络和非蜂窝接入网络并发地导向所述用户设备(UE)。MUX可以对下游帧报头以及可选的IP报头进行散列，以便通过蜂窝RAN和非蜂窝RAN(WLAN)传播下游业务，而不会引起其中的以太网帧和IP分组的无序到达。
图6示意性地示出了已知的第三代合作伙伴计划(3GPP)演进分组核心(EPC)体系结构，特别是用于用户设备UE 401从四个接入网络63到通信网络的接入，即从传统UTRAN/GERAN、E-UTRAN、不可信Wi-Fi 408和可信Wi-Fi 407到因特网62和/或语音网络64的接入。
对于从不可信Wi-Fi接入网络408到可信Wi-Fi接入网络407的可能切换，需要将IP(因特网协议)地址锚定在IP移动核心61中的PGW(分组数据网络网关)60处，以确保RAT间的连续性和混合(因此是蜂窝以及非蜂窝)接入。这需要繁琐的通信。
已知的技术可以用于设置从UE通过EPC到PDN网关的SGi侧的网关的隧道，从而将L2帧封装在IP分组中。
有些问题没有得到解决：仍必须建立EPS会话/PDN连接，可以与其它无线用户(蜂窝/非蜂窝)或者与外部FDN/PDN进行桥接或路由通信的最近点甚至更远离UE，即在TWAG(可信WLAN/无线接入网关)处。
此外，需要在蜂窝UE处开始封装，与在演进型节点B(ENB)(4G/5G)处开始封装相比，这将导致更多功耗和更多问题。
封装协议蒙蔽PGW：PGW不再能分析在第3、4或7层的去往/来自蜂窝(例如LTE)UE的IP分组。PGW现在将所有业务视为上述示例中的GRE(通用路由封装)业务。然而，浅度、启发式和深度分组检验是现代LTE网络的基本能力，其中，服务需要差异化的QoS类别，诸如具有保证或无保证比特率、不同的分配和保留优先级(ARP)、抢占等的SIP信令、会话音频或视频。
可以用例如如上所述的根据本发明的HAG 100的某些实施例来解决上述和其它缺点。
在根据本发明的HAG 100的实施例中，所述检验模块102被配置为通过对源MAC(媒体接入层)地址、目的地MAC地址、协议指示和桥接子网络标识执行4元组浅度帧检验来检验所述OSI第2层报头；其中，所述桥接子网络标识是所述通信网络的桥接子网络的标识；其中，所述桥接子网络是虚拟网络，其被配置为允许附着到相同的桥接子网络的UE以桥接(也称为交换)模式在OSI第2层进行UE间通信，而不允许附着到不同的桥接子网络的UE以桥接模式在OSI第2层进行UE间通信。
在特定实施例中，所述混合接入网关100被配置为允许所述通信网络的至少一个桥接子网络上的广播、未知单播和组播(BUM)业务。
因此，根据本发明的某些实施例能够建立大量桥接子网络(L2交换)，并且能在适当的认证和授权之后将蜂窝UE或非蜂窝UE连接到正确的桥接子网络。在每个桥接子网络内，可以准许广播、未知单播和组播(BUM)业务，以使得被准入的UE可以发送并且能接收BUM业务，而无需冒着网络完全泛洪的风险。
在更进一步发展的实施例中，所述检验模块102被配置为基于所述通信网络中的所述用户设备(UE)的更高级别授权(例如，来自认证、授权和计账服务器的)，在一个或所述表中将表示所述用户设备(UE)的虚拟MAC地址(vMAC)与所述用户设备(UE)的所述cMAC地址或者与所述用户设备(UE)的所述cMAC地址和所述ncMAC地址相关联；所述引导模块被配置为根据被配置为防止所接收业务在所述用户设备(UE)处的无序传送的分配算法，将所接收业务导向cMAC地址以及可选地还导向ncMAC地址。
因此，在根据本发明的一些实施例中，可以通过蜂窝RAN和非蜂窝RAN(例如，WLAN)的联立组合同时到达UE，而无需检验IP分组、IP协议和端口(PGW处的5元组散列)，只需检验多路复用器处的L2以太网帧。为此，虚拟MAC地址被分配给混合蜂窝+非蜂窝UE。
图7示意性地示出了根据本发明的通信网络系统的实施例。
图7中所示的实施例包括混合接入网关(HAG)100、引导虚拟路由器和交换机(VRS)100A(其是路由元件，例如可以包括HAG的至少一个下游蜂窝耦合接口102和引导模块104)的混合接入控制器(HAC)200和可选的多路复用器(MUX)100B。HAG的检验模块103和上游接口101在此和其它附图中未明确示出。HAG 100包括VRS 100A和MUX 100B，其在所示实施例中还包括可选的GTP-U模块100C。还示出了订阅、AAA、策略和计费平面10、移动性和连接性平面20以及用户数据平面30。用户设备UE 401被示出为连接(或附着)到非蜂窝接入网络405和蜂窝接入网络406。还示出了桥接子网络5001。在网络的核心侧，示出了因特网62以及语音连接64、数据中心连接65和企业连接67。
HAC的示例性实施例可以包括六个功能实体，将在下面描述：
1.5G/4G RAN的移动性管理功能(MMF)；
2.5G RAN的服务网关功能(SGF)；
3.5G/4G小小区的小小区网关功能(SCGF)；
4.可信WLAN接入网关(TWAG)控制器；
5.可信WLAN认证代理(TWAP)；
6.宽带网络网关(BNG)。
功能实体1和功能实体2组合成单个实体与功能实体3-6一起允许减少通信网络中元件和互连的数量，从而降低复杂性并且改进延迟。
图8示意性地示出了根据本发明的下一代移动核心网络41中的系统的另一个实施例，其中，HAC 200和HAG 100被示出为经由新的所定义的F7接口(或参考点)彼此连接，经由新的所定义的F1接口(或参考点)连接到5G RAN，经由公知的S1接口连接到3GPP EPC核心网络42，以及经由新的所定义的FGi参考点(间接和直接)连接到分组数据网络。
图9示意性地示出了根据本发明的系统的另一个实施例，其中，HAC 200和HAG 100(如图8中所示)被示出为经由新的所定义的F1接口连接到5G RAN，经由公知的S1接口连接到可选的3GPP EPC核心网络44，以及经由新的所定义的FGi参考点(间接和直接)连接到分组数据网络或交换数据网络，在该FGi参考点上，用户设备由MAC地址(蜂窝MAC的cMAC、非蜂窝MAC的ncMAC和/或虚拟MAC的vMAC)表示。此外，HAC 200和HAG 100还经由新的所定义的F1接口连接到非3GPP接入网络(例如WLAN)和具有增强能力的4G+E-UTRAN。
此外，HAC被示出为连接到以下可选实体：包括虚拟化服务目录(VSD)和虚拟化服务控制器(VSC)的虚拟服务平台(VSP)43。
HAC 200：
1.经由非接入层(NAS)信令与蜂窝UE进行通信，从而允许UE附着/认证，可能还允许授权访问L2桥接子网络；
2.经由RADIUS(远程认证拨入用户服务)上的EAP(可扩展认证协议)以及可能经由其它协议与非蜂窝UE(WLAN UE)进行通信，所述其它协议诸如基于ISAKMP(因特网安全协会和密钥管理协议)的IPSec IKE(因特网密钥交换)，以用于通过不可信WLAN网络的接入；
3.经由DHCP、SLAAC、RS/RA(路由器请求/路由器通告)和/或WLCP(无线LAN控制平面协议)与蜂窝或非蜂窝UE进行通信；
4.经由5G S1应用部分(F1AP)在新的F1-C参考点上与4G/5G eNodeB或无线集群控制器(RCC)进行通信；
5.经由RADIUS与WLAN接入点(AP)或接入控制器(AC)进行通信；
6.经由到MME的S1-MME接口(NAS/S1AP)以及经由到PGW的GTPv2-C S2a或S2b接口与现有的未修改的演进分组核心(EPC)进行通信；
7.经由DIAMETER或RADIUS与认证、授权和计账(AAA)服务器进行通信，目的是对UE进行认证/授权，而且还存储与个人UE相关的状态信息，从而允许SHC的其它实例访问该信息；
8.经由DIAMETER与归属用户服务器(HSS)进行通信；
9.与策略和计费规则功能(PCRF)进行通信；
10.与在线计费系统(OCS)进行通信；
11.与离线计费系统(OFCS)和其它北向系统进行通信；
12.经由OpenFlow或其它协议(CLI/SSH或命令行接口/安全Shell、SNMP或简单网络管理协议、SOAP或简单对象访问协议、Netconf/Yang、…)与用户数据平面中的非虚拟或虚拟路由器和交换机(VRS)100A进行通信，以便建立桥接子网络并准许个人UE连接到它们；
13.经由OpenFlow或其它协议与用户平面中的L2多路复用器(MUX)100B进行通信，以建立蜂窝RAN与非蜂窝RAN之间的业务分配规则以及与GTP-U编码器/解码器和与L2交换数据网络的互连；
14.经由MP-BGP(边界网关协议的多协议扩展)和可能的XMPP(可扩展消息和存在协议)与虚拟化服务平台(VSP)进行通信，从而发现MAC地址、IP地址或IP子网络在以太网VPN(EVPN)上的存在，并且相应地在用户数据平面(VRS/MUX)中编程规则；
15.与诸如合法拦截网关(LIG)的其它外围系统进行通信。
HAC 200在用户数据平面中引导VRS 100A和MUX 100B，目的是将蜂窝UE和非蜂窝UE：
-经由标准OpenFlow命令连接到未标记的桥接子网络(基于基本802.1d生成树协议STP)；
-或者连接到标记的桥接子网络(1600万个，例如每个家庭一个)，经由丰富的OpenFlow控制：
○VRS之间NNI上基于802.1ah MAC-in-MAC的802.1aq最短路径桥接(SPB)；
○或者基于RFC7172细粒度标签(FGL)的RFC6325 Rbridges(TRILL)。
VRS 100A准许单个桥接子网络内的BUM业务，但不准许不同桥接子网络(不同的UE准入)之间的BUM业务。
此外，HAG 100提供：
-未封装接入：从WLAN AP和5G RAN的以太网或VLAN终端；
-或者封装接入：从5G RAN的L2oGRE终端，从而GRE隧道源自4G/5G eNodeB或RRC而不是蜂窝UE本身；
-将DHCP/WLCP业务以及可能的其它控制平面协议转发到HAC；
-数据触发型移动性检测：在旧的GRE隧道中对MAC地址的ARP请求未成功之后，每当来自已知的UE MAC地址的业务从新的GRE隧道中出现时，本地转发表自动更新，并且可选地通知HAC 200；
-数据触发型认证：每当发现去往/来自未知UE MAC地址的业务时，向HAC发送查询以获取UE信息，即MAC地址将被准入的桥接子网络；
-成对主密钥向相邻AP或eNodeB(802.11r)的密钥缓存和机会分配；
-UE现场检查，诸如用户主机连接验证(SHCV)或与5G eNodeB和HAC 200的更高级交互；
-MAC欺骗保护；
-IP地址欺骗保护；
-不同桥接子网络之间的BUM业务的清空；
-桥接到其它VRS；
-MAC-in-MAC封装；
-到UE以及到蜂窝(RAN)或非蜂窝接入网络的接入节点的MAC层安全性(MACsec或类似的)；
-等等。
这些特征仅仅是蜂窝和非蜂窝RAN的这种统一(混合——即通过蜂窝网络和非蜂窝网络两者)用户数据平面网络元件中的可能丰富特征集的示例，其中接入外部桥接网络、EVPN(即以太网VPN)和GTP-U网络(EPC)。
另外：可以在5G或WLAN UE中部署DHCPv4/v6服务器或SLAAC，从而缓解部署5G网络的组织对IP地址分配、池管理、LI、NAT、ALG、IPv6转换等的责任。
图10示意性地示出了用于已知的4G通信网络的加密设置。当UE 401从一个网络移动4000到另一个网络时，4G MME在eNB402、403(也称为eNodeB)处安装KeNB 4001、4002作为耗时的UE触发的服务请求过程的一部分。因此，必须生成、传送和管理403、404单独的密钥4001、4002。
图11示意性地示出了具有根据本发明的混合接入控制器(HAC)200的实施例的5G通信网络的加密设置。
以某种方式，加密点从eNodeB(如图10中所示)移回到网络的核心。5G HAC 200在HAG 100处安装成对主密钥，例如安装在MUX块100B中或者引导模块103(未示出)中，以在5G、4G+和Wi-Fi网络两者上使用。这确保UE与MUX 100B之间的恒定安全关联4003，以在基于竞争(即并发的形式)或专用信道接入的情况下即时在新的eNodeB处使用。
图12示意性示出了具有根据本发明的混合接入控制器(HAC)200的实施例的5G通信网络中跨不同无线接入技术405、406的UE切换的加密设置。
加密独立于UE所在的网络的相关无线接入技术而设置。此外，相同的PMK可用于蜂窝和非蜂窝接入。特别是使用802.1x EAP PMK和所得到的802.11i WPA2加密(TKIP或基于AES的CCMP)可以是5G中的主要过程，或者可成为除了新的5G 3GPP加密之外的一个选项。
图13示意性地示出了根据本发明的系统的另一个实施例。
图13示出了通过检测从新的接入网络(分别是接入网络501、502、503和504)发送OSI第2层(L2)帧，而通过数据触发型认证的用户设备UE 401从HAC100到HAC100'的无缝HAC间切换500。具体地，UE 401与IP地址(IP@)和虚拟MAC地址(vMAC@)相关联，其优选地尽可能长地与UE保持关联以提供长期可达性。在蜂窝接入网络501中，UE 401由蜂窝MAC地址(MAC@1)表示，其例如可以从其由更高层级10分配的GUTI1地址中导出。在非蜂窝接入网络502中，UE 401由非蜂窝MAC地址(MAC@3)表示，其例如可以是其内置硬件或固件MAC地址(或从其内置硬件或固件MAC地址中导出)。在非蜂窝接入网络503中，UE 401还是由MAC@3地址来表示，因为接入网络503支持这种情况。在蜂窝接入网络504中，UE 401由蜂窝MAC地址(MAC@2)表示，其例如可以从其由更高层级10分配的GUTI2地址中导出。因此，与其它接入网络的来回切换是可能的，而UE 401对第2层业务保持可达。该附图还示出了多个桥接子网络5001和多个路由域5002。
图14示意性地示出了根据本发明的系统的另一个实施例，其中，示出了路由通信，其中，通信在通过核心网络路由的域5001上发生。
图15示意性地示出了根据本发明的系统的另一个实施例，其中，示出了本地桥接通信，其中，通信在桥接域5001上发生，因此避开了核心网络。
图16示意性地示出了用于使用根据本发明的混合接入网关(HAG)100的实施例而将5G用户设备6027与该用户设备6027后的局域网络6028进行桥接的示例性协议堆栈。HAG100被示出为连接到PDN 6025，其发送(6005)被导向表示为UE的虚拟MAC地址的目的地MAC地址以及被导向5G桥接用户设备6027后的局域网络(LAN/WLAN/…)6028的第2层业务。协议堆栈示出(6001)HAG 100复制下行链路第2层报头，将下行链路以太网有效载荷加密成新的所定义的5G-PDCP协议(第5代协议相关汇聚协议)，其提供与4G-PDCP(分组数据汇聚协议)类似的功能，但是针对OSI第2层业务。进一步发生第2层业务(6006)到表示为5G MAC地址的目的地MAC地址的传输。无线接入网络(RAN)被示出为(6002)压缩下行链路第2层报头，并且复制包含5G-PDCP分组的加密的第2层有效载荷。5G桥接UE被示出为(6003)解压缩第2层报头，并且复制第2层有效载荷。进一步发生第2层业务(6007)从5G桥接UE 6027到局域网络6028的传输。UE后的局域网络中的UE被示出为(6004)对下行链路有效载荷(即5G-PDCP分组)进行解密，并将其传递到IP(因特网协议)或MPLS(多协议标签交换)层。此外，控制平面(HAC)对真实5G UE后的LAN/WLAN/PAN上的每个UE，在HAG中验证并安装5G-PDCP加密密钥。
本领域技术人员将容易地认识到，各种上述方法的步骤可通过编程的计算机来执行。在本文中，一些实施例还旨在涵盖程序存储设备，例如机器或计算机可读的并且编码机器可执行或计算机可执行的指令程序的数字数据存储介质，其中，所述指令执行上述方法中的步骤的一些或全部。程序存储设备可以是例如数字存储器、诸如磁盘和磁带的磁存储介质、硬盘驱动器或光学可读数字数据存储介质。实施例还旨在涵盖被编程以执行上述方法中的所述步骤的计算机。
说明书和附图仅仅说明了本发明的原理。因此将理解，虽然没有在本文中明确地描述或示出，但是，本领域的技术人员能够设计出体现本发明的原理并落入其精神和范围内的各种布置。此外，在本文中描述的所有示例主要旨在明确仅用于教学目的，以帮助读者理解由发明人为了促进本领域而贡献的本发明的原理和概念，并且被解释为不限于这样的具体描述的示例和条件。此外，在本文中所有陈述本发明的原理、方面和实施例的声明以及其具体示例，旨在涵盖其等同物。
在附图中示出的各种元件的功能，包括标记为“处理器”的任何功能框，可通过使用专用硬件以及能够执行软件的硬件与适当的软件相关联来提供。当由处理器提供时，这些功能可由单个专用处理器、单个共享处理器、或多个单独的处理器(其中一些可共享)来提供。此外，术语“处理器”或“控制器”的明确使用不应被解释为仅仅是指能够执行软件的硬件，还可隐含地包括但不限于数字信号处理器(DSP)硬件、网络处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、用于存储软件的只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)和非易失性存储设备。还可以包括其它常规和/或定制硬件。类似地，在附图中示出的交换机仅仅是概念性的。它们的功能可通过程序逻辑的操作、通过专用逻辑、通过程序控制和专用逻辑的交互、或者甚至手动来执行，如从上下文中更具体理解的，特定技术可由实施人员选择。
本领域的技术人员应当理解，在本文中的任何框图表示体现本发明原理的说明性电路的概念视图。类似地，应当理解，任何流程表、流程图、状态转换图、伪代码等表示可基本上在机器可读介质中体现并由计算机执行的各种过程。
虽然在上面已经结合具体实施例阐述了本发明的原理，但是应当理解，该描述仅仅是通过示例的方式而给出，而不是对所附权利要求确定的保护范围的限制。

Claims (17)

1.一种用于通信网络中经由第三代合作伙伴计划3GPP无线接入网络的本地桥接通信的混合接入网关装置，包括：
-上游接口，其被配置为接收所述通信网络中的下行链路开放系统互连OSI第2层业务；
-至少一个下游蜂窝耦合接口，其被配置为经由所述通信网络的所述3GPP无线接入网络与由OSI第2层地址表示的用户设备UE通信耦合，其中，所述OSI第2层地址是从用于所述UE的临时标识符中导出；
-检验模块，其被配置为检验所接收业务的OSI第2层报头；以及
-引导模块，其被配置为基于所检验的OSI第2层报头，将所接收业务经由所述至少一个下游蜂窝耦合接口导向所述用户设备。
2.根据权利要求1所述的混合接入网关装置，包括：
-表，其被配置为存储包括所述用户设备的多个用户设备与分别表示所述多个用户设备的多个OSI第2层地址之间的关联。
3.根据权利要求1所述的混合接入网关装置，其中，所述下游蜂窝耦合接口被配置为经由包括共享或公共信道或无线接入承载的所述3GPP无线接入网络与所述用户设备通信耦合，其中，所述共享或公共信道或无线接入承载支持多个用户设备的并发接入。
4.根据权利要求3所述的混合接入网关装置，其中，所述并发接入是基于竞争的并发接入。
5.根据权利要求1所述的混合接入网关装置，其中，所述检验模块被配置为通过对源媒体接入层MAC地址、目的地MAC地址、协议指示和桥接子网络标识执行4元组浅度帧检验来检验所述OSI第2层报头；其中，所述桥接子网络标识是所述通信网络的桥接子网络的标识；其中，所述桥接子网络是虚拟网络，其被配置为允许附着到相同的桥接子网络的UE以桥接模式在OSI第2层进行UE间通信，而不允许附着到不同的桥接子网的UE以桥接模式在OSI第2层进行UE间通信。
6.根据前述权利要求中任一项所述的混合接入网关装置，其中，同一所述UE还连接到所述通信网络的非3GPP接入网络，在所述非3GPP接入网络中，所述UE由另一个OSI第2层地址来标识。
7.一种用于通信网络中的混合接入控制的混合接入控制器装置，其中，所述混合接入控制器装置被配置为与根据权利要求1至6中任一项所述的混合接入网关装置通信耦合，并且通过设置和控制以下模块来控制所述混合接入网关装置：
-所述混合接入网关装置的上游接口，其被配置为接收所述通信网络中的下行链路开放系统互连OSI第2层业务；
-所述混合接入网关装置的至少一个下游蜂窝耦合接口，其被配置为经由所述通信网络的第三代合作伙伴计划3GPP接入接入网络与由OSI第2层地址表示的用户设备UE通信耦合，其中，所述OSI第2层地址是从用于所述UE的临时标识符中导出；
-所述混合接入网关装置的检验模块，其被配置为检验所接收业务的OSI第2层报头；以及
-所述混合接入网关装置的引导模块，其被配置为基于所检验的OSI第2层报头，将所接收业务经由所述至少一个下游蜂窝耦合接口导向所述用户设备。
8.一种用于混合接入控制和本地桥接通信的通信网络系统，包括彼此通信耦合的根据权利要求7所述的混合接入控制器装置和根据权利要求1至6中任一项所述的混合接入网关装置。
9.一种用于通信网络中经由第三代合作伙伴计划3GPP无线接入网络的本地桥接通信的方法，包括：在根据权利要求1至6中任一项所述的混合接入网关装置处，
-接收所述通信网络中的下行链路开放系统互连OSI第2层业务；
-经由所述通信网络的所述3GPP无线接入网络与由OSI第2层地址表示的用户设备UE通信耦合，其中，所述OSI第2层地址是从用于所述UE的临时标识符中导出；
-检验所接收业务的OSI第2层报头；以及
-基于所检验的OSI第2层报头，将所接收业务经由所述至少一个下游蜂窝耦合接口导向所述用户设备。
10.根据权利要求9所述的方法，包括：
-存储包括所述用户设备的多个用户设备与分别表示所述多个用户设备的多个OSI第2层地址之间的关联。
11.根据权利要求9所述的方法，包括：
-经由包括共享或公共信道或无线接入承载的所述3GPP无线接入网络与所述用户设备通信耦合，其中，所述共享或公共信道或无线接入承载支持多个用户设备的并发接入。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述并发接入是基于竞争的并发接入。
13.根据权利要求9所述的方法，包括：
-通过对源媒体接入层MAC地址、目的地MAC地址、协议指示和桥接子网络标识执行4元组浅度帧检验来检验所述OSI第2层报头；其中，所述桥接子网络标识是所述通信网络的桥接子网络的标识；其中，所述桥接子网络是虚拟网络，其被配置为允许附着到相同的桥接子网络的UE以桥接模式在OSI第2层进行UE间通信，而不允许附着到不同的桥接子网的UE以桥接模式在OSI第2层进行UE间通信的。
14.根据权利要求9至13中任一项所述的方法，其中，同一所述UE还连接到所述通信网络的非3GPP无线接入网络，在所述非3GPP无线接入网络中，所述UE由另一个OSI第2层地址来标识。
15.一种用于通信网络中的混合接入控制的方法，包括：在根据权利要求7所述的被配置为与根据权利要求1至6中任一项所述的混合接入网关装置通信耦合并且控制所述混合接入网关装置的混合接入控制器装置处，
设置和控制：
-所述混合接入网关装置的上游接口，其被配置为接收所述通信网络中的下行链路开放系统互连OSI第2层业务；
-所述混合接入网关装置的至少一个下游蜂窝耦合接口，其被配置为经由所述通信网络的第三代合作伙伴计划3GPP无线接入网络与由OSI第2层地址表示的用户设备UE通信耦合，其中，所述OSI第2层地址是从用于所述UE的临时标识符中导出；
-所述混合接入网关装置的检验模块，其被配置为检验所接收业务的OSI第2层报头；以及
-所述混合接入网关装置的引导模块，其被配置为基于所检验的OSI第2层报头，将所接收业务经由所述至少一个下游蜂窝耦合接口导向所述用户设备。
16.根据权利要求15所述的方法，包括：
-从所述混合接入网关装置接收通知，其中，所述混合接入网关装置已经检测到经由所述通信网络的所述3GPP无线接入网络或非3GPP无线接入网络源自未知的媒体接入层MAC地址的OSI第2层业务；
-分析所述通知以便确定用户设备在相应的接入网络中的存在；以及
-将虚拟MAC地址与所述用户设备相关联。
17.一种计算机可读存储介质，在其上存储计算机可执行指令，当所述计算机可执行指令在计算机上运行时使得执行权利要求9至16中任一项的方法的步骤。
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