CN109792788A - 用于在无线通信网络中涉及隧道的数据传输的方法和设备 - Google Patents

用于在无线通信网络中涉及隧道的数据传输的方法和设备 Download PDF

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Abstract

一种用于将用户设备(UE)连接到诸如第5代网络的无线通信网络的方法和设备。网络支持节点级隧道。可以在接收UE附接请求之前预先配置节点级隧道。隧道可以由多个UE、流或服务共享。策略功能连接到网络管理功能，并且执行诸如向节点级隧道施加约束的任务。会话管理功能基于来自策略功能的策略信息预先建立节点级隧道。描述了诸如接入网络节点和用户平面功能的网络元件处理UE附接、会话建立以及移动发起和移动终止流量的处理的操作。还描述了用于其中根据识别的隧道类型处理包的包传输的方法和设备。隧道类型可以使用隧道封装头中的字段来识别。

Description

用于在无线通信网络中涉及隧道的数据传输的方法和设备
相关申请的交叉引用
本申请要求以下专利申请的优先权：2016年9月30日提交的题为“METHOD ANDAPPARATUS FOR EFFICIENT DATA TRANSMISSION INVOLVING NODE-LEVEL TUNNELING INWIRELESS COMMUNICATION NETWORKS”的美国临时专利申请第60/402,666号；2016年10月7日提交的题为“METHOD AND SYSTEM FOR USER PLANE TRANSMISSION”的美国临时专利申请第62/405,348号；以及2017年9月14日提交的题为“METHOD AND APPARATUS FOR DATATRANSMISSION INVOLVING TUNNELING IN WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS”的美国非临时申请第15/704,819号，以上所有专利申请的全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及无线通信网络领域，并且特别地涉及用于在这种网络中并且其中涉及节点级隧道协议的有效地传输数据的方法和设备。
背景技术
编号为TR 23.799并且题为“Study on Architecture for Next GenerationSystem”的第3代合作伙伴计划(the 3rd Generation Partnership Project，3GPP)技术报告，版本1.0.0，2016年9月(以下称为TR 23.799)，表示一种用于设计也称为第五代(5thgeneration，5G)网络的下一代移动网络的系统架构的方法。该文件的第6.4节考虑了对这种网络中的会话管理的关键问题的潜在解决方案。同一文件的第6.4.11小节考虑了被提出作为用于支持会话管理的解决方案的涉及每个节点级隧道的用户平面(user plane，UP)协议模型。特别地，针对每个相关网络功能对之间的全部流量提供公共隧道。然而，TR 23.799中概述的提案有待开发和改进。
此外，网络运营商对访问不同服务的不同类型的用户设备(user equipment，UE)服务各种成套的需求。预计未来的网络将需要越来越大的灵活性以容纳越来越多的装置、装置的类型和服务。在当前的LTE网络中，用户平面流量在eNodeB(eNB)、服务网关(servicegateway，SGW)和包(packet，PGW)之间流动。
GPRS隧道协议(GPRS Tunneling Protocol，GTP)是基于互联网协议/用户数据报协议(internet protocol/user datagram protocol，IP/UDP)的协议，其可以用于在全球移动通信系统(Global System for Mobile Communication，GSM)、通用移动电信系统(Universal Mobile Telecommunications System，UMTS)和3GPP长期演进(Long TermEvolution，LTE)核心网络之间承载隧道专用信令流量。GTP协议通过维护通过其传输用户包的恒定IP地址或隧道来实现用户设备(user equipment，UE)移动性，而不管UE位置如何。虚拟网络端点之间的多个隧道可以通过GTP协议来指定，以定制同一UE或订户可用的服务。
GTP-U是简单的基于IP的GTP协议形式，其使得能够跨越从虚拟网络端点之间的多个可用隧道中选择的隧道来传输用户流量。在LTE中，用户IP封装包在沿着演进的通用地面无线电接入网络(evolved Universal Terrestrial Radio Access Network，eUTRAN)控制平面的上行链路路径隧道中被传输到演进的NodeB(evolved NodeB，eNodeB)基站。在eNodeB处，包附加有指定隧道端点标识符(Tunnel Endpoint Identifier，TEID)的UDP头，隧道端点标识符指定将通过根据所需服务转发虚拟网络包内的哪个用户平面(userplane，UP)隧道。也可以沿着终止于eNodeB基站的下行链路隧道路径采用沿着虚拟网络端点之间的TEID限定的隧道来封装和传输用户包的类似过程。然而，随着提供的装置和服务数目的增加，需要一种更灵活的方法。
因此，需要一种用于在涉及每节点级隧道的无线通信网络例如所提出的5G网络中有效地传输数据的消除或减轻了现有技术的一个或更多个限制的方法和设备。
提供该背景信息是为了揭示申请人认为可能与本发明有关的信息。不旨在允许或不应解释为任何前述信息构成对抗本发明的现有技术。
发明内容
本发明的实施方式的目的是提供一种用于在涉及每节点级隧道的无线通信网络例如所提出的5G网络中有效地传输数据的方法和设备。
根据可以与前述实施方式组合的本发明的实施方式，提供了一种用于在通信网络中提供节点级隧道的方法。该方法可以由在通信网络中操作的会话管理功能或包括处理器、存储器和网络接口的相应设备来执行。该方法包括从策略功能接收策略信息。该方法还包括基于所接收的策略信息来建立节点级隧道。在通过会话管理功能接收涉及用户设备(UserEquipment，UE)的会话请求之前建立节点级隧道，会话请求使用节点级隧道来容纳。
根据可以与前述实施方式组合的本发明的实施方式，提供了一种在通信网络中操作的会话管理功能。会话管理功能可以体现在等效的网络设备中。会话管理功能使用处理器、存储器和网络接口来操作。会话管理功能被配置成经由网络接口从策略功能接收策略信息。会话管理功能还被配置成基于所接收的策略信息经由通过网络接口传输的指令来建立通信网络中的节点级隧道。在通过会话管理功能接收涉及用户设备(UE)的会话请求之前建立节点级隧道，会话请求使用节点级隧道来容纳。
根据可以与前述实施方式组合的本发明的实施方式，节点级隧道可以基于逻辑网络配置信息、与UE有关的存储信息或两者来配置。将节点级隧道与UE上下文信息相关联可以在接入节点请求时执行，并且可以包括向接入节点传送上下文信息。将节点级隧道与UE上下文信息相关联可以包括：基于策略信息和其他信息例如由接入网络节点提供的选择辅助信息来选择多个预先配置的节点级隧道中的一个作为节点级隧道。
在可以与前述实施方式组合的一些实施方式中，会话管理功能可以基于策略信息将一个或更多个数据流、会话和UE预分配给包括节点级隧道的多个节点级隧道中之一。
在可以与前述实施方式组合的一些实施方式中，策略信息包括以下中的一个或更多个：UE的服务质量(Quality of Service，QoS)信息；UE的计费策略；UE的流量路由策略；节点级隧道要容纳的最大比特率；具有由节点级隧道承载的流量的UE的最大数目；对要由节点级隧道服务的装置的类型的指定；以及对要由节点级隧道服务的服务的类型的指示。
在可以与前述实施方式组合的一些实施方式中，策略指示：当在节点级隧道的出口节点处发生拥塞时，在节点级隧道的入口节点处，包将被丢弃，会话管理功能还被配置成响应于出口节点处的拥塞而指示入口节点丢弃包。
在可以与前述实施方式组合的一些实施方式中，节点级隧道由通过预定特性限定并且包括少于全部UE的一组UE共享，或者预先配置的节点级隧道用于向UE提供特定服务，该服务属于由预定特性限定的并且包括少于全部可用服务的一组服务。
根据可以与前述实施方式组合的本发明的实施方式，提供了一种用于将用户设备(UE)连接到网络的方法。该方法包括通过接入网络节点：从UE接收附接请求，该附接请求包括目的地包数据网络信息；获取与该UE对应的UE上下文(也称为上下文信息)和附接请求；以及向UE传送附接完成消息，附接完成消息包括UE在执行以下中的一者或两者时使用的无线资源配置：传送上行链路数据；以及接收下行链路数据。
在可以与前述实施方式组合的一些实施方式中，通过将所接收的附接请求与接入网络节点可用的上下文信息进行匹配来获得UE上下文。接入网络节点可以包括存储上下文信息的存储装置或耦接到存储上下文信息的存储装置。存储装置可以是本地的或专用于接入网络节点。接入网络节点被配置成首先检查该存储装置并且在可用的情况下从其中检索上下文信息。另外地，接入节点可以与其他网络节点交互以创建和/或获得上下文信息，于是上下文信息也被存储在存储装置中。稍后可以响应于触发条件来删除上下文信息。
在可以与前述实施方式组合的一些实施方式中，该方法还包括在接收附接请求之前：在接入节点处建立和维持(存储)上下文信息，以及预先配置与UE相关联的用于上行链路通信、下行链路通信或两者的节点级隧道。节点级隧道可以由多个UE例如同时、随时间或两者来使用。
在可以与前述实施方式组合的一些实施方式中，UE上下文由还执行以下步骤的接入网络节点获得：向网络上可用的控制平面功能传送附接请求消息；接收来自控制平面功能的请求以针对与附接请求对应的会话建立资源、获取运营商策略信息或两者，并且建立相应的会话资源；以及从控制平面功能接收附接完成消息。
在可以与前述实施方式组合的一些实施方式中，接入网络节点还将接收的上下文信息维持在接入网络节点可用的数据存储中。
在可以与前述实施方式组合的一些实施方式中，接入网络节点还从网络上可用的控制平面功能接收由与控制平面功能和网络管理通信的策略功能提供的UE上下文移除标准；并且，如果满足UE上下文移除标准，则该方法还包括从网络接入节点可用的数据存储中移除UE上下文。
在可以与前述实施方式组合的一些实施方式中，UE上下文移除标准包括以下中的至少一个：在超时时段已经到期之后，没有接收与附件相关联的任何上行链路或下行链路PDU；并且从控制平面功能接收更新的UE上下文消息。
根据可以与前述实施方式组合的本发明的实施方式，提供了一种用于支持无线通信网络中的通信的方法。该方法包括：使用在无线通信网络内操作的策略功能对用于在无线通信网络的成对的网络功能之间传送多个类型的流量的节点级隧道施加约束。
根据可以与前述实施方式组合的本发明的实施方式，提供了一种用于处理无线通信网络中的移动发起的包数据流量的方法。该方法包括：从用户设备(UE)接收在无线电通道上的接入网(access network，AN)节点处的上行链路协议数据单元(protocol dataunit，PDU)包；以及根据节点级隧道格式封装PDU包，并且经由预先配置的上行链路隧道向用户平面功能(user plane function，UPF)转发封装的PDU包。
在可以与前述实施方式组合的一些实施方式中，在接收到PDU包时，用户平面功能根据与包相关联的用户平面UE上下文来处理包。
可以与前述实施方式组合的一些实施方式还包括：通过用户平面功能(UPF)接收UE的下行链路包；从用户平面UE上下文来确定朝向接入网络节点的预先配置的下行链路隧道，并且经由下行链路隧道转发下行链路包。
根据可以与前述实施方式组合的本发明的实施方式，提供了一种用于处理无线通信网络中的移动终止的包数据流量的方法。该方法包括：接收无线通信网络中的用户平面功能(UPF)处的下行链路协议数据单元(PDU)包；根据存储的用户平面用户设备(UE)上下文通过用户平面功能(UPF)来处理下行链路PDU包；以及通过用户平面功能(UPF)封装下行链路PDU包并且根据UE上下文经由预先配置的节点级隧道向接入网络节点转发封装的下行链路PDU包。
可以与前述实施方式组合的一些实施方式还包括通过接入节点：根据存储的UE上下文和根据封装提供的隧道头信息来处理封装的下行链路PDU包；以及向UE转发下行链路PDU包。
可以与前述实施方式组合的一些实施方式还包括：通过接入节点从UE接收上行链路PDU包；根据存储的UE上下文来处理上行链路PDU包；并且根据存储的UE上下文经由预先配置的节点级隧道来封装和转发上行链路PDU包。
可以与前述实施方式组合的一些实施方式还包括：通过用户平面功能(UPF)从接入节点接收封装的上行链路PDU包；根据存储的UE上下文来处理封装的上行链路PDU包；移除封装的上行链路PDU包的封装头；以及转发上行链路PDU包。
根据可以与前述实施方式组合的本发明的实施方式，提供了一种无线通信网络的接入节点，该接入节点包括无线通信接口、网络接口、微处理器和存储器。接入节点被配置成：经由无线通信接口从UE接收附接请求，附接请求包括目的地包数据网络信息；获得与该UE对应的UE上下文和附接请求；经由无线通信接口向UE传送附接完成消息，附接完成消息包括UE在执行以下中的一个或两个时使用的无线资源配置：传送上行链路数据；以及接收下行链路数据。
根据可以与前述实施方式组合的本发明的实施方式，提供了一种在无线通信网络中实现策略功能的设备，该设备包括网络接口、微处理器和存储器。策略功能被配置成对用于在无线通信网络的成对的网络功能之间传送多个类型的流量的节点级隧道施加约束。隧道可以被约束为仅承载某些流量。此外，可以提供同一对节点之间的多个节点级隧道，每个隧道被约束为承载不同的流量。
节点级隧道可以被预先配置以从可以具有某些QoS要求的一组用户传送不同的流量类型。在两个网络功能之间，可以存在用于不同组用户或不同流量类型的多个节点级隧道。可以与前述实施方式组合的本发明的实施方式包括节点级隧道，该节点级隧道提供灵活的包传送，同时简化某些类型的UE例如固定装置或来自一组用户的某些类型的流量或某些服务的流量的会话建立过程。
根据可以与前述实施方式组合的本发明的实施方式，提供了一种无线通信网络的接入节点，该接入节点包括无线通信接口、网络接口、处理器(例如微处理器)和存储器。接入节点被配置成：经由无线通信接口从用户设备(UE)接收在无线电通道上的接入网络节点处的上行链路协议数据单元(PDU)包；根据节点级隧道格式封装PDU包；并且经由预先配置的上行链路隧道向用户平面功能(UPF)转发封装的PDU包。
根据可以与前述实施方式组合的本发明的实施方式，提供了一种实现无线通信网络中的用户平面功能(UPF)的设备，该设备包括网络接口、微处理器和存储器。该设备被配置成：经由网络接口接收下行链路协议数据单元(PDU)包；根据存储的用户平面用户设备(UE)上下文来处理下行链路PDU包；通过用户平面功能(UPF)封装下行链路PDU包；并且，根据UE上下文经由预先配置的节点级隧道经由网络接口向接入网络节点转发封装的下行链路PDU包。
可以与前述实施方式组合的本发明的各方面提供了一种用于基于虚拟网络隧道处理包的定制服务的系统和方法。根据本发明的一方面，提供了一种用于通过根据服务封装包并且通过虚拟网络隧道传输包来促进数据包流量转发的系统、设备和方法。不同类型的隧道可以用于支持不同类型的数据流(例如视频流、语音流)或服务(例如亚马逊云服务)或UE组(例如物联网(Internet of Thing，IoT)电力装置)或用户组(例如具有相同服务级别协议的用户)。封装头可以被定制成识别隧道的类型。一些实施方式可以与GTP-U协议一起使用以识别隧道类型。其他实施方式可以与其他(或可能的)新协议一起使用。
附图说明
通过以下结合附图的详细描述，本发明的其他特征和优点将变得明显，在附图中：
图1示出了根据现有技术的包结构。
图2示出了根据现有技术的其中固定UE和移动UE经由接入网络(access network，AN)节点连接到网络的无线通信网络的一部分。
图3示出了根据本发明的实施方式的网络架构。
图4示出了根据本发明的实施方式的用于通过AN节点级隧道将UE附接到网络的一般UE附接和会话建立过程。
图5示出了根据本发明的另一实施方式的用于通过AN节点级隧道将UE附接到网络的一般UE附接和会话建立过程。
图6示出了根据本发明的实施方式的用于处理移动发起(mobile-originated，MO)流量的过程。
图7示出了根据本发明的实施方式的用于处理移动终止(mobile-terminated，MT)流量的过程。
图8示出了根据本发明的实施方式的用于将UE连接(附接)到网络的方法。
图9示出了根据本发明的实施方式的用于处理经由通信网络接收的包的操作。
图10示出了根据本发明的实施方式的用于传输经由通信网络接收的包的操作。
图11示出了示例LTE数据(或用户)平面协议。
图12示出了GTP-U包的示例。
图13是GTP-U L4隧道封装头中承载的信息表。
图14示出了根据本发明的实施方式的隧道包格式的示例。
图15和图16示出了根据本发明的实施方式的紧凑封装头的两种不同格式。
图17示出了根据本发明的实施方式的示例网络。
图18A和图18B示出了根据本发明的实施方式提供的网络节点。
图19示出了根据本发明的实施方式的示例处理系统。
图20示出了根据本发明的实施方式的用于处理包的方法。
图21示出了根据本发明的实施方式的用于在通信网络中提供节点级隧道的方法。
图22示出了根据本发明的实施方式的用于在通信网络中提供节点级隧道的设备。
图23示出了根据本发明的另一实施方式的用于在通信网络中提供节点级隧道的方法。
图24示出了根据本发明的另一实施方式的用于在通信网络中提供节点级隧道的设备。
应注意，在全部附图中，相同的特征由相同的附图标记来标识。
具体实施方式
如本文所使用的，术语“用户设备”(UE)用于清楚的目的。然而，UE可以指代如下各种装置中的一个：在本文中通常称为术语“移动装置”并且包括移动站、终端或节点、固定装置或稳定装置、站、终端或节点、人类型通信装置、机器类型通信(machine-typecommunication，MTC)装置、物联网(IoT)装置或者经由无线通信与无线电接入节点通信的其他无线端节点。本领域技术人员将理解，移动装置是被设计成连接到移动网络的装置。该连接通常利用到接入节点的无线连接。尽管移动网络被设计成支持移动性，但是移动装置本身不必是移动的。诸如计量装置(例如智能仪表)的一些移动装置可以不能够具有移动性，但是仍然利用移动网络。
参考通信网络，物理网络配置由物理节点和连接物理节点的物理链路描述。根据各种实施方式，每个物理节点具有多个输入端口和输出端口。物理链路将物理节点的输出端口连接到其他物理节点的输入端口。物理节点至少具有以下参数：可以同时支持的多个流、输入端口和输出端口的数目、可以通过物理节点传送的每单位时间的总平均比特率以及每单位时间的总平均包速率、以及地理位置。每个端口至少具有以下参数：每单位时间的比特率和每单位时间的包速率以及缓冲区大小。物理链路至少具有以下参数：介质类型(例如光缆或微波)、每单位时间的比特率、每单位时间的包速率以及每数据单元的传输成本。每个物理节点具有标识符号(identifier number，ID)，其可以是例如IP地址。每个端口还具有端口ID。逻辑链路可以具有单值ID，或者逻辑链路可以由例如具有以下形式的元组标识：<源ID，源端口ID，目的地ID，目的地端口ID>。
仍然参考通信网络，逻辑网络配置提供物理网络的抽象。逻辑网络由逻辑节点和连接逻辑节点的逻辑链路描述。逻辑节点可以驻留在物理网络节点中，或者驻留在包括多个物理网络节点的数据中心中。逻辑节点可以具有多个端口以连接到其他逻辑节点。逻辑链路将逻辑节点的端口连接到另一逻辑节点的另一端口。逻辑链路可以包括提供托管逻辑节点的两个物理网络节点之间的连接的多个物理链路。每个逻辑节点至少具有以下参数：每单位时间的平均比特率、每单位时间的平均包速率、可以同时支持的流的数目、输入端口和输出端口的数目、以及地理位置。每个端口至少具有以下参数：每单位时间的比特率、每单位时间的包速率和缓冲区大小。逻辑链路至少具有以下参数：每单位时间的平均比特率、每单位时间的平均包速率、可以同时支持的流的数目、以及每数据单元的传输成本。每个逻辑节点具有标识符号(ID)，其可以是例如IP地址。每个端口也具有ID。逻辑链路可以具有单值ID，或者逻辑链路可以由例如具有以下形式的元组标识：<源ID，源端口ID，目的地ID，目的地端口ID>。
逻辑节点可以托管某些网络功能，例如控制平面(control plane，CP)中的控制功能、核心网络(core network，CN)中的用户平面(UP)的包处理功能、或无线电节点功能。
例如，移动网络的逻辑网络可以包括网络的核心网络部分中的UP功能和网络的接入网络(AN)节点功能部分，例如无线电接入网络(radio access network，RAN)。可以为UP功能和AN节点设置逻辑链路。UPF可以连接到有限数目的AN节点。例如，UPF的服务区域可以被限定为在逻辑网络配置中逻辑连接到UPF的AN节点的集合。SMF可以经由来自网络管理的配置接收UPF的服务区域的指示。
物理网络可以被划分成多个网络切片。每个网络切片可以通过以下中的一者或两者来描述：逻辑网络配置；和物理网络配置。
在TR 23.799中描述了节点级隧道模型。在该隧道模型中，存在用于至少一些对的网络功能(network function，NF)之间的全部流量的公共隧道。例如，可以在核心网络(CN)中的无线电接入(radio access，RA)节点和用户平面(UP)功能之间或CN中的两个UP功能之间建立公共隧道。可以通过策略功能施加对公共隧道的进一步约束。例如，公共隧道可以用于特定网络切片、或一组用户、或特定流量类型、或特定服务。根据本发明的实施方式，到多个UE的流量或来自多个UE的流量可以经过共享节点级隧道。一旦配置了共享节点级隧道，在由隧道服务的地理区域中新操作的UE(例如，由于移动性或新操作)可以开始使用预先配置的隧道。这可以响应于附接请求来执行。
在现有节点级隧道解决方案中，不存在经由隧道传送的外部IP头或包的封装头内的协议数据单元(PDU)会话的标识。替代地，端点使用最终用户PDU中的信息来标识会话。，这样的信息可以是例如PDU类型IP的情况下的UE IP地址。此外，在一个接入网络(accessnetwork，AN)节点与访问多个数据网络(data network，DN)的一个UP连接的情况下，AN和UP功能之间可以存在每节点每DN的隧道。此外，对于PDU类型IP，基于UE IP地址来识别PDU会话流量。这要求UE IP地址在一个DN中是唯一的，以允许明确的流量识别。此外，可以需要或可以不需要封装头，例如以承载用于服务质量(QoS)目的的标识符。此外，在网络节点或网络功能(例如UP功能)支持多个IP地址的情况下，可以需要用信号通知隧道端点地址，以便将流量引导到节点或功能的正确IP地址。例如，这种信令可以用于支持负载平衡。此外，最终用户有效载荷层可以与传输层分离，以允许传输层中的不同技术。
进一步针对现有节点级隧道解决方案，对于一个AN节点，可以存在连接到不同用户平面网关(gateway，GW)的多个隧道。节点级隧道可以应用于静止的并且因此不移动的UE。因此，运营商可以经由配置确保将一个DN内的非重叠IP地址分配给属于相同的节点级隧道(例如经由相同的节点级隧道服务)的UE。
图1示出了如TR 23.799的第6.4.11节中描述的包100的结构。该结构说明了每个目的地配置使用一个隧道。包100包括传输层头，传输层头包括L1/L2头105和外部IP头110以及封装头115。可以基于对等目的地或节点来选择外部IP头110。封装头115可以不是PDU会话标识所必需的，但是可以需要承载QoS标记。包100包括用户数据，用户数据包括PDU头120和PDU有效载荷125。在一些实施方式中，封装头115可以由(例如3GPP)网络功能添加，并且由网络的各种节点例如UP功能、AN节点等读取。还可以通过网络功能添加或修改诸如L1/L2头和外部IP头110的其他头。
根据本发明的实施方式，图1中的每目的地一个隧道配置可以利用每组用户的每目的地一个隧道或者每组服务的每目的地一个隧道的配置来替换。可以使用相同的通用包结构。如此，多个隧道可以与同一目的地节点相关联，每个隧道承载与不同组的用户、服务或一组服务对应的流量。
图2示出了如其中固定UE 205和移动UE 207经由AN节点215-1 215-2连接到网络的TR 23.799的第6.4.11节中描述的无线通信网络的一部分。移动UE被示出在初始第一位置210a中以及随后的第二位置210b中。AN节点经由传输网络225连接到UP功能220。AN节点215-1 215-2和UP功能220由相应的控制平面(CP)功能225控制。当移动UE 207从第一位置210a移动到第二位置210b时，CP功能225可操作以将UP功能220从第一节点215-1重定向到第二AN节点215-2。注意，可以提供多个UP功能220并且例如经由N9接口通信地耦接。UP功能220可以执行例如但不限于包网关或服务网关操作的操作。
例如，UE可以安装在车辆中并且被配置成将其位置或其他信息报告给应用服务器以进行快速管理。当前连接的接入节点和适当的UP功能之间的聚合节点级隧道可以用于支持该通信。
本发明的实施方式提供了一种用于支持网络上的客户服务传送的方法和系统。本发明的实施方式提供了一种用于在5G无线通信网络中实现与节点级隧道协议一起使用的数据传输过程的方法和设备。该方法和系统采用网络切片来向与网络连接的UE提供对客户服务的访问。网络切片概念已经被无线电信行业所接受。如本文所使用的，“切片”是已经被分配给服务或一组服务的一组网络资源(云资源、物理连接资源、无线频谱资源、电信设备资源(接入单元))。创建的切片也可以称为虚拟网络(virtual network，VN)，并且这些术语在本文中可以互换使用。如本文所使用的，术语“服务”用于指代提供集中点以接收或向连接的UE传输数据流量的实体。举例来说，商业客户可以向订阅UE提供数据流量(例如点播视频或音频)的传送。在操作中，多个UE将寻求连接到商业客户的服务器以下载数据流量。
本发明的实施方式有助于切片感知服务流量传送或“随上随下(Hop-On)”流量传送。可以将“随上随下”流量传送系统和方法与随上随下具有预定观光路线的旅游巴士的旅行者进行比较。旅行者可以选择加入或离开旅游巴士，而无需在初次进入巴士后进行任何额外的设置或协调。在涉及VN流量传送的本发明的各种实施方式中，对服务的访问不需要每UE每会话建立，并且不需要UE和服务提供商之间的端到端连接建立。各种实施方式避免按需会话建立，因为会话有效地“预先存在”为在网络上建立的VN切片。VN切片由网络上配置的预先限定的VN拓扑支持。UE仅需要协商其从可以在局部级别发生的切片的进入或退出。切片访问点和服务提供商之间的连接由管理切片的控制功能建立和维持。
这种随上随下方案有助于VN隧道上的基于每服务的服务传送的管理。在一些实施方式中，全部物理网络节点都将一个服务的全部流量视为相同的，并且除了在访问链路中之外，不需要区分UE。全部每UE/每会话建立相关的开销(远程配置)和延迟被移除，并且网络中不需要每UE“会话连接上下文”。
在一些实施方式中，在UE登记到网络和UP切片之后，所需的唯一需要的UE特定上下文是UE的位置(即该UE的当前锚点-在VN节点处)、活动状态和允许在需要时随上随下和访问客户服务的已登记的UP切片。
本发明的实施方式提供了用于支持以下中的一者或组合的相对简单和有效的信令过程：不同类型的UE；和不同类型的服务。特别地，提供了用于将UE附接到网络、执行会话建立以及传输以下中的一者或两者的简化信令过程：上行链路数据；以及下行链路数据。
根据本发明的实施方式，节点级隧道可以用于承载至少两个级别的流量。例如，请求可以被承载在与服务相同的隧道中。更特别地，响应于这些请求而做出的数据请求和数据传输两者都可以经由同一隧道传输。可以预先配置隧道，使得UE请求被承载在预先配置的隧道上。
在各种实施方式中，在每个隧道中不同地处理不同类型的流量例如承载视频或语音数据的流量。
本发明的实施方式提供了一种对成对的网络节点或网络功能(NF)之间的某些类型的流量(而不是对全部流量使用公共隧道)建立公共隧道的方法和设备。在一些实施方式中，可以在每一对网络节点或网络功能之间建立用于某些类型的流量的公共隧道。此外，策略功能可以在公共节点级隧道上施加约束。例如，节点级隧道可以用于特定片、或一组用户、或特定流量类型、或特定服务。
如TR 23.799中所描述的，当UE附接到网络或建立到一个DN的PDU会话时，控制平面(CP)授权功能(control plane authorization function，CP-AU)授权UE类型(例如，固定的无线UE类型)并且识别AN节点级隧道是否适用。如果是，则CP基于诸如DN名称、隧道端点信息(例如UP IP地址)或由AN提供的AN节点ID的信息来确定PDU会话的对应隧道。
现在，根据本发明的实施方式，所提供的UE上下文被存储在AN处的存储器(即存储装置)中，或者被存储在AN可访问的远程存储器位置中。当UE发起后续上行链路传输时，AN被配置成验证UE上下文并且向预先配置的节点级隧道转发UE数据。当上下文被存储在AN可访问的远程存储器位置中时，远程存储器可以是分布式AN的一部分，或者是专用数据存储装置例如数据中心中的装置，其始终与AN相关联并且通信地耦接到AN。
图3示出了根据本发明的实施方式提供的网络架构。实体之间的通信接口由标记为NGx的下一代接口提供，其中x是可变标记值，如图所示。策略功能和其他实体之间的通信接口由标记为NPx的下一代接口提供，其中x也是可变标记值，如图所示。该架构的特别值得注意的方面是在策略功能340和网络管理功能350之间存在接口NP5。该配置允许通过策略功能进行网络管理接口。因此，策略功能340可以用于配置节点级隧道。
为了完整描述，图3还示出了以下。UE 305经由接口NG1-U耦接到接入网络(AN)310并且经由接口NG1耦接到控制平面(CP)315。CP 315包括移动性管理功能(mobilitymanagement function，MM)317、授权功能(authorization function，AU)318和会话管理功能(session management function，SM)319。AN 310经由接口NG2耦接到CP。用户平面(UP)功能(user plane function，UPF)320(例如网关)经由接口NG3耦接到AN 310并且经由接口NG4耦接到CP 315。包数据网络325经由接口NG6耦接到UP功能320。策略功能340经由接口NP2耦接到CP 315，经由接口NP3耦接到应用服务器(application server，AS)330，并且经由接口NP1耦接到用户数据库335。AS 330经由接口NG5耦接到CP 315。
在一些实施方式中，CP功能315(包括CP-MM 316、CP-AU 317和CP-SM 318)可以与控制平面中的其他功能或资源例如用户数据库335通信地耦接。诸如以下文件中描述的基于服务的接口可以被用于促进该通信：3GPP文件TS 23.501“SystemArchitecture for 5GSystem”，版本1.2.0，2017年7月26日，或3GPP TS23.502“Procedures for the 5Gsystem”，版本0.6.0，2017年8月17日。
在一些实施方式中，当创建节点级隧道时，CP-SM 318可以从用户数据库335获得UE信息。UE信息可以包括例如预先配置的网络切片信息。该信息可以用于在AN 310处建立UE上下文。基于从UE 305发送的网络切片信息(例如在附接或登记请求中)，AN 310可以将UE 305分配给特定节点级隧道。
本发明的实施方式为节点级隧道提供三个级别的流量管理。值得注意的是，根据本发明的实施方式提供了下面描述的节点级管理例程，以允许每节点级隧道策略控制。
在第一级处，提供了网络切片级管理。网络切片级管理可以由网络管理(networkmanagement，NM)功能提供。NM功能为网络切片提供初始网络资源。NM功能还监视网络切片的资源使用并且以长期(例如，在数周或月的时间尺度上)为基础将网络资源分配调整到网络切片。NM功能可以向策略功能提供网络资源分配的指示。
在第二级处，节点级隧道由策略功能管理。对于由NM功能分配的给定网络资源，策略功能被配置成提供旨在动态地将流量流分配到节点级隧道以及用于不同时间例如一天中的不同时间的不同的无线电接入技术(radio access technology，RAT)(以及可选地不同的无线电接入网络)的策略决定数据。当前版本的TR 23.799中未描述该第二级，并且该第二级允许策略功能基于每节点级隧道来管理流量。
在第三级处，PDU级和UE级管理由控制平面会话管理(control plane sessionmanagement，CP-SM)功能执行。CP-SM根据策略功能设置的策略将个人流量、会话和UE中的一些或全部分配给节点级隧道。在来自UE的任何新会话请求到达之前，CP-SM可以基于从策略功能获得的策略来建立节点级隧道。
因此，本发明的实施方式提供驻留在控制平面中的会话管理功能，控制平面从策略功能接收策略信息，并且在接收(在会话管理功能处)来自UE的请求之前基于所接收的策略信息建立和配置节点级隧道，例如使用节点级隧道容纳的新会话请求或其他请求。会话管理功能可以基于来自其他节点的各种信息例如从网络管理功能接收的逻辑网络配置信息来配置节点级隧道。下面更详细地解释这些。
再次参照图3，策略功能340从各种网络功能(经由各种下一代接口)接收信息，并使用所接收的信息来为节点级隧道做出策略决定。可以根据提供给策略功能的预定的一组规则来计算地生成策略决定。来自各种节点或功能的接收信息的示例被描述如下。
策略功能可以经由包括NG2接口和NP2接口的路径从AN节点接收以下信息中的一些或全部：实时流量负荷报告；并且可选地，需要特殊处理的某些流量流的拥塞级别，例如为了支持高峰值速率或高平均速率或非常短的包延迟要求。流量负荷报告可以指示全部流的总流量负荷，或者由于某些服务例如来自内容提供商的视频流流导致的流量负荷。
策略功能可以经由包括NG4接口和NP2接口(其中NPx接口如图3所示)的路径从UP功能接收以下信息：实时流量负荷报告；需要特殊处理的某些流量流的拥塞级别，例如为了支持高峰值速率、或高平均速率或非常短的包延迟要求；和处理UP功能的负荷(例如计算和存储资源使用)。流量负荷报告可以指示全部流的总流量负荷、或者由于某些服务的流例如来自内容提供商的视频流流导致的流量负荷。
策略功能可以通过NP5接口从网络管理功能接收以下信息：逻辑网络配置，其包括网络功能(AN节点和UP节点)之间的逻辑链路的容量的细节；逻辑链路容量的相互依赖；网络功能的处理能力；和逻辑链路和网络节点上的传输成本。策略功能还可以从网络管理功能(通过NP5接口)接收关于以下中的一者或两者的信息：逻辑网络拓扑；和物理网络拓扑。策略功能可以被配置成优化用于以下的策略：UP功能和不同RAT的不同AN节点之间的流量导向(例如从UP功能到AN节点)、用于数据流的QoS设置、以及用于基于此信息的网络中的流和网络节点的拥塞管理。
用户数据库和CP-SM还可以具有以下中的一者或两者的指示：逻辑网络配置；和物理网络配置，物理网络配置从网络管理功能发送并且由用户数据库、CP-SM或两者接收。在这种情况下，策略功能可以分别经由NP1或NP2从用户数据库或CP-SM功能检索逻辑网络配置。策略功能可以经由NP3接口从AS接收以下信息：装置类型；装置的地理分布；流量特性(例如数据速率和会话到达时间的分布)；以及流量的QoS要求(例如平均比特率、最大比特率、包延迟要求)。
在一些实施方式中，网络数据可以被存储在网络中并且被提供给以下中的一个或更多个：策略功能、AN节点和CP-SM。网络数据可以被存储在用户数据库中。网络数据可以被存储在唯一数据管理(Unique Data Management，UDM)功能中，唯一数据管理功能存储以下中的一些或全部：用户订阅数据、策略数据(例如QoS策略和计费策略的指示)、网络数据和会话相关信息(例如IMSI与UE的IP地址之间的映射)。UDM功能可以是用户数据库的一部分。
策略功能可以经由NP1接口从用户数据库接收以下信息：到AN节点的附接UE的实际数目。该信息可以与最初基于估计提供的AS功能提供的数据不同。
根据本发明的实施方式，策略功能被配置成对以下执行策略优化即策略更新：AN节点和用于UP功能中的负荷平衡、无线电接入网络中的流量导向和QoS设置(例如每个节点级隧道的速率限制)的UP功能之间的流量路由。此外，策略功能被配置成向CP-SM功能通知所做出的策略决定。下面给出了这种策略决定的四个示例。
第一示例策略决定是节点级隧道的最大比特率。根据公平资源使用策略，可以设置节点级隧道的最大比特率。如果已经达到最大比特率，则特定流的一些包可以被丢弃。
第二示例策略决定是要服务的装置类型与用于服务装置类型的节点级隧道之间的指定。例如，由特定AN节点服务的一组电力计量IoT装置可以由特定节点级隧道服务。另一示例是指定要由另一特定节点级隧道服务的智能电话。
第三示例策略决定是由特定节点级隧道服务的服务类型的指示。例如，与YouTube服务器或提供特定服务或服务类型的其他服务器连接的会话的全部流量可以由指定的节点级隧道承载。作为另一示例，由第三方发起的全部数据会话可以通过另一指定的节点级隧道来承载。
第四示例策略决定是具有由节点级隧道承载的流量的UE的最大数目的指示。例如，根据网络功能的处理能力，可以将会话数目或UE数目设置为限制。在其他示例中，根据网络功能的处理能力，可以将会话的最大数目或UE的最大数目设置为预定限制。
本发明的实施方式被配置成通过其中一些会话的包被随机或选择性地丢弃的机制来执行拥塞处理。对于随机包丢弃，可以基于其封装头中的QoS信息来丢弃包。对于选择性包丢弃，可以基于封装头中的QoS信息以及可选地基于与该PDU会话对应的UE会话的QoS来丢弃包。在一些方面，可以通过从PDU会话的标识中识别UE会话来选择性地应用每UE包丢弃。例如，IP连接的PDU会话可以由PDU头信息中的IP头例如源和目的地的IP地址、源和目的地的端口号以及流量类型来识别。
此外，在一些实施方式中，可以特别地在节点级隧道的入口处应用随机或选择性包丢弃。这可以帮助防止源或目的地隧道端点处的拥塞。在这种情况下，可以在隧道入口处进行包到用户对应的标识。这与在拥塞瓶颈处丢弃数据包形成对比。当要丢弃包时，尽早丢弃包可以缓解网络拥塞。在一些实施方式中，诸如包丢弃决定的拥塞处理操作可以在隧道目的地(例如在下行链路隧道的情况下的接入节点)处执行，但是包可以在隧道入口(例如UPF)处被丢弃。
此外，在一些实施方式中，处理拥塞控制或体验或实施最大比特率的网络节点被配置成向另一节点级隧道转发输入包。可以选择其他节点级隧道作为承载较少流量的节点级隧道或者作为目的地节点不拥塞或较少拥塞的节点级隧道。
本发明的实施方式提供了UE附接和会话建立方法和设备。下面详细描述该方法，而该设备包括以特定方式配置的一个或更多个网络节点或功能，以执行所描述的方法操作。在一些实施方式中，UE附接和会话建立两者都可以在组合过程中执行，以限制信令开销。
当UE要连接到网络时，UE发起网络附接过程。在附接过程之后，UE可以传输新的会话请求。本发明的实施方式提供其中将两个过程组合在一起的组合的网络附接过程和会话建立过程。这简化了对某些类型的UE和某些类型的服务的信令要求。
图4示出了根据本发明的实施方式的用于通过AN节点级隧道将UE附接到网络的一般UE网络附接和会话建立过程。在可替选的实施方式中，该过程可以被描述为UE请求发送UL数据或接收DL数据的处理。该UE请求可以将附接和会话建立过程组合。该过程被描述如下。
UE 305向AN节点传送附接请求消息355。在与附接请求相关联的信令中指示UE类型。在这方面，信令与无线电资源控制(radio resource control，RRC)消息相当。
AN节点310可以识别UE类型并且将节点级隧道选择辅助信息合并到附接请求消息中。例如，这种辅助信息可以包括隧道端点IP地址或AN节点ID。然后，AN节点310向CP-MM功能316传送(可能修改的)附接请求消息360。CP-MM 316与CP-AU功能317通信以处理与UE附接请求有关的认证操作。
接下来，执行认证操作365。作为认证操作365的一部分，CP-AU 317验证用户数据库中的UE和用户订阅数据例如UE类型，以便认证UE 305。CP-AU功能317和UE可以执行相互认证操作。如果相互认证成功，则CP-AU 317可以将全局唯一临时标识符(globally uniquetemporary identifier，GUTI)分配给UE 305。之后，CP-AU 317基于用户订阅数据来验证会话请求。例如，在智能电话装置的情况下，会话请求可以是对宽带数据传输的请求。如果用户订阅包括宽带数据传输服务，则UE 305将被授权使用该服务。
接下来，在成功认证和授权之后，CP-AU 317向CP-SM 318传送创建会话请求消息370。如果CP-AU 317和CP-SM 318功能被组合成单个功能，则可以省略该步骤。在另一实施方式中，替代CP-AU 317发送创建会话请求消息370，CP-MM 316可以向CP-SM 318发送创建会话请求消息(即类似于消息370的消息)。这仍然可以在步骤365之后发生。
接下来，CP-SM 318从CP策略功能340获得375运营商策略信息。运营商策略信息用于UE会话建立，例如服务质量(QoS)和计费策略。
接下来，CP-SM 318基于诸如DN名称、由AN 310提供的隧道选择辅助信息和运营商策略信息的可用信息来选择UP功能320。CP-SM 318分配与UP功能320对应的UE会话ID(诸如IP地址)。然后CP-SM 318向AN 310传送资源请求建立消息380，以便请求AN 310以为会话建立资源。该消息包括与UE会话ID相关联的上行链路和下行链路节点级隧道，例如，UE会话ID可以是IP地址。在其他实施方式中，该消息包括以下指示：上行链路节点级隧道和下行链路节点级隧道中的一者或两者、要与例如可以是IP地址的UE会话ID相关联的隧道。
接下来，CP-SM功能318执行与UP功能320相关联的建立/配置操作385，以便建立用户平面。这可以包括提供所分配的UE会话ID(例如IP地址)的通知，指示用于AN 320的隧道，以及指示该会话的相应流量处理策略。如果选择了每节点级隧道，则CP-SM功能318可以重新配置隧道参数，例如但不必限于最大比特率。
在各种实施方式中，CP-SM 318和UP 320功能分别存储UP UE上下文信息。UPUE上下文包括UE会话ID(例如UE的IP地址)及其关联的上行链路和下行链路隧道的映射、用于上行链路和下行链路会话的流量处理策略以及计费信息。
注意，在一些实施方式中，可以基于策略功能设置的触发来移除UP UE上下文。例如，在经过在UP功能处没有接收到上行链路或下行链路PDU的预定时间之后，或者在从CP-SM 318接收到指示移除UE上下文的显式消息时，可以移除UP UE上下文。
接下来，CP-SM 318向CP-MM 316传送创建会话响应消息390。消息390指示UE会话ID(例如IP地址)。如果选择了每节点级隧道，则消息390指示用于上行链路和下行链路(如果需要下行链路流量)流量的分配的节点级隧道。消息390还可以指示流量处理策略。在UE移动性的情况下，消息390还可以指示用于在AN节点310处(或者可能在UP功能320处)更新UE上下文的特定方法。
接下来，CP-MM 316向AN节点传送附接完成消息395。消息395指示UE会话ID(例如IP地址)、以及为上行链路和下行链路(如果需要下行链路流量)流量分配节点级隧道的消息390的内容、以及用于上行链路和下行链路的相关联的流量处理策略。消息395还指示用于在UE移动性的情况下即当UE是移动的并且可能移动到由另一AN服务的不同位置时更新AN节点310处(或者可能在UP功能320处)的UE上下文的方法。
接下来，AN节点310向UE 305传送附接完成消息397。附接完成消息397指示UE 305使用的用于在上行链路中传输数据以及用于在需要下行链路传输的情况下在下行链路中接收数据的无线电资源配置。
AN节点310被配置成基于在所接收的CP-MM附接完成消息395中承载的信息来存储AN UE上下文数据。AN UE上下文可以包括UE ID、用于上行链路和下行链路流量(如果需要下行链路流量)的预先配置的隧道的指示、以及要使用的流量处理策略的指示例如QoS和计费。
注意，在一些实施方式中，AN节点310可以基于由策略功能设置的触发来移除存储的AN UE上下文。触发可以是超时触发，其在经过没有包从UE传输或向UE传输的预定时间之后启动上下文移除。触发可以是指示UE 305不再由AN节点310服务的UE移动性事件。触发可以是用于移除UE上下文的CP-SM 318功能指令。
鉴于以上，应注意，某些实施方式包括至少部分地基于附接请求的内容由接入节点生成选择辅助信息。UE上下文请求消息可以包括选择信息。此外，可以至少部分地基于选择辅助信息来选择供UE使用的预先配置节点级隧道。
图5示出了根据本发明的实施方式的用于通过支持无连接传输的AN节点级隧道将UE 305附接到网络的UE附接和会话建立过程。可替选地，该过程可以被描述为UE请求发送UL数据或接收DL数据的的处理。该UE请求可以组合附接和会话建立过程。图4的过程可以用于支持新的会话请求。对于诸如物联网(IoT)装置的流量的不频繁的数据传输，可以修改图4的过程以减少信令要求。AN节点和UP功能可以在UE 305发起第一附接请求之后存储UE上下文。当UE 305发起后续不频繁的数据传输请求时，AN 310将验证UE上下文并且向预先配置的节点级隧道转发UE数据。
参照图5，UE 305向AN节点310传送附接请求405。附接请求405包括标识要由该UE发送的包的目的地PDN的目的地PDN(packet data network，PND)(包数据网络)信息。AN节点310还利用UE类型信息，UE类型信息可以被包括在附接请求405中或者可以基于与附接请求405相关联的UE标识符而可用于AN节点310。
接下来，AN节点310验证410与在附接请求405中标识的那个UE/UE类型和目的地服务(即目的地PDN)对应的UE上下文是否可用。例如，可以通过将目的地PDN信息和UE标识符/UE类型与在AN节点310可访问的数据存储中维护的UE上下文信息进行匹配来验证UE上下文。如果UE上下文存在，则VN或会话已经为该UE/UE类型和目的地服务建立。因此，可以跳过操作415到445，并且AN节点310可以向UE 305传送附接完成消息450，因为它具有处理与该附接请求405对应的流量的必要信息。UE上下文可以包括：例如UE会话ID/UE类型、用于上行链路和下行链路流量(如果需要下行链路流量)的预先配置隧道的指示、以及流量处理策略。然后，AN节点310可以基于UE上下文来处理UE 305和PDN 325之间的全部接收的流量。
验证410UE上下文信息可以包括基于附接请求的内容来获得UE上下文信息。如果UE上下文信息可以从存储装置中获得(由于其中的先前存储)，则可以从接入节点可用的存储装置中获得UE上下文信息。存储装置可以是存储器装置，例如电子或易失性或非易失性存储器或大容量存储装置。在一些实施方式中，存储装置(例如存储器)被整合到接入节点中。
在一些实施方式中，AN 310中的UE上下文包括至少以下信息：UE ID(国际移动订户身份(International Mobile Subscriber Identity，IMSI)和全球唯一临时ID(Globally Unique Temporary ID，GUTI)中的一者或两者、UE会话ID(例如UE的IP地址和MAC地址中的一者或两者)、UE装置类型、目的地PDN的列表、以及与PDN相关联的上行链路和下行链路节点级隧道对的列表。UE上下文还可以包括：例如，特定于该UE或附接请求的QoS信息(例如包延迟约束和数据速率)、计费信息和安全信息(例如用于上行链路和下行链路中的空中接口包加密的加密密钥)。
接下来，并且当不跳过操作415至445时，附接请求消息415由AN节点310传送到CP(例如到CP-AU 317)以用于认证和资源建立中的至少一个。在一些方面，可以不基于UE上下文或附接请求所涉及的服务来要求认证。在这些方面，AN节点310或CP(例如CP-AU 317)可以操作以确定附接请求是否需要认证。
AN节点310可以识别UE类型并且将节点级隧道选择辅助信息(即隧道端点IP地址、AN节点ID、这些隧道上的当前流量负荷)与传送到CP-MM功能316的附接请求消息415合并在一起。如果与附接请求相关，则CP-MM 316与CP-AU功能317通信以处理UE附接认证。
接下来，如果需要，执行认证操作420，其中CP-AU 317利用用户数据库信息例如UE类型和允许的PDN连接来验证，以便认证UE 305。CP-AU功能317和UE 305执行相互认证操作。如果相互认证成功，则CP-AU 317或CP-MM可以将GUTI分配给UE 305。在那之后，CP-AU317基于用户订阅数据来验证会话请求。例如，在IoT装置的情况下，会话请求可以是对不频繁数据传输的请求。如果用户订阅包括支持不频繁数据传输的适当服务，则UE 305将被授权使用该服务。
接下来，如果允许UE 305发送数据，则CP-AU功能317向CP-SM功能318传送创建会话请求消息425。如果CP-AU和CP-SM功能317、318被整合在单个单元中，例如在由软件实现的单个网络功能中，则可以省略消息425。CP-SM功能318可以响应于消息425而创建会话。
在另一实施方式中，替代CP-AU 317发送创建会话请求消息425，CP-MM 316可在步骤420之后向CP-SM 318发送创建会话请求消息(即类似于消息425的消息)。
接下来，CP-SM功能318经由与CP策略功能340的交互来获得运营商策略信息427。从CP策略功能340获得的运营商策略信息用于UE会话建立。
接下来，CP-SM功能318基于诸如PDN名称、AN提供的隧道选择辅助信息和运营商策略的信息来选择UP功能320(从多个潜在UP功能中)。CP-SM功能318向UE 305分配与UP功能210对应的一个或更多个IP地址或一个或更多个IP前缀。然后CP-SM功能318请求AN 310经由AN资源建立请求消息430为会话建立资源。该消息还包括与UE ID相关联的上行链路和下行链路节点级隧道(例如IP地址或诸如GUTI的其他UE标识符)。
接下来，CP-SM功能318利用UP功能320建立435用户平面(例如用户平面接口)。这可以包括：向UP功能320通知所分配的UE会话ID(诸如分配的IP地址)、指示在上行链路和下行链路方向两者上连接到AN 310的隧道，并且指示会话的相应流量处理策略(例如QoS策略和简档、计费策略)。
隧道ID可以在步骤435中分配，其与要在UE 305和UP功能320之间的通信中使用的隧道对应。隧道可以是由多个UE使用的预先存在的、预先配置的共享隧道，例如预先配置的节点级隧道。隧道可以是在UP功能处具有端点的若干节点级隧道中之一。隧道可以由通过预定特性限定并且包括少于全部UE的一组UE共享。隧道可以专用于提供特定的服务组，包括少于全部可用的服务。在本发明的各种实施方式中，网络可以将UE分配给现有的共享隧道，并且提供共享的隧道ID。
根据UE类型(例如仅支持移动发起连接(Mobile Initiated Connection only，MICO)的UE)和流量类型中的一者或两者，可以不需要下行链路通道。在这种情况下，仅需要将上行链路隧道信息从CP-SM功能318发送到UP功能320，并且由UP功能320接收。
在各种实施方式中，CP-SM和UP功能318、320分别存储UE的相关UP上下文信息。UPUE上下文包括UE ID(例如SUPI、GUTI、IP地址)及其关联的上行链路和下行链路隧道的映射、用于上行链路和下行链路会话的流量处理策略以及计费信息。
在一些实施方式中，可以基于策略功能设置的触发来移除UP UE上下文。这可以例如当在UP功能处没有接收到上行链路或下行链路PDU时或者当从CP-SM 318接收到移除UE上下文的消息时在超时之后执行。
在CP-SM 318完成设置UP路径之后，CP-SM功能318向CP-MM 316发送创建会话响应消息440。CP-MM 316生成附接完成消息，其包含UE会话ID(例如IP地址)。如果未执行步骤430，则CP-SM 318包括用于上行链路和下行链路(如果需要)流量的分配的节点级隧道，以及消息440中的流量处理策略。附接完成消息还可以指示用于在UE移动性的情况下更新UP功能320处的UE上下文的过程。CP-MM 316向AN节点310发送附接完成消息445。消息445可以包括消息440的内容。
然后，AN节点310向UE 305传送附接完成消息450。附接完成消息450包含关于供UE305在上行链路中传送数据以及在下行链路(如果需要下行链路)中接收数据时使用的无线电资源配置的信息。
如果UE上下文不存在，则AN节点310基于从CP-MM 316附接完成消息接收的信息来存储AN UE上下文。AN UE上下文包括：UE ID(IMSI和可选的GUTI)、UE会话ID(例如IP地址)、用于上行链路和下行链路流量(如果需要下行链路流量)的预先配置隧道、以及流量处理策略。在各种实施方式中，AN节点310保持AN UE上下文，直到CP-MM 316或CP-SM 318发送移除AN UE上下文的消息。
在各种实施方式中，AN节点310可以基于由策略功能设置并且包括在消息445中的触发来移除AN UE上下文。触发可以是，例如：如果没有从UE 305发送包或者向UE 305发送包，则超时；当(例如指示)UE 305不再由该AN节点服务时的UE移动性事件；或CP-SM功能318指令以移除UE上下文。
图6示出了根据本发明的实施方式的用于处理移动发起(mobile-originated，MO)流量的过程。发起UE 305不一定在地理意义上是移动的。该过程可以通过各种网络节点和通过其配置的功能来实现。
首先，UE 305通过无线电通道向AN节点310传送上行链路PDU包500，例如，如在关于图4(消息397)或图5(消息450)所描述的附接完成消息中分配的。无线电通道可以与附接完成消息中承载的无线电资源配置对应。
接下来，AN节点310接收上行链路PDU包并且根据存储的AN UE上下文来执行包验证，从而处理包505。AN节点310还可以例如基于UE ID处理包以确定要使用的适当的共享隧道。
在一些实施方式中，并且根据UE类型和NG1-U通信协议中的一者或两者，AN节点310可以响应于所接收的PDU包的接收而发送响应消息。如果允许UE 305传输PDU包，则AN节点310向UE 305传送用于所接收的PDU包的确认510。否则，错误代码被发送到UE。此外，如果由于传送错误而无法解码PDU包，则可以传送错误代码以触发UE重新发送PDU包。
在一些实施方式中，如果PDU包被认为有效，则AN节点310根据节点级隧道格式来封装PDU包，并且通过预先配置的上行链路隧道向UP功能320转发515封装的PDU包。预先配置的上行链路隧道可以与所建立的也称为UE上下文信息的UE上下文对应。封装可以作为包处理505的一部分来执行，并且可以在确认510之前或之后发生。
在上行链路中接收到PDU包时，UP功能320根据UP UE上下文来处理520包，并且如果UP UE上下文是可用的，则更新UP UE上下文以用于计费目的(例如流量计数)。如果UP UE上下文是不可用的，则UP功能320联系CP-SM功能318以获得UE上下文。处理520可以包括读取包的扩展头以确定UE ID。
在一些情况下，并且出于说明的目的，UP功能320是网关功能(UP-GW)，诸如PDU会话锚(PDU Session Anchor，PSA)UPF。如果如由UP-GW处的策略执行功能确定的，允许PDU包被发送到PDN 325，则UP功能320移除隧道封装头并且向PDN 325转发525PDU包。(基于UP UE上下文，UP功能320确定PDU包是否被授权。如果PDU包是授权的PDU包，则UP功能移除隧道封装头并且向PDN 325转发525PDU包。)
在一些实施方式中，UP功能和PDN之间可以存在共享隧道。在这种情况下，可以在转发之前将新的封装头附接到PDU包。
随后可以从PDN 325接收下行链路PDU包530。如果从PDN 325传输下行链路PDU包530(诸如来自应用服务器的确认消息)，则UP功能320(例如UP-GW)读取UP UE上下文以确定用于向服务UE的AN节点310转发数据的下行链路隧道并且执行流量处理。
然后，UP功能320向所确定的预先配置的下行链路隧道转发535下行链路PDU包。
随后，AN节点310经由隧道接收下行链路PDU包、检查AN UE上下文并且向UE 305转发540PDU包。
在各种实施方式中，可以基于由策略功能设置的触发来移除545UP UE上下文。例如，当在UP功能320处没有接收到上行链路或下行链路PDU时或者当从CP SM 318接收到UE上下文消息移除时，可以在超时之后移除上下文。
注意，UP功能320可以是通用UP处理功能，例如但不必限于UP网关(UP gateway，UP-GW)。UP网关可以是上行链路中的服务网关或下行链路中的包网关。
图7示出了根据本发明的实施方式的用于处理移动终止(mobile-terminated，MT)流量的过程。终止UE在地理意义上不一定是移动的。该过程可以通过各种网络节点和通过其配置的功能来实现。
最初，PDN向UP功能传送下行链路包600。接下来，UP功能根据存储的UP UE上下文处理605所接收的PDU包。如果UP UE上下文不可用，则UP功能从CP-SM获得UE UP上下文。在一些实施方式中，UP功能将PDU(DL)包封装成下行链路隧道的格式。封装可以作为下行链路包的处理605的一部分来执行。
接下来，UP功能根据UE上下文向AN节点转发610封装的PDU包，UE上下文指示哪个下行链路隧道朝向服务UE的AN节点。
AN节点参考AN UE上下文和隧道头信息以相应地处理所接收的PDU包。然后PDU包被转发615到UE。AN节点可以执行寻呼过程以使UE无线电接收器准备好接收转发的PDU包。
如果UE传送620上行链路PDU包(例如，响应于所接收的PDU包的确认消息)，则AN节点接收上行链路PDU包并且根据AN UE上下文来处理PDU包。
然后，AN节点封装PDU包并且根据AN UE上下文向预先配置的节点级隧道转发625封装的PDU包。
UP功能接收上行链路包，并且根据包括QoS策略和计费的存储的UP UE上下文来处理上行链路包。如果包有效，则UP功能移除隧道封装头并且向PDN转发630PDU包。
UP UE上下文635可以可选地基于策略功能设置的触发来移除。例如，当在UP功能处没有接收到上行链路或下行链路PDU时或者当从CP SM 318接收到UE上下文消息时，可以在超时之后移除上下文。
鉴于以上，图8示出了用于将用户设备(UE)连接到网络的方法800。可替选地，该方法可以被描述为处理UE发送UL数据的请求。该方法可以由网络的无线接入节点例如gNB执行。该方法包括从UE接收810附接请求。附接请求可以指定至少目的地包数据网络(PDN)信息。该方法还包括获得820与UE对应的UE上下文信息。获得操作可以至少部分地基于附接请求的内容。该方法还包括向UE传输830附接完成消息。附接完成消息可以包括供UE在向网络传送上行链路数据、从网络接收下行链路数据或两者时使用的无线电资源配置信息。例如，使用无线电资源配置(由UE或无线接入节点)可以指示将根据UE上下文信息处理上行链路数据并且下行链路数据用于UE根据UE上下文信息来接收。
在一些实施方式中，方法800还可以包括在无线通信网络中处理移动发起的包数据流量。这可以包括通过无线电通道在接入网络节点处从用户设备(UE)接收840上行链路协议数据单元(PDU)包。这还可以包括根据节点级隧道格式来封装845PDU包，并且经由预先配置的上行链路隧道向UPF转发封装的PDU包。包可以由UPF根据与包相关联的用户平面UE上下文来处理。UPF还可以接收和转发用于UE的下行链路包，包括基于用户平面UE上下文确定用于转发包的预先配置的下行链路隧道。
本发明的各方面涉及用于使用用于在网络中的两个节点之间承载数据的不同类型的隧道的方法和系统。一些实施方式指示隧道封装头中的隧道类型。一些实施方式允许定制隧道封装头。例如，通过不包括所使用的隧道类型不需要的头字段，可以将紧凑隧道封装头用于某些隧道类型。一些实施方式可以在隧道封装头中嵌入路由信息。
根据本发明的一些实施方式，提供了一种包传输方法，包括识别一个或更多个包中的多个可能的隧道类型中的隧道类型，并且根据识别的隧道类型处理包。隧道类型可以被标识在隧道封装头中，例如在其消息类型字段中。隧道类型可以经由控制平面信令识别。一些隧道类型可以指示紧凑头例如省略其他隧道类型的头中存在的一个或更多个字段的紧凑的封装头的存在。一些隧道类型可以允许例如在拥塞的情况下的每包QoS处理。在一些实施方式中，UPF执行上述方法，并且进一步UPF还接收用户数据并且将隧道类型封装在隧道封装头中。
根据一些实施方式，并且参照图9，提供了用于处理经由通信网络接收的包的方法900(和相关联的设备)。该方法和设备的操作包括从多个隧道类型中识别910用于传送所接收的包的隧道类型。识别可以基于包的隧道封装头的内容。在一些实施方式中，可以基于属于隧道封装头的消息类型字段的内容来执行识别。可替选地，识别可以基于控制平面信令。操作还包括根据识别的隧道类型处理920所接收的包。
根据其他实施方式，并且参照图10，提供了用于经由通信网络传输包的方法1000(和相关设备)。该方法和设备可以与用于接收包的上述方法和设备结合使用。该方法和设备的操作包括从多个隧道类型中选择1010要用于传送包的隧道类型。操作还可以包括配置1015包的隧道封装头以指示隧道的类型。例如，头中的消息类型字段可以配置有指示隧道类型的值。可替选地，选择可以基于接收的指示要选择的隧道的类型的控制平面信令进行。该控制平面信令也可以被发送到可能接收到该包的装置。可替选地，操作可以包括传输1017指示所选择的隧道的类型的控制平面信令，控制平面信令由可能接收到包的装置直接地或间接地接收。操作还包括传输1020包。
如此，节点可以基于当前要求从不同类型的隧道中进行选择，并且指示在包的传输中正在使用哪种类型的隧道。此外，接收隧道包的节点可以根据识别的包类型以不同的方式处理包。由于可能存在不同的隧道类型，因此可以限定省略不必要的信息例如不必要的头字段的一些隧道类型。这允许减少通信开销。在给定的情况下，因此可以采用基本上仅使用必要的头字段的隧道类型。
隧道类型可以被预先限定并且使用接收装置已知的标识符来识别。可替选地，隧道类型可以使用指示哪些头字段存在(例如在封装头中)以及哪些头字段不存在的标识符以及可选地使用头字段的排序来描述。
根据一些实施方式，提供了一种用于经由通信网络中的隧道支持包通信的方法和设备。该方法和设备的操作包括通过控制平面功能从多个潜在的隧道类型中选择隧道类型。隧道类型与经由其传送包的隧道对应。操作还包括向一个或更多个用户平面节点功能传输控制平面消息，其中控制平面消息包括所选隧道类型的指示。作为响应，UPF被配置成根据所选隧道类型的指示来处理经由隧道传送的包。该控制平面功能操作可以用于传输指示使用中的隧道类型的控制平面消息。该方法可以用作指示隧道封装头内的隧道类型的可替选方法。
根据一些实施方式，提供了一种用于处理通信网络中的包的方法和设备。该方法和设备的操作包括从多个隧道类型中识别用于传送包的隧道的类型。识别基于指示隧道类型的接收控制平面消息的内容。操作还包括根据所识别的隧道类型来处理包。
涉及使用多个隧道类型中的所选择的一个隧道类型的包通信的本发明的实施方式可以与涉及将UE连接到网络的实施方式相关联地使用，并且用于处理网络中的移动发起的或移动终止的包。特别地，当处理从AN节点或朝向AN节点传输的封装包时，可以使用所选择的隧道类型来封装包。当本说明书涉及隧道的使用时，应该理解，与使用特定选择的隧道类型有关的上述操作可以可选地与这种隧道的使用相关联地使用。
本发明的实施方式可以有利地适用于允许不同类型的服务和装置的更复杂的网络。例如，诸如机器类型通信(machine type communication，MTC)装置的一些装置可以使用与智能电话不同类型的服务。诸如智能仪表的MTC装置可以传输相对较小的数据。对于这样的服务，期望减少开销，因为开销可以表示传输的重要部分，并且在一些情况下，超过要传输的数据的大小。其他类型的装置将能够利用具有不同流类型的各种不同的服务。例如，视频流服务的流程可以与电子邮件的流程不同。在一些情况下，多个流可以被分配给服务，并且用户可以使用多个并发服务。因此，利用不同类型的隧道来支持不同类型的服务的不同类型的流是有利的。实施方式可以通过识别隧道类型来支持不同类型的隧道的使用。在一些实施方式中，不同的隧道类型由封装头中的字段标识。其他实施方式可以使用控制平面(CP)信令来识别不同类型的隧道。因此，可以根据给定包或包流的需要动态地选择和使用隧道类型。
在提供进一步的细节之前，将讨论现有的LTE数据平面协议。图11示出了示例LTE数据平面协议。图12示出了GTP-U包的示例。传统上，GTP-U协议用于提供对不同QoS等级的支持，其中消息类型指示符标识GTP-U消息的类型，并且因此标识要应用的QoS的类型。
更详细地，图11示出了根据示例场景的与包数据网络网关(packet data networkgateway，PDN GW)1120通信的UE 1105。诸如eNodeB的接入节点(AN)1110和诸如服务网关1115的UPF 1115用作UE 1105和PDN GW 1120之间的中介或中继。示出了在UE 1105、AN1110、UPF 1115和PDN GW 1120中的每一个处使用的协议层。所示协议栈将由本领域技术人员容易地理解并且包括：物理层(L1层)、媒体访问控制(MAC)层或L2层、无线电链路控制(RLC)层或IP上的用户数据报协议(UDP/IP)层(即第3层，L3)、包数据汇聚协议(PacketData Convergence Protocol，PDCP)或GTP-U层(即第4层，L4)和因特网协议(InternetProtocol，IP)层。中继节点可以在一个或更多个层处执行协议之间的转换，并且还可以执行隧道传输、封装以及可选地执行解封装操作。
图12示出了图1中示出的包结构的特定示例。在图12中，图1中的外部IP头110被标识为L3或UDP/IP头1210，图1中的封装头115被标识为L4隧道封装头1215，L4隧道封装头1215包括L4隧道的端点的隧道端点标识符(tunnel endpoint identifier，TEID)。图1中的PDU头120和PDU有效载荷125分别被标识为有效载荷头(例如IP包头)1220和有效载荷(例如IP包有效载荷)1225。
图13是如在例如如下文件中规定的GTP-U版本1中所述的GTP-U L4隧道封装头1215中承载的信息表：3GPP文件“TS 29.281；General Packet Radio Systems(GPRS)Tunneling Protocol User Plane(GTPv1-U)，版本13.2.0，2016年6月”，在下文中称为3GPPTS 29.281。在图13所示的表中：
PT＝协议类型；
E＝扩展头标志；
S＝序列号标志；
PN＝N-PDU号标志；
消息类型：指示GTP-U消息的类型；
长度：指示有效载荷长度，包括TEID后4个字节的头；
序列号：可选的，如果不需要包排序，则设置为0；
N-PDU：用于RAT间操作；以及
下一个扩展头类型：当需要更多信息时使用
注意，隧道端点标识符(TEID)占用头的4个八位字节，而长度和序列号字段每个占用2个八位字节。
然而，这种传统方法(例如隧道传输和封装)具有若干潜在问题。首先，必须为新的PDU流建立隧道。这在用于建立流的网络资源方面和带宽方面两方面都可以表示显著的开销，因为与需要传输的数据量相比，这种方法可以产生相对大的信令开销。这对于MTC装置、IoT装置或通常由智能电话生成的短流尤其重要。此外，当前隧道方法利用QoS类标识符(QoS Class Identifier，QCI)机制来处理流的拥塞，但是在拥塞的事件中不便于对各个包的区分进行优先级排序。然而，本发明的实施方式识别封装头中的隧道类型，允许在拥塞的事件中丢弃较低优先级包的机制。因此，本发明的实施方式可以支持每包QoS。此外，当前隧道协议GTP-U不提供用于提供不同隧道类型以适应不同流类型的灵活方法。例如，当前隧道为服务指定QoS。然而，未来的网络可以允许每服务有多个流，其中每个流具有不同的QoS级别。因此，本发明的实施方式允许容易地识别不同的隧道类型，不同的隧道类型可以用于提供处理不同流类型的灵活方法。
在一些实施方式中，包处理可以包括例如基于封装头的内容来识别隧道类型，确定与隧道类型对应的包处理参数，以及根据包处理参数来处理包。包处理参数可以包括QoS参数、包丢弃规则例如优先级等。包处理参数还可以包括诸如头字段的组成和结构、指向包有效载荷中的相关信息的指针等信息。
在一些实施方式中，每包QoS信息可以被承载用于在相同隧道内传输的不同包。这可以有助于为共享隧道的不同用户支持不同的QoS级别。QoS信息可以在逐个包的基础上提供，例如承载在L3IP包头或PDU包头有效载荷而不是封装头中。
图14示出了根据本发明的实施方式的包结构的另一示例。参照图14，封装包包括传输层1400、封装头1403和用户数据1410。传输层1400还包括L1/L2头1401和外部IP头1402。用户数据还包括PDU头1404和PDU有效载荷1405。在一些实施方式中，封装头1403可以被嵌入标识隧道类型的信息，该信息可以用于支持不同类型的隧道协议。例如，一种类型的隧道协议是每PDU流隧道协议。在该示例中，外部IP头1402可以包括IP 5元组(源地址和目的地地址和端口号以及第4层协议指示符)，IP 5元组对于每个PDU会话可以是不同的，但是对于PDU会话的全部QoS类是共同的。此外，在每PDU流隧道协议的示例中，封装头1403将隧道的类型识别为每PDU流隧道协议，每PDU流隧道协议识别QoS类和PDU会话。封装头可以承载QoS信息例如QoS流ID。AN或UPF可以读取QoS流ID并将其映射到指定包处理参数的存储的QoS简档。隧道协议的另一示例是每PDU会话隧道格式(或协议)。格式和封装可以按照TR23.799的第6.4.10节进行配置。
另一示例是指定每目的地一个隧道的每节点隧道格式(或协议)。每节点隧道格式可以是在例如TR 23.l799的第6.4.11节中限定的。这对于不需要会话的情况可以是有用的。例如，一些MTC通信不需要会话，因为单个包可以承载完整的传输消息。在该示例中，可以基于对等目的地/节点来选择外部IP头1402。此外，在每节点隧道协议的该示例中，PDU会话识别可能不需要封装头1403(因为可能不需要会话)，但是封装头1403可以承载QoS标记。在一些情况下，期望或需要隧道，并且可以在没有外部IP头或封装头的情况下传输包括传输层和用户数据的包。可以存在其他隧道类型，例如每服务隧道。因此，如下面将讨论的，实施方式包括封装头中的隧道类型标识符以识别隧道的类型，其可以包括Per-QoS隧道、每流隧道、每会话隧道和每节点隧道以及其他隧道选择。在一些情况下，当不使用隧道时，可以省略外部IP头1402和封装头1403。
因此，本发明的各种实施方式提供封装头1403中的隧道类型的明确指示。在一些实施方式中，现有(在3GPP TS 29.281中指定的GTP-U版本1)消息类型字段具有多个未使用的值的事实用于提供隧道类型指示。也就是说，通过将这些值中的一个或更多个分配给一个或更多个指定的隧道类型，可以使用先前未分配的消息类型字段的值来指示隧道类型。因此，一些实施方式可以利用消息类型字段的以下未使用的值来识别隧道的类型：8-15、24、25、38-47、63-69、71-95、106-111、122-127、242-253。
根据隧道的类型，可以从包中提取其他信息。例如，隧道类型可以提供例如从内部PDU头或外部IP头中读取其他信息(例如包字段)的指示。例如，在拥塞的情况下，UP功能例如UP网关可以识别封装头中的隧道类型，并且然后读取内部IP头以确定会话优先级。在多个包中，然后可以使用具有较低优先级的会话或流的确定来确定丢弃哪些包。例如，UP网关可以使用封装头中的隧道类型以及内部IP头来识别来自单个UE的包以进行丢弃。
在一些实施方式中，隧道(封装)头中的其他字段可以承载不同的信息。例如，对于每节点隧道：封装头可以使用序列号字段来承载QoS信息，因为不需要多个流的传输顺序。如将容易理解的，序列号字段可以用于指示相同QoS数据流的包的传输排序，并且还可以用于检测包丢失和用于重传请求目的。然而，当不需要这种能力或由封装包中的另一功能、层或另一序列号执行这种能力时，序列号字段可以不是必需的。在一些实施方式中，下一扩展头类型字段可以用于识别附加信息的存在，附加信息可以包括路由信息或UE标识符。在一些实施方式中，图13中的八位字节9至12可以承载UE标识符。这样，本发明的实施方式包括通过在包的扩展头中包括UE ID并且随后从其中读取UE ID、或者位于当前不需要承载其他信息的包的一个或更多个现有字段的位置中的UE ID字段来识别UE。
在一些实施方式中，可以移除(省略)隧道头中的其他字段以提供更紧凑的封装头。例如，由于不同UE的多个数据流在每节点或每服务隧道中被复用，因此不必维护序列号、N-PDU和下一个扩展头类型。因此，实施方式移除(省略)这些字段中的一个或更多个以减少协议开销。在一些实施方式中，省略这样的字段将节省多达4个字节，这对于包大小通常是20字节或更少的MTC流量是不可忽略的。通过读取指示隧道类型不包括已移除字段的消息类型，向读取包的路由器通知丢失的字段。图15示出了根据本发明的实施方式的示例紧凑头。在图15中，并且与图13相比，省略了序列号、N-PDU号和下一个扩展头类型字段。替代地，封装头包含以下字段：版本、PT、E、S、PN、消息类型、长度和TEID。消息类型字段可以包括指示隧道类型、存在的字段、省略的字段或其组合的代码。
在一些情况下，如果外部UDP/IP头使用不同的IP地址或不同的UDP端口来指示用于处理包的UP功能的逻辑隧道目的地，则可以进一步简化隧道头。根据本发明的另一实施方式，在这种情况下，不需要在隧道头中包括TEID字段，如图16所示，隧道头可以适用于基于每节点的隧道。在图16中，并且与图13相比，省略了TEID、序列号、N-PDU号和下一个扩展头类型字段。相反，封装头包含以下字段：版本、PT、E、S、PN、消息类型和长度。对于图15和图16的实施方式，消息类型字段可以包括指示隧道类型、存在的字段、省略的字段或其组合的代码。
在一些实施方式中，可以组合隧道类型和消息类型。例如，在GTP-U协议中，未使用编号为8的消息类型。该未使用的值可以用于承载隧道类型“每节点级隧道”和消息类型“错误指示”。例如，错误可以指示包在隧道入口处被延迟(超过阈值)。
在另一实施方式中，并且参照图17，提供了被配置成使用隐式(例如控制平面)信令来提供隧道类型的指示的网络。在这样的实施方式中，当建立会话时，控制平面CP 1715中的会话管理(SM)功能向UP功能1720通知隧道的类型。例如，隧道类型信息可以经由NG4接口从CP 1715发送到UP 1720，并且经由NG2接口从CP 1715发送到AN 1710。UP内的路由器将根据接收的信令消息存储隧道类型。UP功能1720和AN 1710被配置成基于所指示的隧道类型来处理UE 1705和数据网络1725之间的隧道包。因此，并且在一些实施方式中，当包到达路由器时，路由器将根据存储的隧道类型来读取其他头信息。
以上实施方式示出了可以应用于当前GTP-U协议的方法。网络节点或网络功能可以被配置成根据上述方法进行操作。然而，这些方法不限于当前的GTP-U协议，并且本文公开的方法可以应用于其他(例如新的)隧道协议。例如，可以通过在封装头中添加QoS标记位来从GTP-U协议得到新的隧道协议。
因此，根据本发明的实施方式，网络可以被配置成利用不同的隧道类型，并且可以向UP路由器通知隧道类型，并且通过根据隧道类型处理包来进行响应。在一些实施方式中，这可以在提供灵活的方法的同时减少开销信令。
因此，实施方式可以潜在地提供各种益处。一些实施方式具有基于每包支持服务质量(QoS)处理的优点。例如，如果隧道类型用于每节点或每服务隧道，则用户平面(UP)功能可以例如通过检查内部头信息(例如PDU头)来识别流而确定附加信息。一些实施方式可以例如通过利用可以被预先配置以避免为小数据传输建立隧道的开销的每节点隧道来减少数据服务(例如MTC)的隧道开销。一些实施方式可以通过将路由信息添加到扩展头例如切片ID来减少路由复杂性，使得隧道端点可以识别向其转发包的下一个隧道。
本发明的实施方式包括由一个或更多个节点、功能或节点和功能的组合自动提供的操作，形成无线通信网络的一部分。每个节点或功能可以与诸如微处理器、电子存储器和通信接口或接口的启用组件相关联。微处理器可以执行存储器中存储的程序指令，以便实现如本文所描述的节点或功能的期望功能。在一些实施方式中，微处理器和存储器可以至少部分地替换为等效的电子组件例如数字逻辑组件。节点或功能可以在专用硬件上操作，或者它们可以被虚拟化，使得根据网络功能虚拟化(network function virtualization，NFV)框架在通用硬件平台上进行操作。
图18A是示出用于执行如上所讨论的方法和操作的网络节点1800的框图。多个这样的网络节点可以协作以实现本发明。每个网络节点1800可以实现一个或更多个功能，例如但不限于CP-MM、CP-AU、CP-SM、UP功能、用户数据库功能、网关功能、CP策略功能、AS功能或网络管理功能。网络节点1800可以作为边缘节点操作，例如AN节点或RA节点，在这种情况下，提供了无线接口或无线电承载接口1840。
网络节点1800包括被配置成通过传输和接收诸如控制平面数据的数据来与其他网络节点通信的网络接口1830。网络节点1800包括存储程序指令和诸如状态信息、数据库条目、包数据和操作数据的其他信息的存储器1820，程序指令包括用于操作如本文所描述的网络节点的指令。可以提供多个不同类型的存储器用于不同的用途。网络节点1800包括处理器1810，处理器1810被配置成执行存储器1820中存储的程序指令，例如处理由网络接口1830接收的数据并且生成供网络接口830传输的数据，以及如本文所描述的以其他方式实现各种网络功能、方法步骤和节点的性能。在边缘节点的情况下，处理器1810还与无线接口1840交互，以便从UE无线地传送和接收数据。可以使用专用硬件或经由网络功能虚拟化来提供网络节点1800，其中诸如网络接口1830、处理器1810和存储器1820的组件位于一个或更多个通用硬件平台中并且被配置成实现一个或更多个网络节点的功能。
网络节点1800可以包括可操作以执行如上所述的某些动作的一个或更多个组件。例如，组件可以被配置成执行如上所述的方法步骤。可以使用处理器1810、存储器1820和网络接口1830来实例化每个组件。下面参考图18B描述这些组件的示例，图18B是图18B的变型。组件中的每一个适用于一些实施方式但不一定是全部实施方式，并且当不需要时可以省略每个组件。网络节点可以包括被配置成基于附接请求的内容来获得UE上下文信息的上下文信息检索器1852。网络节点可以包括被配置成可能结合其他网络节点来执行如本文所述的会话建立操作的会话建立器1854。网络节点可以包括被配置成可能结合其他网络节点来确定和建立如本文所述的接入节点资源的接入节点资源建立器1856。网络节点可以包括被配置成处理接收的上行链路或下行链路包的包处理器1858。网络节点可以包括被配置成封装所接收的PDU包以用于转发的包封装器1860。
网络节点可以包括被配置成从多个隧道类型中识别用于传送包的隧道的类型的隧道类型标识符1862。例如，可以基于隧道封装头的内容来识别隧道的类型。隧道类型标识符1862可以对接收的包进行操作。可替选地，隧道类型标识符1862可以通过识别用于传输包的隧道类型例如通过配置隧道封装头来对要传输的包进行操作。网络节点可以包括隧道类型选择器1864，隧道类型选择器1864选择要在待传输的包上使用的隧道的类型，并且使隧道类型标识符相应地对包进行操作。
图21示出了根据本发明的实施方式的用于在通信网络中提供节点级隧道的方法2100。该方法包括：通过在通信网络中操作的会话管理功能来从策略功能接收2110策略信息。该方法还包括基于所接收的策略信息建立2130节点级隧道。在通过会话管理功能接收涉及用户设备(UE)的会话请求之前建立节点级隧道，会话请求使用节点级隧道来容纳。
方法2100还可以包括从网络管理功能接收2112逻辑网络配置信息。建立2130节点级隧道可以包括基于逻辑网络配置信息来配置2132节点级隧道。在一些实施方式中，建立2130节点级隧道包括向接入节点传输2134与UE有关的上下文信息。在一些实施方式中，建立2130节点级隧道包括从用户数据库获得2136与UE有关的存储信息，以及基于存储的信息生成2138上下文信息。
在一些实施方式中，响应于来自接入网络节点的请求消息的接收2114，执行建立2130节点级隧道。
在一些实施方式中，建立2130节点级隧道还包括：基于策略信息和由接入网络节点提供的其他信息来选择2140多个预先配置的节点级隧道中的一个作为节点级隧道；以及向接入网络节点传送UE上下文信息的指示，该UE上下文信息与节点级隧道相关联。
在一些实施方式中，方法2100还包括基于策略信息将一个或更多个数据流、会话和UE预分配2150到包括节点级隧道的多个节点级隧道中之一。
在各种实施方式中，在建立2130节点级隧道之后，该方法可以包括接收2180涉及UE的一个或更多个会话请求，所述会话请求使用节点级隧道来容纳。因此，在接收这些会话请求之前建立节点级隧道。
还如所示出的，在一些实施方式中，策略信息包括以下中的一个或更多个：UE的服务质量(QoS)信息2160；UE的计费策略2162；UE的流量路由策略2164；节点级隧道要容纳的最大比特率2166；具有由节点级隧道承载的流量的UE的最大数目2168；对要由节点级隧道服务的装置类型的指定2170；以及对要由节点级隧道服务的服务类型的指示2172。
在一些实施方式中，策略指示当在节点级隧道的出口节点处发生拥塞时，在节点级隧道的入口节点处，包将被丢弃。在这种情况下，该方法还包括响应于出口节点处的拥塞而指示2152入口节点丢弃包。
图22示出了根据本发明的实施方式的在通信网络中操作的会话管理功能2200。使用处理器2210、存储器2220和网络接口2230来操作会话管理功能2200。会话管理功能2200被配置成经由网络接口2230从策略功能接收策略信息。可以使用策略接收器2240来接收信息。会话管理功能2200被配置成基于所接收的策略信息经由通过网络接口2230传输的指令来建立通信网络中的节点级隧道。可以使用隧道建立器2250来建立节点级隧道。策略接收器2240和隧道建立器2250使用处理器2210、存储器2220和网络接口2230来启用。另外，在由会话管理功能接收涉及用户设备(UE)的会话请求之前建立节点级隧道，使用节点级隧道来容纳会话请求。会话管理功能可以被配置成执行与如上关于图21描述的方法对应的各种操作。
参照图23，本发明的第一其他方面提供了一种用于在通信网络中提供节点级隧道的方法2300，该方法包括：通过在通信网络中操作的策略功能：接收2310指示分配给网络切片的网络资源的信息；基于所接收的信息，限定2330分配一些网络资源以供节点级隧道使用的策略；以及根据该策略向会话管理功能传输2350指令，以将用户平面通信分配给节点级隧道。
参照图24，第一其他方面还可以提供在通信网络中操作的策略功能2400，该策略功能使用处理器2410、存储器2420和网络接口2430来操作，并且被配置成：经由网络接口接收指示分配给网络切片的网络资源的信息；基于所接收的信息，例如使用策略限定器2440限定分配一些网络资源以供通信网络中的节点级隧道使用的策略；并且根据策略例如使用策略指示器2450经由网络接口向会话管理功能传输指令，以将用户平面通信分配给节点级隧道。策略限定器2440和策略指示器2450使用处理器2410、存储器2420和网络接口2430来启用。
在第一其他方面的一些实施方式中，所接收的信息还指示网络资源的使用。在一些实施方式中，第一其他方面还包括：基于所接收的信息，为节点级隧道提供流量路由策略。在一些实施方式中，第一其他方面还包括：接收指示当前网络流量状况的流量信息，以及基于流量信息为节点级隧道提供流量路由策略、QoS策略或两者。在一些实施方式中，第一其他方面还包括基于所接收的信息，为节点级隧道提供QoS策略、计费策略或两者。
在一些实施方式中，第一其他方面还包括：从以下中的一个或更多个接收附加信息：网络功能；接入节点；用户平面功能；网络管理功能；用户数据库；以及会话管理功能；并且基于附加信息限定策略。
在第一其他方面的一些实施方式中，策略指示：当在节点级隧道的出口节点处发生拥塞时，在节点级隧道的入口节点处，包将被丢弃。在第一其他方面的一些实施方式中，所接收的信息还指示通信网络的逻辑或物理拓扑。策略可以基于逻辑或物理拓扑来限定以下中的一个或更多个：流量导向、QoS设置和拥塞管理设置。
本发明的第二其他方面提供了一种用于处理经由通信网络接收的包的方法，包括：从多个隧道类型中识别用于传送包的隧道的类型，该识别基于包的隧道封装头的内容或基于接收的控制平面消息；并且根据识别出的隧道类型来处理包。
第二其他方面还可以提供通信网络中的用于处理经由通信网络接收的包的装置，该装置包括处理器、存储器和网络接口，并且被配置成：从多个隧道类型中识别用于传送包的隧道的类型，该识别基于包的隧道封装头的内容或基于接收的控制平面消息；并且根据识别的隧道类型来处理包。
在第二其他方面的一些实施方式中，识别基于属于隧道封装头的消息类型字段的内容。在第二其他方面的一些实施方式中，处理包包括从包中的位置读取UE标识符，该位置基于所识别的隧道类型来确定。
本发明的第三其他方面提供了一种用于经由通信网络传输包的方法，包括：从多个隧道类型中选择要用于传送包的隧道的类型；根据选择的隧道类型配置包；并且传输包。
第三其他方面还可以提供通信网络中的用于传输经由通信网络接收的包的装置，该装置包括处理器、存储器和网络接口，并且被配置成：从多个隧道中选择用于传送包的隧道的类型；根据所选择的隧道类型配置包；并且传输数据包。
在一些实施方式中，第三其他方面还包括配置包的隧道封装头以包括指示隧道类型的值。在第三其他方面的一些实施方式中，使用控制平面消息向包的接收者指示隧道的类型。在第三其他方面的一些实施方式中，配置包包括在包中的位置处的UE标识符，该位置取决于所选择的隧道类型。在一些实施方式中，第三其他方面还包括确定用于包的一组所需信息字段，并且其中，所选择的隧道类型包括一组所需信息字段并且排除除了一组所需信息字段之外的最大数目的信息字段。
将容易理解的是，通过前面的讨论，上述网络功能和操作可以与用于支持通信网络例如5G无线通信网络的操作中使用的方法对应。该方法可以涉及计算机实现的功能，即由网络基础设施的一个或更多个计算、通信或存储器组件或其组合实现的功能。这些组件可以采用各种形式，例如特定服务器或通用计算、通信或存储器装置或其组合，其被配置成通过虚拟化技术提供所需的功能。该方法可以涉及一个或更多个网络组件的操作，以便改进网络的操作。如此，在将通信网络视为设备的情况下，本发明的实施方式可以涉及改善通信网络的内部操作。
此外，将容易理解的是，本发明的实施方式涉及通信网络系统或其相关设备，其相关设备被配置成执行上述网络功能和操作。同样，该系统或装置可以包括网络基础设施的一个或更多个计算、通信或存储器组件或其组合，其组合可以采用各种形式例如被配置成通过虚拟化技术提供所需的功能的特定服务器或通用计算、通信或存储器装置或其组合。本文公开的各种方法可以在一个或更多个真实或虚拟计算装置例如通信网络控制平面内的装置、在数据平面中操作的装置或其组合上实现。用于实现方法操作的计算装置可以包括可操作地耦接到存储器的处理器，该存储器提供用于由处理器执行以执行如本文所述的方法的指令。
本发明的各种实施方式利用以下中的一者或两者：真实计算机资源；和虚拟计算机资源。这样的计算机资源在硬件级利用一组一个或更多个微处理器，所述一组一个或更多个微处理器可操作地耦接到相应的一组存储器组件，该组存储器组件包括用于由微处理器执行的存储的程序指令。计算资源可以用于在一个或更多个虚拟化级处提供虚拟计算资源。例如，一个或更多个给定的通用计算机硬件平台可以用于提供一个或更多个虚拟计算机器。诸如处理器资源、存储器等的计算机硬件也可以被虚拟化，以便提供从其构建其他虚拟计算机的资源。可分配用于提供各种计算资源的一组计算资源可以被视为提供其内部架构可以各种方式配置的分布式计算系统，各种计算资源又用于实现系统的各种计算组件。
图19是可以用于实现各种网络功能的处理系统1901的示例性框图。如图19所示，处理系统1901包括处理器1910、工作存储器1920、非暂态存储器1930、网络接口、I/O接口1940、并且依赖于节点类型、收发器1960，全部这些都经由双向总线1970通信地耦接。
根据某些实施方式，可以利用全部描绘的元素，或者仅利用元素的子集。此外，处理系统1901可以包含某些元素的多个示例，例如多个处理器、存储器或收发器。而且，处理系统1901的元件可以在没有双向总线的情况下直接耦接到其他组件。
存储器可以包括任何类型的非暂态存储器，例如静态随机存取存储器(staticrandom access memory，SRAM)、动态随机存取存储器(dynamic random access memory，DRAM)、同步DRAM(synchronous DRAM，SDRAM)、只读存储器(read-only memory，ROM)、这些的任何组合等。大容量存储元件可以包括任何类型的非暂态存储装置，例如固态驱动器、硬盘驱动器、磁盘驱动器、光盘驱动器、USB驱动器或被配置成存储数据和机器可执行程序代码的任何计算机程序产品。根据某些实施方式，存储器或大容量存储器上记录有可由处理器执行的语句和指令，用于执行上述功能和步骤。
处理系统1901可以用于实现本文描述的用户平面功能(UPF)或路由器或CP功能。
本领域技术人员将理解，该方法可以在任何数目的不同UPF上执行，并且可以在接入网络节点处执行。参照图20，过程2000可以从接收2010用户数据例如用户数据110开始，这取决于执行该方法的UPF。UPF根据识别的隧道类型处理2030包。根据UPF，UPF可以首先从多个不同的潜在隧道类型中识别2020隧道类型。例如，接入节点可以识别用于用户数据的适当的隧道类型。在这种情况下，处理包可以包括利用标识隧道类型的封装头封装用户数据。对于中间UPF，包处理可以包括读取封装的头以识别隧道类型并且根据识别的隧道类型处理包。
通过前述实施方式的描述，本公开内容可以通过仅使用硬件或通过使用软件和必要的通用硬件平台来实现。基于这样的理解，本公开的技术方案可以以软件产品的形式体现。软件产品可以存储在可以包括如上所述的装置存储器的非易失性或非暂态存储介质中，或者存储在可移动存储器例如致密盘只读存储器(compact disk read-only memory，CD-ROM)、闪存或可移动硬盘中。该软件产品包括许多指令，这些指令使得计算机装置(计算机、服务器或网络装置)能够执行本公开内容的实施方式中提供的方法。例如，这样的执行可以与如本文所述的逻辑操作的模拟对应。软件产品可以附加地或可替选地包括多个指令，这些指令使计算机装置能够执行根据本公开内容的实施方式的用于配置或编程数字逻辑设备的操作。
尽管已经参考本发明的具体特征和实施方式描述了本发明，但是明显的是，可以在不脱离本发明的情况下对其进行各种修改和组合。例如，CP-MM和CP-SM功能可以在一个组合的MM/SM功能中实现。在该实现中，可以省略CP-MM和CP-SM功能之间的内部消息。另一示例是网络可以使用网络切片来实现。每个网络切片可以具有其自己的CP功能。在这种情况下，可以引入CP中的切片选择(slice selection，SS)功能，使得AN节点首先向CP-SS功能传送UE附接请求。然后，CP-SM将识别UE和服务请求，并且向管理所选择的切片的CP-MM功能转发UE附接请求。因此，说明书和附图应被简单地视为由所附权利要求限定的本发明的说明，并且预期涵盖落入本发明的范围内的任何和全部修改、变型、组合或等同方案。

Claims (24)

1.一种用于操作通信网络中的会话管理功能的方法，所述方法包括：
从策略功能接收策略信息；以及
基于所接收的策略信息建立节点级隧道，
其中，在通过所述会话管理功能接收涉及用户设备(UE)的会话请求之前建立所述节点级隧道，所述会话请求使用所述节点级隧道来容纳。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：
从网络管理功能接收逻辑网络配置信息；以及
基于所述逻辑网络配置信息来配置所述节点级隧道。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其中，建立所述节点级隧道包括：向接入节点传送与所述UE有关的上下文信息。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，建立所述节点级隧道还包括：从用户数据库获得与所述UE有关的存储信息，以及基于所述存储信息生成上下文信息。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，还包括：响应于从接入网络节点接收到请求消息，将所述节点级隧道与和所述UE有关的上下文信息相关联。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，将所述节点级隧道与所述上下文信息相关联还包括：基于所述策略信息和由所述接入网络节点提供的其他信息来选择多个预先配置的节点级隧道中的一个作为所述节点级隧道；以及向所述接入网络节点传送所述上下文信息的指示。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述其他信息包括基于从所述UE接收的附接请求的上下文由接入节点生成的选择辅助信息。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，还包括：基于所述策略信息将一个或更多个数据流、会话和UE预分配给包括所述节点级隧道的多个节点级隧道中之一。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中，所述策略信息包括以下中的一个或更多个：
所述UE的服务质量(QoS)信息；
所述UE的计费策略；
所述UE的流量路由策略；
所述节点级隧道要容纳的最大比特率；
具有由所述节点级隧道承载的流量的UE的最大数目；
对要由所述节点级隧道服务的装置的类型的指定；以及
对要由所述节点级隧道服务的服务的类型的指示。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中，所述策略指示：当在所述节点级隧道的出口节点处发生拥塞时，在所述节点级隧道的入口节点处，包将被丢弃，所述方法还包括响应于所述出口节点处的拥塞而指示所述入口节点丢弃包。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中，所述节点级隧道由通过预定特性限定并且包括少于全部UE的一组UE共享，或者其中，预先配置的节点级隧道用于向所述UE提供特定服务，所述服务属于由预定特性限定并且包括少于全部可用服务的一组服务。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其中，所述节点级隧道是用于至少一对网络功能之间的流量的公共隧道。
13.一种通信网络中的会话管理功能，所述会话管理功能使用处理器、存储器和网络接口来操作，并且所述会话管理功能被配置成：
经由所述网络接口从策略功能接收策略信息；以及
基于所接收的策略信息经由通过所述网络接口传送的指令来建立所述通信网络中的节点级隧道，
其中，在通过所述会话管理功能接收涉及用户设备(UE)的会话请求之前建立所述节点级隧道，所述会话请求使用所述节点级隧道来容纳。
14.根据权利要求13所述的会话管理功能，还被配置成：
经由所述网络接口从网络管理功能接收逻辑网络配置信息；以及
基于所述逻辑网络配置信息来配置所述节点级隧道。
15.根据权利要求13至14中任一项所述的会话管理功能，其中，建立所述节点级隧道包括：向接入节点传送与所述UE有关的上下文信息。
16.根据权利要求15所述的会话管理功能，其中，建立所述节点级隧道还包括：从用户数据库中并且使用所述网络接口获得与所述UE有关的存储信息，以及基于所述存储信息生成所述上下文信息。
17.根据权利要求13至16中任一项所述的会话管理功能，还被配置成：响应于从接入网络节点接收到请求消息，将所述节点级隧道与和所述UE有关的上下文信息相关联。
18.根据权利要求17所述的会话管理功能，其中，将所述节点级隧道与所述上下文信息相关联还包括：基于所述策略信息和由所述接入网络节点提供的其他信息来选择多个预先配置的节点级隧道中的一个作为所述节点级隧道；以及向所述接入网络节点传送所述上下文信息的指示。
19.根据权利要求18所述的会话管理功能，其中，所述其他信息包括基于从所述UE接收的附接请求的上下文由接入节点生成的选择辅助信息。
20.根据权利要求13至19中任一项所述的会话管理功能，还被配置成：基于所述策略信息将一个或更多个数据流、会话和UE预分配给包括所述节点级隧道的多个节点级隧道中之一。
21.根据权利要求13至20中任一项所述的会话管理功能，其中，所述策略信息包括以下中的一个或更多个：
所述UE的服务质量(QoS)信息；
所述UE的计费策略；
所述UE的流量路由策略；
所述节点级隧道要容纳的最大比特率；
具有由所述节点级隧道承载的流量的UE的最大数目；
对要由所述节点级隧道服务的装置的类型的指定；以及
对要由所述节点级隧道服务的服务的类型的指示。
22.根据权利要求13至21中任一项所述的会话管理功能，其中，所述策略指示：当在所述节点级隧道的出口节点处发生拥塞时，在所述节点级隧道的入口节点处，包将被丢弃，所述会话管理功能还被配置成响应于所述出口节点处的拥塞而指示所述入口节点丢弃包。
23.根据权利要求13至22中任一项所述的会话管理功能，其中，所述节点级隧道由通过预定特性限定并且包括少于全部UE的一组UE共享，或者其中，预先配置的节点级隧道用于向所述UE提供特定服务，所述服务属于由预定特性限定并且包括少于全部可用服务的一组服务。
24.根据权利要求13至23中任一项所述的会话管理功能，其中，所述节点级隧道是用于至少一对网络功能之间的流量的公共隧道。
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