CN111065135A - 一种3g网关到4g网关的切换方法 - Google Patents

一种3g网关到4g网关的切换方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于网络通信技术领域，具体涉及一种3G网关到4G网关的切换方法：通过使用PGW模拟部分SGSN的行为，修改部分4G核心网流程，来解决上述3G网关到4G网关的切换问题，有利于移动网络网关的灵活部署，利用旧有的GGSN设备，避免原有GGSN升级或淘汰，保护既有投资，同时还能能够避免合设网关与SGSN或者SGW距离较远时的路由迂回，并且尽量基于现有重定位流程，不影响现有重定位流程的一致性，因而具有较好的可行性。

Description

一种3G网关到4G网关的切换方法
技术领域
本发明属于网络通信技术领域，涉及4G核心网与3G核心网的互操作流程，具体涉及一种3G网关到4G网关的切换方法。
背景技术
在一些偏远地区和欠发达地区，因为利用率低，运营商4G投资意愿低，3G网络仍将是这些地区的主要通信网络，现有的技术方案需要使用新的EPC网关PGW内嵌GGSN能很好的支持互操作过程，但是很多旧有的GGSN设备无法通过软件升级为PGW，或者升级成本高昂，建设4G网络又必须进行升级才能支持3G网络到4G网络的平滑切换，如果不支持GGSN和PGW分设的网络部署，现有GGSN可能面临淘汰，一些小运营商无力承担，针对利用旧有的GGSN设备支持3G到4G切换过程，就必须升级GGSN为合一局的问题。
现有的3G到4G互操作时服务SRNS重定向流程，主要包括：
步骤1：终端移动到4G网络覆盖范围，终端进行无线测量后，上报给RNC，RNC决定发起切换；
步骤2：3G网络的RNC向3G网络的SGSN发送重定向需求，携带目标侧信息；
步骤3：3G网络SGSN根据4G跟踪区信息确定目标侧MME，并向目标4G网络侧MME转发重定向请求消息，携带目标4G基站，用户上下文等信息；
步骤4：RNC向MS发送RRC消息进行物理信道切换；
步骤5：SGW向PGW发送修改承载请求，PGW收到后更新终端地址的路由信息，将用户面隧道重定向到新的SGW，至此外部PDN网络的下行报文可以通过4G SGW下发到终端用户；PGW向SGW发送修改承载响应；
步骤6：SGW向新MME回复修改承载响应消息，网络切换完成，SGSN收到步骤16的重定向完成消息后，向RNC发送Iu释放消息，释放RNC侧无线资源，并向SGSN回复响应消息；
步骤7：如果MME发现签约UE AMBR与使用的UE AMBR不同，则发起修改Qos流程，MME向SGW发送删除间接转发隧道流程。
在上述现有技术中，其中，步骤5中因为PGW内置GGSN，从而可以从内部获知原有3G网络中用户的GGSN控制面和用户面隧道信息及PDP上下文信息。如果在PGW和GGSN分别设置的情况下，采用现有技术流程，则PGW无法识别原有用户的控制面和用户面隧道信息，从而无法完成切换。
基于现有技术中存在如上的技术问题，本发明人结合多年的研究经验，提出一种3G网关到4G网关的切换方法。
发明内容
本发明提供一种3G网关到4G网关的切换方法，通过改变互操作流程中的EPC网元流程，来实现GGSN和PGW分设时的互操作过程，在GGSN设备无法升级成PGW/GGSN合设的情况下，仍然能够完成3G到4G的网络切换，增加了运营商4G网络建设时的选择，保护了既有投资。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种3G网关到4G网关的切换方法，包括：
步骤1：终端移动到4G网络覆盖范围，终端进行无线测量后，上报给无线网络控制器RNC，RNC决定发起切换；
步骤2：3G网络的RNC向3G网络的服务GPRS支撑节点SGSN发送重定向需求，携带目标侧信息；
步骤3：3G网络SGSN根据4G跟踪区信息确定目标侧移动性管理实体MME，并向目标4G网络侧MME转发重定向请求消息，SGSN携带目标4G基站，用户上下文信息；
步骤4：新MME通过C1判决后向服务网关SGW发送创建会话请求消息；
步骤5：SGW本地创建承载用户面隧道和控制面隧道，后发送创建会话响应消息给MME；
步骤6：4G MME向目标4G基站eNodeB发送切换请求消息，携带需要建立的无线承载信息；
步骤7：基站分配无线承载资源后向MME发送切换请求确认消息；
步骤8：MME向SGW发送间接数据转发隧道请求消息，携带要建立间接转发隧道的承载信息；
步骤9：SGW分配转发隧道信息后，给MME回复创建间接数据转发隧道响应消息；
步骤10：MME向SGSN发送转发重定向响应消息携带目标侧核心网分配的转发隧道信息；
步骤11：SGSN向RNC发起重定向命令；
步骤12：RNC收到的下行数据，可以直接转发到目标eNodeB或者通过SGW转发到目标eNodeB；
步骤13：RNC向MS(移动台)发送RRC消息进行物理信道切换；
步骤14：RNC通过SGSN和MME转发SRNS(源无线网络系统)上下文信息；
步骤15：MS通知eNodeB切换到EU-TRAN(4G陆地无线接入网)完成；
步骤16：eNodeB向MME发送切换通知消息，通知MME无线侧切换完成；
步骤17：无线侧切换完成后，新MME向SGW发送更新承载请求消息；
步骤18：SGW向PDN网关PGW发送修改承载请求，PGW收到后更新终端地址的路由信息，将用户面隧道重定向到新的SGW，至此外部PDN网络的下行报文可以通过4G SGW下发到终端用户；PGW向SGW发送修改承载响应，其中，SGW携带之前本地分配的控制面和用户面隧道信息；
步骤19：SGW向新MME回复修改承载响应消息，网络切换完成；
步骤20：SGSN收到步骤16的重定向完成消息后，向RNC发送Iu(RNC与SGSN之间的接口)释放消息，释放RNC侧无线资源，并向SGSN回复响应消息；
步骤21：MS发起跟踪区更新流程；
步骤22：当MME发现签约UE AMBR(用户终端最大聚合比特速率)与切换后使用的UEAMBR不同，则发起修改Qos流程，MS完成跟踪区更新流程；
步骤23：MME向SGW发送删除间接转发隧道流程。
进一步地，步骤4中还包括：
步骤4.1：SGW在收到创建会话请求消息后，根据消息中携带的原GGSN隧道和网元实体PGW地址决定需要切换网关，SGW将向PGW发起创建会话请求携带SGW控制面和用户面的GTP隧道端点标识(TEID)和地址、原GGSN控制面隧道信息、承载上下文、终端地址和协商的QoS，PGW收到创建会话请求后，保存原GGSN的控制面隧道信息，同时创建PGW的用户面和控制面隧道信息；
步骤4.2：PGW将本身的隧道信息发送给SGW。
进一步地，步骤18中还包括：
步骤18.1：将终端地址的路由发布给路由器，将IP数据报文从路由器引入PGW，同时PGW启动释放原有GGSN隧道的定时器；
步骤18.2：PGW定时器超时后，向原GGSN发送删除PDP请求消息，删除原有隧道信息。
与现有技术相比，本发明的优越效果在于：
1、本发明所述的3G网关到4G网关的切换方法，通过使用PGW模拟部分SGSN的行为，修改部分4G核心网流程，来解决上述情况的切换问题。
2、本发明所述的3G网关到4G网关的切换方法，可以实现3G网关GGSN和4G网关之间的切换，在某些GGSN无法升级成PGW/GGSN合设的情况下仍然能够完成3G到4G的核心网切换。
3、本发明所述的3G网关到4G网关的切换方法，有利于移动网络网关的灵活部署，利用旧有的GGSN设备，避免原有GGSN升级或淘汰，保护既有投资，同时还能能够避免合设网关与SGSN或者SGW距离较远时的路由迂回，并且尽量基于现有重定位流程，不影响现有重定位流程的一致性，因而具有较好的可行性。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述，需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例
一种3G网关到4G网关的切换方法，包括：
步骤1：终端移动到4G网络覆盖范围，终端进行无线测量后，上报给无线网络控制器RNC，RNC决定发起切换；
步骤2：3G网络的RNC向3G网络的服务GPRS支撑节点SGSN发送重定向需求，携带目标侧信息；
步骤3：3G网络SGSN根据4G跟踪区信息确定目标侧移动性管理实体MME，并向目标4G网络侧MME转发重定向请求消息，SGSN携带目标4G基站及用户上下文信息；
步骤4：新MME通过C1判决后向服务网关SGW发送创建会话请求消息；
步骤5：SGW本地创建承载用户面隧道和控制面隧道，后发送创建会话响应消息给MME；
步骤6：4G MME向目标4G基站eNodeB发送切换请求消息，携带需要建立的无线承载信息；
步骤7：基站分配无线承载资源后向MME发送切换请求确认消息；
步骤8：MME向SGW发送间接数据转发隧道请求消息，携带要建立间接转发隧道的承载信息；
步骤9：SGW分配转发隧道信息后，给MME回复创建间接数据转发隧道响应消息；
步骤10：MME向SGSN发送转发重定向响应消息携带目标侧核心网分配的转发隧道信息；
步骤11：SGSN向RNC发起重定向命令；
步骤12：RNC收到的下行数据，可以直接转发到目标eNodeB或者通过SGW转发到目标eNodeB；
步骤13：RNC向MS发送RRC消息进行物理信道切换；
步骤14：RNC通过SGSN和MME转发SRNS上下文信息；
步骤15：MS通知eNodeB切换到EU-TRAN完成；
步骤16：eNodeB向MME发送切换通知消息，通知MME无线侧切换完成；
步骤17：无线侧切换完成后，新MME向SGW发起更新承载请求消息；
步骤18：SGW向PDN网关PGW发送修改承载请求，PGW收到后更新终端地址的路由信息，将用户面隧道重定向到新的SGW，至此外部PDN网络的下行报文可以通过4G SGW下发到终端用户；PGW向SGW发送修改承载响应，其中，SGW携带之前本地分配的控制面和用户面隧道信息；
步骤19：SGW向新MME回复修改承载响应消息，网络切换完成；
步骤20：SGSN收到步骤16的重定向完成消息后，向RNC发送Iu释放消息，释放RNC侧无线资源，并向SGSN回复响应消息；
步骤21：MS发起跟踪区更新流程；
步骤22：如果MME发现签约UE AMBR与使用的UE AMBR不同，则发起修改Qos流程，MS完成跟踪区更新流程；
步骤23：MME向SGW发送删除间接转发隧道流程。
在本实施例的步骤2中，目标侧信息包括4G基站信息及跟踪区等参数。
在本实施例的步骤4中，请求消息中包含新MME控制面地址和隧道端点标识(TEID)，原网关GPRS支撑节点GGSN控制面隧道信息、承载上下文、终端地址及协商的QoS。
在本实施例的步骤6中，无线承载信息包含需要基站建立的无线承载ID及承载Qos信息。
在本实施例的步骤7中，确认消息包括携带基站分配的数据面GTPU隧道TEID和地址以及切换过程中下行数据转发隧道TEID和地址。
在本实施例的步骤8中，承载信息包括基站分配的GTPU下行数据转发隧道TEID和地址及用于用户数据报文的转发。
在本实施例的步骤13中，MS表示移动台，即移动终端，RRC表示无限资源控制。
在本实施例的步骤14中，SRNS表示源无线网络系统。
在本实施例的步骤15中，EU-TRAN表示4G陆地无线接入网。
在本实施例的步骤17中，新MME携带有步骤7中基站分配的携带基站分配的数据面GTPU隧道TEID和地址。
在本实施例的步骤20中，RNC表示3G无线网控制器，Iu表示RNC与SGSN之间的接口。
在本实施例的步骤22中，UE AMBR表示用户终端最大聚合比特速率。
在本实施例的步骤4中所述的C1判决是根据APN解析的PGW地址，在与SGSN所转发的GGSN地址进行交集判断，如果有交集则是GGSN和PGW合设场景，与现有流程相同，如果无交集则是本实施例所涉及的GGSN与PGW分设的场景。
在本实施例的步骤4中还包括：
步骤4.1：SGW在收到创建会话请求消息后，根据消息中携带的原GGSN隧道和网元实体PGW地址决定需要切换网关，将向PGW发起创建会话请求，携带SGW控制面和用户面的地址和隧道端点标识(TEID)，原GGSN控制面隧道信息，承载上下文，终端地址，协商的QoS，PGW收到创建会话请求后，保存原GGSN的控制面隧道信息，同时创建PGW的用户面和控制面隧道信息；
步骤4.2：PGW将本身的隧道信息发送给SGW。
在本实施例的步骤18中还包括：
步骤18.1：将终端地址的路由发布给路由器，将IP数据报文从路由器引入PGW，同时PGW启动释放原有GGSN隧道的定时器；
步骤18.2：PGW定时器超时后，向原GGSN发送删除PDP请求消息，删除原有隧道信息。
本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书界定。

Claims (3)

1.一种3G网关到4G网关的切换方法，其特征在于，包括：
步骤1：终端移动到4G网络覆盖范围，终端进行无线测量后，上报给无线网络控制器RNC，RNC决定发起切换；
步骤2：3G网络的RNC向3G网络的服务GPRS支撑节点SGSN发送重定向需求，携带目标侧信息；
步骤3：3G网络SGSN根据4G跟踪区信息确定目标侧移动性管理实体MME，并向目标4G网络侧MME转发重定向请求消息，SGSN携带目标4G基站及用户上下文信息；
步骤4：新MME通过C1判决后向服务网关SGW发送创建会话请求消息；
步骤5：SGW本地创建承载用户面隧道和控制面隧道，后发送创建会话响应消息给MME；
步骤6：4G MME向目标4G基站eNodeB发送切换请求消息，携带需要建立的无线承载信息；
步骤7：基站分配无线承载资源后向MME发送切换请求确认消息；
步骤8：MME向SGW发送间接数据转发隧道请求消息，携带要建立间接转发隧道的承载信息；
步骤9：SGW分配转发隧道信息后，给MME回复创建间接数据转发隧道响应消息；
步骤10：MME向SGSN发送转发重定向响应消息携带目标侧核心网分配的转发隧道信息；
步骤11：SGSN向RNC发起重定向命令；
步骤12：RNC收到的下行数据，可以直接转发到目标eNodeB或者通过SGW转发到目标eNodeB；
步骤13：RNC向MS发送RRC消息进行物理信道切换；
步骤14：RNC通过SGSN和MME转发SRNS上下文信息；
步骤15：MS通知eNodeB切换到EU-TRAN完成；
步骤16：eNodeB向MME发送切换通知消息，通知MME无线侧切换完成；
步骤17：无线侧切换完成后，新MME向SGW发起更新承载请求消息；
步骤18：SGW向PDN网关PGW发送修改承载请求，PGW收到后更新终端地址的路由信息，将用户面隧道重定向到新的SGW，至此外部PDN网络的下行报文可以通过4G SGW下发到终端用户；PGW向SGW发送修改承载响应，其中，SGW携带之前本地分配的控制面和用户面隧道信息；
步骤19：SGW向新MME回复修改承载响应消息，网络切换完成；
步骤20：SGSN收到步骤16的重定向完成消息后，向RNC发送Iu释放消息，释放RNC侧无线资源，并向SGSN回复响应消息；
步骤21：MS发起跟踪区更新流程；
步骤22：当MME发现签约UE AMBR与使用的UE AMBR不同，则发起修改Qos流程，MS完成跟踪区更新流程；
步骤23：MME向SGW发送删除间接转发隧道流程。
2.根据权利要求1所述的3G网关到4G网关的切换方法，其特征在于，步骤4中还包括：
步骤4.1：SGW在收到创建会话请求消息后，根据消息中携带的原GGSN隧道和网元实体PGW地址决定需要切换网关，SGW将向PGW发起创建会话请求携带SGW控制面和用户面的GTP隧道端点标识和地址、原GGSN控制面隧道信息、承载上下文、终端地址和协商的QoS，PGW收到创建会话请求后，保存原GGSN的控制面隧道信息，同时创建PGW的用户面和控制面隧道信息；
步骤4.2：PGW将本身的隧道信息发送给SGW。
3.根据权利要求1或2所述的3G网关到4G网关的切换方法，其特征在于，步骤18中还包括：
步骤18.1：将终端地址的路由发布给路由器，将IP数据报文从路由器引入PGW，同时PGW启动释放原有GGSN隧道的定时器；
步骤18.2：PGW定时器超时后，向原GGSN发送删除PDP请求消息，删除原有隧道信息。
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