CN111448826B - 用于在低延迟移动通信网络中减少切换过程中数据包重传的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
移动通信网络通过信号通知流量源用户设备(user equipment,UE)切换(handover,HO)导致的通信中断。为了实现超低延迟和高可靠通信,通过指示切换开始通知和切换完成通知,避免了流量源重传空中数据包,消除了额外延迟和效率低下问题。指示可以由网元、网元结合网络和流量源(例如,应用)之间的智能流量处理程序,以及包含至少两个不同无线接口的UE来实现。
Description
相关申请交叉引用
本申请要求于2017年12月8日提交的序列号为15/836,096、发明名称为“用于在低延迟移动通信网络中减少切换(Ho)过程中数据包重传的方法和装置(Method AndApparatus For Reducing Packet Retransmission During Handover(Ho)In LowLatency Mobile Communication Networks)”的美国非临时专利申请的优先权,其全部内容通过引用结合在本申请中。
技术领域
本发明实施例涉及无线通信,更具体地,涉及一种用于通过防止流量源在用户设备(user equipment,UE)从一个基站切换(handover,HO)到另一个基站的过程中重传空中(in-flight)数据包来支持超低延迟和高可靠通信的系统和方法。
背景技术
随着技术的进步,新的产品和服务应运而生,对吞吐量、信号质量和传输时延方面提出了新的通信需求。增强现实/虚拟现实(augmented reality/virtual reality,AR/VR)、游戏、自动驾驶汽车、远程医疗成像等是新的应用案例,其中许多都要求低延迟和高可靠性。例如,一些传输要求大约1毫秒的端到端延迟和/或无损传输,使得丢包时需要进行重传。在这些应用案例中,大多数利用传输控制协议(Transmission Control Protocol,TCP),即端到端传输控制跟踪哪些数据包被确认,哪些数据包需要重传。如果在超时时间段内没有接收到对数据包的确认信号(ACK),则重传这个数据包。
下一代(例如,5G)网络中的新用户面具有明显小于切换时长的端到端延迟和较短的重传超时时间段。因此,由于存在移动性管理机制,流量源更有可能重传网络中已经缓冲的数据包,导致高数据速率通信中的过度复制以及更多延迟。
现参考图1说明切换时长(Th)明显大于往返时间(round trip time,RTT)时产生的问题。RTT也就是小的互联网协议(Internet Protocol,IP)数据包从流量源经过网络传递到目的地再回到流量源的时长。图1示出了移动通信网络16。在移动通信网络16中,UE 22从第一基站(例如,源E-UTRAN基站(source E-UTRAN NodeB,SeNB))14a向第二基站(例如,目标基站(target eNB,TeNB))14b切换。在高速网络中,流量源20发送大量数据包。流量源设置重传超时时间段为α×RTT(其中,α>1,但很小)。流量源通过来自UE 22的ACK进行自定时。换句话说,流量源20发送的数据包越多,从UE 22接收到的ACK也越多。一旦数据包的重传超时时间段超时,后续的空中数据包也会过期并被重传,并通过对之前数据包的ACK进行定时。在切换过程中,空中数据包缓冲在网络16中,而UE 22处于中断状态(例如,UE 22无法发送或接收任何数据包)。由于切换时间远大于端到端重传超时时间,因此,切换(即,P1到PK)之前的所有空中数据包都过期并由流量源20重传。这样,在切换完成之后会导致拥塞以及更多延迟。
发明内容
根据说明性实施例的各方面,提供了一种在移动通信网络中减少用户设备(userequipment,UE)切换(handover,HO)过程中的流量源和UE之间的重传的方法。所述方法包括:在检测到UE切换时,生成切换开始通知并将其发送给所述流量源,以指示中断时间窗开始;确定UE切换基本上完成或已完成;生成切换完成通知并将其发送给所述流量源,以指示所述中断时间窗关闭。例如,由移动通信网络组件生成并发送所述切换开始通知和所述切换完成通知。例如,当所述网络为5G网络时,所述移动通信网络组件是网络能力开放功能组件(network exposure function,NEF);当所述网络是4G网络时,所述移动通信网络组件是服务能力开放功能组件(service capability exposure function,SCEF)。
根据说明性实施例的各方面,所述移动通信网络组件是NEF,所述流量源是在应用服务器上运行的至少一个基于互联网协议(internet protocol,IP)的应用,所述生成并发送切换开始通知还包括以下步骤:所述NEF查询用户面功能组件(user plane function,UPF),以接收与所述UE相关的应用流信息;所述NEF根据所述应用流信息,生成切换开始通知并将其发送给与所述UE相关的每个应用。所述切换开始通知向所述应用指示:所述应用向所述UE发送的数据包流量在切换过程中暂时中断,并停止向UE发送数据包流量。
根据说明性实施例的各方面,所述生成并发送切换完成通知还包括:所述NEF根据所述应用流信息,生成切换完成通知并将其发送给与所述UE相关的每个应用。所述切换完成通知向所述应用指示:所述应用向所述UE发送的数据包流量在切换之后恢复,并恢复向所述UE发送数据包流量。
根据说明性实施例的各方面,所述移动通信网络组件是NEF,所述流量源是在应用服务器上运行的至少一个基于互联网协议(internet protocol,IP)的应用,所述网络和所述至少一个应用之间设置有智能流量处理程序,所述智能流量处理程序作为传输控制协议(Transmission Control Protocol,TCP)分离代理。所述生成并发送切换开始通知还包括:所述NEF生成切换开始通知并将其发送给所述智能流量处理程序;所述生成并发送切换完成通知还包括:所述NEF生成切换完成通知并将其发送给所述智能流量处理程序。
根据说明性实施例的各方面,由UE生成并发送所述切换开始通知和所述切换完成通知。例如,所述UE通过第一无线接口接收切换开始信号。所述UE具有第二无线接口和处理器,对所述处理器进行编程以实现传输控制,用于与至少一个应用服务器通信并具有运行应用信息。所述生成切换开始通知并将其发送给流量源包括:向所述传输控制提供所述切换开始信号;所述传输控制根据所述运行应用信息,通过所述第二无线接口向所述至少一个应用服务器发送所述携带UE IP地址的切换开始通知,所述切换开始通知指示所述第一无线接口的中断时间窗开始。
根据说明性实施例的各方面,响应于所述UE通过所述第一无线接口接收切换完成信号,所述生成切换完成通知并将其发送给所述流量源包括:向所述传输控制提供所述切换完成信号;所述传输控制通过所述第二无线接口向所述至少一个应用服务器发送所述切换完成通知,所述切换完成通知指示所述第一无线接口的中断时间窗关闭。所述至少一个应用服务器响应于所述切换开始通知,暂停通过所述第一无线接口向所述UE发送流量;响应于所述切换完成通知,恢复通过所述第一无线接口向所述UE发送流量。
根据说明性实施例的各方面,一种移动通信网络中的网络开放功能组件(networkexposure function,NEF)包括:连接到互联网协议(Internet Protocol,IP)网络的IP接口;连接到所述移动通信网络中的其它组件的网络功能(network function,NF)消息接口,所述NEF通过所述网络功能消息接口从所述移动通信网络中的至少一个所述其它组件接收用户设备(user equipment,UE)的切换(handover,HO)开始信号和切换完成信号;存储器,包括指令,用于与在所述IP网络中的至少一个应用服务器上运行的应用进行通信,以及用于生成切换开始通知和切换完成通知;与所述IP接口、所述NF消息接口和所述存储器进行通信的处理器,其中,所述处理器执行所述指令以:在通过所述NF消息接口接收到切换开始信号之后,通过所述IP接口生成切换开始通知并将其发送给至少一个所述应用;在通过所述NF消息接口接收到切换完成信号之后,通过所述IP接口生成切换完成通知并将其发送给至少一个所述应用,其中,所述切换开始通知指示中断时间窗开始,所述切换完成通知指示中断时间窗关闭。例如,所述处理器执行所述指令以:查询用户面功能组件(user planefunction component,UPF),以接收与所述UE相关的应用流信息,所述UE包括所述UE签约的且在切换过程中与UE建立会话的应用;根据所述应用流信息,生成所述切换开始通知和所述切换完成通知并将其发送给与所述UE相关的每个应用。
根据说明性实施例的各方面,一种智能流量处理程序组件(smart traffichandler,STH)包括:互联网协议(Internet Protocol,IP)接口,连接到IP网络中的至少一个应用服务器以及连接到具有IP网络接口的移动通信网络组件;存储器,包括指令,用于实现传输控制协议(Transmission Control Protocol,TCP)分割代理和用户数据报协议(User Datagram Protocol,UDP)数据包处理程序中的至少一个,以及用于处理通过所述IP接口从所述移动通信网络组件接收到的切换开始通知和切换完成通知;与所述IP接口和所述存储器进行通信的处理器,其中,所述处理器执行所述指令以:响应于所述切换开始通知,暂停TCP数据包重传定时器并通过所述TCP分割代理开始中断时间窗口;然后,响应于所述切换完成通知,恢复所述TCP数据包重传定时器并关闭中断时间窗。此外,所述处理器执行所述指令以:缓冲所述应用服务器指向所述UE的数据包;响应于所述切换开始通知,停止所述应用服务器向所述UE发送所述数据包;响应于切换完成通知,恢复所述应用服务器通过所述UDP数据包处理程序向所述UE发送数据包。
根据说明性实施例的各方面,一种移动通信网络中的用户设备(User Equipment,UE)包括:将所述UE连接到所述移动通信网络的第一无线接口;将所述UE连接到互联网协议(Internet Protocol,IP)网络的第二无线接口;存储器,包括在所述UE上运行的一个或多个应用以及指令,用于实现在所述IP网络中的所述应用及其对应的应用服务器之间进行通信的传输控制,所述传输控制包括运行应用信息,指示所述UE签约的且与所述UE正在进行会话的应用;与所述IP接口和所述存储器进行通信的处理器,其中,所述处理器执行所述指令以:向所述传输控制提供通过所述第一无线接口接收到的切换(handover,HO)信号;通过所述传输控制和所述第二无线接口向至少一个所述应用服务器发送携带UE IP地址的切换开始通知,其中,所述切换开始通知指示通过所述第一无线接口建立的连接的中断时间窗开始。例如,响应于所述UE通过所述第一无线接口接收切换完成信号,所述处理器执行所述指令以:通过所述传输控制和所述第二无线接口向所述应用服务器发送切换完成通知,其中,所述切换完成通知指示所述第一无线接口的中断时间窗关闭。
本发明的附加和/或其它方面和优点将在以下描述中阐述,或者从描述中显而易见,或者可以通过实践本发明而了解。本发明可以包括软件、API、包含指令的非瞬时性存储器、网元、UE和应用服务器以及用于执行一个或多个上述方面和/或其一个或多个特征和组合的方法。本发明可以包括所附权利要求中列举的一个或多个特征和或上述方面的组合。
附图说明
结合附图,从以下详细描述中将更容易理解本发明实施例的上述方面和/或其它方面以及优点,其中:
图1示出了UE在移动通信网络中进行切换以及数据包重传;
图2是根据说明性实施例的移动通信网络组件向应用等流量源提供切换通知以减少切换过程中的数据包重传的系统的示意图;
图3示出了图2所述系统中的组件的信号流;
图4A和图4B是根据说明性实施例的移动通信网络组件和流量源分别执行的用于在移动通信网络中减少切换过程中的数据包重传的操作的流程图;
图5是根据说明性实施例的网络能力开放功能组件(network exposure functioncomponent,NEF)的框图;
图6是根据说明性实施例的移动通信网络组用于向智能流量处理程序组件(smarttraffic handler component,STH)提供切换通知的系统的示意图;
图7示出了图5所述系统中的组件的信号流;
图8是根据说明性实施例的STH的框图;
图9是根据说明性实施例的用户设备(user equipment,UE)用于向应用等流量源提供切换通知的系统的示意图;
图10示出了图9所述系统中的组件的信号流;
图11A和图11B是根据说明性实施例的UE和流量源分别执行的用于在移动通信网络中减少切换过程中的数据包重传的操作的流程图。
在整个附图中,应理解,相似的参考数字指代相似的元件、特征和结构。
具体实施方式
根据本发明实施例的有益方面,通过信号(例如,从移动通信网络到流量源)通知UE切换导致的通信中断,避免流量源重传空中数据包,从而消除额外延迟和效率低下问题,进而支持超低延迟和高可靠通信。如下所述,根据说明性实施例,向流量源发送切换开始通知和切换完成通知。流量源是向UE发送数据包的运营商域中的应用(App),或者第三方应用、代理,等等。接着,流量源可以暂停重传定时器以开始中断时间窗,从而避免切换过程中的数据包重传,可选地,当UE处于切换模式时,停止向UE发送流量;然后在切换完成时,恢复重传定时器以关闭中断时间窗。
通过两种技术中的任一种来减少重传,从而执行上述说明性实施例。在第一种技术中,网络16中的一个组件向流量源20发送两个信号:第一信号,以下称为“切换开始通知”,指示切换开始;第二信号,以下称为“切换完成通知”,指示切换完成。流量源20在接收到切换开始通知之后暂停自己的重传定时器,以开始没有向UE重传数据包的中断时间窗,并在接收到切换完成通知之后恢复重传定时器,以关闭中断时间窗并恢复数据包重传。可选地,流量源20可以在接收切换开始通知和接收切换完成通知之间停止发送新的数据包。在第二种技术中,UE 22连接到多个无线接口(例如,移动通信网络接口和Wi-Fi接口),并且由UE 22而非网络16中的一个组件向流量源20发送切换开始通知和切换完成通知。
图2和图3示出了采用第一种技术的一个实施例。通过第一种技术,移动通信网络16中的网络组件32向流量源20发送切换开始通知和切换完成通知。图2示出了移动通信网络16中和IP网络26中的各种组件,图3示出了这些组件之间的信号流。所示的网络16为第五代(fifth generation,5G)移动通信网络,但应理解,网络16可以是第三代(thirdGeneration,3G)合作伙伴计划标准(third Generation Partnership Project standard,3GPP)网络或第四代(fourth generation,4G)长期演进(Long Term Evolution,LTE)移动通信网络,等等。基于IP网络的应用20等流量源通过用户面功能(user plane function,UPF)34向UE 22发送数据包。UE 22从SeNB 14a切换到TeNB 14b。在4G LTE网络的切换过程中,移动性管理实体(mobility management entity,MME)从SeNB接收切换请求信号并命令进行切换,在切换完成时从TeNB接收通知。SeNB和TeNB向5G网络中的会话管理功能(session management function,SMF)30提供相似信号。SMF 30向网络组件32传送切换开始信号和切换完成信号。网络组件32可以是4G网络中的业务能力开放功能(capabilityexposure function,SCEF)或5G网络中的网络能力开放功能(network exposurefunction,NEF),等等。网络组件32进而向流量源20提供切换开始通知和切换完成通知。如图2和图3中标记为“1”至“6”的线条所示,根据所示实施例,执行以下动作1至6:
1.当SMF 30接收SeNB 14a的指示切换开始的信号时,SMF 30向NEF 32发送携带UE标识(例如,国际移动用户识别码(international mobile subscriber identity,IMSI)的信号,如图3中的“切换开始”所示。
2.在接收到SMF 30的切换开始信号时,NEF 32查询UPF 34,以获取与UE 22相关的流信息。流信息与UE 22签约的且当前与UE 22建立会话的应用20有关。如下文所述,根据所示实施例的一方面,当UE签约应用并在切换过程中与这些应用进行现有会话时,应用20用于接收切换开始通知和切换完成通知。UPF 34接收应用的流信息,与应用进行的现有会话中的签约UE的网络标识有关。在一些实例中,当与应用进行会话的签约UE的UE网络标识被隐藏时(例如,当UE位于网络地址转换器(network address translator,NAT)之后时),应用20只能向UPF 34提供自己的端点信息(例如,应用20的应用服务器24的服务器IP地址和端口号)。在这些实例中,向具有UE订阅上下文的UPF 34提供的端点接收到切换开始通知和切换完成通知。
3.UPF 34使用与UE 22相关的流信息响应NEF 32。
4.NEF 32向相关应用20发送切换开始通知,相关应用20向UE 22发送流量(例如,根据步骤3中获取到的流信息)。所有应用20停止向UE 22发送数据包。例如,在接收到切换开始通知时,通过自己的应用服务器24暂停重传定时器,应用20开始中断时间窗。在接收到切换完成通知时,通过恢复重传定时器,关闭中断时间窗。
5.NEF 32接收SMF 30的信号,该信号携带UE的IMSI并指示切换几乎完成。SMF 30的信号如图3中的“切换完成”所示。
6.NEF 32根据流信息向相关应用20发送切换完成通知。所有应用20恢复向UE 22发送数据包,并在接收到切换完成通知时,通过恢复重传定时器来关闭中断时间窗。
如上所述,移动通信网络16可以是3GPP网络或4G LTE网络,或者是包括5G网络在内的其它移动通信网络,其中,使用MME、SCEF和服务/分组数据网络网关(S/P GW)代替结合图2描述的SMF、NEF和UPF。如本文所述,根据说明性实施例,网络16向流量源20提供显式切换开始通知和切换完成通知,可以使用不同类型的通信网络中的不同移动通信网络组件来实施。无论哪种类型的网络16,SMF 30或4G网络中的MME等网络组件检测到切换开始,如图4A中的步骤50所示,然后,由NEF 32或4G网络中的SCEF等向流量源20(例如,应用)发送切换开始通知,如步骤52所示。如图4A中的箭头(ii)所示,可以使用替代信令序列,使得网络16不必等到完成向流量源发送切换开始通知才开始UE切换流程。网络16开始UE切换流程(步骤54),一旦MME或SMF 30检测到切换完成(步骤56),SCEF或NEF 32生成切换完成通知并将其发送给流量源(步骤58)。在流量源侧(图4B),流量源接收切换开始通知(步骤60),然后暂停重传定时器(步骤62),可选地,停止发送新的数据包(步骤64)。当流量源接收切换完成通知(步骤66)时,流量源恢复重传定时器(步骤68)。如果数据包发送暂停,则流量源恢复发送新的数据包(步骤70)。
应理解,协议无关网络状况服务实体(Protocol Independent NetworkCondition Service,PINCS)可以向NEF 32而不向SMF 30提供切换开始信号和切换完成信号。例如,PINCS可以是网络拥塞控制器的一部分。该网络拥塞控制器还包括网络状况消费者(network condition consumer,NCC)节点和网络状况提供商(network conditionprovider,NCP)节点。PINCS可用于聚合网络状况信息,并根据签约指示向NCC节点发送聚合信息。NCP将签约的网络状况信息输入到拥塞控制算法,从而进行网络拥塞控制。PINCS在于2017年10月27日提交的序列号为15/796,183的美国专利申请中进行了描述,其全部内容通过引用结合在本申请中。图2所示的SMF 30、UPF 34和NEF 32可以实施为专用硬件上的网元,或运行在专用硬件上的软件实例,或在云基础设施等合适平台上进行实例化的虚拟功能,等等。
图5示出了向流量源20发送切换开始通知和切换完成通知的示例性NEF 32。NEF32包括网络功能(network function,NF)消息接口86,用于与其它移动核心实体进行通信,例如,与SMF 30进行通信以接收指示切换开始和切换完成的信号,与UPF 34进行通信以获取UE流信息。NEF 32还包括IP接口84,用于与IP网络26中的应用服务器24和应用20等实体进行通信。NEF 32可以包含处理器80,用于执行存储在存储器82中的软件指令以控制NEF32的操作。例如,这些指令可以是位于网络16边界处的连接到IP网络26的一组应用编程接口(application programming interface,API),用于与运行在IP网络26中的至少一个应用服务器24上的应用20进行通信,以根据从UPF 34获取到的流信息,响应于从SMF 30接收到的切换开始信号和切换完成信号,发送切换开始通知和切换完成通知。
图6和图7示出了采用第一种技术的另一个实施例。通过第一种技术,移动通信网络16中的网络组件32向IP网络26中的智能流量处理程序组件(smart traffic handing,STH)36而不向图2和图3所述的流量源20发送切换开始通知和切换完成通知。图6和图7分别与图2和图3相似,除增加STH 36之外。STH 36是移动通信网络16和通过IP网络26中的应用服务器24可访问的应用20之间的一种接口,能够作为TCP分离代理和用户数据报协议(UserDatagram Protocol,UDP)数据包处理程序。例如,当SMF 30接收指示UE 22切换开始的信号时,执行以下动作1至动作6:
1.当SMF 30接收SeNB 14a的指示切换开始的信号时,SMF 30向NEF 32发送切换开始信号,其中,切换开始信号携带UE标识(IMSI),或者如果IP地址是静态分配的,则携带UEIP地址。
2.在接收到切换开始信号时,NEF 32使用IMSI查询UPF 34,以获取UE IP地址。另一方面,如果通知包括UE IP地址,则取消本动作。
3.如果查询到UE IP地址,则UPF 34使用UE IP地址响应NEF 32。
4.NEF 32向STH 36发送携带UE IP地址的切换开始通知。当接收到切换开始通知时,STH 36控制自身的TCP分离代理功能的TCP数据包重传定时器,以避免切换过程中的数据包重传。STH 36的TCP分离代理与应用20交互,好像什么都没有发生。换句话说,不向应用20发送切换开始通知或切换完成通知,所以应用20不会暂停数据包传输或重传定时器。相反,STH 36的TCP分离代理开始中断时间窗(例如,通过暂停TCP重传定时器),停止向UE 22发送数据包,并缓冲这些数据包。STH 36还使用UDP数据包处理程序缓冲去往UE 22的UDP数据包。
5.当SMF30接收指示切换几乎完成的信号时,SMF30向NEF32发送切换完成信号。
6.NEF 32向STH 36通知UE 22的切换完成,STH 36的TCP分割代理关闭中断时间窗(例如,通过恢复TCP数据包重传定时器),并开始向UE22发送数据包。对于UDP数据包,STH36只是将这些数据包转发给UE 22。
图8描述了用于从NEF 32接收切换开始通知和切换完成通知并与流量源20进行通信的示例性STH 36。STH可以是专用硬件,或者在云基础设施等合适平台上进行实例化的虚拟功能。STH 36包括IP接口98等,用于与NEF 32以及IP网络26中的应用服务器24和应用20等实体进行通信。此外,STH 36可以包含处理器90,用于执行存储在存储器92中的软件指令以控制STH 36的操作,例如,STH 36的TCP分离代理操作94和UDP数据包处理程序操作96。
继续参考图6和图7,应理解,PINCS可以向NEF而不向SMF提供切换开始信号和切换完成信号,如上文结合图2和图3所述。此外,在3GPP网络或4G LTE网络,或者包括5G网络在内的其它移动通信网络中,使用MME、SCEF和S/P GW代替根据说明性实施例的结合图2和图3所述的SMF/PINCS、NEF和UPF。如本文所述,根据说明性实施例,向STH发送显式切换开始通知和切换完成通知,可以使用不同类型的通信网络中的不同移动通信网络组件来实施。
图9和图10描述了采用第二种技术的另一说明性实施例。在第二种技术中,UE 22向流量源20发送关于切换状态的通知。第二种技术采用双连接,即UE连接到多个无线接口(例如,移动通信网络接口和WiFi接口)并利用在多个无线接口上传送的传输层。在图9和图10中,UE 22在移动通信网络16中的SeNB 14a和TeNB 14b之间进行切换。UE 22包含至少两个不同的无线接口RIF-1 381和RIF-2 382,例如,移动通信网络接口和WiFi接口。可以使用其它的无线接口组合。UE 22通过应用服务器24与基于IP网络的应用20等流量源进行通信。例如,执行以下动作1至动作4:
1.当UE 22通过RIF-1 381从SeNB 14a获取切换开始信号(图11A中的步骤100)时,将切换开始信号传递到传输控制100(图11A中的步骤102),传输控制100具有如42所示的运行应用信息。
2.传输控制100通过RIF-2 382向在IP网络26上运行的应用服务器24发送携带UEIP地址的切换开始通知,如图11A中的步骤104所示。当应用服务器24接收切换开始通知(图11B中的步骤110)时,应用服务器24开始中断时间窗以避免切换过程中的数据包重传(例如,通过暂停重传定时器),可选地,停止通过网络16中的接口RIF-1 381向UE发送流量,如图11B中的步骤112所示。
3.当UE 22通过RIF-1 381从TeNB 14b获知切换完成(图11A中的步骤106)时,将切换完成信号传递到传输控制100。
4.UE 22处的传输控制100通过RIF-2 382向应用服务器24发送切换完成通知(图11A中的步骤108)。当应用服务器24接收切换完成通知(图11B中的步骤114)时,应用服务器24恢复重传定时器以关闭中断时间窗,如果之前已暂停,则通过网络16中的接口RIF-1 381恢复向UE 22发送流量,如图11B中的步骤116所示。
根据一个实施例,一种系统包括用于在移动通信网络中减少UE切换(handover,HO)过程中的流量源和用户设备(user equipment,UE)之间重传的电路。该系统包括生成装置和发送装置,用于在检测到UE切换时,生成切换开始通知并将其发送给流量源,以指示中断时间窗开始。该系统还包括用于确定UE切换基本上完成或已完成的确定装置。最后,该系统包括相同或不同的生成和发送装置,用于生成切换完成通知并将其发送给流量源,以指示中断时间窗关闭。
通过各说明性实施例,有利于显式通过信号通知UE从网络16或UE 22切换到流量源20导致的通信中断。为了实现超低延迟和高可靠通信,这种信号通知避免流量源重传空中数据包,从而消除了额外延迟和效率低下问题。
通过移动核心网中的一组API来实施根据说明性实施例所述的切换开始通知和切换完成通知,这些API更好地支持低延迟应用,并通过避免数据包重复传输实现高效传输流程。说明性实施例还可以实施为边缘传输代理服务或功能。
本发明说明性实施例适用于事件驱动环境,在该环境中,应用或网络实体处的传输控制可以等待切换开始通知和切换完成通知。根据说明性实施例的一方面,用于移动核心平台和传输控制层之间交换的切换开始通知和切换完成通知的消息和接口可以标准化,以便不同核心网和UE兼容和使用,例如,因特网工程任务组(Internet Engineering TaskForce,IETF)传输层扩展(例如,QUIC、BBR、TCP、MP-TCP等)和开放网络基金会(OpenNetworking Foundation,ONF)软件定义网络(Software-Defined Networking,SDN)API。
因此,根据说明性实施例,有利于提供将数据包缓冲分流到传输控制层的更简单移动性管理方案,以及处理现有方案不能充分解决的新出现问题的方案。例如,在移动通信网络领域,不存在解决切换时间明显大于往返时间的方案,因此出现了一个新问题。现有方案通常在3GPP移动性管理之外进行,主要适应端节点网络标识变化,依赖端到端信号,无法处理中断。这些现有方案意识不到切换状态变化或因切换导致的中断,而仅依赖于有关传输的历史数据。这些现有方案仅仅根据历史数据和信号质量能力做出传输调度决策,而互联网协议族的应用层或TCP层对两者都一无所知。相比之下,根据本发明说明性实施例,有利于公开切换事件,从而使得调度决策使用切换信息。
本领域技术人员应理解,本发明在其应用中不限于在以下描述中阐述或附图中图示的组件的构造和布置的细节。本发明能够具备其它实施例,或者能够以各种方式实践或执行。此外,应理解,此处使用的措辞和术语是为了描述目的,不应视为限制性的。“包括”、“具有”及其变体在本文中的用法意在包括其后列出的项目及其等效项目以及附加项目。除非另有限制,否则术语“连接”、“耦合”和“安装”以及其变体在本文中广泛使用,并且包括直接和间接连接、耦合和安装。另外,术语“连接”和“耦合”及其变体不限于物理或机械连接或耦合。此外,术语“上”、“下”、“底部”和“顶部”是相对的,并用于辅助说明,但并不用于限制。
根据本发明所示实施例采用的说明性设备、系统和方法的组件可以至少部分在数字电子电路、模拟电子电路中实现,或者可以在计算机硬件、固件、软件中实现,或者以它们的组合方式实现。例如,这些组件可以实施为计算机程序产品,例如有形地包含在信息载体或机器可读存储设备中的计算机程序、程序代码或计算机指令,由可编程处理器、计算机或多台计算机等数据处理装置执行或控制可编程处理器、计算机或多台计算机等数据处理装置的操作。
计算机程序可以用任何形式的编程语言来编写,包括编译语言或解释语言,并且可以以任何形式部署,包括作为独立程序或作为模块、组件、子例程或适合在计算环境中使用的其它单元。计算机程序可以部署在一台计算机上执行,或部署在位于一个站点或分布于多个站点并通过通信网络互连的多台计算机上执行。此外,实现本发明的功能程序、代码和代码段可以由本发明所属领域的程序员容易理解为在本发明的范围内。与本发明说明性实施例相关的方法步骤可以由执行计算机程序、代码或指令来执行功能(例如,通过对输入数据进行操作和/或生成输出)的一个或多个可编程处理器执行。方法步骤还可以由专用逻辑电路执行,或者本发明的装置可以实现为专用逻辑电路,例如,现场可编程门阵列(fieldprogrammable gate array,FPGA)或专用集成电路(application-specific integratedcircuit,ASIC)。
结合本文中所公开的实施例描述的各种说明性逻辑块、模块和电路可以使用通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor,DSP)、ASIC、FPGA或其它可编程逻辑器件、分立门或晶体管逻辑、分立硬件组件或设计用于执行本文描述的功能的各种组合来实现。通用处理器可以是微处理器,或者,处理器也可以是任何常规的处理器、控制器、微处理器或状态机。处理器也可以实现为计算设备的组合,例如,DSP和微处理器的组合,多个微处理器,一个或多个微处理器结合DSP核,或任何其它类似的配置。
例如,适合执行计算机程序的处理器包括通用和专用微处理器,以及任何类型的数字计算机的任何一个或多个处理器。通常,处理器从只读存储器或随机存取存储器或两者中接收指令和数据。计算机的基本元件为用于根据指令执行动作的处理器和用于存储指令和数据的一个或多个存储设备。通常,计算机还包括一个或多个用于存储数据的大容量存储设备,例如,磁盘、磁光盘或光盘,或可操作地耦合至一个或多个用于存储数据的大容量存储设备以从大容量存储设备接收数据和/或将数据传送给大容量存储设备。适合于体现计算机程序指令和数据的信息载体包括各种形式的非易失性存储器,例如,包括半导体存储器设备,例如,电子可编程只读存储器(electrically programmable read-onlymemory,EPROM)、电可擦除可编程ROM(electrically erasable programmable ROM,EEPROM)、闪存设备、数据存储磁盘(例如,磁盘、内置硬盘、可移动磁盘、磁光盘、CD-ROM、DVD-ROM盘)。处理器和存储器可以由专用逻辑电路进行补充或并入到专用逻辑电路中。
本领域技术人员理解,信息和信号可以使用各种不同的技术和工艺来表示。例如,以上描述提到的数据、指令、命令、信息、信号、比特、符号和芯片可以由电压、电流、电磁波、磁场或粒子、光场或粒子或者任何组合表示。
本领域技术人员进一步理解,结合本文中所公开的实施例所描述的各种说明性逻辑块、模块、电路和算法步骤可以实现为电子硬件、计算机软件或两者的组合。为了清楚地说明硬件和软件的可互换性,上文已大致从功能方面描述了各种说明性组件、和块、模块、电路步骤。将这种功能实现为硬件还是软件取决于特定应用和强加于整个系统的设计约束。熟练的技术人员可以针对每个特定应用,以不同的方式实现所描述的功能,但是,这种实现决策不应解释导致背离与本发明的保护范围。软件模块可以驻留于随机存储器(random access memory,RAM)、闪存、ROM、EPROM、EEPROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM或技术领域内所公知的任何其它形式的存储介质中。一种示例性存储介质耦合到处理器,使得处理器可以从存储介质读取信息,并将信息写入存储介质中。可选地,存储截止还可以集成到处理器中。换句话说,处理器和存储介质可以驻留在集成电路中,或者实现为分立组件。
尽管已经参考本发明的特定特征和实施例描述了本发明,但是明显在不脱离本发明的情况下可以制定本发明的各种修改和组合。说明书和附图仅被视为所附权利要求书所定义的本发明的说明并且考虑落于本说明书的范围内的任何和所有修改、变体、组合或均等物。
Claims (16)
1.一种用于在移动通信网络中减少用户设备UE切换HO过程中的流量源和UE之间的重传的方法,其特征在于,所述方法包括:
在检测到UE切换时,移动通信网络组件查询用户面功能组件以接收与UE相关联的应用流信息;
所述移动通信网络组件基于应用流信息生成切换开始通知并将所述切换开始通知发送给所述流量源,所述切换开始通知指示中断时间窗开始;
确定UE切换基本上完成或已完成;所述移动通信网络组件生成切换完成通知并将所述切换完成通知发送给所述流量源,所述切换完成通知指示所述中断时间窗关闭。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,当所述网络为5G网络时,所述移动通信网络组件是网络能力开放功能组件NEF;当所述网络是4G网络时,所述移动通信网络组件是服务能力开放功能组件SCEF。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述移动通信网络组件是NEF,所述流量源是在应用服务器上运行的至少一个基于互联网协议IP的应用,所述生成并发送切换开始通知还包括以下步骤:
所述NEF查询用户面功能组件UPF,以接收与所述UE相关的应用流信息;
所述NEF根据所述应用流信息,生成切换开始通知并将所述切换开始通知发送给与所述UE相关的每个应用。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述生成并发送切换完成通知还包括:所述NEF根据所述应用流信息,生成切换完成通知并将所述切换完成通知发送给所述UE相关的每个应用。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的方法,其特征在于,由其它移动通信网络组件向所述NEF通知检测到UE切换,所述其它移动通信网络组件包括会话管理功能组件SMF和协议无关网络状况服务组件PINCS,这两个组件向所述NEF发送携带UE的国际移动用户识别码IMSI的切换开始信号;所述确定UE切换完成状态包括:所述其它移动通信网络组件向所述NEF发送携带UE IMSI的切换完成信号。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的方法,其特征在于,所述移动通信网络组件是NEF,所述流量源是在应用服务器上运行的至少一个基于互联网协议IP的应用,所述网络和所述至少一个应用之间设置有智能流量处理程序,所述智能流量处理程序作为传输控制协议TCP分离代理;
所述生成并发送切换开始通知还包括:所述NEF生成切换开始通知并将所述切换开始通知发送给所述智能流量处理程序;
所述生成并发送切换完成通知还包括:所述NEF生成切换完成通知并将所述切换完成通知发送给所述智能流量处理程序。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的方法,其特征在于,由其它移动通信网络组件向所述NEF通知检测到UE切换,所述其它移动通信网络组件包括SMF和PINCS,这两个组件向所述NEF发送携带UE IMSI和UE IP地址中的至少一个的切换开始通知。
8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:如果未从所述SMF或所述PINCS接收UE IP地址,则所述NEF查询UPF,以接收所述UE IP地址。
9.根据权利要求1至4中任一项所述的方法,其特征在于,由UE生成并发送所述切换开始通知和所述切换完成通知。
10.根据权利要求1至4中任一项所述的方法,其特征在于,所述UE通过第一无线接口接收切换开始信号,所述UE具有第二无线接口和处理器,对所述处理器进行编程以实现传输控制,用于与至少一个应用服务器通信并具有运行应用信息;所述生成切换开始通知并将所述切换开始通知发送给流量源包括:
向所述传输控制提供所述切换开始信号;
所述传输控制根据所述运行应用信息,通过所述第二无线接口向所述至少一个应用服务器发送携带UE IP地址的切换开始通知,所述切换开始通知指示所述第一无线接口的中断时间窗开始。
11.根据权利要求10所述的方法,其特征在于,响应于所述UE通过所述第一无线接口接收切换完成信号,所述生成切换完成通知并将所述切换完成通知发送给所述流量源包括:
向所述传输控制提供所述切换完成信号;
所述传输控制通过所述第二无线接口向所述至少一个应用服务器发送所述切换完成通知,所述切换完成通知指示所述第一无线接口的中断时间窗关闭。
12.一种移动通信网络中的网络开放功能组件NEF,其特征在于,所述NEF组件包括:
连接到互联网协议IP网络的IP接口;
连接到所述移动通信网络中的其它组件的网络功能NF消息接口,所述NEF通过所述网络功能消息接口从所述移动通信网络中的至少一个所述其它组件接收用户设备UE的切换HO开始信号和切换完成信号;
存储器,包括指令,用于与在所述IP网络中的至少一个应用服务器上运行的应用进行通信,以及用于生成切换开始通知和切换完成通知;
与所述IP接口、所述NF消息接口和所述存储器进行通信的处理器,
其中,
所述处理器执行所述指令以:在通过所述NF消息接口接收到切换开始信号之后,通过所述IP接口,查询用户面功能组件UPF,以接收与所述UE相关的应用流信息,基于与UE相关联的应用流信息,生成切换开始通知并将所述切换开始通知发送给至少一个所述应用;在通过所述NF消息接口接收到切换完成信号之后,通过所述IP接口生成切换完成通知并将所述切换完成通知发送给至少一个所述应用,其中,所述切换开始通知指示中断时间窗开始,所述切换完成通知指示中断时间窗关闭。
13.根据权利要求12所述的NEF,其特征在于,所述UE包括所述UE签约的且在切换过程中与UE建立会话的应用;所述处理器执行所述指令以:将所述切换开始通知和所述切换完成通知发送给与所述UE相关的每个应用。
14.一种智能流量处理程序组件STH,其特征在于,所述STH包括:
互联网协议IP接口,连接到IP网络中的至少一个应用服务器以及连接到具有IP网络接口的移动通信网络组件;
存储器,包括指令,用于实现传输控制协议TCP分割代理和用户数据报协议UDP数据包处理程序中的至少一个,以及用于处理通过所述IP接口从所述移动通信网络组件接收到的切换开始通知和切换完成通知;
与所述IP接口和所述存储器进行通信的处理器,其中,所述处理器执行所述指令以:响应于所述切换开始通知,暂停TCP数据包重传定时器并通过所述TCP分割代理开始中断时间窗口;然后,响应于所述切换完成通知,恢复所述TCP数据包重传定时器并关闭中断时间窗。
15.根据权利要求14所述的STH,其特征在于,所述处理器执行所述指令以:缓冲所述应用服务器指向UE的数据包;响应于所述切换开始通知,停止所述应用服务器向所述UE发送所述数据包;响应于切换完成通知,恢复所述应用服务器通过所述UDP数据包处理程序向所述UE发送数据包。
16.一种移动通信网络中的用户设备UE,其特征在于,所述UE包括:
将所述UE连接到所述移动通信网络的第一无线接口;
将所述UE连接到互联网协议IP网络的第二无线接口;
存储器,包括在所述UE上运行的一个或多个应用以及指令,用于实现在所述IP网络中的所述应用及所述应用对应的应用服务器之间进行通信的传输控制,所述传输控制包括运行应用信息,指示所述UE签约的且与所述UE正在进行会话的应用;
与IP接口和所述存储器进行通信的处理器,其中,所述处理器执行所述指令以:向所述传输控制提供通过所述第一无线接口接收到的切换HO开始信号;通过所述传输控制和所述第二无线接口向至少一个所述应用服务器发送携带UE IP地址的切换开始通知,其中,所述切换开始通知指示所述无线接口的中断时间窗开始;
其中,响应于所述UE通过所述第一无线接口接收切换完成信号,所述处理器执行所述指令以:通过所述传输控制和所述第二无线接口向所述应用服务器发送切换完成通知,
其中,所述切换完成通知指示所述第一无线接口的中断时间窗关闭。
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