CN111630898B

CN111630898B - 蜂窝网络中的分组数据网关和操作分组数据网关的方法

Info

Publication number: CN111630898B
Application number: CN201980009005.1A
Authority: CN
Inventors: M·奎瓦斯·拉米雷斯
Original assignee: British Telecommunications PLC
Current assignee: British Telecommunications PLC
Priority date: 2018-01-18
Filing date: 2019-01-14
Publication date: 2022-08-30
Anticipated expiration: 2039-01-14
Also published as: US20210068019A1; EP3741155B1; WO2019141623A1; EP3741155A1; CN111630898A; US11570675B2

Abstract

本公开提供蜂窝网络中的分组数据网关和操作分组数据网关的方法。在LTE网络中，用户设备可以经由LTE语音(VoLTE)和WiFi语音(VoWiFi)接入语音应用服务。为了检测将影响VoWiFi能力的与用于为用户设备提供从非受信网络对LTE网络的接入的演进分组数据网关相关联的数据链路中的故障，分组数据网关监测ePDG的状态，并且如果检测到故障，则用户设备被通知其应经由VoLTE连接至语音服务。

Description

蜂窝网络中的分组数据网关和操作分组数据网关的方法

技术领域

本发明涉及无线通信服务的管理，并且具体涉及用于控制客户端设备对语音服务数据路径的使用的方法和装置。

背景技术

蜂窝数据网络向具有蜂窝网络接口的移动设备提供数据连接性。所述网络由用于处理控制平面功能和数据分组路由的网络核心以及遍布移动网络的覆盖区域定位的通常为宏小区基站的用于与订户移动设备无线通信的无线接入网(RAN)形成，该RAN。蜂窝网络架构的示例是长期演进(LTE)。与在电路交换语音平台上提供分组交换数据服务的前几代的第二代(2G)蜂窝网络和第三代(3G)蜂窝网络不同，LTE是不支持传统语音呼叫平台的全分组交换数据网络架构。

根据IEEE 802.11标准系列(通常称为Wi-Fi^TM)工作的无线局域网(WLAN)在多个用户位置中都很常见，并且在小的地理范围内提供数据连接性。通常，无线局域网由无线接入点(AP)生成并维持，该无线AP充当连接至WLAN的设备(例如，智能电话、平板计算机)与经由有线局域网(LAN)连接的本地设备(诸如电视机和网络附接存储)之间的分组路由接口。无线接入点服务于本地设备，并且通常将与诸如调制解调器的外部网络接口共同定位或者集成，以经由互联网服务提供商的(ISP的)核心网络向诸如互联网的外部网络提供回程链路。示例回程技术包括基于电缆数据服务接口规范(DOCSIS)架构的数字订户线(xDSL)铜/光纤和电缆。

在整个说明书中，这种组合的AP、路由以及调制解调器设备将称为集中器。

VoIP/VoLTE/VoWiFi

随着架构的改变，需要另选方式来提供语音通信服务。较早的方法涉及到传统电路交换语音网络的电路交换回退(CSFB)。为了避免需要CSFB或互联网语音协议(VoIP)服务，互联网多媒体子系统(IMS)连接至LTE网络并托管多个应用以供LTE网络的订户使用，其中的一个应用是一种称为MMTel的电话类应用。

当移动电话的用户连接至LTE网络并呼出或接听语音呼叫时，他们与MMTel的连接称为LTE语音(VoLTE)。VoLTE是用于允许经由LTE蜂窝网络进行语音通信的互联网语音协议(VoIP)应用的示例。语音数据被采样成语音数据分组，然后分组通过数据网络发送。为了使语音分组的发送优先于由LTE网络承载的其它类型的分组数据，VoLTE使用优化后的报头和优先级标记。

虽然分组可能以与发送顺序不同的顺序到达，但是由于时延对用户体验质量具有较大的负面影响，所以分组丢失被容忍。

Wi-Fi语音(VoWiFi)或“Wi-Fi呼叫”提供对与VoLTE相同的MMTel语音服务的接入，但是语音数据链路最初是经由WLAN而不是基站的蜂窝无线接入网来从用户的移动手持终端承载的。在VoWiFi中，由于IMS通常只能经由LTE网络而不是公共互联网来接入，因此用户设备(UE)必须接入LTE网络的特定的面向互联网的网关，使得可以使用标准电话类软件呼出语音呼叫和接听语音呼叫，并且向蜂窝网络核心以及从蜂窝网络核心以隧道形式传输分组数据。因此，VoWiFi延伸了蜂窝网络语音服务的覆盖范围，具体特别地延伸到室内位置。当移动设备移动至WLAN范围之外的室外位置时，VoWiFi还允许交接到常规VoLTE服务。

诸如智能电话的移动设备因此将具有蜂窝网络接口和WLAN接口两者用于数据连接性。传统上，WLAN提供较便宜、偶尔较快并且较可靠的服务，尤其是在室内位置，因此，当WLAN和蜂窝接入都可用时，移动设备可以被配置成优先选择WLAN接口用于所有数据连接性。

利用常规处理，移动设备仅关注对集中器的WLAN信号的质量。只要WLAN信号强度高于信号强度阈值，则移动设备将保持与WLAN的连接，即使不存在与外部网络(诸如互联网)的继续连接。这可能给用户造成混淆，因为电话显示强的WLAN连接(通常经由具有各种横条的图标来表示信号强度)，但是无法连接到数据服务，并且可能错过来电。

本发明尝试至少缓解上述问题。

发明内容

在一个方面中，本发明的实施方式提供了一种操作蜂窝网络中的分组数据网关的方法，所述分组数据网关位于用户设备和与所述蜂窝网络关联的语音服务之间的数据路径中，所述用户设备具有蜂窝网络接口和无线局域网接口，并且经由无线局域网数据路径连接至所述语音服务，所述无线局域网数据路径包括无线局域网和所述蜂窝网络的非蜂窝网络网关，所述用户设备还能在工作上经由包括基站的蜂窝无线接入网的蜂窝网络路径接入所述语音服务，所述方法包括以下步骤：接收发生了与所述非蜂窝网络网关相关联的故障的通知；通知(可选地，指示)所述用户设备经由所述蜂窝网络路径接入所述语音服务；以及经由所述蜂窝网络路径在所述用户设备与所述语音服务之间传送语音注册和语音数据分组。

在另一方面中，本发明的实施方式提供了一种在蜂窝网络中使用的分组数据网关，所述分组数据网关位于用户设备和与所述蜂窝网络关联的语音服务之间的数据路径中，所述用户设备具有蜂窝网络接口和无线局域网接口，并且经由无线局域网数据路径连接至所述语音服务，所述无线局域网数据路径包括无线局域网和所述蜂窝网络的非蜂窝网络网关，所述用户设备还能在工作上经由包括基站的蜂窝无线接入网的蜂窝网络路径接入所述语音服务，所述分组数据网关包括：接收器，所述接收器接收发生了与所述非蜂窝网络网关相关联的故障的通知；发送器，所述发送器通知(可选地，用于指示)所述用户设备经由所述蜂窝网络路径接入所述语音服务；并且其中，所述发送器和所述接收器被配置成经由所述蜂窝网络路径在所述用户设备与所述语音服务之间传送语音注册和语音数据分组。

本发明扩展到本文描述和/或示出的任何新颖方面或特征。本发明扩展到大致如本文所描述和/或如参照附图所示出的方法和/或装置。本发明还提供了用于执行本文描述的任何方法和/或用于实施本文描述的任何装置特征的计算机程序和计算机程序产品，以及存储有用于执行本文描述的任何方法和/或用于实施本文描述的任何装置特征的程序的计算机可读介质。

根据本发明的另一方面，提供了一种包括处理器可执行指令的计算机程序，所述处理器可执行指令用于使处理器执行如上所述的方法。

本发明还提供了一种实施用于执行本文描述的任何方法和/或用于实施本文描述的任何装置特征的计算机程序的信号，发送这种信号的方法以及具有操作系统的计算机产品，所述操作系统支持用于执行本文描述的任何方法和/或用于实施本文描述的任何装置特征的计算机程序。

如本文描述的任何装置特征也可以设置为方法特征，并且反之亦然。如本文所使用的，装置加功能特征可以根据其对应结构(诸如适当编程的处理器和相关联的存储器)来替代地表达。

本发明的一个方面中的任何特征可以以任何适当的组合应用于本发明的其它方面。具体地，方法方面可以应用于装置方面，并且反之亦然。此外，一个方面中的任何、一些和/或所有特征可以以任何适当的组合应用于任何其它方面中的任何、一些和/或所有特征。还应当理解，可以独立地实现和/或供应和/或使用在本发明的任何方面中描述和定义的各种特征的特定组合。

在本说明书中，用语“或”可以以排他性或包容性含义解释，除非另有说明。

此外，以硬件实现的特征一般可以以软件实现，并且反之亦然。本文中对软件和硬件功能的任何引用都应据此解释。

本发明扩展到如本文所描述的和/或大致如参照附图所示出的操作分组数据网关的方法并且扩展到分组数据网关。

附图说明

现在参照附图仅通过示例的方式描述本发明，其中：

图1示意性地示出了第一实施方式的通信网络的概览；

图2示意性地示出了VoLTE和VoWiFi数据路径的组成部分；

图3示意性地示出了VoLTE数据路径，其包括UE到IMS的数据隧道；

图4示意性地示出了VoWiFi数据路径，其包括穿越了UE到ePDG数据隧道的UE到IMS数据隧道；

图5是示出了根据第一实施方式的操作的网络组成部分交互流程图；

图6示意性地示出了如图2所示的ePDG链路状态监测器的组成部分；以及

图7示意性地示出了如图2所示的ePDG服务丢失功能的组成部分。

具体实施方式

第一实施方式-ePDG检测用其互联网链路的特定类型的故障

系统概览

图1示出了根据第一实施方式的通信系统1中的主要组成部分的概览。系统1具有多个功能子系统：

·长期演进(LTE)蜂窝网络3基础设施；

·非蜂窝网络基础设施5；以及

·IP多媒体子系统(IMS)7。

LTE蜂窝网络3使用分组交换IP网络向称为用户实体(UE)9的蜂窝网络客户端设备(诸如移动电话)提供数据和语音服务。LTE蜂窝网络3包括称为演进分组核心(EPC)11的网络核心以及由eNodeB 13形成的无线接入网(E-UTRAN)，eNodeB13用于将EPC 11中的服务和资源连接至UE 9。EPC 11包含LTE网络3核心的标准控制功能，诸如多媒体移动实体(MME)27、归属订户服务器(HSS)29以及策略配置规则功能(PCRF)35。多个服务网关(SGW)31管理UE经由eNodeB接入EPC，并且多个分组网关(PGW)33被设置以将EPC 11链接到诸如互联网和IMS 5的外部网络。EPC 11还包括演进分组数据网关(ePDG)25，使得设备可以经由非受信接入网络接入EPC 11。

非蜂窝网络基础设施5包括位于家中的无线接入点/调制解调器路由器设备17(以下称为集中器)，该集中器根据IEEE 802.11标准系列生成无线局域网(WLAN)19，以允许与UE 9并且还与仅可接入WLAN的设备10(诸如计算机)通信。为了接入外部网络，集中器17与互联网服务提供商(ISP)21通信，该ISP 21经由诸如互联网23的广域网将数据引导至外部服务器和用户。在该实施方式中，UE 9可以连接至ePDG 25，使得可以经由UE使用的标准电话类应用执行语音通信，从而避免了像VoIP的情况那样需要单独的应用。

LTE网络3和非蜂窝基础设施5可以被认为是关于在UE 11与应用之间移动数据分组的传输网络。同时，IMS 7是基于会话信息协议(SIP)的应用和可以为所有网络提供统一的服务架构的服务数据网络。可以在单个控制/服务层上提供多种服务，即使接入网络可能不同。因此，IMS 7减少了在数据服务/应用中进行复制的需求。

IMS 7包含多个会话信息协议(SIP)服务器，统称为呼叫会话控制功能(CSCF)37。CSCF 37包括充当进入IMS 7的网关的代理CSCF(P-CSCF)39、负责将服务CSCF(S-CSCF)43服务器分配给特定设备的询问CSCF(I-CSCF)41。各个S-CSCF43处理设备与应用服务器15之间的SIP注册。

CSCF 37将LTE网络3和非蜂窝基础设施5链接到应用服务器15。在VoLTE和VoWiFi中使用的语音服务托管在IMS 7内的应用服务器15中，其被称为多媒体电话服务(MMTel)16，以下称为MMTel服务。

VoLTE和VoWiFi语音服务的功能在IMS配置文件中定义。用于VoLTE的IMS配置文件在3GPP IR.91中定义，并且用于VoWiFi的IMS配置文件在3GPP IR.51中定义，二者均通过引用并入。

VoLTE和VoWiFi数据平面

图2示出了VoLTE和VoWiFi数据平面中的在LTE网络3、非蜂窝基础设施5与IMS 5的网络组成部分之间的连接，必须针对UE 9建立该连接以执行语音通信。

LTE和VoLTE注册

LTE网络3提供控制平面和数据平面，使得控制数据和用户数据在EPC 11上分开传输。控制平面负责用户认证、网关选择和设备移动性/交接。数据平面是根据控制平面的决策建立的，并且负责在EPC 11上传输数据分组。

当UE 9首次被开启时，UE 9将通过执行网络附接过程来尝试注册到LTE网络3上。首先，UE 9针对订阅的LTE网络3的eNodeB 13执行蜂窝扫描。当检测到合适的eNodeB 13时，UE 9连接至eNodeB 13以建立蜂窝无线链路。eNodeB 13形成LTE网络3的无线接入网的一部分，因此其负责将业务指引到EPC 11中以建立控制平面，然后建立数据平面。

eNodeB 13链接至作为EPC 11的主要控制平面组成部分的MME 27。MME 27通过基于从位于UE 9中的SIM(未示出)获得的凭证以及存储在HSS 29中的详细信息进行质询/响应协议来将UE 9认证到LTE网络3上。

在UE 9被成功认证时，MME 27建立由UE 9用于与外部网络资源的数据会话的数据平面。服务网关(SGW)31负责将来自UE 9的数据平面分组承载到EPC 11中，因此，MME 27基于所连接的eNodeB 13的位置将EPC 11中的多个SGW 31中的一个分配给UE 9使用。

在分配了SGW 31时，SGW 31将标识提供对诸如互联网23和IMS 7的外部网络的向前连接的相关联的PGW 33。

PGW 33还负责为UE 9分配IP地址并建立称为默认承载的初始数据平面通信会话。PGW 33是LTE网络3上的UE 9与外部资源之间的网关。PGW 33因此将内部路由表更新成使得从外部资源接收并寻址到UE 9的IP地址的数据分组在EPC 11上被引导至UE 9的对应默认承载。

在UE 9具有经由LTE网络3的基本连接性时，UE 9向为外部网络的IMS 7发起VoLTE注册。

UE中的电话类应用发起与IMS 7的CSCF 37(涉及P-CSCF 39/I-CSCF 41/S-CSCF43)的SIP握手例程，以建立从UE 9到MMTel 16服务的数据会话。该握手路由包括使用存储在IMS HSS(未示出)或EPC 11的同一HSS 29中的认证数据对UE 9进行认证。在UE 9通过认证时，CSCF 37将创建经由LTE网络3的EPC 11和eNodeB13到UE 9的安全数据隧道51(如图3所示)。包括安全数据隧道51的数据链路的详细信息将被提供给PCRF 35，该PCRF 35将需求转换成由EPC 11执行的3GPP标准任务。

此外，由于语音具有高的服务质量(QoS)要求，因此PGW 33将以较高的发送优先级(称为QoS类指示符(QCI)级别，例如QCI级别为5，而整个默认承载的QCI级别为9)来建立对UE 9的新的IMS默认承载。从IMS 7接收的控制分组通过该IMS默认承载而不是默认承载引导。此外，当UE 9的用户发起VoLTE呼叫或接听呼叫时，IMS专用承载被建立，该IMS专用承载就吞吐量和时延而言的分组传递要求更加严格。在VoLTE的情况下，可以以QCI 1来建立专用承载，其指示这些分组具有最高传递优先级。

在上述处理序列之后，UE 9被无线连接至LTE网络3的eNodeB 13，由PGW 33分配了IP地址，并且还被建立了到MMTel 16服务的IMS默认承载。

如所示的，用于VoLTE的在UE与MMTel之间的数据平面路径为：

UE->eNodeB->服务网关(SGW)->分组网关(PGW)->CSCF->MMTel服务。

图3示出了数据连接的简化图，其包括经由EPC在CSCF 37的P-CSCF与UE之间的数据隧道51连接。

VoWiFi注册

返回图2，现在将描述VoWiFi数据平面。

当UE 9处于由无线接入点/路由器/调制解调器设备17(以下称为集中器)生成的WLAN 19的范围内时，针对与外部资源的数据连接性，UE 9将尝试认证并关联到WLAN 19。如图1所示，集中器17经由基于例如超高数字订户线(VDSL)协议或诸如电缆数据服务接口规范(DOCSIS)的电缆协议的宽带链路连接至ISP 21。然后，ISP 21将UE 9连接至诸如互联网23的广域网。UE 9将被分配私有网络IP地址，并且集中器17(其具有用于整个局域网的公共网络IP地址)执行网络地址转换(NAT)，以允许连接至WLAN 19的多个设备共享公共IP地址。

VoWiFi允许通常由LTE网络3的eNodeB 13无线接入网承载的语音数据和消息传递数据通过WLAN 19以及宽带链路承载到EPC 11中。这称为Wi-Fi分流，并且减少了eNodeB 13的无线接入网上的处理负荷，并且可以减少用户的LTE网络数据费用。

WiFi分流是通过在EPC 11中设置演进分组数据网关(ePDG)25以经由除eNodeB的RAN之外的外部网络提供进入EPC 11的入口点来使能的。在LTE中，这些非蜂窝数据网络被定义为非受信3GPP IP系统，因为其不一定属于LTE网络运营商，因此通过外部网络的数据安全性无法保证。

与EPC 11的其它网络组成部分不同，ePDG 25具有公共IP地址，使得其它网络设备可以发现ePDG 25并与其建立通信会话。然而，为了保护通过非受信3GPP网络的通信会话，ePDG 25被配置成将到UE 9的安全数据隧道61(如图4所示)建立成使得数据链路中的中间设备(诸如集中器17、ISP 21和互联网23路由节点)无法读取分组的内容。使用IP安全(IPSec)协议，使得任何数据分组在通过隧道61行进到UE 9时是经加密的。

此外，在ePDG 25将允许UE 9使用EPC 11资源之前，UE 9必须提供凭证以证明其是蜂窝网络的合法订户。由于在该实施方式中UE 9也可以接入LTE网络3，所以使用可扩展认证协议(EAP)认证框架的变型，诸如EAP-AKA，其中，UE 9将基于存储在位于UE 9中的订户身份模块(SIM)(未示出)上的凭证进行认证。

在认证通过时，ePDG 25通过通知MME 27关于先前连接至eNodeB 13的UE 9现在位于WLAN 19上，来更新控制平面。然后，通过利用PGW 33创建默认承载来建立数据平面，其中，PGW 33还经由ePDG 25向位于新连接处的UE 9提供先前分配给该UE 9的IP地址。这样，即使在交接至不同接入网络来进行语音服务和消息传递的服务之后，仍可以对UE 9寻址和定位。

与LTE数据平面不同，UE 9可以仅使用LTE网络3来接入IMS 7和MMTel 16服务，因为UE 9可以直接经由ISP 21接入其它远程资源，诸如电子邮件和互联网浏览，而不产生ePDG 25安全性和隧道传输的开销。

因此，UE 9请求VoWiFi注册，其涉及建立与P-CSCF 39的IMS默认承载以及与MMTel16服务的SIP会话，其中，在CSCF 37与UE 9之间建立第二隧道63。从PGW 33到MMTel 16服务，数据路径与LTE数据平面相同。

因此，用于VoWiFi的数据路径为：

UE->AP->互联网->ePDG->PGW->CSCF->MMTel服务。

图4示出了UE VoWiFi数据连接的简化图，其包括经由EPC在P-CSCF与UE之间的数据隧道连接61经由第二数据隧道63在ePDG与UE之间行进。

WLAN优先选择

如上文描述的，UE 9具有WLAN接口和LTE接口，并且能够进行VoLTE呼叫处理和VoWiFi呼叫处理。由于LTE网络的eNodeB 13具有比WLAN 19大的地理覆盖范围，因此UE一般将被连接至LTE网络3并将使用VoLTE。

然而，当UE处于WLAN 19的范围内时，连接性范围有交叠，并且UE 9可以使用蜂窝接口或者WLAN接口连接至数据服务。通常，默认UE连接策略是优先选择WLAN连接。因此，当UE 9针对语音和数据连接性被连接至LTE网络3并且该UE检测到已知WLAN 19时，该UE 9将尝试连接至该WLAN 19。

在连接至WLAN 19时，图2和图4所示的VoWiFi数据平面将被建立，使得可以通过VoWiFi呼出和接听呼叫。

在VoWiFi连接在UE 19与MMTel 16服务之间建立之后，标准行为是UE 9维持WLAN19连接，直到UE 9的位置发生改变以使其不再位于WLAN 19的范围内。当UE的WLAN接口检测到丢失WLAN 19连接时，UE 9将启动LTE接口，并且在UE经由eNodeB 13注册到LTE网络3上时，VoLTE服务将被建立，使得UE 9可以继续呼出和接听呼叫。

然而，传统UE 9行为仅考虑了WLAN质量强度，没有将到远程资源的整体链路考虑在内。只要UE 9以足够的信号强度连接至WLAN 19，那么在到ePDG 25的向前连接形成故障的情况下，UE 9将不会触发到LTE和VoLTE的切换来维持语音服务连接。

在某些情况下，UE 9将具有定时器以向ePDG隧道61端点发送心跳信号，但是为了节省电池，定时器间隔设置为几分钟的高值，因此它无法以迅速的方式响应服务丢失。类似地，UE 9拨号器应用将经由第二数据隧道63向IMS 7的CSCF 37周期性地发送心跳或重新注册消息，但是该定时器被配置为高值。在VoWiFi链路出现故障但UE 9对此不知的时间段期间，MMTel 16服务将无法将呼叫引导到UE 9。

在UE 9的用户尝试发起VoWiFi呼叫但无法成功的情况下，UE 9通常将识别出VoWiFi链路存在故障，并经由LTE网络3发起VoLTE注册。另选地，用户可以人工禁用WLAN接口，以使UE 9连接至LTE网络3并进行VoLTE注册。然而，这种人工干预对用户体验产生负面冲击，因为呼出呼叫的第一个实例失败了。

ePDG监测

在本实施方式中，ePDG 25和PGW 33被配置成监测影响对互联网23的ePDG链路的连接性中断或ePDG 25处的故障，其对到UE 9的VoWiFi服务的可用性具有冲击。

图5是示出了第一实施方式中的基于网络的VoWiFi故障检测和VoLTE交接处理的整体操作的流程图。

在步骤s1中，UE 9经由eNodeB 13附接至LTE网络3，并且具有从UE 9到PGW33的默认承载，并且在存在WLAN 19的情况下，在步骤s3中，UE 9根据针对WLAN的通常优先选择而注册VoWiFi而不是VoLTE。

在VoWiFi活动期间，在步骤s5中，ePDG 25监测针对UE 9的链路故障，即使UE 9使用的本地WLAN 19链路能够工作，该链路故障也会影响提供VoWiFi的能力。这种链路故障可能由集中器17与ISP 21之间的、ISP 21到互联网23、互联网23向ePDG 25的链路的连接性问题或上述所有因素的组合引起的。如果检测到故障，则在步骤s7中，ePDG 25通知PGW 33。

在步骤s9中，PGW 33接收故障消息，并且在步骤s11中，PGW 33还执行处理以确定在ePDG 25自身处是否发生故障。在识别出与ePDG 25有关的故障时，在步骤s13中通知MMTel 16，以使MMTel 16服务知道服务中断，从而呼入语音呼叫可以被扣留。对MMTel 16服务的该通知是经由PCRF 35、P-CSCF 39和S-CSCF 43传递的。

在步骤s15中，PGW 33使用到eNodeB 13的默认承载来识别UE 9的逻辑位置，并向UE 9通知针对VoLTE切换的要求。

在步骤17中，UE 9发起针对新IMS VoLTE会话的注册，并且在步骤s19中，建立VoLTE会话。

图2还示出了与ePDG 25相关联的ePDG链路状态监测器45以及与PGW 33相关联的ePDG服务丢失功能47。

ePDG链路状态监测器45负责检测影响经由互联网23到ePDG 25的数据链路的故障，该故障将影响UE接入EPC 11和IMS 7资源的能力。

ePDG服务丢失功能47从ePDG链路状态监测器45接收故障通知，并且还监测ePDG25在EPC 11内的可用性。在接收到该消息之后，PGW 33通过经由PCRF 35和CSCF 37发送控制平面消息来向MMTel 16服务通知服务丢失。

在被经由PCRF 35通知时，MMTel 16将VoWiFi链路标记为不活动。利用以上处理，在出故障期间进行的任何呼入呼叫将被成功转移到语音邮件，但是呼叫不能被引导至UE9，并且UE同样不能呼出呼叫。这是因为UE基于WLAN 19仍处于活动状态仍然认为其连接至VoWiFi。

为了即使在WLAN 19可用时也使UE推翻优先选择WLAN 19连接的标准行为并且连接至VoLTE，PGW 33必须通知UE 9关于VoWiFi链路存在故障。

由于当UE 9注册到LTE网络3时PGW 33向UE 9分配了IP地址，因此在UE 9在LTE网络3上空闲的同时，PGW 33维持有通过LTE到UE 9的默认承载。PGW 33使用该默认承载来通知UE 9注册到VoLTE。

响应性地，如上所述，UE 9将启用其LTE接口以注册到VoLTE。在当前网络架构中，存在如下限制，即VoLTE和VoWiFi IMS注册必须始终由UE 9而不是由网络3发起。

遵循上述功能的操作，可以检测与ePDG 25和VoWiFi服务相关联的故障，并且可以通知UE 9切换到VoLTE以维持语音连接性。

ePDG链路状态监测器

图6较详细地示出了ePDG链路状态监测器45的组成部分。

ePDG链路状态监测器包含连接的客户端列表71、链路丢失检测器73和PGW通知器75。

连接的客户端列表71存储当前经由IPSec隧道连接至ePDG 25并因此注册了VoWiFi的任何UE 9的详细信息。

链路丢失检测器73被配置成监测ePDG 25与连接的客户端列表71上的UE的连接状态，以检测服务丢失。依赖于故障源，该丢失可能仅影响单个UE 9、UE 9的子集或使用VoLTE的所有UE 9。例如，单个集中器17处的故障可能仅影响单个UE 9，而ISP 21处的故障可能影响数十个或数百个UE 9。

为了监测到UE 9的链路的连接性状态，链路丢失检测器73同期执行两个测试：

1)经由隧道61向UE 9发送周期性心跳信号。如果该消息不被确认，则认为连接有故障。在该实施方式中，该发送每30秒发生一次。

2)在IPSec隧道61上设置定时器，并且如果经过了预定时间量却未从隧道61接收到任何数据业务，则推断UE连接发生故障。在该实施方式中，倒计时周期是每20秒。

心跳和倒计时测试在确定在UE 9与ePDG 25之间的数据路径的某些部分上发生故障方面同样有效，因此可以独立地或组合地实现。

如果所监测的测试中的任一者指示存在故障，则PGW通知器75向ePDG服务丢失功能47发送控制消息。

ePDG服务丢失功能47

图7示出了与PGW 33相关联的ePDG服务丢失功能47的组成部分。该功能47包含ePDG链路状态监测器接口81、ePDG活动性检查器83、ePDG状态确定功能85、IMS通知器87和UE通知器89。

ePDG链路状态监测器接口81链接至ePDG链路状态监测器45，使得可以接收并处理来自PGW通知器75的任何故障消息。这些消息可以在ePDG 25活动时被接收到。为了检测ePDG 25自身形成故障或者ePDG 25与PGW 33之间的通信链路形成故障的情况，ePDG活动性检查器83被配置成周期性地向ePDG发送心跳消息。

ePDG状态确定功能85从ePDG链路状态监测器接口81和ePDG活动性检查器83两者接收输入。如果从任一输入接收到故障消息，则ePDG状态确定功能85触发IMS通知器87与IMS 7通信并且触发UE通知器89与UE通信，使得该UE可以注册到VoLTE。

利用上述处理以及网络组成部分之间的交互，当网络确定ePDG 25形成故障时，可以引导UE 9从VoWifi切换至VoLTE。

恢复至VoWiFi

ePDG 25和PGW 33进行的上述处理使得在经由非受信网络在UE 9与ePDG 25之间发生网络故障或PGW 33发生故障的情况下，LTE网络3能够帮助UE 9较迅速地切换至VoLTE连接，以最小化针对MMTel 16语音服务的服务丢失。

由于UE 9的订户的数据成本和LTE网络3的基础设施成本，因此希望在可能的情况下重新启用WiFi分流。

为了使UE 9能够更好使用可用的WLAN 19，在该实施方式中，ePDG 25被配置成继续测试ePDG 25到UE 9的链路的状态，并且如果ePDG 25与UE 9之间的链路恢复，则ePDG 25将向PGW 33发送链路恢复消息，以使用VoWiFi继续向MMTel 16服务进行传递。

当PGW 33接收到链路恢复消息时，其将标识先前在检测到ePDG链路故障时被指示切换到VoLTE的任何UE 9，并使用先前的涉及WLAN的默认承载来通知那些UE 9。

当UE 9从PGW 33接收到消息时，UE 9将基于设备策略来决定是经由WiFi链路切换至VoWiFi还是保持在VoLTE上。如果要求，则UE 9将发起VoWiFi注册。

另选和修改

在实施方式中，PGW 33使用默认LTE承载来通知UE 9需要从VoWiFi切换至VoLTE。在另选方案中，PGW 33创建新的专用承载以与UE 9通信。

在实施方式中，随着逐个UE 9地检测到链路故障，执行PGW 33通知。这可能导致ePDG 25与PGW 33之间出现大量内部控制消息。

在另选方案中，ePDG 25被配置成记录在设定的时间段内(例如每2分钟)出现的所有断开的UE 9，然后以一组UE 9向PGW 33通知。这种方法将节省内部处理，但是将增加对线路断开做出响应所需的时间，这可能导致较慢的响应时间。

在实施方式中，当经由ePDG 25的VoWiFi连接被认为是不可工作时，指示UE 9切换成使用VoLTE。因此，UE 9语音服务被切换到VoLTE，而由于成本效益以及通过WLAN可用的经常较高的带宽，其它数据服务继续使用WLAN 19。

在另选方案中，UE 9被配置成在存在服务中断时将所有数据承载切换到LTE。因此，UE 9将完全不使用WLAN，而是将所有数据连接切换到LTE网络3。

说明书中以及(在适当之处)附图中公开的各个特征可以独立地提供或以任何适当的组合来提供。

附图标记仅是示例性的，并且对保护范围没有限制作用。

Claims

1.一种操作蜂窝网络中的分组数据网关的方法，所述分组数据网关位于用户设备和与所述蜂窝网络关联的语音服务之间的数据路径中，所述用户设备具有蜂窝网络接口和无线局域网接口，并且经由无线局域网数据路径连接至所述语音服务，所述无线局域网数据路径包括无线局域网和所述蜂窝网络的非蜂窝网络网关，并且所述用户设备还能在工作上经由包括蜂窝无线接入网的蜂窝网络路径接入所述语音服务，所述方法包括以下步骤：

接收发生了与所述非蜂窝网络网关相关联的故障的通知，所述故障由所述蜂窝网络的所述分组数据网关识别；

借助于所述蜂窝网络的所述分组数据网关通知所述用户设备接入所述语音服务，所述接入将经由所述蜂窝网络路径执行；以及

经由所述蜂窝网络路径在所述用户设备与所述语音服务之间传送语音注册和语音数据分组。

2.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括以下步骤：向所述语音服务通知所述故障的发生。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，关于到所述用户设备的数据链路不起作用的所述通知是从所述非蜂窝网络网关接收的。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，由所述蜂窝网络接收发生了与所述非蜂窝网络网关相关联的故障的所述通知。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，由所述用户设备、无线局域网接入点或互联网服务提供商检测所述非蜂窝网络网关中的故障。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，通过建立从分组数据网络、所述蜂窝网络，到所述用户设备的新数据路径来通知所述用户设备。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述语音注册和所述语音数据分组的所述传送仅经由所述蜂窝网络路径执行。

8.一种在蜂窝网络中使用的分组数据网关，所述分组数据网关位于用户设备和与所述蜂窝网络关联的语音服务之间的数据路径中，所述用户设备具有蜂窝网络接口和无线局域网接口，并且所述用户设备能在工作上经由无线局域网数据路径连接至所述语音服务，所述无线局域网数据路径包括无线局域网和所述蜂窝网络的非蜂窝网络网关，所述用户设备还能在工作上经由包括基站的蜂窝无线接入网的蜂窝网络路径接入所述语音服务，所述分组数据网关包括：

处理器，所述处理器用于识别发生了与所述非蜂窝网络网关的相关联故障；

接收器，所述接收器接收所述故障的通知；

发送器，所述发送器通知所述用户设备接入所述语音服务，所述接入将经由所述蜂窝网络路径执行；并且

其中，所述发送器和所述接收器被配置成经由所述蜂窝网络路径在所述用户设备与所述语音服务之间传送语音注册和语音数据分组。

9.根据权利要求8所述的分组数据网关，其中，所述发送器被配置成向所述语音服务通知所述故障的发生。

10.根据权利要求8或9所述的分组数据网关，其中，从所述非蜂窝网络网关接收到所述用户设备的数据链路不起作用的所述通知。

11.根据权利要求8所述的分组数据网关，其中，由所述用户设备、无线局域网接入点或互联网服务提供商检测所述非蜂窝网络网关中的故障。

12.根据权利要求8所述的分组数据网关，其中，通过建立从分组数据网络、所述蜂窝网络，到所述用户设备的新承载数据链路来通知所述用户设备。

13.一种包含指令的计算机可读存储介质，当所述指令由与通信网络相关联的处理器执行时，所述指令使所述通信网络执行根据权利要求1至7中任一项所述的方法。