CN114500377A - 用于在下一代无线网络中支持低移动性设备的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于在网络中解决无线发射/接收单元(WTRU)的不同类型的移动性的方法和装置。无线电接入网络(RAN)可以向网关设备发送包含WTRU的设备ID、服务ID以及RAN地址的配置信息请求。一旦RAN从网关设备接收到包含转发表的配置信息，那么RAN可以预备从WTRU接收包含路由标签的非IP数据。该路由标记可以基于WTRU的设备ID和服务ID。RAN可以基于路由标记和转发表并通过路由路径将接收自WTRU的非IP数据传送到网关设备，在那里所述非IP数据将被转发到其目的地，例如另一个WTRU或应用服务器。

Description

用于在下一代无线网络中支持低移动性设备的系统和方法

本申请是2017年3月30日递交的题为“用于在下一代无线网络中支持低移动性设备的系统和方法”的中国专利申请No.201780022554.3的分案申请。

相关申请的交叉引用

本申请要求享有2016年3月30日提交的62/315,398的权益，所述申请的内容在这里被引入以作为参考。

背景技术

在无线通信中，无线发射/接收单元(WTRU)有可能会从一个无线电接入网络(RAN)行进到另一个无线电接入网络。传统的系统可能无法恰当解决不同程度的WTRU的移动性以及此类移动性导致产生的结果。例如，WTRU的移动性有可能是固定的，或者它也有可能偶尔进行最低限度的移动。传统的系统在设计、操作和配置无线网络的过程中有可能无法充分解决此类移动性。

发明内容

所公开的是一种在下一代无线网络中支持用于低移动性设备的非IP数据路由的方法和系统。该数据路由包括在3GPP网络内部执行非IP数据路由以及在3GPP网络外部执行IP数据路由。该数据路由在位于网络边界的入口/出口GW中执行，其中所述入口/出口GW会在非IP数据与IP分组之间进行转换。出口GW通过在GW控制器的帮助下将临时设备IP地址分配给设备，将非IP数据转换成IP分组，并且保持设备ID与临时设备IP之间的映射。在下行链路中，入口GW通过使用所存储的映射信息来查找所述设备的设备ID，由此将IP分组转换成非IP数据。在3GPP网络内部，该路由路径是使用基于SDN的技术建立的，并且设备ID/服务ID组合被用作了路由标记。

此外，所述系统和装置解决了网络中的无线发射/接收单元(WTRU)的不同类型的移动性。无线电接入网络(RAN)可以向网关设备发送包含WTRU的设备ID、服务ID和RAN地址的配置信息请求。一旦RAN从网关设备接收到包含转发表的配置信息，则该RAN可以预备从WTRU接收包含路由标记的非IP数据。该路由标记可以基于WTRU的设备ID和服务ID。该RAN可以基于该路由标记和转发表来将接收自WTRU的非IP数据通过路由路径传送到网关设备，其中所述非IP数据将被转发至其目的地，例如另一个WTRU或应用服务器。

附图说明

更详细的理解可以从以下结合附图举例所给出的描述中得到，其中：

图1A是可以实施所公开的一个或多个实施例的例示通信系统的系统图示；

图1B是可以在图1A所示的通信系统内部使用的例示无线发射/接收单元(WTRU)的系统图示；

图1C是可以在图1A所示的通信系统内部使用的例示无线电接入网络和例示核心网络的系统图示；

图2是用于在LTE EPC中支持基于GTP的移动性的例示架构的系统图示；

图3是用于支持非IP数据路由的例示架构的系统图示；

图4显示了一个用于支持非IP数据路由架构的高级数据协议栈的示例；

图5显示了一个用于非IP数据路由的协议栈的示例；

图6显示了一种用于为不同的非IP数据服务选择不同的出口GW的例示方法；

图7显示了一个关于非IP数据协议/格式(NIDP)数据格式的示例；

图8显示了一种用于执行传入的非IP数据路由处理的例示方法；以及

图9显示了一种用于执行快速路由路径修改的例示方法。

具体实施方式

图1A是可以实施所公开的一个或多个实施例的例示通信系统100的图示。通信系统100可以是为多个无线用户提供语音、数据、视频、消息传递、广播等内容的多址接入系统。该通信系统100能够通过共享包括无线带宽在内的系统资源而使多个无线用户访问这些内容，作为示例，通信系统100可以使用一种或多种信道接入方法，例如码分多址(CDMA)、时分多址(TDMA)、频分多址(FDMA)、正交FDMA(OFDMA)以及单载波FDMA(SC-FDMA)等等。

如图1A所示，通信系统100可以包括无线发射/接收单元(WTRU)102a、102b、102c、102d，无线电接入网络(RAN)104，核心网络106，公共交换电话网络(PSTN)108，因特网110以及其他网络112，然而应该了解，所公开的实施例可以设想任意数量的WTRU、基站、网络和/或网络部件。每一个WTRU 102a、102b、102c、102d可以是被配置成在无线环境中工作和/或通信的任何类型的设备。例如，WTRU 102a、102b、102c、102d可被配置成发射和/或接收无线信号，并且可以包括用户设备(UE)、移动站、固定或移动订户单元、寻呼机、蜂窝电话、个人数字助理(PDA)、智能电话、膝上型计算机、上网本、个人计算机、无线传感器、消费类电子设备、物联网设备、传感器、服务器以及计算机集合(例如用于云计算)等等。

通信系统100还可以包括基站114a和基站114b。每一个基站114a、114b可以是被配置成通过与至少一个WTRU 102a、102b、102c、102d进行无线对接来促使其接入一个或多个通信网络(例如核心网络106、因特网110和/或其他网络112)的任何类型的设备。作为示例，基站114a、114b可以是基地收发信台(BTS)、节点B、e节点B、家庭节点B、家庭e节点B、站点控制器、接入点(AP)以及无线路由器等等。虽然将每一个基站114a、114b都描述成了单个部件，然而应该了解，基站114a、114b可以包括任何数量的互连基站和/或网络部件。

基站114a可以是无线电接入网络(RAN)104的一部分，并且该RAN还可以包括其他基站和/或网络部件(未显示)，例如基站控制器(BSC)、无线电网络控制器(RNC)、中继节点等等。基站114a和/或基站114b可被配置成在名为小区(未显示)的特定地理区域内部发射和/或接收无线信号。小区可以进一步分割成小区扇区。例如，与基站114a关联的小区可被分成三个扇区。由此，在一个实施例中，基站114a可以包括三个收发信机，也就是说，每一个收发信机都对应于小区的一个扇区。在另一个实施例中，基站114a可以使用多输入多输出(MIMO)技术，并且由此可以为小区的每一个扇区使用多个收发信机。

基站114a、114b可以通过空中接口116来与一个或多个WTRU 102a、102b、102c、102d进行通信，该空中接口可以是任何适当的无线通信链路(例如射频(RF)、微波、红外线(IR)、紫外线(UV)、可见光等等)。空中接口116可以用任何适当的无线电接入技术(RAT)来建立。

更具体地说，如上所述，通信系统100可以是多址接入系统，并且可以使用一种或多种信道接入方案，例如CDMA、TDMA、FDMA、OFDMA以及SC-FDMA等等。作为示例，RAN 104中的基站114a与WTRU 102a、102b、102c可以实施诸如通用移动电信系统(UMTS)陆地无线电接入(UTRA)之类的无线电技术，该技术可以使用宽带CDMA(WCDMA)来建立空中接口116。WCDMA可以包括诸如高速分组接入(HSPA)和/或演进型HSPA(HSPA+)之类的通信协议。HSPA可以包括高速下行链路分组接入(HSDPA)和/或高速上行链路分组接入(HSUPA)。

在另一个实施例中，基站114a和WTRU 102a、102b、102c可以实施演进型UMTS陆地无线电接入(E-UTRA)之类的无线电技术，该技术可以使用长期演进(LTE)和/或先进LTE(LTE-A)来建立空中接口116。

在其他实施例中，基站114a和WTRU 102a、102b、102c可以实施IEEE 802.16(全球微波接入互操作性(WiMAX))、CDMA2000、CDMA2000 1X、CDMA2000 EV-DO、临时标准2000(IS-2000)、临时标准95(IS-95)、临时标准856(IS-856)、全球移动通信系统(GSM)、用于GSM增强数据速率演进(EDGE)以及GSM EDGE(GERAN)等无线电接入技术。

作为示例，图1A中的基站114b可以是无线路由器、家庭节点B、家庭e节点B或接入点，并且可以使用任何适当的RAT来促成局部区域(例如营业场所、住宅、交通工具以及校园等等)中的无线连接。在一个实施例中，基站114b与WTRU 102c、102d可以通过实施诸如IEEE802.11之类的无线电技术来建立无线局域网(WLAN)。在另一个实施例中，基站114b与WTRU102c、102d可以通过实施诸如IEEE 802.15之类的无线电技术来建立无线个人局域网(WPAN)。在另一个实施例中，基站114b和WTRU 102c、102d可以通过使用基于蜂窝的RAT(例如WCDMA、CDMA2000、GSM、LTE、LTE-A等等)来建立微微小区或毫微微小区。如图1A所示，基站114b可以直接连接到因特网110。由此，基站114b无需经由核心网络106即可接入因特网110。

RAN 104，并且更确切地说是RAN 104的一个或多个节点或部件，可以与核心网络106通信，该核心网络可以是被配置成为一个或多个WTRU 102a、102b、102c、102d提供语音、数据、应用和/或借助网际协议的语音(VoIP)服务的任何类型的网络。举例来说，核心网络106可以提供呼叫控制、记账服务、基于移动位置的服务、预付费呼叫、因特网连接、视频分发等等，和/或执行高级安全功能，例如用户验证。虽然在图1A中没有显示，然而应该了解，RAN 104和/或核心网络106可以直接或间接地与其他RAN进行通信，并且这些RAN既可以使用与RAN 104相同的RAT，也可以使用不同的RAT。例如，除了与使用E-UTRA无线电技术的RAN104连接之外，核心网络106还可以与另一个使用GSM无线电技术的RAN(未显示)进行通信。

核心网络106还可以充当供WTRU 102a、102b、102c、102d接入PSTN 108、因特网110和/或其他网络112的网关。PSTN 108可以包括提供简易老式电话服务(POTS)的电路交换电话网络。因特网110可以包括使用公共通信协议的全球性互联计算机网络设备系统，并且该协议可以是TCP/IP网际协议族中的传输控制协议(TCP)、用户数据报协议(UDP)和网际协议(IP)。网络112可以包括由其他服务供应商所有和/或运营的有线或无线通信网络。例如，网络112可以包括与一个或多个RAN相连的另一个核心网络，所述一个或多个RAN可以使用与RAN 104相同的RAT或不同的RAT。

通信系统100中一些或所有WTRU 102a、102b、102c、102d可以包含多模能力，也就是说，WTRU 102a、102b、102c、102d可以包括在不同无线链路上与不同无线网络进行通信的多个收发信机。例如，图1A显示的WTRU 102c可被配置成与使用基于蜂窝的无线电技术的基站114a进行通信，以及与使用IEEE 802无线电技术的基站114b进行通信。

图1B是例示的WTRU 102的系统图。如图1B所示，WTRU 102可以包括处理器118、收发信机120、发射/接收部件122、扬声器/麦克风124、数字键盘126、显示器/触摸板128、不可移除存储器130、可移除存储器132、电源134、全球定位系统(GPS)芯片组136以及其他周边设备138。应该了解的是，在保持与实施例相符的同时，WTRU 102还可以包括前述部件的任何子组合。

处理器118可以是通用处理器、专用处理器、常规处理器、数字信号处理器(DSP)、多个微处理器、与DSP核心关联的一个或多个微处理器、控制器、微控制器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)电路、其他任何类型的集成电路(IC)以及状态机等等。处理器118可以执行信号编码、数据处理、功率控制、输入/输出处理和/或其他任何能使WTRU102在无线环境中工作的功能。处理器118可以耦合至收发信机120，收发信机120可以耦合至发射/接收部件122。虽然图1B将处理器118和收发信机120描述成是独立组件，然而应该了解，处理器118和收发信机120也可以集成在一个电子组件或芯片中。

发射/接收部件122可被配置成通过空中接口116来发射或接收往来于基站(例如基站114a)的信号。举例来说，在一个实施例中，发射/接收部件122可以是被配置成发射和/或接收RF信号的天线。作为示例，在另一个实施例中，发射/接收部件122可以是被配置成发射和/或接收IR、UV或可见光信号的放射器/检测器。在另一个实施例中，发射/接收部件122可被配置成发射和接收RF和光信号。应该了解的是，发射/接收部件122可以被配置成发射和/或接收无线信号的任何组合。

此外，虽然在图1B中将发射/接收部件122描述成是单个部件，但是WTRU 102可以包括任何数量的发射/接收部件122。更具体地说，WTRU 102可以使用MIMO技术。因此，在一个实施例中，WTRU 102可以包括两个或多个通过空中接口116来发射和接收无线电信号的发射/接收部件122(例如多个天线)。

收发信机120可被配置成对发射/接收部件122所要发射的信号进行调制，以及对发射/接收部件122接收的信号进行解调。如上所述，WTRU 102可以具有多模能力。因此，收发信机120可以包括允许WTRU 102借助多种RAT(例如UTRA和IEEE 802.11)来进行通信的多个收发信机。

WTRU 102的处理器118可以耦合到扬声器/麦克风124、数字键盘126和/或显示器/触摸板128(例如液晶显示器(LCD)显示单元或有机发光二极管(OLED)显示单元)，并且可以接收来自这些部件的用户输入数据。处理器118还可以向扬声器/麦克风124、数字键盘126和/或显示器/触摸板128输出用户数据。此外，处理器118可以从任何适当的存储器(例如不可移除存储器130和/或可移除存储器132)中存取信息，以及将信息存入这些存储器。不可移除存储器130可以包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、硬盘或是其他任何类型的记忆存储设备。可移除存储器132可以包括订户身份模块(SIM)卡、记忆棒、安全数字(SD)记忆卡等等。在其他实施例中，处理器118可以从那些并非实际位于WTRU 102的存储器存取信息，以及将数据存入这些存储器，作为示例，此类存储器可以位于服务器或家庭计算机(未显示)。

处理器118可以接收来自电源134的电力，并且可以被配置成分发和/或控制用于WTRU 102中的其他组件的电力。电源134可以是为WTRU 102供电的任何适当设备。举例来说，电源134可以包括一个或多个干电池组(例如镍镉(Ni-Cd)、镍锌(Ni-Zn)、镍氢(NiMH)、锂离子(Li-ion)等等)、太阳能电池以及燃料电池等等。

处理器118还可以与GPS芯片组136耦合，该芯片组可被配置成提供与WTRU 102的当前位置相关的位置信息(例如经度和纬度)。作为来自GPS芯片组136的信息的补充或替换，WTRU 102可以经由空中接口116接收来自基站(例如基站114a、114b)的位置信息，和/或根据从两个或多个附近基站接收的信号定时来确定其位置。应该了解的是，在保持与实施例相符的同时，WTRU 102可以借助任何适当的定位方法来获取位置信息。

处理器118可以进一步耦合到其他周边设备138，这些设备可以包括提供附加特征、功能和/或有线或无线连接的一个或多个软件和/或硬件模块。例如，周边设备138可以包括加速度计、电子指南针、卫星收发信机、数码相机(用于照片或视频)、通用串行总线(USB)端口、振动设备、电视收发信机、免提耳机、

模块、调频(FM)无线电单元、数字音乐播放器、媒体播放器、视频游戏机模块以及因特网浏览器等等。

图1C是根据一个实施例的RAN 104和核心网络106的系统图示。如上所述，RAN 104可以在空中接口116上使用E-UTRA无线电技术来与WTRU 102a、102b、102c进行通信。所述RAN 104还可以与核心网络106进行通信。

RAN 104可以包括e节点B 140a、140b、140c，然而应该了解，在保持与实施例相符的同时，RAN 104可以包括任何数量的e节点B。每一个e节点B 140a、140b、140c都可以包括在空中接口116上与WTRU 102a、102b、102c通信的一个或多个收发信机。在一个实施例中，e节点B 140a、140b、140c可以实施MIMO技术。由此，举例来说，e节点B 140a可以使用多个天线来向WTRU 102a发送无线信号以及接收来自WTRU 102a的无线信号。

每一个e节点B 140a、140b、140c都可以与一个特定小区(未显示)相关联，并且可以被配置成处理无线电资源管理判定、切换判定、以及上行链路和/或下行链路的用户调度等等。如图1C所示，e节点B 140a、140b、140c彼此可以在X2接口上进行通信。

图1C所示的核心网络106可以包括移动性管理网关(MME)142、服务网关144以及分组数据网络(PDN)网关146。虽然前述的每一个部件都被描述成了核心网络106的一部分，然而应该了解，这其中的任一部件都可以由核心网络运营商之外的实体拥有和/或运营。

MME 142可以经由S1接口连接到RAN 104中的每一个e节点B 140a、140b、140c，并且可以充当控制节点。例如，MME 142可以负责验证WTRU 102a、102b、102c的用户，执行承载激活/去激活处理，以及在WTRU 102a、102b、102c的初始附着过程中选择特定的服务网关等等。该MME 142还可以提供一个用于在RAN 104与使用其他无线电技术(例如GSM或WCDMA)的其他RAN(未显示)之间进行切换的控制平面功能。

服务网关144可以经由S1接口连接到RAN 104中的每一个e节点B 140a、140b、140c。该服务网关144通常可以路由和转发去往/来自WTRU 102a、102b、102c的用户数据分组。并且该服务网关144可以执行其他功能，例如在e节点B间的切换过程中锚定用户平面，在下行链路数据可供WTRU 102a、102b、102c使用时触发寻呼处理，以及管理和存储WTRU102a、102b、102c的上下文等等。

服务网关144还可以连接到PDN网关146，所述PDN网关可以为WTRU 102a、102b、102c提供针对因特网110之类的分组交换网络的接入，以便促成WTRU 102a、102b、102c与启用IP的设备之间的通信。

核心网络106可以促成与其他网络的通信。例如，核心网络106可以为WTRU 102a、102b、102c提供电路交换网络(例如PSTN 108)接入，以便促成WTRU 102a、102b、102c与传统陆线通信设备之间的通信。作为示例，核心网络106可以包括一个IP网关(例如IP多媒体子系统(IMS)服务器)或与之进行通信，并且该IP网关可以充当核心网络106与PSTN 108之间的接口。此外，核心网络106可以为WTRU 102a、102b、102c提供针对网络112的接入，该网络可以包括其他服务供应商所拥有和/或运营的其他有线或无线网络。

其他网络112可以进一步连接到基于IEEE 802.11的无线局域网(WLAN)160。WLAN160可以包括接入路由器165。该接入路由器可以包含网关功能。该接入路由器165可以与多个接入点(AP)170a、170b进行通信。接入路由器165与AP 170a、170b之间的通信可以借助有线以太网(IEEE 802.3标准)或是任何类型的无线通信协议来进行。AP 170a通过空中接口与WTRU 102d进行无线通信。

图2显示了一个用于在LTE演进型分组核心(EPC)中支持基于网关隧道协议(GTP)的移动性的例示架构。EPC的移动性管理框架是围绕“永远在线(always-on)”原则设计的，并且是构建在网络控制的移动性协议GTP之上的。在一个示例中，数据流213往返于位于位置a的WTRU 210与PDN 202之间。在图2所示的例示架构中还可以存在为数据流213提供帮助的MME 203和S-GW 205。WTRU 210被附着于一个作为集中式网络实体的移动性锚点(例如P-GW 201)，并且所述WTRU 210会在其四处移动的时候保持附着于相同的点。P-GW 201为WTRU210分配IP地址212，并且该IP地址212被用作了该WTRU 210的标识符以及地址定位符。在移动性锚点与WTRU的服务接入网络(例如eNB 208a和208b)之间建立了GTP隧道206a、206b以及204。当WTRU 210在网络中从位置a移动到位置b且触发了服务接入网络变化(例如eNB之间的会话中切换或是包含S-GW再分配的跟踪区域更新)时，网络将会管理/移动WTRU 210的GTP隧道，以便“跟随”所述WTRU的当前位置，例如从位于位置a的GTP 208a到位于位置b的GTP 208b。只要传入数据流213在移动到位置b之后通过所建立的GTP隧道204和206b行进，那么它将会发现找到目的地WTRU 210。在跨接入网络移动时，WTRU的IP地址212将会保持不变，并且WTRU 210不会察觉到该隧道管理。

第三代合作伙伴计划(3GPP)网络内部的数据路由遵循的是如图2所示的所建立的GTP隧道。在3GPP网络中，WTRU的GTP隧道是用GTP隧道ID标识的。例如，针对eNB 208a与S-GW205之间的上行链路，指配给GTP隧道206a的可以是GTP隧道ID“UL S1-TEID”，并且针对S-GW205与P-GW 201之间的上行链路，指配给GTP隧道204的可以是GTP隧道ID“UL S5-TEID”。在每一个GTP-U数据的报头中都会携带隧道ID，由此，GW可以很容易地发现该数据路由的下一跳。

图2的示例中论述的移动性框架可被用于人际通信，并且可以针对该通信来优化，其中WTRU是智能电话，并且假设该智能电话需要以某个速度进行漫游。系统设计的一个目标是在WTRU高速移动的时候实现服务连续性。对于具有不同移动性等级的WTRU来说，在移动性支持方面并不存在差异。通用移动性框架适用于所有WTRU，无论其具有怎样的移动性等级或者是否其需要服务连续性。

在关于下一代网络的移动性框架的讨论中，其中强调了针对“按需移动性”的需求。关于按需移动性的用例至少有两个。在第一个用例中，WTRU可以包括不同的设备类型和用途，其可以具有不同的移动性等级(例如，一些WTRU可以高速移动，而其他WTRU则可以遵循游牧模式，或者可以是固定的)，并且不同的移动性等级可能需要不同的移动性支持。在第二个用例中，在WTRU上运行的不同应用和服务可能需要不同的移动性支持。例如，一些应用程序可以在应用层处理移动性事件，并且不需要传统的网络层移动性支持。

为了支持“按需移动性”，有可能需要解决以下的考虑因素：如何支持按需移动性以及不同类型的移动性；系统应该支持的移动性类型(例如高移动性，中移动性，低移动性，无移动性以及按需移动性)；如何确定WTRU移动性的类型(例如通过什么特征/方法)；和/或如何获得信息(例如应用的需要、WTRU能力、所使用的服务)以确定WTRU的适当类型的移动性。

关于不同“移动性等级”或移动性的示例可以包括以下的任何一项或是其组合：在单个RAN节点内部的指定区域上得到支持的移动性；在单个RAN节点(即与e节点B等价)内部的得到支持的移动性等级；在RAN注册区域(即与EPC中的TA等价)中的RAN节点之间得到支持的移动性；在控制平面或用户平面CN实体的服务区域(即与EPC中的MME池区域或是服务GW服务区域等价)得到支持的移动性；在指定RAT或是在RAN等级上集成的RAT组合(例如LTE和5G RAT)内部得到支持的移动性；或是在一种以上的接入技术之间得到支持的移动性。

总的来说，下一代网络中的移动性框架可能需要解决不同的移动性等级并提供适当的解决方案。特别地，在下一代网络中可能需要适应针对低移动性WTRU或固定WTRU的移动性支持。

在基于GTP的3GPP网络内部，数据路由追随预先建立的GTP隧道。每一个GTP-U报头中都包含了隧道ID，由此，GW可以很容易地找到下一跳。

与基于GTP的移动性管理相比较的替换方法可被用于低移动性WTRU，这是因为在WTRU静止或者只在非常有限的区域内部移动的时候，尤其是在WTRU不需要完美的服务连续性的时候，IP锚定处理有可能不是必需的。此外，建立GTP隧道有可能需要大量的信令，如果存在大量的低移动性WTRU，那么有可能会存在问题。由于GTP不太可能被用于针对低移动性WTRU的移动性变化，以及在GTP隧道不可用时，有必要解决3GPP核心网络内部针对低移动性WTRU的数据路由机制。

对于IP数据路由来说，替换的路由机制可被用于低移动性WTRU。一个或多个低移动性WTRU有可能会使用非IP数据通信。例如，一个或多个低移动性WTRU有可能是没有IP堆栈的低成本设备。并且，IP分组可能具有较大的报头开销，而这对于大量的低移动性WTRU而言是不可取的。由此，这里讨论的方法和系统可被用于支持低移动性WTRU的非IP数据路由。

在一个实施例中，在3GPP网络内部可以基于非IP地址来路由数据。在此类实施例中，非IP数据仍旧会通过IP网络路由，因为在3GPP网络以外，数据基础设施大多是基于IP的。此类实施例可以遵循包括5G和新型无线电技术在内的下一代核心网络的一般原理，例如完整的CP/UP分离、虚拟化网络功能、网络切片以及基于软件定义网络(SDN)的路由。并且，此类实施方式将会非常有效且不会产生大量开销。

在一个示例中，数据路由可以通过将其剖析成两个部分来解决：3GPP网络内部的非IP路由以及3GPP网络外部的IP路由。位于这两个部分的边界的入口/出口GW可以在非IP数据与IP分组之间进行转换。入口/出口GW可以在GW控制器的帮助下将临时设备IP地址分配给WTRU，以便将非IP数据转换成IP数据，并且可以保持设备ID与临时设备IP之间的映射。在下行链路中，入口/出口GW可以使用所存储的映射信息来查找WTRU的设备ID，由此将IP分组转换成非IP数据。在一个示例中，3GPP网络内部的路由路径可以用基于SDN的技术来建立，并且可以使用设备ID/服务ID的组合作为路由标记。

图3显示了一个用于支持针对非IP WTRU的非IP数据路由的例示架构。在图3中，整个路由路径被分为两部分：非IP路由部分311和IP路由部分312。非IP路由部分311位于3GPP网络内部，介于RAN 304(即节点或部件)或接入网关与入口/出口GW 307之间。IP路由部分312则介于3GPP入口/出口GW 307与目的地(例如PDN 309外部的服务/应用服务器310或对等WTRU(未显示))之间。WTRU 301a-d可以通过非IP路由域部分311和IP路由域部分312来将非IP数据发送到目的地(例如服务/应用服务器310)。

在图3中，用于非IP数据路由的架构假设3GPP网络外部的基础设施网络是基于IP的。然而，如果3GPP网络外部的基础设施网络不是基于IP的(例如，其使用的是与3GPP网络内部的非IP协议不同的非IP协议)，那么可以应用这里描述的系统和方法。

在图3中可以看出，每一个非IP WTRU 301a-d都被指配了一个入口网关307，该网关接收来自PDN 309外部的所有传入数据，并且将其转发到非IP WTRU(例如301a)以及出口网关307，所述出口网关会终止来自非IP WTRU 301a的所有传出数据，并且将其转发到PDN307以外的目的地。所述入口/出口GW 307既可以是分离的(未显示)，也可以组合在一个物理实体中。

非IP WTRU 301a的入口/出口GW 307由GW控制器306指配。该GW控制器306还可以选择一个或多个其他的路由GW 305，以便在RAN 304与入口/出口GW 307之间形成非IP路由路径。该GW控制器306还可以在位于非IP路由路径的其他路由GW 305中配置(有可能会通过使用基于SDN的API)路由表，由此确保非IP数据在RAN 304与入口/出口GW 307之间是可路由的。该GW控制器306可能通过查询服务DNS 308来获取位于PDN 308以外的目的地服务/应用服务器310的IP。

非IP WTRU 301a和301b既可以直接连接到网络，也可以通过毛细管GW间接连接到网络，例如WTRU 301c和301d。所述非IP WTRU 301a-d可以注册到核心网络中的本地RAN304或移动性控制功能303。在设备注册之后，RAN 304或移动性控制功能303会与所选择的GW控制器306进行交互，以便建立非IP路由路径。

结合图3描述的一个或多个主要功能可以是虚拟化网络功能的实例，并且这些功能可被组织到针对非IP服务的网络切片中。更进一步，GW的控制平面功能和用户平面未必如图3所显示的那样是分离的，取而代之的是，它们也可以驻留在一个GW实体中。

并且，在图3中，在非IP路由部分311和IP路由部分312的边界上，非IP数据可以被出口/入口GW 307转换成IP数据，反之亦然，其中所述转换有可能是在GW控制器306的控制下进行的。

图4显示了一个关于非IP数据协议/格式(NIDP)数据格式的示例。通过定义NIDP，可以遵循该协议来建立路由路径中的转发表。NIDP报头401可以包括服务ID 403或是设备ID 402与服务ID 403的组合，以此作为路由标记。为了能够实施基于NIDP报头401的非IP数据转发处理，在来自WTRU的每一个非IP数据中都应该包含设备ID和服务ID。在NIDP报头401中还可以包含服务优先级信息404。跟随在NIDP报头401之后的可以是包含了应用数据净荷406的NIDP净荷405。与图4显示的例示NIDP报头相比更复杂的报头设计可以包括安全性或加密信息。

图5显示了一个用于支持非IP数据路由架构(如图3所示)的高级数据协议栈的示例。WTRU 501可以具有一个必须通过RAN 505以及入口/出口GW 510来将数据传递到应用服务器516的应用502。基于SDN的路由(例如Openflow路由)可被用于3GPP核心网络内部的非IP数据路由部分。每一个网关可以具有单独的非IP数据路由或转发表。WTRU 501还可以具有NIDP 503以及RAN空中接口504。该WTRU 501通过空中接口520来与RAN 505进行通信。GW控制器可以使用将数据指向恰当的下一跳的转发表条目来配置从RAN 505到所选择的出口GW 510的路径中的每一个GW。入口/出口GW 510可以具有以下的协议栈层：应用513、NIDP511、UDP 514、第二层或第三层512、IP 515以及第二层520，并且可以包含能在其上运送IP的任何技术，例如MPLS和ATM等等。应用服务器516可以具有以下的协议栈层：应用517、UDP518、IP 519以及第二层521，并且可以包含能在其上运送IP的任何技术，例如MPLS和ATM等等。

图6显示了一种用于对传出的非IP数据进行路由的例示方法。对于该示例来说，假设非IP WTRU已经选择了网络/网络切片以及RAN。

在607，非IP WTRU 601注册到网络或网络切片。核心网络中的RAN 602或某个移动性控制功能(MCF)可以处理此类注册。所述注册会向网络标识设备ID及其位置。

在608，一旦接收到WTRU 601的注册请求，则RAN 602或MCF可以选择一个GW控制器603，并且可以请求该GW控制器603为WTRU 601建立非IP数据路由路径，这其中可以包括诸如设备ID、服务ID和RAN地址等等的信息。

在609，GW控制器603选择出口GW 604以及其他任何必要的路由GW。在610，GW控制器603还会使用基于设备ID的转发表来配置这些GW(其中包括RAN 602或接入网关)；该转发表可以包括设备ID与下一跳地址之间的映射，以使GW可以通过在该表中查找设备ID来确定下一跳地址。

在611，WTRU 601将非IP数据发送到RAN 602，NIDP数据报头将会提供设备ID，其中路由GW会通过使用所述设备ID来将数据转发到出口GW 604。

在612，非IP数据到达出口GW 604，如果出口GW 604没有用于设备ID的路由上下文，那么在613，出口GW 604会向GW控制器603发起一个关于WTRU 601的临时IP地址的请求。在614，GW控制器603将所请求的临时IP地址指配给WTRU 601。在615，GW控制器还会使用在NIDP数据中提供的服务ID来查询DNS服务器605，以便获得目的地IP地址。

在616，出口GW 604接收来自GW控制器603的IP指配响应，其中该响应包含了诸如临时设备IP地址和目的地IP等等的信息。在617，出口GW 604使用该临时设备IP地址和目的地IP来将NIDP数据转换成IP可路由分组，然后，在618，出口GW 604会将该IP分组转发到目的地服务器606。

有鉴于图6中说明的处理，设备注册的一个目的是让WTRU为网络提供该WTRU的“设备ID”和“服务ID”，其中所述ID将会形成在非IP数据路由中使用的路由标记。设备注册还可以标识WTRU的位置(例如采用相连接的RAN或接入网关的第二层地址的形式)。GW控制器可以使用所述位置信息来为传入数据配置其路由。

“设备ID”和“服务ID”可以采用多种形式：其可以是文本字符串、URI、IMEI号码或公共密码密钥(结合主机标识协议(HIP)来考虑)等等。

应该指出的是，WTRU可以在注册过程中指示一个或多个服务ID，并且每一个服务ID都可以与优先级相联系。

除了设备ID以及一个或多个服务ID之外，在注册过程中还可以将其他必要的能力指示用信号通告给网络，例如“低移动性”指示、“非IP数据设备”指示、“纯传出数据”标志、“纯传入数据”标志以及“传入和传出数据”标志。WTRU还可以报告与其可达性相关的参数，例如省电模式或扩展DRX设置。

RAN或其他网络实体(例如移动性控制功能)可以对设备注册进行处理。此外，其他的过程同样是存在的，例如与设备注册过程相结合的设备认证、授权过程。

图7显示了一个用于为不同的非IP数据服务选择不同的出口GW的示例。每一个非IP WTRU 760都应该被指配一个出口GW，例如出口GW 706或708。如图3所示，出口GW可以位于3GPP核心网络与外部PDN之间的边界。如这里所述，出口GW会终止非IP数据传输，并且会将其转换成IP可路由分组，以及将所述分组转发到IP网络中的目的地。

关于出口GW(例如出口GW 706或708)的选择可以由GW控制器701或其他网络实体/功能(例如移动性控制功能)来执行。在一个实施例中，该任务是由GW控制器701执行的，因为所述GW控制器701还需要选择介于RAN 703与所选择的出口GW之间的其他路由GW，并且需要配置这些GW中的路由表。如果由其他实体/功能来执行出口GW选择，那么有必要将所选择的GW的地址告知GW控制器701。

关于出口GW的选择可以通过设备注册或其他某个过程来触发。一旦设备注册，则RAN 703或MCF(未显示)会向GW控制器701发送“路由请求”，然后，GW控制器701会选择出口GW(例如出口GW 706或708)以及介于RAN 703与所选择的出口GW之间的其他必要的路由GW。关于GW的选择还可以被延迟至WTRU 702发送其首个非IP数据。

出口GW可以是基于从路由请求中接收的服务ID而被选择的。出口GW有可能并不支持所有的非IP数据服务，而是支持其中的一小部分，因此，所选择的出口GW应该满足所指示的服务ID。如果指示了多个服务ID，那么GW控制器可以为每一个服务ID选择相同或不同的出口GW。在选择出口GW之前，GW控制器701还有可能需要向DNS查询所述设备ID的IP地址。

在一个实施例中，当WTRU 702发送带有服务ID1 710的非IP数据时，所述非IP数据会由GW控制器通过路由GW1 704、路由GW2 705来路由，并且将会到达出口GW 706，在那里会通过使用IP服务来将其发送到其最终目的地。在另一个实施例中，当WTRU 702发送具有服务ID1 709的非IP数据时，所述非IP数据会由GW控制器701路由并经过路由GW1 604、路由GW2 707，并且会到达出口GW 708，在那里会通过使用IP服务来将其发送到其最终目的地。

在一个实施例中，其中可以存在用于指配临时设备IP以及执行目的地IP查询的处理。当NIDP数据到达出口GW时，该出口GW可以检查其是否具有用于该设备ID的上下文以及IP地址是否可用。如果没有，那么出口GW可以请求GW控制器为该WTRU指配一个临时IP地址。GW控制器自己可以具有用于该功能的IP地址池。为此目的，它还可以使用其他实体，例如DHCP服务器。

此外，GW控制器还会被请求使用DNS服务来解析用于所述服务ID的目的地IP。传输端口号(例如UDP端口)同样是需要获取的。

在接收到关于WTRU的路由请求时，GW控制器有可能已经执行了临时IP分配以及目的地IP解析，并且有可能已经将其与所述WTRU的上下文保存在了一起。所述GW控制器会在被请求的时候将该信息返回给出口GW。

在某些条件下，GW控制器可以修改或释放WTRU的临时IP。举例来说，如果入口或出口GW报告WTRU长时间无活动，那么GW控制器可以释放该临时IP指配，并且可以将其用于别的WTRU。WTRU有可能会接收或者不接收关于临时IP地址变化的网络指示，这一点取决于应用服务器是否可以处理此类IP变化。

出口GW还可以在不借助于GW控制器的情况下自己执行IP地址分配以及目的地IP解析。

在另一个实施例中，由GW控制器节点执行的源IP地址指配可以基于包含在IP指配请求消息中的服务类型或服务ID。GW控制器节点可以检查包含在用于请求源IP的请求消息中的服务ID，并且可以转而检查从该信息中获取的所述请求的紧急性或优先级。然后，GW控制器可以决定IP地址版本(IPv4或IPv6)、IP地址类型(临时地址或永久IP地址)以及与该IP地址/连接相关联的QoS(DSCP值)。

如果GW节点做出的决定是指配一个临时IP地址，那么有可能需要定义其他一些其他参数，以便阐明该临时IP地址的范围(例如该临时IP地址的有效性)。所述临时IP地址的存在长度可被通知给出口GW。该通知可以用时间单位(例如秒或分钟)来衡量，或者它也可以用WTRU连接状态来衡量，其中只要WTRU处于连接状态，则可以使用特定的IP地址。每当WTRU遭遇到空闲与连接模式之间的状态转换时，这时将会需要请求新的IP地址。

作为替换，GW控制器可以决定为某些服务ID或类型指配永久IP地址。低延迟类型服务(例如健康监控应用和V2X服务)是可以由GW控制器指配永久IP地址的一些实例。该永久IP地址会在在设备注册的使用期限以内一直有效。只要WTRU附着或注册到网络，所述GW就能为针对该特定WTRU的所有传出分组使用相同的永久源IP地址。

有了所指配的临时设备IP地址、解析得到的目的地IP以及UDP端口号，出口GW可以使用设备IP作为源IP地址来将接收到的NIDP数据转换成IP分组，并且可以将其转发到外部IP网络。

图8显示了一个用于对传入的非IP数据执行路由处理的方法的示例。如果WTRU801已经将传出数据发送到外部IP网络(要么是应用服务器，要么是对等WTRU 801)，那么传入数据应该将该WTRU的临时IP地址作为目的地地址。如果WTRU 801先前没有发送传出数据，那么服务器或其他对等WTRU无法将IP分组发送到3GPP网络。在后一种情况下，服务器有可能需要先触发非IP WTRU 801发送输出数据(例如在805，其中WTRU 801会向RAN 802发送包含设备ID和服务ID的应用注册消息)。

在806，RAN 802会使用在应用注册消息中接收的信息以及RAN地址来向GW控制器803发送路由请求。在807，GW控制器803可以指配临时设备IP以及解析目的地IP。在808，该映射信息可被从GW控制器803发送到入口GW 804。在一个示例中，该映射信息可以包括设备ID/服务ID与设备IP/目的地IP的索引关系(concordance)。在809，入口GW会存储该映射信息，以便在信息去往该WTRU 801的时候使用。

在810，用于非IP WTRU 801的传入数据可以在入口GW 804处进入。该入口GW 804可以是在执行了这里论述的临时IP指配之后隐性选择的。在一个实施例中，入口GW与出口GW是同一个GW，但在另一个实施例中，单独的入口GW同样是可能的。用于为传入数据选择介于RAN 802与入口GW 804之间的其他GW的处理可以与用于传出数据的GW选择处理一起进行。同样，用于传入数据的路由GW与用于传出数据的路由GW既可以是相同的，也可以是不同的。换句话说，用于传入数据的路由路径与用于传出数据的路径既可以是相同的，也可以是不同的。

用于传入数据的GW中的转发表配置也可以与用于传出数据的配置一起执行。如果不是这样，并且路由路径中的GW不能找到用于所接收的传入数据的转发条目，那么GW可以请求GW控制器803更新转发表。

并且，在810，当运送非IP应用数据净荷的IP分组到达入口GW 804时，该入口GW804会在811执行从IP报头信息(源IP地址，目的地IP地址)到设备ID和服务ID的反向映射。ID和服务ID。该映射信息可以在809在指配临时设备IP地址的时候被创建并被存入入口GW804。在812，通过使用设备ID和服务ID，入口GW 804可以将接收到的IP分组转换成NIDP数据格式，并且可以沿着预先配置的路由路径将其转发到RAN 802。在813，RAN 802会通过将转换成NIDP数据的传入数据传送到非IP WTRU 801来完成该处理。

在另一个实施例中，IP地址指配服务可以被暴露给应用服务器。如果应用服务器具有去往特定WTRU的分组且不知道目的地IP地址，那么该应用服务器可以借助API消息并通过暴露功能(exposure function)来请求目的地IP地址。然后，该暴露功能可以与GW控制器进行联系，以便请求WTRU的源IP地址。一旦接收到来自暴露功能的这个请求，则GW功能可以为WTRU指配一个源IP地址。然后，GW控制器可以将这个新指配的源IP地址发送给暴露功能。API响应消息可以将该IP地址提供给应用服务器。当应用服务器发送DL IP分组时，它可以将接收到的IP地址作为目的地地址包含在分组的IP报头中。该实施例假设暴露层了解应用服务器在API请求中使用的外部设备ID与设备ID和/或服务ID之间的映射。用于IP地址指配的暴露功能的消息可以包括基于所述映射的内部设备ID和服务ID。

当非IP WTRU从它先前连接的RAN移动到新RAN时，这时需要修改数据路由以使数据到达所述新RAN。与这里描述的内容相似，新RAN可以在WTRU注册到所述新RAN注册之后触发GW控制器修改传出和传入路由。然而，该方法的一个缺点在于GW控制器所做的路由路径修改有可能会引入明显的延迟并导致服务中断。

相应地，在一个实施例中，当WTRU移动到新RAN时，WTRU可以继续使用在先前的RAN与出口/入口GW之间已建立的大部分的原始路由路径，并且只有先前RAN和第一路由GW之间的跳变会被改变成新RAN与第一路由GW之间的跳变。在该实施例中，“第一路由GW”可被定义成是路由路径中的最接近的GW，或者如果从入口GW到RAN的角度来定义，那么它是该路径中的最后一个路由GW。

图9显示了一个用于在WTRU从先前RAN移动到新RAN时执行快速路由路径修改的例示方法。906显示了在移动到新RAN 903之前的用于WTRU 901的非IP数据的先前路由路径。在907，针对传出数据，新RAN 903从WTRU 901执行的设备注册中接收第一路由GW地址，并且在908使用该地址来建立自己的路由条目映射，以及将其指向用于WTRU 901的第一路由GW904。作为替换，新RAN 903从先前的RAN 902取回WTRU 901第一路由GW的地址。在第一路由GW 904，前一跳的源(先前RAN 902或新RAN 903)是无关紧要的，因为该路由会用设备ID和服务ID标记来过滤，由此会在没有任何变化的情况下将数据正确转发到目的地。

在910，当第一路由GW 904接收来自不同RAN地址的传出数据时，第一路由GW 904会修改其下行链路路由表，以便将其指向相应的新RAN地址。这是因为对于同一个GW将被用作传出和传入数据的“第一路由GW”，并且路径中的其他路由GW对于传入和传出数据来说仍旧是不同的。然而，对于传入数据来说，位于第一路由GW 904的路由表会被修改，由此，用于设备ID/服务ID的路由条目将会指向新RAN 903而不是先前RAN 902。在909，由于传出数据所触发的路由条目修改，新RAN 903可能需要发送伪传出数据来触发路由条目修改，而不是等待来自WTRU的真实传出数据。在911，在WTRU 901切换到新RAN 903之后的新的路由路径完成。

当WTRU移动到另一个RAN等等时，这时可以重复相同的路由路径修改过程。在新的修改之后，原始路由路径有可能不是最佳路径，但是考虑到低移动性WTRU有可能在有限区域中漫游、很少漫游或者完全不漫游，所述路径应该是可接受的。

虽然在上文中描述了采用特定组合的特征和要素，但是本领域普通技术人员将会认识到，每一个特征或元素既可以单独使用，也可以与其他特征和要素进行任何组合。此外，这里描述的方法可以在引入计算机可读介质中以供计算机或处理器运行的计算机程序、软件或固件中实施。关于计算机可读媒体的示例包括电信号(经由有线或无线连接传送)以及计算机可读存储媒体。关于计算机可读存储媒体的示例包括但不局限于只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、寄存器、缓冲存储器、半导体存储设备、诸如内部硬盘和可拆卸磁盘之类的磁介质、磁光介质、以及CD-ROM碟片和数字多用途碟片(DVD)之类的光介质。与软件关联的处理器可以用于实施在WTRU、UE、终端、基站、RNC或任何计算机主机中使用的射频收发信机。

Claims (16)

1.一种用于促进非IP系统与IP系统之间的通信的网络节点，包括：

可操作地耦合到一个或多个处理器的一个或多个接收机，该一个或多个接收机被配置成从无线发射/接收单元(WTRU)接收包含具有服务ID的报头的非IP数据；

所述一个或多个接收机被配置成接收用于与所述WTRU的关联的IP地址；以及

可操作地耦合到所述一个或多个处理器的一个或多个发射机，其被配置成传送IP数据分组到所述非IP系统之外的目的地服务器，

其中所述非IP数据通过使用所述所接收的IP地址而被转换成所述IP数据分组，

其中所述IP数据分组包含所述服务ID；以及

其中所述目的地是基于所述服务ID而被确定的。

2.如权利要求1所述的网络节点，其中所述报头还包含设备ID，其中所述设备ID是从包含文本串、通用资源指示符(URI)、IMEI或公共密码密钥的群组中选择的。

3.如权利要求1所述的网络节点，其中所述服务ID是从包含文本串、通用资源指示符(URI)、IMEI或公共密码密钥的群组中选择的。

4.如权利要求1所述的网络节点，其中所述一个或多个处理器和所述一个或多个接收机进一步被配置成从所述WTRU接收包括所述服务ID的注册请求。

5.如权利要求4所述的网络节点，其中所述一个或多个处理器和所述一个或多个发发射机进一步被配置成基于所述注册请求，向网关设备发送配置信息请求，以及从所述网关设备接收包括转发表的配置信息，

其中所述配置信息请求包括设备ID、所述服务ID以及网络节点地址。

6.如权利要求1所述的网络节点，其中所述报头包含优先级字段。

7.如权利要求4所述的网络节点，其中所述注册请求还包括以下的一项或多项：低移动性指示、非IP数据设备指示、纯传出数据标志、纯传入数据标志、或传出和传入数据标志。

8.如权利要求1所述的网络节点，其中所述目的地进一步基于WTRU ID而被确定。

9.一种由网络节点实施以促成非IP系统与IP数据系统之间的通信的方法，所述方法包括：

从无线发射/接收单元(WTRU)接收包含具有服务ID的报头的非IP数据；

接收用于与所述WTRU的关联的IP地址；以及

传送IP数据分组到所述非IP系统之外的目的地，

其中所述非IP数据通过使用所述所接收的IP地址而被转换成所述IP数据分组，

其中所述IP数据分组包含所述服务ID；以及

其中所述目的地是基于所述服务ID而被确定的。

10.如权利要求9所述的方法，其中所述报头还包含设备ID，其中所述设备ID是从包含文本串、通用资源指示符(URI)、IMEI或公共密码密钥的群组中选择的。

11.如权利要求9所述的方法，其中所述服务ID是从包含文本串、通用资源指示符(URI)、IMEI或公共密码密钥的群组中选择的。

12.如权利要求9所述的方法，进一步包括从所述WTRU接收包括所述服务ID的注册请求。

13.如权利要求12所述的方法，进一步包括：

基于所述注册请求，向网关设备发送配置信息请求；以及

从所述网关设备接收包括转发表的配置信息，

其中所述配置信息请求包括设备ID、所述服务ID以及网络节点地址。

14.如权利要求9所述的方法，其中所述报头包含优先级字段。

15.如权利要求12所述的方法，其中所述注册请求还包括以下的一项或多项：低移动性指示、非IP数据设备指示、纯传出数据标志、纯传入数据标志、或传出和传入数据标志。

16.如权利要求9所述的方法，其中所述目的地进一步基于WTRU ID而被确定。

Images