CN117750470A - 一种多网关协作的网络接入方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及网络连接技术领域，特别涉及一种多网关协作的网络接入方法，步骤S1，基站申请用户终端接入；步骤S2，最优网关确定提供服务的网络资源，向核心网申请用户终端接入；步骤S3，最优核心网完成用户终端接入申请处理后，开始其他信令过程。与现有技术相比，本发明的多网关协作的网络接入方法，通过多网关协作部署，可有效降低网关故障风险，同时能根据接入业务及网络资源现状，选择更合适网关节点、核心网节点进行业务接入服务，从而能有效的疏导网络流量，还可以避免单网关故障造成业务中断。

Description

一种多网关协作的网络接入方法

【技术领域】

本发明涉及网络连接技术领域，特别涉及一种多网关协作的网络接入方法。

【背景技术】

随着小基站得到越来越多的部署，如何管理众多的小基站，对核心网是一个很大的挑战。网关作为中间设备，通过分层管理，可有效降低核心网负担。但同时，相比基站gnb直连核心网，网关故障也增加业务失败的风险。

【发明内容】

为了克服上述问题，本发明提出一种可有效解决上述问题的多网关协作的网络接入方法。

本发明解决上述技术问题提供的一种技术方案是：提供一种多网关协作的网络接入方法，包括如下步骤：

步骤S1，基站申请用户终端接入：用户终端通过当前所属基站申请业务接入，当前所属基站发送InitialUEMessage到最优网关的ans进程，生成用户终端在网关间全局唯一记录标记GW_UE_INDEX；

步骤S2，最优网关确定提供服务的网络资源，向核心网申请用户终端接入：最优网关的ans进程读取网关、核心网负载情况，根据最优策略，选择最优核心网，最优网关的ans进程将InitialUEMessage转发到与最优核心网连接的网关的cns进程，其中包含GW_UE_INDEX信息，与最优核心网连接的网关的cns进程完成InitialUEMessage在网关的处理后，将消息转发给最优核心网；

步骤S3，最优核心网完成用户终端接入申请处理后，开始其他信令过程：最优核心网收到InitialUEMessage后，进行必要的处理，如果可以接受用户终端申请，则发送InitialContextSetupRequest到与最优核心网连接的网关，与最优核心网连接的网关的cns进程通过GW_UE_INDEX值取得正确的用户终端信息，进行必要处理后，然后转发到最优网关的ans进程，最优网关的ans进程根据GW_UE_INDEX值获取正确的用户终端信息，发送InitialContextSetupRequest到用户终端的当前所属基站。

优选地，所述步骤S2中，多个网关节点相互交互信息，形成一个网关负载状态资源池；每个网关记录与自己建立连接的核心网资源使用信息，通过动态更新核心网信息，在协作网关之间，形成一个核心网负载状态资源池。

优选地，所述步骤S2中，网关、核心网负载情况包括但不限于核心网接入的用户终端数目、网关接入基站数目、网关接入的用户终端数目、网关的系统资源使用率。

优选地，所述步骤S2中，最优策略根据网关负载状态资源池和核心网负载状态资源池来制定。

优选地，所述步骤S3中，最优核心网收到InitialUEMessage后，进行必要的处理，是指核心网完成对用户终端信息的确认；所述步骤S3中，与最优核心网连接的网关的cns进程通过GW_UE_INDEX值取得正确的用户终端信息，进行必要处理，是指网关的cns进程保持用户终端在网关的状态。

优选地，所述步骤S1中，InitialUEMessage为初始化终端消息，是用户终端接入网络标准的信令消息。

优选地，所述步骤S1中，GW_UE_INDEX，是在网关中用户终端的索引，在网关系统中，通过该索引来标记某个特定终端。

优选地，所述步骤S3中，InitialContextSetupRequest，是初始化上下文建立请求。

优选地，所述GW_UE_INDEX值唯一确定用户终端在网络中服务提供路径。

优选地，所述步骤S3中，正确的用户终端信息，是通过索引找到要处理的用户终端。

与现有技术相比，本发明的多网关协作的网络接入方法，通过多网关协作部署，可有效降低网关故障风险，同时能根据接入业务及网络资源现状，选择更合适网关节点、核心网节点进行业务接入服务，从而能有效的疏导网络流量。多网关协同完成业务接入，多个网关共享网关本身及连接核心网资源利用信息，可有效地进行流量疏导，使网络资源使用更均衡，还可以避免单网关故障造成业务中断；多网关协同获取资源利用状况的方法，每个网关定期向共享数据库发送自己所知的资源利用情况，动态维护网络资源使用状况数据库；本申请以控制面资源使用作为示例进行实施方案说明，数据面能以类似方法做出流量负载均衡。

【附图说明】

图1为本发明多网关协作的网络接入方法的步骤流程图；

图2为本发明多网关协作的网络接入方法的实施例框架图。

【具体实施方式】

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施实例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅限于指定视图上的相对位置，而非绝对位置。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

请参阅图1和图2，本发明的多网关协作的网络接入方法，包括如下步骤：

步骤S1，基站申请用户终端接入：用户终端通过当前所属基站申请业务接入，当前所属基站发送InitialUEMessage到最优网关的ans进程，生成用户终端在网关间全局唯一记录标记GW_UE_INDEX。

所述步骤S1中，包括多个核心网和多个网关，每个网关分别与一个核心网连接，每个网关分别连接有多个基站，每个基站分别连接有多个用户终端。

所述步骤S1中，当前所属基站为正在为某一用户终端提供服务的基站，该基站称为该用户终端的当前所属基站；最优网关为当前所属基站根据网关的负载情况，选择出来的最优网关。

基站选择网关其实和网关选择核心网一样，网关是配置在基站上的服务资源，可以配置一个或者多个，如果在基站上配置了多个服务网关，基站就可以根据一定策略选择合适的网关来提供接入服务。在终端接入时，基站有一个选择网关的过程，基站与网关不是一对一绑定的，这样才能在一个网关崩溃了，其他网关立即可以为基站提供接入服务。

提供ans服务的网关选择提供cns服务的网关。这个与基站选择提供ans网关是两个独立过程，基站自身也有一个在多个网关之间选择接入网关的过程。

基站和网关不是绑定的。举个例子，其实终端(手机)和基站也不是绑定的，但某时某刻，手机总是会接入离它距离近信号好的基站，但终端是移动的，半小时后人到了另一地方，手机可能就接入了另一个基站，但在具体时刻，说手机属于某个基站也是可以的。

基站会根据网关资源情况进行选择，另外，与手机不同，基站为多个手机提供服务，每一个终端的接入，基站可能都会做网关的选择，也就是基站可以同时连接多个网关。当然，对某一个特定的终端，都会选择特定的网关提供服务。

所述步骤S1中，InitialUEMessage为初始化终端消息，是用户终端接入网络标准的信令消息。

所述步骤S1中，GW_UE_INDEX，是在GW(GateWay)中UE(用户终端)的INDEX(索引)，在网关系统中，通过该索引来标记某个特定终端。GateWay是指网关。

步骤S2，最优网关确定提供服务的网络资源，向核心网申请用户终端接入：最优网关的ans进程读取网关、核心网负载情况，根据最优策略，选择最优核心网，最优网关的ans进程将InitialUEMessage转发到与最优核心网连接的网关的cns进程，其中包含GW_UE_INDEX信息，与最优核心网连接的网关的cns进程完成InitialUEMessage在网关的处理后，将消息转发给最优核心网。

所述步骤S2中，网关、核心网负载情况包括但不限于核心网接入的用户终端数目、网关接入基站数目、网关接入的用户终端数目、网关的系统资源使用率等。

所述步骤S2中，多个网关节点相互交互信息，形成一个网关负载状态资源池；每个网关记录与自己建立NG口连接的核心网资源使用信息，通过动态更新核心网信息，在协作网关之间，形成一个核心网负载状态资源池。

所述步骤S2中，最优策略根据网关负载状态资源池和核心网负载状态资源池来制定，目的是不让网关过载，可以是接入的用户终端数目最少，或者是网关的系统资源使用率最低，优选为网关的系统资源使用率最低。

所述核心网负载转状态资源池：与核心网交互时，网关作为客户端，由网关选择合适的核心网来提供用户终端的接入服务。我们把网关可以连接的核心网配置到网关的可用核心网列表中(实际上就是一个可用的核心网池)，同时基站可以查询任意核心网的状态(例如是否过载)，同时核心网在自身状态变化时也可通过消息知会网关更新状态。这样，在网络运行过程中，网关上就保存了该网关可用的核心网信息，以及每个可用核心网的负载状态信息，实际上就是一个核心网负载状态资源池，网关可以根据状态，从核心网负载状态资源池中选择合适的核心网来提供用户终端接入服务。

所述网关负载状态资源池：与上面的核心网负载转状态资源池概念类似，不过这个网关负载状态资源池是相对基站来说的，而核心网负载转状态资源池是相对网关来说的。与基站交互时，网关是服务端，我们把可用的网关信息配置到基站上，这样，基站上就保存了可以接入的网关信息。同时状态变化时也及时更新网关的状态。这样，基站就有了一个可用的网关负载状态资源池，同时也知道每个网关的负载状态，在有用户终端业务接入时，基站基于网关负载状态资源池选择合适的网关接入，从而更好地为用户终端提供接入服务。

所述步骤S2中，与最优核心网连接的网关的cns进程完成InitialUEMessage在网关的处理流程，是标准ngap协议信令处理，网关这时要保存index信息，索引唯一标记一个用户终端，后续报文都以此索引关联上要处理的用户终端。

步骤S3，最优核心网完成用户终端接入申请处理后，开始其他信令过程：最优核心网收到InitialUEMessage后，进行必要的处理，如果可以接受用户终端申请，则发送InitialContextSetupRequest到最优网关，最优网关的cns进程通过GW_UE_INDEX值取得正确的用户终端信息，进行必要处理后，然后转发到最优网关的ans进程，最优网关的ans进程根据GW_UE_INDEX值获取正确的用户终端信息，发送InitialContextSetupRequest到用户终端的当前所属基站。

所述步骤S3中，InitialContextSetupRequest，对应的中文就是初始化上下文建立请求。这也是标准终端接入网络信令，也可认为是日常生活中，手机接入运营商网络的一个标准信令，所谓上下文，就是关于手机的一些配置信息。

所述步骤S3中，最优核心网收到InitialUEMessage后，进行必要的处理，是指运营商(核心网)完成对用户终端信息的确认，比如，一个手机要接入网络，首先你的手机号码要在运营商数据库里登记过，运行商在收到手机的接入请求后，这里的必要处理就是完成对手机信息确认，判断该手机用户是否可以接入。如果可以接入，则记录该手机用户信息，为该用户分配通道资源。

所述步骤S3中，最优网关的cns进程通过GW_UE_INDEX值取得正确的用户终端信息，进行必要处理，是指网关的cns进程保持用户终端在网关的状态，如终端的索引，终端当前处于接入的状态，终端需要使用的资源等信息，实际上，就是接入的用户终端在网关上要保存的数据信息。

所述步骤S3中，正确的用户终端信息，实际上就是通过索引找到要处理的UE，这里正确的UE是指基站(GNB)服务的UE比较多，要找到当前是哪个UE，可理解为当前申请业务接入的UE。

特别说明，ans和cns只是模块名字，为便于理解，可认为是access net service(接入网服务)和core net service(核心网服务)的简称，指的是这两个模块分别与基站和核心网接口，提供对应的接口处理服务。

所述用户终端可用UE表示，User equipment用户终端，通常意义上来说，手机就是典型的用户终端设备；所述基站可用GNB表示；所述网关可用GW表示。

单网关节点包括两个进程，ans进程负责与GNB节点进行NGAP协议交互(ngap服务端，对于GNB而言，相当于核心网角色)，cns进程负责与核心网NGAP协议交互(ngap客户端，对于核心网而言，相当于GNB角色)

网关GW根据自身策略，利用核心网负载转状态资源池，选择合适核心网节点接入，网关cns进程与核心网建立NG口连接；基站GNB根据自身策略，与网关GW交互，利用网关负载状态资源池信息，选择合适网关接入，基站GNB与网关ans进程建立NG口连接。

GW_UE_INDEX值唯一确定UE在网络中服务提供路径。后续所有针对该UE报文消息，都可通过GW_UE_INDEX关联，沿着第一次处理路径功能点进行业务处理，保证业务信息的完整性。

动态确定使用哪些资源。每次UE接入按照资源状况，选择合适网络资源提供服务，达到整体网络流量合理分布。

动态更新资源状态。每次有新UE接入、退出后，网关更新网络资源信息到数据库中(或者采取定时方式)，保持网络资源信息动态更新。网络资源使用信息同步对时间要求不高，可以在网关系统空闲时处理。

数据面可类似实现达到负载均衡的目标。当前负载均衡策略是以信令面处理来说明，数据面处理类似，不做特别说明。

下面请参阅图2，以具体实施例来说明本发明的多网关协作的网络接入方法，包括如下步骤：

步骤1，基站申请UE接入。UE通过所处的基站GNB2节点申请业务接入，发送InitialUEMessage到网关GW1的ans进程，生成UE在网关间全局唯一记录标记：GW_UE_INDEX。

步骤2，接入网关确定提供服务的网络资源，向核心网申请UE接入。网关GW1的ans进程读取网关、核心网负载情况(包括且不限于核心网接入的UE数目、网关接入GNB数目、网关接入的UE数目、网关的系统资源使用率等)，根据最优策略，选择核心网2，网关GW1的ans进程将InitialUEMessage转发到与核心网2建立ng口网关GW3的cns进程，其中包含GW_UE_INDEX信息，网关GW3的cns进程完成InitialUEMessage在网关的处理后，将消息转发给核心网2。

步骤3，核心网完成UE接入申请处理后，开始其他信令过程。核心网2收到InitialUEMessage后，进行必要的处理，如果可以接受UE申请，则发送InitialContextSetupRequest到网关GW3，网关GW3的CNS进程通过GW_UE_INDEX值取得正确的UE信息，进行必要处理后，然后转发到网关GW1的ans进程，网关GW1的ans进程根据GW_UE_INDEX值获取正确的UE，发送InitialContextSetupRequest到ue所属的基站GNB2。

与现有技术相比，本发明的多网关协作的网络接入方法，通过多网关协作部署，可有效降低网关故障风险，同时能根据接入业务及网络资源现状，选择更合适网关节点、核心网节点进行业务接入服务，从而能有效的疏导网络流量。多网关协同完成业务接入，多个网关共享网关本身及连接核心网资源利用信息，可有效地进行流量疏导，使网络资源使用更均衡，还可以避免单网关故障造成业务中断；多网关协同获取资源利用状况的方法，每个网关定期向共享数据库发送自己所知的资源利用情况，动态维护网络资源使用状况数据库；本申请以控制面资源使用作为示例进行实施方案说明，数据面能以类似方法做出流量负载均衡。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思之内所作的任何修改，等同替换和改进等均应包含在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种多网关协作的网络接入方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1，基站申请用户终端接入：用户终端通过当前所属基站申请业务接入，当前所属基站发送InitialUEMessage到最优网关的ans进程，生成用户终端在网关间全局唯一记录标记GW_UE_INDEX；

步骤S2，最优网关确定提供服务的网络资源，向核心网申请用户终端接入：最优网关的ans进程读取网关、核心网负载情况，根据最优策略，选择最优核心网，最优网关的ans进程将InitialUEMessage转发到与最优核心网连接的网关的cns进程，其中包含GW_UE_INDEX信息，与最优核心网连接的网关的cns进程完成InitialUEMessage在网关的处理后，将消息转发给最优核心网；

步骤S3，最优核心网完成用户终端接入申请处理后，开始其他信令过程：最优核心网收到InitialUEMessage后，进行必要的处理，如果可以接受用户终端申请，则发送InitialContextSetupRequest到与最优核心网连接的网关，与最优核心网连接的网关的cns进程通过GW_UE_INDEX值取得正确的用户终端信息，进行必要处理后，然后转发到最优网关的ans进程，最优网关的ans进程根据GW_UE_INDEX值获取正确的用户终端信息，发送InitialContextSetupRequest到用户终端的当前所属基站。

2.如权利要求1所述的多网关协作的网络接入方法，其特征在于，所述步骤S2中，多个网关节点相互交互信息，形成一个网关负载状态资源池；每个网关记录与自己建立连接的核心网资源使用信息，通过动态更新核心网信息，在协作网关之间，形成一个核心网负载状态资源池。

3.如权利要求1所述的多网关协作的网络接入方法，其特征在于，所述步骤S2中，网关、核心网负载情况包括但不限于核心网接入的用户终端数目、网关接入基站数目、网关接入的用户终端数目、网关的系统资源使用率。

4.如权利要求2所述的多网关协作的网络接入方法，其特征在于，所述步骤S2中，最优策略根据网关负载状态资源池和核心网负载状态资源池来制定。

5.如权利要求1所述的多网关协作的网络接入方法，其特征在于，所述步骤S3中，最优核心网收到InitialUEMessage后，进行必要的处理，是指核心网完成对用户终端信息的确认；所述步骤S3中，与最优核心网连接的网关的cns进程通过GW_UE_INDEX值取得正确的用户终端信息，进行必要处理，是指网关的cns进程保持用户终端在网关的状态。

6.如权利要求1所述的多网关协作的网络接入方法，其特征在于，所述步骤S1中，InitialUEMessage为初始化终端消息，是用户终端接入网络标准的信令消息。

7.如权利要求1所述的多网关协作的网络接入方法，其特征在于，所述步骤S1中，GW_UE_INDEX，是在网关中用户终端的索引，在网关系统中，通过该索引来标记某个特定终端。

8.如权利要求7所述的多网关协作的网络接入方法，其特征在于，所述步骤S3中，InitialContextSetupRequest，是初始化上下文建立请求。

9.如权利要求1所述的多网关协作的网络接入方法，其特征在于，所述GW_UE_INDEX值唯一确定用户终端在网络中服务提供路径。

10.如权利要求1所述的多网关协作的网络接入方法，其特征在于，所述步骤S3中，正确的用户终端信息，是通过索引找到要处理的用户终端。