CN118175090A - 使用分段路由的用于低延迟通信的网内解决方案 - Google Patents

使用分段路由的用于低延迟通信的网内解决方案 Download PDF

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CN118175090A
CN118175090A CN202311661373.9A CN202311661373A CN118175090A CN 118175090 A CN118175090 A CN 118175090A CN 202311661373 A CN202311661373 A CN 202311661373A CN 118175090 A CN118175090 A CN 118175090A
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S·本诺
郝方
Tv·拉克什曼
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Abstract

一种分段路由(SR)网络具有多个互连的SR网关，其中多个本地网络中的每个本地网络可连接到在本地网络的边缘路由器处的SR网关。一种SR网络控制平面维护定位器数据库，该定位器数据库将(i)用于用户设备(UE)的全局IP(GIP)地址映射到(ii)沿着从SR网络到UE的路径的、与UE相关联的下游节点的IP地址。一种SR网关(i)接收用于UE的消息以及(ii)将消息寻址到下游节点的IP地址。在SR网络控制平面确定UE的关联已经改变到下游节点的不同IP地址之后，SR网络控制平面更新定位器数据库，以将(i)用于UE的GIP地址映射到(ii)下游节点的不同IP地址。

Description

使用分段路由的用于低延迟通信的网内解决方案
背景技术
技术领域
本公开涉及无线通信系统。
相关技术的描述
本节介绍了可能有助于更好地理解本公开内容的各个方面。因此，本节的陈述应从这个角度来阅读，而不应理解为承认什么是现有技术或什么不是现有技术。
移动接入网络速度的提高使得延迟敏感的应用(例如增强现实、未来工厂和自动驾驶)得以实现。然而，仍有待解决的一个关键问题是如何确保此类应用的服务质量(QoS)不受用户设备(UE)移动性的影响。在当前的4G/5G网络中，当UE跨广域网中移动时，分组递送可能会因为IP地址的改变而中断，或者因为三角路由而产生更高的延迟。此外，尽管UE可以通过一种或多种接入技术(4G/5G/WiFi等)接入多个提供商网络，但有效地利用这些不同的网络资源仍然是一个挑战。较新的移动接入技术，如5G和6G，倾向于依赖于更小的蜂窝尺寸和更高密度的基站。这可能会增加UE在锚点之间转换的需求(其IP地址的动态性大大提高)。因此，迫切需要一种实用的IP移动解决方案来支持新出现的延迟敏感的应用。
发明内容
本公开提出了一种利用分段路由(SR)和软件路由的IP移动性的新方法，该方法通过(i)依赖于SR使能的骨干网络和BGP任播来实现无锚点的IP移动性，而无需更改UE；以及(ii)使用软件路由器来支持快速路由表更新。在UE的额外支持下，该解决方案也可以通过依赖于IP协议而不是蜂窝协议，被扩展到支持跨多种接入技术的无缝IP移动性。
在本公开的至少一个实施例中，网段路由(SR)被配置为连接到多个本地网络，SR网络包括多个互连的SR网关，其中每个本地网络可连接到在本地网络的边缘路由器处的SR网关。SR网络的SR网络控制平面被配置为维护定位器数据库，该定位器数据库被配置为：将(i)用于用户设备(UE)的全局IP(GIP)地址映射到(ii)沿着从SR网络到UE的路径的、与UE相关联的下游节点的IP地址；SR网关被配置为：(i)接收用于UE的消息，以及(ii)将该消息寻址到下游节点的IP地址。SR网络控制平面被配置为：在SR网络控制平面确定UE的关联已经改变到不同的下游节点IP地址之后，更新定位器数据库，以将(i)用于UE的GIP地址映射到(ii)下游节点的不同IP地址。
在本公开的至少一个实施例中，用户设备(UE)包括：(i)与不同类型的本地接入网络相对应的多个网络接口，以及(ii)虚拟分段路由器(vSR)模块，vSR模块被连接到多个网络接口，并且被配置为经由不同类型的本地接入网络中的任一类型本地接入网络而支持分段路由。
附图说明
从下文的详细描述、附加的权利要求和附图，本公开的实施例将变得更加显而易见，其中的相同附图标记表示相似或相同的元素。
图1是根据本公开的实施例的通信(comm)系统的简化框图；
图2是用于图1的comm系统的特定场景的框图；
图3是根据本公开的另一个实施例的comm系统的简化框图；
图4是根据本公开的又一个实施例的comm系统的简化框图。
具体实施方式
本文公开了本公开的详细说明性实施例。然而，本文所公开的特定结构和功能细节仅仅是为了描述本公开的示例性实施例而具有代表性。本公开可以体现为多种可供选择的形式，不应理解为仅限于本文所述的实施例。此外，本文中使用的术语仅出于描述特定实施例的目的，并不旨在限制示例实施例。
如本文中使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文另有明确指示。将进一步理解，术语“包括”、“包含”、“具有”、“有”和/或“含有”当在本文中使用时指定所述特征、步骤或组件的存在，但不排除一个或多个其他特征、步骤或组件的存在或附加。注意，在一些替代性实施方案中，所指出的功能/动作可能以不同于图中指出的顺序发生。例如，连续示出的两个图实际上可能基本是同时执行的，或者有时可能以相反的顺序执行，取决于涉及的功能/动作。
基本架构
图1是根据本公开的实施例的通信(comm)系统100的简化框图。特别地，通信系统100包括具有互连的SR网关112(1)-112(3)和定位器数据库(DB)114的分段路由(SR)网络110。SR网络110能够跨广域网实现低延迟IP移动性服务。如本领域技术人员所理解的，SR网关112是SR网络110的一个节点，该节点除了连接到SR网络110内部的一个或多个其他节点之外，还可以直接连接到SR网络110外部的一个或多个本地接入网络120(也称为本地网络、边缘网络或接入域)的边缘路由器122。例如，在图1中，SR网关112(1)连接到本地网络120(A)的边缘路由器122(A1)，SR网关112(2)连接到本地网络120(B)的边缘路由器122(B1)。
尽管在图1中未明确示出，SR网络110可以具有一个或多个额外的SR网关112以及一个或多个内部SR节点，这些节点与SR网关112(1)-112(3)一起，形成一个在SR网络110内互连节点的网状网络，该网状网络支持通过SR网络110和在SR网络110内的分组的分段路由。同样，尽管在图1中未明确示出，每个SR网关112可以连接到一个或多个本地网络120的边缘路由器122，并且每个本地网络120可以具有一个或多个除其边缘路由器122之外的互连节点。
SR网络110可以由单个服务运营商或多个服务运营商提供。SR网络110也可以由网络分级器(webscaler，例如谷歌云或微软Azure)拥有。在这种情况下，网络分级器可以使用自己的骨干传输网络，以(i)提供不同服务运营商的不同本地域之间的连接，以及(ii)跟踪当前UE的位置。
在一些实现方式中，SR网络110是分段路由IPv6(SRv6)网络。其他类型的SR网络(例如分段路由-多协议标签交换(SR-MPLS)网络)也是可能的。注意，一些SRv6实现方式并不要求SRv6网络路由器之间路径上的所有路由器都支持分段路由，只要它们支持IPv6转发。为全局IP移动性服务分配一块IPv6地址(即，一个或多个移动IPv6前缀)。每个订阅移动服务的UE都会从该地址块中分配到一个唯一的GIP地址。服务运营商拥有一个或多个本地网络，订阅的UE可以从本地网络中获取无线服务。SR网络110用于提供跨不同本地网络的连接。无论其位置/关联，每个UE始终由其GIP来识别。
设备(例如，UE 130)被分配到一个允许相应节点进行连接的唯一的、永久全局IP(GIP)地址。该GIP地址由所有SR网络路由器公布，因此广域网中的任何相应节点可以通过其最近的SR网络路由器(即，SR网络110中的SR网关112)接入该GIP。在每个本地网络120中，边缘路由器122作为锚点，在该域中为UE转发分组。当UE跨域移动时，相应的边缘路由器122会向SR网络110报告UE的位置，使得SR网络跟踪每个UE的当前域级位置。
边缘路由器在其本地网络内提供移动性支持，类似于传统的移动IP解决方案。然而，与传统解决方案不同的是，这里每个边缘路由器都公布整个GIP前缀，无论每个UE当前位于哪个本地网络。此外，所有SR网络路由器也会公布GIP前缀。这就导致了类似于任播的服务，其中所有相应的节点都通过其最近的网关连接到UE。
为了使网关节点(即，每个本地网络的边缘路由器和每个SR网络节点)知道当前UE的位置，每个网关节点在UE进入其域时发送位置更新消息。这允许SR网络控制平面跟踪每个UE的当前域和相关联的边缘路由器。从每个GIP到其最新域网关的映射被保存在一个数据存储中，如图1中的定位器DB 114所示，该数据存储既可以作为SR网络控制平面的一部分来实现，也可以分布在一个或多个单独的服务器上。
SR网关基于定位器DB中的信息转发IP分组。当任何UE位置变化时，暴力方法就是持续更新所有网关。虽然当网络规模相对较小时这可能是可行的，但在一般情况下效率很低，因为只有SR网关的一个子集可能会看到指向给定UE的流量，并且因此需要此类更新。为了提高可扩展性，另一种方法是执行反应式查询-响应。在这种方法中，SR网关在需要查找UE位置时，可以查询定位器DB，然后将此类映射信息缓存一定持续时间。这种方法的主要问题是，如果在缓存过期前位置发生变化，那么分组就会被路由到错误的目的地。虽然这可以由额外的协议交换来修正，但这会增加大量延迟。
为了解决这些问题，在本公开的某些实施例中，SR网关明确地从定位器DB订阅“活动”UE(即，有活动流量的UE)的位置信息。定位器DB根据SR网关的当前订阅，选择性地向其推送UE位置更新。不同的订阅策略可以在SR网关处被配置。例如，一种策略可以是：当SR网关的转发表(即，转发信息库，或简称FIB)中缺少目标UE位置时，开始订阅；当最后(例如，两分钟)没有更多分组被指向到UE时，停止订阅。对于具有严格延迟限制的关键应用程序，策略可以是“始终订阅”。此外，还可以使用基于机器学习的方法来预测给定UE的流量模式，并且更智能地进行/取消订阅。
在每个本地网络内，所有UE流量都通过本地网络的边缘路由器。这与现有的本地IP移动解决方案类似。然而，与现有解决方案不同的是，这里跨所有本地网络为UE分配了同一GIP。从某种意义上说，在不同本地网络中的边缘路由器作为一个大型分布式全局锚点而一起工作。
当UE进入本地网络时，本地网络的边缘路由器向SR网络报告位置更新，SR网络记录UE位置，并且确保所有SR网关了解如何到达当前UE域。
发布-订阅机制被用于确保位置更新只被递送给需要某些信息的SR网关。
在数据平面中，分段路由被用于将流量从相应节点的附近SR网关转发到当前UE域。
该解决方案涉及在SR网络路由器处动态更新UE位置。基于软件的路由器既可以用于取代传统的基于硬件的路由器，或者可以与传统的基于硬件的路由器一起工作，这可以潜在地将路由更新的可扩展性提高一到两个数量级。
如图1中示出的，UE 130从与本地网络120(A)中的一个节点直接关联(也称为具有关联)，变成与本地网络120(B)中的一个节点直接关联。注意，本地网络120(A)中的节点可以是(但不必须是)边缘路由器122(A1)，本地网络120(B)中的节点可以是(但不必须是)边缘路由器122(B1)。需进一步注意的是，在一些情况下，UE 130是能够物理地移动的移动节点，这导致其关联发生变化。如下文进一步所述，可能存在UE的关联发生变化而不必物理移动的实现方式。在这些情况下，UE不一定必须是移动节点。尽管在图1中未明确示出，但本领域技术人员将理解，在任何给定时间，通常将会有多个UE和可能的其他类型的节点经由SR网络110进行通信。
根据本公开的某些实施例，UE 130被分配唯一、永久的全局IP(GIP)地址，该地址在UE 130从与一个接入节点关联到另一个接入节点时不会改变。在图1示出的实施例中，SR网络110的定位器DB 114存储UE 130的GIP与相对应的UE 130当前相关联的边缘路由器122的物理IP地址之间的映射，利用映射，该边缘路由器122当前负责向UE 130递送分组。
在图1中示出的示例中，当UE 130与本地网络120(A)中的节点直接关联时，定位器DB 114存储从UE的GIP到边缘路由器122(A1)的物理IP地址(IPA1)的映射。注意，无论UE 130与本地网络120(A)中的哪个节点直接关联，定位器DB 114中的映射都是相同的。当UE 130的关联从本地网络120(A)中的节点变为本地网络120(B)中的节点时，定位器DB 114中的相应映射将更新为从UE 130的GIP到边缘路由器122(B1)的物理IP地址(IPB1)。在这里需注意的是，无论UE 130与本地网络120(B)中的哪个节点直接关联，定位器DB 114中的映射也是相同的。因此，如果UE的直接关联在同一本地网络120的两个不同节点122之间变化，定位器DB 114中的映射不会变化。
在一些实现方式中，SR网络110中的一个或多个以及可能所有网关节点112各自使用一个或多个软件路由器(图1中未明确示出)来实现，其中定位器DB 114由这些软件路由器中的一个或多个以及可能所有软件路由器所实现的SR网络控制平面(图1中未明确示出)来控制。注意，在其它实现方式中，SR网络控制平面功能可以在SR网络110的特定节点处实现。
注意，在一些实现方式中，除了具有一个或多个软件路由器之外，网关节点112还可以具有硬件路由器(图1中也未明确示出)。以此方式，通过在一个或多个现有硬件路由器处增加一个或多个软件路由器，就可以将仅具有硬件路由器的传统SR网络升级为实现图1的SR网络110。取决于具体的实现方式，软件路由器可以(i)与硬件路由器串联，硬件路由器位于软件路由器和其他节点之间，或(ii)与硬件路由器并联，软件路由器和硬件路由器两者都直接连接到其他节点。在其他实现方式中，一个或多个软件路由器可以是硬件路由器的一部分，例如，在硬件路由器的服务刀片中运行。
为了使得SR网络控制平面能够在UE 130与新的本地网络120关联时更新定位器DB114，新关联的本地网络120的边缘路由器122向SR网络110中直接关联的SR网关112传输关联更新消息(又称为移动更新消息)，该关联更新消息标识边缘路由器的物理IP地址，用于UE的GIP在定位器DB 114中的映射。因此，当UE 130与本地网络120(B)关联时，边缘路由器122(B1)向SR网关112(2)传输关联更新消息，该关联更新消息标识在定位器DB 114中用于UE的映射的物理IP地址(IPB1)。作为响应，SR网络控制平面相应地更新用于UE 130的在定位器DB 114中的映射。此外，在一些实现方式中，当UE 130与本地网络120(A)的关联结束时，边缘路由器122(A1)也会向SR网关112(1)传输关联更新消息，通知SR网络控制平面UE 130不再与边缘路由器的IP地址APA1关联。
除了由边缘路由器122向相应的SR网关112传输关联更新消息外，边缘路由器122还将使用例如边界网关协议(BGP)，公布新关联UE的GIP。
每个SR网关112维护本地转发信息库(FIB)(图1中未示出)，该本地转发信息库包含SR网关112订阅的UE的子集的定位器DB 114中的相同映射的副本，其中，在一些实现方式中，该子集对应于由SR网关112最近支持其通信的UE。当UE与本地网络120关联时，与该本地网络120关联的SR网关112会发布UE位置。如果未与UE的本地网络120关联的SR网关112需要将流量转发到UE，则该SR网关112将经由SR网络控制平面订阅UE。
SR网络控制平面在定位器DB 114中跟踪哪些SR网关112当前订阅了定位器DB 114中表示的每个不同的UE。当控制平面更新在定位器DB 114中为UE的现有映射或创建新映射时，控制平面向每个订阅的SR网关112传输相应的关联更新消息，SR网关112将相应地更新其FIB。以此方式，每个SR网关112维护其所有的订阅UE的当前记录。注意，在一些实现方式中，SR网络控制平面和各单个SR网关112实现用于清除定位器DB和最近未经由那些资源通信的“旧”UE的各自的FIB。
流程路径
图2是图1的通信系统100的一个特定场景的框图，在该场景中，当UE 130直接与本地网络120(A)的本地节点122(A2)相关联时，相应节点140发起与UE 130的通信会话，然后在该通信会话期间，UE 130从直接与本地节点122(A2)相关联变为直接与本地网络120(B)的本地节点122(B2)相关联(例如，物理移动)。注意，取决于该情况，相应节点140本身可以是移动的，也可以是静止的。进一步注意，相应节点140可以直接与SR网关112(3)关联(如图2示出的)，也可以经由与相应节点140和SR网关112(3)两者都关联的一个(或多个)本地网络(图2中未示出)间接关联。
在本场景开始时，定位器DB 114存储从用于UE 130的GIP到本地网络(即120(A))中边缘路由器(即122(A1))的物理IP地址(IPA1)的映射，然后边缘路由器(即122(A1))的物理IP地址直接与UE 130关联。此外，此时假设相应节点140知道UE 130的GIP，但不知道UE的当前位置。
为了发起与UE 130的通信会话，相应节点140传输消息(例如，IP数据分组)，该消息包括在消息头中作为目的地址的UE的GIP。如果相应节点140是静止节点，则该消息还将包括在消息头中作为资源地址的相应节点140的物理IP地址。然而，如果相应节点140也具有GIP，则消息将包括作为源地址的相应节点的GIP。在后一种情况中，取决于实现方式，消息可能包括也可能不包括作为资源地址的一部分的相应节点140的当前的物理IP地址。
消息由路由器转发到达SR网关112(3)，SR网关112(3)是公布IP前缀与UE的GIP相对应的最近的路由器。如果SR网关112(3)在其FIB中还没有用于UE 130的映射，则SR网关112(3)从定位器DB 114中检索UE的映射，将该映射存储在其FIB中，并且用SR网络控制平面订阅UE 130。然后，SR网关112(3)应用SR“封装”行为以：(i)将在映射中标识的IP地址(在本例中，IPA1)设置为信息头中的新目的地址，以及(ii)在其分段列表(SL)中插入具有GIP和IPA1的新SR头。然后，SR网关112(3)将信息转发到下一跳(在本例中，SR网关112(1))，转而又将信息转发给具有该物理IP地址的边缘路由器(在本例中，边缘路由器122(A1))。
注意，如果相应节点140也具有GIP，并且如果SR网关112(3)在其FIB中没有用于相应节点140的映射，则SR网关112(3)将：(i)在其FIB中为相应节点140添加适当的映射，以及(ii)经由SR网络控制平面发布移动相应节点140的位置。注意，如果定位器DB 114还没有用于相应节点140的GIP映射，则SR网络控制平面将向添加该映射到定位器DB 114。
边缘路由器122(A1)知道与其本地网络120(A)相关联的所有UE(和其他外部节点)，包括与这些UE直接关联的本地节点122。特别地，在这种情况下，边缘路由器122(A1)知道UE 130与本地节点122(A2)直接关联。因此，当边缘路由器122(A1)接收来自SR网关112(1)的消息时，边缘路由器122(A1)处理SR头如下：(i)应用SR“端点”行为移除旧SR消息头，并且将GIP恢复为目的地；(ii)然后确定具有该GIP的UE与本地节点122(A2)直接关联；(iii)在这种情况下，边缘路由器122(A1)应用SR“封装”行为，以使用本地节点122(A2)的物理IP地址IPA2作为新的目的地，在消息头中插入新SR消息头，然后将消息转发给本地节点122(A2)。然后，本地节点122(A2)移除SR消息头，并且使用UE 130的GIP，替换其物理IP地址IPA2作为消息头中的目的地址，并将该消息传输给UE 130。
当消息到达时，UE 130将使用接收到的消息中的源地址，作为经由UE的本地节点122被发送到相应节点140的任何返回消息的目的地址。如果该目的地址是本身已经在SR网络110中注册的相应节点140的GIP，则该返回消息将经由SR网络110被路由至相应节点140，路由方式类似于原始信息的传输，但使用相应节点140的GIP作为返回信息的目的地址。如果相应节点的地址不是GIP，则该返回消息可以是(但不必须是)经由SR网络110被路由到相应节点140。
只要UE 130仍与本地节点122(A2)直接关联，通信会话就可以继续：(i)相应节点140经由SR网络110向UE 130传输其消息，以及(ii)UE 130经由SR网络110或独立于SR网络110，向相应节点140传输其返回信息，部分取决于相应节点140是否有自己的GIP。
如本文使用的，第一节点被称为与第二节点相关联，或者等同地，具有与第二节点的关联，如果这两个节点目前被配置为互相直接地或间接的通信。因此，对于上述的通信会话，相应节点140、SR网关112(3)、SR网关112(1)、边缘路由器122(A1)、本地节点122(A2)和UE 130都互相关联(也称为具有关联)，例如，UE 130与本地节点122(A2)直接关联，并且与这些其他节点中的每个节点间接关联。
在图2中描述的场景中的某个时间点期间，在通信会话终止之前，UE 130从与本地节点122(A2)关联变为与不同本地网络120(B)的本地节点122(B2)关联。当这种情况发生时，边缘路由器122(B1)将意识到本地节点122(B2)和UE 130之间的新关联，并且，如上所述，边缘路由器122(B1)会向SR网关112(2)传输关联更新消息，从而导致SR网络控制平面更新定位器DB 114中的UE映射，以将用于边缘路由器122(A1)的物理IP地址IPA1替换为边缘路由器122(B1)的物理IP地址IPB1。注意，SR网关112(2)也将更新其FIB，并且在需要时订阅UE130。此外，由于SR网关112(3)已经订阅UE 130，因此SR网络控制平面将转发更新的映射以用于SR网关112(3)使用来更新其FIB。
因此，当相应节点140随后为UE 130向SR网关112(3)传输消息时，这些消息将被转发到SR网关112(2)，而不是SR网关112(1)，然后被转发到边缘路由器122(B1)，然后被转发到本地节点122(B2)，然后使用与前面所述类似的处理方式被转发到UE 130，并且UE 130将同样使用与前面所述类似的处理方式，向相应节点140传输返回消息。
在一些实现方式中，当UE 130与本地网络120(A)的关联结束时，本地网络120(A)的边缘路由器122(A1)也会向相应的SR网关112(1)传输相应的关联更新消息。在这种情况下，SR网关112(1)可以接入定位器DB 114，以更新其针对UE 130的FIB，并且如果有来自相应节点140的任何消息仍在SR网络110内传输，SR网关112(1)可以将这些消息转发给SR网关112(2)，以递送给UE 130。
注意，如果UE 130随后从与本地节点122(B2)关联变成与本地网络120(B)中的另一个节点(可能包括边缘路由器122(B1))关联，边缘路由器122(B1)将知晓该新关联，但定位器DB 114中的映射不需要被更新，因为该映射仍然指向相同的边缘路由器122(B1)。只有当UE的关联变成为不同的本地网络120(具有不同的边缘路由器122)时，才需要更新定位器DB 114中的映射。
可扩展的转发表更新
通过使用发布-订阅模式，位置更新仅在实际需要的SR网络路由器上进行。然而，取决于活动UE的数目及其移动模式，位置变化率仍然很高，从而导致路由更新率很高。对于传统的基于硬件的路由器，由于控制平面和数据平面之间的数据传输瓶颈，通常存在每秒更新数千到数万次的路由更新速率限制。
幸运的是，近年来基于软件的路由器的巨大进步可以缓解这一问题。性能评估示出，软件路由器可以支持100Gbps甚至更高的分组转发速率。由于路由更新和分组转发两者都是通过软件使用相同的表来完成的，因此在软件路由器中更容易在数据分组转发速率和路由更新速率之间进行权衡。
取决于网络所需的带宽，可以使用软件路由器直接替换传统的硬件路由器，以作为SR网关，或者它们可以与硬件路由器一起工作。在后一种情况下，硬件路由器仍可用于处理常规流量，而以GIP前缀为目标的分组可以分流到软件路由器的集群，让每个软件路由器处理GIP前缀的子范围。由于IP的移动性，路由聚合将不适用。一种方法是在软件路由器中使用哈希表来实现转发表，以允许高效的IP查找和更新。该转发表基于UE的当前位置，提供从目的地GIP到SR头插入规则的映射。
这样，位置更新会导致IP转发表中的更新，这可以在软件路由器中高效地完成。通过添加更多的软件路由器，可以扩展用于处理移动IP流量的总路由器容量。
多个接口
当UE具有多个接入接口(例如LTE/5G/WiFi)时，相同的SR网络可以用于基于任何给定的标准或策略来帮助选择最合适的接入网络。为了实现这一点，向UE添加了额外的虚拟分段路由器(vSR)模块，以支持主机中的分段路由。例如，该模块可以使用扩展的伯克利分组滤波器(eBPF)/快速数据路径(XDP)来在主机内核中被实现。
图3是根据本公开的另一个实施例的通信系统300的简化框图。通信系统300，类似于图1和图2的通信系统100，具有类似标记310-340的类似元件。通信系统300包括具有三个SR网关312(1)-312(3)的SR网络310，其中SR网关312(1)的物理IP地址为IPA，并且SR网关312(2)的物理IP地址为IPB。
如图3中示出的，UE 330(可以是移动的或静止的)可以经由以下三种不同的本地接入网络中的任一种本地接入网络与SR网络310通信：
·经由5G本地节点332和SR网关312(1)使用UE的5G IP地址GIP的5G本地网络320；
·经由LTE本地节点352和SR网关312(1)使用UE的LTE IP地址IPy的LTE本地网络350；以及
·经由WiFi本地节点362和SR网关312(2)使用UE的WiFi IP地址IPx的WiFi本地网络360。
在本实施例中，对于每个关联的UE，关联的SR网关312会跟踪UE的当前IP地址。因此，当UE 330与5G本地网络320的5G本地节点322关联时，SR网关312(1)存储UE的5G IP地址GIP。当UE 330与LTE本地网络350的LTE本地节点352关联时，SR网关312(1)存储UE的LTE IP地址IPy。并且当UE 330与WiFi本地网络360的WiFi本地节点362关联时，SR网关312(2)存储UE的WiFi IP地址IPx。
因此，在本实施例中，当UE 330与SR网关312(1)关联时，定位器DB 314存储从UE的GIP到该SR网关的物理IP地址IPA的映射，与UE是否与5G本地网络320或LTE本地网络350关联无关。同样地，当UE 330与SR网关312(2)关联时，定位器DB 314会存储从UE的GIP到该SR网关的物理IP地址IPB的映射。
假设，例如，在UE 330最初与LTE本地网络350的LTE本地节点352关联的场景中，使得：(i)SR网关312(1)在其FIB中存储从UE的5G IP地址GIP到UE的当前LTE IP地址IPy的映射，并且(ii)定位器DB 114存储从UE的5G IP地址GIP到该SR网关的IP地址IPA的映射。在这种情况下，为了发起与UE 330的通信会话，相应节点340会向SR网关312(3)发送具有UE的5GIP地址GIP的消息。SR网关312(3)接入其FIB或定位器DB 314(如有必要)，以确定GIP被映射到SR网关312(1)的地址IPA。SR网关312(3)将目的地址IPA添加到消息中，并将消息转发到SR网关312(1)，SR网关312(1)确定UE的当前IP地址为IPy，以将消息中的目的地址IPA替换为目的地址IPy，并且将消息转发到用于传输到UE330的LTE本地节点352。转发到UE 330的消息具有包含分段列表(SL)的SR头，该分段列表包括UE的GIP，UE的vSR模块332使用该GIP，将目的地址从IPy修改为GIP，这就是消息如何保持GIP目的地址，而无论使用哪个接入网络将消息传递到UE 330。
如果在此期间，UE的LTE接入连接丢失(或LTE不再是用于此连接的最佳接入)，则可以立即将来自相应节点的连接切换为使用不同的接入网络(例如5G)，而没有任何重大中断。为此，LTE本地节点352可以向SR网关312(1)报告LTE接入连接的丢失，或者可以由UE的vSR模块332检测到接入连接的丢失，然后vSR模块332向SR网关312(1)报告丢失。在任何一种情况下，SR网关312(1)在接收到此更新后，都会通过5G本地节点322，为UE 330转发来自相应节点340的任何后续的分组。注意，即使通过非5G接入来发送，递送给UE 330的分组也会保持相同的目标IP地址(即GIP)。因此，应用连接不会被这种接入切换中断，并且可以无缝地切换。还要注意的是，该解决方案具有仅为来自选定的一组相应节点340的连接或者甚至基于每个应用的连接切换接入网络的灵活性。这种连接的动态负载平衡可以帮助缓解最后一英里网络拥塞，并且改善延迟性能。
使用该解决方案，在上行链路方向中最后一英里接入技术的动态选择也具有灵活性。对于此上行链路接入，用于UE 330的选择策略可以在vSR模块332中实现。特别地，在将优先接入的SR网关312的SR段从UE的网络接口发送出去，用于相应的接入之前，vSR模块332将优先接入的SR网关312的SR段包括在用于从应用程序接收到的分组中。与下行链路一样，使用该解决方案，也可以动态切换用于应用程序的上行链路接入，而不会中断任何正在进行的网络连接。因此，该解决方案可以支持不同接入技术之间的无缝切换，以及不同接入技术之间的灵活负载平衡。
再次参考图3，如果当UE 330将其关联从LTE本地节点352改变为5G本地网络320的5G本地节点322时，SR网关312(3)接收到用于该关联变更的关联更新消息，并且更新其FIB，以反映UE的全局IP地址GIP也是其当前的IP地址。在这种情况下，当SR网关312(1)从相应节点340接收到用于UE 330的后续的消息时，SR网关312(1)用UE的当前IP地址GIP来替换消息中的目标地址IPA，并且将消息转发给5G本地节点322，以用于传输到UE 330。注意，在这种情况下，在SR网关312(3)处的FIB和定位器DB 314无需被更新。
然而，如果当UE 330将其关联从LTE本地节点352或5G本地节点322改变为WiFi本地网络360的WiFi本地节点362，则SR网关312(2)接收到针对该关联改变的关联更新消息，并且更新其FIB，以添加从UE的全局IP地址GIP到UE的当前WiFi IP地址IPx的映射。此外，SR网关312(2)使得SR网络控制平面更新定位器DB 314和SR网关312(3)处的FIB，以将UE的GIP映射到SR网关312(2)的IP地址IPB。在这种情况下，当SR网关312(3)从相应节点340收到UE330的后续的消息时，SR网关312(3)：(i)将目的地址IPB与SR头中包含的UE的IP地址GIP一起添加到这些消息中，以及(ii)将消息转发给SR网关312(2)，SR网关312(2)将其目的地址IPB替换为UE的当前WiFi IP地址IPx，以经由WiFi本地节点362传输给UE 330。
图4是根据本公开的又一个实施例的通信系统400的简化框图。通信系统400，类似于图3的通信系统300，具有类似标记410-462的类似元件。
通信系统400与通信系统300之间的主要区别是，在comm系统400中，定位器DB 414中的映射除了关联SR网关412的IP地址外，包括UE的当前IP地址。因此，当UE 430与5G本地网络420关联时，定位器DB 414中针对UE 430的映射既包括SR网关412(1)的IP地址IPA和UE的当前(5G)IP地址GIP，也包括UE的全局IP地址GIP。同样地，当UE 430与LTE本地网络450关联时，定位器DB 414中的针对UE 430的映射包括SR网关412(1)的IP地址IPA和UE的当前(LTE)IP地址IPy、以及UE的全局IP地址GIP。并且当UE 430与WiFi本地网络460关联时，针对UE 430的定位器DB 414中的映射包括用于SR网关412(2)的IP地址IPB和UE的当前(WiFi)IP地址IPx、以及UE的全局IP地址GIP。
在本实施例中，每当UE 430改变其关联(包括当UE 430在同一本地接入网络内更改其关联)时，针对UE 430的定位器DB 414中的映射就会更新。这里，UE 430也具有vSR模块432来启用此功能。
在图1-4的通信系统中，UE被显示为与本地接入网络中的节点直接关联，这些节点本身经由边缘路由器，与SR网络中的SR网关直接关联。同样地，相应节点也显示为与在SR网络中的SR网关直接关联。本公开不一定局限于这种关联。一般地，每个UE和每个相应节点可以经由零个、一个或多个(串行连接的)接入网络，与SR网络的SR网关关联。
此外，尽管UE和相应节点之间的消息通过SR网络使用分段路由进行路由，分段路由可以被使用(但不一定必须使用)用于将这些消息路由到SR网络和从SR网络路由这些消息。例如，关于在图2中经由本地网络120(A)从相应节点140路由到UE 130的消息，从相应节点140到SR网关112(3)的路由可能涉及、也可能不涉及分段路由，取决于实现方式；通过SR网络110从SR网关112(3)到SR网关112(1)的路由依赖于分段路由；以及通过本地网络120(A)从SR网关112(1)到UE 130的路由可能涉及也可能不涉及分段路由，同样取决于实现方式。
此外，尽管本公开已经在定位器DB存储特定类型映射的实施例的上下文中进行了描述，但本公开并不局限于这些特定类型。例如，图1和图2中的定位器DB 114存储了从UE的GIP到关联边缘路由器122的IP地址的映射。图3中的定位器DB 314存储了从UE的GIP到关联SR网关312的IP地址的映射，以及图4中的定位器DB 414了存储从UE的GIP到关联SR网关312的IP地址和UE当前IP地址二者的映射。这些不同实施例的共同特征是，映射中标识的最终(即，最下游)节点了解如何完成将接收到的消息路由到UE。特别地，在图1和图2中，关联的边缘路由器122知道如何完成从相应节点到UE的接收信息路由。同样地，在图3中，SR网关312知道如何完成所接收的信息从相应节点到UE的路由。在图4中，映射中的最终节点是UE本身。因此，一般地，本公开的定位器DB符合一般规则，即假设映射中标识的最终节点知道如何完成将消息路由到其预定目的地的过程。因此，映射中最终节点的IP地址不必局限于图1-4的示例中的SR网关、边缘路由器和UE的当前IP地址。
在本公开的某些实施例中，一种分段路由(SR)网络，被配置为连接到多个本地网络，SR网络包括多个互连的SR网关，其中每个本地网络可连接到在本地网络的边缘路由器处的SR网关。SR网络的SR网络控制平面被配置为维护定位器数据库，定位器数据库被配置为：将(i)用于用户设备(UE)的全局IP(GIP)地址映射到(ii)沿着从SR网络到UE的路径的、与UE相关联的下游节点的IP地址。SR网关被配置为：(i)接收用于UE的消息，以及(ii)将消息寻址到下游节点的IP地址。SR网络控制平面被配置为：在SR网络控制平面确定UE的关联已经改变到不同下游节点IP地址之后，更新定位器数据库，以将(i)用于UE的GIP地址映射到(ii)下游节点的不同IP地址。
在上述实施例中的至少一些实施例中，两个下游节点IP地址是与同一SR网关相关联的、在两个不同本地网络中用于两个边缘路由器的IP地址。
在上述实施例中的至少一些实施例中，两个下游节点IP地址是用于两个不同SR网关的IP地址。
在上述实施例中的至少一些实施例中，两个下游节点IP地址是用于两个不同接入网络的UE的IP地址。
在上述实施例中的至少一些实施例中，每个SR网关被配置为维护转发信息库(FIB)，FIB将UE的GIP映射到下游节点IP地址。
在上述实施例中的至少一些实施例中，SR网关被配置为：(i)接收不在其FIB中的、具有用于UE的GIP的消息，(ii)接入定位器数据库，以检索与UE相关联的下游节点的IP地址，以及(iii)在SR网关的FIB中存储GIP到下游节点IP地址的映射。
在上述实施例中的至少一些实施例中，至少一个SR网关包括一个或多个软件路由器。
在上述实施例中的至少一些实施例中，至少一个SR网关包括硬件路由器和一个或多个软件路由器，其中一个或多个软件路由器被配置为处理具有GIP的一个或多个UE，并且硬件路由器被配置为处理一个或多个其他UE。
在上述实施例中的至少一些实施例中，SR网络控制平面被配置为：(a)从下游节点接收关联更新消息，关联更新消息指示SR网络控制平面UE的关联已经被改变到下游节点的IP地址，以及(b)基于关联更新消息更新定位器数据库，以将(i)用于UE的GIP地址映射到(ii)下游节点的IP地址。
在上述实施例中的至少一些实施例中，SR网关被配置为选择性地订阅，以接收与UE相关联的、下游节点的IP地址的关联更新消息。
在本公开的某些实施例中，用户设备(UE)包括：(i)与不同类型的本地接入网络相对应的多个网络接口以及(ii)虚拟分段路由器(vSR)模块，被连接到多个网络接口，并且被配置为经由不同类型的本地接入网络中的任一类型本地接入网络而支持分段路由。
在上述实施例中的至少一些实施例中，vSR模块使用扩展的伯克利分组滤波器(eBPF)/快速数据路径(XDP)来在主机内核中被实现。
尽管在图中未明确示出，图中的每个节点具有至少一个处理器(例如，CPU)，用于处理传入和/或传出的数据，存储器(例如，RAM、ROM)，用于存储数据以及(在一些实现方式中)由处理器执行的程序代码，以及通信硬件(例如，收发器)，用于与一个或多个其他节点通信。
尽管以下方法权利要求中的元素(如有)以特定的顺序与相应的标记进行了引用，除非权利要求的引用另外暗示了实现部分或全部这些要素的特定顺序，否则这些要素并不一定局限于以该特定顺序实现。同样地，在与本公开的各种实施例一致的方法中，额外的步骤可以包括在这些方法中，也可以省略或合并某些步骤。
本文中提到的“一个实施例”或“实施例”指的是结合该实施例描述的特定特征、结构或特性可以包括在本发明的至少一个实施例中。在说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”这一短语并不一定指代相同的实施例，并且不同的或替代的实施例也并不一定相互排斥。这也适用于术语“实现”。
除非本文另有指定，否则序数形容词“第一”、“第二”、“第三”等的使用指代多个类似对象中的一个对象仅仅指示正在引用这些类似对象的不同实例，并不旨在暗示所引用的这些类似对象必须以相应的顺序或序列出现，无论是在时间上、空间上、排名上还是在任何其他方式上。
同样出于本描述的目的，术语“耦合”、“耦合着的”、“已耦合的”、“连接”、“连接着的”或“已连接的”指的是在已知技术或后来开发的技术中任何方式中，允许能量在两个或更多个元素之间进行传输，并且可以设想一个或多个附加元素，尽管不是必需的。相反地，术语“直接耦合”、“直接连接”等意味着不存在这样的附加元素。同样类型的区别适用于术语“附加”和“直接附加”的使用，应用于物理结构的描述。例如，可以使用一层相对较薄的粘合剂或其他合适的粘合剂来实现这种物理结构中两个相应组件的“直接连接”。
所描述的实施例在所有方面都应被视为只是说明性的而非限制性的。特别地，本公开的范围由附加的权利要求而不是本说明书和图来指示。在权利要求书的含义和等效范围内的所有变化都应包含在权利要求的范围内。
图中示出的各种元件的功能，包括标记为“处理器”和/或“控制器”的任何功能块，可以通过专用硬件的使用以及能够结合适当软件的执行软件的硬件来实现。当功能由处理器提供时，可以由单个专用处理器、单个共享处理器或多个单独的处理器提供，其中一些处理器可以是共享的。此外，术语“处理器”或“控制器”的明确使用不应被理解为仅指能够执行软件的硬件，它可能隐含地包括但不限于数字信号处理器(DSP)硬件、网络处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、用于存储软件的只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)和非易失性存储器。还可包括其他传统的和/或定制的硬件。同样地，图中示出的任何开关都只是概念性的。它们的功能可以通过程序逻辑操作、专用逻辑、程序控制和专用逻辑的交互、或甚至手动地实现，具体技术可以由实施者选择，这一点从上下文中可以得到更具体的理解。
本领域的普通技术人员应理解，本文中的任何框图都是体现本公开原理的示例电路的概念视图。同样地，应当理解，任何流程图、流程图、状态转换图、伪代码等都表示各种过程，这些过程可以用计算机可读介质连续性地表示，并且由计算机或处理器执行，无论是否明确示出这种计算机或处理器。
本领域的普通技术人员应理解，本公开可以体现为一种装置(例如，包括系统、网络、机器、设备、计算机程序产品和/或类似装置)、一种方法(例如，包括业务流程、计算机实现的流程和/或类似方法)，或上述任意组合。因此，本公开的实施例可以是完全基于软件的实施例(包括固件、常驻软件、微代码等)，也可以是完全基于硬件的实施例，还可以是结合了软件和硬件方面的实施例，这里一般可以称为“系统”或“网络”。
本公开的实施例可以以方法和用于实施这些方法的装置的形式体现。本公开的实施例还可以以程序代码的形式体现在有形介质中，例如磁记录介质、光学记录介质、固态存储器、软盘、CD-ROM、硬盘驱动器或任何其他非暂态机器可读存储介质，其中，当程序代码被加载到机器(例如计算机)中并由其执行时，该机器就成为实施本公开的装置。本公开的实施例还可以以程序代码的形式体现，例如，程序代码存储在非暂态机器可读存储介质中，包括被加载到机器中和/或由机器执行，其中，当程序代码被加载到机器(如计算机)中并被机器执行时，该机器就成为实施本公开的装置。当在通用处理器上实现时，程序代码段与处理器相结合，提供了一个类似于特定逻辑电路运行的独特装置。
本文使用的术语“非暂态”是对介质本身的限制(即，有形的，而非信号)，而不是对数据存储持久性的限制(如RAM与ROM)。
在本说明书(包括任何权利要求)中，术语“每个”可以用于指先前引用的多个要素或步骤中的一个或多个特定特征。当与开放式术语“包括”一起使用时，术语“每个”的引用并不排除额外的、未引用的元素或步骤。因此，可以理解的是，设备可以具有附加的、未被引用的元素，方法可以具有附加的、未被引用的步骤，而附加的、未被引用的元件或步骤不具有一个或多个指定的特征。
本文中使用的“以下内容中的至少一个：<两个或两个以上元素的列表>”和“<两个或两个以上元素的列表>中的至少一个”以及类似的措辞，其中两个或两个以上元素的列表由“和”或“或”连接，指至少任何一个元素，或至少任何两个或两个以上元素，或至少所有元素。例如，“A和B中的至少一个”和“A或B中的至少一个”这两个短语应被解释为具有相同的含义，包括以下三种可能性：1-只有A；2-只有B；3-A和B二者都有。
本文提及的所有文件均以引用的方式并入全文，或以其他方式并入全文，以提供具体依赖的公开。
本申请的权利要求所覆盖的实施例局限于以下实施例：(1)本说明书实现的实施例；(2)与法定主题相对应的实施例。未实现的实施例和与非法定主题相对应的实施例，即使落入权利要求范围内，也被明确否认。
本文和权利要求中使用的术语“提供”，就装置或系统、设备或组件而言，包括设计或制造装置、系统、设备或组件；使得装置、系统、设备或组件被设计或制造；和/或通过购买、租赁、租借或其他合同安排获取装置、系统、设备或组件。
虽然本公开的优选实施例已在本文示出和描述，但对于本领域的技术人员而言，显而易见的是，这些实施例仅以示例的方式提供。在不脱离本公开的前提下，本领域的技术人员还可以做出许多变化、改变和替换。应当理解，在实施本公开的技术时，可以采用本文所述公开实施例的各种替代方案。以下权利要求定义了本发明的范围，这些权利要求范围内的方法和结构及其等同物均涵盖在本发明中。

Claims (20)

1.一种分段路由(SR)网络，被配置为连接到多个本地网络，所述SR网络包括多个互连的SR网关，其中每个本地网络可连接到在所述本地网络的边缘路由器处的SR网关，其中：
所述SR网络的SR网络控制平面被配置为维护定位器数据库，所述定位器数据库被配置为：将(i)用于用户设备(UE)的全局IP(GIP)地址映射到(ii)沿着从所述SR网络到所述UE的路径的、与所述UE相关联的下游节点的IP地址；
SR网关被配置为：(i)接收用于所述UE的消息，以及(ii)将所述消息寻址到所述下游节点的所述IP地址；以及
所述SR网络控制平面被配置为：在所述SR网络控制平面确定所述UE的所述关联已经改变到不同的下游节点IP地址之后，更新所述定位器数据库，以将(i)用于所述UE的所述GIP地址映射到(ii)所述下游节点的不同所述IP地址。
2.根据权利要求1所述的SR网络，其中两个下游节点IP地址是与同一所述SR网关相关联的、在两个不同本地网络中用于两个边缘路由器的IP地址。
3.根据权利要求1所述的SR网络，其中两个下游节点IP地址是用于两个不同SR网关的IP地址。
4.根据权利要求1所述的SR网络，其中两个下游节点IP地址是用于两个不同接入网络的所述UE的IP地址。
5.根据权利要求1所述的SR网络，其中每个SR网关被配置为维护转发信息库(FIB)，所述FIB将UE的GIP映射到下游节点IP地址。
6.根据权利要求5所述的SR网络，其中SR网关被配置为：(i)接收不在其FIB中的、具有用于UE的GIP的消息，(ii)接入所述定位器数据库，以检索与所述UE相关联的所述下游节点的所述IP地址，以及(iii)在所述SR网关的FIB中存储所述GIP到所述下游节点IP地址的映射。
7.根据权利要求1所述的SR网络，其中至少一个SR网关包括一个或多个软件路由器。
8.根据权利要求1所述的SR网络，其中至少一个SR网关包括硬件路由器和一个或多个软件路由器，其中所述一个或多个软件路由器被配置为处理具有GIP的一个或多个UE，并且所述硬件路由器被配置为处理一个或多个其他UE。
9.根据权利要求1所述的SR网络，其中所述SR网络控制平面被配置为：(a)从下游节点接收关联更新消息，所述关联更新消息通知所述SR网络控制平面所述UE的所述关联已经被改变到所述下游节点的所述IP地址，以及(b)基于所述关联更新消息来更新所述定位器数据库，以将(i)用于所述UE的所述GIP地址映射到(ii)所述下游节点的所述IP地址。
10.根据权利要求9所述的SR网络，其中SR网关被配置为选择性地订阅，以接收与所述UE相关联的、下游节点的所述IP地址的关联更新消息。
11.一种用于分段路由(SR)网络的方法，被配置为连接到多个本地网络，所述SR网络包括多个互连的SR网关，其中每个本地网络可连接到在所述本地网络的边缘路由器处的SR网关，其中：
所述SR网络的SR网络控制平面维护定位器数据库，所述定位器数据库被配置为：将(i)用于用户设备(UE)的全局IP(GIP)地址映射到(ii)沿着从所述SR网络到所述UE的路径的、与所述UE相关联的下游节点的IP地址；
SR网关(i)接收用于所述UE的消息，以及(ii)将所述消息寻址到所述下游节点的所述IP地址；以及
所述SR网络控制平面在所述SR网络控制平面确定所述UE的所述关联已经改变到不同的下游节点IP地址之后，更新所述定位器数据库，以将(i)用于所述UE的所述GIP地址映射到(ii)所述下游节点的不同所述IP地址。
12.根据权利要求11所述的方法，其中两个下游节点IP地址是与同一所述SR网关相关联的、在两个不同本地网络中用于两个边缘路由器的IP地址。
13.根据权利要求11所述的方法，其中两个下游节点IP地址是用于两个不同SR网关的IP地址。
14.根据权利要求11所述的方法，其中两个下游节点IP地址是用于两个不同接入网络的所述UE的IP地址。
15.根据权利要求11所述的方法，其中每个SR网关被配置为维护转发信息库(FIB)，所述FIB将UE的GIP映射到下游节点IP地址。
16.根据权利要求15所述的方法，其中SR网关被配置为：(i)接收不在其FIB中的、具有用于UE的GIP的消息，(ii)接入所述定位器数据库，以检索与所述UE相关联的所述下游节点的所述IP地址，以及(iii)在所述SR网关的FIB中存储所述GIP到所述下游节点IP地址的映射。
17.根据权利要求11所述的方法，其中至少一个SR网关包括一个或多个软件路由器。
18.根据权利要求11所述的方法，其中所述SR网络控制平面被配置为：(a)从下游节点接收关联更新消息，所述关联更新消息通知所述SR网络控制平面所述UE的所述关联已经被改变到所述下游节点的所述IP地址，以及(b)基于所述关联更新消息来更新所述定位器数据库，以将(i)用于所述UE的所述GIP地址映射到(ii)所述下游节点的所述IP地址。
19.一种用户设备(UE)，包括：
与不同类型的本地接入网络相对应的多个网络接口；以及
虚拟分段路由器(vSR)模块，被连接到所述多个网络接口，并且被配置为经由所述不同类型的本地接入网络中的任一类型本地接入网络而支持分段路由。
20.根据权利要求19所述的UE，其中所述vSR模块使用扩展的伯克利分组滤波器(eBPF)/快速数据路径(XDP)而在主机内核中被实现。
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