ES2304879B1 - Procedimiento para evitar sobrecarga en redes de telefonia movil por 'always-on' en el caso de una llamada entrante. - Google Patents

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Abstract

Procedimiento para evitar sobrecarga en redes de telefonía móvil por "always-on" en el caso de una llamada entrante.
Procedimiento para evitar sobrecarga en redes de telecomunicaciones con IMS por "always-on" para una llamada recibida por un usuario;
- si el GGSN va a desactivar un PDP Context de usuario por inactivo, la asociación [IP usuario, IP GGSN, IP SGSN] no se elimina del servidor AAA que previamente ha guardado esta asociación, y además el P-CSCF del usuario añade un indicador de que dicho usuario está en IMS pero sin PDP Context activo; y,
al recibir una llamada entrante:
- el P-CSCF comprueba el estado del PDP Context mediante dicho indicador, y si no está activo, se reactiva dicho PDP Context para lo cual el P-CSCF informa al GGSN sobre la dirección IP a asignar a dicho usuario, y
- si dicha dirección IP no ha sido asignada a otro usuario, se intenta reactivar el PDP Context usando la dirección dada por el P-CSCF.

Description

Procedimiento para evitar sobrecarga en redes de telefonía móvil por "always-on" en el caso de una llamada entrante.
Campo de la invención
La invención se engloba dentro del campo de las telecomunicaciones móviles, y más en concreto, en cómo se puede evitar la sobrecarga estática en SGSN y GGSN cuando PDP Context con necesidades de "always-on" ("siempre presentes") son requeridos para servicios de tiempo real como IMS.
Antecedentes de la invención
Es sabido que en el campo de telefonía móvil se utilizan frecuentemente abreviaciones y acrónimos. A continuación se expone un glosario de acrónimos/términos que son utilizados a lo largo de la presente memoria descriptiva:
100
El "always-on" es un bien y viejo conocido problema en el entorno de PS. En teoría, cualquier usuario que ejecute un PDP Context Request (realice una petición para un nuevo contexto) y reciba una respuesta positiva, está usando recursos IP en una forma de always-on, i.e. siempre presentes y asignados, incluso si el usuario no genera ningún tráfico de datos IP. El tipo de recursos usados es más bien de carácter estático (dirección IP, carga de memoria en los nodos, etc.) que dinámico (radio canales, etc.), pero aún así se trata de recursos escasos. De hecho, los actuales GGSNs están configurados para cerrar cualquier PDP Context sin actividad, con el ánimo de ahorrar el máximo número de recursos como sea posible. El elemento que define qué PDP inactivo debe ser cerrado, es el APN con el que se está accediendo.
Cuando el sistema IMS sea masivamente adoptado, es posible que se presente una situación paradójica. El uso del IMS para servicios en tiempo real implica una asunción de total alcanzabilidad del usuario en cualquier momento y en cualquier lugar, con vistas a mantener el mismo nivel de servicio que tiene actualmente el usuario con CS. Eso significa que el PDP Context para señalización SIP utilizado por el usuario, debe estar siempre disponible (desde el punto de vista de IMS, cerrar el contexto de señalización significa de-registrar de facto al usuario), incluso si la inactividad del usuario se prolonga por largo tiempo. Por tanto, los requisitos de IMS no harán sino empeorar el problema del consumo de recursos IP sin tráfico real asociado.
Antes de explicar la solución propuesta a este problema mediante la presente invención, se expone a continuación lo que sucedería con la situación actual. Supongamos que hay un usuario IMS ya registrado en el sistema y con el contexto de señalización activo, por lo que es capaz de iniciar y recibir llamadas. Si el GGSN decidiera cerrar ese PDP Context de señalización porque el usuario no ha realizado ninguna interacción adicional con la red, el usuario pasaría a un estado semejante al de de-registrado, siendo incapaz de iniciar o recibir ninguna llamada hasta que realice una petición para un nuevo contexto y se vuelva a registrar en el sistema. Esto implica señalización adicional, y además incrementa el retardo esperado al establecer cualquier tipo de llamada.
Descripción de la invención
Mediante el procedimiento de la presente invención se aligera el uso de los recursos que el modelo de "always-on" impondrá sobre la infraestructura PS cuando el IMS sea adoptado.
La invención propuesta se fundamenta en el concepto de la separación de capas, lo cual significa romper la dependencia entre lo que le sucede al PDP context y el estado del usuario en la red IMS.
La invención se refiere a un procedimiento para evitar sobrecarga en redes de telecomunicaciones con IMS por "always-on" para una llamada recibida por un usuario;
De acuerdo con un primer aspecto de la invención:
-
dicho usuario envía un mensaje de petición para activar un nuevo PDP Context a su SGSN, quien lo remite a un GGSN;
-
el GGSN envía un mensaje Accounting Request a un servidor AAA, incluyendo además en el campo 3GPP Vendor Attributes de dicho mensaje Accounting Request las direcciones IP del GGSN y del SGSN en el que dicho usuario está acampado; y
-
si el GGSN va a desactivar dicho PDP Context por haber estado inactivo durante un periodo de tiempo preestablecido, dicha asociación [dirección IP de usuario, dirección IP del GGSN, dirección IP del SGSN] en el servidor AAA no se elimina, y además el GGSN le informa al P-CSCF en el que está presente dicho usuario añadiendo el P-CSCF un indicador que describe que dicho usuario está registrado en IMS pero sin un PDP Context activo; y,
cuando se recibe una llamada entrante:
-
un S-CSCF de la red envía una petición de PDP Context al P-CSCF en el que está presente dicho usuario;
-
dicho P-CSCF comprueba el estado del PDP Context del usuario usando dicho indicador, y si el PDP Context no está activo, se vuelve a activar dicho PDP Context para lo cual el P-CSCF informa al GGSN sobre la dirección IP que se debe asignar a dicho usuario, y
-
si dicha dirección IP de la asociación no ha sido asignada por el GGSN a otro usuario, se intenta reactivar el PDP Context usando la dirección dada por el P-CSCF para lo cual
-
el GGSN usa el procedimiento Network-Requested PDP context activation, siendo necesaria una consulta Access-Request al servidor AAA que usa esa dirección IP como principal parámetro de consulta;
-
el servidor AAA usa dicha dirección IP como un índice y responde al GGSN usando un mensaje de Access-Accept con la dirección IP del SGSN bajo el cual está localizado el usuario;
-
y si dicha dirección IP ha sido asignada a otro usuario, se procede a reiniciar tras el fallo del intento de llamada.
Preferiblemente y para evitar en lo posible que la dirección IP haya sido asignada a otro usuario, en el GGSN al liberar una dirección IP se guarda en la última posición de una cola de direcciones IP.
Preferiblemente y para detectar si el usuario que recibe la llamada entrante se ha movido desde el momento de la desactivación del PDP Context, cambiando por tanto de SGSN de servicio:
-
el servidor AAA realiza una consulta al correspondiente HSS/HLR utilizando el mensaje de Accounting-Request-START, antes de responderle al GGSN con el mensaje de Access-Accept, incluyendo la dirección del SGSN que el servidor AAA tiene actualmente guardada entre otros parámetros relacionados IMSI/MSISDN;
-
si la dirección del SGSN guardada en el HSS/HLR difiere de la enviada en ese mensaje para el IMSI/MSIDN reportado, el HSS/HLR responde con un Accounting-Response-START actualizando dicha dirección del SGSN;
-
y esta información es transferida hacia el GGSN en el mensaje de Access-Accept.
De acuerdo con esta realización preferida, se exige una interposición del procedimiento de Accounting antes de cerrar el procedimiento de Access, cuyo comportamiento no estándar de Radius le es indicado al servidor AAA mediante un parámetro en un campo del mensaje que inicia el protocolo el Access-Request.
El procedimiento también puede comprender que:
-
el servidor AAA indique al correspondiente HSS/HLR para qué usuario o usuarios precisa información sobre sus respectivos SGSNs, y
-
el HSS/HLR, cada vez que se produce una modificación de la dirección del SGSN que tiene guardada para ese usuario o esos usuarios, informa al servidor AAA de dicha actualización de la dirección del SGSN.
De esta forma, mediante la presente invención se da una solución a la situación expuesta anteriormente, cumpliendo los siguientes objetivos:
\bullet
La red sigue pudiendo cerrar PDP Context largamente inactivos.
\bullet
El usuario es alcanzable para cualquier llamada entrante de tiempo real.
\bullet
La solución minimiza la señalización necesaria.
\bullet
La solución no requiere nuevos desarrollos o adopción de nuevos elementos en la arquitectura. De hecho, es deseable el uso de protocolos y funcionalidades actualmente implementadas o previstas a incorporar a la red en el corto plazo.
Breve descripción de los dibujos
A continuación se pasa a describir de manera muy breve una serie de dibujos que ayudan a comprender mejor la invención y que se presentan como ejemplos ilustrativos pero no limitativos de ésta.
La Figura 1 muestra un ejemplo de procedimiento estándar de Network-Requested PDP Context Activation ejecutado con éxito.
La Figura 2 muestra cómo la Interim Solution de IMS involucra traspaso de información relevante al problema del "always-on" descrito en este documento.
Descripción de una realización preferida de la invención
A continuación se pasan a explicar cómo mediante el procedimiento de la invención se implementa una solución para los siguientes casos: llamada acabada en el móvil (caso MT).
Es conveniente entender el terminal de IMS como una entidad formada por dos elementos: el terminal UMTS propiamente dicho y el cliente IMS (con el stack de SIP). El cliente IMS es el elemento que gestiona toda la señalización IMS y usa servicios del terminal UMTS (básicamente, el soporte de PDP Context) para proporcionar el servicio adecuado al usuario.
En el caso de una llamada acabada en el terminal móvil, la red debe forzar al usuario a levantar un nuevo PDP Context cuando se reciba una llamada entrante.
Una posible forma de hacer esto es a través del procedimiento descrito en los estándares como Network-Requested PDP Context Activation (Activación de PDP Context requerido por la red). En la figura 1 se muestra un ejemplo en el que se lleva a cabo un procedimiento de Network-Requested PDP Context Activation con éxito. Este procedimiento consiste en una consulta por parte del GGSN al HLR para encontrar la dirección del SGSN actualmente responsable del usuario buscado. Una vez encontrado se hace llegar al usuario, vía el mencionado SGSN, un requerimiento para que inicie un PDP Context, porque los PDP Contexts son siempre iniciados por el móvil.
Es útil comprender el estado actual de esta funcionalidad en las redes GPRS/UMTS. Hasta la fecha, los GGSN presentes en las redes reales son capaces de iniciar esta clase de interacción, es decir, son capaces de crear el mensaje requerido para el Network-Requested PDP Context Activation usando el protocolo GTP. Sin embargo, es requisito necesario para la implementación de este procedimiento que el GGSN envíe dicho mensaje hacia el SGSN correcto, bajo el cual es usuario está acampado. Conseguir dicha información requiere una interacción entre GGSN y HLR a través de un interfaz denominado Gc. Este interfaz, aunque estándar, no está presente en muchas de las redes reales y no se prevé su presencia en el corto/medio plazo.
En una primera aproximación una realización del procedimiento de la presente invención para este caso de llamada acabada en el terminal móvil MT hace uso de esta funcionalidad, pero superando estas limitaciones que han impedido, de hecho, el uso de este procedimiento en las redes actuales GPRS/UMTS.
Para ello, se utilizan algunos elementos arquitecturales que van a ser implantados para el despliegue de IMS, salvando algunos problemas de seguridad (Interim Security Solution). En este caso se requiere el uso de un servidor AAA (authentication, authorization, and accounting server) de autenticación para garantizar el acceso a redes IMS de usuarios con módulos SIM (no USIM) y terminales antiguos (o mejor, no completamente adaptados a las soluciones estándares de IMS, básicamente, sin IPSec). Esta solución proporciona un menor nivel de seguridad en el acceso IMS, pero se considera suficiente debido a que evita peligrosas amenazas de seguridad como el IP spoofing, suplantación de usuario, etc.
En la solución propuesta el GGSN envía un mensaje de Accounting-Request hacia el servidor AAA, informando sobre ciertos atributos del usuario como la dirección IP asignada, el MSISDN, etc., durante el procedimiento IMS de Registro. El GGSN implementa también los campos optativos definidos como 3GPP Vendor Attributes en dicho mensaje Accounting-Request. Estos campos optativos contienen información importante, como son las direcciones IP del GGSN y del SGSN, siendo esta última especialmente importante en este caso.
Recapitulando la situación: después del procedimiento de Registro IMS usando la solución descrita en lo anterior, hay un servidor AAA con las direcciones IP del usuario, del GGSN y SGSN que actualmente le están proporcionando servicio. De acuerdo con el procedimiento de la invención, dicha información no es eliminada de dicho servidor AAA cuando el PDP Context es eliminado por el GGSN en caso de sobrecarga e inactividad -es decir, el GGSN no envía ningún mensaje de Accounting-Request-STOP hacia el servidor AAA-, porque dicha información es usada en la solución propuesta al problema del always-on.
Así, cuando se recibe una llamada entrante, el S-CSCF envía dicha petición hacia el P-CSCF adecuado, bajo el cual se supone está presente el usuario demandado. Dicho P-CSCF ha de chequear el estado actual del PDP Context del usuario, usando para ello un indicador que se ha añadido a la lista de PDP Context (más concretamente, a la lista de las Security Association de IPSec) cuando el GGSN informó que iba a cerrar dicho PDP Context. El significado de dicho indicador describe, por tanto, que el usuario está registrado en IMS pero no tiene ningún PDP Context activo. Es necesario, por tanto, volver a activar dicho PDP Context, teniendo como requisito necesario la indicación al GGSN sobre la dirección IP que se debe asignar al usuario, que es la misma que la guardada en la asociación IMS. Dicha indicación es enviada por el P-CSCF hacia el GGSN usando el interfaz descrito como Gx+. Dicha indicación puede incluirse en algún mensaje Diameter de dicho interfaz, o también podría definirse un mensaje adicional para ello.
Si el GGSN no ha asignado la dirección IP requerida a otro usuario, se intenta reactivar el PDP Context usando la dirección IP indicada por el P-CSCF. Para tal propósito, el GGSN usará el mencionado procedimiento de Network-Requested PDP Context Activation, siendo necesaria una consulta al servidor AAA (mensaje Access-Request) usando la dirección IP como el principal parámetro de consulta. El servidor AAA usa dicha dirección IP como un índice y responde al GGSN usando un mensaje de Access-Accept con la dirección IP del SGSN bajo el cual está localizado el usuario.
El procedimiento descrito puede encontrarse con un problema. Si el usuario se ha movido desde el momento de la desconexión del PDP Context, cambiando de Routing Area de servicio (es decir, ha cambiado de SGSN de servicio), ¿cómo puede actualizarse la información relativa al SGSN de servicio en el servidor AAA para tener en cuenta este caso?. El elemento de la red que dispone de esa información relativa a movilidad actualizada es el HSS (HLR), por lo que se puede resolver este problema realizando una consulta a este elemento (HSS/HLR). El procedimiento de la Interim Security en IMS define el uso del protocolo Radius entre el servidor AAA y el HSS, por lo que se reutiliza en la solución de este caso. La idea es que el servidor AAA realice una consulta al HSS antes de responderle al GGSN con el mensaje de Access-Accept. Esta consulta utiliza el mensaje de Accounting-Request-START hacia el HSS, incluyendo la dirección del SGSN que el servidor AAA tiene actualmente guardada, entre otros parámetros relacionados (IMSI, MSISDN, etc.). Si la dirección del SGSN guardada en el HSS/HLR difiere de la enviada en ese mensaje para el IMSI/MSIDN reportado, el HSS/HLR debe responder con un Accounting-Response-START actualizando dicha dirección del SGSN. Después de esto, esta información es transferida hacia el GGSN en el mensaje de
Access-Accept.
No obstante, el comportamiento descrito anteriormente difiere ligeramente de lo especificado en el estándar del protocolo RADIUS. Dicho estándar establece que el procedimiento de Access se completa antes de empezar el procedimiento de Accounting. Pero en este caso se le está exigiendo una interposición del procedimiento de Accounting antes de cerrar el procedimiento de Access. En definitiva, se está exigiendo un comportamiento no estándar para un caso muy específico. Por tanto, la exigencia de este cambio de comportamiento debe ser indicada al servidor AAA en algún campo del mensaje que inicia el protocolo: el Access-Request.
De esta forma, la solución aquí descrita es, sin duda, la más "elegante" de todas las posibles y la que permite un menor retardo en el establecimiento de las llamadas.

Claims (5)

1. Un procedimiento para evitar sobrecarga en redes de telecomunicaciones con IMS por "always-on" para una llamada recibida por un usuario;
caracterizado porque
-
dicho usuario envía un mensaje de petición para activar un nuevo PDP Context a su SGSN, quien lo remite a un GGSN;
-
el GGSN envía un mensaje Accounting Request a un servidor AAA, incluyendo además en el campo 3GPP Vendor Attributes de dicho mensaje Accounting Request las direcciones IP del GGSN y del SGSN que están proporcionando servicio a dicho usuario; y
-
si el GGSN va a desactivar dicho PDP Context por haber estado inactivo durante un periodo de tiempo preestablecido, dicha asociación [dirección IP de usuario, dirección IP del GGSN, dirección IP del SGSN] en el servidor AAA no se elimina, y además el GGSN le informa al P-CSCF en el que está presente dicho usuario añadiendo el P-CSCF un indicador que describe que dicho usuario está registrado en IMS pero sin un PDP Context activo; y,
cuando se recibe una llamada entrante:
-
un S-CSCF de la red envía una petición de PDP Context al P-CSCF en el que está presente dicho usuario;
-
dicho P-CSCF comprueba el estado del PDP Context del usuario usando dicho indicador, y si el PDP Context no está activo, se vuelve a activar dicho PDP Context para lo cual el P-CSCF informa al GGSN sobre la dirección IP que se debe asignar a dicho usuario, y
-
si dicha dirección IP de la asociación no ha sido asignada por el GGSN a otro usuario, se intenta reactivar el PDP Context usando la dirección dada por el P-CSCF para lo cual
-
el GGSN usa el procedimiento Network-Requested PDP context activation, siendo necesaria una consulta Access-Request al servidor AAA que usa esa dirección IP como principal parámetro de consulta;
-
el servidor AAA usa dicha dirección IP como un índice y responde al GGSN usando un mensaje de Access-Accept con la dirección IP del SGSN bajo el cual está localizado el usuario;
-
y si dicha dirección IP ha sido asignada a otro usuario, se procede a reiniciar tras el fallo del intento de llamada.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque
-
el servidor AAA realiza una consulta al correspondiente HSS/HLR utilizando el mensaje de Accounting-Request-START, antes de responderle al GGSN con el mensaje de Access-Accept, incluyendo la dirección del SGSN que el servidor AAA tiene actualmente guardada entre otros parámetros relacionados IMSI/MSISDN;
-
si la dirección del SGSN guardada en el HSS/HLR difiere de la enviada en ese mensaje para el IMSI/MSIDN reportado, el HSS/HLR responde con un Accounting-Response-START actualizando dicha dirección del SGSN;
-
y esta información es transferida hacia el GGSN en el mensaje de Access-Accept.
3. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado porque se exige una interposición del procedimiento de Accounting antes de cerrar el procedimiento de Access, cuyo comportamiento no estándar de RADIUS le es indicado al servidor AAA mediante un parámetro en un campo del mensaje que inicia el protocolo el Access-Request.
4. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque
-
el servidor AAA indica al correspondiente HSS/HLR para qué usuario o usuarios precisa información sobre sus respectivos SGSNs, y
-
el HSS/HLR, cada vez que se produce una modificación de la dirección del SGSN que tiene guardada para ese usuario o esos usuarios, informa al servidor AAA de dicha actualización de la dirección del SGSN.
5. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque en el GGSN al liberar una dirección IP se guarda en la última posición de una cola de direcciones IP.
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