WO2008014684A1

WO2008014684A1 - Procédé permettant la mise en oeuvre de l'équilibrage des charges

Info

Publication number: WO2008014684A1
Application number: PCT/CN2007/002249
Authority: WO
Inventors: Sihong Zhou; Lan Liu; Wenlin Ye; Weihua Hu
Original assignee: Huawei Technologies Co., Ltd.
Priority date: 2006-07-24
Filing date: 2007-07-24
Publication date: 2008-02-07
Also published as: CN101114928A; CN101114928B

Description

一种实现负载均衡的方法、系统及装置技术领域

本发明涉及移动通信技术领域，特别是指一种实现负载均衡的方法、系统及装置。背景技术

通用移动通信系统（UMTS )是第三代合作伙伴计划（3GPP )组织制定的一种第三代移动通信系统的技术标准。目前， 3GPP组织在研究 UMTS网络向后演进的下一代网络，本文中将该网絡称为"演进网络"，并制定演进网络的技术标准。演进网络具有很多新的特点，例如：只提供分组型业务，语音、视频电话等实时业务以分组的方式来提供；实现全因特网协议（IP )网络，网络中各节点设备通过 IP网络互连，每个用户设备完成网絡附着后，网络为其分配 IP地址。更好的网络拓朴结构可以提高网络的可靠性，设备之间可建立多对多关系，多个设备共同承担网絡负载实现负载均衡。

图 1描述了演进网络的结构。参见图 1所示，演进网络由三部分组成，包括演进无线接入网（ Evolved Radio Access Network, E-RAN )、演进分组核心网（ Evolved Packet Core, EPC )和用户设备 ( User Equipment, UE )。 E-RAN 是指由若干演进基站（eNodeB )组成的演进无线接入网。演进分组核心网中有四个逻辑功能实体，即移动性管理实体 ( Mobility Management Entity, MME ) 用户面实体 ( User Plane Entity, UPE )、 3GPP锚点（ 3GPP Anchor ) 和 SAE锚点（SAEAnchor )。 MME实现移动性管理和 SI接口的控制面功能， UPE实现用户数据的加密、头压缩、数据帧处理功能， 3GPP Anchor作为 2G/3G 与演进网络之间移动时的用户面锚点， SAE Anchor作为 3GPP系统与非 3GPP 系统之间移动时的用户面锚点。四个逻辑功能实体 MME、 UPE、 3GPP Anchor 和 SAE Anchor如何部署在不同的物理设备， 3GPP组织目前没有确定。图 1 描述的是 MME和 UPE部署在不同设备，而 3GPP Anchor和 SAE Anchor部署在同一设备的情况， E-RA 与 MME/UPE之间为 S1接口，其中 E-RAN与 MME的接口为控制面接口 Sl-c, E-RA 与 UPE之间的接口为用户面接口 Sl-u。

演进网络的实际建设中，将部署一个以上的 MME和 UPE设备，并由这些 MME和 UPE共同承担网络的负载。在演进网絡中，如何实现若干 MME 和 UPE设备共同承担网络负载，是需要研究的课题。

3GPP制定的 TS23.236技术标准中，提供了一种针对 UMTS网络中核心网（CN )节点负载均衡的方法， CN包括移动交换中心（MSC )和服务 GPRS 支持节点（SGSN ), 下面以 SGSN为例说明该方法。

接入网絡控制器（RNC ) 与 SGSN通过 IP网络互连，形成多对多关系。若干个 SGSN组成一个 SGSN池，每个 SGSN分配有一个或若干个网络资源标识（ Network Resource Identity, NRI ), 所有与这些 SGSN互连的接入 R C 所覆盖的范围称为池区域（Pool Area )。 UE第一次在池区域内执行网络附着时，由 RNC在 SGSN池内选择一个 SGSN为 UE提供服务 , UE附着到该 SGSN, 该 SGSN即为该 UE的服务 SGSN。 UE成功附着后，服务 SGSN为 UE分配临时标识（P-TMSI ), 并在 P-TMSI中指出服务 SGSN的 NRI, 服务 SGSN还为 UE提供一个用于控制周期路由区更新的周期时间（Period Time )。在池区域内， UE每次执行网絡附着、路由区更新或发起业务呼叫时，在发送给 R C 的消息中指出服务 SGSN的 NRI, RNC根据 N I选择 UE的服务 SGSN, 因此 UE在池区域内，由同一个 SGSN为 UE提供服务。

当 SGSN过载或执行维护操作时，例如 SGSN设备重启，由 SGSN决定转移部分 UE或全部 UE到 SGSN池内的其他 SGSN中。转移的方法如下：

在 UE执行网络附着或路由区更新时，服务 SGSN判断是否需要转移 UE, 若需要转移，服务 SGSN为 UE分配一个 P-TMSI,该 P-TMSI中携带一个特殊的 Null NRL 同时，服务 SGSN为 UE提供一个时间很短的周期时间（Period Time ) , 大约 4秒。服务 SGSN接受 UE的附着请求，并在发给 UE的消息中指出携带有 Null NRI的 P-TMSI和时间很短的周期时间。

UE根据新的周期时间启动周期路由更新定时器，在定时器超时时， UE使用新的 P-TMSI发起路由区更新。 RNC根据自身配置的 SGSN的 Null N I, 发现 UE提供的 NRI是特殊的 Null NRL RNC重新为 UE选择服务 SGSN并将路由区更新请求消息路由到新的 SGSN中。 UE执行正常的路由区更新过程，并附着到新的 SGSN中。至此， UE从一个 SGSN转移到另一个 SGSN,并将一直由新的 SGSN 为 UE提供服务，该 SGSN为新的服务 SGSN。新的服务 SGSN为 UE重新分配 P-TMSI并指定正常的周期时间， P-TMSI中指出 SGSN的正常 NRI。

上述针对 UMTS网络中 CN节点负载均衡的方法的缺点在于：

1 ) 转移 UE的时间比较长，从服务 SGSN决定转移 UE到 UE转移到新的 SGSN, 至少需要一个周期时间，例如 4秒；

2 )转移过程消息交互频繁， UE与服务 SGSN需要建立 /幹放两次信令连接，导致网络开销过大，如果短时间内转移的 UE比较多，会导致设备负载加重。

而且，由于 SGSN既实现控制面又实现用户面功能，而在演进网络中， MME 实现控制面功能， UPE实现用户面功能，当 MME和 UPE设置在不同设备时， MME设备和 UPE设备之间可建立多对多的控制和被控制关系 , 因此上述方法不能应用在 MME和 UPE分离的演进网络中。

而且，由于 SGSN既实现控制面又实现用户面功能，而在演进网络中， UPE 实现用户面功能，当 UPE设置在不同设备时，上述方法不能应用 UPE分离的演进网络中。发明内容

有鉴于此，本发明实施例的主要目的是提供一种实现负载均衡的方法、系统及装置，以解决在演进网络中负载不均衡的问题。

本发明实施例提供的一种实现负载均衡的方法，应用于包括 E-RAN、一个以上 MME、一个以上 UPE的系统中，该方法是这样实现的：

用户设备进行网络附着或位置更新时，接入到服务 MME; 如果需要转移该用户设备的服务 UPE, 服务 MME选择目标 UPE, 并将该用户设备附着到目标 UPE。

本发明实施例提供的一种实现负载均衡的系统包括：与用户设备连接的 E-RAN, 服务 MME以及一个以上 UPE, 其中，

E-RAN, 用于接收到来自用户设备的初始消息，将用户设备接入到服务 MME;

服务 MME,用于确定是否需要转移用户设备的服务 UPE,如果需要转移，则为用户设备从所述一个以上 UPE中选择目标 UPE;

目标 UPE, 用于为该用户设备提供用户面功能。

本发明实施例提供的一种移动性管理实体，包括：

选择单元，用于为该用户设备选择服务 UPE;

附着请求单元，用于向所选择的服务 UPE发送 UPE附着请求。

本发明实施例提供的一种用户面管理实体，包括：

第二资源分配单元，用于收到 UPE附着请求后，为用户设备分配临时标识和 IP地址；

路由更新单元，用于在为用户设备分配临时标识和 IP地址后，进行路由更新；

链路建立单元，用于与用户设备之间的用户面链路；

协商单元，用于与用户设备协商加密的算法和参数。

通过上述方案可知，本发明实施例利用若干 UPE共同承担网络的负载，由 UE的服务 MME判断当前需要转移 UE的服务 UPE时，则为该 UE选择目标 UPE, 并将该 UE附着到目标 UPE中，无须进行 UE和 E-RAN之间两次释放、建立的信令过程，由于每个 UPE都是独立的物理实体，因此当 UPE过载，或 UPE重新启动时， UE能够快速转移到服务 M E选择的其他负载较低的 UPE, 从而使演进网络负载均衡，有效的保障系统正常运行。附图说明图 1为演进网络的结构示意图；

图 2为实现本发明实施例系统的组网结构示意图；

图 3为实现本发明实施例方法的流程示意图；

图 4为本发明实施例的 UE执行网絡附着的过程；

图 5为本发明实施例的 UE执行跟踪区更新的过程；

图 6为由网络发起的 UE转移流程示意图；

图 7为本发明实施例系统中服务 MME的结构示意图；

图 8为本发明实施例系统中目标 UPE的结构示意图。具体实施方式

图 2为演进网络中 MME和 UPE部署在不同设备时演进组网的结构示意图。参见图 2所示，本发明实施例的系统包括 E-RAN、 MME资源池、 UPE 资源池。其中， MME资源池包括一个以上 MME， UPE资源池包括一个以上 UPE。每个池区域内的移动用户由一个 MME资源池和一个 UPE资源池提供服务。图 2中示出该池区域由 k个 E-RAN覆盖区组成，即 E-RAN E-RAN_k。 MME资源池由 m个 MME组成，即 MME1 ~ MMEm; UPE资源池由 n个 UPE 组成，即 UPE1 ~ UPEn。 E-RAN与 MME和 UPE之间互连，形成多对多关系，即任意 E-RAN与任意 MME和 UPE互连， UPE与锚点相连。其中，锚点包括 3GPP锚点和 SAE锚点， E-RAN可以通过 IP网絡与 MME和 UPE连接。

在本发明实施例中， 3GPP锚点和 SAE锚点可以都作为一个独立的物理实体单独设置，也可以是设置在同一个物理实体中。 MME和 UPE可以都作为一个独立的物理实体单独设置，也可以是设置在同一个物理实体中，当 MME与 UPE设置在同一个物理实体中时，本发明中描述的 MME与 UPE之间的流程作为设备内部流程。当 MME 与 UPE设置在不同的物理实体中时 MME与 UPE可以通过多种方式互连，具体采用何种方式本发明不作限定，两者之间可以通信即可。

由于 MME和 UPE之间为多对多关系，因此，一个 MME可以控制若干 UPE, 而一个 UPE可以由若干 MME控制。当然， MME与 UPE之间的实际控制与被控制关系取决于网络的实际配置。

在本发明实施例的系统中， E-RAN用于接收来自用户设备的初始消息，将用户设备接入服务 MME, 服务 MME用于确定是否需要转移用户设备的服务 UPE,如果需要转移，则为用户设备从所述一个以上 UPE中选择目标 UPE; 目标 UPE, 用于为该用户设备提供用户面功能。

本发明实施例的方法是利用 UPE资源池为池区域内的 UE提供服务，共同承担网络负载。正常情况下， UE在池区域内由同一个 UPE为其提供服务。为了实现 UPE池内不同 UPE之间的负载平衡，在 UE进行附着和跟踪区更新过程中，网络侧根据自身资源状况，调整 UE在 UPE设备之间进行转移。

进一步地，本发明实施例还可以利用 MME资源池为池区域的 UE提供服务，即：在 UPE转移之前，网络侧根据自身资源状况，进行 MME转移。

参见图 7所示，本发明实施例系统中，所述服务 MME可以包括：选择单元 71、附着请求单元 72。其中，选择单元 71 , 用于为该用户设备选择服务 UPE; 附着请求单元 72, 用于向所选择的服务 UPE发送 UPE附着请求。

所述 MME还可以包括：第一资源分配单元 73和位置更新单元 74。其中，第一资源分配单元 73 , 用于为该用户设备分配临时标识；位置更新单元 74, 用于对该用户设备的当前位置信息进行更新操作。

当所述初始消息中包括跟踪区更新请求消息时 , 所述服务 MME还包括：去附着处理单元 75, 用于在 UPE附着接受后，发起 UPE去附着请求，以释放原 UPE缺省 IP承载。

当然，服务 MME还可以包括附着判模块，用于在收到 E-RAN的连接请求消息时，可以对本次连接请求进行判决，判断需要进行连接的用户设备是首次附着还是非首次附着，在非首次附着时，可以将该用户设备附着的原 MME中转移出该用户设备的通信上下文。

服务 MME还可以包括鉴权模块，用于对 UE在非首次附着的时候，对该 UE进行鉴权。服务 MME还可以包括附着响应模块，用于在 UE附着 UPE成功后，向

UE返回附着接受响应。

参见图 8所示，本发明实施例系统中，所述目标 MME可以包括：第二资源分配单元 81 , 用于收到所述 UPE附着请求后，为该用户设备分配临时标识和 IP地址；

路由更新单元 82 , 用于在为该用户设备分配临时标识和 IP地址后，进行路由更新；

链路建立单元 83, 用于与用户设备之间的用户面链路；

协商单元 84, 用于与用户设备协商加密的算法和参数。

当然，服务 UPE还可以包括附着响应模块，用于在 UE附着成功后，向服务 MME反馈 UPE附着接受响应。

参见图 3所示，实现本发明实施例的方法包括以下步骤：

步骤 301: 用户设备进行网络附着或位置更新时，接入到服务 MME。步骤 302: 服务 MME判断该 UE是否已经附着过，如果没有，执行步骤

303, 如果有，执行步骤 304。

这里，服务 MME可以通过判断是否还有该 UE的通信上下文来确定该

UE是不是已经附着过，如果服务 MME中含有该 UE的通信上下文，则认为该 UE已经附着过，否则，认为该 UE还没有附着过。

步骤 303: 服务 MME为 UE选择服务 UPE, 并附着到该服务 UPE, 结束本流程。

步骤 304: 服务 MME判断是否需要转移该用户设备到其他 UPE, 如果需要，选择目标 UPE并将该 UE附着到目标 UPE, 否则，结束本流程。

用户设备接入到 MME的步骤包括：用户设备与 E-RAN建立无线连接； E-RAN 收到来自用户设备的含有网络附着或位置更新消息的初始消息后， E-RAN为 UE选择服务 MME,并向服务 MME发送连接请求消息；服务 MME 判断是否需要转移 MME, 如果需要，则确定目标 MME, 将目标 MME作为服务 MME, 与 E-RAN之间建立信令连接，否则，服务 MME与 E-RAN之间建立信令连接。

如果将目标 MME作为服务 MME, 与 E-RAN之间建立信令连接的步骤后，为了保障服务安全，目标 MME还需要对该用户设备进行鉴权，如果鉴权通过，在 HSS中进行位置更新，然后再进行后续处理步骤。

当 UE开机时，首先进行网络附着，此时 UE向 E-RAN发送含有附着请求消息的初始消息。在 UE已经附着到网络后， UE需要周期或定时的进行跟踪区更新，此时 UE需要向 E-RAN发送含有跟踪区更新请求消息的初始消息。

UE在非首次附着网络时， UE还可以向 E-RAN指示自身保存的 MME ID 和 UPE ID。 E-RAN将附着请求消息发送给该 MME ID所对应的 MME。该 MME判断是否需要转移 MME, 如果需要转移，则重新为该 UE选择一个目标 MME, 并将该 UE的附着请求发送给目标 MME, 再由目标 MME执行后续 UPE附着的处理步骤；如果不需要转移，则直接执行 UPE附着的后续处理步骤，完成网络附着。

一旦 UE成功附着到演进网络，将由同一个 MME和 UPE为 UE提供服务，但是，为均衡网络负载，可以需要在 MME池内不同 MME之间转移 UE。比如： MME负载超过一定上限，为避免 MME严重过载，将部分 UE转移到其他 MME; MME需要系统重启，在系统重启之前一段时间内，将所有 UE转移到其他 MME 中；也可以通过 0&M操作命令指示 M E转移部分 UE到其他 MME,例如， MME 资源池中配置了新的 MME, 如：新增 MME, 或系统重启之后的 MME, 为使新的 MME能够快速承担网络的负载，可通过 0&M操作命令指示负载较高的 MME转移部分 UE到新的 MME。

当 UE执行网络附着或跟踪区更新时，若当前的服务 UPE不再适合为 ΌΕ提供服务，如：服务 UPE的位置距离 UE所在 eNodeB的距离太远导致传输时延太长，或者服务 UPE的负载过重，或者服务 UPE将进行重启操作， MME将为 UE 重新选择合适的 UPE, 并将 UE从原服务 UPE转移到目标 UPE。

完成附着后， UE每次接入网絡时，需要向 E-RAN提供附着 MME的标识 MME ID, 并根据 MME ID选择服务 MME, 并将来自 UE的信令消息路由到所选择的服务 MME。

图 4是以 UE从其他池区域漫游到本地池区域为例，详细描述 UE执行网络附着的流程。

参见图 4所示，本发明实施例的 UE执行网络附着的具体过程如下：步骤 401 : 用户开机后， UE搜索网络并选择了演进网络， UE与 E- RAN 建立无线连接， E-RAN为 UE分配必要的信道资源，以便 UE完成后续的流程处理，例如网络附着流程、跟踪区更新流程。 UE与 E-RAN之间如何建立无线连接，可以采用多种方式，但具体釆用何种方式，不在本发明讨论范围之内。

步厥 402: UE向 E-RAN发送初始消息，初始消息中含有附着请求消息。这里，初始消息是指在空中接口中，用于承载 UE发给 MME的第一条消息的空口消息，例如， UE发给 MME的第一条消息可以是附着请求消息，或者跟踪区更新请求消息、或者业务请求消息，这些消息作为消息数据被携带在初始消息中。

步骤 403： E-RAN收到初始消息后，为 UE选择服务 MME并向所选 MME 发送连接请求消息，附着请求消息作为消息数据携带在连接请求消息中，消息中还携带 E-RAN为连接分配的连接标识；否则，结束本流程。这里，连接请求消息是指 E-RAN发送给 MME的、针对某 UE的第一条信令消息，用于为某个 UE建立 E-RAN和 MME之间的信令连接。

这里， E-RAN通常是根据 UE在初始消息中指示的 MME ID选择服务 MME, 若 UE未指出 MME ID, E-RAN可根据具体设备实现方式选择服务 MME, 例如，若 E-RAN可获得各 MME的负载信息，可以根据负载信息来选择服务 MME, 若不能获得 MME的负载信息，可以按顺序选择 MME或随机选择服务 MME, 具体的选择方式与 E-RAN的设备实现方式相关。

步驟 404:服务 MME收到连接请求后，如果接受该连接请求，则向 E-RAN 响应连接响应消息，消息中指出 E-RAN分配的连接标识，执行步驟 405；如果服务 MME不接受该连接请求，则响应连接拒绝消息，在消息中指出拒绝的原因，结束本流程。

这里，服务 MME是否接受该连接请求可以根据自身预先配置的信息以及当前资源状况确定。如：由于服务 MME过载不能接受附着请求并决定转移 UE, 消息中指出拒绝的原因为转移 UE, E-RAN将重新选择服务 MME, 将附着请求路由到新的服务 MME。

步驟 405: 服务 MME判断附着请求消息中是否携带有 UE的临时标识和跟踪区标识（TAID ), 如果没有，则认为 UE在 MME中是第一次附着，因此该 MME中没有 UE的通信上下文；如果有，服务 MME根据临时标识和 TAID 确定 UE的原附着 MME的地址， MME向原附着 MME请求转移 UE的通信上下文，原附着 MME将 UE通信上下文传递给服务 MME。

步骤 406:服务 MME从 HSS获得该 UE的用户信息，对该 UE进行鉴权，如果鉴权通过，则执行步驟 407; 如果鉴权失败，则结束本流程。

这里，如果 UE是第一次附着，需要对 UE进行鉴权，但是如何对 UE进行鉴权超出本发明范围。对于 UE不是第一次附着网络的情况，也可以根据具体情况决定是否对 UE鉴权，例如，运营商可以设定每次 UE附着时都必须通过鉴权，也可以决定对第一次附着的进行鉴权，对非首次附着的不进行鉴权。

步骤 407:服务 MME为该 UE分配临时标识，临时标识中指出服务 MME 的 MME ID。 MME ID可以是 MME的网络资源标识（NRI ), 也可以是 MME 的实际标识或其他类型的标识。

步骤 408: 服务 MME向归属位置寄存器（HSS )发送位置更新消息，位置更新消息中至少携带 TAID、 MME ID和 UE标识，如永久性标识（ IMSI )。

步骤 409: HSS存储位置更新消息中的信息，如 TAID、 MME ID和 UE 标识，然后向 MME应答位置更新确认消息，确认消息中携带有用户在 HSS 中的签约数据。当然，用户的签约数据也可以由 HSS 通过其他消息发送给 MME, MME收到签约数据后，再应答确认消息，例如， HSS向 MME发送完位置更新确认消息后，再向 MME发送插入签约数据消息， MME应答插入签约数据确认消息。另夕卜， HSS指示原附着 MME清除 UE的通信上下文，而原 MME会指示原附着 UPE清除 UE的通信上下文和缺省 IP承载，图中未示出。

步骤 410: 由于 UE附着到 MME的同时，还需要附着到 UPE, 因此 MME 需要为 UE选择一个服务 UPE。

MME可以参考但不限于以下因素选择 UPE。

1 ) UPE的负载和状态。如： MME不能选择已经过载或正在进行维护的 UPE, 也不能选择即将重启或正在重启的 UPE;

2 ) UE签约数据的业务信息。如：在 ΌΡΕ与 Anchor合并时，不能选择无法接入指定外部 PDN的 UPE;

3 )路由优化。如： MME应尽量选择路由最优的 UPE, 即距离 eNodeB 最近的 UPE, 或者说用户面路径延迟最小的 UPE;

4 ) 家乡代理（Home Agent )地址。如： MME为 UE选择的 UPE应能够访问签约数据中指定的 Home Agent, 若 Anchor与 UPE合并，则 MME为 UE 选择的 UPE就是 Home Agent IP地址指定的 UPE。

步驟 411: MME为 UE选择了服务 UPE之后，向该服务 UPE发送 UPE 附着请求，消息中指出 MME ID、 UE的临时标识、安全参数、签约数据，其中签约数据中指示 UPE是否为 UE建立缺省 IP承载，若需要建立，同时指出缺省 IP承载的 QoS参数。

步骤 412: UPE收到来自 MME的 UPE附着请求后，判断 UE是否已经附着在本 UPE中，如果没有 , 即 UE是第一次在该 UPE中附着， UPE为 UE 创建通信上下文、分配临时标识和 IP地址， ΌΡΕ存储 UPE附着请求消息携带的参数，例如 MME标识、 MME分配的临时标识、安全参数和签约数据，如果 UE已经附着在本 UPE中，执行步骤 413。

步骤 413: 若 UPE附着请求消息中的签约数据指示需要为 UE建立缺省 IP承载， UPE向 Anchor发送路由更新请求消息，消息中指出缺省 IP承载的 QoS参数；如果没有指示需要为 UE建立缺省 IP承载呢。

步骤 414: Anchor收到路由更新请求消息后，根据缺省 IP承载的 QoS参数为缺省 IP承载分配 IP链路资源，完成到 UPE的 IP承载路由的建立，然后向 UPE应答路由更新响应消息。

这里，若签约数据指示不要求建立缺省 IP承载，则步骤 413和 414被省略；若 Anchor与 UPE合并且位于一个物理设备，则步驟 413和 414成为设备的内部流程。

步骤 415: UPE、 E-RAN和 UE之间进行交互，建立 UPE与 UE之间的用户面链路，用于传输缺省 IP承载的用户数据。 UPE与 UE之间的用户面链路，由 UE与 E-RAN之间的无线接入承载 RB和 E-RAN与 UPE之间的无线接入承载 RAB组成，如何建立 UPE与 UE之间的用户面链路超出本发明范围。

若步骤 409中的用户签约数据指示不为 UE建立缺省 IP承载，则步橡 415 建立 RAB/RB的过程可以省略。

步骤 416:由于 UPE需要实现对用户面数据的加密，因此 UE附着到 UPE 时， UPE与 UE需要协商加密算法和参数。

UPE与 UE协商加密算法和参数，可以有两种方式：

方式一， UPE与 UE协商时交换的信令消息由 MME透传；

方式二， UPE与 UE直接通过用户面提供的控制帧协商。

当然，本发明并不限定 UPE与 UE如何协商加密算法和参数。

步驟 417: UPE向 MME发送 UPE附着接受消息，消息中至少携带 UPE 为 UE分配的 IP地址和临时标识。

步驟 418: MME收到该附着接受消息后，向 ΌΈ应答附着接受消息，消息中至少携带 MME和 UPE为 UE分配的临时标识和 IP地址。其中， MME 为 UE分配的临时标识中指出了服务 MME的 MME ID, ΌΡΕ为 UE分配的临时标识中指出了服务 UPE的 UPE ID。

步骤 419: UE收到该附着接受消息后，存储附着接受消息中携带的临时标识和 IP地址等参数，并向 MME应答附着完成消息，指示新的临时标识和 IP地址已经被使用。

至此， UE完成到演进网络的附着，获得网络分配的临时标识和 IP地址，并建立了所需要的缺省 IP承载。 UE完成网络附着后，若用户签约了 IMS业务且需要进行 IMS注册， UE发起 IMS注册过程。 UE如何执行具体的 IMS注册，超出本发明的范围。需要说明的是，图 4是以 MME和 UPE同时为 UE分配临时标识为例， MME分配的临时标识中指示有 MME ID, 而 UPE分配的临时标识中指示有 UPE ID。如果只由 MME为 ΌΈ分配临时标识，那么临时标识中除了指示 MME ID外，还应指出 UPE ID, 同时 UPE将以 MME分配的临时标识作为 UE 的标识。

上述实施例描述的是 UE进入本地池区域发起网络附着的过程，如果 UE进入本地池区域发起 3艮踪区更新，其流程与图 4完全相同，只是 UE与 MME交互的消息是跟踪区更新请求、跟踪区更新接受和跟踪区更新完成消息。

图 5所示为 UE成功附着后，在池区域内执行跟踪区更新时，服务 MME为 UE重选服务 UPE并完成 UE转移的过程。

参见图 5所示，服务 MME为 UE重选服务 UPE并完成 UE转移的具体流程如下：

步骤 501: 与步骤 401相同。

步骤 502: UE与 E-RAN建立无线连接后，向 E-RAN发送初始消息，初始消息中含有跟踪区更新请求消息，消息中还指出 UE附着的 MME标识（MME ID ) 。

步骤 503: E- RAN收到初始消息后， E-RAN根据 MME ID选择服务 MME并向服务 MME发送连接请求消息 , 跟踪区更新请求消息作为消息数据携带在连接请求消息中，消息中还携带 E-RAN为 UE分配的连接标识。这里，连接请求是指 E-RAN发送给 MME的、针对某 UE的第一条信令消息，用于为某个 UE建立 E-RAN和 MME之间的信令连接。

步骤 504 - 505与步珮 404 ~ 405相同。

步骤 506: 服务 MME为 UE重新分配临时标识，临时标识中指出服务 MME 的] VIME ID。 MME ID可以是 MME的网络资源标识 NRJ,也可以是 MME的实际标识或其他类型的标识。并且， MME判断 UE的跟踪区位置是否发生改变，如果发生改变，则执行步骤 507, 否则，执行步骤 509。

这里，由于 UE已经附着在服务 MME中，因此服务 MME无需从其他 MME 中获取 UE通信上下文。而且也可以不为 UE分配临时标识，这可以取决于设备的实现和具体情况。

步骤 507 ~ 508与步嫁 408 - 409相同。

步骤 509:服务 MME判断当前服务 UPE不适合为该 UE提供服务，例如， UPE 到 UE所在 eNodeB的传输时延超过指定门限，或者路由不优化，或者服务 UPE 已经过载，或服务 UPE即将重启等情况，服务] V1ME为 UE重新选择 UPE。

步骤 510:服务 MME向 UPE发送 UPE附着请求，消息中指出 MME ID、 UE的临时标识、安全参数、签约数据，其中签约数据中指示 UPE是否为 UE 建立缺省 IP承载，若需要建立，同时指出缺省 IP承载的 QoS参数。

步骤 511 ~ 516与步骤 412 ~ 417相同。

步骤 517: 服务 MME向原 UPE发送 UPE去附着请求，指示原 UPE清除 UE的通信上下文。

步骤 518: 原 UPE与 Anchor ¾:缺省 IP承载。若 UPE与 Anchor合并，则步骤 518省略，或者 UPE到 Anchor的缺省 IP承载不存在，步骤 518也可以省略。

步骤 519: 原 UPE清除 UE的通信上下文后，向服务 MME应答 UPE去附着接受，指出原 UPE已经清除 UE的通信上下文。

步骤 520 ~ 521与步骤 418 ~ 419相同。

从上面可以看出， UE成功附着之后，通常由相同的 MME和 UPE为 UE提供服务。但是，当 UE再次执行网络附着或跟踪区更新时，若当前的服务 UPE不再适合为 UE提供服务， MME将为 UE重新选择合适的目标 UPE, 并将 UE从原服务 UPE转移到目标 UPE中。

在很多情况下，网络需要主动地在 UPE池内不同 UPE之间转移 UE, 比如：

( 1 ) UPE负载超过一定上限，为避免 UPE严重过载，将部分 UE转移到其他 UPE;

( 2 ) UPE需要系统重启，在系统重启之前一段时间内，将所有 UE转移到其他 UPE中；

( 3 ) O&M操作命令指示 UPE转移部分 UE到其他 UPE, 例如， UPE资源池中使用了新的 UPE, 如新购的 UPE或系统重启之后的 UPE, 为使新的 UPE能够快速承担网络的负载。

在 UPE之间主动地转移 UE是： UPE向 MME上报负载和 /或状态信息， MME 根据当前负载状况确定需要转移 UPE的 UE并寻呼 UE, 指示 UE发起网络附着； UE收到该寻呼后，发起新的网络附着过程，服务 MME为 UE重新选择新的 UPE, 并完成到新的 UPE的附着。在 UE发起新的网络附着过程中，服务 MME 根据附着请求消息中携带的临时标识可确定服务 UPE, 由于该 UPE已经过载，或者即将重启，或者 O&M命令指示要转移部分 UE,服务 MME为 UE重选 UPE, 并向新的 UPE请求附着。当然，此时如果服务 UPE不能满足路由优化要求，服务 MME也会为 UE重选 UPE。

UPE上报 MME的负载和 /或状态信息可以包括：

1 ) UPE的当前负载，如何评价 UPE的负载超出本发明的范围；

2 )过载指示，指出 UPE当前是否过载；

3 )状态信息，例如， UPE是否即将重启。可以是以上信息的任意组合，过载指示也可以作为状态信息的一种。 UPE如何上报负载和 /或状态信息超出本发明范围，但通常是当负载或状态发生改变时，或者周期性触发上报， UPE 向 MME发送信令消息。

对于已经完成网络附着的 UE, 服务 MME存储有 UE的通信上下文、记录有 UE的状态信息，如：激活态或者空闲态。对于空闲态 UE, 由于用户未激活业务，转移 UE不会对用户的业务产生影响，因此服务 MME可以转移空闲态 UE。但是 UPE中有大量处于空闲态的 UE, 如果同时或短时间内转移这些 UE, 会导致网络负载急剧增加，严重时会导致系统过载，因此服务 MME应建立一定的机制以保证转移 UE时不导致系统负载过重，例如，服务 MME每隔一定时间转移一个或几个 UE。

为更加清楚地描述本发明实施例中 UE在 UPE之间转移的方案，下面以 UPE 一过载导致 UE转移为例，说明网络主动转移 UE的流程。

参见图 6所示，本实施例的具体流程如下：

步骤 601: UPE资源池内，所有 UPE向控制它的 MME提供负载和状态信息， UPE向 MME发送负载状态指示消息，消息中指出 UPE的当前负载和 /或状态。负载状态指示消息中包括参数： UPE的当前负载、过载指示、状态信息。

步骤 602: MME根据 UPE上报的负载和状态信息，决定是否触发 UE转移。例如，若某 UPE上报的负载超过设定的上限，或者 UPE上报的状态显示 IJPE已经过载，则触发 UE转移。同时 MME决定转移哪个 UE, 被转移 UE的选择方法与 MME设备实现相关，这里不在赘述。

步驟 603: 确定要转移的 UE后， MME向 UE发送寻呼消息，在寻呼消息中指出 UE的标识，例如 ΌΈ的临时标识，以及寻呼原因，其中寻呼原因为 "跟踪区更新" 。

步骤 604'. UE收到寻呼原因为 "跟踪区更新" 的寻呼消息后，立即发起跟踪区更新。 UE执行跟踪区更新，跟踪区更新的过程与正常的跟踪区更新过程相同。在执行跟踪区更新过程中，服务 MME会检查服务 UPE的负载和状态、甚至路由优化情况，由于服务 UPE已经过载，因此服务 MME为 UE重选 UPE并完成到新 UPE的附着。

也可以在寻呼消息中指示 UE执行网络附着，例如寻呼原因为 "重附着" , UE将执行重附着过程，在重附着过程中被转移到新的 UPE中。

通常， .服务 MME中记录有 UE的跟踪区位置，因此服务 MME请求跟踪区内的 E-RAN寻呼 UE, 具体的寻呼过程以及 E-RAN如何寻呼 UE超出本发明范围。

需要说明的是，本发明所称的负载平衡是指不论演进网络中 GPP Anchor 和 SAE Anchor如何部署，而 MME和 UPE部署在不同物理设备时的负载平衡。

本发明实施例利用若干 UPE共同承担网络的负载，由 UE的服务 MME 判断当前是否需要转移 UE的服务 UPE，如果需要，则为该 UE逸择目标 UPE, 并直接向目标 UPE发送附着请求，将该 UE附着到目标 UPE中，无须进行 UE和 E-RAN之间两次释放、建立的信令过程，由于每个 UPE都是独立的物理实体，因此当 UPE过载，或 UPE重新启动时， UE 能够快速转移到服务 MME选择的其他负载较低的 UPE,从而使演进网絡负载均衡，有效的保障系统正常运行。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

权利要求

1、一种实现负载均衡的方法，应用于包括演进无线接入网 E-RAN、一个以上移动性管理实体 MME、一个以上用户面实体 UPE的系统中，其特征在于，该方法包括以下步驟：

用户设备进行网络附着或位置更新时，接入到服务 MME;

如果需要转移该用户设备的服务 UPE, 所述服务 MME选择目标 UPE, 并将该用户设备附着到目标 UPE。

2、根据权利要求 1所述的方法，其特征在于，在用户设备进行网络附着前，该方法进一步包括：

UPE向与自身连接的 MME提供负载状态信息；

所述自身连接的 MME根据所述负载状态信息，决定是否触发用户设备转移，如果是，则确定要转移的用户设备，并向确定的用户设备发送寻呼消息，其中含有用户设备标识和寻呼原因，所述寻呼原因为重附着；

收到寻呼原因为重附着的寻呼消息的用户设备进行网络附着。

3、根据权利要求 1所述的方法，其特征在于，所述用户设备接入到服务 MME的步骤，具体包括：

用户设备与所述 E-RAN建立无线连接；

所述 E-RAN收到所述用户设备的含有网络附着请求或位置更新消息的初始消息后，为用户设备选择服务 MME, 发送连接请求消息至服务 MME; 所述服务 MME判断是否需要转移 MME,如果不需要，则所述服务 MME 与 E-RAN之间建立信令连接；如果需要，则确定目标 MME, 将目标 MME 作为服务 MME与 E-RAN之间建立信令连接。

4、根据权利要求 3所述的方法，其特征在于，在所述目标 MME作为服务 MME与 E-RAN之间建立信令连接后，且在所述服务 MME选择目标 UPE 之前，该方法进一步包括：

目标 MME对该用户设备进行鉴权，如果鉴权通过，则在归属位置寄存器中进行位置更新。

5、根据权利要求 3所述的方法，其特征在于，

如果该用户设备是非首次接入，所述为用户设备选择服务 MME的步骤，进一步包括：将该用户设备上次附着的原 MME作为所选择的服务 MM£;

如果该用户设备是首次接入，所述为用户设备选择服务 M E的步骤，进一步包括：根据预先配置的算法为用户设备选择服务 MME。

6、根据权利要求 1所述的方法，其特征在于，所述服务 MME选择目标 UPE的步骤，具体包括：

所述服务 MME根据 UPE的负载和状态、用户设备签约数据的业务信息、路由优化以及家乡代理地址中的一种或几种因素选择目标 UPE。

7、根据权利要求 1所述的方法，其特征在于，在服务 MME选择目标 UPE 之前，该方法进一步包括：

所述服务 MME判断该用户设备是否已经附着，如果已经附着，则所述服务 MME选择目标 UPE;

如果没有附着，则为该用户设备选择服务 UPE, 并附着到该服务 UPE, 结束本流程。

8、根据权利要求 7所述的方法，其特征在于，如果服务 MME确定用户设备没有附着，则为所述用户设备选择服务 UPE , 并附着到该服务 UPE的步骤包括：

所述服务 MME为该用户设备选择服务 UPE, 并向该服务 UPE发送 UPE 附着请求；

所述服务 UPE收到该附着请求后，为该用户设备创建通信上下文、分配临时标识和 IP地址；

建立所述服务 UPE与所述用户设备之间的用户面链路，所述服务 UPE与所述用户设备协商加密的算法和参数。

9、根据权利要求 1所述的方法，其特征在于，所述将该用户设备附着到目标 UPE的步骤包括：所述服务 MME发送 UPE附着请求给所述目标 UPE;

如果该用户设备没有附着在所述目标 UPE, 所述目标 UPE为所述用户设备创建通信上下文、分配临时标识和 IP地址，并建立所述目标 UPE与所述用户设备之间的用户面链路，所述目标 UPE与所述用户设备协商加密的算法和参数 ^

如果该用户设备已经附着在所述目标 UPE, 则建立所述目标 UPE与所述用户设备之间的用户面链路，所述目标 UPE与所述用户设备协商加密的算法和参数。

10、根据权利要求 9所述的方法，其特征在于，在目标 UPE与用户设备协商加密的算法和参数后，该方法进一步包括：

清除原 UPE中该用户设备的通信上下文。

11、根据权利要求 6所述的方法，其特征在于，所述 UPE负载状态信息为 UPE的当前负载状况、过载指示、 UPE状态中的一种或几种组合。

12、根据权利要求 8或 9中所述的方法，其特征在于，所述加密算法和参数是通过 MME在 UPE和用户设备之间透传，或通过用户面提供的控制帧在 UPE和用户设备之间传送。

13、根据权利要求 1所述的方法，其特征在于，所述服务 MME是根据如下一种或几种情况判断是否需要转移该用户设备的服务 UPE:

服务 UPE的位置距离用户设备所在演进基站的距离太远导致传输时延太长，或者服务 UPE的负载过重，或者服务 UPE将进行重启操作。

14、一种实现负载均衡的系统，其特征在于，该系统包括：与用户设备连接的 E-RAN、服务 MME以及一个以上 UPE, 其中，

E-RAN, 用于接收来自用户设备的初始消息，将用户设备接入到服务 ΜΜΕ;

服务 ΜΜΕ,用于确定是否需要转移用户设备的服务 UPE，如果需要转移，则为所述用户设备从所述一个以上 UPE中选择目标 UPE;

目标 UPE, 用于为该用户设备提供用户面功能。

15、根据权利要求 14所述的系统，其特征在于，所述服务 MME包括：选择单元，用于为该用户设备选择服务 UPE;

附着请求单元，用于向所选择的服务 UPE发送 UPE附着请求。

16、根据权利要求 15所述的系统，其特征在于，所述 MME还包括：第一资源分配单元，用于为该用户设备分配临时标识；

位置更新单元，用于对该用户设备的当前位置信息进行更新操作。

17、根据权利要求 15所述的系统，其特征在于，所述目标 UPE包括：第二资源分配单元，用于收到所述 UPE附着请求后，为该用户设备分配临时标识和 IP地址；

路由更新单元，用于在为该用户设备分配临时标识和 IP地址后，进行路由更新；

链路建立单元，用于与用户设备之间的用户面链路；

协商单元，用于与用户设备协商加密的算法和参数。

18、根据权利要求 15所述的系统，其特征在于，所述服务 MME还包括：去附着处理单元，用于当所述初始消息中包括跟踪区更新请求消息时，在 UPE附着接受后，发起 UPE去附着请求，以释放原 UPE缺省 IP承载。

19、一种移动性管理实体，其特征在于，该实体包括：

选择单元，用于为该用户设备选择服务 UPE;

附着请求单元，用于向所选择的服务 UPE发送 UPE附着请求。

20、根据权利要求 19所述的实体，其特征在于，所述 MME还包括：第一资源分配单元，用于为该用户设备分配临时标识；

21、根据权利要求 20所述的实体，其特征在于，所述服务 MME还包括：去附着处理单元，用于在 UPE附着接受后，发起 UPE去附着请求，以释放原 UPE缺省的 IP承载。

22、一种用户面管理实体，其特征在于，该实体包括：

链路建立单元，用于与用户设备之间的用户面链路；

协商单元，用于与用户设备协商加密的算法和参数。