СИСТЕМА СВЯЗИ, АППАРАТУРА СВЯЗИ И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ СВЯЗЬЮ
COMMUNICATION SYSTEM, COMMUNICATION EQUIPMENT AND COMMUNICATION CONTROL METHOD

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Настоящее изобретение относится к системе связи, включающей в себя сеть и аппаратуру связи, которая связывается по беспроводной связи с терминалами, и, в частности, к аппаратуре связи для передачи пакетов между терминалами и внешней сетью, а также к способу управления связью для аппаратуры связи.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] В последние годы с распространением так называемых смартфонов быстро увеличивается трафик мобильных терминалов в Интернете, и все более важными становятся технологии выгрузки трафика для снижения нагрузки на мобильную опорную сеть.
[0003] Например, в спецификациях 3GPP (Проекта Партнерства 3-го Поколения) внимание уделяется малой базовой станции, которая поддерживает функцию выгрузки трафика, называемую LIPA (Локальный IP-доступ) или SIPTO (Выборочная выгрузка IP-трафика). В LIPA трафик между UE (Абонентской станцией) и главным компьютером выгружается из базовой станции (H(e)NB) в частную сеть через локальный шлюз (L-GW) (см. NPL 1, 5.2.3). Необходимо отметить, что H(e)NB означает HNB (Исходный Узел В) или HeNB (Исходный развитой Узел В). Кроме того, в SIPTO можно выполнять управление для выгрузки трафика конкретного APN (Имени точки доступа) или конкретного применения, либо выполнять управление выгрузкой на основе IP-адреса (адреса интернет-протокола) получателя.
[0004] В соответствии с NPL 1, 5.5 (Решение 4), для SIPTO, применяемой для макросоты или подсистемы NHB (фемтосоты) UMTS (Универсальной Системы Мобильной Связи), описывается архитектура, в которой предусматривается TOF (функция выгрузки Трафика) между RNC (Контроллером Радиосети)/HNB и SGSN (Обслуживающим Узлом Поддержки GPRS (Общей Услуги Пакетной Радиосвязи)), причем поднабор Gi является интерфейсом между TOF и Интернетом. При выгрузке TOF извлекает трафик восходящей линии связи из туннеля GTP-U (Протокола Туннелирования GPRS для плоскости Пользователя) и выполняет NAT (Трансляцию Сетевых Адресов) с помощью, например, шлюза NAT для выгрузки трафика. В данном случае при NAT трансляция адресов из частного IP-адреса в глобальный IP-адрес выполняется в маршрутизаторе или подобном ему. В качестве альтернативы, IP-адрес и номер порта TCP/UDP транслируются в наборе. Кроме того, TOF выполняет обратную NAT по трафику выгрузки нисходящей линии связи и вставляет ее назад в туннель GTP-U. Как описано выше, в соответствии с Решением 4 SIPTO, выгрузка определяется с помощью проверки пакетов и NAT на основе пользователя, APN, типа услуги, IP-адреса и т.п.
[0005] Кроме того, в Решении 5 SIPTO (см. NPL1, 5.6) для SIPTO, применяемой для макросоты или HNB, описываются архитектуры, которые применимы в UMTS или LTE, либо в них обеих, и в которых подключение к Интернету или подобному ему осуществляется через L-PGW/L-GGSN, который подключается к S-GW/RNC обслуживающего шлюза (см. NPL 1, фиг. 5.6.3.2, 5.6.3.3 и 5.6.3.4).
[0006] Кроме того, имеются случаи, в которых трафик выгружается в другую сеть. Например, обеспечивается подключение мобильного терминала, такого как терминал на основе смартфона или планшета, с функциональными возможностями подключения через Wi-Fi (Беспроводная Достоверность) к Интернету из беспроводной LAN (Беспроводной Локальной Сети) или подобной ей через точку доступа Wi-Fi (это называется также выгрузкой по Wi-Fi). Необходимо отметить, что некоторые беспроводные LAN выполнены с возможностью подключения к PDN через P-GW (шлюз PDN) или GGSN (см. NPL 2, 4.2).
СПИСОК БИБЛИОГРАФИЧЕСКИХ ССЫЛОК
НЕПАТЕНТНАЯ ЛИТЕРАТУРА
[0007] [NPL 1] 3GPP TR23.829 v10.0.1 (2011-10)
[NPL 2] 3GPP TS23.402 v11.4.0 (2012-09)
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
ТЕХНИЧЕСКАЯ ПРОБЛЕМА
[0008] Однако в вышеописанных системах в соответствии с различными NPL имеется проблема, состоящая в том, что введение функции выгрузки не является простым, поскольку необходимо готовить базовую станцию, поддерживающую функцию выгрузки по Wi-Fi или функцию выгрузки трафика, такую как LIPA или SIPTO.
[0009] Кроме того, в соответствии с выгрузкой по Wi-Fi или подобной ей, мобильность не может быть достигнута, если мобильный терминал выходит из того места, в котором установлена точка доступа Wi-Fi, поскольку он не может осуществлять соединение связи, и, кроме того, имеются проблемы в отношении возможности подключения, безопасности и т.п. в то время, когда мобильный терминал перемещается. При использовании TOF в соответствии с Решением 4 SIPTO и т.п. мобильность также не может быть достигнута. Кроме того, у вышеописанных функций выгрузки трафика в соответствии с различными NPL также имеется проблема, состоящая в том, что масштабируемость с увеличением числа усовершенствованных терминалов, таких как так называемые смартфоны, не может быть достигнута.
[0010] В связи с этим, целью настоящего изобретения является создание системы связи, аппаратуры связи и способа управления связью, которые позволяют легко вводить функцию выгрузки трафика.
РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ
[0011] Система связи в соответствии с настоящим изобретением представляет собой систему связи, включающую в себя: аппаратуру связи, подключающуюся по беспроводной связи к терминалам; и сеть, и отличается тем, что она включает в себя: таблицу трансляции адресов для выгрузки трафика из терминала в сеть; и средство трансляции источника для трансляции порта источника в таблице трансляции адресов для каждого однонаправленного канала, который устанавливается между терминалом, являющимся источником трафика, и аппаратурой связи.
Аппаратура связи в соответствии с настоящим изобретением представляет собой аппаратуру связи в системе связи, содержащей сеть, и отличается тем, что включает в себя: средство связи для подключения по беспроводной связи к терминалам; таблицу трансляции адресов для выгрузки трафика из терминала в сеть; и средство трансляции источника для трансляции порта источника в таблице трансляции адресов для каждого однонаправленного канала, который устанавливается между терминалом, являющимся источником трафика, и аппаратурой связи.
Способ управления связью в соответствии с настоящим изобретением представляет собой способ управления связью в системе связи, содержащей: аппаратуру связи, подключающуюся по беспроводной связи к терминалам; и сеть, и отличается тем, что включает в себя: средство трансляции источника, транслирующее порт источника в таблице трансляции адресов для каждого однонаправленного канала, который устанавливается с терминалом, являющимся источником трафика в сеть; и средство управления, выгружающее трафик в сеть в соответствии с таблицей трансляции адресов.
Способ управления связью в соответствии с настоящим изобретением представляет собой способ управления связью для аппаратуры связи в системе связи, содержащей сеть, и отличается тем, что включает в себя: средство связи, подключающееся по беспроводной сети к терминалам; средство трансляции источника, транслирующее порт источника в таблице трансляции адресов для каждого однонаправленного канала, который устанавливается с терминалом, являющимся источником трафика в сеть; и средство управления, выгружающее трафик в сеть в соответствии с таблицей трансляции адресов.
ПОЛЕЗНЫЕ ЭФФЕКТЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0012] В соответствии с настоящим изобретением, порт источника в таблице трансляции адресов транслируется для каждого однонаправленного канала, который устанавливается с терминалом источника трафика, благодаря чему в систему связи легко можно ввести функцию выгрузки трафика.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0013] [Фиг. 1]
Фиг. 1 представляет собой блок-схему, на которой изображена схематическая архитектура системы связи в соответствии с первым примером осуществления настоящего изобретения.
[Фиг. 2] Фиг. 2 представляет собой схематическую диаграмму для описания действия аппаратуры связи в соответствии с настоящим примером осуществления.
[Фиг. 3] Фиг. 3 представляет собой блок-схему, на которой изображена схематическая архитектура системы связи в соответствии со вторым примером осуществления настоящего изобретения.
[Фиг. 4] Фиг. 4 представляет собой блок-схему, на которой изображена схематическая архитектура системы связи в соответствии с третьим примером осуществления настоящего изобретения.
[Фиг. 5] Фиг. 5 представляет собой сетевую диаграмму, на которой изображена архитектура системы связи в соответствии с одним из примеров настоящего изобретения.
[Фиг. 6] Фиг. 6 представляет собой диаграмму последовательности действий, на которой изображена процедура подключения терминала в системе связи, показанной на фиг. 5.
[Фиг. 7] Фиг. 7 представляет собой диаграмму последовательности действий, на которой изображена процедура запуска терминалом связи в системе связи, показанной на фиг. 5.
[Фиг. 8] Фиг. 8 представляет собой диаграмму последовательности действий, на которой изображена процедура передачи обслуживания терминала от eNB к базовой станции в соответствии с настоящим примером в системе связи, показанной на фиг. 5.
[Фиг. 9] Фиг. 9 представляет собой диаграмму последовательности действий, на которой изображена процедура передачи обслуживания терминала между базовыми станциями в соответствии с настоящим примером в системе связи, показанной на фиг. 5.
[Фиг. 10] Фиг. 10 представляет собой диаграмму последовательности действий, на которой изображена процедура передачи обслуживания терминала от базовой станции в соответствии с настоящим примером к eNB в системе связи, показанной на фиг. 5.
[Фиг. 11] Фиг. 11 представляет собой диаграмму последовательности действий, на которой изображена процедура передачи обслуживания терминала от базовой станции в соответствии с настоящим примером к UTRAN в системе связи, показанной на фиг. 5.
[Фиг. 12] Фиг. 12 представляет собой диаграмму последовательности действий, на которой изображена процедура завершения связи в системе связи, показанной на фиг. 5.
ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
[0014] КРАТКИЙ ОБЗОР ПРИМЕРА ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
В соответствии с одним из примеров осуществления настоящего изобретения, аппаратура связи, подключающаяся по беспроводной связи к терминалам, снабжена таблицей трансляции адресов для выполнения выгрузки трафика и функцией трансляции порта источника, которая выделяет диапазоны портов источника различным однонаправленным каналам в таблице трансляции адресов. Благодаря этому при введении функции выгрузки необходимо лишь добавить изменение в целевой диапазон для выгрузки без влияния на целевые диапазоны не для выгрузки в сети, и в соответствии с этим введение функции выгрузки упрощается. В дальнейшем в этом документе примеры осуществления и примеры настоящего изобретения будут подробно описываться со ссылками на чертежи.
[0015] 1. ПЕРВЫЙ ПРИМЕР ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
1.1) АРХИТЕКТУРА
В системе связи в соответствии с первым примером осуществления настоящего изобретения иллюстрируется случай, в котором функция выгрузки трафика и функция трансляции порта источника обеспечиваются базовой станции в качестве аппаратуры связи. Однако функция определения того, должна ли выполняться выгрузка трафика, может быть реализована в другом узле.
[0016] Согласно фиг. 1 система связи в соответствии с первым примером осуществления настоящего изобретения включает в себя базовую станцию 10, коммутатор 30, первую сеть 40 и коммутатор 50, а между базовой станцией 10 и второй сетью 60 может быть выполнен тракт, который проходит через первую сеть 40, и тракт 70 выгрузки, который не проходит через первую сеть 40. В дальнейшем в этом документе предполагается, что множество терминалов 20 обслуживается базовой станцией 10. Необходимо отметить, что первая сеть 40 и вторая сеть 60 могут представлять собой опорную сеть (CN) и пакетную сеть передачи данных (PDN) соответственно.
[0017] Базовая станция 10 имеет функцию трансляции адресов и функцию трансляции порта источника помимо функции связи в качестве базовой станции и включает в себя, по меньшей мере, таблицу 101 NAT (Трансляции Сетевых Адресов), секцию 102 трансляции источника и секцию 103 управления для управления таблицей 101 NAT и секцией 102 трансляции источника. В таблице 101 NAT тракт для пакета, подвергающегося трансляции (преобразованию) адресов, может статически устанавливаться заранее или может динамически устанавливаться во время выгрузки. Секция 103 управления определяет необходимость/отсутствие необходимости выгрузки трафика. Секция 103 управления активирует функцию трансляции адресов с помощью таблицы 101 NAT, когда выполняется выгрузка, и деактивирует функцию трансляции адресов, когда выгрузка не выполняется. То есть, можно управлять тем, выполнять ли выгрузку, в зависимости от того, выполнять ли трансляцию адресов с помощью таблицы 101 NAT. Таким образом, базовая станция 10 может использовать таблицу 101 NAT для направления пакета через тракт 70 выгрузки, который не проходит через первую сеть 40 между терминалом 20, подключенным по беспроводной связи к базовой станции 10, и второй сетью 60. В тех случаях, когда выгрузка не требуется, базовая станция 10 пересылает пакет через первую сеть 40 между терминалом 20 и второй сетью 60. Необходимо отметить, что секция 102 трансляции источника описывается ниже.
[0018] 1.2) ВЫДЕЛЕНИЕ ДИАПАЗОНА ПОРТОВ ИСТОЧНИКА
В соответствии с настоящим примером осуществления, секция 102 трансляции источника базовой станции 10 устанавливает заранее задаваемый диапазон портов выделения (например, заранее задаваемые 5000-е, 6000-е и т.д.) для каждого однонаправленного канала и записывает их в таблицу 101 NAT.
[0019] Однонаправленный канал RB (Однонаправленный Канал) представляет собой подключение, устанавливаемое по беспроводному сегменту между терминалом 20 и базовой станцией 10, и определяется комбинацией трех типов элементов, а именно, терминала, имени точки доступа (APN) и QCI (Индикатора Класса QoS (Качества Услуги)). В этой связи, если по меньшей мере один из терминала, APN и QCI отличается, формируется другой однонаправленный канал, и выделяется другой диапазон портов.
[0020] Как иллюстрируется на фиг. 2, различные диапазоны портов, например, диапазон 5000-х (5000-5999), диапазон 6000-х (6000-6999) и диапазон 7000-х (7000-7999) выделяются различным однонаправленным каналам RB1, RB2 и RB3 соответственно. Определяемый порт источника связан с адресом терминала и хранится в таблице 101 NAT для каждого диапазона портов, как описано выше.
[0021] Например, секция 103 управления назначает номер порта источника в диапазоне 5000-х (5000-5999) пакету, принимаемому от терминала по однонаправленному каналу RB1, записывает его в таблице 101 NAT и пересылает пакет на сервер. И наоборот, если пакет, принимаемый от сервера, является пакетом в диапазоне 5000-х, определяется, что RB1 является однонаправленным каналом получателя пересылки, и пакет пересылается на соответствующий терминал. Например, если значение QCI однонаправленного канала RB1 устанавливается в качестве цели для выгрузки, пакет, отправляемый и принимаемый между терминалом и сервером по однонаправленному каналу RB1, пересылается через тракт 70 выгрузки.
[0022] Необходимо отметить, что функции, эквивалентные секции 102 трансляции источника и секции 103 управления, могут также быть реализованы путем исполнения программ, хранящихся в средстве хранения (не показано) на компьютере, таком как CPU (Центральный Процессор).
[0023] 1.3) ЭФФЕКТЫ
Как описано выше, в соответствии с первым примером осуществления настоящего изобретения, трансляция адресов выполняется в отношении пакета целей для выгрузки с помощью функции NAT во время выгрузки трафика, благодаря чему целевой пакет для выгрузки может передаваться в обход первой сети 40. То есть, можно управлять выгрузкой путем выбора того, использовать ли функцию NAT. Кроме того, базовая станция 10 выделяет заранее заданные диапазоны портов источника различным однонаправленным каналам и устанавливает их в таблице NAT, благодаря чему функция выгрузки может быть введена без влияния на остальную часть сети. В этой связи, введение функции выгрузки упрощается.
[0024] 2. ВТОРОЙ ПРИМЕР ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
В системе связи в соответствии со вторым примером осуществления настоящего изобретения помимо функции управления выгрузкой и функции трансляции порта источника предусматривается функция счетчика пакетов. Подсчет пакетов осуществляется для каждого однонаправленного канала, благодаря чему можно выполнять управление учетом для пользователя терминала, с которым установлен однонаправленный канал.
[0025] Согласно фиг. 3, архитектура системы связи в соответствии со вторым примером осуществления настоящего изобретения является приблизительно такой же, как и в первом примере осуществления, с той разницей, что счетчик 104 пакетов для подсчета числа пересылаемых пакетов для каждого однонаправленного канала вновь предусматривается в базовой станции 11. Остальная часть архитектуры и функций аналогична архитектуре и функциям первого примера осуществления, и, следовательно, их описание не приводится.
[0026] Базовая станция 11 в соответствии с настоящим примером осуществления - помимо функции связи в качестве базовой станции - включает в себя таблицу 101 NAT, секцию 102 трансляции источника, секцию 103 управления выгрузкой и счетчик 104 пакетов, как описано выше. Счетчик 104 пакетов для каждого однонаправленного канала подсчитывает число пересылаемых целевых пакетов для выгрузки в соответствии с управлением секции 103 управления выгрузкой. Значение счета пакетов для каждого однонаправленного канала отправляется на сервер учета или подобный ему (не показан) в компьютере, таком как CPU (Центральный Процессор).
[0028] 3. ТРЕТИЙ ПРИМЕР ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
В системе связи в соответствии с третьим примером осуществления настоящего изобретения управление переключением на тракт выгрузки выполняется путем применения технологии OpenFlow.
[0029] 3.1) Архитектура
Согласно фиг. 4 архитектура системы связи в соответствии с третьим примером осуществления настоящего изобретения является, в основном, такой же, как и в первом примере осуществления, но коммутатор 50 состоит из коммутатора 51 OpenFlow (OFS) и контроллера 52 OpenFlow (OFC). Например, OFC 52 может задавать поток во время выгрузки в таблице потоков OFS 51 и может задавать в качестве значения по умолчанию тракт, походящий через первую сеть 40 во время выгрузки. OpenFlow описывается ниже. В настоящем примере осуществления иллюстрируется базовая станция 11 в соответствии со вторым примером осуществления, но базовая станция может представлять собой базовую станцию 10 в соответствии с первым примером осуществления. Необходимо отметить, что первая сеть 40 и вторая сеть 60 предполагаются являющимися опорной сетью и PDN (пакетной сетью передачи данных) соответственно, а OFS 51 размещается в SGi (или Gi во 2-м/3-м поколении), который является опорной точкой (RP) между PGW (Шлюзом PDN) в опорной сети 40 и PDN 60.
[0030] В тех случаях, когда трафик выгружается, трафик данных восходящей линии связи с терминала 20 отправляется на базовую станцию 11 по однонаправленному каналу, а затем пересылается на PDN 60 по тракту 70 выгрузки, который проходит через базовую станцию 11, коммутатор 30 и OFS 51. Трафик нисходящей линии связи с PDN 60 пересылается на базовую станцию 11 с OFS 51 по тракту 70 выгрузки. Базовая станция 11 идентифицирует однонаправленный канал, соответствующий подходящему диапазону портов, на основе информации о порте назначения в принимаемом пакете, а затем трафик нисходящей линии связи отправляется по беспроводной связи на терминал 20 назначения по указанному однонаправленному каналу.
[0031] В тех случаях, когда трафик не выгружается, трафик данных восходящей линии связи с терминала 20 отправляется на базовую станцию 11 по однонаправленному каналу, а затем пересылается на PDN 60 через базовую станцию 11, коммутатор 30, опорную сеть 40 и OFS 51. Трафик нисходящей линии связи с PDN 60 пересылается на базовую станцию 11 с OFS 51 через опорную сеть 40 и коммутатор 30 и отправляется по беспроводной связи на терминал 20 с базовой станции 11 по однонаправленному каналу.
[0032] Базовая станция 11 определяет необходимость/отсутствие необходимости выгрузки трафика и при выполнении выгрузки использует функцию трансляции пакетов посредством таблицы 101 NAT для направления пакета целей для выгрузки по тракту 70 выгрузки, как описано выше. Кроме того, базовая станция 11 устанавливает заранее задаваемые диапазоны портов выделения для соответствующих однонаправленных каналов и записывает их в таблице 101 NAT, а также подсчитывает пакеты для каждого однонаправленного канала.
[0033] 3.2) OpenFlow
Далее вкратце описывается OpenFlow в объеме, соответствующем настоящему примеру осуществления. OpenFlow является технологией управления сетью, предложенной Консорциумом по Коммутации OpenFlow, и реализует управление трактом в единицах потоков с использованием последовательности связи, которая определяется на основе комбинации идентификаторов, таких как номер (L1) физического порта, адрес (L2) МАС (Управления Доступом к Среде), IP-адрес (L3) и номер (L4) порта, определяемый как «поток». Коммутатор OpenFlow (OFS), выполняющий функцию узла пересылки, действует в соответствии с таблицей потоков, при этом объект добавляется, либо изменение вносится в таблицу потоков по команде от контроллера OpenFlow (OFC). Таблица потоков включает в себя для каждого потока правила, статистическую информацию и действия, которые определяют обработку, применяемую к пакету, согласующемуся с правилом. Правило представляет собой условие фильтрации, согласуемое с информацией заголовка пакета. Статистическая информация включает в себя статистическую информацию о потоке, такую как число пакетов, число байтов и продолжительность активности потока, которая может обозначаться как счетчик. Действия включают в себя обработку потока, пересылку пакетов (Forward), отбрасывание пакетов (Drop), изменение конкретного поля пакета (Modify-Field) и так далее.
[0034] Для пересылки (Forward) пакетов, например, выбирается пересылка на конкретный порт коммутатора, пересылка на все порты коммутатора, пересылка на OFC и так далее.
[0035] Когда OFS принимает пакет, OFS просматривает таблицу потоков в OFS и сопоставляет информацию заголовка пакета с правилами. Любая комбинация от Уровня 1 (L1) до Уровня 4 (L4) может использоваться для сопоставляемых полей заголовка. Ниже приводится их пример:
L1: Входной Порт (номер физического порта коммутатора);
L2: Ether src (МАС-адрес источника), Ether dst (МАС-адрес получателя), тип Ether, VLAN (Виртуальная Локальная Сеть)-id, приоритет VLAN;
L3: IP src (IP-адрес источника), IP dst (IP-адрес получателя), тип IP-протокола, значение TOS (Вида Услуг); и
L4: TCP (Протокол Управления Передачей)/UDP (Протокол Пользовательских Дэйтаграмм) src port (номер порта L4 источника), TCP/UDP dst port (номер порта L4 получателя).
[0036] В тех случаях, когда информация заголовка принимаемого пакета согласуется с правилом (условием) в результате просмотра таблицы потоков, с пакетом выполняется обработка, которая задается в действии, соответствующем правилу. В тех случаях, когда не обнаружено правило, согласующееся с информацией заголовка принимаемого пакета, OFS пересылает принимаемый пакет в OFC по безопасному каналу. OFC выполняет расчет тракта на основе информации об источнике и получателе в данном принимаемом пакете для определения тракта пересылки и конфигурирует таблицы потоков всех OFS вдоль тракта пересылки таким образом, что будет реализован определенный тракт пересылки. OFC, установивший ввод потока, пересылает принимаемый пакет, например, в OFS, который является выходом потока, для отправки пакета по направлению к получателю. После этого информация заголовка, пакета, принадлежащего тому же потоку, что и данный принимаемый пакет, будет согласовываться с правилом в таблицах потока различных OFS, в которых установлен ввод потока. В этой связи, указанные пакеты, принадлежащие тому же потоку, будут последовательно пересылаться на каждый OFS по определенному тракту пересылки в соответствии с конфигурированной таблицей потоков (правилами и действиями) и отправляться на терминал назначения. Во многих случаях пакет, который никоим образом не согласуется в таблице потоков OFS, является первым пересылаемым пакетом потока. Такой пакет также обобщенно называется «первым пакетом».
[0037] 4. ПРИМЕР
Далее подробно описывается пример системы связи в соответствии с вышеописанным третьим примером осуществления. При этом будет иллюстрироваться случай, в котором подключены множество базовых станций 11 (в дальнейшем в этом документе представленных с помощью 11a и 11b) и общая базовая станция (представленная с помощью eNB 12).
[0038] 4.1) АРХИТЕКТУРА
Согласно фиг. 5 в системе связи в соответствии с одним из примеров настоящего изобретения базовые станции 11a и 11b и eNB 12 подключены к переключателю Уровня 2 (L2SW) 201. При этом базовые станции 11a и 11b представляют собой вышеописанные базовые станции в соответствии со вторым примером осуществления, а eNB 12 представляет собой базовую станцию без функции выгрузки, как указано выше. Терминал (UE) 20 может устанавливать однонаправленный канал и связываться по беспроводной связи с базовой станцией зоны обслуживания.
[0039] L2SW 201 подключается к S/P-GW 202, OFS 203 и MME (Узлу Управления Мобильностью) 208, при этом тракт без выгрузки, проходящий через S/P-GW 202 (т.е. через опорную сеть), и тракт 70 выгрузки, обеспечивающий прямое подключение, могут устанавливаться между базовой станцией 11а и OFS 203, как описано выше. OFS 203 и OFS 204 управляются с помощью OFC 205. OFS 203 и 204 подключены к маршрутизатору 206, который управляет ретрансляцией на Уровне 3, а маршрутизатор 206 подключен к внешней сети 60.
[0040] При ретрансляции маршрутизатор 206 завершает МАС-адрес таким образом, что МАС-кадр, отправляемый из порта данного маршрутизатора 206, становится МАС-адресом этого порта. Кроме того, OFS 204 подключен к серверу 207 RADIUS (Службы Удаленной Аутентификации Пользователей по Телефонным Линиям). RADIUS-сервер 207 выполняет функцию ААА-сервера (сервера Аутентификации, Авторизации и Учета), который управляет аутентификацией, авторизацией и учетом.
[0041] Необходимо отметить, что фиг. 5 иллюстрирует конфигурацию (S/P-GW), в которой для простоты S-GW (Обслуживающий Шлюз) и P-GW (Шлюз PDN) размещены в блоке, но они могут быть размещены раздельно. Кроме того, HSS (Опорный Абонентский Сервер), PCRF (Функция Политики и Правил Учета Стоимости) и тому подобное на диаграмме не приводятся.
[0042] OFS 204 и OFC 205 предусмотрены для извлечения информации аутентификации, обмен которой осуществляется между RADIUS-сервером 207 и P-GW, а также для управления учетом. Кроме того, на фиг. 5 показано, что для простоты OFS 203 подключен к одному P-GW в S/P-GW 202, но к OFS 203, который выполняет функцию коммутатора Уровня 2, может быть подключено и множество P-GW. Например, может быть выполнена дублированная конфигурация, включающая в себя множество P-GW, либо может быть выполнена масштабируемая конфигурация, которая позволяет системе гибко расширяться/сжиматься с увеличением или уменьшением числа абонентов либо с увеличением или уменьшением нагрузки. Использование OFS упрощает повышение масштабируемости сети.
[0043] OFC 205 задает ввод потока в таблице потоков OFS 203 таким образом, что связь может осуществляться по тракту 70 выгрузки перед началом выгрузки пакетов. Например, OFC 205 может динамически задавать тракт 70 выгрузки в соответствии с уведомлением от базовой станции 11а, либо может статически задавать тракт 70 выгрузки заранее даже без уведомления от базовой станции 11а. В этой связи, во время выгрузки OFS 203 принимает пакет восходящей линии связи от базовой станции 11а через тракт 70 выгрузки и пересылает его на маршрутизатор 206. Маршрутизатор 206 отправляет пакет восходящей линии связи во внешнюю сеть - PDN 60. И наоборот, OFS 203 пересылает пакет восходящей линии связи, принимаемый от маршрутизатора 206, в базовую станцию 11а через тракт 70 выгрузки. Кроме того, во время отсутствия выгрузки OFS 203 отправляет/принимает пакеты восходящей/нисходящей линии связи на базовую станцию/от базовой станции 11а через S/P-GW 202.
[0044] Как описано выше, в соответствии с настоящим примером, OFS 204 и OFC 205 размещены между RADIUS-сервером 207 и S/P-GW 202, благодаря чему можно получать информацию аутентификации, обмен которой осуществляется между RADIUS-сервером 207 и P-GW. Кроме того, при взаимодействии с функцией счетчика пакетов базовой станции 11а легко можно осуществлять управление учетом для каждого канала. Необходимо отметить, что коммутатор Уровня 2 (L2SW) 201 может также быть выполнен путем использования OFC и OFS.
[0045] S-GW в S/P-GW 202 выполняет функцию привязки мобильности для плоскости пользователя во время передачи обслуживания, либо привязки для мобильности между LTE и иной технологией 3GPP. S-GW управляет контекстами UE и хранит их (параметры услуги IP-канала, информацию о внутренней маршрутизации сети и т.д.).
[0046] P-GW в S/P-GW 202 реализует подключение UE к внешней PDN 60. P-GW осуществляет выделение (выдачу) IP-адреса, применение политики и фильтрацию пакетов (например, углубленную проверку пакетов и скрининг пакетов) для подключенной UE с целью отображения трафика на соответствующий уровень QoS. P-GW подключен к S-GW через интерфейс S5, когда S-GW расположен в той же PLMN (Сети Связи Общего Пользования Наземных Мобильных Объектов), либо через интерфейс S8, когда S-GW расположен во внешней PLMN (зоны обслуживания).
[0047] MME 208 выполняет функцию узла управления мобильностью UE в сети доступа LTE. Например, он выполняет отслеживание UE в нерабочем режиме, пейджинг, активацию/деактивацию канала, выбор S-GW и P-GW в исходном подключении, управление установкой туннеля между S-GW и P-GW, выбор S-GW для UE во время передачи обслуживания внутри LTE, аутентификацию пользователя по согласованию с HSS и т.п. MME 208 подключен к базовой станции eNB через интерфейс S1-MME, к которому применяется (прикладной) протокол S1-AP для обмена сообщениями. Кроме того, MME 208 подключен к S-GW через интерфейс S11.
[0048] Кроме того, PCRF (Функция Политики и Правил Учета Стоимости) (не показана) управляет политикой и правилами учета стоимости и в настоящем примере подключена к P-GW через интерфейс S7 посредством OFS 203.
[0049] 4.2) ОПЕРАЦИИ
Далее со ссылкой на фиг. 6-12 подробно описываются операции в системе связи в соответствии с настоящим примером.
[0050] <Обработка подключения UE к NW>
Согласно фиг. 6 сначала UE 20 отправляет запрос на установление канала (Запрос на Подключение) через базовую станцию 11а, благодаря чему устанавливается канал между UE 20 и S/P-GW 202 (Операция S301). В частности, MME 208, приняв сообщение с запросом на подключение от UE 20, выполняет аутентификацию пользователя на основе информации аутентификации, получаемой от HSS, с которой регистрируется информация абонента. Затем MME 208 выбирает S-GW и P-GW на основе APN (Имени Точки Доступа), уведомление о котором поступает от UE 20, и отправляет запрос на установление канала в выбранные S-GW и P-GW. В ответ на запрос на установление канала P-GW выдает IP-адрес и устанавливает канал между S-GW и P-GW. После этого установления S-GW возвращает реакцию на установление канала в ММЕ 208. ММЕ 208 отправляет запрос на установление контекста на базовую станцию 11а, и между UE 20 и базовой станцией 11а устанавливается однонаправленный канал. UE 20 отправляет реакцию на завершение подключения в ММЕ 208. Базовая станция 11а возвращает реакцию на установление контекста в ММЕ 208. ММЕ 208 отправляет запрос на обновление канала в S-GW на основе запроса на установление контекста, и S-GW возвращает реакцию на обновление канала в MME 208.
[0051] Затем RADIUS-клиент (например, P-GW) в S/P-GW 202 выполняет RADIUS-запрос в RADIUS-сервер 207 (Операция S302). В этом случае пакет RADIUS-запроса (UDP) отправляется на RADIUS-сервер 207 через OFS 204. Однако, поскольку информация заголовка пакета RADIUS-запроса не согласуется с правилами в таблице потоков OFS 204, пакет однократно пересылается в OFC 205 в качестве первого пакета, а после этого пересылается в RADIUS-сервер 207 через OFS 204. В качестве альтернативы, пакеты RADIUS-протокола могут быть выполнены с возможностью передачи в RADIUS-сервер 207 через OFS 205. Пакет RADIUS-запроса включает в себя, например, имя пользователя, пароль шифрования, IP-адрес клиента и идентификатор порта.
[0052] RADIUS-сервер 207 при приеме запроса на аутентификацию просматривает базу данных пользователей для выполнения аутентификации пользователей и возвращает ответный пакет, включающий в себя информацию об установлении и тому подобное в P-GW (Операция S303). В этом случае OFC 205 принимает ответный пакет в P-GW от RADIUS-сервера 207 через OFS 204, выполняет проверку пакетов по данному ответному пакету и записывает соответствие IMSI (Международному Идентификатору Мобильного Абонента), который является идентификатором терминала, IP-адрес и метку VLAN (Виртуальной Локальной Сети). Ответный пакет пересылается в P-GW от OFC 205 через OFS 203. Затем P-GW в S/P-GW 202 выдает IP-адрес и уведомляет о нем UE 20 (Операция S304).
[0053] <НАЧАЛО ПЕРЕДАЧИ ВЫГРУЗКИ>
Сначала предполагается, что целевые QCI (Индикатор Класса QOS) для выгрузки или множество QCI заранее заданы в базовой станции 11а. Различные QCI или VoLTE (Поддержка Голосовой Связи в Сетях LTE) (Спецификации IR.92) приведены в качестве примера.
- Речевой канал (GBR: Гарантированная Скорость Передачи): QCI=1
- Видеоканал (GBR): QCI=2
- Видеоканал (не-GBR): QCI=7
- Канал по умолчанию для сигнала SIP (Протокола Инициирования Сеансов): QCI=5
- Подключение к Интернету: QCI=8 или 9
На основе QCI заранее определяется, является ли канал целевым для выгрузки. Например, однонаправленные каналы с QCI=8 и 9 могут быть заданы в качестве целевых для выгрузки в базовой станции 11а.
[0054] Кроме того, в базовой станции 11а заранее задан диапазон портов выделения для каждого однонаправленного канала RB с UE, при этом таблица 101 NAT задана, как описано выше.
[0055] Согласно фиг. 7, когда UE 20 начинает передачу под контролем базовой станции 11а, UE 20 отправляет пакет в базовую станцию 11а (Операция S401). Когда первый IP-пакет принимается из однонаправленного канала целевого QCI для выгрузки, базовая станция 11а получает IP-адрес источника (Операция S402). Первый IP-пакет представляет собой, например, пакет Запроса DNS, который является запросом в сервер DNS (Службы Доменных Имен), пакет TCP SYN, который передается от клиента в сервер при установлении TCP-соединения или подобный им.
[0056] Базовая станция 11а отправляет запрос информации базовой станции, адресованный S/P-GW 202 через интерфейс S1 (Операция S403). Запрос информации базовой станции включает в себя UE источника, OFC получателя, адрес (МАС-адрес) базовой станции, TMSI (Временный Идентификатор Мобильного Абонента) и IP-адрес UE. S/P-GW 202 добавляет метку VLAN к запросу информации базовой станции, а затем пересылает его в OFS 203 (Операция S404). OFS 203 пересылает запрос информации базовой станции в виде “Packet_In” в OFC 205 с помощью безопасного канала (Операция S405). OFC 205 обрабатывает запрос информации базовой станции, идентифицирует PDN и IMSI на основе IP-адреса UE и метки VLAN (Операция S406) и возвращает ACK (ответ на запрос информации базовой станции), включающий в себя IP-адреса UE, метку VLAN и TMSI, на базовую станцию 11а через OFS 203 (Операция S407). Вышеописанные операции S403-S407 могут выполняться синхронно с обработкой выгрузки. В этой связи, базовая станция 11а может сохранять первый IP-пакет до тех пор, пока не вернется ответ на запрос информации базовой станции, либо асинхронно выполнять только передачу данных.
[0057] Базовая станция 11а начинает выгрузку трафика в соответствии с таблицей 101 NAT в отношении принимаемых пакетов целей для выгрузки (Операция S408). То есть, пакеты восходящей линии связи от UE 20 отправляются на PDN 60 через базовую станцию 11а, тракт 70 выгрузки, OFS 203 и маршрутизатор 206. В этом случае можно также подсчитывать число пакетов для каждого однонаправленного канала с помощью счетчика 104 пакетов базовой станции 11а.
[0058] Пакеты нисходящей линии связи, принимаемые от PDN 60 через маршрутизатор 206, пересылаются на базовую станцию 11а через OFS 203 и тракт 70 выгрузки (Операция S409). Базовая станция 11а на основе номера порта в пакете нисходящей линии связи идентифицирует однонаправленный канал, в который должен пересылаться пакет, а затем отправляет пакет на релевантную UE 20 получателя (Операция S410). Таблица 101 NAT сохраняется, по меньшей мере, до тех пор, пока однонаправленный канал не будет установлен и высвобожден, что описывается ниже. Высвобождение таблицы 101 NAT во многих случаях управляется с помощью таймера, но настоящий пример этим не ограничивается.
[0059] <Передача обслуживания от eNB к базовой станции 11>
Далее приводится описание последовательности операций, когда обслуживание UE 20 передается от eNB к базовой станции 11а. В настоящем примере предполагается, что безразрывное соединение не осуществляется, но при осуществлении данной передачи обслуживания устанавливается новый сеанс. Кроме того, предполагается, что на базовой станции 11а диапазон портов выделения заранее задан для каждого однонаправленного канала RB с UE, а таблица 101 NAT, как иллюстрируется на фиг. 2, задана, как описано выше.
[0060] Согласно фиг. 8 предполагается, что базовая станция 11а приняла команду передачи обслуживания от ММЕ 208 (Операция S501), а после этого приняла пакет данных (TCP Data/Ack) от eNB 12 через интерфейс X2 (Операция S502). В этом случае, поскольку порт соответствия в таблице 101 NAT базовой станции 11а не регистрируется, базовая станция 11а отправляет пакет TCP RST в UE 20 для принудительного разъединения (Операция S503). Затем, когда пакет данных (TCP Data/Ack) принимается от UE 20 (Операция S504), порт соответствия в таблице 101 NAT базовой станции 11а в этом случае тоже не регистрируется, и в соответствии с этим базовая станция 11а отправляет пакет TCP RST в UE 20 для принудительного разъединения (Операция S505).
[0061] После этого, когда первый IP-пакет (например, пакет Запроса DNS, пакет TCP SYN или подобный им) принимается от UE 20 по однонаправленному каналу цели для выгрузки (Операция S506), базовая станция 11а получает IP-адрес источника (Операция S507). При данном получении IP-адреса источника можно также использовать информацию, отправляемую на UE, и информацию, принимаемую от UE, в вышеописанных Операциях S503-S505. После этого выполняется Операция S508, аналогичная Операциям S403-S407, изображенным на фиг. 7, а затем выполняются Операции S509-S511, аналогичные Операциям S408-S410, изображенным на фиг. 7.
[0062] <Передача обслуживания от базовой станции 11a к базовой станции 11b>
Далее приводится описание последовательности операций, когда обслуживание UE 20 передается от базовой станции 11a к базовой станции 11b. Предполагается, что в базовой станции 11b диапазон портов выделения заранее задан для каждого однонаправленного канала RB с UE, а таблица 101 NAT, как иллюстрируется на фиг. 2, задана, как описано выше.
[0063] Согласно фиг. 9, когда базовая станция 11а принимает команду передачи обслуживания от ММЕ 208 (Операция S601), базовая станция 11а начинает обработку завершения связи во время передачи обслуживания к базовой станции 11b (Операция S602). То есть, базовая станция 11а отправляет уведомление об учетной информации базовой станции, включающее в себя информацию UE, в OFC 205 (Операция S603), а OFC 205 обрабатывает уведомление об учетной информации базовой станции и регистрирует учетную информацию (Операция S604). Далее базовая станция 11а высвобождает таблицу NAT (Операция S605) и отправляет пакет TCP RST другой стороне связи, остающейся подключенной, для принудительного отключения от нее (Операция S606). Необходимо отметить, что базовая станция 11а не отправляет пакеты данных цели для выгрузки (TCP Data/Ack) на базовую станцию 11b через интерфейс X2.
[0064] Когда базовая станция 11b принимает пакет данных (TCP Data/Ack) от UE 20 (Операция S607), базовая станция 11b отправляет пакет TCP RST на UE 20 для принудительного отключения, поскольку порт соответствия не зарегистрирован в таблице 101 NAT (Операция S608).
[0065] После этого, когда первый IP-пакет (например, пакет Запроса DNS, пакет TCP SYN или подобный им) принимается от UE 20 по однонаправленному каналу цели для выгрузки (Операция S609), базовая станция 11b получает IP-адрес источника (Операция S610). При данном получении IP-адреса источника можно также использовать информацию, отправляемую на UE в вышеописанной Операции S608. После этого базовая станция 11b выполняет Операцию S611, аналогичную Операциям S403-S407, изображенным на фиг. 7, а затем выполняет Операцию S612, аналогичную Операции S408, изображенной на фиг. 7, и операции, аналогичные последующим Операциям S409-S410.
[0066] <Передача обслуживания от базовой станции 11a к eNB 12>
Далее приводится описание последовательности операций, когда обслуживание UE 20 передается от базовой станции 11a к eNB 12. Предполагается, что в базовой станции 11а диапазон портов выделения заранее задан для каждого однонаправленного канала RB с UE, а таблица 101 NAT, как иллюстрируется на фиг. 2, задана, как описано выше.
[0067] Согласно фиг. 10, когда базовая станция 11а принимает команду передачи обслуживания от ММЕ 208 (Операция S701), базовая станция 11а начинает обработку завершения связи во время передачи обслуживания к eNB 12 (Операция S702). То есть, базовая станция 11а отправляет уведомление об учетной информации базовой станции, включающее в себя информацию UE, в OFC 205 (Операция S703), а OFC 205 обрабатывает уведомление об учетной информации базовой станции и регистрирует учетную информацию (Операция S704). Далее базовая станция 11а высвобождает таблицу NAT (Операция S705) и отправляет пакет TCP RST другой стороне связи, остающейся подключенной, для принудительного отключения от нее (Операция S706). Затем базовая станция 11а отправляет пакеты (VoLTE и т.п.), принадлежащие связи целей не для выгрузки, на eNB 12 через интерфейс X2 (Операция S707), а eNB 12 пересылает такие пакеты на UE 20 (Операция S708). Однако базовая станция 11а не отправляет пакеты данных цели для выгрузки (TCP Data/Ack) на eBN 12 через интерфейс X2.
[0068] <Передача обслуживания от базовой станции 11a к UTRAN>
Согласно фиг. 11 когда базовая станция 11а принимает команду высвобождения ресурса/передачи обслуживания от ММЕ 208 (Операция S801), базовая станция 11а начинает обработку завершения связи во время передачи обслуживания к UTRAN (Операция S802). То есть, базовая станция 11а отправляет уведомление об учетной информации базовой станции, включающее в себя информацию UE, в OFC 205 (Операция S803), а OFC 205 обрабатывает уведомление об учетной информации базовой станции и регистрирует учетную информацию (Операция S804). Далее базовая станция 11а высвобождает таблицу NAT (Операция S805) и отправляет пакет TCP RST другой стороне связи, остающейся подключенной, для принудительного отключения от нее (Операция S806). После этого UE 20 связывается с сетью UTRAN.
[0069] <ОБРАБОТКА ЗАВЕРШЕНИЯ СВЯЗИ>
Согласно фиг. 12, когда базовая станция 11a принимает команду S1-AP: высвобождения контекста UE S1 от MME 208 (Операция S901), базовая станция 11a начинает обработку завершения связи и отправляет уведомление об учетной информации базовой станции, включающее в себя информацию UE, в OFC 205 (Операция S902), а OFC 205 обрабатывает уведомление об учетной информации базовой станции и регистрирует учетную информацию (Операция S903). Далее базовая станция 11а высвобождает таблицу NAT (Операция S904) и отправляет пакет TCP RST другой стороне связи, остающейся подключенной, для принудительного отключения от нее (Операция S905).
ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ
[0070] Настоящее изобретение применимо в системах мобильной связи, в частности, в системах, включающих в себя функцию выгрузки.
СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ
[0071]
10, 11, 11a, 11b
Базовая станция
12
Базовая станция (eNB)
20
Терминал
30
Коммутатор
40
Первая сеть
50
Коммутатор
51
Коммутатор OpenFlow (OFS)
52
Контроллер OpenFlow (OFC)
60
Вторая сеть
70
Тракт выгрузки
101
Таблица NAT
102
Секция трансляции источника
103
Секция управления