СООБЩЕНИЯ СИСТЕМЫ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ НАСЕЛЕНИЯ С N3GPP-ДОСТУПОМ
MESSAGES OF PUBLIC WARNING SYSTEM WITH N3GPP ACCESS

Область техники
Настоящее изобретение относится к механизму распространения сообщений системы предупреждения населения, в котором устройство пользователя (UE, User Equipment) подключено к сети, не соответствующей требованиям 3GPP.
Уровень техники
Обычно устройство UE получает доступ к опорной сети (CN, Core Network) 3GPP через сеть доступа, которая может быть сетью радиодоступа (RAN, Radio Access Network). Если сеть радиодоступа определяется требованиями, установленными консорциумом 3GPP (3rd Generation Partnership Project), как, например, недавно определенная сеть радиодоступа поколения 5G, эта сеть доступа обеспечивает подключение к функции аутентификации и мобильности (AMF, Authentication and Mobility Function). Функция AMF может многократно присутствовать в одной сети CN. Обычно функция AMF выбирается для устройства UE при регистрации устройства UE в сети и за одно устройство UE отвечает только одна функция AMF. Функция AMF, как и все элементы сети CN, может связываться с другими элементами сети CN через инфраструктуру маршрутизации. Например, функция AMF подключается к функции унифицированного управления данными (UDM, Unified Data Management) для аутентификации устройства UE при регистрации, для получения информации о предоставляемых услугах и для получения учетных данных безопасности, используемых для связи с устройством UE.
Устройство UE при входе в сотовую сеть мобильной связи выбирает определенную соту, например соту с самым сильным сигналом, и получает информацию об этой соте и доступных сетях CN по каналу широковещательной передачи системной информации. Если выбранная сота является наиболее подходящей, устройство UE устанавливает соединение с соответствующей базовой станцией и через нее подключается к выбранной функции AMF, чтобы запросить регистрацию в сети CN. Соты сети CN группируются в зоны отслеживания (TA, Tracking Area) и устройство UE запрашивает регистрацию в зоне TA выбранной соты. Во время регистрации сети CN всегда известна зона TA или, по меньшей мере, список зон TA, в которых находится устройство UE, поэтому сеть CN может подключаться к устройству UE. Если устройство UE находится в активном режиме, сеть CN может использовать установленное соединение между устройством UE и функцией AMF для подключения, т.е. функции AMF известен соответствующий обслуживающий узел сети RAN (базовая станция, eNodeB, eNB). Если устройство UE находится в режиме ожидания, сеть CN может запросить у сети RAN пейджинг устройства UE во всех сотах, относящихся к зоне TA или к списку зон TA, в которых это устройство UE зарегистрировано в настоящее время. Если устройство UE в режиме ожидания переходит в соту с зоной TA, отсутствующей в списке зон TA, устройство UE запрашивает повторную регистрацию, чтобы проинформировать сеть CN о новой зоне TA и запросить новый список зон TA.
Если в какой-либо момент системная информация соты изменяется, эта сота широковещательно передает пейджинговое сообщение, чтобы проинформировать об изменении все устройства UE, находящиеся в это время в соте. Затем устройство UE может еще раз считать измененную часть системной информации. Этот механизм освобождает устройство UE от необходимости постоянно контролировать системную информацию, чтобы гарантировать актуальность информации, используемой в устройстве UE. Таким образом, устройства UE в режиме ожидания могут считывать системную информацию соты однократно при входе в эту соту. После этого устройства UE прослушивают пейджинговые сообщения, информирующие об изменении системной информации или о попытках сети CN установить соединение с устройством UE, например, в случае ожидания мобильного входящего вызова или ожидания данных по нисходящему каналу.
После выполнения аутентификации между устройством UE и функцией AMF, для чего функция AMF обменивается данными с функцией UDM, устройство UE регистрируется и может запрашивать обслуживание. Если требуется доставка данных в сеть передачи данных (DN, Data Network), например, в сеть Интернет, устройство UE запрашивает установку соответствующего соединения, так называемого сеанса протокольного блока данных (PDU, Protocol Data Unit), из сети (радио)доступа (R)AN к одной или нескольким функциям плоскости данных пользователя (UPF, User Plane Function), а оттуда - к сети передачи данных. Соответствующая настройка контекста в функциях UPF, а также распределение сетевых ресурсов выполняется функцией управления сеансами (SMF, Session Management Function). Функция SMF выбирается функцией AMF в соответствии с данными абонента, сетью передачи данных, с которой необходимо связаться, и текущей нагрузкой сети. Функция сетевой экспозиции (NEF, Network Exposure Function) отвечает за обмен данными между сетью оператора - наземной сетью мобильной связи общего пользования (PLMN, Public Land Mobile Network) и объектами за пределами этой сети. Например, функция NEF может предоставлять информацию об абоненте или устройстве (доступность, возможное качество обслуживания (QoS, Quality of Service), адреса) серверам за пределами сети PLMN или может предоставлять информацию с внешних серверов объектам сети CN.
Сотовые сети мобильной связи обычно состоят из сетей доступа и опорной сети, как описано выше. Сети доступа в основном обеспечивают сотовый радиодоступ к мобильным устройствам, например по каналам систем GSM, UMTS или LTE. Дополнительные сети доступа могут обеспечивать радиодоступ малого радиуса действия, например, по беспроводной локальной сети (WLAN, Wireless Local Area Network), а также фиксированный либо спутниковый доступ к мобильным или стационарным устройствам. Обычно сети доступа предоставляют полный набор функциональных возможностей для установки, управления и поддержания радиосвязи с устройствами.
Опорная сеть обеспечивает механизмы, не зависящие от доступа, например аутентификацию, авторизацию и учет (AAA, Authentication, Authorization and Accounting) устройств и/или абонентов, мобильность между сетями доступа, а также маршрутизацию между сетями доступа и внешними сетями передачи данных.
Консорциум 3GPP определяет различные сети доступа для осуществления доступа к опорной сети 3GPP, например GSM, UMTS, HSPA, LTE, LTE-A, а в ближайшем будущем - сеть доступа поколения 5G. Эти сети разработаны специально для работы под управлением опорной сети 3GPP. Механизмы безопасности опорной сети поддерживаются соответствующими базовыми станциями, при этом они настраиваются и обслуживаются оператором опорной сети или доверенной третьей стороной. Благодаря этому сеть 3GPP-доступа может быть доверенной для опорной сети.
Кроме того, опорная сеть 3GPP настроена на поддержку сетей доступа, которые не могут настраиваться и поддерживаться каким-либо доверенным оператором, а также могут находиться за пределами домена этого оператора. Эти технологии доступа обобщенно называются не соответствующим 3GPP доступом (N3GPP, Non-3GPP), они также могут называться недоверенным N3GPP-доступом, если между опорной сетью и сетью доступа нет доверительных отношений.
На фиг. 1 показаны сетевые элементы, предоставляющие устройству UE доступ к сети CN с использованием технологии 3GPP-доступа ((R)AN), при этом устройство UE дополнительно подключено к сети CN с не соответствующим 3GPP доступом (с N3GPP-доступом, например, по сети WLAN). Сеть WLAN является недоверенным узлом, поэтому сама сеть WLAN подключается к функции не соответствующего 3GPP межсетевого взаимодействия (N3IWF, Non-3GPP Interworking Function), которая может обслуживать несколько недоверенных не соответствующих 3GPP сетей доступа (на фиг. 1 показана только одна из них). Функция N3IWF представляет собой устройство, поддерживаемое оператором и поэтому являющееся доверенным.
Для доступа устройства UE к базовой сети через недоверенный N3GPP-доступ, например, сеть WLAN, не соответствующий 3GPP доступ к опорной сети поколения 5G требует реализации следующих функций.
Устройство UE получает возможность установления IP-соединения от точки доступа WLAN и выполняет выбор функции N3IWF.
После этого устройство UE устанавливает ассоциацию безопасности с выбранной функцией N3IWF, используя предварительно определенные совместно используемые секретные данные с универсальной карты с интегральной схемой (UICC, Universal Integrated Circuit Card) устройства UE. Функция N3IWF выбирает соответствующую функцию AMF, запрашивает аутентификацию устройства UE или его соответствующего абонента и получает учетные данные безопасности. Эти учетные данные являются равноправными с данными, генерируемыми картой UICC, и создающими основу для ассоциации безопасности с устройством UE. Устройство UE и функция N3IWF устанавливают туннель по интернет-протоколу безопасности (IPsec), чтобы устройство UE могло безопасно связываться с функцией N3IWF через недоверенную сеть WLAN.
Для настройки туннеля IPsec функция N3IWF выделяет устройству UE второй IP-адрес из локального адресного пространства функции N3IWF - внутренний IP-адрес. Кроме того, устройству UE сообщается IP-адрес получателя из того же адресного пространства, которому устройство UE адресует управляющие сообщения для сети CN, т.е. его функции AMF - так называемый адрес NAS_IP_ADDRESS. Функция N3IWF использует адрес NAS_IP_ADDRESS в качестве адреса отправителя, а внутренний IP-адрес устройства UE в качестве адреса получателя для передачи сигналов слоя, не связанного с доступом (NAS, Non-Access Stratum) через туннель IPSec.
После установления туннеля IPsec между устройством UE и функцией N3IWF, а также интерфейса между функциями N3IWF и AMF, устройство UE имеет маршрут, определяющий его логическое подключение к функции AMF.
Далее устройство UE может запрашивать установку соединений с сетью передачи данных (DN, Data Network) через функции UPF по недоверенной сети WLAN. Для этой цели настраиваются сеансы PDU через сеть WLAN и функции N3IWF, при этом для первого и всех последующих таких сеансов PDU устройству UE сообщается второй IP-адрес получателя из локального адресного пространства функции N3IWF, используемый устройством UE для адресации пользовательских данных.
Устройства UE могут использовать любой N3GPP-доступ, обеспечивающий соединение с функцией N3IWF доступной операторской сети (PLMN) для подключения к этой сети. Типичными примерами являются точки активного доступа (hotspots) частной или общедоступной сети WLAN, обеспечивающие открытый доступ к Интернету. Устройство UE может получать доступ к Интернету, через Интернет - к функции N3IWF и, таким образом, устанавливать безопасное подключение к сети CN.
Одним из следствий гибкости доступа к сети N3GPP является то, что сеть CN не знает о местоположении устройства UE или узла доступа к сети N3GPP, например, точки доступа сети WLAN. Устройство UE, имеющее доступ к сети CN, может находиться в домашнем регионе и быть подключено к частной точке доступа WLAN пользователя или оно может находиться в зоне активного доступа отеля в другой стране. Устройство UE может быть параллельно подключено к сети CN с 3GPP-доступом, т.е. к сети CN той же сети PLMN, что и сеть с N3GPP-доступом, или другой сети PLMN.
Поскольку беспроводные точки доступа, например, сети WLAN, не контролируются оператором сети PLMN, у них нет постоянного местоположения и они не предоставляют информацию о зоне отслеживания (TA) или об идентификаторе соты подключенному устройству UE, указывающую на его местоположение. Поэтому сеть CN поколения 5G назначает одну зону TA всем сетям с N3GPP-доступом. Эта зона TA позволяет отличать их от сетей 3GPP, но не предоставляет никакой значимой информации о местоположении устройства.
Несмотря на то, что существуют средства определения местоположения устройства по его глобально маршрутизируемому IP-адресу, эти средства не являются ни надежными, ни точными. Обычно они приводят к местоположению точки доступа к Интернету поставщика услуг Интернета (ISP, Internet Service Provider), а не к местоположению устройства из-за преобразования сетевых адресов, выполняемого в сети ISP.
Консорциум 3GPP определил функцию для систем предупреждения населения (PWS, Public Warning Systems), служащую основой для нескольких региональных систем предупреждения. Система PWS обеспечивает поддержку японской системы предупреждения о землетрясениях и цунами (ETWS, Earthquake and Tsunami Warning System), коммерческой мобильной системы оповещения (CMAS, Commercial Mobile Alert System) США и европейской системы оповещения EU-alert. Отправитель предупреждающих сообщений за пределы сети CN оператора предоставляет сети CN предупреждающее сообщение и определяет территорию оповещения. В настоящее время такое сообщение ограничено по размеру (90 или 316 символов) и обычно содержит описание события, категорию предупреждения, территорию воздействия, рекомендуемые действия, время истечения срока действия предупреждения и организацию, передающую сообщение.
По территории оповещения формируется список зон ТА и/или сот (идентификаторов сот), в которых должны распространяться эти предупреждающие сообщения. Транспорт для этих сообщений использует механизмы широковещательной передачи соответствующей соты. В системах поколений 2G и 3G в качестве транспорта используется функция широковещательной передачи (cell broadcast), в системах LTE используется аналогичный специальный механизм распространения на основе широковещательной передачи без подтверждения для всех устройств UE, способных принимать соответствующие широковещательные сообщения.
В системе LTE предупреждающие сообщения передаются в составе системной информации, широковещательно распространяемой в каждой соте. Устройства UE информируются о новых предупреждающих сообщениях через пейджинговые сообщения, аналогичные уведомлению об изменении системной информации, ранее описанному в этом документе. Устройства UE, находящиеся в соте, слушают пейджинговые сообщения о запросах сети CN на подключение к сети для получения уведомлений об изменении системной информации и для получения предупреждающих сообщений в соответствии со своим индивидуальным циклом пейджинга. Операторы системы PWS должны поддерживать пользователей и устройства UE в роуминге.
Категория предупреждений указывается глобально, чтобы обеспечить уникальное и определенное поведение мобильного устройства. Пользователи могут иметь возможность вручную отказаться от получения предупреждений какой-либо категории в зависимости от реализации устройства и местного законодательства. Например, «Presidential Alert» (президентское предупреждение) системы CMAS нельзя выбирать, а «Extreme Alerts with Severity of Extreme, Urgency of Immediate, and Certainty of Observed» (предупреждение о чрезвычайной ситуации максимальной важности, максимальной срочности и полной достоверности) системы CMAS можно выбирать. Предупреждения, полученные устройством UE, должны немедленно доводиться до сведения пользователя, т.е. отображаться на дисплее, однако они не должны прерывать текущие аудио- или видеосеансы связи.
Известны системы реализации предупреждающих сообщений на основе серверов и дополнительных приложений, работающих на мобильном устройстве. Предупреждающие сообщения принимаются от отправителей предупреждающих сообщений и доставляются с сервера по выделенному IP-соединению с каждым устройством (т.е. по соединению между сервером и каждым устройством), зарегистрированным в одной или нескольких представляющих интерес территориях, составляющих территорию оповещения. Эти приложения обычно используют механизмы push-уведомлений экосистемы мобильного устройства для его оповещения. Приложение может информировать пользователя в соответствии с текущим состоянием устройства, настройками приложения и состоянием человеко-машинного интерфейса этого устройства.
В документе US 20140273909 описан способ, позволяющий предотвращать переключение устройства UE с сети, поддерживающей доставку предупреждающих сообщений системы PWS, например сотовой сети мобильной связи, на сеть, не поддерживающую доставку сообщений системы PWS, например, на сеть N3GPP, на заранее заданное время после получения сообщения системы PWS. Этот способ позволяет принимать дополнительные предупреждающие сообщения системы PWS, поступление которых ожидается за первым сообщением, путем предотвращения переключения на сеть N3GPP или, в альтернативном варианте, подключаясь к сети N3GPP, но сохраняя и соединение с сотовой сетью для приема сообщений системы PWS.
Описанные способы устраняют некоторые недостатки предшествующего уровня техники, предотвращая подключение к сети N3GPP, тогда как настоящее изобретение позволяет сетям N3GPP поддерживать требуемую услугу.
В документе EP 1798898 A1 описан способ выбора точки радиодоступа из множества точек доступа, способных поддерживать различные технологии радиодоступа, например WLAN и UMTS. Управляющий объект на стороне сети может решать, какая из множества точек доступа должна использоваться для передачи устройству UE.
Система PWS согласно 3GPP позволяет безопасно предупреждать пользователей поддерживающих ее устройств в сети PLMN, даже устройств, не имеющих активной регистрации или подписки в этой сети PLMN. Тем не менее, сообщения системы PWS не работают по технологиям N3GPP-доступа. Ни широковещательные механизмы для эффективной доставки предупреждающих сообщений, ни механизмы определения местоположения для правильного выбора территории оповещения и доставки для нее предупреждающих сообщений при этом не доступны.
Тем не менее, рост числа общедоступных зон активного доступа и их использование для подключения к сети 3GPP приводят к потребности в системах PWS с N3GPP-доступом, особенно по сети WLAN.
Приложения OTT (Over the Top) предоставляют механизм предупреждения, который можно использовать через общедоступные активные зоны доступа и сети WLAN, но их использование является добровольным, не подлежит регулированию и требует от пользователя установки и поддержания в рабочем состоянии приложения на своем устройстве. Кроме того, эти механизмы работают только на интеллектуальных устройствах, способных выполнять такие приложения, в то время как другие типы устройств UE, например простые телефоны, машины и датчики, оказываются за границами таких функций.
В результате отсутствует система PWS, способная работать с N3GPP-доступом, но контролируемая сетью оператора и пригодная для использования широким спектром мобильных устройств.
В документе US 20170289883 A1 описан способ передачи управления установленным сеансом связи аварийно-спасательных служб из сотовой сети 3GPP с беспроводным доступом в не соответствующую 3GPP сеть с беспроводным доступом. В этом документе не приводятся данные о передаче сообщений системы PWS без установления сеанса связи аварийно-спасательных служб, а установление сеанса аварийно-спасательных служб для передачи таких сообщений системы PWS было бы нерациональным.
Раскрытие изобретения
В данном изобретении термины «функция опорной сети» и «объект опорной сети» в основном используются как синонимы. Термин «функция опорной сети» отражает особенности нового языка стандарта 5G, рассматривающего функции, которые могут выполняться разнообразными реальными объектами сети. Функции опорной сети могут, например, выполняться сервером, предоставляющим виртуальную машину с целью виртуализации сетевых объектов для аутентификации и регистрации, для доступа к базе данных абонентов или для управления широковещательной доставкой. Термин «объект опорной сети» используется в прежних стандартах, где основные функции, подобные упомянутым выше, могут быть явным образом связаны с объектом, например «объект управления мобильностью». В данном изобретении эти термины используются как взаимозаменяемые, поскольку они относятся к функциям, выполняемым любым физическим объектом опорной сети.
В настоящем изобретении реализован способ, обеспечивающий доставку сообщений системы PWS устройству UE по не соответствующей 3GPP радиосети и включающий в себя установление в соответствии с безопасным интернет-протоколом (IPSec) туннельного соединения между устройством UE и функцией N3IWF в соответствии с технологией радиодоступа N3GPP, запрашивание у первого объекта сети CN предоставления сообщений системы PWS и предоставление первому объекту сети CN информации о местоположении устройства UE.
Устройство UE может получать доступ к сети CN первой сети PLMN через сеть N3GPP и функцию N3IWF. Устройство UE, настроив туннель IPSec к функции N3IWF, запрашивает у объекта сети CN доставку с N3GPP-доступом предупреждающих сообщений (например, самих предупреждающих сообщений или уведомлений об ожидаемых предупреждающих сообщениях), предоставляемых отправителем предупреждающих сообщений. Устройство UE информирует объект сети CN о своем местонахождении путем сообщения идентификатора соты и/или зоны TA соты, в которой устройство UE получило сигналы с N3GPP-доступом, путем сообщения географического положения устройства UE, путем подписки в объекте сети CN на группу, которой объект сети CN рассылает предупреждающие сообщения на основе территории оповещения, относящейся к этой группе, или путем подписки в объекте сети CN на группу, которой предупреждающие сообщения рассылаются объектом сети CN, определяющим местоположение устройства UE на основе информации, полученной при подключении устройства UE к объекту сети CN (например, на основе IP-адреса).
Таким объектом сети CN может быть функция N3IWF, использующая механизмы многоадресной IP-рассылки конкретного отправителя (SSM, Source Specific IP Multicast) для доставки предупреждающих сообщений. Функция N3IWF передает устройству UE через туннель IPSec предупреждающие сообщения, адресуемые на адрес многоадресной рассылки, при этом предупреждающие сообщения содержат адрес отправителя, относящийся к территории, включающей в себя территорию оповещения для этих предупреждающих сообщений. В этом случае устройство UE подписывается в функции N3IWF на специальный канал многоадресной рассылки (MC, MultiCast) (канал - это адрес отправителя и получателя рассылки MC) предупреждающих сообщений для территории, на которой находится устройство UE.
В альтернативном варианте функция N3IWF может использовать механизмы многоадресной IP-рассылки любого отправителя (ASM, Any Source Multicast) для доставки предупреждающих сообщений. Функция N3IWF передает устройству UE через туннель IPSec предупреждающие сообщения, адресуемые на адрес многоадресной рассылки для территории, включающей в себя территорию оповещения для этих предупреждающих сообщений. В этом случае устройство UE подписывается в функции N3IWF на специальную группу многоадресной рассылки (группа - это адрес получателя рассылки MC) предупреждающих сообщений для территории, на которой находится устройство UE.
Функция N3IWF может подписываться в другом объекте сети CN (функции NEF) на услугу (этого объекта) по доставке предупреждающих сообщений, соответствующих местоположению данного устройства UE, если она еще не подписана. Другими словами, функция N3IWF может подписываться на другом объекте сети CN на услугу (этого объекта) по доставке предупреждающих сообщений, соответствующих местоположению по меньшей мере одного устройства UE, обслуживаемого функцией N3IWF.
Таким объектом сети CN может быть функция AMF, подписывающая устройство UE в функции N3IWF на канал многоадресной рассылки или на группу многоадресной рассылки предупреждающих сообщений для территории, на которой находится устройство UE, а также подписывающая функцию N3IWF в объекте сети CN (функции NEF) на тот же канал или группу MC, если она еще не подписана, или подписывающая функцию N3IWF в объекте сети CN (функции NEF) на услугу по доставке предупреждающих сообщений, соответствующих каналу или группе MC (если она еще не подписана), при этом функция AMF опционально сохраняет ассоциацию между функцией N3IWF и/или устройством UE и услугой системы PWS, а также соответствующей территорией оповещения или местоположением устройства UE (примечание: хранение не является предпочтительным, но представляет собой один из вариантов - см. варианты осуществления изобретения).
Функция AMF может информировать устройство UE об одной или нескольких группах MC или каналах MC, которые устройство UE должно принимать (или прослушивать) от функции N3IWF, чтобы получать запрашиваемые предупреждающие сообщения, а объект сети CN (функция NEF) может доставлять для функции N3IWF предупреждающие сообщения, соответствующие конкретному местоположению, если хотя бы одно устройство UE проявило интерес к услуге системы PWS для этого местоположения. Одно предупреждающее сообщение (возможно, повторяющееся несколько раз) передается функции N3IWF для всех устройств UE, подключенных через функцию N3IWF (т.е. для многоадресной рассылки). Функция N3IWF доставляет предупреждающие сообщения устройствам UE, подписанным на группу или канал, соответствующий этому предупреждающему сообщению (соответствующей территории оповещения). Передаваемые функцией N3IWF сообщения адресуются группе и доставляются устройству UE по соединению «точка-точка» через защищенный туннель, установленный между устройством UE и функцией N3IWF.
Объект сети CN может быть новым объектом, предназначенным для системы PWS, или уже существующей функцией сети CN с функциональными возможностями, расширенными путем включения в них функций системы PWS. Несмотря на то, что реализация новых функций системы PWS в функциях N3IWF или AMF была бы полезной, не исключена реализация новых функций системы PWS в новом объекте сети CN или расширение возможностей существующего объекта, отличного от функций N3IWF или AMF.
Сообщения, соответствующие сообщениям, описанным в приведенных выше разделах, должны передаваться между объектом системы PWS и функцией N3IWF или AMF в любой комбинации.
Объект сети CN (функция N3IWF или AMF) предпочтительно информирует устройство UE при регистрации с N3GPP-доступом о том, поддерживается ли система PWS при N3GPP-доступе и поддерживается ли система PWS для местоположения, в котором находится устройство UE. Устройство UE принимает широковещательную информацию в сети с 3GPP-доступом для получения предупреждающего сообщения системы PWS в случае, если не поддерживается работа с системой PWS с N3GPP-доступом или не поддерживается работа с системой PWS для местоположения, в котором находится устройство UE.
Устройство UE может получать доступ к сети CN через N3GPP-доступ и функцию N3IWF, при этом устройство UE сообщает функции N3IWF о своем интересе и способности получать предупреждающее сообщение системы PWS по протоколу управления группами в Интернете (IGMP, Internet Group Management Protocol), т.е. путем подписки на группу MC или канал MC, соответствующий предупреждающим сообщениям в местоположении устройства UE; либо устройство UE в явном виде предоставляет данные о своем местоположении функции N3IWF, указывая географическое положение или IP-адрес (с использованием которого устройство UE соединяется с функцией N3IWF); либо устройство UE сообщает функции N3IWF идентификатор сети PLMN, код своей страны для мобильной связи и/или зону TA и/или идентификатор соты, принятые по сети с 3GPP-доступом, например, путем предоставления информации в явном виде или путем подписки на группу, специально предназначенную для территории, включающей в себя данную страну, сеть PLMN, зону TA и/или идентификатор соты.
В альтернативном варианте устройство UE может сообщать функции AMF (например, во время регистрации) о своем интересе и способности принимать предупреждающие сообщения системы PWS, при этом устройство UE информирует функцию AMF о своем местоположении, указывая географическое положение или сеть PLMN, страну, зону TA или идентификатор соты, которые могут находиться за пределами общей зоны покрытия сети PLMN для данной функции AMF, и функция AMF подписывает устройство UE в функции N3IWF на одну или несколько групп или каналов MC, соответствующих предупреждениям в месте нахождения устройства UE.
Устройство UE может находиться в общей зоне покрытия второй сети PLMN, т.е. на территории сети PLMN, но вне зоны покрытия для 3GPP-доступа, и может быть подключено к первой сети PLMN с N3GPP-доступом, например, в подвале или в большом доме или в «белом пятне» второй сети PLMN. Предупреждающее сообщение, принятое устройством UE, содержит информацию о территории оповещения для этого предупреждения, а устройство UE определяет на основе этой информации и своего собственного местоположения, должно ли обрабатываться предупреждающее сообщение, например, следует ли уведомлять пользователя устройства UE.
Устройство UE может принимать от функции N3IWF или AMF информацию о том, поддерживается ли работа системы PWS с использованием функции N3IWF в сети CN и поддерживается ли работа системы PWS с использованием функции N3IWF на территории, включающей в себя местоположение устройства UE, а также может прослушивать широковещательную передачу предупреждающих сообщений в сети с 3GPP-доступом, если работа системы PWS не поддерживается в данной сети CN.
Если работа системы PWS не поддерживается в сети CN, устройство UE может отменить регистрацию в функции AMF, чтобы подключиться к сети PLMN, отличной от сети PLMN данной функции AMF. Первая сеть PLMN (например, домашняя сеть) принимает от устройства UE через функцию N3IWF запрос на доставку предупреждающих сообщений для территории оповещения, на которой находится устройство UE, при этом устройство UE находится в общей зоне покрытия второй сети PLMN (например, гостевой сети), которая географически не перекрывается с первой сетью PLMN. Тогда первая сеть PLMN передает во вторую сеть PLMN запрос на доставку соответствующих предупреждающих сообщений и этот запрос содержит информацию о местоположении на территории оповещения для запрашиваемых предупреждающих сообщений. Первая сеть PLMN принимает подтверждение запроса, информирующее о том, что вторая сеть PLMN пересылает запрашиваемое предупреждающее сообщение в первую сеть PLMN, а первая сеть PLMN подтверждает устройству UE доставку запрашиваемых предупреждающих сообщений (если такие предупреждающие сообщения приняты).
Краткое описание чертежей
Далее, лишь в качестве примера, описаны предпочтительные варианты осуществления изобретения со ссылкой на приложенные чертежи.
На фиг. 1 представлена схема упрощенной опорной сети поколения 5G.
На фиг. 2 представлена упрощенная архитектура сети CN в случае роуминга.
На фиг. 3 представлена схема передачи сообщений для реализации доставки сообщений системы PWS.
На фиг. 4 представлена другая схема передачи сообщений для второго варианта осуществления изобретения.
На фиг. 5 представлена еще одна схема передачи сообщений для третьего варианта осуществления изобретения.
Осуществление изобретения
Общая архитектура опорной сети поколения 5G, обеспечивающей 3GPP-доступ и N3GPP-доступ для устройства UE, была описана выше.
На фиг. 2 дополнительно показана упрощенная архитектура сети CN в случае роуминга, т.е. в случае, когда абонент осуществляет доступ к сети CN, не являющейся его домашней сетью PLMN. Устройство UE регистрируется в функции AMF гостевой сети аналогично тому, как было описано выше, но для аутентификации функция AMF связывается с домашней сетью. Функция UDM и функция сервера аутентификации (AUSF, Authentication Server Function) в домашней сети аутентифицируют устройство UE и создают контекст безопасности, передаваемый функции AMF в гостевой сети.
Согласно новой архитектуре сети CN поколения 5G, устройство UE может одновременно с 3GPP-доступом к гостевой сети PLMN получать N3GPP-доступ к домашней сети PLMN, например, по сети WLAN через Интернет. Затем предоставляется N3GPP-доступ через функцию N3IWF домашней сети PLMN, при этом происходит вторая регистрация в функции AMF в домашней сети PLMN.
Первый вариант осуществления изобретения основан на общей архитектуре согласно фиг. 2, т.е. предполагается, что устройство UE находится в месте, где оно не может иметь 3GPP-доступа к своей домашней сети PLMN. Устройство UE может находиться в зоне общего покрытия гостевой сети PLMN, но не быть зарегистрированным в гостевой сети PLMN. На фиг. 2 соединение с сетью RAN и гостевой сетью PLMN показано пунктирными линиями, поскольку предполагается, что регистрация в гостевой сети PLMN отсутствует, но в некоторых вариантах осуществления изобретения устройство UE может принимать информацию из гостевой сети.
Первый вариант осуществления изобретения в виде схемы передачи сообщений показан на фиг. 3. Сначала устройство UE подключается, например, по сети WLAN, к недоверенной сети с N3GPP-доступом и получает локальный IP-адрес. Сеть WLAN предоставляет доступ к глобальной сети, например, к Интернету, и устройство UE подключается к функции N3IWF своей домашней сети PLMN. Оно устанавливает ассоциацию безопасности с функцией N3IWF, чтобы в дальнейшем использовать туннель IPSec для безопасного обмена данными между устройством UE и функцией N3IWF. Устройство UE получает от функции N3IWF внутренний IP-адрес и IP-адрес, предназначенный для адресации сообщений сигнализации сети CN, т.е. сообщений, передаваемых в направлении к функции AMF и от нее. Устройство UE регистрируется в выбранной функции AMF домашней сети PLMN, что может включать в себя аутентификацию с помощью функции AUSF и/или устройства UDM в домашней сети PLMN.
Согласно одному аспекту настоящего изобретения, устройство UE также получает от функции N3IWF IP-адрес PWS_IP_ADDRESS для адресации сообщений, относящихся к системе PWS. Устройство UE сохраняет этот адрес и во время или после регистрации в сети PLMN подписывается на события системы PWS в функции N3IWF. Сообщения этой подписки могут адресоваться с использованием адреса PWS_IP_ADDRESS, чтобы их можно было однозначно отличать в функции N3IWK от сообщений слоя NAS или пользовательских данных. Подписка может выполняться с использованием протокола IGMP, как описано в документе IETF RFC 3376. В альтернативном варианте можно использовать любую другую структуру и формат сообщений для информирования функции N3IWF о том, что устройство UE запрашивает доставку предупреждающих сообщений системы PWS через связанный с устройством UE туннель IPSec.
В случае использования протокола IGMP сообщение о подписке может иметь формат отчета об изменении состояния протокола IGMP. Это сообщение содержит информацию фильтра о том, какие предупреждающие сообщения релевантны для данного устройства UE, т.е. уровень оповещения или приоритет оповещения, и информацию, относящуюся к территории оповещения, релевантной для данного устройства UE. В качестве информации фильтра может использоваться группа многоадресной рассылки, на которую подписано устройство UE, так что для каждой территории оповещения существует одна группа многоадресной рассылки, т.е. один IP-адрес получателя многоадресной рассылки для каждой территории оповещения, на которую может подписываться устройство UE. В альтернативном варианте используется многоадресная рассылка конкретного отправителя и для каждой территории оповещения существует один канал многоадресной рассылки, например, одна пара IP-адресов отправителя и получателя многоадресной рассылки.
Следует отметить, что информация фильтра, предоставленная функцией N3IWF, может не полностью охватывать территорию оповещения, представляющую интерес для устройства UE. Можно предвидеть, что устройство UE подписывается на предупреждающие сообщения, относящиеся к большой территории, например к стране, в которой находится устройство UE, и предупреждающие сообщения, принимаемые устройством UE, дополнительно фильтруются с точки зрения местной релевантности после их приема.
Одним из примеров информации фильтра на основе групп многоадресной рассылки является одна группа на релевантную страну, другим примером может быть одна группа на штат для территорий оповещения в пределах домашней сети PLMN (при условии, что это федеральный штат) и одна группа на страну для стран за пределами домашней сети PLMN.
Одним из примеров информации фильтра на основе каналов многоадресной рассылки является один адрес получателя многоадресной рассылки на страну и один адрес отправителя многоадресной рассылки на регион внутри страны. Другим примером является один адрес получателя многоадресной рассылки для услуг системы PWS в целом и один адрес отправителя многоадресной рассылки на страну.
В этом варианте осуществления изобретения предполагается, что у устройства UE есть информация о соответствии местоположений или территорий оповещения и сохраненной информации фильтра. Эта информация может быть получена до начала описанной процедуры, например, по домашней сети PLMN при 3GPP-подключении, либо она может быть сохранена на SIM-карте или получена через Интернет.
Согласно другому аспекту данного изобретения, функция N3IWF подписывается в объекте своей сети PLMN на получение предупреждающих сообщений, на которые подписано устройство UE, если она на них не еще подписана (например, из-за запроса таких сообщений другим устройством UE в прошлом). Объектом, в котором подписывается функция N3IWF, может быть любой объект сети CN, например, функция AMF или функция UDM. В соответствии с текущей сетевой архитектурой, основные функциональные возможности для предоставления другим сетевым функциям такой информации, как возможности и события, имеются у функции NEF. Функция NEF может также связываться с аутентифицированными объектами за пределами сети PLMN для предоставления информации, полученной в пределах сети CN, или для получения информации от внешних объектов и предоставления этой информации в пределах сети CN.
Согласно другому аспекту этого изобретения, функция NEF домашней сети PLMN подписывается в функции NEF гостевой сети PLMN на предупреждающие сообщения, относящиеся к общей зоне покрытия гостевой сети PLMN. Эта функциональная возможность первой сети PLMN подписываться во второй сети PLMN на предупреждающие сообщения, относящиеся к зоне покрытия сети 3GPP-доступа второй сети PLMN, пока неизвестна. Разумеется, что она выполняется только в том случае, если первая сеть PLMN еще не подписана на предупреждающие сообщения. Эта возможность показана на фиг. 3 пунктирными линиями.
Этот аспект может быть реализован аналогичным образом, если функция NEF первой сети PLMN подписывается прямо в объекте отправителя предупреждающих уведомлений, например, эксплуатируемом полномочными органами соответствующей страны. Механизм при этом аналогичен подписке во второй сети PLMN, только этот объект не является объектом сети CN, как функция NEF.
Подписка на предупреждающие сообщения между функциями N3IWF и NEF и между двумя функциями NEF разных сетей PLMN может использовать тот же протокол, что и устройство UE при подписке в функции N3IWF, или другой протокол.
Начиная с этого момента времени (обозначенного на фиг. 3 горизонтальной штриховой линией), уведомляющий орган может передавать во вторую сеть PLMN предупреждающие сообщения. Функция NEF второй сети PLMN уведомляет первую сеть PLMN о предупреждениях, на которые подписана первая сеть PLMN. Она передает предупреждающие сообщения вместе с информацией о местоположении, содержащей территорию оповещения, которая может быть предоставлена с гораздо большей степенью детализации, чем в параметрах подписки. Например, если подписка относится к предупреждающим сообщениям в Калифорнии (США), то территория оповещения в предупреждающем сообщении может относиться к району Юнион-сквер, Сан-Франциско (США).
Таким образом, функция NEF в первой сети PLMN может фильтровать сообщения с учетом их релевантности и пересылать эти сообщения всем функциям N3IWF, подписанным на эти сообщения. Функция N3IWK может дополнительно фильтровать сообщения на основе информации о местоположении и релевантности и пересылать нужное сообщение подписанным устройствам UE в виде многоадресной IP-рассылки, т.е. передавать его по адресу получателя, подписанного на группу многоадресной рассылки, а получать его либо с адреса отправителя, на которого оформлена подписка, либо с адреса PWS_IP_ADDRESS. Предупреждающие сообщения многоадресной рассылки, несмотря на то, что они были переданы функции N3IWF как многоадресные и адресованы как многоадресные, передаются между функцией N3IWF и устройством UE (и, возможно, другими устройствами UE, принимающими те же сообщения) индивидуально по туннелю IPSec к устройству UE.
Затем устройство UE может окончательно фильтровать сообщения на основе территории оповещения, поступающей с сообщением, и известного местоположения устройства UE. Если сообщение проходит фильтр, т.е. сообщение актуально для устройства UE или его пользователя, то инициируется предупреждение. Если устройство UE является устройством пользователя с человеко-машинным интерфейсом, выдается уведомление, чтобы предупредить пользователя. В других случаях уведомление может вызывать соответствующие действия, предпринимаемые самим машинным устройством.
Второй вариант осуществления изобретения показан на фиг. 4. Он может начинаться с опционального шага, показанного на рисунке пунктирной линией и отделенного горизонтальной штриховой линией, чтобы подчеркнуть, что этот опциональный шаг может происходить в любое время до начала процедуры. Опциональный шаг предполагает, что устройство UE находится в зоне обслуживания первой сети PLMN, в которой оно может быть зарегистрировано или не зарегистрировано и которая может быть гостевой или домашней сетью PLMN. Устройство UE принимает в первой сети PLMN широковещательную информацию, содержащую информацию о местоположении, например в виде зоны отслеживания или идентификатора соты, транслирующей эту информацию. В альтернативном варианте сота транслирует идентификационную информацию территории оповещения системы PWS, актуальную для данной соты. Информация о местоположении сохраняется устройством UE.
Затем устройство UE подключается к локальной сети N3GPP и далее - к функции N3IWF второй сети PLMN. Вторая сеть PLMN может быть идентична первой сети PLMN или может быть другой сетью PLMN. На фиг. 4 эти две сети PLMN показаны как «гостевой домен» (первая сеть PLMN) и «домашний домен» (вторая сеть PLMN) лишь для облегчения восприятия и представления типичного варианта осуществления изобретения. В этом изобретении ничто не ограничивает роли этих двух сетей PLMN: они могут поменяться ролями как «домашняя» и «гостевая» или могут быть одинаковыми - обе «домашними» или обе «гостевыми».
Для регистрации устройства UE в функции AMF, которая может происходить во время или после установления ассоциации безопасности с функцией N3IWF, устройство UE передает функции AMF сообщение с запросом на регистрацию. Согласно изобретению, запрос на регистрацию может содержать информацию, указывающую на то, что устройству UE необходимо принимать предупреждающие сообщения системы PWS от сети PLMN с N3GPP-доступом. Причина может заключаться в том, что у устройства UE нарушено соединение с первой сетью PLMN, например, из-за изменения его местоположения или свойств канала, или вследствие приоритетной регистрации во второй сети PLMN, например, в своей домашней сети PLMN. В дополнение к информации, запрашивающей доставку предупреждающих сообщений системы PWS, устройство UE предоставляет информацию о местоположении, поэтому функция AMF или любой другой объект сети CN во второй сети PLMN способен определять, какие сообщения актуальны для устройства UE. Кроме того, устройство UE может предоставлять функции AMF данные о релевантности или об уровне приоритета для фильтрации предупреждающих сообщений с целью дальнейшего использования.
Информация о местоположении может быть представлена в виде зоны TA или идентификатора соты, ранее принятого по сети с 3GPP-доступом, как указано при описании опционального шага в этом варианте осуществления изобретения. В альтернативном варианте информация о местоположении может быть географическими координатами устройства UE, определяемыми устройством UE с помощью встроенных средств, например приемника GPS, или средств радиочастотной идентификации (по маякам сети WLAN и сигналам сотовой сети) или любого их сочетания.
Далее, согласно аспекту этого изобретения, функция AMF во второй сети PLMN может подписать устройство UE в функции N3IWF на соответствующую услугу доставки предупреждающих сообщений. При этом функция AMF использует идентификационные данные устройства UE, кроме того, функция AMF сообщает территорию или территории оповещения, на которые необходимо подписаться устройству UE.
Затем, если функция N3IWF еще не подписана на доставку соответствующего сообщения в соответствующем отправителе уведомлений сети PLMN, например, в функции NEF, как в первом варианте осуществления изобретения, она подписывается на эту услугу в результате подписки устройства UE на доставку предупреждающих сообщений. Затем функция NEF второй сети PLMN может подписаться на услугу первой сети PLMN, выбираемую на основе подписки на территорию оповещения функцией N3IWF.
В альтернативном варианте функция N3IWF во второй сети PLMN может быть подписана функцией AMF на соответствующую услугу в функции NEF. Иными словами, функция AMF может быть объектом, который подписывает на эту услугу устройство UE в функции N3IWF и функцию N3IWF в функции NEF. В этом альтернативном варианте может потребоваться сохранение данных о подписке функции N3IWF для услуг доставки предупреждающих сообщений, например для предотвращения избыточных подписок, в функции AMF или в любом другом объекте сети CN второй сети PLMN. В другом альтернативном варианте система гарантирует, что избыточность при подписке функции N3IWF на одну и ту же услугу не создает проблем.
До, во время или после (последнее показано на фиг. 4) подписки функции N3IWF в функции NEF функция N3IWF подтверждает подписку устройства UE в функции AMF и предоставляет адресную информацию функции AMF, которая должна использоваться устройством UE для получения от функции N3IWF предупреждающих сообщений системы PWS. Как описано в первом варианте осуществления изобретения, этой адресной информацией может быть адрес PWS_IP_ADDRESS, используемый для адресации сообщений многоадресной рассылки от функции N3IWF. Адресной информацией также может быть пара IP-адресов, определяющих канал многоадресной рассылки. Адресная информация также может отличаться от IP-адреса, если используются другие механизмы доставки сообщений, отличные от многоадресной IP-рассылки.
Наконец, функция AMF сообщает адресную информацию обратно устройству UE, например, в сообщении о подтверждении регистрации, при этом она подтверждает подписку на услугу предупреждений системы PWS. Устройство UE использует эту адресную информацию для приема, т.е. для прослушивания предупреждающих сообщений от функции N3IWF.
Доставка предупреждающих сообщений системы PWS может выполняться так же, как и в первом варианте осуществления изобретения, поэтому здесь ее описание опущено.
Третий вариант осуществления изобретения показан на фиг. 5. Он начинается аналогично второму варианту осуществления изобретения: устройство UE могло получить информацию о местоположении раньше и теперь это устройство UE подключается к локальной сети с N3GPP-доступом и к функции N3IWF своей домашней сети PLMN. Оно отправляет сообщение с запросом на регистрацию, включающее указание на то, что предупреждающие сообщения системы PWS должны доставляться устройству UE с использованием функции N3IWF и N3GPP-доступа. Это указание содержит информацию о местоположении для идентификации сообщений, относящихся к данному устройству UE.
В отличие от второго варианта осуществления изобретения, в третьем варианте предполагается, что домашняя сеть PLMN не поддерживает доставку предупреждающих сообщений системы PWS устройству UE. Причина может заключаться в том, что для данного местоположения предупреждающие сообщения недоступны для домашней сети PLMN. В этом случае функция AMF может проверять наличие предупреждающих сообщений после получения сообщения с запросом на регистрацию. Другая причина может заключаться в том, что доставка предупреждающего сообщения с использованием N3GPP-доступа вообще не поддерживается домашней сетью PLMN.
Независимо от причины, функция AMF может принять регистрацию устройства UE, но отклонить запрос на доставку предупреждающих сообщений системы PWS. Согласно данному изобретению, в случае такого отклонения устройство UE начинает поиск подходящей сети 3GPP, выбирает соту этой сети и начинает прослушивать предупреждающие сообщения, передаваемые сетью с 3GPP-доступом. Опционально функция AMF во время или после регистрации через N3GPP-доступ может предоставлять устройству UE информацию, поддерживающую устройство UE при приеме предупреждающих сообщений системы PWS через 3GPP-доступ, например информацию о планировании.
Опционально устройство UE может отменять регистрацию в домашней сети PLMN, представив в качестве причины отказ в обслуживании системы PWS, и после поиска сети и выбора соты запрашивать соединение с выбранной сотой, возможно, с последующим запросом на регистрацию (на фиг. 5 не показано).