CN101330425B - Sgsn到服务网关的隧道的建立方法 - Google Patents

Sgsn到服务网关的隧道的建立方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种SGSN到Serving GW的隧道的建立方法，包括：移动管理实体通知SGSN服务网关改变，并通知新服务网关的IP地址；SGSN向新服务网关发起建立新承载请求，其中，建立新承载请求用于请求建立用户面隧道；响应于建立新承载请求，新服务网关分配用户面隧道ID，并向SGSN返回建立新承载响应。通过使用本发明，能够保证空闲状态下Signaling Free机制的有效性。

Description

SGSN到服务网关的隧道的建立方法
技术领域
本发明涉及通信领域，并且特别地，涉及一种GPRS支持节点(Serving GPRS Support Node，SGSN)到服务网关的隧道的建立方法。
背景技术
随着全球微波接入互通(World Interoperability for MicrowaveAccess，Wimax)的快速发展，如果第三代移动通信***要保持其在移动通信领域中强大的竞争力，必须提高其网络性能并降低网络建设和运营的成本。因此，目前3GPP(3rd Generation PartnershipProject，第三代合作伙伴计划)的标准化工作组正致力于对包交换核心网(Packet Switch Core，PS Core)和全球移动通信***无线接入网(Universal Mobile Telecommunication System Radio AccessNetwork，UTRAN)演进的研究，该研究的课题称作***架构演进(System Architecture Evolution，简称SAE)，其目的是使演进的PSCore能够提供更高的传输速率和更短的传输延时、优化分组、以及支持演进的UTRAN(Evolved UTRAN，E-UTRAN)、UTRAN、无线局域网(Wireless Local Area Network，WLAN)、以及其他非3GPP的接入网络之间的移动性管理。
目前，SAE的架构如图1所示，其中包含了如下网元：
演进的无线接入网(Evolved RAN，E-RAN)：可以提供更高的上/下行速率、更低的传输延迟、以及更加可靠的无线传输。E-RAN中包含的网元是演进的节点B(Evolved NodeB，eNodeB)，其可以为用户的接入提供无线资源；
归属用户服务器(Home Subscriber Server，HSS)：用于永久地存储用户的签约数据；
分组数据网(Packet Data Network，PDN)：用于为用户提供业务；
演进的分组网(E-Packet Core)：其可以提供更低的延迟，并允许更多的无线接入***接入。其中包含以下网元：移动管理实体(Mobility Management Entity，MME)：是控制面功能实体，用于临时存储用户数据的服务器，其负责管理和存储UE上下文(比如UE/用户标识，移动性管理状态，用户安全参数等)，为用户分配临时标识，当UE驻扎在该跟踪区域或者该网络是负责对该用户进行鉴权，则处理MME和UE之间的所有非接入层消息；触发在SAE的寻呼；
服务网关(Serving GW)：该网关是一个用户面实体，负责用户面数据路由处理，终结处于闲置状态的UE的下行数据。管理和存储UE的SAE承载(bearer)上下文，比如IP承载业务参数和网络内部路由信息等。是3GPP***内部用户面的锚点，一个用户在一个时刻只能有一个Serving GW；
PDN GW：分组数据网网关，负责UE接入PDN的网关功能，是3GPP和非3GPP接入***的移动性锚点。用户在同一时刻能够接入多个PDN GW。
此外，SAE***也允许用户从传统通用移动通信***(UMTS)接入。传统UMTS中的网元服务SGSN可以接入Serving GW，此时，Serving GW是UMTS和SAE中的用户面的锚点。另外，SGSN和MME之间也存在一个接口，用于提供UMTS***中类似于SGSN之间的接口功能。
在SAE***和UMTS***同时覆盖的区域中，当处于空闲状态时，用户可以根据信号的强弱在这两个***中交替选择接入技术，由此会导致大量的空中信令。
为此，目前正在研究一种被称为Signaling free的技术，目的是当用户交替选择接入技术时，避免或者减少空口的信令。其原理是允许用户同时在SAE和UMTS***中登记，这样，当用户选择已经登记过的***时，就不用再次发起登记过程，从而减少了空中信令。
然而，当用户处于空闲状态时，由于可能改变了接入***而没有触发登记过程，所以此时核心网可能不知道用户当前处于哪个接入***中，因此，如果有下行数据到达，必须在两个***中同时进行寻呼。为了触发在UMTS中的寻呼，要求SGSN和Serving GW之间保留传递用户数据的隧道。当有下行数据到达Serving GW时，Serving GW判断用户处于空闲状态，一方面直接通知MME在SAE发起寻呼，另外可以将下行数据通过该隧道直接发送到SGSN，从而触发SGSN在UMTS发起寻呼。图2示出了该寻呼的流程。
如图2所示，该寻呼包括以下处理：
步骤201，Serving GW从已有的承载上接收下行数据包；
步骤202，Serving GW根据保存的信息判断用户目前处于空闲状态；
步骤203，Serving GW通知MME在SAE中寻呼用户；
步骤204，在MME中保存有用户当前所在跟踪区(TrackingArea，TA)列表，并且MME向这些TA所在的所有e-Node B发送寻呼请求，e-Node B在空口中寻呼用户；
步骤205，Serving GW将接收到的下行数据(可能是第一个数据包)通过已经存在的隧道发送到SGSN；
步骤206，SGSN判断用户处于空闲状态，向用户当前所在的无线网络控制器(RNC)发起寻呼请求；
步骤207，当用户收到寻呼请求之后，向当前所在的接入***返回寻呼响应，开始接入并建立承载，并且Serving GW在建立的承载上将下行数据发送到UE。
如上所述，Serving GW是一个用户面的服务网关，当用户移动的时候，MME可能依据e-Node B的位置重新选择Serving GW。而当Serving GW改变的时候，目前协议中的MME并不将该改变通知相关的SGSN，这样SGSN就无法新建到新Serving GW的隧道。因此，在空闲状态下，无法将下行数据从SGSN方发送到新的ServingGW，从而导致Signaling Free机制失效。因此，需要提供一种针对该问题的解决方案。
发明内容
考虑到上述问题而作出本发明，为此，本发明的主要目的在于提供一种SGSN到服务网关的隧道的建立方法。
根据本发明的实施例，提供了一种SGSN到服务网关的隧道的建立方法。
该方法包括：移动管理实体通知SGSN服务网关改变，并通知新服务网关的IP地址；SGSN向新服务网关发起建立新承载请求，其中，建立新承载请求用于请求建立用户面隧道；以及响应于建立新承载请求，新服务网关分配用户面隧道ID，并向SGSN返回建立新承载响应。
其中，建立新承载请求中携带有SGSN的IP地址信息和用户面隧道ID。而建立新承载响应中携带有新服务网关分配的用户面隧道ID。
此外，移动管理实体在空闲状态下的跟踪区更新过程中进行通知；或者在连接状态下的切换过程中进行通知。具体地，在用户从源移动管理实体移动到目的移动管理实体的情况下，由目的移动管理实体进行通知，或者由源移动管理实体将来自目的移动管理实体的通知转发到SGSN。并且，源移动管理实体和SGSN均支持Signaling Free机制。
另外，建立承载请求可以为更新PDP上下文请求，建立承载响应可以为更新PDP上下文响应。
通过本发明的上述技术方案，能够保证空闲状态下SignalingFree机制的有效性。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是根据相关技术的SAE架构的示意图；
图2是根据相关技术的Signaling Free技术的寻呼流程图；
图3是根据本发明实施例的SGSN到Serving GW的隧道的建立方法的流程图；
图4是根据本发明实施例的SGSN到Serving GW的隧道的建立方法的信令流程图；
图5是根据本发明实施例的SGSN到Serving GW的隧道的建立方法的处理实例1的信令流程图；
图6是根据本发明实施例的SGSN到Serving GW的隧道的建立方法的处理实例2的信令流程图；
图7是根据本发明实施例的SGSN到Serving GW的隧道的建立方法的处理实例3的信令流程图；以及
图8是根据本发明实施例的SGSN到Serving GW的隧道的建立方法的处理实例4的信令流程图。
具体实施方式
本发明实施例中提供的方案能够解决相关技术中存在的上述问题。其中，当移动管理实体(MME)发现服务网关(Serving GW)改变的时候，通知SGSN，并将新的Serving GW的地址信息告诉SGSN，这样SGSN可以建立到新Serving GW的隧道，从而使得Signaling Free机制能够有效。以下将参照附图来详细描述本发明实施例，其中，给出以下实施例以提供对本发明的全面和透彻理解，而不是对本发明进行任何限制。
在本实施例中，提供了一种SGSN到Serving GW的隧道的建立方法。
如图3所示，根据本实施例的SGSN到Serving GW的隧道的建立方法包括：步骤S302，MME通知SGSN Serving GW改变，并通知新Serving GW的IP地址(对应于图4中的步骤401)；步骤S304，SGSN向新Serving GW发起建立新承载请求，其中，建立新承载请求用于请求建立用户面隧道(对应于图4中的步骤402)；以及步骤S306，响应于建立新承载请求，新Serving GW保存相关信息(例如，SGSN的IP地址和隧道信息)，分配用户面隧道ID，并向SGSN返回建立新承载响应(对应于图4中的步骤403)。
其中，建立新承载请求中携带有SGSN的IP地址信息和用户面隧道ID。而建立新承载响应中携带有新服务网关分配的用户面隧道ID。
具体地，MME可以在空闲状态下的跟踪区(TA)更新过程中进行通知；或者在连接状态下的切换过程中进行通知。在用户从源MME移动到目的MME的情况下，由目的MME进行通知，或者由源MME将来自目的MME的通知转发到SGSN。其中，源MME和SGSN均支持Signaling Free机制(后面将对该过程进行详细描述)。
另外，建立承载请求为更新PDP上下文请求，建立承载响应为更新PDP上下文响应。
图4示出了该方法的信令流程图。图4中的步骤401、402、和403分别对应于图3中的步骤S302、步骤S304、和步骤S306，这里不再重复其描述。
通过上述处理，成功建立了SGSN到新Serving GW之间的隧道。此时，下行数据包可以从该隧道到达SGSN，并触发在UMTS中的寻呼过程，参见图2中的步骤205。
下面将参照实例来描述本发明的实施例。
实例1
在该实例中，假设空闲模式下的用户从UMTS覆盖区域移动到SAE覆盖区域，如图5所示，在这种情况下的TA更新过程中，ServingGW的改变过程的包括以下处理：
步骤501：当UE发现目前SAE信号比UMTS信号好、并且当前所在的TA没有登记过时，该UE向网络发起TA更新请求，其中带有用户原有的P-TMSI(用户临时身份标识)和上一次登记的路由区标识；eNodeB收到该请求之后，向当前TA所在的MME转发该TA更新请求，其中带有当前所在的TA标识；
步骤502：目的MME收到之后，根据上一次登记的路由区推导出用户上一次登记的SGSN，从而实现从SGSN获取用户的上下文，其中，该上下文中包含有用户原有的Serving GW；
步骤503：目的MME根据需要发起鉴权过程；
步骤504：目的MME判断是否能够继续使用原有的ServingGW，如果能够使用，则保持原有的Serving GW不变；如果不能使用，则确定选择新的Serving GW；
步骤505：在鉴权成功之后，目的MME返回SGSN上下文获取应答消息，因此，如果用户重新返回SGSN，就需要进行重新鉴权并到HSS获取数据；
步骤506：目的MME请求新的Serving GW分配资源并建立承载过程；
步骤507：目的MME向HSS请求用户数据并更新HSS中用户位置信息的过程；
步骤508：如果目的MME选择了新Serving GW，并且目的MME和源SGSN都支持Signaling Free机制，则目的MME向源SGSN发起Serving GW改变的通知消息，其中带有改变的ServingGW标识和新Serving GW的地址信息；
可选地，在步骤505中，目的MME将Serving GW改变的标识和新Serving GW的地址信息通知源SGSN，这样就不需要上述步骤508。
步骤509，源SGSN收到通知之后(该通知是步骤508或步骤505中地通知消息)，向新的Serving GW发送更新PDP上下文请求，其中带有SGSN的IP地址和分配的隧道信息；
步骤510，新的Serving GW收到请求之后，保存SGSN的IP地址以及隧道信息，分配其本身的隧道信息，并向SGSN返回更新PDP上下文响应，其中带有Serving GW分配的隧道信息(即，通过步骤509和步骤510，在源SGSN和新Serving GW之间建立了新隧道)；
步骤511：目的MME重新分配S-TMSI，并将S-TMSI重分配消息返回给UE，该返回的消息中带有S-TMSI和当前的TA；
步骤512：响应于步骤511中的返回消息，UE保存S-TMSI和当前的TA，并返回TMSI重新分配响应。
在实例1中，如果步骤504中目的MME决定继续使用原有的Serving GW，则不执行步骤508至步骤510，而直接执行步骤511和512。
实例2
在该实例中，假设空闲模式下的用户在SAE覆盖区域内移动，该实例与实例1基本类似，不同之处在于SGSN不是作为源节点。如图6所示，在这种情况下的TA更新过程中，Serving GW的改变过程包括以下处理：
步骤601：UE发现当前所在的TA未登记过，向网络发起TA更新请求消息，请求消息中带用户原有的S-TMSI和上一次登记的TA列表；eNodeB收到请求消息之后，向当前TA所在的MME转发该TA更新请求消息，并在消息中附加当前所在的TA；
步骤602：目的MME收到之后，根据上一次登记的TA推导出用户上一次登记的源MME，从而实现从SGSN获取用户的上下文，其中，该上下文中包含有用户原有的Serving GW和此时注册的SGSN的地址信息，并包含表示SGSN是否支持Signaling Free的能力的标识；
步骤603：目的MME根据需要发起鉴权过程；
步骤604：与上述步骤504类似，目的MME判断是否能够继续使用原有的Serving GW，如果能够使用，就保持原有的ServingGW不变；如果不能使用，就决定选择新的Serving GW；
步骤605：与上述步骤505类似，在鉴权成功之后，目的MME返回SGSN上下文获取应答消息，因此，如果用户重新返回SGSN，就需要进行重新鉴权并到HSS获取数据；
步骤606：与上述步骤506类似，目的MME请求新的ServingGW分配资源并建立承载过程；
步骤607：与上述步骤507类似，目的MME向HSS请求用户数据并更新HSS中用户位置信息的过程；
步骤608：如果目的MME选择了新的Serving GW，并且源MME和同时注册的SGSN都支持Signaling Free机制，则目的MME向该SGSN发起Serving GW改变的通知消息，其中带有Serving GW改变的标识和新Serving GW的地址信息，其中，SGSN的地址信息是在步骤602中从原有的MME获取的；
可选地，在步骤605中，使用上下文获取应答消息，或者用一个新的消息，目的MME将Serving GW改变的标识和新Serving GW的地址信息通知源MME；源MME收到通知之后，判断同时注册的SGSN支持Signaling Free，之后再向SGSN发起Serving GW改变的通知，该通知消息带有新的Serving GW的地址信息；
步骤609，SGSN收到通知之后，向新的Serving GW发送更新PDP上下文请求，其中，该请求中带有SGSN的IP地址和分配的隧道信息；
步骤610，新的Serving GW收到请求之后，保存SGSN的IP地址以及隧道信息，分配自己的隧道信息，并向SGSN返回更新PDP上下文响应，其中带有Serving GW分配的隧道信息(即，通过步骤609和步骤610，在源SGSN和新Serving GW之间建立了新隧道)；
步骤611：与步骤511相同，目的MME重新分配S-TMSI，并将S-TMSI重分配消息返回给UE，其中带有S-TMSI和当前的TA；
步骤612：响应于步骤611中的返回消息，UE保存S-TMSI和当前的TA，并返回TMSI重新分配响应。
类似地，在本实例中，如果步骤604中目的MME决定继续使用原有的Serving GW，则不必执行步骤608～步骤610，而直接执行步骤611和612。
实例3
图7示出了在激活模式下从UMTS到SAE的切换过程中，Serving GW改变过程的处理。如图7所示，具体包括以下步骤：
步骤701：源RNC根据信号测量，向源SGSN发起切换请求消息，该请求消息中带有目的TA的信息；
步骤702：源SGSN根据请求消息中目的TA的信息，找到目的MME，并向该MME发送切换请求，其中带有目的TA的信息和源Serving GW的位置信息；
步骤703：目的MME收到请求之后，根据目的小区的信息选择目的eNodeB，并判断原来的Serving GW能否继续使用，如果不能继续使用，则选择新的Serving GW；
步骤704：目的MME请求新的Serving GW分配承载资源；在目的Serving GW分配承载资源之后，将分配的用户面资源信息返回给MME；
步骤705：目的MME向目的eNodeB发起切换请求，并将目的Serving GW的用户名资源信息通知目的eNodeB；目的eNodeB分配承载资源和空口无线资源之后，返回目的MME切换响应消息，该响应消息中带有eNodeB分配的承载资源信息和空口无线资源信息(即，通过步骤704和步骤705，成功预留了切换目的方的资源)；
步骤706：目的MME返回源SGSN切换响应，其中带有目的eNodeB分配的空口无线资源信息；
步骤707：源SGSN向源RNC发起切换命令消息，其中带有目的eNodeB分配的空口无线资源信息；
步骤708：源RNC命令UE开始切换；
步骤709：终端根据目的eNodeB分配的空口无线资源信息，切换到目的eNodeB；
步骤710：目的eNodeB向目的MME报告切换完成消息；
步骤711：目的MME向源SGSN发送切换完成消息，该消息中带有Serving GW是否改变的指示，如果Serving GW改变，则进一步带有新Serving GW的地址信息；
可选的，Serving GW是否改变的指示以及Serving GW的地址信息也可以在步骤706中带给源SGSN。
步骤712：源SGSN返回目的MME切换完成响应消息；
步骤713：源SGSN向新的Serving GW发送更新PDP上下文请求，其中带有SGSN的IP地址和分配的隧道信息；
步骤714，新的Serving GW收到更新PDP上下文请求之后，保存SGSN的IP地址以及隧道信息，分配其本身的隧道信息，并向SGSN返回更新PDP上下文响应，该响应中带有Serving GW分配的隧道信息(即，通过步骤714和步骤715，在源SGSN和新的ServingGW之间建立了新隧道)；
步骤715：源SGSN向源RNC发起资源释放请求；
步骤716：源RNC释放相关资源之后，向源SGSN发送资源释放响应。
在本实例中，在步骤703中，如果目的MME判断继续使用原有的Serving GW，则不执行步骤713和714。
实例4
图8所示在激活模式下SAE内部切换中，Serving GW改变过程的处理。该实例与之前的实例3类似，不同之处在于SGSN不是切换的源节点。如图8所示，其具体包括以下处理：
步骤801：源eNodeB根据信号测量，向源MME发起切换请求消息，该请求消息中带有目的TA的信息；
步骤802：源MME根据请求消息中目的TA的信息，找到目的MME，然后向该MME发送切换请求，该请求中带有目的TA的信息和源Serving GW的位置信息，以及同时登记的SGSN的信息；
步骤803：目的MME收到上述切换请求之后，根据目的小区的信息选择目的eNodeB；然后判断能否继续使用原来的ServingGW，如果不能继续使用，则选择新的Serving GW；
步骤804：目的MME请求新的Serving GW分配承载资源，并且目的Serving GW分配承载资源之后，将分配的用户面资源信息返回给MME；
步骤805：目的MME向目的eNodeB发起切换请求，并将目的Serving GW的用户名资源信息通知给目的eNodeB，目的eNodeB分配承载资源和空口无线资源之后，返回目的MME切换响应消息，其中带有eNodeB分配的承载资源信息和空口无线资源信息(即，通过步骤804和步骤805，成功预留了切换目的方的资源)；
步骤806：目的MME返回源MME切换响应消息，其中带有目的eNodeB分配的空口无线资源信息；
步骤807：源MME向源eNodeB发起切换命令消息，其中带有目的eNodeB分配的空口无线资源信息；
步骤808：源eNodeB命令UE开始切换；
步骤809：终端根据目的eNodeB分配的空口无线资源信息，切换到目的eNodeB；
步骤810：目的eNodeB向目的MME发送切换完成消息；
步骤811：目的MME向源MME发送切换完成消息，该消息中带有Serving GW是否改变的指示，如果Serving GW改变，则进一步带有新Serving GW的地址信息；
可选的，Serving GW是否改变的指示以及新Serving GW的地址信息，也可以在步骤806中带给源MME。
步骤812：源MME返回目的MME切换完成响应消息；
步骤813：如果Serving GW改变，并且SGSN支持Signaling Free机制，源MME向SGSN发起通知消息，该通知消息中带有新ServingGW的地址信息。可选的，也可以由目的MME直接向SGSN发起通知消息，其中，SGSN的地址信息可以在上面的步骤802中从源MME获知；
步骤814：SGSN收到通知消息之后，向新的Serving GW发送更新PDP上下文请求，其中带有SGSN的IP地址和分配的隧道信息；
步骤815，新的Serving GW收到更新PDP上下文请求之后，保存SGSN的IP地址以及隧道信息，分配其本身的隧道信息，并向SGSN返回更新PDP上下文响应，其中带有Serving GW分配的隧道信息(即，通过步骤814和步骤815，在源SGSN和新Serving GW之间建立了新隧道)；
步骤816：源MME向源eNodeB发起资源释放请求；
步骤817：源eNodeB释放相关资源，之后向源MME发送资源释放响应；
类似地，在步骤803中，如果目的MME判断继续使用原有的Serving GW，则不必执行步骤813、814、和815。
综上所述，借助于本发明的术方案，当Serving GW改变的时候，SGSN能够重建到新Serving GW的隧道，从而能够保证空闲状态下Signaling Free机制的有效性。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种SGSN到服务网关的隧道的建立方法，其特征在于，包括：
移动管理实体通知SGSN服务网关改变，并通知新服务网关的IP地址；
所述SGSN向所述新服务网关发起建立新承载请求，其中，所述建立新承载请求用于请求建立用户面隧道；以及
响应于所述建立新承载请求，所述新服务网关分配用户面隧道ID，并向所述SGSN返回建立新承载响应。
2.根据权利要求1所述的隧道的建立方法，其特征在于，所述建立新承载请求中携带有所述SGSN的IP地址信息和所述用户面隧道ID。
3.根据权利要求1所述的隧道的建立方法，其特征在于，所述建立新承载响应中携带有所述新服务网关分配的所述用户面隧道ID。
4.根据权利要求1所述的隧道的建立方法，其特征在于，所述移动管理实体在空闲状态下的跟踪区更新过程中进行所述通知；或者在连接状态下的切换过程中进行所述通知。
5.根据权利要求4所述的隧道的建立方法，其特征在于，在用户从源移动管理实体移动到目的移动管理实体的情况下，由目的移动管理实体进行所述通知，或者由源移动管理实体将来自目的移动管理实体的所述通知转发到所述SGSN。
6.根据权利要求5所述的隧道的建立方法，其特征在于，所述源移动管理实体和所述SGSN均支持Signaling Free机制。
7.根据权利要求1所述的隧道的建立方法，其特征在于，所述建立承载请求为更新PDP上下文请求，所述建立承载响应为更新PDP上下文响应。
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