CN102257851B - Gre用户平面 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及在核心网络中提供GTP移动性协议的通用控制平面。当检测到用户平面类型时，在控制平面消息报头中提供用户平面参数。所述用户平面消息指示用户平面类型。按照所指示用户平面类型来提供功能、参数和消息。因此能够提供例如不同接入网之间的更简易切换以及边缘节点中的用户平面实现的优化。
Description
技术领域
本发明涉及用户平面和控制平面，并且更具体来说，本发明涉及提供支持GTP-U用户平面和基于GRE的用户平面的更通用控制平面。
背景技术
在3GPP Rel 8中对LTE/EPC进行标准化。该***包括3GPP(第三代合作伙伴项目)以及非3GPP***接入。在核心网络中，代理移动IP(PMIP)协议以及GTP-C协议(GPRS隧穿协议-控制)能够用作移动性控制协议。当使用PMIP时，基本IP连通性通过IETF中规定的通用路由封装(GRE)隧穿在分组网关(PGW)与用户设备之间的核心网络中提供。当GTP-C用于控制时，GPRS隧穿协议-用户(GTP-U)用作用于演进分组核心(EPC)中的用户数据的隧穿的用户平面。与GTP移动性协议相比，PMIP协议提供更简单但更有限的功能性。具体来说，简化承载处理。
现有解决方案的***架构如图1所示，其中用户设备3连接到演进通用陆地无线电接入网(EUTRAN)4。该***具有提供控制平面功能性并且向信令网关(SGW)给予指令的移动性管理实体(MME)。归属用户服务器(HSS)连接到MME，并且描述网络中的许多数据库功能。分组数据网络网关(PGW)13提供用户设备3与外部网络之间的连通性。策略和计费规则功能(PCRF)6连接在PGW 13与诸如IMS、PSS等的运营商的IP服务8之间，并且负责用户设备3与运营商之间的策略和计费问题。在现有解决方案中，核心网络(CN)接口S5/S8能够是基于PMIP或GTP的。S2接口是基于PMIP的。基于PMIP的接口在图1中用虚线标记。使用PMIP术语，服务网关(SGW)12或者非3GPP接入***7充当MAG(移动接入网关)，而PGW 13充当本地移动锚点(LMA)。
当使用PMIP 16时，基本IP连通性通过IETF中规定的GRE 17隧穿在PGW与SGW/接入网之间的核心网络中提供。当GTP-C 14用于控制时，GTP-U 15用作用于EPC中的用户数据的隧穿的用户平面。近来，在3GPP中，GTP规范已经分为两个规范-一个用于GTP控制平面(3GPP TS 29.274)以及一个用于GTP用户平面(3GPP TS29.281)。基于PMIP 16的接口的情况是，控制平面在3GPP TS 29.275和IETF RFC 5213中规定，而用户平面在IETF草案“GRE Key Optionfor Proxy Mobile IPv6”(draft-muhanna-netlmm-grekey-option-02，制订中)中规定，如图2所示。
随着3GPP和IETF的最近发展，GRE用户平面(以及PMIP)越来越与GTP对准，并且其功能现在相当相似。GRE用户平面与GTP-U之间的差别如下表1所示。差别在于服务质量(QoS)和承载处理方面，以及用户平面和控制平面的传输IP寻址。
表1
随着现有解决方案中的控制和用户平面的紧密结合(tightcoupling)，在基于PMIP与基于GTP的接口之间进行切换(HO)时可能有问题。需要不同参数之间的映射。当用户设备从基于GTP的接口改变到基于PMIP的接口时，例如需要存在隧道端点标识符(TEID)与GRE密钥之间的映射以获得优化切换。还需要一种用于处理在GRE隧穿网络中无法处理的默认承载(GTP-U)和专用承载的选择机制。
采用支持多个用户平面的已知解决方案还存在产品问题。
发明内容
因此，本发明的一个目标是提出一种用于能够如何进行用户平面和控制平面的组合的更灵活实现和使用的机制。由于GRE和GTP U平面现在如此相似并且还伴随GTP用户平面和控制平面的分离(decoupling)，所以有可能在GTP-C中进行小修改，使得GTP-C能够成为支持GTP-U用户平面和基于GRE的用户平面的更通用控制平面。
上述目标通过在本发明的第一方面提供一种在核心网络节点中提供GTP移动性协议的通用控制平面的方法来实现。该方法包括下列步骤：
-检测用户平面类型，
-在控制平面消息中提供用户平面参数，用户平面参数指示用户平面类型，
-按照所指示的用户平面类型在控制平面消息中向另一个节点提供用户平面功能、参数和消息。
在按照本发明的方法的一个备选实施例中，用户平面参数位于控制平面消息的报头中。
在按照本发明的方法的一个备选实施例中，用户平面参数是用户平面标志UPF，UPF＝0指示GTP-U，而UPF＝1指示GRE u平面。
在按照本发明的方法的又一个备选实施例中，控制平面消息报头是GTP-C报头。
在按照本发明的方法的一个备选实施例中，用户平面参数位于控制消息的正文(body)中。
在按照本发明的方法的又一个备选实施例中，用户平面参数位于信息元素中。
在按照本发明的方法的一个备选实施例中，该方法包括提供向对等节点指示由该节点支持的用户平面类型的“版本不支持”消息的附加步骤。
在按照本发明的方法的又一个备选实施例中，TEID参数在GTP-U的情况下解释为TEID而在基于GRE的u平面的情况下解释为GRE密钥。
在按照本发明的方法的另一个备选实施例中，用户平面基于用户设备来选择，并且当连接到PGW节点的用户设备在非3GPP与3GPP接入之间移动时，分组数据网关网络节点、即PGW节点处理GTP-U和GRE u平面。
在按照本发明的方法的又一个备选实施例中，PGW节点专用于对附加GTP-U特征没有需要的用户设备。
在按照本发明的方法的又一个备选实施例中，用户设备是移动宽带用户。
在本发明的第二方面，提供一种设置成在核心网络中提供GTP移动性协议的通用控制平面的通信节点，所述节点包括处理器、存储器和通信接口，并且其中所述节点设置成
-检测用户平面类型，
-在控制平面消息报头中提供用户平面参数，用户平面参数指示用户平面类型，以及
-按照所指示的用户平面类型来提供功能、参数和消息。
附图说明
在以下详细描述中，现在参照附图将更详细地进一步描述本发明，其中
图1示出现有解决方案。
图2示意示出GTP和PMIP的用户平面。
图3示出本发明的基本概念。
图4示意示出按照本发明的网络***的一个实施例。
图5示出实现本发明的节点。
图6示出按照29.274 v1.2.0的GTP-C报头。
图7示出所提出的新GTP-C报头。
图8示出按照本发明的方法。
图9示出发信号通知的两种不同方式。
图10示出基于PMIP的接口与基于GTP的接口之间的切换。
具体实施方式
图4示出按照本发明的网络10。网络10包括到基础通信网络2的至少一个基站/节点装置1或者类似无线接入网关(例如接入点)。基站1设置成通过网络连接与用户设备3(UE)进行无线通信。基站1可包括一个或多个天线。
图5中示出实现按照本发明的解决方案的节点装置1(例如基站)。节点1可包括至少一个处理单元201、至少一个存储器单元202和至少一个通信接口203。此外，该装置包括用于接收和传送无线电信号的收发器部分208。收发器部分可包括AD/DA单元204、至少一个功率放大器205、206和207以及可选的交换机/复用器209。处理单元201设置成运行用于通信控制和数据业务的代码。它还可设置成确定哪些天线用于MIMO通信配置中。处理单元201可包括例如微处理器、数字信号处理器(DSP)、ASIC(专用集成电路)或FPGA(现场可编程门阵列)或者它们的组合。存储器单元202可包括任何适当类型的存储器(易失性和/或非易失性)，例如RAM、ROM、EEPROM、Flash和硬盘。通信接口203将节点1连接到基础网络2。本领域的技术人员应当理解，其它通信设备也可存在，取决于所使用的无线通信协议/标准的类型。应当注意，收发器部分208可按照不同方式来配置，取决于所使用的无线电技术和/或通信协议，这是本领域的技术人员理解的。
由于GRE用户平面越来越与GTP对准，所以相似性能够用于解决现有技术的一部分问题。GTP-C可通过相当小的变化来修改成一般支持GRE用户平面和基于GTP-U的用户平面，如图3所示。如上所述，与GTP协议相比，PMIP协议提供更简单的承载处理。但是，PMIP具有比GTP更有限的功能性。因此，限制GTP功能性并且在可适用情况下“使其变成”PMIP是简单的。换一种方式，即，修改PMIP而不是GTP意味着将所有缺失功能添加到PMIP，并且然后有效地将PMIP变成GTP，这将更为复杂。
某种指示可在GTP-C消息中用于指示用户平面的性质。当GTP-U由GTP-C使用时，功能和消息的完全过剩(full plethora)是有效的，而如果所使用的用户平面是GRE隧穿，则在GTP-C中有限数量的选项是有效的。例如，对于GRE用户平面，将不允许使用任意专用承载过程，“用户平面的IP地址”参数也不会有效，因为“用户平面的IP地址”将与“控制平面的IP地址”相同。但是，许多其它参数将是有效的，例如用户平面的隧道端点标识符(TEID)能够如同它用于GRE密钥一样来使用。GRE密钥和TEID按照相同方式(上行链路和下行链路)来处理，并且它们甚至具有相同的32位格式。因此，相同TEID参数能够在GTP-U的情况下解释为TEID而在基于GRE的用户平面的情况下解释为GRE密钥。
GTP-C需要一种指示所使用的是哪一种类型的用户平面的方式。本发明提出发信号通知关于用户平面类型的两种不同方式。一种可能的方式是在控制消息正文的信息元素(IE)中使用提供特定用户平面适配参数。
另一种方式是在控制消息的报头、即GTP-C报头中使用标志来指示用户平面类型。这个参数能够放入报头的空闲位中。图6示出GTPv2报头的八位位组1中的位5是空闲的。但是，迄今为止，在3GPP中对于GTPv2没有决定所有位的使用，因此该参数能够放入报头的任何空闲位中。空闲位能够用作U平面标志(UPF)，其中值0指示GTP用户平面，而值1指示GRE U平面。
UPF＝0→GTP-U
UPF＝1→GRE u平面
取决于UPF的值，GTPv2报头中的下列信息元素和所包含参数以不同方式来解释。图7示出按照本发明、具有UPF标志的GTP-C报头。这使得需要在节点中实现GTP。另外，需要仅实现一个用户平面，因为UPF指示用户平面类型，GTP-U或GRE u平面。这与要求实现两种类型的用户平面的现有技术相比是一种简化。首先，检测100用户平面类型，然后服务网关(SGW)12从移动性管理实体(MME)11接收指令101，如图8所示。SGW 11在控制消息中(在正文或报头中)提供用户平面参数102，并且按照所指示的用户平面类型、按照所接收指令来提供功能、参数和消息103。将这个信令发送给分组数据网络网关(PGW)13，并且PGW 13启动默认PDN连接。在这种情况下，用户平面没有经过MME 10，但在另一种情况下，MME 10可能是接收信号并且启动默认PDN连接的单元。这两种备选方案如图9所示。其中MME 10向SGW 11发送指令的情况用直线示出，而另一种情况用虚线示出。
一种简化对于基于PMIP的接口与基于GTP的接口之间的切换9将是可能的。例如，非3GPP 7基于PMIP的接入与基于GTP的接入之间的切换9。具有GRE u平面19的PMIP在非3GPP接入7与PGW13之间使用，而具有GRE u平面20的GTP-C在SGW 12与PGW 13之间使用。因此，在这种情况下不需要用户平面参数的映射，如在图10中看到。
通过提供在线用户平面类型协商来使节点知道其对等体支持哪一种用户平面将是有用的。这能够通过使用“版本不支持”消息来提供，该消息仅包含GTP报头，并且指示所识别UDP/IP地址上的GTP实体能够支持的最近GTP版本。相同逻辑能够用于指示支持哪一种类型的用户平面。如果节点接收到UPF标志设置为不支持的值的GTP-C消息，则该节点将向对等体发送“版本不支持”消息，其中UPF设置为支持的值。
GRE用户平面用于GTP-C能够按照不同方式来使用。其中GRE用户平面用于GTP-C是有利的一种可能情况是简化非3GPP与3GPP接入之间的切换。当连接到PGW的用户设备在非3GPP与3GPP接入之间移动时，需要一种关于如何处理具有专用承载的非3GPP与没有专用承载的3GPP之间的过渡的解决方案。该解决方案将通过具有一种用户平面来实现本发明，因为那时不需要专用承载。将需要用户平面的用户设备特定选择，并且PGW节点应当配备成通过实现本发明来处理GTP-U和GRE用户平面。
本发明的使用的第二种可能情况是优化边缘节点、即PGW中的用户平面实现的情况。在这种情况下，PGW节点仅应当处理GRE用户平面。这例如可通过使这个PGW专用于对附加GTP-U特征的没有任何需要的某种用户设备、如移动宽带用户来实现。另外，在这种情况下，该节点只需要一个所实现用户平面，这与已知解决方案相比是一种简化。
概括来说，本发明通过使用一般支持GRE用户平面和基于GTP的用户平面的经修改GTP-C，来提供不同接入网之间的更简易切换。它还提供基于一个用户平面的更简易实现，例如将标准路由器用于采用GTP-C控制平面特征增强的基于IETF的GRE用户平面。
虽然为了便于说明而已详细描述本发明，但是要理解，这种细节只是用于便于说明，并且能够由本领域的技术人员对其中进行变更，而没有背离本发明的精神和范围，不过它可由权利要求书来限制。
参考标号
1 基站/节点装置
2 通信网络
3 用户设备
4 Eutran
5 HSS
6 PCRF
7 非3GPP接入
8 运营商的IP服务
9 切换
10 网络
11 MME
12 SGW
13 PGW
14 GTP-C
15 GTP-U
16 PMIP
17 GRE
19 具有GRE U平面的GTP-C
20 具有GRE U平面的PMIP
201 处理单元
202 存储器单元
203 通信接口
204 AD/DA单元
205-207 功率放大器
208 收发器
209 交换机/复用器
缩写词
BRI 绑定撤消指示
BRA 绑定撤消确认
CN 核心网络
EPC 演进分组核心
EUTRAN 演进通用陆地无线电接入网
GRE 通用路由封装
GTP-C GPRS隧穿协议-控制
GTP-U GPRS隧穿协议-用户
HO 切换
IE 信息元素
IETF 因特网工程任务组
IP 因特网协议
LMA 本地移动性锚定
LTE 长期演进
MAG 移动接入网关
PCRF 策略和计费规则功能
PGW 分组数据网络网关
PMIP 代理移动IP
PBU 代理绑定更新
PBA 代理绑定确认
PCRF 策略和计费规则功能
PDNGW 分组数据网络网关
QoS 服务质量
SAE ***架构演进
SGW 信令网关
TEID 隧道端点标识符
UE 用户设备
3GPP 第三代合作伙伴项目
参考文献
3GPP TS 23.401
3GPP TS 23.274
3GPP TS 23.275
Claims (12)
1. 一种在核心网络节点中提供称为GTP-C的通用控制平面的方法，所述通用控制平面处于GTP移动性协议中，所述GTP-C支持GTP-U用户平面和基于GRE的用户平面，
其特征在于，所述方法包括下列步骤：
- 检测（100）用户平面类型，所述用户平面类型是所述GTP-U用户平面或所述基于GRE的用户平面，
- 在所述通用控制平面的控制平面消息中提供（102）用户平面参数，所述用户平面参数指示所述用户平面类型，
- 按照所指示的用户平面类型在所述控制平面消息中向另一个节点提供（103）用户平面功能、参数和消息。
2. 如权利要求1所述的方法，其中，所述用户平面参数位于所述控制平面消息的报头中。
3. 如权利要求2所述的方法，
其中，所述用户平面参数是用户平面标志UPF，UPF=0指示GTP-U，而UPF=1指示GRE u平面。
4. 如权利要求2或3所述的方法，
其中，所述控制平面消息报头是GTP-C报头。
5. 如权利要求1所述的方法，
其中，所述用户平面参数位于所述控制消息的正文中。
6. 如权利要求5所述的方法，
其中，所述用户平面参数位于信息元素中。
7. 如权利要求1所述的方法，
其中，所述方法包括提供向对等节点指示由所述节点支持的所述用户平面类型的“版本不支持”消息的附加步骤。
8. 如权利要求1所述的方法，
其中，TEID参数在GTP-U的情况下解释为TEID而在基于GRE的u平面的情况下解释为GRE密钥。
9. 如权利要求1-3和5-8中的任一项所述的方法，
其中，基于用户设备（3）来选择用户平面，并且当连接到分组数据网关网络节点、即PGW节点（13）的用户设备（3）在非3GPP与3GPP接入之间移动时，所述PGW节点（13）处理GTP-U和GRE u平面。
10. 如权利要求1-3和5-8中的任一项所述的方法，
其中，PGW节点（13）专用于对附加GTP-U特征没有需要的用户设备。
11. 如权利要求10所述的方法，
其中，所述用户设备是移动宽带用户。
12. 一种在电信网络中设置成当检测到用户平面类型时提供称为GTP-C的通用控制平面的通信节点（1），所述通用控制平面处于GTP移动性协议中，所述GTP-C支持GTP-U用户平面和基于GRE的用户平面，所述用户平面类型是所述GTP-U用户平面或所述基于GRE的用户平面，
所述节点包括设置成运行存储器（202）中存储的指令并且在所述通用控制平面的控制平面消息报头中提供用户平面参数的处理器（201），
所述用户平面参数指示所述用户平面类型，
所述处理器（201）设置成按照所指示的用户平面类型、通过通信接口向另一个节点提供功能、参数和消息。
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