CN102655637A - 一种移动通信***和组网方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种移动通信***，包括无线局域网和核心网，所述无线局域网包括无线局域网接入点，所述无线局域网接入点通过移动管理实体接入所述核心网。本发明还提供一种移动通信***组网方法。本发明提供的移动通信***和组网方法，无线局域网通过MME接入核心网，由MME对无线局域网的用户进行控制和管理，实现对无线局域网内用户的可管可控。

Description

一种移动通信***和组网方法
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，更具体地，涉及一种移动通信***和组网方法。
背景技术
目前广泛应用的无线通信技术主要包括3GPP(Third GenerationPartnership Project，第三代合作伙伴组织)定义的GSM(Global System forMobile Communications，全球移动通信***)/UMTS(Universal MobileTelecommunications System，通用移动通信***)/LTE(Long Term Evolution，长期演进)和IEEE定义的WLAN(Wireless Local Area Networks，无线局域网络)，3gPP体系架构和WLAN接入3GPP核心网架构是目前无线通信的主要应用形式，部署的非常广泛。
首先介绍一下3GPP接入体系中的LTE架构，LTE采用了与3G不同的空中接口技术，采用基于OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用)技术的空中接口设计。在***中采用了基于分组交换的设计思想，即使用共享信道，物理层不再提供专用信道。***支持FDD(FrequencyDivision Duplexing，频分双工)和TDD(Time Division Duplexing，时分双工)两种双工方式。同时，对传统3G(Third Generation，第三代)的网络架构进行了优化，采用扁平化的网络结构，接入网仅包含eNode B(evolved Node B，演进的节点B，简称eNB)，不再有RNC(Radio Network Controller，无线网络控制器)。
整个LTE***由核心网(Evolved Packet Core，EPC)、基站(eNodeB)和用户设备(User Equipment，UE)3部分组成。其中，EPC负责核心网部分，EPC信令处理部分称MME(Mobility Management Entity，移动管理实体)，数据处理部分称为Serving Gateway(服务网关，简称S-GW)；eNodeB负责接入网部分，也称E-UTRAN(Evolved UMTS Terrestrial Radio AccessNetwork，演进通用陆地无线接入网络)；UE指用户终端设备。
如图1所示，eNodeB与EPC通过S1接口连接；eNodeB之间通过X2接口连接；eNodeB与UE通过Uu接口连接。和UMTS相比，由于NodeB和RNC融合为网元eNodeB，所以LTE少了Iub接口。X2接口类似于Iur接口，S1接口类似于Iu接口，但有较大简化。
eNB的功能包括：RRM(Radio Resource Management，无线资源管理)功能；IP头压缩及用户数据流加密；UE附着时的MME选择；寻呼信息的调度传输；广播信息的调度传输；以及设置和提供eNB的测量等。
MME的功能包括：寻呼消息发送；安全控制；Idle(空闲)态的移动性管理；SAE承载管理；以及NAS(Non-Access Stratum，非接入层)信令的加密及完整性保护等。
S-GW的功能包括：数据的路由和传输，以及用户面数据的加密。
下面介绍一下Non-3GPP(非3GPP)接入架构，如图2所示。图2主要是针对WLAN接入3GPP核心网的形式，其通常为WLAN***和3GPP***松耦合的方案，实现WiFi(Wireless Fidelity，无线相容性认证)用户在3GPP***核心网认证和计费，通过WiFi进行接入。图2为一种典型的松耦合方式，WiFi网络通过3GPP的AAA(Authentication、Authorization andAccounting，认证授权计费)认证服务器实现鉴权，并通过蜂窝网统一的BOSS(Business & Operation Support System，业务运营支撑***)***进行计费。
采用WiFi进行热点地区数据分流，能够起到一定的数据业务分流作用，但是由于是2套不同的标准体系，存在以下问题：
1、用户体验差，通常情况下需要用户手动的选择接入的网络，很难实现业务在两个接入网间的平滑切换；
2、链路质量难以得到保证，WiFi采用的是非授权ISM(Industrial ScientificMedical，工业科学医学)频段，存在和自用WiFi、微波炉等各种设备之间的干扰；
3、多运营商同时组网困难，由于其工作频段为非授权频段，多个运营商在同一区域组网时，如果没有很好的协调统一规划，将造成相互的干扰；
4、很难做到严格的用户控制，如QoS(Quality of Service，服务质量)管理、移动性管理等，3GPP核心网并不能控制WiFi下用户的行为。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种移动通信***和组网方法，实现核心网对无线局域网用户的管理。
为了解决上述问题，本发明提供了一种移动通信***，包括无线局域网和核心网，所述无线局域网包括无线局域网接入点，所述无线局域网接入点通过移动管理实体接入所述核心网。
进一步的，上述***还可具有以下特点，所述无线局域网接入点通过S1接口或简化的S1接口或新定义接口与所述移动管理实体连接。
进一步的，上述***还可具有以下特点，所述移动管理实体基于非接入层(NAS)协议通过所述无线局域网接入点对所述无线局域网内的终端进行控制和管理。
进一步的，上述***还可具有以下特点，所述无线局域网接入点还用于透传所述移动管理实体和所述无线局域网内终端间的NAS消息。
进一步的，上述***还可具有以下特点，所述无线局域网接入点还用于直接将所述无线局域网内终端的业务数据路由至因特网；或者，将所述无线局域网内终端的业务数据直接路由至分组数据网络网关；或者，将所述无线局域网内终端的业务数据经服务网关路由至分组数据网络网关。
本发明还提供一种移动通信***组网方法，包括：无线局域网接入点通过移动管理实体接入核心网。
进一步的，上述方法还可具有以下特点，所述无线局域网接入点通过S1接口或简化的S1接口或新定义接口与所述移动管理实体连接。
进一步的，上述方法还可具有以下特点，所述方法还包括：
所述移动管理实体基于非接入层(NAS)协议通过所述无线局域网接入点对所述无线局域网内终端进行控制和管理。
进一步的，上述方法还可具有以下特点，所述方法还包括，所述无线局域网接入点透传所述移动管理实体和所述无线局域网内终端间的NAS消息。
进一步的，上述方法还可具有以下特点，所述方法还包括：
所述无线局域网接入点直接将所述无线局域网内终端的业务数据路由至因特网；或者，将所述无线局域网内终端的业务数据直接路由至分组数据网络网关；或者，将所述无线局域网内终端的业务数据经服务网关路由至分组数据网络网关。
本发明提供的移动通信***和组网方法，无线局域网通过MME接入核心网，由MME对无线局域网的用户进行控制和管理，实现对无线局域网内用户的可管可控。
附图说明
图1是LTE***网络架构；
图2是Non-3gPP接入架构；
图3是本发明给出的通信***网络架构图；
图4是本发明加入NAS层后的WIFI协议栈结构；
图5是本发明通用协议栈场景下加入NAS层的结构；
图6是本发明用户发起业务请求流程图。
具体实施方式
本发明的核心思想是：无线局域网通过MME接入EPC。
本发明提供一种移动通信***，包括无线局域网和核心网，无线局域网包括无线局域网接入点，无线局域网接入点通过MME接入核心网。
进一步地，无线局域网接入点(AP)通过S1接口或简化的S1接口或新定义的接口与MME进行连接和通讯。
进一步地，MME基于NAS协议通过无线局域网接入点对无线局域网内的终端进行控制和管理。所述无线局域网接入点还用于透传所述移动管理实体和所述无线局域网内终端间的NAS消息。
进一步地，所述无线局域网接入点还用于直接将所述无线局域网内终端的业务数据路由至因特网；或者，将所述无线局域网内终端的业务数据直接路由至分组数据网络网关；或者，将所述无线局域网内终端的业务数据经服务网关路由至分组数据网络网关。
进一步地，无线局域网的协议栈及相关技术可以基于IEEE 802.11系列、Wimax、UMTS、LTE/LTE-A等。
本发明在空口(无线局域网接入点与终端之间的无线接口)采用non-3gPP接入技术，如WIFI、Wimax或者其他无线局域网技术。
无线局域网接入点往上连接到3gPP核心网，不同于现有的WLAN接入3GPP核心网的方式(现有WLAN接入3GPP核心网的方式是直接连接到P-GW(分组数据网络网关))，无线局域网接入点与MME建立连接，该接口可以直接利用现有的S1接口协议，也可以设计新的接口协议，或者在现有S1接口协议的基础上进行简化，只实现部分控制功能。
终端通过无线局域网接入点实现与MME之间的NAS连接以及相应的NAS过程，实现对用户的可管可控。
进一步，MME在进行终端的控制过程中，可以查询和利用HSS(HomeSubscriber Server，归属用户服务器)中保存的信息。
本发明还提供一种移动通信***组网方法，包括：无线局域网接入点通过移动管理实体接入核心网。
其中，所述无线局域网接入点通过S1接口或简化的S1接口或新定义接口与所述移动管理实体连接。
其中，所述方法还包括：所述移动管理实体基于非接入层(NAS)协议通过所述无线局域网接入点对所述无线局域网内终端进行控制和管理。
其中，所述无线局域网接入点透传所述移动管理实体和所述无线局域网内终端间的NAS消息。
其中，所述方法还包括：所述无线局域网接入点直接将所述无线局域网内终端的业务数据路由至因特网；或者，将所述无线局域网内终端的业务数据直接路由至分组数据网络网关；或者，将所述无线局域网内终端的业务数据经服务网关路由至分组数据网络网关。
图3是本发明给出的网络架构图，LTE LAN AP(长期演进局域网接入点，是一种无线局域网接入点)连接EPC，具体的，LTE LAN AP与MME建立控制面连接，通过MME接入3GPP核心网(往上继续连接到HSS)，以实现用户的精密管理和控制。
对于用户面的连接，本发明对于LTE LAN AP在用户面上如何连接到EPC不做限制，因此这里有如下几种数据路由方式：
方式1：LTE LAN AP可以实现类似3GPP中的LIPA(Local IP Access，本地IP接入)功能，由本地路由到Internet(因特网)；也就是在LTE LANAP内部有一个逻辑上的L-GW(本地IP接入网关)，数据将通过L-GW路由的本地网络并可通过本地网络出去到Internet。
方式2：可以采用现有non-3GPP接入架构中的方式，LTE LAN AP直接连接到P-GW，数据直接路由到P-GW。
方式3：也可以按照3GPP接入架构的方式连接到S-GW，再由S-GW路由到P-GW。
LTE LAN AP作为接入网唯一实体，实现如下功能中的全部或者部分：
1)RRM功能，资源分配和调度；
2)IP头压缩及用户数据流加密，保证空口数据的安全性和提高传输效率；
3)UE附着时的MME选择；针对LTE LAN AP连接多个MME的场景。
4)寻呼信息的调度传输；
5)广播信息的调度传输；
6)设置和提供eNB的测量；
7)数据的发送和接收；
8)可选的，还可以实现数据路由和IP地址分配等功能。
EPC的功能主要包括用户的鉴权、移动性管理、数据和信令加密等，通过这些控制，来实现对用户的管理和控制以及精确的计费操作。具体的，上述EPC功能主要由MME实体和HSS实体来进行；
MME的功能包括：
1)LTE LAN AP与MME之间的接口连接管理，比如S1接口连接管理；
2)安全控制；
3)Idle态的移动性管理；
4)NAS过程；如业务请求过程(是否接纳该用户发起的业务)、鉴权过程，附着过程等
5)NAS信令的加密及完整性保护；
6)MME下的用户切换控制等。
上述功能，可以根据业务的特性有选择性的支持，如仅实现终端的鉴权，则MME不需要进行用户切换控制等其他功能。
HSS的功能包括：
1)移动性管理(该功能用以支持用户在CS域、PS域和IM核心域的移动)；
2)生成用户安全信息(该功能能够生成CS域、PS域和IM核心域的用户认证数据，完整性密钥和加密密钥)；
3)用户安全(HSS生成CS域、PS域和IM核心域的认证数据，完整性密钥和加密密钥后，向核心域的相关实体(即MSC/VLR，SGSN，3GPP AAAServer或CSCF)提供这些数据，完成对用户的接入进行认证；
4)用户标识处理(HSS能够提供***中用户所有标识的关系，并能惟一确定用户，确定用户的方法是：在CS域中根据IMSI和MSISDN；PS域中根据IMSI，MSISDN和IP地址；IM核心域中根据私有用户标识和公共用户标识)；
5)接入认证(HSS在收到MSC/VLR，SGSN。3GPP AAA Server或者CSCF的请求时，通过检查用户是否能够漫游到拜访地网络，对用户提供移动接入认证)；
6)业务认证(HSS不仅对MT呼叫建立和业务调用提供基本认证，还向MSC/VLR，SGSN，3GPP AAA Server和CSCF等实体提供相关的业务变更信息)。
下面以WIFI为例(指向图4中的Non-3gPP AP)说明协议栈的改变：
如图4所示，该协议栈中除PHY、MAC外，增加了NAS协议层。
图5是一个更加通用的协议栈结构，其中PHY、MAC基本是所有接入技术中必备的协议层，至于以上的RLC、PDCP和RRC则可以作为可选层次。本发明主要针对NAS层的加入，对于接入层的协议层次不做限制。
在现有的WIFI技术中，终端和AP在应用层以下仅两个协议层：PHY层和MAC层；由于WIFI对用户管理非常弱，而且可以接入到很多种不同类型的核心网，因此没有考虑核心网对用户的控制功能。
因此，为了提高网络(运营商)对用户的控制能力，需要引入一个新的协议层次，本发明借鉴3GPP中的说法，仍叫NAS层，对于WIFI AP，可以不用解读NAS中的内容，仅进行NAS信令的透传，以协助实现UE和核心网之间的控制信息交互。
相应的，AP与MME之间需要引入S1接口建立过程，在AP准备连入3GPP核心网时，通过运营商配置或者用户申请，AP与MME之间要进行S1连接建立，并且可能进行S1连接重配置和释放等过程，同时，还需要引入负载控制以及其他异常处理等过程。
当WIFI AP与MME的S1接口建立成功后，在UE接入网络的过程中，WIFI AP将为该UE选择MME并与MME协商建立针对该UE的S1承载，然后MME对该用户进行鉴权、认证操作，具体过程可参照3GPP的做法。只有MME认证通过的合法用户才能接入***。
下面是MME完成的一些具体功能，体现了对用户的管理和控制：
鉴权过程：
该过程针对发起业务请求的用户完成身份辨认和鉴定，并且确保用户所请求的业务类型是网络授权给该用户的。
接纳过程：
接纳过程的目的是判决请求的资源是否足够，并且预留相应资源。
附着过程：
一个UE或者用户，如果希望接收注册后才能提供的业务，需要在网络中进行注册。在初始附着过程，MME获取UE的移动设备标识，并向EIR(Equipment Identity Register，设备标识注册)进行查询。并且为了保证always-on的IP连接，在初始附着过程还会建立一条默认的EPS承载。
安全控制：
安全控制包括：保证不建立非授权的EPS业务，保证用户标识的保密性，保证用户数据和信令的保密性，提供信令的完整性保护。
移动性管理过程：
移动性管理功能的目的是保持跟踪某个用户的当前位置。
下面是本发明给出的***架构下一个终端触发的业务请求过程，如图6所示，包括：
1.UE通过LTE LAN AP发送NAS消息Service Request(业务请求)给MME；其中NAS消息可以包含在RRC(无线资源控制)信令中，LTE LANAP不解读UE的NAS消息；
2.LTE LAN AP透传该NAS消息给MME。该NAS消息中包含有小区的标识、终端的临时标识等信息；
3.MME对该UE进行NAS鉴权和安全性检测；
4.MME发送S1-AP(S1 Application Protocol，S1应用协议)Initial ContextSetup Request(初始上下文建立请求)给LTE LAN AP，其中包括用户面数据路由信息、EPS承载的QoS(服务质量)属性、安全相关的下文、MME信令连接标识、限制切换的小区列表。这个步骤将在空口和S1接口激活所有存在的EPS承载。
5.LTE LAN AP完成无线承载建立过程。
6.UE的上行数据可以开始传输，LTE LAN AP将根据MME确定的路由信息选择将数据转发给哪个实体。本发明中，对于LTE LAN AP在用户面上如何连接到EPC不做限制，因此这里有如下几种数据路由方式：
方式1：LTE LAN AP可以实现类似3GPP中的LIPA功能，由本地路由到Internet；也就是在LTE LAN AP内部有一个逻辑上的L-GW，数据将通过L-GW路由的本地网络并可通过本地网络出去到Internet。
方式2：可以采用现有non-3GPP接入架构中的方式，LTE LAN AP直接连接到P-GW；数据直接路由到P-GW。
方式3：也可以按照3GPP接入架构的方式连接到S-GW，再由S-GW路由到P-GW。其中，图6所示是方式3。
7.LTE LAN AP发送一个S1-AP Initial Context Setup Complete(S1-AP初始上下文建立完成)消息给MME，其中包含LTE LAN AP的地址、被接受的EPS承载标识、拒绝的EPS承载标识、S1 TEID(Tunnel End PointIdentifier，隧道终端标识)。
8.MME发送Modify Bearer Request(承载修改请求)消息给S-GW，其中包含LTE LAN AP的地址、所接受的EPS承载的下行S1 TEID，延迟的下行数据包通知请求、RAT(Radio Access Type，无线接入类型)。此时，S-GW可以开始传输下行数据包给UE了。
9.S-GW发送Modify Bearer Response(承载修改响应)消息给MME作为回应，过程结束。

Claims (10)

1.一种移动通信***，包括无线局域网和核心网，所述无线局域网包括无线局域网接入点，其特征在于，所述无线局域网接入点通过移动管理实体接入所述核心网。
2.如权利要求1所述的***，其特征在于，
所述无线局域网接入点通过S1接口或简化的S1接口或新定义接口与所述移动管理实体连接。
3.如权利要求1所述的***，其特征在于，
所述移动管理实体基于非接入层(NAS)协议通过所述无线局域网接入点对所述无线局域网内的终端进行控制和管理。
4.如权利要求3所述的***，其特征在于，
所述无线局域网接入点还用于透传所述移动管理实体和所述无线局域网内终端间的NAS消息。
5.如权利要求1至4任一所述的***，其特征在于，所述无线局域网接入点还用于直接将所述无线局域网内终端的业务数据路由至因特网；或者，将所述无线局域网内终端的业务数据直接路由至分组数据网络网关；或者，将所述无线局域网内终端的业务数据经服务网关路由至分组数据网络网关。
6.一种移动通信***组网方法，其特征在于，包括：无线局域网接入点通过移动管理实体接入核心网。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，
所述无线局域网接入点通过S1接口或简化的S1接口或新定义接口与所述移动管理实体连接。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
所述移动管理实体基于非接入层(NAS)协议通过所述无线局域网接入点对所述无线局域网内终端进行控制和管理。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括，所述无线局域网接入点透传所述移动管理实体和所述无线局域网内终端间的NAS消息。
10.如权利要求6至9任一所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
所述无线局域网接入点直接将所述无线局域网内终端的业务数据路由至因特网；或者，将所述无线局域网内终端的业务数据直接路由至分组数据网络网关；或者，将所述无线局域网内终端的业务数据经服务网关路由至分组数据网络网关。
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