CN116438816A - 发起从用户设备进行数据传输的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及注册了非IP通信服务的用户设备UE执行应用功能。为了经由无线接入网提供应用数据，一种方法涉及接收根据非IP通信协议的寻呼消息和其后的无线链路控制RLC消息。寻呼消息和RLC消息是由与该应用功能相关联的应用服务器发起的。UE检索根据IP通信协议栈的应用服务器的网络地址，并激活IP通信协议栈的使用。然后，UE经由无线蜂窝网向核心网请求IP通信服务，根据互联网协议获得动态网络地址，并使用其动态网络地址和应用服务器的网络地址来经由无线蜂窝网使用IP通信服务向应用服务器提供应用数据。

Description

发起从用户设备进行数据传输的方法
技术领域
本发明涉及操作用户设备的方法，所述用户设备经由无线蜂窝无线电接入网向核心网注册非IP通信服务，以执行应用功能并经由无线蜂窝无线电接入网提供应用数据。本发明还涉及操作应用服务器以从用户设备取回应用数据的方法，所述用户设备经由无线蜂窝无线电接入网向核心网注册非IP通信服务。本发明还涉及执行应用功能并经由无线蜂窝无线电接入网提供应用数据的用户设备、经由无线蜂窝无线电接入网从用户设备取回应用数据的应用服务器、以及生成应用数据并从用户设备取回应用数据的布置(arrangement)，所述用户设备经由无线蜂窝无线电接入网向核心网注册非IP通信服务。最后，本发明还涉及包括可执行代码的计算机程序，所述可执行代码指示计算机的可编程处理器执行所述方法中的给定方法。
背景技术
在许多机器对机器的通信应用中，用户设备(UE)需要定期经由蜂窝无线电接入网向一个或多个远端应用服务器传输数据。
作为示例，用于电能消耗的计量表装置将与计量表装置的相应用户相关联的消耗数据传输到应用服务器。这允许对所提供的电能开具***，而不必依赖服务人员或客户执行读数。这种消耗数据传输是按应用服务器通过移动网络运营商(MNO)的网络的请求进行的。
第一种备选的已知解决方案涉及将用户设备的连接选项限制为使用固定(静态)IP地址。计量表装置于是可以在监听模式下操作，并且应用服务器可以按需获取数据。
然而，为了使用计量表装置的固定IP地址，客户的移动网络运营商(MNO)通常会向其收取额外费用。此外，如果出于某种原因不能建立连接，则应用服务器不能通知计量表装置发起连接。为了应对这个问题，已知使计量表装置与应用服务器周期性地建立连接。然而，通过安装在计量表装置中的应用来周期性地建立连接而不是应服务器的要求建立连接是不合期望的，因为这样的周期性连接可能会产生无用且因此不合期望的数据流量。
此外，在计量应用中，通常事先不知道何时要读取计量表装置。例如，诸如由于所有权或租赁状态的变化而导致的用户变化之类的事件不可能依赖于周期性计划，并且不可预测。另一方面，以足以涵盖任何事件的高频率(如每日或每周)周期性地读取会给用户和服务提供商带来额外的成本。
第二种备选的已知解决方案涉及在用户设备侧使用动态IP地址。然而，对于应用服务器来说，通常不可能确定用户设备的动态IP地址来请求发起从用户设备向应用服务器的数据传输。因此，当前，如果用户设备具有动态IP地址，并且应用服务器想要请求数据传输，则应用服务器向用户设备发送文本消息(普遍也称为SMS，“short message service”，短消息服务)作为触发。响应于接收到SMS，UE使用其动态IP地址连接到应用服务器，并传输消耗数据。
然而，SMS能力和可用性并非无处不在。例如，在实施窄带物联网(NB-IoT)通信标准的5G网络中，没有SMS能力。NB-IoT通信是低功耗广域网(LPWAN)无线电技术标准，其被标准化以使得能够使用蜂窝无线通信网络来实现大范围的机器对机器(M2M)服务。NB-IoT使用LTE(4G)标准的子集，但将带宽限制在200kHz的单个窄带内。它使用OFDM调制进行下行链路通信，并且使用SC-FDMA进行上行链路通信。因此，NB-IoT特别适合低端M2M市场，包括上面的联网计量表装置的示例。因此，所描述的使用SMS触发来请求从UE向应用服务器传输数据的解决方案在原本特别适合M2M应用(包括电子计量)使用的5G NB-IoT网络中不可用。
即使网络通常提供此项服务，SMS也可能暂时不可用。
发明内容
因此，期望使得能够在基于SMS的数据传输触发不可用的情况下或时候实现从采用动态IP地址的用户设备向应用服务器的服务器发起的数据传输。
本发明涵盖如下概述的几个方面。在第一方面，本发明涉及一种操作用户设备的方法，所述用户设备经由无线蜂窝无线电接入网向核心网注册非IP通信服务，以执行应用功能并经由无线蜂窝无线电接入网提供应用数据。根据第二方面，本发明还涉及一种操作应用服务器以从用户设备取回应用数据的方法，所述用户设备经由无线蜂窝无线电接入网向核心网注册非IP通信服务。根据第三方面，本发明还涉及一种执行应用功能并经由无线蜂窝无线电接入网提供应用数据的用户设备。在第四方面，本发明涉及一种经由无线蜂窝无线电接入网从用户设备取回应用数据的应用服务器。根据第五方面，本发明涉及一种生成应用数据并从用户设备取回应用数据的布置，所述用户设备经由无线蜂窝无线电接入网向核心网注册非IP通信服务。在第六和第七方面，本发明最后还涉及包括可执行代码的计算机程序，所述可执行代码指示计算机的可编程处理器执行所述方法中的给定方法。
下面转向本发明不同方面的更详细描述。
根据本发明的第一方面，提供了一种操作用户设备的方法，所述用户设备经由无线蜂窝无线电接入网向核心网注册非IP通信服务，以执行应用功能并经由无线蜂窝无线电接入网提供应用数据。该方法包括
-在执行应用功能时生成应用数据；
-接收根据非IP通信协议栈的寻呼消息和随后的无线链路控制RLC消息，寻呼消息和RLC消息是由与应用功能相关联的应用服务器发起的；
-从RLC消息检索(retrieve)经由无线蜂窝网使用IP通信服务从用户设备向应用服务器传输应用数据的请求；
-从RLC消息检索根据要用于IP通信服务的IP通信协议栈的网络协议层上的互联网协议的应用服务器的网络地址；
-激活IP通信协议栈的使用；
-经由无线蜂窝无线电接入网向核心网请求IP通信服务；
-从核心网获得用户设备的动态网络地址，其是根据IP通信协议栈的网络协议层上的互联网协议；以及
-使用所确定的用户设备的动态网络地址和应用服务器的网络地址，经由无线蜂窝无线电接入网使用IP通信服务向应用服务器提供应用数据。
第一方面的方法提出了一种解决方案，其使得能够经由IP通信服务实现从用户设备向应用服务器的服务器发起的应用数据传输，这可在没有SMS能力的情况下进行。特别地，该解决方案适合在如下场景中使用：使用IP通信协议栈经由5G NB IoT网络从使用动态网络地址(如动态IP地址)来接收和提供数据的用户设备执行服务器发起的数据传输。该方法涉及最初经由无线蜂窝无线电接入网使用非IP通信服务来操作用户设备。这使得能够使用寻呼以及之后的RLC消息来实现服务器发起的数据传输的触发，所述RLC消息为从用户设备请求的数据传输提供应用服务器的目标网络地址。
在接收到寻呼和相关联的RLC消息后，用户设备于是从使用非IP通信服务切换为使用IP通信服务，这是通过内部激活IP通信协议栈的使用，并经由无线蜂窝网执行与核心网的适当控制通信，以获得互联网协议下的动态网络地址。使用该动态网络地址，或者简称为动态IP地址，用户设备随后经由无线蜂窝无线电接入网建立到应用服务器的应用数据的请求传输。
因此，本发明的方法提供了异步类型的非IP/IP通信，其使得能够即时传输应用数据，传输终点是被提供为数据传输的目标地址的应用服务器。虽然该方法特别适合5G NBIoT通信标准下的使用，但不限于此类实施例。该方法广义上允许从用户设备进行服务器发起的数据传输，而不必依赖于SMS。因此，它可以在其他通信标准下使用，例如在基于SMS的触发机制不可用或不成功的情况下。
本发明的方法增强了注册为非IP装置的用户设备的操作。在注册非IP通信服务时，用户设备可以定期或周期性地作为非IP装置操作，例如使用服务控制暴露功能(SCEF)来传输其数据。然而，在接收到应用服务器发起的寻呼消息和随后的具有适当有效载荷的RLC消息后，用户设备打开到有效载荷所指示的网络地址的IP隧道。因此，用户设备执行非对称流量，即下行方向上是非IP流量而上行方向上是IP流量。这具有以下优点：上行链路流量的终点不是无线电网络运营商的域，而是直接到应用服务器，在许多应用情况下，应用服务器也是提供应用数据的用户设备的所有方。此外，不使用SMS的非IP下行链路按需触发允许用户设备以非常低的成本例如在NB IoT网络中操作。通过在没有用户设备的固定网络地址的情况下传输应用数据，并且通过避免仅仅为了避免丢失到应用服务器的基于IP的连接而施行定期流量的需要，使成本也保持较低。
接下来将描述该方法的实施例。
在一些实施例中，为了经由无线蜂窝无线电接入网向核心网注册非IP通信服务以执行应用功能，该方法还包括在接收寻呼消息之前的任何时间，
-激活用于非IP通信服务的非IP通信协议栈的使用，所述非IP通信协议栈排除(exclude)在网络协议层上使用互联网协议；以及
-经由无线蜂窝无线电接入网向核心网注册非IP通信服务。
优选地，这些步骤也在经由无线蜂窝网使用IP通信服务向应用服务器提供应用数据之后执行，以便返回到在数据传输之前执行的非IP操作。用户设备通过打开请求由PDN类型IP指示的IP连接的无线电连接来使用IP协议栈。替代地，请求非IP连接通常涉及发送包含PDN类型“非IP”的通信请求。在一些实施例中，这种PDN类型用于通过SCEF的非IP数据传送(NIDD)。
优选地，经由无线蜂窝无线电接入网向核心网注册非IP通信服务包括
-向核心网提供分组数据网络(以下称为PDN)连接请求，将PDN类型指定为非IP。
因此，请求非IP连接以进行数据传送是通过发送包含PDN类型“非IP”的通信请求来执行的，该通信请求用于通过服务控制暴露功能SCEF的非IP数据传送(NIDD)。
在另一实施例中，经由无线蜂窝网从网络请求IP通信服务包括
-使用IP通信协议栈打开到负责所述用户设备的移动性管理的核心网接入节点的连接，并请求经由无线蜂窝网提供用于从用户设备进行上行链路IP通信服务的承载信息，并请求提供动态网络地址；
-经由无线蜂窝网从核心网接入节点接收承载信息和动态网络地址。
用户设备例如通过打开请求由PDN类型“IP”指示的IP连接的无线电连接来使用IP协议栈。因此，用户设备将其通信模式和协议切换为IP模式，打开请求为PDO上下文分配动态网络地址的到核心网中的移动性管理服务器(如移动性管理实体(MME))的连接，并使用接收到的应用服务器的网络地址来通过运营商网络隧道传输应用数据。
在一些实施例中，在接收承载信息之后，向应用服务器提供应用数据适当地包括
-使用由承载信息指示的承载、以应用服务器的网络地址作为目标地址、并且使用用户设备的动态网络地址作为源地址来经由无线蜂窝网并经由分配的核心网服务网关节点向应用服务器发送应用数据。
在一些实施例中，在RCL消息中传递给用户设备的目标地址是发起寻呼消息的应用服务器的IP地址。然而，本文使用的术语“应用服务器”也涵盖具有分布式应用服务器功能的实施例。因此，要接收数据传输的应用服务器的网络地址必须是请求数据传输的应用服务器的网络地址。更具体地，在一些实施例中，在与用户设备执行的应用功能相关联的应用的运营商的控制下的第一应用服务器节点触发对所述用户设备的寻呼，并且要用于用户设备数据传输应用数据的应用服务器的所传递的网络地址是第二应用服务器节点的网络地址。
在用户设备已经具有来自最近PDP激活的动态IP地址的情况下，可以减少响应于接收到寻呼消息而与无线蜂窝网的控制通信。
其他实施例还包括，在从应用服务器接收到寻呼消息之后的RLC消息后，根据质询响应协议从RLC消息检索质询。这里，向应用服务器提供应用数据包括根据质询响应协议提供预定的有效响应。
根据本发明的第二方面，提供了一种操作应用服务器以从用户设备取回应用数据的方法，所述用户设备经由无线蜂窝无线电接入网向核心网注册非IP通信服务。权利要求6中限定了该方法。
第二方面的方法包括
-向核心网节点发送寻呼指令，所述寻呼指令发起核心网节点以根据用于非IP通信服务的非IP通信栈来控制提供寻呼消息，所述非IP通信栈排除在网络协议层上使用互联网协议，所述寻呼消息用于经由无线蜂窝无线电接入网来寻呼选定的用户设备，并且发起核心网节点以控制在寻呼消息之后提供RLC消息，为了在寻呼消息之后的RLC消息中向用户设备转发，其包括：
-使用经由无线蜂窝无线电接入网的用户设备与应用服务器之间的IP通信服务以及将由用户设备确定的用户设备的动态网络地址从用户设备向应用服务器传输应用数据的请求，以及
-根据要用于IP通信服务的IP通信协议栈的网络协议层上的互联网协议的应用服务器的网络地址；
-使用IP通信服务经由无线蜂窝无线电接入网从用户设备接收所请求的应用数据。
第二方面的方法表示与一个或多个用户设备装置通信的应用服务器的操作，所述用户设备装置根据本发明第一方面的方法进行操作以进行应用数据通信。因此，第二方面的方法共享第一方面的方法的优点。
特别地，该方法允许应用服务器发起从用户设备的数据传输，而不必依赖用户设备的固定网络地址、特别是固定IP地址来进行应用数据传输。即使用户设备作为非IP装置操作并且没有SMS能力，该方法也实现了触发用户设备传输应用数据。该方法使应用服务器能够发起终点为在RLC消息中被提供为数据传输的目标地址的应用服务器的应用数据即时传输。该方法特别适合在5G NB IoT通信标准下使用，但并不意图仅限于此。
接下来将描述第二方面的方法的实施例。
在一个实施例中，向用户设备发送寻呼消息包括
-使用应用程序接口协议向核心网服务控制暴露功能(以下称为SCEF)节点提供寻呼发起指令，所述寻呼发起指令指示核心网SCEF节点发起经由无线蜂窝无线电接入网经由使用非IP通信协议栈的非IP数据传送向用户设备提供寻呼消息。
在该实施例的变型中，向核心网SCEF节点提供寻呼发起指令包括-确定核心网不支持短消息服务(SMS)；
-向SMS网关替代节点(SMS gateway-replacer node)提供寻呼SMS消息，其中
-寻呼SMS消息是包括使SMS网关替代节点生成寻呼发起指令并将其提供给SCEF节点的指令的SMS消息。
该变型引入了一种新的网络节点功能，即SMS网关替代节点。这允许曾经以寻呼SMS消息形式的“SMS触发”进行操作的应用服务器继续使用这种已知的触发方法。因此，该新的服务器功能基于旧有的客户应用服务器功能来操作，并通过在下行链路中触发非IP寻呼(MS-ISDN)来替代SMS请求，因此当去往没有SMS功能的NB-Iot时不需要任何改变。
响应于检测到核心网不支持SMS，应用服务器将寻呼SMS消息重定向到SMS网关替代节点。SMS网关替代节点接收寻呼SMS消息，并响应于接收到寻呼SMS消息通过启动异步通信来与相应的用户设备进行联络。
在一些用户设备向支持SMS的旧有网络注册而其他用户设备向不支持SMS的网络注册的混合部署变型中，SMS网关替代节点经由SMS寻址“旧有装置”。
为了操作SMS网关替代，主张
1.对于旧有安装的基站，将触发正常的SMS程序。
2.对于不支持SMS的NB-IoT装置，将选择非IP下行链路。
UL总是由IP以同样的方式直接接收。
在涉及SMS网关替代节点的另一实施例中，向用户设备发送寻呼消息包括
-确定核心网不支持SMS；
-向SMS网关替代节点提供寻呼SMS消息，其中
-寻呼SMS消息是包括使SMS网关替代节点生成寻呼发起请求并将其提供给核心网服务网关支持(以下称为SGSN)节点的指令的SMS消息，寻呼发起请求指示核心网SGSN节点发起经由无线蜂窝无线电接入网经由使用非IP通信协议栈的非IP数据传送来向用户设备提供寻呼消息。
根据本发明的第三方面，根据权利要求10提供了一种执行应用功能并经由无线蜂窝无线电接入网提供应用数据的用户设备。所述用户设备包括：
-应用单元，被配置为在执行应用功能时生成应用数据；
-通信控制单元，被配置为
-激活用于非IP通信服务的非IP通信协议栈的使用，所述非IP通信协议栈排除在网络协议层上使用互联网协议；
-控制用户设备的操作以经由无线蜂窝无线电接入网向核心网注册仅非IP通信服务；
-在接收到根据非IP通信协议栈的寻呼消息和随后的RLC消息时，寻呼消息是由与应用功能相关联的应用服务器发起的，
-从RLC消息检索经由无线蜂窝网使用IP通信服务从用户设备向应用服务器传输应用数据的请求；以及
-从RLC消息检索根据要用于IP通信服务的IP通信协议栈的网络协议层上的互联网协议的应用服务器的网络地址；
-激活IP通信协议栈的使用；
-控制用户设备的操作以经由无线蜂窝网向核心网请求IP通信服务并从核心网获得用户设备的动态网络地址，其是根据IP通信协议栈的网络协议层上的互联网协议；以及
-控制用户设备的操作以使用经由无线蜂窝网的IP通信服务以及所确定的用户设备的动态网络地址和应用服务器的网络地址向应用服务器提供应用数据。
第三方面的用户设备被配置为执行第一方面的方法，因此共享其优点。用户设备的实施例被配置为执行如上所述的第一方面的方法的实施例中的相应一个。
根据本发明的第四方面，根据权利要求11提供了经由无线蜂窝无线电接入网从用户设备取回应用数据的应用服务器。
所述应用服务器包括
-服务器控制单元，被配置为
-控制服务器的操作，以生成寻呼指令并将其发送到核心网节点，所述寻呼指令指示核心网节点发起经由无线蜂窝无线电接入网向选定的用户设备提供根据用于非IP通信服务的非IP通信栈的寻呼消息和随后的RLC消息，所述非IP通信栈排除在网络协议层上使用互联网协议，为了在RLC消息中向用户设备转发，所述寻呼指令包括：
-使用经由无线蜂窝无线电接入网的用户设备与应用服务器之间的IP通信服务以及将由用户设备确定的用户设备的动态网络地址从用户设备向应用服务器传输应用数据的请求，以及
-根据要用于IP通信服务的IP通信协议栈的网络协议层上的互联网协议的应用服务器的网络地址；
-控制服务器的操作，以使用IP通信服务经由无线蜂窝无线电接入网从用户设备接收所请求的应用数据。
第四方面的应用服务器被配置为执行第二方面的方法，因此共享其优点。应用服务器的实施例被配置为执行如上所述的第二方面的方法的实施例中的相应一个。
根据本发明的第五方面，提供了根据权利要求12的一种生成应用数据并经由无线蜂窝无线电接入网从用户设备取回应用数据的布置。所述布置包括根据第三方面或其实施例之一的用户设备以及根据第四方面或其实施例之一的应用服务器。
第五方面的布置的特定实施例还包括
-SMS网关替代节点；其中
-应用服务器被配置为
-确定核心网不支持短消息服务，以下称为SMS；以及
-向SMS网关替代节点提供寻呼SMS消息；并且其中
-SMS网关替代节点被配置为在接收到寻呼SMS消息时，
-使用应用程序接口协议生成并向核心网服务控制暴露功能(以下称为SCEF)节点提供寻呼发起指令，所述寻呼发起指令指示核心网SCEF节点发起经由无线蜂窝无线电接入网经由使用非IP通信协议栈的非IP数据传送向用户设备提供寻呼消息。
作为其备选方案，所述布置的另一实施例还包括
-SMS网关替代节点；其中
-应用服务器被配置为
-确定核心网不支持短消息服务，以下称为SMS；
-向SMS网关替代节点提供寻呼SMS消息；并且其中
-SMS网关替代节点被配置为在接收到寻呼SMS消息时，
-生成并向核心网服务网关支持(以下称为SGSN)节点提供寻呼发起请求，所述寻呼发起请求指示核心网SGSN节点发起经由无线蜂窝无线电接入网经由使用非IP通信协议栈的非IP数据传送向用户设备提供寻呼消息。
本发明的第六方面由包括可执行代码的计算机程序形成，所述可执行代码指示计算机的可编程处理器执行根据第一方面或其实施例之一的方法。第七方面由包括可执行代码的计算机程序形成，所述可执行代码指示计算机的可编程处理器执行根据第二方面或其实施例之一的方法。
附图说明
接下来转为描述附图。在附图中：
图1是服务器发起的经由无线蜂窝无线电接入网从用户设备向应用服务器提供应用数据的现有技术方法的图示；
图2是IoT网络架构的示意图；
图3是根据本发明的服务器发起的经由无线蜂窝无线电接入网从用户设备向应用服务器提供应用数据的方法的第一实施例的图示；以及
图4是根据本发明的服务器发起的经由无线蜂窝无线电接入网从用户设备向应用服务器提供应用数据的方法的第二和第三实施例的图示。
具体实施方式
图1是服务器发起的经由无线蜂窝无线电接入网从用户设备向应用服务器提供应用数据的现有技术方法的图示。
操作应用服务器AS以发起从一个或多个用户设备装置UE向应用服务器AS的应用数据传输。用户设备UE在无线蜂窝无线电接入网RAN中作为应用装置操作，用于非IP通信服务。用户设备UE向核心网CN注册。为了取回由用户设备UE收集的应用数据，在步骤S 110，应用服务器AS通过向核心网中的服务网关支持节点SGSN发送SMS来联系用户设备UE。SMS包含指示用户设备UE传输所收集的应用数据的有效载荷数据，并提供应用服务器的IP地址作为数据传输的目标网络地址。众所周知，为了传送SMS，服务网关支持节点SGSN将SMS转发给移动性管理实体MME(步骤S 120)，在步骤S 130，移动性管理实体MME确定用户设备UE于其中操作的无线电接入网RAN的eNodeB(本文称为基站)BS，并将SMS转发给该基站BS，使得最终在步骤S140，SMS经由基站BS传送给用户设备UE。在步骤S 150，在接收到SMS时，用户设备UE经由与移动性管理实体MME的控制交换中的分组数据协议(PDP)连接请求从核心网CN请求IP通信服务。在步骤S 160，在接收到动态IP地址之后，用户设备开始经由基站BS和核心网CN中的服务网关服务器SGW向应用服务器AS传输应用数据。应用数据的终点是应用服务器，即，上行链路不需要与移动网络运营商(MNO)的另外的交互。
由于用户设备只要在其使用IP通信服务时就仅使用动态IP地址进行操作，因此所描述的过程依赖于SMS的可用性以允许应用服务器AS触发用户设备UE。因此，无论是临时的还是永久的，当网络不提供SMS能力时，所描述的过程无法使用。这种情况适合符合5G NB-IoT通信标准的网络。
本发明的过程是基于以下考虑和认识。为了使得能够在没有SMS能力而用户设备UE使用动态IP地址的情况下实现从用户设备向应用服务器AS的服务器发起的数据传输，一种技术方案可以是要求用户设备UE持续保持用户设备与应用服务器之间的数据连接。然而，这将增加数据流量，并因此潜在地为用户设备UE的运营商产生成本而没有服务收益。此外，这种解决方案不太可能被偏好在自己的控制下发送数据的用户设备装置的运营商所接受。
另一方面，如前所述，使用固定IP地址会产生由移动网络运营商(MNO)收取的更高的成本。让用户设备仅间歇地建立与应用服务器的连接是不合期望的，因为这种连接在没有应用数据要传输的情况下产生潜在无用的并且因此不合期望的数据流量。因此，应用数据的传输应该仅按照应用服务器的需要进行，并且传输时间点同样在应用服务器的控制之下。
图2是适用于本发明的示例性IoT网络架构的示意图。该网络架构本身是已知的。用户设备装置UE、无线电接入网RAN和核心网由移动网络运营商(MNO)域中的MNO来运营。在MNO域的核心网节点当中，仅示出了移动性管理实体MME、服务网关支持节点SGSN和服务网关S-GW。该核心网节点是众所周知的，因此不需要进一步解释。IoT核心网形成了作为核心网的一部分的IoT域。IoT核心网通常由移动虚拟网络运营商(MVNO)或MNO自己运营。在IoT域的网络节点当中，示出了分组数据网络网关P-GW和网关GRPRS支持节点GGSN。服务控制暴露功能或SCEF用来操作到企业域中的应用服务器(AS)的应用编程接口。如图2所示，SCEF可以位于IoT域的边缘。替代地，SCEF可以完全位于IoT域内，与位于IoT域边缘的外部API管理平台对接。
图3是根据本发明的服务器发起的经由无线蜂窝无线电接入网从用户设备向应用服务器提供应用数据的方法的第一实施例的图示。该实施例同时示出了操作应用服务器以从用户设备取回应用数据的方法，该用户设备经由无线蜂窝无线电接入网向核心网注册非IP通信服务。与图1一样，图3所示的网络结构只是示意性的。在图2的上下文中更详细解释的网络结构适合于执行本实施例。
根据图3所示的方法，操作用户设备UE以执行生成应用数据的应用功能。应用功能的一个示例是计量功能。在一个示例性实施例中，用户设备是用于测量家庭中消耗的电功率的固定计量表装置，并且包括无线通信装置。以预定义的定期间隔，如一年一次，或者在不允许预先安排的预定义场合下，如家庭居民变化，要将计量表装置的当前读数提供给用户设备/计量表装置的运营商，以便向记账程序提供所需的应用数据。为此，用户设备的运营商还操作企业域中的一个或多个应用服务器AS。
在该方法开始时，用户设备为了执行其应用功能而经由无线蜂窝无线电接入网RAN向核心网注册非IP通信服务。
在步骤S310，该过程通过应用服务器向核心网节点发送寻呼指令来发起。在本实施例中，核心网节点是IoT核心网中的SCEF。使用应用程序接口协议来提供寻呼指示，并且发起SCEF以发起经由非IP数据传送提供寻呼消息，从而使用并因此根据非IP通信来经由无线蜂窝无线电接入网RAN寻呼选定的用户设备UE。因此，与图1的已知方法相比，使用完全不同的机制来发起应用数据的传输。
寻呼是通常用于向用户设备通知进入的语音呼叫或其他源自网络的流量的技术。在本方法中，使用寻呼用于其他目的，并且寻呼涉及到其他网络节点和向用户设备UE提供其他控制信息。特别地，并非如已知的寻呼过程中那样是核心网中的移动交换中心(MSC)，而是应用服务器AS用来在核心网内发起向用户设备UE的寻呼的SCEF。为此，在步骤S320，SCEF向移动性管理实体MME发送相应的寻呼指令。在随后的步骤S330，MME将寻呼连同用户设备UE的IMSI或MSISDN一起转发，IMSI或MSISDN最初由SCEF从应用服务器AS接收，作为要在无线电接口上使用的寻呼地址。因此，在该步骤S330，MME将寻呼与所有其他信息一起(将在下文详述)转发给该UE被注册到的RAN的基站BS。应用服务器AS可能知道也可能不知道该RAN，这取决于用户设备是固定的还是移动的。在任何情况下，移动性管理实体MME都知道该RAN。然后，在步骤S340，基站BS执行用户设备UE的寻呼。
作为与标准语音呼叫寻呼过程的另一差异，根据本实施例提供的寻呼指令另外指示SCEF控制在寻呼消息之后提供特定的无线链路控制RLC消息。提供以下信息用于在寻呼消息之后的RLC消息中转发给用户设备：
-使用经由无线蜂窝无线电接入网RAN的用户设备UE与应用服务器AS之间的IP通信服务以及要由用户设备确定的用户设备的动态网络地址从用户设备UE向应用服务器AS传输应用数据的请求；以及
-根据要用于IP通信服务的IP通信协议栈的网络协议层上的互联网协议的要将应用数据传送到的应用服务器的网络地址。
作为包含使用用户设备之间的IP通信服务从用户设备向应用服务器AS传输应用数据的请求的替代方案，RLC消息可以仅包括要建立到应用服务器的连接信道的请求。这尤其在如下情况下是可能的：该装置知道所有寻呼规定的上下文建立总是以IP形式进行，并且因此控制信息隐含了在接收到请求时要建立连接信道，并且因此使得没有必要显式地将其包括在应用数据传输请求中。
在更改进的方法中，消息还可以包含与共享秘密相关的信息，旨在从这种秘密中导出身份，以用于加密装置与服务器之间的通信。
在图3中，没有以图形方式区分RLC消息的提供与寻呼流程，因为所使用的节点是相同的。RLC消息由基站/eNodeB提供，并且是基于从MME取回的UE能力信息(如有必要)。MME也是寻呼实体。在一些实施例中，所描述的过程仅与固定的用户设备装置一起使用。在其他实施例中，这些过程与移动的用户设备装置一起使用，或者与移动和固定的用户设备装置的混合一起使用。至少核心网知道用户设备装置的MSISDN，从而使得能够使用本发明的方法来寻址这些装置，即使它们在移动。
在接收到寻呼消息时，用户设备UE不执行用于语音呼叫的已知服务请求过程来建立RRC连接。相反，它从RLC消息检索经由无线蜂窝网使用IP通信服务从用户设备向应用服务器传输应用数据的请求。该步骤未在图3中示出。此外，用户设备UE从RLC消息检索应用服务器的IP网络地址。然后，用户设备UE通过激活IP通信协议栈的使用来从非IP模式切换为IP模式。在步骤S350，它经由无线蜂窝网向核心网、特别是向移动性管理实体MME请求IP通信服务。更具体地，用户设备UE请求提供用于从用户设备进行上行链路IP通信服务的承载信息。这样，它从移动性管理实体MME获得动态IP地址和承载信息。
在步骤S360，使用由接收到的承载信息指示的承载、以应用服务器AS的IP地址作为目标地址、并且使用用户设备自身的动态IP地址作为源地址，用户设备UE然后经由无线蜂窝网RAN并且经由分配的核心网服务网关节点SGW向应用服务器AS发送应用数据。
应用服务器AS因此经由无线蜂窝无线电接入网从用户设备接收所请求的应用数据，以完成本实施例的异步通信方法。
如从该过程的描述将领会到的，尽管从用户设备UE进行的数据传输涉及使用用户设备的动态IP地址，但是数据传输的发起是由应用服务器AS执行的，而不需要使用SMS。这样，当无线通信网络不提供SMS能力时，应用服务器也能按需控制应用数据的传输。因此，该过程特别适合不提供旧有SMS服务的NB-IoT网络。它还允许应用服务器的运营商充当服务提供商，从而避免了MNO运营商充当服务提供商。
此外，由于使用寻呼过程用于发起向应用服务器的数据传输，因此用户设备可以在节约成本且节约能量的操作模式下操作，所述操作模式涉及到常规的非IP模式和仅使用动态IP地址进行数据传输的IP模式。不需要为了检查是否需要传输应用数据而维持到应用服务器的连接或者周期性地建立到应用服务器的连接。用户设备UE打开了与MME的PDP上下文，并稍后使用该上下文来传输应用数据。
用于执行图3的方法的用户设备UE具有特定特征。除了包括被配置为在执行应用功能时生成应用数据的应用单元之外，用户设备UE还具有特定的通信控制单元，其被配置为
-激活用于非IP通信服务的非IP通信协议栈的使用，所述非IP通信协议栈排除在网络协议层上使用互联网协议；
-控制用户设备的操作以经由无线蜂窝无线电接入网向核心网注册仅非IP通信服务；
-在接收到根据非IP通信协议栈的寻呼消息和随后的RLC消息时，寻呼消息是由与应用功能相关联的应用服务器发起的，
-从RLC消息检索经由无线蜂窝网使用IP通信服务从用户设备向应用服务器传输应用数据的请求；以及
-从RLC消息检索根据要用于IP通信服务的IP通信协议栈的网络协议层上的互联网协议的应用服务器的网络地址；
-激活IP通信协议栈的使用；
-控制用户设备的操作以经由无线蜂窝网向核心网请求IP通信服务并从核心网获得用户设备的动态网络地址，其是根据IP通信协议栈的网络协议层上的互联网协议；以及
-控制用户设备的操作以使用经由无线蜂窝网的IP通信服务以及所确定的用户设备的动态网络地址和应用服务器的网络地址向应用服务器提供应用数据。
此外，应用服务器AS需要迄今为止应用服务器不知道的特定的能力。特别地，应用服务器具有服务器控制单元，被配置为
-控制服务器的操作，以生成寻呼指令并将其发送到核心网节点，所述寻呼指令指示核心网节点发起经由无线蜂窝无线电接入网向选定的用户设备提供根据用于非IP通信服务的非IP通信栈的寻呼消息和随后的RLC消息，所述非IP通信栈排除在网络协议层上使用互联网协议，为了在RLC消息中向用户设备转发，所述寻呼指令包括：
-使用经由无线蜂窝无线电接入网的用户设备与应用服务器之间的IP通信服务以及将由用户设备确定的用户设备的动态网络地址从用户设备向应用服务器传输应用数据的请求，以及
-根据要用于IP通信服务的IP通信协议栈的网络协议层上的互联网协议的应用服务器的网络地址；以及
-控制服务器的操作，以使用IP通信服务经由无线蜂窝无线电接入网从用户设备接收所请求的应用数据。
图4是根据本发明的服务器发起的经由无线蜂窝无线电接入网从用户设备向应用服务器提供应用数据的方法的第二和第三实施例的图示。
该过程大部分类似于参考图3描述的过程。因此，接下来的描述将侧重于差异，以避免冗长的重复。
图4的实施例用于允许应用服务器使用相同的发起过程，而不管要用于触发相关联的用户设备装置的核心网是否支持SMS。为此，如图4所示，本实施例的网络结构增强有附加网络节点，该附加网络节点是SMS网关替代节点SMS-GW-RP。
图4示出了两个不同的过程实施例，其涉及使用具有不同能力的不同SMS网关替代节点。在第一个实施例中，SMS网关替代节点被配置为：在接收到寻呼SMS消息时，使用应用程序接口协议生成寻呼发起指令并将其提供给核心网服务控制暴露功能(以下称为SCEF)节点。如在图3的上下文中所描述的，寻呼发起指令指示核心网SCEF节点发起经由无线蜂窝无线电接入网使用非IP通信协议栈经由非IP数据传送向用户设备提供寻呼消息。该实施例允许应用服务器使用旧有SMS消息作为寻呼指令，该消息在本文称为寻呼SMS消息。因此，应用服务器使用定向到SMS网关替代节点SMS-GW-RP的寻呼SMS，而非经由API直接与SCEF通信。取决于相应的用户设备是在支持SMS的旧有网络中还是在不支持SMS的网络中操作，SMS网关替代节点SMS-GW-RP然后要么将寻呼SMS转发到SGSN，要么生成寻呼指令并将其提供给SCEF，如在图3的上下文中描述的那样。
SMS GW-Rp是一项附加功能，其对旧有装置透明，而非IP装置知道，因此修改针对非IP装置的请求。SMS网关替代节点SMS-GW-RP可以被实施为应用服务器的一个组成部分。在其他实施例中，它是一个单独的节点。这有一个特别的优点，即允许使用旧有的应用服务器而无需修改。
综上，注册了非IP通信服务的用户设备UE执行应用功能。为了经由无线电接入网提供应用数据，一种方法涉及接收根据非IP通信协议的寻呼消息和随后的无线链路控制(RLC)消息。寻呼消息和RLC消息由与该应用功能相关联的应用服务器发起。UE检索根据IP通信协议栈的应用服务器的网络地址，并激活IP通信协议栈的使用。然后，UE经由无线蜂窝网向核心网请求IP通信服务，获得根据互联网协议的动态网络地址，并使用其动态网络地址和应用服务器的网络地址来经由无线蜂窝网使用IP通信服务向应用服务器提供应用数据。
因此，公开了一种异步通信方法，其中用户设备在网络中注册为非IP装置，并相应地除了在被非IP寻呼时使用其非IP通信能力，所述非IP寻呼包括用于传送其有效载荷的目标IP地址。在这种情况下，用户设备响应于所述寻呼而直接建立到所提供的服务器IP地址的IP隧道。在更改进的实施例中，用户设备也知道IP地址，并且寻呼包括用于附加安全性的质询响应。

Claims (15)

1.一种操作用户设备的方法，所述用户设备经由无线蜂窝无线电接入网向核心网注册非IP通信服务，以执行应用功能并经由无线蜂窝无线电接入网提供应用数据，所述方法包括
-在执行应用功能时生成应用数据；
-接收根据非IP通信协议栈的寻呼消息和随后的无线链路控制RLC消息，寻呼消息和RLC消息是由与应用功能相关联的应用服务器发起的；
-从RLC消息检索经由无线蜂窝网使用IP通信服务从用户设备向应用服务器传输应用数据的请求；
-从RLC消息检索根据要用于IP通信服务的IP通信协议栈的网络协议层上的互联网协议的应用服务器的网络地址；
-激活IP通信协议栈的使用；
-经由无线蜂窝网向核心网请求IP通信服务；
-从核心网获得用户设备的动态网络地址，其是根据IP通信协议栈的网络协议层上的互联网协议；以及
-使用所确定的用户设备的动态网络地址和应用服务器的网络地址经由无线蜂窝网使用IP通信服务向应用服务器提供应用数据。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，经由无线蜂窝网从网络请求IP通信服务包括
-使用IP通信协议栈打开到负责所述用户设备的移动性管理的核心网接入节点的连接，并请求经由无线蜂窝网提供用于从用户设备进行上行链路IP通信服务的承载信息，并请求提供动态网络地址；
-经由无线蜂窝网从核心网接入节点接收承载信息和动态网络地址。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，向应用服务器提供应用数据包括
-使用由承载信息指示的承载、以应用服务器的网络地址作为目标地址、并且使用用户设备的动态网络地址作为源地址来经由无线蜂窝网并经由分配的核心网服务网关节点向应用服务器发送应用数据。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，还包括，在从应用服务器接收到寻呼消息之后的RLC消息后，根据质询响应协议从RLC消息检索质询；其中
向应用服务器提供应用数据包括根据质询响应协议提供预定的有效响应。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，经由无线蜂窝无线电接入网向核心网注册非IP通信服务包括
-向核心网提供分组数据网络PDN连接请求，将PDN类型指定为非IP。
6.一种操作应用服务器以从用户设备取回应用数据的方法，所述用户设备经由无线蜂窝无线电接入网向核心网注册非IP通信服务，所述方法包括
-向核心网节点发送寻呼指令，所述寻呼指令发起核心网节点以根据用于非IP通信服务的非IP通信栈来控制提供寻呼消息，所述非IP通信栈排除在网络协议层上使用互联网协议，所述寻呼消息用于经由无线蜂窝无线电接入网来寻呼选定的用户设备，并且发起核心网节点以控制在寻呼消息之后提供RLC消息，为了在寻呼消息之后的RLC消息中向用户设备转发，其包括：
-使用IP通信服务经由无线蜂窝无线电接入网从用户设备接收所请求的应用数据。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，向用户设备发送寻呼消息包括
-使用应用程序接口协议向核心网服务控制暴露功能SCEF节点提供寻呼发起指令，所述寻呼发起指令指示核心网SCEF节点发起经由无线蜂窝无线电接入网经由使用非IP通信协议栈的非IP数据传送向用户设备提供寻呼消息。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，向核心网SCEF节点提供寻呼发起指令包括
-确定核心网不支持短消息服务SMS；
-向SMS网关替代节点提供寻呼SMS消息，其中
-寻呼SMS消息是包括使SMS网关替代节点生成寻呼发起指令并将其提供给SCEF节点的指令的SMS消息。
9.根据权利要求6所述的方法，其中，向用户设备发送寻呼消息包括
-确定核心网不支持短消息服务SMS；
-向SMS网关替代节点提供寻呼SMS消息，其中
-寻呼SMS消息是包括使SMS网关替代节点生成寻呼发起请求并将其提供给核心网服务网关支持SGSN节点的指令的SMS消息，寻呼发起请求指示核心网SGSN节点发起经由无线蜂窝无线电接入网经由使用非IP通信协议栈的非IP数据传送来向用户设备提供寻呼消息。
10.一种执行应用功能并经由无线蜂窝无线电接入网提供应用数据的用户设备，所述用户设备包括
-应用单元，被配置为在执行应用功能时生成应用数据；
-通信控制单元，被配置为
-激活用于非IP通信服务的非IP通信协议栈的使用，所述非IP通信协议栈排除在网络协议层上使用互联网协议；
-控制用户设备的操作以经由无线蜂窝无线电接入网向核心网注册仅非IP通信服务；
-在接收到根据非IP通信协议栈的寻呼消息和随后的RLC消息时，寻呼消息是由与应用功能相关联的应用服务器发起的，
-从RLC消息检索经由无线蜂窝网使用IP通信服务从用户设备向应用服务器传输应用数据的请求；以及
-从RLC消息检索根据要用于IP通信服务的IP通信协议栈的网络协议层上的互联网协议的应用服务器的网络地址；
-激活IP通信协议栈的使用；
-控制用户设备的操作以经由无线蜂窝网向核心网请求IP通信服务并从核心网获得用户设备的动态网络地址，其是根据IP通信协议栈的网络协议层上的互联网协议；以及
-控制用户设备的操作以使用经由无线蜂窝网的IP通信服务以及所确定的用户设备的动态网络地址和应用服务器的网络地址向应用服务器提供应用数据。
11.一种经由无线蜂窝无线电接入网从用户设备取回应用数据的应用服务器，所述应用服务器包括
-服务器控制单元，被配置为
-控制服务器的操作，以生成寻呼指令并将其发送到核心网节点，所述寻呼指令指示核心网节点发起经由无线蜂窝无线电接入网向选定的用户设备提供根据用于非IP通信服务的非IP通信栈的寻呼消息和随后的RLC消息，所述非IP通信栈排除在网络协议层上使用互联网协议，为了在RLC消息中向用户设备转发，所述寻呼指令包括：
-使用经由无线蜂窝无线电接入网的用户设备与应用服务器之间的IP通信服务以及将由用户设备确定的用户设备的动态网络地址从用户设备向应用服务器传输应用数据的请求，以及
-根据要用于IP通信服务的IP通信协议栈的网络协议层上的互联网协议的应用服务器的网络地址；
-控制服务器的操作，以使用IP通信服务经由无线蜂窝无线电接入网从用户设备接收所请求的应用数据。
12.一种生成应用数据并经由无线蜂窝无线电接入网从用户设备取回应用数据的布置，所述布置包括
-根据权利要求10所述的用户设备，以及
-根据权利要求11所述的应用服务器。
13.根据权利要求12所述的布置，还包括
-SMS网关替代节点；其中
-应用服务器被配置为
-确定核心网不支持短消息服务SMS；以及
-向SMS网关替代节点提供寻呼SMS消息；并且其中
-SMS网关替代节点被配置为在接收到寻呼SMS消息时，
-使用应用程序接口协议生成并向核心网服务控制暴露功能SCEF节点提供寻呼发起指令，所述寻呼发起指令指示核心网SCEF节点发起经由无线蜂窝无线电接入网经由使用非IP通信协议栈的非IP数据传送向用户设备提供寻呼消息。
14.根据权利要求12或13所述的布置，还包括
-SMS网关替代节点；其中
-应用服务器被配置为
-确定核心网不支持短消息服务SMS；
-向SMS网关替代节点提供寻呼SMS消息；并且其中
-SMS网关替代节点被配置为在接收到寻呼SMS消息时，
-生成并向核心网服务网关支持SGSN节点提供寻呼发起请求，所述寻呼发起请求指示核心网SGSN节点发起经由无线蜂窝无线电接入网经由使用非IP通信协议栈的非IP数据传送向用户设备提供寻呼消息。
15.包括可执行代码的计算机程序，所述可执行代码指示计算机的可编程处理器执行根据权利要求1所述的方法或根据权利要求6所述的方法。
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