CN1988711A - 在演进的3g***中移动的方法 - Google Patents

Abstract

一种在演进的3G***中移动的方法，包括步骤：负责用户设备移动性管理的实体网关向接入***间移动管理器发送消息，告知当前用户设备所处的接入***类型及转交地址；接入***间移动管理器保存上述信息，并给还未分配家乡地址的用户设备分配家乡IP地址，并将地址信息发送给网关；网关向用户设备发送消息，接受用户登记。通过本发明解决了用户设备在不同的接入***间移动时地址管理的问题，从而达到支持用户无缝移动的目的。通过本发明，使得用户设备在不同的接入***间进行移动及切换的时候数据通道的建立简单而且快捷，并且防止了用户IP地址的改变，从而保证了会话的连续性。

Description

在演进的3G***中移动的方法

技术领域

本发明涉及第三代移动通信，特别涉及在通用移动通信***(以下简称UMTS)的基础上进行演进的移动通信***(以下简称E-UMTS)。

背景技术

图1是对现有UMTS***的网络结构的描述。移动终端101(以下称为UE)是用来接收作为被叫的业务或者呼叫，发送作为主叫的业务或呼叫的一个设备。基站102(以下称为Node B)是通过发送接收器件与用户设备利用无线信号进行通信的设备。UE与Node B之间的空中接口涉及物理层和媒体接入层(以下称为MAC层)。物理层负责处理与无线信号收发相关的操作，MAC负责将不同的业务映射到物理层上去。控制无线网络控制器(以下称为CRNC)控制基站中各个小区的无线资源管理、分配及使用，负责将各个小区中的无线资源分配给用户设备UE。无线网络控制器RNC对于UE来说可以有服务无线网络控制器(以下称为SRNC)和漂移无线网络控制器(以下称为DRNC)的区别。SRNC是为用户设备提供无线资源控制连接(以下称为RRC)的实体，通过它用户设备才可以向网络发送控制信令和从网络接收控制信令。SRNC从CRNC处得到给该用户分配的网络资源，将该资源配置参数通过RRC信令发送给用户设备。这样用户设备才能够与网络进行通信。SRNC与用户设备之间的接口为Uu接口。服务GPRS支持节点105(以下称为SGSN)是负责管理用户设备的移动管理状态及会话管理状态的实体，用户设备的移动性管理和与会话相关的服务质量的协商也是发生在UE与SGSN之间的。SGSN与用户设备的SRNC之间的接口为Iu，负责为用户数据的传输建立用户平面的传输通道及传送信令的信令连接。网关GPRS支持节点106(以下称为GGSN)为用户设备与分组数据网络(以下称为PDN)的数据传输起到网关的功能。GGSN为用户设备分配因特网协议(以下称为IP)地址，用户发出的数据和发给该用户的数据都以该地址为标识。GGSN与SGSN之间的接口称为Gn，该接口负责在SGSN与GGSN之间对业务进行服务质量的协商，并建立用户平面的GPRS用户平面隧道(以下称为GTP-U)以便进行数据传输。GGSN与PDN之间的接口为Gi，该接口的功能比较广泛，可以用来对用户进行IP地址分配、鉴权认证、计费等功能。GGSN最主要的功能就是接收和分析收到的数据，然后将属于某一个用户设备的数据传到相应的GTP-U隧道上。

现在，为了使得3G***的用户吞吐量更高、用户接入业务的速度更快、用户可用的带宽更高等目的，3GPP正在对已有的基于图1的***进行更合理的演进，在此基础上改进***，从而满足以上要求。现在典型的***结构如图2所示。

传统的二代(2G)网络是支持分组域业务的GPRS网络和只支持电路域网络的GSM***。传统的三代(3G)网络是基于宽带码分多址(WCDMA)的移动通信***。

支持在2G/3G***和E-UMTS***间切换的用户设备200，能够通过无线接口与E-RAN 201和2G/3G的RAN 204进行通信。2G/3G的RAN就是GPRS/GSM和UMTS中定义的无线接入网络。无线接入网络RAN或者E-RAN主要负责给用户设备分配无线资源等。无线接入网络与核心网连接，例如图1中的Iu接口。在E-UMTS中定义了两个属于核心网的功能模块，即移动管理实体(以下简称MME)和用户平面实体(UPE)202。MME负责维护用户登记的状态、移动性，安全及承载的状态。MME保存用户注册时的签约数据，例如暂时和永久的用户设备标识，所在位置区域等信息。UPE是负责处理用户平面数据的实体，对于处于空闲状态的用户设备来说，它作为下行数据用户平面的终结点。当有下行数据到来的时候负责触发对用户设备的寻呼。这两个实体可以在物理上处于一个部件中，也可以处于两个部件中。如果是分离的话，那么UPE与MME之间也会存在一个接口，该接口的功能主要是MME告知UPE用户现在的位置信息，及业务信息等，这样UPE就可以为该用户的数据传输建立用户平面。

接入***间移动管理器负责用户设备在多个接入***之间移动和切换时用户数据的路由、IP地址的分配等功能。

205 2G/3G中的SGSN和206 2G/3G中的GGSN与图1中的105和106是一致的。

在2G/3G***中，用户设备的IP地址是由GGSN206分配的，为了不影响以前的***，当用户设备在2G/3G***时，其IP地址还是由GGSN为其分配。但是该地址如果继续作为用户设备与其他用户设备之间通信的地址信息，就导致用户数据会被路由到GGSN，而如果用户设备移动到另外一个接入***之后，如果新的接入***的网关或者UPE为用户设备分配另外一个IP地址，这样就不能保证业务的连续性及无缝移动性，

发明内容

本发明的目的是提供一种在演进的3G***中移动的方法。

为实现上述目的，一种在演进的3G***中移动的方法，包括步骤：

a)负责用户设备移动性管理的实体网关向接入***间移动管理器发送消息，告知当前用户设备所处的接入***类型及转交地址；

b)接入***间移动管理器保存上述信息，并给还未分配家乡地址的用户设备分配家乡IP地址，并将地址信息发送给网关；

c)网关向用户设备发送消息，接受用户登记。

通过本发明解决了用户设备在不同的接入***间移动时地址管理的问题，从而达到支持用户无缝移动的目的。通过本发明，使得用户设备在不同的接入***间进行移动及切换的时候数据通道的建立简单而且快捷，并且防止了用户IP地址的改变，从而保证了会话的连续性。

附图说明

图1是UMTS的网络结构；

图2是E-UMTS的***结构；

图3是本发明的第一实施例；

图4是本发明的第二实施例；

图5是业务开始的信令流程；

图6是网关的行为动作；

图7是接入***间移动性管理器的行为动作。

具体实施方式

为了解决上述问题，需要一个节点，该节点能够为用户设备分配一个共同的IP地址，作为用户设备与其他用户设备进行通信的地址，这个节点即是接入***间移动管理器。该地址成为用户设备的家乡地址，而不同接入***的网关或者UPE为用户分配的IP地址只能作为用户设备的转交地址，即接入***间移动管理器根据该转交地址将用户数据发送给相应的网关或者UPE，然后该网关通过地址对应，将数据包中的转交地址替换成用户设备的家乡地址，发送给相应的用户设备。

图3给出了本发明的第一实施例。

当用户设备在旧的接入***开机后，要告知网络其现在的位置，获得网络给其分配的临时标识等参数。用户设备向网络发送UE登记消息301，该消息中包含用户设备的永久性标识例如IMSI，暂时性标识例如P-TMSI或者TMSI，用户设备的网络能力和接入能力等。该消息发送给负责用户设备移动性管理的网关实体，在2G/3G***中是SGSN，在E-UMTS***中就是MME。当网关收到该消息后，先要与用户设备的归属位置寄存器HLR通信，获得用户设备的鉴权矢量组对用户设备进行鉴权，查看该用户是否是合法用户设备。本过程因为与本发明没有必然关系，因此在图3中没有描述，但该过程是必须要进行的步骤。假定网关收到301后，对用户设备进行鉴权，认定用户设备可信，那么它给用户设备在其分配的IP地址范围内分配一个IP地址，即转交地址。该网关向接入***间移动管理器发送302 UE IP地址请求消息，该消息中包含网关给用户设备分配的IP地址，用户设备的标识IMSI，或者临时性标识例如P-TMSI，用户设备当前所在的***类型，例如是GSM，还是GPRS还是UMTS还是E-UMTS等信息。接入***间移动管理器收到该消息后，给该用户分配家乡IP地址，将其保存在消息303 UE IP地址响应消息里，该消息还包括用户设备的永久标识IMSI，临时性标识例如P-TMSI等信息。然后接入***间移动管理器保存用户所处的接入***类型305，用户设备的转交地址，给用户设备分配的家乡地址。网关收到303消息后，得到接入***间移动管理器为用户设备分配的家乡地址，它要保存该地址，并将该地址包含在消息304中，该消息还包括用户的永久性标识例如IMSI，临时性标识例如P-TMSI，用户设备的位置信息例如跟踪区域标识等参数。网关向用户设备发送304消息UE登记接受。当用户设备收到304消息后，保存网络给其分配的家乡地址，作为与其他用户设备进行通信的地址信息。用户设备还要保存网络给其分配的临时性标识，作为以后在该***中接入的标识。

当用户设备移动到新的接入***时306，它要在新的***做登记操作。跟301一样，用户设备向新***的负责用户设备移动性管理的网关实体发送消息307 UE登记。该网关实体在2G/3G***中是SGSN，在E-UMTS***中就是MME。307消息中应该包括用户的临时标识例如P-TMSI，用户设备的家乡地址，用户设备的网络能力和接入能力等。当网关收到该消息后，先要与用户设备的归属位置寄存器HLR通信，获得用户设备的鉴权矢量组对用户设备进行鉴权，查看该用户是否是合法用户设备。本过程因为与本发明没有必然关系，因此在图3中没有描述，但该过程是必须要进行的步骤。假定网关收到306后，对用户设备进行鉴权，认定用户设备可信，那么它给用户设备在其分配的IP地址范围内分配一个IP地址，即转交地址。转交地址用作接入***间移动管理器与网关之间通信时所对应用户设备的IP地址。当网关对用户设备进行认证之后，它会请求HLR更新用户设备的位置信息，取消用户设备以前所在网关的位置信息。这些过程都可以使用现有的消息及规程实现，因为与本发明没有直接的关系，在此不作赘述。

然后网关就会给接入***间移动管理器发送消息308 UE IP地址请求，该消息中包含用户设备的临时标识例如P-TMSI(该标识应该是新***的网关为其分配的)，用户设备的永久标识例如IMSI，用户设备已分配的家乡IP地址，用户设备新的转交地址，用户设备当前所在的***类型，例如是GSM，还是GPRS还是UMTS还是E-UMTS等信息。收到该消息后，309接入***间移动管理器更新它所保存的用户设备的转交地址及所在的接入***类型信息，相应地，还要保存用户设备新的临时标识P-TMSI。然后接入***间移动管理器向网关发送310 UE IP地址响应消息，该消息是对309消息的确认，消息中包括用户设备的临时性标识例如P-TMSI等。311网关保存用户设备的临时性标识，转交地址及家乡地址的对应关系，向用户设备发送消息UE登记接受，该消息中包括用户设备的永久性标识IMSI，临时性标识P-TMSI，用户设备的位置信息例如跟踪区域标识等参数。当用户设备收到311消息后，保存网络给其分配的家乡地址，作为与其他用户设备进行通信的地址信息。用户设备还要保存网络给其分配的临时性标识，作为以后在该***中接入的标识。

图4描述的是本发明的第二个实施例。

在进行接入***间切换之前，用户设备在旧的接入***内接收数据，数据流的方向如401所示，接入***间移动性管理器作为数据的最终点先收到用户数据，该用户数据的IP包头以用户设备的家乡地址作为目的地地址，因此使得数据流能够最终到达接入***间移动性管理器。接入***间移动性管理器保存着用户设备的家乡地址信息，当它收到该数据包之后，察看包头的IP地址，找出相应的用户设备的转交地址。接入***间移动性管理器将IP数据包中的目的地IP地址替换成用户设备的转交地址，将该数据包进行发送。因为该数据包的最终结点是给用户设备分配转交IP地址的节点，即网关，当网关收到该数据包之后，察看数据包头中的目的地地址，从而得知该数据包是针对哪个用户设备的，然后它将该数据包的目的地IP地址替换成用户设备的家乡地址。完成该替换后，如果对于用户数据的其他处理例如头压缩，加密等操作如果也是放置在网关的话，那么网关或者UPE就要对数据进行相应的操作，然后将用户数据发送通过无线接口发送给用户设备。用户设备根据目的地IP地址，源端IP地址，源端端口号，目的端端口号和协议类型来确定唯一的一个IP流，从而将该用户数据递交给真正的高层应用。

旧的网关会从接入***间移动性管理器处得知该业务能够应用的接入***类型402，这通常是在业务开始的时候由接入***间移动性管理器传递给网关的参数。这个过程将在图5中进行描述。

当用户设备检测到一个新的接入***的信号足够强时，向无线接入网络的控制实体(在2G/3G网中是BSC或者是RNC，在E-UMTS中可能是基站或者类似于RNC功能的一个实体)发送403测量报告消息，该消息中包括测量到的新***的信号质量，具体的测量对象及测量值与具体的接入***有关系，请参见具体文献。例如3G***的测量以参见3GPP TS25.331中的定义。当无线接入网络的控制实体收到403测量报告后，如果认为目标接入***的信号足够强，可以让用户切换到目标***而不影响用户设备的数据接收，那么无线接入网络的控制实体向移动性管理实体(2G/3G中的SGSN或者E-UMTS中的MME)，发送404切换需求消息，该消息中包含用户设备的标识，用户设备所在的目标接入***的位置信息等参数。移动性管理实体察看该用户现在的业务是否在目标接入***中能够得到很好的支持，如果能，它就要求目标接入***的网关或者UPE准备网络和无线接口的资源405。这个过程也是与各个***密切相关的，例如在3G***中，SGSN会要求目标小区所在的RNC负责在基站中分配无线资源，及SGSN与RNC之间的网络资源，具体过程可以参见3GPP TS25.413和25.331等规范。当无线资源在目标***中准备完毕之后，目标接入***的网关会向接入***间移动性管理器发送407 UE接入***更新消息，该消息中包含用户设备的永久性标识例如IMSI，临时性标识例如P-TMSI，用户设备的转交地址，用户设备的家乡地址，用户设备所在的接入***类型等信息。接入***间移动性管理器收到该消息后，保存用户设备的永久性标识，用户设备的转交地址，用户设备的家乡地址，用户设备所在的接入***类型等信息，向目标接入***的网关返回确认消息408 UE接入***更新确认。该消息中包含用户设备的标识。

当目标接入***的网关收到408之后，就可以确认该切换可以继续进行。它向源接入***的移动性管理实体发送消息409切换响应，该消息包含用户设备的标识，用户设备在目标***中的配置命令等参数。源接入***的网关给源接入***的无线接入网络的控制实体发送410切换命令，包含参数用户设备的标识，用户设备在目标***中的配置命令。无线接入网络的控制实体将用户设备在目标***中的配置命令包含在411的切换执行中，告知用户设备所在新的接入***中的参数配置信息。用户设备按照该配置参数，配置其接收与发送参数，就可以实现在新的接入***中的数据收发了。

切换过程完成之后，下行数据流的方向就如412所示。接入***间移动性管理器作为数据的最终点先收到用户数据，该用户数据的IP包头以用户设备的家乡地址作为目的地地址，因此使得数据流能够最终到达接入***间移动性管理器。接入***间移动性管理器保存着用户设备的家乡地址信息，当它收到该数据包之后，察看包头的IP地址，找出相应的用户设备的转交地址。接入***间移动性管理器将IP数据包中的目的地IP地址替换成用户设备的转交地址，将该数据包进行发送。因为该数据包的最终结点是给用户设备分配转交IP地址的节点，即网关，当网关收到该数据包之后，察看数据包头中的目的地地址，从而得知该数据包是针对哪个用户设备的，然后它将该数据包的目的地IP地址替换成用户设备的家乡地址。完成该替换后，如果对于用户数据的其他处理例如头压缩，加密等操作如果也是放置在网关的话，那么网关或者UPE就要对数据进行相应的操作，然后将用户数据发送通过无线接口发送给用户设备。用户设备根据目的地IP地址，源端IP地址，源端端口号，目的端端口号和协议类型来确定唯一的一个IP流，从而将该用户数据递交给真正的高层应用。因为在切换前后IP流的标识是一直都不变的，因此可以保证数据的连续性。

当业务开始的时候，策略和计费规则实体PCRF会将针对该业务的QoS策略和计费规则等信息根据运营商的配置和用户设备的签约数据传送到接入***间移动性管理器去501，该消息中除了包含用户设备的标识例如IP地址，QoS策略和计费规则之外，还包含该业务可以应用的接入***类型等信息。502接入***间移动性管理器保存收到的这些QoS策略和计费规则，及该业务可以应用的接入***类型等信息。***间移动性管理器将QoS根据用户设备所在的接入***提供给网关或者UPE 503。该消息中包含每个IP流的带宽，业务类型，及该业务适用的接入***类型等信息。网关收到QoS后，保存这些信息，并根据QoS参数给业务提供服务质量的保障。

601网关从用户设备处收到UE登记的消息，检查该消息中包含的用户设备永久性标识例如IMSI，和临时性标识例如P-TMSI。如果该消息中只有永久性标识例如IMSI，那么网关要与HLR进行通信，获得用户设备的鉴权矢量组，并利用这些鉴权矢量对用户设备进行认证。如果该消息中包含P-TMSI类似的临时性标识，那么该网关要通过解析临时性标识获得用户之前所在的旧网关，然后两个网关之间进行通信，获得用户设备的安全上下文等信息。新网关通过获得的安全上下文中的鉴权矢量组对用户设备进行认证。如果网络对该用户设备鉴权602之后认为该用户设备可信，那么网关向接入***间移动性管理器发送UE IP地址请求消息603，该消息中包含用户设备的临时性标识例如P-TMSI，用户设备的永久性标识例如IMSI，网关给用户设备分配的转交地址，用户设备所处的接入***类型例如GSM或者GPRS或者UMTS或者E-UMTS等等。随后，如果网关收到从***间移动性管理器发送的UE IP地址响应消息后604，就将该消息中包含的IP地址作为用户设备的家乡地址保存起来。然后给用户设备发送UE登记接受消息605，该消息中包含用户设备的永久性标识例如IMSI，临时性标识例如P-TMSI，用户设备的家乡IP地址，用户设备所在位置的跟踪区域标识等信息。

606网关收到无线接入网络控制实体发送的消息切换需求，察看该消息中包含的目标位置信息例如小区标识等信息，从而得知目标接入***的类型。根据网关中保存的业务适用接入***的类型，察看该业务是否允许切换到目标接入***中去607。如果允许的话，网关给目标接入***的网关发送切换请求消息608，该消息中包括用户设备所处的目标小区的标识，用户设备的标识，用户设备所使用的业务类型，及业务的一些2/3层的配置等信息。有了这些信息，就可以让目标接入***的无线接入网络控制实体对用户进行资源预留等操作。源接入***的网关是通过网络运营商事先配置好的信息知道目标小区所在的接入***的网关的。随后如果源接入***网关收到目标接入***网关的消息切换响应609，就查看该消息。如果该消息确认该切换已经被接受，并且该消息中包含了用户设备切换到目标接入***的配置参数，那么网关就给用户设备发送切换命令，该命令中包含用户设备在目标接入***的配置参数，包括物理层的配置，传输信道的配置等参数。配置完后，用户设备就可以在目标接入***进行数据的收发了。

当网关收到从另外一个网关发送的切换请求611时，检查该消息中包含的参数，找到用户设备所在的位置信息，并与该小区所在的无线接入网络控制实体通信，为该用户设备在目标小区中的数据接收准备资源。然后，网关给接入***间移动性管理器发送消息612 UE接入***更新，该消息中包括用户设备的临时性标识例如P-TMSI，永久性标识例如IMSI，用户设备现在所处的接入***类型，用户设备的家乡IP地址，用户设备的新的转交IP地址等信息。然后网关如果从接入***间移动性管理器处收到613 UE接入***更新确认消息，就证明接入***间移动性管理器接受了该更新，以后的数据就会转发给新的网关。网关向源接入***的网关返回切换响应614消息，该消息中包括用户设备切换到目标接入***的配置参数，用户标识等参数。

网关收到接入***间移动性管理器发送的关于业务的QoS和该业务适用的接入***类型信息，就将这些信息保存下来，为用户设备的业务服务质量及以后用户设备的移动性使用。

接入***间移动性管理器收到网关发送的UE IP地址请求消息701，检查该消息中包含的用户设备永久性标识例如IMSI，临时性标识例如P-TMSI，并保存它们，然后给该用户设备在其IP地址范围内分配一个IP地址，将该地址包含在发送给网关的响应消息UE IP地址响应消息中702。该消息还包含用户设备的永久性标识和临时性标识。以后接入***间移动性管理器收到发送给该IP地址的数据包，要按照401和412所述的方法将数据包转发给网关。

接入***间移动性管理器收到网关发送的UE接入***更新消息703，检查该消息中包含的用户设备永久性标识例如IMSI，临时性标识例如P-TMSI，用户设备的家乡地址，用户设备的转交地址，接入***类型等信息，如果确认该用户设备的家乡地址是由它提供的，并且目标接入***的类型是允许的，那么就给网关返回UE接入***更新确认消息，否则就返回UE接入***更新失败消息。UE接入***更新确认消息和UE接入***更新失败中应该包含用户设备永久性标识例如IMSI，临时性标识例如P-TMSI等信息。以后接入***间移动性管理器收到发送给该IP地址的数据包，要按照401和412所述的方法将数据包转发给网关。

接入***间移动性管理器收到从策略和计费规则功能实体发送的业务质量参数和计费规则参数705，将其保存在对应的用户设备的上下文中706，并将服务质量参数发送给网关，网关利用此参数可以确定给用户提供服务质量的标准。

本发明中网关与接入***间移动性管理器之间的消息也可以采用移动IP中定义的消息类型。图3中UE IP地址请求可以由绑定更新消息代替，而UE IP地址响应可以由绑定确认消息代替。具体的参数可以参见IETF RFC 3775中的定义。图4中UE接入***更新可以由绑定更新消息代替，而UE接入***更新确认可以由绑定确认消息代替。具体的参数可以参见IETF RFC 3775中的定义。

Claims (10)

1.一种在演进的3G***中移动的方法，包括步骤：

a)负责用户设备移动性管理的实体网关向接入***间移动管理器发送消息，告知当前用户设备所处的接入***类型及转交地址；

b)接入***间移动管理器保存上述信息，并给还未分配家乡地址的用户设备分配家乡IP地址，并将地址信息发送给网关；

c)网关向用户设备发送消息，用户登记接受。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤a)的消息包括：给用户设备分配的IP地址、用户设备的标识IMSI、用户设备的临时性标识、用户设备当前所在的***类型。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于接入***间移动管理器要将发送给用户设备的IP数据包中的目的地IP地址替换成保存的转交地址。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于负责用户设备数据的实体网关或者用户平面实体要将发送给用户设备的IP数据包中的目的地IP地址替换成保存的家乡地址。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于接入***间移动管理器在业务开始时，将该业务适用的接入***类型告知网关。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于还包括步骤：

接入***间移动管理器将用户数据转换后发给网关。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于所述转换包括步骤：

无线接入网络的控制实体向移动性管理实体发送切换需求消息；

移动性管理实体要求目标接入***的网关准备网络和无线接口的资源；

目标接入***的网关向接入***间移动性管理器发送UE接入***更新消息；

接入***间移动性管理器保存更新消息，并向目标接入***的网关返回确认消息；

目标接入***的网关向源接入***的移动性管理实体发送切换响应消息。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于所述需求消息包括：用户设备的标识、用户设备所在的目标接入***的位置信息。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于所述更新消息包括：用户设备的永久性标识、临时性标识、用户设备的转交地址、用户设备的家乡地址、用户设备所在的接入***类型。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于所述切换响应消息包括用户设备的标识、用户设备在目标***中的配置命令。

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