第5代移动网络中的按需网络服务的制作方法

本发明一般地涉及移动通信网络，并且更具体地涉及用于实现在第5代移动网络或更一般地具有租户特定的要求的网络服务实例中按需且每当被需要时支持租户的极低等待时间应用的要求的方法、装置和计算机程序产品。

背景技术：

移动数据传输和数据服务正在不断地取得进展，其中此类服务提供各种通信服务，诸如语音、视频、分组数据、消息传送、广播等。近年来，已经指定了长期演进LTE^TM，其根据3GPP规范使用演进的通用陆地无线电接入网E-UTRAN作为无线电通信架构。

然而，在此类当前移动网络中，虽然少数的应用仍来自运营商核心，但大多数服务来自因特网，即从运营商视角来看的过顶（over the top）。在此类设置中，服务边缘在核心网网关处，所述核心网网关是端到端e2e服务隧道（承载）的端点。更本地地接近于无线电接入地交换（层L2）或路由（层L3）用户平面业务是不必要的。

第5代移动网络应使能对极低等待时间应用的支持，这不仅要求低等待时间连通性而且要求使得服务本身更加接近于无线电接口。

此类应用的示例是用于冲突避免的车辆联网。原则上，车辆到车辆通信可以通过在移动网络网关后面的因特网协议IP层处（例如在属于因特网服务提供商ISP的路由器中）将两个通信链路互连而根据当前范例发生。

用于被定义在例如3GPP TR 23.829中的对互联网的本地中断的解决方案，诸如本地IP接入LIPA和所选IP业务卸载SIPTO，当前可用并且理论上可以帮助解决问题，只要网络服务实例的成员是相当地理静态的（geo-static）且服务不需要永久地适应于虚拟专用网络VPN用户位置的改变（例如当服务用户通过网络从基站BS移动到基站时）。根据所谓的“RAN之上的SIPTO（版本10）”，假设家庭eNodeB HeNB和本地网关L-GW两者都是运营商域的部分。进一步地，仅使用LIPA来接入本地家庭/企业网络。其他服务仅被经由运营商核心提供，并且SIPTO仅被用于互联网接入。

现今在数据中心中利用与创建灵活虚拟租户联网必需功能类似的功能。在数据中心中，当租户的虚拟机VM从数据中心中的一个位置迁移至另一位置时，用于VM的虚拟联网需要适配。针对关于数据中心中的现有技术的示例的概要，参考例如 “VL2: A Scalable and Flexible Data Center Network”，A. Greenberg等人，SigComm，2009年。为了理解本示例与移动网络之间的关系，可假设虚拟机VM是最终用户设备，例如用户设备UE，并且中央寻址服务与知道UE的位置的移动控制平面通信。在本发明的背景下，UE可以是人类最终用户通信设备，例如智能电话，或者机器设备，例如内置到汽车中的通信设备。并且UE本身是到另一专用网络（例如汽车的车载网络）的网关节点是可能的。

最后，某些供应商设想了用于基站内的IP互连的专有解决方案，但其不能保证多供应商环境中的互操作性并且仍是静态的，因此不适合于“移动”VPN或具有动态拓扑的VPN。

技术实现要素：

因此，为了克服现有技术的缺点，本发明提供了一种用于在第5代移动网络或更一般地具有租户特定的要求的网络服务实例中支持低等待时间应用的解决方案。

特别地，本发明提供了一种用于在第5代移动网络中按需使能网络服务实例的方法、装置和计算机程序产品。另外，使得能够遵循预定义服务优化策略根据联网服务实例的服务用户的移动来自动地重配置联网服务实例。

根据本发明的第一方面，提供了一种方法，包括检测一个或多个UE要求网络服务的条件（例如由于在两个UE之间建立直接自组织（ad-hoc）连接的无能力），以及当检测到要求时在无线电接入网内创建相应UE之间的被本地交换或路由的网络服务实例，或者修改无线电接入网内的相应UE之间的被本地交换或路由的网络服务实例，其中根据UE的移动通过遵循预定义服务策略而相应地（respectively）采用无线电接入网的网络节点来选择和改变在无线电接入网中为相应UE服务的网络节点。

根据本发明的第二方面，提供了一种装置，包括检测设备，其被配置成检测一个或多个用户设备要求网络服务实例的条件（例如，配置成检测在两个UE之间建立自组织连接的无能力）；处理设备，处理设备被配置成在检测到要求时在无线电接入网内创建相应用户设备之间的被本地交换或路由的网络服务实例；以及选择设备，其被配置成根据相应用户设备的移动通过遵循服务策略而相应地采用无线电接入网的网络节点来选择和改变在无线电接入网中为相应用户设备服务的网络节点。

根据本发明的第三方面，提供了一种包括计算机可执行组件的计算机程序产品，所述计算机可执行组件在程序被运行时被配置成执行根据第一方面的方法。

在从属权利要求中阐述了本发明的前述示例性方面的有利的进一步发展或修改。

根据本发明的某些实施例，无线电接入网是根据第5代移动网络架构的网络。

进一步地，根据某些实施例，网络服务实例是被交换或路由的网络服务实例。

进一步地，根据本发明的某些实施例，UE中的一个或多个是相应的被本地交换或路由的自组织网络的部分，其中根据某些实施例，相应的被本地交换或路由的自组织网络是使用例如车辆环境中的无线接入（WAVE、IEEE 1609、IEEE 802.11p）标准的车辆到车辆通信网络。

进一步地，根据本发明的某些实施例，服务策略是用以选择关于各自相应用户设备的位置的最近的可能的网络节点用于使通信等待时间最小化的策略。

进一步地，根据本发明的某些实施例，由直接地或间接地与移动网络控制平面的移动性管理功能通信的控制节点提供用于网络服务实例的设置、修改和移除中的至少一个的控制功能。

进一步地，根据本发明的某些实施例，被本地交换或路由的服务实例是低等待时间虚拟专用网。

根据本发明的某些实施例，网络服务实例是具有动态拓扑的虚拟网络，并且在网络节点中实现虚拟网络的服务实例转发功能。

根据本发明的某些实施例，相应用户设备中的以高速度穿过无线电接入网的用户设备被锚定（anchor）到更集中的聚合节点中的服务实例转发功能，而相应用户设备的更地理静态的用户被锚定到更本地的网络节点中的服务实例转发功能。

根据本发明的某些实施例，网络服务实例是软件定义虚拟网络，其应用被置于基站站点和聚合节点中并被连接到软件定义联网控制器的开放流（OpenFlow）交换机，软件定义联网控制器被配置成使用控制协议（诸如例如开放流控制平面）而按需重配置软件定义虚拟网络的拓扑。因此，软件定义联网控制器的北向接口被直接地或间接地连接到5G控制平面的移动性管理功能，并且移动性管理功能告知软件定义联网控制器关于移动性事件（例如切换、网络附着和分离）以在多个用户设备穿过网络时重配置虚拟网络拓扑。

仍进一步地，根据某些实施例，相应的被本地交换的自组织网络是车辆到车辆网络，并且无线电接入网充当后备（backup）。

附图说明

为了对本发明的示例实施例的更彻底的理解，现在参考结合附图采取的以下描述，在所述附图中：

图1示意性地示出了根据现有技术的经由核心网移动网关的设备到设备（例如UE至UE）通信；

图2图示了根据现有技术的从UE到LTE网络中的移动网关的ping的往返时间RTT；

图3示出了可以有利地对其应用本发明的车辆联网使用情况的示例实施例；

图4示出了根据本发明的某些实施例的用于连接图3中描绘的车辆的分布式以太网服务实例的用户和传输平面；

图4a通过示出基站BS与vSwitch中的服务实例转发功能之间的服务流（service flow）隧道是服务实例转发功能的虚拟进入/外出端口到上行链路/下行链路UL/DL服务流隧道端点的关联的结果而示出了根据本发明的某些实施例的图4中的方案的进一步细节；

图5除针对图4中描绘的使用情况的某实施例中的用户和传输平面元件之外还示出了控制平面元件；

图6示出了根据某些实施例的在切换完成之后的服务流隧道配置；

图7示出了根据本发明的某些实施例的移动性管理实体MME与软件定义联网控制器SDNC之间（接口Sc）的消息传送，其被用来优化ETH服务实例，即将用于UE2的SAP1从vSwitch B移动至vSwitch A；

图8图示了根据本发明的某些实施例的方法；

图9示意性地图示了根据本发明的某些实施例的装置；以及

图10示意性地示出了根据本发明的某些实施例的对低等待时间车辆到车辆通信的支持。

具体实施方式

下面将在本文中描述本发明的示例性方面。更具体地，在下文中参考特定非限制性示例和目前被认为是本发明的可设想实施例的东西来描述本发明的示例性方面。本领域的技术人员将领会到本发明绝不限于这些示例，并且可被更宽泛地应用。

应注意的是本发明的以下描述及其实施例主要涉及被用作针对某些示例性网络配置和部署的非限制性示例的规范。即，虽然本发明涉及第5代移动网络，但还关于被用作针对某些示例性网络配置和部署的非限制性示例的3GPP术语来描述其实施例。此类术语仅在呈现的非限制性示例的背景下使用，并且自然地不以任何方式限制本发明。相反地，还可利用任何其他网络配置或系统部署等，只要符合本文中描述的特征。

在下文中，使用若干替换方案来描述本发明的各种实施例和实现及其方面或实施例。一般地应注意到的是根据某些需要和约束，可单独地或以任何可设想的组合（还包括各种替换方案的单独特征的组合）提供所有描述的替换方案。

特别地，应将以下示例版本和实施例仅理解为说明性示例。虽然本说明书可能在若干位置中提及“一”、“一个”或“某些”（一个或多个）示例版本或（一个或多个）实施例，但这不一定意味着每个此类提及是对相同的（一个或多个）示例版本或（一个或多个）实施例或者特征仅适用于单个示例版本或实施例。还可将不同实施例的单个特征组合以提供其他实施例。更进一步地，应将单词“包括”和“包含”理解为不使描述的实施例限于仅包括已经提及的那些特征，并且此类示例版本和实施例还可包含尚未被具体地提及的特征、结构、单元、模块等。

一般地，电信网络包括复数个网络元件，诸如基站BS、演进NodeB（eNB；即LTE环境中的基站）、用户设备UE（例如移动电话、智能电话、计算机、汽车中的通信设备等）、控制器、接口等，并且特别地包括在电信服务的提供中使用的任何设备。

也取决于实际网络类型的所描述的元件的一般功能和互连对本领域那些技术人员而言是已知的且在相应规范中被描述，使得在本文中省略了其详细描述。然而，应注意的是除下面在本文中详细地描述的那些之外，还可以针对到或来自基站和通信网络的通信采用若干附加网络元件和信令链路。

如上面已指出的，本发明提供了一种用于在第5代移动网络中执行低等待时间应用的解决方案。此类应用的示例是用于冲突避免的车辆联网。然而，应注意的是本发明不限于车辆联网应用，而还可以被用在对于本领域的技术人员而言显而易见的若干其他应用（例如协作机器人应用）中。

原则上，根据某些已知的移动网络解决方案，可通过在移动网络网关后面的因特网协议IP层处将两个通信链路互连来建立车辆到车辆通信，如图1中所示。

特别地，如图1中所描绘的，经由移动接入实体13、移动核心14和国家互联网服务提供商ISP 15建立从设备1 11至设备2 12的IP层处的通信链接并且向后经由移动核心14和移动接入实体13建立路线（way），这由箭头来描绘。此类链路引起一定的等待时间。

为了明白等待时间方面的暗示，图2示出了根据LTE网络架构的从用户设备UE 21到移动网关（SAE GW）22并返回的200字节分组（ping）的往返延迟作为示例。还请注意，为了不超过往返时间RTT，必须将完整的端对端链设计成在不任何时间变得超载。这在资源被过度设计（over-engineer）时导致用于工程任务的高OPEX（操作费用）或高CAPEX（基建费用）。 考虑到由该通信范例引入的延迟和等待时间极限被满足的不确定性，其可能仅被用于非关键应用。

图3示出了可以有利地对其应用本发明的车辆联网使用情况。其示出了在公路上作为自组织的队（platoon）驾驶的四个车辆。为了相互的业务信息交换、控制或警告目的，已针对该队按需创建了虚拟联网服务实例。在所示情况下，服务实例延伸横跨到无线电站点A和B，其中UE 1和UE 3被经由无线电站点A连接到服务实例，并且UE2和UE4被经由无线电站点B连接到同一服务实例。

根据某些实施例，可以通过给第5代网络提供在无线电接入网中在无线电和聚合站点处或附近按需创建网络服务实例并使服务实例拓扑永久地适应于移动的UE以保证最低等待时间的能力而将本发明有利地应用于该场景。

在图4中示出了本发明的针对用户和传输平面的实施例。其与图3的示例相关。其示出了两个无线电站点A和B以及两个无线电站点被互连到的聚合站点C。

互连由包括站点路由器SR A、B和C的传输网络构建。在无线电站点A和B中的每个中，基站BS被经由本地站点路由器互连到虚拟交换机实体“vSwitch”。在聚合站点C中，存在被连接到本地站点路由器SR C的vSwitch C。用于vSwitch实现的示例由公共“开放虚拟交换机”项目“openvswitch.org”给出。

图4还示出了服务实例转发功能，其被指示为vSwitch内的垂直条。使用网络虚拟化隧道将服务实例转发功能在站点A、B和C之间逻辑上互连。用于网络虚拟化隧道的示例是NVGRE（参见http://tools.ietf.org/html/draft-sridharan-virtualization-nvgre-04）或VXLAN（参见http://tools.ietf.org/html/draft-mahalingam-dutt-dcops-vxlan-08）。

另外，图4示出了分别地在UE的服务BS与vSwitchＡ或Ｂ中的网络服务实例的相应服务接入点之间传输服务帧的四个服务流隧道。服务流隧道可以利用例如GTP隧道（3GPP TS 29.060）或GRE隧道（RFC 2784、RFC 2890）技术。

图4a示出了在本示例中UE的服务流可以包括从服务BS到vSwitch中的网络服务实例转发功能的进入端口的上行链路UL隧道以及从网络服务实例转发功能的外出端口到服务BS的下行链路DL隧道。进入和外出端口被关联到同一服务接入点。UL/DL隧道由相应UL/DL隧道端点标识。

图5除图4的示意性用户和传输平面配置之外还示出了经由接口Sc与软件定义联网控制器SDNC通信的移动网络的移动性管理实体MME。SDNC实体控制并管理在无线电网络站点A、B和C中的通用服务器刀片（blade）上运行的vSwitch设备。出于该控制目的，SDNC在本实施例中利用开放流控制协议（opennetworking.org）和开放vSwitch数据库管理协议（RFC 7047）。

SDNC能够针对vSwitch设备使用上面提及的控制和管理协议来按需重配置网络服务实例拓扑。经由接口Sc，MME告知SDNC关于移动性事件（例如切换、网络附着和分离），使得软件定义联网控制器SDNC能够在UE穿过网络时对网络服务实例进行实例化、重配置和破坏。

图6示出了在UE2在BS B与BS A之间的切换完成之后的网络服务实例拓扑不是最佳的。事实上，即使UE2现在被连接到被分配用于UE2的新DL隧道端点的BS A，其被关联到网络服务实例的接入点仍位于vSwitch B中。

如图7中所示，当MME告知SDNC关于UE2移动性事件时，由SDNC触发网络服务实例的重配置。

首先，SDNC在vSwitch A中的网络服务实例转发功能上创建虚拟外出端口，并将其绑定到BS A中的UE2的DL服务流隧道端点。然后，其创建用于UL方向的UE2服务流隧道端点，并将其绑定到vSwitch A中的服务实例转发功能的虚拟进入端口。另外，SDNC释放vSwitch B中的UL服务流隧道端点和被关联到UE2的相关虚拟进入端口。最后，SDNC用“服务配置信息”消息来告知MME关于vSwitch A上的新UL隧道端点。

最终的网络服务实例拓扑与在图4中描绘的拓扑类似，然而，其中UE2像UE1和UE3一样被连接到vSwitch A中的服务实例转发功能。

除等待时间边界之外，还可以考虑控制平面性能方面，例如可将以高速度穿过网络的用户设备UE锚定到更集中的聚合节点中的交换功能，而将较慢移动的UE锚定到其相应基站BS的交换功能。

图8示出了根据本公开的某些示例版本的方法。

在步骤81中，检测到一个或多个用户设备要求网络服务的条件。

进一步地，在步骤S82中，当检测到要求时，在无线电接入网内创建相应用户设备之间的网络服务实例，或修改无线电接入网内的相应用户设备之间的网络服务实例。

仍进一步地，在步骤S83中，根据相应用户设备的移动通过遵循服务策略而相应地采用无线电接入网的网络节点来选择和改变在无线电接入网中为相应用户设备服务的网络节点。

在图9中，结合本公开的某些示例版本来描述图示了装置90的配置的图。可在（虚拟）网络实体中或者由其执行本实施例。应注意的是网络实体可包括诸如芯片组、芯片、模块等的元件或功能，其也可以是网络实体的部分或者作为单独元件附着到网络实体等。应理解的是每个块及其任何组合可由诸如硬件、软件、固件、一个或多个处理器和/或电路之类的各种部件或其组合来实现。

图9中示出的装置90可包括处理功能、控制单元或处理器，诸如CPU等，其适合于执行通过程序或与网络实体控制过程相关的类似物给出的指令，并且其适合于对装置或充当装置的应用进行控制。

处理器99被配置成执行与上面描述的对第5代移动网络中的按需虚拟交换或路由的处理相关的处理。特别地，处理器99包括子部分91，作为被配置成检测一个或多个用户设备要求网络服务的条件的检测设备。部分91可被配置成根据图8的S81来执行处理。更进一步地，处理器包括子部分92，其可用作被配置成当检测到要求时在无线电接入网内创建相应用户设备之间的（例如被本地交换或路由的）网络服务实例的处理设备，或修改无线电接入网内的相应用户设备之间的（例如被本地交换或路由的）网络服务实例的处理设备。部分92可被配置成根据图8的S82来执行处理。更进一步地，处理器包括子部分93，其可用作被配置成根据相应用户设备的移动通过遵循服务策略而相应地采用无线电接入网的网络节点来选择和改变在无线电接入网中为相应用户设备服务的网络节点的选择设备。部分93可被配置成根据图8的S83来执行处理。

参考记号94和95表示被连接到处理器的收发机或输入/输出（I/O）单元（接口）。I/O单元94、95可被用于通信。即使在图9中未被明确地描绘，也可应用存储器96，其是可用的，例如用于存储将被处理器99执行的数据和程序和/或作为处理器99的工作储存器。

根据本发明的某些示例性实施例，本发明的可能实现依赖于将软件定义网络原理应用于第5代移动联网。

在该情况下，虚拟开放流（OF）交换机（vSwitch）被置于基站和聚合节点中。vSwitch被连接到SDN控制器，所述SDN控制器能够使用OF控制平面按需重配置虚拟网络拓扑。SDN控制器的北向接口被直接地或间接地连接到5G控制平面的移动性管理功能MMF。经由该接口，MME直接地或间接地告知SDN控制器关于移动性事件（例如，切换、网络附着和分离），使得软件定义联网控制器能够在UE穿过网络时重配置虚拟网络拓扑。

图10作为非限制性示例示出了根据本发明的某些实施例的对低等待时间车辆到车辆通信的支持的使用情况。

根据某些实施例，可以使用第5代网络基础设施作为用于车辆自组织通信的后备。利用其中设备之间的每个连接首先转到服务边缘并返回到无线电的设置（如图1中所示），满足等待时间要求将是不可能的。

替代地，通过实现本发明并从而具有当图10中的黑色且有阴影线的汽车被连接到第5代移动基础设施时将本地交换机实例化的能力实现以下益处：

a）“虚拟网络”的创建，例如所有汽车/汽车的子集，例如用于图10中的黑色且有阴影线的汽车。通过创建虚拟服务网络，可向（一个或多个）汽车组/（一个或多个）汽车子组排他地交换/发送消息，而被连接到同一移动网络的其他用户/机器不被涉及到（多播）。

b）汽车仍属于本地层2网络，因此对IP层没有影响。

c）将最近网络节点中的本地交换机实例化允许使通信等待时间最小化。

d）具有使交换机随着汽车一起沿着其路径移动的能力允许使通信等待时间保持低。

应注意的是本发明的实施例可以被实现为电路，以软件、硬件、应用逻辑或者软件、硬件和应用逻辑的组合来实现。在示例实施例中，应用逻辑、软件或指令集被维持在各种常规计算机可读介质中的任何一个上。在本文档的上下文中，“计算机可读介质”可以是可以包含、存储、传送、传播或传输指令以供由或结合指令执行系统、装置或设备（诸如计算机或智能电话或用户设备）使用的任何介质或装置。

本发明特别地而不限制地涉及移动通信，例如涉及第5代移动网络下的环境，并且也可以有利地以可连接到此类网络的控制器、基站、用户设备或智能电话或者自优化网络计算机来实现。即，其可以例如被实现为到被连接的设备的芯片组/以到被连接的设备的芯片组来实现。

如果被期望，则可以以不同的顺序和/或相互同时地执行本文中讨论的不同功能。更进一步地，如果被期望，则上面描述的功能中的一个或多个可以是可选的或者可以被组合。

虽然在独立权利要求中阐述了本发明的各种方面，但本发明的其他方面包括来自所描述的实施例和/或从属权利要求的特征与独立权利要求的特征的其他组合，并不只包括在权利要求中明确地阐述的组合。

在本文中还应注意到虽然上面描述了本发明的示例实施例，但不应在限制性意义上看待这些描述。相反地，存在可以在不脱离如在所附权利要求书中限定的本发明的范围的情况下做出的若干变型和修改。

更进一步地，可以通过软件（例如通过用于计算机的计算机程序产品）和/或通过硬件来实现所描述的网络元件以及如本文中描述的相应功能，所述网络元件诸如终端设备或用户设备（比如UE）、小区的通信网络控制元件（比如BS或eNB）、接入网元件（比如AP）等。在任何情况下，为了执行其相应的功能，相应地使用的设备、节点或网络元件可包括控制、处理和/或通信/信令功能所要求的若干部件、模块、单元、组件等（未示出）。此类部件、模块、单元和组件可包括例如包括用于执行指令和/或程序和/或用于处理数据的一个或多个处理部分的一个或多个处理器或处理单元，用于存储指令、程序和/或数据、用于充当处理器或处理部分等的工作区域的储存器或存储器单元或部件（例如ROM、RAM、EEPROM等），用于通过软件来输入数据和指令的输入或接口部件（例如软盘、CD-ROM、EEPROM等），用于向用户提供监视和操纵可能性的用户接口（例如屏幕、键盘等），用于在处理单元或部分的控制下建立链路和/或连接的其他接口或部件（例如，有线和无线接口部件、包括例如天线单元等的无线电接口部件、用于形成无线电通信部分的部件等）等，其中形成接口的相应部件（诸如无线电通信部分）也可以位于远程站点（例如无线电头或无线电站等）上。应注意的是在本说明书中，处理部分应该不仅被视为表示一个或多个处理器的物理部分，而且可以被视为由一个或多个处理器执行的所提及的处理任务的逻辑划分块（division）。