本发明涉及通信领域，尤其涉及一种用户数据锚点迁移的方法、设备和系统。
背景技术：
随着无线通信技术由4G向5G进一步发展，为提高网络的灵活性，将业务网关和PDN网关进行了进一步的控制面和用户面(Control plane and User plane，CU)分离，分离后形成网关的的控制面网关设备CGW(Control GateWay)和数据面网关设备DGW(Data GateWay)，CGW可以控制DGW对数据报文的处理动作。用户访问PDN网络时，上行和下行用户数据包经过基站和DGW，DGW根据已经建立的上下文，完成数据的转发。DGW是用户数据的锚点。
为提升用户访问数据网的可靠性，一般要进行DGW的备份，通常是将当前使用的DGW，即当前主用DGW的上下文信息备份到另一个备用DGW中，当主用DGW发生故障时，备用DGW启用来接替发生故障的DGW处理业务数据。
这种备份方式下，备用DGW占用了与主用DWG相同的存储资源来保存用户的上下文，系统的效率很低。
技术实现要素：
为克服现有技术的缺陷，本发明实施例提供了一种用户数据锚点迁移的方法、设备和系统，以节省存储资源，提高系统灵活性。
第一方面，本发明实施例提供了一种用户数据锚点迁移的方法，包括：控制面网关配置第一数据面网关为IP组的主用设备，配置第二数据面网关为IP组的备用设备；用户上线后，从IP组中为用户设备分配IP地址，并建立用户上下文；在主备切换锚点迁移后，向第二数据面网关发送用户上下文信息，用于第二数据面网关收到用户上下文信息后可处理用户数据包。
上述方法中，通过粒度为IP组的数据面网关主备用切换，节省了存储资源，提高了系统的使用效率和灵活性。
在一个可能的设计中，上述IP组包括接口地址，接口地址包括下列一项或多项：S1U接口地址、S5接口地址、S8接口地址、S4接口地址、以及S12接口地址等。进一步，IP组包括用于分配给用户设备的IP地址或IP地址段。通过分别配置接口地址和UE地址，进一步增加了系统灵活性。
在又一个可能的设计中，控制面网关将第一数据面网关配置为IP组中包含的IP地址的高优先级路由；将第二数据面网关配置为IP组中包含的IP地址的低优先级路由。通过高低优先级的路由配置，进一步增加了系统灵活性。
在又一个可能的设计中，控制面网关向第一数据面网关指示第一数据面网关为IP组的主用设备，第一数据面网关发布自身为IP组中包含的IP地址的高优先级路由；控制面网关向第二数据面网关指示第二数据面网关为IP组的备用设备，第二数据面网关发布自身为IP组中包含的IP地址的低优先级路由。或者控制面网关直接发布高优先级路由和低优先级路由。通过不同的配置方式，进一步增加了系统灵活性。
在又一个可能的设计中，向第二数据面网关发送用户上下文信息是由第二数据面网关收到用户设备上行数据包或下行数据包后触发的。这些用户上下文不必一次性全部发给第二数据面网关，提高了系统性能，进一步增加了系统灵活性。
第二方面，本发明实施例提供了一种控制面网关，具有实现上述方法中控制面网关行为的功能。所述功能可以通过硬件实现，也可以通过硬件执行相应的软件实现。所述硬件或软件包括一个或多个与上述功能相对应的单元，如配置单元、上下文单元、发送单元。
在一个可能的设计中，控制面网关的结构中包括处理器和存储器，所述存储器用于存储支持控制面网关执行上述方法的应用程序代码，所述处理器被配置为用于执行所述存储器中存储的程序。所述控制面网关还可以包括通信接口，用于控制面网关与其他设备通信。
第三方面，本发明实施例提供了一种计算机存储介质，用于储存为上述控制面网关所用的计算机软件指令，其包含用于执行上述方面为控制面网关所设计的程序。
第四方面，本发明实施例提供了一种用户数据锚点迁移的系统，包括控制面网关、第一数据面网关、第二数据面网关，它们各自具有实现上述方法中各自行为的功能。
本发明实施例提供的上述技术方案通过粒度为IP组的数据面网关主备用切换，节省了存储资源，极大提高了系统的使用效率和灵活性。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种实现用户数据锚点迁移的系统架构图；
图2为本发明实施例提供的一种实现用户数据锚点迁移的另一系统架构图；
图3为本发明实施例提供的一种实现用户数据锚点迁移的方法流程示意图；
图4为本发明实施例提供的一种控制面设备结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种控制面设备的另一结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明实施例提供一个实现用户数据锚点迁移的通信系统，其中包含了控制面网关(CGW)101，数据面网关(DGW)102，移动管理实体(Mobility Management Entity，MME)103，基站(evolved NodeB，eNB)104，路由器(Router)105。
基站104为用户设备(User Equipment，UE)提供无线接入。移动管理实体103用于UE的接入控制、移动性管理等。数据面网关102用于UE经过基站到外部网络Internet的数据连接。控制面网关101用于控制数据面网关对数据报文的处理动作。路由器105用于物理连接上述设备，并与外部网络Internet相连。图中的路由器实际部署时通常是一个路由器网络，将移动核心网的上述各设备连接起来。
图1中的虚线表示各设备间的信令连接关系。而数据面网关102与基站104之间，以及与Internet之间的双向箭头表示UE收发数据的逻辑链路关系。图1中包括两个数据面网关，一个用于IP组的主用，一个用于IP组的备用。数据面网关和控制面网关可以是业务网关CU分离后的网元，也可以是PDN网关CU分离后的网元，还可以是业务网关与PDN网关合设后CU分离的网元。
IP组包括处理用户数据包时用到的接口地址，接口地址包括下列一项或多项：S1U接口地址、S5接口地址、S8接口地址、S4接口地址、以及S12接口地址。IP组还包括一组用户的IP地址或地址段，用于分配给用户设备接入无线网络。当IP组主备用切换时，即数据锚点迁移时，IP组中的接口地址和用户地址的路由都从数据面网关1切换为数据面网关2。
本发明实施例中，一个CGW可能控制多个DGW，每个DGW上可以配置多个IP组。例如实际部署时可能一个CGW控制几十个DGW，每个DGW有几百个组，每个组可能有几千个用户，这样，一个CGW服务可能服务百万个用户。这些DGW可以互为IP组的备份。例如，IP组1以DGW1为主用，DGW2为备用；而IP组2以DGW2为主用，DGW1为备用。一个DGW上的多个IP组可以由不同的其他DGW备份。例如。DGW1上有IP组1、2、3主用，而它们的备用DGW分别为DGW2、DGW3、DGW4。总之，可以灵活配置不同IP组的主用和备用数据面网关。而数据锚点迁移的粒度是IP组。CGW可以按负荷分担算法在不同DGW上分配不同的IP组。IP组的主备用DGW的选择可以由运营商根据位置、容量等因素综合考虑。
如图2所示，在部署有SDN(软件定义网络，Software-Defined Networking)控制器和交换机的网络中，SDN控制器和交换机的功能类似于上述路由器，CGW将IP组的路由信息下发给SDN控制器，再由控制器转换为流表表项采用开放流协议Openflow下发给交换机。
进一步，还可以将SDN控制器内置于CGW中，或将SDN交换机内置于DGW中。在此不再赘述。下面数据锚点迁移的具体方法流程以图1的系统为例。
如图3所示，是本发明实施例提供的用户数据锚点迁移的方法，应用于如图1所示系统中。该方法中，CGW分别配置DGW1、DGW2为IP组的主用和备用设备，当检测到主用设备失效后，业务由主用设备迁移到备用设备上。具体包括下列步骤：
301，DGW1向CGW发送配置请求消息。这可以在DGW1上电启动后发送，也可以根据系统配置命令发送。
302，CGW分配IP组，并将分配的IP组信息携带在配置响应消息中返回给DGW1，并在配置响应消息中携带主备用指示信息，指示DGW1为所述IP组的主用DGW。所述IP组包括本IP组的接口地址，如S1U地址、S5/S8地址，S4地址、S12地址等接口。所述IP组还可包括后续将分配给用户设备的IP地址或地址段。
303，DGW1根据配置响应消息，配置接口地址，并根据主备用指示信息，向路由器发布所述IP组的高优先级路由。发布路由可以采用边界网关协议(Border Gateway Protocol，BGP)、开放式最短路径优先协议(Open Shortest Path First，OSPF)等。DGW1向路由器发布的路由指示DGW1为该IP组中包含的IP地址的高优先级路由。例如，下表1为发布到路由器中的两条路由。
表1
304，DGW2向CGW发送配置请求消息。同样，这可以在DGW2上电启动后发送，也可以根据系统配置命令发送。
305，CGW将步骤302中已分配的IP组信息携带在配置响应消息中返回给DGW2，并在配置响应消息中携带主备用指示信息，指示DGW2为所述IP组的备用DGW。
306，DGW2根据配置响应消息，配置接口地址，并根据主备用指示信息，向路由器发布所述IP组的低优先级路由。DGW2发布路由同样可以采用BGP协议、OSPF协议等。DGW2向路由器发布的路由指示DGW2为该IP组中包含的IP地址的低优先级路由。例如，下表2为发布到路由器中的两条路由。
表2
这样，路由器中包含了上述IP组的高优先级和低优先级路由。路由器收到数据包后，优选优先级高的路由转发数据包，如果优先级高的路由不可达，则选优先级低的路由转发数据包。上述发布路由后，DGW1则为IP组的主用设备，相关上行和下行数据包会优先转发到DGW1处理。
307，用户设备UE上线后，进行激活。CGW向DGW1发送会话生成请求。
308，DGW1从IP组的用户IP地址或地址段中分配UE的IP地址，并建立用户上下文。随后DGW1向CGW返回会话生成响应，其中包含了用户上下文信息。
DGW的用户上下文可以包括包括接口地址(S1U/S5/S8地址)、隧道标识(Tunnel Endpoint Identifier，TEID)、UE IP地址、接入点名称(Access Point Name，APN)、服务质量(Quality of Service，QoS)、计费属性等。CGW的上下文除包括DGW的相关信息外，还可包括：UE标识，MSISDN号(Mobile Subscriber Integrated Services Digital Network)、IMSI号(International Mobile Subscriber Identity)、UE IP地址归属的IP组等。
309，会话生成后，DGW1可以为用户设备UE提供上行与下行数据包的传输。
310：路由器在DGW1不可达时进行路由切换，例如DGW1发生故障，导致路由器收不到DGW1的心跳消息。或者DGW1与路由器之间的物理连接断路，导致路由器检测不到连接DGW1的物理线路的信号。路由器都认为DGW1不可达，路由器启用低优先级的路由进行数据转发。路由器还可以在收到切换命令时切换启用低优先级的路由。原来发给DGW1的上行、下行数据包将转发给DGW2。
311：DGW2收到IP组中用户的上行或下行数据包，但DGW2中没有用于处理该数据包的用户上下文，DGW2向CGW发送错误指示消息，其中携带该数据包中获取用户上下文的关键信息(如上行数据包中的隧道标识，或下行数据包中的目的地址)。
312：CGW根据错误指示消息中的关键信息，查找到对应的UE标识，将UE标识对应的用户上下文信息，包括接口地址、TEID、UE IP地址、APN等，发送给DGW2，DGW2收到用户上下文信息，完成数据包的转发处理。CGW也可同时将UE标识所在的IP组对应的所有已创建的用户上下文都发送给DGW2，即可对IP组对应的所有用户上下文进行恢复，后续DGW2可直接处理相关用户的上行和下行数据包的转发处理。
本发明实施例中，CGW也可以直接向路由器发布上述高优先级路由和低优先级路由。即CGW可直接向路由器发布表1和表2的路由信息。这样，DGW1和DGW2就不必发布路由。CGW也可不通知DGW1和DGW2步骤302和305中所述的主备用指示信息。
本发明实施例中，一个CGW可能控制多个DGW，每个DGW上可以配置多个IP组。这些DGW可以互为IP组的备份。例如，IP组1以DGW1为主用，DGW2为备用；而IP组2以DGW2为主用，DGW1为备用。一个DGW上的多个IP组可以由不同的其他DGW备份。例如，DGW1上有IP组1、IP组2、IP组3，DGW1为这3个族的主用设备，而它们的备用设备分别为DGW2、DGW3、DGW4。总之，可以灵活配置不同IP组的主用和备用数据面网关。而数据锚点迁移的粒度是IP组。CGW可以按负荷分担算法在不同DGW上分配不同的IP组。IP组的主备用DGW的选择可以由运营商根据位置、容量等因素综合考虑。
一个DGW网关上有多组IP，就会配置多个IP组的接口地址。例如，IP组1、IP组2将DGW1作为主用设备，IP组3将DGW1作为备用设备，这DGW1上将配置有这三个IP组的接口地址，每组接口地址分别包括S1U地址、S5/S8地址，S4地址、S12地址等接口地址。
本发明实施例提供的上述技术方案通过粒度为IP组的数据面网关主备用切换，节省了存储资源，极大提高了系统的使用效率和灵活性。
本发明实施例还提供了一种控制面网关的的结构示意图，如图4所示，包括：配置单元401，上下文单元402，发送单元403。其中：
所述配置单元用于配置第一数据面网关为IP组的主用设备，配置第二数据面网关为所述IP组的备用设备；
所述上下文单元用于从所述IP组中为用户设备分配IP地址，并建立用户上下文；
所述发送单元用于向所述第二数据面网关发送用户上下文信息，所述用户上下文信息用于第二数据面网关在锚点迁移后处理用户数据包。
进一步，这些单元实现上述方法中的相关功能，不再赘述。
在本实施例中，控制面设备是以功能单元的形式来呈现。这里的“单元”可以指特定应用集成电路(application-specific integrated circuit，ASIC)，电路，执行一个或多个软件或固件程序的处理器和存储器，集成逻辑电路，和/或其他可以提供上述功能的器件。在一个简单的实施例中，本领域的技术人员可以想到控制面设备可以采用处理器、存储器和通信接口来实现。
本发明实施例中的控制面设备还可以以图5中的计算机设备(或系统)的方式来实现。图5所示为本发明实施例提供的计算机设备示意图。该计算机设备包括至少一个处理器501，通信总线502，存储器503以及至少一个通信接口504，还可以包括IO接口505。
处理器501可以是一个通用中央处理器(CPU)，微处理器，特定应用集成电路(application-specific integrated circuit，ASIC)，或一个或多个用于控制本发明方案程序执行的集成电路。
通信总线502可包括一通路，在上述组件之间传送信息。所述通信接口504，使用任何收发器一类的装置，用于与其他设备或通信网络通信，如以太网，无线接入网(RAN)，无线局域网(Wireless Local Area Networks，WLAN)等。
存储器503可以是只读存储器(read-only memory，ROM)或可存储静态信息和指令的其他类型的静态存储设备，随机存取存储器(random access memory，RAM)或者可存储信息和指令的其他类型的动态存储设备，也可以是电可擦可编程只读存储器(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)、只读光盘(Compact Disc Read-Only Memory，CD-ROM)或其他光盘存储、光碟存储(包括压缩光碟、激光碟、光碟、数字通用光碟、蓝光光碟等)、磁盘存储介质或者其他磁存储设备、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质，但不限于此。存储器可以是独立存在，通过总线与处理器相连接。存储器也可以和处理器集成在一起。
其中，所述存储器503用于存储执行本发明方案的应用程序代码，并由处理器501来控制执行。所述处理器501用于执行所述存储器503中存储的应用程序代码。
在具体实现中，处理器501可以包括一个或多个CPU，每个CPU可以是一个单核(single-core)处理器，也可以是一个多核(multi-Core)处理器。这里的处理器可以指一个或多个设备、电路、和/或用于处理数据(例如计算机程序指令)的处理核。
在具体实现中，作为一种实施例，该计算机设备还可以包括输入/输出(I/O)接口505。例如，输出设备可以是液晶显示器(liquid crystal display，LCD),发光二级管(light emitting diode，LED)显示设备，阴极射线管(cathode ray tube，CRT)显示设备，或投影仪(projector)等。输入设备可以是鼠标、键盘、触摸屏设备或传感设备等。
上述的计算机设备可以是一个通用计算机设备或者是一个专用计算机设备。在具体实现中，计算机设备可以是台式机、便携式电脑、网络服务器、掌上电脑(Personal Digital Assistant，PDA)、移动手机、平板电脑、无线终端设备、通信设备、嵌入式设备或有图2中类似结构的设备。本发明实施例不限定计算机设备的类型。
如图1中的控制面设备可以为图5所示的设备，存储器503中存储了一个或多个软件模块。控制面设备可以通过处理器以及存储器中的程序代码来实现软件模块，完成上述方法。
本发明实施例还提供了一种计算机存储介质，用于储存为上述图4或图5所示的设备所用的计算机软件指令，其包含用于执行上述方法实施例所设计的程序。通过执行存储的程序，可以实现上述方法。
尽管在此结合各实施例对本发明进行了描述，然而，在实施所要求保护的本发明过程中，本领域技术人员通过查看所述附图、公开内容、以及所附权利要求书，可理解并实现所述公开实施例的其他变化。在权利要求中，“包括”(comprising)一词不排除其他组成部分或步骤，“一”或“一个”不排除多个的情况。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中列举的若干项功能。相互不同的从属权利要求中记载了某些措施，但这并不表示这些措施不能组合起来产生良好的效果。
本领域技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、装置(设备)、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。计算机程序存储/分布在合适的介质中，与其它硬件一起提供或作为硬件的一部分，也可以采用其他分布形式，如通过Internet或其它有线或无线电信系统。
本发明是参照本发明实施例的方法、装置(设备)和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管结合具体特征及其实施例对本发明进行了描述，显而易见的，可对其进行各种修改和组合。相应地，本说明书和附图仅仅是所附权利要求所界定的本发明的示例性说明，且视为已覆盖本发明范围内的任意和所有修改、变化、组合或等同物。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。