分布式演进型分组核心架构的系统和方法
【专利说明】分布式演进型分组核心架构的系统和方法
[0001]本申请要求2014年5月21日递交的第14/284，107号美国非临时专利申请案的优先权，该美国非临时专利申请案要求2013年5月22日由Kaippallimalil等人递交的发明名称为“分布式演进型分组核心架构的系统和方法(System and Method for DistributedEvolved Packet Core Architecture) ”的第61/826，362号美国临时专利申请案的优先权，这两个专利申请案的内容通过弓I入被并入本文。
技术领域
[0002]本发明一般地涉及一种演进型分组核心(EPC)架构，并且在具体实施例中，涉及一种分布式EPC的系统和方法。
【背景技术】
[0003]3GPP LTE和W1-Fi使用在高度集中的数据中心或中心局中管理用户会话的集中式架构。由于允许用户同时执行多个任务，例如，上网、传输即时消息和流视频的高功能用户设备(UE)很普及，所以在数据中心或中心局中处理用户会话会接近数据中心或中心局的性能极限。
[0004]另外，随着附接有成千上万或数百万计设备的小基站(small cell)、异构网(het-net)、机器对机器(M2M)和网络部署的增加，存在大量用户会话，其中一些用户会话是比较本地的(即，在附近位置开始和终止)，而其他则比较遥远。这些设备中的每个都可以是移动式的。演进型分组核心(EPC)网络集中地锚定互联网协议(IP)会话，因此当设备在二层锚点之间转变时能够维持相同的IP会话。
【发明内容】
[0005]根据本发明的一优选实施例，一种管理用户会话和互联网协议(IP)会话用于用户设备(UE)和网络之间的连接的方法包括:在第一分布式演进型分组核心(EPC)处，通过所述第一分布式EPC在所述连接上建立所述用户会话和所述IP会话。所述第一分布式EPC包括第一分组数据网络(TON)网关(PGW)，所述IP会话在所述第一 PGW处锚定。所述方法还包括保存所述IP会话的原始IP资源，并且当所述UE离开所述第一分布式EPC移动到第二分布式EPC时，释放所述第一分布式EPC处的所述用户会话的原始连接资源。所述方法随后在所述第一 PGW和所述第二分布式EPC的第二 PGW之间建立隧道。所述隧道使用所述原始IP资源和所述第二分布式EPC处的新的连接资源。所述方法随后将所述用户会话和所述IP会话的数据从所述隧道，通过所述第一 PGW，路由到所述网络。
[0006]一种示例性分布式EPC包括用户平面和控制平面。所述用户平面可在网络和服务UE的无线节点之间耦合。所述用户平面包括PGW和SGW。所述PGW被配置来锚定所述UE的IP会话。所述SGW被配置来锚定所述UE的用户会话。所述控制平面包括移动性管理实体(MME)，所述MME被配置来协调所述IP会话和所述用户会话的第一连接。当所述UE转变到由耦合到另一分布式EPC的另一无线节点服务时，所述MME被配置来指示所述PGW释放连接资源和保存用于所述第一连接的IP资源。所述MME还被配置来通知集中式EPC所述释放和所述保存。所述MME还被配置来根据来自所述集中式EPC的授权，通过所述PGW和所述另一分布式EPC的另一 PGW之间的隧道协调所述IP会话和所述用户会话的第二连接。
[0007]一种用于服务UE的示例性EPC包括中央EPC、第一分布式EPC和第二分布式EPC。所述中央EPC包括归属订户服务器(HSS)，被配置来存储认证信息并且认证和识别所述UE。所述第一分布式EPC包括第一 SGW、第一 PGW和第一 MME。所述第一 SGW可耦合到第一无线节点。所述第一 SGW被配置来锚定所述UE的用户会话并且通过所述第一无线节点将用户数据路由到所述UE和路由来自所述UE的用户数据。所述第一 PGW可在所述第一 SGW和网络之间耦合。所述第一 PGW被配置来锚定所述UE的IP会话并且在所述第一 SGW和所述网络之间路由所述用户数据。所述第一 MME被配置来从所述HSS接收所述UE的认证并且协调所述用户会话和所述IP会话的建立。所述第二分布式EPC包括第二 SGW、第二 PGW和第二 MME。所述第二 SGW可耦合到第二无线节点并且被配置来将所述用户数据路由到所述第二无线节点和路由来自所述第二无线节点的所述用户数据。所述第二 PGW可在所述第二SGW和所述网络之间耦合。所述第二 PGW被配置来在所述第二 SGW和所述网络之间路由所述用户数据。当所述UE从由所述第一无线节点服务转变到由所述第二无线节点服务时，所述第一 MME被配置来指示所述第一 PGW释放所述用户会话的连接资源和保存所述IP会话的IP资源。所述第一 MME随后通知所述HSS所述释放所述连接资源和所述保存所述IP资源。当所述UE开始与所述第二无线节点连接时，所述第二 MME被配置来从所述HSS接收所述UE的重认证。所述第二 MME随后与所述HSS和所述第一 MME协调以在所述第一 PGW和所述第二 PGW之间建立隧道。所述隧道根据所述IP资源来建立。所述用户数据随后从所述UE路由到所述第二 PGW，通过所述隧道路由到所述第一 PGW，并且路由到网络。
【附图说明】
[0008]为了更完整地理解本发明及其优点，现在参考下文结合附图进行的描述，其中:
[0009]图1为通信系统的一个实施例的方框图；
[0010]图2为EPC的一个实施例的方框图；
[0011]图3为图示从由一个分布式EPC服务转变到由另一分布式EPC服务的UE的方框图；
[0012]图4为管理用户会话和IP会话用于UE和网络之间的连接的方法的一个实施例的流程图；以及
[0013]图5为处理系统的方框图。
【具体实施方式】
[0014]下文将详细论述实施例的实施和使用。但应了解，本发明提供的许多可应用的发明概念可实施在多种具体环境中。所论述的具体实施例仅仅说明用以实施和使用本发明的具体方式，而不限制本发明的范围。
[0015]EPC是一种提供功能框架来处理多个用户，S卩，UE，的用户数据和用户会话的网络架构。EPC将接入网，例如LTE接入网，连接到一个或更多个外部网络。外部网络可以包括互联网、企业网和IP多媒体核心网子系统(MS)。接入网通常包括多个无线节点，各个UE连接到这些无线节点以接入外部网络或在接入网上与其他UE通信。
[0016]图1为通信系统100的一个实施例的方框图。通信系统100包括将接入网连接到外部网络120-1和120-2的EPC 110。该接入网包括多个无线节点。在特定实施例中，无线节点是增强型节点B(eNB)。通信系统100包括eNB 130-1至130-4。eNB 130-1至130-4提供到移动用户，即UE 140-1至140-7，的无线接入。eNB 130-1至130-4提供到外部网络120-1和120-2的接入。
[0017]在可替换的实施例中，通信系统100可以包括任意数量的无线节点和UE。在其他实施例中，EPC 110可以将接入网连接到任意数量的外部网络。在特定实施例中，多个EPC可以通过外部网络120-1和120-2彼此连接。
[0018]典型的EPC包括若干功能模块，这些功能模块的功能通常被归类在用户平面或在控制平面上。用户平面处理用户数据，S卩，有效负荷数据。控制平面协调连接并实行策略。用户平面的基本元件包括服务网关(SGW)和分组数据网络(TON)网关(PGW)。控制平面的基本元件包括归属订户服务器(HSS)、移动性管理实体(MME)、策略和计费规则功能件(PCRF)以及订户属性数据库(SPR)。对于有关EPC网络架构的进一步的信息，参见2014年3月10日的3GPP技术规范23.002，其内容通过引入被并入本文。
[0019]HSS是包含用户相关和订户相关信息的数据库。HSS还在移动性管理、呼叫和会话建立、用户认证和接入授权中提供支持功能。MME处理与选择合适的eNB、SGW和PGW，协调和建立连接以及管理各种会话资源有关的信令和逻辑。除许多其他功能外，MME还支持认证和识别。PCRF是业务数据流策略和计费控制的策略决策点。PCRF还选择和提供适用的策略和计费决策。在一些情况下，PCRF提供动态服务质量(QoS)控制策略。SPR存储由PCRF实行基于订阅的策略和计费控制所需的订户相关信息。
[0020]SGW在UE和外部网络之间传输IP数据流量。SGW充当无线节点和EPC之间的接口并且还充当UE会话和无线节点之间二层移动性(layer 2mobility)的销点。SGW逻辑上被连接到PGW。PGW锚定UE的IP会话并且充当外部网络和EPC之间的接口。PGW向外部网络传输IP数据流量和传输来自外部网络的IP数据流量，这些外部网络有时被称为Η)Ν。
[0021]在UE从由耦合到一个PGW的无线节点服务转变到由耦合到另一 PGW的另一无线节点服务期间，在典型的EPC中，一个PGW的第一 MME通知另一 PGW的第二 MME关于切换期间的上下文传输。在UE向第一 MME请求以释放其资源时开始通信。本文意识到UE可以直接通知第二 MME上下文传输，而且第二 MME可以通知第一 MME。