无线通信网络的网关排布的制作方法
【专利说明】
[000。相关申请交叉引用
[0002] 本申请要求递交于2014年10月13日、题为"无线通信网络的网关排布"的美国专利 申请No. 14/513,041的优先权，其要求递交于2013年10月31日、题为"先进无线通信系统和 技术"的美国临时专利申请No. 61 /898，425，W及递交于2013年11月27日、题为"先进无线通 信系统和技术"的美国临时专利申请No.61/909,938的优先权，运些申请的全部内容通过引 用整体合并于此。
技术领域
[0003] 本公开的实施例总体设及无线通信领域，并且更具体地，设及无线通信网络的网 关排布。
【背景技术】
[0004] 对无线通信网络的需求持续增长。然而，网络运营商和服务供应商在其对所需的 改变做出响应、而无需牺牲对时间敏感的服务的性能的能力方面已受到限制。
【附图说明】
[0005] 通过结合附图的W下详细描述将容易理解实施例。为了协助该描述，相似编号指 代相似的结构元素。实施例在附图中W示例的方式而不是W限制的方式被示出。
[0006] 图1示出了根据各种实施例的包括网络控制器计算系统的无线通信网络的一部 分，网络控制器计算系统具有服务网关控制平面计算系统（SGW-C)和分组数据网络网关控 制平面计算系统(PGW-C)。
[0007] 图2示出了根据各种实施例的包括服务网关用户平面计算系统（SGW-U)的无线通 信网络的一部分。
[000引图3示出了根据各种实施例的包括分组数据网络网关用户平面计算系统(PGW-U) 的无线通信网络的一部分。
[0009] 图4示出了包括SGW-C、PGW-C、SGW-U和PGW-U的无线通信网络的实施例的一部分。
[0010] 图5是根据各种实施例的、用于操作网络控制器计算系统的过程的流程图。
[0011] 图6是根据各种实施例的、用于操作网关用户平面计算系统的过程的流程图。
[0012] 图7-9是用户设备(肥)附接过程的各种实施例的信号图。
[OOK]图10是根据各种实施例的、用户设备(肥)切换过程的信号图。
[0014] 图11是可用于实践本文所描述的各种实施例的示例计算设备的框图。
【具体实施方式】
[0015] 本公开的实施例包括用于无线通信网络的网关排布。具体地，本公开的各种实施 例包括用于分离服务网关(SGW)的用户平面和控制平面功能的系统和方法，W及用于分离 无线通信网络中的分组数据网络网关(PGW)的控制平面功能中的用户平面的系统和方法。 如本领域所公知的，SGW的功能可W包括:用作用户设备(UE)在接入节点(AN)之间的切换的 本地移动性错点，分组路由和转发，上行链路和下行链路中的传输级分组标记，等等。PGW的 功能可W包括:基于每个用户的分组过滤，分配互联网协议(IP)地址给肥，上行链路和下行 链路中的传输级分组标记，上行链路和下行链路服务级选通控制，W及分组筛选，等等。
[0016] 无线通信网络的组件的用户平面包括用于通过网络传输用户数据的功能。无线网 络的组件的控制平面包括用于控制和支持用户平面功能的协议。控制平面功能的示例可W 包括控制网络接入连接(例如，诸如将UE附接到无线电接入网络和从无线电接入网络分离 UE)，控制所建立的网络接入连接的属性(例如，激活互联网协议（IP)地址），控制所建立的 网络连接的路由路径，W及控制网络资源的分配W满足需求。
[0017] 本文所公开的各实施例中的多个实施例可W使得在云计算架构中提供无线通信 功能的高效和可伸缩的实现方式成为可能。特别地，本文所公开的各实施例中的多个可W 使得用于第S代合作伙伴项目（3GPP)网络中的演进分组核屯、化PC)功能的网络控制云架构 成为可能。
[0018] 本文所公开的各实施例中的多个实施例可W将各种网络功能的控制平面作为软 件定义网络(SDN)云服务来实现。特别地，本文所公开的各实施例中的多个实施例可W分离 各种网络功能的控制平面和用户平面，并且可利用基于云的处理来提供网络功能的控制平 面(例如，在EPC控制器内），而用户平面功能由通过安全通信链路禪合到控制平面的专用硬 件或其它计算系统提供。
[0019] 特别地，本文所公开的一些实施例可W使得对先前由专用硬件实现的各种网络功 能的虚拟化成为可能。传统上，当无线网络上的需求增加时，必须购买、运送、安装和配置运 类专用硬件的附加单元W对增加的需求做出响应。对通过常规专用硬件执行的一些功能的 虚拟化可W使得功能的新实例化能够快速且成本低得多地被创建，由此提高供应商对需求 的变化做出反应的能力。
[0020] 然而，W虚拟化对应物替换专用硬件可能W较高的处理开销和较慢的性能为代 价。因此，在本文所公开的各种实施例中对时间敏感的功能可W继续W专用硬件来实现，而 对时间不那么敏感的功能可W被虚拟化。例如，就仅能容忍分组递送的少量延迟而言，用户 平面功能（例如，语音数据分组的传输)可能对时间是特别敏感的，而控制平面功能可能对 时间不那么敏感(例如，在建立语音呼叫中五秒的延迟可能是可接受的，但活跃语音通信期 间的五秒延迟可能是不可接受的）。去禪用于提供用户平面功能和控制平面功能的计算系 统(例如，网关和无线网络的何W使得控制平面功能能够被实现在一个计算系统(例如，虚 拟化环境）中，而用户平面功能被实现在另一计算系统(例如，专用硬件）中。本文所公开的 各实施例中的多个实施例可W使得运样的去禪成为可能，运可W进一步使得对需求变化的 改善的响应能力得W实现而无需牺牲对时间敏感的功能的性能。
[0021] 在下文的详细描述中，参考形成该具体实施例的一部分的附图，其中，在附图中相 似的标号始终指代相似的部分，并且在附图中W示例的形式示出了可被实施的实施例。可 W理解的是，在不脱离本公开的范围的情况下，可W使用其它实施例并且可W做出结构或 逻辑的改变。
[0022] 各种操作可W对理解所要求保护的主题最有帮助的方式描述为依次进行的多个 离散的动作或操作。但是，描述的顺序不应被解释为暗示运些操作必须是基于顺序的。特别 地，运些操作可W不按照展示的顺序来执行。所述操作可W与所述实施例不同的顺序来执 行。在附加实施例中，各种附加操作可被执行和/或所述操作可被省略。
[0023] 为了本公开，短语"A和/或B"意味着(A)、（B)或(A和B)。为了本公开，短语"A、B和/ 或C"意味着(A)、（B)、（C)、（A和B)、（A和C)、（B和C)或(A、B和C)。说明书可能使用短语"在一 个实施例中"或"在多个实施例中"，每个短语指的是相同或不同实施例中的一个或多个。此 夕h针对本公开的实施例所使用的术语"包括"、"包含"、"具有"等是同义的。
[0024] 如本文所使用的，当计算系统实例化被配置为执行特定功能的一个或多个虚拟机 (或一个或多个计算设备)时，该计算系统可W被称为"虚拟化"该特定功能。虚拟机的实例 化可W根据已知虚拟化技术来执行，并且可W利用虚拟机监视器或其它已知虚拟机管理技 术。在一些实施例中，具有一个或多个处理器的计算系统可W通过执行机器可读指令(其使 得该计算系统被配置为执行功能)来虚拟化该功能。在一些实施例中，计算系统可W通过配 置电路(例如，该计算系统中的一个或多个处理器和存储器设备)执行功能来虚拟化该功 能。
[0025] 如本文所使用的，术语"电路"可W指W下各项(或是W下各项的一部分、或包括W 下各项）：专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共享 处理器、专用处理器或组处理器)和/或存储器(共享存储器、专用存储器或组存储器）、组合 逻辑电路、和/或提供所描述的功能的其它适当的硬件组件。
[0026] 本文描述的实施例可W用在各种应用(包括移动无线无线电系统的发送器和接收 器）中。具体地被包括在实施例的范围内的无线电系统包括但不限于网络接口卡(NIC)、网 络适配器、基站、接入点(AP)、中继节点、节点B、网关、网桥、集线器和卫星无线电话。此外， 在实施例范围内的无线电系统可包括卫星系统、个人通信系统(PCS)、双向无线电系统、全 球定位系统(GPS)、双向寻呼机、个人计算机(PC)及相关的外围设备、个人数字助理(PDA)、 个人计算设备，等等。
[0027] 本文描述的系统和方法的实施例可W实现在宽带无线接入网络中，宽带无线接入 网络包括遵循由第S代合作伙伴计划(3GPP)及其衍生物、全球微波接入互操作性(WiMAX) 论坛、I邸E 802.16标准(例如，I邸E 802.16-2005修正）、长期演进化TE)项目及任何修正、 更新、和/或修订(例如，高级LTE项目、超移动宽带(UMB)项目（也称为"3GPP2")等)所规定的 一个或多个协议来操作的网络。为便于讨论，本文所述的许多示例可能引用符合3GPP的无 线通信网络;然而本公开的主题并不限于此并且所描述的实施例可W应用于可从本文描述 的系统和技术获益的其它无线通信网络，例如由其它专口利益小组和/或标准制定组织(例 如，无线保真(Wi-Fi)联盟、WiMAX论坛、红外数据协会(IrDA)等)所开发的规范和/或标准。
[0028] 现在参考图1，示出了根据各种实施例的示例无线通信网络150的一部分。例如，无 线通信网络150可W被配置为无线个人区域网（WPAN)、无线局域网（WLAN)和无线城域网 (WMAN)。如下面所讨论的，无线通信网络150可W被配置用于控制平面和用户平面网关功能 的改进的排布。
[0029] 无线通信网络150可W包括网络控制器计算系统100(本文缩写为"网络控制器"）。 在一些实施例中，网络控制器100可W是演进分组核屯、化PC)控制器。网络控制器100可W包 括服务网关控制平面计算系统(SGW-CH52和分组数据网络网关控制平面计算系统(PGW-C) 154。在一些实施例中，SGW-C 152和PGW-C 154可W在共用的物理计算设备中实现。在一些 实施例中，SGW-C 152和PGW-C 154可在不同的物理计算设备中实现。
[0030] SGW-C 152可W包括服务网关(SGW)控制平面电路102和通信电路112dSGW控制平 面电路102可W被配置为提供无线通信网络150中的SGW的控制平面功能。在一些实施例中， SGW控制平面电路102可W被配置为虚拟化运些控制平面功能。
[0031] 通信电路112可与SGW控制平面电路102通信地禪合，并且可W被配置为建立SGW控 制平面电路102和至少一个SGW用户平面计算系统(SGW-U)之间的安全通信链路。SGW-U可W 被配置为提供无线通信网络150中的SGW的用户平面功能，并且可W是与网络控制器100不 同的计算系统。SGW-U和SGW控制平面电路102之间的安全通信链路可用于无线通信操作期 间对控制消息的交换。任何在此讨论的安全通信链路由任意合适的协议（例如开放流、 ForCES、PCEP NeTConf W及IRS)提供。
[0032] 图1示出了其中SGW-C 152分别经由安全通信链路178、180和182与S个SGW-U 118、120和122进行通信的配置。S个SGW-U 118、120和122可W是不同的计算系统。虽然图1 中示出了S个SGW-U，但SGW-C 152可与更多或更少的SGW-U通信。为了便于说明，本文可W 主要讨论SGW-U 122,并且其它SGW-U(例如，SGW-U 118和120)可W如本文参考SGW-U 122所 描述的来配置。下文参考图2讨论了 SGW-U 122的各种实施例。
[0033] 通信电路112可W包括天线和/或有线通信接口，并且可W被配置为接收和/或传 输有线和/或无线信号至本文所述的其它计算系统。天线可W包括一个或多个定向或全向 天线，例如偶极天线、单极天线、贴片天线、环形天线、微带天线和/或适于射频(RF)或其它 无线通信信号的接收和/或发送的其它类型的天线。例如，有线通信接口可W被配置为经由 导电载体和/或光载体进行通信。有线通信接口的示例可W包括W太网接口和光纤接口。在 一些实施例中，通信电路112可W被配置为从SGW-IK例如，SGW-U 122)接收数据和/或向其 传输数据。在一些实施例中，通信电路112可W被配置为从网络控制器100的其它组件、或者 与网络控制器100分离的其它计算系统(例如，如下面参考图4所描述的）接收数据和/或向 其传输数据。
[0034] PGW-C 154可W包括分组数据网络网关(PGW)控制平面电路104和通信电路112。 PGW控制平面电路104可W被配置为提供无线通信网络150中的PGW的控制平面功能。在一些 实施例中，PGW控制平面电路104可W被配置为虚拟化运些控制平面功能。
[0035] 通信电路114可与PGW控制平面电路104通信地禪合，并且可W被配置为建立PGW控 制平面电路104和至少一个PGW用户平面计算系统(PGW-U)之间的安全通信链路。PGW-U可W 被配置为提供无线通信网络150中的PGW的用户平面功能，并且可W是与网络控制器100不 同的计算系统。PGW-U和PGW控制平面电路104之间的安全通信链路可用于无线通信操作期 间对控制消息的交换。
[0036] 图1示出了其中PGW-C 154分别经由安全通信链路184、186和188与S个PGW 124、 126和128进行通信的配置。S个PGW 124、126和128可W是不同的计算系统。虽然图1中示出 了=个PGW-U，但PGW-Cl 54可与更多或更少的PGW-U通信。为了便于说明，本文可W主要讨论 PGW-U 124,并且其它PGW-IK例如，PGW-U 126和128)可W如本文参考PGW-U 124所描述的来 配置。下文参考图3讨论了 PGW-U 124的各种实施例。
[0037] 通信电路114可W包括天线和/或有线通信接口，并且可W被配置为接收和/或传 输有线和/或无线信号