专利名称：分组数据服务节点的动态选择的制作方法
背景技术：
发明领域本发明涉及一种用于在第三代(3G)移动电信网络中执行动态负载均衡的方法。
相关技术说明CDMA2000蜂窝电信网络是向移动终端(MT)提供IP连接的第三代(3G)蜂窝电信网络。
CDMA2000分组交换核心网络至少逻辑上包括归属代理(HA)、外地代理(FA)、分组数据服务节点(PDSN)、一般与基站控制器(BSC)在同一位置的分组核心功能(PCF)以及鉴权、授权和记账服务器(AAA)。HA提供移动IP服务并始终监视MT与网络的关联，当MT在另一网络中漫游时，除其他功能外，HA还充当路由器，经MT所在网络中的FA接收发往MT的分组以及以隧道方式向MT发送它们。PDSN充当网守(gatekeeper)，确定允许哪些MT使用服务和访问网络，而除其他功能外，BSC还为MT建立业务信道以及PCF确定通过哪个PDSN来发送业务。
考虑到PDSN之间的负载分配是有利的，以致如果可能的话，例如在其他PDSN几乎空闲的同时，一个特定的PDSN不会过载。
图1示出用于在PDSN之间提供负载均衡的现有技术解决方案。电信网络110包括在同一位置的基站控制器/分组核心功能(BSC/PCF)112以及PDSN 113。MT 11在物理上位于网络110的服务区内，但是却不由网络110服务。MT 11被标识以是唯一身份的国际移动用户身份码(IMSI)。
应该理解，PDSN的结构或体系结构可能有相当大的差异，因为没有在任何标准中定义它的内部功能。在本例中，假定PDSN 113包括管理器114和多个代理，其中仅示出一个代理A 115。将PDSN划分成管理器和代理可以是物理上的、逻辑上的或物理和逻辑上的。管理器114监控代理、始终监视与每个代理相关联的会话、收集有关每个代理的负载的信息，如果适当的话，执行负载均衡等等。除其他功能外，代理还处理用户数据和记账、向管理器114提供负载信息以及维持始发于MT 11以及终接于代理A 115的点到点协议(PPP)状态机。使管理器和代理共在同一位置是优选的，但是非必要的。
MT 11向BSC/PCF 112发送始发消息20以请求分组数据服务。始发消息包括MT 11的IMSI 120。BSC/PCF 112可以在下文所述的消息之前或与之并行地将业务信道13指配给MT 11。如现有技术中众所周知的，通过对MT 11的IMSI 120进行散列、然后对结果使用模(可能PDSN的数量)算术以从由与管理器114相似的PDSN管理器的IP地址组成的PDSN IP地址列表中决定要使用哪个PDSN，BSC/PCF 112执行PDSN选择，步骤12。因此，除非可能PDSN列表发生变化，否则BSC/PCF 112将始终为给定IMSI选择相同的PDSN。在本示范场合中，BSC/PCF 112选择PDSN 113并向其发送包括MT 11的IMSI 120的登记请求121。
在PDSN 113，管理器114接收登记请求121，并选择要使用哪个代理，步骤14。管理器114保存IMSI所对应的活动会话列表，并使用该列表来确定对于IMSI是否已经存在活动会话，以及如果是这种情况的话，选择与该会话相关联的代理。如果对于IMSI没有活动会话，管理器114根据某个预定方案选择代理，例如具有最小负载的代理。如上所述，管理器114知道它可以直接将登记请求转发去的每个代理上的负载。
当管理器114已经决定哪个代理应该处理连接时，它向BSC/PCF112返回登记回复122，包括指示它返回备选PDSN IP地址的代码“136”和该备选地址本身即所选PDSN实体的IP地址，在本情况中是PDSN代理A 115(IP地址116)。注意BSC/PCF 112无法知道新IP地址是否和与管理器114在同一位置的实体相关联；因此BSC/PCF112将该IP地址处理为属于第二PDSN。
当收到登记回复122时，BSC/PCF 112取出代码“136”以及备选IP地址。BSC/PCF 112具有与管理器114以及管理器114可以使用的代理的公共安全关联，并使用该安全关联来计算用于BSC/PCF112与代理A 115相互鉴权的鉴权扩展，它包括在被发送到代理A 115的第二登记请求123中。代理A 115收到登记请求123时进行验证，以及如果请求123通过验证，回复以第二登记回复124。当收到第二回复124时，MN 11和代理A 115协商点到点协议(PPP)会话25。
以合理有效的方式提供负载均衡的唯一标准化方法是，如上所述利用错误码“136”。但是，考虑到这在每次新MT登记到具有包括PDSN管理器及其相关联的PDSN代理、如PDSN 113的分布式群集体系结构的CDMA2000网络110时都需要发生，所以进行它仍是效率不高的方式，这造成节点和网络上不必要的信令负载和建立延迟。
有关这种解决方案或多或少还可预见的是PCF需要配置有PDSN代理的所有地址以及它们与PSDN管理器的关系。这在载波上导致不必要的工作负载(PCF的配置)以及它增加了因配置失当而发生故障的风险，例如当通过添加代理板(agent board)来增加PDSN的容量时或当将代理板从一个PDSN移到另一PDSN时。
因此期望找到一种更有效、更灵活且易于管理的解决方案。本发明提供这样的解决方案。
发明概述因此，本发明的一个显著目的在于提供一种用于支持分组数据网络中负载均衡的方法，该方法包括如下步骤
在分组数据服务节点(PDSN)管理器从基站控制器/分组核心功能(BSC/PCF)接收登记请求，包括i)用于指示BSC/PCF支持登记请求的重定向的供应商特定扩展(VSE)；以及ii)移动终端(MT)的国际移动用户身份码(IMSI)；在PDSN管理器使用IMSI来确定目前在与IMSI相关联的移动终端(MT)和与PDSN管理器相关联的PDSN代理之间不存在会话；在PDSN管理器使用VSE来确定BSC/PCF支持登记请求的重定向；在管理器从多个PDSN代理中选择PDSN代理来处理至MT的新分组数据会话；以及将登记请求从PDSN管理器重定向到选择的PDSN代理。
因此，本发明的另一显著目的在于提供一种分组数据服务节点(PDSN)，包括PDSN管理器；至少一个PDSN代理；其中PDSN管理器从基站控制器/分组核心功能(BSC/PCF)接收登记请求，登记请求包括用于指示BSC/PCF支持重定向的供应商特定扩展(VSE)和移动终端(MT)的国际移动用户身份码(IMSI)；其中PDSN管理器还使用IMSI来确定目前在与IMSI相关联的移动终端(MT)和与PDSN管理器相关联的PDSN代理之间不存在会话；使用VSE来确定BSC/PCF支持登记请求的重定向；从多个PDSN代理中选择PDSN代理来处理至MT的新分组数据会话；以及将登记请求从PDSN管理器重定向到选择的PDSN代理。
因此，本发明的另一显著目的在于提供一种用于创建可用分组数据服务节点(PDSN)代理列表的基站控制器/分组核心功能(BSC/PCF)，其中BSC/PCF向与PDSN代理中的至少一个相关联的PDSN管理器发送登记请求，其中登记请求包括i)用于指示BSC/PCF支持重定向的供应商特定扩展(VSE)ii)移动终端(MT)的国际移动用户身份码(IMSI)。
附图简要说明为了更详细地理解本发明及其另外的目的和优点，现在可以结合附图参考下文描述，图中图1是示出电信网络中现有技术负载均衡的消息流的节点操作和信号流图；图2是示出根据本发明的负载均衡方法的消息流的节点操作和信号流图；以及图3是示出根据本发明用于在BSC/PCF中创建分组数据服务节点(PDSN)代理的IP地址列表的方法的流程图。
优选实施例的详细说明现在参考图2，它示出节点操作和信号流图，该图示出根据本发明、电信网络200中负载均衡方法的消息流。电信网络200被描述为CDMA2000网络，但是可以是任何分组数据网络，如使用移动IP信令且具有分布式移动性代理群集的3G网络。因为该原因，可以理解的是，可以使用诸如具有利用移动IP信令的IP移动性解决方案的任何全球移动系统/通用移动电信系统(GSM/UMTS)网络的任何3G网络来替代CDMA2000网络。网络200包括在同一位置的基站控制器/分组核心功能(BSC/PCF)212以及分组数据服务节点(PDSN)213。移动终端(MT)11在物理上位于网络200的服务区内，但是却不由网络200服务。MT 11被标识以是唯一身份的国际移动用户身份码(IMSI)。
PDSN 213包括管理器214和为简明仅示出代理A 215的多个代理。在PDSN 213中，管理器214和代理A 215在同一位置，但是应该理解的是，代理A 215还可以位于另一物理节点中，它们可以包括或也可以不包括第二管理器(未示出)。管理器214监控代理、始终监视与每个代理相关联的会话、收集有关每个代理的负载的信息，如果适当的话，执行负载均衡等等。管理器214以如下方式执行在代理之间分派任务时的负载均衡避免一些代理处于空闲，而另一些具有排队等待执行的任务。
除其他功能外，代理处理用户数据和记账、向管理器214提供负载信息以及维持始发于MT 11以及终接于代理A 215的点到点协议(PPP)状态机。使管理器和代理在同一位置是优选的，但是非必要的。
在图2中，MT 11向BSC/PCF 212发送始发消息20以请求分组数据服务。始发消息包括MT 11的IMSI 220。BSC/PCF 112可以在下文所述的消息之前或与之并行地将业务信道13指配给MT 11。如现有技术中众所周知的，通过对MT 11的IMSI 220进行散列、然后对结果使用模(可能PDSN的数量)算术以从由与管理器214相似的PDSN管理器的IP地址组成的PDSN IP地址列表中确定使用哪个PDSN，BSC/PCF 212执行PDSN选择，步骤12。因此，除非可能PDSN列表发生变化，否则BSC/PCF 212将始终为给定IMSI选择相同的PDSN。在本示范场合中，BSC/PCF 212选择PDSN 213并向PDSN 213发送A11登记请求221。
BSC/PCF 112具有与管理器114和管理器114可以使用的代理的公共安全关联。BSC/PCF 212使用该安全关联计算用于BSC/PCF 112与代理215相互鉴权的鉴权扩展。登记请求221包括MT 11的IMSI220。再者，BSC/PCF 212在被发送到PDSN管理器214的登记请求221中指示，它可以处理来自不同的PDSN IP地址的回复或它支持执行的至另一PDSN的重定向。具体来说，PDSN管理器214和PDSN代理215被视为由IP地址标识的两个不同的PDSN。因为该原因，登记请求221还包括供应商特定扩展(VSE)222。VSE 222指示BSC/PCF 212和PDSN 213支持MT的登记请求的重定向。当为优化的负载均衡使用重定向时，将该VSE 222包括在登记请求消息和回复消息中。在步骤23，如果支持重定向的PDSN管理器214收到不含VSE的登记请求，它不将该请求重定向到代理。相反，它使用现有技术中描述的标准过程来执行负载均衡，即发送含有代码“136”和设为备选PDSN代理IP地址的“HA IP地址”元素的回复。但是在步骤14，如果登记请求221中存在VSE，管理器214在PDSN代理选择过程期间选择PDSN代理。另外，不支持重定向的PDSN不废弃登记请求，因为它包括VSE。
管理器214接收请求221，并根据IMSI 220确定是否与其代理中的一个已经存在分组数据会话。如果是这样，管理器214将登记请求221重定向到其具有的分组数据会话所涉及的代理。另外，如果与其代理中的一个不存在分组数据会话，管理器214根据登记请求221中包括的VSE 222确定BSC/PCF 212可以处理来自不同的PDSN IP地址的回复或支持登记请求消息重定向。此后，管理器214可以选择负载最小的PDSN代理(代理A 215)来处理MT 11的分组数据会话并在A11登记请求225中将A11登记请求221重定向到代理215。A11登记请求221和A11登记请求225还包括如表1所述的信息元。PDSN代理215的选择基于在PDSN管理器214选择负载最小的PDSN代理。但是，可以理解的是，还可以以不同的方式，例如基于轮换(round robin)方式来选择诸如PDSN代理215的PDSN代理。更确切地说，本发明不仅仅局限于基于PDSN代理的负载的PDSN代理选择。
表1M对于消息是必备的信息元。
O对于消息是任选的信息元。
R无论何时发送消息，消息中都要求的。
C有条件要求的。在使用消息的操作中定义包括该元素的条件。
代理215从管理器214接收登记请求225。此后，代理215根据VSE 222确定始发BSC/PCF 212处理优化的负载均衡，在步骤230。优化的负载均衡基于与现有技术中所述相同的PDSN代理选择，但是并不将错误码136返回到PCF，PDSN管理器214将A11登记请求(连接建立)直接转发或重定向到选择的PDSN代理215，以及PDSN代理215直接回复BSC/PCF 212。为这样做，代理215验证请求225(步骤228)，并响应登记请求221向BSC/PCF 212发送A11登记回复240。登记回复240在登记回复240中包括VSE 241以向BSC/PCF 212指示“执行的重定向”。登记回复240还包括“归属代理IP地址”元素(HA IP地址242)。A11登记回复240还包括如表2所述的信息元。
表2a.在请求225中存在VSE 222时，该元素(归属代理IP地址)用于包含直接回复从管理器214重定向的重定向的请求225的PDSN代理215的IPv4地址(该代理的IP地址)。
b.该元素被作为来自管理器214的重定向的请求225的结果来包括。请求225必须包含相同的信息元。
此后，代理215将“HA IP地址”字段242设为它自己的IP地址并在回复240内包括BSC/PCF 212与代理215之间要求的鉴权扩展(未示出)。将回复240直接发送到BSC/PCF 212。BSC/PCF 212使用VSE 222确定回复240来自支持优化的负载均衡的备选PDSN IP地址。BSC/PCF 212应该使用它具有的与管理器214的相同的安全关联来计算与由代理215执行的相同的鉴权扩展。BSC/PCF 212建立与代理215的A10连接(步骤15)，并将后续登记请求从MT 11直接转发到代理215。之后，在代理215和MT 11之间协商PPP会话(步骤25)。
现在同时参考图3，它示出根据本发明用于在BSC/PCF 212中创建PDSN代理的IP地址列表的方法的流程图。在收到登记回复消息240之后，BSC/PCF 212创建(步骤305)并存储(步骤310)由PDSN代理的IP地址所标识的可用代理列表，并基于与从代理收到的A11登记回复240相似的响应更新列表。例如，BSC/PCF 212在列表中存储“HA IP地址”字段(例如HA IP地址242)，“HA IP地址”字段已经例如被设为PDSN代理215的IP地址以及已经在登记回复240中被收到。
在步骤315，在由不同于MT 11的MT发起新访问的始发消息之后，使用该列表。在如步骤12的PDSN选择的PDSN选择操作期间，使用该列表(步骤320)。在步骤325，如果选择算法输出列表中的代理的IP地址，BSC/PCF 212向选择的代理发送与登记请求221相似的登记请求。此后，BSC/PCF 212直接向选择的代理发送登记请求(步骤330)。该代理然后向BSC/PCF 212发送登记回复，以响应登记请求回复以及通知BSC/PCF 212有关它的状态(步骤335)。
但是如果在步骤325，选择算法未返回代理的IP地址，这意味着它是管理器的IP地址。如果这样的话，在步骤355，BSC/PCF 212向选择的管理器发送该MT的登记请求(步骤360)。接下来，管理器选择代理(步骤365)以及将该登记请求重定向到该代理(步骤370)。该代理然后向BSC/PCF 212发送登记回复，以响应该登记请求回复以及通知BSC/PCF 212有关它的状态(步骤335)。
由此，在步骤345，无论何时从与代理215相似的代理向BSC/PCF212发送登记回复或会话更新，都可以更新列表。如果该代理不是新代理(列表中的新项)或如果该代理不处于挂起模式，BSC/PCF不更新列表(步骤350)。或者，一旦任何MT不再使用代理，BSC/PCF 212通过将该代理的IP地址(HA IP地址)从列表中移除来更新列表。更确切地来说，如果某段时间没有活动连接使用代理的一些IP地址项，BSC/PCF 212可以移除它们(步骤347)。对于BSC/PCF 212来说，移除代理的IP地址可能是必要的，因为它的负载状态已经改变和/或因为没有MT与该代理具有活动连接。
或者，如代理215的代理可能因任何原因、如当它遇到高的数据负载时而处于挂起模式(步骤340)。由此，当代理215处于挂起模式时，BSC/PCF 212将代理215的IP地址保留在列表中，但是将其标记为不可使用。该代理215还可以向BSC/PCF 212发送会话更新(步骤335)以指示它是否应该自任何将来的新访问而挂起。但是，代理215继续处理与MT的现有会话。对于BSC/PCF 212再次选择该代理的唯一方式是向与该代理相关联的管理器发送登记请求。管理器214然后将该登记请求转发到该代理，之后该代理向BSC/PCF 212发送用于更新其状态的会话更新。或者，当该代理准备处理新会话时，它向BSC/PCF 212发送新会话更新(步骤335)以恢复其在列表中的活动状态。
虽然在附图中示出了本发明的若干优选实施例以及在前述的详细说明中对它们进行了描述，但是将理解本发明并不局限于所公开的实施例，而是可以在不背离如所附权利要求书阐述和限定的本发明精神的前提下进行多种重新安排、修改和替换。
权利要求
1.一种用于支持分组数据网络中负载均衡的方法，所述方法包括如下步骤在分组数据服务节点(PDSN)管理器从基站控制器/分组核心功能(BSC/PCF)接收登记请求，包括i)用于指示所述BSC/PCF支持所述登记请求的重定向的供应商特定扩展(VSE)；以及ii)移动终端(MT)的国际移动用户身份码(IMSI)；在所述PDSN管理器使用所述IMSI来确定目前在与所述IMSI相关联的移动终端(MT)和与所述PDSN管理器相关联的PDSN代理之间不存在会话；在所述PDSN管理器使用所述VSE来确定所述BSC/PCF支持所述登记请求的重定向；在所述PDSN管理器从多个PDSN代理中选择PDSN代理来处理至所述MT的新分组数据会话；以及将所述登记请求从所述PDSN管理器重定向到所选择的PDSN代理。
2.如权利要求1所述的用于支持负载均衡的方法，其中所述选择步骤还包括如下步骤在所述PDSN管理器从多个PDSN代理中选择负载最小的PDSN代理。
3.如权利要求1所述的用于支持负载均衡的方法，所述方法还包括如下步骤在所述PDSN代理使用所述VSE来确定所述BSC/PCF处理优化的负载均衡；在所述PDSN代理验证从所述PDSN管理器收到的所述登记请求；以及从所述PDSN代理向所述BSC/PCF发送用于指示已经执行所述登记请求的重定向的登记回复，所述登记回复包括所述PDSN代理的IP地址。
4.如权利要求3所述的用于支持负载均衡的方法，其中所述发送所述登记回复的步骤还包括如下步骤在所述PDSN代理将所述登记回复的归属代理(HA)IP地址字段设为所选择的PDSN代理的IP地址。
5.如权利要求1所述的用于支持负载均衡的方法，所述方法还包括如下步骤在所述BSC/PCF与所述PDSN代理之间建立连接；从所述BSC/PCF向所述PDSN代理转发与所述MT相关的后续登记请求；以及在所述PDSN代理与所述MT之间协商PPP会话。
6.如权利要求4所述的用于支持负载均衡的方法，其中所述设置步骤还包括如下步骤在所述BSC/PCF接收所述登记回复；以及在所述BSC/PCF创建可用PDSN代理列表，其中所述PDSN代理中的每个由IP地址标识；在所述BSC/PCF存储所述可用PDSN代理列表；以及当从PDSN代理收到会话更新时，在所述BSC/PCF更新所述可用PDSN代理列表。
7.如权利要求6所述的用于支持负载均衡的方法，其中所述更新步骤还包括如下步骤如果某段时间没有与所述PDSN代理的活动连接被使用，移除所述PDSN代理的IP地址。
8.如权利要求6所述的用于支持负载均衡的方法，其中所述更新步骤还包括如下步骤从所述PDSN代理发送用于指示所述PDSN代理处于挂起模式的会话更新；从所述列表中添加PDSN代理的IP地址；以及在所述BSC/PCF将所述PDSN代理处于挂起模式标记在所述列表中。
9.如权利要求6所述的用于支持负载均衡的方法，其中所述更新步骤还包括如下步骤从所述PDSN代理发送用于指示所述PDSN代理处于挂起模式的会话更新；以及从所述列表中移除所述PDSN代理的IP地址。
10.一种分组数据服务节点(PDSN)，包括PDSN管理器；至少一个PDSN代理；其中所述PDSN管理器从基站控制器/分组核心功能(BSC/PCF)接收登记请求，所述登记请求包括用于指示所述BSC/PCF支持重定向的供应商特定扩展(VSE)和移动终端(MT)的国际移动用户身份码(IMSI)；其中所述PDSN管理器还使用所述IMSI来确定目前在与所述IMSI相关联的移动终端(MT)和与所述PDSN管理器相关联的PDSN代理之间不存在会话；使用所述VSE来确定所述BSC/PCF支持所述登记请求的重定向；从多个PDSN代理中选择PDSN代理来处理至所述MT的新分组数据会话；以及将所述登记请求从所述PDSN管理器重定向到所选择的PDSN代理。
11.如权利要求10所述的PDSN，其中所述PDSN代理使用所述VSE来确定所述BSC/PCF处理优化的负载均衡；验证从所述PDSN管理器收到的所述登记请求；以及向所述BSC/PCF发送用于指示已经执行重定向的登记回复，所述登记回复包括所述PDSN代理的IP地址。
12.如权利要求10所述的PDSN，其中所述PDSN代理还从所述PDSN代理发送用于指示所述PDSN代理处于挂起模式的会话更新。
13.如权利要求10所述的PDSN，其中所述PDSN代理还在所述BSC/PCF与所述PDSN代理之间建立连接。
14.如权利要求10所述的PDSN，其中所述PDSN代理还在所述PDSN代理与所述MT之间协商PPP会话。
15.一种用于创建可用分组数据服务节点(PDSN)代理列表的基站控制器/分组核心功能(BSC/PCF)，其中所述BSC/PCF向与所述PDSN代理中的至少一个相关联的PDSN管理器发送登记请求，其中所述登记请求包括i)用于指示所述BSC/PCF支持重定向的供应商特定扩展(VSE)ii)移动终端(MT)的国际移动用户身份码(IMSI)。
16.如权利要求15所述的BSC/PCF，所述BSC/PCF还从所述至少一个PDSN代理接收登记回复；在所述BSC/PCF存储所述可用PDSN代理列表；以及在所述BSC/PCF更新所述可用PDSN代理列表。
17.如权利要求15所述的BSC/PCF，其中如果某段时间没有活动连接使用PDSN代理的IP地址，所述BSC/PCF移除所述PDSN代理的IP地址。
18.如权利要求15所述的BSC/PCF，其中所述BSC/PCF还从所述PDSN代理接收用于指示所述PDSN代理处于挂起模式的会话更新；从所述列表中添加PDSN代理的IP地址；以及在所述列表中标记所述PDSN代理处于挂起模式。
19.如权利要求15所述的BSC/PCF，其中所述BSC/PCF还从所述PDSN代理接收用于指示所述代理处于挂起模式的会话更新；以及在所述列表中标记所述PDSN代理处于挂起模式。
20.如权利要求15所述的BSC/PCF，其中所述BSC/PCF还从所述列表中移除所述代理的IP地址。
21.如权利要求15所述的BSC/PCF，其中所述BSC/PCF还在所述BSC/PCF与所述PDSN代理之间建立连接；将后续登记请求转发到所述PDSN代理；以及在所述PDSN代理与所述MT之间协商PPP会话。
全文摘要
本发明涉及一种用于支持分组数据网络中负载均衡的方法。该方法在分组数据服务节点(PDSN)管理器从基站控制器/分组核心功能(BSC/PCF)接收登记请求。登记请求包括用于向PDSN管理器指示BSC/PCF支持登记请求的重定向的供应商特定扩展(VSE)和移动终端(MT)的用于确定目前在与IMSI相关联的移动终端(MT)和与PDSN管理器相关联的PDSN代理之间不存在会话的国际移动用户身份码(IMSI)。本发明还涉及一种用于创建可用分组数据服务节点(PDSN)代理列表的基站控制器/分组核心功能(BSC/PCF)。
文档编号H04L12/28GK1902971SQ200480039129
公开日2007年1月24日 申请日期2004年12月20日 优先权日2003年12月29日
发明者S·托亚蒂, L·马杜尔, M·侯赛因 申请人:艾利森电话股份有限公司