专利名称：长期演进局域网lte-lan系统及网关设备gw的制作方法
技术领域：
本发明涉及无线通信技 术领域，尤其涉及一种长期演进局域网LTE-LAN系统及网关设备Gl
背景技术：
近年来，随着移动互联网Mobile Internet和智能手机的普及，移动数据流量需求飞速增长，且室内数据业务占据了相当大一部分比例。室内和热点地区的数据业务特征为用户通常为固定或者非常低速移动，对移动性要求不高；数据业务主要为基于IPdnternetProtocol,因特网协议)的Internet业务,对QoS (Quality of Service,服务质量)的要求比较单一，而且远远低于电信级业务对QoS的要求。但是，传统的蜂窝移动通信系统主要面向的是高速移动、无缝切换的电信级业务设计，当其承载大流量低速IP数据包业务时，效率偏低且成本过高。综上，蜂窝移动运营商需要找出低成本、高容量且适合室内无线数据接入的解决方案，目前主要有以下两种解决方案。I) WLAN (Wireless Local Area Networks,无线局域网络)+3G解决方案近年来,越来越多的运营商采用了基于非授权频段的WLAN系统进行热点分流数据业务的方法，现有的WLAN也称WiFi (Wireless Fidelity,无线保真技术。如图I为WLAN+3G解决方案示意图，其主要方案为WLAN系统和3G系统耦合的方案，实现在3G系统核心网认证和计费，其在3G系统核心网认证和计费的实施频段和自用WiFi在同一频段。采用WiFi进行热点地区覆盖，能够起到较好的数据业务分流作用。但是由于WLAN和3G是两套不同的标准体系和系统，该方案存在以下不足通常情况下需要用户手动的选择接入的网络，很难实现业务在两个接入网间的平滑切换，用户体验差；WiFi采用的是非授权ISM(Industrial Scientific Medical,工业、科学、医疗)频段,存在如自用WiFi、微波炉等各种设备之间的干扰，链路质量不能得到保证；由于其工作频段为非授权频段，多个运营商在同一区域组网时，如果没有很好的协调统一规划，将造成相互的干扰，多运营商同时组网困难。2) HeNB (Home eNodeB,家庭基站)解决方案家庭基站也称毫微微蜂窝式基站Femto, LTE (Long Term Evolution,长期演进)Femto方案的架构如图2所示，Femto作为解决室内和热点地区数据业务流量需求的另外一种解决方案，根据覆盖室内距离更短，用户数目较少的特点，降低单站的容量要求和发射功率，通常用户数目在8 20，发射功率和手机终端相当，一般在23dBm以下。家庭基站网关HeNB Gff是可选的网络设备。对于家庭基站HeNB，它呈现为MME和S-GW。对于MME和S-GW，它呈现为eNodeB，起到汇聚大量HeNB控制面和用户面流量的功能。家庭基站相对室内覆盖系统和微基站，成本更低，部署更灵活，在一定程度上提高了室内数据业务体验。但该方案存在以下不足Femto为IMT(International MobileTelecommunications,国际移动电信)系统内设备，其能够工作的频率仍然为MT内的运营商授权频段，相对WiFi可用的带宽较少，无法完全满足运营商数据业务分流需求；另外，家庭基站Femto并没有针对室内数据业务特点进行优化，以LTE为例，LTE Femto系统基本采用了 LTE完整的协议架构和接口设计，所以实现复杂，只是基站容量和功率降低，所以成本
一直居高不下。
发明内容
本发明提供一种长期演进局域网LTE-LAN系统及网关设备GW，提供一种全新的扁平化网络架构，成本低且技术实现相对简单，网关设备GW为LTE-LAN系统的顺利应用提供 了技术保证。本发明提供一种长期演进局域网LTE-LAN系统，包括接入节点LTE-LAN-AP，基于LTE空口技术为终端提供长期演进局域网LTE-LAN覆盖，通过网关设备GW连接核心网节点，不同LTE-LAN-AP之间完成同步后通过网关设备GW接入外部网络；终端，通过与LTE-LAN-AP、Gff之间建立的通道访问外部网络及与LTE-LAN内终端通信；Gff,与LTE-LAN-AP、核心网节点和外部网络交互，完成终端对外部网络的访问及与LTE-LAN内终端的通信，为终端的数据业务提供Qos保证；核心网节点，与所述GW连接，向所述GW提供管理与控制信息。本发明还提供了一种网关设备GW，包括接口管理模块，用于建立与管理连接所述GW与LTE-LAN-AP的Iu_r接口，及连接所述GW与外部网络间的接口，实现终端对外部网络的访问及终端间通信，所述LTE-LAN-AP基于LTE空口技术为终端提供长期演进局域网LTE-LAN覆盖，不同LTE-LAN-AP之间完成同步后通过接口管理模块接入外部网络；上下文管理模块，用于基于所述Iu-r接口，管理GW与LTE-LAN-AP之间终端的上下文建立过程、上下文修改过程、上下文释放过程以及QoS的保证。利用本发明提供的长期演进局域网LTE-LAN系统及网关设备GW具有以下有益效果=LTE-LAN系统为基于公用网络架构，由LTE-LAN AP为用户提供本地无线网络LTE-LAN覆盖，并通过GW与外部网络如internet和核心网相连，采用的是一种全新的扁平化网络架构，成本低且技术实现相对简单；GW的相关功能设计有助于终端数据的快速处理和转发，降低了网络通信的成本，提高了效率。
图I为现有对热点地区通信的WLAN+3G解决方案结构图；图2为现有对热点地区通信的家庭基站解决方案结构图；图3为本发明提供的长期演进局域网LTE-LAN系统结构图；图4为本发明实施例中网关设备GW的结构图；图5为本发明实施例中GW中上下文管理模块所实现的功能示意图；图6为本发明实施例中GW中接口管理模块所实现的功能示意图；图7为本发明实施例中GW中接口管理模块对接口异常的处理示意图8为本发明实施例中GW中接口管理模块对接口恢复的处理示意9为本发明实施例中GW中鉴权认证模块所实现的功能示意图；图10为本发明实施例中GW中同步信息交互模块所实现的功能示意图；图11为本发明实施例中GW中干扰管理模块所实现的功能示意图；图12为本发明实施例中GW中辅助计费模块所实现的功能示意图；图13为本发明实施例中GW中配置管理模块所实现的初始接入时的参数配置功能示意图；图14为本发明实施例中GW中配置管理模块所实现的正常工作时的参数配置功能示意图；图15为本发明实施例中GW中配置管理模块参数更新/管理功能示意图；图16为本发明实施例中GW中协议栈结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明提供的长期演进局域网LTE-LAN系统及网关设备GW进行更详细地说明。为了满足运营商对日益增长的室内大数据量业务需求，本发明提供一种长期演进局域网LTE-LAN系统，如图3所示，该系统包括接入节点LTE-LAN-AP，基于LTE空口技术为终端提供长期演进局域网LTE-LAN覆盖，通过网关设备GW(本实施例称LTE-LAN-GW)连接核心网节点，不同LTE-LAN-AP之间完成同步后通过网关设备LTE-LAN-GW接入外部网络如Internet ；终端LTE-LAN-UE，通过与LTE_LAN_AP、LTE-LAN-GW之间建立的通道访问外部网络及与LTE-LAN内终端通信；LTE-LAN-GW,与LTE-LAN-AP、核心网节点和外部网络交互，完成终端对外部网络的访问及与LTE-LAN内终端的通信，为终端的数据业务提供Qos保证；核心网节点，与所述LTE-LAN-GW连接，向所述LTE-LAN-GW提供管理与控制信息。本发明提供的LTE-LAN系统是一种全新的新型接入系统，其网络架构相比现有的WLAN (Wireless Local Area Networks,无线局域网络)+3G更精简更扁平化,接入节点LTE-LAN-AP作为一种新的为终端提供本地无线网络覆盖的接入设备，空口上采用了现有LTE物理层技术，更精简更扁平化的网络结构有助于终端数据的快速处理和转发，降低了网络通信的成本，提高了效率。本发明提供的上述LTE-LAN系统的特点是，LTE-LAN-AP设备基于LTE空口技术提供本地无线局域LTE-LAN，能够使用空口为用户提供服务，同时也能与LTE-LAN-GW进行交互来满足相应的功能，LTE-LAN-AP的发射功率比较小，如可以采用和手机终端相当的发射功率，一般在23dBm以下，适合大数据量但移动性不高的热点地区数据传输；LTE-LAN-GW设备内部的协议栈、工作方式做了大量的简化以及重组，以便能够满足UE相应业务QoS需求，具体地，体现为LTE-LAN UE通过与LTE-LAN AP、LTE_LAN_GW之间建立的通道就可以完成与外部网络如internet之间的数据业务。优选地，本实施例中核心网节点仅起到安全认证及计费功能的目的，因此本实施例提供的LTE-LAN系统是一种基于公用网络相比LTE系统架构更为精简更为扁平化的架构。
优选地，LTE-LAN-AP之间同步完成后通过 LTE-LAN-GW接入 internet，LTE-LAN-AP通信所使用的频段与现有网络中宏基站eNB的频段不重复。LTE-LAN-Gff为终端的数据业务提供Qos保证，具体可以通过与LTE-LAN-AP的交互，确定终端请求数据传输时，根据传输数据的业务类型，控制LTE-LAN-AP为其建立与业务类型相应的无线承载，以满足所述业务类型的QoS需求。下面给出本发明实施例中相比现有技术GW设备，其内部的协议栈、工作方式做了大量的简化以及重组的LTE-LAN-GW的优选结构，从而为LTE-LAN系统的顺利应用提供了技术保证。如图4所示，本实施例中网关设备LTE-LAN-GW包括接口管理模块401，用于建立与管理连接所述LTE-LAN-GW与LTE-LAN-AP的Iu_r接口，及连接所述LTE-LAN-GW与外部网络间的接口，实现终端对外部网络的访问及终端间通信；连接LTE-LAN-GW与LTE-LAN-AP设备之间的接口为本申请新定义的Iu_r接口，在LTE-LAN-AP开机接入LTE-LAN-GW的过程中，需要进行Iu_r接口建立过程，接口管理模块401负责与LTE-LAN-AP交互建立Iu_r接口。上下文管理模块402，用于基于Iu-r接口，管理LTE-LAN-GW与LTE-LAN-AP之间终端的上下文建立过程、上下文修改过程、上下文释放过程以及QoS的保证。如图5所示，LTE-LAN-GW通过上下文管理模块402与LTE-LAN-AP交互，能够实现对终端的上下文管理功能，其中包括对终端的上下文的存储和维护等操作的功能，这样，可以支持终端请求数据传输时，根据传输数据的业务类型，控制LTE-LAN-AP为其建立与业务类型相应的无线承载，以满足所述业务类型的QoS需求。优选地，上下文管理模块402，还用于与核心网节点之间进行用户数据面的数据传输、路由和转发。本实施例中LTE-LAN-GW的相关功能设计有助于终端数据的快速处理和转发，降低了网络通信的成本，提高了效率。优选地，如图6所示，LTE-LAN-Gff通过上下文管理模块402与LTE-LAN-AP交互，实现Iu-r接口 /更新过程，其中在建立LTE-LAN-GW与LTE-LAN-AP间的Iu_r接口时，接口管理模块401还用于交互LTE-LAN-AP与LTE-LAN-GW彼此的设备标识、各自支持的公众陆地移动通信网PLMN (Public Land Mobi I e-communication Network,公众陆地移动通信网)以及必要的接口参数配置信息。在更新LTE-LAN-GW与LTE-LAN-AP间的Iu_r接口时，接口管理模块401还用于将更改的LTE-LAN-AP的接口配置参数信息发送给LTE-LAN-AP，实现对LTE-LAN-AP的接口配置参数信息的修改；还可以在LTE-LAN-AP自身接口参数配置信息发生变化后，接收LTE-LAN-AP发送的更改后的接口参数配置信息。优选地，如图7所示，LTE-LAN-GW的接口管理模块401还用于接收LTE-LAN-GW侧Iu-r接口发生故障时发送的错误指示消息,或在LTE-LAN-GW侧Iu_r接口发生故障时，向LTE-LAN-AP发送错误指示消息。如图8所示，接口管理模块401还用于在LTE-LAN-GW侧Iu-r接口故障恢复后，向LTE-LAN-AP发送重启指示，或接收LTE-LAN-AP侧故障恢复后发送的重启指示，通过双向的Iu-r接口重启过程进入正常的工作状态。优选地，LTE-LAN-GW侧发送的错误指示消息或LTE-LAN-AP侧发送的错误指示消息携带原因值指示具体的错误原因。
本实施例中LTE-LAN-AP与LTE-LAN-GW有线连接，接口管理模块401与LTE-LAN-AP交互的信息采用IP包传输的方式(即将交互的信息封装在IP数据包内)传输，或米用基于IP并在IP层之上的应用层协议数据传输的方式传输，其中在不同层传输信息所采用的数据封装格式不同。由于，LTE-LAN-AP与LTE-LAN-GW有线连接，因此，采用基于IP并在IP层之上的应用层协议与现有的SCTP (Stream Control Transmission Protocol,流控制传输协议)协议或GTP-U(GTP Tunneling Protocol User，用户面GTP隧道协议)等协议不同。同样,上下文管理模块 402与LTE-LAN-AP交互的信息米用IP包传输的方式(即将交互的信息封装在IP数据包内)传输，或采用基于IP并在IP层之上的应用层协议数据传输的方式传输，其中在不同层传输信息所米用的数据封装格式不同。由于,LTE-LAN-AP与LTE-LAN-GW有线连接，因此，采用基于IP并在IP层之上的应用层协议与现有的SCTP协议或GTP-U等协议不同。优选地，本实施例LTE-LAN-GW还包括鉴权认证模块403，用于当LTE-LAN-AP启动时，进行LTE-LAN-AP和LTE-LAN-GW之间双向鉴权认证，保证LTE-LAN-AP和LTE-LAN-GW都是合法的设备。在LTE安全架构中，安全过程需要核心网节点参与，同时也需要NAS (Non-AccessStratum,非接入层)协议来完成安全过程，但是在LTE-LAN架构中，采用了扁平化的网络架构，取消了 NAS层以及相应的功能，因此LTE定义的通过NAS协议承载的安全过程都不能使用了。因此，优选地，如图9所示，本实施例中LTE-LAN-GW的鉴权认证模块403具体用于基于 MAC(MediaAccess Control，无线接入控制)层进行 LTE-LAN-AP 和 LTE-LAN-GW 之间的双向鉴权认证。具体的鉴权认证流程可以根据需要设计，选择适用于LTE-LAN系统的LTE-LAN-AP和LTE-LAN-GW的鉴权认证方法，这里不再详述。优选地，LTE-LAN-AP和LTE-LAN-GW采用以太网的方式有线连接，本发明实施中的MAC层具体为LTE-LAN-AP与LTE-LAN-GW设备之间的以太网的MAC层。通过在MAC层上添加逻辑功能，由以太网的MAC层控制进行LTE-LAN-AP与LTE-LAN-GW之间的认证过程。LTE-LAN-Gff 与 LTE-LAN-AP 之间的接口为新定义的 Iu_r 接口，负责在 LTE-LAN-AP与LTE-LAN-GW之间传递用户数据以及控制信令。优选地，LTE-LAN-Gff与LTE-LAN-AP之间可以利用Iu-r接口交互同步参数信息。具体的，LTE-LAN-GW作为一个集中控制节点，所述LTE-LAN-GW还包括同步信息交互模块404，用于基于Iu_r接口进行LTE-LAN-AP间同步参数信息交互，以实现LTE-LAN-GW相连的LTE-LAN-AP根据获取的同步参数信息选择同步源。如图10所示，LTE-LAN-GW利用同步信息交互模块404实现同步信息交互机制。具体地，同步信息交互模块404可以通过Iu-r接口的应用协议获知与LTE-LAN-GW相连的LTE-LAN-AP的同步参数信息；同时也可以根据LTE-LAN-AP的请求，通过Iu_r接口应用协议将其他LTE-LAN-AP的同步参数信息提供给该LTE-LAN-AP，供该LTE-LAN-AP选择同步源作参考使用。 优选地，同步信息交互模块404还用于对与LTE-LAN-GW相连的LTE-LAN-AP，通过集中控制和协调功能，保证同步源的一致性，实现对LTE-LAN-AP的同步管理功能。具体地，对于LTE-LAN-AP设备来说，需要组建自同步网络来保证LTE-LAN-AP之间的同步，在多个LTE-LAN-AP存在的场景下，可能有多个LTE-LAN-AP设备同时向LTE-LAN-GW请求成为主同步源，此时LTE-LAN-GW的同步信息交互模块404可以结合发起请求的LTE-LAN-AP的邻区关系以及位置关系，根据LTE-LAN-AP请求的时间顺序、或是基于运营商配置的其他原则，选择其中一个LTE-LAN-AP作为主同步源，并指示其它的LTE-LAN-AP去同步该主同步源。从而实现通过LTE-LAN-GW的集中控制和协调功能，保证LTE-LAN-AP自同步网络中同步源的
一致性。
同步信息交互模块404实现同步交互机制与LTE-LAN-AP交互的信息采用IP包传输的方式(即将交互的信息封装在IP数据包内)传输，或采用基于IP并在IP层之上的应用层协议数据传输的方式传输，其中在不同层传输信息所米用的数据封装格式不同。由于，LTE-LAN-AP与LTE-LAN-GW有线连接，因此，采用基于IP并在IP层之上的应用层协议与现有的SCTP协议或GTP-U等协议不同。优选地，本实施例中LTE-LAN-GW作为LTE-LAN-AP的集中控制节点，具有实现LTE-LAN-AP之间的干扰信息交互机制。本实施例中LTE-LAN-GW还包括干扰管理模块405，如图11所示，用于基于Iu-r接口，将受干扰的源LTE-LAN-AP(图11中的LTE-LAN-AP1)发送的干扰指示消息转发给产生干扰的目标LTE-LAN-AP (图11中的LTE-LAN-AP2)，以使所述目标LTE-LAN-AP根据接收的干扰指示消息进行工作参数调整。这样受干扰情况比较严重的LTE-LAN-AP设备可以通过与LTE-LAN-GW的交互过程，将干扰指示消息发送给产生干扰的其它LTE-LAN-AP设备。优选地，干扰管理模块405所转发的干扰指示消息中携带目标LTE-LAN-AP的设备标识、源LTE-LAN-AP的AB S(Almost Blank Subfram，空闲子帧)子帧配置信息、MB SFN(Multimedia Broadcast multicast service SingleFrequency Network,多媒体多播广播单频网络)子帧配置信息，供目标LTE-LAN-AP调度终端使用，尽量降低对源LTE-LAN-AP设备的干扰。干扰管理模块405可以根据目标LTE-LAN-AP的设备标识完成路由功能。优选地，干扰管理模块405所转发的干扰指示消息中还携带尽量降低对源LTE-LAN-AP设备的干扰等级(高、中、低)，以及具体的频域及时域的干扰指示信息。目标LTE-LAN-AP收到相应的干扰指示信息后，可以根据自身设备情况进行参数调整，或重新选择其它低干扰的频点作为工作频点，尽量降低对源LTE-LAN-AP设备的干扰。干扰管理模块405实现干扰管理功能与LTE-LAN-AP交互的信息采用IP包传输的方式(即将交互的信息封装在IP数据包内)传输，或采用基于IP并在IP层之上的应用层协议数据传输的方式传输，其中在不同层传输信息所米用的数据封装格式不同。由于，LTE-LAN-AP与LTE-LAN-GW有线连接，因此，采用基于IP并在IP层之上的应用层协议与现有的SCTP协议或GTP-U等协议不同。本发明实施例中LTE-LAN-GW还具有辅助计费功能，还包括辅助计费模块406，用于确定LTE-LAN-AP与UE成功建立连接后，向核心网节点发送计费开始通知，根据核心网节点返回的计费响应消息，按指示的计费方式进行计费，并将计费信息上报给核心网节点，以使核心网节点完成收费。优选地，辅助计费模块406还用于确定UE已经结束业务连接或离开连接态回到空闲态时，向核心网节点发送停止计费通知消息。如图3所示，本发明实施例中LTE-LAN系统的核心网节点具体包括AAA服务器，与LTE-LAN-GW、HLR(Home Location Register，归属位置寄存器)及计费服务器CS，其中计费服务器为在线Online/离线Off line计费，用于转发信息；HLR，用于保存进行安全认证的安全密钥信息；计费服务器CS，用于根据AAA服务器转发过来的信息进行在线或离线计费。
如图12所示，LTE-LAN-Gff中的辅助计费模块406所实现的辅助计费流程包括
LTE-LAN-Gff的辅助计费模块确定UE发起业务请求并与LTE-LAN-AP成功建立连接后，向AAA服务器发送计费开始通知； AAA服务器在与计费服务器CS实现的计费系统交互后向LTE-LAN-GW设备回复计费开始响应；LTE-LAN-Gff的辅助计费模块406根据计费开始响应获取计费系统的指示，此时可以根据计费系统的指示采用以流量计费或以时间计费的方式进行计费，即LTE-LAN-GW在接入网侧需要具备流量监测功能和业务时间统计功能；LTE-LAN-GW的辅助计费模块406记录相应的流量或时间之后，将记录的信息通过AAA服务器上报给计费服务器CS实现的计费系统，计费系统再根据不同业务对应的收费准则进行在线或离线收费；在LTE-LAN-GW的辅助计费模块406通过AAA服务器与计费系统之间交互的过程中，可以实时的交互用户数据流量或时间，来进行实时的计费，也可以由LTE-LAN-GW侧先统计用户的部分或全部业务流量或时间，分次或一次性将该信息通知给计费系统，由计费系统进行分次结算或一次性结算。LTE-LAN-GW的辅助计费模块406发现UE已经结束业务连接，离开连接态回到空闲态时，向AAA服务器发送停止计费通知；AAA服务器与计费服务器CS实现的计费系统交互终止计费并进行结算，AAA服务器向LTE-LAN-GW返回计费停止响应。优选地，本实施例中的LTE-LAN-GW还具有OAM管理的功能，包括配置管理模块407，用于配置LTE-LAN-GW连接的LTE-LAN-AP的工作参数，限定不同LTE-LAN-AP的合法使用位置，和/或执行基于管理员需求的管理过程。具体地，在LTE-LAN-AP设备初始接入LTE-LAN-GW进行鉴权认证的过程中，可选的，LTE-LAN-AP设备可以上报自己的位置信息，LTE-LAN-Gff的配置管理模块407可以根据运营商配置的策略，判断该LTE-LAN-AP的位置是否合法，如果不合法即在当前位置接入该LTE-LAN-AP,则LTE-LAN-GW可以拒绝为此LTE-LAN-AP设备提供服务。LTE-LAN-AP设备与LTE-LAN-GW完成双向鉴权认证过程后，LTE-LAN-AP可以将射频RF搜索得到的结果上报给LTE-LAN-GW，如图13所示，LTE-LAN-Gff根据运营商的配置策略以及该LTE-LAN-AP周围的邻LTE-LAN-AP工作情况，为该LTE-LAN-AP配置工作参数，比如可用的工作频点列表、PCI (Physical Cell Identifier)列表、上下行子巾贞配置，以及其他必需的设备管理参数和工作参数。 如图14、图15所示，LTE-LAN-GW的配置管理模块407，还用于在LTE-LAN-AP的正常工作状态下，通过Iu-r接口动态的为LTE-LAN-AP进行工作参数更新，和/或执行一些基于运营商需求的管理过程，例如跟踪trace过程、预警过程、定位过程、过载保护过程及设备状态管理过程等。LTE-LAN-AP可以直接采用LTE-LAN-GW的配置管理模块407配置的工作参数，不做回应，也可以在配置生效后，回复参数更新确认消息。是否回应取决于具体实现。配置管理模块407实现配置管理功能与LTE-LAN-AP交互的信息采用IP包传输的方式(即将交互的信息封装在IP数据包内)传输，或采用基于IP并在IP层之上的应用层协议数据传输的方式传输，其中在不同层传输信息所米用的数据封装格式不同。由于，LTE-LAN-AP与LTE-LAN-GW有线连接，因此，采用基于IP并在IP层之上的应用层协议与现有的SCTP协议或GTP-U等协议不同。本实施例中LTE-LAN-GW需要完成对用户数据的封装、地址分配、寻址和路由，以 及进行QoS的控制，还需要支持流量统计或时间统计来辅助支持计费功能，控制管理与透传是与LTE-LAN-AP设备之间的应用层协议，用来进行Iu_r接口的管理控制工作。优选地，本实施例实施LTE-LAN-GW中的各个模块功能的协议被封装到如图16所示的协议栈中，该协议栈具体包括进行用户数据的封装的数据封装层；用于进行数据传输时的地址分配的地址分配层；用于数据传输时进行寻址和路由的寻址路由层；及进行QoS的控制提供Qos保证的Qos层；支持流量统计或时间统计来辅助支持计费功能的流量统计层；用来进行Iu-r接口的管理控制工作及各模块管理工作的控制管理与透传层。本发明实施例提供的网关设备，具有并支持如下功能双向鉴权认证功能；接口管理功能，包括对Iu-r接口的建立及接口配置参数更新流程，异常处理机制和流程；上下文管理功能，包括用户上下文的建立、修改和释放，以及对用户上下文的存储和维护等操作的功能；同步信息交互功能，包括对LTE-LAN-GW下LTE-LAN-AP设备同步参数信息的获取和维护，为LTE-LAN-AP提供邻LTE-LAN-AP的同步源的查询功能，以及在异常情况下，对多LTE-LAN-AP选择主同步源的协调控制功能；干扰管理功能，作为LTE-LAN-AP的集中控制节点，LTE-LAN-GW能够转发LTE-LAN-AP的干扰指示等信息，干扰指示信息的内容包含但不限于干扰源的设备标识、干扰等级(高，中，低)，以及具体的频域及时域的干扰指示信息，以及子帧配置(ABS或MBSFN)，最大可能的降低LTE-LAN-AP之间的干扰；辅助计费的功能，LTE-LAN-GW与计费系统之间的计费方法和流程，可以按时间或流量进行实时或分批的统计和结算；配置管理功能，包括为LTE-LAN-AP设备配置工作频点、PCI、上下行子帧配置等工作参数，限定LTE-LAN-AP设备的使用位置，以及基于运营商需求的管理过程，例如trace过程、预警过程、定位过程、过载保护过程、设备状态管理过程等。本发明实施例提供的LTE-LAN-GW相比现有网关，设备内部的协议栈、工作方式做了大量的简化以及重组，有助于终端数据的快速处理和转发，降低了网络通信的成本，提高了效率。依照本发明另一实施例中，还提供一种网关设备GW，其具体结构同本发明上述实施例提供的网关设备LTE-LAN-GW的结构，这里不再详述。本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、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。本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、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。尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。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精神和范围。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。
权利要求
1.一种长期演进局域网LTE-LAN系统，其特征在于，包括 接入节点LTE-LAN-AP，基于LTE空口技术为终端提供长期演进局域网LTE-LAN覆盖，通过网关设备GW连接核心网节点，不同LTE-LAN-AP之间完成同步后通过网关设备GW接入外部网络； 终端，通过与LTE-LAN-AP、GW之间建立的通道访问外部网络及与LTE-LAN内终端通信; Gff,与LTE-LAN-AP、核心网节点和外部网络交互，完成终端对外部网络的访问及与LTE-LAN内终端的通信，为终端的数据业务提供Qos保证； 核心网节点，与所述GW连接，向所述GW提供管理与控制信息。
2.如权利要求I所述的系统，其特征在于，所述GW包括 接口管理模块，用于建立与管理连接所述GW与LTE-LAN-AP的Iu_r接口，及连接所述Gff与外部网络间的接口，实现终端对外部网络的访问及终端间通信； 上下文管理模块，用于基于所述Iu-r接口，管理GW与LTE-LAN-AP之间终端的上下文建立过程、上下文修改过程、上下文释放过程以及QoS的保证。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述接口管理模块还用于在建立GW与LTE-LAN-AP的Iu_r接口时，交互LTE-LAN-AP与GW彼此的设备标识、各自支持的公众陆地移动通信网PLMN以及接口参数配置信息。
4.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述接口管理模块还用于确定如果LTE-LAN-AP侧或GW侧Iu_r接口发生故障时，向对端发起错误指示流程；故障恢复后，通过双向的Iu-r接口重启过程进入正常的工作状态。
5.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述上下文管理模块还用于与核心网节点之间进行用户数据面的数据传输、路由和转发。
6.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述GW还包括 鉴权认证模块，用于当LTE-LAN-AP启动时，进行LTE-LAN-AP和GW之间双向鉴权认证。
7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述鉴权认证模块具体用于基于媒体接入控制MAC进行LTE-LAN-AP和GW之间的双向鉴权认证。
8.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述GW还包括 同步信息交互模块，用于基于所述Iu-r接口进行LTE-LAN-AP间同步参数信息交互，以实现GW相连的LTE-LAN-AP根据获取的同步参数信息选择同步源。
9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述同步信息交互模块还用于对与GW相连的LTE-LAN-AP，通过集中控制和协调功能，保证同步源的一致性。
10.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述GW还包括 干扰管理模块，用于基于所述Iu-r接口，将受干扰的源LTE-LAN-AP发送的干扰指示消息转发给产生干扰的目标LTE-LAN-AP，以使所述目标LTE-LAN-AP根据接收的干扰指示消息进行工作参数调整。
11.如权利要求10所述的系统，其特征在于，所述干扰管理模块所转发的干扰指示消息中携带目标LTE-LAN-AP的设备标识、源LTE-LAN-AP的ABS子帧配置信息、多媒体多播广播单频网络MBSFN子帧配置信息。
12.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述GW还包括辅助计费模块，用于确定LTE-LAN-AP与UE成功建立连接后，向核心网节点发送计费开始通知，根据核心网节点返回的计费响应消息，按指示的计费方式进行计费，并将计费信息上报给核心网节点，以使核心网节点完成收费。
13.如权利要求12所述的系统，其特征在于，所述辅助计费模块还用于确定UE已经结束业务连接或离开连接态回到空闲态时，向核心网节点发送停止计费通知消息。
14.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述GW还包括 配置管理模块，用于配置GW连接的LTE-LAN-AP的工作参数，限定不同LTE-LAN-AP的合法使用位置，和/或执行基于管理员需求的管理过程。
15.如权利要求2 14任一所述的系统，其特征在于，所述GW中与LTE-LAN-AP进行信息交互的各模块，所交互的信息采用IP包传输的方式传输，或采用基于IP的应用层协议数据传输的方式传输。
16.一种网关设备GW，其特征在于，包括 接口管理模块，用于建立与管理连接所述GW与LTE-LAN-AP的Iu_r接口，及连接所述Gff与外部网络间的接口，实现终端对外部网络的访问及终端间通信，所述LTE-LAN-AP基于LTE空口技术为终端提供长期演进局域网LTE-LAN覆盖，不同LTE-LAN-AP之间完成同步后通过接口管理模块接入外部网络； 上下文管理模块，用于基于所述Iu-r接口，管理GW与LTE-LAN-AP之间终端的上下文建立过程、上下文修改过程、上下文释放过程以及QoS的保证。
17.如权利要求16所述的GW，其特征在于，所述接口管理模块还用于在建立GW与LTE-LAN-AP的Iu_r接口时，交互LTE-LAN-AP与GW彼此的设备标识、各自支持的公众陆地移动通信网PLMN以及接口参数配置信息。
18.如权利要求16所述的GW，其特征在于，所述接口管理模块还用于确定如果LTE-LAN-AP侧或GW侧Iu_r接口发生故障时，向对端发起错误指示流程；故障恢复后，通过双向的Iu-r接口重启过程进入正常的工作状态。
19.如权利要求16所述的GW，其特征在于，所述上下文管理模块还用于与核心网节点之间进行用户数据面的数据传输、路由和转发。
20.如权利要求16所述的GW，其特征在于，还包括 鉴权认证模块，用于当LTE-LAN-AP启动时，进行LTE-LAN-AP和GW之间双向鉴权认证。
21.如权利要求20所述的GW，其特征在于，所述鉴权认证模块具体用于基于媒体接入控制MAC进行LTE-LAN-AP和GW之间的双向鉴权认证。
22.如权利要求16所述的GW，其特征在于，还包括 同步信息交互模块，用于基于所述Iu-r接口进行LTE-LAN-AP间同步参数信息交互，以实现GW相连的LTE-LAN-AP根据获取的同步参数信息选择同步源。
23.如权利要求22所述的GW，其特征在于，所述同步信息交互模块还用于对与GW相连的LTE-LAN-AP，通过集中控制和协调功能，保证同步源的一致性。
24.如权利要求16所述的GW，其特征在于，还包括 干扰管理模块，用于基于所述Iu-r接口，将受干扰的源LTE-LAN-AP发送的干扰指示消息转发给产生干扰的目标LTE-LAN-AP，以使所述目标LTE-LAN-AP根据接收的干扰指示消息进行工作参数调整。
25.如权利要求24所述的GW，其特征在于，所述干扰管理模块所转发的干扰指示消息中携带目标LTE-LAN-AP的设备标识、源LTE-LAN-AP的ABS子帧配置信息、多媒体多播广播单频网络MBSFN子帧配置信息。
26.如权利要求16所述的GW，其特征在于，还包括 辅助计费模块，用于确定LTE-LAN-AP与UE成功建立连接后，向核心网节点发送计费开始通知，根据核心网节点返回的计费响应消息，按指示的计费方式进行计费，并将计费信息上报给核心网节点，以使核心网节点完成收费。
27.如权利要求26所述的GW，其特征在于，所述辅助计费模块还用于确定UE已经结束业务连接或离开连接态回到空闲态时，向核心网节点发送停止计费通知消息。
28.如权利要求16所述的GW，其特征在于，还包括 配置管理模块，用于配置GW连接的LTE-LAN-AP的工作参数，限定不同LTE-LAN-AP的 合法使用位置，和/或执行基于管理员需求的管理过程。
29.如权利要求16 28任一所述的GW，其特征在于，所述GW中与LTE-LAN-AP进行信息交互的各模块，所交互的信息采用IP包传输的方式传输，或采用基于IP的应用层协议数据传输的方式传输。
全文摘要
本发明公开了一种长期演进局域网LTE-LAN系统及网关设备GW，该系统包括LTE-LAN-AP，基于LTE空口技术为终端提供LTE-LAN覆盖，通过GW连接核心网节点，不同LTE-LAN-AP之间完成同步后通过GW接入外部网络；终端，通过与LTE-LAN-AP、GW之间建立的通道访问外部网络及与LTE-LAN内终端通信；GW，与LTE-LAN-AP、核心网节点和外部网络交互，完成终端对外部网络的访问及与LTE-LAN内终端的通信，为终端的数据业务提供Qos保证；核心网节点，向GW提供管理与控制信息。本发明采用全新的扁平化网络架构，GW有助于终端数据的快速处理和转发，降低了成本且提高了效率。
文档编号H04W88/16GK102625490SQ20111003373
公开日2012年8月1日 申请日期2011年1月31日 优先权日2011年1月31日
发明者刘洋, 田野, 赵瑾波 申请人:电信科学技术研究院