本地移动性锚点或移动性接入网关中的信令消息的有效分布的制作方法

本地移动性锚点或移动性接入网关中的信令消息的有效分布的制作方法
【专利摘要】在通信网络中充当本地移动性锚点(LMA)的网络元件使用具有在多个处理单元上执行的多个进程的数据平面和控制平面，有效地分布信令消息。收到的信令消息的网络连接ID未映射到引导表中的宿主进程时，信令消息被发送到控制平面中的进程。第二进程被指派成用于网络连接的宿主进程，并且引导表被更新以指示此指派。在接收带有网络连接ID的第二信令消息时，由于更新的引导表原因，它被有效地发送到第二进程。移动性接入网关(MAG)也利用带有网络连接ID到宿主进程映射的引导表有效地分布信令消息。
【专利说明】本地移动性锚点或移动性接入网关中的信令消息的有效分布

【技术领域】
[0001]本发明的实施例涉及计算机组网领域；并且更具体地说，涉及通信网络中的有效信令消息处理。

【背景技术】
[0002]第三代合作伙伴项目(3GPP)标准组织提议的第四代长期演进(4G LTE)是用于诸如GAM和UMTS等现有网络的演进路径。4G LTE是从接入网络到核心网络的完整网络重新设计，它向移动用户提供移动宽带。名为演进UMTS地面无线电接入网络(E-UTRAN)的4GLTE接入网络利用多天线和多用户编码技术，实现在下行链路上数百Mbps和上行链路上数十Mbps的无可比拟的传送速度。名为演进分组核心(EPC)的4G LTE网络核心是基于全IP的扁平体系结构。
[0003]EPC核心包括类似于来自GSM核心网络的服务GPRS支持节点(SGSN)控制平面的移动性管理实体(MME)。EPC核心也包括类似于SGSN数据平面的服务网关(SGW)和类似于来自GSM网络的网关GPRS支持支持节点(GGSN)的分组数据网络网关(H)N-GW或PGW)。
[0004]PGW功能性在3GPP TS 23.401中描述用于经通用分组无线电服务(GPRS)隧穿协议(GTP)或代理移动IPv6 (PMIPv6或PMIP)S5/S8接口连接到EPC的3GPP接入。如3GPPTS 23.402中所述，PGW也支持对基于PMIP和基于GTP的S5/S8接口共同的用于经非3GPP接入的接入EPC的功能性。
[0005]另外，PGff充当用于在到EPC的3GPP接入与非3GPP接入之间移动性的用户平面锚点。为充当用户平面锚点，PGW可根据在因特网工程任务组(IETF)请求注解(RFC) 5213中概述的PMIPv6规范，提供本地移动性锚点(LMA)功能性。由于PGW充当用于在S5、S8、S2a和S2b接口上用户设备(UE) PDN连接的LMA锚点，因此，PGW向MAG发送和从MAG接收代理绑定更新(PBU)消息和代理绑定确认(PBA)消息形式的控制平面消息。
[0006]移动节点经根据PMIPv6规范提供移动性接入网关(MAG)功能性的接入网关利用LMA功能性。MAG是在接入路由器上管理用于附接到其接入链路的移动节点的移动性有关信令的功能。可用于充当LTE网络中MAG的一个此类接入网关是SGW，在移动节点使用传统3GPP接入时利用该网关。然而，备选接入网关可充当用于移动节点的MAG，如W1-Fi接入网关(WAG)、增强分组数据网关(ePDG)、家庭eNodeB网关(HeNB-GW)或码分多址2000(CDMA2000) HRPD接入网络中的高速率分组数据(HRPD)服务网关(HSGW)。
[0007]在许多情况下，PBU消息由MAG传送到LMA，如在以下情况期间:到E-UTRAN的初始UE附接、由与PGW并置的DHCP服务器进行的IPv4地址分配、从E-UTRAN的UE分离、UE请求的另外PDN连接性、UE/MME/SGW启动的PDN断开连接过程、使用SGW重定位的LTE内和eNodeB间切换、使用SGW重定位的无线电接入技术(RAT)间跟踪区域更新(TAU)或无线电区域更新(RAU)或切换、S2a接口上的初始UE附接、用于链式基于PMIPv6的S8_S2a/B漫游情形的初始附接及许多其它情况。
[0008]随着移动网络业务成指数增长，服务提供商必须小心管理其网络以确保其提供持续服务的能力。然而，除增大的IP转发要求外，业务的增大也已导致对这些网络承受的控制平面信令负载的大幅增长。虽然添加另外的LMA和MAG资源可有助于这些网络扩展以满足这些需求，但由此带来了另外的信令负载复杂性和低效。


【发明内容】

[0009]根据本发明的一个实施例，一种方法在充当通信网络中的本地移动性锚点(LMA)的网络元件的数据平面中执行以实现信令消息的有效分布。数据平面配置成接收来自一个或更多个移动性接入网关(MAG)的集合的信令消息。每个信令消息包括与终端站装置相关联的网络连接标识符(ID)。网络元件还包括具有在多个处理单元上执行的多个进程的控制平面。方法包括接收来自MAG的集合的一个MAG的第一信令消息的步骤。响应接收第一信令消息，数据平面根据引导表确定第一信令消息的第一网络连接ID未映射到进程。数据平面也选择多个进程的第一进程以接收第一信令消息。此选择的第一进程在控制平面的第一处理单元上执行。方法还包括将第一信令消息传送到选择的第一进程的步骤。方法还包括接收来自控制平面的映射消息。此映射消息指示第一网络连接ID到在控制平面的第二处理单元上执行的第二进程的映射。方法还包括更新引导表以指示第一网络连接ID到第二进程的映射，以及接收来自MAG的第二信令消息。第二信令消息包括第一网络连接ID。响应接收第二信令消息，数据平面根据引导表确定第一网络连接ID映射到第二进程。数据平面也将第二信令消息传送到第二进程。
[0010]在本发明的另一实施例中，网络元件充当本地移动性锚点(LMA)，并且有效地分布信令消息。网络元件要耦合在一个或更多个移动性接入网络(MAG)的集合与数据网络之间。网络元件包括配置成与MAG的集合进行通信的一个或更多个线路卡的集合和配置成执行在多个处理单元上的多个进程的一个或更多个控制卡的集合。线路卡的集合配置成接收来自MAG的集合的信令消息。每个收到的信令消息要包括与最终用户装置相关联的网络连接标识符(ID)。线路卡的集合也配置成将信令消息传送到多个进程。这些进程要根据引导表选择以接收信令消息，引导表将信令消息的网络连接ID映射到多个进程中的进程。线路卡的集合也配置成接收来自多个进程的一些进程的映射消息。每个映射消息要指示信令消息的网络连接ID到进程的映射。线路卡的集合也配置成根据收到的映射消息，更新引导表以指示网络连接ID到进程的映射。网络元件也包括配置成执行多个进程的一个或更多个控制卡的集合。多个进程的每个进程配置成接收来自线路卡的集合的至少一个线路卡的信令消息。多个进程的每个进程也配置成在不同进程配置成处理信令消息时，将收到的信令消息传送到多个进程的不同进程，并且也配置成在该进程先建立用于网络连接ID的会话时，将映射消息传送到线路卡的集合的至少一个线路卡以指示在收到的信令消息的网络连接ID与该进程之间的映射。
[0011]根据本发明的另一实施例，一种方法在充当通信网络中的移动性接入网关(MAG)的网络元件中执行以有效地分布信令消息。网络元件具有配置成向本地移动性锚点(LMA)传送和从LMA接收信令消息的数据平面。每个信令消息包括与终端站装置相关联的网络连接标识符(ID)。网络元件也包括具有在多个处理单元上执行的多个进程的控制平面。方法包括为终端站装置创建用户设备(UE)会话，UE会话用于向终端站装置提供通过LMA的网络连接性。UE会话被指派到多个进程的宿主(host)进程，并且与网络连接ID相关联。方法也包括更新引导表以指示在网络连接ID与宿主进程之间的映射，以及将代理绑定更新(PBU)消息传送到LMA。此PBU消息包括网络连接ID。方法还包括接收来自LMA的代理绑定确认(PBA)消息。此PBA消息包括网络连接ID。响应接收来自LMA的PBA消息，网络元件根据引导表确定来自PBA消息的网络连接ID映射到宿主进程。网络元件也将PBA消息转发到宿主进程。
[0012]在本发明的另一实施例中，网络元件充当移动性接入网关(MAG)，并且有效地分布信令消息。网络元件要耦合在本地移动性锚点(LMA)与终端站装置之间。网络元件包括配置成与LMA、终端站装置进行通信的一个或更多个线路卡的集合和配置成执行在多个处理单元上的多个进程的一个或更多个控制卡的集合。线路卡的集合配置成为终端站装置创建用户设备(UE)会话。每个UE会话要被指派到多个进程的宿主进程并且与网络连接标识符(ID)相关联。UE会话用于向终端站装置提供通过LMA的网络连接性。线路卡的集合也配置成更新引导表以指示在网络连接ID与宿主进程之间的映射，以及将代理绑定更新(PBU)消息传送到LMA。每个PBU消息包括网络连接ID。线路卡的集合也配置成接收来自LMA的代理绑定确认(PBA)消息，其中，PBA消息每个包括网络连接ID。响应接收来自LMA的PBA消息，线路卡的集合配置成根据引导表确定该PBA消息中包括的网络连接ID映射到宿主进程，以及将该PBA消息转发到该宿主进程。网络元件也包括配置成执行多个进程的一个或更多个控制卡的集合。多个进程的每个进程配置成接收来自线路卡的集合的至少一个线路卡的PBA消息。

【专利附图】

【附图说明】
[0013]通过参照下面的说明和用于示出本发明实施例的附图，可最好地理解本发明。在图中:
图1根据本发明的一个实施例示出包括本地移动性锚点的通信网络；
图2根据本发明的一个实施例示出通信网络的功能概览；
图3根据本发明的一个实施例示出通信网络和几种可能连接标识符使用情形；
图4根据本发明的一个实施例示出在充当通信网络中本地移动性锚点的网络元件的数据平面中用于实现信令消息的有效分布的方法的流程图；
图5根据本发明的一个实施例示出包括移动性接入网关的通信网络；以及图6根据本发明的一个实施例示出在充当通信网络中移动性接入网关的网络元件中用于实现信令消息的有效分布的方法的流程图。

【具体实施方式】
[0014]在下面的描述中，陈述了许多特定细节。然而，要理解的是，实践本发明的实施例可无需这些特定细节。在其它情况下，公知的电路、结构和技术未详细显示以免混淆对此描述的理解。
[0015]说明书中对“ 一个实施例”、“一实施例”、“示例实施例”等的引用指所述实施例可包括特定特征、结构或特性，但每个实施例可不一定包括特定特征、结构或特性。另外，此类词语不一定指同一实施例。此外，在结合实某个施例描述某个特定特征、结构或特性时，认为结合无论是否明确描述的其它实施例来实现此类特征、结构或特性是在本领域技术人员的认知之内。
[0016]在下面的说明和权利要求中，可使用术语“耦合”和“连接”及其衍生词。应理解，这些术语无意做为彼此的同义词。“耦合”用于指示可相互直接物理或电接触或不直接物理或电接触的两个或更多个元件相互协作或交互。“连接”用于指示在相互耦合的两个或更多个元件之间通信的建立。
[0017]本发明的不同实施例可使用软件、固件和/或硬件的不同组合实现。因此，所述图中所示技术可使用一个或更多个电子装置(例如，终端站、网络元件)上存储和执行的代码和/或数据来实现。此类电子装置使用计算机可读介质存储和传递(在内部和/或通过网络与其它电子装置)代码和数据，计算机可读介质如非短暂性计算机可读存储介质(例如，磁盘、光盘、随机存取存储器、只读存储器、闪存装置、相变存储器)和短暂性计算机可读传送介质(例如，电气、光学、声学或其它形式传播信号-如载波、红外信号、数字信号)。另外，此类电子装置一般情况下包括耦合到诸如一个或更多个存储装置(非短暂性机器可读存储介质)、用户输入/输出装置(例如，键盘、触摸屏和/或显示器)和网络连接等一个或更多个其它组件的一个或更多个处理器的集合。处理器的集合与其它组件的耦合一般情况下是通过一个或更多个总线和桥接器(也称为总线控制器)。因此，给定电子装置的存储装置一般情况下存储代码和/或数据以便在该电子装置的一个或更多个处理器的集合上执行。
[0018]在本文中使用时，网络元件(例如，路由器、交换器、桥接器)是一件连网设备，包括硬件和软件，其在通信上与网络上的其它设备(例如，其它网络元件、计算机终端站)互连。一些网络元件是“多服务网络元件”，其为多个连网功能(例如，路由选择、桥接、交换、第2层聚合、会话边界控制、服务质量和/或订户管理)提供支持和/或为多个应用服务(例如，数据、话音和视频)提供支持。订户终端站(例如，服务器、工作站、膝上型计算机、上网本、掌上型计算机、移动电话、智能电话、多媒体电话、因特网协议话音(VOIP)电话、用户设备、终端、便携式媒体播放器、GPS单元、游戏系统、机顶盒(STB))访问通过因特网提供的内容/服务和/或在因特网上重叠(例如，隧穿)的虚拟专用网(VPN)上提供的内容/服务。内容和/或服务一般由属于参与对等服务的服务或内容提供商或终端站的一个或更多个终端站(例如，服务器终端站)提供，并且可例如包括公共网页(例如，免费内容、店面、搜索服务)、私人网页(例如，提供电子邮件服务的用户名/密码访问网页)和/或通过VPN的企业网络等。一般情况下，订户终端站耦合(例如，通过耦合到接入网络(以有线或无线方式)的客户场所设备)到边缘网络元件，所述边缘网络元件耦合(例如通过一个或更多个核心网络元件)到其它边缘网络元件，该其它边缘网络元件耦合到其它终端站(例如，服务器终端站)。
[0019]网络元件通常被分离成控制平面和数据平面(有时称为转发平面或媒体平面)。如果网络元件是路由器(或者在实现路由功能性)，则控制平面一般确定要如何路由数据(例如，分组)(例如，用于数据的下一跳和用于该数据的输出端口)，以及数据平面负责转发该数据。
[0020]一般情况下，网络元件包括一个或更多个线路卡的集合、一个或更多个控制卡的集合和可选的一个或更多个服务卡(有时称为资源卡)的集合。这些卡通过一个或更多个机制I禹合在一起(例如，I禹合线路卡的第一全网格和I禹合所有卡的第二全网格)。线路卡的集合构成数据平面，而控制卡的集合提供控制平面并且通过线路卡与外部网络元件交换分组。服务卡的集合能够提供专业化处理(例如，第4层到第7层服务(例如，防火墙、IPsec、IDS、P2P)、VoIP会话边界控制器、移动无线网关(GGSN、演进分组系统(EPS)网关))。例如，服务卡可用于端接IPsec隧道,并且执行值机员鉴权(attendant authenticat1n)和加密算法。
[0021]为满足对移动网络连接性的不断增大的需求，诸如EPC等下一代网络可利用包括分布式控制平面和在数据平面中的多核分组处理的体系结构。因此，用于分布式多核处理的有效分组处理软件的开发对于此类EPC平台是关键的挑战。
[0022]实现分布式多核分组处理的一种方案包括跨分布式控制平面中的多个进程分布UE PDN连接处理。这些进程每个可绑定到中央处理单元(CPU)或CPU核，并且可具有与这些处理单元的静态或动态相似性。因此，UE I3DN连接处理的分布可能要到多个CPU核、多个(PU或甚至多个控制平面卡以便允许实现控制平面可扩展性和高可用性。然而，此分布在识另Ij，映射和转发收到的控制平面信令消息(每个与UE PDN连接相关联)到管理该UE PDN连接的特定进程方面造成了挑战。
[0023]一种用于将控制平面信令消息分布到正确的管理进程的方案在数据平面卡上应用传统控制分组技术。例如，所有收到的控制平面消息可转发到控制平面中的消息处理进程，该进程随后必须判定什么进程管理(或托管)该特定控制平面消息。处理进程随后必须将控制平面消息转发到适当的宿主进程，该宿主进程可以在相同CPU核上，不同CPU核上，或者完全在不同控制平面卡上。由于需要额外控制平面内消息传递来将控制平面消息转发到宿主进程，因此，这造成了相当大的额外控制平面负担。
[0024]将收到的控制平面消息从数据平面转发到控制平面的另一方案应用循环分布或随机选择分布，该分布消除了对专用消息处理进程的需要。在这些配置中，将收到的控制平面消息发送到控制平面上执行的任意进程。虽然此任意进程可能实际上是用于收到的控制平面消息的宿主进程，但可能性更大得多的情况是此任意进程不是宿主进程。此外，随着分布式控制平面不断扩展(可能通过添加执行另外控制平面进程的更多控制卡)，越来越可能的情况是任意选择的进程将不是收到的控制平面消息的宿主进程。因此，在任意进程不是用于消息的宿主进程时，任意进程需要确定控制平面中的哪个进程是宿主进程，并且随后将收到的控制平面消息发送到宿主进程。此引导是昂贵的，这是因为它占用该任意进程的一些执行时间以便确定适当的宿主进程，由此缩短了该任意进程用于其它任务的可用执行时间。另外，此引导要求另外的控制平面内信令以将收到的控制平面消息转移到适当的宿主进程。例如，控制平面内信令可要求跨机箱背板在控制平面卡之间的信令，这是极其昂贵的，并且经常使通信信道拥塞。此外，由于需要等待另外的存储器读取和写入完成，因此，将收到的控制平面消息从任意进程引导到宿主进程要求增大的存储器消耗及CPU周期丢失。因此，降低或消除通过将收到的控制平面消息发送到任意进程(该任意进程随后又必须将消息发送到宿主进程)造成的额外负担将产生相当大的益处，允许分布式多核分组处理配置中的有效扩展性和稳固性。
[0025]根据本发明的一方面，通过降低经过任意控制平面进程传送收到的控制平面消息以到达宿主进程的需要，大幅消除了此额外低效。本发明的一实施例利用引导表(或引导数据结构)帮助数据平面将收到的控制平面消息直接引导到其相应宿主进程。通过使用控制消息内包含的移动节点网络标识符(MN-NAI)，可为引导表提供线索。
[0026]图1根据本发明的一个实施例示出包括本地移动性锚点102 (LMA)的通信网络。在此实施例中，用户设备(UE)装置130(8卩，订户终端站)耦合到移动性接入网关108A-108N(MAG)中的一个或更多个网关以获得对耦合到LMA 102的数据网络100的接入。此数据网络100可以是因特网或服务提供商提供的另一数据网络。在此实施例中，通信网络利用基于PMIPv6网络的移动性管理协议；然而，本发明在其它网络中也有用。
[0027]在此实施例中，LMA包括数据平面106和分布式控制平面104。分布式控制平面包括四个控制卡(118A、118B、118C和118D)。这些控制卡每个包括可表示CPU或CPU核的两个处理单元(例如，120)。每个处理单元示为带有多个进程(例如，122A-122N)。分布式控制平面104的数量和配置只是说明性的；可使用更多或更少的控制卡118A-118D，每个控制卡可包括更多或更少处理单元(例如，120)，并且可执行更多或更少进程(例如，122A-122N)。另外，虽然图1指示进程(例如，122A-122N)显示为包含在一个处理单元(例如，120)上，但这些进程可不绑定到特定处理单元或控制卡或者与其不具有密切关系。
[0028]UE装置130最初附接到MAG 108A时，MAG 108A将识别UE装置130，并且运行以创建会话，允许用于UE装置130的网络100连接性。在执行这些任务中，MAG 108A将向LMA102发送和从LMA 102接收控制消息。在此实施例中，由于网络是PMIPv6网络，因此，控制消息包括代理绑定更新(PBU)消息和代理绑定确认(PBA)消息。
[0029]在最初连接到网络时，UE装置130可将路由器请求消息传送到MAG 108A。在此事件之前或之后，MAG 108A将传送PBU消息IlOA到LMA 102。此PBU消息IlOA可用于为UE装置I1A初始化到网络100的连接，通知LMA 102 UE装置IlOA的当前位置，或者用于设置在MAG 108A与LMA 102之间的双向通信隧道。此PBU消息IlOA包括基于要发送的消息的性质的各种数据值(图1中表示为“A”)。PBU消息IlOA包括与UE装置130相关联的连接标识符(ID)，该标识符在此处表示为“XI”值。此连接ID可对特定UE装置130是独特的，或者可对特定UE装置130的特定会话是独特的。在本发明的一实施例中，连接ID包括表示在PMIPv6域中UE装置130的身份的移动节点网络接入标识符(MN-NAI)。然而，在其它实施例中，连接ID可包括MN-NA1、接入点名称(APN) ID和承载ID中的一项或更多项。在本发明的其它实施例中，连接ID可包括独特地识别UE装置130、网络装置或通信会话的其它值。
[0030]圆圈数字I指示本地移动性锚点102接收PBU消息I1A的点。PBU消息I1A在线路卡114A的端口 112进入数据平面106。可选的是，本地移动性锚点102可包括多个此类线路卡114A-114N。此时，数据平面106要确定对PBU消息IlOA采取的操作。在一实施例中，识别来自PBU消息IlOA的连接ID(“X1”)，并将其与引导表116 —起使用以尝试确定接收PBU消息IlOA的宿主进程。
[0031]在此图中，在两个时间点(时间=1和时间=2)示出引导表116以更清晰地描述本发明的此实施例的工作。然而，在此实施例中，在线路卡114A上只有一个引导表116。在其它实施例中，不止一个引导表116可用于例如提高系统的性能。另外，虽然引导表116被描述和示出表，但在某些实施例中，引导表116是诸如树、定向非循环图、矩阵、链接的列表、哈希表、数据库表等另一数据结构或其它数据结构。备选，引导表116可以是诸如哈希函数或另一变换函数(transformative funct1n)等算法。引导表116的主要用途是帮助数据平面106确定哪个宿主进程管理特定控制消息。在图1中，引导表116示为包含有连接ID的第一列(或关键字列)和有进程标识符的第二列。因此，通过使用引导表116查找连接ID，对应进程标识符将指示在分布式控制平面104中执行的多个进程的哪个进程是用于消息的宿主进程。然而，在本发明的一实施例中，引导表116未将连接ID映射到文本进程标识符；相反，它可产生能够用于最终确定宿主进程的中间结果值(未示出)。但为便于说明和理解，未示出引导表116的这些实施例。
[0032]如圆圈数字2所示，在时间=1时，引导表116包含两个条目或映射:连接ID “X3”与宿主进程“P8”相关联，并且连接ID “X7”与宿主进程“P1”相关联。因此，在时间=1，线路卡114A识别来自收到的PBU消息IlOA的连接ID“X1”，并且使用引导表116尝试查找宿主进程时，将找不到此类宿主进程。
[0033]在圆圈数字3示出的此时，根据系统的配置，数据平面106将以某一方式识别任意进程。在一种配置中，一个或更多个进程专用于接收数据平面106尚未识别为由宿主进程管理的所有PBU消息。在此配置中，数据平面106只将PBU消息130传送到这些专用进程中的一个或更多个进程。在其它配置中，随机选择多个进程的一个进程接收PBU消息130，或者根据设计成扩展此类消息的分布的循环仲裁系统，选择多个进程的一个进程接收PBU消息130。
[0034]在图1中，在圆圈数字3采用进程选择技术以确定PBU消息IlOA应被发送到在分布式控制平面104中控制卡118A上执行的进程“P2”，并且进程“P2”因此被视为任意进程。在进程“P2”接收PBU消息IlOA时，它先确定哪个进程是或者将是用于PBU消息IlOA的宿主进程。在本发明的实施例中，任意进程基于诸如连接ID “XI”等在PBU消息IlOA本身内的数据，确定宿主进程。在其它实施例中，任意进程可基于诸如进程、处理单元或控制卡的资源使用(CPU和/或存储器)或利用率等与分布式控制平面104性能有关的统计或度量，确定宿主进程。在图1中，进程“P2”确定“P6”是用于PBU消息IlOA的宿主进程，并且促使PBU消息IlOA传送到用于在圆圈数字4的进程“P6”的控制卡118C。
[0035]作为用于PBU消息IlOA的宿主进程，进程“P6”将变成用于与PBU消息IlOA的连接ID有关所有控制消息的宿主进程。响应接收PBU消息110A，进程“P6”将判定采取的操作；例如，可在分布式控制平面104内或者在其它外部服务器内创建或更新某些连接或会话信息，并且可将诸如PBA消息等某些控制消息发送到MAG 108A或其它MAG 108B-108N。进程“P6”因而将实现这些动作。
[0036]在圆圈数字5，进程“P6”将映射消息150传送到线路卡114A-114N中的一个或更多个线路卡，以指示进程“P6”是用于包括连接ID “XI”的控制消息的宿主进程。在本发明的其它实施例中，映射消息150可由另一进程发送。例如，在进程“P2”确定进程“P6”应是宿主进程时，进程“P2”可能已将映射消息150发送到线路卡114A-114N中的一个或更多个线路卡，指示“P6”是用于连接ID “XI”的宿主进程。
[0037]响应接收来自分布式控制平面104的映射消息150，线路卡114A-114N中收到映射消息150的每个线路卡将更新其引导表(例如，116)以指示此关系。因此，在用于引导表116的时间=2 (参见表的右侧图示)，已添加第三映射以指示连接ID “XI”具有“P6”的宿主进程。
[0038]接着，MAG 108A将传送有关UE装置130的另一 PBU消息IlOB到LMA 102。此传送可由于如上所述在PMIPv6网络中常见的多种原因中的任何原因而进行。此PBU消息IlOB可包括多个数据值，此处示为“B”，但它也包括与UE装置130相关联的连接ID “XI”。PBU消息IlOB中的多个数据值(“B”)可与PBU消息IlOA中的数据值(“A”)不同或相同-重要的是此PBU消息IlOB是与PBU消息IlOA不同的信息(即，在不同时间传送，或者包括不同数据值等)。
[0039]此PBU消息IlOB到达在圆圈数字6的LMA 102，并且在数据平面106的线路卡114A的端口 112收到。现在，在时间=2，从PBU消息IlOB中识别连接ID(“X1”)，并且在圆圈数字7将其与引导表116 —起用于确定用于此消息的宿主进程是进程“P6”。由于数据平面106知道PBU消息IlOB需要发送到哪个进程，因此，在圆圈数字8，它将PBU消息IlOB直接发送到控制卡118C的进程“P6”。这样，PBU消息IlOB无需发送到分布式控制平面104中的任意进程，任意进程无需确定宿主进程，以及任意进程无需将消息传送到宿主进程。
[0040]图2根据本发明的一个实施例示出通信网络的功能概览。在此网络中，UE装置130可用于通过多个接入点连接到网络100。UE装置130可利用通过一个或更多个演进节点B(eNodeB)接入点220A和/或220B的蜂窝通信。这些eNodeB接入点220A和220B连接到演进分组核心(EPC) 202内的服务网关(SGW)，服务网关可使用移动性管理实体(MME) 208跟踪UE装置130的移动性，并且管理UE装置130通过分组数据网络网关(PDN-GW或P-GW)206接入网络100。在带有系统体系结构演进(SAE) 201核心网络体系结构的此实施例中，演进分组核心202 (也称为SAE核心)支持PMIPv6协议，并且因此SGW 204将充当MAG，并且P-GW 206将充当LMA，每个向彼此发送和从彼此接收PMIPv6控制消息210。
[0041]UE装置130也可通过连接到HeNB网关(HeNB Gff) 212的家庭eNodeB (HeNB或毫微微小区)214连接。在此情况下，HeNB Gff 212充当MAG，并且将向P-GW 206传送和从P-Gff 206接收PMIPv6消息210。另外，UE装置可使用诸如电气和电子工程师协会(IEEE)802.11标准之一等无线通信协议，通过无线接入点(WAP) 218连接。在此情况下，WAP 218连接到增强分组数据网关(eTOG) 218，该网关充当MAG，并且将向P-GW 206传送和从P-GW206接收PMIPv6消息210。接入网络的其它方法在本领域为人所熟知，并且为便于理解，此处只描述几种此类方法。
[0042]图3根据本发明的一个实施例示出通信网络和几种可能连接标识符使用情形。如上参照图1详细所述，本地移动性锚点102的数据平面106在确定它是否能够识别用于消息的宿主进程时，识别和利用来自收到的控制消息的连接ID。同样地，视每个通信系统的需要而定，连接ID可包括多个数据值。
[0043]在高端，图3示出与图1详细所述类似的过程:UE装置130连接到MAG 108A, MAG108A将PBU消息(例如，330-335)传送到LMA102以便连接到网络100。LMA 102通过数据平面106接收PBU消息，识别PBU消息中的连接ID，并且如果可能，则使用诸如引导表(图3中未示出)等数据结构或算法将每个此类PBU消息引导到宿主进程。宿主进程可以是在一个或更多个控制卡118A-118D上一个或更多个处理单元(例如，120)上的LMA 104的分布式控制平面104中执行的多个进程(例如，122A-122N)的子集。然而，图3示出带有连接ID的不同组成的不同引导情形。
[0044]系统配置成只使用控制消息的移动节点网络接入标识符(MN-NAI)作为连接ID300A时，则包括相同连接ID 302A的第一收到的控制消息330和第二收到的控制消息331将被映射到相同宿主进程-在此情况下，它是控制卡118A上的进程“P2”。但这不是绝对事件；例如，如果相隔很长时间收到作为用于相同UE装置的两个完全不同会话的两个控制消息，则可将消息映射到完全不同的进程。图3所示示例示出用于共同通信会话的控制消息在时间上相互接近传送的常见情形。
[0045]系统配置成使用MN-NAI和接入点名称(APN)作为连接ID 300B时，不必将均包括相同MN-NAI 302A的第一收到的控制消息332和第二收到的控制消息333映射到一个进程。相反，可将它们视为两个单独的PDN连接。发生这种情况是因为第一消息332的连接ID包括与第二消息333的APN 304B不同的APN 304A。在示例所示本发明的一个实施例中，第一消息332将被映射到在控制卡118B上执行的进程“P8”，并且第二消息333将被映射到控制卡118C上执行的进程“P6”。在此情形中，即使每个消息包括类似的MN-NAI 302A并且因此可能与相同UE装置130相关联，但不同的APN值(304A、304B)指示控制消息要以不同方式处理(例如，它们属于不同的通信会话或连接)。
[0046]系统配置成使用MN-NA1、API和承载ID (或PDN连接ID)作为连接ID 300C时，不必将均包括相同MN-NAI 302A和相同APN 304A的第一收到的控制消息334和第二收到的控制消息335映射到一个进程。相反，可将它们视为两个单独的PDN连接。发生这种情况是因为第一消息334的连接ID包括与第二消息335的承载ID 306B不同的承载ID 306A。因此，根据本发明的一实施例，第一消息334将被映射到在控制卡118C上执行的进程“P3”，并且第二消息335将被映射到控制卡118D上执行的进程“P5”。在此情形下，即使每个消息包括类似的MN-NAI 302A并且也包括类似的APN 304A，不同的承载ID值(306A、306B)指示控制消息要以不同方式处理(例如，它们属于不同通信会话或连接)。
[0047]图4根据本发明的一个实施例示出在充当通信网络中本地移动性锚点的网络元件的数据平面中用于实现信令消息的有效分布的方法的流程图。
[0048]此流程图和其它流程图的操作将参照其它图形的示范实施例进行描述。然而，应理解的是，流程图的操作能够通过与参照这些其它图形所述的那些实施例不同的本发明的实施例执行，并且参照图这些其它图形所述的本发明的实施例能够执行与参照流程图所述的那些实施例不同的操作。
[0049]首先，网络元件接收来自一个或更多个移动性接入网关(MAG) 400的集合的一个MAG的第一信令消息。第一信令消息可以是PBU消息。接着，响应接收第一信令消息，网络元件要根据引导表确定第一信令消息的第一网络连接ID未映射到进程，402。此外，响应接收第一信令消息，网络元件选择在多个处理单元上执行的多个进程的第一进程以接收第一信令消息，402。选择的第一进程在控制平面的第一处理单元上执行。
[0050]接着，网络元件将第一信令消息传送到选择的第一进程404。网络元件也接收来自第二进程的映射消息，406。此映射消息指示第一网络连接ID到第二进程的映射。第二进程在控制平面的第二处理单元上执行。
[0051]网络元件更新引导表以指示第一网络连接ID到第二进程的映射，408，并且也接收来自MAG的第二信令消息，410。第二信令消息包括第一网络连接ID。
[0052]响应接收第二信令消息，网络元件根据引导表确定第一网络连接ID映射到第二进程，412。此外，网络元件将第二信令消息传送到第二进程，412。
[0053]图5根据本发明的一个实施例示出包括移动性接入网关的通信网络。前面的讨论和示例指示本地移动性锚点可如何有效地分布从MAG收到的信令消息。在本发明的实施例中，移动性接入网关也可有效地分布从LMA收到的信令消息。
[0054]在图5所示的此实施例中，用户设备(UE)装置130 (即，订户终端站)耦合到至少一个移动性接入网关502 (MAG)以获得对耦合到LMA 508的数据网络100的接入。在此实施例中，通信网络利用基于PMIPv6网络的移动性管理协议；然而，本发明在其它网络中也有用。
[0055]在此实施例中，MAG包括数据平面504和分布式控制平面506。此分布式控制平面包括多个控制卡(518A-518N)。这些控制卡每个示为包括可表示CPU或CPU核的两个处理单元(例如，520)。每个处理单元示为带有多个进程(例如，522A-522N)。分布式控制平面506的数量和配置只是说明性的；可使用更多或更少的控制卡518A-518N，每个控制卡可包括更多或更少处理单元(例如，520)，并且可执行更多或更少进程(例如，522A-522N)。另外，虽然图5指示进程(例如，522A-522N)显得包含在一个处理单元(例如，520)上，但在某些实施例中，这些进程可不绑定到特定处理单元或控制卡或者与其不具有密切关系。
[0056]UE装置130最初附接到MAG 502时，MAG 502将识别UE装置130，并且运行以创建会话，允许用于UE装置130的网络100连接性。在执行这些任务中，MAG 502将向LMA 508发送和从LMA 508接收控制消息。在此实施例中，由于网络是PMIPv6网络，因此，控制消息包括代理绑定更新(PBU)消息和代理绑定确认(PBA)消息。
[0057]最初连接到网络时，UE装置130变得经附接消息5305附接到MAG 502。此附接消息530包括基于网络和UE装置130的配置的各种数据值(图5中表示为“A”)。附接消息530也包括与UE装置130相关联的连接标识符(ID)。在此图中，用于附接消息530的连接ID表示为“X2”值。此连接ID可对特定UE装置130是独特的，或者可对特定UE装置130的特定会话是独特的。在本发明的一实施例中，连接ID包括表示在PMIPv6域中UE装置130的身份的移动节点网络接入标识符(MN-NAI)。然而，在其它实施例中，连接ID可包括MN-NA1、接入点名称(APN) ID和承载ID中的一项或更多项。在本发明的其它实施例中，连接ID可包括独特地识别UE装置130、网络装置或通信会话的其它值。
[0058]圆圈数字I指示MAG 502接收附接消息530的点。附接消息530在线路卡114A的端口 512进入数据平面504。可选的是，MAG 502可包括多个此类线路卡514B-514N。此时，数据平面504要创建用于UE装置130的UE会话。此UE会话在此处未示出，在提供通过LMA 508到网络100的UE装置130连接性时使用。最初在如圆圈数字2所示的时间=1，引导表516没有用于UE装置130的UE会话的条目；相反，它只包含用于不同UE装置的不同UE会话的条目。在圆圈数字3由MAG 502创建会话时，UE会话被指派到在分布式控制平面506上执行的多个进程(例如，522A-522N)的宿主进程。在此示例中，宿主进程由“P3”表示，因此，在时间=2在引导表516中添加将来自附接消息530的连接ID “X2”映射到宿主进程“P3”的条目。
[0059]在此图中，在两个时间点(时间=1和时间=2)示出引导表516以更清晰地描述本发明的此实施例的工作。然而，在此实施例中，在线路卡514A上只有一个引导表516。在其它实施例中，不止一个引导表516可用于例如提高系统的性能。另外，虽然引导表516被描述和示出表，但在某些实施例中，引导表516是诸如树、定向非循环图、矩阵、链接的列表、哈希表、数据库表或其它数据结构等另一数据结构。备选，引导表516可以是诸如哈希函数或另一变换函数(transformative funct1n)等算法。引导表516的主要用途是帮助数据平面504确定哪个宿主进程管理用于特定控制消息的UE会话。在图5中，引导表516示为包含有连接ID的第一列(或关键字列)和有进程标识符的第二列。因此，通过使用引导表516查找连接ID，对应进程标识符将指示在分布式控制平面506中执行的多个进程的哪个进程是用于消息的宿主进程。然而，在本发明的一实施例中，引导表516未将连接ID映射到文本进程标识符；相反，它可产生能够用于最终确定宿主进程的中间结果值(未示出)。但为便于说明和理解，未示出引导表516的这些实施例。
[0060]通过为UE装置130创建的UE会话，使用引导表516和连接ID “X2”识别管理宿主进程“P3”。在提供到网络100的UE装置130接入中，在圆圈数字4，MAG 502将PBU消息532传送到LMA 508。此PBU消息532包括表示为“B”的各种数据值。视发送PBU消息的情况而定，这些数据字段一般不同。然而，PBU消息532包括连接ID “X2”以指示消息与用于UE装置130的会话有关。
[0061]此时，在圆圈数字5，LMA 508将PBA消息534传送回MAG 502。此PBA消息包括在此表示为“C”的各种数据值，并且也包括连接ID “X2”以指示消息与用于UE装置130的会话有关。在MAG 502的数据平面504的线路卡514A的端口 512，接收此PBA消息534。
[0062]在接收来自LMA 508的PBA消息534时，数据平面504要将PBA消息534传送到分布式控制平面506的进程以便进行处理。根据本发明的一实施例，数据平面504平面通过识别收到的PBA消息534的连接ID来利用引导表516，连接ID用于为引导表516编排索弓I。在圆圈数字6，由于已创建UE会话，并且已经创建引导表516的映射条目以映射连接ID “X3”到进程“P3”，因此，数据平面能够使用带有识别的连接ID “X2”的引导表516确定PBA消息534要传送到进程“P3”。在圆圈数字7，数据平面504随后可直接传送PBA消息534到在控制卡518A上执行的宿主进程“P3”。
[0063]图6根据本发明的一个实施例示出在充当通信网络中移动性接入网关的网络元件中用于实现信令消息的有效分布的方法的流程图。在此实施例中，网络元件具有配置成向本地移动性锚点(LMA)传送和从LMA接收信令消息的数据平面。每个信令消息包括与终端站装置相关联的网络连接标识符(ID)。网络元件也包括具有在多个处理单元上执行的多个进程的控制平面。
[0064]首先，MAG为终端站装置(即，UE装置、移动节点等)创建用户设备(UE)会话，600。UE会话用于向终端站装置提供通过LMA的网络连接性。UE会话也被指派到多个进程的宿主进程，并且与网络连接ID相关联。
[0065]接着，MAG更新引导表以指示在网络连接ID与宿主进程602之间的映射，以及将代理绑定更新(PBU)消息传送到LMA 604。PBU消息包括网络连接ID。
[0066]接着，MAG接收来自LMA 606的代理绑定确认(PBA)消息。此PBA消息包括网络连接ID。响应接收PBA消息，MAG根据弓I导表确定来自PBA消息的网络连接ID映射到宿主进程608。MAG也将PBA消息转发到宿主进程。
[0067]虽然本发明的实施例已相对于在代理移动IPv6 (PMIPv6)网络中操作的某些网络元件进行了描述，但利用不同协议和网络元件的其它网络配置将类似地受益于本发明。因此，本发明的实施例不限于PMIPv6网络、本地移动性锚点网络元件和移动性接入网关网络元件。
[0068]虽然图中的流程图示出本发明的某些实施例执行的操作的特定顺序，但应理解，此类顺序是示范(例如，备选实施例可以不同的顺序执行操作，组合某些操作，重叠某些操作等)。
[0069]另外，虽然本发明已根据几个实施例描述，但本领域的技术人员将认识到本发明不限于所述实施例，通过在随附权利要求书的精神和范围内的修改和变化，能够实践本发明。描述因此要视为是说明性的而不是限制。
【权利要求】
1.一种在通信网络中充当本地移动性锚点(LMA)的网络元件的数据平面中用于信令消息的有效分布的方法，所述数据平面配置成接收来自一个或更多个移动性接入网关(MAG)的集合的信令消息，每个信令消息包括与终端站装置相关联的网络连接标识符(ID)，所述网络元件还包括具有在多个处理单元上执行的多个进程的控制平面，所述方法包括: 接收来自MAG的所述集合的一个MAG的第一信令消息； 响应接收所述第一信令消息: 根据引导表确定所述第一信令消息的第一网络连接ID未映射到进程，以及选择所述多个进程的第一进程以接收所述第一信令消息，其中所述第一进程在所述控制平面的第一处理单元上执行； 将所述第一信令消息传送到所述选择的第一进程； 接收来自所述控制平面的映射消息，其中所述映射消息指示所述第一网络连接ID到第二进程的映射，其中所述第二进程在所述控制平面的第二处理单元上执行； 更新所述引导表以指示所述第一网络连接ID到所述第二进程的所述映射； 接收来自所述MAG的第二信令消息，其中所述第二信令消息包括所述第一网络连接ID ;以及 响应接收所述第二信令消息: 根据所述引导表确定所述第一网络连接ID映射到所述第二进程，以及 将所述第二信令消息传送到所述第二进程。
2.如权利要求1所述的方法，其中每个信令消息是代理移动IPv6(PMIPv6)代理绑定更新(PBU)消息。
3.如权利要求1所述的方法，其中接收所述第一信令消息的所述多个进程的所述第一进程的所述选择包括以下之一: 随机选择多个进程之一；以及 根据循环仲裁算法，选择所述多个进程之一。
4.如权利要求1所述的方法，其中每个所述网络连接ID包括移动节点网络接入ID(MN-NAI)。
5.如权利要求4所述的方法，其中每个所述网络连接ID还包括次要ID，所述次要ID包括接入点名称(APN) ID和承载ID中的一项或更多项。
6.如权利要求5所述的方法，其中每个次要ID包括所述APNID和所述承载ID。
7.如权利要求5所述的方法，还包括: 接收来自所述MAG的第三信令消息，其中所述第三信令消息包括第二网络连接ID，所述第二网络连接ID包括: 与所述第一网络连接ID的MN-NAI相同的MN-NAI，以及 与所述第一网络连接ID的次要ID不同的次要ID ;以及 响应接收所述第三信令消息: 根据所述引导表确定所述第二网络连接ID映射到所述多个进程的第三进程，以及 将所述第三信令消息传送到所述第三进程。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述第三进程在所述控制平面的第三处理单元上执行。
9.一种要耦合在一个或更多个移动性接入网关(MAG)的集合与数据网络之间以充当本地移动性锚点(LMA)并且有效地分布信令消息的网络元件，所述网络元件包括: 配置成与MAG的所述集合进行通信的一个或更多个线路卡的集合和配置成执行在多个处理单元上的多个进程的一个或更多个控制卡的集合，线路卡的所述集合配置成: 接收来自MAG的所述集合的信令消息，每个信令消息包括与最终用户装置相关联的网络连接标识符(ID)， 将所述信令消息传送到所述多个进程，其中根据引导表选择所述进程以接收所述信令消息，其中所述引导表要将信令消息的网络连接ID映射到所述多个进程的进程， 接收来自所述多个进程的一些进程的映射消息，其中每个映射消息要指示信令消息的网络连接ID到进程的映射，以及 根据所述收到的映射消息，更新所述引导表以指示网络连接ID到进程的所述映射；以及 一个或更多个控制卡的所述集合配置成执行所述多个进程，所述多个进程的每个进程配置成: 接收来自线路卡的所述集合的至少一个线路卡的信令消息， 在不同进程配置成处理所述信令消息时，将所述收到的信令消息传送到所述多个进程的所述不同进程，以及 在该进程先建立用于所述网络连接ID的会话时，将映射消息传送到线路卡的所述集合的至少一个线路卡以指示在所述收到的信令消息的网络连接ID与该进程之间的映射。
10.如权利要求9所述的网络元件，其中每个信令消息是代理移动IPv6(PMIPV6)代理绑定更新(PBU)消息。
11.如权利要求9所述的网络元件，其中所述数据平面配置成选择所述进程以通过以下操作，根据所述引导表接收所述信令消息: 在所述信令消息的所述网络连接ID映射到所述引导表中的所述进程时，选择所述进程；以及 在所述信令消息的所述网络连接ID未映射到所述引导表中的所述进程时，根据以下之一选择所述进程: 随机选择所述多个进程之一；以及 根据循环仲裁算法，选择所述多个进程之一。
12.如权利要求9所述的网络元件，其中每个所述网络连接ID包括移动节点网络接入ID (MN-NAI)。
13.如权利要求12所述的网络元件，其中每个所述网络连接ID还包括次要ID，所述次要ID包括接入点名称(APN) ID。
14.如权利要求13所述的网络元件，其中所述次要ID还包括承载ID。
15.一种在通信网络中充当移动性接入网关(MAG)的网络元件中有效地分布信令消息的方法，所述网络元件具有配置成向本地移动性锚点(LMA)传送和从所述LMA接收信令消息的数据平面，每个信令消息包括与终端站装置相关联的网络连接标识符(ID)，所述网络元件还包括具有在多个处理单元上执行的多个进程的控制平面，所述方法包括: 为终端站装置创建用户设备(UE)会话，其中所述UE会话用于向所述终端站装置提供通过所述LMA的网络连接性，以及其中所述UE会话被指派到所述多个进程的宿主进程，并且与网络连接ID相关联； 更新引导表以指示在所述网络连接ID与所述宿主进程之间的映射； 将代理绑定更新(PBU)消息传送到所述LMA，其中所述PBU消息包括所述网络连接ID ；接收来自所述LMA的代理绑定确认(PBA)消息，其中所述PBA消息包括所述网络连接ID ;以及 响应接收来自所述LMA的所述PBA消息: 根据所述引导表确定来自所述PBA消息的所述网络连接ID映射到所述宿主进程，以及 将所述PBA消息转发到所述宿主进程。
16.如权利要求15所述的方法，其中所述网络连接ID包括移动节点网络接入ID(MN-NAI)。
17.如权利要求16所述的方法，其中所述网络连接ID还包括次要ID，所述次要ID包括接入点名称(APN) ID和承载ID中的一项或更多项。
18.一种要耦合在本地移动性锚点(LMA)与终端站装置之间以充当移动性接入网关(MAG)并且有效地分布信令消息的网络元件，所述网络元件包括: 配置成与所述LMA、所述终端站装置进行通信的一个或更多个线路卡的集合和配置成执行在多个处理单元上的多个进程的一个或更多个控制卡的集合，线路卡的所述集合配置成: 为终端站装置创建用户设备(UE)会话，其中每个UE会话要被指派到所述多个进程的宿主进程并且与网络连接标识符(ID)相关联，以及其中所述UE会话用于向所述终端站装置提供通过所述LMA的网络连接性， 更新引导表以指示在网络连接ID与宿主进程之间的映射， 将代理绑定更新(PBU)消息传送到所述LMA，其中每个所述PBU消息包括网络连接ID，接收来自所述LMA的代理绑定确认(PBA)消息，其中所述PBA消息每个包括网络连接ID，以及 响应接收来自所述LMA的PBA消息: 根据所述引导表确定该PBA消息中包括的所述网络连接ID映射到宿主进程，以及 将该PBA消息转发到该宿主进程；以及 一个或更多个控制卡的所述集合配置成执行所述多个进程，所述多个进程的每个进程配置成接收来自线路卡的所述集合的至少一个线路卡的PBA消息。
19.如权利要求18所述的网络元件，其中: 线路卡的所述集合包括至少两个线路卡，以及 线路卡的所述集合的每个线路卡包括多个处理单元。
20.如权利要求19所述的网络元件，其中所述网络连接ID包括移动节点网络接入ID(MN-NAI)。
【文档编号】H04W88/16GK104272860SQ201380025297
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2013年5月8日 优先权日:2012年5月16日
【发明者】S.贾伊斯瓦尔, 文仁华 申请人:瑞典爱立信有限公司