在被耦合到软件定义的交换机的网关中分配虚拟机的制作方法

本发明涉及移动通信网络中的网关，且更具体地涉及由网关分配云计算资源以处理用户会话。

背景技术：

以下背景技术描述可包括在本发明之前相关领域未知、但由本发明提供的洞察力、发现、理解或公开、或与公开一起的关联内容。可在下文明确地指出本发明的一些这样的贡献，而本发明的其它这种贡献将从它们的上下文中显而易见。

在移动网络中，用户会话被建立为移动终端(MT)与网关(GW)之间的隧道。由于蜂窝网络架构，网关是用户会话的汇聚点，为互联网或运营商服务网络中的服务提供锚定。在第三代(3G)移动通信网络中网关是网关GPRS支持节点(GGSN)单元，并且在长期演进(LTE)网络中网关是系统架构演进网关(SAE-GW)单元。

运营商网络中的网关单元的数量的范围从最少两(2)个到多达二十(20)个，取决于运营商的订户基础的大小、冗余要求、站点策略、单元容量等等。然而，随着网关单元的渐增的数量，跨网关单元分布用户会话，并且通过网关单元的业务量的可见性被减少或至少变得更难于建立。

诸如网关单元的电信产品具有非常严格的冗余要求。运营商期望产品几乎零停机时间，这通常由供应商使用总是与服务该网络的主节点同步的热备用节点来满足。该主备架构意味着对状态的主备同步具有严厉要求以确保在主节点故障的情况下备用节点能够立即开始从同一状态作为故障的主节点服务。网关单元通常具有会话数据库，其包含必要的会话/载体特定状态中的大多数并控制系统中的订户会话。会话数据库是系统的最重要的数据库之一，因为它确定订户到网络的连接性。

负责维持会话载体(3G术语中的PDP上下文)的过程通常在存储器中数据库的帮助下来完成这点以保持每个载体的状态。在所述数据库中，存储指示载体的域的各种重要状态，诸如，标识隧道端点标识符(TEID)，可能是移动互联网协议(IP)地址、活动计时器、载体的当前状态等。为了与用于电信产品的容错的严厉要求相匹配，分组网关产品通常求助于热主备模式，其中总是保持备用节点与主节点同步，以便其在主节点中的任何故障的情况下能够立即接管。

优选地，主节点和备用节点的状态至少几乎是相同的，以确保切换在没有对服务的任何中断的情况下尽可能平滑。这可在无论何时特定载体的任何状态改变时通过主节点与备用节点之间的同步操作来实现。例如，如果产品支持三百万个活跃载体并且处于大约它们的一半改变状态的时间点处，那么这将意味着在主和备用实例之间有150万条同步消息。

典型地，当前LTE SAE-GW被创建为使用专用硬件的独立式网络单元。然而，专用硬件具有贫乏的可扩缩性，并且来自不同所有者的硬件之间的互操作性也是贫乏的。

技术实现要素：

以下呈现本发明的简化概要，以提供本发明一些方面的基本理解。本概要并非是本发明的广泛的综述。其不意图标识出本发明的关键/至关重要的元素或勾勒出本发明的范围。其唯一目的是为了以简化的形式呈现本发明的一些概念，作为稍后呈现的更详细的描述的前序。

本发明的目的是为了提供一种方法和用于实现该方法的装置，以便减轻上述问题中的至少部分。本发明的目的由通过在独立权力要求中陈述的那些来表征的方法、装置、网关以及计算机程序来实现。本发明的优选实施例在从属权利要求中公开。

根据一个方面，提供了一种方法，包括：由移动通信网络中的网关分配云计算资源以处理用户会话，并将云计算资源成对地分配到用户会话。当云计算资源成对分配到用户会话时，用户会话被定义为两个云计算资源用于处理该用户会话的业务量。

根据一个方面，提供了一种方法，包括：获取关于由移动通信网络中的网关分配到用户会话的一对云计算资源的信息，为这一对确定规则以便将与该会话相关联的即将到来的控制平面业务量转发到构成该对的两个云计算资源。

根据一个方面，提供了一种方法，包括：维持关于由移动通信网络中的网关处理的用户会话的信息，其中该网关由云计算资源来实现，维持用于处理该用户会话的用户平面业务量以及用于处理该用户会话的控制平面业务量的云计算资源的分配。

根据一个方面，提供了一种包括用以执行根据依照一个方面的方法的方法的部件的装置。

一种用于移动通信网络的网关，所述网关包括用户平面业务量处理器，其通过成对分配到用户会话的云计算资源来实现，并且用户平面业务量是由用于会话的活跃云计算资源进行处理，且控制平面业务量被转发到与该会话相关联的该对云计算资源的这两个云计算资源。当将云计算资源成对分配到用户会话时，用户会话被定义为两个云计算资源用于处理该用户会话的业务量。

一种计算机程序产品，包括可执行代码，当其被执行时促使执行根据一个方面的方法的功能。

根据一个方面，提供了一种被包括在非暂时性计算机可读存储介质上的计算机程序，该计算机程序被配置成控制处理器执行根据实施例的方法。

根据一个方面，提供了一种被包括在分布介质上的包括程序指令的计算机程序，当其被加载到电子装置中时，构成该装置的功能性。

一些方面提供改进，包括分组数据网关到不同业务量情况的可扩缩性，同时使实现所提供的电信服务在故障情况下的高可用性。

附图简述

以下将参考附图借助于优选实施例更详细地描述本发明，其中：

图1图解根据各个实施例的移动通信系统的架构；

图2图解根据实施例的分组数据网关，包括用于处理被锚定到该分组数据网关的用户会话的云计算资源；

图3图解分组数据网关，其包括成对分配到用户会话的云计算资源以及软件定义的交换机与云计算资源之间的控制平面业务量和用户平面业务量路径；

图4a根据实施例图解将一对云计算资源分配到用户会话；

图4b图解一旦被分配到用户会话的一对云计算资源中的一个故障，就将新的一对云计算资源分配到用户会话；

图5图解根据实施例的控制云计算资源的方法；

图6图解控制软件定义的交换机的方法；

图7图解将用户会话的用户平面业务量映射到云计算资源的方法；

图8a和8b图解根据实施例的软件定义的交换机中的控制平面复制；以及

图9图解根据实施例的软件定义的交换机的示例配置。

具体实施方式

图1图解根据各个实施例的移动通信系统100的架构。移动通信系统包括当用户设备(UE)104处于基站的覆盖区域内时可被UE连接的基站108、110。UE可在BS的覆盖区域之间移动。UE的移动可导致UE从一个BS到另一个的连接的移交。在图1中，通过从BS108到BS110的箭头图解该移交。

移动通信网络向其订户提供服务。仅举几例，这些服务包括数据传递、语音呼叫、经由IP的语音、短消息服务。持有对移动通信网络的订阅的UE可经由将UE连接到移动通信网络的BS访问服务。当UE连接到移动到移动通信网络时，移动通信网络的服务可被递送到该UE。

移动通信网络的服务可通过建立用于递送服务的到UE的会话而被递送到UE。该会话可被称为用户会话。会话可包括服务的定义、服务质量的定义以及分配到会话的资源信息。移动通信网络的资源可包括例如一个或多个载体。

移动通信网络中的网关(GW)可管理会话的建立、终止和移动性。GW可将UE连接到外部网络114以便被派定到UE的数据到达移动通信网络中的GW处，且源自UE的数据通过该GW被路由朝向位于移动通信网络中或外部网络114中的其目的地。相应地，该GW向UE提供数据传递服务。

在EPC中，GW可由分离的或单个单元中的分组数据网络网关(P-GW)和服务网关(S-GW)来实现。P-GW和S-GW可实现为分离的单元。对于单个会话，S-GW和P-GW可位于不同的网络中。当UE漫游到其归属网络之外时，服务该UE的S-GW位于UE正在访问的网络中，并且P-GW位于归属网络中作为该UE的移动性锚定。以下3GPP规范可被称为用于EPC的规范：TS23.401V12.2.0(2013-09)用于进化的通用陆地无线电接入网络(E-UTRAN)接入的通用分组无线电服务(GPRS)增强，以及TS.23.402V12.2.0(2013-09)3GPP系统架构演进。

图2根据实施例图解包括用于处理用户会话的云计算资源206的网关200的架构。云计算资源是用于计算数据的联网资源。单个云计算资源可包括联网216的物理数据计算资源210，例如，经由网络216连接到云控制器208的一个或多个计算机218、220和/或中央处理单元。云控制器从物理资源定义云计算资源。可为通过网络的数据计算任务分配所定义的云计算资源，类似于直接引用的物理资源，借此云计算资源可被称作虚拟机(VM)。

VM可被配置成执行GW功能性204和VM控制器209功能性。VM控制器控制由云控制器定义的用于网关内的计算任务的VM的分配。VM控制器还可执行VM故障管理。

云中的物理计算资源可位于分离的地理区域212、214中。尽管物理资源可经由广域网被连接，但是执行GW功能性中的它们的合作可包括长延迟，它对于由移动通信网络的标准和运营商所提出的要求来说，甚至可能是不可接受的高。因此，当使用VM来执行GW功能性时，优选的是在云控制器中定义云计算资源用于分配到VM，以便映射到单个VM的物理资源由高速连接来连接，例如，物理资源由通过数据总线的直接连接来连接。另一方面，由于VM的实际物理资源可处于地理上分离的区域212、214中，因此VM之间的数据传递应被保持低以避免由于VM之间的通信的延迟。GW功能性和VM功能性可由程序定义。

图3图解网关300，包括云计算资源306a、306b，以及软件定义的交换机318与云计算资源306a、306b之间的控制平面业务量321和用户平面业务量319的路径。图2图解用于实现网关300的示例架构。所分配的云计算资源可被称为VM。

软件定义的交换机可被编程以执行从订阅移动通信网络314的UE的业务量和/或被派定到被连接至移动通信网络314的UE的业务量的切换。该切换可被连接到图1的移动通信网络中的网关。

优选地，VM包括用于每个用户会话的活跃VM和非活跃VM。非活跃VM可以是在需要时可被切换成活跃的备用VM。活跃VM可接收用户会话的用户平面业务量和控制平面业务量，并根据在VM上执行的GW软件来处理所接收的用户平面业务量和控制平面业务量。非活跃VM可接收控制平面业务量并根据GW软件处理所接收的控制平面业务量。相应地，活跃VM负责处理用户平面业务量，并且非活跃VM在处理用户平面业务量中并不需要使用资源。另一方面，控制平面业务量由两个VM来接收，由此这两个VM关于用户会话状态保持更新。

在实施例中，交换机可被配置成接收用户会话的控制平面业务量，并将所接收的控制平面业务量转发到来自被分配到该用户会话的一对云计算资源的两个云计算资源。这提供了控制平面复制，其在下面在图8a和8b中更详细被描述。

在实施例中，交换机可被配置成接收用户会话的用户平面业务量，并将所接收的用户平面业务量转发到来自被分配到该用户会话的一对云计算资源中的活跃云计算资源。

GW可连接到软件定义的交换机309(SW)的控制器309，SW控制器，用于传送指示分配到用户会话的VM的信息。将用图4a进行更详细讨论该分配。SW控制器随后可基于所获取的信息确定规则，以便属于用户会话的即将到来的控制平面业务量被转发到构成对的两个VM。规则被传送到软件定义的交换机，并被部署，其后可在交换机中根据该规则处理用户会话。

网关、软件定义的交换机与SW控制器之间的连接可例如由包括以太网连接的电连接来实现，也可能使用光学连接。

图4a根据实施例图解将云计算资源407、409、410中的一对407、409分配到用户会话。云计算资源407、409、410可以是图2和图3中所图解的GW中的VM。如图3中所描述的，业务量可被切换用于由软件定义交换机426的VM在SW控制器424编程之下进行处理。VM可受VM控制器(VM控制器)422管理，其可由图2中的VM管理项209来实现。

VM可在VM控制器422的控制下成对地被分配402、403到用户会话。该分配可基于更大容量的需求的确定来执行。该需求可例如通过获取在GW中建立用户会话的请求来确定。可从UE或从管理向订户提供的服务的移动通信网络中的实体接收该请求。在EPV中，可以从移动性管理实体MME接收该请求。

优选地，VM中的一个被分配402为活跃VM409用于用户会话，VM中的一个被分配403为非活跃407VM用于该用户会话。

可将指示被分配到用户会话的VM的信息从VM控制器传送404到SW控制器。VM控制器与SW控制器之间的通信可根据控制协议(例如，OpenFlow)来执行。

SW控制器可确定用于所分配的一对VM的规则，以便将属于该会话的即将到来的控制平面业务量转发到构成该对的两个云计算资源。

软件定义的交换机获得405所确定的规则，其包括被分配到用户会话用于处理用户会话的用户平面业务量的至少一个VM的信息。OpenFlow也可被用于软件定义的交换机与SW控制器之间的通信。

软件定义的交换机可更新406当前规则，用于将属于用户会话的业务量切换朝向被分配到用户会话的VM。规则更新之后，用户会话的用户平面业务量可被转发到活跃VM用于处理，并且用户会话的控制平面业务量被转发到活跃和非活跃VM两者用于处理。应领会的是，如果用户会话不具有用于在软件定义的交换机中进行切换的先前规则，那么从SW控制器所接收的规则直接定义用于切换的规则而不需要更新。

图4b图解一旦被分配到用户会话的一对中的一个云计算资源409故障时，将云计算资源407、409、410中新的一对407、410分配到用户会话。新一对的分配可在图4a中图解的VM分配之后。相应地，VM控制器、SW控制器和VM对应于图4a中所描述的那些。

VM控制器422可确定431一对中的VM之一故障并向这一对分配新的VM410。

被分配到会话的VM可包括活跃VM和作为该活跃VM的备用的非活跃VM。根据故障VM在该对中是活跃的或非活跃的，VM控制器的操作在将VM分配到用户会话中可以是不同的。

相应地，当故障云计算资源包括备用云计算资源时，该故障云计算可由新的云计算资源所替换。以这种方式，活跃VM对用户平面业务量的处理可保持不受到故障和故障VM替换的影响。

另一方面，且根据图3的图解，当故障VM包括活跃VM409时，将备用VM407设置423为活跃的，且新的VM410被分配433为用于用户会话的备用。

被分配到用户会话的VM可以类似于项404而被传送434到SW控制器424。

SW控制器可获取434关于至少一个VM到用户会话的用于处理该用户会话用户平面业务量的新的分配的信息。SW控制器可基于所获取的新分配来更新436用户会话与被分配到该用户会话的云计算资源之间的当前分配。VM的新分配可用于已分配的一对VM的所确定的新规则，以便属于该会话的即将到来的控制平面业务量被转发到构成该对的两个云计算资源。新规则可被传送435到SW并在SW中被更新436，与在图4a中步骤405和406中上述的类似。

图5图解根据实施例的控制云计算资源的方法。当VM控制器已访问所定义的云计算资源时，该方法可由图4a和4b中图解的VM控制器来执行502。该方法包括由移动通信网络中的网关分配504云计算资源以处理用户会话，并成对地将云计算资源分配506到用户会话。该方法在云计算资源已被分配后结束508。

图6图解控制软件定义的交换机的方法。当SW控制器被连接到用于所分配的云计算资源和软件定义的交换机的VM控制器时，该方法可由图4a和4b中图解的SW控制器来执行602。该方法包括获取604关于由移动通信网络中的网关分配到用户会话的一对云计算资源的信息，为该对确定606规则以便属于该会话的即将到来的控制平面业务量被转发到构成该对的两个云计算资源。当规则已被确定用于控制该交换机，该方法可停止608，且规则可被传送到该交换机。

图7图解切换移动通信网络中的用户会话业务量用于由被分配到用户会话的云计算资源进行处理的方法。该方法可在已经获取并部署用于切换的规则之后开始702。该方法包括维持704关于由移动通信网络中的网关所处理的用户会话的信息，其中该网关由云计算资源来实现，以及，维持706用于处理用户会话的用户平面业务量以及处理用户会话的控制平面业务量的云计算资源的分配。为该会话维持云计算资源的分配，并且方法可停止708。

对关于用户会话以及云计算资源的分配的信息的维持可通过如图4a和4b中405、435以及405、435所描述的从SW控制器获取并更新规则来提供。规则可包括所接收的业务量到一对VM的映射。

图8a和8b图解根据实施例的软件定义的交换机826中的控制平面复制。软件定义的交换机可如以上实施例和示例中的任何中所述的那样被连接以切换源自和/或被派定到移动通信网络的网关的业务量。网关可包括VM809、807以处理网关中接收的业务量，如例如图2中所描述的那样。可成对分配VM以处理属于用户会话的业务量，其中VM之一是活跃的809且另一个807是备用VM。

在图8a和8b中，业务量包括控制平面业务量。控制平面业务量可包括根据控制平面协议(例如，GPRS隧穿协议-控制，GTP-c)的一个或多个消息。

图8a图解从移动通信网络或外部网络接收到的控制平面业务量的复制。业务量可属于移动通信网络中的用户会话，由此交换机引导接收到的业务量以由实现网关功能性的VM809、807进行处理。复制可包括将所接收到的控制平面业务量转发到被分配用以处理属于该用户会话的业务量的一对VM中的两者。可通过生成所接收业务量的副本802b并将所接收的业务量发送到活跃VM并将所生成的副本发送到备用VM来执行复制。在图8a和8b中，通过对对象的阴影线填充来图解副本。

图8b图解从活跃VM接收的控制平面业务量的复制。可生成从活跃VM接收的业务量的副本。可将所接收的业务量802a发送朝向在移动通信网络或外部网络中的其目的地，并可将副本802b发送到备用VM。

图8a和8b中所图解的复制提供了持续更新备用VM，由此一旦活跃VM故障，则该处理可通过将备用VM变为活跃VM来继续。由于备用VM是由交换机通过控制平面业务量来更新，因此VM之间的业务量可保持较低。

图9图解根据实施例的软件定义的交换机的示例配置。由用于处理交换机所接收的业务量902的功能块来图解配置。业务量可包括控制平面业务量和/或用户平面业务量。可在从SW控制器接收到用于切换的规则之后通过图4a中的软件定义的交换机来实现功能块。业务量可包括用户平面和/或控制平面业务量。

在904中，可确定与所接收的业务量相关联的用户会话。业务量可包括一个或多个分组，其可包括标识所述分组属于具体用户会话或一组会话的信息。信息可包括来自用于通信的协议栈中多于协议的信息。协议可包括网络层协议，例如，IP，其提供跨网络的主机之间的连接性，以及隧穿协议，其将网络层协议数据单元封装到包括隧道身份的隧穿协议数据单元中。隧穿协议可以是GTP-用户数据隧穿，GTP-u。GTP-u消息包括隧道端点标识符，TEID，其可用于标识具体隧道。由此，会话可由TEID和IP地址的组合进行标识。IP地址可以是消息发送者的IP地址。应领会的是，GTP-c消息也包括TEID。尽管初始会话创建消息(例如，创建会话请求)可能不具有TEID，但是由于隧道/会话仍旧被创建，因此所有随后的GTP-c消息在GTP头部中包括TEID。

在实施例中，TEID值的范围和IP地址的范围可用于确定软件定义的交换机中的用户会话。TEID值可具有32比特的总范围，由此TEID值范围的一部分可用以指定始发站。TEID值范围部分的大小可例如根据在每个部分中被分配以处理业务量的VM的处理容量来确定。IP地址的范围可由IP地址的定义子网的那一部分来确定，且由此确定子网中主机的IP地址的地址范围。通过使用TEID值的范围和子网信息确定用户会话，用户会话可以以组的级别被确定出来以由被分配到每个组的VM进行处理。

TEID值范围可由用于TEID值的比特数量来确定。对于32比特，总的值范围是2^32个值，例如，从0到2^32-1。总值的各部分可例如被定义为相等大小的值范围。

在914中，确定网关用于处理会话。网关可以是如图2中图解的由云计算资源实现的虚拟网关。云计算资源包括VM，其中每个活跃VM具有备用VM。活跃VM和备用VM基于规则被分配到用户会话。规则可由SW控制器确定，并被传送到软件定义的交换机，如图4a和4b中所描述的那样。

应领会的是，软件定义的交换机可具有用于处理即将到来的业务量的多个可用网关的信息。然而，904中所确定的会话允许选择网关和被分配用于具体会话的VM。

在确定网关之后，可引导业务量以由网关的活跃VM922和备用VM924进行处理。优选地，用户平面业务量(例如，GTP-u消息)仅被转发到活跃VM。控制平面业务量(例如，GTP-c消息)被转发至活跃VM和备用VM两者，类似于图3中所图解的那样。

在实施例中，用于控制软件定义的交换机的规则可包括所接收的业务量到一对VM的映射。映射可包括用于所接收业务量的准则。当符合用于所接收业务量的准则时，由该对VM对所接收业务量进行处理。在一个示例中，准则可由隧道端点标识符值范围的一部分以及发起所接收业务量的子网定义来定义。子网可由IP地址的一部分来定义。相应地，可能的是可将属于用户会话的业务量转发以由被分配到一组用户会话的VM进行处理。

实施例提供了被包括在分布介质上的计算机程序，包括程序指令，当其被加载到电子装置中时，致使CPU根据本发明的实施例来执行。

计算机程序可以是源代码形式、目标代码形式、或一些中间形式，并且它可被存储在一些种类的载体上，其可以是能够携带该程序的任何实体或设备。这样的载体包括例如记录介质、计算机存储器、只读存储器、电载体信号、电信信号以及软件分发包。根据所需要的处理能力，计算机程序可在单个电子数字计算机中执行，或它可被分布在多个计算机之中。

应领会的是，以上描述的各个实施例和示例可被组合以提供根据实施例的功能性。功能性可由根据实施例的装置通过本文中描述的各种部件来实现。在一个示例中，这些部件包括用于由电子装置例如计算机执行的程序代码。

计算机程序可以是源代码的形式、目标代码的形式或一些中间形式，并且它可被存储在一些种类的载体中，其可以是能够携带该程序的任何实体或设备。这样的载体包括例如记录介质、计算机存储器、只读存储器、电载体信号、电信信号和软件分发包。根据所需要的处理能力，计算机程序可在单个电子数字计算机或处理器中执行，或者它可以被分布在多个计算机或处理器之中。

本文中描述的技术可通过各种部件实现，包括用于实现用实施例描述的对应装置的功能性的部件，且它可包括用于每个独立功能的独立部件，或者，部件可被配置成执行两个或更多功能。例如，这些技术可在硬件(一个或多个装置)、固件(一个或多个装置)、软件(一个或多个模块)或其组合中实现。对于固件或软件，实现可以是通过执行本文中描述的功能的模块(例如，规程、函数等等)。软件代码可被存储在任何合适的处理器/(一个或多个)计算机可读数据存储介质或(一个或多个)存储器单元或(一个或多个)制品中并由一个或多个处理器/计算机来执行。数据存储介质或存储器单元可在处理器/计算机内实现，或在处理器/计算机外部实现，在这种情况下它可以经由本领域中已知的各种手段被通信耦合到处理器/计算机。

对于本领域技术人员来说显而易见的是，随着技术进步，本发明概念可以各种方式来实现。本发明及其实施例并不被限于以上描述的示例，而是在权利要求的范围之内可以变化。