用于在通信网络中耦合多个用户实体的设备和方法与流程

本发明涉及用于在通信网络中耦合多个用户实体的设备。另外，本发明涉及用于在通信网络中耦合多个用户实体的方法和计算机程序产品。

背景技术：

自动化应用要求例如一定的服务质量（qos）。当经由4g蜂窝网络实现自动化时，需要自动化设备之间的数据通信，例如起重机和用于起重机的远程控制之间的数据通信。常规部署预见到自动化设备之间的数据通信经过4g运营商的核心移动网络。通过经过核心移动网络，可能会引入额外的延迟和抖动。此外，要越过更多的节点，这增加了受到攻击的可能。因此，总体通信系统的可靠性和可用性降低。这可能会阻碍在要求高qos的自动化应用中使用常规的4g网络。

特别地，在当前lte部署中，没有启用用户设备（ue）之间的直接通信。lte标准将允许本地ip访问（lipa），其使得ue能够经由基站（enodeb）和通过本地网关实现局域网（lan）访问。这样的设置支持要求高qos的应用（例如自动化和远程控制），因为所有通信可以在本地处置而不经过4g运营商的网络。然而，在许多情况下，lan不存在，并且由3gpp标准提出的解决方案不起作用。因此，lte通常用于尽力而为式通信应用，而不是用于要求高qos的自动化应用。

本发明的一个目的是改进通信网络中的用户实体的耦合。

技术实现要素：

根据第一方面，提供了一种用于在通信网络中耦合多个用户实体的设备。设备包括用于提供所述用户实体中的每一个和通信网络的核心移动网络之间的通信链路的第一单元和用于提供多个虚拟网络的第二单元。所提供的虚拟网络中的每一个被配置为连接所述用户实体中的至少两个，以使得提供所连接的至少两个用户实体之间的直接通信。

有利地，本设备提供了用于在不经过核心移动网络的情况下的用户实体之间的直接通信的捷径。直接用户实体通信保持在本设备内。所提供的虚拟网络可以是虚拟lan。所述设备可以并入基站和本地网关。例如，基站可以集成第一单元，并且本地网关可以集成第二单元。

特别地，本设备提供了虚拟地存在于本地网关内的专用lan。因此，必须将本地网关扩展为托管这样的虚拟lan的至少一个实例。对于lte的示例，现有的enodeb可以使用与为lipa定义的相同的本地网关接口来向用户实体或用户设备（例如，自动化设备）提供对此虚拟lan的访问。在此虚拟lan内提供用户设备之间的直接通信。因此，本设备使得能够实现要求高qos的自动化通信。可以只有信令和计费数据经过核心移动网络或4g运营商的网络，而用户设备之间的所有数据通信仍然在该虚拟lan内。

因此，本设备减少了攻击面，提高了安全性，并且允许全面的安全措施。此外，由于用户设备之间的数据通信保持在虚拟lan内，可以提高性能。数据业务量不经过核心移动网络，并且因此来自核心网络的抖动和延迟不影响数据通信。这允许进行工业领域中qos更严格的应用。此外，通过将数据本地地保持在虚拟lan内，可以减少通信成本。保持在由本设备提供的虚拟lan内进行直接用户设备通信也减少了经受核心移动网络中的链路和节点故障和拥塞的风险。

例如，用户实体可以是用户设备（ue）。ue的示例是自动化设备，比如起重机和用于起重机的远程控制。ue可以是具有lte收发器的设备和具有lte收发器的接口。

根据实施例，核心移动网络是蜂窝网络。特别地，蜂窝网络是4g网络，例如lte网络、umts网络或5g网络。

根据另一实施例，通信网络包括核心移动网络和至少一个无线移动网络。另外，通信网络可以包括互联网服务提供商网络。

根据另一实施例，所述设备包括基站，其中所述基站集成第一单元。

根据另一实施例，基站是nodeb（节点b）。

根据另一实施例，基站是enodeb。

根据另一实施例，设备包括本地网关，其中本地网关集成第二单元。

根据另一实施例，设备包括具有处理能力和存储容量的处理单元，其中处理单元集成第二单元。

根据另一实施例，直接通信是由所提供的虚拟网络中的一个连接的至少两个用户实体之间的直接数据通信。

特别地，直接数据通信意指该数据通信不经过核心移动网络。

根据另一实施例，设备被配置为直接与核心移动网络传送信令数据和计费数据。

根据另一实施例，设备包括用于向多个用户实体提供虚拟化网络功能的虚拟化单元。

根据另一实施例，本设备可以被配置为在设备的同一本地网关内运行多个虚拟lan实例。这促进了多租户，其中每个租户可以访问自己的虚拟lan。可以禁止不同租户的虚拟lan之间的通信。另外，本地网关内的多个虚拟lan可以支持具有不同工业qos要求的不同服务的分离。

根据另一实施例，虚拟化单元被配置为提供多个防火墙，其中所提供的防火墙中的每一个被配置为耦合所提供的虚拟网络中的至少两个虚拟网络。

因此，虚拟化单元被配置为提供被分配给通过相应防火墙耦合的至少两个不同虚拟网络的用户实体之间的直接通信。

根据另一实施例，设备包括分配单元，其被配置为将多个用户实体中的某一用户实体分配给所提供的虚拟网络中的某一个虚拟网络。

根据另一实施例，设备包括分配单元，其被配置为基于指示某一用户实体为其一部分的某一群组的信息来将多个用户实体中的该某一用户实体分配给所提供的虚拟网络中的某一个虚拟网络。

根据另一实施例，设备包括用于向多个用户实体提供服务的服务器。特别地，服务器是虚拟服务器。

相应的单元或实体，例如第一单元或第二单元，可以以硬件和/或软件来实现。如果所述单元是以硬件实现的，则其可以体现为设备，例如体现为计算机或为处理器或为系统（例如，计算机系统）的一部分。如果所述单元是以软件实现的，则其可以体现为计算机程序产品、函数、例程、程序代码或可执行对象。

第一方面的任何实施例可以与第一方面的任何实施例组合以获得第一方面的另一实施例。

根据第二方面，提供了一种用于在通信网络中耦合多个用户实体的方法。该方法包括提供所述用户实体中的每一个和通信网络的核心移动网络之间的通信链路，以及提供多个虚拟网络，其中所提供的虚拟网络中的每一个被配置为连接所述用户实体中的至少两个，以使得提供所连接的至少两个用户实体之间的直接通信。

根据第三方面，本发明涉及一种计算机程序产品，其包括当在至少一个计算机上运行时用于执行用于在通信网络中耦合多个用户实体的上述方法的程序代码。

诸如计算机程序部件之类的计算机程序产品可以体现为存储卡、usb棒、cd-rom、dvd或可以从网络中的服务器下载的文件。例如，这样的文件可以通过从无线通信网络传送包括所述计算机程序产品的文件来提供。

参照本发明的设备描述的实施例和特征对本发明的方法施加必要的修改。

本发明的其它可能的实现方式或备选解决方案还涵盖上面和下面关于实施例所描述的特征的（本文未明确提到的）组合。本领域技术人员还可以向本发明的最基本形式添加单独的或孤立的方面和特征。

从结合附图的随后的描述和从属权利要求中，本发明的其它实施例、特征和优点将变得显而易见。

附图说明

图1示出了用于在通信网络中耦合多个用户实体的设备的第一实施例的示意性框图；

图2示出了用于在通信网络中耦合多个用户实体的设备的第二实施例的示意性框图；

图3示出了用于在通信网络中耦合多个用户实体的设备的第三实施例的示意性框图；

图4示出了用于在通信网络中耦合多个用户实体的设备的第四实施例的示意性框图；

图5示出了用于在通信网络中耦合多个用户实体的设备的第五实施例的示意性框图；

图6示出了用于在通信网络中耦合多个用户实体的设备的第六实施例的示意性框图；以及

图7示出了用于在通信网络中耦合多个用户实体的方法步骤序列的实施例。

在附图中，除非另有指示，否则相同的参考标号表明相同或功能上等效的元件。

具体实施方式

图1示出了用于在通信网络31、32中耦合多个用户实体21、22的设备10的第一实施例的示意性框图。

在不失一般性的情况下，图1示出了两个用户实体21和22。通信网络31、32包括核心移动网络31和至少一个无线移动网络。此外，通信网络31、32可以包括互联网服务提供商网络32。

图1中的设备10包括第一单元11和第二单元12。第一单元11被配置为提供用户实体21、22中的每一个和通信网络31、32的核心移动网络31之间的通信链路。

第二单元12被配置为提供多个虚拟网络vn。在不失一般性的情况下，图1示出了一个虚拟网络vn。所提供的虚拟网络vn被配置为连接用户实体21、22，以使得建立所连接的用户实体21、22之间的直接通信d。特别地，两个用户实体21、22之间的直接通信是直接数据通信d。直接数据通信d发生在以下实体之间：用户实体21、设备10和用户实体22。换句话说，直接数据通信d本身不经过核心移动网络31。

图1的核心移动网络31可以是4g网络。备选地，核心移动网络31可以是umts网络或5g网络。

此外，图1示出了核心移动网络31中被布置在设备10和将核心移动网络31与互联网服务提供商网络32耦合的另一网关42之间的服务网关41。网关42可以是分组数据网络网关（pdn网关）。

在图2中，描绘了用于在通信网络31、32中耦合多个用户实体21、22的设备10的第二实施例的示意性框图。图2的设备10可以布置在如图1所示的系统中。图2的设备10包括基站13和本地网关14。基站13集成第一单元11。本地网关14集成第二单元12。对于核心移动网络31是lte网络的示例，基站13是enodeb。对于核心移动网络31是umts网络的示例，基站13是nodeb。

图3示出了用于在通信网络中耦合多个用户实体21、22的设备10的第三实施例的示意性框图。图3的第三实施例不同于图2的第二实施例在于：图3的第三实施例不包括本地网关14，而是包括具有处理能力和存储容量的处理单元15。图3的处理单元15集成第二单元12。

在图4中，示出了用于在通信网络31、32中耦合多个用户实体21、22的设备10的第四实施例的示意性框图。图4的第四实施例基于图1的第一实施例，并且附加地示出了设备10被配置为直接与核心移动网络31传送信令数据s和计费数据b。在不失一般性的情况下，图4示出了所述信令数据s和所述计费数据b通过所述设备10在网关41和第一用户实体21之间交换。

图5示出了用于在通信网络31、32中耦合多个用户实体21、22的设备10的第五实施例的示意性框图。图5的设备10具有第一单元11、第二单元12、虚拟化单元16、分配单元17和服务器18。虚拟化单元16被配置为向用户实体21、22提供虚拟化网络功能。例如，虚拟化单元16可以提供多个防火墙，其中所提供的防火墙中的每一个被配置为耦合所提供的虚拟网络vn1-vn3中的至少两个。

在这方面，图6示出了提供三个不同虚拟网络vn1-vn3的设备10的实施例，其中两个用户实体21、22；23、24；以及25、26分别被分配给相应虚拟网络vn1-vn3中的一个。

图5的分配单元17被配置为将某一用户实体21-26分配给所提供的虚拟网络vn1-vn3中的某一个虚拟网络vn1-vn3。在图6的示例中，分配单元17将用户实体21、22分配给虚拟网络vn1，将用户实体23、24分配给虚拟网络vn2，并将用户实体25、26分配给虚拟网络vn3。所述分配单元17可以基于每个用户实体21-26的指示某一用户实体21-26是其一部分的某一群组的信息来进行分配。图5的服务器18可以被配置为向多个用户实体21-26提供服务。例如，服务器18是所述设备10上的虚拟服务器。

图7示出了用于在通信网络31、32中耦合多个用户实体21、22的方法步骤序列的实施例。例如，在图1中示出了这样的通信网络31、32。

在步骤701中，提供用户实体21、22中的每一个和通信网络31、32的核心移动网络31之间的通信链路。

在步骤702中，提供多个虚拟网络vn；vn1-vn3，其中所提供的虚拟网络vn；vn1-vn3中的每一个被配置为连接用户实体21-26中的至少两个，以使得提供所连接的至少两个用户实体21-26之间的直接通信d。

虽然已经根据优选实施例描述了本发明，但是对于本领域技术人员显而易见的是，在所有实施例中的修改都是可能的。