eHRPD网络中的多协议关联和拓扑检测的制作方法

本申请为分案申请，其母案的发明名称为“ehrpd网络中的多协议关联和拓扑检测”，申请日为2012年05月24日，申请号为201210163451.8。

实施例总体上针对检测和识别合并的ehrpd和lte网络的拓扑，更具体地针对对用于不同协议的会话记录进行关联。

背景技术：

无线网络在过去十年已经演进为提供广泛的移动数据和移动互联网服务。用户日常使用其移动设备来访问流音频和视频、读取和发送电子邮件，以及浏览互联网。为了支持日益增加的数据和多媒体服务的使用，服务提供商必须不断地演进其网络。随着移动数据持续膨胀，许多服务提供商移向了下一代网络，诸如长期演进（lte）网络。lte是被设计为提供多兆比特数据速率、高效无线电网络、有所减少的等待时间以及有所改进的移动性的3gpp移动规范。

传统上，移动网络主要遵循基于两种标准的技术-geran/umts和cdma。基于geran/umts的网络提供了针对lte的自然演进。许多基于cdma的网络运营商也已经决定向lte规范进行演进。作为向lte迁移路径上的一个步骤，那些cdma运营商已经对其网络进行了演进以支持“演进高速分组数据”（ehrpd）。ehrpd允许移动运营商更新现有的hrpd分组核心网络并且允许将它们与演进分组核心（epc）架构的元素整合。ehrpd允许ehrpd和lte网络之间的无缝服务移动和切换（handoff）。

cdma运营商正在经历阶段性迁移，其中现有的hrpd网络在成为lte网络的道路上演进至ehrpd。为了引入ehrpd，向cdma网络增加了hrpd服务网关（hsgw）。hsgw还允许ehrpd和epc之间的互通。hsgw支持到s-gw和pdn-gw的连接，确保了ehrpd和lte网络之间的移动管理，以使得用户体验到没有回话下降且等待时间有所减少的无缝转换（hanover）。

技术实现要素：

一种网络监视系统识别cdma/ehrpd网络的网络拓扑。所述监视系统还识别将cdma/ehrpd网络与lte网络相连接的网络接口。更具体地，所述监视系统检测诸如a11、a10、a13、a24和h1接口之类的cdma特定接口，并且检测诸如s2a、s101和s103接口之类的共享ehrpd/lte接口。这允许所述监视系统向网络运营商提供cdma网络拓扑以及统一的cdma/lte拓扑。

所述监视系统的其它实施例使用一种用于在ehrpd网络中的a10/a11接口和s2a接口之间进行多协议关联的方案。该方案允许所述监视系统在接口上执行多协议关联而并不使用可能针对单个ue有所变化的互联网移动用户标识（imsi）参数。

附图说明

已经这样在一般方面对本发明进行了描述，现在将参考附图，其中：

图1是ehrpd网络的框图；

图2图示了a24gre键（key）的a24连接id(connectionid)和rlp_id分量；

图3图示了包括ehrpd元素和lte节点的合并ehrpd/lte网络；

图4图示了a10中的icmpv6栈；

图5图示了表示ipv6分配的呼叫流；

图6是图示pdn连接建立期间的ipv4地址分配的流程图；和

图7图示了用于主要服务连接（mainserviceconnection）和辅助服务连接（auxiliaryserviceconnections）的a10栈。

具体实施方式

现在将在下文中参考附图对本发明进行更为全面地描述。然而，本发明可以以许多不同的形式来实现，并且不应当被理解为局限于这里所给出的实施例。相反，提供这些实施例和示例以使得该公开全面且完整，并且将向本领域技术人员完全传达本发明的范围。本领域技术人员将能够使用本发明的各个实施例。

ehrpd网络节点和接口

图1是ehrpd网络100的框图。ehrpd网络包括许多演进分组控制功能（epcf）节点。所述epcf与提供针对ehrpd网络100的用户设备（ue）访问的演进接入网络（ean）101对接。如图1所示，ean和epcf在物理上可以合并为相同的节点101。ean/epcf节点101经由a13和a24接口互相进行通信。每个ean/epcf节点101连接到hrpd服务网关（hsgw）102。单个hsgw102经由a10/a11接口为多个ean/epcf节点101服务。hsgw102经由h1/h2接口互相进行通信。hsgw102经由s2a接口耦合到分组数据网络（pdn）网关（pgw或pdn-gw）103。

在一个实施例中，网络运营商使用独立于ehrpd网络100的监视系统来控制网络并且监视其当前的网络状态和活动。所述监视系统可以包括耦合到一个或多个网络接口的多个监视探测器104。所述监视探测器被动地从接口捕捉消息、数据分组或协议数据单元（pdu）而并不干扰网络100的运营。所述监视探测器对所捕捉的数据进行立即处理和/或将所述数据送至中央监视服务器105。所捕捉的数据可以在监视服务器105中进行关联和处理，并且从所述数据中提取出与网络的当前状态相关的信息。网络运营商可以使用工作站106来访问该信息。所捕捉的数据可以被监视系统存储在数据库107中。

a11接口

a11接口运载ean/epcf101和hsgw102之间的信令信息。多个ean/epcf101连接到相同的hsgw102。a11是传输用于管理epcf-hsgw连接的信令的控制面接口。a11接口支持ue移动性以便在相同hsgw102所控制的两个ean/epcf101之间进行切换。在一个实施例中，对a11接口和ean/epcf101节点的检测可以使用以下过程来完成。

从ean/epcf101向hsgw102发送a11注册请求消息以建立a10连接。a11注册请求消息被来自a11接口的监视探测器104所捕捉。a11注册请求中的源ip地址识别发送该消息的ean/epcf101。a11注册请求中的“关注地址（careofaddress）”元素识别终止a10连接的ean/epcf101。a11注册请求的帧分段“正常供应商/组织特定扩展（nvse）”可以运载通用路由封装（gre）键。监视系统从源ip地址、关注地址元素和gre键条目提取ip地址，并且将那些ip地址与相同的epcf节点相关联。

从hsgw102向epcf101发送a11注册回复消息。a11注册回复消息中的源ip地址识别发送该消息的hsgw节点。a11注册回复消息中的“归属代理”地址是hsgw102的ip地址。a11注册回复的帧分段nvse可以包括gre键。监视系统提取源ip地址、归属代理地理和gre键条目中所给出的ip地址并且将那些ip地址与相同的hsgw节点相关联。

a10接口

a10接口是传输ue有效载荷和某些控制面信令的用户面接口，其被用来配置用户面服务。a10接口处于epcf101和hsgw102之间。a10业务在gre上被隧穿（tunneled）。这些gre隧道使用以上所描述的a11信令（a11注册请求/a11注册回复）建立。a10端点的ip地址可以从a11注册请求/回复消息的nvse进行识别。

休眠和快速切换

单个hsgw102可以具有多个ip地址。例如，hsgw102所使用的ip地址对于该hsgw所连接的每个epcf可以有所不同。在这样的情况下，必需有特定的检测逻辑来将连接到不同epcf101的hsgwip地址融合到单个hsgw节点102。

在相同hsgw内的epcf间进行切换的情形中，可能将源和目标a11连接的ip地址绑定到相同的hsgw。首先，通过监视a11注册请求消息并且检查“移动性事件”指示符的存在，算法识别出移动性事件，其可能是hsgw内部或hsgw之间的移动性事件。其次，从相同消息检查“hsgwh1地址信息”参数的不存在，可能确定a11注册请求消息属于hsgw内部移动性情形的目标侧。利用ue相关的标识符（例如msid/imsi）进行源路径与目标路径的关联允许将源和目标ip地址绑定至相同的hsgw节点实体。

在相同hsgw内的epcf间进行切换的情形中，可能将源和目标a11连接的ip地址绑定到相同的hsgw。首先，通过监视a11注册请求消息并且检查“移动性事件”指示符的存在，算法确定移动性事件，其为hsgw内部或hsgw之间的移动性事件。其次，从相同消息检查“hsgwh1地址信息”参数的不存在，可能指出a11注册请求消息属于hsgw内部移动性情形的目标侧。利用ue相关的标识符（例如imsi）进行源路径与目标路径的关联允许将源和目标hsgwip地址绑定至相同的hsgw节点实体。

h1接口

h1接口运载hsgw102之间的信令信息，并且被用来优化ue的hsgw间的传输。可能从a11接口信令检测hsgw102的h1ip地址。这消除了对执行h1接口分析的需要。hsgw102的h1ip地址在a11注册回复消息中的单独信息元素中进行传递。如果被检测到，该h1ip地址就可以与以上已经检测的hsgwip地址进行合并。

a13接口

a13接口运载epcf101之间的信令信息并且被用于epcf间的切换。epcf101均与增强型访问网络（ean）相关联并且a13信令也可以被用于ean间的切换。监视探测器104可以捕捉包含hsgwip地址的a13会话信息响应消息。通过检查会话信息请求消息中的a13ehrpd指示符和会话状态信息记录（ssir）中的协议类型以及会话信息响应消息中的扩展会话状态信息记录（essir）识别出ehrpd情形。当存在时，该ipv4地址允许目标epcf101连接回到相同的hsgw102而并不执行hsgw重选算法。在休眠epcf间切换的情况下，目标epcf101可以使用从源epcf101所接收的hsgwip地址以发送a11注册请求消息。因此，通过关联a13和a11信令，可能将绑定连接到多个epcf101的相同hsgw102。

a24接口

a24接口被用来在经由a13进行会话传输的情况下从源epcf101（或ean）向目标epcf101（或ean）发送缓冲数据。a24接口是基于gre的。gre隧道经由a13信令消息（诸如会话信息请求/响应消息）所定义。如图2所示，通过追踪a13消息并且从会话信息请求消息提取a24连接id201以及从会话信息响应消息提取rlp_id202，可能通过将这些数值附加在一起而得出完整的a24gre键200。使用gre键200，用于a24接口的epcf节点101的ip地址可以与a13接口进行关联。

s2a接口

s2a接口在信任的非3gpp访问网络和pgw103之间定义。在ehrpd网络的情况下，信任的非3gpp访问网络是hsgw102。s2a接口在hsgw102和pgw103之间提供了用户面隧穿（tunneling）和隧道管理。s2a接口还在ehrpd网络内提供移动性支持，诸如hsgw移动性，以及ehrpd和lte网络之间的移动性。s2a接口上的协议基于代理移动ipv6（pmipv6）。hsgw102作为移动访问网关（mag），而pgw103作为局部移动性锚点（lma）。

s2a接口上的代理绑定更新/代理绑定确认（pbu/pba）过程可以由监视探测器104进行监视。pbu消息的源ip地址可以被提取并且与hsgw102相关联。pba消息的源ip地址可以被提取并且与pgw103相关联。然而，为了将s2a接口上的hsgw和a11接口上的hsgw的记录进行融合，方案是必需的。在pmipv6上分配给ue并且出现在pba中的动态pdn地址必须与通过a10在供应商特定网络控制协议（vsncp）和互联网控制消息协议（icmp）上所监视的相同数值进行绑定（ipv6归属网络前缀+接口id（iid）或ipv4归属地址）。

在另一个实施例中，通过监视从lte到ehrpd的切换来识别与s2a接口相关联的ip地址和节点。在这种情况下，a11注册请求消息包含“pdn信息条目”信息元素。该元素包含被切换的每个pdn条目的访问点名称（apn）和pgwip地址。在从ehrpd向lte切换的情况下，a11注册响应消息包含另一个“pdn信息条目”信息元素。该元素也包含被切换的每个pdn条目的apn和pgwip地址。通过监视这些a11注册请求/响应消息并且提取pdn信息条目信息元素，可能使用pgwip地址将a11hsgw102与pgw节点103进行绑定。接下来，通过匹配pbu消息的目的地ip地址中的pgwip地址，pbu的源ip地址可以随后与特定的hsgw相关联。

lte网络节点和接口

随着cdma/ehrpd服务器提供商扩展其网络，lte节点可以被增加到网络以提供4g服务。lte节点可以与ehrpd节点进行互连，由此避免了具有单独覆盖的lte网络的问题。图3图示了合并的ehrpd/lte网络300，其包括网络100（图1）的ehrpd元素和新的lte节点。在网络100和300之间共用的节点和接口在图3中被分配以相同的标签以及如以上所描述的功能。ehrpd网络中的epcf101耦合到一个或多个收发器基站（bts）或小区站点201。bts301提供到用户的ue的空中接口连接。

在网络300中，lte/sae节点已经被耦合到ehrpd节点以整合4g网络架构。同bts301一样，增强型nodeb（enodeb或enb）302提供到用户的ue的空中接口连接。enodeb302管理到ue的无线电路径并且托管（host）物理无线电建立、无线电链路控制和介质访问控制功能。enodeb302还针对无线电路径加密和解密数据并且处理无线电资源供给和管理。

mme303负责管理往来于ue的非访问层（nas）控制面消息。此外，mme303针对用户面业务扮演选择服务网关（sgw）304的角色，协调lte网络中的切换，并且建立必要的认证和安全过程。sgw304是来自多个enodeb的用户面连接的端点。sgw304在ue在不同enodeb之间进行切换的情况下是用户面连接的锚点。pgw103是ehrpd和lte网络之间的收敛点（convergingpoint）。

pgw103还提供演进分组核心（epc）和诸如互联网的外部pdn网络之间的接口。pgw103还提供到策略和计费规则功能（pcrf）节点305的接口。pcrf305支持网络和用户策略规则的创建，并且对活动在网络上的每个用户自动做出策略决策，诸如服务可用性、服务质量（qos）等级和计费规则。pgw103进一步提供对其它服务的访问，诸如网络运营商的服务306、3gpp认证以及授权和核算（aaa）服务器。

为了支持和优化ehrpd和lte网络元素之间的切换，附加的接口被添加到网络。接口s103连接hsgw102和sgw304，而接口s101则连接ean/epcf101和mme303。

除了监视ehrpd网络接口的监视探测器104之外，可以使用一个或多个监视探测器309来监视lte网络中的接口以及对ehrpd和lte网络进行互连的接口。监视探测器309以与探测器104相同的方式进行操作并且耦合到中央监视服务器105。

s101接口

s101接口被用来运载在执行lte和ehrpd网络之间的ue的休眠和活动切换时进行辅助的信令信息。s101接口还支持预注册，这通过允许目标节点在ue离开源访问系统之前进行预注册而有助于使得服务中断时间最小化。如果条件随后证明应当进行切换，则还在s101接口上执行切换信令。

s101消息包含s101会话id，其被用来识别ue在lte侧和ehrpd侧的背景（context）。该会话id参数包含imsi数值。

在从lte到ehrpd的优化活动切换的情况下，对于被切换的每个pdn连接，pgwip地址、pgwgre键和apn被包括在s101直接传输消息（从mme103到epcf101）中。这触发了epcf和所选择的hsgw之间的a11注册请求/a11注册回复交换。a11注册回复可以包含用于间接数据转发的s103hsgwip地址和s103目标hsgw的gre键。epcf在s101直接传输消息（从epcf到mme）中发送回s103hsgwip地址和s103目标hsgwgre键。通过在s101直接传输、a11注册回复消息中hsgw的s103ip地址与目标hsgw的gre键+针对mme的s101直接传输消息中的ip地址之间的关联，可能到达s101和s103逻辑链路。与此同时，可能融合生成a11信令的epcf节点与生成s101信令的epcf节点。

s103接口

s103接口被用于在hsgw和sgw之间的移动性期间的dl数据转发。利用以上针对检测s101接口所提到的方案，s103逻辑链路也将被检测并且与相应的hsgw和sgw相融合。

关联a10/a11和s2a接口之间的会话记录

a11协议包括若干请求/回复过程，诸如以上所讨论的a11注册请求/回复消息。a11注册请求/回复过程被用来建立主要a10连接和辅助a10连接。通过这些连接建立媒体承载。a11注册更新/注册确认过程被用来针对一个ue或演进访问终端（eat）释放所有的a10连接。a11会话更新/会话更新确认过程被用来对特定a10连接的会话进行改变。移动节点标识符（mn-id）信息元素出现在所有这些消息中并且运载对于ue或eat的imsi。

在pmipv6架构中，s2a接口处于分别作为mag和lma的hsgw和pgw之间。s2a接口上的典型过程包括pbu/pba（pmipv6代理绑定更新/代理绑定确认）过程以及bri/bra（pmipv6绑定取消指示/绑定取消确认）过程。在s2a接口上，pba的移动节点标识符信息元素运载imsi。根据3gpp23.003，该信息元素被编码为地址属性指示符（nai）参数的性质。例如，nai可以看着像如下：“6<imsi>@nai.epc.mnc<mnc>.mcc<mcc>.3gppnetwork.org”。因此，可能从s2a消息中的nai提取imsi，并且该imsi可以被用来关联回到a11信令。使用imsi，a11接口上的会话或呼叫记录可以与s2a接口上的会话或呼叫记录进行关联和合并。

然而，使用如以上方法所讨论的imsi，将不会在所有提供商网络中工作。这是因为在ue中使用的通用集成电路卡（uicc）具有双重imsi-一个imsi是lteimsi而另一个是ehrpdimsi。结果，在a11接口上观察到的imsi是ehrpdimsi，而在s2a接口上观察到的imsi是lteimsi。hsgw保持两个imsi的映射，这允许hsgw交换（swap）imsi并且在每个接口上使用适当的一个。然而，这种映射对于监视探测器是不可用的。这产生了监视系统的问题，这是因为在不知道imsi映射的情况下，不可能在a11和s2a接口之间进行多协议关联。然而，使用以下所描述的方案，监视探测器即使在imsi不同时也能够应对这种情形。

关联a10和s2a接口之间的会话记录

监视系统能够使用vsncp监视来关联来自多个协议的数据。在s2a接口上，从s2a信令中提取出pdn地址和链路本地地址信息元素。pdn地址被动态或静态分配给ue，但是在该实施例中仅考虑动态pdn地址分配（paa）。不同的实施例可以以与动态paa类似的方式来考虑静态paa。pdn地址可以以两种形式来包括：ipv6hnp选项（归属网络前缀选项），其包括接口标识符（iid），或者ipv4归属地址，这分别取决于是否使用ipv6或ipv4。在ipv6情形中，从归属网络前缀选项的最低8个字节获得iid。

vsncp协议可以在a10接口上进行监视并且在ue和hsgw之间被用来发起、配置并终止ehrpd上的pdn连接。vsncp过程为：

配置请求

配置确认（ack）

配置否定确认（nack）配置拒绝

终止请求

这些消息运载以下感兴趣的ie

pdn标识符

apn

pdn地址（对于ipv6仅为iid）

在ipv6的情况下，pdn地址运载ipv6pdn地址的iid数值，并且在ipv4的情况下，其运载整个ipv4pdn地址。对于ipv6而言，pdn地址=iid+hnp。iid数值自身并不唯一识别分配给ue的pdn地址。与hnp相合并的iid数值识别分配给如s2a接口上所看到的ue的pdn地址。

hnp在icmpv6路由器广告消息中在a10上进行发送。通过监视该消息并且关联回到iid的vsncp消息，能够确定分配给ue的整个pdn地址。hnp+iid的串联等于之前在s2a上所监视的pmipv6hnp数值。图4描述了对于a10中所呈现的用于icmpv6的栈。

基于这些hnp地址，可能在不依赖imsi的情况下执行a10/s2a多协议关联。

图5图示了表示ipv6分配的呼叫流。监视探测器500可以捕捉在来自a10/a11和/或s2a接口的呼叫流中进行交换的消息。监视探测器500可以对它可以从那里捕捉这些和其它消息的另外接口进行监视。在步骤501，ue被认证并且附接至ehrpd访问网络（ean）。vsncp配置-请求消息502从ue发送至hsgw。hsgw接着向pgw发送pbu消息503，所述pgw在步骤504中更新hss/aaa。

pgw将pba消息505发送回hsgw。pba消息505包括ipv6hnp和iid，其可以被监视探测器500在s2a接口上捕捉。hsgw随后发送vsncp配置-确认消息506，其包括对应于所述ipv6iid的pdn地址。监视探测器500从a10捕捉消息506并且将iid数值与从s2a接口所捕捉的消息进行关联。

hsgw发送vsncp配置-请求消息507以完成该过程。消息507包括pdn-id配置选项。ue利用包含pdn-id配置选项的vsncp配置-确认消息508对消息507进行响应。ue向hsgw发送路由器征询消息509。一旦接收到路由器征询消息，hsgw就发送包括ipv6归属网络前缀的路由器广告消息510。在步骤511，ue使用在步骤6和步骤10所接收的hnp和iid经由ipv6无状态（stateless）地址自动配置生成ipv6全局单播地址。

图6是图示pdn连接建立期间的ipv4地址分配的流程图。监视探测器600监视a10/a11和s2a接口并且捕捉在这些接口上通过的消息。在步骤601，ue被认证并且附接至ehrpd访问网络。ue通过到hsgw的主信令连接发送vsncp配置-请求消息602。hsgw选择pgw并且向该pgw发送pbu消息603。在步骤604，pgw利用pgw的标识或ip地址更新aaa服务器/hss。

pgw利用ipv4缺省路由器地址选项向hsgw发送pba消息605。hsgw向ue发送包括pdn地址ie的vsncp配置确认消息606，所述pdn地址ie包含利用pba605所分配的ipv4归属地址。

基于以上所说明的呼叫流和过程，可能在不使用imsi的情况下针对相同ue对属于a10和s2a接口的会话记录进行关联。

a11和a10接口的关联

图7图示了用于主要服务连接701和辅助服务连接702的a10栈。a10栈使用gre键703而支持gre隧道。imsi可能并非一直出现在a10业务中。hsgw和epcf对于请求会话的每个ue在a10上建立一个主要服务连接，之后是多个辅助连接。对每个连接（主要和辅助）建立单独的gre隧道。隧道中的每个a10分组利用gre键进行识别。在建立主要a10连接时，隧道的gre键的数值出现在a11注册请求消息的会话特定扩展信息元素中。对于每个辅助连接而言，专用的gre键出现在a11注册请求消息的正常供应商/组织特定扩展的附加会话信息分段中。使用如以上所描述的gre键追踪方案，可能将每个a10分组绑定至a11信令。

监视系统

在诸如ehrpd/lte网络之类的复杂系统中，测量网络性能、网络操作故障定位以及控制网络服务表现的任务对于网络运营商而言可能非常困难。诸如新的网络技术的引入和部署之类的网络演进在网络测量、故障定位和控制中导致了额外的不稳定和其它问题。为了执行这些任务，网络运营商经常使用外部监视系统，诸如监视探测器104、309、500和600以及监视服务器或控制器105。这些监视探测器通常以非入侵的模式连接至网络，这允许它们从网络接口吸取（sniff）数据，对所述数据进行处理，并且提供帮助网络运营商管理其网络的测量和报告。

监视系统可以经由一个或多个探测器耦合到网络中的链路，以被动监视和收集来自网络中一个或多个接口的信令数据。所述监视系统可以从接口收集用户面和控制面数据。将要理解的是，网络中的一些或所有其它接口或链路也可以由监视系统进行监视。在一个实施例中，所述监视系统可以包括一个或多个处理器，所述处理器运行对来自网络接口和节点的协议数据单元（pdu）和数据分组进行收集、关联和分析的一个或多个软件应用。

服务提供商或网络运营商可以经由用户接口站106从监视系统访问数据。监视系统可以进一步包括内部或外部存储器107以用于存储所捕捉的数据分组、用户会话数据、呼叫记录配置信息和软件应用指令。

所述监视系统可以整合协议分析器、会话分析器和/或业务分析器功能，其通过由网络上的链路、节点、应用和服务器表征ip业务来提供osi（开放系统互连）层2至层7的故障定位。这样的功能例如由来自tektronix公司的geoprobeg10平台所提供，其包括irisanalyzertoolset应用和spiprobes。将要理解的是，图1和2所示的监视系统是简化的并且任意数量的互连监视系统探测器可以耦合到网络内的一个或多个接口。单个监视探测器可以捕捉来自特定接口的数据，或者两个或更多探测器可以耦合到一个接口。

所述监视系统可以经由诸如被优化以处理高带宽ip业务的高速、高密度探测器之类的分组捕捉设备耦合到网络接口。所述监视系统被动捕捉来自接口的消息业务而并不干扰网络的运营。所述监视系统可以捕捉与网络接口上的具体数据会话相关联的分组并且对其进行关联。相关的分组可以被合并到用于网络上的特定流、会话或呼叫的记录之中。在可替换实施例中，监视系统可以是诸如软件代理之类的主动组件，其例如存在于网络节点上并且捕捉进入或离开该节点的数据分组。

在具有了以上描述和相关联附图中所给出的教导的益处的情况下，本发明所属领域的技术人员将会意识到本发明的许多修改和其它实施例。因此，所要理解的是，本发明并不局限于所公开的具体实施例。虽然这里采用的具体的术语，但是它们仅以通用和描述性含义所使用而并非是为了进行限制。