宽带网络业务网关与第五代核心网之间的交互的制作方法

背景技术：

第五代无线网络(fifthgeneration，5g)预计将是当前第四代(fourthgeneration，4g)和4g长期演进(longtermevolution，lte)网络的进一步发展。已经引入将无线网络耦合到5g网络的各种机制。然而，目前还没有将有线网络(也称为固网)耦合到5g网络的机制。例如，有线网络包括光网络(例如，无源光网络(passiveopticalnetwork，pon))、数字用户线(digitalsubscriberline，dsl)网络、光纤同轴电缆混合体(hybridfibercoax，hfc)网络等。

技术实现要素：

在一个实施例中，本发明包括有线网络中的一种宽带网络业务网关(broadbandnetworkgateway，bng)。所述bng包括：包含指令的存储器和耦合到所述存储器的处理器。所述处理器用于执行所述指令以：生成控制面互通功能(interworkingfunctioninacontrolplane，if-cp)，所述if-cp用于使用所述有线网络中的所述bng与第五代(fifthgeneration，5g)网络中的5g核心网之间的控制面接口(n1’/n2’)将所述bng的控制面耦合到所述5g核心网的控制面；生成用户面互通功能(interworkingfunctioninauserplane，if-up)，所述if-up用于使用所述有线网络中的所述bng与所述5g网络中的所述5g核心网之间的用户面接口(n3’)将所述bng的用户面耦合到所述5g核心网的用户面。所述bng还包括发射器，用于在所述bng的所述用户面和所述5g核心网的所述用户面耦合之后，向所述5g核心网发送数据包。

可选地，在任一上述方面中，所述方面的另一实现方式提供：所述if-cp用于通过所述控制面接口与所述5g核心网的所述控制面上的接入和移动管理功能(accessmobilityandmanagementfunction，amf)组件通信，以注册和认证耦合到所述bng、服务有线设备的住宅网关(residentialgateway，rg)。可选地，在任一上述方面中，所述方面的另一实现方式提供：与所述住宅网关对应的临时标识(identifier，id)包含在所述if-cp向所述5g网络的所述5g核心网中的所述amf组件发送的注册请求中。可选地，在任一上述方面中，所述方面的另一实现方式提供：所述临时id使用所述住宅网关的位置信息进行标记。可选地，在任一上述方面中，所述方面的另一实现方式提供：所述if-up用于向所述if-cp发送所述if-up的隧道端点id(tunnelendpointid，teid)。可选地，在任一上述方面中，所述方面的另一实现方式提供：所述if-cp用于接收所述5g核心网的所述控制面上的用户面功能(userplanefunction，upf)组件的teid。可选地，在任一上述方面中，所述方面的另一实现方式提供：所述if-cp用于向所述if-up发送所述upf组件的所述teid。可选地，在任一上述方面中，所述方面的另一实现方式提供：所述bng用于使用所述if-up的所述teid和所述upf组件的所述teid建立会话。可选地，在任一上述方面中，所述方面的另一实现方式提供：所述bng用于在所述会话建立之后，在所述bng与所述5g核心网之间建立隧道。可选地，在任一上述方面中，所述方面的另一实现方式提供：所述if-up用于使用隧道头封装数据包，以方便所述数据包通过所述隧道进行传输。可选地，在任一上述方面中，所述方面的另一实现方式提供：所述隧道头包括所述upf组件的所述teid。

在一个实施例中，本发明包括有线网络中的一种宽带网络业务网关(broadbandnetworkgateway，bng)。所述bng包括：包含指令的存储器和耦合到所述存储器的处理器。所述处理器用于执行所述指令以：生成控制面互通功能(interworkingfunctioninacontrolplane，if-cp)，所述if-cp用于：与第五代(fifthgeneration，5g)网络中的5g核心网交互注册消息，以注册所述有线网络中的住宅网关，至少一个所述注册消息包含与所述住宅网关对应的临时标识(identifier，id)；与所述5g核心网交互认证消息，以认证所述住宅网关；与所述5g核心网交互会话消息，以在所述bng与所述5g核心网之间建立会话，其中一个所述会话消息包含所述bng的隧道端点id，另一个所述会话消息包含所述5g核心网中的用户面功能(userplanefunction，upf)组件的隧道端点id；生成用户面互通功能(interworkingfunctioninauserplane，if-up)，所述if-up用于在所述会话建立之后，在所述bng与所述5g核心网之间建立隧道。

可选地，在任一上述方面中，所述方面的另一实现方式提供：与所述住宅网关对应的所述临时id包含在所述if-cp向所述5g核心网的控制面上的接入和移动性管理功能(accessandmobilitymanagementfunction，amf)组件发送的注册请求中。可选地，在任一上述方面中，所述方面的另一实现方式提供：所述if-up用于使用隧道头封装数据包，以方便所述数据包通过所述隧道进行传输。可选地，在任一上述方面中，所述方面的另一种实现方式提供：所述隧道头包括所述upf的临时标识(temporaryidentifier，teid)。

在一个实施例中，本发明包括一种促进有线网络与第五代(fifthgeneration，5g)网络之间通信的方法。所述方法包括：宽带网络业务网关(broadbandnetworkgateway，bng)的控制面互通功能(interworkingfunctioninacontrolplane，if-cp)向所述5g网络中的5g核心网发送注册请求，所述注册请求携带临时标识(identifier，id)和与所述有线网络中的住宅网关(residentialgateway，rg)对应的位置信息；所述if-cp与所述5g核心网交互认证消息，以认证所述rg；所述if-cp与所述5g核心网交互注册消息，以完成注册；所述if-cp向所述5g核心网发送协议数据单元(protocoldataunit，pdu)会话建立请求，所述pdu会话建立请求携带所述rg的标识；从所述5g核心网接收pdu会话应答(acknowledgement，ack)并建立会话，所述pdu会话ack携带所述5g核心网中的用户面功能(userplanefunction，upf)的隧道端点标识(tunnelendpointidentifier，teid)；所述if-cp向所述bng的用户面互通功能(interworkingfunctioninauserplane，if-up)提供所述5g核心网中的所述upf的所述teid，使得所述bng的所述if-up能够基于所述会话建立隧道；使用包括所述5g核心网中的所述upf的所述teid的隧道头封装数据包；通过所述隧道向所述5g核心网发送数据包。

可选地，在任一上述方面中，所述方面的另一实现方式提供：所述5g核心网的所述teid对应于所述5g核心网中的用户面功能(userplanefunction，upf)组件。可选地，在任一上述方面中，所述方面的另一实现方式提供：所述隧道包括通用分组无线业务(generalpacketradioservice，gprs)隧道协议用户数据(gprstunnelingprotocolforuserdata，gtp-u)隧道。可选地，在任一上述方面中，所述方面的另一实现方式提供：所述if-up与所述5g核心网的用户面功能(userplanefunction，upf)之间的所述隧道包括通用路由封装(genericrouteencapsulatio，shanggre)隧道或基于以太网的虚拟局域网(virtuallocalareanetwork，vlan)二层隧道。可选地，在任一上述方面中，所述方面的另一种实现方式提供：与所述rg对应的所述临时id包含在所述if-cp向所述5g核心网的控制面上的接入和移动性管理功能(accessandmobilitymanagementfunction，amf)组件发送的注册请求中。可选地，在任一上述方面中，所述方面的另一种实现方式提供：所述if-cp通过所述5g核心网的接入和管理移动性功能(accessandmobilitymanagementfunction，amf)向所述5g核心网的鉴权服务功能(authenticationserverfunction，ausf)发送共享秘密，以使所述5g核心网在2次而非4次或更多次往返中快速认证所述rg。

为清楚起见，上述任一实施例可以与上述任一或多个其它实施例组合以在本发明范围内产生新实施例。

下文结合附图和权利要求的详细描述将更清楚地理解这些和其它特征。

附图说明

为了更全面地理解本发明，现参考以下结合附图和具体实施方式进行的简要描述，其中相同参考标号表示相同部分。

图1为有线网络中的宽带网络业务网关(broadbandnetworkgateway，bng)和第五代(fifthgeneration，5g)网络中的5g核心网的示意图。

图2为有线网络中的bng和5g网络中的5g核心网的示意图。

图3为在n1’/n2’接口上执行的注册和认证流程的时序图。

图4为n1’/n2’接口上的会话建立流程的时序图。

图5示出了用于通过bng的用户面互通功能(interworkingfunctionintheuserplane，if-up)与5g核心网的用户面功能(userplanefunction，udp)之间的隧道发送数据包的数据封装过程。

图6为网络设备的示意图。

图7示出了促进有线网络与5g网络之间通信的方法。

具体实施方式

首先应理解，尽管下文提供一个或多个实施例的说明性实施方案，但所公开的系统和/或方法可使用任何数目的技术来实施，无论该技术是当前已知还是现有的。本发明决不应限于下文所说明的说明性实施方案、附图和技术，包括本文所说明并描述的示例性设计和实施方案，而是可在所附权利要求书的范围以及其等效物的完整范围内修改。

本文公开了用于将有线网络耦合到5g网络的多种系统和方法。使用控制面互通功能(interworkingfunctioninthecontrolplane，if-cp)和用户面互通功能(interworkingfunctionintheuserplane，if-up)补充有线网络中的宽带网络业务网关(broadbandnetworkgateway，bng)有利于耦合。下文将更充分地说明，if-cp使用有线网络中的bng与5g网络中的5g核心网之间的控制面接口(n1’/n2’)将bng的控制面耦合到5g核心网的控制面。此外，if-up使用有线网络中的bng与5g网络中的5g核心网之间的用户面接口(n3’)将bng的用户面耦合到5g核心网的用户面。

图1为有线网络104中的bng102和5g网络108中的5g核心网106的示意图100。例如，5g核心网106可以是2017年1月的第三代合作伙伴计划(3gpp)文档技术报告(tr)23.501中描述和说明的5g核心网(参见图4.2.3-1等)，该技术报告的内容以引用的方式并入本文中。如图所示，bng102中的水平线将控制面110上的组件与用户面112上的组件分隔开。控制面110包括地址管理组件114，用户管理组件(submgt)116，认证、授权和计费组件(authentication,authorization,accounting，aaa)组件118和业务控制组件120。bng控制面110和用户面112都耦合到bng102外部的网元管理系统(elementmanagementsystem，ems)122。地址管理组件114耦合到bng102外部的动态主机配置协议(dynamichostconfigurationprotocol，dhcp)服务器124。aaa组件118为耦合到bng102外部的aaa服务器126的aaa客户端。业务控制组件120耦合到bng102外部的策略服务器128。

bng102的控制面110还包括用户接入管理组件130，用于实现以太网承载ppp协议(以太网承载ppp协议，pppoe)和/或以太网承载互联网协议(internetprotocoloverethernet，ipoe)，以终止用户的接入请求。总的来说，地址管理组件114、用户管理组件116、aaa组件118、业务控制组件120和用户接入管理组件130可以有助于控制bng业务/用户会话。

bng102的用户面112包括路由控制组件132，用于实现内部网关协议(interiorgatewayprotocol，igp)、边界网关协议(bordergatewayprotocol，bgp)、多协议标签交换(multiprotocollabelswitching，mpls)、虚拟专用网络(virtualprivatenetwork，vpn)、流量工程(trafficengineering，te)、通用路由封装(genericroutingencapsulation，gre)等。路由控制组件132耦合到bng102外部的核心路由器133。

bng102的用户面112还包括bng业务转发面134，bng业务转发面134包含用于实现pppoe和dhcp的接入请求终止组件135。bng业务转发面134耦合到路由控制组件132。bng102的用户面112还包括路由转发面136。bng102在2018年1月发表的标题为“云中心局参考架构框架(cloudcentralofficereferencearchitecturalframework)”的宽带论坛(broadbandforum，bbf)文档tr384中进行了详细论述，该文档的内容以引用的方式并入本文中。bng业务转发面134和路由转发面136可以共同作为转发地。

5g网络108包括5g核心网106、接入或无线接入网(accessorradioaccessnetwork，(r)an)158和数据网络(datanetwork，dn)组件162。5g核心网106包括控制面138。控制面138包括网络开放功能(networkexposurefunction，nef)组件142、网络存储功能(networkrepositoryfunction，nrf)组件144、策略控制功能(policycontrolfunction，pcf)组件146、统一数据管理(unifieddatamanagement，udm)组件148、鉴权服务功能(authenticationserverfunction，ausf)组件150、接入和移动性管理功能(accessandmobilitymanagementfunction，amf)组件152、会话管理功能(sessionmanagementfunction，smf)组件154。这些组件分别通过相应命名的接口耦合到控制面138中的其它组件，这些接口标记为nnef、nrf、npcf、nudm、nausf、namf和nsmf。控制面138外部的应用功能(applicationfunction，af)组件156通过naf接口耦合到5g核心网106内的组件。

5g核心网106还包括用户面140。用户面140包括与(r)an158和dn组件162通信的用户面功能(userplanefunction，upf)组件160。(r)an158耦合到用户面140外部的用户设备(userequipment，ue)164(例如，移动电话、平板电脑等)。5g核心网106在2017年12月发表的标题为“技术规范组和系统方面；5g系统的系统架构；第二阶段(technicalspecificationgroupandsystemaspects；systemarchitectureforthe5gsystem；stage2)”的第三代合作伙伴计划(3^rdgenerationpartnershipproject，3gpp)文档3gppts23.501中进行了详细论述，该文档的内容以引用的方式并入本文中。

ue164通过接口(n1)耦合到amf152，smf154通过另一接口(n4)耦合到upf160。此外，(r)an158通过接口(n2)耦合到amf152，通过另一接口(n3)耦合到upf160。n2和n3接口用于将无线网络耦合到5g核心网106。但是，目前还没有将有线网络104耦合到5g网络108的机制。

为了将有线网络104耦合到5g核心网106，本发明使用if-cp166和if-up168补充有线网络104中的bng102。if-cp166使用bng102与5g核心网106之间的控制面接口(n1’/n2’)将bng102的控制面110耦合到5g核心网106的控制面138。此外，if-up168使用bng102与5g核心网106之间的用户面接口(n3’)将bng102的用户面112耦合到5g网络108的用户面140上的upf160。在一个实施例中，if-cp166和if-up168中的一个或两个通过硬件、软件或其某种组合来实现。

在一个实施例中，n2’接口设置在bng102的控制面110上的if-cp166与5g核心网106的控制面138上的amf152之间。在一个实施例中，n3’接口设置在bng102的用户面112上的if-up168与5g网络108的用户面140上的upf160之间。

图2为有线网络204中的bng202和5g网络208中的5g核心网206的示意图200。图2中的bng202和5g核心网206类似于图1中的bng102和5g核心网106。在一个实施例中，5g网络208中的5g核心网206由第一运营商(运营商1)管理，而有线网络204中的bng202由第二运营商(运营商2)管理。图2中包括一条虚线，用于将有线网络204和5g网络208分隔开。

如图2所示，非3gpp设备210(例如，家庭计算机等)耦合到住宅网关(homegateway，rg)212。虽然图2中示出了一个非3gpp设备，但在实际应用中，多个非3gpp设备可以耦合到rg212并由rg212提供服务。rg212耦合到接入节点(accessnode，an)214，接入节点(an)214随后耦合到bng202。因此，非3gpp设备210和bng202进行通信并能够交互数据。

bng202中的if-cp216允许bng202的控制面218通过n1’/n2’接口耦合到5g核心网206的控制面220。此外，bng202中的if-up222允许bng202的用户面224通过n3’接口耦合到5g核心网206的用户面226。下面对n1’/n2’接口和n3’接口的使用进行详细描述。

如图2所示，bng202耦合到dhcp服务器228、策略服务器230和aaa服务器232。图2中的dhcp服务器228、策略服务器230和aaa服务器232分别类似于图1中的dhcp服务器124、策略服务器128和aaa服务器126。

图3为在n1’/n2’接口上执行的注册和认证流程的时序图300。时序图300示出了rg302、an304、包含if-cp308的bng控制面(controlplane，cp)306、amf310、ausf312、udm314、pcf316、smf318和upf320中的一个或多个之间的交互，这些元件类似于图1和图2中的命名相似的元件。如图所示，控制面接口n1’/n2’在if-cp308与amf310之间延伸。尽管图3中未示出，rg302、an304和bng控制面306设置在有线网络(例如，有线网络104、204)中，而amf310、ausf312、udm314、pcf316、smf318和upf320设置在5g网络(例如，5g网络108、208)中。在实际应用中，if-cp308和bngcp306不需要合设。也就是说，if-cp308是与bngcp306交互但不位于bngcp306中的独立功能。

如图所示，通过有线网络发起认证流程324，以通过bng控制面306对rg302进行认证。在一个实施例中，bng记录与rg302的认证对应的信息(例如，将信息存储在存储器中)。由于与rg302对应的信息已经记录在bng中，所以bng在认证时只需要将相关信息转发给5g核心网的控制面即可。在一个实施例中，在bng(例如，bng102、202)对rg302进行认证之后发送注册请求326。

当需要接入5g网络(例如，5g业务发放)时，if-cp308向5g核心网的amf310发送注册请求326。在一个实施例中，注册请求326携带包括rg302的标识的非接入层(non-accessstratum，nas)消息。在一个实施例中，rg302使用附接an304的电路标识(circuitidentity，id)和远程id进行标识，如2011年7月发表的标题为“迁移到基于以太网的宽带聚合(migrationtoethernet-basedbroadbandaggregation)”的bff文档tr-101i2中所定义，该文档的内容以引用的方式并入本文中。

在一个实施例中，if-cp308从bng(例如，图1和图2中的bng102、202)获取rg302的认证相关信息。在一个实施例中，注册请求326携带用户永久标识(subscriberpermanentidentifier，supi)、与rg302对应的临时设备标识(identifier，id)(如果rg302已经在5g核心网上注册)、网络切片选择辅助信息(networksliceselectionassistanceinformation，nssai)或用于定位和/或选择amf310的其它信息。

在一个实施例中，临时id使用为非3gpp设备提供服务的rg302的位置信息(例如，远程id和电路id)进行标记。在一个实施例中，supi是rg302的位置信息(例如，接入节点的远程id和电路id)。当未提供supi时，将由向if-cp308发送身份请求消息的amf310发起身份请求流程。if-cp308以应包括supi的身份响应消息进行响应。在一个实施例中，位置信息标识与接入节点数字用户线路接入复用器(accessnodedigitalsubscriberlineaccessmultiplexer，dslam)对应的远端id和电路id。在一个实施例中，临时id或nssai用于定位和/或选择5g核心网中的amf310。注册步骤的一个目的是向amf310通知rg302在线且合法。在一个实施例中，注册请求326包括由if-cp308和/或bng生成的共享秘密。

在注册请求326之后，执行5g核心网中的认证流程324，以验证rg302是有效且合法的。如图所示，if-cp308和amf310交互认证消息，amf310、ausf312、udm314和pcf316参与认证。

在一个实施例中，存在两种可选认证选项。第一个选项是，执行通用3gpp认证流程，如2017年1月发表的3gppts23.502“第三代合作伙伴计划，技术规范组业务与系统方面，5g系统流程，第二个阶段(版本15)(3rdgenerationpartnershipproject,technicalspecificationgroupservicesandsystemaspects,proceduresforthe5gsystem,stage2(release15))”，其内容以引用的方式并入本文中。第二个选项是，当5g核心网和bng由同一运营商操作或两个运营商之间存在跨运营商协议时，他们能够共享一个密钥，这个密钥由if-cp308和/或bngcp306预先配置或推导出并生成并且通过amf310发送到ausf312/udm314。该密钥用于指示rg302已经由可信运营商的bng认证通过了，而且是可信的。因此，不需要在5g核心网(例如，amf310、ausf312和udm314)中执行更复杂的认证/计算。这样可以简化并加快认证流程。其余注册流程可能与3gppts23.502中已经定义的那些相同。

如果认证328成功，则amf310向if-cp308发送注册接受消息330。在一个实施例中，注册接受消息330为nas消息。否则，amf310向if-cp308发送注册拒绝消息(未示出)。在一个实施例中，注册拒绝消息为nas消息。

if-cp308在接收到注册接受消息330时向amf310发送注册完成消息332。在一个实施例中，注册完成消息332为nas消息。

在一实施例中，由于bng已经成功认证rg302并生成共享秘密，因此if-cp308能够通过amf310向ausf312发送共享秘密。该共享秘密使5g核心网能够快速对rg302进行认证，而无需在所述5g核心网106中(例如，在amf310、ausf312、udm314中)执行更复杂的认证/计算。因此，认证可以在2次往返中完成，而不是使用4次或5次往返进行常规认证。

图4为n1’/n2’接口上的会话建立流程的时序图400。时序图400示出了rg402、an404、if-up406、if-cp408、amf410、ausf412、udm414、pcf416、smf418和upf420中的一个或多个之间的交互，这些元件类似于图1至图3中的命名相似的元件。如图所示，控制面接口n1’/n2’在if-cp408与amf410之间延伸，用户面接口n3’在if-up406和upf420之间延伸。尽管图4中未示出，rg402、an404、if-up406和if-cp408设置在有线网络(例如，有线网络104、204)中，而amf410、ausf412、udm414、pcf416、smf418和upf420设置在5g网络(例如，5g网络108、208)中。

在一个实施例中，来自为非3gpp设备(例如，图2中的非3gpp设备210)提供服务的rg402的服务请求触发会话建立流程。在一个实施例中，if-cp408向5g核心网的amf410发送协议数据单元(protocoldataunit，pdu)会话建立请求422。pdu会话建立请求422包含rg402的标识(identifier，id)。

接着，5g核心网的控制面上的amf410和smf418参与n11smf请求交互424。在此交互期间，5g核心网的控制面上的amf410向smf418发送pdu会话建立请求422消息。5g核心网的控制面上的smf418在upf选择交互426中选择5g核心网的用户面上的upf420，并获取所选upf420的隧道端点标识(tunnelendpointidentifier，teid)。smf418和amf410参与n11响应交互428。在此交互期间，smf418向amf410发送所选upf420的teid。

amf410向有线网络中的if-cp408发送pdu会话应答(acknowledgement，ack)消息430。pdu会话ack430包含所选upf420的teid。之后，if-cp408通过消息432向if-up406提供upf420的teid。作为响应，if-up406通过响应消息434向if-cp408提供if-up406的teid。使用if-up406的teid和upf420的teid，if-up406和upf420能够使用n3’接口建立会话436。在一个实施例中，if-cp408从pdu会话ack430(也称为pdu建立接受消息)中获取rg402的互联网协议(internetprotocol，ip)地址。在一个实施例中，rg402的ip地址通过消息438转发给rg402。

一旦会话建立完毕，bng就能够在bng与5g核心网之间建立隧道。在一个实施例中，隧道在5g核心网的if-up406与upf420之间延伸，并对应于图1所示的n3’接口。在一个实施例中，隧道包括通用分组无线业务(generalpacketradioservice，gprs)隧道协议用户数据(gprstunnelingprotocolforuserdata，gtp-u)隧道。如下文将更充分说明的一样，当向upf420发送数据包时，if-up406使用upf420的teid。

图5为用于通过bng的if-up502与5g核心网的upf504之间的隧道发送数据包的数据封装过程500。为了便于参考，过程500标识rg506(标记为n3d)、an508、bngup510、bngcp512、if-cp514、amf516、ausf518、udm520、pcf522和smf524，这些元件类似于图1至图4中的命名相似的元件。在一个实施例中，位于rg506与an508之间的接口(也称为u接口)和an508与bng之间的接口(也称为v接口)的协议栈对应于ip或ipoe。因此，数据包526包括ip头528和ip载荷530，如图5所示。

当非3gpp设备(例如，图2中的非3gpp设备210)向bng发送数据包526时，用户面上的if-up502使用ip-in-ip封装模式来封装数据包526。在这种封装过程中，在数据包526中添加外层ip头532和隧道头534，如图5所示。在一个实施例中，隧道头534中的一个或多个包括gtp-u头。隧道头534中的至少一个包含选择用来接收数据包526的upf504的teid。因此，数据包526通过n3’接口上的隧道预期到达upf504。通过类似方式，当upf504向非3gpp设备发送数据包526时，if-up502的teid可以包含在隧道头534的其中一个字段533(例如，通过八位字节5到8表示)中。如图所示，字段533在实际应用时可以包含各种其它信息。

在一个实施例中，可以使用除gtp-u以外的隧道协议。在一个实施例中，if-up502与upf504之间n3’上的隧道协议可以包括通用路由封装(genericrouteencapsulation，gre)。有关gre的更多详细信息，请参阅2000年3月发表的标题为“通用路由封装(gre)(genericroutingencapsulation(gre))”的互联网工程特战队(internetengineeringtaskforce，ietf)请求注解(requestforcomment，rfc)2784文档以及2000年9月发表的标题为“gre的密钥和序列号扩展(keyandsequencenumberextensionstogre)”的ietfrfc2890文档，这两个文档的内容分别以引用的方式并入本文。在一个实施例中，if-up502与upf504之间nn3’上的隧道协议可以是基于以太网的虚拟局域网(virtuallocalareanetwork，vlan)二层隧道，如2006年5月26日发表的非正式地称为qinq的电气和电子工程师协会(instituteofelectricalandelectronicsengineer，ieee)802.1ad所述，其内容以引用的方式并入本文中。有关ip隧道的更多详细信息，请参阅1995年10月发表的标题为“ipinip隧道(ipiniptunneling)”的ietfrfc1853文档，该文档的内容以引用的方式并入本文中。

图6为根据本发明一个实施例的网络设备600的示意图。网络设备600适用于实施本文所述的所公开实施例。网络设备600包括接收数据的入端口610和接收单元(receiverunit，rx)620；处理该数据的处理器、逻辑单元或中央处理器(centralprocessingunit，cpu)630；传输该数据的发送单元(transmitterunit，tx)640和出端口650；存储该数据的存储器660。网络设备600还可以包括耦合到入端口610、接收单元620、发送单元640和出端口650的光电(optical-to-electrical，oe)组件和电光(electrical-to-optical，eo)组件，用于输出或输入光信号或电信号。

处理器630通过硬件和软件实现。处理器630可以实现为一个或多个cpu芯片、核(例如，多核处理器)、现场可编程门阵列(field-programmablegatearray，fpga)、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，asic)和数字信号处理器(digitalsignalprocessor，dsp)。处理器630与入端口610、接收单元620、发送单元640、出端口650和存储器660通信。处理器630包括互通功能模块670。互通功能模块670实施上述公开实施例。例如，互通功能模块670能够实现if-cp166和/或if-up168的功能。例如，互通功能模块670参与注册和认证过程、会话建立过程、封装等。因此，包含互通功能模块670实质性改进了网络设备600的功能得到，并且实现了所述网络设备600到不同状态的转换。可选地，互通功能模块670实现为存储在存储器660中并由处理器630执行的指令。在一个实施例中，互通功能模块670位于网络设备600外面。也就是说，互通功能模块670是与网络设备600交互的独立功能。

存储器660包括一个或多个磁盘、磁带驱动器和固态驱动器，可用作溢出数据存储设备，以在选择程序进行执行时存储此类程序，并且存储在执行程序期间读取的指令和数据。存储器660可以是易失性和/或非易失性的，并且可以是只读存储器(read-onlymemory，rom)、随机存取存储器(randomaccessmemory，ram)、三值内容寻址存储器(ternarycontent-addressablememory，tcam)和/或静态随机存取存储器(staticrandom-accessmemory，sram)。

图7为促进有线网络与5g网络之间通信的方法700。该方法可以由bng(例如，图1中的bng102)实现。在步骤702中，bng的控制面上的if-cp(例如，if-cp308)向5g网络中的5g核心网的amf(例如，amf310)发送注册请求消息(例如，注册请求消息326)。在一个实施例中，注册请求消息携带包含与有线网络中的rg(例如，302)对应的位置信息的临时标识。在步骤704中，if-cp与5g核心网的amf交互认证消息，以对rg进行认证。在一个实施例中，其中一个认证消息包括共享秘密，以启用快速认证(例如，2次往返的快速认证)，如上所述。在步骤706中，if-cp与5g核心网交互注册消息，以完成注册。

在步骤708中，if-cp向5g核心网的amf发送pdu会话建立请求(例如，会话建立请求422)。在一个实施例中，pdu会话建立请求携带rg(例如，rg402)的id。响应于接收pdu会话建立消息，amf向smf(例如，smf418)发送n11smf请求(例如，n11请求交互424)。在接收到n11smf请求后，smf通过与upf交互upf选择消息(例如，在upf选择交互426期间)来选择upf。接着，upf向smf提供5g核心网的upf的teid，smf向amf发送包含upf的teid的n11smf响应(例如，n11smf响应428)。

在步骤710中，if-cp从amf接收携带所选upf的teid的pdu会话ack(例如，pdu会话ack430)并建立会话。在步骤712中，if-cp向if-up提供upf的teid，使得if-up能够基于会话建立隧道，使用包括5g核心网中udf的teid的隧道头封装数据包，并通过隧道向5g核心网发送数据包。

由上可知，应理解，本发明提供了将有线网络耦合到5g网络的多种系统和方法。使用if-cp和if-up补充有线网络中的bng有利于耦合。在bng与5g核心网之间共享密钥简化了认证/注册流程。

本发明包括有线网络中的宽带网络业务网关(broadbandnetworkgateway，bng)。所述bng包括：控制面互通功能(interworkingfunctioninacontrolplane，if-cp)模块，所述if-cp模块用于使用所述有线网络中的所述bng与第五代(fifthgeneration，5g)网络中的5g核心网之间的控制面接口(n1’/n2’)将所述bng的控制面耦合到所述5g核心网的控制面；用户面互通功能(interworkingfunctioninauserplane，if-up)模块，所述if-up模块用于使用所述有线网络中的所述bng与所述5g网络中的所述5g核心网之间的用户面接口(n3’)将所述bng的用户面耦合到所述5g核心网的用户面；发送模块，用于在所述bng的所述用户面和所述5g核心网的所述用户面耦合之后，向所述5g核心网发送数据包。

本发明包括有线网络中的宽带网络业务网关(broadbandnetworkgateway，bng)。所述bng包括：控制面互通功能(interworkingfunctioninacontrolplane，if-cp)模块，所述if-cp模块用于：与第五代(fifthgeneration，5g)网络中的5g核心网交互注册消息，以注册所述有线网络中的住宅网关，至少一个所述注册消息包含与所述住宅网关对应的临时标识(identifier，id)；与所述5g核心网交互认证消息，以认证所述住宅网关；与所述5g核心网交互会话消息，以在所述bng与所述5g核心网之间建立会话，其中一个所述会话消息包含所述bng的隧道端点id，另一个所述会话消息包含所述5g核心网中的用户面功能(userplanefunction，upf)组件的隧道端点id；用户面互通功能(interworkingfunctioninauserplane，if-up)模块，所述if-up模块用于在所述会话建立之后，在所述bng与所述5g核心网之间建立隧道。

本发明包括一种促进有线网络与第五代(5g)网络之间通信的方法。所述方法包括：宽带网络业务网关(broadbandnetworkgateway，bng)的控制面互通功能(interworkingfunctioninacontrolplane，if-cp)模块向所述5g网络中的5g核心网发送注册请求，所述注册请求携带包含与所述有线网络中的住宅网关(residentialgateway，rg)对应的位置信息的临时标识(identifier，id)；所述if-cp模块与所述5g核心网交互认证消息，以认证所述rg；所述if-cp模块与所述5g核心网交互注册消息，以完成注册；所述if-cp模块向所述5g核心网发送协议数据单元(protocoldataunit，pdu)会话建立请求，所述pdu会话建立请求携带所述rg的标识(identifier)；从所述5g核心网接收pdu会话应答(acknowledgement，ack)并建立会话，所述pdu会话ack携带所述5g核心网中的用户面功能(userplanefunction，upf)的teid；所述if-cp模块向所述bng的用户面互通功能(if-up)模块提供所述5g核心网中的所述upf的所述teid，使得所述bng的所述if-up模块能够基于所述会话建立隧道；使用包括所述5g核心网中的所述upf的所述teid的隧道头封装数据包；通过所述隧道向所述5g核心网发送数据包。

虽然本发明中已提供若干实施例，但应理解，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，本发明所公开的系统和方法可以以许多其它特定形式来体现。本发明的实例应被视为说明性而非限制性的，且本发明并不限于本文所给出的细节。例如，各种元件或组件可以在另一系统中组合或合并，或者某些特征可以省略或不实施。

此外，在不脱离本发明的范围的情况下，各种实施例中描述和说明为离散或单独的技术、系统、子系统和方法可以与其它系统、模块、技术或方法进行组合或集成。展示或论述为彼此耦合或直接耦合或通信的其它项也可以采用电方式、机械方式或其它方式经由某一接口、设备或中间组件间接地耦合或通信。其它变化、替代和改变的示例可以由本领域的技术人员在不脱离本文精神和所公开的范围的情况下确定。