网关系统、设备和通信方法技术方案

本发明专利技术实施例提供一种网关系统和通信方法。该网关系统包括：控制面实体，与移动性管理网元连接或与移动性管理网元集成，用于为UE分配IP地址，并根据所述IP地址配置用户面实体连接RAN、PDN或其他网关的数据路径；一个或多个用户面实体，位于PDN和RAN之间，独立于控制面实体并且与控制面实体连接，用于在控制面实体配置的数据路径上转发数据。本发明专利技术实施例的网关系统由独立的控制面实体和用户面实体构成，控制面实体负责数据路径的配置，用户面实体负责数据路径上的数据转发，从而可以独立地改变用户面实体的数目以适应网络流量的变化，而无需替换所有的网关实体，使得网络部署更加方便且成本更低。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】网关系统、设备和通信方法
本专利技术实施例涉及无线通信领域，并且更具体地，涉及网关系统、设备和通信方法。
技术介绍
通用陆地无线接入网(UTRAN，UniversalTerrestrialRadioAccessNetwork)用于实现通用移动陆地业务(UMTS，UniversalMobileTerrestrialService)网络中无线接入功能。UTRAN通常包含多个无线网络控制器(RNC，RadioNetworkController)和无线传输节点NodeB。GSM/EDGE无线接入网(GERAN，GSM/EDGERadioAccessNetwork)，用于实现通用分组无线业务(GPRS：GeneralPacketRadioService)网络中无线接入功能。GERAN通常包含多个基站和基站控制器(BSC，BaseStationController)。服务通用分组无线业务支持节点(SGSN，ServingGPRSSupportingNode)，用于实现GPRS/UMTS网络中路由转发、移动性管理、会话管理以及用户信息存储等功能。网关通用分组无线业务支持节点(GGSN，GatewayGPRSSupportingNode)用于连接外部分组数据网络(PDN，PacketDataNetwork)。这些PDN可以是互联网(Internet)、虚拟私有网络(VPN，VirtualPrivateNetwork)、互联网协议(IP，InternetProtocol)多媒体业务(IMS，IPMultimediaService)网络，或者由运营商提供的无线应用协议(WAP，WirelessApplicationProtocol)网络。归属位置寄存器(HLR，HomeLocationRegister)用于存储用户关于网络业务的签约信息和鉴权数据。SGSN、GGSN和HLR通常作为核心网(CoreNetwork)网元。一般核心网中通常有多个SGSN、GGSN和HLR等网元。3GPPTS23.060标准中描述了GPRS网络的架构和流程。用户设备(UE，UserEquipment)通过无线空中接口接入UTRAN或者GERAN。UE先通过UTRAN/GERAN发起请求在SGSN上附着的过程。SGSN从HLR获取用户的签约数据和鉴权数据。SGSN对用户完成鉴权后，通知UE附着接受。当UE需要使用业务时，UE向SGSN发起建立分组数据协议上下文(PDPContext，PacketDataProtocolContext)请求。PDPContext用于管理在SGSN和GGSN之间传输用户数据的GPRS隧道协议(GTP，GPRSTunnelProtocol)。SGSN根据用于签约信息中的接入点名(AccessPointName，APN)找到关联的GGSN，并请求GGSN创建PDPContext。GGSN接收到创建PDPContext请求后向SGSN返回为UE分配的IP地址和GTP隧道端点标识(TEID，TunnelEndIdentifier)。SGSN向UE返回建立PDPContext成功消息，并通知UTRAN或者GERAN建立相应的无线空口连接，用于传输用户数据。UE的上行数据通过UTRAN/GERAN经过SGSN，由GGSN转发给相应的PDN。来自外部的PDN的下行数据由GGSN根据UE的IP地址，通过相应的GTP隧道传输给UE所在的SGSN，再由SGSN通过GERAN/UTRAN发送给UE。一般而言，通用计算平台更适于处理移动性管理、会话管理(即，PDP管理)等的控制面信令。由专用硬件构成的路由器平台在处理用户面的数据转发方面的性能十分强大，一般超过通用计算平台的十倍以上，但信令处理性能十分孱弱。GGSN等网关为了最大幅度地提高用户数据转发吞吐量，往往采用路由器平台。SGSN则偏重于处理用户设备的控制面信令，通常采用通用计算平台。在3GPP的标准版本R99～R6阶段，SGSN既负责处理控制面的移动性管理信令、会话管理信令，又负责将用户面数据从RNC转发给GGSN。SGSN一般采用通用计算平台，处理信令的能力很强，数据转发能力很弱。一旦用户数据流量快速增长时，就需要SGSN不断扩容或者大大增加SGSN的数量，成本很高。为此，在3GPP标准版本R7阶段，采用了将通过在GGSN和RNC建立直连隧道(DirectTunnel)的方式，用户面的数据直接从RNC发送给GGSN，并且由GGSN转发到外部的Internet。在这种场景下，SGSN主要处理控制面的信令，不再转发用户面的数据。但是，在用户漫游等一些RNC和GGSN之间不能建立直连隧道的场景限制下，SGSN必须保留一部分用户面的转发功能，用来转发用户面的数据，增加的SGSN的复杂度。为了克服这些缺点，在3GPP标准版本R8阶段，发展出一种全新的演进网络，包括：演进的通用陆地无线接入网(E-UTRAN，EvolvedUniversalTerrestrialRadioAccessNetwork)，用于实现所有与演进网络无线有关的功能；移动性管理实体(MME，MobilityManagementEntity)，负责控制面的移动性管理，包括用户上下文和移动状态管理，分配用户临时身份标识(TMSI，TemporaryMobileSubscriberIdentity)等；服务网关(S-GW，ServingGateway)，是3GPP接入网络间的用户面锚点，终止E-TURAN的接口；分组数据网络网关(P-GW，PacketDataNetworkGateway)是3GPP接入网络和非3GPP接入网络之间的用户面锚点，和外部分组数据网络(PDN，PacketDataNetwork)的接口。归属用户服务器(HSS，HomeSubscriberServer)用于存储用户签约信息。MME、S-GW、P-GW和HSS通常作为核心网的网元。当用户设备通过无线空口接入E-UTRAN后，先附着到MME上，MME从归属用户服务器(HSS，HomeSubscriberServer)获取用户的签约数据和鉴权信息，发起对UE进行鉴权的过程。MME完成鉴权过程后，由用户设备或者MME发起建立用于传输用户数据的承载的过程。在该过程中，MME通知S-GW为用户建立承载，在通知消息中携带P-GW的地址和用户所在的E-UTRAN网元的地址信息。S-GW为用户建立从E-UTRAN到P-GW的用于传输用户数据的承载。P-GW将来自外部PDN的下行数据通过承载转发给UE，并将来自UE的上行数据转发给相应的PDN。为了能兼容已有的UTRAN和GERAN的接入网络。UE可以通过UTRAN或者GERAN和SGSN接入MME，并且可以通过UTRAN/GERAN、SGSN建立和S-GW之间的GTP隧道连接。S-GW将GTP隧道转换为相应的连接P-GW的承载，用于传输用户数据。UTRAN也可以建立直接连接S-GW的GTP隧道。MME成为只处理控制面信令的网元，S-GW和P-GW主要负责转发用户面数据。S-GW和P-GW可以合并为一个网元，一般统称为网关。随着移动互联网业务的发展、企业网业务的丰富以及多种制式的移动接入网络的融合，需要网关设本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种网关系统，其特征在于，包括：控制面实体和至少一个用户面实体；所述控制面实体，用于为用户设备UE分配互联网协议IP地址，根据所述IP地址生成数据路径的配置信息，发送所述数据路径的配置信息至所述用户面实体，所述数据路径用于所述用户面实体连接无线接入网络RAN、分组数据网络PDN或者其他网元；所述用户面实体，位于所述PDN和所述RAN之间，与所述控制面实体相连，用于接收所述控制面实体发送的所述数据路径的配置信息，根据所述数据路径的配置信息，在所述数据路径上转发所述UE的上下行数据。2.如权利要求1所述的网关系统，其特征在于，所述数据路径的配置信息包括以下中的至少一个：所述用户面实体的标识信息、所述用户面实体在所述数据路径上的对端网元的标识信息、所述数据路径的路径信息、所述数据路径的关联信息。3.如权利要求2所述的网关系统，其特征在于，所述标识信息包括以下中的至少一个：IP地址、媒体接入控制MAC地址、端口号、协议类型；或者，所述数据路径的路径信息包括以下中的至少一个：所述数据路径的协议、所述数据路径的标识、PDN连接信息、承载信息、服务质量QoS信息、业务数据流信息、计费方式信息；或者，所述数据路径的关联信息包括以下中的至少一个：所述UE与所述数据路径的关联信息、所述UE的业务数据流与所述数据路径的关联信息、连接PDN的数据路径和连接RAN的数据路径之间的关联信息、连接PDN的数据路径和连接其他网元的数据路径之间的关联信息、连接其他网元的数据路径和连接RAN的数据路径之间的关联信息。4.如权利要求2所述的网关系统，其特征在于，所述对端网元包括以下中的至少一个：RAN网元、虚拟私有网络VPN网元、服务网关S-GW、分组数据网络网关P-GW、分组数据网关PDG、用于数据转发的服务通用分组无线业务支持节点SGSN。5.如权利要求1-4任一项所述的网关系统，其特征在于，所述控制面实体进一步用于，从多个所述用户面实体或者网络管理网元获取所述多个用户面实体的负载信息，从所述多个用户面实体中选择负载最轻的用户面实体，根据所述IP地址以及所述负载最轻的用户面实体的信息，生成所述数据路径的配置信息，发送所述数据路径的配置信息至所述负载最轻的用户面实体。6.如权利要求1-4任一项所述的网关系统，其特征在于，所述控制面实体进一步用于，从所述用户面实体获取IP地址资源或从所述控制面实体的内部配置获取IP地址资源，从所述IP地址资源中为所述UE分配IP地址。7.如权利要求1-4任一项所述的网关系统，其特征在于，所述控制面实体还用于处理会话信令，所述会话信令包括以下中的至少一个：所述控制面实体和移动性管理网元之间的通用分组无线业务隧道协议控制GTP-C消息、所述RAN和所述用户面实体之间的接口上传输的通用分组无线业务隧道协议用户GTP-U消息、所述用户面实体和所述PDN之间的IP消息。8.如权利要求7所述的网关系统，其特征在于，所述用户面实体还用于转发所述用户面实体和所述PDN之间的IP消息。9.如权利要求1-4任一所述的网关系统，其特征在于，所述控制面实体还用于在所述UE新建数据路径时获取所述PDN中的服务器对所述UE鉴权或授权的结果。10.如权利要求1-4任一项所述的网关系统，其特征在于，所述用户面实体还用于收集所述数据路径的使用信息，发送所述使用信息至所述控制面实体；所述控制面实体还用于接收所述使用信息，根据所述使用信息生成话单，将所述话单上报给计费系统。11.如权利要求1-4任一项所述的网关系统，其特征在于，所述控制面实体还用于从内部配置或位于所述控制面实体外部的策略与计费规则功能PCRF装置获取策略信息，从所述策略信息中获取QoS信息，所述数据路径的配置信息包括所述QoS信息；所述用户面实体还用于在所述数据路径上转发所述UE的上下行数据时，根据所述QoS信息控制所述UE的上下行数据的服务质量。12.如权利要求1-4任一项所述的网关系统，其特征在于，所述控制面实体由通用计算平台实现，或者所述用户面实体由专用路由器平台实现。13.如权利要求1-4任一项所述的网关系统，其特征在于，所述控制面实体包括以下中的至少一种：控制面网关、网关控制器、控制节点、控制网关；或者所述用户面实体包括以下中的至少一种：用户面网关、分组数据转发网关、路由转发节点、交换节点。14.一种控制面网关设备，其特征在于，包括：互联网协议IP地址分配模块，用于为用户设备UE分配IP地址；数据路径配置模块，用于根据所述IP地址分配模块分配的IP地址生成数据路径的配置信息，发送所述数据路径的配置信息至用户面网关设备，所述数据路径用于所述用户面网关设备连接无线接入网络RAN、分组数据网络PDN或其他网元，其中所述用户面网关设备位于PDN和RAN之间。15.如权利要求14所述的设备，其特征在于，还包括：会话管理模块，与所述数据路径配置模块和所述IP地址分配模块连接，用于处理会话信令，所述会话信令包括以下中的至少一个：所述控制面实体和移动性管理网元之间的通用分组无线业务隧道协议控制GTP-C消息、所述RAN和所述用户面实体之间的接口上传输的通用分组无线业务隧道协议用户GTP-U消息、所述用户面实体和所述PDN之间的IP消息。16.如权利要求14所述的设备，其特征在于，所述IP地址分配模块具体用于从所述用户面实体获取IP地址资源或从所述控制面实体的内部配置获取IP地址资源，从所述IP地址资源中为所述UE选择IP地址并将所选择的IP地址分配给所述UE，或者所述IP地址分配模块具体用于从位于所述控制面实体外部的服务器获取IP地址并将所获取的IP地址分配给所述UE。17.如权利要求15所述的设备，其特征在于，所述控制面实体还包括客户端模块，与所述会话管理模块连接，并与所述PDN中的服务器连接，用于在...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭仕勇，胡伟华，袁立平，张进，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：
国别省市：