Управление доступом устройства пользователя к сети
Настоящее изобретение относится к установлению нескольких соединений для мобильного устройства (UE), включая соединение с опорной сетью с использованием сети системы мобильной связи и с использованием сети, отличной от сети системы мобильной связи. Технический результат заключается в возможности гибкого динамического установления соединения для UE. Способ включает в себя установление первого соединения с опорной сетью с использованием сети, отличной от сети системы мобильной связи, в ответ на прием от базовой станции системы мобильной связи запроса на установление второго соединения с базовой станцией с использованием сети, отличной от сети системы мобильной связи, информирование опорной сети о временном приостановлении первого соединения и сохранение информации контекста первого соединения для будущего возобновления первого соединения. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 5 ил.
Область техники
Настоящее изобретение относится к установлению нескольких соединений для мобильного устройства (устройства пользователя, UE), включая так называемые 3GPP-соединения и не-3GPP-соединения.
Уровень техники
Несмотря на то, что архитектура опорной сети (Core Network, CN) 5G еще не стандартизирована, можно ожидать, что в ней будут присутствовать различные функции и взаимосвязи между функциями. На фиг. 1 показана упрощенная архитектура сети CN, содержащая только релевантные описанию настоящего изобретения сетевые элементы и интерфейсы.
Устройство UE обычно обращается к сети 3GPP CN через сеть доступа, которая может быть сетью радиодоступа (Radio Access Network, RAN). В том случае, если сеть радиодоступа определена консорциумом 3GPP, как например, сеть радиодоступа 5G, такая сеть доступа обеспечивает соединение с функцией управления доступом и мобильностью (Access and Mobility Management Function, AMF). Соединение называется N2. Функция AMF, как и все элементы, изображенные на фиг. 1, может присутствовать в нескольких экземплярах в одной сети CN. Функция AMF обычно выбирается для устройства UE при его регистрации в сети, при этом только одна функция AMF ответственна за одно устройство UE. Функция AMF, как и все элементы сети CN, может связываться с другим элементом опорной сети через инфраструктуру маршрутизации, которая показана на фиг. 1 как функция взаимосвязи и маршрутизации (Interconnection and Routing Function, IRF). Например, функция AMF соединяется с базой данных абонентов в универсальном объекте управления данными (Universal Data Management, UDM) для аутентификации устройства UE при его регистрации, для получения информации об абонентском обслуживании и для получения учетных данных безопасности, используемых для связи с устройством UE.
Устройство UE при входе в сотовую мобильную сеть соединяется с сетью (R)AN и далее - с выбранной функцией AMF для запроса на регистрацию в сети CN. После аутентификации устройства UE и функции AMF, для чего функция AMF связывается с объектом UDM, устройство UE регистрируется и может запрашивать обслуживание. Логический интерфейс связи между устройством UE и его выбранной функцией AMF называется N1, он включает в себя интерфейс с сетью доступа и соединение N2 с функцией AMF. Интерфейс N1 показан на фиг. 1 штриховой линией, чтобы акцентировать его логическую природу по сравнению со множеством различных физических интерфейсов. Если требуется доставка данных в сеть передачи данных (Data Network, DN), например, в сеть Интернет, устройство UE запрашивает установку соответствующего соединения, так называемой сессии PDU, от сети (R)AN через интерфейс N3 к одной или нескольким функциям плоскости пользователя (User Plane Function, UPF), а оттуда через интерфейс N6 - в сеть передачи данных. Соответствующая активация контекста в функции UPF и распределение сетевых ресурсов выполняется функцией управления сессией (Session Management Function, SMF) через интерфейс N4. Функция SMF выбирается функцией AMF в зависимости от данных абонента, сети передачи данных и текущей сетевой нагрузки. Функция приложения (Application Function, AF) может определять политики сети и связываться с серверами приложений в сети передачи данных с тем, чтобы адаптировать качество обслуживания, предоставляемого устройству UE.
Если устройству UE необходимо установить несколько соединений с одной сетью передачи данных для обеспечения, например, различного качества обслуживания или различных сетевых адресов, то могут быть задействованы одни и те же или различные функции UPF, и за него могут быть ответственны одни и те же или различные функции SMF. Если устройству UE необходимо установить несколько соединений с различными сетями передачи данных, то могут быть задействованы одинаковые или различные функции UPF и SMF. С другой стороны, обычно за устройство UE ответственна только одна функция AMF.
Система 3GPP определяет различные механизмы радиодоступа, в которых тесно интегрированы технологии радиосвязи беспроводной локальной сети (Wireless Local Area Network, WLAN) и 3GPP технологии радиосвязи, такие как LTE. Это выгодно для оператора сети, поскольку бесплатные технологии доступа могут сочетаться с услугами, предлагаемыми оператором. Примерами таких механизмов являются так называемое агрегирование сетей LTE и WLAN (LWA), а также интеграция на уровне радиоканала сетей LTE и WLAN с туннелем по протоколу IPsec (LWIP). В документе GB2541392A описан пример LWA. Кроме того, аспекты LWA и LWIP описаны в документе 3GPP TR 21.914 V0.3.0.
Оба механизма используют сети LTE и WLAN для параллельного обмена данными между базовой станцией и устройством UE. Радиоинтерфейс сети LTE используется для обмена управляющими и пользовательскими данными, а радиоинтерфейс сети WLAN используется только для обмена пользовательскими данными. Устройство UE извещает станцию eNB о своей способности выполнять LWA, LWIP и подробности об измерениях в сети WLAN. Станция eNB может сформировать так называемый набор мобильности сети WLAN, который представляет собой набор точек доступа сети WLAN (с соответствующими параметрами - полосами частот, идентификаторами SSID и параметрами безопасности), между которыми устройство UE может перемещаться, сохраняя WLAN-соединение со станцией eNB.
Для LWA точка доступа WLAN может быть интегрирована в базовую станцию LTE (eNodeB, eNB) или может быть соединена со станцией eNB. Станция eNB может быть соединена с группой точек доступа сети WLAN. Передача данных по каналам может переключаться между сетями LTE и WLAN, т.е. только одна из технологий доступа LTE или WLAN может использоваться в каждый момент времени для одного канала, или канал может быть разделен, т.е. обе технологии доступа могут использоваться одновременно.
Основные принципы LWIP аналогичны. Главное отличие от LWA состоит в том, что для LWIP могут использоваться устаревшие точки доступа сети WLAN, таким образом, не требуется изменений в тех точках доступа, которые в настоящее время имеются в продаже. Точки доступа сети WLAN связаны со станцией eNB через туннель по протоколу IPsec. В этом сценарии для LWIP используется только переключатель канала (т.е. разделенный канал не поддерживается).
В будущем могут быть определены другие технологии, предназначенные для обеспечения тесного объединения технологий радиодоступа сотовой сети, которые развернуты в выделенных (принадлежащих оператору) полосах частот, и технологий беспроводного доступа, таких как сети WLAN, которые используют не требующие лицензирования полосы частот.
Сотовая сеть осуществляет и контролирует тесное объединение сетей, которое, таким образом, полностью экранировано от опорной сети. В этом случае для сети CN устройство UE подключается через 3GPP сеть радиодоступа независимо от того, использует сеть доступа раздачу через сеть WLAN или нет.
Как уже показано в общих чертах на фиг. 1, сотовые мобильные сети состоят из сетей доступа и опорной сети. Сети доступа обеспечивают сотовый радиодоступ к мобильному устройству, например, через системы GSM, UMTS или LTE. Дополнительные сети доступа могут предоставлять доступ с использованием радиодоступа ближнего действия, например, через сеть WLAN, либо фиксированный или спутниковый доступ к мобильным или стационарным устройствам. Сети доступа обычно обеспечивают полную функциональность для установления, контроля и поддержания радиосвязи с устройствами.
Опорная сеть обеспечивает механизмы, неспецифичные для доступа, например, аутентификацию, авторизацию и начисления (Authentication, Authorization and Accounting, AAA) для устройств и/или абонентов, мобильность между сетями доступа и маршрутизацию между сетями доступа и внешними сетями передачи данных.
Если устройство UE одновременно обращается к опорной сети через разные сети доступа, например, через сети LTE и WLAN, одни сети доступа обычно не осведомлены о каких-либо других используемых сетях доступа, т.е. сети доступа развернуты независимо друг от друга. В мобильных сетях следующего поколения, например, в так называемой сети пятого поколения (5G), строгое разделение между сетями доступа и опорной сетью важно для обеспечения независимой масштабируемости сетей.
Консорциум 3GPP определяет различные сети доступа для доступа к опорной сети 3GPP. Это, например, сети GSM, UMTS, HSPA, LTE, LTE-A, а в ближайшем будущем - сеть доступа 5G. Эти сети разработаны специально для работы под управлением опорной сети 3GPP. Соответствующие базовые станции поддерживают механизмы безопасности опорной сети, которые устанавливаются и поддерживаются оператором опорной сети или доверенной третьей стороной. В результате сети 3GPP-доступа для опорной сети могут представлять собой доверенные сети.
Кроме того, опорная сеть 3GPP настраивается для поддержки таких сетей доступа, которые не могут быть установлены и поддерживаться никаким доверенным оператором, они также могут находиться за пределами домена оператора. Эти технологии доступа имеют общее наименование «не-3GPP-доступ» (non-3GPP access, N3GPP) и могут представлять собой так называемый «недоверенный N3GPP-доступ», если между опорной сетью и сетью доступа нет доверительных отношений.
На фиг. 2 представлен пример сетевой архитектуры, включающей в себя сеть доступа (R)AN и технологии 3GPP-доступа. На этой фигуре показаны сетевые элементы с фиг. 1, обеспечивающие доступ к сети CN через 3GPP-технологии доступа (R)AN. Кроме того, на фиг. 2 представлено устройство UE с фиг. 1, подключенное к опорной сети через не-3GPP-доступ (N3GPP-доступ), например, через сеть WLAN. Сеть WLAN представляет собой недоверенный узел, поэтому сеть WLAN сама соединяется с функцией межсетевого не-3GPP взаимодействия (non-3GPP access interworking function, N3IWF), которая может объединять несколько недоверенных не-3GPP сетей доступа (на фиг. 2 показана только одна). Функция N3IWF представляет собой устройство, которое может поддерживаться оператором и поэтому может являться доверенным устройством.
В текущих стандартах не-3GPP-доступа к опорной сети 5G описана следующая функциональность, которая должна быть реализована для доступа устройства UE к опорной сети через недоверенный N3GPP-доступ, например, через сеть WLAN.
Устройство UE получает IP-соединение от точки доступа сети WLAN и выполняет выбор функции N3IWF.
После этого устройство UE устанавливает ассоциацию безопасности (Security Association) с выбранной функцией N3IWF, используя ключи совместного использования (pre-shared secrets) с карты UICC (Universal Integrated Circuit Card) устройства UE. Функция N3IWF выбирает соответствующую функцию AMF, запрашивает аутентификацию устройства UE или соответствующего его абонента и принимает учетные данные безопасности. Эти учетные данные соответствуют тем, что сгенерированы картой UICC и составляют основу для ассоциации безопасности с устройством UE. Устройство UE и функция N3IWF устанавливают туннель по протоколу IPsec, так что UE может безопасно взаимодействовать с функцией N3IWF через недоверенную сеть WLAN.
Функция N3IWF связывается с функцией AMF через интерфейс N2. Этот интерфейс является общим независимым от вида доступа интерфейсом между сетями доступа и функциями AMF, т.е. он, в основном, идентичен интерфейсу N2, который соединяет базовую станцию 5G с функцией AMF.
После безопасного установления туннеля IPsec между устройством UE и функцией N3IWF и интерфейса N2, у устройства UE есть маршрут, составляющий его логическое соединение с функцией AMF, так называемый интерфейс N1. Этот маршрут может быть альтернативным маршрутом по отношению к интерфейсу N1, установленному через сеть (R)AN.
Теперь устройство UE может запросить установление соединений с сетью передачи данных (DN) через функции плоскости пользователя (UP) с использованием недоверенной сети WLAN.
Как описано выше, система 3GPP обеспечивает WLAN-доступ в дополнение к технологии 3GPP радиодоступа двумя совершенно разными способами. Первый способ предполагает тесное объединение технологий доступа сетей WLAN и 3GPP под управлением сети 3GPP-доступа, он практически невидим для опорной сети. Второй способ - альтернативный доступ к опорной сети через сеть WLAN и функцию N3IWF без управления по радиоинтерфейсу со стороны 3GPP, но с защитой, дополнительно введенной между устройством UE и функцией N3IWF и независимой от других технологий доступа, например, от 3GPP.
Современные и, возможно, будущие мобильные устройства будут обеспечивать возможность доступа к сети WLAN через встроенный модуль WLAN, включая уровень управления доступом к среде (MAC) и физический уровень (PHY) семейства стандартов IEEE 802.11, а также соответствующий радиочастотный уровень и одну или несколько антенн для соответствующей радиочастотной полосы сети WLAN.
Природа технологии доступа в сети WLAN не позволяет использование одного модуля WLAN, реализованного в устройстве UE, для соединения с несколькими точками доступа одновременно, по крайней мере, без существенных ограничений для каждого из соединений. Другими словами, модуль WLAN, встроенный в мобильное устройство, обеспечивает соединение с одной точкой доступа, при этом он не может обеспечить соединение с двумя или более точками доступа.
В результате мобильное устройство со встроенной возможностью связи с сетью WLAN, поддерживающее обе технологии - тесное объединение технологий доступа сетей WLAN и 3GPP и WLAN-доступ к сети 3GPP CN через функцию N3IWF, способно обеспечить только одну из этих функций, но не обе одновременно. Соответственно, нет средств для активного управления или координации применения обоих способов для подключения к опорной сети 3GPP через технологию доступа на основе сети WLAN.
В спецификации 3GPP TS 23.402 описана лишь фиксированная схема поведения устройства UE, которое сталкивается с конфликтующими конфигурациями для использования сети WLAN для LWA или LWIP и 3GPP-доступа к сети CN через сеть WLAN. Решение, представленное в этой спецификации, т.е. решение, которое в настоящее время общедоступно и используется на практике, основано на приоритетах, когда выбор пользователем устройства UE имеет преимущество над управлением, производимым сетью, а если пользователь не производит выбор, тесное объединение сети WLAN с сетью доступа имеет преимущество над WLAN-доступом в сеть CN.
Такие схемы не предусматривают функций координации и управления в отношении действий и реакций в различных сценариях использования, в которых модуль WLAN является ограниченным ресурсом, совместно используемым сетью доступа, опорной сетью и, возможно, другими сетями, выходящими за рамки 3GPP (например, частными сетями WLAN).
В документе US20090080391A1 описана опорная сеть и сеть радиодоступа, а также сеть WLAN с качеством обслуживания, согласованным для нескольких каналов. В документе US20160219470A1 описана возможность разгрузки соединения PDN для контроля и управления межсетевым взаимодействием LTE-WLAN. В документе US20140341138A1 описано отложенное распределение адресов в случае взаимодействия между не-3GPP-доступом и усовершенствованным пакетным ядром. В документе US20070249352А1 описаны система и способ оптимизации процедуры аутентификации во время хэндоверов между системами доступа.
При этом неизвестны гибкие или динамические способы, обеспечивающие принятие основанных на владении ресурсом решений о предоставлении WLAN-возможностей либо тесному объединению сетей (R)AN, либо N3GPP-доступу к сети CN, и пересмотр этих решений на основе изменений во владении или распределении ресурса.
Раскрытие изобретения
Настоящее изобретение реализует способ управления соединением с опорной сетью устройства пользователя (UE), способного устанавливать соединение с опорной сетью с использованием сети системы мобильной связи и с использованием сети, отличной от сети системы мобильной связи. Способ включает в себя установление первого соединения с опорной сетью с использованием сети, отличной от сети системы мобильной связи, и в ответ на прием от базовой станции системы мобильной связи запроса на установление второго соединения с базовой станцией с использованием сети, отличной от сети системы мобильной связи, информирование опорной сети о временном приостановлении первого соединения и сохранение информации контекста первого соединения для будущего возобновления первого соединения.
В другом аспекте изобретение реализует способ для управления соединением с устройством пользователя (UE), реализуемый в объекте опорной сети в сети системы мобильной связи, содержащей базовую станцию для установления первого соединения устройства UE с опорной сетью с использованием сети системы мобильной связи и функцию межсетевого взаимодействия для установления второго соединения устройства UE с опорной сетью с использованием сети, отличной от сети системы мобильной связи. Способ включает в себя установление второго соединения с устройством UE через функцию межсетевого взаимодействия и, в ответ на сообщение, принятое от устройства UE, приостановление второго соединения через функцию межсетевого взаимодействия с сохранением информации контекста для второго соединения в ожидании возобновления второго соединения при осуществлении связи с устройством UE через первое соединение.
Предпосылкой для всех аспектов этого изобретения является то, что устройство UE способно осуществлять доступ к опорной сети системы мобильной связи через одну или несколько сетей доступа системы мобильной связи, например, через сеть RAN. Кроме того, устройство UE способно осуществлять доступ к опорной сети через одну или несколько сетей, которые не полностью находятся под управлением системы мобильной связи (N3GPP), например, через сеть WLAN. Термины RAN и N3GPP используются далее, чтобы отличать технологии доступа, находящиеся под управлением мобильной сети, от технологий, не управляемых мобильной сетью. Сеть N3GPP может быть сетью WLAN, но настоящее изобретение не ограничено какой-либо конкретной технологией доступа, т.е. могут использоваться и другие технологии, имеющие ограниченный ресурс и используемые либо в сети RAN, либо для прямого доступа к сети CN, но не к ним обеим.
В некоторый момент при регистрации в сети или при настройке радиоресурса соединения или в рамках иной подобной процедуры, устройство UE сообщает в сеть RAN свои возможности радиосвязи, при этом среди сообщаемых возможностей содержится информация о возможности устройства UE выполнить интеграцию тесно связанных сетей RAN и WLAN. Устройство UE также может хранить информацию поддержки устройства UE при доступе к сети CN через сеть WLAN. Информация поддержки может быть получена от сети CN во время или после предыдущей процедуры регистрации в результате запроса устройством UE такой информации или в качестве результата сообщения сетью WLAN информации о возможностях доступа к сети CN. В качестве альтернативы, информация поддержки может сохраняться в карте UICC, приниматься прошитой в карте UICC, или приниматься из мобильной сети с использованием передачи из сети в карту UICC.
В первом аспекте изобретения устройство UE имеет N3GPP-соединение с опорной сетью через сеть WLAN и после приема устройством UE запроса от базовой станции, состоящего в том, что сеть RAN должна установить соединение с базовой станцией через сеть WLAN, устройство UE сообщает в опорную сеть информацию о временной приостановке N3GPP-соединения через сеть WLAN, при этом устройство UE сохраняет информацию контекста, касающуюся N3GPP-соединения.
Другими словами, когда устанавливается N3GPP-соединение между устройством UE и опорной сетью, базовая станция запрашивает устройство UE об установлении соединения с базовой станцией через сеть WLAN. Вместо освобождения контекста между устройством UE и опорной сетью или отказа от соединения с базовой станцией через сеть WLAN, устройство UE информирует опорную сеть о приостановке соединения, и обе стороны сохраняют соответствующий контекст. Это позволяет устройству UE и опорной сети быстро возобновить соединение, когда модуль сети WLAN освобождается сетью RAN, при этом отсутствуют затраты времени на восстановление соединения и т.п.
Запросом от базовой станции может быть конфигурационное сообщение от базовой станции, включающее в себя установление соединения с базовой станцией, по меньшей мере частично, через сеть WLAN, например, в соответствии с возможностями, обеспечиваемыми LWA или LWIP. Сообщение информации в опорную сеть может выполняться через N3GPP-соединение с использованием сети WLAN. Сообщение информации в опорную сеть также может осуществляться через сеть RAN. Устройство UE может быть сконфигурировано опорной сетью во время установки N3GPP-соединения для информирования опорной сети описанным способом.
Устройство UE устанавливает и поддерживает соединение по протоколу IPsec с объектом опорной сети (функцией N3IWF) по N3GPP-соединению через сеть WLAN. Поддержка включает в себя отправку сообщений, подтверждающих активность, в упомянутый объект, чтобы определить «живость» соединения, когда между устройством UE и этим объектом не происходит обмен пользовательскими данными. Устройство UE, приостанавливая N3GPP-соединение через сеть WLAN, приостанавливает передачу сообщений, подтверждающих активность, но при этом поддерживает и сохраняет контекст протокола IPsec.
Другими словами, контекст, сохраняемый и затем восстанавливаемый при возобновлении соединения, является ассоциацией безопасности протокола IPsec, обеспечивающей экономию времени на установление ассоциации безопасности после возобновления.
Во втором аспекте изобретения после разрыва WLAN-соединения с базовой станцией устройство UE возобновляет N3GPP-соединение с опорной сетью через WLAN с использованием той сети WLAN, которая использовалась до того, как N3GPP-соединение было приостановлено.
Другими словами, после того, как модуль WLAN устройства UE уже не используется сетью RAN, N3GPP-соединение восстанавливается с того места, где оно было приостановлено.
В одном варианте осуществления устройство UE принимает пороговые значения от базовой станции и самостоятельно разрывает WLAN-соединение на основании результата измерений сигнала сети WLAN, больших или меньших порогового значения. Другими словами, устройство UE сравнивает уровень сигнала WLAN с принятыми пороговыми значениями и на основании этого сравнения самостоятельно сбрасывает WLAN-соединение с базовой станцией. Сигналы сети WLAN могут включать в себя сигналы сети WLAN, соединенной с базовой станцией, а также одной или нескольких сетей WLAN, подходящих для возобновления N3GPP-соединения, так что устройство UE может сравнивать качество и ожидаемое преимущество двух сценариев использования его WLAN-возможностей. Устройство UE сообщает в базовую станцию результаты измерений, относящиеся к измерениям сигналов сети WLAN, подходящей для возобновления N3GPP-соединения через сеть WLAN. В ответ устройство UE получает от базовой станции запрос на разрыв WLAN-соединения с базовой станцией. Другими словами, запрос базовой станции в устройство UE на сброс основанного на сети RAN WLAN-соединения зависит, по меньшей мере частично, от качества приема сигнала сети N3GPP WLAN. Это позволяет сети RAN сравнивать выгоду от использования тесно связанной сети WLAN с ожидаемой выгодой от разгрузки трафика через N3GPP-соединение. Этот способ также может применяться, если сеть N3GPP WLAN является домашней сетью WLAN. Другими словами, через отчеты об измерениях сеть RAN может иметь информацию о качестве приема домашней сети WLAN и на основании этой информации сеть RAN может разорвать межсетевое WLAN-соединение, чтобы освободить оборудование WLAN устройства UE для его использования в домашней сети WLAN пользователя. Этот принцип, разумеется, применим и к любым известным публичным или частным точкам доступа сети WLAN.
В дополнительном аспекте изобретения после разрыва WLAN-соединения с базовой станцией устройство UE определяет сеть WLAN, подходящую для возобновления N3GPP-соединения с сетью CN, соединяется с этой подходящей сетью WLAN и возобновляет N3GPP-соединение с опорной сетью.
Другими словами, после того, как модуль WLAN устройства UE уже не используется сетью RAN, N3GPP-соединение возобновляется через другую сеть WLAN, выбираемую после определения пригодности этой другой сети WLAN для возобновления N3GPP-соединения.
В еще одном дополнительном аспекте изобретения, если после разрыва WLAN-соединения с базовой станцией устройство UE определяет, что ни одна сеть WLAN не подходит для возобновления N3GPP-соединения с опорной сетью, то устройство UE сообщает в опорную сеть информацию о том, что N3GPP-соединение должно быть разорвано (или не должно возобновляться), и устройство UE разрывает N3GPP-соединение.
Другими словами, если после того, как сеть RAN освободила WLAN-возможности, не нашлось подходящей сети WLAN для возобновления N3GPP-соединения, то сеть информируется об этом и может удалить соответствующие сохраненные контексты и устройство UE удаляет сохраненный контекст. Разрыв N3GPP-соединения включает в себя удаление информации контекста, хранящейся в устройстве UE.
В дополнительном аспекте изобретения устройство UE принимает из опорной сети (например, в ходе установления N3GPP-соединения через сеть WLAN) некоторое значение таймера и в ответ на приостановку N3GPP-соединения через сеть WLAN запускает таймер в соответствии с полученным значением таймера, а когда таймер истекает, оно разрывает N3GPP-соединение и удаляет хранящуюся информацию контекста.
Другими словами, контекст, хранящийся в устройстве UE и в сети для возобновления N3GPP-соединения, действителен только в течение определенного времени. Это время указывается и определяется сетью.
В одном аспекте изобретения опорная сеть поддерживает соединение с устройством UE, по меньшей мере по частично, через сеть WLAN и после получения от устройства UE информации о приостановлении соединения приостанавливает соединение с сохранением информации контекста для этого соединения и возобновляет соединение с использованием этой информации контекста по инициативе устройства UE.
Здесь опорная сеть устанавливает и поддерживает соединение по протоколу IPsec с устройством UE по N3GPP-соединению через сеть WLAN. Эта поддержка включает в себя отправку сообщений, подтверждающих активность, в устройство UE, чтобы определить «живость» соединения, когда между устройством UE и опорной сетью не происходит обмен пользовательскими данными. Опорная сеть, приостанавливая N3GPP-соединение через сеть WLAN, приостанавливает передачу сообщений, подтверждающих активность, но при этом поддерживает и хранит контекст протокола IPsec.
Опорная сеть удаляет контекст и разрывает соединение с устройством UE после получения информации от устройства UE о том, что соединение не будет возобновлено. Опорная сеть передает значение таймера в устройство UE, разрывает соединение и удаляет контекст на основании значения таймера.
Устройство UE имеет по меньшей мере два соединения с опорной сетью, при этом по меньшей мере одно соединение является N3GPP-соединением через сеть WLAN и по меньшей мере другое соединение является RAN-соединением. Устройство UE имеет первое логическое соединение с сетью передачи данных с использованием N3GPP-соединения по сети WLAN через опорную сеть. Устройство UE определяет интенсивность трафика данных в первом логическом соединении и после приема от базовой станции сети RAN запроса на установление WLAN-соединения с базовой станцией определяет, принять или отклонить запрос от базовой станции сети RAN, на основании определения интенсивности трафика данных.
Другими словами, если существует сессия PDU между устройством UE и сетью передачи данных, которая маршрутизируется через N3GPP-соединение с использованием сети WLAN, и сеть RAN запрашивает WLAN-соединение с базовой станцией, то устройство UE может принять во внимание трафик в сессии PDU, чтобы решить, следует ли следовать запросу. Если между устройством UE и сетью передачи данных в это время происходит обмен значительным трафиком данных, запрос может быть отклонен, чтобы не мешать передаче данных.
В другом аспекте изобретения, в сценарии, аналогичном описанному выше, устройство UE может определить, следует принять ли или отклонить запрос от базовой станции сети RAN, в зависимости от того, установлено ли второе логическое соединение с сетью передачи данных через сеть RAN для всех первых логических соединений с сетью передачи данных через N3GPP-соединение с использованием сети WLAN.
Другими словами, устройство UE разрешает сбросить или приостановить N3GPP-соединение через сеть WLAN, только если также существует соединение с соответствующей сетью передачи данных через сеть RAN. Это тот случай, когда N3GPP-соединение использовалось для разгрузки данных из сети RAN, при этом соединение на основе RAN все еще существует, возможно, из-за требований к качеству и/или надежности обслуживания. Если это так, то WLAN-возможности устройства UE могут использоваться для улучшения RAN-соединения и применения его для продолжения обмена данными с сетью передачи данных.
Два вышеупомянутых аспекта могут быть улучшены тем, что устройство UE адаптирует посылаемую в базовую станцию информацию о возможностях UE в отношении технологий тесного объединения сетей WLAN и RAN. Устройство UE может сообщать о возможности тесного объединения только в случае низкой интенсивности трафика данных в N3GPP-соединениях через сеть WLAN или если существуют альтернативные маршруты через сеть RAN для всех соединений с сетями передачи данных. В противном случае сеть RAN будет проинформирована о том, что устройство UE не может поддерживать функции межсетевого взаимодействия через сеть WLAN.
Устройство UE имеет по меньшей мере два соединения с опорной сетью, при этом по меньшей мере одно соединение является N3GPP-соединением через сеть WLAN и по меньшей мере другое соединение является RAN-соединением. Устройство UE имеет первое логическое соединение с сетью передачи данных с использованием N3GPP-соединения по сети WLAN через опорную сеть. Устройство UE после приема от базовой станции сети RAN запроса на установление WLAN-соединения с базовой станцией запрашивает опорную сеть об установлении второго логического соединения с сетью передачи данных по сети RAN через опорную сеть.
Другими словами, если существует сессия PDU между устройством UE и сетью передачи данных, которая маршрутизируется через N3GPP-соединение с использованием WLAN, и сеть RAN запрашивает WLAN-соединение с базовой станцией, то устройство UE может запросить опорную сеть об установлении альтернативного маршрута через сеть RAN в сеть передачи данных. Это выгодно тем, что передача данных между устройством UE и опорной сетью может быть продолжена через сеть RAN.
Краткое описание чертежей
Далее лишь в качестве примера описаны предпочтительные варианты осуществления изобретения со ссылкой на приложенные чертежи.
На фиг.1 представлена принципиальная схема сетевой архитектуры, включающей в себя сети доступа и опорную сеть.
На фиг. 2 схематически представлена сеть по фиг. 1, где объекты доступа показаны более подробно.
На фиг. 3 представлена первая диаграмма последовательности сообщений.
На фиг. 4 представлена вторая диаграмма последовательности сообщений.
На фиг. 5 представлена третья диаграмма последовательности сообщений.
Осуществление изобретения
Далее описаны диаграммы последовательности сообщений, иллюстрирующие изобретение. В качестве примера показаны последовательности сообщений между объектами сети, которая может быть подобна или идентична сети, представленной на фиг. 1.
На фиг. 3-5 показаны следующие сетевые объекты и соответствующие сообщения, более подробно объясненные ниже.
Устройство UE, которое может быть мобильным устройством, снабженным средством связи для сотовой сети мобильной связи одной или нескольких известных или разрабатываемых технологий радиодоступа: систем GSM, UMTS, HSPA, LTE или 5G. Устройство UE также снабжено средствами беспроводной связи ближнего действия, например, беспроводной локальной сети (WLAN или WiFi), реализованной с использованием любой комбинации стандартов серии IEEE 802.11, Bluetooth, ZigBee и т.д.
Несколько точек доступа сети WLAN показаны на фигурах в виде двух блоков, обозначенных WLAN. Точки доступа могут обеспечивать общедоступное WLAN-соединение, домашнее WLAN-соединение или они могут принадлежать и развертываться оператором сети, например, оператором сотовой мобильной сети. Точки доступа сети WLAN обеспечивают беспроводной доступ к одной или нескольким сетям, которые обеспечивают по меньшей мере соединение с агрегирующим узлом опорной сети.
На фигурах агрегирующий узел обозначен как функция N3IWF и представляет собой шлюз пакетных данных следующего поколения. Этот узел может связываться с двумя точками доступа сети WLAN через любое сетевое соединение, например, DSL и IP-сети. Функция N3IWF может устанавливать ассоциацию безопасности с устройством UE через точки доступа сети WLAN. Кроме того, функция N3IWF является узлом, которому может доверять опорная сеть оператора, и который может связываться с одной или несколькими функциями плоскости управления (AMF, SMF, UDM) и одной или несколькими функциями плоскости пользователя (UPF) в опорной сети. Функции плоскости управления и плоскости пользователя расположены в сетевых узлах опорной сети.
На фигурах также показана сеть радиодоступа (RAN) сотовой мобильной сети. Сеть RAN включает в себя одну или несколько базовых станций (BS), которые показаны совместно в одном блоке, обозначенном RAN/BS. Сеть RAN также может связываться с узлами плоскости управления и плоскости пользователя в опорной сети. Одной из услуг, предлагаемых опорной сетью своим пользователям, является услуга передачи данных между устройством UE и одной или несколькими функциями плоскости пользователя (UPF) через сеть доступа (RAN или WLAN и N3IWF) в сеть передачи данных (DN), которая показана на фигурах как крайний правый блок.
Общее условие для всех последующих вариантов осуществления показано на фиг. 3. Устройство UE устанавливает два соединения с опорной сетью, одно - через N3GPP-соединение (сеть WLAN), а другое - через сотовый радиодоступ (сеть RAN). Эти два процесса установления соединения могут выполняться устройством UE и сетью в произвольном порядке и в произвольные моменты времени или одновременно. На фиг. 3 показан пример, в котором установление N3GPP-соединения выполняется в первую очередь, а установление RAN-соединения - во вторую очередь.
Устройство UE выбирает сеть WLAN, предлагаемую одной или несколькими точками доступа, и получает IP-соединение. Соответствующий IP-адрес выделяется точкой доступа сети WLAN, функцией N3IWF или любым другим сетевым узлом, обычно обеспечивающими для этой цели обслуживание по протоколу DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol). IP-адрес передается в устройство UE и оно может связываться с функцией N3IWF для установления ассоциации безопасности и, таким образом, для установления туннеля по протоколу IPsec между устройством UE и функцией N3IWF. Чтобы установить ассоциацию безопасности, функция N3IWF должна аутентифицировать устройство UE. Поэтому она обращается к опорной сети, в частности, к функции AMF, чтобы запросить аутентификацию и авторизацию устройства UE и получить учетные данные для установления ассоциации безопасности.
Когда установлено защищенное соединение между устройством UE и функцией N3IWF, устройство UE может отправлять сообщения в опорную сеть (так называемые сообщения NAS) в соответствии с протоколом связи UE-AMF. Устройство UE может зарегистрироваться в сети через N3GPP-соединение.
После успешной регистрации устройство UE может запрашивать обслуживание, например, установление сессии PDU для конкретной сети передачи данных (DN). Функции плоскости управления в опорной сети конфигурируют функцию плоскости пользователя для маршрутизации пакетов от устройства UE в сеть DN. Функция N3IWF может быть обеспечена соответствующими фильтрами или правилами для маршрутизации пакетов и, таким образом, может происходить передача данных между устройством UE и сетью DN.
Чтобы установить RAN-соединение с опорной сетью, устройство UE запрашивает установление соединения с сетью RAN (так называемое RRC-соединение). Во время установления RRC-соединения устройство UE может информировать сеть RAN о своих возможностях, в том числе о возможностях выполнения LWA, LWIP или любой другой технологии, которая объединяет сеть WLAN и сотовый радиодоступ на уровне сети RAN. При установленном RRC-соединении устройство UE может зарегистрировать RAN-соединение в опорной сети и запрашивать обслуживание, как это описано выше. Например, может запрашиваться и предоставляться не показанная на фиг. 3 услуга передачи данных в другую сеть передачи данных.
После этого (см. фиг. 4) может происходить процесс передачи данных между устройством UE и сетью передачи данных. Процедура начинается с шага 1, на котором сеть RAN конфигурирует устройство UE для использования одной из технологий межсетевого WLAN-взаимодействия, которую устройство UE указало для поддержки. Конфигурирование может определять момент старта, когда следует применить новую конфигурацию, или это может быть конфигурирование для немедленного старта.
Согласно этому варианту осуществления, устройство UE информирует опорную сеть о необходимости приостановить N3GPP-соединение. Устройство UE может отправить сообщение, информирующее функцию AMF о приостановке N3GPP-соединения, применимого ко всем логическим соединениям, которые устройство UE имеет через WLAN-доступ, или устройство UE может указать все сессии PDU, на которые влияет эта приостановка, а также интерфейс N1 к функции AMF через N3GPP-доступ.
Сообщение или несколько сообщений, включающих в себя информацию о приостановке, могут быть отправлены устройством UE в функцию AMF через N3GPP-доступ до применения новой конфигурации сети RAN. Затем это сообщение попадает в функцию N3IWF и этот объект может немедленно отреагировать на сообщение. В качестве альтернативы, на шаге 3 функция AMF информирует функцию N3IWF о приостановке соединения с устройством UE.
В качестве альтернативы, сообщение (или несколько сообщений) в функцию AMF может быть отправлено устройством UE через сеть RAN. В частности, эта альтернатива применяется, если конфигурация от базовой станции должна быть применена быстро и не остается времени для передачи этого сообщения через сеть WLAN. В зависимости от времени, оставшегося до требуемого установления WLAN-соединения с базовой станцией, в устройстве UE может быть принято решение, каким способом отправлять сообщение в функцию AMF. В этом случае требуется шаг 3, чтобы проинформировать функцию N3IWF о приостановке соединения.
В результате этой приостановки функция N3IWF сохраняет ассоциацию безопасности и также приостанавливает отправку в устройство UE сообщений, подтверждающих активность. Другими словами, функция N3IWF принимает недоступность устройства UE без удаления ассоциации безопасности. Функция N3IWF может запустить таймер, после окончания которого весь контекст, касающийся устройства UE, включая ассоциации безопасности, удаляется.
Функция AMF также сохраняет всю информацию контекста устройства UE, касающуюся N3GPP-соединения, так что после восстановления WLAN-соединения с функцией N3IWF устройство UE может связываться с функцией AMF. На шаге 4, который может произойти до или после шага 3, функция AMF также информирует задействованные функции плоскости пользователя о том, что следует приостановить соответствующие сессии PDU, т.е. не пересылать данные, принятые из сети передачи данных, в устройство UE, а вместо этого сохранять данные и информировать функцию AMF об ожидающих нисходящих данных.
В какой-то момент устройство UE устанавливает межсетевое взаимодействие RAN/WLAN в соответствии с запросом базовой станции. Этот шаг не обозначен, поскольку он хорошо известен и может происходить в любое время после того, как устройство UE приняло конфигурацию от базовой станции.
Через некоторое время, обозначенное горизонтальной двойной линией на фиг. 4, сеть RAN может разорвать межсетевое WLAN-взаимодействие. К разрыву соединения RAN-WLAN могут привести различные причины. Может, например, случиться, что объем данных, которые должны передаваться через сеть RAN, уменьшился, что WLAN-соединение с базовой станцией не соответствует критериям качества, или что соединение с сетью RAN должно измениться, например, из-за хэндовера, при этом после такого изменения межсетевое WLAN-взаимодействие становится недоступным. На шаге 5 на фиг. 4 показан пример базовой станции, которая может отправлять в устройство UE реконфигурационное сообщение, указывающее на разрыв WLAN-соединения.
Теперь благодаря контексту, сохраненному в устройстве UE и в функции N3IWF, N3GPP-соединение может быть возобновлено с того места, где оно было приостановлено. Если та же сеть WLAN-доступна и имеет достаточно сильный сигнал, устройство UE может непосредственно использовать ту же сеть WLAN для связи с функциями N3IWF и AMF и возобновить соединение на шаге 6a. В качестве альтернативы, устройство UE может выбрать другую сеть WLAN. Может потребоваться сначала установить IP-соединение, прежде чем устройство UE сможет связаться с функциями N3IWF и AMF, чтобы возобновить соединение на шаге 6b. Функции плоскости пользователя информируются о возобновлении соответствующих сессий PDU, после чего может осуществляться передача данных.
Альтернативный подход изображен в качестве примера на фиг. 5, который также предполагает, что процедуры по фиг. 3 выполнены и происходит передача данных между устройством UE и по меньшей мере одной сетью DN с использованием N3GPP-соединения через сеть WLAN.
На шаге 1 сеть RAN конфигурирует устройство UE для использования одной из технологий межсетевого WLAN-взаимодействия, которые устройство UE указало для поддержки.
После приема реконфигурационного сообщения устройство UE запрашивает установление дополнительной сессии PDU в сеть DN через сеть RAN, чтобы не потерять возможность передавать данные в сеть DN. Запрос может быть отправлен на шаге 2a через N3GPP-соединение или на шаге 2b через сеть RAN. После этого устройство UE может запросить прекращение затрагиваемых сессий PDU через N3GPP-доступ на шаге 3a или через сеть RAN на шаге 3b.
В качестве альтернативы шагам 2а и 3а или 2b и 3b, соответственно, устройство UE может запросить изменение технологии доступа, или другими словами, изменение соединения N3 для затрагиваемых PDU сессий с N3GPP-доступа на доступ через сеть RAN. Эта альтернатива не показана на фиг. 5. Это при объединении шагов 2 и 3 приводит к новому шагу 2', который называется «запрос модификации сессии PDU» и отправляется через N3GPP-доступ или через сеть RAN.
В результате, на шаге 4 сеть может информировать функцию N3IWFF об освобождении ассоциации безопасности и/или IPsec-туннелей с устройством UE. Сеть может также положиться на обнаружение в функции N3IWF отключенных узлов, основанное на таймере или на сообщениях, подтверждающих активность, и воздержаться от шага 4.
На шаге 5 сеть также может разорвать сессии PDU, на которые влияет разрыв N3GPP-соединения.
На шаге 6 между устройством UE и сетью передачи данных устанавливается запрошенная альтернативная сессия PDU с использованием сети RAN. Этот шаг может включать в себя шаг 5 (одновременный разрыв и установление) или он может включать в себя модификацию сессии PDU, в которой существующие сессии PDU в сети передачи данных модифицируются для отображения маршрута от функций UPF к устройству UE через сеть RAN вместо функции N3IWF.
Передача данных может продолжаться между устройством UE и сетью DN после успешного установления сессии PDU или ее модификации. Сеть RAN принимает решение о том, будет передача данных через сеть RAN использовать сеть WLAN или ограничится сотовой технологией в пределах сети RAN. Тесное объединение двух технологий позволяет использовать обе технологии и это решение не является аспектом настоящего изобретения.
Альтернативный подход, не показанный ни на одной фигуре, представляет собой комбинацию процедур, представленных на фиг. 4 и фиг. 5. Устройство UE может принять решение запросить установление новой сессии PDU с сетью DN через сеть RAN, как показано на шаге 2a/b на фиг. 5, при этом продолжать запрашивать возобновление и не прекращать сессии PDU, которые существуют с использованием N3GPP-доступа через сеть WLAN. Это позволяет устройству UE быстро вернуться к WLAN-разгрузке через N3GPP-доступ, если сеть RAN разрывает WLAN-соединение и не имеет достаточных ресурсов для обеспечения вновь созданной сессии PDU с сетью DN.
Решение, запрашивать ли устройству UE установление новой сессии PDU вследствие запроса сетью RAN межсетевого WLAN-взаимодействия, может быть принято устройством UE в зависимости от интенсивности трафика в соответствующей сессии PDU.
Вся идея приостановки сессий PDU и/или сокращение длительности таймеров функции N3IWF для обеспечения недоступности устройства UE в течение ограниченного времени также может быть реализована с единственной целью - для подготовки к возможному сбою межсетевого WLAN-взаимодействия на основе сети RAN. Т.е. устройство UE может принимать конфигурацию от сети RAN для запуска технологий межсетевого WLAN-взаимодействия и для информирования функции N3IWF и/или AMF о том, что «надо подождать» перед разрывом N3GPP-соединения через сеть WLAN для того, чтобы позволить устройству UE использовать это соединение, если межсетевое WLAN-взаимодействие не работает. Такое может быть, если базовая станция принимает решение на основе устаревших или недостаточных результатов измерений, сообщенных устройством UE. Эти процедуры весьма схожи с процедурами, описанными применительно к фиг. 3 и 4. Отличие заключается лишь в том, что устанавливаются короткие таймеры и функцию UPF можно не информировать о приостановке сессий PDU. Вместо этого функция N3IWF допускает краткосрочное отсутствие устройства UE, после которого устройство UE может вернуться и повторно использовать ассоциацию безопасности и регистрацию в функции AMF через N3GPP-доступ.
1. Способ управления соединением с опорной сетью устройства пользователя (UE), способного устанавливать соединение с опорной сетью с использованием сети системы мобильной связи и с использованием сети, отличной от сети системы мобильной связи, включающий в себя:
- установление первого соединения с опорной сетью с использованием сети, отличной от сети системы мобильной связи, и
- в ответ на прием от базовой станции системы мобильной связи запроса на установление второго соединения с базовой станцией с использованием сети, отличной от сети системы мобильной связи, информирование опорной сети о временном приостановлении первого соединения и сохранение информации контекста первого соединения для будущего возобновления первого соединения.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при сохранении информации контекста первого соединения для будущего возобновления первого соединения устройство UE связывается с опорной сетью через базовую станцию.
3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что запрос от базовой станции представляет собой конфигурационное сообщение.
4. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что информирование выполняется с использованием первого соединения.
5. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что информирование выполняется с использованием соединения мобильной связи.
6. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что устройство UE в качестве информации контекста сохраняет информацию контекста протокола IPsec.
7. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что второе соединение может быть разорвано устройством UE самостоятельно на основании результатов измерений уровня сигнала или в ответ на запрос от базовой станции.
8. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что если после разрыва второго соединения первое соединение не может быть восстановлено, устройство UE сообщает информацию в опорную сеть для разрыва первого соединения с использованием системы мобильной связи.
9. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что информация контекста сохраняется в течение заранее заданного времени и удаляется, если временное приостановление выходит за пределы этого заранее заданного времени.
10. Способ управления соединением с устройством пользователя (UE), реализуемый в объекте опорной сети в сети системы мобильной связи, содержащей базовую станцию для установления первого соединения устройства UE с опорной сетью с использованием сети системы мобильной связи и функцию межсетевого взаимодействия для установления второго соединения устройства UE с опорной сетью с использованием сети, отличной от сети системы мобильной связи, включающий в себя:
- установление второго соединения с устройством UE через функцию межсетевого взаимодействия и
- в ответ на сообщение, принятое от устройства UE, приостановление второго соединения через функцию межсетевого взаимодействия с сохранением информации контекста для второго соединения в ожидании возобновления второго соединения при осуществлении связи с устройством UE через первое соединение.
11. Способ по п. 10, отличающийся тем, что сеть системы мобильной связи периодически отправляет сообщения, подтверждающие активность, для поддержания второго соединения, когда оно имеет второе соединение с устройством UE через функцию межсетевого взаимодействия, и прекращает отправлять сообщения, подтверждающие активность, когда оно приостанавливает второе соединение с устройством UE через функцию межсетевого взаимодействия.
12. Способ по п. 11, отличающийся тем, что информация контекста удаляется в ответ на прием сообщения от устройства UE, указывающего, что второе соединение не будет возобновлено.
13. Способ по п. 11, отличающийся тем, что информация контекста удаляется по истечении заранее заданного времени, если второе соединение не возобновлено.
