将Femto小区设备与移动核心网络联接的方法 |
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| 申请号 | CN200810091092.3 | 申请日 | 2008-04-16 | 公开(公告)号 | CN101291464B | 公开(公告)日 | 2013-03-20 |
| 申请人 | 阿尔卡特朗讯公司; | 发明人 | N·德勒冯; D·费龙; J-P·蒙沙南; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种将Femto小区设备与移动核心网络联接的方法。所述方法包括以下步骤：-通过标准Up 接口 ，验证和向通用接入网络 控制器 注册所述Femto小区设备，该步骤包括在所述Femto小区设备和所述通用接入网络控制器的安全网关之间建立安全通道；-通过Femto核心网络网关实体，用至少一个标准移动网络接口将所述Femto小区设备的至少一个移动网络实体连接到至少一个移动核心网络 节点 ，所述至少一个标准移动网络接口被封装在所述Femto小区设备和所述通用接入网络控制器的所述安全网关之间建立的安全通道中，并且被所述Femto核心网络网关实体中继到所述移动核心网络节点。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种将Femto小区设备与移动核心网络联接的方法，所述方法包括步骤： |
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| 说明书全文 | 将Femto小区设备与移动核心网络联接的方法技术领域背景技术[0002] 移动通信网络和系统的详细说明可以在文献中找到，特别是在标准化组织公布的技术规范中，所述标准化组织特别地例如3GPP(第三代合作伙伴计划)。 [0003] 在移动通信系统中，移动台(MS)或用户设备(UE)具有通过接入网(AN)接入核心网络(CN)提供的移动服务的能力。 [0004] 移动通信系统的典型例子特别地例如GSM(全球移动通讯系统)的2G系统以及特别地例如UMTS(通用移动通信系统)的3G系统。 [0005] 移动服务有不同的类型，特别是例如基于CS的服务(CS代表电路交换)、基于PS的服务(PS代表分组交换)，或者基于IP的服务(IP代表互联网协议)，其中基于IP的服务例如基于IMS的服务(其中IMS代表IP多媒体子系统)。移动服务由核心网络(CN)提供，因此包括不同的域和子系统，特别是例如CS域、PS域、和IMS子系统。 [0006] 传统上，移动服务通过对应于无线接入网RAN的接入网传送给移动台，这使得用户得到相对高的移动性，但是成本也相对高。 [0007] RAN的典型例子是GERAN(GSM/EDGE无线接入网，EDGE代表增强数据速率GSM演进)和UTRAN(UMTS地面无线接入网)。 [0008] Iu当前，正在向着固定与移动汇聚的演进，这使得移动服务在要求较低移动性的环境中以较低成本传送给用户，其中要求较低移动性的环境特别是例如室内环境。 [0009] 对于具有移动核心网络提供的服务的固定与移动汇聚，有两种互相竞争的主要技术：基于WiFi/蓝牙接入点的UMA/GA技术，和3G femto小区，即，其覆盖范围适应于民用市场的3G小区接入节点。以上两者均使用通过数字用户环线(DSL)/宽带线路和公共互联网连接的接入点/小区。 [0010] UMA/GA(非授权移动接入/通用接入)技术的说明具体地可以在UMA/3GPP规范中找到。 [0012] Iu接口(即，为UTRAN定义的标准接口)的通用接入，也称为“Iu模式”通用接入，在3GPP TR 43.902(增强的通用接入网络控制器的研究(EGAN))中具体公开。 [0013] Iu接口(“Iu模式GAN”)的通用接入是UMTS移动服务的扩展，UMTS移动服务通过在用户设备(MS)和基于IP网络的核心网络之间建立非接入层(NAS)协议通道而实现。Iu模式GAN是对传统的GSM/GPRS/UMTS无线接入网络覆盖的补充。 [0014] 参照图1，对3GPP TR 43.902中公开的Iu模式GAN架构简要回顾。 [0015] GAN架构包括通用接入网络控制器GANC。为A/Gb模式GA定义的GANC的功能被扩展，从而被CN视为UTRAN无线网络控制器(RNC)。至于A/Gb模式GA，GANC包括终止对来自MS的通道进行安全远程接入的安全网关(SEGW)，该安全网关提供用于信令、声音和数据通信的相互验证、加密和数据完整性。 [0016] 通用IP接入网络提供MS和GANC之间的连通。IP传输连接从GANC延伸到MS。在GANC和MS之间定义了单个接口，Up接口。基于为A/Gb GA模式所定义的，给该接口添加了功能，以支持Iu模式GAN服务。 [0017] GANC通过为UTRAN定义的标准接口与CN互连，该标准接口具体包括如3GPP TS25.410中定义的用于CS服务的Iu-cs接口，和如3GPP TS25.410中定义的用于PS服务的Iu-ps接口。 [0018] 事务处理控制(例如，CC，SM)和用户服务由核心网络(例如，MSC/VLR及SGSN/GGSN)提供。 [0019] CS和PS域的控制和用户平面GAN架构在3GPP TR 43.902中规定。例如PS域控制平面GAN架构在图2中回顾，PS域用户平面GAN架构在图3中回顾。 [0020] GAN PS域控制平面架构的主要特点如下： [0021] ●基础接入层(underlying access layer)和传输IP层提供了MS和GANC之间的通用连通。 [0022] ●IPsec层提供了加密和数据完整性。 [0023] ●TCP提供了GA-RRC在MS和GANC之间的可靠传输。 [0024] ●GA-RC管理包括GAN注册过程的IP连接。 [0025] ●通用接入无线资源控制(GA-RRC)协议使用GA-RC管理的基础Up会话，执行等同于UTRAN RRC协议的功能。注意GA-RRC包括CS服务和PS服务相关的信令消息。 [0026] ●GANC终止了GA-RRC协议并且通过Iu-ps接口将其与RANAP协议互联。 [0027] ●NAS协议，例如GMM、SM和SMS，在MS和SGSN之间被透明地传送。 [0028] ●Iu-ps信令传输层选项(ATM和基于IP的)在25.412中定义。 [0029] GAN PS域用户平面架构的主要特点如下： [0030] ●基础接入层和传输IP层提供MS和GANC之间的通用连通性。 [0031] ●IPsec层提供了加密和数据完整性。 [0032] ●GA-RRC协议在MS和GANC之间操作，将上层负载(即，用户平面数据)通过Up接口传输。 [0033] ●PS用户数据在MS和CN之间被透明地传送。 [0034] ●GANC终止了GA-RRC协议并且使用GTP-U将其与Iu-ps接口互联。 [0035] UMA/GA和Femto小区技术均要求在空中和基于公共互联网的安全性。两种技术都在于连接到核心网络的无线接入网(并且可能还有其它的)中。 [0036] 命令GANC能被重新用于femto小区技术和UMA/GA技术的解决方案在Kineto白皮书中公开，其名称为“The Case for UMA-enabledFemtocells”，可以在http://www.kineto.com得到。 [0037] 在该解决方案中，GANC通过Iu-cs和Iu-ps接口连接到核心网络。而且，Femto小区设备通过修改的Up接口连接到GANC，该修改的Up接口是3GPP TR 43.902v1.1.0中描述的“Iu-GAN增强的GAN”解决方案的“空中接口”。Femto小区设备执行UMTS Uu接口、MAC、RLC、RRC和PDCP层的终止，以及仿真通过修改的Up进行接口的GAN客户。 [0038] 在安全方面，UMA/GA和UMTS femto小区技术均要求在空中和基于公共互联网的安全性。 [0039] ●在UMA(GAN)中，用户通过终端-网络过程被验证，并且安全性通过终端和GANC安全网关之间的IPsec通道实现，Wifi/蓝牙接入点作为简单的中继。 [0040] ●在3G femto小区中，空中接口是传统UMTS接口，并且加密功能在RNC功能(RLC层)中。在RNC功能位于Femto小区设备中的解决方案中，空中接口被加密，但是femto小区/网络路径必须也被加密。 [0041] 由于所述目的，必须对Femto小区设备进行验证，以确保连接到终端的安全。存在将Femto小区设备考虑为GAN用户的解决方案：Femto小区设备包括用于验证的SIM/USIM，并且Femto小区设备用作Ipsec终止以加密通过公共互联网传送的Up接口。 [0042] 最后，通过传统UMA(GAN)过程“发现”适当的GANC节点。这个机制使得核心网络中的移动性管理信令最小化，并且能执行在GANC节点之间的负载共享。 [0044] -第一，TR43.902中描述的修改的Up接口并不真正适用于Femto小区和GANC的接口；具体为： [0045] ○没有承载UMTS密钥的Up消息，所述Femto小区设备上需要所述UMTS密钥用于Uu加密； [0047] ○用于向UMTS中的RNC提供终端IMSI的RANAP命令ID消息在所述修改的Up接口中没有相应修改(correspondence)。 [0048] -第二，Femto小区功能被限制为NodeB和RNC功能。例如，不可能使用具有包括NodeB、RNC、SGSN和GGSN功能的Femto小区设备的所述解决方案，因为这通常将会成为完全IMS架构的情形，其中Femto小区设备可以通过Gi接口直接连接到IMS。换句话说，该解决方案不足够灵活来处理不同Femto小区架构。 发明内容[0049] 本发明的一个目的是解决部分或者所有这些问题的，或者避免部分或者所有这些缺陷。而且，本发明允许使用具有如3GPP TS 43.318中规定的传统GAN标准的GAN小区和Femto小区的命令GANC：如TR 43.902中描述的“Iu模式”增强的GAN虽然不要求，但也能应用。更一般地，本发明的目的是改进固定移动汇聚技术。 [0050] 在本发明的一个方面，通过一种将Femto小区设备与移动核心网络联接的方法，来实现所述和其它目的，所述方法包括步骤： [0051] -通过Femto核心网络网关实体，用至少一个标准移动网络接口连接所述Femto小区设备的至少一个移动网络实体到至少一个移动核心网络节点，所述至少一个标准移动网络接口(例如Iu-cs，Iu-ps、Gn、Gi)被封装在所述Femto小区设备和通用接入网络控制器的安全网关之间建立的安全通道中，并且被所述Femto核心网络网关实体中继到所述移动核心网络节点。 [0052] 根据本发明的方法可以包括步骤： [0053] -作为在所述Femto小区设备和所述通用接入网络控制器之间执行的验证过程的结果，建立所述Femto小区设备和所述通用接入网络控制器的所述安全网关之间的所述安全通道。 [0054] 根据本发明的方法可以包括步骤： [0055] -在所述Femto小区设备和所述通用接入网络控制器之间执行发现和注册。 [0056] 根据本发明的方法可以包括步骤： [0057] -由所述通用接入网络控制器向所述Femto小区设备提供所述至少一个Femto小区移动网络实体能连接到的至少一个Femto核心网络网关实体的地址。 [0058] 根据本发明的方法可以包括步骤： [0059] -在所述Femto小区设备向所述通用接入网络控制器注册时，提供所述至少一个地址。 [0060] 根据本发明的方法可以包括步骤： [0061] -在所述Femto核心网络网关实体中，将连接多个Femto小区移动网络实体的多个移动网络标准接口集中为至少一个移动核心网络节点类型。 [0062] 根据本发明的方法可以包括步骤： [0063] -当执行在所述Femto核心网络网关实体中的所述集中时，执行许可控制。 [0064] 根据本发明的方法可以包括步骤： [0065] -由所述Femto小区设备向所述通用接入网络控制器提供信息，该信息是关于连接所述至少一个Femto小区移动网络实体到至少一个移动核心网络节点类型的标准移动网络接口的类型的信息。 [0066] 根据本发明的方法可以包括步骤： [0067] 在所述Femto小区设备和所述通用接入网络控制器之间执行发现和/或注册时，提供所述信息。 [0068] 根据本发明的方法可以包括步骤： [0069] -当在所述Femto核心网络网关实体中，将连接多个Femto小区移动网络实体的多个移动网络标准接口集中为至少一个移动核心网络节点类型时，使用所述信息。 [0070] 在本发明的另一个方面，通过用于执行根据本发明的方法的不同网络实体，特别是例如通用接入网络控制器GANC、Femto小区设备、Femto小区移动网络设备实体、Femto核心网络网关实体，来实现所述和其它目的。 [0071] 因此本发明的另一个方面是一种Femto核心网络网关实体，包括： [0072] -通过所述Femto核心网络网关实体，用至少一个标准移动网络接口连接Femto小区设备的至少一个移动网络实体到至少一个移动核心网络节点的装置，所述至少一个标准移动网络接口被封装在所述Femto小区设备和通用接入网络控制器的安全网关之间建立的安全通道中，并且被所述Femto核心网络网关实体中继到所述移动核心网络节点。 [0073] 根据本发明的一种Femto核心网络网关实体可以包括： [0074] -将连接多个Femto小区移动网络实体的多个移动网络标准接口集中为至少一个移动核心网络节点类型的装置。 [0075] 根据本发明的一种Femto核心网络网关实体可以包括： [0076] -当执行所述集中时，执行许可控制的装置。 [0077] 根据本发明的一种Femto核心网络网关实体可以包括： [0078] -当执行所述集中时通过所述Femto核心网络网关实体使用信息的装置，所述信息是关于连接至少一个Femto小区移动网络实体到至少一个移动核心网络节点类型的标准移动网络接口的类型的信息。 [0079] 本发明的另一个方面是一种Femto小区设备的移动网络实体，包括： [0080] -通过Femto核心网络网关实体，用至少一个标准移动网络接口连接所述移动网络实体到至少一个移动核心网络节点的装置，所述至少一个标准移动网络接口被封装在所述Femto小区和通用接入网络控制器的安全网关之间建立的安全通道中，并且被所述Femto核心网络网关实体中继到所述移动核心网络节点。 [0081] 本发明的另一个方面是一种Femto小区设备，包括： [0082] -向通用接入网络控制器提供信息的装置，所述信息是关于连接所述Femto小区设备的至少一个移动网络实体到至少一个移动核心网络类型的标准移动网络接口的类型的信息。 [0083] 根据本发明的Femto小区设备可以包括： [0084] -在所述Femto小区设备和所述通用接入网络控制器之间执行发现和/或注册时，提供所述信息的装置。 [0085] 根据本发明的Femto核心网络网关实体可以包括： [0086] -在GA-RC-Register Request(GA-RC-注册请求)消息中提供所述信息的装置。 [0087] 本发明的另一个方面是一种通用接入网络控制器，包括： [0088] -向Femto小区设备传送Femto核心网络网关实体的传输地址(例如，IP地址)的装置，通过所述Femto核心网络网关实体，用至少一个标准移动网络接口，所述Femto小区设备的至少一个移动网络实体被连接到至少一个移动核心网络节点，所述至少一个标准移动网络接口被封装在所述Femto小区设备和通用接入网络控制器的安全网关之间建立的安全通道中，并且被所述Femto核心网络网关实体中继到所述移动核心网络节点。 [0089] 根据本发明的通用接入网络控制器可以包括： [0090] -在Femto小区GAN注册过程期间，发送所述传输地址给所述Femto小区设备的装置。 [0091] 根据本发明的一种通用接入网络控制器可以包括： [0093] 本发明的所述和其它目的将从以下结合附图的说明变得更清楚。 [0094] -图1旨在回顾“Iu模式”GAN架构， [0095] -图2旨在回顾图1中的GAN架构的协议架构的例子，该协议构架例如用于PS域控制平面， [0096] -图3旨在回顾图1中的GAN架构的协议架构的例子，该协议架构例如用于PS域用户平面， [0097] -图4旨在说明根据本发明的网络架构的例子， [0098] -图5旨在说明用于根据本发明的网络架构的例子的协议架构的例子，该协议构架例如在用Iu-ps接口连接Femto小区设备的RNC实体到SGSN节点时，用于PS域用户平面， [0099] -图6旨在说明用于根据本发明的网络架构的例子的协议架构的例子，该协议构架例如在用Iu-ps接口连接Femto小区设备的RNC实体到SGSN节点时用于PS域用户平面，[0100] -图7旨在说明根据本发明的GAN注册过程的例子。 具体实施方式[0101] 本发明的目的是利用UMA/GA和Femto小区技术之间的共性来建立足够灵活应用于不同Femto小区架构的通用架构。 [0102] 有可以被优化用于不同的服务的若干Femto小区架构；例如，Femto小区设备可以存在于增加了RNC功能将连接到标准UMTS核心网络的NodeB中，或者也可以包括用于将来包括基于IMS的语音的完全IMS服务的SGSN和GGSN功能。 [0103] 所提出的解决方案允许这样的灵活性，其对于不同Femto小区架构是通用的。 [0104] 主要有三种Femto小区架构： [0105] -基于NodeB(节点B)的Femto小区，其中通过公共互联网连接的家庭设备具有NodeB功能，并且RNC位于运营商网络中；基于NodeB的Femto小区的一个优点是它可以使用软切换；然而，频率/代码计划是复杂的。而且，一个制造商与另一个制造商的Iub接口不完全相同，这对于有很多Femto小区的民用市场是真正的问题。看来Femto小区对网络的接口必须完全通用是重要的前提。 [0106] -基于Iu的Femto小区，其中家庭设备包括NodeB和RNC功能；该架构的一个优点是它能被连接到MSC and SGSN作为RAN。 [0107] -基于Gn/Gi的Femto小区，其中家庭设备包括NodeB、RNC、SGSN和甚至GGSN功能。它们可以通过主要用于基于CS的语音的lu-cs进行联接，只要PS-CS VCC切换没有执行即可。 [0108] Gn/GiFemto小区的优点是它们绕过SGSN和GGSN，并且它们是可以用于IMS的(IMS-ready)。 [0109] 在本发明中，如上面说明的解决方案，Femto小区被认为是通过3GPPTS 43.318和TS 44.318中标准化的Up接口执行GAN发现/注册过程同时没有权利接入核心网络的GAN用户。Femto小区设备包括用于它的验证和安全性的SIM或者USIM。Femto小区验证的执行归功于标准GAN过程(EAP-SIM，EAP-AKA)。在验证阶段结束时，IPsec通道在GANC的安全网关和遵照TS 43.318的Femto小区之间设定。 [0110] 然而，本发明特别具有以下特点： [0111] a)Up接口仅仅由被视为单个用户的Femto小区使用。 [0112] b)GANC通过GANC注册提供给Femto小区CN节点的地址。 [0113] c)不要求GANC知道用户和UE，即，GANC不具有UE上下文，并且不执行任何单个UE的GAN功能 [0114] d)GANC不需要与CN联接： [0115] ●Femto小区是GAN用户，但不是CN用户：不需要CN接入。 [0116] ●与UMTS用户(Iu-cs，Iu-ps，Gn，Gi等)相关的接口被封装在IPsec通道中，并且被安全网关中继到核心网络节点，其中所述IPsec通道在Femto小区验证时建立。 [0117] e)另外，由于Femto小区的数目可能很大，并且取决于Femto小区设备(NodeB，RNC，SGSN)包括的功能，可能要求一个核心网络节点所见的RNC，或者SGSN的数目最小。由于所述目的，可能有“多路复用器/集中器”(Femto核心网络网关)功能和一些例如在IP传输和ATM传输之间的传输层适配。所述Femto核心网络网关功能具有两个主要目标： [0118] ●使由核心网络节点所见的节点数目最小。例如，如果Femto小区设备存在于NodeB和RNC中，并且如果有N个Femto小区设备节点，则MSC/SGSN节点将看到M RNC，其中M＜N。 [0119] ●执行许可控制。许可控制存在于接收/拒绝呼叫、会话等，以便于避免多路复用的接口，即Femto核心网络网关和核心网络节点之间的拥挤。 [0120] f)最后，为了能连接不同类型的Femto小区设备(例如，类型1＝NodeB+RNC功能；类型2＝NodeB+RNC+SGSN功能；类型3＝NodeB+RNC+SGSN+GGSN功能；等)，Femto小区设备可以在GAN发现和/或注册过程或在任何其它时间期间发送其类型给GANC。然后GANC可以将该信息中继到Femto核心网络网关功能，所述Femto核心网络网关功能将使其功能适应于相应的封装的接口(Iu，Gn，Gi等)。另外，所述“Femto小区移动网络实体类型”可以是一对子类型：一个类型用于CS域，一个类型用于PS域。这例如使得能具有组合的Iu-cs/Gn接口的Femto小区设备。 [0121] g)Femto核心网络网关实体的传输地址(例如，IP地址)能在Femto小区设备GAN注册过程期间由GANC传递。 [0122] h)这可以扩展到任何种类的Femto小区，例如CDMA2000Femto小区等。 [0123] 根据本发明的系统架构的例子在图4中说明。 [0124] 在图4说明的例子中，系统包括： [0125] -MS/UE， [0126] -GAN， [0127] -Femto小区设备， [0128] -移动核心网络。 [0129] 在图4说明的例子中，GAN包括： [0130] -WLAN IP网络， [0131] -GANC(包括SEGW，和执行注册和安全相关GAN过程的GANC应用部分)，[0132] -Femto核心网络网关(标记为MUX/CNT)。 [0133] 在图4说明的例子中，Femto小区设备包括不同的移动网络实体，所述移动网络实体包括： [0134] -Node B， [0135] -RNC， [0136] -SGSN(在说明的例子中可选)。 [0137] 在图4说明的例子中，Femto小区设备还包括：代理GAN(执行注册和安全相关GAN过程)。 [0138] 在图4说明的例子中，移动核心网络包括不同的移动核心网络节点类型，所述类型在说明的例子中包括： [0139] -MSC， [0140] -SGSN， [0141] -GGSN. [0142] 连接到说明的移动核心网络节点的外部网络在所述例子中包括：ISDN(连接到MSC)，IMS和PDN(连接到GGSN)。 [0143] 在说明的例子中，将Femto小区移动网络实体连接到移动核心网络的标准移动网络接口类型： [0144] -将RNC连接到移动核心网络的Iu接口包括将RNC连接到MSC的Iu-cs接口，和将RNC连接到SGSN的Iu-ps接口， [0145] -Gn接口，将SGSN连接到GGSN。 [0146] 在图4中，说明了Femto小区设备和GANC的安全网关SGW之间建立的安全通道。在说明的例子中，Femto小区移动网络实体RNC、SGSN用标准接口Iu(Iu-cs，Iu-ps)、Gn，通过Femto核心网络网关实体(标记为MUX/CNT)被连接到移动核心网络节点MSC、SGSN、GGSN，所述标准接口被封装在所述安全通道中，并且被通过Femto核心网络网关实体中继到移动核心网络节点。 [0147] 图5旨在说明用于根据本发明的网络架构的例子的协议架构的例子，例如，当用Iu-ps接口将Femto小区设备的RNC实体连接到SGSN时，该协议架构用于PS域用户平面，。 [0148] 图6旨在说明用于根据本发明的网络架构的例子的协议架构的例子，例如，当用Iu-ps接口将Femto小区设备的RNC实体连接到SGSN时该协议构架用于PS域用户平面。 [0149] 在图5和图6的例子中，标准移动网络接口(Iu)被封装在Femto小区设备和安全网关之间建立的安全通道中，并且被通过Femto核心网络网关实体中继到移动核心网络节点SGSN。被封装的接口是标记的Iu/IPsec。Iu/IPsec接口将Femto小区设备连接到Femto核心网络网关。 [0150] 图7是旨在说明根据本发明的GAN注册过程的例子。 [0151] 在图7的例子中，特别说明了Femto小区设备向GANC发送GA-RC-Register Request消息的步骤，所述消息包括Femto小区设备/移动网络实体类型。 [0152] 在图7说明的例子中，还说明了在Femto小区GAN注册过程期间，Femto核心网络网关实体的传输地址(例如，IP地址)在GA-RC-RegisterAccept消息中通过GANC传送到Femto小区设备的步骤。 [0153] 除了将Femto小区设备与移动核心网络接口的方法(例如，上面公开的方法)以外，本发明还具有用于实现其目的的、包括执行根据本发明的方法的装置的不同网络实体，特别是例如通用接入网络控制器GANC、Femto小区设备、Femto小区移动网络实体、Femto核心网络网关实体。 [0154] 上述装置的详细实现对于本领域技术人员不产生任何特殊问题，因此对于本领域技术人员，这样的装置已经通过其功能公开得足够充分而不需要更完全的描述。 |
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