本發(fā)明屬于涉及不同無線接入技術(shù)下的融合，數(shù)據(jù)會(huì)話保持和垂直切換控制問題，尤其涉及l(fā)te(3gpp長期演進(jìn)系統(tǒng))和wlan(無線局域網(wǎng))的融合和在這種融合系統(tǒng)下保持ue在兩種接入技術(shù)間的無縫切換的方法。

背景技術(shù)：

隨著移動(dòng)通信技術(shù)的高速發(fā)展和用戶業(yè)務(wù)需求的不斷提高，特別是對視頻流和音頻流的不斷增大，多種不同網(wǎng)絡(luò)的共存和融合成為下一代移動(dòng)通信發(fā)展的必然趨勢。具體表現(xiàn)在：1、目前異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的切換方法時(shí)延大，用戶從一種網(wǎng)絡(luò)到另一種網(wǎng)絡(luò)時(shí)，用戶會(huì)話容易中斷，無法保證用戶qos；2、目前用戶產(chǎn)生的流量主要是音頻流或是視頻流，而這些數(shù)據(jù)的特性就是需要高的網(wǎng)絡(luò)帶寬，而傳統(tǒng)的lte無法支持這種需求，而被廣泛部署的wlan網(wǎng)絡(luò)，具有網(wǎng)絡(luò)帶寬大，接入速率高，可以為移動(dòng)用戶提供更快的上網(wǎng)速度。

基于上面2點(diǎn)，將lte和wlan融合在一起，利用wlan接入速率高，帶寬大，接入速率高特性去彌補(bǔ)目前l(fā)te的不足，為用戶提供更好的服務(wù)。針對現(xiàn)有不同接入網(wǎng)絡(luò)的融合，最大的問題就是用戶在不同網(wǎng)絡(luò)間漫游時(shí)，產(chǎn)生較大的時(shí)延，造成用戶業(yè)務(wù)無法正常進(jìn)行。因此，本文將提供一種基于sdn的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)切換方法，降低切換時(shí)延，保證系統(tǒng)性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在解決以上現(xiàn)有技術(shù)的問題。提出了一種可以減少lte和wlan之間切換帶來的時(shí)延，保證系統(tǒng)性能的基于sdn的lte與wlan異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)切換系統(tǒng)及方法。本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種基于sdn的lte與wlan異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)切換系統(tǒng)，所述lte系統(tǒng)主要是由分組數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)pgw、服務(wù)網(wǎng)關(guān)sgw、lte基站enb和移動(dòng)性管理實(shí)體mme構(gòu)成，pgw通過lte中標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議接口與sgw連接，主要完成對ue的ip地址的分配和相關(guān)路由功能；sgw分別采用s5/s8接口與pgw連接，采用s11接口與mme連接；最后每個(gè)enb都會(huì)利用s1-mme和s1-u接口分別與mme和sgw分別直接相連接；移動(dòng)用戶設(shè)備ue會(huì)通過無線承載的方式與基站之間保持通信，wlan中，主要由無線接入網(wǎng)關(guān)wag和無線接入點(diǎn)ap組成，wag與ap直接相連，而wag通過與pgw之間建立的ip隧道進(jìn)行數(shù)據(jù)和信令的轉(zhuǎn)發(fā)，其特征在于，還包括基于sdn的控制器，所述控制器分別與支持openflow的pgw和sgw相連接，將lte中分組數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)pgw的數(shù)據(jù)流控制功能分離并轉(zhuǎn)至基于sdn的控制器,利用控制器的全網(wǎng)特性，做數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)發(fā)控制；在分組數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)pgw和無線接入網(wǎng)關(guān)wag之間建立ip隧道，實(shí)現(xiàn)lte和wlan之間的數(shù)據(jù)或信令的交互；當(dāng)lte到wlan切換被觸發(fā)，控制器根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀況信息，綜合信息做出切換決策，ue根據(jù)下發(fā)的切換指令實(shí)現(xiàn)切換，而相應(yīng)的ip隧道會(huì)被建立，保證數(shù)據(jù)的遷移時(shí)的完整性。

進(jìn)一步的，所述分組數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)pgw和無線接入網(wǎng)關(guān)wag之間的ip隧道建立后，將lte的wlan的物理網(wǎng)絡(luò)接口，進(jìn)行抽象形成虛擬網(wǎng)絡(luò)接口，而物理網(wǎng)絡(luò)接口則被隱藏，這樣可以為虛擬接口配置相同的ip地址，即從lte到wlan的地址保持不變，即pgw和wag為用戶分配的ip地址是相同的。

進(jìn)一步的，所述無線接入網(wǎng)關(guān)wag主要是作為wlan接入到lte的接口，并與控制器fc進(jìn)行用戶信令的交換；主要為ue提供上網(wǎng)服務(wù)，為ue分配ip地址和負(fù)責(zé)ue在wlan下的不同ap之間漫游的移動(dòng)性管理；當(dāng)lte與wlan之間發(fā)生切換的時(shí)候，wag會(huì)通知ap上報(bào)測量信息，通過wag轉(zhuǎn)發(fā)到控制器做切換決策和將來自pgw的用戶緩存數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的格式轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化成能在wlan上傳輸?shù)母袷健?/p>

進(jìn)一步的，所述ue關(guān)聯(lián)enb的過程為：ue首先通過2層連接，然后pgw通過二層信令獲取ue的身份信息，如果pgw接收用戶請求，并為其提供服務(wù)，則pgw將發(fā)送用戶綁定更新消息ub_update給控制器，控制器收到ub_update后，建立ue信息維護(hù)表項(xiàng)，并發(fā)送ub_ack給pgw，為ue分配ip，并發(fā)送路由通告消息ra，ue收到ra后，配置相關(guān)信息，實(shí)現(xiàn)接入上網(wǎng)。

一種基于所述系統(tǒng)的lte與wlan異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)切換方法，其包括以下步驟：

用戶ue從lte漫游到wlan的具體步驟為：

步驟a1、當(dāng)ue處在lte的覆蓋范圍內(nèi)，由與之連接的基站負(fù)責(zé)ue的上網(wǎng)和基站之間的漫游移動(dòng)性管理，具體為：enb將來自u(píng)e的關(guān)聯(lián)請求上傳到pgw，pgw收到關(guān)聯(lián)請求后會(huì)為ue分配ip地址，建立eps默認(rèn)承載，并發(fā)送用戶綁定更新消息ub_update到控制器，fc會(huì)對應(yīng)地回復(fù)ub_ack消息，來確認(rèn)控制器已經(jīng)成功接收ub_update；

步驟a2、當(dāng)移動(dòng)用戶ue漫游到lte網(wǎng)絡(luò)邊緣且檢測到wlan的某個(gè)或是多個(gè)ap的信號(hào)時(shí)候，ue會(huì)根據(jù)pgw發(fā)送的測量控制要求向pgw發(fā)送測量報(bào)告，包括移動(dòng)節(jié)點(diǎn)mn標(biāo)識(shí)id及信號(hào)質(zhì)量在內(nèi)的信息；

步驟a3、pwg將切換請求消息上傳至控制器，控制器將切換請求消息轉(zhuǎn)發(fā)給wag，wag接收到切換請求信息后，建立與ap之間的聯(lián)系，獲得wlan接入點(diǎn)的可用資源信息和負(fù)載信息作為接入控制測量信息，wag收到接入控制測量信息后，將信息上報(bào)給控制器處理；

步驟a4、控制器根據(jù)來自lte和wlan的測量報(bào)告信息，做出相應(yīng)的切換控制決定，發(fā)送切換請求響應(yīng)到pgw，如果控制器做出ue切換到wlan的決策，則執(zhí)行相關(guān)的切換操作，然后進(jìn)入步驟a5，否則切換過程不執(zhí)行；

步驟a5、控制器fc發(fā)送切換請求響應(yīng)給lte中的pgw后,基站enb根據(jù)該切換請求響應(yīng)消息，給ue發(fā)送切換指令，切換請求響應(yīng)消息包括允許切換和拒絕切換；

步驟a6、當(dāng)ue獲得允許切換時(shí)，ue與wlan中的某個(gè)合適ap進(jìn)行wlan協(xié)議中定義的標(biāo)準(zhǔn)的鑒權(quán)和相關(guān)操作，pgw緩存待發(fā)送給ue終端的數(shù)據(jù)，后通過pgw和wag之間的隧道實(shí)現(xiàn)傳輸，wag接收來自pgw的數(shù)據(jù)并緩存；

步驟a7、當(dāng)ue完成wlan的接入過程后，會(huì)發(fā)送接入完成消息到wag，wag回復(fù)確認(rèn)消息和為該ue分配ip地址，并向fc發(fā)送ub_update；

步驟a8、控制器通知wag對接受來自pgw的數(shù)據(jù)進(jìn)行解封裝，并傳給對應(yīng)的用戶ue，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無損傳輸，ue發(fā)送切換確認(rèn)請求道fc，fc收到切換完成請求，之后fc會(huì)通知enb釋放網(wǎng)絡(luò)資源，移除ue的相關(guān)信息。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及有益效果如下：

本發(fā)明提供一種基于sdn的lte和wlan的融合架構(gòu)，能夠緩解pgw的工作負(fù)荷，簡化pgw的設(shè)計(jì)，使其只負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的快速路由轉(zhuǎn)發(fā)，同時(shí)減輕了lte的epc在邊緣網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜度。為了解決切換帶來的用戶數(shù)據(jù)丟失等問題和保證無縫切換，本發(fā)明提出通過controller控制pgw和wag，并在pgw和wag之間建立ip隧道，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)流在ip網(wǎng)絡(luò)層的無縫遷移，即用戶ue在不同接入網(wǎng)絡(luò)下實(shí)現(xiàn)快速切換。保證了用戶漫游過程中數(shù)據(jù)的完整性和提高了用戶速率，保證了用戶體驗(yàn)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明提供優(yōu)選實(shí)施例lte和wlan融合網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的示意圖；

圖2ue接入lte過程的示意圖；

圖3ue接入wlan過程的示意圖；

圖4隧道建立過程的示意圖；

圖5lte到wlan切換流程的示意圖；

圖6wlan到lte切換流程的示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、詳細(xì)地描述。所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案是：

本發(fā)明引入了基于pmipv6技術(shù)，在wlan中引入了無線接入網(wǎng)關(guān)wag，將無線接入網(wǎng)關(guān)作為lte和wlan的互通接口，讓具有多個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口的用戶設(shè)備ue，能夠在lte和wlan兩種接入技術(shù)下實(shí)現(xiàn)無縫切換。

如圖1所示，lte系統(tǒng)主要是由分組數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)pgw，服務(wù)網(wǎng)關(guān)sgw，lte基站enb和移動(dòng)性管理實(shí)體mme構(gòu)成。pgw通過lte中標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議接口s5/s8與sgw連接，主要完成對ue的ip地址的分配和相關(guān)路由功能；sgw分別采用s5/s8接口與pgw連接和s11接口與mme連接；最后每個(gè)enb都會(huì)利用s1-mme和s1-u接口分別與mme和sgw分別直接相連接；移動(dòng)用戶設(shè)備ue會(huì)通過無線承載的方式與基站之間保持通信。除此之外，還包括controller，分別與支持openflow的pgw和sgw連接。

wlan中，主要由無線接入網(wǎng)關(guān)wag和無線接入點(diǎn)ap組成。wag與ap直接相連，而wag通過與pgw之間建立的ip隧道進(jìn)行數(shù)據(jù)和信令的轉(zhuǎn)發(fā)。

用戶設(shè)備ue一般具有多個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口，一般是具有l(wèi)te和wlan接入能力的手機(jī)或是電腦等終端智能設(shè)備。而用戶接入上網(wǎng)由分組數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)pgw提供。

無線接入網(wǎng)關(guān)wag主要是作為wlan接入到lte的接口，并與控制器fc進(jìn)行用戶信令的交換；主要為ue提供上網(wǎng)服務(wù)，為ue分配ip地址和負(fù)責(zé)ue在wlan下的不同ap之間漫游的移動(dòng)性管理；當(dāng)lte與wlan之間發(fā)生切換的時(shí)候，wag會(huì)通知ap上報(bào)測量信息，通過wag轉(zhuǎn)發(fā)到控制器做切換決策和將來自pgw的用戶緩存數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的格式轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化成能在wlan上傳輸?shù)母袷健６鴓gw與wag具有類似的功能。

在用戶會(huì)話從lte接口轉(zhuǎn)化到wlan接口或是從wlan到lte的時(shí)候會(huì)導(dǎo)致原ip會(huì)話中斷，為了保持會(huì)話的持續(xù)性必須對不同的網(wǎng)絡(luò)的ip地址進(jìn)行相關(guān)處理。這里我們采用的是，將lte的wlan的網(wǎng)絡(luò)物理接口，進(jìn)行抽象形成虛擬網(wǎng)絡(luò)接口，而物理網(wǎng)絡(luò)接口則被隱藏，這樣可以為虛擬接口配置相同的ip地址，即從lte到wlan的地址保持不變。即pgw和wag為用戶分配的ip地址是相同的。

用戶開始關(guān)聯(lián)在lte中的enb上，這里我們?yōu)榱藞D2，圖3和圖4的簡要明了，把架構(gòu)中不涉及的的一些部件沒有畫出，比如mme,sgw，ap等。ue關(guān)聯(lián)enb的過程如圖2所示，ue首先通過2層連接，然后pgw通過二層信令獲取ue的身份信息，如圖中標(biāo)號(hào)1，包括用戶識(shí)別碼ue_id等；如果pgw接收用戶請求，并為其提供服務(wù)，則pgw將發(fā)送用戶綁定更新消息ub_update給controller，如圖中標(biāo)號(hào)2；controller收到ub_update后，會(huì)為建立ue信息維護(hù)表項(xiàng)，并發(fā)送ub_ack，圖中標(biāo)號(hào)3；pgw收到ub_ack后，為ue分配ip，并發(fā)送路由通告消息ra，圖中標(biāo)號(hào)4。ue收到ra后，配置相關(guān)信息，實(shí)現(xiàn)接入上網(wǎng)。

ue關(guān)聯(lián)wag過程如圖3所示，當(dāng)ue發(fā)送關(guān)聯(lián)請求，探測到了wifi信號(hào)，圖中標(biāo)號(hào)1；pgw收到后，發(fā)送切換請求消息到controller，請求消息中包含lte網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息，圖中標(biāo)號(hào)2；controller收到請求后，獲取wlan網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，綜合決策，并向pgw發(fā)送hd_ack，ue完成與ap的接入過程，同時(shí)wag會(huì)向fc發(fā)送綁定更新信息，并在fc中新建用戶信息維護(hù)表項(xiàng)，回復(fù)ub_ack，圖中標(biāo)號(hào)4,5。

具體的隧道建立過程如圖4所示，當(dāng)ue完成與ap的關(guān)聯(lián)過程后，controller會(huì)發(fā)送movedatatowag指令，pgw收到后，會(huì)建立pgw到wag的隧道；同時(shí)controller發(fā)送receivedata，wag收到后，會(huì)建立wag到pgw的隧道，至此，pgw之間wag的雙向隧道被建立，在pgw預(yù)先保存的數(shù)據(jù)，可以通過隧道傳輸，解封裝后發(fā)送給用戶。

為了詳細(xì)說明本發(fā)明，從lte到wlan的切換過程如圖5所示，其切換流程的具體步驟如下：

步驟501：當(dāng)ue處在lte的覆蓋范圍內(nèi)，由與之連接的基站負(fù)責(zé)ue的上網(wǎng)和基站之間的漫游移動(dòng)性管理。具體為：enb將來自u(píng)e的關(guān)聯(lián)請求上傳到pgw，pgw收到關(guān)聯(lián)請求后會(huì)為ue分配ip地址，建立eps默認(rèn)承載，并發(fā)送用戶捆綁更新消息ub_update到controller，控制器會(huì)檢查本地緩存，若沒有ue相關(guān)信息，則會(huì)新建一個(gè)條目，同時(shí)fc會(huì)對應(yīng)地回復(fù)ub_ack消息，來確認(rèn)fc已經(jīng)成功接收ub_update。

步驟502：當(dāng)ue處在lte網(wǎng)絡(luò)邊緣且檢測到wlan的某個(gè)或是多個(gè)ap的信號(hào)時(shí)候，ue會(huì)根據(jù)pgw發(fā)送的測量控制要求向pgw發(fā)送測量報(bào)告，包括移動(dòng)節(jié)點(diǎn)mn標(biāo)識(shí)id，小區(qū)標(biāo)識(shí)，接收功率和信號(hào)質(zhì)量等。之后pwg將切換請求消息上傳至控制器，切換請求包括了lte的網(wǎng)絡(luò)狀況消息，controller收到切換請求消息后，會(huì)要求wag與ap建立聯(lián)系，獲取wlan網(wǎng)絡(luò)狀況信息。最后controller會(huì)中切換決策，并向pgw發(fā)送發(fā)送切換回應(yīng)消息。具體而言，控制器利用得到的網(wǎng)絡(luò)用戶數(shù)，可用資源和是否滿足業(yè)務(wù)qos等方面來判斷是否允許用戶ue接入到wlan網(wǎng)絡(luò)。切換回應(yīng)消息包括允許切換和拒絕切換。

步驟503：pgw收到來自fc的切換回應(yīng)消息后，會(huì)向ue下發(fā)切換指令。當(dāng)ue獲得允許切換時(shí)，ue會(huì)與wlan中的某個(gè)合適ap進(jìn)行wlan協(xié)議中定義的標(biāo)準(zhǔn)的鑒權(quán)和相關(guān)操作。pgw會(huì)緩存待發(fā)送給ue終端的數(shù)據(jù)，后通過pgw和wag之間的隧道實(shí)現(xiàn)傳輸，wag會(huì)接收來自pgw的數(shù)據(jù)并緩存

步驟504：當(dāng)ue完成wlan的接入過程后，會(huì)發(fā)送接入完成消息到wag，wag回復(fù)確認(rèn)消息和為該ue分配ip地址，并向fc發(fā)送ub_update更新消息。ub_update包括ue端口的變化等，表明ue的數(shù)據(jù)通信端口已經(jīng)發(fā)生變化，通過該消息，ue完成與pgw的綁定關(guān)系。但是lte接口轉(zhuǎn)化到wlan接口的時(shí)候會(huì)導(dǎo)致原ip會(huì)話中斷，為了保持會(huì)話的持續(xù)性必須對不同的網(wǎng)絡(luò)的ip地址進(jìn)行相關(guān)處理。這里我們采用的是，將lte的wlan的網(wǎng)絡(luò)物理接口，進(jìn)行抽象形成虛擬網(wǎng)絡(luò)接口，而物理網(wǎng)絡(luò)接口則被隱藏，這樣可以為虛擬接口配置相同的ip地址，即從lte到wlan的地址保持不變。

步驟505：controller通知pgw將緩存的用戶數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到wag，同時(shí)也會(huì)通知wag準(zhǔn)備接收來自pgw的數(shù)據(jù)。最后，會(huì)在pgw和wag之間建立ip隧道。wag通過該隧道接受來自pgw的數(shù)據(jù)并進(jìn)行分組數(shù)據(jù)的解封裝，轉(zhuǎn)化成能在wlan上傳輸?shù)母袷?，并傳給對應(yīng)的用戶ue，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無損傳輸。ue發(fā)送切換確認(rèn)請求到控制器，控制器收到切換完成請求，會(huì)通知enb釋放網(wǎng)絡(luò)資源，移除ue的相關(guān)信息。

從wlan到lte的切換流程如圖6所示，該切換過程基本上與lte切換到wlan的切換過程類似，具體步驟如下：

步驟601：ue會(huì)ap關(guān)聯(lián)，并發(fā)送用戶綁定更新消息ub_update到控制器來建立pgw與ue之間的綁定關(guān)系。

步驟602：ue檢測到lte中的信號(hào)，按照測量要求，向wag報(bào)告wlan網(wǎng)絡(luò)可用狀態(tài)并轉(zhuǎn)發(fā)到controller，同時(shí)控制器會(huì)通知pgw上報(bào)lte測量消息。最后依據(jù)得到的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息，控制器會(huì)做切換決策，并向wag下發(fā)切換規(guī)則。

步驟603：wag依據(jù)切換確認(rèn)消息，向ue下發(fā)切換指令，按照lte標(biāo)準(zhǔn)的隨機(jī)接入流程，建立與enb連接，同時(shí)wag會(huì)緩存用戶數(shù)據(jù)在wag本地緩存中。

步驟604：當(dāng)ue完成與lte的接入過程后，pgw會(huì)為ue分配ip地址，并向controller發(fā)送ub_update來確定ue與pgw間綁定關(guān)系。

步驟605：controller通知wag將緩存的用戶數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到pgw，同時(shí)也會(huì)通知pgw準(zhǔn)備接收來自wag的數(shù)據(jù)。最后，會(huì)在wag和pgw之間建立ip隧道。pgw通過該隧道接受來自wag的數(shù)據(jù)并進(jìn)行分組數(shù)據(jù)的解封裝，轉(zhuǎn)化成能在lte上傳輸?shù)母袷?，并傳給對應(yīng)的用戶ue，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無損傳輸。ue發(fā)送切換確認(rèn)請求道fc，fc收到切換完成請求，之后fc會(huì)通知ap釋放網(wǎng)絡(luò)資源，移除ue的相關(guān)信息。

以上這些實(shí)施例應(yīng)理解為僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。在閱讀了本發(fā)明的記載的內(nèi)容之后，技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等效變化和修飾同樣落入本發(fā)明權(quán)利要求所限定的范圍。