OpenFlow使能的WiFi管理實(shí)體架構(gòu)的制作方法
【專利說明】OpenF1w使能的WiFi管理實(shí)體架構(gòu)
[0001]相關(guān)申請案交叉申請
[0002]本發(fā)明要求2013年I月21日遞交的發(fā)明名稱為“OpenFlow使能的WiFi管理實(shí)體架構(gòu)(OpenFlow Enabled WiFi Management Entity Architecture) ” 的第 13/746，120號美國專利申請案的在先申請優(yōu)先權(quán)，該在先申請的內(nèi)容以引入的方式并入本文本中，如全文再現(xiàn)一般。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明涉及無線通信領(lǐng)域和無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計和優(yōu)化，且在具體實(shí)施例中，涉及多種用于實(shí)現(xiàn)OpenFlow使能的WiFi管理實(shí)體架構(gòu)的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0004]移動網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商正面臨著日益增長的對移動設(shè)備，例如智能手機(jī)，和其它移動設(shè)備上的數(shù)據(jù)使用的需求。這種趨勢隨著下一代蜂窩系統(tǒng)的部署正在增長，例如第四代(4G)和長期演進(jìn)(LTE)系統(tǒng)。由此產(chǎn)生的對數(shù)據(jù)的需求導(dǎo)致運(yùn)營商的回程網(wǎng)或核心網(wǎng)中的瓶頸。WiFi數(shù)據(jù)卸載被用作一種緩解升級回程網(wǎng)或核心網(wǎng)(以節(jié)省成本)的方案，其中要求更高的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)(例如，從互聯(lián)網(wǎng)中下載的視頻和數(shù)據(jù))通過WiFi網(wǎng)絡(luò)(例如，熱點(diǎn))而無需經(jīng)過運(yùn)營商的回程網(wǎng)或核心網(wǎng)被卸載。然而，這阻礙了運(yùn)營商對這類業(yè)務(wù)施加網(wǎng)絡(luò)策略與計費(fèi)(或計費(fèi))規(guī)則和其它控制功能和限制。需要在蜂窩接入網(wǎng)/核心網(wǎng)和WiFi網(wǎng)絡(luò)之間通過自治(自動)方式卸載業(yè)務(wù)，例如，以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)之間的負(fù)載均衡。這可以通過靜態(tài)地映射業(yè)務(wù)(或業(yè)務(wù)類型)以在網(wǎng)絡(luò)之間卸載來實(shí)現(xiàn)。然而，靜態(tài)配置方法在某些場景下會有所限制或效率低下，例如在實(shí)現(xiàn)智能和平滑數(shù)據(jù)卸載和無縫設(shè)備移動性(無縫切換)的場景下。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]在一項(xiàng)實(shí)施例中，一種網(wǎng)絡(luò)部件包括WiFi管理實(shí)體(WiME)，用于充當(dāng)WiFi網(wǎng)絡(luò)處的用戶設(shè)備的錨點(diǎn)以及使用OpenFlow協(xié)議與無線網(wǎng)絡(luò)處的管理實(shí)體通信以對所述WiFi網(wǎng)絡(luò)中的業(yè)務(wù)執(zhí)行多個控制和移動性功能，其中所述控制和移動性功能包括將所述用戶設(shè)備的業(yè)務(wù)從所述無線網(wǎng)絡(luò)卸載至所述WiFi網(wǎng)絡(luò)。
[0006]在另一項(xiàng)實(shí)施例中，一種網(wǎng)絡(luò)部件包括管理實(shí)體，用于充當(dāng)無線網(wǎng)絡(luò)處的用戶設(shè)備的錨點(diǎn)以及使用OpenFlow協(xié)議與WiFi網(wǎng)絡(luò)處的WiME通信以對所述WiFi網(wǎng)絡(luò)中的業(yè)務(wù)執(zhí)行多個控制和移動性功能，其中所述控制和移動性功能包括將所述用戶設(shè)備的業(yè)務(wù)從所述無線網(wǎng)絡(luò)卸載至所述WiFi網(wǎng)絡(luò)。
[0007]在另一項(xiàng)實(shí)施例中，一種在WiME處實(shí)施的用于管理一個或多個無線網(wǎng)絡(luò)中的業(yè)務(wù)的方法包括通過OpenFlow協(xié)議接收來自用戶設(shè)備的更新信息以與WiFi網(wǎng)絡(luò)開啟通信會話，其中所述用戶設(shè)備在與無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，通過所述OpenFlow協(xié)議與所述無線網(wǎng)絡(luò)中的管理實(shí)體交換同步信息以從所述無線網(wǎng)絡(luò)中卸載所述用戶設(shè)備的通信，以及通過所述OpenFlow協(xié)議向所述WiFi網(wǎng)絡(luò)中的附著點(diǎn)(AP)發(fā)送配置信息以配置所述AP來處理所述用戶設(shè)備的所述通信會話。
【附圖說明】
[0008]為了更完整地理解本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在參考下文結(jié)合附圖進(jìn)行的描述，其中:
[0009]圖1示出了用于卸載蜂窩網(wǎng)絡(luò)和WiFi網(wǎng)絡(luò)之間的業(yè)務(wù)的實(shí)施例系統(tǒng)。
[0010]圖2示出了用于卸載蜂窩網(wǎng)絡(luò)和WiFi網(wǎng)絡(luò)之間的業(yè)務(wù)的另一實(shí)施例系統(tǒng)。
[0011]圖3示出了用于卸載蜂窩網(wǎng)絡(luò)和WiFi網(wǎng)絡(luò)之間的業(yè)務(wù)的另一實(shí)施例系統(tǒng)。
[0012]圖4示出了用于卸載蜂窩網(wǎng)絡(luò)和WiFi網(wǎng)絡(luò)之間的業(yè)務(wù)的另一實(shí)施例系統(tǒng)。
[0013]圖5示出了用于卸載蜂窩網(wǎng)絡(luò)和WiFi網(wǎng)絡(luò)之間的業(yè)務(wù)的另一實(shí)施例系統(tǒng)。
[0014]圖6示出了用于卸載公共WiFi網(wǎng)絡(luò)之間的業(yè)務(wù)的實(shí)施例系統(tǒng)。
[0015]圖7示出了用于卸載企業(yè)WiFi網(wǎng)絡(luò)之間的業(yè)務(wù)的實(shí)施例系統(tǒng)。
[0016]圖8示出了用于卸載企業(yè)WiFi網(wǎng)絡(luò)之間的業(yè)務(wù)的另一實(shí)施例系統(tǒng)。
[0017]圖9示出了用于卸載無線網(wǎng)絡(luò)和WiFi網(wǎng)絡(luò)之間的業(yè)務(wù)的實(shí)施例方法。
[0018]圖10是實(shí)施例通信設(shè)備的方框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下文將詳細(xì)論述當(dāng)前優(yōu)選實(shí)施例的制作和使用。然而，應(yīng)了解，本發(fā)明提供可在各種具體上下文中體現(xiàn)的許多適用的發(fā)明性概念。所論述的具體實(shí)施例僅僅說明用以實(shí)施和使用本發(fā)明的具體方式，而不限制本發(fā)明的范圍。
[0020]在一些WiFi卸載架構(gòu)模型中，業(yè)務(wù)通過WiFi網(wǎng)絡(luò)在不牽涉運(yùn)營商的核心網(wǎng)和蜂窩接入網(wǎng)的情況下從移動運(yùn)營商的核心網(wǎng)和蜂窩接入網(wǎng)中卸載。卸載的業(yè)務(wù)通過WiFi網(wǎng)絡(luò)在不經(jīng)過運(yùn)營商的核心網(wǎng)和蜂窩接入網(wǎng)的情況下被傳送到互聯(lián)網(wǎng)或從互聯(lián)網(wǎng)傳送而來。這種模型的缺點(diǎn)在于不考慮某些業(yè)務(wù)是否預(yù)期在核心網(wǎng)中路由/交換就卸載這些業(yè)務(wù)。在另一種模型中，業(yè)務(wù)使用互聯(lián)-無線局域網(wǎng)(1-WLAN)通過WiFi網(wǎng)絡(luò)從蜂窩接入網(wǎng)絡(luò)被卸載，其中建立的策略與計費(fèi)規(guī)則可以應(yīng)用到業(yè)務(wù)上。業(yè)務(wù)隨后通過運(yùn)營商的核心網(wǎng)發(fā)送給互聯(lián)網(wǎng)。在這種情況下，WiFi卸載的業(yè)務(wù)仍然經(jīng)過運(yùn)營商的核心網(wǎng)，這樣可能不會減少核心網(wǎng)上的業(yè)務(wù)負(fù)載。在第三種模型中，(例如，WiFi網(wǎng)絡(luò)處的)網(wǎng)關(guān)選擇性地將一些業(yè)務(wù)直接卸載至互聯(lián)網(wǎng)并且通過核心網(wǎng)發(fā)送其它WiFi業(yè)務(wù)以執(zhí)行運(yùn)營商的策略和其它規(guī)則。
[0021]本文公開了多種系統(tǒng)和方法以改進(jìn)通過WiFi網(wǎng)絡(luò)從移動運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)卸載業(yè)務(wù)。這些系統(tǒng)和方法還包括卸載WiFi網(wǎng)絡(luò)之間的業(yè)務(wù)的多種方案。業(yè)務(wù)包括傳送到互聯(lián)網(wǎng)或其它網(wǎng)絡(luò)或從互聯(lián)網(wǎng)或其它網(wǎng)絡(luò)傳送而來的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。這些系統(tǒng)和方法使用基于WiFi的卸載架構(gòu)，這些架構(gòu)沒有上述模型的限制或缺點(diǎn)。這些架構(gòu)允許運(yùn)營商在卸載的業(yè)務(wù)不經(jīng)過運(yùn)營商核心網(wǎng)的情況下對業(yè)務(wù)執(zhí)行已建立的策略、計費(fèi)和其它已建立的規(guī)則。還可以執(zhí)行其它控制功能以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)之間的智能和平滑數(shù)據(jù)卸載以及對設(shè)備移動性進(jìn)行平滑處理(平滑切換)。這些架構(gòu)使用OpenFlow協(xié)議以實(shí)現(xiàn)智能和自治系統(tǒng)配置和WiFi業(yè)務(wù)卸載。
[0022]這些架構(gòu)包括WiFi和其它無線網(wǎng)絡(luò)之間的錨點(diǎn)，本文中稱為WiFi管理實(shí)體(WiME)。WiME用于對WiFi卸載的業(yè)務(wù)執(zhí)行控制和移動性功能。WiME包括OpenFlow控制器，該OpenFlow控制器與蜂窩接入網(wǎng)處的移動性管理實(shí)體(MME)(或第二 WiFi網(wǎng)絡(luò)中的另一 WiME)通信以執(zhí)行等同于蜂窩接入網(wǎng)中的MME的移動性和控制功能。這些功能包括由運(yùn)營商建立的并且在卸載的業(yè)務(wù)不經(jīng)過運(yùn)營商核心網(wǎng)的情況下執(zhí)行的卸載功能和策略/計費(fèi)規(guī)則功能。在卸載WiFi網(wǎng)絡(luò)之間的業(yè)務(wù)的場景中，不同WiFi網(wǎng)絡(luò)中的兩個對端WiME處的兩個對端OpenFlow控制器可以通信以執(zhí)行合適的功能。
[0023]圖1示出了用于卸載蜂窩網(wǎng)絡(luò)和WiFi網(wǎng)絡(luò)之間的業(yè)務(wù)的實(shí)施例系統(tǒng)100。系統(tǒng)100包括蜂窩接入網(wǎng)114(例如，3G/4G或LTE)和WiFi網(wǎng)絡(luò)112，兩者都耦合至核心網(wǎng)110。核心網(wǎng)110和蜂窩接入網(wǎng)114可由同一移動運(yùn)營商運(yùn)行。核心網(wǎng)110包括歸屬用戶服務(wù)器(HSS) 106和認(rèn)證、授權(quán)和計費(fèi)(AAA)服務(wù)器104，兩者都耦合至可以位于網(wǎng)絡(luò)部件或節(jié)點(diǎn)處的策略與計費(fèi)規(guī)則功能(PCRF) 102。AAA服務(wù)器104為用戶提供接入控制策略，包括在WiFi網(wǎng)絡(luò)112中認(rèn)證和授權(quán)用戶并且對用戶業(yè)務(wù)進(jìn)行計費(fèi)。HSS106是用戶信息的中央數(shù)據(jù)庫并且可以提供與蜂窩接入網(wǎng)114中的AAA服務(wù)器104類似的功能。PCRF102與HSS106和AAA服務(wù)器104通信以對用戶業(yè)務(wù)執(zhí)行通信策略與計費(fèi)規(guī)則。
[0024]蜂窩接入網(wǎng)114包括服務(wù)節(jié)點(diǎn)108、MME130、分組數(shù)據(jù)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)(PGW) 132、服務(wù)網(wǎng)關(guān)134，以及多個無線接入節(jié)點(diǎn)(RAN) 136，例如多個演進(jìn)型通用陸地?zé)o線接入網(wǎng)(E-UTRAN)基站(eNB)。服務(wù)節(jié)點(diǎn)108耦合至HSS106并且通過PGW132和SGW134將用戶業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)到核心網(wǎng)110和/或在RAN136之間轉(zhuǎn)發(fā)。PGffl32和SGffl34在RAN136和服務(wù)節(jié)點(diǎn)108之間轉(zhuǎn)發(fā)業(yè)務(wù)。RAN136允許用戶設(shè)備(UE)或通信臺(STA) 140 (例如，智能手機(jī)或其它移動設(shè)備)無線接入到蜂窩接入網(wǎng)114。通常，術(shù)語UE與蜂窩網(wǎng)絡(luò)相關(guān)聯(lián)，而術(shù)語STA與WiFi網(wǎng)絡(luò)相關(guān)聯(lián)。然而，這兩個術(shù)語在本文中可以互換地使用，以指代任何使用蜂窩和WiFi技術(shù)/接口連接到蜂窩網(wǎng)絡(luò)和WiFi網(wǎng)絡(luò)的移動設(shè)備。
[0025]MME130耦合至服務(wù)節(jié)點(diǎn)108，是蜂窩接入網(wǎng)114和核心網(wǎng)110之間的錨點(diǎn)。MME130處理移動性和控制功能，例如資源分配、安全綁定和移動性控制。MME是核心網(wǎng)架構(gòu)中系統(tǒng)架構(gòu)演進(jìn)(SAE)的一個部件。MME130負(fù)責(zé)包括重傳的跟蹤和尋呼過程中的空閑模式下的UE跟蹤。MME130還參與了承載激活/去激活過程并且負(fù)責(zé)在初始附著時間和切換時間內(nèi)為UE140選擇SGW134。MME130還負(fù)責(zé)(通過與HSS106交互)認(rèn)證用戶。MME130終止非接入層(NAS)信令并且還負(fù)責(zé)生成臨時標(biāo)識并分配給UE140。MME130是網(wǎng)絡(luò)中的終止點(diǎn)，對NAS信令進(jìn)行加密/完整性保護(hù)，并且處理安全密鑰管理。信令的合法監(jiān)聽也由MME130提供。MME130檢查UE140的授權(quán)并執(zhí)行UE漫游限制。MME130還可提供LTE和2G/3G接入網(wǎng)之間的移動性的控制平面功能。
[0026]WiFi網(wǎng)絡(luò)112包括WiME120、網(wǎng)關(guān)122和多個接入點(diǎn)(AP) 124。網(wǎng)關(guān)122耦合至WiME120并將用戶業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)至互聯(lián)網(wǎng)(未示出)和/或其它網(wǎng)絡(luò)，這些網(wǎng)絡(luò)包括核心網(wǎng)110。AP124允許UE或STA140無線接入到互聯(lián)網(wǎng)和/或其它網(wǎng)絡(luò)。AP124使用IEEE 802.11協(xié)議與STA或UE140通信。移動中的UE或STA140通過切換流程在不同的AP124和/或RAN136之間切換。UE或STA140還可卸載AP124和RAN136之間的一些業(yè)務(wù)。例如，UE或STA140可以將至少一些數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)從RAN136卸載至AP124。因此，卸載的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)可以通過WiFi網(wǎng)絡(luò)112在不經(jīng)過蜂窩接入網(wǎng)114和核心網(wǎng)110的情況下被路由至互聯(lián)網(wǎng)。
[0027]WiME120被配置充當(dāng)WiFi網(wǎng)絡(luò)112和核心網(wǎng)110之間的錨點(diǎn)，并且在WiFi網(wǎng)絡(luò)112中處理與MME130等同或類似的功能。WiME120處理移動性和控制功能，包括信令、負(fù)載均衡、漫游、認(rèn)證、配置和下文描述的其它功能。WiME120還對卸載至WiFi網(wǎng)絡(luò)112上的用戶業(yè)務(wù)實(shí)行策略與計費(fèi)規(guī)則執(zhí)行。WiME120包