家用基站連接的網絡的泛在接入的製作方法

2023-05-04 09:48:06 2

家用基站連接的網絡的泛在接入的製作方法
【專利摘要】一種利用位於家用基站接入網絡上的家用基站接入點，使行動裝置與本地IP網絡主機與外部IP網絡主機進行通信的系統及方法。本地網關連接至家用基站接入網絡用於接收在家用基站接入網絡上傳輸的數據包，並根據與數據包相關的目標地址，用於將數據包路由至本地IP網絡與外部IP網絡中的至少一個。家用基站接入網絡包括LTE網絡、連接至EPC的EVD0網絡或者連接至EPC的WiMax802.16e/m網絡。
【專利說明】家用基站連接的網絡的泛在接入
[0001] 本申請是申請號為200980115909. 9、申請日為2009年4月29日、發明名稱為"家 用基站連接的網絡的泛在接入"的發明專利申請的分案申請。

【技術領域】
[0002] 本發明涉及家用基站網絡，尤其涉及一種允許用戶設備，不論用戶設備在家用基 站內工作時，還是該用戶設備在家用基站外工作時，都訪問連接至家用基站的戶內電子設 備的系統及方法。

【背景技術】
[0003] 無線載波利用蜂窩塔產生大型的蜂窩用於在大片物理區域如大型都市或農村地 區進行無線通信。大型蜂窩或宏蜂窩可能覆蓋直徑為1至5千米的範圍。蜂窩塔向遍及宏 蜂窩的用戶設備或移動手機發送或從其處接收無線信號。
[0004] 許多種不同的建築物位於宏蜂窩內，這些建築物能阻礙、反射或幹擾無線信號。例 如，除其它的建築物外，用戶典型地試圖在如家中和商業建築這類建築物內使用行動裝置。 這些建築物可能由高損耗材料建成，如混凝土或金屬材料，此類材料會阻礙無線信號穿透 這些建築物。由於無線信號強度較弱，所以這些建築物內的接收通常較差且不穩定。而接 收差則意味著移動用戶所享受的服務質量較差。家用基站或微蜂窩則位於這些高損耗的建 築物內，通過現有寬帶回程基礎設施為宏網絡路由信號傳輸。期望的是允許位於家用基站 內進行相互通信的多個如蜂窩和網絡設備的這類設備的系統及方法，當該用戶設備不僅在 家用基站內進行操作時，而且當該用戶設備在家用基站外進行操作時。此外，期望的是允許 用戶設備與家用設備，如數據存儲設備、列印設備或其它設備進行通信的系統及方法。


【發明內容】

[0005] 本發明有力地提供一種方法及系統，不論用戶設備位於家用基站內還是用戶設備 位於家用基站外，該方法及系統都允許通過家用基站連接的多個設備，如用戶設備及網絡 終端設備進行相互通信。本發明還允許用戶設備與家用設備，如數據存儲設備、列印設備或 其它設備進行相互通信。
[0006] 提供一種系統，用於使行動裝置與使用家用基站接入點的本地IP網絡主機和外 部IP網絡主機在家用基站接入網絡上進行通信。該系統包括連接到家用基站接入網絡的 本地網關，並且接收在家用基站接入網絡上傳輸的數據包。根據與該數據包相關的目標地 址，該數據包被路由至本地IP網絡或外部IP網絡。
[0007] 還提供一種系統，用於允許連接至宏蜂窩網絡的行動裝置通過宏蜂窩接入網絡與 使用家用基站蜂窩接入網絡的本地IP網絡進行通信。本地網關接收由宏蜂窩接入網絡傳 送的數據包，並將這些數據包路由至連接到本地IP網絡的終端設備。
[0008] 提供一種方法，用於使用家用基站來促進行動裝置與至少一個終端設備進行通 信。該方法包括為本地網關分配本地IP位址，並在本地網關處接收行動裝置傳送的數據 包。該數據包經解析來確定其本地目標地址，並路由到至少一個終端設備。該數據包無需 傳送至核心網關就能保留在本地網絡中。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009] 通過參考以下詳細描述並結合附圖，可對本發明更全面的理解、本發明的有關優 點及其特點將會更容易理解。其中：
[0010] 圖1說明根據本發明的原理構建的戶內本地疏導（local breakout)網絡架構的 框圖。
[0011] 圖2說明根據本發明的原理構建的對以家庭為基礎的網絡架構進行遠程訪問的 框圖。
[0012] 圖3說明根據本發明的原理進行家用基站蜂窩本地疏導（local breakout)的流 程圖。

【具體實施方式】
[0013] 本發明提供家用基站或家用型演進Node-B設備，該可安裝於建築物內以改進蜂 窩服務質量以及改善與連接到家用網絡的設備之間的通信。例如，除其它的建築物外，該家 用基站可安裝於住所或商業建築等建築物內。該家用基站可能在大約+15dBm的家用功率 範圍內工作，且可能提供大約50米的工作範圍。
[0014] 該家用基站利用無線蜂窩技術與用戶設備（"UE")，如蜂窩電話、個人數字助理或 其它UE進行通信。該家用基站可利用現有寬帶回程基礎設施通過公共交換電話網絡對如 網際網路和/或宏網絡的這類網絡進行訪問。該家用基站可與數字用戶線路（"DSL"）設備 或線纜數據機以及區域網（"LAN"）進行連接。
[0015] 除其它的蜂窩網絡外，本發明可利用現有蜂窩技術，如CDMA20001xRTT、演進優化 數據（"EV-D0"）及長期演進（"LTE"）網絡來工作。
[0016] UE102可包括多種不同的電子設備，包括但不限於行動電話、個人數字助理 ("PDA"）及類似設備。這些設備使用了各種通信技術，如先進的行動電話系統（"AMPS")、 分時多址（"TDMA"）、碼分多址（"CDMA"）、全球移動通信系統（"GSM"）、通用分組無線業 務（"GPRS"）、lX演進優化數據（簡稱為"EV-D0"或"lxEV-D0"）及通用移動通信系統 ("UMTS")。UE102還包括為與家用基站及增強型節點（enhanced nodes) ( "eNB"）進行無 線通信所需的控制面板功能提供適當支持的硬體和軟體。除其它的硬體外，這類硬體可以 包括接收器、發射器、中央處理器、非易失性存儲器、易失性存儲器以及輸入/輸出設備。
[0017] 本發明旨在在宏蜂窩環境下部署數個家用基站。雖然許多家用基站是整個通信網 絡的組成部分，但是各家用基站與現有宏蜂窩及任何相鄰的家用基站又相互獨立且有所區 另IJ。在移動過程中，該系統將用戶設備通信會話由家用基站傳遞至宏蜂窩，或反之亦然。或 者，該系統可將用戶設備通信會話由一家用基站蜂窩傳遞至另一家用基站。
[0018] 根據一個實施例，宏蜂窩及家用基站採用了切換程序，當由如蜂窩網絡或家用基 站網絡的這類有源網絡發出的信號強度值下降到低於預定閾值參數時，該切換程序啟動。 UE102可能探測到由"有源"接入網發出的信號強度較弱，且可能向有源接入網報告信號較 弱來啟動轉換到信號強度較強的"空閒"接入網的切換，如家用基站網絡或蜂窩網絡。
[0019] 或者，切換程序可以啟動卸載由蜂窩網絡到家用基站網絡的終端設備的通信量。 該家用基站是用於每個相應的建築物的個人的和專用的基站，如家用或商業建築。該家用 基站與支持宏蜂窩的蜂窩網絡一起獨立地支持網絡通信。
[0020] 家用基站110可直接或間接與集線器/交換機106、DSL/線纜數據機107和 /或路由器108連接。這些設備可以包括相互獨立的硬體設備或硬體設備的組合體。集線 器/交換機106及路由器108被提供來同UE102共享系統資源，如終端設備104。除其它的 終端設備外，終端設備104可能包括個人電腦、可攜式電腦、印表機及媒體播放器等。
[0021] 本發明提供家用基站110,該家用基站110包含具有家用接入點名稱（"APN"）的 本地TON網關（"PGW") 112以及將戶內數據請求發送至與區域網113相連的終端設備104 的服務網關（"SGW")114。單個接入點名稱可分配給多個用戶，並解析至目標本地PGW112。 此外，多個接入點名稱也可分配給多個用戶。
[0022] 長期演進（"LTE"）及演進高速率分組數據（"eHRPD"）為典型的4G技術，該技 術通過提供簡化的、全數據包架構對通用移動通信系統（"UMTS"）行動電話標準進行了改 進。UMTS技術支持移動網際網路協議（"IP"）服務，如音樂下載、視頻共享、IP寬帶接入語 音服務，以及為便攜電腦、個人數字助理（"PDA"）及其它終端設備104提供的其它的IP服 務。LTE通過提升效率、降低成本、提高峰值數據速率、減少延遲、改進服務、改善與其它開放 式標準的整合性，提高了目前UMTS的容量。本發明進一步支持家用基站接入網，包括LTE 網絡、EVD0或與演進分組核心（"EPC"）相連接的演進高速率分組數據（eHRPD)網絡以及 與 EPC 連接的 WiMax802. 16e/m。
[0023] 應該說明的是，雖然本發明參照LTE網絡進行描述，但本發明的原理經一名本技 術領域的技術員調整後包括其它網絡，如WiMAX(802. 16)網絡、其它CDMA2000網絡以及任 何其它本【技術領域】中已知的網絡或後續開發的網絡。
[0024] 現在參照附圖，在圖中同樣的引用指示符代表同樣的組件。圖1說明通常標示為 "100"的系統的典型框圖，該系統包括採用蜂窩技術的用戶設備102和工作於家用基站範 圍內的區域網的終端設備104。本發明使UE102可訪問位於家用基站範圍內的終端設備 104。可給UE102分配本地IP位址。家用基站110包括具有家用接入點名稱（"APN"）的 本地分組數據網絡（"TON"）網關（"PGW") 112,以及將蜂窩間數據請求路由至戶內區域網 113的本地服務網關（"SGW")114。"基於家庭的"PDN或本地PGW112允許UE102連接到局 域網113上的終端設備104。
[0025] 本地PGW112通過家用基站110提供UE102與連接至家用區域網113的終端設備 104的直接連接。例如，UE102可直接連接至終端設備104,包括印表機、媒體播放器、顯示 設備或其它終端設備。本地PGW112及本地SGW114使UE102不必再向運營商的宏網絡132 發送數據。因此，網際網路流量可由服務供應商的無線網絡卸載至回程IP基礎設施中。可對 家用基站110、本地PGW112及本地SGW114可配置成UE102能通過一個或多個本地PGW112 同步訪問一個或多個分組數據網絡（"TON"）。
[0026] 為支持此性能，除支持家用或本地SGW114及本地PGW112外，家用基站110還支持 除其它UE外的S5及S11接口。家用基站網關（"GW"）120,除聚集（aggregating) S1-MME 接口外，還可改進以支持S11及S5聚集（aggregation)。
[0027] 家用基站110可能包括中央處理器（"CPU")、發射器、接收器、輸入/輸出設備及 存儲設備，如非易失性存儲器和易失性存儲器，以執行上述功能。家用基站110可通過無線 接口與UE102進行通信。
[0028] 家用基站110通過IPsec遂道116連接至家用基站GW120。IPsec遂道116可提 供安全的公共網絡連接，防止搭線竊聽、通信量操縱或其它安全威脅。家用基站GW120為外 部網絡的接口，且可連接至多個家用基站110。例如，家用基站GW120可連接並管理成百上 千個家用基站110。此外，家用基站GW120可配置為授權本地疏導（local breakout)的認 證系統。
[0029] 根據一個實施例，可配備移動管理實體（"MME"）134作為控制面板實體以在LTE 網絡內管理UE102並對UE102進行認證。MME134可連接至家用基站110。MME134僅為信 令實體，從而不在MME134處對UE102發出的IP數據包進行處理。除其它的功能外，MME134 可實現多種功能，包括非接入層（"NAS"）信令、NAS信令安全、為處於空閒及激活模式下的 移動終端跟蹤區域列表管理、分組數據網絡網關（"TON-GW"）選擇及服務網關（"S-GW"） 選擇、漫遊、認證以及承載管理功能。
[0030] 家用基站GW120與分組數據網絡網關（"TONGW"）或（"PGW"）130進行通信。除 其它的界面外，採用S5參考點進行通信。PGW130可通過一個或多個PGW130使UE102同時對 一個或多個PDN進行訪問。PGW130為UE102提供錨點（anchor point)，並在整個通信會話 中，不論UE102是否移動至不同的網絡節點，PGW130始終保持與UE102之間的通信。PGW130 配置成不接收使用UE102與戶內終端設備104之間的家用基站110傳輸的數據。根據運 營商的要求，外部網際網路流量可能通過戶內或本地PGW112或PGW130路由至終端設備104。 除實現其它的功能外，PGW130可實現多種功能，包括以單個用戶為基礎進行數據包過濾、截 聽、移動終端IP位址分配、上行鏈路（"UL"）及下行鏈路（"DL"）服務層計費（charging)、 選通及速率控制以及下行鏈路中的傳輸層分組標記。此外，PGW130可管理4G網絡與非4G 網絡之間的移動性。
[0031] 服務網關（"SGW"）136可連接至演進UMTS陸地區域網（e-RTRAN)及移動管理實 體134,以對PGW130和e-RTRAN環境間的分組轉發上行鏈路及下行鏈路進行管理。除其它 的功能外，SGW136還可實現多種功能，包括作為用於eNB間切換的本地移動錨點、用於4G 間移動的移動性錨定（anchoring)、截聽、分組路由及轉發、上行鏈路及下行鏈路中的傳輸 層分組標記、每移動終端的上行鏈路與下行鏈路、PDN及服務質量類別識別器（"QCI"）、 計算運營商間計費（Charging)的用戶及QCI間隔尺寸（granularity)。IP多媒體子系統 ("MS"）核心140可連接至PGW130以處理請求或會話、實時會話協商與管理。歸屬用戶 伺服器（"HSS"）可連接至MME 134以保持用戶的物理位置。HSS可被提供具有訂閱與位 置信息的主資料庫。
[0032] 圖2所示為使位於遠程位置的UE102能夠與戶內的終端104設備進行通信的系統 的示意框圖。本發明使用戶連接宏網絡時可對家用網絡113進行訪問。額外的TON連通性 使用戶可將家用TON指定為目標TON。位於宏網絡的SGW136為用戶的戶內TON建立S5通 道，使UE102可訪問位於本地網絡的終端設備104。圖2中的組件同圖1中的組件相同，但 圖2包括一條由SGW136至家用基站GW120的通信路徑，為了便於向本地PGW112的路由請 求。UE102在宏網絡中與e-UTRAN135進行通信，在該網絡中UE102被認證且數據包轉發至 SGW136。SGW136對UE102的數據包進行分析，且決定是否將收到的數據通過家用基站GW120 發送至本地或基於家用的PGW112。UE102可通過如動態主機配置協議（"DHCP"）或另一 地址管理協議，在遠程網絡及本地或基於家用的網絡113上各獲取一個IP位址。家用基站 GW120可將數據包直接發送（direct)至本地或以基於家用的PGW112。本地PGW112可將數 據包發送至用於分配給目標戶內終端設備104的戶內區域網113。
[0033] 圖3所示為在家用基站110上進行本地疏導（local breakout)的典型流程圖。在 步驟S302中，將家用基站配置成包括家用接入點名稱。在步驟S304中，在宏網絡處接收數 據包。在步驟S306中，在移動管理實體中對數據包進行評估，並將數據包轉發至家用基站 GW。在步驟S308中，將數據包轉發至相應的本地PGW。在步驟S310中，將數據包路由至戶 內疏導（breakout)設備。在步驟S312中，與戶內設備進行通信。
[0034] 應該說明的是，雖然本發明參照LTE網絡進行描述，但本發明的原理經一名本技 術領域的技術員調整後適用於任何網絡，包括其它網絡，如lxRTT網絡、EVD0網絡、UMTS網 絡、WiMAX(802. 16)網絡、其它CDMA2000網絡以及任何本【技術領域】中其它已知的網絡或後 續開發的網絡。
[0035] 本發明可由硬體、軟體或軟硬體的組合體來實現。任何計算系統、或其它執行這裡 描述的方法而改裝的設備都適於實現此處所描述的功能。
[0036] 硬體與軟體的典型組合體可以是專用計算機系統，該系統具有一個或多個處理部 件及存儲在存儲介質上的電腦程式，當程序被加載和執行時，該存儲介質可對計算機系 統進行控制，從而執行這裡描述的方法。本發明也可嵌入電腦程式產品中，該產品包括所 有實現這裡所描述方法的特徵，且當該電腦程式產品在計算系統加載時可以執行這些方 法。存儲介質涉及任何非易失性存儲設備和易失性存儲器設備。
[0037] 本申請中的電腦程式或應用是指任何一種語言、代碼或符號的一組指令的任何 表達形式，旨在促使具有信息處理能力的系統直接或在進行以下任何一種或兩種處理後完 成特定功能的：A)轉換成另一種語言、代碼或符號；B)以不同材料形式再現。
[0038] 此外，除非上文有相反的說明，應注意所有附圖並非按比例繪製。重要的是，本發 明可以在不偏離本發明的實質或必不可少的特徵屬性的情況下，以其它特定形式予以體 現，因此，在指明本發明的範圍時，應參照以下權利要求，而非上述說明。
[0039] 該【技術領域】的專業人員都應重視，本發明並不限於上述具體說明和描述的內容。 此外，除非上文有相反的說明，應注意所有附圖並非按比例繪製。不偏離下述權利要求所限 定的本發明範圍及實質的情況下，可以根據上述描述做出多種修改或變化。
【權利要求】
1. 一種家用基站接入點，被配置為使行動裝置與本地IP網絡和外部IP網絡進行通信， 包括： 通信電路系統，用於執行與一個或多個行動裝置、本地IP網絡和外部IP網絡的通信； 處理硬體，連接到所述通信電路系統，其中所述處理硬體被配置為： 接收由第一行動裝置傳送的數據包； 確定與數據包相關聯的目標地址，其中確定所述目標地址包括確定所述目標地址是本 地地址還是外部地址；和 基於所述目標地址是本地地址還是外部地址，將數據包路由至本地IP網絡和外部IP 網絡中的一個。
2. 如權利要求1所述的家用基站接入點，其中確定目標地址包括確定所述目標地址是 本地地址，並且其中路由數據包包括將所述數據包路由到本地IP網絡而不是外部IP網絡。
3. 如權利要求2所述的家用基站接入點，其中所述目標地址是連接到本地IP網絡的終 端設備的目標地址。
4. 如權利要求3所述的家用基站接入點，其中所述終端設備包括媒體播放器、印表機、 計算機和數據存儲器中的至少一個。
5. 如權利要求2所述的家用基站接入點，其中路由數據包包括將所述數據包路由到本 地IP網絡的路由器。
6. 如權利要求1所述的家用基站接入點，其中確定目標地址包括確定所述目標地址是 外部地址，並且其中路由數據包包括將所述數據包路由到外部IP網絡。
7. 如權利要求6所述的家用基站接入點，其中路由數據包包括將所述數據包路由到在 外部IP網絡處設置的核心網關。
8. 如權利要求1所述的家用基站接入點，其中家用基站接入點提供LTE網絡。
9. 一種用於使行動裝置與本地IP網絡和外部IP網絡進行通信的方法，包括： 在家用基站接入點處： 接收由第一行動裝置傳送的數據包； 確定與數據包相關聯的目標地址，其中確定所述目標地址包括確定所述目標地址是本 地地址還是外部地址；和 基於所述目標地址是本地地址還是外部地址，將數據包路由至本地IP網絡和外部IP 網絡中的一個。
10. 如權利要求9所述的方法，其中確定所述目標地址包括確定所述目標地址是本地 地址，並且其中路由數據包包括將所述數據包路由到本地IP網絡而不是外部IP網絡。
11. 如權利要求10所述的方法，其中所述目標地址是連接到本地IP網絡的終端設備的 目標地址。
12. 如權利要求11所述的方法，其中所述終端設備包括媒體播放器、印表機、計算機和 數據存儲器中的至少一個。
13. 如權利要求10所述的方法，其中路由數據包包括將所述數據包路由到本地IP網絡 的路由器。
14. 如權利要求9所述的方法，其中確定所述目標地址包括確定所述目標地址是外部 地址，並且其中路由數據包包括將所述數據包路由到外部IP網絡。
15. 如權利要求14所述的方法，其中路由數據包包括將所述數據包路由到在外部IP網 絡處設置的核心網關。
16. 如權利要求9所述的方法，其中家用基站接入點提供LTE網絡。
17. -種用於使行動裝置與本地IP網絡和外部IP網絡進行通信的系統，包括： 用於接收由第一行動裝置傳送的數據包的裝置； 用於確定與數據包相關聯的目標地址的裝置，其中確定所述目標地址包括確定所述目 標地址是本地地址還是外部地址；和 用於基於所述目標地址是本地地址還是外部地址，將數據包路由至本地IP網絡和外 部IP網絡中的一個的裝置。
【文檔編號】H04W8/26GK104219658SQ201410462544
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2009年4月29日 優先權日:2008年4月29日
【發明者】艾裡克·W·帕森斯, 菲利普·萊寧格, 薩索·斯圖加諾夫斯基, 巴納巴·巴諾斯基 申請人:蘋果公司