Epc、網絡融合系統及終端接入epc的方法
2024-01-30 21:34:15
專利名稱：Epc、網絡融合系統及終端接入epc的方法
技術領域：
本發明涉及寬帶無線移動通信技術領域，特別地，涉及一種演進分組核心網(Evolved Packet Core, EPC)、網絡融合系統及終端接入EPC的方法。
背景技術：
目前，中國電信現網已經部署了碼分多址(Code Division Multiple Access,CDMA)和無線區域網(Wireless Local Area network, WLAN)融合的網絡，而關於WLAN與長期演進(Long Term Evolution, LTE)網絡融合的方案目前仍在討論階段,並沒有統一的結論。在標準方面，第三代合作夥伴計劃(the 3rd Generation Partnership Project,3GPP)標準組織提出了幾種標準的LTE網絡和非3GPP網絡融合架構方案，下面簡要介紹3GPP TS23.402中標準的S2a方案。圖1是現有技術中S2a方案的網絡架構示意圖。如圖1所示，S2a方案是針對授信的非3GPP接入網接入EPC而提出的，S2a是WLAN 接入網(WLAN Access Network, WLAN AN)和分組數據網關(Packet Data NetworkGateway, PDN GW)之間的接口，可基於代理移動 IPv6 (Proxy Mobile IP version 6，PMIPv6)或者移動 IPv4 (Mobile IP version 4，MIPv4)實現，也可基於GPRS 隧道協議(GPRSTunnel Protocol, GTP)實現。一方面，在S2a方案中，WLAN的接入需要升級接入控制器/寬帶接入伺服器(Access Controller/Broadband Access Server, AC/BAS)以支持 PMIPv6 的移動接入網關(Mobile Access Gateway, MAG)或 MIPv4 的外地代理(Foreign Agent, FA)或 GTP 功能。另外，為了實現統一認證，AC/BAS還需要升級以支持擴展認證協議-認證密鑰協商(Extensible Authentication Protocol-Authentication Key Agreement,EAP-AKA)認證協議，如圖2所示，示出了 S2a方案中的EAP-AKA認證流程。另一方面，S2a方案是針對授信的WLAN網絡接入EPC的，即EPC認為接入的WLAN網絡是安全的，終端傳送數據直接由WLAN網絡經過S2a接口到達I3DN Gff,在WLAN接入網和EPC核心網之間沒有其他的中間網元對WLAN網絡傳送的數據進行完整性檢驗等，容易造成數據的丟失，對傳輸的數據缺少安全性保護。WLAN技術和LTE技術具有各自的優缺點，而WLAN網絡和LTE網絡的融合將可以充分利用這兩種技術的優勢彌補各自的缺點，因此受到業內人士的廣泛關注，而如何在現網改動最小的情況下實現WLAN網絡與LTE網絡的融合正是目前噬待解決的技術問題。
發明內容
本發明要解決的一個技術問題是提供一種EPC、網絡融合系統及終端接入EPC的方法，能夠在現網改動最小的情況下實現WLAN網絡與LTE網絡的融合。根據本發明的一方面，提出了 一種EPC，包括TON Gff和WLAN接入網關(WLANAccess Gateway，WAG)，其中，WAG通過S2a接口與PDN GW相連，用於採用PMIP或GTP方式接入PDN GW。根據本發明的另一方面，還提出了一種網絡融合系統，包括WLAN網絡、LTE網絡和EPC，其中，EPC位於LTE網絡中，WLAN網絡通過EPC訪問各種業務。 根據本發明的又一方面，還提出了一種終端接入EPC的方法，包括WAG接收終端發送的接入請求，並向終端反饋協商後的認證方式；WAG根據終端獲取的認證方式向AAA伺服器發起EAP-AKA認證；終端通過認證後，在WAG與TON Gff之間建立PMIP隧道或GTP隧道；在隧道建立成功後，終端與TON Gff直接進行數據傳輸。本發明提供的EPC、網絡融合系統及終端接入EPC的方法，無需改動現有WLAN網絡，只需升級核心網處的WAG支持PMIP/GTP協議，就可以避免對WLAN網絡中各胖接入點(Access Point, AP)的硬體進行改造或對大量AC/BAS的軟體進行升級，在實現網絡融合時顯著降低了網絡的複雜度。
此處所說明的附圖用來提供對本發明的進一步理解，構成本申請的一部分。在附圖中:圖1是現有技術中S2a方案的網絡架構示意圖。圖2是S2a方案中的EAP-AKA認證流程示意圖。圖3是本發明EPC的一個實施例的結構示意圖。圖4是本發明EPC的另一實施例的結構示意圖。圖5是本發明網絡融合系統的一個實施例的結構示意圖。圖6是本發明網絡融合系統的另一實施例的結構示意圖。圖7是終端與WAG建立SIP隧道的流程示意圖。圖8是本發明終端接入EPC的方法的一個實施例的流程示意圖。圖9是本發明終端接入EPC的方法的另一實施例的流程示意圖。
具體實施例方式下面參照附圖對本發明進行更全面的描述，其中說明本發明的示例性實施例。本發明的示例性實施例及其說明用於解釋本發明，但並不構成對本發明的不當限定。以下對至少一個示例性實施例的描述實際上僅僅是說明性的，決不作為對本發明及其應用或使用的任何限制。為了實現WLAN網絡與LTE網絡的融合，本發明提出了一種EPC、網絡融合系統及終端接入EPC的方法，基於標準的S2a方案在AC/BAS與TON Gff之間增加了 WAG匯聚設備，以利用最小的複雜度來實現網絡的融合。圖3是本發明EPC的一個實施例的結構示意圖。如圖3所示，該實施例的EPC 300可以包括PDN Gff 310和WAG320，其中，WAG通過S2a接口與PDN Gff相連，用於採用PMIP或GTP方式接入PDN GW。為了實現網絡的融合，標準的S2a方案需要改動現網中的胖AP或AC/BAS以支持PMIPv6的MAG或GTP功能，對於採用瘦AP+AC組網的WLAN網絡，需要升級改造AC/BAS才能支持PMIP/GTP協議。此外，對於現網中一部分仍使用胖AP的WLAN網絡，為了支持從胖AP到TON Gff的PMIP/GTP隧道，需要對胖AP進行硬體上的改動，使得胖AP能夠支持3層協議，從而顯著增大了網絡改造的複雜度，同時也增大了整個網絡的改造成本。該實施例無需對現有的WLAN網絡進行改造，只需軟體升級核心網側的WAG，使其能夠支持PMIP/GTP方式接入TON Gff,由此可見，該實施例相對於標準的S2a方案顯著降低了網絡的實現複雜度。另外，本發明不對TON Gff進行改進，其支持3GPP標準中的I3DNGW功能。例如，PDNGff可以支持3GPP接入網通過使用GTP或PMIP的S5接口連接到EPC，也支持非3GPP接入網接入到EPC ;可以作為3GPP接入網和非3GPP接入網之間移動的用戶面錨點；如果使用帶有MIPv4FA模式的S2a接口，其可作為MIPv4家鄉代理(Home Agent, HA);如果使用支持PMIPv6的S5或S2a接口，其可作為本地移動錨點(Local Mobile Anchor,LMA) ；PDN GW還可以封裝和解封裝PMIP/GTP隧道報文，轉發用戶上下行數據報文；為每一個TON連接分配上行通用路由封裝(Generic Routing Encapsulation, GRE)密鑰，用於封裝傳送給F1DN Gff的上行包；為運營商間計費提供帳單等。在一個實例中，WAG還可以通過會話起始協議(Session Initiation Protocol,SIP)協議與WLAN網絡中的終端交互。終端和WAG之間支持SIP協議，SIP用於發起用戶會話，可用來創建、修改或終結多個參與者的多媒體會話進程。SIP採用基於文本的消息方式，可以通過傳輸控制協議(Transmission Control Protocol, TCP)進行傳輸，也可以通過用戶數據報協議(UserDatagram Protocol, UDP)進行傳輸。在協議棧中SIP位於上層應用和傳輸層之間。另外，SIP還可以提供安全機制，包括保證消息的機密性、完整性和可用性，支持對會話參與者的認證和隱私信息的保護，並可以阻止常見的網絡攻擊。具體來說，SIP可採用多用途網際郵件擴充協議(Secure Multipurpose Internet Mail Extensions, S/MIME)封裝SIP消息體來保證一定程度的數據完整性和保密性；可通過在Via包頭域中指定具體的傳輸層協議，將傳輸層安全(Transport Layer Security, TLS)指定為諸如TCP等基於連接的協議來提供傳輸層的安全，保證信令消息的完整性；可採用基於公鑰密碼體制的數字籤名技術，實現信令消息的不可抵賴性。終端和WAG之間利用SIP建立隧道的方式可以避免用戶數據被中間WLAN網絡竊取，提高了 WLAN網絡的安全性。圖4是本發明EPC的另一實施例的結構示意圖。如圖4所示，與圖3中的實施例相比，該實施例的EPC 400還可以包括認證授權計費(Authentication Authorization Accounting, AAA)伺服器 410, WAG 還通過 EAP-AKA 認證方式與AAA伺服器交互以實現對終端的認證與協商，具體認證流程將在後續進行詳細說明。此外，WAG還可以在漫遊時產生對各隧道的計費信息；根據包中的非加密信息來執行過濾作用，轉發已存在的隧道中的數據或WLAN用戶發出的業務請求和隧道建立消息；屏蔽來自未知IP位址的消息；在隧道建立之前WAG還相當於一個防火牆，能夠阻止不希望通過的數據包；在隧道建立之後執行路由轉發、策略執行等。圖5是本發明網絡融合系統的一個實施例的結構示意圖。如圖5所示，該實施例的網絡融合系統500可以包括:WLAN網絡510、LTE網絡520以及EPC 530，其中，WLAN網絡中的終端可以通過EPC訪問各種業務，EPC位於LTE網絡中，可以通過圖3或圖4中的實施例實現。圖6是本發明網絡融合系統的另一實施例的結構示意圖。如圖6所示，與圖5中的實施例相比，該實施例的網絡融合系統600還可以包括:
終端610，用於通過SIP協議和WLAN網絡與WAG交互，建立SIP隧道並利用EAP-AKA方式實現認證。圖7是終端與WAG建立SIP隧道的流程示意圖。如圖7所示，可以包括以下流程:S702，用戶終端向WAG發送SUBSCRIBE消息；S704，WAG收到消息後，向用戶終端返回2000K消息；S706, WAG還向用戶終端發送NOTIFY消息；S708，用戶終端向WAG反饋2000K消息。標準的S2a方案並未考慮到數據傳輸的安全性保護，WLAN網絡中傳輸的數據容易被竊取或遭到攻擊，增大了數據傳輸的風險，導致傳輸無用數據的可能性增大，從而影響數據傳輸的效率。而該實施例在終端與WAG之間建立SIP隧道，WAG和TON GW之間建立PMIP/GTP隧道，WAG設備作為WLAN網絡和EPC網絡的中間網元，可對WLAN網絡傳輸的數據進行完整性檢驗，保證了 3GPP網絡中的數據不會被中間WLAN網絡竊取，避免了無用數據的傳輸，提高了數據傳輸的有效性。圖8是本發明終端接入EPC的方法的一個實施例的流程示意圖。如圖8所示，該實施例可以包括以下步驟:S802, WAG接收終端發送的接入請求，並向終端反饋協商後的認證方式；S804，WAG根據終端獲取的認證方式向AAA伺服器發起EAP-AKA認證；S806,終端通過認證後，在WAG與PDN Gff之間建立PMIP隧道或GTP隧道；S808，在隧道建立成功後，終端與TON Gff直接進行數據傳輸。該實施例通過在UE和WAG之間建立SIP隧道，在WAG和I3DNGW之間建立PMIP/GTP隧道，從而可以使得終端能夠通過WLAN網絡接入3GPP EPC0可選地，在WAG接收終端發送的接入請求之前，終端接入WLAN網絡，並通過域名伺服器(Domain Name Server, DNS)獲得WAG的IP位址，在獲得IP位址後，可以利用SIP協議與WAG進行交互。圖9是本發明終端接入EPC的方法的另一實施例的流程示意圖。WLAN網絡由WAG進行用戶數據流匯接後，統一錨定在EPC核心網的TON GW，並為用戶提供一致的認證方式、策略控制和計費方式。終端從WLAN網絡接入後，通過DNS查詢獲得WAG的IP位址並與WAG建立連接，然後WAG向AAA發起EAP-AKA認證，認證成功後，WAG根據AAA的授權指示為用戶建立到I3DNGff的PMIP/GTP會話綁定，在WAG和TON GW之間建立PMIP/GTP隧道。用戶數據流經過AC/BAS傳到WAG，再由WAG轉發用戶數據流到I3DN Gff,由TON Gff為用戶數據流提供到業務網絡的出口。具體流程如圖9所示:一、UE 接入 WLAN 網絡
S902, AP與AC/BAS建立關聯，AC給AP下發模板，包括射頻射頻模板(包括模式、信道、功率)和業務模板(包括服務集標識、本地/集中轉發、加密/認證方式等),AP進行模板配置。S904, UE發起Probe request請求消息,請求接入AP ；S906，AP收到終端的請求後，下發認證策略；S908, UE發起Authentication Request請求消息(包括用戶的國際移動用戶標識(International Mobile Subscriber Identification, IMSI)),請求進行認證；S910, AP接收到UE的信息，對UE進行認證，並將認證結果發給UE』同時把AP的MAC地址告知終端；S912,如果AP對UE的認證通過，則UE將發起Association Request請求,請求與AP進行關聯；S914，AP接收到來自UE的關聯請求後，與UE進行關聯，並將關聯結果以及AC/BAS為UE分配的本地IP位址通過Association Response回復給UE,至此，UE成功接入WLAN網絡，並獲得AC/BAS分配的本地IP位址，可以利用本地IP位址實現本地分流；二、UE 接入 WAGS916，UE通過DNS獲得WAG的IP位址，並向WAG發起Registerl消息(包括用戶的MS1、AP的MAC地址、部分鑑權認證信息、配置文件的SSID以及終端設定的周期性註冊時間)給WAG，請求接入WAG ；S918，WAG接收到來自UE的Registerl請求消息，檢查UE的合法性，若UE是合法的用戶，則同意UE接入WAG,並回復401Unauthorized消息(包括協商後的認證方式)給UE，至此，UE成功接入WAG ；三、WAG、PDN Gff對UE進行認證S920, UE發起Register2消息(包括用戶的MS1、AP的MAC地址、終端支持的鑑權算法、配置文件的SSID以及終端設定的周期性註冊時間)給WAG ；S922，WAG根據UE支持的認證方式，向AAA發起EAP-AKA認證請求(包括用戶的MSI，所在的接入網類型及接入網SSID)；S924a，AAA收到來自WAG的認證請求，檢查是否已存儲該用戶的認證向量，如果沒有，AAA會從HSS獲取一組新的認證向量；S924b, HSS 運行 AKA 算法生成 AKA vector、AKA-RAND, AUTN, XRES ；S924c, HSS 向 AAA 返回 AKA 認證矢量；S926，AAA伺服器根據接收到的CK和IK導出MSK (密鑰材料)；S928a，AAA伺服器向PDN GW發送EAP REQ/AKA-Challenge消息，消息中包括RAND、AUTN、消息認證碼(MAC)、用戶標識以及接入網標識；S928b, PDN Gff 向 WAG 轉發 EAP REQ/AKA-Challenge 消息；S930, WAG 向 UE 發送 EAP REQ/AKA-Challenge 消息；S932, UE執行AKA算法，驗證AUTN的正確性從而認證網絡，如果AUTN是錯誤的，UE將會拒絕認證，如果AUTN是正確的，那麼UE計算RES、IK和CK，UE按照與HSS相同的方法來計算CK和IK，UE根據計算得到的CK和IK導出新的密鑰材料MSK，並使用這些新導出的密鑰檢驗接收到的MAC ；
S934，UE使用新的密鑰材料計算EAP消息的MAC值，向WAG發送EAP RSP/AKA-Challenge消息，其中包括計算的RES和MAC ；S936a, WAG 向 PDN Gff 發送 EAP RSP/AKA-ChalIenge 消息；S936b, PDN Gff 向 AAA 伺服器轉發 EAP RSP/AKA-ChalIenge 消息；S938，AAA伺服器檢驗接收到的MAC並比較XRES和接收到的RES，若RES = XRES,認證成功；S940a若認證成功，則AAA伺服器向PDN GW發送EAP-Success消息，否則發送認證失敗消息；S940b，若認證成功，則PGN Gff向WAG轉發EAP-Success消息，否則發送認證失敗消息，至此，UE完成認證過程；四、隧道建立(I)若WAG和PDN Gff支持PMIP協議，則執行步驟S942a和S942b建立WAG和PDNGW之間的PMIP隧道:S942a,若WAG和TON Gff都支持PMIP協議，則WAG將根據AAA的授權發送代理綁定更新(Proxy Binding Update, PBU)消息(包括MN-NAI，生命周期，APN，接入技術類型，切換指示，下行流的GRE密鑰，UE地址信息，計費特性等)給TON Gff請求建立WAG到TONGW之間的PMIP隧道；S942b,PDN GW處理代理綁定更新並為UE創建綁定緩存實體，同時為UE分配IP位址，並通過代理綁定確認(Proxy Binding Acknowledge, PBA)消息(包含MN ΝΑΙ, UE地址信息，上行流的GRE密鑰，計費ID以及分配的IP位址)發送給WAG，並建立TON Gff到WAG之間的隧道，至此，WAG與TON Gff之間建立PMIP隧道；(2)若WAG和PDN Gff支持GTP協議，則執行步驟S944a和S944b建立WAG和PDNGW之間的GTP隧道:S944a，若WAG和TON Gff都支持GTP協議，則WAG將根據AAA的授權發送GTP請求消息(包括MN-NAI，生命周期，自身隧道埠號，對方隧道埠號，APN，接入技術類型，切換指示，下行流的GRE密鑰，UE地址信息，計費特性等)給TON Gff請求建立WAG到TON Gff之間的GTP隧道；S944b，PDN Gff處理GTP請求消息，為UE分配IP位址，並通過GTP應答消息(包含麗MI』 UE地址信息，上行流的GRE密鑰，計費ID以及分配的IP位址)發送給WAG ；S946，WAG接收到來自TON Gff的綁定更新確認消息或GTP應答消息，表示WAG與PDN Gff之間的PMIP/GTP隧道已成功建立，WAG向UE發送2000K消息，通知UE其已成功接入EPC，完成UE的註冊過程。至此，UE與WAG之間已建立SIP隧道，WAG與PDN Gff之間已建立PMIP/GTP隧道。UE和TON GW之間可以直接進行數據傳輸。上行方向，UE發送的數據包通過SIP隧道傳送給WAG，WAG將包經過PMIP/GTP隧道傳送給I3DN Gff ;下行方向，傳送給UE的包到達I3DN Gff,PDN Gff通過PMIP/GTP隧道將包傳送給WAG，WAG再經過SIP隧道將包傳送給UE。其中，在上述UE接入WAG流程中，由於終端和WAG間支持SIP信令傳輸，註冊時，終端向WAG發送的Registerl消息中攜帶用戶標識以及部分鑑權信息，WAG可通過401Unauthorized消息攜帶協商後的認證方式傳送給終端，這樣終端向WAG發送的Register2消息中攜帶的認證方式是終端、WAG均支持的方式，不再需要進行認證方式的協商，這樣可減少EAP-AKA認證過程中協商認證方式以及獲取終端標識所需的信令流程(即，圖2中的步驟2-3以及步驟6a-9b)，從而簡化了整個接入流程。本發明上述實施例中的終端可以為授信網絡終端或非授信網絡終端。雖然已經通過示例對本發明的一些特定實施例進行了詳細說明，但是本領域的技術人員應該理解，以上示例僅是為了進行說明，而不是為了限制本發明的範圍。本領域的技術人員應該理解，可在不脫離本發明的範圍和精神的情況下，對以上實施例進行修改。本發明的範圍由所附權利要求來限定。
權利要求
1.一種EPC，包括TON Gff,其特徵在於，還包括: WAG，通過S2a接口與所述TON GW相連，用於採用PMIP或GTP方式接入所述I3DN GW。
2.根據權利要求1所述的EPC，其特徵在於，所述WAG通過SIP協議與WLAN網絡中的終端交互。
3.根據權利要求1所述的EPC，其特徵在於，所述EPC還包括AAA伺服器，所述WAG還通過EAP-AKA認證方式與所述AAA伺服器交互以實現對終端的認證與協商。
4.一種網絡融合系統，所述系統包括WLAN網絡和LTE網絡，其特徵在於，所述系統還包括權利要求1至3中任一項所述的EPC，其中，所述EPC位於所述LTE網絡中，所述WLAN網絡通過所述EPC訪問各種業務。
5.根據權利要求4所述的網絡融合系統，其特徵在於，所述系統還包括: 終端，用於通過SIP協議和所述WLAN網絡與所述WAG交互，建立SIP隧道並利用EAP-AKA方式實現認證。
6.根據權利要求5所述的網絡融合系統，其特徵在於，所述終端為授信網絡終端或非授信網絡終端。
7.一種終端接入EPC的方法，其特徵在於，包括: WAG接收終端發送的接入請求，並向所述終端反饋協商後的認證方式； 所述WAG根據所述終端獲取的認證方式向AAA伺服器發起EAP-AKA認證； 所述終端通過認證後，在所述WAG與TON Gff之間建立PMIP隧道或GTP隧道； 在隧道建立成功後，所述終端與所述TON Gff直接進行數據傳輸。
8.根據權利要求7所述的方法，其特徵在於，所述方法還包括: 在所述WAG接收終端發送的接入請求之前，所述終端接入WLAN網絡，並通過DNS獲得所述WAG的IP位址。
9.根據權利要求7所述的方法，其特徵在於，所述終端利用SIP協議與所述WAG交互。
10.根據權利要求7所述的方法，其特徵在於，所述終端為授信網絡終端或非授信網絡終端。
全文摘要
本發明公開了一種EPC、網絡融合系統及終端接入EPC的方法，其中，該EPC包括PDN GW和WAG，其中，WAG通過S2a接口與PDN GW相連，用於採用PMIP或GTP方式接入PDN GW。本發明無需改動現有WLAN網絡，只需升級核心網處的WAG支持PMIP/GTP協議，就可以避免對WLAN網絡中各胖接入點的硬體進行改造或對大量AC/BAS的軟體進行升級，在實現網絡融合時顯著降低了網絡的複雜度。
文檔編號H04W76/02GK103096500SQ20111033949
公開日2013年5月8日 申請日期2011年11月1日 優先權日2011年11月1日
發明者梁鵬, 孫震強, 朱彩勤, 張蘋 申請人:中國電信股份有限公司