一種實現負載均衡的系統及方法

2023-05-25 08:17:01

專利名稱：一種實現負載均衡的系統及方法
技術領域：
本發明涉及移動通信技術領域，特別是指一種實現負栽均衡系統及方法。
背景技術：
通用移動通信系統(UMTS)是第三代合作夥伴計劃(3GPP)組織制定的 一種第三代移動通信系統的技術標準。目前，3GPP組織在研究UMTS網絡向 後演進的下一代網絡，本文中將該網絡稱為"演進網絡"，並制定演進網絡的技 術標準。演進網絡具有很多新的特點，例如只提供分組型業務，語音、視頻 電話等實時業務以分組的方式來提供；實現全網際網路協議(IP)網絡，網絡中 各節點設備通過IP網絡互連，每個用戶設備完成網絡附著後，網絡為其分配 IP位址；更好的網絡拓樸結構以提高網絡的可靠性，設備之間可建立多對多關 系，多個設備共同承擔網絡負載實現負載均衡。
圖l描述了演進網絡的結構。參見圖l所示，演進網絡由三部分組成，包 括演進無線接入網(Evolved Radio Access Network, E-RAN)、演進分組核心網 (Evolved Packet Core, EPC)和用戶設備(User Equipment, UE)。 E-RAN是 指由若干演進基站(eNodeB)組成的演進無線接入網。演進分組核心網中有四 個邏輯功能實體，即移動性管理實體(Mobility Management Entity, MME)、 用戶面實體(User Plane Entity, UPE )、 3GPP錨點(3GPP Anchor)和SAE錨 點(SAE Anchor )。 MME實現移動性管理和SI接口的控制面功能，UPE實現 用戶數據的加密、頭壓縮、數據幀處理功能，3GPPAnchor作為2G/3G與演進 網絡之間移動時的用戶面錨點，SAEAnchor作為3GPP系統與非3GPP系統之 間移動時的用戶面錨點。四個邏輯功能實體MME、 UPE、 3GPPAnchor和SAE Anchor如何部署在不同的物理設備，3GPP組織目前沒有確定。圖1描述的是
MME和UPE部署在不同設備，而3GPP Anchor和SAE Anchor部署在同 一設 備的情況，E-RAN與MME/UPE之間為Sl接口 ，其中E-RAN與MME的接 口為控制面接口 Sl-c， E-RAN與UPE之間的接口為用戶面接口 Sl-u。
演進網絡的實際建設中，將部署一個以上的MME和UPE設備，並由這些 MME和UPE共同承4旦網絡的負載。在演進網絡中，如何實現若干MME和 UPE設備共同承擔網絡負栽，是需要研究的課題。
3GPP制定的TS23.236技術標準中，提供了 一種針對UMTS網絡中CN節 點負栽均衡的方法，核心網(CN)包括移動交換中心(MSC)和服務GPRS 支持節點(SGSN)，下面以SGSN為例說明該方法。
RNC與SGSN通過IP網絡互連，形成多對多關係。若干個SGSN組成一 個SGSN池，每個SGSN分配有1個或若干個網絡資源標識(Network Resource Identity, NRI)，所有與這些SGSN互連的接入網絡控制器(RNC)所覆蓋的 範圍稱為池區域(Pool Area )。 UE第一次在池區域內執行網絡附著時，由RNC 在SGSN池內選擇一個SGSN為UE提供服務，UE附著到該SGSN，該SGSN 即為該UE的服務SGSN。 UE成功附著後，服務SGSN為UE分配臨時標識 P-TMSI，並在P-TMSI中指出服務SGSN的NRI,服務SGSN還為UE提供一 個用於控制周期路由區更新的周期時間(Period Time )。在池區域內，UE每次 執行網絡、路由區更新或發起業務呼叫時，在發送給RNC的消息中指出服務 SGSN的NRI， RNC根據NRI選擇UE的服務SGSN，因此UE在池區域內， 由同 一個SGSN為UE提供服務。
當SGSN過載或執行維護操作時，例如SGSN設備重啟，由SGSN決定轉移部 分UE或全部UE到SGSN池內的其他SGSN中。轉移的方法如下
在UE執行網絡附著或路由區更新時，服務SGSN判斷是否需要轉移UE，若 需要轉移，服務SGSN為UE分配一個P-TMSI,該P-TMSI中攜帶一個特殊的Null NRI。同時，服務SGSN為UE提供一個時間很短的周期時間(Period Time)， 大約4秒。服務SGSN接受UE的附著請求，並在發給UE的消息中指出攜帶有Null
NRI的P-TMSI和時間很短的周期時間。
UE根據新的周期時間啟動周期路由更新定時器，在定時器超時時，UE使用 新的P-TMSI發起路由區更新。RNC根據自身配置的SGSN的NullNRI,發現UE 提供的NRI是特殊的Null NRI, RNC重新為UE選擇服務SGSN並將路由區更新 請求消息路由到新的SGSN中。UE執行正常的路由區更新過程，並附著到新的 SGSN中。至此，UE從一個SGSN轉移到另一個SGSN，並將一直由新的SGSN 為UE提供服務，該SGSN為新的服務SGSN。新的服務SGSN為UE重新分配 P-TMSI並指定正常的周期時間，P-TMSI中指出SGSN的正常NRI。
上述針對UMTS網絡中CN節點負栽均衡的方法的缺點在於
1) 轉移UE的時間比較長，從SGSN決定轉移UE到UE轉移到新的SGSN,至 少需要一個周期時間，例如4秒；
2) 轉移過程消息交互頻繁，UE與SGSN需要建立/釋放兩次信令連接，導致 網絡開銷過大，如果短時間內轉移的UE比較多，會導致設備負栽加重。
而且，由於SGSN既實現控制面又實現用戶面功能，而在演進網絡中，MME 實現控制面功能，UPE實現用戶面功能，當MME和UPE設置在不同設備時， MME設備和UPE設備之間可建立多對多的控制和被控制關係，因此上述方法不 能應用在MME和UPE分離的演進網絡中，必須重新設計負載均衡的方法。
而且，由於SGSN既實現控制面又實現用戶面功能，而在演進網絡中，UPE 實現用戶面功能，當UPE設置在不同設備時，上述方法不能應用UPE分離的演 進網絡中，必須重新設計負載均衡的方法。

發明內容
有鑑於此，本發明的主要目的是提供一種實現負載均衡的系統及方法，以 解決在演進網絡中負栽不均衡的問題。
本發明提供的 一種實現負載均衡的方法，應用於包括演進無線接入網 (E-RAN)、 一個以上移動性管理實體(MME)、 一個以上用戶面實體(UPE) 的系統中，該方法是這樣實現的
A. 用戶設備進行網絡附著或位置更新時，接入到服務MME;
B. 如果需要轉移該用戶設備的服務UPE，服務MME選擇目標UPE，並 將該用戶設備附著到目標UPE。
在執行步驟A之前，該方法可以進一步包括 AOl、 UPE向與其連接的MME提供負栽狀態信息；
A02、 MME根據UPE上報的負載和狀態信息，決定是否觸發用戶設備轉 移，如果是，則確定要轉移的用戶設備，並向確定的用戶設備發送尋呼消息， 在尋呼消息中指出用戶設備標識和尋呼原因，其中尋呼原因為重附著；
A03、用戶設備收到尋呼原因為重附著的尋呼消息後，立即發起網絡附著， 執行步驟A。
步驟A中用戶設備接入到服務MME的步驟可以包括 A10、用戶設備與E-RAN建立無線連接；
Al 1 、 E-RAN收到來自用戶設備的含有網絡附著或位置更新消息的初始消 息後，為用戶設備選擇服務MME，並發送連接請求消息至服務MME;
A12、服務MME判斷是否需要轉移MME，如果需要，則確定目標MME， 目標MME作為服務MME與E-RAN之間建立信令連接，否則，服務MME與 E-RAN之間建立信令連接。
在步驟A12中目標MME作為服務MME與E-RAN之間建立信令連接的 步驟後，且在執行步驟B之前，該方法可以進一步包括
A13、目標MME對該用戶設備進行鑑權，如果鑑權通過，則在歸屬位置 寄存器中進行位置更新，執行步驟B,否則，結束本流程。
如果該用戶設備是非首次接入，步驟All中所選擇的服務MME為該用戶 設備上次附著的原MME，如果該用戶設備是首次接入，則All中所述服務 MME根據預先配置的算法進行選擇。
步驟B中服務MME可以根據UPE的負載和狀態、用戶設備籤約數據的
業務信息、路由優化以及家鄉代理地址中的一種或幾種因素選擇目標UPE。 在步驟B之前，該方法可以包括
B0、服務MME判斷該用戶設備是否已經附著，如果沒有附著，則為該用 戶設備選擇服務UPE,並附著到該服務UPE，結束本流程，否則，執行步驟B。
步驟B0中如果服務MME確定用戶設備沒有附著，則為用戶設備選擇服 務UPE，並附著到該服務UPE的步驟可以包括
BOl、服務MME為該用戶設備選擇服務UPE,並向該服務UPE發送UPE
附著請求；
B02、服務UPE收到該附著請求後，為該用戶設備創建通信上下文、分配 臨時4示識和IPi也址；
B03、建立服務UPE與用戶設備之間的用戶面鏈路，服務UPE與用戶設 備協商加密的算法和參數，然後服務UPE向服務MME發送附著接受消息；
B04、服務MME收到附著接受消息後，通知用戶設備附著完成。
步驟B中該用戶設備附著到目標UPE的可以步驟包括
Bll、服務MME向目標UPE發送UPE附著請求；
B12、目標UPE收到附著請求後，判斷該用戶設備是否已經附著在本UPE， 如果沒有，為用戶設備創建通信上下文、分配臨時標識和IP位址，執行步驟 B13,如果有，則執行步驟B13;
B13、建立目標UPE與用戶設備之間的用戶面鏈路，目標UPE與用戶設 備協商加密的算法和參數，然後目標UPE向服務MME發送附著接受消息；
B14、服務MME收到附著接受消息後，通知用戶設備附著完成。
在步驟B14後，該方法可以進一步包括
服務MME通知原UPE清除該用戶設備的通信上下文。
所述UPE負載狀態信息可以為UPE的當前負載狀況、過載指示、UPE狀 態中的一種或幾種組合。
步驟B03或步驟B13中所述加密算法和參數是通過MME在UPE和用戶
設備之間透傳，或通過用戶面提供的控制幀在UPE和用戶設備之間傳送。
步驟B中所述服務MME可以根據如下一種或幾種情況判斷是否需要轉移 該用戶設備的服務UPE:
服務UPE的位置距離用戶設備所在演進基站的距離太遠導致傳輸時延太 長，或者服務UPE的負栽過重，或者服務UPE將進行重啟操作。
本發明提供的一種實現負栽均衡的系統包括與用戶設備連接的E-RAN、 服務MME以及一個以上UPE,其中，
E-RAN,用於接收到來自用戶設備的初始消息，將用戶設備接入到服務 MME;
服務MME,用於確定是否需要轉移用戶設備的服務UPE,如果需要轉移， 則為用戶設備從所述一個以上UPE中選擇目標UPE; 目標UPE，用於為該用戶設備提供用戶面功能。
所述服務MME是根據UPE的負載和狀態、用戶設備籤約數據的業務信息、 路由優化以及家鄉代理地址中的一種或幾種因素選擇目標UPE。
通過上述方案可知，本發明的方法利用若干UPE共同承擔網絡的負栽， 由UE的服務MME判斷當前是否需要轉移UE的服務UPE,如果需要，則為 該UE選擇目標UPE,並直接向服務目標UPE發送附著請求，將該UE附著到 目標UPE中，無須進行UE和E-RAN之間兩次釋放、建立的信令過程，由於 每個UPE都是獨立的物理實體，因此當UPE過載，或UPE重新啟動時，UE 能夠快速轉移到服務MME選擇的其他負載較低的UPE，從而使演進網絡負栽 均衡，有效的保障系統正常運行。


圖1為演進網絡的結構示意圖2為實現本發明系統的組網結構示意圖3為實現本發明方法的流程示意圖4為本發明的UE執行網絡附著的過程； 圖5為本發明的UE執行跟蹤區更新的過程； 圖6為由網絡發起的UE轉移流程示意圖。
具體實施例方式
圖2為演進網絡中MME和UPE部署在不同設備時演進組網的結構示意 圖。參見圖2所示，實現本發明的系統包括E-RAN、 MME資源池、UPE資源 池。其中，MME資源池包括一個以上MME， UPE資源池包括一個以上UPE。 每個池區域內的移動用戶由一個MME資源池和一個UPE資源池提供服務。圖 2中示出該池區域由k個E-RAN覆蓋區組成，即E-RAlSh ~ E-RANk。 MME資 源池由m個MME組成，即MME, MMEm; UPE資源池由n個UPE組成， 即UPEi ~ UPEn。 E-RAN與MME和UPE之間互連，形成多對多關係，即任意 E-RAN與任意MME和UPE互連，UPE與錨相連。其中，錨包括3GPP錨和 SAE錨，E-RAN可以通過IP網絡與MME和UPE連接。
在本發明中，3GPP錨和SAE錨可以都作為一個獨立的物理實體單獨設 置，也可以是i殳置在同一個物理實體中。MME和UPE可以都作為一個獨立的 物理實體單獨設置，也可以是設置在同一個物理實體中，當MME與UPE設置 在同一個物理實體中時，本發明中描述的與upe之間的流程作為設備內
部流程。當MME與UPE設置在不同的物理實體中時MME與UPE可以通過 多種方式互連，具體採用何種方式本發明不作限定，兩者之間可以通信即可。
由於MME和UPE之間為多對多關係，因此，1個MME可以控制若干 UPE,而1個UPE可以由若干MME控制。當然，MME與UPE之間的實際控 制與被控制關係取決於網絡的實際配置。
在本發明的系統中，E-RAN用於接收到來自用戶設備的初始消息，將用戶 設備接入到服務MME，服務MME用於確定是否需要轉移用戶設備的服務 UPE，如果需要轉移，則為用戶設備從所述一個以上UPE中選擇目標UPE;
目標UPE,用於為該用戶設備提供用戶面功能。
本發明的方法是利用UPE資源池為池區域內的UE提供服務，共同承擔網 絡負栽。正常情況下，UE在池區域內由同一個UPE為其提供服務。為了實現 UPE池內不同UPE之間的負栽平衡，在UE進行附著和跟蹤區更新過程中， 網絡側根據自身資源狀況，調整UE在UPE設備之間進行轉移。
進一步地，本發明還可以利用MME資源池為池區域的UE提供服務，即 在UPE轉移之前，網絡側根據自身資源狀況，進行MME轉移。
參見圖3所示，實現本發明的方法包括以下步驟
步驟301:用戶設備進行網絡附著或位置更新時，接入到服務MME。
步驟302:服務MME判斷該UE是否已經附著，如果沒有，執行步驟303， 如果有，執行步驟304。
這裡，服務MME可以通過判斷是否還有該UE的通信上下文來確定該UE 是不是已經附著，如果服務MME中含有該l正的通信上下文，則認為該UE 已經附著，否則，認為該UE還沒有附著。
步驟303:服務MME為UE選擇服務UPE，並附著到該服務UPE,結束 本流程。
步驟304:服務MME判斷是否需要轉移該用戶設備到其他UPE,如果需 要，選擇目標UPE並將該UE附著到目標UPE，否則，將UE附著到原UPE， 結束本流程。
用戶設備接入到MME的步驟包括用戶設備與E-RAN建立無線連接； E-RAN收到來自用戶設備的含有網絡附著或位置更新消息的初始消息後， E-RAN為UE選擇服務MME,並向服務MME發送連接請求消息；服務MME 判斷是否需要轉移MME，如果需要，則確定目標MME，將目標MME作為服 務MME，與E-RAN之間建立信令連接，否則，服務MME與E-RAN之間建 立信令連接。
如果將目標MME作為服務MME，與E-RAN之間建立信令連接的步驟後，
為了保障服務安全，目標MME還需要對該用戶設備進行鑑權，如果鑑4又通過， 在HSS中進行位置更新，然後再進行後續處理步驟。
當UE開機時，首先需要執行網絡附著，此時UE需要向E-RAN發送含有 附著請求消息的初始消息。在UE已經附著到網絡後，UE需要周期或定時的 進行跟蹤區更新，此時UE需要向E-RAN發送含有跟蹤區更新請求消息的初 始消息。
UE在非首次附著網絡時，l正還應向E-RAN指示UE自身保存的MME ID 和UPE ID。 E-RAN將附著請求消息發送給MME ID所對應的MME。該MME 判斷是否需要轉移MME,如果需要轉移，則重新為該UE選擇一個目標MME, 並將該UE的附著請求發送給目標MME ，再由目標MME執行後續UPE附著 的處理步驟；如果不需要轉移，則直接執行UPE附著的後續處理步驟，完成 網絡附著。
一旦UE成功附著到演進網絡，將由同一個MME和UPE為UE提供服務，但 是，為均衡網絡負栽，可以需要在MME池內不同MME之間轉移UE。比如 MME負載超過一定上限，為避免MME嚴重過栽，將部分UE轉移到其他MME; MME需要系統重啟，在系統重啟之前一段時間內，將所有UE轉移到其他MME 中；0&M操作命令指示MME轉移部分UE到其他MME，例如，MME資源池中 配置了新的MME，如新增MME,或系統重啟之後的MME，為4吏新的MME 能夠快速承擔網絡的負載，可通過0&M命令指示負載較高的MME轉移部分UE 到新的MME。
當UE執行網絡附著或跟蹤區更新時，若當前的服務UPE不再適合為UE^供 服務，如服務UPE的位置距離UE所在eNodeB的距離太遠導致傳輸時延太長， 或者服務UPE的負載過重，或者服務UPE將進行重啟操作，MME將為UE重新 選擇合適的UPE，並將UE從原服務UPE轉移到目標UPE中。
在完成附著後，UE每次接入網絡時，需要向E-RAN提供附著MME的標 識MMEID,並根據MME ID選擇服務MME,並將來自UE的信令消息路由
到正確的服務MME。
圖4是以UE從其他池區域漫遊到本地池區域為例，詳細描述UE執行網 絡附著的流程。
參見圖4所示，本發明的UE執行網絡附著的具體過程如下 步驟401:用戶開機後，UE搜索網絡並選擇了演進網絡，UE與E-RAN 建立無線連接，E-RAN為UE分配必要的信道資源，以便UE完成後續的流程 處理，例如網絡附著流程、跟蹤區更新流程。UE與E-RAN之間如何建立無線 連接，可以採用多種方式，但具體採用何種方式，不在本發明討論範圍之內。 步驟402: UE向E-RAN發送初始消息，初始消息中含有附著請求消息。 這裡，初始消息是指在空中接口中，用於承載UE發給MME的第一條消息的 空口消息，例如，UE發給MME的第一條消息可以是附著請求消息，或者跟 蹤區更新請求消息、或者業務請求消息，這些消息作為消息數據被攜帶在初始 消息中。
步驟403: E-RAN收到初始消息後，為UE選擇服務MME並向所選MME 發送一條連接請求消息，附著請求消息作為消息數據攜帶在連接請求消息中， 消息中還攜帶E-RAN為連接分配的連接標識；否則，結束本流程。這裡，連 接請求消息是指E-RAN發送給MME的、針對某UE的第一條信令消息，用於 為某個UE建立E-RAN和MME之間的信令連接。
這裡，E-RAN通常是根據UE在初始消息中指示的MME ID選擇服務 MME，若UE未指出MME ID, E-RAN可根據具體設備實現方式選擇服務 MME,例如，若E-RAN可獲得各MME的負載信息，可以根據負載信息來選 擇服務MME，若不能獲得MME的負栽信息，可以按順序選擇MME或隨機 選擇服務MME,具體的選擇方式與E-RAN的設備實現方式相關。
步驟404:服務MME收到連接請求後，如果接受該連接請求，則向E-RAN 響應連接響應消息，消息中指出E-RAN分配的連接標識，執行步驟405;如果 服務MME不接受該連接請求，則響應連接拒絕消息，在消息中指出拒絕的原 因，結束本流程。
這裡，服務MME是否接受該連接請求可以根據自身預先配置的信息以及 當前資源狀況確定。如由於服務MME過載不能接受附著請求並決定轉移 UE，消息中指出拒絕的原因為轉移UE, E-RAN將重新選擇服務MME，將附 著請求路由到新的服務MME。
步驟405:服務MME判斷附著請求消息中是否攜帶有UE的臨時標識和 跟蹤區標識(TAID),如果沒有，則認為UE在MME中是第一次附著，因此 該MME中沒有UE的通信上下文；如果有，服務MME根據臨時標識和TAID 確定UE的原附著MME的地址，MME向原附著MME請求轉移UE的通信上 下文，原附著MME將UE通信上下文傳遞給服務MME。
步驟406:服務MME從HSS獲得該UE的用戶信息，對該UE進行鑑權， 如果鑑權通過，則執行步驟407;如果鑑權失敗，則結束本流程。
這裡，如果UE是第一次附著，核心網絡側需要對UE進行鑑權，但是如 何對UE進行鑑權超出本發明範圍。對於UE不是第一次附著網絡的情況，網 絡側也可以根據具體情況決定是否對UE鑑權，例如，運營商可以設定每次UE 附著時都必須通過鑑權，也可以決定對第一次附著的進行鑑權，對非首次附著 的不進行鑑權。
步驟407:服務MME為該UE分配臨時標識，臨時標識中指出服務MME 的MMEID。 MMEID可以是MME的網絡資源標識(NRI),也可以是MME 的實際標識或其他類型的標識。
步驟408:服務MME向歸屬位置寄存器(HSS)發送位置更新消息，位 置更新消息中至少攜帶TAID、 MMEID和UE標識，如永久性標識(IMSI)。
步驟409: HSS存儲位置更新消息中的信息，如TAID、 MME ID和UE標 識，然後向MME應答位置更新確認消息，確認消息中攜帶有用戶在HSS中的 籤約數據。當然，用戶的籤約數據也可以由HSS通過其他消息發送給MME， MME收到籤約數據後，再應答一條確認消息，例如，HSS向MME發送完位
置更新確認消息後，再向MME發送一條插入籤約數據消息，MME應答一條 插入籤約數據確認消息。
另外，HSS指示原附著MME清除UE的通信上下文，而原MME會指示 原附著UPE清除UE的通信上下文和預設IP承載，圖中未示出。
步驟410:由於UE附著到MME的同時，還需要附著到UPE，因此MME 需要為UE選擇一個服務UPE。
MME可以參考以下因素選擇UPE。
1) UPE的負載和狀態。如MME不能選擇已經過載或正在進行維護的 UPE，也不能選擇即將重啟或正在重啟的UPE;
2) UE籤約數據的業務信息。如在UPE與Anchor合併時，不能選擇無 法接入指定外部PDN的UPE;
3) 路由優化。如MME應儘量選擇路由最優的UPE，即距離eNodeB最 近的UPE，或者說用戶面路徑延遲最小的UPE;
4) 家鄉代理(Home Agent)地址。如MME為UE選擇的UPE應能夠 訪問籤約數據中指定的Home Agent,若Anchor與UPE合併，則MME為UE 選擇的UPE就是Home Agent IP位址指定的UPE。
步驟411: MME為UE選擇了服務UPE之後，向該服務UPE發送一條 UPE附著請求，消息中指出MME ID、 UE的臨時標識、安全參數、籤約數 據，其中簽約數據中指示UPE是否為UE建立預設IP承載，若需要建立，同 時指出預設IP承載的QoS參數。
步驟412: UPE收到來自MME的UPE附著請求後，判斷UE是否已經附 著在本UPE中，如果沒有，即UE是第 一次在該UPE中附著，UPE為UE創 建通信上下文、分配臨時標識和IP位址，UPE存儲UPE附著請求消息攜帶的 參數，例如MME標識、MME分配的臨時標識、安全參數和籤約數據，如果 UE已經附著在本UPE中，執行步驟4B。
步驟413:若UPE附著請求消息中的籤約數據指示需要為UE建立預設IP
承載，UPE向Anchor發送一條路由更新請求消息，消息中指出預設IP承栽的 QoS參數；如果沒有指示需要為UE建立預設IP承載呢。
步驟414: Anchor收到路由更新請求消息後，根據預設IP承載的QoS參 數為預設IP承栽分配IP鏈路資源，完成到UPE的IP承載路由的建立，然後 向UPE應答一條路由更新響應消息。
這裡，若籤約數據指示不要求建立預設IP承載，則步驟413和414被省 略；若Anchor與UPE合併且位於一個物理設備，則步驟413和414成為設備 的內部流程。
步驟415: UPE、 E-RAN和UE之間進行交互，建立UPE與UE之間的用 戶面鏈路，用於傳輸預設IP承栽的用戶數據。UPE與UE之間的用戶面鏈路，
栽RAB組成，如何建立UPE與UE之間的用戶面鏈路超出本發明範圍。
若步驟409中的用戶籤約數據指示不為UE建立預設IP承載，則步驟415
建立RAB/RB的過程可以省略。
步驟416:由於UPE需要實現對用戶面數據的加密，因此UE附著到UPE
時，UPE與UE需要協商加密算法和參數。
UPE與UE協商加密算法和參數，可以有兩種方式
方式一，UPE與UE協商時交換的信令消息由MME透傳；
方式二， UPE與UE直接通過用戶面提供的控制幀協商。
當然，本發明並不限定UPE與UE如何協商加密算法和參數。
步驟417: UPE向MME發送一條UPE附著接受消息，消息中至少攜帶
UPE為UE分配的IP位址和臨時標識。
步驟418: MME收到該附著接受消息後，向UE應答一條附著接受消息，
消息中至少攜帶MME和UPE為UE分配的臨時標識和IP位址。其中，MME
為UE分配的臨時標識中指出了服務MME的MME ID， UPE為UE分配的臨
時標識中指出了服務UPE的UPE ID。
步驟419: UE收到該附著接受消息後，存儲附著接受消息中攜帶的臨時 標識和IP位址等參數，並向MME應答一條附著完成消息，指示新的臨時標識 和IP位址已經被使用。
至此，UE完成到演進網絡的附著，獲得網絡分配的臨時標識和IP位址，並 建立了所需要的預設IP承載。UE完成網絡附著後，若用戶籤約了IMS業務且需 要進行IMS註冊，UE發起IMS註冊過程。UE如何執行具體的IMS註冊，超出本 發明的範圍。需要說明的是，圖4是以MME和UPE同時為UE分配臨時標識為例， MME分配的臨時標識中指示有MMEID，而UPE分配的臨時標識中指示有UPE ID。如果只由MME為UE分配臨時標識，那麼臨時標識中除了指示MMEID夕卜， 還應指出UPE ID，同時UPE將以MME分配的臨時標識作為UE的標識。
上述實施例描述的是UE進入本地池區域發起網絡附著的過程，如果UE進入 本地池區域發起跟蹤區更新，其流程與圖4完全相同，只是UE與MME交互的消 息是跟蹤區更新請求、跟蹤區更新接受和跟蹤區更新完成消息。
圖5所示為UE成功附著後，在池區域內執行跟蹤區更新時，服務MME為UE 重選服務UPE並完成UE轉移的過程。
參見圖5所示，其具體流程如下
步驟501:與步驟401相同。
步驟502: UE與E-RAN建立無線連接後，向E-RAN發送一條初始消息，初 始消息中含有跟蹤區更新請求消息，消息中還指出UE附著的MME標識(MME ID)。
步驟503: E-RAN收到初始消息後，E-RAN根據MME ID選擇月良務MME並向 服務MME發送一條連接請求消息，跟蹤區更新請求消息作為消息數據攜帶在 連接請求消息中，消息中還攜帶E-RAN為UE分配的連接標識。這裡，連接請 求是指E-RAN發送給MME的、針對某UE的第一條信令消息，用於為某個UE建 立E-RAN和MME之間的信令連接。
步驟504 ~ 505與步驟404 ~ 405相同。
步驟506:服務MME為UE重新分配臨時標識，臨時標識中指出服務MME 的MME ID。 MME ID可以是MME的網絡資源標識NRI,也可以是MME的實際 標識或其他類型的標識。並且，MME判斷UE的跟蹤區位置是否發生改變，如 杲發生改變，則執行步驟507，否則，執行步驟509。
這裡，由於UE已經附著在服務MME中，因此服務MME無需從其他MME中 獲取UE通信上下文。而且也可以不為UE分配臨時標識，這可以取決於設備的 實現和具體情況。
步驟507 ~ 508與步驟408 ~ 409相同。
步驟509:服務MME判斷當前服務UPE不適合為該UE提供服務，例如，UPE 到UE所在eNodeB的傳輸時延超過指定門限，或者路由不優化，或者服務UPE 已經過載，或服務UPE即將重啟等情況，服務MME為UE重新選擇UPE。
步驟510:服務MME向UPE發送一條UPE附著請求，消息中指出MME ID、 UE的臨時標識、安全參數、籤約數據，其中簽約數據中指示UPE是否為 UE建立預設IP承載，若需要建立，同時指出預設IP承載的QoS參數。 步驟511 ~ 516與步驟412 ~ 417相同。
步驟517:服務MME向原UPE發送一條UPE去附著請求，指示原UPE清除UE 的通信上下文。
步驟518:原UPE與Ancho彿放預設IP承載。若UPE與Anchor合併，則步驟 518省略，或者UPE到Anchor的預設IP承載不存在，步驟518也可以省略。
步驟519:原UPE清除UE的通信上下文後，向服務MME應答一條UPE去附 著接受，指出原UPE已經清除UE的通信上下文。
步驟520 ~ 521與步驟418 ~ 419相同。
從上面可以看出，l正成功附著之後，通常由相同的MME和UPE為UE提供 服務。但是，當UE再次執行網絡附著或跟蹤區更新時，若當前的服務UPE不再 適合為UE提供服務，MME將為UE重新選擇合適的目標UPE，並將UE從原服務 UPE轉移到目標UPE中。
在很多情況下，網絡需要主動地在UPE池內不同UPE之間轉移UE，比如
(1) UPE負載超過一定上限，為避免UPE嚴重過栽，將部分UE轉移到其他 UPE;
(2) UPE需要系統重啟，在系統重啟之前一段時間內，將所有UE轉移到其 他UPE中；
(3) 0&M操作命令指示UPE轉移部分UE到其他UPE，例如，UPE資源池 中使用了新的UPE,如新購的UPE或系統重啟之後的UPE,為使新的UPE能夠 快速承擔網絡的負栽。
在UPE之間主動地轉移UE的核心思想是UPE向MME上報負載和/或狀態信 息，MME根據當前負載狀況確定需要轉移UPE的UE並尋呼UE,指示UE發起網 絡附著；UE收到該尋呼後，發起新的網絡附著過程，服務MME為UE重新選擇 新的UPE，並完成到新的UPE的附著。在UE發起新的網絡附著過程中，服務 MME4艮據附著請求消息中攜帶的臨時標識可確定服務UPE,由於該UPE已經過 載，或者即將重啟，或者0&M命令指示要轉移部分UE，服務MME為UE重選 UPE，並向新的UPE請求附著。當然，此時如果服務UPE不能滿足路由優化要 求，服務MME也會為UE重選UPE。
UPE上報MME的負栽和/或狀態信息包括
1) UPE的當前負載，如何評價UPE的負栽超出本發明的範圍；
2) 過載指示，指出UPE當前是否過栽；
3) 狀態信息，例如，UPE是否即將重啟。可以是以上信息的任意組合，過 栽指示也可以作為狀態信息的一種。UPE如何上報負載和/或狀態信息超出本發 明範圍，但通常是當負載或狀態發生改變時，或者周期性觸發上報，UPE向MME 發送一條信令消息。
對於已經完成網絡附著的UE,服務MME存儲有UE的通信上下文、記錄有 UE的狀態信息，如激活態或者空閒態。對於空閒態l正，由於用戶未激活業 務，轉移UE不會對用戶的業務產生影響，因此服務MME可以轉移空閒態UE。
但是UPE中有大量處於空閒態的UE,如果同時或短時間內轉移這些UE，會導 致網絡負載急劇增加，嚴重時會導致系統過栽，因此服務MME應建立一定的 機制以保證轉移UE時不導致系統負載過重，例如，服務MME每隔一定時間轉 移一個或幾個UE。
為更加清楚地描述本發明中UE在UPE之間轉移的方案，下面以UPE過栽導 致UE轉移為例，i兌明網絡主動轉移UE的流程。 參見圖6所示，本實施例的具體流程如下
步驟601: UPE資源池內，所有UPE向控制它的MME提供負栽和狀態信息， UPE向MME發送一條負載狀態指示消息，消息中指出UPE的當前負栽和/或狀 態。負載狀態指示消息中包括參數UPE的當前負栽、過栽指示、狀態信息。
步驟602: MME根據UPE上報的負載和狀態信息，決定是否觸發UE轉移。 例如，若某UPE上報的負栽超過設定的上限，或者UPE上報的狀態顯示UPE已 經過載，則觸發UE轉移。同時MME決定轉移哪個UE,被轉移UE的選擇方法 與MME設備實現相關，這裡不在贅述。
步驟603:確定要轉移的UE後，MME向UE發送尋呼消息，在尋呼消息中指 出UE的標識，例如UE的臨時標識，以及尋呼原因，其中尋呼原因為"跟蹤區 更新"。
步驟604: UE收到尋呼原因為"跟蹤區更新"的尋呼消息後，立即發起跟 蹤區更新。UE執行跟蹤區更新，跟蹤區更新的過程與正常的跟蹤區更新過程 相同。在執行跟蹤區更新過程中，服務MME會檢查服務UPE的負載和狀態、甚 至路由優化情況，由於服務UPE已經過載，因此服務MME為UE重選UPE並完 成到新UPE的附著。
也可以在尋呼消息中指示UE執行網絡附著，例如尋呼原因為"重附著"， UE將執行重附著過程，在重附著過程中被轉移到新的UPE中。
通常，服務MME中記錄有UE的跟蹤區位置，因此服務MME請求跟蹤區內 的E-RAN尋呼UE，具體的尋呼過程以及E-RAN如何尋呼UE超出本發明範圍。
需要說明的是，本發明所稱的負栽平衡是指不論演進網絡中GPP Anchor和 SAE Anchor如何部署，而MME和UPE部署在不同物理設備時的負載平衡。
明的精神和範圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬於本發明權利要求及 其等同技術的範圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。
權利要求
1、一種實現負載均衡的方法，應用於包括演進無線接入網E-RAN、一個以上移動性管理實體MME、一個以上用戶面實體UPE的系統中，其特徵在於，該方法包括以下步驟A.用戶設備進行網絡附著或位置更新時，接入到服務MME；B.如果需要轉移該用戶設備的服務UPE，服務MME選擇目標UPE，並將該用戶設備附著到目標UPE。
2、 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，在執行步驟A之前，該方 法進一步包括AOl、 UPE向與其連接的MME提供負載狀態信息；A02、 MME根據UPE上報的負載和狀態信息，決定是否觸發用戶設備轉 移，如果是，則確定要轉移的用戶設備，並向確定的用戶設備發送尋呼消息， 在尋呼消息中指出用戶設備標識和尋呼原因，其中尋呼原因為重附著；A03、用戶設備收到尋呼原因為重附著的尋呼消息後，立即發起網絡附著， 執行步驟A。
3、 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，步驟A中用戶設備接入到 服務MME的步驟包括AIO、用戶設備與E-RAN建立無線連接；Al 1 、 E-RAN收到來自用戶設備的含有網絡附著或位置更新消息的初始消 息後，為用戶設備選擇服務MME,並發送連接請求消息至服務MME;A12、服務MME判斷是否需要轉移MME，如果需要，則確定目標MME, 目標MME作為服務MME與E-RAN之間建立信令連接，否則，服務MME與 E-RAN之間建立信令連接。
4、 根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，在步驟A12中目標MME 作為服務MME與E-RAN之間建立信令連接的步驟後，且在執行步驟B之前， 該方法進一步包括 A13、目標MME對該用戶設備進行鑑權，如果鑑權通過，則在歸屬位置 寄存器中進行位置更新，執行步驟B，否則，結束本流程。
5、 根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，如果該用戶設備是非首次 接入，步驟All中所選擇的服務MME為該用戶設備上次附著的原MME,如 果該用戶設備是首次接入，則All中所述服務MME根據預先配置的算法進行 選擇。
6、 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，步驟B中服務MME是根據UPE的負栽和狀態、用戶設備籤約數據的業 務信息、路由優化以及家鄉代理地址中的 一種或幾種因素選擇目標UPE。
7、 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，在步驟B之前，該方法進 一步包括B0、服務MME判斷該用戶設備是否已經附著，如果沒有附著，則為該用 戶設備選擇服務UPE，並附著到該服務UPE,結束本流程，否則，執行步驟B。
8、 才艮據權利要求7所述的方法，其特徵在於，步驟BO中如果服務MME 確定用戶設備沒有附著，則為用戶設備選擇服務UPE，並附著到該服務UPE 的步驟包括B01、服務MME為該用戶設備選擇服務UPE，並向該服務UPE發送UPE 附著請求；B02、服務UPE收到該附著請求後，為該用戶設備創建通信上下文、分配 臨時標識和IP位址；B03、建立服務UPE與用戶設備之間的用戶面鏈路，服務UPE與用戶設 備協商加密的算法和參數，然後服務UPE向服務MME發送附著接受消息；B04、服務MME收到附著接受消息後，通知用戶設備附著完成。
9、 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，步驟B中該用戶設備附著 到目標UPE的步驟包括Bll、服務MME向目標UPE發送UPE附著請求； B12、目標UPE收到附著請求後，判斷該用戶設備是否已經附著在本UPE, 如果沒有，為用戶設備創建通信上下文、分配臨時標識和IP位址，執行步驟 B13,如果有，則執行步驟B13;B13、建立目標UPE與用戶設備之間的用戶面鏈路，目標UPE與用戶設 備協商加密的算法和參數，然後目標UPE向服務MME發送附著接受消息；B14、服務MME收到附著接受消息後，通知用戶設備附著完成。
10、 根據權利要求9所述的方法，其特徵在於，在步驟B14後，該方法進 一步包括服務MME通知原UPE清除該用戶設備的通信上下文。
11、 根據權利要求6所述的方法，其特徵在於，所述UPE負栽狀態信息 為UPE的當前負載狀況、過載指示、UPE狀態中的一種或幾種組合。
12、 根據權利要求8或9中所述的方法，其特徵在於，步驟B03或步驟 B13中所述加密算法和參數是通過MME在UPE和用戶設備之間透傳，或通過 用戶面提供的控制幀在UPE和用戶設備之間傳送。
13、 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，步驟B中所述服務MME 是根據如下一種或幾種情況判斷是否需要轉移該用戶設備的服務UPE:服務UPE的位置距離用戶設備所在演進基站的距離太遠導致傳輸時延太 長，或者服務UPE的負載過重，或者服務UPE將進行重啟操作。
14、 一種實現負載均衡的系統，其特徵在於，該系統包括與用戶設備連 接的E-RAN、服務MME以及一個以上UPE，其中，E-RAN，用於接收到來自用戶設備的初始消息，將用戶設備接入到服務 MME;服務MME，用於確定是否需要轉移用戶設備的服務UPE，如果需要轉移， 則為用戶設備從所述一個以上UPE中選擇目標UPE; 目標UPE,用於為該用戶設備提供用戶面功能。
15、 根據權利要求14所述的系統，其特徵在於，所述服務MME是根據UPE的負載和狀態、用戶設備籤約數據的業務信息、路由優化以及家鄉代理地 址中的一種或幾種因素選擇目標UPE。
全文摘要
本發明公開了一種實現負載均衡的方法，應用在至少包括演進無線接入網(E-RAN)、一個以上移動性管理實體(MME)、一個以上用戶面實體(UPE)的系統中，該方法為用戶設備進行網絡附著或位置更新時，接入到服務MME；服務MME判斷該UE是否已經附著，如果沒有，為UE選擇服務UPE，並附著到該服務UPE，結束本流程；如果有，服務MME判斷是否需要轉移該用戶設備的服務UPE，如果需要，選擇目標UPE並作為服務UPE，該UE附著到目標UPE，否則，將原UPE作為服務UPE，該UE附著到服務UPE，結束本流程。本發明利用若干UPE共同承擔網絡的負載，當UPE過載，或UPE重新啟動時，UE能夠快速轉移到其他UPE。
文檔編號H04B7/26GK101114928SQ200610099480
公開日2008年1月30日 申請日期2006年7月24日 優先權日2006年7月24日
發明者嵐 劉, 葉文林, 周四紅, 胡偉華 申請人:華為技術有限公司