演进的移动通信网络及终端向演进的3G接入网络注册方法

摘要

本发明涉及一种演进的移动通信网络系统以及终端在所述的网络系统下的注册方法，该架构主要增加了一个接入系统网关功能模块，其包括3GPP系统内网关GPRS支持节点的功能，并提供移动通信网络与外部数据网的连接，完成数据业务的接入和传送以及一个增强的移动性管理功能模块，其管理和保存与终端相关的注册信息，管理终端在UTRAN和E－UTRAN之间的漫游以及在E－UTRAN之内的移动性管理；终端在向网络发起附着请求的同时将建立一个到ASGW的承载，并且获得一个IP地址，完成终端在3GPP演进的网络架构下的注册，以便终端或网络发起业务请求。

说明书

技术领域

本发明涉及移动通讯技术领域，尤其是涉及在第三代移动通讯系统中的一种演进的移动通信网络系统架构及在该网络系统架构下，其终端向演进的CN核心网注册的方法。

背景技术

为了保证未来10年以至更久的时间内3GPP系统的竞争力，一个接入技术演进的工作正在3GPP组织内部进行。特别是为了加强3GPP系统处理快速增长的IP数据业务的能力，在3GPP系统内使用分组技术需要进一步的增强。这类技术演进中最重要的几个部分包括：减少时延，更高速的用户数据速率，增强的系统容量和覆盖范围以及运营商整体成本的降低。并且，演进的网络结构对于现有网络的后向兼容性也是一个重要的指标。

演进的网络架构需要满足的几个要素是：

在终端接入网络的初始化阶段，基本的IP连接需要在演进的网络里建立起来；

演进的网络架构必须将用户数据的时延最小化；

演进网络架构中各功能模块的定义应避免功能重叠或者重复，以避免不必要的信令交互以及时延。

现有的UMTS系统结构中，用户数据平面的结构使用户数据的传输需要经过网关GPRS支持节点GGSN(Gateway GPRS Support Node)、服务GPRS支持节点SGSN(Serving GPRS Support Node)、UMTS陆地无线接入网UTRAN(UMTS Terrestial Radio Access Network)才能到达终端，这样所产生的时延远远超过了演进的网络所要求的时延。

另外，在原有UMTS系统内，通用分组无线业务GPRS(GeneralPacket Radio Service)的附着过程和分组数据协议PDP(Packet DataProtocol)上下文的激活过程是两个分离的过程。在开机后，终端会进行一个GPRS附着过程，其中主要是一个鉴权过程。而附着后，终端在激活PDP上下文之前是没有IP连接的。只有当选择了网络接入点并通过SGSN向GGSN发起PDP上下文激活请求时，终端才会被提供一个IP地址和相应的配置参数。这样导致用户发起业务的时延变长，该过程与演进网络的要求是明显不符的，所以，演进的网络结构需要新架构和注册流程来达到时延最小化的需要。

目前，3GPP中定义的终端进行GPRS附着和PDP上下文激活的流程如图1所示：

1.终端通过UTRAN向SGSN发起GPRS附着请求；

2.完成鉴权、认证等安全功能；

3.SGSN向分级服务系统HSS发起位置更新请求，并从HSS获得用户签约信息；

4.SGSN向终端发送GPRS附着请求接受；

5.完成GPRS附着；

6.终端向SGSN发起激活PDP上下文请求；

7.SGSN向GGSN发起PDP上下文建立请求；GGSN或者通过远端拨号用户业务接入Radius(Remote Access Dial in User Service)服务器进行鉴权和地址分配，或者采用Radius进行鉴权和动态主机配置协议DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol)进行地址分配这两种方法之一给终端分配一个IP地址，之后GGSN响应PDP上下文建立请求；

8.终端和UTRAN间的无线承载建立；

9.SGSN发送PDP上下文更新通知GGSN，GGSN接受并确认；

(这条信令只有当无线QoS级别的降低，不能满足PDP上下文里面要求的QoS级别才触发)

10.PDP上下文激活完成。

另外，网络也可以发起PDP上下文激活请求，图2是网络激活PDP上下文过程，如图2所示：

1.GGSN接收到一个分组数据协议的规程数据单元PDP PDU(Protocol Data Unit)；

2.GGSN决定发起网络请求的PDP激活过程，并向HSS发送GPRS路由信息以获得PDP地址相关的SGSN信息。HSS发送GPRS路由信息确认信息到GGSN；

3.GGSN发送PDU通知请求信息到相应的SGSN。SGSN通过PDU通知确认信息到GGSN以表示它将向终端请求激活相关的PDP上下文；

4.SGSN请求终端激活PDP上下文；

5.终端进入PDP上下文激活过程。

从以上对图2图3描述可知，现有技术中GPRS附着和PDP上下文激活是两个独立的流程，这样，在一个业务来的时候，如果没有已存在的PDP上下文，终端必须进行PDP上下文激活请求以获得一个IP地址建立承载完成会话。这样，业务建立的时延将大大超过演进网络所要求的最大时延，而且，整个流程涉及了很多信令的交互，浪费了很多网络资源尤其是空中接口的资源。

发明内容

本发明的主要目的是通过建立一种演进的移动通信网络系统架构，以便在该演进的移动通信网络系统架构下，提供一种更优化的终端注册流程。通过合并终端的GPRS附着和PDP上下文激活流程，使终端在注册完成后立刻获得一个IP地址和默认的一个PDP上下文，这样在终端发起业务或者响应网络发起的会话时，会话的建立时延大大缩短，并且，通过简化流程，优化了信令的交互，大大节约了网络的资源。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

本发明提出一种演进的移动通信网络系统，主要包括演进的CN核心网和演进的UMTS陆地无线接入网，其特征在于还包括一接入系统网关功能模块ASGW，其提供移动通信网络与外部数据网的连接，完成用户数据业务的接入和传送；和一增强的移动性管理功能模块E-MM，其管理和保存与终端相关的注册及会话信息，管理终端的在不同接入网络之间的漫游以及在E-UTRAN之内的移动性管理。

所述的接入系统网关功能模块包括3GPP系统内网关GPRS支持节点的功能。

所述的移动性管理功能模块还包括AAA方面的控制功能。

所述的不同接入网络，可以是不同的3GPP接入网络。

所述的与终端相关的注册及会话信息包括移动性管理信息，承载描述信息，终端标识、状态，用户的安全参数，用户的签约信息。

所述的ASGW模块与E-MM、SGSN、E-UTRAN、UTRAN中的一个或者多个存在接口。

上述不同接入网络的接口协议为基于GTP的加强型协议。

所述的SGW模块与SGSN、E-UTRAN、UTRAN之间的接口构成用户数据平面，传送用户数据。

所述的ASGW模块与外部数据网是直接连接，述的ASGW模块与外部数据网连接的接口是增强型Gi接口Gi+。

所述的E-MM模块与ASGW、SGSN、E-UTRAN、UTRAN中的一个或者多个存在接口，上述接口协议为增强型的GTP协议。

所述E-MM模块与SGSN、E-UTRAN、UTRAN之间的接口构成信令平面，传送接口之间交互的控制信令。

本发明在演进的移动通信网络系统下，提出了演进的移动通信核心网络注册的方法，其终端在向网络发起注册流程的同时建立一个到ASGW的承载，并且获得一个IP地址，以便终端发起业务请求或响应网络发起的业务请求。

所述的终端向演进的移动核心网络注册，包括通过E-UTRAN，或者通过UTRAN向移动通信核心网络注册。

所述的终端通过E-UTRAN向网络发起注册流程是由终端在开机后向E-MM功能发起注册请求；所述的建立一个到ASGW的承载是由E-MM功能和ASGW完成从E-UTRAN到ASGW的承载建立，并且为终端分配一个IP地址。

所述的终端通过UTRAN向网络发起注册流程是由终端在开机后向E-MM发起注册请求；所述的建立一个到ASGW的承载是由E-MM和ASGW完成从UTRAN到ASGW的承载建立，并且为终端分配一个IP地址。

所述的终端通过UTRAN向网络发起注册流程是由终端在开机后向SGSN功能发起注册请求；所述的建立一个到ASGW的承载是由SGSN功能和ASGW完成从UTRAN到ASGW的承载建立，并且为终端分配一个IP地址。

所述的建立一个到ASGW的承载是从SGSN直接到ASGW完成承载建立。

所述的注册方法还包括以下步骤：

E-MM通过ASGW或者直接向HSS发起用户位置更新并获得用户签约数据，GSN向终端发送GPRS附着请求接受。

所述的建立一个到ASGW的承载是E-MM向ASGW发起承载建立请求，ASGW通过服务器进行鉴权和地址分配，给终端分配一个IP地址，之后向E-MM返回创建默认承载的请求响应。

所述的建立一个到ASGW的承载是SGSN向ASGW发起承载建立请求，ASGW通过服务器进行鉴权和地址分配，给终端分配一个IP地址，之后向SGSN返回创建默认承载的请求响应。

ASGW还可以采用Radius或者DIAMETER与服务器进行鉴权，并由DHCP进行地址分配。

所述的默认承载信息主要包括：给终端分配的IP地址、存储终端信息的E-MM或者SGSN节点信息、为该终端分配的ASGW节点信息。

本发明提出了一种在演进的移动通信网络系统架构下终端进行注册的流程，在终端向网络发起附着注册的同时，ASGW为终端建立一个默认的PDP上下文，并分配一个IP地址，这样在终端需要发起业务时，ASGW根据默认的PDP上下文可以快速的针对业务进行配置并且向终端响应，这样整个业务建立的时延会大大降低，并且达到UMTS网络演进的需要。而在响应网络发起业务请求的时候，ASGW不用向HSS查询终端对方的E-MM，而是根据所保留的默认PDP上下文推断出相应的E-MM直接向其发送业务请求通知，这样进一步减少了业务建立的时延。

附图说明

图1是本发明的演进的移动通信系统网络架构；

图2是现有UMTS系统中，终端的GPRS附着和PDP上下文激活的流程；

图3是现有UMTS系统中，网络激活PDP上下文的流程；

图4是在本发明的演进的移动通信系统网络架构中，终端注册的流程；

图5是在本发明的演进的移动通信系统网络架构中，终端向演进的移动通信系统网络注册流程的一个实施例；

图6是在本发明的演进的移动通信系统网络架构中，终端发起业务请求流程的一个实施例；

图7是在本发明的演进的移动通信系统网络架构中，终端发起业务请求流程的另一个实施例；

图8是在本发明的演进的移动通信系统网络架构，在该架构中E-MM和ASGW为分离的两个单独实体；

图9是在本发明的演进的移动通信系统网络架构，在该架构中E-MM为ASGW的一部分；

图10是在本发明的演进的移动通信系统网络架构中，终端通过E-UTRAN向演进的移动通信网络注册流程的一个实施例；

图11是在本发明的演进的移动通信系统网络架构中，终端通过UTRAN经由SGSN向演进的移动通信网络注册流程的一个实施例；

图12是在本发明的演进的移动通信系统网络架构中，终端通过UTRAN经由ASGW向演进的移动通信网络注册流程的一个实施例；

图13是当E-MM和ASGW分离时终端通过SGSN向演进的移动网络注册时的网络架构图；

图14是当E-MM和ASGW同为一个实体时终端通过SGSN向演进的移动网络注册时的网络架构图。

具体实施方式

下面，结合附图和实施例，对本发明的演进的移动通信网络系统架构及其终端向演进的3G接入网络注册的方法做详细描述。

图1本发明的演进的移动通信系统网络架构。如图所示，本发明所涉及的部分为实线框内的部分。

在本发明的演进的网络架构中，新设立两个功能模块，分别为接入系统网关ASGW(Access System GateWay)模块和增强的移动性管理E-MM(Evolved Mobility Management)模块，其关系可以做在同一实体内，也可以分开设置。

ASGW与SGSN、UTRAN、演进的UTRAN E-UTRAN(Evolved-UTRAN)的接口为用户数据平面，而E-MM与SGSN、UTRAN、E-UTRAN的接口为信令平面，即所有与SGSN、UTRAN、E-UTRAN交互的信令都由和E-MM间的接口传送，而所有的用户数据都是由ASGW的接口传送。

E-MM的主要功能是：管理和保存与终端相关的E-MM(移动性管理)上下文，承载描述上下文，终端ID、状态，用户的安全参数，用户的签约信息等，它包括但不限于原有3GPP系统中SGSN的全部控制功能，与SGSN、UTRAN、E-UTRAN相连的接口协议为基于GPRS隧道协议GTP-C的加强型协议。

ASGW负责移动通信网络与外部数据网的连接，提供演进的网络与外部数据网之间数据的传输工作。ASGW与SGSN、UTRAN、E-UTRAN相连的接口协议为基于GTP-U的加强型协议。

基于上述的网络架构，下面描述终端向网络注册的具体的流程：

图4是本发明的在演进的网络架构中终端注册的流程。如图4所示：

1.终端开机后向E-MM发起注册请求；

2.由3GPP-E-MM、HSS等实体参与完成包括鉴权、认证等的安全功能；

3.由E-MM、ASGW等实体参与完成从E-UTRAN到ASGW的承载建立，并且为终端分配一个IP地址；

4.E-MM通过ASGW或者直接向HSS发起用户位置更新并获得用户签约数据；

5.E-MM向终端发送注册请求接受；

6.完成注册流程，同时建立了一个到ASGW的承载。

下述实施例一、二、三为基于图8所示的架构图的实施例。在架构图8中，E-MM和ASGW为分离的两个单独实体，ASGW和E-MM之间接口为基于GTP-C的加强型协议；E-MM分别和SGSN、UTRAN、E-UTRAN相连，其接口协议为基于GTP-C的加强型协议；ASGW分别和SGSN、UTRAN、E-UTRAN相连，其接口协议为基于GTP的加强型协议。

实施例一：

图5是在本发明的演进的网络架构中，终端通过E-UTRAN向演进的移动通信网络注册流程的一个实施例。从该实施例可以看出，其关键点在于当终端注册到网络的同时，建立一个到ASGW的承载，并且为终端分配一个IP地址。如图5所示，

1.终端开机后向E-MM发起注册请求；

2.由E-MM实体、HSS等实体参与完成安全功能，包括鉴权、认证等；

3.E-MM向ASGW发起创建承载的请求，ASGW或者通过服务器进行鉴权和地址分配，或者采用Radius或Diameter网络协议进行鉴权和由DHCP进行地址分配这两种方法之一给终端分配一个IP地址，之后并向E-MM返回创建承载的请求响应，其中包括终端的IP地址等参数。这个返回的信息中主要包括如下的内容：给终端分配的IP地址；存储终端信息的E-MM；为该终端分配的ASGW；

4.E-MM通过ASGW或者直接向HSS发起用户位置更新并获得用户签约数据；

5.E-MM向终端发送注册请求接受，并携带为终端分配的IP地址；

6.完成注册流程，同时建立了一个到ASGW的承载。

实施例二：

图6是在本发明的演进的网络架构中，终端通过UTRAN或者GERAN或者UMA经由SGSN向演进的移动通信网络注册流程的一个实施例。此时的演进的网络架构图如图13所示，从该实施例可以看出，其关键点在于当终端注册到网络的同时，建立一个到ASGW的承载，并且为终端分配一个IP地址。SGSN到ASGW的信令是通过E-MM透传转发的，整个过程中E-MM并不实际参与注册流程如图6所示，

1.终端开机后向SGSN发起注册请求；

2.由SGSN实体、HSS等实体参与完成安全功能，包括鉴权、认证等；

3.SGSN向ASGW发起创建承载的请求，ASGW或者通过服务器进行鉴权和地址分配，或者采用Radius或Diameter网络协议进行鉴权和由DHCP进行地址分配这两种方法之一给终端分配一个IP地址，之后并向SGSN返回创建承载的请求响应，其中包括终端的IP地址等参数。这个返回的信息中主要包括如下的内容：给终端分配的IP地址；存储终端信息的SGSN；为该终端分配的ASGW；

4.SGSN通过ASGW或者直接向HSS发起用户位置更新并获得用户签约数据；

5.SGSN向终端发送注册请求接受，并携带为终端分配的IP地址；

6.完成注册流程，同时建立了一个到ASGW的承载。

实施例三：

图7是在本发明的演进的网络架构中，终端通过UTRAN经由E-MM向演进的移动通信网络注册流程的一个实施例。从该实施例可以看出，其关键点在于当终端注册到网络的同时，建立一个到ASGW的承载，并且为终端分配一个IP地址。如图7所示，其注册流程与实施例一中完全一致，故此不做叙述。

下述实施例四、五、六为基于架构图9的实施例。在架构图9中E-MM为ASGW的一部分，ASGW分别和SGSN、UTRAN、E-UTRAN相连，其接口协议为基于GTP的加强型协议。

实施例四：

图10是在本发明的演进的网络架构中，终端通过E-UTRAN向演进的移动通信网络注册流程的一个实施例。从该实施例可以看出，其关键点在于当终端注册到网络的同时，建立一个到ASGW的承载，并且为终端分配一个IP地址。如图10所示，

1.终端开机后向ASGW发起注册请求；

2.由ASGW实体、HSS等实体参与完成安全功能，包括鉴权、认证等；

3.ASGW向HSS发起用户位置更新并获得用户签约数据；

4.ASGW或者通过服务器进行鉴权和地址分配，或者采用Radius或Diameter网络协议进行鉴权和由DHCP进行地址分配这两种方法之一给终端分配一个IP地址，并建立一个上下文信息，其中主要包括如下的内容：给终端分配的IP地址；存储终端信息的E-MM；为该终端分配的ASGW。之后ASGW向终端发送注册请求接受，并携带为终端分配的IP地址；

5.完成注册流程，同时建立了一个到ASGW的承载。

实施例五：

图11是在本发明的演进的网络架构中，终端通过UTRAN或者GERAN或者UMA经由SGSN向演进的移动通信网络注册流程的一个实施例。此时演进的网络架构图如图14所示，从该实施例可以看出，其关键点在于当终端注册到网络的同时，建立一个到ASGW的承载，并且为终端分配一个IP地址。如图11所示，

1.终端开机后向SGSN发起注册请求；

2.由SGSN实体、HSS等实体参与完成安全功能，包括鉴权、认证等；

3.SGSN向ASGW发起创建承载的请求，ASGW或者通过服务器进行鉴权和地址分配，或者采用Radius或Diameter网络协议进行鉴权和由DHCP进行地址分配这两种方法之一给终端分配一个IP地址，之后并向SGSN返回创建承载的请求响应，其中包括终端的IP地址等参数。这个返回的信息中主要包括如下的内容：给终端分配的IP地址；存储终端信息的SGSN；为该终端分配的ASGW；

4.SGSN通过ASGW或者直接向HSS发起用户位置更新并获得用户签约数据；

5.SGSN向终端发送注册请求接受，并携带为终端分配的IP地址；

6.完成注册流程，同时建立了一个到ASGW的承载。

实施例六：

图12是在本发明的演进的网络架构中，终端通过UTRAN经由ASGW向演进的移动通信网络注册流程的一个实施例。从该实施例可以看出，其关键点在于当终端注册到网络的同时，建立一个到ASGW的承载，并且为终端分配一个IP地址。如图12所示，其注册流程与实施例四中完全一致，故此不做叙述。