一种移动网络扁平化的实现装置、方法及系统

摘要

本发明提供了一种移动网络扁平化的实现装置、方法及系统，可以利用通用化的网络设备实现了扁平化的移动网络，从而优化了传输路径，提高了传输效率。本发明接入网设备侧的方法包括：接入网设备与用户设备建立无线承载，生成用户设备上下文信息；接入网设备接收云系统的控制器发送的用于指示创建虚拟机的远端过程调用指令；接入网设备调用本地管理程序，创建虚拟机，并建立虚拟机与本地虚拟交换机的连接，以及生成虚拟机上下文信息，将虚拟机上下文信息与用户设备上下文信息进行关联。

说明书

技术领域

本发明涉及移动通信技术领域，尤其涉及一种移动网络扁平化的实现装置、方法及系统。

背景技术

在第三代移动通信标准化组织(3rd Generation Partnership Project，3GPP)标准版本R8阶段，发展出了一种全新的演进网络，其系统架构如图1所示，包括：演进的通用陆地无线接入网(Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network，E-UTRAN)，移动性管理实体(Mobility Management Entity，MME)，服务网关(Serving Gateway，S-GW)，分组数据网络网关(Packet Data Network Gateway，P-GW)和归属用户服务器(Home Subscriber Server，HSS)，其中

E-UTRAN，用于实现所有与演进网络无线有关的功能；

MME，负责控制面的移动性管理，包括用户上下文信息和移动状态管理、分配用户临时身份标识(Temporary Mobile Subscriber Identity，TMSI)等；

S-GW，是3GPP接入网络间的转发面锚点，终止E-TURAN的接口；

P-GW，是3GPP接入网络和非3GPP接入网络之间的转发面锚点，和外部分组数据网络(Packet Data Network，PDN)的接口；

HSS，用于存储用户签约信息。

MME、S-GW、P-GW和HSS通常作为核心网的网元。

参阅图2所示，基于上述演进网络的系统架构中，UE接入演进型分组核心网(Evolved Packet Core，EPC)，并和外部数据网络建立连接的流程如下：

S201、UE发起网络附着流程；

S202、演进节点B(Evolved Node B，eNB)收到该消息后，选择MME并转发该消息给MME；

S203、MME对该UE进行认证授权，授权通过后，MME选择网关，包括 S-GW和P-GW，向S-GW发送创建会话请求消息；

这里省略了和HSS的交互过程。

S204、S-GW收到该创建会话请求消息后，向P-GW转发该消息，其中，该消息包含了S-GW为该UE分配的下行隧道标识和用户面地址；

S205、P-GW收到该创建会话请求消息后，为该UE创建用户上下文信息，分配互联网协议(Internet Protocol，IP)地址，并为该UE分配上行隧道标识，返回创建会话响应消息给S-GW；

S206、S-GW收到该创建会话响应消息后，建立S-GW和P-GW之间的GPRS隧道协议(GPRS Tunnelling Protocol，GTP)转发面(GTP User Plane，GTP-U)隧道并分配S-GW的上行隧道标识，向MME返回该创建会话响应消息；

S207、MME向eNB发起初始上下文建立请求消息，该消息除了包含S-GW分配的上行隧道标识、发送给UE的参数(如IP地址等)外，还包含其他信息，如UE的安全上下文信息(用于eNB和UE之间的无线传输加密)，UE的漫游限制列表(用于限制UE在哪些eNB之间移动)等；

S208、eNB和UE之间建立无线承载，无线承载和网关建立的GTP-U隧道有一一对应关系；

S209、eNB向MME返回初始上下文建立应答消息，该消息包含eNB分配的下行隧道标识；

S210、MME向S-GW发送修改承载消息，该消息包含eNB分配的下行隧道标识，至此S-GW建立了S-GW和eNB之间的GTP-U隧道，形成了从eNB到S-GW到P-GW之间的端到端隧道。

UE接入EPC网络后，具体的用户面报文转发的流程如下：当P-GW从外部网络(如Internet)收到UE的下行报文后，首先根据报文里的目的IP地址，确定该报文发往哪个UE，然后将IP报文封装GTPU协议头发送给S-GW，该GTPU协议头包含了S-GW的IP地址、UDP端口号以及S-GW分配的下行隧道标识。S-GW从对应的下行隧道收到该报文后，根据隧道ID之间的关联关系，修改GTPU协议头的隧道标识和目的地址，然后向eNB发送GTPU报文。eNB收到报 文后，根据下行隧道标识确定从哪个无线承载发送给UE。

在上行方向上，eNB收到UE发送的报文后，根据无线承载和GTPU隧道的对应关系，选择上行隧道标识，并封装GTPU协议头，然后发送给S-GW。S-GW从对应的上行隧道收到报文后，根据隧道ID之间的关联关系，修改GTPU协议头的隧道标识和目的地址，然后向P-GW发送GTPU报文。P-GW在收到报文后，去除GTPU封装，将报文发送到PDN。

参阅图3所示，由于UE的移动性，当UE从一个eNB切换到另一个eNB时，其基本流程如下：

在切换前，UE和P-GW之间建立了端到端隧道，后续通过切换准备和切换执行过程，UE与目标eNB建立了无线连接。

S301、目标eNB与UE建立无线连接后，指示MME进行路径切换，其中，路径切换请求消息中携带了目标eNB的下行隧道标识和用户面地址；

S302、MME向S-GW发送修改承载请求消息，该修改承载请求消息包含了目标eNB分配的下行隧道标识；

至此S-GW已经建立了S-GW和目标eNB之间的GTP-U隧道；

S303、S-GW返回修改承载响应消息给MME；

S304、MME返回路径切换请求确认消息给目标eNB。

需要说明的是，还有UE在eNB间的切换还涉及很多其他切换流程，比如S-GW切换，其他切换流程可参考现有技术，这里不再赘述。

从上述S201-S210、S301-S304两个流程可以看出，现有的移动网络中，UE和PDN之间通过端到端GTP_U隧道实现连接，而UE的移动性则需要通过修改GTP-U隧道的标识来实现。这导致了以下两个问题：

第一、UE的所有数据都必须通过P-GW，UE和其他UE或者部署于P-GW和基站之间的其他业务交互时(比如部署在S-GW附近的业务)，都需要经过集中的锚点，路径传输不够优化，导致传输时间长，用户体验差，造成不必要的网络传输资源的浪费。

第二、建立GTP-U隧道需要通过GTP-C协议实现，而这个协议只适用于 EPC网络，导致S-GW和P-GW只能定制化实现，而定制化的网关由于数量少，其成本要高于通用的交换机和路由器，另外由于所有流量都需要经过P-GW，也使得P-GW实现复杂，提高了目前EPC网络的部署成本。

发明内容

本发明实施例提供了一种移动网络扁平化的实现装置、方法及系统，利用通用化的网络设备实现扁平化的移动网络，解决了现有移动网络中集中的数据锚点带来的数据传输不够优化，网络设备成本过高的问题。

第一方面，本发明实施例提供一种移动网络扁平化的实现装置，包括：

第一处理单元，用于与用户设备建立无线承载，生成用户设备上下文信息；

第一接收单元，用于接收云系统的控制器发送的用于指示创建虚拟机的远端过程调用指令；

第二处理单元，用于调用本地管理程序，创建虚拟机，并建立虚拟机与本地虚拟交换机的连接，以及生成虚拟机上下文信息，将虚拟机上下文信息与用户设备上下文信息进行关联。

结合第一方面，在第一种可能的实现方式中，所述虚拟机的上下文信息包括虚拟机的MAC地址。

结合第一方面的第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，所述虚拟机的上下文信息还包括虚拟机的最大带宽值；所述最大宽带值用于约束虚拟机接收和发送报文时的最大带宽。

结合第一方面，在第三种可能的实现方式中，所述远端过程调用指令包括源接入网设备上的虚拟机上下文信息的镜像信息；所述镜像信息包括源接入网设备上的虚拟机的MAC地址；

在生成虚拟机的上下文信息时，所述第二处理单元具体用于：

根据所述源接入网设备上的虚拟机上下文信息的镜像信息，生成虚拟机上下文信息，并指定虚拟机的MAC地址为所述源接入设备上的虚拟机的 MAC地址。

结合第一方面，在第四种可能的实现方式中，所述远端过程调用指令包括核心网设备分配的虚拟机标识；

在将虚拟机上下文信息与用户设备上下文信息进行关联时，所述第二处理单元具体用于：

根据所述虚拟机标识，将虚拟机上下文信息与用户设备上下文信息进行关联。

结合第一方面或第一方面的第三种可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，还包括：

第二接收单元，用于通过无线承载接收用户设备发送的报文；

第一确定单元，用于根据该无线承载对应的用户设备上下文信息，以及该用户设备上下文信息和虚拟机上下文信息的关联关系，确定该用户设备对应的虚拟机以及该虚拟机的MAC地址；

封装单元，用于使用该虚拟机的MAC地址对用户设备发送的报文进行封装；

第一发送单元，用于通过本地虚拟交换机将封装后的报文发送至目标设备。

结合第一方面或第一方面的第三种可能的实现方式，在第六种可能的实现方式中，还包括：

第三接收单元，用于通过本地虚拟交换机接收发往用户设备的报文；

第二确定单元，用于根据该报文的MAC地址对应的虚拟机上下文信息，以及该虚拟机上下文信息和用户设备上下文信息的关联关系，确定该虚拟机的MAC地址对应的用户设备以及该用户设备上下文信息对应的无线承载；

解封装单元，用于将接收的发往用户设备的报文解封装；

第二发送单元，用于通过确定的该无线承载将解封装后的报文发送至确定的用户设备。

第二方面，本发明实施例提供一种移动网络扁平化的实现装置，包括：

指示单元，用于指示接入网设备生成用户设备上下文信息；

发送单元，用于发送一指令至云系统的控制器，所述指令用于指示控制器远程调用接入网设备的管理程序，在接入网设备本地创建虚拟机，生成虚拟机上下文信息，并将虚拟机上下文信息与用户设备上下文信息进行关联。

结合第二方面，在第一种可能的实现方式中，所述指令为应用程序编程接口API指令，所述API指令包括接入网设备标识和虚拟机标识。

第三方面，本发明实施例提供一种移动网络扁平化的实现方法，包括：

接入网设备与用户设备建立无线承载，生成用户设备上下文信息；

接入网设备接收云系统的控制器发送的用于指示创建虚拟机的远端过程调用指令；

接入网设备调用本地管理程序，创建虚拟机，并建立虚拟机与本地虚拟交换机的连接，以及生成虚拟机上下文信息，将虚拟机上下文信息与用户设备上下文信息进行关联。

结合第三方面，在第一种可能的实现方式中，所述虚拟机的上下文信息包括虚拟机的介质访问控制层MAC地址。

结合第三方面的第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，所述虚拟机的上下文信息还包括虚拟机的最大带宽值；所述最大宽带值用于约束虚拟机接收和发送报文时的最大带宽。

结合第三方面，在第三种可能的实现方式中，所述远端过程调用指令包括源接入网设备上的虚拟机上下文信息的镜像信息；所述镜像信息包括源接入网设备上的虚拟机的MAC地址；

生成虚拟机的上下文信息，包括：

根据所述源接入网设备上的虚拟机上下文信息的镜像信息，生成虚拟机上下文信息，并指定虚拟机的MAC地址为所述源接入设备上的虚拟机的MAC地址。

结合第三方面，在第四种可能的实现方式中，所述远端过程调用指令包括核心网设备分配的虚拟机标识；

将虚拟机上下文信息与用户设备上下文信息进行关联，包括：

根据所述虚拟机标识，将虚拟机上下文信息与用户设备上下文信息进行关联。

结合第三方面或第三方面的第三种可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，还包括：

接入网设备通过无线承载接收用户设备发送的报文；

接入网设备根据该无线承载对应的用户设备上下文信息，以及该用户设备上下文信息和虚拟机上下文信息的关联关系，确定该用户设备对应的虚拟机以及该虚拟机的MAC地址；

接入网设备使用该虚拟机的MAC地址对用户设备发送的报文进行封装；

接入网设备通过本地虚拟交换机将封装后的报文发送至目标设备。

结合第三方面或第三方面的第三种可能的实现方式，在第六种可能的实现方式中，还包括：

接入网设备通过本地虚拟交换机接收发往用户设备的报文；

接入网设备根据该报文的MAC地址对应的虚拟机上下文信息，以及该虚拟机上下文信息和用户设备上下文信息的关联关系，确定该虚拟机的MAC地址对应的用户设备以及该用户设备上下文信息对应的无线承载；

接入网设备将接收的发往用户设备的报文解封装；

接入网设备通过确定的该无线承载将解封装后的报文发送至确定的用户设备。

第四方面，本发明实施例提供一种移动网络扁平化的实现方法，包括：

核心网设备指示接入网设备生成用户设备上下文信息；

核心网设备发送一指令至云系统的控制器，所述指令用于指示控制器远程调用接入网设备的管理程序，在接入网设备本地创建虚拟机，生成虚拟机上下文信息，并将虚拟机上下文信息与用户设备上下文信息进行关联。

结合第四方面，在第一种可能的实现方式中，所述指令为应用程序编程接口API指令，所述API指令包括接入网设备标识和虚拟机标识。

第五方面，本发明实施例提供一种移动网络扁平化的实现系统，包括：

核心网设备，用于指示接入网设备生成用户设备上下文信息；发送一指令至云系统的控制器，所述指令用于指示控制器远程调用接入网设备的管理程序，在接入网设备本地创建虚拟机，生成虚拟机上下文信息，并将虚拟机上下文信息与用户设备上下文信息进行关联；

接入网设备，用于与用户设备建立无线承载，生成用户设备上下文信息；接收云系统的控制器发送的用于指示创建虚拟机的远端过程调用指令；调用本地管理程序，创建虚拟机，并建立虚拟机与本地虚拟交换机的连接，以及生成虚拟机上下文信息，将虚拟机上下文信息与用户设备上下文信息进行关联。

本发明实施例中，给出了一种新的移动网络架构，该架构中将无线通信系统和云系统相结合，基站集成了Hypervisor和虚拟交换机的功能，物理交换机/路由器、IP网关等网络设备不需要现有移动网络的隧道封装和控制面板协议，利用通用化的网络设备便可实现扁平化的移动网络。网络中所有的网路连接管理由控制器统一管理，UE之间、UE与外部数据网络之间，通过封装UE模拟的虚拟机的MAC地址的报文进行通信，不需要进行集中的锚点，从而优化了传输路径，提高了传输效率。

附图说明

图1为现有技术下演进网络的系统架构示意图；

图2为现有技术下UE建立网络连接的流程图；

图3为现有技术下UE的基站间切换的流程图；

图4为本发明实施例提供的一种扁平化移动网络的架构图；

图5为本发明实施例提供的一种移动网络扁平化的实现装置结构图；

图6为本发明实施例提供的一种移动网络扁平化的实现装置结构图；

图7为本发明实施例提供的一种接入网设备的结构图；

图8为本发明实施例提供的一种核心网设备的结构图；

图9为本发明实施例提供的一种接入网设备侧实现移动网络扁平化的流程图；

图10为本发明实施例提供的一种核心网设备侧实现移动网络扁平化的流程图；

图11为本发明实施例提供的一种扁平化移动网络中UE建立网络连接的流程图；

图12为本发明实施例提供的一种扁平化移动网络中UE的基站间切换的流程图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种移动网络扁平化的实现装置、方法及系统，可以利用通用化的网络设备实现扁平化的移动网络，进而解决现有的移动网络中，UE和其他UE或者外部数据网络交互时均需要集中的锚点带来的路径传输不够优化、传输时间长的问题。

本发明实施例提出了一种新的移动网络架构，参阅图4所示，新的移动网络架构包括了控制器，物理交换机/路由器，物理服务器，IP网关，MME，HSS以及集成了特殊管理程序(Hypervisor)功能和虚拟交换机功能的基站，其中：

MME，除了负责控制面的移动性管理，包括用户上下文信息和移动状态管理，分配用户TMSI等现有功能外，还要指示控制器创建和迁移UE模拟的虚拟机；

集成特殊Hypervisor功能和虚拟交换机功能的基站，除了完成现有移动网络里的无线接入功能外，还需要根据控制器的指示创建UE模拟的虚拟机；

控制器，通过和基站上运行的Hypervisor交互，在基站上创建多个虚拟机；

物理服务器，新的移动网络架构中可选的网元设备，其上可运行多个虚拟机，虚拟机完成一些网络功能虚拟化(Network Function Virtualization，NFV) 定义的一些网络服务功能，如深度报文检测(Deep Packet Inspection，DPI)，缓存(Cache)，防火墙(Firewall)等；

物理交换机/路由器，实现不同基站上的UE(UE模拟的虚拟机)之间、UE和网络服务(物理服务器上的虚拟机)之间的通信；

HSS，用于存储用户签约信息，和现有功能相同；

IP网关，是移动网络和外部数据网络的接口。

新移动网络的网络连接管理由控制器统一管理，同一个基站上的不同UE模拟的虚拟机均连接到该基站的虚拟交换机上，各个基站上的虚拟交换机通过基站的网络接口连接到物理交换机，物理交换机连接到IP网关。如此，同一个基站的不同UE之间的通信，通过基站的虚拟交换机实现；不同基站的不同UE之间的通信，通过物理交换机和虚拟交换机实现；只有和外部数据网络通信时，数据流量才需要经过IP网关。这样就实现了一种扁平化的移动网络。

下面结合说明书附图和各实施例对本发明技术方案进行说明。

实施例一

如图5所示，本发明实施例提供了一种移动网络扁平化的实现装置，该装置可部署在接入网设备上，包括：

第一处理单元501，用于与UE建立无线承载，生成UE上下文信息。

第一接收单元502，用于接收云系统的控制器发送的用于指示创建虚拟机的远端过程调用指令。

第二处理单元503，用于调用本地Hypervisor，创建虚拟机，并建立虚拟机与本地虚拟交换机的连接，以及生成虚拟机上下文信息，将虚拟机上下文信息与UE上下文信息进行关联。

其中，上述虚拟机的上下文信息至少包括了虚拟机的MAC地址。

并且，虚拟机的上下文信息还可以包括虚拟机的最大带宽值，该最大宽带值用于约束虚拟机接收和发送报文时的最大带宽。

特别的，当UE并不是初次接入无线网络，而是在无线网络内从一个接入网设备切换到另一个接入网设备，那么目标接入网设备上的第一接收单元502 接收到的控制器发送的远端过程调用指令中会包含源接入网设备上的虚拟机上下文信息的镜像信息，该镜像信息一定包含了源接入网设备上的虚拟机的MAC地址。那么，在生成虚拟机的上下文信息时，第二处理单元503可以根据源接入网设备上的虚拟机上下文信息的镜像信息，生成虚拟机上下文信息，并指定虚拟机的MAC地址为源接入设备上的虚拟机的MAC地址。由于目标接入网设备上的虚拟机保留了与源接入网设备上的虚拟机相同的MAC地址，所以可以自动接收和处理由源接入网设备转发到目标接入网设备的报文，从而保证了UE和外部数据网络以及其他UE之间通信的会话连续性。

为了保证能够将接入网设备上的虚拟机上下文信息与特定的UE上下文相关联，控制器发送的远端过程调用指令中包括了核心网设备分配的虚拟机标识。因此，在将虚拟机上下文信息与UE上下文信息进行关联时，第二处理单元503可以根据该虚拟机标识，将虚拟机上下文信息与UE上下文信息进行关联。

上述装置还包括：

第二接收单元504，用于通过无线承载接收UE发送的报文。

第一确定单元505，用于根据该无线承载对应的UE上下文信息，以及该UE上下文信息和虚拟机上下文信息的关联关系，确定该UE对应的虚拟机以及该虚拟机的MAC地址。

封装单元506，用于使用该虚拟机的MAC地址对UE发送的报文进行封装。

第一发送单元507，用于通过本地虚拟交换机将封装后的报文发送至目标设备。

上述装置还包括：

第三接收单元508，用于通过本地虚拟交换机接收发往UE的报文。

第二确定单元509，用于根据该报文的MAC地址对应的虚拟机上下文信息，以及该虚拟机上下文信息和UE上下文信息的关联关系，确定该虚拟机的MAC地址对应的UE以及该UE上下文信息对应的无线承载。

解封装单元510，用于将接收的发往UE的报文解封装。

第二发送单元511，用于通过确定的该无线承载将解封装后的报文发送至确定的UE。

通过实施例一，通过在接入网设备上集成Hypervisor和虚拟交换机的功能，实现了扁平化的移动网络。网络中的UE之间、UE和外部数据网络之间，可以通过封装UE模拟的虚拟机的MAC地址的报文进行通信，不需要进行集中的锚点，从而优化了传输路径，提高了传输效率。

实施例二

如图6所示，本发明实施例提供了一种移动网络扁平化的实现装置，该装置可部署在核心网设备上，包括：

指示单元601，用于指示接入网设备生成UE上下文信息。

发送单元602，用于发送一指令至云系统的控制器，该指令用于指示控制器远程调用接入网设备的管理程序，在接入网设备本地创建虚拟机，生成虚拟机上下文信息，并将虚拟机上下文信息与用户设备上下文信息进行关联。

其中，上述指令为应用程序编程接口(Application Programming Interface，API)指令，该API指令包括了接入网设备标识和虚拟机标识；接入网设备标识用于指定创建虚拟机的位置，虚拟机标识用于将虚拟机上下文信息和特定的UE上下文信息的关联。

通过实施例二，通过指示控制器远程调用接入网设备上的Hypervisor创建UE模拟的虚拟机，UE之间、UE与外部数据网络之间，通过封装UE模拟的虚拟机的MAC地址的报文进行通信，不需要进行集中的锚点，从而优化了传输路径，提高了传输效率。

实施例三

如图7所示，本发明实施例提供了一种接入网设备，包括：

处理器701，用于与UE建立无线承载，生成UE上下文信息。

收发器702，用于接收云系统的控制器发送的用于指示创建虚拟机的远端过程调用指令。

处理器701，还用于调用本地Hypervisor，创建虚拟机，并建立虚拟机与本地虚拟交换机的连接，以及生成虚拟机上下文信息，将虚拟机上下文信息与UE上下文信息进行关联。

其中，上述虚拟机的上下文信息至少包括了虚拟机的MAC地址。

并且，虚拟机的上下文信息还可以包括虚拟机的最大带宽值，该最大宽带值用于约束虚拟机接收和发送报文时的最大带宽。

特别的，当UE并不是初次接入无线网络，而是在无线网络内从一个接入网设备切换到另一个接入网设备，那么目标接入网设备上的收发器702接收到的控制器发送的远端过程调用指令中会包含源接入网设备上的虚拟机上下文信息的镜像信息，该镜像信息一定包含了源接入网设备上的虚拟机的MAC地址。那么，在生成虚拟机的上下文信息时，处理器701可以根据源接入网设备上的虚拟机上下文信息的镜像信息，生成虚拟机上下文信息，并指定虚拟机的MAC地址为源接入设备上的虚拟机的MAC地址。由于目标接入网设备上的虚拟机保留了与源接入网设备上的虚拟机相同的MAC地址，所以可以自动接收和处理由源接入网设备转发到目标接入网设备的报文，从而保证了UE和外部数据网络以及其他UE之间通信的会话连续性。

为了保证能够将接入网设备上的虚拟机上下文信息与特定的UE上下文相关联，控制器发送的远端过程调用指令中包括了核心网设备分配的虚拟机标识。因此，在将虚拟机上下文信息与UE上下文信息进行关联时，处理器701可以根据该虚拟机标识，将虚拟机上下文信息与UE上下文信息进行关联。

收发器702还用于，通过无线承载接收UE发送的报文。

处理器701还用于，根据该无线承载对应的UE上下文信息，以及该UE上下文信息和虚拟机上下文信息的关联关系，确定该UE对应的虚拟机以及该虚拟机的MAC地址，以及使用该虚拟机的MAC地址对UE发送的报文进行封装。

收发器702还用于，通过本地虚拟交换机将封装后的报文发送至目标设备。

收发器702还用于，通过本地虚拟交换机接收发往UE的报文。

处理器701还用于，根据该报文的MAC地址对应的虚拟机上下文信息，以及该虚拟机上下文信息和UE上下文信息的关联关系，确定该虚拟机的MAC地址对应的UE以及该UE上下文信息对应的无线承载，以及将接收的发往UE的报文解封装。

收发器702还用于，通过确定的该无线承载将解封装后的报文发送至确定的UE。

通过实施例三，给出了一种集成了Hypervisor和虚拟交换机的功能的接入网设备，实现了扁平化的移动网络。网络中的UE之间、UE和外部数据网络之间，可以通过封装UE模拟的虚拟机的MAC地址的报文进行通信，不需要进行集中的锚点，从而优化了传输路径，提高了传输效率。

实施例四

如图8所示，本发明实施例提供了一种核心网设备，包括：

处理器801，用于指示接入网设备生成UE上下文信息。

收发器802，用于发送一指令至云系统的控制器，该指令用于指示控制器远程调用接入网设备的管理程序，在接入网设备本地创建虚拟机，生成虚拟机上下文信息，并将虚拟机上下文信息与用户设备上下文信息进行关联。

其中，上述指令为应用程序编程接口API指令，该API指令包括了接入网设备标识和虚拟机标识；接入网设备标识用于指定创建虚拟机的位置，虚拟机标识用于将虚拟机上下文信息和特定的UE上下文信息的关联。

通过实施例四，核心网设备除了负责控制面的移动性管理等现有功能外，还用于指示控制器远程调用接入网设备上的Hypervisor创建UE模拟的虚拟机。UE之间、UE与外部数据网络之间，通过封装UE模拟的虚拟机的MAC地址的报文进行通信，不需要进行集中的锚点，从而优化了传输路径，提高了传输效率。

实施例五

如图9所示，本发明实施例中，无线通信系统的接入网设备侧在本地创 建模拟UE的虚拟机，实现移动网络扁平化的流程如下：

S901、接入网设备与UE建立无线承载，生成UE上下文信息；

S902、接入网设备接收云系统的控制器发送的用于指示创建虚拟机的远端过程调用指令；

S903、接入网设备调用本地Hypervisor，创建虚拟机，并建立虚拟机与本地虚拟交换机的连接，以及生成虚拟机上下文信息，将虚拟机上下文信息与UE上下文信息进行关联。

其中，S903中生成的虚拟机上下文信息至少包括了虚拟机的MAC地址，并且，虚拟机上下文信息还可以包括虚拟机的最大带宽值，该最大带宽值用于约束虚拟机接收和发送报文时的最大带宽。

具体的，运行在接入网设备上的Hypervisor收到控制器的远端过程调用指令后，并不会为创建的虚拟机分配计算和内存资源，而仅是建立本地虚拟机的虚拟网卡，并指定虚拟网卡的MAC地址，建立虚拟网卡和本地虚拟交换机的连接，从而将本地虚拟机与本地虚拟交换机相连，并通过配置虚拟交换机和物理交换机/路由器，建立该虚拟机到其他虚拟机/网络服务和外部数据网络的连接。其中，同一个接入网设备上的虚拟机之间的通信，通过该接入网设备的本地虚拟交换机即可实现；不同接入网设备上的虚拟机之间的通信，以及接入网设备上的虚拟机和物理服务器上的虚拟机之间的通信，通过接入网设备的虚拟交换机、物理交换机和物理服务器上的虚拟交换机实现；接入网设备上的虚拟机和外部数据网络之间的通信，通过接入网设备上的虚拟交换机、物理交换机和IP网关实现。

特别的，当UE并不是初次接入无线网络，而是在无线网络内从一个接入网设备切换到另一个接入网设备，那么目标接入网设备接收到的控制器发送的远端过程调用指令会包含源接入网设备上的虚拟机上下文信息的镜像信息，该镜像信息内一定包含了源接入网设备上的虚拟机的MAC地址。目标接入网设备上的Hypervisor根据该源接入网设备上的虚拟机上下文信息的镜像信息，生成本地虚拟机的上下文信息，并根据该镜像信息，确定源接入网设 备上的虚拟机的MAC地址，指定本地虚拟机的MAC地址为源接入设备上的虚拟机的MAC地址。由于目标接入网设备上的虚拟机保留了与源接入网设备上的虚拟机相同的MAC地址，所以可以自动接收和处理由源接入网设备转发到目标接入网设备的报文，从而保证了UE和外部数据网络以及其他UE之间通信的会话连续性。

为了保证接入网设备能够将本地的虚拟机上下文信息与特定的UE上下文相关联，控制器发送的远端过程调用指令中包括了核心网设备分配的虚拟机标识，根据该虚拟机标识，接入网设备便能将本地的虚拟机上下文信息与指定的UE上下文信息进行关联。每一个UE在接入网设备上都有一个与其唯一对应的虚拟机，每一个虚拟机都有一个唯一的虚拟机标识和MAC地址。

由于虚拟机上下文信息和UE上下文信息进行了关联，后续接入网设备可以通过无线承载接收UE发送的报文，然后根据该无线承载对应的UE上下文信息，以及该UE上下文信息和虚拟机上下文信息的关联关系，确定该UE对应的虚拟机以及该虚拟机的MAC地址，以及使用该虚拟机的MAC地址，对UE发送的报文进行封装，再通过本地虚拟交换机将封装后的报文发送至目标设备。对应的，接入网设备通过本地虚拟交换机接收发往UE的报文后，根据该报文的MAC地址对应的虚拟机上下文信息，以及该虚拟机上下文信息和用户设备上下文信息的关联关系，确定该虚拟机的MAC地址对应的用户设备以及该用户设备上下文信息对应的无线承载，然后将接收的发往UE的报文进行解封装，再通过确定的无线承载将解封装后的报文发送至确定的用户设备。

通过实施例五，给出了一种新的移动网络架构，该架构中将无线通信系统和云系统相结合，基站集成了Hypervisor和虚拟交换机的功能，物理交换机/路由器、IP网关等网络设备不需要现有移动网络的隧道封装和控制面板协议，利用通用化的网络设备便可实现扁平化的移动网络。网络中所有的网路连接管理由控制器统一管理，UE之间、UE与外部数据网络之间，通过封装UE模拟的虚拟机的MAC地址的报文进行通信，不需要进行集中的锚点，从而优化了传输路径，提高了传输效率。

实施例六

如图10所示，本发明实施例中，无线通信系统的核心网设备通知云管理平台创建虚拟机，实现移动网络扁平化的流程如下：

S1001、核心网设备指示接入网设备生成UE上下文信息；

S1002、核心网设备发送一指令至云系统的控制器，该指令用于指示控制器远程调用接入网设备的Hypervisor，在接入网设备本地创建虚拟机，生成虚拟机上下文信息，并将虚拟机上下文信息与UE上下文信息进行关联。

其中，上述指令为API指令，该API指令包括了接入网设备标识和虚拟机标识，接入网设备标识用于指定创建虚拟机的位置，虚拟机标识用于将虚拟机上下文信息和特定的UE上下文信息的关联。

通过实施例六，给出了一种新的移动网络架构，该架构中将无线通信系统和云系统相结合，核心网设备除了负责控制面的移动性管理等现有功能外，还用于指示控制器远程调用接入网设备上的Hypervisor创建UE模拟的虚拟机。网络中所有的网路连接管理由控制器统一管理，UE之间、UE与外部数据网络之间，通过封装UE模拟的虚拟机的MAC地址的报文进行通信，不需要进行集中的锚点，从而优化了传输路径，提高了传输效率。

实施例七

基于上述实施例五和实施例六，本发明实施例针对UE接入无线网络，并和外部数据网络建立连接的过程进行介绍，参阅图11所示，具体流程如下：

S1101、UE发起网络附着流程；

S1102、eNB收到该消息后，选择MME并转发该消息给MME，其中，eNB转发给MME的消息中包含了eNB为该UE分配的标识eNB UE ID；

S1103、MME对该UE进行认证后，向HSS请求签约信息；

其中，MME对UE进行认证的步骤可参考现有技术，此处不再赘述。

S1104、HSS返回签约信息给MME；

S1105、MME向eNB发起初始上下文建立请求消息，该消息除了包含发送给UE的附着接受消息外，还包含其他信息，如UE的安全上下文信息，UE 的漫游限制列表，MME为该UE分配的标识：MME UE ID，以及S702中eNB发送给MME的eNB UE ID；

后续eNB和MME发送消息时，通过MME UE ID和eNB UE ID对来唯一确定该消息针对哪个UE。需要注意的是，在新的移动网络架构下，这条消息不需要包含承载上下文信息，即网关分配的隧道ID等信息。

S1106、eNB和UE之间建立无线承载；

S1107、MME向控制器发送创建虚拟机的API指令，该API指令中包含了基站标识和虚拟机标识；

其中，基站标识用于指定创建虚拟机的位置，虚拟机标识用于后续基站将该虚拟机上下文信息和特定的UE上下文信息的关联，虚拟机标识可以包含S705中MME为该UE分配的MME UE ID。

S1108、控制器发送远端过程调用指令给eNB，指示eNB调用运行在本地的Hypervisor创建虚拟机；

运行在eNB上的Hypervisor收到该远端过程调用指令后，在本地创建虚拟机，但并不会为该虚拟机分配计算和内存资源，而仅是建立虚拟机的虚拟网卡，指定虚拟网卡的MAC地址，建立虚拟网卡和虚拟交换机之间的连接；其中，虚拟网卡的MAC地址可以由Hypervisor分配，也可以由控制器指定。同时，Hypervisor生成虚拟机上下文信息，并将该虚拟机上下文信息和S1105中生成的UE上下文信息进行关联，具体可以通过上述的虚拟机标识进行关联。其中，Hypervisor生成的虚拟机上下文信息至少包括了虚拟机的MAC地址，并且，虚拟机上下文信息还可以包括虚拟机的最大带宽值，该最大带宽值用于约束虚拟机接收和发送报文时的最大带宽。

至此，UE已经和外部数据网络建立了连接。

S1109、虚拟机发起IP地址分配过程。

在分配IP地址后，UE可以进一步和网内的其他UE、网络服务(物理服务器上的虚拟机)以及外部数据网络使用分配的IP地址进行通信。

其中，报文处理过程如下：eNB通过无线承载接收UE发送的报文后， 可以封装成该UE模拟的虚拟机发送的报文，通过虚拟交换机发送到网络，具体的封装就是通过无线承载接收到UE发送的报文后，根据该无线承载对应的UE上下文信息，以及该UE上下文信息和虚拟机上下文信息的关联关系，确定该UE对应的虚拟机以及该虚拟机的MAC地址，然后使用该MAC地址，对报文进行封装，再发送到网络中去。eNB接收到网络发送给UE的报文后，需要先解封装，再通过无线承载发送给UE，具体的解封装就是接收到网络发送的报文后，根据该报文的MAC地址对应的虚拟机上下文信息，以及该虚拟机上下文信息和UE上下文信息的关联关系，确定该虚拟机的MAC地址对应的UE以及该UE上下文信息对应的无线承载，然后对该报文的MAC地址进行解封装，再发送给UE。

通过实施例七，对MME和eNB进行了改动，并将无线通信系统和云系统相结合，实现了一种新的移动网络，解决现有的移动网络中，UE和其他UE或者外部数据网络交互时均需要集中的锚点带来的路径传输不够优化、传输时间长的问题。

实施例八

基于上述实施例五和实施例六，本发明实施例针对UE由于移动性从一个基站切换到另一个基站的过程进行介绍，参阅图12所示，具体流程如下：

在切换前，UE和外部数据网络建立了连接，建立过程参考实施例三。后续通过切换准备和切换执行过程，UE与目标eNB建立了无线连接。

需要注意的是，本发明实施例在切换准备过程中，源eNB和目标eNB会交换UE上下文信息，在新的移动网络架构下，此UE上下文信息不包含承载上下文信息，即网关分配的隧道ID等信息。

S1201、目标eNB与UE建立无线连接后，指示MME进行路径切换；

其中，在切换准备过程中，源eNB传递给目标eNB的UE上下文信息中包含了MME分配的MME UE ID，可以用于让MME识别哪个UE发起了切换流程。

S1202、MME返回路径切换请求确认消息给目标eNB；

S1203、MME向控制器发送迁移虚拟机的API指令，该API指令中包含了目标基站标识和虚拟机标识；

其中，目标基站标识用于指定迁移以后虚拟机的创建位置，虚拟机标识用于后续目标基站将该虚拟机上下文信息和特定的UE上下文信息的关联，虚拟机标识可以包含切换准备过程中源eNB传递给目标eNB的MME UE ID。

S1204、控制器发送远端过程调用指令给目标eNB，指示目标eNB调用运行在本地的Hypervisor创建虚拟机；

其中，上述远端过程调用指令中还包含了UE在源eNB上模拟的虚拟机上下文信息的镜像信息，该虚拟机上下文信息的镜像信息至少包含了UE在源eNB上模拟的虚拟机的MAC地址。

运行在eNB上的Hypervisor收到该远端过程调用指令后，在本地创建虚拟机，根据源eNB的虚拟机上下文信息的镜像信息，生成本地的虚拟机上下文信息，其中，该虚拟机上下文信息至少包括了虚拟机的MAC地址，并且，虚拟机上下文信息还可以包括虚拟机的最大带宽值，该最大带宽值用于约束虚拟机接收和发送报文时的最大带宽。Hypervisor指定本地虚拟机的MAC地址为源eNB上的虚拟机的MAC地址，建立虚拟机的虚拟网卡和虚拟交换机之间的连接。同时，Hypervisor将生成的虚拟机上下文信息和切换准备过程中源eNB传递给目标eNB的UE上下文信息进行关联，具体可以通过上述的虚拟机标识进行关联。

S1205、控制器指示物理交换机/路由器修改转发表项；

具体的，控制器可以通过和物理交换机/路由器之间的可编程接口，或者分布式的路由协议来实现物理交换机/路由器的转发表项的更新，从而将发往源eNB上的虚拟机的报文转发到目标eNB上的虚拟机。由于目标eNB上的虚拟机保留了和源eNB上的虚拟机相同的MAC地址，所以可以自动接收和处理报文，保证了UE和外部数据网络以及其他UE之间通信的会话连续性。

目标eNB后续接收和发送针对该UE的报文处理过程如下：目标eNB通过无线承载接收UE发送的报文后，可以封装成该UE模拟的虚拟机发送的报 文，通过虚拟交换机发送到网络，具体的封装就是通过无线承载接收到UE发送的报文后，根据该无线承载对应的UE上下文信息，以及该UE上下文信息和虚拟机上下文信息的关联关系，确定该UE对应的虚拟机以及该虚拟机的MAC地址，然后使用该MAC地址，对报文外层进行封装，再发送到网络中去。目标eNB接收到网络发送给UE的报文后，需要解封装后，再通过无线承载发送给UE，具体的解封装就是接收到网络发送的报文后，根据该报文的MAC地址对应的虚拟机上下文信息，以及该虚拟机上下文信息和UE上下文信息的关联关系，确定该虚拟机的MAC地址对应的UE以及该UE上下文信息对应的无线承载，然后对该报文的MAC地址进行解封装，再发送给UE。

S1206、目标eNB通知源eNB释放无线资源；

源eNB接收到通知后，释放本地的UE上下文信息。

S1207、控制器发送远端过程调用指令给源eNB，指示源eNB调用本地的Hypervisor删除虚拟机。

运行在源eNB上的Hypervisor收到该远端过程调用指令后，根据该指令中包含的待删除虚拟机的虚拟机标识，删除相应的本地虚拟机，以及释放相应的本地虚拟机上下文信息。

通过实施例八，当UE移动后，无线通信系统的MME通知云系统的控制器发生虚拟机迁移事件，云计算控制系统通过在新的基站上创建虚拟机并重新调整网络连接，保证了UE和外部数据网络以及其他UE之间通信的会话连续性，整个切换过程中，不需要进行集中的锚点，从而优化了传输路径，提高了传输效率。

实施例九

本发明实施例提供了一种移动网络扁平化的实现系统，该系统包括：

核心网设备，用于指示接入网设备生成UE上下文信息；发送一指令至云系统的控制器，所述指令用于指示控制器远程调用接入网设备的管理程序，在接入网设备本地创建虚拟机，生成虚拟机上下文信息，并将虚拟机上下文信息与用户设备上下文信息进行关联。

接入网设备，用于与UE建立无线承载，生成UE上下文信息；接收云系统的控制器发送的用于指示创建虚拟机的远端过程调用指令；调用本地管理程序，创建虚拟机，并建立虚拟机与本地虚拟交换机的连接，以及生成虚拟机上下文信息，将虚拟机上下文信息与UE上下文信息进行关联。

其中，上述核心网设备发送给控制器的指令为API指令，该API指令包括了接入网设备标识和虚拟机标识。接入网设备标识用于指定创建虚拟机的位置，虚拟机标识用于将虚拟机上下文信息和特定的UE上下文信息的关联。

上述接入网设备生成的虚拟机的上下文信息至少包括了虚拟机的MAC地址。并且，虚拟机的上下文信息还可以包括虚拟机的最大带宽值，该最大宽带值用于约束虚拟机接收和发送报文时的最大带宽。

特别的，当UE并不是初次接入无线网络，而是在无线网络内从一个接入网设备切换到另一个接入网设备，那么目标接入网设备接收到的控制器发送的远端过程调用指令中会包含源接入网设备上的虚拟机上下文信息的镜像信息，该镜像信息一定包含了源接入网设备上的虚拟机的MAC地址。那么，在生成虚拟机的上下文信息时，目标接入网设备可以根据源接入网设备上的虚拟机上下文信息的镜像信息，生成虚拟机上下文信息，并指定虚拟机的MAC地址为源接入设备上的虚拟机的MAC地址。由于目标接入网设备上的虚拟机保留了与源接入网设备上的虚拟机相同的MAC地址，所以可以自动接收和处理由源接入网设备转发到目标接入网设备的报文，从而保证了UE和外部数据网络以及其他UE之间通信的会话连续性。

为了保证能够将接入网设备上的虚拟机上下文信息与特定的UE上下文相关联，控制器发送的远端过程调用指令中包括了核心网设备分配的虚拟机标识。因此，在将虚拟机上下文信息与UE上下文信息进行关联时，接入网设备可以根据该虚拟机标识，将虚拟机上下文信息与UE上下文信息进行关联。

接入网设备还可以用于，通过无线承载接收UE发送的报文，并根据该无线承载对应的UE上下文信息，以及该UE上下文信息和虚拟机上下文信息的关联关系，确定该UE对应的虚拟机以及该虚拟机的MAC地址，以及使用该 虚拟机的MAC地址对UE发送的报文进行封装，最后，通过本地虚拟交换机将封装后的报文发送至目标设备。

接入网设备还可以用于，通过本地虚拟交换机接收发往UE的报文，并根据该报文的MAC地址对应的虚拟机上下文信息，以及该虚拟机上下文信息和UE上下文信息的关联关系，确定该虚拟机的MAC地址对应的UE以及该UE上下文信息对应的无线承载，以及将接收的发往UE的报文解封装，最后通过确定的该无线承载将解封装后的报文发送至确定的UE。

通过实施例九，给出了一种新的移动网络架构，该架构中将无线通信系统和云系统相结合，接入网设备集成了Hypervisor和虚拟交换机的功能，核心网设备除了负责控制面的移动性管理等现有功能外，还用于指示控制器远程调用接入网设备上的Hypervisor创建UE模拟的虚拟机，网络中所有的网路连接管理由控制器统一管理。UE之间、UE与外部数据网络之间，通过封装UE模拟的虚拟机的MAC地址的报文进行通信，不需要进行集中的锚点，从而优化了传输路径，提高了传输效率。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明实施例的精神和范围。这样，倘若本发明实施例的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。