Система (варианты) и способ создания доступа мобильному устройству к сети пакетной передачи данных

Система (варианты) и способ создания доступа мобильному устройству к сети пакетной передачи данных

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к фемтосотовым сетям и, в частности, к системе и способу оптимизации местоположения сервер-шлюза для устройств домашнего узла сети Node-B (eNB), снабженных локальным доступом по Интернет-протоколу (IP-доступом).

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Владельцы беспроводных каналов связи используют вышки сотовой связи для создания больших сот в системе беспроводной связи, перекрывающих обширные физические области, такие как зоны столичных городов или сельские районы. Большие соты или макросоты могут перекрывать области диаметром от 1 до 5 км. Вышка сотовой связи передает радиосигналы на абонентские устройства или мобильные телефоны, находящиеся на всей территории макросот, или принимает сигналы с этих устройств или мобильных телефонов.

Различные сооружения, находящиеся внутри окружающей среды макросоты, препятствуют распространению радиосигналов, отражают их или другим способом взаимодействуют с ними. Например, среди прочего, пользователи обычно пытаются использовать мобильные устройства внутри таких сооружений, как дома и торговые предприятия. Указанные сооружения могут быть построены из материалов с высоким уровнем ослабления электромагнитного излучения, таких, как бетон или металл, которые препятствуют проникновению радиосигналов в сооружения. Прием сигналов внутри указанных сооружений часто очень затруднен и неустойчив из-за низкой интенсивности радиосигналов. Неуверенный прием приводит к ухудшению качества обслуживания пользователей сети мобильной связи. Внутри указанных сооружений с высоким уровнем ослабления электромагнитного излучения размещают фемтосоты или микросоты, предназначенные для маршрутизации прохождения сигнала через существующую транзитную инфраструктуру передачи сотового графика в макросеть. Данные могут транспортироваться по беспроводному каналу между фемтосотами и макросотами через обслуживающий макрошлюз SGW (Serving Gateway) и локальный шлюз взаимодействия с сетями, в которых используется технология передачи данных с коммутацией пакетов, PGW (Packet Data Network Gateway) с использованием интерфейса S1-U. В этом случае данные выходят из фемтосоты в макрошлюз SGW и возвращаются обратно внутрь фемтосоты в локальный шлюз PGW. Это процесс известен как двусторонний (обходной) обмен графиком (traffic tromboning) и считается нежелательным, т.к. увеличивает время ожидания при передаче данных.

Поэтому требуются системы и способы оптимизации расположения обслуживающего шлюза, связанного с фемтосотами. Также требуются системы и способы, позволяющие избежать обходного обмена графиком на интерфейсе S1-U, а также исключить частое перемещение обслуживающего шлюза между помещениями и окружающей макросредой во время прерывания поставки услуг радиосвязи в помещениях.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В настоящем изобретении предлагаются способ и система для оптимизации местоположения обслуживающего шлюза в локальной сети или макросети в зависимости от режима работы и местоположения абонентского устройства. Предлагается система, обеспечивающая мобильному устройству IP-доступ через соединение с сетью пакетной передачи данных с использованием фемтосотовой сети доступа. Фемтосотовая сеть через канал связи соединена с локальным сервер-шлюзом и макро-сервер-шлюзом. Менеджер мобильности через канал связи соединен с фемтосотовой сетью доступа и может обмениваться данными с локальным сервер-шлюзом и макро-сервер-шлюзом. Менеджер мобильности получает данные о режиме работы и местоположении мобильного устройства, передаваемые по фемтосотовой сети доступа. Менеджер мобильности выбирает одно из двух: локальный сервер-шлюз или макро-сервер-шлюз - в зависимости от режима работы и местоположения мобильного устройства.

В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения предлагается система, обеспечивающая мобильному устройству IP-доступ через соединение с сетью пакетной передачи данных с использованием фемтосотовой сети доступа. Макросотовая сеть через канал связи соединена с локальным сервер-шлюзом и макро-сервер-шлюзом. Менеджер мобильности через канал связи соединен с макросотовой сетью доступа и может обмениваться данными с локальным сервер-шлюзом и макро-сервер-шлюзом. Менеджер мобильности получает данные о режиме работы мобильного устройства и местоположении мобильного устройства, передаваемые через макросотовую сеть доступа. Менеджер мобильности выбирает одно из двух: локальный сервер-шлюз или макро-сервер-шлюз - в зависимости от режима работы и местоположения мобильного устройства.

В соответствии еще с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения предлагается способ использования фемтосоты для обеспечения мобильного устройства IP-доступом через соединение с сетью пакетной передачи данных с использованием локального сервера-шлюза и макро-сервера-шлюза. Менеджер мобильности определяет статус и местоположение мобильного устройства. Менеджер мобильности связывается с локальным сервер-шлюзом или макро-сервер-шлюзом и выбирает один из них в зависимости от статуса и местоположения мобильного устройства.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Более полное понимание настоящего изобретения, а также его соответствующих преимуществ и особенностей можно получить из приведенного далее подробного описания в связи с прилагаемыми чертежами, где:

на фиг.1 представлена блок-схема архитектуры домашней локальной сети IP-доступа, содержащей локальное соединение с сетью PDN (Packet Data Network - сеть, в которой используется технология с коммутацией пакетов пакетной передачи данных) и локальный шлюз PGW, в соответствии с принципами настоящего изобретения;

на фиг.2 представлена блок-схема архитектуры внедомашней сети удаленного доступа пользователя, содержащей внешнее соединение с сетью PDN и локальный шлюз PGW, в соответствии с принципами настоящего изобретения;

на фиг.3 представлена схема последовательности сервисных операций по перебазированию обслуживающего шлюза в окружающую макросреду, когда абонентское устройство перешло в режим ожидания, если оно находится в рабочей зоне обслуживания локальной сети, в соответствии с принципами настоящего изобретения;

на фиг.4 представлена блок-схема архитектуры домашней локальной сети IP-доступа, содержащей внешнее соединение с сетью PDN и внешний шлюз PGW, в соответствии с принципами настоящего изобретения;

на фиг.5 представлена блок-схема архитектуры внедомашней сети удаленного доступа пользователя, содержащей внешнее соединение с сетью PDN и внешний шлюз PGW, в соответствии с принципами настоящего изобретения;

на фиг.6 представлена диаграмма последовательности сервисных операций по перебазированию обслуживающего шлюза из окружающей макросреды в локальную окружающую среду (или обратно), когда абонентское устройство активирует или деактивирует локальное соединение с сетью PDN при нахождении в локальной окружающей среде, в соответствии с принципами настоящего изобретения;

на фиг.7 представлена блок-схема архитектуры домашней локальной сети IP-доступа, содержащей локальное соединение с сетью PDN и локальный шлюз PGW, в соответствии с принципами настоящего изобретения;

на фиг.8 представлена блок-схема архитектуры внедомашней сети удаленного доступа пользователя, содержащей локальное соединение с сетью PDN и локальный шлюз PGW, в соответствии с принципами настоящего изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Как показано на фиг.1, в изобретении предложены базовые фемтостанции или устройства домашних узлов Node-B (e-NB) 102, размещаемые внутри сооружений 101, чтобы улучшить качество обслуживания в соте и обеспечить связь с устройствами, подключенными к домашней сети. Например, базовые фемтостанции 102 могут находиться, среди прочего, внутри жилых или торговых помещений 101. Базовые фемтостанции 102 могут работать в фемтодиапазоне энергий от +15 дБ (относительно 1 мВт) и обеспечивать покрытие услугами радиосвязи в рабочем диапазоне приблизительно в 50 метров. В настоящем изобретении также предлагаются макроузлы e-NB 202, помещаемые внутри макросоты, которая находится снаружи жилых или торговых помещений.

Некоторые варианты осуществления настоящего изобретения могут описываться с использованием выражений "связанные" и "соединенные", а также их производных. Например, некоторые варианты осуществления настоящего изобретения могут описываться с использованием термина "соединенные", чтобы показать, что два или несколько элементов находятся в прямом физическом или электрическом контакте друг с другом. В другом примере некоторые варианты осуществления настоящего изобретения, чтобы показать, что два или несколько элементов находятся в прямом физическом или электрическом контакте друг с другом, могут описываться с использованием термина "связанные". Однако термин "соединенный" или "подключенный через канал связи" может также означать, что два или более элемента не находятся в прямом контакте друг с другом, но все-таки взаимодействуют друг с другом. Описываемые здесь варианты осуществления настоящего изобретения не обязательно ограничиваются данным контекстом.

Базовые фемтостанции 102 и макроузлы e-NB 202 поддерживают связь с абонентским устройством UE (User Equipment) 106, например сотовым телефоном, карманным компьютером или другими абонентскими устройствами, в которых используются сотовые технологии передачи данных. Базовые фемтостанции 102 могут использовать существующую транзитную инфраструктуру передачи сотового трафика, чтобы получить доступ к сетям, таким как Интернет и/или макросети, через телефонную сеть общего пользования. Базовые фемтостанции 102 могут быть подключены через канал связи к устройствам DSL (Digital Subscriber Line -цифровая абонентская линия) или кабельным модемам, а также к локальным вычислительным сетям LAN (Local Area Network) 108.

В настоящем изобретении может предусматриваться использование существующих сотовых технологий, таких как CDMA2000 1×RTT, а также, наряду с другими, сетей EV-DO (Evolution-Data Optimized - эволюционировавшая оптимизированная передача данных) и LTE (Long-Term Evolution - долгосрочное эволюционное развитие).

К абонентским устройствам 106 могут относиться электронные устройства широкого спектра разновидностей, включая, но не ограничиваясь этим, мобильные телефоны, карманные компьютеры PDA (Personal Data Assistant) и подобные устройства, в которых используются различные технологии связи, такие как AMPS (Advanced Mobile Phone System - усовершенствованная система мобильной телефонной связи), TDMA (Time Division Multiple Access - многостанционный (множественный) доступ с временным разделением каналов), CDMA (Code Division Multiple Access - многостанционный доступ с кодовым разделением каналов), GSM (Global System For Mobile Communications - глобальная система мобильной связи), GPRS (General Packet Radio Service - пакетная радиосвязь общего назначения), EV-DO или 1×EV-DO (Evolution-Data Optimized - эволюционировавшая оптимизированная передача данных) и UMTS (Universal Mobile Telecommunications System - универсальная мобильная телекоммуникационная сеть). В состав абонентского устройства 106 также входит аппаратное и программное обеспечение, предназначенное для поддержки функций, используемых для беспроводной связи с базовыми фемтостанциями 102 и макроузлами eNB 202. В состав такого аппаратного обеспечения могут входить приемник, передатчик, центральный процессор, запоминающее устройство в виде энергозависимого или энергонезависимого запоминающего устройства, устройства ввода-вывода и т.д.

Настоящее изобретение направлено на развертывание множества фемтосот 102 в пределах макросоты или окружающей макросреды. Хотя компонентами общей сети связи являются различные базовые фемтостанции 102, каждая фемтосота является отдельной и отличается от действующей макросоты и любых смежных фемтосот. Во время передвижения система переключает сеансы связи абонентского устройства из фемтосоты 102 на макросоту и обратно. В другом случае система может переключать сеансы связи абонентского устройства из какой-либо фемтосоты. на другую фемтосоту.

В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения макросоты и фемтосоты используют процедуры передачи управления вызовом, которые инициируются по различным причинам, в том числе, когда измеренная сила сигнала, генерируемого в активной сети, например в сотовой сети или фемтосети, падает ниже заранее выбранного порогового значения. Абонентское устройство 106 может обнаруживать слабый сигнал, исходящий из "активной" сети доступа, и инициировать передачу управления вызовом на "бездействующую" сеть доступа, например, фемтосеть базовой станции или сотовую сеть, в которой сигнал более сильный. Это может выполняться путем передачи информации о слабом сигнале в активную сеть доступа.

В альтернативном случае для трафика бездействующего терминального устройства могут инициироваться процедуры передачи управления вызовом из сотовой сети на фемтосеть базовой станции. Базовая фемтостанция 102 является персональной базовой станцией, выделенной для каждого соответствующего сооружения, например жилого или торгового помещения или здания 101. Базовые фемтостанции 102 независимо поддерживают сетевой трафик вместе с сотовой сетью, которая поддерживает макросоту.

Базовая фемтостанция 102 может быть напрямую или не напрямую соединена с концентратором и/или коммутатором, модемом DSL (Digital Subscriber Line - абонентская цифровая линия) и/или кабельным модемом и/или маршрутизатором (не показаны). Указанные устройства могут содержать отдельные аппаратные устройства или комбинацию таких устройств. Для обеспечения возможности использования системных ресурсов совместно с абонентским устройством 106 могут быть предусмотрены концентратор и/или коммутатор и маршрутизатор. В состав совместно используемых устройств, среди прочих, могут входить такие терминальные устройства, как персональные компьютеры, портативные компьютеры, принтеры и медиаплееры.

В настоящем изобретении предлагаются базовые фемтостанции 102, содержащие локальный шлюз для взаимодействия с сетью пакетной передачи данных (PDN) PGW 112 с домашним именем точки доступа APN (Access Point Name - имя точки доступа) и локальный обслуживающий шлюз SGW 114, который направляет домашние запросы данных, принятые через локальную вычислительную сеть 108. Одно имя APN может быть назначено множеству абонентов и может быть разрешенным для целевого локального шлюза PGW 112. В альтернативном случае множеству абонентов может быть назначено множество имен APN.

Абонентское устройство 106 снабжено локальным IP-доступом через выделенное соединение с сетью PDN. Соединение с сетью PDN может быть локальным соединением с сетью PDN, внешним соединением с сетью PDN или может предусматривать одновременное использование локального и внешнего соединений с сетью PDN. Абонентское устройство 106 может работать в одном из двух режимов: активном и режиме ожидания. В зависимости от типа локального IP-доступа и статуса абонентского устройства 106, желательно, оптимизировать местоположение обслуживающего шлюза (SGW) путем выборочного назначения местоположения шлюза SGW в локальной окружающей среде или окружающей макросреде. В изобретении предлагается несколько вариантов оптимизации. Например, когда абонентское устройство 106 при перемещении в локальную окружающую среду перешло в режим ожидания, то узел ММЕ (Mobility Management Entity - узел управления мобильностью) или менеджер мобильности могут перебазировать шлюз SGW в окружающую макросреду. Когда абонентское устройство 106 переводится в активный режим и соединяется через локальные подключения с сетью PDN, узел ММЕ может перебазировать шлюз SGW в локальную окружающую среду, чтобы ускорить передачу данных или избежать обходного обмена данными. Когда абонентское устройство 106 деактивирует локальные соединения с сетью PDN, будучи соединенным через внешнее подключение с сетью PDN, узел ММЕ может переместить шлюз SGW в окружающую макросреду, чтобы избежать частого перебазирования шлюза SGW из-за неустойчивого приема сигналов.

Технологии LTE (Long-Term Evolution - долгосрочное эволюционное развитие) и eHRPD (Evolved High Rate Packet Data - улучшенная технология высокоскоростной пакетной передачи данных) являются примерами технологий четвертого поколения (4G), которые улучшают стандарт мобильной телефонной связи системы UMTS (Universal Mobile Telecommunications System - универсальная мобильная телекоммуникационная система) путем предоставления упрощенной архитектуры для всех пакетов. Технология UMTS поддерживает мобильные сервисы по протоколу IP (Internet Protocol - Интернет-протокол), такие как загрузка музыки, просмотр видео в режиме коллективного доступа, широкополосный доступ к системе телефонии по протоколу IP и другие IP-сервисы, для портативных компьютеров, карманных компьютеров PDA (Personal Digital Assistant) и других абонентских устройств 106. Технология LTE улучшает текущие возможности UMTS путем обеспечения повышенной эффективности, снижения стоимости, повышения максимальной скорости передачи данных, уменьшения времени ожидания, повышения качества услуг и степени интеграции с другими открытыми стандартами. Кроме того, настоящее изобретение направлено на поддержку сотовых фемтосетей доступа, включая сети LTE, сети EVDO и eHRPD, соединенные с решением ЕРС (Evolved Packet Core - усовершенствованное пакетное ядро), сети WiMax 802.16 e/m, соединенные с решением ЕРС.

Следует иметь в виду, что хотя изобретение описано со ссылкой на сеть LTE, специалистами в данной области техники принципы изобретения могут быть адаптированы так, чтобы они охватывали другие сети, такие как WiMAX (IEEE 802.16), другие сети CDMA2000 и любые другие сети, известные или разработанные позже.

Что касается чертежей, то подобные элементы обозначаются одинаковыми номерами, на фиг.1 представлена блок-схема типичной системы, обозначенной в общем номером 100, которая обеспечивает локальное соединение с сетью пакетной передачи данных и содержит абонентское устройство 106, которое обменивается данными с локальной вычислительной сетью 108 в границах фемтосоты, находящейся внутри сооружения 101. Абонентскому устройству 106 может быть назначен IP-адрес локальной области. Базовая фемтостанция 102 содержит локальный шлюз PGW 112 сети пакетной передачи данных (PDN) с домашним именем точки доступа (APN) и локальный обслуживающий шлюз (SGW) 114, который маршрутизирует внутрисотовые запросы данных в домашнюю локальную вычислительную сеть (LAN) 108. Домашняя сеть PDN или локальный шлюз PGW 112 дает возможность абонентскому устройству 106 осуществлять связь через локальную вычислительную сеть 108.

Локальный шлюз PGW 112 дает возможность абонентскому устройству осуществлять непосредственную связь с транзитной IP-инфраструктурой с использованием базовой фемтостанции 102 и домашней локальной вычислительной сети 108. Локальный шлюз PGW 112 и локальный шлюз SGW 114 устраняют необходимость в отправке данных с абонентского устройства 106 через макросеть оператора. Вместо этого, интернет-трафик может быть повторно маршрутизирован из беспроводной сети поставщика услуг в транзитную IP-инфраструктуру. Базовая фемтостанция 102, локальный шлюз PGW 112 и локальный шлюз 114 могут быть сконфигурированы так, чтобы обеспечить абонентскому устройству 106 возможность доступа к одной или более сетей пакетной передачи данных (PDN) одновременно через один или более локальных шлюзов PGW 112.

Чтобы реализовать эту возможность, вдобавок к поддержке домашнего или локального шлюза SGW 114 и локального шлюза PGW 112 базовая фемтостанция 102 поддерживает, среди прочих, интерфейсы S5 и S11. Локальные шлюзы PGW 112 и SGW 114 поддерживают связь друг с другом с помощью интерфейса S5. Фемтошлюз (HeNB GW) 120 вдобавок к объединению с интерфейсом S1-MME может быть усовершенствован так, чтобы поддерживать агрегацию S11 и S5.

Базовые фемтостанции 102 могут содержать центральный процессор (CPU), передатчик, приемник, устройства ввода-вывода и запоминающее устройство, например, в виде энергозависимого или энергонезависимого запоминающего устройства, в зависимости от того, какое может потребоваться для реализации описанных здесь функций. Базовые фемтостанции 102 могут поддерживать связь с абонентским устройством 106 через радиоинтерфейс.

Базовая фемтостанция 102 может быть соединена с фемтошлюзом HeNB GW 120 через IPsec-туннель (защищенный IP-туннель) 116. IPsec-туннель 116 обеспечивает безопасное соединение с сетью общего пользования и предотвращает перехват телефонных сообщений, манипулирование графиком и другие угрозы для безопасности. Фемтошлюз HeNB GW 120 также является интерфейсом для внешних сетей и может быть соединен с множеством базовых фемтостанции 102. Например, фемтошлюз HeNB GW 120 может быть соединен с сотнями и тысячами базовых фемтостанции 102 и может управлять ими. Кроме того, фемтошлюз HeNB GW 120 может быть также сконфигурирован в виде аутентификатора, который обеспечивает улучшенную авторизацию.

В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения в качестве узла уровня управления может быть предусмотрен узел управления мобильностью (ММЕ) 125, предназначенный для управления абонентским устройством 106 в пределах сети LTE и аутентификации абонентского устройства 106. Узел ММЕ 125 может быть соединен с базовой фемтостанцией 102 и локальным шлюзом SGW 114. Узел ММЕ 125 является только узлом сигнализации, из-за чего IP-пакеты данных, выдаваемые абонентским устройством 106, не обрабатываются в узле ММЕ 125. Узел ММЕ 125 может выполнять различные функции, в том числе функции сигнализации об уровнях NAS (Non-Access Stratum - уровень, не связанный с предоставлением доступа), защиты NAS-сигнализации, отслеживания управления списком зон для мобильных терминалов в режиме ожидания и активном режиме, выбор шлюза для взаимодействия с сетью пакетной передачи данных (PDN-GW) и обслуживающего шлюза (S-GW), роуминга, аутентификации и, среди прочего, функции управления каналами связи (в LTE - виртуальными соединениями абонентского устройства UE со шлюзом PGW).

Локальный шлюз GW или фемтошлюз HeNB GW 120 поддерживает связь со шлюзом сети, в которой используется технология с коммутацией пакетов (PDN GW или PGW) 130. Связь может осуществляться с использованием в качестве опорной точки интерфейса S5, а также других интерфейсов. Шлюз PGW 130 предоставляет абонентскому устройству 106 доступ к одной или одновременно нескольким сетям через один или несколько шлюзов PGW 130. Шлюз PGW 130 предоставляет якорную точку для абонентского устройства 106 и остается на связи с абонентским устройством 106 в течение всего сеанса связи, независимо от того, перемещается ли абонентское устройство 106 в другие узлы сети. Шлюз PGW 130 сконфигурирован так, что не принимает данные, которые передаются с использованием базовой фемтостанции 102 между абонентским устройством 106 и любыми устройствами домашней сети. Внешний интернет-трафик может быть маршрутизирован в устройства домашней сети через домашний или локальный шлюз 112 или шлюз PGW 130, в зависимости от решения оператора. Шлюз PGW 130 может выполнять различные функции, включая фильтрацию пакетов по каждому пользователю, перехват информации, назначение IP-адресов мобильных терминалов, выставление счетов по уровням услуг на восходящем (UL) и нисходящем (DL) каналах, обеспечение селекции и скорости передачи данных, а также, наряду с выполнением других функций, маркировку пакетов транспортного уровня в нисходящем канале. В данном описании термин "восходящий" относится к каналу для передачи данных по направлению от абонентского устройства 106, а термин "нисходящий" относится к каналу для передачи данных по направлению к абонентскому устройству 106. Кроме того, шлюз 130 может управлять мобильностью при переходах между 4G-сетями и не 4G-сетями.

На фиг.2 приведена блок-схема системы, в общем обозначенной номером 200, предназначенной для предоставления внешнего соединения с сетью пакетной передачи данных и позволяющей удаленном абонентскому устройству 106, расположенному в удаленном местоположении вне границ фемтосоты, поддерживать связь с домашней локальной вычислительной сетью (LAN) 108. Другими словами, система 200 обеспечивает удаленному абонентскому устройству 106, подключенному к макросети, доступ к домашней вычислительной сети (LAN) 108. Возможность подключения к сети PDN позволяет абонентскому устройству 106 назначать в качестве целевой сети PDN внутреннюю или домашнюю сеть PDN. Макросеть содержит обслуживающий шлюз (SGW) 204, который создает туннель S5 или "входной" интерфейс S5 с домашней сетью PDN через фемтошлюз HeNB GW 120, IPsec-туннель 116 и локальный шлюз PGW 112. Шлюз PGW 112 обеспечивает удаленному абонентскому устройству 106 доступ к локальной сети 108.

Туннель S5 или "входной" интерфейс S5 создает канал связи от шлюза SGW 204 к фемтошлюзу HeNB GW 120, что позволяет облегчить маршрутизацию запросов на локальный шлюз PGW 112. Абонентское устройство 106 связывается с узлом e-NB 202 в макросети, причем абонентское устройство 106 может быть аутентифицировано, и пакеты данных переадресованы на шлюз SGW 204. Шлюз SGW 204 анализирует пакеты данных от абонентского устройства 106 и определяет, следует ли направлять принятые пакеты данных на локальный шлюз PGW 112 через фемтошлюз HeNB GW 120. Абонентское устройство 106 может получить IP-адрес для самого себя или одновременно для удаленной сети и локальной или домашней сети 108, например, через протокол DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol - протокол динамического конфигурирования узла) или другой протокол управления адресами. Фемтошлюз HeNB GW 120 может направлять пакеты данных на локальный шлюз PGW 112. Локальный шлюз PGW 112 может отправлять пакеты данных на домашнюю локальную вычислительную сеть (LAN) 108.

Шлюз SGW 204 может выполнять различные функции, включая, среди прочих функций, выполнение функций якорной точки при локальном перемещении для передачи управления вызовами между узлами eNB, привязку перемещений внутри 4G-систем, перехват информации, маршрутизацию пакетов и их переадресацию, маркировку пакетов транспортного уровня в восходящем и нисходящем каналах, осуществление связи по восходящему и нисходящему каналам по каждому мобильному терминалу, сети PDN и идентификатору QCI (Quality Of Service Class Identifier - идентификатор класса качества системы связи) и учет степени детализации пользователя и индикатора QCI для выставления счетов по данному оператору.

В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения узел ММЕ 125 может выполнять функции узла уровня управления, предназначенного для управления абонентским устройством 106 в пределах сети LTE и аутентификации абонентского устройства 106. Узел ММЕ 125 может быть соединен с макроузлом e-NB 202 и шлюзом SGW 204. Узел ММЕ 125 наряду с выполнением других функций может управлять пересылкой пакетов по восходящему и нисходящему каналам между шлюзом PGW 130 и макроузлом e-NB 202. Узел ММЕ 125 является лишь узлом сигнализации, из-за чего IP-пакеты данных, выдаваемые абонентским устройством 106, не обрабатываются в узле ММЕ 125. Узел ММЕ 125 может выполнять различные функции, в том числе функции сигнализации об уровнях NAS, защиты NAS-сигнализации, отслеживания управления списком зон для мобильных терминалов в режиме ожидания и активном режиме, выбор шлюза для взаимодействия с сетью пакетной передачи данных (PDN-GW) и обслуживающего шлюза (S-GW), роуминга, аутентификации и, наряду с другими функциями, функции управления каналами связи.

Ядро мультимедийной IP-подсистемы (не показано) может быть соединено со шлюзом PGW 130 для обработки вызовов или сеансов, согласования сеансов и управления ими в реальном масштабе времени. Сервер абонентских данных (не показан) может быть соединен с узлом ММЕ 125 для обслуживания пользователя в его физическом местоположении. Сервер HSS (Home Subscriber Server - сервер абонентских данных) может быть реализован с помощью базы данных, содержащих данные о подписке и местоположении абонента.

Системы, представленные на фиг.1 и 2, вместе предоставляют абонентскому устройству 106 и локальное соединение с сетью PDN в системе 100, и внешнее соединение с сетью PDN в системе 200. Когда абонентское устройство 106 работает в активном режиме с использованием локального соединения с сетью PDN в границах домашней сети LAN 108, описанное местоположение обслуживающего шлюза находится в пределах домашней сети LAN 108 в локальном шлюзе SGW 112, как это показано на фиг.1. При этих условиях путем помещения обслуживающего сервера в локальном шлюзе SGW 112, что предлагается в настоящем изобретении, можно ускорить транспортировки данных и избежать обходного обмена данными на интерфейсе S1-U между базовой фемтостанцией 102 и шлюзом SGW 204. Напротив, когда абонентское устройство 106 работает в активном режиме с использованием внешнего соединения с сетью PDN в окружающей макросреде, предпочтительное местоположение обслуживающего шлюза находится внутри макросоты в шлюзе SGW 204, как это показано на фиг.2. Если абонентское устройство 106 передает данные из домашней сети LAN 108 в окружающую макросреду (или обратно) при работе абонентского устройства 106 в активном режиме, перебазирование шлюза SGW может быть выполнено с использованием существующих процедур на основе спецификации 3GPP (Third Generation Partnership Project - проект партнерства третьего поколения). Другими словами, если абонентское устройство 106 передает данные из домашней сети LAN 108 в окружающую макросреду (или обратно) при работе абонентского устройства 106 в режиме ожидания, в известных системах шлюз SGW остается в последней окружающей среде, в которой абонентское устройство 106 было активно.

В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения предлагается перебазирование шлюза SGW в окружающую макросреду из локальной окружающей среды, когда абонентское устройство 106 перешло в режим ожидания при работе в пределах локальной сети 108. Пример процесса перебазирования обслуживающего сервера в сети обсуждается со ссылкой на фиг.3 для сети LTE. При переходе абонентского устройства 106 в режим ожидания может быть инициализировано перебазирование шлюза SGW в окружающую макросреду после освобождения интерфейса S1. На этапе S3 01 запрос освобождения контекста (Context Release Request) маршрутизируется с помощью протокола сигнализации уровня управления S1AP (S1 Application Part) из узла HeNB 108 в узел ММЕ 125, чтобы запросить освобождение контекста абонентского устройства S1UE. В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения на этапе S3 03 запрос обновления канала связи (виртуального соединения абонентского устройства UE со шлюзом PGW) (Update Bearer Request) маршрутизируется из узла ММЕ 125 в локальный шлюз SGW 114, и на этапе S305 ответ на запрос обновления канала связи (Update Bearer Response) маршрутизируется из локального шлюза SGW 114 в узел ММЕ 125 и на этапе S305.

На этапе S3 07 команда освобождения контекста абонентского устройства (UE) (Context Release Command) маршрутизируется с помощью протокола сигнализации уровня управления S1AP (S1 Application Part) из узла ММЕ 125 в узел HeNB 108 с целью индикации освобождения контекста абонентского устройства S1UE. На этапе 309 узел HeNB 108 направляет команду разрыва (Connection Release) RRC-соединения (RRC (Radio Resource Control) - управление радиоресурсами) на абонентское устройство 106. На этапе 311 узел HeNB 108 выдает сигнал Context Release Complete (Завершение освобождения контекста абонентского устройства) на узел ММЕ 125 с использованием протокола сигнализации уровня управления (S1AP), чтобы индицировать освобождение контекста S1UE. На этапе 313 узел ММЕ 125 выдает запрос создания канала связи (Create Bearer Request) на шлюз SGW 204, и на этапе 315 шлюз SGW 204 выдает ответ на запрос создания канала связи (Create Bearer Response) на узел ММЕ 125. На этапе 317 узел ММЕ 125 выдает запрос удаления канала связи (Delete Bearer Request) на локальный шлюз SGW 114, и на этапе 319 локальный шлюз SGW 114 выдает ответ на запрос удаления канала связи (Delete Bearer Response) на узел ММЕ 125. По завершении этапа 319 абонентское устройство 106 при переходе в состояние ожидания, когда оно находится в домашней сети LAN 108, перебазируется из локального шлюза SGW 114 в макрошлюз SGW 204.

На фиг.4 приведена блок-схема системы, обозначенной в общем номером 400, предназначенная для предоставления внешнего соединения с сетью пакетной передачи данных. Система 400 содержит абонентское устройство 106, которое поддерживает связь с локальной вычислительной сетью 108 в пределах фемтосоты, расположенной внутри сооружения 101. Абонентское устройство 106, которому может быть назначен IP-адрес локальной зоны, может поддерживать связь с домашней сетью LAN 108. Например, абонентское устройство 106 может получить IP-адрес в сети LAN 108 с помощью протокола DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol - протокол динамического конфигурирования узла) или другого протокола управления адресами.

Система 400 дает возможность абонентскому устройству 106 поддерживать связь с базовой фемтостанцией 102, которая соединена с обслуживающим шлюзом (SGW) 204 в макросети с использованием интерфейса S1-U через фемтошлюз HeNB GW 120 и протокола IPsec 116. При использовании внешнего соединения с сетью PDN система 400 использует шлюз SGW 204 в окружающей макросреде, даже когда абонентское устройство 106 работает в пределах сети LAN 108. Шлюз 204 анализирует пакеты данных, принятые от абонентского устройства 106 и определяет, следует ли направлять принятые пакет данных на макрошлюз PGW 130. Если абонентское устройство 106 вдобавок к внешнему подключению к сети PDN активизирует локальное соединение с сетью PDN, то система 400, чтобы избежать обходного обмена графиком, может перебазировать обслуживающий шлюз в локальный обслуживающий шлюз.

Шлюз SGW 204 может выполнять различные функции, включая, среди прочих функций, выполнение роли якорной точки локальной мобильности для передач управления вызовами внутри узла eNB, привязку мобильности внутри 4G-систем, перехват информации, маршрутизацию пакетов и их переадресацию, маркировку пакетов транспортного уровня в восходящем и нисходящем каналах, осуществление связи по восходящему и нисходящему каналам по каждому мобильному терминалу, сети PDN и идентификатору QCI (Quality Of Service Class Identifier - идентификатор класса качества системы связи) и учет степени детализации пользователя и индикатора QCI для выставления счетов по данному оператору.

В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения узел ММЕ 125 может выполнять функции узла уровня управления, предназначенного для управления абонентским устройством 106 в пределах сети LTE и аутентификации абонентского устройства 106. Узел ММЕ 125 может быть соединен с базовой фемтостанцией 102 и шлюзом SGW 204. Узел ММЕ 125 наряду с выполнением других функций может управлять пересылкой пакетов по восходящему и нисходящему каналам между шлюзом PGW 130 и базовой фемтостанцией 102. Узел ММЕ 125 является лишь узлом сигнализации, из-за чего IP-пакеты данных, выдаваемые абонентским устройством 106, не обрабатываются в узле ММЕ 125. Узел ММЕ 125 может выполнять различные функции, в том числе функции сигнализации об уровнях NAS, защиты NAS-сигнализации, отслеживания управления списком зон для мобильных терминалов в режиме ожидания и активном режиме, выбор шлюза сети пакетной передачи данных (PDN-GW) и обслуживающего шлюза (S-GW), роуминга, аутентификации и, наряду с другими функциями, функции управления каналами связи.

На фиг.5 приведена блок-схема системы, обозначенной в общем номером 500, предназначенная для предоставления внешнего соединения с сетью пакетной передачи данных. Система 500 содержит абонентское устройство 106, расположенное в удаленном местоположении вне пределов фемтосоты. Абонентскому устройству 106 может быть назначен IP-адрес из удаленной сети. Например, абонентское устройство 106 может получить IP-адрес с помощью протокола динамического конфигурирования узла (DHCP) или другого протокола управления адресами.

Система 500 предоставляет возможность абонентскому устройству 106 поддерживать связь с макроузлом e-NB 202, который соединен с обслуживающим шлюзом (SGW) 204 в макросети с помощью интерфейса S1-U. Шлюз SGW 204 анализирует пакеты данных, принятые от абонентского устройства 106 и определяет, следует ли направить принятые пакеты данных на макрошлюз PGW 130. Шлюз SGW 204 может выполнять различные функции, включая, среди прочих функций, выполнение функций якорной точки при локальном перемещении для передач управления вызовами между узлами eNB, привязку перемещений внутри 4G-систем, перехват информации, маршрутизацию пакетов и их переадресацию, маркировку пакетов транспортного уровня в восходящем и нисходящем каналах, осуществление связи по восходящему и нисходящему каналам по каждому мобильному терминалу, сети PDN и идентификатору QCI