一种基于SDN的移动性管理的方法技术

本发明专利技术公开一种基于SDN的移动性管理的方法，利用软件定义网络(SDN)和OpenFlow协议的概念来实现基于SDN的回程网络架构，通过采用基于SDN的回程网络架构，将移动性锚点动态地放置在更靠近用户终端(User Equipment，UE)的位置，将一部分移动性管理任务从移动核心网转移到更靠近移动用户的回程网络。本发明专利技术通过回程网络中的SDN控制器和SDN交换机来实现新型的移动性管理，使部分移动性管理不再依靠传统的GTP隧道协议来实现，满足LTE网络中的无缝移动性同时也减少了接入网与核心网络之间的过度信令负载和隧道开销，降低了网络的复杂性，提高了数据传输效率。

A method of mobility management based on SDN

The invention discloses a method for mobility management based on SDN, using the concept of software defined network (SDN) and OpenFlow protocol to realize the backhaul network architecture based on SDN, based on the return of SDN network architecture, the mobility anchor dynamically placed closer to the user terminal (User Equipment, UE) position that will be a part of the mobility management tasks transferred from the mobile core network closer to the user mobile backhaul network. The present invention through the backhaul network SDN controller and SDN switch to achieve the mobility management model, so that part of the mobility management to achieve no longer rely on the traditional GTP tunnel protocol, meet seamless mobility in LTE networks but also reduce the load of excessive signaling between the access network and the core network and the tunnel overhead, reduce the complexity of the network. To improve the efficiency of data transmission.

【技术实现步骤摘要】
一种基于SDN的移动性管理的方法
本专利技术属于蜂窝移动通信网络领域，涉及长期演进(LongTermEvolution,LTE)网络构架的演进、移动性管理以及基于软件定义网络(SoftwareDefinedNetwork,SDN)。具体涉及一种基于SDN的移动性管理的方法，应用于LTE网络中。
技术介绍
移动通信网络在提供对因特网和数据服务的宽带接入方面发挥越来越大的作用,最近几年这已经推动了蜂窝网络中面向分组的架构演进。在这个方向上一个有希望的架构是长期演进(LTE)，与以前的标准相比，LTE具有全IP架构，极大地简化了网络架构，并支持LTE与固定宽带接入技术的集成。然而，对LTE网络中的用户移动性的支持需要特别注意，因为IP网络不容易支持移动性，为了解决LTE网络中的用户移动性，采用基于GPRS隧道协议(GPRSTunnelingprotocol,GTP)的隧道方法。(见参考文献[1]3GPPTechnicalSpecifications,“3GPPTS23.401V8.3.0,”2009.http://www.3gpp.org/)基于GTP的隧道可以实现终端用户在不同接入点之间的移动，同时避免在每次切换之后重新建立IP连接。然而，这是以重新建立LTE核心网络和相应的接入点(也称为演进节点B或eNB)之间的GTP隧道为代价。这种方法的缺点包括：与切换相关联的移动核心网(EvolvedPacketCore，EPC)信令开销，EPC中的中心锚点的复杂性以及用于交换的数据分组GTP隧道开销。此外，蜂窝网络运营商为了提高频谱的利用率，进一步缩小蜂窝小区的覆盖范围，这又增加了切换的频率，特别是对于移动速度较快的用户，情况变得更糟。
技术实现思路
为了解决这些问题，本专利技术提出一种基于SDN的移动性管理方法，应用于LTE网络中，其中将一部分移动性管理任务交给移动回程网络完成。本专利技术是基于以下事实：在大多数情况下，当用户终端被切换到新的接入点前后，业务在回程网络中采用的大部分路径将是相同的。因此，本专利技术通过采用基于SDN的回程网络架构，将移动性锚点动态地放置在更靠近用户终端(UserEquipment，UE)的位置，将一部分移动性管理任务从移动核心网转移到更靠近移动用户的回程网络。本专利技术涉及的移动性管理是具有选择性的，只针对部分特殊场景的移动性管理，对于那些涉及核心网路由变化的移动性管理则仍采用重建GTP隧道的方法。为了实现本专利技术涉及的方法，需要解决以下问题：首先，回程网络的SDN控制器应该能够检测到用户终端的业务流和它们的切换请求。第二，一旦回程网络的SDN控制器检测到切换请求，其必须在网络中识别适当的锚点，将用户终端的业务重新路由到正确的接入点。为了解决这些问题，我们提出基于SDN和OpenFlow协议来实现回程网络的控制节点，其可以实现复杂的业务流管理。利用SDN和OpenFlow协议，网络运营商将能够管理业务流量，以便识别各个业务流，并实现流量在其网络中的流量调度，管理和控制，这使一部分移动性管理不再需要GTP协议。为实现上述目的，本专利技术采用如下的技术方案：一种基于SDN的移动性管理的方法，利用软件定义网络(SDN)和OpenFlow协议的概念来实现基于SDN的回程网络架构，通过采用基于SDN的回程网络架构，将移动性锚点动态地放置在更靠近用户终端(UserEquipment，UE)的位置，将一部分移动性管理任务从移动核心网转移到更靠近移动用户的回程网络，涉及的移动性管理中的3种情景：初始附着流程、跟踪区域更新流程、UE切换流程。作为优选，初始附着(InitialAttach，IA)流程，包括以下步骤：步骤1：一旦有UE接入，它就向所属eNB发起IA请求，该eNB将该请求转发到MME；步骤2：MME从归属签约用户服务器(HomeSubscriberServer,HSS)获取用户数据并对该UE进行认证；步骤3：MME通过转发相应的eNBMAC地址向S-GW发起默认承载请求；步骤4：S-GW将该请求转发到分组数据网网关(PacketDataNetworkGateway，P-GW)，P-GW向UE分配唯一的IP地址和C-VLANid；步骤5：S-GW通过绑定UEIP地址和eNBMAC地址来组成UE唯一的地址，并将该地址转发到MME；步骤6：MME向eNB发送IA接受消息并将IA接受消息的S-VLAN改变为信令S-VLAN，在到达其路径中的第一个SDN交换机时，S-VLAN分组被转发到SDN控制器，SDN控制器更新其MMT并安装从源SDN交换机到目标SDN交换机的流条目；此外，SDN控制器在SDN交换机中安装用于将IA接受消息发送到SDN控制器的条目，并且，IA接受消息的信令S-VLAN转变为变为S-VLAN；步骤7：最后，IA接受和确认(Acknowledgement,ack)消息被嵌入在无线资源控制(RadioResourceControl,RRC)承载建立消息中，并且IA接受消息被转发到MME。作为优选，初始附着流程的步骤6中：“SDN控制器更新其MMT”，所述MMT是指移动性管理表，即SDN控制器定义的用于控制转发的流条目，由5个元素组成，包括UEIP、eNBMAC、C-VLAN、S-VLAN、S-GWMAC。作为优选，跟踪区域更新(TrackingAreaUpdate，TAU)流程，包括以下步骤：步骤1：UE发起TAU请求步骤2：相应的eNB将请求消息的S-VLANid改变为信令S-VLANid，该消息首先被发送到SDN控制器，SDN控制器识别该TAU,并清除边缘SDN交换机中与该UE相关的条目，将信令S-VLAN更改为原来的S-VLAN；步骤3：TAU被转发到MME，MME向S-GW发送更新承载请求；步骤4：S-GW向MME发送更新承载响应；步骤5：MME向eNB发送TAU接受消息，其与UEL2地址一起发送到eNB，无线承载建立。作为优选，跟踪区域更新流程的步骤1中，“TAU请求”是由空闲UE在检测到其已经进入新跟踪区域(TrackingArea,TA)时或当周期性定时器到期时发起的；并且只有由于检测到新的TA触发的TAU才被发送到SDN控制器，其他TA更新被直接发送到MME，所以SDN控制器不会过载。作为优选，跟踪区域更新流程的步骤2中，所述“信令S-VLANid”是一个特殊的S-VLAN标识符，用于标识去往SDN控制器的分组，被标识为信令S-VLAN的分组都会被转发到SND控制器，普通的S-VLANid消息是不被识别的。作为优选，UE切换(Handover，HO)流程，包括以下步骤：步骤1：源eNB向目标eNB发送切换请求消息，在源eNB接收到切换确认消息之后，向UE发出切换命令；步骤2：目标eNB使用信令S-VLANid向MME发起路径切换请求；步骤3：目标eNB所在的SDN控制器接收到该路径切换请求后进行判断，若源eNB和目标eNB都在其控制范围则进行步骤4；若源eNB和目标eNB不是都在其控制范围则转到步骤6；步骤4：源eNB和目标eNB所在的SDN控制器end_marker消息给源eNB，源eNB处理后将此信息转发给目标eNB；步骤5：源eNB和目标eNB所在的SDN控制器更新其MMT本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于SDN的移动性管理的方法，其特征在于，利用软件定义网络(SDN)和OpenFlow协议的概念来实现基于SDN的回程网络架构，通过采用基于SDN的回程网络架构，将移动性锚点动态地放置在更靠近用户终端(User Equipment，UE)的位置，将一部分移动性管理任务从移动核心网转移到更靠近移动用户的回程网络，涉及的移动性管理中的3种情景：初始附着流程、跟踪区域更新流程、UE切换流程。

【技术特征摘要】
1.一种基于SDN的移动性管理的方法，其特征在于，利用软件定义网络(SDN)和OpenFlow协议的概念来实现基于SDN的回程网络架构，通过采用基于SDN的回程网络架构，将移动性锚点动态地放置在更靠近用户终端(UserEquipment，UE)的位置，将一部分移动性管理任务从移动核心网转移到更靠近移动用户的回程网络，涉及的移动性管理中的3种情景：初始附着流程、跟踪区域更新流程、UE切换流程。2.如权利要求1所述的基于SDN的移动性管理的方法，其特征在于，初始附着(InitialAttach，IA)流程，包括以下步骤：步骤1：一旦有UE接入，它就向所属eNB发起IA请求，该eNB将该请求转发到MME；步骤2：MME从归属签约用户服务器(HomeSubscriberServer,HSS)获取用户数据并对该UE进行认证；步骤3：MME通过转发相应的eNBMAC地址向S-GW发起默认承载请求；步骤4：S-GW将该请求转发到分组数据网网关(PacketDataNetworkGateway，P-GW)，P-GW向UE分配唯一的IP地址和C-VLANid；步骤5：S-GW通过绑定UEIP地址和eNBMAC地址来组成UE唯一的地址，并将该地址转发到MME；步骤6：MME向eNB发送IA接受消息并将IA接受消息的S-VLAN改变为信令S-VLAN，在到达其路径中的第一个SDN交换机时，S-VLAN分组被转发到SDN控制器，SDN控制器更新其MMT并安装从源SDN交换机到目标SDN交换机的流条目；此外，SDN控制器在SDN交换机中安装用于将IA接受消息发送到SDN控制器的条目，并且，IA接受消息的信令S-VLAN转变为变为S-VLAN；步骤7：最后，IA接受和确认(Acknowledgement,ack)消息被嵌入在无线资源控制(RadioResourceControl,RRC)承载建立消息中，并且IA接受消息被转发到MME。3.如权利要求2所述基于SDN的移动性管理的方法，其特征在于，初始附着流程的步骤6中：“SDN控制器更新其MMT”，所述MMT是指移动性管理表，即SDN控制器定义的用于控制转发的流条目，由5个元素组成，包括UEIP、eNBMAC、C-VLAN、S-VLAN、S-GWMAC。4.如权利要求1所述的基于SDN的移动性管理的方法，其特征在于，跟踪区域更新(TrackingAreaUpdate，TAU)流程，包括以下步骤：步骤1：UE发起TAU请求步骤2：相应的eNB将请求消息的S-VLANid改变为信令S-VLANid，该消息首先被发送到SDN控制器，SDN控制器识别该TAU,并清除边缘SDN交换机中与该UE相关的条目，将信令S-VLAN更改为原来的S-VLAN；步骤3：TAU被转发到MME，MME向S-GW发送更新承载请求；步骤4：S-GW向MME发送更新承载响应；步骤5：MME向eNB发送TAU接受消息，其与UEL2地址一起发送到eNB，无线承载建立。5.如权利要求4所述的基于SDN的移动性管理的方法，其特征在于，跟踪区域更新流程的步骤1中，“TAU请求”是由空闲UE在检测到...

【专利技术属性】
技术研发人员：马璐，路兆铭，温向明，王鲁晗，郑伟，刘唯毓，管婉青，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11