CN101409901B

CN101409901B - 实现用户设备跨边界时空闲状态下信令缩减的方法及装置

Info

Publication number: CN101409901B
Application number: CN2007101758242A
Authority: CN
Inventors: 姜怡华
Original assignee: Datang Mobile Communications Equipment Co Ltd
Current assignee: China Academy of Telecommunications Technology CATT; Datang Mobile Communications Equipment Co Ltd
Priority date: 2007-10-12
Filing date: 2007-10-12
Publication date: 2010-07-28
Anticipated expiration: 2027-10-12
Also published as: CN101409901A

Abstract

本发明公开了一种实现用户设备跨边界时空闲状态下信令缩减的方法，该方法包括以下步骤：用户设备在第一网络中注册后，当所述用户设备在空闲状态移动到第二网络时，所述用户设备在第二网络中注册；启动ISR机制，SGSN停止所述用户设备的周期性路由更新定时器。本发明还公开了相应装置，通过消息机制，停止网元中的用户设备的周期性更新定时器，从而解决当如3G与LTE/SAE之间采用ISR功能时，因3G中周期性路由更新定时器的运行，同时LTE/SAE系统中没有周期性追踪区更新定时器运行，而可能造成的IDLE状态下UE在SGSN不可及的问题。本发明不再定义周期性TA更新的机制进行协调，使整个机制更为简单、易于实现。

Description

实现用户设备跨边界时空闲状态下信令缩减的方法及装置

技术领域

本发明涉及用户设备的移动跟踪技术，特别涉及一种实现用户设备跨边界时空闲(IDLE)状态下的信令缩减的方法及装置。

背景技术

在引入第三代合作伙伴计划(3GPP，3rd Generation Partnership Project)长期演进(LTE，Long Term Evolution)技术后，由于初始网络部署一般会考虑在大范围的2G/3G全球移动通讯系统/通用无线通讯接口(GSM/UTRA，GlobalSystem for Mobile Communications/Universal Telecommunication Radio Access)网络上局部部署LTE改进的UTRA(E-UTRA，Evolved Universal Telecommuni-cation Radio Access)网络，因此提出当用户设备(UE，User Equipment)频繁跨越两种接入技术边界时，应考虑一个方案来节省跨越边界时因触发位置更新所引起的信令数量，即IDLE状态信令缩减(ISR，Idle state Signaling Reduction)。

在ISR的实现方案中，还没有解决的问题之一是2G/3G侧网络会运行周期性路由区更新(PRAU，Periodic Routing Area Update)。2G/3G网络对IDLE状态的UE会启动周期性路由更新机制，UE中的PRAU定时器超时时，UE向网络发送PRAU请求，网络接受该PRAU请求后，重置网络侧的PRAU定时器。网络侧的PRAU定时器比UE的PRAU定时器设置的时间长，保证在网络侧的定时器超时之前，UE侧的定时器会先超时而触发PRAU。若UE侧的定时器超时而没有触发PRAU，使得网络侧运行的周期性路由更新定时器超时，网络就会认为UE已经去附着(detach)。

现有的减少2G/3G与LTE/系统架构演进(SAE，System ArchitectureEvolution)网络之间因IDLE状态UE移动所引起的位置更新信令的方法，其主要思想是：将UE在2G/3G网络中所在的路由区域(RA，Routing Area)与UE在LTE/SAE网络中注册的跟踪区域(TA，Tracking Area)/跟踪区列表(TA-List)相互看作等效RA(Equivalent RA)。而等效RA所具有的特性包括：

a、UE在2G/3G小区时与UE在LTE/SAE小区时属于不同的位置区域，即前者属于RA，后者属于TA。

b、UE首先在2G/3G或LTE/SAE网络中注册，当其移动进入另一个接入技术的网络时，同样向核心网注册，并且不取消前一个注册。即UE在两个接入系统中双注册。

c、一旦完成注册或RA更新，UE就被多个、等效的RA所接受。典型的例子为一个RA(属于2G/3G网络)和一个TA(属于LTE/SAE网络)。UE在RA中被分配临时移动用户识别码(P-TMSI，Temporary Mobile Subscriber Identity)，而在TA中被分配S-TMSI。

d、当UE在LTE-IDLE态和UTRA的非激活态时在两个网络之间移动时，UE不需要向网络发起位置更新的信令，除非UE进入了不属于等效RA列表的新的位置区域。

e、当UE进入的新小区所在的位置区(RA/TA)不属于等效RA列表中的一个，则UE应发起普通的路由区更新(RAU，Routing Area Update)/跟踪区更新(TAU，Tracking Area Update)过程。

f、当UE在激活状态时在2G/3G和LTE/SAE间移动时，UE和网络间的信令应能保证用户数据的正确路由。

以上方案中，如何控制周期性路由区更新定时器是其中的一个关键问题。当UE在2G/3G和LTE/SAE网络中都注册后，一个RA(2G/3G中)和至少一个TA(LTE/SAE中)组成一个等效RA列表。因2G/3G网络中对于IDLE状态的UE运行着PRAU定时器，若此时UE在定时器超时之前一直待在LTE/SAE的覆盖区域中，UE将不会向SGSN发送PRAU消息，2G/3G网络中的周期性路由更新定时器超时后网络将认为UE已经从2G/3G中去附着，UE就会只附着到LTE/SAE中；当UE返回2G/3G网络时，必须要重新执行附着(attach)过程，这也就表明ISR功能失效。

因此，如何处理2G/3G网络中的PRAU定时器，是应用ISR机制的一个需解决的问题。

现有两种技术可解决上述问题，都基于LTE系统中同样采用周期性位置更新的概念，即周期性TA更新(PTAU，Periodic Routing Area Update)：

1)移动性管理实体(MME，Mobility Management Entity)和基于停止通用分组无线业务服务支持节点(SGSN，Serving General Packet Radio ServiceSupport Node)之间定义一种协调功能。

当UE在2G/3G和LTE/SAE网络双注册后，需要在MME和SGSN之间建立一种协调功能，使得两个定时器之间产生一定的联系或使这个功能失效。

但因为PRAU/PTAU定时器的值由网络设置，对于每个UE都是相同的，因此在网络方面协调两个定时器的值比较困难。

2)UE选择定时器。

UE在第二个系统注册后，获得了两个系统的PRAU定时器和PTAU定时器的值，UE选取其中较小的一个值，做为自己发起PRAU和PTAU的定时器值。当UE在当前系统发起PRAU或PTAU时，处理这个过程的核心网网元SGSN/MME将向执行同一个ISR功能的另一个核心网网元MME/SGSN发送消息，告知UE已经进行了RA或TA更新，要求另一网元重置网络侧的UE周期性更新定时器。该方法是比较简单方便的，但是前提是在LTE中也需要引入周期性更新的概念。如果LTE中没有引入周期性更新的概念，该方法就失去了意义。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种实现用户设备跨边界时IDLE状态下信令缩减的方法及装置，该方法能够减少用户设备跨越边界时的更新信令。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种实现用户设备跨边界时空闲状态信令缩减方法，适用于周期性位置更新网络中周期性位置更新定时器的处理，该方法包括以下步骤：

A、用户设备在第一网络中注册后，当所述用户设备在空闲状态移动到第二网络时，所述用户设备在第二网络中注册；

B、第一网络网元与第二网络网元启动ISR机制，SGSN停止所述用户设备的周期性路由更新定时器。

所述第一网络为通用无线接入网络UTRAN，第一网络网元为SGSN；第二网络为演进通用无线接入网络E-UTRAN，第二网络网元为移动管理实体MME；

步骤B进一步包括：

B11、MME向SGSN发送指示，启动MME和SGSN之间的ISR机制；

B21、SGSN停止所述用户设备的周期性路由更新定时器。

所述第一网络为EUTRAN，第一网络网元为MME；第二网络为UTRAN，第二网络网元为SGSN；

步骤B进一步包括：

B21、用户设备向SGSN发送路由区更新的消息，SGSN向MME发送消息，启动ISR机制；

B22、MME向SGSN发送指示，SGSN停止所述用户设备的周期性路由更新定时器。

步骤B21中，MME在返回的请求用户设备上下文消息中向SGSN发送ISR指示。

该方法还包括：用户设备离开当前的等效路由区范围，MME根据ISR功能指示通知SGSN将用户设备去附着。

所述离开当前等效路由区为：通过跟踪区列表为所述用户设备重分配路由区。

一种实现用户设备跨边界时空闲状态下信令缩减的装置，该装置包括：

计时控制模块，位于SGSN中，向计时命令执行模块发送停止周期性路由更新定时器计时的消息；

计时命令执行模块，位于SGSN中，接收计时控制模块的消息，向周期性路由更新定时器发送停止计时命令，并将执行结果返回计时控制模块；

ISR模块，位于MME中，用于向计时控制模块发送ISR指示。

该装置还包括去附着模块，根据计时控制模块的命令，将离开当前等效路由区的用户设备在SGSN中去附着。

本发明所提供的实现用户设备跨边界时IDLE状态下信令缩减的方法及装置，适用于不采用周期性TA更新机制的系统，根据MME和SGSN之间所建立的协调机制以及ISR消息的指示，在SGSN接到指示后，停止3G系统中PRAU定时器的运行，从而解决当3G与LTE/SAE之间采用ISR功能时，因周期性路由更新定时器的运行而可能造成的IDLE状态下，UE在SGSN不可及的问题。本发明不再定义周期性TA更新的机制进行协调，使整个机制更为简单、易于实现。

附图说明

图1为本发明一个实施例的网络结构示意图；

图2为本发明一个实施例的流程图；

图3为本发明装置的组成结构示意图。

具体实施方式

本发明的主要思想是：当IDLE状态的UE跨越第一网络与第二网络的边界时，通过ISR消息机制，使SGSN中的PRAU定时器失效。这种方法对于在LTE/SAE系统中不采用周期性TA更新机制的系统来说，是一个比较可行的方法。该方法的实现原理是：UE双注册后，在原先系统中保持IDLE状态，其上下文并不删除。当UE跨越两个网络的边界时，由于UE在原系统中停止定时器的运行，因此可保证在一般情况下UE不会因为周期性更新定时器超时而被网络标记为不可及。

这里，第一网络可以是2G/3G中的UTRAN，相应的第二网络为LTE/SAE下的E-UTRAN；或者，第一网络为LTE/SAE下的E-UTRAN，第二网络为2G/3G中的UTRAN。下面以第一网络为UTRAN，第二网络为E-UTRAN为例，具体说明本发明所述方法的流程。

如图1所示，IDLE状态下的UE首先在SGSN中注册，之后进入了MME的控制范围，因进入新的位置区域，UE向MME发出TAU消息，要求注册到LTE网络。当UE的新位置在归属用户服务器(HSS，Home Subscriber Server)中成功注册后，MME向SGSN发送消息，通知SGSN停止其保存在UE Context中的PRAU定时器的运行，但其它设置均不改变，比如不清除寻呼标志(PPF，Paging ProceedFlag)。

由于PRAU定时器的停止和ISR机制的使用，UE在IDLE状态回到UTRAN中时，也不会再次触发PRAU定时器的运行。具体过程如图2所示：

步骤1：UE选择一个UTRAN小区，UE向SGSN发送RAU请求消息。

这里，UE所选择的小区是所在的RA还没有在网络中注册的小区。

步骤2：UE与SGSN以及HSS之间执行认证和加密等安全性功能过程。

步骤3：SGSN与服务网关(Serving GW，Serving Gateway)、以及Serving GW与分组数据网(PDN GW，Packet Data Network Gateway)之间进行承载更新，比如：对用于计费的方式进行更新等。

步骤4：SGSN向HSS发送位置更新消息，要求HSS注册SGSN为UE当前位置。

步骤5：HSS删除原先网络中UE的位置信息，并向SGSN返回相应位置信息的更新(Update Location Ack)。如果HSS在这条消息中拒绝了RAU，则SGSN将拒绝UE的RAU请求，结束当前处理流程；

如果HSS接受了RAU，进入步骤6。如果在Update Location Ack消息中携带了UE的签约信息，则SGSN需要返回一条位置更新完成消息(Update LocationComplete)。

步骤6：确认UE接入成功，SGSN向UE发送接受RAU的消息，其中可能包含新分配的P-TMSI。如果P-TMSI改变了，UE应向SGSN返回完成RAU消息进行确认。

步骤7：UE进入一个新的小区并发现进入一个新的TA。

步骤8：UE发送TAU请求，发起TAU过程。

步骤9：eNodeB将TAU请求以及其它必须的信息发送给MME。

步骤10：MME向SGSN发送上下文请求，以得到UE的上下文。

步骤11：SGSN返回UE上下文，包括认证、承载参数、Serving GW地址及隧道端点标识(TEID，Tunnel Endpoint Identifier)。

步骤12：UE和MME以及HSS之间执行鉴权、认证等安全性功能。

步骤13：MME向SGSN确认收到UE的上下文。

步骤14：根据步骤11中接收到的SGSN返回的UE的上下文，MME构造UE的移动管理(MM，Mobility Management)上下文，并向Serving GW发送请求建立承载消息(Create Bearer Request)。

步骤15：Serving GW向PDN GW发送要求更新承载上下文(Update BearerRequest)等信息。

步骤16：PDN GW更新承载上下文并返回承载更新消息(Update BearerResponse)。之后，Serving GW即可以将从eNodeB收到的分组数据更新(PDU)路由到PDN GW。

步骤17：Serving GW向MME返回已建立承载消息(Create Bearer Response)。

步骤18：MME向HSS发送更新位置区消息(Update Location)，要求更新HSS中的注册信息。因消息中包含MME与先前的SGSN是否存在ISR功能的指示，HSS将不会向SGSN发送取消位置消息。

步骤19：HSS向MME返回位置更新消息Update LocationAck。如果在UpdateLocation Ack消息中传送了UE的签约数据，则MME需要向HSS返回完成位置更新消息(Update Location Complete)，以证实收到签约数据。

步骤20：MME向UE发送TAU，接受UE的TA更新请求。如果MME向UE重新分配了S-TMSI，则UE发送TAU Complete，以证实收到S-TMSI。

步骤21：MME向SGSN发送ISR Notification消息，启动SGSN与MME之间的ISR机制，并要求SGSN执行相应的协调功能，要求SGSN停止PRAU定时器。

步骤22：SGSN停止UE的PRAU定时器的运行，并返回ISR确认消息(ISRConfirmation)，定时器停止。

步骤21在实现中，也可以通过SGSN和MME间的其它信令过程传送相关参数，使SGSN理解为停止PRAU定时器即可。

当IDLE状态的UE首先在MME中注册，之后通过移动进入了SGSN的控制范围，此时因进入新的位置区，UE向SGSN发出RAU消息，要求注册到3G网络。因LTE/SAE系统中不使用周期性更新机制，当SGSN得到ISR机制启动的信息后，并在收到HSS发出的更新位置信息成功的消息后，停止UE的PRAU定时器。否则当UE在IDLE状态移动到E-UTRAN中后，SGSN并不知道UE已经移动出自己控制的范围，当UE在定时器超时时没有回到SGSN的控制范围时，UE仍然会被网络判定为不可及。

当UE在LTE系统中离开当前的等效RA范围后，MME会通知SGSN将UE去附着。当UE在LTE中发生去附着时，MME也会通知SGSN将UE去附着。这里，UE离开当前的等效RA范围可以通过跟踪区列表(TA-List)为UE重分配路由区来实现。

当UE在3G系统中离开当前的等效RA范围后，SGSN应通知MME将UE去附着；同时UE会在新的RA中注册，执行RA更新，此时PRAU定时器会重新运行。

为实现上述方法，本发明相应提出一种实现用户设备跨边界时IDLE状态下信令缩减的装置，如图3所示，虚线框中是本发明所述装置的组成结构，该装置包括位于SGSN侧的计时控制模块和计时命令执行模块，以及位于MME侧的ISR模块，其中，计时控制模块分别与SGSN侧的计时命令执行模块和MME的ISR模块连接，计时命令执行模块连接SGSN中UE的周期性路由更新定时器，具体来说，

计时控制模块，用于向计时命令执行模块发送停止周期性路由更新定时器计时的消息；

计时命令执行模块，用于接收计时控制模块的消息，向周期性路由更新定时器发送停止计时命令，并将执行结果返回计时控制模块。

ISR模块，用于向计时控制模块发送ISR指示。

相应的，计时控制模块从MME中的ISR模块获取ISR指示。

该装置还可进一步包括去附着模块，用于根据计时控制模块的命令，将离开当前等效路由区的用户设备在SGSN中去附着。

该计时命令执行模块可以连接多个UE的周期性路由更新定时器，根据计时控制模块的命令，停止相应的周期性路由更新定时器的运行。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims

1.一种实现用户设备跨边界时空闲状态信令缩减方法，适用于周期性位置更新网络中周期性路由更新定时器的处理，其特征在于，该方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的实现用户设备跨边界时空闲状态下信令缩减的方法，其特征在于，所述第一网络为通用无线接入网络UTRAN，第一网络网元为SGSN；第二网络为演进通用无线接入网络E-UTRAN，第二网络网元为移动管理实体MME；

步骤B进一步包括：

B11、MME向SGSN发送指示，启动MME和SGSN之间的ISR机制；

B21、SGSN停止所述用户设备的周期性路由更新定时器。

3.根据权利要求1所述的实现用户设备跨边界时空闲状态下信令缩减的方法，其特征在于，所述第一网络为E-UTRAN，第一网络网元为MME；第二网络为UTRAN，第二网络网元为SGSN；

步骤B进一步包括：

B21、用户设备向SGSN发送路由区更新的消息，SGSN向MME发送消息，MME向SGSN发送指示来启动ISR机制；

B22、根据MME向SGSN所发送的指示，SGSN停止所述用户设备的周期性路由更新定时器。

4.根据权利要求3所述的实现用户设备跨边界时空闲状态下信令缩减的方法，其特征在于，步骤B21中，MME在返回的请求用户设备上下文消息中向SGSN发送ISR指示。

5.根据权利要求1所述的实现用户设备跨边界时空闲状态下信令缩减的方法，其特征在于，该方法还包括：用户设备离开当前的等效路由区范围，MME根据ISR功能指示通知SGSN将用户设备去附着。

6.根据权利要求5所述的实现用户设备跨边界时空闲状态下信令缩减的方法，其特征在于，所述离开当前等效路由区为：通过跟踪区列表为所述用户设备重分配路由区。

7.一种实现用户设备跨边界时空闲状态下信令缩减的装置，其特征在于，该装置包括：

ISR模块，位于MME中，用于向计时控制模块发送ISR指示。

8.根据权利要求7所述的实现用户设备跨边界时空闲状态下信令缩减的装置，其特征在于，该装置还包括去附着模块，根据计时控制模块的命令，将离开当前等效路由区的用户设备在SGSN中去附着。