CN103546984A

CN103546984A - 接入移动通信系统的方法及设备

Info

Publication number: CN103546984A
Application number: CN201210244940.6A
Authority: CN
Inventors: 王炜; 王庆辉
Original assignee: Beijing Samsung Telecommunications Technology Research Co Ltd; Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Beijing Samsung Telecommunications Technology Research Co Ltd; Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2012-07-13
Filing date: 2012-07-13
Publication date: 2014-01-29
Also published as: WO2014011008A1

Abstract

本发明提出了一种接入移动通信系统的方法，包括以下步骤：和非3GPP用户设备相连的3GPP UE发起附着请求，所述附着请求中包含特定的APN值；当鉴权通过后，所述3GPP UE与PGW建立承载链路，将非3GPP用户设备的Ethernet数据包经由所述承载链路实现上下行的数据传输。通过扩展3GPP的相关协议，来支持实现非3GPP用户通过3GPP网络接入的业务，使运营商的布网方案更加灵活和方便，并扩大了运营商的用户群，实现了运营商的对非3GPP用户和LTE用户的统一管理，计费和精细化的业务服务。

Description

接入移动通信系统的方法及设备

技术领域

本发明涉及移动通信领域，具体而言，本发明涉及接入移动通信系统的方法及设备。

背景技术

现代移动通信越来越趋向于提供高速率传输的多媒体业务，3G技术已经成为现代移动通信的主要研究领域。3GPP（3rd Generation PartnershipProject，第三代合作伙伴计划）致力于将LTE（Long Term Evolution，长期演进）系统作为3G系统的演进。

现有LTE网络用于承载LTE UE的IP业务流，其网络参考模型参见图2，主要涉及网元包括：

1）LTE用户终端（LTE UE）：能进行无线信号收发、基带处理和高层应用运行的移动设备，负责和基站互连获取无线资源、IP数据包头压缩/解压缩，用户数据流加密/解密，上行业务流QoS保证及IP包过滤；

2）演进的全球陆地无线接入网（E-UTRAN）：负责无线资源管理、IP数据包头压缩和用户数据流加密、寻呼消息的调度和传输、移动及调度的测量等；

3）移动性管理实体（MME）：负责处理用户终端和核心网之间的控制信令、寻呼和控制信息的分发、承载控制、移动性管理等；

4）服务网关（SGW）:负责包路由及转发、下行数据缓存，同时移动终端切换时作为移动性控制锚点；

5）分组数据网网关（PGW）：负责用户终端的IP地址分配、QoS保证、计费及IP包过滤；

6）归属用户服务器（HSS）：包含用户配置文件，执行用户的身份验证和鉴权，并可提供有关用户物理位置的信息；

7）策略与计费规则功能服务器（PCRF）：包含策略控制决策和基于流的计费控制功能。

现有LTE系统的QoS承载链路是完全基于IP包建立的，LTE用户可以根据业务类型选择接入到不同的APN（Access Point Name，接入点名称）。去往同一个APN的通道中，LTE网络可以根据QoS要求建立多个不同QoS类型的承载通道。业务流通过TFT（Traffic Flow Template，业务流模板）规则进行分类，并映射到相应的承载中，其中上行业务流在UE完成承载的映射，下行业务流在PGW完成承载映射。当前的TFT是根据IP报文中的五元组信息进行分类的，具体参考图3。

现有宽带接入网络的网络结构图参见图4，其主要接入特点是

1）协议栈XoE（如IPoE、PPPoE等）；

2）主要鉴权和IP地址分配方式是i）通过PPPoE协议在BRAS网元完成，ii）通过DHCP协议在Web Portal server网元完成；

3）服务质量是通过MAC层的COS字段或VLAN ID来标识。

在这种网络中，接入段是基于二层的组网架构，主要网元描述如下：

宽带接入服务器BRAS：负责宽带接入用户的识别、认证、计费、授权、管理IP地址及业务控制。

随着智能终端，家庭网络，物联网，远程办公等新兴业务的发展，非3GPP（笔记本电脑，IPTV,各种Pad,传感器，电话等）热点越来越多，将这些热点相互连接在一起的需求也越来越大，而由于城市布线越来越困难，借助无线宽带完成最后一公里的接入将是未来的发展趋势。

当利用LTE终端做回传通道时，由于LTE网络只是提供给非3GPP用户一条基于IP的网络通路，并且LTE运营商只能管理到LTE终端，无法管理到非3GPP用户，不能对非3GPP的用户进行鉴权、授权、计费，也不能对不同的用户给出差异化的业务服务。

目前3GPP规范也没有考虑这种接入场景，只是定义了非3GPP网络和3GPP网络的Inter-working的架构及规范，具体参考图5。

在上述应用中，现有LTE系统存在如下问题：

1）LTE网络只是提供给非3GPP用户一条基于IP的网络通路，非3GPP用户数据无法通过LTE网络透传到现有的宽带接入网络；

2）利用LTE网络构建企业级IP虚拟网络时，无法传送二层的VLAN信息；

3）LTE网络无法区分接入的非3GPP用户业务流的QoS要求，无法进行QoS管理；

4）非3GPP热点通过LTE终端接入时，LTE运营商无法有效的管理非3GPP用户。

因此，有必要提出相应的技术方案，解决非3GPP用户设备接入LTE系统的问题。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一，特别为非3GPP用户设备提供业务通道，3GPP运营商可以管理3GPP用户和非3GPP用户，实现统一的计费、管理和认证

本发明实施例一方面提出了一种接入移动通信系统的方法，包括以下步骤：

和非3GPP用户设备相连的3GPP UE发起附着请求，所述附着请求中包含特定的APN值；

所述3GPP UE与PGW建立承载链路，将非3GPP用户设备的Ethernet数据包经由所述承载链路实现上下行的数据传输。

本发明实施例另一方面提出了一种移动通信用户设备，包括接收模块、发送模块和建立链路模块，

所述接收模块，用于接收非3GPP的用户设备发送的数据；

所述发送模块，用于发起附着请求，所述附着请求中包含特定的APN值；

所述建立链路模块，当鉴权通过后，所述建立链路模块与PGW建立承载链路；

通过所述承载链路，所述接收模块和所述发送模块将非3GPP用户设备的Ethernet数据包经由所述承载链路实现上下行的数据传输。

本发明实施例另一方面提出了一种网关设备，包括接收模块、数据处理模块、发送模块和建立链路模块，

所述接收模块，用于接收3GPP UE发送的PDN连接请求消息和用户信息，所述用户信息承载非3GPP的用户设备发送的数据；

所述数据处理模块，用于对所述用户信息进行数据处理；

所述发送模块，用于向所述3GPP UE或PDN发送信息；

所述建立链路模块，当所述3GPP的用户设备鉴权通过后，所述建立链路模块与所述3GPP UE建立承载链路，通过所述承载链路，所述发送模块将所述非3GPP的用户设备上行的Ethernet数据包转发给所述APN，或者所述接收模块将下行Ethernet数据包解封装后经由所述发送模块发送给所述非3GPP的用户设备。

针对现有LTE网络，本发明提出了通过扩展3GPP的相关协议来支持实现非3GPP用户通过3GPP网络接入的业务。采用上述方案后，使运营商的布网方案更加灵活和方便，并扩大了运营商的用户群，实现了运营商的对非3GPP用户和LTE用户的统一管理，计费和精细化的业务服务。采用上述所述方案后，补充了非3GPP/LTE用户的使用场景，使非3GPP/LTE用户可以使用远程办公，带宽共享等类型的业务。本发明提出的方案具有较好的后向兼容性，有望在现有的移动LTE网络中通过简单升级即实现新的网络融合业务。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明提出的LTE网络承载非3GPP业务的网络结构图；

图2为3GPP规范定义的非漫游状态下LTE网络架构图；

图3为当前LTE系统业务流的和承载的结构；

图4为现有宽带接入网络架构图；

图5为非3GPP网络和LTE网络互通架构图；

图6为新定义的TFT处理过程；

图7为新定义的LTE网络中实现二层VPN的方法；

图8为新定义的LTE接入流程和默认承载的建立；

图9为LTE UE发起的和非3GPP UE相关的TFT更新流程；

图10为PCRF触发、为非3GPP用户创建专用承载的消息流程；

图11为通过LTE UE的数据流和一个VLANID绑定流程；

图12为一种新定义的LTE网络中实现带宽共享的方法；

图13为用户设备的结构示意图；

图14为网关设备的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

为了实现本发明之目的，实现非3GPP用户的流量在LTE网络的透传，并且有效地管理非3GPP用户，本发明提出了通过3GPP的相关协议来支持实现非3GPP用户通过3GPP网络接入的业务。

和非3GPP用户设备相连的3GPP UE发起附着请求，附着请求中包含特定的APN值；

3GPP UE与PGW建立承载链路，将非3GPP用户设备的Ethernet数据包经由承载链路实现上下行的数据传输。

具体而言，将非3GPP用户设备的Ethernet数据包经过承载链路实现上下行的数据传输包括：

将上行的非3GPP用户设备的Ethernet数据包通过3GPP UE和PGW之间的链路转发给非3GPP APN，非3GPP APN由所述特定的APN值确定；

或者将下行的非3GPP用户设备的Ethernet数据包解封装后经由3GPPUE发送给非3GPP的用户设备。

在本发明中，Ethernet数据包包括但不限于IEEE802.3标准定义的局域网协议集的数据包，通常也将处于通信协议第二层的数据包称为MAC数据包。为便于理解本发明，本发明中部分地方不进一步区分Ethernet数据包和MAC数据包的差异，通过MAC数据包对本发明进行举例。例如非3GPP的终端可能是多种多样的。除了WiFi以外,蓝牙，传感器等甚至于CDMA、FEMTO等其他系统都有可能利用LTE网络传输数据，此时LTE网络中传输的数据可能不是802.3标准定义的Ethernet数据包，可能是根据不同终端的通信协议定义的MAC数据包。因此本发明中的Ethernet包应当理解为Ethernet包包括但不限于MAC包。

为实现上述方案，需要通过扩展3GPP的相关协议来支持实现非3GPP用户通过3GPP网络接入的业务。具体而言：

扩展网关选择的方法及消息结构

a）增加部署支持非3GPP用户的接入时本地扩展的网关设备（ExtendPGW），该网关扩展了PGW的如下功能：1）将上行的MAC数据包转发给宽带接入服务器所在的APN；2）将从宽带接入服务器上来的下行MAC数据包封装后发送给UE。3）针对UE的TFT进行计费，具体参见图1。

B）扩展MME/HSS(S6a)接口消息结构:在S6a接口上增加flag标记从HSS到MME的传送功能.在S6a接口update location ack消息中Subscription-Data的APN-Configuration-Profile中的AVP增加新的字段“ETH Enable”值，如下斜体黑体部分，实现HSS下发用户签约的用户配置信息到用户：

APN-Configuration-Profile::=<AVP header:142910415>

{Context-Identifier}

{All-APN-Configurations-Included-Indicator}

1*{APN-Configuration}

*[AVP]

APN-Configuration::=<AVP header:143010415>

{Context-Identifier}

*2[Served-Party-IP-Address]

{PDN-Type}

{Service-Selection}

[EPS-Subscribed-QoS Profile]

[VPLMN-Dynamic-Address-Allowed]

[MIP6-Agent-Info]

[Visited-Network-Identifier]

[PDN-GW-Allocation-Type]

[3GPP-Charging-Characteristics]

[AMBR]

*[Specific-APN-Info]

[APN-OI-Replacement]

[ETH_Enable]

*[AVP]

c）扩展HSS/HLR的用户签约数据中增加基于APN的Ethernet Enable标记，以及指明LTE UE是否允许用于非3GPP连接的APN，并传送给MME；如果支持则为其建立激活基于Ethernet的连接，否则将以传统方式建立PDN连接。

在APN签约数据中，每个APN增加“Ethernet Enable”参数，该参数有“ETH-only”，“ETH-prohibited”两个值，分别表示该APN只允许以Ethernet方式接入、不允许以Ethernet方式接入。

d）HSS需要能够指示MME该如何处理ETH_ Enable标记，以决定是否对该APN上传送的数据进行MAC over IP的处理。

e）扩展现有的PDP上下文/PDN连接激活过程可用于建立基于Ethernet类型的PDN,包括增加对UE能否建立Ethernet承载的判断,以及在MME执行PGW选择机制。

在LTE环境下，有关P-GW的选择、IP地址分配以及扩展隧道的建立的信令流程，如图8所示。它可以重用原来3G UE请求PDN连接流程(如3GPP TS23.401第5.10.2节所描述)

具体步骤是参见图8：

801/802：LTE UE开机发起附着，向MME发送Attach Request消息和PDN连接请求消息，传送一个特定的APN请求（如“WLAN”为非3GPP连接或“互联网”为4G连接）。

803/804/805：在UE和MME之间完成鉴权过程

806：MME和HSS之间发送Update Location request消息,请求用户鉴约信息。

807：HSS发送Update Location ack消息给MME,携带用户鉴约信息，消息中包含新定义的“AVP”、“ETH Enable”标志。

809:MME检查用户的订阅数据，检查该用户ETH Enable标志是否已配置允许访问特定的APN“WLAN”。在“WLAN”的访问情况下，直接采用订阅数据存储的连接的宽带接入服务器的PGW的地址，如果未选择ETH Enable标志，则正常连接默认的APN“互联网”，UE则由MME选择一个P-GW的流程，是基于3GPP TS23.4014.3.8.1所规定的流程。

810：MME根据发送Create Session Request消息给S-GW，请求建立默认承载，MME根据“ETH Enable”标志，在消息中增加新定义的Protocolconfiguration options=“Ethernet”信息单元(增加Non-3GPP用户连接类型)。通过该信息单元通知SGW建立MAC over IP的承载。

811：S-GW发送Create Session Request消息给P-GW，消息中包含新定义的Protocol configuration options=“Ethernet”信息单元，通过该信息单元通知PGW建立MAC over IP的承载。

812：P-GW和PCRF发起IP-CAN会话建立流程。

812/813：P-GW响应Create Session Response消息给S-GW，并转发给MME，该消息中包含经过PGW确认后的Protocol configuration options信息单元。

814：MME发送Attach Accept消息给LTE UE，要求建立默认承载。

814/815：LTE UE和基站之间建立连接。

816-818：LTE UE返回Attach Complete给MME，完成空口上默认承载建立。

819-822：MME向S-GW和PGW发送ModifyBearer Request消息建立，完成在SGW和PGW上的默认承载建立。

扩展和承载相关的消息流程、消息结构

a）扩展TFT特性：在TFT信息单元中添加二层地址信息(MAC,COS等)，以便LTE UE或PGW实现对数据包的映射和分类，并基于TFT实现统一计费的功能。

规范中Packet Filter Attributes信息单元定义如下：

扩展后的信息单元为：

b）扩展LTE UE发起的和非3GPP UE相关的默认承载中的TFT更新消息结构，参见图9，其主要步骤如下：

901：非3GPP用户通过LTE UE发送第一个MAC数据包，LTE UE检测到该数据的源MAC并未存在于当前的TFT中时，触发TFT资源改变请求。

902：LTE UE向MME发送承载资源改变请求消息，消息中包含新的定义非3GPP ID的信息单元（包含非3GPP用户的MAC,LTE UE IP地址等信息）和新的TFT信息。

903：MME发送承载资源命令消息给S-GW，请求修改该承载相关资源，消息中包含新的定义非3GPP ID的信息单元（包含非3GPP用户的MAC,LTE UE IP地址等信息）和新的TFT信息。

904：S-GW发送承载资源命令消息给P-GW，请求修改该承载相关资源，消息中包含新的定义非3GPP ID的信息单元（包含非3GPP用户的MAC,LTE UE IP地址等信息）和新的TFT信息。

905:PCEF（Policy and Charging Enforcement Function，策略及计费执行功能）触发IP承载资源的改变请求，该消息中需要包含当前会话的ID,非3GPP MAC和LTE UE IP。

906：PCRF保存会话ID,非3GPP MAC,LTE UE,TFT等信息的映射关系。

907-912：基于非3GPP用户的新的TFT信息单元的下发。

913-914：LTE UE接收新的TFT信息，并发送会话管理确认消息到MME

915-916:MME发起承载资源改变确认消息到S-GW/P-GW.

917:PCEF发承载改变完成消息给PCRF。

c）扩展PCRF发起的和非3GPP UE相关的专用承载TFT更新流程和消息结构，参见图10，主要步骤如下：

1001：BRAS完成对非3GPP用户的鉴权、授权、IP地址分配后，通过Gxb接口发送会话状态给PCRF，会话中包括非3GPP用户的MAC地址和分配的IP地址。

1002：PCRF接收到该消息后，将非3GPP用户的MAC地址和分配的IP地址、LTE UE Session ID及其他属性值关联在一起。

1003：应用程序功能（AF）监测到用户发送创建承载的请求时，触发“创建专用承载请求”消息给PCRF，该消息包含非3GPP的IP地址和QoS要求。

1004：PCRF收到“创建专用承载请求”消息后，根据非3GPP的IP地址找到非3GPP的MAC地址和LTE UE的Session ID，并根据Session ID、QoS要求、MAC地址等构造“创建专用承载请求”消息给PGW，该消息中包含基于非3GPP MAC的TFT、QoS要求等。

1005-1011：在LTE网络中创建专用承载，并返回确认消息给AF。

扩展LTE UE、HSS功能以便将所有通过LTE UE的数据流和一个 VLAN ID绑定

具体实现方法包括：

在HSS上将LTE用户和VLAN ID绑定；在LTE用户接入时，下发VLAN ID到LTE终端；LTE终端添加VLAN ID信息到其上的二层数据包上，在LTE网络上传送；PGW将携带VLAN ID的MAC包转发给运营商IP网络。

主要步骤包括：

通过扩展LTE UE和HSS间的更新位置消息中的用户数据（Subscription-Data）AVP属性，添加VLAN ID属性，实现HSS下发用户签约的VLAN配置信息到用户。

Subscription-Data::=<AVP header:140010415>

[Subscriber-Status]

[MSISDN]

[STN-SR]

[ICS-Indicator]

[Network-Access-Mode]

[Operator-Determined-Barring]

[HPLMN-ODB]

*10[Regional-Subscription-Zone-Code]

[Access-Restriction-Data]

[APN-OI-Replacement]

[LCS-Info]

[Teleservice-List]

[Call-Barring-Infor-List]

[3GPP-Charging-Characteristics]

[AMBR]

[APN-Configuration-Profile]

[RAT-Frequency-Selection-Priority-ID]

[Trace-Data]

[GPRS-Subscription-Data]

*[CSG-Subscription-Data]

[Roaming-Restricted-Due-To-Unsupported-Feature]

*[AVP]

[VLAN Tag]

参见图11，以上修改主要在下列步骤中完成：

1101/1102：LTE UE开机发起附着，向MME发送附着消息和PDN连接请求消息，消息中包特定的APN值，连接到支持VLAN连接的PDN。

1103/1104/1105：在UE和MME之间完成鉴权过程。

1106：MME和HSS之间发送更新位置请求消息,请求用户鉴约信息。

1107：HSS发送更新位置确认消息给MME,携带用户鉴约信息，检查并确认该APN是否支持“ETH-enable”标志，并在该消息中添加VLAN Tag属性，发送用户签约的VLAN tag。

1108：MME根据“ETH-Enable”标志，选择与运营商虚拟网连接的PGW,并发送创建会话请求消息给S-GW，请求建立默认承载，消息中包含新定义Protocol configuration options=“Ethernet”的信息单元。

1109：S-GW发送创建会话请求消息给P-GW，消息中包含新定义的Protocol configuration options=“Ethernet”信息单元。

1110：P-GW和PCRF发起IP-CAN会话建立流程。

1111/1112：P-GW响应创建会话响应消息给S-GW，并转发给MME，该消息中包含经过PGW确认后的Protocol configuration options=“Ethernet”信息单元。

1113：MME发送附着接受消息给LTE UE，该消息中包含了系统确认后的Protocol configuration options=“Ethernet”信息，要求建立默认承载。

1114/1115：LTE UE和基站之间建立连接。

1116-1118：LTE UE返回附着完成消息给MME，完成空口上默认承载建立。

1119-1122：MME向S-GW和PGW发送修改承载消息建立，完成在SGW和PGW上的默认承载建立。

基于以上扩展后的体系架构，作为本发明的实施例，

3GPP UE对非3GPP的用户设备的数据进行以下一种或多种操作：

进行MAC包的封装/解封装、基于MAC包的TFT分类映射以及VLANID的添加。

其中，进行MAC包的封装/解封装包括：

当非3GPP的用户设备通过3GPP UE发送上行数据包时，3GPP UE实现对非3GPP用户透传数据的MAC包进行封装，并映射到基于ETH类型的承载中，

当非3GPP的用户设备通过3GPP UE接收到下行数据包时，3GPP UE实现对非3GPP用户透传数据的MAC over IP包进行解封装。

其中，3GPP UE接收非3GPP的用户设备发送的第一个MAC数据包，当检测到所述数据包的源MAC并未存在于当前的TFT中时，3GPP UE向MME触发TFT资源改变请求。

其中，基于MAC包的TFT分类映射包括：

当非3GPP的用户设备通过3GPP UE发送上行数据包时，3GPP UE根据下发的非IP的上行TFT策略，3GPP UE过滤器根据MAC地址进行分类，映射成不同QoS级别的业务流并绑定到相应的承载中。

其中，VLAN ID的添加包括：

当3GPP UE收到HSS下发的VLAN ID时，3GPP UE对实现透传的非3GPP用户的上行数据的MAC包封装时，添加VLAN ID。

扩展PGW对非3GPP的用户设备的数据进行以下一种或多种操作：

进行MAC包的封装/解封装、基于MAC包的TFT分类映射以及从PDN接收或发送基于MAC的数据包。

其中，进行MAC包的封装/解封装包括：

当非3GPP的用户设备的下行数据通过扩展PGW时，扩展PGW对非3GPP用户透传数据的MAC包进行封装；并映射到基于ETH类型的承载中，

当非3GPP的用户设备的上行数据通过扩展PGW时，扩展PGW对非3GPP用户透传数据的MAC over IP的包进行解封装，并转发到BRAS。

其中，进一步包括：

BRAS完成对非3GPP用户的鉴权、授权和IP地址分配后，通过Gxb接口发送会话状态给PCRF，会话中包括非3GPP用户的MAC地址和分配的IP地址；

PCRF接收到会话状态后，将非3GPP用户的MAC地址和分配的IP地址、3GPP UE session ID及其属性值进行相关联；

当应用程序功能AF监测到用户发送创建承载的请求时，触发创建专用承载请求消息给PCRF，消息包含非3GPP用户的IP地址和QoS要求；

PCRF收到创建专用承载请求消息后，根据非3GPP的IP地址找到非3GPP的MAC地址和3GPP UE的session ID，并根据Session ID、QoS要求、MAC地址构造创建专用承载请求消息给扩展PGW；

在3GPP UE与PDN的扩展PGW建立承载链路，并返回确认消息给AF。

其中，基于MAC包的TFT分类映射包括：

当非3GPP的用户设备通过扩展PGW发送下行业务时，扩展PGW根据下发的非IP的下行TFT策略，扩展PGW过滤器根据MAC地址进行分类，映射成不同QoS级别的业务流并绑定到相应的承载中。

其中，从PDN接收或发送基于MAC的数据包包括：

当扩展PGW收到3GPP UE发送的包含VLAN ID时数据包时，扩展PGW对需要实现透传的非3GPP用户数据的MAC Over IP包解封装后转发出去。

当所述扩展PGW收到来自APN的包含VLAN ID的MAC的数据包，去除VLAN ID后转发给所述3GPP UE。

此外，扩展PGW基于TFT信息对非3GPP的用户设备进行计费及QoS控制。

此外，对应扩展PCRF功能包括：实现非3GPP终端的MAC地址、IP地址和LTE UE的IP地址及session ID的关联等。

如图13所示，相应于上述方法，本发明实施例还提出了一种移动通信用户设备100，包括接收模块110、发送模块130和建立链路模块140。

其中，接收模块110，用于接收非3GPP的用户设备发送的数据；发送模块130，用于发起附着请求，所述附着请求中包含特定的APN值；建立链路模块140，当鉴权通过后，建立链路模块140与PGW建立承载链路；其后，通过所述承载链路，接收模块110和发送模块130将非3GPP用户设备的MAC数据包经由所述承载链路实现上下行的数据传输。

其中，接收模块110和发送模块130将非3GPP用户设备的MAC数据包经过承载链路实现上下行的数据传输包括：

发送模块130将上行的非3GPP用户设备的MAC数据包通过3GPPUE和扩展PGW之间的链路转发给非3GPP APN，非3GPP APN由特定的APN值确定；

或者发送模块130将下行的非3GPP用户设备的MAC数据包解封装后经由3GPP UE发送给非3GPP的用户设备。

具体而言，数据处理模块120对非3GPP的用户设备的数据进行以下一种或多种操作：

其中，接收模块110接收非3GPP的用户设备发送的第一个MAC数据包，当检测到所述数据包的源MAC并未存在于当前的TFT中时，发送模块130向MME触发TFT资源改变请求。

具体而言，数据处理模块120进行MAC包的封装/解封装包括：

当非3GPP的用户设备通过发送模块130发送上行数据包时，数据处理模块120实现对非3GPP用户透传数据的MAC包进行封装，并映射到基于ETH类型的承载中，当非3GPP的用户设备通过接收模块110接收到下行数据包时，数据处理模块120实现对非3GPP用户透传数据的MACover IP包进行解封装。

具体而言，数据处理模块120基于MAC包的TFT分类映射包括：

当非3GPP的用户设备通过发送模块130发送上行数据包时，根据下发的非IP的上行TFT策略，数据处理模块120过滤器根据MAC地址进行分类，映射成不同QoS级别的业务流并绑定到相应的承载中。

具体而言，数据处理模块120VLAN ID的添加包括：

当接收模块110收到HSS下发的VLAN ID时，数据处理模块120对实现透传的非3GPP用户的上行数据的MAC包封装时，添加VLAN ID。

如图14所示，相应于上述方法，本发明实施例还提出了一种网关设备200，包括接收模块210、数据处理模块220、发送模块230和建立链路模块240。

接收模块210，用于接收3GPP UE发送的PDN连接请求消息和用户信息，用户信息承载非3GPP的用户设备发送的数据。

数据处理模块220，用于对用户信息进行数据处理。

发送模块230，用于向3GPP UE或PDN发送信息。

建立链路模块240，当3GPP的用户设备鉴权通过后，建立链路模块240与3GPP UE建立承载链路，通过链路，发送模块230将非3GPP的用户设备上行的MAC数据包转发给APN，或者接收模块210将下行MAC数据包封装后经由发送模块230发送给非3GPP的用户设备。

具体而言，数据处理模块220对非3GPP的用户设备的数据进行以下一种或多种操作：

进行MAC包的封装/解封装、基于MAC包的TFT分类映射以及去除VLAN ID。

具体而言，数据处理模块220进行MAC包的封装/解封装包括：

当非3GPP的用户设备的下行数据通过数据处理模块220时，数据处理模块220对非3GPP用户透传数据的MAC包进行封装；并映射到基于ETH类型的承载中，

当非3GPP的用户设备的上行数据通过数据处理模块220时，数据处理模块220对非3GPP用户透传数据的MAC over IP的包进行解封装，并转发到BRAS。

具体而言，数据处理模块220基于MAC包的TFT分类映射包括：

当非3GPP的用户设备通过数据处理模块220时，根据下发的非IP的下行TFT策略，数据处理模块220过滤器根据MAC地址进行分类，映射成不同QoS级别的业务流并绑定到相应的承载中。

具体而言，当收到APN发送的包含VLAN ID时数据包时，数据处理模块220对需要实现透传的非3GPP用户数据的MAC包去除VLAN ID。当接收模块210收到来自APN的包含VLAN ID的MAC的数据包，数据处理模块220去除VLAN ID后转发给3GPP UE。

针对现有LTE网络，本发明提出的上述方法或设备，通过扩展3GPP的相关协议来支持实现非3GPP用户通过3GPP网络接入的业务。本发明提出的上述方法或设备，使运营商的布网方法更加灵活和方便，并扩大了运营商的用户群，实现了运营商的对非3GPP用户和LTE用户的统一管理，计费和精细化的业务服务。采用本发明提出的上述方法或设备后，补充了非3GPP/LTE用户的使用场景，使非3GPP/LTE用户可以使用远程办公，带宽共享等类型的业务。本发明提出的上述方法或设备具有较好的后向兼容性，有望在现有的移动LTE网络中通过简单升级即实现新的网络融合业务。

为进一步阐述本发明，下面结合具体的应用场景，对本发明的具体应用进行举例。

Non-3GPP用户通过LTE终端接入网络

非3GPP的用户例如PC机，PAD,电视，音像，监控设备以及各种物联网终端，通过WiFi,蓝牙，UWB等方式连接到LTE/3G UE上，并通过3G/LTE网络连接到不同的APN中。通过对现有LTE网络的简单修改，在兼容现有LTE网络和原有Non-3GPP网络的基础上，通过建立可控可管理的业务承载和分类。实现对Non-3GPP统一管理，计费，带宽控制等QoS管理。

网络架构

参见图5，需要根据扩展功能的PGW,PCRF,UE。

呼叫流程

1）LTE UE attach流程：

具体流程参见图8，需要在相应消息中添加Ethernet接入类型,UE侧和PGW侧需要增加TFT并具有处理MAC over IP的功能。

801/802：LTE UE开机发起附着，向MME发送Attach Request消息，包含一个特定的APN（如“WLAN”为非3GPP连接或“互联网”为4G连接）。

803/804/805：在UE和MME之间完成鉴权过程

810：MME根据发送Create Session Request消息给S-GW，请求建立默认承载，MME根据“ETH Enable”标志确认消息中是否包含新定义的Protocol configuration options=“Ethernet”信息单元。

811：S-GW发送Create Session Request消息给P-GW，消息中包含新定义的Protocol configuration options=“Ethernet”信息单元

812：P-GW和PCRF发起IP-CAN会话建立流程。

812/813：P-GW响应Create Session Response消息给S-GW，并转发给MME，该消息中包含经过PGW确认后的Protocol conguration options信息单元。

814：MME发送Attach Accept消息给LTE UE，要求建立默认承载。

814/815：LTE UE和基站之间建立连接。

819-822：MME向S-GW和PGW发送Modify Bearer Request消息建立，完成在SGW和PGW上的默认承载建立。

其中，Non-3GPP UE鉴权过程：

具体流程参见图10，需要BRAS向PCRF更新非3GPP网络中分配给该用户的QoS信息，从而更新Non-3GPP使用的LTE网络的承载信息，以便实现非3GPP用户和3GPP用户的统一管理。

1005-1011：在LTE网络中创建专用承载，并返回确认消息给AF。

上述应用，具有以下特点：

1．LTE UE attach流程与3GPP网络一致，但需要对现有消息AVP进行修改，在Attach Request/Accept,Update Location Answer,Create SessionRequest/Response中添加接入类型的AVP,并根据类型创建承载，

2．在建立承载的相关消息中增加新的TFT,添加MAC等分类。并且在UE/PGW侧增加对MAC over GTP的处理。

3．在PGW侧增加和BRAS的接口（物理的或逻辑的）。

远程办公业务（二层VPN）

首先LTE/3G UE用户可以申请远程办公的业务。当该用户移动到外地时，可以通过UE(或智能手机)建立起一个小的分支办事处，这个UE所下连的各个终端可以像在总部公司那样使用公司内部的IP,服务器，建立起二层的VPN网络。

网络架构：参见图7。本发明的LTE网络中二层VPN的实现的方法，不同的企业用户，可以通过LTE网络把分支机构和总部公司以二层网络的形式连接起来，不同的LTE UE/CPE通过定义不同的VLAN ID，通过对经过该UE/CPE上网的WLAN用户标识，定义为该终端分配的VLANID。经过LTE网络进行二层透传后，通过EPC转发并和运营商的边缘路由器的VRF进行映射.最后通过MPLS网络发送到企业总部。实现二层网络的隔离和应用。

呼叫流程

LTE UE attach和HSS签约流程：参见图11

1101/1102：LTE UE开机发起附着，向MME发送附着消息和PDN连接请求消息，消息中包特定的APN请求，请求建立一个专门的APN，连接到支持VLAN连接的PDN。

1103/1104/1105：在UE和MME之间完成鉴权过程

1107：HSS发送更新位置确认消息给MME,携带用户鉴约信息，检查并确认该APN是否支持“ETH-Enable”标志，并在该消息中添加VLAN Tag属性，发送用户签约的VLAN tag

1110：P-GW和PCRF发起IP-CAN会话建立流程。

1114/1115：LTE UE和基站之间建立连接。

上述应用，具有以下特点：

1．首先在HSS上将LTE用户和VLAN ID绑定。

2．在LTE用户接入时，申请基于Ethernet的APN连接，并在AttachRequest/Accept,Update Location Answer,Create Session Request/Response中添加Ethernet接入类型的相关的AVP,并根据类型选择相应的PGW和创建相应的承载。

3．下发VLAN ID到LTE终端，在Update Location Answer消息中添加VLAN Tag，通过HSS下发运营商分配给用户的VLAN tag.

4．在建立承载的相关消息中增加新的TFT,添加VLAN ID等分类。并且在UE/PGW侧增加对MAC over GTP的处理。

5．LTE终端添加VLAN ID信息到其上的二层数据包上，在LTE网络上透传。

6．在PGW侧增加转发二层数据包到VRF的接口及功能。

带宽共享业务

网络架构

对于家庭非3GPP终端,可能正连接其他固定宽带接入，如果此时带宽不够，需要申请更多的带宽时，通过本发明，采用负荷分担的方式，通过二层透传方式，终端同时接入两个不同的网络，比如ADSL宽带和LTE网络时，可以扩展终端带宽，以实现更高带宽业务的需求。具体的参考网络架构如图12。

呼叫流程

1．业务呼叫过程

PC机使用ADSL或小区宽带上网，发现业务带宽不够，但是本身还有智能手机等其他终端连接到3G/LTE网络中，因此可以申请扩展带宽，使用手机发送相关当前PC机的相关信息（例如IP地址等到）AF，申请共享带宽业务。AF收到申请后，开通建立UE到连接相同BRAS的PGW的基于Ethernet的专用承载，PC下载负荷分担的软件并打开Wifi连接到智能手机上，这样PC机通过符合分担的方法把PPPoe的包通过不同的链路发送到同一个BRAS上，从而实现带宽共享的目的。具体参见下图11。

上述应用，具有以下特点：

1．用户可以申请在LTE侧建立基于Ethernet类型和原先业务使用的APN连接，通过该连接建立用户到原先业务使用的宽带接入设备。

2．用户终端可以通过负荷分担的软件，把二层以太包传输通过两条不同的链路传送到同一个BRAS中，因此只需要UE侧提供负载分担功能的软件功能即可。用户获取的ip地址等还是基于原先网络接入的部分，原先网络的连接并不需要断线。

此外，考虑到未来网络的演进，扩展现有的PGW的功能，替代原有的BRAS的功能，可以处理非3GPP用户的连接请求。例如，扩展现有PGW如下功能：

支持PPPoE/DHCP协议，例如通过新增协议栈；支持IP地址的分配，原有PGW已具有该功能；支持与AAA的连接，例如通过新增接口；支持与PCRF的连接，原有PGW已具有该功能。

针对现有LTE网络，本发明提出采用扩展的协议的办法使Non-3GPP用户通过3GPP网络接入的业务，例如，扩展方法如下：1，是在现有的附着，认证，会话消息中添加新的接入有关的属性；2，通过在会话，承载创建消息中增加新的TFT，并且要求UE和PGW实现Ethernet over IP的封包解包的处理，以及MME根据按照新增接入属性选择PGW的功能，以及PGW的Ethernet转发功能。

采用上述方式扩展后，协议栈、选用的消息、消息的具体内容（包含的属性值）以及采用所述消息后LTE网络内部为提供相关业务的相关的处理流程和方法等；弥补了目前LTE标准中相应的空白。

本发明提出的上述方法或设备，使运营商的布网方法更加灵活和方便，并扩大了运营商的用户群，实现了运营商的对非3GPP用户和LTE用户的统一管理，计费和精细化的业务服务。

本发明提出的上述方法或设备，补充了非3GPP/LTE用户的使用场景，使非3GPP/LTE用户可以使用远程办公，带宽共享等类型的业务。

本发明提出的方法或设备具有较好的后向兼容性，有望在现有的移动LTE网络中通过简单升级即实现新的网络融合业务。当然本发明提出的方法也能用于其他通信系统中。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种接入移动通信系统的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的接入移动通信系统的方法，其特征在于，将非3GPP用户设备的Ethernet数据包经过所述承载链路实现上下行的数据传输包括：

将上行的非3GPP用户设备的Ethernet数据包通过3GPP UE和PGW之间的链路转发给非3GPP APN，所述非3GPP APN由所述特定的APN值确定；

3.如权利要求1所述的接入移动通信系统的方法，其特征在于，所述3GPPUE对所述非3GPP的用户设备的数据进行以下一种或多种操作：

进行Ethernet包的封装/解封装、基于Ethernet包的TFT分类映射或者VLAN ID的添加。

4.如权利要求3所述的接入移动通信系统的方法，其特征在于，所述进行Ethernet包的封装/解封装包括：

当所述非3GPP的用户设备通过所述3GPP UE发送上行数据包时，所述3GPP UE实现对非3GPP用户透传数据的Ethernet包进行封装，并映射到基于ETH类型的承载中；或

当所述非3GPP的用户设备通过所述3GPP UE接收到下行数据包时，所述3GPP UE实现对非3GPP用户透传数据的Ethernet包进行解封装。

5.如权利要求3所述的接入移动通信系统的方法，其特征在于，所述3GPP UE接收所述非3GPP的用户设备发送的第一个Ethernet数据包，当检测到所述数据包的源MAC地址并未存在于当前的TFT中时，所述3GPP UE向MME触发TFT资源改变请求。

6.如权利要求5所述的接入移动通信系统的方法，其特征在于，进一步包括：

PCEF向PCRF触发IP承载资源的改变请求，所述改变请求中需要包含当前会话的ID、非3GPP MAC信息和所述3GPP UE的IP地址，PCRF保存会话ID、非3GPP MAC信息、所述3GPP UE和TFT信息的映射关系。

7.如权利要求3所述的接入移动通信系统的方法，其特征在于，所述基于Ethernet包的TFT分类映射包括：

当所述非3GPP的用户设备通过所述3GPP UE发送上行数据包时，所述3GPPUE根据非IP的上行TFT策略，所述3GPP UE过滤器根据MAC地址进行分类，映射成不同QoS级别的业务流并绑定到相应的承载中。

8.如权利要求3所述的接入移动通信系统的方法，其特征在于，所述VLAN ID的添加包括：

当所述3GPP UE收到HSS发送的VLAN ID时，所述3GPP UE对实现透传的非3GPP用户的上行数据的Ethernet包封装时，添加VLAN ID。

9.如权利要求1所述的接入移动通信系统的方法，其特征在于，PGW对所述非3GPP的用户设备的数据进行以下一种或多种操作：

进行Ethernet包的封装/解封装、基于Ethernet包的TFT分类映射或者从PDN接收或发送基于Ethernet的数据包。

10.如权利要求9所述的接入移动通信系统的方法，其特征在于，所述进行Ethernet包的封装/解封装包括：

当所述非3GPP的用户设备的下行数据通过所述PGW时，所述PGW对非3GPP用户透传数据的Ethernet包进行封装；并映射到基于ETH类型的承载中或

当所述非3GPP的用户设备的上行数据通过所述PGW时，所述PGW对非3GPP用户透传数据的MAC over IP的包进行解封装，并转发到BRAS。

11.如权利要求10所述的接入移动通信系统的方法，其特征在于，进一步包括：

BRAS发送会话状态给PCRF，会话中包括非3GPP用户的MAC地址和分配的IP地址；

所述PCRF接收到所述会话状态后，将非3GPP用户的MAC地址和分配的IP地址、所述3GPP UE session ID及其属性值进行相关联；

当应用程序功能AF监测到用户发送创建承载的请求时，触发创建专用承载请求消息给PCRF，所述消息包含非3GPP用户的IP地址和QoS要求；

所述PCRF收到创建专用承载请求消息后，根据非3GPP的IP地址找到非3GPP的MAC地址和所述3GPP UE的session ID，并根据Session ID、QoS要求、MAC地址构造创建专用承载请求消息给所述PGW；

在所述3GPP UE与所述PDN的PGW建立承载链路，并返回确认消息给AF。

12.如权利要求9所述的接入移动通信系统的方法，其特征在于，所述基于Ethernet包的TFT分类映射包括：

当所述非3GPP的用户设备通过所述PGW发送下行业务时，所述PGW根据发送的非IP的下行TFT策略，所述PGW过滤器根据MAC地址进行分类，映射成不同QoS级别的业务流并绑定到相应的承载中。

13.如权利要求9所述的接入移动通信系统的方法，其特征在于，所述从PDN接收或发送基于Ethernet的数据包包括：

当所述PGW收到所述3GPP UE发送的包含VLAN ID时数据包时，所述PGW对需要实现透传的非3GPP用户数据的MAC Over IP包解封装后转发；或者

当所述PGW收到来自所述APN的包含VLAN ID的Ethernet的数据包，去除VLAN ID后转发给所述3GPP UE。

14.如权利要求9所述的接入移动通信系统的方法，其特征在于，所述PGW基于TFT信息对所述非3GPP的用户设备进行计费及QoS控制。

15.一种移动通信用户设备，其特征在于，包括接收模块、发送模块和建立链路模块，

所述接收模块，用于接收非3GPP的用户设备发送的数据；

16.如权利要求15所述的移动通信用户设备，其特征在于，所述接收模块和所述发送模块将非3GPP用户设备的Ethernet数据包经过所述承载链路实现上下行的数据传输包括：

所述发送模块将上行的非3GPP用户设备的Ethernet数据包通过3GPP UE和PGW之间的链路转发给非3GPP APN，所述非3GPP APN由所述特定的APN值确定；

或者所述发送模块将下行的非3GPP用户设备的Ethernet数据包解封装后经由3GPP UE发送给非3GPP的用户设备。

17.如权利要求15所述的移动通信用户设备，其特征在于，还包括，数据处理模块，所述数据处理模块对所述非3GPP的用户设备的数据进行以下一种或多种操作：

进行Ethernet包的封装/解封装、基于Ethernet包的TFT分类映射以及VLAN ID的添加。

18.如权利要求17所述的移动通信用户设备，其特征在于，所述数据处理模块进行Ethernet包的封装/解封装包括：

当所述非3GPP的用户设备通过所述发送模块发送上行数据包时，所述数据处理模块实现对非3GPP用户透传数据的Ethernet包进行封装，并映射到基于ETH类型的承载中，

当所述非3GPP的用户设备通过所述接收模块接收到下行数据包时，所述数据处理模块实现对非3GPP用户透传数据的Ethernet包进行解封装。

19.如权利要求17所述的接入移动通信系统的方法，其特征在于，所述接收模块接收所述非3GPP的用户设备发送的第一个Ethernet数据包，当检测到所述数据包的源MAC地址并未存在于当前的TFT中时，所述发送模块向所述MME触发TFT资源改变请求。

20.如权利要求17所述的移动通信用户设备，其特征在于，所述数据处理模块基于Ethernet包的TFT分类映射包括：

当所述非3GPP的用户设备通过所述发送模块发送上行数据包时，根据发送的非IP的上行TFT策略，所述数据处理模块过滤器根据MAC地址进行分类，映射成不同QoS级别的业务流并绑定到相应的承载中。

21.如权利要求17所述的移动通信用户设备，其特征在于，所述数据处理模块VLAN ID的添加包括：

当所述接收模块收到HSS发送的VLAN ID时，所述数据处理模块对实现透传的非3GPP用户的上行数据的Ethernet包封装时，添加VLAN ID。

22.一种网关设备，其特征在于，包括接收模块、数据处理模块、发送模块和建立链路模块，

所述数据处理模块，用于对所述用户信息进行数据处理；

所述发送模块，用于向所述3GPP UE或PDN发送信息；

所述建立链路模块，当所述3GPP的用户设备鉴权通过后，所述建立链路模块与所述3GPP UE建立承载链路，通过所述链路，所述发送模块将所述非3GPP的用户设备上行的Ethernet数据包转发给所述APN，或者所述接收模块将下行Ethernet数据包解封装后经由所述发送模块发送给所述非3GPP的用户设备。

23.如权利要求22所述的网关设备，其特征在于，所述数据处理模块对所述非3GPP的用户设备的数据进行以下一种或多种操作：

进行Ethernet包的封装/解封装、基于Ethernet包的TFT分类映射以及去除VLAN ID。

24.如权利要求23所述的网关设备，其特征在于，所述数据处理模块进行Ethernet包的封装/解封装包括：

当所述非3GPP的用户设备的下行数据通过所述数据处理模块时，所述数据处理模块对非3GPP用户透传数据的Ethernet包进行封装；并映射到基于ETH类型的承载中，

当所述非3GPP的用户设备的上行数据通过所述数据处理模块时，所述数据处理模块对非3GPP用户透传数据的MAC over IP的包进行解封装，并转发到BRAS。

25.如权利要求23所述的网关设备，其特征在于，所述数据处理模块基于Ethernet包的TFT分类映射包括：

当所述非3GPP的用户设备的下行数据流通过所述数据处理模块时，根据发送的非IP的下行TFT策略，所述数据处理模块过滤器根据MAC地址进行分类，映射成不同QoS级别的业务流并绑定到相应的承载中。

26.如权利要求23所述的网关设备，其特征在于，

当收到所述3GPP UE发送的包含VLAN ID时数据包时，所述数据处理模块对需要实现透传的非3GPP用户数据的Ethernet包去除VLAN ID；

当所述接收模块收到来自所述APN的包含VLAN ID的Ethernet的数据包，所述数据处理模块去除VLAN ID后转发给所述3GPP UE。