CN110100425B - 用于促进网络环境中的无状态服务网关操作的系统和方法 - Google Patents

Abstract

在一个示例性实施例中提供了一种方法，并且该方法可以包括向多个用户平面服务网关(SGW‑U)共享来自控制平面服务网关(SGW‑C)的访问密钥；分配与用户设备(UE)会话相关联的多个全量隧道端点标识符(FQTEID)；至少部分地基于访问密钥和多个FQTEID生成用于UE会话的访问令牌；以及将访问令牌附接到用于UE会话的用户平面分组。该方法还可以包括：由特定SGW‑U接收用于UE会话的数据分组，其中，上行链路分组附接有用于UE会话的访问令牌；确定与UAT相关联的FQTEID；以及基于FQTEID路由来自特定SGW‑U的上行链路分组。

Description

用于促进网络环境中的无状态服务网关操作的系统和方法

技术领域

本公开一般地涉及计算机网络领域，并且更具体地，涉及用于促进网络环境中的无状态服务网关(SGW)操作的系统和方法。

背景技术

移动网络架构在通信环境中变得越来越复杂。在某些情况下，移动网络架构可以使用软件定义网络(SDN)技术实现，以便于部署控制和用户平面分离(CUPS)架构，其中，用于移动网络的数据路径和控制路径在两个平面(数据平面和控制平面)上分开。随着用户设备数量的增加并且随着CUPS架构在移动网络部署中变得更加普遍，通信资源的有效管理变得更加关键。因此，在促进用于网络环境的CUPS架构方面存在重大挑战。

附图说明

为了提供本公开的更完整的理解及其特征和优点，结合附图参考以下描述，其中相同的参考标号表示相同的部分，其中：

图1是示出根据本公开的一个实施例的可以促进无状态服务网关(SGW)操作的通信系统的简化框图；

图2A-图2B是示出根据通信系统的一个可能实施例的可以与为用户设备(UE)会话生成用户设备访问令牌(UAT)相关联的示例性细节的简化交互框图；

图3是示出根据通信系统的一个可能实施例的可以与图2A-图2B的UE会话的示例性数据平面操作相关联的示例性细节的简化交互框图；

图4A-图4C是示出根据通信系统的一个可能实施例的可以与图2A-图2B的UE会话的示例性空闲(IDLE)状态和活动(ACTIVE)状态操作相关联的示例性细节的简化交互框图；

图5是示出根据通信系统的一个可能实施例的可以与图2A-图2B的UE会话的示例性切换操作相关联的示例性细节的简化交互框图；

图6是示出根据通信系统的一个可能实施例的可以与UE会话的示例性数据平面操作相关联的其他示例性细节的简化交互框图；以及

图7是示出根据本文讨论的各种可能实施例的可以与计算节点相关联的示例性细节的简化框图。

具体实施方式

概述

在一个示例性实施例中提供了一种方法，并且该方法可以包括：向多个用户平面服务网关(SGW-U)共享来自控制平面服务网关(SGW-C)的访问密钥；分配与用户设备(UE)会话相关联的多个全量隧道端点标识符(FQTEID)；至少部分地基于访问密钥和多个FQTEID生成用于UE会话的访问令牌；以及将访问令牌附接到用于UE会话的用户平面分组。在一些实例中，该方法可以包括：将用于UE会话的访问令牌从SGW-C传送到控制平面分组数据网络网关(PGW-C)，以及将用于UE会话的访问令牌从SGW-C传送到UE连接的无线电节点。分配用于UE会话的多个FQTEID，可以包括：通过SGW-C分配用于UE会话的SGW-U入口FQTEID和SGW-U出口FQTEID；通过控制平面分组数据网络网关(PGW-C)分配用户平面分组数据网络网关FQTEID；以及通过UE连接的无线电节点分配无线电节点FQTEID。

在一些实例中，该方法可以进一步包括：由特定SGW-U接收用于UE会话的上行链路分组，其中，上行链路分组附接有用于UE会话的访问令牌；基于访问令牌来确定用于上行链路分组的SGW-U出口FQTEID和用户平面分组数据网络网关(PGW-U)FQTEID；以及将上行链路分组从特定SGW-U路由到PGW-U FQTEID。在又一些实例中，该方法可以进一步包括：由特定SGW-U接收用于UE会话的下行链路分组，其中，下行链路分组附接有用于UE会话的访问令牌；基于访问令牌来确定用于下行链路分组的SGW-U入口FQTEID和无线电节点FQTEID；以及将下行链路分组从特定SGW-U路由到无线电节点FQTEID。

在一些实例中，生成用于UE会话的访问令牌可以包括：使用多个FQTEID来生成源FQTEID和目的地FQTEID的级联对；使用逐位运算对级联对进行组合以生成位序列；以及使用共享密钥来对位序列进行掩码或加密以生成访问令牌。在又一些实例中，生成用于UE会话的访问令牌，可以包括：以预定义顺序对多个FQTEID中的每一个进行级联以生成位序列；以及对位序列进行掩码或加密以生成访问令牌。

示例实施例

出于理解本文公开的系统和架构的某些实施例的目的，重要的是理解可能与第三代合作伙伴计划(3GPP)长期演进(LTE)演进的分组核心(EPC)系统架构(有时称为第四代(4G)/LTE)的网络通信相关联的技术和数据。可以将以下基础信息视为可以适当地解释本公开的基础。

如本说明书中在此所提到的，术语“平面”可以指可以穿过网络的流量的逻辑分离。通常可以在通信网络中找到三个平面，包括：数据平面、控制平面和管理平面。数据平面通常携带或转发用户流量，而控制平面通常携带用于为用户流量提供路由信息的信令流量，并且管理平面(控制平面的子集)通常携带管理流量。如本说明书中在此所提到的，术语“用户平面”、“数据平面”、“用户数据平面”和“承载平面”可以互换使用。

如本说明书中在此所提到的，术语“虚拟机”、“虚拟化网络功能”和“虚拟化网络功能性”可以包括基于计算机架构和真实或假设计算机的功能进行操作的计算机系统和/或计算平台的仿真，其中特定实施例涉及专用硬件、软件或两者的组合。在各种实施例中，如本文中描述的虚拟化网络功能(VNF)、虚拟机(VM)、虚拟化网络功能组件(VNFC)、虚拟化功能性和/或任何虚拟化网络控制器、元件、模块、聚合器、前述的组合等可以使用(一个或多个)计算节点的硬件(例如，处理器和存储器元件)、用于给定虚拟化网络环境的软件和/或操作系统，经由基于管理程序的虚拟化或一个或多个计算节点的基于容器的虚拟化来执行(例如，被实例化以执行一个或多个操作)。在一些情况下，本说明书中在此可以参考物理网络功能(PNF)。PNF通常与硬件无线电头部相关联，硬件无线电头部可以配置有一个或多个发射器和接收器(以及其他相关的硬件和/或软件功能)以促进空中(OTA)射频(RF)通信。

具有硬件资源和软件资源的(一个或多个)计算节点还可用于促进为虚拟化网络环境构建和部署软件定义网络(SDN)架构，该硬件资源和软件资源可被抽象为一个或多个逻辑层。通常，SDN架构提供构建和部署计算机网络的方法、网络设备、以及分离和抽象网络系统的控制平面和数据平面的软件。SDN将控制平面解耦，从而决定关于从底层数据平面发送流量的位置，该数据平面将流量转发到选定目的地。SDN允许网络管理员、运营商等通过将较低级别的功能抽象到虚拟化网络环境中来管理网络服务。在各种实施例中，计算节点可以包括但不限于：用于数据中心的数据中心计算节点，例如服务器、服务器机架、多个服务器机架等；可以分布在一个或多个数据中心中的云计算节点。

网络环境中的通信在本文中称为“消息”、“消息传递”、和/或“信令”，其可以包括分组。通常，参考控制平面分组或管理平面分组来指代信令，同时可以参考在应用级别处交换通信的控制平面分组、管理平面分组或数据平面分组来指代消息传递。

分组是格式化的数据单元，并且可以包含控制信息(例如，源地址和目的地址等)和数据，其也称为有效载荷。在一些实施例中，控制信息可以包括在分组的头部和尾部中。可以根据任何合适的通信协议来发送和接收消息。合适的通信协议可以包括多层方案，例如开放式系统互连(OSI)模型、或其任何衍生物或变体。

如本文使用的术语“数据”、“信息”、“参数”等可以指任何类型的二进制、数字、语音、视频、文本或脚本数据或信息、或任何类型的源代码或目标代码，或者可以在电子设备和/或网络中从一个点传送到另一个点的任何适当格式的任何其他合适的数据或信息。此外，消息、请求、响应、回复、查询等是网络流量的形式，并且因此可以包括一个或多个分组。

在传统的3GPP EPC架构中，UE通常通过与一个或多个无线电节点(例如，演进型节点B(eNodeB或eNB))的空中通信连接至服务提供商网络，并且服务网关(SGW)是可以路由和转发用户数据分组的数据平面元件，同时还充当用于3GPP间移动性(例如，处理与诸如第2代(2G)网络和/或第3代(3G)网络之类的其他网络连接的移动性)以及在eNodeB间转换或切换(HO)期间的移动性锚点。此外，例如，对于传统的3GPP EPC架构，分组数据网络(PDN)网关(PGW)可以向外部分组数据网络(PDN)(例如，互联网、IP多媒体子系统(IMS)等)提供用户设备(UE)互联网协议(IP)连接接入网络(IP-CAN)会话连接。PGW可以用作策略执行点，该策略执行点管理服务质量(QoS)、在线/离线基于流的计费、数据生成、深度分组检查、分组过滤、拦截、上述的组合等。对于3G架构，服务通用分组无线服务(GPRS)支持节点(SGSN)可以提供类似于SGW的功能，并且网关GPRS支持节点(GGSN)可以提供类似于PGW的功能。对于传统的3GPP EPC架构，SGW和eNodeB是当UE在整个通信系统中移动时由于HO而发生频繁移动性事件的网络元件。当UE在整个系统中移动时，服务于UE的eNB和SGW可以改变，而服务于UE的PGW通常保持相同。

SDN概念可以应用于传统的3GPP EPC架构，以实现控制平面和数据平面的分离，以便于实现控制平面和用户平面分离(CUPS)架构，其中控制路径和分离路径在两个平面上分开，从而创建通过一个或多个控制器元件实现的控制平面和通过一个转发器元件(FE)实现的数据平面。对于3GPP EPC CUPS架构，(一个或多个)控制平面控制器元件可以包括任何数量的控制平面SGW(在本文中称为SGW-C)和控制平面PGW(在本文中称为PGW-C)，其操纵网络基础设施以促进端到端服务提供商网络连接。同样对于3GPP EPC CUPS架构，(一个或多个)数据平面FE可以包括任何数量的用户平面SGW(在本文中称为SGW-U)和用户平面PGW(在本文中称为PGW-U)，当流量可以通过一系列FE时，SGW-U和PGW-U可以处理服务提供商网络的用户(例如，UE)流量并对其执行操作。控制平面元件和数据平面元件可以一起管理通过服务提供商网络转发所有用户流量。CUPS架构通常实现为降低运营成本、提高部署灵活性和加速开发。

在当前CUPS架构中，基于用于呼叫建立的控制平面信令，在UE呼叫建立期间发生SGW-U选择和SGW-U编程。通常，MME选择SGW-U来处理UE会话编程的流量可以包括配置一个或多个流表或组表，该流表描述转发到端口的分组(例如，物理、逻辑等)，该组表可以包括流条目，该组表描述转发到组的分组。通常执行选择和编程以使SGW-U能够路由和处理去往给定UE或来自给定UE的任何进一步的数据流量。

然而，当前CUPS架构中的SGW-U实现方式存在若干缺点，包括：SGW-U是需要在各种事件中维护会话信息的完全有状态节点；针对给定UE的上行链路数据流量和下行链路数据流量的路由应始终路由到用作用于给定UE的SGW承载平面(例如，数据平面)元件的相同SGW-U，而不管给定UE的位置如何，除非UE的SGW-C也发生了变化；以及当前CUPS架构不支持这样的用例，其中，如果由于移动性事件(例如，UE移动)，则仅需要改变和/或移动承载平面。在协议级别处，目前没有规定只改变EPC网络中的SGW用户平面GPRS隧道协议(GTP-U)隧道，而是SGW-C和SGW-U应该同时改变。

参考图1，图1是示出通信系统100的简化框图，在本文所述的各种实施例中，通信系统100可以通过提供促进网络环境中的无状态用户平面SGW(SGW-U)操作的系统和方法来克服当前CUPS架构的上述缺点。通信系统100可以包括无线电接入网(RAN)110、用户操作用户设备(UE)102、eNB 104、移动性管理实体(MME)112、逻辑控制平面120的控制平面SGW(SGW-C)122和控制平面PGW(PGW-C)124、逻辑数据平面130的“N”个用户平面SGW(SGW-U.1-SGW-U.N)132.1-132.N和用户平面PGW(PGW-U)134、和一个或多个分组数据网络(PDN)140。SGW-U.1-SGW-U.N 132.1-132.N可以形成SGW-U数据平面(也互换地称为承载平面)池136。在一些实施例中，可以为通信系统100部署或配置SGW-U负载平衡器(LB)138。

UE 102可以经由一个或多个空中(OTA)射频(RF)通信信道与eNB 104接口。eNB104还可以经由如3GPP标准所定义的S1-MME接口与MME 112接口，并且还可以经由N个相应的S1-U接口与SGW-U数据平面136的SGW-U.1-SGW-U.N 132.1-132.N中的每一个接口。Sl-U接口可以携带GTP-U分组。SGW-U.1-SGW-U.N 132.1-132.N中的每一个还可以经由N个相应的用户平面S5(S5-U)接口和/或N个相应的用户平面S8(S8-U)接口与PGW-U 134接口。通常，当UE在不同网络运营商之间漫游并且S5接口是给定运营商的网络内部接口时，使用S8接口。PGW-U 134可以使用多个SGi接口与(一个或多个)PDN 140相接口，这取决于PDN的数量。

MME 112还可以经由S-11接口与SGW-C 122相接口，该接口可以携带控制平面GTP(GTP-C)分组。SGW-C 122还可以经由N个控制平面接口与SGW-U.1-SGW-U.N 132.1-132.N中的每一个相接口。SGW-C 122还可以经由控制平面S5(S5-C)接口和/或控制平面(S8-C)接口与PGW-C 124相接口。PGW-C还可以通过控制平面接口与PGW-U 134相接口。

RAN 110可以提供UE 102与通信系统100的控制平面元件和数据平面元件之间的通信接口。在各种实施例中，例如，RAN 110可以包括3GPP接入网络，例如全球移动通信系统(GSM)增强型数据速率GSM演进(EDGE)无线电接入网络(GERAN)(通常称为第二代(2G))、通用移动通信系统(UMTS)陆地无线电接入网络(UTRAN)(通常称为3G)、演进型UTRAN(E-UTRAN)(通常称为4G)、长期演进(LTE)或高级LTE(LTE-A)、和/或第5代(5G)或超出RAN。在各种实施例中，RAN 110可以包括非3GPP IP接入网络，例如数字用户线(DSL)、电缆、无线局域网(WLAN)(例如电气和电子工程师协会(IEEE)802.11(例如，Wi-Fi、HotSpot 2.0)接入网络)、全球微波互联接入(WiMAX)、和/或互联网。

例如，尽管RAN 110被示为仅包括一个eNB 104，但是可以在通信系统100中部署任何数量的eNB和/或其他RF无线电节点，以实现任何其他3GPP(例如，2G、3G、5G等)和/或非3GPP(例如，Wi-Fi、WiMAX等)接入网络，例如Node B/无线电网络控制器(nodeB/RNC)节点、家庭nodeB(HNB)节点、家庭eNodeB(HeNB)节点、住宅网关(RG)、Wi-Fi接入点(AP)节点、上述的组合等。类似地，尽管针对通信系统100仅示出了一个UE 102，但是应当理解，通信系统中可以存在任何数量的UE。在各种实施例中，(一个或多个)PDN 140可以包括但不限于互联网、管理视频、ICN服务、IP多媒体子系统(IMS)和/或UE可以连接的任何其他接入点名称(APN)的任何组合。

通常，MME(例如，MME 112)是可以提供跟踪区域列表管理、空闲模式UE管理、承载激活和去激活、UE的SGW(SGW-U和SGW-C)和PGW(PGW-U和PGW-C)选择、和认证服务的控制平面元件。无线电接入承载(RAB)，或者更一般地，“承载”，可以指路径、信道、隧道等，通过该“承载”可以在特定服务、应用等的两个端点之间交换通信。通常，承载是指与在UE和EPC的一个或多个节点之间交换的通信相关联。在UE初始附接到给定RAN无线电节点(例如，eNB104)时，如3GPP标准中定义的，至少为给定UE建立默认承载。在一些实施例中，例如，可以为给定UE建立一个或多个专用承载，用于向UE提供一个或多个专用服务或应用，例如，长期演进语音承载(VoLTE)会话、数据会话、基于IP的语音传输(VoIP)会话、游戏会话、上述的组合等。尽管针对图1的实施例示出了基于CUPS的PGW(例如，PGW-C和PGW-U)，但是应当理解，通信系统100的操作也可以在为通信系统部署的基于非CUPS的PGW(例如，没有PGW-C或PGW-U)中执行。

通常，用于给定UE的承载与以下内容相关联：1)用于UE的IP地址，其可以通过DHCP、SLAAC等从IP地址池分配；2)与给定PDN连接相关联的每个节点的IP地址；以及3)在PGW-U与SGW-U之间延伸的GTP-U隧道和在SGW-U与UE连接的eNB之间延伸的GTP-U隧道(如果UE处于连接(CONNECTED)或者活动(ACTIVE)模式或状态，而不是空闲(IDLE)模式或状态)。可以使用EPS承载标识(EBI)来标识承载。对于如本文描述的各种实施例，可以在通信系统100中创建其他隧道。

为了促进通信系统100中的无状态SGW-U操作，SGW-C 122可以在操作期间与SGW-U数据平面池136中的SGW-U.1-SGW-U.N 132.1-132.N中的每一个共享SGW-U秘密/共享访问密钥(SSAK)。在各种实施例中，SSAK可以是128位密钥，SSAK可以由SGW-C 122生成并且与SGW-U.1-SGW-U.N 132.1-132.N中的每一个共享，SSAK作为SGW-C 122与SGW-U.1-SGW-U.N132.1-132.N中的每一个之间的初始握手和容量交换(例如，在通电、初始化等期间)的部分，或者可以为SGW-C 122(例如，由网络运营商)配置SSAK并且与SGW-U.1-SGW-U.N 132.1-132.N中的每一个共享SSAK。在至少一个实施例中，SGW-C 122可以基于可配置的16字符密码生成SSAK。密码可以由网络运营商配置，并且可以定期或基于需求进行更改。为SGW-C122配置的密钥生成功能可以将密码作为输入以生成128位SSAK。

在至少一个实施例中，无状态SGW-U操作可以假设SGW-U涉及最小分组处理和计费(例如，对于VoLTE和IoT情况)，其中主要由PGW-U和/或PGW-U之外的网络执行计费。在至少一个实施例中，无状态SGW-U操作还可以假设用于SGW-U数据平面池的SGW-U可以独立于SGW-C容量进行放大或缩小，以为通信系统100提供更大的弹性。

在给定UE(例如，对于UE 102)的呼叫建立期间，SGW-C 122可以在从MME 112接收到针对UE的创建会话请求消息时，分配全量隧道端点标识符(在本文中称为FQTEID或者F-TEID)中的每一个，该标识符标识与UE 102会话相关联的GTP-U隧道的源FQTEID和目的地FQTEID。对于其中在通信系统100中没有部署SGW-U负载平衡器(例如，SGW-U负载平衡器138)的实施例，MME 112可以选择特定SGW-U来处理UE会话的流量，如UE会话的流量通常提供给为CUPS架构选择的基于标准的SGW-U。对于其中在通信系统100中部署SGW-U负载平衡器(例如，SGW-U负载平衡器138)的实施例，MME 112可以为UE会话选择SGW-U负载平衡器138的IP地址。在这样的实施例中，UE数据平面流量可以被路由到SGW-U负载平衡器，其可以从SGW-U.1-SGW-U.N 132.1-132.N的池中选择SGW-U，以处理UE会话的流量并将流量路由到池的所选SGW-U。在一些实施例中，SGW-U负载平衡器138可以选择一个SGW-U来处理UE会话的上行链路分组，并且可以选择不同的SGW-U来处理UE会话的下行链路分组。

对于其中在通信系统100中没有部署SGW-U负载均衡器的实施例，SGW-C 122可以分配：1)SGW-U入口GTP-U隧道端点标识符(TEID)和标识GTP-U隧道的SGW-U入口FQTEID(SGW-U-IN-FQTEID)的相关IP地址，所述GTP-U隧道位于UE所附接的eNB(例如，eNB 104)与如由MME 112选择的可用于交换与UE相关联的会话的数据平面流量的SGW-U数据平面池136的SGW-U.1-SGW-U.N 132.1-132.N中的任意一个之间；2)SGW-U出口GTP-U TEID和标识GTP-U隧道的SGW-U出口FQTEID(SGW-U-EG-FQTEID)的相关IP地址，所述GTP-U隧道位于如由MME112选择的SGW-U数据平面池136的SGW-U.1-SGW-U.N 132.1-132.N中的任意一个与可用于交换与UE 102相关联的会话的数据平面流量的PGW-U 134之间。对于其中在通信系统100中部署了SGW-U负载均衡器(例如，SGW-U负载均衡器138)的实施例，SGW-C 122分配的SGW-U-IN-FQTEID可以对应于SGW-U负载均衡器的入口FQTEID并且分配的SGW-U-EG-FQTEID可以对应于SGW-U负载均衡器的出口FQTEID。

应当注意，本文相对于在UE附接到eNB时从UE接收的上行链路创建会话请求来描述术语“入口”和“出口”。在操作期间，入口、出口、源FQTEID和目的地FQTEID可以相对于穿过数据平面的分组的方向，其相对于分组是否与从UE接收的上行链路数据或待发送至UE的下行链路数据相关联。

SGW-C 122可以向PGW-C 124发送针对UE的创建会话请求消息，并且PGW-C 124可以分配PGW-U GTP-U TEID以及标识GTP-U隧道的PGW-U FQTEID(PGW-U-FQTEID)的相关IP地址，该GTP-U隧道与用于UE 102会话的PGW-U 134相关联。PGW-U 134可以在创建会话响应消息中将PGW-U-FQTEID发送到SGW-C 122。对于其中在通信系统100没有部署SGW-U负载平衡器的实施例，GTP-U隧道可以在PGW-U 134和如由MME在UE认证期间选择的SGW-U数据平面池136的任何特定SGW-U.1-SGW-U.N 132.1-132.N之间扩展。对于其中在通信系统100部署了SGW-U负载平衡器的实施例，GTP-U隧道可以在PGW-U 134和SGW-U负载平衡器之间延伸。

SGW-C 122还可以向MME 112发送创建会话响应，其可以触发要从MME 112发送到eNB 104的S1应用协议(S1-AP)初始设置上下文请求消息。在接收到上下文请求消息时，eNB104可以分配用户平面eNB(eNB-U)GTP-U TEID以及标识与UE 102会话的eNB 104相关联的GTP-U隧道的eNB-U FQTEID(ENB-U-FQTEID)的相关IP地址。eNB 104使用S1-AP初始设置上下文响应消息将ENB-U-FQTEID发送到MME 112。然后，MME可以向SGW-C 122发送包括ENB-U-FQTEID的修改承载请求消息。对于其中没有部署SGW-U负载均衡器的实施例，GTP-U隧道可以在eNB 104和可以在UE认证期间交换与由MME选择的UE相关联的会话的数据平面流量的SGW-U数据平面池136的SGW-U.l-SGW-U.N 132.1-132.N中的任意一个之间扩展。

在接收到ENB-U-FQTEID时，SGW-C 122可以生成标识UE会话的UE访问令牌(UAT)。用于UE 102会话的UAT可以由SGW-C 122使用SGW-U-IN-FQTEID、SGW-U-EG-FQTEID、PGW-U-FQTEID、ENB-U-FQTEID和SSAK生成。在各种实施例中，SGW-C 122可以通过如下方式生成UAT：级联每个FQTEID的预定义序列、或者级联FQTEID源和目的地对的预定义序列、和/或对(一个或多个)级联序列执行逻辑(例如，逐位)异或(XOR)以产生位序列。可以使用SSAK来掩码或加密位序列以生成用于UE会话的UAT。在至少一个实施例中，UAT可以表示为：UAT＝SSAK☉ENB-U-FQTEID☉SGW-U-IN-FQTEID☉SGW-U-EG-FQTEID☉PGW-U-FQTEID，其中☉表示XOR运算符。

在至少一个实施例中，用于为UE会话生成UAT的操作可以包括生成表示为“Y”的位序列，其基于源和目的地FQTEID对，其中第一FQTEID对表示与用于UE会话的eNB 104相关联的GTP-U隧道，并且第二FQTEID对表示与用于UE会话的PGW-U 134相关联的GTP-U隧道。通常，Y可以等于(源FQTEID<联系>目的地FQTEID)XOR(源FQTEID<联系>目的地FQTEID)。对于本文讨论的实施例，可以假设用于为给定UE会话生成Y的源和目的地FQTEID对可以与用于UE会话的上行链路分组相关联；然而，通过反转从包括在下行链路分组中的UAT恢复的连接的源和目的地FQTEID对，接收用于UE会话的下行链路分组的任何SGW-U可以恢复用于下行链路分组的适当的源FQTEID和目的地FQTEID。在各种实施例中，SGW-U.1-SGW-U.N 132.1-132.N可以被配置为标识下行链路分组，使得可以适当地执行用于生成Y的基于上行链路的源和目的地FQTEID对的解析顺序，以标识用于下行链路分组的源FQTEID和目的地FQTEID(例如，与用于UE会话的上行链路分组相比，下行链路分组的源和目的地将被反转)。尽管本文讨论的实施例参考基于上行链路的源和目的地FQTEID对被用于生成Y，但是应该理解，基于下行链路的源和目的地FQTEID对也可以用于生成Y。

在至少一个示例性实施例中，可以通过对级联的FQTEID对执行XOR来为与UE 102相关联的会话生成Y，使得Y＝(ENB-U-FQTEID<联系>SGW-U-IN-FQTEID)XOR(SGW-U-EG-FQTEID<联系>PGW-U-FQTEID)。在一个实施例中，Y可以用SSAK来掩码为：(SSAK)XOR(Y)以产生UAT。在另一实施例中，SSAK可用于使用各种加密操作来加密Y。在一些实施例中，除了和/或代替XOR操作，可以使用逐位AND、OR和/或移位(例如，左移或右移)运算利用FQTEID的组合来对SSAK进行位掩码。在又一些实施例中，SGW-C 122可以通过以下方式生成UAT：以预定义顺序或以FQTEID对(例如，源和目的地)的预定义顺序对所有FQTEID进行级联、和/或对这些对进行XOR以生成位序列，并且然后使用SSAK来掩码或加密位序列以生成UAT。在各种实施例中，使用SSAK来加密位序列可以包括加密操作，包括但不限于：Shamir的秘密共享方案(SSSS)、分组密码加密(例如，使用高级加密标准(AES))、加密散列消息认证(HMAC)、上述的组合等。

SGW-C 122可以利用修改承载响应消息来响应于从MME 112接收的修改承载请求，该修改承载响应消息包含为UE 102会话生成的UAT。MME 112可以向eNB发送包含UAT的系统架构演进(SAE)承载修改请求消息，并且eNB可以将UAT与UE会话相关联(例如，存储UAT与UE的ID、用于UE会话的承载ID、和/或与UE相关联的用户的ID的关联)。SGW-C 122还可以向PGW-C 124发送修改承载请求消息，PGW-C 124可以向PGW-U 134通知用于UE会话的UAT。PGW-U 134可以将UAT与UE会话相关联。以这种方式，eNB 104和PGW-U 134可以获得对用于UE的会话的UAT的感知。在一个实施例中，UAT到PGW-U的通知可以基于Sx协议信令，其可以类似于GTP。

在操作期间，eNB 104和PGW-U 134可以包括UAT，作为发送到SGW-U数据平面池136(例如，根据部署配置，发送到特定SGW-U或者发送到SGW-U负载平衡器138)的每个GTP-U分组中的新信息元素(IE)。图1中示出了示例性GTP-U分组150。示例性GTP-U分组150可以包括用于IP分组152的有效载荷154以及IP源地址信息和目的地地址信息(例如，UE IP地址、PDNIP地址等)，其使用GTPv2进行封装以包括UAT IE 158以及GTPv2源FQTEID和目的地FQTEID，所述UAT IE 158携带有用于UE会话的UAT，所述GTPv2源FQTEID和目的地FQTEID可用于路由与UE会话相关联的隧道的GTP-U分组150。可以为GTP-U分组150提供其他信息和/或字段，但是为了示出与通信系统相关联的特征，已经省略了这些其他信息和/或字段。

SGW-U数据平面池136的SGW-U.1-SGW-U.N 132.1-132.N中的任意一个可以接收包含UAT的用于UE会话的GTP-U分组，并且可以恢复适当的源FQTEID和目的地FQTEID，用于使用包括有从SGW-C 122接收的分组和SSAK的UAT来转发分组。在一个实施例中，如果使用XOR掩码和级联来生成UAT，则SGW-U接收用于UE会话的GTP-U分组并且可以使用SSAK对分组进行解除掩码或解密，并且然后对UAT执行XOR或其他逐位运算以确定UAT中包含的每个FQTEID。基于UAT中包含的预定义序列的级联FQTEID，SGW-U可以恢复将分组转发到给定目的地所需的适当FQTEID(例如，针对下行链路(DL)分组的UE所附着的eNB或者针对上行链路(UL)分组的PGW-U)。

考虑涉及如上所述的UAT的实例，其中用于UE 102会话的UAT是通过用SSAK来掩码Y来生成的。对于该实例，假设由SGW-U.1 132.1从用于与UE 102相关联的会话的eNB 104接收上行链路分组。上行链路分组可以直接从eNB 104接收或者通过SGW-U负载平衡器138间接接收，如果针对通信系统100部署了SGW-U负载平衡器138的话。由SGW-U.1 132.1接收的上行链路分组可以包括标识ENB-U-FQTEID的源FQTEID、标识SGW-U-IN-FQTEID的目的地FQTEID、以及用于UE 102会话的UAT。使用SSAK，SGW-U.1 132.1可以解除掩码UAT以生成Y；召回，用于UE 102会话的Y＝(ENB-U-FQTEID<联系>SGW-U-IN-FQTEID)XOR(SGW-U-EG-FQTEID<联系>PGW-U-FQTEID)。使用Y以及ENB-U-FQTEID与SGW-U-IN-FQTEID的级联，SGW-U.1 132.1可以恢复(在本文中也称为“确定”)用于分组的源FQTEID、SGW-U-EG-FQTEID，以及用于与UE 102会话相关联的PGW-U GTP-U隧道的目的地FQTEID、PGW-U-FQTEID。

另一XOR运算可以由SGW-U.1 132.1使用Y执行，其可以表示为：(Y)XOR(ENB-U-FQTEID<联系>SGW-U-IN-FQTEID)＝(SGW-U-EG-FQTEID)<联系>PGW-U-FQTEID)，其中使用该运算恢复(SGW-U-EG-FQTEID<联系>PGW-U-FQTEID)。(SGW-U-EG-FQTEID<联系>PGW-U-FQTEID)的级联可以解析为用于分组的目的地FQTEID、PGW-U-FQTEID，以及用于分组的源FQTEID、SGW-U-EG-FQTEID。使用源FQTEID和目的地FQTEID，SGW-U.1 132.1可以将分组路由到PGW-U 134。针对路由到PGW-U 134的分组，可以移除UAT。

考虑另一实例，其中假设由SGW-U.1 132.1从用于与UE 102相关联的会话的PGW-U134接收下行链路分组(例如，直接或间接地)。由SGW-U.1 132.1接收的下行链路分组可以包括标识PGW-U-FQTEID的源FQTEID、标识SGW-U-EG-FQTEID的目的地FQTEID、以及用于UE102会话的UAT。SGW-U.2 132.1可以使用SSAK对UAT解除掩码，以便生成用于UE 102会话的Y；召回，用于UE 102会话的Y＝(ENB-U-FQTEID<联系>SGW-U-IN-FQTEID)XOR(SGW-U-EG-FQTEID<联系>PGW-U-FQTEID)，其中Y的生成与UE会话的上行链路分组有关。使用Y和PGW-U-FQTEID与SGW-U-EG-FQTEID的级联，SGW-U.1 132.1可以确定用于与UE会话相关联的eNB-UGTPU-U隧道的源FQTEID、SGW-U-IN-FQTEID和目的地FQTEID、ENB-U-FQTEID。SGW-U.1 132.1可以执行XOR运算，其可以表示为(Y)XOR(SGW-U-EG-FQTEID<联系>PGW-U-FQTEID)＝(ENB-U-FQTEID<联系>SGW-U-IN-FQTEID)，其中使用该运算来恢复(ENB-U-FQTEID<联系>SGW-U-IN-FQTEID)。SGW-U.2 132.1可以将从PGW-U 134接收的分组标识为下行链路分组，并且可以以相反的顺序解析(ENB-U-FQTEID<联系>SGW-U-IN-FQTEID)的级联，以确定用于分组的目的地FQTEID、ENB-U-FQTEID和用于分组的源FQTEID、SGW-U-IN-FQTEID。使用源FQTEID和目的地FQTEID，SGW-U.1 132.1可以将分组路由到eNB 104。针对路由到eNB 104的分组，可以移除UAT。

在另一实施例中，如果经由SSAK的加密用于生成UAT，则接收用于UE会话的GTP-U分组的SGW-U可使用SSAK来解密UAT，以确定UAT中包含的每个FQTEID。基于针对其生成UAT的预定义序列的FQTEID或FQTEID对，SGW-U可以使用与本文所讨论的针对级联和掩码操作类似的操作来恢复将分组转发到给定目的地所需的适当FQTEID。

因此，通信系统100可以促进无状态SGW-U操作，使得SGW-U数据平面池136的SGW-U.1-SGW-U.N 132.1-132.N中的任意一个可以服务由SGW控制平面服务的任何UE。SGW-U数据平面池136的SGW-U都不需要明确地维护任何UE上下文，并且SGW-U中的任何一个可以处理包含与给定UE的会话相关联的UAT的任何分组。因此，当UE的移动性事件发生时，可以使用一个或多个重定位因子来最优地选择SGW-U，并且可以处理与给定UE相关联的会话的流量，而不触发任何控制平面信令。在各种实施例中，用于选择SGW-U来处理用于UE会话的流量的重定位因子(其可以由MME 112经由SGW-C 122执行)可以包括但不限于：UE地理位置、处理UE会话的流量的当前SGW-U的容量/负载、和/或没有SGW-C重定位的SGW-U重定位。

因此，在各种实施例中，通信系统100可以提供优于当前CUPS部署的优点，包括但不限于：提供SGW-U数据平面池中的所有SGW-U都是无状态的并且可以处理用于任何UE的任何流量，这可以有助于在不影响控制平面容量的情况下缩小和/或扩展用户平面节点；提供用于UL/DL分组本身的上下文，其可以由多个SGW-U更快地处理，无需任何查找等；通过将SSAK纳入在SGW-C处生成的UAT中和在SGW-U处恢复的FQTEID中，为所有分组提供安全性和完整性；和/或对于其中如果由于移动性事件而仅需要改变或移动UE会话的承载平面的情况，则在协议级别将不需要提供配置，使得仅改变EPC网络中的SGW GTP-U端点。在一些实施例中，本文针对多个SGW-U的池讨论的原理可以扩展到多个PGW-U的池，其中类似的UAT可以由PGW-C生成并发送到池中的每个PGW-U。然而，在这样的实施例中，当PGW-U经由SGi接口或Gi接口接收给定UE的DL分组时，它将查询并维护UE的DL分组的最小状态信息。

关于通信系统100的内部结构，图1的每个元件可以通过简单的接口或通过任何其他合适的连接(有线或无线)彼此耦合，这为网络通信提供了可行的途径。如本文所提到的，物理(有线或无线)互连或接口可以指一个元件或节点与一个或多个其他元件的互连，而逻辑互连或接口可以指可以在网络环境中直接地或间接地互连的元件彼此之间的通信、交互和/或操作。

在各种实施例中，通信系统100可以表示互连通信路径(有线或无线)的一系列点或节点，该互连通信路径用于接收和发送通过通信系统100传播的信息的分组。在各种实施例中，通信系统100可以与单个网络运营商或服务提供商和/或多个网络运营商或服务提供商相关联和/或由其提供。在各种实施例中，通信系统100可以包括一个或多个分组数据网络(例如，一个或多个分组数据网络140)和/或全部或部分地与一个或多个分组数据网络重叠。通信系统100可以提供通信系统100的各种元件之间的通信接口，并且可以与以下内容相关联：任何局域网络(LAN)、无线局域网络(WLAN)、城域网络(MAN)、广域网络(WAN)、虚拟专用网络(VPN)、无线电接入网络(RAN)、虚拟局域网络(VLAN)、企业网络、内联网、外联网或促进网络环境中的通信的任何其他合适的架构或系统。

在各种实施例中，通信系统100可以在本公开的特定实施例中实现用户数据报协议/互联网协议(UDP/IP)连接和/或传输控制协议/IP(TCP/IP)通信语言协议。然而，通信系统100可以可选地实现用于发送和接收消息和/或信令的专有和/或非专有的任何其他合适的通信协议、接口和/或标准。可以在通信系统100中使用的其他协议、接口和/或通信标准可以包括3GPP基于直径的协议、远程认证拨入用户服务(RADIUS)协议、认证、授权和计费(AAA)信令、终端访问控制器访问控制系统(TACACS)、TACACS+、代理移动IP版本6(PMIPv6)、代理移动IP版本4(PMIPv4)、可扩展消息和表示协议(XMPP)、通用分组无线服务(GPRS)隧道协议(GTP)(版本1或版本2)、通用路由封装(GRE)、GRE上的以太网(EoGRE)等。在各种实施例中，AAA信令可以包括通过如下方式促进的信令交换：直径、RADIUS、可扩展消息和表示协议(XMPP)、简单对象访问协议(SOAP)、超文本传输协议(HTTP)上的SOAP、表述性状态传递(REST)、上述的组合等。在一些实施例中，可以使用TCP/IP安全套接层(SSL)通信来促进安全通信。

在各种实施例中，UE 102可以与寻求经由某个网络在通信系统100中发起流的任何电子设备相关联。在至少一个实施例中，任何UE 102可以被配置为促进与可以为通信系统100部署的多个接入网络的同时连接。术语“UE”、“移动设备”、“移动无线电设备”、“终端设备”、“用户”、“订户”或其变型可以在本说明书中在此可互换地使用，并且包括用于发起通信的设备，例如计算机、诸如(IoT)设备之类的电子设备(例如，装置、恒温器、传感器、停车计时器等)、个人数字助理(PDA)、笔记本电脑或电子笔记本、蜂窝电话、IP电话、具有蜂窝和/或Wi-Fi连接能力的电子设备、可穿戴电子设备、或能够在通信系统100内发起语音、音频、视频、介质或数据交换的任何其他设备、组件、元件或对象。UE 102还可以包括适合人类用户的接口，例如麦克风、显示器、键盘或其他终端设备。

UE 102还可以是寻求代表另一实体或元件(例如，程序、应用、数据库、或能够在通信系统100内发起交换的任何其他组件、设备、元件或对象)发起通信的任何设备。在通信系统100内，可以在默认承载激活过程期间使用动态主机配置协议(DHCP)、无状态地址自动配置(SLAAC)来分配IP地址(例如，用于UE 102或通信系统100中的任何其他元件、节点等)，或其任何合适的变型。通信系统100内使用的IP地址可以包括IP版本4(IPv4)和/或IP版本6(IPv6)IP地址。

在各种实施例中，例如，可以使用一个或多个标识符(例如，国际移动用户识别码(IMSI)或临时IMSI(T-IMSI))来标识与给定UE相关联的用户。用于给定用户的IMSI通常存储在用户的UE内的用户身份模块(SIM)(例如，SIM卡)上。在一些实施例中，可以使用S1-AP标识(ID)在通信系统100内标识UE。

参考图2A-图2B，图2A-图2B是示出根据通信系统100的一个可能实施例的可以与生成用于UE会话的UAT相关联的示例性细节的简化交互框图200。图2A-图2B包括UE 102、eNB 104、MME 112、SGW-C 122、SGW-U.l-SGW-U.N 132.1-132.N、PGW-C 124和PGW-U 134。出于图2A-图2B的实施例的目的，假设没有为通信系统100部署SGW-U负载平衡器；然而，针对图2A-图2B的实施例讨论的示例性细节可以扩展到其中为通信系统100部署SGW-U负载平衡器138的部署。

分别在202.1、202.2至202.N处，SGW-C 122可以分别与SGW-U.1 132.1、SGW-U.2132.2到SGW-U.N 132.N共享SSAK。在各种实施例中，SSAK可以由SGW-C 122生成或被配置用于SGW-C 122。SGW-U.1-SGW-U.N 132.1-132.N中的每一个可以存储从SGW-C 122接收的SSAK。

在204处，假设UE 102向eNB 104发起寻求附接(例如，连接)到eNB 104的附接请求消息，以便为与UE 102相关联的特定会话建立到特定PDN 140的连接。在接收到请求时，eNB104调用非接入层(NAS)传输过程并在206处向MME 112发送S1-AP初始UE消息。在接收到S1-AP初始UE消息时，MME 112发起认证过程，如在3GPP规范中所定义的，以在208处完成用于UE102会话的UE的认证，并选择SGW-U来处理UE 102会话的流量。

出于图2A-图2B的实施例的目的，假设MME 112选择SGW-U.1 132.1来处理UE会话的流量；然而，应该理解，MME 112可以选择SGW-U数据平面池136的任何SGW-U来处理UE会话的流量。对于其中为通信系统100部署了SGW-U负载平衡器138的实施例，MME 112可以选择负载平衡器的IP地址用于UE会话。

在成功认证UE 102的假设下，MME 112经由S-11接口在210处向SGW-C 122发送GTP-C创建会话请求消息，以为UE会话建立承载隧道。创建会话请求可以包括与UE 102相关联的用户的IMSI。

在212处，SGW-C 122为与SGW-U数据平面池136(例如，所选择的SGW-U.1 132.1)的UE会话相关联的GTP-U承载隧道分配SGW-U-IN-FQTEID(例如，SGW-U-IN TEID和关联的IP地址)和SGW-U-EG-FQTEID(例如，SGW-U-EG TEID和关联的IP地址)。在214处，SGW-C 122经由S5-C或S8-C接口向PGW-C 124发送GTP-C创建会话请求消息。在216处，PGW-C 124为GTP-U承载隧道分配PGW-U-FQTEID(例如，PGW-U TEID和相关联的IP地址)，该GTP-U承载隧道可以在PGW-U 134和SGW-U数据平面池136(例如，对于所选择的SGW-U.1 132.1)之间使用，以交换与UE 102相关联的会话的数据平面流量。在218处，PGW-C用包含PGW-U-FQTEID的GTP-C创建会话响应消息来响应SGW-C 122。

在220处，SGW-C 122用GTP-C创建会话响应消息来响应MME 112，其在222处触发MME 112向eNB 104发送S1-AP建立上下文请求消息。在224处，eNB 104为GTP-U承载隧道分配ENB-U-FQTEID(例如，ENB-U TEID和相关联的IP地址)，该GTP-U承载隧道可以在eNB 104和SGW-U数据平面池136(例如，针对所选择的SGW-U.1 132.1)之间使用，以为与UE 102相关联的会话交换数据平面流量。在226处，eNB 104用S1-AP初始建立上下文响应消息来响应MME 112，该S1-AP初始建立上下文响应消息包含ENB-U-FQTEID。在228处，MME 112向SGW-C122发送GTP-C修改承载请求消息，该GTP-C修改承载请求消息包含ENB-U-FQTEID。

当SGW-C 122具有用于与UE会话相关联的GTP-U隧道的一组FQTEID(包括SGW-U-IN-FQTEID、SGW-U-EG-FQTEID、PGW-U-FQTEID和ENB-U-FQTEID)时，在230处，SGW-C 122生成与UE 102会话相关联的UAT。SGW-C 122可以使用如针对本文描述的各种实施例所讨论的各种技术(例如，级联操作、XOR运算、掩码操作、加密操作等)来生成UAT。

在生成与UE 102会话相关联的UAT时，SGW-C 122可以执行各种操作以向eNB 104和PGW-U 134通知与UE 102会话相关联的UAT。在232处，SGW-C 122用修改承载响应消息来响应MME 112，该修改承载响应消息包含在230处生成的UAT。在234处，MME 112向eNB 104发送SAE承载修改请求消息，该SAE承载修改请求消息包含用于UE 102会话的UAT，并且在236处，eNB 104将UAT与UE 102会话相关联。在238处，eNB 104用发送到MME 112的SAE承载修改响应消息进行响应，该SAE承载修改响应消息可以包括原因指示符，该原因指示符指示接受还是拒绝承载修改请求。

在240处，SGW-C 122向PGW-C 124发送修改承载请求消息，该修改承载请求消息包括用于UE 102会话的UAT。在242处，PGW-C 124用修改承载响应消息来响应SGW-C 122，并在244处向PGW-U 134通知用于UE会话的UAT。在246处，PGW-U 134将UAT与UE会话相关联。在一些实施例中，在244处的通知可以涉及从PGW-U 134发送到PGW-C 124的通知响应，该通知响应指示用于UE会话的UAT的成功关联。应该注意，提供操作的顺序234、240、242、244和246仅用于说明的目的。在各种实施例中，可以以任何顺序执行这些操作。例如，在一些实施例中，可以在eNB之前向PGW-C/PGW-U通知UAT。因此，如图2A-图2B的实施例所示，在来自SGW-C122的通知之后，eNB 104和PGW-U 134都可以具有用于UE 102会话关联的UAT。

参考图2A-图2B的实施例来描述下面进一步详细讨论的图3、图4A-图4C和图5，并假设：已将SSAK通知给SGW-U数据平面池136的SGW-U.1-SGW-U.N中的每一个；UE 102在系统内附接和认证以用于特定UE会话；已将FQTEID分配给与UE 102会话相关联的隧道；已经生成UAT并将其通知给eNB 104和PGW-U 134；以及如针对图2A-图2B的实施例所讨论的，eNB104和PGW-U 134都具有UAT与UE 102会话的关联。出于图3、图4A-图4C和图5的实施例的目的，假设没有为通信系统100部署SGW-U负载平衡器；然而，针对图3、图4A-图4C和图5的实施例讨论的示例性细节可以扩展到其中为通信系统100部署SGW-U负载平衡器138的部署。

参考图3，图3是示出根据通信系统100的一个可能实施例的可以与图2A-图2B的UE102会话的示例性数据平面操作相关联的示例性细节的简化交互框图300。图3包括UE 102、eNB 104、MME 112、SGW-C 122、SGW-U.1-SGW-U.N 132.1-132.N、PGW-C 124和PGW-U 134。在302处，如上所述，图3的实施例的示例性细节假设已将SSAK通知给SGW-U数据平面池136的SGW-U.1-SGW-U.N中的每一个；UE 102在系统内附接和认证以用于特定UE会话；已将FQTEID分配给与UE 102会话相关联的隧道；已经生成UAT并将其通知给eNB 104和PGW-U 134；以及如针对图2A-图2B的实施例所讨论的，eNB 104和PGW-U 134都具有与UE 102会话关联的UAT。

在304处，对于图3的实施例，假设UE 102向eNB 104发送上行链路(UL)数据分组。在306处，eNB 104标识与UE 102相关联的会话和与UE 102会话相关联的UAT(例如，使用与UE 102相关联的用户的IMSI、承载ID等执行查找)。在308处，eNB 104使用UAT IE将UL数据与用于UE 102会话的UAT附接、标记在一起或者以其他方式包括UL数据和用于UE 102会话的UAT，并且封装UAT IE、UL数据和可能适用于GTPv2 GTP-U分组的任何其他信息(例如，IP地址信息等)。分组可以包括GTP-U源信息和目的地信息，该GTP-U源信息和目的地信息包括与UE 102会话相关联的承载隧道的ENB-U-FQTEID(源)和SGW-U-IN-FQTEID(目的地)。

在310处，eNB 104可以将GTP-U UL数据分组转发到SGW-U数据平面池136，并且出于图3的实施例的目的，假设eNB 104将附接有UAT的GTP-U UL数据分组转发到如由MME 112选择的SGW-U.1 132.1。在312处，SGW-U.1 132.1解封装UL数据并且基于UAT IE中包含的UAT和SSAK，使用如针对本文描述的各种实施例所讨论的操作来确定PGW-U-FQTEID和SGW-U-EG-FQTEID。在314处，SGW-U.1 132.1用SGW-U-EG-FQTEID(源)和PGW-U-FQTEID(目的地)替换GTP-U源信息和目的地信息，重新封装UL数据和可适用于GTP-U分组的任何其他信息，并且将GTP-U UL数据分组转发到PGW-U 134。UAT IE不被包括在发送到PGW-U 134的GTP-UUL数据分组中。如由3GPP标准所规定的，在接收到GTP-U UL数据分组时，PGW-U 134可以处理UL数据并将UL数据转发(未示出)到与UE 102会话相关联的给定PDN。因此，如304-314处所示，根据至少一个实施例，通信系统100可以促进用于UE会话的UL数据平面通信。

在320处，对于图3的实施例，假设由PGW-U 134接收用于UE 102会话的下行链路(DL)数据分组。在322处，PGW-U 134标识与UE相关联的会话和与UE 102会话相关联的UAT(例如，使用与UE 102相关联的用户的IMSI、承载ID等执行查找)。在324处，PGW-U 134使用UAT IE将DL数据与用于UE 102会话的UAT附接在一起，并且封装UAT IE、UL数据和可能适用于GTPv2 GTP-U分组的任何其他信息(例如，IP地址信息等)。该分组可以包括GTP-U源信息和目的地信息，该源信息和目的地信息包括与UE 102会话相关联的承载隧道的PGW-U-FQTEID(源)和SGW-U-EG-FQTEID(目的地)。在326处，PGW-U 134可以将GTP-U DL数据分组转发到SGW-U数据平面池136，并且出于图3的实施例的目的，假设PGW-U 134将附接有UAT的GTP-U DL数据分组转发到如由MME 112选择的SGW-U.1 132.1。

在328处，SGW-U.1 132.1解封装GTP-U DL数据并基于UAT IE中包含的UAT和SSAK，使用如针对本文描述的各种实施例所讨论的操作来确定ENB-U-FQTEID和SGW-U-IN-FQTEID。在330处，SGW-U.1 132.1用SGW-U-IN-FQTEID(源)和ENB-U-FQTEID(目的地)替换GTP-U源信息和目的地信息，重新封装DL数据和可适用于GTP-U分组的任何其他信息，并且将GTP-U DL数据分组转发到eNB 104。UAT IE不被包括在发送到eNB 104的GTP-U DL数据分组中。如由3GPP标准规定的，在332处，在接收到GTP-U DL数据分组时，eNB 104可以处理DL数据并将DL数据转发到UE 102。因此，如320-332处所示，根据至少一个实施例，通信系统100可以促进用于UE会话的DL数据平面通信。

参考图4A-图4C，图4A-图4C是示出根据通信系统100的一个可能实施例的可以与图2A-图2B的UE 102会话的示例性空闲状态和活动状态操作相关联的示例性细节的简化交互框图400。图4A-图4C包括UE 102、eNB 104、MME 112、SGW-C 122、SGW-U.1-SGW-U.N132.1-132.N、PGW-C 124和PGW-U 134。在402处，如上所述，图4A-图4C的实施例的示例性细节假设：已将SSAK通知给SGW-U数据平面池136的SGW-U.1-SGW-U.N中的每一个；UE 102在系统内附接和认证以用于特定UE会话；已将FQTEID分配给与UE 102会话相关联的隧道；已经生成UAT并将UAT通知给eNB 104和PGW-U 134；以及如针对图2A-图2B的实施例所讨论的，eNB 104和PGW-U 134都具有UAT与UE 102会话的关联。

在404处，假设UE 102由于例如不活动、无线电链路控制(RLC)故障等而转换到空闲状态。在406处，到空闲状态的转换触发了将UE上下文释放消息从eNB 104发送到MME112。在408处，MME 112向SGW-C 122发送释放访问承载请求消息，并且在410处，SGW-C用释放访问承载响应消息进行响应。在412处，MME 112向eNB 104发送UE上下文释放命令，并且在414处，在UE 102与eNB 104之间执行无线电资源控制(RRC)连接释放过程。在连接释放之后，在416处，eNB 104向MME 112发送UE上下文释放完成消息，该上下文释放完成消息指示RRC连接释放完成。

在418处，SGW-C 122重新生成与UE 102会话相关联的UAT以生成新UAT，在本文中针对图4A-图4C的实施例称为“新UAT1”。使用SSAK、SGW-U-EG-FQTEID、PGW-U-FQTEID和两个附加FQTEID的组合，可以使用如本文描述的各种实施例所讨论的操作来生成新UAT1，其可以标识在SGW-C 122和用于交换与UE 102会话相关的流量的SGW-U数据平面池136(例如，由MME 112选择的SGW-U.1 132.1)之间延伸的隧道。可以使用SGW-C TEID和标识SGW-C隧道FQTEID(SGW-C-TUN-FQTEID)的相关联IP地址、以及SGW-U TEID和标识SGW-U隧道FQTEID(SGW-U-TUN-FQTEID)的相关联IP地址来标识隧道。使用SSAK、SGW-U-EG-FQTEID、PGW-U-FQTEID、SGW-C-TUN-FQTEID和SGW-U-TUN-FQTEID，SGW-C 122可以使用如本文描述的各种实施例讨论的操作来生成新UAT1。

在420处，SGW-C 122向PGW-C 124发送修改承载请求消息，该修改承载请求消息包括用于UE 102会话的新UAT1。在422处，PGW-C 124用修改承载响应消息来响应于SGW-C122，并且在424处，向PGW-U 134通知用于UE会话的新UAT1。在426处，PGW-U 134将新UAT1与UE会话相关联。应该注意，提供操作的顺序422、424和426仅用于说明的目的。在各种实施例中，可以以任何顺序执行这些操作。

在430处，对于图4A-图4C的实施例，假设由PGW-U 134接收用于UE 102会话的下行链路(DL)数据分组。在432处，PGW-U 134标识与UE 102相关联的会话和与UE 102会话相关联的新UAT1(例如，使用与UE 102相关联的用户的IMSI、承载ID等执行查找)。在434处，PGW-U 134使用UAT IE将DL数据与用于UE 102会话的新UAT1附接在一起，并且封装UAT IE、UL数据和可适用于GTPv2 GTP-U分组的任何其他信息(例如，IP地址信息等)。分组可以包括GTP-U源信息和目的地信息，该源信息和目的地信息包括用于与UE 102会话相关联的承载隧道的PGW-U-FQTEID(源)和SGW-U-EG-FQTEID(目的地)。在436处，PGW-U 134可以将GTP-U DL数据分组转发到SGW-U数据平面池136，并且出于图4A-图4C的实施例的目的，假设PGW-U 134将附接有新UAT1的GTP-U DL数据分组转发到如由MME 112选择的SGW-U.1 132.1。

在438处，SGW-U.1 132.1解封装GTP-U DL数据并且基于UAT IE中包含的新UAT1和SSAK，使用如针对本文描述的各种实施例所讨论的操作来确定SGW-C-TUN-FQTEID和SGW-U-TUN-FQTEID。在440处，SGW-U.1 132.1用SGW-U-TUN-FQTEID(源)和SGW-C-TUN-FQTEID(目的地)替换GTP-U源信息和目的地信息，并重新封装DL数据和可能适用于GTP-U分组的任何其他信息，并且将GTP-U DL数据分组转发到SGW-C 122。UAT IE不被包括在发送到SGW-C 122的GTP-U DL数据分组中。

在442处，SGW-C 122开始缓冲DL数据，并且在444处，向MME 112发送下行链路数据通知(DDN)以发起针对UE 102的寻呼，以便将UE转换回活动状态。在446处，MME 112向eNB104发起S1-AP寻呼消息，其在448处，如根据3GPP标准所定义的，在UE 102、eNB 104和MME112之间发起服务请求过程，在此期间eNB 104分配用于UE 102会话的新ENB-U-FQTEID。当UE 102已经转换回活动状态时，在450处，MME 112向SGW-C 122发送修改承载请求消息，该修改承载请求消息包括新ENB-U-FQTEID。

在452处，SGW-C 122重新生成与UE 102会话相关联的UAT以生成另一新UAT，在本文中针对图4A-图4C的实施例称为“新UAT2”。使用SSAK、新ENB-U-FQTEID、SGW-U-IN-FQTEID、SGW-U-EG-FQTEID和PGW-U-FQTEID的组合，可以使用如本文描述的各种实施例所讨论的操作来生成新UAT2。在454处，SGW-C 122用修改承载响应消息来响应于MME 112，该修改承载响应消息包含在452处生成的新UAT2。在456处，MME 112向eNB 104发送SAE承载修改请求消息，该SAE承载修改请求消息包含用于UE 102会话的新UAT2，并且在458处，eNB 104将新UAT2与UE 102会话相关联。在460处，eNB 104以发送到MME 112的SAE承载修改响应消息进行响应。

在462处，SGW-C 122向PGW-C 124发送修改承载请求消息，该修改承载请求消息包括用于UE 102会话的新UAT2。在464处，PGW-C 124用修改承载响应消息来响应于SGW-C122，并且在466处，向PGW-U 134通知用于UE 102会话的新UAT2。在468处，PGW-U 134将新UAT2关联到UE 102会话。应该注意，提供操作的顺序464、466和468仅用于说明的目的。在各种实施例中，可以以任何顺序执行这些操作。因此，在来自SGW-C 122的通知之后，eNB 104和PGW-U 134都可以存储用于UE 102会话的新UAT2的新关联。

在470处，SGW-C经由一个或多个GTP-U DL数据分组将缓冲的DL数据发送到SGW-U.1 132.1。每个GTP-U DL数据分组可以与包含新UAT2的UAT IE附接在一起。在472处，SGW-U.1 132.1解封装GTP-U DL数据，基于UAT IE中包含的新UAT2和SSAK，使用如针对本文描述的各种实施例所讨论的操作来确定ENB-U-FQTEID和SGW-U-IN-FQTEID。在474处，SGW-U.1132.1用SGW-U-IN-FQTEID(源)和ENB-U-FQTEID(目的地)替换GTP-U源信息和目的地信息，并且重新封装DL数据和任何可适用于GTP-U分组的其他信息，并且将GTP-U DL数据分组转发到eNB 104。UAT IE不被包括在发送到eNB 104的GTP-U DL数据分组中。在接收到GTP-UDL数据分组时，在476处，如由3GPP标准所规定的，eNB 104可以处理DL数据并将DL数据转发到UE 102。因此，如图4A-图4C的实施例所示，根据至少一个实施例，通信系统100可以促进用于UE会话的DL数据平面通信。

参考图5，图5是示出根据通信系统100的一个可能实施例的可以与图2A-图2B的UE会话的示例性切换操作相关联的示例性细节的简化交互框图500。图5包括UE 102、目标eNB534、MME 112、SGW-C 122、SGW-U.1-SGW-U.N 132.1-132.N、PGW-C 124和PGW-U 134。出于图5的实施例的目的，将eNB 104称为“源”eNB 104并且未在图5中示出。此外，对于图5的实施例，假设UE 102的转换或切换已经发生，使得UE 102现在连接到目标eNB 534。

在502处，如上所述，图5的实施例的示例性细节假设：已经将SSAK通知给SGW-U数据平面池136的SGW-U.1-SGW-U.N中的每一个；UE 102在系统内附接和认证以用于特定UE会话；已将FQTEID分配给与UE 102会话相关联的隧道；已经生成UAT并将UAT通知给源eNB 104和PGW-U 134；并且如针对图2A-图2B的实施例所讨论的，eNB 104和PGW-U 134都具有UAT与UE 102会话的关联。

在涉及eNB间转换或切换的情况下，将会在S1AP路径切换请求消息中将新eNB/目标eNB的FQTEID通知给MME。因此，如在504处所示，目标eNB 534向MME 112发送包括目标ENB-U-FQTEID的S1-AP路径切换请求消息。在506处，MME 112向SGW-C 122发送包括目标ENB-U-FQTEID的修改承载请求消息。在508处，SGW-C 122重新生成与UE 102会话相关联的UAT以生成新UAT，在本文针对图5的实施例中称为“新UAT1”。使用SSAK、目标ENB-U-FQTEID、SGW-U-IN-FQTEID、SGW-U-EG-FQTEID和PGW-U-FQTEID的组合，可以使用如本文描述的各种实施例所讨论的操作来生成新UAT1。

在510处，SGW-C 122向PGW-C 124发送修改承载请求消息，该修改承载请求消息包括用于UE 102会话的新UAT1。在512处，PGW-C 124用修改承载响应消息来响应SGW-C 122，并且在514处，向PGW-U 134通知用于UE 102会话的新UAT1。在516处，PGW-U 134将新UAT1与UE 102会话相关联。在518处，SGW-C 122用修改承载响应消息响应于MME 112，该修改承载响应消息包含在508处生成的新UAT1。在520处，MME 112向目标eNB 534发送S1-AP路径切换确认消息，该S1-AP路径切换确认消息包含用于UE 102会话的新UAT1，并且在522处，目标eNB 534将新UAT1与UE 102会话相关联。应该注意，提供关于510和518的操作顺序仅用于说明的目的。在各种实施例中，可以以任何顺序执行这些操作。例如，在一些实施例中，可以在PGW-C/PGW-U之前向目标eNB通知新UAT1。因此，如图5的实施例中所示，在来自SGW-C 122的用于将UE 102切换到目标eNB 534的通知之后，目标eNB 534和PGW-U 134都可以具有与UE102会话关联的新UAT1。

参考图6，图6是示出根据通信系统100的一个可能实施例的可以与UE 102的示例性数据平面操作相关联的其他示例性细节的简化交互框图600。具体地，图6的实施例示出了根据通信系统的各种实施例，SGW-U数据平面池136的SGW-U中的任何一个可以接收和转发用于给定UE会话的UL数据和/或DL数据。

图6包括UE 102、eNB 104、MME 112、SGW-C 122、SGW-U负载平衡器138、SGW-U.1132.1、SGW-U.2 132.2和另一SGW-U.3 132.3、PGW-C 124、以及PGW-U 134。在602处，假设：已经将SSAK通知给SGW-U数据平面池136的SGW-U.1-SGW-U.3中的每一个；UE 102在系统内附接和认证以用于特定UE会话；MME 112已经为UE 102会话选择了SGW-U负载均衡器138的IP地址；已经使用SGW-U负载均衡器138为与UE 102会话相关联的隧道分配FQTEID，作为发送到SGW-U数据平面池136的数据流量的隧道端点；已经为UE 102会话生成了UAT并将其通知给eNB 104和PGW-U 134；并且eNB 104和PGW-U 134都具有UAT与UE 102会话的关联。可以如针对本文描述的各种实施例所讨论的那样执行602处的操作

在604处，对于图6的实施例，假设UE 102向eNB 104发送上行链路(UL)数据分组。在606处，eNB 104标识与UE 102相关联的会话和与UE 102会话相关联的UAT(例如，使用与UE 102相关联的用户的IMSI、承载ID等执行查找)。在608处，eNB 104使用UAT IE将UL数据与用于UE 102会话的UAT附接、标记在一起或者以其他方式包括UL数据和用于UE 102会话的UAT，并且封装UAT IE、UL数据和可适用于GTPv2 GTP-U分组的任何其他信息(例如，IP地址信息等)。该分组可以包括GTP-U源信息和目的地信息，该源信息和目的地信息包括与UE102会话相关联的承载隧道的ENB-U-FQTEID(源)和SGW-U-IN-FQTEID(目的地)，其中SGW-U-IN-FQTEID对应于SGW-U负载平衡器138的入口FQTEID。

在610处，eNB 104将GTP-U UL数据分组转发到SGW-U负载平衡器138。SGW-U负载平衡器是无状态的并且基于UDP端口。在612处，SGW-U负载平衡器138选择SGW-U来处理用于UE102会话的分组。在至少一个实施例中，SGW-U负载平衡器138可以使用健康检查逻辑来维护SGW-U数据平面池136的活动元件(例如，SGW-U.1-SGW-U.N 132.1-132.N)中的每一个的健康状态。在各种实施例中，SGW-U数据平面池136的活动元件的健康可以与以下各项中的一项或多项相关联：每个元件经历的拥塞；每个元件的当前负载；与传送到SGW-U负载平衡器138的一个或多个元件相关联的错误条件、故障和/或原因代码，或者与由SGW-U负载平衡器138确定的一个或多个元件相关联的错误条件、故障和/或原因代码；上述的组合等。在一些实施例中，可以将负载和/或拥塞与一个或多个阈值进行比较，以表征SGW-U数据平面池136的每个元件所经历的负载和/或拥塞。

在至少一个实施例中，SGW-U负载平衡器138可以使用基于循环的逻辑以将流量分发到SGW-U数据平面池136的活动和健康元件(例如，具有低于特定阈值的负载和/或拥塞的元件；没有错误、故障的元件等)。出于图6的实施例的目的，假设SGW-U负载平衡器138选择SGW-U.2132.2来接收用于UE 102会话的UL数据分组。

在614处，SGW-U负载平衡器138将GTP-U UL数据分组转发到SGW-U.2 132.2。分组仍然附接有UAT。在616处，SGW-U.2 132.2解封装UL数据，并使用UAT IE中包含的UAT来使用如针对本文描述的各种实施例所讨论的操作基于UAT和SSAK确定PGW-U-FQTEID和SGW-U-EG-FQTEID，其中SGW-U-EG-FQTEID对应于SGW-U负载平衡器138的出口FQTEID。

在618处，SGW-U.2 132.2用SGW-U-EG-FQTEID(源)和PGW-U-FQTEID(目的地)替换GTP-U源信息和目的地信息，并且重新封装UL数据和可适用于GTP-U分组的任何其他信息，并且将GTP-U UL数据分组转发到PGW-U 134。UAT IE不被包括在发送到PGW-U 134的GTP-UUL数据分组中。如由3GPP标准所规定的，在接收到GTP-U UL数据分组时，PGW-U 134可以处理UL数据并将UL数据转发(未示出)到与UE 102会话相关联的给定PDN。

在630处，对于图6的实施例，假设由PGW-U 134接收用于UE 102会话的下行链路(DL)数据分组。在632处，PGW-U 134标识UE 102会话和与UE 102会话相关联的UAT(例如，使用与UE 102相关联的用户的IMSI、承载ID等执行查找)。在634处，PGW-U 134使用UAT IE将DL数据与用于UE 102会话的UAT附接在一起，并且封装UAT IE、UL数据和可适用于GTPv2GTP-U分组的任何其他信息(例如，IP地址信息等)。该分组可以包括GTP-U源信息和目的地信息，该源信息和目的地信息包括与UE 102会话相关联的承载隧道的PGW-U-FQTEID(源)和SGW-U-EG-FQTEID(目的地)，其中SGW-U-EG-FQTEID对应于SGW-U负载平衡器138。

在636处，PGW-U 134将GTP-U DL数据分组转发到SGW-U负载平衡器138。在638处，SGW-U负载平衡器138选择SGW-U来处理用于UE 102会话的分组。出于图6的实施例的目的，假设SGW-U负载平衡器138选择SGW-U.3 132.3来接收用于UE 102会话的DL数据分组。在642处，SGW-U.2 132.2解封装GTP-U DL数据，并使用UAT IE中包含的UAT来使用如针对本文中描述的各种实施例所讨论的操作基于UAT和SSAK确定ENB-U-FQTEID和SGW-U-IN-FQTEID。

在644处，SGW-U.2 132.2用SGW-U-IN-FQTEID(源)和ENB-U-FQTEID(目的地)替换GTP-U源信息和目的地信息，并重新封装DL数据和可以在GTP-U分组中应用的任何其他信息，并且将GTP-U DL数据分组转发到eNB 104。UAT IE不被包括在发送到eNB 104的GTP-UDL数据分组中。在接收到GTP-U DL数据分组时，如由3GPP标准所规定的，在646处，eNB 104可以处理DL数据和并将DL数据转发到UE 102。因此，如604-614处和630-646处所示，根据针对具有SGW-U负载均衡器的部署的至少一个实施例，通信系统100可以使用SGW-U数据平面池的SGW-U中的任何一个来促进用于UE会话的UL数据平面通信和DL数据平面通信。具体地，根据通信系统100的各种实施例，用于UE会话的UL数据和DL数据不需要由SGW-U数据平面池的同一SGW-U处理。在至少一个实施例中，在SGW-U数据平面池的负载分配和故障处理方面，SGW-U负载平衡器可以提供优于非负载平衡器解决方案的优势。

参考图7，图7是示出根据通信系统100的各种可能实施例的可以与计算节点700相关联的示例性细节的简化框图。图7中示出的实施例示出了计算节点700，其包括：至少一个处理器702、至少一个存储器元件704、总线706、网络接口单元708、和存储装置710。在各种实施例中，计算节点700可以配置有用于各种逻辑的指令，包括SGW-C逻辑712、SGW-U逻辑714、SGW-U负载平衡器(LB)逻辑716、PGW-C逻辑718和/或PGW-U逻辑720，这取决于计算节点是否被配置为提供SGW-C操作、SGW-U操作、SGW-U负载平衡操作、PGW-C操作、PGW-U操作、上述的组合，或者可以在用于通信系统100的SDN架构中实例化的任何其他控制平面操作和/或数据平面操作、功能等。在各种实施例中，计算节点700可以实现为：用于数据中心的数据中心计算节点，例如服务器、服务器机架、多个服务器机架等；可以分布在一个或多个数据中心中的云计算节点；上述的组合等。在一些实施例中，多个计算节点700可以被配置为实现SDN架构，该SDN架构实现通信系统100的控制平面操作和数据平面操作。在各种实施例中，配置用于计算节点700的(一个或多个)处理器702、(一个或多个)存储器元件704、总线706、网络接口单元708、存储装置710和逻辑、软件等可以表示硬件、软件和/或网络资源，其可以被抽象为虚拟化功能以执行如本文描述的各种实施例所讨论的控制平面操作和/或数据平面操作。

在至少一个实施例中，(一个或多个)处理器702是至少一个硬件处理器，其被配置为根据为计算节点700配置的软件和/或指令来执行如本文所述的用于计算节点700的各种任务、操作和/或功能。在至少一个实施例中，(一个或多个)存储器元件704被配置为存储与计算节点700相关联的数据、信息、软件和/或指令，以及为(一个或多个)存储器元件704配置的逻辑。在至少一个实施例中，总线706可被配置为使得计算节点700的一个或多个元件(例如，为计算节点700配置的网络接口单元708、(一个或多个)处理器702、(一个或多个)存储器元件704、逻辑等)能够进行通信以便交换信息和/或数据的接口。在至少一个实施例中，快速内核托管互连可以用于计算节点700，潜在地使用进程(例如，逻辑)之间的共享存储器，这可以实现进程之间的有效通信路径。

在各种实施例中，网络接口单元708实现计算节点700、其他计算节点、其他网络元件和/或节点(例如，eNB 104、目标eNB 534[如图5所示]、MME 112)和/或一个或多个PDN(例如，(一个或多个)PDN 140)之间的通信，以促进针对本文描述的各种实施例所讨论的操作。在一些实施例中，网络接口单元708可以配置有一个或多个以太网驱动器、一个或多个光纤通道驱动器、和/或一个或多个控制器、或者其他类似的一个或多个网络接口驱动器和/或一个或多个控制器，以在通信系统100内实现计算节点700的通信。在各种实施例中，存储装置710和/或(一个或多个)存储器元件704可以被配置为存储与计算节点700相关联的数据、信息、软件和/或指令、和/或为计算节点700配置的逻辑。

在其中计算节点700被配置为提供SGW-C(例如，SGW-C 122)功能的至少一个实施例中，计算节点700可以配置有SGW-C逻辑712。在各种实施例中，SGW-C逻辑712可以包括指令，当该指令被执行时(例如，由(一个或多个)处理器702执行时)使得计算节点700执行以下操作，包括但不限于：利用SGW-U池的一个或多个SGW-U生成/共享(一个或多个)SSAK；分配用于一个或多个UE会话的(一个或多个)SGW-U-IN-FQTEID和(一个或多个)SGW-U-EG-FQTEID；分配(一个或多个)SGW-C-TUN-FQTEID和(一个或多个)SGW-U-TUN-FQTEID；生成用于一个或多个UE会话的(一个或多个)UAT；通知用于(一个或多个)UE会话的(一个或多个)UAT的(一个或多个)eNB和(一个或多个)PGW-C/PGW-U；缓冲和转发用于(一个或多个)UE会话的DL数据；标识待转发的用于UE数据的(一个或多个)UE会话；将包括用于所标识的UE会话的UAT的UAT IE与UE数据附接在一起；将UE数据转发到(一个或多个)隧道端点；上述项或任何如针对本文所述的各种实施例所讨论的其他操作的组合。

对于其中计算节点700被配置为提供SGW-C功能的实施例，存储装置710和/或(一个或多个)存储器元件704可以存储：一个或多个SSAK；用于(一个或多个)UE会话和/或用于通信系统100内的其他通信的接口信息(例如，FQTEID、TEID、IP地址；UE和/或用户ID等)；用于一个或多个UE会话的一或多个UAT；用于(一个或多个)UE会话(例如，用于空闲状态和活动状态转换)的缓冲的DL数据；加密密钥；掩码；逻辑；如针对本文描述的各种实施例所讨论的任何其他数据、信息、软件和/或指令(例如，可以存储在(一个或多个)存储器元件704和/或存储装置710中的逻辑)；上述的组合等。注意，在一些实施例中，存储装置可以与存储器元件合并(或反之亦然)，或者可以以任何其他合适的方式重叠/存在。

在其中计算节点700被配置为提供SGW-U(例如，SGW-U.1-SGW-U.N 132.1-132.N)功能的至少一个实施例中，计算节点700可以配置有SGW-U逻辑714。在各种实施例中，SGW-U逻辑714可以包括指令，当该指令被执行时(例如，由(一个或多个)处理器702执行时)使得计算节点700执行以下操作，包括但不限于：使用用于UE数据的UAT IE中包含的UAT和SSAK来确定用于转发数据的适当的源FQTEID和目的地FQTEID；标识UL和DL分组；解封装和封装数据；在UE处于空闲状态时的情况下，将用于UE的DL数据发送到SGW-C；将UE数据转发到适当的隧道端点；上述项或如本文所述的各种实施例所讨论的任何其他操作的组合。

对于其中计算节点700被配置为提供SGW-U功能的实施例，存储装置710和/或(一个或多个)存储器元件704可以存储：一个或多个SSAK；用于通信系统100内的通信的接口信息(例如，FQTEID、TEID、IP地址；UE和/或用户ID等)；加密密钥；掩码；逻辑；如针对本文描述的各种实施例所讨论的任何其他数据、信息、软件和/或指令(例如，可以存储在(一个或多个)存储器元件704和/或存储器710中的逻辑)；上述的组合等。

在其中计算节点700被配置为提供SGW-U负载平衡器(例如，SGW-U负载平衡器138)功能的至少一个实施例中，计算节点700可以配置有SGW-U LB逻辑716。在各种实施例中，SGW-U LB逻辑716可以包括指令，当该指令被执行时(例如，由(一个或多个)处理器702执行时)使得计算节点700执行以下操作，包括但不限于：维护SGW-U数据平面池(例如，SGW-U数据平面池136)的一个或多个SGW-U的健康状态；选择SGW-U来处理用于UE会话的流量；将数据转发到所选的SGW-U；上述项或任何如本文所述的各种实施例所讨论的其他操作的组合。

对于其中计算节点700被配置为提供SGW-U负载平衡器功能的实施例，存储装置710和/或(一个或多个)存储器元件704可以存储：健康状态信息；阈值信息；用于通信系统100内的通信的接口信息(例如，FQTEID、TEID、IP地址；UE和/或用户ID等)；加密密钥；掩码；逻辑；如针对本文描述的各种实施例所讨论的任何其他数据、信息、软件和/或指令(例如，可以存储在(一个或多个)存储器元件704和/或存储器710中的逻辑)；上述的组合等。

在其中计算节点700被配置为提供PGW-C(例如，PGW-C 124)功能的至少一个实施例中，计算节点700可以配置有PGW-C逻辑718。在各种实施例中，PGW-C逻辑718可以包括指令，当该指令被执行时(例如，由(一个或多个)处理器702执行时)使得计算节点700来执行如下操作，包括但不限于：分配用于一个或多个UE会话的(一个或多个)PGW-U-FQTEID；通知用于一个或多个UE会话的(一个或多个)UAT的(一个或多个)PGW-U；上述项或者任何如本文所述的各种实施例所讨论的其他操作的组合。

对于其中计算节点700被配置为提供PGW-C功能的实施例，存储装置710和/或(一个或多个)存储器元件704可以存储：用于通信系统100内的通信的接口信息(例如，FQTEID、TEID、IP地址；UE和/或用户ID等)；逻辑；如针对本文描述的各种实施例所讨论的任何其他数据、信息、软件和/或指令(例如，可以存储在(一个或多个)存储器元件704和/或存储器710中的逻辑)；上述的组合等。

在其中计算节点700被配置为提供PGW-U(例如，PGW-U 134)功能的至少一个实施例中，计算节点700可以配置有PGW-U逻辑720。在各种实施例中，PGW-U逻辑720可以包括指令，当该指令被执行时(例如，由(一个或多个)处理器702执行时)使得计算节点700执行以下操作，包括但不限于：将相应(一个或多个)UAT与相应(一个或多个)UE会话相关联；标识待转发的用于UE数据的(一个或多个)UE会话；将包括用于所标识的UE会话的UAT的UAT IE与UE数据附接在一起；将UE数据转发到(一个或多个)隧道端点；上述项或任何如本文所述的各种实施例所讨论的其他操作的组合。

对于其中计算节点700被配置为提供PGW-U功能的实施例，存储装置710和/或(一个或多个)存储器元件704可以存储：用于通信系统100内的通信的接口信息(例如，FQTEID、TEID、IP地址；UE和/或用户ID等)；用于(一个或多个)UE会话的(一个或多个)UAT关联；逻辑；如针对本文描述的各种实施例所讨论的任何其他数据、信息、软件和/或指令(例如，可以存储在(一个或多个)存储器元件704和/或存储器710中的逻辑)；上述的组合等。

关于与通信系统100相关联的内部结构，相应的UE 102、eNB 104、目标eNB 534[如图5中所示]、和MME 112中的每一个还可以包括相应的至少一个处理器、相应的至少一个存储器元件、相应的至少一个存储装置、相应的网络接口单元、相应的逻辑、上述的组合等，以促进网络环境中的无状态SGW-U操作。因此，为通信系统100提供适当的软件、硬件和/或算法来促进如本文所述的各种实施例所讨论的操作，以促进网络环境中的无状态SGW-U操作。

在各种示例性实施方式中，针对本文描述的各种实施例讨论的UE 102、eNB 104、目标eNB 534[如图5中所示]、MME 112和一个或多个计算节点700[如图7中所示用于促进SGW-C、SGW-U、SGW-U负载平衡器、PGW-C和/或PGW-U功能]可以包括网络设备、路由器、服务器、交换机、网关、网桥、负载均衡器、防火墙、处理器、模块、无线电接收器/发送器、或者可操作以交换信息的任何其他合适的设备、组件、元件或对象，以促进或以其他方式有助于促进网络环境(例如，对于诸如图1中所示的那些网络)中的如本文所讨论的各种实施例描述的各种操作。在各种实施例中，本文讨论的UE 102、eNB 104、目标eNB 534[如图5中所示]、MME 112和/或一个或多个计算节点700[如图7中所示用于促进SGW-C、SGW-U、SGW-U负载均衡器、PGW-C和/或PGW-U功能]中的一个或多个可以包括软件(或往复软件)，其可以协调以便于实现与在本文中讨论的网络环境中提供无状态SGW-U操作相关联的操作，并且可以包括便于其操作的任何合适的算法、硬件、软件、组件、模块、逻辑、客户端、接口和/或对象。这可以包括允许有效交换数据或信息的专有和/或非专有的适当算法、通信协议、接口和/或标准。

在各种实施例中，本文讨论的UE 102、eNB 104、目标eNB 534[如图5中所示]、MME112和/或一个或多个计算节点700[如图7中所示用于促进SGW-C、SGW-U、SGW-U负载平衡器、PGW-C和/或PGW-U功能]可以将信息保存在任何合适的存储器元件[例如，随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、专用集成电路(ASIC)等]、软件、硬件中，或者在适当的情况下并且基于特定需要将信息保存在任何其他合适的组件、设备、元件和/或对象中。本文讨论的任何存储器术语应被解释为包含在广义术语“存储器元件”内。正被跟踪的信息或发送到本文讨论的UE 102、eNB 104、目标eNB 534[如图5中所示]、MME 112和/或一个或多个计算节点700[如图7中所示用于促进SGW-C、SGW-U、SGW-U负载平衡器、PGW-C和/或PGW-U功能]中的一个或多个的信息可以在任何数据库、寄存器、控制列表、缓存、存储装置和/或存储结构中提供：所有这些可以在任何合适的时间段内引用。任何这样的存储选项也可以包括在如本文使用的广义术语“存储器元件”中。本文描述的任何可能的处理元件、控制器、管理器、逻辑和/或机器可以被解释为包括在广义术语“处理器”内。在各种实施例中，本文讨论的UE 102、eNB 104、目标eNB 534[如图5中所示]、MME 112和/或一个或多个计算节点700[如图7中所示用于促进SGW-C、SGW-U、SGW-U负载平衡器、PGW-C和/或PGW-U功能]中的每一个还可以包括用于在网络环境中接收、发送和/或以其他方式传送数据或信息的合适接口。

注意，在某些示例性实施方式中，如本文概述的用于促进无状态SGW-U操作网络环境的操作可以通过在一个或多个有形介质中编码的逻辑来实现，该有形介质可以包括非暂态有形介质、和/或非暂态计算机可读存储介质(例如，在ASIC中提供的嵌入式逻辑、数字信号处理(DSP)指令、由处理器或其他类似机器执行的软件[可能包括目标代码和源代码])等)、或者非暂态计算机可读介质、计算机程序产品和/或可以携带计算机可读指令的有形介质，当由一个或多个处理器执行该指令时，使得一个或多个处理器执行本文描述的方法。在这些实例中的一些实例中，存储器元件和/或存储装置[如图7中所示]可以存储用于本文描述的操作的数据、软件、代码、指令(例如，处理器指令)、逻辑、参数、上述的组合等。这包括能够存储数据、软件、代码、指令(例如，处理器指令)、逻辑、参数、上述的组合等的存储器元件和/或存储装置，其被实施以执行本文描述的操作。处理器(例如，硬件处理器)可以执行与数据相关联的任何类型的指令以实现本文详述的操作。在一个实例中，处理器[如图7中所示]可以将元件或物品(例如，数据、信息)从一个状态或事物变换为另一状态或事物。在另一实例中，本文概述的操作可以用逻辑实现，该逻辑可以包括固定逻辑、硬件逻辑、可编程逻辑、数字逻辑等(例如，由处理器执行的软件/计算机指令)，和/或本文标识的一个或多个元件可以是某种类型的可编程处理器、可编程数字逻辑(例如，现场可编程门阵列(FPGA)、DSP处理器、EPROM、控制器、电可擦除PROM(EEPROM)或包括数字逻辑、软件、代码、电子指令的ASIC或上述的任何合适的组合。

注意，在本说明书中，对“一个实施例”、“示例性实施例”、“实施例”、“另一实施例”、“某些实施例”、“一些实施例”、“各种实施例”、“其他实施例”、“可选实施例”等中包括的各种特征(例如，元件、结构、节点、模块、组件、逻辑、步骤、操作、特性等)的引用旨在表示任何这样的特征包括在本公开内容的一个或多个实施例中，但可以或可以不必在相同的实施例中组合。还要注意，本说明书中在此使用的模块、引擎、客户端、控制器、功能、逻辑等可以包括可执行文件，该可执行文件包括可以由计算机、处理器、机器、计算节点、上述的组合等理解和处理的指令，并且还可以包括在执行期间加载的库模块、目标文件、系统文件、硬件逻辑、软件逻辑、或任何其他可执行模块。

同样重要的是要注意，参考前面的附图描述的操作和步骤仅示出了可以由通信系统100执行或在通信系统100内执行的一些可能的场景。可以在适当的地方删除或移除这些操作中的一些操作，或者，在不脱离所讨论概念的范围的情况下，可以显着地修改或改变这些步骤。此外，这些操作的时间可以显着地改变并且仍然实现本公开中教导的结果。出于示例和讨论的目的提供了前述操作流程。系统提供了相当大的灵活性，因为在不脱离所讨论的概念的教导的情况下，可以提供任何合适的布置、时间顺序、配置和定时机制。

注意，利用上面提供的实例以及本文提供的许多其他实例，可以根据一个、两个、三个或四个网络元件来描述交互。然而，这仅出于清楚和示例的目的而进行。在某些情况下，通过仅引用有限数量的网络元件来描述一个或多个功能可能更容易。应当理解，通信系统100(及其教导)易于扩展，并且可以容纳大量组件、以及更复杂/精细的布置和配置。因此，所提供的实例不应限制通信系统100的范围或抑制通信系统100的广泛教导，因为其可能应用于无数其他架构。

如本文所使用的，除非有相反的明确说明，否则使用短语“……中的至少一个”、“……中的一个或多个”、以及“和/或”是开放式表达，其在操作中对于任何命名元素、条件或活动的组合都是连接的和分离的。例如，每个表达式“X、Y和Z中的至少一个”、“X、Y或Z中的至少一个”、“X、Y和Z中的一个或多个”、“X、Y或Z中的一个或多个”、和“′A、B和/或C”可以表示以下各项中的任何一项：1)X，但不是Y也不是Z；2)Y，但不是X也不是Z；3)Z，但不是X也不是Y；4)X和Y，但不是Z；5)X和Z，但不是Y；6)Y和Z，但不是X；或7)X、Y和Z。此外，除非有相反的明确说明，否则术语“第一”、“第二”、“第三”等旨在区分他们修改的特定名词(例如，元素、条件、模块、活动、操作等)。除非有相反的明确说明，否则这些术语的使用并非旨在表示修改的名词的任何类型的顺序、等级、重要性、时间顺序或层级。例如，“第一X”和“第二X”旨在指定两个X元素，其不必受两个元素的任何顺序、等级、重要性、时间顺序或层级的限制。如本文所提及的，“……中的至少一个”和“……中的一个或多个”可以使用“(一个或多个)”命名法(例如，一个或多个元素)来表示。

尽管已经参考特定布置和配置详细描述了本公开，但是在不脱离本公开的范围的情况下，可以显着地改变这些示例性配置和布置。例如，尽管已经参考涉及某些网络接入、接口和协议的特定通信交换描述了本公开，但是通信系统100可以适用于专有和/或非专有的其他交换或路由协议、接口和/或通信标准。此外，尽管已经参考促进通信过程的特定元件和操作示出了通信系统100，但是这些元件和操作可以由实现通信系统100的预期功能的任何合适的架构或过程代替。

本领域的技术人员可以查明大量其它的改变、替换、变化、更改、以及修改，并且旨在于本公开包括落入所附权利要求的范围内的所有这样的改变、替换、变化、更改、以及修改。为了有帮助美国专利和商标局(USPTO)以及附加地帮助本申请中所发布的任何专利的任何读者对所附权利要求进行解释，申请人希望注意的是，申请人：(a)不期望任何所附权利要求援引其递交日期存在的35U.S.C.第112条第六(f)段，除非在特定权利要求中具体使用了词语“用于…的装置”或“用于…的步骤”；并且(b)不期望通过说明书中的任何陈述来以所附权利要求中未反映的任何方式来限制本公开。

Claims (16)

1.一种用于无状态服务网关操作的方法，包括：

向多个用户平面服务网关(SGW-U)共享来自控制平面服务网关(SGW-C)的访问密钥；

分配与用户设备(UE)会话相关联的多个全量隧道端点标识符(FQTEID)；

至少部分地基于所述访问密钥和所述多个FQTEID生成用于所述UE会话的访问令牌；以及

将所述访问令牌附接到用于所述UE会话的用户平面分组；

其中，生成用于所述UE会话的所述访问令牌还包括：

使用所述多个FQTEID来生成源FQTEID和目的地FQTEID的级联对；

使用逐位运算对所述级联对进行组合以生成位序列；以及

使用共享密钥来对所述位序列进行掩码或加密以生成所述访问令牌；或者

其中，生成用于所述UE会话的所述访问令牌还包括：

以预定义顺序对所述多个FQTEID中的每一个进行级联以生成位序列；以及

对所述位序列进行掩码或加密以生成所述访问令牌。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括：

由特定SGW-U接收用于所述UE会话的上行链路分组，其中，所述上行链路分组附接有用于所述UE会话的所述访问令牌；

基于所述访问令牌来确定用于所述上行链路分组的SGW-U出口FQTEID和用户平面分组数据网络网关(PGW-U)FQTEID；以及

将所述上行链路分组从所述特定SGW-U路由到所述PGW-U FQTEID。

3.根据权利要求1或2所述的方法，还包括：

由特定SGW-U接收用于所述UE会话的下行链路分组，其中，所述下行链路分组附接有用于所述UE会话的所述访问令牌；

基于所述访问令牌来确定用于所述下行链路分组的SGW-U入口FQTEID和无线电节点FQTEID；以及

将所述下行链路分组从所述特定SGW-U路由到所述无线电节点FQTEID。

4.根据权利要求1或2所述的方法，还包括：

将用于所述UE会话的所述访问令牌从所述SGW-C传送到控制平面分组数据网络网关(PGW-C)。

5.根据权利要求1或2所述的方法，还包括：

将用于所述UE会话的所述访问令牌从所述SGW-C传送到所述UE连接的无线电节点。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其中，分配用于所述UE会话的所述多个FQTEID还包括：

通过所述SGW-C分配用于所述UE会话的SGW-U入口FQTEID和SGW-U出口FQTEID；

通过控制平面分组数据网络网关(PGW-C)分配用户平面分组数据网络网关FQTEID；以及

通过所述UE连接的无线电节点分配无线电节点FQTEID。

7.一种或多种非暂态有形介质，包括用于由处理器执行的指令，其中，所述执行使得所述处理器执行以下操作，包括：

向多个用户平面服务网关(SGW-U)共享来自控制平面服务网关(SGW-C)的访问密钥；

分配与用户设备(UE)会话相关联的多个全量隧道端点标识符(FQTEID)；

至少部分地基于所述访问密钥和所述多个FQTEID生成用于所述UE会话的访问令牌；以及

将所述访问令牌附接到用于所述UE会话的用户平面分组；

其中，生成用于所述UE会话的所述访问令牌还包括：

使用所述多个FQTEID来生成源FQTEID和目的地FQTEID的级联对；

使用逐位运算对所述级联对进行组合以生成位序列；以及

使用共享密钥来对所述位序列进行掩码或加密以生成所述访问令牌；或者

其中，生成用于所述UE会话的所述访问令牌还包括：

以预定义顺序对所述多个FQTEID中的每一个进行级联以生成位序列；以及

对所述位序列进行掩码或加密以生成所述访问令牌。

8.根据权利要求7所述的介质，其中，所述执行使得所述处理器执行进一步的操作，包括：

由特定SGW-U接收用于所述UE会话的上行链路分组，其中，所述上行链路分组附接有用于所述UE会话的所述访问令牌；

基于所述访问令牌来确定用于所述上行链路分组的SGW-U出口FQTEID和用户平面分组数据网络网关(PGW-U)FQTEID；以及

将所述上行链路分组从所述特定SGW-U路由到所述PGW-U FQTEID。

9.根据权利要求7或8所述的介质，其中，所述执行使得所述处理器执行进一步的操作，包括：

由特定SGW-U接收用于所述UE会话的下行链路分组，其中，所述下行链路分组附接有用于所述UE会话的所述访问令牌；

基于所述访问令牌来确定用于所述下行链路分组的SGW-U入口FQTEID和无线电节点FQTEID；以及

将所述下行链路分组从所述特定SGW-U路由到所述无线电节点FQTEID。

10.根据权利要求7或8所述的介质，其中，所述执行使得所述处理器执行进一步的操作，包括：

将用于所述UE会话的所述访问令牌从所述SGW-C传送到控制平面分组数据网络网关(PGW-C)。

11.根据权利要求7或8所述的介质，其中，所述执行使得所述处理器执行进一步的操作，包括：

将用于所述UE会话的所述访问令牌从所述SGW-C传送到所述UE连接的无线电节点。

12.根据权利要求7或8所述的介质，其中，分配用于所述UE会话的所述多个FQTEID还包括：

通过所述SGW-C分配用于所述UE会话的SGW-U入口FQTEID和SGW-U出口FQTEID；

通过控制平面分组数据网络网关(PGW-C)分配用户平面分组数据网络网关FQTEID；以及

通过所述UE连接的无线电节点分配无线电节点FQTEID。

13.一种用于无状态服务网关操作的系统，包括：

至少一个存储器元件，用于存储数据；以及

至少一个处理器，用于执行与所述数据相关联的指令，其中，所述执行使得所述系统执行以下操作，包括：

向多个用户平面服务网关(SGW-U)共享来自控制平面服务网关(SGW-C)的访问密钥；

分配与用户设备(UE)会话相关联的多个全量隧道端点标识符(FQTEID)；

至少部分地基于所述访问密钥和所述多个FQTEID生成用于所述UE会话的访问令牌；以及

将所述访问令牌附接到用于所述UE会话的用户平面分组；

其中，生成用于所述UE会话的所述访问令牌还包括：

使用所述多个FQTEID来生成源FQTEID和目的地FQTEID的级联对；

使用逐位运算对所述级联对进行组合以生成位序列；以及

使用共享密钥来对所述位序列进行掩码或加密以生成所述访问令牌；或者

其中，生成用于所述UE会话的所述访问令牌还包括：

以预定义顺序对所述多个FQTEID中的每一个进行级联以生成位序列；以及

对所述位序列进行掩码或加密以生成所述访问令牌。

14.根据权利要求13所述的系统，其中，所述执行使得所述系统执行进一步的操作，包括：

由特定SGW-U接收用于所述UE会话的上行链路分组，其中，所述上行链路分组附接有用于所述UE会话的所述访问令牌；

基于所述访问令牌来确定用于所述上行链路分组的SGW-U出口FQTEID和用户平面分组数据网络网关(PGW-U)FQTEID；以及

将所述上行链路分组从所述特定SGW-U路由到所述PGW-U FQTEID。

15.根据权利要求13或14所述的系统，其中，所述执行使得所述系统执行进一步的操作，包括：

由特定SGW-U接收用于所述UE会话的下行链路分组，其中，所述下行链路分组附接有用于所述UE会话的所述访问令牌；

基于所述访问令牌来确定用于所述下行链路分组的SGW-U入口FQTEID和无线电节点FQTEID；以及

将所述下行链路分组从所述特定SGW-U路由到所述无线电节点FQTEID。

16.根据权利要求13或14所述的系统，其中，所述执行使得所述系统执行进一步的操作，包括：

将用于所述UE会话的所述访问令牌从所述SGW-C传送到控制平面分组数据网络网关(PGW-C)；以及

将用于所述UE会话的所述访问令牌从所述SGW-C传送到所述UE连接的无线电节点。

Images