用于IP连通接入网络上的IP连接和用于允许IP连接端点选择的应用的流量优化

摘要

在一个实施例中，提供了一种用于经由IP连通接入网络可接入IP网络的用户设备和所述IP网络中的IP连接端点之间的IP流量的优化的方法，该方法用于允许所述IP连接端点的选择的应用，所述方法至少包括一个基于根据端到端IP流量优化标准的IP连接端点的选择的步骤。

说明书

技术领域

本发明一般涉及通常的通信，并尤其涉及移动网络上的通信。

背景技术

移动网络和系统的详细描述可以在文献中，例如尤其是在由标准 化组织，比如第三代合作伙伴项目(3GPP，3rd Generation Partnership  Project)出版的技术规范中找到。

移动通信系统的例子是演进的分组数据系统(EPS，Evolved  Packet System)，其特别在3GPP23.401和3GPP TS23.402中规定。 在如EPS的系统中，也被称作用户设备(UE，User Equipment)的移 动终端经由IP连通接入网络(IP-CAN，IP-Connectivity Access  Network)可接入到IP网络(也被称为分组数据网PDN，Packet Data  Network)。在如EPS的系统中，IP-CAN包括演进的分组数据核心 (EPC，Evolved Packet Core)，其能由包括3GPP接入(比如E-UTRAN 或GERAN/UTRAN)和非3GPP接入(比如可信任的WiFi或不可信 任的WiFi)的多个接入来接入。如EPS的系统也使能够接入被各自 的接入点名称APN(Access Point Name)标识的多个PDN。使能够 控制如EPS网络的IP-CAN上的IP流量的路由的功能(特别是考虑 到用于这样的路由的运营商的策略或偏好)已经被提出。这样的功能 的例子包括IP流移动性(IFOM，IP Flow Mobility)，多接入PDN连 通(MAPCON，Multi-Access PDN Connectivity)，和接入网络发现 及选择功能(ANDSF,Access Network Discovery and Selection  Function)，特别在3GPP TS23.261和对于EPS在3GPP TS23.402中， 和在由标准IEEE802.21，参见http://www.ieee802.org/21/，规定的媒 体独立切换(MIH，Media Independent Handover)中规定。在移动终 端(如用户设备)中使能够进行这样的IP流量路由所需的功能可以 被连接管理器(CM，Connection Manager)实现。关于这样的连接管 理器功能的更多细节可以在如 http://tools.ietf.org/id/draft-seite-mif-connection-manager-02.txt中 找到。

PDN连接，如特别是IP连接，可以在经由IP连通接入网络(比 如EPS)可接入IP网络(比如互联网)的用户设备和所述IP网络中 的IP连接端点之间建立，各种应用的相关流量可以被这样的IP连接 承载。一些应用，例如对等网(P2P，peer-to-peer)和内容分发，允 许在连接端点中的选择。为了增加流量的本地性，提高用户体验，除 其他目的之外，服务例如应用层流量优化(ALTO，Application Layer  Traffic Optimization)服务然后可以被用于连接端点选择。关于ALTO 服务和协议的更多细节可以在例如2011年五月的ALTO协议 draft-ietf-alto-protocol-08.txt中找到。

如后文将更详细地解释的，有必要提高经由IP连通接入网络可 接入IP网络的用户设备和所述IP网络中的IP连接端点之间的IP流 量，为允许所述IP连接端点的选择的应用。

发明内容

本发明的实施例具体解决这样的要求。

在一个方面，这些和其他目的得以实现是通过，一种用于经由IP 连通接入网络可接入IP网络的用户设备和所述IP网络中的IP连接端 点之间的IP流量的优化的方法，该方法用于允许所述IP连接端点的 选择的应用，所述方法至少包括一个基于根据端到端IP流量优化标 准的IP连接端点的选择的步骤。

在另一个方面，通过用于执行这样的方法的不同的实体，这些和 其他目的得以实现。这样的实体可以包括，具体地，移动终端(具体 例如用户设备)，网络拓朴感知信息服务器(TAIS,Topology Aware  Information Server)(具体例如ALTO服务器)。移动终端(具体例 如用户设备UE)可以依次包括各种实体，具体例如连接管理器，和 TAIS或ALTO客户端。

附图说明

装置的一些实施例和/或根据本发明实施例的方法现在以仅为示 例的方式，并参照附图被描述，其中：

-图1示出本发明实施例应用的第一个实例，

-图2示出本发明实施例应用的第二个实例，

-图3示出根据本发明实施例的在图1所示出的实例中，用户设 备中所执行的功能的实例，

-图4示出根据本发明的实施例的在图2所示出的实例中的，用 户设备中所执行的功能的实例。

发明详述

终端的市场报告和广告反映出无论一个人位于何处，与移动性无 缝耦合的大量下载的趋向。同时随着网络运营商逐步开始自己运营内 容的交付和管理，他们想要提供对受欢迎的内容的容易的接入。这些 应用对于体验质量(QoE，Quality of Experience)，其为用户如何在 例如延迟，吞吐量，丢包方面所感知的应用会话的质量，有高要求。 现在对移动网络运营商的挑战是给他们的用户提供QoE，同时最小化 在他们的网络运营中引起的成本。

由于宽带贪婪和高突发性会话能被任意发起，它们需要被很好地 准备和维护。演进的分组数据系统(EPS,Evolved Packet Systems)也 被称为LTE网络支持经由几种接入技术连接到互联网，流可以在该 等接入技术中分配。

3GPP规定了演进的分组核心(EPC,Evolved Packet Core)，其 为下一代蜂窝网络的核心网络。EPC定义了以下关键功能：服务网关 (S-GW，Serving Gateway)，PDN网关(P-GW，PDN Gateway)和 移动性管理实体(MME，Mobility Management Entity)。这三个功能 与安全归属用户服务器(HSS，Home Subscriber Server)和策略与计 费控制(PCC,Policy and Charging Control)基础架构合作，以支配核 心和接入网的流量转发能力。

具体地，EPC允许同时的PDN连接的使用。也即，一个移动设 备在单一3GPP无线接口上可以配置多个接入点名称(APN,Access  Point Name)和接收多个IP地址。另外，EPC也提供到非3GPP网络 如WIFI的无线接入。3GPP已经规定通过演进的分组数据网关(ePDG, evolved Packet Data Gateway)，一种VPN集中器其中每个UE必须 经由安全的连接来连接的非3GPP非可信任的WLAN接入。当前类似 的工作已开始来也为非3GPP的可信任网络(也被称作可信任WIFI接 入)定义WIFI接入。

对异构无线接入连同为多模式移动设备的可获得性的支持，为新 的用法提供机会。IP流移动性(IFOM,Functions IP Flow Mobility) 及多接入PDN连通(Muti-Access PDN CONnectivity)功能是两种被 3GPP设想的未来用法。MAPCON指的是同时使用两个或多个APN 的能力。IFOM指的是跨两个无线接入网络(例如LTE和WIFI)使 用同一个APN的能力。MAPCON实现如为高QoS要求的应用使用 LTE及为尽力而为的流量使用WIFI的使用情况。IFOM实现跨LTE 和WIFI技术的应用的无缝漫游。

当前一个在非3GPP技术上力争IP流量的关键工具是接入网络发 现和选择功能(ANDSF,Access Network Discovery and Selection  Function)。ANDSF向UE传送移动运营商策略以通过比如WiFi和 WiMAX的非3GPP接入技术来连接，并从而使能够进行适应于QoS 和受控LTE网络流量的流量定向。

另一个工具是媒体独立切换(MIH，Media Independent Handover) 客户端-服务器协议，其为3GPP接入技术如WiFi和WiMAX提供信 息和切换辅助服务。

虽然该ANDSF和MIH实现流量卸载并优化网络资源，然而它的 可见性和决策范围被限制在LTE网络：它不能看见端到端路径并因 此不能将被UE所感知的QoE考虑进来，其越来越受到资源的大量使 用和性能贪婪应用的挑战。

为了提高它的QoE并解决应用要求(如视频下载)，UE可以使 用IETF ALTO协议，它的设计目标是通过提供给UE信息帮助它选 择从其来下载整个或者一段视频的最佳可能位置，来既对用户体验质 量(QoE，Quality of Experience)又对网络资源的使用进行优化，

关心UE的移动性不是ALTO协议的责任。然而，UE的移动性 能影响它到PDN的路径，并因此影响到内容的路径，从而影响相关 的QoE。因此，通知UE关于在其路径中发生的改变是必要的，其可 做出适当的决定。当前，在移动期间，当切换发生时在网络级信息和 应用级信息之间没有关联。

关于ALTO：IETF ALTO工作组对在网络如P2P或内容分发网络 (CDN)中的内容分发应用提供指导，该等内容分发应用应从能够提 供所期望的数据资源的候选集中选择一个或几个主机或终端。这个指 导应基于影响主机之间数据传输的性能和效率的参数，例如拓朴距 离。最终目标是提高应用的QoE，同时减少在下面的网络基础架构中 的资源消耗。为此，由网络运营商(NO,Network Operator)部署的 ALTO服务器向请求的ALTO客户端提供信息，一般地如网络拓朴上 的NO-中心视图，在该拓扑的适用端点组对(叫作“PID”)间的路 由成本，及关于各个端点的信息例如它们的路由成本或连通类型或到 它们的关联端点组的路由成本。

在下文中，本发明使用ALTO服务器的实施例将更具体地以实例 的方式来考虑。然而本发明的实施例并不限于这样的实例，并且更一 般地，任何网络拓朴感知信息服务器(TAIS,Topology Aware  Information Server)可以被使用。

本发明的实施例通过将应用感知既关联到至通信节点(CN, correspondent node)的连接的准备，又关联到它的可能的切换，能够 确保QoE的连续性，而不会和网络级策略功能如ANDSF产生决策冲 突。

本发明的实施例提供跨层合作解决方案来管理执行高QoE要求 的会话并可在多个候选CN中选择，例如内容下载或分布式应用的移 动用户设备(UE)的连接。它提供关于关联到给定的通信节点(CN) 的选择的成本的信息，并将其与其为实现在移动设备或用户设备中的 功能的连接管理器分享。

这意味着比如IETF应用层流量优化(ALTO,Application layer  Traffic Optimization)的协议的参与。这样的解决方案也将从ALTO 特征扩展到移动核心网络中受益。

本发明实施例通过将ALTO客户端连接到连接管理器(CM)并 以不同的可能方式使用ALTO协议来保证服务质量，使能够提高宽带 服务的连续性，该使用ALTO协议的不同的可能方式具体地包括：

·以主动的方式：当该UE有MAPCON能力，并有可能经由它们 在该UE上的关联的接口在几个P-GW中分配它的流。在这种 情况下，该CM传递候选CN集给ALTO客户端，该ALTO 客户端从ALTO服务器请求信息以按它们到UE的路径成本 来将它们排序。该UE于是被适当地连接到所选的CN。

·以自适应的方式：当在一个流上执行的IP流移动性(IFOM,IP Flow Mobility)导致服务网关(SGW,Serving Gateway)的变 化时。该IFOM被ANDSF或被(一个或多个)MIH服务驱动， 其在EPS范围考虑网络的环境并对在UE上运行的应用会话 的QoE需求完全不知道。在该IFOM后，在UE和PGW之间 的路径已改变，并因此它们的成本已改变。此改变可影响在 该UE和该CN之间的总成本，并因此CM通知它的同在一处 的ALTO客户端其必须更新至候选的多个CN的成本值，假 定该CN在ALTO协议帮助下已被预先选定。

图1和图2分别示出了用于流分配的ALTO-COMEPS的自适应 及主动的用法。

下文描述的本发明实施例通过示例的方式更具体地对应于LTE 上下文，其中所述应用是从因特网中的存储位置的视频下载。

假设用户设备(UE)从在此被称作端点(EP,Endpoint)的其为 源内容位置的CN接收内容。通过优化下载和到UE的路由的成本， 这个源EP(SEP,Source EP)已在从其所期望的内容可得的候选EP 集中被选定。在SEP和UE之间的IP路径被记作P(SEP,UE)，并 且是UE和EPC中的PDN网关(PGW)之间的路径及PGW和SEP 之间的路径的联接。这2个路径被分别记为P(PGW,UE)和P(SEP, PGW)。

在此假定该UE具有ALTO客户端或连接到ALTO客户端，其从 ALTO服务器得到至EP的路径成本。注意被用来评估至应用CN的 路径成本的任何其他方法是适用的。

图1和图2分别示出了用于流的分配的ALTO-COMEPS的自适 应及主动的用法。

图3和图4分别在适应的/IFOM上下文和在主动的/MAPCON上 下文中，分别示出了在UE内的该ALTO-COMEPS消息交换和操作序 列。

1)第一个实施例，对应于自适应ALTO-COMEPS，首先结合图 1和图3被描述。

UE所附着到的服务网关(SGW,Serving Gateway)位于UE和 PGW之间的IP路由上。假设IFOM引起SGW的改变：从而在SEP 和UE间的路径在它的最后一跳，其为在PGW和SGW之间，被改变。 这在图1中被示出。

尽管在IFOM后，候选的多个EP的列表保持相同，相关联的下 载和路由的成本可能已改变并需要被更新。一种可能的结果是当前被 使用的从其下载的EP不再是最优的并需要被改变。

由CM通知该UE在EPC路径中的该改变，以重新评估相关的多 个EP的成本。

图1示出在EPS上下文中的自适应ALTO-COMEPS，以具有一 个IP地址的有IFOM能力的UE的例子。

以下步骤在图1中示出：

(i)IFOM引起从SGW1到SGW2的改变，以及随后的从该用户 设备(UE)到分组数据网络中的多个端点(EP)的相关路径成本的 改变。

(ii)一旦HO被执行，该CM请求ALTO客户端更新它至当前的 多个CN，也即该多个EP的路径成本。假设端到端路径(从UE到 EP)的成本被计算为MAX[P(EP,PGW),P(PGW,UE)]，并要被最小化。 在此例中，从UE到PGW的路径成本从7.5演变到5。使用SGW2， 最低成本EP变成EP2，C＝5，其中因为使用EP1的成本等于7.5，所 以EP2是优选的。

注意当最差值必需在Ci上取得，例如依据带宽的可用性来评估 成本时，类型C＝MAX_i(Ci)的成本是常见的。

图3示出使该解决方案运行在UE中所需的功能块的例子。连接 管理器与安装在UE中的ANDSF客户端交换信息。CM也知道被该 UE发送或接收的IP流。当在EPS中的IP流路由的改变被检测到时， CM触发ALTO客户端，其随后能请求至符合条件的SEP的成本的更 新。一旦接收到新的成本值，该ALTO客户端能决定改变它相应的 SEP。取代ANDSF客户端，MIH客户端可以被使用。

2)第二个实施例，对应于主动的ALTO-COMEPS，现在结合图 2和4来描述。

对于主动的情况，UE具有MAPCON能力并被配置了多个IP地 址。至于自适应的使用实例，UE实现了CM和ANDSF客户端，并 且也实现了ALTO客户端。注意代替ANDSF客户端，MIH客户端可 以被使用。

图2以具有2个IP地址的具有MAPCON能力的UE为例示出了 主动的ALTO-COMEPS。该UE能连接到APN1以及APN2。在UE 中的CM存放了经由APN1(PGW1)和APN2(PGW2)可接入的合格 的CN集。在两个APN中的分配是基于ANDSF指令或从MIH服务 器接收到的信息。在选择CN之前，CM请求ALTO客户端从ALTO 服务器获取至合格的CN，也即EP的路径成本。CM根据由ALTO客 户端所提供的信息选择CN并设置合适的连接。

当在UE中启动新的应用程序时，IP地址和接口需要被选择来发 送和接收数据。这样的选择过程目前遵循程序例如标准RFC3484程 序。在本发明的一个实施例中，这样的选择过程被经由ALTO客户端 所提供的成本度量增强。图4描述了执行该选择过程的必要程序。首 先，CM触发ALTO客户端。一旦从ALTO客户端接收到至合格的 SEP的成本，CM可以跨APN选择相应的SEP。然后它通知应用要被 用来连接到所选择的相应的SEP的IP地址。在这个意义上，IP地址 选择过程变成由于ANDSF或MIH指导既是网络感知的，并由于提供 关于端到端路径成本的最优SEP选择的ALTO指导又是QoE感知的。

在移动手机上的QoE敏感和有高带宽要求的应用正在激增。LTE 网络允许通过决策特征，如对RAT间流移动性功能如IFOM或 MAPCON提供指导的ANDSF和MIH，在几种接入技术间分配连接 的流。ALTO协议通过基于连接路径的拓扑感知的端到端知识对UE 的通信节点提供指导完善了这些特征。

本发明实施例允许UE以网络感知方式，通过以完全互补的方式 将ALTO协议与连接管理器中的ANDSF功能关联来提高它的应用 QoE。

一方面，目前没有用于网络层与应用层合作的标准方式。另一方 面，ANDSF的决策范围目前限于从UE到PDN的路径。ALTO协议 用其中ANDSF和MIH范围通常表示最后一跳的端到端路径的可见 性，向应用端点的选择提供基于网络的指导。本发明实施例通过将 ALTO客户端和连接管理器结合克服了这两个限制，并从而允许关联 基于网络的和基于应用的决策，而不产生冲突或不一致。

在一个方面，提供了一种用于经由IP连通接入网络可接入IP网 络的用户设备和所述IP网络中的IP连接端点之间的IP流量的优化方 法，该方法用于允许所述IP连接端点的选择的应用。

各种实施例可以被提供，包括下面的根据各种组合可以单独或组 合采用的实施例。

在一个实施例中，所述方法至少包括一个基于根据端到端IP流 量优化标准的IP连接端点的选择的步骤。

在一个实施例中，所述方法包括步骤：

-网络拓朴感知信息服务器TAIS，例如ALTO服务器,提供信息 使所述用户设备能够根据所述端到端IP流量优化标准来选择一个或 几个IP连接端点。

在一个实施例中，所述方法包括步骤：

–根据为已启动应用的新的IP-CAN流量路径的选择，所述用户 设备根据所述端到端IP流量优化标准，基于从网络拓扑感知信息服 务器TAIS，如ALTO服务器所接收到的信息来选择IP连接端点。

在一个实施例中，所述方法包括步骤：

-根据对已启动应用的新的IP-CAN流量路径的选择，所述用户 设备向网络拓朴感知信息服务器TAIS，如ALTO服务器请求使能够 进行根据所述端到端IP流量优化标准的IP连接端点的选择的信息。

在一个实施例中，所述方法包括步骤：

-一旦启动应用，所述用户设备根据端到端IP流量优化标准，基 于由网络拓朴感知信息服务器TAIS，如ALTO服务器所提供的信息， 选择IP连接端点。

在一个实施例中，所述方法包括步骤：

-一旦启动应用，所述用户设备为自己配置与根据所述端到端IP 流量优化标准所选择的IP连接端点相关联的流量路径。

在一个实施例中，所述方法包括步骤：

-一旦启动应用，所述用户设备向网络拓朴感知信息服务器 TAIS，如ALTO服务器请求使能够进行根据所述端到端IP流量优化 标准的IP连接端点的选择的信息。

在一个实施例中，IP-CAN相应于3GPP EPS，并且IP-CAN流量 路径的选择相应于3GPP或非3GPP接入的选择和/或为IP连接或属 于IP连接的IP流的接入点名称的选择。

在一个实施例中，IP-CAN相应于3GPP EPS，并且IP-CAN流量 路径的选择相应于根据由如ANDSF服务器的策略服务器所提供的运 营商的策略的3GPP或非3GPP接入的选择和/或为IP连接或属于IP 连接的IP流的接入点名称的选择。

其他方面涉及被配置来执行这样的方法的不同实体。这样的实体 可以包括，具体地，移动终端(具体如用户设备)，网络拓朴感知信 息服务器TAIS(具体如ALTO服务器)。移动终端(具体如用户设备 UE)可以依次包括各种实体，具体如连接管理器，和TAIS或ALTO 客户端。

这样的实体的详细实现对本领域技术人员来说不会提出任何特 别的问题，并因此对本领域技术人员而言，不需要比上文已给出的更 充分地被公开。

本领域技术人员将容易认识到各种上述方法的步骤可以由被编 程的计算机来执行。在此，一些实施例也意在覆盖程序存储设备，例 如，数字数据存储介质，其为机器或计算机可读并编码了指令的机器 可执行或计算机可执行的程序，其中所述指令执行上文所述方法的一 些或全部步骤。该程序存储设备可以是例如数字存储器，如磁盘和磁 带的磁性存储介质，硬盘，或光可读数字数据存储介质。所述实施例 还意在覆盖被编程以执行上述方法的所述步骤的计算机。