[发明专利]一种基于SDN的LTE与WLAN异构网络切换系统及方法

权利要求书

1.一种基于SDN的LTE与WLAN异构网络切换系统，LTE系统主要是由分组数据网关PGW、服务网关SGW、LTE基站eNB和移动性管理实体MME构成，PGW通过LTE中标准协议接口与SGW连接，主要完成对UE的IP地址的分配和相关路由功能；SGW分别采用S5/S8接口与PGW连接，采用S11接口与MME连接；最后每个eNB都会利用S1-MME和S1-U接口分别与MME和SGW分别直接相连接；移动用户设备UE会通过无线承载的方式与基站之间保持通信，WLAN中，主要由无线接入网关WAG和无线接入点AP组成，WAG与AP直接相连，而WAG通过与PGW之间建立的IP隧道进行数据和信令的转发，其特征在于，还包括基于SDN的控制器，所述控制器分别与支持Openflow的PGW和SGW相连接，将LTE中分组数据网关PGW的数据流控制功能分离并转至基于SDN的控制器,利用控制器的全网特性，做数据流转发控制；在分组数据网关PGW和无线接入网关WAG之间建立IP隧道，实现LTE和WLAN之间的数据或信令的交互；当LTE到WLAN切换被触发，控制器根据网络状况信息，综合信息做出切换决策，UE根据下发的切换指令实现切换，而相应的IP隧道会被建立，保证数据的迁移时的完整性；

所述UE关联eNB的过程为：UE首先通过2层连接，然后PGW通过二层信令获取UE的身份信息，如果PGW接收用户请求，并为其提供服务，则PGW将发送用户绑定更新消息UB_update给控制器，控制器收到UB_update后，建立UE信息维护表项，并发送UB_ACK给PGW，为UE分配IP，并发送路由通告消息RA，UE收到RA后，配置相关信息，实现接入上网；

所述分组数据网关PGW和无线接入网关WAG之间的IP隧道建立后，将LTE的WLAN的物理网络接口，进行抽象形成虚拟网络接口，而物理网络接口则被隐藏，这样可以为虚拟接口配置相同的IP地址，即从LTE到WLAN的地址保持不变，即PGW和WAG为用户分配的IP地址是相同的；

具体的IP隧道建立过程为：当UE完成与AP的关联过程后，控制器会发送move data toWAG指令，PGW收到后，会建立PGW到WAG的隧道；同时控制器发送receive data，WAG收到后，会建立WAG到PGW的隧道，至此，PGW与WAG的双向隧道被建立，在PGW预先保存的数据，可以通过隧道传输，解封装后发送给用户。

2.根据权利要求1所述的一种基于SDN的LTE与WLAN异构网络切换系统，其特征在于，所述无线接入网关WAG主要是作为WLAN接入到LTE的接口，并与控制器进行用户信令的交换；主要为UE提供上网服务，为UE分配IP地址和负责UE在WLAN下的不同AP之间漫游的移动性管理；当LTE与WLAN之间发生切换的时候，WAG会通知AP上报测量信息，通过WAG转发到控制器做切换决策和将来自PGW的用户缓存数据进行数据的格式转化，转化成能在WLAN上传输的格式。

3.一种基于权利要求1所述系统的LTE与WLAN异构网络切换方法，其特征在于，包括以下步骤：

用户UE从LTE漫游到WLAN的具体步骤为：

步骤A1、当UE处在LTE的覆盖范围内，由与之连接的基站负责UE的上网和基站之间的漫游移动性管理，具体为：eNB将来自UE的关联请求上传到PGW，PGW收到关联请求后会为UE分配IP地址，建立EPS默认承载，并发送用户绑定更新消息UB_update到控制器，控制器会对应地回复UB_ACK消息，来确认控制器已经成功接收UB_update；

步骤A2、当移动用户UE漫游到LTE网络边缘且检测到WLAN的某个或是多个AP的信号时候，UE会根据PGW发送的测量控制要求向PGW发送测量报告，包括移动节点MN标识ID及信号质量在内的信息；

步骤A3、PGW将切换请求消息上传至控制器，控制器将切换请求消息转发给WAG，WAG接收到切换请求信息后，建立与AP之间的联系，获得WLAN接入点的可用资源信息和负载信息作为接入控制测量信息，WAG收到接入控制测量信息后，将信息上报给控制器处理；

步骤A4、控制器根据来自LTE和WLAN的测量报告信息，做出相应的切换控制决定，发送切换请求响应到PGW，如果控制器做出UE切换到WLAN的决策，则执行相关的切换操作，然后进入步骤A5，否则切换过程不执行；

步骤A5、控制器发送切换请求响应给LTE中的PGW后,基站eNB根据该切换请求响应消息，给UE发送切换指令，切换请求响应消息包括允许切换或拒绝切换；

步骤A6、当UE获得允许切换时，UE与WLAN中的某个合适AP进行WLAN协议中定义的标准的鉴权和相关操作，PGW缓存待发送给UE终端的数据，后通过PGW和WAG之间的隧道实现传输，WAG接收来自PGW的数据并缓存；

步骤A7，当UE完成WLAN的接入过程后，会发送接入完成消息到WAG，WAG回复确认消息和为该UE分配IP地址，并向控制器发送UB_update；

步骤A8、控制器通知WAG对接收来自PGW的数据进行解封装，并传给对应的用户UE，实现数据的无损传输，UE发送切换确认请求到控制器，控制器收到切换完成请求，之后控制器会通知eNB释放网络资源，移除UE的相关信息。