ES2930084T3 - Sistema de comunicaciones de servicios de gestión de acceso múltiple - Google Patents

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ES2930084T3 ES19186273T ES19186273T ES2930084T3 ES 2930084 T3 ES2930084 T3 ES 2930084T3 ES 19186273 T ES19186273 T ES 19186273T ES 19186273 T ES19186273 T ES 19186273T ES 2930084 T3 ES2930084 T3 ES 2930084T3
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Abstract

La invención se refiere a un sistema (1) de comunicación entre un primer terminal (Ai) y un segundo terminal (Bj), que comprende una primera pasarela (3) de conexión a un conjunto de al menos dos redes inalámbricas paralelas (Nk), un la primera de dichas redes (N1) que incluye un acceso de radio 5G (7) y una segunda de dichas redes (N2) que es una red que no es 5G, y una segunda puerta de enlace (5) para la conexión a dicho conjunto, donde la primera de dichas redes (N1) es una red 5G compuesta por una primera red central 5G (6) y dicho acceso de radio 5G (7), en la que la primera puerta de enlace (3) comprende un primer equipo de usuario 5G (17 - 19) que tiene un primer y un segundo módem (201, 202) y alojando una primera función de plano de usuario, UPF, (21) y la segunda puerta de enlace (5) comprende una segunda red central 5G (23) con un conjunto de puertas de enlace N3IWF (24k) y alojando una segunda UPF (22),y en el que la primera y la segunda UPF (21, 22) están configuradas para realizar una función de tráfico de acceso, direccionamiento, conmutación y división, ATSSS, de 5G seleccionando una o más de dichas redes (Nk) para la comunicación. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Sistema de comunicaciones de servicios de gestión de acceso múltiple
La presente invención se refiere a un sistema de comunicaciones entre un primer terminal y un segundo terminal, que comprende una primera puerta de enlace configurada para una conexión con el primer terminal por un lado y con un conjunto de al menos dos redes inalámbricas paralelas por otro lado, siendo una primera de dichas redes un Acceso de Radio 5G y una segunda de dichas redes una red que no es 5G, y una segunda puerta de enlace configurada para una conexión con dicho conjunto de redes por un lado y el segundo terminal por otro lado.
Los sistemas de este tipo, conocidos como entornos operativos de servicios de gestión de acceso múltiple (MAMS: Multiple Access Management Services), han sido descritos, por ejemplo, por el Grupo de Trabajo en Ingeniería de Internet (IETF: Internet Engineering Task Force) en J. Zhu et al., "User-Plane Protocols for Multiple Access Management Service", INTAREA borrador en Internet del 4 de Agosto, 2017, IETF Trust. Una implementación actual de un sistema MAMS es el servicio de control del tráfico de acceso, conmutación y división (ATSSS: Access Traffic Steering, Switching and Splitting) estandarizado en el Informe Técnico TR 23.793 del Proyecto Asociación de Tercera Generación (3GPP: 3rd Generation Partnership Project) "Study on Access Traffic Steering, Switching and Splitting support in the 5G system architecture (Release 16)" para el estándar de red 5G. En las especificaciones técnicas TS 23.501 y TS 23.502 del 3GPP se ofrece una visión general de la arquitectura de sistema y procedimientos básicos de las redes 5G.
El soporte de ATSSS en los sistemas 5G según el 3GPP prevé la combinación de redes de Acceso de Radio (RAN: Radio Access Network) 3GPP y no-3GPP como múltiples rutas de comunicación paralelas entre dos terminales, en particular para implementar políticas de dirección de espera activa, basadas en prioridades, de mejor acceso, redundantes y de equilibrio de carga que utilizan una o más de las redes RAN paralelas 3GPP y no-3GPP para la comunicación. El protocolo de ATSSS definido en el estándar 5G utiliza las denominadas sesiones de unidad de datos de protocolo de acceso múltiple (MA-PDU: Multi Access Protocol Data Unit), que combinan varias sesiones de PDU "hijas", cada una de las cuales se establece en una de las redes RAN, en una única sesión "madre". Los terminales que se comunican pueden entonces permanecer agnósticos de las sesiones de PDU hijas subyacentes utilizadas por la política MAMS actualmente en vigor.
Las arquitecturas MAMS, y en particular los recientes servicios ATSSS del estándar 5G, se utilizan en general para integrar tecnologías de Acceso de Radio (RAT: Radio Access Technologies) heredadas tales como WLAN, por ejemplo Wifi, WiMax o cualquier estándar IEEE 802.11x, o cualquier tecnología 2G, 3G o 4G como GPRS, UMTS o LTE, todas ellas denominadas tecnologías RAT "no-3GPP", con tecnologías RAT actuales según estándar 5G para dicha comunicación de múltiples rutas. En concreto, el servicio de ATSSS del estándar 5G es una integración, que se denomina "centrada en el núcleo", de tecnologías RAT que no son 5G en el núcleo de una red 5G mediante el uso de una puerta de enlace de Función de Interconexión no-3GPP (N3IWF: Non-3GPP InterWorking Function) de la red 5G, según se define en la especificación técnica TS 23.501 Versión 16 del 3GPP. A través de dicha puerta de enlace de función N3IWF se puede conectar cualquier Acceso de Radio heredado no-3GPP a la Red de Núcleo 5G (5GC), mientras que el Acceso de Radio 5G nativo, que incluye al menos un gNodoB del estándar 5G, se utiliza para la ruta de comunicación 5G dentro de los servicios MAMS.
En el tipo de integración "centrada en el núcleo", que el servicio de ATSSS representa, el Acceso de Radio 5G es una parte nativa de la red 5G en la que se proporciona el servicio de ATSSS y que dispone de las puertas de enlace de función N3IWF para la integración de las tecnologías RAT no-3GPP. Por lo tanto, en la implementación ATSSS según 5G de MAMS el Acceso de Radio 5G está estrechamente integrado o interconectado con la red 5GC en la que se realiza la función de ATSSS.
La invención tiene como objetivo superar las limitaciones de la técnica anterior y proporcionar un sistema de comunicaciones con mayor versatilidad.
Este objetivo se consigue con un sistema según la reivindicación 1 adjunta para una comunicación entre un primer terminal y un segundo terminal, que comprende:
una primera puerta de enlace configurada para conectarse con el primer terminal por un lado y con un conjunto de al menos dos redes inalámbricas paralelas por otro lado, incluyendo una primera de dichas redes un Acceso de Radio 5G y siendo una segunda de dichas redes una red que no es 5G, y una segunda puerta de enlace configurada para conectarse a dicho conjunto de redes por un lado y al segundo terminal por otro lado,
cuyo sistema se caracteriza por el hecho de que la primera de dichas redes, con la que la primera puerta de enlace está configurada para conectarse, es una red 5G compuesta por una primera Red de Núcleo 5G y dicho Acceso de Radio 5G,
para lo cual la primera puerta de enlace comprende un primer Equipo de Usuario 5G que tiene un primer módem configurado para conectarse a un segundo Equipo de Usuario 5G conectado al Acceso de Radio 5G o a una puerta de enlace de función N3IWF de la primera Red de Núcleo 5G, y que tiene un segundo módem configurado para conectarse a la segunda red, y que aloja una primera Función de Plano de Usuario, UPF (User Plane Function), que controla el uso de dichos módems,
por el hecho de que la segunda puerta de enlace comprende una segunda Red de Núcleo 5G con un conjunto de puertas de enlace de función N3IWF para conectarse a dicho conjunto de redes y que aloja una segunda función UPF que controla el uso de dichas puertas de enlace de función N3IWF, y por el hecho de que la primera y la segunda función UPF están configuradas para realizar una función de ATSSS según 5G seleccionando una o más de dichas redes para comunicación entre el primer y el segundo terminal.
El sistema de la invención desplaza todas las funciones ATSSS de la (primera) red 5GC que proporciona el Acceso de Radio 5G a una segunda red 5GC que "envuelve” la primera red 5GC. La segunda red 5GC implementa y es responsable únicamente de la gestión MAMS de la comunicación de múltiples rutas en los accesos de radio 5G y no 5G. O, visto al revés, la funcionalidad ATSSS implementada por la segunda red 5GC externa está aislada de, y no necesita, ninguna funcionalidad de red central de la primera red 5GC que proporciona el Acceso de Radio 5G. De este modo, las funcionalidades ATSSS que realiza la segunda red 5GC pueden, por ejemplo, ser virtualizadas y estar presentes en sitios completamente diferentes de la primera red 5G.
Con la invención, los operadores de servicios de la primera y segunda redes 5G son técnicamente independientes. La segunda red 5G se puede virtualizar en cualquier hardware capaz de ejecutar las funciones ATSSS necesarias según el estándar 5G. Los fallos en la primera red 5GC no se propagan a la segunda red 5GC, sino que pueden ser absorbidos por la política de ATSSS existente. Como resultado, los servicios ATSSS que integran un Acceso de Radio no-3GPP en un entorno de Acceso de Radio 5G pueden ser desplegados de forma más versátil y fiable, sin la necesidad de modificar las redes 5G existentes que intervienen en las rutas de comunicación del sistema MAMS de múltiples rutas.
Según una forma de realización preferida de la invención, la segunda red 5GC en la segunda puerta de enlace no tiene ningún Acceso de Radio 5G conectado a la misma. En particular, la segunda red 5GC se reduce favorablemente a las funcionalidades de una Función de Servidor de Autenticación, AUSF (Authentication Server Function), una Gestión Unificada de Datos, UDM (Unified Data Management), una Función de Gestión de Acceso y Movilidad, AMF (Access and Mobility Management Function), una Función de Exposición a la Red, NEF (Network Exposure Function), una Función de Control de Políticas, PCF (Policy Control Function), y una Función de Gestión de Sesiones, SMF (Session Management Function). La segunda red 5GC es, por lo tanto, lo más "delgada" posible y se reduce únicamente a aquellas funciones que son inevitablemente necesarias para realizar la función de ATSSS.
Como es conocido en la técnica anterior de las implementaciones convencionales de ATSSS según 5G, la primera y segunda funciones UPF establecen una sesión de Unidad de Datos de Protocolo de Acceso Múltiple, MA-PDU (Multi Access Protocol Data Unit), compuesta por una primera sesión de PDU hija en la primera red y una segunda sesión de PDU hija en la segunda red, para realizar dicha función de ATSSS.
A continuación se describirá la invención con más detalle mediante formas de realización de ejemplo de la misma con referencia al dibujo adjunto, en el que la Figura 1 muestra un sistema de comunicaciones MAMS según la invención en un diagrama de bloques esquemático.
La Figura 1 muestra un sistema 1 para la comunicación Servicios de Gestión de Acceso Múltiple (MAMS: Multiple Access Management Services) entre dos terminales A i, Bj a través de un conjunto de rutas de comunicación múltiples Ci , C2 ,..., en general Ck. El primer terminal A i puede ser uno de una pluralidad de terminales A i , A2,..., en general A i, conectado - directamente o a través de una red intermedia 2 - con una primera puerta de enlace 3. El segundo terminal Bj puede ser también uno de una pluralidad de terminales B1, B2,..., en general Bj , conectados - directamente o a través de una red intermedia 4 - con una segunda puerta de enlace 5. La primera puerta de enlace 3 y la segunda puerta de enlace 5 están interconectadas a través de dicho conjunto de rutas de comunicación Ck.
Los terminales A i, Bj pueden ser de cualquier tipo. Por ejemplo, el primer terminal A i puede ser un cliente de aplicaciones y el segundo terminal Bj un servidor de aplicaciones, o vice versa. Las redes intermedias 2, 4, si están presentes, pueden ser cualquier LAN (red de área local) basada en IP o no basada en IP.
Cada uno de los conjuntos de rutas de comunicación paralelas Ck está formado por una red inalámbrica N1, N2 ,... en general Nk. Al menos una red del conjunto de redes Nk (en este caso: la primera red N1) es una red 5G según el estándar 5G de acuerdo con las especificaciones técnicas TS 23.501,23.502 y siguientes del 3GPP, por ejemplo de la Versión 16 o superior. La red 5G N1 incluye una Red de Núcleo 5G (5GC) 6 y un Acceso de Radio (RAN) 5G 7.
Según el estándar 5G, la red 5GC 6 comprende, entre otras cosas, una Función de Servidor de Autenticación (AUSF: Authentication Server Function) 8, una Gestión Unificada de Datos (UDM: Unified Data Management) 9, una Función de Gestión de Acceso y Movilidad (AMF: Access and Mobility Management Function) 10, una Función de Exposición a la Red (NEF: Network Exposure Function) 11, una Función de Control de Políticas (PCF: Policy Control Function) 12, una Función de Gestión de Sesiones (SMF: Session Management Function) 13, (opcionalmente) una Función de Selección de Segmento de Red (NSSF: Network Slice Selection Function) 14, y (opcionalmente) una Función de Repositorio de Red (NRF: Network Repository Function) 15, que están todas interconectadas a través de un bus de datos 16.
Al menos otra red del conjunto de redes Nk (en este caso: la segunda red N2 a modo de ejemplo), es una red que no es 5G, por ejemplo, una red 2G tal como una red GPRS, una red 3G tal como una red UMTS, una red 4G tal como una red LTE, una WLAN, Wifi, WiMax o una red según cualquier estándar IEEE 802.11x, o cualquier otra conexión de datos inalámbrica.
La primera puerta de enlace 3 tiene la forma de un Equipo de Usuario (UE: User Equipment) 5G "modificado", es decir, un Equipo de Usuario 5G con componentes adicionales como los siguientes. Un procesador 17 en la puerta de enlace 3 ejecuta todos los programas de la puerta de enlace 3, tales como un controlador de puerta de enlace (GW Ctrl) 18 y las funciones del Equipo de Usuario 5G (5G UE NAS) 19, que incluyen las funciones de la capa de estrato sin acceso (NAS: non-Access Stratum) del Equipo de Usuario 5G. Además, la puerta de enlace 3 incluye un conjunto de módems (Mod) 201, 202 ,... en general 20k, cada uno de los cuales es controlado por el controlador de puerta de enlace 18 del Equipo de Usuario 5G y está conectado a una de las redes Nk.
La conexión del módem (Mod) 201 a la red 5G N1 puede ser directamente a una puerta de enlace dedicada (N3IWF) 6' de Función de Interconexión no-3GPP (N3IWF: Non-3GPP InterWorking Function) de la red 5GC 6, o a cualquier Equipo de Usuario 5G (UE) 6", por ejemplo, a través de un módem del Equipo de Usuario (UE) 6" que está conectado de forma inalámbrica a la red RAN 5G 7 de la red 5GC 6.
La puerta de enlace 3, en particular el procesador 17, presenta una función de plano de usuario (UPF: User Plane Function) 21 que controla cuál o cuáles de los módems (Mod) 20k se utilizan actualmente para comunicaciones. Con este fin, la función UPF (UPF UE) 21 coopera con una segunda función UPF 22 que se encuentra en la segunda puerta de enlace 5, como se explicará más adelante.
La segunda puerta de enlace 5 comprende, o está implementada por, respectivamente, una segunda red 5GC 23 que presenta dicha segunda función UPF 22. La segunda red 5GC 23 comprende un conjunto de puertas de enlace de función N3IWF 241, 242 ,..., en general 24k, cada una de las cuales está conectada a una de las redes Nk y es controlada por la función UPF 22 en la segunda red 5GC 23.
En particular, la primera y segunda funciones UPF 21,22 cooperan para realizar una función de servicio de control del tráfico de acceso, conmutación y división (ATSSS: Access Traffic Steering, Switching and Splitting) según el estándar 5G que selecciona una o más de las redes Nk para comunicación entre el primer y el segundo terminales A i, Bj . Dentro de esta función de ATSSS se establecen unas reglas de política apropiadas para, por ejemplo, dar prioridad a una red Nk sobre otra, utilizar dos o más redes Nk en paralelo para aumentar el ancho de banda, utilizar una red Nk como reserva o posible sustituta de otra, etc. Las posibles políticas que pueden ser implementadas por la función de ATSSS se describen en el informe técnico TR 23.793 del 3GPP e incluyen, entre otras, políticas de dirección de espera activa, basadas en prioridades, de mejor acceso, redundantes y de equilibrio de carga.
Para conectar las funciones UPF 21, 22 entre sí, es decir, para registrar la función UPF 21 de la primera puerta de enlace 3 para el servicio de ATSSS con la respectiva función UPF 22 en la red 5GC 23 de la segunda puerta de enlace 5, la red 5GC 23 en la segunda puerta de enlace 5 necesita tener sólo aquellas funciones de la Arquitectura Basada en Servicios (SBA: Service Based Architecture) 5G que son necesarias para este fin. Por ejemplo, la segunda red 5GC 23 puede tener únicamente las entidades funcionales 5G AUSF 25, UDM 26, AMF 27, NEF 28, PCF 29 y SMF 30, mientras que todas las demás funciones 5G, tales como NRF, NSF, etc., se pueden omitir. En particular, la segunda red 5GC 23 no necesita tener un Acceso de Radio 5G propio. En su lugar, la segunda red 5GC 23 está equipada con el conjunto de puertas de enlace de función N3IWF 24k para comunicarse con el conjunto de módems 20k de la primera puerta de enlace 3 a través de las redes Nk.
Cuando las dos funciones UPF 21, 22 cooperan para realizar la función de ATSSS que utiliza selectivamente uno o más de los módems 20k y las puertas de enlace de función N3IWF 24k para establecer una o más de las rutas de comunicación Ck de acuerdo con la política de ATSSS en vigor, las funciones UPF 21, 22 pueden recurrir a establecer una sesión de Unidad de Datos de Protocolo de Acceso Múltiple (MA-PDU: Multi Access Protocol Data Unit) para comunicarse. La sesión de MA-PDU establecida entre las funciones UPF 21, 22 se compone de un conjunto de sesiones de PDU hijas, cada una de las cuales se establece a través de una de las redes Nk. Las propiedades e identificadores de esta sesión de MA-PDU pueden, a continuación, ser comunicadas a los terminales A i y Bj para que puedan comunicarse a través de una única sesión, sin necesidad de conocer qué sesiones de p Du hijas invocan las puertas de enlace 3, 5 para realizar la política de ATSSS actual.
La invención no se limita a las formas de realización específicas que se han descrito en detalle en el presente documento, sino que abarca todas las variantes, modificaciones y combinaciones de las mismas que entran dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Claims (2)

REIVINDICACIONES
1. Sistema de comunicaciones entre un primer terminal y un segundo terminal, que comprende:
una primera puerta de enlace (3) configurada para conectarse con el primer terminal (Ai) por un lado y con un conjunto de al menos dos redes inalámbricas paralelas (Nk) por otro lado, incluyendo una primera de dichas redes (N1) un Acceso de Radio 5G (7) y siendo una segunda de dichas redes (N2) una red que no es 5G, y
una segunda puerta de enlace (5) configurada para conectarse a dicho conjunto de redes (Nk) por un lado y al segundo terminal (Bj ) por otro lado, cuya segunda puerta de enlace (5) comprende una segunda Red de Núcleo 5G (23) que tiene una segunda Función de Servidor de Autenticación, AUSF, (25), una segunda Función de Gestión Unificada de Datos, UDM, (26), una segunda Función de Gestión de Acceso y Movilidad, AMF, (27), una segunda Función de Exposición a la Red, NEF, (28), una segunda Función de Control de Políticas, PCF, (29), y una segunda Función de Gestión de Sesiones, SMF, (30), caracterizado por el hecho de que la primera puerta de enlace (3) está configurada para conectarse con una primera de dichas redes (N1) que es una red 5G compuesta por una primera Red de Núcleo 5G (6) que tiene una primera Función de Servidor de Autenticación, AUSF, (8), una primera Gestión Unificada de Datos, UDM, (9), una primera Función de Gestión de Acceso y Movilidad, AMF, (10), una primera Función de Exposición a la Red, NEF, (11), una primera Función de Control de Políticas, PCF, (12), y una primera Función de Gestión de Sesiones, SMF, (13), y de dicho Acceso de Radio 5G (7),
en el que la primera puerta de enlace (3) comprende un primer Equipo de Usuario 5G (17 -19) que tiene un primer módem (201) configurado para conectarse a la primera Red de Núcleo 5G (6) ya sea a través de un módem de un segundo Equipo de Usuario 5G (6"), sobre dicho segundo Equipo de Usuario 5G (6") conectado al Acceso de Radio 5G (7), o ya sea a través de una primera puerta de enlace (6') de Función de Interconexión No-3GPP, N3IWF, de la primera Red de Núcleo 5G (6), y que tiene un segundo módem (202) configurado para conectarse a la segunda red (N2), y que aloja una primera Función de Plano de Usuario, UPF, (21) que controla el uso de dichos módems (20k),
en el que la segunda puerta de enlace (5) comprende un conjunto de al menos dos puertas de enlace de función N3IWF (24k) para conectarse a dicho conjunto de al menos dos redes (Nk) y que aloja una segunda función UPF (22) que controla el uso de dichas al menos dos puertas de enlace de función N3IWF (24k), y y por el hecho de que la primera y la segunda función UPF (21, 22) están configuradas para realizar una función de control del tráfico de acceso, conmutación y división, ATSSS, según estándar 5G seleccionando una o más de dichas redes (Nk) para comunicación entre el primer y el segundo terminal (Ai, Bj ).
2. Sistema según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que la primera y la segunda función UPF (21, 22) establecen una sesión de Unidad de Datos de Protocolo de Acceso Múltiple, MA-PDU, compuesta por una primera sesión de PDU hija en la primera red (N1) y una segunda sesión de PDU hija en la segunda red (N2) para realizar dicha función de ATSSS.
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