TWI807717B - 網路控制系統、方法及電腦可讀媒介 - Google Patents

Abstract

本發明提出一種網路控制系統、方法及電腦可讀媒介，係在行動終端跨越不同行動邊緣運算伺服器的服務範圍時，使原有使用中的服務不中斷。本發明利用網路控制器偵測用戶的行動終端是否有在不同的行動邊緣運算伺服器之間移動，進而決定提供服務之後端應用伺服器下行的傳送路徑，以有效率地達成服務不中斷之效果。

Description

網路控制系統、方法及電腦可讀媒介

本發明係關於行動通訊和網路之技術，尤其關於行動終端跨越不同的行動邊緣運算(Multi-access Edge Computing,MEC)伺服器等註冊裝置的服務範圍時，保持訊務不中斷的技術。

行動用戶對於網路頻寬和服務品質的要求愈來愈高，電信服務商為滿足客戶需求，在行動基地台和雲機房之間部署行動邊緣運算(MEC)伺服器，讓用戶可就近存取所需的服務，這不僅滿足用戶高品質和低延遲的需求，也降低核心網的負擔並節省到核心網的來回頻寬。然而，用戶在移動時，其行動終端(如手機)會跨越不同MEC伺服器的服務範圍。由於行動終端的上行(即行動終端往應用伺服器的封包流向)訊務所連接的應用伺服器的網際網路協定(Internet Protocol,IP)地址並不會改變，但行動終端從原有的MEC伺服器的服務範圍移動到另一個MEC伺服器的服務範圍時，應用伺服器在回應給行動終端的下行(即應用伺服器往行動終端的封包流向)訊務仍傳送到原來的MEC伺服器，而導致服務中斷。

通常針對這樣的網路架構與應用，每一行動終端可透過雙向的網路地址轉換(Network Address Translation,NAT)達成服務不中斷，但使用上需要考量複雜度、增加網路地址轉換表的維運成本、應用系統相容性、以及網際網路協定地址的可辨識性等問題。

因此，如何有效率地達成服務不中斷，即為目前所要解決之問題。

本發明的目的係在網路架構下，實現行動終端從原有的註冊裝置的服務範圍跨越到另一個註冊裝置的服務範圍時，仍可有效率地提供不中斷的服務。透過網路控制器偵測用戶是否有在不同的註冊裝置之間移動，以在用戶移動時更新網路交換器的路由表，使應用伺服器的下行封包由網路交換器依照更新後的路由表傳送至另一個註冊裝置，以達到服務不中斷的需求。

為解決上述問題，本發明提供一種網路控制系統，用於行動通訊網路，該行動通訊網路包括應用伺服器、第一註冊裝置及第二註冊裝置，該網路控制系統包括：具有一路由表之網路交換器，連接該應用伺服器、該第一註冊裝置及該第二註冊裝置，用於根據該路由表在該應用伺服器與該第一註冊裝置之間轉送存取該應用伺服器之服務的行動終端之封包；以及網路控制器，連接該網路交換器，用於在偵測到該行動終端已自該第一註冊裝置之服務範圍漫遊移動至該第二註冊裝置之服務範圍後，更 新該路由表以使該網路交換器根據該路由表在該應用伺服器與該第二註冊裝置之間轉送該行動終端之封包。

本發明另提供一種網路控制方法，應用於行動通訊網路中，該網路控制方法包括：由網路交換器根據路由表在一應用伺服器與一第一註冊裝置之間轉送存取該應用伺服器之服務的行動終端之封包；以及，由網路控制器在偵測到該行動終端已自該第一註冊裝置之服務範圍漫遊移動至一第二註冊裝置之服務範圍後，更新該路由表以使該網路交換器根據該路由表在該應用伺服器與該第二註冊裝置之間轉送該行動終端之封包。

本發明又提供一種電腦可讀媒介，係應用於行動通訊網路中，且儲存有指令，以執行上述之網路控制方法。

在前述之行動通訊網路中，從行動終端往應用伺服器的封包流向稱為上行，而反之則稱為下行。行動終端在網路移動的過程中，由於行動終端的上行封包預設是往應用伺服器，而下行封包的部分，則必須因應行動終端而即時切換返回不同註冊裝置。本發明係透過網路控制器中之用戶偵測模組偵測用戶是否有在註冊裝置之間移動，並會在用戶移動時，即時通知網路交換器進行網路的即時切換，藉以有效率地提供不中斷的服務。

1~5:埠

100:行動通訊網路

101:行動終端

111~113:MEC伺服器

114:EPC裝置

120:網路控制系統

121:網路控制器

122:網路交換器

131:應用伺服器

151~154:行動基地台

S1~S11:步驟

圖1係本發明一實施例之行動通訊網路及網路控制系統的架構圖。

圖2與圖3係本發明一實施例之應用於行動通訊網路中之網路控制方法的流程圖。

以下藉由特定的實施例說明本發明之實施方式，熟習此項技藝之人士可由本文所揭示之內容輕易地聊解本發明之其他優點及功效。本說明書所附圖式與所繪示之結構、比例、大小等均僅用於配合說明書所揭示之內容，以供熟悉此技藝之人士瞭解與閱讀，非用於限定本發明可實施之限定條件，故任何修飾、改變或調整，在不影響本發明所能產生之功效及所能達成之目的下，均應仍落在本發明所揭示之技術內容能涵蓋之範圍內。

請參照圖1，係本發明一實施例之行動通訊網路100及網路控制系統120的架構圖。使用行動邊緣運算服務之行動通訊網路100包括行動基地台(eNB)151~154、MEC伺服器111~113、行動核心網路(Evolved Packet Core Network，簡稱為EPC網路，例如各家電信業者之核心網路，亦可稱為演進封包核心網路)之網路裝置114(以下簡稱為EPC裝置114)、網路控制系統120、以及應用伺服器131。網路控制系統120包括網路控制器121及網路交換器122，該網路交換器122具有一路由表(Routing Table)。

在一實施例中，網路控制器121及網路交換器122可分別為軟體定義網路(Software Define Network,SDN)之控制器及交換器，但不以此為限。

網路交換器122具有埠1~5，且通過埠1~5直接或間接連接應用伺服器131、MEC伺服器111~113及EPC裝置114。此外，為控制與管理目的，網路控制器121直接或間接連接網路交換器122。

行動通訊網路100可同時服務多個行動終端101，各該行動終端101可為用戶裝置(User Equipment,UE)。在不同實施例中，對應於不同應用服務，可於行動通訊網路100中設置多個應用伺服器131。另外，在不同實施例中，行動通訊網路100可根據需求設置多於三個MEC伺服器或少於三個MEC伺服器，行動通訊網路100亦可根據需求設置多個EPC裝置。

行動終端101可通過行動基地台151~154中之一者，於該行動基地台所連接的MEC伺服器111~113或EPC裝置114註冊，以連接行動通訊網路100，俾使用或存取應用伺服器131所提供的服務，故MEC伺服器111~113及EPC裝置114可通稱為註冊裝置。

網路交換器122用於根據網路交換器122的該路由表在應用伺服器131與MEC伺服器111~113或EPC裝置114之間轉送以行動終端101為來源端或目的端之封包。網路控制器121包括用戶偵測模組(未繪示)，該用戶偵測模組用於偵測用戶之行動終端101是否第一次連接行動通訊網路100，且用於偵測行動終端101的漫遊移動。

承上所述，茲說明本發明所欲解決之技術問題如下：例如，應用伺服器131之預設閘道器(Gateway)設定為EPC裝置114，故應用伺服器131僅能透過EPC裝置114回覆訊務，而當行動終端101漫遊移動至MEC伺服器111~113其中一者的服務範圍時，此時應用伺服器131雖能 接收到來自行動終端101的訊務，但應用伺服器131回應行動終端101的訊務卻僅能透過EPC裝置114回覆給行動終端101。在行動終端101已經移動到MEC伺服器的情況下，應用伺服器131回覆行動終端101的下行訊務無法正確讓行動終端101收到，因而造成行動終端101和應用伺服器131之間的網路連線中斷。

為解決前述問題，本發明之網路控制方法在用戶的行動終端的移動過程中，可經由網路控制器121使網路交換器122將應用伺服器131的下行封包轉移到行動終端101當時上行訪問的網路交換器122的埠。

請參照圖2，係本發明一實施例之應用於行動通訊網路100中之網路控制方法的流程圖。

首先，在步驟S1，行動終端101於EPC裝置114註冊，以存取應用伺服器131提供的服務，其上行封包進入網路交換器122的第4埠。接著，在步驟S2、S7，網路交換器122將該封包送往應用伺服器131，同時將該封包的表頭(Header)複製一份傳送至網路控制器121。該表頭中之來源端地址為行動終端101之IP地址，故網路控制器121可自該表頭取得行動終端101之IP地址，且網路控制器121可根據行動終端101之IP地址及/或其埠號判斷行動終端101是否為第一次連接行動通訊網路100。在一實施例中，若網路交換器122之路由表中沒有以行動終端101之IP地址為來源端地址的規則，則網路控制器121係判斷行動終端101為第一次連接行動通訊網路100。

當網路控制器121判斷行動終端101為第一次連接行動通訊網路100時，在步驟S8，網路控制器121於網路交換器122之路由表中新 增對應行動終端101之上行規則及下行規則。例如，行動終端101之IP地址為10.1.1.1，則網路交換器122之路由表如下列之表1所示，其中，表1的每一列對應一個規則。

每當網路交換器122收到封包，會將該封包與路由表中之規則逐一比對，以檢查該封包是否符合路由表中某一規則之匹配欄位，若有符合之規則，則網路交換器122對該封包執行該規則的動作欄位所設定的動作。如表1所示，新增之上行規則的匹配欄位包括來源端埠號及來源端地址，且該上行規則之動作欄位包括目的端埠號。該來源端埠號、該來源端地址及該目的端埠號分別為EPC裝置114所連接之網路交換器122的埠號4、行動終端之IP地址10.1.1.1、以及應用伺服器131所連接之網路交換器122的埠號5。另外，新增之下行規則的匹配欄位包括來源端埠號及目的端地址，且該下行規則之動作欄位包括目的端埠號。該來源端埠號、該目的端地址及該目的端埠號分別為應用伺服器131所連接之網路交換器122的埠號5、行動終端101之IP地址10.1.1.1、以及EPC裝置114所連接之網路交換器122的埠號4。

因此，新增規則之後，網路交換器122會將其第4埠接收的來自行動終端101的上行封包轉移至第5埠輸出，且將其第5埠接收的來自應用伺服器131的下行封包轉移至第4埠輸出。易言之，網路交換器122可根據該上行規則及該下行規則在應用伺服器131與EPC裝置114之間轉送以行動終端101為來源端或目的端之封包，如圖2所示，步驟S1及S2為上行封包轉送，步驟S3及S4為下行封包轉送。

接著，請參照圖3，在步驟S5，行動終端101自EPC裝置114之服務範圍漫遊移動至MEC伺服器111之服務範圍。在步驟S6，行動終端101改透過MEC伺服器111註冊，並向應用伺服器131送出上行封包，該封包進入網路交換器122的第1埠。在步驟S11、S7，網路交換器122將該封包送往應用伺服器131，同時複製該封包之表頭，再將該表頭傳送至網路控制器121進行用戶偵測判斷分析，其中，該表頭包括來源端地址(即行動終端101之IP地址10.1.1.1)及來源端埠號(即MEC伺服器111所連接之網路交換器122的埠號1)，故網路控制器121可自該表頭中之來源端地址取得行動終端101之IP地址。若網路交換器122之路由表中已有上行規則之來源端地址為行動終端101之IP地址，則表示行動終端101在該路由表中已有對應之上行規則。若該上行規則之來源端埠號不同於該表頭之來源端埠號，則網路控制器121係判斷行動終端101已漫遊移動。如圖3所示，因為該上行規則之來源端埠號為EPC裝置114所連接之網路交換器122的埠號4，而該表頭之來源端埠號為MEC伺服器111所連接之網路交換器122的埠號1，故網路控制器121可判斷行動終端101已自EPC裝置114之服務範圍漫遊移動至MEC伺服器111之服務範圍。 相對地，若網路交換器122之路由表中已有上行規則之來源端地址為行動終端101之IP地址，且該上行規則之來源端埠號和該表頭之來源端埠號相同，則網路控制器121可判斷行動終端101未漫遊移動，在此情況下，不需要更動網路交換器122之路由表。

當網路控制器121判斷行動終端101已漫遊移動後，在步驟S8，網路控制器121於網路交換器122之路由表中新增對應漫遊移動後之行動終端101的上行規則及下行規則，且為了維持系統安全及完整性，刪除該路由表中對應漫遊移動前之行動終端101的上行規則及下行規則，以更新該路由表。例如，行動終端101之IP地址為10.1.1.1，且MEC伺服器111之媒體存取控制地址(Media Access Control Address，簡稱為MAC地址)為00：00：00：00：01：11，則更新後之網路交換器122的路由表如下列之表2所示。

如表2所示，新增之上行規則的匹配欄位包括來源端埠號及來源端地址，該上行規則之動作欄位包括目的端埠號，且該來源端埠號、該來源端地址及該目的端埠號分別為MEC伺服器111所連接之網路交換器122的埠號1、行動終端101之IP地址10.1.1.1、以及應用伺服器131所連接之網路交換器122的埠號5。另外，新增之下行規則的匹配欄位包括來源端埠號及目的端IP地址，該下行規則之動作欄位包括目的端埠號，且該來源端埠號、該目的端IP地址及該目的端埠號分別為應用伺服器131所連接之網路交換器122的埠號5、行動終端101之IP地址10.1.1.1、以及MEC伺服器111所連接之網路交換器122的埠號1。此外，該下行規則之動作欄位還包括將符合該下行規則之匹配欄位的封包之目的端MAC地址修改為MEC伺服器111之MAC地址。

因此，更新路由表之後，網路交換器122會將其第1埠接收的來自行動終端101的上行封包轉移至第5埠輸出，且將其第5埠接收的來自應用伺服器131的下行封包之目的端MAC地址修改為MEC伺服器111之MAC地址，再轉移至第1埠輸出。易言之，網路交換器122可根據更新後之上行規則及下行規則在應用伺服器131與MEC伺服器111之間轉送以行動終端101為來源端或目的端之封包，如圖3所示，步驟S6及S11為上行封包轉送，步驟S9及S10為下行封包轉送。

在不同實施例中，行動終端101可在不同註冊裝置的服務範圍之間移動，例如，行動終端101可自EPC裝置114的服務範圍漫遊移動至MEC伺服器111~113中之任一者的服務範圍，或自MEC伺服器111~113中之一者的服務範圍漫遊移動至EPC裝置114的服務範圍，或自MEC伺服器111~113中之一者的服務範圍漫遊移動至MEC伺服器111~113中之另一者的服務範圍。依圖2及圖3所示流程類推，網路控制器121均可正確更新網路交換器122的路由表，以將應用伺服器131的下行封包轉送至漫遊移動後的行動終端101，以有效率地達成服務不中斷的效果。

在不同實施例中，本發明所提供之網路控制系統與方法不限於軟體定義網路，亦可應用於其他種類之網路。在應用於其他種類之網路時，前述之IP地址及MAC地址可分別以相對應之高層網路地址及低層網路地址替代。

除上述之網路控制系統與方法，本發明另提供一種電腦可讀媒介，例如集中或分散之記憶體、軟碟、硬碟或光碟。該電腦可讀媒介係應用於行動通訊網路中，且儲存有指令，以執行上述之網路控制方法。

綜上所述，本發明係建立一個在註冊裝置及應用伺服器之間的完整封包轉送機制，於應用伺服器前設置網路交換器與控制器架構，在考慮行動終端任意移動的情境下，並未透過NAT方式而採用偵測封包來源端及數據比對後，決定該漫遊行動終端正確的下行路徑，以正確轉送封包，達到在行動終端之漫遊移動下維持應用服務不中斷之效果，亦不需重新進行認證，故能提升用戶的上網品質與效率，且因為本發明不需要NAT，故能避免前述之NAT的多項問題，並仍有效地達成服務不中斷之效果。

另外，本發明相較於現有以虛擬主機(Virtual Machine,VM)技術複製服務到就近MEC伺服器的方法，可節省網路設備資源。

上述實施例僅例示性說明本案之功效，而非用於限制本案，任何熟習此項技藝之人士均可在不違背本案之精神及範疇下對上述實施態樣進行修飾與改變。因此，本案之權利保護範圍，應如後述之申請專利範圍所列。

1~5:埠

100:行動通訊網路

101:行動終端

111~113:MEC伺服器

114:EPC裝置

120:網路控制系統

121:網路控制器

122:網路交換器

131:應用伺服器

151~154:行動基地台

Claims (12)

1. 一種網路控制系統，用於行動通訊網路，該行動通訊網路包括應用伺服器、第一註冊裝置及第二註冊裝置，該網路控制系統包括：

   具有一路由表之網路交換器，連接該應用伺服器、該第一註冊裝置及該第二註冊裝置，用於根據該路由表在該應用伺服器與該第一註冊裝置之間轉送存取該應用伺服器之服務的行動終端之封包；以及

   網路控制器，連接該網路交換器，用於在偵測到該行動終端已自該第一註冊裝置之服務範圍漫遊移動至該第二註冊裝置之服務範圍後，更新該路由表以使該網路交換器根據該路由表在該應用伺服器與該第二註冊裝置之間轉送該行動終端之封包。
2. 如請求項1所述之網路控制系統，其中，該網路控制器復用於偵測該行動終端是否為第一次連接該行動通訊網路，且於該行動終端第一次連接該行動通訊網路時，於該路由表中新增對應該行動終端之第一上行規則及第一下行規則，使該網路交換器根據該第一上行規則及該第一下行規則在該應用伺服器與該第一註冊裝置之間轉送該行動終端之封包。
3. 如請求項2所述之網路控制系統，其中，該網路交換器復用於在將該行動終端之第一封包轉送至該應用伺服器時，複製該第一封包之表頭，再將該表頭傳送至該網路控制器，該表頭中之來源端地址為該行動終端之網路地址，且該網路控制器復用於根據該來源端地址以及來源端埠號判斷該行動終端是否為第一次連接該行動通訊網路。
4. 如請求項2所述之網路控制系統，其中，該第一上行規則之匹配欄位包括來源端埠號及來源端地址，該第一上行規則之動作欄位包 括目的端埠號，且該來源端埠號、該來源端地址及該目的端埠號分別為該第一註冊裝置所連接之該網路交換器的埠號、該行動終端之網路地址、以及該應用伺服器所連接之該網路交換器的埠號。
5. 如請求項2所述之網路控制系統，其中，該第一下行規則之匹配欄位包括來源端埠號及目的端地址，該第一下行規則之動作欄位包括目的端埠號，且該來源端埠號、該目的端地址及該目的端埠號分別為該應用伺服器所連接之該網路交換器的埠號、該行動終端之網路地址、以及該第一註冊裝置所連接之該網路交換器的埠號。
6. 如請求項1所述之網路控制系統，其中，該網路交換器復用於在將該行動終端之第二封包轉送至該應用伺服器時，同時也會複製一份該第二封包之表頭後，將該表頭傳送至該網路控制器進行用戶偵測判斷分析，且該網路控制器復用於根據該表頭中之來源端地址及來源端埠號判斷該行動終端是否已漫遊移動。
7. 如請求項6所述之網路控制系統，其中，該表頭之該來源端地址為該行動終端之網路地址，若該路由表中已有上行規則之來源端地址為該行動終端之該網路地址，該上行規則之來源端埠號為該第一註冊裝置所連接之該網路交換器的埠號，且該表頭之該來源端埠號為該第二註冊裝置所連接之該網路交換器的埠號時，則該網路控制器判斷該行動終端已自該第一註冊裝置之服務範圍漫遊移動至該第二註冊裝置之服務範圍。
8. 如請求項1所述之網路控制系統，其中，該網路控制器係於該漫遊移動後在該路由表中新增對應該漫遊移動後之該行動終端的第二上行規則及第二下行規則，再刪除該路由表中對應該漫遊移動前之該行動 終端的第一上行規則及第一下行規則，以更新該路由表，且該網路交換器係根據該第二上行規則及該第二下行規則在該應用伺服器與該第二註冊裝置之間轉送該行動終端之封包。
9. 如請求項8所述之網路控制系統，其中，該第二上行規則之匹配欄位包括來源端埠號及來源端地址，該第二上行規則之動作欄位包括目的端埠號，且該來源端埠號、該來源端地址及該目的端埠號分別為該第二註冊裝置所連接之該網路交換器的埠號、該行動終端之網路地址、以及該應用伺服器所連接之該網路交換器的埠號。
10. 如請求項8所述之網路控制系統，其中，該第二下行規則之匹配欄位包括來源端埠號及目的端IP或高層地址，該第二下行規則之動作欄位包括目的端埠號，該來源端埠號、該目的端IP或高層地址及該目的端埠號分別為該應用伺服器所連接之該網路交換器的埠號、該行動終端之IP或高層網路地址、以及該第二註冊裝置所連接之該網路交換器的埠號，且該第二下行規則之該動作欄位復包括將符合該第二下行規則之該匹配欄位的封包之目的端MAC或低層地址修改為該第二註冊裝置之MAC或低層網路地址。
11. 一種網路控制方法，應用於行動通訊網路中，該網路控制方法包括：

    由網路交換器根據路由表在一應用伺服器與一第一註冊裝置之間轉送存取該應用伺服器之服務的行動終端之封包；以及

    由網路控制器在偵測到該行動終端已自該第一註冊裝置之服務範圍漫遊移動至一第二註冊裝置之服務範圍後，更新該路由表以使該網路交換 器根據該路由表在該應用伺服器與該第二註冊裝置之間轉送該行動終端之封包。
12. 一種電腦可讀媒介，應用於行動通訊網路中，係儲存有指令，以執行如請求項11所述之網路控制方法。

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