無線通信系統及其無線資源管理方法
2023-05-10 01:45:36 2
專利名稱：無線通信系統及其無線資源管理方法
技術領域：
本發明涉及移動通信技術領域，特別是涉及一種無線通信系統及其無線資源管理方法。
背景技術：
隨著第三代移動通信技術的發展，網絡規劃和優化工作越來越重要。由於移動用戶數的快速增長和新業務的不斷出現，要求系統在支持多種業務並滿足一定QoS(服務質量)條件下，獲得良好的網絡容量，滿足一定的無線覆蓋要求，同時通過調整容量、覆蓋、質量之間的均衡關係提供最佳的服務。
網絡優化的目的是改善對用戶的服務質量，提高網絡資源的利用率。因此，需要尋找有效的無線資源管理方案來管理系統的可用資源，以滿足用戶容量的不斷增加。無線資源管理一般包括切換控制、功率控制、接納控制、負載控制等。對無線資源管理算法設計產生決定性影響的因素包括業務模型、信道模型和系統模型。由於業務參數模型和信道模型對所有第三代移動通信技術是相同的，決定各系統RRM不同的因素主要是物理層技術。
以WCDMA(寬帶碼分多址)系統為例，第三代移動通信系統的網絡架構如圖1所示包括無線接入網絡(RAN，Radio Access Network)和核心網絡(CN，Core Network)。其中無線接入網絡用於處理所有與無線有關的功能，而CN處理UMTS系統內所有的話音呼叫和數據連接，並實現與外部網絡的交換和路由功能。CN從邏輯上分為電路交換域(Circuit Switched Domain，CS)和分組交換域(Packet Switched Domain，PS)。UTRAN、CN與用戶設備(User Equipment，UE)一起構成了整個UMTS系統。
如圖2所示，UTRAN包括許多通過Iu接口連接到CN的RNS(無線網絡系統)。一個RNS包括一個RNC(無線網絡控制器)和一個或多個Node B(基站)。Node B通過Iub接口連接到RNC上，在UTRAN內部，各RNS中的RNC通過Iur接口交互信息，Iu接口和Iur接口是邏輯接口。Iur接口可以是RNC之間物理的直接相連或通過適當的傳輸網絡實現。其中，RNC集中負責無線接入網內全部無線資源管理，即當每個終端在接入過程中的無線資源分配、調度，通信過程中的質量監測和維護，無線接入網中各個Node B的資源使用情況等。而通常一個RNC需要控制近百個Node B和工作在Node B下的大量UE。這種管理方式主要存在以下缺點RNC中RRM(無線資源管理)處理器負荷太重，難以實現快速控制，用戶面時間延遲較大等，不能優化實現分布式資源的管理。
目前，在第三代夥伴組織 計劃(3GPP，Third Generation PartnershipProjects)中，各廠商積極研究長期演進(LTE，Long Term Evolution)，所述LTE的目的是提供一種能夠降低時延、提高用戶數據速率、改進的系統容量和覆蓋的低成本的網絡。該網絡目前只使用分組交換(PS，Packet Switched)域業務，承載網絡都為IP承載。在此基礎上，衍生出很多網絡架構，其中一種比較常見的兩層節點演進系統，所述系統的結構示意圖詳見圖3。所述系統包括演進核心網(Evolved CN)下轄的一個或多個控制面伺服器CPS、以及每個CPS下轄的多個演進基站(E-NodeB，Evolved Node B)與多個演進接入網關控制器(E-GSN，Evolved GPRS Support Node)。所述E-NodeB至少具有空口協議棧的PHY(物理)層和MAC(媒體接入控制)層，其他協議棧位置尚未確定。並採取新的物理層技術(如OFDM)；所述E-GSN由MME(Mobility Management Entity，移動性管理實體)和UPE(User Plane Entity，用戶面實體)組成，所述MME主要管理和存儲UE上下文(如idle狀態的UE的標識、UE的移動性狀態和用戶安全參數等，還將產生臨時標識分配給UE，對UE能否駐紮在某TA(Tracking Area，跟蹤區)或PLMN(Public LandMobile Network，公共陸地移動網)進行檢查，也會對UE進行鑑權。所述UPE的功能是終結idle狀態的UE的下行數據，當有下行數據到達UE，觸發或發起尋呼。它管理或存儲UE上下文(如IP承載參數或網絡路由信息)，在合法監聽中執行用戶業務的數據複製等。所述CPS的功能是intercell/eNodeB的RRM(Radio Resource Management，無線資源管理)，處理部分RRC的功能。但是，這種演進的系統目前只確定了MME、UPE、ENB這幾個實體。雖然用戶面有兩個實體，但控制面信令需要通過三個實體來實現，所以其信令流程與目前UMTS流程基本一致。不能完全滿足LTE中降低時延的要求。且這一演進系統在接入網部分只保留一個物理實體CPS來負責某些信令過程，且各個信令之間必須通過複雜的接口來實現，增加了信令的接入時延。同時也降低了數據的安全性等。
因此，現有技術的缺點為1)無法實現分布式移動資源的分配與管理；2)不能實現小區之間無損的切換；比如，當UE從一個接入系統移動到另一個接入系統時，需要UE向新的接入系統發起UE認證、授權和重新建立UE上下文的過程。由於UE與網絡之間的通信是需要通過空中接口，非常耗時，因此造成UE從一個接入系統移動到另一個接入系統時耗時很長，甚至造成業務中斷，不能滿足業務連續性的要求；3)在E-NodeB中不能對用戶面數據進行較高的保密性。
發明內容
本發明解決的技術問題是提供一種無線資源管理系統，以克服現有無線通信系統由於用戶面有CPS這個中間節點，使得用戶面存在較大延遲的缺點，以及用戶數據安全性問題，優化系統架構，滿足3G無線通信系統演進過程中用戶面時延需求。
本發明解決的另一個技術問題是提供一種無線資源管理方法，基於兩層架構用戶面的無線通信系統，以克服現有技術中CPS中RRM(無線資源管理)負荷過重，難以實現快速控制以及無損切換的缺點，提高無線資源管理的處理速度和效率，進而提高系統性能。
為解決上述問題，本發明提供一種無線通信系統，所述系統包括演進核心網Evolved CN中的一個演進接入網關控制器E-GSN，以及E-GSN下轄的多個演進基站E-Node B；所述E-GSN負責對用戶設備UE的通信和對無線資源的協調與管理；所述E-Node B與E-GSN建立連接，用於完成無線接口物理層協議與媒體接入控制協議的處理以及自身無線資源的管理，並響應E-GSN的無線資源請求。
所述E-Node B包括基站無線資源連接(RRC Connection)管理模塊，用於信令無線資源連接的管理以及用戶的測量報告和切換觸發管理；基站無線資源管理模塊及基站無線資源信息庫，基站無線資源管理模塊根據基站無線資源信息庫中的信息獨立完成其自身無線資源的管理；用戶測量管理模塊，用於處理UE的測量報告，當滿足切換條件時發送小區切換請求。
所述基站無線資源連接管理模塊包括信令無線承載管理子模塊、無線資源連接移動性管理子模塊、UE測量報告子模塊、路由高層協議數據單元子模塊快；所述基站無線資源管理模塊進行自身無線資源的管理包括無線資源接入控制、負載控制、無線擁塞控制、功率控制、資源分配與調度、與用戶設備UE之間數據重傳的控制、E-Node B下不同小區間切換的控制，並響應相關無線接入請求。
所述E-GSN包括傳輸資源控制模塊，用於設定傳輸資源控制策略，並負責處理傳輸資源的負載控制、擁塞控制，並響應相關的連接接入請求；無線資源信息庫，用於存儲E-GSN下轄的各E-Node B的資源信息；無線資源協調模塊，用於根據設定的傳輸資源控制策略及存儲的E-NodeB的資源信息，響應高層的指配請求，根據高層的QOS要求建立相應的無線承載，同時請求E-Node B分配相關資源；基站測量管理模塊，用於處理基站之間的測量報告，並根據該測量報告獲取多個基站的資源信息，並為切換和無線承載提供參考消息。
所述無線資源協調模塊將用戶業務QOS要求映射為相應的無線承載請求與傳輸承載請求，再與其下轄的各E-Node B中的基站無線資源管理模塊通過信令交互，建立並控制業務面。
另外，本發明還提供一種基於無線通信系統的無線資源管理方法，所述系統包括演進核心網Evolved CN中的一個演進接入網關控制器E-GSN，以及E-GSN下轄的多個演進基站E-Node B；所述方法包括步驟A、E-Node B對其無線資源進行管理並實時向E-GSN上報無線資源的處理結果；B、所述E-GSN根據根據接收的處理結果控制及協調相關的資源，並以小區為單位建立下轄各個小區的無線資源可用狀態及處理負荷；C、當需要進行E-Node B間切換時，E-GSN根據其記錄的各個小區的無線資源可用狀態及處理負荷控制完成E-Node B間的切換過程。
所述步驟A中E-Node B對其無線資源進行管理的過程包括E-Node B對其無線資源進行分配與重配、資源保留及資源釋放。
在所述步驟B和步驟C之間還包括步驟用戶設備UE向源E-Node B發送測量報告，所述測量報告至少包括候選小區導頻質量信息；源E-Node B根據收到的測量報告觸發切換請求，通過其與E-GSN之間的接口上報給E-GSN。
所述步驟C包括C1、E-GSN根據源E-Node B提供的用戶設備UE的切換請求及其記錄的各個小區的無線資源可用狀態及處理負荷量度選擇目標小區和伴隨的目標E-Node B；C2、按照預定的資源管理策略控制所述UE切換到所述目標小區，並使UE建立與目標E-Node B的連接。
所述步驟C2包括C21、在UE執行切換過程前，E-GSN請求目標E-Node B為待接納UE分配和保留相應的資源；C22、目標E-Node B為待接納UE分配和保留相應的資源完成後，E-GSN通過源E-Node B指示UE進行切換過程；
C23、UE切換完成後E-GSN指示源E-Node拆除原有的用戶面鏈路。
所述步驟C22進一步包括E-GSN指示UE進行切換過程的同時，請求Evolved CN用戶面進行UE數據鏈路切換；E-GSN用戶面對UE進行數據鏈路切換完成後，E-GSN用戶面下發的數據由目標E-Node B進行緩存。
當源E-Node B收到E-GSN下發的UE進行切換的指示後，向目標E-NodeB前轉支持無損切換所需的用戶分組。
所述支持無損切換所需的用戶分組包括源E-Node B已向UE發送但未收到UE確認的用戶分組、源E-Node B緩存中尚未向UE發送的用戶分組。
與現有技術相比，本發明具有以下有益效果與現有技術相比，本發明具有以下有益效果由以上本發明提供的技術方案可以看出，本發明無線通信系統在用戶面採用演進核心網Evolved CN中的演進接入網關控制器E-GSN和演進基站E-Node B直接連接的兩層架構方式，有效地減少了功能節點和相關的接口數目，進而減小了由於多級中轉引入的較大時延，更好地滿足了3G無線通信系統演進過程中用戶面時延的嚴格要求。同時，由於引入了演進接入網關控制器E-GSN，在控制面兼顧時延要求和多小區管理的特性，將無線資源管理功能合理分布在E-Node B和E-GSN中進行，由E-Node B實現單小區下與E-Node B資源和特性密切相關的無線資源管理功能，由E-GSN完成與多小區和整個網絡密切相關聯的無線資源控制和協調功能，從而極大地提高了無線資源管理的處理速度和效率。由於E-GSN的負荷相對於現有無線通信系統中的RNC較輕，因此有利於實施更複雜、更有效的無線資源管理算法，提高系統設備的整體性能。本發明由E-GSN主控來完成E-Node B間的切換過程，有效地縮短了切換中斷時間，並且保證了較高的切換成功率，有利於支持無損切換的實施，提升用戶的體驗。此外，RRC連接及其移動性管理終結在E-Node B上，不但建立連接的時延很小且連接移動性管理更方便。由於E-Node B之間不需要接口，大大減輕了安全和維護成本。
圖1是第三代移動通信系統的網絡架構示意圖；圖2是UTRAN結構示意圖；圖3是現有技術中無線通信系統的網絡架構圖；圖4是本發明無線通信系統的網絡架構示意圖；圖5是本發明系統中E-GSN和E-Node B的原理框圖；圖6是本發明所述無線資源管理系統一實施例的框架圖；圖7A和7B分別是本發明所述無線資源管理系統第一種演進架構中空中接口的控制面和用戶面的協議棧示意圖；圖8A和8B分別是本發明所述無線資源管理系統第二種演進架構中空中接口的控制面和用戶面的協議棧示意圖；圖9是本發明無線資源管理方法的實現流程圖。
具體實施例方式
本發明的核心在於採用演進核心網Evolved CN中的演進接入網關控制器E-GSN和演進基站E-Node B直接連接的兩層架構方式，E-Node B通過IP網絡與E-GSN直接建立連接。在兼顧時延要求和多小區管理的特性，將無線資源管理功能分布在E-Node B和E-GSN中進行由E-Node B實現單小區下與E-Node B資源和特性密切相關的無線資源管理功能，完成業務的建立、保持和釋放等功能；由E-GSN完成與多小區和整個網絡密切相關聯的無線資源管理功能。
E-GSN和E-Node B之間通過Iu+接口連接，通過該接口，E-GSN動態接收空口無線資源有關過程(包括資源分配/重配、資源保留和資源釋放等過程)的結果。E-GSN以小區為單位建立下轄各個小區的無線資源可用狀態及處理負荷；並利用自身所掌握的相關小區無線資源可用度和處理載荷度，協調處理E-Node B間的切換過程，切換時ARQ也設置在E-GSN，保證了無損低時延的切換，同時加密也在E-GSN進行，保證了用戶數據的安全。而在E-Node B上，由於RRC連接及移動性管理都設置在E-Node B上，不但減小建立連接的時延，而且方便了連接移動性管理。此外，E-Node B之間不需要接口，大大減輕了安全和維護成本。
為了使本技術領域的人員更好地理解本發明方案，下面結合附圖和實施方式對本發明作進一步的詳細說明。
請參照圖4，為本發明無線通信系統的網絡架構示意圖本發明所述無線通信系統架構中有兩種功能實體(1)演進核心網EvolvedCN中的演進接入網關控制器22(E-GSN)和演進基站11(E-Node B)。其中，一個E-GSN22可以下轄多個E-Node B11。比如，圖中所示，E-Node B11a1、11a2和11a3；E-Node B11b1、11b2和11b3。
本技術領域人員知道，3G無線通信系統演進需要系統儘量扁平化，以便減少功能節點和相關的接口數目，進而減小多級中轉引入的時延。故此，本發明在用戶面選定E-GSN和E-Node B直接連接的兩層架構方式，用以滿足用戶面時延的嚴格要求；同時在控制面兼顧時延要求和多小區管理的特性，由E-Node B實現單小區下與E-Node B資源和特性密切相關的無線資源管理功能，而以E-GSN完成與多小區和整個網絡密切相關聯的無線資源管理功能(譬如E-Node B間的切換過程的管理)。這種分布處理與集中處理相結合的無線資源管理方式可以有效地提升RAN(無線接入網)系統的整體性能。
兩個實體各自的功能如下所述E-GSN22負責對用戶設備UE的通信和對UE(用戶設備)無線資源的協調與管理。
所述E-Node B11在完成3G系統中Node B基本功能(譬如，無線接口物理層協議的處理、通過IP網絡或ATM網絡與E-GSN直接建立連接)之外，還獨立承擔E-Node B中無線接口物理層協議與媒體接入控制協議的處理以及自身無線資源的管理。譬如無線資源接入控制、負載控制、無線擁塞控制、功率控制、資源分配與調度、與用戶設備UE之間數據重傳的控制、E-Node B下不同小區間切換的控制，並響應相關無線接入請求。即與多小區管理和網絡密切相關的無線資源或傳輸資源的協調與管理功能由E-GSN為主完成，而E-Node B主要是完成與自身資源和特性密切相關的無線資源管理功能。其次，為了提升RAN(無線接入網絡)系統對於無線信道時變特性的適應能力，E-Node B和UE之間通過HARQ(混合自動重傳)技術編碼和調製技術的自適應性選擇。為了消除HARQ遺留的傳輸數據錯誤，E-Node B的高層協議中含有外層重傳(Outer ARQ)機制。為了進行高效率的無線資源管理，E-Node B還完成對UE測量的控制。
E-Node B通過IP網絡與E-GSN直接建立連接，也就是說，系統中的用戶面只有E-GSN節點，用戶數據在該節點上進行行頭壓縮和加密，並通過ARQ協議到達E-Node B的媒體接入層和物理層。在控制面中，E-Node B主要承擔的自身無線資源管理功能的信令部分與E-GSN直接連接結，完成業務的建立、保持和釋放功能。
E-GSN和E-Node B之間通過演進Iu接口(即Iu+接口)連接，E-Node B向E-GSN提供UE測量中與多小區管理相應的測量報告，以及實時向E-GSN上報自身的資源狀況和處理負荷狀況。E-GSN在UE測量報告和E-Node B資源狀況和處理負荷信息的基礎上，依據RRM(無線資源管理)策略進行UE的切換管理與控制。同時，E-GSN將對UE的切換管理與控制也經由此接口下達給E-NodeB。切換過程所需的UE Context(UE上下文)也經由此接口下傳至目標E-NodeB。E-Node B進行無線資源管理過程中使用的算法以及相關參數也由E-GSN來設定和變更。
為了實現上述功能，E-GSN和各E-Node B分別包括不同的功能模塊。參照圖5所示E-GSN和E-Node B的原理框圖在該實施例中，E-GSN22下轄兩個E-Node B11，所述E-GSN22與E-NodeB11通過Iu+接口連接，各E-Node B11之間不需要接口來連接，大大減輕了安全和維護成本。
所述各E-Node B11的實現原理相同，包括基站無線資源連接管理模塊111(Lower RRC)、基站無線資源管理模塊112、基站無線資源信息庫113和用戶測量管理模塊114。所述基站無線資源連接管理模塊111，用於信令無線資源連接的管理以及用戶的測量報告和切換觸發管理；所述基站無線資源連接管理模塊111包括信令無線承載管理子模塊、無線資源連接移動性管理子模塊、UE測量報告子模塊、路由高層協議數據單元子模塊，主要用於無線資源連接(RRC Connection)的管理、信令無線承載(SRB)管理、無線資源連接移動性管理，本地無線資源管理(Radio Resource management Entity)，以及用戶的測量報告和切換觸發管理等功能。所述本地無線資源管理(RadioResource management Entity)包括無線接入控制，負載控制、擁塞控制、鏈路自適應的UE測量報告、路由高層PDU等。所述基站無線資源管理模塊及基站112無線資源信息庫存儲模塊113，基站無線資源管理模塊112根據基站無線資源信息庫存儲模塊113中的信息獨立完成其自身無線資源的管理；所述基站無線資源管理模塊112進行自身無線資源的管理包括無線資源接入控制、負載控制、無線擁塞控制、功率控制、資源分配與調度、與用戶設備UE之間數據重傳的控制、E-Node B下不同小區間切換的控制等功能，並響應相關無線接入請求，基站無線資源信息庫112中的信息可以在系統初始化時進行配置，不同E-Node B配置的信息可以相同，也可以不同。所述用戶測量管理模塊113，用於處理UE的測量報告，當滿足切換條件時發送小區切換請求。
所述E-GSN22包括資源控制模塊(Upper RRC)，且所述Upper RRC包括傳輸資源控制模塊221、無線資源信息庫222、無線資源協調模塊223和基站測量管理模塊224，其中，所述傳輸資源控制模塊221用於設定傳輸資源控制策略，並負責處理傳輸資源的負載控制、擁塞控制，並響應相關的連接接入請求；所述無線資源信息庫222，用於存儲E-GSN下轄的各E-Node B的資源信息；所述無線資源協調模塊223，用於根據設定的傳輸資源控制策略及存儲的E-Node B的資源信息，響應高層的指配請求，根據高層的QOS要求建立相應的無線承載，同時請求E-Node B分配相關資源。所述基站測量管理模塊224，用於處理基站之間的測量報告，並根據該測量報告獲取多個基站的資源信息，並為切換和無線承載提供參考消息。
為了使E-GSN22的無線資源信息庫222中存儲的信息與其下轄的各E-Node B11的基站無線資源信息庫112中存儲的信息保持一致，無線資源協調模塊223與其所屬E-GSN下轄的各E-Node B中的基站無線資源管理模塊112需要通過信令交互，將用戶業務QOS要求映射為相應的無線承載請求與傳輸承載請求。再與其下轄的各E-Node B中的基站無線資源管理模塊通過信令交互，建立並控制業務面。
當呼叫發起時，E-Node B首先對UE執行接納管理過程。當接納成功後，依據其請求的業務，為該UE分配相應的資源，並將資源分配/變動的結果上報至E-GSN。業務的服務過程中，基於業務的QoS參數或通信鏈路檢測結果動態實施數據包調度和功率控制過程，以保證業務的服務質量。為了提高E-Node B和UE之間數據傳輸的可靠性，兩者之間可以採用兩層重傳(混合自動重傳請求HARQ和外環自動重傳請求Outer-ARQ)機制。當E-Node B下轄的資源發生擁塞時，E-Node B負責擁塞的檢測和解擁塞措施的實施。E-Node B將其下轄資源的變動結果實時上報E-GSN，便於相鄰E-Node B管轄小區之間資源的協調調度。
在該系統架構中，E-GSN通過與各E-Node B之間的用戶面接口動態接收無線資源有關過程(包括資源分配/重配、資源德控制、資源保留、資源釋放等過程)的結果，根據該結果更新系統無線資源信息庫中存儲的各E-Node B的資源信息，並根據這些信息以小區為單位建立下轄各個小區的無線資源可用狀態及處理負荷。
隨著internet的發展，IP協議和基於IP的業務已逐步成為未來移動通信的發展趨勢，一個全IP的網絡將是未來的未來移動通信系統在傳輸和應用方面的發展目標，同時，在空中接口方面，支持更高無線信道傳輸速率也是重要的發展目標。因此有效的分配和利用傳輸和無線資源，保障不同業務的服務質量(QOS)，已被各界關注，不同的無線資源管理框架對系統的架構和業務流程有著深刻的影響。
下面結合一實例對本發明做進一步的說明。
請參考圖6，為本發明所述無線資源管理系統一實施例的框架圖，該框架特別適用於分布式無線資源的管理，相對於目前集中式的RRM方案有更好的可擴展性。包括E-Node B實體和E-GSN實體。所述E-Node B實體具體包括RRC連接控制實體、信令無線承載(SRB)控制實體、無線資源管理實體、ARQ協議實體以及MAC層和物理層PHY等等。如圖6所示，在用戶面，用戶數據在E-GSN上進行頭壓縮和加密，並通過E-Node B中ARQ協議到達E-Node B的媒體接如層MAC層和物理層PHY；UE在進行業務時，首先要發起RRC連接，建立相應的信令無線承載(SRB)，同時請求本E-Node B下層的實體分配相關資源。UE-ME測量也設置在E-Node B上，負責處理UE的測量報告，當滿足切換條件時，UE要求上層節點的HO切換處理模塊協調整個切換過程。E-Node B內切換(HO)實體負責E-NODE B內部小區切換以及觸發E-NODE B之間切換請求。而在控制面，E-Node B上不光只有MAC層，還包括無線資源管理實體(Radio Resource management Entity)控制著相關的無線資源，負責處理負載控制(Load Control)無線擁塞控制(CongestionControl)，功率控制(Power Control)和信道資源分配和調度，並負責響應相關的無線接入請求(Radio Admission Control)等等功能。
同樣，在E-GSN實體上，包括一個傳輸資源控制實體(TransmissionResource management Entity)、無線資源協調實體、Inter-NB ME、HO(切換)以及網E-Node B中的RRC連接控制實體相連的非接入層協議(NAS)、與基站無線資源管理實體相連的RAB/RB控制實體等。所述傳輸資源控制實體控制著相關的傳輸資源，負責處理傳輸資源的負載控制(Load Control)，擁塞控制(Congestion Control)，並響應相關的連接接入請求(Connect AdmissionControl)。所述無線資源協調實體，負責響應高層的指配請求，根據高層的QOS要求建立相應的無線承載(Radio Bearer)，同時請求下層的實體分配相關資源。所述Inter-NB ME負責E-Node B之間的測量處理，通過它可以收集多E-Node B的資源情況，從而為切換和RAB(無線接入承載)指配提供參考信息。所述RAB/RB控制實體負責將無線接入承載(RAB)的QOS要求映射為相應的無線資源請求和傳輸資源請求。所述HO(切換)用於負責協調E-Node B之間切換請求。所述ARQFlow Control用於E-GSN與E-Node B之間用戶面數據重傳及流控。
本發明所述移動性管理主要與廣播信息、測量控制和測量報告與切換決策等三個方面的功能相關，該功能由Inter-NB ME負責E-Node B之間的測量處理，通過它可以收集多個E-Node B的資源情況，從而為切換和RAB(無線接入承載)指配提供參考信息。
此外，本發明所述系統還考慮到E-Node B處於一個不安全的環境中，因此，保證用戶通信的安全是必須考慮的一個問題。從控制面來說，信令的保密性要求不高，一般只要求完整性，因此RRC連接和移動性管理可以保存在E-Node B中，而用戶面數據對保密性有比較高的要求，因此最好在核心節點E-GSN上加密。考慮到目前3G的架構中，用戶面加密一般和RLC協議在一起，作為其一部分功能，同時高效的利用RLC PDU的幀號。所以在新的演進架構裡，當切換時，與RLC對應的Out ARQ功能最好也設置在核心節點E-GSN，這樣不但可以滿足保密性要求，而且在切換時可以更加高效方便，並滿足了切換時數據無損性要求。當然，本發明所述的架構中還可以就是用戶面加密與Out ARQ功能分離，加密繼續保留在核心節點，分切換時Out ARQ可以保留在E-Node B上。總的來說，對於控制面信令的保護，主要包括三類完全不需要保護，比如RRC連接建立；需要完整性保護，如無線資源分配、測量控制和報告、能力報告等；需要加密與完整性保護，主要有臨時身份標識分配、COA分配等NAS層信令。
由上可見，如果RRC協議相關的信令只需要完整性保護，可以考慮將RRC設置在E-Node B節點上。或者將二者分成兩部分，一部分設置在E-Node B上，一部分在核心節點E-GSN。而NAS層信令必須在核心節點E-GSN，接受完整性保護，特殊的還要接受加密。但是本發明所述架構並不限於上述描述，在此基礎上還可以實現其他的功能，下面通過具體的協議棧對本發明做進一步的說明。
請參考圖7A和7B，分別為第一種演進架構中的空中接口控制面和用戶面的協議棧示意圖。假設第一種演進架構中的E-Node B能夠區分用戶數據和信令(如RRC和NAS消息)。物理層的功能是進行調製、編碼(使用OFDM技術)、時頻同步等操作。MAC層進行媒體接入控制，動態調度，處理UE數據流的優先級等操作。Upper ARQ的功能是在HARQ(Hybrid AutomaticRepeat Request，混合自動重傳請求)之上的重傳，防止HARQ失敗造成數據差錯，Upper ARQ可能還具有分段、重組、級聯、順序遞交高層PDU、複製檢測、流控等之前RLC的功能。這裡RRC分為兩部分，Lower RRC和UpperRRC，Lower RRC的功能是RRC的連接管理，本地無線資源管理功能(包括並不止於負載控制，擁塞控制，鏈路自適應的UE測量報告、路由高層PDU、控制請求的Qos等)；所述E-GSN即會話管理(SM，Session Management)/移動性管理(MM，Mobility Managenment)處於NAS(Non Access Stratum，非接入層)層，管理會話與移動性。用戶面有PDCP層，PDCP層進行頭壓縮，提高空口傳輸效率，PDCP層之上為UP(User Plane，用戶面)，即用戶真正數據。
再請參考圖8A和8B，分別為了另一種演進架構中的空中接口控制面和用戶面的協議棧示意圖。在Upper ARQ或PDCP層有加密子層，對數據進行加密處理，Upper ARQ或MAC能夠區分UE的用戶面和控制面。其他與上述第一種演進架構相同，具體參見上述，在此不在贅述，另外，本發明還提供一種基於本發明系統架構的無線資源管理方法。所述方法的流程圖詳見圖9，包括以下步驟步驟901E-Node B對其無線資源進行管理並實時向E-GSN上報無線資源的處理結果；所述E-Node B對其無線資源進行管理的過程包括E-Node B對其無線資源進行分配與重配、資源保留及資源釋放。
步驟902所述E-GSN通過與其下轄的E-Node B之間的用戶面接口實時接收各E-Node B無線資源的處理結果；步驟903根據接收的處理結果控制及協調相關的資源，並以小區為單位建立下轄各個小區的無線資源可用狀態及處理負荷；步驟903用戶設備UE向源E-Node B發送測量報告，所述測量報告至少包括候選小區導頻質量信息；步驟905源E-Node B根據收到的測量報告觸發切換請求，通過用戶面接口上報給E-GSN。
步驟906當需要進行E-Node B間切換時，E-GSN根據其記錄的各個小區的無線資源可用狀態及處理負荷控制完成E-Node B間的切換過程。
其中，在步驟906中，E-GSN根據源E-Node B提供的用戶設備UE的切換請求及其記錄的各個小區的無線資源可用狀態及處理負荷量度選擇目標小區和伴隨的目標E-Node B；在UE執行切換過程前，E-GSN請求目標E-NodeB為待接納UE分配和保留相應的資源；目標E-Node B為待接納UE分配和保留相應的資源完成後，E-GSN通過源E-Node B指示UE進行切換過程，其中在E-GSN指示UE進行切換過程的同時，請求E-GSN用戶面進行UE數據鏈路切換E-GSN用戶面對UE進行數據鏈路切換完成後，E-GSN用戶面下發的數據由目標E-Node B進行緩存；UE切換完成後E-GSN指示源E-Node拆除原有的用戶面鏈路。
首先，E-GSN根據E-Node B提供的用戶設備UE的測量報告及其記錄的各個小區的無線資源可用狀態及處理負荷量度選擇目標小區和伴隨的目標E-Node B；然後，選擇合適的資源管理策略控制，這些資源管理策略可以通過配置預先設定，按照選定的資源管理策略控制UE切換到目標小區，並建立與目標E-Node B的連接。
為此，在UE執行切換過程前，E-GSN通知目標E-Node B為待接納UE分配和保留相應的資源；目標E-Node B為待接納UE分配和保留相應的資源完成後，E-GSN再通過源E-Node B指示UE進行切換過程；UE切換完成後，CPS指示源E-Node拆除原有的用戶面鏈路。
為了減少切換的中斷時間，E-GSN在通過源E-Node B對UE發起切換命令的同時，通過用戶面對UE進行數據鏈路轉換，直至轉換完成，該轉換數據由目標E-Node B進行緩存。
同時，為了支持無損切換，並避免分組丟失引發IP應用層吞吐量的下降，當源E-Node B收到E-GSN下發的UE進行切換的指示後，向目標E-Node B前轉支持無損切換所需的用戶分組。這些用戶分組包括源E-Node B已向UE發送但未收到UE確認的用戶分組、源E-Node B緩存中尚未向UE發送的用戶分組。
可見，利用本發明無線通信系統中E-Node B具有的管理自身相關無線資源的能力，實現第三代移動通信系統中移動性管理之外的大部分無線資源管理功能，有效地提高了RAN(無線接入網)系統對於無線鏈路質量波動的反映速度，有利於提升系統的整體性能。
以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。
權利要求
1.一種無線通信系統，其特徵在於，包括演進核心網Evo1ved CN中的演進接入網關控制器E-GSN，以及E-GSN下轄的多個演進基站E-Node B；所述E-GSN負責對用戶設備UE的通信和對無線資源的協調與管理；所述E-Node B與E-GSN建立連接，用於完成無線接口物理層協議與媒體接入控制協議的處理以及自身無線資源的管理，並響應E-GSN的無線資源請求。
2.根據權利要求1所述無線通信系統，其特徵在於，所述E-Node B包括基站無線資源連接管理模塊，用於信令無線資源連接的管理以及用戶的測量報告和切換觸發管理；基站無線資源管理模塊及基站無線資源信息庫，基站無線資源管理模塊根據基站無線資源信息庫中的信息獨立完成其自身無線資源的管理；用戶測量管理模塊，用於處理UE的測量報告，當滿足切換條件時發送小區切換請求。
3.根據權利要求2所述無線通信系統，其特徵在於，所述基站無線資源連接管理模塊包括信令無線承載管理子模塊、無線資源連接移動性管理子模塊、UE測量報告子模塊、路由高層協議數據單元子模塊；所述基站無線資源管理模塊進行自身無線資源的管理包括無線資源接入控制、負載控制、無線擁塞控制、功率控制、資源分配與調度、與用戶設備UE之間數據重傳的控制、E-Node B下不同小區間切換的控制，並響應相關無線接入請求。
4.根據權利要求1所述無線通信系統，其特徵在於，所述E-GSN包括傳輸資源控制模塊，用於設定傳輸資源控制策略，並負責處理傳輸資源的負載控制、擁塞控制，並響應相關的連接接入請求；無線資源信息庫，用於存儲E-GSN下轄的各E-Node B的資源信息；無線資源協調模塊，用於根據設定的傳輸資源控制策略及存儲的E-NodeB的資源信息，響應高層的指配請求，根據高層的QOS要求建立相應的無線承載，同時請求E-Node B分配相關資源；基站測量管理模塊，用於處理基站之間的測量報告，並根據該測量報告獲取多個基站的資源信息，並為切換和無線承載提供參考消息。
5.根據權利要求4所述無線通信系統，其特徵在於，所述無線資源協調模塊將用戶業務QOS要求映射為相應的無線承載請求與傳輸承載請求，再與其下轄的各E-Node B中的基站無線資源管理模塊通過信令交互，建立並控制業務面。
6.一種基於權利要求1所述無線通信系統的無線資源管理方法，所述系統包括演進核心網Evolved CN中的一個演進接入網關控制器E-GSN，以及E-GSN下轄的多個演進基站E-Node B；其特徵在於，所述方法包括步驟A、E-Node B對其無線資源進行管理並向E-GSN上報無線資源的處理結果；B、所述E-GSN根據接收的處理結果控制及協調相關的資源，並以小區為單位建立下轄各個小區的無線資源可用狀態及處理負荷；C、當需要進行E-Node B間切換時，E-GSN根據其記錄的各個小區的無線資源可用狀態及處理負荷控制完成E-Node B間的切換過程。
7.根據權利要求6所述的方法，其特徵在於，所述步驟A中E-Node B對其無線資源進行管理的過程包括E-Node B對其無線資源進行分配或重配、資源保留及資源釋放。
8.根據權利要求6所述的方法，其特徵在於，在所述步驟B和步驟C之間還包括步驟用戶設備UE向源E-Node B發送測量報告，所述測量報告至少包括候選小區導頻質量信息；源E-Node B根據收到的測量報告觸發切換請求，通過其與E-GSN之間的接口上報給E-GSN。
9.根據權利要求6、7或8所述的方法，其特徵在於，所述步驟C包括C1、E-GSN根據源E-Node B提供的用戶設備UE的切換請求及其記錄的各個小區的無線資源可用狀態及處理負荷量度選擇目標小區和伴隨的目標E-Node B；C2、按照預定的資源管理策略控制所述UE切換到所述目標小區，並使UE建立與目標E-Node B的連接。
10.根據權利要求9所述的方法，其特徵在於，所述步驟C2包括C21、在UE執行切換過程前，E-GSN請求目標E-Node B為待接納UE分配和保留相應的資源；C22、目標E-Node B為待接納UE分配和保留相應的資源完成後，E-GSN通過源E-Node B指示UE進行切換過程；C23、UE切換完成後E-GSN指示源E-Node拆除原有的用戶面鏈路。
11.根據權利要求10所述的方法，其特徵在於，所述步驟C22進一步包括E-GSN指示UE進行切換過程的同時，請求Evolved CN用戶面進行UE數據鏈路切換；E-GSN用戶面對UE進行數據鏈路切換完成後，E-GSN用戶面下發的數據由目標E-Node B進行緩存。
12.根據權利要求10所述的方法，其特徵在於，所述步驟C22進一步包括當源E-Node B收到E-GSN下發的UE進行切換的指示後，向目標E-NodeB前轉支持無損切換所需的用戶分組。
13.根據權利要求12所述的方法，其特徵在於，所述支持無損切換所需的用戶分組包括源E-Node B已向UE發送但未收到UE確認的用戶分組、源E-Node B緩存中尚未向UE發送的用戶分組。
全文摘要
本發明公開了一種無線通信系統，包括演進核心網Evolved CN中的一個演進接入網關控制器E－GSN，以及E－GSN下轄的多個演進基站E－Node B；所述E－GSN負責對用戶設備UE的通信和對無線資源的協調與管理；所述E－Node B與E－GSN建立連接，用於完成無線接口物理層協議與媒體接入控制協議的處理以及自身無線資源的管理，並響應E－GSN的無線資源請求。本發明還公開了一種基於該無線通信系統的無線資源管理方法。利用本發明，可以大大降低用戶面的時延，提高無線資源管理的處理速度和效率，有利於支持無損切換的實施，提升用戶的體驗，大大減輕了安全和維護成本。
文檔編號H04W76/02GK1997215SQ200610005218
公開日2007年7月11日 申請日期2006年1月3日 優先權日2006年1月3日
發明者王宗傑 申請人:華為技術有限公司