专利名称：无线接入网络架构及其实时业务无损迁移的实现方法
技术领域：
本发明涉及网络通信领域，尤其涉及一种无线接入网络架构及其业务无损迁移的实现方法。
背景技术：
UMTS(Universal Mobile Telecommunications System，通用移动通信系统)是一种采用WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access，宽带码分多址)空中接口技术的第三代移动通信系统，通常也把UMTS系统称为WCDMA通信系统。UMTS系统采用了与第二代移动通信系统类似的系统结构，其系统结构如图1所示。该系统结构主要包括RAN(Radio AccessNetwork，无线接入网络)和CN(Core Network，核心网络)。其中RAN用于处理所有与无线有关的功能，而CN处理UMTS系统内所有的话音呼叫和数据连接，并实现与外部网络的交换和路由功能。CN从逻辑上分为电路交换域(Circuit Switched，CS)和PS(Packet Switched，分组交换域)。UTRAN(UMTS Territorial Radio Access Network，UMTS陆地无线接入网)、CN与用户设备一起构成了整个UMTS系统。
UTRAN的网络结构如图2所示，包含一个或几个RNS(无线网络子系统)。一个RNS由一个RNC(Radio Network Controller，无线网络控制器)和一个或多个NodeB(基站)组成。RNC与CN之间的接口是Iu接口，NodeB和RNC通过Iub接口连接。在UTRAN内部，RNC之间通过Iur互联，Iur可以通过RNC之间的直接物理连接或通过传输网连接。RNC用来分配和控制与之相连或相关的NodeB的无线资源。NodeB则完成Iub接口和Uu接口之间的数据流的转换，同时也参与一部分无线资源管理。
NodeB是WCDMA系统的基站(即无线收发信机)，包括无线收发信机和基带处理部件。通过标准的Iub接口和RNC互连，主要完成Uu接口物理层协议的处理。它的主要功能是扩频、调制、信道编码及解扩、解调、信道解码，还包括基带信号和射频信号的相互转换等功能。
RNC用于控制UTRAN的无线资源，主要完成连接建立和断开、切换、宏分集合并、无线资源管理控制等功能。具体如下1、执行系统信息广播与系统接入控制功能；2、切换和RNC Relocation(迁移)或重定位等移动性管理功能；3、宏分集合并、功率控制、无线承载分配等无线资源管理和控制功能。
3GPP(Third Generation Partnership Projects，第三代伙伴组织计划)考虑到未来网络的竞争能力，目前正在考虑网络在未来该如何演进，有很多种演进方案在3GPP展开了讨论，网络演进的目的是希望提供一种低时延、高数据速率、高系统容量和覆盖、低成本、完全基于IP的网络。
现有的一种网络演进方案为两层节点架构，该架构的示意图如图3所示。在这种架构下，ERS(Edge Radio Station，边界无线站)是演进后的NodeB，具有以前大部分的RNC的功能，并采取新的物理层技术，如OFDM(orthogonal frequency division multiplexing，正交频分复用)，IAGW(IPAccess GateWay，IP接入网关)具有部分SGSN(Serving GPRSSupporting Node，服务通用分组无线业务支持节点)的功能和以前GGSN(Gateway GPRS Supporting Node，网关通用分组无线业务支持节点)的功能。
为了保证现有UTRAN架构的平滑演进，两层节点架构最大限度地重用了现有协议。在无线接口侧，ERS由于合并了以前大部分的RNC的功能，除了保留原有的物理层功能(L1)，又加入了MAC(Mdium Access Control，媒质接入控制层)层、RLC(Radio Link Control，无线链路控制)层、PDCP(Packet Data Convergence Protocol，分组数据会聚协议)层、RRC(Radio Resources Control，无线电资源控制)层等协议层的功能。在ERS和IAGW间采用GTP-U(GPRS Tunneling Protocol for User Plane，GPRS隧道协议用户平面)隧道传输协议。演进后的两层节点架构，由于无线接口协议栈或用户面协议栈的下移，减少了传输节点，使得呼叫建立延时和传输延时缩短，提高了数据传输性能。
在上述的两层节点架构下，由于空口协议栈下移至ERS处理，当发生ERS间的切换流程时，源ERS必须将其内保存的UE上下文经IAGW转发到目标ERS中，整个迁移流程如图4所示。在图4所示的流程中，SERS为源ERS，TERS为目标ERS。包括如下步骤1、SERS根据所收集的测量数据判决UE需向TERS切换。由于在演进架构中，SERS与TERS间无Iur接口，无法交流数据。于是，SERS判决在硬切换的同时，Iu接口需进行重定位，向IAGW发送RELOCATION REQUIRED(需要重定位)消息，触发Relocation过程。
2、IAGW收到上述RELOCATION REQUIRED消息后，发送RELOCATION REQUEST(重定位请求)消息至TERS，请求TERS为UE预分配所需要资源。
3、TERS接收到RELOCATION REQUEST消息后，启动相关的资源分配程序，建立RRC连接、RAB(Radio Access Bearer无线接入承载)承载。具体处理过程为建立PDCP/RLC/MAC实体，建立新的无线链路，并启动新的无线链路上的发送和接收；同时启动建立GTP-U Tunnels for PSRABs(建立PS域无线接入承载的GTP_U隧道)传输承载，建立TERS与IAGW之间的用户面承载。在所有必需的资源成功建立、分配后，目标ERS将发送RELOCATION REQUEST ACKNOWEDGE(重定位请求确认)消息到IAGW，确认资源分配成功。
4、IAGW接收到RELOCATION REQUEST ACKNOWEDGE消息后，判决目标系统的资源分配已经准备就绪，决定继续重定位流程。此时IAGW将发送RELOCATION COMMAND(重定位命令)消息到源ERS，通知源ERS触发重定位的执行。
5、源ERS接收到RELOCATION COMMAND消息后，终止重定位准备过程，并读取RELOCATION COMMAND消息的切换相关参数，准备硬切换的PHYSICAL CHANNEL RECONFIGURATION(物理信道重新配置)消息，通过Uu接口将该PHYSICAL CHANNEL RECONFIGURATION消息发送至UE，触发UE接入目标小区。
6、UE接收到PHYSICAL CHANNEL RECONFIGURATION消息后，将按照PHYSICAL CHANNEL RECONFIGURATION消息提供的信息接入目标小区。当成功地接入目标小区后，UE将发送PHYSICAL CHANNELRECONFIGURATION COMPLETE(物理信道重新配置完成)消息给TERS，通知TERS切换成功，触发TERS重定位的执行。
7、TERS收到PHYSICAL CHANNEL RECONFIGURATIONCOMPLETE消息后，开始执行SERS功能；并发送RELOCATION DETECT(重定位检测)消息至IAGW，指出检测到SRNS(Serving Radio NetworkSubsystem，服务无线网络子系统)进行重定位。IAGW收到该消息后，将用户面由SERS切换至TERS。
8、TERS向IAGW发送RELOCATION COMPLETE(重定位完成)消息，通知IAGW目标ERS已完成RELOCATION过程。IAGW收到RELOCATION COMPLETE消息，执行Iu release命令，释放到SERS的Iu接口连接。在实时情况下，源ERS将丢弃其保存的数据帧，
上述迁移流程的缺点为整个迁移流程比较复杂。为了保证切换过程的延时，在实现迁移的过程中，源ERS中的数据，比如，其保存的UE上下文信息，无法按照无损迁移流程那样从源ERS转移到目标ERS，从而造成了大量的数据丢失。
发明内容
鉴于上述现有技术所存在的问题，本发明的目的是提供一种无线接入网络架构及其实时业务无损迁移的实现方法，从而可以在保证UE切换过程实时性的同时，实现UE的实时业务数据在源基站和目的基站之间无损迁移。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的一种无线接入网络架构，包括，边界无线基站ERS和IP接入网关IAGW，其特征在于ERS中的空口协议栈包括扩展的媒质接入控制层E-MAC和分布式扩展的无线链路控制层E-RLC；IAGW包括了分布式E-RLC的无线接口协议栈和无线电资源控制RRC层的无线接口协议栈。
所述的分布式E-RLC包括核心网无线链路控制CRLC模块对于采用应答模式AM承载的数据业务，IAGW通过该模块将该数据业务传递给RRLC模块，CRLC模块还提供重传缓冲区保存该数据业务；接入网无线链路控制RRLC模块ERS通过该模块将CRLC模块传递过来的所述采用AM承载的数据业务传递给UE，RRLC模块还提供重传缓冲区保存该数据业务；应答ACK/错误应答NACK模块ERS通过该模块接收UE发送的ACK/NACK消息，删除RRLC的重传缓冲区中已确认消息或重传未正确接受消息；所述的分布式E-RLC包括同步及流控模块周期或条件触发更新CRLC的重传缓冲区的流程，同时根据服务质量QOS及无线链路情况执行数据业务的流控功能。
所述的分布式E_RLC通过修改无线协议栈RLC协议和Iu接口的无线网络子系统应用协议GTP_U协议来实现。
一种无线接入网络中无损不重复地发送数据帧的方法，包括步骤A、当工作在AM的UE未切换时，RRLC将CRLC下发的数据通过E_MAC层下发到UE，该数据在RRLC和CRLC的重传缓冲区中都保存，UE发送ACK/NACK消息给RRLC，根据该ACK/NACK消息，ERS和IAGW进行相应的处理；B、当UE发生小区切换时，当目标ERS与UE建立了无线链路后，UE把所有未发的ACK/NACK消息发送到目标ERS，通过目标ERS或IAGW将IAGW重传缓冲区的数据发送给所述UE。
所述的步骤A具体包括A1、IAGW将数据下发到ERS，同时在CRLC的重传缓冲区保存该数据，ERS的RRLC对接收到的数据通过E_MAC层下发到UE，同时也在其重传缓冲区保存该数据的；A2、当UE接收到所述数据后，如果接收正确，则发送ACK消息给ERS，ERS接收到该消息后，删除RRLC的重传缓冲区中的相应数据帧；否则，发送NACK消息给ERS，ERS接收到该消息后，重新发送RRLC的重传缓冲区中的相应数据帧给UE。
所述的步骤A还包括当达到某个设定时刻或阈值时，同步及流控模块根据RRLC的中的重传缓冲区情况更新CRLC的重传缓冲区，删除RRLC已确认的数据帧。
所述的步骤B具体包括B1、当UE发生小区切换时，当源ERS的重传缓冲区填满后，RRLC丢弃CRLC下发的数据帧或指示CRLC停止向其下发数据帧，当目标ERS与UE建立无线链路后，UE把所有未发的ACK/NACK消息发送到目标ERS；B2、目标ERS把接收的ACK/NACK消息发送到IAGW，IAGW的CRLC根据该ACK/NACK消息，对CRLC的重传缓冲区的数据进行确认或重发给所述UE；或者，目标ERS接收CRLC的重传缓冲区的数据，利用接收的ACK/NACK消息，对该数据进行确认或重发的工作。
所述的步骤B1具体包括B11、在UE执行切换时，IAGW通知目标ERS为所述UE建立无线链路和Iu+传输承载，IAGW还通过源ERS通知所述UE进行空口协议栈重配置，切换至目标ERS所覆盖的小区；B12、UE重配置其空口协议栈完成后，向IAGW发送切换完成消息，，UE还上传所有未发送的ACK/NACK消息给目标ERS。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明通过对现有的两层节点网络架构的ERS和IAGW的功能进行重新设计，采用分布式E_RLC代替UE上下文的转移，简化了UE的实时业务数据的迁移流程。可以在不中断数据发送的前提下，在切换锚点处完成了下行数据缓存的重建，在保证切换过程实时性的同时，保证了切换过程中的业务数据无损迁移。
图1为UMTS系统的结构示意图；图2为UTRAN的网络结构示意图；图3为现有的无线接入网络两层节点架构的示意图；
图4为现有的无线接入网络两层节点架构中伴随迁移过程的流程图；图5为本发明所述方法的具体实现方式的处理流程图；图6为无切换时通过在源ERS上使用的无线接口协议栈E_RLC实例，在源ERS上进行数据帧的重传过程示意图；图7为UE切换时通过在IAGW和目标ERS间使用的无线接口协议栈E_RLC实例进行数据帧的重传过程示意图。
具体实施例方式
本发明提供了一种无线接入网络架构及其实时业务无损迁移的实现方法，本发明的核心为采用分布式E_RLC协议代替UE上下文的转移，简化了迁移流程。
本发明提出的无线接入网络架构为一种新的两层节点网络架构。该架构对现有的两层节点网络架构的ERS和IAGW的功能重新进行设计。具体如下ERS中的空口协议栈由原有的MAC/RLC/PDCP演进成E-MAC(扩展的MAC)/分布式E-RLC(扩展的RLC)，其中E-MAC除保留原有的MAC层功能外。对于采用AM(应答模式)模式承载的数据业务而言。分布式E-RLC继承了RLC层原有的执行缓冲和重传机制的ARQ(自动请求重发)功能，以保证数据的顺序传递。而对于采用UM(无应答模式)和TM(通信管理)模式承载的实时业务，分布式E-RLC层则需提供一定的缓存能力，以在数据传输过程中，提供E-RLC协议层和E-MAC协议层间的流控机制，保证数据传输的顺利进行。
IAGW除了实现原有的核心网结点功能外，还包括了分布式E-RLC层、RRC层的无线协议栈。
所述的分布式E-RLC包括核心网无线链路控制CRLC模块对于采用应答模式AM承载的数据业务，IAGW通过该模块将该数据业务传递给RRLC模块，CRLC模块还提供重传缓冲区保存该数据业务；接入网无线链路控制RRLC模块ERS通过该模块将CRLC模块传递过来的所述采用AM承载的数据业务传递给UE，RRLC模块还提供重传缓冲区保存该数据业务；应答ACK/错误应答NACK模块ERS通过该模块接收UE发送的ACK/NACK消息，删除RRLC的重传缓冲区中已确认消息或重传未正确接受消息；同步及流控模块周期或条件触发更新CRLC的重传缓冲区的流程，同时根据服务质量QOS及无线链路情况执行数据业务的流控功能。
所述的分布式E_RLC可以通过修改无线协议栈RLC协议和Iu接口的GTP_U(无线网络子系统应用协议)协议来实现。
基于上述无线接入网络架构，本发明提供了一种无损不重复地发送数据帧的方法，该方法的具体实现方式的处理流程如图5所示，包括如下步骤步骤5-1、当工作在AM的UE未切换时，UE发送ACK/NACK消息给RRLC，根据该ACK/NACK消息，ERS和IAGW对重传缓冲区中的数据进行相应的处理。
UE未切换时，当UE工作在AM时，CRLC将数据下发到RRLC，同时在重传缓冲区保留一份拷贝，RRLC对该数据做相关处理后再通过E_MAC层下发到UE，同时也同样在自己的重传缓冲区保留一份拷贝。当UE接收到数据后，若接收正确就发送ACK消息给ERS；若接收错误就发送NACK消息给ERS。
ERS的RRLC接收到UE的ACK/NACK消息后，若为ACK消息，则删除ERS的重传缓冲区中的相应数据帧；若为NACK消息，则重新发送ERS的重传缓冲区中的相应数据帧。
当达到某个时刻或某个阈值时，同步及流控模块根据ERS中的重传缓冲区情况更新IAGW的重传缓冲区，删除RRLC已确认的数据帧。
上述在源ERS上进行数据帧的重传过程示意图如图6所示。
步骤5-2、当UE发生小区切换时，当目标ERS与UE建立无线链路后，UE把所有未发的ACK/NACK消息发送到目标ERS，通过目标ERS或IAGW将IAGW重传缓冲区的数据发送给所述UE。
当UE发生小区切换时，由于源ERS与UE的无线链路中断，源ERS上的RRLC收不到任何ACK/NACK消息，源ERS的重传缓冲区会被填满，RRLC将丢弃CRLC下发的数据帧或指示CRLC停止下发。
在UE执行切换时，IAGW通过和目标ERS间的Iu+接口，通知目标ERS为所述UE建立无线链路和Iu+传输承载，同时通过源ERS通知所述UE进行空口协议栈重配置，切换至目标ERS所覆盖的小区；UE重配置其空口协议栈完成后，向IAGW发送切换完成消息，指示其切换过程已经完成，随后，当目标ERS与UE建立了无线链路后，UE上传所有未发送的ACK/NACK消息给目标ERS。
目标ERS与IAGW建立了数据传输链路后，目标ERS把接收的ACK/NACK消息发送到IAGW中的CRLC，CRLC根据该ACK/NACK消息，对IAGW重传缓冲区的数据进行确认或重发给所述UE；或者，目标ERS接收IAGW重传缓冲区的数据，利用接收的ACK/NACK消息，对该数据进行确认或重发的工作。
上述通过在IAGW和目标ERS间使用的无线接口协议栈E_RLC实例进行数据帧的重传过程示意图如图7所示。
总之，该改进方案是一种高效优化的RLC协议演进方案，上述本发明所述改进后的两层节点架构中的切换流程和实时业务迁移过程比现有的切换流程和实时业务迁移过程简单，不需要额外的信令就可以保证无损不重复的数据帧发送。而且能够应付更多的例外情况。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
权利要求
1.一种无线接入网络架构，包括，边界无线基站ERS和IP接入网关IAGW，其特征在于ERS中的空口协议栈包括扩展的媒质接入控制层E-MAC和分布式扩展的无线链路控制层E-RLC；IAGW包括了分布式E-RLC的无线接口协议栈和无线电资源控制RRC层的无线接口协议栈。
2.根据权利要求1所述的无线接入网络架构，其特征在于，所述的分布式E-RLC包括核心网无线链路控制CRLC模块对于采用应答模式AM承载的数据业务，IAGW通过该模块将该数据业务传递给RRLC模块，CRLC模块还提供重传缓冲区保存该数据业务；接入网无线链路控制RRLC模块ERS通过该模块将CRLC模块传递过来的所述采用AM承载的数据业务传递给UE，RRLC模块还提供重传缓冲区保存该数据业务；应答ACK/错误应答NACK模块ERS通过该模块接收UE发送的ACK/NACK消息，删除RRLC的重传缓冲区中已确认消息或重传未正确接受消息。
3.根据权利要求2所述的无线接入网络架构，其特征在于，所述的分布式E-RLC包括同步及流控模块周期或条件触发更新CRLC的重传缓冲区的流程，同时根据服务质量QOS及无线链路情况执行数据业务的流控功能。
4.根据权利要求2所述的无线接入网络架构，其特征在于，所述的分布式E-RLC通过修改无线协议栈RLC协议和Iu接口的无线网络子系统应用协议GTP_U协议来实现。
5.一种无线接入网络中无损不重复地发送数据帧的方法，其特征在于，包括步骤A、当工作在AM的UE未切换时，RRLC将CRLC下发的数据通过E_MAC层下发到UE，该数据在RRLC和CRLC的重传缓冲区中都保存，UE发送ACK/NACK消息给RRLC，根据该ACK/NACK消息，ERS和IAGW进行相应的处理；B、当UE发生小区切换时，当目标ERS与UE建立了无线链路后，UE把所有未发的ACK/NACK消息发送到目标ERS，通过目标ERS或IAGW将IAGW重传缓冲区的数据发送给所述UE。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述的步骤A具体包括A1、IAGW将数据下发到ERS，同时在CRLC的重传缓冲区保存该数据，ERS的RRLC对接收到的数据通过E_MAC层下发到UE，同时也在其重传缓冲区保存该数据的；A2、当UE接收到所述数据后，如果接收正确，则发送ACK消息给ERS，ERS接收到该消息后，删除RRLC的重传缓冲区中的相应数据帧；否则，发送NACK消息给ERS，ERS接收到该消息后，重新发送RRLC的重传缓冲区中的相应数据帧给UE。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述的步骤A还包括当达到某个设定时刻或阈值时，同步及流控模块根据RRLC的中的重传缓冲区情况更新CRLC的重传缓冲区，删除RRLC已确认的数据帧。
8.根据权利要求5、6或7所述的方法，其特征在于，所述的步骤B具体包括B1、当UE发生小区切换时，当源ERS的重传缓冲区填满后，RRLC丢弃CRLC下发的数据帧或指示CRLC停止向其下发数据帧，当目标ERS与UE建立无线链路后，UE把所有未发的ACK/NACK消息发送到目标ERS；B2、目标ERS把接收的ACK/NACK消息发送到IAGW，IAGW的CRLC根据该ACK/NACK消息，对CRLC的重传缓冲区的数据进行确认或重发给所述UE；或者，目标ERS接收CRLC的重传缓冲区的数据，利用接收的ACK/NACK消息，对该数据进行确认或重发的工作。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述的步骤B1具体包括B11、在UE执行切换时，IAGW通知目标ERS为所述UE建立无线链路和Iu+传输承载，IAGW还通过源ERS通知所述UE进行空口协议栈重配置，切换至目标ERS所覆盖的小区；B12、UE重配置其空口协议栈完成后，向IAGW发送切换完成消息，，UE还上传所有未发送的ACK/NACK消息给目标ERS。
全文摘要
本发明提供了一种无线接入网络架构及其业务无损迁移的实现方法，该架构主要包括物理节点ERS(边界无线基站)和IAGW(IP接入网关)及其上的分布式E_RLC(扩展的无线链路控制层)协议。该方法主要包括当工作在AM(应答模式)的UE未切换时，RRLC将CRLC下发的数据通过E_MAC层下发到UE，UE发送ACK/NACK(应答/错误应答)消息给RRLC，根据该ACK/NACK消息，ERS和IAGW进行相应的处理；当UE发生小区切换时，当目标ERS与UE建立无线链路后，UE把所有未发的ACK/NACK消息发送到目标ERS，通过目标ERS或IAGW将IAGW重传缓冲区的数据发送给所述UE。利用本发明所述方法，可以在保证UE切换过程实时性的同时，实现UE的业务数据在源基站和目的基站之间无损迁移。
文档编号H04L12/28GK1992717SQ20051013684
公开日2007年7月4日 申请日期2005年12月30日 优先权日2005年12月30日
发明者王宗杰, 许炳, 梁欣刚 申请人:华为技术有限公司