用于使用蜂窝基础设施来管理小小区接入的方法和系统的制作方法
【专利摘要】在小小区接入点处用于卸载宏小区中的无线设备的方法和装置，所述方法在宏小区的基站与接入点之间建立无线链路信令连接；以及在信令连接上使用控制信令来卸载无线设备。此外，无线设备处的方法，所述方法接收标识候选小小区接入点集合的消息；从候选小小区接入点集合中选择至少一个接入点；报告所选择的至少一个接入点；接收使所述无线设备为目标小小区接入点做准备的准备消息，其中，目标小小区接入点包括在所选择的至少一个接入点中；以及将无线设备与目标小小区接入点相关联。
【专利说明】用于使用蜂窝基础设施来管理小小区接入的方法和系统
【技术领域】
[0001]本公开涉及通过小小区的网络接入的管理，具体地，涉及通过无线局域网(WLAN)接入点的网络接入点的蜂窝控制。
【背景技术】
[0002]广域蜂窝网络和无线局域网之间的交互目前是由分组核心网的元件使用更高层协议和过程来处理的。例如，分组核心网的元件可以是第三代合作伙伴计划(3GPP)长期演进(LTE)Sl 和 S2 接口。例如，在 3GPP 技术规范(TS) 36.413 “Evolved UniversalTerrestrial Rad1 Access Network(E-UTRAN) ；SlApplicat1n Protocol (SlAP)，，，v.11.3.0，Marchl8, 2013 中描述了 LTE SI 接口。在 3GPP TS23.402“Architecture enhancements fornon-3GPP accesses”, v.12.0.0, March8, 2013 中描述了 LTE S2 接口。TS36.413 和 TS23.402二者的内容通过引用的方式并入本文。这种接入超出了 WLAN或蜂窝网络中的任意一个中的无线接入基础设施的范围。
[0003]通常，基站与蜂窝网络之间的通信涉及通过网络基础设施的回程设施发送的信令。可以例如通过LTE X2接口直接在基站之间执行这种交互，或者可以经由分组核心网的诸如LTE SI接口等的元件间接执行这种交互。然而，由于网络基础设施的物理拓扑，使得显著的延迟可能在这些交互中是固有的，这在尝试在LTE宏小区与小小区之间实现更紧密的协作并且为了无缝移动性时可能产生一定阻碍。这种小小区的一个示例是电子与电气工程师协会(IEEE) 802.11 网络，通常被称为 “WiFi ”。例如在 IEEE802.11-2012，“WirelessLAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specificat1ns”，March2012 中描述了这种网络，其内容通过引用的方式并入本文。
[0004]针对3GPP蜂窝网络与802.1lWLAN之间的互通的当前解决方案依赖于UE作出关于是否通过WLAN接入点尝试网络连接的决定。在UE已经作出该决策之后，经由WLAN的网络接入基于演进分组核心网(EPC)过程而不是无线接入网(RAN)过程。因此，蜂窝网络对UE选择与网络进行关联的方式、时间或地点具有很少的控制，这使得难以针对业务卸载管理802.11小小区的使用并且在LTE或其他网络技术与802.11或其他类似技术之间提供无缝移动性。
【专利附图】
【附图说明】
[0005]将参照附图来更好地理解本公开，在附图中:
[0006]图1是示出了宏小区内的小小区的示例性配置的框图；
[0007]图2是示出了包括回程的运营商实体的示例性架构的框图；
[0008]图3是示出了图2的运营商实体之间的信令路径的框图；
[0009]图4是示出了根据本公开的实施例的系统的架构的框图；
[0010]图5是示出了根据本公开的实施例的控制面和用户面连接接口的框图；
[0011]图6是示出了根据本公开的一个实施例的控制面和用户面数据的信号路径的框图；
[0012]图7是示出了小小区接入点内的逻辑实体的框图；
[0013]图8是示出了网络系统的各个组件内的逻辑实体的框图；
[0014]图9是示出了协议栈的框图；
[0015]图10是示出了向小小区接入点卸载无线设备的表格；
[0016]图11是示出了简化的网元的框图；以及
[0017]图12是示出了用于与本公开的实施例一起使用的示例性无线设备的框图。
【具体实施方式】
[0018]本公开提供了一种在小小区接入点处用于卸载宏小区中的无线设备的方法，所述方法包括:在所述宏小区的基站与所述小小区接入点之间建立无线链路信令连接；以及在所述无线链路信令连接上使用控制信令来卸载所述无线设备。
[0019]本公开还提供了一种用于卸载宏小区中的无线设备的小小区接入点，所述小小区接入点包括:处理器；以及通信子系统，其中，所述小小区接入点被配置为:在所述宏小区的基站与所述小小区接入点之间建立蜂窝无线链路信令连接；以及在所述蜂窝无线链路信令连接上使用控制信令来卸载所述无线设备。
[0020]本公开还提供了一种连接到宏小区的无线设备处的方法，所述方法包括:接收标识候选小小区接入点集合的消息；从所述候选小小区接入点集合中选择至少一个小小区接入点；报告所选择的至少一个小小区接入点；接收使所述无线设备为目标小小区接入点做准备的准备消息，其中，所述目标小小区接入点被包括在所选择的至少一个小小区接入点中；以及将所述无线设备与所述目标小小区接入点相关联。
[0021]本公开还提供了一种连接到宏小区的无线设备，所述无线设备包括:处理器；以及通信子系统，其中，所述无线设备被配置为:接收标识候选小小区接入点集合的消息；从所述候选小小区接入点集合中选择至少一个小小区接入点；报告所选择的至少一个小小区接入点；接收使所述无线设备为目标小小区接入点做准备的准备消息，其中，所述目标小小区接入点被包括在所选择的至少一个小小区接入点中；以及将所述无线设备与所述目标小小区接入点相关联。
[0022]为了满足对无线数据日益增加的需求，高功率室外宏小区的当前网络模型可能需要增加诸如微小区或微微小区等的低功率小区。小小区的一个示例是802.11小小区，如2012年12月的3GPP TS23.402的版本11.5.0中所描述的。
[0023]在无线通信系统中，可以经由更高的信号与干扰噪声比(SINR)并且经由更大的无线资源空间重用二者来提高容量。在这一方面，小小区直接增加空间重用，因此增加系统容量。根据它们在其中操作的部署和干扰环境的特定细节，此类小小区可以或不可以传送改善的SINR。如果SINR改善，则可以进一步增加系统容量。
[0024]然而，向小小区移动可能增加系统中的基站的数量并且导致小区之间的覆盖重叠(计划的和非计划的)。例如，现在参照图1，图1示出了宏小区110和其中的多个小小区。小小区可以是独立的(例如小小区120)，或者可以被提供在群集(如群集130所示)中。在其他情况下，小小区可以重叠，例如，小小区140和142。其他示例是可能的。
[0025]虽然可以通过负责该小区的基站来协调该小区内的发送和接收，但是由于不同的管理域和/或由于基站之间的通信困难，使得基于无线传播的跨越小区边界的操作可能是不协调的。然而，完全不协调的操作可能最终导致不可接受的干扰电平，这可能使通过使用小小区实现的改善的信号电平的益处无效。在这些情况下，可能需要通过无线设备进行的活动参与，这是因为无线设备可能是可以在给定位置处看见对其产生影响的所有无线条件的唯一实体。
[0026]可以将小小区部署为诸如图1中的小小区120等的孤立小区以为热点提供服务。它们还可以作为诸如群集130等的小区群集来为高密度城市中心提供服务。它们还可以用作孤立小区或群集中的室内场所的一部分。
[0027]小小区还可以采用异构无线接入技术和配置。具体地，802.11无线LAN技术可以用作 LTE 宏小区下的小小区，如 3GPP TS36.300 “Evolved Universal Terrestrial Rad1Access (E-UTRA) and Evolved Universal Terrestrial Rad1 Access Network (E-UTRAN)；Overall descript1n ;Stage2” , v.11.5.0, Marchl8, 2013 中所描述的，其内容通过引用的方式并入本文。在该情况下，802.11接入点可以作为其覆盖计划的组成部分由蜂窝运营商来安装和管理。为了高效地管理无线资源，从宏小区向小小区的卸载可以由与宏小区相关联的集中式无线资源管理实体来控制和指导。
[0028]因此，本公开定义了用于管理宏小区与运营商控制的无线局域网小小区之间的交互的基于无线接入网(RAN)的机制。虽然贯穿本公开使用术语“宏小区”，但是该术语通常可以是指任意大小的蜂窝小区。根据所描述的实施例，使用宏小区的无线资源在空中传输与宏小区和小小区有关的实体之间的控制面信令，从而避免典型的回程设施的使用中所固有的长延迟。可以使用网络基础设施的回程设施来向WLAN小小区并且从WLAN小小区传输可能需要较大带宽的用户面业务。
[0029]本文所描述的实施例可以用于从蜂窝宏小区向WLAN小小区移动业务(卸载)或者用于从WLAN小小区向宏小区移动业务(加载)，并且更一般地，用于控制蜂窝小区和WLAN小小区之间或者WLAN小小区之间的移动性或切换。本文提供的机制还可以由宏小区使用来控制授权哪些无线设备(WD)通过WLAN小小区接入网络。这种授权可以使用例如IEEE802.11-2012中描述的技术。
[0030]在本公开中使用术语“无线设备”。无线设备在第三代合作伙伴计划中也称作用户设备(UE)并且在802.11中也称作无线站(STA)。此类设备的其他术语可以包括移动设备、移动台、智能电话或其他此类术语。更一般地，无线设备包括蜂窝网络和802.11无线接入技术(RAT)功能。
[0031]由宏小区使用蜂窝网络的控制面信令机制(例如但不限于无线资源控制(RRC)信令)来处理具有多RAT功能的无线设备的移动性管理。通过使用无线设备根据接入点信标和蜂窝参考信号导出的信号质量测量，宏小区可以将设备导向优选的服务小区或接入点。
[0032]在一些实施例中，宏小区通过经由蜂窝信令链路与接入点进行协调来促进无线设备接入或进入WLAN。具体地，宏小区对诸如802.11密钥等的密码密钥的选择和分配可以确保只有授权的设备才有权访问WLAN小小区。
[0033]小小区与宏小区之间的无线连接可以用于减小系统延迟并且减少操作成本。具体地，小小区可能通常不与宏小区位于同一位置处。这导致小小区基站需要其自己的回程设施，如下所述，所述小小区基站必须通过这些设施与诸如分组核心网实体等的其他网元和其他基站进行交互。然而，这些小小区回程能力通常将具有受限的带宽、显著的延迟和多个第一 /最后一英里技术(尤其包括光纤、DSL、电缆、微波、毫米波)。此外，蜂窝网络中的回程通常利用从第三方租赁的设施。例如，城域公共运营商可以提供回程设施。因此，例如基于产品带宽X距离的回程成本可以表示蜂窝运营商的持续经营成本的大部分。
[0034]现在参照图2，图2示出了蜂窝操作的示例性拓扑。具体地，蜂窝运营商聚合站点210可以由蜂窝运营商运行并且可以包括移动性管理实体212、服务网关214、分组数据网络(PDN)网关216和路由器218。
[0035]在图2的示例中，城域公共运营商可以提供回程设施,包括使用基干环(backbonering) 220、诸如微波环222和光纤收集器环224等的收集器环(collector ring)。
[0036]然后，演进节点B或其他基站可以使用用于连接到收集器环的各种第一 /最后一英里链路与蜂窝运营商聚合站点210中的实体进行通信。例如，宏站点230可以使用微波第一 /最后一英里链路来通过微波收集器环222进行通信。类似地，小站点232可以例如通过DSL第一 /最后一英里链路来与微波收集器环222进行通信。
[0037]类似地，宏站点242可以使用与光纤收集器环224的光纤连接。小站点240可以通过与宏站点242处的光纤连接的毫米波连接进行通信。
[0038]各个宏站点和小站点是蜂窝运营商的私有网络的一部分，例如由互联网工程任务组(IETF)请求注解(RFC) 1918“Address Allocat1n for Private Internets’^Feb.1996 提供的，其内容通过引用的方式并入本文。类似地，蜂窝运营商聚合站点210也是私有网络的一部分。然而，这是实体之间的通信通常必须穿过城域分布范围和最后一英里，这可能引起显著延迟。
[0039]现在参照图3。具体地，在图3中，使用私有蜂窝运营商网络的元件之间的通信路径描绘了图2的拓扑。如果宏站点230与小站点232进行通信，则城域分布回程通常不允许路由并且将需要通过蜂窝运营商聚合站点210来进行连接。
[0040]每次此类通信的典型延迟约为10毫秒，这可能针对宏站点与小小区站点之间的单个通信导致20毫秒的延迟。例如，这一点在3GPP TR36.932，“3rd Generat1nPartnership Project !Technical Specificat1n Group Rad1 Access Network !Scenar1sand requirements for small cell enhancements for E-UTRA and E-UTRAN(Releasel2)，，，v.12.1.0,March2013的第8页的表格6_1_1中被示出。具体地，虽然基站位于遍布在覆盖区域中的小区站点处，但是蜂窝网络的其他元件可以位于中心聚合站点处。从城域公共运营商的角度来看，蜂窝网络的小区站点和聚合站点表示私有网络的端点。
[0041]通过城域分布网络的伪线连接(即，虚拟点到点)用于在私有网络的端点之间传输业务。例如，伪线连接在 ffiTFRFC3985, “Pseudo Wire Emulat1n Edge-to-Edge (PWE3)Architecture”March2005中被描述,并且是指网络中的点到点连接的模拟。换言之，在小区站点与聚合站点之间传输业务。这也可以称作隧道化连接。
[0042]从蜂窝运营商的角度来看，在回程网络内不存在业务路由或交换。向聚合站点并且从聚合站点传递所有业务。换言之，在小区站点之间不存在不通过聚合站点的直接物理连接。因此，为了从一个小区站点向另一个小区站点发送业务，源基站必须通过伪线连接向聚合站点发送业务，然后在聚合站点处通过第二伪线连接将业务重导向目的地基站。
[0043]在图3的示例中，宏站点230必须向蜂窝运营商聚合站点210发送通信，如隧道310所示，并且蜂窝运营商聚合站点210向小小区站点232发送消息，如隧道312所示。类似地，如果宏站点240想要与小站点242进行通信，则在隧道320上向蜂窝运营商聚合站点210发送消息，然后蜂窝运营商聚合站点210使用隧道322向小小区站点242发送消息。
[0044]在表格1(根据上述TR36.932)的示例中示出了单向延迟和吞吐量，表格I示出了典型的预期吞吐量和延迟。
[0045]
回程技术I延迟(单向) [#?±1
光纤接入 I10-30ms1M -1OGbps
光纤接入 25-1Oms100-1OOOMbps
DSL 接入15-60ms10-1OOMbps
电缆25-35ms10-1OOMbps
无线回程5-35ms1Mbps -1OOMbps
[0046]表格1:示例性回程特性
[0047]如表格I中所示，针对每一次交易，两个方向的典型延迟可以在50与100毫秒之间。如果交易具有多个通信，则这种延迟可能变得太大而不切实际。
[0048]例如，用于蜂窝基站之间的切换的现有解决方案取决于通过基站之间的X2接口(参见例如2012年9月3GPP TS36.423vll.2.0)的信令和数据转发。然而，X2接口在伪线连接上可能需要针对上行链路的移动和针对下行链路的另一移动。由于回程基础设施的多次移动，这产生了转接(t1mboning)效果，从而不仅增加了延迟，而且还增加了在回程网络中消耗的带宽量。这种增加的带宽进而增加了租借的回程设施的成本。
[0049]由本文描述的实施例提供的解决方案采用基于RAN的方案以通过使用宏小区的无线资源来提供蜂窝基站与潜在的小小区WLAN接入点之间的直接信令路径以减小延迟。
[0050]此外，在当前系统中，在针对3GPP无线接入网具有很少或没有输入的情况下，WD可以基于在WD处执行的过程发现WLAN接入点。例如，WD可以配置有WD可以用于与网络建立连接的接入点列表和/或服务集合标识符(SSID)列表。该技术可以例如由依赖于与第三方的漫游协议来支持WLAN接入的蜂窝运营商使用。然而,维护第三方提供商使用的具有所有SSID的最新列表可能变得非常麻烦且不便。
[0051]在一些情况下，WD可以被编程以查询数据库从而识别适合用于与网络建立连接的WLAN接入点。这允许与选择过程一起使用除了接入点标识符和/或SSID之外的更复杂的策略和标准。然而，该技术仍然基于使用下载的配置而变差。在该解决方案中，不存在由3GPP RAN进行的直接控制。
[0052]基于上述内容，一定程度的RAN级控制或影响可能有益于将允许eNB与一个或多个运营商部署的接入点互操作的功能。虽然针对该功能存在核心网机制，但是需要更紧密地集成无线等级控制机制。
[0053]在一些情况下，这种控制可以例如允许响应于WD在接入点的小小区覆盖区域与宏eNB之间移动、响应于无线或回程负载或者响应于体验质量(QoE)变化,允许快速切换或快速卸载/加载数据。在本文提供的一些实施例中，网络可以指导或辅助WD将其业务中的一些或全部切换或以其他方式卸载到具有低负载并且在WD处具有良好的接收信号强度指示(RSSI)的接入点。当WD离开覆盖区域时或者当蜂窝网络上的负载已经减小时，也可以提供辅助以切换回eNB。此外，在一些修改的架构中，网络可以指导或辅助WD以在WD移动时卸载到接入点中的另一个接入点。这些控制机制中的一些可能要求通过诸如上文关于图2所示的回程网络等的特定回程网络可得到的更低延迟。
[0054]因此，根据本公开，可以提供基于新的或修改的无线接入网的机制以管理宏小区与运营商控制的WLAN小小区之间的交互。可以使用宏小区的无线资源在空中传输宏小区和小小区中的实体之间的控制面信令，从而避免可能在回程设施的使用中固有的长延迟，如上所述。如国际电报电话咨询委员会(CCITT) 1.321，1991中所定义的，控制面具有分层结构，并且执行呼叫控制和连接控制功能；它处理用于建立、管理和释放呼叫和连接必需的信令。该面上的各种消息尤其包括信号强度测量报告、自动重传请求消息传送、无线资源指派、调制和编码指派。
[0055]可以使用网络基础设施的回程设施向WLAN小小区或者从WLAN小小区传输可能需要较大带宽的用户面业务。如CCITT 1.321中所定义的，用户面具有提供用户信息流传输以及相关联的控制(例如，流控制、以及错误恢复等)的分层结构。
[0056]参照图4提供了本公开的一个实施例的功能性系统架构。如图4中所示，无线设备410可以与宏小区基站420和小小区接入点430进行通信。具体地，无线设备410与宏小区420之间的通信使用宏小区无线链路422。类似地，无线设备410与小小区接入点430之间的通信使用小小区无线链路432。
[0057]根据本公开，宏小区基站420在宏小区基站420与小小区接入点430之间具有无线接入协调链路424。无线接入协调424利用宏小区与小小区之间的蜂窝链路。
[0058]宏小区基站420和小小区接入点430中的每一个具有与业务交换点450的回程连接。然后，小小区接入点450可以连接到诸如互联网460或蜂窝运营商的私有网络等的各种网络。
[0059]在宏小区站点与小小区站点之间使用分路连接可以帮助减小将无线设备卸载到小小区时遇到的延迟并且最小化将用户数据业务重导向到小小区所需的宏蜂窝无线资源，其中，控制面信令在空中传播并且用户面业务通过有线回程传播。
[0060]在一个实施例中，无线设备410使用多个无线接入技术接口接入宏小区和小小区二者可以由与宏小区相关联的无线接入协调功能(RACF)来管理。
[0061]在本公开的实施例的系统架构中，小小区接入点附属于宏小区基站，并且可以由宏小区控制SCAP上的某一动作。在一些实施例中，这意味着小小区接入点非自主地进行操作，并且一般不提供对设备的访问，而是小小区接入点按照RACF所指导的仅向无线设备提供服务。
[0062]在其他实施例中，运营商策略可以允许小小区接入点为还未由RACF导向接入点的无线设备(例如，不具有与宏小区的连接的设备)提供服务。
[0063]因此，根据本公开，无线接入协调功能(RACF)促进在宏小区环境中的WLAN小小区无线资源的使用。这可以通过多个过程和机制来实现，这些过程和机制包括:使用蜂窝网络的无线资源与小小区接入点进行通信的方式；从小小区接入点接收操作状态，该操作状态包括WLAN无线链路上的当前业务负载；向无线设备发送WLAN信号质量测量指令，该指令包括用于标识潜在较大的接入点的访问集合中要由设备测量的小小区接入点的子集的信息；从无线设备接收WLAN信号质量测量；向小小区接入点发送卸载指示，所述卸载指示包括进入无线设备的标识(如以下参照图10所描述)，以及与该设备相关联的安全性凭证(例如以下所描述的配对主密钥)；以及向无线设备发送卸载指示，该卸载指示包括目标小小区接入点的标识和与该接入点相关联的安全性凭证。
[0064]在一个实施例中，无线设备可以在蜂窝网络的指导下操作，以通过WLAN接入点获得网络接入。这可以通过多种机制和过程来实现，所述机制和过程可以包括:从RACF接收WLAN信号质量测量指示，该指示包括用于标识潜在较大的接入点集合中要由无线设备测量的小小区接入点的子集的信息；向RACF发送WLAN信号质量测量；WRACF接收卸载指示，该卸载指示包括目标小小区接入点的标识以及与该小小区接入点相关联的安全性凭证；以及使用提供的安全性凭证通过目标小小区接入点得到网络接入的方式。
[0065]此外，小小区接入点可以在蜂窝网络的指导下操作，并且使用WLAN技术提供对无线设备的网络访问。这可以通过多种机制和过程来实现，所述机制和过程可以包括:作为WLAN接入点操作以与具有多RAT能力的无线设备进行通信的能力，用于使用蜂窝网络的无线资源与RACF进行通信的方式；向RACF发送小小区接入点操作状态，该操作状态包括WLAN无线链路上的当前业务卸载；从RACF接收卸载指示,该卸载指示包括进入无线设备的标识和与该设备相关联的安全性凭证；以及由进入无线设备使用提供的安全性凭证认证网络接入尝试的方式。下面提供这些过程和其他过程。
[0066]功能小小区接入点(SCAP)网络架构
[0067]现在参照图5，图5示出了本文所描述的实施例的功能性网络架构。
[0068]在图5中，无线设备510可以配备有多个无线网络接口，每一个无线网络接口可以支持不同的无线接入技术(RAT)。例如，无线设备可以配备有广域蜂窝网络接口(例如，LTE接口 )和局域网接口(例如，802.11接口)。设备通过蜂窝无线链路与宏小区基站520进行通信。无线链路可以例如是LTE逻辑Uu接口。
[0069]设备510还通过无线LAN无线链路与小小区接入点530进行通信。例如，逻辑接口可以是LTE SWw接口。
[0070]无线设备能够通过其相应的接口同时与基站520 (在LTE中也被称为eNB)和小小区接入点530进行通信。
[0071]根据本公开的一个实施例，在RACF的指导下，无线设备510能够执行与来自由RACF标识的一个或多个SCAP的传输有关的信号质量测量。在RACF的指导下，无线设备然后能够经由由RACF标识的SCAP并且使用由RACF提供的安全性凭证来发起网络接入。
[0072]宏小区eNB520提供涵盖一个或多个小小区接入点的广域(高功率)覆盖范围。eNB使用在本公开中标识为Stip的接口来维护与业务交换点540的有线回程连接。这种接口可以用于向宏小区eNB520为其提供服务的无线设备并且从该无线设备传输用户面数据分组。
[0073]宏小区eNB还维护通过回程设施与移动性管理实体542的控制面连接。例如，宏小区eNB与回程设施之间的接口可以是S1-MME接口。
[0074]与宏小区eNB相关联的无线接入协调功能可以指示无线设备执行与来自由RACF标识的一个或多个SCAP的传输有关的信号质量测量。同时，RACF可以从具有宏小区的域的SCAP接收关于当前业务负载和其他操作方面的报告。
[0075]基于来自SCAP和来自无线设备的报告并且可能通过与eNB中的无线资源调度器协作，RACF可以指导设备510连接到SCAP530以便从宏小区卸载业务。可以由RACF向SCAP530和设备提供安全性凭证以实现在SCAP530与设备510之间建立可信关系(例如，如IEEE802.11-2012 中所定义的)。
[0076]小小区接入点530使用诸如802.11等与宏小区eNB所利用的无线接入技术不同的无线接入技术来提供局域(低功率)覆盖。例如，在上述3GPP TR36.932文档中提供针对这种局域覆盖的功率电平。然而，本公开针对SCAP不限于802.11，并且可以使用其他无线无线接入技术。
[0077]SCAP被认为是可信的非3GPP网络接入点，这意味着SCAP提供了用于确保仅准许授权的设备接入网络的机制。
[0078]SCAP530例如使用逻辑接口 Stip维护与业务交换点540的回程连接(可以是有线的)。接口向SCAP530为其提供服务的无线设备并且从该无线设备传输用户面数据分组。
[0079]如图5中所示，架构未在SCAP530与MME542之间提供Sl-MME控制面连接。如下所述，由宏小区eNB520控制无线设备与小小区接入点的关联，从而避免对小小区接入点与MME542进行交互的需要。
[0080]用户面业务交换点(UP-TIP) 540通过向服务宏小区520和小小区接入点分配下行链路协议数据单元(rou)并且从服务宏小区520和/或SCAP530聚合上行链路PDU来支持宏小区基站与小小区接入点之间的无缝移动性。
[0081]在架构上，UP-TIP是可以逻辑地驻留在演进通用陆地无线接入网(E-UTRAN)中、在RACF的指导下操作的功能性实体，但是可以物理地驻留在蜂窝运营商聚合站点中并且与演进分组核心网(EPC)的网元位于同一位置处或者集成到该网元中。功能业务交换点及其在蜂窝运营商聚合站点中的物理布置消除了上文关于通过X2接口转发所描述的来回运送用户面业务(即，转接效果)的问题。
[0082]如图5中所示，业务交换点540可以具有通过诸如Sl-U接口等的接口与服务网关550或PDN网关552的逻辑连接。
[0083]此外，在图5的实施例中提供了称作Xsap的新逻辑接口 560。该接口表示宏小区eNB520与小小区接入点530之间的控制面连接。该接口利用宏小区的无线资源来建立和维护eNB520与SCAP530之间的空中连接。下面更详细地描述该接口。
[0084]基于上述功能网络架构，现在参照图6，图6示出了施加于图2的模型上的网络模型。具体地，图6示出了宏站点610和小小区站点612。
[0085]回程再次利用第三方城域运营商并且使用附图标记620示出。蜂窝运营商聚合站点630包括业务交换点632以及移动性管理实体(MME) 634、服务网关636以及TON网关638。路由器640在蜂窝运营商聚合站点630的兀件、宏站点610和小小区站点612之间路由业务。
[0086]如附图标记650所示，宏站点610与业务交换点632之间的用户面业务通过回程620。类似地，如附图标记652所示，小小区站点612与交换点632之间的用户面业务通过回程620。
[0087]此外，如附图标记654所示，宏站点610与移动性管理实体634之间的控制面业务通过回程接口 620到达移动性管理实体634。
[0088]然而，在图6的实施例中，针对小小区站点612的控制面业务通过Xscap接口 660。在图6的示例中，这种业务具有非常低的延迟，并且例如可能仅为I毫秒。
[0089]功能SCAP网络架构
[0090]现在参照图7，图7示出了可以根据本发明的一个实施例使用的小小区接入点的功能架构。具体地，小小区接入点710包括两个无线接口。第一无线接口是用于连接到多RAT无线设备720的基于802.11的接入点接口 712。
[0091]在图7的示例中，第二无线接口是LTE Uu接口 714。然而，如果使用不同的蜂窝架构，则接口将适用于该蜂窝连接。LTE Uu接口 714将SCAP连接到eNB处的无线接入协调功能730。如图7中所示，LTE Uu接口与RACF730之间的接口在本公开中是标识为Xscap的小小区协调连接，并且使用附图标记760示出。
[0092]802.11接入点接口 712还使用标识为Stip连接772的用户数据业务连接来连接到业务交换点770。用于Stip的回程接口可以连接到有线设施(例如，DSL或光纤)或者无线设施(例如，点到点的微波)。
[0093]小小区接入点710还具有用于使用接口 712和714控制业务的小小区控制器716。
[0094]从eNB的角度来看，SCAP与eNB之间的无线链路可以是传统的LTE UE接口。经由将SCAP连接到eNB的LTE Uu接口的用户面来运送XseAP接口 760的协议数据单元，而LTEUu接口的控制面可以用于管理SCAP与eNB之间的无线链路。
[0095]SCAP可以在经由蜂窝无线链路与eNB进行交互以接收下行链路信息、传递上行链路信息、提供反馈并且接收蜂窝无线链路配置信息方面具有UE功能。在这个角色上，SCAP共享宏小区的具有去往和来自由eNB提供服务的其他UE的业务的无线资源。
[0096]然而，SCAP操作的一些方面可能与一般UE的那些方面不同，并且可以用于优化SCAP的性能。具体地，SCAP可以安装在固定位置，并且在第一方面，该固定位置可以消除对移动性过程的需要。
[0097]此外，SCAP可以连接到输电线，这导致第二方面，其中，电源可以消除对电池节省过程的需要。
[0098]从802.11功能的角度来看，SCAP可以提供针对在基础设施模式中操作的802.11接入点定义的功能。SCAP的802.11功能可以由以下一项或更多项组成:单个802.11接入点；802.11接入点群集；或者无线局域网(WLAN)控制器。
[0099]现在参照图8，图8示出了上述系统的每一个组件的功能系统模型。具体地，小小区接入点810包括802.11接入点812。此外，提供UE Uu控制面接入功能块814和UE Uu用户面功能块816作为小接入点810的一部分。SCAP控制器818控制小小区接入点810的功倉泛。
[0100]LTE宏站点820包括eNB Uu用户面功能块822、eNB Uu控制面功能块824和无线接入协调功能块826。宏站点控制器828控制LTE宏站点820的功能。
[0101]多RAT WD830 包括 802.11 站(STA)接口 832、LTE UE Uu 用户面块 834、LTE UE Uu控制面块836和WD控制器838。
[0102]多RAT WD830可以连接到LTE宏站点820以使用LTE Uu连接840得到UE Uu控制面块836与eNB Uu块824之间的控制面业务。类似地，可以通过LTE Uu接口 842在UE Uu用户面块834与eNB Uu用户面块822之间提供用户面数据。
[0103]小小区接入点810还可以通过LTE Uu连接844具有eNB Uu控制面824与UE Uu控制面814之间的控制面连接。
[0104]此外，如下所述，UE Uu用户面816可以用作针对无线接入协调功能块829与SCAP控制器818之间的Xscap接口 850的传输工具(transport)。
[0105]802.11接入点812可以具有与业务交换点860的用户面回程连接，其被标识为Stip连接852。此外，回程连接可以存在于eNB Uu用户面822与业务交换点860之间。
[0106]多RAT WD830可以使用提供控制和数据二者的STA控制和数据连接870连接到小小区接入块812。
[0107]Xsap逻辑接口可以使用诸如下面关于图9所描述的协议栈等的协议栈。如图9中所描绘的，接入层910被示出为具有物理层912、媒体访问控制(MAC)层914、无线链路控制(RLC)层916、分组数据汇聚协议(TOCP)层918、以及无线资源控制(RRC)层920。此外，提供了 SCAP无线接入协调(RAC)层922。SCAP RAC层922被示出为处于接入层内并且用于在RACF与SCAP之间的信息交换。例如，可以使用HXP和Uu接口的RLC确认模式传输设施通过无线链路来传输消息。
[0108]安全过程
[0109]根据本公开的一个实施例，可以通过小小区接入点与宏小区之间的通信来增强安全过程。具体地，RACF与无线设备和小小区接入点进行通信的能力可以允许在访问SCAP时优化WD的安全过程。假设蜂窝网络已经在设备初始接入网络期间对无线设备的凭证进行了验证，从而在设备与蜂窝网络之间创建可信关系。
[0110]如上所述，先前在初始化SCAP期间在RACF与SCAP之间建立的可信关系用作设备与SCAP之间的可信关系的基础。具体地，SCAP可以接受蜂窝网络执行的对设备的验证，从而消除对使设备在访问SCAP时受到另一凭证验证的需要。
[0111]为了避免连接劫持，需要确保正在访问SCAP的WD实际上是被蜂窝网络认证和授权的设备。例如，在 IETFRFC5418 “Control And Provis1ning of Wireless AccessPoints (CAPffAP) Threat Analysis for IEEE802.1IDeployments，，，March2009 中描述了连接劫持，其中，IETFRFC5418将术语定义为“对手可以假设连接一端的标识并且接管交谈”。可以通过使用用于使用缓存的配对主密钥(PMK)进行认证的现有802.11过程来完成对连接劫持的防止。
[0112]具体地，根据本实施例，PMK不是由接入点和无线设备独立生成的，而是取而代之地由RACF动态地生成并且由RACF分配给SCAP和无线设备。每当无线设备尝试与SCAP相关联时，RACF随机地生成新PMK。
[0113]因此，该过程通过使用不被重用的随机生成的PMK来增加安全性。此外，该过程消除了当访问SCAP时基于可扩展认证协议(EAP)的认证过程的开销。
[0114]此外，该过程消除了对SCAP中的EAP协商和支持的需要。该过程还消除了对从SCAP向认证、授权和计费(AAA)管理服务器的远端认证拨号用户服务(RADIUS)连接的需要。
[0115]当无线设备尝试访问已经由RACF指导的SCAP时，RACF提供的PMK可以在标准802.114方式握手中使用(如下所述)，以提供相互认证并且生成临时业务加密密钥。
[0116]在SCAP处，安全过程可以涉及初始化并且配置SCAP以作为可信的非3GPP接入网操作。认证的过程可以与用于对附接到3GPP网络的UE进行认证的过程相似。用于作为LTE用户设备操作的初始化和配置SCAP遵循与用于用户设备的过程类似的过程。
[0117]一旦已经对SCAP进行初始化，就必须对RACF与SCAP之间的蜂窝无线链路(Uu)进行加密，以至少保护来自RACF的PMK的分配。
[0118]通过使用上述架构，可以提供用于向宏小区卸载业务并且从宏小区加载业务的各种过程。下面描述这些过程。
[0119]从宏小区向小小区卸载
[0120]现在参照图10，图10示出了从宏小区向小小区进行卸载的过程。具体地，如图10中所示，用于从宏小区向小小区卸载无线设备的过程被组织为四个阶段。
[0121]在第一阶段(图10中未示出)，交换无线设备能力和配置信息，在此期间，无线设备向eNB报告设备的LTE和802.11能力。
[0122]在第二阶段1000，进行信号质量测量，在此期间，无线设备发现相邻802.11接入点并且报告从候选接入点中的每一个中选择的信号质量。
[0123]在第三阶段1020，进行小小区接入点准备过程，在此期间，eNB将目标SCAP配置为接收无线设备。
[0124]在第四阶段1030期间，进行小小区接入点关联，在此期间，无线设备与目标SCAP
相关联。
[0125]在下面的描述中，假设直接在无线设备与eNB之间进行无线设备能力和配置交换。因此，下面的描述讨论了第二阶段至第四阶段。
[0126]信号质量测量
[0127]如图10中所示，在第二阶段(在图10的表格中在行1000被标识为信号质量测量)中，从行1001开始，示出了经由蜂窝Uu接口使用LTE无线资源控制信令以给无线设备配置用于对相邻小区执行信号质量测量的信息。
[0128]例如,可以通过包括802.11测量对象信息元素来请求来自小小区接入点的测量。可以例如根据当前 3GPP 技术规范(TS) 36.321, “Evolved Universal Terrestrial Rad1Access Network(E-UTRAN) ；OveralI Descript1n ;Stage2”, v.11.2.0, Marchl8, 2013 来修改这种信息信息元素,其中，该技术规范的内容通过引用的方式并入本文。根据下面的表格2的示例中的黑体部分示出了对该技术规范的改变。
[0129]
【权利要求】
1.一种在小小区接入点处用于卸载宏小区中的无线设备的方法，所述方法包括: 在所述宏小区的基站与所述小小区接入点之间建立无线链路信令连接；以及 在所述无线链路信令连接上使用控制信令来卸载所述无线设备。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述无线链路信令连接是在所述小小区接入点与所述宏小区的所述基站之间运送控制面业务的蜂窝连接。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述小小区接入点通过802.11接口与无线设备进行通信。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括: 在所述小小区接入点与针对用户面业务的业务交换点之间建立回程连接。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述建立导致所述小小区接入点变为针对所述宏小区的可信实体。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述卸载包括: 使所述小小区接入点为所述无线设备做准备；以及 与所述无线设备相关联。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述准备包括在所述无线链路信令连接上进行信号通知以确定所述小小区接入点是否具有为所述无线设备提供服务的能力。
8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述准备包括: 从所述宏小区的所述基站接收关联准备消息；以及 使用所述关联准备消息中的信息以将来自业务交换点的针对所述无线设备的用户面业务绑定于所述小小区接入点。
9.根据权利要求6所述的方法，其中，与所述无线设备相关联包括: 从所述无线设备接收关联请求；以及 认证所述无线设备。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述认证使用所述小小区接入点和所述无线设备已知的配对主密钥，其中，所述配对主密钥是在所述准备期间由所述基站导出的并且在所述小小区接入点处被接收。
11.根据权利要求9所述的方法，还包括:一旦认证完成，就在所述无线链路信令连接上向所述宏小区的所述基站进行信号通知。
12.一种用于卸载宏小区中的无线设备的小小区接入点，所述小小区接入点包括: 处理器；以及 通信子系统， 其中，所述小小区接入点被配置为: 在所述宏小区的基站与所述小小区接入点之间建立无线链路信令连接；以及 在所述无线链路信令连接上使用控制信令来卸载所述无线设备。
13.根据权利要求12所述的小小区接入点，其中，所述无线链路信令连接是在所述小小区接入点与所述宏小区的所述基站之间运送控制面业务的蜂窝连接。
14.根据权利要求12所述的小小区接入点，其中，所述小小区接入点还被配置为: 在所述小小区接入点与针对用户面业务的业务交换点之间建立回程连接。
15.根据权利要求12所述的小小区接入点，其中，所述小小区接入点被配置为通过以下方式进行卸载: 使所述小小区接入点为所述无线设备做准备；以及 与所述无线设备相关联。
16.根据权利要求15所述的小小区接入点，其中，所述小小区接入点通过以下方式做准备: 从所述宏小区的所述基站接收关联准备消息；以及 使用所述关联准备消息中的信息以将来自业务交换点的针对所述无线设备的用户面业务绑定到所述小小区接入点。
17.一种连接到宏小区的无线设备处的方法，所述方法包括: 接收标识候选小小区接入点集合的消息； 从所述候选小小区接入点集合中选择至少一个小小区接入点； 报告所选择的至少一个小小区接入点； 接收使所述无线设备为目标小小区接入点做准备的准备消息，其中，所述目标小小区接入点包括在所选择的至少一个小小区接入点中；以及将所述无线设备与所述目标小小区接入点相关联。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，标识所述候选小小区接入点集合的所述消息和所述准备消息是在所述无线设备与所述宏小区之间的蜂窝连接上接收的。
19.根据权利要求17所述的方法，其中，标识所述候选小小区接入点集合的所述消息包括使用以下一项或更多项:接入点标识符、接入点能力、接入点位置、接入点网络连接、以及接入点商业附属。
20.根据权利要求17所述的方法，其中，所述选择使用小小区信号质量测量。
21.根据权利要求17所述的方法，其中，标识所述候选小小区接入点集合的所述消息使用无线资源控制测量对象信息元素。
22.根据权利要求17所述的方法，其中，所述报告使用无线资源控制测量报告信息元素。
23.根据权利要求17所述的方法，还包括:在所述无线设备与所述小小区接入点相关联的同时，维护所述无线设备与所述宏小区的基站之间的蜂窝连接。
24.根据权利要求17所述的方法，还包括:通过所述小小区接入点建立所述无线设备与所述宏小区的基站之间的连接。
【文档编号】H04W76/06GK104168669SQ201410205542
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2014年5月15日 优先权日:2013年5月15日
【发明者】威廉·安东尼·盖奇, 比斯瓦卢普·穆克吉 申请人:黑莓有限公司