专利名称：一种两层节点网络架构下的双播切换方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种移动通信系统，尤其涉及移动通信系统中的一种软切换方法和设备。
背景技术：
UMTS是采用WCDMA空中接口技术的第三代移动通信系统，称为通用移动通信系统，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结构，包括无线接入网络(Radio AccessNetwork，RAN)和核心网络(Core Network，CN)。其中，无线接入网络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 Domain，CS)和分组交换域(Packet Switched Domain，PS)。UTRAN、CN与用户设备(User Equipment，UE)一起构成了整个UMTS系统。其系统结构如图1所示。
UTRAN即陆地无线接入网，它包含一个或几个无线网络子系统(RNS)。一个RNS由一个无线网络控制器(RNC)和一个或多个基站(NodeB)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，无线网络控制器(RNC)之间通过Iur互联，Iur可以是RNC之间的直接物理连接或通过传输网的连接。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。UTRAN的结构如图2所示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是无线网络控制器，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迁移(Relocation，也称为重定位)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。
在WCDMA系统中，引入的一个关键技术就是软切换。UE测量邻近小区的CPICH信道的Ec/I0，根据测量建立和维护一个下行信道(DCH)激活集，和DCH激活集中的小区维持软切换连接，保持数据传输。激活集中的小区可以属于同一个基站也可以属于不同的基站。与属于第二代移动通信系统的GSM系统只能进行不同基站小区间的硬切换相比，软切换提高了用户在不同基站小区间的数据平滑传输，使得业务的服务质量比较好，不容易导致数据丢失。
下面参照图3，描述一种现有的两层节点演进架构。
3GPP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。
网络演进有多种候选方案，其中比较流行的有两层节点网络架构。在这种架构下，边缘无线基站(ERS，Edge Radio Station)是演进后的Node B，具有以前RNC的大部分功能，并采取新的物理层技术，比如OFDM；IP接入网关(IAGW，IP Access Gateway)具有部分SGSN的功能和以前GGSN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的重用了现有协议。在无线接口侧，ERS合并了以前RNC的大部分功能，所以除了保留原有的物理层(L1)，又加入了MAC层、RLC层、PDCP层。ERS和IAGW之间，则采用GPRS隧道协议用户面(GTP-U)的隧道相关协议。演进后的两层节点网络架构，由于无线接口协议栈或用户面协议栈的下移而减少了传输节点，使得呼叫建立延时和传输延时缩短，提高了数据传输性能。
在演进架构中，ERS直接接入IAGW，若要在ERS间实现采用宏分集方式的软切换，只有在IAGW处采用双播的方式，分别向源边缘无线基站(SERS)和目标边缘无线基站(TERS)发送数据。由于两层节点架构中，ERS会缓存已下发给UE但未收到确认的数据帧，因此SERS的缓冲区中会存有TERS加入激活集以前的数据帧。切换过程完成后，随着UE不断向TERS移动，其与SERS间的链路质量不断恶化，直至从激活集中删除。而此时若其内部缓存的TERS加入激活集以前的数据帧没有下发完毕，则会造成数据丢失。
发明内容
为了克服现有软切换技术中数据容易丢失的缺陷，本发明提供一种在两层节点网络架构下的双播切换方法和设备。
一方面，提出一种两层节点网络架构下的双播切换方法，该两层节点包括边缘无线基站(ERS)和IP接入网关(IAGW)。其中，边缘无线基站(ERS)在切换过程中被划分为源边缘无线基站(SERS)和目标边缘无线基站(TERS)。该方法包括步骤A、当源边缘无线基站(SERS)根据第一切换条件确定用户设备(UE)需向目标边缘无线基站(TERS)切换时，发起切换准备过程；B、在切换准备过程中IP接入网关(IAGW)开始采用双播方式分别向源边缘无线基站(SERS)和目标边缘无线基站(TERS)下发数据之后，当源边缘无线基站(SERS)根据第二切换条件确定需要发起切换执行过程时，终止切换准备过程并发起切换执行过程。
上述步骤A中的第一切换条件是，在第一时间段内，用户设备(UE)向源边缘无线基站(SERS)周期性上报的测量值始终符合切换判断算法。
上述步骤B中的第二切换条件是，在第二时间段内，用户设备(UE)向源边缘无线基站(SERS)周期性上报的测量值始终符合切换判断算法。
上述的切换判断算法是，源小区信号强度测量值与目标小区信号强度测量值之间的差值小于等于切换门限值和切换门限滞后值的差值。
第一时间段和第二时间段这两个时长根据无线资源管理RRM算法和现场环境实测来确定。
上述步骤A中的切换准备过程进一步包括IP接入网关(IAGW)收到源边缘无线基站(SERS)发来的触发切换准备过程的消息后，向目标边缘无线基站(TERS)发起传输链路建立过程；IP接入网关(IAGW)收到目标边缘无线基站(TERS)反馈的传输链路建立成功的消息后，向源边缘无线基站(SERS)和目标边缘无线基站(TERS)采用双播方式发送下行数据，同时向源边缘无线基站(SERS)发送触发切换执行过程的消息。
上述步骤B进一步包括收到IP接入网关(IAGW)发来的触发切换执行过程的消息后，源边缘无线基站(SERS)利用用户设备(UE)上报的测量值判断是否满足第二切换条件，如果满足，则源边缘无线基站(SERS)终止切换准备过程，并通知用户设备(UE)将目标边缘无线基站(TERS)建立的上述传输链路加入其激活集。
上述步骤B还包括如果不满足第二切换条件，则源边缘无线基站(SERS)通过IP接入网关(IAGW)向目标边缘无线基站(TERS)发起传输链路释放过程。
上述步骤A中的第一切换条件是，所上报的目标边缘无线基站(TERS)与用户设备(UE)之间的空口信号强度测量值达到切换准备门限值。
上述步骤B中的第二切换条件是，所上报的目标边缘无线基站(TERS)与用户设备(UE)之间的空口信号强度测量值达到切换执行门限值。
另一方面，提出一种两层节点网络架构下的双播切换设备，该两层节点包括边缘无线基站(ERS)和IP接入网关(IAGW)。该设备位于边缘无线基站(ERS)上，包括第一切换条件判断装置，用于根据第一切换条件来判断是否需要触发切换准备过程；切换准备控制装置，用于根据第一切换条件判断装置输出的判断结果来控制切换准备过程；第二切换条件判断装置，用于根据第二切换条件来判断是否需要触发切换执行过程；切换执行控制装置，用于根据第二切换条件判断装置输出的判断结果来控制切换执行过程。
上述第一切换条件判断装置进一步包括第一切换条件设定装置，用于将第一切换条件设置为用户设备(UE)向源边缘无线基站(SERS)周期性上报的测量值在第一时间段内始终符合切换判断算法。
上述第二切换条件判断装置进一步包括第二切换条件设定装置，用于将第二切换条件设置为用户设备(UE)向源边缘无线基站(SERS)周期性上报的测量值在第二时间段内始终符合切换判断算法。
上述第一切换条件判断装置进一步包括第一切换条件设定装置，用于将第一切换条件设置为所上报的目标边缘无线基站(TERS)与用户设备(UE)之间的空口信号强度测量值达到切换准备门限值。
上述第二切换条件判断装置进一步包括第二切换条件设定装置，用于将第二切换条件设置为所上报的目标边缘无线基站(TERS)与用户设备(UE)之间的空口信号强度测量值达到切换执行门限值。
本发明取得了下述优势和特点。该发明所提出的改进的软切换方法和设备，采用优化的无线资源管理(RRM)算法，有效地克服了现有软切换流程中数据容易丢失的缺陷。
图1是UMTS系统的结构示意图；图2是UTRAN的网络结构示意图；图3示出一种现有的两层节点网络演进架构；图4示出一种两层节点架构用户面协议栈；图5是切换后的数据传输流程示意图；图6是按照本发明一个实施例所述的软切换方法的流程图；图7是执行本发明所述方法的双播切换设备的结构示意图。
具体实施例方式
在现有的迁移流程中，源边缘无线基站(SERS)的缓冲区中会存有目标边缘无线基站(TERS)加入激活集之前的数据帧。若SERS由于其链路质量不断恶化，直至从激活集中删除时，其内部缓存的TERS加入激活集以前的数据帧还没有下发完毕，则可能导致大量的数据丢失，使得用户的业务感受质量变得很差。本发明提出了一种新的软切换流程，以克服现有软切换流程丢失数据的缺陷，保证用户切换的质量。
本发明将现有的切换评估时间T拆分为两个时间段切换预估时间段T1和切换确认时间段T2。两个时间段的时长设置根据不同的RRM算法以及实际的现场环境实测而定。在切换预估时间段T1内，若UE上报的测量值始终在预定的数值范围内，则SERS发起切换准备过程。在准备过程完成后，SERS在正式触发UE切换前，等待切换确认时间段T2时间。若UE上报的测量值从切换预估时间段T1到切换确认时间段T2始终在预定的数值范围内，则SERS正式触发切换过程。在切换确认时间段T2内，如果SERS的信号质量突然恶化，可提前触发切换。按照本发明的方法所述的整个切换流程将在下面进行描述。
如果在时间间隔T1内，UE上报的测量报告中，当前小区信号强度与目标小区信号强度间的差值持续小于等于切换门限值和切换门限滞后值的差值，那么ERS向CN发送传输链路建立要求(Transport Link Setup Required)消息，发起切换准备流程。此处的软切换判断算法由下式定义Old_Sign-Meas_Sign≤AS_Th-AS_Th_Hyst公式中的变量定义如下Meas_Sign是目标小区的信号强度测量值，Old_Sign是源小区的信号强度测量值，AS_Th是宏分集门限，AS_Th_Hyst是宏分集门限滞后。
IAGW收到传输链路建立要求(Transport Link Setup Required)消息后，向TERS发起传输链路建立流程。在收到TERS反馈的传输链路建立完成确认后，IAGW向SERS和TERS采用双播方式分集发送下行数据。切换完成之后的数据传输流程如图5所示。
IAGW收到TERS的传输链路建立确认后，向SERS发送传输链路建立完成(Transport Link Setup Complete)消息，通知SERS触发软切换执行流程。SERS此时不会立即向UE发送激活集更新消息从而将TERS中新建的传输链路加入UE的激活集，而是等待时间间隔T2。若在时间间隔T2内，当前小区信号强度与目标小区信号强度间的差值持续小于等于切换门限值和切换门限滞后值的差值，SERS才触发软切换执行过程，向UE发送激活集更新消息，通知UE将TERS中新建的传输链路加入其激活集。此时，由于SERS已收到UE发送的对第一个双播数据帧的确认，因此TERS上PDCP缓冲区中的数据将包括SERS缓冲区中的所有未确认数据。这样的话，即使SERS与UE间的无线链路因故障而断链，由于TERS和SERS内的PDCP缓冲区已经处于同步状态，也不会产生丢失数据的现象。
下面，结合图6所示的实施例来描述本发明改进的软切换方法。
在步骤1，UE周期性向SERS发送源小区与相邻小区的信号质量的测量报告。
在步骤2，收集到测量数据后，SERS根据预定的切换条件判决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。SERS向IAGW发送TL Setup Required消息，触发切换过程。
在步骤3，IAGW收到传输链路建立要求(TL Setup Required)消息后，发送传输链路建立请求(TL Setup Request)消息至TERS，请求TERS为UE预分配所需要资源。
在步骤4，TERS接收到TL Setup Request消息后，启动相关的资源分配程序，建立无线资源控制(RRC)连接、无线接入承载(RAB)。TERS建立分组数据聚合协议/无线链路控制/媒体接入控制(PDCP/RLC/MAC)实体，建立新的无线链路，并启动在新的无线链路上的发送和接收。同时，启动建立用于分组交换RAB的GTP-U隧道(GTP-U Tunnels for PS RABs)来传输承载，建立TERS与IAGW之间的用户面承载。在所有必需的资源成功分配后，目标ERS将发送传输链路建立响应(TL Setup Response)消息到IAGW，确认资源分配成功。
在步骤5，当收到TL Setup Response消息后，IAGW将发往SERS的数据复制一份，通过新建立的与TERS间的GTP-U通道发给TERS。同时，IAGW发送传输链路建立完成(TL Setup Complete)消息到源ERS，通知源ERS触发软切换的执行过程。
在步骤6，接收到TL Setup Complete消息后，源ERS不立即发起软切换执行流程，而是等待时间间隔T2。若在时间间隔T2内，当前小区信号强度与目标小区信号强度间的差值持续小于等于切换门限值和切换门限滞后值的差值，则源ERS终止软切换准备过程。并且，SERS向UE发送激活集更新(ActiveSet Update)消息，通知UE将TERS新建的无线链路加入其激活集。
在步骤7，接收到Active Set Update消息后，UE将按照该消息提供的信息，重配置空口资源，将新的无线链路加入激活集。当UE成功地接入目标小区后，将发送激活集更新完成(Active Set Update Complete)消息，通知SERS切换成功。此时，UE同时接收来自SERS和TERS的数据。在此方案中，数据流的分集功能在IAGW中完成，所以UE所接收的两路数据之间时延较大。因此，对于UE本地的数据流合并，通常采用选择比合并。
在此流程中，若在SERS的监控时间T2内，当前小区信号强度与目标小区信号强度之间的差值不满足持续小于等于切换门限值和切换门限滞后值的差值，则SERS不通知UE更新其激活集，并通过IAGW向TERS发起传输链路释放流程。
现在，参照图7描述用来执行本发明所述的双播切换方法的设备。该设备位于ERS上，包括第一切换条件判断装置、切换准备控制装置、第二切换条件判断装置和切换执行控制装置。
第一切换条件判断装置用于根据第一切换条件来判断是否需要触发切换准备过程。在上述实施例中将第一切换条件预先设定为，在时间间隔T1内，UE向SERS上报的测量数据中，当前小区信号强度与目标小区信号强度间的差值持续小于等于切换门限值和切换门限滞后值的差值。第一切换条件判断装置读取SERS当前收集到的测量数据，根据这个预定的第一切换条件判断UE是否需要向TERS切换。
切换准备控制装置用于根据第一切换条件判断装置输出的判断结果来控制切换准备过程。如果从第一切换条件判断装置收到的判断结果是需要进行切换，则切换准备控制装置发起切换准备过程，并管理整个软切换流程中的准备过程。如果判断结果是不需进行切换，则切换准备控制装置循环检测第一切换条件判断装置输出的判断结果。
第二切换条件判断装置用于根据第二切换条件来判断是否需要触发切换执行过程。在上述实施例中将第二切换条件预先设定为，在SERS的监控时间T2内，当前小区信号强度与目标小区信号强度之间的差值不满足持续小于等于切换门限值和切换门限滞后值的差值。第二切换条件判断装置获得源ERS接收到TL Setup Complete消息的通知后，读取SERS当前收集到的测量数据，根据这个预定的第二切换条件判断是否需要触发切换执行过程。
这里，第一切换条件判断装置进一步包括第一切换条件设定装置，用于将第一切换条件设置为UE向SERS周期性上报的测量值在T1时间段内始终符合切换判断算法，第二切换条件判断装置进一步包括第二切换条件设定装置，用于将第二切换条件设置为UE向SERS周期性上报的测量值在T2时间段内始终符合切换判断算法。
切换执行控制装置用于根据第二切换条件判断装置输出的判断结果来控制切换执行过程。如果从第一切换条件判断装置收到的判断结果是需要触发切换执行过程，则切换执行控制装置终止软切换准备过程，开始软切换执行过程并管理整个软切换流程中的执行过程。如果判断结果是不需触发切换执行过程，则切换准备控制装置通过IAGW向TERS发起传输链路释放流程。
本发明所述的技术方案主要原理在于，提前进行切换的准备过程，避免出现SERS与UE间的空口质量突然变化导致的SERS掉链，进而避免出现数据丢失的情况。
本发明提出的软切换方案还有其他实现方式，例如，设置一个切换准备门限和一个切换触发门限。当TERS与UE间的空口信号强度到达切换准备门限时，启动切换准备过程；当TERS与UE间的空口信号强度到达切换执行门限时，启动切换执行过程。这样，也可以达到提前切换的目的。
在采用这种方式的情况下，上述第一切换条件判断装置进一步包括第一切换条件设定装置，用于将第一切换条件设置为所上报的TERS与UE之间的空口信号强度测量值达到切换准备门限值；上述第二切换条件判断装置进一步包括第二切换条件设定装置，用于将第二切换条件设置为所上报的TERS与UE之间的空口信号强度测量值达到切换执行门限值。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
权利要求
1.一种两层节点网络架构下的双播切换方法，所述的两层节点包括边缘无线基站(ERS)和IP接入网关(IAGW)，其中，边缘无线基站(ERS)在切换过程中被划分为源边缘无线基站(SERS)和目标边缘无线基站(TERS)，该方法包括步骤A、当源边缘无线基站(SERS)根据第一切换条件确定用户设备(UE)需向目标边缘无线基站(TERS)切换时，发起切换准备过程；B、在切换准备过程中IP接入网关(IAGW)开始采用双播方式分别向源边缘无线基站(SERS)和目标边缘无线基站(TERS)下发数据之后，当源边缘无线基站(SERS)根据第二切换条件确定需要发起切换执行过程时，终止切换准备过程并发起切换执行过程。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤A中的第一切换条件是，在第一时间段内，用户设备(UE)向源边缘无线基站(SERS)周期性上报的测量值始终符合切换判断算法。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤B中的第二切换条件是，在第二时间段内，用户设备(UE)向源边缘无线基站(SERS)周期性上报的测量值始终符合切换判断算法。
4.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于所述的切换判断算法是，源小区信号强度测量值与目标小区信号强度测量值之间的差值小于或等于切换门限值和切换门限滞后值的差值。
5.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于第一时间段和第二时间段这两个时长根据无线资源管理RRM算法和现场环境实测来确定。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤A中的切换准备过程进一步包括IP接入网关(IAGW)收到源边缘无线基站(SERS)发来的触发切换准备过程的消息后，向目标边缘无线基站(TERS)发起传输链路建立过程；IP接入网关(IAGW)收到目标边缘无线基站(TERS)反馈的传输链路建立成功的消息后，向源边缘无线基站(SERS)和目标边缘无线基站(TERS)采用双播方式发送下行数据，同时向源边缘无线基站(SERS)发送触发切换执行过程的消息。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于所述步骤B进一步包括收到IP接入网关(IAGW)发来的触发切换执行过程的消息后，源边缘无线基站(SERS)利用用户设备(UE)上报的测量值判断是否满足第二切换条件，如果满足，则源边缘无线基站(SERS)终止切换准备过程，并通知用户设备(UE)将目标边缘无线基站(TERS)建立的所述传输链路加入其激活集。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于所述步骤B还包括如果不满足第二切换条件，则源边缘无线基站(SERS)通过IP接入网关(IAGW)向目标边缘无线基站(TERS)发起传输链路释放过程。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤A中的第一切换条件是，所上报的目标边缘无线基站(TERS)与用户设备(UE)之间的空口信号强度测量值达到切换准备门限值。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤B中的第二切换条件是，所上报的目标边缘无线基站(TERS)与用户设备(UE)之间的空口信号强度测量值达到切换执行门限值。
11.一种两层节点网络架构下的双播切换设备，所述的两层节点包括边缘无线基站(ERS)和IP接入网关(IAGW)，所述设备位于边缘无线基站(ERS)上，其特征在于该设备包括第一切换条件判断装置，用于根据第一切换条件来判断是否需要触发切换准备过程；切换准备控制装置，用于根据第一切换条件判断装置输出的判断结果来控制切换准备过程；第二切换条件判断装置，用于根据第二切换条件来判断是否需要触发切换执行过程；切换执行控制装置，用于根据第二切换条件判断装置输出的判断结果来控制切换执行过程。
12.如权利要求11所述的设备，其特征在于所述第一切换条件判断装置进一步包括第一切换条件设定装置，用于将第一切换条件设置为用户设备(UE)向源边缘无线基站(SERS)周期性上报的测量值在第一时间段内始终符合切换判断算法。
13.如权利要求11所述的设备，其特征在于所述第二切换条件判断装置进一步包括第二切换条件设定装置，用于将第二切换条件设置为用户设备(UE)向源边缘无线基站(SERS)周期性上报的测量值在第二时间段内始终符合切换判断算法。
14.如权利要求11所述的设备，其特征在于所述第一切换条件判断装置进一步包括第一切换条件设定装置，用于将第一切换条件设置为所上报的目标边缘无线基站(TERS)与用户设备(UE)之间的空口信号强度测量值达到切换准备门限值。
15.如权利要求11所述的设备，其特征在于所述第二切换条件判断装置进一步包括第二切换条件设定装置，用于将第二切换条件设置为所上报的目标边缘无线基站(TERS)与用户设备(UE)之间的空口信号强度测量值达到切换执行门限值。
全文摘要
本发明公开了一种两层节点网络架构下的双播切换方法和设备，两层节点包括边缘无线基站(ERS)和IP接入网关(IAGW)。SERS上的第一切换条件判断装置利用从用户设备(UE)收到的测量值根据第一切换条件确定UE需向目标边缘无线基站(TERS)切换的时候，切换准备控制装置发起切换准备过程。在切换准备过程中，IAGW开始采用双播方式分别向SERS和TERS下发数据之后，当SERS上的第二切换条件判断装置利用从UE收到的测量值根据第二切换条件确定需要发起切换执行过程时，切换执行控制装置终止切换准备过程并发起切换执行过程。因此，有效地克服了现有软切换流程中数据容易丢失的缺陷。
文档编号H04W36/18GK1949918SQ20051011256
公开日2007年4月18日 申请日期2005年10月11日 优先权日2005年10月11日
发明者梁欣刚 申请人:华为技术有限公司