一种LTE‑AdvancedPro系统实现LWA功能的协议配置方法与流程

本发明涉及5G移动通信技术领域，旨在说明一种5G异构网络的新型控制接入方式。

背景技术：

随着智能设备和数据密集型服务的兴起，越来越多的人致力于研究新型网络架构和通信解决方案。在最新的LTE-A Pro标准中，研究了用于面向第5代(5G)移动通信的多种无线电接入技术的聚合以及无线通信的标准化的系统增强。其中LTE-U、LTE-LAA、LWA和多链路TCP都是融合这两大无线技术的预选方案，现研究主题之一是LTE-WLAN聚合，即LWA的设计结构，目的在于实现非授权频段WLAN和授权频段LTE的带宽聚合，LTE无线电接入和WLAN无线电接入的同时使用，将改进用户体验并处理爆炸量的数据业务。LWA技术作为第五代(5G)移动通信引入的一部分。一个重要的技术挑战是现有网络架构的设计。具体地，用于LTE-WLAN聚合的结构应当被设计为使得即使当通过WLAN无线电发送每个EPS承载时，也要保证演进分组系统(EPS)承载的服务质量(QOS)等级。最基本的要求应包括：(1)设计的整体聚合结构必须向后兼容现有的LTE-A规范和WLAN准则。(2)实现的聚合数据传输不得对现有WLAN中使用有任何影响。为了满足这些要求，最终给出了一种LWA的设计结构。分析了协议栈中各种设计的优缺点，然后选择了本设计结构作为在3GPP中用于LTE-WLAN聚合的标准化的期望结构。

LTE-WLAN聚合的结构设计应当基于如图1所描述的应用场景。现在就此设计从发送侧或接收侧观点来描述目前所面临的挑战。

第一，在发送侧，对EPS承载应用加密。因此，WLAN MAC不能识别EPS承载的QOS级别，因为PDCP PDU被加密，意味着IP报头中的服务类型(ToS)字段被加密。在所使用的局域网中，要使用支持QOS识别功能的局域网技术。以及在发送侧支持分流承载和聚合的功能。

第二，在接收侧，没有向WLAN接收的WLAN PDU添加LCID。因此，接收器不能识别对应的RB并将WLAN PDU传递到相应的EPS承载。对于下行链路，接收侧是UE，并且它是目的地节点。UE需要将所接收的数据递送到应用层。因此，没有识别EPS承载会造成PDCP的数据包混乱到达，而不能识别业务的传输类型。然而，从协议的角度来看，PDCP(分组数据汇聚协议层)是无线承载的协议端点，因此最好执行从AC(接入类别)到EPS(演进分组系统)承载的解映射。对于上行链路，接收侧是eNB，但它不是目的地。因此，SeNB应当执行从AC到EPS承载的解映射，然后通过与每个EPS承载相关联的GTP隧道将每个EPS承载递送到核心网络。因此，需要一种不需要LCID(逻辑信道标识)的AC到EPS承载解映射的方法。

技术实现要素：

本发明针对上面所面临的问题和挑战，MeNB通过软件升级支持LWA功能，采用MeNB网元和SeNB(WT)建立标准的控制面和承载面连接。在MeNB和SeNB中必须要支持Split Bearer和Switch Bearer两种承载分配方式，实现LTE和WLAN的灵活配置。提出了一种完成两种网络资源的融合及带宽聚合，从而提升客户体验、极大的提升整个移动网络的传输性能的LTE-Advanced Pro系统实现LWA功能的协议配置方法。本发明的技术方案如下：

一种LTE-Advanced Pro系统实现LWA功能的协议配置方法，其包括以下步骤：

101、在发送侧宏小区基站MeNB配置正常分组数据汇聚协议PDCP，且使得宏小区基站MeNB和辅小区基站SeNB支持分流承载Split Bearer和转换承载Switch Bearer两种承载分配方式，在宏小区基站MeNB中将IP分组加密，将PDCP报头添加到IP分组，然后作为PDCP PDUPDCP协议数据单元被分载到辅小区基站；

102、然后在WLAN中实现QOS配置，在辅小区基站添加适配功能，适配层的主要作用是插入和解析EtherType以及bearer ID，以便UE区分WLAN报文和LWA的split bearer；并在PDCP层和WLAM MAC之间部署虚拟网关VGW以建立虚拟网络，接收侧通过该虚拟网络将接收到的AC接入类别解映射到相应的EPS承载；

103、接收侧用于下行链路的UE和用于上行链路的SeNB基于LWAAP蜂窝局域聚合的接入点模块从AC识别每个EPS承载；然后逐渐递交给PDCP层，在适配层完成数据的拆分和聚合处理，最后实现应用层的数据处理。

进一步的，所述步骤101的PDCP PDU经由Xw接口转发到辅助小区，接收侧可以从LTE-A和WLAN接收PDCP PDU，为了确保PDCP PDU按顺序传送到应用层，PDCP层将基于所有PDU的序列号重新排序，以实现数据的正确传输。

进一步的，所述PDCP层中的IP分组利用目前成熟的双链接技术通过Xw接口作为PDCP PDU被卸载到SeNB，IP分组到达SeNB中的相应RLC层并传送到VGW。

进一步的，所述IP层部署在VGW的入口处，其中IP流被分为四个QOS级别，分别包括Video(VI),Voice(V0)，Best Effort(BE)and Background(BK)四个部分。

进一步的，所述WLAN所用到的协议是IEEE802.11e，IEEE802.11e是支持QOS感知分组处理的WLAN类型之一，在802.11MAC层，802.11e加入了Qos功能。

进一步的，所述SeNB将ToS字段设置为IP报头，IP头中的其他字段留给

虚拟网关VGW实现。

进一步的，所述步骤103包括以下处理步骤：

步骤1)连接配置过程：首先由UE端发起的寻呼配置请求，请求和宏基站建立连接，并上报自己的连接状态，其中包括自己是否处于WLAN的处理范围中；

步骤2)辅小区添加过程：由宏小区基站向辅小区基站发送一个信令，包括EPS承载信息和WLAN信息，请求主小区和辅小区来完成终端的双链接，如果请求被接受，由辅小区基站向宏小区基站发送响应，表示同意LTE-WLAN的聚合；

步骤3)RRC连接重配置过程：在宏小区基站MeNB侧有RRC进行参数的配置，并将SeNB的信息状态发送到UE以通知参数，向UE通知MeNB配置的完成；

步骤4)随机接入过程：UE执行用于上行链路定时同步的随机接入过程，SeNB小区在收到有关UE的信息后，通过WLAN和UE建立连接；

步骤5)最终实现数据的分流承载，MeNB侧经分载出来的PDCP PDU在MAC地址解析之后作为WLAN PDU传递给UE，将通过WLAN的MAC层的资源块解映射到虚拟网关之后，由PDCP层通过数据汇聚技术将LTE传来的数据和WLAN传来的数据汇聚之后，转交付给应用层。

进一步的，所述MeNB和SeNB之间的接口可以通过两种形式：可以在MeNB和SeNB之间部署Xw接口和GTP隧道，其中的GTP-U协议可以实现无线接入网与核心网之间数据的传输，用户数据包可以以IPv4,IPv6或PPP中的任何格式传输。

本发明的优点及有益效果如下：

本发明主要的创新点在于克服了分流过程不能对数据进行加密后不能被MAC层识别的问题，通过添加的适配层插入和解析EtherType以及bearer ID，实现无差错的传输，完成两种网络资源的融合及带宽聚合，从而提升客户体验。借助LWA，可分离LTE数据有效载荷，一些流量会通过WLAN传输，剩余的则通过LTE-A本身来传送，从而极大的提升整个移动网络的传输性能。

附图说明

图1是本发明提供优选实施例LWA组网的示意图；

图2为LWA网络空口协议设计流程图；

图3为基于整个网络的链路结构设计图；

图4为具体的实施步骤流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、详细地描述。所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例。

本发明解决上述技术问题的技术方案是，

结合近年来新提出的非授权频谱的部署，在许可辅助接入的状态下，利用非授权频谱的宽裕的频谱资源，将极大的提高蜂窝数据容量，因此，本发明在利用现有的技术规范，提出了一种将LTE-A和WLAN技术融合的网络架构设计，如图2所示。

本方案中，我们将PDCP层配置正常的PDCP，让其实现PDCP层的加密和完整性保护等功能。在这里，我们将IP分组加密，将PDCP报头添加到IP分组，然后作为PDCP PDU被分载到辅助小区。为了在WLAN中实现QOS配置，我们需要在辅助小区添加适配功能。适配层的主要作用是插入和解析EtherType以及bearer ID，以便UE区分WLAN报文和LWA的split bearer。由于在WLAN MAC中不能实现混合自动重传(HARQ)能，这就造成数据的丢失，适应层在这里可以提供此功能。

PDCP PDU经由Xw接口转发到辅助小区。接收侧可以从LTE-A和WLAN接收PDCP PDU。为了确保PDCP PDU按顺序传送到应用层，PDCP层将基于所有PDU的序列号(SN)重新排序，以实现数据的正确传输。在MeNB中，PDCP层配置有正常的PDCP。PDCP层中的IP分组利用目前成熟的双链接技术通过Xw接口作为PDCP PDU被卸载到SeNB。它到达SeNB中的相应RLC层并传送到VGW。虚拟网关(VGW)部署在PDCP层和WLAM MAC之间以建立虚拟网络，这个虚拟网关的设计就相当于适配层的功能，接收侧可以通过该虚拟网络将接收到的AC解映射到相应的EPS承载。这里的关键点是IP层部署在VGW的入口处，其中IP流被分为四个QOS级别，以适应业务的传输。WLAN MAC中的QOS配置通过使用IP报头中的服务类型(ToS)字段来执行。这里WLAN所用到的协议是IEEE802.11e，IEEE802.11e是支持QOS感知分组处理的WLAN类型之一。在802.11MAC层，802.11e加入了Qos功能，它的分布式控制模式可提供稳定合理的服务质量，而集中控制模式可更加灵活支持多种服务质量策略，让语音、视屏等业务的传输更为顺畅。

上述中SeNB添加请求是重要的信令。SeNB通过接收该信令来识别每个EPS承载的QOS等级和QCI值。因此，SeNB可以将ToS字段设置为IP报头。IP头中的其他字段留给VGW实现。本发明成功主要是得益于适配层和虚拟网关的设置，接收侧可以通过该虚拟网关将接收到的AC解映射到相应的EPS承载。

对于LTE-WLAN聚合，本专利给出了整个网络架构的具体结构，如图3所示，根据IEEE802.11e标准提供的WLAN技术实现WLAN MAC中的EPS承载的QOS处理。其中在发送侧(用于下行链路的MeNB和用于上行链路的UE)配置PDCP正常的传输模式，使得输入的IP分组经过虚拟网关的处理后递送到WLAN MAC进行分类识别。WLAN MAC然后基于IP报头中的ToS字段进行AC分类。接收侧(用于下行链路的UE和用于上行链路的SeNB)基于LWAAP模块从AC识别每个EPS承载。然后按着图2的结构逐渐递交给PDCP层，在适配层完成数据的拆分和聚合处理，最后实现应用层的数据处理。

在设计中，MeNB和SeNB之间的接口可以通过两种形式：可以在MeNB和SeNB之间部署Xw接口和GTP隧道，其中的GTP-U协议可以实现无线接入网与核心网之间数据的传输，用户数据包可以以IPv4,IPv6或PPP中的任何格式传输，这样就便于两者之间的数据处理。在MeNB和SeNB之间存在一个反馈，如果对于双链接来说，只需要做一个有关流控制的反馈，但是将SeNB换为室内的WLAN时，还需要增加一些反馈信息，其中包括WLAN的带宽和吞吐量。因为WLAN可能在不同的带宽条件下，让MeNB知道WLAN的带宽和吞吐量的大小有利于MeNB给WLAN的控制和分流，这也是实现LWA的一个重要因素。

下面通过结合本发明中移动网络架构中三个传输点之间的信息的传输流程对本发明的实施作更具体地描述，如图4所示：

步骤1)首先需要的是对LTE-A当中授权频谱的连接配置，由UE端发起的寻呼配置请求，和LTE-A的移动蜂窝网一样，要和宏基站建立连接，需要选择自己的接入小区，运营商等信息，并上报自己的连接状态，其中包括是否处在WLAN的管理范围内，以便知道是否可以进行LWA的通信。

步骤2)根据UE上报的信息，当可以进行LTE-WLAN聚合通信时，需要将带有WLAN接入点的辅小区添加进去，由主小区向辅小区发送一个信令，包括EPS承载(如：QOS属性)和WLAN等信息(如：UE的MAC地址)。请求这里类似于目前比较成熟的主小区和辅小区之间的双链接技术，如果请求被接受，由辅小区向主小区发送确认和反馈信息，表示同意LTE-WLAN的聚合。

步骤3)然后通过RRC实现连接重配置过，在MeNB侧需要有RRC进行参数的配置，从而实现系统网络的流控制，并将SeNB的信息状态发送到UE以通知参数。向UE通知MeNB配置的完成。

步骤4)其次实现随机接入过程，根据MeNB侧发来的配置信息，UE执行用于上行链路定时同步的随机接入过程。SeNB小区在收到有关UE的信息后，通过WLAN和UE建立连接。

步骤5)在完成整个网络的连接配置后，在MeNB侧通过分流承载发送的PDCP PDU在虚拟网关的加载解析之后作为WLAN PDU传递给UE侧的MAC层。将通过WLAN的MAC层的资源块解映射到虚拟网关之后，由PDCP层通过数据汇聚技术将LTE传来的数据和WLAN传来的数据汇聚之后，转交付给应用层。

本专利的工作原理是：

本专利中将LTE-A的数据利用WLAN的AP作为载体，将部分数据通过WLAN网络传输到终端或者网络端之后，在高层进行汇聚，实现大量业务的高效传输，通过WLAN中的未授权频段和LTE-A中的授权频段的聚合，实现两种无线通信技术的融合，这种LWA方式，使得在MeNB侧和UE侧可以通过分流承载和聚合将数据快速的传输到对等端，将LWA作为5G解决方案的一部分协助运营商实现LTE与WLAN网络资源的融合与优化，是实现未来高要求的数据业务。

以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。