CN100518180C - 一种实现分组数据聚合协议功能的***及方法 - Google Patents

一种实现分组数据聚合协议功能的***及方法 Download PDF

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Abstract

一种实现PDCP功能的***及方法，该***包括具有PDCP实体的UE、RAN和CN，该CN具有与UE中PDCP实体对等的PDCP实体，其中，UE用于将数据包通过自身PDCP实体进行报头压缩后形成PDCP-PDU，通过RAN发送给CN；或者接收通过RAN从CN发送的PDCP-PDU，将该PDCP-PDU通过自身PDCP实体进行报头解压缩后得到数据包；CN用于接收通过RAN从UE发送的PDCP-PDU，将该PDCP-PDU通过自身PDCP实体进行报头解压缩后得到数据包，将该数据包发送到外部网络；或者将从外部网络接收的数据包通过自身PDCP实体进行报头压缩后形成PDCP-PDU，通过RAN发送给UE。

Description

一种实现分组数据聚合协议功能的***及方法
技术领域
本发明涉及在通用移动通信***(UMTS)中处理无线接口协议的技术，特别涉及一种在UMTS中实现分组数据聚合协议(PDCP)功能的***及方法。
背景技术
目前第三代移动通信***所基于的标准主要有宽带码分多址(WCDMA)通信***、码分多址(CDMA)2000通信***以及TD-SCDMA通信***三种标准。
UMTS是采用WCDMA空中接口技术的第三代移动通信***，通常也把UMTS称为WCDMA通信***。UMTS的结构如图1所示：包括用户设备(UE，User Equipment)、无线接入网络(RAN，Radio Access Network)和核心网络(CN，Core Network)。RAN即为UMTS陆地无线接入网(UTRAN)，RAN用于处理所有与无线有关的功能，而CN处理UMTS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(CS，Circuit Switched Domain)和分组交换域(PS，Packet Switched Domain)。
RAN的结构如图2所示，UTRAN包含一个或几个无线网络子***(RNS)。一个RNS由一个无线网络控制器(RNC)和一个或多个节点B(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，RNC之间通过Iur接口互联，RNC针对UE来说可以划分为源RNC(SRNC)和目标RNC(TRNC)。RNC用来分配和控制与之相连或相关的NodeB的无线资源。NodeB则将从Iub接口传输过来的数据流通过Uu接口传送给UE或者将从Uu接口传输过来的数据流通过Iub传输给RNC，NodeB同时也参与一部分无线资源管理。
UE和CN之间的无线接口协议栈构架中包括了多种无线接口协议。UE和CN之间的无线接口协议栈如图3所示：其中，PDCP是针对PS域业务完成报头压缩/解压缩功能的，目的是为了节约UE和CN之间无线接口的无线带宽资源，提高传输数据的效率。PDCP实体分别设置在UE和RAN中，可以设置为一个或多个，每个PDCP实体使用若干种报头压缩/解压缩算法，不同的PDCP实体可能包含有相同的报头压缩/解压缩算法，从而在PS域建立多种不同类型的报头压缩/解压缩算法。PDCP实体的功能包括：在UE和RAN中分别执行数据包的报头压缩/解压缩；传输用户数据，将由数据包生成的PDCP协议数据单元(PDCP-PDU)转发到无线链路控制(RLC)层；在执行服务无线网络子***(SRNS)无损迁移时，将其维护的数据包对应的序列号和缓存的数据包转发到RAN中的TRNC。
通常，PDCP实体设置在RAN的RNC中，如设置在RAN的SRNC中和设置在RAN的TRNC中。
当UE建立了无线接入承载(RAB)后，就可以使用PDCP实体的报头压缩/解压缩功能，其具体步骤如图4所示：
步骤400、在UE中，UE的应用层数据封装成网际协议(IP)数据包或者点对点协议(PPP)数据包发送给UE中的PDCP实体；
步骤401、UE中的PDCP实体采用PDCP，对数据包进行报头压缩，生成PDCP-PDU后传送给UE中的RLC层；
步骤402、UE中的RLC层对该PDCP-PDU增加RLC报头后发送给媒体接入控制(MAC)层；
步骤403、UE中的MAC层对已经增加了RLC报头的PDCP-PDU增加MAC报头后发送给UE的物理层；
步骤404、UE的物理层对该增加RLC报头和MAC报头的PDCP-PDU进行编码调制等操作后发送给UE所属的NodeB，NodeB对该PDCP-PDU进行编码解调等操作后发送到RNC中的MAC层；
步骤405、RNC中的MAC层去除步骤404发送来的PDCP-PDU的MAC报头，将去除MAC报头后的PDCP-PDU发送给RNC中的RLC层；
步骤406、RNC中的RLC层去除步骤405发送来的PDCP-PDU的RLC报头后，将去除MAC报头和RLC报头后的PDCP-PDU发送给RNC中的PDCP实体，PDCP实体使用PDCP将PDCP-PDU进行报头解压缩，生成IP数据包或者PPP数据包；
步骤407、RNC将IP数据包或者PPP数据包通过通用分组无线服务***隧道协议-用户面(GTP-U)隧道经Iu接口发送给CN中的通用分组无线服务***网关支持节点(SGSN)，该SGSN再通过GTP-U隧道经Gn接口发送给CN中的通用分组无线服务***业务支持节点(GGSN)，GGSN再将IP数据包或者PPP数据包发送给外部网络。
图4所述的是从UE到外部网络发送数据包的过程，也就是上行发送数据包的过程。从外部网络发送数据包到UE的过程，即下行发送数据包的过程和上行发送数据包的过程类似，只是RNC中的PDCP实体负责对下行数据包进行PDCP报头压缩形成PDCP-PDU，而UE中的PDCP实体负责对接收到的PDCP-PDU进行报头解压缩。
目前，PDCP实体分别设置于RNC和UE，虽然采用报头压缩/解压缩技术节省了RNC和UE之间传输链路的带宽、有效地提高了无线接口的数据传输效率，但是在RNC和CN之间传输的上行数据和下行数据仍然是采用数据包的方式传输，而没有压缩数据包的报头。因此，采用数据包的方式传输的数据会占用RNC和CN之间传输链路的大量带宽资源，降低RNC和CN之间Iu接口的数据传输效率。
当UE在区域中进行移动时，对于UE来说，其登记区域的RNC为SRNC，其移动到区域的RNC为TRNC。目前，UE的SRNC有时要进行无损迁移，称之为SRNS无损迁移。在执行SRNS无损迁移过程中，SRNC中的PDCP实体将其维护的数据包对应的序列号要转发到TRNC，该数据包为SRNC已经发送给UE的下行数据包，数据包对应的序列号用于标记那些经SRNC发送出去并且UE没有接收到的数据包。为了使SRNS无损迁移后，TRNC能判定出已经发送的数据包是否处于接收到的状态，保证数据包没有丢失或者将丢失的数据包进行重传，SRNC中的PDCP实体必须将其维护的数据包对应的序列号转发到TRNC中。这个过程为：SRNC中的PDCP实体将其维护的数据包对应的序列号通过Iur接口发送给TRNC中的PDCP实体。更进一步，在执行SRNS无损迁移过程中，SRNC无法控制外部网络通过CN向UE发送下行数据包，所以必须将接收到的下行数据包缓存到预先设置的缓存区后发送给TRNC，用于在SRNS无损迁移后，TRNC根据从PDCP实体发送的数据包对应的序列号确定哪些数据包未发送到UE，将该数据包进行重发。由于SRNS和TRNC之间没有数据传输链路，所以SRNS将缓存的下行数据包发送给TRNC的过程为：SRNS在进行无损迁移后，SRNC将缓存的下行数据包通过Iu接口发送给CN，CN再通过Iu接口将该下行数据包发送给TRNC。同样，这会占用RNC和CN之间传输链路的大量带宽资源，降低RNC和CN之间Iu接口的数据传输效率。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种实现PDCP功能的***，该***能够在传输数据包时节省RNC和CN之间传输链路的带宽资源，提高RNC和CN之间Iu接口的数据传输效率。
本发明的另一目的在于提供一种实现PDCP功能的方法，该方法能够在传输数据包时节省RNC和CN之间传输链路的带宽资源，提高RNC和CN之间Iu接口的数据传输效率。
本发明还有一个目的在于在SRNS无损迁移过程中提供一种实现PDCP功能的方法，该方法能够在传输数据包时节省RNC和CN之间传输链路的带宽资源，提高RNC和CN之间Iu接口的数据传输效率。
根据上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种实现分组数据聚合协议PDCP功能的***，包括具有PDCP实体的用户设备UE，该***还包括无线接入网络RAN和核心网络CN，该CN具有与UE中PDCP实体对等的PDCP实体，其中，
UE，用于将数据包通过自身PDCP实体进行报头压缩后形成PDCP协议数据单元PDCP-PDU，将该PDCP-PDU通过RAN发送给CN；或者接收通过RAN从CN发送的PDCP-PDU，将该PDCP-PDU通过自身PDCP实体进行报头解压缩后得到数据包；
CN，用于接收通过RAN从UE发送的PDCP-PDU，将该PDCP-PDU通过自身PDCP实体进行报头解压缩后得到数据包，将该数据包发送到外部网络；或者将从外部网络接收的数据包通过自身PDCP实体进行报头压缩后形成PDCP-PDU，将该PDCP-PDU通过RAN发送给UE。
所述对等的PDCP实体中的报头压缩/解压缩算法与UE的PDCP实体中的相同。
所述对等的PDCP实体设置在CN的通用分组无线服务***业务支持节点GGSN中、或者通用分组无线服务***网关支持节点SGSN中。
所述RAN包括UE的目标无线网络控制器TRNC和UE的源无线网络控制器SRNC；所述对等的PDCP实体具有缓存区域，用于在服务无线网络子***SRNS无损迁移时将通过SRNC发送给UE的PDCP-PDU进行缓存，所述对等的PDCP实体同时维护已通过SRNC发送给UE的PDCP-PDU对应的序列号，在SRNS无损迁移后，所述对等的PDCP实体根据维护的已通过SRNC发送给UE的PDCP-PDU对应的序列号确定要重发的PDCP-PDU，从缓存区域中获取所缓存的要重发的PDCP-PDU，并通过TRNC发送给UE。
一种实现PDCP功能的方法，该方法包括：
A、数据包的发送端进行PDCP报头压缩得到PDCP-PDU，将该PDCP-PDU通过RAN发送给数据包的接收端；
B、数据包的接收端将接收到的PDCP-PDU进行PDCP报头解压缩后，得到数据包；所述数据包的发送端为UE时，所述数据包的接收端为CN；或者所述数据包的发送端为CN时，所述数据包的接收端为UE。
所述数据包的接收端为CN中的GGSN或者SGSN。
所述数据包的发送端为CN中的GGSN或者SGSN。
一种在SRNS无损迁移时实现PDCP功能的方法，在CN中的PDCP实体上设置缓存区，该方法包括：A1、在SRNS无损迁移过程中，CN中的PDCP实体将CN已经发送给UE的PDCP-PDU缓存在缓存区中，在CN中的PDCP实体记录序列号，该序列号标记已经发送的并且UE未接收到的PDCP-PDU；B1、在SRNS无损迁移完成后，CN中的PDCP实体将对应于所记录序列号的PDCP-PDU从缓存区中获取，并将该PDCP-PDU通过UE的TRNC重新发送给UE。
从上述方案可以看出，本发明提供的***将现有技术设置在RAN中的PDCP实体设置在CN中。本发明提供的方法在UMTS***中的UE和CN，即UMTS***的收发端分别实现数据包报头的PDCP压缩/解压缩功能，而不是在RNC这个中转节点和UE上分别实现数据包报头的PDCP压缩/解压缩功能，从而使本发明提供的***及方法在传输数据包时节省了RNC和CN之间传输链路的带宽资源，提高了RNC和CN之间Iu接口的数据传输效率。在SRNS无损迁移过程中，在CN中的PDCP实体设置缓存区，将已经发送的下行数据包缓存到该缓存区中。当SRNS无损迁移后，CN中的PDCP实体根据所维护的已经发送的PDCP-PDU对应的序列号确定哪些所缓存的PDCP-PDU需要重发，将需要重发的PDCP-PDU通过TRNC发送给UE，而不像现有技术那样将CN作为中转节点从SRNC到CN再到TRNS传输所缓存的已经发送的下行数据包，从而在传输数据包时节省了RNC和CN之间传输链路的带宽资源，提高RNC和CN之间Iu接口的数据传输效率。
附图说明
图1为UMTS的结构图。
图2为RAN的结构图。
图3为UE和CN之间的无线接口协议栈示意图。
图4为现有技术UE建立了RAB后，使用PDCP实体的报头压缩/解压缩功能的方法流程图。
图5为本发明实现PDCP功能的***示意图。
图6为本发明将对等PDCP实体设置在SGSN中的***示意图。
图7为本发明将对等PDCP实体设置在GGSN中的***示意图。
图8为本发明实现PDCP功能的方法流程图。
图9为本发明在SRNS进行无损迁移时，实现PDCP功能的方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下举具体实施例并参照附图，对本发明进行进一步详细的说明。
本发明为了在传输数据包时解决占用RNC和CN之间传输链路的大量带宽资源的问题，将RNC中设置的PDCP实体设置在CN中，如设置在CN的GGSN或者SGSN中。这样，由UE传输给CN的上行数据包、或者由CN传输给UE的下行数据包都可以在发送端进行PDCP报头压缩，在接收端进行PDCP报头解压缩，使RNC和CN之间Iu接口传输的是经过PDCP报头压缩的数据包，而不是像现有技术那样传输的是未经过PDCP报头压缩的数据包，从而节省了RNC和CN之间传输链路的带宽资源，提高了RNC和CN之间Iu接口传输数据的效率。
图5为本发明实现PDCP功能的***示意图，如图所示：该***包括CN500、RAN501和UE502。
其中，UE502中设置有PDCP实体503，用于对要发送的数据包进行PDCP报头压缩生成PDCP-PDU，对接收的PDCP-PDU进行PDCP报头解压缩得到数据包。UE502将生成的PDCP-PDU发送给RAN501，或者从RAN501接收PDCP-PDU。
RAN501用于将从UE接收来的PDCP-PDU发送到CN500，或者将从CN500接收来的PDCP-PDU发送到UE502。
CN500中设置有与UE502的PDCP实体503对等的PDCP实体504。对等的PDCP实体504和PDCP实体503所处地位相同，对等的PDCP实体504中的报头压缩/解压缩算法和PDCP实体503的报头压缩/解压缩算法可以相同或者不相同。但是在通信过程中，对等的PDCP实体504使用与PDCP实体503的报头压缩/解压缩算法相同的报头压缩/解压缩算法，用于对要发送的数据包进行PDCP报头压缩生成PDCP-PDU，对接收的PDCP-PDU进行PDCP报头解压缩得到数据包。CN500将生成的PDCP-PDU发送给RAN501，或者从RAN501接收PDCP-PDU。
当进行SRNS无损迁移时，本发明在CN500的对等的PDCP实体504中设置缓存区域，用于存储已经发送的PDCP-PDU。对等的PDCP实体504也同时维护已经发送的PDCP-PDU对应的序列号，在SRNS无损迁移后，对等PDCP实体504根据维护的已经发送的PDCP-PDU对应的序列号确定要重发的PDCP-PDU，从缓存区域中获取要重发的PDCP-PDU并通过UE的TRNC重发给UE。
对等PDCP实体504维护已经发送的PDCP-PDU对应的序列号过程为：存储已经发送的并且没有被UE接收到的PDCP-PDU对应的序列号。
本发明可以将CN500中的对等的PDCP实体504设置在CN中的SGSN或GGSN中，分别如图6和图7所示。
在UE可以设置一个或一个以上的PDCP实体，每个PDCP实体使用若干种报头压缩/解压缩算法，不同的PDCP实体可以包含有相同的报头压缩/解压缩算法，从而在PS域建立多种不同类型的报头压缩/解压缩算法。相应地，在CN中也可以设置一个或一个以上对等的PDCP实体。
在CN和UE进行正常收发数据包时，图8为本发明实现PDCP功能的方法流程图，其具体步骤为：
步骤800、在UE中，UE的应用层数据封装成IP数据包或者PPP数据包发送给UE中的PDCP实体；
步骤801、UE中的PDCP实体采用PDCP，对该数据包进行报头压缩，生成PDCP-PDU后传送给UE中的RLC层；
步骤802、UE中的RLC层对该PDCP-PDU增加RLC报头后发送给MAC层；
步骤803、UE中的MAC层对已经增加了RLC报头的PDCP-PDU增加MAC报头后发送给UE的物理层；
步骤804、UE的物理层对该增加RLC报头和MAC报头的PDCP-PDU进行编码调制等操作后发送给UE所属的NodeB，NodeB对该PDCP-PDU进行编码解调等操作后发送到RNC中的MAC层；
步骤805、RNC中的MAC层去除步骤804发送来的PDCP-PDU增加的MAC报头，将去除MAC报头后的PDCP-PDU发送给RNC中的RLC层；
步骤806、RNC中的RLC层去除步骤805发送来的PDCP-PDU的RLC报头后，将去除MAC报头和RLC报头后的PDCP-PDU通过GTP-U隧道经过Iu接口发送给CN中的PDCP实体；
步骤807、CN中的PDCP实体使用PDCP将PDCP-PDU进行报头解压缩，得到IP或者PPP数据包，将该IP或者PPP数据包发送给外部网络。
图8叙述的是从UE到外部网络发送上行数据包的整个过程，同样，从外部网络到UE发送下行数据包的过程和图8叙述的过程类似，只是CN中的PDCP实体负责对从外部网络发送来的下行数据包进行PDCP报头压缩生成PDCP-PDU，UE中的PDCP实体负责对接收到的PDP-PDU进行PDCP报头解压缩。
由于本发明将PDCP实体设置在CN中，所以当SRNS进行无损迁移时，在CN中的PDCP实体上预先设置缓存区域，实现PDCP功能的方法流程图如图9所示：
步骤900、SRNC向CN中的PDCP实体发送SRNS无损迁移请求；
步骤901、CN中的PDCP实体接收到SRNC发送的SRNS无损迁移请求后，PDCP实体启动现有的维护已经发送的PDCP-PDU对应的序列号功能，并且将已经发送的PDCP-PDU进行缓存；
步骤902、SRNS无损迁移完成，SRNC向CN中的PDCP实体发送SRNS无损迁移完成消息；
步骤903、CN中的PDCP实体接收到SRNC发送的SRNS无损迁移完成消息，根据维护已经发送的PDCP-PDU对应的序列号确定对缓存的PDCP-PDU是否重发，并将要重发的PDCP-PDU通过UE的TRNC重新发送给UE。
根据维护已经发送的PDCP-PDU对应的序列号确定对缓存的PDCP-PDU是否重发的过程为：判断所缓存的PDCP-PDU是否对应于维护的序列号，如果是，判定必须进行重发，如果不是，判定为可以不进行重发。
当SRNS进行无损迁移时，本发明只是对CN要发送给UE的下行PDCP-PDU进行了如图9所述的处理，而对从UE发送给CN的上行PDCP-PDU不进行图9所述的处理，即SRNS无损迁移过程不影响UE发送上行PDCP-PDU。
和现有技术相比，本发明在SRNS无损迁移过程中，不需要将CN作为中转节点，从SRNS到CN再到TRNC传输缓存在SRNS中的已经发送的数据包，而是根据在PDCP实体进行维护的已经发送的PDCP-PDU对应的序列号确定哪些所缓存的已经发送的PDCP-PDU需要重发，将需要重发的PDCP-PDU直接从CN的PDCP实体中的缓存区域通过TRNC发送给UE，节省了Iu接口的带宽资源。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1、一种实现分组数据聚合协议PDCP功能的***，包括具有PDCP实体的用户设备UE，其特征在于，该***还包括无线接入网络RAN和核心网络CN，该CN具有与UE中PDCP实体对等的PDCP实体，其中，
UE，用于将数据包通过自身PDCP实体进行报头压缩后形成PDCP协议数据单元PDCP-PDU，将该PDCP-PDU通过RAN发送给CN；或者接收通过RAN从CN发送的PDCP-PDU，将该PDCP-PDU通过自身PDCP实体进行报头解压缩后得到数据包；
CN，用于接收通过RAN从UE发送的PDCP-PDU，将该PDCP-PDU通过自身PDCP实体进行报头解压缩后得到数据包，将该数据包发送到外部网络；或者将从外部网络接收的数据包通过自身PDCP实体进行报头压缩后形成PDCP-PDU，将该PDCP-PDU通过RAN发送给UE。
2、如权利要求1所述的***，其特征在于，所述对等的PDCP实体中的报头压缩/解压缩算法与UE的PDCP实体中的相同。
3、如权利要求1所述的***，其特征在于，所述对等的PDCP实体设置在CN的通用分组无线服务***业务支持节点GGSN中、或者通用分组无线服务***网关支持节点SGSN中。
4、如权利要求1所述的***，其特征在于，所述RAN包括UE的目标无线网络控制器TRNC和UE的源无线网络控制器SRNC；
所述对等的PDCP实体具有缓存区域，用于在服务无线网络子***SRNS无损迁移时将通过SRNC发送给UE的PDCP-PDU进行缓存，所述对等的PDCP实体同时维护已通过SRNC发送给UE的PDCP-PDU对应的序列号，在SRNS无损迁移后，所述对等的PDCP实体根据维护的已通过SRNC发送给UE的PDCP-PDU对应的序列号确定要重发的PDCP-PDU，从缓存区域中获取所缓存的要重发的PDCP-PDU，并通过TRNC发送给UE。
5、一种实现PDCP功能的方法，其特征在于，该方法包括：
A、数据包的发送端进行PDCP报头压缩得到PDCP-PDU，将该PDCP-PDU通过RAN发送给数据包的接收端；
B、数据包的接收端将接收到的PDCP-PDU进行PDCP报头解压缩后，得到数据包；
所述数据包的发送端为UE时，所述数据包的接收端为CN；或者所述数据包的发送端为CN时，所述数据包的接收端为UE。
6、如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述数据包的接收端为CN中的GGSN或者SGSN。
7、如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述数据包的发送端为CN中的GGSN或者SGSN。
8、一种在SRNS无损迁移时实现PDCP功能的方法，其特征在于，在CN中的PDCP实体上设置缓存区，该方法包括：
A1、在SRNS无损迁移过程中，CN中的PDCP实体将CN已经发送给UE的PDCP-PDU缓存在缓存区中，在CN中的PDCP实体记录序列号，该序列号标记已经发送的并且UE未接收到的PDCP-PDU；
B1、在SRNS无损迁移完成后，CN中的PDCP实体将对应于所记录序列号的PDCP-PDU从缓存区中获取，并将该PDCP-PDU通过UE的TRNC重新发送给UE。
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