CN101115286A - 一种基站到核心网的通信方法及*** - Google Patents

一种基站到核心网的通信方法及*** Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基站到核心网的通信方法及***。所述方法为：基站直接支持无线接入网与核心网电路域之间的用户面协议；移动交换中心经基站控制器传递自身的用户面参数信息到基站；基站根据所述移动交换中心的用户面参数信息直接向移动交换中心发送数据，以及，移动交换中心接收数据。所述***包括：基站，用于直接支持无线接入网与核心网电路域之间的用户面协议，并根据移动交换中心的用户面参数信息直接向移动交换中心发送数据；基站控制器，用于向基站传递移动交换中心的用户面参数信息；移动交换中心，用于经基站控制器传递自身的用户面参数信息到基站，并接收基站发送的数据。本发明能够实现基站到电路域核心网的直接通信，简化数据传输过程。

Description

一种基站到核心网的通信方法及***
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种基站到电路域核心网的通信方法及***。
背景技术
随着通信技术的迅速发展，在无线网络中出现了网络扁平化发展的趋势。所谓扁平化，简单地说，就是在一次业务处理过程，尽量减少信令和用户数据所需经过的网元数量。网络扁平化的好处是业务处理涉及的网元种类和数量减少，简化网络结构；提高业务接入速度，减少用户数据传输时延；能够更好地服务于层次架构的通用移动通信***UMTS网络所忽视的市场，如家庭、企业市场等。
以通用移动通信***UMTS(Universal Mobile TelecommunicationsSystem)为例，UMTS网络由CN(核心网)、RAN(无线接入网)和UE(用户装置)组成。无线接入网RAN包括基站NODE B和基站控制器RNC。核心网CN从逻辑上可分为分组交换域(PS)和电路交换域(CS)，CS域是UMTS的电路交换核心网，用于支持电路数据业务；PS域是UMTS的分组业务核心网，用于支持分组数据业务和一些多媒体业务。基站控制器RNC和基站NODEB间的接口为Iub，基站控制器RNC与CS域间的接口为Iu-CS，与PS域间的接口为Iu-PS。现有厂家针对UMTS网络扁平化的主要出发点是：将现有UMTS网元功能重新分化组合，减少垂直方向网元数量，降低用户面和信令面时延。目前，已经出现基站到分组域核心网的直通方案，即在PS网络将用户面接口合并的方案，如一种名称为“one channel”的方案，将Iu-PS接口和Gn接口的用户面合一，减少用户面数据中转环节，从而提高处理性能；还有一种方案是将Iub接口、Iu-PS接口、Gn接口和Gi接口的用户面合并为一个接口，即基站直接支持Gi接口的通信方法，也能减少用户面数据中转环节，从而提高PS域性能。
针对CS域的基站到电路域核心网的直通方案目前尚未出现，当前，在现有第三代合作伙伴计划3GPP架构下基站到电路域核心网的通信方法如图1所示：
用户装置UE通过标准的Uu接口与NODE B连接，NODE B与RNC之间通过标准的Iub接口互连，RNC与MSC之间为标准的Iu-CS接口。Iub接口的控制面CP采用NODE B应用协议NBAP，用户面UP采用帧协议FP。Iu-CS接口的控制面采用无线接入网络应用部分RANAP协议，用户面采用Iu接口用户面协议Iu UP。在Iub接口和Iu-CS接口基于ATM承载的情况下，CS用户面数据帧需要经过Iub和Iu-CS两个接口到达MSC。在3GPP R6标准中，Iub接口和Iu-CS接口可以支持IP传输，但CS用户面数据帧仍然是经NODE B传递到RNC，再由RNC传递到MSC，也就是说还是需要经过Iub和Iu-CS两个接口到达MSC。
可以看出，上述方案虽然实现了Iub和Iu-CS接口的IP化，但用户面数据帧还是需要逐段传输，即从NODE B传输到RNC，再从RNC传输到MSC，经过了两段IP传输，这样用户数据传输过程较长，也延长了传输时延。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基站到核心网的通信方法及***，该方法及***能够实现基站到电路域核心网的用户面数据的直接通信，简化了数据传输过程，也简化了网络结构。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明提供一种基站到核心网的通信方法：基站直接支持无线接入网与核心网电路域之间的用户面协议；移动交换中心经基站控制器传递自身的用户面参数信息到基站；基站根据所述移动交换中心的用户面参数信息直接向移动交换中心发送数据，以及，移动交换中心接收所述数据。
其中，所述用户面参数信息包括用户面网络地址和端口号。
进一步的，所述方法包括基站经基站控制器传递自身用户面参数信息到移动交换中心，移动交换中心根据所述基站的用户面参数信息直接向基站传递数据。
当基站间要发生切换时，基站控制器向移动交换中心发送切换目的侧基站用户面网络地址和端口号。
所述基站控制器向移动交换中心发送切换目的侧基站用户面网络地址和端口号通过无线接入承载更新请求消息实现。
相应的，本发明提供一种基站到核心网的通信***，包括：基站、基站控制器和移动交换中心；基站，用于直接支持无线接入网与核心网电路域之间的用户面协议，并根据移动交换中心的用户面参数信息直接向移动交换中心发送数据；基站控制器，用于向基站传递移动交换中心的用户面参数信息；移动交换中心，用于经基站控制器传递自身的用户面参数信息到基站，并接收基站发送的数据。
其中，所述用户面参数信息包括用户面网络地址和端口号。
所述基站进一步包括用于经基站控制器传递自身用户面参数信息到移动交换中心，以及，移动交换中心根据所述基站的用户面参数信息直接向基站传递数据。
所述基站控制器进一步包括用于在检测到基站间要发生切换时，向移动交换中心发送切换目的侧基站用户面网络地址和端口号。
所述基站控制器向移动交换中心发送切换目的侧基站用户面网络地址和端口号通过无线接入承载更新请求消息实现。
以上技术方案可以看出：
前述现有技术中用户数据从NODE B传输到RNC，再传输到MSC，这样数据传输过程较长，也延长了传输时延，而本发明通过将无线接入网与核心网电路域之间的用户面协议移植到基站，使基站直接支持无线接入网与核心网电路域之间的用户面协议，使得用户数据直接从NODE B传输到MSC，也就是将原来的两段IP传输合并为一段IP传输，简化了数据传输过程，也减少了传输时延；另外，本发明中基站控制器RNC不需要做电路域用户面数据包转发处理，降低了RNC的处理负荷，同时也降低了RNC的成本。
附图说明
图1是现有技术中基站到电路域核心网接口方法示意图；
图2是现有技术中Iu-CS的协议栈结构示意图；
图3是现有技术中Iub的协议栈结构示意图；
图4是本发明中基站到电路域核心网通信方法总括流程图；
图5是本发明中基站到电路域核心网控制面接口方法示意图；
图6是本发明中基站到电路域核心网用户面接口方法示意图；
图7是本发明中NODE B与MSC的接口的用户平面协议栈结构示意图；
图8是本发明中改进的Iub的协议栈结构示意图；
图9是本发明中指配流程示意图；
图10是本发明中NODE B切换流程示意图；
图11是本发明***示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种基站到核心网的通信方法及***，其核心思想是：基站直接支持无线接入网与核心网电路域之间的用户面协议；移动交换中心经基站控制器传递自身的用户面参数信息到基站；基站根据所述移动交换中心的用户面参数信息直接向移动交换中心发送数据，以及，移动交换中心接收所述数据。
目前3GPP标准中，基于IP承载的RNC与MSC间的Iu-CS的协议栈架构图请参阅图2。该协议结构分为两个主要层面：无线网络层和传输网络层。在无线网络层包括控制面和用户面，在传输网络层包括与控制面和用户面分别对应的传输网络用户平面。Iu-CS用户面采用Iu UP协议，主要用来传输用户发送和接收的所有信息，Iu UP协议的主要功能包括：用户面数据帧传递、速率控制、初始化和错误处理等。Iu-CS控制面采用无线接入网络应用部分RANAP协议，主要实现RANAP协议功能，包括：服务RNC的重定位、无线接入承载RAB的管理、Iu连接的建立/释放/复位、过载控制、寻呼、安全模式控制、位置报告、错误报告等。控制面对应的传输网络用户平面中包括信令连接控制部分SCCP、消息传输部分MTP层3的用户适配层M3UA、流控制传输协议SCTP和互连网协议IP，以及数据链路层和物理层。用户面对应的传输网络用户平面中包括实时传输协议RTP/实时传输控制协议RTCP、用户数据报文协议UDP/互连网协议IP，以及数据链路层和物理层。
3GPP标准中基于IP承载的NODE B与RNC间的Iub的协议栈架构图请参阅图3。该协议结构也是分为两个主要层面：无线网络层和传输网络层。在无线网络层包括控制面和用户面，控制面采用NODE B应用协议NBAP，用户面采用帧协议FP，其中的帧协议包括专用信道DCH帧协议、随机接入信道RACH帧协议、前向接入信道FACH帧协议、寻呼信道PCH帧协议、高速下行共享信道HS-DSCH帧协议、时分双工式高速下行共享信道TDD-DSCH帧协议、上行链路共享信道USCH帧协议、传输格式字TFCI2帧协议、增强的专用信道E-DCH帧协议等。与控制面NBAP协议对应的传输层包括流控制传输协议SCTP和互连网协议IP，以及数据链路层和物理层。与用户面FP协议对应的传输层包括用户数据报文协议UDP和互连网协议IP，以及数据链路层和物理层。
本发明将RNC的Iu UP协议从RNC移植到NODE B，RNC仅保留Iu-CS接口控制面功能，用户面由NODE B直接与MSC互通，省略了中间RNC转发的环节。由于采用IP传输，使用无连接传输协议UDP，传输不需要建立单独的连接，所以此时不需要专门的传输网络控制面协议。
请参阅图4，是本发明中基站到电路域核心网通信方法总括流程图，包括步骤：
A1、基站支持Iu-CS接口用户面协议Iu UP；
A2、基站根据移动交换中心经基站控制器传递的用户面参数信息向移动交换中心发送数据；
A3、移动交换中心接收所述数据。
需要说明的是，基站也会经基站控制器传递自身用户面参数信息到移动交换中心，移动交换中心根据所述基站的用户面参数信息向基站传递数据。
将Iu-CS接口用户面协议Iu UP移植到基站的方法具体请同时参阅图5和图6。
如图5和图6所示，用户装置UE依然是通过标准的Uu接口与NODE B连接，而NODE B与RNC，以及RNC与MSC间保持控制面功能不变，即RNC与NODE B之间的控制面NBAP协议保留3GPP架构不变，RNC与MSC之间的控制面RANAP协议保留3GPP架构不变，但RNC的Iu-CS接口用户面发生变化，已经将Iu-CS用户面Iu UP协议栈从RNC移植到NODE B，即NodeB与MSC间具有Iu-CS用户面的功能。因为NODE B需要直接与MSC进行用户面互通，所以NODE B需要对应支持的Iu UP协议，原有RNC与MSC之间的Iu-CS用户面通道，不再发挥作用，由NODE B与MSC直接进行用户面交互，从Uu接口传递给NODE B的电路域数据帧，由NODE B直接打包成Iu UP的数据帧，然后发送给MSC；RNC与NODEB之间Iub接口的用户面DCH通道，不再发挥作用。
请同时参阅图7，是本发明中NODE B与MSC的接口的用户平面协议栈结构示意图。如图7所示，其实也就是将图2中的Iu-CS用户面协议栈从RNC移植到了NODE B，用户面采用Iu UP协议，用户面对应的传输网络用户平面中包括实时传输协议RTP/实时传输控制协议RTCP、用户数据报文协议UDP/互连网协议IP，以及数据链路层和物理层。
请同时参阅图8，是本发明中改进的Iub的协议栈结构示意图。Iub接口用户面公共传输信道的帧协议功能，在NODE B和RNC之间继续保留，RNC与NODE B之间Iub接口的用户面专用信道DCH帧协议，则不再发挥作用。如图8所示，此时无线网络层包括随机接入信道RACH帧协议、前向接入信道FACH帧协议、寻呼信道PCH帧协议和其他公共传输信道帧协议，与用户面帧协议FP对应的传输层包括用户数据报文协议UDP和互连网协议IP，以及数据链路层和物理层。
本发明用户面由NODE B与MSC直接互通后，其消息指配流程相应有所变化。请参阅图9，是本发明中RNC/NODE B与MSC的指配流程示意图，包括步骤：
B1、RNC收到MSC发来的无线接入承载RAB(Radio Access Bearer)指配请求，该请求中包含MSC侧用户面的IP地址和用户数据报文协议UDP端口号；
B2、RNC向NODE B发起无线链路重配置准备RLRP(Radio LinkReconfiguration Preparation)消息，将MSC侧的IP地址和UDP端口号传递给NODE B；
B3、NODE B向RNC回应无线链路重配置就绪RLRR(Radio LinkReconfiguration Ready)消息，其中包括NODE B侧IP地址和用户数据报文协议UDP(User Datagram Protocol)端口号；
B4、RNC向NODE B发起无线链路重配置执行消息(Radio LinkReconfiguration Commit)；
B5、NODE B向MSC发起Iu UP初始化流程；
B6、RNC向MSC回复无线接入承载RAB指配响应消息，其中携带NODEB的IP地址和UDP端口号。
从上述步骤看，Iub和Iu-CS接口的控制面都走标准的信令流程。与3GPP标准的修改在于：RNC向NODE B发起的无线链路重配置准备流程中，携带的用户面地址信息是MSC的地址信息，不是一般协议定义的RNC本身的地址信息，这个修改对于NODE B来说不可见。RNC向MSC发起的RAB指配响应消息中，携带的用户面地址信息为NODE B的用户面地址信息，而不是一般协议定义的RNC本身的地址信息，这个修改对于MSC来说不可见。也就是说：RNC的用户面地址信息已经不存在，对于MSC而言，RNC地址信息实际上就是NODE B的；对于NODE B而言，RNC的地址信息实际上就是MSC的。用户面与标准流程的修改在于：原有的RNC与MSC之间Iu UP流程，现在变成了在NODE B与MSC之间执行。
需要说明的是，图9中Iub接口的无线链路重配置信令流程是以同步方式举例说明的，其也可以用异步方式实现。在异步方式的无线链路重配置流程中，Iu-CS用户面接口两侧MSC和NODE B的IP地址和UDP端口号的传递方式也是类似的：将上述流程的步骤B2修改为无线链路重配置请求(Radio LinkReconfiguration Request)，将步骤B3修改为无线链路重配置响应(Radio LinkReconfiguration Response)，步骤B4(Radio Link Reconfiguration Commit)在异步重配置中则不需要。
在3GPP标准架构下，RNC内部NODE B之间的切换由RNC通过标准的NBAP协议完成，是不需要通知MSC的，该切换对于MSC不可见。但是在本发明中，由于NODE B直接与MSC互通，导致用户面数据通道直接建立在NODE B和MSC之间，所以NODE B之间的切换导致与MSC之间的电路域数据通道的改变，也需要及时通知MSC，以更新用户面数据传输通道。
本发明中，Iu UP协议移植到NODE B之后，为了支持NODE B之间的切换，RNC需要扩展现有的RANAP消息，以支持Iu-CS接口接入网侧用户面地址的修改，即需要扩展无线接入承载RAB修改请求(RAB MODIFYREQUEST)消息，让该消息可以向MSC请求修改接入网RAN侧用户面IP地址即NODE B侧IP地址：将IU-CS接口的用户面IP地址从原NODE B修改为目的NODE B的IP地址，以支持RNC内部NODE B之间的切换流程。
RAB修改请求消息的具体修改方法见下表：
RAB修改请求消息中3GPP R6标准已经定义的的信元包括请求的最大速率和保证速率，用来进行速率控制，还包括可选的RAB配置请求，用于接入网发起的可视电话回落。
本发明在原有信元基础上新增“传输层信息”信元，用于向MSC请求修改Iu-CS接口用户面接入网RAN侧的IP地址，传输层信息包括传输层地址和Iu接口传输绑定号码。传输层地址指新的接入网侧IP地址，Iu接口传输绑定号码指新的接入网侧特定用户数据流使用的UDP端口号，对于本发明来说也就是NODE B的IP地址和特定用户数据流使用的UDP端口号。
信元名称 必选还是可选 可以重复次数 取值类型 含义描述
请求的RAB参数的值
＞请求的最大 可选 0 to 2 整数 当重复次数为1时，表示下
速率 (1..16,000,000) 行速率；当重复次数为2时，排在前面的是下行速率，其次是上行速率。
＞请求的保证速率 可选 0 to 2 整数(0..16,000,000) 当重复次数为1时，表示下行速率；当重复次数为2时，排在前面的是下行速率，其次是上行速率。
＞可选的RAB配置请求 可选 枚举值(可选的RAB配置请求，..) 用于接入网发起的可视电话回落。
＞传输层信息 可选
＞＞传输层地址 必选 新的接入网侧IP地址
＞＞Iu接口传输绑定号码 必选 新的接入网侧特定用户数据流使用的UDP端口号
请参阅图10，是本发明中NODE B切换流程示意图，包括步骤：
C1、RNC检测到UE要发起NODE B之间的切换；
C2、RNC向MSC发起RAB修改请求(RAB MODIFYREQUEST)，要求修改Iu接口接入网侧的用户面地址即NODE B侧IP地址；
C3、MSC在收到RNC发起的RAB修改请求后，向RNC发起RAB指配请求消息，该消息中包含RAB标识和传输层信息，传输层信息中包括MSC侧IP地址和UDP端口号；
C4、RNC在收到MSC的RAB指配请求后，发起RAB指配响应，该消息中包含RAB标识和传输层信息，传输层信息中包括NODE B侧IP地址和UDP端口号，用以修改接入网侧用户面IP地址。MSC接收修改信息后将对NODE B的IP地址和UDP端口号进行对应修改。
相应的，本发明提供一种基站到核心网的通信***。
请参阅图11，是本发明***示意图。***包括：基站901、基站控制器902和移动交换中心903；基站901，用于直接支持无线接入网与核心网电路域之间的用户面协议，并根据移动交换中心903的用户面参数信息直接向移动交换中心903发送数据；基站控制器902，用于向基站901传递移动交换中心903的用户面参数信息；移动交换中心903，用于经基站控制器902传递自身的用户面参数信息到基站901，并接收基站901发送的数据。
其中，所述用户面参数信息包括用户面网络地址和端口号。
所述基站901进一步包括用于经基站控制器902传递自身用户面参数信息到移动交换中心903，以及，移动交换中心903根据所述基站901的用户面参数信息直接向基站901传递数据。
所述基站控制器902进一步包括用于在检测到基站间要发生切换时，向移动交换中心903发送切换目的侧基站用户面网络地址和端口号。
所述基站控制器902向移动交换中心903发送切换目的侧基站用户面网络地址和端口号通过无线接入承载更新请求消息实现。
本发明***中，将基站控制器(RNC)902支持的无线接入网与核心网电路域之间的用户面协议Iu UP协议从RNC902移植到基站(NODE B)901，也就是说基站901直接支持Iu-CS接口用户面协议Iu UP，RNC902仅保留Iu-CS接口控制面功能，用户面由NODE B901直接与移动交换中心(MSC)903互通，省略了中间RNC902转发的环节。具体来说，即RNC902与NODE B901之间的控制面NBAP协议保留3GPP架构不变，RNC902与MSC903之间的控制面RANAP协议保留3GPP架构不变，但RNC902的Iu-CS接口用户面发生变化，已经将Iu-CS用户面Iu UP协议栈从RNC902移植到NODE B901，即NODE B901与MSC903间具有Iu-CS用户面的功能。NODE B901与MSC903直接进行用户面交互，从Uu接口传递给NODE B901的电路域数据帧，由NODE B901直接打包成Iu UP的数据帧，然后发送给MSC903。
本发明中***中，Iu UP协议移植到NODE B901之后，为了支持NODEB901之间的切换，RNC902需要扩展现有的RANAP消息，以支持Iu-CS接口接入网侧用户面地址的修改，即需要扩展无线接入承载RAB修改请求(RABMODIFY REQUEST)消息，让该消息可以向MSC903请求修改接入网RAN侧用户面IP地址即NODE B901侧IP地址，具体是在消息原有信元基础上新增“传输层信息”信元，用于向MSC903请求修改Iu-CS接口用户面接入网RAN侧的IP地址，传输层信息包括传输层地址和Iu接口传输绑定号码。传输层地址指新的接入网侧IP地址，Iu接口传输绑定号码指新的接入网侧UDP端口号，对于本发明来说也就是NODE B901的IP地址和UDP端口号。MSC903接收修改信息后将对NODE B901的IP地址和UDP端口号进行对应修改。
需要说明的是，本发明以UMTS网络为例但并不局限于此。本发明同样能够适用于码分多址接入CDMA网络和其他可以基于IP承载电路域语音、可视电话的的无线网络。在CDMA网络的基站收发信机BTS/基站控制器BSC/移动交换中心MSC实体上的电路域业务，其从基站到交换中心MSC的直通同样属于本发明范围。
以上对本发明所提供的一种基站到核心网的通信方法及***进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种基站到核心网的通信方法，其特征在于：
基站直接支持无线接入网与核心网电路域之间的用户面协议；
移动交换中心经基站控制器传递自身的用户面参数信息到基站；
基站根据所述移动交换中心的用户面参数信息直接向移动交换中心发送数据，以及，移动交换中心接收所述数据。
2.根据权利要求1所述的基站到核心网的通信方法，其特征在于：
所述用户面参数信息包括用户面网络地址和端口号。
3.根据权利要求1或2所述的基站到核心网的通信方法，其特征在于：
包括基站经基站控制器传递自身用户面参数信息到移动交换中心，移动交换中心根据所述基站的用户面参数信息直接向基站传递数据。
4.根据权利要求3所述的基站到核心网的通信方法，其特征在于：
基站间要发生切换时，基站控制器向移动交换中心发送切换目的侧基站用户面网络地址和端口号。
5.根据权利要求4所述的基站到核心网的通信方法，其特征在于：
所述基站控制器向移动交换中心发送切换目的侧基站用户面网络地址和端口号通过无线接入承载更新请求消息实现。
6.一种基站到核心网的通信***，其特征在于，包括：
基站、基站控制器和移动交换中心；
基站，用于直接支持无线接入网与核心网电路域之间的用户面协议，并根据移动交换中心的用户面参数信息直接向移动交换中心发送数据；
基站控制器，用于向基站传递移动交换中心的用户面参数信息；
移动交换中心，用于经基站控制器传递自身的用户面参数信息到基站，并接收基站发送的数据。
7.根据权利要求6所述的基站到核心网的通信***，其特征在于：
所述用户面参数信息包括用户面网络地址和端口号。
8.根据权利要求6或7所述的基站到核心网的通信***，其特征在于：
所述基站进一步包括用于经基站控制器传递自身用户面参数信息到移动交换中心，以及，移动交换中心根据所述基站的用户面参数信息直接向基站传递数据。
9.根据权利要求8所述的基站到核心网的通信***，其特征在于：
所述基站控制器进一步包括用于在检测到基站间要发生切换时，向移动交换中心发送切换目的侧基站用户面网络地址和端口号。
10.根据权利要求9所述的基站到核心网的通信***，其特征在于：
所述基站控制器向移动交换中心发送切换目的侧基站用户面网络地址和端口号通过无线接入承载更新请求消息实现。
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