CN101031132A - 一种无线资源管理系统及基于该系统的切换控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于无线资源管理系统，包括：若干基站，其中：所述各基站中设有用于实现无线资源管理功能的功能单元，所述基站之间设有用于传输无线资源管理信息以实现基站之间无线资源管理功能的控制面接口。本发明解决了目前演进网络中无线资源管理系统框架不明确的问题；并且在此基础上，给出了因UE移动性和由于负载均衡所触发的切换的控制方法。整个方案降低了演进网络中切换的复杂度和系统负荷，同时也提高了切换成功率、降低了切换时延。

Description

一种无线资源管理系统及基于该系统的切换控制方法

技术领域

本发明涉及移动通信技术领域，尤其涉及无线通信系统中的无线资源管理及切换技术。

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，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(RadioAccess Network，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(公共地面无线接入网络)、CN(核心网络)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。

其中，UTRAN(公共地面无线接入网络)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可以通过RNC之间的直接物理连接或通过传输网连接。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。

以上的网络架构是基于3GPP Re16以前版本的架构，考虑到未来网络的竞争能力，3GPP正在研究一种全新的演进网络架构以满足未来十年甚至更长时间内移动网络的应用需求，包括系统架构演进(SAE)和接入网的长期演进(LTE)，其中演进的接入网称为E-UTRAN。网络演进的目标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。由于是一种全新的网络架构，因此现有架构的所有节点、功能和流程都将发生实质性的变化。

演进网络中，接入网络部分的架构由3G网络的NodeB和RNC的两节点结构演进为只有一个节点eNodeB的单节点架构。在演进网络的研究中，无线接入网络的无线资源管理功能的设计是一个重要的课题，尤其是考虑到eNodeB之间的RRM功能，如移动切换管理、负载均衡等。目前针对这一课题所达成RRM的架构如图3所示。

如图3所示的是现有的无线资源管理系统的架构图，该架构的主要思想是要有一个Inter-cell RRM Database(小区间无线资源管理数据库)以及一个独立的RRM Server(无线资源管理服务器)。不同的eNodeB(基站)的无线资源状况信息都由Inter-cell RRMDatabase收集，Inter-RRM的功能都由RRM Server(无线资源管理服务器)完成。

在该框架下，当进行UE(用户设备)切换时，由源基站(eNodeB)进行主要的切换决策，其决策时所需要的邻小区eNodeB的无线资源状况信息有两种方式获得：一是eNodeB之间周期性的进行信息同步，这样相当于每一个eNodeB内都保存有一份相邻小区eNodeB的RRM Database(无线资源管理数据库)，在切换决策时直接在本eNodeB内部查看以选择切换目标eNodeB；二是eNodeB和一个独立的Inter-cell RRM Database(小区间无线资源管理数据库)之间进行周期性的信息同步，eNodeB在进行切换决策时首先从RRMDatabase中获取相邻小区eNodeB的信息，然后确定切换目标eNodeB。

图4所示的是基于图3所示的无线资源管理系统的切换流程，具体描述如下：

1、UE(终端)上报测量报告；

2、源基站进行切换决策，选择目标基站，并将终端的上下文发送到目标基站；

3、目标基站根据终端上下文进行资源分配，并给出上下文传送响应(Context TransferResponse)信令给源基站，该信令中包含资源分配是否成功的信息，如果分配成功，则进入第8步，否则进入第4步；

4、源基站向无线资源管理数据库发送资源查询请求，查找另外的目标基站；

5、无线资源管理数据库向源基站反馈资源查询响应(Resource Inquiry Response)，其中包含候选的目标基站信息；

6、源基站将终端的上下文发送到候选的目标基站；

7、候选的目标基站根据终端上下文进行资源分配，并给出上下文传送响应(ContextTransfer Response)信令给源基站；

8、源基站向目标基站进行数据转发；

9、源基站向终端送切换命令信令；

10、终端向目标基站发送切换命令完成信令；

11、目标基站向接入网关(Access GW)发送路径切换请求；

12、接入网关将路径切换到目标基站，并向目标基站2发送路径转换请求确认信令；

13、接入网关向源基站发送路径释入命令，释放到源基站的路径。

但现有技术存在下列缺点：

(1)完全由源基站进行切换判决，这就要求源基站知道所有邻近基站的资源状况，以决定选择哪一个小区作为切换的目标基站；而这需要在网络运行中不断进行基站之间的信息同步，所需要的信令负荷过大；

(2)如果有一个集中式的无线资源管理服务器或者无线资源管理数据库作为所有基站的无线资源管理信息的存放点，当源基站需要进行切换判决时，从该中心存放点处获取邻近基站的资源状况。这样就需要在网络运行中不断进行基站和中心节点之间的信息同步，每次发生资源分配变化时都需要同时中心节点，所需要的信令负荷仍然过大，且所有信息在中心节点维护，系统架构不够鲁棒；

(3)由于不知道目标基站是否一定接受切换请求，如果切换失败，还需要尝试其他基站，因此会增大切换时延。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种无线资源管理系统，以解决现有技术中网络运行复杂，信令负荷过大的技术问题，以降低系统和网络负载。

本发明所要解决的另一技术问题是提供一种基于无线资源管理系统的切换控制方法，以提高切换成功率、降低切换时延。

为了解决上述技术问题本发明采用了如下的技术方案：

本发明提供一种无线资源管理系统，包括若干基站，其中：所述各基站中设有用于实现无线资源管理功能的功能单元，所述基站之间设有用于传输无线资源管理信息以实现基站之间无线资源管理功能的控制面接口。

本发明还提供一种基于无线资源管理系统的切换控制方法，其包括如下步骤：

步骤1：源基站根据移动终端的测量报告信息确定候选切换基站集合；

步骤2：源基站向所述候选切换基站集合中所有的候选目标基站发送切换请求；

步骤3：各候选目标基站根据接收到的切换请求进行资源预留并向源基站反馈信息；及

步骤4：源基站根据候选目标基站反馈的信息做决策，确定目标基站，触发后续切换流程，并向其它候选基站发送资源释放信令。

本发明又提供一种基于上述无线资源管理系统，因小区间的负载均衡而产生的小区切换的切换控制方法，其包括如下步骤：

步骤1：源基站根据移动终端的测量报告确定待切换的候选终端集合，并根据这些候选终端的测量报告确定候选切换目标基站集合；

步骤2：源基站向候选切换目标集合中的所有候选目标基站发送负载情况请求信息；

步骤3：候选目标基站向源基站返回各自的负载情况信息；及

步骤4、源基站根据候选目标基站返回的负载情况信息以及邻近目标基站的负载情况，选择合适的切换终端，确定该切换终端的切换目标基站，并向该目标基站发送切换请求，触发后续的切换流程。

本发明首先给出了无线资源管理的系统，解决了目前演进网络中无线资源管理系统框架不明确的问题；在此基础上，还给出了相应的切换机制，该机制包括针对UE移动性所带来的切换和由于负载均衡所触发的切换。整个方案降低了演进网络中切换的复杂度和系统负荷，同时也提高了切换成功率、降低了切换时延。

附图说明

图1是现有的UMTS的系统结构图。

图2是现有的UTRAN网络结构图。

图3是现有技术的RRM功能架构分布图。

图4是现有技术的切换流程。

图5是本发明的无线资源管理系统的结构示意图。

图6是本发明的一种切换控制方法的流程图。

具体实施方式

如图5所示的是本发明的无线资源管理系统，包括：若干基站、无线资源管理数据库，接入网关，其中，基站之间设有控制面接口，每个基站设有媒体接入控制物理层、无线承载控制模块、测量控制模块、连接移动控制模块、小区内无线资源管理模块、小区间无线资源管理模块、无线资源控制模块。其中：

所述无线承载控制模块主要用于完成终端和无线接入网络的对应实体间的无线承载协议的配置，还包括控制控制各个承载的控制信道的配置。

连接移动控制模块主要用于完成终端在空闲和活动模式下移动过程中的小区重选、切换控制等功能。

测量控制模块，其主要包括基站测量配置模块和基站测量供应模块。其中基站测量配置模块用于完成对基站测量的相关参数的配置功能。基站测量供应模块用于完成的基站侧所完成的测量的数据的处理和应用功能。

小区内无线资源管理模块：主要用于完成小区内部的无线资源管理功能，包括动态资源分配、无线配置、无线接入控制等。

小区间无线资源管理模块：主要用于完成小区间的无线资源管理功能，包括切换管理、干扰管理和负载均衡管理等。

无线资源控制模块：主要用于完成系统广播、寻呼和通告以及组播/广播控制、无线承载维护等控制面的层三功能。其中，与媒体接入控制层关系紧密的部分称为底层部分，其他部分称为高层部分。

上述各功能模块的具体功能实现方式为业内所习知，在此不再赘述。

现有架构将上述几个模块(连接移动控制模块、基站测量配置模块、小区间无线资源管理模块、无线资源控制“高层部分”)放于基站以上的节点中(如接入网关和一个独立的服务器)，而本发明是将上述模块都放在了基站内部，而不需要独立的服务器或者数据库，且基站与基站之间需要控制面的接口以传输无线资源管理的相关信息。

在本发明提供的无线资源管理系统中各基站之间有控制面接口，即图中的H1接口，基站(eNodeB)完成下属小区的无线资源管理功能，并通过基站之间的接口完成基站间的无线资源管理功能，eNodeB只存储与自己有关的无线资源管理相关上下文，不向其他eNodeB提交。所述基站的测量控制模块通过移动终端周期性上报的测量报告获取本小区和相邻小区的信号功率信息。所述基站的连接移动性管理模块综合考虑移动终端的测量报告和本小区的网络状况，进行移动终端的切换管理，从而实现无限资源管理的功能。

基于上述架构，在两种情况下，UE会在无线资源管理的功能作用下从一个eNodeB切换到另外一个eNodeB，这两种情况是：由于UE的移动而产生的小区切换和由于小区间的负载均衡而产生的切换。

UE在移动的过程中，其向源基站报告的测量信息会不断指示本小区的信号功率和邻小区的信号功率，源基站根据其测量报告计算其可能的候选切换目标基站集合：Candidate_Set＝F(Measurement_Report)。根据网络规划，这个集合中的元素一般为3～5个。

在第一种情况下，源基站根据小区测量信息来决定是否触发对该特定终端的切换流程，当源基站根据测量报告发现UE将要移动到另一eNodeB控制下的小区，决定触发切换流程。

源基站同时向该UE所属的候选切换目标基站集中的所有目标基站发送切换请求，该请求中包含该UE的业务上下文；接收到切换请求的各个目标基站根据该上下文以及自身的资源状况进行准入判断和资源预留，并向源基站发送切换拒绝或者切换允许信令，并在信令中包含自身当前的资源状况；源基站再根据这些包含相邻目标基站当前资源情况的返回信令做最后决策，决定由哪一个候选目标基站做最后的切换目标，并进行后续的切换流程；同时，还要向那些未被选中的候选目标基站发送资源释放信令。

为了防止目标eNodeB中可能会出现处理拥塞而加大信令处理时间的问题，源eNodeB在向该UE所属的候选切换目标eNodeB集中的所有eNodeB发送切换请求后开启一个定时器，该定时器与演进网络所要求的切换时延相关。如果候选目标eNodeB集中的所有eNodeB没有在定时器超时前返回切换拒绝或者切换允许信令，则不再等待，直接在已经收到返回信令中的eNodeB中选择切换的目标eNodeB。

每个候选的目标eNodeB在进行资源预留后也开启一个定时器，当该定时器超时时，如果还没有收到切换确认，则进行资源的释放。

如果所有的候选目标eNodeB都因为自身负载过高而返回切换拒绝信令，则源eNodeB可以发起针对该UE的业务QoS参数重配置。

上述过程中，所有eNodeB的实时资源状况都在本地维护，并不需要和其他的网元进行信息同步，从而大大减少了系统和网络的负荷。同时，同步的发送多个切换请求，实际上是在进行切换流程的同时考虑了eNodeB之间的负载平衡。

UE的切换流程如图6所示，具体描述如下：

1、UE向源eNodeB发送测量报告，其中包括本小区以及相邻小区的测量结果；

2、源eNodeB根据测量报告，决定进行切换，并根据UE测量的信号好坏选择几个可能的切换目标eNodeB；

3、源eNodeB向这几个目标eNodeB同时发送切换请求，该信令中包含切换所需要的UE业务上下文；

4、目标eNodeB接收到切换请求后，根据请求中提供的UE业务上下文、本地的当前无线资源状况，决定是否可以接入该UE：

a)如果拒绝接入，则向源eNodeB发送切换拒绝信令；

b)如果可以接入，则目标eNodeB在本地存储UE上下文、预留资源，并向源eNodeB发送切换接受信令，该信令中包含该eNodeB的无线资源状况信息；

5、源eNodeB收到多个目标eNodeB的反馈信令：

a)对于切换拒绝信令，则不做处理；

b)如果有多个切换接受信令，则根据这些信令中包含的目标eNodeB的无线资源状况信息，选择一个最佳的目标eNodeB作为切换的真正目标；

6、源eNodeB向其他未选定的目标eNodeB发送资源释放信令，通知这些eNodeB释放之前预留给UE的资源；

7、源eNodeB开始向选定的目标eNodeB转发数据；

8、源eNodeB向UE发送切换命令，其中包含选定的目标eNodeB的识别信息；

9、UE同步到选定的目标eNodeB，并发送切换完成信令；

10、收到切换完成信令的目标eNodeB向核心网节点发送路径切换请求；

11、核心网节点切换用户面路径，并向目标eNodeB发送路径切换完成信令，同时向源eNodeB发送路径释放信令。

对于因小区间的负载均衡而产生的切换时，eNodeB根据自身的负载情况来决定是否触发切换流程，当负载超过某一域值，eNodeB即准备触发切换流程：首先根据UE的测量报告，选择处于小区边缘的UE作为候选切换UE，并根据这些UE的测量报告计算各自的候选切换eNodeB集合，对负载均衡下的切换的过程具体描述如下：

1、当服务eNodeB的负载满足一定条件时，在实施方式中，当负载超过某一域值Th1，服务eNodeB根据每个UE的测量报告，选择处于小区边缘、其他小区信号较好的UE，记所选择的UE集合为Sue＝{UE(i)}，该集合的选择过程还要考虑到每个UE的业务属性；

2、服务eNodeB根据每个UE的测量报告得出对应的候选目标eNodeB集合：S_Candidate_Set＝{Candidate_Set(i)}，其中每个元素Candidate_Set(i)表示第i个UE的候选eNodeB的列表；具体包括如下步骤：1)根据终端UE的信道测量报告和服务质量要求得出待切换的终端集合Sue；2)得出Sue中每个终端UE(i)的候选目标基站集合S_Candidate_Set(i)；3)根据Sue和S_Candidate_Set(i)的映射关系(可能是多对多的映射，)，去掉重复项，得出最终的候选目标基站集Target_Set。

3、根据集合S_Candidate_Set给出总的候选eNodeB的列表Target_Set，并向该列表中的所有eNodeB发送负载情况请求信息，信息中仅包含请求信息；

4、收到切换请求的eNodeB返回自己当前的负载情况，但并不预留资源；

5、服务eNodeB收到这些负载情况后，再根据邻近eNodeB的负载情况，选择合适的UE，并确定其唯一的切换目标eNodeB，向该目标eNodeB发送真正的切换请求；

6、目标eNodeB收到该切换请求后，进行资源预留，并返回切换确认；

7、之后进行切换的后续流程。

所述后续流程与上述因UE移动性而产生的切换大致相同，主要包括源eNodeB开始向选定的目标eNodeB转发数据；源eNodeB向UE发送切换命令，其中包含选定的目标eNodeB的识别信息；UE同步到选定的目标eNodeB，并发送切换完成信令；收到切换完成信令的目标eNodeB向核心网节点发送路径切换请求；核心网节点切换用户面路径，并向目标eNodeB发送路径切换完成信令，同时向源eNodeB发送路径释放信令。

由于负载均衡而导致的切换牵涉到多个UE，因此为了降低信令负荷，因此上述信令流程将在一个流程中对多个UE并行处理，并由源eNodeB进行集中判决。

由于候选切换eNodeB集合的元素数目一般为3～5个，因此本方案在切换时所需要的信令负荷相对于网元之间资源负载信息的同步所需要的信令负荷而言，要大大降低。

综上所述，本发明提出了一种新的演进网络中无线资源管理架构，其系统和网络负载大大降低。并且在此架构基础上还针对因终端移动性及小区负载均衡而导致的切换提出了切换控制方法，大大提高了切换成功率，降低切换延时。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (20)

1、一种无线资源管理系统，包括若干基站，其特征在于：所述各基站中设有用于实现无线资源管理功能的功能单元，所述基站之间设有用于传输无线资源管理信息以实现基站之间无线资源管理功能的控制面接口。

2、根据权利要求1所述的无线资源管理系统，其特征在于：所述功能单元包括无线资源控制模块、小区内和小区间的无线资源管理模块、测量控制模块、无线承载控制模块以及连接移动性管理模块。

3、根据权利要求2所述的无线资源管理系统，其特征在于：所述基站的测量控制模块通过移动终端周期性上报的测量报告获取本小区和相邻小区的信号功率信息。

4、根据权利要求3所述的无线资源管理系统，其特征在于：所述基站的连接移动性管理模块综合考虑移动终端的测量报告和本小区的网络状况，进行移动终端的切换管理。

5、根据权利要求1所述的无线资源管理系统，其特征在于：所述基站只存储与自己有关的无线资源管理相关上下文，不向其它基站提交。

6、根据权利要求1至5任一项所述的无线资源管理系统，其特征在于，所述的控制面接口可以通过基站之间的直接连接实现，也可以通过高层节点的中转来实现。

7、一种基于无线管理系统的切换控制方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：源基站根据移动终端的测量报告信息确定候选切换基站集合；

步骤2：源基站向所述候选切换基站集合中所有的候选目标基站发送切换请求；

步骤3：各候选目标基站根据接收到的切换请求进行资源预留并向源基站反馈信息；及

步骤4：源基站根据候选目标基站反馈的信息做决策，确定目标基站，触发后续切换流程，并向其它候选基站发送资源释放信令。

8、根据权利要求7所述的基于无线资源管理系统的切换控制方法，其特征在于：在步骤3中，各候选目标基站反馈的信息包括切换拒绝或者切换允许信令，并在信令中包含自身当前的资源状况。

9、根据权利要求7所述的基于无线管理系统的切换控制方法，其特征在于：在步骤2中，源基站在向候选切换目标基站集合中的所有候选目标基站发送切换请求后开启一个定时器，如果候选目标基站没有在定时器超时前返回切换拒绝或者切换允许信令，则不再等待，则源基站直接在已经收到返回信令中的基站中选择切换的目标基站。

10、根据权利要求7所述的基于无线资源管理系统的切换控制方法，其特征在于：每个候选的目标基站在进行资源预留后开启定时器，当该定时器超时时，如果还没有收到切换确认，则进行资源的释放。

11、根据权利要求7所述的基于无线资源管理系统的切换控制方法，其特征在于，如果所有的候选目标基站都因为自身负载过高而返回切换拒绝信令，则源基站发起针对该终端的业务QoS参数重配置。

12、根据权利要求7所述的基于无线资源管理系统的切换控制方法，其特征在于：所述后续切换流程包括：

源基站向选定的目标基站转发数据；

源基站向移动终端发送切换命令，其中包含选定的目标基站的识别信息；

移动终端同步到选定的目标基站，并发送切换完成信令；

收到切换完成信令的目标基站向网络节点发送路径切换请求；

网络节点切换用户面路径，向目标基站发送路径切换完成信令，并向源基站发送路径释放信令。

13、根据权利要求7至12任一项所述的基于无线管理系统的切换控制方法，其特征在于：所述候选切换基站集合中的候选基站为3～5个。

14、一种基于无线资源管理系统的切换控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：源基站根据移动终端的测量报告确定待切换的候选终端集合，并根据这些候选终端的测量报告确定候选切换目标基站集合；

步骤2：源基站向候选切换目标集合中的所有候选目标基站发送负载情况请求信息；

步骤3：候选目标基站向源基站返回各自的负载情况信息；及

步骤4、源基站根据候选目标基站返回的负载情况信息以及邻近目标基站的负载情况，选择合适的切换终端，确定该切换终端的切换目标基站，并向该目标基站发送切换请求，触发后续的切换流程。

15、根据权利要求14所述的基于无线资源管理系统的切换控制方法，其特征在于：在步骤1之前还包括步骤：

源基站根据自身的负载情况来决定是否触发切换流程，当负载情况满足一定条件时，源基站即准备触发切换流程。

16、根据权利要求14所述的基于无线资源管理系统的切换控制方法，其特征在于：所述步骤1中确定候选目标基站集合的步骤包括：

根据终端UE的信道测量报告和服务质量要求得出待切换的终端集合；

获得待切换的终端集合中每个终端的候选目标基站集合；

根据待切换的终端集合和每个终端的候选目标基站集合的映射关系，去掉重复项，得出最终的候选目标基站集合。

17、根据权利要求14所述的基于无线资源管理系统的切换控制方法，其特征在于：源基站在一个信令流程中对多个终端并行处理，并由源基站进行集中判决。

18、根据权利要求14所述的基于无线资源管理系统的切换控制方法，其特征在于：在步骤3中，候选目标基站向源基站返回当前的负载情况信息时，并不预留资源。

19、根据权利要求14所述的基于无线资源管理系统的切换控制方法，其特征在于：在步骤4中还包括，切换目标基站收到切换请求后，进行资源预留，并返回切换确认信令。

20、根据权利要求14至19任一项所述的基于无线资源管理系统的切换控制方法，其特征在于：所述后续切换流程包括：

源基站开始向选定的目标基站转发数据；

源基站向终端发送切换命令，其中包含选定的目标基站的识别信息；

终端同步到选定的目标基站，并发送切换完成信令；

收到切换完成信令的目标基站向网络节点发送路径切换请求；

网络节点切换用户面路径，向目标基站发送路径切换完成信令，并向源基站发送路径释放信令。

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