CN101449600B - 移动通信系统中的接入控制 - Google Patents
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Abstract
无线电接入网络RAN中用于控制对蜂窝电信系统的接入的方法和无线电网络控制器RNC(16,21)。当通过给定无线电基站RBS(11)接收到来自给定用户设备UE(15)的接入请求时,RNC就从RAN内的接入控制数据库(19)获取授权信息。授权信息指示给定UE是否被授权通过给定RBS接入系统。RNC根据所获取的授权信息来选择地准予或拒绝UE接入。RBS特别适合于控制通过具有有限容量的小的小区的接入。
Description
技术领域
本发明涉及移动通信系统。更特别地,而不是作为限制,本发明涉及用于移动通信网络中的细粒度(fine-grained)接入控制的设备和方法。
背景
在诸如GSM之类的蜂窝通信网络中,被称为微微小区(picocell)的小的小区可以服务诸如建筑物的一部分、街角或飞机机舱之类的小区域。微微小区通常小于微小区,而微小区又小于宏小区。微微小区通常被用于扩展对室外信号不能很好到达的室内区域的覆盖,或者用于在诸如火车站之类的具有非常密集电话使用的区域中增加网络容量。微微小区传统上被提供为覆盖或容量扩充并且不包括接入控制机制。这意味着被允许接入公共陆地移动网(PLMN)的宏小区的所有用户都将被允许接入相同PLMN的微小区和微微小区。
另外,引入了术语“毫微微小区(femtocell)”(以指示覆盖区域相对小并且在某些情况下甚至小于微微小区的覆盖)。这些毫微微小区通常针对被允许接入PLMN的宏小区的订户的有限子集。例如,毫微微小区可以仅仅覆盖房屋的地理区域并且被允许的用户可以是生活在该房屋中的家庭成员。所以很清楚的是,需要新的接入控制机制来控制对毫微微小区的接入。如果现有的核心网络(CN)级接入控制被用于毫微微小区的接入控制机制,则它将向核心网络增加相当大的信令负载,这是因为在所有接入控制过程中都会涉及核心网络。
在宽带码分多址(WCDMA)蜂窝网络中,当前不存在具有接入控制支持的毫微微小区的等同物。当前接入控制过程的粒度没有细到足以支持大量非常小的小区。
有利的是具有这样的接入控制设备和方法,其减少核心网络上的信令负载,且同时提供粒度细到足以支持大量非常小的小区的接入控制。本发明提供了这样的设备和方法。
发明概要
在一个实施例中,本发明在不与CN交互的情况下在RAN中提供接入控制。因此,CN上的信令负载被减少,并且信息脱离(get out of)同步的风险被最小化(即,当CN认为订户在网络的特定区域上登记,但是由于RAN已经拒绝了对网络的该区域的接入而使得情况不是这样时)。本发明不需要UE或CN中的功能性改变。
在一个方面,本发明涉及在具有与核心网络(CN)进行通信的无线电接入网络(RAN)的蜂窝电信系统中控制接入的方法。所述方法包括在RAN内实施接入逻辑以用于确定给定移动用户设备(UE)是否被授权通过给定无线电基站(RBS)来接入系统;以及根据RAN中接入逻辑的确定来选择地(alternatively)准予或拒绝UE接入。
在另一个方面,本发明涉及在具有与CN进行通信的RAN的蜂窝电信系统中控制接入的设备。该设备包括RAN内用于确定给定UE是否被授权通过给定RBS来接入系统的装置;以及RAN内用于根据RAN中接入逻辑的确定来选择地准予或拒绝UE接入的装置。
在另一个方面,本发明涉及蜂窝电信系统中的RAN中的无线电网络控制器(RNC)。RNC控制对与RAN通信的CN的接入。RNC包括用于通过给定RBS接收来自给定UE接入请求的第一通信装置;以及用于响应于接收到接入请求而从RAN内的接入控制数据库获取授权信息的装置。授权信息指示给定UE是否被授权通过给定RBS来接入CN。RNC还包括用于根据所获取的授权信息而选择地准予或拒绝UE接入的装置。
在另一个方面,本发明涉及蜂窝电信系统中的RAN中的无线电网络控制器(RNC)。RNC控制对与RAN通信的CN的接入。蜂窝电信系统包括宏小区、微小区、微微小区和更小的毫微微小区。RNC包括用于控制通过宏小区、微小区和微微小区的接入的装置,其中接入请求被转发到CN以用于接入判定;以及用于控制通过毫微微小区的接入的装置,其中在RNC中并然后还在CN中进行接入判定(即RAN级和CN级接入控制过程这二者都被执行)。
附图简述
在下文中,将通过参考附图来展示优选实施例以便详细描述本发明的基本特征:
图1是本发明的系统的第一示例性实施例的简化框图;
图2是本发明的系统的第二示例性实施例的简化框图;和
图3是图示出本发明的方法的示例性实施例中的消息流的信令图。
发明描述
虽然在此针对WCDMA网络中的实施例进行描述,但是本发明还可以被应用于其他类型的无线电技术,例如GSM和长期演进(LTE)网络。
图1是本发明的系统的第一示例性实施例的简化框图。在无线电接入网络(RAN)中,在此被称为毫微微RBS 11a-11n的多个小的WCDMA无线电基站(RBS)对在此被称为毫微微小区12a-12n的小的覆盖区域进行服务。前缀“毫微微(femto)”被用于指示覆盖区域相对较小,且同时将小区与微小区或微微小区区别开来,所述微小区或微微小区通常与其他类型的蜂窝网络相关联。宏RBS 13同样服务大的宏小区区域14。
每个毫微微RBS为诸如UE 15之类的用户设备提供WCDMA覆盖并且被连接到毫微微RNC(无线电网络控制器)16。每个毫微微RBS和毫微微RNC之间的接口20被称为“扩展Iub”接口(“Iub+”接口)。Iub+接口优选地通过IP网络上的网际协议(IP)连接而形成。在一些实施方式中,Iub+接口类似于Iub接口,但是被修改以传达附加的信息。在此说明书的内容中,“+”指示毫微微RBS在最初加电过程期间将预配置的毫微微RBS标识(毫微微RBS-ID)用信号发送(signal)到毫微微RNC。在一个实施例中,基于IP的传输利用固定宽带接入(例如,像xDSL、电缆等等)来将毫微微RBS连接到毫微微RNC。在另一个实施例中,可以利用无线宽带接入的变体(例如,WiMAX)。毫微微RNC然后可以通过利用Iu接口而连接到核心网络(CN)17。宏RBS 13可以通过利用Iub接口而连接到宏RNC 18,并且宏RNC通过利用Iu接口而连接到CN。
接入控制数据库(ACDB)19被引入RAN。ACDB存储关于毫微微RBS 11a-11n以及哪些UE 15被授权接入每个毫微微RBS的信息。每个UE通过其国际移动用户标识(IMSI)或通过某一其他永久移动标识来识别,并且每个毫微微RBS通过使用例如预配置的毫微微RBS标识(毫微微RBS-ID)来识别。在图1中,所示的ACDB为独立的单元。然而,它是可替换地可以被合并到毫微微RNC中的功能实体。
就毫微微RBS构思而言,接入控制对于获得终端用户接受是及其重要的。当毫微微RBS被用于增强本地覆盖(例如,在住宅或小型办公室或家庭办公室(SOHO)环境中)时,仅仅属于住宅或企业的终端应该被允许接入毫微微RBS。终端用户或SOHO也许已经购买了毫微微RBS,或者可能支付了指向毫微微RNC和CN的传输的费用。毫微微RBS可以仅服务有限数量的终端用户,所以很重要的是被授权的用户不会因为未授权用户已经使用了可用带宽或者超过了所容许用户的最大数量而经受恶劣质量或者被拒绝接入。
RAN中的当前接入类(class)构思不能被用于毫微微RBS所需的细粒度接入控制。对于一般的终端用户而言,仅仅有10个不同的接入类可用,而这不足以为毫微微RBS的使用构建任何逻辑。相同的问题还适用于UE 15和CN 17之间的机制。CN还能够拒绝位置更新请求,但是CN不知道正被用于位置更新的当前毫微微RBS。在可替换的实施例中,这可以通过为每个毫微微RBS定义唯一服务区标识(SAI)而得以解决。虽然是有效的,但是这种解决方案不能很好地扩展(scale well),并且它还产生了指向CN的信令中的附加负载。它还产生了对所需CN功能的依赖性。因此,不能在没有CN功能的情况下部署毫微微小区网络解决方案(即优选的是将毫微微小区网络部署为仅包括RAN级部件)。
本发明提供了在基于WCDMA的系统中提供了细粒度的基于RAN的接入控制。在接入尝试期间,毫微微RNC16查询(query)ACDB 19以寻求接入识别信息。因此,通常在CN 17中实施的识别过程在RAN/RNC中被实施。当在UE和毫微微RNC之间建立RRC连接以便执行位置更新过程时,位置更新请求触发毫微微RNC以从UE获取IMSI。当毫微微RNC接收到IMSI时,毫微微RNC查询ACDB以确定特定UE 15是否被授权接入该特定毫微微RBS。如果是这样的话,则接入被准予,并且位置更新请求被转发到CN。如果UE未被授权接入该特定毫微微RBS,则接入被拒绝,并且毫微微RNC拒绝位置更新请求。以下在图3中对该过程进行更加详细的描述。
图2是本发明的系统的第二示例性实施例的简化框图。该实施例类似于图1,除了毫微微RNC 16和宏RNC 18被实现为组合RNC 21的部件。毫微微RBS 11a-11n通过利用Iub+接口20来与毫微微RNC部件22进行通信。如上所述,Iub+接口优选地通过IP网络上的IP连接而形成。宏RBS 13通过利用Iub接口与宏RNC部件23进行通信。组合RNC具有到RAN中的其他RNC(毫微微RNC、宏RNC和组合RNC)的Iur接口。当在UE和毫微微RNC部件之间建立RRC连接以便执行位置更新过程时,位置更新请求触发毫微微RNC部件以从便UE获取IMSI。当毫微微RNC部件接收到UE的IMSI时,毫微微RNC部件查询ACDB19以确定特定UE 15是否被授权接入该特定毫微微RBS。如果是这样的话,则接入被准予,并且位置更新请求被转发到CN 17。如果UE未被授权接入该特定毫微微RBS,则接入被拒绝,并且毫微微RNC部件拒绝位置更新请求。
多个位置区标识(Location Area Identity LAI)为毫微微小区层而保留。跟正常情况一样,在CN17中定义这些LAI。如果CN知道特定UE所位于的LAI,并且如果CN需要呼叫(page)该UE,则CN知道哪个或哪些毫微微RNC正在控制特定位置区并且触发指向相关的一个或多个毫微微RNC的呼叫请求。当该毫微微RBS被通电时,它执行预定义活动并且联系毫微微RNC以便获得所需小区配置及其他信息的初始和自动配置。
在自动配置过程期间,还为每个毫微微小区分配LAI。如果毫微微小区的数目高于所保留的LAI的数目,则由多个毫微微小区共用相同的LAI。LAI分配机制可以是随机分配机制、循环算法(round-robinalgorithm)或其他适当的分配算法。
图3是图示出本发明的方法的示例性实施例中的消息流的信令图。当UE 15检测到毫微微小区并且从毫微微RBS 11读取相关的毫微微小区系统信息31时,它最初预占于(camp on)诸如宏小区14之类的宏小区。在32处,UE尝试预占于毫微微小区。在33处,系统信息被传递到非接入层(NAS)分层(即移动性管理MM),其检测到毫微微小区的位置区标识(LAI)不同于其上执行NAS登记的先前LAI。因此,NAS经由较低层(例如,在WCDMA RAN情形中是无线电资源控制(RRC)层)来触发指向网络的位置更新过程。
UE中的RRC层通过在随机接入信道(RACH)上向毫微微RNC 16发送RRC连接请求消息来触发RRC连接建立34。RRC连接请求消息包含具有值“登记”(指示位置更新过程)的建立原因(cause)信息元素(IE)。可以通过使用如3GPP TS 25.331中所定义的现有原则来建立RRC连接。一旦在UE和毫微微RNC之间成功地建立了RRC连接,UE就向毫微微RNC发送位置更新请求消息35。该消息包含移动标识及其他信息(例如,位置更新类型、类标号(classmark)等等)。
通常临时移动用户标识(TMSI)被用作如图3中所示的移动标识,但是在某些情况下IMSI(或其他永久移动标识)可以被用作移动标识。位置更新类型通常指示例如当UE 15在位置区之间移动时的“正常位置更新”。毫微微RNC 16还知道被用于RRC连接建立34的毫微微RBS-ID并且存储该信息。在初始的毫微微RBS起动过程期间,毫微微RBS-ID被提供给毫微微RNC作为Iub+接口的一部分。毫微微RNC还存储所接收的位置更新请求消息35。
如果TMSI被用作位置更新请求消息35中的移动标识,则毫微微RNC 16通过向UE发送标识请求消息36来触发指向UE 15的识别过程。所请求的标识类型可以指示“IMSI”或其他永久移动标识。识别过程中的消息和信息元素与3GPP TS 24.008中所定义的一样,主要不同之处在于该过程是从RAN(即,从毫微微RNC)指向UE执行的而不是从CN17。UE通过向毫微微RNC发送标识响应消息37来对标识请求消息进行响应。该消息包含UE的IMSI。毫微微RNC现在保持着UE 15的IMSI和毫微微RBS 11的毫微微RBS-ID这二者。毫微微RNC然后执行接入控制过程38。注意到,如果IMSI被用作位置更新请求消息35中的移动标识,则当接收到位置更新请求消息35时毫微微RNC跳过识别过程36-37并且触发接入控制过程38。
在接入控制过程中,毫微微RNC利用毫微微RBS-ID和IMSI来查询ACDB 19以确定该特定UE 15是否被授权接入该特定毫微微RBS 11。ACDB使用在数据库中配置的信息并且返回关于接入是被拒绝还是被允许的指示。
如果接入该特定毫微微RBS被拒绝,则毫微微RNC 16通过向UE15发送(MM)位置更新拒绝消息41来拒绝位置更新过程。毫微微RNC还指示拒绝原因(例如,“位置区不允许”或者“在位置区中没有适当的小区”或者其他有效的拒绝原因)以使得UE不从该LA和毫微微小区重新尝试位置更新过程。UE可以以若干种方式之一来反应,这取决于所接收的拒绝原因的类型。例如,如果拒绝原因指示“位置区不允许”,则UE可以将LAI存储在“禁止区域服务提供的位置区(forbidden locationareasfor regional provision of service)”的列表中并且当回到MM空闲状态时执行小区选择。如果拒绝原因指示“在该位置区中不允许漫游”,则UE可以将LAI存储在“禁止漫游的位置区(forbidden location areas forroaming)”的列表中并且当回到MM空闲状态时执行PLMN选择而不是小区选择。如果拒绝原因指示“位置区中没有适当的小区”,则UE可以将LAI存储在“禁止漫游的位置区”的列表中并且在相同PLMN中的另一个位置区中搜索适当的小区。
毫微微RNC 16然后通过向UE 15发送RRC连接释放消息来发起RRC连接释放过程42。毫微微RNC还可以在消息中包括重定向信息IE,其被用于将UE重定向到另一个WCDMA宏分层频率或GSM。
如果允许对该特定毫微微RBS的接入,则毫微微RNC 16触发Iu信令连接44的建立。毫微微RNC向CN 17发送消息初始UE消息45。该消息包含所存储的位置更新请求消息35及其他信息。可以使用如在3GPP TS 25.413和其他相关的3GPP规范中所定义的现有原则来建立Iu信令连接。作为响应,CN可以触发指向UE的可选MM过程46,例如标识和/或鉴别。如果这些过程成功,则CN接受位置更新过程并且向UE发送位置更新接受消息47。在48处,CN释放Iu信令连接。毫微微RNC通过发送不包括重定向信息IE的RRC连接释放消息49来释放RRC连接。
应该注意到,每个NAS/L3消息的消息类型八位字节(octet)包含发送序号、N(SD)、比特7和8中的字段(参见3GPP TS 24.007)。该字段的主要用途是标识已经被复制的消息(即UE需要在一些情形中重发的消息)。如果在系统信息中指示的CN 17是比Rel-99更早的版本,然后比特8应该被设为0,并且比特7为从UE 15发送的消息中的N(SD)而保留。在从CN发送的消息中,以“0”来对比特7和8进行编码。如果在系统信息中指示的CN 17是Rel-99或更晚的版本,则比特7和8为从UE发送的消息中的N(SD)而保留。在从CN发送的消息中,以“0”来对比特7和8进行编码。在UMTS/WCDMA网络中总是使用二比特N(SD)。换言之,支持UTRAN/3G接入的核心网络总是Rel-99或更晚的版本。当GERAN/2G接入被使用时,在GSM网络中,这两个变体都是可能的。
因为在本发明中RAN在UE 15和CN 17之间的通信中引入NAS消息,所以存在着以下可能性,即发送序号、N(SD)可能会脱离UE 15和CN 17之间的同步。如果CN在对所接收的N(SD)执行任何检查,则这会成为一个问题。
考虑下列例子:
a)UE 15发送具有N(SD)=0的位置更新请求消息35。
b)毫微微RNC 16向UE发送标识请求消息36,并且UE以标识响应消息37和N(SD)=1进行响应。
c)如果允许接入,则毫微微RNC把具有N(SD)=0的位置更新请求转发到CN 17。
因此,CN所触发的下一个NAS过程可能带来问题,原因在于CN中的下一预期N(SD)是1,但是UE将使用N(SD)=2或N(SD)=0,这取决于所指示的核心网络释放。
在本发明的实施例中,执行用于同步N(SD)的过程。如果CN 17对N(SD)执行检查,则毫微微RNC 16能够被配置成当从毫微微RNC触发识别过程时在位置更新过程期间执行N(SD)映射。N(SD)映射过程可以包括以下步骤:
a)来自UE的具有N(SD)=0的初始位置更新请求消息35被转发到CN。
b)用于所有上行链路NAS消息的N(SD)被减1,还考虑到依赖于所指示的核心网络释放的N(SD)的最大值。
如上所述,本发明在不与CN交互的情况下在RAN中实施接入控制。因此,CN上的信令负载被减少,并且信息脱离同步的风险被最小化。此外应该注意的是,在UE或CN中不需要功能性改变。虽然在此针对WCDMA网络中的实施例进行描述,但是本发明还可以被应用于其他类型的无线电技术,例如GSM和长期演进(LTE)网络。
虽然已经在附图中示出并且在上述详细说明中描述了本发明的优选实施例,但是应当理解的是本发明不局限于所公开的实施例,而是能够在不偏离本发明的范围的情况下进行许多重新安排、修改和置换。本说明书考虑到落入由所附权利要求限定的本发明的范围内的所有修改。
Claims (8)
1.一种在与用于覆盖毫微微小区的多个毫微微无线电基站RBS(11)进行通信的无线电网络控制器RNC(16,22)中控制接入的方法,其中,RNC还与核心网络CN(17)和接入控制数据库(19)进行通信,其特征在于,所述RNC执行以下步骤:
从希望接入特定毫微微RBS的用户设备UE接收(35)位置更新请求,
如果尚未从UE接收到请求,则向UE传送(36)标识请求,
从UE接收(37)标识,以及
根据所接收的标识,执行(38)接入控制。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,对UE标识的请求是对国际移动用户标识IMSI的请求。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,通过查询接入控制数据库以确定特定UE是否被授权而接入特定毫微微RBS来执行接入控制。
4.一种适于与覆盖毫微微小区的多个毫微微无线电基站RBS(11)进行通信的无线电网络控制器RNC(16,22),所述RNC还适于与核心网络CN(17)和接入控制数据库(19)进行通信,所述无线电网络控制器的特征在于:
用于从希望接入特定毫微微RBS的用户设备UE接收位置更新请求的装置,
用于向UE传送标识请求的装置,
用于从UE接收标识的装置,以及
用于根据所接收的标识执行接入控制的装置。
5.根据权利要求4所述的无线电网络控制器,其特征在于,对UE标识的请求是对国际移动用户标识IMSI的请求。
6.根据权利要求4或5所述的无线电网络控制器,其特征在于,通过查询接入控制数据库以确定特定UE是否被授权而接入特定毫微微RBS来执行接入控制。
7.根据权利要求4所述的无线电网络控制器,其特征在于,所述无线电网络控制器与宏RNC(23)共处于组合RNC(21)中。
8.根据权利要求5所述的无线电网络控制器,其特征在于,所述无线电网络控制器与宏RNC(23)共处于组合RNC(21)中。
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