CN101938798A - 一种无线中继系统中终端的移动性管理方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线中继系统中终端的移动性管理方法及系统，用于解决UE在同属同一个DeNB的不同中继之间进行切换的技术问题。本发明建立同属于同一个DeNB的中继站之间的X2接口链路，源中继站向目标中继站发送切换请求，目标中继站执行准许接入控制；若目标中继站准许用户终端接入，则源中继站执行用户上下文及缓存数据的转发；在用户终端成功接入目标中继站后，由目标中继站通知DeNB路径已改变，DeNB执行路径切换。在本发明所提出的切换流程下，源中继站和目标中继站之间只需进行一些数据转发的控制，无需通过DeNB进行转发，也无需MME/S-GW处理，简化了切换流程，一定程度下减少了切换时延。

Description

一种无线中继系统中终端的移动性管理方法及系统

技术领域

本发明涉无线通信领域，尤其涉及一种无线中继系统中终端的移动性管理方法及系统。

背景技术

如图1所示，蜂窝无线通讯系统主要由终端、接入网和核心网组成。基站或基站和基站控制器组成的网络称为无线接入网(Radio Access Network，RAN)，负责接入层事务，比如无线资源的管理。基站之间可以根据实际情况存在物理或者逻辑上的连接，如图1中的基站1和基站2或者基站3。每个基站可以和一个或者一个以上的核心网节点(Core Network，CN)连接。核心网负责非接入层事务，比如位置更新等，并且是用户面的锚点。终端是指可以和蜂窝无线通讯网络通讯的各种设备，比如移动电话或者笔记本电脑等。

在蜂窝无线通讯系统中，固定基站网络的无线覆盖由于各种各样的原因受到限制，比如各种建筑结构对无线信号的阻挡等原因造成在无线网络的覆盖中无可避免的存在覆盖漏洞。另外一方面在小区的边缘地区，由于无线信号强度的减弱，以及相邻小区的干扰，导致UE在小区边缘时，通讯质量较差，无线传输的错误率太高。为了提高数据传输吞吐量，群组移动性，临时网络部署，小区边缘地区的吞吐量以及新区域的覆盖，有一种解决方案是在蜂窝无线通讯系统引入一种无线网络节点，称为中继(Relay)。

Relay是具有在其他网络节点之间通过无线链路中继数据以及可能控制信息功能的站点，也叫中继节点/中继站(Relay Node/Relay Station)，其工作原理如图2所示。其中基站直接服务的UE叫宏UE(Macro UE)，Relay服务的UE叫中继UE(Relay UE)。

各网元间的接口定义如下

直传链路(direct link)：基站与UE之间的无线链路，包含上下行(DL/ULdownlink/uplink)直传链路。

接入链路(access link)：Relay与UE之间的链路，包含DL/UL接入链路。

回程链路(backhaul link)：基站与Relay之间的无线链路，包含DL/UL中继链路。

在众多的中继类型中，有一种中继称为“Type I Relay”，其特点如下：

UE无法区分Relay和固定基站下的小区，即从UE看来，Relay下的小区跟基站下的小区没有区别，此类小区可以称为Relay小区。Relay小区和所有的小区一样有自己的小区物理标识(PCI，physical cell identity)，和普通小区一样发送广播，当UE驻留在中继小区中，中继小区可以单独分配调度无线资源给UE使用，与参与中继的基站(又被称为DeNB，即Relay通过backhaul link连接的基站)的无线资源调度相互独立。Relay小区和Relay UE之间的接口以及协议栈与普通基站小区和UE之间相同。

本发明说明了在基于LTE(长期演进，Long Term Evolution)蜂窝无线通讯系统下引入上述Relay后，终端的切换流程。LTE系统采用基于IP(互联网协议，Internet Protocol)的扁平化架构，如图3所示，由E-UTRAN(演进的通用地面无线接入网，Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network)、CN节点及其他支撑节点组成，其中CN节点包括：MME(移动管理单元，Mobility Management Entity)、S-GW(服务网关，Serving Gateway)。MME负责移动性管理、非接入层信令的处理、用户的移动管理上下文的管理等控制面相关工作；S-GW负责UE(用户设备，User Equipment)用户面数据的传送、转发和路由切换等；eNB之间在逻辑上通过X2接口互相连接，用于支持UE在整个网络内的移动性，保证用户的无缝切换。每个eNB通过S1接口，连接到SAE(系统架构演进，System Architecture Evolution)核心网，即通过控制平面S1-MME接口与MME相连，通过用户平面S1-U接口与S-GW相连，S1接口支持eNB与MME和S-GW之间的多点连接。每个eNB通过Uu接口(最初定义为UTRAN与UE之间的无线接口)与UE进行信令和数据的传输。

引入中继小区后，LTE的网络构架如图4所示。在3GPP RAN#266次会议上对于Relay和Donor eNodeB(简称DeNB)之间接口如何中继UE的数据进行了广泛讨论。对于Relay和DeNB的协议栈目前分为两种大类：第一类为S1接口终止于Relay(有三种方案)，第二类为S1接口终止于DeNB(有一种方案)。

方案1：Full-L3relay，transparent for DeNB

该方案由Qualcomm Europe公司提出，控制面架构如图5所示。其中Relay对DeNB完全透明，在Relay增加S1-AP协议直接跟MME连接，并在DeNB和MME之间添加Relay PGW(Proxy GateWay，代理网关)/SGW(Serving GateWay，服务网关)网元，减少对DeNB的协议修改，但在一定程度上增加了网络时延。

方案2：Proxy S1/X2(RN looks like cell under DeNB to MME)

该方案由Ericsson公司提出，其控制面架构如图6所示，其主旨是在Donor eNB上用一个S1AP代理，这个代理对于MME和Relay都是透明的。从MME看，UE好像是直接连接Donor eNB的；从Relay看，它像是和MME直接对话。

方案3：RN bearers terminate in RN

该方案由Samsung公司提出。该方案实际是方案1的特例，即将Alternative1中DeNB和Relay PGW/SGW的功能集中在DeNB上面，对DeNB的协议做了一些修改。

方案4：S1 termination in DeNB

该方案由华为公司提出，控制面架构如图7所示。该方案在Relay侧无S1-AP的协议，即由RRC完成S1-AP的协议功能。

目前大部门公司都支持S1终止于Relay，所以第四种方案优先级较低。同时，Samsung公司自己也提出将自己的方案作为方案1的特例，所以目前就是方案1和方案2的博弈。

本发明基于方案2的系统架构，提出了UE从一个Relay切换到同属于一个DeNB的另一个Relay的控制面和用户面流程。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种无线中继系统中终端的移动性管理方法，用于解决UE在同属同一个DeNB的不同中继之间进行切换的技术问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种无线中继系统中终端的移动性管理方法，包括步骤：

步骤A、建立同属于同一个DeNB的中继站之间的X2接口链路；

步骤B、通过所述X2接口实现在同属于同一个DeNB的中继站之间的小区切换。

进一步地，步骤B具体为：

步骤B1、源中继站向目标中继站发送切换请求，目标中继站执行准许接入控制；

步骤B2、若目标中继站准许用户终端接入，则源中继站执行用户上下文及缓存数据的转发；

步骤B3、在用户终端成功接入目标中继站后，由目标中继站通知DeNB路径已改变，DeNB执行路径切换。

进一步地，步骤B1具体为：

步骤B11、源中继站根据用户终端发送的测量报告执行切换判决，若允许用户终端切换，则执行步骤B12；

步骤B12、源中继站通过X2接口向目标中继站发送切换请求消息，所述切换请求消息中携带源中继站的上下行链路的用户面GPRS隧道协议GTP-U地址；

步骤B13、目标中继站执行准许接入控制，若准许用户终端接入则执行步骤B14；

步骤B14、目标中继站通过X2接口向源中继站发送切换请求响应消息，所述切换请求响应消息中携带目标中继站的上下行链路的用户面GPRS隧道协议GTP-U地址；

步骤B15、源中继站向用户终端UE发送切换命令。

进一步地，步骤B2具体为：

步骤B21、源中继站向目标中继站发送服务网络状态转换命令，并将缓冲区中的数据包转发给目标中继站；

步骤B22、用户终端执行到目标中继站的同步，并通过随机接入流程接入到目标中继站；

步骤B23、目标中继站向用户终端发送带有上行链路资源分配和定时提前量的网络响应。

进一步地，步骤B3具体为：

步骤B31、在用户终端成功接入目标中继站后，目标中继站向DeNB发出下行路径切换请求，

步骤B32、DeNB处理下行路径切换请求，并向目标中继站发出下行路径切换响应；

步骤B33、目标中继站通知源中继站释放用户终端上下文，源中继站释放资源。

本发明的另一目的在于提供一种无线中继系统中终端的移动性管理系统，为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种无线中继系统中终端的移动性管理系统，包括用户终端、源中继站、目标中继站及DeNB，其特征在于，所述源中继站和目标中继站之间建立X2接口，系统通过所述X2接口实现用户终端在同属于同一个DeNB的中继站之间的小区切换。

进一步地，所述源基站包括：

切换判决模块，用于根据用户终端发送测量报告执行切换判决，在允许用户终端切换的情况下通知切换请求模块执行；

切换请求模块，用于通过X2接口向目标中继站发送切换请求消息，所述切换请求消息中携带源中继站的上下行链路的用户面GPRS隧道协议GTP-U地址；

切换通知模块，用于在目标中继站准许用户终端接入且接收到目标中继站发送的切换请求响应消息后向用户终端发送切换命令；

网络状态转换通知模块，用于向目标中继站发送服务网络状态转换命令，并将缓冲区中的数据包转发给目标中继站。

进一步地，所述目标中继站包括：

准入执行模块，用于根据源中继站的切换请求模块发送的切换请求消息执行准许接入控制，若准许用户终端接入则通知切换请求响应模块执行；

切换请求响应模块，用于通过X2接口向源中继站发送切换请求响应消息，所述切换请求响应消息中携带目标中继站的上下行链路的用户面GPRS隧道协议GTP-U地址；

下行链路资源分配模块，用于向用户终端发送带有上行链路资源分配和定时提前量的网络响应以供用户终端执行到目标中继站的同步和接入；

路径切换请求模块，用于在用户终端成功接入目标中继站后，向DeNB发送下行路径切换请求；

资源释放通知模块，用于在接收到所述下行路径切换请求后通知源中继站释放用户终端上下文。

进一步地，所述DeNB包括：

链路切换模块，用于处理所述下行路径切换请求，并向目标中继站发送路径切换响应。

在本发明所提出的切换流程下，源中继站和目标中继站之间只需进行一些数据转发的控制，无需通过DeNB进行转发，也无需MME/S-GW处理，简化了切换流程，一定程度下减少了切换时延。

附图说明

图1为现有技术中蜂窝无线通讯系统的结构图；

图2为中继网络结构图；

图3为LTE网络架构；

图4为LTE中加入Relay后的网络架构；

图5为方案1的控制面协议栈；

图6为方案2的控制面协议栈；

图7为方案4的控制面协议栈；

图8为本发明无线中继系统中终端的移动性管理方法流程图；

图9为本发明无线中继系统中终端的移动性管理系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下举实施例并参照附图，对本发明进一步详细说明。

本发明在方案2的系统架构下，通过源Relay与目标Relay之间建立的X2接口实现UE在同属同一个DeNB的不同中继站之间的切换。

如图8所示，切换控制面流程中的步骤如下：

步骤1：源Relay内的用户终端上下文(UE context)包含了在连接建立或者跟踪区域(Tracking Area)信息最后更新时提供的漫游限制相关的信息。

步骤2：源Relay根据上述漫游限制相关的信息配置UE测量程序，由源Relay提供的测量可能有助于控制UE的连接移动性。

步骤3：UE根据系统信息、规范等设置的准则来发送测量报告。

步骤4：源Relay基于UE发送的测量报告和无线资源管理(Radio Resources Managemengt，RRM)信息进行UE切换判决。

步骤5：源Relay向目标Relay发送切换请求，请求目标Relay做好切换准备。切换请求携带源Relay的UL/DL GTP-U地址。

步骤6：如果目标Relay接受源Relay的切换请求，则目标Relay执行准许接入控制。目标Relay按照接收的SAE承载的QoS信息配置需求的资源，并保留小区无线网络临时标识(Cell Radio Network Temporary Identifier，C-RNTI)参数以及可选的随机接入前导参数。

步骤7：目标Relay在L1/L2层准备切换，并向源Relay发送切换请求响应消息。切换请求响应消息中携带目标Relay的UL/DL GTP-U地址。

切换请求确认消息中包含透明容器、新C-RNTI和一些其他参数，例如接入参数、系统信息块(System Information Block，SIB)等，也可能包含无线网络层RNL/传输网络层TNL的信息。

步骤8：源Relay向UE发送切换命令。切换命令包含来自目标Relay的透明容器。源Relay完成必须的完整性保护及消息的计算。UE接收带有基本参数(新C-RNTI、可能的开始时间、目标Relay SIB等)的切换命令，并且由源Relay命令执行切换。

因为UE还属于同一个宏基站服务的小区，无需离开原小区同步到新小区。

步骤9：源Relay向目标Relay发送服务网络状态(SN Status)转换命令。

源Relay需要将缓冲区中的数据包转发给目标Relay。

步骤10：UE发起到目标Relay的同步请求，准备通过随机接入流程接入到目标中继站。

步骤11：目标Relay向UE发送带有上行链路资源分配和定时提前量的网络响应。

上行链路UL资源分配的作用是给UE分配无线资源让UE可以上行发送，定时提前量是为了让UE与目标Relay进行同步。

步骤12：当UE成功的接入目标Relay，UE向目标Relay发送切换确认消息到目标Relay，消息中携带UE的C-RNTI，指示UE的切换程序完成。目标Relay检验切换确认里的C-RNTI。目标Relay可向UE直接发送数据。

步骤13：切换执行以后，目标Relay向DeNB发出下行路径切换请求。

此时不需要通知移动性管理实体MME/演进系统架构网关SAE GW下行路径改变，因为从MME/SAE GW到DeNB的路径未改变，但是要通知DeNB下行链路数据路径改变。

步骤14：DeNB处理下行路径切换请求，并向目标Relay发出路径切换响应。

步骤15：目标Relay通知源Relay释放UE上下文，源Relay释放资源，切换完成，此后，UE与目标Relay建立分组数据业务，MME通过DeNB向目标Relay建立分组数据业务。

图9为本发明所述系统的逻辑结构图，包括用户终端、源中继站、目标中继站、DeNB。本发明在源中继站和目标中继站之间建立X2接口，系统通过源中继站和目标中继站之间的X2接口实现用户终端在同属于同一个DeNB的中继站之间的小区切换。

用户终端向源中继站发送测量包括，源中继站的切换判决模块根据用户终端发送测量报告执行切换判决，在允许用户终端切换的情况下由源中继站的切换请求模块通过X2接口向目标中继站发送切换请求消息，目标中继站的准入执行模块根据切换请求消息执行准许接入控制，若准许用户终端接入则由切换请求响应模块通过X2接口向源中继站发送切换请求响应消息，在源中继站接收到切换请求响应后，源中继站的切换通知模块向用户终端发送切换命令，源中继站在向UE发送切换命令后，由源中继站的网络状态转换通知模块向目标中继站发送服务网络状态转换命令，并将缓冲区中的数据包转发给目标中继站。用户终端在接收到切换命令后发起与目标中继站的同步及随机接入过程，由目标中继站的下行链路资源分配模块向用户终端发送带有上行链路资源分配和定时提前量的网络响应以供用户终端执行到目标中继站的同步和接入。在UE同步及接入到目标中继站后，由路径切换请求模块向DeNB发送下行路径切换请求；DeNB处理所述下行路径切换请求，并向目标中继站发送路径切换响应。目标中继站在接收到路径切换响应后由资源释放通知模块通知源中继站释放用户终端上下文。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种无线中继系统中终端的移动性管理方法，其特征在于，包括：

A、建立同属于同一个DeNB的中继站之间的X2接口链路；

B、通过所述X2接口实现在同属于同一个DeNB的中继站之间的小区切换。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤B具体为：

B1、源中继站向目标中继站发送切换请求，目标中继站执行准许接入控制；

B2、若目标中继站准许用户终端接入，则源中继站执行用户上下文及缓存数据的转发；

B3、在用户终端成功接入目标中继站后，由目标中继站通知DeNB路径已改变，DeNB执行路径切换。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤B1具体为：

B11、源中继站根据用户终端发送的测量报告执行切换判决，若允许用户终端切换，则执行步骤B12；

B12、源中继站通过X2接口向目标中继站发送切换请求消息，所述切换请求消息中携带源中继站的上下行链路的用户面GPRS隧道协议GTP-U地址；

B13、目标中继站执行准许接入控制，若准许用户终端接入则执行步骤B14；

B14、目标中继站通过X2接口向源中继站发送切换请求响应消息，所述切换请求响应消息中携带目标中继站的上下行链路的用户面GPRS隧道协议GTP-U地址；

B15、源中继站向用户终端UE发送切换命令。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤B2具体为：

B21、源中继站向目标中继站发送服务网络状态转换命令，并将缓冲区中的数据包转发给目标中继站；

B22、用户终端执行到目标中继站的同步，并通过随机接入流程接入到目标中继站；

B23、目标中继站向用户终端发送带有上行链路资源分配和定时提前量的网络响应。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤B3具体为：

B31、在用户终端成功接入目标中继站后，目标中继站向DeNB发出下行路径切换请求，

B32、DeNB处理下行路径切换请求，并向目标中继站发出下行路径切换响应；

B33、目标中继站通知源中继站释放用户终端上下文，源中继站释放资源。

6.一种无线中继系统中终端的移动性管理系统，包括用户终端、源中继站、目标中继站及DeNB，其特征在于，所述源中继站和目标中继站之间建立X2接口，系统通过所述X2接口实现用户终端在同属于同一个DeNB的中继站之间的小区切换。

7.根据权利要求6述的系统，其特征在于，所述源基站包括：

切换判决模块，用于根据用户终端发送测量报告执行切换判决，在允许用户终端切换的情况下通知切换请求模块执行；

切换请求模块，用于通过X2接口向目标中继站发送切换请求消息，所述切换请求消息中携带源中继站的上下行链路的用户面GPRS隧道协议GTP-U地址；

切换通知模块，用于在目标中继站准许用户终端接入且接收到目标中继站发送的切换请求响应消息后向用户终端发送切换命令；

网络状态转换通知模块，用于向目标中继站发送服务网络状态转换命令，并将缓冲区中的数据包转发给目标中继站。

8.根据权利要求6述的系统，其特征在于，所述目标中继站包括：

准入执行模块，用于根据源中继站的切换请求模块发送的切换请求消息执行准许接入控制，若准许用户终端接入则通知切换请求响应模块执行；

切换请求响应模块，用于通过X2接口向源中继站发送切换请求响应消息，所述切换请求响应消息中携带目标中继站的上下行链路的用户面GPRS隧道协议GTP-U地址；

下行链路资源分配模块，用于向用户终端发送带有上行链路资源分配和定时提前量的网络响应以供用户终端执行到目标中继站的同步和接入；

路径切换请求模块，用于在用户终端成功接入目标中继站后，向DeNB发送下行路径切换请求；

资源释放通知模块，用于在接收到所述下行路径切换请求后通知源中继站释放用户终端上下文。

9.根据权利要求6述的系统，其特征在于，所述DeNB包括：

链路切换模块，用于处理所述下行路径切换请求，并向目标中继站发送路径切换响应。

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