CN1499850A - 一种通用移动通信系统中建立传输承载的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及通用移动通信系统(UMTS Universal Mobile Telecommunications System)中，传输承载的建立方法。利用移动业务交换中心(MSC Mobile Services Switching Center)的IP地址与MSC的ATM地址之间的映射关系，当支持IP传输的MSC发起与具有ATM/IP双栈的无线网络控制器(RNC Radio Network Controller)之间的传输承载建立时，如果RNC的IP传输资源用尽但ATM传输资源还有空闲；则RNC由MSC为建立传输承载而提供的IP传输承载信息，通过该映射关系导出ATM传输承载标识信息，进而使用空闲ATM传输资源通过IWU与MSC完成传输承载的建立。由于采用了本发明的建立传输承载的方法，可以在支持IP传输的MSC发起与具有ATM/IP双栈的RNC之间的传输承载建立时，使用空闲的ATM传输资源通过IWU与MSC完成传输承载的建立，从而能够成功的完成传输承载建立。

Description

一种通用移动通信系统中建立传输承载的方法

技术领域

本发明涉及移动通信领域，尤其涉及通用移动通信系统(UMTS UniversalMobile Telecommunications System)中，传输承载的建立方法。

技术背景

UMTS(Universal Mobile Telecommunication Systems：通用移动通信系统)是采用WCDMA空中接口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系统应用了与第二代移动通信系统一样的结构，它包括一些逻辑网络单元。不同的网络单元可以从功能上、也可以从其所属的不同的子网(Subnetwork)上进行分组。

从功能上，网络单元可以分为无线接入网络(RAN Radio Access Network)和核心网(CN Core Network)。其中无线接入网络包括无线网络控制器(RNCRadio Network Controller)和WCDMA的无线基站(Node B)两个功能实体，用于处理所有与无线有关的功能，而CN由移动业务交换中心(MSC Mobile ServicesSwitching Center)和服务GPRS支持节点(SGSN Serving GPRS Support Node)组成，处理UMTS系统内所有的话音呼叫和数据连接与外部网络的交换和路由。上述两个单元与用户设备(User Equipment，UE)一起构成了整个UMTS系统。其系统结构如图1所示。

3G网络中核心网与接入网间的接口即为RNC和核心网络之间的接口(Iu)，如图2所示。

UTRAN各个接口的协议结构都是按照一个通用的协议模型设计的。设计的原则是层和面在逻辑上是相互独立的。如果需要，可以修改协议结构的一部分而无需改变其它部分，如图3所示。

1、水平方向的“层”

从水平方向的层上看，该协议结构主要包含两层：无线网络层和传输网络层。所有与陆地无线接入网有关的协议都包含在无线网络层，传输网络层指的是被UTRAN所选用的标准的传输技术，与UTRAN的特定的功能无关。

2、垂直方向的“面”

对于垂直方向的面来说，有控制面、用户面、传输网络控制面以及包含于前两者之中的传输网络用户面。

a)控制面

控制面包括应用协议(也就是无线接入网络应用部分(RANAP Radio AccessNetwork Application Part)，无线网络子系统应用部分(RNSAP Radio NetworkSubsystem Application Part)以及基站应用部分(NBAP Node B Application Part))及传输这些应用协议的信令承载。

应用协议用于为无线网络层的无线接入承载或者无线链路建立承载。应用协议的承载参数与用户面技术并不直接相关，是一些通用的承载参数。

应用协议的信令承载通常由操作维护(O&M Operation and Maintenance)建立。

b)用户面

用户面包括数据流以及数据流的承载。数据流就是相关接口的各种帧协议。

c)传输网络控制面

传输网络控制面不包含无线网络层的信息，完全位于传输网络层。其包括接入链路控制应用协议(ALCAP Access Link Control Application Protocol)(ALCAP协议用来为用户面建立传输承载)以及ALCAP协议的信令承载。

传输网络控制面在控制面和用户面之间。引入传输网络控制面，使得无线网络层控制面的应用协议与用户面数据的传输承载技术相互独立成为可能。ALCAP的信令承载通常也是由O&M建立。

d)传输网络用户面

在用户面里的数据承载和应用协议里的信令承载也属于传输网络用户面。在实时操作中，传输网络用户面数据的传输承载是由传输网络控制面直接控制的，而应用协议的信令承载则由O&M建立。

UMTS目前有三个版本，R99版本，R4版本和R5版本。其中R99版本和R4版本无线接入网侧的传输技术是基于ATM的，由于IP技术自身的诸多优点和全球IP化浪潮的冲击，UMTS网络向全IP演进的趋势已经确定，在R5版本，接入网把IP传输列为同ATM传输并列的地面网络传输方式选择。

从前面介绍可以看到，因为UTRAN接口协议栈具有无线网络层与传输网络层分离的结构，于是能够在对无线网络层影响最少的情况下引入IP传输。

如图4所示，是使用ATM传输时MSC与RNC之间建立用户数据传输承载的过程，其包括：

第一步：如果需要在MSC与RNC之间建立一条新的用户数据传输承载(例如：RNC内的一位用户发起一次语音呼叫)，MSC的无线接入网应用部分(RANAP)将会为该传输承载分配一个绑定标识(BID Binding ID)，同时为用户数据分配需要的传输资源。MSC通过一条无线网络控制面建立请求消息，把该绑定标识以及MSC自己的ATM传输层地址发给RNC的无线接入网应用部分。

第二步：RNC的无线接入网应用部分收到了上述消息后，将把其中的ATM传输层地址以及绑定标识传给RNC的传输网络控制面的接入链路控制应用协议(ALCAP Access Link Control Application Protocol)，并要求接入链路控制应用协议发起传输承载的建立。

第三步：RNC的接入链路控制应用协议向MSC的接入链路控制应用协议发出一条ALCAP建立请求消息，消息中包含有在第二步中收到的绑定标识以及ATM传输层地址。MSC收到这条ALCAP建立请求消息后，通过其中的绑定标识、传输层地址就可以把该传输承载建立请求与第一步中需要传输的用户数据关联起来。

使用IP传输时MSC与RNC之间建立用户数据传输承载的过程：

ATM是面向连接的协议，建立用户数据传输承载时需要ALCAP协议在MSC与RNC之间建立ATM/AAL2连接。而IP不同于ATM，IP是无连接的协议，因此不需要接入链路控制应用协议来建立连接。

如果RNC与MSC都是纯IP传输的节点，二者之间建立用户数据传输承载的过程：

第一步：如果需要在MSC与RNC之间建立一条新的用户数据传输承载(例如：RNC内的一位用户发起一次语音呼叫)，MSC的无线接入网应用部分(RANAP)将会为该传输承载分配一个空闲的用户数据报协议(UDP User DatagramProtocol)端口，MSC通过一条无线网络控制面建立请求消息，把该UDP端口号以及MSC自己的传输层地址也就是MSC的IP地址发给RNC的无线接入网应用部分。

第二步：RNC的无线接入网应用部分收到了上述消息后，也为该传输承载分配一个空闲的UDP端口，RNC通过一条无线网络控制面建立响应消息，把该UDP端口号以及RNC自己的传输层地址也就是RNC的IP地址发给MSC的无线接入网应用部分。至此，RNC与MSC分别知道对端为该用户数据分配的传输承载资源即“IP地址+UDP端口号”，用户数据传输承载也建立完毕。

上述两步中在无线网络控制面消息中的IP地址以及UDP端口号，是通过无线网络控制面已有的传输层地址IE以及绑定标识IE来传递的。

如果MSC与RNC的传输协议栈不同，例如当MSC仅有IP协议栈、RNC仅有ATM协议栈的情况，如果需要建立传输承载则需要借助互通单元IWU。对于仅支持ATM传输的节点来看，互通单元可以屏蔽IP传输节点的一切特性，通过互通单元与仅支持IP传输的节点建立传输承载，就像同一个ATM传输节点建立传输承载。

在IP传输节点同互通单元之间，需要有IP ALCAP协议，用来协助互通单元与ATM传输节点建立ATM的传输承载。

由于MSC与RNC除了IP单栈、ATM单栈以外，还可能具有ATM/IP双栈，所以各种互通组合共有9种，目前的UMTS协议中，对这9种情况的处理方法如表1所示：Iu-CS接口用户面传输信令互通方案

	MSC-RNC	MSC发往RNC的无线网络控制面建立请求消息中包含的传输承载地址信息	RNC发往MSC的无线网络控制面建立响应消息中包含的传输承载地址信息	备注
					1	ATM-ATM	-E.164 TLA-Binding Id		RNC发起ATM-ALCAP不需要IWU
2	ATM-IP	-E.164 TLA-Binding Id		RNC发起IP-ALCAP需要IWU
					3	IP-ATM	-E.164 TLA-Binding Id		RNC发起ATM-ALCAP需要IWU
4	IP-IP	-IP address-UDP port	-IP address-UDP port	不需要ALCAP
					5	ATM-ATM&IP	-E.164 TLA-Binding Id		RNC发起ATM-ALCAP不需要IWU
6	IP-ATM&IP	-IP address-UDP port	-IP address-UDP port	不需要ALCAP
					7	IP&ATM-ATM	-E.164 TLA-Binding Id		不需要IWURNC发起ATM-ALCAP
8	IP&ATM-IP	-IP address-UDP port	-IP address-UDP port  -	不需要ALCAP
					9	IP&ATM-IP&ATM	-IP address-UDP port	-IP address-UDP port-	不需要ALCAP

表1 Iu-CS接口用户面传输信令互通方案

在表1中的第6以及第9种情况，即支持IP传输的MSC(仅有IP协议栈或者具有ATM/IP双栈)发起与具有ATM/IP双栈的RNC之间的传输承载建立时，MSC都将优先使用IP发起与RNC的传输承载建立，即在发给RNC的无线网络控制面建立请求消息中带有为用户数据承载分配的空闲UDP端口号以及MSC自身的IP地址，如果此时RNC的IP传输资源用尽但ATM传输资源还有空闲，由于MSC不能在无线网络控制面建立请求消息中同时携带ATM传输承载地址信息，所以RNC不能利用空闲的ATM传输资源与MSC建立传输承载。

发明内容

本专利的目的就是在UMTS无线通信系统中，支持IP传输的MSC(仅有IP协议栈或者具有ATM/IP双栈)发起与具有ATM/IP双栈的RNC之间的传输承载建立时，如果RNC的IP传输资源用尽但ATM传输资源还有空闲，则RNC可以利用MSC提供的IP传输承载信息，导出MSC的ATM传输承载信息，使用空闲ATM传输资源通过IWU与MSC完成传输承载的建立。

一种通用移动通信系统中建立传输承载的方法，其特征在于：利用移动业务交换中心(MSC Mobile Services Switching Center)的IP地址与MSC的ATM地址之间的映射关系，当支持IP传输的MSC发起与具有ATM/IP双栈的无线网络控制器(RNC Radio Network Controller)之间的传输承载建立时，如果RNC的IP传输资源用尽但ATM传输资源还有空闲；则RNC由MSC为建立传输承载而提供的IP传输承载信息，通过该映射关系导出ATM传输承载标识信息，进而使用空闲ATM传输资源通过IWU与MSC完成传输承载的建立。

所述的IP传输承载信息是指：MSC为了建立传输承载而发往RNC的IP传输层地址IE以及绑定标识IE，用于唯一标识MSC为了传输承载建立所分配的传输资源。

所述的ATM传输承载信息是指：RNC为了完成传输承载建立而发往IWU的ATM传输层地址IE以及绑定标识IE，用于唯一标识MSC为了传输承载建立而分配的传输资源。

所述的绑定标识IE符合现有标准，仅用于传递MSC为了传输承载建立而分配的用户数据报协议(UDP User Datagram Protocol)端口号。

所述的绑定标识IE还可以通过其中空闲的字节来携带标识如上所述的UDP端口号所对应的MSC的IP地址的信息。

所述的通用移动通信系统中建立传输承载的方法，建立用户数据传输承载时包括以下步骤：

a、MSC为了建立用户数据的IP传输承载分配一个空闲的UDP端口号，并把该端口号以及对应的IP地址通过IP传输层地址IE以及绑定标识IE发往RNC，用于唯一标识MSC为了传输承载建立所分配的传输资源；

b、RNC的无线接入网应用部分判断其IP传输资源是否用尽，如果是，进入步骤c，否则直接利用IP传输资源建立传输承载；

c、RNC通过查映射表查出MSC的ATM地址，RNC将ATM传输层地址以及绑定标识传给自己的传输网络控制面，使用接入链路控制应用协议发起ATM传输承载的建立；

d、IWU收到该ATM传输承载建立请求后，根据该ATM传输层地址确定MSC，然后使用IP ALCAP协议建立与该MSC之间的IP传输承载，向MSC发送IP ALCAP建立请求消息，所述IP ALCAP建立请求消息中包含有IWU收到的绑定标识，该消息的目的地址是IWU根据MSC的ATM地址查出的IP地址；

e、MSC收到IWU的IP ALCAP建立请求消息后，根据消息的目的IP地址以及绑定标识IE内携带的信息，建立传输承载。

由于采用了本发明的建立传输承载的方法，可以在支持IP传输的MSC(指MSC至少能够支持IP传输，包含MSC同时支持IP以及ATM传输的情况)发起与具有ATM/IP双栈的RNC之间的传输承载建立时，如果RNC的IP传输资源用尽但ATM传输资源还有空闲，则RNC可以利用MSC提供的IP传输承载信息，导出MSC的ATM传输承载信息，并使用空闲的ATM传输资源通过IWU与MSC完成传输承载的建立，从而能够成功的完成传输承载建立。

附图说明

图1是现有技术中3G网络结构图；

图2是3G网络中核心网与接入网间的接口示意图；

图3是UTRAN接口协议栈的示意图；

图4是现有技术中，MSC与RNC为ATM传输时的传输承载建立流程示意图；

图5是IP传输节点通过互通单元与ATM传输接点互通示意图；

图6是本发明建立传输承载的一个流程示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图来说明本发明的具体实施方式。

针对现有技术的缺点，本发明的解决方案是：

RNC利用MSC的IP传输承载信息，即MSC的IP传输层地址以及绑定标识，通过MSC的IP地址与ATM地址的映射关系导出ATM传输承载标识信息，即MSC的ATM传输层地址以及绑定标识，进而使用空闲的ATM传输资源通过IWU与MSC完成传输承载的建立。

在此，MSC的ATM传输层地址，实际上是终结于IWU的ATM传输层地址，IWU可以通过该传输层地址唯一的确定MSC。

MSC的IP地址以及UDP端口号，是通过无线网络控制面已有的“传输层地址IE”以及“绑定标识IE”来传递的。通过是否对绑定标识IE进行扩充，本发明可以区分出两种MSC的IP地址到ATM地址的映射方案：

1、绑定标识IE完全符合现有标准，即仅用于传递MSC的UDP端口号；

2、扩充绑定标识IE，除了携带UDP端口号以外，利用其中空闲的字节来携带标识UDP端口号所对应的MSC的IP地址的信息。

提出这两种区分的考虑如下所述：

排除众所周知(well known)的端口，一个IP地址的UDP端口地址空间最多只有6万5千左右，也就是一个IP地址下所能创建的传输承载数量只有6万5千条。而MSC同时建立的传输承载数量会非常巨大，所以在MSC采用IP传输的情况下，MSC会拥有多个IP地址。

如图6所示，经过上述的设置之后，本发明建立用户数据传输承载时可以包括以下步骤：

a、MSC为了建立用户数据的IP传输承载分配传输资源—一个的UDP端口号，并把该端口号以及对应的IP地址通过IP传输层地址IE以及绑定标识IE发往RNC，用于唯一标识MSC为了传输承载建立所分配的传输资源；

当有需要在MSC与RNC之间建立一条新的用户数据传输承载时，MSC的无线接入网应用部分(RANAP)将会为该传输承载分配必要的传输资源，即一个空闲的UDP端口。MSC通过一条无线网络控制面建立请求消息，把该UDP端口号以及对应的IP地址发给RNC的无线接入网应用部分。

b、RNC的无线接入网应用部分判断其IP传输资源是否用尽，如果是，进入步骤c，否则直接利用IP传输资源建立传输承载；

RNC的无线接入网应用部分收到了上述消息后，首先判断其传输资源的使用情况，如果其IP传输资源还足够建立传输承载的，则使用该IP资源，这样，实际上采取的是现有技术中的传输承载建立方式；如果RNC的IP传输资源已经用尽，而其ATM传输资源还有剩余，现有的协议则没有给出这种情况下该如何处理的解决方案。本发明采用以下步骤，通过RNC空闲的ATM传输资源建立传输承载。

c、RNC通过查映射表查出MSC的ATM地址，RNC将ATM传输层地址以及绑定标识传给自己的传输网络控制面，使用接入链路控制应用协议发起ATM传输承载的建立；

RNC如果发现自己的IP传输资源已经用尽，则RNC通过查该映射表，由MSC的IP地址查出MSC的ATM地址。然后RNC将ATM传输层地址以及绑定标识传给自己的传输网络控制面，使用接入链路控制应用协议发起ATM传输承载的建立。

d、IWU收到该ATM传输承载建立请求后，根据该ATM传输层地址确定MSC，然后使用IP ALCAP协议建立与该MSC之间的IP传输承载，向MSC发送IPALCAP建立请求消息，所述IP ALCAP建立请求消息中包含有IWU收到的绑定标识，该消息的目的地址是IWU根据MSC的ATM地址查出的IP地址；

e、MSC收到IWU的IP ALCAP建立请求消息后，根据消息的目的IP地址以及绑定标识IE内携带的信息，就可以和步骤a中为传输承载分配的资源关联起来，从而建立传输承载。

通过是否对绑定标识IE进行扩充，可以区分出两种MSC的IP地址到ATM地址的映射方案，即：

1、绑定标识IE完全符合现有标准，即仅用于传递MSC的UDP端口号；

2、扩充绑定标识IE，除了携带UDP端口号以外，利用其中空闲的字节来携带区分MSC不同IP地址的信息。

那么，针对不同的映射方案，实际上在MSC与RNC的处理方法略有不同。

对于第一种方案，因为绑定标识IE中仅携带有UDP端口号，所以为了唯一确定一个用户数据承载，在经过IP地址与ATM地址之间的两次互相转换后，IP地址必需保持不变，即由ATM地址反查出的IP地址必需是UDP端口号对应的IP地址，不能是MSC的其它IP地址。因此要求一个MSC的ATM传输层地址不仅仅能够唯一的确定一个MSC，而且必需能够唯一确定MSC的一个IP地址。对于一个拥有多个IP地址的MSC，就会至少有同其IP地址数量相当的ATM传输层地址与之对应。

对于第二个映射方案，由于在MSC发往RNC的无线网络控制面建立请求消息中的用于携带UDP端口号的是绑定标识IE，绑定标识IE长度有4个字节，而UDP端口号长度仅为两个字节。所以可以利用绑定标识IE中空闲的两个字节携带UDP端口号所对应的IP地址的信息，用于区分MSC内的不同IP地址。因为附加的IP地址信息只是由填充这些信息的MSC进行解释，其它网元并不需要了解其构成规则。所以附加的IP地址信息的格式可以由MSC的制造商在实现的时候自行规定，不会影响到Iu接口的开放性。在此举一个附加IP地址信息的例子：假设MSC具有100个IP地址，则MSC可以对这100个IP地址进行编号，使用这些IP地址的编号就可以表示MSC的不同的IP地址。当RNC的IP传输资源够用的时候，RNC不用理会绑定标识IE中附加的信息，只使用其中的UDP端口号。这即是现有技术中的流程处理，如果RNC的IP传输资源耗尽时，RNC向IWU发起ATM ALCAP的绑定标识就直接采用MSC发出的绑定标识IE。由于绑定标识IE中包含附加的IP地址信息，在流程的步骤e中，MSC只需通过绑定标识IE就可以完全还原出“IP地址+UDP端口号”。所以MSC的所有IP地址最少只需要一个ATM传输层地址映射就可以了，要求该ATM传输层地址能够唯一对应一个MSC。

以上两种方案都能够满足需求，区别在于：

1、对表示MSC的ATM传输层地址空间需求不同：第一种方案要求MSC的每个IP地址至少有一个ATM传输层地址与之对应；而第二种方案最少只要一个能够唯一表示MSC的ATM传输层地址即可。因为一个MSC可能拥有大量的IP地址，第一种方案要求MSC的每个IP地址都至少分配一个ATM地址，则对现有的ATM地址分配、管理机制可能会有较大冲击。引入第二种方案则可以避免这种问题。

2、是否需要对无线网络层建立请求消息中用于携带UDP端口号的绑定标识IE进行扩展：第一种方案不需要扩展，第二种方案需要在绑定标识IE中携带附加的信息用来区分MSC不同的IP地址。

本发明通过以上方案，可以很好的解决在支持IP传输的MSC(指MSC至少能够支持IP传输，包含MSC同时支持IP以及ATM传输的情况)发起与具有ATM/IP双栈的RNC之间的传输承载建立时，当RNC的IP传输资源用尽但ATM传输资源还有空闲时传输承载无法建立的问题。RNC利用MSC提供的IP传输承载信息，导出MSC的ATM传输承载信息，并使用空闲的ATM传输资源通过IWU与MSC完成传输承载的建立，从而能够成功的完成传输承载建立。

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书的保护范围为准。

Claims (6)

1、一种通用移动通信系统中建立传输承载的方法，其特征在于：利用移动业务交换中心(MSC Mobile Services Switching Center)的IP地址与MSC的ATM地址之间的映射关系，当支持IP传输的MSC发起与具有ATM/IP双栈的无线网络控制器(RNC Radio Network Controller)之间的传输承载建立时，如果RNC的IP传输资源用尽但ATM传输资源还有空闲；则RNC由MSC为建立传输承载而提供的IP传输承载信息，通过该映射关系导出ATM传输承载标识信息，进而使用空闲ATM传输资源通过IWU与MSC完成传输承载的建立。

2、如权利要求1所述的通用移动通信系统中建立传输承载的方法，其特征在于所述的IP传输承载信息是指：MSC为了建立传输承载而发往RNC的IP传输层地址信息单元(IE Information Element)以及绑定标识IE，用于唯一标识MSC为了传输承载建立所分配的传输资源。

3、如权利要求1所述的通用移动通信系统中建立传输承载的方法，其特征在于所述的ATM传输承载信息是指：RNC为了完成传输承载建立而发往IWU的ATM传输层地址IE以及绑定标识IE，用于唯一标识MSC为了传输承载建立而分配的传输资源。

4、如权利要求1所述的通用移动通信系统中建立传输承载的方法，其特征在于所述的绑定标识IE符合现有标准，用于传递MSC为了传输承载建立而分配的用户数据报协议(UDP User Datagram Protocol)端口号。

5、如权利要求1所述的通用移动通信系统中建立传输承载的方法，其特征在于所述的绑定标识IE还可以通过其中空闲的字节来携带标识如权利要求4所述的UDP端口号所对应的MSC的IP地址的信息。

6、如权利要求1、2、3、4或5所述的通用移动通信系统中建立传输承载的方法，其特征在于建立用户数据传输承载时包括以下步骤：

a、MSC为建立用户数据的IP传输承载分配一个空闲的UDP端口号，并把该端口号以及对应的IP地址通过IP传输层地址IE以及绑定标识IE发往RNC，用于唯一标识MSC为了传输承载建立所分配的传输资源；

b、RNC的无线接入网应用部分判断其IP传输资源是否用尽，如果是，进入步骤c，否则直接利用IP传输资源建立传输承载；

c、RNC通过查映射表查出MSC的ATM地址，RNC将ATM传输层地址以及绑定标识传给自己的传输网络控制面，使用接入链路控制应用协议发起ATM传输承载的建立；

d、IWU收到该ATM传输承载建立请求后，根据该ATM传输层地址确定MSC，然后使用IP ALCAP协议建立与该MSC之间的IP传输承载，向MSC发送IP ALCAP建立请求消息，所述IP ALCAP建立请求消息中包含有IWU收到的绑定标识，该消息的目的地址是IWU根据MSC的ATM地址查出的IP地址；

e、MSC收到IWU的IP ALCAP建立请求消息后，根据消息的目的IP地址以及绑定标识IE内携带的信息，建立传输承载。

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