CN1859074A - 一种防止用户设备在基站间切换时数据丢失的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种防止用户设备在基站间切换时数据丢失的方法。该方法采用触发机制，包括启动AGW缓存的Ea事件和取消AGW缓存的Eb事件。当E－Node B发现Ea事件的触发条件满足时，发起向AGW发送进行数据缓存的信令，同时开始主动改变状态，向AGW发送ACK消息，AGW在收到信令后开始缓存数据并处理ACK消息；当E－Node B发现Eb事件的触发条件满足时，发起向AGW发送取消数据缓存的信令，同时开始主动改变状态，停止向AGW发送ACK消息，AGW在收到信令后停止缓存数据并不再处理ACK消息。由于在UE将要发生切换时，E－Node B通知AGW，提前在AGW处建立相应UE的下行数据缓存，故可避免切换过程中数据的丢失；又由于在UE脱离将要切换的状态时，AGW清除缓存，故可减少资源占用。

Description

一种防止用户设备在基站间切换时数据丢失的方法

【技术领域】

本发明涉及一种通用移动通信系统(UNTS)的演进网络，尤其涉及一种无线演进网络中防止用户设备在不同基站间切换时数据丢失的方法。

【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。UMTS的网络系统结构如图1所示，其由用户设备(UE)、无线接入网(UTRAN)和核心网(CN)组成。其中UTRAN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(External Network)的交换和路由功能。

再请参见图2所示，UTRAN包含一个或几个无线网络子系统(RNS)。每个RNS由一个无线网络控制器(RNC)和一个或多个基站(Node B)组成。RNC负责决定UE的切换，其具有合并/分离功能，以支持在不同的Node B之间的宏分集。Node B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，其主要功能是扩频、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，支持FDD模式、TDD模式或双模。RNC与CN之间的接口是Iu接口。在UTRAN内部，RNC之间通过Iur接口交互信息，Iur可以通过RNC之间的直接物理连接或通过传输网连接。图2所揭示的网络架构是基于3GPP Re16以前版本的架构。

为了提供一种低时延、高数据速率、高系统容量和覆盖、低成本、完全基于IP的网络，3GPP正在研究一种全新的演进网络架构以满足未来移动网络的应用需求，演进网络包括系统架构演进(SAE)和接入网的长期演进(LTE)。其中演进的接入网称为E-UTRAN。

对于未来的无线演进网络系统的架构，目前存在着多种候选方案，其中比较流行的是两层节点架构，如图3所示。该架构中，E-Node B是演进后的Node B，具有以前大部分的RNC的功能。接入网关(Access GW)具有以前核心网节点(如服务支撑节点(SGSN)或者网关支撑节点(GGSN))的大部分功能或者功能组合。其中，外部自动请求重发(Outer ARQ)功能主要放在E-Node B处。

在无线演进网络的架构中，如果Outer ARQ在E-Node B进行、核心网节点AGW不进行数据缓存，那么在切换过程中，如果源E-Node B中还有数据没有发送完毕UE即切换到目标E-Node B，则会导致数据的丢失。目前解决这一问题的方案有两类：一是在切换过程中从源E-NodeB向目标E-Node B转发在源E-Node B中没有得到ACK确认的数据，再由目标E-Node B发送给切换后的UE，以保证数据下传的完整性；二是在切换过程中从AGW向源E-Node B和目标E-Node B同时双播发送数据，以保证切换过程不会造成下传数据的丢失。一种切换路程如图4所示，其包括如下步骤：

1、UE上报测量报告；

2、源E-Node B根据UE上报的测量报告决定进行切换；

3、源E-Node B向目标E-Node B发送数据转发消息；

4、目标E-Node B进行资源分配；

5、资源分配完成后，目标E-Node B向源E-Node B发送数据转发的应答消息；

6、源E-Node B将本地存储的尚未收到UE接收确认的数据包以及不断收到的AGW发来的下行数据包前传到目标E-Node B；

7、源E-Node B向UE发送无线承载确认(RB Reconfiguration)消息；

8、UE同步到目标E-Node B；

9、同步完成后，UE向目标E-Node B发送无线承载确认消息完成(RBReconfiguration Complete)消息；

10、目标E-Node B向AGW发送路径切换请求(Path Switch Request)消息，请求切换路径；

11、AGW切换路径到目标E-Node B，并向源E-Node B发送Release消息，释放路径。

上述切换过程中，需要在源E-Node B和目标E-Node B之间建立数据通道，并进行数据转发，该转发过程对于切换流程来说是个额外的过程，且需要源E-Node B与目标E-Node B之间有数据面的接口。

为了避免切换过程中数据的丢失，目前还有一种考量方案是在核心网节点AGW处缓存数据，当数据确认被发送到UE后，E-Node B再通知AGW删除缓存中的相应数据。但该想法需要始终在AGW处和E-Node B处进行数据缓存，对资源造成重复浪费，且需要AGW和E-Node B之间不断的进行数据状态同步。

【发明内容】

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种针对无线演进网络而设计的防止用户设备在不同基站间切换过程中数据丢失的方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种无线演进网络中防止用户设备在基站间切换时数据丢失的方法，其包括如下步骤：a.用户设备向当前服务基站发送测量报告，当前服务基站对测量报告进行分析，当发现满足第一触发条件时，触发第一事件，向接入网关请求建立上层缓存；b.接入网关建立相应用户设备的下行数据缓存；以及c.用户设备再次向当前服务基站发送测量报告，服务基站对测量报告进行分析：当发现满足切换决策条件时，执行从当前服务基站向目标基站的切换过程，执行完毕后将目标基站缺省为第二状态；当发现满足第二触发条件时，触发第二事件，切换当前服务基站的状态为第二状态，并将接入网关处的上层缓存清除。

所述第一事件的含义为启动接入网关的缓存，所述第二事件的含义为取消接入网关的缓存。

上述步骤a进一步包括：当根据测量报告得出的指标值超过一第一预定域值并持续一特定时间时，判断为满足第一触发条件，基站向接入网关发送进行数据缓存的信令，同时主动改变状态，向接入网关发送针对上层数据的应答消息，接入网关在收到信令之前对应答消息不做处理，在收到信令后开始缓存数据并处理应答消息。

上述向接入网关发送针对上层数据的应答消息的步骤进一步包括：服务基站收到接入网关发来的下行上层PDCP数据包，对其进行外部自动请求重发层的分段处理，并把生成的若干自动请求重发数据块通过空中接口发往用户设备，当用户设备收到属于该PDCP数据包的所有ARQ数据块的应答信息后，服务基站向接入网关发送对应于该上层PDCP数据包的应答消息。

上述接入网关对应答消息的处理方法为：第一事件被触发后，接入网关根据收到的信令中附带的参数对用户设备的下行数据建立指定大小的缓存，之后从接入网关发送到服务基站的数据包在发送后都放入该缓存，直到缓存满；接入网关收到服务基站发回的确认用户设备收到某上层数据包对应的所有ARQ数据块的应答消息后，将缓存队列中相应的数据包删除；接入网关将其发送出去而没有收到应答消息的数据按照一定的排队规则在缓存中存放，当缓存满时，进行选择性的丢弃。

上述步骤c进一步包括：当根据测量报告得出的指标值小于一第二预定域值时，则判断为满足第二触发条件，触发第二事件，服务基站向接入网关发送取消数据缓存的信令，同时主动改变状态，停止向接入网关发送应答消息，接入网关在收到信令之前保持处理接收到的应答消息，在收到信令后停止缓存数据并不再处理应答消息。

本发明在用户设备将要发生切换时，由基站通知接入网关，提前在接入网关建立相应用户设备的下行数据缓存，可以避免切换过程中数据的丢失；而在用户设备脱离将要切换的状态时，再将接入网关的缓存清除，进行正常的数据传输，从而减少资源占用。与现有技术相比，本发明不要进行源E-NodeB与目标E-Node B之间的数据转发或者接入网关到两个E-Node B的数据双播，节省了网络资源，同时也降低了核心网节点对数据的存储量需求。

【附图说明】

参考多个附图、借助于本发明实施例的非限制性例子详细介绍本发明：

图1是现有的通用移动通信系统(UMTS)的组成结构图；

图2是现有的UMTS系统中无线接入网(UTRAN)部分的组成结构图；

图3是现有的针对UMTS系统的演进网络的架构示意图；

图4是针对图3所示的演进网络的一种现有技术的切换流程图；

图5是本发明用户设备在切换前后上层缓存变化的流程图；

图6是根据本发明的切换决策，在切换过程中Ea事件和Eb事件被触发的条件及顺序示意图。

【具体实施方式】

本发明的意图在于提供一种无线演进网络中防止用户设备在基站间切换时数据丢失的方法，以解决现有技术中存在的弊端。切换过程中所涉及到的实体主要包括用户设备(UE)、UE当前连接的源E-Node B、UE希望切换到的目标E-Node B，以及连接接入网与核心网的接入网关(AGW)。该方法在UE将要发生切换时，由E-Node B通知AGW，提前在AGW处建立相应UE的下行数据缓存，以避免切换过程中数据的丢失；并且在UE脱离将要切换的状态时，再将AGW处的缓存清除，进行正常的数据传输，从而减少资源占用。为了进一步降低AGW处缓存的消耗，当在AGW处进行缓存时，还可以通过E-Node B实时的上报ACK消息来删除AGW缓存中已经被UE确认接收过的数据。本发明在一实施例中具体的实现方法请结合图5所示，如下所述：

步骤1、正常状态下，UE通过当前的服务E-Node B(即源E-Node B)接收来自AGW的下行数据包。在保持和源E-Node B连接的同时，UE测量其它E-Node B的信号强度和质量，并将测量报告发送给源E-Node B。源E-Node B对测量报告进行分析，在满足特定触发条件的情况下，认为该UE可能将要发生切换，因此触发第一事件(即启动AGW缓存的事件，以Ea表示)，并切换服务E-Node B的当前状态为第一状态Ea(下文详述)。

步骤2、源E-Node B向AGW发送信令，请求建立相应UE的上层数据业务缓存。在一特定实施例中，源E-Node B可在发送信令的同时开始向AGW发送针对上层数据的应答ACK信息。该ACK信息的发送过程为：源E-Node B收到AGW发来的下行上层数据包(PDCP数据包)，对其进行Outer ARQ层的分段处理，并把生成的若干ARQ块(RLC数据包)通过空中接口发往UE，当从UE收到属于该数据包的所有ARQ块的ACK信息后，源E-Node B向AGW发送对应于该上层PDCP数据包的ACK信息；当然，此步骤中也可省略源E-Node B向AGW发送ACK信息的步骤，以减少E-Node B与AGW之间的传输负荷，但这样要求AGW上预留较多的缓存容量。

步骤3、AGW在收到信令之前对收到的ACK消息不做处理，当收到源E-Node B发来的请求建立上层数据业务缓存的信令后，启动上层缓存，开始缓存下行数据，并开始处理从该源E-Node B发来的针对上层数据的ACK消息。对于ACK消息的处理过程为：AGW根据收到的信令中附带的相应参数对特定UE的下行数据建立指定大小的缓存，之后从AGW发送到源E-Node B的数据包在发送后都放入该缓存，直到缓存满；AGW收到源E-Node B发回的确认建立上层缓存的ACK消息(该ACK消息虽然是基站发给接入网关的，但是是在从AGW发来的数据被UE接收到后才发出的应答)后，将缓存队列中相应的数据包删除，将发送出去而没有收到ACK消息的数据包按照一定的排队规则在缓存中存放，当缓存满时，进行选择性的丢弃。

在执行完步骤3之后，可能出现两种情况。

第一种情况：UE确实要进行切换。此种情况的执行过程参见图5中A部分所示。UE再次将测量报告发送给源E-Node B，源E-Node B对测量报告进行分析，在满足特定第一触发条件下，决定进行切换。UE、源E-Node B、目标E-Node B和AGW共同参与切换过程。由于在步骤3中数据已经在AGW进行了缓存，因此在切换过程中不需要数据双播(bicasting)或者数据前传(dataforwarding)，切换完成后，目标E-Node B成为新的服务E-Node B，其缺省为第二状态Eb，AGW缺省处于正常传输状态，即没有上层数据业务缓存，和已经成为服务E-Node B的目标E-Node B之间没有ACK消息的交互。

另一种情况：UE实际并没有发生切换。此种情况的执行过程参见图5中B部分所示。UE再次将测量报告发送给当前服务的E-Node B(源E-Node B)，服务E-Node B对测量报告进行分析，在满足特定第二触发条件下，认为该UE不会发生切换，因此触发第二事件(即取消AGW缓存的事件，以Eb表示)，并切换当前服务E-Node B的状态为第二状态Eb(下文详述)。然后，服务E-Node B向AGW发送信令请求取消步骤3中建立的相应UE的上层数据业务缓存，同时停止向AGW发送针对上层数据的ACK信息。AGW收到服务E-NodeB发来的请求取消相应UE的上层数据业务缓存的信令后，将对应的缓存取消，恢复正常的下行数据发送。

需要说明的是，在上述过程中，当PDCP包的加密在AGW进行时，AGW在向E-Node B传输PDCP包的过程中需要包含包序号的明码。

本发明对Ea和Eb事件触发条件的设置方法和切换决策的方式紧密相关。Ea事件是在E-Node B将要进行切换决策之前被触发，其目的是确保切换发生时上层数据在AGW有备份，从而避免切换过程中的数据丢失；Eb事件是在AGW有上层数据缓存的状态时E-Node B发现UE短期内不会发生切换的情况下触发，其目的是确保AGW只在必要的时候进行上层数据的缓存，从而避免AGW上缓存资源的大量浪费。

切换决策主要是根据测量报告做出的，E-Node B对测量报告进行一定的后处理，得出一个指标值V，该指标值可以是UE在相邻小区的接收信号强度和在本小区的接收信号强度之比。当该指标值V超过某一域值TH_ho，并保持T_ho时间时，触发对该UE的切换过程。

Ea事件采用和切换决策相同的指标值V，当该指标值V超过某一域值TH_Ea，并保持T_Ea时间时，触发Ea事件；Eb事件也采用和切换决策相同的指标值V，当该指标值V降到某一域值TH_Eb以下即触发Eb事件。Eb事件的触发不需要一段保持时间，是为了尽量减少在AGW做上层数据缓存的机会。

上述各个参数的设置遵循如下约束条件：

1).TH_Ea＜＝TH_ho

2).T_Ea＜T_ho

3).TH_Ea＞TH_Eb

其中，条件1)和2)保证Ea事件在切换之前发生，条件3)保证Ea事件和Eb事件不会振荡的频繁发生。

请参见图6，其为根据本发明的切换决策，在切换过程中Ea事件、Eb事件被触发的条件及顺序示意图。当Ea事件被触发后，如果发生上述第一种情况，即有切换发生，则切换后目标E-Node B进入缺省的Eb状态；当Ea事件被触发后，如果发生上述第二种情况，即没有切换发生，则源E-Node B直接进入Eb状态。只有当E-Node B处于Ea状态下才可能触发Eb事件，只有当E-NodeB处于Eb状态下才可能触发Ea事件。

综上，本发明不用在E-Node B之间进行数据转发或者从AGW向两个E-Node B进行数据双播来避免数据的丢失，从而不需要建立源E-Node B与目标E-Node B之间的数据转发通道，也避免了双播带来的资源浪费等问题。另外，本发明由于采用了一种事件触发机制来动态的调整AGW处的缓存状态，在避免了切换过程中数据丢失问题的同时，也尽可能的降低了核心网节点对数据的存储量需求。本领域的一般技术人员根据本发明所作的均等的变化，都应仍属于本发明专利的权利要求涵盖之内。

Claims (11)

1.一种防止用户设备在基站间切换时数据丢失的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

a.用户设备向当前服务基站发送测量报告，当前服务基站对测量报告进行分析，当发现满足第一触发条件时，触发第一事件，向接入网关请求建立上层缓存；

b.接入网关建立相应用户设备的下行数据缓存；以及

c.用户设备再次向当前服务基站发送测量报告，服务基站对测量报告进行分析：

当发现满足切换决策条件时，执行从当前服务基站向目标基站的切换过程，执行完毕后将目标基站缺省为第二状态；

当发现满足第二触发条件时，触发第二事件，切换当前服务基站的状态至第二状态，并将接入网关处的上层缓存清除。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述第一事件的含义为启动接入网关的缓存，所述第二事件的含义为取消接入网关的缓存。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤a进一步包括：当服务基站发现满足第一触发条件时，向接入网关发送进行数据缓存的信令，同时主动改变状态，向接入网关发送针对上层数据的应答消息，接入网关在收到信令之前对应答消息不做处理，在收到信令后开始缓存数据并处理应答消息。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：所述向接入网关发送针对上层数据的应答消息的步骤进一步包括：服务基站收到接入网关发来的下行上层PDCP数据包，对其进行自动请求重发层的分段处理，并把生成的若干自动请求重发数据块通过空中接口发往用户设备，当服务基站收到属于该PDCP数据包的所有自动请求重发数据块的应答信息后，其向接入网关发送对应于该上层PDCP数据包的应答消息。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于：所述接入网关对应答消息的处理方法为：第一事件被触发后，接入网关根据收到的信令中附带的参数对用户设备的下行数据建立指定大小的缓存，之后从接入网关发送到服务基站的数据包在发送后都放入该缓存，直到缓存满；接入网关收到服务基站发回的确认用户设备收到某上层数据包对应的所有自动请求重发数据块的应答消息后，将缓存队列中相应的数据包删除；接入网关将其发送出去而没有收到应答消息的数据按照一定的排队规则在缓存中存放，当缓存满时，进行选择性的丢弃。

6.如权利要求3所述的方法，其特征在于：所述步骤a中的第一触发条件是指根据测量报告得出的指标值超过一第一预定域值并持续一特定时间。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤c进一步包括：当服务基站发现满足第二触发条件时，向接入网关发送取消数据缓存的信令，同时主动改变状态，停止向接入网关发送应答消息，接入网关在收到信令之前保持处理接收到的应答消息，在收到信令后停止缓存数据并不再处理应答消息。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤c进一步包括：当根据测量报告得出的指标值小于一第二预定域值时，则判断为满足第二触发条件，触发第二事件。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤c进一步包括：当根据测量报告得出的指标值超过一第三预定域值并持续一特定时间时，则判断为满足切换条件，开始执行切换过程。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述触发条件的参数包括TH_Ea、TH_Eb和T_Ea；所述切换决策条件的参数包括TH_ho和T_ho；所述步骤a进一步包括：当根据测量报告得出的指标值超过TH_Ea并持续一T_Ea时间时，则判断为满足第一触发条件，触发第一事件；所述步骤c进一步包括：当根据测量报告得出的指标值小于TH_Eb时，则判断为满足第二触发条件，触发第二事件；当根据测量报告得出的指标值超过TH_ho并持续一T_ho时间时，则判断为满足切换决策条件。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于：所述第一事件和第二事件的触发条件与切换决策条件相关，其相互约束关系为：TH_Ea＜＝TH_ho；T_Ea＜T_ho；TH_Ea＞TH_Eb。

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