CN100499909C - 长期演进网络中用户设备切换方法及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及长期演进网络，公开了一种长期演进网络中用户设备切换方法及其系统，使得UE切换时可以降低源NodeB对数据缓存能力的要求，并且易于用户数据流的同步。本发明中，当接入网关接收到目标NodeB的上下文证实消息时，停止向源NodeB发送用户数据，将需要发送给UE的数据缓存在该接入网关中。当目标NodeB完成与该UE的无线链路连接时，接入网关通过与目标NodeB建立的临时通道或通过源NodeB的转发，将所缓存的用户数据发送给目标NodeB，由该目标NodeB将该用户数据通过无线链路发送给该UE。当切换完成时，接入网关通过切换后的新建通道向目标NodeB发送用户数据，由该目标NodeB将该用户数据通过无线链路发送给该UE。

Description

长期演进网络中用户设备切换方法及其系统

技术领域

本发明涉及长期演进网络，特别涉及长期演进网络中的用户设备切换技术。

背景技术

移动通信技术从20世纪末进入第二代移动通信(The Second Generation，简称“2G”)以来，得到了迅速发展。但是，随着用户数量的增加，以及对业务种类和性能等要求的不断提高，2G逐渐显示出在数据传输能力等方面的限制。因此，数据传输能力更强的第三代移动通信(The Third Generation，简称“3G”)进入了高速发展阶段，移动通信领域呈现出由2G逐步向3G过渡的态势。

在3G系统逐步进入商用的同时，业界已经开始了新技术的研究工作。有的公司将这些新技术称为超3G(Super 3G)技术，也有的公司将其称为3.9G技术。3.9G技术的数据业务传输速率将达到100Mbps左右，其引入大量的先进技术，并对许多现有的技术作了一定的改进。

为了保证更长一些时间(如10年或更长)的竞争力，第三代合作伙伴项目(3rd Generation Partnership Project，简称“3GPP”)从2004年下半年开始启动了长期演进(Long Term Evolution，简称“LTE”)项目。并在LTE项目中对通用移动通信系统(Universal Mobile Telecommunications System，简称“UMTS”)作了一些改进。

总的来讲，UMTS系统由用户设备(User Equipment，简称“UE”)、通用移动通信系统地面无线接入网(UMTS Terrestrial Radio Access Network，简称“UTRAN”)和核心网(Core Network，简称“CN”)组成。

UTRAN中又包括许多连接到CN的无线网络子系统(Radio NetworkSubsystem，简称“RNS”)。一个RNS包括一个无线网络控制器(Radio NetworkController，简称“RNC”)和一个或多个基站(NodeB)，每个NodeB覆盖一个或多个小区。

当前，在LTE的演进过程中，将NodeB、RNC和CN的三层节点的网络结构简化成两层节点的结构，RNC功能被分割到NodeB，称为演进的NodeB(也即eNodeB)，以及诸如接入网关(access Gateway，简称“aGW”)的高层节点中。接入网关具体包含用户面实体(User Plane Entity，简称“UPE”和控制面的移动管理实体(MobilityManagement Entity，简称“MME”)。

随着UMTS系统结构的改变，基于UMTS系统的一些操作也相应地有所变化。

下面以UE在不同NodeB间的切换为例。

在所有的蜂窝移动通信技术中，切换都是及其重要的组成部分，具体地说，当UE离开一个小区进入另外一个小区时，该UE所接收到的原来小区的信号必然越来越弱，而它所接收到的正在进入小区的信号也就将越来越强。为了保持UE的通信质量，必须将对该UE的接续由原来的NodeB切换到新进入的信号较强的NodeB。在无线通信系统中，例如宽带码分多址(WidebandCode Division Multiple Access，简称“WCDMA”)系统和码分多址2000(CodeDivision Multiple Access 2000，简称“CDMA2000”)系统等，当UE处于越区切换状态时，UE同时和多个参与越区切换的NodeB通信，UE和UTRAN分别把来自多个NodeB的信号进行分级合并，从而改善UE处于越区切换时的信号通信的质量，进而保持越区切换时的数据不丢失。

然而，在LTE中，由于所有的业务都在分组业务上承载，因此在切换过程中，用户面数据的处理就非常重要。且使用不同业务的UE在切换过程中对用户面数据的处理要求不同。如非实时业务，只要对用户数据进行合理的缓存和转发就可以满足要求。但是对于实时业务来说，对数据是否丢失要求得并不严格，反而更注重数据的实时性和同步传输。

在LET中，UE从一个小区转移到另一个小区时，无线网络对其进行的切换需要经过几个阶段：首先在切换准备阶段，源NodeB和目标NodeB建立数据通道。之后，在切换过程中，源NodeB对用户数据进行转发，而目标NodeB对用户数据进行缓存。切换在无线网络侧完成后，源NodeB和目标NodeB都对用户数据进行转发，即先由源NodeB向目标NodeB转发，再由目标NodeB向UE发送。在目标NodeB和UPE建立数据通道后，UPE把数据通道从源NodeB转换到目标NodeB。

具体的切换过程如图1所示，在步骤101与步骤102中，UE未进入新的小区，UPE通过其所在的源NodeB向其传输数据。在步骤103与104中，UE根据实际情况向源NodeB发送测量报告，NodeB根据该报告决定进行切换，并在步骤105中，向目标NodeB发送上下文信息。在步骤106中，目标NodeB保存接收到的上下文信息，并在步骤107中，向源NodeB返回一个上下文证实消息。源NodeB收到上下文证实消息，知道目标NodeB已同意UE进行切换后，在步骤108中，源NodeB向UE下发切换命令。进而在步骤109与110中，源NodeB缓存来自UPE的数据，同时UE离开原小区，进入新的小区。在步骤111与112中，源NodeB将缓存的数据发送到目标NodeB，目标NodeB保存该数据。接着在步骤113中，UE向目标NodeB发送切换确认信息。继而在步骤114中，目标NodeB建立与该UE之间的物理链路，返回建立无线链路的消息，并在步骤115中，向UPE发送地址变更消息。在步骤116中，UPE根据该消息更改用户面的路由。在步骤117与118中，源NodeB继续缓存数据，目标NodeB向MME发送地址变更重定位指示。在步骤119与120中，源NodeB将其缓存的数据发送给目标NodeB进行缓存。之后在步骤121至126中，无线网络侧完成路由上的切换，切换彻底完成，目标NodeB将缓存的数据发送给UE。最后，在步骤127中，源NodeB超时，释放UE的资源。

在实际应用中，上述方案存在以下问题：现有切换过程占用较多的无线资源，对NodeB缓存的要求极高，且不便于数据流的同步。

造成这种情况的主要原因在于，由于在现有的切换过程中，需要通过源NodeB对数据进行缓存，当用户数据比较大，或发生切换的用户很多时，对于NodeB的缓存有着极高的要求。并且在切换完成后，源NodeB必须在转发完全部的用户数据，定时器超时后，才能释放其无线资源，占用了较多的无线资源。另外，在切换完成后，需要通过目标NodeB传输数据时，需要源NodeB的指示，才能重新同步用户的数据流。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种长期演进网络中用户设备切换方法，使得UE切换时可以降低源NodeB对数据缓存能力的要求，并且易于用户数据流的同步。

为实现上述目的，本发明提供了一种长期演进网络中用户设备切换方法，包含以下步骤：

A当接入网关接收到目标基站节点的上下文证实消息时，接入网关停止向源基站节点发送用户数据，并将需要发送的用户数据缓存在该接入网关中；

B目标基站节点建立与所述用户设备的无线链路后，所述接入网关将所缓存的用户数据通过该目标基站节点发送给所述用户设备。

其中，还包含以下步骤：

当所述切换完成时，所述接入网关通过新建立的通道向所述目标基站节点发送用户数据。

此外在所述方法中，在所述步骤B中，

所述目标基站节点通过所述无线链路的连接，向所述用户设备发送用户数据。

此外在所述方法中，还包含以下步骤：

所述接入网关建立与所述目标基站节点的临时通道；

目标基站节点建立与所述用户设备的无线链路后，所述接入网关通过所述临时通道将所缓存的所述用户数据发送给该目标基站节点，由该目标基站节点将该用户数据通过所建的无线链路发送给所述用户设备；

当所述切换完成时，所述接入网关拆除所述临时通道。

此外在所述方法中，在所述步骤B中，所述接入网关将所缓存的所述用户数据发送给所述源基站节点，通过该源基站节点的转发，将所缓存的所述用户数据发送给该目标基站节点，由该目标基站节点将该用户数据发送给所述用户设备。

此外在所述方法中，还包含以下步骤：

当所述源基站节点获知所述目标基站节点已建立所述无线链路的连接时，立即释放该源基站节点的无线资源。

此外在所述方法中，所述目标基站节点通过向所述源基站节点发送所述无线链路的连接完成消息，通知该源基站节点所述目标基站节点已建立所述无线链路。

此外在所述方法中，所述目标基站节点通过向所述接入网关发送所述无线链路的连接完成消息，并由该接入网关向所述源基站节点转发该消息，通知该源基站节点所述目标基站节点已建立所述无线链路。

本发明还提供了一种长期演进网络中用户设备切换系统，包含用户设备、接入网关、源基站节点、以及目标基站节点，

所述接入网关中还包含缓存模块，用于缓存所述用户设备切换时的用户数据；

所述接入网关还用于在所述用户设备开始切换时，停止向所述源基站节点发送用户数据，并将需要发送的用户数据缓存在所述缓存模块中，当所述目标基站节点建立与所述用户设备的无线链路后，将所缓存的用户数据通过该目标基站节点发送给所述用户设备。

通过比较可以发现，本发明的技术方案与现有技术的主要区别在于，当接入网关接收到目标NodeB的上下文证实消息时，停止向源NodeB发送用户数据，将需要发送给UE的数据缓存在该接入网关中。当目标NodeB完成与该UE的无线链路连接时，接入网关通过与目标NodeB建立的临时通道或通过源NodeB的转发，将所缓存的用户数据发送给目标NodeB，由该目标NodeB将该用户数据通过无线链路发送给该UE。当切换完成时，接入网关通过切换后的新建通道向目标NodeB发送用户数据，由该目标NodeB将该用户数据通过无线链路发送给该UE。

当源NodeB获知目标NodeB已建立与UE的无线链路连接时，立即释放该源NodeB的无线资源。

这种技术方案上的区别，带来了较为明显的有益效果，即通过在接入网关处缓存切换过程中的用户数据，降低了源NodeB对数据缓存能力的要求，而且由于在接入网关处所缓存的用户数据即未发送给源NodeB的用户数据，因此源NodeB无需向目标NodeB指示最后发送的用户数据，简化了对用户数据的同步处理。

另外，由于源NodeB并没有缓存在切换过程中的用户数据，因此当目标NodeB完成与进行切换的UE的无线链路连接时，该源NodeB可以立即释放无线资源，而无需等到该源NodeB的定时器超时，节约了空口资源。

附图说明

图1是现有技术中UE切换的方法流程图；

图2是根据本发明第一实施方式的LTE网络中UE切换方法流程图；

图3是根据本发明第二实施方式的LTE网络中UE切换方法流程图；

图4是根据本发明第三实施方式的LTE网络中UE切换方法流程图；

图5是根据本发明第四实施方式的LTE网络中UE切换方法流程图。

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，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

本发明的核心在于，当UE从一个小区移动到另一个小区，需要进行切换时，向其目标NodeB发送上下文信息，目标NodeB收到上下文信息后向接入网关发送上下文证实消息，接入网关收到该上下文证实消息后，停止向源NodeB发送用户数据，转而将需要发送的用户数据缓存在该接入网关中，并在UE与目标NodeB建立无线链路后，将所缓存的用户数据发送给目标NodeB，由目标NodeB通过连接完成的无线链路，向UE转发缓存的用户数据，之后，在切换完成时，接入网关通过新建立的新建通道向目标NodeB发送用户数据。

下面根据发明原理对本发明第一实施方式LTE网络中UE切换方法进行说明。

如图2所示，在步骤201中，UE从一个小区向另一个小区移动，无线网络产生相应的测量报告并决定对其进行切换。

接着进入步骤202，接入网关的MME部分向目标NodeB发送上下文信息，要求切换。

接着进入步骤203，目标NodeB同意切换，返回上下文证实消息，开始本次切换。

接着进入步骤204，MME收到上下文证实消息后，向接入网关的UPE部分发送新增临时缓存的命令，要求其建立临时缓存。

接着进入步骤205，UPE接收到该命令后，停止向源NodeB发送用户数据，并建立相应的临时缓存，缓存需要发送的用户数据。由于用户数据不再缓存在源NodeB中，大大降低了源NodeB对缓存的要求，使其易于实现。

接着进入步骤206，UPE向MME返回缓存已建立的确认信息。

接着进入步骤207，进行切换，UE与目标NodeB建立无线链路。

接着进入步骤208，目标NodeB向MME发送无线链路连接完成的消息，并由MME向源NodeB转发该消息，通知源NodeB该UE已经与目标NodeB建立无线链路。

之后，在步骤209中，源NodeB收到无线链路连接完成消息后，立即释放与该UE相关的无线资源。

同时，在步骤210中，MME收到无线链路连接完成消息后，向UPE发送命令，要求UPE向目标NodeB发送缓存的用户数据。

接着进入步骤211，UPE收到该命令后，建立与目标NodeB的临时通道，通过该临时通道将之前缓存的用户数据发送给目标NodeB。并在步骤212中，由目标NodeB将这些用户数据通过已建立的无线链路发送给UE。

接着进入步骤213，目标NodeB向UPE发送地址变更信息。

在步骤214中，UPE根据该信息更改用户面的路由，并在步骤215中，返回更改完成的确认消息。切换完成，UPE拆除之前建立的临时通道。

接着在步骤216与217中，UPE通过新建立的新建通道向目标NodeB发送用户数据。

不难看出，从切换开始时，UPE不再向源NodeB发送用户数据，将数据缓存起来，当UE与目标NodeB建立无线链路后，UPE将缓存的用户数据通过目标NodeB间接地发送给UE，当切换完成后，UPE通过切换后的新建通道向目标NodeB发送用户数据，由该目标NodeB将该用户数据通过无线链路发送给该UE。整个数据发送过程都是在UPE的控制下，因而不需要源NodeB向目标NodeB指示最后发送的用户数据以进行数据同步，从而在减少NodeB缓存压力的同时，简化了对用户数据的同步处理。

值得一提的是，本实施方式主要是作为非实时业务的一种切换方法，具体使用时，在需要进行切换时，可在接入网关处对业务进行判断，如判断出是非实时业务，则采用本实施方式，在接入网关的UPE部分缓存其用户数据，如果判断出是实时业务，则可以使用双播(Bi-casting)方法对其进行切换，不再在UPE处缓存其用户数据。

本发明第二实施方式LTE网络中UE切换方法如图3所示，在步骤301中，UE从一个小区向另一个小区移动，无线网络产生相应的测量报告并决定对其进行切换。

接着进入步骤302，源NodeB通过信令通道直接向目标NodeB发送上下文信息，要求切换。

接着进入步骤303与304，目标NodeB同意切换，分别向源NodeB与接入网关的MME部分返回上下文证实消息，开始本次切换。

步骤305-307对应于步骤204-206，在此不再赘述。

接着进入步骤308，MME向源NodeB发送切换准备完成消息。

接着进入步骤309，进行切换，UE与目标NodeB建立无线链路。

接着进入步骤310，目标NodeB向MME发送无线链路连接完成的消息，并在步骤311中，目标NodeB同时通过信令通道直接向源NodeB发送无线链路连接完成消息，通知源NodeB该UE已经与目标NodeB建立无线链路。

之后的步骤312-320对应于步骤209-217，在此不再赘述。

本实施方式与第一实施方式大致相同，其区别仅在于第一实施方式中源NodeB与目标NodeB之间不存在信令通道，UE的上下文信息以及无线链路连接完成消息都需要通过MME转发，而本实施方式中，源NodeB与目标NodeB之间存在信令通道，源NodeB可以直接向目标NodeB发送上下文信息，并在无线链路建立后，目标NodeB可以直接向源NodeB发送消息，通知无线链路连接的完成。

本发明第三实施方式LTE网络中UE切换方法如图4所示，步骤401-408对应于步骤201-208，在此不再赘述。

在步骤409中，MME收到无线链路连接完成消息后，向UPE发送命令，要求UPE发送缓存的用户数据。

接着进入步骤410，UPE将之前缓存的用户数据发送给源NodeB，通过在步骤411中，源NodeB的转发，将缓存的用户数据发送给目标NodeB。

之后在步骤412中，由目标NodeB将这些用户数据最终发送给UE。

接着进入步骤413，源NodeB在转发完来自UPE的缓存用户数据后，释放其与目标NodeB的无线资源。

其后的步骤414-418对应于步骤213-217，在此不再赘述。

本实施方式与第一实施方式大致相同，其区别仅在于，在第一实施方式中UPE通过建立与目标NodeB的临时通道，将缓存的用户数据发送给目标NodeB，而在本实施方式中，UPE将缓存的用户数据发送给源NodeB，由源NodeB通过其数据通道向目标NodeB转发缓存的用户数据，源NodeB在转发结束之后，立即释放与目标NodeB相关的无线资源。

本发明第四实施方式LTE网络中UE切换方法如图5所示，步骤501-511对应于步骤301-311，在此不再赘述。

在步骤512中，MME收到无线链路连接完成消息后，向UPE发送命令，要求UPE发送缓存的用户数据。

接着进入步骤513，UPE将之前缓存的用户数据发送给源NodeB，通过在步骤514中，源NodeB的转发，将缓存的用户数据发送给目标NodeB。

之后在步骤515中，由目标NodeB将这些用户数据最终发送给UE。

接着进入步骤516，源NodeB在转发完来自UPE的缓存用户数据后，释放与目标NodeB的无线资源。

其后的步骤517-521对应于步骤316-320，在此不再赘述。

本发明还涉及到了一种系统，包含UE、接入网关、源NodeB、以及目标NodeB。在接入网关中还包含缓存模块，用于缓存UE切换时的用户数据。

该接入网关还用于在UE开始切换时，停止向源NodeB发送用户数据，并将需要发送的用户数据缓存在缓存模块中，当目标NodeB建立与该UE的无线链路后，将所缓存的用户数据通过该目标NodeB发送给该UE。

虽然通过参照本发明的某些优选实施方式，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (9)

1.一种长期演进网络中用户设备切换方法，其特征在于，包含以下步骤：

A接入网关接收到目标基站节点的上下文证实消息时，接入网关停止向源基站节点发送用户数据，并将需要发送的用户数据缓存在该接入网关中；

B目标基站节点建立与所述用户设备的无线链路后，所述接入网关将所缓存的用户数据通过该目标基站节点发送给所述用户设备。

2.根据权利要求1所述的长期演进网络中用户设备切换方法，其特征在于，还包含以下步骤：

当所述切换完成时，所述接入网关通过新建立的通道向所述目标基站节点发送用户数据。

3.根据权利要求2所述的长期演进网络中用户设备切换方法，其特征在于，在所述步骤B中，

所述目标基站节点通过所述无线链路的连接，向所述用户设备发送用户数据。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的长期演进网络中用户设备切换方法，其特征在于，还包含以下步骤：

所述接入网关建立与所述目标基站节点的临时通道；

目标基站节点建立与所述用户设备的无线链路后，所述接入网关通过所述临时通道将所缓存的所述用户数据发送给该目标基站节点，由该目标基站节点将该用户数据通过所建的无线链路发送给所述用户设备；

当所述切换完成时，所述接入网关拆除所述临时通道。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的长期演进网络中用户设备切换方法，其特征在于，在所述步骤B中，所述接入网关将所缓存的所述用户数据发送给所述源基站节点，通过该源基站节点的转发，将所缓存的所述用户数据发送给该目标基站节点，由该目标基站节点将该用户数据发送给所述用户设备。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的长期演进网络中用户设备切换方法，其特征在于，还包含以下步骤：

当所述源基站节点获知所述目标基站节点已建立所述无线链路的连接时，立即释放该源基站节点的无线资源。

7.根据权利要求6所述的长期演进网络中用户设备切换方法，其特征在于，所述目标基站节点通过向所述源基站节点发送所述无线链路的连接完成消息，通知该源基站节点所述目标基站节点已建立所述无线链路。

8.根据权利要求6所述的长期演进网络中用户设备切换方法，其特征在于，所述目标基站节点通过向所述接入网关发送所述无线链路的连接完成消息，并由该接入网关向所述源基站节点转发该消息，通知该源基站节点所述目标基站节点已建立所述无线链路。

9.一种长期演进网络中用户设备切换系统，包含用户设备、接入网关、源基站节点、以及目标基站节点，其特征在于，

所述接入网关中还包含缓存模块，用于缓存所述用户设备切换时的用户数据；

所述接入网关还用于在所述用户设备开始切换时，停止向所述源基站节点发送用户数据，并将需要发送的用户数据缓存在所述缓存模块中，当所述目标基站节点建立与所述用户设备的无线链路后，将所缓存的用户数据通过该目标基站节点发送给所述用户设备。

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