CN100518029C - 移动通讯系统中用户面处理装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种移动通讯系统中用户面处理装置，包括AAL2模块(401)、RTP模块(402)、AMR模块(403)、UP协议处理模块(404、405)、处理器Q(41)和处理器P(42)，UP协议处理模块(404、405)包括IuUP模块(404)和NbUP模块(405)两种处理模块，分别对应Iu口和Nb口。本发明有效利用网络资源和带宽，利用WCDMA和TD-SCDMA网络的特点和处理器的处理能力，降低网络的单位设备投资，经过测算，本发明所述方法能够有效的限制带宽膨胀以及延迟效应，同时具有灵活多变的配置和组网形式，是解决MGW中数据流处理的关键技术突破。
Description
技术领域
本发明涉及移动通讯领域，具体地说，涉及移动通讯领域中下一代网络宽带码分多址(WCDMA)系统、TD-SCDMA系统中MGW(Media GateWay，媒体网关)上的用户面的处理。
背景技术
随着移动通讯系统在经济和社会生活等各个领域日益广泛的应用，移动通讯系统技术本身也在快速发展之中，从目前正在广泛使用的第二代移动通讯系统，到正在成熟完善的第三代移动通讯系统，技术上的发展正在日益满足用户对于通讯系统的需求。国际标准化组织3GPP负责第三代移动通讯系统国际标准WCDMA标准的制定和修改。在WCDMA网络中，用户面处理主要是处理和数据流有关系的模块，位于MGW网元内部，主要包括AAL2(ATM Adaptation Layer type 2，ATM适配层类型2)的处理、RTP(Real-timeTransport Protocol，实时传输协议)处理、UP(User Plane，用户面)协议处理以及AMR(Adaptive Multi-Rate，自适应多速率)或其他码型等，其在WCDMA中的协议模型如下图1所示，在附图1中，右半部分即为用户面的处理模块。其中，AAL2是ATM适配类型2的一种适配方式，通过AAL2将用户面数据流重组或封装成长度固定53BYTE的信元，通过AAL2提供MGW的ATM接口；RTP采用IP传输，实时监控网络的传输状况，并能通知上层系统根据网络的传输状况采取相应的措施；UP协议则主要保证每个用户的初始可用信息(包括用户数据速率集合、版本信息等)，同时能够调整用户数据的传输速率，并对用户数据进行时间调整，完成UP信息的错误监控，经过UP协议的数据具有特定的格式；在WCDMA网络中对应与无线侧的接口为IuUP，对应MGW之间的接口为NbUP。AMR为自适应多速率，是3GPP规定的一种应用在WCDMA的编码方式，具有八种可变速率。在上述各个用户面的模块中，AAL2和RTP主要起传输作用，核心模块则在UP协议处理和AMR模块处理。
UP和AMR的分布关系可以有多种，其一为UP(包括IuUP和NbUP)和AMR分别位于不同的处理器，如附图2所示，这种方法管理简单，但是带宽需求大，延迟比较大；其二为IuUP+AMR和NbUP+AMR位于不同的处理器，如附图3所示，这种方法流程清晰，但是容易造成一个系统两种版本，而且同样存在带宽需求大、延迟大的缺点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种移动通讯系统中用户面处理方法，以克服现有技术存在的带宽需求大、延迟大，以及软件版本不一致的缺点，实现和下一代的全IP网络相兼容，同时利用WCDMA的网络特点，更有效的降低数据传输延迟。
为实现上述目的，本发明构造了一种移动通讯系统中用户面处理装置，包括AAL2模块(401)、RTP模块(402)、AMR模块(403)、UP协议处理模块(404、405)、处理器Q(41)和处理器P(42)，所述AAL2模块(401)、RTP模块(402)位于所述处理器P(42)中，所述AMR模块(403)、UP协议处理模块(404、405)位于所述处理器Q(41)中，所述UP协议处理模块(404、405)包括IuUP模块(404)和NbUP模块(405)两种处理模块，分别对应Iu口和Nb口。各个模块之间的信号连接关系根据具体的组网和呼叫特点决定，下面说明信号连接关系(假定Iu口为ATM，Nb口为IP组网)。
1.MGW作为端局TrFO呼叫(出局)：
语音数据从RNC发送到AAL2模块(401)，经过适配后的数据发送到IuUP模块(404)处理，之后语音数据经过NbUP模块(405)进行处理，最后经过RTP模块(402)处理并发送到对端MGW。
2.MGW作为端局TrFO呼叫(本局)：
语音数据从RNC发送到AAL2模块(401)，经过适配后的数据发送到IuUP模块(404)处理，之后语音数据经过另一IuUP模块(404)进行处理，最后AAL2模块(401)发送到RNC。
3.MGW作为端局非TrFO呼叫：
语音数据从RNC发送到AAL2模块(401)，经过适配后的数据发送到IuUP模块(404)处理，之后语音发送到AMR模块(403)作解码，之后数据经过NbUP模块(405)进行处理，最后经过RTP模块(402)处理并发送到对端MGW。
4.MGW作为关口局呼叫：
从端局MGW接收来的语音数据发送到RTP模块(402)，经过适配后的数据发送到NbUP模块(405)处理，之后语音发送到AMR模块(403)作解码并通过TDM(Time Division Multiple，时分附用)接口发送到PSTN或2G网络。
采用本发明所述的模型方法，有效利用网络资源和带宽，利用WCDMA和TD-SCDMA网络的特点(比如TrFO业务)和处理器的处理能力，降低网络的单位设备投资，经过测算，本发明所述方法能够有效的限制带宽膨胀以及延迟效应，同时具有灵活多变的配置和组网形式，是解决MGW中数据流处理的关键技术突破。
附图说明
图1是WCDMA网络中用户面和控制面协议关系结构图。
图2是用户面中UP协议和AMR独立放置的结构图。
图3是用户面中模块独立放置结构图。
图4是本发明所述装置结构图。
图5是TDM接口情况下的流程图。
图6是IP或ATM接口情况下的流程图。
图7是两个UE互通时的流程例图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施作进一步的详细描述。
在图2所示的结构中，UP(IuUP，NbUP)协议模块和AMR算法模块资源相对独立，管理简单，但是由于UP和AMR之间为IP包，造成带宽的膨胀，UP和AMR分处两个处理器，引入了延迟。
在图3所示的结构中，IuUP协议+AMR和NbUP协议+AMR资源分别在两个处理器中，管理简单，但UP和AMR两个资源池变小影响了资源的利用。同样地，由于分处两个处理器，造成带宽膨胀和延迟。
在图4所示的结构中，UP(IuUP模块(404)，NbUP模块(405))协议+AMR模块(403)两种资源放置在相同的处理器中，即保证了两种资源的有效利用，同时也减轻了带宽膨胀和延迟。在这种结构中，管理复杂一点，但是保证了用户数据流的及时有效处理。作为本发明的结构模型图，主要包括3个环节：各模块的分布、灵活的配置、有效的处理能力，这三个环节组合，在比较低的延迟和有限的带宽条件下，实现了MGW的数据传输、算法处理、协议处理。同时提供了多种类型的接口，方便的实现不同结构的组网，而且能够实现平滑的容量扩充。
对于第一个环节，AAL2模块(401)和RTP模块(402)分别处于一个处理器，主要起传输和对外的标准接口，起到接口板的作用；AMR模块(403)和UP协议处理模块(404、405)共用一个处理器，起到用户面核心处理作用。在呼叫过程中，承载的建立是分段建立的，因此MGW相同上下文的两个端点可能分配在不同的处理器中，在这个模型中，通过资源管理保障MGW相同上下文的的两个端点分配在相同的处理器中，这样使UP模块(404和405)和AMR模块(403)集中处理，同时每个处理器中的IuUP模块(404)和NbUP模块(405)统一进行资源管理，这样在呼叫中可以根据接口类型(Iu，Nb)确定MGW上下文中的两个端点的UP属性(两个IuUP、两个NbUP、或者一个IuUP一个NbUP等)。各模块之间连接根据具体呼叫特点而定(参考附图7中的实施例)。
对于处理器Q，对外提供TDM接口(C)；经过IuUP模块(404)或者NbUP模块(405)处理封装的数据在接口A或B向处理器P(42)发送或接受IP数据包。根据具体的组网，处理器P(42)可以将处理器Q(41)发送来的IP数据包转换为标准的AAL2信元或者RTP，UDP，IP包发送到对端。因此，在这整个架构中，整个模型可以对外提供TDM、ATM、RTP(IP)接口。
在该模型中，处理器P(42)对外提供接口，而处理器Q(41)中的两个模块共同形成一个资源池，处理器P(42)和处理器Q(41)没有固定的对应关系，两者可以分别平滑扩容。在实际应用中，可以通过需求配比处理器Q(41)和处理器P(42)之间的对应关系。
对于容量更大的需求，可用在接口A和B处增加大容量的IP交换，这样，多个处理器Q(41)处理器组成一个单元，每个单元之间采用大容量的IP交换，从而便于各处理器之间，各单元之间数据的传递。
在第二个环节中，考虑的WCDMA网络可能的不同组网形式，如果是TDM组网或是IP、ATM组网并且作为关口局情况下，采用该UP模型后的数据流如图5所示。外部ATM信元或RTP数据流经接口板处理形成IP数据包发送到处理器Q(41)，在处理器Q(41)上进行UP协议处理，如果本段是TrFO操作，净荷是PCM(Pulse Code Modulation，脉冲编码调制)码流，直接发送数据到TDM(图中虚线所描述)；如果本段是非TrFO操作，净荷是AMR压缩语音数据，进行AMR解码，生成的PCM经TDM接口发送到T网(图中实线所描述)。在反方向上，处理器Q(41)从T网接收PCM码流，如果是TrFO操作，直接进行UP协议的处理；如果是非TrFO操作，进行AMR编码，之后进行UP协议处理，并生成IP数据包发送到接口板，在接口进行封装发送到对端。
如果是IP或ATM组网，在端局情况下，采用该UP模型后的数据流如图6所示。其中实线所示的为普通需要AMR算法的数据流程，虚线所示的为WCDMA中TrFO(Transcoder Free Operation，免码型转换器操作)时不需要AMR算法的数据流程。因此，这个模型具有非常好的灵活性，可以方便配置。
同时，在下一代网络中，可以增加其他码型与AMR组成码型列表(codeclist)，实现MGW中灵活的码型配置和转换功能。
对于第三个环节，在IP或ATM组网并且作为端局的情况下，由于存在TrFO的呼叫，所以导致UP与AMR的比例并不是1∶1，对于端局TrFO比较多的网络，可以配置UP与AMR比例高些；对于端局TrFO比较少的网络，可以配置UP比AMR比例低些，这也是这个模型具有灵活配置的一个体现。对于UP和AMR具体的比例可以根据在端局的TrFO比例以及处理器的具体处理能力进行确定，这样可以更有效的利用了处理器Q(41)的处理能力。
附图7是一个手机到手机的呼叫实例，在本例中Iu接口为ATM，Nb接口为RTP(IP)，UE1的语音流经过RNC在网络侧的Iu口进行AAL2的适配处理并生成IP包发送到IuUP模块(404)进行用户面协议处理，如果是非TrFO呼叫，语音净荷数据在同一片处理器中(由资源管理保证)发送到AMR进行解码处理，之后数据发送到同一片处理器的NbUP进行用户面协议处理，之后发送到RTP处理模块处理，之后数据发送到另一MGW进行反方向的RTP、NbUP、AMR编码、IuUP、AAL2处理。
在实际呼叫中，需要呼叫过程和资源管理尽力保证两个Terminator(端点)的IuUP处理和NbUP处理在相同的一个处理器Q(41)中，这样可以减少处理延时以及带宽膨胀。
上述模型中，根据实际的组网类型，可以通过更改处理板(42)的类型而保持处理板Q(41)不变而方便灵活的实现不同的组网，实现软件模块的即插即用。同时由于UP协议处理和AMR算法处理放置到相同的处理器中，有效利用了处理器的处理能力，减少了带宽膨胀和延迟，有效提高QoS。因此是一种灵活而紧凑的用户面处理模型。
Claims (5)
1、一种移动通讯系统中用户面处理装置，位于媒体网关MGW网元内部，包括ATM适配层类型2AAL2模块(401)、实时传输协议RTP模块(402)、自适应多速率AMR模块(403)、用户面UP协议处理模块(404、405)、处理器Q(41)和处理器P(42)，其特征在于，所述AAL2模块(401)、RTP模块(402)位于所述处理器P(42)中，所述AMR模块(403)、UP协议处理模块(404、405)位于所述处理器Q(41)中，所述UP协议处理模块(404、405)包括IuUP模块(404)和NbUP模块(405)两种处理模块，分别对应Iu口和Nb口，各个模块之间的信号连接关系根据具体的组网和呼叫特点决定：
如果媒体网关作为端局免码型转换器操作TrFO呼叫，语音数据从无线网络控制器RNC发送到AAL2模块(401)，经过适配后的数据发送到IuUP模块(404)处理，之后出局呼叫的语音数据经过NbUP模块(405)进行处理，最后经过RTP模块(402)处理并发送到对端MGW；本局呼叫的语音数据经过另一IuUP模块(404)进行处理，最后经过AAL2模块(401)发送到RNC；
如果媒体网关作为端局非TrFO呼叫，语音数据从RNC发送到AAL2模块(401)，经过适配后的数据发送到IuUP模块(404)处理，之后语音发送到AMR模块(403)作解码，之后数据经过NbUP模块(405)进行处理，最后经过RTP模块(402)处理并发送到对端MGW；
如果媒体网关作为关口局呼叫，从端局MGW接收来的语音数据发送到RTP模块(402)，经过适配后的数据发送到NbUP模块(405)处理，之后语音发送到AMR模块(403)作解码并通过时分复用TDM接口发送到电话网络或第二代网络。
2、根据权利要求1所述的移动通讯系统中用户面处理装置，其特征在于，所述AAL2模块(401)和所述RTP模块(402)作为传输和对外的标准接口，起到接口板的作用；所述AMR模块(403)和所述UP协议处理模块(404、405)起到用户面核心处理作用。
3、根据权利要求1或者2所述的移动通讯系统中用户面处理装置，其特征在于，所述MGW的用户面模型，包括处理器P(42)和处理器Q(41)，对外提供TDM接口、IP接口和ATM接口；经过所述IuUP模块(404)或者所述NbUP模块(405)处理封装的数据在处理器P(42)和处理器Q(41)发送或接收IP数据包。
4、根据权利要求1或者2所述的移动通讯系统中用户面处理装置，其特征在于，根据具体的组网，所述处理器P(42)将所述处理器Q(41)发送来的IP数据包转换为标准的AAL2信元或者RTP包、用户数据报协议UDP包和IP包发送到对端。
5、根据权利要求1或者2所述的移动通讯系统中用户面处理装置，其特征在于，对于扩容需求，在所述处理器P(42)和处理器Q(41)之间的A接口和B接口处增加IP交换模块，通过该IP交换模块，多个处理器Q(41)组成一个单元。
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