CN101686578A - 家庭演进基站系统及无线设备的接入方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种家庭演进基站系统及无线设备的接入方法，上述方法包括：通过无线链路将用户设备接入到家庭演进基站，家庭演进基站通过有线传输链路接入到家庭演进基站网关，并对来自用户设备的数据进行判断；在判断数据为控制面数据的情况下，通过将该数据先后经由家庭演进基站网关中的传输协议转换单元和安全网关发送到移动性管理实体来将控制面接入到移动性管理实体；在判断数据为用户面数据的情况下，通过将该数据先后经由家庭演进基站网关中的传输协议转换单元、安全网关和服务网关发送到分组数据网关来将用户面接入到分组数据网关。通过本发明，使家庭演进基站的架构与LTE的扁平架构一致，降低了移动核心网的负荷。

Description

家庭演进基站系统及无线设备的接入方法

技术领域

本发明涉及通信领域，具体而言，涉及一种家庭演进基站系统及无线设备的接入方法。

背景技术

长期演进(Long Term Evolution，简称为LTE)系统采用基于互联网协议(Internet Protocol，简称为IP)的扁平化架构。如图1所示，LTE系统包括演进的通用地面无线接入网(Evolved UniversalTerrestrial Radio Access Network，简称为E-UTRAN)、移动性管理实体(Mobility Management Entity，简称为MME)、服务网关(ServingGateway，简称为S-GW)及其他支撑节点。其中，MME负责控制面的移动性管理、非接入层信令的处理、用户的移动管理、上下文的管理等；S-GW负责用户设备(User Equipment，简称为UE)的用户面数据的传送、转发和路由切换等；演进基站(Evolved NodeB，简称为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；eNB通过S1接口连接到系统架构演进(System Architecture Evolution，简称为SAE)的核心网(包括MME和S-GW)，即，eNB通过控制面S1-MME接口与MME相连，eNB通过用户面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。

为了增强LTE的室内无线覆盖，提出了一种家庭LTE基站，即家庭演进基站(Home Evolved NodeB，简称为Home eNB或HeNB)，在移动通信行业中称之为毫微蜂窝(Femtocell)基站，这种家庭演进基站可以基于家庭有线网络。家庭有线网络的一个实例是数字用户环线(Digital Subscriber Loop，简称为DSL)，DSL通过互联网接入到无线核心网，能够提高用户体验，同时降低宏蜂窝负载。另外，运营商也可以针对HeNB引入家庭多媒体服务。

但是HeNB的接入方式打破了传统的移动网络组网的架构形式，其架构影响了移动网络的整体性能，因此第三代伙伴工程(3rdGeneration Partnership Project，简称为3GPP)在给HeNB制定网络架构时，将HeNB接入到专用网关，然后专用网关再连接S-GW。图2是目前正在讨论的HeNB的架构图，如图2所示，包括UE、HeNB、HNB-GW(Home Node B Gateway，家庭基站网关)、EPC(包括S-GW和MME)，可以看出，该架构不是扁平的，因此与LTE的架构并不协调，由此也增加了移动核心网的负荷。

发明内容

针对现有技术中的家庭演进基站系统的架构与LTE的架构不协调而导致的核心网负荷增加的问题，本发明旨在提供一种家庭演进基站系统及无线设备的接入方法，以解决上述问题。

根据本发明的一方面，提供了一种无线设备的接入方法，应用于包括HeNB、HeNB-GW、MME、PDN-GW的家庭演进基站系统，该方法包括：通过无线链路将用户设备接入到家庭演进基站，家庭演进基站通过有线传输链路接入到家庭演进基站网关，并对来自用户设备的数据进行判断；在判断数据为控制面数据的情况下，通过将该数据先后经由家庭演进基站网关中的传输协议转换单元和安全网关发送到移动性管理实体来将控制面接入到移动性管理实体；在判断数据为用户面数据的情况下，通过将该数据先后经由家庭演进基站网关中的传输协议转换单元、安全网关和服务网关发送到分组数据网关来将用户面接入到分组数据网关。

根据本发明的又一方面，提供了一种家庭演进基站系统，该系统包括HeNB、HeNB-GW、MME、PDN-GW，其中，HeNB-GW包括安全网关，HeNB-GW还包括：服务网关，用于处理用户面数据的传输；传输协议转换单元，用于实现控制面数据与用户面数据的传输协议转换。

通过上述技术方案至少之一，通过在家庭演进基站网关中增加服务网关以及传输协议转换单元，通过该家庭演进基站网关接入到移动性管理实体实现控制面，通过该家庭演进基站网关接入到PDN-GW实现用户面，使得这样的家庭演进基站系统的架构与LTE的架构是协调的，解决了现有技术中的家庭演进基站的架构与LTE的架构不协调而导致的核心网负荷增加的问题，进而保证了整个LTE系统的标准兼容性，降低了移动核心网的负荷。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是相关技术的LTE的扁平架构图；

图2是相关技术提案中的HeNB架构图；

图3是根据本发明的装置实施例的HeNB-GW的框图；

图4是根据本发明的装置实施例的家庭演进基站系统的详细结构图；

图5是根据本发明的装置实施例的整个LTE系统的架构图；

图6是根据本发明装置实施例的HeNB-GW和HeNB之间的用户面和控制面安全隧道的示意图；

图7是根据本发明装置实施例的基于ADSL的用户面协议栈的结构图；

图8是根据本发明装置实施例的基于ADSL的控制面协议栈的结构图；

图9是根据本发明方法实施例的无线设备的接入方法的流程图；

图10是根据本发明方法实施例的家庭演进基站系统的工作流程图。

具体实施方式

功能概述

为了使家庭演进基站系统的架构与LTE的扁平架构协调，并且降低LTE移动核心网负荷，本发明通过在HeNB-GW中增加传输协议转换单元和服务网关，使得控制面可以通过HeNB-GW接入到MME实现，用户面可以通过HeNB-GW接入到PDN-GW实现，从而使得这样的家庭演进基站系统的架构与LTE系统的扁平架构是一致的，保证了整个LTE系统的标准兼容性，进而降低了核心网的负荷。下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。

装置实施例

基于图1的LTE扁平化架构系统，本实施例提供了一种HeNB系统，该系统包括家庭演进基站(HeNB)、家庭演进基站网关(HeNB-GW)、移动性管理实体(MME)、分组数据网关(PDN-GW)。其中，HeNB是用于家庭覆盖的低功率基站，通过无线链路向UE发送信息和接收来自UE的信息；HeNB-GW是连接HeNB到核心网的网关，其与MME之间传输控制面的信息、与PDN-GW之间传送用户面的数据，另外，HeNB-GW还对HeNB进行管理。下面结合图3详细描述上述HeNB-GW，如图3所示，上述HeNB-GW包括传输协议转换单元30、安全网关(SE-GW)32以及服务网关(S-GW)34。

其中，传输协议转换单元30，用于实现控制面数据和用户面数据的传输协议转换。

安全网关32，连接至传输协议转换单元30，用于HeNB和HeNB-GW之间建立用户面和控制面安全隧道，保证用户面和控制面数据的安全性。

服务网关34，连接至安全网关32，用于处理用户面数据的传输，例如，用户面数据的传送、转发和路由切换等。

在具体实施过程中，服务网关34与PDN-GW可以合一设置或者单独设置，但是从功能和逻辑上二者是分开的。同样的，安全网关32与传输协议转换单元30也可以合一设置或者单独设置，但是从功能和逻辑上二者是分开的。

下面结合图4及图5详细描述上述HeNB系统的结构，如图4所示，该系统包括HeNB、HeNB-GW、MME、分组数据网关(PacketData Network Gateway，简称为PDN-GW)，其中HeNB-GW包括传输协议转换单元、SE-GW、S-GW。

HeNB与PDN-GW之间先后经由传输协议转换单元、SE-GW、S-GW实现用户面的数据传输，其中，HeNB、传输协议转换单元、SE-GW、S-GW之间通过S1-U接口连接，S-GW与PDN-GW之间通过S5接口连接。也就是说，用户面数据的传输路径为HeNB、传输协议转换单元、SE-GW、S-GW以及PDN-GW。

HeNB与MME之间先后经由传输协议转换单元、SE-GW并通过S1-MME接口实现控制面的数据传输。也就是说，控制面数据的传输路径为HeNB、传输协议转换单元、SE-GW以及MME，这条路径中各实体的传输接口为S1-MME。

S-GW与MME之间通过S11接口连接，用于实现PDN-GW与MME之间的信令交互。也就是说，PDN-GW与MME之间的信令交互，是通过S-GW与MME之间经由S11接口的交互实现的。

图5是本发明实施例的整个LTE系统的架构图，除了包括E-UTRAN(针对LTE)、UTRAN(针对3G)、GSM/EDGE无线接入网(GSM/EDGE Radio Access Network，简称为GERAN，针对2G)之外，还包括图4所示的家庭演进基站系统作为整个架构的一部分，包括HeNB、HeNB-GW，相关接口实体包括MME、PDN-GW、UE。

如图5所示，HeNB与UE之间通过LTE-Uu空中接口实现空中无线链路的传输，HeNB与MME之间通过S1-MME接口实现控制面的信令传输，其中S1-MME需要通过SE-GW建立的安全隧道保证控制面的安全；HeNB-GW与MME之间通过S11实现信令的传输，HeNB-GW与PDN-GW之间通过S5接口提供用户面隧道和HeNB-GW对该隧道的管理。这种支持HeNB的架构与LTE架构保持一致，对应于图1，二者对应关系为：HeNB对应于eNB、HeNB-GW对应于S-GW。

在现有技术中，HeNB-GW与PDN-GW之间是没有连接关系的，HeNB-GW与PDN-GW之间的交互需要通过S-GW完成。也就是在图5中，HeNB-GW与PDN-GW没有连接关系，而HeNB-GW与S-GW通过S1连接，这样HeNB-GW与PDN-GW之间的交互需要通过S-GW。当HeNB要接入到核心网时，需要经过两个网关(即为现有技术中的HeNB-GW和S-GW)才能实现，这样的HeNB系统的架构不是扁平的，与LTE架构不协调。而本实施例提供的HeNB系统的结构只需要通过一个网关，即HeNB-GW，就可以接入到核心网。相比于现有技术，本实施例提供的HeNB系统的架构是扁平的，与LTE架构是协调的，并因为只需要通过一个网关而减少了对核心网的负荷。因此本实施例克服了现有技术中的家庭演进基站系统的架构与LTE的架构不协调而导致的核心网负荷增加的问题。

上述的SE-GW建立的安全隧道如图6所示，即HeNB-GW中的SE-GW和HeNB之间的用户面和控制面的安全隧道，用于保证HeNB-GW和HeNB之间的用户面和控制面数据的安全性。

本装置实施例的基于非对称用户线环路(Asymmetrical DigitalSubscriber Loop，简称为ADSL)的用户面协议栈，如图7所示，包括PDCP(Packet Data Convergence Protocol，分组数据收敛协议)、RLC(Radio Link Control，无线链路控制)、MAC(Media AccessControl，媒体接入控制)、GTP-U(GPRS Tunneling Protocol for theuser plane，用户面GPRS隧道协议)等，其中，GTP-U用于在HeNB和S-GW之间将用户数据隧道化。从图7中可以看出，在用户面上，UE与HeNB之间通过LTE-Uu接口连接，HeNB与HeNB-GW之间通过SI-U接口连接，HeNB-GW与PDN-GW之间通过S5接口连接。

相应地，本装置实施例的基于非对称用户线环路(AsymmetricalDigital Subscriber Loop，简称为ADSL)的控制面协议栈，如图8所示，其中包括NAS(Non-Access Stratum，非接入层)、S1-AP(S1Application Protocol，S1应用协议)等。从图8中可以看出，在控制面上，UE与HeNB之间通过LTE-Uu接口连接，HeNB与HeNB-GW之间以及HeNB-GW与MME之间都是通过S1-MME接口连接。

由上描述可以看出，通过本实施例提供的家庭演进基站系统，用户面与控制面通过HeNB-GW分别接入到PDN-GW与MME实现，这样的系统架构与LTE整体扁平架构是一致的，相关接口也一脉相承，保证了整个LTE系统的标准兼容性。

方法实施例

在本实施例中，提供了一种无线设备的接入方法，应用于上述装置实施例提供的家庭演进基站系统，下面结合图9详细描述上述方法。如图9所示，上述方法包括：

步骤S902，通过无线链路将用户设备接入到HeNB，用户设备与HeNB之间通过LTE-Uu空中接口连接。通过有线传输链路将HeNB接入到HeNB-GW，HeNB与HeNB-GW之间有两个接口，分别用于接入控制面与用户面，接入控制面的接口为S1-MME，接口用户面的接口为S1-U。HeNB根据媒体接入控制协议数据单元头信息对用户设备发送的数据进行判断，判断该数据是控制面数据还是用户面数据。

步骤S904，在判断数据为控制面数据的情况下，通过将该数据先后经由HeNB-GW中的传输协议转换单元、安全网关发送到移动性管理实体来将控制面接入到移动性管理实体，其中各实体之间通过S1-MME接口连接。

步骤S906，在判断数据为用户面数据的情况下，通过将该数据先后经由HeNB-GW中的传输协议转换单元、安全网关和服务网关发送到分组数据网关来将用户面接入到分组数据网关，其中传输协议转换单元、安全网关和服务网关之间通过S1-U接口连接，服务网关和PDN-GW之间通过S5接口连接。

上述步骤S904和步骤S906在具体实施过程中，没有时间上的先后顺序。其中，传输协议转换单元用于实现控制面数据与用户面数据的传输协议转换；安全网关用于HeNB和HeNB-GW之间建立用户面和控制面安全隧道，保证用户面数据和控制面数据的安全性；服务网关用于处理用户面数据的传输。以及，服务网关与移动性管理实体之间通过S11接口连接，用于实现分组数据网关与移动性管理实体之间的信令交互。

以下结合图10详细描述家庭演进基站系统的工作流程，如图10所示，包括步骤S1002至步骤S1008：

步骤S1002，UE通过无线链路经由LTE-Uu接口接入到HeNB，HeNB接收到来自UE发送的数据之后进行解调、解析。

步骤S1004，HeNB根据媒体接入控制协议数据单元头信息判断该数据是用户面数据或是控制面数据；

若判断为用户面数据，执行步骤S1006，若判断为控制面数据，执行步骤S1008。

步骤S1006，HeNB将该数据通过用户面传输，也就是将该数据通过有线链路经由HeNB-GW中的传输协议转换单元、SE-GW、S-GW传输至PDN-GW，其中HeNB、传输协议转换单元、SE-GW、S-GW之间的接口是S1-U，S-GW与PDN-GW之间的接口为S5。

步骤S1008，HeNB将该数据通过控制面传输，也就是将该数据通过有线链路经由中的传输协议转换单元、SE-GW传输至MME，这条路径中各实体之间的接口为S1-MME。

由上述描述可以看出，本实施例通过上述装置实施例的架构，实现了用户面数据和控制面数据的安全传输，降低了核心网的负荷。

综上所述，本发明通过在家庭演进基站网关中增加服务网关以及传输协议转换单元，通过传输协议转换单元、安全网关、服务网关将用户面接入到PDN-GW，通过传输协议转换单元、安全网关将控制面接入到移动性管理实体，这样的家庭演进基站系统的结构与现有的LTE的结构是一致的，相关接口也一脉相承，保证了整个LTE系统的标准兼容性。并且，由于HeNB的特殊应用背景，即通过互联网多次路由才能到达HeNB-GW，所以基于S-GW，通过安全网关以保障用户面和控制面的数据安全，这也保证了LTE设备的兼容性。本发明提供的家庭演进基站系统的架构一方面降低了移动核心网的负荷，另一方面可以使家庭演进基站系统独立组网，降低对LTE宏蜂窝网络的影响。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种无线设备的接入方法，应用于包括家庭演进基站、家庭演进基站网关、移动性管理实体、分组数据网关的家庭演进基站系统，其特征在于，所述方法包括：

通过无线链路将用户设备接入到所述家庭演进基站，所述家庭演进基站通过有线传输链路接入到所述家庭演进基站网关，并对来自所述用户设备的数据进行判断；

在判断所述数据为控制面数据的情况下，通过将所述数据先后经由所述家庭演进基站网关中的传输协议转换单元和安全网关发送到所述移动性管理实体来将控制面接入到所述移动性管理实体；

在判断所述数据为用户面数据的情况下，通过将所述数据先后经由所述家庭演进基站网关中的所述传输协议转换单元、所述安全网关和服务网关发送到所述分组数据网关来将用户面接入到所述分组数据网关。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过将所述数据先后经由所述家庭演进基站网关中的传输协议转换单元和安全网关发送到所述移动性管理实体来将控制面接入到所述移动性管理实体还包括：

所述家庭演进基站、所述传输协议转换单元、所述安全网关、所述移动性管理实体之间通过S1-MME接口连接。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过将所述数据先后经由所述家庭演进基站网关中的所述传输协议转换单元、所述安全网关和服务网关发送到所述分组数据网关来将用户面接入到所述分组数据网关还包括：

所述家庭演进基站、所述传输协议转换单元、所述安全网关、所述服务网关之间通过S1-U接口连接，所述服务网关与所述分组数据网关之间通过S5接口连接。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述服务网关与所述移动性管理实体之间通过S11接口连接，用于实现所述家庭基站演进网关与所述移动性管理实体之间的信令交互。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述家庭演进基站根据媒体介入控制协议数据单元头信息对所述用户设备的数据进行判断。

6.一种家庭演进基站系统，所述系统包括家庭演进基站、家庭演进基站网关、移动性管理实体、分组数据网关，其中，所述家庭演进基站网关包括安全网关，其特征在于，所述家庭演进基站网关还包括：

服务网关，用于处理用户面数据的传输；

传输协议转换单元，用于实现控制面数据与所述用户面数据的传输协议转换。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，

所述家庭演进基站与所述分组数据网关之间通过先后经由所述传输协议转换单元、所述安全网关、所述服务网关实现用户面的数据传输，其中，所述家庭演进基站、所述传输协议转换单元、所述安全网关、所述服务网关之间通过S1-U接口连接，所述服务网关与所述分组数据网关之间通过S5接口连接。

8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，

所述家庭演进基站与所述移动性管理实体之间通过先后经由所述传输协议转换单元、所述安全网关并通过S1-MME接口实现控制面的数据传输。

9.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，

所述服务网关与所述移动性管理实体之间通过S11接口连接，用于实现所述家庭基站演进网关与所述移动性管理实体之间的信令交互。

10.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述服务网关与所述分组数据网关合一设置或单独设置。

11.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述安全网关与所述传输协议转换单元合一设置或单独设置。

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