CN101888675A - 一种长期演进系统中跨基站切换方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种长期演进系统中跨基站的硬切换方法和系统，用于提高硬件切换性能。本发明在切换过程中，用户设备断开与源基站的通信信道，同时备份该通信信道的必要信息；源基站保持与用户设备的通信信道，并随时可以接收来自用户设备的信令和数据，通过控制转发时间点，来最大化接收的效果，减少了空口负荷。本发明技术方案提高了切换性能，避免了数据丢失，同时也方便了切换失败处理。

Description

一种长期演进系统中跨基站切换方法及系统

技术领域

本发明涉及长期演进系统中的用户切换技术，尤其涉及一种长期演进系统中跨基站的硬切换方法和系统。

背景技术

长期演进计划(LTE，Long Term Evolution)是3GPP启动的新技术研发项目，可以被看成是“准4G”技术，该项目改进并增强3G的空中接入技术，采用OFDM和MIMO作为其无线网络演进的基础性技术，主要性能目标包括：在20MHz频谱带宽提供下行100Mbps、上行50Mbps的峰值速率；改善小区边缘用户的性能；提高小区容量；降低系统延迟；支持100km半径的小区覆盖；能够为350km/h高速移动用户提供大于100kbps的接入服务；支持成对或非成对频谱，并可灵活配置带宽。

3GPP确定LTE的架构为扁平化的演进UTRAN结构。接入网主要由演进节点B(eNB，evolved Node B)和演进网关(eGW，evolved gateway)两部分构成。eGW由移动性管理实体(MME，Mobility Management Entity)和服务网关(Serving Gateway)构成。eNB与eGW通过基站-网关接口连接，eNB之间通过基站间接口连接，用户设备(UE，User Equitmemt)与eNB通过无线接口连接。

切换是蜂窝移动网络中的寻常事件，它是由用户的移动特性决定的，切换成功率是一个非常重要的网络指标，处理不好会造成严重的掉话现象，给移动用户带来不便。LTE的切换分为基站内的切换、跨基站的切换和跨技术的切换等，跨基站切换是指切换前后的服务小区属于不同的基站。一般的，LTE采用硬切换技术，即用户设备首先断开与源基站的通信，然后再建立与目标基站的通信，因此必须依靠某些机制来避免数据的丢失，同时使得切换流程尽量减少时延，并方便切换失败处理。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的之一在于提供一种长期演进系统中跨基站切换方法，用于解决切换速度慢、容易造成数据丢失、切换失败处理困难的技术问题。为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种长期演进系统中跨基站的切换方法，

源基站在向用户设备发出切换命令后，缓存上下行数据，同时接收来自用户设备的下行反馈信息；对于按序接收到的上行数据，源基站直接递交给服务网关；在到达转发时间点时，源基站将缓存的下行数据、下行通信上下文及上行通信上下文转发给目标基站；

在用户设备成功接入目标基站后，目标基站与用户设备之间进行上行数据和下行数据的接续。

基于上述方案，进一步地，源基站在向用户设备发送切换命令后，启动上下文发送定时器；所述转发时间点为源基站收到用户设备发送的切换命令确认消息时或所述上下文发送定时器到期时。

进一步地，目标基站与用户设备之间进行上行数据接续的步骤为：

A1：在用户设备与目标基站没有建立通信连接时，用户设备待发送的上行数据被缓存，没有得到源基站确认的上行数据也被缓存；

A2：在用户设备与目标基站建立通信连接后，用户设备根据目标基站发送的数据包接收状态报告将需要重传的数据发送给目标基站，将不需要重传的数据丢弃。

进一步地，目标基站与用户设备之间进行下行数据接续时，目标基站根据源基站转发的下行通信上下文决定需重传的数据包，或通过如下步骤来确定需要重传的数据包：

B1：目标基站向用户设备发送轮询数据包接收状态的请求；

B2：用户设备接收到轮询数据包接收状态的请求后，产生数据包接收状态报告发送给目标基站，

B3：目标基站根据用户设备上报的接受状态报告决定需重传的数据包。

进一步地，用户设备在收到源基站发送的切换命令后，立即执行切换，断开与源基站的通信，备份与源基站的通信信息，同时缓存上行数据；然后通过非竞争的随机接入方法同步到目标基站，在成功同步到目标基站之前，不重置媒体接入层实体，无线接入层实体和分组数据会聚实体。

进一步地，在切换失败时的处理方法为：

若用户设备收到切换命令后，判断自身不能按照切换命令进行切换，则用户设备向源基站发送切换失败消息，源基站向目标基站发送切换取消消息；用户设备恢复与源基站的通信；

若用户设备切换到目标基站失败，则向源基站发送切换失败消息，源基站向目标基站发送切换取消消息，用户设备根据备份的与源基站的通信信息恢复与源基站的通信。

进一步地，用户设备在执行切换时，启动一个切换计时器，该计时器到期时，用户设备恢复与源基站的通信，用户设备向源基站发送切换失败消息，源基站向目标基站发送切换取消消息。

进一步地，如果用户设备发送给源基站的切换命令确认消息丢失，则源基站重发切换命令；

在用户设备切换成功后，向目标基站发送切换证实消息，目标基站接收到用户设备发送的切换证实消息后向源基站发送切换证实消息，源基站收到所述切换证实消息后停止重发切换命令。

本发明基于上述方法还提出了一种长期演进系统中跨基站的切换系统，实现方式为：

一种长期演进系统中跨基站的切换系统，包括：

切换决策模块，用于根据用户设备上报的测量报告决策是否执行切换，若允许切换则向用户设备发送切换命令，启动源基站上下文定时器，并通知源基站缓存模块执行；

终端切换决策模块，用于决策是否支持切换，若支持则启动终端切换定时器并通知终端切换模块执行；否则通知切换失败处理模块执行；

终端切换定时器，用于在切换超时情况下触发切换失败处理模块执行；

终端切换执行模块，用于备份与源基站的通信信息，缓存上行数据，同步到目标基站，执行切换操作；

切换证实模块，用于在切换成功后，通知切换执行模块执行，并在切换命令确认消息丢失的情况下停止向用户设备重发切换命令；

源基站缓存转发模块，用于缓存上下行数据，接收来自用户设备的下行反馈信息；在源基站上下文定时器到期或收到终端切换执行模块发送的切换命令确认消息时将缓存的下行数据、下行通信上下文及上行通信上下文转发给切换执行模块；

切换执行模块，用于在接收到上下行通信上下文、缓存数据，及接收到切换证实模块发送的切换证实消息后执行路径更改操作及资源释放操作；

切换失败处理模块，用于在切换失败的情况下执行源通信链路的恢复。

发明的特征为用户设备在切换成功前备份与源基站的通信上下文，断开与源基站的通信，建立与目标基站的通信；源基站在切换成功前保持与用户设备的通信上下文，源基站可以获取用户设备的上行信令和数据。发明目标和优点是使得用户的切换速度较快，避免了数据丢失，同时也方便了切换失败的处理。

附图说明

图1为本发明所述硬件切换方法的流程图；

图2为本发明切换场景示意图；

图3为本发明方案用户设备上行数据切换实施流程图；

图4为本发明方案用户设备下行数据切换实施流程图。

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明白，以下举实施例并参照附图，对本发明进一步详细说明。

图2为本发明切换场景图，假设系统中有用户设备207，源基站202，目标基站203，移动管理实体和服务网关201，基站与服务网关间接口204，205，基站间接口206。本发明针对长期演进系统跨基站的切换问题，经过必要修改，也可以运用于基站内切换和跨技术间切换。

图1为本发明LTE中跨基站硬切换的方法的执行流程图，整个切换过程分为3个主要处理过程，分别是切换准备阶段、切换执行阶段和切换失败处理阶段，以下分别对这几个阶段进行描述。

第1阶段：切换准备；

步骤100：源基站根据信道质量和负载情况，初步决定切换用户设备，为了减少不必要的切换，向用户设备发出测量请求。

步骤101：用户设备收到测量请求后，在测量间隙内进行测量，将测量结果形成测量报告并发送给源基站。

步骤102：源基站根据测量报告决定是否进行切换。

步骤103：若源基站决定切换，则向目标基站发送切换请求。

步骤104：目标基站对待切换的用户设备进行准入检测和切换决定。

步骤105：目标基站允许用户设备切换时，向源基站发送切换请求反馈，并同时发送目标接入目标基站的相关信息。

步骤106：源基站收到目标基站的切换请求反馈后，向用户设备发送切换命令，同时发送目标接入目标基站的相关信息。

步骤107：用户设备在收到切换命令后根据切换命令及相关信息结合用户设备的能力信息进行判断，进行切换决定，以避免无效切换。如果用户设备不支持该切换，则转到步骤123～124。

步骤108：若用户设备支持该切换，则向源基站发送切换命令确认消息。

用户设备在收到源基站发送的切换命令后，立即执行切换，不必立刻向源基站发送切换命令确认，从而尽可能地减少切换过程中的时延。

用户设备执行切换的步骤为：断开与源基站的通信，备份与源基站的通信信息，备份的通信信息包逻辑信道的逻辑信道标识符、逻辑信道加密参数、物理信道的时频资源和调制编码策略等。同时缓存上行数据，然后通过非竞争的随机接入方法同步到目标基站，在成功同步到目标基站之前，不重置媒体接入层实体、无线接入层实体和分组数据会聚实体。

第2阶段：切换执行；

步骤109：用户设备执行切换时确定目标小区的频点和带宽，进行MAC(媒体接入控制)重启和RLC(无线链路控制)重建立，断开与源基站的通信，并备份与源基站通信的必要信息，备份的通信信息包括逻辑信道标志符，逻辑信道加密参数，物理信道的时频资源和调制编码策略等。

步骤110：源基站在发送切换命令后，缓存来自服务网关的数据，并启动上下文发送定时器。

上下文发送定时器的时间周期设置为源基站与目标基站之间的回程延时时间(RTT，Round-Trip delay Time)+4ms的用户设备处理延迟时间。设置上下文发送定时器的目的在于最大化上行数据接收和最大化下行数据接收，使得在切换到目的基站后，需要重传的数据达到最小化，降低了空口负荷：由于用户设备收到切换命令之前仍然可以向源基站发送上行数据和下行数据反馈，因此源基站在发出切换命令之后仍然能够收到有用的上行数据和下行数据反馈，这段接收时间正是通过上下文发送定时器来控制，或者通过收到用户设备的切换命令确认的时间点来控制。

步骤111：用户设备执行切换，包括发起随机接入，如果不能成功接入目标基站，则转到步骤122～124。

步骤112：转发时间点到时，即源基站上的上下文发送定时器到期，或收到用户设备发送的切换命令确认消息时，将源基站与用户设备之间的通信上下文和上下行缓存数据发送给目标基站，通信上下文包括上行数据状态和下行数据状态。

步骤113：用户设备成功接入目标基站后，通过分配的上行链路向目标基站发送切换证实消息。

步骤114～115：目标基站收到切换证实消息后，向移动管理实体/服务网关发送路径变更请求，同时向源基站发送切换证实消息。

步骤116～118：移动管理实体/服务网关收到请求后更改路径，同时向源基站发送数据结束标志，更改路径后向目标基站发送路径更改请求确认。

步骤119：源基站收到移动管理实体/服务网关的数据结束标志后将刷新缓存，并将缓存的下行数据和结束标志一起发送给目标基站。

步骤120：目标基站收到移动管理实体/服务网关的路径更改请求确认后，向源基站发送资源释放命令。

步骤121：源基站收到命令后断开与用户设备的通信并释放相关资源。

第3阶段：切换失败处理；

步骤122：用户设备根据备份的信息迅速恢复与源基站的通信。

步骤123：用户设备向源基站发送切换失败消息。

步骤124：源基站受到切换失败消息后，向目标基站和移动管理实体\服务网关发送切换取消消息，取消切换。

对于失败处理还需指明的是：

(1)用户设备在收到源基站的切换命令后，即在步骤107中，用户设备决策执行切换时，启动一个切换计时器，该计时器到期时，则按切换失败处理，转到122～124。

(2)如果用户设备的切换命令反馈消息丢失，那么源基站认为用户设备没有收到切换命令，源基站进行切换命令的重发；当源基站收到目标基站的切换证实消息后，停止重发。

当源基站向用户设备发送切换命令后，用户设备将向源基站发送切换命令确认消息，如果源基站没有收到该反馈，则源基站认为用户设备没有收到切换命令，因此向用户设备重传切换命令，由于用户设备此时可能断开通信，因此将无法接收重传，源基站于是不停的重发该切换命令。本发明为了处理这种情况，在目标基站被用户设备成功接入后，向源基站发送切换证实消息，源基站收到该消息后停止重发切换命令。

(3)源基站向用户设备发出切换命令消息后，将等待接收用户设备的切换确认，如果切换确认丢失，则源基站收不到该确认；如果源基站发出的切换命令消息丢失后，源基站也收不到该确认。因此如果源基站没有收到切换失败消息，则源基站认为切换没有失败，并且按照一定的时间间隔向用户设备重发切换命令。

下一个切换过程重复第1阶段到第3阶段。

本发明为避免切换时数据的丢失，分别对下行数据和上行数据的处理流程进行了改进，以下分别对上行数据和下行数据的处理方式进行描述：

图3为本发明采用的避免切换时下行数据丢失的方法流程图，步骤如下：

步骤301：对于下行数据，在源基站发送切换命令给用户设备前，源基站的下行数据直接通过无线信道发送给用户设备。

步骤302：在发送切换命令后，源基站将缓存来自服务网关的下行数据，并将下行通信上下文，即发送窗口以及未得到确认的数据包的序号发往目标基站。

目标基站在建立起与用户设备的无线信道后，将进行下行数据的接续。接续方法有两种。

步骤303A：第一种方案：

A1、目标基站向用户设备发送轮询数据包接收状态的请求。目标基站开始轮询前首先必须确立与用户设备间的物理信道。

A2、用户设备接收到轮询数据包接收状态的请求后，产生数据包接收状态报告发送给目标基站，

A3、目标基站根据用户设备上报的接受状态报告决定哪些数据包需要重传。

步骤303B：第二种方案：

B1、目标基站从源基站获得下行数据的通信上下文；

B2、与第一种方案不同的是，该方案中，目标基站不进行主动的轮训，而是根据源基站转发的下行数据的通信上下文启动断点处的传输。

本发明中，用户设备将切换前后的下行数据进行重排序后提交给上层，由上层形成接收状态报告发送给目标基站，目标基站再根据接收状态报告决定哪些数据包需要重传，并将不需要重传的数据包丢弃，同时发送窗口向前移动，以进行新数据的发送。

例如，源基站在发送切换命令前发送序号为0到10的下行数据包给用户设备，切换后发送11到20的数据包，路径变更后又发送31号以后的下行数据包，用户设备没有收到3，4号数据包，源基站没有收到用户设备的3，4，6号数据包的反馈，执行切换后，源基站将用户设备没有收到3，4、6号数据包的情况和最后发送的数据包序号10发送给目标基站，目的基站在建立起与用户设备的链接后向用户设备状态报告轮询消息，在用户设备收到状态报告轮询消息后将数据包状态报告发送给目标基站，该报告说明用户设备收到了除3，4号数据包之外的数据包，据此，目标基站发送3，4号数据包给用户设备，并丢弃6号包，并发送11号及以后的数据包给用户设备，移动管理实体\服务网关执行路径更改后，目标基站将可能同时收到来自源基站和来自服务网关的下行数据，此时优先处理来自源基站的数据，在上例中，优先处理0～30号数据包。

图4为本发明采用的避免切换时上行数据丢失的方法流程图，步骤如下：

步骤401：在用户设备与源基站还保持通信连接时，数据被发往源基站。

步骤402：源基站在发出切换命令后继续能够接收用户设备的上行数据，收到的上行数据直接经过基站-网关接口递交给移动性管理实体/服务网关。

步骤403：在用户设备与目标基站没有建立通信连接时，数据被缓存，同样，没有得到确认的数据也被缓存，包括发往源基站的数据包和发往目标基站的数据包；在用户设备与目标基站建立通信连接后，上行数据被发往目标基站。

步骤404：在用户设备接收到目标基站发送的数据包接收状态报告后，将需要重传的数据发送给目标基站，将不需要重传的数据丢弃。

比如：用户设备发送了序号为1到10的数据包给源基站，源基站收到了除2和3号外的所有数据包，并向用户设备发送确认信息，由于用户设备进行了切换，因此，用户设备没有收到6号和8号确认。这时，用户设备将丢弃1，4，5，7，9，10数据包，留下2、3、6、8号数据包，目标基站收到源基站的通信上下文，包括最后一个成功接收的数据包的序号和未成功接收的数据包的序号，认为2号和3号数据包需要重传，于是发送接收状态报告给用户设备，用户设备将2号和3号数据传给目标基站，序号小于10的所有数据都已经得到确认，因此用户设备将丢弃2，3，6，8号数据包。并将发送窗口向前移动，继续上行数据的发送。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种长期演进系统中跨基站切换方法，其特征在于：

源基站在向用户设备发出切换命令后，缓存上下行数据，同时接收来自用户设备的下行反馈信息；对于按序接收到的上行数据，源基站直接递交给服务网关；在到达转发时间点时，源基站将缓存的下行数据、下行通信上下文及上行通信上下文转发给目标基站；

在用户设备成功接入目标基站后，目标基站与用户设备之间进行上行数据和下行数据的接续。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

源基站在向用户设备发送切换命令后，启动上下文发送定时器；所述转发时间点为源基站收到用户设备发送的切换命令确认消息时或所述上下文发送定时器到期时。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，目标基站与用户设备之间进行上行数据接续的步骤为：

A1：在用户设备与目标基站没有建立通信连接时，用户设备待发送的上行数据被缓存，没有得到源基站确认的上行数据也被缓存；

A2：在用户设备与目标基站建立通信连接后，用户设备根据目标基站发送的数据包接收状态报告将需要重传的数据发送给目标基站，将不需要重传的数据丢弃。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，目标基站与用户设备之间进行下行数据接续时，目标基站根据源基站转发的下行通信上下文决定需重传的数据包，或通过如下步骤来确定需要重传的数据包：

B1：目标基站向用户设备发送轮询数据包接收状态的请求；

B2：用户设备接收到轮询数据包接收状态的请求后，产生数据包接收状态报告发送给目标基站，

B3：目标基站根据用户设备上报的接受状态报告决定需重传的数据包。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

用户设备在收到源基站发送的切换命令后，立即执行切换，断开与源基站的通信，备份与源基站的通信信息，同时缓存上行数据；然后通过非竞争的随机接入方法同步到目标基站，在成功同步到目标基站之前，不重置媒体接入层实体，无线接入层实体和分组数据会聚实体。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在切换失败时的处理方法为：

若用户设备收到切换命令后，判断自身不能按照切换命令进行切换，则用户设备向源基站发送切换失败消息，源基站向目标基站发送切换取消消息；用户设备恢复与源基站的通信；

若用户设备切换到目标基站失败，则向源基站发送切换失败消息，源基站向目标基站发送切换取消消息，用户设备根据备份的与源基站的通信信息恢复与源基站的通信。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，用户设备在执行切换时，启动一个切换计时器，该计时器到期时，用户设备恢复与源基站的通信，用户设备向源基站发送切换失败消息，源基站向目标基站发送切换取消消息。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，如果用户设备发送给源基站的切换命令确认消息丢失，则源基站重发切换命令；

在用户设备切换成功后，向目标基站发送切换证实消息，目标基站接收到用户设备发送的切换证实消息后向源基站发送切换证实消息，源基站收到所述切换证实消息后停止重发切换命令。

9.一种长期演进系统中跨基站切换系统，其特征在于，包括：

切换决策模块，用于根据用户设备上报的测量报告决策是否执行切换，若允许切换则向用户设备发送切换命令，启动源基站上下文定时器，并通知源基站缓存模块执行；

终端切换决策模块，用于决策是否支持切换，若支持则启动终端切换定时器并通知终端切换模块执行；否则通知切换失败处理模块执行；

终端切换定时器，用于在切换超时情况下触发切换失败处理模块执行；

终端切换执行模块，用于备份与源基站的通信信息，缓存上行数据，同步到目标基站，执行切换操作；

切换证实模块，用于在切换成功后，通知切换执行模块执行，并在切换命令确认消息丢失的情况下停止向用户设备重发切换命令；

源基站缓存转发模块，用于缓存上下行数据，接收来自用户设备的下行反馈信息；在源基站上下文定时器到期或收到终端切换执行模块发送的切换命令确认消息时将缓存的下行数据、下行通信上下文及上行通信上下文转发给切换执行模块；

切换执行模块，用于在接收到上下行通信上下文、缓存数据，及接收到切换证实模块发送的切换证实消息后执行路径更改操作及资源释放操作；

切换失败处理模块，用于在切换失败的情况下执行源通信链路的恢复。

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