CN103297947A - 一种实现本地ip业务的方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于通过中继节点实现本地IP业务的方法及系统，本发明将本地网关嵌入到中继节点中，或本地网关与中继节点共址，或者本地网关与中继节点通过有线连接，通过中继节点建立本地用户设备UE与所述本地网关之间的分组数据网络PDN连接。通过本发明不仅能支持中继节点与用户设备间的本地服务或邻近服务，也能支持两个或多个用户设备通过中继节点进行的本地服务或邻近服务，从而支持基于本地IP数据流的广泛应用，减轻对核心网的负荷。此外，通过利用近距离的无线信道，还能够提高频谱效率，提高吞吐量。

Description

一种实现本地IP业务的方法及系统
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，更具体地，涉及一种实现本地IP业务的方法及系统。
背景技术
在无线蜂窝通信系统中，基站是为用户设备(User Equipment，UE，也可称为终端terminal)提供无线接入的设备，基站与用户设备之间通过电磁波进行无线通信。一个基站可能包括一个或多个服务小区，无线通信系统通过服务小区可以为一定地理范围内的终端提供无线覆盖。
无线通信系统为了能够大范围的为用户提供无线通信，需要部署覆盖范围大的基站，这种基站通常称为宏基站(Macro eNB或Macro BS，Macro BaseStation)，其服务小区通常称为宏小区(Macro Cell)。另外，考虑到用户的不同需求和不同使用环境，无线通信系统需要在某些环境或者场景下为用户提供更高质量的无线通信服务，因此一些覆盖范围小、发射功率较低的小型基站被采用。这些小型基站包括微基站(Pico eNB或Pico BS)和家庭基站(Home NodeB或Home eNodeB，缩写为HNB或HeNB，也称为Femto eNB或Femto BS毫微微基站、仔基站)。家庭基站除了支持和宏基站一样的远程IP业务(由运营商核心网所支持的业务，由位于运营商核心网的分组数据网关PDN-GW支持)之外，还可以支持本地IP业务(即由本地的局域网例如家庭网或企业网所支持的IP业务，由本地网关L-GW支持)。然而，家庭基站需要有线的回程(例如通过光纤、电缆等连接到运营商的网络)，因而家庭基站不能灵活移动，并且家庭基站可能会对相邻宏小区产生严重干扰，这进一步地使得其部署场景更加受限，因而也限制了使用家庭基站提供本地IP业务的应用场景。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种实现本地IP业务的方法及系统，用于通过中继节点实现本地IP业务。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种基于通过中继节点实现本地IP业务的方法，该方法包括：
通过所述中继节点，建立本地用户设备UE与本地网关之间的分组数据网络PDN连接，所述用户设备UE与所述本地网关间通过所述中继节点传输本地IP业务数据。
优选地，将所述本地网关嵌入到中继节点中，或本地网关与中继节点共址，或者本地网关与中继节点通过有线连接。
优选地，所述本地网关包括本地缓存和/或本地服务器；或所述本地网关至少与下述网元和网络中的其中之一连接：本地服务器、局域网、互联网。
进一步地，所述方法还包括：由施主基站DeNB向所述中继节点和/或本地网关指示网络负荷状况，所述本地网关在网络低负荷时段对所述本地IP业务进行本地缓存，和/或所述本地网关在中继节点为本地UE提供中继服务的同时进行本地缓存。
进一步地，所述本地网关在中继节点为本地UE提供中继服务的同时进行本地缓存的方法为：当数据从DeNB到达中继节点后，中继节点除了通过与UE之间的Uu口发送一份数据给UE之外，还复制一份数据给本地网关用于本地缓存；或者数据从核心网的分组数据网关PDN-GW先到本地网关，然后再从本地网关到中继节点服务的UE。
进一步地，所述中继节点包括以下至少之一：类型1中继，类型1A中继，类型1B中继，类型2中继。
进一步地，所述本地网关与核心网的服务网关S-GW间支持S5接口。
进一步地，所述本地网关与核心网的服务网关S-GW间的S5接口数据通过中继节点和DeNB传输。
进一步地，所述方法还包括：由核心网的移动管理实体MME对所述用户设备与所述本地网关间的PDN连接的建立进行控制。
进一步地，通过所述中继节点，建立两个或多个本地用户设备UE与所述本地网关之间的分组数据网络PDN连接；所述两个或多个本地用户设备UE通过本地网关建立端到端的IP业务流。
进一步地，所述方法还包括：通过所述中继节点，建立用户设备UE与核心网的分组数据网关之间的PDN连接，所述用户设备UE与所述核心网的分组数据网关间通过所述中继节点传输远程IP业务数据。
进一步地，所述方法还包括：由核心网的移动管理实体MME和基站，控制执行用户设备和本地网关间的PDN连接模式，与用户设备和核心网的分组数据网关间的PDN连接模式间的相互转换。
进一步地，所述方法还包括：所述用户设备同时与多个网关间的IP数据连接，其中包括与所述本地网关间的本地PDN的连接以及与核心网的分组数据网关间的PDN连接。
进一步地，所述方法还包括：由核心网的移动管理实体MME和基站控制执行基于所述本地网关的本地IP业务模式与用户设备间直接通信模式的相互转换。
基于本发明实施例，本发明还提供一种支持本地IP业务功能的系统，包括中继节点、基站、移动管理实体，所述中继节点包括：
中继功能模块，用于为用户设备UE提供数据中继服务；
本地IP功能模块，用于为用户设备UE提供本地IP接入功能；
所述移动管理实体和基站用于对所述中继节点进行管理和控制。
进一步地，对特定用户设备，仅中继功能模块为所述特定用户设备UE提供数据中继服务，或仅本地IP功能模块为所述特定用户设备UE提供本地IP接入功能，或中继功能模块和本地IP功能模块同时为所述特定用户设备UE提供服务。
进一步地，所述中继功能模块提供中继服务的中继模式，与所述本地IP功能模块提供本地IP接入功能的本地IP接入模式间的相互转换。
进一步地，所述本地IP功能模块还用于在所述移动管理实体和基站的控制下执行基于所述本地网关的本地IP业务模式与用户设备间直接通信模式的相互转换。
本发明将本地网关嵌入到中继节点中，或本地网关与中继节点共址，或者本地网关与中继节点通过有线连接，通过中继节点建立本地用户设备UE与所述本地网关之间的分组数据网络PDN连接。通过本发明不仅能支持中继节点与用户设备间的本地服务或邻近服务，也能支持两个或多个用户设备通过中继节点进行的本地服务或邻近服务，从而支持基于本地IP数据流的广泛应用，减轻对核心网的负荷。此外，通过利用近距离的无线信道，还能够提高频谱效率，提高吞吐量。
附图说明
图1是支持本地IP业务的类型2中继系统在支持本地IP业务时的架构图；
图2是支持本地IP业务的类型2中继系统在非本地IP业务时的架构图；
图3是支持本地IP业务的类型2中继系统在同时支持本地和非本地IP业务时的架构图；
图4是移动中继场景下支持本地IP业务的第一大类中继系统的架构图；
图5是用于移动中继场景的支持本地IP业务的第一大类中继系统的另一种架构图；
图6是用于移动中继场景的支持UMTS用户设备的本地IP业务的第一大类中继系统的架构图；
图7是用于固定中继场景的支持本地IP业务的第一大类中继系统在支持本地IP业务时的架构图；
图8是用于固定中继场景的支持本地IP业务的第一大类中继系统在非本地IP业务时的架构图；
图9是用于固定中继场景的支持本地IP业务的第一大类中继系统在同时支持本地和非本地IP业务时的架构图；
图10为本发明实施例提供的一种支持本地IP业务功能的系统结构示意图。
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。
中继节点(Relay Node，RN)可以在基站与用户设备之间提供传输中继服务，其中，基站与中继节点间的链路称为回程链路(backhaul link，相应的空口称为Un口)，中继节点与用户设备间的链路称为接入链路(access link)。中继节点可以用于扩大基站覆盖范围，为移动的车厢、机舱内部提供热点服务等一系列的应用中。中继节点按其物理层特征分为2类中继节点，即具有独立的小区标识的第一大类中继节点(第一大类中继节点即具有独立小区标识的中继节点)，和不具有独立的小区标识的类型2中继节点，其中具有独立的小区标识的第一大类中继节点又细分为三种，即类型1、类型1A和类型1B中继节点，类型1中继节点的回程链路和接入链路的载频相同(这种中继也称为带内inband中继)且两条链路以时分的方式交替工作，类型1A中继节点的回程链路和接入链路的载频不同(这种中继也称为带外outband中继)，类型1B中继节点的回程链路和接入链路的载频相同(也是一种带内中继)且两条链路间有足够的天线隔离因而也可以同时工作。
中继节点本身是为基站与用户设备间进行数据传输中转服务的，不能支持用户设备与中继节点间直接的IP数据业务。在特定的场景下，用户可能需要本地化业务(例如本地社交网络、游戏、广告等)，或者邻近的地理范围内的设备间进行通信，这种服务一般称为邻近服务(proximity-based service)或者设备间通信(device-to-device communication，缩写为D2D)服务，这种服务需要建立本地设备间或邻近设备间的IP业务流。另外，中继节点也被用到交通工具上，例如火车(高铁)，飞机，汽车上，这时它们也被称为移动中继节点，在这些交通工具上的人们常常希望能够利用旅途中的时间看看电影、视频等节目，而这些节目的文件如果放置在交通工具上并可以让用户通过中继节点访问，则可以节省回程网络(特别是Un空口)的带宽，提高频谱效率，同时可以利用接入链路上的带宽为用户提供足够快的访问多媒体资源的速度(避免了通过可能成为瓶颈的Un口)，最终为用户提供良好的服务体验。这些服务也需要用户设备能够跟中继节点建立IP业务流，换句话说，中继节点不再仅仅是起到中继作用，而是起到了类似于支持本地IP业务的家庭基站的作用，但它比起家庭基站又有明显的优势，既不像家庭基站一样需要有线的回程，(中继节点作为一种与宏小区协作的节点)又避免了家庭基站可能会对宏小区产生严重干扰的问题，并且宏基站与中继节点间的协作能够获得更高的频谱效率(宏基站与中继节点间的资源配比可以灵活调整)，这使得其部署更加灵活和有效率。
基于此，本发明提出一种使用中继节点支持本地IP业务的系统架构，以支持基于本地IP数据流的广泛应用，并减轻对核心网的负荷，此外，通过利用近距离的无线信道，也能够提高频谱效率，提高吞吐量。
实施例一
本地IP业务可以支持局部地区的各类应用，例如社交网络、游戏、广告、多媒体(音乐、电影、视频、电子书)应用等，也可以对核心网负荷压力进行分流。在支持本地IP业务之外，本发明的架构也不影响对远程IP业务的支持，以下分别通过图1、图2和图3阐述本发明架构在支持本地IP业务时，支持远程IP业务时和同时支持两种IP业务时的具体系统架构。
图1是支持本地IP业务的类型2中继系统在支持本地IP业务时的架构图。
如图1所示，在提供本地服务或邻近服务的地理区域(例如室内)部署了一个类型2中继节点，该中继节点与施主基站(Donor eNodeB，DeNB)间支持Un接口，DeNB和普通UE之间以及中继节点和普通UE之间支持Uu接口。
该实施例中，为支持本地IP业务，中继节点内嵌入本地网关(LocalGateway，L-GW)，或者中继节点与本地网关共址(collocate)，或者中继节点通过有线连接到本地网关。采用该架构的系统支持UE和本地网关经过中继节点的本地PDN连接。
由于类型2中继节点不创建单独的小区，因此需要DeNB对中继节点与普通UE之间的数据无线承载(Data Radio Bearer，DRB)的建立、配置和删除进行管理，并为中继节点与普通UE间的传输分配资源。DeNB与UE间的信令可以通过中继节点传输(中继节点的回程支持控制面和用户面数据)，也可以不通过中继节点传输，即直接在DeNB和UE间传输(中继节点的回程仅支持用户面数据)。
所述本地网关包括本地缓存(local cache)和/或本地服务器；或所述本地网关至少与下述网元和网络中的其中之一连接：本地服务器、局域网、互联网，以提供内容/应用服务。
所述本地缓存(以及本地数据库，本地内容提供设备)可以有效的减少回程资源的开销，例如当一个文件被多个UE使用时，通过本地缓存可以使得回程资源只被使用一次，而不是每个UE下载该文件时都要使用一次回程资源。
优选地，所述DeNB可以向中继节点和/或本地网关指示网络负荷状况，所述本地网关可以在网络低负荷时段进行本地缓存，以避开系统负荷的高峰期，提高系统效率。为此，本地网关和/或中继节点可以根据网络负荷状况触发或停止本地缓存，核心网的内容服务器也可以向中继节点和/或本地网关推送内容，该推送同样可以根据网络负荷情况触发或停止。
优选地，本地网关也可以在中继节点为本地UE提供中继服务的同时进行本地缓存，具体来说，当数据从DeNB到达中继节点后，中继节点除了通过Uu口发送给UE的一份之外，还复制一份给本地网关作为本地缓存；或者数据从核心网的PDN-GW先到本地网关(经由PDN-GW与LGW间的隧道)，然后再从本地网关到中继节点服务的UE(一种实现方法是UE的远程IP连接从核心网的PDN-GW到本地网关再到UE，另一种实现方法是经由本地网关与UE间的本地IP业务连接到达UE)，以减小对回程资源的消耗和提高系统效率。
本地IP数据流经过用户设备、中继节点和本地网关到达本地缓存、或本地服务器或局域网或互联网，或者反过来。中继节点负责数据无线承载DRB与本地PDN连接间的映射。
DeNB与核心网移动管理实体(Mobility Management Entity，MME)间支持S1-MME接口，该接口功能包括对UE和通过中继节点的本地网关间的PDN连接进行控制(包括授权，连接建立、修改、释放等)以及支持对UE的寻呼，MME与服务网关(Serving Gateway，S-GW)间支持S11接口，该接口功能包括对UE和通过中继节点的本地网关间的会话进行管理(包括会话的创建、修改、释放)以及支持对UE数据的缓存。服务网关与本地网关间支持S5接口，该接口功能包括对UE和通过中继节点的本地网关间的会话进行管理(包括会话的创建、修改、释放)。服务网关与本地网关间的S5接口信令和数据通过DeNB传输。
本地IP业务可以有多种业务模式：
1)本地服务器通过本地网关/中继节点向(一个或多个)UE广播或者推送商品目录、广告信息、优惠信息、地图/旅游信息、天气信息、交通信息、直播节目和/或位置信息等，或者(一个或多个)UE(例如笔记本、平板电脑)通过中继节点/本地网关访问本地服务器上的多媒体资源，例如电影文件，音乐文件等，或者UE与中继节点/本地网关与本地服务器的交互式应用：例如导航导游，移动支付等；
2)至少两个UE通过中继节点/本地网关和本地服务器建立连接，并通过本地服务器支持至少两个UE间的社交网络应用例如文件共享、聊天和/或游戏等；
3)至少两个UE通过中继节点和本地网关建立直接连接(本地网关执行本地路由local routing，也称为本地交换local switch或者本地转发local forwarding，这种模式也可以称为本地转发模式，这种模式不止适用于中继节点加本地网关的架构，还适用于各种基站包括家庭基站、微基站加本地网关的架构)。支持至少两个UE间的社交网络应用或组内通信应用例如文件共享、聊天、游戏等(两个UE交互即点对点模式，而多个UE交互一般采用多播/组播模式)；
邻近服务或者设备间通信服务是在两个或多个近距离设备之间进行IP业务传输的一种服务，然而，如果是在两个或多个用户设备之间直接进行传输的话(可称为直接通信模式，一般是用户面数据在用户设备间直接传输，而控制面仍然经过基站和MME)，系统可能难以对这两个用户设备间的业务进行监控和管理，而且两个用户设备间的直接通信由于它们的发射功率较小，天线增益也小，天线高度也较低(容易被障碍物遮挡)等因素可能使得其通信范围很小。因此，更好的一种模式是使用本地IP业务模式以便运营商进行监控和管理(中继节点、本地网关甚至本地服务器都是受运营商监控和管理的)，并且通过中继节点的通信由于中继节点发射功率更大，天线增益也更大，天线高度也更高而支持更大的通信范围(这样更多的用户能够使用邻近服务)。这样，不仅能支持中继节点与用户设备间的本地服务或邻近服务，也能支持两个或多个用户设备通过中继节点进行的本地服务或邻近服务。优选的，在核心网MME和基站的控制下，直接通信模式与本地IP业务模式之间可以转换，运营商还可以根据业务类型、UE身份、服务地区、网络负荷、监控需要(例如合法监听)等因素决定是采用直接通信模式还是本地IP业务模式。
图2为支持本地IP业务的类型2中继系统在支持非本地IP业务时的架构图。如图2所示，该架构与图1所示是架构区别在于，DeNB与普通UE之间的数据无线承载(DRB)可以选择经过中继节点或者不经过中继节点(取决于信道条件等因素)。如果数据的传输经过中继节点，相当于数据传输由DeNB与中继节点间的传输和中继节点与UE间的传输这两段组成。在非本地IP业务中，UE与核心网的分组数据网关间的PDN连接通过DeNB和S-GW，这可以称为远程PDN连接(相对于本地PDN连接)。
服务网关与核心网的分组数据网关(PDN-GW，即图中的P-GW)间支持S5或S8接口，该接口功能包括对UE的会话进行管理(包括会话的创建、修改、释放)。
图3是支持本地IP业务的类型2中继系统在同时支持本地和非本地IP业务时的架构图。在这一架构下，系统可以支持不同UE的本地IP业务连接和远程IP业务连接，也可以支持用户设备同时与多个网关间的IP数据连接，包括本地IP连接和远程IP业务连接，还可以支持同一UE的两种IP业务连接的转换，还可以支持同一UE同时进行两种IP业务连接。
实施例二
在高速列车(火车)、飞机或者汽车上，乘客希望在旅途过程中看看电影、视频等节目或者看看电子书，听听音乐，而这些多媒体文件如果放置在交通工具上并可以让用户通过中继节点访问，则可以节省回程网络(特别是Un口)的带宽，同时可以利用接入链路上的带宽(避免了通过可能成为瓶颈的Un口)为用户提供足够快的访问多媒体资源的速度，最终为用户提供良好的服务体验。不仅如此，同一车上或者飞机上的乘客也有社交或者互动需求，通过本地网络(例如交通工具中的局域网)为用户提供社交网络应用或者互动游戏应用，将会产生很好的用户体验。
图4是支持本地IP业务的第一大类中继系统的架构图。
如图4所示，在提供本地服务或邻近服务的地理区域(例如列车上)部署了一个第一大类中继节点，优选的，该中继节点部署在交通工具上，该中继节点与Doner eNB(缩写为DeNB)间支持Un接口，中继节点和普通UE之间支持Uu接口。第一大类中继节点有独立的小区标识，它自行管理其和服务UE间的DRB，并为中继节点与普通UE间的传输分配资源。
为支持本地IP业务，该实施例中，中继节点内嵌入了本地网关，或者中继节点与本地网关共址(collocate)，或者中继节点通过有线连接到本地网关。系统支持UE和本地网关经过中继节点的本地PDN连接。
所述本地网关包括本地缓存(local cache)和/或本地服务器；或所述本地网关至少与下述网元和网络中的其中之一连接：本地服务器、局域网、互联网，以提供内容/应用服务。
本地缓存(以及本地数据库，本地内容提供设备)可以有效的减少回程资源的开销，例如当一个文件被多个UE使用时，通过本地缓存可以使得回程资源只被使用一次，而不是每个UE下载该文件时都要使用一次回程资源。本地网关可以使用网络低负荷时段进行本地缓存，以避开系统负荷的高峰期，提高系统效率，为此，本地网关和/或中继节点可以根据网络负荷状况触发或停止本地缓存，核心网的内容服务器也可以向中继节点和/或本地网关推送内容，该推送同样可以根据网络负荷情况触发或停止。本地网关也可以在中继节点为本地UE提供中继服务的同时进行本地缓存，具体来说，当数据从DeNB到达中继节点后，中继节点除了通过Uu口发送给UE的一份之外，还复制一份给本地网关作为本地缓存；或者数据从核心网的PDN-GW先到本地网关(经由PDN-GW与LGW间的隧道)，然后再从本地网关到中继节点服务的UE(一种实现方法是UE的远程IP连接从核心网的PDN-GW到本地网关再到UE，另一种实现方法是经由本地网关与UE间的本地IP业务连接到达UE)，以减小对回程资源的消耗和提高系统效率。本地IP数据流经过用户设备，中继节点和本地网关到达本地缓存、或者本地服务器或者局域网，或者反过来。中继节点负责数据无线承载DRB与本地PDN连接间的映射。
在DeNB看来，中继节点(RN)就像是一个UE，因此也有为中继节点服务的核心网网元，包括移动管理实体(RN-MME)，服务网关(RN-S-GW)，分组数据网关(RN-P-GW)，在图中，服务网关和分组数据网关画在了一起。DeNB和为RN服务的移动管理实体间存在S1-MME接口，DeNB和为RN服务的服务网关RN-S-GW间存在S1-U接口，RN-S-GW和为RN服务的分组数据网关RN-P-GW间存在S5/S8接口，RN-MME和RN-S-GW间存在S11接口。从RN-P-GW向外的接口是SGi接口，通过该接口可以连接到为UE服务的移动管理实体UE-MME，为UE服务的服务网关UE-S-GW以及RN的网管系统(RN-OAM)。SGi接口是一个IP接口，可以承载从relay到UE-MME的S1-MME信令数据，以及relay到UE-S-GW的S1-U用户数据，还有relay的本地网关(LGW)到UE-S-GW的S5接口数据。换句话说，这些数据是通过relay的EPS承载(从relay经过DeNB，RN-S-GW，到RN-P-GW)传输的。
支持本地IP业务时，relay所服务的UE的分组数据网关位于本地(即本地网关LGW，并支持LGW和UE-S-GW间的S5/S8接口)，而不是位于核心网。relay所服务的UE通过中继节点连接到本地网关，还可以进一步连接到本地服务器以及局域网。本地IP业务可以有多种业务模式：
1)本地服务器通过本地网关/中继节点向(一个或多个)UE广播或者推送商品目录，广告信息，优惠信息，地图/旅游信息，天气信息，交通信息，位置信息，直播节目等，或者(一个或多个)UE(例如笔记本、平板电脑)通过中继节点/本地网关访问本地服务器上的多媒体资源，例如电影文件，音乐文件等，或者UE与中继节点/本地网关与本地服务器的交互式应用：例如导航导游，移动支付等；
2)至少两个UE通过中继节点/本地网关和本地服务器建立连接，并通过本地服务器支持至少两个UE间的社交网络应用例如文件共享，聊天，游戏等；
3)至少两个UE通过中继节点和本地网关建立直接连接(本地网关执行本地路由local routing，也称为本地交换local switch或者本地转发localforwarding)，并支持至少两个UE间的社交网络应用或组内通信应用例如文件共享，聊天，游戏等(两个UE交互即点对点模式，而多个UE交互可以采用多播/组播模式)；
邻近服务或者设备间通信服务是在两个或多个近距离设备之间进行IP业务传输的一种服务，然而，如果是在两个或多个用户设备之间直接进行传输的话(可称为直接通信模式，一般是用户面数据在用户设备间直接传输，而控制面仍然经过基站和MME)，系统可能难以对这两个用户设备间的业务进行监控和管理，而且两个用户设备间的直接通信由于它们的发射功率较小，天线增益也小，天线高度也较低(容易被障碍物遮挡)等因素可能使得其通信范围很小。因此，更好的一种模式是使用本地IP业务方式以便运营商进行监控和管理(中继节点、本地网关甚至本地服务器都是受运营商监控和管理的)，并且通过中继节点的通信由于中继节点发射功率更大，天线增益也更大，天线高度也更高而支持更大的通信范围(这样更多的用户能够使用邻近服务)。这样，不仅能支持中继节点与用户设备间的本地服务或邻近服务，也能支持两个或多个用户设备通过中继节点进行的本地服务或邻近服务。优选的，在核心网MME和基站的控制下，直接通信模式与本地IP业务模式(即两个或多个UE的数据经过中继节点或基站转发的模式)之间可以转换，运营商还可以根据业务类型、UE身份、服务地区、网络负荷、监控需要(例如合法监听)等因素决定是采用直接通信模式还是本地IP业务模式。
当支持非本地IP业务时，为UE服务的分组数据网关位于核心网(即UE-P-GW)。此时UE数据经过RN，DeNB，RN-S-GW，RN-P-GW，UE-S-GW到UE-P-GW。系统可以支持不同UE的本地IP业务连接和远程IP业务连接，也可以支持用户设备同时与多个网关间的IP数据连接，包括本地IP连接和远程IP业务连接，还可以支持同一UE的两种IP业务连接的转换，还可以支持同一UE同时进行两种IP业务连接。
图5是另一种支持本地IP业务的中继架构，是上面架构的另一种变化，和图4的架构的主要不同在于：relay包括HeNB(在跟relay服务的UE通信时)功能和UE功能(在跟DeNB通信时)，而从RN-P-GW出来的SGi接口连接到UE-HeNB-GW，relay的HeNB功能与UE-HeNB-GW之间的S1接口数据通过relay的EPS承载传输，UE-HeNB-GW起到S1代理作用，即在relay的HeNB功能与UE-HeNB-GW之间的S1-MME接口与UE-HeNB-GW与UE-MME间的S1-MME接口间代理，还可以支持relay的HeNB功能与UE-HeNB-GW之间的S1-U接口与UE-HeNB-GW与UE-S-GW间的S1-U接口间代理。
类似的架构还可以用到支持不同制式的UE上(这种支持称为多无线接入技术multiple-radio-access-technology缩写为multi-RAT支持)，图6是一种支持UMTS UE(3G UE)的本地IP业务的中继架构，与图5的架构不同之处在于：relay包括UMTS的家庭基站HNB功能(在跟relay服务的UMTS UE通信时)和LTE UE功能(在跟LTE DeNB通信时)，而从RN-P-GW出来的SGi接口连接到UE-HNB-GW，relay的HNB功能与UE-HNB-GW之间的Iuh接口数据通过relay的EPS承载传输。UE-HNB-GW与3G核心网的MSC/VLR之间是IuCS接口(以支持语音业务)，与3G核心网的SGSN/GGSN之间是IuPS接口(以支持分组数据业务)。为支持本地IP业务，relay的家庭基站HNB功能还支持LIPA功能(HNB嵌入LGW或与LGW共址或连接到LGW)，LGW与3G核心网中的SGSN之间支持Gn接口，该接口的数据传输需要经过relay的EPS承载。当支持非本地IP业务时，为车厢内的UE服务的GGSN位于核心网(此时为远程IP业务)。
系统可以支持不同UE的本地IP业务连接和远程IP业务连接，也可以支持用户设备同时与多个网关间的IP数据连接，包括本地IP连接和远程IP业务连接，还可以支持同一UE的两种IP业务连接的转换，还可以支持同一UE同时进行两种IP业务连接。
与图5和图6类似的架构还能用于支持CDMA-2000的终端上，此时，relay集成的H(e)NB功能被CDMA-2000系统中的仔接入点FAP(Femto access point)功能替代，H(e)NB-GW被Femto-GW替代，此外，相应的核心网网元和相应的接口也使用CDMA-2000系统的网元和接口(例如移动交换中心MSC，媒体网关MGW，分组数据服务节点PDSN)。在此不再赘述。
实施例三
在企业、家庭、娱乐场所等地方，如果部署有线回程有困难或者其它原因(例如成本)，运营商可能选择部署固定中继，不过，在这些地方，中继的使用用户同样有本地业务的需求，例如本地接入局域网访问多媒体资料(音乐，电影，视频，电子书)，游戏，社交网络(聊天，共享文件)等应用，使用本地业务能够提供良好的用户体验，同时可以节省回程网络(特别是Un口)的带宽，提供更高的访问速度(避免了通过可能成为瓶颈的Un口)。在支持本地IP业务之外，本发明的架构也不影响对远程IP业务的支持，以下分别通过图7、图8和图9阐述本发明架构在支持本地IP业务时，支持远程IP业务时和同时支持两种IP业务时的系统架构。
图7是支持本地IP业务的第一大类中继系统在支持本地IP业务时的架构图。
如图7所示，在提供本地服务或邻近服务的地理区域(例如室内)部署了一个第一大类中继节点，该中继节点与Doner eNB(缩写为DeNB)间支持Un接口，中继节点和普通UE之间支持Uu接口。第一大类中继节点有独立的小区标识，它自行管理其和服务的UE间的DRB，并为中继节点与普通UE间的传输分配资源。为支持本地IP业务，中继节点内嵌入了本地网关，或者中继节点与本地网关共址(collocate)，或者中继节点通过有线连接到本地网关。系统支持UE和本地网关经过中继节点的本地PDN连接。
所述本地网关包括本地缓存(local cache)和/或本地服务器；或所述本地网关至少与下述网元和网络中的其中之一连接：本地服务器、局域网、互联网，以提供内容/应用服务。
本地缓存(以及本地数据库，本地内容提供设备)可以有效的减少回程资源的开销，例如当一个文件被多个UE使用时，通过本地缓存可以使得回程资源只被使用一次，而不是每个UE下载该文件时都要使用一次回程资源。本地网关可以使用网络低负荷时段进行本地缓存，以避开系统负荷的高峰期，提高系统效率，为此，本地网关和/或中继节点可以根据网络负荷状况触发或停止本地缓存，核心网的内容服务器也可以向中继节点和/或本地网关推送内容，该推送同样可以根据网络负荷情况触发或停止。本地网关也可以在中继节点为本地UE提供中继服务的同时进行本地缓存，具体来说，当数据从DeNB到达中继节点后，中继节点除了通过Uu口发送给UE的一份之外，还复制一份给本地网关作为本地缓存；或者数据从核心网的PDN-GW先到本地网关(经由PDN-GW与LGW间的隧道)，然后再从本地网关到中继节点服务的UE(一种实现方法是UE的远程IP连接从核心网的PDN-GW到本地网关再到UE，另一种实现方法是经由本地网关与UE间的本地IP业务连接到达UE)，以减小对回程资源的消耗和提高系统效率。本地IP数据流经过用户设备，中继节点和本地网关到达本地缓存、或者本地服务器或者局域网，或者反过来。中继节点负责数据无线承载DRB与本地PDN连接间的映射。
本实施例中的架构与实施例二中的架构有显著的不同，实施例二中为relay服务的S-GW，P-GW(即RN-S-GW，RN-P-GW)位于核心网，而在本实施例中，DeNB集成了RN-S-GW和RN-P-GW以及为UE服务的S1/X2 proxy功能，因此DeNB和RN-MME间不仅支持S1-MME接口，还支持S11接口(实际是DeNB集成的RN-S-GW与RN-MME间的接口)。
中继节点与核心网移动管理实体MME间支持S1-MME接口，DeNB为该接口执行代理功能，该接口功能包括对UE和通过中继节点的本地网关间的PDN连接进行控制(包括授权，连接建立、修改、释放等)以及支持对UE的寻呼。中继节点与服务网关(UE-S-GW)间的S1-U通过DeNB代理。MME与服务网关S-GW间支持S11接口，该接口功能包括对UE和通过中继节点的本地网关间的会话进行管理(包括会话的创建、修改、释放)以及支持对UE数据的缓存。服务网关与本地网关间支持S5接口，该接口功能包括对UE和通过中继节点的本地网关间的会话进行管理(包括会话的创建、修改、释放)。S5接口信令和数据经过DeNB传输(实际上，是通过DeNB集成的RN-P-GW的SGi接口与UE-S-GW连接)。
本地IP业务可以有多种业务模式：
1)本地服务器通过本地网关/中继节点向(一个或多个)UE广播或者推送商品目录，广告信息，优惠信息，地图/旅游信息，天气信息，交通信息，位置信息，直播节目等，或者(一个或多个)UE(例如笔记本、平板电脑)通过中继节点/本地网关访问本地服务器上的多媒体资源，例如电影文件，音乐文件等，或者UE与中继节点/本地网关与本地服务器的交互式应用：例如导航导游，移动支付等；
2)至少两个UE通过中继节点/本地网关和本地服务器建立连接，并通过本地服务器支持至少两个UE间的社交网络应用例如文件共享，聊天，游戏等；
3)至少两个UE通过中继节点和本地网关建立直接连接(本地网关执行本地路由local routing，也称为本地交换local switch或者本地转发localforwarding)，并支持至少两个UE间的社交网络应用或组内通信应用例如文件共享，聊天，游戏等(两个UE交互即点对点模式，而多个UE交互可以采用多播/组播模式)；
邻近服务或者设备间通信服务是在两个或多个近距离设备之间进行IP业务传输的一种服务，然而，如果是在两个或多个用户设备之间直接进行传输的话(可称为直接通信模式，一般是用户面数据在用户设备间直接传输，而控制面仍然经过基站和MME)，系统可能难以对这两个用户设备间的业务进行监控和管理，而且两个用户设备间的直接通信由于它们的发射功率较小，天线增益也小，天线高度也较低(容易被障碍物遮挡)等因素可能使得其通信范围很小。因此，更好的一种模式是使用本地IP业务模式以便运营商进行监控和管理(中继节点、本地网关甚至本地服务器都是受运营商监控和管理的)，并且通过中继节点的通信由于中继节点发射功率更大，天线增益也更大，天线高度也更高而支持更大的通信范围(这样更多的用户能够使用邻近服务)。这样，不仅能支持中继节点与用户设备间的本地服务或邻近服务，也能支持两个或多个用户设备通过中继节点进行的本地服务或邻近服务。优选的，在核心网MME和基站的控制下，直接通信模式与本地IP业务模式之间可以转换，运营商还可以根据业务类型、UE身份、服务地区、网络负荷、监控需要(例如合法监听)等因素决定是采用直接通信模式还是本地IP业务模式。
图8是支持本地IP业务的第一大类中继系统在支持非本地IP业务时的架构图。
如图8所示，在提供本地服务或邻近服务的地理区域(例如室内)部署了一个第一大类中继节点，该中继节点与Doner eNB(缩写为DeNB)间支持Un接口，中继节点和普通UE之间支持Uu接口。第一大类中继节点有独立的小区标识，它自行管理其和服务的UE间的DRB，并为中继节点与普通UE间的传输分配资源。UE和位于核心网的分组数据网关UE-P-GW间的PDN连接经过中继节点，DeNB，UE-S-GW，这也可以称为远程PDN连接。
本实施例中的架构与实施例二中的架构有显著的不同，实施例二中为relay服务的S-GW，P-GW(即RN-S-GW，RN-P-GW)位于核心网，而在本实施例中，DeNB集成了RN-S-GW和RN-P-GW以及为UE服务的S1/X2 proxy功能，因此DeNB和RN-MME间不仅支持S1-MME接口，还支持S11接口(实际是DeNB集成的RN-S-GW与RN-MME间的接口)。
中继节点与核心网移动管理实体MME间支持S1-MME接口，DeNB为该接口执行代理功能，该接口功能包括对UE和通过中继节点的本地网关间的PDN连接进行控制(包括授权，连接建立、修改、释放等)以及支持对UE的寻呼。中继节点与服务网关(UE-S-GW)间的S1-U接口通过DeNB代理。UE-MME与服务网关(UE-S-GW)间支持S11接口，该接口功能包括对UE和通过中继节点的本地网关间的会话进行管理(包括会话的创建、修改、释放)以及支持对UE数据的缓存。服务网关(UE-S-GW)与核心网分组数据网关(UE-P-GW)间支持S5或S8接口，该接口功能包括对UE和核心网分组数据网关间的会话进行管理(包括会话的创建、修改、释放)。
图9是支持本地IP业务的类型2中继系统在同时支持本地和非本地IP业务时的架构图。在这一架构下，系统可以支持不同UE的本地IP业务连接和远程IP业务连接，也可以支持用户设备同时与多个网关间的IP数据连接，包括本地IP连接和远程IP业务连接，还可以支持同一UE的两种IP业务连接的转换，还可以支持同一UE同时进行两种IP业务连接。
补充说明，实施例二的架构主要是以移动中继场景为例介绍的，而实施例三的架构主要是以固定中继场景为例介绍的，实际上，两种架构都可以用在固定和移动场景下，并且可以支持紧急情况下的通信(例如发生灾难、事故时)或者临时通信(例如大型演出)。另外，RN-MME和UE-MME是逻辑上为RN和为UE服务的MME，实际上，二者可以是同一物理实体。此外，本发明所说的中继节点可能在实际系统中有不同的名称，也有不同的实现方式(例如CPE+家庭基站方式)，但其只要具有下面的特征，即为中继节点：存在数据从基站出发经过该节点到达UE或者从UE出发经过该节点到达基站。
实施例四
图10为本发明提供的一种支持本地IP业务功能的系统1000，该系统包括核心网及中继节点，其中，核心网的移动管理实体1001和基站1002用于对所述中继节点1010进行管理和控制，所述中继节点1010包括：
中继功能模块1011，用于为用户设备UE提供数据中继服务；
本地IP功能模块1012，用于为用户设备UE提供本地IP接入功能。
优选地，对特定用户设备，仅中继功能模块为所述特定用户设备UE提供数据中继服务，或仅本地IP功能模块为所述特定用户设备UE提供本地IP接入功能，或中继功能模块和本地IP功能模块同时为所述特定用户设备UE提供服务。
优选地，由核心网的移动管理实体和基站对所述中继节点中的中继功能模块和/或所述本地IP功能模块的功能进行控制。
优选地，所述系统支持所述中继功能模块提供中继服务的中继模式与所述本地IP功能模块提供本地IP接入功能的本地IP接入模式间的相互转换。
优选地，所述本地IP功能模块还用于在所述移动管理实体和基站的控制下执行基于所述本地网关的本地IP业务模式与用户设备间直接通信模式的相互转换。
该实施例提供的系统是基于前述实施例的方法步骤实现，因此，该系统中所包含的网元及网元所包含的功能模块的功能都可直接从前述实施例中直接导出或得到，为节省篇幅，此处不再赘述。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (18)

1.一种基于通过中继节点实现本地IP业务的方法，其特征在于，该方法包括：
通过所述中继节点，建立本地用户设备UE与本地网关之间的分组数据网络PDN连接，所述用户设备UE与所述本地网关间通过所述中继节点传输本地IP业务数据。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述本地网关嵌入到中继节点中，或本地网关与中继节点共址，或者本地网关与中继节点通过有线连接。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述本地网关包括本地缓存和/或本地服务器；或所述本地网关至少与下述网元和网络中的其中之一连接：本地服务器、局域网、互联网。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
由施主基站DeNB向所述中继节点和/或本地网关指示网络负荷状况，所述本地网关在网络低负荷时段对所述本地IP业务进行本地缓存，和/或所述本地网关在中继节点为本地UE提供中继服务的同时进行本地缓存。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述本地网关在中继节点为本地UE提供中继服务的同时进行本地缓存的方法为：
当数据从DeNB到达中继节点后，中继节点除了通过与UE之间的Uu口发送一份数据给UE之外，还复制一份数据给本地网关用于本地缓存；或者数据从核心网的分组数据网关PDN-GW先到本地网关，然后再从本地网关到中继节点服务的UE。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述中继节点包括以下至少之一：类型1中继，类型1A中继，类型1B中继，类型2中继。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述本地网关与核心网的服务网关S-GW间支持S5接口。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述本地网关与核心网的服务网关S-GW间的S5接口数据通过中继节点和DeNB传输。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
由核心网的移动管理实体MME对所述用户设备与所述本地网关间的PDN连接的建立进行控制。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
通过所述中继节点，建立两个或多个本地用户设备UE与所述本地网关之间的分组数据网络PDN连接；
所述两个或多个本地用户设备UE通过本地网关建立端到端的IP业务流。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
通过所述中继节点，建立用户设备UE与核心网的分组数据网关之间的PDN连接，所述用户设备UE与所述核心网的分组数据网关间通过所述中继节点传输远程IP业务数据。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
由核心网的移动管理实体MME和基站，控制执行用户设备和本地网关间的PDN连接模式，与用户设备和核心网的分组数据网关间的PDN连接模式间的相互转换。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
所述用户设备同时与多个网关间的IP数据连接，其中包括与所述本地网关间的本地PDN的连接以及与核心网的分组数据网关间的PDN连接。
14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
由核心网的移动管理实体MME和基站控制执行基于所述本地网关的本地IP业务模式与用户设备间直接通信模式的相互转换。
15.一种支持本地IP业务功能的系统，包括中继节点、基站、移动管理实体，其特征在于，
所述中继节点包括：
中继功能模块，用于为用户设备UE提供数据中继服务；
本地IP功能模块，用于为用户设备UE提供本地IP接入功能；
所述移动管理实体和基站用于对所述中继节点进行管理和控制。
16.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，
对特定用户设备，仅中继功能模块为所述特定用户设备UE提供数据中继服务，或仅本地IP功能模块为所述特定用户设备UE提供本地IP接入功能，或中继功能模块和本地IP功能模块同时为所述特定用户设备UE提供服务。
17.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，所述中继功能模块提供中继服务的中继模式，与所述本地IP功能模块提供本地IP接入功能的本地IP接入模式间的相互转换。
18.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，所述本地IP功能模块还用于在所述移动管理实体和基站的控制下执行基于所述本地网关的本地IP业务模式与用户设备间直接通信模式的相互转换。
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