CN103369498A - 在无线接入设备和用户设备中管理数据承载的方法 - Google Patents

在无线接入设备和用户设备中管理数据承载的方法 Download PDF

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Abstract

在蜂窝移动网络和WLAN网络等多种无线接入方式融合的接入环境中，现有技术无法在WLAN上建立和管理与蜂窝移动网络中的数据承载对应的无线承载，本发明提供了在无线接入设备和用户设备中管理数据承载的方法，其中，该接入设备集成了第一承载网络和第二承载网络的接入功能，该方法包括如下步骤：a.维护与用户设备之间的、用于双向数据传输、基于第二承载网络的无线承载(Wi-Fi无线承载)；b.维护与相连的、第一承载网络的服务网关之间的回程数据承载(S1承载)；c.将该无线承载与该回程数据承载绑定。采用本发明，LTE网络的回程数据承载能够无缝地与Wi-Fi网络的无线承载结合，实现移动数据业务在Wi-Fi上的传输。

Description

在无线接入设备和用户设备中管理数据承载的方法
技术领域
本发明涉及无线通信技术，尤其涉及无线接入网。
背景技术
移动数据的迅猛增加对移动蜂窝网络，特别是无线接入网络造成了很大的负担。无线接入容量迫切地需要增加以满足日益增长的需求。与此同时，WLAN(无线局域网)市场逐渐成长。并且，WLAN和蜂窝网络的融合成为提高无线接入容量的有效方式。
一种蜂窝-WLAN融合方案是将WLAN AP(接入点)与移动蜂窝基站整合在一个组合站(所谓的融合接入点)，从而具备双模接入能力的用户设备可以通过两种无线接口接入组合站。并且数据业务能够在两个无线接口上同时传输。这种共站的WLAN AP和基站具有共用的回传链路连接到移动核心网，并且为覆盖区域提供了更多容量。
但是，在这种具有融合无线接入的多无线接入环境中，如何在WLAN上，例如Wi-Fi无线接口上建立和管理无线承载(radio bearer)，以隐藏下层面向无连接的Wi-Fi无线链路，并使两个无线接口可以共用公共的IP和其它上层应用，仍然是一个有待解决的关键问题。
发明内容
本发明旨在具有多无线接入技术异构网络环境中、允许移动IP业务流在移动蜂窝网的无线链路和Wi-Fi无线链路上传输，从而增加无线接入容量。本发明的一个发明构思是使用VLAN来实现在Wi-Fi链路上的数据无线承载的传输，特别是使用VLAN标签作为Wi-Fi无线承载的标识。该Wi-Fi无线承载能够由在UE和融合接入节点之间的Wi-Fi无线接口上传输的信令所动态地建立和管理。
根据本发明的一个方面，提供了一种在无线接入设备中管理数据承载的方法，该接入设备集成了第一承载网络和第二承载网络的接入功能，该方法包括如下步骤：
a.维护与用户设备之间的、用于双向数据传输、基于第二承载网络的无线承载；
b.维护与相连的、第一承载网络的服务网关之间的回程数据承载；
c.将该无线承载与该回程数据承载绑定。
根据该方面，第一承载网络的回程数据承载能够无缝地与第二承载网络的接入无线承载结合，因此，无线接口的异态性对于基站和用户设备的IP或高层应用来说是不可见的。并且，第一承载网络接口和第二承载网络接口具有共用的IP和共用的回传。原先是在第一承载网络上传输的移动IP业务流能够在第二承载网络的无线承载上传输，而不需要对IP及其它高层应用以及无线接口进行任何修改。此外，第二承载网络的管理信令仅在第二承载网络上、在接入设备和用户设备之间传输，第一承载网络的现有信令无需被修改。支持第二承载网络的用户设备也能够访问第一承载网络的服务。
在一个优选的实施方式中，所述第一承载网络是蜂窝无线移动网络，该第二承载网络是无线局域网。
该优选的实施方式适合应用在蜂窝移动通信网与无线局域网的融合网络中，特别适合应用在LTE/LTA-A蜂窝移动通信网与Wi-Fi无线局域网的融合网络中。
在一个进一步的实施方式中，所述步骤a以Wi-Fi数据帧中的一个唯一标记来标识该Wi-Fi无线承载；
所述步骤c建立该唯一标记与该回程数据承载的传输通道标识之间的映射；
在数据平面中，该方法还包括如下步骤：
i.对通过Wi-Fi接口接收到来自该用户设备的、带有该唯一标记的数据包，对载荷部分添加该回程数据承载的承载标识符后，在回程数据接口上传输给该服务网关；
ii.对接收到来自服务网关的、带有该回程数据承载的隧道端点标识符的数据包，对载荷部分添加该唯一标记后，在Wi-Fi接口上传输给该用户设备。
该实施方式提供了更加具体的绑定方式，以及基于该绑定、在数据平面中需要对数据所进行的处理。
在一个进一步的实施方式中，所述步骤a维护基于Wi-Fi的、与该用户设备之间的一个VLAN，作为所述Wi-Fi无线承载，且，将所述无线承载的标识作为该VLAN的VLAN标签的最低有效位，来标识该Wi-Fi无线承载；所述回程数据承载的承载标识符为隧道端点标识符。
该实施方式使用VLAN和VLAN标签来标识Wi-Fi无线承载，由于现有的WLAN已经支持VLAN及VLAN标签，所以现有的WLAN封装和解封装技术/部件就可以用来实现本发明，具有较好的兼容性。
在一个进一步的实施方式中，该方法包括如下步骤：
-从移动管理实体接收到要求建立用户设备与该服务网关之间的无线接入承载的无线接入承载建立请求消息；
所述步骤a建立与该用户设备之间的该Wi-Fi无线承载，包括：
●根据该无线接入承载建立请求消息，生成Wi-Fi无线承载配置消息，该消息中含有所述无线承载的标识和上层数据业务流的相关信息；
●将Wi-Fi无线承载配置消息通过Wi-Fi接口发送给该用户设备；
●通过Wi-Fi接口接收到该用户设备发送的Wi-Fi无线配置响应消息，建立所述Wi-Fi无线承载；
所述步骤c建立与该服务网关之间的该回程数据承载；
该方法还包括如下步骤：
-根据Wi-Fi无线配置响应消息生成无线接入承载建立响应，并将该响应发送回该移动管理实体。
该实施方式给出了建立Wi-Fi无线承载的具体步骤。
相应地，在本发明的第二个方面中，提供了一种在用户设备中管理无线承载的方法，该用户设备集成了第一承载网络和第二承载网络的接入功能，该方法包括如下步骤：
a.维护与无线接入设备之间的、基于第一承载网络的无线承载，其中，在该无线接入设备处，该无线承载与该无线接入设备至服务网关的回程数据承载相绑定；
b.将相应的上层的数据业务流与该Wi-Fi无线承载绑定。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更加明显：
图1示出了一种示例的具有多种无线接入方式的无线接入网络；
图2示出了多接入无线融合网络的接入架构；
图3示出了根据本发明的在无线接入设备中管理数据承载的示意图；
图4示出了根据本发明的一种示例的Wi-Fi MAC帧结构；
图5示出了根据本发明的建立Wi-Fi无线承载的消息流程。
附图中，相同或相似的附图标记代表相同或相似的步骤特征或部件(模块)特征。
具体实施方式
本发明提供了一种在无线接入设备中管理数据承载的方法，该接入设备集成了第一承载网络和第二承载网络的接入功能，该方法包括如下步骤：
a.维护与用户设备之间的、用于双向数据传输、基于第二承载网络的无线承载；
b.维护与相连的、第一承载网络的服务网关之间的回程数据承载；
c.将该无线承载与该回程数据承载绑定。
优选的，蜂窝移动网络作为第一承载网络，WLAN无线局域网作为第二承载网络为例。更加优选的，以LTE蜂窝移动网络和Wi-Fi无线局域网为例，对本发明的实施方式进行说明。可以理解，本发明并不限于此，例如3G网络或WiMAX网络等蜂窝移动网络也可以作为第一承载网络，例如WAPI网络等无线局域网络也可以作为第二承载网络。
图1示出了一种示例的多接入无线网络，其中，融合接入节点部署在热点地区以增加容量；而相邻的小区由普通的LTE eNB所覆盖，以提供在郊区或其它人口稀少地区的基本无线接入。融合接入点安装有两个无线接口，它合并了LTE eNB和WLAN AP，例如Wi-Fi AP，并且提供了通过这两种无线接口的无线接入，这种融合接入点就属于集成了第一承载网络和第二承载网络的接入功能的无线接入设备。
图2示出了带有融合多无线接入的网络的架构。它包括带有双模式用户设备UE和带有双无线接口的融合接入节点的无线接入网络，用于连接包交换服务网络的移动核心网络(EPC：Evolved Packet Core)。该双模式UE可以是便携设备、膝上型(laptop)电脑、笔记本(notebook)电脑、个人数字助理(PDA)，它们都包括Wi-Fi网卡和3GPP LTE接入模块。在控制平面中，融合接入节点通过S1-MME接口连接到MME(移动管理实体)；在数据平面，融合接入节点通过S1-u接口连接到服务网关SGW(ServingGateWay)，然后连接到分组数据网关PGW(Packet data network GateWay)，而后连接到运营商的IP网络中。
图3示出了根据本发明的在无线接入设备中管理数据承载的示意图。在3GPP标准中所定义的承载(bearer)被用于根据合约约定或商定的QoS来发送/接收用户数据。它是根据商定QoS的信息发送路径。承载服务包括用于QoS协商的控制信令功能，根据QoS协商的承载生成功能，以及通过所生成的承载的用户数据交换功能。其中，融合接入节点和服务网关之间的S1承载是现有标准中已经规定的，它用于在融合接入节点和服务网关之间传输数据。在本发明的实施方式中，融合接入节点维护与服务网关SGW之间的S1承载作为回程数据承载。
并且，融合接入节点还建立并维护与用户设备之间的、用于双向数据传输、Wi-Fi无线承载作为无线承载。具体的，具有WLAN功能的双模式UE与融合接入节点对无线资源分配进行QoS协商，并且通过该QoS协商，在双模式UE和融合接入节点之间根据商定的QoS建立相应的无线信道。WLAN承载服务包括无线信道的形成和管理功能，和根据商定的QoS发送用户数据的功能。就是说，用户数据通过在双模式UE和融合接入节点之间用于支持商定QoS的无线信道进行交换。
在采用Wi-Fi作为无线局域网的实施方式中，优选地，融合接入节点以Wi-Fi数据帧中的一个唯一标记来标识该Wi-Fi无线承载。在一个更加优选的实施方案中，融合接入节点使用一个VLAN来作为该无线承载。VLAN ID作为Wi-Fi无线承载的标识(RB_ID)以及逻辑传输信道。Wi-Fi RB_ID/VLANID应被封装在通过Wi-Fi传输的所有数据包中，使得融合接入节点能够识别出每个业务流。
示例的Wi-Fi MAC帧结构如图4所示。在VLAN标签中的VLAN ID是12比特。RB_ID在3GPP标准中是5比特。RB_ID将被封装在VLAN ID的5个最低有效位中，7个最高有效位未被使用。这对IP或其他高层应用的现有实现并不造成影响，对数据无线承载和其他前述用于端到端服务的承载之间的对应关系也不造成影响。
并且，融合接入节点将该Wi-Fi无线承载与该S1承载绑定。在以上的实施方式中，融合接入节点建立该Wi-Fi唯一标记，例如VLAN ID与该回程数据承载的传输通道标识，例如服务网关的隧道端点标识符(TEID)之间的映射。
在数据平面中，进行数据交换时：
对于上行，融合接入节点对通过Wi-Fi接口接收到来自该用户设备的属于该VLAN的数据包，即如图4格式的、带有该VLAD ID的MAC帧后，去除MAC帧头，将载荷部分添加含有该S1回程数据承载的承载标识符TEID回程数据包包头后，在回程数据接口上传输给该服务网关；
而对于下行，融合接入节点对接收到来自服务网关的、带有该回程数据承载的隧道端点标识符TEID的数据，去掉包括该TEID的回程数据包包头，对载荷部分添加含有该VLAD ID的MAC帧头，即放入该VLAN中以形成如图4所示的帧后，在Wi-Fi接口上传输给该用户设备。
可以理解，以上使用VLAN来标识该Wi-Fi无线承载的实施方式仅仅是一个优选方式，它利用了目前Wi-Fi已经支持的VLAN技术来实现本发明。而本发明存在其他的实施方式，例如在Wi-Fi MAC帧中增加某个字段或者在已有字段中标识出该Wi-Fi无线承载即可。
相应地，在用户设备中，也需要维护与融合接入节点之间的该Wi-Fi无线承载。并且，用户设备将相应的上层的数据业务流与该Wi-Fi无线承载绑定，这样，上层的数据流就能够经由Wi-Fi接口传送给融合接入节点，并继而经融合接入节点无缝地通过S1回程数据承载传输。
在一个具体的实施方式中，与融合接入节点一样，用户设备以该唯一标记来标识该Wi-Fi无线承载，并且该用户设备建立该唯一标记和上层应用的标识之间的映射。
在一个更加具体的实施方式中，与融合接入节点一样，用户设备以某个VLAN ID的VLAN来标识该Wi-Fi无线承载，且使用RB_ID为VLAN的VLAN标签的最低有效位，如图4所示。并且，用户设备以上层应用的端口号，例如TCP/UDP端口号作为该上层应用的标识。那么，该用户设备建立该VLAN ID和上层应用的端口号的映射。
在数据平面中，进行数据交换时：
对于上行，将来自上层的数据流添加相应的该唯一标记后，即形成如图4所示的MAC帧后，通过Wi-Fi接口传输给融合接入节点。
对于下行，通过Wi-Fi接口接收到的如图4所示的带有该唯一标记的Wi-Fi数据包，将其中的数据载荷提供给相应的上层。
上面描述了根据本发明的、在融合接入节点和用户设备中的承载绑定的方法，以及基于已绑定的承载在数据层面中的数据处理方法。下面将融合接入节点和用户设备之间建立无线承载的方式。
首先，在接收到MME发送的、用于建立E-RAB(E-UTRAN无线接入承载)的E-RAB建立请求消息，该消息中含有待建立的E-RAB的标识E-RABID以及QoS。融合接入节点将尝试建立在Wi-Fi上的无线承载。
具体的，它首先生成W-iFi无线承载配置消息，该消息含有由VLAN标签所标识的无线承载标识RB_ID，以及QoS协商等信息。
然后，融合接入节点将该W-iFi无线承载配置消息通过Wi-Fi接口发送给用户设备，用户设备接收到该W-iFi无线承载配置消息。
接着，用户设备建立Wi-Fi无线承载，例如它如消息中所指示地建立VLAN，并将该无线承载映射到上层。
随后，用户设备将Wi-Fi无线承载配置响应消息通过Wi-Fi发送回该融合接入节点，以确认已经建立好Wi-Fi无线承载。
且该融合接入节点通过Wi-Fi接收到该用户设备发送的Wi-Fi无线配置响应消息，也建立Wi-Fi无线承载。
另外，MME发送给融合接入节点的该E-RAB建立请求消息中还含有服务网关的隧道端点标识SGW-TEID，该融合接入节点也如以上所描述地通过将该VLAN ID与该TEID映射，从而将该Wi-Fi无线承载与所维护的S1承载之间绑定在一起。
最后，融合接入节点生成E-RAB建立响应消息，并将该消息发送给MME，以告知MME：已在无线接口上建立该E-RAB对应的数据无线承载，该消息中还含有该融合接入节点的隧道端点标识eNB-TEID。
之后，在数据平面中，IP数据包能够在融合接入节点和具有WLAN功能的双模式UE之间的Wi-Fi无线承载上传输了。值得注意的是，MME并不知晓这一Wi-Fi无线接口。
在Wi-Fi无线承载无法建立的情况下，融合接入节点也将该E-RAB对应的数据无线承载无法建立的原因告知MME。
类似地，融合接入节点和用户设备之间也可以通过Wi-Fi接口上的消息进行该Wi-Fi接入承载的修改和释放等操作，例如修改密钥等，本文中不再进行描述。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，所述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现。相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本发明不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。

Claims (10)

1.一种在无线接入设备中管理数据承载的方法，该接入设备集成了第一承载网络和第二承载网络的接入功能，该方法包括如下步骤：
a.维护与用户设备之间的、用于双向数据传输、基于第二承载网络的无线承载；
b.维护与相连的、第一承载网络的服务网关之间的回程数据承载；
c.将该无线承载与该回程数据承载绑定。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一承载网络是蜂窝无线移动网络，该第二承载网络是无线局域网。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述无线局域网是Wi-Fi网络，所述步骤a以Wi-Fi数据帧中的一个唯一标记来标识该Wi-Fi无线承载；
所述步骤c建立该唯一标记与该回程数据承载的传输通道标识之间的映射；
在数据平面中，该方法还包括如下步骤：
i.对通过Wi-Fi接口接收到来自该用户设备的、带有该唯一标记的数据包，对载荷部分添加该回程数据承载的承载标识符后，在回程数据接口上传输给该服务网关；
ii.对接收到来自服务网关的、带有该回程数据承载的隧道端点标识符的数据包，对载荷部分添加该唯一标记后，在Wi-Fi接口上传输给该用户设备。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤a维护基于Wi-Fi的、与该用户设备之间的一个VLAN，作为所述Wi-Fi无线承载，且，
将所述无线承载的标识作为该VLAN的VLAN标签的最低有效位，来标识该Wi-Fi无线承载；
所述回程数据承载的承载标识符为该接入设备和该服务网关间建立的隧道端点标识符。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，包括如下步骤：
-从移动管理实体接收到要求建立用户设备与该服务网关之间的无线接入承载的无线接入承载建立请求消息；
所述步骤a建立与该用户设备之间的该Wi-Fi无线承载，包括：
●根据该无线接入承载建立请求消息，生成Wi-Fi无线承载配置消息，该消息中含有所述无线承载的标识和上层数据业务流的相关信息；
●将Wi-Fi无线承载配置消息通过Wi-Fi接口发送给该用户设备；
●通过Wi-Fi接口接收到该用户设备发送的Wi-Fi无线配置响应消息，建立所述Wi-Fi无线承载；
所述步骤c建立与该服务网关之间的该回程数据承载；
该方法还包括如下步骤：
-根据Wi-Fi无线配置响应消息生成无线接入承载建立响应，并将该响应发送回该移动管理实体。
6.一种在用户设备中管理无线承载的方法，该用户设备集成了第一承载网络和第二承载网络的接入功能，该方法包括如下步骤：
a.维护与无线接入设备之间的、基于第一承载网络的无线承载，其中，在该无线接入设备处，该无线承载与该无线接入设备至服务网关的回程数据承载相绑定；
b.将相应的上层的数据业务流与该Wi-Fi无线承载绑定。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第一承载网络为蜂窝移动无线网络，该第二承载网络为无线局域网。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述无线局域网是Wi-Fi网络，所述步骤a以一个唯一标记来标识该Wi-Fi无线承载，所述步骤b包括：
建立该唯一标记和上层应用的标识之间的映射；
在数据层面，该方法包括：
i.将通过Wi-Fi接口接收到的、来自该无线接入设备的、带有该唯一标记的Wi-Fi数据包提供给相应的上层；
ii.将来自上层的数据包添加相应的该唯一标记后通过Wi-Fi接口传输给该无线接入设备。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述步骤a维护与所述无线接入设备之间的、基于Wi-Fi的一个VLAN，作为所述Wi-Fi无线承载，且，
使用所述无线承载的标识作为所述VLAN的VLAN标签的最低有效位，来标识该Wi-Fi无线承载；
所述上层应用的标识为TCP/UDP端口号；
所述步骤i包括：
去除所述Wi-Fi数据包所携带的所述VLAN的VLAN标签后提供给上层。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括如下步骤：
-通过Wi-Fi从该无线接入设备接收到Wi-Fi无线承载配置消息，该消息中含有所述无线承载的标识和上层数据业务流的相关信息；
-建立所述Wi-Fi无线承载，将Wi-Fi无线配置响应通过Wi-Fi发送回该无线接入设备。
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