CN103874008A - 一种Femtocell架构下脱网自组网通信系统、方法及构建方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种Femtocell架构下脱网自组网通信系统、方法及构建方法。所述系统包括UE和一个或多个DMO Femto基站，所述DMO Femto基站是由集成有网关的标准Femtocell基站形成的。其中，所述标准Femtocell基站用于接收UE发起的业务请求并且将该请求传送给所述网关，所述网关用于实现该业务。该系统能够在脱网环境下提供语音、视频、短信、文件下载及终端基站间漫游、切换等功能；此外，该系统灵活轻便，不仅适用于各种应急通信及集群通信环境，还能减少系统成本、保证系统可靠性，以及提高用户体验。

Description

一种Femtocell架构下脱网自组网通信系统、方法及构建方法

技术领域

本发明涉及应急通信及集群移动通信技术领域，具体涉及一种Femtocell架构下脱网自组网通信系统、方法及系统构建方法。

背景技术

应急通信系统一般指在出现自然的或人为的突发性紧急情况时，同时包括重要节假日、重要会议等通信需求骤增时，综合利用各种通信资源，保障救援、紧急救助和必要通信所需的通信手段和方法。现有的应急通信系统包括车载应急通信系统以及卫星应急通信系统。其中，车载应急通信系统（如应急通信车）具有移动灵活、开通迅捷且容量较大的特点，近年来已成为各类大型赛事以及抢险救灾等场景下最为有效的应急通信保障手段。卫星应急通信系统通过地面的枢纽站与卫星用户小站通过同一颗卫星的中继组成星状或网状的通信网，从而实现终端用户之间的数据、话音、传真等通信。

集群移动通信系统作为一种高级移动指挥调度系统，由于其具有呼叫接续快、安全可靠性高、资源利用率高等特点，特别适用于指挥调度。现有的集群通信系统提供脱网直通工作模式，用于集群终端之间直接进行相互通信。脱网直通工作模式大多是对终端功能进行增加扩展，通过在UE之间发送一些特殊的控制信息来通知其他UE当前资源的占用情况，而从属UE需要发送一些特殊的控制信息来请求资源。

尽管应急通信车具有快速响应、移动方便等特点，但其不适用于如偏远山区或灾后地区等没有道路的环境；而不受地形和天气变化影响的卫星通信的搭建及维护成本较高；同样，通过在UE中增加脱网直通工作模式也会相应增加系统的成本，且不具备普遍性，无法适用于应急场景。因此，面对脱网场景，现有技术普遍存在成本高、通信范围小并且实用性较低的缺陷。

发明内容

为解决上述问题，根据本发明的一个实施例，提供一种Femtocell架构下脱网自组网通信系统，包括UE以及一个或多个DMO Femto基站，所述DMO Femto基站是由集成有网关的标准Femtocell基站形成的。其中，所述标准Femtocell基站用于接收UE发起的业务请求并且将该请求传送给所述网关，所述网关用于实现该业务。

在一个实施例中，所述系统还包括一个或多个中心DMO Femto基站。所述中心DMO Femto基站是存储了所有签约UE的位置信息的DMOFemto基站；其中，所述位置信息指示UE所在的DMO Femto基站的网关。

在一个实施例中，所述网关用于根据所述业务请求确定被叫UE，并且查询中心DMO Femto基站得到该被叫UE所在的DMO Femto基站的网关。

在进一步的实施例中，所述网关还用于在其与被叫UE所在的DMOFemto基站的网关不一致时，向被叫UE所在的DMO Femto基站的网关建立连接，并请求由被叫UE所在的DMO Femto基站的网关继续被叫侧的业务；所述网关还用于在其与被叫UE所在的DMO Femto基站的网关一致时，继续被叫侧的业务。

在一个实施例中，所述标准Femtocell基站还用于接收UE发起的位置更新服务请求并且传送给所述网关。所述网关还用于更新中心DMO Femto基站中UE的位置信息。

在一个实施例中，所述DMO Femto基站中的网关和标准Femtocell基站之间通过3GPP Iuh接口连接。所述DMO Femto基站的网关之间通过Nc接口连接。

根据本发明的一个实施例，还提供一种利用上述Femtocell架构下脱网自组网通信系统进行通信的方法，包括：

步骤1）、由接收UE发起的业务请求的DMO Femto基站的网关确定被叫UE所在的DMO Femto基站的网关；

步骤2）、由被叫UE所在的DMO Femto基站的网关继续被叫侧的业务。

在一个实施例中，步骤1）包括：

步骤11）、由标准Femtocell基站接收UE发起的业务请求，并且将该业务请求传送给网关；

步骤12）、由所述网关确定被叫UE；

步骤13）、由所述网关关于被叫UE的位置查询中心DMO Femto基站，得到该被叫UE所在的DMO Femto基站的网关。

在一个实施例中，步骤2）包括：

如果被叫UE所在的DMO Femto基站的网关与接收业务请求的DMOFemto基站的网关一致，由该网关继续被叫侧的业务；否则，由后者向前者建立连接并请求业务，并且由前者继续被叫侧的业务。

在一个实施例中，所述方法还包括，采用下列步骤更新中心DMOFemto基站中UE的位置信息：

步骤a）、UE向其当前所处覆盖范围对应的DMO Femto基站发起位置更新服务请求；

步骤b）、所述DMO Femto基站的网关关于该UE的位置查询中心DMO Femto基站；

步骤c）、如果该UE的当前位置与中心DMO Femto基站存储的位置不一致，则所述DMO Femto基站的网关用当前位置更新中心DMO Femto基站存储的该UE的位置。

在进一步的实施例中，步骤c）还包括：其他中心DMO Femto基站相应地更新所述UE的位置信息。

根据本发明的一个实施例，还提供一种Femtocell架构下脱网自组网通信系统的构建方法，包括：

步骤i）、在标准Femtocell基站上集成网关，形成DMO Femto基站；

步骤ii）、在DMO Femto基站中选择一个或多个DMO Femto基站作为中心DMO Femto基站，在中心DMO Femto基站中存储所有签约UE的位置信息；以及

步骤iii）、由DMO Femto基站判断当前网络状况，当处于脱网情景时该DMO Femto基站的网关自行启动并注册。

采用本发明可以达到如下的有益效果：

1、采用标准Femtocell基站作为无线接入点，适用于各类移动终端，无需特定终端，减少了成本。

2、可以实现Femtocell网络与Macrocell网络的无缝平滑切换，保证用户通信的流畅性，简便用户的操作。

3、DMO Femto BS之间可以通过有线或无线连接互相联系，从而可以扩大通信范围，提高脱网自组网通信系统的容量。

4、可以如公网移动网络一般提供多种丰富的业务，如：语音、视频呼叫、短消息、群呼等，保证移动终端在脱网场景下各种业务的正常进行。

5、DMO Femto BS小巧轻便、功耗低、便于携带且组网灵活，适用于各种应急通信及集群通信。

附图说明

图1是根据发明一个实施例的Femtocell架构下脱网自组网通信系统的示意图；

图2是根据本发明一个实施例的Femtocell架构下脱网自组网通信系统的控制面协议栈示意图；

图3是根据本发明一个实施例的Femtocell架构下脱网自组网通信系统的用户面协议栈示意图；

图4是根据本发明一个实施例的DMO Femto BS中网关的结构框图；

图5是根据本发明一个实施例的Femtocell架构下脱网自组网通信系统中的业务流程图；以及

图6是根据本发明一个实施例的在Femtocell架构下脱网自组网通信系统中更新UE位置的方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明加以说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在描述本发明提供的方法和系统之前，先对Femtocell进行简要介绍。Femtocell作为固定移动融合的一种新技术，经过了多年的研究与发展。Femtocell基站（Femto BS）的典型尺寸接近于32开的书本大小，其地面覆盖半径为50～200m，功耗约10w。Femto BS基站提供符合3G标准的空中接口并兼容现有手机，可以与现有的宏网络无缝切换，且只需利用用户现有的宽带连接而并不需要专用传输。Femtocell使用标准的无线协议，包括GSM、CDMA、WCDMA、LTE、WiMax、3GPP、3GPP2等。这样，Femto BS作为无线接入点，可以为手机或者其他移动终端提供高效的网络连接、为用户提供高质量的语音和数据服务。Femtocell工作在授权频谱上，一方面可通过抗干扰技术保证服务质量，另一方面用户数据在无线口上经过严格的加密保护和完整验证，从而可得到充分的安全保证。

利用上述Femtocell的特征，根据本发明一个实施例，提供一种Femtocell架构下脱网自组网通信系统。如图1所示，该系统包括终端UE和DMO Femto基站（DMO Femto BS）。其中，终端UE可以是标准3G制式终端设备，用于各种业务的请求和接收。

其中，DMO Femto BS可以是集成了标准Femtocell基站（Femto BS）以及网关的基站，可用于接入、管理、维护终端的各种业务。标准Femtocell基站与网关之间可通过网口互通，例如，可通过标准的Iuh接口连接网关与标准Femtocell基站。在一个实施例中，DMO Femto BS的网关之间可以通过Nc接口连接。图2和图3分别示出了该系统的控制面以及用户面协议栈示意图。图中，UE和Femto BS都采用了3GPP标准协议实现，网关之间使用BICC协议或者其他协议来实现多个DMO Femto BS的互通。由于DMO Femto BS之间可以通过有线或无线相连接，从而扩大了系统的覆盖范围。

在进一步的实施例中，该系统还可以包括一个或多个中心DMO FemtoBS（C-DMO Femto BS）。可在一定覆盖范围内的DMO Femto BS中选择一个或多个DMO Femto BS作为中心DMO Femto BS，用于承担HSS网元以及数据备份功能。在一个实施例中，中心DMO Femto BS用于存储签约UE的位置信息，例如，指示UE所在的DMO Femto BS以及对应的网关的信息。本文中，UE所在的DMO Femto BS是指其中的Femto BS与该UE建立了连接通信，所在的网关即所在的DMO Femto BS中的网关。

DMO Femto BS中的网关（下文中简称GW）除具有标准Femtocell网关功能之外，还可以集成MSC/MGW，SGSN/GGSN，HLR/VLR等UTMS核心网功能。图4示出了GW内部结构的一个实施例。如图4所示，该GW包括：NAS设备、BICC设备、MAP设备、IuUP设备、RTP设备、GTP-U设备、数据设备以及定时器设备。概括来说，NAS设备用于处理GW与Femto BS之间的相关消息，例如，业务类型、UE上下文、被叫用户等信息；BICC设备用于处理GW与GW之间的相关消息；MAP设备用于处理DMO Femto BS与C-DMO Femto BS之间的消息。此外，IuUP设备、RTP设备以及GTP-U设备用于处理UE与GW之间的用户面相关信息；数据设备及定时器设备属于GW辅助功能设备，分别负责当前GW下的UE相关信息存储与查询，以及GW业务功能保证。下文分别以UE发起通信请求以及位置更新服务请求为例，详细描述这些设备在脱网自组网通信时的功能以及相互关系。

图5示出了使用Femtocell架构下脱网自组网通信系统实现脱网场景下用户语音呼叫业务的一个实施例，包括以下步骤：

1、UE发起语音呼叫业务请求，DMO Femto BS中的标准Femtocell基站接收到UE发起的该业务请求，接着标准Femtocell基站将该请求直接传送到GW处，在该GW的NAS设备处获得业务类型、UE上下文、被叫用户等信息。

2、GW的MAP设备通过向C-DMO Femto BS查询，获得被叫UE所在的DMO Femto BS及GW信息等路由信息，从而确定被叫用户所在的GW（简称被叫GW）。

3、当被叫GW与当前GW一致时，由当前GW的NAS设备继续被叫侧呼叫业务流程；如果不一致，则由当前GW的BICC设备向被叫用户所在的GW建立连接（如SCTP连接），并且（例如使用BICC消息）向被叫GW请求业务，由被叫GW的NAS设备继续被叫侧呼叫业务流程。

4、当被叫UE完成寻呼、会话建立过程之后，GW便将主被叫UE呼叫连接起来；

至此，基于Femtocell架构下脱网自组网通信系统的语音呼叫业务建立。应理解，本发明所支持的其他业务（如视频、短信、上网等）流程与语音呼叫业务流程基本一致。

如上文所述，中心DMO Femto BS存储UE的位置信息。因此，当UE的位置变化时，需相应地修改中心DMO Femto BS中存储的该UE的位置信息。结合图4所示的网关内部结构，现参考图6，给出基于本发明提供的Femtocell架构下脱网自组网通信系统的UE位置更新方法的流程，具体步骤如下：

1、UE在Femtocell内进行移动时或者UE在进行开机注册时，向当前所处覆盖范围对应的DMO Femto BS发起位置更新服务请求。由DMOFemto BS中的标准Femtocell基站接收该请求并传送给对应的GW。

2、当前GW通过MAP设备向C-DMO Femto BS查询UE之前注册的或者之前在移动后更新的DMO Femto BS位置。

3、如果UE当前位置与C-DMO Femto BS中存储的之前所在位置一致，则当前GW接收位置更新服务并通过NAS设备通知UE；如果当前位置与UE之前所在的位置不一致，则当前GW一方面接收位置更新服务并通过NAS设备通知UE（包括由MAP设备建立UE上下文等信息），另一方面当前GW将该C-DMO Femto BS中的UE位置更新为当前位置，并通知原位置所属的GW（即UE之前所在的GW）删除该UE的上下文及所有信息。

至此，基于Femtocell架构下脱网自组网通信系统的位置更新服务完成，从而维持了系统中UE的最新位置，提高了系统寻呼成功率，减少了信令的开销。

在进一步的实施例中，每个中心DMO Femto BS可通知其他中心DMOFemto BS关于位置信息的变更，其他DMO Femto BS相应更新其存储的UE位置信息，从而使得每个中心DMO Femto BS中的UE位置信息保持一致。

根据本发明的一个实施例，还提供一种用于构建Femtocell架构下脱网自组网通信系统的方法，包括以下步骤：

第一步：构建DMO Femto基站

在一个实施例中，可在标准Femtocell基站系统上增加一个系统并在该系统集成网关功能，来形成适用于脱网环境下的DMO Femto基站（DMOFemto BS）。其中，标准Femtocell基站与网关之间可通过网口互通，如Iuh接口；DMO Femto BS的GW之间可采用Nc接口连接。

如上文所述，DMO Femto BS中的网关除具有标准Femtocell网关功能之外，还可以集成MSC/MGW，SGSN/GGSN，HLR/VLR等UTMS核心网功能。

第二步：选择中心DMO Femto基站（C-DMO Femto BS）

在一定覆盖范围内的DMO Femto BS中，可随意选择一个或多个DMOFemto BS作为该覆盖范围内的中心DMO Femto BS，用于承担HSS网元以及数据备份功能。在一个实施例中，中心DMO Femto BS需存储所有签约UE的位置信息。

第三步：DMO Femto BS将对当前网络状况进行判断，当处于脱网情景时，DMO Femto BS中的网关将自行启动并注册。这样，当移动终端（例如标准3G终端）接入DMO Femto BS中，该DMO Femto BS中的GW可按照公网业务流程负责各项业务的实现。

本发明提供的Femtocell架构下脱网自组网通信系统，通过在Femtocell基站的基础上增加网关并由该网关控制用户业务，可以在脱网场景下使用户获得如公网一样的丰富业务、良好的用户体验以及安全的通信。同时，本发明还规定了Femtocell覆盖范围内的中心DMO Femto BS，可提高系统的健壮性。DMO Femto BS之间可以通过有线或无线连接，从而扩大了系统的覆盖范围，提高了系统容量。

应该注意到并理解，在不脱离后附的权利要求所要求的本发明的精神和范围的情况下，能够对上述详细描述的本发明做出各种修改和改进。因此，要求保护的技术方案的范围不受所给出的任何特定示范教导的限制。

Claims (14)

1.一种Femtocell架构下脱网自组网通信系统，包括：

UE；以及

一个或多个DMO Femto基站，所述DMO Femto基站是由集成有网关的标准Femtocell基站形成的；

其中，所述标准Femtocell基站用于接收UE发起的业务请求并且将该请求传送给所述网关，所述网关用于实现该业务。

2.根据权利要求1所述的系统，还包括：

一个或多个中心DMO Femto基站，所述中心DMO Femto基站是存储了所有签约UE的位置信息的DMO Femto基站；其中，所述位置信息指示UE所在的DMO Femto基站的网关。

3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述网关用于根据所述业务请求确定被叫UE，并且查询中心DMO Femto基站得到该被叫UE所在的DMO Femto基站的网关。

4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述网关还用于在其与被叫UE所在的DMO Femto基站的网关不一致时，向被叫UE所在的DMOFemto基站的网关建立连接并请求由被叫UE所在的DMO Femto基站的网关继续被叫侧的业务；所述网关还用于在其与被叫UE所在的DMO Femto基站的网关一致时，继续被叫侧的业务。

5.根据权利要求2所述的系统，其中，所述标准Femtocell基站还用于接收UE发起的位置更新服务请求并且传送给所述网关。

6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述网关还用于更新中心DMOFemto基站中UE的位置信息。

7.根据权利要求1-6中任何一个所述的系统，其中，所述DMO Femto基站中的网关和标准Femtocell基站之间通过3GPP Iuh接口连接。

8.根据权利要求1-6中任何一个所述的系统，其中，所述DMO Femto基站的网关之间通过Nc接口连接。

9.一种利用如权利要求1-8中任何一个所述的系统进行通信的方法，包括：

步骤1）、由接收UE发起的业务请求的DMO Femto基站的网关确定被叫UE所在的DMO Femto基站的网关；

步骤2）、由被叫UE所在的DMO Femto基站的网关继续被叫侧的业务。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，步骤1）包括：

步骤11）、由标准Femtocell基站接收UE发起的业务请求，并且将该业务请求传送给网关；

步骤12）、由所述网关确定被叫UE；

步骤13）、由所述网关关于被叫UE的位置查询中心DMO Femto基站，得到该被叫UE所在的DMO Femto基站的网关。

11.根据权利要求9所述的方法，其中，步骤2）包括：

如果被叫UE所在的DMO Femto基站的网关与接收业务请求的DMOFemto基站的网关一致，由该网关继续被叫侧的业务；

否则，由后者向前者建立连接并请求业务，并且由前者继续被叫侧的业务。

12.根据权利要求9所述的方法，还包括，采用下列步骤更新中心DMOFemto基站中UE的位置信息：

步骤a）、UE向其当前所处覆盖范围对应的DMO Femto基站发起位置更新服务请求；

步骤b）、所述DMO Femto基站的网关关于该UE的位置查询中心DMO Femto基站；

步骤c）、如果该UE的当前位置与中心DMO Femto基站存储的位置不一致，则所述DMO Femto基站的网关用当前位置更新中心DMO Femto基站存储的该UE的位置。

13.根据权利要求12所述的方法，其中步骤c）还包括：

其他中心DMO Femto基站相应地更新所述UE的位置信息。

14.一种Femtocell架构下脱网自组网通信系统的构建方法，包括：

步骤i）、在标准Femtocell基站上集成网关，形成DMO Femto基站；

步骤ii）、在DMO Femto基站中选择一个或多个DMO Femto基站作为中心DMO Femto基站，在中心DMO Femto基站中存储所有签约UE的位置信息；以及

步骤iii）、由DMO Femto基站判断当前网络状况，当处于脱网情景时该DMO Femto基站的网关自行启动并注册。

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