一种小数据传输方法和演进基站及用户终端
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域,尤其涉及一种小数据传输方法和演进基站及用户终端。
背景技术
1)LTE系统结构
LTE(Long Term Evolution,长期演进)系统网络架构如图1所示,为了便于新业务的开展,LTE系统采用了用户面与控制面分离的设计方式,控制面信令与用户面承载分别由独立的网元MME(Mobility Management Entity,移动性管理实体)和S-GW(Service Gateway,服务网关))来负责。MME的主要功能是NAS(Non Access Stratum,非接入层)信令建立、NAS信令安全、跨核心网的信令建立、跟踪服务(当UE在空闲IDLE模式时)、漫游服务、授权和承载管理等。S-GW为演进基站eNB切换时的关口点、转发2G/3G以及其他系统业务的关口点,完成下行包的缓冲、一些初始化工作、规定的拦截侦听、包路由和转发等。P-GW(PDN GW,分组数据网关)用于策略的执行、包过滤、规定的拦截、UEIP地址的分配、计费功能、包再现等。
UE、eNB与核心网之间的控制信令通过MME进行处理;用户数据通过S-GW传输到P-GW,然后由P-GW传输到外部的各类APN(Access Point Name接入点名称)节点。由于减少了控制信令与用户数据的耦合,当新业务出现只需对负责用户面承载的网元进行升级,而不会对控制信息传输造成影响,从而极大地降低了网络维护的复杂度和设备升级成本。
2)LTE系统中数据发送的信令流程
LTE系统中处于空闲(idle)状态的UE,如果UE有数据向网络侧发送时,MO(Mobile Originating)数据发送流程如图2所示:
(1)当UE有数据需要发送时,首先根据系统配置的随机接入资源信息,等待RACH(Random Access Channel,随机接入信道)调度周期,选择一个preamble码通过随机接入请求(Msg1)发送给eNB。
(2)eNB接收到UE发送的preamble(Msg1)后,在随机接入响应窗中向UE发送随机接入响应(Msg2)。
一条随机接入响应消息(Msg2)可以对多个UE的随机接入请求(preamble)进行响应。Msg2由RA-RNTI(Random Radio Network Temporary Identity,随机无线网络临时标识)加扰的DCI(Downlink Control Information,下行控制信息)进行调度,RA-RNTI由UE发送Msg1的时频资源位置确定。
Msg2中的内容包括:backoff(回退)参数、与Msg1对应的preamble标识、上行传输定时提前量TA、Msg3分配的上行资源(Msg3调度信息)、临时C-RNTI(Cell Radio Network Temporary Identity,小区无线网络临时标识)。backoff参数用于指示如果本次随机接入失败,UE下次发起随机接入的时延均值。UE通过RA-RNTI和Msg2中的preamble标识确定发送给自己的随机接入响应,如果Msg2中的preamble标识对应的preamble中包含有自己发起随机接入时的preamble,那么认为自己成功接收到随机接入响应消息,后续将向网络侧发送Msg3。如果UE没有正确接收到Msg2,则依据backoff参数的时延限制确定发起下一次随机接入的时延,另外选择随机接入资源发起下一次随机接入。达到最大随机接入次数后,UE MAC(Medium Access Control,媒体接入控制)层向RRC(Radio Resource Control,无线接入控制)层上报随机接入问题,触发无线链路失败过程。
(3)UE在接收到Msg2后,在Msg2分配的上行资源上发送Msg3。针对不同的场景,Msg3中包含不同的内容。在初始接入时,Msg3中携带RRC层生成的RRC连接请求消息。
(4)eNB和UE通过Msg4完成最终的竞争解决。Msg4内容与Msg3的内容相对应的。初始接入时,Msg4中携带UE竞争解决标识MAC层控制单元(Contention Resolution Identity MAC CE),这个MAC CE中包含UE在Msg3中传输的CCCH SDU(Common Control Channel Service Data Unit,公共控制信道服务数据单元),UE在接收到该MAC CE后,与自身RRC层信息比较,以完成竞争解决。另外,Msg4中可以包含RRC连接建立消息,用于建立UE的信令无线承载1(Signalling Radio Bearer,SRB1)。
(5)UE在竞争解决完成后,根据RRC连接建立消息中的信息建立信令无线承载1(SRB1),并向网络发送RRC连接建立完成消息。NAS业务请求(service request)消息可以在发送RRC连接建立完成消息时向网络侧捎带发送。
(6)eNB在接收到RRC连接建立完成消息后,通过初始UE消息将捎带的NAS业务请求消息发送给MME,用于请求MME建立UE对应的eNB与核心网网元间的相关连接(与MME的控制面连接和与S-GW的E-RAB(EvolvedRadio Access Bearer,演进接入无线承载))。
(7)MME通过初始上下文建立请求将UE对应连接的信息通知eNB,初始上下文建立请求中包括安全密钥、建立的RAB、UE的无线能力。
(8)eNB向UE发送安全模式命令(SMC)和RRC连接重配消息。SMC用于激活UE的安全性,RRC连接重配消息用于为UE建立数据无线承载(DRB)和其他信令无线承载(SBR2)。需要指出的是安全模式命令(SMC)和RRC连接重配可以在一条RRC消息中发送,也可以分别发送。
(9)在安全性激活后,UE向网络侧发送安全模式完成消息。
(10)eNB通过RRC连接重配消息给UE配置用于数据传输的DRB。
(11)在DRB配置完成后,UE向网络侧发送RRC连接重配完成消息。
(12)根据UE建立的无线承载信息,eNB发送UE的初始上下文建立响应给MME。
(13)MME根据UE的上下文信息,发送承载修改请求给S-GW,为UE建立eNB与S-GW之间的S1承载(eNB S1-U承载的TEID和传输层地址),并收到该请求的S-GW向P-GW发送承载修改请求建立S-GW和P-GW之间的S5/S8承载。此时UE已经可以通过用户面承载发送上行数据到P-GW。
(14)P-GW收到承载修改请求后,发送承载修改响应给S-GW,S-GW收到P-GW的承载修改响应发送给MME其承载修改响应(SGW S1-U承载的TEID和传输层地址)。此时P-GW可以通过用户面承载发送下行数据给UE。
(15)当UE长时间没有数据收发,eNB侧维护的定时器会超时,此时eNB发UE上下释放请求给MME,要求释放UE的连接。
(16)MME收到释放请求后,给eNB下发上下文释放命令。
(17)eNB根据MME的UE上下文释放命令释放UE的上下文,并发送RRC连接释放消息给UE。UE收到该消息后会释放RRC连接回到IDLE态。
(18)eNB释放完UE的上下文后,反馈给MME释放结果。
LTE系统中处于空闲状态的UE,如果UE有下行数据到达时,MT(MobileTerminating)数据发送流程和该过程类似。不过网络侧需要发送寻呼消息给UE。收到寻呼的UE需要相应寻呼,然后发起后续的连接建立过程。由于过程类似,不再作细节描述。
3)用户面承载的相关介绍
UMTS(Universal Mobile Telecommunications System通用移动通信系统)系统和LTE系统的用户面数据传输是基于EPS(Evolved Packet System,演进分组系统)承载完成数据路由的。EPS承载包括无线承载和GTP(GPRS Tunneling Protocol,GPRS隧道协议)隧道。无线承载是指无线网络侧的承载,即DRB。GTP隧道由S1承载(eNB和SGW之间的承载)以及S5/S8承载(SGW和PGW之间的承载)组成。
S1承载又叫做S1-U承载。S1-U承载有两个端口,下行出口在RNC/eNB,上行出口在SGW。
在EPS承载建立过程中,RNC/eNB分配S1-U承载的下行标识(RNC/eNB的用户面传输层地址+TEID(Tunnel End Point Identifier,隧道端点标识));SGW分配S1-U承载的上行标识(SGW的用户面传输层地址+TEID)。
RNC/eNB发送上行数据包,需要在数据包的头中填写上行TEID,以及在外层IP包头中填写SGW的用户面传输层地址(IP地址)。SGW发出的下行数据包,需要在数据包的头中填写下行TEID,以及外层IP包头中填写RNC/eNB的用户面传输层地址(IP地址)。
通过上面介绍可以看出,对于数据发送(从UE到SGW再到PGW),必须建立DRB、S1-U承载以及S5/S8承载。
4)MTC
机器类型(Machine-type communication,MTC)通信作为一种新型的通信理念,其目的是将多种不同类型的通信技术有机结合,如:机器对机器通信、机器控制通信、人机交互通信、移动互联通信,从而推动社会生产和生活方式的发展。预计未来人对人通信的业务可能仅占整个终端市场的1/3,而更大数量的通信是MTC通信业务。有时,MTC通信又称为机器间(Machine-to-machine,M2M)通信或物联网。
当前的移动通信网络是针对人与人之间的通信设计的,如:网络容量的确定等。如果希望利用移动通信网络来支持MTC通信就需要根据MTC通信的特点对移动通信系统的机制进行优化,以便能够在对传统的人与人通信不受或受较小影响的情况下,更好地实现MTC通信。
当前认识到的MTC通信可能存在的一些特点有:
MTC终端具有低移动性;
MTC终端与网络侧进行数据传输的时间是可控的;
MTC终端与网络侧进行的数据传输对数据传输对实时性要求不高,即:具有时间容忍性;
MTC终端能量受限,要求极低的功率消耗;
MTC终端和网络侧之间只进行小数据量的信息传输;
MTC终端可以以组为单位进行管理;
……
一个实际的MTC终端可以具有上述的一个或多个特点。
目前针对该MTC的小数据传输特性,核心网侧设计了大致的方案如下:
核心网提出了一种基于快速通道Fast Path或者Connectionless传输方案,大致结构图如图3所示。
在终端进行附着或者TAU(Tracking Area Update,跟踪区更新)过程中,MME选择某个承载,并将会给终端分配一个SGW Bearer索引ID(资源标识),此资源标识和SGW S1-U TEID和IP地址之间是一一映射关系,UE和eNB可以获得SGW S1-U TEID和IP地址。终端将保存此资源标识。该承载的激活时间由定时器决定。
对于上行数据到达触发的数据传输,如果网络和终端都支持该传输方式,那么由终端决定是否启动该方式进行传输。终端在上行数据传输时在数据中携带资源标识。eNB解码数据根据资源标识获得SGW的地址信息,包含信息组成GTP-U数据包转发到相应的S-GW,同时包含eNB分配的eNB S1-U TEID。
对于下行数据到达触发的数据传输,S-GW发现承载没有激活(没有对应的eNB S1-U TEID),则通过MME寻呼该终端,终端发起RRC连接激活承载。
数据的加解密可利用现有的AS(Access Stratum,接入层)安全机制,在UE和eNB进行;或者,在UE和SGW实现,eNB用于透传。
该传输方式的优点是省去eNB与MME之间建立控制面的信令过程以及其他CN节点之间用户面建立的信令过程。
可见,对于MTC的小数据量传输,采用传统的数据发送方式将会产生较大的信令开销,系统效率较低,因此如何对小数据传输流程进行优化,减少建立和维护用户面连接所需的信令,降低信令开销,提高系统效率成为一个主要研究课题。目前的小数据传输解决方案中,虽然简化了传输流程,但信令接入层的安全问题很难得到解决,大部分的方案都是不考虑接入层安全,只使用NAS加密的方法保证安全。
发明内容
本发明提供一种小数据传输方法和eNB及UE,为小数据传输提供了AS层安全解决机制,同时节省了eNB与核心网节点的连接建立过程,对信令也起到简化作用。
本发明提供一种小数据传输方法,包括:
与传输小数据的用户终端UE建立具有接入层安全的连接时,选择向所述UE提供路由标识,并在释放连接后保存所述UE的上下文信息;
接收UE的服务eNB根据UE保存的路由标识发送的链路连接请求;
确定为所述UE提供服务时,根据保存的UE的上下文信息,执行所述UE的上行数据/下行数据的分组数据汇聚协议PDCP层处理及核心网传输。
本发明还提供一种小数据传输方法,包括:
收到传输小数据的用户终端UE发送的携带路由标识的消息时,根据所述路由标识确定所述UE的驻留eNB,并向所述驻留eNB发送链路连接请求;
确定所述驻留eNB为UE提供服务时,为所述UE建立不包括分组数据汇聚协议PDCP实体的用户面连接,并向所述UE发送RRC连接重配置消息;
接收UE发送的上行数据,进行不包含PDCP层的处理后发送给所述驻留eNB;
收到所述驻留eNB发送的UE的下行数据后,进行不包含PDCP层的处理后发送给UE。
本发明还提供一种小数据传输方法,包括:
接收驻留演进基站eNB发送的路由标识并保存,在释放与所述驻留eNB的连接后,保存PDCP层参数及接入层AS安全参数;
确定发起小数据连接时,向服务eNB发送携带路由标识的消息;
接收服务eNB发送的RRC连接重配置消息,确定使用存储的PDCP层参数及AS安全参数时,根据RRC连接重配置消息、存储的PDCP层参数及AS安全参数建立用户面实体;
利用建立的用户面实体对发送的上行数据或接收的下行数据进行处理。
本发明还提供一种演进基站eNB,包括:
路由提供单元,用于与传输小数据的用户终端UE建立具有接入层安全的连接时,选择向所述UE提供路由标识,并在释放连接后保存所述UE的上下文信息;
请求接收单元,用于接收UE的服务eNB根据UE保存的路由标识发送的链路连接请求;
传输单元,用于确定为所述UE提供服务时,根据保存的UE的上下文信息,执行所述UE的上行数据/下行数据的分组数据汇聚协议PDCP层处理及核心网传输。
本发明还提供一种演进基站eNB,包括:
请求发送单元,用于收到传输小数据的用户终端UE发送的携带路由标识的消息时,根据所述路由标识确定所述UE的驻留eNB,并向所述驻留eNB发送链路连接请求;
连接建立单元,用于确定所述驻留eNB为UE提供服务时,为所述UE建立不包括分组数据汇聚协议PDCP实体的用户面连接,并向所述UE发送RRC连接重配置消息;
第一传输单元,用于接收UE发送的上行数据,进行不包含PDCP层的处理后发送给所述驻留eNB;
第二传输单元,用于收到所述驻留eNB发送的UE的下行数据后,进行不包含PDCP层的处理后发送给UE。
本发明还提供一种用户终端UE,包括:
保存单元,用于接收驻留演进基站eNB发送的路由标识并保存,在释放与所述驻留eNB的连接后,保存PDCP层参数及接入层AS安全参数;
请求单元,用于确定发起小数据连接时,向服务eNB发送携带路由标识的消息;
实体建立单元,用于接收服务eNB发送的RRC连接重配置消息,确定使用存储的PDCP层参数及AS安全参数时,根据RRC连接重配置消息、存储的PDCP层参数及AS安全参数建立用户面实体;
数据处理单元,用于利用建立的用户面实体对发送的上行数据或接收的下行数据进行处理。
利用本发明提供的小数据传输方法和演进基站eNB及用户终端UE,具有以下有益效果:为小数据传输提供了AS层安全解决机制,同时节省了eNB与核心网节点的连接建立过程,对信令也起到简化作用。
附图说明
图1为LTE系统网络架构图;
图2为LTE系统中处于空闲状态的UE数据发送流程图;
图3为基于Fast Path或者Connectionless传输方案的数据传输流程图;
图4为本发明实施例作为驻留eNB的小数据传输方法;
图5为本发明实施例作为服务eNB的小数据传输方法;
图6为本发明实施例UE的小数据传输方法;
图7为本发明实施例驻留eNB、服务eNB和UE的协议栈示意图;
图8为本发明实施例1中小数据传输方法流程图;
图9为本发明实施例2中小数据传输方法流程图;
图10为本发明实施例3中小数据传输方法流程图;
图11为本发明实施例中驻留eNB的结构图;
图12为本发明实施例中服务eNB的结构图;
图13为本发明实施例中UE的结构图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明提供的小数据传输方法和演进基站eNB及用户终端UE进行更详细地说明。
AS层的安全主要是在分组数据汇聚协议PDCP层实现的,传统的数据传输流程利用AS安全参数及PDCP参数建立具有AS安全的PDCP实体,保证AS层的数据安全,但信令流程复杂。基于快速连接传输方式即基于快速通道Fast Path或者Connectionless的传输方案,虽然简化了传输流程,但信令接入层的安全问题很难得到解决。
本发明实施例给出一种小数据传输方法,支持小数据传输的用户终端UE,在建立链路进行数据传输时,服务的eNB可以为该UE提供一个路由标识(称此eNB为驻留eNB),在连接释放后,驻留eNB仍保存该UE的上下文信息。当该UE移动到其他eNB的范围并发起小数据传输时,当前服务eNB根据UE上报的路由标识,找到该UE的驻留eNB,当前服务eNB与驻留eNB之间传输用户面数据,驻留eNB负责用户面数据的PDCP(Packet Data ConvergenceProtocol,分组数据汇聚协议)层处理以及核心网传输,服务eNB负责用户面数据的其它层处理。如果UE仍然在驻留eNB发起连接请求,驻留eNB可以直接使用保存的上下文信息为该UE建立具有AS层安全的用户面连接。
下面分别从驻留eNB、服务eNB及UE侧给出本发明优选实施例。
如图4所示,对于选择向UE提供路由标识成为UE的驻留eNB,本实施例中的小数据传输方法,主要包括以下步骤:
步骤401,与传输小数据的用户终端UE建立具有接入层安全的连接时,选择向所述UE提供路由标识,并在释放连接后保存所述UE的上下文信息;
eNB选择向UE提供路由标识的场景,可以是空闲态UE进入网络第一次连接eNB时(即UE没有驻留的eNB),也可以是UE具有驻留eNB,但驻留eNB连接失败或拒绝服务时,当然,还可以是其它场景。
优选地,eNB与空闲态传输小数据的UE建立具有接入层安全的连接的场景,优选为采用两层安全机制(NAS层安全和AS层安全)建立连接,具体过程可以为采用图2所示传统方式的信令流程,即该eNB向UE发送携带AS安全参数的安全模式命令,并为UE建立具有AS层安全性的PDCP实体,能够保证接入层的安全性,在连接释放后,eNB保存的UE的上下文信息具有接入层安全信息。
步骤402,接收UE的服务eNB根据UE保存的路由标识发送的链路连接请求;
步骤403,确定为所述UE提供服务时,根据保存的UE的上下文信息,执行所述UE的上行数据/下行数据的分组数据汇聚协议PDCP层处理及核心网传输。
本实施例中,由于驻留eNB与传输小数据的UE建立具有接入层安全的连接,因此驻留eNB保存的UE上下文信息中包含接入层安全信息即接入层AS安全参数,本实施例中驻留eNB负责UE的上行数据/下行数据PDCP层处理及核心网传输,因此进行的具有安全性的PDCP层处理,从而保证了AS层数据的传输安全,采用驻留eNB与服务eNB通信的方式,可以简化现有的信令流程。
优选地,所述UE的上下文信息包括UE的PDCP层参数、接入层AS安全参数和路由到服务网关S-GW/协议网关P-GW的信息。驻留eNB利用PDCP层参数和AS安全参数可以建立具有安全性的PDCP实体,利用建立的PDCP实体对UE的上行数据/下行数据PDCP层处理,从而保证AS层数据的安全性,驻留eNB利用路由到服务网关S-GW/协议网关P-GW的信息,建立与核心网间的连接,对UE的上行数据/下行数据进行核心网数据传输。
优选地,驻留eNB在释放连接后保存所述UE的上下文信息,具体包括:对于采用快速连接传输方式的UE,所保存的路由到S-GW/P-GW的信息可以但不限于是快速连接的资源标识,则可以利用资源标识建立与S-GW/P-GW的连接从而进行数据传输,UE可以在发起数据连接时,将资源标识发送给服务eNB,由服务eNB将资源标识发送给驻留eNB;否则,即对于采用传统传输方式的UE,所保存的路由到S-GW/P-GW的信息为未释放的S1-U承载信息,则可以直接利用未释放的S1-U承载与S-GW/P-GW进行数据传输。
优选地,还包括:确定不为所述UE提供服务时,向所述UE的服务eNB返回链路连接失败消息。确定为所述UE提供服务时,进一步包括:向所述UE的服务eNB返回链路连接响应消息。
优选地,服务eNB与驻留eNB通过X2接口建立连接并通信,即驻留eNB通过X2接口接收服务eNB发送的链路接连接请求(X2链路连接请求),之后驻留eNB通过X2接口与服务eNB通信。驻留eNB通过与UE的服务eNB间的X2接口,向所述UE的服务eNB返回链路连接响应消息/链路连接失败消息。X2链路连接请求可以包含UE的标识UEID,驻留eNB根据路由标识及UEID确定是否为UE提供服务。
优选地,根据保存的UE的上下文信息,对所述UE的上行数据/下行数据进行PDCP层处理及核心网传输,包括:
收到UE的服务eNB发送的上行数据时,根据保存的UE的上下文信息,对所述上行数据进行PDCP层处理后发送给S-GW/P-GW;
收到S-GW/P-GW发送的所述UE的下行数据时,根据保存的UE的上下文信息,对所述上行数据进行PDCP层处理后发送给UE的服务eNB。
如图5所示,对于UE的服务eNB时,本实施例中的小数据传输方法,主要包括以下步骤:
步骤501,收到传输小数据的用户终端UE发送的携带路由标识的消息时,根据所述路由标识确定所述UE的驻留eNB,并向所述驻留eNB发送链路连接请求;
优选地,可以但不限于通过X2接口向驻留eNB发送链路连接请求。
步骤502,确定所述驻留eNB为UE提供服务时,为所述UE建立不包括分组数据汇聚协议PDCP实体的用户面连接,并向所述UE发送RRC连接重配置消息;
优选地,未收到驻留eNB返回的链路连接响应或接收到驻留eNB反馈的链路连接失败消息时,确定驻留eNB不为UE提供服务,接收到驻留eNB返回的链路连接响应消息时,确定驻留eNB为UE提供服务。
服务eNB为UE建立不包括PDCP实体的用户面连接过程采用现有方式,这里不再详述。
优选地,确定驻留eNB不为UE提供服务时,按照现有流程执行后续过程。
步骤503,接收UE发送的上行数据,进行不包含PDCP层的处理后发送给所述驻留eNB;
步骤504,收到所述驻留eNB发送的UE的下行数据后,进行不包含PDCP层的处理后发送给UE。
优选地,进一步包括:收到传输小数据的UE发送的携带路由标识的消息,根据路由标识确定UE的驻留eNB为自身时,直接使用保存的UE上下文信息为该UE建立具有AS层安全的用户面连接,即利用保存的UE上下文信息为该UE建立具有安全性的PDCP实体,然后为UE建立其它用户面实体,并向UE发送RRC连接重配置消息,可以指示UE使用存储的AS安全参数和PDCP参数建立具有安全性的PDCP实体,使UE根据RRC连接重配置消息配置其它用户面实体,对于UE的用户面数据,利用建立的用户面实体进行数据处理并可以直接利用UE的上下文信息与核心网建立连接进行核心网传输。
优选地,UE发送的携带路由标识的消息可以但不限于为RRC连接建立完成RRC CONNECTION SETUP COMPLETE消息。
优选地,服务eNB向UE发送的RRC连接重配置消息中包括新增指示信息项IE,用于指示UE是否使用存储的PDCP层参数和AS安全参数;或者服务eNB向UE发送的RRC连接重配置消息中不包括PDCP层参数,以隐性指示UE使用存储的PDCP层参数和AS安全参数。
优选地,为所述UE建立不包括PDCP实体的用户面连接,具体包括:为所述UE建立用户面物理PHY层实体、媒体接入控制MAC实体和无线链路控制RLC实体。
优选地,服务eNB接收UE发送的上行数据,进行不包含PDCP层的处理后发送给所述驻留eNB,具体包括:
接收UE发送的上行数据,进行PHY层、MAC层和RLC层处理后发送给所述驻留eNB;
收到所述驻留eNB发送的UE的下行数据后,进行不包含PDCP层的处理后发送给UE,具体包括:
收到所述驻留eNB发送的UE的下行数据后,进行PHY层、MAC层和RLC层处理后发送给UE。
本实施例中,确定所述驻留eNB不为UE提供服务时,则按照现有流程执行,后续过程都采用现有流程。
具体地,对于采用快速连接传输方式的UE,根据快速连接的资源标识与服务网关S-GW/协议网关P-GW建立连接,快速连接的资源标识可以是从UE发送的RRC连接建立完成消息中获取的;向UE发送RRC连接重配置消息,所述RRC连接重配置消息包括PDCP层参数,以隐性指示UE使用RRC连接重配置中的PDCP参数建立PDCP实体,或者,RRC连接重配置消息包括PDCP层参数及指示UE不使用存储的PDCP层参数及AS安全参数的新增信息项IE,从而UE使用RRC连接重配置中的PDCP参数建立PDCP实体。
对于不采用快速连接传输方式的UE,向MME发送初始UE消息;收到MME发送的携带接入层安全信息(包括AS安全参数)的初始上下文建立请求后,向UE发送携带AS安全参数的安全模式命令,后续按照现有流程执行,这里不再详述,这样,UE也不会使用存储的PDCP层参数及AS安全参数,而使用安全模式命令中的AS参数及RRC连接重配置消息中的PDCP参数建立具有安全性的PDCP实体。
如图6所示,对于UE,本实施例中的小数据传输方法,包括以下步骤:
步骤601,接收驻留演进基站eNB发送的路由标识并保存,在释放与所述驻留eNB的连接后,保存PDCP层参数及接入层AS安全参数;
其中,AS安全参数主要包括加密和完整性保护信息。
步骤602,确定发起小数据连接时,向服务eNB发送携带路由标识的消息;
优选地,所述携带路由标识的消息可以但不限于为RRC连接建立RRCCONNECTION SETUP COMPLETE完成消息。
优选地,对于采用快速连接传输方式的UE,发送的RRC连接建立完成消息中还包括资源标识。
步骤603,接收服务eNB发送的RRC连接重配置消息,确定使用存储的PDCP层参数及AS安全参数时,根据RRC连接重配置消息、存储的PDCP层参数及AS安全参数建立用户面实体;
具体地,使用PDCP参数及AS安全参数建立具有安全性的PDCP实体,根据RRC连接重配置消息中的内容建立PHY实体、MAC实体和RLC实体。
优选地,确定RRC连接重配置消息不包括PDCP层参数时,确定使用存储的PDCP层参数及AS安全参数;或者确定RRC连接重配置消息包括指示UE使用存储的PDCP层参数及AS安全参数的新增指示信息项IE时,确定使用存储的PDCP层参数及AS安全参数。
步骤604,利用建立的用户面实体对发送的上行数据或接收的下行数据进行处理。
本发明实施例中UE建立的用户面实体具有AS层安全性,因此,能够保证AS层的数据安全。
如图7本发明实施例UE、驻留eNB和服务eNB的协议栈示意图。
对于驻留eNB不为UE提供服务、采用传统方式与服务eNB建立连接的场景,在收到RRC连接重配置消息之前,UE接收到所述服务eNB发送的携带AS安全参数的安全模式命令时,保存安全模式命令中的AS安全参数;UE接收到服务eNB发送的RRC连接重配置消息时,按照RRC连接重配置消息中的内容,及保存的安全模式命令中的AS安全参数建立用户面实体,优选地,建立具有安全性的PDCP实体,及其它用户面PHY实体、MAC实体和RLC实体。
对于驻留eNB不为UE提供服务、采用快速传输方式与服务eNB建立连接的场景,UE收到服务eNB发送的RRC连接重配置消息时,确定之前未收到服务eNB发送的携带AS安全参数的安全模式命令,且所述RRC连接重配置消息包括PDCP层参数,或包括指示不使用存储的PDCP层参数及AS安全参数的新增信息项IE时,确定不使用存储的PDCP层参数及AS安全参数;根据RRC连接重配置消息中的内容配置不包含AS安全的用户面实体,即建立不具有安全性的PDCP实体,及其它用户面PHY实体、MAC实体和RLC实体。
优选地,可以但不限于为UE增加一个用于确定是否开启AS层加密和完整性保护的变量AS_Security,变量AS_Security初始化时设为FALSE。
如果收到服务eNB发送的SecurityModeCommand消息,则使用SecurityModeCommand消息中的AS安全参数,在此时将变量AS_Security设为TRUE。UE收到来自服务eNB的RRC CONNECTION RECONFIGURATION消息后,如果变量AS_Security为TRUE,则不改变AS层安全配置,按照RRCCONNECTION RECONFIGURATION消息中的内容重配置用户面实体。
UE收到来自服务eNB的RRC CONNECTION RECONFIGURATION消息后,如果变量AS_Security为FALSE,且RRC CONNECTIONRECONFIGURATION消息中不包含PDCP参数或新增的IE指示使用存储的PDCP及AS安全参数,则配置物理层、MAC和RLC层实体,使用存储的PDCP参数及AS安全参数建立PDCP实体,并将变量AS_Security设为TRUE;使用保存的PDCP信息进行AS层加密和完整性保护。
否则如果RRC CONNECTION RECONFIGURATION消息中包含PDCP信息或新增的IE指示不使用存储的PDCP及AS安全参数,且AS_Security为FALSE,则使用RRC CONNECTION RECONFIGURATION消息中的内容配置不具有AS层安全的PDCP实体。
UE在连接释放后,将变量AS_Security复位为FALSE。
M2M的主要场景是海量终端存在于网络中,并且大多场景的MTC终端需要与网络交互的数据量都很少,就会产生信令负荷与用户数据负荷相比,开销比较大的情况。
目前在M2M基于小数据传输的技术方案讨论中,无论是基于控制面信令携带小数据还是基于Fast Path或者Connectionless传输方案都存在AS层安全问题。本发明实施例为小数据传输提供了AS层安全解决机制,同时节省了eNB与核心网节点的连接建立过程,对信令也起到简化作用。
下面给出本发明小数据传输方法的详细实施例。
实施例1
如图8所示,对于驻留eNB提供服务的小数据传输过程包括:
步骤1,UE在有上行小数据发送的时候,发起随机接入过程,并发送随机接入请求给服务eNB。
步骤2,服务eNB发送随机接入响应给UE。
步骤3,UE根据收到的随机接入响应发送RRC连接建立请求给服务eNB。
步骤4,服务eNB发送RRC连接建立消息给UE用于建立UE的RRC连接。
步骤5,UE建立了RRC连接后发送RRC连接建立完成消息给服务eNB,如果UE保存了驻留eNB的路由标识,则该消息中携带路由标识。
如果接入网与核心网之间采用的是快速传输方式如Fast Path或者Connectionless传输方案,则RRC连接建立完成消息中还可以携带用于快速建立S1-U接口的资源标识。
步骤6,服务eNB根据UE发送的路由标识,确认UE的驻留eNB,向驻留eNB发起X2链路连接建立请求,其中携带UE_ID。
步骤7,驻留eNB收到服务eNB的X2链路连接建立请求后,根据其中的UE_ID确定是否为该UE提供服务,如果提供,则向服务eNB返回X2链路连接建立响应。同时根据存储的该UE的上下文信息为该UE建立PDCP实体以及与S-GW/P-GW的连接。
驻留eNB与S-GW/P-GW的连接可以是没有释放的S1-U连接,对于FastPath或者Connectionless传输方案,X2链路连接建立请求携带资源标识,则驻留eNB与S-GW/P-GW的连接是根据资源标识建立的S1-U连接。
步骤8,服务eNB为该UE建立用户面物理层、MAC和RLC实体,并向UE发送RRC CONNECTION RECONFIGURATION消息,消息中不包含PDCP参数即PDCP-Config IE。
步骤9,UE收到来自服务eNB的RRC CONNECTIONRECONFIGURATION消息后,根据其中的IE配置物理层,MAC和RLC层,使用存储的PDCP参数及AS安全参数建立PDCP实体,然后向服务eNB发送RRC CONNECTION RECONFIGURATION COMPLETE消息。
步骤10,UE利用建立的用户面实体向服务eNB发送上行数据,数据具有AS层安全。
步骤11,服务eNB收到来自该UE的上行小数据后,执行物理层,MAC和RLC层的操作,然后将数据通过建立的X2链路连接发往驻留eNB。
步骤12,驻留eNB收到来自X2链路连接的上行数据后,根据保存的PDCP参数、AS安全参数执行PDCP层操作,然后将上行数据发往S-GW/P-GW。
步骤13,驻留eNB收到来自S-GW的下行小数据,根据保存的PDCP参数、AS安全参数执行PDCP层操作,然后将下行小数据发往服务eNB。
步骤14,服务eNB收到来自X2链路连接的下行小数据后,执行RLC层,MAC和物理层的操作,将数据发往UE。
步骤15,UE接收下行数据,利用建立的用户面实体对下行小数据处理,由于存储有AS安全参数,可以对下行小数据进行AS层安全保护。
步骤16,服务eNB向UE发起RRC CONNECTION RELEASE,UE释放连接,但仍保存路由标识、AS安全参数和PDCP参数。
步骤17,服务eNB向驻留eNB发送X2链路连接释放请求。
步骤18,驻留eNB收到X2链路连接释放请求后释放X2链路,并释放相应UE的PDCP实体等,但仍保留该UE的PDCP参数及AS安全参数,以及与核心网S-GW的连接信息等。
实施例2
如图9所示,驻留eNB拒绝提供服务,接入网与核心网之间不采用Fast Path或者Connectionless传输方案的数据传输过程,具体包括:
步骤1,UE在有上行小数据发送的时候,发起随机接入过程,并发送随机接入请求给服务eNB。
步骤2,服务eNB发送随机接入响应给UE。
步骤3,UE根据收到的随机接入响应发送RRC连接建立请求给UE。
步骤4,服务eNB发送RRC连接建立消息给UE用于建立UE的RRC连接。
步骤5,UE建立了RRC连接后发送RRC建立完成消息给服务eNB,如果UE保存了驻留eNB的路由标识,则该消息中携带路由标识。
如果接入网与核心网之间采用的是Fast Path或者Connectionless传输方案,则RRC建立完成消息中还可以携带用于快速建立S1-U接口的资源标识。
步骤6,服务eNB根据UE的路由标识,确认UE的驻留eNB,向驻留eNB发起X2链路连接建立请求,其中携带UE_ID。
步骤7,驻留eNB收到服务eNB的建立请求后,根据其中的UE_ID确定是否为该UE提供服务,若不提供,则向服务eNB返回X2链路连接建立失败。
步骤8,服务eNB向MME发起初始UE消息。
步骤9,MME向服务eNB返回初始上下文建立请求,为该UE建立S1控制面接口,并提供AS安全参数(主要是AS层安全和完整性保护信息)。
步骤10,服务eNB向UE发起携带AS安全参数的Security Mode Command消息,为该UE配置新的AS层安全和完整性保护。
步骤11,UE收到Security Mode Command消息后,使用Security ModeCommand中的安全参数进行接入层安全配置。
步骤12,服务eNB向UE发送RRC CONNECTION RECONFIGURATION消息,配置消息中可以包含用户PDCP层配置的PDCP层参数。
步骤13,UE收到RRC CONNECTION RECONFIGURATION消息后,使用消息中的参数配置物理层,MAC,RLC和PDCP层,其中PDCP中的接入层安全和完整性保护使用之前收到的Security Mode Command中的参数配置。
步骤14,服务eNB向MME发送初始上下文建立响应。
步骤15,MME向S-GW发起修改承载请求Modify Bearer Request。
步骤16,S-GW向MME返回修改承载响应Modify Bearer Response,S1-U接口建立,之后就可以进行数据传输。
步骤17~20:释放过程,具体同现有技术,不再详述。
实施例3
如图10,驻留eNB不提供服务,接入网与核心网之间采用Fast Path或者Connectionless传输方案的数据传输过程,具体包括:
步骤1,UE在有上行小数据发送的时候,发起随机接入过程,并发送随机接入请求给服务eNB。
步骤2,服务eNB发送随机接入响应给UE。
步骤3,UE根据收到的随机接入响应发送RRC连接建立请求给UE。
步骤4,服务eNB发送RRC连接建立消息给UE用于建立UE的RRC连接。
步骤5,UE建立了RRC连接后发送连接建立完成消息给服务eNB,如果UE保存了驻留eNB的路由标识,则该消息中携带路由标识。如果接入网与核心网之间采用的是Fast Path或者Connectionless传输方案,则完成消息中还可以携带用于快速建立S1-U接口的资源标识。
步骤6,服务eNB根据UE的路由标识,确认UE的驻留eNB,向驻留eNB发起X2链路连接建立请求,其中携带UE_ID。
步骤7,驻留eNB收到服务eNB的建立请求后,根据其中的UE_ID确定是否为该UE提供服务,如果不提供,则向服务eNB返回X2链路建立失败。
步骤8,服务eNB为该UE建立用户面连接,并向UE发送RRCCONNECTION RECONFIGURATION消息,消息中包含PDCP-Config IE,或使用新的IE指示UE不进行接入层加密。
步骤9,UE收到来自服务eNB的RRC CONNECTIONRECONFIGURATION消息后,根据其中的IE配置物理层、MAC、RLC以及PDCP实体,但PDCP实体不包含AS层加密,然后向服务eNB发送RRCCONNECTION RECONFIGURATION COMPLETE消息。
步骤10,UE向服务eNB发送上行数据,数据不具有AS层安全。
步骤11,服务eNB收到来自该UE的上行小数据后,根据该DRB与核心网侧的承载的对应关系,将该小数据转发给对应的S-GW,并将eNB对应的下行接收端(eNB S1-U F-TEID)通知S-GW。
步骤12,服务eNB收到来自S-GW的下行小数据后,根据DRB和核心网承载的对应关系,将该小数据转发给UE。
步骤13,服务eNB向UE发送下行小数据,数据不具有AS层安全。
步骤14,服务eNB向UE发起RRC CONNECTION RELEASE,UE释放连接,但仍保存路由标识,AS层安全和完整性保护信息等。
本发明实施例,eNB对与其建立了AS层安全机制进行通信的终端,为了简化其将来的通信过程,为其提供一个路由标识,成为该终端的驻留eNB。当终端移动到其他eNB覆盖范围,并发起小数据传输时可以将该路由标识提供给服务eNB,则服务eNB可以根据路由标识找到该终端的驻留eNB,(可以但不限于为该终端的数据传输建立X2连接)。驻留eNB会保存终端的一些信息(例如保存接入层安全和完整性保护信息,不释放S1-U承载等)。服务eNB只作为数据传输的无线通道,将数据通过X2接口的连接转发给驻留eNB,驻留eNB负责AS层的安全和完整性保护,以及接入网与核心网之间的数据传输。
基于同一发明构思,本发明实施例中还提供了一种小数据传输的演进基站eNB及用户终端UE,由于该装置解决问题的原理与一种小数据传输方法相似,因此该装置的实施可以参见方法的实施,重复之处不再赘述。
一种演进基站eNB,如图11所示,包括:
路由提供单元101,用于与传输小数据的用户终端UE建立具有接入层安全的连接时,选择向所述UE提供路由标识,并在释放连接后保存所述UE的上下文信息;
请求接收单元102,用于接收UE的服务eNB根据UE保存的路由标识发送的链路连接请求;
传输单元103,用于确定为所述UE提供服务时,根据保存的UE的上下文信息,执行所述UE的上行数据/下行数据的分组数据汇聚协议PDCP层处理及核心网传输。
优选地,所述UE的上下文信息包括UE的PDCP层参数、接入层AS安全参数和路由到服务网关S-GW/协议网关P-GW的信息。
优选地,路由提供单元在释放连接后保存所述UE的上下文信息,包括:
对于采用快速连接传输方式的UE,所保存的路由到S-GW/P-GW的信息为快速连接的资源标识,否则,所保存的路由到S-GW/P-GW的信息为未释放的S1-U承载信息。
优选地,传输单元还用于确定不为所述UE提供服务时,向所述UE的服务eNB返回链路连接失败消息;
传输单元确定为所述UE提供服务时,进一步包括:向所述UE的服务eNB返回链路连接响应消息。
优选地,传输单元通过与UE的服务eNB间的X2接口,向所述UE的服务eNB返回链路连接响应消息/链路连接失败消息。
优选地,所述传输单元根据保存的UE的上下文信息,对所述UE的上行数据/下行数据进行PDCP层处理及核心网传输,包括:
收到UE的服务eNB发送的上行数据时,根据保存的UE的上下文信息,对所述上行数据进行PDCP层处理后,发送给服务网关S-GW/协议网关P-GW;
收到S-GW/P-GW发送的所述UE的下行数据时,根据保存的UE的上下文信息,对所述上行数据进行PDCP层处理后,发送给UE的服务eNB。
本发明实施例提供的演进基站eNB,如图12所示,包括:
请求发送单元201,用于收到传输小数据的用户终端UE发送的携带路由标识的消息时,根据所述路由标识确定所述UE的驻留eNB,并向所述驻留eNB发送链路连接请求;
连接建立单元202,用于确定所述驻留eNB为UE提供服务时,为所述UE建立不包括分组数据汇聚协议PDCP实体的用户面连接,并向所述UE发送RRC连接重配置消息;
第一传输单元203,用于接收UE发送的上行数据,进行不包含PDCP层的处理后发送给所述驻留eNB;
第二传输单元204,用于收到所述驻留eNB发送的UE的下行数据后,进行不包含PDCP层的处理后发送给UE。
连接建立单元向UE发送的RRC连接重配置消息中包括新增指示信息项IE,用于指示UE使用存储的PDCP层参数和AS安全参数;
向UE发送的RRC连接重配置消息中不包括PDCP层参数。
优选地,所述携带路由标识的消息为RRC连接建立完成消息。
优选地,请求发送单元向所述驻留eNB发送链路连接请求,具体包括:
通过与所述UE的驻留eNB间的X2接口,向所述驻留eNB发送链路连接请求。
优选地,连接建立单元为所述UE建立不包括PDCP实体的用户面连接,具体包括:
为所述UE建立用户面物理PHY层实体、媒体接入控制MAC实体和无线链路控制RLC实体。
优选地,第一传输单元接收UE发送的上行数据,进行不包含PDCP层的处理后发送给所述驻留eNB,具体包括:
接收UE发送的上行数据,进行PHY层、MAC层和RLC层处理后发送给所述驻留eNB;
第二传输单元收到所述驻留eNB发送的UE的下行数据后,进行不包含PDCP层的处理后发送给UE,具体包括:
收到所述驻留eNB发送的UE的下行数据后,进行PHY层、MAC层和RLC层处理后发送给UE。
优选地,还包括:快速连接单元,用于确定所述驻留eNB不为UE提供服务时,对于采用快速连接传输方式的UE,根据快速连接的资源标识与服务网关S-GW/协议网关P-GW建立连接;并向UE发送RRC连接重配置消息,所述RRC连接重配置消息包括PDCP层参数,或RRC连接重配置消息包括PDCP层参数及指示UE不使用存储的PDCP层参数及AS安全参数的新增信息项IE。
优选地,还包括:初始UE单元,用于确定所述驻留eNB不为UE提供服务时,对于不采用快速连接传输方式的UE,向MME发送初始UE消息;
安全配置单元,用于收到MME发送的携带接入层安全信息的初始上下文建立请求后,向UE发送携带AS安全参数的安全模式命令。
本发明实施例提供的一种用户终端UE,如图13所示,包括:
保存单元301,用于接收驻留演进基站eNB发送的路由标识并保存,在释放与所述驻留eNB的连接后,保存PDCP层参数及接入层AS安全参数;
请求单元302,用于确定发起小数据连接时,向服务eNB发送携带路由标识的消息;
实体建立单元303,用于接收服务eNB发送的RRC连接重配置消息,确定使用存储的PDCP层参数及AS安全参数时,根据RRC连接重配置消息、存储的PDCP层参数及AS安全参数建立用户面实体;
数据处理单元304,用于利用建立的用户面实体对发送的上行数据或接收的下行数据进行处理。
优选地,所述携带路由标识的消息为RRC连接建立完成消息。
优选地,实体建立单元确定使用存储的PDCP层参数及AS安全参数,具体包括:
确定RRC连接重配置消息不包括PDCP层参数时,确定使用存储的PDCP层参数及AS安全参数;或者
确定RRC连接重配置消息包括指示UE使用存储的PDCP层参数及AS安全参数的新增指示信息项IE时,确定使用存储的PDCP层信息及AS安全参数。
优选地,保存单元,还用于在收到RRC连接重配置消息之前,接收到所述服务eNB发送的携带AS安全参数的安全模式命令时,保存安全模式命令中的AS安全参数;
则实体建立单元,接收到服务eNB发送的RRC连接重配置消息时,按照RRC连接重配置消息中的内容,及保存的安全模式命令中的AS安全参数建立用户面实体。
优选地,实体建立单元,还用于收到服务eNB发送的RRC连接重配置消息时,确定之前未收到服务eNB发送的携带AS安全参数的安全模式命令,且所述RRC连接重配置消息包括PDCP层参数,或包括指示不使用存储的PDCP层参数及AS安全参数的新增信息项IE时,确定不使用存储的PDCP层参数及AS安全参数;根据RRC连接重配置消息中的内容配置不具有AS安全的用户面实体。
本发明实施例还提供一种小数据传输系统,包括:上述实施例作为服务eNB的eNB、作为驻留eNB的eNB及用户终端UE。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上,使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本发明的优选实施例,但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念,则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以,所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然,本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样,倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内,则本发明也意图包含这些改动和变型在内。