CN104244297A - 一种基于td-lte的宽带集群故障弱化通信方法和基站 - Google Patents

Abstract

一种基于TD-LTE的宽带集群故障弱化通信方法，所述方法包括：基站内部的接入处理模块检测到网络故障，基站下的终端由核心网EPC附着到基站内部的故障弱化会话控制模块上；所述终端通过故障弱化会话控制模块进行正常通话；所述接入处理模块检测到网络正常工作，所述终端重新附着EPC，终端通过EPC和交换控制中心SCC进行正常通话。本发明还公开了一种基于TD-LTE的宽带集群故障弱化通信基站。应用本发明实施例后，不仅可以减少相邻正常工作基站的负荷，还保障在基站失去上层控制平台（包括SCC或EPC）控制时，基站下用户仍可以正常通信。

Description

一种基于TD-LTE的宽带集群故障弱化通信方法和基站

技术领域

本申请涉及通信技术领域，更具体地，涉及一种基于TD-LTE的宽带集群故障弱化通信方法和基站。

背景技术

随着移动互联网的飞速发展和全球无线城市的大规模建设，行业应用对集群通信的需求越来越多样化，以语音为主的数字窄带集群系统在数据传输能力和多媒体业务的支持能力方面已远远落后行业发展需求。数据宽带化、业务多样化、终端多模化、系统IP化是当前集群通信技术的发展方向，集群通信正逐步进入新一代宽带多媒体集群系统时代。

基于TD-LTE的宽带集群系统是以第四代移动通信技术TD-LTE为核心技术，将TD-LTE的高速率、大带宽与数字集群技术中的资源共享、快速呼叫建立、指挥调度等特点进行融合的集语音、数据、视频为一体的新一代宽带数字集群系统。

基于TD-LTE的宽带集群系统以LTE系统架构为基础，系统分为终端、接入网、核心网、签约数据库、调度控制中心和操作维护中心六部分。终端（UE）分为指挥调度类终端和数据传输类终端两类，包括手持终端、固定终端、车载终端、桌面终端CPE、上网卡或无线监控摄像头终端等设备。接入网由基站（eNodeB）设备组成。核心网（EPC）负责UE的网络侧移动性管理、S1链路管理、业务数据的统一交换控制和传送，包括移动性管理实体（MME）和安全网关（xGW）。签约数据库（RDS）实现集群用户信息、集群组用户信息的管理和查询、用户鉴权、密钥生成、保存和管理等功能。调度控制中心（MDC）负责整个集群系统的协调调度和呼叫控制，主要网元包括交换控制平台（SCC）和调度应用平台。操作维护中心（eOMC）负责对系统设备的管理和维护，实现对被管理设备的配置管理、故障管理、性能管理等操作维护功能。

由于集群通信系统往往涉及人员生命和公共财产安全，需要尽力保证极端条件下的通信，因此集群通信系统可靠性和抗毁性要求非常高。当系统遇到突发灾难（如地震、海啸、空袭）或人为破坏时，系统各网元设备间可能会发生链路物理性中断或部分网元设备毁坏，为保证在上述异常情况下的用户通信，系统需要专门的抗毁性方案。故障弱化即是一种重要的抗毁性方案，主要目的是解决基站失去网络侧控制后，继续服务基站覆盖范围内的终端用户。

现有基于TD-LTE的宽带集群系统故障弱化解决方案为：失去网络侧控制的基站，通过X2接口将数据传给相邻的基站，通过相邻基站与网络侧进行通信。而对于未失去网络侧控制的相邻正常工作基站而言，现有的解决方案数据流量过大，增大了该基站的负荷，超出正常基站的处理能力。此外，上述技术方案仅可以解决S1链路故障，无法保障核心网设备故障后基站的正常通信。

发明内容

本发明实施例提出一种基于TD-LTE的宽带集群故障弱化通信方法，不仅可以减少相邻正常工作基站的负荷，还保障在基站失去上层控制平台（包括SCC或EPC）控制时，基站下用户仍可以正常通信。

本发明实施例还提出一种基于TD-LTE的宽带集群故障弱化通信基站，不仅可以减少相邻正常工作基站的负荷，还保障在基站失去上层控制平台（包括SCC或EPC）控制时，故障基站下用户仍可以正常通信。

本发明实施例的技术方案如下：

一种基于TD-LTE的宽带集群故障弱化通信方法，所述方法包括：

基站内部的接入处理模块检测到网络故障，基站下的终端由核心网EPC附着到基站内部的故障弱化会话控制模块上；

所述终端通过故障弱化会话控制模块进行正常通话；

所述接入处理模块检测到网络正常工作，所述终端重新附着EPC，终端通过EPC和交换控制中心SCC进行正常通话。

所述网络故障包括交换控制平台SCC故障，EPC设备故障、S1接口物理中断和Ta接口物理中断中的一种故障或多种故障。

网络故障时，所述方法进一步包括：在无线覆盖交叠区，基站下的终端接入相邻的正常基站。

所述接入处理模块与所述故障弱化会话控制模块之间采用S1接口通信。

所述基站下的终端由核心网EPC附着到基站内部的故障弱化会话控制模块上包括：

所述终端清除所有已有业务后，附着注册到基站内部的故障弱化会话控制模块监护模块上。

所述接入处理模块检测到网络正常工作时，所述方法进一步包括：所述接入处理模块通过S1连接建立过程与EPC进行资源初始化，所述接入处理模块恢复与EPC的连接。

所述终端重新附着EPC后，故障弱化会话控制模块清除所有存在的业务。

一种基于TD-LTE的宽带集群故障弱化通信基站，所述基站包括接入处理模块和故障弱化会话控制模块，

所述接入处理模块，用于检测网络情况，并根据网络情况控制故障弱化会话控制模块的启用和退服；

所述故障弱化会话控制模块，接受基站下的终端的附着，管理终端的会话控制。

所述网络故障包括交换控制平台SCC故障，核心网EPC设备故障、S1接口物理中断和Ta接口物理中断中的一种故障或多种故障。

所述接入处理模块与所述故障弱化会话控制模块之间采用S1接口通信。

所述故障弱化会话控制模块进一步用于，接受所述终端在清除所有已有业务后的注册。

所述接入处理模块检测到网络正常工作时，所述接入处理模块进一步用于，通过S1连接建立过程与EPC进行资源初始化，恢复与EPC的连接。

所述终端重新附着EPC后，所述故障弱化会话控制模块进一步用于清除所有自身存在的业务。

从上述技术方案中可以看出，在本发明实施例中基站内部的接入处理模块检测到网络故障，基站下的终端由EPC附着到基站内部的故障弱化会话控制模块上；在上述的情况中，所述终端通过故障弱化会话控制模块进行正常通话。接入处理模块检测到网络正常工作，所述终端重新附着EPC，终端通过EPC及SCC进行正常通话。由于故障基站下的终端不再全部附着到相邻正常工作的基站上，因此可以减少相邻正常工作基站的负荷；此外，终端通过故障弱化会话控制模块进行正常通话，还保障故障基站下用户的正常通信。

附图说明

图1为基于TD-LTE的宽带集群故障弱化通信基站的结构示意图；

图2为故障示意图；

图3为基于TD-LTE的宽带集群故障弱化通信方法流程示意图；

图4为基站从正常模式切换到故障弱化模式的流程示意图；

图5为基站从故障弱化模式切换到正常模式的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点表达得更加清楚明白，下面结合附图及具体实施例对本发明再作进一步详细的说明。

在本发明实施例中，在网络故障的情况下，利用故障弱化会话控制模块实现控制，当网络故障或正常工作，启用或退出故障弱化会话控制模块的运行，并通过系统消息通知基站下的终端，终端重新附着。

采用本发明的技术方案可以解决在SCC故障、EPC设备故障、或全部S1口物理中断情况下，基站覆盖范围内的用户仍可正常进行通信，且不会对未失去网络侧控制的正常基站产生影响，增加相邻网站通信负荷。

参见附图1是基于TD-LTE的宽带集群故障弱化通信基站的结构示意图，包括接入处理模块（eNB-ACP）101和故障弱化会话控制模块（eNB-FSC）102。其中，在eNB-ACP中包括了现有基站的内部结构，在此就不再重复说明。

接入处理模块101负责无线信号的发送和接收、空口无线资源管理和接入网侧移动性管理；同时负责监视与EPC的链路状态，控制基站故障弱化模式和正常工作模式的切换，控制故障弱化系统广播消息的发送，负责故障弱化会话控制模块的启用和退服。接入处理模块101对应有集群功能的传统基站网元。

会话控制模块102负责在基站与核心网失去联系后即网络故障时，接管处理该基站覆盖范围内用户的附着，具体包括：发起的呼叫业务。负责用户信息管理、用户接入控制、NAS信令处理、SIP信令处理、用户移动性管理、TA列表管理、业务承载资源控制、寻呼控制、NAS安全、用户鉴权、数据加密等功能的处理。并负责控制接入处理模块与UE间建立集群业务承载空口上行数据链路的分配与释放，并控制其对集群组进行寻呼。在网络正常工作时，不再处理数据。会话控制模块102采用硬件板卡实现，对应实现EPC和SCC功能。

eNB-ACP与eNB-FSC之间采用S1接口通信。S1接口是LTE基站和EPC之间的标准接口，成熟可靠。使用S1接口可避免基站为实现故障弱化功能而对原有基站的架构大的修改，利于升级和扩展，利于故障弱化会话控制模块的硬件板卡实现方式。也可以避免非标准接口带来的安全隐患。接入处理模块101分别与UE、EPC、eOMC存在Uu、S1、OM-eNB接口。故障弱化会话控制模块102解析来自UE的NAS和SIP消息。

当出现网络故障，参见附图2，UE由接收处理模块101通过S1接口与故障弱化会话控制模块102进行交互，原来附着在EPC上的UE，附着在故障弱化会话控制模块102上。本发明中的网络故障是指：SCC故障，EPC设备故障、S1接口物理中断和Ta接口物理中断中的一种故障或多种故障。若是S1接口中断，EPC在检测UE长时间不活动（如无TAU）后，会去附着该UE。接入处理模块检测到S1接口恢复后，再发起S1接口连接建立，恢复与EPC的联系。EPC被动等待即可。

参见附图3是基于TD-LTE的宽带集群故障弱化通信方法流程示意图，具体包括以下步骤：

301、基站内部的接入处理模块101检测到网络故障，基站下的终端由EPC附着到基站内部的故障弱化会话控制模块102上；终端通过故障弱化会话控制模块102进行正常通话。

在出现网络故障时，原来附着于EPC的终端，重新附着于故障弱化会话控制模块102上。具体过程参见附图4。

基站正处于集群正常工作模式状态。Ta接口状态、S1接口状态均为正常。

401、如果EPC（具体网元为MME）检测到SCC发生故障，EPC中的MME会向eNB-ACP发送故障状态通知消息，通知基站。eNodeB可进入故障弱化模式。

402、eNB-ACP向EPC回复故障状态通知响应消息。

403、如果eNB-ACP检测到基站和核心网链路故障（S1-MME故障或S1-U故障），判定该EPC不可用。

404、当eNB-ACP判断EPC不可用时，基站进入故障弱化工作模式。

405、eNB-ACP清除内部所有存在的业务。

406、eNB-ACP向覆盖范围内的所有终端发送系统消息，通知终端进入故障弱化工作模式。终端收到系统消息后，如在无线覆盖交叠区内，则尽可能接入正常邻基站。否则，进入故障弱化模式，清除所有已有业务。

407、eNB-ACP启用eNB-FSC模块，后续的S1口数据将与eNB-FSC进行交互。

eNB-FSC采用硬件板卡执行核心网侧功能，eNB-FSC与eNB-ACP之间采用S1口通信。

在eNB初始启动时，eNB-ACP利用S1连接建立过程与eNB-FSC建立连接，eNB-FSC收到S1SETUP REQUEST消息后，进行初始化(包括使用缺省配置、用户注册表初始化清零等)，之后eNB-FSC处于闲置状态，eNB-ACP不处理任何eNB-FSC的指令和数据。

网络故障状态下，在启用eNB-FSC模块后，eNB-ACP模块仍然要监视与EPC的S1链路状态。如果S1链路仍然是通的，则只处理来自EPC的故障状态通知消息，其它数据均抛弃。

408、UE执行附着eNodeB过程，eNB-FSC收集UE注册信息，建立和维护基站内的UE注册信息表。

409、如果UE附着eNodeB成功，则eNB-ACP启动一个定时器，如果在一定时间内UE没有业务需求，则执行410。

410、eNB-ACP向UE发送RRC Connection Release消息，释放RRC连接，UE进入IDLE态。

411、系统进入故障弱化工作模式。

412、UE发起故障弱化模式下的业务，包括单呼、组呼、短消息等。UE、eNB-ACP和eNB-FSC之间的业务流程同正常模式下UE、eNB、EPC/SCC间的流程。eNB-FSC模块代替了EPC和SCC网元，需要解析和处理NAS和SIP控制消息，对呼叫进行控制，并把业务数据回传给eNB-ACP。

302、接入处理模块101检测到网络正常工作，终端重新附着EPC，终端通过EPC进行正常通话。

一旦接入处理模块101检测到网络能够正常工作，则终端重新附着到EPC上，终端通过EPC和SCC进行正常通话。具体结合附图5进行详细的说明。

501、如果EPC检测到和SCC链路恢复，EPC向eNodeB发送故障状态恢复通知消息，通知eNodeB此EPC的Ta接口故障恢复，EPC可用。

502、eNB-ACP向EPC回复故障状态恢复通知响应消息。

503、eNB-ACP通过S1连接建立过程与EPC进行资源初始化。

504、如果eNB-ACP检测到基站和EPC链路故障恢复（S1-MME故障或S1-U故障），执行505。

505、eNB-ACP利用S1连接建立过程，恢复与EPC的连接。

506、基站根据现有的模式转换条件判断网络侧（EPC和SCC）故障恢复，退出故障弱化模式，进入正常工作模式。后续的S1口数据将与EPC进行交互。而不与eNB-FSC进行交互。

在启用EPC模块后，eNB-ACP模块不处理来自eNB-FSC的任何数据。

507、eNB-ACP清除内部所有存在的业务。

508、eNB-ACP向覆盖范围内的所有终端发送系统消息，通知终端进入正常工作模式。终端进入正常工作模式后，清除所有存在的业务。

509、UE执行附着EPC过程，过程与正常模式一致。

510、系统进入正常工作模式。

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。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种基于TD-LTE的宽带集群故障弱化通信方法，其特征在于，所述方法包括：

基站内部的接入处理模块检测到网络故障，基站下的终端由核心网EPC附着到基站内部的故障弱化会话控制模块上；

所述终端通过故障弱化会话控制模块进行正常通话；

所述接入处理模块检测到网络正常工作，所述终端重新附着EPC，终端通过EPC和交换控制中心SCC进行正常通话。

2.根据权利要求1所述基于TD-LTE的宽带集群故障弱化通信方法，其特征在于，所述网络故障包括交换控制平台SCC故障，EPC设备故障、S1接口物理中断和Ta接口物理中断中的一种故障或多种故障。

3.根据权利要求1所述基于TD-LTE的宽带集群故障弱化通信方法，其特征在于，网络故障时，所述方法进一步包括：在无线覆盖交叠区，基站下的终端接入相邻的正常基站。

4.根据权利要求1所述基于TD-LTE的宽带集群故障弱化通信方法，其特征在于，所述接入处理模块与所述故障弱化会话控制模块之间采用S1接口通信。

5.根据权利要求1所述基于TD-LTE的宽带集群故障弱化通信方法，其特征在于，所述基站下的终端由核心网EPC附着到基站内部的故障弱化会话控制模块上包括：

所述终端清除所有已有业务后，附着注册到基站内部的故障弱化会话控制模块监护模块上。

6.根据权利要求1所述基于TD-LTE的宽带集群故障弱化通信方法，其特征在于，所述接入处理模块检测到网络正常工作时，所述方法进一步包括：所述接入处理模块通过S1连接建立过程与EPC进行资源初始化，所述接入处理模块恢复与EPC的连接。

7.根据权利要求1所述基于TD-LTE的宽带集群故障弱化通信方法，其特征在于，所述终端重新附着EPC后，故障弱化会话控制模块清除所有存在的业务。

8.一种基于TD-LTE的宽带集群故障弱化通信基站，其特征在于，所述基站包括接入处理模块和故障弱化会话控制模块，

所述接入处理模块，用于检测网络情况，并根据网络情况控制故障弱化会话控制模块的启用和退服；

所述故障弱化会话控制模块，接受基站下的终端的附着，管理终端的会话控制。

9.根据权利要求8所述基于TD-LTE的宽带集群故障弱化通信基站，其特征在于，所述网络故障包括交换控制平台SCC故障，核心网EPC设备故障、S1接口物理中断和Ta接口物理中断中的一种故障或多种故障。

10.根据权利要求8所述基于TD-LTE的宽带集群故障弱化通信基站，其特征在于，所述接入处理模块与所述故障弱化会话控制模块之间采用S1接口通信。

11.根据权利要求8所述基于TD-LTE的宽带集群故障弱化通信基站，其特征在于，所述故障弱化会话控制模块进一步用于，接受所述终端在清除所有已有业务后的注册。

12.根据权利要求8所述基于TD-LTE的宽带集群故障弱化通信基站，其特征在于，所述接入处理模块检测到网络正常工作时，所述接入处理模块进一步用于，通过S1连接建立过程与EPC进行资源初始化，恢复与EPC的连接。

13.根据权利要求8所述基于TD-LTE的宽带集群故障弱化通信基站，其特征在于，所述终端重新附着EPC后，所述故障弱化会话控制模块进一步用于清除所有自身存在的业务。