CN105979592A - 一种对用户设备接入流程的优化方法 - Google Patents

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金汝青
周世东
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Abstract

本发明涉及一种对用户设备接入流程的优化方法，属于移动通信技术领域，该方法包括以下步骤：在空闲转态下，用户设备UE进行上行同步调整；基站eNodeB基于接收到的UE的连接请求，识别UE并根据UE的上下文信息进行相关配置处理，向UE发送配置消息，指示无线承载的详细配置信息，并同时向移动管理实体MME发送建立或唤醒S1承载的请求消息；基站eNodeB接收到MME返回的响应消息后，保存S1承载相关配置，指示UE完成后续的数据发送。本方法通过把E‑RAB承载分开控制管理，即MME控制管理S1承载，eNodeB控制管理无线承载，实现无线承载(RB)与S1承载并行建立，减少信令交互的次数，从而解决信令拥塞以及时延恶化的问题，提升网络容量以及网络性能。

Description

一种对用户设备接入流程的优化方法
技术领域
本发明属于移动通信技术领域，具体涉及一种对接入流程优化的方法
背景技术
时延作为移动通信重要指标之一，它影响着用户的体验。在欧盟的5G METIS中，低时延、高可靠性场景被定义为5G“五大核心场景”之一，中国的5G白皮书提出5G将提供“零时延”的用户体验。所以，在未来的5G通信中，低时延将是一个重要的需求，尤其在车联网中。
在目前的长期演进(LTE)系统中，时延分为控制面时延和用户面时延，而控制面时延是影响用户体验的最主要指标，因此优化控制面时延是优化时延的主要途径。控制面时延是指接入流程所对应的时延，即用户设备(UE)由空闲状态到连接状态的转换时间。当UE处在空闲状态时，不存在演进的无线接入承载(E-RAB承载)，UE不可以与网络进行数据的交互。E-RAB承载包括无线承载(RB)和S1承载，而无线承载包括信令无线承载0(SRB0)、信令无线承载1(SRB1)、信令无线承载2(SRB2)和数据无线承载(DRBs)。无线承载是基站(eNodeB)与UE之间的数据传输通道，S1承载是eNodeB和服务网关(SGW)之间的数据传输通道。对于处在空闲状态的UE，当有上行业务时，首先经过接入流程由空闲状态转换到连接状态，即建立E-RAB承载，然后再进行数据的发送。现有的LTE中，UE接入流程的方法(即信令交互)如图1示，包括以下步骤：
步骤1：当数据到达后，处于空闲状态下的UE向eNodeB发送前导消息使eNodeB获知有一个请求并估计该UE上行同步的时间调整量(TA)；
步骤2：eNodeB向UE发送随机接入响应消息，该消息包含TA、上行授权；
步骤3：UE接收到随机接入响应消息后，根据TA进行上行同步调整，然后在上行授权位置向eNodeB发送无线资源控制(RRC)连接请求消息去建立RRC连接。这条消息在SRB0承载上传输，包含UE标识号和建立的场景；
步骤4：eNodeB发送RRC连接设置消息到UE，这条消息在SRB0承载上传输，包含SRB1承载的详细配置信息。UE接收到这条信息后，进行RRC连接建立以及SRB1承载的配置；
步骤5：UE向eNodeB发送RRC连接设置完成消息去通知eNodeB RRC连接已经建立以及SRB1承载建立完成，这条消息在SRB1承载上传输，该消息还包括非接入层(NAS)服务请求信息；
步骤6：接收到RRC连接设置完成消息之后，eNodeB向移动管理实体(MME)发送NAS服务请求消息去请求建立S1承载以及获取UE的上下文信息；
步骤7：MME收到NAS服务请求消息之后，根据UE的上下文信息，配置E-RAB承载以及创建UE的安全密钥等，然后向eNodeB发送连接设置消息，这条消息中主要包含E-RAB承载参数以及安全信息；
步骤8：接收到来自MME连接设置消息后，eNodeB配置S1承载并建立UE的上下文信息。eNodeB向UE发送安全模式命令消息去激活UE的安全模式，这条消息包含一致性保护算法和加密算法，同时eNodeB向UE发送RRC连接重配置消息去建立SRB2承载以及DRBs承载，这条消息包括SRB2和DRBs详细的配置信息，也包括测量配置、移动性控制等信息。这两条消息在SRB1承载上传输；
步骤9：配置完成后，UE发送安全模式完成消息以及RRC连接重配置完成消息去通知eNodeB成功完成了安全模式的激活以及成功建立了SRB2以及DRBs承载；
UE完成上述接入流程的信令交互之后，就可以与网络进行数据交互了。接下来，UE发送上行数据到eNodeB，eNodeB把该数据包转发到SGW。
通过上述现有的LTE系统中接入流程可知，E-RAB承载完全由MME控制管理，UE由空闲状态转换到连接状态至少需要经过9条信令的交互，这个过程的时延至少为80ms。在未来的5G通信中，可能存在大量处于空闲状态下的UE在短时间内发起接入请求去发送上行数据，例如在车联网中，如果某个路段发生了交通事故，则事故地点周围大量的车辆需要上报信息，而这些信息需要被及时的送到网络中心。针对上述场景，如果采用LTE现有的接入流程，则将出现大量的信令开销以至于产生信令拥塞，造成系统容量下降以及接入时延的严重恶化，进而影响网络的性能。
发明内容
本发明的目的在于为了克服上述现有技术存在的不足，提供一种对用户设备接入流程优化的方法，通过把E-RAB承载分开控制管理，即MME控制管理S1承载，eNodeB控制管理无线承载，实现无线承载(RB)与S1承载并行建立，减少信令交互的次数，从而解决信令拥塞以及时延恶化的问题，提升网络容量以及网络性能。
为了达到上述目的，本发明提出一种对用户设备接入流程的优化方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤1：在空闲转态下，用户设备UE进行上行同步调整；
步骤2：基站eNodeB基于接收到的UE的连接请求，识别UE并根据UE的上下文信息进行相关配置处理，向UE发送配置消息，指示无线承载的详细配置信息(包括：信令无线承载1(SRB1)、信令无线承载2(SRB2)和数据无线承载(DRBs))，并同时向移动管理实体MME发送建立或唤醒S1承载的请求消息；
步骤3：基站eNodeB接收到MME返回的响应消息后，保存S1承载相关配置，指示UE完成后续的数据发送。
本发明的优点在于提供了一种对接入流程进行优化的思路，在这一思路框架下，提供了对接入流程进行优化的具体方法。经过分析，本发明的对接入流程进行优化的方法不仅具有较低的接入时延，而且可以有效的缓解信令拥塞问题，提升网络容量。因此本发明提供的方法可以在大量的空闲状态下的UE在极短的时间内发起接入的场景下，获得较低的接入时延以及较低的信令开销。
附图说明
图1是现有LTE系统中接入流程的信令交互示意图；
图2是本发明实施例中接入流程优化方法的流程示意图；
图3是本发明实施例中优化的接入流程的信令交互示意图；
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作更详细的说明。
本发明实施例提供一种对接入流程优化的方法，通过把E-RAB承载分开控制管理，即MME控制管理制S1承载，eNodeB控制管理无线承载，实现无线承载(RB)与S1承载并行建立，减少信令交互的次数，从而解决信令拥塞以及时延恶化的问题，提升网络容量以及网络性能。接入流程优化方法的流程如图2所示，包括以下步骤：
步骤1：在空闲转态下，用户设备UE进行上行同步调整；
步骤2：基站eNodeB基于接收到的UE的连接请求，识别UE并根据UE的上下文信息进行相关配置处理，向UE发送配置消息，指示无线承载的详细配置信息(包括：信令无线承载1(SRB1)、信令无线承载2(SRB2)和数据无线承载(DRBs))，并同时向移动管理实体MME发送建立或唤醒S1承载的请求消息；
步骤3：基站eNodeB接收到MME返回的响应消息后，保存S1承载相关配置，指示UE完成后续的数据发送。
基于本发明实施例，把上述步骤细化，给出了具体优化的接入流程的信令交互，如图3所示，其中步骤1具体实现步骤如下：
步骤1-1：UE向eNodeB发送前导消息，使eNodeB获知有一个请求并估计该UE上行同步的时间调整量TA；
步骤1-2：eNodeB向UE发送随机接入响应消息，该消息包含时间调整量TA、上行授权等；
步骤2具体具体实现步骤如下：
步骤2-1：UE上行同步后，根据上行授权指定的位置发送连接请求消息，该请求消息用于请求RRC连接以及NAS连接，在SRB0承载上传输，具体包含UE标识、建立的场景、公共陆地移动网络(PLMN)标识、MME标识和NAS服务请求；
步骤2-2：eNodeB接收到UE的连接请求消息后，解码该消息，根据解码出的UE标识，eNodeB在自己保存的上下文数据库中搜索出UE上次通信时所使用的上下文信息，然后根据UE所使用的上下文信息对UE进行无线承载的配置分配，最后向UE发送配置消息去配置UE所有的无线承载，该配置消息在SRB0承载上传输，该配置消息具体包含SRB1、SRB2和DRBs详细的L1层、L2层配置信息以及安全配置信息；
步骤2-3：eNodeB根据解码出的MME标识，向UE所注册的MME发送S1承载建立请求消息去建立或者唤醒S1承载，该请求消息主要包含UE标识、建立的场景、NAS服务请求；
步骤3具体包括：当接收到S1承载建立请求消息后，MME搜索该UE所对应的S1承载，如果存在，则唤醒相应的S1承载，如果不存在，为该UE新建立S1承载，并把S1承载的相关配置信息通过S1承载建立响应的消息发送给eNodeB，该消息主要包含SGW的IP地址以及SGW的通用无线分组业务(GPRS)隧道端点标识；
UE无线承载配置完成并激活安全模式后，不再单独发送配置完成消息去回复eNodeB，而是把确认消息和数据一起发送。
从上述优化的接入流程可以看出，通过把MME控制管理无线承载的功能下沉到eNodeB，即MME控制管理S1承载，eNodeB控制管理无线承载，不但实现了S1承载与无线承载并行建立，而且实现了无线承载“毕其功于一役”的配置，通过一条信令去配置所有的无线承载以及激活安全模式，这大大简化了信令流程。
本发明的优点在于提供了一种对UE接入流程进行优化的技术方案，在这一方案框架下，提供了对接入流程进行优化的具体方法。经过分析，对接入流程进行优化的方法不仅具有较低的接入时延，而且可以有效的缓解信令拥塞问题，提升网络容量。因此本发明提供的方法可以在大量的空闲状态下的UE在极短的时间内发起接入的场景下，获得较低的接入时延以及较低的信令开销。

Claims (4)

1.一种对用户设备接入流程的优化方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤1：在空闲转态下，用户设备UE进行上行同步调整；
步骤2：基站eNodeB基于接收到的UE的连接请求，识别UE并根据UE的上下文信息进行相关配置处理，向UE发送配置消息，指示无线承载的详细配置信息，并同时向移动管理实体MME发送建立或唤醒S1承载的请求消息；
步骤3：基站eNodeB接收到MME返回的响应消息后，保存S1承载相关配置，指示UE完成后续的数据发送。
2.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤1具体实现步骤如下：
步骤1-1：UE向eNodeB发送前导消息，使eNodeB获知有一个请求并估计该UE上行同步的时间调整量TA；
步骤1-2：eNodeB向UE发送随机接入响应消息，该消息包含时间调整量TA、上行授权。
3.如权利要求2所述方法，其特征在于，所述步骤2具体实现步骤如下：
步骤2-1：UE上行同步后，根据上行授权指定的位置发送连接请求消息，该请求消息用于请求RRC连接以及NAS连接，在SRB0承载上传输，具体包含UE标识、建立的场景、公共陆地移动网络(PLMN)标识、MME标识和NAS服务请求；
步骤2-2：eNodeB接收到UE的连接请求消息后，解码该消息，根据解码出的UE标识，eNodeB在自己保存的上下文数据库中搜索出UE上次通信时所使用的上下文信息，然后根据UE所使用的上下文信息对UE进行无线承载的配置分配，最后向UE发送配置消息去配置UE所有的无线承载，该配置消息在SRB0承载上传输，该配置消息具体包含SRB1、SRB2和DRBs详细的L1层、L2层配置信息以及安全配置信息；
步骤2-3：eNodeB根据解码出的MME标识，向UE所注册的MME发送S1承载建立请求消息去建立或者唤醒S1承载，该请求消息主要包含UE标识、建立的场景、NAS服务请求。
4.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤3具体包括：当接收到S1承载建立请求消息后，MME搜索该UE所对应的S1承载，如果存在，则唤醒相应的S1承载，如果不存在，为该UE新建立S1承载，并把S1承载的相关配置信息通过S1承载建立响应的消息发送给eNodeB，该消息主要包含SGW的IP地址以及SGW的通用无线分组业务(GPRS)隧道端点标识；UE无线承载配置完成并激活安全模式后，把确认消息和数据一起发送。
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