CN111050420A - 无线电资源控制连接重建非接入层数据包重传方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了提高控制面数据传输效率的方法,当无线电资源控制连接重建时,用户设备和网络在控制面重新同步最近成功接收的下行/上行非接入层数据包序列号,由非接入层重传未成功传送非接入层数据包,并且不重复传输已经成功传送过的非接入层数据包。

Description

无线电资源控制连接重建非接入层数据包重传方法
技术领域
本发明有关于窄带物联网(NB-IOT)控制面无线电资源控制连接重建(RRCconnection reestablishment)，且尤其有关于非接入层(NAS,non-access stratum)数据包重传的方法。
背景技术
窄带物联网(NB-IoT)是由第三代合作伙伴计划(3GPP)开发的低功率广域覆盖的无线电技术标准，以支援广泛的物联网应用与服务。
窄带物联网在R-14版本中,为了提升移动性以及服务连续性,引入了控制面无线电资源控制连接重建(RRC connection re-establishment)。终端在数据传输时如果发生掉线情况(Radio link failure)，接入层(AS,access stratum)与网络会发起无线电资源控制连接重建的过程。无线电资源控制连接重建可避免重新连线时需走过非接入层恢复(NAS recovery)的完整流程,以减少用户设备的功耗。无线电资源控制连接重建过程最重要的是不掉包并且无重复非接入层数据包的数据传输，本发明针对窄带物联网在ControlPlane CIoT EPS optimizations流程进行控制面无线电资源控制连接重建，提出非接入层数据包重传方法,以保证非接入层数据不掉包并且无重复非接入层数据传输。
窄带物联网(NB-IoT)在控制面(Control Plane)的设计中,移除了PDCP层,同时又支持了数据传输。PDCP层的主要功能有数据封包的标头(Header)压缩与解压缩、数据加密/解密、数据完整性的保护。并且在RLC AM的PDCP重建过程中，提供数据包按序传输到上层,以及重复包的检查。移除PDCP层后,在无线电资源控制连接重建过程,数据传输如何保证完整,按序且不重复传输到非接入层,在一般传输中,是由RLC层来保证。然而,在控制面无线电资源控制连接重建过程中,RLC层会重建,依照NB-IoT R14协议架构设计，非接入层及以上保持在传输数据状态，接入层恢复与网络连接前，根据协议TS36.322section 5.4Re-establishment procedure中的描述，非接入层传下来给接入层待发给网络的数据，或者是接入层已经发出的正在等待网络侧确认(Acknowledgment)的数据，将全部会被丢弃。并且根据协议TS 24.301section6.6.4.4，非接入层会重发接入层没确认发送成功的全部数据，导致数据传输效率低。
举例说明上行数据传输时掉线，无线电资源控制连接重建，如图1所示。其中，用户设备跟网络进行控制面(control plane)业务数据传输，包1～7已经成功送达网络侧，且收到包7确认(ACK),包8-包15已由用户设备应用层(AP,application layer)进到用户设备接入层，其中包8～12已经传送出去,但未获得网络确认,包13-包15正等待发送给网络，此时用户设备发生掉线(RLF,radio link failure)。用户设备重新选择小区(cellselection)，接入层与网络接着发起无线电资源连接重建的过程。根据协议TS36.322section 5.4Re-establishment procedure中的描述,接入层包8～15被丢弃，并且控制面无线电资源连接重建完成，用户设备认为包8～15都没发送成功，连接重建后非接入层重传包8～15，但包8～12之前在网络侧已经收到，是重复包，浪费了网络资源并且对应用层组成数据造成影响。
图2是3GPP协议规定的网络在无线电资源连接重建后下行非接入层数据包重传场景的示意图：网络已经发送包1～4给用户设备但没得到无线电链路控制确认，包5～7还没发送。此时发生掉线并且控制面无线电资源重建完成，旧基站认为包1～7都发送失败通知移动管理实体(Mobility Management Entity，MME)，连接重建后由新基站重传包1～7，但包1～4之前在用户设备侧已经收到，是重复包，浪费了网络资源并且对应用层组成数据造成影响。
图3是3GPP协议规定的网络在无线电资源连接重建后下行非接入层数据包重传且乱序场景的示意图：网络已经发送包1～7已经发送给用户设备且也得到无线电链路控制确认，基于任何原因,例如2-HARQ的传输,包10～12已经发送给用户设备,包8～9还没到。此时发生掉线并且控制面无线电资源连接重建，在无线电资源重建过程中层2(L2)会把包10～12也组包后发给高层，网络认为包8～15都发送失败，所以会重发包8～15，由于非接入层不做顺序确认以及重复包检查,这样造成用户设备应用层先收到包10～12再收到包8～9造成收包乱序,且包10～12是重复包。
发明内容
本发明提出一种无线电资源控制连接重建非接入层数据包重传方法，包括：在无线通信网络中，用户设备在无线电资源控制连接状态待接到基站所服务的小区；所述用户设备在所述无线电资源控制连接状态中发生无线电连接掉线；所述用户设备发起无线电资源控制连接重建；以及在所述无线电资源控制连接重建完成后，重传未成功发送的非接入层数据包。
其中，在发生所述无线电连接掉线后，无线电资源控制层通知非接入层暂停数据发送。
其中，在无线电资源控制连接重建过程的消息中新增last-Ul-NAS-Count及last-Dl-NAS-Count，并且所述用户设备与所述无线通信网络交换last-Ul-NAS-Count及last-Dl-NAS-Count，用以指示所述无线电资源控制连接重建之前所述无线通信网络收到及所述用户设备的非接入层成功收到的最后一个非接入层数据包的序号。
其中，移动管理实体以所述用户设备的接收端的接收状态last-Dl-NAS-Count为下行重新传送的依据，所述用户设备基于所收到的last-Ul-NAS-Count，接续传送非接入层数据包至网络侧。
其中，在无线电资源控制连接重建过程中,用户设备侧的无线电链路控制层行为重新定义。
其中，所述用户设备侧的所述无线电链路控制层停止重组出的乱序的数据包，避免应用层收到所述乱序的数据包；在所述无线电资源控制连接重建完成后,所述用户设备侧的所述无线电链路控制层继续接收来自所述无线通信网络的非接入层数据包之后，由所述无线电链路控制层组成顺序数据包并传送给所述用户设备侧的上层。
其中，所述无线电链路控制层在所述无线电资源控制连接重建过程中重组非接入层数据包并传送到所述用户设备侧的上层,并且通过收包状态报告指示缺漏的非接入层数据包。
其中，在无线电资源控制连接重建过程中UE ID的完保不占用UL NAS COUNT，所述无线电资源控制连接重建过程中UE ID的完保可用last-Dl-NAS-Count来做完保。
其中，在无线电资源控制连接重建过程中,所述用户设备与所述无线通信网络保留仍在接入层缓冲区的数据包,在所述无线电资源控制连接重建完成后，接入层负责重传所述接入层缓冲区的所述数据包。
其中，在所述无线电资源控制连接重建过程中,网络侧跟所述用户设备交换接收端的收包接收状态报告，来指示所述接收端的收包状态，则所述接入层可负责重传所述接入层缓冲区的所述数据包。
附图说明
通过阅读以下的具体实施方式并参考附图，本发明可被完全理解，其中：
图1是3GPP协议规定的用户设备在无线电资源连接重建后上行非接入层数据包重传场景的示意图。
图2是3GPP协议规定的网络在无线电资源连接重建后下行非接入层数据包重传场景的示意图。
图3是3GPP协议规定的网络在无线电资源连接重建后下行非接入层数据包重传场景且乱序的示意图。
图4是根据本发明一实施例的优化后的用户设备在无线电资源连接重建后上行非接入层数据包重传方案的示意图，用户设备与网络同步通过last-Dl-NAS-Count与last-Ul-NAS-Count交换最新收到非接入层数据包的流程。其中last-Dl-NAS-Count传在RRCConnection Reestablishment Request-NB消息中,last-Ul-NAS-Count传在RRCConnection Reestablishment-NB消息中。
图5是根据本发明一实施例的优化后的用户设备在无线电资源连接重建后上行非接入层数据包重传方案的示意图，其中last-Ul-NAS-Count传在RRC ConnectionReestablishment-NB消息中,last-Dl-NAS-Count传在RRC Connection ReestablishmentComplete-NB消息中。
图6是根据发明一实施例的优化后的用户设备在无线电资源连接重建后下行非接入层包重传方案的示意图，重建过程中增加了用户设备侧的无线电链路控制层不再重组出乱序的包给上层。
具体实施方式
以下描述为本发明实施的较佳实施例，且有些实施例通过附图进行了说明。为了解决上述问题，本发明人提出解决方案。
实施例1:last-Dl-NAS-Count与last-Ul-NAS-Count交换
本发明提出了非接入层解决方案。在无线电资源连接重建过程中,网络与客户端交换接收的NAS COUNT消息,这样用户设备和网络两侧都知道重建前收到的最后一个非接入层数据包的序号。例如用户设备可传送last-Dl-NAS-Count给网络,网络可传送last-Ul-NAS-Count给用户设备。其中last-Dl-NAS-Count值/last-Ul-NAS-Count值是终端与网络维护NAS COUNT值的低5位值(5Least Significant Bits)，而NAS COUNT是用来计算NAS-MAC值，其NAS-MAC值用来与网络非接入层消息完整性保护(完保)校验。
last-Dl-NAS-Count可以传在RRC Connection Reestablishment Request-NB消息或是RRC Connection Reestablishment Complete-NB消息中,last-Ul-NAS-Count可以传在RRC Connection Reestablishment-NB消息中。重建完成后,用户设备与网络自非接入层数据包的序号+1之NAS包开始重传。
实施例1-1:
图4是根据本发明一实施例的优化后的用户设备在无线电资源连接重建后上行非接入层数据包重传方案的示意图，控制面无线电资源连接重建前的流程没发生变化，关键是无线电资源连接重建过程中增加了用户设备与网络同步通过last-Dl-NAS-Count与last-Ul-NAS-Count交换最新收到非接入层数据包的流程。其中last-Dl-NAS-Count传在RRC Connection Reestablishment Request-NB消息中,last-Ul-NAS-Count传在RRCConnection Reestablishment-NB消息中。
无线电资源连接重建后,新基站会传送eNB CP Relocation Indication至MME,请求MME认证用户的重建请求,并且建立新基站与MME的UE S1连结。MME认证过UE后,会发起释放与旧基站的UE S1连结,旧基站收到MME CP RELOCATION INDICATION消息后,会停止下行NAS PDU传送给UE并且回报non-delivered NAS PDUs给MME。
此时,MME可能会收到来自UE的last-Dl-NAS-Count与来自旧基站的non-delivered NAS PDUs,这两个消息未必一致,若MME同时收到last-Dl-NAS-Count与non-delivered NAS PDUs时,应以用户设备接收端的接收状态last-Dl-NAS-Count为主重新传送依据。
实施例1-2:
图5是是无线电资源连接重建过程中增加了用户设备与网络同步通过last-Dl-NAS-Count与last-Ul-NAS-Count交换最新收到非接入层数据包的流程。其中last-Ul-NAS-Count传在在RRC Connection Reestablishment-NB消息,last-Dl-NAS-Count传在RRCConnection Reestablishment Complete-NB消息，其目的是避免MME自新基站收到last-Dl-NAS-Count后，又从旧基站收到non-delivered NAS PDUs,造成混淆,因此last-Dl-NAS-Count送在non-delivered NAS PDUs后,并且MME应以用户设备接收端的接收状态last-Dl-NAS-Count为重新传送依据。
实施例2:无线电资源连接重建过程中UE ID的完保不占用UL NAS COUNT
其中在RRC重建的过程,由于AS security未被激活,RRC connection re-establishment消息中携带的Re-estabUE ID的完保需要用掉一个NAS COUNT,待传输的NAS包需要重新计算完保。
在RRC connection re-establishment消息中除了携带用于完保的UL_NAS_COUNT外,NAS MAC值也会一并带给网络,以验证双方用的密钥是否一致。为减少等待传送的NAS包需要重新计算完保,Re-estabUE ID的完保,可以通过一个不占UL NAS COUNT的值来完成。
实施例2-1:用于Re-estabUE ID的完保的COUNT可设为全为1,利用这个值来产生NAS MAC,并且将所产生的NAS MAC送给网络,网络侧用相同的COUNT产生NAS MAC与收到的NAS MAC比对,来验证网络跟客户端是否用相同的密钥来计算NAS MAC。如此可以减少或避免已经完保过的NAS包需要重新计算完保。此COUNT若是双方默认值,则可能不需要透过网络传输,若非默认值,则传送端需与NAS MAC一起传送给接收端。
实施例2-2:用于Re-estabUE ID的完保的COUNT的可用实施例1中的last-Dl-NAS-Count当成输入的一部分,用last-Dl-NAS-Count当低5位值组合出的NAS COUNT,并且将last-Dl-NAS-Count与算出的NAS MAC一起传送给网络。当网络侧收到此低5位值的COUNT,知道是UE端所收到下行最后一个成功收到且按序的NAS包所用的NAS COUNT,如此一来,用户端不需要额外用5bits送last-Dl-NAS-Count给网络,并且此无线电资源连接重建过程中UE ID的完保不占用UL NAS COUNT。
实施例3:无线电链路控制层在无线电资源连接重建过程中停止重组NAS包传送到上层
此外,根据现行协议,客户端的无线电链路控制层收到对方无线电链路控制层包会根据序列号(SN,sequence number)依次送到上层。然而,在无线电资源连接重建过程中,如TS 36.322协议描述，承认模式无线电链路控制实体(AM RLC entity)的接收端在重建时，会重组(Reassemble)出那些能重组的无线电链路控制服务数据单元(RLC SDU)，并且递交给上层，未考虑是否依照顺序传递,这行为将导致重建后的NAS包传送产生乱序与重复。
实施例3-1:图6是根据发明一实施例的优化后的用户设备在无线电资源连接重建后下行非接入层包重传方案的示意图。本发明提出的解决方案为，不变更控制面无线电资源连接重建前的流程，关键是重建过程中增加了用户设备侧的无线电链路控制层不再重组出乱序的包给上层，从而避免了应用层收到乱序的包，等待重建完成，非接入层重传后，再由无线电链路控制层组出顺序包传递。
实施例3-2:无线电链路控制层在无线电资源连接重建过程中重组NAS包传送到上层,透过状态报告(status report)指示缺漏的NAS包。
为了更进一步减少NAS包在空口的重传,用户设备侧的无线电链路控制层在无线电资源连接重建时,仍允许重组出不按序的包给上层,然而一个NAS包的接收状态报告必须传送给传送端,其中此状态报告包含一个位图(bitmap),用以指示哪些包已经成功收到,哪些包尚未收到。传送端需要重传尚未收到的NAS包。
实施例4:无线电资源连接重建过程中接入层交换接入层包的接收状态报告
某些应用场景NAS包到AS层可能会进一步切包,并且部分AS包可能在断线前已经成功在接收端被接收,为了避免已经接收的AS包重传,此实施例提出了接入层优化方案。
用户设备根据待传输在层2(L2,Layer 2)在无线电资源连接重建过程中,保留仍在接入层缓冲区的所有数据包,在连接重建完成后接入层负责重传在层2中的接入层数据包。在重建流程中,网络侧可以跟用户设备交换接收端的收包接收状态报告,其中状态报告包含成功收包的位图,用来指示接收端的收包状态。若重建过程中,旧基站与新基站间有X2界面(X2interface),且旧基站可转传已收到的上行AS层包至新基站,并且将未传送的AS包组包送给MME由MME转送给新基站或直接透过X2接口送给新基站。则重建完成后,新基站可根据接收端收包的状态报告,传送未完成的AS层包,且客户端可根据新基站的收包的状态报告,传送未完成的AS层包。
即便旧基站与新基站间没有X2界面,接入层的重传仍可运作,只要在无线电资源连接重建过程中,用户设备与基站保留在接入层缓冲区的所有数据包,并且在重建流程中,网络侧可以跟用户设备交换接收端的收包接收状态报告来指示接收端的收包状态，则接入层可负责重传接入层缓冲区的数据包。若旧基站与新基站间没有X2界面,需重传的接入层数据包可能会多一些。
如此一来,无线电资源连接重建之数据包重传,可在接入层完成。
虽然本发明已就较佳实施例揭露如上，然其并非用以限制本发明。本发明所属技术领域中普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的变更和润饰。因此，本发明的保护范围当视之前的权利要求书所界定为准。

Claims (10)

1.一种无线电资源控制连接重建非接入层数据包重传方法，其特征在于，包括：
在无线通信网络中，用户设备在无线电资源控制连接状态待接到基站所服务的小区；
所述用户设备在所述无线电资源控制连接状态中发生无线电连接掉线；
所述用户设备发起无线电资源控制连接重建；以及
在所述无线电资源控制连接重建完成后，重传未成功发送的数据包。
2.如权利要求1所述的无线电资源控制连接重建非接入层数据包重传方法，其特征在于，在发生所述无线电连接掉线后，无线电资源控制层通知非接入层暂停数据发送。
3.如权利要求1所述的无线电资源控制连接重建非接入层数据包重传方法，其特征在于，在无线电资源控制连接重建过程的消息中新增last-Ul-NAS-Count及last-Dl-NAS-Count，并且所述用户设备与所述无线通信网络交换last-Ul-NAS-Count及last-Dl-NAS-Count，用以指示所述无线电资源控制连接重建之前所述无线通信网络收到及所述用户设备的非接入层成功收到的最后一个非接入层数据包的序号。
4.如权利要求1所述的无线电资源控制连接重建非接入层数据包重传方法，其特征在于，移动管理实体以所述用户设备的接收端的接收状态last-Dl-NAS-Count为下行重新传送的依据，所述用户设备基于所收到的last-Ul-NAS-Count，接续传送非接入层数据包至网络侧。
5.如权利要求1所述的无线电资源控制连接重建非接入层数据包重传方法，其特征在于，在无线电资源控制连接重建过程中,用户设备侧的无线电链路控制层行为重新定义。
6.如权利要求5所述的无线电资源控制连接重建非接入层数据包重传方法，其特征在于，所述用户设备侧的所述无线电链路控制层停止重组出的乱序的数据包，避免应用层收到所述乱序的数据包；在所述无线电资源控制连接重建完成后,所述用户设备侧的所述无线电链路控制层继续接收来自所述无线通信网络的非接入层数据包之后，由所述无线电链路控制层组成顺序数据包并传送给所述用户设备侧的上层。
7.如权利要求5所述的无线电资源控制连接重建非接入层数据包重传方法，其特征在于，所述无线电链路控制层在所述无线电资源控制连接重建过程中重组非接入层数据包并传送到所述用户设备侧的上层,并且通过收包状态报告指示缺漏的非接入层数据包。
8.如权利要求1所述的无线电资源控制连接重建非接入层数据包重传方法，其特征在于，在无线电资源控制连接重建过程中UE ID的完保不占用UL NAS COUNT，所述无线电资源控制连接重建过程中UE ID的完保可用last-Dl-NAS-Count来做完保。
9.如权利要求1所述的无线电资源控制连接重建非接入层数据包重传方法，其特征在于，在无线电资源控制连接重建过程中,所述用户设备与所述无线通信网络保留仍在接入层缓冲区的数据包,在所述无线电资源控制连接重建完成后，接入层负责重传所述接入层缓冲区的所述数据包。
10.如权利要求9所述的无线电资源控制连接重建非接入层数据包重传方法，其特征在于，在所述无线电资源控制连接重建过程中,网络侧跟所述用户设备交换接收端的收包接收状态报告，来指示所述接收端的收包状态，则所述接入层可负责重传所述接入层缓冲区的所述数据包。
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