CN1175601C - 无线接入网中用户面传输网络层服务质量区分的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用于WCDMA系统IP传输无线接入网Iub/Iur接口的用户面传输网络层服务质量(QoS)区分的方法，通过在无线网络子系统应用部分(RNSAP)、节点B应用部分(NBAP)相关消息中增加可选的QoS参数，让节点B(Node B)、漂移无线网络控制器(DRNC)知道专用传输信道帧协议数据单元(DCH FP PDU)应用层的QoS信息，依据这个QoS参数来进行DCH FP PDU Iub/Iur接口传输网络层的QoS区分。当Iub/Iur采用低速链路时，Node B/RNC可以依据DCH FP PDU应用层的QoS信息进行和ML/MCPPP优先级之间的映射。同时可以对不同类型业务的DCH FPPDU提供不同的传输网络层QoS类别，更加有效的利用IP网络的资源。
Description
技术领域
本发明涉及宽带码分多址(WCDMA)移动通信系统，尤其涉及WCDMA系统的无线接入网系统基于IP传输时的一种用户面传输网络层服务质量(QoS)区分的方法。
背景技术
通用移动通信系统(UMTS：Universal Mobile TelecommunicationSystems)是采用WCDMA空中接口的第三代移动通信系统。通常也把UMTS系统称为WCDMA通信系统。UMTS系统的逻辑网络单元从功能上可以分为UMTS地面无线接入网(UTRAN：UMTS Terrestrial Radio Access Network)和核心网(CN：Core Network)。其中UTRAN用于处理所有与无线有关的功能，而CN处理UMTS系统内所有的话音呼叫和数据连接与外部网络的交换和路由。上述两个网络单元与用户终端设备(UE：User Equipment)一起构成了整个UMTS系统。
参见图1所示的UTRAN网络结构，UTRAN包括许多通过Iu接口连接到CN的无线网络子系统(RNS)。一个RNS包括一个无线网络控制器(RNC：Radio Network Control)和一个或多个无线基站(Node B)。Node B包括一个或多个小区，通过Iub接口连接到RNC。RNC负责决定UE的切换，具有合并/分离功能，用以支持在不同Node B之间的宏分集。RNC间通过Iur接口交互信息，Iur接口可以是RNC之间物理的直接相连或通过适当的传输网络实现。
在无线接入承载(RAB)建立的过程中，核心网CN通过无线接入网应用部分(RANAP)发给服务RNC(SRNC)的“RAB分配请求”(RABAssignment Request)消息中包含RAB参数，其中指明了业务的类型(TrafficClass)包括会话、流、交互、背景，最大比特率，保证比特率，传送时延等等。RANAP是Iu接口的无线网络层。不同类型业务的RAB属性的具体参数可以参见表1所示。
表1
| Traffic class业务类型 | Conversational class会话 | Streaming class流 | Interactive class交互 | Background class背景 |
| Maximum bitrate(kbps)最大比特率 | ＜2048(1)(2) | ＜2048(1)(2) | ＜2048-头开销(overhead)(2)(3) | ＜2048-头开销(overhead)(2)(3) |
| Delivery order递交次序 | Yes/No | Yes/No | Yes/No | Yes/No |
| Maximum SDU size(octets)最大SDU尺寸 | ＜＝1500 or 1502(4) | ＜＝1500 or 1502(4) | ＜＝1500 or 1502(4) | ＜＝1500 or 1502(4) |
| SDU formatinformationSDU格式信息 | (5) | (5) | ||
| Delivery oferroneous SDUs错误SDU的递交 | Yes/No/- | Yes/No/- | Yes/No/- | Yes/No/- |
| Residual BER残留错误率 | 5*10-2，10-2，5*10-3，10-3，10-4，10-6 | 5*10-2，10-2，5*10-3，10-3，10-4，10-5，10-6 | 4*10-3，10-5，6*10-8(6) | 4*10-3，10-5，6*10-8(6) |
| SDU error ratioSDU错误率 | 10-2，7*10-3，10-3，10-4，10-5 | 10-1，10-2，7*10-3，10-3，10-4，10-5 | 10-3，10-4，10-6 | 10-3，10-4，10-6 |
| Transfer delay(ms)传送时延 | 80-maximumvalue(最大值) | 250-maximumvalue(最大值) | ||
| Guaranteed bit rate(kbps)保证的比特率 | ＜2048(1)(2) | ＜2048(1)(2) | ||
| Traffic handlingpriority业务量处理优先级 | 1，2，3(7) | |||
| Allocation/Retention priority分配/保持优先级 | 1，2，3(7) | 1，2，3(7) | 1，2，3(7) | 1，2，3(7) |
| Source statisticdescriptor源端统计描述 | 语音/未知Speech/unknown | 语音/未知Speech/unknown |
UMTS的QoS可以分为四类：会话、流、交互、背景。实时业务包括会话和流，典型的会话应用如语音，典型的流应用如视频等。非实时应用包括交互和背景，典型的交互应用如Web浏览、典型的背景应用如email等。这四种类型应用QoS需求的差别是很大的。
SRNC知道了RABs的相对和绝对的QoS需求，可以进行和传输网络层QoS的映射。对于Iu接口、SRNC到漂移RNC(DRNC)方向的Iur接口、SRNC到Node B方向的Iub接口，最简单的方法可以根据RAB QoS参数中的业务类型(Traffic Class)来进行传输网络层的QoS区分。
对于Iub/Iur接口用户面，当WCDMA系统的UTRAN地面接口的传输是基于AAL2/ATM时，或者不提供Iub/Iur接口的传输网络层QoS区分，所有业务都采用时延紧迫的业务类型，或者依靠SRNC在传输网络控制协议ALCAP建立请求(ALCAP Establish Request)消息中带有路径类型参数(PathType IE)，用来给DRNC/Node B进行传输网络层的QoS区分。
由于IP的诸多优点和全球IP浪潮的冲击，WCDMA系统在UTRAN中引入IP作为可选的传输技术，在不改变UTRAN网络结构的情况下在Iu/Iur/Iub接口上采用IP技术来传输信令和用户数据。对于DRNC和Node B，由于目前的无线应用层RNSAP、NBAP中并没有象RAB QoS需求这样的参数存在，DRNC和NodeB不知道应用层的QoS信息。而基于IP传输时Iub/Iur接口用户面传输承载的建立不需要传输控制协议ALCAP，因此，Node B、DRNC中没有应用层的QoS信息，无法进行Node B到控制RNC(CRNC)方向的Iub接口、DRNC到SRNC方向的Iur接口用户面传输网络层的QoS区分。
由于现有技术UTRAN基于IP传输时，Node B、DRNC中没有应用层的QoS信息，无法进行Node B到CRNC方向的Iub接口、DRNC到SRNC方向的Iur接口用户面传输网络层的QoS区分，往往会带来很多问题。例如：
1、IP传输时如果Iub/Iur接口物理层采用低速链路如E1/T1时，线路的传输时延比较大，如1500字节Byte的数据包通过E1需要6.25毫秒(ms)，为了防止实时的语音小包不被大的数据包阻塞，需要采用数据链路层的分片技术多链路多类别点到点协议ML/MCPPP，对不同的业务分配不同的ML/MCPPP优先级class。只有Node B/DRNC知道应用层的QoS信息才能进行ML/MCPPP优先级class和应用层QoS信息之间的映射。
2、即使Iub/Iur采用高速接口，如果不进行传输网络层的QoS区分，所有类型业务都采用实时的QoS等级，也会大量的浪费IP网络的资源。
发明内容
本发明的目的就在于提供一种UTRAN基于IP传输时的WCDMA系统的Iub/Iur接口用户面传输网络层服务质量(QoS)区分的方法。
一种应用于无线接入网系统基于IP传输的WCDMA系统的Iur接口用户面传输网络层服务质量(QoS)区分的方法，至少包括以下步骤：
SRNC在无线网络子系统应用部分(RNSAP)的无线网络控制面建立(Radio Network Control Plane Setup)类消息中包括分配的传输承载标识“SRNC的IP地址”和“UDP端口号”，以及“应用层QoS参数”；
DRNC依据“应用层QoS参数”进行传输网络层的QoS区分，和传输承载标识一起用于建立DRNC到SRNC方向的Iur传输承载。
上述的Iur接口用户面传输网络层服务质量(QoS)区分的方法，进一步包括以下步骤：
DRNC在无线网络子系统应用部分(RNSAP)的无线网络控制面响应(Radio Network Control Plane Response)类消息中返回分配的传输承载标识“DRNC的IP地址”和“UDP端口号”，SRNC依据无线接入承载(RAB)QoS参数进行传输网络层的QoS区分，和传输承载标识一起用于建立SRNC到DRNC方向的Iur传输承载。
上述的无线网络子系统应用部分(RNSAP)的无线网络控制面建立(RadioNetwork Control Plane Setup)类消息包括：
无线链路建立请求(Radio Link Setup Request)、无线链路重配置准备(Radio Link Reconfiguration Prepare)、无线链路重配置请求(Radio LinkReconfiguration Request)。
进一步的，上述的“应用层QoS参数”选择为无线接入承载(RAB)参数中的业务类型(Traffic Class)，共分为会话、流、交互、背景四种类型。
一种应用于无线接入网系统基于IP传输的WCDMA系统的Iub接口用户面传输网络层服务质量(QoS)区分的方法，至少包括以下步骤：
CRNC在节点B应用部分(NBAP)的无线网络控制面建立(RadioNetwork Control Plane Setup)类消息中包括分配的传输承载标识“CRNC的IP地址”和“UDP端口号”，以及“应用层QoS参数”；
Node B依据“应用层QoS参数”进行传输网络层的QoS区分，和传输承载标识一起用于建立Node B到CRNC方向的Iub传输承载。
上述的Iub接口用户面传输网络层服务质量(QoS)区分的方法，进一步包括以下步骤：
Node B在节点B应用部分(NBAP)的无线网络控制面响应(RadioNetwork Control Plane Response)类消息中返回分配的传输承载标识“Node B的IP地址”和“UDP端口号”，CRNC依据“应用层QoS参数”进行传输网络层的QoS区分，和传输承载标识一起用于建立CRNC到NodeB方向的Iub传输承载。
上述节点B应用部分(NBAP)的无线网络控制面建立(Radio NetworkControl Plane Setup)类消息包括：
无线链路建立请求(Radio Link Setup Request)、无线链路重配置准备(Radio Link Reconfiguration Prepare)、无线链路重配置请求(Radio LinkReconfiguration Request)。
当CRNC为SRNC时，所述的“应用层QoS参数”从无线接入承载(RAB)参数中获得；
当CRNC为DRNC时，所述的“应用层QoS参数”从Iur接口无线网络子系统应用部分(RNSAP)消息中获得并转发给Node B。
进一步的，所述的“应用层QoS参数”选择从无线接入承载(RAB)参数中的业务类型(Traffic Class)获得，共分为会话、流、交互、背景四种类型。
本发明方法很好地解决了WCDMA系统UTRAN基于IP传输时Iub/Iur接口用户面传输网络层的QoS区分问题，可以更加有效地利用IP网络的资源。
附图说明
图1为UTRAN的网络结构示意。
图2为IP传输Iur接口DCH FP PDU传输承载建立流程。
图3为IP传输Iub接口DCH FP PDU传输承载建立流程。
图4为一种可能的IP传输Iub接口示例。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本发明进行进一步详细的说明。
在WCDMA系统的UTRAN基于IP传输时，本发明通过在RNSAP、NBAP相关消息中增加可选的应用层QoS参数，让Node B和DRNC知道应用层的QoS信息，依据这个QoS参数来进行Iub/Iur接口用户面传输网络层的QoS区分。
参见图2所示，IP传输Iur接口专用传输信道(DCH)帧协议数据单元(FP PDU)传输承载的建立流程：
步骤1：SRNC在RNSAP的无线网络控制面建立(Radio Network ControlPlane Setup)一类的消息中包括了为这个FP PDU分配的传输承载标识SRNCIP地址(Address)、UDP端口号(Port Number)，应用层QoS参数(parameter)，DRNC依据应用层QoS参数进行传输网络层QoS区分，和传输承载标识一起用于建立DRNC到SRNC方向的lur传输承载。
步骤2：DRNC在RNSAP的无线网络控制面响应(Radio Network ControlPlane Response)一类的消息中返回为这个FP PDU分配的传输承载标识DRNC IP地址(Address)、UDP端口号(Port Number)。SRNC可以依据RAB QoS参数进行传输网络层QoS区分，和传输承载标识一起用于建立SRNC到DRNC方向的Iur传输承载。
相关的RNSAP基本过程包括：无线链路建立(Radio Link Setup)、同步无线链路重配置准备(Synchronised Radio Link ReconfigurationPreparation)、异步无线链路重配置(Unsynchronised Radio LinkReconfiguration)。
相应的RNSAP无线网络控制面建立(Radio Network Control PlaneSetup)消息有无线链路建立请求(Radio Link Setup Request)、无线链路重配置准备(Radio Link Reconfiguration Prepare)、无线链路重配置请求(RadioLink Reconfiguration Request)。
参见图3所示，IP传输Iub接口专用传输信道(DCH)帧协议数据单元(FP PDU)传输承载的建立流程：
步骤1：CRNC在NBAP的无线网络控制面建立(Radio Network ControlPlane Setup)一类的消息中包括为这个FP PDU分配的传输承载标识CRNCIP地址(Address)、UDP端口号(Port Number)，应用层QoS参数(parameter)。Node B依据应用层QoS参数进行传输网络层QoS区分，和传输承载标识一起用于建立Node B到CRNC方向的Iub传输承载。
步骤2：Node B在NBAP的无线网络控制面响应(Radio Network ControlPlane Response)一类的消息中返回为这个FP PDU分配的传输承载标识Node B IP地址(Address)、UDP端口号(Port Number)。CRNC可以依据应用层QoS参数进行传输网络层QoS区分，和传输承载标识一起用于建立CRNC到NodeB方向的Iub传输承载。
相关的NBAP基本过程包括：无线链路建立(Radio Link Setup)、同步无线链路重配置准备(Synchronised Radio Link ReconfigurationPreparation)、异步无线链路重配置(Unsynchronised Radio LinkReconfiguration)。
相应的NBAP无线网络控制面建立(Radio Network Control Plane Setup)消息有无线链路建立请求(Radio Link Setup Request)、无线链路重配置准备(Radio Link Reconfiguration Prepare)、无线链路重配置请求(Radio LinkReconfiguration Request)。
如果CRNC为SRNC，SRNC可以从RAB参数中得出应用层QoS参数，如果CRNC为DRNC，DRNC将从Iur接口RNSAP消息中得到的应用层QoS参数转发给Node B，并依据应用层QoS参数进行DRNC到Node B方向的Iub接口传输网络层QoS区分。
以上的过程都是针对Iub/Iur接口专用传输信道(DCH)的FP PDU传输网络层的QoS区分，包括FDD和TDD两种模式。对于公共传输信道的FP PDU，Iub/Iur接口的传输网络层QoS可以固定分配。
应用层QoS参数最简单的选择可以为RAB参数中的业务类型(TrafficClass)，共分会话、流、交互、背景四种。
Iub/Iur接口应用层QoS参数和传输网络层QoS的映射和IP UTRAN采用的QoS策略有关，大致有以下几种方法：
1、Node B/DRNC依据不同的应用层QoS需求，对应于预先配置的不同UDP/IP端口，路由器也进行相应的预先配置。
2、Node B/DRNC依据不同的应用层QoS需求，选择不同的UDP/IP端口，并采用资源预留协议(RSVP)信令来通知路由器不同UDP/IP端口对应的QoS需求。
3、Node B/DRNC依据不同的应用层QoS需求对每个IP包进行区分服务(Diffserv)编码，路由器只需进行Diffserv的每跳处理(PHB)，应用层QoS需求和Diffserv编码之间的映射关系可以由运营商根据网络的情况来进行配置。
IP传输Iur接口用户面传输网络层QoS区分具体的实施可以在WCDMAR5版本的25.423 RNSAP的DCH Specific Info中增加业务类型参数(TrafficClass IE)，具体需要修改的IE包括：DCH FDD Information、FDD DCHs toModify、DCH TDD Information、TDD DCHs to Modify。
RNSAP新增加的Traffic Class IE如表2所示，在DCH FDD Information增加Traffic Class IE可以参见表3，其余IE的修改与此类似请恕不再罗例。
IP传输Iub接口用户面传输网络层QoS区分具体的实施与Iur接口类似，可以在WCDMA R5版本的25.433 NBAP中增加业务类型参数(Traffic ClassIE)，请见表2，并在相关IE的DCH Specific Info增加业务类型参数(TrafficClass IE)，具体需要修改的IE包括：DCH FDD Information、DCHs FDD toModify、DCH TDD Information、DCHs TDD to Modify。
表2
| IE/Group NameIE/组名 | Presence出现 | Range范围 | IE type and referenceIE类型和参考 |
| Traffic Class业务类型 | C-ifIP只在IP传输时出现 | ENUMERATED(conversational，streaming，interactive，background，...)枚举类型(会话，流，交互，背景...) |
表3
| IE/组名(IE/Group Name) | 出现(Presence) | 范围(Range) | IE类型和参考(IE type andreference) | 语义描述(Semanticsdescription) | 重要程度(Criticality) | 分配的重要程度(AssignedCriticality) |
| DCH FDD信息 | 1..<最大DCH数目> | |||||
| 净荷CRC存在指示 | 始终出现 | 9.2.1.42 | ||||
| 上行FP模式 | 始终出现 | 9.2.1.67 | ||||
| 到达时间窗口起点 | 始终出现 | 9.2.1.58 | ||||
| 到达时间窗口终点 | 始终出现 | 9.2.1.57 | ||||
| DCH特殊信息 | 1..<最大DCH数目> | |||||
| DCH ID | 始终出现 | 9.2.1.16 | ||||
| Iur传送关联 | 只在IP传输时出现 | 9.2.1.3A | ||||
| 传输层地址 | 只在IP传输时出现 | 9.2.1.62 | ||||
| 传输信道源端统计描述 | 始终出现 | 9.2.1.65 | ||||
| 传输格式集 | 始终出现 | 9.2.1.64 | 用于上行 | |||
| 传输格式集 | 始终出现 | 9.2.1.64 | 用于下行 | |||
| 传输块误码率 | 始终出现 | 9.2.1.4 | 用于上行 | |||
| 传输块误码率 | 始终出现 | 9.2.1.4 | 用于下行 | |||
| 分配/保持优先级 | 始终出现 | 9.2.1.1 | ||||
| 业务类型 | 只在IP传输时出现 | |||||
| 帧处理优先级 | 始终出现 | 9.2.1.29 | ||||
| 质量估计选择 | 始终出现 | 9.2.1.46A | ||||
| 动态资源分配控制 | 始终出现 | 9.2.2.13 | ||||
| 保证比特信息 | 可选 | 9.2.1.30M | 是 | 忽略 |
图4为一种可能的IP传输Iub接口，Node B和边缘路由器之间通过E1/T1低速链路连接，RNC和边缘路由器之间采用高速链路连接。E1/T1低速链路采用ML/MCPPP来实现数据链路层的优先级区分，IP网络采用Diffserv QoS机制。
RNC到Node B方向的下行传输，RNC依据应用层QoS信息Traffic Class将不同类型业务的FP PDU的IP包进行Diffserv编码，具体的编码由运营商根据网络的情况来配置。IP网络根据不同的Diffserv编码执行不同的转发策略，在边缘路由器1上进行Diffserv编码和ML/MCPPP优先级Class之间的映射，边缘路由器1在E1/T1低速链路上根据不同的ML/MCPPP的优先级Class进行发送调度，最后Node B接收。
Node B到RNC方向的上行传输，Node B依据应用层QoS信息TrafficClass对不同类型业务的FP PDU的IP包进行Diffserv编码、选择不同的ML/MCPPP的Class。Node B在E1/T1低速链路上根据不同的ML/MCPPP的优先级Class进行发送调度，边缘路由器1接收后根据FP PDU的IP包不同的Diffserv编码执行不同的转发策略，最后到达RNC。
通过应用层QoS信息业务类型Traffic Class和Diffserv编码、ML/MCPPP的优先级Class之间的映射，很好了完成了Iub接口传输网络层的QoS区分。
在UTRAN基于IP传输的WCDMA系统，本发明通过在RNSAP、NBAP相关消息中增加可选的QoS参数，让Node B、DRNC知道DCH FP PDU应用层的QoS信息，依据这个QoS参数来进行DCH FP PDU Iub/Iur接口传输网络层的QoS区分。主要的效果包括：
1、当Iub/Iur采用低速链路如E1/T1时，在Node B/RNC可以依据DCHFP PDU应用层的QoS信息进行ML/MCPPP优先级之间的映射。
2、可以对不同类型业务的DCH FP PDU提供不同的传输网络层QoS类别，更加有效的利用IP网络的资源。
Claims (9)
1、一种应用于WCDMA系统IP传输无线接入网的Iur接口用户面传输网络层服务质量区分的方法，该WCDMA系统包括UTRAN、CN以及UE，其中UTRAN由多个通过Iu接口连接到CN的RNS组成，一个RNS包括一个RNC和一个或多个Node B；其特征在于该方法至少包括以下步骤：
SRNC在无线网络子系统应用部分的无线网络控制面建立类消息中包括分配的传输承载标识“SRNC的IP地址”和“UDP端口号”，以及“应用层QoS参数”；
DRNC依据“应用层QoS参数”进行传输网络层的QoS区分，和传输承载标识一起用于建立DRNC到SRNC方向的Iur传输承载。
2、根据权利要求1所述的Iur接口用户面传输网络层服务质量区分的方法，其特征在于进一步包括以下步骤：
DRNC在无线网络子系统应用部分的无线网络控制面响应类消息中返回分配的传输承载标识“DRNC的IP地址”和“UDP端口号”，SRNC依据无线接入承载QoS参数进行传输网络层的QoS区分，和传输承载标识一起用于建立SRNC到DRNC方向的Iur传输承载。
3、根据权利要求1所述的Iur接口用户面传输网络层服务质量区分的方法，其特征在于所述的无线网络子系统应用部分的无线网络控制面建立类消息包括：
无线链路建立请求、无线链路重配置准备、无线链路重配置请求。
4、根据权利要求1所述的Iur接口用户面传输网络层服务质量区分的方法，其特征在于：
所述的“应用层QoS参数”选择为无线接入承载参数中的业务类型，共分为会话、流、交互、背景四种类型。
5、一种应用于WCDMA系统IP传输无线接入网的Iub接口用户面传输网络层服务质量区分的方法，该WCDMA系统包括UTRAN、CN以及UE，其中UTRAN由多个通过Iu接口连接到CN的RNS组成，一个RNS包括一个RNC和一个或多个Node B；其特征在于该方法至少包括以下步骤：
CRNC在节点B应用部分的无线网络控制面建立类消息中包括分配的传输承载标识“CRNC的IP地址”和“UDP端口号”，以及“应用层QoS参数”；
Node B依据“应用层QoS参数”进行传输网络层的QoS区分，和传输承载标识一起用于建立Node B到CRNC方向的Iub传输承载。
6、根据权利要求5所述的Iub接口用户面传输网络层服务质量区分的方法，其特征在于进一步包括以下步骤：
Node B在节点B应用部分的无线网络控制面响应类消息中返回分配的传输承载标识“Node B的IP地址”和“UDP端口号”，CRNC依据“应用层QoS参数”进行传输网络层的QoS区分，和传输承载标识一起用于建立CRNC到Node B方向的Iub传输承载。
7、根据权利要求5所述的Iub接口用户面传输网络层服务质量区分的方法，其特征在于所述的节点B应用部分的无线网络控制面建立类消息包括：
无线链路建立请求、无线链路重配置准备、无线链路重配置请求。
8、根据权利要求5或6所述的Iub接口用户面传输网络层服务质量区分的方法，其特征在于：
当CRNC为SRNC时，所述的“应用层QoS参数”从无线接入承载参数中获得；
当CRNC为DRNC时，所述的“应用层QoS参数”从Iur接口无线网络子系统应用部分消息中获得并转发给Node B。
9、根据权利要求8所述的Iub接口用户面传输网络层服务质量区分的方法，其特征在于：
所述的“应用层QoS参数”选择从无线接入承载参数中的业务类型获得，共分为会话、流、交互、背景四种类型。
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