CN1324190A - 在基站控制器与基站收发信台之间接口上支持互连网协议 - Google Patents

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Abstract

在EDGE系统中,一种IP隧道设置在该隧道支持的一个BSC(16)和每个BTS(18)之间;于是,分组能够隧穿BSC和BTS之间的电路交换Abis接口。

Description

在基站控制器与基站收发 信台之间接口上支持互连网协议
本发明涉及诸如GSM(全球移动电信系统)的移动电信网络，特别涉及EDGE(增强数据速率型的GSM改进)。
常规的电话网络是电路交换的，早期的移动电信网络自然也是电路交换的。后几代移动电信网络，如GPRS(通用分组无线电业务)是分组交换的，而分组交换的互连网协议(IP)的使用现在迅猛增长。
第二代GSM示于图1。GSM10包括无线电接入网(RAN)12和核心网(CN)14。在RAN内有许多基站控制器(BSC)16，每个基站控制器控制许多基站收发信台(BTS)18。BSC 16与BTS18通过接口Abis通信，接口Abis是电路交换的。移动终端20与某个BTS18相关联。在CN14内有许多移动交换中心(MSC)22。CN14和RAN12都是电路交换的。
随着IP使用的迅猛发展，非常需要用IP操作当前的设备；本发明的目标，是提供一种方案，使分组交换操作能在Abis接口上进行。
按照本发明，移动电信系统包括至少一个能支持多个副网络单元的主网络单元，每个副网络单元能支持多个移动用户，主网络单元通过电路交换接口与副网络单元通信，该移动电信系统的特征在于，在互连网协议隧道支持的主网络单元与副网络单元之间提供互连网协议隧道的装置。
当主网络单元是BSC，各副网络单元每个都是BTS时，该网络可以是EDGE网络。
在附图中，图1画出的是现有技术。仅以举例的方式，参照图2、3、和4说明本发明，其中：
图2画出IP隧道贯穿Abis接口；
图3画出一种典型的分组结构；和
图4画出一种IP隧道。
图2画出该协议的栈，这些栈采用IP作为接入/传送的载体，供BSC16和BTS18之间的层3/2的消息交换。在BSC16内有若干分组控制单元(PCU)30(图上画出两个)，载运着三种协议层：数据链路(DL)/物理层(PHY)32；IP层34；和GPRS层3/层2(数据业务和信令)消息层36。BTS18内还有两个信道编解码器单元(CCU)，如40，每个有数据链路层(DL)/物理层(PHY)42,IP层44，和GPRS L3/L2消息层46。在BSC16和BTS18之间还有Abis接口52(电路交换接口)。
在本发明的方案中，一种IP隧道，如隧道50，建立在BSC16的IP层34与BTS18的IP层44之间。当GPRS层2消息要在PCU30的层36与CCU40的层46之间交换时，该消息能通过IP隧道50并穿越Abis接口52；该消息或其他数据在IP分组内载运。
IP隧道是双向的，且该隧道的建立、维护、和关闭或释放，由BSC16控制。IP被用作隧穿层2和层3消息的接入载体及传送载体。
按该方式在Abis接口上对IP的支持，包括两个方面：
a)使用IP作为接入机制/协议
b)使用IP作为网络路由机制/协议
虽然在举例说明本发明时，以使用IP作为接入机制/协议的假定为基础，但底下的网络链路或路由/交换机制完全可以是非IP的，例如是ATM的。
当IP被用作接入或寻址协议时，该IP被用来标识业务源，而目的地和用户数据业务/信息，则在IP分组的有效负荷中载运，然后按目的地址的指示，路由至要求的目的地。该路由协议可以是IP的，也可以是非IP的，例如是ATM的。
在图2的例子中，DL层/物理层32、34，可以用ATM操作。
一种典型分组结构示于图3。该分组60有标题H62和有效负荷P，有效负荷P包括Abis消息类型字段A64和消息M66。
Abis消息类型字段64为八比特长，因而可以是二百五十六种消息中任何一种；该字段用于标识有效负荷66中的消息；当该Abis字段被用来把消息解复用时，该消息可以是在一对BTS和BSC之间同一个IP隧道上被复用的L3/L2消息。附加字段的这种用法，可以认为是适当推广至IETF(Internet Engineering Task Force，互连网工程特别工作组)标准协议。
现考虑IP作为网络路由机制的使用；IP被用作路由协议，把穿越网络(在主机/网络节点之间)的IP分组，通过网络链路路由。在这种情形下，IP被用作网络层路由协议，负责把IP分组穿越网络传递到目的地。该情形也明显包括用ATM作为路由/交换机制。
在该种网络中，BSC16和BTS18可以成为路由的中间节点。该中间节点，即BTS和BSC，读取分组的标题并把分组发送至正确的目的地。通过提供BSC或BTS的地址作为分组的目的地址，分组被路由至BSC16或BTS18(依赖于方向，是至移动台20或是来自移动台20)。分组标题和有效负荷如前面那样，通过IP隧道50在BSC和BTS之间传送，之后，继续在各自通道上传送。
十分重要的是，BSC16和BTS18之间的消息总是通过同一隧道50传播。这一点是能够达到的，办法是，用分组标题中BTS和BSC的显式IP地址作为分组的源地址和目的地址，然后把它们换位，以确保载运着层2/层3消息的响应而返回的IP分组，由相同的路由传播。
在一种方案中，对一个BTS中所有CCU的所有层2/层3消息，与该BTS相应的BSC共享同一个IP隧道；Abis消息类型字段被分为两个子字段，一个用于指示GPRS层2/层3消息，另一个用于指示CCU。在另一种方案中，建立一IP隧道并供PCU与一个CCU专用。来自不同CCU的各消息之间，不需要解复用。
利用所述方案，信令和数据消息在相同的IP隧道即隧道50上复用，于是在BTS18与BSC16之间提供了“点到点”的连通性。在接收端，不是BTS(对下行链路)便是BSC(对上行链路)，通过检索Abis消息类型字段，对隧穿的Abis消息进行解复用。
通过过滤IP标题62中相应字段，可以实现不同的处理和控制优先权。
适当的代码和信道的选择和分配，则根据包含在IP标题62和Abis消息类型字段64中分组处理优先权的信息。
RR(无线电资源)会话的成功建立，将激活与特定一组已经由BSC分配的代码和信道相关的一个有效的“IP隧道”。建立与该IP隧道对应的必要状态记录。
一个信道的消分配将把现有的有效IP隧道消激活，并且删除已记录的相关状态。
因为移动台20是漫游的，所以必须进行无线电资源的越区切换，BTS18不对越区切换进行识别或作出决定。一旦作出了越区切换的决定，BSC16向新的BTS发出IP隧道建立命令(对BSC内的越区切换)，随后把与移动台20有关的一切信息传输至新的BTS。在建立到达新的BTS的IP隧道之后，BSC16发出IP隧道关闭命令，关闭与刚刚完成越区切换的移动台20相关的到达BTS18的旧隧道。
无线电信道管理和地上信道管理由BSC16控制。现有的控制程序无需改变。
穿越Abis接口的消息序列不受IP隧穿的影响。附加的消息和消息交换序列，与IP隧道的建立、维护和释放有关，也与IP隧道上L3/L2的复用/解复用操作有关。要努力保持在L3/L2功能层与IP隧道层之间消息控制的最大公开性，以便能采纳进一步发展的机制。
IP隧道在BTS和BSC之间提供透明载体，除以最小集合的控制消息和控制程序添加的IP隧道层外，对现有接口的规格不带来变化，由于这样简单的事实，对当前标准化接口现有的O&M(操作与维护)的支持，几乎不受影响。
现有的分组优先化和区分，以及已经或正在由IETF(InternetEngineering Task Force，互连网工程特别工作组)定义的抢先权机制，能够调节至最大限度，以便达到灵活且有效的IP分组的优先权和抢先权。例如，显式IP分组优先级能够附于IP标题内，并把相关的抢先权信息，连同每个有效IP隧道相应的IP隧道状态记录，存储在BTS和BSC上。另一个例子是，能够利用DiffServ中定义的DS(DifierentiatedService，有区别服务)字段，以便获得与管理的队列结合的适当的分组优先权和抢先权。
由于使用IP隧道传送BTS和BSC之间的业务，能够很容易把现有的诸如DiffServ规定的IETF机制，引进分组的分类和服务质量(QoS)及CoS(Class ofService，服务等级)的区分。
连接BSC16和BTS 18的IP隧道50的一个简单模型，示于图4；每个BSC和BTS分别包含一Packet Classifier(分组分类器)和Marker(标志器)(PCM)以及Traffic Conditioner(业务调节器)(TC)56、58，附于隧道50的相应端。每隧道端点有一ID，分别是隧道ID(BSC)和隧道ID(BTS)；这些ID，除BSC和BTS的IP地址外，还用在分组的标题内，以保证各分组都通过该隧道路由。
每个PCM/TC查看每分组内的Abis消息类型字段，把分组分类，然后把分组的区别标记放进每分组的IP标题中。PCM按预定的规则把隧穿的Abis消息分类。
由每个PCM/TC56、58加上去的标记，可以按DSCP(DifferentiatedService Code Point，区分服务码点)格式。
对每个隧穿的分组，核查其DSCP，然后用该DSCP决定对应的转发优先权以及选取该转发行为所能达到的期望业务传输特性。一个超出预先商定的QoS分组，由PCM重新作标志，或者是Best-Effort(尽最大努力)类，或者由TC简单地作废。
因此，标准的QoS机制和诸如DiffServ的实时业务管理机制都能够支持，特别是
ⅰ)业务分类
ⅱ)拥塞管理
ⅲ)避免拥塞
ⅳ)排队
ⅴ)回程分集
借助诸如业务整形与警管(traffic shaping and policing)等装置，用通过TC56、58的适当业务流条件，可以实现拥塞管理。
借助结合三方联络(Request-Reply-Ack)机制的TC(整形/警管)的使用，可以避免拥塞，该三方联络(Request-Reply-Ack)机制在IP隧道每一端给出即时业务处理和负荷信息。
IP隧道的动态和灵活的管理，也能促进拥塞控制。建立和构造并适当调度分离的队列(CBQ,
Figure A0111708600091
Class BasedQueueing，基于分类的排队)，结合PCM/TC/DSCP采用WFQ(WeightedFair Queueing，加权合理排队)、RED(Random Earliest Detection，随机最先检测)，以保证高效且有效的业务分离(从用户数据分离信令)和QoS/CoS区分。
可以作出努力来保证与现有电路交换接口Abis的最大兼容性。由于通过IP隧道的透明传输性质，BTS(CCU)和BSC(PCU)被用作IP隧道的终点，在该处，从隧穿的IP分组提取Abis消息并送至电路交换Abis接口。不要求任何消息改变或协议转换。
本发明已经参照图2作了说明，图2画出BTS与BSC之间带有IP隧道的GPRS/EDGE系统内的BTS18和BSC16。本发明同样可以用于PCU分组控制单元或其在无线电网络控制器(RNC)与CCU信道代码单元中的等价装置，或其在UMTS(Universal Mobile TelephoneSystem，通用移动电话系统)的Node B中的等价装置。能够建立按相同方式传送分组的IP隧道。因此，由于越区切换控制是容易实现的，所以UMTS升级至EDGE是容易完成的。很大部分原因是越区切换时频繁地接通与断开的连通性，可以用简单的无状态的IP接入与路由机制而实现和维护，该IP接入与路由机制，是独立于基础链路层的控制和传送机制的。结果，能够极大地缩减要处理的额外开销和缩减建立连接的延迟，而使用面向连接机制则常常遭受建立连接的延迟。此外，越区切换的效率和可靠性，有望通过归于隧道的IP分组的动态路由能力的IP隧穿而改善。
如果中间网络链路是基于ATM的或其他非IP的，那么，在源处或目的地处，将没有IP可读取的分组地址。现在必须在ATM上用IP，或用IP交换或用MPLS(Multi-Protocol Label Switching，多协议标号交换)，以便通过该网络链路传送IP分组。上面关于支持基于IP的Abis的描述，适用于RFC791标准(V4)和RFC791标准(V6)。
虽然图2画出的PCU30，选择放在BSC16内，但该PCU可以放在网络中任何其他方便的位置。
作为另一个使用IP隧穿的例子，TCP/IP(Transport Control ProtocolIP，传送控制协议IP)或UDP/IP(User Data Protocol IP，用户数据协议IP)能用于业务信道上或信令信道上的信息交换。利用这些协议，没有必要使用任何合适的扩展(等价于包含Abis消息类型字段)。

Claims (10)

1．一种移动通信系统，包括至少一个能支持多个副网络单元(18)的主网络单元(16)，每个副网络单元能支持多个移动用户(20)，该主网络单元和副网络单元通过电路交换接口(52)通信，该移动通信系统的特征在于，装置(16)，把一种互连网协议隧道(50)设置在该隧道支持的主网络单元与副网络单元间。
2．按照权利要求1的系统，其中的主网络单元是基站控制器(16)，而副网络单元是基地收发信台(18)。
3．按照权利要求1的系统，其中的主网络单元是无线电网络控制器，而副网络单元是NodeB(节点B)。
4．按照权利要求2的系统，其中的互连网协议隧道，安排在基地收发信台(18)中的信道编解码器单元(40)与基站控制器(16)中的分组控制单元(30)之间，该信道编解码器单元(40)和分组控制单元(30)中每一个，都包括一数据链路层/物理层(32、42)、一互连网协议层(34、44)、和一GPRS层3/层2的消息层(36、46)。
5．按照前面权利要求任一款的系统，其中互连网协议隧道(50)的每一端，分别在每个主网络单元(16)和每个副网络单元(18)中附有一分组分类器和标志器(56、58)。
6．按照前面任一权利要求的系统，其中的电路交换接口是一Abis接口(52)。
7．按照权利要求6的系统，其中在主网络单元与副网络单元(16、18)之间传递的每个分组，在靠近分组标题被配置包含一个标识消息类型的Abis消息类型字段(64)。
8．按照权利要求7的系统，其中用Abis类型消息字段标识BTS中的副网络单元(40)。
9．按照权利要求7或权利要求8的系统，其中的消息和有效负荷，与GPRS层3/层2消息复用，而且，在分组到达其目的地时，Abis消息类型字段(64)被用来把该消息解复用。
10．按照权利要求1至5的任一款的系统，其中的电路交换接口，是第三代移动电信网络中RNC和Node B之间的接口。
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