CN1455531A

CN1455531A - 一种由基站侧完成各层协议栈处理的通信方法

Info

Publication number: CN1455531A
Application number: CN02116742A
Authority: CN
Inventors: 孙立新; 郑志彬; 陈月华; 陈德
Original assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Current assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Priority date: 2002-04-30
Filing date: 2002-04-30
Publication date: 2003-11-12
Anticipated expiration: 2022-04-30
Also published as: CN1219370C

Abstract

本发明公开了一种由基站侧完成各层协议栈处理的通信方法，其关键在于：当用户终端(UE)与核心网进行通信时，UE与核心网之间传输的所有用户数据或控制信令均在基站侧进行每层协议的处理，由基站完成数据的解析和信令的实施。该方法能够适于高速数据传输，简化复杂的处理过程，减少延时，提高系统效率，保证在网络与UE之间提供快速的反应机制。

Description

一种由基站侧完成各层协议栈处理的通信方法

技术领域

本发明涉及宽带码分多址(WCDMA)系统中无线接入网的通信技术，特别是指一种由基站侧完成各层协议栈处理的通信方法。

发明背景

在现有宽带码分多址(WCDMA)系统中，无线接入网(RAN)的网络结构如图1所示，无线接入网100主要包括基站节点(Node B)102和无线网络控制器(RNC)101两种实体。一个Node B102中包含有多个小区103，而一个RNC101又可以同时控制多个Node B102，这是一种典型的集中式网络结构。

针对目前的RAN结构，其接入层的协议栈构成如图2、图3所示。图2、图3分别是用户面和控制面的接入层协议栈分布结构示意图，图2、图3中虚线左侧的部分表示用户终端(UE)、Node B和RNC之间分层的对应关系图，虚线右侧的部分为UE、Node B和RNC之间的分层传送模型，其中，Uu表示UE和Node B之间的接口，Iub表示Node B和RNC之间的接口。从图中可以看出，现有接入网中的基站节点(Node B)仅仅处理物理层信息，而RNC则处理物理层、介质访问控制(MAC)、无线链路控制(RLC)层、以及无线资源控制协议(RRC)层或分组数据压缩协议(PDCP)层的全部信息，其中，RRC层属于控制面，PDCP层属于用户面。也就是说，现有接入网的Node B只处理物理层信息，其他接入部分的高层信息完全由RNC控制处理。因此，现有UE、Node B和RNC之间的通信过程一般是这样的：当UE有业务请求时，先发请求消息给Node B，Node B将该请求上报RNC，由RNC进行资源的管理调度与分配，并控制整个业务过程的实现，Node B在整个过程中只负责物理连接和数据信令传递。

由于通信系统中任何的数据传输和信令控制都要依赖于各层协议的支持，那么，基于上述协议栈结构，在数据传输过程中，UE侧先由PDCP对数据进行头压缩处理后发往RLC；RLC实施分片和级联后发往MAC；MAC根据当前数据包和配置的传输格式组合集合(TFCS)选择合适的传输格式组合(TFC)；最后由物理层根据选定的TFC进行编码调制后发送至NodeB侧；Node B侧由物理层根据确定的编码方式将数据发至RNC；RNC侧顺序由PHY层、MAC层、RLC层和PDCP层做解调译码、解组合、重组数据以及解压缩后，得到UE所发的数据包。

同样，在信令传输过程中，UE侧由RRC、RLC、MAC和PHY依次将信令消息封装、分片和级联、选择合适的TFC，最后按选定的TFC编码调制后发送至Node B侧；Node B侧由物理层根据确定的编码方式将该信令消息发至RNC；RNC侧顺序由PHY层、MAC层、RLC层和RRC层做解调译码、解组合、重组数据以及解封装后，得到UE所发的信令消息，而后，RNC根据该信令消息进行相应的处理。

但是，在上述传输过程中，由于现有协议栈中Node B只处理物理层协议，一旦需要采用资源管理进行判决的自适应技术，都需要在RNC中实现，网络到终端必须经过RNC到Node B，Node B到终端两个阶段，反之亦然，从而导致较长的时延，而且降低了Node B的处理能力。可见，将所有接入高层均放在RNC中的协议结构将不适应高速数据传输，在采用类似于自适应协调、反馈控制的技术后，该种协议结构不能保证高速、高效，因而难以适应高速数据传输的需求。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种由基站侧完成各层协议栈处理的通信方法，使其能适于高速数据传输，简化复杂的处理过程，减少延时，提高系统效率，保证在网络与UE之间提供快速的反应机制。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种由基站侧完成各层协议栈处理的通信方法，当用户终端(UE)与核心网进行通信时，UE与核心网之间传输的所有用户数据或控制信令均在基站侧进行每层协议的处理，由基站完成数据解析和信令实施。

该方法进一步包括：

当用户终端(UE)发送数据到网络时，UE将经过自身各层协议栈处理后的数据包由物理层(PHY)发给所属基站的物理层，经基站侧每层协议栈处理后，得到UE发送的原始数据包，然后，直接通过网络控制单元发至核心网。

当用户终端(UE)发送信令消息到网络时，该信令消息先由UE侧的每层协议栈处理，再通过UE侧的物理层(PHY)发给所属基站的物理层，经过基站侧各层协议栈的处理解析出该消息，基站根据消息内容进行相应的处理，之后，将处理结果由网络控制单元发给核心网。

在上述方法中，当UE发送用户数据时，UE侧协议栈处理进一步包括：将要发送的数据包在分组数据压缩协议(PDCP)层，由PDCP依次进行传输控制协议/用户数据报协议/网际协议(TCP/UDP/IP)头压缩后发往无线链路控制(RLC)层；RLC对数据包实施分片和级联后发往介质访问控制(MAC)；MAC选择合适的传输格式组合(TFC)；最后由物理层根据选定的TFC进行编码调制后，将数据包发给基站。

在上述方法中，当UE发送用户数据时，基站侧协议栈处理进一步包括：

a1.基站侧物理层接收到UE侧物理层发来的数据后，进行解调和译码；

b1.物理层将译码后的数据发往基站的MAC层，由MAC去掉相应的MAC控制头后，将相应数据包发往基站的RLC层；

c1.RLC层将分片和级联的数据进行重组，然后将数据包发往基站的PDCP层；

d1.PDCP层对经过压缩的TCP/UDP/IP头依次解压缩，得到UE最初发送的原始数据包，并通过传输承载将该数据包发往网络控制单元。

在上述方法中，当UE发送控制信令时，UE侧协议栈处理进一步包括：

无线资源控制协议(RRC)将本层的信令消息封装为数据包发往RLC层；RLC对该数据包实施分片和级联后发往MAC层；MAC选择合适的TFC；最后由物理层根据选定的TFC进行编码调制后发送给基站。

在上述方法中，当UE发送控制信令时，基站侧协议栈处理进一步包括：

a2.基站侧物理层接收到UE侧物理层发来的信令消息后，进行解调译码；

b2.物理层将译码后的数据发往基站的MAC层，由MAC去掉相应的MAC控制头，将相应数据包发往基站的RLC层；

c2.RLC层将分片和级联的数据进行重组，然后将数据包发往基站的RRC层；

d2.基站的RRC解析该消息并进行相应的处理，处理过程完成后，基站侧RRC将该消息的处理结果通过传输承载通知网络控制单元的RRC层。

本发明的方法中，基站将解析出的用户数据或消息处理的结果经由无线网络控制器(RNC)传送给核心网。或者，基站将解析出的数据经由接入网网关(RAN Gateway)路由至核心网；基站将对控制信令的处理结果经由无线网络控制服务器(RNC Server)转交至核心网。

由上述方案可以看出，本发明的关键在于：将原来RNC在各层协议栈对数据或控制信令的处理下移到基站进行，从而简化并加快通信的处理过程，提高数据和信令的处理速度。

因此，本发明所提供的由基站侧完成各层协议栈处理的通信方法，具有以下的优点和特点：

1)本发明中所采用的接入层协议栈结构，保留了WCDMA系统的分层协议以及每层协议的功能，只是将原来RNC对各层协议的处理下移到基站处理，即：对于用户面信息，由基站进行PHY、MAC、RLC和PDCP层协议处理，RNC不进行接入层的用户信息处理；对于控制面信息，基站实现PHY、MAC、RLC和RRC层协议处理，RNC中只实现部分RRC协议的处理。如此，可简化通信处理过程，降低传输时延，提高数据和信令处理速度及反馈速度，使其不仅支持高速数据传输，而且适用于优化Node B和RNC功能的接入网。

2)本发明所采用的协议分层，通过将接入层的用户面、控制面实体分离可以简化每个实体的设计，优化RNC和基站的功能，使其更适用于采用分布式网络结构的接入网结构，且保证网络与UE之间有快速的反应机制。

附图说明

图1为现有接入网的网络结构示意图；

图2为现有技术中接入层控制面协议栈的结构示意图；

图3为现有技术中接入层用户面协议栈的结构示意图；

图4为本发明接入层用户面协议栈的结构示意图；

图5为本发明接入层控制面协议栈的结构示意图；

图6为一种新型无线接入网的网络结构示意图；

图7为图6所示接入网中接入层用户面协议栈的结构示意图；

图8为图6所示接入网中接入层控制面协议栈的结构示意图。

具体实施方式

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。如图4、图5所示，在本发明中，当UE发送数据到网络时，UE将经过PDCP、RLC、MAC协议栈处理后的数据包，由PHY发给所属基站的PHY，经基站侧MAC、RLC、PDCP协议栈的处理后，得到UE发送的原始数据包，然后，直接通过网络控制单元发至核心网。当UE发送信令消息到网络时，该信令消息先由UE侧的RRC、RLC、MAC协议栈处理，再通过UE侧的PHY发给所属基站的PHY，经过基站侧MAC、RLC、RRC协议栈的处理解析出该消息，基站根据消息内容进行相应的处理，之后，将处理结果发给网络控制单元的RRC层，由网络控制单元转交给核心网。同样，UE通过相反的过程来接收核心网所发的数据和信令消息。可见，本发明中数据链路层MAC、RLC、PDCP的处理以及部分RRC的处理均终止于基站。

在本发明人的另一专利中，曾提出一种适用于高速分组数据传输的无线接入网结构，它由一个以上无线互联网基站子系统(WIBS)组成，如图6所示，每个WIBS600至少包括无线控制器服务器(RNC Server)601，用于处理核心网(CN)与无线互联网基站(WIB)之间的控制信令；若干个无线接入网网关(RAN Gateway)602，用于处理核心网与无线互联网基站之间的用户数据流，一个RAN Gateway服务于多个WIB；若干个无线互联网基站(WIB)603，用于管理一个或多个小区，实现与用户终端之间数据和控制信令的无线发射和接收，一个WIB603只由一个RAN Gateway602提供服务；以及分组交换承载网络604，用于传递RNC Server、RAN Gateway及WIB之间的交互信息。RNC Server601和每个RAN Gateway602直接与CN相连，RNC Server601、所有RAN Gateway602及所有WIB603分别通过各自的逻辑接口连接于同一个分组交换承载网络604上，使WIB之间、WIB与RAN Gateway之间、RAN Gateway与RNC Server之间可以经由各自的逻辑接口相互连接通信。

上述接入网结构相当于用WIB代替Node B，将原来的RNC分为RANGateway和RNC Server两部分，同时将RNC大部分资源管理功能下移至WIB中，将RNC本身的数据处理和控制信令处理功能也分隔开。由RANGateway进行接入层用户信息的处理，而RNC Server只进行控制信令的处理。图7即为适于图6所示接入网结构的用户面接入层协议栈模型，图7中虚线左侧的部分表示用户终端(UE)和WIB之间分层的对应关系图，虚线右侧的部分为UE、WIB和RAN Gateway之间的分层传送模型，其中，Uu表示UE和WIB之间的接口。可以看出，对于用户面数据信息来说，WIB可实现PHY层、MAC层、RLC层和PDCP层协议的处理，如此更有利于WIB中功能的实现，效率的提高。比如：适于RLC层的反馈重传机制在WIB中实现。在本实施例中，WIB即为本发明中的基站，负责处理数据部分的网络控制单元为RAN Gateway。

配合图7所示，当UE发送一个用户数据包到网络时，其具体的实现过程是这样的：

1)在UE侧，由于协议栈的结构并无变化，因此UE侧数据发送的过程与WCDMA原有过程一致，即：数据包发送给PDCP，依次由PDCP进行传输控制协议/用户数据报协议/网际协议(TCP/UDP/IP)头压缩后发往RLC；RLC对数据包实施分片和级联后发往MAC；MAC根据当前数据包和配置的传输格式组合集合(TFCS)选择合适的传输格式组合(TFC)；最后由物理层根据选定的TFC进行编码调制后，将处理过的数据包发送给基站。

2)在基站侧，由于协议栈的结构完全不同，因此基站侧对数据处理的过程也不同，相当于将原来RNC侧的处理全部移至基站一侧，具体包括以下步骤：

2a.基站侧物理层接收到UE侧物理层发来的数据后，进行解调和译码。

2b.基站侧物理层将译码后的数据发往基站的MAC层，由MAC去掉相应的MAC控制头后，将相应数据包发往基站的RLC层。

2c.基站侧RLC层执行重组功能，将分片和级联的数据进行重组，然后，将数据包发往基站的PDCP层。

2d.基站侧PDCP层对经过压缩的TCP/UDP/IP头依次解压缩，得到UE最初发送给PDCP的原始数据包。

2e.基站通过传输承载将这一数据包发往RAN Gateway，由其路由到核心网完成进一步处理。

类似的，UE通过相反的过程来接收由核心网络发给本UE的数据包。

图8为适于图6所示接入网结构的控制面接入层协议栈模型，图8中虚线左侧的部分表示用户终端(UE)和WIB之间分层的对应关系图，虚线右侧的部分为UE、WIB和RNC Server之间的分层传送模型，其中，Uu表示UE和WIB之间的接口。可以看出，对于控制面信息来说，WIB可实现PHY层、MAC层、RLC层和RRC层协议的处理，而RNC只实现RRC层协议的处理。在本实施例中，本发明中的基站指的就是WIB，负责处理控制信令部分的网络控制单元为RNC Server。

配合图8所示，当UE发送一个高层信令消息到网络时，其具体的实现过程是这样的：

1)在UE侧，由于协议栈的结构并无变化，因此UE侧信令消息发送的过程与WCDMA原有过程一致，即：RRC将本层的信令消息封装为数据包发往RLC层；RLC对该数据包实施分片和级联后发往MAC层；MAC根据当前数据包和配置的TFCS选择合适的TFC；最后由物理层根据选定的TFC进行编码调制后发送给基站。

2)在基站侧，由于协议栈的结构完全不同，因此基站侧对信令消息处理的过程也不同，相当于将原来RNC侧的处理全部移至基站一侧，具体包括以下步骤：

2a.基站侧物理层接收到UE侧物理层发来的信令消息后，进行解调和译码。

2b.基站侧物理层将译码后的数据发往MAC层，由MAC去掉相应的MAC控制头，将相应数据包发往RLC层。

2c.基站侧RLC层执行重组功能，将分片和级联的数据进行重组，然后，将数据包发往基站RRC层。

2d.基站的RRC通常直接解析这一消息，进行相应处理，如连接建立、测量报告等。

2e.在一个处理过程完成后，基站侧RRC直接将这一消息通过传输承载将处理结果通知RNC Server的RRC层，再通过RNC Server经Iu接口转交核心网处理。

类似的，UE通过相反的过程来接收核心网的信令消息和接入网的RRC信令消息。

上述协议栈处理模型中，RRC层分别由RNC Server和基站实现，这样针对RRC中功能不同，把类似于快速建立连接、快速反馈、资源调度等功能在基站中实现，而类似于一些数据管理、数据存储以及需要处理多个基站的内容放在RNC Server中实现。

本发明的方法同样也适用于优化的现有接入网结构，所谓优化的接入网结构就是指：重新划分Node B和RNC的功能，将RNC中有关资源管理和调度的功能移至Node B中实现，由Node B自己控制自身资源的分配。在这种情况下，RNC即为网络控制单元，Node B即为所述的基站，无论UE传输数据还是控制信令，均可如图4、图5所示，由Node B进行PHY层、MAC层、RLC层以及PDCP层或RRC层的协议处理，然后将得到的UE原始传输数据，或按UE所发信令完成操作后的处理结果发送给RNC，经由RNC送至核心网络做进一步处理。

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。

Claims

1、一种由基站侧完成各层协议栈处理的通信方法，其特征在于：

当用户终端(UE)与核心网进行通信时，UE与核心网之间传输的所有用户数据或控制信令均在基站侧进行每层协议的处理，由基站完成数据解析和信令实施。

2、根据权利要求1所述的通信方法，其特征在于该方法进一步包括：

当用户终端(UE)发送用户数据到网络时，UE将经过自身各层协议栈处理后的数据包由物理层(PHY)发给所属基站的物理层，经基站侧每层协议栈处理后，得到UE发送的原始数据包，然后，直接通过网络控制单元发至核心网。

3、根据权利要求1所述的通信方法，其特征在于该方法进一步包括：

4、根据权利要求2所述的通信方法，其特征在于UE侧协议栈处理进一步包括：

要发送的数据包在分组数据压缩协议(PDCP)层，由PDCP依次进行传输控制协议/用户数据报协议/网际协议(TCP/UDP/IP)头压缩后发往无线链路控制(RLC)层；RLC对数据包实施分片和级联后发往介质访问控制(MAC)；MAC选择合适的传输格式组合(TFC)；最后由物理层根据选定的TFC进行编码调制后，将数据包发给基站。

5、根据权利要求2所述的通信方法，其特征在于基站侧协议栈处理进一步包括：

6、根据权利要求3所述的通信方法，其特征在于UE侧协议栈处理进一步包括：

7、根据权利要求3所述的通信方法，其特征在于基站侧协议栈处理进一步包括：

8、根据权利要求2或3所述的通信方法，其特征在于：基站将解析出的数据或消息处理的结果经由无线网络控制器(RNC)传送给核心网。

9、根据权利要求2或3所述的通信方法，其特征在于：基站将解析出的用户数据经由接入网网关(RAN Gateway)路由至核心网；基站将对控制信令的处理结果经由无线网络控制服务器(RNC Server)转交至核心网。