CN1627756A - 地面无线接入网与核心网之间接口连接的管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及通用移动通信系统接口连接的管理方法，公开了一种地面无线接入网与核心网之间接口连接的管理方法，使得异常情况下Iu连接得到监测，防止Iu连接被挂死，同时建立对Iu连接资源利用的监测，提高Iu资源使用效率。这种地面无线接入网与核心网之间接口连接的管理方法包含以下步骤：ASGSN判断来自移动台的会话管理消息是否为预期的消息类型，如果不是则进入步骤B；B判断是否能够根据会话管理消息所携带的事务标识的值定位到PDP上下文，如果不是则进入步骤C；C判断移动台是否正在使用Iu连接，如果不是则释放Iu连接。

Description

地面无线接入网与核心网之间接口连接的管理方法

技术领域

本发明涉及通用移动通信系统接口连接的管理方法，特别涉及服务GPRS支持节点对Iu连接的管理方法。

背景技术

通用分组无线业务(General Packet Radio Service，简称“GPRS”)网络是一种基于全球移动系统(Global System of Mobility，简称“GSM”)网络的新一代蜂窝移动通信网络。为了支持GPRS功能，在现有GSM网络中需要增加一些节点，如网关GPRS支持节点(Gateway GPRS SupportNode，简称“GGSN”)、服务GPRS支持节点(Serving GPRS Support Node，简称“SGSN”)，它们都属于GPRS支持节点(GPRS Support Node，简称“GSN”)。另外，在第三代移动通信(The Third Generation，简称“3G”)通用移动通信系统(Universal Mobile Telecommunications System，简称“UMTS”)的核心网中，也支持GPRS功能，同样有GGSN和SGSN等GSN节点。

GSN是GPRS网络中最重要的网络节点，具有移动路由管理功能，可以连接各种类型的数据网络，并可以连接到GPRS寄存器，可以完成移动台和各种数据网络之间的数据传送和格式转换。其中SGSN的主要作用是记录移动台的当前位置信息，并且在移动台和GGSN之间完成移动分组数据的发送和接收。GGSN主要起网关作用，它可以和多种不同的数据网络连接，如综合业务数据网、以太网等。

而UMTS可分为无线接入网(UMTS terrestrial radio access network，简称“UTRAN”)和核心网(core network，简称“CN”)两部分，二者通过通用移动通信系统接口(Interface of UMTS，简称“Iu”)连接。UMTS地面无线接口采用完全不同于目前GSM无线接口技术，使用新的频段、新的无线传输技术和话音编码形式，可提供高达2兆的带宽。UMTS核心网是在GSM/GPRS基础上发展起来的全IP骨干网。从逻辑上可分为电路交换域(Circuits Switch，简称“CS”)和分组交换域(Packet Switch，简称“PS”)。CS域是UMTS的电路交换核心网，用于支持电路数据业务，主要设备是移动交换中心(Mobile Switch Center，简称“MSC”)，实现语音业务交换；PS域是UMTS的分组业务核心网，用于支持GPRS和一些多媒体业务，主要设备SGSN、GGSN和计费网关(Charging Gateway，简称“CG”)等。在UMTS中，传令控制和数据传输是分离的。

UTRAN基本的功能实体是B节点(Node B)和无线网络控制器(RadioNetwork Controller，简称“RNC”)。其中，B节点相当于GSM的基站接收台，而RNC相当于GSM的基站控制台。

RNC与CN和B节点分别通过Iu和Iub接口连接，不同RNC由Iur接口相连。Iur涉及到软交换和位置更新。RNC内部、Iub、Iu接口通常采用异步传输方式(Asynchronous Transfer Mode，简称“ATM”)交换、传输。由于在现有GPRS系统的基础上，为3G无线接入做重新部署需耗费的巨大投资和时间，同时为了使现有的网络资源得到最大限度的利用，比较经济可靠的方法是使GPRS核心网同时支持GPRS和UMTS两种接入方式，在数据业务繁忙地区首先引入UTRAN，业务量少的地方仍然维持GPRS基站子系统。

图1示出了GPRS/UMTS网络的系统结构。其中核心网中与SGSN通过Gs接口与移动交换中心/拜访位置寄存器(MSC/Visit Location Register，简称“MSC/VLR”)相连；不同公用陆地移动网(Public Land Mobile Network，简称“PLMN”)中的SGSN之间通过Gp互连；SGSN通过Lg接口与关口移动位置中心(Gateway Mobile Location Center，简称“GMLC”)相连；SGSN通过Ge接口与业务控制点(Service Control Point，简称“SCP”)；SGSN通过Gd接口与短消息中心(Short Message Center，简称“SMC”)相连；SGSN通过Gr接口与归属位置寄存器/鉴权中心(Home LocationRegister/Authentication Center，简称“HLR/AUC”)；SGSN通过Gn接口与GGSN相连，GGSN则通过Gi接口与公用数据网(Public Data Network，简称“PDN”)连接；SGSN和GGSN均通过Ga接口与CG相连。另外GSM基站子系统(Base Station Subsystem，简称“BSS”)与核心网之间的接口为Gb接口，直接相连的设备就是SGSN；UTRAN与核心网之间的接口为Iu接口，由于SGSN属于PS域，与SGSN之间的接口为Iu-PS接口。移动台(Mobile Station，简称“MS”)或者用户设备(User Equipment，简称“UE”)通过BSS或者UTRAN无线接入，使用Uu接口。SGSN在网络中完成分组数据包的路由与转发、加密与鉴权、会话管理、移动性管理、逻辑链路管理、话单产生和输出等功能，处于核心位置。

根据提供服务性质不同，CN包括CS域、PS域、广播(Broadcast，简称“BC”)域。CS域和PS域的业务前面已经述及，BC域提供的是广播类业务。由于UTRAN与CN连接的域不同，所以对应的Iu接口也不同，分别称为Iu-CS、Iu-PS、Iu-BC接口。图2示出了Iu接口的基本结构。UTRAN包括多个RNC，每个RNC下挂多个Node B，RNC又与CN各个域通过对应Iu接口连接，Node B则与UE进行无线通信。

在众多接口中，Iu接口包含：Iu-CS，RNC到MSC的电路域接口，接口类型主要是承载ATM信元(STM-1/STM-4)；Iu-PS，RNC到SGSN的分组域接口，接口类型主要是承载ATM信元(STM-1/STM-4)；Iub，NodeB到RNC的接口，接口类型包括反向复用接口(IMA)、承载ATM信元(STM-1)两种；Iur，RNC之间的接口，接口类型包括承载ATM信元(STM-1/STM-4)、反向复用接口(IMA)；Iu-BC，与Iu-CS、Iu-PS不同的是Iu-BC可以连接多个RNC，实施广播业务。另外的接口称为G接口，属于3G网络中较为次要的接口，包含：MSC、SGSN、VLR、HLR、AUC、GGSN等设备之间的多种互连接口，接口类型包含STM-1/STM-4(承载ATM、TDM)、FE/GE、E1等。

Iu接口在3G网络系统中占重要地位，其主要功能包含：无线接入承载(Radio Access Bearer，简称“RAB”)管理功能，无线资源管理功能，速率适配功能，Iu连接管理功能，Iu接口用户平面管理功能，移动性管理功能，安全性管理功能，业务和网络接入功能，Iu协调功能等。

按照第三代合作伙伴项目(3rd Generation Partnership Project，简称“3GPP”)制订的标准，图3示出了Iu-PS协议结构模型。此结构依据层间和平面间相互独立的原则而建立，包括无线网络层(Radio Network Layer)、传输网络层(Trsanport Network Layer)和物理层(Physical Layer)。与UTRAN相关的功能只与无线网络层有关，Iu接口的无线网络层均采用无线接入网应用协议(Radio Access Network Application Protocol，简称“RANAP”)，它负责CN与RNC之间的信令交互；传输网络层只是UTRAN采用标准化的传输技术，均应用ATM传输技术；物理层可以是STM-1等多种标准接口。应用协议在无线网络层建立承载，信令承载由操作维护(Operation andMaintenance，简称“O&M”)建立。用户平面(User Plane)包括数据流和用于传输数据流的数据承载，数据流是各个接口规定的帧协议。

RANAP层的各种基本过程中，复位(Reset)、复位资源(Reset Resource)、流量控制(Overload Control)、寻呼(Paging)采用信令连接控制部分(Signaling Connection Control Part，简称“SCCP”)无连接业务进行传递；错误指示(Error Indication)按具体情况决定采用无连接业务还是面向连接业务；其它流程采用面向连接业务。面向连接的消息都是特定UE与网络间的消息，如UE的位置更新流程，呼叫流程等，这样的连接称为通用移动通信系统接口连接，即Iu连接。

每个Iu连接都占用着UTRAN的相关Iu资源，包括RAB、信令连接(Signalling Connection)等。一个Iu连接建立起来后，RNC和SGSN都有权利在适当的情况下释放Iu连接，即释放该Iu连接占用的Iu资源，从而保证相关的Iu资源的重复可用性。这样的过程称为Iu释放。RNC向CN请求释放和特定UE的Iu连接，一般是由于UTRAN的原因引起的，如“操作用户干预”、“用户休止”、“RNC和UE的连接丢失”等。CN在UE和CN直接的事务结束、重定位流程结束等情况下，也会向RNC发起Iu释放。

由于Iu资源在整个3G网络里属于瓶颈资源，如何有效的管理Iu资源，提高其利用率，是一个重要的问题。

3GPP TR24.008标准中规定：当SGSN收到MS发来的除“ACTIVATEPDP CONTEXT REQUEST”(激活分组数据协议上下文请求)、“ACTIVATESECONDARY PDP CONTEXT REQUEST”(激活二次分组数据协议上下文请求)、或“SM-STATUS”(会话管理状态)之外的层上会话管理(SessionManagement，简称“SM”)消息后，如果无法根据事务标志(TransactionIdentifier，简称“Ti”)查找到一个对应的激活的分组数据协议(Packet DataProtocol，简称“PDP”)上下文、或一个正处于激活或去激活过程中的PDP上下文，则SGSN应该向MS返回一个原因值为81(invaiid transactionidentifier value)的“SM-STATUS”消息，指出无效Ti值；另外，当MS受到来自SGSN的“SM-STATUS”消息后，将只能进行本地操作，不应通知无线接口(包括Iu接口)进行操作。

除了ACTIVATE PDP CONTEXT REQUEST、ACTIVATE SECONDARYPDP CONTEXT REQUEST和SM-STATUS消息外，MS发送给SGSN会话管理消息时，无论SGSN中该PDP上下文是否存在，都会有一条Iu连接已经被建立起来，通过该Iu连接，该会话管理消息被传递给SGSN。如果SGSN无法根据Ti查找到一个激活的PDP上下文，或一个正处于激活或去激活过程中的的PDP上下文，将会给MS返回一个“SM-STATUS”消息，使得MS和SGSN中的PDP上下文保持一致，如果这时MS中已经没有PDP上下文或位置业务(LoCation Service，简称“LCS”)、短消息业务(Short MessageService，简称“SMS”)流程在使用这条Iu连接，那么这条Iu连接将无法被释放，一直在RNC中占用Iu资源。这种Iu连接无法释放的情况称为Iu连接被挂死。

类似上面描述的异常情况，目前Iu连接管理方案中没有专门进行处理，也没有对Iu连接进行资源利用情况的监测。

在实际应用中，上述方案存在以下问题：Iu连接被挂死时，Iu接口上长时间持续没有信令和数据传输，Iu连接仍然会保留，网络侧没有机制保证其被释放，导致无线资源的浪费。在正常情况下，由于通信业务不协调，也可能出现Iu接口上长时间没有信令和数据传输的情况，当它却占用着Iu资源，不利于资源利用，会影响系统效率。

造成这种情况的主要原因在于，Iu连接的管理方案中没有对Iu连接挂死的异常情况进行处理和释放。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种地面无线接入网与核心网之间接口连接的管理方法，使得异常情况下Iu连接得到监测，防止Iu连接被挂死，同时建立对Iu连接资源利用的监测，提高Iu资源使用效率。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种地面无线接入网与核心网之间接口连接的管理方法，包含以下步骤：

A所述地面无线接入网的通用分组无线业务服务支持节点判断来自移动台的会话管理消息是否为预期的消息类型，如果不是则进入步骤B；

B判断是否能够根据所述会话管理消息所携带的事务标识的值定位到分组数据协议上下文，如果不是则进入步骤C；

C判断所述移动台是否正在使用所述接口连接，如果不是则释放所述接口连接。

其中，所述预期的消息类型包含激活分组数据协议上下文请求消息、或激活二次分组数据协议上下文请求消息、或会话管理状态消息、或它们的任意组合。

所述分组数据协议上下文是激活的分组数据协议上下文，或者正处于激活或去激活过程中的分组数据协议上下文。

所述步骤C包含以下子步骤：

判断所述移动台是否还有其他的分组数据协议上下文或者位置业务流程或者短消息业务流程正在使用所述接口连接，如果不是则释放所述接口连接。

所述释放所述接口连接的步骤包含以下子步骤：

所述通用分组无线业务服务支持节点向所述地面无线接入网的无线网络控制器发送地面无线接入网与核心网之间接口释放命令消息；

所述无线网络控制器响应所述释放命令消息，释放所述接口连接。

所述步骤C还进一步包含以下子步骤：

所述通用分组无线业务服务支持节点向所述移动台发送原因值为81的会话管理状态消息。

本发明还提供了一种地面无线接入网与核心网之间接口连接的管理方法，包含以下步骤：

对所述地面无线接入网与核心网之间接口进行侦听；

判断在一段预定的时间内，是否所述接口的数据面上没有数据传输并且所述接口的信令面上没有信令传输，如果是则释放所述接口连接。

其中，所述侦听由所述地面无线接入网的通用分组无线业务服务支持节点实施。

通过比较可以发现，本发明的技术方案与现有技术的区别在于，SGSN发现来自MS的会话管理消息是非正常值时，根据Ti值定位PDP上下文，如果没有定位到，并且没有PDP上下文或LCS流程或SMS流程正在使用该流程，则释放该Iu连接。此外，还可以对Iu接口进行侦听，及时释放挂死的Iu连接或者空闲Iu连接。

这种技术方案上的区别，带来了较为明显的有益效果，即有效地避免了由PDP上下文不一致引起的异常情况下Iu连接被挂死而导致资源浪费的情况；防止了其他异常情况下Iu连接被挂死或者正常情况下Iu连接长时间空闲的情况，及时释放这些Iu连接，保证Iu资源的可重复利用性，提高Iu资源的使用效率，提高移动通信网络的效率和性能。

附图说明

图1是GPRS/UMTS网络结构示意图；

图2是Iu接口结构示意图；

图3是Iu-PS接口协议结构模型示意图；

图4是根据本发明的一个实施例的Iu连接异常情况保护方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

本发明针对前面描述的异常情况提出相应的监测方法，保证当异常情况出现时Iu连接及时得到释放，防止Iu连接被挂死。

前面已经述及，对Iu的释放可以是两种情况，一种是由CN侧设备如SGSN发起的，另一种是RNC发起的。本发明首先对Iu连接上的异常情况进行监测，如果异常情况发生，则通知CN侧设备或者RNC释放该Iu连接。

在本发明的一个较佳实施例中，在SGSN中设置Iu连接异常情况的保护流程，对MS发来的消息进行监听，判断Iu连接异常情况的发生，并在异常情况下使用Iu连接释放命令释放该连接。下面参照图4对该流程的具体步骤进行详细描述。

首先在步骤401中，根据SGSN收到来自MS的会话管理消息，判断该消息是否为激活分组数据协议上下文请求(ACTIVATE PDP CONTEXTREQUEST，简称“APCR”)、激活二次分组数据协议上下文请求(ACTIVATESECONDARY PDP CONTEXT REQUEST，简称“ASPCR”)、会话管理状态(SM-STATUS，简称“SS”)之一，如果是，则排除异常情况出现的可能，结束处理，不执行本流程；否则，需要对该消息进行跟踪，进入步骤402。该步骤体现了流程触发机制。

在步骤402中，判断该消息携带的Ti值是否能定位到相应的PDP上下文，如果是，则排除异常情况出现的可能，结束本流程；否则进入步骤403继续跟踪。

在步骤403中，向MS发送原因值为81表示无效事务标识值(invalidtransaction identifier value)的SM-STATUS消息，然后进入步骤404。该步骤是协议规定的。

在步骤404中，根据协议这时系统应该发送原因值为81的“SM-STATUS”消息至MS，这时本流程进行以下判断：判断该MS下是否还有其他的PDP上下文或者LCS流程或者SMS流程在使用该Iu连接，如果是，则排除异常情况出现的可能，结束本流程；否则，说明异常情况已发生，进入步骤405进行异常处理。

在步骤405中，SGSN发送Iu接口释放命令消息(IU RELEASECOMMAND，简称“IRC”)至RNC，释放该Iu连接，然后结束本次流程。

以上描述的保护性流程是在本发明的一个实施例中基于SGSN的措施，流程根据由异常情况触发原因即MS的SM消息来触发，并跟踪SGSN系统处理该消息的过程，判断异常情况的出现，最终对其进行处理，防止Iu连接被挂死。

在本发明的另一个实施例中，保护Iu连接并且提高其利用率的功能也可以由MS和RNC来完成。由MS负责在异常情况下的RRC资源释放和保护，由RNC根据RRC资源的使用情况决定Iu连接的释放和保护。

在实际运营环境中，除了上述异常情况以外，还可能因为网络通信的问题或者通信双方流程协调问题，导致Iu连接异常或者长时间空闲；另外在正常情况下，Iu接口上可能长时间无数据和信令传输，但却占用着宝贵的Iu资源，造成资源浪费。如果将这些Iu资源释放出来，可供其它需要使用Iu资源的MS，将会大大提高Iu连接的使用效率。针对这些情况，在本发明的一个实施例中，除了对异常流程进行Iu连接的保护性处理外，还对Iu接口进行侦听，如果在一段预定的时间长度内，数据面上没有数据传输，并且信令面上没有信令传输，则释放Iu连接，释放方式可以是由SGSN主动向RNC发送“IU RELEASE COMMAND”消息或者由MS和RNC之间的协调工作完成。采取这个广泛的保护性措施的目的是，一方面可以释放掉在其它无法预测的异常情况下挂死的Iu连接，另一方面也可以对正常情况下Iu连接的利用率进行一定的提高。

在上述情况下的Iu连接被保护流程或者监听流程释放后，当MS或网络侧有数据或信令需要进行传输时，两侧都可以发起Iu连接的重建流程，将Iu连接重新建立好，并进行数据或信令的传输。这样保证了Iu连接在运行时都有数据或信令在传送，防止了Iu资源的浪费。

熟悉本领域的技术人员可以理解，实现异常情况或正常情况下的跟踪和判断的方式以及进行Iu连接释放的方式都可以根据具体情况选择可以实现的方式及设备，而不影响本发明的实质和范围。

虽然通过参照本发明的某些优选实施例，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种各样的改变，而不偏离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。

Claims (8)

1.一种地面无线接入网与核心网之间接口连接的管理方法，其特征在于，包含以下步骤：

A所述地面无线接入网的通用分组无线业务服务支持节点判断来自移动台的会话管理消息是否为预期的消息类型，如果不是则进入步骤B；

B判断是否能够根据所述会话管理消息所携带的事务标识的值定位到分组数据协议上下文，如果不是则进入步骤C；

C判断所述移动台是否正在使用所述接口连接，如果不是则释放所述接口连接。

2.根据权利要求1所述的地面无线接入网与核心网之间接口连接的管理方法，其特征在于，所述预期的消息类型包含激活分组数据协议上下文请求消息、或激活二次分组数据协议上下文请求消息、或会话管理状态消息、或它们的任意组合。

3.根据权利要求1所述的地面无线接入网与核心网之间接口连接的管理方法，其特征在于，所述分组数据协议上下文是激活的分组数据协议上下文，或者正处于激活或去激活过程中的分组数据协议上下文。

4.根据权利要求1所述的地面无线接入网与核心网之间接口连接的管理方法，其特征在于，所述步骤C包含以下子步骤：

判断所述移动台是否还有其他的分组数据协议上下文或者位置业务流程或者短消息业务流程正在使用所述接口连接，如果不是则释放所述接口连接。

5.根据权利要求1所述的地面无线接入网与核心网之间接口连接的管理方法，其特征在于，所述释放所述接口连接的步骤包含以下子步骤：

所述通用分组无线业务服务支持节点向所述地面无线接入网的无线网络控制器发送地面无线接入网与核心网之间接口释放命令消息；

所述无线网络控制器响应所述释放命令消息，释放所述接口连接。

6.根据权利要求1所述的地面无线接入网与核心网之间接口连接的管理方法，其特征在于，所述步骤C还进一步包含以下子步骤：

所述通用分组无线业务服务支持节点向所述移动台发送原因值为81的会话管理状态消息。

7.一种地面无线接入网与核心网之间接口连接的管理方法，其特征在于，包含以下步骤：

对所述地面无线接入网与核心网之间接口进行侦听；

判断在一段预定的时间内，是否所述接口的数据面上没有数据传输并且所述接口的信令面上没有信令传输，如果是则释放所述接口连接。

8.根据权利要求7所述的地面无线接入网与核心网之间接口连接的管理方法，其特征在于，所述侦听由所述地面无线接入网的通用分组无线业务服务支持节点实施。

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