CN1942000A - 在无线通信系统中传递用户数据的方法 - Google Patents

Abstract

一种在E－UMTS系统中发送用户数据的方法，包括步骤：a)负责从用户设备处接收数据的节点E－RAN对接收到的用户数据进行封装，封装的包协议中包含用户设备的唯一标识和数据类型；以及b)负责管理用户的移动性管理及签约数据管理的节点E－CN根据数据类型将用户数据转发给相应的上层实体。通过本发明的方法，可以使用户接入呼叫的时间缩短，得到网络响应的时间变短，并使用户对网络的满意度提高。

Description

在无线通信系统中传递用户数据的方法

技术领域

本发明涉及第三代移动通信，特别涉及在通用移动通信系统(以下简称UMTS)的基础上进行演进的移动通信系统(以下简称E-UMTS)。

背景技术

图1是对现有UMTS系统的网络结构的描述。移动终端101(以下称为UE)是用来接收作为被叫的业务或者呼叫，发送作为主叫的业务或呼叫的一个设备。基站102(以下称为Node B)是通过发送接收器件与用户设备利用无线信号进行通信的设备。UE与Node B之间的空中接口涉及物理层和媒体接入层(以下称为MAC层)，具体的协议栈可以参考图2。物理层负责处理与无线信号收发相关的操作，MAC负责将不同的业务映射到物理层上去。控制无线网络控制器(以下称为CRNC)控制基站中各个小区的无线资源管理、分配及使用，负责将各个小区中的无线资源分配给用户设备UE。无线网络控制器RNC对于UE来说可以有服务无线网络控制器(以下称为SRNC)和漂移无线网络控制器(以下称为DRNC)的区别。SRNC是为用户设备提供无线资源控制连接(以下称为RRC)的实体，通过它用户设备才可以向网络发送控制信令和从网络接收控制信令。SRNC从CRNC处得到给该用户分配的网络资源，将该资源配置参数通过RRC信令发送给用户设备。这样用户设备才能够与网络进行通信。SRNC与用户设备之间的接口为Uu接口，协议栈可以参见图2。服务GPRS支持节点105(以下称为SGSN)是负责管理用户设备的移动管理状态及会话管理状态的实体，用户设备的移动性管理和与会话相关的服务质量的协商也是发生在UE与SGSN之间的。SGSN与用户设备的SRNC之间的接口为Iu，负责为用户数据的传输建立用户平面的传输通道及传送信令的信令连接。网关GPRS支持节点106(以下称为GGSN)为用户设备与分组数据网络(以下称为PDN)的数据传输起到网关的功能。GGSN为用户设备分配因特网协议(以下称为IP)地址，用户发出的数据和发给该用户的数据都以该地址为标识。GGSN与SGSN之间的接口称为Gn，该接口负责在SGSN与GGSN之间对业务进行服务质量的协商，并建立用户平面的GPRS用户平面隧道(以下称为GTP-U)以便进行数据传输。GGSN与PDN之间的接口为Gi，该接口的功能比较广泛，可以用来对用户进行IP地址分配、鉴权认证、计费等功能。GGSN最主要的功能就是接收和分析收到的数据，然后将属于某一个用户设备的数据传到相应的GTP-U隧道上。

图2是基于图1的网络结构下各个节点用户平面的协议栈。

用户设备要发送的应用层的数据包封装成IP包或PPP格式的包。PPP包不进行压缩处理。通过无线承载，映射到分组包聚合协议(以下称为PDCP)实体上，PDCP实体对其进行头压缩处理，然后交给无线链路控制层(以下称为RLC)。RLC对PDCP递交的数据进行级联、分段、加密等操作后，将RLC层的协议数据单元(以下称为PDU)交给MAC层。MAC层将收到的数据进行调度、复用、控制重发等操作，将MAC的PDU交给物理层。物理层将收到的数据进行冗余校验、信道编码、交织、复用等操作后通过发射天线在空中发射。基站收到无线信号后，对数据进行解复用、解交织、解码和冗余校验等操作，将数据交给MAC层。MAC层对数据进行解复用，递交给相应的RLC层实体。RLC层实体是在用户设备的SRNC中，在图2中没有区分Node B和SRNC的角色，而是将他们合在一起统称为UMTS陆地无线接入网(以下称为UTRAN)。RLC层将数据进行解密、重组后，交给PDCP层。PDCP层将数据包头进行解压缩，将IP数据包头恢复。RNC与SGSN之间的接口是Iu，那么随后RNC要将从用户设备处收到的数据包转发给SGSN。该接口上用户平面的建立可以参见图3。数据包传输的格式是GTP-U，参见图4。SGSN收到从RNC发送的数据GTP-U包后，又通过Gn接口传给GGSN。Gn接口上数据包的格式也是GTP-U，因此SGSN收到数据包后不需要做额外的处理，就可以将其转发给GGSN。然后GGSN再将其通过Gi接口传给通信的对端实体。

图3描述的是Iu接口上用户平面建立的过程。

SGSN决定建立用户平面给用户设备传输数据时，向SRNC发送无线接入承载分配请求消息，该消息中包含业务所需的服务质量参数，传输层地址，GTP隧道标识等参数。业务质量参数是指示满足该业务需求的传输错误率，传输数据包的大小等指标。传输层地址指的是SGSN侧接收和发送用户数据的地址信息，一般是SGSN的IP地址。GTP隧道标识是SGSN为该用户设备分配的隧道标识，是SGSN侧区分用户设备的数据隧道的标识。当SGSN收到以该隧道标识的数据包，就知道该数据是那个用户设备的。

SRNC收到无线接入承载分配请求消息后，在用户设备所在的基站给用户设备分配无线资源及传输层的资源。如果所有的资源分配都是成功地，那么SRNC向SGSN发送消息无线接入承载分配响应，该消息中包含建立成功的无线接入承载的标识，及SRNC的传输层地址和SRNC给用户设备分配的GTP隧道标识。SRNC的传输层地址指的是SRNC的IP地址。当SRNC收到以该隧道标识的数据包，就知道该向哪个用户设备转发该数据。

图4是Iu接口上数据包传输的格式。

在数据包中有个四个字节是由接收端分配给用户设备的一个隧道标识。发送端在要发送的数据包中包含接收端分配的隧道标识，这样接收端就知道该数据包是哪个用户设备的。其他字段的详细含义可以参见3GPP TS 29.060规范。该标识是通过图3中的信令进行交换的。

然而，基于现在UMTS的网络结构，一个端到端的呼叫中至少要包含主叫和被叫的Node B，SRNC，SGSN，GGSN这些节点。呼叫的建立速度慢了许多。另外，因为实体比较多，涉及的接口也比较多，因此整个UMTS的规范定义也很复杂。在3GPP，一个新的课题——UMTS的演进现在正在进行中，关于演进的UMTS的结构框架大体有两种。图5和图6分别介绍了这两种框架结构。

图5中演进的基站(以下称为ENB)集中了UMTS系统中基站和RNC的功能，主要负责无线信号的收发、与用户设备之间的信令连接、小区级别的移动性管理等功能，而演进的GGSN(以下称为E-GGSN)则集中了UMTS系统中SGSN和GGSN的功能，主要负责区域级别的移动性管理、与PDN网络的接口、业务质量的协商等。

图6中的基站ENB跟UMTS中的基站功能差别不大，都是负责无线信号的接收与发送，还拥有部分MAC层的功能；锚点anchor与UMTS中的RNC功能类似，负责用户数据的加密解密、控制ENB中无线资源的分配、与用户设备之间的信令连接和处于连接状态时用户移动性的管理。E-GGSN的功能则融合了UMTS系统中的SGSN和GGSN的功能，主要负责移动性管理、与PDN网络的接口、业务质量的协商等。

本发明的内容可以应用到这两种体系架构中，但并不仅局限于这两种结构。在下面的描述中，将图5中的ENB及图6中的ENB和anchor称为E-RAN，而将图5及图6中的E-GGSN称为E-CN。E-CN也有可能包含其他的功能实体。

为了加快呼叫建立及数据传输过程的过程，尤其是针对PS域的IMS呼叫，有必要对其呼叫建立时间进行优化。IMS呼叫的建立过程见图7所述。

UE在进行IMS呼叫之前，首先要与网络建立无线资源控制连接701，建立该连接之后，UE才能与网络进行信令交互，详细的过程可以参见3GPP TS 25.331中的描述。接下来UE要激活分组数据协议(以下称为PDP)上下文，激活该PDP上下文的目的是为了UE与网络为传输某种业务而进行服务质量的协商。UE根据业务特性确定想要的服务质量，然后就该服务质量寻求网络侧的授权。如果网络SGSN和GGSN根据用户设备的注册信息认为可以为UE授权该服务质量，则在702接受UE请求的PDP上下文激活请求，授权用户设备所申请的服务质量参数。

在PDP上下文激活后，SGSN发送无线接入承载分配请求703请求给RAN(即图1中的SRNC)，为传输IMS信令建立用户平面。RAN建立与用户设备之间的无线承载704。RAN收到从用户设备发送的705无线承载建立完成消息，知道空中接口的资源已经准备好，可以给该用户设备传送数据了。RAN向SGSN返回706无线接入承载分配响应，从而建立起UE与SGSN之间传送数据的用户平面。这些消息中的参数及具体配置可以参见3GPP TS 25.413和25.331等相关协议。

当为IMS信令传输的用户平面建立之后，UE向代理呼叫会话控制功能(以下称为P-CSCF)发送SIP邀请消息，P-CSCF将该消息进行处理后转发给被叫端的呼叫会话控制功能或者被叫用户。收到被叫用户的摘机信号后，主叫用户的P-CSCF就会收到被叫发送的200OK消息。然后P-CSCF将该消息转发给主叫用户设备708。在200OK中会包含主叫用户与被叫用户之间协商的呼叫参数，例如呼叫带宽，编解码器等。然后用户设备在业务需求基础上，激活为传递IMS会话数据的PDP上下文709，该步骤与702基本一样，只是建立的PDP上下文的服务质量要求会不一样。接下来SGSN为该PDP上下文建立用户平面，710到713建立从UE到SGSN的用户平面，具体的协议可以参见3GPP TS 25.413和25.331等。714的时候双方就可以通话了。

由于需要在传递IMS信令之前建立IMS信令传输的用户平面，如果能够省略这一步，则能够加快IMS呼叫的建立过程。但是本发明可以应用于其他类型的数据传输。

发明内容

因此，本发明的目的是通过省略用户平面的建立过程，从而加快IMS呼叫的建立过程及数据传输的过程根据本发明的一方面，一种在E-UMTS系统中发送用户数据的方法，包括步骤：

a)负责从用户设备出接收数据的节点E-RAN对接收到的用户数据进行封装，封装的包协议中包含用户设备的唯一标识和数据类型；以及

b)负责管理用户的移动性管理及签约数据管理的节点E-CN根据数据类型将用户数据转发给相应的上层实体。

通过本发明的方法，可以使用户接入呼叫的时间缩短，得到网络响应的时间变短，并使用户对网络的满意度提高。

附图说明

图1是现有UMTS系统的网络结构的示意图；

图2是UMTS的协议栈的示意图；

图3是建立Iu接收用户平面的流程图；

图4是Iu接口数据报的传送格式；

图5是一种E-UMTS的演进框架的示例；

图6是另一种E-UMTS的演进框架的示例；

图7是IMS呼叫建立的流程图；

图8是根据本发明实施例方法的流程图；

图9是GRE协议报头的示例；

图10是一种新的帧协议结构的示例；

图11是用户开机时分配临时标识时的流程图；

图12是E-RAN的节点动作示例的流程图；以及

图13是E-CN的节点动作示例的流程图。

具体实施方式

图8给出了本发明实施例的示意图。

如图8所示，例如，用户设备已经与E-RAN之间进行信令交互，协商要发送的数据类型800，UE告诉网络想要发送什么类型的数据，例如是一般的分组业务数据，还是IMS信令，还是发给E-CN的控制信令。E-RAN会查看用户所请求的业务是否允许不与E-CN协商就可以直接发送。如果可以，那么E-RAN会告知UE可以进行数据的发送。801E-RAN收到从UE处发送的用户数据。如果E-RAN不允许用户不经过与网络协商就直接发送用户数据，那么E-RAN同时要给E-CN发送消息先进行业务协商，这个消息可以是业务请求，该消息中包含要请求的业务类型，及业务所需的服务质量等参数。这与本发明关系不大，因此不做更多赘述。通过UE发送的数据，E-RAN可以判别这份数据是属于哪个数据类型。然后，E-RAN将特定类型的数据按照Iu+接口的协议进行封装，Iu+接口的协议会在后面部分介绍。进行数据封装的协议中必须保护能够区分用户设备的标识，及区分业务的数据类型。当E-CN收到803封装好的数据后，就知道这是哪个用户设备要发送的数据，并且知道数据是发给哪个实体的。例如，如果用户数据是IMS信令，那么E-CN知道要将其转发给P-CSCF，如果是一般的PS业务，E-CN就将其转发给PDN，如果是给E-CN的信令，那么E-CN就要对其进行处理。E-CN通过协议中的数据类型字段知道用户数据的目的地。在图8中给出的例子是将用户数据转发给P-CSCF 805。

Iu+接口的协议可以是通用路由封装(以下称为GRE)，也可以是为E-UMTS新定义的帧协议。下面分别以这两种协议为例，讲述以下如何实现本发明。

图9描述了利用GRE来实现E-RAN与E-CN之间的接口的示例。GRE协议可以参见IETF RFC1701。

首先简单介绍以下GRE协议的包头。GRE是一种通用的用来封装数据包，并将其路由到可以与源目的地址根本不同的地方。C字段指的是校验和字段是否存在；R字段指示路由字段是否存在；K字段指示键字段是否存在；S字段指示序列号字段是否存在；s字段指示是否使用严格源路由机制；递归字段指示其他的封装是否允许；标志字段是为以后的各种指示而预留的；版本字段指示当前GRE协议的版本；协议类型指示使用的传输协议类型，例如是IP，还是Novell IPX等；校验和字段就是GRE包头及净荷的检验和；偏移字段指示由路由字段到第一个源路由记录的字节偏移量；键字段是由发送方添加的、接收方认证或区分发送方的字段；序列号指示该包的序列号；路由字段指示要将数据包路由的目的地。

可以利用GRE协议的键字段来实现图8中的方法。

键字段在GRE中定义的是32个比特，可以用其来标识用户设备标识和用户数据类型。可以将32个比特分为两个部分：一部分指示用户设备标识，一部分指示用户数据类型。用户设备标识可以是用户设备的IMSI，或者P-TMSI，或者其他UE与E-CN之间共享的标识。图11描述了UE如何获得P-TMSI的方法。图12描述了UE如何获得其他标识的方法。

图10描述了通过一个新定义的协议来实现E-RAN和E-CN之间的接口。该接口的帧协议必须保护用户设备标识和用户数据标识。当E-RAN发送某个用户的数据给E-CN时，就将用户设备标识和数据类型填充到帧结构中。此外，长度字段表示整个数据包的长度，还可以利用冗余校验来保证数据传输的可靠性。

其中IMSI是在用户设备出厂时分配给每个手机的一个唯一标识。

P-TMSI是在用户开机或者进行路由区域更新的时候由E-CN分配给用户设备的一个随机标识。网络可以在任何时候更改用户设备的P-TMSI。

图11描述了一种最简单的用户开机时的信令流程的示例。

当用户开机后，用户设备向SGSN发送附着请求消息1100，例如，该消息中包括用户设备的IMSI，UE的位置(路由区域)信息，UE的安全能力等参数。SGSN收到该消息后，向用户的归属位置寄存器HLR发送消息1102更新用户设备的当前位置，例如，该消息中包括用户设备的标识IMSI，SGSN的地址，SGSN号等参数。HLR保存用户设备当前所处的位置，及为其服务的SGSN的地址和SGSN号等信息。然后，HLR将用户的登记信息传递给SGSN，让SGSN保存这些数据，以便在用户设备进行业务的时候对业务进行授权。HLR向SGSN发送1104添加用户数据消息，该消息中包含用户设备标识IMSI和用户设备的签约数据。SGSN保存这些信息后，返回添加用户数据确认消息1106，告知HLR这些信息已经成功保存。随后HLR向SGSN确认位置更新成功1108，发送更新位置确认消息。SGSN知道该用户设备的签约信息已经成功保存，就分配临时用户设备标识P-TMSI，给用户设备，并将该参数保护在发送给用户设备的消息附着接收消息1110中。

将该方法应用到E-UMTS中，那么E-CN要在收到用户设备的附着请求后，鉴权用户设备，获得用户设备的签约数据，然后在发送给UE的附着接受消息中包含给用户设备分配的一个临时标识。该标识可以是P-TMSI或者是与P-TMSI完全不同的一个临时标识。如果该临时标识是P-TMSI，E-RAN可以根据这个P-TMSI来确定用户设备所属的E-CN节点，否则也可以利用该临时标识和P-TMSI一起确定用户设备所述的E-CN节点。

当用户设备的服务CN节点改变的时候，那么新的E-CN节点要负责给用户设备分配这个临时标识，这与已有技术中分配P-TMSI的方法是一样的。具体过程可以参见3GPP TS 23.060。

图12描述了根据本发明E-RAN的节点动作的示例。

E-RAN收到用户设备发出的业务请求1200，该业务请求中应该包含用户设备的临时标识，例如P-TMSI或/和Iu+接口上唯一标识UE的临时标识，包含用户设备要请求的业务类型，业务的服务质量等。E-RAN根据网络的策略决定是否可以允许用户申请的业务未经与网络的协商就可以使用1202。如果可以，那么E-RAN保存用来在Iu+接口上唯一区分用户设备的临时标识，向用户设备发送消息，告诉用户设备可以直接发送数据1204。随后，当E-RAN收到用户数据，在进行完物理层和MAC层的处理之后1206，将解复用的数据包按照Iu+接口的协议进行重新封装，并加上如图9和图10描述的用户临时标识及数据类型。然后E-RAN将该封装好的数据发送给E-CN。

图13描述了根据本发明的E-CN的节点动作示例。

E-CN收到E-RAN转发的用户数据1302，根据Iu+接口的协议解出用户标识，知道该数据是哪个用户设备发送的。E-CN根据用户的签约数据知道该UE是否有这个权利未与网络协商就可以发送数据1304。如果可以，那么1306E-CN将该数据根据数据类型转发给相应的节点。否则，发消息给E-RAN拒绝该数据发送请求。

Claims (6)

1.一种无线系统中的发送数据的方法，包括步骤：

a)负责从用户设备处接收数据的节点E-RAN对接收到的用户数据进行封装，封装的包协议中包含用户设备的唯一标识和数据类型；

以及

b)负责管理用户的移动性管理及签约数据管理的节点E-CN根据数据类型将用户数据转发给相应的上层实体。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括步骤：在步骤a)之前，用户设备发送消息给负责从用户设备处接收数据的节点E-RAN，确定用户设备要发送的数据可以不与网络进行协商而直接发送。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，用户设备通过向E-RAN发送消息来进行协商，所述消息包括用户设备的标识、业务类型和服务质量。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，E-RAN根据网络运营商的策略来确定用户设备的数据是否可以不经过与网络的协商而直接发送。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，标识用户设备的唯一标识是P-TMSI或其他E-CN给用户设备分配的临时性标识。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：数据类型指示了用户传送的是发给E-CN的控制信令、IMS信令、还是发给PDN的数据。

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