CN1984435B - 无线通信系统及其无线资源管理方法和小区切换方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无线通信系统，包括：演进核心网Evolved CN、演进核心网下辖的一个或多个控制面服务器CPS、以及每个CPS下辖的多个演进基站E-Node B；E-Node B通过IP网络与Evolved CN直接建立连接，用于完成无线接口物理层协议的处理以及自身无线资源的管理；CPS用于完成多小区的管理。本发明还公开了一种基于该无线通信系统的无线资源管理方法及小区切换方法。利用本发明，可以大大降低用户面的时延，提高无线资源管理的处理速度和效率，保证较高的切换成功率。
Description
技术领域
本发明涉及移动通信技术领域，具体涉及一种无线通信系统及其无线资源管理方法和小区切换方法。
背景技术
随着第三代移动通信技术的发展，网络规划和优化工作越来越重要。由于移动用户数的快速增长和新业务的不断出现，要求系统在支持多种业务并满足一定QoS(服务质量)条件下，获得良好的网络容量，满足一定的无线覆盖要求，同时通过调整容量、覆盖、质量之间的均衡关系提供最佳的服务。
网络优化的目的是改善对用户的服务质量，提高网络资源的利用率。因此，需要寻找有效的无线资源管理方案来管理系统的可用资源，以满足用户容量的不断增加。无线资源管理一般包括切换控制、功率控制、接纳控制、负载控制等。对无线资源管理算法设计产生决定性影响的因素包括业务模型、信道模型和系统模型。由于业务参数模型和信道模型对所有第三代移动通信技术是相同的，决定各系统RRM不同的因素主要是物理层技术。
以WCDMA(宽带码分多址)系统为例，第三代移动通信系统的网络架构如图1所示：该系统由CN(核心网)、UTRAN(无线接入网)和UE(用户终端)三部分组成。CN与UTRAN的接口为Iu接口，UTRAN与UE的接口为Uu接口。
如图2所示，UTRAN包括许多通过Iu接口连接到CN的RNS(无线网络系统)。一个RNS包括一个RNC(无线网络控制器)和一个或多个Node B(基站)。Node B通过Iub接口连接到RNC上，它支持FDD(频分双工)模式、TDD(时分双工)模式或双模。Node B包括一个或多个小区。
在UTRAN内部，各RNS中的RNC通过Iur接口交互信息，Iu接口和Iur接口 是逻辑接口。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。
其中，RNC集中负责无线接入网内全部无线资源管理，即当每个终端在接入过程中的无线资源分配、调度，通信过程中的质量监测和维护，无线接入网中各个Node B的资源使用情况，终端在小区之间的切换等。而通常一个RNC需要控制近百个Node B和工作在Node B下的大量UE。这种管理方式主要存在以下缺点：
1.RNC中RRM(无线资源管理)处理器负荷太重：在一个RAN(无线接入网)中有大量Node B，而在每个Node B中有多个UE同时工作。一个RNC需要同时处理数万终端的无线资源管理问题。随着无线资源管理的理论和算法的进一步发展，处理一个终端的无线资源管理所占用的RNC处理资源将越来越多，已超出RNC的处理能力，故目前产品中均采用简单算法而牺牲了无线资源管理的性能。
2.难以实现快速控制：因目前无线资源管理均在RNC中进行，所有信息，包括终端和Node B测量及来自终端、网管系统及核心网所有信息，都必须通过高层信令集中到RNC的RMM处理器中进行处理，处理结果再通过高层信令发送到终端和Node B执行。此过程有较长的时延，使得需要快速处理的方法，如高效率的自动重发(ARQ)等不可能实现，从而导致系统性能降低。
3.用户面时间延迟较大：由于用户面有RNC这个中间节点，缓存机制和处理过程所需的时间和协议层间转换所需的处理时间最终致使业务在用户面存在较大的时延，限制了用户体验的进一步提升。
发明内容
本发明的目的是提供一种无线通信系统，以克服现有无线通信系统由于用户面有RNC这个中间节点，使得用户面存在较大延迟的缺点，优化系统架构，满足3G无线通信系统演进过程中用户面时延需求。
本发明的另一个目的是提供一种无线资源管理方法，基于两层架构用户面的无线通信系统，以克服现有技术中RNC中RRM(无线资源管理)负荷过重，难以实现快速控制的缺点，提高无线资源管理的处理速度和效率，进而提高系统性能。
本发明的另一个目的是提供一种小区切换方法，基于两层架构用户面的无线通信系统，以有效地缩短切换中断时间，提高业务质量。
为此，本发明提供如下的技术方案：
一种无线通信系统，包括：演进核心网Evolved CN、演进核心网下辖的一个或多个控制面服务器CPS、以及每个CPS下辖的多个演进基站E-Node B；
所述Evolved CN负责与其他网络的连接和对用户设备UE的通信和管理；所述E-Node B通过IP网络与Evolved CN直接建立连接，用于完成无线接口物理层协议的处理以及自身无线资源的管理；所述CPS用于完成多小区的管理。
所述E-Node B包括：
基站无线资源管理模块及基站无线资源信息库，基站无线资源管理模块根据基站无线资源信息库中的信息独立完成其自身无线资源的管理，所述基站无线资源管理模块进行自身无线资源的管理包括：对资源的分配与整合、接纳管理、拥塞管理、通信链路监控、数据包调度、功率控制、与用户设备UE之间数据重传的控制、E-Node B下不同小区间切换的控制。
所述CPS包括：
无线资源管理策略模块，用于设定无线资源管理策略，并向E-Node B提供无线资源管理过程中使用的算法；
系统无线资源信息库，用于存储CPS下辖的各E-Node B的资源信息；
系统无线资源管理模块，用于根据设定的无线资源管理策略及存储的E-Node B的资源信息，完成多小区的管理及与系统相关的无线资源管理。
所述系统无线资源管理模块与其所属CPS下辖的各E-Node B中的基站无 线资源管理模块通过信令交互，实时更新同步系统无线资源信息库存储的各E-Node B的资源信息。
可选地，所述CPS位于独立的功能节点上，或者位于其下辖的任何一个E-Node B上。
可选地，由Evolved CN或者CPS或者E-Node B完成系统广播功能的控制。
一种基于上述无线通信系统的无线资源管理方法，所述系统包括：演进核心网Evolved CN、Evolved CN下辖的一个或多个控制面服务器CPS、以及每个CPS下辖的多个演进基站E-Node B，所述方法包括以下步骤：
A、E-Node B对其无线资源进行管理并实时向CPS上报无线资源的处理结果；
B、CPS通过与其下辖的E-Node B之间的接口实时接收各E-Node B无线资源的处理结果；
C、根据接收的处理结果以小区为单位建立下辖各个小区的无线资源可用状态及处理负荷；
D、当需要进行E-Node B间切换时，CPS根据其记录的各个小区的无线资源可用状态及处理负荷控制完成E-Node B间的切换过程。
所述步骤A中E-Node B对其无线资源进行管理的过程包括：
E-Node B对其无线资源进行分配与重配、资源保留及资源释放。
在所述步骤C和步骤D之间还包括步骤：
用户设备UE向源E-Node B发送测量报告，所述测量报告至少包括候选小区导频质量信息；
源E-Node B将收到的测量报告通过其与CPS之间的接口上报给CPS。
所述步骤D包括：
D1、CPS根据源E-Node B提供的用户设备UE的测量报告及其记录的各个小区的无线资源可用状态及处理负荷量度选择目标小区和伴随的目标 E-Node B；
D2、按照预定的资源管理策略控制所述UE切换到所述目标小区，并使UE建立与目标E-Node B的连接。
所述步骤D2包括：
D21、在UE执行切换过程前，CPS通知目标E-Node B为待接纳UE分配和保留相应的资源；
D22、目标E-Node B为待接纳UE分配和保留相应的资源完成后，CPS通过源E-Node B指示UE进行切换过程；
D23、UE切换完成后，CPS指示源E-Node拆除原有的用户面链路。
所述步骤D22进一步包括：
CPS指示UE进行切换过程的同时，请求Evolved CN用户面对UE进行数据链路转换；
Evolved CN用户面对UE进行数据链路转换完成后，Evolved CN用户面下发的数据由目标E-Node B进行缓存。
所述步骤D22进一步包括：
当源E-Node B收到CPS下发的UE进行切换的指示后，向目标E-Node B前转支持无损切换所需的用户分组。
所述支持无损切换所需的用户分组包括：源E-Node B已向UE发送但未收到UE确认的用户分组、源E-Node B缓存中尚未向UE发送的用户分组。
一种基于上述无线通信系统的小区切换方法，所述系统包括：演进核心网Evolved CN、Evolved CN下辖的一个或多个控制面服务器CPS、以及每个CPS下辖的多个演进基站E-Node B，所述方法包括以下步骤：
(1)CPS依据源E-Node B提供的用户设备UE的测量报告及其记录的各个小区的无线资源可用状态及处理负荷量度选择目标小区和伴随的目标E-Node B；
(2)CPS向目标E-Node B发送切换预备请求消息；
(3)目标E-Node B收到CPS下发的切换预备请求消息后，为待接纳UE分配和保留相应的资源；
(4)目标E-Node B为待接纳UE成功分配和保留相应的资源后，向CPS上报切换预备确认消息；
(5)CPS收到目标E-Node B回应的切换预备确认消息后，通过源E-NodeB向UE发送切换命令，指示UE执行切换过程，同时向Evolved CN用户面发送数据链路转接请求消息；
(6) Evolved CN用户面收到CPS发来的数据链路转接请求消息后，进行数据路径转换；
(7)UE收到所述切换命令后，向所述目标小区进行同步及切换过程；
(8)UE与目标小区同步后，通过目标E-Node向CPS发送切换证实消息，完成切换过程。
所述方法进一步包括步骤：
(9)CPS收到UE回应的切换证实消息后，向源E-Node发送用户面释放请求消息，指示源E-Node拆除原有的用户面链路；
(10)源E-Node收到所述用户面释放请求消息后，向CPS回应用户面释放响应消息；
(11)源E-Node拆除原有的用户面链路。
所述步骤(5)进一步包括：
源E-Node B收到CPS下发的切换命令后，向目标E-Node B前转支持无损切换所需的用户分组，所述用户分组包括：源E-Node B已向UE发送但未收到UE确认的用户分组、源E-Node B缓存中尚未向UE发送的用户分组。
在所述步骤(6)和步骤(7)之间还包括步骤：
Evolved CN用户面对UE进行数据链路转换完成后，Evolved CN用户面下发的数据由目标E-Node B进行缓存。
所述切换预备请求消息包括：UE上下文信息。
所述步骤(3)具体为：
目标E-Node B根据所述UE上下文信息中的服务质量参数为待接纳UE分配和保留相应的资源。
当UE不具备自主预同步功能时，源E-Node B向UE发送的切换命令中携带目标小区的无线参数信息。
由以上本发明提供的技术方案可以看出，本发明无线通信系统在用户面采用演进核心网Evolved CN和演进基站E-Node B直接连接的两层架构方式，有效地减少了功能节点和相关的接口数目，进而减小了由于多级中转引入的较大时延，更好地满足了3G无线通信系统演进过程中用户面时延的严格要求。同时，由于引入了控制面服务器CPS，在控制面兼顾时延要求和多小区管理的特性，将无线资源管理功能合理分布在E-Node B和CPS中进行，由E-Node B实现单小区下与E-Node B资源和特性密切相关的无线资源管理功能，由CPS完成与多小区和整个网络密切相关联的无线资源管理功能，从而极大地提高了无线资源管理的处理速度和效率。由于CPS的负荷相对于现有无线通信系统中的RNC较轻，因此有利于实施更复杂、更有效的无线资源管理算法，提高系统设备的整体性能。本发明由CPS主控来完成E-Node B间的切换过程，有效地缩短了切换中断时间，并且保证了较高的切换成功率，有利于支持无损切换的实施，提升用户的体验。
附图说明
图1是第三代移动通信系统的网络架构示意图；
图2是UTRAN结构示意图；
图3是本发明无线通信系统的网络架构示意图；
图4是本发明系统中CPS和E-Node B的原理框图；
图5是本发明无线资源管理方法的实现流程图；
图6是本发明小区切换方法的实现流程图。
具体实施方式
本发明的核心在于在用户面采用演进核心网Evolved CN和演进基站E-Node B直接连接的两层架构方式，E-Node B通过IP网络与Evolved CN直接建立连接。同时，在本发明系统中引入控制面服务器CPS，一个Evolved CN下辖一个或多个CPS，一个CPS下辖多个E-Node B，也就是说，控制面采用三层架构方式。在控制面兼顾时延要求和多小区管理的特性，将无线资源管理功能分布在E-Node B和CPS中进行：由E-Node B实现单小区下与E-Node B资源和特性密切相关的无线资源管理功能，完成业务的建立、保持和释放等功能；由CPS完成与多小区和整个网络密切相关联的无线资源管理功能。
CPS和Evolved CN之间通过Iu′接口连接，通过该接口，CPS向Evolved CN发起数据链路转接请求，如果需要，还可以与Evolved CN进行MBMS(多媒体广播/多播业务)、网络共享以及KPI关键性能参数提取等交互。
CPS和E-Node B之间通过Icn接口连接，通过该接口，CPS动态接收空口无线资源有关过程(包括资源分配/重配、资源保留和资源释放等过程)的结果。CPS以小区为单位建立下辖各个小区的无线资源可用状态及处理负荷；并利用自身所掌握的相关小区无线资源可用度和处理载荷度，控制E-Node B间的切换过程。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。
参照图3，图3是本发明无线通信系统的网络架构示意图：
本发明无线通信系统架构中有三种功能实体：(1)演进核心网Evolved CN；(2)控制面服务器CPS；(3)演进基站E-Node B。其中，一个Evolved CN可以下辖至少一个CPS和多个E-Node B，而一个CPS可以下辖多个E-Node B。
本技术领域人员知道，3G无线通信系统演进需要系统尽量扁平化，以便减少功能节点和相关的接口数目，进而减小多级中转引入的时延。故此，本发 明在用户面选定Evolved CN和E-Node B直接连接的两层架构方式，用以满足用户面时延的严格要求；同时在控制面兼顾时延要求和多小区管理的特性，由E-Node B实现单小区下与E-Node B资源和特性密切相关的无线资源管理功能，而以CPS完成与多小区和整个网络密切相关联的无线资源管理功能(譬如：E-Node B间的切换过程的管理)。这种分布处理与集中处理相结合的无线资源管理方式可以有效地提升RAN(无线接入网)系统的整体性能。
三个实体各自的功能如下：
Evolved CN：其完成与现有3G核心网CN相似的功能，即负责与其他网络的连接和对UE(用户设备)的通信和管理。
CPS：其实现多小区管理功能的同时，还可实现MBMS(多媒体广播/多播业务)的控制、网络共享功能的控制、系统广播功能的控制以及KPI(关键性能参数)的提取功能。
E-Node B：在完成3G系统中Node B基本功能(譬如，无线接口物理层协议的处理)之外，还独立承担E-Node B自身无线资源管理的相关功能，譬如：资源分配与整合、接纳管理、拥塞管理、通信链路监控、数据包调度以及功率控制、E-Node B下不同小区间切换的控制等功能，即与多小区管理和网络密切相关的无线资源管理功能由CPS为主完成，而E-Node B独立完成与自身资源和特性密切相关的无线资源管理功能。其次，为了提升RAN(无线接入网络)系统对于无线信道时变特性的适应能力，E-Node B和UE之间通过HARQ(混合自动重传)技术编码和调制技术的自适应性选择。为了消除HARQ遗留的传输数据错误，E-Node B的高层协议中含有外层重传机制。为了进行高效率的无线资源管理，E-Node B还完成对UE测量的控制。
E-Node B通过IP网络与Evolved CN直接建立连接，也就是说，系统中的用户面只有Evolved CN和E-Node B两个节点。在控制面中，E-Node B独立承担的自身无线资源管理功能的信令部分与Evolved CN直接连接结，完成业务的建立、保持和释放功能。
CPS和Evolved CN之间通过Iu′接口连接，CPS发起的数据链路转接请求以及MBMS、网络共享以及KPI参数提取等与Evolved CN之间的交互均经由此接口发送。
CPS和E-Node B之间通过Icn接口连接，E-Node B向CPS提供UE测量中与多小区管理相应的测量报告，以及实时向CPS上报自身的资源状况和处理负荷状况。CPS在UE测量报告和E-Node B资源状况和处理负荷信息的基础上，依据RRM(无线资源管理)策略进行UE的切换判决与控制。同时，CPS中MBMS、网络共享KPI参数等控制信息也经由此接口下达给E-Node B。切换过程所需的UE Context(UE上下文)也经由此接口下传至目标E-Node B。E-Node B进行无线资源管理过程中使用的算法以及相关参数也由CPS来设定和变更。
CPS之间的Icc接口，用于辅助CPS完成跨CPS的UE切换控制。
E-Node B之间的Inn接口，用于为支持无损切换所需的前传数据提供数据通道。
根据实际应用需要，系统广播功能的控制可以在Evolved CN或者CPS实体上完成，也可以直接由E-Node B来控制。
为了实现上述功能，CPS和各E-Node B分别包括不同的功能模块。参照图4所示CPS和E-Node B的原理框图：
在该实施例中，CPS下辖两个E-Node B，CPS与E-Node B通过Icn接口连接，各E-Node B之间通过Inn接口连接。
CPS包括无线资源管理策略模块401，系统无线资源信息库402，系统无线资源管理模块403。
其中，无线资源管理策略模块401用于设定无线资源管理策略，并向E-NodeB提供无线资源管理过程中使用的算法；系统无线资源信息库402用于存储CPS下辖的各E-Node B的资源信息；系统无线资源管理模块403用于根据设定的无线资源管理策略及存储的E-Node B的资源信息，完成多小区的管理及与系统相关的无线资源管理。
各E-Node B的原理相同，包括：基站无线资源管理模块411及基站无线资源信息库412，基站无线资源管理模块根据基站无线资源信息库中的信息独立完成其自身无线资源的管理，包括：对资源的分配与整合、接纳管理、拥塞管理、通信链路监控、数据包调度、功率控制、与用户设备UE之间数据重传的控制、E-Node B下不同小区间切换的控制等功能。基站无线资源信息库中的信息可以在系统初始化时进行配置，不同E-Node B配置的信息可以相同，也可以不同。
为了使CPS的系统无线资源信息库中存储的信息与其下辖的各E-Node B的基站无线资源信息库中存储的信息保持一致，系统无线资源管理模块与其所属CPS下辖的各E-Node B中的基站无线资源管理模块需要通过信令交互，实时更新同步系统无线资源信息库存储的各E-Node B的资源信息。
当呼叫发起时，E-Node B首先对UE执行接纳管理过程。当接纳成功后，依据其请求的业务，为该UE分配相应的资源，并将资源分配/变动的结果上报至CPS。业务的服务过程中，基于业务的QoS参数或通信链路检测结果动态实施数据包调度和功率控制过程，以保证业务的服务质量。为了提高E-Node B和UE之间数据传输的可靠性，两者之间可以采用两层重传(混合自动重传请求HARQ和外环自动重传请求Outer-ARQ)机制。当E-Node B下辖的资源发生拥塞时，E-Node B负责拥塞的检测和解拥塞措施的实施。E-Node B将其下辖资源的变动结果实时上报CPS，便于相邻E-Node B管辖小区之间资源的协调调度。
在该系统架构中，CPS通过与各E-Node B之间的接口动态接收无线资源有关过程(包括资源分配/重配、资源保留、资源释放等过程)的结果，根据该结果更新系统无线资源信息库中存储的各E-Node B的资源信息，并根据这些信息以小区为单位建立下辖各个小区的无线资源可用状态及处理负荷。
一个E-Node B可以下辖一个或多个小区，各小区之间以Cell-ID来标识/区分。CPS通过网络配置过程中掌握的各小区之间的拓扑关系，以E-Node B标识 和Cell-ID为索引建立CPS域下各E-Node B管辖小区的资源信息拓扑结构数据库。该数据库可用于相邻E-Node B管辖小区之间资源的协调调度。
当CPS下辖的E-Node B切换场景下，CPS利用所掌握的相关小区无线资源可用度和处理载荷度，由无线资源管理策略模块提供有效的RRM策略，系统无线资源管理模块从UE提供的切换候选小区中优选一个目标小区和伴随的E-Node B，供切换UE作为目标E-Node B和目标小区使用。
在热点地区，这种结构非常有利于获得系统内部负荷均衡和切换高成功率。同时，由于CPS掌握了小区一级的负荷信息，在一定程度上也有助于网络KPI参数的统计。
当UE需要进行跨CPS的小区切换时，由CPS之间的Icc接口辅助CPS来完成切换控制。
在系统实现时，可根据实际需要，将CPS置于独立的功能节点上，也可以将其置于下辖的任何一个E-Node B上，与E-Node B的基本无线资源管理功能分层实现。
可见，本发明系统在用户面采用E-Node B和Evolved CN直接连接的两层模式，控制面采用Evolved CN-CPS-E-Node B的三层架构模式，同时CPS的具体实现具有一定的灵活性，即CPS可以架构在E-Node B之上形成独立的功能节点；也可以结合在E-Node B之内与E-Node B的基本无线资源管理功能分层实现。整个RAN系统是基于IP的。
下面详细说明基于本发明系统架构的无线资源管理过程。
参照图5，图5示出了本发明无线资源管理方法的流程，包括以下步骤：
步骤501：E-Node B对其无线资源进行管理并实时向CPS上报无线资源的处理结果，E-Node B对其无线资源进行管理的过程包括：进行分配与重配、资源保留及资源释放等过程。
当UE接入时，E-Node B需要对其分配所需的无线资源，而当业务发生变化或链路质量恶化时应当重新配置其相关资源，当UE离开后，释放为其分配 的无线资源。在这些过程中，E-Node B需要及时更新自己保存的自身的无线资源状况信息，并将更新后的结果通过信令上报给CPS，以使CPS及时了解各E-Node B的资源状况，并与E-Node B存储的信息保持一致。
步骤502：CPS通过与其下辖的E-Node B之间的接口实时接收各E-Node B无线资源的处理结果。
步骤503：CPS根据接收的处理结果以小区为单位建立下辖各个小区的无线资源可用状态及处理负荷。
步骤504：UE向源E-Node B发送测量报告，该测量报告至少包括候选小区导频质量信息；
步骤505：E-Node B将收到的测量报告通过其与CPS之间的接口上报给CPS。
步骤506：当CPS根据UE的测量报告判断需要进行E-Node B间切换时，根据其记录的各个小区的无线资源可用状态及处理负荷控制完成E-Node B间的切换过程。
首先，CPS根据E-Node B提供的用户设备UE的测量报告及其记录的各个小区的无线资源可用状态及处理负荷量度选择目标小区和伴随的目标E-Node B；然后，选择合适的资源管理策略控制，这些资源管理策略可以通过配置预先设定，按照选定的资源管理策略控制UE切换到目标小区，并建立与目标E-Node B的连接。
为此，在UE执行切换过程前，CPS通知目标E-Node B为待接纳UE分配和保留相应的资源；目标E-Node B为待接纳UE分配和保留相应的资源完成后，CPS再通过源E-Node B指示UE进行切换过程；UE切换完成后，CPS指示源E-Node拆除原有的用户面链路。
为了减少切换的中断时间，CPS在通过源E-Node B对UE发起切换命令的同时，可以请求Evolved CN用户面对UE进行数据链路转换。Evolved CN用户面对UE进行数据链路转换完成后，Evolved CN用户面下发的数据由目标 E-Node B进行缓存。
同时，为了支持无损切换，并避免分组丢失引发IP应用层吞吐量的下降，当源E-Node B收到CPS下发的UE进行切换的指示后，向目标E-Node B前转支持无损切换所需的用户分组。这些用户分组包括：源E-Node B已向UE发送但未收到UE确认的用户分组、源E-Node B缓存中尚未向UE发送的用户分组。
可见，利用本发明无线通信系统中E-Node B具有的管理自身相关无线资源的能力，实现第三代移动通信系统中移动性管理之外的大部分无线资源管理功能，有效地提高了RAN(无线接入网)系统对于无线链路质量波动的反映速度，有利于提升系统的整体性能。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，图6示出了本发明无线通信系统的小区切换的流程：
1.UE接入系统后，定时进行小区测量过程以及自主预同步过程，并将测量结果通过源E-Node B上报给CPS。所谓自主预同步过程是指UE不通过网络指定的同步激活时间来实施同步，而是主动测量和解调各邻小区的同步参数并予以存储，供切换同步过程使用，这样可以加快同步获取时间。
2.CPS依据UE上报的各候选小区导频质量和各小区资源可用度以及处理负荷量度，根据预先设定的无线资源管理策略及切换决策，优选出合理的目标小区和伴随的目标E-Node B。
3.CPS向目标E-Node B发出切换预备请求(Handover preparation request)消息，在该消息中携带UE上下文信息，在UE上下文信息中包含用于计算资源预配置所需的相应参数，比如QoS(服务质量)参数。
目标E-Node B收到CPS下发的切换预备请求(Handover preparationrequest)消息后，基于UE context中的QoS(服务质量)消息为将要接纳的UE分配和保留相应的资源。其目的是UE一旦和目标小区取得同步，目标E-Node B立即可以向UE发送下行数据，这样可以有效缩短数据发送的中断时 间。
4.目标E-Node B为待接纳UE成功分配和保留相应的资源后，向CPS发送切换预备确认(Handover preparation Confirm)消息，报告CPS其已完成了资源的分配过程。
5.CPS收到目标E-Node B回应的切换预备确认(Handover preparationConfirm)消息后，通过源E-Node B向UE发出切换命令(Handover commit)，指示UE执行切换过程。
针对于不使用UE自主预同步技术的场景，需要在该命令中携带目标小区的相关无线参数，这些参数由资源预配置过程从目标基站获知，供UE同步过程中使用。
6.同时，向Evolved CN发起数据路径转接请求(Path Switch Request)消息，该消息与切换命令同步发起，以使L1(物理层)同步过程和数据路径转接过程并行执行，有效地减少切换的中断时间。
7.Evolved CN收到数据路径转接请求(Path Switch Request)消息后，进行相应的数据链路转接过程；数据链路转换完成后，Evolved CN下发的数据由目标Node B缓存。
8.当源E-Node B收到CPS下发的Handover commit命令后，向目标E-Node B前转必要的用户分组。必要的用户分组包括：
(a)源E-Node B已向UE发送但未收到UE的ACK确认的用户分组；
(b)源E-Node B缓存中尚未向UE发送的用户分组。
为了支持无损切换，并避免分组丢失引发IP应用层吞吐量的下降(例如TCP(传输控制协议)为了缓解网络拥塞过程启动的Slow start(慢启动)策略)，在切换过程中，源E-Node B需要向目标E-Node B前转必要的用户分组。
9.UE收到切换命令(Handover commit)后，向目标小区实施同步及切换：进行物理层切换，接收目标小区的共享信道。
10.UE与目标小区取得同步之后，通过目标E-Node B向CPS回应切换 证实(Handover confirm)消息，报告其向目标小区的切换已经完成。
11.CPS收到UE回应的切换证实(Handover confirm)消息后，向服务E-Node B发出用户面释放请求(UP release Request)消息，指示源E-Node B拆除原有的用户面链路；源E-Node B实施拆链过程并作出相应的回应，向CPS发送用户面释放回应(UP release Response)消息。
至此，整个CPS控制下的小区切换过程完成。
对于跨CPS的小区切换，即CPS依据下辖小区的拓扑结构的边界信息以及邻接CPS信息，通过分析UE经E-Node B上报的测量消息中的候选小区标识就可知道是否有其他CPS域下辖的候选小区以及候选小区所属的E-Node B和CPS(目标E-Node B和目标CPS)。如果有其他CPS域下的候选小区，则源CPS可以通过与该小区所属CPS通过两者之间的Icc接口来获知此小区的资源信息，进而作出优选目标小区的判决。此场景下，若优选目标小区属于另一CPS，则需要实施跨CPS域切换过程。
实施过程中源CPS与目标CPS协商切换所需的资源，进而通知UE执行向目标小区的切换，并通过Icc接口触发目标CPS向CN请求相应数据链路的转接。而其他诸如资源预配置和物理层的同步以及E-Node B的数据缓存机制及必要数据的前传过程与基本切换过程相同，在此不再赘述。
由上述过程可见，对于业务性能的影响主要是切换中断时间。在本发明中，由于CPS同时掌控了数据路径转接和无线资源的切换过程，有利于这两个相关过程的协作调度，最大限度获取并行处理策略带来的高效率。因此，有利于缩短切换中断时间。同时，切换过程在目标E-Node B中引入的资源预留机制，同样有利于缩短切换中断时间。而在UE侧引入的UE主动预同步机制可以有效缩短L1同步过程的时间，将进一步减小切换中断耗时。
另外，CPS拥有小区级的无线资源可用度以及相关E-Node B处理负荷度的动态信息，在进行E-Node B间切换过程时，可以直接应用这些信息执行目标小区优选过程。因此，可以在切换过程中降低由于服务E-Node和候选的目 标E-Node B之间资源信息协商引入的复杂度和额外时延开销。当多个UE并发进行切换过程且各自的候选目标E-Node B有交集时，CPS可以安全地消除碰撞引发的目标小区选择结果与资源可用度不匹配的情况，进一步提高了切换过程的成功率。
虽然通过实施例描绘了本发明，本领域普通技术人员知道，本发明有许多变形和变化而不脱离本发明的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本发明的精神。
Claims (20)
1.一种无线通信系统，其特征在于，包括：演进核心网Evolved CN、演进核心网下辖的一个或多个控制面服务器CPS、以及每个CPS下辖的多个演进基站E-Node B；
所述Evolved CN负责与其他网络的连接和对用户设备UE的通信和管理；所述E-Node B通过IP网络与Evolved CN直接建立连接，用于完成无线接口物理层协议的处理以及自身无线资源的管理；所述CPS包括：
无线资源管理策略模块，用于设定无线资源管理策略，并向E-Node B提供无线资源管理过程中使用的算法；
系统无线资源信息库，用于存储CPS下辖的各E-Node B的资源信息；
系统无线资源管理模块，用于根据设定的无线资源管理策略及存储的E-Node B的资源信息，完成多小区的管理及与系统相关的无线资源管理。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述E-Node B包括：
基站无线资源管理模块及基站无线资源信息库，基站无线资源管理模块根据基站无线资源信息库中的信息独立完成其自身无线资源的管理，所述基站无线资源管理模块进行自身无线资源的管理包括：对资源的分配与整合、接纳管理、拥塞管理、通信链路监控、数据包调度、功率控制、与用户设备UE之间数据重传的控制、E-Node B下不同小区间切换的控制。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述系统无线资源管理模块与其所属CPS下辖的各E-Node B中的基站无线资源管理模块通过信令交互，实时更新同步系统无线资源信息库存储的各E-Node B的资源信息。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述CPS位于独立的功能节点上，或者位于其下辖的任何一个E-Node B上。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，由Evolved CN或者CPS或者E-Node B完成系统广播功能的控制。
6.一种基于权利要求1所述无线通信系统的无线资源管理方法，所述系统包括：演进核心网Evolved CN、Evolved CN下辖的一个或多个控制面服务器CPS、以及每个CPS下辖的多个演进基站E-Node B，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
A、E-Node B对其无线资源进行管理并实时向CPS上报无线资源的处理结果；
B、CPS通过与其下辖的E-Node B之间的接口实时接收各E-Node B无线资源的处理结果；
C、根据接收的处理结果以小区为单位建立下辖各个小区的无线资源可用状态及处理负荷；
D、当需要进行E-Node B间切换时，CPS根据其记录的各个小区的无线资源可用状态及处理负荷控制完成E-Node B间的切换过程。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤A中E-Node B对其无线资源进行管理的过程包括：
E-Node B对其无线资源进行分配与重配、资源保留及资源释放。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在所述步骤C和步骤D之间还包括步骤：
用户设备UE向源E-Node B发送测量报告，所述测量报告至少包括候选小区导频质量信息；
源E-Node B将收到的测量报告通过其与CPS之间的接口上报给CPS。
9.根据权利要求6或8所述的方法，其特征在于，所述步骤D包括：
D1、CPS根据源E-Node B提供的用户设备UE的测量报告及其记录的各个小区的无线资源可用状态及处理负荷量度选择目标小区和伴随的目标E-Node B；
D2、按照预定的资源管理策略控制所述UE切换到所述目标小区，并使UE建立与目标E-Node B的连接。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述步骤D2包括：
D21、在UE执行切换过程前，CPS通知目标E-Node B为待接纳UE分配和保留相应的资源；
D22、目标E-Node B为待接纳UE分配和保留相应的资源完成后，CPS通过源E-Node B指示UE进行切换过程；
D23、UE切换完成后，CPS指示源E-Node拆除原有的用户面链路。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述步骤D22进一步包括：
CPS指示UE进行切换过程的同时，请求Evolved CN用户面对UE进行数据链路转换；
Evolved CN用户面对UE进行数据链路转换完成后，Evolved CN用户面下发的数据由目标E-Node B进行缓存。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述步骤D22进一步包括：
当源E-Node B收到CPS下发的UE进行切换的指示后，向目标E-Node B前转支持无损切换所需的用户分组。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述支持无损切换所需的用户分组包括：源E-Node B已向UE发送但未收到UE确认的用户分组、源E-Node B缓存中尚未向UE发送的用户分组。
14.一种基于权利要求1所述无线通信系统的小区切换方法，所述系统包括：演进核心网Evolved CN、Evolved CN下辖的一个或多个控制面服务器CPS、以及每个CPS下辖的多个演进基站E-Node B，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)CPS依据源E-Node B提供的用户设备UE的测量报告及其记录的各个小区的无线资源可用状态及处理负荷量度选择目标小区和伴随的目标E-Node B；
(2)CPS向目标E-Node B发送切换预备请求消息；
(3)目标E-Node B收到CPS下发的切换预备请求消息后，为待接纳UE分配和保留相应的资源；
(4)目标E-Node B为待接纳UE成功分配和保留相应的资源后，向CPS上报切换预备确认消息；
(5)CPS收到目标E-Node B回应的切换预备确认消息后，通过源E-NodeB向UE发送切换命令，指示UE执行切换过程，同时向Evolved CN用户面发送数据链路转接请求消息；
(6)Evolved CN用户面收到CPS发来的数据链路转接请求消息后，进行数据路径转换；
(7)UE收到所述切换命令后，向所述目标小区进行同步及切换过程；
(8)UE与目标小区同步后，通过目标E-Node B向CPS发送切换证实消息，完成切换过程。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括步骤：
(9)CPS收到UE回应的切换证实消息后，向源E-Node B发送用户面释放请求消息，指示源E-Node B拆除原有的用户面链路；
(10)源E-Node B收到所述用户面释放请求消息后，向CPS回应用户面释放响应消息；
(11)源E-Node B拆除原有的用户面链路。
16.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述步骤(5)进一步包括：
源E-Node B收到CPS下发的切换命令后，向目标E-Node B前转支持无损切换所需的用户分组，所述用户分组包括：源E-Node B已向UE发送但未收到UE确认的用户分组、源E-Node B缓存中尚未向UE发送的用户分组。
17.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，在所述步骤(6)和步骤(7)之间还包括步骤：
Evolved CN用户面对UE进行数据链路转换完成后，Evolved CN用户面下发的数据由目标E-Node B进行缓存。
18.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述切换预备请求消息包括：UE上下文信息。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)具体为：
目标E-Node B根据所述UE上下文信息中的服务质量参数为待接纳UE分配和保留相应的资源。
20.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，当UE不具备自主预同步功能时，源E-Node B向UE发送的切换命令中携带目标小区的无线参数信息。
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