CN1996915A - 一种无线网络层下移实现网络互连的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无线网络层下移实现网络互连的系统和方法，其系统包括无线接入网络及对应的核心网络，所述无线接入网络包括基站网元；对无线接入网络做功能分解包括：无线适配器、无线接入网服务器和无线网关，并且所述无线适配器功能下移到所述基站；所述无线适配器用于提供媒体接入控制等功能；所述无线接入网服务器用于提供系统信息广播以及迁移控制的功能；所述无线网关用于提供新架构和传统架构的核心网络/无线网络控制器网元之间适配功能。本发明系统和方法针对3G/2G无线通信网络和OAN如PON技术接入的网络互连的问题，为OAN网络运营商发展无线网络提供了一种演进途径。
Description
技术领域
本发明涉及一种光接入网络的系统和方法，尤其涉及的是一种无线网络层下移实现网络互连的系统和方法。
背景技术
现有技术的光纤接入网(统称FTTx)以光网络单元(ONU)的位置所在，分为FTTH(Fibre To The Home光纤到家)、光纤到大楼(FTTB，Fibre To TheBuilding)和光纤到路边(FTTC，Fibre To The Curb)等几种情况。
光纤接入网OAN(Optical Access Network)的正式名称是光纤用户环路(FITL，Fiber in the loop)，由于光接入网接入的高带宽，能够更好的开展TriplePlay即同时传输语音、数据与多媒体视频的业务。光纤接入网主要采用PON(Passive Optical Network，无源光网络)的技术，而现在主流比较成熟技术主要有两种：EPON(Ethernet Passive Optical Network，以太无源光网络)是2001年推出的技术；GPON(Gigabit Passive Optical Network，千兆位无源光网络)标准于2003年1月被ITU通过。FTTx网络主要的网络架构如图1所示，描述了光接入网的网络架构，其具体的OAN参考架构如图2所示。
光接入网OAN整个参考架构由用户驻地网CPN(Customer PremisesNetwork)、接入网AN(Access Network)和业务功能点SNF(Service NodeFunction)组成。其中在接入网中，AF为适配功能体(Adaptation Function)，是可选设备，主要是提供ONU/ONT接口(Optical Network Unit光网络单元/Optical Network Terminal光网络终端)与UNI接口(User Network Interface，用户网络接口)的相互转换，AF也可以内置在ONU中，这样(a)参考点可以不要。AF也可以放在OLT(Optical Line Termination，光路终结点)之后作OLT接口和SNI接口(Service Node Interface，业务点接口)的相互转换。AF既可以看成CPN的功能体，也可以看成是Access Network的功能体。
OAN用户驻地网和接入网的主要网元包括：光路终结点OLT，光分配网ODN(Optical Distribution Network，光分配网)，光网络单元/光网络终端ONU/ONT，适配功能体AF。其中T为UNI接口的参考点，V为SNI接口的参考点。OLT为ODN提供网络接口并连至一个或多个ODN。ODN为OLT和ONU提供传输手段，ONU为OAN提供用户侧接口并和ODN相连，用户的设备CPE(Customer Premises Equipment，用户端设备)通过UNI接口(如：通过DSL线路)连接到AF，AF将报文格式由UNI接口格式转换成能与ONU连接的(a)接口(如：Ethernet链路)格式，ONU再将报文转换成能在ODN上传送的格式(如：EPON的封装、GPON的通用组帧的封装)。最后由OLT将报文转换成SNI接口(如：Ethernet链路)的报文格式，再进行业务点的访问。
在3G/2G无线通信系统采用类似的结构，其包括无线接入网络(RadioAccess Network，RAN)和核心网络(Core Network，CN)。其中无线接入网络用于处理所有与无线有关的功能，而CN处理无线通信系统内所有的话音呼叫和数据连接，并实现与外部网络的交换和路由功能。
CN从逻辑上分为电路交换域(Circuit Switched Domain，CS)和分组交换域(Packet Switched Domain，PS)。RAN、CN与移动台(Mobile Station，MS)一起构成了整个3G/2G无线通信网络，其系统参考架构如图3所示。
其中，基站(Base Station，BS)在GSM/GPRS/CDMA/CDMA2000中称为基站收发信台(Base Transceiver Station，BTS)，在WCDMA/TD-SCDMA中称为节点B(Node B)；基站控制器BSC在WCDMA中称为无线网络控制器(Radio Network Controller，RNC)；在CDMA2000中，PCF(包控制功能)，PCF位于BSC与分组数据服务节点(Packet Data Serving Node，PDSN)之间，提供分组数据业务支持，作为无线接入网络的一部分可以和BSC放置在一起，也可以单独放置。
对于WCDMA，UTRAN中使用了Iu系列接口，包括Iu，Iur和Iub接口，这些接口按UTRAN接口通用协议模型划分协议栈由相应的无线网络层(RNL)和传输网络层(TNL)组成。Iu接口是连接UTRAN和CN的接口，是一个开放的标准接口，其控制面协议是RANAP，用户面协议是GTP协议。Iur接口是连接RNC之间的接口，是UMTS系统特有的接口，用于对RAN中移动台的移动管理。比如在不同的RNC之间进行软切换时，移动台所有数据都是通过Iur接口从正在工作的RNC传到候选RNC。Iur也是开放的标准接口，Iur接口控制面协议是RNSAP，用户面协议是Iur FP。Iub接口是连接NodeB与RNC的接口，Iub接口也是一个开放的标准接口，其控制面协议是NBAP，用户面协议是Iub FP。
Node B是WCDMA系统的基站(即无线收发信机)，包括无线收发信机和基带处理部件。通过标准的Iub接口和RNC互连，主要完成Uu接口物理层协议的处理。它的主要功能是扩频、调制、信道编码及解扩、解调、信道解码，还包括基带信号和射频信号的相互转换等功能。
所述无线网络控制器RNC用于控制UTRAN的无线资源，主要完成连接建立和断开、切换、宏分集合并、无线资源管理控制等功能。具体包括：(1)执行系统信息广播与系统接入控制功能；(2)切换和RNC迁移(Relocation，或重定位)等移动性管理功能；(3)宏分集合并、功率控制、无线承载分配等无线资源管理和控制功能。
用户设备UE和UTRAN之间的无线接口协议栈架构包括了多种协议，它们分布在无线接入网络中的不同节点实现，如图4所示，其中，RRC协议在UE和RNC中实现，它主要实现RRC连接的管理，无线承载的管理，寻呼/广播以及移动性管理等功能。它负责配置无线接口协议栈中其他协议实体的参数信息。RLC协议在UE和RNC中实现，它主要实现用户数据的传输功能，它提供了三种数据传输模式，分别适合于传送不同QoS要求的业务数据。MAC协议通常在UE和RNC中实现，它负责为用户数据选择合适的传送格式，负责实现逻辑信道到传输信道的映射。对于一些特殊的信道类型，NodeB中也有MAC协议的实现。PDCP协议在UE和RNC中实现，它的功能包括：在发送与接收实体中分别执行IP数据流的头部压缩与解压缩，如TCP/IP和RTP/UDP/IP头部头部压缩方法对应特定的网络层传输层或上层协议的组合；传输用户数据是将非接入层送来的PDCP-SDU转发到RLC层，若支持无损SRNS迁移功能则转发PDCP-SDU及相应的序列号将多个不同的RB复用到同一个RLC实体。
BMC的功能包括：小区广播消息的存储；业务流量监视和为CBS要求无线资源；BMC消息的调度；发送BMC消息到UE；向高层(NAS)传送小区广播消息等。
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Iub接口较长的时延，而且降低了Node B的处理能力和Iub接口传输资源的统计复用率；而RNC和UE之间的RLC层的重传机制在Iub接口存在较大时延情况下，吞吐率会下降；并且外环功率控制算法在Iub接口时延较大情况下，不能快速根据空中接口的变化进行SIRtarget调整；同时小区负载信息目前依赖NodeB周期性上报，存在信息滞后，导致RNC获取的负载信息不实时。
由此可见，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
本发明的目的在于提供一种无线网络层下移实现网络互连的系统和方法，针对3G/2G无线通信网络和OAN如PON技术接入的网络互连的问题，提出无线网络将无线接口协议栈下移到基站，再与OAM网络紧耦合或松耦合的方案，作为OAM有线接入的无线延伸，适用于固定无线、游牧、便携和移动接入应用，为OAN网络运营商发展无线网络提供一种演进途径。
本发明的技术方案包括：
一种无线网络层下移实现网络互连的系统，其包括无线接入网络及对应的核心网络，所述无线接入网络包括基站网元；其中，对无线接入网络做功能分解，所述系统设置为控制与承载分离，定义的功能单元还包括：
无线适配器、无线接入网服务器和无线网关，用于将原有无线接口协议下移到基站的无线适配器；
所述无线适配器用于提供媒体接入控制、无线链路控制、分组数据汇聚协议、小区专用无线资源管理以及切换控制的功能；
所述无线接入网服务器用于提供系统信息广播以及迁移控制的功能；
所述无线网关用于提供新架构和传统架构的核心网络/无线网络控制器网元之间适配功能。
所述的系统，其中，所述基站和无线适配器网元集成为一体成为基站加无线适配器网元，将无线接口协议下移到基站的无线适配器；所述基站加无线适配器和无线网关之间采用多对多的连接关系，所述无线接入网服务器和无线网关之间采用一对多或多对多的连接关系。
所述的系统，其中，用户设备网元与所述基站加无线适配器网元间的接口采用接口Uu；所述基站加无线适配器网元与无线网关间的接口Iub-D采用接口Iu的用户面；所述基站加无线适配器网元与无线接入网服务器间采用接口Iub-C；所述无线接入网服务器与无线网关间的接口采用IETF的Megaco或ITU-T的H.248，或采用全新的协议栈，所述无线接入网服务器通过Megaco/H.248对无线网关进行管理。
所述的系统，其中，所述系统还包括对核心网络分组交换域做控制与承载分离功能分解，其包括：服务GPRS支持节点服务器、服务GPRS支持节点网关、网关GPRS支持节点服务器和网关GPRS支持节点网关；并且所述服务GPRS支持节点服务器包含原服务GPRS支持节点的控制面功能，实现移动性管理，连接管理，会话管理的控制面功能；所述服务GPRS支持节点网关包含原服务GPRS支持节点的用户面功能；所述网关GPRS支持节点服务器包含原网关GPRS支持节点的控制面功能；所述网关GPRS支持节点网关包含原网关GPRS支持节点的用户面功能。
所述的系统，其中，所述服务GPRS支持节点网关与无线网关间的接口Iu-D采用接口Iu的用户面；所述服务GPRS支持节点服务器与无线接入网服务器间的接口采用接口Iu的控制面。
所述的系统，其中，所述服务GPRS支持节点网关与网关GPRS支持节点网关间的接口采用接口Gn的用户面；所述服务GPRS支持节点服务器与网关GPRS支持节点服务器间的接口采用接口Gn的控制面。
所述的系统，其中，所述服务GPRS支持节点服务器与服务GPRS支持节点网关间的接口采用IETF的Megaco或ITU-T的H.248，或采用全新的协议栈，服务GPRS支持节点服务器通过Megaco/H.248对服务GPRS支持节点网关进行管理。
所述的系统，其中，所述网关GPRS支持节点服务器与网关GPRS支持节点网关间的接口采用IETF的Megaco或ITU-T的H.248，或采用全新的协议栈，所述网关GPRS支持节点服务器通过Megaco/H.248对网关GPRS支持节点网关进行管理。
所述的系统，其中，所述系统还包括对核心网络分组交换域功能分解包括定义的功能单元：综合GPRS支持节点服务器和综合GPRS支持节点网关，以及，所述综合GPRS支持节点服务器包含原服务GPRS支持节点和网关GPRS支持节点的控制面功能，所述综合GPRS支持节点网关包含原服务GPRS支持节点和网关GPRS支持节点的用户面功能。
所述的系统，其中，在核心网络中，所述综合GPRS支持节点网关与无线网关间的接口采用接口Iu的用户面；所述综合GPRS支持节点服务器与无线接入网服务器间的接口采用接口Iu的控制面。
所述的系统，其中，所述综合GPRS支持节点服务器与综合GPRS支持节点网关间的接口采用IETF的Megaco或ITU-T的H.248，或采用全新的协议栈，所述综合GPRS支持节点服务器通过Megaco/H.248对综合GPRS支持节点网关进行管理。
所述的系统，其中，所述系统包括：将无线接入网服务器和综合GPRS支持节点服务器整合为一个网元，即无线服务器，用于包含原无线网络控制、服务GPRS支持节点网和网关GPRS支持节点的控制面功能。
所述的系统，其中，所述系统还包括：将所述无线网关和综合GPRS支持节点网关整合为一个网元，即移动网关，用于包含原无线资源控制、服务GPRS支持节点和网关GPRS支持节点的用户面功能。
所述的系统，其中，所述基站网元与无线网关间的接口采用接口Iu的用户面；所述基站网元与无线服务器间采用新定义的接口Iub-C。
所述的系统，其中，所述无线服务器与无线网关间的接口采用IETF的Megaco或ITU-T的H.248，或采用全新的协议栈，所述无线服务器通过Megaco/H.248对无线网关进行管理。
所述的系统，其中，所述无线服务器间采用接口Iur的控制面；所述无线网关间采用接口Iur的用户面；以及增加的基站网元间接口采用接口Iur。
一种无线网络层下移实现网络互连的方法，其包括：将无线通信网络基站和无线适配器通过适配功能体与光接入网在光接入网内的参考点a互连；无线通信网络无线网关或移动网关与光路终结点在参考点v互连，实现光网络与无线通信网络的互连。
所述的方法，其中，对所述基站和无线适配器网元集成为基站加无线适配器的集成网元，所述基站加无线适配器集成网元和适配功能体进行网元分离，以参考点T互连；或基站、无线适配器和适配功能体网元集成为一体，与光网络单元/光网络终端在光接入网络内的参考点a互连；无线网关和光路终结点网元集成为一体。
所述的方法，其中，还包括步骤：基于上述协议栈结构，
A、用户设备在数据通信时通过控制面协议栈建立无线资源控制连接，在和核心网协商后开始进行无线接入承载的建立；
B、所述无线接入承载建立成功后，用户通过已经建立好的用户面承载传送数据。
所述的方法，其中，在启用压缩/解压缩功能的用户面数据的传输过程包括：
上行：
A1、用户设备的应用层数据被封装成IP包或者PPP包后发给无线网络层的PDCP协议，PDCP协议对数据包报头进行压缩，并将压缩后的数据传给无线网络层无线网络层的RLC/MAC；
B1、所述RLC/MAC协议在接收到数据包处理完后，增加RLC/MAC报头后发给WCDMA物理层，物理层对接收到的数据包进行编码调制等操作通过Uu接口发送到UTRAN；
C1、UTRAN中基站加无线适配器的WCDMA物理层收到数据后发送给无线网络层的MAC/RLC协议，MAC/RLC协议依次去除协议报头，经过重组合并，将数据发给无线网络层的PDCP协议；
D1、所述PDCP协议将被压缩的数据包报头进行解压缩，基站加无线适配器通过GTP隧道将解出来的数据经过对应接口通过无线网关转发到所述核心网络。
所述的方法，其中，还包括：
E1、所述基站加无线适配器将GTP/UDP/IP包分割成LNK帧，并承载在节点B和适配功能体间物理层送往所述适配功能体；
F1、所述适配功能体将LNK帧转换为光网络单元LNK帧，然后承载在ONU/ONT和适配功能体间物理层送往ONU/ONT；
G1、所述ONU/ONT将ONU/ONT LNK帧转换为适合光传输的光分配网LNK帧，并进行电光转换承载在光分配网物理层，经光纤送往光路终结点；
H1、所述光路终结点物理层进行光电转换得到光分配网LNK帧，并将光分配网LNK帧转换为LNK帧送往无线网关，所述无线网关从对应接口GTP隧道接收到数据，并做对应接口的无线网络层和传输网络层处理，通过GTP隧道将数据包发往核心网络的网元。
所述的方法，其中，在所述核心网络中，所述服务GPRS支持节点/服务GPRS支持节点网关做对应接口的传输网络层和无线网络层处理，从该接口的GTP隧道接收到数据再用GTP隧道经过对应接口发送给网关GPRS支持节点/网关GPRS支持节点网关，从对应接口的GTP隧道接收到用户设备的IP包或者PPP包；
所述网关GPRS支持节点/网关GPRS支持节点网关再以IP包或者PPP协议包的形式通过其对应接口发给外部网络。
所述的方法，其中，所述综合GPRS支持节点/综合GPRS支持节点网关做对应接口的传输网络层和无线网络层处理，从该接口的GTP隧道接收到用户设备的IP包或者PPP包；综合GPRS支持节点/综合GPRS支持节点网关再以IP包或者PPP协议包的形式发给外部网络。
所述的方法，其中，其下行步骤包括：除在基站加无线适配器中的PDCP协议负责对下行数据的报头进行压缩，用户设备中的PDCP协议负责对下行数据的报头进行解压缩，其他与上行相同。
所述的方法，其中，还包括控制面信令的传输过程包括：
上行：
A2、用户设备的无线资源控制将短消息或本层的信令消息被封装成数据包传给无线网络层的RLC/MAC，RLC/MAC协议在接收到数据包处理完后，增加RLC/MAC报头后发给WCDMA物理层；
B2、所述物理层对接收到的数据包进行编码调制操作通过对应接口发送到UTRAN；
C2、UTRAN中基站加无线适配器的WCDMA物理层收到数据后发送给无线网络层的MAC/RLC协议；
D2、所述MAC/RLC协议依次去除协议报头，经过重组合并，将数据发给无线网络层的无线资源控制协议，该无线资源控制协议直接解析信令消息，进行相应处理。
所述的方法，其中，对于基站加无线适配器之间迁移、多小区无线资源管理、系统信息广播、寻呼控制，以及现RANAP/RNSAP消息的转发功能，所述基站加无线适配器的无线资源控制将直接把相应的信令消息通过对应接口无线网络层和传输网络层承载将处理结果通知无线接入网服务器的无线资源控制层，并通过无线接入网服务器经对应接口的无线网络层和传输网络层转交核心网络处理。
所述的方法，其中，还包括：
E2、所述基站加无线适配器将对应接口的FP/IP或NBAP/SCTP/IP包分割成LNK帧，并承载在节点B和适配功能体间物理层送往适配功能体；
F2、所述适配功能体将LNK帧转换为ONU LNK帧，并承载在ONU/ONT和适配功能体间物理层送往ONU/ONT；
G2、所述ONU/ONT将ONU/ONT LNK帧转换为适合光传输的光分配网LNK帧，并进行电光转换承载在光分配网物理层，经光纤送往光路终结点；
H2、所述光路终结点物理层进行光电转换得到ODN LNK帧，并将ODNLNK帧转换为LNK帧送往无线接入网服务器。
所述的方法，其中，所述无线接入网服务器做对应接口的传输网络层和无线网络层处理，从FP中得到无线资源控制的无线网络层帧，发送给无线网络层的MAC/RLC协议；所述MAC/RLC协议依次去除协议报头，经过重组合并，将数据发给无线资源控制，所述无线资源控制协议将被压缩的数据包报头进行解压缩，得到数据包，并通过对应接口的无线网络层和传输网络层处理将数据包发往核心网络网元。
所述的方法，其中，在核心网络中综合GPRS支持节点/服务GPRS支持节点/综合GPRS支持节点服务器/服务GPRS支持节点服务器做对应接口传输网络层和无线网络层处理，从RANAP中得到短消息。
所述的方法，其中，所述无线适配器与无线网关间的接对应口GTP隧道协议、UDP和IP可直接承载在光接入网络上。
所述的方法，其中，所述无线适配器与无线网关间的光接入网络网元采用二层桥接技术，即适配功能体、光网络单元/光网络终端和光路终结点皆为二层网元。
所述的方法，其中，在无线适配器与无线网关间采用三层路由技术，即适配功能体、光网络单元/光网络终端和光路终结点皆为三层网元。
一种无线网络层下移实现网络互连的方法，其包括：无线通信网络的基站和无线适配器通过光网络单元或光网络终端与光接入网络在光分配网处互连，无线通信网络无线网关或移动网关与光路终结点在参考点v互连。
所述的方法，其中，还包括：基站和无线适配器网元集成，所述基站加无线适配器集成网元和光网络单元或光网络终端网元分离，以参考点a互连，或者，基站、无线适配器网元和光网络单元或光网络终端网元集成为一体，与光接入网在光分配网络处互连，所述无线网关或移动网关与光路终结点网元集成为一体。
所述的方法，其中，在启用压缩/解压缩功能的用户面数据的传输过程包括：
上行：
A3、用户设备的应用层数据被封装成IP包或者PPP包后发给无线网络层的PDCP协议，PDCP协议对数据包报头进行压缩，并将压缩后的数据传给无线网络层的RLC/MAC；
B3、所述RLC/MAC协议在接收到数据包处理完后，增加RLC/MAC报头后发给WCDMA物理层RFL，物理层对接收到的数据包进行编码调制等操作通过Uu接口发送到UTRAN；
C3、UTRAN中WCDMA物理层收到数据后发送给无线网络层的MAC/RLC协议，MAC/RLC协议依次去除协议报头，经过重组合并，将数据发给RNL的PDCP协议，PDCP协议将被压缩的数据包报头进行解压缩；
D3、所述基站加无线适配器加ONU/ONT集成网元通过GTP隧道将解出来的数据经过对应接口通过无线网关转发到核心网络。
所述的方法，其中，还包括：
E3、所述基站加无线适配器加ONU/ONT集成网元将GTP/UDP/IP包分割成适合光传输的光分配网LNK帧，并进行电光转换承载在ODN物理层，经光纤送往光路终结点；
F3、所述光路终结点物理层进行光电转换得到光分配网LNK帧，并将光分配网LNK帧转换为LNK帧送往无线网关；
G3、所述无线网关从对应接口GTP隧道接收到数据然后做该接口的无线网络层和传输网络层处理，通过GTP隧道将数据包发往核心网络的网元。
所述的方法，其中，在所述核心网络中，服务GPRS支持节点/服务GPRS支持节点网关做对应接口的传输网络层和无线网络层处理，从该接口的GTP隧道接收到数据再用GTP隧道经过对应接口发送给网关GPRS支持节点/网关GPRS支持节点网关；
所述网关GPRS支持节点/网关GPRS支持节点网关再以IP包或者PPP协议包的形式通过对应接口发给外部网络。
所述的方法，其中，所述IGSN/IGSN-GW做对应接口的传输网络层和无线网络层处理，从该接口的GTP隧道接收到用户设备的IP包或者PPP包数据；
所述IGSN/IGSN-GW再以IP包或者PPP协议包的形式发给外部网络。
所述的方法，其中，所述下行包括：除在基站加无线适配器加ONU/ONT集成网元中的PDCP协议负责对下行数据的报头进行压缩，且用户设备中的PDCP协议负责对下行数据的报头进行解压缩外，其他与上行相同。
所述的方法，其中，所述控制面信令的传输过程包括：
上行：
A4、用户设备的无线资源控制将短消息或本层的信令消息封装成数据包传给无线网络层的RLC/MAC；
B4、所述RLC/MAC协议在接收到数据包处理完后，增加RLC/MAC报头后发给WCDMA物理层，物理层对接收到的数据包进行编码调制操作通过Uu接口发送到UTRAN；
C4、所述UTRAN中基站加无线适配器加ONU/ONT集成网元的WCDMA物理层收到数据后发送给无线网络层的MAC/RLC协议；
D4、所述MAC/RLC协议依次去除协议报头，经过重组合并，将数据发给无线网络层的无线资源控制协议，所述无线资源控制协议解析信令消息，进行相应处理。
所述的方法，其中，还包括：
E4、对于基站加无线适配器加ONU/ONT集成网元之间迁移、多小区无线资源管理、系统信息广播、寻呼控制，以及现RANAP/RNSAP消息的转发功能，所述基站加无线适配器加ONU/ONT集成网元的无线资源控制将相应的信令消息，通过对应接口无线网络层和传输网络层承载将处理结果通知无线接入服务器的无线资源控制层；
F4、所述无线接入服务器经对应接口的无线网络层和传输网络层转交核心网络处理。
所述的方法，其中，还包括：
G4、所述基站加无线适配器将对应接口的FP/IP或NBAP/SCTP/IP包分割成适合光传输的ODN LNK帧，并进行电光转换承载在光分配网物理层，经光纤送往光路终结点；
H4、所述光路终结点物理层进行光电转换得到光分配网LNK帧，再将光分配网LNK帧转换为LNK帧送往无线接入服务器；
I4、所述无线接入服务器做对应接口的传输网络层和无线网络层处理，从FP中得到无线资源控制的无线网络层帧，发送给无线网络层的MAC/RLC协议，MAC/RLC协议依次去除协议报头，经过重组合并，将数据发给无线资源控制，所述无线资源控制协议将被压缩的数据包报头进行解压缩，得到数据包，并通过对应接口的无线网络层和传输网络层处理将数据包发往核心网络网元。
所述的方法，其中，在核心网络中，综合GPRS支持节点/服务GPRS支持节点/综合GPRS支持节点服务器/服务GPRS支持节点服务器做对应接口传输网络层和无线网络层处理，从RANAP中得到短消息。
所述的方法，其中，所述无线适配器与无线接入服务器间的对应接口的无线资源控制、无线网络层和传输网络层直接承载在光接入网络上，无线适配器与无线接入服务器间光接入网络采用二层桥接技术，即光路终结点为二层网元。
所述的方法，其中，所述无线适配器与无线接入服务器间的对应接口的无线资源控制、无线网络层和传输网络层直接承载在光接入网络上，在无线适配器与无线接入服务器间采用三层路由技术，即光路终结点为三层网元。
本发明所提供的一种无线网络层下移实现网络互连的系统和方法，针对3G/2G无线通信网络和OAN如PON技术接入的网络互连的问题，提出了无线网络将无线接口协议栈下移到基站，再与OAM网络紧耦合或松耦合的方案，为OAN网络运营商发展无线网络提供了一种演进途径，本发明的系统和方法中，将无线接口协议栈下移到基站，具体具有如下有益效果：
1、最大限度的重用了标准Iu/Iur接口，现有UTRAN架构可以平滑演进；
2、空口协议栈的下移，减小了传输时延对用户QoS的影响，为高速数据业务的QoS提供了保证；BS和基站控制器之间的链路负载会大大降低，因为无线接口协议控制面RRC配置无线接口协议用户面协议的消息会在BS内部执行，而且RLC重传也不会再使用这条链路，BS和基站控制器间的传输机制将大为简化，提高了数据传输性能和无线接入网络资源的使用效率，解决了现有技术的问题；
3、采用控制面和用户面分离，可以简化每个实体的设计，优化RNC和基站、SGSN和GGSN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，并具有更强的灵活性和可扩展性，为组网带来便利，从而更能适应未来业务的发展。
4、采用多对多的网络架构，有效的避免了单点故障；
5、特别适合与固定、游牧、便携和低速移动的无线接入应用，便于与有线网络融合。
本发明提出的紧耦合的方式，基于Wireless/Mobile over Fiber(光纤承载无线/移动网络)，根据对无线/移动接入技术和OAN接入技术的特点进行互补，扩大网络的覆盖。Wireless/Mobile over Fiber主要利用无线覆盖性对OAN覆盖范围进行补充，可以使3G/2G接入网的建设尽量利用原OAN网络已布设的线路资源，从而降低3G/2G接入网的建设成本。
本发明提出的松耦合的方式，对无线网络与OAN，尽量共享两个网络的核心网资源，进行统一的认证、计费和客户服务(Customer Care)。
附图说明
图1为现有技术的FTTx网络主要的网络架构示意图；
图2为现有技术的光接入网OAN的参考架构示意图；
图3为现有技术的3G/2G通信系统的接入网参考架构示意图；
图4为现有技术的无线接口协议栈架构示意图；
图5为本发明系统第一较佳实施例的增强型移动网络架构示意图；
图6(a)-(c)为本发明无线接口功能下移的增强型移动网络接口协议栈示意图；其中，(a)为本发明系统无线接口功能下移的增强型移动网络用户面的结构示意图；(b)为本发明系统无线接口功能下移的增强型移动网络控制面的结构示意图；(c)为本发明系统基于IP的Megaco/H.248协议栈示意图；
图7为本发明系统第二实施例的无线接口功能下移的增强型移动网络架构示意图；
图8为本发明系统第三实施例的无线接口功能下移的增强型移动网络架构示意图；
图9为本发明系统的第四较佳实施例的光接入网与无线网络互连的结构示意图；
图10为本发明方法的光接入网络与无线网络互连第一实施例的示意图；
图11为本发明方法的光接入网络与无线网络互连方案第一实施例示意图；
图12为本发明方法的网络互连的第一实施例用户面中BS+WA集成网元和AF网元分离的示意图；
图13为本发明方法的网络互连的第一实施例用户面中BS、WA和AF网元集成的示意图；
图14为本发明方法的网络互连第一实施例用户面中BS、WA和AF网元集成的示意图；
图15为本发明方法的网络互连第一实施例中控制面的BS+WA集成网元和AF网元分离，OLT和RGW集成示意图；
图16为本发明方法的网络互连第一实施例中控制面的BS、WA和AF网元集成，OLT和RGW集成示意图；
图17为本发明方法的网络互连第一实施例中控制面BS、WA和AF网元集成，OLT和WGW集成示意图；
图18为本发明发明的光接入网络与无线网络互连的第二实施例的示意图(a)；
图19为本发明方法的光接入网络与无线网络互连的第二实施例的示意图(b)；
图20为本发明方法的网络互连第二实施例中用户面的BS、WA和ONU/ONT网元集成示意图；
图21为本发明方法的网络互连第二实施例中控制面的BS、WA和ONU/ONT网元集成，RGW和OLT网元集成示意图。
具体实施方式
以下结合附图，将对本发明的各较佳实施例进行更为详细的说明。
本发明无线网络层下移实现网络互连的系统和方法，首先对无线接入网络RAN做功能分解，定义功能单元包括：基站BS、无线适配器WA(WirelessAdaptor)、无线接入网服务器(RAN-Server)和无线网关RGW(RadioGateway)，BS、WA、RAN-Server和RGW的功能划分如下：
对于WCDMA/GPRS/TD-SCDMA网络的无线接入网络RAN，BS、WA、RAN-Server和RGW功能分解如表1所示，WA功能可以下移到所述基站BS。
表1BS、WA和RGW功能分解
| 功能 | BS | WA(下移功能) | RAN-Server | RGW |
| 物理层PHY | 必选 | |||
| 媒体接入控制MAC | 必选 | |||
| 无线链路控制RLC | 必选 | |||
| 广播多播控制BMC | 可选 | |||
| 分组数据汇聚协议PDCP | 必选 | |||
| 无线资源控制RRC | ||||
| ·多小区无线资源管理MC-RRM | 可选 | |||
| ·小区专用无线资源管理CS-RRM | 必选 | |||
| ·系统信息广播BroadcastDistribution | 必选 | |||
| ·切换控制HOControl | 必选 | |||
| ·寻呼控制PagingControl | 可选 | |||
| ·接入控制AdmissionControl | 可选 | |||
| ·小区内控制CellControl | 可选 |
| ·多小区间控制 | 可选 | |||
| 迁移控制RelocationControl | 必选 | |||
| QoS调度 | 可选 | |||
| RANAP消息转发 | 可选 | |||
| RNSAP消息转发 | 可选 | |||
| 新架构和传统架构的CN/RNC网元之间适配 | 必选 | |||
| 有线接入和无线接入间的切换控制 | 可选 |
基于如表1所示的BS、WA、RAN-Server和RGW功能分解的网络，本发明方法的核心思想是：对现有技术的基站控制器(如RNC)进行控制与承载的功能分离，功能被分解为三个网元——无线接入网服务器RAN-Server、无线网关RGW和基站加无线适配器BS+WA，将原有无线接口协议(如RNL协议栈的部分RRC、PDCP/BMC/RLC/MAC等)下移到基站(如Node B)的WA，而RGW的主要功能是新架构和传统架构的CN/RNC网元之间适配，RAN-Server的主要功能是提供BS+WA之间迁移、多小区无线资源管理、系统信息广播、寻呼控制，以及现RANAP/RNSAP消息的转发等功能，另外，RAN-Server还包含有线接入和无线接入间的切换控制的功能，用于支持有线接入和无线接入间相互切换的控制。BS+WA和RGW之间采用多对多的连接关系，RAN-Server和RGW之间采用一对多或多对多的连接关系。
本发明系统的无线网络架构如图5所示，用户设备UE网元与BS+WA网元间的接口采用原UE和UTRAN接口Uu，Node B和RNC间的Iub接口不再存在；BS+WA网元与RGW间的接口Iub-D采用原RNC与SGSN间的接口Iu的用户面；BS+WA网元与RAN-Server间采用新定义的接口Iub-C；RAN-Server与RGW间的接口采用IETF的Megaco或ITU-T的H.248，也可以采用全新的协议栈，RAN-Server通过Megaco/H.248对RGW进行管理；RGW与CN间的接口Iu-D采用原RNC与SGSN间的接口Iu的用户面；RAN-Server与CN间的接口Iu-C采用原RNC与SGSN间的接口Iu的控制面；RAN-Server间采用原RNC间的Iur接口的控制面；RGW间采用原RNC间的Iur接口的用户面；另外所增加的BS+WA网元间接口采用原RNC间的接口Iur。无线接口功能下移的增强型移动网络接口定义及其协议栈如图6所示。
本发明系统和方法进一步对核心网络PS域做控制与承载分离功能分解，一种功能分解方式是定义功能单元：服务GPRS支持节点服务器SGSN-Server、服务GPRS支持节点网关SGSN-GW、网关GPRS支持节点服务器GGSN-Server和网关GPRS支持节点网关GGSN-GW。SGSN-Server包含原SGSN的控制面功能，实现移动性管理，连接管理，会话管理等SGSN控制面功能，SGSN-GW包含原SGSN的用户面功能，GGSN-Server包含原GGSN的控制面功能，GGSN-GW包含原GGSN的用户面功能。
本发明系统的第一较佳实施例无线网络架构如图7所示。其中，RAN同图5的RAN；在核心网络CN中，SGSN-GW与RGW间的接口Iu-D采用原RNC与SGSN间的接口Iu的用户面；SGSN-Server与RAN-Server间的接口Iu-C采用原RNC与SGSN间的接口Iu的控制面；SGSN-GW与GGSN-GW间的接口Gn-D采用原GGSN与SGSN间的接口Gn的用户面；SGSN-Server与GGSN-Server间的接口Gn-C采用原GGSN与SGSN间的接口Gn的控制面；SGSN-Server与SGSN-GW间的接口采用IETF的Megaco或ITU-T的H.248，也可以采用全新的协议栈，SGSN-Server通过Megaco/H.248对SGSN-GW进行管理；GGSN-Server与GGSN-GW间的接口采用IETF的Megaco或ITU-T的H.248，也可以采用全新的协议栈，GGSN-Server通过Megaco/H.248对GGSN-GW进行管理。
本发明的另一种CN PS域功能分解方式是定义功能单元：综合GPRS支持节点服务器IGSN-Server和综合GPRS支持节点网关IGSN-GW。IGSN-Server包含原SGSN和GGSN的控制面功能，IGSN-GW包含原SGSN和GGSN的用户面功能。
与此相应，本发明的新的无线网络架构如图8所示。其中，RAN同图5的RAN；本发明的另一种CN PS域功能分解方式是定义功能单元：综合GPRS支持节点服务器IGSN-Server和综合GPRS支持节点网关IGSN-GW。IGSN-Server包含原SGSN和GGSN的控制面功能，IGSN-GW包含原SGSN和GGSN的用户面功能。
本发明第四种实施例新的无线网络架构如图9所示，其中，RAN-Server和IGSN-Server整合为一个网元，称为无线服务器W-Server(Wireless-Server)，包含原RNC、SGSN和GGSN的控制面功能；RGW和IGSN-GW整合为一个网元，称为移动网关WGW(Wireless Gateway)，包含原RNC、SGSN和GGSN的用户面功能。BS网元与WGW间的接口Iub-D采用原RNC与SGSN间的接口Iu的用户面；BS网元与W-Server间采用新定义的接口Iub-C；W-Server与WGW间的接口采用IETF的Megaco或ITU-T的H.248，也可以采用全新的协议栈，W-Server通过Megaco/H.248对WGW进行管理；W-Server间采用原RNC间的Iur接口的控制面；WGW间采用原RNC间的Iur接口的用户面；另外所增加的BS网元间接口采用原RNC间的接口Iur。
本发明方法的光接入网OAN与无线网络互连第一实施例如图10-11所示，3G/2G无线通信网络BS和WA通过AF与OAN在OAN内的参考点(a)互连，3G/2G无线通信网络RGW或WRW与OLT在参考点v互连。该方案可以使3G/2G接入网的建设尽量利用原OAN已布设的资源，如：运营商已经有了FTTB/FTTC的网络，3G/2G无线通信网络设备设在大楼直接利用大楼的铜线资源，通过ONU接入OAN网，从而减少了无线通信网络的额外布线。从而降低3G/2G接入网的建设成本，属于紧耦合方案。
本发明的该方案BS和WA网元集成、BS+WA集成网元和AF可以网元分离，以参考点T互连；或BS、WA和AF网元集成为一体；RGW可以和OLT网元集成为一体。
以WCDMA为例，在UE->Node B->ONU->OLT->Core Network路径下的协议栈，用户面如图12-14所示，控制面如图15-17所示。BS、WA、RAN-Server和RGW功能分解如表1所示；Core Network包括了SGSN和GGSN；SGSN和GGSN也可以合二为一，形成新的网元IGSN；Core Network也可以按图7和图8的方案。
基于上述协议栈结构，用户设备UE在数据通信时首先通过控制面协议栈建立无线资源控制RRC连接，在和核心网协商后开始进行无线接入承载RAB的建立，RAB的建立过程伴随着用户面承载RB的建立，RAB建立成功后，用户就可以通过已经建立好的用户面承载传送数据了。PDCP的压缩/解压缩功能可以启用，也可以不启用。信令建立流程是在UE与UTRAN之间的RRC连接建立成功后，UE通过RNC建立与CN的信令连接，也叫“NAS信令建立流程”，用于UE与CN的信令交互NAS信息，如鉴权、业务请求、连接建立等。
本发明方法启用了压缩/解压缩功能的用户面数据的传输过程如下：
上行：UE的应用层数据被封装成IP包或者PPP包后发给RNL的PDCP协议，PDCP协议对数据包报头进行压缩，并将压缩后的数据传给无线网络层RNL的RLC/MAC，RLC/MAC协议在接收到数据包处理完后，增加RLC/MAC报头后发给WCDMA物理层，物理层对接收到的数据包进行编码调制等操作通过Uu接口发送到UTRAN。
UTRAN中BS+WA的WCDMA物理层RFL收到数据后发送给RNL的MAC/RLC协议，MAC/RLC协议依次去除协议报头，经过重组合并，将数据发给RNL的PDCP协议，PDCP协议将被压缩的数据包报头进行解压缩。BS+WA通过GTP隧道将解出来的数据经过Iub-D接口通过RGW转发到CN，WA与RGW间的Iu-D接口GTP隧道协议、UDP和IP可直接承载在OAN网络之上，WA与RGW间OAN网络可以采用二层桥接技术(例如，以太网桥接)，即AF、ONU/ONT和OLT皆为二层网元；或在WA与RGW间采用三层路由技术(例如，IP三层路由)，即AF、ONU/ONT和OLT皆为三层网元。
BS+WA将GTP/UDP/IP包分割成LNK帧，然后承载在Node B和AF间物理层送往AF；AF将LNK帧转换为ONU LNK帧，然后承载在ONU/ONT和AF间物理层送往ONU/ONT；ONU/ONT将ONU/ONT LNK帧转换为适合光传输的ODN LNK帧，然后进行电光转换承载在ODN物理层，经光纤送往OLT；OLTPHY进行光电转换得到ODN LNK帧，再将ODN LNK帧转换为LNK帧送往RGW做进一步处理。RGW从Iub-D接口GTP隧道接收到数据，然后做Iu-D接口的无线网络层和传输网络层处理，通过GTP隧道将数据包发往CN的网元。
在CN，SGSN/SGSN-GW做Iu-D接口的传输网络层和无线网络层处理，从Iu-D接口的GTP隧道接收到数据再用GTP隧道经过Gn/Gn-D接口发送给GGSN/GGSN-GW。GGSN/GGSN-GW从Gn/Gn-D接口的GTP隧道接收到的数据就是UE的IP包或者PPP包，GGSN/GGSN-GW再以IP包或者PPP协议包的形式通过Gi接口发给外部网络；或者，IGSN/IGSN-GW做Iu-D接口的传输网络层和无线网络层处理，从Iu-D接口的GTP隧道接收到的数据就是UE的IP包或者PPP包，IGSN/IGSN-GW再以IP包或者PPP协议包的形式发给外部网络。
下行与上行类似，只是BS+WA中的PDCP协议负责对下行数据的报头进行压缩，而UE中的PDCP协议负责对下行数据的报头进行解压缩。
本发明方法所述的控制面信令的传输过程包括：
上行：UE的RRC将GMM/SM/SMS消息或本层的信令消息被封装成数据包传给RNL的RLC/MAC，RLC/MAC协议在接收到数据包处理完后，增加RLC/MAC报头后发给WCDMA物理层RFL，物理层对接收到的数据包进行编码调制等操作通过Uu接口发送到UTRAN。UTRAN中BS+WA的WCDMA物理层RFL收到数据后发送给RNL的MAC/RLC协议，MAC/RLC协议依次去除协议报头，经过重组合并，将数据发给RNL的RRC协议，RRC协议通常直接解析信令消息，进行相应处理，如连接建立、测量报告等。
但对于BS+WA之间迁移、多小区无线资源管理、系统信息广播、寻呼控制，以及现RANAP/RNSAP消息的转发等功能，BS+WA的RRC将直接把相应的信令消息通过Iub-C接口无线网络层(如FP)和传输网络层(如IP/LNK/PHY)承载将处理结果通知RAN-Server的RRC层，再通过RAN-Server经Iu-C接口的无线网络层(如NANAP)和传输网络层(如SCCP/M3UA/SCTP/IP/LNK/PHY，其中M3UA/SCTP/IP即为图中的信令承载层Signaling Bearer)转交CN处理。
WA与RAN-Server间的Iub-C接口的RRC、无线网络层(如FP或NBAP)和传输网络层(如IP层或信令承载层Signaling Bearer(例如SCTP/IP))可直接承载在OAN网络之上，WA与RAN-Server间OAN网络可以采用二层桥接技术(例如，以太网桥接)，即AF、ONU/ONT和OLT皆为二层网元；或在WA与RAN-Server间采用三层路由技术(例如，IP三层路由)，即AF、ONU/ONT和OLT皆为三层网元。
BS+WA将Iub-C接口的FP/IP或NBAP/SCTP/IP包分割成LNK帧，然后承载在Node B和AF间物理层送往AF；AF将LNK帧转换为ONU LNK帧，然后承载在ONU/ONT和AF间物理层送往ONU/ONT；ONU/ONT将ONU/ONTLNK帧转换为适合光传输的ODN LNK帧，然后进行电光转换承载在ODN物理层，经光纤送往OLT；OLT PHY进行光电转换得到ODN LNK帧，再将ODNLNK帧转换为LNK帧送往RAN-Server做进一步处理。RAN-Server做Iub-C接口的传输网络层和无线网络层处理，从FP中得到RRC的RNL帧，发送给RNL的MAC/RLC协议，MAC/RLC协议依次去除协议报头，经过重组合并，将数据发给RRC，RRC协议将被压缩的数据包报头进行解压缩，得到数据包，然后通过Iu-C接口的无线网络层和传输网络层处理将数据包发往CN的网元。
在CN，IGSN/SGSN/IGSN-Server/SGSN-Server做Iu-C接口传输网络层和无线网络层处理，从RANAP中得到GMM/SM/SMS消息。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RAN-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RAN-Server中实现。
本发明方法的光接入网OAN与无线网络互连的第二较佳实施例包括，如图18-19所示，3G/2G无线通信网络的BS和WA与OAN宽带网在ODN处互连，3G/2G无线通信网络RGW或WRW与OLT在参考点v互连，属于松耦合方案。3G/2G无线通信网络直接利用OAN的光网络资源，如：运营商已经有了FTTH的网络，WiMAX设备设在大楼直接接入ODN网。
该方案BS+WA集成了ONU/ONT的功能。RGW或WGW可以和OLT网元集成为一体。
以WCDMA为例，在UE->Node B->ONU->OLT->Core Network路径下的协议栈，用户面如图20所示，控制面如图21所示。BS、WA、RAN-Server和RGW功能分解如表1所示；Core Network包括了SGSN和GGSN；SGSN和GGSN也可以合二为一，形成新的网元IGSN；Core Network也可以按图7和图8的方案。
本发明方法启用了压缩/解压缩功能的用户面数据的传输过程如下：
上行：UE的应用层数据被封装成IP包或者PPP包后发给RNL的PDCP协议，PDCP协议对数据包报头进行压缩，并将压缩后的数据传给RNL的RLC/MAC，RLC/MAC协议在接收到数据包处理完后，增加RLC/MAC报头后发给WCDMA物理层RFL，物理层对接收到的数据包进行编码调制等操作通过Uu接口发送到UTRAN。
UTRAN中BS+WA+ONU/ONT的WCDMA物理层RFL收到数据后发送给RNL的MAC/RLC协议，MAC/RLC协议依次去除协议报头，经过重组合并，将数据发给RNL的PDCP协议，PDCP协议将被压缩的数据包报头进行解压缩。BS+WA+ONU/ONT通过GTP隧道将解出来的数据经过Iub-D接口通过RGW转发到CN，WA与RGW间的Iu-D接口GTP隧道协议、UDP和IP可直接承载在OAN网络之上，WA与RGW间OAN网络可以采用二层桥接技术(例如，以太网桥接)，即OLT为二层网元；或在WA与RGW间采用三层路由技术(例如，IP三层路由)，即OLT为三层网元。
BS+WA+ONU/ONT将GTP/UDP/IP包分割成适合光传输的ODN LNK帧，然后进行电光转换承载在ODN物理层，经光纤送往OLT；OLT PHY进行光电转换得到ODN LNK帧，再将ODN LNK帧转换为LNK帧送往RGW做进一步处理。RGW从Iub-D接口GTP隧道接收到数据然后做Iu-D接口的无线网络层和传输网络层处理，通过GTP隧道将数据包发往CN的网元。
在CN，SGSN/SGSN-GW做Iu-D接口的传输网络层和无线网络层处理，从Iu-D接口的GTP隧道接收到数据再用GTP隧道经过Gn/Gn-D接口发送给GGSN/GGSN-GW。GGSN/GGSN-GW从Gn/Gn-D接口的GTP隧道接收到的数据就是UE的IP包或者PPP包，GGSN/GGSN-GW再以IP包或者PPP协议包的形式通过Gi接口发给外部网络；或者，IGSN/IGSN-GW做Iu-D接口的传输网络层和无线网络层处理，从Iu-D接口的GTP隧道接收到的数据就是UE的IP包或者PPP包，IGSN/IGSN-GW再以IP包或者PPP协议包的形式发给外部网络。
下行与上行类似，只是BS+WA+ONU/ONT中的PDCP协议负责对下行数据的报头进行压缩，而UE中的PDCP协议负责对下行数据的报头进行解压缩。
控制面信令的传输过程如下：
上行：UE的RRC将GMM/SM/SMS消息或本层的信令消息被封装成数据包传给RNL的RLC/MAC，RLC/MAC协议在接收到数据包处理完后，增加RLC/MAC报头后发给WCDMA物理层RFL，物理层对接收到的数据包进行编码调制等操作通过Uu接口发送到UTRAN。UTRAN中BS+WA+ONU/ONT的WCDMA物理层RFL收到数据后发送给RNL的MAC/RLC协议，MAC/RLC协议依次去除协议报头，经过重组合并，将数据发给RNL的RRC协议，RRC协议通常直接解析信令消息，进行相应处理，如连接建立、测量报告等。但对于BS+WA+ONU/ONT之间迁移、多小区无线资源管理、系统信息广播、寻呼控制，以及现RANAP/RNSAP消息的转发等功能，BS+WA+ONU/ONT的RRC将直接把相应的信令消息通过Iub-C接口无线网络层(如FP)和传输网络层(如IP/LNK/PHY)承载将处理结果通知RAN-Server的RRC层，再通过RAN-Server经Iu-C接口的无线网络层(如NANAP)和传输网络层(如SCCP/M3UA/SCTP/IP/LNK/PHY，其中M3UA/SCTP/IP即为图中的信令承载层Signaling Bearer)转交CN处理。WA与RAN-Server间的Iub-C接口的RRC、无线网络层(如FP或NBAP)和传输网络层(如IP层或信令承载层Signaling Bearer(例如SCTP/IP))可直接承载在OAN网络之上，WA与RAN-Server间OAN网络可以采用二层桥接技术(例如，以太网桥接)，即OLT为二层网元；或在WA与RAN-Server间采用三层路由技术(例如，IP三层路由)，即OLT为三层网元。
BS+WA将Iub-C接口的FP/IP或NBAP/SCTP/IP包分割成适合光传输的ODN LNK帧，然后进行电光转换承载在ODN物理层，经光纤送往OLT；OLTPHY进行光电转换得到ODN LNK帧，再将ODN LNK帧转换为LNK帧送往RAN-Server做进一步处理。RAN-Server做Iub-C接口的传输网络层和无线网络层处理，从FP中得到RRC的RNL帧，发送给RNL的MAC/RLC协议，MAC/RLC协议依次去除协议报头，经过重组合并，将数据发给RRC，RRC协议将被压缩的数据包报头进行解压缩，得到数据包，然后通过Iu-C接口的无线网络层和传输网络层处理将数据包发往CN的网元。
在CN，IGSN/SGSN/IGSN-Server/SGSN-Server做Iu-C接口传输网络层和无线网络层处理，从RANAP中得到GMM/SM/SMS消息。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。
本发明针对3G/2G无线通信网络和OAN(如PON技术接入的网络)互连的课题，提出了无线网络将无线接口协议栈下移到基站，再与OAM网络紧耦合或松耦合的方案，作为OAM有线接入的无线延伸，适用于固定无线、游牧、便携和移动接入应用。为OAN网络运营商发展无线网络提供了一种演进途径。
应当理解的是，上述针对具体实施例的描述较为详细，并不能因此而理解为对本发明专利保护范围的限制，本发明的专利保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (45)
1、一种无线网络层下移实现网络互连的系统，其包括无线接入网络及对应的核心网络，所述无线接入网络包括基站网元；其特征在于，对无线接入网络做功能分解，所述系统设置为控制与承载分离，定义的功能单元还包括：
无线适配器、无线接入网服务器和无线网关，用于将原有无线接口协议下移到基站的无线适配器；
所述无线适配器用于提供媒体接入控制、无线链路控制、分组数据汇聚协议、小区专用无线资源管理以及切换控制的功能；
所述无线接入网服务器用于提供系统信息广播以及迁移控制的功能；
所述无线网关用于提供新架构和传统架构的核心网络/无线网络控制器网元之间适配功能。
2、根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述基站和无线适配器网元集成为一体成为基站加无线适配器网元，将无线接口协议下移到基站的无线适配器；所述基站加无线适配器和无线网关之间采用多对多的连接关系，所述无线接入网服务器和无线网关之间采用一对多或多对多的连接关系。
3、根据权利要求1所述的系统，其特征在于，用户设备网元与所述基站加无线适配器网元间的接口采用接口Uu；所述基站加无线适配器网元与无线网关间的接口Iub-D采用接口Iu的用户面；所述基站加无线适配器网元与无线接入网服务器间采用接口Iub-C；所述无线接入网服务器与无线网关间的接口采用IETF的Megaco或ITU-T的H.248，或采用全新的协议栈，所述无线接入网服务器通过Megaco/H.248对无线网关进行管理。
4、根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括对核心网络分组交换域做控制与承载分离功能分解，其包括：服务GPRS支持节点服务器、服务GPRS支持节点网关、网关GPRS支持节点服务器和网关GPRS支持节点网关；并且所述服务GPRS支持节点服务器包含原服务GPRS支持节点的控制面功能，实现移动性管理，连接管理，会话管理的控制面功能；所述服务GPRS支持节点网关包含原服务GPRS支持节点的用户面功能；所述网关GPRS支持节点服务器包含原网关GPRS支持节点的控制面功能；所述网关GPRS支持节点网关包含原网关GPRS支持节点的用户面功能。
5、根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述服务GPRS支持节点网关与无线网关间的接口Iu-D采用接口Iu的用户面；所述服务GPRS支持节点服务器与无线接入网服务器间的接口采用接口Iu的控制面。
6、根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述服务GPRS支持节点网关与网关GPRS支持节点网关间的接口采用接口Gn的用户面；所述服务GPRS支持节点服务器与网关GPRS支持节点服务器间的接口采用接口Gn的控制面。
7、根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述服务GPRS支持节点服务器与服务GPRS支持节点网关间的接口采用IETF的Megaco或ITU-T的H.248，或采用全新的协议栈，服务GPRS支持节点服务器通过Megaco/H.248对服务GPRS支持节点网关进行管理。
8、根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述网关GPRS支持节点服务器与网关GPRS支持节点网关间的接口采用IETF的Megaco或ITU-T的H.248，或采用全新的协议栈，所述网关GPRS支持节点服务器通过Megaco/H.248对网关GPRS支持节点网关进行管理。
9、根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括对核心网络分组交换域功能分解包括定义的功能单元：综合GPRS支持节点服务器和综合GPRS支持节点网关，以及，所述综合GPRS支持节点服务器包含原服务GPRS支持节点和网关GPRS支持节点的控制面功能，所述综合GPRS支持节点网关包含原服务GPRS支持节点和网关GPRS支持节点的用户面功能。
10、根据权利要求9所述的系统，其特征在于，在核心网络中，所述综合GPRS支持节点网关与无线网关间的接口采用接口Iu的用户面；所述综合GPRS支持节点服务器与无线接入网服务器间的接口采用接口Iu的控制面。
11、根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述综合GPRS支持节点服务器与综合GPRS支持节点网关间的接口采用IETF的Megaco或ITU-T的H.248，或采用全新的协议栈，所述综合GPRS支持节点服务器通过Megaco/H.248对综合GPRS支持节点网关进行管理。
12、根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述系统包括：将无线接入网服务器和综合GPRS支持节点服务器整合为一个网元，即无线服务器，用于包含原无线网络控制、服务GPRS支持节点网和网关GPRS支持节点的控制面功能。
13、根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：将所述无线网关和综合GPRS支持节点网关整合为一个网元，即移动网关，用于包含原无线资源控制、服务GPRS支持节点和网关GPRS支持节点的用户面功能。
14、根据权利要求13所述的系统，其特征在于，所述基站网元与无线网关间的接口采用接口Iu的用户面；所述基站网元与无线服务器间采用新定义的接口Iub-C。
15、根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述无线服务器与无线网关间的接口采用IETF的Megaco或ITU-T的H.248，或采用全新的协议栈，所述无线服务器通过Megaco/H.248对无线网关进行管理。
16、根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述无线服务器间采用接口Iur的控制面；所述无线网关间采用接口Iur的用户面；以及增加的基站网元间接口采用接口Iur。
17、一种无线网络层下移实现网络互连的方法，其包括：将无线通信网络基站和无线适配器通过适配功能体与光接入网在光接入网内的参考点a互连；无线通信网络无线网关或移动网关与光路终结点在参考点v互连，实现光网络与无线通信网络的互连。
18、根据权利要求17所述的方法，其特征在于，对所述基站和无线适配器网元集成为基站加无线适配器的集成网元，所述基站加无线适配器集成网元和适配功能体进行网元分离，以参考点T互连；或基站、无线适配器和适配功能体网元集成为一体，与光网络单元/光网络终端在光接入网络内的参考点a互连；无线网关和光路终结点网元集成为一体。
19、根据权利要求18所述的方法，其特征在于，还包括步骤：基于上述协议栈结构，
A、用户设备在数据通信时通过控制面协议栈建立无线资源控制连接，在和核心网协商后开始进行无线接入承载的建立；
B、所述无线接入承载建立成功后，用户通过已经建立好的用户面承载传送数据。
20、根据权利要求19所述的方法，其特征在于，在启用压缩/解压缩功能的用户面数据的传输过程包括：
上行：
A1、用户设备的应用层数据被封装成IP包或者PPP包后发给无线网络层的PDCP协议，PDCP协议对数据包报头进行压缩，并将压缩后的数据传给无线网络层无线网络层的RLC/MAC；
B1、所述RLC/MAC协议在接收到数据包处理完后，增加RLC/MAC报头后发给WCDMA物理层，物理层对接收到的数据包进行编码调制等操作通过Uu接口发送到UTRAN；
C1、UTRAN中基站加无线适配器的WCDMA物理层收到数据后发送给无线网络层的MAC/RLC协议，MAC/RLC协议依次去除协议报头，经过重组合并，将数据发给无线网络层的PDCP协议；
D1、所述PDCP协议将被压缩的数据包报头进行解压缩，基站加无线适配器通过GTP隧道将解出来的数据经过对应接口通过无线网关转发到所述核心网络。
21、根据权利要求20所述的方法，其特征在于，还包括：
E1、所述基站加无线适配器将GTP/UDP/IP包分割成LNK帧，并承载在节点B和适配功能体间物理层送往所述适配功能体；
F1、所述适配功能体将LNK帧转换为光网络单元LNK帧，然后承载在ONU/ONT和适配功能体间物理层送往ONU/ONT；
G1、所述ONU/ONT将ONU/ONT LNK帧转换为适合光传输的光分配网LNK帧，并进行电光转换承载在光分配网物理层，经光纤送往光路终结点；
H1、所述光路终结点物理层进行光电转换得到光分配网LNK帧，并将光分配网LNK帧转换为LNK帧送往无线网关，所述无线网关从对应接口GTP隧道接收到数据，并做对应接口的无线网络层和传输网络层处理，通过GTP隧道将数据包发往核心网络的网元。
22、根据权利要求21所述的方法，其特征在于，在所述核心网络中，所述服务GPRS支持节点/服务GPRS支持节点网关做对应接口的传输网络层和无线网络层处理，从该接口的GTP隧道接收到数据再用GTP隧道经过对应接口发送给网关GPRS支持节点/网关GPRS支持节点网关，从对应接口的GTP隧道接收到用户设备的IP包或者PPP包；
所述网关GPRS支持节点/网关GPRS支持节点网关再以IP包或者PPP协议包的形式通过其对应接口发给外部网络。
23、根据权利要求21所述的方法，其特征在于，所述综合GPRS支持节点/综合GPRS支持节点网关做对应接口的传输网络层和无线网络层处理，从该接口的GTP隧道接收到用户设备的IP包或者PPP包；综合GPRS支持节点/综合GPRS支持节点网关再以IP包或者PPP协议包的形式发给外部网络。
24、根据权利要求23所述的方法，其特征在于，其下行步骤包括：除在基站加无线适配器中的PDCP协议负责对下行数据的报头进行压缩，用户设备中的PDCP协议负责对下行数据的报头进行解压缩，其他与上行相同。
25、根据权利要求20所述的方法，其特征在于，还包括控制面信令的传输过程包括：
上行：
A2、用户设备的无线资源控制将短消息或本层的信令消息被封装成数据包传给无线网络层的RLC/MAC，RLC/MAC协议在接收到数据包处理完后，增加RLC/MAC报头后发给WCDMA物理层；
B2、所述物理层对接收到的数据包进行编码调制操作通过对应接口发送到UTRAN；
C2、UTRAN中基站加无线适配器的WCDMA物理层收到数据后发送给无线网络层的MAC/RLC协议；
D2、所述MAC/RLC协议依次去除协议报头，经过重组合并，将数据发给无线网络层的无线资源控制协议，该无线资源控制协议直接解析信令消息，进行相应处理。
26、根据权利要求25所述的方法，其特征在于，对于基站加无线适配器之间迁移、多小区无线资源管理、系统信息广播、寻呼控制，以及现RANAP/RNSAP消息的转发功能，所述基站加无线适配器的无线资源控制将直接把相应的信令消息通过对应接口无线网络层和传输网络层承载将处理结果通知无线接入网服务器的无线资源控制层，并通过无线接入网服务器经对应接口的无线网络层和传输网络层转交核心网络处理。
27、根据权利要求26所述的方法，其特征在于，还包括：
E2、所述基站加无线适配器将对应接口的FP/IP或NBAP/SCTP/IP包分割成LNK帧，并承载在节点B和适配功能体间物理层送往适配功能体；
F2、所述适配功能体将LNK帧转换为ONU LNK帧，并承载在ONU/ONT和适配功能体间物理层送往ONU/ONT；
G2、所述ONU/ONT将ONU/ONT LNK帧转换为适合光传输的光分配网LNK帧，并进行电光转换承载在光分配网物理层，经光纤送往光路终结点；
H2、所述光路终结点物理层进行光电转换得到ODN LNK帧，并将ODNLNK帧转换为LNK帧送往无线接入网服务器。
28、根据权利要求27所述的方法，其特征在于，所述无线接入网服务器做对应接口的传输网络层和无线网络层处理，从FP中得到无线资源控制的无线网络层帧，发送给无线网络层的MAC/RLC协议；所述MAC/RLC协议依次去除协议报头，经过重组合并，将数据发给无线资源控制，所述无线资源控制协议将被压缩的数据包报头进行解压缩，得到数据包，并通过对应接口的无线网络层和传输网络层处理将数据包发往核心网络网元。
29、根据权利要求28所述的方法，其特征在于，在核心网络中综合GPRS支持节点/服务GPRS支持节点/综合GPRS支持节点服务器/服务GPRS支持节点服务器做对应接口传输网络层和无线网络层处理，从RANAP中得到短消息。
30、根据权利要求21或25所述的方法，其特征在于，所述无线适配器与无线网关间的接对应口GTP隧道协议、UDP和IP可直接承载在光接入网络上。
31、根据权利要求30所述的方法，其特征在于，所述无线适配器与无线网关间的光接入网络网元采用二层桥接技术，即适配功能体、光网络单元/光网络终端和光路终结点皆为二层网元。
32、根据权利要求30所述的方法，其特征在于，在无线适配器与无线网关间采用三层路由技术，即适配功能体、光网络单元/光网络终端和光路终结点皆为三层网元。
33、一种无线网络层下移实现网络互连的方法，其包括：无线通信网络的基站和无线适配器通过光网络单元或光网络终端与光接入网络在光分配网处互连，无线通信网络无线网关或移动网关与光路终结点在参考点v互连。
34、根据权利要求33所述的方法，其特征在于，还包括：基站和无线适配器网元集成，所述基站加无线适配器集成网元和光网络单元或光网络终端网元分离，以参考点a互连，或者，基站、无线适配器网元和光网络单元或光网络终端网元集成为一体，与光接入网在光分配网络处互连，所述无线网关或移动网关与光路终结点网元集成为一体。
35、根据权利要求34所述的方法，其特征在于，在启用压缩/解压缩功能的用户面数据的传输过程包括：
上行：
A3、用户设备的应用层数据被封装成IP包或者PPP包后发给无线网络层的PDCP协议，PDCP协议对数据包报头进行压缩，并将压缩后的数据传给无线网络层的RLC/MAC；
B3、所述RLC/MAC协议在接收到数据包处理完后，增加RLC/MAC报头后发给WCDMA物理层RFL，物理层对接收到的数据包进行编码调制等操作通过Uu接口发送到UTRAN；
C3、UTRAN中WCDMA物理层收到数据后发送给无线网络层的MAC/RLC协议，MAC/RLC协议依次去除协议报头，经过重组合并，将数据发给RNL的PDCP协议，PDCP协议将被压缩的数据包报头进行解压缩；
D3、所述基站加无线适配器加ONU/ONT集成网元通过GTP隧道将解出来的数据经过对应接口通过无线网关转发到核心网络。
36、根据权利要求35所述的方法，其特征在于，还包括：
E3、所述基站加无线适配器加ONU/ONT集成网元将GTP/UDP/IP包分割成适合光传输的光分配网LNK帧，并进行电光转换承载在ODN物理层，经光纤送往光路终结点；
F3、所述光路终结点物理层进行光电转换得到光分配网LNK帧，并将光分配网LNK帧转换为LNK帧送往无线网关；
G3、所述无线网关从对应接口GTP隧道接收到数据然后做该接口的无线网络层和传输网络层处理，通过GTP隧道将数据包发往核心网络的网元。
37、根据权利要求36所述的方法，其特征在于，在所述核心网络中，服务GPRS支持节点/服务GPRS支持节点网关做对应接口的传输网络层和无线网络层处理，从该接口的GTP隧道接收到数据再用GTP隧道经过对应接口发送给网关GPRS支持节点/网关GPRS支持节点网关；
所述网关GPRS支持节点/网关GPRS支持节点网关再以IP包或者PPP协议包的形式通过对应接口发给外部网络。
38、根据权利要求36所述的方法，其特征在于，所述IGSN/GSN-GW做对应接口的传输网络层和无线网络层处理，从该接口的GTP隧道接收到用户设备的IP包或者PPP包数据；
所述IGSN/IGSN-GW再以IP包或者PPP协议包的形式发给外部网络。
39、根据权利要求38所述的方法，其特征在于，所述下行包括：除在基站加无线适配器加ONU/ONT集成网元中的PDCP协议负责对下行数据的报头进行压缩，且用户设备中的PDCP协议负责对下行数据的报头进行解压缩外，其他与上行相同。
40、根据权利要求34所述的方法，其特征在于，所述控制面信令的传输过程包括：
上行：
A4、用户设备的无线资源控制将短消息或本层的信令消息封装成数据包传给无线网络层的RLC/MAC；
B4、所述RLC/MAC协议在接收到数据包处理完后，增加RLC/MAC报头后发给WCDMA物理层，物理层对接收到的数据包进行编码调制操作通过Uu接口发送到UTRAN；
C4、所述UTRAN中基站加无线适配器加ONU/ONT集成网元的WCDMA物理层收到数据后发送给无线网络层的MAC/RLC协议；
D4、所述MAC/RLC协议依次去除协议报头，经过重组合并，将数据发给无线网络层的无线资源控制协议，所述无线资源控制协议解析信令消息，进行相应处理。
41、根据权利要求40所述的方法，其特征在于，还包括：
E4、对于基站加无线适配器加ONU/ONT集成网元之间迁移、多小区无线资源管理、系统信息广播、寻呼控制，以及现RANAP/RNSAP消息的转发功能，所述基站加无线适配器加ONU/ONT集成网元的无线资源控制将相应的信令消息，通过对应接口无线网络层和传输网络层承载将处理结果通知无线接入服务器的无线资源控制层；
F4、所述无线接入服务器经对应接口的无线网络层和传输网络层转交核心网络处理。
42、根据权利要求41所述的方法，其特征在于，还包括：
G4、所述基站加无线适配器将对应接口的FP/IP或NBAP/SCTP/IP包分割成适合光传输的ODN LNK帧，并进行电光转换承载在光分配网物理层，经光纤送往光路终结点；
H4、所述光路终结点物理层进行光电转换得到光分配网LNK帧，再将光分配网LNK帧转换为LNK帧送往无线接入服务器；
I4、所述无线接入服务器做对应接口的传输网络层和无线网络层处理，从FP中得到无线资源控制的无线网络层帧，发送给无线网络层的MAC/RLC协议，MAC/RLC协议依次去除协议报头，经过重组合并，将数据发给无线资源控制，所述无线资源控制协议将被压缩的数据包报头进行解压缩，得到数据包，并通过对应接口的无线网络层和传输网络层处理将数据包发往核心网络网元。
43、根据权利要求42所述的方法，其特征在于，在核心网络中，综合GPRS支持节点/服务GPRS支持节点/综合GPRS支持节点服务器/服务GPRS支持节点服务器做对应接口传输网络层和无线网络层处理，从RANAP中得到短消息。
44、根据权利要求35或40所述的方法，其特征在于，所述无线适配器与无线接入服务器间的对应接口的无线资源控制、无线网络层和传输网络层直接承载在光接入网络上，无线适配器与无线接入服务器间光接入网络采用二层桥接技术，即光路终结点为二层网元。
45、根据权利要求35或40所述的方法，其特征在于，所述无线适配器与无线接入服务器间的对应接口的无线资源控制、无线网络层和传输网络层直接承载在光接入网络上，在无线适配器与无线接入服务器间采用三层路由技术，即光路终结点为三层网元。
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