CN1997215B - 无线通信系统及其无线资源管理方法 - 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中的一个演进接入网关控制器E-GSN，以及E-GSN下辖的多个演进基站E-Node B；所述E-GSN负责对用户设备UE的通信和对无线资源的协调与管理；所述E-Node B与E-GSN建立连接，用于完成无线接口物理层协议与媒体接入控制协议的处理以及自身无线资源的管理，并响应E-GSN的无线资源请求。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。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，有利于支持无损切换的实施，提升用户的体验，大大减轻了安全和维护成本。
Description
技术领域
本发明涉及移动通信技术领域，特别是涉及一种无线通信系统及其无线资源管理方法。
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：包括无线接入网络(RAN，Radio Access Network)和核心网络(CN，Core Network)。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UMTS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)。UTRAN、CN与用户设备(User Equipment，UE)一起构成了整个UMTS系统。
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，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：RNC中RRM(无线资源管理)处理器负荷太重，难以实现快速控制，用户面时间延迟较大等，不能优化实现分布式资源的管理。
目前，在第三代伙伴组织计划(3GPP，Third Generation PartnershipProjects)中，各厂商积极研究长期演进(LTE，Long Term Evolution)，所述LTE的目的是提供一种能够降低时延、提高用户数据速率、改进的系统容量和覆盖的低成本的网络。该网络目前只使用分组交换(PS，Packet Switched)域业务，承载网络都为IP承载。在此基础上，衍生出很多网络架构，其中一种比较常见的两层节点演进系统，所述系统的结构示意图详见图3。所述系统包括：演进核心网(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-NodeB，Evolved Node B)与多个演进接入网关控制器(E-GSN，Evolved GPRS Support Node)。所述E-NodeB至少具有空口协议栈的PHY(物理)层和MAC(媒体接入控制)层，其他协议栈位置尚未确定。并采取新的物理层技术(如OFDM)；所述E-GSN由MME(Mobility Management Entity，移动性管理实体)和UPE(User Plane Entity，用户面实体)组成，所述MME主要管理和存储UE上下文(如idle状态的UE的标识、UE的移动性状态和用户安全参数等，还将产生临时标识分配给UE，对UE能否驻扎在某TA(Tracking Area，跟踪区)或PLMN(Public LandMobile Network，公共陆地移动网)进行检查，也会对UE进行鉴权。所述UPE的功能是：终结idle状态的UE的下行数据，当有下行数据到达UE，触发或发起寻呼。它管理或存储UE上下文(如IP承载参数或网络路由信息)，在合法监听中执行用户业务的数据复制等。所述CPS的功能是intercell/eNodeB的RRM(Radio Resource Management，无线资源管理)，处理部分RRC的功能。但是，这种演进的系统目前只确定了MME、UPE、ENB这几个实体。虽然用户面有两个实体，但控制面信令需要通过三个实体来实现，所以其信令流程与目前UMTS流程基本一致。不能完全满足LTE中降低时延的要求。且这一演进系统在接入网部分只保留一个物理实体CPS来负责某些信令过程，且各个信令之间必须通过复杂的接口来实现，增加了信令的接入时延。同时也降低了数据的安全性等。
因此，现有技术的缺点为：1)无法实现分布式移动资源的分配与管理；2)不能实现小区之间无损的切换；比如，当UE从一个接入系统移动到另一个接入系统时，需要UE向新的接入系统发起UE认证、授权和重新建立UE上下文的过程。由于UE与网络之间的通信是需要通过空中接口，非常耗时，因此造成UE从一个接入系统移动到另一个接入系统时耗时很长，甚至造成业务中断，不能满足业务连续性的要求；3)在E-NodeB中不能对用户面数据进行较高的保密性。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种无线资源管理系统，以克服现有无线通信系统由于用户面有CPS这个中间节点，使得用户面存在较大延迟的缺点，以及用户数据安全性问题，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。
本发明解决的另一个技术问题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CPS中RRM(无线资源管理)负荷过重，难以实现快速控制以及无损切换的缺点，提高无线资源管理的处理速度和效率，进而提高系统性能。
为解决上述问题，本发明提供一种无线通信系统，所述系统包括：演进核心网Evolved CN中的一个演进接入网关控制器E-GSN，以及E-GSN下辖的多个演进基站E-Node B；
所述E-GSN负责对用户设备UE的通信和对无线资源的协调与管理；所述E-Node B与E-GSN建立连接，用于完成无线接口物理层协议与媒体接入控制协议的处理以及自身无线资源的管理，并响应E-GSN的无线资源请求。
所述E-Node B包括：
基站无线资源连接(RRC Connection)管理模块，用于信令无线资源连接的管理以及用户的测量报告和切换触发管理；
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；用户测量管理模块，用于处理UE的测量报告，当满足切换条件时发送小区切换请求。
所述基站无线资源连接管理模块包括：信令无线承载管理子模块、无线资源连接移动性管理子模块、UE测量报告子模块、路由高层协议数据单元子模块快；
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：无线资源接入控制、负载控制、无线拥塞控制、功率控制、资源分配与调度、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，并响应相关无线接入请求。
所述E-GSN包括：
传输资源控制模块，用于设定传输资源控制策略，并负责处理传输资源的负载控制、拥塞控制，并响应相关的连接接入请求；
无线资源信息库，用于存储E-GSN下辖的各E-Node B的资源信息；
无线资源协调模块，用于根据设定的传输资源控制策略及存储的E-NodeB的资源信息，响应高层的指配请求，根据高层的QOS要求建立相应的无线承载，同时请求E-Node B分配相关资源；
基站测量管理模块，用于处理基站之间的测量报告，并根据该测量报告获取多个基站的资源信息，并为切换和无线承载提供参考消息。
所述无线资源协调模块将用户业务QOS要求映射为相应的无线承载请求与传输承载请求，再与其下辖的各E-Node B中的基站无线资源管理模块通过信令交互，建立并控制业务面。
另外，本发明还提供一种基于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中的一个演进接入网关控制器E-GSN，以及E-GSN下辖的多个演进基站E-Node B；所述方法包括步骤：
A、E-Node B对其无线资源进行管理并实时向E-GSN上报无线资源的处理结果；
B、所述E-GSN根据接收的处理结果控制及协调相关的资源，并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；
C、当需要进行E-Node B间切换时，E-GSN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B和步骤C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根据收到的测量报告触发切换请求，通过其与E-GSN之间的接口上报给E-GSN。
所述步骤C包括：
C1、E-GSN根据源E-Node B提供的用户设备UE的切换请求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；
C2、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C2包括：
C21、在UE执行切换过程前，E-GSN请求目标E-Node B为待接纳UE分配和保留相应的资源；
C22、目标E-Node B为待接纳UE分配和保留相应的资源完成后，E-GSN通过源E-Node B指示UE进行切换过程；
C23、UE切换完成后E-GSN指示源E-NodeB拆除原有的用户面链路。
所述步骤C22进一步包括：
E-GSN指示UE进行切换过程的同时，请求Evolved CN用户面进行UE数据链路切换；
E-GSN用户面对UE进行数据链路切换完成后，E-GSN用户面下发的数据由目标E-Node B进行缓存。
当源E-Node B收到E-GSN下发的UE进行切换的指示后，向目标E-NodeB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。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：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中的演进接入网关控制器E-GSN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，由于引入了演进接入网关控制器E-GSN，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E-GSN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E-GSN完成与多小区和整个网络密切相关联的无线资源控制和协调功能，从而极大地提高了无线资源管理的处理速度和效率。由于E-GSN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E-GSN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。此外，RRC连接及其移动性管理终结在E-Node B上，不但建立连接的时延很小且连接移动性管理更方便。由于E-Node B之间不需要接口，大大减轻了安全和维护成本。
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是现有技术中无线通信系统的网络架构图；
图4是本发明无线通信系统的网络架构示意图；
图5是本发明系统中E-GSN和E-Node B的原理框图；
图6是本发明所述无线资源管理系统一实施例的框架图；
图7A和7B分别是本发明所述无线资源管理系统第一种演进架构中空中接口的控制面和用户面的协议栈示意图；
图8A和8B分别是本发明所述无线资源管理系统第二种演进架构中空中接口的控制面和用户面的协议栈示意图；
图9是本发明无线资源管理方法的实现流程图。
具体实施方式
本发明的核心在于采用演进核心网Evolved CN中的演进接入网关控制器E-GSN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E-GSN直接建立连接。在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E-GSN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E-GSN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。
E-GSN和E-Node B之间通过Iu+接口连接，通过该接口，E-GSN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。E-GSN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，协调处理E-Node B间的切换过程，切换时ARQ也设置在E-GSN，保证了无损低时延的切换，同时加密也在E-GSN进行，保证了用户数据的安全。而在E-Node B上，由于RRC连接及移动性管理都设置在E-Node B上，不但减小建立连接的时延，而且方便了连接移动性管理。此外，E-Node B之间不需要接口，大大减轻了安全和维护成本。
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。
请参照图4，为本发明无线通信系统的网络架构示意图：
本发明所述无线通信系统架构中有两种功能实体：(1)演进核心网EvolvedCN中的演进接入网关控制器22(E-GSN)和演进基站11(E-Node B)。其中，一个E-GSN22可以下辖多个E-Node B11。比如，图中所示，E-Node B11a1、11a2和11a3；E-Node B11b1、11b2和11b3。
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E-GSN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E-GSN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。
两个实体各自的功能如下：
所述E-GSN22：负责对用户设备UE的通信和对UE(用户设备)无线资源的协调与管理。
所述E-Node B11：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、通过IP网络或ATM网络与E-GSN直接建立连接)之外，还独立承担E-Node B中无线接口物理层协议与媒体接入控制协议的处理以及自身无线资源的管理。譬如：无线资源接入控制、负载控制、无线拥塞控制、功率控制、资源分配与调度、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，并响应相关无线接入请求。即与多小区管理和网络密切相关的无线资源或传输资源的协调与管理功能由E-GSN为主完成，而E-Node B主要是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(Outer ARQ)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E-GSN直接建立连接，也就是说，系统中的用户面只有E-GSN节点，用户数据在该节点上进行行头压缩和加密，并通过ARQ协议到达E-Node B的媒体接入层和物理层。在控制面中，E-Node B主要承担的自身无线资源管理功能的信令部分与E-GSN直接连接结，完成业务的建立、保持和释放功能。
E-GSN和E-Node B之间通过演进Iu接口(即Iu+接口)连接，E-Node B向E-GSN提供UE测量中与多小区管理相应的测量报告，以及实时向E-GSN上报自身的资源状况和处理负荷状况。E-GSN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的切换管理与控制。同时，E-GSN将对UE的切换管理与控制也经由此接口下达给E-NodeB。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-NodeB。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E-GSN来设定和变更。
为了实现上述功能，E-GSN和各E-Node B分别包括不同的功能模块。参照图5所示E-GSN和E-Node B的原理框图：
在该实施例中，E-GSN22下辖两个E-Node B11，所述E-GSN22与E-NodeB11通过Iu+接口连接，各E-Node B11之间不需要接口来连接，大大减轻了安全和维护成本。
所述各E-Node B11的实现原理相同，包括：基站无线资源连接管理模块111(Lower RRC)、基站无线资源管理模块112、基站无线资源信息库113和用户测量管理模块114。所述基站无线资源连接管理模块111，用于信令无线资源连接的管理以及用户的测量报告和切换触发管理；所述基站无线资源连接管理模块111包括：信令无线承载管理子模块、无线资源连接移动性管理子模块、UE测量报告子模块、路由高层协议数据单元子模块，主要用于无线资源连接(RRC Connection)的管理、信令无线承载(SRB)管理、无线资源连接移动性管理，本地无线资源管理(Radio Resource management Entity)，以及用户的测量报告和切换触发管理等功能。所述本地无线资源管理(RadioResource management Entity)包括：无线接入控制，负载控制、拥塞控制、链路自适应的UE测量报告、路由高层PDU等。所述基站无线资源管理模块及基站112无线资源信息库存储模块113，基站无线资源管理模块112根据基站无线资源信息库存储模块113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112进行自身无线资源的管理包括：无线资源接入控制、负载控制、无线拥塞控制、功率控制、资源分配与调度、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，并响应相关无线接入请求，基站无线资源信息库112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。所述用户测量管理模块113，用于处理UE的测量报告，当满足切换条件时发送小区切换请求。
所述E-GSN22包括资源控制模块(Upper RRC)，且所述Upper RRC包括：传输资源控制模块221、无线资源信息库222、无线资源协调模块223和基站测量管理模块224，其中，所述传输资源控制模块221用于设定传输资源控制策略，并负责处理传输资源的负载控制、拥塞控制，并响应相关的连接接入请求；所述无线资源信息库222，用于存储E-GSN下辖的各E-Node B的资源信息；所述无线资源协调模块223，用于根据设定的传输资源控制策略及存储的E-Node B的资源信息，响应高层的指配请求，根据高层的QOS要求建立相应的无线承载，同时请求E-Node B分配相关资源。所述基站测量管理模块224，用于处理基站之间的测量报告，并根据该测量报告获取多个基站的资源信息，并为切换和无线承载提供参考消息。
为了使E-GSN22的无线资源信息库222中存储的信息与其下辖的各E-Node B11的基站无线资源信息库112中存储的信息保持一致，无线资源协调模块223与其所属E-GSN下辖的各E-Node B中的基站无线资源管理模块112需要通过信令交互，将用户业务QOS要求映射为相应的无线承载请求与传输承载请求。再与其下辖的各E-Node B中的基站无线资源管理模块通过信令交互，建立并控制业务面。
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E-GSN。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E-GSN，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，E-GSN通过与各E-Node B之间的用户面接口动态接收无线资源有关过程(包括资源分配/重配、资源德控制、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。
随着internet的发展，IP协议和基于IP的业务已逐步成为未来移动通信的发展趋势，一个全IP的网络将是未来的未来移动通信系统在传输和应用方面的发展目标，同时，在空中接口方面，支持更高无线信道传输速率也是重要的发展目标。因此有效的分配和利用传输和无线资源，保障不同业务的服务质量(QOS)，已被各界关注，不同的无线资源管理框架对系统的架构和业务流程有着深刻的影响。
下面结合一实例对本发明做进一步的说明。
请参考图6，为本发明所述无线资源管理系统一实施例的框架图，该框架特别适用于分布式无线资源的管理，相对于目前集中式的RRM方案有更好的可扩展性。包括：E-Node B实体和E-GSN实体。所述E-Node B实体具体包括：RRC连接控制实体、信令无线承载(SRB)控制实体、无线资源管理实体、ARQ协议实体以及MAC层和物理层PHY等等。如图6所示，在用户面，用户数据在E-GSN上进行头压缩和加密，并通过E-Node B中ARQ协议到达E-Node B的媒体接如层MAC层和物理层PHY；UE在进行业务时，首先要发起RRC连接，建立相应的信令无线承载(SRB)，同时请求本E-Node B下层的实体分配相关资源。UE-ME测量也设置在E-Node B上，负责处理UE的测量报告，当满足切换条件时，UE要求上层节点的HO切换处理模块协调整个切换过程。E-Node B内切换(HO)实体负责E-NODE B内部小区切换以及触发E-NODE B之间切换请求。而在控制面，E-Node B上不光只有MAC层，还包括无线资源管理实体(Radio Resource management Entity)控制着相关的无线资源，负责处理负载控制(Load Control)无线拥塞控制(CongestionControl)，功率控制(Power Control)和信道资源分配和调度，并负责响应相关的无线接入请求(Radio Admission Control)等等功能。
同样，在E-GSN实体上，包括一个传输资源控制实体(TransmissionResource management Entity)、无线资源协调实体、Inter-NB ME、HO(切换)以及网E-Node B中的RRC连接控制实体相连的非接入层协议(NAS)、与基站无线资源管理实体相连的RAB/RB控制实体等。所述传输资源控制实体控制着相关的传输资源，负责处理传输资源的负载控制(Load Control)，拥塞控制(Congestion Control)，并响应相关的连接接入请求(Connect AdmissionControl)。所述无线资源协调实体，负责响应高层的指配请求，根据高层的QOS要求建立相应的无线承载(Radio Bearer)，同时请求下层的实体分配相关资源。所述Inter-NB ME负责E-Node B之间的测量处理，通过它可以收集多E-Node B的资源情况，从而为切换和RAB(无线接入承载)指配提供参考信息。所述RAB/RB控制实体负责将无线接入承载(RAB)的Q0S要求映射为相应的无线资源请求和传输资源请求。所述HO(切换)用于负责协调E-Node B之间切换请求。所述ARQ&Flow Control用于E-GSN与E-Node B之间用户面数据重传及流控。
本发明所述移动性管理主要与广播信息、测量控制和测量报告与切换决策等三个方面的功能相关，该功能由Inter-NB ME负责E-Node B之间的测量处理，通过它可以收集多个E-Node B的资源情况，从而为切换和RAB(无线接入承载)指配提供参考信息。
此外，本发明所述系统还考虑到E-Node B处于一个不安全的环境中，因此，保证用户通信的安全是必须考虑的一个问题。从控制面来说，信令的保密性要求不高，一般只要求完整性，因此RRC连接和移动性管理可以保存在E-Node B中，而用户面数据对保密性有比较高的要求，因此最好在核心节点E-GSN上加密。考虑到目前3G的架构中，用户面加密一般和RLC协议在一起，作为其一部分功能，同时高效的利用RLC PDU的帧号。所以在新的演进架构里，当切换时，与RLC对应的Out ARQ功能最好也设置在核心节点E-GSN，这样不但可以满足保密性要求，而且在切换时可以更加高效方便，并满足了切换时数据无损性要求。当然，本发明所述的架构中还可以就是用户面加密与Out ARQ功能分离，加密继续保留在核心节点，分切换时Out ARQ可以保留在E-Node B上。总的来说，对于控制面信令的保护，主要包括三类：完全不需要保护，比如RRC连接建立；需要完整性保护，如无线资源分配、测量控制和报告、能力报告等；需要加密与完整性保护，主要有临时身份标识分配、COA分配等NAS层信令。
由上可见，如果RRC协议相关的信令只需要完整性保护，可以考虑将RRC设置在E-Node B节点上。或者将二者分成两部分，一部分设置在E-Node B上，一部分在核心节点E-GSN。而NAS层信令必须在核心节点E-GSN，接受完整性保护，特殊的还要接受加密。但是本发明所述架构并不限于上述描述，在此基础上还可以实现其他的功能，下面通过具体的协议栈对本发明做进一步的说明。
请参考图7A和7B，分别为第一种演进架构中的空中接口控制面和用户面的协议栈示意图。假设第一种演进架构中的E-Node B能够区分用户数据和信令(如RRC和NAS消息)。物理层的功能是进行调制、编码(使用OFDM技术)、时频同步等操作。MAC层进行媒体接入控制，动态调度，处理UE数据流的优先级等操作。Upper ARQ的功能是在HARQ(Hybrid AutomaticRepeat Request，混合自动重传请求)之上的重传，防止HARQ失败造成数据差错，Upper ARQ可能还具有分段、重组、级联、顺序递交高层PDU、复制检测、流控等之前RLC的功能。这里RRC分为两部分，Lower RRC和UpperRRC，Lower RRC的功能是RRC的连接管理，本地无线资源管理功能(包括并不止于负载控制，拥塞控制，链路自适应的UE测量报告、路由高层PDU、控制请求的Qos等)；所述E-GSN即：会话管理(SM，Session Management)/移动性管理(MM，Mobility Managenment)处于NAS(Non Access Stratum，非接入层)层，管理会话与移动性。用户面有PDCP层，PDCP层进行头压缩，提高空口传输效率，PDCP层之上为UP(User Plane，用户面)，即用户真正数据。
再请参考图8A和8B，分别为了另一种演进架构中的空中接口控制面和用户面的协议栈示意图。在Upper ARQ或PDCP层有加密子层，对数据进行加密处理，Upper ARQ或MAC能够区分UE的用户面和控制面。其他与上述第一种演进架构相同，具体参见上述，在此不在赘述，
另外，本发明还提供一种基于本发明系统架构的无线资源管理方法。所述方法的流程图详见图9，包括以下步骤：
步骤901：E-Node B对其无线资源进行管理并实时向E-GSN上报无线资源的处理结果；所述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。
步骤902：所述E-GSN通过与其下辖的E-Node B之间的用户面接口实时接收各E-Node B无线资源的处理结果；
步骤903：根据接收的处理结果控制及协调相关的资源，并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903：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；
步骤905：源E-Node B根据收到的测量报告触发切换请求，通过用户面接口上报给E-GSN。
步骤906：当需要进行E-Node B间切换时，E-GSN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。
其中，在步骤906中，E-GSN根据源E-Node B提供的用户设备UE的切换请求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；在UE执行切换过程前，E-GSN请求目标E-NodeB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，E-GSN通过源E-Node B指示UE进行切换过程，其中在E-GSN指示UE进行切换过程的同时，请求E-GSN用户面进行UE数据链路切换E-GSN用户面对UE进行数据链路切换完成后，E-GSN用户面下发的数据由目标E-Node B进行缓存；UE切换完成后E-GSN指示源E-Node拆除原有的用户面链路。
首先，E-GSN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，E-GSN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，E-GSN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，E-GSN在通过源E-Node B对UE发起切换命令的同时，通过用户面对UE进行数据链路转换，直至转换完成，该转换数据由目标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E-GSN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。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (13)
1.一种无线通信系统，其特征在于，包括：演进核心网Evolved CN中的演进接入网关控制器E-GSN，以及E-GSN下辖的多个演进基站E-Node B；
所述E-GSN负责对用户设备UE的通信和对无线资源的协调与管理；所述E-Node B与E-GSN建立连接，用于完成无线接口物理层协议与媒体接入控制协议的处理以及自身无线资源的管理，并响应E-GSN的无线资源请求。
2.根据权利要求1所述无线通信系统，其特征在于，所述E-Node B包括：
基站无线资源连接管理模块，用于信令无线资源连接的管理以及用户的测量报告和切换触发管理；
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；
用户测量管理模块，用于处理UE的测量报告，当满足切换条件时发送小区切换请求。
3.根据权利要求2所述无线通信系统，其特征在于，所述基站无线资源连接管理模块包括：信令无线承载管理子模块、无线资源连接移动性管理子模块、UE测量报告子模块、路由高层协议数据单元子模块；
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：无线资源接入控制、负载控制、无线拥塞控制、功率控制、资源分配与调度、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，并响应相关无线接入请求。
4.根据权利要求1所述无线通信系统，其特征在于，所述E-GSN包括：
传输资源控制模块，用于设定传输资源控制策略，并负责处理传输资源的负载控制、拥塞控制，并响应相关的连接接入请求；
无线资源信息库，用于存储E-GSN下辖的各E-Node B的资源信息；
无线资源协调模块，用于根据设定的传输资源控制策略及存储的E-NodeB的资源信息，响应高层的指配请求，根据高层的QOS要求建立相应的无线承载，同时请求E-Node B分配相关资源；
基站测量管理模块，用于处理基站之间的测量报告，并根据该测量报告获取多个基站的资源信息，并为切换和无线承载提供参考消息。
5.根据权利要求4所述无线通信系统，其特征在于，所述无线资源协调模块将用户业务QOS要求映射为相应的无线承载请求与传输承载请求，再与其下辖的各E-Node B中的基站无线资源管理模块通过信令交互，建立并控制业务面。
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中的一个演进接入网关控制器E-GSN，以及E-GSN下辖的多个演进基站E-Node B；其特征在于，所述方法包括步骤：
A、E-Node B对其无线资源进行管理并向E-GSN上报无线资源的处理结果；
B、所述E-GSN根据接收的处理结果控制及协调相关的资源，并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；
C、当需要进行E-Node B间切换时，E-GSN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或重配、资源保留及资源释放。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述步骤B和步骤C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根据收到的测量报告触发切换请求，通过其与E-GSN之间的接口上报给E-GSN。
9.根据权利要求6、7或8所述的方法，其特征在于，所述步骤C包括：
C1、E-GSN根据源E-Node B提供的用户设备UE的切换请求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；
C2、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C2包括：
C21、在UE执行切换过程前，E-GSN请求目标E-Node B为待接纳UE分配和保留相应的资源；
C22、目标E-Node B为待接纳UE分配和保留相应的资源完成后，E-GSN通过源E-Node B指示UE进行切换过程；
C23、UE切换完成后E-GSN指示源E-NodeB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C22进一步包括：
E-GSN指示UE进行切换过程的同时，请求Evolved CN用户面进行UE数据链路切换；
E-GSN用户面对UE进行数据链路切换完成后，E-GSN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C22进一步包括：当源E-Node B收到E-GSN下发的UE进行切换的指示后，向目标E-NodeB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。
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