一种网络体系结构及基于该网络体系结构的切换方法

具体实施方式

本发明所提出的新型网络体系结构，改变了传统的蜂窝移动通信系统中位置区、RA实体(如eNodeB)与小区之间的树状网络关系，建立了一种新的位置区、RA实体(如eNodeB)与小区的网络关系，也提出如何实现这种网络关系的方法。

本发明提出一个RA实体下的不同的小区Cell可以属于不同的位置区TA，同一个Cell可以同时属于多个TA；相邻RA实体之间的相邻Cell具有相同TA(可以是多个TA值)。需要特别说明的是：本发明中的RA实体指无线接入网络中一个实体，而不是无线接入网络。RA实体是UE的上一级网络实体，例如，对于演进3G系统而言，RA实体指eNodeB。在本发明中，为了说明方便，在下文和附图中，用“RA”来代替RA实体，同样RA1或RAX均表示RA实体。

本发明也提出，利用此新型的网络体系结构，一个RA实体无需与所有核心网的接入网关(AGW，Access Gateway)连接，就可实现实时类业务与非实时类业务的切换，并且提出的切换方法可以降低不同的MME/UPE之间切换的中断时间。

本发明中蜂窝移动通信系统的体系结构由不同接入系统锚点(IASA，Inter-Access System Anchor)、无线接入网关(rGW，Radio access Gateway)、RA实体及UE组成。其中：RA是UE上一级网络实体，UE与RA之间是无线接口。rGW是MME/UPE功能实体的表示，RA实体与rGW之间的连接可以是多对多的关系，也就是一个rGW可以连接到多个RA实体，同时一个RA实体可以连接到多个rGW上。IASA表示蜂窝移动通信系统与外部网络连接的网关及锚点实体，类似于传统3GPP网络中的GGSN，相当于演进3GPP系统中IASA。同样，rGW与IASA之间的连接是多对多的关系。若MME与UPE功能分开，则图5中的rGW仅表示UPE；若MME与UPE功能分开、且UPE与IASA合并，则图5中的rGW仅表示UPE与IASA的合并实体。此外，若MME与UPE合并，则TA表示移动性管理区域；若MME与UPE分开，则TA表示的是UPE所服务的位置区域。一个UE在某一时刻只能连接到一个UPE实体及一个MME实体上，而不能连接到多个UPE或多个MME实体上。

如图5所示，RA1下有四个小区Cell1，Cell2，Cell3，Cell4。其中Cell1，Cell2，Cell3属于TA1，TA1是由rGW1来管理的位置区。Cell4则属于TA2，TA2是由rGW2来管理的位置区。因此，RA1需要与管理TA1，TA2的rGW1及rGW2相连。RA2下的Cell5，Cell6，Cell7，Cell8均属于TA2。因此，RA2可以只和管理TA2的rGW2连接，而对于RA2是否rGW1或rGW3相连，则不作要求。类似的，RA3下有五个小区Cell9-Cell13。其中Cell9属于TA2，Cell10，Cell11属于TA3，而Cell12，Cell13属于TA4，因此RA3需要与管理TA2、TA3及TA4的rGW2、rGW3及rGW4相连。

下面，详细阐述本发明新型网络体系结构的具体实现方法。

本发明新型网络体系结构并不需要全新构造，而是根据实际小区规划的情况，在传统树形网络结构的基础上增加一些连接，但是又区别于TR23.882中提出的S1-Flex全连接的现有解决方式，从而能非常容易的实现位置区与小区关系，并具有良好的扩展性与适用性。在构建网络结构时，核心是构造相邻RA实体之间的相邻Cell具有相同的位置区TA。构造的方法有很多种，这里将给出两种实现相邻RA实体之间的相邻小区Cell具有相同位置区TA的方法。

为了说明的更加清楚，首先定义几个基本概念：

1、相邻小区：

若小区Cell X与Cell Y之间不存在其他小区Cell，则称小区Cell X与CellY是相邻小区。

2、相邻实体：

若小区Cell X与Cell Y是相邻小区，且小区Cell X属于实体RA X，小区Cell Y属于实体RA Y，则称实体RA X与RA Y是相邻实体。

3、位置区域集合相等：

由3GPP系统TR23.882指出：一个小区Cell可以同时属于多个位置区域TA。若小区Cell X属于位置区域TAX1，TAX1，TAX2，...，TAXn，记为位置区域集合TA(X)，即TA(X)＝{TAX1，TAX2，...，TAXn}。这样，小区Cell X∈TA(X)。类似的，小区Cell Y∈TA(Y)，TA(Y)＝{TA Y1，TA Y2，...，TA Yn}。

若小区Cell X与小区Cell Y是相邻小区，并且分别对应的位置区域集合TA(X)和TA(Y)相等，也就是TA(X)＝TA(Y)，则称相邻小区Cell X与Cell Y具有相同的位置区域值。需要强调的是，这里的TA(X)与TA(Y)是位置区域集合，要TA(X)＝TA(Y)，必须满足位置区域TA(X)和TA(Y)里的所有元素均相等。例如：当TA(X)＝{TA1，TA2}，TA(Y)＝{TA2，TA1}时，能够认为TA(X)和TA(Y)两个位置区域集合相等；而当TA(X)＝{TA1，TA2}，TA(Y)＝{TA2，TA3}时，TA(X)和TA(Y)位置区域并不相等。

上述概念明确后，在构建本发明网络体系结构时，设小区Cell X与Cell Y是相邻RA实体下的相邻小区Cell，不是相邻RA实体下的相邻Cell不进行下面的操作。

1、若小区Cell X所属的位置区域集合TA(X)与小区Cell Y所属的位置区域集合TA(Y)相同，即TA(X)＝TA(Y)，则说明小区Cell X与Cell Y同属于一个位置区域TA，此时不对Cell X与Cell Y作任何的处理。

2、若小区Cell X所属的位置区域集合TA(X)与小区Cell Y所属的位置区域集合TA(Y)不相等，则可以通过下述两种方式中的任意一种实现相邻RA实体之间的相邻小区Cell X与Cell Y具有相同位置区TA：

方法一：令相邻RA实体之间的相邻小区Cell中任一个小区记为Cell X，所属的位置区集合记为TA(X)，而另一个小区记为Cell Y，所属的位置区集合记为TA(Y)。现将小区Cell X配置成又属于位置区集合TA(Y)；而将小区Cell Y配置成又属于位置区集合TA(X)。也就是说通过配制后，小区Cell X与Cell Y具有相同的位置区集合TA值：TA’(X)＝TA’(Y)。

方法二：同样，令相邻RA实体之间的相邻小区Cell中任一小区记为CellX，所属的位置区集合记为TA(X)，而另一个小区记为Cell Y，所属的位置区集合记为TA(Y)。将其中的一个小区Cell X，配置成只属于其相邻小区Cell Y的位置区集合TA(Y)。这样，小区Cell X与Cell Y将同时属于位置区集合TA(Y)。

3、上述步骤2中，采用方法一或方法二进行配置，若其中一个小区Cell的另外一个方向的相邻小区Cell不是同时属于同一个RA实体时，则步骤2过程需要重复进行，直到相邻的小区Cell具有相同的位置区集合TA值为止。

4、根据步骤2与3的配置结果，将小区Cell的位置区集合TA值发生改变的RA实体与TA值所对应的核心网进行连接。

下面，分别对上述两种方法的配置过程通过具体例子进行说明：

例1：如图8所示，采用方法一实现相邻小区Cell属于一个位置区集合TA。

图8左侧为传统的树形网络结构，其中：RA1下有四个小区Cell1，Cell2，Cell3，Cell4。小区Cell1-4属于TA1，TA1是由rGW1来管理的位置区。RA2下有四个小区Cell5-8，属于由rGW2来管理的位置区TA2。类似的，RA3下有五个小区Cell9-Cell13，属于位置区TA3，由rGW3来管理。

图8右侧是通过方法一配置后的网络结构。其是从左侧的传统网络结构进行如下配置：从图中可见，Cell4与Cell5，Cell8与Cell9是相邻小区。将原RA1实体下、属于位置区集合TA1的小区Cell4配置成同时属于其相邻小区Cell5的位置区集合TA2，同时将RA2实体下、属于位置区集合TA2的小区Cell5配置成同时属于其相邻小区Cell4的位置区集合TA1；类似的，将RA2实体下、属于位置区集合TA2的小区Cell8配置成同时属于其相邻小区Cell9的位置区集合TA3，将RA3实体下、属于位置区集合TA3的小区Cell9配置成同时属于其相邻小区Cell8的位置区集合TA2。此外，增加RA1实体与管理位置区集合TA2的rGW2接口；增加RA2实体与管理位置区集合TA1的rGW1接口，及管理位置区集合TA3的rGW3接口；增加RA3实体与管理位置区集合TA2的rGW2接口。

例2：如图9所示，采用方法二实现相邻小区Cell属于一个位置区集合TA。

图9右侧是通过方法二从左侧的传统结构配置后的网络结构。其是从左侧的传统网络结构进行如下配置：将原RA1实体下、属于位置区集合TA1的小区Cell4配置成仅仅属于其相邻小区Cell5的位置区集合TA2，将RA2实体下、属于位置区集合TA2的小区Cell8配置成仅仅属于其相邻小区Cell9的位置区集合TA3。此外，增加RA1实体与管理位置区集合TA2的rGW2接口；增加RA2实体与管理位置区集合TA3的rGW3接口。

此外，如图5所示，设一个RA实体下的多个小区Cell中，一部分小区属于位置区TA(X)，一部分小区属于位置区TA(Y)，也可以是一些小区Cell同时属于位置区TA(X)与TA(Y)。RA实体与管理位置区TA(X)的MME/UPE通过S1接口相连。RA实体与管理位置区TA(Y)的MME/UPE通过S1接口相连。设UE在该RA实体下已激活了一个或多个IP承载业务，这些IP承载业务可以是实时类与非实时类的业务组合。

当UE从该RA实体下一个属于位置区TA(X)的小区Cell X移动到小区Cell Y，小区Cell Y不属于位置区TA(X)，而是属于另一个位置区TA(Y)，在此情形下，同一个RA实体下不同位置区TA的小区Cell之间的切换消息流程具体如图6所示：

601、用户设备UE与RA实体、源rGW、IASA间已建立了一个或多个IP承载业务(IP Bearer)；

602、UE向所属的RA实体报告相关的测量结果；

603、该RA实体根据UE报告的测量结果，决定将该UE从源小区切换到其下的另一个目标小区中；

604、RA实体在目标小区中预先建立相关的无线资源；

605、RA实体向UE发送无线物理层/无线链路层(L1/L2)的重配制命令；

606、UE与RA实体下的目标小区实现同步；

607、UE向目标小区发送无线物理层/无线链路层(L1/L2)重配制完成响应；

608、RA实体向目标rGW发送用户平面更新请求消息；

609、目标rGW向源rGW发送用户上下文请求消息；

610、源rGW向目标rGW发送用户上下文数据；

611、目标rGW向IASA发送用户平面路由更新消息；

612、IASA将用户平面路由从源rGW切换到目标rGW上；

613、目标rGW向RA实体发送用户平面更新响应消息，表示用户平面已切换到目标rGW上；

614、RA实体释放该UE在源小区中的相关无线资源及UE与源rGW的网络资源；

615、UE的一个或多个IP Bearer已切换到RA实体的目标小区、目标rGW与IASA上；

616、若目标小区与源小区属于不同的位置区集合TA，则还需要进行位置区域TA的更新过程。

例如，图5中的UE从RA1实体下的小区Cell3移动到Cell4时，由于小区Cell3属于位置区集合TA1，而小区Cell4属于位置区集合TA2，因此需要进行同一个RA1实体下不同位置区集合TA的小区Cell之间的切换。此时，图6中的源rGW为rGW1，目标rGW为rGW2。

另一种情况是：当UE从一个源RA实体的小区Cell X移动到目标RA实体的小区Cell Y时，由于小区Cell X与Cell Y属于同一个位置区集合TA，因此，需要进行同一个MME/UPE下不同RA实体之间的切换，具体切换消息流程，如图7所示：

701、用户设备UE与源RA实体、rGW、IASA间已建立了一个或多个IP承载业务(IP Bearer)；

702、UE向所属的源RA实体报告相关的测量结果；

703、源RA实体根据UE报告的测量结果，决定将该UE从源RA实体下的源小区切换到目标RA实体下的目标小区中；

704、源RA实体向目标RA实体发送切换请求消息；

705、目标RA实体根据源RA实体的切换请求消息，建立相关资源；

706、目标RA实体向源RA实体发送切换完成响应；

707、源RA实体向UE发送切换命令消息；

708、UE与目标RA实体实现同步；

709、UE向目标RA实体发送无线物理层/无线链路层(L1/L2)重配置完成响应；

710、目标RA实体向rGW发送用户平面更新请求；

711、rGW将用户的用户平面从源RA实体切换到目标RA实体上，并向目标RA实体发送用户平面更新响应消息，表示用户已切换到目标RA实体上；

712、目标RA实体释放该目标RA实体与源RA实体之间的网络资源；

713、释放UE与源RA实体之间的网络资源；

714、UE的一个或多个IP Bearer已切换到目标RA实体的目标小区、rGW与IASA上。

例如，图5中的UE从RA1实体下的小区Cell 4移动到RA2实体下的小区Cell 5时，由于小区Cell 4与Cell5同属于一个位置区集合TA2，因此RA1与RA2之间的切换属于同一个MME/UPE下的不同RA实体之间的小区切换。此时，图7中的源RA实体为RA1实体，目标RA实体为RA2实体，rGW为rGW2。

此外，对于如图5所示的当UE从小区Cell3移动到Cell5时，需要经过上述如图6和图7的两个过程，即先进行同一个RA1实体下小区Cell3到小区Cell4之间的切换，其中小区Cell3属于位置区集合TA1，而小区Cell 4属于位置区集合TA2，同时rGW1切换到rGW2；然后进行RA1与RA2实体之间的切换，将RA1实体下的小区Cell4切换到RA2实体下的小区Cell5。通过这两种切换过程，将以前MME/UPE之间的复杂的切换过程分解为两个简单、可靠及实时性好的切换过程。

可见，在本发明所述的新型网络体系结构下，对于UE在任意小区之间移动而引起的切换，只能是前述几种实施例情况的重复。因此，较现有技术的切换方案而言，本发明基于所述网络体系结构的切换方法，可以减少不同MME/UPE之间的切换复杂性，同时减少切换时数据中断时间，提高切换可靠性。

此外，需要强调的是：在传统的3GPP系统中，由于网络结构采用Iu-Flex全连接，因此也存在着一个小区Cell属于多个位置区TA的情形。而本发明所述一个小区Cell属于多个位置区TA的情形，是指一个RA实体(如eNodeB)下不同小区Cell可以具有不同的位置区TA。而一个RA实体下多个小区Cell属于多个不同的位置区TA，因此，该RA实体就需要与管理这些位置区TA的rGW连接。至于寻呼方面简单说明如下：采用本发明技术，RA实体(如eNodeB)的上级实体(如rGW)依据位置区TA向相应的RA实体作寻呼，RA实体(如eNodeB)根据寻呼消息中的位置区TA决定向属于该位置区TA的小区Cell作寻呼，而不会向不属于该位置区TA的小区Cell作寻呼。

以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。