CN103716900B - 一种lte制式家庭基站系统中扩大网关容量的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种LTE制式家庭基站系统中网关虚拟基站方法和装置，不同于原有的LTE制式家庭基站系统中HeNB GW与MME之间仅有一条S1链接，而是在两者之间建立起多条S1链接供信令或数据传输，能够在所使用的协议的基础上扩大HeNB GW容量，满足组网需求。本发明是基于现网规划、系统实时或周期性统计数据确定所需要的S1链接的数目，既能满足现网使用需求，又不至于浪费系统资源建立空闲链接。本发明根据当前SCTP传输能力选择将S1建立在不同的SCTP上或同一SCTP承载的不同流上，可进一步增大HeNB GW容量。

Description

一种LTE制式家庭基站系统中扩大网关容量的方法和装置

技术领域

本发明涉及移动通信中的家庭基站技术领域，特别是涉及一种LTE制式家庭基站系统中扩大网关容量的方法和装置。

背景技术

本文涉及到的英文缩写及其解释：

3G：3rd-Generation，第三代移动通信技术

LTE：Long Term Evolution，长期演进系统

GSM：Global System of Mobile communication，全球移动通讯系统

EPC：Evolved Packet Core，分组演进核心

eNB，eNodeb：Evolved Node B，演进型基站

E-URTAN：Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network，演进型通用陆地无线接入网

UE：User Equipment，用户终端

MME：Mobility Management Entity，移动管理实体，是主要处理信令相关的核心网元

S-GW：Serving Gateway，服务网关，是主要处理业务相关的核心网元

Femto：家庭基站系统，主要包括家庭基站和femto网关

HNB：Home Node B，使用3G制式的家庭基站

HeNB：Home eNB，使用LTE制式的家庭基站

HeNB GW：Home eNB Gateway，HeNB网关

SCTP：Stream Control Transmission Protocol，流控制传输协议

TAC：Tracking Area Code，跟踪区域码

CSG：Closed Subscriber Group，闭合用户组

PLMN：Public Land Mobile Network，公共陆地移动网络

HeMS：Home eNB management system，HeNB的管理系统

Global eNB ID，全网eNB标识

AP：Access Point，无线接入点

LTE系统是对第三代移动通信系统的演进，整个LTE系统由eNB、EPC和UE三部分组成，图1所示为LTE系统的网络架构图，eNB是演进型基站，EPC负责核心网部分，包括MME和S-GW，UE是用户终端，其中，E-URTAN侧的多个eNB通过S1接口接入MME/S-GW，各eNB之间通过X2接口连接。

随着宏网网络（3G网络或LTE网络）规模不断扩大，用户数量不断增加，用户的数据带宽需求不断加大。由于3G网络和LTE网络的使用频率较高，与GSM相比，其信号穿透能力较差，因此室内覆盖成为网络优化的一个难点，一般会采用设立室内分布系统的方式来实现3G网络或LTE网络的室内覆盖。但是，在现有条件下，室内分布系统一般只能架设在一些酒店、中高档小区或公共热点场所。对于一般的居民小区，受限于各种条件，还无法架设室内分系统，因此，室内3G或者LTE信号很弱甚至根本没有信号，对用户体验造成很大影响。

为此已提出一种Femto系统，即家庭基站系统，其采用的公共宽带或者运营商传输接入是通过因特网接入到安全网关及运营商的核心网，从而为用户提供无线信号覆盖，可改善用户体验，是室内覆盖补盲、补热的重要技术。关于Femto系统，其主要由家庭基站和femto网关组成，其中家庭基站根据其采用的无线技术不同分为使用3G制式的家庭基站和使用LTE制式的家庭基站HeNB。

图2所示为LTE制式的Femto系统网元架构图，在LTE系统引入HeNB GW，其下链接多个HeNB。首先，HeNB GW通过S1链路一对多地连接多个HeNB，其次，HeNB GW通过S1链路还一对多地接入多个MME/S-GW进行负荷分担和容灾备份。另外，HeNB也可通过S1直接接入MME/S-GW。LTE制式的Femto系统的其它网元还包括HeMS（图2中未示出），用于配置HeNB的相关参数。

对于宏网基站eNB，在目前的协议（36413）中规定，eNB与MME之间的S1消息仅支持最大256个跟踪区域码TAC，最大256个闭合用户组CSG，最大6个广播公共陆地移动网络PLMN。在小区数目有限的情况下，该协议的规定的最大值在宏网eNB系统中不会产生问题。

但是，对于家庭基站HeNB，在引入HeNB GW之后，HeNB GW在MME看来就是一个宏网eNB，一个宏网eNB与单个MME/S-GW之间仅有一条S1链路，而一个HeNB GW下可能链接几万甚至几十万的HeNB，这时原协议所规定的上述最大值是远远无法满足组网需求的。典型的情况是，引入HeNB GW之后，其下挂的HeNB数目众多，但可用资源有限，有可能发生HeNB GW下某一HeNB的TAC（8）/CSG（8）没能在消息中上报给MME的情况，由于寻呼消息是按照TAC/CSG进行寻呼的，若MME没有收到关于TAC（8）/CSG（8）的消息，可能会认为HeNB GW下没有TAC为8、CSG为8的小区，那么用于TAC为8、CSG为8的寻呼消息就不会下发到HeNB GW，该小区的用户也就永远不可能接收到寻呼消息。

发明内容

为了解决现有技术中HeNB GW容量无法满足实际组网需求的问题，本发明提供了一种LTE制式家庭基站系统中扩大网关容量的方法和装置。

一方面，本发明的LTE制式家庭基站系统中扩大网关容量的方法包括：网关HeNBGW确定需要在其自身和单个移动管理实体MME之间建立多个S1链接；针对每一个需要建立的S1链接，所述HeNB GW设置不同的全网eNB标识Global eNB ID，再分别向所述单个MME发起S1建立请求，同时携带S1应用配置信息；基于所述S1建立请求和所述S1应用配置信息，所述HeNB GW在其自身和所述单个MME之间建立多个S1链接。

进一步地，可根据现网规划确定需要建立的所述多个S1链接的数目，也可根据实时或定期的系统统计数据确定需要建立的所述多个S1链接的数目。

进一步地，根据本次系统统计数据确定当前需要建立的多个S1链接的数目之后，通过增加、删除或修改以前建立的所述HeNB GW和所述MME之间的多个S1链接，形成所述当前需要建立的多个S1链接的数目

进一步地，所述多个S1链接中的有限多个S1链接建立在不同的SCTP上或建立在同一SCTP承载的不同的流上。

另一方面，本发明的LTE制式家庭基站系统中扩大网关容量的装置包括：S1链接数确定模块，用于使网关HeNB GW确定需要在其自身和单个移动管理实体MME之间建立多个S1链接；S1链接请求模块，用于使所述HeNB GW针对单个MME下每一个需要建立的S1链接，设置不同的全网eNB标识Global eNB ID，并分别向所述MME发起S1建立请求，同时携带S1应用配置信息；以及S1链接建立模块，用于使所述HeNB GW基于所述S1建立请求和所述S1应用配置信息，在所述HeNB GW和所述单个MME之间建立多个S1链接。

本发明有益效果如下：

1.提供了一种在HeNB GW与单个MME之间建立多条S1链接的方法，突破了HeNB GW与MME之间一条S1链接所带来的限制，能够在所使用的协议的基础上扩大HeNB GW容量，满足组网需求。

2.基于现网规划、系统实时或周期性统计数据，确定所需要的S1链接的数目，既能满足现网使用需求，又不至于浪费系统资源建立空闲链接。

3.根据当前SCTP传输能力选择将S1建立在不同的SCTP上或同一SCTP承载的不同流上，进一步增大了HeNB GW容量，提高了系统性能。

附图说明

图1是现有技术中LTE系统的网络架构图。

图2是现有技术中LTE制式Femto系统架构图。

图3是本发明LTE制式家庭基站系统中扩大网关容量的方法流程图。

图4是本发明第一实施例处理流程图。

图5是现有技术中MME与HeNB之间的协议栈示意图。

图6是本发明第二实施例处理流程图。

图7是本发明LTE制式家庭基站系统中扩大网关容量的装置示意图。

具体实施方式

以下结合附图以及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。

在如图2的LTE制式Femto系统架构中，从各网元的连接关系可以看到，对于MME，HeNB GW相当于宏站eNB；对于HeNB，HeNB GW相当于MME，因此无论是HeNB直接与MME/S-GW链接，还是HeNB经过HeNB GW与MME/S-GW链接，其间的S1接口的定义和功能是完全一致的。为了使HeNB GW的容量不再受限于协议规定的TAC、CSG、PLMN数量，本发明提供了一种LTE制式家庭基站系统中扩大网关HeNB GW的容量的方法，通过在HeNB GW和MME之间建立多条S1链接，扩大HeNB GW容量。

具体地，如图3所示，S101，本发明的HeNB GW首先确定与单个MME之间需要建立的S1链接的数目；S102，针对单个MME下每一个需要建立的S1链接，HeNB GW设置不同的全网eNB标识Global eNB ID，即虚拟出多个不同的eNB（按照协议，Global eNB ID包含PLMNIdentity和eNB ID信息，两者决定一个eNB，也即设置一个Global eNB ID相当于虚拟出一个eNB），分别向MME发起S1建立请求，同时携带S1应用配置信息；S103，基于S1建立请求和S1应用配置信息，HeNB GW在其自身与单个MME之间建立多个S1链接。每个S1链接均可用来上传基站S1消息，可避免发生丢包消息漏报的情况，实质上扩大了HeNB GW容量，提高了系统性能。

图4所示为本发明第一实施例基于现网规划预估需要建立的S1链接数目，按照该流程在HeNB GW与单个MME之间建立该数目的S1链接。

S201，HeNB GW根据现网规划预估需要支持的TAC、CSG和PLMN数目，进而确定在HeNB GW与单个MME之间建立S1链接的数目，并为单个MME下每个需要建立的S1链接设置一个全网eNB标识Global eNB ID。

其中，确定需要的S1链接数目时，如果需要支持的TAC、CSG和PLMN数目越多，则需要的S1链接数目越多，例如单个MME下TAC数目大于256*N个，需要的S1链接的数目则为N+1。

S202：HeNB GW向该MME发起传输层承载SCTP建立过程，建立一个或多个传输层承载SCTP。

S203：HeNB GW针对每个S1链接向该MME发起S1建立请求，并在请求消息中携带S1应用配置信息，包括对应的Global eNB ID、TAC、PLMN、CSG、默认寻呼不连续接收、eNB名等。

S204：针对MME接收到的每条S1建立请求，按照常规方法处理以建立需要的S1链接，即如果MME允许S1建立，则本网元建立对应的S1接口，并发送S1建立响应，向HeNB GW返回S1建立应答消息，其中携带MME的S1配置信息，如MME名称、PLMN、MME组标识、MME码字、相对MME能力，等等；如果MME不允许S1建立（例如当核心网不支持HeNB GW配置时），则建立失败，向HeNB GW返回S1建立失败消息。

其中，流控制传输协议SCTP在两个端点之间提供稳定、有序的数据传递服务；无线网络层协议S1AP是LTE系统接入网和核心网接口S1-MME的应用层协议，控制接入网和核心网之间信令和数据的传输，如图5所示，S1AP协议建立在传输层承载SCTP协议之上。在本实施例中，各个S1链接通过S1AP协议建立在SCTP上，可以是建立在不同的SCTP上，如一个S1链接对应一个SCTP；也可以是多个S1链接建立在同一SCTP承载的不同流上，可根据当前的SCTP传输能力选择设置，通过将S1建立于合适的SCTP传输承载上可增大HeNB GW的数据流量。

按照本实施例的方法对系统中每个MME进行相同的操作，在HeNB GW和每个MME之间分别建立多个S1链接，用于分担系统数据传输。以上，在S101中，HeNB GW按照现网规划确定需要建立的S1链接数属于静态配置，也可以通过动态的方法确定需要建立的S1链接数。图6所示为本发明第二实施例，其根据实时或定期的统计数据动态地确定需要建立的S1数目。

S301，HeNB GW根据实时或定期的系统统计数据确定需要与MME之间建立S1链接的数目，并为单个MME下每个需要建立的S1链接分配一个Global eNB ID。

其中，所述统计数据可以是实时的或统计周期内的HeNB数目、用户数、信令流量或丢包率等，需要处理的数据越多，应建立的S1链接越多，例如，假如本次统计更新后发现单个MME下TAC数目多余256*N个，则本次的S1链接数目为N+1。这样做的好处是，如果系统中新加入了家庭基站，可动态地及时调整S1链接数，自动达到合理的数目。

对于一次统计数据结果，后续的处理流程与第一实施例相同。

当再一次得到统计数据结果后，HeNB GW根据该更新的统计数据确定当前需要的S1链接的数目，在前一次配置的基础上，通过增加、删除或修改与每个MME之间的S1链接，实现在HeNB GW与每个MME之间形成所需数目的S1链接，在合理的前提下最大程度地满足系统资源需求；并且在这个动态调整的过程中，还可改变各S1链接与所建立SCTP的关系，根据当前SCTP传输能力选择将S1建立在不同的SCTP上或同一SCTP承载的不同流上，进一步增大HeNB GW容量。

另外，为了解决现有技术中HeNB GW容量无法满足实际组网需求的问题，本发明还提供了一种LTE制式家庭基站系统中扩大网关容量的装置，如图7所示，其包括：S1链接数确定模块401，用于使网关HeNB GW确定需要在其自身和单个移动管理实体MME之间建立多个S1链接；S1链接请求模块402，用于使所述HeNB GW针对单个MME下每一个需要建立的S1链接，设置不同的全网eNB标识Global eNB ID，并分别向所述单个MME发起S1建立请求，同时携带S1应用配置信息；以及S1链接建立模块403，用于使所述HeNB GW基于所述S1建立请求和所述S1应用配置信息，在所述HeNB GW和所述单个MME之间建立多个S1链接。

此外，所述S1链接建立模块还用于在根据本次系统统计数据确定当前需要建立的S1链接的数目之后，通过增加、删除或修改以前建立的所述HeNB GW和所述MME之间的多个S1链接，形成所述当前需要建立的S1链接的数目；以及，所述S1链接建立模块还用于：将所述多个S1链接中的有限多个S1链接建立在不同的SCTP上或建立在同一SCTP承载的不同的流上。

将本发明的上述装置用于LTE制式家庭基站系统中，可实现在网关HeNB GW与单个MME之间建立多条S1链接，达到扩大HeNB GW容量的目的。

在网关HeNB GW与各个MME之间建立多条S1链接之后，还需要建立HeNB和HeNB GW之间的一条S1链接：HeNB向HeNB GW发出S1建立请求，HeNB GW收到请求后，在满足需求（即MME支持该HeNB的S1建立请求消息中的全部或部分PLMN时）的每个MME与HeNB GW之间的多个S1链接中，选择一个S1链接驻留该HeNB（如果有多个MME满足需求，最终可能会有多个SCTP连接驻留该HeNB，用于传输该HeNB的S1消息），成功驻留后向该HeNB回复S1链接建立响应，驻留失败则回复S1链接建立失败消息。其中，从多个S1链接中选择一个S1链接进行HeNB驻留时，应按照负载均衡的原则考虑，优先选择当前流量较小或挂接AP较少的S1链接进行驻留。由此，当HeNB GW收到MME的寻呼消息后，可根据寻呼消息的S1链接找到满足寻呼要求的HeNB进行寻呼，可避免该MME在其它SCTP上下发的相同寻呼消息被重复发送到同一个AP。

尽管为示例目的，已经公开了本发明的优选实施例，本领域的技术人员将意识到各种改进、增加和取代也是可能的，因此，本发明的范围应当不限于上述实施例。

Claims (10)

1.一种长期演进系统LTE制式家庭基站系统中扩大网关容量的方法，其特征在于，包括：

网关HeNB GW确定需要在其自身和单个移动管理实体MME之间建立多个S1链接；

所述HeNB GW针对每一个需要建立的S1链接，设置不同的全网eNB标识Global eNB ID，并分别向所述单个MME发起S1建立请求，同时携带S1应用配置信息；

基于所述S1建立请求和所述S1应用配置信息，所述HeNB GW在其自身和所述单个MME之间建立多个S1链接。

2.如权利要求1所述的家庭基站系统中扩大网关容量的方法，其特征在于，所述HeNBGW根据现网规划确定需要建立的所述多个S1链接的数目。

3.如权利要求1所述的家庭基站系统中扩大网关容量的方法，其特征在于，所述HeNBGW根据实时或定期的系统统计数据确定需要建立的所述多个S1链接的数目。

4.如权利要求3所述的家庭基站系统中扩大网关容量的方法，其特征在于，根据本次系统统计数据确定当前需要建立的多个S1链接的数目之后，通过删除、增加或修改以前建立的所述HeNB GW和所述MME之间的多个S1链接，形成所述当前需要建立的多个S1链接的数目。

5.如权利要求1-4中任一权利要求所述的家庭基站系统中扩大网关容量的方法，其特征在于，所述多个S1链接中的有限多个S1链接建立在不同的SCTP上或建立在同一SCTP承载的不同的流上。

6.一种长期演进系统LTE制式家庭基站系统中扩大网关容量的装置，其特征在于，包括：

S1链接数确定模块，用于使网关HeNB GW确定需要在其自身和单个移动管理实体MME之间建立多个S1链接；

S1链接请求模块，用于使所述HeNB GW针对每一个需要建立的S1链接，设置不同的全网eNB标识Global eNB ID，并分别向所述单个MME发起S1建立请求，同时携带S1应用配置信息；

S1链接建立模块，用于使所述HeNB GW基于所述S1建立请求和所述S1应用配置信息，在所述HeNB GW和所述单个MME之间建立多个S1链接。

7.如权利要求6所述的家庭基站系统中扩大网关容量的装置，其特征在于，所述S1链接数确定模块根据现网规划确定需要建立的所述多个S1链接的数目。

8.如权利要求6所述的家庭基站系统中扩大网关容量的装置，其特征在于，所述S1链接数确定模块根据实时或定期的系统统计数据确定需要建立的所述多个S1链接的数目。

9.如权利要求8所述的家庭基站系统中扩大网关容量的装置，其特征在于，所述S1链接建立模块还用于在根据本次系统统计数据确定当前需要建立的多个S1链接的数目之后，通过增加、删除或修改以前建立的所述HeNB GW和所述MME之间的多个S1链接，形成所述当前需要建立的多个S1链接的数目。

10.如权利要求6-9中任一权利要求所述的家庭基站系统中扩大网关容量的装置，其特征在于，所述S1链接建立模块还用于将所述多个S1链接中的有限多个S1链接建立在不同的SCTP上或建立在同一SCTP承载的不同的流上。