图1中,BS和接入网关AGW是已经确定的逻辑节点,虚线表示的RRM服务器是尚待确定的逻辑节点。图中上部的白色框图表示控制面功能,下部的深色框图表示用户面功能。在BS、AGW和RRM三个逻辑节点内部的功能框表示已经确定归属位置的网络功能,而逻辑节点外部的功能框表示尚为确定部署位置的网络功能。
目前,LTE基本确认用户面的报头压缩、用户面和非接入层(NAS,Non Access Stratum)的安全功能终结在AGW,Outer ARQ和RRC功能终结在Node B。然而,究竟由接入层(AS,Access Stratum)还是非接入层来控制报头压缩和安全功能目前还没有定论。
2.1 控制面研究现状
为实现控制面的快速接入,LTE将3G标准中的Detached,RRC Idle,RRC Connected(包括URA_PCH,CELL_PCH,CELL_DCH,CELL_FACH)6种RRC状态简化为Detached,Standby(LTE_IDLE)和Ready(LTE_ACTIVE)3种状态。RRC状态用以标识用户的占有的接入网资源情况,在3G标准中主要通过RRC连接、SRB和RAB资源的占有或释放来区分。在LTE中3种状态的最终区别还未定义,目前主要从上下文的存储位置(接入网或核心网)、标识用户的UE-Id(IMSI,跟踪区域(URA)ID,小区范围内的C-RNTI,IP地址)、用户位置更新频率(小区范围或跟踪区域范围)和移动性等方面加以区分。
根据控制面处理Standby和Ready状态处理节点的不同,LTE R2提出了3种不同的控制面网络功能划分方式:
结构A:Standby和Ready状态用户都由BS负责。 结构B:Standby和Ready状态用户都由BS之上的集中控制点负责。 结构C:Standby状态用户由集中控制点负责,Ready状态用户由BS负责。
2.2 用户面研究现状
LTE采用AGW和BS直联的方式以实现用户面的快速接入,在这种直联方式中对用户面接入时延影响较大的功能包括:IP地址分配、报头压缩和安全性功能的部署位置。
IP地址的主要功能是标识用户和寻址(定位用户)。在移动网络若由AGW给用户分配临时IP地址(Care of Address),用户在AGW范围内移动时临时IP地址不变,每BS范围内用户的IP地址均不连续。此时临时IP地址仅具有标识用户的功能,需要IP隧道辅助实现定位用户的功能。若由BS给用户分配临时IP地址,则无需隧道保持的开销,但缺点是信令开销太大。
Motorola在R3-051094[6]和R3-051095[7]中将Mobile IP微移动性研究的宏锚点(Macro-Mobility Anchor)和微锚点(Micro-Mobility Anchor)引入到LTE用户面的研究中,宏锚点和微锚点可视为具有隧道功能的路由器。宏锚点负责AGW范围内用户的移动性管理,微锚点负责URA范围用户的定位,并对宏锚点屏蔽用户在URA范围内的移动性管理。R2-052924[8]对用户面可能的隧道终结点(微锚点或Node B)进行了分析,建议将用户面终结在Node B。
报头压缩功能可部署在BS或AGW。若部署在BS端,则仅对空口信息进行压缩,无法提高接入网有线信道利用率。若部署在AGW端,可同时提高空口和接入网有线部分的信道利用率,但在AGW执行报头压缩处理,会增加AGW的负荷,使其成为影响用户面性能的瓶颈。
3、一种控制面和用户面完全分离的网络架构
本文提出了一种改进的3G LTE系统快速无线接入方法。通过分离接入网的控制面和用户面功能,改进方案能够实现Standby状态用户的快速接入和Ready状态用户的快速切换。
本方法在接入网的控制面提出一种URA自制系统的概念。由Node B和RRM Server在接入层(AS)控制面组成一个AS层自制系统,Node B仅与AGW建立用户面和与业务QoS相关的非接入层(NAS)信令连结。
本方法在用户面使用Motorola提出的两级锚点方式(AGW到Node B的两级隧道)定位用户,通过微锚点向位于AGW内的宏锚点屏蔽URA内的移动性信息,能够降低AGW的NAS信令负荷。本文建议的协议栈结构如图2所示。
图2 建议方案的协议接口结构
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