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TWI388165B - 無線通訊系統、其封包交換的繞送方法、使用該繞送方法的室內基地台 - Google Patents

無線通訊系統、其封包交換的繞送方法、使用該繞送方法的室內基地台 Download PDF

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TWI388165B
TWI388165B TW98137151A TW98137151A TWI388165B TW I388165 B TWI388165 B TW I388165B TW 98137151 A TW98137151 A TW 98137151A TW 98137151 A TW98137151 A TW 98137151A TW I388165 B TWI388165 B TW I388165B
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Yu Ching Hsu
Chai-Hien Gan
Hsin Yu Liao
Ching Feng Liang
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Ind Tech Res Inst
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Description

無線通訊系統、其封包交換的繞送方法、使用該繞送方法的室內基地台
本發明是有關於一種採用具有連線功能的室內基地台(Femto AP)的無線通訊系統及其封包交換的繞送方法。
根據各研究報告之調查資料，一般手機用戶在家中使用手機通話的比重正快速成長中，而若加上辦公室及其他室內商業的使用環境，根據NTT DoCoMo的統計，將近60-70%的行動通訊發生於室內。在未來數位內容的頻寬需求大幅成長下，以及架設戶外基地台因環保抗爭使得困難度提昇，將造成室內通訊容量嚴重不足。是以，室內基地台(Femto AP)的低功率、高頻寬特性使之成為此問題之良好解決方案。室內基地台提供使用者於室內環境中，經由Femto AP連線至行動核心網路，以存取一般的電信服務。
Femto AP為一種小型、低功率蜂窩基站，主要用於家庭及辦公室等室內場所，因此也被稱為家庭基地台(Home Node B)。它的作用是作為蜂窩網在室內覆蓋的補充，為用戶提供語音及資料服務，其外型通常和無線相容認證(Wireless Fidelity,以下簡稱Wi-Fi)存取點(Access Point,以下簡稱AP)類似，既可單獨使用，也可以集成在家庭閘道中作為家庭網路的一部分。
圖1描繪室內基地台Femto AP網路架構示意圖。室內的使用者可利用標準使用裝置(User Equipment，底下以UE稱之)，經由標準行動通訊存取協定連線至Femto AP。而此標準行動通訊存取協定例如是寬頻分碼多工多重存取(Wideband Code Division Multiple Access，“WCDMA”)或是高速下載封包存取(High Speed Download Packet Access，“HSDPA”)等等，此根據應用的通訊系統而定。另外還包括其他的室內基地台(Femto AP)可配置在其他的地區，例如室內基地台122。
此室內基地台120則有一標準使用裝置(UE)110連接到室內基地台(Femto AP)120。室內基地台120經由固接網路(Broadband IP Network)130，將訊息或資料封包，經由網際網路(Internet Protocol，“IP”)協定在標準使用裝置110與基地台閘道器(Femto GW)140之間傳送。而基地台閘道器(Femto GW)140則負責將IP協定的訊息或資料封包在室內基地台120與行動核心網路(Mobile Core Network)150之間轉送。
而另外室內基地台120的無線通訊裝置111使用者，與戶外基地台的無線通訊裝置113使用者通話的路徑，則是透過室內基地台120，經由固接網路130到達基地台閘道器140，經由行動核心網路150的行動交換中心(Mobile Switching Center，MSC)與無線通訊裝置113構成通連。戶外基地台的無線通訊裝置113若非與室內基地台120的用戶相通連，則是直接連接到行動核心網路150，而不會透過基地台閘道器140。
在現有室內基地台Femtocell網路架構下，當標準使用裝置(UE)欲使用封包交換(Packet Switch，“PS”)服務時，例如瀏覽網頁，UE必需與行動核心網路150建立一連線(Session)。在通用移動通訊系統(Universal Mobile Telecommunication System，簡稱UMTS)架構下，此連線的資料將記錄在封包資料協定(Packet Data Protocol，底下簡稱PDP)全文(Context)中，包含UE所分配到的IP位址、連線的服務品質(Quality of Service，QoS)、及路由資訊(Routing Information)等資料，分別儲存於UE及核心網路的節點上，例如GPRS服務支援節點(Serving GPRS Support Node，SGSN)和GPRS閘道支援節點(Gateway GPRS Support Node，GGSN)，而此GPRS就是所謂的一般封包式無線電服務(General Packet Radio Service，GPRS)。如圖1所示的SGSN節點152與GGSN節點154。
SGSN節點152的工作就是把使用者無線部分的資料，轉送到GPRS網路中，以及負責把外部網路送給GGSN節點154的資料，再由GGSN節點154交給SGSN節點152來轉到無線網路介面傳送給使用者。GGSN節點154是要把在系統業者內部網路的封包轉送到外部網路，也要負責把外部網路的封包轉送到系統業者的內部網路來。例如GGSN節點154與網際網路160中的網際網路服務提供業者(ISP)，如Google伺服器162或是Yahoo伺服器164交換封包資料。而這兩端可能所使用的線路會有所不同，此時GGSN節點154還必須負責作資料切割、分封轉換的動作。
底下以標準使用裝置(UE)110與室內基地台(Femto AP)120進行說明如何取得網際網路服務提供業者(ISP)所提供的服務的流程，請同時參照圖2。
當行動核心網路150允許標準使用裝置(UE)110建立封包資料協定全文(PDP Context)時，將經由無線電存取承載設定(Radio Access Bearer Setup)程序來設定UE 110至Femto AP 120，以及Femto AP 120至行動核心網路150之連線的服務品質(QoS)。完成無線電存取承載設定程序後，將回傳啟動PDP Context接受(Activate PDP Context Accept)訊息至UE 110，即完成建立PDP Context程序。此時，UE 110取得由行動核心網路150所分配之IP位址(IP Address)。當UE 110取得IP位址後，即可利用此IP位址來存取PS服務，例如圖示Google伺服器162所提供的服務。當進行資料傳輸時，其路徑如圖一所示，需經過UE 110、Femto AP 120、固接網路(Broadband IP Network)130、行動核心網路150中的基地台閘道器(Femto GW)140、SGSN節點152與GGSN節點154、與Google伺服器162路徑的繞送。若依照圖1所標示的系統圖示來看，標準使用裝置(UE)110若是希望與Google伺服器162進行資料的存取，則必須透過路徑(a)、(b)、(c)、(d)、(i)、(j)到(f)。
由以上說明可發現，所有的網際網路(Internet)服務160，其封包皆必需繞經行動核心網路150，當資料量大幅增加時，將造成行動核心網路150的負荷大幅增加，因而必需增加額外的設備來負擔這些服務。
本發明提出一種無線通訊系統，包括行動核心網路、固接網路、室內基地台(Femto AP)與標準使用裝置。此標準使用裝置以無線方式連接到室內基地台，藉以讓使用者經由室內基地台連接到固接網路，而與行動核心網路建立通連管道，以取得一種或多種服務。當標準使用裝置發出請求訊息，以取得封包交換服務(Packet Switched Service)時，室內基地台對該請求訊息進行判讀後，對該請求進行對應回覆一接受訊息給標準使用裝置。而上述接受訊息包括由室內基地台所提供的設定位址，用以讓標準使用裝置根據設定位址發出取得封包交換服務之封包交換訊息，而室內基地台則透過固接網路直接與封包交換服務供應端進行封包交換。
本發明提出一種封包交換的繞送方法，適用於一無線通訊系統。此無線通訊系統包括核心網路端、固接網路、室內基地台與一使用端。使用端經由室內基地台及固接網路，與核心網路端連接。此封包交換的繞送方法包括當使用端發出請求訊息，以取得封包交換服務(Packet Switched Service)。室內基地台對此請求訊息進行判讀後，對此請求進行對應回覆接受訊息給使用端。此接受訊息包括由室內基地台所提供的設定位址。此使用端根據設定位址發出取得封包交換服務之封包交換訊息至室內基地台，以及室內基地台則透過固接網路直接與封包交換服務供應端進行封包交換。
為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
本實施例提供針對室內基地台(Femto AP)設計的一種連線管理(Session Management)機制，可降低行動核心網路之負荷，並將部分封包交換的繞送路徑移出行動核心網路。此機制除了減低行動核心網路的負荷之外，並且能降低傳送封包的延遲時間。
本發明提出一種封包交換的繞送方法，適用於一無線通訊系統。此無線通訊系統包括核心網路端、固接網路、室內基地台與一使用端。使用端經由室內基地台及固接網路，與核心網路端連接。此封包交換的繞送方法包括當使用端發出請求訊息，以取得封包交換服務(Packet Switched Service)。室內基地台對此請求訊息進行判讀後，對此請求進行對應回覆接受訊息給使用端。此此接受訊息包括由室內基地台所提供的設定位址。此使用端根據設定位址發出取得封包交換服務之封包交換訊息至室內基地台，以及室內基地台則透過固接網路直接與封包交換服務供應端進行封包交換。
為了方便描述本實施例，此使用端發出請求訊息，以取得封包交換服務，將以標準PDP Context啟動程序(PDP Context Activation procedure)進行說明，包括PDP Context啟動請求Activate PDP Context Request()與啟動PDP Context接受Activate PDP Context Accept()所包括的參數的相關說明。然並非以此為限制，例如PDP Context Activation procedure是UMTS網路的程序，然同樣的概念亦可應用於不同的行動網路通訊系統，如系統架構發展(System Architecture Evolution，SAE)系統或是cdma2000等。但是在其他系統內就不稱為PDP Context，例如在SAE內稱為EPS承載(EPS bearer)。
在PDP Context啟動請求Activate PDP Context Request()中至少包括參數NSAPI、TI、PDP Type、PDP Address、QoS Requested、Access Point Name(APN)、Protocol Configuration Options、Request Type等參數。而這些參數的內容如下：
NSAPI：網路服務存取點辨識碼(Network Service Access Point Identifier)，由UE配置的值，在UE端用來識別PDP服務存取點(Service Access Point，SAP)，在核心網路端一對NSAPI/IMSI則用來識別一個通道末端點識別碼(Tunnel Endpoint Identifier，TEID)。IMSI就是國際移動用戶識別碼(International Mobile Subscriber Identify)。在室內基地台(Femto AP)端則用來識別一個無線電存取承載全文(Radio Access Bearer Context)，而此全文可以找到UE和Femto AP之間對應的無線電承載。UE必須確認此值未被重覆使用。
TI：交易辨識碼(Transaction ID)。
PDP Type:UE指定要的IP位址(Address)類型，如IPv4,IPv6等。
PDP Address:UE若將該欄位留空白，代表要由網路端動態配置一個IP位址；反之，該填入的IP位址為UE要求的靜態配置之IP位址。
QoS Requested:UE所請求連線之服務品質(QoS)需求。
Access Point Name(APN):(optional)說明UE希望使用的服務及連線的外部網路名稱，例如Internet等，此為選擇性的欄位內容。
Protocol Configuration Options：(選擇性)為通訊協定設定選擇，此參數用來讓UE傳送或要求它所支援外部網路的相關資訊給GGSN節點(GPRS閘道支援節點，Gateway GPRS Support Node，簡稱GGSN)，例如IMS系統的P-CSCF位址、DSMIPv6 HA位址等等，以及UE支援Network request BCM(Bearer Control Mode)的情況。
Request Type：(選擇性)用來說明UE是否為從非3GPP網路(例如WLAN)換手到3GPP網路，並且此參數將只為SGSN節點(GPRS服務支援節點Serving GPRS Support Node，簡稱SGSN)解譯。而3GPP則是第三代合作計畫(3rd Generation Partnership Project)的簡稱。
在啟動PDP Context接受Activate PDP Context Accept()中，至少包括參數TI、PDP Type、PDP Address、QoS Negotiated、Radio Priority、Packet Flow Id、Protocol Configuration Options等參數。而這些參數的內容如下：
TI：交易辨識碼(Transaction ID)，此值要與對應的Activate PDP Context Request()訊息內的TI值一樣。
PDP Type：說明配置的IP位址類型。
PDP Address：(Optional)配置的動態IP位址。
QoS Negotiated：經由無線電存取承載設定(Radio Access Bearer Setup)程序，實際被允許的連線服務品質(QoS)。
Radio Priority：若UE顯示有支援A/Gb模式，則SGSN根據QoS Negotiated的內容，決定UE上傳資料時底層所被賦予的無線電優先順序(Radio Priority)。
Packet Flow Id:(選擇性)SGSN根據QoS Negotiated的內容分配給本連線的封包流辨識碼(Packet Flow Identifier)，可能的值有Best Effort、Signaling、SMS(Short Message Service)或TOM8(Tunneling of messages 8)等。
Protocol Configuration Options:(選擇性)GGSN用來回覆UE所要求的外部網路相關資訊，及BCM(Bearer Control Mode)訊息給UE，說明是否允許網路端主動要求UE建Secondary PDP Context。
請參照圖2，為說明標準PDP Context啟動請求Activate PDP Context Request()與啟動PDP Context接受Activate PDP Context Accept()的訊號傳輸流程示意圖，而系統架構圖可參照圖1所示。此網路架構在此以四個端點進行說明。標準使用裝置(UE)210、室內基地台(Femto AP，以FAP說明)220、核心網路的基地台閘道器(Femto GW)與SGSN節點(GPRS服務支援節點Serving GPRS Support Node)230、與GGSN節點(GPRS閘道支援節點，Gateway GPRS Support Node)240。
在現有室內基地台Femtocell網路架構下，標準使用裝置(UE)210欲使用封包交換(PS)服務時，例如瀏覽網頁，UE 210必需送出啟動PDP Context請求程序Activate PDP Context Request()，而後並經由FAP 220傳送到核心網路的SGSN節點230，如步驟1。而由於GGSN節點240負責系統業者內部網路的封包與外部網路之交換，因此，由SGSN節點230傳送產生PDP Context的請求Create PDP Context Request()給GGSN節點240，以便產生PDP Context，如步驟2。而後，由GGSN節點240傳回產生PDP Context的回應Create PDP Context Response()，如步驟3。
接著，即由UE 210、FAP 220與SGSN節點230之間進行無線電存取承載設定(Radio Access Bearer Setup)程序，以建立例如連線傳送的服務品質(QoS)，如步驟4。而後，再由SGSN節點230傳送更新PDP Context的請求Update PDP Context Request()給GGSN節點240，以便更新PDP Context，如步驟5。而後，由GGSN節點240傳回更新PDP Context的回應Update PDP Context Response()，如步驟6。接著，就由SGSN節點230傳回啟動PDP Context接受Activate PDP Context Accept()，經由FAP 220給UE 210，以建立封包交換(PS)服務之連線。
整個建立的過程，需經過UE、Femto AP、固接網路(Broadband IP Network)、行動核心網路中的基地台閘道器(Femto GW)、SGSN節點與GGSN節點的繞送。
本實施例針對Femto AP設計一封包交換(PS)服務的連線管理(Session Management，SM)機制，使得UE存取Internet服務時，可降低行動核心網路之負荷及降低封包傳遞的延遲時間。本實施例將讓UE存取Internet服務時，其繞送路徑可縮減成只需經過UE、Femto AP與固接網路(Broadband IP Network)，直接與網際網路建立連線。
本實施例提出在Femto AP建置連線管理(Session Management，SM)功能模組之機制，當UE欲與核心網路建立連線時，將由Femto AP取代部份核心網路功能，將PDP Context建立在Femto AP上。
請參照圖3，為說明本實施例提出在Femto AP建置連線管理功能模組機制之網路架構示意圖。
圖3描繪本發明實施例之室內基地台Femto AP網路架構示意圖。在此網路架構示意圖中，僅以兩個室內基地台(Femto AP)320與322加以說明，然並非以此為限。此室內基地台320則有一標準使用裝置(UE)310連接到室內基地台(Femto AP)320。室內基地台320經由固接網路(Broadband IP Network)330，將標準使用裝置310之訊息或資料封包，經由網際網路(Internet Protocol，“IP”)協定傳送至基地台閘道器(Femto GW)340。
基地台閘道器340往室內基地台320的協定堆疊和往行動核心網路350的協定堆疊基本上一樣都是行動網路協定(Iu-CS/Iu-PS)。而基地台閘道器340左右兩邊的堆疊最大不同處在於基地台閘道器340和室內基地台320之間多了一個HNBAP協定。最後，基地台閘道器340和室內基地台320之間由於是透過固接網路330，所以Iu-CS/Iu-PS要透過IP協定。但基地台閘道器340和行動核心網路350之間Iu-CS/Iu-PS可能是透過ATM(或E1/T1，SDH/SONET等)之類的網路。
而另外室內基地台320的無線通訊裝置311使用者，與戶外基地台的無線通訊裝置313使用者通話的路徑，則是透過室內基地台320，經由固接網路330到達基地台閘道器340，經由行動核心網路350的行動交換中心(Mobile Switching Center，MSC)與無線通訊裝置313構成通連。戶外基地台的無線通訊裝置313若非與與室內基地台320的用戶相通連，則是直接連接到行動核心網路350，而不會透過基地台閘道器340。另外，室內基地台320與另一個室內基地台322之間，也可透過固接網路330構成通連。
在本實施例所提出的室內基地台Femtocell網路架構下，當標準使用裝置(UE)310欲使用封包交換(PS)服務時，Femto AP 320取代行動核心網路350的部分功能，將PDP Context建立在Femto AP 320上。在一個實施範例中，當UE 310欲取得Internet服務時，經由例如修改其IP位址及路由資訊等等方式，使得存取Internet服務時，其繞送路徑可縮減成只需經過UE 310、Femto AP 320與固接網路330，就能直接與網際網路建立連線。若依照圖3所標示的系統圖示來看，標準使用裝置(UE)310若是希望與Google伺服器362進行資料的存取，則只需透過路徑(a)、(b)、(c)、(d)直接到到(f)。
在一實施範例中，當Femto AP 320建立PDP Context之後，指定UE 310之IP位址，此IP位址可經由例如Femto AP 320本身所在區域網路之動態主機設定協定(Dynamic Host Configuration Protocol，簡稱DHCP)來分配，或是由Femto AP 320本身扮演IP位址轉換，例如網路位址轉換(Network Address Translation，NAT)對IP Header內的相關欄位修改後再進行繞送，UE 310使用PS服務時之繞送路徑，將由繞經核心網路路徑更改成不經由核心網路的路徑。
PDP Context只存在UE 310及Femto AP 320兩節點上，行動核心網路350不需參與UE 310建立PDP Context之程序，即Femto AP 320扮演核心網路之角色，協助UE 310建立PDP Context。請參照圖4。為說明本實施例提出在Femto AP建置連線管理功能模組機制之系統架構圖。此系統架構包括標準使用裝置(UE)410、室內基地台(Femto AP，以FAP表示)420、固接網路(Broadband IP Network)430、行動核心網路(Mobile Core Network)440與網際網路(Internet)450。此核心網路包括基地台閘道器Femto GW442、SGSN節點與GGSN節點。
此圖示顯示兩種不同的資料傳輸路徑，包括第一種為通用行動網路(Generic Mobile Network)的資料傳輸路徑422，從UE 410發出後，經由FAP 420、固接網路430、核心網路440而後到網際網路450，此為標準的PS資料傳輸路徑。另外一種為建置連線管理功能模組機制的FAP 420，對於UE 410所要使用的服務，可以不經由行動核心網路440的資料傳輸路徑424。在此資料傳輸路徑424中，從UE 410發出後，直接經由FAP 420與固接網路430連接到網際網路450。
這樣針對FAP設計的一種連線管理機制，UE 410所要使用的服務可不經由行動核心網路440，而將部分封包交換的繞送路徑移出行動核心網路440，可降低其傳輸的負荷。除此之外，也能降低傳送封包的延遲時間。當然，若是FAP 420發現UE 410所要使用的服務必須經由行動核心網路440時，則依照標準流程處理，仍須將訊息送到行動核心網路440。
本發明實施例之具體實施方法，請參照圖5與圖6之說明。
請參照圖5，用以說明本實施例提出在Femto AP建置連線管理功能模組機制之流程示意圖。在UE及Femto AP兩節點上建立PDP Context的流程，包括PDP Context啟動請求Activate PDP Context Request()與啟動PDP Context接受Activate PDP Context Accept()的訊號傳輸流程。此網路架構在此以四個端點進行說明，包括標準使用裝置(UE)、室內基地台(Femto AP，以FAP說明)、網際網路、與核心網路(包括基地台閘道器Femto GW、SGSN節點、與GGSN節點)。
由UE發起Activate PDP Context Request訊息，如步驟1。當FAP收到訊息，並根據其內容加以判斷，發現APN參數的值為某特定值時，例如Internet，代表此UE所要使用的服務可不經由核心網路，因此，FAP將不傳遞此訊息到核心網路，並根據自己的網路狀態及本連線QoS要求，建立無線電承載(Radio Bearer)程序，例如標準的無線電存取承載設定(Radio Access Bearer Setup)程序中的部份承載(Bearer)，如步驟2的創造PDP Context與步驟3的無線電承載(Radio Bearer)程序。
最後，由FAP自行產生Activate PDP Context Accept訊息回給UE，如步驟4。而後，當UE收到Activate PDP Context Accept訊息後，就可以根據FAP配置IP位址的方式開始收送資料。
在此實施範例中，UE取得的IP位址為FAP配置的私人位址(Private IP)或UE所要求配置的靜態位址，所以資料封包經過FAP時，FAP都要做IP位址的轉換，也就是負起例如網路位址轉換(Network Address Translation，NAT)的責任來進行轉換，因此，封包可以直接繞到Internet，而不需經由行動核心網路。如步驟5，UE根據取得的位址傳送IP封包(來源位址設定為私人位址或靜態位址，即Src=私人位址/靜態位址)。而後，經由步驟6，FAP進行IP位址轉換，將來源位址設定為FAP位址，也就是Src=FAP位址，並傳送到網際網路。
而網際網路所回應的IP封包，則其目標位址則是FAP位址，也就是Dest=FAP位址。而後，在經由FAP的IP位址轉換，將此回應的IP封包目標位址轉為指定給此UE的私人位址或靜態位址，也就是Dest=私人位址/靜態位址。
這樣針對FAP設計的一種連線管理機制，UE所要使用的服務可不經由核心網路，而將部分封包交換的繞送路徑移出行動核心網路，可降低行動核心網路之負荷的架構。此機制除了減低行動核心網路的負荷之外，並且能降低傳送封包的延遲時間。當然，若是FAP發現UE所要使用的服務必須經由核心網路，則依照標準流程處理，仍須將訊息送到核心網路。
在上述步驟4中，FAP自行產生Activate PDP Context Accept訊息回給UE的內容中，許多參數做了有別於標準的改變，茲說明如下：
TI:Transaction ID，此值要與對應的Activate PDP Context Request訊息內的TI值一樣。
PDP Type：說明配置的IP Address類型。
PDP Address：配置給UE的IP位址。FAP可執行動態主機設定協定(DHCP)客戶端，以向後端固接網路要求配置一私人IP位址；或是若FAP已先由固接網路配置好IP位址，則FAP亦可自行配置一私人IP位址給UE；或是若UE要求一靜態位址，則此值可與對應的Activate PDP Context Request訊息內的PDP Address值相同。
QoS Negotiated：經由Radio Bearer Setup程序，實際配置給本連線要求的QoS。
Radio Priority：可留空白。此值為BSS用來決定無線電存取優先權(Radio Access Precedence)，也就是存取優先等級(Access Priority)，以及服務優先等級(Service Precedence)。
Packet Flow Id：可留空白，或根據Negotiated QoS以給對應的值，如Best Effort、Signaling、SMS或是TOM8等。
Protocol Configuration Options：可留空白，讓UE不接受網路端發起的連線要求。
本發明另一實施例，請參照圖6。在圖6中，步驟1到步驟3，請參照圖5之說明。但與圖5不同之處在於，此PDP位址為一可在網路上繞路之Public IP address，即非為私人位址。在此實施例中，FAP可能需要利用DHCP的協定幫UE要到該IP後再填入Activate PDP Context Accept訊息內。在另一實施例中，則是由固接網路一開始就分配多個IP address給FAP，讓FAP可自行管理這個IP address pool。
FAP則是扮演路由器(Router)之角色，分配其所管轄之IP address給UE。當UE之封包繞到FAP時，FAP不需對資料封包特別處理，只需將封包直接繞到Internet，而不需經由行動核心網路。
在此實施範例中，PDP位址為固接網路domain的IP位址，故依IP繞路機制就不會再繞到行動核心網路。因此，封包可以直接繞到Internet。如步驟5，UE根據取得的位址傳送IP封包(來源位址設定為PDP位址，即Src=PDP位址)。而後，經由步驟6，封包可以直接繞到Internet。而網際網路所回應的IP封包，則其目標位址則是PDP位址，也就是Dest=PDP位址。而後，經由FAP直接繞回UE。
這樣針對FAP設計的一種連線管理機制，UE所要使用的服務可不經由核心網路，而將部分封包交換的繞送路徑移出行動核心網路，可降低行動核心網路之負荷的架構，。
本發明又一實施例，則請參照圖7所示。此網路架構在此以五個端點進行說明，但並非以此為限。標準使用裝置(UE)、室內基地台(Femto AP，以FAP說明)、核心網路的基地台閘道器(Femto GW)與SGSN節點、GGSN節點與網際網路(Internet)。此實施例中，PDP Context分別建立在UE、及核心網路(SGSN and GGSN)上，FAP在UE與核心網路建立PDP Context時，擷取PDP Context之資訊而加以紀錄。當UE在傳送資料時，將由FAP更改UE之IP Header，使得資料不需繞經核心網路，也就是將來收到該UE的資料封包時，可以幫忙扮演NAT(Network Address Translation)的部分功能。
詳細實施方法，參照圖7所示。
在本實施方法中，步驟1到步驟6與標準流程相同。標準使用裝置(UE)欲使用封包交換(PS)服務時，例如瀏覽網頁，UE必需送出啟動PDP Context請求程序Activate PDP Context Request()，而後並經由FAP傳送到核心網路的SGSN節點，如步驟1。由SGSN節點傳送產生PDP Context的請求Create PDP Context Request()給GGSN節點，以便產生PDP Context，如步驟2。而後，由GGSN節點傳回產生PDP Context的回應Create PDP Context Response()，如步驟3。
接著，即由UE、FAP與SGSN節點之間進行無線電存取承載設定(Radio Access Bearer Setup)程序，以預留本連線所需之網路資源，如步驟4。而後若最後可預留之資源與步驟2中所建之QoS不符，再由SGSN節點傳送更新PDP Context的請求Update PDP Context Request()給GGSN節點，以便更新PDP Context，如步驟5。而後，由GGSN節點傳回更新PDP Context的回應Update PDP Context Response()，如步驟6。
在步驟7時，當SGSN節點傳回啟動PDP Context接受Activate PDP Context Accept()到FAP時。如步驟8，FAP將此PDP Context所配置的IP位址映射(Mapping)至由FAP欲分配給此UE的IP位址，在此稱為FAP位址(FAP Address)。此FAP位址就是FAP所管轄網域之IP位址，或是FAP本身之IP Address，並儲存於FAP記錄上。在步驟9時，則將步驟7所收到的Activate PDP Context Accept訊息轉送給UE。此時，UE即完成啟動PDP Context之程序，將可開始使用PS服務。
當UE開始傳送封包時(步驟10)，封包將傳送至FAP，而來源位址為PDP位址。FAP根據封包的IP位址(即PDP位址)，步驟11時，根據步驟8的映射關係，將其位址轉成FAP位址，也就是將其IP表頭(Header)的來源位址改成FAP位址。再將封包繞送至網際網路(Internet)，如步驟12。此時，Internet之伺服器，將根據其來源位址，將要回傳的封包設定成其目標位址(Destination Address)。因此，此封包將會繞送至FAP，如步驟13。當FAP接收到此封包時，在步驟14，將其目標位址改成PDP位址，此係根據查詢步驟8之映射關係而得。在步驟15時，將封包回傳UE。
此實施方法，將不會更改現有節點(UE，SGSN，GGSN)之協定以及其運作流程。
本發明所提出關於室內基地台(Femto AP)設計的一種連線管理(Session Management)機制，可降低行動核心網路之負荷，並將部分封包交換的繞送路徑移出行動核心網路。此機制除了減低行動核心網路的負荷之外，並且能降低傳送封包的延遲時間。在一實施範例中，請參照圖8所示，為說明此具有連線管理機制的室內基地台(Femto AP)實施架構示意圖。在此室內基地台(Femto AP)中，包括控制界面802、通訊協定界面804與傳輸界面806。而此控制界面802包括控制系統軟體部分，通訊協定界面804包括通訊協定軟體部分，而傳輸界面806則位於室內基地台(Femto AP)的硬體或韌體內。
在控制系統軟體部分，包括符合FAP標準的家用B節點(Home Node B，簡稱HNB)控制應用軟體模組812與資料中繼應用軟體模組814。而為了達到連線管理之目的，在本實施中提出連線管理應用軟體模組816，包括連線管理(Session Mgt.)單元817與資料路由(Data Routing)管理單元818。此連線管理應用軟體模組816可以配置在室內基地台(Femto AP)內的任何一種儲存媒體(Storage Medium)808，例如非揮發性記憶體或是快閃記憶體等等形式，或是作為室內基地台(Femto AP)的韌體的一部份。
在通訊協定軟體部分，包括符合FAP標準的無線存取協定(Radio Access Protocols)軟體模組822與核心網路協定(Core Network Protocols)軟體模組824。而在硬體/韌體部分則是包括媒體存取控制(Media Access Control，簡稱MAC)層與實體層(Physical，簡稱PHY)兩個部分，包括針對蜂巢式網路(Cellular Network)與IP網路(IP Network)的傳輸通道，如圖示的MAC(Cellular Network)826與MAC(IP Network)828，以及PHY(Cellular Network)830與PHY(IP Network)832。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
110、112．．．標準使用裝置(UE)
120．．．室內基地台(Femto AP)
130．．．固接網路(Broadband IP Network)
140．．．基地台閘道器(Femto GW)
150．．．行動核心網路(Mobile Core Network)
152．．．SGSN節點
154．．．GGSN節點
160．．．網際網路
162．．．Google伺服器
164．．．Yahoo伺服器
210．．．標準使用裝置(UE)
220．．．室內基地台(Femto AP)210
230．．．SGSN節點
240．．．GGSN節點
310‧‧‧標準使用裝置
320、322‧‧‧室內基地台(Femto AP)
330‧‧‧固接網路
340‧‧‧基地台閘道器(Femto GW)
350‧‧‧行動核心網路(Mobile Core Network)
410‧‧‧標準使用裝置(UE)
420‧‧‧室內基地台(Femto AP)
430‧‧‧固接網路(Broadband IP Network)
440‧‧‧行動核心網路(Mobile Core Network)
450‧‧‧網際網路(Internet)
802‧‧‧控制界面
804‧‧‧通訊協定界面
806‧‧‧傳輸界面
820‧‧‧儲存媒體(Storage Medium)
812‧‧‧HNB控制應用軟體模組
814‧‧‧資料中繼應用軟體模組
816‧‧‧連線管理應用軟體模組
817‧‧‧連線管理單元
818‧‧‧資料路由管理單元
822‧‧‧無線存取協定(Radio Access Protocols)軟體模組
824‧‧‧核心網路協定(Core Network Protocols)軟體模組
826‧‧‧MAC(Cellular Network)
828‧‧‧MAC(IP Network)
830‧‧‧PHY(Cellular Network)
832‧‧‧PHY(IP Network)
圖1是說明室內基地台Femto AP網路架構資料傳輸路徑示意圖。
圖2是說明標準PDP Context啟動請求Activate PDP Context Request()與啟動PDP Context接受Activate PDP Context Accept()的訊號傳輸流程示意圖。
圖3是說明本發明實施例所提出在Femto AP建置連線管理功能模組機制之網路架構示意圖。
圖4是為說明本發明實施例所提出在Femto AP建置連線管理功能模組機制之系統架構圖。
圖5是說明本發明實施例所提出在Femto AP建置連線管理功能模組機制之流程示意圖。
圖6是說明本發明又一實施例所提出的Femto AP建置連線管理功能模組機制之流程示意圖。
圖7是說明本發明又一實施例所提出在Femto AP建置連線管理功能模組機制之流程示意圖。
圖8是說明此具有連線管理機制的室內基地台(Femto AP)實施架構示意圖。
410．．．標準使用裝置(UE)
420．．．室內基地台(Femto AP)
430．．．固接網路(Broadband IP Network)
440．．．行動核心網路(Mobile Core Network)
450．．．網際網路(Internet)

Claims (29)

  1. 一種無線通訊系統，包括：一行動核心網路，用以提供多種服務；一固接網路(Broadband IP Network)，連接到該行動核心網路與一封包交換服務供應端；一室內基地台(Femto AP)，連接到該固接網路，其中該室內基地台具有一連線管理功能；以及一標準使用裝置(UE)，以無線方式連接到該室內基地台，藉以讓使用者經由該室內基地台連接到該固接網路，而與該行動核心網路建立通連管道，以取得一種或多種服務，其中當該標準使用裝置執行封包交換服務(Packet Switched Service)請求時，進行一請求程序，發出一請求訊息，該室內基地台對該請求訊息進行判讀後，對應回覆一接受訊息給該標準使用裝置，其中，該接受訊息包括由該室內基地台所提供的設定位址，用以讓該標準使用裝置根據該設定位址發出取得該封包交換服務之封包交換訊息，而該室內基地台則透過該固接網路直接與該封包交換服務供應端進行封包交換。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之無線通訊系統，其中該請求程序包括一啟動PDP Context請求訊息與一啟動封包資料協定全文(PDP Context)接受訊息。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之無線通訊系統，其中該室內基地台對啟動PDP Context請求訊息進行判讀後，進行回覆該啟動PDP Context訊息給該標準使用裝置前，進行一無線電承載設定，以確認連線狀態是否符合連線品質(QoS)需求。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之無線通訊系統，其中該室內基地台所提供的設定位址為由從多個配置位址中指定其中之一作為該設定位址分配給該標準使用裝置。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之無線通訊系統，其中該室內基地台所提供的設定位址為該室內基地台產生一私人網際網路(IP)位址給該標準使用裝置。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之無線通訊系統，其中該室內基地台所提供的設定位址為該室內基地台經由該固接網路，向該行動核心網路取得的一封包資料協定位址(PDP Address)，並將該PDP位址映射到一室內基地台位址(FAP Address)加以儲存，當該標準使用裝置根據該PDP位址發出取得該封包交換服務之封包交換訊息時，該室內基地台則經由該PDP位址取得映射的該FAP位址，並將該封包交換訊息的來源位址由該PDP位址改為該FAP位址透過該固接網路直接與該封包交換服務供應端進行封包交換，而對於該封包交換服務供應端經該固接網路直接傳回的另一回應封包交換訊息時，將其目的位址由該FAP位址轉為該PDP位址，傳回給該標準使用裝置。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之無線通訊系統，其中該行動核心網路所產生的該封包資料協定位址(PDP Address)為經由一一般封包式無線電服務(GPRS)服務支援節點(SGSN)與GPRS閘道支援節點(GGSN)所提供。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之無線通訊系統，其中該標準使用裝置與該室內基地台之連接是經由標準行動通訊存取協定所連接。
  9. 一種封包交換的繞送方法，適用於一無線通訊系統，該無線通訊系統包括核心網路端、固接網路、室內基地台與一使用端，其中該固接網路連接到該行動核心網路與一封包交換服務供應端，而該使用端經由該室內基地台與該固接網路，與該核心網路端連接，該封包交換的繞送方法包括：當該使用端進行封包交換服務(Packet Switched Service)請求時，則根據一請求程序，發出一請求訊息；該室內基地台對該請求訊息進行判讀後，對該請求進行對應回覆一接受訊息給該使用端，其中，該接受訊息包括由該室內基地台所提供的設定位址；該使用端根據該設定位址發出取得該封包交換服務之封包交換訊息至該室內基地台；以及該室內基地台則透過該固接網路直接與一封包交換服務供應端進行封包交換。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之封包交換的繞送方法，其中該請求程序包括一啟動PDP Context請求訊息與一啟動封包資料協定全文(PDP Context)接受訊息。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之封包交換的繞送方法，其中該室內基地台對啟動PDP Context請求訊息進行判讀後，進行回覆該啟動PDP Context訊息給該使用端前，進行一無線電承載設定，以確認連線狀態是否符合連線品質(QoS)需求。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之封包交換的繞送方法，其中該室內基地台所提供的設定位址為透過多個配置位址，指定其中之一作為該設定位址分配給該使用端使用。
  13. 如申請專利範圍第10項所述之封包交換的繞送方法，其中該室內基地台所提供的設定位址為該室內基地台產生一私人網際網路(IP)位址或該使用端所要求的一靜態位址給該使用端使用。
  14. 如申請專利範圍第10項所述之封包交換的繞送方法，其中該室內基地台所提供的設定位址的方法包括：將該啟動PDP Context請求訊息轉到該行動核心網路，該行動核心網路產生啟動封包資料協定全文(PDP Context)接受訊息傳回，其中該啟動封包資料協定全文(PDP Context)接受訊息內容包括封包資料協定位址(PDP Address)；該室內基地台將啟動封包資料協定全文(PDP Context)接受訊息轉回給該使用端，並將該PDP位址映射到一室內基地台位址(FAP Address)加以儲存；當該使用端根據該PDP位址發出取得該封包交換服務之封包交換訊息時，該室內基地台則經由該PDP位址取得映射的該FAP位址，並將該封包交換訊息的來源位址由該PDP位址改為該FAP位址，透過該固接網路直接與該封包交換服務供應端進行封包交換，而對於該封包交換服務供應端經該固接網路直接傳回的另一回應封包交換訊息時，將其目的位址由該FAP位址轉為該PDP位址，傳回給該使用端使用。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之封包交換的繞送方法，其中該行動核心網路產生啟動封包資料協定全文(PDP Context)接受訊息的方法包括：將該啟動PDP Context請求訊息轉給一般封包式無線電服務(GPRS)服務支援節點(SGSN)；該SGSN節點要求GPRS閘道支援節點(GGSN)產生封包資料協定全文(PDP Context)傳回；以及該SGSN節點根據該封包資料協定全文(PDP Context)，將該啟動封包資料協定全文(PDP Context)接受訊息傳回該室內基地台。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之封包交換的繞送方法，其中更包括執行無線電存取承載設定(Radio Access Bearer Setup)程序，以建立該使用端、該室內基地台與該行動核心網路之間的連線傳送的服務品質(QoS)。
  17. 如申請專利範圍第9項所述之封包交換的繞送方法，其中該使用端與該室內基地台之連接是經由標準行動通訊存取協定所連接。
  18. 一種室內基地台(Femto AP)，適用於一無線通訊系統，該無線通訊系統包括核心網路端、固接網路與一使用端，其中該固接網路連接到該行動核心網路與一封包交換服務供應端，而該使用端經由該室內基地台與該固接網路，與該核心網路端連接，該室內基地台(Femto AP)包括一儲存媒體，該儲存媒體儲存一連線管理應用軟體模組，其中連線管理應用軟體模組用以執行封包交換的繞送方法，包括：當該使用端進行封包交換服務(Packet Switched Service)請求時，則根據一請求程序，發出一請求訊息；對該請求訊息進行判讀後，對該請求進行對應回覆一接受訊息給該使用端，其中，該接受訊息包括一設定位址；當接收到該使用端根據該設定位址發出取得該封包交換服務之封包交換訊息時，透過該固接網路直接與一封包交換服務供應端進行封包交換。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之室內基地台，其中該請求程序包括一啟動封包資料協定請求訊息與一啟動封包資料協定接受訊息。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之室內基地台，其中對該啟動封包資料協定請求訊息進行判讀後，進行回覆該啟動封包資料協定訊息給該使用端前，進行一無線電承載設定，以確認連線狀態是否符合連線品質(QoS)需求。
  21. 如申請專利範圍第19項所述之室內基地台，其中所提供的設定位址為由固接網路所分配的多個網際網路位址(IP Addresses)，指定其中之一作為該設定位址分配給該使用端使用。
  22. 如申請專利範圍第19項所述之室內基地台，其中所提供的設定位址為經由產生一私人網際網路(IP)位址或該使用端所要求的一靜態位址給該使用端使用。
  23. 如申請專利範圍第19項所述之室內基地台，其中提供的設定位址的方法包括：將該啟動封包資料協定請求訊息轉到該行動核心網路，該行動核心網路產生啟動封包資料協定接受訊息傳回，其中該啟動封包資料協定接受訊息內容包括封包資料協定位址；將啟動封包資料協定接受訊息轉回給該使用端，並將該封包資料協定位址映射到一室內基地台位址(FAP Address)加以儲存；當該使用端根據該封包資料協定位址發出取得該封包交換服務之封包交換訊息時，則經由該封包資料協定位址取得映射的該FAP位址，並將該封包交換訊息的來源位址由該封包資料協定位址改為該FAP位址，透過該固接網路直接與該封包交換服務供應端進行封包交換，而對於該封包交換服務供應端經該固接網路直接傳回的另一回應封包交換訊息時，將其目的位址由該FAP位址轉為該封包資料協定位址，傳回給該使用端使用。
  24. 如申請專利範圍第23項所述之室內基地台，其中該封包資料協定位址為網際網路位址(IP Addresses)。
  25. 如申請專利範圍第19項所述之室內基地台，其中啟動封包資料協定接受訊息的方法包括：將該啟動封包資料協定請求訊息轉給一般封包式無線電服務(GPRS)服務支援節點；該SGSN節點要求GPRS閘道支援節點產生封包資料協定全文傳回；以及該SGSN節點根據該封包資料協定，將該啟動封包資料協定接受訊息傳回。
  26. 如申請專利範圍第25項所述之室內基地台，其中更包括執行無線電存取承載設定(Radio Access Bearer Setup)程序，以建立與該使用端及該行動核心網路之間的連線傳送的服務品質(QoS)。
  27. 如申請專利範圍第19項所述之室內基地台，其中該啟動封包資料協定為通用移動通訊系統(UMTS)中的PDP Context啟動請求，而啟動封包資料協定為在該UMTS中的PDP Context接受訊息。
  28. 如申請專利範圍第19項所述之室內基地台，其中該啟動封包資料協定為系統架構發展(SAE)模式下的EPS承載(EPS bearer)。
  29. 一種儲存媒體，用以儲存一連線管理應用軟體模組，適用於一室內基地台(Femto AP)，以執行封包交換的繞送方法，該室內基地台適用於一無線通訊系統，該無線通訊系統包括核心網路端、固接網路與一使用端，其中該固接網路連接到該行動核心網路與一封包交換服務供應端，而該使用端經由該室內基地台與該固接網路，與該核心網路端連接，其中該連線管理應用軟體模組用以執行封包交換的繞送方法包括：當該使用端進行封包交換服務(Packet Switched Service)請求時，則根據一請求程序，發出一請求訊息；對該請求訊息進行判讀後，對該請求進行對應回覆一接受訊息給該使用端，其中，該接受訊息包括一設定位址；當接收到該使用端根據該設定位址發出取得該封包交換服務之封包交換訊息時，透過該固接網路直接與一封包交換服務供應端進行封包交換。
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