陳文雄

提出一種改進(jìn)的Femto系統(tǒng)安全網(wǎng)關(guān)，在源、目標(biāo)家庭基站與同一安全網(wǎng)關(guān)建立安全隧道時(shí)直接在該安全網(wǎng)關(guān)中處理基站間的通信數(shù)據(jù)，顯著減輕了Femto系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)的業(yè)務(wù)壓力，簡化了通信數(shù)據(jù)處理流程，并有效解決了時(shí)延、丟包等問題。

Femto ? ?獨(dú)立安全網(wǎng)關(guān) ? ?時(shí)延 ? ?丟包

1 ? 引言

統(tǒng)計(jì)表明，目前移動通信數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)有70%發(fā)生在室內(nèi)，且主要集中于車站、住所、機(jī)場、辦公室等熱點(diǎn)區(qū)域[1]。但是，室內(nèi)移動通信環(huán)境存在覆蓋弱、易發(fā)生擁塞的現(xiàn)象，此外還有無線頻率干擾、服務(wù)小區(qū)信號不穩(wěn)定、話音質(zhì)量難以保證等問題。因此增強(qiáng)室內(nèi)信號覆蓋效果成為移動互聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)重要研究內(nèi)容。

當(dāng)前主流的室內(nèi)覆蓋增強(qiáng)方案主要是通過Femto、Wi-Fi和AP設(shè)備來實(shí)現(xiàn)。Femto系統(tǒng)是一種小型蜂窩技術(shù)，通過固網(wǎng)寬帶接入到移動核心網(wǎng)，為用戶提供固定移動融合業(yè)務(wù)。Femto系統(tǒng)在高性價(jià)比實(shí)現(xiàn)移動通信室內(nèi)覆蓋、分擔(dān)宏網(wǎng)負(fù)荷、固定移動綜合業(yè)務(wù)平臺化提高等方面具有顯著優(yōu)勢，已經(jīng)成為主流運(yùn)營商在全業(yè)務(wù)競爭階段重點(diǎn)關(guān)注的技術(shù)方向[2-3]。隨著3G/4G網(wǎng)絡(luò)的廣泛部署，F(xiàn)emto系統(tǒng)的使用也越來越廣泛[1-3]。Femto系統(tǒng)具有發(fā)射功率小、覆蓋半徑小、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。

Femto系統(tǒng)主要由Femto AP、安全網(wǎng)關(guān)、Femto網(wǎng)關(guān)等幾部分組成，其中安全網(wǎng)關(guān)可集成在Femto網(wǎng)關(guān)內(nèi)部也可以單獨(dú)作為一個(gè)網(wǎng)元存在[4-5]。當(dāng)前Femto應(yīng)用中一般安全網(wǎng)關(guān)都作為獨(dú)立網(wǎng)元，本文主要就安全網(wǎng)關(guān)作為獨(dú)立網(wǎng)元的情況分析其存在的缺點(diǎn)，然后針對這些缺點(diǎn)改進(jìn)獨(dú)立安全網(wǎng)關(guān)，解決基站間的通信數(shù)據(jù)處理流程復(fù)雜導(dǎo)致的時(shí)延、丟包等問題。

2 ? 典型Femto系統(tǒng)架構(gòu)

典型的Femto系統(tǒng)將安全網(wǎng)關(guān)集成在Femto網(wǎng)關(guān)內(nèi)，如圖1所示，包括通信終端、家庭基站、系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)3個(gè)部分。

基站通過不同網(wǎng)絡(luò)接入Femto網(wǎng)關(guān)時(shí)，要與不同制式的安全網(wǎng)關(guān)建立連接，由于受網(wǎng)絡(luò)中不確定因素的影響，容易出現(xiàn)時(shí)延和丟包等現(xiàn)象，出現(xiàn)加密信道無法建立或語音質(zhì)量差等問題。

解決這些問題的一種方案是將安全網(wǎng)關(guān)模塊從系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)中獨(dú)立出來，單獨(dú)作為一個(gè)網(wǎng)元，建立獨(dú)立安全網(wǎng)關(guān)后的Femto系統(tǒng)包括通信終端、家庭基站、安全網(wǎng)關(guān)、系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)、核心網(wǎng)這5個(gè)部分，具體的框架如圖2所示。

對于Femto系統(tǒng)而言，安全網(wǎng)關(guān)作為獨(dú)立網(wǎng)元有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）獨(dú)立以后的安全網(wǎng)關(guān)位置可以自由設(shè)置，增加了組網(wǎng)的靈活性。一般將獨(dú)立安全網(wǎng)關(guān)放置在離家庭基站比較近的地方，這樣可以避免復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境對安全隧道穩(wěn)定性的影響，解決安全網(wǎng)關(guān)集成于Femto網(wǎng)關(guān)時(shí)引起的加密信道無法建立或語音質(zhì)量差等問題。

（2）基站可以選擇與它距離較近而且制式相同的安全網(wǎng)關(guān)建立安全通道，這樣兩者之間的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境較單純，并且減少了不同制式的網(wǎng)絡(luò)對通信的影響。

（3）安全網(wǎng)關(guān)可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，選擇性地與負(fù)荷能接受的Femto網(wǎng)關(guān)進(jìn)行通信，這樣可以均衡系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)間的負(fù)荷，更好地利用網(wǎng)絡(luò)資源，改善通信效果。

（4）安全網(wǎng)關(guān)和Femto網(wǎng)關(guān)間可以通過運(yùn)營商專有傳輸線路連接，而不用經(jīng)過其他設(shè)備，避免受外部網(wǎng)絡(luò)影響，從而保證了通信質(zhì)量。

3 ? 采用獨(dú)立安全網(wǎng)關(guān)的Femto系統(tǒng)

將安全網(wǎng)關(guān)從系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)中分離出來，構(gòu)成如圖3所示的獨(dú)立安全網(wǎng)關(guān)，主要包含隧道建立模塊、同步模塊、線路連接模塊、接收模塊和發(fā)送模塊，各模塊功能如下：

圖3 ? ?簡單獨(dú)立安全網(wǎng)關(guān)模塊結(jié)構(gòu)

（1）隧道建立模塊用于與家庭基站之間建立安全隧道;

（2）同步模塊用于與系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)之間進(jìn)行同步操作，以確定所述專有傳輸線路是否可用;

（3）線路連接模塊用于與系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)之間建立專有傳輸線路。具體用于從允許連接的系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)中選擇負(fù)載小于設(shè)定值的系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)，并與選擇的系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)建立專有傳輸線路;

（4）接收模塊用于接收家庭基站以及核心網(wǎng)發(fā)送的通信數(shù)據(jù)包;

（5）發(fā)送模塊用于將通信數(shù)據(jù)包發(fā)送至家庭基站以及核心網(wǎng)。

簡單獨(dú)立安全網(wǎng)關(guān)只是機(jī)械的從Femto網(wǎng)關(guān)中分離出來，主要實(shí)現(xiàn)：

（1）與Femto基站建立安全隧道來保證數(shù)據(jù)傳輸過程中的安全性和完整性;

（2）提供防火墻功能，抵抗來自IP網(wǎng)絡(luò)的惡意攻擊，保證核心網(wǎng)設(shè)備的安全性;

（3）與AAA服務(wù)器一起完成Femto基站與網(wǎng)絡(luò)間的鑒權(quán)。

接收到基站發(fā)送的語音數(shù)據(jù)包安全網(wǎng)關(guān)不能處理而是轉(zhuǎn)發(fā)給Femto系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)和核心網(wǎng)處理。因此簡單獨(dú)立安全網(wǎng)關(guān)與集成安全網(wǎng)關(guān)一樣，基站間的通信數(shù)據(jù)處理須經(jīng)過系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)及核心網(wǎng)處理，增加了Femto網(wǎng)關(guān)和核心網(wǎng)的負(fù)擔(dān)，特別是在與多種寬帶制式下的家庭基站建立安全隧道時(shí)會更嚴(yán)重，導(dǎo)致通信終端間處理過程異常復(fù)雜，出現(xiàn)時(shí)延、丟包等問題。

如果利用獨(dú)立安全網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)部分Femto網(wǎng)關(guān)和核心網(wǎng)的功能，將可以簡化基站間的通信數(shù)據(jù)處理流程，減少相應(yīng)的處理時(shí)間，減少丟包。改進(jìn)后的獨(dú)立安全網(wǎng)關(guān)如圖4所示，將接收模塊分為第一接收模塊和第二接收模塊;判斷模塊分為第一判斷模塊和第二判斷模塊;發(fā)送模塊分為第一發(fā)送模塊、第二發(fā)送模塊和第三發(fā)送模塊。其中：

第一接收模塊用于接收源通信終端通過所接入的源家庭基站經(jīng)由所述安全隧道發(fā)送的通信數(shù)據(jù)包。

第一判斷模塊用于判斷目標(biāo)家庭基站是否是與自身建立了安全隧道的家庭基站。

第一發(fā)送模塊用于在目標(biāo)家庭基站與自身建立了安全隧道時(shí)，將所述通信數(shù)據(jù)包發(fā)送至所述目標(biāo)家庭基站。endprint

第二發(fā)送模塊用于將通信數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到Femto網(wǎng)關(guān)。例如在目標(biāo)家庭基站沒有與自身建立安全隧道時(shí)，或確定所述通信數(shù)據(jù)包是源通信終端發(fā)起的結(jié)束本次通信業(yè)務(wù)的通信數(shù)據(jù)包時(shí)，將通信數(shù)據(jù)包發(fā)送至Femto網(wǎng)關(guān)。

第二判斷模塊用于判斷是否能夠確定所述目標(biāo)家庭基站。若是，則觸發(fā)所述第一判斷模塊，若否，則觸發(fā)所述第二發(fā)送模塊。并根據(jù)通信鏈路信息中包含的目標(biāo)家庭基站標(biāo)識，確定對應(yīng)的目標(biāo)家庭基站。

第二接收模塊用于接收核心網(wǎng)發(fā)送的通信鏈路信息及鏈路更改信息。鏈路信息中包含源通信終端標(biāo)識、源家庭基站標(biāo)識、目標(biāo)通信終端標(biāo)識和目標(biāo)家庭基站標(biāo)識。

第三發(fā)送模塊用于將包含源通信終端標(biāo)識和目標(biāo)通信終端標(biāo)識的通知消息發(fā)送至核心網(wǎng)。通知核心網(wǎng)當(dāng)前安全網(wǎng)關(guān)執(zhí)行了一次源通信終端標(biāo)識和目標(biāo)通信終端標(biāo)識對應(yīng)的源通信終端和目標(biāo)通信終端之間的通信數(shù)據(jù)包的傳輸過程。改進(jìn)后的獨(dú)立安全網(wǎng)關(guān)，基站間可以實(shí)現(xiàn)本地回環(huán)功能——當(dāng)源家庭基站和目標(biāo)家庭基站都與同一個(gè)安全網(wǎng)關(guān)建立了安全通道時(shí)，基站發(fā)過來的數(shù)據(jù)不需要經(jīng)過核心網(wǎng)，直接在安全網(wǎng)關(guān)處理后轉(zhuǎn)發(fā)到目標(biāo)基站，再到達(dá)目標(biāo)終端，大大簡化了基站間的通信數(shù)據(jù)處理流程，減輕了系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)和核心網(wǎng)的壓力，解決了由此引起的延時(shí)、丟包等問題。之后，安全網(wǎng)關(guān)可生成包含源通信終端標(biāo)識和目標(biāo)通信終端標(biāo)識的通知消息，并將所述通知消息通過系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)發(fā)送至核心網(wǎng)，用于通知核心網(wǎng)當(dāng)前安全網(wǎng)關(guān)執(zhí)行了一次源通信終端和目標(biāo)通信終端之間的通信數(shù)據(jù)包傳輸過程。安全網(wǎng)關(guān)可以以靜默幀的形式生成所述通知消息、交互基站的連接控制、連接保持和計(jì)時(shí)等消息，保證基站與核心網(wǎng)之間的正常通信，同時(shí)節(jié)省不必要的開銷。

4 ? 改進(jìn)的獨(dú)立安全網(wǎng)關(guān)Femto系統(tǒng)語音

處理流程

以圖5所示的Femto通信系統(tǒng)應(yīng)用場景為例，其中源通信終端和目標(biāo)通信終端之間執(zhí)行語音呼叫業(yè)務(wù)。這里源、目的家庭基站接入到同一個(gè)安全網(wǎng)關(guān)可以實(shí)現(xiàn)本地回環(huán)。其語音呼叫鏈路的建立過程與傳統(tǒng)應(yīng)用安全網(wǎng)關(guān)集成在系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)下的情況相同，但是呼叫鏈路建立后的處理流程與傳統(tǒng)方式有區(qū)別。

圖6給出了語音呼叫鏈路建立以后獨(dú)立安全網(wǎng)關(guān)Femto系統(tǒng)的處理流程。

（1）安全網(wǎng)關(guān)第二接收模塊接收核心網(wǎng)發(fā)送的通信鏈路信息。當(dāng)源通信終端和目標(biāo)通信終端之間建立通信鏈路時(shí)，核心網(wǎng)會生成包含源通信終端標(biāo)識、源家庭基站標(biāo)識、目標(biāo)通信終端標(biāo)識以及目標(biāo)家庭基站標(biāo)識相應(yīng)的鏈路信息并發(fā)送給安全網(wǎng)關(guān)。在上述通信業(yè)務(wù)執(zhí)行過程中，通信終端所接入的家庭基站發(fā)生變化時(shí)（比如發(fā)生基站切換），核心網(wǎng)將指示安全網(wǎng)關(guān)更新本地存儲的通信鏈路信息。

（2）安全網(wǎng)關(guān)收到家庭基站發(fā)過來的通知消息之后，第二判斷模塊判斷數(shù)據(jù)包是不是結(jié)束數(shù)據(jù)包，如果是則由第二發(fā)送模塊將數(shù)據(jù)通過系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)傳輸至核心網(wǎng)。由核心網(wǎng)執(zhí)行源通信終端和目標(biāo)通信終端之間的通信業(yè)務(wù)結(jié)束過程。

（3）如果（2）中判斷不是結(jié)束數(shù)據(jù)包則安全網(wǎng)關(guān)第二判斷模塊根據(jù)通信鏈路信息判斷是否能夠確定出目標(biāo)家庭基站。若否，則由第二發(fā)送模塊將數(shù)據(jù)通過系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)傳輸至核心網(wǎng)。

（4）如果（3）中能夠確定出目標(biāo)家庭基站，則安全網(wǎng)關(guān)第一判斷模塊判斷目標(biāo)家庭基站是否是與自身建立了安全隧道的家庭基站，若否，則由第二發(fā)送模塊將數(shù)據(jù)通過系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)傳輸至核心網(wǎng)。

（5）如果（4）中目標(biāo)家庭基站已經(jīng)與安全網(wǎng)關(guān)建立了安全隧道，則安全網(wǎng)關(guān)第一發(fā)送模塊將通信數(shù)據(jù)包發(fā)送給目標(biāo)家庭基站。

（6）安全網(wǎng)關(guān)通過第二發(fā)送模塊通知核心網(wǎng)當(dāng)前執(zhí)行了一次源通信終端和目標(biāo)通信終端之間的通信數(shù)據(jù)包的傳輸過程，結(jié)束本次通信數(shù)據(jù)包的傳輸過程。

5 ? 結(jié)束語

本文針對源、目標(biāo)基站間通信數(shù)據(jù)處理流程復(fù)雜導(dǎo)致的時(shí)延、丟包問題，提出了一種Femto系統(tǒng)的改進(jìn)獨(dú)立安全網(wǎng)關(guān)，對獨(dú)立安全網(wǎng)關(guān)的接收模塊、判斷模塊、發(fā)送模塊做了細(xì)致的劃分，判斷源、目標(biāo)家庭基站是否與同一個(gè)安全網(wǎng)關(guān)建立安全隧道，據(jù)此直接在安全網(wǎng)關(guān)處理數(shù)據(jù)包，然后再通知核心網(wǎng)，簡化數(shù)據(jù)報(bào)文的處理流程，同時(shí)還能有效避免通信時(shí)延、丟包等情況。

參考文獻(xiàn)：

[1] 中國移動通信集團(tuán)公司. 中國移動TD-SCDMA Femto試驗(yàn)網(wǎng)技術(shù)體制V1.0.0[Z]. 2010.

[2] 3GPP.TR25.913（V7.3.0）. Requirements for evolved universal terrestrial radio access（UTRA）and universal terrestrial radio access network（UTBAN）[S]. 2006： 11-13.

[3] 中國移動通信集團(tuán)公司. 中國移動TD.SCDMA Femto基站設(shè)備測試規(guī)范V1.0.0[Z]. 2010.

[4] Chandrasekhar V， Andrews J G. Femtocell networks：a femtocells：a roadmap on interference avoidance[J]. IEEE Communications Magazine， 2009，47（9）： 41-48.

[5] 沈蕾，李暉暉. TD-SCDMA Femto網(wǎng)絡(luò)部署方案研究[J]. 電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化， 2012（8）： 68-71.★endprint

第二發(fā)送模塊用于將通信數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到Femto網(wǎng)關(guān)。例如在目標(biāo)家庭基站沒有與自身建立安全隧道時(shí)，或確定所述通信數(shù)據(jù)包是源通信終端發(fā)起的結(jié)束本次通信業(yè)務(wù)的通信數(shù)據(jù)包時(shí)，將通信數(shù)據(jù)包發(fā)送至Femto網(wǎng)關(guān)。

第二判斷模塊用于判斷是否能夠確定所述目標(biāo)家庭基站。若是，則觸發(fā)所述第一判斷模塊，若否，則觸發(fā)所述第二發(fā)送模塊。并根據(jù)通信鏈路信息中包含的目標(biāo)家庭基站標(biāo)識，確定對應(yīng)的目標(biāo)家庭基站。

第二接收模塊用于接收核心網(wǎng)發(fā)送的通信鏈路信息及鏈路更改信息。鏈路信息中包含源通信終端標(biāo)識、源家庭基站標(biāo)識、目標(biāo)通信終端標(biāo)識和目標(biāo)家庭基站標(biāo)識。

第三發(fā)送模塊用于將包含源通信終端標(biāo)識和目標(biāo)通信終端標(biāo)識的通知消息發(fā)送至核心網(wǎng)。通知核心網(wǎng)當(dāng)前安全網(wǎng)關(guān)執(zhí)行了一次源通信終端標(biāo)識和目標(biāo)通信終端標(biāo)識對應(yīng)的源通信終端和目標(biāo)通信終端之間的通信數(shù)據(jù)包的傳輸過程。改進(jìn)后的獨(dú)立安全網(wǎng)關(guān)，基站間可以實(shí)現(xiàn)本地回環(huán)功能——當(dāng)源家庭基站和目標(biāo)家庭基站都與同一個(gè)安全網(wǎng)關(guān)建立了安全通道時(shí)，基站發(fā)過來的數(shù)據(jù)不需要經(jīng)過核心網(wǎng)，直接在安全網(wǎng)關(guān)處理后轉(zhuǎn)發(fā)到目標(biāo)基站，再到達(dá)目標(biāo)終端，大大簡化了基站間的通信數(shù)據(jù)處理流程，減輕了系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)和核心網(wǎng)的壓力，解決了由此引起的延時(shí)、丟包等問題。之后，安全網(wǎng)關(guān)可生成包含源通信終端標(biāo)識和目標(biāo)通信終端標(biāo)識的通知消息，并將所述通知消息通過系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)發(fā)送至核心網(wǎng)，用于通知核心網(wǎng)當(dāng)前安全網(wǎng)關(guān)執(zhí)行了一次源通信終端和目標(biāo)通信終端之間的通信數(shù)據(jù)包傳輸過程。安全網(wǎng)關(guān)可以以靜默幀的形式生成所述通知消息、交互基站的連接控制、連接保持和計(jì)時(shí)等消息，保證基站與核心網(wǎng)之間的正常通信，同時(shí)節(jié)省不必要的開銷。

4 ? 改進(jìn)的獨(dú)立安全網(wǎng)關(guān)Femto系統(tǒng)語音

處理流程

以圖5所示的Femto通信系統(tǒng)應(yīng)用場景為例，其中源通信終端和目標(biāo)通信終端之間執(zhí)行語音呼叫業(yè)務(wù)。這里源、目的家庭基站接入到同一個(gè)安全網(wǎng)關(guān)可以實(shí)現(xiàn)本地回環(huán)。其語音呼叫鏈路的建立過程與傳統(tǒng)應(yīng)用安全網(wǎng)關(guān)集成在系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)下的情況相同，但是呼叫鏈路建立后的處理流程與傳統(tǒng)方式有區(qū)別。

圖6給出了語音呼叫鏈路建立以后獨(dú)立安全網(wǎng)關(guān)Femto系統(tǒng)的處理流程。

（1）安全網(wǎng)關(guān)第二接收模塊接收核心網(wǎng)發(fā)送的通信鏈路信息。當(dāng)源通信終端和目標(biāo)通信終端之間建立通信鏈路時(shí)，核心網(wǎng)會生成包含源通信終端標(biāo)識、源家庭基站標(biāo)識、目標(biāo)通信終端標(biāo)識以及目標(biāo)家庭基站標(biāo)識相應(yīng)的鏈路信息并發(fā)送給安全網(wǎng)關(guān)。在上述通信業(yè)務(wù)執(zhí)行過程中，通信終端所接入的家庭基站發(fā)生變化時(shí)（比如發(fā)生基站切換），核心網(wǎng)將指示安全網(wǎng)關(guān)更新本地存儲的通信鏈路信息。

（2）安全網(wǎng)關(guān)收到家庭基站發(fā)過來的通知消息之后，第二判斷模塊判斷數(shù)據(jù)包是不是結(jié)束數(shù)據(jù)包，如果是則由第二發(fā)送模塊將數(shù)據(jù)通過系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)傳輸至核心網(wǎng)。由核心網(wǎng)執(zhí)行源通信終端和目標(biāo)通信終端之間的通信業(yè)務(wù)結(jié)束過程。

（3）如果（2）中判斷不是結(jié)束數(shù)據(jù)包則安全網(wǎng)關(guān)第二判斷模塊根據(jù)通信鏈路信息判斷是否能夠確定出目標(biāo)家庭基站。若否，則由第二發(fā)送模塊將數(shù)據(jù)通過系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)傳輸至核心網(wǎng)。

（4）如果（3）中能夠確定出目標(biāo)家庭基站，則安全網(wǎng)關(guān)第一判斷模塊判斷目標(biāo)家庭基站是否是與自身建立了安全隧道的家庭基站，若否，則由第二發(fā)送模塊將數(shù)據(jù)通過系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)傳輸至核心網(wǎng)。

（5）如果（4）中目標(biāo)家庭基站已經(jīng)與安全網(wǎng)關(guān)建立了安全隧道，則安全網(wǎng)關(guān)第一發(fā)送模塊將通信數(shù)據(jù)包發(fā)送給目標(biāo)家庭基站。

（6）安全網(wǎng)關(guān)通過第二發(fā)送模塊通知核心網(wǎng)當(dāng)前執(zhí)行了一次源通信終端和目標(biāo)通信終端之間的通信數(shù)據(jù)包的傳輸過程，結(jié)束本次通信數(shù)據(jù)包的傳輸過程。

5 ? 結(jié)束語

本文針對源、目標(biāo)基站間通信數(shù)據(jù)處理流程復(fù)雜導(dǎo)致的時(shí)延、丟包問題，提出了一種Femto系統(tǒng)的改進(jìn)獨(dú)立安全網(wǎng)關(guān)，對獨(dú)立安全網(wǎng)關(guān)的接收模塊、判斷模塊、發(fā)送模塊做了細(xì)致的劃分，判斷源、目標(biāo)家庭基站是否與同一個(gè)安全網(wǎng)關(guān)建立安全隧道，據(jù)此直接在安全網(wǎng)關(guān)處理數(shù)據(jù)包，然后再通知核心網(wǎng)，簡化數(shù)據(jù)報(bào)文的處理流程，同時(shí)還能有效避免通信時(shí)延、丟包等情況。

參考文獻(xiàn)：

[1] 中國移動通信集團(tuán)公司. 中國移動TD-SCDMA Femto試驗(yàn)網(wǎng)技術(shù)體制V1.0.0[Z]. 2010.

[2] 3GPP.TR25.913（V7.3.0）. Requirements for evolved universal terrestrial radio access（UTRA）and universal terrestrial radio access network（UTBAN）[S]. 2006： 11-13.

[3] 中國移動通信集團(tuán)公司. 中國移動TD.SCDMA Femto基站設(shè)備測試規(guī)范V1.0.0[Z]. 2010.

[4] Chandrasekhar V， Andrews J G. Femtocell networks：a femtocells：a roadmap on interference avoidance[J]. IEEE Communications Magazine， 2009，47（9）： 41-48.

[5] 沈蕾，李暉暉. TD-SCDMA Femto網(wǎng)絡(luò)部署方案研究[J]. 電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化， 2012（8）： 68-71.★endprint

第二發(fā)送模塊用于將通信數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到Femto網(wǎng)關(guān)。例如在目標(biāo)家庭基站沒有與自身建立安全隧道時(shí)，或確定所述通信數(shù)據(jù)包是源通信終端發(fā)起的結(jié)束本次通信業(yè)務(wù)的通信數(shù)據(jù)包時(shí)，將通信數(shù)據(jù)包發(fā)送至Femto網(wǎng)關(guān)。

第二判斷模塊用于判斷是否能夠確定所述目標(biāo)家庭基站。若是，則觸發(fā)所述第一判斷模塊，若否，則觸發(fā)所述第二發(fā)送模塊。并根據(jù)通信鏈路信息中包含的目標(biāo)家庭基站標(biāo)識，確定對應(yīng)的目標(biāo)家庭基站。

第二接收模塊用于接收核心網(wǎng)發(fā)送的通信鏈路信息及鏈路更改信息。鏈路信息中包含源通信終端標(biāo)識、源家庭基站標(biāo)識、目標(biāo)通信終端標(biāo)識和目標(biāo)家庭基站標(biāo)識。

第三發(fā)送模塊用于將包含源通信終端標(biāo)識和目標(biāo)通信終端標(biāo)識的通知消息發(fā)送至核心網(wǎng)。通知核心網(wǎng)當(dāng)前安全網(wǎng)關(guān)執(zhí)行了一次源通信終端標(biāo)識和目標(biāo)通信終端標(biāo)識對應(yīng)的源通信終端和目標(biāo)通信終端之間的通信數(shù)據(jù)包的傳輸過程。改進(jìn)后的獨(dú)立安全網(wǎng)關(guān)，基站間可以實(shí)現(xiàn)本地回環(huán)功能——當(dāng)源家庭基站和目標(biāo)家庭基站都與同一個(gè)安全網(wǎng)關(guān)建立了安全通道時(shí)，基站發(fā)過來的數(shù)據(jù)不需要經(jīng)過核心網(wǎng)，直接在安全網(wǎng)關(guān)處理后轉(zhuǎn)發(fā)到目標(biāo)基站，再到達(dá)目標(biāo)終端，大大簡化了基站間的通信數(shù)據(jù)處理流程，減輕了系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)和核心網(wǎng)的壓力，解決了由此引起的延時(shí)、丟包等問題。之后，安全網(wǎng)關(guān)可生成包含源通信終端標(biāo)識和目標(biāo)通信終端標(biāo)識的通知消息，并將所述通知消息通過系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)發(fā)送至核心網(wǎng)，用于通知核心網(wǎng)當(dāng)前安全網(wǎng)關(guān)執(zhí)行了一次源通信終端和目標(biāo)通信終端之間的通信數(shù)據(jù)包傳輸過程。安全網(wǎng)關(guān)可以以靜默幀的形式生成所述通知消息、交互基站的連接控制、連接保持和計(jì)時(shí)等消息，保證基站與核心網(wǎng)之間的正常通信，同時(shí)節(jié)省不必要的開銷。

4 ? 改進(jìn)的獨(dú)立安全網(wǎng)關(guān)Femto系統(tǒng)語音

處理流程

以圖5所示的Femto通信系統(tǒng)應(yīng)用場景為例，其中源通信終端和目標(biāo)通信終端之間執(zhí)行語音呼叫業(yè)務(wù)。這里源、目的家庭基站接入到同一個(gè)安全網(wǎng)關(guān)可以實(shí)現(xiàn)本地回環(huán)。其語音呼叫鏈路的建立過程與傳統(tǒng)應(yīng)用安全網(wǎng)關(guān)集成在系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)下的情況相同，但是呼叫鏈路建立后的處理流程與傳統(tǒng)方式有區(qū)別。

圖6給出了語音呼叫鏈路建立以后獨(dú)立安全網(wǎng)關(guān)Femto系統(tǒng)的處理流程。

（1）安全網(wǎng)關(guān)第二接收模塊接收核心網(wǎng)發(fā)送的通信鏈路信息。當(dāng)源通信終端和目標(biāo)通信終端之間建立通信鏈路時(shí)，核心網(wǎng)會生成包含源通信終端標(biāo)識、源家庭基站標(biāo)識、目標(biāo)通信終端標(biāo)識以及目標(biāo)家庭基站標(biāo)識相應(yīng)的鏈路信息并發(fā)送給安全網(wǎng)關(guān)。在上述通信業(yè)務(wù)執(zhí)行過程中，通信終端所接入的家庭基站發(fā)生變化時(shí)（比如發(fā)生基站切換），核心網(wǎng)將指示安全網(wǎng)關(guān)更新本地存儲的通信鏈路信息。

（2）安全網(wǎng)關(guān)收到家庭基站發(fā)過來的通知消息之后，第二判斷模塊判斷數(shù)據(jù)包是不是結(jié)束數(shù)據(jù)包，如果是則由第二發(fā)送模塊將數(shù)據(jù)通過系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)傳輸至核心網(wǎng)。由核心網(wǎng)執(zhí)行源通信終端和目標(biāo)通信終端之間的通信業(yè)務(wù)結(jié)束過程。

（3）如果（2）中判斷不是結(jié)束數(shù)據(jù)包則安全網(wǎng)關(guān)第二判斷模塊根據(jù)通信鏈路信息判斷是否能夠確定出目標(biāo)家庭基站。若否，則由第二發(fā)送模塊將數(shù)據(jù)通過系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)傳輸至核心網(wǎng)。

（4）如果（3）中能夠確定出目標(biāo)家庭基站，則安全網(wǎng)關(guān)第一判斷模塊判斷目標(biāo)家庭基站是否是與自身建立了安全隧道的家庭基站，若否，則由第二發(fā)送模塊將數(shù)據(jù)通過系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)傳輸至核心網(wǎng)。

（5）如果（4）中目標(biāo)家庭基站已經(jīng)與安全網(wǎng)關(guān)建立了安全隧道，則安全網(wǎng)關(guān)第一發(fā)送模塊將通信數(shù)據(jù)包發(fā)送給目標(biāo)家庭基站。

（6）安全網(wǎng)關(guān)通過第二發(fā)送模塊通知核心網(wǎng)當(dāng)前執(zhí)行了一次源通信終端和目標(biāo)通信終端之間的通信數(shù)據(jù)包的傳輸過程，結(jié)束本次通信數(shù)據(jù)包的傳輸過程。

5 ? 結(jié)束語

本文針對源、目標(biāo)基站間通信數(shù)據(jù)處理流程復(fù)雜導(dǎo)致的時(shí)延、丟包問題，提出了一種Femto系統(tǒng)的改進(jìn)獨(dú)立安全網(wǎng)關(guān)，對獨(dú)立安全網(wǎng)關(guān)的接收模塊、判斷模塊、發(fā)送模塊做了細(xì)致的劃分，判斷源、目標(biāo)家庭基站是否與同一個(gè)安全網(wǎng)關(guān)建立安全隧道，據(jù)此直接在安全網(wǎng)關(guān)處理數(shù)據(jù)包，然后再通知核心網(wǎng)，簡化數(shù)據(jù)報(bào)文的處理流程，同時(shí)還能有效避免通信時(shí)延、丟包等情況。

參考文獻(xiàn)：

[1] 中國移動通信集團(tuán)公司. 中國移動TD-SCDMA Femto試驗(yàn)網(wǎng)技術(shù)體制V1.0.0[Z]. 2010.

[2] 3GPP.TR25.913（V7.3.0）. Requirements for evolved universal terrestrial radio access（UTRA）and universal terrestrial radio access network（UTBAN）[S]. 2006： 11-13.

[3] 中國移動通信集團(tuán)公司. 中國移動TD.SCDMA Femto基站設(shè)備測試規(guī)范V1.0.0[Z]. 2010.

[4] Chandrasekhar V， Andrews J G. Femtocell networks：a femtocells：a roadmap on interference avoidance[J]. IEEE Communications Magazine， 2009，47（9）： 41-48.

[5] 沈蕾，李暉暉. TD-SCDMA Femto網(wǎng)絡(luò)部署方案研究[J]. 電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化， 2012（8）： 68-71.★endprint