CN104023355B - 基于集中控制和内容分发的无线通信网络系统 - Google Patents

基于集中控制和内容分发的无线通信网络系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于集中控制和内容分发的无线通信网络系统，包括：集中控制器、核心网数据转发单元、核心网数据缓存单元和至少一个分布式基站。本发明提供的无线网络通信系统，能够进行集中控制和内容分发控制，在保证用户体验的前提下，最大限度实现了集中控制并降低基站设备的负载，同时减少基站与因特网之间的数据交互，减少对带宽资源的占用。

Description

基于集中控制和内容分发的无线通信网络系统
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种基于集中控制和内容分发的无线通信网络系统。
背景技术
随着无线通信技术的迅猛发展，网络越来越趋于密集化与多样化。如何实现异构网络的融合已成为研究的热点。Open Radio提出一种控制和转发分离的虚拟无线网络架构，其特征为控制平面集中化和转发平面通用化。但由于3G、4G、WLAN技术的不同，有些底层的控制功能很难分离出去，比如HARQ、物理资源块调度、编码调制、同步、功率控制、物理层测量功能、信道估计、链路自适应等。这些底层控制功能即使分离出去，将控制功能集中化，其复杂度也导致控制面和转发平面的设计极其困难。同时，由于移动互联网的迅速发展，尤其是视频业务的发展，运营商开始关注内容分发网络(Content Delivery Network，CDN)，然而当前还没有一种合适的网络架构来承载CDN服务。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于集中控制和内容分发的无线通信网络系统。
为了达到上述目的，本发明提供了一种基于集中控制和内容分发的无线通信网络系统，包括：集中控制器、核心网数据转发单元、核心网数据缓存单元和至少一个分布式基站；
其中，所述分布式基站包括基站控制单元和基站数据转发单元，所述基站控制单元用于混合自动重传请求HARQ、物理资源块调度、编码调制、同步、功率控制、物理层测量功能、信道估计、链路自适应以及控制所述基站数据转发单元进行因特网与所述核心网数据转发单元之间的转发；
所述核心网数据缓存单元，与所述核心网数据转发单元相连，用于存储各个分布式基站的访问频率和/或用户请求次数超过预设值的内容；
所述集中控制器，包括接入网控制单元，所述接入网控制单元用于实现对各个基站控制单元的联合接入控制、联合资源调度、个人化QoS的服务定制、动态流量卸载、联合干扰抑制；
所述集中控制器还包括内容分发控制单元，用于判断所述核心网数据缓存单元中是否缓存有当前的用户请求所请求的内容，并在判断为是时，控制所述核心网数据转发单元将所述核心网数据缓存单元中缓存的相应数据发送给对应的用户。
优选的，所述接入网控制单元还用于实现单基站的上层功能。
优选的，所述单基站的上层功能具体包括：认证、信道映射、分组调度、广播、寻呼、RRC连接管理、QoS管理。
优选的，所述集中控制器还包括内容缓存管理单元，与所述核心网数据转发单元相连，用于控制所述核心网数据转发单元对所述核心网数据缓存单元存储的内容进行管理和更新。
优选的，所述内容分发控制单元还用于对用户请求的内容进行定位。
优选的，所述内容分发控制单元还用于查找用户的协作小区，根据就近性原则调度资源给用户；和/或，
根据协作基站当前的负载情况和/或缓存的匹配程度，统一调度资源给用户。
优选的，所述无线通信网络系统，还包括：所述分布式基站还包括基站数据缓存单元，用于该分布式基站覆盖下的所有用户访问频率和用户请求次数超过预设值的内容；
所述基站数据转发单元，用于判断对应的基站数据缓存单元中是否缓存有当前的用户请求所请求的内容，并在判断为是时，将基站数据缓存单元中缓存的相应数据发送给对应的用户。
优选的，所述接入网控制单元，还用于在接收到因特网发送的下行数据后，将所述下行数据转换到目的分布式基站对应的协议类型。
优选的，所述集中控制器还包括核心网控制器，用于移动性管理、计费和认证。
本发明中提供的无线网络通信系统，将对时延要求较高的HARQ(Hybrid-ARQ，混合自动重传请求)、物理资源块调度、编码调制、同步、功率控制、物理层测量功能、信道估计、链路自适应等进程在分布式基站完成，将需要联合调度或者时延要求较低的联合接入控制、联合资源调度、个人化QoS的服务定制、动态流量卸载、联合干扰抑制等进程在集中控制器完成，这样在保证了用户体验的前提下，最大限度实现了集中控制并降低基站设备的负载。另一方面，通过在核心网存储各个基站的访问频率以及用户访问较多的内容，并在判断用户当前所请求的内容已在缓存中存储时，将缓存的相应内容发送给用户。这样就能降低基站与核心网之间的数据交互，从而减少对带宽资源的占用。
附图说明
图1为本发明提供的一种无线通信网络系统的结构示意图；
图2为本发明提供的一种无线通信网络系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明提供了一种基于集中控制和内容分发的无线通信网络系统，如图1或2所示，该系统包括：
集中控制器100、核心网数据转发单元200和至少一个分布式基站300；
如图2所示，一个分布式基站300包括基站控制单元和基站数据转发单元，基站控制单元与基站数据转发单元相连，用于HARQ、物理资源块调度、编码调制、同步、功率控制、物理层测量功能、信道估计、链路自适应以及控制基站数据转发单元进行因特网与核心网数据转发单元200之间的转发；
集中控制器100，包括接入网控制单元ANC(Access Network Control，ANC)，ANC用于实现对各个基站控制单元的联合接入控制、联合资源调度、个人化QoS的服务定制、动态流量卸载、联合干扰抑制。
本发明中提供的无线网络通信架构，将对时延要求较高的HARQ、物理资源块调度、编码调制、同步、功率控制、物理层测量功能、信道估计、链路自适应等进程在分布式基站完成，将需要联合调度或者时延要求较低的联合接入控制、联合资源调度、个人化QoS的服务定制、动态流量卸载、联合干扰抑制等进程在集中控制器完成，这样在保证了用户体验的前提下，最大限度实现了集中控制并降低基站设备的负载。
另一方面，如图1或2所示，本发明提供的无线通信网络系统还包括：核心网数据缓存单元400，用于存储各个分布式基站300的访问频率和/或用户请求次数超过预设值的内容；
集中控制器100还包括内容分发控制单元CDC(Content Delivery Control)，用于判断核心网数据缓存单元400中是否缓存有当前的用户请求所请求的内容，并在判断为是时，控制核心网数据转发单元200将核心网数据缓存单元400中缓存的相应数据发送给对应的用户。
通过这种方式，能够减少核心网数据转发单元与因特网的数据交互，节省相应的带宽资源。
优选的，所述接入网控制单元还用于实现单基站的上层功能。
进一步的，所述单基站的上层功能具体包括：认证、信道映射、分组调度、广播、寻呼、RRC连接管理、QoS管理。
优选的，集中控制器100还包括内容缓存管理单元CSM(Content SourceManagement)，与核心网数据转发单元200相连，用于控制数据转发网200关对所述核心网数据缓存单元400存储的内容进行管理和更新。
优选的，内容分发控制单元CDC还用于对用户请求的内容进行定位。
优选的，内容分发控制单元CDC还用于查找用户的协作小区，根据就近性原则调度资源给用户；和/或，
根据协作基站当前的负载情况和/或缓存的匹配程度，统一调度资源给用户。
通过这种方式，可以实现资源的统一调度。
优选的，所述无线通信网络系统，分布式基站300还包括基站数据缓存单元，用于存储该分布式基站覆盖下的所有用户访问频率和用户请求次数超过预设值的内容；
基站数据转发单元，用于判断对应的基站数据缓存单元中是否缓存有当前的用户请求所请求的内容，并在判断为是时，将基站数据缓存单元中缓存的相应数据发送给对应的用户。
通过这种方式，能够减少核心网数据转发单元与因特网的数据交互，节省相应的带宽资源。
优选的，接入网控制单元ANC，还用于在接收到因特网发送的下行数据后，将所述下行数据转换到目的分布式基站对应的协议类型。
通过这种方式，能够实现异构网络的联合控制。
优选的，所述集中控制器100还包括核心网控制器CNC，用于移动性管理、计费和认证。
下面对本发明的提供的无线网络通信系统优选的实施方式中各个部分的功能及其实现方式进行进一步说明。
1.1集中控制器单元
1.1.1接入网控制(Access Network Control，ANC)
将原先无线接入网中的涉及到基站协作的控制功能和单基站可以完成的上层控制功能移入ANC中，其中，主要包括：联合接入控制、联合资源调度、个人化QoS的服务定制、动态流量卸载(offloading)、联合干扰抑制；单基站的上层功能：认证、信道映射、分组调度、广播、寻呼、RRC连接管理、QoS管理。
下面只阐述几个典型的ANC控制功能。
1)联合接入控制
联合接入控制的功能是用于用户在多基站或者异构系统的双重覆盖情况下，请求建立新的无线承载时，判断允许接入或者拒绝接入，决定用户设备接入一个或者多个基站进行无线传输一，保证用户的QoS。其目的是既保证发起服务请求的用户能够高效最优地利用网络侧的无线资源，又要保证正在进行的会话的QoS需求。
无线接入控制的策略要同时考虑用户和网络的状态。进行决策时考虑如下几方面的因素：1、用户侧：用户的优先级、新会话的QoS要求等；2、网络侧：网络负载、吞吐量、链路质量、各个基站的资源使用情况、已存在会话的QoS要求等。ANC决定通过信令通知RAN的基站，准入用户接入某个基站，建立相应的会话连接。
2)联合资源调度
ANC的联合资源调度可以将多种制式的不同基站无线资源，进行统一的虚拟映射。针对用户不同的QoS需求、用户的订阅服务、用户优先级和当前的信道质量、干扰情况等，ANC可以联合的调度逻辑上的虚拟资源，实现网络层服务的用户为中心的定制。特别的，对于异构基站之间的联合资源调度，虚拟后的无线资源包含一定比例的不同系统资源(如WLAN、LTE)，针对用户对业务的不同需求，分别给用户不同比例的虚拟资源。用户就可以统一使用多种异构系统的资源。
3)动态流量卸载(offloading)
当网络端不同基站的负载发生变化时，ANC需要进行跨基站的负载均衡。特别的，针对双连接用户，数据流需要在不同基站之间动态的分配，这些都是有ANC进行网路中状态监测，进而进行决策，然后通知相应的基站承载指定数量的数据流。
4)联合干扰抑制
相邻小区之间存在一定程度的干扰，特别是在使用相同的频率资源时，用户会受到邻居小区信号的干扰。ANC可以通过全局地频率资源规划，尽量避免邻近小区使用相同的频率资源。主小区分配给某个用户的频率资源，ANC会通知邻近小区再次使用该频率资源的用户距离尽可能远。特别是蜂窝系统中的增强型小区间干扰协调(eICIC)技术，如果在ANC中进行统一的规划，将大大提高干扰抑制的效率。
5)QoS管理
ANC通过统一管理实现全网用户的QoS保障。当某个用户的业务QoS不能满足用户需要时，ANC通过该基站内的资源调度尝试保障QoS；如果还不能满足QoS，ANC会调用邻居小区协同为该用户服务，分配邻居小区的无线资源供该用户使用；如果仍然不能满足QoS，ANC会调用其他系统的频段资源(如LTE用户借用WLAN系统的无线资源)为该用户服务，以保证QoS的需求。
1.1.2核心网控制单元(Core Network Control，CNC)
将原先的EPC控制功能，如移动性管理实体(MME)、计费、认证等功能，统一放入CNC中，下面只阐述几个典型的CNC控制功能。
1)移动性管理实体
主要功能包括针对终端的承载连接/释放、空闲到激活状态的转移、以及安全密钥的管理。用户在不同小区之间移动时，CNC负载实时管理用户的位置更新，能够对用户在全网中的移动性进行管理。当用户进行小区切换时，CNC负责同构和异构基站之间的无缝切换。CNC掌握全网的所有基站的信息，可以在用户所有的相邻小区中(包括同系统和异系统的小区中)选择最佳的目的基站，从而建立或者释放基站与用户设备的连接。
2)认证
CNC不仅要负责每个基站对于接入其系统的用户的鉴权认证，更重要的是对与异构网络的相互鉴权。比如，在LTE和WLAN共存的网络中，当LTE用户想接入WLAN，为了提高用户在WLAN网络中的安全性。CNC会借助于LTE的认证网关辅助WLAN进行用户的认证，提高WLAN系统的安全性。同样的，当WLAN用户接入到LTE网络中，CNC可以利用WLAN系统的认证信息，减少LTE认证的时延。
3)计费
CNC不仅要负责传统数据流量的计费，而且要对各个级别内容分发的流量也进行统计计费。
1.1.3内容缓存管理单元(Content Source Management,CSM)
将内容分发控制功能模块统一放入控制核心网的中，下面只阐述几个典型的CSM控制功能。
1)内容管理功能：由于各个级别的缓存，统计各个地区内容的访问频率和缓存命中率高的内容，根据内容注入算法，将内容注入RAN级的Cache和核心网的Cache中。
2)内容更新功能：根据更新算法，定时更新内容缓存器中的数据，保持内容的最新性。
1.1.4内容分发控制单元(Content Delivery Control，CDC)
1)内容资源定位：通过注册表查找拥有Cache内容的基站
2)负载均衡：查找用户的协作小区，主要根据就近性(传播损耗)、协作基站当前的负载情况，及缓存Cache的匹配程度等，统一调度资源给用户。
1.2分布式基站控制单元
将基站侧主要负责那些实时性要求高、不需要联合优化的控制功能仍保留在RAN中，主要包括：HARQ、物理资源块调度、编码调制、同步、功率控制、物理层测量功能、信道估计、链路自适应、用户缓存转发控制等功能。
具体的，本发明提供的无线网络通信系统优选的实施方式中，进行内容分发的流程可以包括：
步骤1：用户1请求建立连接，首先请求信息经ANC发送给MME，向MME请求建立连接，MMS向HSS查询用户归属服务器，认证用户。
步骤2：服务基站搜索用户1附近其他用户的Cache，若检测到有相同的Cache，则服务基站给拥有Cache用户发送控制命令，进行用户间端到端(device-to-device,D2D)通信；若完成用户所需求的所有内容，则内容分发结束，否则进行步骤3。
步骤3：基站将请求剩余内容的信息请求发给CDC，CDC在登记表中检查基站Cache是否有相同的内容。若基站的Cache有用户所需要的内容，则根据负载均衡算法，基站的cache距用户距离等信息，将基站的Cache下发给用户，若完成用户所需求的所有内容，则内容分发结束，否则进行步骤4。
步骤4：CDC在登记表中查找P-GW网关处的Cache是否有与剩余相同的内容，若有，则继续分发内容。若完成用户所需求的所有内容，则内容分发结束，否则进行步骤5。
步骤5：CDC向Internet请求剩余内容，服务器接收请求后向P-GW网关分组发送数据。
具体的，本发明提供的无线网络通信系统中，进行异构联合控制的流程可以包括：
步骤1：用户2请求建立连接，首先请求信息经ANC发送给CNC，向CNC请求建立连接，CNC查询用户归属服务器，认证用户。
步骤:2：ANC首先进行联合接入控制，决定用户设备接入一个或者多个基站进行无线传输。无线接入控制的策略要同时考虑用户和网络的状态。根据用户的优先级、新会话的QoS要求，基站的网络负载、吞吐量、链路质量、资源使用情况、已存在会话的QoS要求等进行决策。
步骤3：ANC决定通过信令通知基站，允许用户接入某个基站，建立相应的会话连接。
步骤4：ANC进行联合资源调度，可以将多种制式的不同基站无线资源，进行统一的虚拟映射。针对用户不同的QoS需求、用户的订阅服务、用户优先级和当前的信道质量、干扰情况等，ANC可以联合的调度逻辑上的虚拟资源，实现网络层服务的用户为中心的定制。特别的，对于异构基站之间的联合资源调度，虚拟后的无线资源包含一定比例的不同系统资源(如WLAN、LTE)，针对用户对业务的不同需求，分别给用户不同比例的虚拟资源。用户就可以统一使用多种异构系统的资源。相邻小区之间存在一定程度的干扰，特别是在使用相同的频率资源时，用户会受到邻居小区信号的干扰。ANC可以通过全局地频率资源规划，尽量避免邻近小区使用相同的频率资源。主小区分配给某个用户的频率资源，ANC会通知邻近小区再次使用该频率资源的用户距离尽可能远。特别是蜂窝系统中的增强型小区间干扰协调(eICIC)技术，如果在ANC中进行统一的规划，将大大提高干扰抑制的效率。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于集中控制和内容分发的无线通信网络系统，其特征在于，包括：集中控制器、核心网数据转发单元、核心网数据缓存单元和至少一个分布式基站；
其中，所述分布式基站包括基站控制单元和基站数据转发单元，所述基站控制单元用于混合自动重传请求HARQ、物理资源块调度、编码调制、同步、功率控制、物理层测量功能、信道估计、链路自适应以及控制所述基站数据转发单元进行因特网与所述核心网数据转发单元之间的转发；
所述核心网数据缓存单元，与所述核心网数据转发单元相连，用于存储各个分布式基站的访问频率和/或用户请求次数超过预设值的内容；
所述集中控制器，包括接入网控制单元，所述接入网控制单元用于实现对各个基站控制单元的联合接入控制、联合资源调度、个人化QoS的服务定制、动态流量卸载、联合干扰抑制；
所述集中控制器还包括内容分发控制单元，用于判断所述核心网数据缓存单元中是否缓存有当前的用户请求所请求的内容，并在判断为是时，控制所述核心网数据转发单元将所述核心网数据缓存单元中缓存的相应数据发送给对应的用户。
2.如权利要求1所述的无线通信网络系统，其特征在于，所述接入网控制单元还用于实现单基站的上层功能。
3.如权利要求2所述的无线通信网络系统，其特征在于，所述单基站的上层功能具体包括：认证、信道映射、分组调度、广播、寻呼、RRC连接管理、QoS管理。
4.如权利要求1所述的无线通信网络系统，其特征在于，所述集中控制器还包括内容缓存管理单元，与所述核心网数据转发单元相连，用于控制所述核心网数据转发单元对所述核心网数据缓存单元存储的内容进行管理和更新。
5.如权利要求1所述的无线通信网络系统，其特征在于，所述内容分发控制单元还用于对用户请求的内容进行定位。
6.如权利要求1所述的无线通信网络系统，其特征在于，所述内容分发控制单元还用于查找用户的协作小区，根据就近性原则调度资源给用户；和/或，
根据协作基站当前的负载情况和/或缓存的匹配程度，统一调度资源给用户。
7.如权利要求1所述的无线通信网络系统，其特征在于，所述分布式基站还包括基站数据缓存单元，用于存储该分布式基站覆盖下的所有用户访问频率和用户请求次数超过预设值的内容；
所述基站数据转发单元，用于判断对应的基站数据缓存单元中是否缓存有当前的用户请求所请求的内容，并在判断为是时，将基站数据缓存单元中缓存的相应数据发送给对应的用户。
8.如权利要求1所述的无线通信网络系统，其特征在于，所述接入网控制单元，还用于在接收到因特网发送的下行数据后，将所述下行数据转换到目的分布式基站对应的协议类型。
9.如权利要求1所述的无线通信网络系统，其特征在于，所述集中控制器还包括核心网控制器，用于移动性管理、计费和认证。
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