CN104936195A

CN104936195A - 一种采用LTE无线网络和CPE作为IP Backhaul的自组网实现方法

Info

Publication number: CN104936195A
Application number: CN201510330520.3A
Authority: CN
Inventors: 苏健; 邢忠卿; 刘少永; 逯洲
Original assignee: Zte Communications Equipment Technology (beijing) Co Ltd
Current assignee: Zte Communications Equipment Technology (beijing) Co Ltd
Priority date: 2015-06-15
Filing date: 2015-06-15
Publication date: 2015-09-23
Anticipated expiration: 2035-06-15
Also published as: CN104936195B

Abstract

本发明公开了一种采用LTE无线网络和CPE作为IP Backhaul的自组网实现方法，其特征在于基于LTE基站和CPE终端之间无线链路搭建的LTE无线Backhaul网络，涉及无线频点规划、IP地址规划和路由设计等技术，充分利用现有无线带宽资源实现机动中继数据链自组网功能；本发明的优点是：基于终端设备作为路由网关，通过LTE无线网络实现IP Backhaul自组网；采用LTE无线机动中继手段，不需要再铺设固定网络；充分利用现有的无线带宽资源；在Backhaul网络中有较强的路由能力，有利于不同业务在不同需求情况下的落地分流。

Description

一种采用LTE无线网络和CPE作为IP Backhaul的自组网实现方法

技术领域

本发明涉及一种采用LTE无线网络和CPE作为IP Backhaul的自组网实现方法,属于LTE无线通信技术领域。

背景技术

目前传统技术中的无线中继技术都是工作在物理层，其主要功能是将微弱的无线信号接收进来放大后再发射出去，这实质是一种广播技术，类似集线器，其缺点就是，数据传输效率低，有时因多个中继器间的乒乓效应，甚至会造成网络风暴，导致系统无法使用；此外，无线中继器不能根据用户、业务类型信息进行定向路由，可扩展性较差。

例如，公开号为CN103906172A的专利公开了一种基于油田应用的低功耗小型无线传感网络组网方法，该方法的工作原理是：数据采集器工作在两种模式下，这两种工作模式自动交替工作，一种模式是用来等待新节点加入；另外一种模式是收集已经加入网络子节点的数据信息。为减少节点之间的相互干扰，数据采集器与子节点之间的通信均采用不同的信道通信，而新节点加入时采用公共信道进行通信；数据采集器在两种模式下交替工作，一方面能够收集网络中个节点的数据，另一方面能够管理网络中的节点。

例如，公开号为CN102130831A的专利公开了一种利用超级虚拟局域网技术的组网方法。该方法只要将汇聚层的网络设备更新换代成支持SuperVlan技术能力的三层汇聚交换机，充分利用SuperVlan技术的特点，维持使用原接入层和核心层的网络设备，尤其是接入层网络设备即使在新建网络时仍可使用功能简单、价格低廉的交换机。达到了既不改变传统的三层网络组网模式。

例如，公开号为CN102281558A的专利公开了一种应用于物联网数据传输的无线传感器网络组网方法，首先无线传感器网络中的中心节点及子节点上电初始化，中心节点发出组网信标，开始进入组网阶段，子节点将发送信标帧的源节点的PanID、短地址、扩展地址添加进自己的邻居表，并记录接收到信标帧的场强信息，将转发节点存入邻居节点列表中，并记录其场强，然后中心节点收集区域内的节点的场强信息，中心节点根据收集到的场强信息规划节点路由，并对子节点进行配置；中心节点对子节点配置完毕后，无线传感器网络进入正常工作阶段来实现物联网数据的传输。

综上所述，传统的LTE Backhaul是通过增加X2接口承载需求，支持部分Mesh架构，在相邻基站之间建立Relay逻辑连接，以完成用户在不同基站间漫游时，用户数据在基站间直接进行交换，但这种Relay中继并不能完全利用现有的无线带宽资源，且在路由组网方面的能力较弱。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够克服上述技术问题的采用LTE无线网络和CPE作为IP Backhaul的自组网实现方法，而本发明是基于LTE基站和CPE终端之间无线链路搭建的LTE无线Backhaul网络，涉及无线频点规划、IP地址规划和路由设计技术，本发明能够充分利用现有无线带宽资源实现机动中继数据链自组网功能。

本发明主要应用在缺少有线传输网络或不适合铺设有线传输网络的地区临时采用LTE无线网络作为静中通模式的传输骨干网(以下简称LTE无线Backhaul)来支持各类的通信业务。

LTE无线Backhaul通常由1辆或多辆通讯车组成，每辆车都至少包括如下设备:本地CPE(1个)+EPC(1套)+eNB(1套)+远端CPE(1个),UE通过无线网络接入任意车辆的eNB，接入不同车辆的UE如果彼此间要通信，通过CPE来作为IP网关来路由。

LTE无线Backhaul支持机动中继数据链路功能，UE在任意有LTE无线信号覆盖的地点通过LTE无线Backhaul作为中继，远程接入有线通信网络，从而实现有线通信网络的扩展和延伸。

LTE无线Backhaul能支持宽带数据业务功能,包括视频上传/下发多车间点-点语音/视频呼叫多车间集群呼叫，如组呼、单呼，多车间点-点语音/视频呼叫是基于IMS的。

根据路由方式的不同，组网分为链式组网和环形组网两种方式。

本发明的采用LTE无线网络和CPE作为IP Backhaul的自组网实现方法包括以下步骤：

一、防干扰；

1.频率规划：

为防干扰,需要划分两大频点群,且两大频点群无交集；

(1)专供所有车辆UE使用的频点f，采用全向覆盖，要求所有CPE都不能使用频点f；

(2)专供所有车辆CPE使用的频点群(F1～Fn)，采用定向覆盖，任意一个CPE能使用F1-Fn中任意一个频点,但UE不能使用F1-Fn中任意一个频点；

要求所有CPE都只能附着在非本车辆的eNB上；

(3)理想频点数(1+n)；

链式组网:2车链式组网至少要1+n＝3；3车及3车以上链式组网,至少要1+n＝4；

环式组网:2车1+n＝3,3车1+n＝4,4车1+n＝5,5车及5车以上1+n＝6；

(4)相邻车辆CPE接入频点要求；

在链上或环上任意3辆相邻车辆的用于CPE接入的频点两两各不相同。

2.空间规划；

(1)假定f1覆盖半径为r,Fx(x＝1～n)覆盖半径为R,则要求R>2r；

(2)假定任意两辆车的间距为d,则要求d>2r；

(3)对于任一特定车辆A,假定与车A间距d不超过R的车辆数为m,则要求m>＝1且m<＝2；

二、IP地址规划：

为确保可路由，要求每辆车所接入终端的IP地址段统一规划,不能重叠，以免路由出现混乱，所述接入终端包括UE和CPE；

要求每辆车的EPC网元如SGW、PGW、MME、eHSS和IMS网元如P/I/S-CSCF、iHSS及AS的IP地址与本车接入终端分配的IP地址处于相同IP地址段；

远端CPE的IP:每辆车给远端CPE所分配的IP地址固定,每辆车的前驱车会变化,但分配给远端CPE的IP地址始终不变,这要求EPC预先配置所有车上的CPE的IMSI,以便识别所接入的终端类型是否为CPE；

每辆车的PGW都要配置自身本地CPE及所有其他车辆的本地CPE的IMSI，当终端接入后,PGW首先根据终端IMSI查找表1即EPC上关于CPE的IMSI信息配置示意图的配置表,如找到对应记录则能确定终端类型为CPE，且必然是远端CPE,此时如果该CPE的IMSI与当前表中保存的远端CPE的IMSI不同,则PGW应自动更新该表,否则视为普通UE。

三、EPC需要配置的路由信息：

1.链式组网需要配置的路由信息；

2.PGW配置到本地接入UE的路由；

3.PGW配置与自身通过有线网络直连的下一跳网元的路由，如指挥中心；

4.PGW配置缺省路由，DefaultGateway是远端CPE,不是本地CPE；

环形组网需要配置的路由信息及路由说明：

(1)PGW配置到本地接入UE的路由；

(2)PGW配置与自身通过有线网络直连的下一跳网元的路由，如指挥中心；

(3)PGW配置缺省路由，DefaultGateway是本地CPE。

本发明所涉及的名词术语解释及英文缩写全称如下：

CPE:Custom Premise Equipment,客户终端设备。

LTE：Long Term Evolution,长期演进接入技术。

eNB：Evolved Node B，即演进型Node B。

EPC：演进分组核心网。

PGW:分组数据网关节点。

UE:普通LTE手机或LTE数据卡。

通信车:安装了LTE无线通信系统及附属设备的车辆，所述LTE无线通信系统包括但不限于1个eNB、1套EPC及1个CPE。

本地CPE:与EPC同车,通过有线方式接入本车EPC,本地CPE同时又作为另一辆通讯车的远端CPE。

远端CPE:与EPC不同车,通过无线方式附着到本车EPC,远端CPE逻辑上归属本车。

前驱车:附着本车eNB的远端CPE所在车,为本车的前驱车。

后继车:本地CPE所附着的eNB所在车为本车的后继车,本地CPE逻辑上归属后继车。

端局车:既有UE接入又有CPE接入的通讯车。

中继车:仅有CPE接入，无UE接入的通讯车。

本发明的优点是：

1.基于终端设备作为路由网关，通过LTE无线网络实现IP Backhaul自组网；

2.采用LTE无线机动中继手段，不需要再铺设固定网络；

3.充分利用现有的无线带宽资源；

4.在Backhaul网络中有较强的路由能力，有利于不同业务在不同需求情况下的落地分流。

附图说明

图1为本发明所述一种采用LTE无线网络和CPE作为IP Backhaul的自组网实现方法的定义后继车和前驱车的分解示意图；

图2是本发明所述一种采用LTE无线网络和CPE作为IP Backhaul的自组网实现方法的4车链式组网频点划分示意图；

图3是本发明所述一种采用LTE无线网络和CPE作为IP Backhaul的自组网实现方法的环式组网频点划分的分解示意图；

图4是本发明所述一种采用LTE无线网络和CPE作为IP Backhaul的自组网实现方法的3车链式组网方式下UE与指挥中心数据路由的分解示意图；

图5是本发明所述一种采用LTE无线网络和CPE作为IP Backhaul的自组网实现方法的4车环形组网方式下UE与指挥中心数据路由的分解示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式进行详细描述。本发明的采用LTE无线网络和CPE作为IP Backhaul的自组网实现方法包括以下步骤：

1.首次开通需要准备的工作；

步骤1:预先统一规划好每辆车的IP地址空间，不同车辆地址空间不能重叠；

步骤2:根据车辆数目确定所需频点数,并预先规划好每辆车的频点，即fx和Fx；

步骤3:车辆实际部署时相邻车辆频点应满足防干扰要求；

步骤4:车辆达到预定位置后要求；

每辆车都要确保本地CPE成功附着另一辆车即后继车的eNB,且只能附着一辆车的eNB,否则系统应告警；

每辆车都要确保有且只有一个位于前驱车的远端CPE成功附着本车eNB,否则系统应告警。

2.车辆间相对位置发生变化时EPC&CPE要修改的配置信息；

链式组网:如果每辆车只有1个远端CPE则EPC不需要修改任何配置信息,否则EPC需要手工修改DefaultGateway的IP地址；

环形组网:EPC和CPE均不需要修改任何配置信息。

3.车辆相对位置变化时注意以下问题；

车辆间相对位置变化时，要求相邻车辆间频率规划符合上述的防干扰原则；

车辆间相对位置变化时，每辆车都要确保本地CPE成功附着另一辆车即后继车的eNB,且只能附着一辆车的eNB,否则系统应告警；

车辆间相对位置变化时，每辆车都要确保有且只有一个位于前驱车的远端CPE成功附着本车eNB,否则系统应告警。

如图1所示为定义后继车和前驱车，车1为车2的后继车,车3为车2的前驱车。

附着车2eNB的远端CPE所在车3为车2的前驱车，车2本地CPE所附着的eNB所在车车1为车2的后继车,即车2本地CPE逻辑上归属后继车车1。

如图2所示为4车链式组网频点划分：

链式组网理想频点数(1+n)：2车链式组网至少要1+n＝3；3车及3车以上链式组网,至少要1+n＝4；

专供所有车辆UE使用的频点f，采用全向覆盖.要求所有CPE都不能使用频点f；

专供所有车辆CPE使用的频点群(F1～Fn)，采用定向覆盖。任意一个CPE能使用F1-Fn中任意一个频点,但UE不能使用F1-Fn中任意一个频点；

所有CPE都只能附着在非本车辆的eNB上；

如图3所示为环式组网频点划分：

环式组网理想频点数(1+n)：2车1+n＝3,3车1+n＝4,4车1+n＝5,5车及5车以上1+n＝6；

所有CPE都只能附着在非本车辆的eNB上；

如表1所示为EPC上关于CPE的IMSI信息配置：

每辆车的PGW都要配置自身本地CPE及所有其他车辆的本地CPE的IMSI；

CPE类型包括：本地CPE、远端CPE、未知CPE。

如表2所示为EPC上关于CPE的IP地址配置信息：

根据CPE的IMSI信息，统一规划对应的IP地址。

表1

表2

表1是本发明所述一种采用LTE无线网络和CPE作为IP Backhaul的自组网实现方法的EPC上关于CPE的IMSI信息配置示意表。

表2是本发明所述一种采用LTE无线网络和CPE作为IP Backhaul的自组网实现方法的EPC上关于CPE的IP地址配置信息示意表。

如图4所示为3车链式组网方式下UE与指挥中心数据路由：

1.关于EPC：

(1)EPC从本地CPE接收到IP包：

步骤1：如IP包目的地址是本地接入UE,则通过GTP隧道下发UE；

步骤2：如果经路由分析发现IP包需要发送到与EPC自身直连的下一跳，如指挥中心,则直接路由到下一跳；

步骤3：否则,通过GTP隧道转发远端CPE；

(2)EPC从远端CPE接收到IP包：

步骤1：如目的地址是本地接入UE,则通过GTP隧道下发UE

步骤3:否则,通过SGi口转发本地CPE

(3)EPC从本地UE接收到IP包：

步骤1：如目的地址是本地接入UE,则通过GTP隧道下发UE

步骤2:如果经路由分析发现IP包需要发送到与EPC自身直连的下一跳，如指挥中心,则直接路由到下一跳；

步骤3:则,通过GTP隧道转发远端CPE；

2.关于CPE：

步骤1:CPE从所附着的eNB收到的数据空口，转发给本地EPC；

步骤2:CPE从本地EPC接收的数据通过空口转发给所附着的eNB；

如图5所示为4车环形组网方式下UE与指挥中心数据路由：

1.EPC；

(1)EPC从远端CPE接收到IP包：

步骤1:如目的地址是本地接入UE,则通过GTP隧道下发UE；

步骤3:否则,转发本地CPE；

(2)EPC从本地UE接收到IP包：

步骤1:如目的地是本地接入UE,则通过GTP隧道下发UE；

步骤3:否则，转发本地CPE；

环形组网中,EPC不会从本地CPE接收数据，只会向本地CPE发送数据；环形组网EPC不会向远端CPE发送数据,只会从远端CPE接收数据。

2.CPE；

步骤1:CPE从本地EPC接收的数据通过空口转发给所附着的eNB。

根据路由方式的不同，组网分为链式组网如图4所示和环形组网如图5所示两种方式。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明公开的范围内，能够轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明权利要求的保护范围内。

Claims

1.一种采用LTE无线网络和CPE作为IP Backhaul的自组网实现方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)防干扰；

1)频率规划；

为防干扰,需要划分两大频点群,且两大频点群无交集；

2)空间规划；

(2)IP地址规划；

为确保可路由，要求每辆车所接入终端的IP地址段统一规划,不能重叠，以免路由出现混乱；

要求每辆车的EPC网元、IMS网元及AS的IP地址与本车接入终端分配的IP地址处于相同IP地址段；

每辆车的PGW都要配置自身本地CPE及所有其他车辆的本地CPE的IMSI，当终端接入后,PGW首先根据终端IMSI查找EPC上关于CPE的IMSI信息配置示意图的配置表,如找到对应记录则能确定终端类型为CPE,否则视为普通UE；

(3)EPC需要配置的路由信息；

环形组网需要配置的路由信息及路由说明：

PGW配置到本地接入UE的路由；

PGW配置与自身通过有线网络直连的下一跳网元的路由；

PGW配置缺省路由，DefaultGateway是本地CPE。

2.根据权利要求1所述的一种采用LTE无线网络和CPE作为IP Backhaul的自组网实现方法，其特征在于，所述步骤1)包括以下步骤：

11)专供所有车辆UE使用的频点f，采用全向覆盖.要求所有CPE都不能使用频点f；

12)专供所有车辆CPE使用的频点群(F1～Fn)，采用定向覆盖，任意一个CPE能使用F1-Fn中任意一个频点,但UE不能使用F1-Fn中任意一个频点；

要求所有CPE都只能附着在非本车辆的eNB上；

13)理想频点数(1+n)；

环式组网:2车1+n＝3,3车1+n＝4,4车1+n＝5,5车及5车以上1+n＝6；

14)相邻车辆CPE接入频点要求；

在链上或环上任意3辆相邻车辆的用于CPE接入的频点应两两各不相同。

3.根据权利要求1所述的一种采用LTE无线网络和CPE作为IP Backhaul的自组网实现方法，其特征在于，所述步骤2)包括以下步骤：

(21)假定f1覆盖半径为r,Fx(x＝1～n)覆盖半径为R,则要求R>2r；

(22)假定任意两辆车的间距为d,则要求d>2r；

(23)对于任一特定车辆A,假定与车A间距d不超过R的车辆数为m,则要求m>＝1且m<＝2。

4.根据权利要求1所述的一种采用LTE无线网络和CPE作为IP Backhaul的自组网实现方法，其特征在于，所述步骤3)包括以下步骤：

31)链式组网需要配置的路由信息；

32)PGW配置到本地接入UE的路由；

33)PGW配置与自身通过有线网络直连的下一跳网元的路由；

34)PGW配置缺省路由，DefaultGateway是远端CPE,不是本地CPE。