CN108684047A - 一种无人机承载小基站通信系统与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无人机承载小基站通信系统，包括：若干无人机承载小基站集群、高功率节点和云计算中心，其中：每个无人机承载小基站集群由若干无人机承载小基站通过自组织的方式形成，共同为其覆盖范围内的用户提供接入、边缘处理和边缘缓存服务；无人机承载小基站集群将基于云计算的高功率节点作为网关，基于云计算的高功率节点提供广域覆盖的功能，与云计算中心相连；云计算中心实现集中式的网络控制和管理功能。本申请还提供了一种无人机承载小基站通信方法。应用本申请能够有效减小时延，提升用户体验，并将传统通信网络的二维覆盖扩展到三维覆盖，有效减小了干扰，实现了密集覆盖。并且能够与现有网络兼容，部署成本较低，组网灵活。

Description

一种无人机承载小基站通信系统与方法

技术领域

本发明属于无线通信的技术领域，尤其涉及一种无人机承载小基站通信系统与方法。

背景技术

跟4G相比，5G的覆盖容量将增加1000倍，峰值速率将达到10Gbps，支持1ms的端到端时延和一万亿的设备连接，同时可以保持较高的可靠性。异构网络和基于云/雾计算的无线接入网是5G接入网中两个关键的支持技术。

异构-云无线接入网结合了异构网络和云计算网络的优势，提供了一个通用的网络架构。异构-云无线接入网通过部署高功率节点和射频拉远头来提供两层的异构覆盖，控制平面和数据平面解耦。其中，高功率节点实现控制平面的功能并提供广域无缝覆盖；射频拉远头提供热点地区覆盖，支持高数据速率服务。然而，异构-云无线接入网采用的这种完全集中式的机制使得前传链路负载严重，带来较大的时延。

为了减轻前传链路的负载，雾无线接入网应运而生。在雾无线接入网架构中，异构-云无线接入网中的射频拉远头演进为具有计算和缓存能力的雾接入点，部署在网络边缘的雾接入点形成雾计算层。因此，一部分服务需求可以直接在本地处理，不需要与云计算中心交互。然而，由于复杂的干扰环境及基础设施成本限制，雾无线接入网络难以实现超密集覆盖。此外，雾无线接入网的架构不能灵活地支持5G中与无人机相关的新型应用。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种无人机承载小基站通信系统和方法，以有效减小时延，降低干扰，实现密集覆盖，并降低部署成本。

本申请公开了一种无人机承载小基站通信系统，包括：

若干无人机承载小基站集群、高功率节点和云计算中心，其中：

每个无人机承载小基站集群由若干无人机承载小基站通过自组织的方式形成，共同为其覆盖范围内的用户提供包括但不限于接入、边缘处理和边缘缓存服务；

所述无人机承载小基站集群将基于云计算的高功率节点作为网关接入云计算中心，所述基于云计算的高功率节点提供广域覆盖的功能；

所述云计算中心实现集中式的网络控制和管理功能。

较佳的，每个无人机承载小基站包括：

射频单元，提供本地的无线信号处理和传输的功能；

边缘缓存单元，在本地存储流行内容及网络操作数据；

计算单元，提供包括基带信号处理、流行内容及网络操作数据的预处理操作。

较佳的，所述云计算中心包括：

通信云，由集中部署的基带信号处理单元集组成，实现集中式的基带信号处理功能；

控制云，提供移动性管理和服务网关的功能；

数据云，实现内容及网络操作数据的集中存储。

较佳的，所述控制云包括：

用户移动性管理单元，支持用户移动性管理，包括位置信息管理和业务连续性管理；

无人机承载小基站移动性管理单元，支持无人机承载小基站的移动性管理，包括无人承载小基站的位置信息管理和切换功能。

服务网关，用于聚合移动性管理和网络操作消息，管理不同的网络协议，并将无人机承载小基站通信系统接入互联网。

较佳的，所述数据云包括：

内容服务器，实现网络中内容数据的集中存储，至少包括视频、音频和文本内容；

网络操作数据服务器，存储有关高功率节点、无人机承载小基站集群及用户的信息，为控制云实现控制功能提供网络操作数据，具体包括：可用的系统资源、高功率节点注册列表、无人机承载小基站集群注册列表、合法的用户列表。

本申请还公开了一种无人机承载小基站通信方法，包括：

建立无人机承载小基站集群；

所述无人机承载小基站集群通过高功率节点接入云计算中心，建立起无人机承载小基站通信系统；

所述无人机承载小基站通信系统为其覆盖范围内的用户提供服务。

较佳的，所述无人机承载小基站集群通过高功率节点接入云计算中心包括：

无人机承载小基站集群通过高功率节点向云计算中心发送接入请求；

云计算中心检查接入请求中是否包含有效的无人机承载小基站集群信息；

如果接入请求中包含有效的无人机承载小基站集群信息，则云计算中心添加该无人机承载小基站集群的注册信息，为该无人机承载小基站集群分配资源，并向该无人机承载小基站集群发送接入成功反馈；

否则，无人机承载小基站通信系统建立失败。

较佳的，所述云计算中心检查接入请求中是否包含有效的无人机承载小基站集群信息包括：

云计算中心的通信云对接收到的接入请求进行基带信号处理，提取出接入请求信息，转发至数据云；数据云执行检查操作，检查内容包括无人机承载小基站集群信息的完整性及无人机承载小基站集群的合法性；若完整性检查和合法性检查的结果为是，则判定接入请求中包含有效的无人机承载小基站集群信息，否则，判定接入请求中不包含有效的无人机承载小基站集群信息。

较佳的，云计算中心添加该无人机承载小基站集群的注册信息包括：云计算中心的数据云在其维护的无人机承载小基站集群注册列表中添加该无人机承载小基站集群的注册信息，其中，注册信息至少包括：无人机承载小基站集群的ID、位置、附属的小基站、移动性；

云计算中心为该无人机承载小基站集群分配资源包括：根据无人机承载小基站集群接入请求中的所需资源信息和云计算中心的可用资源，为无人机承载小基站集群分配网络资源、计算资源和存储资源；

所述接入成功反馈中包括：分配给该无人机承载小基站集群的网络资源、计算资源和存储资源。

较佳的，所述无人机承载小基站通信系统为其覆盖范围内的用户提供的服务包括：接入服务、边缘计算任务卸载服务、边缘内容缓存服务以及边缘内容下载服务；

用户接入无人机承载小基站通信系统的步骤包括：

用户向无人机承载小基站集群发送接入请求，具体内容包括用户的ID、位置，所需的资源、移动性；

无人机承载小基站集群检查用户接入请求信息是否有效，若接入请求信息无效，则无人机承载小基站集群拒绝用户接入；若接入请求信息有效，则无人机承载小基站集群在其维护的用户注册列表中添加该用户的信息，并为该用户分配资源；

无人机承载小基站集群向该用户发送接入成功反馈。

由上述可见，本申请基于雾计算-云计算的架构，通过分层集中的控制和管理机制实现了无人机承载小基站通信系统，该系统及其通信方法在网络边缘为用户提供计算、缓存和接入服务，能够有效减小时延，提升用户体验。此外，利用无人机承载小基站集群部署灵活的优势，本申请将传统通信网络的二维覆盖扩展到三维网络覆盖，有效降低了干扰，并实现了密集覆盖。并且，本申请提供的无人机承载小基站通信系统能够与现有网络兼容，部署成本较低，组网灵活。

附图说明

图1是本发明提出的一种无人机承载小基站通信系统示意图。

图2是本发明提出的一种无人机承载小基站通信方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。

参见图1，具体描述本发明提出的一种无人机承载小基站通信系统。本发明无人机承载小基站通信系统基于雾计算-云计算的架构，该架构具体包括：基于雾计算的无人机承载小基站通信系统、基于云计算的高功率节点和云计算中心。下面对各个部分分别予以详细说明。

一、基于雾计算的无人机承载小基站通信系统

本申请所述的无人机承载小基站通信系统由若干无人机承载小基站集群、高功率节点和云计算中心构成。其中，每一个无人机承载小基站集群由多个无人机承载小基站通过自组织的方式形成，共同为其覆盖范围内的用户提供包括但不限于接入、边缘处理和边缘缓存等服务。每个无人机承载小基站包括：

101，射频单元，提供本地的无线信号处理和传输的功能；

102，边缘缓存单元，在本地存储流行内容及网络操作数据；

103，计算单元，提供包括基带信号处理、流行内容及网络操作数据的预处理等操作。

这里，流行内容是指无人机承载小基站集群覆盖范围内用户比较常用的一些内容。

二、基于云计算的高功率节点

基于云计算的高功率节点提供广域覆盖的功能，与云计算中心相连，作为无人机承载小基站集群的网关。

三、云计算中心

云计算中心实现集中式的网络控制和管理功能。具体包括：

301，通信云，由集中部署的基带信号处理单元集组成，实现集中式的基带信号处理功能。

302，控制云，提供移动性管理和服务网关的功能。具体包括：

(1)用户移动性管理单元，支持用户移动性管理，包括位置信息管理和业务连续性管理。

(2)无人机承载小基站移动性管理单元，支持无人机承载小基站的移动性管理，包括无人承载小基站的位置信息管理和切换功能。

(3)服务网关，具体功能为聚合移动性管理和网络操作消息，管理不同的网络协议，并将无人机承载小基站通信系统接入互联网。

303，数据云，实现内容及网络操作数据的集中存储。具体包括：

(1)内容服务器，实现网络中内容数据的集中存储，包括视频、音频和文本等内容。

(2)网络操作数据服务器，存储有关高功率节点、无人机承载小基站集群及用户的信息，为控制云实现控制功能提供网络操作数据。具体包括：可用的系统资源、高功率节点注册列表、无人机承载小基站集群注册列表、合法的用户列表等。

下面参见图2具体说明本申请无人机承载小基站通信方法的实现过程。该方法包括：

步骤1，建立无人机承载小基站集群。同一区域内的多个无人机承载小基站通过自组织的方式形成小基站集群。该过程的参照信息包括小基站的位置、计算和缓存能力等。

步骤2，无人机承载小基站集群通过高功率节点向云计算中心发送接入请求。接入请求的内容包括：小基站集群的ID(identification，标识号)、位置、附属的小基站、所需的资源、移动性。

步骤3，云计算中心检查接入请求中是否包含有效的小基站集群信息。

云计算中心的通信云对接收到的接入请求信号进行基带信号处理，提取出接入请求信息，转发至数据云；数据云执行检查操作，检查内容包括无人机承载小基站集群信息的完整性及无人机承载小基站集群的合法性。若完整性检查和合法性检查的结果为是，执行步骤4；否则，执行步骤8。

步骤4，云计算中心添加该无人机承载小基站集群的注册信息。

云计算中心的数据云在其维护的无人机承载小基站集群注册列表中添加该无人机承载小基站集群的注册信息。注册信息包括无人机承载小基站集群的ID、位置、附属的小基站、移动性等。

步骤5，云计算中心为该无人机承载小基站集群分配资源。

云计算中心的数据云为该无人机承载小基站集群分配资源，具体分配的资源包括：网络资源、计算资源和存储资源等。具体分配方案可根据无人机承载小基站集群接入请求中的所需资源信息和云计算中心的可用资源综合确定。

步骤6，云计算中心通过高功率节点向无人机承载小基站集群发送接入成功反馈。反馈信息包括分配给该无人机承载小基站集群的网络资源、计算资源和存储资源等。至此，无人机承载小基站通信系统建立成功。

步骤7，无人机承载小基站通信系统为其覆盖范围内的用户提供服务。

具体服务类别包括接入服务、边缘计算任务卸载服务、边缘内容缓存服务以及边缘内容下载服务等。

用户需要接入无人机承载小基站通信系统，才能使用其提供的服务。详细接入步骤为：

701，用户向无人机承载小基站集群发送接入请求，具体内容包括用户的ID、位置、所需的资源、移动性等。

702，无人机承载小基站集群检查用户接入请求信息是否有效，即接入请求信息的完整性和用户合法性。若接入请求信息无效，即内容不完整或用户不合法，无人机承载小基站集群则拒绝用户接入；若接入请求信息有效，则执行步骤703。

703，无人机承载小基站集群在其维护的用户注册列表中添加该用户的信息，并为该用户分配资源。

704，无人机承载小基站集群向该用户发送接入成功反馈。至此，用户接入无人机承载小基站通信系统过程结束。

步骤8，无人机承载小基站通信系统建立失败。云计算中心通过高功率节点向无人机承载小基站集群发送接入失败反馈。反馈内容包括接入失败原因，如信息不完整，不合法等。无人机承载小基站通信系统建立失败。小基站集群可根据反馈信息，修改接入请求，重新尝试接入。

上述仅为本发明较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明内所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种无人机承载小基站通信系统，其特征在于，包括：

若干无人机承载小基站集群、高功率节点和云计算中心，其中：

每个无人机承载小基站集群由若干无人机承载小基站通过自组织的方式形成，共同为其覆盖范围内的用户提供包括但不限于接入、边缘处理和边缘缓存服务；

所述无人机承载小基站集群将基于云计算的高功率节点作为网关接入云计算中心，所述基于云计算的高功率节点提供广域覆盖的功能；

所述云计算中心实现集中式的网络控制和管理功能。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，每个无人机承载小基站包括：

射频单元，提供本地的无线信号处理和传输的功能；

边缘缓存单元，在本地存储流行内容及网络操作数据；

计算单元，提供包括基带信号处理、流行内容及网络操作数据的预处理操作。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述云计算中心包括：

通信云，由集中部署的基带信号处理单元集组成，实现集中式的基带信号处理功能；

控制云，提供移动性管理和服务网关的功能；

数据云，实现内容及网络操作数据的集中存储。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述控制云包括：

用户移动性管理单元，支持用户移动性管理，包括位置信息管理和业务连续性管理；

无人机承载小基站移动性管理单元，支持无人机承载小基站的移动性管理，包括无人承载小基站的位置信息管理和切换功能。

服务网关，用于聚合移动性管理和网络操作消息，管理不同的网络协议，并将无人机承载小基站通信系统接入互联网。

5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述数据云包括：

内容服务器，实现网络中内容数据的集中存储，至少包括视频、音频和文本内容；

网络操作数据服务器，存储有关高功率节点、无人机承载小基站集群及用户的信息，为控制云实现控制功能提供网络操作数据，具体包括：可用的系统资源、高功率节点注册列表、无人机承载小基站集群注册列表、合法的用户列表。

6.一种无人机承载小基站通信方法，其特征在于，包括：

建立无人机承载小基站集群；

所述无人机承载小基站集群通过高功率节点接入云计算中心，建立起无人机承载小基站通信系统；

所述无人机承载小基站通信系统为其覆盖范围内的用户提供服务。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述无人机承载小基站集群通过高功率节点接入云计算中心包括：

无人机承载小基站集群通过高功率节点向云计算中心发送接入请求；

云计算中心检查接入请求中是否包含有效的无人机承载小基站集群信息；

如果接入请求中包含有效的无人机承载小基站集群信息，则云计算中心添加该无人机承载小基站集群的注册信息，为该无人机承载小基站集群分配资源，并向该无人机承载小基站集群发送接入成功反馈；

否则，无人机承载小基站通信系统建立失败。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述云计算中心检查接入请求中是否包含有效的无人机承载小基站集群信息包括：

云计算中心的通信云对接收到的接入请求进行基带信号处理，提取出接入请求信息，转发至数据云；数据云执行检查操作，检查内容包括无人机承载小基站集群信息的完整性及无人机承载小基站集群的合法性；若完整性检查和合法性检查的结果为是，则判定接入请求中包含有效的无人机承载小基站集群信息，否则，判定接入请求中不包含有效的无人机承载小基站集群信息。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：

云计算中心添加该无人机承载小基站集群的注册信息包括：云计算中心的数据云在其维护的无人机承载小基站集群注册列表中添加该无人机承载小基站集群的注册信息，其中，注册信息至少包括：无人机承载小基站集群的ID、位置、附属的小基站、移动性；

云计算中心为该无人机承载小基站集群分配资源包括：根据无人机承载小基站集群接入请求中的所需资源信息和云计算中心的可用资源，为无人机承载小基站集群分配网络资源、计算资源和存储资源；

所述接入成功反馈中包括：分配给该无人机承载小基站集群的网络资源、计算资源和存储资源。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：

所述无人机承载小基站通信系统为其覆盖范围内的用户提供的服务包括：接入服务、边缘计算任务卸载服务、边缘内容缓存服务以及边缘内容下载服务；

用户接入无人机承载小基站通信系统的步骤包括：

用户向无人机承载小基站集群发送接入请求，具体内容包括用户的ID、位置，所需的资源、移动性；

无人机承载小基站集群检查用户接入请求信息是否有效，若接入请求信息无效，则无人机承载小基站集群拒绝用户接入；若接入请求信息有效，则无人机承载小基站集群在其维护的用户注册列表中添加该用户的信息，并为该用户分配资源；

无人机承载小基站集群向该用户发送接入成功反馈。