CN113810911B - 基于5g的新型一体化基站自组织网系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于5G的新型一体化基站自组织网系统及方法，包括：多个自组织网络节点通过自定义的自组织网空口进行连接，形成上下游关系，构成新型一体化基站自组织网系统；所述自组织网络节点包括：自组织基站SO‑gNB、自组织核心网SO‑5GC以及自组织终端SO‑MT；所述自组织基站SO‑gNB实现5G基站的功能包括集中单元和分布单元；所述自组织核心网SO‑5GC包括5G核心网，是一个完整的5G核心网；所述自组织终端SO‑MT是自组织5G终端，包含一个5G终端的完整功能。

Description

基于5G的新型一体化基站自组织网系统及方法
技术领域
本发明涉及5G通信和专网通信融合技术领域，具体地，涉及基于5G的新型一体化基站自组织网系统及方法，更为具体地，涉及基于5G的新型一体化基站自组织网技术，用于抢险救灾、野外救援、煤炭矿山、机场隧道和车载机动通信场景中的自组织网技术。
背景技术
5G作为下一代移动通讯技术，理论传输速度可达每秒数十Gbit。5G目前的典型应用场景包括增强型的移动宽带(Enhanced Mobile Broadband,eMBB)、海量连接的机器通信(massive Machine-Type Communications,mMTC)，以及高可靠、低时延的联网应用(Ultra-Reliable and LowLatency Communications,URLLC)，并规定了包括频谱效率、峰值速率、时间延迟、可靠性、连接密度及用户体验速率等多个维度的关键技术指标。比如吞吐量1～10Gbit/s，端到端延迟1ms，容量提高1000倍，可用性99.999％，覆盖率100％，节省90％网络能耗。围绕这些指标5G网络引入了异构密集网络、大规模天线(Massive MIMO)、毫米波通信、新型波形复用与信道编译码、网络虚拟化与切片技术等关键技术作为支撑。
5G一体化基站(包含5G基站和核心网的一体化基站)是当前的研究热点，多用于抢险救灾、野外救援、煤炭矿山、机场隧道和车载机动通信场景中，具有体积小、重量轻、安装方便等特点，可以快速覆盖需要通信的区域。但是目前5G一体化基站只能最为一个孤岛覆盖服务一片独立的几百米区域，如果目标覆盖区域较大，跨度为几公里或者几十公里时，单个一体化基站则无法实现覆盖，需要多个一体化基站才能覆盖，并且一体化基站间没有合适的通讯手段(野外或者紧急场景更为困难)，此时如何在野外没有基础设施支撑的情况下实现多个一体化基站间的互联互通成为了急需解决的问题。本发明提出了一种新的基于5G技术并具有低成本、高速率和快速部署特点的一体化基站自组织网技术。
专利文献CN101127663B(申请号：200710121753.8)公开了一种移动自组织网络接入一体化网络的系统及方法，是一种将移动自组织网络接入一体化化网络的网络体系结构，以及移动自组织网络与一体化网络之间的路由建立和数据分发的方法，本发明移动节点MN、接入交换路由器ASR、映射服务器IMS、认证中心AC，运行步骤是发现及建立路由，接入交换路由器的发现以及移动自组织网络内部路由的建立过程；移动节点的注册过程。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于5G的新型一体化基站自组织网系统及方法。
根据本发明提供的一种基于5G的新型一体化基站自组织网系统，包括：多个自组织网络节点通过自定义的自组织网空口进行连接，形成上下游关系，构成新型一体化基站自组织网系统；
所述自组织网络节点包括：自组织基站SO-gNB、自组织核心网SO-5GC以及自组织终端SO-MT；
所述自组织基站SO-gNB实现5G基站的功能包括集中单元和分布单元；
所述自组织核心网SO-5GC包括5G核心网，是一个完整的5G核心网；
所述自组织终端SO-MT是自组织5G终端，包含一个5G终端的完整功能。
优选地，每一个自组织网节点中的自组织终端SO-MT和另一个自组织网节点中的自组织基站SO-gNB进行连接，当前作为自组织终端SO-MT的自组织网节点称为作为自组织基站SO-gNB的自组织网节点的子节点；作为自组织基站SO-gNB的自组织网节点的子节点被称为作为自组织终端SO-MT的自组织网节点的父节点；
每个自组织终端SO-MT只会接入一个上游父节点，自组织基站SO-gNB能够接入多个下游子节点。
优选地，所述新型一体化基站自组织网系统包括：多个自组织网络节点通过自定义的自组织网空口进行连接形成包括星型组网、链型组网和/或星链混合组网的新型一体化基站自组织网系统。
优选地，自组织网节点采用5G标准的NR-Uu口进行连接。
优选地，自组织基站SO-gNB和自组织核心网SO-5GC采用5G标准的NG接口连接；自组织核心网SO-5GC和自组织终端SO-MT采用标准的IP协议通信连接。
优选地，在自组织核心网SO-5GC中增加自组织路由模块，实现数据转发和路由管理功能；
所述数据转发采用：将所有从下游自组织终端SO-MT发送过来的IP包、从本地自组织终端SO-MT接收到的IP包和从本地自组织核心网SO-5GC需要发出的IP包都首先进入自组织路由模块，由自组织路由模块进行路由转发到对应的SO-link或者本地自组织核心网SO-5GC；
所述SO-link表示自组织网络节点之间的链路；
所述路由管理采用：每条SO-link建立之后，自组织路由模块负责将本地终端用户IP地址广播给下游和上游节点的对应的自组织路由模块，并依据收到广播路由信息更新本地路由表，供数据转发使用。
优选地，所述数据转发采用：当自组织网节点有数据发送时，包括：本地5GC产生的数据需要发送到目标自组织网节点和本地自组织路由模块接收到的数据而数据目标不是本地5GC时，检查本地的路由表，找到对应的SO-link发送出去；
自组织网节点接收到数据，当数据发送至本地5GC时，则直接转发给本地5GC；当数据不是发送至本地5GC时，则将数据发送至自组织路由模块，由自组织路由模块找到相应的理由，通过SO-link发送出去。
优选地，在5G标准上增加信令修改，增加IE实现SO-node的广播和通知功能。
根据本发明提供的一种基于5G的新型一体化基站自组织网方法，运用上述所述的基于5G的新型一体化基站自组织网系统执行如下步骤：
步骤S1：自组织网节点启动，自组织网节点广播SIB1标记本节点为自组织网节点；
步骤S2：下游自组织网节点开机后，下游自组织网节点中的自组织终端SO-MT开始搜索周围SSB最强并且标记为自组织网节点的小区，发起随机接入过程；
步骤S3：下游自组织终端SO-MT在RRCConnectionSetupComplete中指示当前接入终端为自组织网节点，并在RRCConnectionSetupComplete中上报下游自组织网节点对应的自组织网节点id；
步骤S4：下游自组织终端SO-MT所对应的上游节点中的SO-gNB将对应RRC连接是否为自组织网节点和自组织网节点id信息通知给上游节点的自组织核心网SO-5GC,上游节点的自组织核心网SO-5GC决定是否接受当前下游自组织终端SO-MT的连接请求；当上游节点的自组织核心网SO-5GC发现到达当前下游自组织网节点已经存在已知路由信息，则拒绝当前下游自组织终端SO-MT的请求；当不存在对应的路由信息，则允许连接建立；
步骤S5：当允许连接建立，上游节点的自组织核心网SO-5GC需要根据当前的无线资源使用情况，配置SO-link的QoS信息；
步骤S6：完成接入后，上游自组织基站SO-gNB标记对应的链路为SO-link并通知本节点的自组织路由模块，下游自组织终端SO-MT同时也通知本节点的自组织路由模块；收到通知的自组织路由模块开始广播本节点的路由信息给上游节点和下游节点进行路由信息更新；
步骤S7：全网更新路由信息，更新网络拓扑；
步骤S8：自组织网正常工作，当由新的节点接入时，则重复触发步骤S1至步骤S8。
优选地，所述SO-link的QoS信息包括：5QI、ARP、GBR、AMBR和BW。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明通过5G无线通信技术，实现了高速率的5G一体化基站自组织网络，最高速率可达到1.5Gbps(100MHz带宽)；
2、本发明实现了自组织节点间快速自动发现，自动配置自组织网络，自适应的改变网络拓扑；
3、本发明可以根据无线资源占用情况，实现自组织网络间无线链路频谱资源动态分配与管理；
4、本发明通过复用5G标准的物理信道和协议栈，实现了高效精细的自组网QoS管理，满足各种高速率低时延业务需求。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为自组织网络节点组成示意图。
图2为星型组网示意图。
图3为链型组网示意图。
图4为星链混合组网示意图。
图5为自组织网系统接口设计示意图。
图6为自组织路由模块(SO-Routing)转发功能示意图。
图7为自组织网节点工作流程图。
图8为典型网络示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
本发明旨在解决以下问题：自组织网节点间通过成熟的5G无线通信技术，实现高速率服务质量可保证的5G一体化基站自组织网络；构建一个简单网络结构，让自组织网节点开机即可使用，开机即可通信；让自组织节点间自动发现，自动配置自组织网络，能够自适应的改变网络拓扑；实现自组织网络间无线链路频谱资源动态分配与管理。
使用本发明后，可以快速构建自动部署高速率的多跳自组织网络，自组织网络节点间的速率最大可以达到1.5Gbps。
根据本发明提供的一种基于5G的新型一体化基站自组织网系统，如图1所示，包括：多个自组织网络节点通过自定义的自组织网空口进行连接，形成上下游关系，构成新型一体化基站自组织网系统；
所述5G自组织网络节点(SO-node)包括：自组织基站SO-gNB、自组织核心网SO-5GC以及自组织终端SO-MT；
所述自组织基站SO-gNB实现5G基站的功能包括Centralized Unit集中单元和Distributed Unit分布单元；集中单元即为控制单元；分布单元即为信令数据传输单元；
所述自组织核心网SO-5GC包括5G核心网，是一个完整的5G核心网；
所述自组织终端SO-MT是自组织5G终端，包含一个5G终端的完整功能。
具体地，每一个自组织网节点中的自组织终端SO-MT和另一个自组织网节点中的自组织基站SO-gNB进行连接，当前作为自组织终端SO-MT的自组织网节点称为作为自组织基站SO-gNB的自组织网节点的子节点；作为自组织基站SO-gNB的自组织网节点的子节点被称为作为自组织终端SO-MT的自组织网节点的父节点；
每个自组织终端SO-MT只会接入一个上游父节点，自组织基站SO-gNB能够接入多个下游子节点。
具体地，所述新型一体化基站自组织网系统包括：多个自组织网络节点通过自定义的自组织网空口进行连接形成包括星型组网、链型组网和/或星链混合组网的新型一体化基站自组织网系统，如图2、图3以及图4所示。
具体地，自组织网节点采用5G标准的NR-Uu口进行连接。
具体地，自组织基站SO-gNB和自组织核心网SO-5GC采用5G标准的NG接口连接；自组织核心网SO-5GC和自组织终端SO-MT采用标准的IP协议通信连接，如图5所示。
具体地，在自组织核心网SO-5GC中增加自组织路由模块(SO-Routing)，实现数据转发和路由管理功能，如图6所示；
所述数据转发采用：将所有从下游自组织终端SO-MT发送过来的IP包、从本地自组织终端SO-MT接收到的IP包和从本地自组织核心网SO-5GC需要发出的IP包都首先进入自组织路由模块，由自组织路由模块进行路由转发到对应的SO-link或者本地自组织核心网SO-5GC；
所述SO-link表示自组织网络节点之间的链路；
所述路由管理采用：每条SO-link建立之后，自组织路由模块负责将本地终端用户IP地址广播给下游和上游节点的对应的自组织路由模块，并依据收到广播路由信息更新本地路由表，供数据转发使用。路由协议可以选择标准的RIP,OSPF等标准路由协议。
具体地，所述数据转发采用：当自组织网节点有数据发送时，都需要通过自组织路由模块。分为两种情况，一种是本地5GC产生的数据，需要发送到目标自组织网节点；另一种是本地自组织路由模块接收到的数据，数据目标又不是本地5GC；这两种情况都需要去检查本地的路由表，找到对应的SO-link发送出去。当自组织网节点接收到数据时，也需要通过自组织路由模块。接收数据也分两种情况，一种是数据是发给本地5GC的，直接转发给5GC；另一种不是本地5GC，需要发送给自组织路由模块的发送部分，发送部分再找到对应的路由，通过SO-link发送出去。
具体地，在5G标准上增加信令修改，增加IE实现SO-node的广播和通知功能。
广播消息SIB1中增加指示当前节点(小区)是否为SO-node。
SystemInformationBlockType1 message
--ASN1START
SystemInformationBlockType1-BR-r13::＝SystemInformationBlockType1
SystemInformationBlockType1::＝SEQUENCE{
cellAccessRelatedInfo SEQUENCE{
…
SO-node-support ENUMERATED{true}/新增
}
SO-node-Support：用来在SIB1广播中指示当前小区是否支持SO-node接入，如果不支持，下游SO-node开机后不会尝试接入该小区。
RRCConnectionSetupComplete消息修改，在RRCConnectionSetupComplete消息中，增加一个IE用来指示当前接入终端是一个普通终端，还是一个SO-MT。
SO-NodeIndication：这个域指示建立的该连接为SO-node接入，不是普通的终端接入。如果没有指示或者指示为false，表示当前接入终端为一个普通5G用户终端
SO-NodeId：这个域指示在接入终端为SO-Node时，正在发起接入的SO-Node所对应的SO-NodeID。
根据本发明提供的一种基于5G的新型一体化基站自组织网方法，运用上述所述的基于5G的新型一体化基站自组织网系统执行如下步骤，如图7所示：
步骤S1：自组织网节点启动，自组织网节点广播SIB1标记本节点为自组织网节点；
步骤S2：下游自组织网节点开机后，下游自组织网节点中的自组织终端SO-MT开始搜索周围SSB最强并且标记为自组织网节点的小区，发起随机接入过程；
步骤S3：下游自组织终端SO-MT在RRCConnectionSetupComplete中指示当前接入终端为自组织网节点，并在RRCConnectionSetupComplete中上报下游自组织网节点对应的自组织网节点id；
步骤S4：下游自组织终端SO-MT所对应的上游节点中的SO-gNB将对应RRC连接是否为自组织网节点和自组织网节点id信息通知给上游节点的自组织核心网SO-5GC,上游节点的自组织核心网SO-5GC决定是否接受当前下游自组织终端SO-MT的连接请求；当上游节点的自组织核心网SO-5GC发现到达当前下游自组织网节点已经存在已知路由信息，则拒绝当前下游自组织终端SO-MT的请求；当不存在对应的路由信息，则允许连接建立；
步骤S5：当允许连接建立，上游节点的自组织核心网SO-5GC需要根据当前的无线资源使用情况，配置SO-link的QoS信息；
步骤S6：完成接入后，上游自组织基站SO-gNB标记对应的链路为SO-link并通知本节点的自组织路由模块，下游自组织终端SO-MT同时也通知本节点的自组织路由模块；收到通知的自组织路由模块开始广播本节点的路由信息给上游节点和下游节点进行路由信息更新；
步骤S7：全网更新路由信息，更新网络拓扑；
步骤S8：自组织网正常工作，当由新的节点接入时，则重复触发步骤S1至步骤S8。
具体地，所述SO-link的QoS信息包括：5QI、ARP、GBR、AMBR和BW。
实施例2
实施例2是实施例1的优选例
本发明可以在抢险救灾、野外救援、煤炭矿山、机场隧道和车载机动通信场景中实现，如图8所示。
该自组织网络中包含6个SO-node节点，每个节点之间通过SO-link(虚线)相互连接，同时每个节点还能提供本节点覆盖区域内的5G终端连接，成功的组织了一张多节点多终端的应急通信网络。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (8)

1.一种基于5G的新型一体化基站自组织网系统，其特征在于，包括：多个自组织网络节点通过自定义的自组织网空口进行连接，形成上下游关系，构成新型一体化基站自组织网系统；
所述自组织网络节点包括：自组织基站SO-gNB、自组织核心网SO-5GC以及自组织终端SO-MT；
所述自组织基站SO-gNB实现5G基站的功能包括集中单元和分布单元；
所述自组织核心网SO-5GC包括5G核心网，是一个完整的5G核心网；
所述自组织终端SO-MT是自组织5G终端，包含一个5G终端的完整功能；
每一个自组织网节点中的自组织终端SO-MT和另一个自组织网节点中的自组织基站SO-gNB进行连接，当前作为自组织终端SO-MT的自组织网节点称为作为另一个自组织基站SO-gNB的自组织网节点的子节点；另一个自组织基站SO-gNB的自组织网节点被称为作为自组织终端SO-MT的自组织网节点的父节点；
每个自组织终端SO-MT只会接入一个上游父节点，自组织基站SO-gNB能够接入多个下游子节点；
在自组织核心网SO-5GC中增加自组织路由模块，实现数据转发和路由管理功能；
所述数据转发采用：将所有从下游自组织终端SO-MT发送过来的IP包、从本地自组织终端SO-MT接收到的IP包和从本地自组织核心网SO-5GC需要发出的IP包都首先进入自组织路由模块，由自组织路由模块进行路由转发到对应的SO-link或者本地自组织核心网SO-5GC；
所述SO-link表示自组织网络节点之间的链路；
所述路由管理采用：每条SO-link建立之后，自组织路由模块负责将本地终端用户IP地址广播给下游和上游节点的对应的自组织路由模块，并依据收到广播路由信息更新本地路由表，供数据转发使用。
2.根据权利要求1所述的基于5G的新型一体化基站自组织网系统，其特征在于，所述新型一体化基站自组织网系统包括：多个自组织网络节点通过自定义的自组织网空口进行连接形成包括星型组网、链型组网和/或星链混合组网的新型一体化基站自组织网系统。
3.根据权利要求1所述的基于5G的新型一体化基站自组织网系统，其特征在于，自组织网节点采用5G标准的NR-Uu口进行连接。
4.根据权利要求1所述的基于5G的新型一体化基站自组织网系统，其特征在于，自组织基站SO-gNB和自组织核心网SO-5GC采用5G标准的NG接口连接；自组织核心网SO-5GC和自组织终端SO-MT采用标准的IP协议通信连接。
5.根据权利要求1所述的基于5G的新型一体化基站自组织网系统，其特征在于，所述数据转发采用：当自组织网节点有数据发送时，包括：本地5GC产生的数据需要发送到目标自组织网节点和本地自组织路由模块接收到的数据而数据目标不是本地5GC时，检查本地的路由表，找到对应的SO-link发送出去；
自组织网节点接收到数据，当数据发送至本地5GC时，则直接转发给本地5GC；当数据不是发送至本地5GC时，则将数据发送至自组织路由模块，由自组织路由模块找到相应的理由，通过SO-link发送出去。
6.根据权利要求1所述的基于5G的新型一体化基站自组织网系统，其特征在于，在5G标准上增加信令修改，增加IE实现SO-node的广播和通知功能。
7.一种基于5G的新型一体化基站自组织网方法，其特征在于，运用权利要求1至6任一权利要求所述的基于5G的新型一体化基站自组织网系统执行如下步骤：
步骤S1：自组织网节点启动，自组织网节点广播SIB1标记本节点为自组织网节点；
步骤S2：下游自组织网节点开机后，下游自组织网节点中的自组织终端SO-MT开始搜索周围SSB最强并且标记为自组织网节点的小区，发起随机接入过程；
步骤S3：下游自组织终端SO-MT在RRCConnectionSetupComplete中指示当前接入终端为自组织网节点，并在RRCConnectionSetupComplete中上报下游自组织网节点对应的自组织网节点id；
步骤S4：下游自组织终端SO-MT所对应的上游节点中的SO-gNB将对应RRC连接是否为自组织网节点和自组织网节点id信息通知给上游节点的自组织核心网SO-5GC,上游节点的自组织核心网SO-5GC决定是否接受当前下游自组织终端SO-MT的连接请求；当上游节点的自组织核心网SO-5GC发现到达当前下游自组织网节点已经存在已知路由信息，则拒绝当前下游自组织终端SO-MT的请求；当不存在对应的路由信息，则允许连接建立；
步骤S5：当允许连接建立，上游节点的自组织核心网SO-5GC需要根据当前的无线资源使用情况，配置SO-link的QoS信息；
步骤S6：完成接入后，上游自组织基站SO-gNB标记对应的链路为SO-link并通知本节点的自组织路由模块，下游自组织终端SO-MT同时也通知本节点的自组织路由模块；收到通知的自组织路由模块开始广播本节点的路由信息给上游节点和下游节点进行路由信息更新；
步骤S7：全网更新路由信息，更新网络拓扑；
步骤S8：自组织网正常工作，当由新的节点接入时，则重复触发步骤S1至步骤S8。
8.根据权利要求7所述的基于5G的新型一体化基站自组织网方法，其特征在于，所述SO-link的QoS信息包括：5QI、ARP、GBR、AMBR和BW。
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