CN114424617A - 蜂窝电信网络 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种平衡蜂窝电信网络中的负载的方法，蜂窝电信网络具有第一收发器、第二收发器、第一核心网络和多个用户设备UE，该方法包括：在第一非独立部署模式下将多个UE中的一个UE连接到第一收发器和第二收发器，在第一非独立部署模式中，UE与第一收发器传送控制平面业务和用户平面业务，而与第二收发器仅传送用户平面业务；监视第一收发器、第二收发器和第一核心网络中的一者或更多者的负载；判断负载是否满足触发阈值；如果负载满足触发阈值，则通过以下方式进行响应：在第二非独立部署模式下将UE连接到第一收发器和第二收发器，在第二非独立部署模式中，UE与第二收发器传送控制平面业务和用户平面业务，与第一收发器仅传送用户平面业务。
Description
技术领域
本发明涉及蜂窝电信网络。
背景技术
第五代蜂窝电信协议(“5G”)包括新的5G核心网络(“5GC”)和新的无线电接入协议(“新无线电”)。实现这些技术所需的新硬件和升级硬件需要大量资本投资。因此，第三代合作伙伴计划(3GPP)(负责定义这些协议的标准体)定义了5G的独立部署和非独立部署。独立部署需要实现5G核心网络和新无线电硬件二者并且都唯一地基于5G协议的用户平面和控制平面业务二者。这种部署(称为“选项2”)允许用户享受5G网络的全部优势。然而，由于它需要移动网络运营商(Mobile Network Operators，MNO)的大量前期资本支出，所有MNO更有可能使用一种或更多种非独立部署来为用户提供与其现有蜂窝网络和部分实现的5G网络二者的双连接，最终目标是将所有其现有蜂窝网络升级/替换为5G。
最常见的非独立部署形式(称为“选项3”)利用第四代(“4G”)蜂窝网络的演进分组核心(EPC)网络，该EPC网络连接到5G基站(通常称为“gNodeB”，用于下一代节点B)和4G基站(通常称为“eNodeB”，用于演进节点B)二者。这允许MNO实现5G新无线电，而无需支付实现5GC的费用。因此，该部署为用户设备(UE)提供双连接，该双连接同时提供4G无线电接入(例如，经由长期演进、“LTE”、无线电接入协议)和经由新无线电的5G无线电接入，其中，4G基站负责用户平面业务和控制平面业务，并且5G基站只负责用户平面业务。
非独立部署的另一种形式(称为“选项7”)利用连接到5G基站和4G基站二者的5GC。UE可以再次享受到4G和5G基站的双连接，并且进一步享受5GC的优势，其中，4G基站负责用户平面和控制平面业务，而5G基站只负责用户平面业务。
非独立部署的另一种形式(称为“选项4”)与选项7非常相似，并且包括连接到5G基站和4G基站二者的5GC，但不同之处在于5G基站负责用户平面和控制平面业务二者，而4G基站只负责用户平面业务。
在这些非独立部署中，基站被分类为主节点(MN)或辅节点(SN)，其中，MN是负责用户平面和控制平面二者的基站(因此充当朝向核心网络的移动锚点)，并且SN仅提供用于用户平面的附加资源。主小区组(MCG)也被定义为与MN相关联的一组小区，而辅小区组(SCG)被定义为与SN相关联的一组小区。下表总结了核心网、MCG和SCG在各个非独立部署场景中使用的各种协议：
| 核心网络 | MCG | SCG | |
| 选项3 | EPC | LTE | 新无线电 |
| 选项4 | 5GC | 新无线电 | LTE |
| 选项7 | 5GC | LTE | 新无线电 |
表1：5G的非独立部署中使用的协议
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种平衡蜂窝电信网络中的负载的方法，该蜂窝电信网络具有第一收发器、第二收发器、第一核心网络和多个用户设备UE，所述方法包括以下步骤：在第一非独立部署模式下将多个UE中的一个UE连接到所述第一收发器和所述第二收发器，在所述第一非独立部署模式中，所述UE与所述第一收发器传送控制平面业务和用户平面业务，而与所述第二收发器仅传送用户平面业务；监视所述第一收发器、所述第二收发器和所述第一核心网络中的一者或更多者的负载；判断所述负载是否满足触发阈值；以及如果所述负载满足所述触发阈值，则通过以下方式进行响应：在第二非独立部署模式下将所述UE连接到所述第一收发器和所述第二收发器，在所述第二非独立部署模式中，所述UE与所述第二收发器传送控制平面业务和用户平面业务，而与所述第一收发器仅传送用户平面业务。
根据本发明的第二方面，提供了一种用于蜂窝电信网络的网络节点，所述蜂窝电信网络具有第一收发器、第二收发器、第一核心网络和多个用户设备UE，其中，多个UE中的一个UE在第一非独立部署模式下连接到所述第一收发器和所述第二收发器，在所述第一非独立部署模式中，所述UE与所述第一收发器传送控制平面业务和用户平面业务，而与所述第二收发器仅传送用户平面业务，所述网络节点包括：处理器，所述处理器被配置为：监视所述第一收发器、所述第二收发器和所述第一核心网络中的一者或更多者的负载；判断所述负载是否满足触发阈值；并且如果所述负载满足所述触发阈值，则通过以下方式进行响应：在第二非独立部署模式下将所述UE连接到所述第一收发器和所述第二收发器，在所述第二非独立部署模式中，所述UE与所述第二收发器传送控制平面业务和用户平面业务，而与所述第一收发器仅传送用户平面业务。网络节点可以是第一收发器或第二收发器或核心网络节点。
蜂窝电信网络还可以包括第二核心网络，第一收发器和第二收发器都可以包括到第一核心网络和第二核心网络二者的回程连接，并且监视负载的步骤可以是第一收发器、第二收发器、第一核心网和第二核心网中的一者或更多者进行的，其中，在第一非独立部署模式下，UE可以经由第一收发器和第二收发器与第一核心网络进行通信，并且在第二非独立部署模式下，UE可以经由第一收发器和第二收发器与第二核心网络进行通信。
可以在UE与第一收发器之间使用第一通信协议，并且可以在UE与第二收发器之间使用第二通信协议。
可以在UE与第一核心网络之间使用第一通信协议，并且可以在UE与第二核心网络之间使用第二通信协议。
根据本发明的第三方面，提供了一种包括指令的计算机程序产品，当该程序由计算机执行时，使所述计算机执行本发明的第一方面的方法。计算机程序可以被存储在计算机可读数据载体上。
附图说明
为了可以更好地理解本发明，将参照附图仅以示例方式描述其实施方式，其中：
图1是本发明的蜂窝电信网络的第一实施方式的示意图；
图2是图1的网络的基站的示意图；
图3是本发明的方法的第一实施方式的网络的示意图，该示意图示出了处于第一状态的网络；
图4是图3的网络处于第二状态的示意图；以及
图5是图3和图4的方法的流程图。
具体实施方式
现在将参照图1至图2描述本发明的蜂窝电信网络1的第一实施方式。图1例示了第一基站10、第二基站20、第一核心网络30、第二核心网络40和多个用户设备(UE)50。第一基站10和第二基站20的相应覆盖区域由它们的包络椭圆表示，这例示了第一基站10的宏小区和第二基站20的小小区，其中，小小区在宏小区内。多个UE的子集位于第一基站10的宏小区和第二基站20的小小区内。多个UE的该子集中的每个UE都具有到第一基站10和第二基站20的双连接。
第一核心网络30包括4G蜂窝网络协议(在本实施方式中为LTE)的一个或更多个核心联网组件，诸如，移动管理实体(Mobility Management Entity，MME)、服务网关(ServingGateWay，SGW)和分组数据网络网关(Packet Data Network GateWay，PDN-GW)。第二核心网络40包括5G蜂窝网络协议的一个或更多个核心网络组件，诸如接入和移动功能(Accessand Mobility Function，AMF)、用户平面功能(User Plane Function，UPF)和认证服务器功能(Authentication Server Function，AUSF)。第一核心网络30和第二核心网络40二者都连接到部署管理功能100，这将在下面更详细地解释。
在图2中更详细地示出了第一基站10。第一基站10包括全部通过总线19连接的各自连接到相应天线的第一无线电接入通信接口11和第二无线电接入通信接口12、处理器13、存储器15、第一回程通信接口16和第二回程通信接口17。在本实施方式中，第一回程通信接口16通过有线连接(例如，光纤链路)连接到第一核心网络30，并且在本实施方式中，第二回程通信接口17也通过有线连接(例如，光纤链路)连接到第二核心网络40。
第一通信接口11和相应的天线被配置为经由第一无线电接入协议进行通信，而第二通信接口12和相应的天线被配置为经由第二无线电接入协议进行通信。在本实施方式中，第一无线电接入协议是由第三代合作伙伴计划(3GPP)指定的第四代(4G)蜂窝网络协议，通常称为“长期演进”(LTE)，诸如，3GPP版本8、9、10、11、12、13或14。此外，在本实施例中，第二无线接入协议是3GPP规定的第五代(5G)蜂窝网络协议，诸如，3GPP版本15(或任何被视为5G蜂窝网络协议的后续版本)。处理器13、存储器15和总线19还被配置为促进用于这些第一蜂窝联网协议和第二蜂窝联网协议二者的通信。
第一基站10可以利用第一无线接入通信接口11、第二无线接入通信接口12、第一回程通信接口16和第二回程通信接口17的任意组合，使得存在四种操作模式：
1.回程：LTE，无线电接入：LTE；
2.回程：5G。无线电接入：LTE(在该模式下，第一基站10被配置为3GPP版本15的增强型LTE eNodeB)；
3.回程：LTE，无线电接入：5G；以及
4.回程：5G，无线电接入：5G。
此外，第一基站10被配置为针对不同的UE实现不同的操作模式，诸如，针对多个UE中的第一UE的第一操作模式、针对多个UE中的第二UE的第二操作模式等。
第二基站20与第一基站10基本相似，因此也被配置为以上面定义的四种操作模式中的任何一种工作。然而，由于第二基站20具有显著更小的覆盖区域(在本实施方式中)，第二基站的配置设置可能不同(例如，发射功率可能显著低)。
现在将参照图3至图5描述本发明的方法的第一实施方式。图3例示了处于第一状态的蜂窝电信网络1，在所述第一状态中，蜂窝电信网络的所有设备都使用非独立部署选项7(为简单起见仅示出了两个UE)。因此，第一基站10对于UE子集的所有UE根据第二操作模式(利用根据5G工作的第二回程通信接口17和根据LTE工作的第一无线电接入通信接口11)工作，并且第二基站20针对UE子集的所有UE根据第四操作模式(利用5G无线电接入和回程通信接口二者)工作。此外，第一基站10作为主节点(MN)工作，因此向UE子集提供用户平面和控制平面功能二者，而第二基站20作为辅节点(SN)工作，因此提供仅向UE子集提供用于用户平面的附加资源。
在本实施方式的方法的第一步骤(步骤S1，如图5的流程图所示)中，第一基站10和第二基站20以及第二核心网络40监视它们相应的负载并向部署管理功能100报告表示它们监视的负载的值。在本实施方式中，第一基站10和第二基站20的负载是基于已使用的物理资源块(Physical Resource Blocks，PRB)的数量相比于可用PRB的数量的。此外，在本实施方式中，第二核心网络40的负载是基于以下中的一项或更多项的：
·一个或更多个(例如，多个的平均)核心网络节点的每周期的处理器浮点计算值(Processor flops per cycle)；
·订户的数量；
·支持的服务类型；
·同时连接的数量；以及
·每个软件或硬件组件的故障。
在步骤S3中，部署管理功能100将所监视的第一基站10的负载、所监视的第二基站20的负载和所监视的第二核心网络40的负载与负载阈值进行比较。负载阈值分别代表第一基站10、第二基站20和第二核心网络40的最大允许负载，并且可以由移动网络运营商(Mobile Network Operator，MNO)单独配置。在本示例中，基站的负载阈值是基于超过可用PRB的预定百分比(例如，50％、60％、70％、80％或90％)的已使用的PRB的数量的，并且可以进一步要求在预定时间段(例如，1分钟、5分钟、10分钟)内满足该标准。在本示例中，第二核心网络40的阈值是任何核心网络节点超过其最大值的预定百分比(例如，50％、60％、70％、80％或90％)的每周期的浮点计算值，并且可以进一步要求在预定时间段(例如，1分钟、5分钟、10分钟)内满足该标准。
在本实施方式的第一示例中，所监视的第一基站10的负载超过其负载阈值，而所监视的第二基站20的负载和所监视的第二核心网络40的负载小于它们相应的负载阈值。作为响应，部署管理功能100将一个或更多个UE从它们当前的部署选项切换到新的部署选项，以便平衡网络1中的负载。因此，在步骤S5中，部署管理功能100向第一基站10、第二基站20和第二核心网络40发送部署配置请求，所述部署配置请求识别要切换的UE子集中的每个UE以及每个UE的新部署选项(在本实施方式中为选项4)。部署管理功能100基于UE的当前消耗、配置参数(如在第二核心网络40中记录的)以及UE消耗的服务的数量/类型来识别要切换的UE子集中的特定UE。
在步骤S7中，第一基站10、第二基站20和第二核心网络40均利用确认消息对部署配置请求进行响应。然后判断是否所有确认消息都指示接受部署配置请求。如果不是，则处理循环结束并返回步骤S1。在该示例中，确认消息向部署管理功能100指示所有UE都接受配置。在步骤S9中，在接收到肯定确认消息时，部署管理功能100向第一基站10发送部署配置触发消息，该部署配置触发消息触发针对所有UE的所识别的部署选项(选项4)的配置改变。
在步骤S11中，在接收到部署配置触发消息时，第一基站10向第二核心网络40发送第一重配置消息，第一重配置消息指示第二核心网络40经由第二基站20开始为UE子集中的一个或更多个UE传送控制业务。作为响应，第二核心网络40与第二基站20建立所需的逻辑链路(诸如，通过使用与使用选项4部署在基站与核心网络之间标准化的相同处理)。一旦建立，第二核心网络40就向第一基站10发送第一重配置确认消息，该第一重配置确认消息指示指令已经被执行。
在接收到第一重配置确认消息时，第一基站10向UE子集中的一个或更多个UE发送第二重配置消息(在该示例中，RRC重配置消息)，该第二重配置消息通知一个或更多个UE中的每一者控制消息将经由第二基站20而不是第一基站10被发送。作为响应，一个或更多个UE中的每一者建立与第二核心网络40的链路(诸如，通过使用与使用选项4部署在UE与核心网络之间标准化的相同处理)。一旦建立，一个或更多个UE中的每一者向第一基站10和第二基站20发送第二重配置确认消息。第二基站20将该消息转发给第二核心网络40。
在该重配置之后，网络1处于如图4所示的第二状态，其中，UE子集中的一个或更多个UE使用选项4部署(使得对于这些UE来说，第二基站20是MN并且第一基站10是SN)，而UE子集中的剩余UE使用选项7部署(使得对于这些剩余UE来说，第一基站10是MN并且第二基站20是SN)。因此，先前由第一基站10处理的控制业务中的一些现在由第二基站20处理，从而减少了第一基站10上的负载。
然后，该处理循环回到步骤S1(可选地，通过延迟计时器)，使得每个基站反复地监视并报告其负载。因此，该处理基于网络中的每个基站的当前负载在部署选项之间动态地切换。
存在可以切换用于UE子集的部署选项以便平衡蜂窝网络中的负载的进一步场景。例如：
1.蜂窝网络1初始针对所有UE使用选项3部署(使得第一基站10是MN并且第二基站20是SN)，并且部署管理功能100确定第一基站10过载。作为响应，UE子集被切换到选项4部署，使得对于这些UE来说，第二基站20是MN并且第一基站10是SN。同样，先前由第一基站10处理的这些UE的控制业务现在由第二基站20处理，从而减少了第一基站10的负载。
2.蜂窝网络1初始针对所有UE使用选项4部署(使得第二基站20是MN并且第一基站是SN)，并且部署管理功能100确定第二基站10过载。作为响应，UE子集切换到选项7部署，使得对于这些UE来说，第一基站10是MN并且第二站20是SN。因此，先前由第二基站10处理的这些UE的控制业务现在由第一基站10处理，从而减少了第二基站20的负载。此外，部署管理功能100也可以通过切换到选项3部署来进行响应，这将具有相同的效果，但进一步要求这些UE使用第一核心网络30而不是第二核心网络40。
3.蜂窝网络1初始针对所有UE使用选项7或选项4部署(使得第一基站10和第二基站20使用它们到第二核心网络40的相应回程)，并且部署管理功能100确定第二核心网络40过载。作为响应，UE子集被切换到选项3部署，使得第一基站10和第二基站20针对这些UE使用它们到第一核心网络30的相应回程。这减少了第二核心网络40上的负载。
4.蜂窝网络1初始针对所有UE使用选项3部署(使得第一基站10和第二基站20使用它们到第一核心网络30的相应回程)，并且部署管理功能100确定第一核心网络30过载。作为响应，UE子集被切换到选项7或选项4部署，使得第一基站10和第二基站20针对这些UE使用它们到第二核心网络40的相应回程。这减少了第一核心网络30上的负载。
因此，本发明提供一种通过响应于满足基于负载的触发条件而使一个或更多个UE在非独立部署选项之间动态切换来在MN与SN之间以及在核心网络之间进行负载平衡的方法。这提高了系统的整体效率，允许将更多资源用于用户平面业务。
在上述实施方式中，该方法是在可经由任一核心网络访问的部署管理功能中实现的。然而，本领域技术人员将理解这不是必需的并且该方法例如可以是分布式的。在分布式布置中，每个节点可以监视其负载并且响应于所监视的负载超过阈值而触发到其它节点的部署配置请求消息。在其它节点接受之后，可以为UE子集重配置网络以使用不同的部署选项。此外，本领域技术人员将理解，集中式版本不必在专用节点中实现(部署管理功能)，而是可以在第一基站、第二基站或者第一核心网络或第二核心网络的节点中的一者中实现。
在集中式或分布式布置中，节点可以使用专用消息或通过现有消息的新信息元素(Information Element，IE)进行通信。
在上面的示例中，在所有UE的子集被切换到另选部署选项之前，网络最初针对所有UE实施单个部署选项。然而，本领域技术人员将理解，当网络使用跨UE的部署选项的混合时，可以应用本发明的实施方式的方法。例如，如果UE的第一子集使用选项7而UE的第二子集使用选项4，则响应于部署管理功能确定第一基站过载，网络可以将第一子集中的UE从选项7切换到选项4，从而减少第一基站上的负载。
本领域技术人员还将理解，网络包括两个基站以向多个UE提供双连接不是必需的。也就是说，网络可以包括具有多个发射器的单个基站，其中，UE可以驻留在这些发射器中的一个以上的覆盖区域内。
不止一个节点具有超过阈值的负载也是有可能的，这可能会影响对新的部署模式的决策。例如，如果开始场景是所有UE使用选项7部署(其中，控制业务经由第一基站发送，并且第一基站和第二基站使用到第二核心网络的回程连接)并且所监视的第一基站的负载和所监视的第二核心网络的负载二者超过相应的阈值，则UE子集可以切换到选项3部署，在所述选项3部署中，控制业务经由第二基站发送，并且第一基站和第二基站使用到第一核心网络的回程连接。
在上述实施方式中，部署管理功能100识别了将切换其部署选项的特定UE。但是，这不是必需的。在另选布置中，部署管理功能100可以任意地识别UE子集中的UE，并且然后在部署选项切换之后监视网络中的负载，如果负载仍然超过阈值，则识别UE子集中的另外UE要切换。该处理可以反复地操作，直到负载下降到相关阈值以下。
本领域技术人员将理解，特征的任何组合在本发明的范围内都是可能的，如所要求保护的。
Claims (11)
1.一种平衡蜂窝电信网络中的负载的方法，所述蜂窝电信网络具有第一收发器、第二收发器、第一核心网络和多个用户设备UE，所述方法包括以下步骤：
在第一非独立部署模式下将所述多个UE中的一个UE连接到所述第一收发器和所述第二收发器，在所述第一非独立部署模式中，所述UE与所述第一收发器传送控制平面业务和用户平面业务，而与所述第二收发器仅传送用户平面业务；
监视所述第一收发器、所述第二收发器和所述第一核心网络中的一者或更多者的负载；
判断所述负载是否满足触发阈值；以及
如果所述负载满足所述触发阈值，则通过以下方式进行响应：
在第二非独立部署模式下将所述UE连接到所述第一收发器和所述第二收发器，在所述第二非独立部署模式下，所述UE与所述第二收发器传送控制平面业务和用户平面业务，而与所述第一收发器仅传送用户平面业务。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述蜂窝电信网络还包括第二核心网络，所述第一收发器和所述第二收发器二者都包括到所述第一核心网络和所述第二核心网络二者的回程连接，并且监视所述负载的步骤是所述第一收发器、所述第二收发器、所述第一核心网和所述第二核心网中的一者或更多者进行的，其中，在所述第一非独立部署模式下，所述UE经由所述第一收发器和所述第二收发器与所述第一核心网络进行通信，并且在所述第二非独立部署模式下，所述UE经由所述第一收发器和所述第二收发器与所述第二核心网络进行通信。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述UE与所述第一收发器之间使用第一通信协议，而在所述UE与所述第二收发器之间使用第二通信协议。
4.根据权利要求2或从属于权利要求2的权利要求3所述的方法，其中，在所述UE与所述第一核心网络之间使用第一通信协议，而在所述UE与所述第二核心网络之间使用第二通信协议。
5.一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括指令，当所述程序由计算机执行时，所述指令使所述计算机执行根据前述权利要求中任一项所述的方法。
6.一种计算机可读数据载体，在所述计算机可读数据载体上存储有根据权利要求5所述的计算机程序。
7.一种用于蜂窝电信网络的网络节点，所述蜂窝电信网络具有第一收发器、第二收发器、第一核心网络和多个用户设备UE，其中，所述多个UE中的一个UE在第一非独立部署模式下连接到所述第一收发器和所述第二收发器，在所述第一非独立部署模式下，所述UE与所述第一收发器传送控制平面业务和用户平面业务，而与所述第二收发器仅传送用户平面业务，所述网络节点包括：
处理器，所述处理器被配置为：
监视所述第一收发器、所述第二收发器和所述第一核心网络中的一者或更多者的负载；
判断所述负载是否满足触发阈值；以及
如果所述负载满足所述触发阈值，则通过以下方式进行响应：
在第二非独立部署模式下将所述UE连接到所述第一收发器和所述第二收发器，在所述第二非独立部署模式下，所述UE与所述第二收发器传送控制平面业务和用户平面业务，而与所述第一收发器仅传送用户平面业务。
8.根据权利要求7所述的网络节点，其中，所述蜂窝电信网络还包括第二核心网络，所述第一收发器和所述第二收发器二者都包括到所述第一核心网络和所述第二核心网络二者的回程连接，并且所述处理器还被配置为监视所述第二核心网络的负载，其中，在所述第一非独立部署模式下，所述UE经由所述第一收发器和所述第二收发器与所述第一核心网络进行通信，并且在所述第二非独立部署模式下，所述UE经由所述第一收发器和所述第二收发器与所述第二核心网络进行通信。
9.根据权利要求7至8中任一项所述的网络节点，其中，在所述UE与所述第一收发器之间使用第一通信协议，而在所述UE与所述第二收发器之间使用第二通信协议。
10.根据权利要求8或从属于权利要求8的权利要求9所述的方法，其中，在所述UE与所述第一核心网络之间使用第一通信协议，而在所述UE与所述第二核心网络之间使用第二通信协议。
11.根据权利要求7至10中任一项所述的网络节点，所述网络节点是所述第一收发器或所述第二收发器。
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