CN114866373B - 通过卫星通信链路与基站对接的融合网关 - Google Patents

通过卫星通信链路与基站对接的融合网关 Download PDF

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Abstract

本公开描述了一种通过卫星通信链路与基站对接的融合网关，包括基站通信模块、基站识别模块、PDCP上层协议栈模块以及分发模块，基站通信模块接收来自卫星通信链路通信多个基站发送的上行通信信息并将上行通信信息发送至基站识别模块，接收来自分发模块的下行通信信息并向多个基站发送相应的核心网的下行通信信息；将上行通信信息发送给PDCP上层协议栈模块；PDCP上层协议栈模块处理上行通信信息中的非实时部分；分发模块将上行通信信息发送到相应的核心网，接收多个核心网反馈的不同基站所需的下行通信信息，并发送至基站通信模块。本公开可处理多个远洋环境下分属不同运营商的多个基站的通信信息分发，节省了设置多个网关的成本。

Description

通过卫星通信链路与基站对接的融合网关
本申请的申请日为2021年3月18日、申请号为202110290159.1、发明名称为远洋移动通信的融合网关的专利申请的分案申请。
技术领域
本公开涉及移动通信领域，具体涉及一种通过卫星通信链路与基站对接的融合网关。
背景技术
在陆地移动通讯未能覆盖的区域，例如航行在海洋上的远洋货轮、客轮或者海洋作业船/平台上，对外通信的主要手段卫星通信。一种是实现语音通话的卫星电话，一种是采用卫星通信装置将卫星传输带宽转换为无线保真(Wireless Fidelity：WIFI)信号，供深处远洋环境中的用户实现通信功能。直接采用卫星电话需要的卫星通信装置通过比较昂贵，通过卫星回传将卫星传输带宽转成WIFI信号相对比较方便，但是只能使用数据业务，不能实现高质量保证的运营商商用制式的通信服务。
在远洋环境中布置移动基站形成移动网络覆盖，使得用户能使用运营商提供的商用制式的移动通信服务，可以实现高质量通信服务。但是基于运营商的管理及技术模式，只会考虑自己单家运营商的覆盖效果，所以只能对接自己的核心网，能够接入的通信终端也限制为该运营商的单一的类型。
发明内容
本公开是有鉴于上述现有技术的状况而提出的，其目的在于提供一种能对接不同运营商的多个基站和核心网的远洋移动通信的融合网关。
为此，本公开提供了一种远洋移动通信的融合网关，包括基站通信模块、基站识别模块、分组数据汇聚协议(Packet Data Convergence Protocol：PDCP)上层协议栈模块以及分发模块，其中所述基站通信模块接收来自卫星通信链路通信连接远洋环境中的不同运营商的多个基站发送的上行通信信息并将所述上行通信信息发送至所述基站识别模块，所述基站通信模块接收来自所述分发模块的下行通信信息并向所述多个基站发送相应的核心网的下行通信信息。所述基站识别模块基于所述上行通信信息识别发送所述上行通信信息的基站为只配备处理实时部分的底层协议的分布式基站时，将所述上行通信信息发送给所述PDCP上层协议栈模块；所述基站识别模块基于所述上行通信信息识别发送所述上行通信信息的基站为配备完整协议的一体化基站时，将所述上行通信信息发送给所述分发模块。所述PDCP上层协议栈模块接收来自所述基站识别模块的所述上行通信信息，处理所述上行通信信息中的非实时部分以获得目标上行通信信息，并将所述目标上行通信信息发送给所述分发模块。所述分发模块连接所述多个基站各自所属的核心网，所述分发模块基于接收的所述目标上行通信信息或来自所述基站通信模块的所述上行通信信息中的公用陆地移动网(Public Land Mobility Network：PLMN)标识符，将所述目标上行通信信息或所述上行通信信息发送到相应的核心网，所述分发模块接收多个核心网反馈的不同基站所需的下行通信信息，并将所述下行通信信息发送至所述基站通信模块。
在本公开所涉及的融合网关中，PDCP上层协议栈模块能够处理来自基站的通信信息中的非实时部分，能和处理实时部分的基站底层协议栈无缝对接，降低了基站的负荷。分发模块能区分基站所属的不同运营商进行通信信息的上行下行分发，使得在远洋环境中能够使用多个运营商的多种制式的移动终端设备，而不用刻意限制于使用某种制式的移动终端设备而改变使用习惯，能够像在移动网络覆盖的陆地环境中一样使用各种移动设备进行通信。融合网关还能够处理多个远洋环境下的不同运营商的多个基站的上下行通信数据的分发，从而节省了设置多个网关的成本。
另外，在本公开所涉及的融合网关中，可选地，所述PDCP上层协议栈模块包括移动通信基站协议栈中分组数据汇聚协议层及以上的协议层。在这种情况下，融合网关通过配备高层协议，具备了处理通信信息中非实时部分的能力，从而可与仅配备底层协议的分布式基站对接。
另外，在本公开所涉及的融合网关中，可选地，所述PDCP上层协议栈模块还包括无线资源控制协议层。
另外，在本公开所涉及的融合网关中，可选地，所述融合网关根据所述基站发送的初始建链请求消息中携带的基站类型判断所述基站为所述分布式基站或者为所述一体化基站。在这种情况下，融合网关能够与不同类型的基站进行灵活对接，由此增加了基站对接的适应性。
另外，在本公开所涉及的融合网关中，可选地，还包括在公网侧对通信信息进行加密保护并将所述通信信息通过安全隧道进行传输的安全模块。由此，在对接不同运营商的多个基站或核心网的某段承载网是基于公网传输的情况下，安全模块能够增加安全性。
另外，在本公开所涉及的融合网关中，可选地，所述分发模块基于所述多个基站各自所属的核心网侧的用户数据链路资源标识区分所述多个基站各自所属的运营商。
另外，在本公开所涉及的融合网关中，可选地，所述分发模块基于所述多个基站侧的用户数据链路资源标识区分所述多个基站各自所属的运营商。
另外，在本公开所涉及的融合网关中，可选地，所述多个基站各自所属的核心网侧的用户数据链路资源标识与所述多个基站侧的用户数据链路资源标识关联映射。
另外，在本公开所涉及的融合网关中，可选地，所述远洋环境包括远洋航行的船舶或海上作业平台。
此外，在本公开所涉及的融合网关中，可选地，所述多个基站包括若干个分立的不同运营商的多个基站和/或集成若干个不同运营商的多公用陆地移动网配置基站。
根据本公开提供的远洋移动通信的融合网关，能够以一台融合网关对接多个远洋环境下的多个运营商的基站和核心网，成本较低地实现向基站所属核心网的通信信息的上行分发和向对应基站的通信信息的下行分发。
附图说明
现在将仅通过参考附图的例子进一步详细地解释本公开，其中：
图1是示出了本公开的示例所涉及的远洋环境下的移动通信系统的结构框图。
图2是示出了本公开的示例所涉及的融合网关的结构框图。
图3是示出了本公开的示例所涉及的PDCP上层协议栈模块的结构框图。
图4是示出了本公开的示例所涉及的远洋移动通信的网络拓扑图。
图5是示出了本公开的示例所涉及的远洋移动通信的流程图。
具体实施方式
以下，参考附图，详细地说明本公开的优选实施方式。在下面的说明中，对于相同的部件赋予相同的符号，省略重复的说明。另外，附图只是示意性的图，部件相互之间的尺寸的比例或者部件的形状等可以与实际的不同。
需要说明的是，本公开中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，例如所包括或所具有的一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可以包括或具有没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
另外，在本公开的下面描述中涉及的小标题等并不是为了限制本公开的内容或范围，其仅仅是作为阅读的提示作用。这样的小标题既不能理解为用于分割文章的内容，也不应将小标题下的内容仅仅限制在小标题的范围内。
图1是示出了本公开的示例所涉及的远洋环境下的移动通信系统1的结构框图。如图3所示，在一些示例中，本公开的示例所涉及的移动通信系统1可以包括：远洋环境下的不同运营商的多个基站10、卫星通信链路20、融合网关30以及多个基站10所属的核心网40。融合网关30一方面通过卫星通信链路20与基站10对接，另一方面与核心网40对接。
在一些示例中，远洋环境可以包括远洋航行的船舶、海上作业平台，例如大型集装箱船舶、游轮、油轮、海上石油钻探平台等。但本公开中的远洋环境是示例性的，不限于此，还可以是移动网络不能覆盖的区域，例如陆地当中非常荒凉的作业地区、沙漠区域等。
在一些示例中，运营商可以包括中国移动、中国联通和中国电信等。制式可以包括第二代移动通信(2nd Generation:2G)的全球移动通信系统(Globe System for MobileCommunications:GSM)、码分多址(Code Division Multiple Access：CDMA)1X，第三代移动通信(3rd Generation：3G)的时分同步码分多址(Time Division-Synchronous CodeDivision Multiple Access：TD-SCDMA)、宽带码分多址(Wide-band CDMA：WCDMA)、演进数据优化/演进纯数据(Evolution-Data Optimized/Evolution-Data Only：EV-DO)，第四代移动通信(4th Generation：4G)的时分长期演进(Time Division Long term Evolution：TD-LTE)、频分双工长期演进(Frequency Division Duplex Long term Evolution:FDD-LTE)，以及第五代移动通信(5th Generation：5G)的新空口(New Radio:NR)。
在一些示例中，基站10可以是不同运营商安装在远洋环境中的常规移动通讯基站，例如安装在远洋船舶上的基站。在一些示例中，不同运营商的多个基站10可以是不同运营商的不同制式、不同频段的分立基站。在另一些示例中，基站10也可以是多PLMN配置的基站，即多运营商配置的集成基站。基站10可以是仅配置处理实时部分的底层协议的分布式基站，也可以是配置完整协议的一体化基站。基站10可以对接相应运营商的UE。
在一些示例中，如图1所示，卫星通信链路20可以包括远洋卫星通信装置21、通信卫星22、地面卫星通信装置23。在一些示例中，远洋卫星通信装置21、通信卫星22以及地面卫星通信装置23可以是常规的卫星通信设备，其中远洋卫星通信装置21和地面卫星通信装置23可以包括卫星路由器和天线。
图2是示出了本公开的示例所涉及的融合网关30的结构框图。在一些示例中，如图2所示，本公开的示例所涉及的融合网关30可以包括基站通信模块31和分发模块32。在一些示例中，基站通信模块31可以和卫星通信链路20通信连接，接收来自于基站10发往核心网40的上行通信信息，也可以将来自于核心网40通过分发模块32传送的下行通信信息发往基站10。
在一些示例中，分发模块32可以对分别来自于多个远洋环境中不同运营商的多个基站10通过卫星链路20向基站10所属的核心网40传送的上行通信信息进行汇聚分发，还可对基站10各自所属的核心网40分别向多个远洋环境中不同运营商的多个基站10传送的下行通信信息进行汇聚分发。在一些示例中，分发模块32可以根据上行通信信息和下行通信信息区分不同运营商的多个基站10和其各自所属的运营商，将上行通信信息由该不同运营商的多个基站10发送至其所属的核心网40，将下行通信信息由所属的核心网40发送至不同运营商的多个基站10。
在一些示例中，在UE注册阶段，融合网关30和核心网40可以给UE分配相应的两个ID，即GW-UEID和CN-UEID。其中GW-UEID可以作为融合网关30识别UE的标识，而CN-UEID可以作为核心网40识别UE的标识。在一些示例中，在控制层面，融合网关30可以通过ENB-UEID关联到基站10和UE，通过CN-UEID关联到核心网40。
在一些示例中，在UE发起上行通信信息的数据业务请求阶段，融合网关30根据UE携带的ID转发到核心网40，核心网40通知融合网关30分配核心网侧的用户数据链路资源标识GW-TEID。融合网关30分配基站侧的用户数据链路资源标识ENB-TEID，并通知基站10分配好相应的无线链路承载(Radio Bearer：RB)资源。在一些示例中，在用户数据层面，融合网关30可以将GW-TEID作为汇聚分发到核心网侧的标识，将ENB-TEID作为基站10和UE的标识，二者关联映射。
在一些示例中，如图2所示，融合网关30还可以包括基站识别模块33和PDCP上层协议栈模块34。基站识别模块33可以连接基站通信模块31，对基站10通过卫星通信链路20传送的上行通信信息进行识别，融合网关30根据基站10发送的初始建链请求消息中携带的基站类型来判断基站10为分布式基站还是一体化基站。当识别基站10中的基站为分布式基站时，将该基站发送的上行通信信息传送到PDCP上层协议栈模块34处理。当识别基站10中的基站为一体化基站时，则直接将该基站发送的上行通信信息传送到分发模块32处理。在这种情况下，融合网关30可以根据对接的基站类型来决定其上行通信信息是否需要经过PDCP上层协议栈34处理，由此增加了对接基站的适应性。
图3是示出了本公开的示例所涉及的PDCP上层协议栈模块34的结构框图。参见图3，在一些示例中，PDCP上层协议栈模块34处理上行通信信息中的非实时部分后形成目标上行通信信息，并发送分发模块32。PDCP上层协议栈模块34可以包括移动通信基站协议栈中PDCP341及以上的高层协议，例如无线资源控制342(Radio Resource Control：RRC)。在这种情况下，融合网关30可以和处理实时性部分的基站底层协议栈无缝对接。在一些示例中，融合网关30可以与只配置底层协议栈的基站对接，例如与分布式基站对接，在这种情况下，PDCP上层协议栈模块34处理上行通信信息中的非实时部分，而基站只处理实时部分，减轻了基站的负荷。在一些示例中，融合网关30可以与配置完整协议栈的基站对接，例如一体化基站，在这种情况下，上行通信信息直接传送到分发模块32。
在一些示例中，如图2所示，融合网关30还包括在公网侧对通信信息进行加密保护并将通信信息通过安全隧道进行传输的安全模块35，由此可增加对接公网时的信息安全性。
在一些示例中，如图1所示，本公开所涉及的远洋环境下的移动通信系统1还可包括汇聚交换机50。汇聚交换机50可以对接基站10和卫星通信链路20，汇接接入层的用户流量，进行数据分组传输的汇聚、转发和交换。
在一些示例中，如图1所示，本公开所涉及的远洋环境下的移动通信系统1还可包括承载网60。承载网60可以连接卫星通信链路20和融合网关30，用于传送各种语音和数据业务，可以是专用网络或公共网络。
图4是示出了本公开的示例所涉及的远洋移动通信的网络拓扑图。图4以两个UE、两个运营商基站和其所属核心网为例来说明本公开的工作原理。这两个运营商分别为运营商1和运营商2，该两个UE分别属于这两个运营商。
在一些示例中，基站10可以包括分立的运营商1的基站11和运营商2的基站12。在一些示例中，基站11可以配置为具有完整协议栈的一体化基站，基站12可以配置为具有底层协议栈的分布式基站。
在一些示例中，核心网40包括属于运营商1的核心网41和属于运营商2的核心网42。
在一些示例中，UE70包括属于运营商1的UE71和属于运营商2的UE72，UE71接入基站11，UE72接入基站12。
在一些示例中，如图4所示，在基站10侧，基站11和基站12可以通过卫星链路20和融合网关30预先建立好各自的信令链路，信令链路可以PLMN和CELLID来区分不同的基站，并作为下行信令消息分发到不同基站的依据，同时预留好相应的用户数据链路资源。
在一些示例中，如图4所示，在核心网40侧，融合网关30分别与核心网41和核心网42预先建立各自的信令链路，该信令链路以PLMN来区分不同的核心网，并作为上行信令消息分发到不同核心网的依据，同时预留相应的用户数据链路资源。
在一些示例中，如图4所示，在UE70侧，UE71、UE72以及基站11和基站12可以是远洋轮船上的设备。由于基站11为一体化基站，与其对接时，融合网关30的基站通信模块31将基站11发送的上行通信信息发送到基站识别模块33，基站识别模块33基于上行通信信息识别基站11为一体化基站，则直接将上行通信信息发送到分发模块32，分发模块32根据上行通信信息识别基站11属于核心网41，将上行通信信息发送到核心网41。基站12为分布式基站，与其对接时，融合网关30的基站通信模块31将基站12发送的上行通信信息发送到基站识别模块33，基站识别模块33基于上行通信信息识别基站12为分布式基站，将上行通信信息发送到PDCP上层协议栈模块34，该上行通信信息经过PDCP上层协议栈模块34处理非实时部分的协议后，形成目标上行通信信息再发往分发模块32，分发模块32识别基站12属于核心网42，将该目标上行通信信息发往核心网42。
以下以UE71为例说明其接入核心网41的过程。
在一些示例中，参见图4，UE71发起上行注册请求，基站11会给UE71分配ENB-UEID(作为基站识别UE的标识)，并通过和融合网关30预先建立好的信令链路转发给融合网关30。融合网关30根据请求消息携带的ENB-UEID和PLMN信息，根据PLMN找到对应核心网，即核心网41，通过预先建立好的信令链路，发送到核心网41的控制节点，实现UE71的注册。
在一些示例中，融合网关30和核心网41可以给UE71分配相应的两个ID，即GW-UEID和CN-UEID。其中GW-UEID可以作为融合网关30识别UE71的标识，而CN-UEID可以作为核心网41识别UE71的标识。在一些示例中，在控制层面，融合网关30可以通过ENB-UEID关联到基站11和UE71，通过CN-UEID关联到核心网41，并分配基站侧和核心网侧的传输资源。然后融合网关30可以将下行响应消息通过卫星通信链路20回传发送到基站11，基站11再通过空口发送到UE71。
在一些示例中，UE71注册成功后，可以发起上行数据业务请求，融合网关30根据UE71携带的ID转发到核心网41，核心网41通知融合网关30分配核心网侧的用户数据链路资源GW-TEID。融合网关30分配基站侧的用户数据链路资源ENB-TEID，并通知基站11分配好相应的无线链路承载(Radio Bearer：RB)资源。在一些示例中，在用户数据层面，融合网关30可以将GW-TEID作为汇聚分发到核心网侧的标识，将ENB-TEID作为基站和UE的标识，二者关联映射。
在一些示例中，参见图4，用户链路数据资源就绪后，UE71可以发送用户数据到基站11，再通过卫星通信链路20传送到融合网关30。融合网关30根据ENB-TEID和GW-TEID的映射关系，将用户数据分发到相应的核心网数据节点(图未示)。而核心网数据节点可以通过外网接口访问公网，同时接收公网的响应数据，并且转发到融合网关30，融合网关30可以将下行响应数据通过卫星通信链路20回传转发到基站11和UE71。
在一些示例中，基站11、基站12和UE71、UE72的行为和陆地上基站和UE行为没有差别，可以通过相应核心网实现无缝对接。
参见图5，图5是示出了本公开的示例所涉及的远洋移动通信的流程图。图5以图4所示的网络拓扑为基础，示出UE71和陆地室外UE(图未示)发送微信消息的流程。
在一些示例中，为描述方便，UE71可以为微信消息的发起方，本公开的示例所涉及的远洋通信的流程包括：UE注册(步骤S101)；发起业务请求(步骤S102)；寻呼响应(步骤S103)；数据传送(步骤S104)。
在步骤S101中，UE71如上所述，向基站11、融合网关30和核心网41发起注册。在一些示例中，陆地室外UE也属于核心网41，则如同UE71一样向所属的基站、融合网关30和核心网41发起注册。在另一些实施例中，陆地室外UE属于另外的核心网，例如核心网42，则需按照类似流程向其核心网42注册。
在步骤S102中，UE71可以通过基站11发起业务请求，通过卫星通信链路20(参见图4)接入融合网关30。融合网关30根据UEID和PLMN信息转发到相应的核心网，即核心网41。在一些示例中，陆地室外UE和UE71属于同一核心网，即核心网41，则核心网41发起寻呼，通过陆地基站转发到陆地室外UE(图未示)。在另一些示例中，陆地室外UE和UE71不在同一核心网，例如陆地室外UE属于核心网42，则进行核心网41和42间的通信，按照常规的标准流程进行交互。
在步骤S103中，陆地室外UE收到寻呼，进行响应，并由其所属的核心网和陆地基站(图未示)分配好陆地室外UE所需的数据链路资源。核心网41通知融合网关30建立好核心网侧数据链路资源GW-TEID，而融合网关30和基站11建立好基站侧数据链路资源ENB-TEID，并通知基站11准备好无线链路资源。
在步骤S104中，UE71发送微信消息给陆地室外UE，其数据通过基站11接收并通过卫星通信链路20转发到融合网关30。融合网关30根据已有的数据链路映射关系，分发到相应的核心网，即核心网81，在一些示例中，陆地室外UE与UE71属于同一核心网41，则核心网41转发到陆地基站和陆地室外UE。在另一些实例中，陆地室外UE与UE71属于不同的核心网，例如陆地室外UE属于核心网42，则核心网42和核心网41间通信，由核心网42转发到陆地基站和陆地室外UE。陆地室外UE收到UE71的数据后，进行响应，响应数据通过陆地基站到所属的核心网，再由该所属的核心网转发到融合网关30，融合网关30再根据数据链路映射关系，通过卫星通信链路20回传转发到基站11和UE71。
根据本公开，能够以一台融合网关30对接多个远洋环境下的多个运营商的基站10和核心网40，成本较低地实现向基站所属核心网的通信信息的上行分发和向对应基站的通信信息的下行分发。
虽然以上结合附图和示例对本公开进行了具体说明，但是可以理解，上述说明不以任何形式限制本公开。本领域技术人员在不偏离本公开的实质精神和范围的情况下可以根据需要对本公开进行变形和变化，这些变形和变化均落入本公开的范围内。

Claims (9)

1.一种通过卫星通信链路与基站对接的融合网关，其特征在于，包括基站通信模块、基站识别模块、PDCP上层协议栈模块、以及分发模块，其中，单台所述融合网关一方面通过所述卫星通信链路与在多个远洋环境下的分属不同运营商的多个基站对接，另一方面与不同运营商的所述多个基站各自所属的核心网对接，所述融合网关分配基站侧的用户数据链路资源和核心网侧的用户数据链路资源，所述融合网关通过ENB-UEID关联到所述基站并通过CN-UEID关联到所述核心网，所述ENB-UEID为所述基站识别UE的标识，所述CN-UEID为所述核心网识别UE的标识；
所述基站通信模块接收来自所述卫星通信链路的所述多个基站发送的上行通信信息并将所述上行通信信息发送至所述基站识别模块，所述基站通信模块向所述多个基站发送相应的核心网的下行通信信息；
所述基站识别模块基于所述上行通信信息识别发送所述上行通信信息的基站为只配备处理实时部分的底层协议的分布式基站时，将所述上行通信信息发送给所述PDCP上层协议栈模块，基于所述上行通信信息识别发送所述上行通信信息的基站为配备完整协议的一体化基站时，将所述上行通信信息发送给所述分发模块；
所述PDCP上层协议栈模块接收所述上行通信信息，处理所述上行通信信息中的非实时部分以获得目标上行通信信息，并将所述目标上行通信信息发送给所述分发模块；
所述分发模块连接所述多个基站各自所属的核心网，所述分发模块基于接收的所述目标上行通信信息或来自所述基站通信模块的所述上行通信信息中的PLMN标识符，将所述目标上行通信信息或所述上行通信信息发送到相应的核心网，所述分发模块接收多个核心网反馈的不同基站所需的下行通信信息，并将所述下行通信信息发送至所述基站通信模块。
2.根据权利要求1所述的融合网关，其特征在于，
所述卫星通信链路包括远洋卫星通信装置、通信卫星和地面卫星通信装置。
3.根据权利要求1所述的融合网关，其特征在于，
所述基站为不同运营商安装在远洋环境中的常规移动通讯基站或者为不同运营商的不同制式、不同频段的分立基站。
4.根据权利要求1所述的融合网关，其特征在于，
所述分发模块对来自于多个运营商的所述多个基站的所述上行通信信息进行汇聚分发。
5.根据权利要求1所述的融合网关，其特征在于，
还包括在公网侧对通信信息进行加密保护并将所述通信信息通过安全隧道进行传输的安全模块。
6.根据权利要求1所述的融合网关，其特征在于，
在UE注册阶段，所述融合网关和所述核心网给UE分配相应的两个ID。
7.根据权利要求1所述的融合网关，其特征在于，
所述分发模块基于所述多个基站侧的用户数据链路资源标识区分所述多个基站各自所属的运营商。
8.根据权利要求7所述的融合网关，其特征在于，
所述多个基站各自所属的核心网侧的用户数据链路资源标识与所述多个基站侧的用户数据链路资源标识关联映射。
9.根据权利要求1所述的融合网关，其特征在于，
所述PDCP上层协议栈模块包括移动通信基站协议栈中PDCP以上的高层协议。
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