CN117156490B - 基于cpe的5g网络回传装置及方法 - Google Patents
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Abstract
基于CPE的5G网络回传装置，包括核心网部分：AMF/UPF，回传服务基站包括服务基站gNB‑CU和服务基站gNB‑DU，回传客户基站包括CPE、客户基站gNB‑DU；移动终端包括UE；CPE与客户基站gNB‑DU通过光纤或网线连接；服务基站gNB‑CU通过光纤或网线与核心网连接；CPE与服务基站gNB‑DU通过Uu口连接；UE与客户基站gNB‑DU通过Uu口连接；CPE搜索服务基站gNB‑DU的信号，并接入服务基站gNB‑DU，客户基站gNB‑DU发起F1建链请求，通过CPE传输给服务基站gNB‑CU。客户基站gNB‑DU与服务基站gNB‑CU建立F1链路；客户基站gNB‑DU与服务基站gNB‑CU之间通过CPE透传F1‑C；客户基站gNB‑DU与服务基站gNB‑CU之间通过CPE透传F1‑U。通过5G CPE进行回传，有利于增强5G网络推广与建设，增强5G深度覆盖，服务于各种移动性场景。可降低安装光纤的工程成本，且DU选址更加灵活方便。
Description
技术领域
本申请属于5G通信技术领域，尤其涉及基于CPE的5G网络回传装置及方法。
背景技术
回传方式的选择对于许多场景下的重要性和稳定性都具有显著的影响。例如，在深度覆盖、临时热点和机动性较高的专网等场景下，传统的光纤回传和无线回传可能存在一些问题，因此需要提供其他回传方式来满足这些需求。
特别是在不具备光纤回传和无线回传条件下的场景，例如城市、郊区、工业区、交通线等区域，需要采用其他回传方式来保证通信的稳定性和可靠性。这种情况下，可能需要使用无线电通信、卫星通信等方式来传递信号，从而实现数据传输和通信。
除了上述场景外，其他回传方式的使用还需要考虑到网络架构、带宽要求、系统延迟、安全性等因素。例如，对于一些实时性要求较高的应用场景，需要选择低延迟的回传方式，从而避免数据丢失和延迟。同时，还需要考虑到回传方式的成本，选择一种经济实用的回传方式。
总之，回传方式的选择对于许多场景下的通信质量和稳定性都具有重要的影响。在选择回传方式时，需要综合考虑各种因素，以达到最佳的效果。
发明内容
本申请实施例提供了基于CPE的5G网络回传装置及方法，使5G网络部署更加便利，相比光纤回传本方案可以有效降低5G网络建设成本，相比一体化基站需要通过网关接入核心网或者核心网分配IP地址本方案可以无需安全网关及额外IP地址分配简化网络建设流程。
第一方面，本申请实施例提供了基于CPE的5G网络回传装置，装置包括4个网元，核心网部分：AMF/UPF,回传服务基站包括服务基站gNB-CU和服务基站gNB-DU，回传客户基站包括CPE、客户基站gNB-DU；移动终端包括UE；
CPE与客户基站gNB-DU通过光纤或网线连接；服务基站gNB-CU通过光纤或网线与核心网连接；CPE与服务基站gNB-DU通过Uu口连接；UE与客户基站gNB-DU通过Uu口连接；
CPE搜索服务基站gNB-CU的信号，并接入服务基站gNB-CU，
客户基站gNB-DU发起F1建链请求，通过CPE传输给服务基站gNB-CU。
服务基站gNB-CU预存CPE IMSI与客户基站gNB-DU的绑定关系，获取CPE的IMSI后，服务基站gNB-CU解析出CPE的SDAP数据后，获取客户基站gNB-DU的F1建链请求。
服务基站gNB-CU将F1建链请求中的DUID与CPE IMSI关联，并生成F1建链回复消息，通过CPE的SDAP等空口封装后发送给CPE，CPE通过光纤发回客户基站gNB-DU，
客户基站gNB-DU接收到F1建链回复消息后，与服务基站gNB-CU建链F1链路及进行后续F1交互，客户基站gNB-DU启动小区，UE接入客户基站gNB-DU。
UE的F1-C信令通过CPE回传给服务基站的gNB-CU，所述服务基站gNB-CU发送给UE的F1-C信令通过CPE的SDAP等空口封装后发送给CPE，CPE通过光纤发回客户基站gNB-DU，客户基站gNB-DU通过空口发送给最终UE。
UE的F1-U数据通过CPE回传给服务基站gNB-CU，服务基站gNB-CU发送给UE的F1-U数据通过CPE的SDAP等空口封装后发送给CPE，CPE通过光纤发回客户基站gNB-DU，客户基站gNB-DU通过空口发送给最终UE。
第二方面，本申请实施例提供了基于CPE的5G网络回传方法，包括如下步骤：
S1:客户基站gNB-DU与服务基站gNB-CU建立F1链路；
S2:客户基站gNB-DU与服务基站gNB-CU之间通过CPE透传F1-C；
S3:客户基站gNB-DU与服务基站gNB-CU之间通过CPE透传F1-U。
在步骤S1中，
CPE先通过小区搜索接入服务基站gNB-DU，并与核心网建立默认承载；
服务基站gNB-CU通过Identity流程获取CPE的IMSI，并与预存在本地的回传IMSI列表做对比，当接入的IMSI在预存列表中，则认为该次接入的是回传CPE。
客户基站gNB-DU发起F1建立，通过CPE默认承载传输到gNB-CU，gNB-CU发起F1建立响应，通过CPE默认承载传输客户基站gNB-DU。
在步骤S2中，
UE接入客户基站gNB-DU，UE需要与服务基站gNB-CU进行随机接入，并初始入网接入核心网；
UE级的上下行F1-C消息均通过CPE透传，对于UE 的F1-C消息，在gNB-CU通过F1AP-CU-UE-ID标识，使用CPE默认承载传输，客户基站gNB-DU通过F1AP-DU-UE-ID标识，并在UE和客户基站gNB-DU之间通过UE SRB进行传输。
在步骤S3中，
UE接入客户基站gNB-DU后，建立DRB；UE级的上下行F1-U数据均通过CPE透传，对于UE F1-U数据，在CU侧通过F1AP-CU-UE-ID和TEID标识，使用CPE默认承载传输，客户基站gNB-DU通过F1AP-DU-UE-ID和TEID标识，并在UE和客户基站gNB-DU之间通过UE DRB进行传输。
第三方面，一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如第二方面所述的方法。
本申请实施例与现有技术相比存在的有益效果是：
通过5G CPE进行回传，节省成本，快速部署，有利于增强5G网络推广与建设，增强5G深度覆盖，服务于各种移动性场景。
1）5G CU与DU分离场景，DU使用CPE回传替代光纤回传，可降低安装光纤的工程成本，且DU选址更加灵活方便；
2）不改变空口协议栈，符合3GPP标准，商业终端和核心网无需改动就可正常入网。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请一实施例提供的设备结构连接关系图。
图2是本申请一实施例提供的软件接口流程图。
图3是本申请第一实施例的F1链路信息流流程图；
图4是本申请第二实施例的透传F1-C信息流流程图；
图5是本申请第三实施例的透传F1-U信息流流程图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。
如图1-2所示，本申请实施例提供了基于CPE的5G网络回传装置，包括4个网元，核心网部分：AMF/UPF,回传服务基站包括gNB-CU和服务基站gNB-CU，回传客户基站包括CPE、客户基站gNB-DU；移动终端包括UE；CPE与客户基站gNB-DU通过光纤或网线连接；服务基站gNB-CU通过光纤或网线与核心网连接；CPE与服务基站gNB-DU通过Uu口连接；UE与客户基站gNB-DU通过Uu口连接；CPE搜索服务基站gNB-CU的信号，并接入服务基站gNB-CU，客户基站gNB-DU发起F1建链请求，通过CPE传输给服务基站gNB-CU。
服务基站gNB-CU预存CPE IMSI与客户基站gNB-DU的绑定关系，获取CPE的IMSI后，gNB-CU解析出CPE的SDAP数据后，获取客户基站gNB-DU的F1建链请求。
服务基站gNB-CU将F1建链请求中的DU ID与CPE IMSI关联，并生成F1建链回复消息，通过CPE的SDAP空口封装后发送给CPE，CPE通过光纤发回客户基站gNB-DU，
客户基站gNB-DU接收到F1建链回复消息后，与服务基站gNB-CU建链F1链路及进行后续F1交互，客户基站gNB-DU启动小区，UE接入客户基站gNB-DU。
UE的F1-C信令通过CPE回传给服务基站的gNB-CU，所述gNB-CU发送给UE的F1-C信令通过CPE的SDAP等空口封装后发送给CPE，CPE通过光纤发回客户基站gNB-DU，客户基站gNB-DU通过空口发送给最终UE。
UE的F1-U数据通过CPE回传给服务基站gNB-CU，gNB-CU发送给UE的F1-U数据通过CPE的SDAP等空口封装后发送给CPE，CPE通过光纤发回客户基站gNB-DU，客户基站gNB-DU通过空口发送给最终UE。
本申请实施例提供了基于CPE的5G网络回传方法，包括如下步骤：
S1:客户基站gNB-DU与服务基站gNB-CU建立F1链路；
S2:客户基站gNB-DU与服务基站gNB-CU之间通过CPE透传F1-C；
S3:客户基站gNB-DU与服务基站gNB-CU之间通过CPE透传F1-U。
在步骤S1中，
CPE先通过小区搜索接入服务基站gNB-DU，并与核心网建立默认承载；
服务基站gNB-CU通过Identity流程获取CPE的IMSI，并与预存在本地的回传IMSI列表做对比，当接入的IMSI在预存列表中，则认为该次接入的是回传CPE；
客户基站gNB-DU发起F1建立，通过CPE默认承载传输到服务基站gNB-CU，服务基站gNB-CU发起F1建立响应，通过CPE默认承载传输给客户基站gNB-DU。
在步骤S2中，
UE接入客户基站gNB-DU，UE需要与服务基站gNB-CU进行随机接入，并初始入网接入核心网；
UE级的上下行F1-C消息均通过CPE透传，对于UE 的F1-C消息，在服务基站gNB-CU通过F1AP-CU-UE-ID标识，使用CPE默认承载传输，客户基站gNB-DU通过F1AP-DU-UE-ID标识，并在UE和客户基站gNB-DU之间通过UE SRB进行传输。
在步骤S3中，UE接入客户基站gNB-DU后，建立DRB；UE级的上下行F1-U数据均通过CPE透传，对于UE F1-U数据，在CU侧通过F1AP-CU-UE-ID 和TEID标识，使用CPE默认承载传输，客户基站gNB-DU通过F1AP-DU-UE-ID和TEID标识，并在UE和客户基站gNB-DU之间通过UEDRB进行传输。
实施例一
如图3所示，客户基站gNB-DU与服务基站gNB-CU建立F1链路：
CPE先通过小区搜索接入服务基站gNB-DU，并与核心网建立默认承载。服务基站gNB-CU通过Identity流程获取CPE的IMSI，并与预存在本地的回传IMSI列表做对比，
当接入的IMSI在预存列表中，则认为该次接入的是回传CPE。
客户基站gNB-DU发起F1建立，通过CPE默认承载传输到gNB-CU，gNB-CU发起F1建立响应，通过CPE默认承载传输客户基站gNB-DU。
第一步，CPE设备执行小区搜索过程，寻找并接入最近的服务基站gNB-DU。该小区搜索过程可以通过特定的信号强度或信噪比等信息来确定最近的服务基站gNB-DU。
第二步，在成功接入服务基站gNB-DU后，CPE设备与核心网建立默认承载。该步骤可以通过使用预定的协议和配置参数来实现。
第三步，服务基站gNB-CU执行Identity流程以获取CPE设备的IMSI。该Identity流程可以通过对CPE设备发送请求并等待响应来实现。
第四步，服务基站gNB-CU将获取到的IMSI与本地预存的回传IMSI列表进行比对，如果在列表中找到了匹配的条目，那么就认为该次接入的是回传CPE。该步骤可以通过使用预先存储的IMSI和当前获取到的IMSI进行比较实现。
第五步，服务基站gNB-DU发起与CPE设备的F1接口建立过程。该步骤可以通过发送特定的建立请求消息并等待响应来实现。
第六步，服务基站gNB-CU收到F1建立请求后，会发起F1建立响应，并将该响应消息通过CPE设备的默认承载通道发送到服务基站gNB-DU。该步骤可以通过发送特定的建立响应消息并等待响应来实现。
实施例二
如图4所示，客户基站gNB-DU与服务基站gNB-CU之间通过CPE透传F1-C；
UE接入客户基站gNB-DU，UE需要与服务基站gNB-CU进行随机接入，并初始入网接入核心网。
UE级的上下行F1-C消息均通过CPE透传，对于UE的 F1-C消息，在CU通过F1AP-CU-UE-ID标识，使用CPE默认承载传输，客户基站gNB-DU通过F1AP-DU-UE-ID标识，并在UE和客户基站gNB-DU之间通过UE SRB进行传输。
特别是一种客户基站gNB-DU与服务基站gNB-CU之间通过CPE设备进行F1-C消息透传的方法和系统，还包括用户设备（UE）的随机接入和初始入网接入核心网的过程。
本申请提供另一实施例，包括以下步骤：
第一、当客户基站gNB-DU需要与服务基站gNB-CU进行通信时，客户基站gNB-DU将通过CPE设备透传F1-C消息至服务基站gNB-CU。
第二、用户设备（UE）在客户基站gNB-DU的覆盖范围内，需要与服务基站gNB-CU进行随机接入过程，并初始入网接入核心网。
客户基站gNB-DU与服务基站gNB-CU之间的上行和下行F1-C消息的传输均通过CPE设备进行透传，实现了更高效的通信传输，改善了客户基站gNB-DU与服务基站gNB-CU之间的通信体验。本发明的实施例提供了一种灵活的网络通信方式，可广泛应用于5G通信和其他无线通信网络中。
实施例三
如图5所示，客户基站gNB-DU与服务基站gNB-CU之间通过CPE透传F1-U，UE接入客户基站gNB-DU后，建立DRB。UE级的上下行F1-U数据均通过CPE透传，对于UE F1-U数据，在CU侧通过F1AP-CU-UE-ID和TEID标识，使用CPE默认承载传输，客户基站gNB-DU通过F1AP-DU-UE--ID和TEID标识，并在UE和客户基站gNB-DU之间通过UE DRB进行传输。
本申请还提供了一种实施例，特别是一种客户基站gNB-DU与服务基站gNB-CU之间通过CPE设备进行F1-U数据透传的方法和系统，还包括用户设备（UE）接入客户基站gNB-DU后建立DRB的过程。
具体地，包括以下步骤：
第一、当用户设备（UE）接入客户基站gNB-DU后，需要在客户基站gNB-DU与服务基站gNB-CU之间建立数据无线承载（DRB）。
第二、客户基站gNB-DU与服务基站gNB-CU之间的上行和下行F1-U数据的传输均通过CPE设备进行透传。
通过在客户基站gNB-DU与服务基站gNB-CU之间引入CPE设备进行F1-U数据的透传，实现了更高效的通信传输，改善了客户基站gNB-DU与服务基站gNB-CU之间的通信体验。本发明的实施例提供了一种灵活的网络通信方式，可广泛应用于5G通信和其他无线通信网络中。
F1是5G切片编排接口，AP是接入点，CU是集中单元，UE是用户设备，而ID和TEID是这些元素的标识。
gNB-DU是5G网络中的一种逻辑单元，主要负责在gNB中处理和管理用户数据流，并与其他网络元素进行交互。
在5G网络中，CU（Centralized Unit）是集中单元，负责处理和管理来自不同AP（Access Point）的大量用户数据流。
UE（User Equipment）是用户设备，如手机、平板电脑、计算机等。每个UE在5G网络中都有一个唯一的标识符，即ID。
TEID（Tunnel Endpoint Identifier）是一种标识符，用于标识GTP（GPRS隧道协议）隧道端点，以帮助在网络设备之间建立和维护通信隧道，以支持数据传输。
F1AP（F1 Access Protocol）是一种5G网络协议，用于控制面的功能，包括会话的建立、维持和释放等。
CPE（Customer Premises Equipment）是指用户端设备，例如家庭路由器或调制解调器等，它可以连接用户设备到网络。
在CU侧，可以使用F1AP、CU和UE的ID以及TEID标识来建立与UE的通信连接。具体来说，CU可以使用这些标识符来确定与特定UE的通信路径，并建立与该UE的默认承载传输。
默认承载传输是5G网络中的一种概念，它指的是在建立通信连接后，使用默认的传输路径来传输数据流。这个默认的传输路径通常是预先配置好的，并且在需要时可以自动建立和维护。
在使用CPE默认承载传输的情况下，CPE设备将在与网络之间的通信过程中建立一个默认的承载通道，该通道将使用预先配置的TEID标识符来与其他网络设备建立连接。这将允许数据流在网络中的设备之间传输，从而实现用户设备的通信功能。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于CPE的5G网络回传装置，其特征在于：包括核心网部分：AMF/UPF,回传服务基站包括服务基站gNB-CU和服务基站gNB-DU，回传客户基站包括CPE、客户基站gNB-DU；移动终端包括UE；CPE与客户基站gNB-DU通过光纤或网线连接；服务基站gNB-CU通过光纤或网线与核心网连接；CPE与服务基站gNB-DU通过Uu口连接；UE与客户基站gNB-DU通过Uu口连接；CPE搜索服务基站gNB-CU的信号，并接入服务基站gNB-CU，
客户基站gNB-DU发起F1建链请求，通过CPE传输给服务基站gNB-CU；
服务基站gNB-CU预存CPE IMSI与客户基站gNB-DU的绑定关系，获取CPE的IMSI后，服务基站gNB-CU解析出CPE的SDAP数据后，获取客户基站gNB-DU的F1建链请求；服务基站gNB-CU将F1建链请求中的DU ID与CPE IMSI关联，并生成F1建链回复消息，通过CPE的SDAP空口封装后发送给CPE，CPE通过光纤发回客户基站gNB-DU，客户基站gNB-DU接收到F1建链回复消息后，与服务基站gNB-CU建链F1链路及进行后续F1交互，客户基站gNB-DU启动小区，UE接入客户基站gNB-DU。
2.根据权利要求1所述的基于CPE的5G网络回传装置，其特征在于：UE的F1-C信令通过CPE回传给服务基站的gNB-CU，所述服务基站gNB-CU发送给UE的F1-C信令通过CPE的SDAP空口封装后发送给CPE，CPE通过光纤发回客户基站gNB-DU，客户基站gNB-DU通过空口发送给最终UE。
3.根据权利要求1所述的基于CPE的5G网络回传装置，其特征在于：UE的F1-U数据通过CPE回传给服务基站gNB-CU，服务基站gNB-CU发送给UE的F1-U数据通过CPE的SDAP空口封装后发送给CPE，CPE通过光纤发回客户基站gNB-DU，客户基站gNB-DU通过空口发送给最终UE。
4.一种基于CPE的5G网络回传方法，所述方法应用于根据权利要求1所述的基于CPE的5G网络回传装置，其特征在于，包括如下步骤：
S1:客户基站gNB-DU与服务基站gNB-CU建立F1链路；
S2:客户基站gNB-DU与服务基站gNB-CU之间通过CPE透传F1-C；
S3:客户基站gNB-DU与服务基站gNB-CU之间通过CPE透传F1-U。
5.根据权利要求4所述的基于CPE的5G网络回传方法，其特征在于：在步骤S1中，
CPE先通过小区搜索接入服务基站gNB-DU，并与核心网建立默认承载；
服务基站gNB-CU通过Identity流程获取CPE的IMSI，并与预存在本地的回传IMSI列表做对比，当接入的IMSI在预存列表中，则认为该次接入的是回传CPE；
客户基站gNB-DU发起F1建立，通过CPE默认承载传输到服务基站gNB-CU，服务基站gNB-CU发起F1建立响应，通过CPE默认承载传输给客户基站gNB-DU。
6.根据权利要求4所述的基于CPE的5G网络回传方法，其特征在于：
在步骤S2中，
UE接入客户基站gNB-DU，UE需要与服务基站gNB-CU进行随机接入，并初始入网接入核心网；
UE级的上下行F1-C消息均通过CPE透传，对于UE 的F1-C消息，在服务基站gNB-CU通过F1AP-CU-UE-ID标识，使用CPE默认承载传输，客户基站gNB-DU通过F1AP-DU-UE-ID标识，并在UE和客户基站gNB-DU之间通过UE SRB进行传输。
7.根据权利要求4所述的基于CPE的5G网络回传方法，其特征在于：在步骤S3中，UE接入客户基站gNB-DU后，建立DRB；UE级的上下行F1-U数据均通过CPE透传，对于UE F1-U数据，在CU侧通过F1AP-CU-UE-ID 和TEID标识，使用CPE默认承载传输，客户基站gNB-DU通过F1AP-DU-UE-ID和TEID标识，并在UE和客户基站gNB-DU之间通过UE DRB进行传输。
8.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求4-7任一一项所述的方法。
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