WO2016184150A1 - 一种多跳通信系统及其节点 - Google Patents

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Abstract

一种多跳通信系统及其节点；所述系统，包括：所述多跳通信系统的一条通信路径中包括用户设备UE、一个初始接入节点、至少一个中间路由节点、一个网关节点和核心网设备，所述网关节点，设置为与所述核心网设备之间建立S1接口，通过所述S1接口与所述核心网设备通信；与所述至少一个中间路由节点的其中一个路由节点之间建立无线回程Ub接口，通过所述Ub接口与所述中间路由节点通信；与所述初始接入节点之间建立逻辑S1接口，通过所述逻辑S1接口与所述初始接入节点通信。

Description

一种多跳通信系统及其节点 技术领域
本文涉及但不限于通信领域，尤其涉及一种多跳通信系统及其节点。
背景技术
蜂窝无线移动通信系统从20世纪80年代开始发展，从一开始满足人类的语音通信需求发展到后来在语音业务的基础上逐步满足人类的基础数据通信需求。相关技术中蜂窝无线通信系统由无线网络运营商部署并运营，网络的建设经过运营商的缜密规划，图1为相关技术中蜂窝无线接入网络的网络拓扑示意图，图1中，每个宏基站(macro(e)NB，MNB)的选址由运营商规划确定，每个宏基站可以达到几百米甚至几千米的无线覆盖，从而可以实现运营商运营区域内的近乎连续无缝覆盖。
随着移动互联时代的到来，新的移动应用需求，尤其是那些要求高质量、高速率、低延时的移动应用需求出现了爆发式的增长，根据行业预测，在未来10年内，无线移动业务量将出现上千倍的增长，相关技术中实现长距离宏覆盖的无线通信系统无法实现如此巨大的容量需求。另一方面，业界通过对用户通信行为和习惯的统计发现，大部分高数据流量的移动业务集中出现在室内环境和热点地区，比如商场，学校，用户家里，大型演出、集会场所等，室内环境和热点地区具有区域分布广而散、单区域范围小、用户集中等特点，相关技术中蜂窝无线网络的广覆盖、均匀覆盖、固定覆盖特点使得其无法很好的适应这种小区域范围内业务集中出现的特性，此外，相关技术中蜂窝无线网络由于各种各样的原因，比如建筑物的阻挡等会造成在蜂窝无线信号在室内环境不如室外环境，这也使得相关技术中蜂窝无线网络无法满足将来室内环境下的大数据容量需求。
为解决上述问题，一种无线接入网小节点(small radio access network node，SRAN-node)应运而生。从概念上讲，无线接入网小节点是指发射功率比相关技术中宏基站的发射功率低从而覆盖范围也比相关技术中宏基站的 覆盖范围小的无线接入网节点，因此无线接入网小节点也可以称为低功率节点(Lower Power Node，LPN)，具体可以是微基站(Pico Node)，家庭基站(Femto/Home(e)NB)，无线中继接入设备(Relay)，以及其他可能出现的任何发射功率远低于相关技术中宏基站的，用户设备可以通过无线通信链路接入网络的接入网设备。而为满足未来无线通信系统的巨大容量提升需求，尤其为适应特定区域内的集中式大数据量要求，业界预测可以在特定区域内增加SRAN-node的部署密度以实现网络容量的增长，满足用户需求，这种在特定区域内密集部署的网络业界称之为超密集网络(Ultra Dense Network，UDN)。图2为在相关技术中蜂窝无线接入网络的特定区域内部署UDN的示意图，其中，在200所示大厦内、在210所示体育场内、在230所示热点区域均部署了大量SRAN-node。
UDN可以提高网络容量，在提高网络容量的同时，未来的网络也不希望增加网络的资本支出(Capital Expenditure，CAPEX)和运营支出(Operating Expense，OPEX)，这就意味着UDN的部署需要减少人为的计划、优化和管理，可以根据网络拓扑、网络负荷、业务需求等在室内、室外的热点区域或者大业务量区域完成灵活快速部署，并实现自配置、自优化和自治愈。实现所有这些目标，业界普遍认为UDN中仅有部分或者少量SRAN-node可以通过有线连接(wired backhaul)，如光纤、电缆等接入核心网设备，而其他SRAN-node则需要支持无线回程(wireless backhaul)，利用SRAN-node之间密集短距离部署的特性，通过SRAN-node之间的无线回程链路实现SRAN-node之间的互联互通，以及通过无线回程链路经过两个SRAN-node之间的无线连接(一跳)或者依次经过多个SRAN-node之间的无线连接(多跳)接入核心网设备。
未来UDN中需要密集部署有大量SRAN-node，而其中的部分甚至大量SRAN-node之间又通过无线回程链路实现互联互通，并且经过一跳或者多跳无线连接接入核心网设备。因此建立实现密集多跳场景下的数据通信的通信系统，是亟需解决的技术问题。
发明内容
以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。
本发明实施例提供一种多跳通信系统及其节点，要解决的技术问题是如何建立实现密集多跳场景下的数据通信的通信系统。
本发明实施例提供了如下技术方案：
一种多跳通信系统，所述多跳通信系统的一条通信路径中包括用户设备UE、一个初始接入节点、至少一个中间路由节点、一个网关节点和核心网设备，其中：
所述初始接入节点，设置为与所述UE之间建立无线接入Uu接口，通过所述Uu接口与所述UE通信；与所述网关节点之间建立逻辑S1接口，通过所述逻辑S1接口与所述网关节点通信；与所述至少一个中间路由节点中的其中一个中间路由节点建立无线回程Ub接口，通过所述Ub接口与所述中间路由节点通信；
所述中间路由节点，设置为与所述初始接入节点，和/或所述网关节点，和/或其他中间路由节点之间建立无线回程Ub接口，通过所述Ub接口实现数据在所述初始接入节点和网关节点之间的中继传输；
所述网关节点，设置为与所述核心网设备之间建立S1接口，通过所述S1接口与所述核心网设备通信；与所述至少一个中间路由节点的其中一个路由节点之间建立无线回程Ub接口，通过所述Ub接口与所述中间路由节点通信；与所述初始接入节点之间建立逻辑S1接口，通过所述逻辑S1接口与所述初始接入节点通信。
其中，所述网关节点包括第一协议栈、第二协议栈和第三协议栈；
其中所述第一协议栈设置为承载所述网关节点与所述核心网设备之间的S1接口；所述第二协议栈设置为承载所述网关节点与所述初始接入节点之间的逻辑S1接口；所述第三协议栈设置为承载所述网关节点与所述一个中间路由节点之间的Ub接口；
所述第一协议栈，设置为当承载所述S1接口的控制面时，从下到上依次包括L1层、L2层、因特网协议IP层、流控制传输协议SCTP层和S1接口 应用协议S1-AP层；当承载所述S1接口的用户面时，从下到上依次包括L1层、L2层、IP层、用户数据报协议UDP层和用户面GPRS隧道协议GTP-U层；
所述第二协议栈，设置为当承载所述逻辑S1接口的控制面时，从下到上依次包括IP层、SCTP层和S1-AP协议层；当承载所述逻辑S1接口的用户面时，从下到上依次包括IP层、UDP层和GTP-U层；
所述第三协议栈，设置为从下到上依次包括使用无线局域网络WLAN技术实现的物理层PHY、媒体介入控制MAC层和逻辑链路控制LLC层；
其中，所述第二协议栈承载于所述第三协议栈之上。
其中，所述第三协议栈还包括：
IP层，位于LLC层之上。
其中，所述网关节点，还设置为实现所述UE和所述核心网设备之间的网关代理，包括：
为所述UE的演进分组系统承载EPS bearer建立两个GTP-U隧道，一个建立于核心网设备服务网关S-GW和/或分组数据网络网关P-GW与所述网关节点之间，另一个建立于所述网关节点与所述初始接入节点之间；
其中，所述核心网设备S-GW和/或P-GW与所述网关节点之间的GTP-U隧道承载于所述网关节点与所述核心网设备之间的S1接口上；所述网关节点与所述初始接入节点之间的GTP-U隧道承载于所述网关节点与所述初始接入节点之间的逻辑S1接口上。
其中，所述网关节点作为所述UE和所述核心网设备之间的网关代理，完成所述两个GTP-U隧道之间的一对一映射。
其中，所述网关节点，还设置为实现所述初始接入节点的S-GW和/或P-GW代理功能，包括：
为所述初始接入节点建立用于承载接入所述初始接入节点的所有UE的EPS bearer的演进分组系统节点聚合承载EPS-node bearer；在所述网关节点与所述初始接入节点的逻辑S1接口上建立用于承载所述EPS-node bearer的GTP-U隧道。
其中，所述网关节点，还设置为完成承载所述S1接口的第一协议栈与承载所述Ub接口的第三协议栈之间包括链路层在内的链路层以下协议层的转换，包括：
第一协议栈的L1层和L2层与第三协议栈的LLC层、MAC层和PHY层之间的转换；
所述网关节点完成所述协议层转换时，链路层之上的协议层不发生变化；
所述网关节点根据网关节点内部的转化关系，将源链路层及以下协议层转换成目标链路层及以下的协议层。
其中，所述初始接入节点包括第四协议栈，第五协议栈和第六协议栈；
其中，所述第四协议栈设置为承载所述初始接入节点与所述UE之间的Uu接口；所述第五协议栈设置为承载所述初始接入节点与所述网关节点之间的逻辑S1接口；所述第六协议栈设置为承载所述初始接入节点与所述一个中间路由节点之间的Ub接口；
所述第四协议栈，设置为当承载所述Uu接口的控制面时，从下到上依次包括PHY层、MAC层、无线链路控制RLC层、分组数据汇聚协议PDCP层、无线资源控制RRC层和非接入NAS层；当承载所述Uu接口的用户面时，从下到上依次包括PHY层、MAC层、RLC层和PDCP层；
所述第五协议栈，设置为当承载所述逻辑S1接口的控制面时，从下到上依次包括IP层、SCTP层和S1-AP层；当承载所述逻辑S1接口的用户面时，从下到上依次包括IP层、UDP层和GTP-U层；
所述第六协议栈，设置为从下到上依次包括使用WLAN技术实现的PHY、MAC和LLC协议层；
其中，所述第四协议栈承载于所述第五协议栈之上。
其中，所述第六协议栈还包括：
IP层，位于LLC层之上。
其中，所述初始接入节点在与所述网关节点之间建立了所述UE的EPS bearer在所述初始接入节点与所述网关节点之间的GTP-U隧道后，所述初始 接入节点与所述UE在所述Uu接口上建立无线承载RB，所述初始接入节点设置所述EPS bearer与所述RB之间的一对一映射。
其中，所述初始接入节点，还设置为完成承载所述Uu接口的第四协议栈与承载所述Ub接口的第六协议栈之间包括链路层在内的链路层以下协议层的转换，包括：
第四协议栈的LLC，MAC，PHY协议层与第六协议栈的L1层和L2层之间的转换；
所述初始接入节点完成所述协议层转换时，链路层之上的协议层不发生变化；
所述初始接入节点根据初始接入节点内部的转化关系，将源链路层及以下协议层转换成目标链路层及以下的议层。
其中，所述中间路由节点包括第七协议栈，第七协议栈设置为承载所述中间路由节点与所述初始接入节点和/或所述网关节点和/或其他中间路由节点之间的Ub接口；
所述第七协议栈，设置为从下到上依次包括使用WLAN技术实现的PHY和MAC层和LLC层。
其中，所述第七协议栈还包括：
IP层，位于LLC层之上。
一种多跳通信系统中的网关节点，所述多跳通信系统的一条通信路径中包括用户设备UE、一个初始接入节点、至少一个中间路由节点、一个网关节点和核心网设备，所述网关节点，设置为与所述核心网设备之间建立S1接口，通过所述S1接口与所述核心网设备通信；与所述至少一个中间路由节点的其中一个路由节点之间建立无线回程Ub接口，通过所述Ub接口与所述中间路由节点通信；与所述初始接入节点之间建立逻辑S1接口，通过所述逻辑S1接口与所述初始接入节点通信。
其中，所述网关节点包括第一协议栈、第二协议栈和第三协议栈；
其中所述第一协议栈设置为承载所述网关节点与所述核心网设备之间的S1接口；所述第二协议栈设置为承载所述网关节点与所述初始接入节点之间 的逻辑S1接口；所述第三协议栈设置为承载所述网关节点与所述一个中间路由节点之间的Ub接口；
所述第一协议栈，设置为当承载所述S1接口的控制面时，从下到上依次包括L1层、L2层、因特网协议IP层、流控制传输协议SCTP层和S1接口应用协议S1-AP层；当承载所述S1接口的用户面时，从下到上依次包括L1层、L2层、IP层、用户数据报协议UDP层和用户面GPRS隧道协议GTP-U层；
所述第二协议栈，设置为当承载所述逻辑S1接口的控制面时，从下到上依次包括IP层、SCTP层和S1-AP协议层；当设置为承载所述逻辑S1接口的用户面时，从下到上依次包括IP层、UDP层和GTP-U层；
所述第三协议栈，设置为从下到上依次包括使用WLAN技术实现的物理层PHY、媒体介入控制MAC层和逻辑链路控制LLC层；
其中，所述第二协议栈承载于所述第三协议栈之上。
其中，所述第三协议栈还包括：
IP层，位于LLC层之上。
其中，所述网关节点，还设置为实现所述UE和所述核心网设备之间的网关代理，包括：
为所述UE的演进分组系统承载EPS bearer建立两个GTP-U隧道，一个建立于核心网设备服务网关S-GW和/或分组数据网络网关P-GW与所述网关节点之间，另一个建立于所述网关节点与所述初始接入节点之间；
其中，所述核心网设备S-GW和/或P-GW与所述网关节点之间的GTP-U隧道承载于所述网关节点与所述核心网设备之间的S1接口上；所述网关节点与所述初始接入节点之间的GTP-U隧道承载于所述网关节点与所述初始接入节点之间的的逻辑S1接口上。
其中，所述网关节点作为所述UE和所述核心网设备之间的网关代理，完成所述两个GTP-U隧道之间的一对一映射。
其中，所述网关节点，还设置为实现所述初始接入节点S-GW和/或P-GW代理功能，包括：
为所述初始接入节点建立用于承载接入所述初始接入节点的所有UE的EPS bearer的演进分组系统节点聚合承载EPS-node bearer；在所述网关节点与所述初始接入节点的逻辑S1接口上建立用于承载所述EPS-node bearer的GTP-U隧道。
其中，所述网关节点，还设置为完成承载所述S1接口的第一协议栈与承载所述Ub接口的第三协议栈之间包括链路层在内的链路层以下协议层的转换，包括：
第一协议栈的L1层和L2层与第三协议栈的LLC层、MAC层和PHY层之间的转换；
所述网关节点完成所述协议层转换时，链路层之上的协议层不发生变化；
所述网关节点根据网关节点内部的转化关系，将源链路层及以下协议层转换成目标链路层及以下的协议层。
一种多跳通信系统中的初始接入节点，所述多跳通信系统的一条通信路径中包括用户设备UE、一个初始接入节点、至少一个中间路由节点、一个网关节点和核心网设备，所述初始接入节点，设置为与所述UE之间建立无线接入Uu接口，通过所述Uu接口与所述UE通信；与所述网关节点之间建立逻辑S1接口，通过所述逻辑S1接口与所述网关节点通信；与所述至少一个中间路由节点中的其中一个中间路由节点建立无线回程Ub接口，通过所述Ub接口与所述中间路由节点通信。
其中，所述初始接入节点包括第四协议栈，第五协议栈和第六协议栈；
其中，所述第四协议栈设置为承载所述初始接入节点与所述UE之间的Uu接口；所述第五协议栈设置为承载所述初始接入节点与所述网关节点之间的逻辑S1接口；所述第六协议栈设置为承载所述初始接入节点与所述一个中间路由节点之间的Ub接口；
所述第四协议栈，设置为当承载所述Uu接口的控制面时，从下到上依次包括PHY层、MAC层、无线链路控制RLC层、分组数据汇聚协议PDCP层、无线资源控制RRC层和非接入NAS层；当承载所述Uu接口的用户面 时，从下到上依次包括PHY层、MAC层、RLC层和PDCP层；
所述第五协议栈，设置为当承载所述逻辑S1接口的控制面时，从下到上依次包括IP层、SCTP层和S1-AP层；当承载所述逻辑S1接口的用户面时，从下到上依次包括IP层、UDP层和GTP-U层；
所述第六协议栈，设置为从下到上依次包括使用WLAN技术实现的PHY、MAC和LLC协议层；
其中，所述第四协议栈承载于所述第五协议栈之上。
其中，所述第六协议栈还包括：
IP层，位于LLC层之上。
其中，所述初始接入节点，还设置为在与所述网关节点之间建立所述UE的EPS bearer在所述初始接入节点与所述网关节点之间的GTP-U隧道，并在建立所述隧道后，与所述UE在所述Uu接口上建立无线承载RB，所述初始接入节点设置所述EPS bearer与所述RB之间的一对一映射。
其中，所述初始接入节点，还设置为完成承载所述Uu接口的第四协议栈与承载所述Ub接口的第六协议栈之间包括链路层在内的链路层以下协议层的转换，包括：
第四协议栈的LLC，MAC，PHY协议层与第六协议栈的L1层和L2层之间的转换；
所述初始接入节点完成所述协议层转换时，链路层之上的协议层不发生变化；
所述初始接入节点根据初始接入节点内部的转化关系，将源链路层及以下协议层转换成目标链路层及以下的议层。
一种多跳通信系统中的中间路由节点，所述多跳通信系统的一条通信路径中包括用户设备UE、一个初始接入节点、至少一个中间路由节点、一个网关节点和核心网设备，所述中间路由节点，设置为与所述初始接入节点，和/或所述网关节点，和/或其他中间路由节点之间建立无线回程Ub接口，通过所述Ub接口实现数据在所述初始接入节点和网关节点之间的中继传输。
其中，所述中间路由节点包括第七协议栈，第七协议栈设置为承载所述 中间路由节点与所述初始接入节点和/或所述网关节点和/或其他中间路由节点之间的Ub接口；
所述第七协议栈，设置为从下到上依次包括使用WLAN技术实现的PHY和MAC层和LLC层。
其中，所述第七协议栈还包括：
IP层，位于LLC层之上。
本发明提供的实施例，在保证后向兼容性，减少对核心网的影响的前提下，实现UDN网络中的低传输时延、低成本多跳通信系统。
在阅读并理解了附图和详细描述后，可以明白其他方面。
附图概述
图1为相关技术中蜂窝无线接入网络的网络拓扑示意图；
图2为在相关技术中蜂窝无线接入网络的特定区域内部署UDN的示意图；
图3为一定区域内的超密集网络部署示意图；
图4为相关技术中LTE宏蜂窝无线通信系统的系统架构图；
图5为UE经过两跳无线回程接入核心网的示意图；
图6为本发明实施例两跳通信系统的协议栈结构示意图；
图7为本发明实施例技术方法用于单跳通信系统的协议栈结构示意图；
图8为本发明实施例下行用户数据在本发明实施例所示系统中的传递过程图；
图9为根据本发明实施例的多跳通信系统提出的一种接入网设备的结构框图。
本发明的实施方式
下面将结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
为满足未来10年上千倍业务量增长的预期，UDN将被广泛部署以承担大量业务流量。UDN可以被部署在室内、室外热点区域或者任何有大业务量需求的区域。图3为一个一定区域内的超密集网络部署示意图，考虑实际部署网络的基础设施限制，比如在所示区域内有线网络端口数目有线，以及为不增加部署和运营网络的CAPEX和OPEX，实现灵活快捷部署该网络，图3所示的8个SRAN-node中，只有小节点303和310所部署的位置有有线网络端口，即可以通过图中黑实线所示的有线回程连接到核心网设备、OAM设备等，如303可以连接到设备302，而310可以连接到设备301。而其他的6个小节点所部署的位置均没有有线网络端口，因此这些小节点只能通过这些小节点与周围其他小节点之间的无线回程，经过一跳无线回程或者多跳无线回程连接到小节点303或者小节点310，最终通过小节点303或者310的有线端口连接到核心网设备、OAM设备等。
对于UDN中的用户设备(User Equipment，UE)而言，如图中的UE 311,311通过无线接入链路(radio access link)接入其所在位置的小节点308，311与核心网设备302之间的数据传输，需要由308经过308与305之间的无线回程链路传输，再由305经过305与303之间的无线回程链路传输，最终通过303与302之间的有线回程链路才能完成，也即311和302之间的通信，中间需要经过两跳无线回程链路。图3中所有的小节点，一方面可以通过无线接入链路与UE通信，另一方面可以通过无线回程链路与周围的其它小基站通信。
图4为相关技术中长期演进(Long Term Evaluation，LTE)宏蜂窝无线通信系统的系统架构图，LTE系统采用基于互联网协议(Internet Protocol，IP)的扁平化架构，由演进的通用地面无线接入网(Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network，E-UTRAN)、演进型数据核心网(Evolved Packet Core，EPC)组成。其中EPC包括：移动管理单元(Mobility Management Entity，MME)、服务网关(Serving Gateway，S-GW)、分组数 据网络网关(PDN Gateway，P-GW)。其中MME负责控制面管理，包括移动性管理、非接入层信令的处理、用户的上下文管理等控制面工作；S-GW负责UE用户面数据的传送、转发和路由切换等；P-GW是连接EPC和包数据网如互联网的节点，负责如UE IP地址的分配、IP数据包按业务类型过滤成业务数据流(service data flow)并绑定到对应的传输承载。E-UTRAN包括多个宏基站(MNB)。
图4中，每个MNB通过S1接口连接到EPC，包括通过控制面S1-MME接口与MME连接，通过用户面S1-U接口与S-GW和/或P-GW连接。当有UE的用户面数据需要传送时，MME会为UE建立用于传输数据的EPS bearer(Evolved Packet System bearer)，包括，由MME控制在S-GW和/或P-GW与UE所接入的MNB之间建立用于传输UE用户面数据的GTP-U(GPRS Tunnelling Protocol User Plane，GTP-U)隧道，然后UE(用于UE向P-GW发送数据)或者P-GW(用于P-GW向UE发送数据)按照GTP-U协议所规定的数据包封装格式将UE的用户面数据封装成GTP-U数据包之后承载在所述建立的GTP-U隧道上，经由所述MNB与所述P-GW之间的GTP-U隧道完成UE用户面数据的传输。需要说明的是，S-GW和P-GW可以位于同一个物理设备上，也可以位于不同的物理设备上，当S-GW和P-GW位于不同的物理设备上时，两者之间也需要为该EPS bearer建立一段位于S-GW和P-GW之间的GTP-U隧道。
图4中，MNB之间通过X2接口连接，当有UE用户面数据需要在两个MNB之间传输时，该两个MNB之间建立用于传输UE用户面数据的GTP-U隧道，然后MNB按照GTP-U协议所规定的数据包封装格式将UE的用户面数据封装成GTP-U数据包之后承载在所述建立的GTP-U隧道上，经由所述两个MNB之间的GTP-U隧道完成UE用户面数据的传输。
对于UDN中的UE而言，UE接入一个小节点后，其数据传输很有可能需要通过该小节点，然后再由该小节点经过一跳甚至多跳无线回程连接到一个或者多个其它小节点之后才能传输到核心网。以图3中的UE 311为例，图5给出了UE 311经过两跳无线回程接入核心网的示意图，本发明实施例中，将UE接入小节点，经过一条或者多跳无线回程接入核心网的路径称为该UE 的通信路径，其中，图5中的SRAN-node1，SRAN-node2，SRAN-node3分别对应图3中的308，305，303。当UE与S-GW和/或P-GW之间有数据需要传输时，如果继续采用相关技术的通信方式，比如采用图4所示LTE的通信方式，需要在S-GW和/或P-GW与SRAN-node3之间，SRAN-node3与SRAN-node2之间，以及SRAN-node2与SRAN-node1之间建立GTP-U隧道以承载数据的传输，这种数据传输方式会造成数据传输的很大延时并导致小节点的处理复杂度提高，因此有必要研究适用于UDN的多跳通信系统或者说多跳通信架构。
本发明实施例中，以图5为例，UE和其所接入的小节点SRAN-node1之间的无线接入链路继续沿用相关技术(LTE)中的标记，标记为Uu接口，SRAN-node之间的无线回程链路标记为Ub接口，而SRAN-node3与MME和S-GW和/或P-GW之间的有线回程接口继续沿用相关技术(LTE)中的标记，分别标记为S1-MME接口和S1-U接口。本发明实施例中，每个小节点既支持通过Uu接口与UE之间的通信，又支持通过Ub接口与其他小节点之间的通信。
以图5中UE经过两跳无线回程接入核心网的通信路径为例，图6为本发明实施例一种两跳通信系统(UE的通信路径为两跳通信路径)的协议栈结构示意图。
多跳通信系统中，一条通信路径中至少包括用户设备UE，初始接入节点，一个或多个中间路由节点，网关节点和核心网设备。其中，初始接入节点，中间路由节点，网关节点均为SRAN-node，在多跳系统中完成不同的功能。初始接入节点为UE通过无线接入链路接入网络的SRAN-node，如图6中的SRAN-node1；中间路由节点为实现初始接入节点和网关节点之间的通信从而最终实现接入初始接入节点的UE与核心网设备之间的通信提供中继传输，如图6中的SRAN-node2；网关节点通过有线回程连接到核心网设备从而最终实现接入初始接入节点的UE与核心网设备之间的通信，如图6中的SRAN-node3。
如图6所示，UE与初始接入节点SRAN-node1之间通过相关无线蜂窝技术的无线接入链路Uu接口通信，相关无线蜂窝技术比如LTE技术，通过在 UE与初始接入节点之间建立无线承载(Radio Bear，RB)来实现数据传输，因此如图6所示，Uu接口的两端，UE和SRAN-node1上从下到上分别包括物理层(Physical Layer，PHY)和链路层，链路层在LTE中包括媒体接入层(Media Access Control，MAC)，无线链路控制层(Radio Link Control，RLC)，数据包汇聚协议层(Packet Data Convergence Protocol，PDCP)，如果Uu接口上用于传递控制面信息，则PDCP层之上在UE端还包括无线资源控制层(Radio Resource Control，RRC)和非接入控制层(Non-Access-Stratum，NAS)，SRAN-node1端还包括RRC层。需要说明的是本发明实施例以LTE系统中的相关技术为例，但这并不限制Uu接口采用其它相关技术，比如全球移动通信系统(Global System for Mobile Communication，GSM)，(通用移动通信系统Universal Mobile Telecommunication System，UMTS)等技术，对应到相关技术中，Uu接口两端的协议层会根据相关技术改变。本发明实施例中，UE与初始接入节点SRAN-node1之间通过相关无线蜂窝技术的无线接入链路Uu接口通信，可以保证后向兼容性，使得市场上已经存在的低版本UE可以接入本发明实施例的多跳通信系统，享受UDN的网络服务。
如图6所示，网关节点与核心网设备之间通过相关无线蜂窝技术的有线传输网通信，相关无线蜂窝技术比如LTE技术，通过在网关节点与核心网设备之间建立S1接口实现数据传输，以图5为示例，网关节点SRAN-node3与核心网设备MME之间建立的接口为S1-MME接口(S1控制面接口)，则相应的，S1-MME接口的两端，SRAN-node3和MME上从下到上分别包括物理层(Layer1，L1)、链路层(Layer2，L2)和传输层(Transport layer)，这里传输层是基于IP的协议栈，从下到上依次包括IP(Internet Protocol)、SCTP(Stream Control Transmission Protocol)、S1-AP(S1Application Protocol)。网关节点SRAN-node3与核心网设备S-GW和/或P-GW之间建立的接口为S1-U用户面接口，则相应的，S1-U接口两端，SRAN-node3和S-GW/P-GW上从上到下分别包括L1，L2和Transport layer，这里的传输层同样是基于IP的协议，从下到上依次包括IP、UDP(User Datagram Protocol)、GTP-U。同样需要说明的是，这里以LTE系统为例，但这并不限制S1接口采用其他相关技术，而应用到其他相关技术中时，核心网设备的名称，以及网关节点 与核心网设备之间的接口名称可能与此处名称不同，但所完成的逻辑功能及所建立的接口的作用相同。本发明实施例中，网关节点与核心网设备之间通过相关无线蜂窝技术的有线传输网通信，可以做到对核心网的影响最小，甚至可以说做到对核心网的零影响，从而避免UDN网络的引入导致对核心网的升级开销。
图6中的网关节点SRAN-node3，一方面是UE和核心网设备之间的网关代理；另一方面，网关节点SRAN-node3还可以是UE所接入的初始接入节点SRAN-node1的S-GW和/或P-GW。
网关节点是UE和核心网设备之间的网关代理，即从UE看来，网关节点是该UE的核心网设备(MME、S-GW和/或P-GW)，而从核心网看来，网关节点是UE所接入的“初始接入节点”，包括：对于UE的一个EPS bearer，本发明实施例将为该EPS bearer建立两个GTP-U隧道，一个建立于S-GW和/或P-GW与网关节点SRAN-node3之间，另一个建立于网关节点SRAN-node3与UE所接入的初始接入节点SRAN-node1之间，网关节点作为UE和核心网设备之间的网关代理，会完成所述两个GTP-U隧道之间的一对一映射。这里，UE的EPS bearer在核心网设备上只存在该核心网设备和网关节点之间的一段GTP-U隧道，因此在核心网看来，网关节点是该UE的“初始接入节点”，而UE的EPS bearer在初始接入节点上只存在该初始接入节点与网关节点之间的一段GTP-U隧道，因此在UE看来，网关节点是该UE的核心网设备。本发明实施例中网关节点作为UE和核心网设备之间的网关代理，可以有效减少UE在UDN中密集部署的SRAN-node之间移动时对核心网的影响。
网关节点是UE所接入的初始接入节点SRAN-node1的S-GW和/或P-GW，可选的，本发明实施例中对于UE通过其所接入的初始接入节点与核心网进行数据传输时，本发明实施例在初始接入节点SRAN-node1和网关节点SRAN-node3之间建立用于承载SRAN-node1上所有UE的EPS bearer的SRAN-node1的节点聚合EPS bearer(为避免与UE EPS bearer之间的混淆，这里标记为EPS-node bearer)，在SRAN-node1和SRAN-node3之间建立用于承载该EPS-node bearer的GTP-U隧道(为避免与为UE的EPS bearer所建 立的GTP-U隧道之间的混淆，这里标记为GTP-node-U)。本发明实施例中网关节点作为UE所接入的初始接入节点的S-GW和/或P-GW，可以使得初始接入节点与核心网之间的通信类似UE的数据传输过程，做到对系统的额外影响最小，系统最简。
相应于网关节点所完成的上述两功能，即UE和核心网设备之间的网关代理功能和初始接入节点的S-GW和/或P-GW功能，图6中黑色双箭头所示的SRAN-node1和SRAN-node3之间，为支持以上两功能(或者仅支持网关代理功能)，存在一个逻辑S1接口，该逻辑接口承载在SRAN-node1和SRAN-node3无线回程链路的物理层和链路层之上，对应于控制面接口从下到上依次包括IP、SCTP、S1-AP，对应于用户面接口从下到上依次包括IP、UDP、GTP-U。
作为多跳通信系统中的网关节点，SRAN-node3还需要与其他SRAN-node之间通过无线回程链路进行通信，因此，网关节点除了上述建立与核心网设备之间的S1接口，以及实现UE和核心网设备之间的网关代理功能，以及优化的实现UE所接入的初始接入节点的S-GW和/或P-GW功能之外，SRAN-node3还需要与中间路由节点SRAN-node2之间建立无线回程Ub接口。
Ub接口采用无线局域网络(Wireless Local Area Network，WLAN)技术进行通信，Ub接口的两端，中间路由节点SRAN-node2和网关节点SRAN-node3上从下到上分别包括WLAN技术的PHY，MAC和逻辑链路控制层(Logical Link Control，LLC)，优化的，LLC层之上还可以包括IP层。当数据包达到网关节点SRAN-node3时，SRAN-node3将链路层及以下的协议做一次转换，即完成Ub口WLAN的协议栈(LLC、MAC和PHY)与S1接口的协议栈(L1和L2)转换，协议转换时，Transport-Protocol的协议栈不发生变化，网关节点SRAN-node3根据内部转化关系，将源链路层及以下协议转换成目标链路层及以下协议。若LLC层之上还有IP层，则网关节点SRAN-node3在进行协议转换时，将来自S1接口的数据转换成Uu接口的数据时，增加IP层，通过所增加的IP层可以实现UE的数据包在本发明实施例多跳通信系统中每个SRAN-node之间的路由，具体IP层实现多跳路由，相 关技术已经非常成熟，不再赘述。若LLC层之上没有IP层，UE的数据包在本发明实施例多跳通信系统中每个SRAN-node之间的路由，根据WLAN技术中相关路由技术实现，比如根据WLAN的无线网格网络技术(MESH)实现，具体的可以根据802.11s协议(Part 11:Wireless LAN Medium Access Control(MAC)and Physical Layer(PHY)specifications Amendment 10:Mesh Networking)实现，不再赘述。
同样的，作为多跳通信系统中的初始接入节点，SRAN-node1一方面建立与UE之间的Uu接口，在Uu接口上建立无线承载来实现数据传输，另一方面与作为其S-GW和/或P-GW的网关节点之间建立逻辑S1接口，除此之外，SRAN-node1还需要与其他SRAN-node之间通过无线回程链路进行通信，建立与其他SRAN-node，比如图6中的中间路由节点SRAN-node2之间的无线回程Ub接口。同样的，Ub接口采用WLAN技术进行通信，Ub接口的两端，初始接入节点SRAN-node1和中间路由节点SRAN-node2上从下到上分别包括WLAN技术的PHY，MAC和LLC层，优化的，LLC层之上还可以包括IP层。当数据包到达初始接入节点SRAN-node1时，一方面SRAN-node1根据在SRAN-node3和SRAN-node1之间的逻辑S1接口上建立EPS bearer和在SRAN-node1与UE之间的Uu接口上建立RB时的映射关系，完成数据包在EPS bearer与RB bear之间的映射，其中SRAN-node1在与SRAN-node3之间建立了用于承载所述EPS bearer的GTP-U隧道后，SRAN-node1在SRAN-node1和UE之间的Uu接口上建立RB，并且SRAN-node1设置EPS bearer与RB之间的一对一映射。另一方面SRAN-node1将链路层及以下的协议做一次转换，即完成Ub口WLAN的协议栈(LLC、MAC和PHY)与Uu接口的协议栈(PDCP、RLC、MAC和PHY)转换，协议转换时，链路层以上的协议栈不发生变化，SRAN-node1根据内部转化关系，将源链路层及以下协议转换成目标链路层及以下协议。
中间路由节点为实现初始接入节点和网关节点之间的通信从而最终实现接入初始接入节点的UE与核心网设备之间的通信提供中继传输，因此中间路由节点与其通信的其他SRAN-node之间建立无线回程Ub接口，如图6中，中间路由节点SRAN-node2与初始接入节点SRAN-node1和网关节点 SRAN-node3建立Ub接口，Ub接口的两端节点上，从下到上分别保留WLAN技术的PHY，MAC和LLC层，优化的LLC层之上还可以包括IP层。本发明实施例中，Ub接口上采用WLAN技术的物理层和链路层进行传输，一方面可以减少传输时延，另一方面，可以简单实现多跳系统中的多跳路由，最小化SRAN设备和多跳系统的开销。
需要说明的是，图6所示的两跳通信系统的协议站结构示意图中，三个SRAN-node，SRAN-node1，SRAN-node2，SRAN-node3在图6中分别为所述UE的初始接入节点，中间路由节点和网关节点，实际应用中，对其他UE而言，这三个节点均可以作为其他UE的初始接入节点，SRAN-node1也可以作为其他UE的中间路由节点。
采用本发明实施例的技术方案，可以在保证后向兼容性，减少对核心网的影响的前提下，实现UDN网络中的低传输时延、低成本多跳通信系统。此外，需要说明的，本发明实施例所示的技术方案，同样也适用于UDN中通过单跳无线回程进行的通信的场景，如图7为本发明实施例技术方案用于单跳通信系统的协议栈结构示意图，图中，UE与初始接入节点SRAN-node1之间的Uu接口同图6中的Uu接口，网关节点SRAN-node3与核心网设备之间的S1接口同图6中的S1接口，接入节点SRAN-node1和网关节点SRAN-node3所实现的功能分别同图6中的SRAN-node1和SRAN-node3，SRAN-node1和SRAN-node3之间的Ub接口同图6中对Ub接口的描述。
基于图6所示的两跳通信系统协议栈结构示意图，图8给出了该两跳通信系统下用户下行数据在系统中的传递过程，包括：
步骤801、EPS bearer及相关隧道和无线承载建立
当图6所示UE有下行业务需要传输时，在核心网设备MME的控制下，为该UE建立承载该UE下行数据传输的EPS bearer以及用于承载该EPS bearer的相关隧道和无线承载，包括：
在MME控制下，在S-GW和/或P-GW和UE所接入的初始接入节点SRAN-node1最终通过有线接口连接到核心网的网关节点SRAN-node3之间建立用于承载该EPS bearer的一段GTP-U隧道，以及在所述网关节点SRAN-node3和所述初始接入节点SRAN-node1之间建立用于承载该EPS  bearer的另一端GTP-U隧道，并在SRAN-node3处设置所述两段GTP-U隧道的一一对应关系。
在MME或者SRAN-node3控制下，建立用于承载SRAN-node1上所有UE的EPS bearer的SRAN-node1的EPS-node bearer以及承载该EPS-node bearer的SRAN-node1和SRAN-node3之间的GTP-node-U隧道。
在SRAN-node1接收到为该UE建立所述EPS bearer的通知后，在SRAN-node1控制下在SRAN-node1和UE之间建立用于在Uu接口承载所述EPS bearer的RB，并在SRAN-node1处设置所述RB与EPS bearer之间的一一对应关系。
需要说明是，根据UE的业务需求，可以为所述UE建立多个EPS bearer及一一对应的相关隧道和无线承载。
需要说明的是，本发明实施例下行数据的传递过程中，下行数据的传递路径已经确定，即数据从核心网传递给SRAN-node3，再从SRAN-node3经过中间路由节点SRAN-node2传递个SRAN-node1，具体路径的选择过程有相关技术确定，不在本发明方案范畴内。
802、UE数据包被封装到EPS bearer在S1接口的GTP-U隧道上，传递给SRAN-node3。
有UE的数据包达到核心网时，S-GW和/或P-GW根据所述数据包的业务特性，将其承载到对应满足业务特性的EPS bearer上，可选的，将数据包封装到对应EPS bearer在S1接口的GTP-U隧道上，传递给SRAN-node3。
803、SRAN-node3接收到来自核心网的数据后，进行以下操作：
(1)SRAN-node3解封装来自S1接口的数据包，将解封装之后的数据包封装到该EPS bearer在SRAN-node3与SRAN-node1之间的逻辑S1接口的GTP-U隧道上，然后将封装得到的数据包再封装到在SRAN-node3和SRAN-node1之间为SRAN-node1的EPS-node bearer建立的GTP-node-U隧道上；
可选的，这里将解封装之后的数据封装到该EPS bearer在SRAN-node3与SRAN-node1之间的逻辑S1接口的GTP-U隧道上，其实质是将该EPS  bearer在核心网和SRAN-node3之间的一段GTP-U隧道与在SRAN-node3与SRAN-node1之间的一段隧道之间进行转换，转换包括改变隧道的传输层地址(Transport Layer address)，GTP隧道端点标识(GTP Tunnel Endpoint Identifier，GTP TEIDs)等。
(2)SRAN-node3将所述封装完成的数据包转换到Ub接口WLAN的协议栈上进行传输，传递给SRAN-node2；
804、SRAN-node2接收到数据包后，根据路由，将数据包转发到SRAN-node2与SRAN-node1之间的Ub接口上，传递给SRAN-node1。
根据前述说明，本发明实施例中下行数据的传递路径已经确定，路由由IP层实现，或者可以由WLAN技术中相关路由技术。
805、SRAN-node1接收到数据包后，解封装数据包，根据所述EPS bearer与所述Uu接口的RB的对应关系，将解封装之后的数据包转换到Uu接口的协议栈上，封装成Uu接口RB上传递的数据包发送给UE。至此，下行数据传递到UE。
根据本发明实施例提出的多跳通信系统，本发明实施例还提出一种接入网设备，该接入网设备应用于无线接入网小节点或者基站等，如图9所示。
当该接入网设备在所述多跳通信系统中至少作为用户设备UE的初始接入节点出现时，包括以下模块：
901协议栈转换模块：设置为实现链路层及以下协议层的转换，包括：实现Ub口WLAN的协议栈(LLC、MAC和PHY)与Uu接口的协议栈(PDCP、RLC、MAC和PHY)转换；
902Uu接口功能模块：设置为建立与UE之间的Uu接口，对应于Uu接口，从下到上分别包括PHY、MAC、RLC、PDCP等协议层；以及为UE EPS bearer在Uu接口上建立对应的无线承载；
903S1接口功能模块：设置为建立与初始接入节点最终连接的网关节点之间的逻辑S1接口，在所述逻辑S1接口上与网关节点之间建立用于承载UE的EPS bearer的GTP-U隧道和建立用于承载初始接入节点自身的EPS-node  bearer的GTP-node-U隧道。对应于逻辑S1接口的控制面，从下到上依次包括IP、SCTP、S1-AP等协议层，对应于逻辑S1接口的用户面，从下到上依次包括IP、UDP、GTP-U等协议层；
904Ub接口功能模块：：设置为建立与其他接入网设备(比如实现中间路由节点功能或者网关节点功能的接入网设备)之间的Ub接口，对应于Ub接口，从下到上分别包括WLAN的协议栈(LLC、MAC、PHY)，可选的还包括IP协议层；
当该接入网设备在所述多跳通信系统中至少作为网关节点出现时，包括以下模块：
901协议栈转换模块：设置为实现链路层及以下协议层的转换，包括：实现Ub口WLAN的协议栈(LLC、MAC和PHY)与S1接口的协议栈(L1和L2)转换；
903S1接口功能模块：设置为建立与核心网设备(MME、S-GW和/或P-GW)之间的S1接口，对应于S1接口的控制面，从下到上依次包括L1层、L2层、IP、SCTP、S1-AP等协议层，对应于S1接口的用户面，从下到上依次包括L1层、L2层、IP、UDP、GTP-U等协议层；以及建立与初始接入节点之间的逻辑S1接口，对于逻辑S1接口的控制面，从下到上依次包括因特网协议IP层、流控制传输协议SCTP层和S1接口应用协议S1-AP协议层；对应于逻辑S1接口的用户面时，从下到上依次包括IP层、用户数据报协议UDP层和用户面通用分组无线服务GPRS隧道协议GTP-U层；
904Ub接口功能模块：设置为建立与其他接入网设备(比如实现中间路由节点功能或者初始接入节点功能的接入网设备)之间的Ub接口，对应于Ub接口，从下到上分别包括WLAN的协议栈(LLC、MAC、PHY)，可选的还包括IP协议层；
906初始接入节点核心网功能代理模块：设置为实现初始接入节点的S-GW和/或P-GW代理功能，在S1接口功能模块与初始接入节点之间建立的逻辑S1接口上与初始接入节点之间建立用于承载所述初始接入节点的EPS-node bearer的GTP-node-U隧道；
907网关代理功能：设置为实现UE和核心网设备(MME、S-GW和/或P-GW)的网关代理功能，包括：
与初始接入节点之间建立用于承载UE的EPS bearer的GTP-U隧道，以及完成所述建立的GTP-U隧道与903S1接口功能模块与核心网设备之间所建立的用于承载所述UE的所述EPS bearer的GTP-U隧道之间的一对一映射关系。
当该接入网设备在所述多跳通信系统中至少作为中间路由节点出现时，包括以下模块：
904Ub接口功能模块：设置为建立与其他接入网设备(比如实现网关接入点功能或者初始接入节点功能的接入网设备)之间的Ub接口，对应于Ub接口，从下到上分别包括WLAN的协议栈(LLC、MAC、PHY)，可选的还包括IP协议层；
905数据中继发送模块：设置为从源接入网设备接收数据后，转发给目标接入网设备；
需要说明的是，所述接入网设备在所述多跳通信系统中，可以提供多种节点身份存在，比如一个接入网设备可以即作为初始接入节点又作为中间路由节点存在，则该接入网设备同时提供作为初始接入节点时的功能和作为中间路由节点时的功能；再比如，一个接入网设备可以即作为初始接入节点又作为网关节点存在，则该接入网设备同时提供作为初始接入节点时的功能和作为网关节点时的功能。
根据以上提出的多跳通信系统以及多跳通信系统中的接入网设备，下面对本发明实施例多跳通信系统中的每个节点进行说明：
一种多跳通信系统中的网关节点，所述多跳通信系统的一条通信路径中包括用户设备UE、一个初始接入节点、至少一个中间路由节点、一个网关节点和核心网设备，其中所述网关节点，设置为通过有线回程链路与所述核心网设备之间建立S1接口，通过所述S1接口与所述核心网设备通信；以及通过无线回程链路与所述至少一个中间路由节点的其中一个路由节点之间建 立无线回程Ub接口，通过所述Ub接口与所述中间路由节点通信；以及通过无线回程链路与所述初始接入节点之间建立逻辑S1接口，通过所述逻辑S1接口与所述初始接入节点通信。
其中，所述网关节点包括第一协议栈、第二协议栈和第三协议栈；
其中所述第一协议栈设置为承载所述网关节点与所述核心网设备之间的S1接口；所述第二协议栈设置为承载所述网关节点与所述初始接入节点之间的逻辑S1接口；所述第三协议栈设置为承载所述网关节点与所述一个中间路由节点之间的Ub接口；
所述第一协议栈，设置为当承载所述S1接口的控制面时，从下到上依次包括L1层、L2层、IP层、流控制传输协议SCTP层和S1接口应用协议S1-AP层；当承载所述S1接口的用户面时，从下到上依次包括L1层、L2层、IP层、用户数据报协议UDP层和用户面GPRS隧道协议GTP-U层；
所述第二协议栈，设置为当承载所述逻辑S1接口的控制面时，从下到上依次包括IP层、SCTP层和S1-AP协议层；当承载所述逻辑S1接口的用户面时，从下到上依次包括IP层、UDP层和GTP-U层；
所述第三协议栈，设置为从下到上依次包括使用WLAN技术实现的物理层PHY、媒体介入控制MAC层和逻辑链路控制LLC层；
其中，所述第二协议栈承载于所述第三协议栈之上。
其中，所述第三协议栈还包括：
IP层，位于LLC层之上。
其中，所述网关节点实现所述UE和所述核心网设备之间的网关代理，包括：
为所述UE的演进分组系统承载EPS bearer建立两个GTP-U隧道，一个建立于核心网设备服务网关S-GW和/或分组数据网络网关P-GW与所述网关节点之间，另一个建立于所述网关节点与所述初始接入节点之间；
其中，所述核心网设备S-GW和/或P-GW与所述网关节点之间的GTP-U隧道承载于所述网关节点与所述核心网设备之间的S1接口上；所述网关节点与所述初始接入节点之间的GTP-U隧道承载于所述网关节点与所述初始接 入节点之间的的逻辑S1接口上。
其中，所述网关节点作为所述UE和所述核心网设备之间的网关代理，完成所述两个GTP-U隧道之间的一对一映射。
其中，所述网关节点实现所述初始接入节点S-GW和/或P-GW代理功能，包括：
为所述初始接入节点建立用于承载接入所述初始接入节点的所有UE的EPS bearer的演进分组系统节点聚合承载EPS-node bearer；在所述网关节点与所述初始接入节点的逻辑S1接口上建立用于承载所述EPS-node bearer的GTP-U隧道。
其中，所述网关节点完成承载所述S1接口的第一协议栈与承载所述Ub接口的第三协议栈之间包括链路层在内的链路层以下协议层的转换，包括：
第一协议栈的L1层和L2层与第三协议栈的LLC层、MAC层和PHY层之间的转换；
所述网关节点完成所述协议层转换时，链路层之上的协议层不发生变化；
所述网关节点根据网关节点内部的转化关系，将源链路层及以下协议层转换成目标链路层及以下的协议层。
一种多跳通信系统中的初始接入节点，所述多跳通信系统的一条通信路径中包括用户设备UE、一个初始接入节点、至少一个中间路由节点、一个网关节点和核心网设备，其中所述初始接入节点，设置为通过无线接入链路与所述UE之间建立无线接入Uu接口，通过所述Uu接口与所述UE通信；以及通过无线回程链路与所述网关节点之间建立逻辑S1接口，通过所述逻辑S1接口与所述网关节点通信；以及通过无线回程链路与所述至少一个中间路由节点中的其中一个中间路由节点建立无线回程Ub接口，通过所述Ub接口与所述中间路由节点通信。
其中，所述初始接入节点包括第四协议栈，第五协议栈和第六协议栈；
其中，所述第四协议栈设置为承载所述初始接入节点与所述UE之间的 Uu接口；所述第五协议栈设置为承载所述初始接入节点与所述网关节点之间的逻辑S1接口；所述第六协议栈设置为承载所述初始接入节点与所述一个中间路由节点之间的Ub接口；
所述第四协议栈，设置为当承载所述Uu接口的控制面时，从下到上依次包括PHY层、MAC层、无线链路控制RLC层、分组数据汇聚协议PDCP层、无线资源控制RRC层和非接入NAS层；当承载所述Uu接口的用户面时，从下到上依次包括PHY层、MAC层、RLC层和PDCP层；
所述第五协议栈，设置为当承载所述逻辑S1接口的控制面时，从下到上依次包括IP层、SCTP层和S1-AP层；当承载所述逻辑S1接口的用户面时，从下到上依次包括IP层、UDP层和GTP-U层；
所述第六协议栈，设置为从下到上依次包括使用WLAN技术实现的PHY、MAC和LLC协议层；
其中，所述第四协议栈承载于所述第五协议栈之上。
其中，所述第六协议栈还包括：IP层，位于LLC层之上。
其中，所述初始接入节点在与所述网关节点之间建立了所述UE的EPS bearer在所述初始接入节点与所述网关节点之间的GTP-U隧道后，所述初始接入节点与所述UE在所述Uu接口上建立无线承载RB，所述初始接入节点设置所述EPS bearer与所述RB之间的一对一映射。
其中，所述初始接入节点完成承载所述Uu接口的第四协议栈与承载所述Ub接口的第六协议栈之间包括链路层在内的链路层以下协议层的转换，完成：
第四协议栈的LLC层、MAC层和PHY层与第六协议栈的L1层和L2层之间的转换；
所述初始接入节点完成所述协议层转换时，链路层之上的协议层不发生变化；
所述初始接入节点根据初始接入节点内部的转化关系，将源链路层及以下协议层转换成目标链路层及以下的议层。
一种多跳通信系统中的中间路由节点，所述多跳通信系统的一条通信路 径中包括用户设备UE、一个初始接入节点、至少一个中间路由节点、一个网关节点和核心网设备，其中所述中间路由节点，设置为通过无线回程链路与所述初始接入节点，和/或所述网关节点，和/或其他中间路由节点之间建立无线回程Ub接口，通过所述Ub接口实现数据在所述初始接入节点和网关节点之间的中继传输。
其中，所述中间路由节点包括第七协议栈，第七协议栈设置为承载所述中间路由节点与所述初始接入节点和/或所述网关节点和/或其他中间路由节点之间的Ub接口；
所述第七协议栈，从下到上依次包括使用WLAN技术实现的PHY和MAC层和LLC层。
其中，所述第七协议栈还包括：IP层，位于LLC层之上。
由上可以看出，在保证后向兼容性，减少对核心网的影响的前提下，实现UDN网络中的低传输时延、低成本多跳通信系统。
本领域普通技术人员可以理解上述方案中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件(例如处理器)完成，所述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现。相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现，例如通过集成电路来实现其相应功能，也可以采用软件功能模块的形式实现，例如通过处理器执行存储于存储器中的程序/指令来实现其相应功能。本发明不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。
本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
工业实用性
上述技术方案在保证后向兼容性，减少对核心网的影响的前提下，实现UDN网络中的低传输时延、低成本多跳通信系统。

Claims (28)

  1. 一种多跳通信系统，其特征在于，所述多跳通信系统的一条通信路径中包括：用户设备UE、一个初始接入节点、至少一个中间路由节点、一个网关节点和核心网设备，其中：
    所述初始接入节点，设置为与所述UE之间建立无线接入Uu接口，通过所述Uu接口与所述UE通信；与所述网关节点之间建立逻辑S1接口，通过所述逻辑S1接口与所述网关节点通信；与所述至少一个中间路由节点中的其中一个中间路由节点建立无线回程Ub接口，通过所述Ub接口与所述中间路由节点通信；
    所述中间路由节点，设置为与所述初始接入节点，和/或所述网关节点，和/或其他中间路由节点之间建立无线回程Ub接口，通过所述Ub接口实现数据在所述初始接入节点和网关节点之间的中继传输；
    所述网关节点，设置为与所述核心网设备之间建立S1接口，通过所述S1接口与所述核心网设备通信；与所述至少一个中间路由节点的其中一个路由节点之间建立无线回程Ub接口，通过所述Ub接口与所述中间路由节点通信；与所述初始接入节点之间建立逻辑S1接口，通过所述逻辑S1接口与所述初始接入节点通信。
  2. 根据权利要求1所述的系统，其中：
    所述网关节点包括第一协议栈、第二协议栈和第三协议栈；
    所述第一协议栈，设置为承载所述网关节点与所述核心网设备之间的S1接口；所述第二协议栈设置为承载所述网关节点与所述初始接入节点之间的逻辑S1接口；所述第三协议栈设置为承载所述网关节点与所述一个中间路由节点之间的Ub接口；
    所述第一协议栈，设置为当承载所述S1接口的控制面时，从下到上依次包括L1层、L2层、因特网协议IP层、流控制传输协议SCTP层和S1接口应用协议S1-AP层；当承载所述S1接口的用户面时，从下到上依次包括L1层、L2层、IP层、用户数据报协议UDP层和用户面通用分组无线服务GPRS隧道协议GTP-U层；
    所述第二协议栈，设置为当承载所述逻辑S1接口的控制面时，从下到上依次包括IP层、SCTP层和S1-AP协议层；当承载所述逻辑S1接口的用户面时，从下到上依次包括IP层、UDP层和GTP-U层；
    所述第三协议栈，设置为从下到上依次包括使用无线局域网络WLAN技术实现的物理PHY层、媒体介入控制MAC层和逻辑链路控制LLC层；
    所述第二协议栈承载于所述第三协议栈之上。
  3. 根据权利要求2所述的系统，所述第三协议栈还包括：
    IP层，位于LLC层之上。
  4. 根据权利要求1至3任一所述的系统，所述网关节点，还设置为实现所述UE和所述核心网设备之间的网关代理，包括：
    为所述UE的演进分组系统承载EPS bearer建立两个用户面通用分组无线服务GPRS隧道协议GTP-U隧道，一个建立于核心网设备服务网关S-GW和/或分组数据网络网关P-GW与所述网关节点之间，另一个建立于所述网关节点与所述初始接入节点之间；
    其中，所述核心网设备S-GW和/或P-GW与所述网关节点之间的GTP-U隧道承载于所述网关节点与所述核心网设备之间的S1接口上；所述网关节点与所述初始接入节点之间的GTP-U隧道承载于所述网关节点与所述初始接入节点之间的逻辑S1接口上。
  5. 根据权利要求4所述的系统，其中：
    所述网关节点作为所述UE和所述核心网设备之间的网关代理，完成所述两个GTP-U隧道之间的一对一映射。
  6. 根据权利要求1至3任一所述的系统，所述网关节点，还设置为实现所述初始接入节点的服务网关S-GW和/或分组数据网络网关P-GW代理功能，包括：
    为所述初始接入节点建立用于承载接入所述初始接入节点的所有UE的演进分组系统承载EPS bearer的演进分组系统节点聚合承载EPS-node bearer；在所述网关节点与所述初始接入节点的逻辑S1接口上建立用于承载所述EPS-node bearer的用户面通用分组无线服务GPRS隧道协议GTP-U隧道。
  7. 根据权利要求2所述的系统，
    所述网关节点，还设置为完成承载所述S1接口的第一协议栈与承载所述Ub接口的第三协议栈之间包括链路层在内的链路层以下协议层的转换，包括：
    第一协议栈的L1层和L2层与第三协议栈的LLC层、MAC层和PHY层之间的转换；
    所述网关节点完成所述协议层转换时，链路层之上的协议层不发生变化；
    所述网关节点根据网关节点内部的转化关系，将源链路层及以下协议层转换成目标链路层及以下的协议层。
  8. 根据权利要求1所述的系统，其中，
    所述初始接入节点包括第四协议栈，第五协议栈和第六协议栈；
    其中，所述第四协议栈，设置为承载所述初始接入节点与所述UE之间的Uu接口；所述第五协议栈，设置为承载所述初始接入节点与所述网关节点之间的逻辑S1接口；所述第六协议栈，设置为承载所述初始接入节点与所述一个中间路由节点之间的Ub接口；
    所述第四协议栈，设置为当承载所述Uu接口的控制面时，从下到上依次包括物理PHY层、媒体介入控制MAC层、无线链路控制RLC层、分组数据汇聚协议PDCP层、无线资源控制RRC层和非接入NAS层；当承载所述Uu接口的用户面时，从下到上依次包括PHY层、MAC层、RLC层和分组数据汇聚协议PDCP层；
    所述第五协议栈，设置为当承载所述逻辑S1接口的控制面时，从下到上依次包括因特网协议IP层、流控制传输协议SCTP层和S1接口应用协议S1-AP层；当承载所述逻辑S1接口的用户面时，从下到上依次包括IP层、用户数据报协议UDP层和用户面通用分组无线服务GPRS隧道协议GTP-U层；
    所述第六协议栈，设置为从下到上依次包括使用WLAN技术实现的PHY、MAC和逻辑链路控制LLC协议层；
    其中，所述第四协议栈承载于所述第五协议栈之上。
  9. 根据权利要求8所述的系统，所述第六协议栈还包括：
    IP层，位于逻辑链路控制LLC层之上。
  10. 根据权利要求4所述的系统，其中，
    所述初始接入节点在与所述网关节点之间建立了所述UE的EPS bearer在所述初始接入节点与所述网关节点之间的GTP-U隧道后，所述初始接入节点与所述UE在所述Uu接口上建立无线承载RB，所述初始接入节点设置所述EPS bearer与所述RB之间的一对一映射。
  11. 根据权利要求1或8所述的系统，
    所述初始接入节点，还设置为完成承载所述Uu接口的第四协议栈与承载所述Ub接口的第六协议栈之间包括链路层在内的链路层以下协议层的转换，包括：
    第四协议栈的LLC，MAC，PHY协议层与第六协议栈的L1层和L2层之间的转换；
    所述初始接入节点完成所述协议层转换时，链路层之上的协议层不发生变化；
    所述初始接入节点根据初始接入节点内部的转化关系，将源链路层及以下协议层转换成目标链路层及以下的议层。
  12. 根据权利要求1所述的系统，其中，
    所述中间路由节点包括第七协议栈，第七协议栈设，置为承载所述中间路由节点与所述初始接入节点和/或所述网关节点和/或其他中间路由节点之间的Ub接口；
    所述第七协议栈，设置为从下到上依次包括使用WLAN技术实现的物理PHY层、媒体介入控制MAC层和逻辑链路控制LLC层。
  13. 根据权利要求12所述的系统，所述第七协议栈还包括：
    因特网协议IP层，位于逻辑链路控制LLC层之上。
  14. 一种多跳通信系统中的网关节点，其特征在于，所述多跳通信系统的一条通信路径中包括用户设备UE、一个初始接入节点、至少一个中间路由 节点、一个网关节点和核心网设备，
    所述网关节点，设置为与所述核心网设备之间建立S1接口，通过所述S1接口与所述核心网设备通信与所述至少一个中间路由节点的其中一个路由节点之间建立无线回程Ub接口，通过所述Ub接口与所述中间路由节点通信；与所述初始接入节点之间建立逻辑S1接口，通过所述逻辑S1接口与所述初始接入节点通信。
  15. 根据权利要求14所述的网关节点，其中：
    所述网关节点包括第一协议栈、第二协议栈和第三协议栈；
    其中所述第一协议栈，设置为承载所述网关节点与所述核心网设备之间的S1接口；所述第二协议栈，设置为承载所述网关节点与所述初始接入节点之间的逻辑S1接口；所述第三协议栈，设置为承载所述网关节点与所述一个中间路由节点之间的Ub接口；
    所述第一协议栈，设置为当承载所述S1接口的控制面时，从下到上依次包括L1层、L2层、因特网协议IP层、流控制传输协议SCTP层和S1接口应用协议S1-AP层；当承载所述S1接口的用户面时，从下到上依次包括L1层、L2层、IP层、用户数据报协议UDP层和用户面通用分组无线服务GPRS隧道协议GTP-U层；
    所述第二协议栈，设置为当承载所述逻辑S1接口的控制面时，从下到上依次包括因特网协议IP层、流控制传输协议SCTP层和S1接口应用协议S1-AP协议层；当承载所述逻辑S1接口的用户面时，从下到上依次包括IP层、用户数据报协议UDP层和用户面通用分组无线服务GPRS隧道协议GTP-U层；
    所述第三协议栈，设置为从下到上依次包括使用WLAN技术实现的物理层PHY、媒体介入控制MAC层和逻辑链路控制LLC层；
    其中，所述第二协议栈承载于所述第三协议栈之上。
  16. 根据权利要求15所述的网关节点，其中，所述第三协议栈还包括：
    IP层，位于逻辑链路控制LLC层之上。
  17. 根据权利要求14至16任一所述的网关节点，所述网关节点，还设 置为实现所述UE和所述核心网设备之间的网关代理，包括：
    为所述UE的演进分组系统承载EPS bearer建立两个GTP-U隧道，一个建立于核心网设备服务网关S-GW和/或分组数据网络网关P-GW与所述网关节点之间，另一个建立于所述网关节点与所述初始接入节点之间；
    其中，所述核心网设备S-GW和/或P-GW与所述网关节点之间的GTP-U隧道承载于所述网关节点与所述核心网设备之间的S1接口上；所述网关节点与所述初始接入节点之间的GTP-U隧道承载于所述网关节点与所述初始接入节点之间的的逻辑S1接口上。
  18. 根据权利要求17所述的网关节点，其中：
    所述网关节点作为所述UE和所述核心网设备之间的网关代理，完成所述两个GTP-U隧道之间的一对一映射。
  19. 根据权利要求14至16任一所述的网关节点，所述网关节点，还设置为实现所述初始接入节点的服务网关S-GW和/或分组数据网络网关P-GW代理功能，包括：
    为所述初始接入节点建立用于承载接入所述初始接入节点的所有UE的EPS bearer的演进分组系统节点聚合承载EPS-node bearer；在所述网关节点与所述初始接入节点的逻辑S1接口上建立用于承载所述EPS-node bearer的GTP-U隧道。
  20. 根据权利要求15所述的网关节点，
    所述网关节点，还设置为完成承载所述S1接口的第一协议栈与承载所述Ub接口的第三协议栈之间包括链路层在内的链路层以下协议层的转换，包括：
    第一协议栈的L1层和L2层与第三协议栈的LLC层、MAC层和PHY层之间的转换；
    所述网关节点完成所述协议层转换时，链路层之上的协议层不发生变化；
    所述网关节点根据网关节点内部的转化关系，将源链路层及以下协议层转换成目标链路层及以下的协议层。
  21. 一种多跳通信系统中的初始接入节点，其特征在于，所述多跳通信 系统的一条通信路径中包括用户设备UE、一个初始接入节点、至少一个中间路由节点、一个网关节点和核心网设备，
    所述初始接入节点，设置为与所述UE之间建立无线接入Uu接口，通过所述Uu接口与所述UE通信；与所述网关节点之间建立逻辑S1接口，通过所述逻辑S1接口与所述网关节点通信；与所述至少一个中间路由节点中的其中一个中间路由节点建立无线回程Ub接口，通过所述Ub接口与所述中间路由节点通信。
  22. 根据权利要求21所述的初始接入节点，其中，所述初始接入节点包括第四协议栈，第五协议栈和第六协议栈；
    其中，所述第四协议栈，设置为承载所述初始接入节点与所述UE之间的Uu接口；所述第五协议栈，设置为承载所述初始接入节点与所述网关节点之间的逻辑S1接口；所述第六协议栈，设置为承载所述初始接入节点与所述一个中间路由节点之间的Ub接口；
    所述第四协议栈，设置为当承载所述Uu接口的控制面时，从下到上依次包括物理PHY层、媒体介入控制MAC层、无线链路控制RLC层、分组数据汇聚协议PDCP层、无线资源控制RRC层和非接入NAS层；当承载所述Uu接口的用户面时，从下到上依次包括PHY层、MAC层、RLC层和分组数据汇聚协议PDCP层；
    所述第五协议栈，设置为当承载所述逻辑S1接口的控制面时，从下到上依次包括因特网协议IP层、流控制传输协议SCTP层和S1接口应用协议S1-AP层；当承载所述逻辑S1接口的用户面时，从下到上依次包括IP层、用户数据报协议UDP层和用户面通用分组无线服务GPRS隧道协议GTP-U层；
    所述第六协议栈，设置为从下到上依次包括使用WLAN技术实现的PHY、MAC和逻辑链路控制LLC协议层；
    其中，所述第四协议栈承载于所述第五协议栈之上。
  23. 根据权利要求22所述的初始接入节点，所述第六协议栈还包括：
    IP层，位于LLC层之上。
  24. 根据权利要求21或22所述的初始接入节点，
    所述初始接入节点，还设置为与所述网关节点之间建立所述UE的EPS bearer在所述初始接入节点与所述网关节点之间的GTP-U隧道，并在建立所述隧道后，与所述UE在所述Uu接口上建立无线承载RB，所述初始接入节点设置所述EPS bearer与所述RB之间的一对一映射。
  25. 根据权利要求22所述的初始接入节点，
    所述初始接入节点，还设置为完成承载所述Uu接口的第四协议栈与承载所述Ub接口的第六协议栈之间包括链路层在内的链路层以下协议层的转换，包括：
    第四协议栈的LLC，MAC，PHY协议层与第六协议栈的L1层和L2层之间的转换；
    所述初始接入节点完成所述协议层转换时，链路层之上的协议层不发生变化；
    所述初始接入节点根据初始接入节点内部的转化关系，将源链路层及以下协议层转换成目标链路层及以下的议层。
  26. 一种多跳通信系统中的中间路由节点，其特征在于，所述多跳通信系统的一条通信路径中包括用户设备UE、一个初始接入节点、至少一个中间路由节点、一个网关节点和核心网设备，
    所述中间路由节点，设置为与所述初始接入节点，和/或所述网关节点，和/或其他中间路由节点之间建立无线回程Ub接口，通过所述Ub接口实现数据在所述初始接入节点和网关节点之间的中继传输。
  27. 根据权利要求26所述的中间路由节点，其中，
    所述中间路由节点包括第七协议栈，第七协议栈，设置为承载所述中间路由节点与所述初始接入节点和/或所述网关节点和/或其他中间路由节点之间的Ub接口；
    所述第七协议栈，设置为从下到上依次包括使用WLAN技术实现的物理PHY层、媒体介入控制MAC层和逻辑链路控制LLC层。
  28. 根据权利要求27所述的中间路由节点，所述第七协议栈还包括：
    因特网协议IP层，位于LLC层之上。
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