一種基于軟件定義的以用戶為中心的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及應(yīng)用于5G移動(dòng)通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，具體涉及一種基于軟件定義的以用戶為中心的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前已經(jīng)有大量國(guó)內(nèi)外研宄機(jī)構(gòu)開(kāi)始針對(duì)5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)展開(kāi)研宄。為了高效的控制無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，相關(guān)5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)研宄都引入了軟件定義的思想，實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一控制。
[0003]對(duì)于國(guó)內(nèi)的5G架構(gòu)相關(guān)研宄，中國(guó)移動(dòng)提出了 C-RAN架構(gòu)，通過(guò)RRU和BBU的分離，設(shè)計(jì)了虛擬基站集群的架構(gòu)模式，由集中式的基站資源池統(tǒng)一控制無(wú)線資源，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)物理資源的全局最優(yōu)。中國(guó)電信提出了一種基于SDN的虛擬化融合移動(dòng)核心控制網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，將網(wǎng)絡(luò)劃分為業(yè)務(wù)層、控制層、轉(zhuǎn)發(fā)層、接入層，能夠支持包括2G網(wǎng)絡(luò)、3G網(wǎng)絡(luò)、wifi網(wǎng)絡(luò)、LTE網(wǎng)絡(luò)等接入技術(shù)。中興提出了一種基于云的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，主要包含三部分結(jié)構(gòu):無(wú)線云，將無(wú)線接入網(wǎng)虛擬化；網(wǎng)絡(luò)功能云，具備無(wú)線控制功能與核心網(wǎng)功能；業(yè)務(wù)云，提供各種業(yè)務(wù)服務(wù)。清華大學(xué)提出了 OpenRAN架構(gòu)，該架構(gòu)提出無(wú)線接入點(diǎn)支持多種接入制式，可以根據(jù)具體網(wǎng)絡(luò)需求更改傳輸協(xié)議，在上層利用SDN控制器實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的集中式控制。
[0004]在國(guó)外的5G架構(gòu)研宄中，斯坦福大學(xué)的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)獲得大量研宄成果。斯坦福大學(xué)提出的Open Rad1技術(shù)，在無(wú)線協(xié)議棧中加入可編程無(wú)線數(shù)據(jù)平面，該平面運(yùn)用了模塊化和可編程接口聲明技術(shù)。這種設(shè)計(jì)允許運(yùn)營(yíng)商根據(jù)功能需求靈活生成控制協(xié)議。另外，斯坦福大學(xué)還提出了 SoftRAN架構(gòu)。該架構(gòu)是一個(gè)集中式的軟件定義無(wú)線接入網(wǎng)，為有效執(zhí)行切換和分配無(wú)線資源，對(duì)所有LTE基站進(jìn)行集中控制，所有基站被抽象為一個(gè)虛擬元素，由一個(gè)邏輯中央控制器管理。
[0005]現(xiàn)有無(wú)線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)是一種多種制式網(wǎng)絡(luò)并存無(wú)線接入環(huán)境，并朝著越來(lái)越密集的趨勢(shì)發(fā)展，存在的問(wèn)題歸納如下。
[0006]從網(wǎng)絡(luò)的角度:
[0007]首先，現(xiàn)有無(wú)線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)缺乏協(xié)同感知網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的能力。頻譜資源有限，密集網(wǎng)絡(luò)中存在嚴(yán)重干擾。如何協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)間資源是密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)是否能充分發(fā)揮性能的關(guān)鍵問(wèn)題。有效的資源管理需要基站和用戶在局部和大范圍協(xié)同感知網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，并交互信息?，F(xiàn)有的相關(guān)協(xié)作處理方案研宄大都假設(shè)網(wǎng)絡(luò)之間的信息可以任意交互。而實(shí)際上接入網(wǎng)并沒(méi)有統(tǒng)一的信息交互協(xié)作處理平臺(tái)。
[0008]其次，網(wǎng)絡(luò)中信令開(kāi)銷與信息交互量會(huì)占用大量網(wǎng)絡(luò)資源。無(wú)線資源協(xié)同管理的前提是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)(基站和終端)間的數(shù)據(jù)交互。為了更好的提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，未來(lái)的網(wǎng)絡(luò)會(huì)在局部(如:多基站為一個(gè)用戶服務(wù))和大范圍(如:頻譜資源動(dòng)態(tài)規(guī)劃等)共同進(jìn)行協(xié)作?；诓煌６鹊膮f(xié)作都依賴于大量的信息交互，包括環(huán)境信息、控制信息等。隨著網(wǎng)絡(luò)的密集部署，節(jié)點(diǎn)數(shù)量急劇增加，信息交互的開(kāi)銷會(huì)以爆炸式增長(zhǎng)，占據(jù)大量網(wǎng)絡(luò)資源。而信息本身的可靠性也影響了網(wǎng)絡(luò)性能的發(fā)揮。如何降低信令開(kāi)銷并增加信息的魯棒性是未來(lái)密集網(wǎng)絡(luò)迫切需要解決的問(wèn)題。
[0009]再次，不同制式網(wǎng)絡(luò)難以協(xié)調(diào)資源?，F(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)可以通過(guò)協(xié)作通信小范圍協(xié)調(diào)同制式網(wǎng)絡(luò)資源，而缺少不同制式網(wǎng)絡(luò)的資源協(xié)調(diào)能力，網(wǎng)絡(luò)無(wú)法利用所有網(wǎng)絡(luò)為用戶提供可靠的服務(wù)。雖然同制式網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載均衡已經(jīng)得到廣泛研宄，但是不同網(wǎng)絡(luò)間的負(fù)載均衡問(wèn)題難以解決。需要提出一種網(wǎng)絡(luò)資源的統(tǒng)一管理方法，統(tǒng)一調(diào)配無(wú)線資源，實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載均衡與協(xié)作。
[0010]最后，用戶的個(gè)性化服務(wù)難以實(shí)現(xiàn)。網(wǎng)絡(luò)資源控制以小區(qū)為單位，難以顧及網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)用戶，尤其是處于多個(gè)網(wǎng)絡(luò)邊緣的用戶。網(wǎng)絡(luò)之間的獨(dú)立性和封閉性降低了處于多個(gè)網(wǎng)絡(luò)覆蓋下用戶的性能。
[0011]從用戶的角度:
[0012]網(wǎng)絡(luò)環(huán)境越發(fā)復(fù)雜，而對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)，相較于越來(lái)越復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，用戶則希望感受到更簡(jiǎn)潔的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。而對(duì)網(wǎng)絡(luò)本身沒(méi)有感受，終端需要做的決策越少越好，不論用戶處于何種場(chǎng)景(多網(wǎng)絡(luò)、單網(wǎng)絡(luò)、密集、松散)，用戶只是希望得到高速服務(wù)，而不用關(guān)心具體的過(guò)程。對(duì)用戶來(lái)說(shuō)，現(xiàn)有密集網(wǎng)絡(luò)的管理方法存在以下問(wèn)題:
[0013]首先，用戶需要繁瑣的網(wǎng)絡(luò)選擇方法，人為選擇不同制式的網(wǎng)絡(luò)，如wif1、LTE等。而這種網(wǎng)絡(luò)選擇方法不一定能保證用戶始終處于最佳通信質(zhì)量。同時(shí)，由于用戶數(shù)量大，這種網(wǎng)絡(luò)選擇方式也大大增加了信令開(kāi)銷和控制。
[0014]其次，網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性和公平性差。用戶大都以自身的通信狀態(tài)和網(wǎng)絡(luò)剩余負(fù)載作為網(wǎng)絡(luò)接入的參考依據(jù)，忽視了其他用戶網(wǎng)絡(luò)感受。用戶在網(wǎng)絡(luò)中的服務(wù)質(zhì)量不穩(wěn)定，不同用戶間的服務(wù)質(zhì)量公平性差。同時(shí)，隨著用戶的移動(dòng)，在多種網(wǎng)絡(luò)間進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)選擇會(huì)產(chǎn)生大量切換，降低了網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。
[0015]根據(jù)上述分析，5G網(wǎng)絡(luò)需要一種全新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。這種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)需要體現(xiàn)出更針對(duì)用戶、更靈活、更開(kāi)放、更易操作的特性。目前已有的5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)研宄的關(guān)注點(diǎn)大都集中在如何統(tǒng)一管理不同制式的基站，而忽略了對(duì)用戶的管理。用戶依然需要繁瑣的網(wǎng)絡(luò)選擇和優(yōu)化才能擁有較好的通信質(zhì)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]本發(fā)明的目的在于提供一種基于軟件定義的以用戶為中心的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。
[0017]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案:
[0018]該網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)包括三層結(jié)構(gòu):接入層、資源層和控制層；接入層包括用于向用戶提供通信服務(wù)的數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸鏈路，負(fù)責(zé)用戶數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸，所述鏈路建立在以用戶為中心的小區(qū)中，所述小區(qū)包括若干個(gè)可以向所述用戶提供通信服務(wù)的無(wú)線接入點(diǎn)，所述資源層包括每個(gè)無(wú)線接入點(diǎn)的本地控制器，控制層用軟件定義的方式為每個(gè)用戶生成一個(gè)虛擬用戶控制器，虛擬用戶控制器通過(guò)管理本地控制器，用集中式的方法統(tǒng)一控制不同制式的網(wǎng)絡(luò)為用戶提供通信服務(wù)，并為用戶優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)資源。
[0019]以用戶為中心的小區(qū)的生成過(guò)程包括以下步驟:
[0020]I)用戶檢測(cè)周圍無(wú)線接入點(diǎn)信號(hào)強(qiáng)度；
[0021]2)將所檢測(cè)的信號(hào)強(qiáng)度與預(yù)先設(shè)定的功率門限對(duì)比，如果高于功率門限，則認(rèn)為對(duì)應(yīng)無(wú)線接入點(diǎn)能夠?yàn)橛脩籼峁┩ㄐ欧?wù)。
[0022]無(wú)線接入點(diǎn)信號(hào)強(qiáng)度的檢測(cè)是一個(gè)在線的過(guò)程，以用戶為中心的小區(qū)會(huì)隨時(shí)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的變化而改變。
[0023]所述資源層控制每個(gè)無(wú)線接入點(diǎn)的底層物理資源，將本地控制器中所有對(duì)于物理資源的控制功能進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，得到模塊化的本地控制器，模塊化的本地控制器根據(jù)控制層發(fā)來(lái)的控制信息選擇相應(yīng)的模塊進(jìn)行通信服務(wù)。
[0024]所述控制層的集中控制器通過(guò)軟件定義的形式管理資源層的本地控制器，集中控制器為每個(gè)用戶虛擬化出一個(gè)虛擬用戶控制器，虛擬用戶控制器用于管理該用戶小區(qū)中的所有無(wú)線接入點(diǎn)，虛擬用戶控制器根據(jù)用戶當(dāng)前的業(yè)務(wù)需求和每個(gè)無(wú)線接入點(diǎn)當(dāng)前的通信環(huán)境以及負(fù)載情況信息確定為用戶提供通信服務(wù)的無(wú)線接入點(diǎn)以及網(wǎng)絡(luò)制式，同時(shí)，虛擬用戶控制器控制無(wú)線接入點(diǎn)的頻譜資源，以減小無(wú)線接入點(diǎn)間的干擾，最大化頻譜效率，虛擬用戶控制器之間通過(guò)自組織協(xié)調(diào)不同用戶之間的資源，通過(guò)協(xié)同管理的方法降低用戶間干擾，均衡不同用戶間的性能，提高網(wǎng)絡(luò)的頻譜效率。
[0025]本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在:
[0026]本發(fā)明利用以用戶為中心的小區(qū)以及虛擬化和模塊化的概念，針對(duì)未來(lái)5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，提出了基于用戶小區(qū)的新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，引入了虛擬用戶控制器用于管理用戶小區(qū)中的所有無(wú)線接入點(diǎn)(比如基站)，可以根據(jù)用戶當(dāng)前的業(yè)務(wù)需求和每個(gè)無(wú)線接入點(diǎn)當(dāng)前的通信環(huán)境、負(fù)載情況等信息管理由哪些無(wú)線接入點(diǎn)進(jìn)行通信，從而實(shí)現(xiàn)了以用戶為中心的思想，使基站動(dòng)態(tài)、自適應(yīng)地為用戶服務(wù)，為用戶提供有針對(duì)性的個(gè)性化服務(wù)。
【附圖說(shuō)明】
[0027]圖1是以用戶為中心的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示意圖；
[0028]圖2是以用戶為中心的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的工作流程圖；
[0029]圖3是以用戶為中心的小區(qū)的生成過(guò)程框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0031]本發(fā)明所述基于軟件定義的以用戶為中心的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)同時(shí)考慮了未來(lái)網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)需求和用戶簡(jiǎn)單化的接入需求，一方面利用集中式的方法統(tǒng)一控制不同制式的接入網(wǎng)絡(luò)，另一方面針對(duì)每一個(gè)用戶優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)資源。該網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下，以用戶為中心設(shè)定小區(qū)，用戶與其通信范圍內(nèi)的所有基站通信，基站是傳統(tǒng)單?；净蚨嗄；?能夠使用不同制式通信)，用軟件定義的方式為每個(gè)用戶生成一個(gè)虛擬用戶控制器，虛擬用戶控制器控制與對(duì)應(yīng)用戶通信的所有基站，執(zhí)行無(wú)線資源管理過(guò)程，該架構(gòu)打破了以往以基站為中心的小區(qū)概念，改為針對(duì)每個(gè)用戶進(jìn)行無(wú)線資源管理和優(yōu)化。
[0032]如圖1所示，本發(fā)明所述基于軟件定義的以用戶為中心的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)具體包括三個(gè)層次:控制層101、資源層102、無(wú)線接入層103。