一种基于分布式无蜂窝网络的数据传输方法及系统与流程

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种基于分布式无蜂窝网络的数据传输方法及系统。

背景技术：

无蜂窝网络和分布式超大规模mimo作为未来6g网络的关键技术方向，通过多节点的协作，实现资源的联合调度和数据的联合发送接收，一方面有效消除了干扰，增强了信号接收质量；另一方面增强了覆盖。在无蜂窝网络中，多个接入点(accesspoint，ap)联合为ue提供服务。多个接入点在在中央处理器(cpu)节点汇聚。对于下行数据cpu进行处理后分发到多个ap进行发送；对于上行数据，多个ap的数据汇聚到cpu，cpu合并后作进一步处理。其中，对于ap的选取和协作有两种模式。第一种是以网络为中心的模式，第二种是以ue为中心的模式。

但是，在以ue为中心的模式中，理想状态下所有ap连接在同一个cpu节点下。cpu节点和ap之间是一对多的关系。如果为某个ue服务的ap集合内的所有ap连接到同一个cpu节点，则该ue的数据需要在同一cpu节点分发和汇聚。但如果ue所处位置为多个cpu节点覆盖范围的交界处，则ue的优选ap集合中的ap可能会连接到不同的cpu节点。物理层处理中的一些步骤不太易于实现分布式计算。例如在下行处理中信道编码需要在一个节点完成，然后才能分发到多个节点进行下一步处理。上行处理中，需要合并各个节点的数据才能进行信道解码。因此目前的分布式cpu架构不能够很好的支持上述情况。

现有的一种改进方案是增加多个cpu节点间的协作。对于上行数据，各个cpu节点从连接到该节点的ap接收数据，进行分布式处理。之后多个cpu节点的数据汇聚到一个cpu节点进行合并后处理；对于下行数据，某一个cpu节点对ue数据进行合并处理后分发到多个cpu节点。各个cpu节点进行下一步处理后分发到该cpu连接的ap。但这样改进方案依旧存在缺陷，比如：cpu节点间协作非常复杂，改进方案在实施过程中，对网络架构、物理层及协议栈改动大；cpu节点间传输距离大，增加额外延迟，因此对cpu节点间的距离有限制；以及，对cpu节点间传输网络带宽和延迟要求高等问题。

技术实现要素：

本发明的实施例提供一种基于分布式无蜂窝网络的数据传输方法及系统，在能够实现分布式多cpu节点部署的同时，还能够避免单个ue的数据被多个cpu节点分布式处理的情况。从而减少了cpu节点间协作的复杂度，也减少了数据处理的时延。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

本发明的实施例提供的方法，包括：

ue处于重叠区域中时，通过所述重叠区域中的ap与第一cpu进行数据交互，其中，每个cpu都连接服务范围内的ap，当大于1个的cpu的服务范围重合时形成所述重叠区域，所述重叠区域中的ap与服务该重叠区域的至少2个cpu实现数据交互；ue发生移动后，移动性管理单元修改前端传输网络的路由信息，将所述ue的上行数据路由给第二cpu，其中，所述第一cpu的服务范围的一部分与所述第二cpu的服务范围的一部分重合，且在重合的服务范围内的ap通过前传网络与所述第一cpu和所述第二cpu建立了数据通道ue处于重叠区域中时ue发生移动后ue发生移动后

本发明的实施例还提供一种系统，所述系统包括：至少2个cpu、每个cpu对应至少1个的ap、接入ap的ue、前端传输网络和移动性管理单元；其中，每个cpu都连接服务范围内的ap，当大于1个的cpu的服务范围重合时形成所述重叠区域，所述重叠区域中的ap与服务该重叠区域的至少2个cpu实现数据交互，ue处于重叠区域中时，通过所述重叠区域中的ap与第一cpu进行数据交互；移动性管理单元，用于将发生移动的ue作为待切换的目标ue，并开始执行切换流程；所述前端传输网络，用于ue发生移动后，更新路由信息，其中，所述路由信息指向了ue当前建立数据交互的cpu。ue发生移动后

本发明实施例提供的基于分布式无蜂窝网络的数据传输方法及系统，在重叠区域的cpu与ap之间不再是一对多连接，而是多对多连接。即一个ap可以通过前传网络和多个cpu节点互联。重叠区域外的ap和cpu可以直连，也可以通过前传网络连接。当ue移动引起服务cpu变化时，服务ap和前传网络需要配置新的路由信息，从而将该ue上行数据路由给新的服务cpu。能够实现分布式多cpu节点部署，同时能避免单个ue的数据被多个cpu节点分布式处理的情况。从而减少了cpu节点间协作的复杂度，也减少了数据处理的时延。相比现有方案，本发明个的优势在于：ue与cpu的交互和cpu的切换过程中，不需要cpu节点间协作，且因为不需要cpu间的数据传输，不会引入额外延迟，同样的也不需要建设cpu间高质量传输网络，从而大大降低控制的复杂度，并且可以充分复用现有网络架构、算法实现和处理流程。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，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它的附图。

图1a、图1b、图1c为现有网络架构中的基础原理示意图；

图1d为针对现有网络架构中的一种可能的改善方案的原理示意图；

图2为本发明实施例提供的网络架构的示意图；

图3为本发明实施例提供的ue粒度前传数据路由的示意图；

图4为本发明实施例提供的ue1服务cpu为cpu1的场景示意图；

图5为本发明实施例提供的服务cpu切换方式的示意图；

图6为本发明实施例提供的cpu切换过程的流程示意图。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。下文中将详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

在目前的以ue(userequipment，用户终端)为中心的模式中，ap(wirelessaccesspoint，无线访问接入点)不再有固定分组，网络根据ue的地理位置和信道条件，动态选择若干最优的ap为其提供服务，例如图1a中，网络会选择区域1中的三个ap为ue1服务，选择区域2内的三个ap为ue2服务。且随着ue的移动，为ue服务的ap集合会动态发生变化。然而，在以ue为中心的模式中，理想状态下所有ap连接在同一个cpu节点下，其中，本实施例中的cpu节点，可以是基站中的计算资源，比如基站的bbu(基带处理单元)中的处理器。为某一个ue服务的ap集合无论如何动态调整，单一ue的数据都在同一个cpu节点汇聚。但在实际网络中，由于cpu节点处理能力和连接距离的原因，通常需要采用分布式组网方式，即由分布在不同地域的多个cpu节点共同组网。cpu节点和ap之间是一对多的关系：一个cpu节点为一片区域的ap服务，一个ap连接到一个cpu节点。在这种组网模式下，如果为某个ue服务的ap集合内的所有ap连接到同一个cpu节点，则该ue的数据在同一cpu节点分发和汇聚。例如图1b中，ue1和ue2的情况。

但如果ue所处位置为多个cpu节点覆盖范围的交界处，则ue的优选ap集合中的ap可能会连接到不同的cpu节点。例如图1c中，服务ue的ap集合为ap1-ap4。其中ap1、ap2连接到cpu1，ap3、ap4连接到cpu2。然而物理层处理中的一些步骤不太易于实现分布式计算。例如在下行处理中信道编码需要在一个节点完成，然后才能分发到多个节点进行下一步处理。上行处理中，需要合并各个节点的数据才能进行信道解码。因此分布式cpu架构不能够很好的支持上述情况。

现有的解决方案中，一种解决方案是增加多个cpu节点间的协作，例如图1d所示的。其中，对于上行：各个cpu节点从连接到该节点的ap接收数据，进行分布式处理。之后多个cpu节点的数据汇聚到一个cpu节点进行合并后处理。对于下行：某一个cpu节点对ue数据进行合并处理后分发到多个cpu节点。各个cpu节点进行下一步处理后分发到该cpu连接的ap。缺点在于：1、cpu节点间协作非常复杂，网络架构、物理层及协议栈改动大；2、cpu节点间传输距离大，增加额外延迟。因此对cpu节点间的距离有限制；3、对cpu节点间传输网络带宽和延迟要求高。

本发明实施例的设计思路，即在于解决或者缓减目前现有方案中的缺陷，从而进一步优化基于分布式无蜂窝网络的数据传输方案。

本发明实施例提供一种基于分布式无蜂窝网络的数据传输方法，主要流程包括：

s0、获取用户终端的位置。

其中，可以实时获取ue的定位信息，比如通过卫星定位系统定位，或者通过基站定位。

s1、ue处于重叠区域中时，通过所述重叠区域中的ap与第一cpu进行数据交互，其中，每个cpu都连接服务范围内的ap，当大于1个的cpu的服务范围重合时形成所述重叠区域，所述重叠区域中的ap与服务该重叠区域的至少2个cpu实现数据交互。

s2、ue发生移动后，所述第一cpu通过前端传输网络(fronthaultransportnetwork)配置新的路由信息，并将所述ue的上行数据路由给第二cpu。

其中，所述第一cpu的服务范围的一部分与所述第二cpu的服务范围的一部分重合，且在重合的服务范围内的ap通过前传网络与所述第一cpu和所述第二cpu建立了数据通道。此处的ue发生移动，可以理解为向第二cpu的服务范围的方向移动。具体的，所述重叠区域内的ap通过所述前端传输网络连接cpu。所述重叠区域外的ap与cpu直连，或者，所述重叠区域外的ap通过所述前端传输网络连接cpu。实际应用中，通常都会部署多个cpu节点，并且在多个cpu节点的边缘区域实现重叠覆盖。其中，在重叠区域的cpu与ap之间不再是一对多连接，而是多对多连接。即一个ap可以通过前端传输网络和多个cpu节点互联。例如图2中，ap4-ap6既可以和cpu1互联也可以和cpu2互联。重叠区域外的ap和cpu可以直连，也可以通过前端传输网络连接。所述前端传输网络中采用的前传协议为ecpri，前端传输网络可以基于ip或以太网，网络中有路由器、交换机或扩展单元实现路由功能。

本实施例中，通过所述前端传输网络传输的数据包括：下行传输过程中，编码前或编码后的比特数据，或编码调制后的iq数据，或预编码后的频域iq数据；上行传输过程中，相干合并后的iq数据，或检测及解调后的对数似然比数据等。实际应用中的前传数据的类型可以有多种。例如，下行时编码前或编码后的比特数据，或编码调制后的iq数据，或预编码后的频域iq数据等。

进一步的，在通过所述重叠区域中的ap与第一cpu进行数据交互的过程中，还包括：对接收到的有所的ue的上行数据进行分离，得到每一个ue的上行数据，其中，分离操作在每个ue各自接入的ap进行，或者在扩展单元进行。即在ap和cpu间可以实现ue粒度的前传数据路由。前传数据的类型可以有多种。例如，下行时编码前或编码后的比特数据或编码调制后的iq数据或预编码后的频域iq数据等，上行时相干合并后的iq数据或检测及解调后的对数似然比数据等，以下以用户的频域iq数据为例。以图3为例，ap1处理得到的ue1的频域iq数据路由给cpu1，而ue2的频域iq数据路由给cpu2。上行多个ue数据的分离既可以在ap完成，也可以在扩展单元完成。

进一步的，还包括：ue处于重叠区域中时，通过所述重叠区域中的至少2个ap与第一cpu进行数据交互，所述重叠区域中的至少2个ap接收到ue发送的上行数据后，分别将接收到的所述ue的上行数据向所述第一cpu传输。ue的下行数据由第一cpu处理后分发到至少1个ap进行处理和传输。

其中，ue与当前建立的了数据交互的cpu的对应关系，记录在所述前端传输网络配置的路由信息中。例如：对于上行，为该ue服务的ap都将接收到的数据发送/路由给该服务cpu。比如在图4中，ue1的服务ap集合为ap3、ap4和ap6，服务cpu为cpu1。此时ap3接收到的数据发送给cpu1。ap4、ap6接收到的关于ue1的数据将路由给cpu1。cpu1对接收到的数据进行集中处理，不需要和其他cpu进行协作。对于下行，服务cpu将处理完的数据分发给服务ap进行处理和发送。具体的，对于一个ue，在某一时刻只有一个cpu节点为其服务。对于上行，为该ue服务的ap都将接收到的数据发送/路由给该服务cpu。例如在图4中，ue1的服务ap集合为ap3、ap4和ap6，服务cpu为cpu1。此时ap3接收到的数据发送给cpu1。ap4、ap6接收到的关于ue1的数据将路由给cpu1。cpu1对接收到的数据进行集中处理，不需要和其他cpu进行协作。对于下行，服务cpu将处理完的数据分发给服务ap进行处理和发送。当服务cpu变为cpu2时，此时ap6接收到的关于ue1的数据将路由给cpu2。cpu2对接收到的数据进行集中处理。当ue移动引起服务cpu变化时，服务ap和前端传输网络需要配置新的路由信息，从而将该ue上行数据路由给新的服务cpu。例如：ue服务cpu的选择和切换可以由单独的移动性管理单元完成。移动性管理单元根据ue位置、信道质量、cpu节点负载等输入进行切换决策。在切换过程中需要将ue的上下文从源cpu节点迁移到目的cpu节点。并需要配置前端传输网络或ap进行路由的切换。比如图5所示的，按照ue1的运动方向，会导致ue1的服务ap集合变为ap5、ap6和ap8，服务cpu变为cpu2。此时ap6接收到的关于ue1的数据将路由给cpu2。cpu2对接收到的数据进行集中处理，不需要和其他cpu进行协作。

实际应用中，移动性管理单元负责切换cpu的一个网元，硬件层面上来说，移动性管理单元可以是部署在基站的cu(controlunit，控制单元)部分，也可以是一个独立服务器，也可以是部署在云上的一个服务，本实施例中对移动性管理单元本身的部署和搭建方式不做限定。

ue发生移动后，移动性管理单元将发生移动的ue作为待切换的目标ue，并开始执行切换流程，如图6所示的，包括：

所述移动性管理单元接收第一cpu发送的第一移动性相关测量数据和第二cpu发送的第二移动性相关测量数据，并检测是否满足切换条件。

当满足所述切换条件时，所述移动性管理单元向所述第一cpu和所述第二cpu发送切换准备通知。

当所述第一cpu和所述第二cpu都向所述移动性管理单元反馈了切换准备完成消息后，所述移动性管理单元向所述前端传输网络发送针对所述目标ue的前端切换通知。

所述前端传输网络更新路由信息，将所述路由信息指向的所述第一cpu替换为所述第二cpu。其中，所述目标ue所接入的ap，根据更新后的路由信息将上行数据向所述第二cpu发送。其中，源服务cpu指的是ue当前连接的第一cpu，目的服务cpu指的是ue需要切换至的第二cpu。具体的，移动性相关测量数据可以包括：各ap接收到的该ue的信号强度、信号质量、ue位置信息等。以信号强度为例，移动性管理单元根据各ap接收到的信号强弱以及ap和cpu的连接情况判断是否进行切换。比如：cpu2服务范围内的ap测得的信号强度大于cpu1服务范围内的ap，表示cpu2优于cpu1为该ue服务。对于cpu1、2重叠覆盖范围内的ap，如果接收信号强度高的ap距离cpu2更近，也表示cpu2优于cpu1为该ue服务。

当判定需要进行切换时，可以先执行切换准备，比如：对于目的服务cpu，切换准备包括资源分配、ue上下文建立等内容。对于源服务cpu，切换准备包括ue状态转换等内容。

本发明实施例提供的基于分布式无蜂窝网络的数据传输方法及系统，在重叠区域的cpu与ap之间不再是一对多连接，而是多对多连接。即一个ap可以通过前传网络和多个cpu节点互联。重叠区域外的ap和cpu可以直连，也可以通过前传网络连接。当ue移动引起服务cpu变化时，服务ap和前传网络需要配置新的路由信息，从而将该ue上行数据路由给新的服务cpu。能够实现分布式多cpu节点部署，同时能避免单个ue的数据被多个cpu节点分布式处理的情况。从而减少了cpu节点间协作的复杂度，也减少了数据处理的时延。相比现有方案，本发明个的优势在于：ue与cpu的交互和cpu的切换过程中，不需要cpu节点间协作，且因为不需要cpu间的数据传输，不会引入额外延迟，同样的也不需要建设cpu间高质量传输网络，从而大大降低控制的复杂度，并且可以充分复用现有网络架构、算法实现和处理流程。

本发明实施例还提供一种基于分布式无蜂窝网络的数据传输系统，如图2、4、5所示的，所述系统包括：至少2个cpu、每个cpu对应至少2个的ap、接入ap的ue、前端传输网络和移动性管理单元。

其中，每个cpu都连接服务范围内的ap，当大于1个的cpu的服务范围重合时形成所述重叠区域，所述重叠区域中的ap与服务该重叠区域的至少2个cpu实现数据交互，ue处于重叠区域中时，通过所述重叠区域中的ap与第一cpu进行数据交互。

移动性管理单元，用于将发生移动的ue作为待切换的目标ue，并开始执行切换流程。

所述前端传输网络，用于ue发生移动后，更新路由信息，其中，所述路由信息指向了ue当前建立数据交互的cpu。

具体的，所述重叠区域内的ap通过所述前端传输网络连接cpu。所述重叠区域外的ap与cpu直连，或者，所述重叠区域外的ap通过所述前端传输网络连接cpu。

进一步的，所述移动性管理单元，用于接收第一cpu发送的第一移动性相关测量数据和第二cpu发送的第二移动性相关测量数据，并检测是否满足切换条件。当满足所述切换条件时，所述移动性管理单元向所述第一cpu和所述第二cpu发送切换准备通知，其中，所述第一cpu的服务范围的一部分与所述第二cpu的服务范围的一部分重合，且在重合的服务范围内的ap通过前传网络与所述第一cpu和所述第二cpu建立了数据通道。所述第一cpu和所述第二cpu，都用于向所述移动性管理单元反馈切换准备完成消息。所述移动性管理单元还用于向所述前端传输网络发送针对所述目标ue的前端切换通知。所述前端传输网络，用于更新路由信息，并将所述路由信息指向的所述第一cpu替换为所述第二cpu。所述目标ue所接入的ap，用于根据更新后的路由信息将上行数据向所述第二cpu发送。

本实施例在实现无蜂窝网络的分布式部署的前提下，相比现有方案有以下优点：1、不需要cpu节点间协作，大大降低控制的复杂度；2、充分复用现有网络架构、算法实现和处理流程；3、因为不需要cpu间的数据传输，不会引入额外延迟，从而不需要cpu间高质量传输网络。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于设备实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。