一种改进的C‑RAN网络架构及资源调度方法与流程

本发明涉及汇聚接入网技术领域，更具体地，涉及一种改进的C-RAN网络架构及资源调度方法。

背景技术：

在无线通信蜂窝网系统中，各小区所需要承载的接入用户数和业务数据量等是随机的、不均匀分布的，特别是热点小区引起的话务量突发、网络拥塞等问题，使得整个系统中的负载处于不平衡状态，因此，实现各小区资源调度成为移动通信系统所亟需解决的问题之一。同时，随着5G无线技术的逐步兴起，除了流量增加、流量突发或波动特征，接入网还需要应对其他需求，如为商业用户提供更高的安全性、网络可用性和服务质量(quality of service，QoS)保证等。将传统的C-RAN架构进行改进，得到一种能够满足“大容量、广覆盖、少局所、扁平化”的新型网络架构，同样也是一个刻不容缓的问题。

在传统无线接入网系统中，各大运营商面临着降低成本、提高利润和节能减排的挑战，中国移动等率先提出一种面向绿色演进的新型无线接入网架构C-RAN。如图1所示，C-RAN具有一个虚拟的基带资源池管理结构，主要包括三部分：1)由远端无线射频单元(Remote Radio Unit，RRU)和天线组成的分布式无线网络；2)由高带宽低延迟的光传输网连接远端无线射频单元；3)由高性能通用处理器和实时虚拟技术组成的集中式基带处理池。

集中化基带处理可以保证资源共享，即虚拟基站可以在基带处理单元(Baseband Unit,BBU)中共享所有用户发送和接受的信息、业务数据和信道质量等信息，从而实现联合处理和动态调度，增强了BBU整体运行的可靠性。在一个BBU池内，BBU之间合理的动态资源分配具有非常重要的意义。例如，对于具备“潮汐效应”的业务量分布场景，可根据不同区域周期性的业务量变化，分别为其配置较少的静态资源以保证基本覆盖，剩余资源形成动态载波池，通过灵活的虚拟化系统来实时动态分配剩余资源，在不同业务时段根据各小区业务负荷的需求灵活调度。

现有技术中，并没有一个接入网络架构能够实现将传统C-RAN与蜂窝网络兼容的汇聚接入网网络架构，进而有效应对5G无线技术兴起的大数据时代资源调度的问题。

如何实现BBU间的资源调度，成为了技术界重点关注的问题。

技术实现要素：

本发明提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的方法。

本发明提供了一种改进的C-RAN网络架构，其特征在于，包括城域核心网、接入网和多个融合型节点；其中所述融合型节点包括用户端节点、回传节点，所述用户端节点融合远端无线单元和光网络单元，所述回传节点布置在所述城域核心网边缘，融合基带处理单元、中心站、可重构光分插复用器和光线路终端。

本发明还提供了一种资源调度方法，在该资源调度方法中设计一个总的控制器作为一个BBU池内所有BBU的控制中心，该方法包括以下步骤：

远端无线单元接收用户请求信息，将所述请求信息发送给基带处理单元；

基带处理单元接收请求信息，将所述请求信息发送给控制器；

控制器计算所述请求所需负载大小，与本地基带处理单元的负荷阈值进行比较；如果所需负载大于本地基带处理单元负荷阈值，则本地基带处理单元根据调度机制将用户请求映射到该基带处理池内的其他基带处理单元进行资源处理。

本申请提出了一种改进的C-RAN网络架构及资源调度方法，在传统的C-RAN架构下设计一种新型的网络架构，并在这个架构的基础上研究汇聚端基带处理单元之间的协作通信以及实现资源调度的算法机制，可有效提升网络性能，满足接入网对容量带宽的新需求，同时实现基带处理单元间动态资源分配、实现资源调度。

附图说明

图1为根据本发明实施例的传统无线接入网C-RAN架构示意图。

图2为根据本发明实施例的一种适用于远距离较稀疏部署场景下改进的C-RAN网络架构的架构示意图。

图3为根据本发明实施例的一种适用于短距离较密集部署场景下改进的C-RAN网络架构的架构示意图。

图4为根据本发明实施例的资源调度方法总体步骤的示意图。

图5为根据本发明实施例的资源调度方法中“本地基带处理单元根据调度机制将用户请求映射到该基带处理池内的其他基带处理单元进行资源处理”步骤的流程示意图。

图6为根据本发明实施例的资源调度方法中步骤“基于改进的Dijkstra算法来选择最优路由的目的基带处理单位”的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

首先，对于具体实施例或附图中涉及到的部分专业术语进行说明：RRU：远端无线单元，BBU：基带处理单元，ODN：光分配网络，ONU：光网络单元，OLT：光线路终端，WDM：波分复用，RoF：光载无线通信，OTN：光传送网，CO：中心站，Core Mesh：核心网，OADM：光分插复用器，ROADM：可重构光分插复用器。

如图1所示，在本发明的一个具体实施例中，总的来说，一种改进的C-RAN网络架构，其特征在于，包括城域核心网、接入网和多个融合型节点；其中所述融合型节点包括用户端节点、回传节点，所述用户端节点融合远端无线单元和光网络单元，所述回传节点布置在所述城域核心网边缘且融合基带处理单元、中心站、可重构光分插复用器和光线路终端。

在本发明的一个具体实施例中，总的来说，一种改进的C-RAN网络架构，其特征在于该汇聚接入网网络架构分为三部分：

前传网Fronthaul：使用模拟RoF技术，简单灵活部署，通过RoF与PON的结合，提高频谱资源利用率。用户端节点采用融合型节点，将RRU和ONU结合，有效实现了光网络和无线网络的融合。

回传网Backhaul：使用OTN下沉技术，根据场景的不同逻辑上采用树型或环型拓扑，更好的实现低成本、低时延和虚拟化的特性，迎合5G需求。

融合型节点-Advanced BBU：在城域边缘汇聚节点(即回传节点)，融合BBU和中心站(central office,CO)功能，此处在城域网端属于OTN节点，在接入网端属于光线路终端(optical line terminal,OLT)节点，并带有ROADM和OTN技术，是支持灵活上下路的多功能的融合性节点，向上直接汇聚到城域核心网，实现异构网络一体化的资源处理控制。

本发明提出的网络架构包括两个应用场景：远距离较稀疏部署场景和短距离较密集部署场景，充分解决下一代移动通信系统长距离、大容量、流量突发等问题。

在本发明的另一个具体实施例中，所述用户端节点用于接收用户请求信息，将所述请求发送至前传网络，实现光网络和无线网络的融合。

在本发明的另一个具体实施例中，所述网络架构中的回传网络采用光传送网下沉技术，用于接收用户端节点发送来的用户请求信息，将所述请求信息发送至城域核心网。

在本发明的另一个具体实施例中，所述回传节点用于汇聚接入网发送来的数据信息，将所述数据信息发送给城域核心网。

在本发明的另一个具体实施例中，回传网backhaul使用OTN下沉技术，满足大容量带宽需求，提供大颗粒业务的高速传输，根据场景的不同逻辑上采用树型或环型拓扑，更好的实现低成本，低时延和虚拟化的特性，迎合5G需求。

分布式无线网络根据以下场景设置相应的拓扑结构：

远距离、稀疏部署场景下，采用环型拓扑结构，如图2所示；

短距离、密集部署场景下，采用树型拓扑结构。如图3所示。

在本发明的另一个具体实施例中，所述前传网采用CoMP多点协作传输技术(CoMP:Coordinated Multiple Points Transmission/Reception)，通过联合调度或联合处理方式，避免不同小区间干扰，同时提高了终端接收的信噪比。

在本发明的另一个具体实施例中，所述树型拓扑结构分布式无线网络中，BBU与ODN之间的传输网采用RoF-WDM-PON融合技术，同时实现光载无线和无源光网络通信。

如图4、图5所示，本发明还提出了一种基于前述任一网络的基带处理单元资源调度方法，该方法中的一个BBU池内的所有BBU，都由中心控制器Controller控制，由该控制器决定池内的BBU之间是否需要执行调度机制。总体来说，该方法包括以下步骤：

初始化用户资源信息；

RRU接收来自用户的请求信息，将所述请求信息发送给基带处理单元；

BBU接收来自用户的请求，并建立用户资源数据库，动态更新服务信息；

基带处理单元接收请求信息，将所述请求信息发送给控制器；

控制器计算所述请求所需负载大小，与本地基带处理单元的负荷阈值进行比较；如果所需负载大于本地基带处理单元负荷阈值，则本地基带处理单元根据调度机制将用户请求映射到该基带处理池内的其他基带处理单元进行资源处理。

在本发明的另一个具体实施例中，“本地基带处理单元根据调度机制将用户请求映射到该基带处理池内的其他基带处理单元进行资源处理”包括：

步骤1，选择最佳路由的目的基带处理单元，确定其位置；

步骤2，控制器根据调度机制执行源基带处理单元到目的基带处理单元的负载信息传输。

在本发明的另一个具体实施例中，步骤1还包括：基于改进的Dijkstra算法来选择最优路由的目的基带处理单位。

在本发明的另一个具体实施例中，所述Dijkstra算法的改进点在于：以带宽利用率U(i,j)和基带处理单元业务占用率ω作为权重，确定节点对之间的最短路径并建立链路；把链路剩余带宽小于负载需求带宽的链路标为“忙碌”，由此得到剩余网络G’，带入后续Dijkstra算法。

更具体的，如图6所示，所述步骤1“在BBU池内，确定所述本地BBU的最佳路径目的BBU”具体步骤：

a)、检测链路请求，如果有建立请求r(s,d,b)到达，执行步骤b)；

b)、确保在整个网络中满足需求带宽的链路，把链路剩余带宽小于需求带宽的链路标为“忙碌”，得到剩余网络G’；

c)、计算G’中每条链路的带宽利用率U(i,j)；

d)、将链路带宽利用率和业务占用率作为链路(i,j)的权重，使用改进的Dijkstra算法在剩余网络G’中确定节点对之间的最短路径(s,d)。如果路径存在，进入步骤e)，否则拒绝LSP建立请求，返回步骤a)，为下一个LSP建立请求做好准备；

e)、从s到d沿着最短路径路由建立带宽需求为b的LSP，更新链路上的剩余带宽；

f)、返回步骤a)，为下一个LSP请求做好准备。

在本发明另一个具体实施例中，所述步骤2中的调度机制包括：a)、确定需要调度，本地基带处理单元将需求信号信息传递给控制器，为其寻找最优目的基带处理单元，建立链接；b)、本地基带处理单元将负载信息传递给目的基带处理单元；c)、删除链接，更新剩余带宽。

在本发明又一个具体实施例中，本发明提出的BBU池，每一个基带处理单元针对本地用户都采用了带宽预留10％的资源预留方案，以适用于本地小颗粒度小规模的业务突发，避免频繁调用调度机制，减小路由开销，最大化资源利用率。

最后，本申请的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。