小基站的数据通信方法、小基站数据通信系统与流程

1.本技术涉及5g通信的技术领域，尤其涉及一种小基站的数据通信方法、小基站数据通信系统。


背景技术：

2.5g小基站作为一种小型的、可以安装在室内的、配置灵活的基站；以固定宽带网络为回程接入运营商核心网；可以很好的解决5g网络信号在室内的弱覆盖问题，提供小范围内的优质信号覆盖。主要用于解决小范围内的网络容量、5g信号覆盖问题，比如厂矿、热点和重要场所。
3.在组建和使用小基站的过程中，人们发现：现有5g小基站组网比较困难；一种方式是通过公网internet网络接入到运营商核心网，需要重新部署安全网关、接入网关；这种方式需要运营商参与并得到其接入许可才可以提供正常服务；另外一种方式是大的厂矿自己购买核心网设备，组建自己的5g专用网络，但这种方式往往也是成本高昂，后续运营维护复杂。
4.因此，本技术提供一种组建成本低、运营和维护便捷的一种小基站的数据通信方法、小基站数据通信系统。通过将5g小基站与轻量级5g核心网融合到一起，实现5g小基站设备开机即可提供5g信号覆盖以及基于5g的数据传输业务，以解决目前存在的5g小基站组网困难的问题。


技术实现要素：

5.本技术实施例提供一种组建成本低、运营和维护便捷一种小基站的数据通信方法、小基站数据通信系统的技术方案。
6.具体的，一种小基站的数据通信方法，包括：
7.射频单元接收用户终端发送的第一数据；
8.射频单元发送所述第一数据到协议栈处理单元；
9.协议栈处理单元发送所述第一数据到部署于小基站的轻量级核心网；
10.轻量级核心网发送所述第一数据到网络设备进行交互，接收针对所述第一数据的第二数据；
11.轻量级核心网发送所述第二数据到协议栈处理单元；
12.协议栈处理单元发送所述第二数据到射频单元；
13.射频单元返回所述第二数据到用户终端。
14.进一步的，所述部署于小基站的轻量级核心网开设有ngap信令接口，用于实现用户终端的基本接入信令。
15.进一步的，所述部署于小基站的轻量级核心网部署有认证功能，用于实现用户终端的imsi认证。
16.进一步的，所述部署于小基站的轻量级核心网部署有用户面功能，用于实现用户
终端的数据路由及转发。
17.进一步的，所述轻量级核心网部署的用户面功能具有ip地址池；
18.所述用户面功能为根据用户终端的imsi，给用户终端分配固定的ip地址。
19.进一步的，所述轻量级核心网部署的用户面功能采用tunnel interface方式进行数据转发。
20.进一步的，一种小基站数据通信系统，包括：
21.射频单元，用于接收用户终端发送的第一数据；
22.协议栈处理单元，用于接收所述射频单元发送的第一数据；
23.轻量级核心网，用于接收所述协议栈处理单元发送的第一数据；
24.所述轻量级核心网发送第一数据至网络设备并进行交互，以接收针对第一数据的第二数据；
25.所述第二数据通过轻量级核心网发送到协议栈处理单元，再由协议栈处理单元发送到射频单元，最终由射频单元返回至用户终端。
26.进一步的，所述轻量级核心网包括：
27.ngap信令接口，用于实现用户终端的基本接入信令；
28.认证模块，用于实现用户终端的imsi认证；
29.用户面模块，用于实现用户终端的数据路由及转发。
30.进一步的，所述用户面模块具有ip地址池；
31.所述用户面模块根据用户终端的imsi，给用户终端分配固定的ip地址。
32.进一步的，所述用户面模块通过tunnel interface方式进行数据转发。
33.本技术实施例提供的技术方案，至少具有如下有益效果：
34.本技术提供一种组建成本低、运营和维护便捷的数据通信系统和一种小基站的数据通信方法。通过将5g小基站与轻量级5g核心网融合到一起，实现5g小基站设备开机即可提供5g信号覆盖以及基于5g的数据传输业务，以解决目前存在的5g小基站组网困难的问题，降低了组网成本，提高了后期运营和维护的便捷性。
附图说明
35.此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本技术的一部分，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
36.图1为本技术实施例提供的一种小基站的数据通信方法。
37.图2为本技术实施例提供的一种小基站数据通信系统示意图。
具体实施方式
38.为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术具体实施例及相应的附图对本技术技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
39.请参照图1，本技术提供一种小基站的数据通信方法实施例，包括：
40.s100：射频单元接收用户终端发送的第一数据；
41.s200：射频单元发送所述第一数据到协议栈处理单元；
42.s300：协议栈处理单元发送所述第一数据到部署于小基站的轻量级核心网；
43.s400：轻量级核心网发送所述第一数据到网络设备进行交互，接收针对所述第一数据的第二数据；
44.s500：轻量级核心网发送所述第二数据到协议栈处理单元；
45.s600：协议栈处理单元发送所述第二数据到射频单元；
46.s700：射频单元返回所述第二数据到用户终端。
47.可以理解的是，小基站(small cell)采用低功率的无线接入节点，是一种全新的网络架构体系，工作在授权的、非授权的频谱，可以覆盖10米到200米的范围。小基站small cell融合了微蜂窝型基站(femtocell)、微微蜂窝(picocell)、微蜂窝(microcell)和分布式无线技术，例如射频拉远头(remote radio head，rrh)。小基站small cell作为一种小型的、可以安装在室内的、配置灵活的基站；以固定宽带网络为回程接入运营商核心网；可以很好的解决5g网络信号在室内的弱覆盖问题，提供小范围内的优质信号覆盖。主要用于解决小范围内的网络容量、5g信号覆盖问题。
48.进一步的，在本技术提供的方法实施例中，在5g小基站small cell上集成了射频单元、协议栈处理单元以及轻量级的核心网单元。
49.可以理解的是，本技术的方法实施例所述的射频单元(remote radio unit，rru)分成近端机即无线基带控制(radio server，rs)和远端机即射频拉远单元rru两部分，二者之间通过光纤连接，其接口是基于开放式cpri或ir接口，可以稳定地与主流厂商的设备进行连接。近端机rs可以安装在合适的机房位置，远端机rru安装在天线端。这样，将以前的基站模块的一部分分离出来，通过将近端机和远端机分离，可以将烦琐的维护工作简化到近端机。一个近端机可以连接多个远端机，既节省空间，又降低设置成本，提高组网效率。
50.本方法实施例中所述的协议栈(protocol stack)，又称协议堆叠，是计算机网络协议套件的一个具体的软件实现。协议套件中的一个协议通常是只为一个目的而设计的，这样可以使得设计更容易。因为每个协议模块通常都要和上下两个其他协议模块通信，它们通常可以想象成是协议栈中的层。最低级的协议总是描述与硬件的物理交互。每个高级的层次增加更多的特性。用户应用程序只是处理最上层的协议。
51.本方法实施例中所述的轻量级核心网整体上涵盖了4g核心网络(evolved packet core，epc)与5g核心网络(5g core network，5gc)两个系列，分别用于与4g无线接入网(radio access network，ran)及5g nr(new radio)一起构成端到端的组网能力，完成4g无线接入网ran的独立组网、5gnr的独立组网sa或非独立组网nsa建网等，产品支持第三合作伙伴计划(3rd generation partnership project，3gpp)定义的所有标准接口与功能，与无线接入网ran或nr网络一起完成用户体验(user experience，ue)接入、鉴权认证、注册、连接、移动性管理及数据存储管理和移动管理等，也支持专网端到端的网络建设。
52.与本实施例的轻量级核心网相比，核心网(core network)则可以把移动网络划分为三个部分，基站子系统，网络子系统，和系统支撑部分。核心网部分就是位于网络子系统内，核心网的主要作用是把呼叫请求或数据请求，接续到不同的网络上。核心网的功能是提供用户连接、对用户的管理以及对业务完成承载，作为承载网络提供到外部网络的接口。
53.具体的，本技术提供的方法实施例通过将5g小基站与轻量级5g核心网融合到一
起，实现5g小基站设备开机即可提供5g信号覆盖以及基于5g的数据传输业务，解决了现有5g小基站组网困难的问题。
54.需要指出的是，本技术提供的实施例目前只能提供基于5g信号的数据业务，当然还可以根据需要再配置5gc核心的部分来达到支持语音通话的功能。
55.具体的，本技术提供的方法实施例实现数据通信的方式为：当用户有使用网络的需求时，通过手机、电脑等用户终端发出信号，即本实施例所述的第一数据。射频单元rru接收用户终端发出的第一数据并转发至协议栈处理单元。当协议栈处理单元接收到第一数据后，将第一数据通过协议栈协议的处理，再发送至部署于小基站的轻量级核心网。轻量级核心网将第一数据发送至网络设备进行交互，得到针对第一数据的第二数据。通过轻量级核心网与网络设备交互得到的第二数据会由轻量级核心网接收，并将第二数据发送回协议栈处理单元。协议栈处理单元再将第二数据转发至射频单元rru。最终由射频单元rru将第二数据反馈至发送第一数据的用户终端。通过这样转发、交互、反馈的方式即可实现5g小基站的数据通信。
56.进一步的，所述部署于小基站的轻量级核心网开设有ngap信令接口，用于实现用户终端的基本接入信令。
57.可以理解的是，ngap用于提供5g无线接入网(ng ran)和amf网络协议(action message format)之间的信令服务。ngap信令服务主要分为两类：用户终端相关服务和非用户终端相关服务。而本技术提供的方法实施例采用的是ngap信令服务的用户终端相关服务。ngap信令服务的用户终端相关服务具体有：为用户终端提供信令和连接；为协议数据单元(protocol data unit，pdu)会话管理流程、协议数据单元pdu会话相关资源管理；为用户终端上下文管理流程，具体包括用户终端上下文建立、修改、释放；为用户终端移动性管理流程、切换、路径变更请求；寻呼流程、寻呼用户终端；为网络附属存储(network attached storage，nas)消息传送流程，传递上下行5g网络附属存储nas消息。而在本技术提供的实施例中，ngap信令服务用于为用户终端提供信令和连接，以实现用户终端的基本接入信令。
58.进一步的，所述部署于小基站的轻量级核心网部署有认证功能，用于实现用户终端的imsi认证。
59.可以理解的是，imsi认证全称为国际移动用户识别码(international mobile subscriber identity，imsi)认证。是用于区分蜂窝网络中不同用户的、在所有蜂窝网络中不重复的识别码。手机将国际移动用户识别码imsi存储于一个64比特的字段发送给网络。国际移动用户识别码imsi可以用来在归属位置寄存器(home location register，hlr)或拜访位置寄存器(visitor location register，vlr)中查询用户的信息。只要一个移动网络的用户需要与其他移动网络互通，就必须使用国际移动用户识别码imsi。
60.具体的，国际移动用户识别码imsi由一串十进制数字组成，最大长度为15位。由移动国家代码(mobile country code，mcc)、移动网络代码(mobile network code，mnc)和移动订户识别代码(mobile subscription identification number，msin)依次连接而成。移动国家代码mcc长度为3位，移动网络代码mnc长度由移动国家代码mcc的值决定，移动订户识别代码msin的值由运营商自行分配。而本实施例将这种认证技术部署于小基站的轻量级核心网中，以实现用户终端的国际移动用户识别码imsi认证。
61.进一步的，所述部署于小基站的轻量级核心网部署有用户面功能，用于实现用户
终端的数据路由及转发。
62.进一步的，所述轻量级核心网部署的用户面功能具有ip地址池；
63.所述用户面功能为根据用户终端的imsi，给用户终端分配固定的ip地址。
64.具体的，在本实施例中，为了实现用户终端的数据路由及转发，本实施例提供的小基站的轻量级核心网还设置了用户面功能。当用户终端发出第一数据时，射频单元rru接收第一数据并发送至协议栈处理单元，再由协议栈处理单元将第一数据发送给轻量级核心网时，轻量级核心网将通过用户面功能对第一数据进行路由和转发处理。同样的，当轻量级核心网将第一数据发送到网络设备进行交互并接收针对第一数据的第二数据时，也通过用户面功能对第二数据进行路由和转发处理。
65.进一步的，为了便于轻量级核心网用户面功能的使用，本实施例的用户面功能具有ip地址池。可以理解的是，在用户开启了动态主机配置协议(dynamic host configuration protocol，dhcp)后，可以设置一个开始的ip地址与结束的ip地址，由此构成了一个地址池，地址池中的地址可以动态的分配给网络中的客户机使用。ip地址池是ip的一个段，或一个范围，它主要用于特殊的ip段。
66.需要指出的是，此处的动态主机配置协议dhcp是一个局域网的网络协议。指的是由服务器控制一段ip地址范围，客户机登录服务器时就可以自动获得服务器分配的ip地址和子网掩码。
67.具体的，在本技术提供的实施例中，轻量级核心网的用户面功能会根据用户终端通过部署于轻量级核心网的认证功能认证的国际移动用户识别码imsi，给用户终端分配固定的ip地址。也就是将小基站内部的国际移动用户识别码imsi和用户面的ip地址池绑定，以实现用户终端固定ip的分配。
68.进一步的，所述轻量级核心网部署的用户面功能采用tunnel interface方式进行数据转发。
69.具体的，为了实现数据的高速转发，本实施例采用一种互联网协议中的隧道接口tunnel interface的方式。
70.可以理解的是，隧道技术的实质是用一种网络层的协议来传输另一种网络层协议，其基本功能是封装和加密，主要利用网络隧道来实现。对于构建vpn来说，隧道技术是一个关键技术。它用来在ip公网中国仿真条点到点的通路，实现两个节点间：vpn网关之间，或vpn网关与vpn远程能过户之间的安全通信，使数据包在公共网络上的专用隧道内出传输。隧道的基本组成包括：隧道启动结点；隧道终结结点；ip网等路由的分组网络。本技术的实施例通过采用这样的隧道接口技术，以实现将用户终端发送出的数据进行高速转发。
71.请参照图2，进一步的，本技术提供一种小基站数据通信系统，包括：
72.射频单元，用于接收用户终端发送的第一数据；
73.协议栈处理单元，用于接收所述射频单元发送的第一数据；
74.轻量级核心网，用于接收所述协议栈处理单元发送的第一数据；
75.所述轻量级核心网发送第一数据至网络设备并进行交互，以接收针对第一数据的第二数据；
76.所述第二数据通过轻量级核心网发送到协议栈处理单元，再由协议栈处理单元发送到射频单元，最终由射频单元返回至用户终端。
77.具体的，在本技术提供的实施例中，在5g小基站small cell上集成了射频单元、协议栈处理单元以及轻量级的核心网单元。通过将5g小基站与轻量级5g核心网融合到一起，以实现5g小基站设备开机即可提供5g信号覆盖以及基于5g的数据传输业务，解决了现有5g小基站组网困难的问题。
78.可以理解的是，本技术的实施例所述的射频单元(remote radio unit，rru)分成近端机即无线基带控制(radio server，rs)和远端机即射频拉远单元rru两部分，二者之间通过光纤连接，其接口是基于开放式cpri或ir接口，可以稳定地与主流厂商的设备进行连接。近端机rs可以安装在合适的机房位置，远端机rru安装在天线端。这样，将以前的基站模块的一部分分离出来，通过将近端机和远端机分离，可以将烦琐的维护工作简化到近端机。一个近端机可以连接多个远端机，既节省空间，又降低设置成本，提高组网效率。
79.本实施例中所述的协议栈(protocol stack)，又称协议堆叠，是计算机网络协议套件的一个具体的软件实现。协议套件中的一个协议通常是只为一个目的而设计的，这样可以使得设计更容易。因为每个协议模块通常都要和上下两个其他协议模块通信，它们通常可以想象成是协议栈中的层。最低级的协议总是描述与硬件的物理交互。每个高级的层次增加更多的特性。用户应用程序只是处理最上层的协议。
80.本实施例中所述的轻量级核心网整体上涵盖了4g核心网络(evolved packet core，epc)与5g核心网络(5g core network，5gc)两个系列，分别用于与4g无线接入网(radio access network，ran)及5g nr(new radio)一起构成端到端的组网能力，完成4g无线接入网ran的独立组网、5gnr的独立组网sa或非独立组网nsa建网等，产品支持第三合作伙伴计划(3rd generation partnership project，3gpp)定义的所有标准接口与功能，与无线接入网ran或nr网络一起完成用户体验(user experience，ue)接入、鉴权认证、注册、连接、移动性管理及数据存储管理和移动管理等，也支持专网端到端的网络建设。
81.需要指出的是，本技术提供的实施例目前只能提供基于5g信号的数据业务，当然还可以根据需要再配置5gc核心的部分来达到支持语音通话的功能。
82.具体的，本技术提供这种数据通信系统的实施例，通过本技术提供小基站的数据通信方法实施例来实现用户终端与小基站之间的数据通信。当用户有使用网络的需求时，通过手机、电脑等用户终端发出信号，即本实施例所述的第一数据。射频单元rru接收用户终端发出的第一数据并转发至协议栈处理单元。当协议栈处理单元接收到第一数据后，将第一数据通过协议栈协议的处理，再发送至部署于小基站的轻量级核心网。轻量级核心网将第一数据发送至网络设备进行交互，得到针对第一数据的第二数据。通过轻量级核心网与网络设备交互得到的第二数据会由轻量级核心网接收，并将第二数据发送回协议栈处理单元。协议栈处理单元再将第二数据转发至射频单元rru。最终由射频单元rru将第二数据反馈至发送第一数据的用户终端。通过这样转发、交互、反馈的方式即可实现5g小基站的数据通信。
83.进一步的，所述轻量级核心网包括：
84.ngap信令接口，用于实现用户终端的基本接入信令；
85.认证模块，用于实现用户终端的imsi认证；
86.用户面模块，用于实现用户终端的数据路由及转发。
87.进一步的，所述用户面模块具有ip地址池；
88.所述用户面模块根据用户终端的imsi，给用户终端分配固定的ip地址。
89.可以理解的是，ngap用于提供5g无线接入网(ng ran)和amf网络协议(action message format)之间的信令服务。ngap信令主要分为两类：用户终端相关服务和非用户终端相关服务。而本技术提供的方法实施例采用的是ngap信令的用户终端相关服务。ngap信令的用户终端相关服务具体有：为用户终端提供信令和连接；为协议数据单元(protocol data unit，pdu)会话管理流程、协议数据单元pdu会话相关资源管理；为用户终端上下文管理流程，具体包括用户终端上下文建立、修改、释放；为用户终端移动性管理流程、切换、路径变更请求；寻呼流程、寻呼用户终端；为网络附属存储(network attached storage，nas)消息传送流程，传递上下行5g网络附属存储nas消息。而在本技术提供的实施例中，ngap信令接口用于为用户终端提供信令和连接，以实现用户终端的基本接入信令。
90.可以理解的是，imsi认证全称为国际移动用户识别码(international mobile subscriber identity，imsi)认证。是用于区分蜂窝网络中不同用户的、在所有蜂窝网络中不重复的识别码。手机将国际移动用户识别码imsi存储于一个64比特的字段发送给网络。国际移动用户识别码imsi可以用来在归属位置寄存器(home location register，hlr)或拜访位置寄存器(visitor location register，vlr)中查询用户的信息。只要一个移动网络的用户需要与其他移动网络互通，就必须使用国际移动用户识别码imsi。
91.具体的，国际移动用户识别码imsi由一串十进制数字组成，最大长度为15位。由移动国家代码(mobile country code，mcc)、移动网络代码(mobile network code，mnc)和移动订户识别代码(mobile subscription identification number，msin)依次连接而成。移动国家代码mcc长度为3位，移动网络代码mnc长度由移动国家代码mcc的值决定，移动订户识别代码msin的值由运营商自行分配。而本实施例在小基站的轻量级核心网中部署了这种技术的认证模块，以实现用户终端的国际移动用户识别码imsi认证。
92.进一步的，在本实施例中，为了实现用户终端的数据路由及转发，本实施例提供的小基站的轻量级核心网还设置了用户面模块。当用户终端发出第一数据时，射频单元rru接收第一数据并发送至协议栈处理单元，再由协议栈处理单元将第一数据发送给轻量级核心网时，轻量级核心网将通过用户面模块对第一数据进行路由和转发处理。同样的，当轻量级核心网将第一数据发送到网络设备进行交互并接收针对第一数据的第二数据时，也通过用户面模块对第二数据进行路由和转发处理。
93.具体的，在本技术提供的实施例中，为了便于轻量级核心网用户面功能的使用，本实施例的用户面模块具有ip地址池。可以理解的是，在用户开启了动态主机配置协议(dynamic host configuration protocol，dhcp)后，可以设置一个开始的ip地址与结束的ip地址，由此构成了一个地址池，地址池中的地址可以动态的分配给网络中的客户机使用。ip地址池是ip的一个段，或一个范围，它主要用于特殊的ip段。
94.需要指出的是，此处的动态主机配置协议dhcp是一个局域网的网络协议。指的是由服务器控制一段ip地址范围，客户机登录服务器时就可以自动获得服务器分配的ip地址和子网掩码。
95.具体的，在本技术提供的实施例中，轻量级核心网的用户面模块会根据用户终端通过部署于轻量级核心网的认证模块认证的国际移动用户识别码imsi，给用户终端分配固定的ip地址。也就是将小基站内部的国际移动用户识别码imsi和用户面的ip地址池绑定，
以实现用户终端固定ip的分配。
96.进一步的，所述用户面模块通过tunnel interface方式进行数据转发。
97.具体的，在本技术提供的实施例中，为了实现数据的高速转发，本实施例采用一种互联网协议中的隧道接口tunnel interface的方式。可以理解的是，隧道技术的实质是用一种网络层的协议来传输另一种网络层协议，其基本功能是封装和加密，主要利用网络隧道来实现。对于构建vpn来说，隧道技术是一个关键技术。它用来在ip公网中国仿真条点到点的通路，实现两个节点间：vpn网关之间，或vpn网关与vpn远程能过户之间的安全通信，使数据包在公共网络上的专用隧道内出传输。隧道的基本组成包括：隧道启动结点；隧道终结结点；ip网等路由的分组网络。本技术的实施例通过采用这样的隧道接口技术，以实现将用户终端发送出的数据进行高速转发。
98.需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，有语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
99.以上所述仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术。对于本领域技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的权利要求范围之内。