一种使用SDN控制器的小基站控制协议及方法技术

本发明专利技术公开了一种使用SDN控制器的小基站控制协议及方法，属于无线通信领域。主要包括了两部分：具体提供了用于SDN控制器和小基站间通信的控制协议OpenSC，保证了SDN控制器对小基站的完全控制，在超密集网络下将控制面控制转移至SDN控制器中；具体提供一种SDN控制器利用OpenSC协议对小基站控制的方法，将无线通信网络的用户面和控制面相互分离，从而可提升整个无线网络的灵活性和超密集网络的场景下吞吐量。在超密集网络中引入小基站也即超微基站，提升网络覆盖与吞吐量；在小基站与SDN控制器间通过安全传输数据的协议OpenSC协议进行同行，可对密集分布的小基站进行集中管控，大大提高了网络所承载的数据量以及降低信令开销。

A small base station control protocol and method using SDN controller

The invention discloses a small base station control protocol and method using a SDN controller, which belongs to the field of wireless communication. Mainly includes two parts: specific provides a control protocol for SDN controller and small base station communication between OpenSC, to ensure the full control of the SDN controller for the small base station, in the ultra dense network will be transferred to the control surface control SDN controller; SDN controller provides a specific method and small base station control of OpenSC protocol the wireless communication network, the separation of user plane and control plane, which can improve the flexibility of the entire wireless network and ultra dense network scenario throughput. In the ultra dense network into small base station namely ultra base station, improve network coverage and throughput; peer through OpenSC protocol for the secure transmission of data in the base station and the SDN controller, can carry out centralized control of small base station distribution, greatly improves the network capacity and the amount of data to reduce signaling overhead.

【技术实现步骤摘要】
一种使用SDN控制器的小基站控制协议及方法
本专利技术涉及一种使用SDN控制器的小基站控制协议及方法，属于无线通信中的超密集网络领域。
技术介绍
随着互联网与物联网技术的快速发展，各种新的业务需求不断涌现，促使移动数据流量在近十年内出现爆炸式增长。为应对未来移动通信网络更高的网络数据传输速率和更佳的用户数据体验需求，未来的5G通信技术通过一系列关键技术解决上述问题。其中，为了提升无线通信系统的吞吐量有众多的解决方案，例如增加系统的频带宽度和使用大规模的MIMO技术等。但是由于频谱资源的宝贵性，且大规模MIMO技术不成熟，通过提升小区部署密度来提高空间的复用程度成为一个有效的解决措施。随着小基站技术的成熟及产品的逐步上线，低功率的小基站密集部署形成超密集网络成为未来5G网络不可逆转的发展趋势。据估计，在未来的5G网络中，小基站的密集部署数量将达到现有基站数量的10-100倍。随着小基站的超密集分布，移动终端的随机移动所带来的小基站间频繁切换问题，将使用户体验质量下降。除此之外，随着超密集网络中接收信号的增强，小基站之间的相互干扰也成为不可忽视的问题。传统的LTE网络由于信令交互复杂且繁多，在超密集网络场景下更会消耗大量的传输资源，用户面数据的延迟增加问题也逐步体现出来。软件定义网络(SoftwareDefinedNetwork，SDN)是近几年网络研究的重点，它通过将控制面和数据面分离的思想，网络设备只需要完成简单的数据转发功能，而对数据转发的控制则由集中控制器进行管理，从而屏蔽了底层网络设备之间的差异。除此之外，集中控制器是完全开放的，业务部署人员可以针对于瞬息万变的业务请求灵活部署网络，满足用户或企业的个性化需求。而SDN中的核心技术则是OpenFlow协议，它是集中控制器和底层设备之间控制信息传输的载体。将SDN技术应用于移动无线通信领域，将小基站的控制面和用户面分离，使小基站只需要完成移动设备(UserEquipment)无线接入及数据转发功能，而对于小基站的控制则由靠近小基站侧的SDN控制器来处理，并且上述的SDN控制器处于云数据中心中。为了实现数据吞吐量的提升及灵活的网络部署，在超密集网络场景下应用SDN技术，满足未来5G网络对更低延时、更快传输速率和更高的用户体验将成为下一代网络的研究重点。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种使用SDN控制器的小基站控制协议及方法，一方面设计出用于SDN控制器和小基站间通信的控制协议OpenSC，OpenSC协议保证了SDN控制器对小基站的完全控制，在超密集网络下将控制面控制转移至SDN控制器中。另一方面提供一种SDN控制器利用OpenSC对小基站控制的方法，用于将小基站的无线接入控制面和用户面的分离，从而屏蔽底层小基站的差异，使网络部署与管理更加灵活。本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：一方面，本专利技术提供一种使用SDN控制器的小基站控制方法，设计一种用于SDN控制器与小基站间的通信协议OpenSC，以保证SDN控制器对小基站的控制；OpenSC协议包括协议体头部和协议体数据块两个部分，其中：协议体头部包括：Version、Type、Length、SecurityCode安全码字段；Version字段：表示当前的OpenSC协议所使用的版本号；Type字段：描述数据块中传输的数据类型；Length字段：统计传输的数据块中的字节长度；SecurityCode字段：表征安全码，用于控制器和小基站互相校验的参数标准；协议体数据块包括：HELLO数据块、心跳数据块、报错数据块、配置参数数据块、参数资源数据块、无线扫描数据块、业务请求数据块；HELLO数据块：包括Type类型、Length长度和SupportVersionIndicator支持版本指示字段，用于小基站与SDN控制器间的相互识别和认证鉴权过程；心跳数据块：包含TimeStamp时间戳和StatusFlag状态标识字段，当SDN控制器与小基站之间无消息传输时，用于保持小基站与SDN控制器之间的长连接，发起方是小基站或者SDN控制器；用于测量SDN控制器与小基站之间的传输延时；报错数据块：包含Type错误类型、Code类型代码、Data数据字段，当小基站或者SDN控制器出错时，用以向对方汇报出错内容；配置参数数据块：包含Type配置参数类型、N_buffer最大buffer字节和Data数据字段，当小基站与SDN控制器建立连接后，用以SDN控制器获取小基站的内部配置参数；参数资源数据块：包含Type参数资源类型、N_buffer最大buffer字节和Data数据字段，用于SDN控制器获取小基站的计算资源、UE默认承载建立时资源、测量信号反馈信息、UE能力信息资源、UE的位置与速率信息；无线环境扫描数据块：包含CellId小基站小区号和Data扫描数据字段，用以获知小基站的周围移动通信环境状况；业务请求数据块：包含Type业务类型和QoS字段，用于SDN控制器判断业务部署的资源和参数分配状况。作为本专利技术的进一步优化方案，Type字段所描述的数据块中传输的数据类型，按照数据块传输的方向分为控制器至小基站的消息、小基站至控制器的消息和对称消息三种。作为本专利技术的进一步优化方案，SecurityCode字段所表征的安全码是根据小区的PCI和TAC值取前两位生成。另一方面，本专利技术还提供一种SDN控制器利用上述OpenSC协议对小基站进行控制的方法，其具体步骤为：步骤1：小基站开机后，与SDN控制器通过安全传输层协议TLS建立TLS通道；步骤2：小基站通过OpenSC协议的HELLO数据包与SDN控制器完成三次握手过程；Hello数据包的头部包含安全码，用于SDN控制器对小基站的识别，防止伪基站的接入到网络中。握手时SDN控制器需要校验安全码，从而保证控制的可靠性，在此之后小基站与SDN控制还要完成协议版本的适配过程；步骤3：在三次握手后建立安全连接，SDN控制器请求扫描小基站附近的无线环境以及请求获取小基站的配置参数；步骤4：SDN控制器根据配置信息及无线环境信息，对小基站的网络配置和接入核心网参数配置列表进行修改，然后将配置列表更新并发送至小基站；步骤5：小基站执行所述SDN控制器下达的配置列表参数后，完成与核心网的连接，即小基站具备了接入UE的能力；步骤6：在UE完成接入小基站流程后，SDN控制器会请求获取小基站的计算资源、UE默认承载建立时资源、测量信号反馈信息、UE能力信息资源、UE的位置与速率信息；步骤7：小基站将步骤6中SDN控制器请求获取的所有资源上报给SDN控制器，在云数据中心，计算资源、存储资源和网络资源被编排成用户列表、小基站列表、业务请求列表、业务配置列表、业务等待列表和业务失败列表；步骤8：当UE切换或小基站干扰协调流程发生时，小基站主动将UE切换参数、测量报告结果资源上报；步骤9：SDN控制器根据步骤8中小基站上报的参数和资源修改资源池中列表相关参数，通过OpenSC协议使小基站按照资源池中更新后的配置参数执行。作为本专利技术的进一步优化方案，小基站的配置参数包含五种类型：小基站的网络配置、接入核心网配置、上下行信道配置、测量配置及UE切换配置。本专利技术采用以上技术方案与本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种使用SDN控制器的小基站控制方法，其特征在于，设计一种用于SDN控制器与小基站间的通信协议OpenSC，以保证SDN控制器对小基站的控制；OpenSC协议包括协议体头部和协议体数据块两个部分，其中：协议体头部包括：Version、Type、Length、Security Code安全码字段；Version字段：表示当前的OpenSC协议所使用的版本号；Type字段：描述数据块中传输的数据类型；Length字段：统计传输的数据块中的字节长度；Security Code字段：表征安全码，用于控制器和小基站互相校验的参数标准；协议体数据块包括：HELLO数据块、心跳数据块、报错数据块、配置参数数据块、参数资源数据块、无线扫描数据块、业务请求数据块；HELLO数据块：包括Type类型、Length长度和Support Version Indicator支持版本指示字段，用于小基站与SDN控制器间的相互识别和认证鉴权过程；心跳数据块：包含TimeStamp时间戳和StatusFlag状态标识字段，当SDN控制器与小基站之间无消息传输时，用于保持小基站与SDN控制器之间的长连接，发起方是小基站或者SDN控制器；用于测量SDN控制器与小基站之间的传输延时；报错数据块：包含Type错误类型、Code类型代码、Data数据字段，当小基站或者SDN控制器出错时，用以向对方汇报出错内容；配置参数数据块：包含Type配置参数类型、N_buffer最大buffer字节和Data数据字段，当小基站与SDN控制器建立连接后，用以SDN控制器获取小基站的内部配置参数；参数资源数据块：包含Type参数资源类型、N_buffer最大buffer字节和Data数据字段，用于SDN控制器获取小基站的计算资源、UE默认承载建立时资源、测量信号反馈信息、UE能力信息资源、UE的位置与速率信息；无线环境扫描数据块：包含CellId小基站小区号和Data扫描数据字段，用以获知小基站的周围移动通信环境状况；业务请求数据块：包含Type业务类型和QoS字段，用于SDN控制器判断业务部署的资源和参数分配状况。...

【技术特征摘要】
1.一种使用SDN控制器的小基站控制方法，其特征在于，设计一种用于SDN控制器与小基站间的通信协议OpenSC，以保证SDN控制器对小基站的控制；OpenSC协议包括协议体头部和协议体数据块两个部分，其中：协议体头部包括：Version、Type、Length、SecurityCode安全码字段；Version字段：表示当前的OpenSC协议所使用的版本号；Type字段：描述数据块中传输的数据类型；Length字段：统计传输的数据块中的字节长度；SecurityCode字段：表征安全码，用于控制器和小基站互相校验的参数标准；协议体数据块包括：HELLO数据块、心跳数据块、报错数据块、配置参数数据块、参数资源数据块、无线扫描数据块、业务请求数据块；HELLO数据块：包括Type类型、Length长度和SupportVersionIndicator支持版本指示字段，用于小基站与SDN控制器间的相互识别和认证鉴权过程；心跳数据块：包含TimeStamp时间戳和StatusFlag状态标识字段，当SDN控制器与小基站之间无消息传输时，用于保持小基站与SDN控制器之间的长连接，发起方是小基站或者SDN控制器；用于测量SDN控制器与小基站之间的传输延时；报错数据块：包含Type错误类型、Code类型代码、Data数据字段，当小基站或者SDN控制器出错时，用以向对方汇报出错内容；配置参数数据块：包含Type配置参数类型、N_buffer最大buffer字节和Data数据字段，当小基站与SDN控制器建立连接后，用以SDN控制器获取小基站的内部配置参数；参数资源数据块：包含Type参数资源类型、N_buffer最大buffer字节和Data数据字段，用于SDN控制器获取小基站的计算资源、UE默认承载建立时资源、测量信号反馈信息、UE能力信息资源、UE的位置与速率信息；无线环境扫描数据块：包含CellId小基站小区号和Data扫描数据字段，用以获知小基站的周围移动通信环境状况；业务请求数据块：包含Type业务类型和QoS字段，用于SDN控制器判断业务部署的资源和参数分配状况。2.根据权利要求1所述的一种使用SDN控制器的小基站控制方法，其特征在于，Type字段...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘旭，刘金付，朱晓荣，李雪，杨龙祥，朱洪波，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32