一种面向未来5G网络的虚拟UE自主发现和连接建立过程制造技术

本发明专利技术提出一种面向未来5G网络的虚拟UE自主发现和连接建立过程。虚拟UE由一个主用户和多个从用户组成，从用户为主用户进行协助传输。主用户利用基站配置的公共传输资源对周围用户进行自主发现并建立连接。虚拟UE的信息由主用户发送给控制节点(主用户所连小站)，并由控制节点对虚拟UE进行管理。主用户可以从从用户处获取其所需的数据，确认数据完整无误后向控制节点发送确认消息。本发明专利技术根据虚拟UE的Context信息，由控制节点对虚拟UE进行调整；虚拟UE的控制节点也会根据用户位置以及Context信息的改变进行切换。本发明专利技术可以减少用户与小站间信令的交互，并使得潜在的用户侧传输资源可以用于提升数据业务速率。

A virtual UE self discovery and connection establishment process for future 5G network

The invention proposes a virtual UE self discovery and connection establishment process for future 5G network. Virtual UE is composed of a primary user and multiple users, and is assisted by users. The primary user uses the public transport resources configured by the base station to locate and establish connections for the surrounding users. The information of virtual UE is sent by the main user to the control node (the small station connected by the main user), and the virtual UE is managed by the control node. The main user can get the data from the user, confirm the data is complete and send confirmation message to the control node. According to the ontext information of virtual UE, the virtual UE is adjusted by the control node, and the control node of virtual UE can also switch according to the change of user position and context information. The invention can reduce the interaction of signaling between users and small stations, and enable potential user side transmission resources to be used to improve data service rate.

【技术实现步骤摘要】
一种面向未来5G网络的虚拟UE自主发现和连接建立过程
本专利技术涉及无线通信
，特别涉及第五代移动通信系统(5G)中超密集网络场景下以用户为中心网络(UCN,UserCentricNetwork)组成和用户终端协作研究。
技术介绍
超高密度网络(Ultra-DenseNetwork，UDN)作为改善网络吞吐量与提高资源利用效率的有效手段，已经成为第五代移动通信中的关键技术。网络节点的密集分布在干扰抑制、能量消耗、移动性管理等方面为通信系统带来了新的挑战。LTE的用户接入，切换机制已无法适用于超密集网络中。虚拟化是解决超密集网络中产生的新问题的一种新思路。网络虚拟化将重点研究如何利用站点密度的潜在增益，构建以用户为中心的虚拟小区，消除传统的小区边界。无线网络资源虚拟化的两个重要问题是为不同业务提供服务的节点映射问题和虚拟资源分配问题。节点映射即确定某个业务采用哪些节点来为其提供服务。传统网络中，按照信号强度如RSRP/RSRQ等指标为用户选择一个服务小区，该用户所有业务均由该服务小区提供。超密集网络场景下，大量无规则部署的SmallCell将面临干扰复杂和负荷分布不均的问题，传统的以信号强度为指标的小区选择方式将不再适用。接入网络侧虚拟化在底层考虑小区的虚拟化，即弱化小区概念，消除小区边界，始终以用户或业务为中心。用户或业务不再由固定的某一小区来服务，而是根据节点特性、业务QoS需求以及无线环境等综合因素，由管理节点选择并将节点列表通知控制面节点，构建针对该业务的虚拟小区，同时，随着UE的移动，动态更新虚拟小区内的节点成员。针对未来5G网络的虚拟小区，小区不再和节点关联，而是以用户为中心形成虚拟小区，用于数据传输的参考信号会和节点ID解耦，管理、控制和数据节点分离，实现站点虚拟化。网络中的终端也可以作为站点为其他终端提供服务，实现用户侧的虚拟化。而现网中已有终端间直接进行数据传输的通信方式(比如D2D技术)以及协助传输策略(如中继、虚拟MIMO等技术)致力于在不改变网络现有条件的情况下，改善用户链路质量，提高网络资源(时域、频域、空域)利用率，具体如下：D2D技术通过复用小区频谱资源，能够提高蜂窝系统频谱效率，降低终端发射功率，是未来通信发展的关键技术之一，也是下一代(5G)移动网络的重要组成部分。D2D技术无需借助基站的帮助就能够实现通信终端之间的直接通信，拓展网络连接和接入方式。由于短距离直接通信，信道质量高，D2D能够实现较高的数据速率、较低的时延和较低的功耗；通过广泛分布的终端，能够改善覆盖，实现频谱资源的高效利用；支持更灵活的网络架构和连接方法，提升链路灵活性和网络可靠性。将协作中继技术应用到蜂窝网中，可以提高自身信道条件差的用户的信号质量，延展基站的覆盖范围。此外，无线中继站成本低廉，布置灵活方便；用户终端也可以作为无线中继站。3GPPLTE、欧盟第六框架联合项目(WINNER)和下一代WiMax系统标准(IEEE802.16)都把基于中继协作传输的蜂窝移动通信系统作为了下一代无线通信中主要的网络架构进行研究。3GPPLTE系统中提出了上行虚拟MIMO技术，将具有单天线的多个用户组合起来，在同一资源块中形成虚拟MIMO信道，同时向具有多天线的基站发送数据，从而达到MIMO技术具有的性能。其主要研究点在于协作分集用户之间的功率分配、以及在空分复用用户之间进行用户配对等，通过多用户之间的协作提高用户传输速率，有效改善通信系统性能。
技术实现思路
本专利技术通过为信道条件不佳的用户选择协助传输用户从而保证用户速率，达到满足用户需求，提升用户体验的目的。本专利技术在现有D2D发现信号设计以及发现信号资源分配的基础上，使用3GPPTR36.843协议中发现信号传输资源配置的Type2B，也就是为D2D发现信号分配半固定的资源(公共资源池)，用户终端利用这部分资源进行自主的发现和配对，用户间连接成功后再将虚拟UE组成员的信息上报到虚拟UE的控制节点。这个过程中虚拟UE成员发现和建立连接都是自主完成的，而且发现过程中用户可以一直处于空闲态而不用进入连接态，复杂度很低。控制节点(一般是主用户所连接的小站)对虚拟UE的信息进行记录和维护，并根据一定策略(提升系统吞吐量或能效等)决定虚拟UE的最终构成以及分配任务传输任务。控制节点可以根据虚拟UE的主用户(受协助的用户)的反馈来实时调整虚拟UE的成员和传输任务，直到虚拟UE完成了主用户所需求的数据传输任务。有益效果虚拟UE利用临近的终端的网络资源为一些自身信道条件差的用户提供协助传输，可以有效提升用户的传输速率。虚拟UE的自主发现可以减少基站侧的运算复杂度。通过虚拟UE构建过程中的信息交互使得控制节点可以优化虚拟UE的成员选择以及对虚拟UE组进行控制。附图说明图1是超密集组网下用户虚拟化(虚拟UE)的示意图；图2是本专利技术基于虚拟UE设计的用户组构建流程图；图3是本专利技术中虚拟UE进行切换的流程图；图4是本专利技术的方案实施流程图；图5是不同用户速率需求下使用虚拟UE技术的满足概率；图6是不同的虚拟UE触发条件(SINR阈值)下本方案对用户平均速率的影响。具体实施方式本专利技术实施案例结合附图做详细说明。本专利技术主要应用于密集小站部署的异构网络中，由于用户终端的数量也急剧上升，若只是单纯的采用D2D通信(网络基站侧不进行有效控制)并不能明显的提升网络的容量和频谱资源的利用率。因此我们提出了虚拟UE技术，通过为信道条件不佳的用户选择协助传输用户从而保证用户速率，同时最大化利用了用户侧的资源。附图1是实例应用的系统架构和场景，虚拟UE技术将网络中临近的多个终端组成一个虚拟UE——VUE，其目的是为一个特定的用户提供数据传输协助；虚拟UE以这个用户(也就是虚拟UE组的主用户)为中心。主用户通过D2D链路与其他用户建立连接后，组内其他用户(从用户)与主用户交换各自的context信息，同时确定一个对外交互的节点(一般情况下选择主用户)，目的是与基站间进行控制信息的交互；从用户使用VUEID从其所连接的基站获取主用户所需的数据，再将这些数据转发给主用户，完成协助传输。虚拟UE组的从用户集合用V表示，V＝{i|i＝1,...,n,n≤N&i∈A}，其中，A代表某种选择策略，可以是速率优先策略，也可以是能效优先策略。附图2是一个完整的建立虚拟UE并完成传输任务的流程图。虚拟UE构建的过程主要分为以下五个步骤：公共资源配置信息下发，用户自主发现，控制信息交互，组内传输模式选择以及数据传输。具体步骤如下：步骤一：所有的小站都会给其所连接的用户下发D2D通信公共资源配置信息(1)，网络当前所有用户都会开启广播监听状态。步骤二：当有用户满足虚拟UE触发条件(信道条件差/速率无法满足业务需求/剩余电量不足)时，利用配置的公共资源发送构建虚拟UE请求的广播消息(2)。收到的用户返回确认消息(3)(包含context信息)，与HostUE建立连接，内容主要包括：从用户与主用户间的链路质量(内信道)；从用户与基站间的链路质量(外信道)；从用户是否加入其它虚拟UE等。若考虑特殊场景需求，还应包括终端的剩余电量等。步骤三：之后主用户会将所有潜在的虚拟UE的成员的信息上报给控制节点(4)，控制节点根本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.本专利技术提出一种面向未来5G网络的虚拟UE自主发现和连接建立过程。由小站作为控制节点提供管理功能，用户组中的从用户所连小站先将数据卸载到从用户处，然后从用户转发小站传输的数据至主用户,为主用户提供协助。

【技术特征摘要】
1.本发明提出一种面向未来5G网络的虚拟UE自主发现和连接建立过程。由小站作为控制节点提供管理功能，用户组中的从用户所连小站先将数据卸载到从用户处，然后从用户转发小站传输的数据至主用户,为主用户提供协助。2.本发明的虚拟UE构建过程设计包含资源配置、用户自主发现、建立连接、传输模式选择以及数据传输五个过程，由从用户为主用户提...

【专利技术属性】
技术研发人员：张鸿涛，牛沐楚，黄婉晴，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京,11