[发明专利]一种面向6G的空天地一体化网络架构及实现方法

说明书

本发明提出一种面向6G的空天地一体化网络架构及实现方法，属于移动通信网络架构领域。本发明基于5G现有架构进一步演进，修改了部分网络协议栈的功能，实现了面向6G的空天地一体化网络架构。本发明将AAU中的部分功能虚拟化与DU合并，留下AD、DA、RF功能形成RU网元；分离CU网元的控制平面和数据平面，将CU控制平面与核心网的AMF进行功能重组，与原核心网控制面组成新的网络控制面；将CU数据平面和核心网的UPF进行功能重组，与DU一起形成新的网络用户面。本发明将空天地一体化网络中接入网和核心网融合，深度扁平化，实现了用于6G的空天地一体化网络架构，改善了网络的灵活性，降低了网络的处理时延。

技术领域

本发明属于移动通信网络架构领域，具体是一种接入网络与核心网络融合的网络架构技术，该架构应用于6G的空天地一体化网络的组网与运维。

背景技术

移动通信技术的演进沿着技术体系和业务体系两条线路演进。首先，业务体系是从2G的语音、短消息，3G的多媒体，4G的移动互联网到5G的物联网业务演进。其次，技术体系演进：2G的电路交换，3G的电路交换加分组交换，4G的全IP化扁平结构，5G引入了SDN/NFV、网络切片、基于微服务的架构(Service Based Architecture，SBA)、接入网引入了CU/DU分离的技术。技术体系的演进都是为了支持当前或未来的业务。未来6G的潜在业务有：泛在覆盖(地表全域，空间立体)、工业互联网(远程医疗，远程工业控制等)、全息通信等。SDN(Software define Network)表示软件定义网络，NFV(Network FunctionVirtualization)表示网络功能虚拟化，CU(Centralized Unit)表示集中单元，DU表示分布式单元。

为了满足6G未来的泛在覆盖，工业互联网的潜在需求，需要探索空天地一体化网络的架构，为B5G和6G网络提供技术支持。当前5G网络对泛在覆盖的支持主要有以下工作。ITU(国际电信联盟)开展了NGAT_SAT立项，在ITU-R M.2083中提出了下一代移动通信网络应满足用户随时随地访问服务的需求；在ITU-R M.2460中提出将卫星系统整合下一代通信系统的关键因素。2017年，欧洲城Sat5G联盟，探索卫星采用5G的可行性方案，主要在卫星中采用SDN/NFV技术、研究卫星/5G多链路和异构传输技术、融合卫星通信和5G网络的控制面与数据面、卫星/5G网络一体化的管理和运维技术、5G安全技术在卫星通信中的扩展等方面展开研究。3GPP展开了非地网络的研究。其中，Release 16(TR38.821)主要研究接口、协议和资源控制，并提出了两类NTN(Non-Terrestrial Networks)的架构。第一类为透明弯管转发模式，5G基站gNB不上星，位于地面卫星网络的NTN网关站，卫星不具备星上处理能力，对于移动性管理，数据路由等功能必须回传到地面，因此往返时延较高。第二类为可再生模式，卫星完全或部分搭载5G基站gNB，接入网和核心网管理平面位于地面，因此，对于路由，移动性管理等功能处理时延较高，并且部署成本较高。当前5G网络对工业互联网的支持有如下工作。在3GPP Release 16中提出了New Radio(NR)对eMBB(增强移动宽带)和URLLC(高可靠低时延连接)复用进行增强，NR进一步支持时延敏感网络。3GPP Release 17提出了5G网络未来工厂应用层研究、NB-IoT(Narrow Bandwidth-Internet of Things)和eMTC(Enhanced Machine Type Communication)增强、IIoT(Industrial IoT)和URLLC(Ultra-reliable and Low-latency)增强。例如5G网络在远程医疗中的应用，在手术室内部署完整的gNB，核心网位于云端，对于核心网到接入网的时延是不能进一步降低的。

另一方面，空天地一体化网络在近些年引起了广泛的关注，并且会在B5G和6G中发挥重要的作用。

发明内容