CN115460703B - 一种适用于iab网络的频谱资源分配方法及iab网络 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种适用于IAB网络的频谱资源分配方法及IAB网络，所述频谱资源分配方法包括：IAB‑node‑grandpa频谱躲避机制：若新接入IAB‑node为其他IAB‑node，IAB‑donor不可为该新接入IAB‑node分配其父节点的父节点所使用的频谱；IAB‑node‑brother频谱躲避机制：IAB‑donor不可为新接入IAB‑node分配共父节点的其他IAB‑node使用的频谱。本发明能够有效提高频谱利用效率。

Description

一种适用于IAB网络的频谱资源分配方法及IAB网络

技术领域

本发明涉及无线技术领域，具体而言，涉及一种适用于IAB网络的频谱资源分配方法及IAB网络。

背景技术

IAB(Integrated Access and Backhaul)意为接入回传一体化，是指利用具备回传功能的中继网元构建中继网络以实现大范围覆盖，这要求中继网元同时具备接入功能和回传功能。其支持标准模式和EN-DC模式，前者用于5GNR网络的大范围覆盖，如图1所示；后者用于LTE网络的大范围覆盖，如图2所示。以下将使用IAB技术的网络记为IAB网络。

IAB网络包括IAB-donor和IAB-node两类网元：

IAB-donor：即IAB网络的中心节点，具备IAB-donor-DU功能和IAB-donor-CU功能，负责整个IAB网络的管理、以及对接入IAB-donor的UE和IAB-node-MT的管理；

IAB-node：IAB网络的中间节点，具备IAB-DU功能和IAB-MT功能，前者用于接入，后者用于回传；

IAB-DU和IAB-donor-DU功能与gNB定义的DU功能类似，只是其在原有RLC层之上增加具有路由功能的BAP层。IAB-MT功能与终端功能类似，但其用户面协议栈中，用BAP层替代了原有的PDCP层。

为简化路由表设计，当前协议IAB网络需要具备有向无环图的拓扑结构，如图3所示，其中：

IAB-DU或IAB-donor-DU的相邻节点记为子节点；

IAB-MT的相邻节点记为父节点；

父节点向子节点的数据流记为下行数据流(downstream)；

子节点向父节点的数据流记为上行数据流(upstream)；

IAB网络的各个网元节点都是无线连接，这意味着网络拓扑时刻存在变换的可能。网元节点的变化可简单分为以下几种情况：

IAB-node接入：近似于UE入网流程和小区建立流程；

IAB-node迁移：近似于UE切换流程；

IAB-node释放：近似于UE释放流程；

如此，IAB中继网络可以很容易的适应网络拓扑的变化。

如上所述，每当有IAB-node接入时，IAB-donor需要为其分配频谱资源，并保证新增的IAB-node使用该频谱不会对其和IAB网络中已有的其他IAB-node造成干扰的。为达到该需求，当前业界主要使用固定频谱分配的方案，即为IAB网络中的IAB-node规划独立的频谱，以保证IAB-node间不会相互干扰。

但考虑到较远的两个IAB-node即使使用相同频谱资源，也不会造成相互干扰，由此可知这样的固定分配方案会造成频谱使用浪费的问题，其会引起频谱利用效率低下，进而导致IAB网络容量低下。

发明内容

本发明旨在提供一种适用于IAB网络的频谱资源分配方法及IAB网络，以有效提升频谱利用效率。

本发明提供的一种适用于IAB网络的频谱资源分配方法，包括：

IAB-node-grandpa频谱躲避机制：若新接入IAB-node为其他IAB-node，IAB-donor不可为该新接入IAB-node分配其父节点的父节点所使用的频谱；

IAB-node-brother频谱躲避机制：IAB-donor不可为新接入IAB-node分配共父节点的其他IAB-node使用的频谱。

进一步地，所述适用于IAB网络的频谱资源分配方法，还包括：

最短路径选择机制：IAB-node在接入IAB网络前，先通过小区扫描过程获取所有能够收到的IAB-node和IAB-donor的SI信息，并选择具有最短路径的IAB-node/IAB-donor作为父节点进行接入。进一步地，具有最短路径的IAB-node/IAB-donor作为父节点时，若这样的父节点具有多个，则选择最小权重的IAB-node/IAB-donor作为父节点进行接入。

进一步地，所述适用于IAB网络的频谱资源分配方法，还包括：

IAB-node顺序接入机制：所有IAB-node逐个接入，当一个IAB-node接入成功后，IAB-donor才可允许下一IAB-node接入，IAB-node在接入失败后，选择随机回退一段时间后再接入。

进一步地，所述适用于IAB网络的频谱资源分配方法，还包括：

基于侦听结果的频谱分配机制：IAB-node在接入时向IAB-donor上报自己能侦听到的所有IAB-node，IAB-donor为其分配频谱不可为这些侦听到的IAB-node使用的频谱。

本发明还提供一种IAB网络，所述IAB网络包括IAB-node和IAB-donor；所述IAB-node和IAB-donor采用如上述的频谱资源分配方法进行频谱资源分配。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明能够有效提高频谱利用效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为标准模式下IAB网络架构图。其中：

AMF/UPF为5G核心网中的核心网元，通过NG接口与gNB连接；

gNB表示标准5G基站，是5G接入网中的核心网元，通过NG接口与AMF/UPF连接，通过Xn接口与其他gNB连接，通过NR Uu接口与UE连接；

IAB-donor表示支持IAB功能的5G基站，是IAB网络的中心节点，通过F1接口与IAB-node连接，通过NR Uu接口与UE和IAB-node连接；

IAB-node表示支持IAB功能的IAB网络的中间节点，通过F1接口与IAB-node连接，通过NR Uu接口与UE和其他IAB-node连接；

UE表示5G终端，是5G接入网中的核心网元，通过NR Uu与gNB/IAB-donor/IAB-node连接。

图2为EN-DC模式下IAB网络架构图。其中：

MME/S-PGW为4G核心网中的核心网元，通过S1接口与eNB/MeNB连接，通过S1-U接口与IAB-donor连接；

eNB表示标准4G基站，是4G接入网中的核心网元，通过S1接口与AMF/UPF连接，通过X2接口与其他eNB连接；

MeNB表示支持与5G基站连接的4G基站，通过S1接口与AMF/UPF连接，其通过X2-C接口与IAB-donor连接，通过LTE Uu接口与IAB-node连接；

IAB-donor表示支持IAB功能的5G基站，是IAB网络的中心节点，通过F1接口与IAB-node连接，通过NR Uu接口与UE和IAB-node连接；

IAB-node表示支持IAB功能的IAB网络的中间节点，通过F1接口与IAB-node连接，通过NR Uu接口与UE和其他IAB-node连接，通过LTE Uu接口与MeNB连接；

UE表示5G终端，是5G接入网中的核心网元，通过NR Uu与gNB/IAB-donor/IAB-node连接。

图3为IAB网络的有向无环拓扑结构图。

图4为本发明实施例中IAB-donor的处理过程的流程图。

其中：

BWPi表示IAB-donor分配的第i块频谱；

Stepi表示第i次接入成功的IAB-node使用路径。

图5为本发明实施例中IAB-node的处理过程的流程图。

图6为本发明实施例中的本发明频谱资源分配方法的一个应用示例示意图。

图7为本发明实施例中的本发明频谱资源分配方法的另一个应用示例示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

实施例

本实施例中的IAB网络包括IAB-node和IAB-donor；所述IAB-node和IAB-donor采用下述的一种适用于IAB网络的频谱资源分配方法进行频谱资源分配。

所述适用于IAB网络的频谱资源分配方法，包括：

IAB-node-grandpa频谱躲避机制：若新接入IAB-node为其他IAB-node，IAB-donor不可为该新接入IAB-node分配其父节点的父节点所使用的频谱；

IAB-node-brother频谱躲避机制：IAB-donor不可为新接入IAB-node分配共父节点的其他IAB-node使用的频谱。

可选地，所述的适用于IAB网络的频谱资源分配方法，还包括如下机制：

(1)最短路径选择机制：IAB-node在接入IAB网络前，先通过小区扫描过程获取所有能够收到的IAB-node和IAB-donor的SI信息，并选择具有最短路径的IAB-node/IAB-donor作为父节点进行接入。进一步地，具有最短路径的IAB-node/IAB-donor作为父节点时，若这样的父节点具有多个，则选择最小权重的IAB-node/IAB-donor作为父节点进行接入。

(2)IAB-node顺序接入机制：所有IAB-node逐个接入，当一个IAB-node接入成功后，IAB-donor才可允许下一IAB-node接入，IAB-node在接入失败后，选择随机回退一段时间后再接入。

(3)基于侦听结果的频谱分配机制：IAB-node在接入时向IAB-donor上报自己能侦听到的所有IAB-node，IAB-donor为其分配频谱不可为这些侦听到的IAB-node使用的频谱。

采用如上机制，IAB-donor和IAB-node的处理过程如下：

如图4所示，IAB-donor的处理过程包括：

Step 0：IAB-donor启动过程，其正常上电，建立小区，并按照协议广播IAB网络相关系统信息；

Step 1：接入IAB-node选择过程，在收到IAB-node接入请求时触发(发起接入请求的IAB-node集合为Set_access)，从中选出本次接入的IAB-node(记为IAB-node-new)，处理如下：

(10)若Set_access包含多个IAB-node，从Set_access选出上报路径最短的IAB-node集合，记为Set_shortpath；

(11)若Set_shortpath包含多个IAB-node，选择Set_shortpath中权重最大的IAB-node作为IAB-node-new(若权重最大的IAB-node有多个，则随机选择一个，但不建议为两个不同IAB-node设置相同权重)；

(12)否则，选择Set_shortpath中唯一的IAB-node作为IAB-node-new；

(20)否则，选择Set_access中唯一的IAB-node作为IAB-node-new。

Step 2：频谱分配过程，在选出IAB-node-new后，IAB-donor基于如下过程完成对IAB-node-new的频谱资源分配，其中记IAB网络可使用的频谱共计有M块，第i块记为BWPi，i＝0,...,M-1；

IAB-node-new的候选频谱集合BWP_set_alloc包含所有M块频谱；

记IAB-node-new能侦听到的IAB-node使用频谱集合为BWP_set_listen，将它们从BWP_set_alloc中移除，如下式：

记IAB-node-new父节点的其他子节点IAB-node使用频谱集合为BWP_set_brothers，将它们从BWP_set_alloc中移除，如下式：

若IAB-node-new父节点为IAB-donor，执行下一步；否则，将父节点IAB-node的父节点使用频谱(记为BWP_set_grandpa)从BWP_set_alloc中移除，如下式：

若BWP_set_alloc集合非空，从BWP_set_alloc中随机选择一块频谱分配给IAB-node-new，并通过协议定义的信令流程指示IAB-node-new完成接入；否则拒绝IAB-node-new接入。

如图5所示，IAB-node的处理过程如下：

Step 0：IAB网络侦听过程，其正常上电后，并按照协议规定搜索和接收IAB网络中IAB-donor和所有已接入的IAB-node的SI信息并保存，能够收到的SI信息的网元集合记为Set_listened；

若Set_listened为空，则等待一段时间后重新按照协议规定搜索和接收IAB网络中IAB-donor和所有已接入的IAB-node的SI信息直至Set_listened不为空或达到最大搜索时间为止；

若达到最大搜索时间，Set_listened仍然为空，则停止接入，并向上层反馈错误报告；否则，继续执行接入过程。

Step 1：父节点IAB-node选择过程，选择的父节点记为IAB-node-father，选择机制如下：

(10)若Set_listened为空，则等待一段时间后重新按照协议规定搜索和接收IAB网络中IAB-donor和所有已接入的IAB-node的SI信息直至Set_listened不为空或达到最大搜索时间为止；若达到最大搜索时间，Set_listened仍然为空，则停止接入，并向上层反馈错误报告；否则，继续向下执行；

(20)若Set_listened中包含IAB-donor，选择IAB-donor作为IAB-node-father；否则，如下处理：

(21)若Set_listened的SI信息指示最短路径值的IAB-node有多个，随机选择一个最短路径值的IAB-node中的一个IAB-node作为IAB-node-father；

(22)否则，选择Set_listened的SI信息指示最短路径值的IAB-node作为IAB-node-father。

Step 2：接入过程，即遵循协议通过IAB-node-father向IAB网络发起接入过程，并在接入请求信令中上报自身权重值(权重值由网络建设者事先设定，用于标志该IAB-node的权重值)，且

若接入成功，则使用所分配频谱建立小区，并遵循协议进行SI信息广播，其中需要包含相应路径值，路径值表示当前IAB-node到达IAB-donor需要经过的中间IAB-node个数；

否则，即接入失败，随机等待一段时间后，重新开始IAB网络侦听过程。

示例：

如图6所示，在一个由8个IAB-node和1个IAB-donor组成的IAB网络中，假定：

IAB-donor和所有IAB-node呈现九宫格分布，相邻IAB-donor距离为d，且IAB-donor位于中心位置；

IAB-donor-DU和所有IAB-node-DU对IAB-node-MT的上下行覆盖能力相等，可覆盖1.2d；

IAB-donor-DU和所有IAB-node-DU对UE的下行覆盖能力为0.8d；

IAB-donor-DU和所有IAB-node-DU对UE的上行覆盖能力为0.6d；

IAB-node权重高低按编号大小升序排列，即对于x<y，IAB-node x权重大于IAB-node y；

IAB-donor自身使用的频谱带宽和分配给每一IAB-node的频谱带宽均相等。

可见使用本发明的频谱资源分配方法，使用4段频谱即可满足该IAB网络使用，频谱利用率可达到225％。即便是在IAB-donor处于边缘位置，如图7所示，其他假定同上，使用本发明的频谱资源分配方法，使用6段频谱即可满足该IAB网络使用，频谱利用率可达到150％。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。

Claims (4)

1.一种适用于IAB网络的频谱资源分配方法，其特征在于，包括：

IAB-node-grandpa频谱躲避机制：若新接入IAB-node为其他IAB-node，IAB-donor不可为该新接入IAB-node分配其父节点的父节点所使用的频谱；

IAB-node-brother频谱躲避机制：IAB-donor不可为新接入IAB-node分配共父节点的其他IAB-node使用的频谱；

最短路径选择机制：IAB-node在接入IAB网络前，先通过小区扫描过程获取所有能够收到的IAB-node和IAB-donor的SI信息，并选择具有最短路径的IAB-node/IAB-donor作为父节点进行接入；具有最短路径的IAB-node/IAB-donor作为父节点时，若这样的父节点具有多个，则选择最小权重的IAB-node/IAB-donor作为父节点进行接入。

2.根据权利要求1所述的适用于IAB网络的频谱资源分配方法，其特征在于，还包括：

IAB-node顺序接入机制：所有IAB-node逐个接入，当一个IAB-node接入成功后，IAB-donor才可允许下一IAB-node接入，IAB-node在接入失败后，选择随机回退一段时间后再接入。

3.根据权利要求1所述的适用于IAB网络的频谱资源分配方法，其特征在于，还包括：

基于侦听结果的频谱分配机制：IAB-node在接入时向IAB-donor上报自己能侦听到的所有IAB-node，IAB-donor为其分配的频谱不可为这些侦听到的IAB-node使用的频谱。

4.一种IAB网络，其特征在于，所述IAB网络包括IAB-node和IAB-donor；

所述IAB-node和IAB-donor采用如权利要求1-3任一项所述的频谱资源分配方法进行频谱资源分配。