曾菊玲 夏凌 解冰 張春雷

【摘? 要】通過分析MBSFN系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提出了C-RAN及CU/DU分離環(huán)境下的MBSFN網(wǎng)絡(luò)切片架構(gòu)，對切片的基礎(chǔ)設(shè)施與虛擬網(wǎng)絡(luò)劃分、基于CU//DU分離的協(xié)議及信道劃分、主要通信過程以及切片的功能實體和性能做了詳細討論?；谔岢龅腃U-DU-RRU三層可重配切片架構(gòu)，提出了一種低代價的基于距離的位置更新機制，將MCE控制的小區(qū)列表更新TAL轉(zhuǎn)變?yōu)镸CE輔助的RRU控制、基于距離測量的搜索和更新，克服了MCE完全控制導(dǎo)致的搜索次數(shù)和信令開銷較大的缺點。建立MARKOV模型對機制進行了性能分析，仿真表明，在搜索次數(shù)和信令開銷兩方面均優(yōu)于LTE中的TAL機制，進而說明所提出的MBSFN網(wǎng)絡(luò)切片架構(gòu)的合理性。

【關(guān)鍵詞】C-RAN及CU/DU分離;MBSFN;網(wǎng)絡(luò)切片;協(xié)議分割;基于距離的位置更新

By analyzing the MBSFN system structure， this paper proposes a three-layer reconfigurable architecture of MBSFN network slice in the C-RAN and CU/DU separation environment. The division between slice infrastructure and virtual network， the partition of CU/DU separation-based protocol and the allocation of logical channel， the main communication process， the functional entities and performance of slices are discussed in detail. Based on the CU-DU-RRU three-layer reconfigurable slice architecture in this paper， a low-cost distance-based location updating strategy is proposed. Searching user and updating location in this strategy is done by RRU and aided by MCE based on the distance changed from the cell listing， which avoid the more searching times and bigger overhead resulted by MCEs only finishing all that. The performance of this strategy is addressed based on MARKOV link. The simulation results shows that the mechanism is better than the time-based TAL mechanism in LTE，in searching times and signaling overheads.. This demonstrate the MBSFN slice framework in this paper is reasonable.

C-RAN and CU/DU sepration; MBSFN; network slice; protocol partition; distance-based location updation

0? ?引言

隨著5G的發(fā)展，流媒體業(yè)務(wù)以及面向物聯(lián)網(wǎng)的訂閱業(yè)務(wù)越來越多，基于應(yīng)答確認式的點對點單播通信方式已經(jīng)不能滿足要求，以較少資源為大量具有相同需求的用戶同時提供業(yè)務(wù)的高效MBMS（多媒體廣播/組播業(yè)務(wù)）技術(shù)越來越得到重視[1]。

蜂窩移動通信中的MBMS最初由3GPP在R6、R7版本中提出。eMBMS（enhanced MBMS）在R9中正式提出，引入MCE、MBMS GW、BM_SC等新的網(wǎng)絡(luò)功能實體以提供對eMBMS業(yè)務(wù)的支持。同時，在接入網(wǎng)中還定義了MBSFN（多播廣播單頻網(wǎng)）傳輸模式，MBSFN由于同時同頻在多個小區(qū)進行MBMS業(yè)務(wù)的同步傳輸，不僅提高了系統(tǒng)頻譜效率，而且能利用相鄰小區(qū)干擾信號，產(chǎn)生分集效應(yīng)和提高盲區(qū)覆蓋率，得到了廣泛研究。文獻[2]、[3]研究了MBSFN的資源分配以及區(qū)域形成，文獻[4]對基于MBSFN的集群通信系統(tǒng)業(yè)務(wù)連續(xù)性、移動性管理及越區(qū)切換進行了研究。但是，MBSFN的關(guān)鍵技術(shù)——動態(tài)區(qū)域策略在設(shè)備與管理固化耦合的傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中難以實現(xiàn)，大量的大范圍間歇式業(yè)務(wù)所需的專網(wǎng)建設(shè)浪費資源、建設(shè)周期長等問題阻礙了MBSFN發(fā)展。基于虛擬資源的網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)具有多租戶、易訂制、可編程性以及隔離性好等特點，不僅方便MBSFN快速實現(xiàn)和管理，而且能提供QoS保證，因此，切片是MBSFN較好的實現(xiàn)方式。

C-RAN由于具有集中、協(xié)作、無線云化和綠色節(jié)能等特點，是未來5G無線接入的主要架構(gòu)，尤其是NFV和SDN技術(shù)的引入以及基帶池BBU中CU/DU（Centralized Unit/Distributed Unit）的進一步分離，提升了對網(wǎng)絡(luò)切片的支持能力。未來5G中，MBSFN業(yè)務(wù)將運行在C-RAN中，云平臺以及CU/DU分離架構(gòu)能夠很好地支撐MBSFN網(wǎng)絡(luò)切片。如何在C-RAN架構(gòu)下定義MBSFN網(wǎng)絡(luò)切片的架構(gòu)、功能實體、通信方式、協(xié)議結(jié)構(gòu)以及信道劃分、部署MBMS業(yè)務(wù)，且與終端及核心網(wǎng)兼容，是C-RAN環(huán)境下實現(xiàn)MBSFN切片的挑戰(zhàn)。

目前對C-RAN的研究主要在基帶部分的負載均衡以及射頻部分的無線協(xié)作[8]，對無線網(wǎng)絡(luò)切片的研究目前主要集中在面向用戶的核心網(wǎng)絡(luò)切片，如文獻[6]提出了面向CDN業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)切片，無線接入網(wǎng)絡(luò)切片的研究則主要討論一般性原則及虛擬功能鏈部署[7-8]，對于切片的形成研究較少，目前還沒有面向承載的C-RAN架構(gòu)下的MBSFN網(wǎng)絡(luò)切片設(shè)計。因此，研究基于C-RAN的MBSFN網(wǎng)絡(luò)切片形成具有重大意義。

MBSFN切片形成以后，MBMS業(yè)務(wù)通過CU-DU-RRU三層可重構(gòu)功能鏈實現(xiàn)，QoS保證更容易實現(xiàn)，比如，通過功能鏈重配置，容易保證多播樹的各枝QoS參數(shù)相等，協(xié)議遷移和功能重定義可減小時延等。切片中MBMS業(yè)務(wù)QoS性能的提高較好地證明了切片設(shè)計的合理性。

用戶搜索和位置更新的有效性較大地影響了無線鏈路建立時延，能否利用網(wǎng)絡(luò)切片的可重構(gòu)特點，設(shè)計高效的位置更新策略是切片性能的體現(xiàn)。關(guān)于位置更新，GSM和UMTS采用靜態(tài)位置更新方案，開銷大，容易引起乒乓效應(yīng)和信令擁塞。LTE采用基于跟蹤區(qū)列表的動態(tài)更新方案（TAL）[9]，用戶在TAL內(nèi)部移動時無需更新，當進入一個新的TA時，更新TAL，常訪問區(qū)列表可避免乒乓效應(yīng)。但該機制是由MCE發(fā)起的，每一次搜索或更新都要通過MCE實現(xiàn)，開銷和時延較大，難以滿足MBMS業(yè)務(wù)快速跟蹤用戶的要求，在CU-DU-RRU三層可重構(gòu)的MBSFN切片架構(gòu)中，可以通過協(xié)議重構(gòu)減小搜索次數(shù)和信令開銷。

在位置更新策略中，位置管理是關(guān)鍵技術(shù)，有3種方案：基于時間的位置管理、基于運動的位置管理、基于距離的位置管理。在3種方式中，基于距離的位置管理方案優(yōu)于其他2種[10]。MBSFN切片架構(gòu)中較容易采用基于距離的位置管理策略。

綜合上述因素，本文首先提出C-RAN及CU/DU分離環(huán)境下CU-DU-RRU三層可重配的MBSFN網(wǎng)絡(luò)切片架構(gòu)，詳細討論切片的基礎(chǔ)設(shè)施與虛擬網(wǎng)絡(luò)劃分、基于CU/DU分離的協(xié)議及信道劃分、主要通信過程以及切片的功能實體和性能。然后，基于本文所提架構(gòu)，提出一種低代價的基于距離的位置更新機制，將MCE控制的小區(qū)列表更新改變?yōu)镸CE輔助、RRU控制的距離測量的更新，建立MARKOV模型進行性能分析，并仿真驗證其在搜索次數(shù)和信令開銷兩方面相比基于時間的TAL的優(yōu)越性，進而說明本文所提MBSFN網(wǎng)絡(luò)切片架構(gòu)的合理性。

1? ? MBSFN系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及業(yè)務(wù)流程分析

1.1? MBSFN系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

討論系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以確定網(wǎng)絡(luò)切片的功能模塊。圖1為MBSFN系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，MBMS業(yè)務(wù)中心（BM-SC）提供用戶業(yè)務(wù)接口，用以用戶認證、承載業(yè)務(wù)初始化、調(diào)度及傳輸，MBMS（MBMS GW）網(wǎng)關(guān)處理從BM-SC到MBSFN區(qū)中所有參與eNodeB傳輸?shù)亩嗖P包，MME處理會話控制信令，MCE處理MBSFN區(qū)中各小區(qū)的無線資源分配和設(shè)定傳輸參數(shù)（時間-頻率資源和傳輸格式），可控制多個eNodeB，每個eNodeB處理一個或多個小區(qū)業(yè)務(wù)傳輸。圖1中M1接口是E-MBMS網(wǎng)關(guān)和eNodeB之間的用戶面接口，對于MBSFN多小區(qū)傳輸，使用SYNC協(xié)議來保證MBMS內(nèi)容同步。M2接口是MCE和eNodeB之間的控制面接口，MCE通過該接口對eNodeB進行無線資源管理以及傳遞MBMS會話控制信令。M3接口是MCE和MME之間的接口，負責傳遞MBMS會話控制信令。

1.2? MBSFN信道結(jié)構(gòu)及映射模式

討論信道結(jié)構(gòu)以確定C-RAN架構(gòu)下CU/DU信道劃分。MBMS具有邏輯信道MCCH、MSCH、MTCH、傳輸信道FACH、物理信道SCCPCH等，MCCH主要用以MBMS業(yè)務(wù)相關(guān)的公共控制信息，MSCH主要用以用戶與網(wǎng)絡(luò)的RRC連接狀態(tài)或空閑狀態(tài)下的下行MBMS業(yè)務(wù)調(diào)度，MTCH是MBMS業(yè)務(wù)信道，F(xiàn)ACH是邏輯控制信道MCCH、MSCH、MTCH的傳輸信道，SCCPCH作為攜帶MTCH 或 MCCH 或 MSCH信息的FACH的物理信道。信道間的映射關(guān)系如圖2所示：

1.3? MBSFN主要通信過程

討論主要通信過程以確定C-RAN架構(gòu)下CU/DU功能劃分。MBFSN的主要通信過程包括計數(shù)、會話開始、會話結(jié)束、無線承載等過程。

（1）計數(shù)流程

MBMS計數(shù)過程如圖3所示，用以完成單播或多播廣播模式選擇，由MCE完成，MCE向MBSFN中的用戶發(fā)起計數(shù)請求，計數(shù)請求通過多播控制信道（MCCH）的擴展消息下發(fā)。MBSFN內(nèi)正在接收該E-MBMS業(yè)務(wù)或?qū)ζ涓信d趣的用戶UE將會通過RRC回復(fù)一個計數(shù)響應(yīng)消息給MCE，完成計數(shù)統(tǒng)計功能，當計數(shù)值超過門限時，建立無線承載，開始MBMS業(yè)務(wù)，可以看到計數(shù)過程的控制面由MCCH完成，在用戶面由FACH完成。其中的信道如圖3中紅色字體所示：

（2）會話開始流程

MBSFN的會話開始流程如圖4所示，主要包括會話消息的傳遞以及無線承載的建立。會話開始信息依次經(jīng)由MME、MCE和eNodeB最終到達用戶，之后建立無線承載，進行MBMS數(shù)據(jù)傳輸?？梢钥吹?，會話請求信令依次在MCCH和專用信道上傳輸，Iu無線承載在專用信道上實現(xiàn)，Iub無線承載在FACH上進行。

2? ? C-RAN架構(gòu)下MBSFN切片設(shè)計

2.1? 基于C-RAN中心化管理的MBSFN切片基礎(chǔ)

設(shè)施與虛擬網(wǎng)絡(luò)劃分C-RAN架構(gòu)中，在無線接入網(wǎng)中采用了基帶池BBU集中和射頻RRU拉遠技術(shù)，集中的BBU在通用處理器上以虛擬的計算資源處理基帶信號，通過共享形成云資源池，構(gòu)成MBMS業(yè)務(wù)的控制中心，采用虛擬網(wǎng)絡(luò)形式比較合適。RRU根據(jù)MBMS業(yè)務(wù)的帶寬、時延等請求，通過協(xié)作提供無線鏈路，分配無線資源，在專用設(shè)備上形成射頻信號，最終實現(xiàn)MBMS業(yè)務(wù)，RRU要處理的是真實的模擬無線射頻信號或部分基帶信號，構(gòu)成MBSFN切片的基礎(chǔ)設(shè)施。

RRU與BBU的分割點如圖5所示，有PHY2/PHY1/CPRI等，選取分割點要考慮的因素有經(jīng)濟、接口帶寬、處理時延、協(xié)作性能等因素，一般來說，分割點越靠近RRU，除接口帶寬外的性能越好，考慮到接口帶寬=流量帶寬+信令帶寬，其中流量帶寬與復(fù)用的天線數(shù)、信號帶寬成比例增長，信令帶寬與信令周期、復(fù)用路數(shù)成正比，隨著分割點位置逐漸靠近射頻端，復(fù)用路數(shù)增多，流量帶寬和信令帶寬都逐漸增大，從而端口帶寬越來越大，為了折中，對于單播業(yè)務(wù)，大多建議采用PHY2作為分割點。但是，對于MBMS業(yè)務(wù)，分割點靠近RRU，不存在復(fù)用路數(shù)增多流量帶寬增大的問題，又由于不存在交換信令，只有處理信令，對接口帶寬影響可忽略，而且能夠方便MBMS業(yè)務(wù)實現(xiàn)小區(qū)間分集增益和多區(qū)域協(xié)作，所以，選擇CPRI接口作分割點比較合適。

2.2? 基于CU/DU分離的MBFSN切片協(xié)議結(jié)構(gòu)及信道劃分

C-RAN在向5G演進過程中，在BBU中進一步引入了集中和分布單元CU/DU兩級協(xié)議架構(gòu)，邏輯架構(gòu)如圖6所示：

CU對上通過NG接口連接核心網(wǎng)，支持部分核心網(wǎng)功能下沉和邊緣應(yīng)用業(yè)務(wù)的部署，對下通過F1接口與DU相連。CU主要包含非實時性的無線高層協(xié)議棧功能，如RRC/PDCP等，其集中控制功能可支持多小區(qū)協(xié)作，進一步支持切片隔離控制;DU主要處理物理層功能和實時性需要的層2功能，支持差異化配置、空口資源的靈活調(diào)度和定制化的切片策略，實現(xiàn)虛擬網(wǎng)絡(luò)向基礎(chǔ)設(shè)施的功能映射。當傳送網(wǎng)資源充足時，DU可集中化部署以實現(xiàn)物理層協(xié)作。協(xié)議棧在CU與DU間遷移如圖7所示，可在PDCP與RLC之間、RLC與MAC之間、MAC與PHY之間、PHY內(nèi)部進行多種切分，各劃分所對應(yīng)的CU功能逐漸增強，DU功能逐漸減弱。

如圖7所示CU/DU的8種分割點，后4種為地分割，本文在DU與RRU的接口中考慮。

考慮接口帶寬需求，接口帶寬=流量帶寬+信令帶寬，在BBU內(nèi)，流量帶寬隨著協(xié)議層數(shù)增加，頭部數(shù)據(jù)增大，分割點越靠近RRU，流量帶寬需求越大。但對于MBMS業(yè)務(wù)來說，多播特性導(dǎo)致流量本身不大，又由于沒有ARQ、HARQ等過程，頭部增加并不明顯，而信令帶寬的增加一般都被忽略，因此，可以選得更靠近RRU的分割點。

考慮功能需求，Option1為PDCP-RLC，雖然所需帶寬較少，但終結(jié)了集中控制，RLC/MAC/PHY都位于遠端RRU中，且需要在RRU內(nèi)部調(diào)度，與當前完全集成化的基站差別不大，因此，一般不被考慮。? ? ? ? ? ? Option2與Option3是單播常選的分割點，選擇Option2主要是其與LTE兼容，但隨著獨立組網(wǎng)的出現(xiàn)，顯然已沒有競爭力。選擇OptionN3主要是將ARQ放在CU，具有集中化和池化增益，DU中沒有RLC信息，可以減小緩存，處理更多UE。而對于MBMS業(yè)務(wù)，不僅沒有RLC要完成的ARQ，也沒有MAC完成的HARQ，為了更有利CoMP及聯(lián)合處理，MAC可以全部劃入CU。但是，考慮到MBSFN中，既需要多區(qū)域的同步等控制協(xié)調(diào)，也需要小區(qū)間協(xié)調(diào)，前者主要在邏輯信道上通過公用廣播信道等實現(xiàn)，后者則需要根據(jù)物理信道的測量和上報信息，因此，分割點選擇為Option5，如圖7中紅線所示，MAC分為2部分，多區(qū)域公共控制部分劃入CU，需要根據(jù)信道狀態(tài)實時調(diào)整的部分劃歸DU，接口為F1。具體地，MBSFN中多區(qū)域共用一個PDCP＼RLC實體，PDCP＼RLC具有公共控制效應(yīng)，劃歸CU;MAC信令中的一部分被用于多區(qū)域協(xié)調(diào)與RLC交互，具有公共控制效應(yīng)，劃歸CU，MAC信令中的剩余部分被用做實時性差異化的空口控制或與PHY交互，在業(yè)務(wù)信道上對物理信道的信號進行分集合并，具有小區(qū)間協(xié)調(diào)效應(yīng)，劃歸DU。

當MAC作為CU/DU分界面時，MAC的部分信令實現(xiàn)業(yè)務(wù)控制，部分信令控制業(yè)務(wù)傳輸。分析前面圖3、圖4所示MBSFN會話開始及計數(shù)過程，結(jié)合圖2的MBFSN的信道結(jié)構(gòu)與映射，可以發(fā)現(xiàn)，若將圖3、圖4中所示紅色虛線框部分劃歸CU，且將MBMS的控制信道MCCH/MSCH以及BCCH/PCCH/CCCH等控制信道劃歸CU，DCCH/DTCH、MTCH/FACH劃歸DU，如表1所示，則CU只需保留控制面，不須對數(shù)據(jù)面操作。CU部分包含了小區(qū)、小區(qū)群RNC以及主控RNC，構(gòu)成以邏輯信道為基礎(chǔ)的虛擬網(wǎng)絡(luò)，便以MBSFN區(qū)域內(nèi)小區(qū)間協(xié)作，均衡小區(qū)間控制負載，減小MBSFN的通信時延。DU通過MTCH、DTCH＼FACH實現(xiàn)高速傳輸，在CU的控制下實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸及業(yè)務(wù)負載均衡。

CU/DU分離使得無線接入網(wǎng)能夠根據(jù)MBMS業(yè)務(wù)需求靈活布置硬件、協(xié)調(diào)性能和負荷管理，實現(xiàn)可重構(gòu)并支持NFV/SDN，形成網(wǎng)絡(luò)切片架構(gòu)。

2.3? C-RAN環(huán)境下的MBSFN切片架構(gòu)

C-RAN環(huán)境下的MBSFN切片架構(gòu)如圖8所示。面向承載的MBSFN切片的創(chuàng)立者是來自MBMS-GW的IP多播業(yè)務(wù)請求，通過M3接口創(chuàng)立或撤銷MBSFN切片，進行切片生命周期管理。

協(xié)調(diào)服務(wù)器：MME及MCE是切片的協(xié)調(diào)器，與BBU的CU和DU在控制信道上通信，建立小區(qū)間協(xié)作，處理MBSFN區(qū)中各虛擬小區(qū)的無線資源分配和設(shè)定傳輸參數(shù)及MBSFN模式或單播模式，管理MBSFN的NFV，其中CU/DU的協(xié)議分割如圖7所示，信道劃分如表1所示：

編排服務(wù)器：編排器負責接收MBMS業(yè)務(wù)，創(chuàng)立、修改和刪除MBSFN切片，當新的切片實例化時，創(chuàng)立或更新協(xié)調(diào)器，因此，編排器由MME、MCE以及BBU的DU中負責FACH向物理信道映射的功能部件構(gòu)成。

基礎(chǔ)物理設(shè)施：基站的射頻遠端RRH是基礎(chǔ)物理設(shè)施。編排器通過FACH信道向物理信道映射實現(xiàn)虛擬網(wǎng)絡(luò)向基礎(chǔ)設(shè)施的映射。

切片的主要通信過程如圖9所示，通過CU/DU/RRU劃分，通信過程的信令在不同部分完成，在F1接口、CPRI接口能夠形成重定向，實現(xiàn)各部分的靈活匹配。

2.4? MBSFN切片性能分析

切片與核心網(wǎng)絡(luò)或終端兼容性：圖6與圖1對比，MBSFN切片與核心網(wǎng)的接口仍然是M1，負責MBMS會話管理，接口信令保持不變，故切片與核心網(wǎng)的兼容關(guān)系保持不變。切片內(nèi)部，MME與MCE的接口仍為M2，協(xié)議、信令都不發(fā)生變化，故切片與用戶端的兼容關(guān)系也保持不變，因此，MBSFN切片兼容核心網(wǎng)和用戶終端，能夠快速、及時布網(wǎng)。

切片QoS性能提高：網(wǎng)絡(luò)切片雖然與原MBSFN的實體完全相同，與基站的接口仍然是M3，但是協(xié)議結(jié)構(gòu)和信道結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，能較大地提高切片QoS性能。

功能鏈部署可保證多播樹的各枝具有相同的QoS。對比圖7和圖5可知，隨著切片中CU/DU分離，信道已經(jīng)分層（表1），CU主要實現(xiàn)MBFSN業(yè)務(wù)的無線控制，DU主要實現(xiàn)MBFSN業(yè)務(wù)的業(yè)務(wù)傳輸，RRU主要實現(xiàn)射頻覆蓋。MBMS業(yè)務(wù)通過CU-DU-RRU三層或者虛擬網(wǎng)絡(luò)-基礎(chǔ)物理設(shè)施兩層可重構(gòu)映射實現(xiàn)，在三個層面自適應(yīng)選取相應(yīng)的功能部件進行組合，可滿足不同的MBMS業(yè)務(wù)比特率、時延等要求，特別是保證多播樹的各枝具有相同的QoS，如圖7中的紅色虛線所示，小區(qū)i的MBMS業(yè)務(wù)既可以通過CS1-DS1-RRUi的功能鏈實現(xiàn)，也采用CS2-DS2-RRUi，滿足不同要求。

協(xié)議遷移和功能重定義可簡化通信過程，減小時延。圖6所示的協(xié)議結(jié)構(gòu)以及表1所示信道劃分，DU及RRU協(xié)議已經(jīng)精簡，考慮到MBMS業(yè)務(wù)通過CU-DU-RRU三層可重構(gòu)功能鏈實現(xiàn)，將某些功能定義在DU或RRU中，則可減小開銷和時延。圖3表明，計數(shù)過程較大的時延影響了MBMS業(yè)務(wù)無線承載建立，而在計數(shù)過程中，搜索用戶或位置更新的時延占較大比重。在MBFSN切片中由于多小區(qū)共用CU/DU，位置區(qū)域包括CU中所有協(xié)作的小區(qū)，而RRU只覆蓋特定小區(qū)，因此，通過協(xié)議分割和功能重定義，將位置更新在CU中完成，用戶搜索在RRU中完成，且采用性能更優(yōu)的基于距離的算法，則通信過程將極大簡化，從算法和信令流兩方面降低位置更新代價和信令開銷，如圖9表示的MBSFN中會話開始及無線承載建立流程。

3? C-RAN環(huán)境下，一種適用于MBSFN切片的位置更新策略

GSM和UMTS采用靜態(tài)位置更新方案，開銷大，容易引起乒乓效應(yīng)和信令擁塞。LTE采用基于跟蹤區(qū)列表的動態(tài)更新方案（TAL），用戶在TAL內(nèi)部移動時無需更新，當進入一個新的TA時更新TAL，該機制采用常訪問區(qū)列表法避免乒乓效應(yīng)。但該機制是由MCE發(fā)起的，每一次搜索或更新都要通過MCE實現(xiàn)，也就是要經(jīng)過CU-DU-RRU層才能完成，開銷較大。在本文定義的MBSFN切片可重構(gòu)架構(gòu)中，可以分別由CU和RRU完成更新和搜索過程，減小開銷和時延。

在位置更新策略中，位置管理是關(guān)鍵技術(shù)，有基于時間、基于運動、基于距離3種方案。在這3種方案中，除了穿越位置區(qū)邊界需要進行一次位置更新，分別當流逝的時間、穿越的小區(qū)數(shù)、或穿越的距離（以小區(qū)為單位）達到某一閾值時，也需要進行一次位置更新。有文獻表明，在三種方式中，基于距離的位置管理方案優(yōu)于其他2種。LTE中采用了基于時間的位置管理和基于TAL的位置更新結(jié)合的機制。在本文的MBSFN切片架構(gòu)中，可采用基于距離的位置更新策略。

3.1? 基于距離的MBSFN切片的位置更新策略

綜合上述因素，本文提出一種C-RAN環(huán)境下，基于距離的MBSFN切片的位置更新策略。如圖10所示，策略以TAL機制為基礎(chǔ)，由協(xié)調(diào)服務(wù)器MCE輔助、RRU發(fā)起完成。在MBMS業(yè)務(wù)會話建立階段，通過CU-DU-RU三層映射，MCE將RRC＼PDCP協(xié)議的用戶部分駐留在RRU中，并將MCE控制的所有協(xié)作小區(qū)在TAL中列出，同時將TAL中的最遠距離D通知RRU。RRU搜索用戶時，首先找到用戶最后一次被報告的小區(qū)，如果當前沒有找到用戶，則從j=1開始搜索相鄰的i±j， j=1，2，…， N/2，相應(yīng)的距離記為d，d+1…，當距離為D-1時，則啟動位置更新。假定更新和搜索開始于時隙起點，如果某用戶在同一時隙要同時進行搜索和更新，則優(yōu)先更新。

由圖9可見，在上述搜索和更新策略中，當TAL轉(zhuǎn)變?yōu)樽畲缶嚯x后，搜索僅由RRU向用戶發(fā)起完成，只有當距離達到最大，位置更新時，才需要與MCE交互，相比傳統(tǒng)LTE每次搜索都須與MCE交互，減小了信令開銷，減小了時延。

3.2? 策略性能分析

為了簡化分析，本文只考慮一維運動?？紤]一個環(huán)形蜂窩系統(tǒng)，如圖11所示：

蜂窩i與蜂窩i+1為相鄰蜂窩，蜂窩i中的移動用戶只能移動到蜂窩i+1、蜂窩i-1或停留在蜂窩i中，假定時間時隙化，用戶每時隙最多只能移動一次，移動方向滿足獨立同分布的統(tǒng)計規(guī)律，用戶從蜂窩i移動到蜂窩i+1、蜂窩i-1的概率為p，停留在蜂窩i的概率為1-2p，令Y（t）表示用戶當前所在的蜂窩與最后報告位置的蜂窩間距離，{Y（t），t=0，1，2…}是一個Markov鏈，令Y（t）的靜態(tài)分布概率為：

可見，更新次數(shù)由參數(shù)p和D確定，p反映了用戶移動速度，當用戶移動速度增大時，p也隨著增大，由式（7）可知，位置更新次數(shù)也增大，能夠很好地跟蹤用戶，當路由區(qū)域D增大時，位置更新次數(shù)會降低，搜索次數(shù)僅由D確定，當D>1時，搜索次數(shù)會隨著D的增大而增大，如果規(guī)定D為CU中協(xié)作小區(qū)即MBSFN的總半徑，則式（7）、（8）恰好作為MBSFN切片中移動用戶的位置更新策略。

此為定值，不能很好地反應(yīng)用戶移動狀況，當用戶靜止或移動較慢時，會造成不必要的開銷，當用戶移動較快時，則不能跟蹤用戶位置。

3.2? 信令開銷

假定更新和搜索開始于時隙起點，如果某用戶在同一時隙要同時進行搜索和更新，則優(yōu)先更新，假定用戶在小區(qū)間的移動開始于更新或搜索進行之后，任何移動的結(jié)束恰好在時隙結(jié)束點。

比較式（15）、（16），可以看出，MBSFN中每次搜索的信令開銷都更小。因此，在相同搜索次數(shù)和更新次數(shù)下，MBSFN網(wǎng)絡(luò)切片中，基于距離的位置更新比LTE中周期性位置更新信令開銷更小。

4? ?仿真

對基于距離的位置更新和基于時間的位置更新兩種策略的有效性作了比較，根據(jù)式（7）、（8）、（9）、（10），得出如圖12的性能比較（概率p=0.05），可以看出，在不同運動概率下，當更新速率相同時，基于距離的更新策略的用戶搜索次數(shù)小于基于時間的更新策略，再比較式（14）、（16）的信令開銷，可以說明，本文提出的基于距離的更新策略優(yōu)于基于時間的更新策略。

5? ?結(jié)論

本文提出了C-RAN及CU/DU分離環(huán)境下的MBSFN網(wǎng)絡(luò)切片架構(gòu)，并詳細討論了基礎(chǔ)設(shè)施與虛擬網(wǎng)絡(luò)劃分、CU/DU分離的協(xié)議及信道劃分、主要通信過程以及功能實體和性能，基于本文的CU-DU-RRU三層可重構(gòu)架構(gòu)，提出了一種低代價的MCE輔助、RRU控制的基于距離的位置更新機制，建立MARKOV模型機制進行了性能分析，仿真表明該機制在搜索次數(shù)和信令開銷兩方面均優(yōu)于LTE中基于時間的TAL機制，說明本文提出的MBSFN網(wǎng)絡(luò)切片架構(gòu)是合理的。下一步將進一步研究MBSFN切片的虛擬功能鏈部署。

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