5G IAB基站启动建立连接过程研究*

王 俊 ，李小龙 ，谢文武 ，廖俭武

（1.武汉虹信通信技术有限责任公司，湖北 武汉 430079；2.湖南理工学院 信息科学与工程学院，湖南 岳阳 414006）

0 引 言

与长期演进（Long Term Evolution，LTE）相比，5G新无线电（New Radio，NR）技术能够使用更大的带宽，例如可以使用毫米波频段，并且可以应用大规模天线和多波束系统，因此5G NR能够提供更高的系统速率，为5G NR发展和应用IAB基站提供了条件[1]。所谓接入和回传一体化基站（Integrated Access and Backhaul，IAB）基站，就是该基站集成了无线接入链路和无线回传链路，其中接入链路为UE与IAB基站之间通信链路，无线回传链路为IAB基站之间的通信链路，进行数据回传，因此IAB基站不需要有线传输网络进行数据回传。基于此，IAB基站更容易部署在密集场景，减轻了部署有线传输网络的负担。

1 IAB基站架构和功能

图1为IAB基站应用示意图。

图1 IAB基站应用示意图

如图1所示，IAB基站为用户设备（User Equipment，UE）提供无线接入和接入业务的无线回传。IAB donor基站（归属IAB基站）向IAB基站提供无线回传功能，并提供UE与核心网的接口[2]。从图1中可以看出，IAB donor基站与核心网保持有线连接，IAB基站与核心网之间没有有线连接，IAB基站通过无线回传链路连接到IAB donor基站，从而使UE与核心网进行连接。

IAB基站将在NR已有的功能和接口上进行必要的增强，因此IAB基站也支持Uu，F1，E1，NG，X2等接口，并且IAB基站包含了gNB基站的功能和移动终端（Mobile-Termination，MT）功能。其中MT功能定义为移动终端的一部分功能，集成于IAB基站之中，通过无线回传链路与IAB donor基站或其他的IAB基站相连接[3]。图2为独立（Stand Alone，SA）模式的IAB基站参考图[4]，包含了一个IAB donor基站和多个IAB基站。其中IAB donor基站包含了gNB-DU，gNB-CU-CP，gNB-CU-UP和潜在的其他功能。在实际部署时，IAB donor基站可以基于上述功能进行集中式或分布式部署。

2 IAB基站建立连接过程研究

运营商在部署5G网络时会根据实际需求以及具体的环境，在某一区域同时部署gNB基站和IAB基站。其中，gNB基站不支持接入和回传一体化，并且回传链路只能使用有线网络，因此如果IAB基站启动后作为UE接入gNB基站的网络，则IAB基站将不能实现其功能。那么，当IAB基站启动时，IAB基站只能选择IAB网络进行网络接入，从而实现其IAB基站的功能。但是，当IAB基站启动进行小区选择接入网络时，由于无法从网络获取足够的信息来选择IAB基站进行小区接入，例如，IAB基站启动后进行小区选择可能会直接接入gNB基站。因此，IAB基站启动后接入网络需要获取IAB网络的拓扑信息，从而接入IAB网络实现IAB基站的功能。另外，当IAB基站启动获取IAB网络拓扑信息后，还需要选择合适的IAB基站建立连接来接入网络实现IAB基站的功能。

图2 IAB基站架构示意图

2.1 获取IAB网络拓扑信息

考虑到LTE Relay基站和IAB基站都能实现中继的功能，因此IAB基站获取IAB网络拓扑信息的过程可能与LTE Relay基站类似。因此，下文先简单介绍下LTE Relay基站启动后获取网络拓扑信息的过程[5-6]。

阶段I：当LTE Relay启动时，将作为普通UE接入LTE网络并附着在相应的核心网，然后从核心网操作和维护（Operation and Maintenance，OAM）服务器获取DeNB基站（归属Relay基站）配置信息，该配置信息包括DeNB列表，以及频率和公共陆地移动网络（Public Land Mobile Network，PLMN）信息。

阶段II∶ 当LTE Relay从OAM服务器获取到DeNB基站配置信息后，将去附着所接入的网络，然后重新进行小区选择，选择 DeNB基站配置信息中DeNB列表中的某个DeNB进行接入，完成作为LTE Relay接入LTE网络，实现中继功能。

对于5G IAB基站，可以考虑沿用上述LTE relay基站获取网络拓扑信息的过程，然而与LTE Relay不同的是，5G IAB基站场景存在多跳的情况，即一个IAB基站可以与另外一个IAB基站（非IAB donor基站）相连接[7-8]。因此，如果采取与LTE Relay一样的方案，核心网OAM服务器只保存IAB donor基站的配置信息，则当IAB基站处于其他IAB基站（非IAB donor基站）覆盖区域时，则IAB基站启动后因为无法获取正确的IAB网络拓扑信息而无法接入网络。

因此对于5G IAB网络，其核心网OAM服务器不仅需要存储IAB donor基站的信息，还要动态更新IAB网络拓扑信息，包括核心网OAM服务器初始化配置IAB donor基站信息，当IAB基站根据从核心网OAM服务获取的IAB donor配置信息接入网络后，OAM服务器将对应IAB基站上报的信息添加进IAB基站配置信息；当已接入网络的IAB基站离线后，OAM服务器删除对应IAB基站的配置信息，从而实现OAM服务器动态更新IAB网络拓扑信息。具体包括以下步骤：

（1）当IAB donor基站部署完成后，核心网OAM服务器完成IAB网络拓扑信息初始化配置；

（2）当IAB基站启动后作为普通UE接入网络从核心网OAM服务器获取IAB网络拓扑信息，IAB基站通过获取的IAB网络拓扑信息来确定当前接入的网络是否在该IAB网络拓扑信息中。如果当前所接入的网络在上述网络拓扑信息中，则IAB基站可以完成网络接入。如果当前所接入的网络不在上述网络拓扑信息中，则IAB基站去附着当前接入的网络，重新选择上述网络拓扑信息中的IAB基站进行网络接入。

（3）当上述IAB基站成功接入网络后，核心网OAM服务器完成IAB网络拓扑信息更新的。

（4）当已经接入网络的IAB基站关闭或者其他原因导致该IAB基站离线时，核心网OAM服务器删除已保存的对应当的IAB基站信息，核心网OAM服务器完成IAB网络拓扑信息的更新。

（5）当核心网OAM服务器完成IAB网络拓扑信息更新后，如果有新的IAB基站接入网络从核心网OAM服务获取IAB网络拓扑信息，则核心网OAM服务器发送更新后的IAB网络拓扑信息。

2.2 选择合适的IAB网络接入

NR UE基于其在RRC空闲态的测量结果和小区选择准则来选择合适的小区进行小区接入[9]。当IAB基站启动时，其MT功能也需要像UE一样进行小区选择，接入IAB基站或IAB donor基站，从而实现其IAB基站的功能[10]。因此，仍需要进一步确定IAB基站如何选择合适的IAB基站进行小区接入。

例如，不同的IAB基站通过不同的回传链路数与IAB donor基站保持连接，因此会导致不同的端到端时延。如图3所示，IAB3通过两跳到达IAB donor基站，IAB2只需要通过一跳到达IAB donor基站。

图3 IAB选择合适的IAB小区建立连接

对于IAB4，其处于IAB2和IAB3的覆盖之下，当IAB4启动获取IAB网络拓扑信息后可以选择IAB2或者IAB3进行小区接入。如果IAB4选择IAB3接入，则IAB4的数据需要三跳才能到达IAB donor基站，如果IAB4选择IAB2接入，则IAB4的数据需要两跳就能到达IAB donor基站。因此，当IAB基站启动后选择小区接入IAB网络时，如果IAB可以从网络获得辅助信息，例如回传链路时延，则可以选择合适的IAB网络接入。

因此，区别于普通NR UE通常以小区质量的测量结果进行小区选择，IAB基站应该能够从网络获取更多的辅助信息，从而有利于IAB基站接入更合适的小区，为用户提供更好的服务。IAB网络可以提供的辅助信息包括回传链路的数量，回传链路的负载，回传链路的信号质量，当IAB基站启动时则可以通过获取上述辅助信息来选择更合适的IAB网络进行小区接入。具体的，待接入网络的IAB基站利用IAB网络提供的辅助信息选择合适的小区接入包含以下步骤：

（1）IAB网络以广播的方式向其他待接入网络的IAB基站提供辅助信息，辅助信息包括回传链路数量，回传链路负载和回传链路信号质量；其中回传链路数量可以反应时延信息，回传链路负载可以描述该IAB基站的回传链路是否拥塞，回传链路信号质量表示该IAB基站是否可以提供高质量的回传链路。

（2）当IAB基站开启后选择小区建立网络连接时，待接入网络的IAB基站可以根据对IAB网络的信号质量的测量结果确定备选的IAB基站作为可以接入的小区；

（3）待接入网络的IAB基站根据上述备选的IAB基站提供的步骤1中所述的辅助信息，从备选的IAB基站中选择合适的IAB基站进行小区接入。例如，待接入网络的IAB基站可以根据其所提供的业务类型来选择接入的小区，如果主要为URLLC业务，则优先选择回传链路数量少的IAB基站进行小区接入；如果主要为eMBB业务，则优先选择回传链路负载小的IAB基站进行小区接入。

3 结 语

本文主要对5G IAB基站启动建立网络连接过程中存在的问题进行了探讨和分析，即IAB基站在启动后如何获取IAB网络拓扑信息和选择合适的IAB网络建立连接。在此基础上，提出了核心网OAM服务器动态更新IAB网络拓扑的方案和IAB网络提供辅助信息的方案，从而解决了IAB基站启动后建立网络连接的问题，使得IAB基站在启动后能够获取正确的IAB网络拓扑信息并选择合适的IAB网络建立连接。