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CN105246107B - 一种面向mtc应用的接入时间调度方法 - Google Patents

一种面向mtc应用的接入时间调度方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种面向MTC应用的接入时间调度方法。其中,MTC应用安装在MTC设备中,MTC设备与MTC服务器进行通信,MTC服务器连接MTC‑RSM,MTC‑RSM连接HLR/HSS,MTC‑RSM接收来自MTC服务器的MTC应用注册请求;MTC‑RSM根据注册请求消息中得到的信息计算最优的MTC设备接入参数;MTC‑RSM生成注册响应消息,向MTC服务器发送;MTC‑RSM通知HLR/HSS更新MTC设备接入参数;MTC设备更新MTC设备接入参数。本发明能够有效减缓MTC相关的信号负载拥挤情况,保障MTC/M2M网络的顺畅运行。

Description

一种面向MTC应用的接入时间调度方法
技术领域
本发明涉及一种面向MTC应用的接入时间调度方法,属于物联网技术领域。
背景技术
当前,物联网技术正在进入高速发展期。国际通信标准组织(简称为3GPP)早在2005年9月就开展了移动通信系统支持物联网应用的可行性研究。机器对机器(Machine toMachine,简称为M2M)在3GPP内对应的名称为机器类型通信(Machine-TypeCommunication,简称为MTC)。3GPP并行设立了多个工作项目或研究项目,由以下5个工作组并行展开针对MTC的研究:
(1)FS_M2M:这个项目是3GPP针对M2M通信进行的可行性研究;
(2)NIMTC:重点研究支持机器类型通信对移动通信网络的增强要求,包括对GSM、UTRAN、EUTRAN的增强要求,以及对GPRS,EPC等核心网络的增强要求;
(3)FS_MTCe:支持机器类型通信的增强研究,主要负责研究支持位于不同PLMN域的MTC设备之间的通信的网络优化技术;
(4)FS_AMTC:寻找E.164的替代技术,用于标识机器类型终端以及终端之间的路由消息,是R11阶段新立项的研究课题,已于2010年2月启动;
(5)SIMTC:支持机器类型通信的系统增强研究。
支持MTC通信的网络优化技术包括:体系架构、拥塞和过载控制、签约控制、标识和寻址、时间控制特性以及MTC监控特性。其中,时间受控特性适用于那些可以在预设时间段内完成数据收发的物联网应用。报告指出,归属网络运营商应分别预设MTC终端的许可时间段和服务禁止时间段。服务网络运营商可以根据本地策略修改许可时间段,设置MTC终端的通信窗口等。由于MTC终端数量可能达到现有手机终端数量的几个数量级以上,所以由于大量MTC终端同时附着或发起业务请求造成的网络拥塞和过载时移动网络运营商面对的最急迫的问题。拥塞和过载控制是研究报告在这一方面进行了重点研究,讨论了多种的拥塞和过载场景要求网络能够精确定位拥塞发生的位置和造成拥塞的物联网应用,针对不同的拥塞场景和类型,给出了接入层阻止广播,低接入优先级指示,重置周期性位置更新时间等多种解决方案。
为了满足物联网业务需求,降低物联网对移动通信网的影响,3GPP制订了增强的网络架构以支撑物联网,该网络架构主要增加了相关的网元及接口功能。图1给出了3GPP网络增强解决方案的基本架构。在图1所示的MTC/M2M网络中,MTC组(MTC G1和MTC G2)分别与RAN(eNodeB)连接,RAN(Radio Access Network)同时连接SGSN/MME节点和GGSN/S-GW+P-GW节点。其中,SGSN是Serving GPRS Support Node,GPRS服务支持节点,MME是MobilityManagement Entity,移动管理实体。GGSN(Gateway GPRS Support Node)是网关GPRS支持节点。
另外,在申请号为201210020402.9的中国专利申请中,公开了一种机器类通信MTC终端的接入方法,其包括如下步骤:MTC终端接收来自通信网络的移动性管理网元的通知,其中,通知指示MTC服务器对MTC终端执行高优先级激活;MTC终端确定当前无线接入网络拥塞;MTC终端向网络侧发送携带高优先级指示的请求消息,请求接入到网络。MTC终端接收通信网络的移动性管理网元的通知,包括:通信网络的移动性管理网元接收到MTC服务器对MTC终端的高优先级激活请求后,获知当前无线接入网络拥塞,向MTC终端发送高优先级的寻呼消息,MTC终端接收高优先级的寻呼消息;MTC终端确定当前无线接入网络拥塞,包括:MTC根据接收到的高优先级的寻呼消息,确定当前无线接入网络拥塞。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种面向MTC应用的接入时间调度方法。
为实现上述的发明目的,本发明采用下述的技术方案:
一种面向MTC应用的接入时间调度方法,所述MTC应用安装在MTC设备中,所述MTC设备与MTC服务器进行通信,所述MTC服务器连接MTC-RSM,所述MTC-RSM连接HLR/HSS,包括以下步骤:
所述MTC-RSM接收来自所述MTC服务器的MTC应用注册请求;
所述MTC-RSM根据所述注册请求消息中得到的信息计算最优的MTC设备接入参数;
所述MTC-RSM生成注册响应消息,向所述MTC服务器发送;
所述MTC-RSM通知所述HLR/HSS更新所述MTC设备接入参数;
所述MTC设备更新所述MTC设备接入参数。
其中较优地,所述MTC-RSM计算最优的MTC设备接入参数时,使所述MTC设备的通信窗与已有MTC设备的通信窗不冲突。
其中较优地,所述MTC-RSM计算最优的MTC设备接入参数时,优先为个人MTC设备分配通信窗。
其中较优地,所述MTC-RSM计算最优的MTC设备接入参数时,使所述MTC设备符合网络节点在指定周期内MTC通信资源的容量限制。
其中较优地,所述MTC-RSM向所述网络节点收集所述容量限制;或者,所述网络节点主动向所述MTC-RSM上报所述容量限制。
其中较优地,所述MTC应用注册请求消息中包括首选通信时间间隔、接收通信时间间隔、禁止通行时间间隔。
与现有技术相比较,本发明所提供的MTC应用接入时间调度方法能够有效减缓MTC相关的信号负载拥挤情况。其中,MTC-RSM模块为新的MTC应用分配通信窗时考虑现有其他MTC应用的通信窗。这样可以限制新MTC应用对现有MTC应用的负面影响,保障MTC/M2M网络的顺畅运行。
附图说明
图1为现有技术中,3GPP网络增强解决方案的基本架构示意图;
图2为本发明所采用的网络架构示意图;
图3为本发明中,注册和接入流程的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术内容作进一步的详细说明。
在图1所示的MTC/M2M网络中,S-GW主要负责用户面处理,负责数据包的路由和转发等功能,支持3GPP不同接入技术的切换,发生切换时作为用户面的锚点;P-GW是EPS锚点,即是3GPP与non-3GPP网络间的用户面数据链路的锚点,负责管理3GPP和non-3GPP间的数据路由,管理3GPP接入和non-3GPP接入(如WLAN、WiMAX等)间的移动,还负责DHCP、策略执行、计费等功能。
SGSN/MME节点连接与HSS/HLR连接,HSS(Home Subscriber Server,归属签约用户服务器)是EPS中用于存储用户签约信息的服务器,是2G/3G网元HLR的演进和升级,主要负责管理用户的签约数据及移动用户的位置信息。归属签约用户服务器(Home SubscriberServer,HSS)是3GPP在R5引入IMS时提出的概念,其功能与HLR类似但更加强大,支持更多接口,可以处理更多的用户信息。HSS服务器是IMS(IP Multimedia Subsystem,IP多媒体子系统)中控制层的重要组成部分。HSS支持用于处理调用/会话的IMS网络实体的主要用户数据库。它包含用户配置文件,执行用户的身份验证和授权,并可提供有关用户物理位置的信息。它类似于GSM Home Location Register。与HSS通信的实体是应用服务器(AS)和呼叫会话控制功能服务器(CSCF),其中应用服务器以IMS环境为宿主并执行其中的服务。用户配置文件包含有关当前用户的信息—通常S-CSCF(业务-呼叫会话控制功能)会在用户进行网络注册时下载和使用这个文件。HSS所提供的功能包括IP多媒体功能、PS域必需的HLR功能及CS域必需的HLR功能。HSS可处理的信息包括:用户识别、编号和地址信息;用户安全信息,即针对鉴权和授权的网络接入控制信息;用户定位信息,即HSS支持用户登记、存储位置信息;用户清单信息。
SGSN/MME节点同时连接机器类型通信互连功能模块MTC-IWF。MTC服务器需要通过MTC-IWF接入运营商网络,MTC-IWF具有网关的功能,可以屏蔽网络内部拓扑结构和接口,转换MTC服务器与网络之间的接口协议。MTC-IWF功能主要包括:终结MTCsp、S6m等接口,进行接口协议转换;在传输建立之前,对MTC服务器进行鉴权;对来自MTC服务器的控制面请求进行授权;收发来自MTC服务器的终端激活请求及应答消息,同时还能传送激活成功或者失败的报告;选择最优的终端激活传送机制;产生终端激活CDR,并保证3GPP网络和MTC服务器之间的安全通信。
在本发明中,提供了MTC注册和服务管理单元(简写为MTC-RSM)。MTC-RSM用于注册各个MTC应用,它还能调度MTC设备接入到网络,从而减缓MTC相关的信号负载拥挤情况。MTC-RSM可以是其他网络单元的一个独立实体或者功能实体。图2举例显示了在HSS/HLR中带MTC-RSM模块的架构。MTC服务器能通过MTC-IWF或应用层信令与MTC-RSM模块进行通信。可以理解,MTC-RSM可以放在类似SGSN/MME等其他网络节点。
MTC-RSM有三个核心功能:一.接收从一个或多个MTC服务器来的MTC应用注册请求信息;二.根据注册信息中提供的信息优化MTC接入参数,且与代表PLMN网络的MTC服务器协商MTC接入参数;三.在应用注册响应消息中将MTC接入参数分配给MTC服务器。在另一个实施例中,还可以分配这些参数给PLMN网络单元,例如HLR/HSS、SGSN/MME等。
图3为本发明中注册和接入流程的示意图,用于详细说明本发明所提供的基于MTC-RSM的MTC应用接入时间调度方法。
MTC服务器部署MTC应用,包括安装和配置软件。MTC服务器为MTC应用收集接入相关信息,如MTC设备号,MTC设备物理位置,首选通信时间间隔,接收通信时间间隔,禁止通信时间间隔,数据通信频率,数据负载量,请求接入时长,费用预算等。
步骤1:MTC-RSM接收到MTC服务器发送的MTC应用注册请求消息。消息包括MTC设备号,MTC设备物理位置,首选通信时间间隔,接收通信时间间隔,禁止通信时间间隔,数据通信频率,数据负载量,请求接入时长,费用预算等。在另一个实施例中,所有参数都在一个MTC应用注册请求消息中传输。而在另一个实施例中,所有参数在一系列消息中传输。
如果有多个MTC服务器,则MTC-RSM可以接受从这些MTC服务器发送过来的多个注册请求消息。
步骤2:MTC-RSM根据注册请求消息中得到的信息计算最优的MTC设备接入参数。根据首选通信时间间隔、接收通信时间间隔和禁止通信时间间隔计算授权时间间隔和禁止时间间隔。计算要考虑本地策略。例如,PLMN应从重要的MTC接入中排除确定的时间间隔。
个人MTC设备的通信窗计算要考虑授权时间间隔,禁止时间间隔,数据通信频率,每个接入的数据负载,接入时长等。重要的是,计算应考虑其他MTC应用的现有通信窗。这样可以限制新MTC应用对现有MTC应用的负面影响,达到良好的整体效果。计算/优化可以采用运筹学工具,例如线性优化、曲线理论、排列组合等。
在此需要说明的是,MTC-RSM可以为个人MTC设备刻意分配通信窗。这是与现有技术提到的授权时间间隔内通信窗随机化相比较而言的。为个人MTC设备刻意分配通信窗能够更好地保证接入窗的公平分配。
当MTC-RSM为APP计算出通信窗,它会努力在首选通信时间间隔内调节MTC接入。如果首选通信时间间隔很难调节所有的MTC设备,它将考虑采用接收时间间隔。在一个实施例中,MTC-RSM根据接收时间间隔与MTC服务器协商。在另一个实施例中,在协商过程里用到了费用激励。
MTC-RSM会在分配通信窗时考虑网络节点容量。例如,SGSN/MME会明确提出在一个指定周期内MTC通信要用多少资源。MTC-RSM应保证新增加的MTC通信窗不违反这个限制。MTC-RSM会收集SGSN/MME的容量数据,或者SGSN/MME主动向MTC-RSM上报容量参数。
总之,MTC-RSM会考虑其他网络节点的容量限制。
步骤3:MTC-RSM生成注册响应消息,向MTC服务器发送。注册响应消息中有一组MTC设备的授权时间间隔和禁止时间间隔,个人MTC设备的通信窗等。
在另一个实施例中,MTC-RSM可为每个MTC设备提供一个或多个通信窗。多余通信窗作为MTC设备在第一通信窗通信失败时使用的可变通信窗。可变通信窗通常是一对一(一个MTC设备对应一个可变通信窗)或N对M(N个MTC设备对应M个MTC通信窗)。
步骤4:MTC-RSM通知HLR/HSS更新接入参数。接入参数作为MTC用户数据的一部分存在HLR/HSS数据库。
步骤5:MTC设备根据以下其中一个方式或多个方式组合更新MTC接入参数:
a)HLR/HSS更新SGSN/MME,然后更新MTC设备;
b)MTC-RSM更新SGSN/MME,然后更新MTC设备;
c)MTC服务器更新MTC设备。
需要说明的是,本发明中允许动态接入参数的更新。
MTC-RSM改变MTC通信窗的调度结果是为了更好地分散网络负载和调节新加入的MTC应用。MTC-RSM计算新的通信窗参数,并与HLR/HSS,SGSN/MME和/或MTC设备更新。
与现有技术相比较,本发明所提供的接入时间调度方法具有以下几个特点:
a)MTC-RSM要考虑现有MTC负载对新MTC负载的影响;
b)MTC-RSM要为个人的MTC设备寻找首选的确定的通信窗调度;
c)MTC-RSM要在通信窗调度的时候考虑网络节点的容量限制。
在本发明中,MTC-RSM模块为新的MTC应用分配通信窗时考虑现有其他MTC应用的通信窗。这样可以限制新MTC应用对现有MTC应用的负面影响,保障MTC/M2M网络的顺畅运行。
上面对本发明所提供的面向MTC应用的接入时间调度方法进行了详细说明。对本领域的一般技术人员而言,在不背离本发明实质精神的前提下对他所做的任何显而易见的改动,都将构成对本发明专利权的侵犯,将承担相应的法律责任。

Claims (9)

1.一种面向MTC应用的接入时间调度方法,所述MTC应用安装在MTC设备中,所述MTC设备与MTC服务器进行通信,所述MTC服务器连接MTC-RSM,所述MTC-RSM连接HLR/HSS,其特征在于包括以下步骤:
所述MTC-RSM接收来自所述MTC服务器的MTC应用注册请求;
所述MTC-RSM根据所述注册请求消息中得到的信息计算最优的MTC设备接入参数;其中,所述MTC-RSM首先基于首选通信时间间隔计算最优的MTC设备接入参数;如果不能满足要求,则所述MTC-RSM基于接收通信时间间隔、并与MTC服务器协商计算最优的MTC设备接入参数;
所述MTC-RSM生成注册响应消息,向所述MTC服务器发送;
所述MTC-RSM通知所述HLR/HSS更新所述MTC设备接入参数;
所述MTC设备更新所述MTC设备接入参数。
2.如权利要求1所述的接入时间调度方法,其特征在于:
所述MTC-RSM计算最优的MTC设备接入参数时,使所述MTC设备的通信窗与已有MTC设备的通信窗不冲突。
3.如权利要求1所述的接入时间调度方法,其特征在于:
所述MTC-RSM计算最优的MTC设备接入参数时,优先为个人MTC设备刻意分配通信窗。
4.如权利要求1所述的接入时间调度方法,其特征在于:
所述MTC-RSM计算最优的MTC设备接入参数时,使所述MTC设备符合网络节点在指定周期内MTC通信资源的容量限制。
5.如权利要求4所述的接入时间调度方法,其特征在于:
所述MTC-RSM向所述网络节点收集所述容量限制;或者,所述网络节点主动向所述MTC-RSM上报所述容量限制。
6.如权利要求2~5中任意一项所述的接入时间调度方法,其特征在于:
所述MTC应用注册请求消息中包括首选通信时间间隔、接收通信时间间隔、禁止通行时间间隔。
7.如权利要求6所述的接入时间调度方法,其特征在于:
所述最优的MTC设备接入参数包括所述MTC设备通信窗。
8.如权利要求7所述的接入时间调度方法,其特征在于:
向所述MTC服务器发送的所述注册响应消息包括所述MTC设备的授权时间间隔和禁止时间间隔。
9.如权利要求7所述的接入时间调度方法,其特征在于:
所述MTC-RSM为一个所述MTC设备生成多个所述MTC设备通信窗,指定所述多个MTC设备通信窗中的一个为第一通信窗,
当所述第一通信窗失败时,使用其余所述MTC设备通信窗。
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