使用中斷連接傳輸機(jī)器類通信數(shù)據(jù)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及使用中斷連接傳輸來自移動(dòng)通信系統(tǒng)內(nèi)的機(jī)器類通信設(shè)備的機(jī)器類通信數(shù)據(jù)的方法。此外，本發(fā)明涉及一種用于實(shí)施這類方法的移動(dòng)終端和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，以及這類方法在軟件中的實(shí)施方式。
【背景技術(shù)】
[0002]長(zhǎng)期演進(jìn)(LTE)
[0003]第三代合作伙伴計(jì)劃(3GPP)規(guī)范了一種新的移動(dòng)通信系統(tǒng)，稱為長(zhǎng)期演進(jìn)(LTE)。LTE已經(jīng)被設(shè)計(jì)用來滿足運(yùn)營(yíng)商對(duì)高速數(shù)據(jù)和媒體傳播以及高容量語音支持的需求。關(guān)于稱為演進(jìn)型UMTS陸地?zé)o線接入(UTRA)和UMTS陸地?zé)o線接入網(wǎng)(UTRAN)的長(zhǎng)期演進(jìn)(LTE)的工作項(xiàng)目規(guī)范已經(jīng)發(fā)布為版本8(LTE Rel.8)。
[0004]LTE系統(tǒng)為基于報(bào)文的無線接入和無線接入網(wǎng)提供了基于純IP技術(shù)的、低延遲低成本的(網(wǎng)絡(luò))功能。LTE指定多個(gè)傳輸帶寬來實(shí)現(xiàn)靈活的系統(tǒng)部署。在下行鏈路中，使用基于正交頻分復(fù)用(CFDM)的無線接入，而在上行鏈路中采用基于單載波頻分多址(SC-FDMA)的無線接入。采用了許多主要的分組無線接入技術(shù)，包含多入多出技術(shù)(MIMO)信道傳輸技術(shù)，同時(shí)在LTE Rel.8/9中實(shí)現(xiàn)了高效率的控制信令結(jié)構(gòu)。
[0005]用于高級(jí)IMT(4G)的頻譜在2007年的世界無線電通信大會(huì)(WRC-07)上決定。高級(jí)MT包括高級(jí)LTE (也稱為L(zhǎng)TE-A或LTE Re 1.10)，提供了一個(gè)建立下一代交互式移動(dòng)服務(wù)的全球平臺(tái)，這些服務(wù)將提供更快的數(shù)據(jù)訪問、增強(qiáng)的漫游功能、統(tǒng)一消息和寬帶多媒體。LTE-A的規(guī)范引入了很多增強(qiáng)，例如，載波聚合、多天線增強(qiáng)和中繼(中繼節(jié)點(diǎn))^TE-A的3GPP規(guī)范在2011年3月定稿，該規(guī)范規(guī)定在下行鏈路中支持高達(dá)3.5GBit/s的峰值速率而在上行鏈路中支持高達(dá)1.5Gbi t/s的峰值速率。此外，LTE-A引入了對(duì)自組織網(wǎng)絡(luò)(SON)、多播廣播業(yè)務(wù)(MBMS)以及異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)(HetNet)的支持。其他對(duì)LTE的LTE-A增強(qiáng)包括家庭(e)NodeB(即，毫微微蜂窩)的架構(gòu)改進(jìn)、本地IP流量卸載、機(jī)器對(duì)機(jī)器通信(M2C或MTC)的優(yōu)化、SRVCC增強(qiáng)、eMBMS增強(qiáng)等等。
[0006]2012年12月，對(duì)LTE-A的進(jìn)一步改進(jìn)已經(jīng)在LTE-A Rel.11中的3GPP中進(jìn)行了規(guī)范。在這一目前最新的LTE-A版本中，特征包括協(xié)作多點(diǎn)發(fā)送/接收(CoMP)、小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)(ICIC)增強(qiáng)、機(jī)器類通信的網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)(N頂TC)等等。
[0007]LTE架構(gòu)
[0008]圖1示例性地示出了LTE的架構(gòu)，該架構(gòu)同樣應(yīng)用于LTE-A。圖2更詳細(xì)地示出了E-UTRAN架構(gòu)。E-UTRAN包括eNodeB(其還可稱為基站)^NodeB提供面向用戶設(shè)備(UE)的E-UTRA用戶平面(PDCP/RLC/MAC/PHY)和控制平面(RRC)協(xié)議終止。eNodeB( eNB)容納了物理(PHY)層、媒體接入控制(MAC)層、無線鏈路控制(RLC)層和分組數(shù)據(jù)控制協(xié)議(PDCP)層，這些層包括用戶平面頭壓縮和加密的功能。eNodeB還負(fù)責(zé)處理對(duì)應(yīng)于控制平面的無線資源控制(RRC)功能，而且還實(shí)施若干其他管理功能，包含無線資源管理、準(zhǔn)入控制、調(diào)度、協(xié)商上行鏈路服務(wù)質(zhì)量(QoS)的執(zhí)行、小區(qū)信息廣播、用戶和控制平面數(shù)據(jù)的加密/解密，以及下行鏈路/上行鏈路用戶平面數(shù)據(jù)包報(bào)頭的壓縮/解壓縮。eNodeB通過X2接口彼此互連。
[0009]eNodeB還通過SI接口連接到EPC(演進(jìn)型分組核心網(wǎng))，更具體而言，通過Sl-MME連接到MME(移動(dòng)性管理實(shí)體)以及通過Sl-U連接到服務(wù)網(wǎng)關(guān)(S-GW)13Sl接口支持MME/服務(wù)網(wǎng)關(guān)和eNodeB之間的多對(duì)多關(guān)系。S-GW路由并轉(zhuǎn)發(fā)用戶數(shù)據(jù)包，同時(shí)還在eNodeB間切換期間充當(dāng)用戶平面的移動(dòng)錨點(diǎn)以及充當(dāng)LTE和其他3GPP技術(shù)之間的移動(dòng)錨點(diǎn)。S-GW終止S4接口并在2G/3G系統(tǒng)(通過SGSNMProN GW(P-GW)之間轉(zhuǎn)發(fā)業(yè)務(wù)。對(duì)于空閑狀態(tài)的UE，S-GW終止下行鏈路數(shù)據(jù)路徑并在下行鏈路數(shù)據(jù)到達(dá)時(shí)觸發(fā)尋呼UE A-GW管理和存儲(chǔ)UE上下文，例如，IP承載服務(wù)的參數(shù)、網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部路由信息。在合法偵聽的情況下，S-GW還完成用戶數(shù)據(jù)流的復(fù)制。
[0010]MME是LTE接入網(wǎng)的關(guān)鍵控制節(jié)點(diǎn)。它負(fù)責(zé)空閑模式UE跟蹤和尋呼過程，包含重傳。MME參與承載激活/去激活(801:；[￥31:；[011/(16301:；[￥31:；[011)過程，而且還負(fù)責(zé)在初始附著(attach)以及在涉及核心網(wǎng)(CN)節(jié)點(diǎn)迀移的LTE內(nèi)切換時(shí)為UE選擇S-GW13MME負(fù)責(zé)(通過與HSS交互)認(rèn)證用戶。非接入層(NAS)信令在MME處終止，并且還負(fù)責(zé)生成和分配臨時(shí)標(biāo)識(shí)給UE JAS信令檢查UE駐留在服務(wù)提供商的公用陸地移動(dòng)網(wǎng)(PLAN)上的授權(quán)并且執(zhí)行UE漫游限制JME是網(wǎng)絡(luò)中的終止點(diǎn)，提供NAS信令的加密/完整性保護(hù)并負(fù)責(zé)安全密鑰管理。MME也支持合法的信令截取。MME還通過SGSN和MME之間的S3接口為L(zhǎng)TE和2G/3G接入網(wǎng)之間的移動(dòng)性提供控制平面功能。MME還通過S6a接口和家庭HSS相連接以便中斷漫游UE的服務(wù)。
[0011]機(jī)器類通信(MTC)的LTE-A改進(jìn)
[0012]機(jī)器類通信(MTC)指的是通過移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)或其他類型的網(wǎng)絡(luò)在機(jī)器(通常是硬件上運(yùn)行并且彼此通信的MTC應(yīng)用)之間進(jìn)行的通信。在3GPP上下文中，MTC設(shè)備表示一個(gè)用于機(jī)器類通信的UE(有時(shí)也稱為MTC UE)，它與MTC服務(wù)器和/或其他MTC設(shè)備進(jìn)行通信。MTC服務(wù)器可以視為一個(gè)實(shí)體，它通過PLMN等向MTC設(shè)備傳送信息。
[0013]MTC技術(shù)的示例可以是一組監(jiān)控城市中的道路交通并將信息傳達(dá)給城市的紅綠燈以控制交通量的設(shè)備。MTC可以用在遙測(cè)、數(shù)據(jù)收集、遠(yuǎn)程控制、機(jī)器人技術(shù)、遠(yuǎn)程監(jiān)控、狀態(tài)跟蹤、公路交通控制、異地診斷和維護(hù)、安全系統(tǒng)、物流服務(wù)、車隊(duì)管理、遠(yuǎn)程醫(yī)療等中。
[0014]MTC正在迅速發(fā)展，并且有可能為移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商產(chǎn)生可觀的收入。MTC設(shè)備的數(shù)量將比語音用戶的數(shù)量多至少兩個(gè)數(shù)量級(jí)。有些預(yù)測(cè)則要高得多。MTC可以使機(jī)器彼此直接進(jìn)行通信。MTC通信有可能徹底改變我們的世界以及人們與機(jī)器交互的方式。
[0015]機(jī)器類通信有望成為(建立)下一代通信網(wǎng)絡(luò)(S卩，5G)中最具差異化技術(shù)之一。除了提供超高網(wǎng)絡(luò)速度和增加的最大吞吐量(與4G相比)，5G技術(shù)將提供對(duì)機(jī)器類設(shè)備的高效支持以實(shí)現(xiàn)具有潛在更多數(shù)目的連接設(shè)備的物聯(lián)網(wǎng)以及新穎的應(yīng)用，例如關(guān)鍵任務(wù)控制或道路交通安全，從而要求減少延遲、提高可靠性。
[0016]3GPP TR 37.868，“機(jī)器類通信的 RAN 改進(jìn)”，第 11.0.0版(可在 http://冊(cè)w.3gpp.0rg上獲取)研究了使用機(jī)器類通信的不同MTC應(yīng)用的數(shù)據(jù)流特征并基于這些研究結(jié)果定義了新的數(shù)據(jù)流模型。在該上下文中，還研究了旨在增強(qiáng)對(duì)機(jī)器類通信的支持的UTRAN和E-UTRAN的無線增強(qiáng)。
[0017]圖3示出了所謂的家用路由場(chǎng)景的機(jī)器類通信的3GPP架構(gòu)中的漫游架構(gòu)。3GPPTR23.888，“機(jī)器類通信(MTC)的系統(tǒng)改進(jìn)”，第11.0.0版(可在http: //www.3gpp.0rg上獲取)對(duì)該漫游架構(gòu)進(jìn)行了說明。在所謂的直連模型(Direct Model)中，MTC應(yīng)用作為3GPP網(wǎng)絡(luò)上的OTT(over-the-top)應(yīng)用與用來進(jìn)行MTC通信的UE進(jìn)行通信。在該模型中，如圖4所示，在位于E-UTRAN中的UE或MTC設(shè)備上運(yùn)行的MTC應(yīng)用的信令(控制平面)以通常駐留在歸屬PLMN中的MTC網(wǎng)絡(luò)互通功能單元(MTC-1WF)作為接口。又如圖5所示，攜帶MTC數(shù)據(jù)的用戶平面數(shù)據(jù)流通過P-GW(可選地通過MTC服務(wù)器)被轉(zhuǎn)發(fā)到目標(biāo)MTC應(yīng)用(反之亦然)JTC應(yīng)用可在MTC服務(wù)器或歸屬PLMN內(nèi)部或外部的另一設(shè)備上運(yùn)行。MTC-1WF可以是獨(dú)立的實(shí)體或另一網(wǎng)絡(luò)元件的功能實(shí)體。MTC-1WF隱藏內(nèi)部PLMN拓?fù)洳⑥D(zhuǎn)發(fā)或轉(zhuǎn)換在MTCsp上使用的信令協(xié)議給MTC服務(wù)器以調(diào)用PLMN中的特定功能。在直連模型中，MTC數(shù)據(jù)通過3GPP網(wǎng)絡(luò)傳輸。
[0018]RAN改進(jìn)應(yīng)該高效啟用RAN資源或提升對(duì)RAN資源的使用，和/或當(dāng)需要基于現(xiàn)有特性來服務(wù)大量機(jī)器類通信設(shè)備時(shí)盡可能地減少?gòu)?fù)雜性。同時(shí)，最小化現(xiàn)有規(guī)范的改動(dòng)以及人對(duì)人(H2H)終端的阻塞以將M2M優(yōu)化的復(fù)雜性保持在最低水平。3GPP 23.887，“機(jī)器類和其他移動(dòng)數(shù)據(jù)應(yīng)用通信增強(qiáng)”，第I.3.0版(可在http://www.3gpp.0rg上獲取)中概述了LTE-A(版本12)的3GPP處移動(dòng)數(shù)據(jù)應(yīng)用的MTC增強(qiáng)和其他增強(qiáng)。
[0019]PDN 連接和 MTC
[0020]MTC數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪B接基于分組數(shù)據(jù)網(wǎng)(PDN)連接。在LTE-A中，PDN連接是UE和PDNGW(P-GW)之間的關(guān)聯(lián)。它由UE的一個(gè)IPv4地址和/或一個(gè)IPv6前綴表示。如圖3所示，P-GW是發(fā)送MTC數(shù)據(jù)給MTC服務(wù)器或UE以及從MTC服務(wù)器或UE接收MTC數(shù)據(jù)的網(wǎng)關(guān)。一般而言，UE可與一個(gè)以上的P-GW同時(shí)連接以接入多個(gè)分組數(shù)據(jù)網(wǎng)。
[0021 ] 對(duì)于E-UTRAN接入EPC，當(dāng)使用基于GTP的S5/S8接口時(shí)，PDN連接服務(wù)由UE和P-GW之間的EPS承載提供；當(dāng)使用基于PMIP的S5/S8接口時(shí)，PDN連接服務(wù)由UE和S-GW之間的EPS承載提供，S-GW通過S-GW和P-GW之間的IP連接進(jìn)行級(jí)聯(lián)。EPS承載唯一地標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)流，該數(shù)據(jù)流在(使用基于GTP的S5/S8接口時(shí))UE和P-GW之間，或者(使用基于PMIP的S5/S8接口時(shí))UE和S-GW之間受到相同的服務(wù)質(zhì)量(QoS)處理。在NAS過程中發(fā)送的數(shù)據(jù)包過濾器在每TON連接的基礎(chǔ)上與唯一的數(shù)據(jù)包過濾器標(biāo)識(shí)符相關(guān)聯(lián)。
[0022]當(dāng)UE連接到TON時(shí)建立一個(gè)EPS承載，而且該EPS承載在整個(gè)PDN連接生存期保持建立以提供不間斷的到I3DN的IP連接給UE ο該承載稱為默認(rèn)承載。任何為相同PDN連接建立的其他EPS承載稱為專用承載。
[0023]上行流量模板(ULTFT)是TFT中上行鏈路數(shù)據(jù)包過濾器的集合。下行流量模板(ULTFT)是TFT中下行鏈路數(shù)據(jù)包過濾器的集合。每個(gè)專用EPS承載都與TFT相關(guān)聯(lián)。TFT還可分配給默認(rèn)EPS承載。UE使用UL TFT將流量在上行鏈路方向映射到EPS承載。PCEF(用于基于GTP的S5/S8)或BBERF(用于基于PMIP的S5/S8)使用DL TFT將流量在下行鏈路方向映射到EPS承載。
[0024]如圖6所示，使用TFT(業(yè)務(wù)流模板)將流量映射到對(duì)應(yīng)的TON連接。
[0025]TON連接通過以下過程建立:
[0026]1.使用RRC連接建立過程建立UE和eNodeB之間的RRC連接；
[0027]2.如果UE處于EMM-1DLE模式中，則服務(wù)請(qǐng)求過程在可以開始PDN連接過程之前執(zhí)行；
[0028]3.13DN連接請(qǐng)求過程由UE向MME開始；
[0029]4.如果上述過程中的任何請(qǐng)求不能被網(wǎng)絡(luò)接受，則立即拒絕TON連接請(qǐng)求。
[0030]根據(jù)TON連接的當(dāng)前概念，一個(gè)TON連接由特定的UE獨(dú)占使用。相應(yīng)地，如圖7所示，多個(gè)MTC UE將生成多個(gè)不同類型的TON連接。
[0031]MTC業(yè)務(wù)通常表現(xiàn)出與用戶發(fā)起的傳統(tǒng)移動(dòng)業(yè)務(wù)顯著不同的特征，包含:
[0032]1.非交互式:機(jī)器側(cè)流量;非實(shí)時(shí)；延遲容忍(取決于應(yīng)用要求)；具有潛在的可時(shí)移性。
[0033]2.短連接持續(xù)時(shí)間:零星連接(S卩，連接時(shí)間比智能手機(jī)短;很少發(fā)生)。
[0034]3.高信令開銷:控制平面開銷量與用戶平面數(shù)據(jù)流(用于建立和斷開短會(huì)話)不成比例。
[0035 ] 4.主導(dǎo)上行鏈路流量:上行流量與下行鏈路之間比值較大；要求低的上行鏈路延遲;數(shù)據(jù)包大小小。
[0036]5.突發(fā)流量聚合:同步流量導(dǎo)致突發(fā)聚合信令流量/會(huì)話量。
[0037]6.可預(yù)測(cè)的移動(dòng)性:移動(dòng)(規(guī)律)取決于MTC設(shè)備類型;對(duì)于同一類型的MTC設(shè)備，其移動(dòng)規(guī)律具有較高的可預(yù)測(cè)性。
[0038]現(xiàn)有無線接入網(wǎng)主要設(shè)計(jì)用于處理下行鏈路中的連續(xù)數(shù)據(jù)流量，并且優(yōu)化用于高下行鏈路數(shù)據(jù)速率/量，這樣反過來使控制信令開銷可管理。此外，它們主要設(shè)計(jì)用于人類發(fā)起的任意連接請(qǐng)求的瞬時(shí)通信，如果網(wǎng)絡(luò)資源(在接收這些請(qǐng)求的時(shí)候)無法滿足這些請(qǐng)求，必須立即拒絕這些請(qǐng)求。
[0039]相比之下，MTC應(yīng)用預(yù)計(jì)可以是非交互的，(在建立和斷開短會(huì)話時(shí))要求更多的上行鏈路容量并帶來不成比例的控制平面開銷。大量MTC設(shè)備將在特定區(qū)域中部署，因此網(wǎng)絡(luò)可能必須面對(duì)增加的負(fù)載以及MTC流量(特別是信令流量)的猛增。
[0040]大規(guī)模并發(fā)數(shù)據(jù)和信令傳輸可能會(huì)引發(fā)網(wǎng)絡(luò)擁塞，包含無線網(wǎng)絡(luò)擁塞和(核心節(jié)點(diǎn)處的)信令網(wǎng)絡(luò)擁塞。這可顯著降低網(wǎng)絡(luò)性能并影響智能手機(jī)用戶體驗(yàn)的質(zhì)量，導(dǎo)致死連接、掉話、惡劣覆蓋以及間歇數(shù)據(jù)連接。
[0041]需要進(jìn)一步研究保證網(wǎng)絡(luò)可用性和幫助網(wǎng)絡(luò)滿足這種MTC負(fù)載情況下的性能要求的機(jī)制。一種可能的方式是基于MTC流量的特征優(yōu)化移動(dòng)接入網(wǎng)的協(xié)議和系統(tǒng)設(shè)計(jì)以在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)中容納大量MTC設(shè)備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0042]本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)是提出一種機(jī)制，該機(jī)制能夠通過移動(dòng)/無線通信網(wǎng)絡(luò)中的機(jī)器類通信解決上述潛在問題中的一個(gè)或多個(gè)。
[0043]本發(fā)明的第一方面介紹傳輸機(jī)器類通信數(shù)據(jù)的中斷連接模式。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)在中斷連接模式下傳輸機(jī)器類通信數(shù)據(jù)時(shí)臨時(shí)存儲(chǔ)從一個(gè)或多個(gè)處于下行方位的數(shù)據(jù)源接收的機(jī)器類通信數(shù)據(jù)，但網(wǎng)絡(luò)負(fù)載不允許轉(zhuǎn)發(fā)