CN105432113B - 缓解无线网络中信令拥塞的方法以及装置 - Google Patents

Abstract

一种在无线网络中缓解信令拥塞的方法和设备，包括：构建(S1)已收集信令消息字典，所述信令消息用作参考信令消息并且在至少一个基站和移动设备之间的信令信道上传输，所述移动设备之间有特定关系，如相同的邻近区域、设备功能，或者服务目标；基于所述已收集参考信令消息字典，压缩(S2)在所述基站和所述移动设备之间的信令信道上传输的信令消息。

Description

缓解无线网络中信令拥塞的方法以及装置

技术领域

本发明涉及一种通过在无线网络中减少信令开销缓解无线网络中信令拥塞的方法和装置。

背景技术

移动和无线通信系统近来发展迅速。有不同形式的无线网络存在，例如无线个人区域网络WPAN、无线局域网WLAN，或者无线Mesh网络。无线网络包括蜂窝网络。蜂窝网络是分布于称为小区的陆地区域的无线网络，每个小区由至少一个收发器即所谓的小区站点或者基站提供服务。

除了无线网络中数据流量的大量增长，连接的移动设备的数量也显著增加。随着无线网络中移动终端设备的密度增加，所述网络中信令拥塞也会增加，甚至可能会导致相关的无线网络瘫痪。当大量移动设备试图以高度同步的方式访问所述网络时，无线网络中通常会发生信令拥塞。精确同步时间间隔中出现重复数据传输时也会发生信令拥塞。此外，应用程序或者服务器请求中的故障会导致移动设备一直发送其数据。信令拥塞的另一个原因可能是一个事件同时触发大量的机器对机器(简称M2M)设备附着到所述网络。如果断电之后计量设备或者传感设备同时激活，也可能会发生信令拥塞。此外，当设备同时切换至另一个基站时，可能会发生信令拥塞，这可能是由高度同步的移动性或者基站中断所造成的。

在无线通信系统中，基站和移动设备通过信令消息互相通信。在这些发生信令拥塞的场景中，设备发送的信令信息和信令消息承载的信令信息之间有高度一致性，尤其是在设备发送的信令消息属于相似类型，或者服务目标类似，或者是设备都处于邻近区域的场景。

图1示出了由传统的3GPP长期演进LTE系统中两个移动设备发送的信令消息示例图。在所示例子中，移动设备A和移动设备B发送RRC连接建立完成消息至网络基站。如图1所示，所述RRC连接建立完成消息由几个消息段组成，如公用陆地移动网标识PLMN-ID和移动性管理实体标识MME-ID，其对于邻近以及内容相关的移动设备通常是一样的。从图1的示例中可以看出，移动设备A和B发送至基站BS的消息段PLMN-ID和MME-ID冗余。

在图1的示例中，所述信令消息是在移动设备A和B至基站BS的上行链路方向中发送。信令消息既可以在上行链路方向也可以在下行链路方向中传输，也就是说，既可以从移动设备传输至基站也可以从基站传输至所述基站附近的移动设备。如图1中所示的移动设备A和B的移动设备可以从所述基站接收信令消息，也可以发送信令消息至所述基站。另外，所述基站用于发送信令消息至一个或者多个移动设备，以及从一个或者多个移动设备接收信令消息。

相应地，信令消息在至少一个基站和移动设备之间的信令信道上传输。所述基站和移动设备之间交互的信令消息会占用带宽，因而可能导致无线网络中的信令拥塞。

减少信令拥塞的传统方法是阻止或者丢弃非紧急信令请求，或者执行批量信令处理。

图2示出了通过阻止或者丢弃非紧急信令请求的传统方法减少信令拥塞的框图。该方法中，针对各种应用程序定义优先级等级。在图2所示的传统系统中，阻止或者丢弃低优先级信令请求以保证高优先级请求的快速传输。该传统方法的缺点在于：因为并非所有请求都会及时响应，使得低优先级信令请求必须经受长时延时或者完全被忽略。图2示出了不同类型的机器类通信MTC设备的示例。第一类MTC设备可以是用户设备等，第二类MTC设备是传感器，第三类MTC设备包括执行器设备。在图2的示例中，两个用户设备分别位于图2中公开布局的左侧，一个传感器设备位于中间，两个执行器设备位于右侧，其中两个用户设备的优先级最低，其信令请求被阻止。

图3示出了通过批量处理信令减少信令拥塞的另一种方法的框图。如图3所示，与图2中相似的MTC设备连接至网关，所述网关通过空口与网络相连。通过批量处理信令，类似信令消息可以进行组合后集中处理。该传统方法的缺点在于：信令消息的聚合会引入额外时延。此外，每个设备发出的信号必须在中心实体如网关处聚合。因此，该传统机制只适合于可能会有集中化信令处理的M2M区域网络。

发明内容

相应地，本发明的目的在于提供一种在无线网络中缓解信令拥塞的方法和装置，其可以克服上述缺陷，并且在没有明显增加无线网络基础架构技术复杂性的情况下，有效缓解无线网络中的信令拥塞。

根据本发明的第一方面，提供一种在无线网络中缓解信令拥塞的方法，所述方法包括以下步骤：构建已收集信令消息字典，所述信令消息用作参考信令消息并且在至少一个基站和移动设备之间的信令信道上传输，所述移动设备互相关联，其中所述移动设备和所述基站均可使用所述字典；基于所述已收集参考信令消息字典，压缩在所述基站和所述关联移动设备之间的信令信道上传输的信令消息。

根据本发明方法的第一方面，所述构建的已收集信令消息字典可以组成数据库，且所述关联移动设备和所述基站均可使用该数据库。为了构建该字典数据库，收集信令消息并用作参考信令消息。这些收集的信令消息被称为参考信令消息。

根据本发明方法的第一方面，可以实现以下优势：通过利用可靠弹性机制增加无线网络的可用信令带宽，可以有效缓解信令拥塞，因而可以在不增加复杂性的前提下基于现有网络基础架构实现。

根据第一方面，在所述方法的第一种实现方式中，所述信令消息基于所述已收集参考信令消息字典在发送器侧压缩，并且所述信令消息基于所述已收集参考信令消息字典在接收器侧重组。

根据第一方面或者根据所述第一方面的第一种实现方式，在所述方法的第二种实现方式中，所述参考信令消息在预定时间段内收集并且进行索引。

该时间段可以调整。所述时间段可能是预定的，也可能动态调整以最优化无线网络的性能。

根据所述第一方面的第二种实现方式，在所述方法的第三种实现方式中，所述收集的参考信令消息是根据参考信令消息的传输顺序或者根据参考信令消息的时间戳进行索引，每个时间戳指示各个参考信令消息的传输时间点。

根据第一方面或者根据所述第一方面的上述任一实现方式，在所述方法的第四种实现方式中，所述已收集参考信令消息字典包括从之前传输的信令消息中提取的带索引的码字，所述之前传输的信令消息寻址一组所述关联移动设备。

根据第一方面或者根据所述第一方面的上述任一实现方式，在所述方法的第五种实现方式中，所述关联移动设备之间有特定关系，包括：它们在邻近区域中的当前位置，和/或它们各自的设备功能，和/或它们各自的服务目标。

所述邻近区域可以是基站附近的区域。

移动设备的设备功能可以包括处理能力等硬件特性或者各个移动设备上实现的功能。

移动设备可以在提供给用户的无线网络中提供一个或者多个指定服务。

由于移动设备之间有特定关系，如第五种实现方式所述，所述移动设备通常与有高度相似性和/或相同的信号段的基站交互信令消息，使得信令开销可以有效减少。

根据第一方面或者根据所述第一方面的上述任一实现方式，在所述方法的第六种实现方式中，在上行链路方向，为了提供所述已收集参考信令消息字典，一个关联的监听型移动设备监听从关联移动设备至基站的所述信令信道上传输的上行参考信令消息，以便将获取的上行参考信令消息与相应的索引一起存储到所述关联的监听型移动设备的字典存储器中，其中所述基站将接收到的相同的上行信令消息与相同的索引存储到所述基站的字典存储器中。

这种实现方式可以有以下优势：基站和监听型移动设备中的字典可以同时并行构建。

根据第一方面或者根据所述第一方面的第一种至第五种实现方式中的任一实现方式，在所述方法的第七种实现方式中，在上行链路方向中，为了提供所述已收集参考信令消息字典，所述基站接收从所述关联移动设备至所述基站的所述信令信道上传输的所述参考信令消息，并且将所述参考信令消息与相应索引一起存储在基站的字典存储器中，然后所述基站发送指令至所述关联移动设备以构建所述关联移动设备的字典，其中所述指令包括所述基站之前接收的代表性参考信令消息。

这种实现方式具有以下优势：移动设备中构建的字典可以复制存储在基站中的字典，从而可以避免所述字典的可能偏差。

根据第一方面或者根据所述第一方面的第一种至第五种实现方式中的任一实现方式，在所述方法的第八种实现方式中，在下行链路方向中，为了提供所述已收集参考信令消息字典，所述关联移动设备接收从所述基站至所述关联移动设备的广播或者多播信令信道上传输的所述参考信令消息，并且将所述参考信令消息与相应的索引同时存储在所述传输基站的字典存储器和所述关联接收移动设备的字典存储器中。

这种实现方式具有以下优势：移动设备中构建的字典不会偏离基站中存储的字典。

根据第一方面或者根据所述第一方面的上述任一实现方式，在所述方法的第九种实现方式中，所述已收集参考信令消息字典不断更新。

这种实现方式具有以下优势：可以增强所述方法的效能。

根据所述第一方面的第二种至第九种实现方式中的任一实现方式，在所述方法的第十种实现方式中，所述索引的参考信令消息的码字和/或索引都是基于所述参考信令消息计算。

根据所述第一方面的第二种至第十种实现方式中的任一实现方式，在所述方法的第十一种实现方式中，通过利用相应的索引的参考信令消息中码字的索引代替源消息的码字，在发送端侧压缩从所述基站至移动设备下行链路方向的所述信令信道上传输的或者从移动设备至所述基站的上行链路方向上传输的源消息，所述索引的参考信令消息可以在已收集参考信令消息字典中获得。

这种实现方式具有以下优势：压缩可以有效进行，并且所述压缩可以弹性有力地抵抗外在影响。

根据所述第一方面的第十一种实现方式，在所述方法的第十二种实现方式中，在接收器侧利用已收集参考信令消息字典对应的索引参考信令消息的码字代替接收的已压缩信令消息中的索引，以重组原始未压缩源信令消息。

根据所述第一方面，在所述方法的第十三种实现方式中，在从所述基站到所述关联移动设备的下行链路方向中，所述基站在广播或者多播信令信道上同时传输已压缩和未压缩信令消息至所述关联移动设备，其中所述已压缩信令消息在由未压缩信令消息构建的字典基础上压缩。

这种实现方式具有以下优势：所述字典一定不能存储在所述移动设备的字典消息中。

根据所述第一方面的第十三种实现方式，在所述方法的第十四种实现方式中，利用未压缩信令消息作为参考，在发送器侧压缩所述信令消息，并且将所述信令消息作为已压缩信令消息传输至关联移动设备；利用接收的未压缩信令消息作为参考，在接收器侧解压所述关联移动设备接收的压缩信令消息。

根据本发明的第二方面，提供一种无线网络，所述无线网络包括至少一个基站和关联移动设备，其中在所述基站和所述关联移动设备之间传输的信令消息是基于构建的已收集信令消息字典压缩，所述收集的信令消息用作已收集参考信令消息，在所述基站和所述移动设备之间的信令信道上传输，所述移动设备之间相互关联，其中所述关联移动设备和所述基站均可使用所述字典。

根据本发明的第二方面，在所述无线网络的第一种实现方式中，所述信令消息在接收器侧基于构建的已收集参考信令消息字典重组。

根据第二方面或者根据第二方面的第一种实现方式，在无线网络的第二种实现方式中，所述构建的已收集参考信令消息字典存储在所述基站的字典存储器和每个关联移动设备的字典存储器中。

根据本发明的第三方面，提供一种无线网络的基站，所述基站用于基于构建的已收集信令消息字典压缩所述基站在信令信道上传输至移动设备的信令消息，所述移动设备之间互相关联，所述收集的信令消息用作已收集参考信令消息，并且所述信令消息在所述基站和所述关联移动设备之间的信令信道上传输，其中所有所述关联移动设备和所述基站均可使用所述字典。

根据本发明的第三方面，在所述基站的第一种实现方式中，所述基站包括信令消息生成单元，用于生成信令消息；信令消息压缩/解压单元，用于基于构建的已收集参考信令消息字典压缩所述信令消息生成单元生成的信令消息，以提供已压缩信令消息，由所述基站的传输单元在信令信道上将所述已压缩信令消息传输至关联移动设备；所述信令消息压缩/解压单元还用于基于构建的已收集参考信令消息字典解压由所述基站的接收单元从所述移动设备接收的已压缩信令消息，以提供解压后的信令消息。

根据所述第三方面的第一种实现方式，在所述基站的第二种实现方式中，所述基站包括字典存储器，用于存储构建的已收集参考信令消息字典。

根据第三方面，在基站的第二种实现方式的第三种实现方式中，所述基站的字典存储器包括：下行字典存储器，用于存储所述基站的所述信令消息生成单元生成的下行信令消息；上行字典存储器，用于存储所述基站的所述接收单元接收的上行信令消息。

根据本发明的第四方面，提供一种无线网络的移动设备，所述移动设备用于基于构建的已收集信令消息字典压缩所述移动设备在信令信道上传输至基站的信令消息，所述收集的信令消息用作已收集参考信令消息，并且所述信令消息在所述基站和所述移动设备之间的信令信道上传输，其中所述移动设备和所述基站均可使用所述构建的已收集参考信令消息字典。

根据本发明的第四方面，在所述移动设备的第一种实现方式中，所述移动设备包括信令消息生成单元，用于生成信令消息；信令消息压缩/解压单元，用于基于所述构建的已收集参考信令消息字典压缩所述信令消息生成单元生成的信令消息，以提供已压缩信令消息，由所述移动设备的传输单元在信令信道上传输所述已压缩信令消息至所述基站；所述信令消息压缩/解压单元还用于基于所述构建的已收集参考信令消息字典解压所述移动设备的接收单元从所述基站接收的已压缩信令消息，以提供解压后的信令消息。

根据所述第四方面的第一种实现方式，在所述移动设备的第二种实现方式中，所述移动设备包括字典存储器，用于存储构建的已收集参考信令消息字典。

根据所述第四方面的第二种实现方式，在所述移动设备的第三种实现方式中，所述移动设备的字典存储器包括：下行字典存储器，用于存储所述移动设备的接收单元接收的下行信令消息；上行字典存储器，用于存储所述移动设备的信令消息生成单元生成的上行信令消息。

根据所述第四方面或者根据所述第四方面的上述任一实现方式，在所述移动设备的第四种实现方式中，所述移动设备包括用户设备、传感器设备，和/或执行器设备。

基于上述至少一个方面和实现方式，本发明即可实现以下优势：

当大量设备要以高度同步的方式访问所述网络时，网络中经常会发生信令拥塞。根据本发明方法，可以避免无线网络中的信令拥塞。本发明方法可以允许无线网络中的无损且及时性通信。因为上行链路方向和下行链路方向中所有信令消息都可以正确接收，因此所述通信可能是无损的。另外，因为信令消息可以以非常低的时延接收，因此可以确保及时性。相应地，本发明方法可以有效减少信令开销而不会造成信息损失或者额外的处理时延。其可以在无线网络中有效缓解任何信令拥塞，并且可以增加带宽和网络容量。本发明的应用方法是可靠有弹性的，不会增加现有无线网络的技术复杂性。对于无线网络的现有基础架构，所述方法更具兼容性。

根据本发明方法，可基于构建的字典将原始信令消息转换为较短的信令消息。所述方法可以满足可靠性和及时性标准。所述压缩可以以无损的方式进行，并且在信令处理过程中所述压缩过程不会造成额外时延。

附图说明

结合已公开附图，下文更加详细的描述了本发明的可能实施例。

图1示出了传统无线通信系统中信令消息的传输，以示出本发明针对的问题；

图2示出了无线通信系统中减少信令拥塞的传统方法的框图；

图3示出了无线通信系统中减少信令拥塞的另一种传统方法的框图；

图4示出了本发明实施例的无线网络的示意框图；

图5示出了本发明方法的示例性实施例的流程图；

图6示出了本发明基站的示例性实施例的框图；

图7示出了本发明移动设备的示例性实施例的框图；

图8A和8B示出了传统无线网络中运用的信令压缩方案和本发明实施例的无线网络中运用的信令压缩方案的信号示意图；

图9示出了本发明实施例的方法示意图；

图10示出了本发明中应用的字典示例；

图11A和11B示出了本发明实施例的操作示意图；

图12示出了本发明操作的示例性示例图；

图13示出了利用本发明方法进行信号压缩之后示例性消息的数据结构；

图14示出了本发明实施例的进一步示意图。

具体实施例

从图4的示意框图中可以看出，本发明实施例的无线网络1包括至少一个基站2和移动设备MD 3-1、3-2和3-3。移动设备3-i是一组关联移动设备中的任意移动设备。在图4的示例中，关联移动设备组中包括三个移动设备，分别是移动设备3-1、3-2，和3-3。移动设备3-i可以位于一个固定位置，也可以在基站2的附近移动。例如，移动设备3-i可以是可移动的用户设备UE。移动设备也可以由位于基站2范围内固定位置的传感器或者执行器设备组成。在图4的示意图中，三个移动设备3-1、3-2，和3-3通过空口连接到无线网络1的基站2。包括信令消息在内的消息都是通过空中链路在从基站2至移动设备3-1、3-2，和3-3的下行链路DL方向传输，以及在从移动设备3-1、3-2，和3-3至基站2的上行链路UL方向传输。多个基站2可以通过X2接口等骨干接口互相连接。基站2有可能传输或者交换构建的已收集参考信令消息字典。

如图4中虚线所示，移动设备3-1、3-2，和3-3都互相关联。这意味着关联移动设备之间有特定关系。该关系可以是在无线网络1中基站2的邻近区域中的当前位置，和/或各个移动设备的设备功能，和/或所述移动设备的服务目标。所述移动设备之间也会有其他关联。相应地，不同的移动设备之间会有一些共同点，使得信令消息中携带的信令信息会在一定程度上相似。下行链路DL方向中基站2发送的信令消息或者上行链路UL方向中发送给基站2的信令消息可以包括一个或者多个消息段。由于移动设备之间的关联性，基站2和关联移动设备之间交互的这些信令消息的部分消息段可能会相同，以至造成冗余。

移动设备到基站2的上行链路UL方向中的信令消息可以通过随机接入信道等非调度信道或者上行共享信道等调度信道传输。下行链路DL方向中基站2发送的信令消息可以在广播信道、共享信道，或者专用信道中传输。信令请求可以由系统的一个基站2或者一个移动设备3-i发起。在无线网络1中，基站2和关联移动设备之间传输的信令消息均是基于构建的已收集信令消息字典压缩。所述收集的信令消息用作收集的参考信令消息。所述信令消息作为参考信令消息收集在字典中，并且在基站2和移动设备3-1、3-2和3-3之间的至少一条信令信道上传输。无线网络1的移动设备3-1、3-2和3-3以及基站2均可使用所述构建的字典。

图5示出了无线网络1中缓解信令拥塞方法的实施例的流程图。

从图5中可以看出，在第一步骤S1中，构建已收集信令消息字典，其中所述信令消息用作参考信令消息。所述信令消息在无线网络中至少一个基站和移动设备之间的信令信道上传输，其中移动设备之间互相关联。关联移动设备和基站均可使用所述构建的字典。

在下一步骤S2中，基于已收集参考信令消息字典压缩所述基站和所述关联移动设备之间的信令信道上传输的信令消息。

相应地，本发明方法包括两个阶段，即，第一阶段是构建信令消息字典，第二阶段是压缩无线网络中新的信令消息。为了构建字典，收集信令信道中之前传输的信令消息并且可以将所述信令消息存储在字典存储器中。移动设备侧和基站侧均可使用所述构建的字典。根据一个实施例，每个移动设备和基站都有一个字典存储器以保存构建的字典。在压缩阶段，基于所述字典将原始信令消息转化且压缩成较短的信令消息。从发送器接收到较短的已压缩信令消息之后，接收器利用相同构建的字典恢复原始未压缩的信令消息。

图5所示机制可以运用至上行信令信道和下行信令信道。

根据所示实施例的方法，基于所述已收集参考信令消息字典在发送器侧压缩所述信令消息，然后基于所述已收集参考信令消息字典在接收器侧重组所述信令消息。

根据一个实施例，参考信令消息可以在预定时间段内收集并且进行索引。所述收集的参考信令消息有可能根据所述参考信令消息的传输顺序进行索引。在可选的实施例中，所述收集的参考信令消息根据所述信令消息的时间戳进行索引，其中每个时间戳可以指示各个信令消息在信令信道上传输的时间。所述已收集参考信令消息字典可以包括从之前传输的信令消息中提取的带索引的码字。所述之前传输的信令消息寻址一组关联移动设备。所述关联移动设备互相之间有特定关系，包括：它们在邻近区域如特定基站附近的当前位置或者参考位置，和/或它们各自的设备功能，和/或它们各自的服务目标等等。

根据一个实施例，在第一步骤S1中，编译由码字和索引组成的字典，其后续用于组成新的信令消息。所述码字可以从之前寻址一组关联移动设备的信令消息中提取。这些移动设备之间被视为有一定的联系。相应地，这些移动设备很有可能在相同的时间段内提供相似的信令请求或者信令消息。

对于从移动设备到基站的上行链路方向中的信令消息，尤其是其他移动设备发送的信令信息，所述移动设备有不同的方法收集和存储信号。

如图9所示，一种可能的方法是一组关联移动设备(本方法中是关联移动设备3-1和3-2)的关联移动设备3-2监听关联移动设备3-1和基站2之间的上行信令信道。在本实施例中，每个移动设备都还具有接收其他移动设备发送的消息或者信号的能力。然后将获取的移动设备3-1的信令消息与索引一起存储在监听型移动设备3-2的存储器中，所述索引明确指示各个信令消息。

图10示出了监听型移动设备的存储器中存储的已建字典的示例表。例如，如果移动设备3-1发送“RRC连接建立完成”的信令消息至基站2，在所述示出的例子中，所述信令消息由数位“823761”(事务标识)、“322340”(PLMN-ID)以及“076812”(MME-ID)组成。另一个移动设备3-2监听所述第一移动设备3-1的上行信令消息，所述上行信令消息是在第一移动设备3-1至基站2的上行链路方向的信令信道上传输。所述移动设备3-2的接收器接收传输的信令消息，然后将所述信令消息与索引“11”一起存储在第二移动设备3-2的字典存储器中，所述索引“11”指示其是第一移动设备3-1发送的最后一个信令消息。图10在给定示例中示出了第一移动设备3-1的信令消息与索引存储在第二移动设备3-2的字典存储器中。

图9和图10中所示的索引只是示例，只要基站2和各个移动设备3-i可以根据共同协议获得相同信令消息的相同索引，也可以使用其他索引机制。例如，信令消息发出时间的时间戳也可以用作索引。在图9所示的实施例中，在上行链路方向中，为了提供已收集参考信令消息字典，关联的监听型移动设备3-2监听从另一个关联移动设备3-1至基站2的信令信道上传输的上行信令消息，以便将获取的上行信令消息与相应的索引一起存储在关联的监听型移动设备3-2的字典存储器中，其中基站2将接收到的相同的上行信令消息与相同的索引存储在基站2的字典存储器中。在图9所示的实施例中，存在两个关联移动设备，一个称作关联的监听型移动设备3-2，还有一个是关联移动设备3-1，有关图9的上述机制针对一个关联的监听型移动设备和另外至少两个关联移动设备相应工作，其中所述关联的监听型移动设备监听从另一个关联移动设备至基站的信令信道上传输的上行信令消息。

基于保存的消息构建所述字典。图10示出了包括一批索引信令消息的字典的简单示例。如果字典中存储的信令消息数量足够多，可以利用基于参考信令消息的统计模型的熵编码算法，如霍夫曼编码或者算法编码。所述码字和索引可以基于存储的参考信令消息计算。移动设备侧和基站均可使用如图10中所示的相同字典，其中每个设备都会有一个单独的字典。这种情况下，所述基站可以保存分别用于每个移动设备的多个字典。

所述设备收集存储其他设备发送的信令消息的可选方法在图11A和图11B中示出。如图11A和图11B所示，所述移动设备3-1首先将信令信道上的上行信令消息发送给基站2。然后所述基站2发送指令至关联移动设备3-2。所述移动设备3-2从所述基站2接收指令。

一般情况下，根据第一种变体形式，所述指令可以包括至少一个处理后的信令消息，或者根据第二种变体形式，所述指令还可以包括字典本身。在第一种变体形式中，所述基站2将所述基站从移动设备3-1接收的信令消息收集在指令中，然后转发至所述移动设备3-2。在图11A和图11B中未公开的第二种变体形式中，基站2从移动设备接收的信令信息由基站2处理以构建字典，然后将所述字典通过指令由基站2广播至移动设备3-1和移动设备3-2。

关于上述第一种变体形式，如图11A所示，在上行链路方向中，为了提供已收集参考信令消息字典，所述上行信令消息首先在移动设备3-1至基站2的信令信道上传输，其中所述上行信令消息由基站2接收并且将其与相应的索引一起存入基站2的字典存储器中。然后，如图11B所示，基站2发送指令至与移动设备3-1相关的关联移动设备3-2，以构建关联移动设备3-1和3-2的字典，其中所述指令可以包括基站2之前接收的代表性参考信令消息。

在如基站至移动设备的下行链路方向中，信令消息可以在广播信令信道中或者多播信令信道中发送，使得所有的关联移动设备都可以接收所述信令消息。然后，基站和关联移动设备均存储所述信令消息。可以利用与上行信令消息一样的机制基于存储的信令消息构建所述字典。在本实施例中，在为提供所述已收集参考信令消息字典的下行链路方向中，关联移动设备接收从基站至关联移动设备的广播或者多播信令信道上传输的所述信令消息，并且将所述信令消息与相应的索引一起存储在所述传输基站的字典存储器和关联接收移动设备的字典存储器中。

根据一个实施例，所述已收集参考信令消息的字典不断更新。存储的信令消息和所述字典可以持久更新。只应存储最后一个时间段内传输的信令消息。超过一个时间段发送的信令消息可能会被标记为过时，并且可能从字典存储器中移除。每次存储的信令消息更新时，也有可能重新编译所述字典。时间段的长度可以是一个可调整的预定值，以优化字典效率和存储器的可用大小。如果调整的时间段长度很大，则可能会有更多的参考信令消息存储在字典中，并且构建的字典中的词汇可能会更多。因此，可能会找到更长的码字组成新的信令消息，并且压缩的信令消息可能会更精简。然而，索引的长度也会随着构建字典的词汇大小的增长而增长，最终已压缩信令消息的长度也会增长。可以考虑通过选择时间段的长度折衷。

在图5所示方法的步骤S2中，基于构建的字典压缩新的信令消息。根据所述可使用的字典，可以运用不同的压缩机制。所述运用的压缩机制可能是无损的。这就意味着无线网络内的所有信令消息都可以在上行链路方向和下行链路方向正确接收。由于每个信令消息的长度有限，所述运用的压缩机制可能适合于短的信息序列。

一种压缩新的信令消息的可能方法是在新的信令消息中寻找相同的码字，然后用字典中找到的索引替代所述码字。图12和13示出了此种可能方法。在所示示例中，构建的字典是可以存入字典存储器的索引信令消息的集合。在上述图12的示出的示例中，已构建参考信令消息字典包括多个词条，每个词条有一个索引。每个索引的信令消息包括多个码字。在图12的示例中，各个索引的信令消息的第一码字由事务标识组成，第二码字由PLMN-ID组成，第三码字由MME-ID组成。码字的数量可以变化。在图12的特定示例中示出了两个索引的信令消息，其索引分别是11和62。带索引“11”的第一个索引的信令消息中有第一码字事务标识“823761”，第二码字PLMN-ID“322340”，以及第三码字MME-ID“076812”。带索引“62”的第二个示出的索引信令消息中有第一码字事务标识“661178”，第二码字PLMN-ID“829521”，以及第三码字MME-ID“092718”。如图12所示，源消息会作为一个新的“RRC连接建立完成”消息传输，其中所述第一码字是事务标识“778854”，该事务标识通常具有独特性且无法压缩。所述源信令消息的第二码字是PLMN-ID“829521”，第三码字是MME-ID“076812”。如图12所示，源信令消息的两个码字可以在构建的字典中找到。在示出的例子中，每个码字的长度是6个数位。“RRC连接建立完成”信令消息的码结构对于移动设备3侧和基站2侧都是已知的，因此没有必要利用额外的比特指示每个码字的首端和尾端。

在图13的示出的例子中，在压缩源信令消息之后，已压缩信令消息由第一比特“0”组成，所述第一比特“0”指示事务标识，如第一码字未压缩。

之后是“778854”，例如事务标识的6个数位是未压缩的第一码字。

另外一个比特“1”指示其后的第二码字PLMN-ID已压缩。

接下来的索引“62”包括2个数位，可参考图12所示例子中构建的字典中索引为“62”的词条。

后一个数位“2”指示词条“62”的第二码字。

另一个比特“1”指示其后的第三码字MME-ID已压缩。

接下来的2个数位“11”可参考构建的字典中索引为“11”的词条。

后一个数位“3”指示词条“11”的第三码字。

相应地，图12和13示出了可利用本发明方法的压缩机制的示例。

也可以利用其他无损压缩算法，如基于Lempel-Ziv算法的压缩机制。所述已压缩信令消息包括：参考信令消息的索引，所述参考信令消息中的相同消息片或者段的位置，以及相同消息片的长度。可替代地，压缩机制如游程编码可以运用于编码所述参考信号和源信令消息之间的偏差。在一种可能场景中，如果高压缩率可以实现，则上行链路方向中只发送已压缩信令消息。否则，如果可实现压缩率较低或者没有有效的字典可用，则可以发送原始未压缩信令消息。当移动设备刚从睡眠模式唤醒时，可能会发生后一种情况。

在下行链路方向中，如果基站2要同时传输不同的信令消息至多个移动设备，可运用特殊方法。如图14所示，基站2可以同时广播未压缩信令消息和已压缩信令消息的组合。如图14所示，基站2传输所述信令消息至移动设备3-1和移动设备3-2，其可以同时互相关联。M1是针对移动设备3-1的未压缩信令消息。所述M1在广播或者多播信道上发送，然后由移动设备3-1和移动设备3-2接收。M2是针对移动设备3-2的基站2的信令消息。基于针对移动设备3-1的未压缩信令消息压缩所述M2，并且将所述M2作为利用上述其中之一压缩机制的参考信令消息。移动设备3-2接收针对移动设备3-1的未压缩信令消息M1和针对移动设备3-2的已压缩信令消息M2，并且利用未压缩的信令消息M1作为参考信令消息解压所述已压缩信令消息M2。如图14所示的实施例中，在从基站2至关联移动设备3-1和3-2的下行链路方向中，所述基站2同时在广播或者多播信令信道上传输已压缩和未压缩信令消息至关联移动设备3-1和3-2，其中已压缩信令消息是基于到目前为止的未压缩信令消息构建的字典压缩。在图14所示的实施例中，构建的字典可以存储，但是并非必要。

所述无线网络可以包括多个基站和多个移动设备。

图6示出了无线网络中基站2的实施例的示意框图。所述基站2用于压缩基站2在信令信道上传输至移动设备的信令消息，其中所述移动设备互相关联。基于构建的已收集信令消息字典，压缩所述信令消息，其中所述收集的信令消息用作已收集参考信令消息。

如图6所示，所示实施例中的基站2包括一个信令消息生成单元2A，用于生成信令消息。所述基站2还包括信令消息压缩/解压单元2B，用于基于构建的已收集参考信令消息字典压缩信令消息生成单元2A生成的信令消息，以便提供基站2的传输单元2C在至关联移动设备的下行链路DL方向的信令信道上传输的已压缩信令消息。

所述信令消息压缩/解压单元2B还用于解压基站2的接收单元2D在来自移动设备的上行链路UL方向接收的已压缩信令消息。所述解压是基于构建的已收集参考信令消息字典进行，以便提供可以转发至消息处理单元的解压信令消息。

在图6所示的实施例中，信令消息压缩/解压单元2B可访问基站2的字典存储器2E。如图2所示，字典存储器2E可集成于基站2中。所述字典存储器也有可能存储于远程存储器中，其中所述基站2可通过数据网络访问该远程存储器。所述字典存储器2E用于存储构建的已收集参考信令消息字典。根据一个实施例，基站2的字典存储器2E包括：下行字典存储器，用于存储信令消息生成单元2A生成的下行信令消息；上行字典存储器，用于存储基站2的接收单元2D接收的上行信令消息。相应地，在本实施例中，字典存储器2E分成下行字典存储器和上行字典存储器。所述下行字典存储器存储下行信令消息，上行字典存储器存储上行信令消息。相应地，在压缩下行或者上行信令消息时，可以利用更多指定信令消息作为参考信令消息。这可以增强本发明方法的效能。

可以启用或者禁用压缩/解压单元2B，以响应从高层控制单元接收的启用/禁用控制信号。因此，在第一模式中执行压缩，在第二模式中不执行压缩。所述控制单元可以监控无线网络中的信令拥塞，如果所述信令拥塞超过预定单元，则启动所述压缩/解压单元。

图7示出了无线网络中移动设备3的实施例的示意框图。与图6中所示的基站2相似，所述移动设备3包括信令消息生成单元3A，用于生成信令消息。所述移动设备3还包括信令消息压缩/解压单元3B，用于基于构建的已收集参考信令消息字典压缩信令消息生成单元3A生成的信令消息，以便提供移动设备3的传输单元3C在至基站2的上行链路方向的信令信道上传输的已压缩信令消息。

所述信令消息压缩/解压单元3B还用于基于构建的已收集参考信令消息字典解压移动设备3的接收单元3D从基站2接收的已压缩信令消息，以提供解压信令消息。所述信令消息生成单元3A可访问存储有构建的字典的字典存储器3E。所述字典存储器3E可以是集成于移动设备3的本地存储器。根据一个实施例，移动设备3的字典存储器3E包括：下行字典存储器，用于存储移动设备3的接收单元3D接收的下行信令消息；上行字典存储器，用于存储移动设备3的信令消息生成单元3A生成的上行信令消息。可以启用或者禁用压缩/解压单元3B，以响应从高层控制单元接收的启用/禁用控制信号，并且在操作模式之间切换。

图7中所示的移动设备3可以包括用户设备，例如移动电话、传感器设备，和/或执行器设备。

根据本发明的方法，可能会移除多个移动设备发送的信令消息或者发送给多个移动设备的信令消息中的冗余部分。结合图8所示，本发明的方法可以有效缓解无线网络中的信令拥塞，并且可以进一步增加无线网络的容量。根据本发明的方法，所述移动设备和所述基站维护参考信令消息字典，所述参考信令消息字典可以包括最近在基站和所有关联移动设备之间的信令信道上传输的信令消息。所述移动设备之间的关联可以由这些移动设备的特性决定，包括但不限于邻近区域、设备功能，以及服务目标。如果要传输新的信令消息，所述信令消息基于构建的字典在发送器侧压缩，并且在传输至接收器侧之后重组。

图8A和8B示出了没有压缩方案的无线网络中信令拥塞情况，以及根据本发明方法执行信令压缩。在无线网络中，如果大量的信令请求或者信令消息同时到达，如图8A所示，在关键时间段如果总传输率需求超过信令信道容量，则会发生信令拥塞。相反，如图8B所示，通过利用本发明压缩方法，信令信道的总信息量会明显降低，因此可以避免无线网络中的信令拥塞。更具体地说，从图8B中可以看出，初始未压缩消息在关键时间段传输至信令信道，其中未压缩信令消息作为参考信令消息收集，以构建已收集参考信令消息字典。也有可能在关键时间段之前基于传输的未压缩消息构建字典。如图8B所示，在构建所述已收集参考信令消息字典之后，关键时间段基于已收集参考信令消息字典压缩后续信令消息。

本发明方法可以运用于机器类通信，也可以运用于以人为中心的通信。在机器类通信系统中，数据速率通常会比较低，可能会用到较小数据包。机器类通信系统中的数据量以上行为主，终端设备和其他侧之间的交互较少，所述其他侧通常为用于提供机器类服务的应用服务器。此类流量特性对移动无线系统的设计有影响，尤其是对信令信道的要求。如果网络中的终端设备或者移动设备的密度增加到一定程度，信令拥塞可能会导致严重问题，且可能导致网络瘫痪。在这种情形下，本发明方法适用于避免此类无线网络中的信令拥塞。

根据本发明，信令开销可以有效减少。根据结合图12和图13阐述的特定示例，实现的压缩率是：

由于在很多情形下下行信令消息的长度通常较长，例如包括无线资源分配等等，因此预期压缩率会更高。

本发明方法适合于大量机器类通信以缓解信令信道中的瓶颈。本发明机制可以在基站和移动设备中实现。本发明的方法可以在任何类型的无线网络中使用。

Claims (12)

1.一种在无线网络中缓解信令拥塞的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

构建(S1)已收集信令消息字典，所述信令消息用作参考信令消息并且在基站(2)和多个移动设备(3-1至3-3)之间的信令信道上传输，所述多个移动设备(3-1至3-3)互相关联，其中所述多个移动设备(3-1至3-3)和所述基站(2)均可使用所述字典；

基于已收集信令消息字典，压缩(S2)在所述基站(2)和所述多个移动设备(3-1至3-3)之间的所述信令信道上传输的信令消息；

所述方法还包括：

在从所述基站(2)到关联移动设备(3)的下行链路方向中，所述基站(2)在广播或者多播信令信道上同时传输已压缩信令消息和未压缩信令消息至所述多个移动设备(3-1至3-3)，其中所述已压缩信令消息在由未压缩信令消息构建的已收集信令消息字典的基础上压缩；

利用未压缩信令消息作为参考，在基站侧的发送器压缩其他未压缩信令消息，并且将已压缩信令消息传输至关联移动设备(3-1至3-3)；利用接收的未压缩信令消息作为参考，在移动设备(3-1至3-3)侧的接收器解压接收的已压缩信令消息。

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述信令消息基于已收集信令消息字典在发送器侧压缩；

所述信令消息基于已收集信令消息字典在接收器侧重组。

3.根据权利要求1或权利要求2的所述方法，其特征在于，

所述参考信令消息在预定时间段内收集并且进行索引。

4.根据权利要求3所述方法，其特征在于，

所述收集的参考信令消息根据所述参考信令消息的传输顺序或者根据所述参考信令消息的时间戳进行索引，每个时间戳指示各个参考信令消息的传输时间点。

5.根据上述权利要求1或2所述方法，其特征在于，

所述已收集信令消息字典包括从之前传输的信令消息中提取的带索引的码字，其中所述之前传输的信令消息寻址一组所述多个移动设备(3-1至3-3)。

6.根据上述权利要求1或2所述方法，其特征在于，

所述多个移动设备(3-1至3-3)之间相互关联，包括：它们在邻近区域中的当前位置，和/或它们各自的设备功能，和/或它们各自的服务目标。

7.根据上述权利要求1或2所述方法，其特征在于，

为了提供所述已收集信令消息字典，一个关联的监听型移动设备(3-2)监听从所述多个移动设备(3-1至3-3)至所述基站(2)的所述信令信道上传输的上行参考信令消息，以便将获取的上行参考信令消息与相应的索引一起存储到所述关联的监听型移动设备(3-2)的字典存储器中；

所述基站(2)将接收到的相同的上行参考信令消息与相同的索引存储到所述基站(2)的字典存储器中。

8.根据上述权利要求1或2所述方法，其特征在于，

在上行链路方向中，为了提供所述已收集信令消息字典，所述基站(2)接收从所述多个移动设备(3-1至3-3)至所述基站(2)的信令信道上传输的所述参考信令消息，并且将所述参考信令消息与相应索引一起存储在所述基站(2)的字典存储器中，然后所述基站(2)发送指令至所述多个移动设备(3-1至3-3)以构建所述多个移动设备(3-1至3-3)的字典，其中所述指令包括所述基站(2)之前接收的代表性参考信令消息。

9.根据上述权利要求1或2所述方法，其特征在于，

在下行链路方向中，为了提供所述已收集信令消息字典，所述多个移动设备(3-1至3-3)接收从所述基站(2)至所述多个移动设备(3-1至3-3)的广播或者多播信令信道上传输的所述参考信令消息，并且将所述参考信令消息与相应的索引一起存储在所述传输基站(2)的字典存储器和所述多个移动设备(3-1至3-3)的字典存储器中。

10.根据上述权利要求1或2所述方法，其特征在于，

所述已收集信令消息字典不断更新。

11.一种可缓解信令拥塞的无线网络系统(1)，其特征在于，包括基站(2)和多个移动设备(3-1至3-3)，其中，

所述基站(2)利用未压缩信令消息作为参考，在基站的发送器侧压缩所述其他未压缩信令消息，并且将已压缩信令消息传输至所述多个移动设备(3-1至3-3)；利用接收的未压缩信令消息作为参考，在所述多个移动设备(3-1至3-3)的接收器侧解压接收的已压缩信令消息；

在从所述基站(2)到关联移动设备(3)的下行链路方向中，所述基站(2)在广播或者多播信令信道上同时传输已压缩信令消息和未压缩信令消息至所述多个移动设备(3-1至3-3)，其中所述已压缩信令消息在由未压缩信令消息构建的字典的基础上压缩；

在所述基站(2)和所述多个移动设备(3-1至3-3)之间传输的信令消息基于构建的已收集信令消息字典压缩，收集的信令消息用作已收集参考信令消息，并且在所述基站(2)和所述移动设备(3-1至3-3)之间的信令信道上传输，所述移动设备(3-1至3-3)相互关联，其中所述多个移动设备(3-1至3-3)和所述基站(2)均可使用所述字典。

12.一种可缓解信令拥塞的无线网络(1)的基站(2)，其特征在于，包括信令消息压缩/解压单元以及传输单元，

所述信令消息压缩/解压单元用于利用未压缩信令消息作为参考，在基站的发送器侧压缩其他未压缩信令消息，

所述传输单元用于将已压缩信令消息传输至多个移动设备(3-1至3-3)；利用接收的未压缩信令消息作为参考，在所述多个移动设备(3-1至3-3)的接收器侧解压接收的已压缩信令消息；

在从所述基站(2)到所述关联移动设备(3)的下行链路方向中，所述传输单元用于在广播或者多播信令信道上同时传输已压缩信令消息和未压缩信令消息至所述多个移动设备(3-1至3-3)，其中所述已压缩信令消息在由未压缩信令消息构建的字典的基础上压缩；

所述信令消息压缩/解压单元用于基于构建的已收集信令消息字典压缩由所述基站(2)在信令信道上传输至移动设备(3-1至3-3)的信令消息，所述移动设备(3-1至3-3)互相关联，收集的信令消息用作已收集参考信令消息，并且所述信令消息在所述基站(2)和所述多个移动设备(3-1至3-3)之间的信令信道上传输，其中所有所述多个移动设备(3-1至3-3)和所述基站(2)均可使用所述字典。