CN101977416A - 一种mtc设备的过载控制方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机器类型通信(MTC)设备的过载控制方法，包括：在获知核心网发生过载时，核心网网元向基站发送过载开始消息，其中携带MTC组标识，并指示拒绝该MTC组标识对应的MTC设备的信令接入到网络、和/或拒绝数据通过网络；基站从MTC设备发起的无线资源控制(RRC)连接建立请求消息中获取MTC组标识，并根据获取的MTC组标识，和过载开始消息携带的MTC组标识，对MTC设备进行接入控制。本发明还公开了一种MTC设备的过载控制系统。通过本发明的方法和系统，实现了对MTC设备在组粒度上的控制，并能有效降低核心网的负荷。

Description

一种MTC设备的过载控制方法和系统

技术领域

本发明涉及机器类型通信领域，尤其涉及一种机器类型通信(MTC)设备的过载控制方法和系统。

背景技术

第三代合作伙伴计划(3GPP，3rd Generation Partnership Project)演进的分组系统(EPS，Evolved Packet System)如图1所示，由演进的陆地通用无线接入网络(E-UTRAN，Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network)、移动管理单元(MME，Mobility Management Entity)、服务网关(S-GW，ServingGateway)、数据网络网关(P-GW，Packet Data Network Gateway)、归属用户服务器(HS S，Home Subscriber Server)、3GPP认证授权计费(AAA，AuthenticationAuthorization and Accounting)服务器，策略和计费规则功能(PCRF，Policy andCharging Rules Function)实体，及其他支撑节点组成。

其中，MME负责移动性管理、非接入层信令的处理、用户移动管理上下文的管理等控制面相关工作，P-GW以及S-GW的选择，空闲状态下移动终端的可达性管理，以及跟踪区列表的选择等功能。

S-GW是与E-UTRAN相连的接入网关设备，其功能包括：作为演进的节点B(eNodeB，Evolved NodeB)间切换的本地锚点，在E-UTRAN和P-GW之间转发数据；负责对寻呼等待数据进行缓存；合法监听，数据报文路由，以及跨运营商时基于用户与服务质量(QoS，Quality of Service)类标识(QCI，QoSClass Identifier)的计费。

P-GW则是EPS与分组数据网络(PDN，Packet Data Network)的边界网关，其功能包括：基于用户的报文过滤，合法监听，移动终端地址分配，传输层报文QoS标签，上行与下行基于业务的计费，基于聚合最大比特速率(AMBR，Aggregate Maximum Bit Rate)的下行速率保证，动态主机设置协议(DHCPv4/v6，Dynamic Host Configuration Protocol v4/v6)功能，基于相同保证比特速率(GBR，Guaranteed Bit Rate)QCI的累积最大比特速率(MBR，Maximum Bit Rate)的下行速率保证，另外还负责上下行的承载绑定。

EPS支持与非3GPP系统的互通，与非3GPP系统的互通通过S2a/b/c接口实现，P-GW作为3GPP与非3GPP系统间的锚点。其中，非3GPP系统被分为可信任非3GPP IP接入和不可信任非3GPP IP接入。

M2M(Machine to Machine/Man)是一种以机器终端与服务器，与人或者与其他机器终端交互为核心的网络化的应用与服务。机器类型通信(MTC，Machine Type Communication)通过在机器内部嵌入无线通信模块，以无线通信等为接入手段，为客户提供综合的信息化解决方案。

MTC与现有的移动网络通信有着不同的特点，表现在：MTC有着不同的市场应用场景；MTC基本上都是数据通信(不需要支持语音)；MTC费用更低，占用的资源更少；MTC潜在具有巨大数量的通信终端，同时每个终端的数据量却很少。因此，网络需要根据M2M通信的特点，增加新的功能，以及对现有的功能加以优化。

MTC有一个重要的特点，就是分组化，大量的MTC设备可以根据不同的应用，或者属于不同的机器通信用户而分成不同的组。同一组内的MTC设备具备一些相同的特点，如同一组内MTC设备的通信度量(流量，时长)可能高度相似或者等同。由于单个机器通信终端的通信量可能比较小，因此对机器通信的计费也可以是针对组，这样可以节省开销，也足以度量通信终端对网络资源的使用。

由于机器类型通信通常涉及大量的通信终端，这些通信终端可能出于应用的需要，在相近的时刻上报数据，从而造成核心网，无线侧(包括无线网络控制器，NodeB等)设备的拥塞，这种拥塞可能是信令面的，也可能是数据面的，也可能二者皆拥塞。因此，对于拥塞的控制，是机器类型通信中必须面对的问题。

拥塞可能是某组具有相同特征的大量MTC设备接入网络造成的，需要以组为粒度进行拥塞控制，即在核心网与无线侧都需要进行以组为粒度的拥塞控制。对于核心网来说，对于属于某个组的MTC设备的接入请求只能采取拒绝的方式；由于目前还不存在组接入信令，核心网只能拒绝单个MTC设备的接入请求(如：附着请求)。虽然核心网可以拒绝MTC设备接入，但是属于同一个组的不同MTC设备持续接入仍然会增加核心网负荷，如果能在无线侧将发给核心网的非接入层(NAS，NonAccess Stratum)信令拦截，则可以迅速降低核心网的负荷。在无线侧拦截NAS信令，需要无线侧获知哪些MTC设备需要拦截，而现有技术中，核心网在过负荷情况下，只能通知无线侧拒绝所有终端发起的用于传输数据或者信令的无线资源控制(RRC，Radio Resource Control)连接请求，如图2所示。在机器通信与普通的人类通信共享无线接入网与核心网络的情况下，如果是机器通信造成了网络过负荷，现有机制却无法区分，一律加以限制，这就会影响正常的人与人通信业务。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种MTC设备的过载控制方法和系统，以实现对MTC设备在组粒度上的控制，并有效降低核心网的负荷。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明提供了一种机器类型通信(MTC)设备的过载控制方法，该方法包括：

在获知核心网发生过载时，核心网网元向基站发送过载开始消息，所述过载开始消息中携带MTC组标识，并指示拒绝所述MTC组标识对应的MTC设备的信令接入到网络、和/或拒绝所述MTC组标识对应的MTC设备的数据通过网络；

所述基站从MTC设备发起的无线资源控制(RRC)连接建立请求消息所携带的临时移动用户标识(TMSI)中获取MTC组标识，并根据所获取的MTC组标识，以及所述过载开始消息中携带的MTC组标识，对所述MTC设备进行接入控制。

所述根据所获取的MTC组标识，以及过载开始消息中携带的MTC组标识，对MTC设备进行接入控制，具体为：

所述基站将从RRC连接建立请求消息中获取的MTC组标识，与所述过载开始消息中携带的MTC组标识进行匹配，如果匹配成功，则拒绝所述MTC设备的接入；否则，允许所述MTC设备的接入。

在核心网发生过载之前，该方法进一步包括：

所述核心网网元根据以下至少一种信息对所述MTC设备进行分组，并分配MTC组标识：

MTC设备签约的接入点名称(APN)、MTC设备在信令中携带的APN、MTC设备签约的MTC组、MTC服务器提供的MTC设备所属的MTC组、MTC服务器提供的MTC应用信息、策略和计费规则功能实体(PCRF)提供的MTC应用或MTC组信息；

所述核心网网元在为所述MTC设备分配TMSI时，将所述MTC组标识嵌入所述TMSI中发送给所述MTC设备。

本发明还提供了一种MTC设备的过载控制系统，该系统包括：

核心网网元，用于在获知核心网发生过载时，向基站发送过载开始消息，所述过载开始消息中携带MTC组标识，并指示拒绝所述MTC组标识对应的MTC设备的信令接入到网络、和/或拒绝所述MTC组标识对应的MTC设备的数据通过网络；

基站，用于从MTC设备发起的RRC连接建立请求消息所携带的TMSI中获取MTC组标识，并根据所获取的MTC组标识，以及所述过载开始消息中携带的MTC组标识，对所述MTC设备进行接入控制。

所述基站进一步用于，将从RRC连接建立请求消息中获取的MTC组标识，与所述过载开始消息中携带的MTC组标识进行匹配，在匹配成功时，拒绝所述MTC设备的接入；在匹配失败时，允许所述MTC设备的接入。

所述核心网网元包括：MTC设备分组模块、MTC组标识分配模块和MTC组标识发送模块，其中，

所述MTC设备分组模块，用于根据以下至少一种信息对所述MTC设备进行分组，并分配MTC组标识：MTC设备签约的APN、MTC设备在信令中携带的APN、MTC设备签约的MTC组、MTC服务器提供的MTC设备所属的MTC组、MTC服务器提供的MTC应用信息、PCRF提供的MTC应用或MTC组信息；

所述MTC组标识分配模块，用于在为所述MTC设备分配TMSI时，将所分配的MTC组标识嵌入所述TMSI中；

所述MTC组标识发送模块，用于将嵌入MTC组标识的TMSI发送给所述MTC设备进行存储。

本发明所提供的一种MTC设备的过载控制方法和系统，在核心网网元获知核心网发生过载时，向基站发送过载开始消息，该过载开始消息中携带MTC组标识，并指示拒绝该MTC组标识对应的MTC设备的信令接入到网络、和/或拒绝该MTC组标识对应的MTC设备的数据通过网络；基站从MTC设备发起的RRC连接建立请求消息所携带的TMSI中获取MTC组标识，并根据所获取的MTC组标识，以及过载开始消息中携带的MTC组标识，对MTC设备进行接入控制。

通过本发明的方法和系统，实现了对MTC设备的分组标识，并通过该分组标识实现了对MTC设备在组粒度上的控制；通过对MTC设备在组粒度上的过载控制，能够有效降低核心网的负荷，且对核心网的过载控制不会影响正常的人与人通信业务。

附图说明

图1为现有技术中EPS的系统架构示意图；

图2为现有技术中核心网过负荷控制的示意图；

图3为本发明中MTC组标识在TMSI中的嵌入示意图；

图4为本发明一种MTC设备的分组标识方法流程图；

图5为本发明一种MTC设备的过载控制方法流程图；

图6为本发明实施例一的过载控制方法流程图；

图7为本发明实施例二的过载控制方法流程图。

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方案进一步详细阐述。

为实现对MTC设备的分组标识，并通过该分组标识实现对MTC设备在组粒度上的控制，本发明首先提供了一种MTC设备的分组标识方法，包括：

首先，核心网网元根据以下至少一种信息对MTC设备进行分组，并分配MTC组标识：

MTC设备签约的接入点名称(APN，Access Point Name)、MTC设备在信令中携带的APN、MTC设备签约的MTC组、MTC服务器提供的MTC设备所属的MTC组、MTC服务器提供的MTC应用信息、PCRF提供的MTC应用或MTC组信息；

然后，核心网网元在为MTC设备分配临时移动用户标识(TMSI，TemporaryMobile Subscriber Identity)时，将MTC组标识(MTC Classification ID)嵌入该TMSI中。

在全球唯一临时标识(GUTI，Globally Unique Temporary Identity)、或者缩短临时标识(S-TMSI，Shorted Temporary Mobile Subscriber Identity)的TMSI中嵌入MTC组标识，如图3所示，MTC组标识可以占用1个以上的字节，图3中26bit位到16bit位共8个比特都可以表示MTC组标识。另外，本发明中的TMSI包括了：MME临时移动用户标识(M-TMSI，MME Temporary MobileSubscriber Identity)、分组域临时移动用户标识(P-TMSI，Packet TemporaryMobile Subscriber Identity)。MTC设备可以通过以下消息携带APN：附着请求消息、跟踪域更新请求消息或路由区更新请求消息等等。

本发明中所述的核心网网元包括：MME、服务GPRS支持节点(SGSN，Servicing GPRS Support Node)等等。以MME为例，MME分配MTC组标识的方法如图4所示，具体包括以下步骤：

步骤401，UE(包括MTC设备)向MME发起附着请求消息。

步骤402，MME获知该UE属于MTC设备，则根据其附着请求消息中携带的APN、或签约的APN、或签约的MTC组、或MTC服务器提供的MTC设备所属的MTC组、或MTC服务器提供的MTC应用信息、或PCRF提供的MTC应用或MTC组信息，对该MTC设备进行分组，赋予其相应的MTC组标识，并将该MTC组标识嵌入在为MTC设备分配的TMSI中，如图3所示。

步骤403，在为MTC设备分配了TMSI之后，MME下发附着接受消息给MTC设备，该消息中携带新分配的TMSI(其中包含MTC组标识)，以及对应MTC组标识的掩码。

步骤404，在收到MME新分配的TMSI，以及对应MTC组标识的掩码后，MTC设备保存该TMSI和掩码，并发送附着完成消息给MME。

对应该MTC设备的分组标识方法，本发明还提供了一种核心网网元，包括：MTC设备分组模块、MTC组标识分配模块和MTC组标识发送模块。其中，MTC设备分组模块，用于根据以下至少一种信息对所述MTC设备进行分组，并分配MTC组标识：MTC设备签约的APN、MTC设备在信令中携带的APN、MTC设备签约的MTC组、MTC服务器提供的MTC设备所属的MTC组、MTC服务器提供的MTC应用信息、PCRF提供的MTC应用或MTC组信息。MTC组标识分配模块，用于在为该MTC设备分配TMSI时，将所分配的MTC组标识嵌入TMSI中。MTC组标识发送模块，用于将嵌入MTC组标识的TMSI发送给该MTC设备进行存储。

基于上述MTC设备的分组标识方法，为实现对MTC设备在组粒度上的控制，本发明还提供了一种MTC设备的过载控制方法，如图5所示，主要包括以下步骤：

步骤501，核心网出现过载时，核心网网元(MME或SGSN)获知是由于某个MTC组的应用造成了网络拥塞，该应用对应了某个MTC组标识，则选择该MTC组标识，拒绝对应组的MTC设备接入。

步骤502，核心网网元向基站发送过载开始消息，该过载开始消息中携带对应MTC组的MTC组标识，并指示拒绝该MTC组标识对应的MTC设备的信令接入到网络、和/或拒绝该MTC组标识对应的MTC设备的数据通过网络。也就是说，核心网网元通过该过载开始消息，通知基站为了减轻网络中的负载所应采取的措施，该过载开始消息的内容可以是：拒绝指定MTC组标识的MTC设备的信令接入到网络、和/或拒绝指定MTC组标识的MTC设备的数据通过网络。

随后，基站在接收到MTC设备发起的RRC连接建立请求消息时，从该消息所携带的TMSI中获取MTC组标识，并根据获取的MTC组标识，以及过载开始消息中携带的MTC组标识，对相应的MTC设备进行接入控制。具体为：基站将从RRC连接建立请求消息中获取的MTC组标识，与过载开始消息中携带的MTC组标识进行匹配，如果匹配成功，则表明对应的MTC设备属于拒绝接入的MTC组，从而拒绝该MTC设备的接入；否则，表明对应的MTC设备不属于拒绝接入的MTC组，从而允许该MTC设备的接入。其中，根据核心网网元的指示，该拒绝接入包括：拒绝MTC设备的信令接入到网络、和/或拒绝MTC设备的数据通过网络。

本发明所述的基站包括RNC、eNB等等。如图6所示，为MME在进行过载控制时，指定eNB拦截属于某个MTC组的所有无线连接请求的流程图，主要包括以下步骤：

步骤601，MME在获知由于某个MTC组的应用造成网络拥塞时，向eNB发送过载开始消息，并在该消息中携带对应该MTC组的MTC组标识，指示拒绝该MTC组标识对应的MTC设备的信令接入到网络、和/或拒绝该MTC组标识对应的MTC设备的数据通过网络。eNB对MME发送的MTC组标识和指示信息进行存储。

步骤602，MTC设备向eNB发送RRC连接建立请求消息。

步骤603，eNB根据RRC连接建立请求消息中携带的TMSI所包含的MTC组标识，对该MTC设备进行接入控制，具体接入控制方法如前述步骤502中所述，此处不再赘述。

需要说明的是，MTC设备向eNB发送RRC连接建立请求消息中包含有用以指示该RRC连接建立请求消息是信令RRC连接建立请求，还是数据RRC连接建立请求的标识，eNB根据该标识进行识别，从而根据过载控制的指示信息，执行拒绝信令接入网络、和/或拒绝数据通过网络的过载控制。

另外，eNB从TMSI中获取MTC组标识的方法具体为：eNB收到MTC设备发来的RRC连接请求消息后，获取其中的TMSI标识，根据RRC连接请求消息中的特定标识，可以获知该消息的UE ID中携带了MTC组标识，则根据对应的掩码从TMSI中获取MTC组标识。该掩码是一个二进制的数，掩码与TMSI进行与操作之后，所得结果左移设定的位数之后，即获得了MTC组标识。如图3中，MTC组标识占用了23-16比特位，则掩码为FF00(16进制表示)，掩码进行与操作之后，左移8位获得MTC组标识。需要说明的是，上述MTC组标识对应的掩码既可以在前述步骤404中，由核心网网元发送给MTC设备后，再由MTC设备通过RRC连接建立请求消息发送给eNB；当然，也可以不通过MTC设备发送，而直接配置在eNB上。

步骤604，eNB向MTC设备返回RRC连接建立请求应答消息。

对应上述MTC设备的过载控制方法，本发明还提供了一种MTC设备的过载控制系统，包括：核心网网元和基站。其中，核心网网元，用于在获知核心网发生过载时，向基站发送过载开始消息，该过载开始消息中携带MTC组标识，并指示拒绝该MTC组标识对应的MTC设备的信令接入到网络、和/或拒绝该MTC组标识对应的MTC设备的数据通过网络。基站，用于从MTC设备发起的RRC连接建立请求消息所携带的TMSI中获取MTC组标识，并根据所获取的MTC组标识，以及过载开始消息中携带的MTC组标识，对该MTC设备进行接入控制。具体的：将从RRC连接建立请求消息中获取的MTC组标识，与过载开始消息中携带的MTC组标识进行匹配，在匹配成功时，拒绝MTC设备的接入；在匹配失败时，允许MTC设备的接入。

再如图7所示，为寻呼响应时的接入控制流程图，主要包括以下步骤：

步骤701，核心网需要向某个MTC设备传输下行数据时，MME通过eNB向MTC设备发送寻呼消息。在MME向eNB发送的寻呼消息中携带TMSI，且TMSI中包含MTC组标识，并指示拒绝该MTC组标识对应的MTC设备的信令接入到网络、和/或拒绝该MTC组标识对应的MTC设备的数据通过网络；eNB需要对MTC组标识和该指示信息进行存储。

步骤702，MTC设备与eNB之间建立RRC连接，MTC终端向eNB发送RRC连接建立请求消息或直传(Direct Transfer)消息，该消息中承载了MTC组标识，该MTC组标识包含在TMSI中；eNB根据预先配置的规则(掩码)，从TMSI中获取MTC组标识。

步骤703，eNB根据RRC连接建立请求消息中携带的TMSI所包含的MTC组标识，对该MTC设备进行接入控制。

步骤704，如果eNB允许MTC设备接入，那么eNB向MTC设备返回RRC连接建立请求应答消息。

综上所述，通过本发明实现了对MTC设备的分组标识，并通过该分组标识实现了对MTC设备在组粒度上的控制；通过对MTC设备在组粒度上的过载控制，能够有效降低核心网的负荷，且对核心网的过载控制不会影响正常的人与人通信业务。另外，基站可以直接从无线接入层消息中所包含的TMSI中获得MTC组标识，而不必解析NAS消息中所可能携带的MTC组标识，这也简化了基站的操作。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种机器类型通信(MTC)设备的过载控制方法，其特征在于，该方法包括：

在获知核心网发生过载时，核心网网元向基站发送过载开始消息，所述过载开始消息中携带MTC组标识，并指示拒绝所述MTC组标识对应的MTC设备的信令接入到网络、和/或拒绝所述MTC组标识对应的MTC设备的数据通过网络；

所述基站从MTC设备发起的无线资源控制(RRC)连接建立请求消息所携带的临时移动用户标识(TMSI)中获取MTC组标识，并根据所获取的MTC组标识，以及所述过载开始消息中携带的MTC组标识，对所述MTC设备进行接入控制。

2.根据权利要求1所述MTC设备的过载控制方法，其特征在于，所述根据所获取的MTC组标识，以及过载开始消息中携带的MTC组标识，对MTC设备进行接入控制，具体为：

所述基站将从RRC连接建立请求消息中获取的MTC组标识，与所述过载开始消息中携带的MTC组标识进行匹配，如果匹配成功，则拒绝所述MTC设备的接入；否则，允许所述MTC设备的接入。

3.根据权利要求1或2所述MTC设备的过载控制方法，其特征在于，在核心网发生过载之前，该方法进一步包括：

所述核心网网元根据以下至少一种信息对所述MTC设备进行分组，并分配MTC组标识：

MTC设备签约的接入点名称(APN)、MTC设备在信令中携带的APN、MTC设备签约的MTC组、MTC服务器提供的MTC设备所属的MTC组、MTC服务器提供的MTC应用信息、策略和计费规则功能实体(PCRF)提供的MTC应用或MTC组信息；

所述核心网网元在为所述MTC设备分配TMSI时，将所述MTC组标识嵌入所述TMSI中发送给所述MTC设备。

4.一种MTC设备的过载控制系统，其特征在于，该系统包括：

核心网网元，用于在获知核心网发生过载时，向基站发送过载开始消息，所述过载开始消息中携带MTC组标识，并指示拒绝所述MTC组标识对应的MTC设备的信令接入到网络、和/或拒绝所述MTC组标识对应的MTC设备的数据通过网络；

基站，用于从MTC设备发起的RRC连接建立请求消息所携带的TMSI中获取MTC组标识，并根据所获取的MTC组标识，以及所述过载开始消息中携带的MTC组标识，对所述MTC设备进行接入控制。

5.根据权利要求4所述MTC设备的过载控制系统，其特征在于，所述基站进一步用于，将从RRC连接建立请求消息中获取的MTC组标识，与所述过载开始消息中携带的MTC组标识进行匹配，在匹配成功时，拒绝所述MTC设备的接入；在匹配失败时，允许所述MTC设备的接入。

6.根据权利要求4或5所述MTC设备的过载控制系统，其特征在于，所述核心网网元包括：MTC设备分组模块、MTC组标识分配模块和MTC组标识发送模块，其中，

所述MTC设备分组模块，用于根据以下至少一种信息对所述MTC设备进行分组，并分配MTC组标识：MTC设备签约的APN、MTC设备在信令中携带的APN、MTC设备签约的MTC组、MTC服务器提供的MTC设备所属的MTC组、MTC服务器提供的MTC应用信息、PCRF提供的MTC应用或MTC组信息；

所述MTC组标识分配模块，用于在为所述MTC设备分配TMSI时，将所分配的MTC组标识嵌入所述TMSI中；

所述MTC组标识发送模块，用于将嵌入MTC组标识的TMSI发送给所述MTC设备进行存储。

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