CN102045777A - 用于蜂窝网的高效机器类通信接入控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于蜂窝网的高效机器类通信接入控制方法，它属于移动通信技术领域，主要解决现有接入控制方法在实现机器类通信时，会对网络中原有业务造成大量阻塞的问题。其实现步骤为：(1)当有新接入请求到达时，根据业务识别号，由基站判断业务类型；(2)基站对判断出的时延容忍型DT新呼叫业务、非时延容忍型NDT新呼叫业务和切换业务这三种不同类型的业务进行不同的接入控制处理；(3)当有业务结束时，基站对时延容忍型DT业务缓存区中的业务进行处理。本发明能减少机器类通信对蜂窝网中原有业务的不利影响，降低业务阻塞率，提高无线资源利用率。

Description

用于蜂窝网的高效机器类通信接入控制方法

技术领域

本发明属于移动通信技术领域，涉及无线信道资源的动态分配方法，特别涉及一种适用于蜂窝网的高效机器类通信的接入控制方法，可用于对蜂窝网中各类业务进行接入准许或拒绝处理。

背景技术

机器类通信MTC是一种新兴的通信类型，通信的实体不仅包括人，也包括巨量的机器类终端，因此机器类通信和人与人通信H2H共存将成为未来蜂窝移动通信的一大特征。与传统的H2H相比，机器类通信有许多新特点，如海量终端、迟延容忍、时控性、低移动性、低频率小量数据传输等，不同的具体MTC应用会对应不同的MTC特点。

由于蜂窝网具有覆盖范围大、技术成熟的特点，利用蜂窝网实现大规模MTC是一种很好的方案。但是现有的蜂窝系统是基于人与人之间通信规则设计的，因此大量的MTC应用到蜂窝系统中时，会对原有H2H业务产生影响，如带宽资源紧张、网络阻塞增加，因此，充分利用MTC的特征，在实现MTC的同时，还要保证原H2H业务的质量，是未来蜂窝通信系统的目标。

H2H业务包括语音、数据等业务，语音业务对时延很敏感，具有实时性，数据业务可以容忍一定的时延。MTC业务根据具体业务的特点，可分为时延容忍DT型MTC业务和非时延容忍NDT型业务。

接入控制是一种无线资源管理策略，当有新的接入请求产生时，会根据当前通信系统负载情况和呼叫用户的服务质量QoS要求，采取一定接入控制算法，进行信道资源分配，接入或拒绝该请求，既要保证系统中已存在连接的QoS要求，又要尽量提高系统资源利用率。

现有蜂窝网的接入控制机制是针对人与人通信H2H规则设计，将网络中的接入请求分为新呼叫接入请求和切换接入请求，规定切换接入请求优先级更高，在网络中预留一部分的资源专供切换业务使用，保证越区切换业务的服务质量QoS。

以采用WCDMA技术的3G蜂窝网为例，目前采用的接入控制方法主要有基于干扰的接入控制方法、基于功率的接入控制方法等，这些方法都是设定一个阈值，当系统未超过阈值时，可以接入新业务，当超过阈值时，会拒绝新业务的接入，并且对本地新呼叫业务和跨小区切换业务的接入控制采用不同的阈值，把网络资源分为一般可用资源和切换预留资源，其中切换预留资源只允许切换业务使用。这些常规的接入控制方法主要针对的是蜂窝网中原H2H业务，并没有考虑到新兴的MTC的通信特点，因此当大量的MTC应用于蜂窝网中，采用这些常规的接入控制方法会造成原H2H业务的大量阻塞，影响H2H用户的正常通信，降低基站无线资源利用率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于蜂窝网的高效机器类通信接入控制方法，以实现MTC与H2H的共存，降低阻塞率，提高网络无线资源利用率。

为实现上述目的，本发明的接入控制方法，包括以下步骤：

(1)当有新接入请求到达时，基站根据接入请求信息中携带的业务识别号，判断业务类型，确定该业务类型，该业务识别号对应时延容忍型DT新呼叫业务、非时延容忍型NDT新呼叫业务和切换业务；

(2)如果业务是DT新呼叫业务，基站根据该业务信息和网络负载状况，做出判断：如果当前网络的全部可用空闲资源满足该业务的接入需求，则接入该DT业务；否则，将该接入请求挂起，等待基站处理；

(3)如果业务是NDT新呼叫业务或切换业务，基站根据该业务信息和网络负载状况，作出判断：如果网络中有足够资源供该业务接入，则接入该业务；如果网络中没有足够资源，但是中断某些DT业务能释放出足够资源供该业务接入，则选择能释放出足够资源的DT业务主动中断、挂起，接入新业务；如果网络中既没有足够资源，也不能中断DT业务释放足够资源，则拒绝该业务；

(4)当有业务结束时，基站对DT业务缓存区中的接入请求和临时中断业务进行处理，先删除超出可容忍时延的业务信息，然后在剩余业务中选取可容忍时延余量最短的业务进行接入判断：如果网络全部可用空闲资源不能满足该业务的接入要求，则结束对DT业务缓存区的处理；如果网络全部可用空闲资源满足该业务的接入要求，则接入该业务，在剩余业务中继续寻找下一个可容忍时延余量最短的业务进行处理。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)本发明充分利用DT业务的时延容忍特性和可中断性，在网络繁忙时对DT业务挂起、中断和基站主动呼叫，可以利用网络空闲资源传输DT业务，降低DT业务阻塞率，提高了网络资源利用率；

(2)本发明规定可以通过中断DT业务来释放资源供NDT型H2H业务和切换业务使用，降低了在蜂窝网中MTC对原H2H业务的不利影响，保证了原H2H业务质量；

(3)本发明由于规定了DT业务可以使用网络中的切换预留资源，在不影响切换业务的前提下提高了DT业务的通过率，提高了网络资源利用率。

附图说明

图1是本发明的接入控制总流程图；

图2是本发明对DT新呼叫业务接入请求处理的子流程图；

图3是本发明对NDT新呼叫/切换业务接入请求处理的子流程图；

图4是本发明对DT业务缓存区挂起业务处理的子流程图；

图5是用现有接入控制和本发明对网络中所有业务的总阻塞率仿真对比；

图6是用现有接入控制和本发明对网络中DT业务的阻塞率仿真对比。

具体实施方式

参照图1，本发明的接入控制方法可分为以下三个步骤：

步骤1，根据业务的接入请求判断业务类型。

业务类型的判断依据是接入请求信息中的业务标示号，业务的接入请求有规范的数据包格式，数据包中包括物理层信息开销、多址接入层信息开销和业务信息，业务信息包括业务产生的时刻、业务发起终端的地址或识别编号、业务的目的地址、业务类型标示号、业务占用资源的估计值R_new等信息；业务标示号标记了该业务的具体类型，当业务的接入请求到达后，根据业务标示号，基站可以判别出该业务是属于时延容忍型DT新呼叫业务、非时延容忍型NDT新呼叫业务还是切换业务；其中，DT业务主要是时延容忍型机器类通信MTC业务，NDT业务包括实时性的人与人通信H2H业务和非时延容忍型MTC业务，切换业务包括H2H的切换业务和MTC的切换业务。

步骤2，根据业务的不同类型，进行不同的接入控制。

A.对业务为DT新呼叫业务的接入控制

参照图2，DT新呼叫业务的接入控制步骤如下：

A1.基站从接入请求数据包携带的业务信息中得该业务占用资源的估计值R_new，并访问业务记录器，业务记录器用来实时记录当前时刻处于连接状态业务的信息，如业务的接入请求到达时刻、标识号、占用资源和可容忍时延参数；如果处于连接状态的业务发生变化，就要及时更新业务记录器，把业务记录器中所有业务占用资源相加，可得出网络中已经被使用的资源总量R_uesd，该R_uesd包括DT新呼叫业务、NDT新呼叫业务和切换业务所占资源总和；

A2.基站根据当前系统中的蜂窝小区网络中无线资源总量R_C、网络中已经被使用的资源总量R_uesd和新呼叫业务占用资源的估计值R_new的关系，做出如下判断：

(A21)如果R_uesd+R_new≤R_C，则认为当前网络空闲资源满足新业务的接入条件，基站接入该业务，并将业务信息更新至业务记录器；

(A22)如果R_uesd+R_new＞R_C，则认为当前网络空闲资源不满足新业务的接入条件，把接入请求挂起，并把业务信息更新至时延容忍DT业务缓存区，等待基站有空闲资源时再处理，该DT业务缓存区用来临时存储被挂起的DT业务信息，如业务的接入请求到达时刻、标识号、占用资源和可容忍时延参数；

B.对业务为NDT新呼叫业务的接入控制

参照图3，NDT新呼叫业务的接入控制步骤如下：

B1.基站从接入请求数据包携带的业务信息中得到该业务占用资源的估计值R_new值，并访问业务记录器，计算出网络中已使用资源R_uesd和非中断性业务所占资源∑R_NCUT，该∑R_NCUT包括处于连接状态的NDT新呼叫业务和切换业务所占资源；

B2.基站根据网络中无线资源总量R_C、切换预留资源R_hdr、新呼叫业务占用资源的估计值R_new、网络中已使用资源R_uesd和非中断性业务所占资源∑R_NCUT的关系，做出如下判断：

(B21)如果∑R_NCUT+R_new≤R_C-R_hdr且R_used+R_new≤R_C，则认为网络中有足够空闲资源供该业务接入，则接入该新呼叫业务，把业务信息更新至业务记录器；

(B22)如果∑R_NCUT+R_new≤R_C-R_hdr且R_used+R_new＞R_C，则认为网络中没有足够空闲资源，由于中断某些DT业务要释放出足够资源供该业务接入，故对网络中处于连接状态的DT业务按照所占资源量进行排队，将占用资源最多的DT业务排在队首；从队首开始，选择n个业务，n是可以释放出足够资源的DT业务连接数，要尽可能小；基站把选择的n个DT业务主动中断、挂起，将业务信息从业务记录器转存至DT业务缓存区，等待基站有空闲资源时再处理，并接入NDT新呼叫业务，并将该新呼业务信息更新至业务记录器；

(B23)如果∑R_NCUT+R_new＞R_C-R_hdr，则认为网络中既没有足够空闲资源，也不能中断DT业务释放足够资源，拒绝该新呼叫业务。

C.对业务为切换业务的接入控制

参照图3，切换业务的接入控制步骤如下：

C1.基站从接入请求数据包携带的业务信息中得到该业务占用资源的估计值R_new值，访问业务记录器，计算出网络中已使用资源R_uesd和非中断性业务所占资源∑R_NCUT值；

C2.基站根据网络中无线资源总量R_C、网络中已使用资源R_uesd、新切换业务占用资源的估计值R_new和非中断性业务所占资源∑R_NCUT的关系，做出判断：

(C21)如果∑R_NCUT+R_new≤R_C且R_used+R_new≤R_C，则认为网络中有足够空闲资源供该业务接入，则接入该切换业务，将其业务信息更新至业务记录器；

(C22)如果∑R_NCUT+R_new≤R_C且R_used+R_new＞R_C，则认为网络中没有足够空闲资源，由于中断某些DT业务要释放出足够资源供该业务接入，故对网络中处于连接状态的DT业务按照所占资源量进行排队，将占用资源最多的DT业务排在队首；从队首开始，选择n个业务，n是可以释放出足够资源的DT业务连接数，要尽可能小；基站把选择的n个DT业务主动中断、挂起，将业务信息从业务记录器转存至DT业务缓存区，等待基站有空闲资源时再处理，并接入切换业务，将该切换业务信息更新至业务记录器；

(C23)如果∑R_NCUT+R_new＞R_C，则认为网络中既没有足够空闲资源，也不能中断DT业务释放足够资源，拒绝该切换业务。

步骤3，基站对DT业务缓存区中挂起业务的处理。

参照图4，步骤3中基站对DT业务缓存区中挂起业务进行处理的过程如下：

3A)当有业务结束时，基站更新业务记录器，把已结束业务的业务信息删除；

3B)基站访问DT业务缓存区，对其中的业务进行逐一判断，如果从业务的接入请求到达时刻到当前时刻的时间长度，已经超过了该业务的可容忍时延，则认为该业务已经超时，删除DT业务缓存区中超时业务的信息；

3C)判断DT业务缓存区中剩余业务数是否为零，如果剩余业务数为零，基站结束对DT业务缓存区的处理；如果剩余业务数不为零，转步骤3D)；

3D)基站在DT业务缓存区的剩余业务中，查找出可容忍时延余量最小的业务，该可容忍时延余量是在当前时刻业务的剩余可容忍时延；

3E)基站从DT业务缓存区得到该业务占用资源的估计值R_DT值，访问业务记录器，计算出网络中已使用资源R_uesd值；

3F)基站根据网络中已使用资源R_uesd、最小剩余时延业务占用资源的估计值R_DT网络中无线资源总量R_C的关系，做出判断：

(3F1)如果R_uesd+R_DT≤R_C，认为当前网络全部可用空闲资源满足接入该最小剩余时延业务的条件，基站根据DT业务缓存区中存储的该业务的信息，主动发起呼叫建立连接，把该业务信息从DT业务缓存区转存至业务记录器，然后转步骤3C)；

(3F2)如果R_uesd+R_DT＞R_C，认为当前网络全部可用空闲资源不满足接入最小剩余时延业务的条件，基站结束对DT业务缓存区的处理。

本发明方法的优点可以通过仿真结果进一步说明：

1、仿真场景

在一个蜂窝小区的基站覆盖范围内，同时存在迟延容忍型DT业务和非迟延容忍型NDT业务，DT业务主要是机器类通信MTC中具有时延容忍特性的业务，NDT业务主要是人与人通信H2H的语音业务，这两类业务的总业务量各占蜂窝小区网络总容量的40％。

2、仿真内容及结果

仿真内容是当网络处于繁忙状态时，分别采用现有接入控制方法和本发明提出的新接入控制方法，比较这两种方法的业务阻塞率。业务阻塞率又分为网络中所有业务的总阻塞率和NDT业务阻塞率，对网络中所有业务的总阻塞率的仿真结果如图5所示，NDT业务阻塞率的仿真结果如图6所示。

从图5可见，本发明的接入控制方法能有效降低网络中所有业务的总阻塞率，提高了网络无线资源利用率。

从图6可见，本发明接入控制方法能有效降低NDT业务的阻塞率，有效减少了实现机器类通信对原蜂窝业务的不利影响。

Claims (5)

1.一种用于蜂窝网的高效机器类通信接入控制方法，包括以下步骤：

(1)当有新接入请求到达时，基站根据接入请求信息中携带的业务识别号，判断业务类型，确定该业务类型，该业务识别号对应时延容忍型DT新呼叫业务、非时延容忍型NDT新呼叫业务和切换业务；

(2)如果业务是DT新呼叫业务，基站根据该业务信息和网络负载状况，做出判断：如果当前网络的全部可用空闲资源满足该业务的接入需求，则接入该DT业务；否则，将该接入请求挂起，等待基站处理；

(3)如果业务是NDT新呼叫业务或切换业务，基站根据该业务信息和网络负载状况，作出判断：如果网络中有足够资源供该业务接入，则接入该业务；如果网络中没有足够资源，但是中断某些DT业务能释放出足够资源供该业务接入，则选择能释放出足够资源的DT业务主动中断、挂起，接入新业务；如果网络中既没有足够资源，也不能中断DT业务释放足够资源，则拒绝该业务；

(4)当有业务结束时，基站对DT业务缓存区中的接入请求和临时中断业务进行处理，先删除超出可容忍时延的业务信息，然后在剩余业务中选取可容忍时延余量最短的业务进行接入判断：如果网络全部可用空闲资源不能满足该业务的接入要求，则结束对DT业务缓存区的处理；如果网络全部可用空闲资源满足该业务的接入要求，则接入该业务，在剩余业务中继续寻找下一个可容忍时延余量最短的业务进行处理。

2.根据权利要求1所述的接入控制方法，其中，步骤(2)所涉及的网络全部可用空闲资源，是指网络中一般可用资源和切换预留资源中空闲的部分。

3.根据权利要求1所述的接入控制方法，其中，步骤(2)中所涉及的对新DT业务接入请求的挂起，是指暂时不接入该业务，把接入请求中携带的业务信息如业务识别号、占用资源量和可容忍时延，存入DT业务缓存区，等待基站以后处理。

4.根据权利要求1所述的接入控制方法，其中，步骤(4)中所涉及的可容忍时延，是DT业务成功传输时所允许的等待与传输总时间最大值。

5.根据权利要求1所述的接入控制方法，其中，步骤(4)中所涉及的超出可容忍时延，是指对新请求接入DT业务或中断挂起DT业务来说，从该业务的接入请求到达时刻到当前时刻的时间长度，已经超过了该业务的可容忍时延。

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