CN102056247B - 一种限制mtc设备组最大比特率的方法和接入网关 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种限制机器类型通信(MTC)设备组最大比特率的方法，包括：接入网关对MTC设备的最大比特率进行按组统计；接入网关根据统计的MTC设备组的最大比特率对MTC设备的接入进行控制。本发明还公开了一种接入网关。通过本发明的方法和接入网关，实现了按组对MTC设备进行最大比特率的控制。

Description

一种限制MTC设备组最大比特率的方法和接入网关
技术领域
本发明涉及移动通信中的服务质量(QoS)控制技术，尤其涉及一种限制机器类型通信(MTC)设备组最大比特率的方法和接入网关。
背景技术
在现有技术中，演进的分组系统(EPS，Evolved Packet System)的架构示意图，如图1所示，第三代合作伙伴计划(3GPP，3rd Generation PartnershipProject)的EPS由演进的通用移动通信系统陆地无线接入网(E-UTRAN，EvolvedUniversal Terrestrial Radio Access Network)、移动管理单元(MME，MobilityManagement Entity)、服务网关(S-GW，Serving Gateway)、分组数据网络网关(P-GW，Packet Data Network Gateway)、归属用户服务器(HSS，HomeSubscriber Server)、策略和计费规则功能实体(PCRF，Policy and Charging RulesFunction)、支持GPRS服务结点(SGSN，Serving GPRS Supporting Node)及其他支撑节点组成。其中，核心网部分称为分组核心演进(EPC，Evolved PacketCore)。
在图1中，MME负责移动性管理、非接入层信令的处理、以及用户移动管理中上下文的管理等控制面的相关工作；S-GW是与E-UTRAN相连的接入网关设备，在E-UTRAN和P-GW之间转发数据，并且负责对寻呼等待数据进行缓存；P-GW则是EPS与分组数据网络(PDN，Packet Data Network)的边界网关，负责PDN的接入及在EPS与PDN间转发数据等功能；PCRF是策略和计费规则功能实体，它通过接收接口Rx和运营商网络协议(IP，Internet Protocol)业务网络相连，获取业务信息，此外，它还可以通过Gx接口与网络中的网关设备相连，负责发起IP承载的建立，保证业务数据的服务质量(QoS，Qualityof Service)，并进行计费控制。SGSN为通用移动通信系统(UTMS，UniversalMobile Telecommunications System)/GSM系统中核心网分组域设备的重要组成部分，主要完成分组数据包的路由转发、移动性管理、会话管理、逻辑链路管理、鉴权和加密、话单产生和输出等功能。UTRAN和GSM/EDGE无线接入网络(GERAN，GSM EDGE Radio Access Network)可通过SGSN接入网关设备接入到EPS中。
图2为UTMS的系统架构图，UTMS网络由UTRAN、SGSN、GPRS网关支持节点(GGSN，Gateway GPRS Support Node)和归属位置寄存器(HLR，Home Location Register)组成。SGSN为本SGSN服务区域的终端分组数据包进行路由和转发功能，并对终端进行移动性管理等；GGSN提供数据包在通用分组无线业务(GPRS，General Packet Radio Service)网和外部数据网之间的路由和封装；PDN为用户提供业务的网络；HLR用于存储用户签约数据。SGSN与UTRAN之间使用Iu-PS接口通信，通过这个接口，SGSN完成与UTRAN系统、终端之间的通信，以完成分组数据传送、移动性管理和会话管理方面的功能；SGSN与GGSN之间通过Gn接口完成IP信道的建立、释放和控制等功能；SGSN通过Gr接口从HLR取得关于终端的数据，HLR保存GPRS用户数据和路由信息；Gi接口是GPRS与外部分组数据网之间的接口。GPRS通过Gi接口和各种公众分组网，如Internet或综合业务数字网(ISDN，Integrated ServicesDigital Network)，实现互联；在Gi接口上需要进行协议的封装/解封装、地址转换(如私有网IP地址转换为公有网IP地址)、用户接入时的鉴权和认证等操作。
M2M狭义上的定义是机器到机器的通信，广义上的定义是以机器终端智能交互为核心的、网络化的应用与服务。M2M是基于智能机器终端，以多种通信方式为接入手段，为客户提供的信息化解决方案，用于满足客户对监控、指挥调度、数据采集和测量等方面的信息化需求。
无线技术的发展是M2M市场发展的重要因素，它突破了传统通信方式的时空限制和地域障碍，使企业和公众摆脱了线缆束缚，让客户更有效地控制成本、降低安装费用并且使用简单方便。另外，日益增长的需求推动着M2M不断向前发展：与信息处理能力及网络带宽不断增长相矛盾的是，信息获取的手段远远落后。而M2M很好满足了人们的这一需求，通过它人们可以实时监测外部环境，实现大范围、自动化的信息采集。因此，M2M可以应用于行业应用、家庭应用、个人应用等。行业应用如：交通监控、告警系统、海上救援、自动售货机、开车付费等。家庭应用如：自动抄表、温度控制等。个人应用如：生命检测、远端诊断等。
M2M的通信对象为机器对机器，人对机器。一个或多个机器之间的数据通信定义为机器类型通信(MTC，Machine Type Communication)，这种情况下较少需要人机互动。参与MTC的机器，定义为MTC设备。MTC设备是MTC用户的终端，可通过公众陆地移动通信网(PLMN，Public LandMobile-communication Network)与MTC设备、MTC服务器进行通信。MTC UE为MTC设备附带的功能块，该功能块用于将MTC设备接入到EPS系统。如图3所示，为现有技术中MTC UE通过EUTRAN接入EPS的示意图。如图4所示，为现有技术中MTC UE通过UTRAN接入UTMS的示意图。
目前，网络中的最大比特率是通过QoS控制，且QoS控制包含业务流级别的QoS控制和IP接入网(IP-CAN)承载级别的QoS控制两大类。业务流级别的QoS控制是针对单个业务流来向策略和计费执行功能实体(PCEF，Policy andCharging Enforcement Function)下发授权QoS信息，这些授权QoS信息可通过QoS签约信息以及定义的策略规则综合得出，其中规则可基于业务定义、签约信息定义，或者在策略和计费规则功能实体(PCRF，Policy and Charging RulesFunction)上进行预定义。而IP-CAN承载级别的QoS控制，则是按照分组数据协议(PDP，Packet Data Protocol)上下文级别进行QoS控制。由于同一个MTC设备组可能有多个业务流或多个IP-CAN承载。因此，当前的这种按业务流/IP-CAN承载级别的QoS控制，并不适用于MTC设备按组进行最大比特率的控制。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种限制MTC设备组最大比特率的方法和接入网关，以实现按组对MTC设备进行最大比特率的控制。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
本发明提供了一种限制MTC设备组最大比特率的方法，该方法包括：
接入网关对机器类型通信(MTC)设备的最大比特率进行按组统计；
所述接入网关根据统计的MTC设备组的最大比特率对MTC设备的接入进行控制。
所述对MTC设备的最大比特率进行按组统计，具体为：
所述接入网关将已接入的MTC设备按组别标识进行分组，将组别标识相同的MTC设备分为一组，并将同组内的MTC设备的最大比特率进行累加统计。
所述根据统计的MTC设备组的最大比特率对MTC设备的接入进行控制，具体为：
所述接入网关根据请求接入的MTC设备的组别标识，查找自身所存储的对应组别，将所查找到的组别中累加统计的最大比特率与所述请求接入的MTC设备的最大比特率之和，与预设的最大比特率门限值进行比较，判断所述最大比特率之和是否超出预设的最大比特率门限值；如果超出，则拒绝所述MTC设备的接入；否则，允许所述MTC设备的接入。
该方法进一步包括：如果拒绝所述MTC设备的接入，则所述接入网关向MTC设备返回拒绝的原因值。
在演进的分组系统(EPS)中，所述接入网关为分组数据网络网关(P-GW)；在通用移动通信系统(UTMS)中，所述接入网关为通用分组无线业务(GPRS)网关支持节点(GGSN)。
本发明还提供了一种接入网关，包括：
统计存储模块，用于对MTC设备的最大比特率进行按组统计并存储；
接入控制模块，用于根据统计的MTC设备组的最大比特率对MTC设备的接入进行控制。
所述统计存储模块进一步用于，将已接入的MTC设备按组别标识进行分组，将组别标识相同的MTC设备分为一组，并将同组内的MTC设备的最大比特率进行累加统计。
所述接入控制模块进一步包括：
接收子模块，用于接收所述MTC设备接入的请求，并从所述请求中提取所述MTC设备的组别标识和最大比特率；
比较子模块，用于根据请求接入的MTC设备的组别标识，查找所述接入网关存储的对应组别，将所查找到的组别中累加统计的最大比特率与所述请求接入的MTC设备的最大比特率之和，与预设的最大比特率门限值进行比较，判断所述最大比特率之和是否超出预设的最大比特率门限值；如果超出，则拒绝所述MTC设备的接入；否则，允许所述MTC设备的接入。
所述接入控制模块进一步用于，在拒绝所述MTC设备的接入时，向MTC设备返回拒绝的原因值。
在EPS中所述接入网关为P-GW；在UTMS中所述接入网关为GGSN。
本发明所提供的一种限制MTC设备组最大比特率的方法和接入网关，对MTC设备的最大比特率进行按组统计，并根据统计的MTC设备组的最大比特率对MTC设备的接入进行控制。通过本发明，可实现网络分组对MTC设备的QoS控制(最大比特率的控制)，而不是对单个的设备进行QoS控制；从而通过本发明的资源分配更加合理，更有利于资源的节省和充分利用。
附图说明
图1为现有技术中EPC系统及接入网架构示意图；
图2为现有技术中UTMS系统及接入网架构示意图；
图3为现有技术中MTC UE通过E-UTRAN接入EPS的示意图；
图4为现有技术中MTC UE通过UTRAN接入UTMS的示意图；
图5为本发明一种限制MTC设备组最大比特率的方法流程图；
图6为本发明实施例一在MTC设备附着时，P-GW限制MTC设备最大比特速率的流程图；
图7为本发明实施例二在专用承载激活时，P-GW限制MTC设备最大比特速率的流程图；
图8为本发明一种接入网关的组成结构示意图。
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方案进一步详细阐述。
本发明所提供的一种限制MTC设备组最大比特率的方法，如图5所示，主要包括以下步骤：
步骤501，接入网关对MTC设备的最大比特率进行按组统计。
具体为，接入网关将已接入的MTC设备按组别标识(group id)进行分组，将组别标识相同的MTC设备分为一组，并将同组内的MTC设备的最大比特率进行累加统计。例如：有已接入的MTC设备A、B、C、D，其中A和C的groupid相同，B和D的group id相同，那么将A和C分为一组，将A和C的最大比特率进行累加并存储；将B和D分为一组，将B和D的最大比特率进行累加并存储。
需要说明的是，本发明中的group id是由网络根据实际需要预先为MTC设备配置的。
步骤502，接入网关根据统计的MTC设备组的最大比特率对MTC设备的接入进行控制。
具体的，接入网关根据请求接入的MTC设备的group id，查找自身所存储的对应组别，将所查找到的组别中累加统计的最大比特率与请求接入的MTC设备的最大比特率之和，与预设的最大比特率门限值进行比较，判断最大比特率之和是否超出预设的最大比特率门限值；如果超出，则拒绝该MTC设备的接入；否则，允许该MTC设备的接入。
优选的，在拒绝MTC设备的接入时，需要向MTC设备返回拒绝的原因值。例如：如果是MTC设备组的最大比特率(即前述的最大比特率之和)超限，那么拒绝的原因可以定义为MTC设备组最大比特率超限。
需要指出的是，本发明所指的接入网关在EPS中可以为P-GW，在UTMS中可以为GGSN。下面再结合具体实施例对上述限制MTC设备组最大比特率的方法进一步详细说明。
本发明实施例一为在EPS中，MTC设备附着时，P-GW限制MTC设备最大比特率的流程，如图6所示，该流程主要包括以下步骤：
步骤601，MTC设备向eNodeB发起附着请求消息。
步骤602，eNodeB根据MTC设备的全球唯一临时标识(GUTI，GloballyUnique Temporary Identity)获取该MTC设备对应的MME，并将附着消息前转到MME。
若eNodeB无法直接得出MME，则可通过“MME选择功能”选择MME，并将附着消息前转到MME。
步骤603，如果网络中没有MTC设备的上下文存在，系统将发起对MTC设备的鉴权，否则该步骤可选。
步骤604，如果MME中存在MTC设备激活的承载上下文，则需要通知S-GW和P-GW删除原MME的对应承载。
例如：MTC设备没有事先去附着就在同一个MME再次附着时，由于MME中存在MTC设备激活的承载上下文，因此需要通知S-GW和P-GW删除原MME的对应承载。
步骤605，若MME发生改变或MTC设备初次附着，MME将向HSS发送位置更新请求消息。
步骤606，HSS向MME发送位置更新响应消息，且该响应消息中携带MTC设备对应的网络允许接入的最大比特率(简称MTC设备的最大比特率)。
步骤607，MME向S-GW发送创建默认承载请求，且该请求中携带MTC设备的最大比特率以及group id。
步骤608，S-GW向P-GW转发创建默认承载请求，且该请求中携带MTC设备的最大比特率以及group id。
步骤609，若网络中使用了PCRF，则P-GW将会与PCRF进行交互以获取策略和计费控制(PCC，Policy and Charging Control)准则。
若建立默认EPS承载，则将在P-GW中预设PCC规则。
步骤610，P-GW按照图5所示的方法确定组内累计最大比特率(包括请求接入的MTC设备的最大比特率)是否超过预定的门限值，若超过，则产生创建默认承载失败的原因值。步骤610的具体处理请参见前述步骤502中的描述，此处不再赘述。
步骤611，P-GW向S-GW发送创建默认承载响应，且该响应中携带创建默认承载失败的原因值。
若失败原因为组内累计最大比特率超限，则此原因值可定义为MTC设备组最大比特率超限。
步骤612，S-GW向MME转发创建默认承载响应，该响应中也携带创建默认承载失败的原因值。
步骤613，MME判断创建默认承载失败的原因值，若为MTC设备组最大比特率超限，则MME经eNodeB向UE发送附着拒绝响应。
如果创建默认承载成功，则执行步骤614及其后续流程。
步骤614，MME向eNodeB发送附着接受消息，并请求建立初始化上下文。若MME分配了一个新的全球唯一临时用户标识(GUTI，Globally UniqueTemporary Identity)，则GUTI参数也需要包含在该消息中。
步骤615，MTC设备与eNodeB之间建立无线资源控制(RRC，RadioResource Control)连接。
步骤616，eNodeB向MME发送初始化上下文建立响应，该响应中包含eNodeB的隧道端点标识(TEID，Tunnel Endpoint ID)及eNodeB在S1-U接口的下行传输地址。
步骤617～618，MTC设备向eNodeB发送直传消息，该消息中包含附着完成消息；eNodeB将附着完成消息发送给MME。
步骤619，执行MTC设备附着成功后的操作。后续操作为现有技术，此处不再赘述。
本发明实施例二为在EPS中，MTC设备在附着过程的同时建立了一个默认承载，当用户的业务通过默认承载无法满足时，就会发起一个专用承载激活的流程。MTC设备专有承载激活时，P-GW限制MTC设备最大比特率的流程，如图7所示，该流程主要包括以下步骤：
步骤701，若EPS配置了动态PCC，PCRF将向P-GW发送一个包含QoS策略的PCC决策提供消息以告知相应的PCC规则；若未配置动态PCC规则，则P-GW将直接使用本地的QoS策略。
步骤702～703，P-GW按照图5所示的方法确定组内累计最大比特率(包括请求接入的MTC设备的最大比特率)是否超过预定的门限值。若超过，则通过步骤703发送PCC决策响应消息发送给PCRF，消息中携带激活承载失败原因值。该原因值可确定建立承载失败的原因为：超过组内累计最大比特率。
步骤702的具体处理请参见前述步骤502中的描述，此处不再赘述。
步骤704，P-GW使用该QoS策略来分配相应的承载级QoS参数，并向S-GW发送一条创建专用承载请求消息。该请求中包含的参数有：国际移动用户识别码(IMSI，International Mobile Subscriber Identity)、协议处理标识(PTI，ProtocolTransaction ID)、承载QoS、上行链路传输流模板(UL-TFT，UpLink Traffic FlowTemplate)、TEID、链路承载标识(LBI，Linked Bearer ID)。其中，LBI参数是EPS的默认承载标识符，而PTI参数被用于MTC设备初始请求的承载资源分配流程中。
步骤705，S-GW向MME前转创建专用承载请求消息，该消息中包含的参数有：IMSI、PTI、承载QoS、UL-TFT、S1-TEID、LBI、DL-TFT。
如果此时MTC设备处于EPS连接性管理空闲(ECM-idle，EPS ConnectivityManagement idle)状态，MME将从此步骤开始触发网络侧发起服务请求流程，该流程包括后续步骤706～709的操作。
步骤706，MME向eNodeB发送承载建立请求消息，且该消息中包含的参数有：承载QoS、会话管理配置、S1-TEID等。在此消息中，MME需要为MTC设备分配一个尚未使用的承载标识，并将此标识连同PTI、UL-TFT、EPS承载标识、LBI等参数放置在新建会话管理配置信元中通过会话管理请求发送给eNodeB。
此外，如果MTC设备具有GERAN/UTRAN的接入能力，MME还需要将对应的EPS承载QoS信息映射成PDP上下文参数、无线优先级以及分组数据流标识，这些映射信息也将包含在会话管理配置信元之中。另外，对于数据流标识，如果MTC设备在终端网络能力中指示不支持基站子系统(BSS，BaseStation Subsystem)数据流过程，那么MME将不需要映射生成数据流标识。
步骤707，eNodeB将承载QoS匹配成无线承载QoS，然后通过RRC连接重配置消息发送给MTC设备。随后，MTC设备将保存会话管理配置信元中的信息，并通过LBI将专有承载链接到默认承载上，同时使用UL_TFT来决定业务数据流和无线承载之间的匹配关系。
步骤708，MTC设备向eNodeB返回RRC连接重配置完成消息(包含会话管理响应)来确认无线承载的激活。其中，会话管理响应由MTC设备在非接入层(NAS，Non Access Stratum)构造，包含MME分配的EPS承载标识符。
步骤709，eNodeB向MME发送承载建立响应消息(包含EPS承载标识符、S1-TEID、会话管理响应)，以确认承载激活并指示请求的承载QoS是否能够被分配。
步骤710，MTC设备的NAS层建立一个包含EPS承载标识的会话管理响应，然后MTC设备发送直传消息(包含会话管理响应)至eNodeB。
步骤711，eNodeB向MME发送一个上行NAS传送消息(包含会话管理响应)。
步骤712，MME向S-GW返回创建专用承载响应消息(包含EPS承载标识符、S1-TEID)以确认承载被正常激活。该响应消息中还包含MTC设备的最大比特率以及group id。
步骤713，S-GW向P-GW前转该创建专用承载响应消息(包含EPS承载标识符、S5/S8-TEID)以确认承载被激活。该响应消息中还包含MTC设备的最大比特率以及group id。
步骤714，如果专有承载激活流程是由PCRF发送PCC决策消息给P-GW而触发的，那么P-GW将向PCRF发送确认消息并指示所请求的PCC决策(QoS策略)是否已经被执行。
在UTMS中MTC设备附着时，GGSN限制MTC设备最大比特率的操作，与在EPS中MTC设备附着时，P-GW限制MTC设备最大比特率的操作类似；在UTMS中MTC设备专有承载激活时，GGSN限制MTC设备最大比特率的操作，与在EPS中MTC设备专有承载激活时，P-GW限制MTC设备最大比特率的操作类似。本发明中不再赘述。
为实现上述限制MTC设备组最大比特率的方法，本发明还提供一种接入网关，如图8所示，该接入网关包括：统计存储模块10和接入控制模块20。统计存储模块10，用于对MTC设备的最大比特率进行按组统计并存储，具体的，将已接入的MTC设备按组别标识进行分组，将组别标识相同的MTC设备分为一组，并将同组内的MTC设备的最大比特率进行累加统计。接入控制模块20，用于根据统计的MTC设备组的最大比特率对MTC设备的接入进行控制。
接入控制模块20进一步包括：接收子模块21和比较子模块22。接收子模块21，用于接收MTC设备接入的请求，并从请求中提取MTC设备的组别标识和最大比特率。当MTC设备为3GPP接入时，该请求为S-GW发送，当MTC设备为非3GPP接入时，该请求为演进型分组数据网关(ePDG，evolved PacketData Gateway)发送。比较子模块22，用于根据请求接入的MTC设备的组别标识，查找接入网关存储的对应组别，将所查找到的组别中累加统计的最大比特率与请求接入的MTC设备的最大比特率之和，与预设的最大比特率门限值进行比较，判断最大比特率之和是否超出预设的最大比特率门限值；如果超出，则拒绝MTC设备的接入；否则，允许MTC设备的接入。
较佳的，在拒绝MTC设备的接入时，接入控制模块20向MTC设备返回拒绝的原因值。
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)

1.一种限制MTC设备组最大比特率的方法，其特征在于，该方法包括：
接入网关将已接入的机器类型通信MTC设备按组别标识进行分组，将组别标识相同的MTC设备分为一组，并将同组内的MTC设备的最大比特率进行累加统计；
所述接入网关根据统计的MTC设备组的最大比特率对MTC设备的接入进行控制，具体为：
所述接入网关根据请求接入的MTC设备的组别标识，查找自身所存储的对应组别，将所查找到的组别中累加统计的最大比特率与所述请求接入的MTC设备的最大比特率之和，与预设的最大比特率门限值进行比较，判断所述最大比特率之和是否超出预设的最大比特率门限值；如果超出，则拒绝所述MTC设备的接入；否则，允许所述MTC设备的接入。
2.根据权利要求1所述限制MTC设备组最大比特率的方法，其特征在于，该方法进一步包括：如果拒绝所述MTC设备的接入，则所述接入网关向MTC设备返回拒绝的原因值。
3.根据权利要求1或2所述限制MTC设备组最大比特率的方法，其特征在于，在演进的分组系统（EPS）中，所述接入网关为分组数据网络网关（P-GW）；在通用移动通信系统（UTMS）中，所述接入网关为通用分组无线业务（GPRS）网关支持节点（GGSN）。
4.一种接入网关，其特征在于，包括：
统计存储模块，用于将已接入的MTC设备按组别标识进行分组，将组别标识相同的MTC设备分为一组，并将同组内的MTC设备的最大比特率进行累加统计并存储；
接入控制模块，用于根据统计的MTC设备组的最大比特率对MTC设备的接入进行控制；
所述接入控制模块进一步包括：
接收子模块，用于接收所述MTC设备接入的请求，并从所述请求中提取所述MTC设备的组别标识和最大比特率；
比较子模块，用于根据请求接入的MTC设备的组别标识，查找所述接入网关存储的对应组别，将所查找到的组别中累加统计的最大比特率与所述请求接入的MTC设备的最大比特率之和，与预设的最大比特率门限值进行比较，判断所述最大比特率之和是否超出预设的最大比特率门限值；如果超出，则拒绝所述MTC设备的接入；否则，允许所述MTC设备的接入。
5.根据权利要求4所述接入网关，其特征在于，所述接入控制模块进一步用于，在拒绝所述MTC设备的接入时，向MTC设备返回拒绝的原因值。
6.根据权利要求4所述接入网关，其特征在于，在EPS中所述接入网关为P-GW；在UTMS中所述接入网关为GGSN。
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