CN102264118A - 一种实现mtc终端接入的方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种实现MTC终端接入的方法及系统，在有很多MTC设备共用一个通信时间窗口的情况下，本发明在处理MTC终端的附着请求时，结合网络当前服务的终端数量来判决是否接受，控制在MTC通信时间窗口内与网络附着的MTC终端的数量，使附着的各类终端总数在预设的终端数量门限值之内。通过本发明有效地控制了MTC终端在通信时间窗口内的合理接入，避免了网络因处理MTC通信而引起的负载过大的状况，保证了网络在MTC通信窗口中的正常运作。

Description

一种实现MTC终端接入的方法及系统
技术领域
本发明涉及机器到机器(M2M，Machine to Machine)网络技术，尤指一种实现机器类通信(MTC，Machine-Type Communications)设备接入的方法及系统。
背景技术
作为M2M物联网系统的一个关键技术，MTC已成为当前一个重要的研究课题。根据相关研究机构给出的定义，MTC就是一种涉及一个或多个不需要人干预的网络实体的数据通信。这里，不需要人干预的网络实体，通常是指具有通信功能的传感器、控制器、监控终端等，也称为MTC终端。MTC技术基于通用的电信网络，在安保、跟踪、测量、医疗、远程维护及控制等领域都有着重要的应用前景。
相关研究机构发现，一些MTC终端仅需要在某些特定的时间段内收发数据，因此，可以给这样的MTC终端限定通信时间窗口，在这个通信时间窗口之外，网络运营商将不允许这些MTC终端与网络通信，或者虽然允许但是会收取更高的费用。这样，便于网络对这类MTC终端的管理，避免或减少了在通信时间窗外的不必要的MTC信令交互，降低了MTC系统对网络的影响，同时也可以节省MTC终端的电能消耗。
然而，在某些应用场景中，很多MTC终端会被分配到同一个通信时间窗口。于是很可能出现这样的情况：在这个通信时间窗口开始的时刻，所有被分配到这个通信时间窗口的MTC终端会同时发起与网络的通信(例如同时发起附着过程)，这样，必然会在此时极大的加重网络的负荷，造成拥塞。图1为现有多MTC终端被分配到同一个通信时间窗口，网络负荷在MTC终端的通信时间窗口内的变化情况的示意图，横坐标表示时间，纵坐标表示负载，假如这个时间窗是从t1时刻到t2时刻，如图1所示，在t1时刻附近出现负载峰值(如图1中的虚线小圆圈所示)。
对于上述问题，目前公开的解决方案大致是：在限定的通信时间窗口内，为MTC终端随机的分配通信开始时间，或者由每个MTC终端自己随机的选择一个通信开始时间。这样，MTC终端的通信时间就可以比较均匀的分布在通信时间窗口内，从而避免了时间窗开始时的负载峰值。
可是，随机设定通信时间是个不可控制的过程，无法根据网络当前的负载情况来调整MTC终端接入的数量。这样，当网络负荷已经很大时，仍然会有很多MTC终端发起通信，造成此时网络的拥塞，图2为现有MTC终端在其通信时间窗口(t1时刻至t2时刻)内采用随机分布的方式时，网络负荷的变化情况的示意图，如图2所示，阴影部分表示由于MTC通信造成的负载增加。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种实现MTC终端接入的方法及系统，能够有效控制MTC终端在通信时间窗口内的合理接入，避免拥塞的发生，保证网络在MTC通信窗口中能够正常运作。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种实现MTC终端接入的方法，在接入网元中，预先设置允许与其附着的终端数量门限值，该方法还包括：
在允许MTC终端接入的时刻到来时，接入网元检查出当前已与其附着的终端的数量小于终端数量门限值，则接受新的MTC终端的接入，直至附着的终端总数达到终端数量门限值。
所述允许MTC终端接入的时刻为：在MTC终端的通信时间窗内，预先选择出的一系列离散的时间点，选出的时间点为允许MTC终端的接入的时间。
该方法还包括：
除所述允许MTC终端接入的时刻以外的其它时间，所述接入网元拒绝MTC终端的附着请求，同时选择一个允许MTC终端附着的时间点，携带在拒绝响应消息中返回给所述MTC终端；
所述MTC终端在该指定的时刻发出新的附着请求。
所述接受新的MTC终端的接入具体包括：
所述接入网元检查当前已与其附着的所有终端的数量，如果当前已与其附着的所有终端的数量小于预设的终端数量门限值，则所述接入网元接受新的MTC终端的接入，直至附着的终端总数达到所述终端数量门限值；
如果当前已与其附着的所有终端的数量大于或等于所述预设的终端数量门限值，则接入网元拒绝当前MTC终端的接入。
所述接受新的MTC终端的接入具体包括：
所述接入网元检查当前已与其附着的非MTC终端的数量，将终端数量门限值与当前已与其附着的非MTC终端的数量值之差所得的差值，作为此时允许与该接入网元附着的MTC终端数量门限值；如果检测出此时已与接入网元附着的MTC终端的数量小于该MTC终端数量门限值，则所述接入网元接受新的MTC终端的接入，直至附着的终端总数达到终端数量门限值；
如果检测出此时已与接入网元附着的MTC终端的数量大于或等于该MTC终端数量门限值，则所述接入网元拒绝当前MTC终端的接入。
所述接入网元拒绝当前MTC终端的接入具体包括：
所述接入网元选择一个允许MTC终端附着的时间点，携带在拒绝响应消息中返回给所述MTC终端；
所述MTC终端在该指定的时刻发出新的附着请求。
该方法还包括：
在所述通信时间窗内的MTC终端完成其通信任务后，立刻与所述接入网元分离。
一种实现MTC终端接入的系统，主要包括MTC终端和接入网元，其中，
接入网元，其中预先设置有允许与其附着的终端数量门限值，用于在允许MTC终端接入的时刻到来时，检查出当前已与其附着的终端的数量小于终端数量门限值，则接受新的MTC终端的接入，直至附着的终端总数达到终端数量门限值；
MTC终端，用于在允许MTC终端接入的时刻到来时，向接入网元请求接入。
所述接入网元，具体用于在一个允许MTC终端接入的时刻到来时，检查当前已与其附着的所有终端的数量；
在当前已与其附着的所有终端的数量小于预设的终端数量门限值时，接受新的MTC终端的接入，直至附着的终端总数达到终端数量门限值；
在当前已与其附着的所有终端的数量大于或等于预设的终端数量门限值时，拒绝当前MTC终端的接入。
所述接入网元，具体用于在一个允许MTC终端接入的时刻到来时，接入网元检查当前已与其附着的非MTC终端的数量，将终端数量门限值与当前已与其附着的非MTC终端的数量值之差，作为此时允许与该接入网元附着的MTC终端数量门限值；
在检测出此时已与接入网元附着的MTC终端的数量小于该MTC终端数量门限值时，接受新的MTC终端的接入，直至附着的终端总数达到终端数量门限值；
在检测出此时已与接入网元附着的MTC终端的数量大于或等于该MTC终端数量门限值时，拒绝当前MTC终端的接入。
所述接入网元，还用于在除允许MTC终端接入的时刻以外的其它时间，拒绝MTC终端的附着请求，同时选择一个允许MTC终端附着的时间点，携带在拒绝响应消息中返回给该MTC终端；
所述MTC终端，还用于在收到的消息中识别出允许MTC终端附着的时间参数，并在该指定的时刻发出新的附着请求。
所述MTC终端，还用于在通信时间窗内的MTC终端完成其通信任务后，立刻与接入网元分离。
所述接入网元为服务GPRS支持节点SGSN，或移动管理实体MME。
从上述本发明提供的技术方案可以看出，在有很多MTC设备共用一个通信时间窗口的情况下，本发明在处理MTC终端的附着请求时，结合网络当前服务的终端数量来判决是否接受，控制在MTC通信时间窗口内与网络附着的MTC终端的数量，使附着的各类终端总数在预设的终端数量门限值之内。通过本发明有效地控制了MTC终端在通信时间窗口内的合理接入，避免了网络因处理MTC通信而引起的负载过大的状况，保证了网络在MTC通信窗口中的正常运作。
附图说明
图1为现有多MTC终端被分配到同一个通信时间窗口，网络负荷在MTC终端的通信时间窗口(t1时刻至t2时刻)内的变化情况的示意图；
图2为现有MTC终端在其通信时间窗口(t1时刻至t2时刻)内采用随机分布的方式时，网络负荷的变化情况的示意图；
图3为本发明实现MTC终端接入的方法的流程图；
图4为本发明实现MTC终端接入的系统的组成结构示意图；
图5为本发明实现MTC终端接入的第一实施例的流程示意图；
图6为本发明实现MTC终端接入的第二实施例的流程示意图；
图7为采用本发明对MTC终端的接入进行控制后，网络负荷在MTC终端的通信时间窗口(t1时刻至t2时刻)内的变化情况的示意图。
具体实施方式
图3为本发明实现MTC终端接入的方法的流程图，如图3所示，包括：
步骤300：在接入网元中，预先设置允许与其附着的终端数量门限值。
本步骤中，网络运营商为接入网元设定一个所允许与其附着的终端数量门限值，该终端数量门限值是在保证网络能正常工作的情况下，允许附着的终端的最大数量。运营商可以根据其网络终端的实际处理能力，以及运营的经验，选择一个合理的数值作为该终端数量门限值。
同时，网络运营商在MTC通信时间窗内选择一系列离散的时间点，比如以1秒为间隔，作为允许MTC终端接入的时刻。也就是说，在除这些离散的时间点以外的其它时刻，接入网元将拒绝MTC终端的附着请求，并在拒绝的同时选择一个允许MTC终端附着的时间点，在返回的响应消息中告知该MTC终端。这样，MTC终端会在该指定的时刻重新发出新的附着请求。
本步骤中，接入网元可以是服务GPRS支持节点(SGSN，Serving GPRSSupport Node)，或移动管理实体(MME，Mobility Management Entity)等实体。
步骤301：在允许MTC终端接入的时刻到来时，接入网元检查出当前已与其附着的终端的数量小于终端数量门限值，则接受新的MTC终端的接入，直至附着的终端总数达到终端数量门限值。
本步骤中，MTC终端接入时，会携带一个MTC终端标识，用于使接入网元能够区分MTC终端与非MTC终端。
本步骤的具体实现可以有两种方法：
第一种实现方法：在一个允许MTC终端接入的时刻到来时，接入网元检查当前已与其附着的所有终端的数量，如果当前已与其附着的所有终端的数量小于预设的终端数量门限值，则接入网元接受新的MTC终端的接入，直至附着的终端总数达到终端数量门限值；如果当前已与其附着的所有终端的数量大于或等于预设的终端数量门限值，则接入网元拒绝当前MTC终端的接入。
第二种实现方法，在一个允许MTC终端接入的时刻到来时，接入网元检查当前已与其附着的非MTC终端的数量，将终端数量门限值与当前已与其附着的非MTC终端的数量值之差，作为此时允许与该接入网元附着的MTC终端数量门限值，如果检测出此时已与接入网元附着的MTC终端的数量小于该MTC终端数量门限值，则接入网元接受新的MTC终端的接入，直至附着的终端总数达到终端数量门限值；如果检测出此时已与接入网元附着的MTC终端的数量大于或等于该MTC终端数量门限值，则接入网元拒绝当前MTC终端的接入。
本发明方法还包括：除允许MTC终端接入的时刻以外的其它时间，接入网元拒绝MTC终端的附着请求，同时选择一个允许MTC终端附着的时间点，携带在拒绝响应消息中返回给该MTC终端。MTC终端应该能够在收到的消息中识别出这一时间参数，并在该指定的时刻发出新的附着请求。
本发明方法还包括：在通信时间窗内的MTC终端完成其通信任务后，立刻与接入网元分离，确保其它MTC终端可以实现附着。具体实现流程属于本领域技术人员惯用技术手段，这里不再赘述。
从本发明方案可以看出，在有很多MTC设备共用一个通信时间窗口的情况下，本发明在处理MTC终端的附着请求时，结合网络当前服务的终端数量来判决是否接受，有效地控制了MTC终端在通信时间窗口内的合理接入，避免了拥塞的发生，保证了网络在MTC通信窗口中的正常运作。
针对本发明方法，还提供一种实现MTC终端接入的系统，其组成结构如图4所示，主要包括MTC终端和接入网元，其中，
接入网元，其中预先设置有允许与其附着的终端数量门限值，用于在允许MTC终端接入的时刻到来时，检查出当前已与其附着的终端的数量小于终端数量门限值，则接受新的MTC终端的接入，直至附着的终端总数达到终端数量门限值。
MTC终端，用于在允许MTC终端接入的时刻到来时，向接入网元请求接入。
接入网元，具体用于在一个允许MTC终端接入的时刻到来时，检查当前已与其附着的所有终端的数量，如果当前已与其附着的所有终端的数量小于预设的终端数量门限值，则接入网元接受新的MTC终端的接入，直至附着的终端总数达到终端数量门限值；如果当前已与其附着的所有终端的数量大于或等于预设的终端数量门限值，则接入网元拒绝当前MTC终端的接入。或者，
接入网元，具体用于在一个允许MTC终端接入的时刻到来时，检查当前已与其附着的非MTC终端的数量，将终端数量门限值与当前已与其附着的非MTC终端的数量值之差，作为此时允许与该接入网元附着的MTC终端数量门限值，如果检测出此时已与接入网元附着的MTC终端的数量小于该MTC终端数量门限值，则接入网元接受新的MTC终端的接入，直至附着的终端总数达到终端数量门限值；如果检测出此时已与接入网元附着的MTC终端的数量大于或等于该MTC终端数量门限值，则接入网元拒绝当前MTC终端的接入。
接入网元，还用于在除允许MTC终端接入的时刻以外的其它时间，拒绝MTC终端的附着请求，同时选择一个允许MTC终端附着的时间点，携带在拒绝响应消息中返回给该MTC终端。此时，MTC终端，还用于在收到的消息中识别出允许MTC终端附着的时间参数，并在该指定的时刻发出新的附着请求。
MTC终端，还用于在通信时间窗内的MTC终端完成其通信任务后，立刻与接入网元分离。
下面结合实施例对本发明方法进行详细描述。
图5为本发明实现MTC终端接入的第一实施例的流程示意图，假设在接入网元如SGSN/MME中，预先设置有允许与其附着的终端数量门限值N*；在MTC通信时间窗口内，当任何一个允许MTC设备接入的时间点到来时，SGSN/MME将对此时的MTC设备附着请求进行控制处理，如图5所示，包括以下步骤：
步骤500：SGSN/MME检查当前附着的所有终端的总数N。根据现有技术提供的方法，检查可以通过SGSN/MME对终端的附着进行计数来实现。
其中，所有(即各类)终端的总数N为MTC终端的总数NMTC与非MTC终端的总数
Figure GSA00000123476300081
之和，表示为：
Figure GSA00000123476300082
步骤501：比较当前附着的所有终端的总数N与终端数量门限值N*，如果N＜N*，则执行步骤502，否则，执行步骤503。
步骤502：此时N＜N*，说明SGSN/MME还能接入终端，因此，SGSN/MME接受新的MTC终端的附着请求，但是，最多允许(N*-N)个MTC终端的附着，而其余的MTC设备附着请求将被拒绝。
SGSN/MME在拒绝MTC终端的附着请求的同时，为该MTC终端指定下次发起附着请求的时刻(从允许MTC终端接入的时间点中选取)，并通过拒绝响应消息通知该MTC终端。
步骤503：此时N≥N*，说明SGSN/MME不能接入终端，为了限制附着终端的数量，避免网络负载过大，SGSN/MME拒绝新的MTC终端的附着请求，同时，为该MTC终端指定下次发起附着请求的时刻(从允许MTC终端接入的时间点中选取)，并通过拒绝响应消息通知该MTC终端。
成功附着的MTC终端在通信时间窗内完成其通信任务后，立刻与SGSN/MME分离，以确保其它MTC终端可以实现附着。相关研究机构发现，对于一个典型的MTC终端，5分钟至10分钟的时间已经足够其完成通信任务。这样，如果MTC终端在通信结束后能及时与网络分离(分离可以由MTC终端主动发起，或者由网络发起，具体实现属于本领域技术人员惯用技术手段，这里不再详述)。这样，进一步保证了其它MTC终端能有机会成功实现附着，完成通信任务。
图6为本发明实现MTC终端接入的第二实施例的流程示意图，假设在接入网元如SGSN/MME中，预先设置有允许与其附着的终端数量门限值N*；在MTC通信时间窗口内，当任何一个允许MTC设备接入的时间点到来时，SGSN/MME将对此时的MTC设备附着请求进行控制处理，如图6所示，包括以下步骤：
步骤600：SGSN/MME检查当前附着的非MTC终端数量
Figure GSA00000123476300091
步骤601：计算终端数量门限值N*与当前附着的非MTC终端数量
Figure GSA00000123476300092
之差，所得差值为MTC终端数量门限值，表示为：
Figure GSA00000123476300094
MTC终端数量门限值作为该时刻允许与SGSN/MME附着的MTC设备数量的门限值。
步骤602：SGSN/MME检查当前已附着的MTC终端数量NMTC。
步骤603：比较当前已附着的MTC终端数量NMTC与MTC终端数量门限值
Figure GSA00000123476300096
，如果
Figure GSA00000123476300097
，则执行步骤604，否则，执行步骤605。
步骤604：由于此时，因此，SGSN/MME接受新的MTC终端的附着请求，并执行完成附着所需要的各项操作，但是，附着的MTC终端的总数不超过MTC终端数量门限值
Figure GSA00000123476300102
，也就是说，最多允许(
Figure GSA00000123476300103
-NMTC)个MTC终端的附着，而剩余的MTC终端的附着请求将被拒绝。
SGSN/MME在拒绝MTC终端的附着请求的同时，为该MTC终端指定下次发起附着请求的时刻(从允许MTC终端接入的时间点中选取)，并通过拒绝响应消息通知该MTC终端。
步骤605：由于此时
Figure GSA00000123476300104
，为了限制附着终端的数量，避免网络负载过大，SGSN/MME拒绝新的MTC终端的附着请求；同时，为该MTC终端指定下次发起附着请求的时刻(从允许MTC终端接入的时间点中选取)，并通过拒绝响应消息通知该MTC终端。
图7为采用本发明对MTC终端的接入进行控制后，网络负荷在MTC终端的通信时间窗口(t1时刻至t2时刻)内的变化情况的示意图，横坐标表示时间，纵坐标表示附着的终端总数，如图7所示，白色区域代表非MTC终端，阴影部分表示MTC终端，MTC终端和非MTC终端的总数量在预设终端数量门限值范围内。本发明方案控制在MTC通信时间窗口内与网络附着的MTC终端的数量，使附着的各类终端总数在预设的终端数量门限值之内，或者至多在该终端数量门限值上下小范围波动，避免了网络因处理MTC通信而引起的负载过大的状况。
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，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种实现MTC终端接入的方法，其特征在于，在接入网元中，预先设置允许与其附着的终端数量门限值，该方法还包括：
在允许MTC终端接入的时刻到来时，接入网元检查出当前已与其附着的终端的数量小于终端数量门限值，则接受新的MTC终端的接入，直至附着的终端总数达到终端数量门限值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述允许MTC终端接入的时刻为：在MTC终端的通信时间窗内，预先选择出的一系列离散的时间点，选出的时间点为允许MTC终端的接入的时间。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，该方法还包括：
除所述允许MTC终端接入的时刻以外的其它时间，所述接入网元拒绝MTC终端的附着请求，同时选择一个允许MTC终端附着的时间点，携带在拒绝响应消息中返回给所述MTC终端；
所述MTC终端在该指定的时刻发出新的附着请求。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述接受新的MTC终端的接入具体包括：
所述接入网元检查当前已与其附着的所有终端的数量，如果当前已与其附着的所有终端的数量小于预设的终端数量门限值，则所述接入网元接受新的MTC终端的接入，直至附着的终端总数达到所述终端数量门限值；
如果当前已与其附着的所有终端的数量大于或等于所述预设的终端数量门限值，则接入网元拒绝当前MTC终端的接入。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述接受新的MTC终端的接入具体包括：
所述接入网元检查当前已与其附着的非MTC终端的数量，将终端数量门限值与当前已与其附着的非MTC终端的数量值之差所得的差值，作为此时允许与该接入网元附着的MTC终端数量门限值；如果检测出此时已与接入网元附着的MTC终端的数量小于该MTC终端数量门限值，则所述接入网元接受新的MTC终端的接入，直至附着的终端总数达到终端数量门限值；
如果检测出此时已与接入网元附着的MTC终端的数量大于或等于该MTC终端数量门限值，则所述接入网元拒绝当前MTC终端的接入。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述接入网元拒绝当前MTC终端的接入具体包括：
所述接入网元选择一个允许MTC终端附着的时间点，携带在拒绝响应消息中返回给所述MTC终端；
所述MTC终端在该指定的时刻发出新的附着请求。
7.根据权利要求2～5任一项所述的方法，其特征在于，该方法还包括：
在所述通信时间窗内的MTC终端完成其通信任务后，立刻与所述接入网元分离。
8.一种实现MTC终端接入的系统，其特征在于，主要包括MTC终端和接入网元，其中，
接入网元，其中预先设置有允许与其附着的终端数量门限值，用于在允许MTC终端接入的时刻到来时，检查出当前已与其附着的终端的数量小于终端数量门限值，则接受新的MTC终端的接入，直至附着的终端总数达到终端数量门限值；
MTC终端，用于在允许MTC终端接入的时刻到来时，向接入网元请求接入。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，
所述接入网元，具体用于在一个允许MTC终端接入的时刻到来时，检查当前已与其附着的所有终端的数量；
在当前已与其附着的所有终端的数量小于预设的终端数量门限值时，接受新的MTC终端的接入，直至附着的终端总数达到终端数量门限值；
在当前已与其附着的所有终端的数量大于或等于预设的终端数量门限值时，拒绝当前MTC终端的接入。
10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，
所述接入网元，具体用于在一个允许MTC终端接入的时刻到来时，接入网元检查当前已与其附着的非MTC终端的数量，将终端数量门限值与当前已与其附着的非MTC终端的数量值之差，作为此时允许与该接入网元附着的MTC终端数量门限值；
在检测出此时已与接入网元附着的MTC终端的数量小于该MTC终端数量门限值时，接受新的MTC终端的接入，直至附着的终端总数达到终端数量门限值；
在检测出此时已与接入网元附着的MTC终端的数量大于或等于该MTC终端数量门限值时，拒绝当前MTC终端的接入。
11.根据权利要求8或9所述的系统，其特征在于，
所述接入网元，还用于在除允许MTC终端接入的时刻以外的其它时间，拒绝MTC终端的附着请求，同时选择一个允许MTC终端附着的时间点，携带在拒绝响应消息中返回给该MTC终端；
所述MTC终端，还用于在收到的消息中识别出允许MTC终端附着的时间参数，并在该指定的时刻发出新的附着请求。
12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，
所述MTC终端，还用于在通信时间窗内的MTC终端完成其通信任务后，立刻与接入网元分离。
13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述接入网元为服务GPRS支持节点SGSN，或移动管理实体MME。
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