CN102638866A - 一种基于m2m业务特征的移动通信网络接入方法 - Google Patents

Abstract

一种基于M2M业务特征的移动通信网络接入方法，根据M2M终端的业务特征和QoS要求建立M2M终端组分类表；基站接收到M2M终端接入请求后，根据终端组分类表进行匹配，若该类型存在，且满足接入准则要求，则分配网络资源完成接入，不满足接入准则的拒绝接入；若不存在匹配类型，则拒绝终端接入并在基站中新建相应终端组添加到分类表中，并在分类表中记录所需的无线资源数目。本发明方法基于M2M业务特征，将接入控制和无线资源分配一次性完成，可以在较大程度上降低在移动通信网络中传输M2M业务的接入阻塞率和网络负荷，减少传输信令，降低系统复杂度，同时满足不同M2M业务终端的QoS要求。

Description

一种基于M2M业务特征的移动通信网络接入方法

技术领域

本发明属于机器到机器M2M通信技术领域，涉及M2M通信的移动通信网络接入，为一种基于M2M业务特征的移动通信网络接入方法。

背景技术

机器到机器M2M(Machine to Machine)通信是一种不需要人为干预，机器设备之间互相通信的数据通信形式。随着无线通信网络的普及，企业集团用户对各种远程无线方式提供信息应用服务，例如，车载定位、电力抄表系统和环保水利监控、智能测量等业务的需求越来越高，M2M业务应用也越来越广泛。3GPP标准TS 22.368指出M2M业务具有突发性、低移动性、时间控制、时间容忍、仅分组交换、小数据传输、不频繁数据传输、基于组的业务等特征。

从业务特征的差异来看，以往的蜂窝通信系统针对H2H(Human to human)业务进行优化，如VoIP、FTP、TCP、HTTP、流媒体等，而M2M的业务特征和服务质量QoS要求与H2H有明显差异，主要表现在低数据率、低占空比、不同的延迟要求；从终端使用场景和分布的差异来看，以往的蜂窝通信系统针对H2H终端的典型分布位置和密度进行优化，如手机的典型无线环境和单位面积内的数量，而M2M终端的使用环境和数量密度与H2H有明显差异，主要表现为传感网的使用地域比手机更为广泛，在单位面积内，M2M终端可能有“海量”的存在。

通常，衡量接入方法优劣的指标包括阻塞率、吞吐量和时延，因为海量M2M终端的同时接入会造成系统阻塞率增加、吞吐量恶化、接入时延增大，使得终端的QoS需求无法得到满足，所以如何提高海量终端的接入成功率并且满足大量终端的QoS需求是接入方法设计面临的挑战之一。这要求接入方法必须简单有效，从而降低系统复杂度减少信令负荷，满足终端的QoS需求。

发明内容

本发明要解决的问题是：现有H2H通信系统的接入方法不能直接用于M2M通信系统的接入，需要提供一种面向M2M业务的移动通信网络接入方法，实现简单有效的无线资源管理。

本发明的技术方案为：一种基于M2M业务特征的移动通信网络接入方法，包括以下步骤：

步骤一：初始化阶段，在基站设备中，根据基站已知的M2M终端的业务特征类型和服务质量QoS参数要求，对不同的M2M终端进行分组，建立M2M终端组分类表，表内注明每个终端组的ID、QoS参数、调度优先级、所需的无线资源的数目；

步骤二：接入请求阶段，基站接收到待接入M2M终端接入请求后，根据待接入M2M终端的QoS参数要求查找M2M终端组分类表，判断是否存在QoS参数匹配的M2M终端组，若存在匹配终端组，则执行步骤三；若不存在，则拒绝待接入M2M终端的接入请求，并在基站中新建对应的终端组添加到M2M终端组分类表中，所述新建终端组对应拒绝的M2M终端的QoS参数，以及所需的无线资源数目；

步骤三：接入阶段，若待接入的M2M终端满足接入准则要求，则基站根据调度优先级选择资源调度算法，调度优先级高的终端并为其分配资源，终端接入完成；否则拒绝终端接入，所述接入准则由基站中的空中接口剩余无线资源的数目决定，如下式：

$\underset{i=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{N}_i+N_{\mathrm{new}}\≤N_{\mathrm{total}}$

其中，N_i为匹配终端组中的已有M2M终端i占用的无线资源数目，N_new为待接入终端所需的资源数目，K为终端组内已接入的终端数目，i＝1...K，N_total为基站分配给终端组的总无线资源数目。

所述对不同的M2M终端进行分组为：

G_n∈(γ_n，ε_n，τ_n，ML_n)，n＝0......M-1

其中，G_n为终端组ID，γ_n为终端组n的最大包到达速率，ε_n为终端组n的最大可容忍抖动，τ_n为终端组n的时延门限，ML_n为终端组n的M2M业务最大包长，n为业务类型，取值0到M-1，总共M种业务类型；终端组分类表中各终端组的调度优先级由上述γ_n、ε_n、τ_n或ML_n中的任一参数确定，终端组所需的无线资源由基站分配，分配周期为移动通信网络子帧长度的整数倍。

本发明方法通过将M2M业务按QoS要求分组，并针对每个分组的业务特征为其预分配不同的无线接入资源，这样既能有效满足不同业务的需求，又能兼顾无线系统的公平性。可以在较大程度上降低在移动通信网络中传输M2M业务的接入阻塞率和网络负荷，从而减少传输信令，并降低系统复杂度。

附图说明

图1是本发明基于M2M业务特征的移动通信网络接入方法实现流程图。

图2是本发明实施例一中M2M业务与WCDMA系统无线帧结构的映射关系。

图3是本发明实施例二中M2M业务与TD-LTE系统无线帧结构的映射关系。

具体实施方式

如图1，本发明的实现流程为：

步骤一：初始化阶段，在基站设备中，根据基站已知的M2M终端的业务特征类型和服务质量QoS参数要求，对不同的M2M终端进行分组，建立M2M终端组分类表，表内注明每个终端组的ID、QoS参数、调度优先级、所需的无线资源的数目；

步骤二：接入请求阶段，基站接收到待接入M2M终端接入请求后，根据待接入M2M终端的QoS参数要求查找M2M终端组分类表，判断是否存在QoS参数匹配的M2M终端组，若存在匹配终端组，则执行步骤三；若不存在，则拒绝待接入M2M终端的接入请求，并在基站中新建对应的终端组添加到M2M终端组分类表中，所述新建终端组对应拒绝的M2M终端的QoS参数，以及所需的无线资源数目；

步骤三：接入阶段，若待接入的M2M终端满足接入准则要求，则基站根据调度优先级选择资源调度算法，调度优先级高的终端并为其分配资源，终端接入完成；否则拒绝终端接入，所述接入准则由基站中的空中接口剩余无线资源的数目决定，如下式：

$\underset{i=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{N}_i+N_{\mathrm{new}}\≤N_{\mathrm{total}}$

其中，N_i为匹配终端组中的已有M2M终端i占用的无线资源数目，N_new为待接入终端所需的资源数目，K为终端组内已接入的终端数目，i＝1...K，N_total为基站分配给终端组的总无线资源数目。

其中，任何资源调度算法都可以作为步骤三调度过程所采用的算法。

所述对不同的M2M终端进行分组为：

G_n∈(γ_n，ε_n，τ_n，ML_n)，n＝0......M-1

其中，G_n为终端组ID，γ_n为终端组n的最大包到达速率，ε_n为终端组n的最大可容忍抖动，τ_n为终端组n的时延门限，ML_n为终端组n的M2M业务最大包长，n为业务类型，取信0到M-1，总共M种业务类型；终端组分类表中各终端组的调度优先级由上述γ_n、ε_n、τ_n或ML_n中的任一参数确定，终端组所需的无线资源由基站分配，分配周期为移动通信网络子帧长度的整数倍。

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行详细的描述。

实施例一：以支持M2M业务的WCDMA系统为例。

本实施例中系统带宽为5MHZ，扩频因子SF＝16，无线帧长为10ms，划分为5个子帧，每个子帧包含3个时隙，时隙长度为2560个码片，DPCCH和DPDCH分布于每个时隙之内，DPDCH支持的数据大小为160bits，DPCCH支持的信令大小为10bits。本实施例中M2M业务采用DPDCH和DPCCH信道传输数据和信令，M2M业务与WCDMA系统无线帧可按照图2的结构关系进行映射。

具体实施步骤如下：

步骤1：基站根据组划分准则G_n∈(γ_n，ε_n，τ_n，ML_n)，n＝0......M-1，将M2M终端划分成不同的组，同一组内的M2M终端具有相似的包到达速率、抖动及时延上限等QoS要求，并根据时延门限τ_n来定义每个组的优先级，τ_n越小组优先级越高。

现将终端根据业务特征类型划分成M个终端组，终端组QoS参数信息如表1所示，本实施例中仅利用四种终端组，表1中列举了其业务类型和QoS参数值。

表1不同终端组的业务类型和QoS参数

步骤2：在基站设备中，建立M2M终端组分类表，表中内容包括终端组的ID(Identification)、QoS(Quality of Service)参数、终端组的优先级、终端组所需的无线资源数目。

步骤3：基站根据终端组的优先级为终端组n分配一个子帧，分配周期为子帧长度的整数倍。

步骤4：当有M2M终端试图接入时，待接入M2M终端通过RACH信道，将自身的(γ，ε，τ，ML)发送给基站，基站根据待接入终端的(γ，ε，τ，ML)值查找终端组分类表获得匹配终端组类型，若该类型存在，则执行步骤5；若不存在，则基站新建相应终端组添加到分类表中，记录所需的无线资源数目并执行步骤3。

步骤5：根据接入准则判断是否接受接入请求，由基站中的空中接口剩余无线资源的数目决定是否接入，如下式：

$\underset{i=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{N}_i+N_{\mathrm{new}}\≤N_{\mathrm{total}}$

其中，N_i为匹配终端组中的已有M2M终端i占用的无线资源数目，N_new为待接入终端所需的资源数目，K为终端组内已接入的终端数目，i＝1...K，N_total为基站分配给终端组的总无线资源数目。

若有足够的资源剩余，则基站根据调度算法调度优先级高的终端并为其分配无线资源，终端接入完成；否则拒绝终端接入。

实施例二：以支持M2M业务的TD-LTE系统为例。

本实施例中系统带宽为20MHZ，帧长度为10ms，子帧长度为1ms，每个子帧含有100个RBs(Resource Blocks)，其中PUSCH占用96个资源块，PUCCH占用4个资源块。一个终端组占用一个子帧，其中1个RB支持传输的包大小为256bits，每个终端的包到达周期从10ms到1.67min不等。本实施例中M2M业务采用PUSCH和PUCCH传输数据和信令，M2M业务与TD-LTE系统无线帧可按照图3的结构关系进行映射。

具体实施步骤如下：

步骤1：基站根据组划分准则G_n∈(γ_n，ε_n，τ_n，ML_n)，n＝0.....M-1，将M2M终端划分成不同的组，同一组内的M2M终端具有相似的包到达速率、抖动及时延上限等QoS要求，并根据时延门限τ_n来定义每个组的优先级，τ_n越小组优先级越高。

先将终端划分成四个终端组，业务类型和QoS参数同表1所示。

步骤2：在基站设备中，建立M2M终端组分类表，表内包括终端组的ID(Identification)、QoS(Quality of Service)参数、调度优先级、终端组所需的资源块数目。

步骤3：根据终端组的优先级基站为终端组i分配一个子帧，分配周期为子帧长度的整数倍。

步骤4：当终端试图接入时，终端通过RACH信道，将自身的(γ，ε，τ，ML)值发送给基站，基站根据终端的(γ，ε，τ，ML)值查找终端组分类表获得匹配终端组类型，若该类型存在，则执行步骤5；若不存在，则基站新建相应终端组添加到分类表中，记录所需的无线资源数目并执行步骤3。

步骤5：根据接入准则判断是否接受接入请求，由基站中的空中接口剩余无线资源的数目决定是否接入，如下式：

$\underset{i=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{N}_i+N_{\mathrm{new}}\≤N_{\mathrm{total}}$

其中，N_i为匹配终端组中的已有M2M终端i占用的无线资源数目，N_new为待接入终端所需的资源数目，K为终端组内已接入的终端数目，i＝1...K，N_total为基站分配给终端组的总无线资源数目。

若有足够的资源剩余，则基站根据调度算法调度优先级高的终端并为其分配无线资源，终端接入完成；否则拒绝终端接入。

Claims (2)

1.一种基于M2M业务特征的移动通信网络接入方法，其特征是包括以下步骤：

步骤一：初始化阶段，在基站设备中，根据基站已知的M2M终端的业务特征类型和服务质量QoS参数要求，对不同的M2M终端进行分组，建立M2M终端组分类表，表内注明每个终端组的ID、QoS参数、调度优先级、所需的无线资源的数目；

步骤二：接入请求阶段，基站接收到待接入M2M终端接入请求后，根据待接入M2M终端的QoS参数要求查找M2M终端组分类表，判断是否存在QoS参数匹配的M2M终端组，若存在匹配终端组，则执行步骤三；若不存在，则拒绝待接入M2M终端的接入请求，并在基站中新建对应的终端组添加到M2M终端组分类表中，所述新建终端组对应拒绝的M2M终端的QoS参数，以及所需的无线资源数目；

步骤三：接入阶段，若待接入的M2M终端满足接入准则要求，则基站根据调度优先级选择资源调度算法，调度优先级高的终端并为其分配资源，终端接入完成；否则拒绝终端接入，所述接入准则由基站中的空中接口剩余无线资源的数目决定，如下式：

$\underset{i=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{N}_i+N_{\mathrm{new}}\≤N_{\mathrm{total}}$

其中，N_i为匹配终端组中的已有M2M终端i占用的无线资源数目，N_new为待接入终端所需的资源数目，K为终端组内已接入的终端数目，i＝1...K，N_total为基站分配给终端组的总无线资源数目。

2.根据权利要求1所述的一种基于M2M业务特征的移动通信网络接入方法，其特征是所述对不同的M2M终端进行分组为：

G_n∈(γ_n，ε_n，τ_n，ML_n)，n＝0......M-1

其中，G_n为终端组ID，γ_n为终端组n的最大包到达速率，ε_n为终端组n的最大可容忍抖动，τ_n为终端组n的时延门限，ML_n为终端组n的M2M业务最大包长，n为业务类型，取值0到M-1，总共M种业务类型；终端组分类表中各终端组的调度优先级由上述γ_n、ε_n、τ_n或ML_n中的任一参数确定，终端组所需的无线资源由基站分配，分配周期为移动通信网络子帧长度的整数倍。

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