CN102652412B - 一种用于在机器对机器通信系统中进行数据传输的方法及其设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在机器对机器通信系统中进行数据传输的方法、设备以及系统。所述机器对机器通信系统包括多个机器类型通信MTC设备中的至少一个以及MTC服务器，所述方法包括：在所述MTC设备和所述MTC服务器之间经由通信网络传输信令以传输一定数据量的用户数据，其中所述信令指示MTC业务类型并承载所述用户数据，所述通信网络的控制平面和用户平面分离。

Description

一种用于在机器对机器通信系统中进行数据传输的方法及其设备

技术领域

本发明涉及通信网络，具体地，涉及物联网通信。

背景技术

“传感网”在国际上通称为“物联网”（IOT，InternetofThings），即把所有物品通过射频识别等信息传感设备与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理，是继计算机、互联网与移动通信网之后的又一次信息产业浪潮，是一个全新的技术领域。物联网用途广泛，涉及能源、金融和保险、环境保护、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工业监测、老人护理、个人健康等多个领域。据预计，到2020年，全球物物互联的业务与现有的人人互联业务之比将达到30:1，因此，“物联网”将成为下一个万亿级的通信业务。

物联网的用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通讯。这将涉及机器之间的数据通信而无需人的交互，即机器类通信（MTC，也称为机器对机器（M2M）通信）。从终端数量上来说，预计未来用于人对人通信的终端可能仅占整个终端市场的1/3，而更大数量的通信是机器对机器通信业务。事实上，目前机器的数量至少是人类数量的4倍，因此M2M通信具有巨大的市场潜力。

目前，各个国际标准化组织都致力于对M2M通信的研究。其中，3GPP已经成立了专门的工作组来研究MTC，并发布TS22.368V1.1.1技术规范（机器类通信的业务需求；阶段1）。在该规范中，定义了现有网络应该为MTC应用改进的MTC特征。在这些MTC特征中，在线小数据传输和时间控制是两个重要的MTC特征类型。时间控制旨在用于这样的MTC设备，即仅在特定预定时段发送或接收数据并避免在预定时段外的非必要信令。在线小数据传输旨在用于这样的MTC设备，即经常收发小数量数据（可简称为小数据），而在线意味着该MTC设备可通过网络对于MT信令和/或用户面数据可达，其中基于各个特定系统或特定应用来定义小数据的确切数量，一般而言，大部分小数据的量级为几个到几百个字节。

MTC与现有的移动网络通信服务不同，所以当前电信网络需要进行改进以适应MTC。图1示出用于机器类通信的3GPP服务模型。3GPP网络可以提供为机器类通信优化的传输和通信服务。例如，MTC设备101与MTC服务器105或其它MTC设备之间的端到端应用可以使用3GPP网络提供的3GPP承载服务、SMS和IMS等等。如本领域技术人员熟知的，3GPP网络可以使用例如GSM（全球移动通信系统）、GPRS（通用分组无线业务）、WCDMA（宽带码分多址）、TD-SCDMA（时分同步码分多址）等技术，本发明对此并无限制。

MTC设备101是用于机器类通信的用户设备，其可以通过例如3GPP网络的PLMN（公共陆地移动网络）与MTC服务器105或其它MTC设备通信。另外，MTC设备101可以本地地（无线地、通过PAN或硬件）与其它实体通信，以获得用于进行处理和与MTC服务器105或其它MTC设备通信的数据。

如图1所示，MTCu参考点上的接口提供MTC设备101对3GPP网络的接入，以用于支持用户平面和控制平面业务的传输。MTC设备101可以经由MTCu参考点连接到，例如，UTRAN（UMTS陆地无线接入网）、E-UTRAN（演进的UMTS陆地无线接入网）、GERAN（GSM/EDGE无线接入网）、I-WLAN（互联无线局域网）等等。例如，MTCu参考点可以基于Uu、Um、Ww和LTE-Uu接口。

MTC服务器105是执行对于MTC用户的服务的实体。MTC服务器105可以与PLMN本身通信，并且经由PLMN与MTC设备101通信。MTC服务器105还可以具有能够被MTC用户访问的接口。MTC用户可以具有与该用户的MTC设备通信的一个或多个MTC服务器105。

如图1所示，MTC服务器105经由MTCi或MTCsms参考点上的接口连接到3GPP网络上。通过MTCi参考点，MTC服务器105能够与3GPP网络联系并且经由3GPP承载服务或IMS来与MTC设备通信。例如，MTCi可以基于Gi、SGi和Wi接口，MTCsms是MTC服务器用于与3GPP网络联系并且经由SMS与MTC设备通信参考点。

由于MTC设备具有低的制造和开发成本，潜在数量大且可能分布广泛，但每个设备的通信量较小等特点，相比成熟的人对人或人对机通信机制，MTC通信机制需要很多完善、优化和改进。目前，MTC的业务需求正在进一步完善中，而MTC网络架构的优化和关键技术的改进工作才刚刚开始。如3GPP规范TR23.888V0.2.1（“用于机器类型通信的系统改进”）描述的，为了在TS22.368中规定的MTC需求，将对网络进行改进。然而，其中并没有详细的解决方案/机制，或者也简略地提及了一些解决方案，然而该方案具有较差的效果。

例如，对于在线小数据传输，TS23.888V0.2.1中描述了使用小数据的MTC设备通过SGSN（服务GPRS支持节点）/MSC（移动交换中心）使用SMS（短消息）或通过SG（短消息网关）使用SMS来发送或接收数据。而MTC服务器与SM-SC（短消息业务中心）或作为SM-SC操作，以发送或接收封装在短消息中的MTC业务数据。

然而，通过短消息来传输小数据是在电路域进行，需要占用电路域资源，还涉及短消息逻辑网元，并且通过短消息业务传输的数据量会受到限制，特别是短消息业务还具有较大的时延，这对于某些对于时延具有严格要求的应用或服务将是难以忍受的。

此外，在一些情境中，MTC设备也可能同时应用在线小数据传输和时间控制特征。例如，MTC设备设置有高清显示，其处于商场之外，被配置来在每天早晨下载数据以进行广告，并在午夜后上传监视视频。在这些特定时间段外，其不允许来发送或接收数据。

然而，现有技术中在应用时间控制特征时采用在预定时段内MTC设备连接到网络进行数据的传输，在预定时段外该MTC设备从网络断开，这样也导致网络不能迅速更新MTC设备的状态，而现有技术中也并没有同时应用上述两个MTC特征的比较经济的方案。

发明内容

为此，本发明要解决的技术问题是提供一种方法和设备，以至少克服上述一个缺陷。

根据本发明的一个方面，提供一种用于在机器对机器通信系统中进行数据传输的方法，其中所述机器对机器通信系统包括多个机器类型通信MTC设备中的至少一个以及MTC服务器，包括：

在所述MTC设备和所述MTC服务器之间经由通信网络传输信令以传输一定数据量的用户数据，其中所述信令指示MTC业务类型并承载所述用户数据，所述通信网络的控制平面和用户平面分离。

根据本发明实施例的另外的方面，提供一种MTC设备，包括：发送/接收装置，用于发送和/或接收信令和/或数据；以及处理装置，用于创建信令以进行发送或处理所接收的信令，从而通过信令经由通信网络与MTC服务器传输用户数据，其中所创建的信令指示MTC业务类型并承载所述用户数据，所述通信网络的控制平面和用户平面分离。

根据本发明另外的方法，提供一种移动性管理单元，包括：

发送/接收装置，用于发送和/或接收信令和/或数据；以及

处理装置，用于创建信令以进行发送或处理所接收的信令，从而通过所述信令经由通信网络在MTC设备与MTC服务器之间传输用户数据，其中所创建的信令指示MTC业务类型并承载所述用户数据，所述通信网络的控制平面和用户平面分离。

根据本发明的另外的方面，提供一种用户平面设备，包括：

发送/接收装置，用于发送和/或接收信令和/或数据；以及

处理装置，用于创建信令以进行发送或处理所接收的信令，从而通过所述信令经由通信网络在MTC设备与MTC服务器之间传输用户数据，其中所创建的信令指示MTC业务类型并承载所述用户数据，所述通信网络的控制平面和用户平面分离。

附图说明

本发明的特征相信是新颖的，本发明的各部分特征将具体在所附权利要求中阐述。附图将仅是例示的目的，并没有按比例绘制。但是，参考结合附图的详细说明，可以更好地理解关于组织和操作的方法的本发明本身，其中：

图1示例性示出了现有技术中用于机器类通信的3GPP服务模型；

图2示例性示出了根据本发明实施例的在机器对机器通信系统中进行数据传输的流程图。

图3例示了根据本发明实施例的通过EPC网络进行MTC数据传输的信令图。

图4例示了根据本发明实施例的在预定时段外系统删除用户平面并维持控制平面的信令图。

图5例示了根据本发明实施例的在预定时段外的跟踪区域更新过程。

图6例示了根据本发明实施例的当重新处于预定时段内重建用户平面的过程。

图7例示了根据本发明实施例的在预定时段外服务请求过程。

图8示出了根据本发明实施例的MTC设备的示意性结构框图。

图9例示了根据本发明实施例的移动性管理单元的示意性框图。

图10例示了根据本发明实施例的用户平面设备的示意性框图。

具体实施方式

下面，结合附图对本发明的实施例进行详细描述。

本发明的实施例的用于在机器对机器通信系统中进行数据传输的方法总的构思是，机器对机器通信系统包括多个机器类型通信MTC设备中的至少一个以及MTC服务器，通过在该MTC设备和该MTC服务器之间经由通信网络传输信令以传输一定数据量的用户数据，该信令指示MTC业务类型并承载所述用户数据，而该通信网络的控制平面和用户平面分离。

在本发明的实施例中，该业务类型可以是MTC在线小数据传输，由该系统或网络或MTC设备来确定该数据量小于一定阈值则所述用户数据为小数据。

在本发明的实施例中，该通信网络可以包括GPRS或EPS（演进的分组系统，也称为EPC）网络。为了简要起见，在本发明的以下描述中，将主要以EPS网络、并以上行链路为例来描述本发明实施例的在MTC系统中进行数据传输的原理，但是，本领域技术人员应该理解，下行链路将进行类似的或相对的操作，并且本发明的实施例不限于此。

图2示例性示出了根据本发明的实施例的在机器对机器通信系统中进行数据传输的流程图。对于本领域技术人员而言，该MTC系统包括多个机器类型通信MTC设备中的至少一个以及MTC服务器。如图2所示，在步骤S210，从所述MTC设备经由通信网络的基站、移动性管理单元、用户平面设备来向所述MTC服务器发送信令以传输一定数据量的用户数据，其中所述信令指示MTC业务类型并承载所述数据。

用户平面设备指用于用户平面控制承载资源以传输用户数据并且控制承载资源的操作（例如创建、删除、更新会话）的设备，例如EPC（演进的分组核心）网络中的服务网关和PDN（分组数据网络）网关，GPRS（通用分组无线服务）网络中的SGSN（服务GPRS支持节点）中的用户平面逻辑部分以及GGSN（GPRS网关支持节点）。而移动性管理单元可以包括MME（移动性管理实体）或SGSN中的移动性管理控制部分。

在本发明的实施例中，该MTC设备可以依次经由基站、移动性管理单元、用户平面设备发送信令来传输所述数据。

在本发明的实施例中，业务类型可以是MTC在线小数据传输，并且可以由MTC设备或者该系统或网络来确定该数据量小于一定阈值则所述数据为小数据。

图3例示了根据本发明的实施例的通过EPC网络进行MTC数据传输的信令图。在本发明的实施例中，在线小数据传输或其他特征例如时间控制是MTC系统重要的特征。在MTC设备的附着过程成功完成后，HSS（归属用户服务器）将该MTC设备签约数据发送到MME。而MME将这些数据存储在该MTC设备的上下文中。该上下文可以包括该MTC设备的常规数据以及在线小数据传输特征或时间控制特征等。当包括时间控制特征时，还要包括在时间控制特征中MTC可以发/接收数据的预定时段。该MTC设备的附着过程类似于EPS用户设备的正常附着过程。

小数据可以在满足触发条件的任何时间来发送或接收。在本发明的实施例中，每次传输小数据时都要交互大量的信令消息来创建用户平面的承载资源以便用用户平面来传输小数据，由于小数据很小，这些信令消息的数量和大小相对要传输的数据的大小而言显得很大；而且任何时刻都有可能需要收发小数据，每次收发小数据都可能需要重新交互一遍这些信令消息，这将会给网络带来很多信令处理上的负担。因此不足以使用EPS承载（例如EPS用户平面）来发送MTC小数据，而使用信令消息来传输MTC小数据是更有效的。

在步骤S340，当满足触发条件而想要发送MTC小数据时，MTC设备10通过eNB20向MME30发送信令，以传输一定数量的数据。该信令可以承载以下至少之一：MTC业务类型、该MTC设备的ID、该MTC服务器的IP地址以及所述数据。

在本发明的实施例中，该信令可以采用上行链路通用NAS消息，例如，

表1示出了现有技术中的该消息的结构。

IEI	信息单元	类型/参考	是否强制需要
					协议鉴别器	协议鉴别器	是
	安全标题类型	安全标题类型	是
					上行链路通用NAS传输消息标识	消息类型	是
	通用消息容器类型	通用消息容器类型	是
					通用消息容器	通用消息容器	是

表1上行链路通用NAS传输消息内容

在本发明实施例中，可以对该上行链路通用NAS消息进行如下增强：通用消息容器类型信息单元被扩展以便表示MTC业务类型，而通用消息容器信息单元来承载要传输的数据。该要传输的小数据可以包括除了用户数据之外的MTC设备的唯一ID以及相应的MTC服务器的IP地址。或者还可以说，通用消息容器信息单元除了承载MTC小数据之外，还要承载MTC设备的ID以及MTC服务器的IP地址。当然，MTC设备的唯一D以及相应的MTC服务器的IP地址也可以承载在消息头中。

在本发明的实施例中，该MTC业务类型可以是在线小数据传输，而小数据则可在该网络或系统或MTC设备中定义为数据量小于一定阈值的数据。该业务类型可以通过特定的字符或数字来表示。

在步骤S350，当接收到信令，MME将检查业务类型并抽取要传输的数据并向服务网关SWG40发送信令来传输该数据。

在本发明的实施例中，可以采用上行链路通用NAS传输消息，则MME30检查该消息的通用消息容器类型信息单元IE并发现其为MTC在线小数据消息容器，则MME将从通用消息容器IE中抽取MTC小数据并向服务网关SGW40发送新的信令例如数据传输请求消息以传输该小数据。

在本发明的实施例中，可以采用GTP-C消息的形式来实现该数据传输请求消息。如下所示，现有的GTP-C消息由消息头和一个或者多个消息体（1个或者多个IE）组成（参见表2）。而如表3所示，消息头由该表中所示的参数组成，其中包括消息类型。而GTP-C消息的消息类型是一定的，每个消息类型都分配了一个十位数，而某些数字是留待以后使用的。

表2GTP-C消息结构

表3EPC特定的GTPv2控制平面消息头的格式

在本发明的实施例中，GTP-C消息：数据传输请求消息的消息类型可以从这些留待以后的使用数字中来分配，例如其消息类型的数字表示具有MTC小数据的“数据传输请求”。而要传送的小数据可以放在数据传输请求消息的消息体（例如表2的m+1ton字节中的0或更多信息单元）中以便进行数据传输。

在步骤S360，服务网关SWG40接收到该信令，并向分组数据网络（PDN）网关50以信令转发该小数据。

在本发明的实施例中，SWG40将接收到的该数据传输请求消息中的隧道标识符（为SWG的隧道标识符）改为PDN网关的隧道标识符，并向PDN网关发送具有MTC小数据的GTP-C消息：“数据传输请求”。

在本发明的实施例中，MME30和SGW40之间的S11接口，以及SGW40和PDN网关PGW50之间的S5接口，都需要支持这条信令消息。该信令在移动性管理单元和用户平面设备以及用户平面设备之间建立控制平面通道以将来自MTC设备的数据传输到MTC服务器。该控制平面通道包括GTP-C（EPC系统中）隧道或GTP（GPRS系统中）隧道，而GTP隧道指明由信令来使用。

在步骤S370，当接收到该信令，PDN网关50抽取MTC小数据，并根据该信令中的MTC服务器60的IP地址将该数据发送到相应的MTC服务器。

在本发明的实施例中，可以在移动性管理单元和用户平面设备之间以及用户平面设备之间采用数据传输请求用于进行MTC小数据传输。

对于本领域技术人员，应该注意到，MTC小数据将如图3所示进行传输，而不管其是否处于预定的时间控制时段内。

在本发明的实施例中，上述步骤是针对MTC设备处于工作的状态。如果MTC设备处于空闲状态时，上述步骤将进行修改，例如还在步骤S310-320，MTC设备10通过eNB20向MME30发送信令以建立无线侧的信令连接。

在本发明的实施例中，可以采用对现有信令例如服务请求消息的扩展来实现上述功能。例如，可以将现有的服务请求消息中的业务类型IE设置为特定的值来表示小数据传输，该消息表示建立信令连接是为了小数据传输。本领域技术人员应该理解，该信令仅仅用来建立信令连接，而现有的服务请求消息是用来建立信令连接以及用户平面资源分配。

在接收到该扩展的服务请求消息时，MME检查服务类型信息单元和MTC设备的上下文。如果MME发现这是表示“MTC小数据传输”的消息并且MTC小数据传输特征包括在MTC设备的上下文中，则MME对于所有激活的EPS承载将不激活任何无线或S1承载，这与常规的服务请求过程不同。

可选地，在步骤S330：需要时还可以执行NAS认证过程。

本领域技术人员应该理解，也可以创建新的信令或重用其他的信令来实现上述功能，上述采用的信令形式仅仅是例示而非旨在将本发明限定于此。

对于本领域技术人员而言，在GPRS系统实现上述功能的原理是类似的，均是采用利用信令来进行小数据传输，在此不再赘述。但是与EPS网络不同的是，在GPRS网络中不具有扩展的服务请求信令，那么当需要在MTC设备处于空闲状态时发起小数据传输时，可以采用服务请求信令（其中的业务类型参数设为signalling或表示为信令的值）以创建从MTC设备到SGSN的NAS信令传输通道。之后传输小数据的过程与图3类似，MTC设备首先可以利用某条信令（由于对于GPRS没有上行链路通用NAS传输消息，则可能需要新建一条信令消息，或者重用其他已有的NAS信令消息）将小数据传输到SGSN，之后SGSN可以将小数据通过新的GTP-C消息：数据传输请求消息传输到GGSN，之后GGSN再将小数据传输到外部的MTC服务器。

应该注意的是，EPS系统的小数据传输从MTC设备到MME，到SGW再到PGW。而GPRS的小数据传输从MTC设备到SGSN，再到GGSN。网络单元SGSN从逻辑上可以包括移动性管理部分以及用户平面设备部分，当从MTC设备接收到传输小数据的信令，其可以直接向GGSN发送信令以传输小数据，这相当于在移动性管理部分和用户平面设备之间节省了一条信令。

此外，在SGSN收到小数据之后，由于MTC设备不会像正常分组通信那样带上APN（接入点名称）以用于寻找对应的GGSN，在本发明的实施例中可以采用配置缺省的GGSN的方式让SGSN知道应该将小数据通过GTP-C消息传输给哪个GGSN。

本领域技术人员应该理解，本发明的实施例仅仅例示应用于EPC或GPRS网络中，而本发明的上述构思不限于此，还可以应用于其他用户平面和控制平面分离的网络或系统中。从而，有助于优化在线小数据传输MTC特征的上述网络。

对于本领域技术人员，应该理解，下行链路小数据传输与上行链路数据传输相对应，例如，MTC服务器向某个MTC设备发送小数据时，在其信令中可以在某个消息信息单元中承载小数据，并且还承载该MTC设备的ID或地址，以便PDN网关分配服务网关或者GGSN寻找对应的SGSN。或者采用类似的信令进行类似的设置来实现该下行链路的数据传输。例如，在EPS系统中，对应的也可以采用下行链路通用NAS传输消息来承载业务类型以及要传输的小数据。当然，对于本领域技术人员而言，也可以创建新的信令或重用其他的信令来实现上述功能。

在本发明的实施例中，该在线小数据传输还可以应用到其他MTC特征例如MTC监控情景中，以向MTC服务器（在此为MTC监控服务器）传输监控数据（也是小数据）。

在本发明的实施例中，在应用在线小数据传输特征的情况下，还可以应用时间控制特征。

对于时间控制而言，将对于预定时段内和预定时段外而进行不同的操作。例如，在预定时段内，MTC设备可以通过用户平面收发普通用户数据（区别于小数据），而在预定时段外，拒绝通过用户平面的数据的收发。

那么在同时应用在线小数据传输和时间控制特征时，针对时段不同，本发明的实施例的操作也会有所不同。例如，在预定时段内，可以同时维持用户平面和控制平面，通过用户平面收发普通数据，则其操作与常规的操作相同，还可以通过控制平面收发小数据；而在预定时段外，需要仅维持控制平面而释放用户平面的资源。

图4例示了根据本发明实施例的在预定时段外系统删除用户平面并维持控制平面的信令图。本发明的实施例的基本构思是当处于预定期间之外时删除用户平面但是维持控制平面，从而可以在任意时段仍然可以进行在线小数据传输。在此仍以EPS系统、并以上行链路为例来描述本发明的实施例。

MTC设备应该仅在特定预定时段内利用用户平面发送或接收用户数据，而在这些预定时段之外不能利用用户平面发送或接收数据。在预定时段期间，网络应该对于MTC设备创建/激活EPS承载以发送/接收普通数据。例如在MTC设备和用户平面设备之间建立用户平面数据传输通道以将来自MTC设备的数据传输到MTC服务器。用户平面数据传输通道可以包括GTP-U隧道或应用于GPRS系统中的GTP隧道，而GTP隧道由数据使用。当处于这些预定时段之外，网络将删除用户平面（EPS承载）而不允许发送/接收数据。然而，对于MTC设备将一直维持控制平面以传输MTC小数据。

在步骤S410，根据MTC设备10的上下文中的预定时段，MME30检测到处于时间控制特征的预定时段之外。

在步骤S420，MME向用于MTC设备的服务网关发送信令以删除用户平面而同时仍然维持控制平面路径。该过程可以由触发器来触发以使MME删除对于MTC设备的用户平面。

在本发明的实施例中，可以采用GTP-C消息：“扩展的删除会话请求/响应”。在该信令中，可以使用备用的数字来分配业务类型，以表示扩展的删除会话请求/响应用于维持GTP-C控制平面路径（GTP-C隧道），同时在MME和SGW之间以及SGW和PGW之间移除GTP用户平面资源（即EPS承载资源）。

MME将维持MME和用于MTC设备的服务网关之间的GTP-C隧道的信息。此外，MME还可以保存缺省EPS承载的除了服务网关和用于MTC设备的PDN网关的用户平面地址和TEID之外的其他特性以用于用户平面的重建。

在步骤S430，服务网关向用于MTC设备的PDN网关发送信令以维持用于MTC设备的PGW和SGW之间控制路径信息。在本发明的实施例中，也可以采用GTP-C消息：“扩展的删除会话请求/响应”。服务网关将维持用于MTC设备的PGW和SGW之间的GTP-C隧道的信息。此外服务网关将删除GTP-U用户平面隧道信息并释放用于MTC设备的所有用户平面资源。

在步骤S440，PDNGW释放所有用户平面资源但是维持其自身和用于MTC设备的SGW之间的信令路径如GTP-C隧道。PDNGW以扩展的删除会话响应来确认。

在步骤S450，PDNGW如TS23.203所定义的使用PCEF启动IPCAN会话终止过程，其中使用PCRF指示如果PCRF应用在网络中则释放EPS承载。

在步骤S460，在释放用于MTC设备的所有用户平面资源后，服务网关使用扩展的删除会话响应进行确认。

在步骤S470，MME通过发送S1释放命令给eNodeB来释放S1-MME信令连接、用于MTC设备的S1用户平面承载和无线承载。该步骤的细节在TS23.401的第5.3.5节中的“S1释放过程”中进行了描述。

规范TS23.203和TS23.401通过引用合并于此。

而对于GPRS系统，对于预定时段外的控制操作，与在EPS系统中有所不同。因为对于EPS系统，当终端设备进行附着过程时，就会同时激活缺省承载，并分配IP地址，也就是说用户平面路径通了，并且EPS用户是在线的。但是，对于GPRS，当终端设备进行附着过程时，不会同时激活用户平面连接（也就是激活PDP上下文）。附着和激活用户平面是独立的可以分开操作的2个过程。用户附着后，可以随时去激活PDP上下文，也可以不激活PDP上下文，而用户设备一直都可以处在附着成功状态。

在GPRS系统中，可以操作如下：

在时间段内，按照GPRS常规操作进行。一旦到了时间段外，SGSN的移动性管理部分（类似于MME）只需要将MTC设备的PDP上下文去激活就可以了，这样依旧是将用户面删除(可以使用TS23.060的DeactivatePDPContextRequest信令）。

同时在时间段外，对于任何要求激活PDP上下文的信令请求（例如激活PDP上下文请求信令，或者业务类型为data或表示为数据的业务请求消息）都直接拒绝。

在本发明的实施例中，由于在预定时段外，MTC设备一直处于附着状态（即，在预定时段外，不需要断开MTC设备），因此MTC设备可以用正常的方式进行位置更新（也就是路由区域更新）。从而可以保证在预定时段外，不会建立用户平面但是信令平面可以保持连接状态。于是在预定时段外，也可以进行在线小数据传输。

在本发明的实施例中，由于在预定时段外MTC设备并没有从网络断开，则可以同时应用在线小数据传输和时间控制特征。例如在预定时段内可以通过用户平面收发数据，也可以通过控制平面收发小数据。而在预定时段外，还可以通过控制平面收发小数据。因此，优化了同时应用MTC特征（即MTC在线小数据传输和时间控制）的EPC网络或GPRS网络。

图5示出了根据本发明实施例的在预定时段外的跟踪区域更新过程。如图5所示，在本发明的实施例中，可以通过触发器来启动TAU过程。步骤S501-505与常规的EPS系统中的TAU过程中的步骤1-5相同。当处于预定时段内时，TAU（跟踪区域更新）过程与TS23.401中定义的常规的TAU过程相同，在此不再赘述。

当处于预定时段之外，仅维持控制平面路径以传输MTC小数据。因此，在步骤S506，新的MME需要根据MTC设备的上下文，检查是否处于预定时段之外。

如果在预定时段中，则应用常规EPSTAU过程。如果在预定时段之外，并且在上下文中包括了该上述两个MTC特性，则执行以下步骤：

在步骤S507，可以执行NAS认证过程。

在步骤S508，进行上下文确认，该步骤与常规EPSTAU过程中的步骤7相同。

在步骤S509，新的MME向新的服务网关发送信令以修改控制平面路径。在本发明的实施例中，也可以采用GTP-C消息“修改控制平面请求/响应”，可以使用备用的数字来分配业务类型，以表示建立新的MME和新的服务网关之间的控制平面路径。该消息用于在预定时段之外维持MTC设备在控制平面的GTP-C路径，具有用于控制平面的新的MME的IP地址和新的GTP-CTEID。

在步骤S510，新的服务网关向PDN网关发送信令以建立新的服务网关和PDN网关之间的控制平面路径。可以采用GTP-C消息“修改控制平面请求”，该消息具有用于控制平面的新的服务网关的GTP-CTEID和IP地址。

在步骤S511，PDNGW向新的服务网关以具有GTP-CTEID和用于控制平面的其IP地址的“修改控制平面响应”消息进行确认。

在步骤S512，新的服务GW向新的MME以具有GTP-CTEID和用于控制平面的其IP地址的“修改控制平面响应”消息进行确认。

而步骤S513-520，与TS23.401中定义的常规EPSTAU过程中的步骤相同，均实现：新的MME向HSS更新MTC设备目前注册在新的MME中，在此不再赘述。

从而通过TAU过程，在移动的过程中MTC设备还可以保持畅通的信令连接（例如MTC设备到新的MME，到新的SGW，和PGW的信令链路）。

对于GPRS系统，则使用常规的路由区域更新就可以实现上述功能。

当在本发明的实施例中同时还应用时间控制特征时，则随着时间的推移，当从该时段之外又再次来到预定的时段，如图6所示，MME应该检查该时间点并重建用于MTC设备的用户平面。呼叫流程如下所示：

在步骤S601，根据在MTC设备的上下文中的预定时段，MME检查到其从该预定时段外又回到预定时段，以及该2个MTC特征包括在该上下文中。可以由触发器来使MME发起重建用于MTC设备的用户平面的过程。

在本发明的实施例中，由于MTC设备并没有从网络断开，因此不需要进行附着过程。

接下来，在步骤S602，MME向用于MTC设备的服务网关发送具有缺省EPS承载（其在如图4所示的步骤S420中存储在MME中）的信息的创建会话请求。该步骤类似于TS23.401中的附着过程的步骤12。

在步骤S603-606，这些步骤与TS23.401中的附着过程的13-16步骤相同，均实现在SGW和PGW之间创建用户平面的EPS承载资源。

在步骤S607，MME向eNB发送S1-AP初始上下文建立请求消息。该步骤激活用于缺省EPS承载的无线和S1承载。该步骤类似于TS23.401中的UE触发的服务请求的步骤4。

在步骤S608，eNB执行无线承载建立过程。

在步骤S609，eNodeB向MME发送S1-AP消息初始上下文建立完成。该步骤类似于TS23.401中的UE触发的服务请求的步骤7。

在步骤S610，MME向服务网关发送修改承载请求消息以通知SGWeNB的用户平面信息（IP地址和用户平面中的TEID）。

在步骤S611：服务GW向MME发送修改承载响应。

对于GPRS系统，则可以使用常规的激活PDP上下文请求ActivePDPContextRequest消息来实现上述功能，在此不再赘述。

在本发明的实施例中，由于MTC设备在预定时段外并没有从网络断开，因此当接收到服务请求时，MME检测到处于在预定时段之外，则MME将向MTC设备发送服务拒绝消息。通过这种方式，MTC设备在预定时段之外不能发送/接收除了MTC小数据的任何数据。图7示出了该过程的呼叫流程。

在步骤S710-720，MTC设备通过eNB向MME发送服务请求。

于是在步骤S730：MME检查在预定时段之外并且在MTC设备的上下文中包括了该2个MTC特性。

最后，在步骤S740：MME向MTC设备发送服务拒绝消息。

上述流程是应用EPS系统的。而对于GPRS系统，则在预定时段之外，涉及通过用户平面进行数据传输的信令，无论是激活PDP上下文请求信令，或者是业务类型为data或表示为数据的服务请求都会被直接拒绝。

在本发明的实施例中，对于预定时段之外的下行链路数据处理，类似于对上行链路的处理，例如在EPS系统中，当预定时段之外来自外部网络的下行链路数据到达PDNGW，PDNGW将拒绝该服务请求，因为不存在用于MTC设备的用户平面路径从而不能将其传递至EPS网络。

在同一个发明构思下，下面例示了实现上述功能的设备，例如MTC设备、移动性管理单元、用户平面设备等。在本实施例中，与前述实施例原理相同的部分将适当省略其说明。下面结合附图，对本实施例进行详细的描述。

图8示出了根据本发明的一个实施例的MTC设备的结构框图。如图8所示，MTC设备810，可以包括：发送/接收装置812，用于发送和/或接收信令和/或数据；以及处理装置814，用于创建信令以进行发送或处理所接收的信令，从而通过信令经由通信网络与MTC服务器传输用户数。所创建的信令指示MTC业务类型并承载该用户数据，而该通信网络的控制平面和用户平面分离。该通信网络可以是例如GPRS网络或者EPC网络。

在本发明的实施例中，该信令可以包括上行链路通用NAS消息或下行链路通用NAS消息，该消息中的通用消息容器类型信息单元承载MTC业务类型（例如在线小数据传输），该消息中的通用消息容器信息单元承载该用户数据。

在本发明的实施例中，处理装置814还可以进一步被配置为：

将MTC设备810的ID和该MTC服务器的IP地址包括在所创建的信令承载的用户数据中。

在本发明的实施例中，处理装置814还可以进一步被配置为：

创建信令以建立用于无线侧的信令连接，其中所述信令指示业务类型。该业务类型可以是在线小数据传输。该信令可以为扩展的业务请求消息。

图9例示了根据本发明实施例的移动性管理单元的示意性框图。如图9所示，移动性管理单元930包括发送/接收装置932，用于发送和/或接收信令和/或数据；以及处理装置934，用于创建信令以进行发送或处理所接收的信令，从而通过所述信令经由通信网络在MTC设备与MTC服务器之间传输用户数据，其中所创建的信令指示MTC业务类型并承载所述用户数据，所述通信网络的控制平面和用户平面分离。

在本发明的实施例中，移动性管理单元可以包括EPC网络中的MME或者GPRS网络中的SGSN的移动性管理部分。

在本发明的实施例中，处理装置934可以进一步被配置为：

检测预定时段，该预定时段可以由MTC设备通过HSS来设置。例如在附着过程之后，该预定时段的信息可以通过HSS传递到MME。

在本发明的实施例中，处理装置934可以进一步被配置为：

创建信令以建立用于无线侧的信令连接，其中所述信令指示业务类型。

该业务类型可以为在线小数据传输。而所创建的信令也可以包括扩展的业务请求消息。

在本发明的实施例中，处理装置934可以进一步被配置为：

创建信令以在预定时段之外移除用户平面资源并维持控制平面路径。

该信令可以指示业务类型为在线小数据传输，其可以具体化为GTP-C：扩展的删除会话请求/响应消息，来移除用户平面资源而维持控制平面路径。

在本发明的实施例中，处理装置934可以进一步被配置为：

创建信令以在预定时段之外修改控制平面连接。

该信令可以指示业务类型为在线小数据传输，并可以具体化为GTP-C：修改控制平面请求/响应消息，来在预定时段之外维持移动的MTC设备的控制路径是有效的或正确的，从而维持了控制路径的畅通。

在本发明的实施例中，处理装置934可以进一步被配置为：

在检测的预定时段之外拒绝通过用户平面的用户数据的传输请求。

在本发明的实施例中，由于MTC设备在预定时段外并没有从网络断开，所以其接收到通过用户平面的传输用户数据的请求消息时，就会拒绝该消息。

图10例示了根据本发明实施例的一种用户平面设备的示意性框图。如图10所示，用户平面设备15包括发送/接收装置152，用于发送和/或接收信令和/或数据；以及处理装置154，用于创建信令以进行发送或处理所接收的信令，从而通过所述信令经由通信网络在MTC设备与MTC服务器之间传输用户数据，其中所创建的信令指示MTC业务类型并承载所述用户数据，所述通信网络的控制平面和用户平面分离。

在本发明的实施例中，处理装置154可以进一步被配置为：

创建信令用于在预定时段之外移除用户平面资源并维持控制平面路径。

该信令可以指示业务类型（例如为在线小数据传输），并可以具体化为GTP-C：扩展的删除会话请求/响应消息，来移除用户平面资源而维持控制平面路径。

在本发明的实施例中，处理装置154进一步被配置为：

创建信令用于在预定时段之外通过修改控制平面连接来维持控制平面路径。

该信令可以指示业务类型为在线小数据传输，并可以具体化为GTP-C：修改控制平面请求/响应消息，来在预定时段之外维持移动的MTC设备的控制路径是有效的或正确的，从而维持了控制路径的畅通。

在本发明的实施例中，用户平面设备可以包括服务网关和PDN网关以及GGSN和SGSN的用户平面实体部分。

本领域的普通技术人员可以理解上述的方法和设备及其系统可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、CD或DVD－ROM的载体介质、诸如只读存储器（固件）的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本实施例的EPC网络、GPRS网络、各个网络单元以及MTC设备及其组件可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。

虽然以上结合具体实施例对本发明的用于在机器对机器通信系统中进行数据传输的方法及其系统和设备进行了详细描述，但本发明并不限于此，本领域普通技术人员能够理解可以对本发明进行多种变换、替换和修改而不偏离本发明的精神和范围；本发明的保护范围由所附权利要求来限定。

Claims (37)

1.一种用于在机器对机器通信系统中进行数据传输的方法，其中所述机器对机器通信系统包括多个机器类型通信MTC设备中的至少一个以及MTC服务器，包括：

在所述MTC设备和所述MTC服务器之间经由通信网络传输信令以传输一定数据量的用户数据，其中所述信令指示MTC业务类型并承载所述用户数据，所述通信网络的控制平面和用户平面分离，并且信令被创建以在预定时段之外移除用户平面资源并维持控制平面路径。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述业务类型是MTC在线小数据传输，以及该数据量小于一定阈值则所述用户数据为小数据。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述通信网络包括GPRS或EPS网络。

4.如权利要求2所述的方法，其中所述通信网络包括GPRS或EPS网络。

5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述传输步骤进一步包括：

所述MTC设备经由所述通信网络的基站、移动性管理单元、用户平面设备发送所述信令来向所述MTC服务器传输所述数据或所述MTC服务器经由所述通信网络的用户平面设备、移动性管理单元、基站发送信令来向所述MTC设备传输所述数据。

6.如权利要求5所述的方法，其中所述信令在所述MTC设备处承载以下至少之一，以向所述MTC服务器传输所述数据：

MTC业务类型、所述MTC设备的ID、所述MTC服务器的IP地址以及所述用户数据。

7.如权利要求6所述的方法，其中所述信令包括上行链路通用NAS消息，其中所述上行链路通用NAS消息中的通用消息容器类型信息单元承载所述MTC业务类型，所述消息中的通用消息容器信息单元承载所述数据。

8.如权利要求5所述的方法，其中所述信令在所述移动性管理单元处至少承载所述MTC业务类型以及所述数据以向所述MTC服务器传输所述数据。

9.如权利要求8所述的方法，其中所述信令包括GTP-C传输请求消息，所述GTP-C传输请求消息的消息类型信息单元指示MTC业务类型，所述GTP-C传输请求消息的消息体承载所述数据。

10.如权利要求5所述的方法，其中所述信令在所述用户平面设备之间通过GTP-C传输请求消息向所述MTC服务器传输所述数据。

11.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述传输步骤进一步包括：

在所述通信网络的移动性管理单元和用户平面设备之间建立控制平面通道以在所述MTC设备与所述MTC服务器之间传输所述数据。

12.如权利要求11所述的方法，其中所述控制平面通道包括GTP-C隧道或GTP隧道，其中所述GTP隧道由信令来使用。

13.如权利要求1-4、6-10、12中任一项所述的方法，其中所述数据包括MTC监控数据。

14.如权利要求5所述的方法，其中所述数据包括MTC监控数据。

15.如权利要求11所述的方法，其中所述数据包括MTC监控数据。

16.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述方法还包括：

在所述通信网络的移动性管理单元和用户平面设备之间建立用户平面数据传输通道以在所述MTC设备和所述MTC服务器之间进行数据传输。

17.如权利要求16所述的方法，其中所述建立用户平面数据传输通道以传输数据的步骤进一步被配置为所述用户平面数据传输通道仅在预定时段内被维持以传输所述数据，以及所述方法还包括：在所述预定时段外删除所述用户平面的资源以拒绝接收和/或发送通过所述用户平面数据传输通道的数据。

18.如权利要求16所述的方法，其中所述用户平面数据传输通道包括GTP-U隧道或GTP隧道，其中所述GTP隧道由数据使用。

19.如权利要求5所述的方法，其中所述移动性管理单元包括移动性管理实体MME或SGSN的移动性管理部分；所述用户平面设备包括服务网关和PDN网关或者SGSN的用户平面实体部分以及GGSN。

20.如权利要求11所述的方法，其中所述移动性管理单元包括移动性管理实体MME或SGSN的移动性管理部分；所述用户平面设备包括服务网关和PDN网关或者SGSN的用户平面实体部分以及GGSN。

21.如权利要求16所述的方法，其中所述移动性管理单元包括移动性管理实体MME或SGSN的移动性管理部分；所述用户平面设备包括服务网关和PDN网关或者SGSN的用户平面实体部分以及GGSN。

22.一种MTC设备，包括：

发送/接收装置，用于发送和/或接收信令和/或数据；以及

处理装置，用于创建信令以进行发送或处理所接收的信令，从而通过信令经由通信网络与MTC服务器传输用户数据，其中所创建的信令指示MTC业务类型并承载所述用户数据，所述通信网络的控制平面和用户平面分离，并且所述处理装置进一步被配置为：创建信令以在预定时段之外移除用户平面资源并维持控制平面路径。

23.如权利要求22所述的设备，其中所述处理装置还进一步被配置为：

将所述MTC设备的ID和所述MTC服务器的IP地址包括在所述信令承载的用户数据中或者所述信令的头部。

24.如权利要求22所述的设备，其中所述处理装置还进一步被配置为：

创建信令以建立用于无线侧的信令连接，其中所述信令承载所述业务类型。

25.如权利要求22或23所述的设备，其中所述信令包括包上行链路通用NAS消息或下行链路通用NAS消息，其中所述消息中的通用消息容器类型信息单元指示所述业务类型，所述消息中的通用消息容器信息单元承载所述数据。

26.如权利要求22至24中的任一项所述的设备，其中所述业务类型是MTC在线小数据传输，以及该数据量小于一定阈值则所述用户数据为小数据。

27.如权利要求25所述的设备，其中所述业务类型是MTC在线小数据传输，以及该数据量小于一定阈值则所述用户数据为小数据。

28.一种移动性管理单元，包括：

发送/接收装置，用于发送和/或接收信令和/或数据；以及

处理装置，用于创建信令以进行发送或处理所接收的信令，从而通过所述信令经由通信网络在MTC设备与MTC服务器之间传输用户数据，其中所创建的信令指示MTC业务类型并承载所述用户数据，所述通信网络的控制平面和用户平面分离，并且所述处理装置进一步被配置为：创建信令以在预定时段之外移除用户平面资源并维持控制平面路径。

29.如权利要求28所述的移动性管理单元，其中所述处理装置进一步被配置为：

检测预定时段，其中所述预定时段由MTC设备通过HSS设置。

30.如权利要求28所述的移动性管理单元，其中所述处理装置进一步被配置为：

创建信令以建立用于无线侧的信令连接，其中所述信令承载业务类型。

31.如权利要求28所述的移动性管理单元，其中所述处理装置进一步被配置为：

创建信令以在预定时段之外修改控制平面连接。

32.如权利要求28或29所述的移动性管理单元，其中所述处理装置进一步被配置为：

在检测的预定时段之外拒绝通过所述用户平面的用户数据的传输请求。

33.如权利要求28至31中任一项所述的移动性管理单元，其中所述业务类型是MTC在线小数据传输，以及该数据量小于一定阈值则所述用户数据为小数据。

34.如权利要求32所述的移动性管理单元，其中所述业务类型是MTC在线小数据传输，以及该数据量小于一定阈值则所述用户数据为小数据。

35.一种用户平面设备，包括：

发送/接收装置，用于发送和/或接收信令和/或数据；以及

处理装置，用于创建信令以进行发送或处理所接收的信令，从而通过所述信令经由通信网络在MTC设备与MTC服务器之间传输用户数据，其中所创建的信令指示MTC业务类型并承载所述用户数据，所述通信网络的控制平面和用户平面分离，并且所述处理装置进一步被配置为：

创建信令用于在预定时段之外移除用户平面资源并维持控制平面路径。

36.如权利要求35所述的用户平面设备，其中所述处理装置进一步被配置为：

创建信令用于在预定时段之外通过修改控制平面连接来维持控制平面路径。

37.如权利要求35或36所述的用户平面设备，其中所述业务类型是MTC在线小数据传输，以及该数据量小于一定阈值则所述用户数据为小数据。