CN102812755A

CN102812755A - 机器类型通信装置的接入控制

Info

Publication number: CN102812755A
Application number: CN2011800163696A
Authority: CN
Inventors: J.迪亚基纳; P.施利瓦-贝尔特林; A.贝里斯特伦; C-G.佩尔松
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 2010-03-26
Filing date: 2011-03-22
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2031-03-22
Also published as: TWI531265B; EP2553978B1; EP3425962B1; CN106888425B; CN106888425A; CN102812755B; WO2011117842A1; TW201204106A; CN102812754B; EP2553979B1; US8462722B2; EP2553979A1; WO2011117823A1; CA2794617A1; CA2794626A1; EP3425962A1; US20110235581A1; US9264975B2; TW201204107A; CA2794617C

Abstract

装置类型相关的接入控制方式用于独立地控制由机器类型通信(MTC)和非MTC装置进行的网络接入。为每个装置类型定义多个接入类。基站通过向网络内的无线终端发送用于每个所定义装置类型的接入控制掩码，选择性地控制由每个装置类型对网络的接入。

Description

机器类型通信装置的接入控制

相关申请

本申请要求2010年3月26日提交的美国临时专利申请61/317910的权益，通过引用将其结合到本文中。

技术领域

一般来说，本发明涉及移动通信网络中的接入控制，更具体来说，涉及机器类型无线终端的接入控制。

背景技术

移动通信网络中的随机接入信道(RACH)向无线终端提供基于争用的接入，以便在没有为无线终端分配无线电资源时请求连接建立。在基于GSM/EDGE标准的系统中，无线终端在RACH上向网络发送接入请求消息。因为安全性以及使无线终端为完成争用解决所发送的信息量最小化，接入请求消息包括用于标识目的的随机生成的参考值–例如参考请求信息–来代替诸如IMSI之类的标识符。无线终端则监测接入准予信道(AGCH)中的响应。网络可接受或拒绝该接入请求。如果它接受请求，则网络在AGCH上传送立即指配(IA)消息，通过接入请求消息中包含的随机参考值来识别无线终端并且为其指配无线电资源。如果网络对请求无线终端拒绝接入，则它传送立即指配拒绝(IAR)消息。

当两个或更多无线终端同时尝试接入通信网络时，在RACH上发生争用。在争用的情况下，网络将支持无线终端之一来解决争用。不成功的无线终端则将“后退”，并且在稍后时间传送新的接入请求。随着无线终端的数量增加，在无线终端之间存在更大的争用概率，并且更大数量的接入尝试将会失败。如果发生过多争用，RACH上的吞吐量将显著降低。

不久的将来的大量机器类型通信(MTC)装置的预期引入将极大地增加RACH上的拥塞问题。MTC装置是通过通信网络来收集数据并且向MTC服务器或其它MTC装置发送数据的诸如计量表或传感器之类的装置。预计MTC装置在数量上远远超过非MTC装置(例如由人类用户用于语音和数据通信的用户终端)。因此，需要实现新过程来控制由MTC装置进行的网络接入，并且使对于非MTC装置的影响最小化。

发明内容

本发明提供用于控制由MTC装置或其它接入终端在基于争用的随机接入信道上进行的网络接入的方法和设备。更具体来说，类型相关的接入控制方式用于独立地控制由MTC和非MTC装置进行的网络接入。为每个装置类型定义多个接入类。对于各装置类型，基站能够通过禁止一个或多个接入类中的无线终端接入通信网络来控制RACH上的负荷。基站通过向无线终端发送接入控制掩码，来通知各类型的无线终端关于哪些类被禁止。接入控制掩码包括接入控制位的序列；每个所定义接入类使用一位。接入控制位可设置为第一值(例如“0”)以允许由对应接入类中的装置进行网络接入，并且可设置为第二值(例如“1”)以禁止由对应接入类中的装置进行接入。

在一些实施例中，装置类型可进一步分为两个或更多子类型。能够为每个子类型定义接入类，使得基站能够根据子类型来对装置应用不同禁止规则。

本发明的示范实施例包括由通信网络中的无线终端实现的接入控制方法。在一个示范实施例中，无线终端中的接入控制功能确定用于接入尝试的无线终端的装置类型以及与装置类型对应的接入类。装置类型对于同一无线终端所支持的不同应用所触发的不同接入尝试可以是不同的。在确定装置类型之后，接入控制功能基于装置类型从一组接入控制掩码中选择接入控制掩码。各接入控制掩码包括指示是否允许对应装置类型的相应接入类接入通信网络的多个接入控制位。接入控制功能根据与无线终端的接入类对应的所选接入控制掩码中的接入控制位来控制无线终端对网络的接入。

本发明的其它实施例包括无线终端。在一个示范实施例中，无线终端包括：收发器电路，用于与通信网络中的基站进行通信；以及处理电路，连接到收发器电路，用于控制无线终端对通信网络的接入。处理电路包括接入控制处理器，接入控制处理器配置成确定用于接入尝试的无线终端的装置类型，确定装置类型的接入类，并且基于装置类型从一组接入控制掩码中选择接入控制掩码。接入控制掩码包括指示是否允许对应装置类型的相应接入类接入通信网络的多个接入控制位。接入控制处理器还配置成根据与无线终端的接入类对应的所选接入控制掩码中的接入控制位来控制无线终端对网络的接入。

本发明的其它实施例包括由通信网络中的基站实现的接入控制方法。在一个示范实施例中，基站中的接入控制功能分别为第一和第二装置类型确定第一和第二接入控制掩码。各接入控制掩码包括用于对应接入类的多个接入控制位。接入控制处理器还配置成向通信网络内的无线终端传送第一和第二接入控制掩码。

本发明的又一些实施例包括用于通信网络的基站。在一个示范实施例中，基站包括：收发器电路，用于与一个或多个无线终端进行通信；以及处理电路，连接到收发器电路，用于控制通信网络中的无线终端对通信网络的接入。处理电路包括接入控制处理器，接入控制处理器配置成分别为第一和第二装置类型确定第一和第二接入控制掩码。各接入控制掩码包括用于对应接入类的多个接入控制位。接入控制处理器还配置成经由收发器电路向通信网络内的无线终端传送第一和第二接入控制掩码。

本发明提供一种用于基站分别控制由共享相同RACH资源的MTC和非MTC装置进行的网络接入的机制。因此，基站能够确定如何在MTC与非MTC装置之间以及对于能够识别MTC装置的子类型的情况在MTC装置之间最佳地分配网络资源。

附图说明

图1示出用于由MTC装置进行的通信的示范通信网络。

图2示出用于实现接入类禁止的示范接入控制掩码。

图3示出由基站实现的接入控制的示范方法。

图4示出由无线终端中的接入终端实现的示范接入控制过程。

图5示出实现分层接入控制方案的无线终端。

图6示出实现分层接入控制方案的示范基站。

具体实施方式

现在参照附图，图1示出示范无线通信网络10。通信网络10例如可包括移动通信网络12，移动通信网络12按照采用基于争用的随机接入信道(RACH)的任何标准进行操作。为了说明性目的，将在按照GSM/EDGE(全球移动通信系统(GSM)分组无线电业务)标准进行操作的网络的上下文中描述本发明的一个示范实施例。但是，本领域的技术人员将会理解，本发明更一般地可适用于其它无线通信系统，包括宽带码分多址(WCDMA)、长期演进(LTE)和全球微波接入互通(WiMAX)系统。移动通信网络10包括：核心网12，连接到外部分组数据网络14(例如因特网)；以及多个基站20，向无线终端100提供网络接入。无线终端100可与连接到移动通信网络10或分组数据网络14的一个或多个服务器30进行通信。

无线终端100可包括用于通过通信网络来收集和报告数据的机器类型通信(MTC)装置或者非MTC装置。机器类型通信(MTC)已被定义为特定类型的无线通信网络业务。参见例如3GPP技术报告23.888，“System Improvements for Machine-Type Communications”，通过引用将其公开完整地结合到本文中。MTC装置的一个示例是具有无线收发器的气表或电表，用于在预定时间周期向MTC服务器30报告气或电力的使用情况。非MTC装置是用于由人类用户进行的语音和数据通信的诸如蜂窝电话、智能电话、膝上型计算机等的装置。MTC装置可包括特别用于数据收集和报告的专用装置。在其它实施例中，组合的无线终端100可在部分时间用作MTC装置，在部分时间用作非MTC装置。

为了发送数据，无线终端100必须首先建立与通信网络10的连接。通常，无线终端100在加电时向通信网络10登记。在向网络10登记之后，无线终端100可进入IDLE(空闲)模式。在IDLE模式中，无线终端100没有与基站20之间的已建立连接。当无线终端100有数据要发送时，它使用随机接入过程来建立与基站20的连接，以便传送数据。在传送数据之后，无线终端100可终止与基站20的连接，并且返回到IDLE模式。在大多数典型应用中，无线终端100将保持为与网络10附连。但是，无线终端100在发送数据之后可能与网络10分离。

当前，MTC装置和非MTC装置都使用相同RACH资源。因此，MTC装置和非MTC装置必须相互竞争以便在RACH上接入。由于MTC装置的迅速增长，预计MTC装置的数量在不久的将来将远远超过非MTC装置的数量。为了避免RACH的过载和拥塞，服务提供商将要求对MTC装置进行的网络接入的更大程度的控制。

在本发明的一个示范实施例中，接入类禁止用于基于与各无线终端关联的装置类型来控制RACH上的负荷以及限制由一些无线终端100进行的网络接入。更具体来说，将无线终端100编组为给定装置类型的两个或更多接入类。因此，基站20能够通过禁止一个或多个接入类中的无线终端接入通信网络12来控制RACH上的负荷。基站20通过向无线终端100发送接入控制掩码，来通知无线终端100关于哪些类被禁止。接入控制掩码包括接入控制位的序列；每个所定义接入类使用一位。

示范接入控制掩码如图2所示。在图2所示的示例中，存在对应于与给定装置类型关联的十个不同接入类的十个接入控制位。各接入控制位指示是否禁止对应接入类中的无线终端。在这个示例中，设置为“0”的接入控制位指示允许由对应类中的无线终端进行网络接入，而设置为“1”的接入控制位指示禁止接入。位的位置指示对应接入类。在图2所示的示例中，接入控制位1、3和7设置为“1”，从而指示禁止那些接入类中的无线终端100尝试在RACH上的随机接入。

按照本发明的各种实施例，为MTC装置和非MTC装置定义分开的接入类。在一个示范实施例中，为MTC装置和非MTC装置定义十个接入类，总共20个接入类。还可为MTC和非MTC装置定义附加接入类。基站20通过向无线终端100发送各装置类型的接入控制掩码，对MTC和非MTC装置分别控制对共享RACH的接入。接入掩码可例如连同系统信息一起在广播控制信道(BCH)上传送。

当无线终端100尝试接入网络10时，无线终端100内的接入控制功能确定无线终端100的类型及其接入类。基于装置类型，接入控制功能选择适当的接入控制掩码，并且确定与通信100的接入类对应的接入控制位的值。如果接入控制位设置为“0”，则允许接入。如果接入控制位设置为“1”，则禁止接入。因此，基站20可使用一个接入控制掩码来控制由MTC装置进行的网络接入以及使用不同的接入控制掩码来控制由非MTC装置进行的接入。

图3示出由基站20实现的用于控制由共享相同RACH资源的MTC和非MTC装置进行的网络接入的示范过程300。过程300在接入控制规则的更新被触发时开始(302)。更新可按指定的时间间隔或者在指定的时刻被触发，或者可响应预定事件而被触发。作为一个示例，接入控制规则的更新可在RACH上的负荷达到预定等级时被触发。

当触发对接入控制规则的更新时，基站20中的接入控制功能为第一装置类型确定接入控制掩码(304)，并且向无线终端100传送第一接入控制掩码(306)，该掩码将仅由第一类型的无线终端100读取。第一装置类型可包括例如MTC装置。接入控制功能还为第二装置类型确定第二接入控制掩码(308)，并且向无线终端100传送第二接入控制掩码(310)，该掩码将仅由第二类型的无线终端100读取。第二装置类型可例如包括非MTC装置。如前面所述，接入控制掩码包括与所定义接入类对应的多个接入控制位。接入控制功能确定将被禁止的接入类，并且相应地设置接入控制位。第一和第二接入控制掩码可同时传送。例如，用于MTC和非MTC装置的接入控制掩码都可连同系统信息一起在BCCH上传送。

图4示出由无线终端100实现的示范过程400。过程400在请求无线终端100向网络发送信息或数据时被触发(402)。当应用有数据要发送时，无线终端100中的接入控制功能确定适当装置类型(404)，并且基于装置类型来选择接入控制掩码(406)。如果无线终端100用作MTC装置，则它选择用于MTC装置的接入控制掩码。如果无线终端100用作非MTC装置，则它选择用于非MTC装置的接入控制掩码。应当注意，一些无线终端可能能够在不同时间用作MTC或者非MTC装置。取决于应用，无线终端100可对于一个接入尝试被认为是MTC装置而对于另一个接入尝试被认为是非MTC装置。接入控制功能还确定移动无线终端100的接入类(408)，并且基于所选接入控制掩码中的接入控制位来控制对网络的接入(410)。作为一个示例，对于接入类3，接入控制功能确定接入控制掩码中的第四位的值，并且基于第四接入控制位的值来准许或禁止接入。如果第四位设置为0，则允许接入。如果第四位设置为1，则禁止接入。

使用类型特定的接入控制掩码使基站20能够独立地控制由MTC和非MTC装置通过共享RACH资源进行的网络接入。例如，在高峰时段，基站20可判定禁止比非MTC装置更高的百分比的MTC装置。

在本发明的一些实施例中，给定装置类型可进一步分为子类型。能够为每个子类型定义接入类。在那些情况下，基站20能够通过发送用于每个子类型的分开的接入控制掩码来分别控制每个子类型的接入。子类型能够基于装置特定的、应用特定的或服务特定的属性。

在本发明的一个示范实施例中，取决于关联MTC装置是否被附连以及MTC装置的位置，将MTC装置分为三个子类型。更具体来说，子类型定义如下：

子类型1–MTC装置没有附连到网络；

子类型2–MTC装置被附连并且位于它附连所在的相同路由区；

子类型3–MTC装置被附连并且位于新路由区中。

在这个实施例中，基站20可基于MTC装置是否被附连以及MTC装置的位置来发送用于每个子类型的接入控制掩码以分别控制接入尝试。

预计不久的将来可引入非常大量的MTC装置。在这种情况下，如果MTC和非MTC装置共享相同RACH资源，则RACH拥塞成为重大问题。大量MTC装置100所引起的拥塞将意味着，更多接入尝试可能失败，并且非MTC装置将具有获得在RACH上对网络的接入的更多艰难时间。

为了避免拥塞，附加RACH资源可独占地分配给MTC装置并且由其用于接入。这些资源在本文中称作MTC RACH资源。MTC RACH可实现与GSM/EDGE标准中当前定义的相同的随机接入过程。但是，将专用或保留RACH用于MTC装置避免了与非MTC装置的争用。能够在常规RACH与MTC RACH之间分配资源，使得非MTC装置的争用接入性能不受影响。

MTC RACH资源可在一天的所指定时段期间使用。在所指定时间期间，MTC装置可将专用MTC RACH用于随机接入尝试。在其它时段期间，MTC RACH资源能够用于其它目的。在一些实施例中，专用MTC RACH可由任何MTC装置使用。在其它实施例中，专用MTC RACH可保留，以供支持所指定MTC特征或应用的MTC装置使用。基站20可向MTC装置和非MTC装置传送标识MTC RACH信道的频率和基站识别码(BSIC)的补充系统信息。系统信息可指明可使用任何给定MTC RACH的时刻。在一些实施例中，网络可分配多个MTC RACH，以便支持具有不同特征的MTC装置。

与MTC RACH有关的信息能够通过广播控制信道(BCCH)或小区广播信道(CBCH)来传达给MTC装置。例如，关于MTC RACH资源的信息可添加到BCCH上传送的现有系统信息消息中。由于BCCH最初设计用于以数秒范围之内的周期性来传送信息的目的，所以从带宽利用角度来看，在CBCH上传送这种信息会是更有效率的。在小区中广播的系统信息类型4消息中指示给定小区中的CBCH的存在。当小区中CBCH是活动的时，支持小区广播的所有无线终端100将监测CBCH。在支持时将CBCH用于传送与MTC RACH资源有关的信息会是有益的，因为CBCH可能未被充分利用并且提供与MTC RACH特定信息的传输频率有关的大量灵活性。

在一些实施例中，可能需要仅指示对MTC装置的CBCH支持。为了防止遗留装置100监测给定小区中的CBCH，在系统信息消息中广播的CBCH信息可修改为仅指示对MTC装置的CBCH支持。

进入其中CBCH是活动的小区的MTC装置将读取各CBCH消息时隙(每1.88秒传送一次)，直到它接收调度消息，此后MTC装置可进入间断接收(DRX)模式。在DRX模式中，MTC装置读取感兴趣的CBCH消息时隙。调度消息之间的最大间隔为75.2秒，这对于其中MTC装置进行操作的小区可能太短。调度消息可修改为指定MTC装置特定调度，而遗留装置沿用原始调度。MTC装置特定调度周期可包含在针对MTC装置并且按照常规重复来广播的正常CBS消息中。

当检测到MTC装置的存在时，与MTC RACH有关的信息还可在分组接入控制信道(PACCH)上传送。例如，由无线终端100传送的一些控制消息可包括指示装置100是MTC装置的信息。在这种情况下，基站20可使用为发送其它信令消息建立的下行链路传送块格式在PACCH上发送MTC RACH信息。

图5示出可用作MTC装置、非MTC装置或者它们两者的示范无线终端100。无线终端100包括处理电路110，处理电路110连接到与移动通信网络10中的基站20进行通信的收发器电路150。处理电路110包括接入控制处理器120以及用于存储控制无线终端100的操作的程序代码140的存储器130。程序代码140包括用于执行本文所述的接入控制功能的代码。收发器电路150包括用于与基站20进行通信的接收器160和发射器170。收发器电路150例如可按照GSM/EDGE标准或其它通信标准进行操作。

图6示出实现本文所述的接入控制功能的示范基站20。基站20包括：处理电路30，连接到与移动通信网络10中的无线终端100进行通信的无线收发器电路50；以及网络接口95。处理电路30包括接入控制处理器40以及用于存储控制基站20的操作的程序代码60的存储器50。程序代码60包括用于执行本文所述的接入控制功能的代码。收发器电路70包括用于与基站20进行通信的接收器80和发射器90。收发器电路70例如可按照GSM/EDGE标准或其它通信标准进行操作。网络接口95使基站20能够与其它基站20以及核心网12内的网络节点进行通信。

本发明当然可通过除了本文所述之外的其它特定方式来执行，而没有背离本发明的范围和本质特点。因此，当前实施例在所有方面被认为是说明性而不是限制性的，以及落入所附权利要求的含义和等效范围之内的所有变更预计包含在其中。

Claims

1. 一种由移动通信网络中的无线终端实现的接入控制方法，所述方法包括：

确定用于接入尝试的无线终端的装置类型；以及

基于所述装置类型从一组接入控制掩码中选择接入控制掩码，各接入控制掩码包括指示是否允许对应装置类型的相应接入类接入所述通信网络的多个接入控制位；

确定所述无线终端的接入类；

根据与所述无线终端的所述接入类对应的所选接入控制掩码中的所述接入控制位来控制所述无线终端对所述网络的接入。

2. 如权利要求1所述的方法，其中，所述一组接入控制掩码包括用于机器类型无线终端的至少一个接入控制掩码以及用于其它无线终端的至少一个接入控制掩码。

3. 如权利要求2所述的方法，其中，所述一组接入控制掩码包括用于机器类型无线终端的两个或更多接入控制掩码，并且其中，从一组接入控制掩码中为无线终端选择接入控制掩码还基于所述无线终端的连接状态。

4. 如权利要求3所述的方法，其中，用于机器类型无线终端的所述接入控制掩码包括用于没有附连到所述通信网络的机器类型无线终端的第一接入控制掩码和用于附连到所述通信网络的机器类型无线终端的第二接入控制掩码。

5. 如权利要求4所述的方法，其中，用于机器装置的所述接入控制掩码包括用于已经从其首次附连到所述通信网络所在的原始路由区移动到新路由区的机器类型无线终端的第三接入控制掩码。

6. 一种无线终端，包括：

用于与通信网络中的基站进行通信的收发器电路；

处理电路，连接到所述收发器电路，用于控制由所述无线终端对所述通信网络的接入，所述处理电路包括配置成执行下列步骤的接入控制处理器：

确定用于接入尝试的所述无线终端的装置类型；

基于所述装置类型从一组接入控制掩码中选择接入控制掩码，各接入控制掩码包括指示是否允许所述对应装置类型的相应接入类接入所述通信网络的多个接入控制位；

确定所述无线终端的接入类；以及

7. 如权利要求6所述的移动终端，其中，所述一组接入控制掩码包括用于机器类型无线终端的至少一个接入控制掩码和用于其它无线终端的至少一个接入控制掩码。

8. 如权利要求7所述的移动终端，其中，所述一组接入控制掩码包括用于机器类型无线终端的两个或更多接入控制掩码，并且其中，所述接入控制处理器配置成还基于机器类型无线终端的连接状态从所述一组接入控制掩码中选择用于所述无线终端的接入控制掩码。

9. 如权利要求8所述的移动终端，其中，所述接入控制处理器配置成选择用于没有附连到所述通信网络的机器类型无线终端的第一接入控制掩码以及选择用于附连到所述通信网络的机器类型无线终端的第二接入控制掩码。

10. 如权利要求9所述的移动终端，其中，所述接入控制处理器还配置成选择用于已附连并且已经从其最初附连到所述通信网络所在的原始路由区移动到新路由区的机器类型无线终端的第三接入控制掩码。

11. 一种由基站实现的用于控制无线终端对通信网络的接入的方法，所述方法包括：

为第一装置类型确定第一接入控制掩码，所述第一接入控制掩码包括用于所述第一装置类型的对应接入类的多个第一接入控制位；

向一个或多个无线终端传送所述第一接入控制掩码；

为第二装置类型确定第二接入控制掩码，所述第二接入控制掩码包括用于所述第二装置类型的对应接入类的多个第二接入控制位；以及

向所述无线终端传送所述第二接入控制掩码。

12. 如权利要求11所述的方法，其中，所述第一装置类型包括机器类型无线终端。

13. 如权利要求12所述的方法，其中，为所述第一装置类型确定接入控制掩码包括：

为所述第一装置类型的子类型确定两个或更多接入控制掩码。

14. 如权利要求13所述的方法，其中，第一子类型包括没有附连到所述通信网络的机器类型无线终端，并且第二子类型包括附连到所述通信网络的机器类型无线终端。

15. 如权利要求14所述的方法，其中，第三子类型包括附连到所述通信网络、已经从原始路由区移动到新路由区的机器类型无线终端。

16. 一种通信网络中的基站，所述基站包括：

收发器电路，用于与一个或多个无线终端进行通信；

处理电路，连接到所述收发器电路，用于控制由所述无线终端对通信网络的接入，所述处理电路包括配置成执行下列步骤的接入控制处理器：

向一个或多个无线终端传送所述第一接入控制掩码；

向所述无线终端传送所述第二接入控制掩码。

17. 如权利要求16所述的基站，其中，所述第一装置类型包括机器类型无线终端。

18. 如权利要求17所述的基站，其中，所述接入控制处理器还配置成：

19. 如权利要求18所述的基站，其中，第一子类型包括没有附连到所述通信网络的机器类型无线终端，并且第二子类型包括附连到所述通信网络的机器类型无线终端。

20. 如权利要求19所述的基站，其中，第三子类型包括附连到所述通信网络、已经从原始路由区移动到新路由区的机器类型无线终端。