CN103081379A

CN103081379A - 用于针对大型无线电接入网络的访问类禁止和退避控制的mac pdu信号传递和操作方法

Info

Publication number: CN103081379A
Application number: CN2011800415790A
Authority: CN
Inventors: 李起东; 金相局
Original assignee: LG Electronics Inc
Current assignee: LG Electronics Inc
Priority date: 2010-08-27
Filing date: 2011-08-19
Publication date: 2013-05-01
Anticipated expiration: 2031-08-19
Also published as: EP2609695B1; EP2609695A2; US8908619B2; WO2012026714A3; CN103081379B; WO2012026714A2; KR101414696B1; EP2609695A4; US20120051297A1; KR20130058741A

Abstract

一种用于以信号传递介质访问控制（MAC）协议数据单元（PDU）的方案包括以下步骤：从机器类型通信（MTC）装置接收随机接入前导；向MTC装置发送包括具有MAC报头的MAC PDU的随机接入响应，该MAC报头包括用于MTC支持的信息；从MTC装置接收调度的传输；以及与MTC装置进行竞争解决。可通过以下实现用于MTC支持的信息：（1）MAC PDU结构被修改成包括用于使MTC装置识别MTC群的拥塞状态的新区段；（2）向退避控制（BOC）提供新的一系列大级别的退避间隔（BI）；（3）改变MTC装置的随机接入（RA）过程；或者（4）在接入类禁止（ACB）和退避控制（BOC）之间进行切换。

Description

用于针对大型无线电接入网络的访问类禁止和退避控制的MAC PDU信号传递和操作方法

技术领域

此处描述的实施方式涉及随机接入（或随机接入信道：RACH）过程。

背景技术

在相关技术中，由于没有适当考虑用于大型蜂窝网络的机器类型通信（machine-type communication，MTC），因此某些与RACH过程相关的方面存在问题。因此，相关技术没有充分解决这些问题，因而不能提供适当的解决方案。

发明内容

技术方案

本发明认识到至少以上提到的相关技术的缺陷。基于这种认识，构思了以下描述的各种特征，使得与随机接入过程相关的某些过程能够更有效率且更有效地执行。具体地，通过以下方面可以改进用于大型蜂窝网络的机器类型通信（MTC）：（1）修改MAC PDU结构以包括用于使MTC装置来识别MTC群（family）的拥塞状态的新区段（section）；（2）向退避控制（BOC）提供新的一系列大级别退避间隔（BI）；（3）改变MTC装置的随机接入（RA）过程；或者（4）如此处所描述的那样，在接入类禁止（ACB）和退避控制（BOC）之间进行切换。

附图说明

图1示出用于采用MTC服务器的机器类型通信（MTC）的示例性服务模型。

图2示出用于不采用MTC服务器的机器类型通信（MTC）的示例性服务模型。

图3示出支持MTC服务的示例性的整体网络结构。

图4示出BI索引值（index value）到用于非MTC（或H2H：人与人）装置的退避参数值的可能映射。

图5示出第二实施方式，其中具有MAC PDU、MAC PDCU报头和子报头，包括用于单个E/T/R/R/BI子报头中的退避指示符（BI）的字段。

图6示出第二实施方式，其中具有包括新定义的扩展字段（X）的E/T/X/R/BI子报头，并且在其之后包括E/T/R/R/BI子报头。

图7示出第二实施方式，其中具有第一E/T/R/R/BI子报头和其之后的第二E/T/R/R/BI子报头。

图8示出第三实施方式，其中引入了针对索引（index）13、14和15的BI索引值到退避参数值（以秒计算）的可能的映射。

图9示出在情况（1）和情况（2）的情况下相对于时间的示例性随机接入（RACH）载荷状况。

图10示出随机接入（RA）过程，其采用随机接入响应（RAR）消息（Msg2），该随机接入响应消息包含具有指示随机接入信道多么拥塞的退避指示符（BI）的MAC报头。

图11示出BI索引值到用于MTC装置的退避参数值的可能映射。

图12示出用于实现并执行上述方法的设备（例如，具有适当硬件部件的装置，诸如射频（RF）单元（13、23）、可访问并执行存储在存储器或储存设备（12、22）等中的对应的软件代码的处理单元（控制器、CPU、微处理器等）（11、21））。

具体实施方式

总体上在机器类型通信（MTC）或机器与机器（M2M）通信方面来说明此处描述的本发明的概念和特征。然而，这些详细情况不旨在限制此处描述的各个特征，而是可应用于其它类型的移动和/或无线（无线电）通信系统和遵循各种类型的标准的方法。

本发明的发明人认识到可以改进现有的随机接入过程，使得能够支持MTC装置。重要的是注意到，认识这些问题是基于发明人所做的集中调研、严格仿真、和实验测试。结果，发明人提供了通过以下方面改进随机接入过程的详细情况：（1）修改MACPDU结构以包括用于使MTC装置识别MTC群的拥塞状态的新区段；（2）向退避控制（BOC）提供新的一系列大级别退避间隔（BI）；（3）改变MTC装置的随机接入（RA）过程；或者（4）如此处所描述的那样，在接入类禁止（ACB）和退避控制（BOC）之间进行切换。具体地，在发明人完成如本公开中或优先权文件描述的工作之前，任何已知技术都从未提供或提出过这些方案。

术语“机器与机器”（M2M）（还称为机器类型通信（MTC））用于描述允许无线和有线（或混合）系统与具有相同（或类似）能力的其它装置通信的各种类型的技术。M2M使用装置（例如，传感器、仪表等）来捕捉或检测某些类型的事件（例如，温度、库存程度等），这些事件通过网络传递到应用（软件程序），而应用将捕捉到的事件转换为有意义的信息。例如，M2M（MTC）服务的结果可以通知商店经理商品需要补货。种M2M（MTC）服务可以通过使用作为机器彼此通信时使用的语言的遥测（telemetry）来实现。

近来，SMS（短消息服务）能够被用作M2M通信的传输介质。通过SMS网关的直接信令（信令系统7：SS7）的发展已经提高了M2M通信的可靠性。用于连接M2M网络和消费类电子产品的技术可改进针对各种实际情形而实现的M2M装置的速度、连接和有效性。并且，可在移动电话、智能电话、平板计算机和各种其它无线通信装置中实现的所谓的“智能卡”或者其它类型的SIM（订户身份模块）卡和USIM卡可以具有M2M应用和支持。其它应用可包括与RFID（射频识别）技术一起实现的M2M、被应用于汽车工业以改进驾驶员安全的M2M、为了商业应用和安全监控而与卫星跟踪系统和卫星通信协作的M2M等。存在着所谓的“开放M2M计划”，诸如BITXML（协议）、M2MXML（协议）、COOS计划（开源中间件平台）等。诸如UniversalGateways、Protocol Converts、Plant Floor Communications、“Smart Grid”应用涉及关于本发明的实施方式描述的概念。

当无线电接入网络（RAN）中的节点的数量非常大时，需要非常有效地操作和管理下行控制信道和随机接入信道。大型RAN的一个通常示例是3GPP标准体中的具有机器类型通信（MTC）支持的E-UTRAN。用于处理MTC中的PDCCH（物理下行控制信道）载荷和RACH（随机接入信道）载荷的有效的并且可靠的操作和信令是MTC过载控制的关键问题之一。本发明的注意力集中在用于RACH载荷控制的操作和信令方法并且展示了为了ACB（接入类禁止）和BOC（退避控制）中的动态操作的需要而调整的介质访问控制（MAC）协议数据单元（PDU）的需要。

预期使用当前可用的无线网络段的机器类型通信（MTC）服务存在着市场潜力。具体地，能够识别大规模机器与机器（M2M）服务的潜在应用。例如，消费类产品制造商（诸如汽车制造商）可以在发货后与它们的产品（即，汽车）保持联系。

又例如，在家庭环境中，还可以识别暖气和空调器、报警系统和其它应用的远程维护。除了所识别的应用，可以预期，容易使用的、提供M2M的其它应用的M2M服务即将到来。

针对人与人（H2H）通信服务而优化设计的当前结构对于引入M2M通信服务而言可能不是最优的，因而需要对为M2M设计的结构进行调研。

在下文将说明涉及用于实现此处描述的概念的示例性网络架构的特征。

标记和关键词：

MTC：机器类型通信

MTC装置：用于机器类型通信而配备的UE（或者其它移动装置），通过PLMN与MTC服务器和/或其它MTC装置通信。术语“MTC”装置和“M2M装置”可互换使用。

MTC特征：为了M2M应用的使用而优化网络的网络功能。

MTC服务器：与PLMN自身通信并通过PLMN与MTC装置通信的（网络）实体。MTC服务器还具有可由MTC用户访问的接口。MTC服务器执行针对MTC用户的服务。

MTC用户：MTC用户使用由MTC服务器提供的服务。

MTC订户：与用于向一个或者更多个MTC装置提供服务的网络运营商具有合同关系的法律实体（或个人）。

功能接口：

MTCu：向MTC装置提供3GPP网络的访问权限以传输用户平面和控制平面业务。MTCu接口可以基于Uu、Um、Ww和LTE-Uu接口。

MTCi：MTC服务器使用的基准点，用于连接3GPP网络并因而经由3GPP承载服务/IMS与MTC装置通信。MTCi可以基于Gi、Sgi和Wi接口。

MTCsms：MTC服务器使用的基准点，用于连接3GPP网络并因而经由3GPP SMS与MTC装置通信。

此处描述的概念涉及多个技术标准中的至少一个，这些技术标准包括3GPP TR 22（及其子章节）、TR 23（及其子章节）和TR 36（及其子章节）和TR 37（及其子章节）。这些技术文件及其内容在此通过引用并入。

总体上，机器类型节点（即，诸如移动电话、传感器等的装置）可以被称为机器类型通信（MTC）装置或机器与机器（M2M）装置。对于无线电接入网络（RAN），需要考虑涉及针对很多装置的随机接入过程需要如何进行的问题。在所谓的非接入层（NAS）中，信号和信息经由称为演进NodeB（eNB）的基站（BS）传递。从基站（BS）的角度来看，这种信令是透明的。对于主要由被称为移动性管理实体（MME）的网络实体进行的网络管理而言，减少NAS协议和AS协议中的载荷被关注。对于主要基于随机接入控制而进行的网络管理而言，接入（类）禁止、退避控制、许可控制（在eNB处进行）受到关注。另外，可以执行所谓的“分组”（在随机接入期间）。在此，在网络中的节点之间的所谓“主从”关系中，随机接入可由主节点进行。

MTC装置与MTC服务器之间的端到端应用使用由3GPP系统提供的服务。3GPP系统提供针对机器类型通信（MTC）优化的传输和通信服务（包括3GPP承载服务、IMS和SMS）。

图1示出了利用MTC服务器的机器类型通信（MTC）的示例性服务模型。示出了概念性结构，其中MTC装置（110）经由MTCu接口连接到3GPP网络（120）（UTRAN、E-UTRAN、GERAN、I-WLAN等）。MTC装置使用由PLMN（130）提供的3GPP承载服务、SMS和/或IMS来与MTC服务器或其它MTC装置通信。MTC服务器（141、142）是经由MTCi接口和/或MTCsms接口连接到3GPP网络以与MTC装置通信的实体。MTC服务器可以是在运营商域之外或运营商域之内的实体。

图2示出了不利用MTC服务器的机器类型通信（MTC）的示例性服务模型。特定MTC装置（210）可以与服务提供商A（220）直接通信，而其它MTC装置（240）可以与服务提供商B（230）直接通信。

图3示出了为了实现这种支持MTC服务的方案而可以应用的示例性网络架构。E-UTRAN由eNB（430、432、434）组成，这些eNB向UE或MTC装置（412、414）提供E-UTRA用户平面和控制平面协议终止（termination）。eNB通过所谓的X2接口彼此相互连接。eNB还通过所谓的S1接口连接到EPC（演进分组核心），更具体地，通过S1-MME连接到MME（移动性管理实体：442、444）并且通过S1-U连接到服务网关（S-GW：442、444）。S1接口支持MME/服务网关与eNB之间的多对多关系。Un接口支持所谓的施主eNB（DeNB）与中继节点（RN：420）之间的连接，而Uu接口支持RN与UE（MTC装置）之间的连接。

第一实施方式

将描述当请求会话发起时UE（在空闲模式下）的第一实施方式过程的示例。

步骤1）SIB接收：UE接收系统信息块（SIB）。具体地，UE读取系统信息块（SIB）（即，SIB2：SIB类型2）以识别随机接入（RA）参数。

步骤2）接入类禁止（ACB）状态检查：在读取SIB2之后，UE检查接入类禁止（ACB）状态，UE类是否被禁止。

步骤3）可以按照以下的顺序方式说明第一实施方式的后续过程，如本领域技术人员所理解的：

当上层在UE处于RRC_IDLE的情况下请求建立RRC连接时，UE发起该过程。在发起过程时，UE将：

1>如果UE正在建立用于移动被叫呼叫（mobile terminating call）的RRC连接：

2>…

1>否则如果UE正在建立用于紧急呼叫的RRC连接：

2>如果SystemInformationBlockType2包括ac-BarringInfo：

3>如果ac-BarringForEmergency被设定为FALSE：

4>认为对小区的接入不被禁止；

3>否则如果UE具有一个或多个接入类，如在USIM中存储的，具有可供UE使用的范围11..15中的值：

...

1>否则如果UE正在建立用于移动主叫呼叫的RRC连接：

2>如果定时器T302或者T303在运行：

3>认为对小区的接入被禁止；

2>否则如果SystemInformationBlockType2包括ac-BarringInfo，并且ac-BarringForMO-Data存在：

3>如果UE具有一个或者多个接入类，如在USIM中存储的，具有可供UE使用的范围11..15中的值，并且

3>对于这些接入类中的至少一个，ac-Barring For MO-Data中包含的ac-BarringForSpecialAC中的对应的比特被设定为零：

4>认为对小区的接入不被禁止；

3>否则：

4>抽取在0≤rand<1范围内随机分布的随机数“rand”：

4>如果“rand”小于ac-BarringForMO-Data中包括的ac-BarringFactor指示的值：

5>认为对小区的接入不被禁止；

4>否则：

5>认为对小区的接入被禁止；

2>否则：

3>认为对小区的接入不被禁止。

在下文中将描述后续步骤。

步骤4）在接入类禁止（ACB）阶段，（a）如果UE决定对小区的接入不被禁止（例如，如同步骤“4>认为对小区的接入不被禁止；”或“4>如果“rand”小于ac-BarringForMO-Data中包括的ac-BarringFactor指示的值：5>认为对小区的接入不被禁止；”，如上所述），UE开始随机接入（RA）过程；（b）否则如果UE决定对小区的接入被禁止（例如，作为以上的框中被标红的所独有的），UE将ac-BarringTime应用到其针对下一次尝试的等待时段。在此，应注意，在所谓的接入类禁止时间（即，ac-BarringTime）之后，UE并不一定被保证能够接入小区，这取决于之后时刻的禁止状态。ac-BarringTime值以秒测量并且是4、8、16、32、64、128、256和512中的一个。

步骤5）在随机接入（RA）过程中，如果超过一个UE使用同一个时间频率块并且如果超过一个UE选择了相同的前导或者如果发射功率不足以使得eNB能够成功理解UE用信号通知了什么，则UE开始退避过程。

图4示出了H2H情况（即，非MTC情况）的示例性退避参数值（以ms测量），因而存在16个类别，其中每一个类别由具有特定退避参数值（ms）的索引值指示，并且索引13到15分别被保留（用于可能的将来使用）。

然而，发明人认识到上述第一实施方式可以进一步改进。

第二实施方式

使用接入类禁止（ACB）和退避控制（BOC）的基本目的是分别通过防止一部分MTC装置请求会话发起以及通过限制具有随机接入响应（RAR）失败的那些MTC装置应用更长的退避时段而将RACH载荷降低到特定程度。从直观的角度来看，ACB和BOC用于减少给定时间间隔的RACH载荷这一相同目的。然而，它们的效果在两个方面存在不同：

1）ACB中的等待时间的大小（自当前说明书起）以秒测量，从4秒到512秒；然而，等待时间的大小在BOC中以毫秒测量，从4ms到912ms。

2）与BOC相比，ACB尝试RACH业务的量较小（在等待（失效）时间段相同的情况下）。

在第二实施方式中，MAC PDU结构自身可被改变以有助于H2H装置（人的UE）与MAC装置两者分别识别各个类（H2H类和MTC类）的拥塞状况。在第三实施方式中，为了MTC装置的更好的RACH载荷控制，可以实现退避间隔（BI）的新设置。在第四实施方式中，采用了随机接入过程中的一些变化（将帮助MTC RA过程从更长的退避间隔开始）。在第五实施方式中，提供了MTC RACH载荷控制的切换方法。

对于第二实施方式，为了MTC支持，可以实现MAC PDU结构的变化。如图3.1.1中描述，MAC PDU由MAC报头和零个或更多个MAC随机接入响应（MAC RAR）以及可选的填充组成。

图5示出了第二实施方式，具有MAC PDU、MAC PDCU报头和子报头，子报头包括用于退避指示符（BI）的字段。RAR的MAC报头具有可变大小并且由以下字段组成：

-E：扩展字段，是指示MAC报头中是否存在更多个字段的标志位。E字段被设定为“1”以指示随后跟随有至少另一组E/T/RAPID字段。E字段被设定为“0”以指示MAC RAR或填充在下一字节开始；

-T：类型字段，是指示是否MAC子报头包含随机接入ID或退避指示符。T字段被设定为“0”以指示在子报头中存在退避指示符（BI）字段。T字段被设定为“1”以指示在子报头中存在随机接入前导ID（RAPID）字段。

-R：保留位，其被设定为“0”。

-BI：退避指示符字段标识小区中的过载状况。BI字段的大小是4个比特。

-RAPID：随机接入前导标识符字段标识发射的随机接入前导。RAPID字段的大小是6个比特。

应注意的是，MAC报头和子报头是对齐的八位字节。

一旦UE（无论是H2H或MTC型）发送RAC前导，UE将在消息2（Msg-2）中接收到这个种类的MAC PDU。然而，当接收到具有指示退避指示符（BI）的RAR 的MAC PDU时，UE不知道BI携带的含义。换句话说，UE不知道这个BI指示什么，H2H UE的拥塞程度或者还是MTC装置的拥塞程度。为了使能够区分每一个类的拥塞程度从而MTC装置可以与H2H的BI不同地处理它们的BI，第二实施方式提出以下解决方案：

在图5中，MAC PDU RAR报头仅具有一个E/T/BI类型子报头。因此如果另一个E/T/BI类型子报头跟随而不标识它是第二个E/T/BI子报头，则可能存在歧义，即，UE将该第二子报头视为第一个E/T/RAPID类型子报头。

然而，如果PAC PDU报头承载相同种类的两个E/T/BI类型子报头，但是第一E/T/BI类型子报头的第一个“R”（保留比特）或第二个“R”用于指示第二个子报头（或者第二个E/T/BI子报头的BI）是关于MTC装置的拥塞程度。第二E/T/BI子报头不必须使用保留比特，除非存在针对这种目的而要求的另一个E/T/BI类型子报头。然而，如果需要将一组MTC装置与另一组MTC装置区分开，使得这两个组被给予不同程度的RACH特权，则第二E/T/BI子报头可将其任一个保留比特（“R”）用于相同目的，即，指示随后的E/T/BI子报头承载“将针对新目的而限定”的拥塞程度。

对于第二实施方式的效果，MTC装置可通过读取第二个子报头的BI来识别MTC装置的拥塞程度。H2H UE仍可通过读取第一子报头而放弃第二子报头而做到相同事情。

因而，在用于第二实施方式的图6中，MAC报头具有可变大小并且可以由以下字段组成，这些字段包括新定义的扩展字段（X），可被如下描述：

-E：扩展字段，是指示MAC报头中是否存在更多个字段的标志位。E字段被设定为“1”以指示其后随后有至少另一组E/T/RAPID字段。E字段被设定为“0”以指示MAC RAR或者填充在下一字节开始；

-T：类型字段，是指示MAC子报头是否包含随机接入ID或退避指示符的标志位。T字段被设定为“0”以指示在子报头（BI）中存在退避指示符字段。T字段被设定为“1”以指示在子报头中存在随机接入前导ID（RAPID）；

-X：扩展字段，是指示MAC报头中是否存在更多E/T/BI字段的标志位。X字段被设定为“1”以指示其后跟随有至少另一组E/T/BI字段；

-R：保留位，其被设定为“0”。

-BI：退避指示符字段，其标识小区中的过载状况。BI字段的大小是4个比特。

-RAPID：随机接入前导标识符字段，其标识已发射的随机接入前导（参见分条款5.1.3）。RAPID字段的大小是6个比特。

在此，应注意的是，MAC报头和子报头是对齐的八位字节。

图7提供了用于图6所示的MAC PDU结构的简化方案。该方法用于相同目的，但是不使用保留比特“R”。即，在MAC报头中包括两个E/T/BI类型子报头；第一个子报头用于H2H，并且第二个子报头用于MTC。由于E字段可用于指示跟随有至少另一组E/T/RAPID字段，被设定为“1”的该E字段指示随后的子报头是E/T/RAPID格式，而不是E/T/BI格式。然而，根据图7，通过设定第二个E/T/BI子报头的“T”字段，可以规定第二个子报头不是E/T/RAPID类型，而是E/T/BI类型。这要求UE应遵循并且解析这种“T”字段的设置：即，如果第二子报头在其“T”字段具有“1”，则是针对MTC装置，指示MTC装置的拥塞程度。

对于所获得的效果，MTC装置可以通过第二个子报头的BI来识别MTC装置的拥塞程度。H2H UE仍可通过读取第一子报头而放弃第二子报头而做到相同事情。

因此，图7示出第二实施方式，其中具有MAC PDU、MAC PDCU报头和子报头，子报头包括退避指示符（BI）的字段。用于RAR的MAC报头具有可变的大小并且由以下字段组成：

-E：扩展字段，是指示MAC报头中是否存在更多个字段的标志位。E字段被设定为“1”以指示跟随有另一个E/T/BI字段或者至少另一组E/T/RAPID字段。E字段被设定为“0”以指示MAC RAR或填充在下一个字节开始；

-T：类型字段，是指示MAC子报头是否包含随机接入ID或退避指示符的标志位。T字段被设定为“0”以指示在子报头（BI）中存在退避指示符字段。T字段被设定为“1”以指示在子报头中存在随机接入前导ID（随机接入前导ID字段）。

-R：保留位，其被设定为“0”。

在此，应注意的是，MAC报头和子报头是对齐的八位字节。

第三实施方式

可以实现针对MTC支持的一些新的退避间隔（BI）设定。针对ACB的等待时间的大小以秒来测量，从4秒到512秒；然而，对于BOC，等待时间以毫秒来测量，从4ms到912ms。因而，可以理解的是，由于MTC装置必须等待更长的时段，ACB的使用对于禁止MTC装置尝试随机接入具有更大的影响。

如第三实施方式的图8所示，通过针对索引13、14和15引入更长的退避间隔（BI），可以减小先前提出的“影响”的间隙。

第四实施方式

为了支持MTC装置，对随机接入过程做出一些变化。即，用于MTC装置遵循的一系列退避间隔与用于H2H装置的退避间隔差异地设置。例如，对于MTC装置（UE类型），RA过程初始化可不同地设定。

典型的随机过程可如下执行：

-清空Msg3缓冲器；

-将PREAMBLE_TRANSMISSION_COUNTER设定为1；

-将UE中的退避参数值设定为0ms；

-进行随机接入资源的选择。

在此，应注意的是，如果退避参数值从0ms开始，则当,MTC RACH载荷重时，会花费长时间。

然而，通过使用以上指出的三个选项，可以如下所示那样进一步改进这种随机接入过程：

-清空Msg3缓冲器；

-将PREAMBLE_TRANSMISSION_COUNTER设定为1；

-选项1）将UE中的退避参数值设定为480ms；

-选项2）将UE中的退避参数值设定为960ms；

-选项3）将UE中的退避参数值设定为[2*a或5*a（秒），如在图8中规定的；或者新赋予BI表中的索引13的值（即，被映射到第13个最大索引的值）]。

-进行随机接入资源的选择。

结果，使用这种选项的优点是需要RACH接入的MTC装置不必须经过具有短BI的一系列RA重复，在拥塞情况下，这些具有短BI的重复是造成RA失败的主要原因。

第五实施方式

提供了为了MTC支持而在RACH载荷控制模式之间切换的概念。为了描述的目的，可以如下提供RACH载荷控制模式的定义：

（1）仅ACB模式：eNB（或RN）仅使用ACB。

（2）仅BOC模式：eNB（或RN）仅使用BOC。

（3）ACB和BOC模式：eNB（或RN）使用ACB和BOC两者。

在此，与BOC相比，ACB具有较小的尝试RACH业务的量（如果等待或失效时段相同）。这是因为ACB的本质是防止特定数量的MTC装置（通过随机抽取确定）制造RACH载荷。然而，BOC在其开始过程期间也产生一些RACH载荷。

因而，与BOC相比，ACB可以被用作针对重载荷状况的更有力的解决方案。因此，有益的是，取决于载荷状况（从eNB、DeNB或RN的角度），在一些情况下ACB能够更有用，而其它情况下BOC能够更有用。

1）如果MTC RACH载荷被认为非常重，则eNB应使用ACB和BOC。

2）如果MTC RACH载荷被认为重但是不非常重，则eNB应使用ACB。

3）如果MTC RACH载荷被认为略重，则eNB应使用BOC。

参照图9，可以理解第五实施方式的一些优点，图9示出了情况（1）和情况（2）中关于时间的示例性载荷状况。

对于情况（1），在某个时间间隔中存在相对重的载荷，并且在随后的间隔中存在小（轻）的载荷。在此，由于在该随后的间隔中不存在重的载荷，所以使用ACB或者使用BOC就足以了。在这种情况下，使用BOC是足够好的，这是由于将一时间间隔（例如，在情况（1）中的[0,T]中）处的重载荷分配在一系列接下来的时间间隔上可以使得一系列时间间隔的MTC RACH载荷处于特定的低的程度，确保MTC RACH吞吐量保持得高。

另一方面，对于情况（2），还很有可能的是仅使用BOC不改善MTC RACH吞吐量。情况（2）示出在某个时间间隔中的相对重的载荷以及在随后的时间间隔中的额外的相对重的载荷。实际上，这种业务到达模式的类型是很有可能的。在此情况下，由于BOC能够在大范围的时间跨度上分配载荷，因此BOC可降低业务载荷的强度。然而，尽管该分配：（1）每一个MTC装置不管怎样都将请求RA过程；（2）如果不适应毫秒级的退避间隔，则由于分配密度不足够低，不可能改善MTC RACH吞吐量。

1）因此，优点可来自于使用以下提出的方法：

a.应用更长的退避间隔；或者

b.切换到基于ACB的控制（这可以由eNB对RACH的测量等来触发）。

i.如图10所示，在RA过程的Msg2中，承载随机接入响应（RAR）的MAC PDU包含MAC报头。该MAC报头包括退避指示符（BI），暗示了RACH有多么拥塞。

ii这说明eNB（或RN）知道RACH拥塞状态。

iii.eNB（或RN）可使用该信息来决定是否切换控制方法，从BOC切换到ACB或者从ACB切换到BOC；或者切换控制方法，从使用ACB或BOC中的一个切换到使用ACB和BOC两者。

在下文中，将说明三种可能的实现示例或应用情况。

情况1：针对H2H和M2M，将前导集合分开，其中M2M UE选择属于特定集合（例如，不相交的前导集合）的多个前导中的一个。在此情况下，M2M UE和H2H UE不使用相同的前导。接收到MAC PDU的UE“知道”接收到的MAC PDU中的BI与UE所属的类（H2H或者M2M）相关。因而，仍能够使用MAC PDU的相同格式。然而，如果必要，需要对BI索引到M2UE要等待的实际BI（退避参数值）的映射进行重新定义。H2H UE和M2M UE的前导集合的分离可以包括两个情形：情形1：不相交分离；以及情形2：一些部分共享，而其它部分仅由H2H UE使用。图11示出了当eNB使用MAC PDU的相同格式时定义的M2M UE的BI索引到实际BI的新的映射。接收BI的H2H UE将应用当前定义的退避参数值，而M2M UE将应用新的退避参数值，如图11所定义的那样。

情况2：针对H2H和M2M，不将前导集合分离，其中M2M UE选择用于H2H的多个前导中的一个（不区分）。在此情况下，M2M UE和H2H UE使用相同的前导，即，在RA阶段，H2H UE和M2M UE之间存在冲突的可能。接收到MAC PDU的UE“不知道”eNB通过单个BI希望向H2H UE和M2M UE告知什么。对于这个情况，具有两种可能解决方案。第一个方案是使用相同的MAC PDU格式（单个BI）。M2M UE和eNB应具有共同理解的唯一事物是MEM UE的BI索引的含义；如果不存在针对M2M UE的BI索引的新定义，则它们仅遵循H2H UE的BI索引（例如，索引0对于0ms，索引1对于10ms）。其具有如下缺点，即，单个BI信息仅可以表示一维信息：例如，如果H2H UE在某种程度上拥塞，假设BI索引1为良好，并且如果M2M UE拥塞使得BI索引1可用于M2M UE，则eNB很高兴选择BI索引1。然而，如果H2H UE在某种程度上拥塞，假设BI索引1良好，并且如果M2M UE的拥塞有些严重（假定拥塞程度可以被eNB实现技术标识），使得至少BI索引4可用于M2M UE。在此情况下，eNB需要在1到4之间选择一些BI索引，或者可能选择一些其它BI索引。这个问题是实现方式之一，但是当第一方案要被使用时限制。第二方案是使用新MAC PDU格式（例如，每个MAC PDU两个BI）。第一个BI（在长度为8个比特的子报头中具有4个比特的长度）可用于H2H UE，而第二个BI（在长度为8个比特的子报头中具有4个比特的长度）可用于M2M UE。由于可经由BI或RAPID指示符字段识别子报头格式，所以之前发布的UE可以忽略第二个BI，因而不发生向后兼容的问题。

情况3：前导集合被隐含地分离：一些部分被H2H和M2C两方使用，而其它部分仅仅被其中一方（例如，H2H）使用。共享的前导集合，但是具有对M2M的低优先级等。由于一些部分仍由H2H和M2C两方使用，因此这种情况属于上面解释的情况2。

如上所述，示例性实施方式的基本特征可被总结如下。机器类型通信（MTC）装置可按照如下方式适应：（1）修改MAC PDU结构被修改为包括用于使MTC装置识别MTC群的拥塞状态的新区段；（2）向BOC提供新的一系列大尺寸退避间隔（BI）；（3）改变用于MTC装置的RA过程；或者（4）执行从ACB到BOC或从BOC到ACB的切换、执行从ACB或BOC到ACB和BOC两者的跳转。因此，以上基本特征是基于MAC PDU字段和/或子报头的新添加和改变，并且还基于对相同消息格式理解的新的方式，使得消息格式以不同方式被解释从而克服模糊或者混淆。

作为总结，本公开的各种发明概念和特征还可按照以下方式来描述：

本公开提供了一种介质访问控制（MAC）协议数据单元（PDU）的信令的方法，该方法由网络执行并且包括：从机器类型通信（MTC）装置接收随机接入前导；向所述MTC装置发送包括具有MAC报头的MAC PDU的随机接入响应，所述MAC报头包括用于MTC支持的信息；从所述MTC装置接收调度的传输；以及与所述MTC装置进行竞争解决。

在此，用于MTC支持的信息允许MTC装置基于预配置的值对网络应用相应的退避间隔。预配置的值是具有对应的退避间隔的索引值的退避参数值。用于MTC支持的信息包括第一子报头，该第一子报头包括针对非MTC装置的退避指示符字段。用于MTC支持的信息还包括第二子报头，该第二子报头包括针对MTC装置的退避指示符字段。第二子报头包含用于允许MTC装置应用相应的退避间隔的信息。包括第一子报头和第二子报头的用于MTC支持的信息允许MTC装置基于预先配置的值对网络应用相应的退避间隔。用于MTC支持的信息允许MTC装置基于针对MTC而新配置的或重新配置的值对网络应用相应的退避间隔。包括第一子报头和第二子报头的用于MTC支持的信息允许MTC装置基于新配置的或重新配置的值（针对MTC）对网络应用相应的退避间隔。处于毫秒范围内的新配置的或重新配置的值是通过将一变量乘以用于非MTC装置的各个已有的退避间隔值而获得的。处于秒范围内的新配置的或者重新配置的值是通过新近计算出的不用于非MTC装置的退避间隔而分别获得的。新配置的或重新配置的值分别大于已有的用于非MTC装置的退避间隔值。用于MTC支持的信息在从执行接入类禁止（ACB）到执行退避控制（BOC）的切换中使用，在从执行BOC到执行ACB的切换中使用，在从执行ACB和BOC两者到仅执行ACB的切换中使用，在从执行ACB和BOC两者到仅执行BOC的切换中使用，在从仅执行ACB到执行ACB和BOC两者的切换中使用，或者在从仅执行BOC到执行ACB和BOC两者的切换中使用。所述切换是基于关于时间的随机接入信道（RACH）载荷的量进行的。

另外，参照图12，本公开还提供一种设备（例如，具有适当硬件部件的装置，诸如射频（RF）单元（13、23）、能够访问并执行存储在存储器或者存储装置（12、22）等中的相应软件代码的处理单元（控制器、CPU、微处理器等）（11、21））以便于实现并执行上述方法。

因此，本公开提供了一种机器类型通信（MTC）装置，该装置包括：射频单元，该无线电频率单元用于向网络发送信号和从为了接收信号；存储器，该存储器用于存储与发送到网络和从网络接收的信号相关的信息并且用于存储与退避间隔（BI）、退避参数值或随机接入信道载荷控制模式有关的信息；以及处理器，该处理器与所述射频单元和所述存储器协作以通过以下执行随机接入方法：向网络发送随机接入前导；从所述网络接收随机接入响应，所述随机接入响应包括具有MAC报头的介质访问控制（MAC）协议数据单元（PDU）信令；向所述网络发送调度的传输；以及与所述网络执行竞争解决，其中，作为满足以下条件中的一个的结果，该随机接入方法能够支持机器类型通信（MTC）协议：当MAC报头具有扩展字段（E）、类型字段（T）和退避间隔（BI）字段的第一子报头并且具有包括扩展字段（E）、类型字段（T）和退避间隔（BI）字段的第二子报头时，第一子报头或第二子报头因此具有被设定为指示要由MTC装置读取的信息的特定字段；或者当具有索引值0到15的退避间隔（BI）分别映射到以毫秒为单位的相应的退避参数值时，索引值13、14和15被分别映射到被乘以运行索引（running index）的值，得到要由MTC装置读取的以秒为单位的新的退避参数值；或者当MTC装置在选择随机接入资源之前将其退避参数设定为不同于0毫秒的值时；或者当随机接入信道载荷控制模式被定义为仅接入类禁止（ACB）模式、仅退避控制（BOC）模式或者ACB和BOC模式，并且所述随机接入信道载荷控制模式由MTC装置可切换地使用时。

在此，第一子报头具有至少一个保留比特字段（R），该保留比特字段（R）被定义为扩展字段（X）并且被设定为“1”以指出随后的子报头是由MTC装置读取的扩展字段（E）/类型字段（T）/退避字段（BI）格式（E/T/BI）。第二子报头中的类型字段（T）被设定为“1”以指出随后的子报头是由MTC装置读取的扩展字段（E）/类型字段（T）/随机接入前导标识符（RAPID）字段格式（E/T/RAPID）。索引值13、14和15通常被设置为保留以供将来使用，并且运行索引由以下值组成：值‘a’=1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,12,14,15,或16；值‘b’=1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,12,14,15,或16；和值‘c’=1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,12,14,15,或16，使得索引值13具有2*a或5*a的退避参数值，索引值14具有10*b或15*b的退避参数值，并且索引值15具有20*c或30*c的退避参数值。被设定为不同于0ms的退避参数值是480毫秒；或者960毫秒；或者（2*a）秒、（5*a）秒或者被映射到退避间隔（BI）的第13大索引的值。随机接入信道载荷控制模式被可切换地使用，使得MTC装置仅使用ACB、仅使用BOC或者使用ACB和BOC两者。

可以通过软件、硬件或者其组合来实现此处描述的各种特征和概念。例如，实现用于支持机器类型通信（MTC）的随机接入过程的方法和设备的（由计算机、移动终端和/或网络装置中的处理器、控制器、CPU等执行的）计算机程序可以包括用于执行各种任务的一个或更多个程序代码段或模块。类似地，实现用于支持机器类型通信（MTC）的随机接入过程的方法和设备的（由计算机、移动终端和/或网络装置中的处理器、控制器、CPU等执行的）软件工具可以包括由用于执行各种任务的处理器（或如CPU的其它控制器）执行的程序代码片段或者模块。

用于支持机器类型通信（MTC）的随机接入过程的方法和设备与各种类型的技术和标准兼容。此处描述的某些概念涉及具体标准，诸如3GPP（LTE、LTE-Advanced等）、IEEE、4G、GSM、WCDMA等。然而，应理解，以上示例性标准不旨在受到限制，因为其它有关标准和技术也可以是可应用的。

工业实用性

此处的特征和概念可应用于各种类型的用户装置（例如，移动终端、手持机、无线通信装置等）和/或网络装置、实体、部件等并且在其中实现，所述用户装置和/或网络装置、实体、部件等可被配置为支持提供机器类型通信（MTC）的随机接入过程。

由于此处本文中描述的各种概念和特征可以在不背离其特征的前提下在多种形式实现，应理解，除非特别规定，否则上述实施方式不受到以上描述的任何细节的限制，而是应在所附的权利要求的范围内广义地理解。因此，落入范围及其等同物内的全部变化和修改旨在被包括在所附的权利要求之内。

Claims

1.一种用信号传递介质访问控制（MAC）协议数据单元（PDU）的方法，该方法由网络执行并且包括：

从机器类型通信（MTC）装置接收随机接入前导；

向所述MTC装置发送随机接入响应，所述随机接入响应包括具有MAC报头的MAC PDU，所述MAC报头包括用于MTC支持的信息；

从所述MTC装置接收被调度的传输；以及

与所述MTC装置执行竞争解决。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述用于MTC支持的信息允许所述MTC装置基于预先配置的值与所述网络应用相应的退避间隔。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述预先配置的值是具有退避间隔的相应索引值的退避参数值。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述用于MTC支持的信息包括第一子报头，所述第一子报头包括针对非MTC装置的退避指示符字段。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述用于MTC支持的信息还包括第二子报头，所述第二子报头包括针对MTC装置的退避指示符字段。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述第二子报头包含用于允许所述MTC装置应用相应的退避间隔的信息。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，包括所述第一子报头和所述第二子报头的所述用于MTC支持的信息允许所述MTC装置基于预先配置的值与所述网络应用相应的退避间隔。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述用于MTC支持的信息允许所述MTC装置基于针对MTC新配置的或重新配置的值与所述网络应用相应的退避间隔。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，包括所述第一子报头和所述第二子报头的所述用于MTC支持的信息允许所述MTC装置基于（针对MTC）新配置的或重新配置的值与所述网络应用相应的退避间隔。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，通过将一变量乘以用于非MTC装置的各个已存在的退避间隔值来分别获得所述新配置的或重新配置的值，所述新配置的或重新配置的值处于毫秒范围内。

11.根据权利要求9所述的方法，其中，通过新计算出的不被非MTC装置使用的退避间隔来分别获得所述新配置的或重新配置的值，所述新配置的或重新配置的值处于秒范围内。

12.根据权利要求9所述的方法，其中，所述新配置的到重新配置的值分别大于已存在的被用于非MTC装置的退避间隔值。

13.根据权利要求1所述的方法，其中，所述用于MTC支持的信息在从执行接入类禁止（ACB）切换到执行退避控制（BOC）时使用、在从执行BOC切换到执行ACB时使用、在从执行ACB和BOC两者切换到仅执行ACB时使用、在从执行ACB和BOC两者切换到仅执行BOC时使用、在从仅执行ACB切换到执行ACB和BOC两者时使用、或者在从仅执行BOC切换到执行ACB和BOC两者时使用。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述切换是基于相对于时间的随机接入信道（RACH）载荷的量而执行的。

15.一种机器类型通信（MTC）装置，该装置包括：

射频单元，该射频单元用于向网络发送信号和从所述网络接收信号；

存储器，该存储器用于存储与发送到所述网络的信号和从所述网络接收到的信号相关的信息，并且用于存储与退避间隔（BI）、退避参数值或随机接入信道载荷控制模式有关的信息；

处理器，该处理器与所述射频单元和所述存储器协作以通过以下步骤执行随机接入方法：

向网络发送随机接入前导；

从所述网络接收随机接入响应，所述随机接入响应包括具有MAC报头的介质访问（MAC）协议数据单元（PDU）信令；

向所述网络发送调度的传输；以及

与所述MTC装置进行竞争解决，

其中，作为满足以下条件中的一个的结果，所述随机接入方法能够支持机器类型通信（MTC）协议：

当所述MAC报头具有包含扩展字段（E）、类型字段（T）和退避间隔（BI）字段的第一子报头并且具有包含扩展字段（E）、类型字段（T）和退避间隔（BI）字段的第二子报头时，所述第一子报头或所述第二子报头具有被设定为指示由所述MTC装置读取的信息的特定字段；或者

当具有索引值0到15的退避间隔（BI）被分别映射到具有以毫秒为单位的相应的退避参数值时，索引值13、14和15被分别映射到被乘以运行索引的值，得到由所述MTC装置读取的具有以秒为单位的新的退避参数值；或者

当所述MTC装置在选择随机接入资源之前将其退避参数设定为不同于0毫秒的值时；或者

当所述随机接入信道载荷控制模式被定义为仅接入类禁止（ACB）模式、仅退避控制（BOC）模式或者ACB和BOC模式，并且所述随机接入信道载荷控制模式被所述MTC装置可切换地使用时。

16.根据权利要求15所述的装置，其中，所述第一子报头具有至少一个保留比特字段（R），该保留比特字段（R）被定义为扩展字段（X）并且被设定为“1”以指出随后的子报头是由所述MTC装置读取的扩展字段（E）/类型字段（T）/退避字段（BI）格式（E/T/BI）。

17.根据权利要求15所述的装置，其中，所述第二子报头中的所述类型字段（T）被设定为“1”以指出随后的子报头具有由所述MTC装置读取的扩展字段（E）/类型字段（T）/随机接入前导标识符（RAPID）字段格式（E/T/RAPID）。

18.根据权利要求15所述的装置，其中，所述索引值13、14和15通常被设定为针对将来使用而保留，并且所述运行索引由以下值组成：值‘a’=1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,12,14,15,或16；值‘b’=1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,12,14,15,或16；和值‘c’=1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,12,14,15,或16，使得索引值13具有2*a或5*a的退避参数值，索引值14具有10*b或15*b的退避参数值，并且索引值15具有20*c或30*c的退避参数值。

19.根据权利要求15所述的装置，其中，被设定为不同于0ms的值的所述退避参数值是480毫秒；或者960毫秒；或者（2*a）秒、（5*a）秒或被映射到退避间隔（BI）的第13最大索引的值。

20.根据权利要求15所述的装置，其中，所述随机接入信道载荷控制模式被可切换地使用，使得所述MTC装置仅使用ACB、仅使用BOC或者使用ACB和BOC两者。