CN103327639B - Lte系统中利用pucch传输m2m业务的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种LTE系统中利用PUCCH传输M2M业务的方法，该方法如下：网络端通过查询用户能力识别终端类型；在M2M终端侧，业务数据由PDCP层完成头压缩和加密，再由RLC层进行分段后传输给MAC层；若有可用的PUCCH资源，则MAC层封装业务数据并将其放在PUCCH信道中传输；在网络侧，MAC层的信令处理模块对数据进行解析并通过Cd接口将数据转发给数据处理模块，数据处理模块将数据解封装并提交给RLC实体；RLC实体将数据分段进行级联并递交给其上层。本发明解决了M2M数据业务采用现有资源分配方案造成资源浪费的问题，并减轻了海量M2M业务对传统业务的冲击。

Description

LTE系统中利用PUCCH传输M2M业务的方法

技术领域

本发明属于通信技术领域，涉及一种传输小数据量M2M业务的方法，具体为通过PUCCH信道传输小数据量M2M业务的的方法。

背景技术

M2M是Machine-to-Machine的简称，是指应用通信技术实现人和人、人和机器、机器与机器之间数据通信和交流的一系列技术及其组合的总称，是一种面向智能终端的信息交换和通信类型。随着物联网技术的蓬勃发展，M2M业务也因其广泛的应用前景得到了业界的密切关注。与传统的H2H通信不同，M2M终端数量巨大，据知名市场研究机构JuniperResearch估计，2014年M2M终端数目将超过4.12亿部。其中有些M2M业务功能简单，业务单一，数据量小，能够容忍较低的数据传输速率，对时延不敏感，例如勘测器，它们每隔几分钟或几小时就会向服务器返回几个字节的探测信息。

传统的通信系统主要面向H2H通信业务设计，适应H2H业务需求，完全照搬现有的通信系统传输M2M业务，系统的效率、成本和适用性都无法达到最优。在长期演进（LTE）系统中，当处于上行同步的用户有上行数据需要发送时，需要向演进型基站（eNB）发送缓存状态报告（BSR）汇报各个逻辑信道中的数据量。基站接收到用户发送的BSR后，执行上行调度算法，通过物理下行公共控制信道（PDCCH）将上行授权（ULResourceGrant）发送到用户侧。由于发送BSR报告也需要上行授权，在没有上行授权的情况下，即使触发了BSR报告，也无法发送。为了解决这一问题，LTE系统提出在发送缓存报告之前，用户先在物理上行公共控制信道（PUCCH）中发送调度请求（SR）消息，请求获得用于发送BSR的少量的上行授权，如果此时用户没有PUCCH资源或者PUCCH信道上调度请求消息超过了最大发送次数，则发起随机接入过程，通过随机接入信道发送调度请求。

在LTE系统中，PUCCH资源是周期性分配的，eNB根据一个小区内所有具有上行业务发起的终端进行配置，每个终端每n个子帧占用一次。由于M2M终端数量巨大，在实际通信过程中，并不能保证处于上行同步并有上行数据要发送的所有M2M终端都有可用的PUCCH资源，因此会造成大量的M2M终端再次发起随机接入过程，这不可避免的造成随机接入信道（PRACH）的拥塞，从而影响H2H业务的服务质量。同时，由于某些M2M业务的数据量很小，采用现有系统的资源调度颗粒，会造成系统资源的浪费。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种LTE系统中利用PUCCH传输M2M业务的方法，该方法能够缓解大量具有上行数据到达却没有PUCCH资源的M2M终端频繁发起随机接入过程造成的随机接入信道的碰撞和拥塞，减轻海量M2M业务对传统业务的冲击，并且M2M小数据业务不会造成资源浪费。

为了解决上述技术问题，本发明的LTE系统中利用PUCCH传输M2M业务的方法如下：

步骤一

网络端E-UTRAN向UE发起用户能力询问消息，查询用户的能力，消息中定义用户类别指示字段，大小为1bit，其中UCI=0代表M2M终端，UCI=1代表H2H终端；当UE收到查询消息后，根据终端类型确定UCI值，并反馈给E-UTRAN；收到上报信息后，网络侧更新用户的能力信息；

步骤二

在M2M终端侧，应用层的M2M业务数据经过NAS层的处理后到达PDCP层，由PDCP层完成头压缩和加密功能后再向下递交给RLC层；然后再利用终端侧的RLC层分段功能，将到达RLC层缓存的数据包进行分段，分段后的数据包再向下传输给MAC层；

步骤三

当M2M业务数据到达MAC层缓存时，由UE检测是否有可用的PUCCH资源，如果没有，则抑制UE发起随机接入过程，等待下次PUCCH资源的分配；如果有可用的PUCCH资源，则由MAC层封装业务数据，设置FT=1，并将封装的业务数据采用预先定义的格式放在PUCCH信道中传输；

步骤四

在网络侧，当eNB接收到从PUCCH信道传输的数据时，由网络侧MAC层的信令处理模块对接收到的数据进行解析获得FT字段；如果FT=1，表示传输的信息为M2M业务数据，则信令处理模块通过Cd接口将数据转发给MAC层的数据处理模块，数据处理模块将数据解封装，向上提交给相应的RLC实体；

步骤五

eNB的RLC实体将不同时间内接收到的属于同一个M2M业务数据包的数据分段进行级联，并按序递交给其上层。

所述封装的M2M业务数据的格式为1c；其PUCCH信道占有的频域位置与格式2/2a/2b信道的位置相同。

本发明针对小数据量、周期性发送、容忍时延的一类M2M业务提出了一种数据传输方法，其中数据量大小为几个字节，发送周期为几分钟或几小时。当传输M2M业务数据时，终端侧的MAC层检测是否有可用的PUCCH资源，如果没有，则将M2M业务数据放入MAC层缓存中，抑制发起随机接入过程，等待下次PUCCH资源的分配；如果有可用的PUCCH资源，则将业务数据封装，采用预先定义的格式，放入PUCCH信道中传输。由于PUCCH资源分配周期单位为ms级，而数据发送周期为min或hour级，在数据发送周期内，通过PUCCH信道可将业务数据传完。本发明既解决了M2M小数据业务采用现有资源分配方案造成资源浪费的问题，也缓解了大量具有上行数据到达却没有PUCCH资源的M2M终端频繁发起随机接入过程造成随机接入信道的碰撞和拥塞，减轻了海量M2M业务对传统业务的冲击。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1为用户能力上报流程图。

图2为传输M2M业务数据的信道格式1c示意图。

图3为PUCCH不同格式所处的频域位置示意图。

图4为网络侧MAC层接口示意图。

图5为本发明的M2M业务数据处理流程图。

具体实施方式

本发明的LTE系统中利用PUCCH传输M2M业务的方法具体如下：

首先，由网络侧识别终端类型。

如图1所示，当需要获知用户端无线接入网的相关能力时，E-UTRAN（演进的通用陆基无线接入网）向UE（用户）发起UECapabilityEnquiry消息（用户能力查询消息），查询用户的能力，消息中包含UECategoryIndicator字段（用户类别指示字段）以及查询UE相关的无线接入网能力参数指示。在用户能力询问消息中定义UECategoryIndicator字段，大小为1bit，其中UCI=0代表M2M终端，UCI=1代表H2H终端。当UE收到查询消息后，根据消息中的指示信息，上报无线接入网相关的能力信息以及终端类型标识（UCI）。收到上报信息后，网络侧E-UTRAN更新UE的能力信息，并向UE返回确认消息。

若终端类型标识UCI=1，即UE为M2M终端，则在M2M终端侧，应用层的M2M业务数据经过NAS层的处理后到达PDCP层。

PDCP层完成头压缩和加密功能后将M2M业务数据向下递交给RLC层；RLC层将缓存的数据包进行分段后的数据包向下传输给MAC层。当M2M业务数据到达MAC层缓存时，由UE检测是否有可用的PUCCH资源，如果没有，则抑制UE发起随机接入过程，等待下次PUCCH资源的分配；如果有可用的PUCCH资源，则由MAC层封装业务数据，设置FT=1，并将封装的业务数据采用预先定义的格式放在PUCCH信道中传输。

在LTE系统中，PUCCH信道位于上行频带的两边，用于传输上行控制信令，频带中间部分用于用户上行共享信道（PUSCH）的传输。上行控制信令包括对接收到的DL-SCH传输块的确认消息（ACK/NACK）、终端对于下行链路信道质量的上报（CQI）信息和调度请求消息（SR）。当终端占有可用的PUCCH资源时，根据传输的不同控制信息，LTE系统定义了PUCCH的不同信道格式，如表1-1所示。

表1-1PUCCH信道格式

其中，ACK/NACK占用1bit或2bits，CQI占用20bits，本发明提出将M2M业务数据混入到上行控制信令放在PUCCH信道中传输，可以节省用于传输CQI的PUCCH资源。当用户有可用的PUCCH资源，可将MAC缓存中20bits的数据发送出去。本发明针对数据量为几个字节、发送周期为分钟或小时级的M2M业务做优化，假定M2M业务原数据为10个字节（80bits），经过PDCP层的头压缩可将IP/TCP头压缩为1个字节，数据量变为88bits，PDCP层头为一个字节，经过处理数据量变为96bits，而PUCCH信道每次只能传输20bits的数据量，本发明提出利用终端侧的RLC层的分段功能，将到达RLC层缓存的数据包进行分段，分段大小固定为20-8=12bits（由于经过RLC层处理需要增加头，该头有8bit，而PUCCH信道每次传输的数据量固定为20bits，所以RLC层分段为12bits），因此10个字节的M2M业务需要发送（向上取整），假设终端占有PUCCH资源的周期为100ms，则传完所有数据需要100*8=800ms，远远小于数据传输的周期，基于此，本发明提出通过PUCCH信道传输小数据量、周期性发送、容忍时延的一类M2M业务是合理的。本发明定义了用于传输M2M业务数据的PUCCH信道格式1c，如图2所示。

其中FT（FormatType）表示PUCCH的格式类型，大小为1bit，FT=0表示PUCCH格式为2/2a/2b，后面传输的信息为信道质量指示（CQI）；FT=1表示PUCCH格式为1c，后面传输的信息为M2M业务数据。

LTE系统中，不同格式的PUCCH信道所处的频域位置是固定的，本发明定义的格式1c的PUCCH信道占有的频域位置和格式2/2a/2b信道的位置相同，通过设置的FT字段来区分该时频位置传输的信息。不同格式的PUCCH信道在频域的位置如图3所示。

本发明在eNB侧MAC层的信令处理模块和数据处理模块之间定义了转发接口Cd，Cd可以实现控制面数据向用户面的转发，如图4所示。

当eNB接收到从PUCCH信道传输的数据时，由MAC层的信令处理模块对接收到的数据进行解析获得FT字段；如果解析获得FT=0，表示传输的信息为信道质量参数，则信令处理模块直接处理；如果解析获得FT=1，表示传输的信息为M2M业务数据，则信令处理模块通过Cd接口将业务数据转发给数据处理模块，数据处理模块将数据解封装并向上提交给相应的RLC实体；RLC实体将不同时间内接收到的属于同一个数据包的数据分段进行级联，并按序递交给其上层。

当M2M终端发送业务数据时，UE侧和网络侧的处理流程如图5所示。

1.M2M终端应用层的M2M业务数据，经过NAS层的处理，到达PDCP层，PDCP层完成头压缩和加密功能，向下递交给RLC层，本发明利用终端侧的RLC层分段功能，分段大小固定为12bits，分段完成后向下传输给MAC层。

2.当M2M业务数据到达MAC层缓存时，UE会检测是否有可用的PUCCH资源，如果没有，则抑制UE发起随机接入过程，等待下次PUCCH资源的分配；如果有可用的PUCCH资源，则MAC层封装业务数据，并设置FT=1，采用预先定义的格式放在PUCCH信道中传输。

3.当eNB接收到从PUCCH信道传输的数据时，MAC层的信令处理模块解析获得FT字段。如果FT=1，表示传输的信息为信道质量参数，则信令处理模块直接处理。

4.如果FT=0，表示传输的信息为M2M业务数据，则信令处理模块通过Cd接口将数据转发给数据处理模块，数据处理模块将数据解封装，向上提交给相应的RLC实体。

5.eNB侧的RLC实体将不同时间内接收到的属于同一个数据包的数据分段进行级联，按序递交给上层。

Claims (1)

1.一种LTE系统中利用PUCCH传输M2M业务的方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一

网络端E-UTRAN向UE发起用户能力询问消息，查询用户的能力，消息中定义用户类别指示字段，大小为1bit，其中UCI＝0代表M2M终端，UCI＝1代表H2H终端；当UE收到查询消息后，根据终端类型确定UCI值，并反馈给E-UTRAN；收到上报信息后，网络侧更新用户的能力信息；

步骤二

在M2M终端侧，应用层的M2M业务数据经过NAS层的处理后到达PDCP层，由PDCP层完成头压缩和加密功能后再向下递交给RLC层；然后再利用终端侧的RLC层分段功能，将到达RLC层缓存的数据包进行分段，分段后的数据包再向下传输给MAC层；

步骤三

当M2M业务数据到达MAC层缓存时，由UE检测是否有可用的PUCCH资源，如果没有，则抑制UE发起随机接入过程，等待下次PUCCH资源的分配；如果有可用的PUCCH资源，则由MAC层封装业务数据，设置FT＝1，并将封装的业务数据采用预先定义的格式放在PUCCH信道中传输；所述封装的业务数据预先定义的格式为1c，其PUCCH信道占有的频域位置与格式2/2a/2b信道的位置相同；其中FT字段表示PUCCH的格式类型，大小为1bit，FT＝0表示PUCCH格式为2/2a/2b，后面传输的信息为信道质量指示CQI，FT＝1表示PUCCH格式为1c，后面传输的信息为M2M业务信息；

步骤四

在网络侧，当eNB接收到从PUCCH信道传输的数据时，由网络侧MAC层的信令处理模块对接收到的数据进行解析获得FT字段；如果FT＝1，表示传输的信息为M2M业务数据，则信令处理模块通过Cd接口将数据转发给MAC层的数据处理模块，数据处理模块将数据解封装，向上提交给相应的RLC实体；

步骤五

eNB的RLC实体将不同时间内接收到的属于同一个M2M业务数据包的数据分段进行级联，并按序递交给其上层。