CN103532684A - 一种3gpp mtc自适应混合drx机制终端节能方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种3GPPMTC自适应混合DRX机制终端节能方法，涉及MTC通信专有的功耗优化。由于MTC终端大多数是不频繁发送少量信息，对时延敏感性较低，但不像H2H通信那样便于充电和更换电池，大多数电池都是一次性使用。针对该特征，根据3GPPR12对MTC设备能耗提出的要求，建立一种有效的MTC终端节能的方法。该方法结合了扩展DRX和常规DRX的自适应混合DRX机制，不仅能针对不同应用QoS要求有效地扩展DRX周期，延长MTC设备的休眠期以至于延长设备电池寿命，同时还能能够有效避免寻呼重传的失败次数。

Description

一种3GPP MTC自适应混合DRX机制终端节能方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种基终端节能方法。 

背景技术

随着物联网的飞速发展，机器类通信MTC（Machine Type Communication）成为各个标准组织的研究重点。3GPP致力于研究利用LTE-A无线系统网络承载MTC通信。最近3GPPR12版本重点研究MTC终端功耗优化及其标准。R12对MTC终端节能提出了以下几种场景：（1）类似传感器的M2M设备，这些利用电池供电的传感器是主要耗电来源。如果不能充电或更换电池,大量设备上的电池和寿命决定了设备使用寿命。（2）广泛的应用（例如智能手机APP或MTC应用）的增加，3GPP系统需要为这些业务提供更多的UE功耗优化增强方案。（3）智能手机，与网络频繁的通信导致电池耗尽。（4）UE从外部供电设备获得电源的情况下，UE消耗更少的电能也能有效地提高能源的有效性。 

R12首先分析了MTC功耗优化需要解决的几个问题：（1）决定扩展DRX（Disconnection Reception非连接接收机制）的因素。包括终端提供功耗性能指示消息、终端预订信息、QoS参数、终端采用的当前服务（2）空闲模式下扩展DRX。包括最大DRX空闲模式周期、扩展寻呼DRX周期、业务时延允许。（3）利用UE辅助信息扩展DRX。包括允许由终端辅助消息发起扩展DRX周期、增加UE specific DRXValue。（4）延迟发送直到传输条件变好再发送。包括增加“传输计时器”、确定延迟发送的信号质量门限、考虑业务优先级对不同业务QoS标准对用的信号门限。（5）在连接模式下采用长DRX周期。包括将R11中DRX最长周期为2.56s扩展到数十秒、权衡省电模式与移动鲁棒性的问题。针对以上几种机制，目前最简单有效的办法就是扩展DRX周期。单纯地扩展DRX周期会导致重传失败，于是在混合DRX周期的基础之上对其进行改进，自适应地增加DRX周期不仅能减少寻呼消息重传失败的几率，同时还能尽可能满足QoS的要求尽可能地扩大DRX的周期，节约终端能耗。 

发明内容

本发明针对现有技术单纯地扩展DRX周期会导致重传失败，提供一种MTC基于混合模型的自适应DRX机制终端能耗优化方法，可以有效实现MTC终端能耗 优化。 

本发明解决上述技术问题的技术方案是：提供一种基于混合模型的自适应DRX机制终端功耗优化方法，包括：当第一次数据发送完毕，非活动计时器超时之后，根据信令控制首次进入第一次扩展DRX周期；在该扩展DRX周期内插入常规DRX周期，该常规DRX周期时间满足QoS需要的最短DRX周期；当在上述常规DRX周期的唤醒时刻终端UE若未检测到数据到达网络，继续所述扩展DRX周期休眠状态直到扩展DRX计时器超时，若仍未检测到数据到达网络，进入下一次扩展DRX周期；每次扩展DRX周期和常规DRX周期的长度分别根据前一次扩展DRX周期和常规DRX周期的大小自适应地调整，直到到达最大扩展DRX周期和最大常规DRX周期；当UE唤醒且未达到最大DRX周期，有数据到达网络侧，则当计时器超时马上进行数据传输，直到数据发送完毕；在UE唤醒时刻有数据到达网络，当计时器超时马上进行数据传输，直到数据发送完毕，每次数据发送完毕重新进入一个新的扩展DRX休眠周期。 

常规DRX周期采用的DRX周期集为{320，640,1280,2560}ms。第二次DRX扩展周期长度根据公式： $T_{n\_\mathrm{extened}}=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{\&beta;}}^{n-1}{t}_{\mathrm{extended}\_\min },& n<\mathrm{Number}\\ t_{\mathrm{extended}\_\max },& n\&GreaterEqual;\mathrm{Number}\end{array}\right.$ 确定，其中，Number是允许自适应扩展的最大次数。eNB根据公式：  $T_{n\_\mathrm{Normal}}=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{\&alpha;}}^{n-1}{t}_{\mathrm{Normal}\_\min },& n<\mathrm{Number}\\ t_{\mathrm{Normal}\_\max },& n\&GreaterEqual;\mathrm{Number}\end{array}\right.$ 计算第二次常规DRX周期，其中，Number＝1+log₂[T_{Normal_max}/T_{Normal_min}]。当UE唤醒且未达到最大DRX周期，有数据到达网络侧，此时DRX扩展周期和常规DRX周期初始长度与上一次DRX周期长度一致。 

当数据到达网络非活动计时器超时，进入扩展DRX周期，一个扩展DRX周期内UE唤醒两次，第一次由扩展DRX周期决定，第二次由常规DRX决定。RAN侧决定扩展DRX周期的长度，在该扩展DRX周期内，通过eNB计算一个常规DRX周期让设备唤醒一次，监听是否有数据到达网络，该模型能够有利于减少寻呼重传的失败的优势。 

为了保证扩展DRX周期不受SFN消息的限制，能够获得更大的扩展DRX周期，采用了扩展SFN消息后允许的扩展DRX周期集。扩展DRX周期和常规DRX 周期长度都需要自适应变更，并限制小扩展DRX周期和最小常规DRX周期，最大扩展DRX周期和最大扩展DRX周期，以及考虑数据到达网络，发送数据完毕后再次进入DRX周期，其常规DRX周期和扩展DRX周期的设计方法。 

由于DRX周期长度受到SFN消息的限制，最大只能扩展到10.24s。利用SFN的空闲比特扩展DRX周期长度的结论，运用SFN扩展后可获得的扩展DRX周期，能够更有效地延长的休眠时间，满足MTC通信的要求。 

当DRX周期长度达到最大的限度，不再继续增加；当未达到最大传送周期的时候UE唤醒过程中监听到网络端有数据到达，在下一次DRX初始周期长度为当前周期长度；当DRX周期已经到达最大周期时仍然无数据到达，下一次DRX周期保持不变，直到有数据到达网络，等数据发送完毕非活动计时器超时后下一次DRX周期选择为最大DRX周期的一半。 

本发明提供一种MTC基于混合模型的自适应DRX机制终端能耗优化方法，用混合常规和扩展DRX机制的方法能够尽量减少寻呼重传失败的次数。一个扩展DRX周期内，UE唤醒两次，第一次是由扩展DRX引起，第二次由常规DRX周期引起。常规DRX周期和扩展DRX周期都需要自适应地扩展。RAN侧计算扩展DRX周期，由信令获得。eNB计算常规DRX周期。根据QoS要求自适应地扩展DRX周期，可以有效实现MTC终端能耗优化。 

由于MTC终端大多数是不频繁发送少量信息，对时延敏感性较低，但不像H2H通信那样便于充电和更换电池，大多数电池都是一次性使用。针对该特征，根据3GPPR12对MTC设备能耗提出的要求，建立一种有效的MTC终端节能的方法。该方法结合了扩展DRX和常规DRX的自适应混合DRX机制，不仅能针对不同应用QoS要求有效地扩展DRX周期，延长MTC设备的休眠期以至于延长设备电池寿命，同时还能能够有效避免寻呼重传的失败次数。 

附图说明

图1为本发明寻呼模型示意图； 

图2为采用基于混合模型的自适应DRX机制终端能耗优化方法示意图； 

图3为本发明提供的实施步骤示意图。 

具体实施方法 

为了更清晰地描述本发明的方法，下面针对附图对本发明的实施作具体介绍。 

空闲模式下采用扩展DRX是UEPCOP的候选解决办法之一。采用空闲模式下扩展DRX方案的特点是最大化空闲模式下的DRX周期使得UE在节约唤醒和侦听潜在的寻呼信道时的电能消耗。但直接扩展DRX带来的两个缺陷：寻呼传输周期随着扩展DRX周期调整。这样，更长的寻呼周期增加了寻呼消息重传的可能性；如果DRX周期一直维持很长的时间，那么重传寻呼消息需要等待更长的时间。例如，假设寻呼周期为1个小时，若因为一些原因使得寻呼消息没发送成功，服务器就还需要等待一个小时才能发送重传消息。但此时可用的时隙已经被其它用户的寻呼消息所占用。对于某些紧急业务来说，不能一直允许等待这么长的时间。但是扩展DRX周期具体长度仍然需要讨论，单纯地扩展DRX会受到网络的限制。 

提案R2-13000提出了一种混合常规DRX和扩展DRX。推荐采用基于RAN的混合常规DRX和扩展DRX方案。即在一个扩展DRX周期(Extended DRX cycle)中的常规DRX(Normal DRX cycle)下eNB重传几次。UE从MME的NAS信令中得到扩展DRX周期，并根据系统信息从eNB处获得常规DRX周期。在一个扩展DRX周期中，寻呼域由扩展DRX周期决定。此外，UE需要在一个或多个DRX周期中监控寻呼信道。常规DRX周期和时间由eNB决定。每次扩展DRX周期和常规DRX周期的长度是相等的。如图1所示,UE在一个扩展DRX周期下唤醒两次，第一次由扩展DRX周期决定，第二次由常规DRX决定。 

本发明对基于混合DRX周期模型，针对不同应用的QoS的需求，可以使用不同的扩展DRX周期，同时可以采用最大DRX周期的时候能够减少寻呼重传的失败。将混合常规DRX周期和扩展DRX周期的模型改进为一种自适应的机制。结合混合DRX模型和自适应扩展DRX的优点，建立一种新的适用于MTC通信的DRX机制。如图2为采用基于混合模型的自适应DRX机制终端能耗优化方法所示，每一次扩展DRX周期（Extended DRX cycle）和常规DRX（Normal DRX cycle）周期分别根据上一次扩展DRX周期和常规DRX周期改变，在数据到达网络之前UE可能会经历n个扩展DRX周期或常规DRX周期。 

本发明在非活动计时器超时之后，根据信令控制进入第一个扩展DRX周期，其周期长度满足QoS需要的最小DRX扩展周期长度。在该扩展DRX周期之内eNB需要计算一个常规短DRX周期，其周期时间为满足QoS需要的最短DRX周期。根据业务类型的不同，设计第二次常规DRX周期是第一次常规DRX周期的α倍。自适应因子α为2。同样地，假设第二次扩展DRX周期是第一次的β倍。最小常 规DRX周期为周期集合中的最小值320ms，最大为2056ms。 

针对DRX周期计算部分，包括第n次常规DRX周期T_{n_Normal}计算需要满足： 

$T_{n\_\mathrm{Normal}}=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{\&alpha;}}^{n-1}{t}_{\mathrm{Normal}\_\min },& n<\mathrm{Number}\\ t_{\mathrm{Normal}\_\max },& n\&GreaterEqual;\mathrm{Number}\end{array}\right..$ 其中t_{Normal_min}表示首个DRX周期的大小。t_{Normal_max}表示允许的最大常规DRX周期的大小。n表示当前的常规DRX周期处于第n个扩展DRX周期。第n次扩展DRX周期T_{n_extened}计算需要满足：  $T_{n\_\mathrm{extened}}=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{\&beta;}}^{n-1}{t}_{\mathrm{extended}\_\min },& n<\mathrm{Number}\\ t_{\mathrm{extended}\_\max },& n\&GreaterEqual;\mathrm{Number}\end{array}\right..$ 其中t_{extended_min}表示首个扩展DRX周期的大小。t_{extended_max}表示允许的最大扩展DRX周期的大小。n表示的是当前的常规DRX周期处于第n个扩展DRX周期。自适应周期延长次数不能超过规定的最大次数，即周期延长的次数需要满足如下公式：Number＝1+log₂[T_{Normal_max}/T_{Normal_min}]。 

当DRX周期长度到达最大的限度，不再继续增加扩展DRX周期和常规DRX周期的长度，直到第n个扩展DRX周期内常规或扩展DRX周期UE唤醒时刻检测到数据到达网络，停止休眠状态， 

当未达到最大传送周期的时候，唤醒过程中监听到网络端有数据到达，下一次DRX周期初始周期长度为当前周期长度。当DRX周期已经到达最大周期的时候仍然无数据到达，下一次DRX周期保持不变，直到有数据到达网络，等数据发送完毕非活动计时器超时后下一次DRX周期选择为最大DRX周期的一半。 

图3为本发明提供的连续两个扩展DRX休眠期（每一个扩展DRX周期包内UE唤醒两次，即经历一个常规DRX周期唤醒和扩展DRX周期唤醒）的实施步骤示意图。本系统是一个自适应系统，UE总共经历的扩展DRX周期数n根据是否有数据到达网络而定，若数据到达网络则停止休眠周期发送数据，待数据发送完毕后，当非激活计时器结束后UE又回到DRX休眠周期，该休眠周期的长度根据数据发送之前的最后一个休眠周期长度自适应变化。本实例具体步骤如下： 

步骤101：第一次数据发送完毕，非活动计时器超时之后，根据信令控制进入第一次DRX周期。此时需要选择一个最小DRX周期t_{extended_min}作为初始周期，根据扩展SFN消息后扩展DRX的周期集能够满足 {10.24,20.48,40.96,81.92,163.84,327,68,655.36,1310.72}s，最小规定为10.24s。 

步骤102：UE在一次扩展DRX周期内唤醒两次，第一次由常规DRX周期确定第二次由扩展DRX周期确定。 

步骤103：在该扩展DRX周期之内eNB需要计算一个常规短DRX周期起周期时间也为满足QoS需要的最短DRX周期t_{Normal_min}。常规DRX周期采用的DRX周期集为:{320，640,1280,2560}ms，最小选择320ms，最大为2560ms。 

步骤104：当常规DRX周期唤醒后未检测到数据到达网络，继续扩展DRX周期休眠状态直到扩展DRX计时器超时。 

步骤105：第一次常规DRX周期计时器超时，若未检测到数据到达网络，进入下一次扩展DRX周期。 

步骤106：第n次DRX扩展周期，周期长度按如下规则设置： 

$T_{n\_\mathrm{extened}}=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{\&beta;}}^{n-1}{t}_{\mathrm{extended}\_\min },& n<\mathrm{Number}\\ t_{\mathrm{extended}\_\max },& n\&GreaterEqual;\mathrm{Number}\end{array}\right..$

其中Number是允许自适应扩展的最大次数，该参数的设置与常规周期允许扩展的最大次数相等。保证常规DRX周期与扩展DRX周期扩展次数相等。当DRX扩展周期增加到最大值t_{extended_max}后，扩展周期不再继续延长。 

步骤107：若扩展DRX周期，UE唤醒未检测到数据到达网络，eNB计算第n次常规DRX周期，常规周期计时器设置为： 

$T_{n\_\mathrm{Normal}}=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{\&alpha;}}^{n-1}{t}_{\mathrm{Normal}\_\min },& n<\mathrm{Number}\\ t_{\mathrm{Normal}\_\max },& n\&GreaterEqual;\mathrm{Number}\end{array}\right..$

其中，Number是允许自适应扩展的最大次数,满足以下公式： 

Number＝1+log₂[T_{Normal_max}/T_{Normal_min}]。根据LTE规定的周期集合选择最小常规DRX周期t_{Normal_min}，和最大DRX周期t_{Normal_max}。最优选择最小扩展DRX周期为t_{extended_min}为10.24s，最大扩展DRX周期根据自适应扩展因子β和允许扩展的最大次数Number确定。其中Number＝1+log₂[T_{Normal_max}/T_{Normal_min}]。可根据QoS要求，最优可选择自适应扩展因子α为2，自适应扩展因子β为2或4。 

步骤108：以此类推，每次扩展DRX周期内唤醒两次，第一次由扩展DRX 周期设置，第二次为常规DRX周期。若两次唤醒均无网络到达数据进入下一个扩展DRX周期，下一次周期按照步骤106和107的规则设置。直到到达最大DRX扩展周期和最大DRX常规周期。 

步骤109：当某一次UE唤醒且未达到规定的最大DRX周期，监听到有数据到达网络侧，则当计时器超时马上进行数据传输，直到数据发送完毕非活动计时器超时，回到DRX扩展周期。此时DRX扩展周期和常规DRX周期初始长度与数据发送前最后一次DRX周期长度一致，重复步骤101-107。 

步骤110：若扩展DRX周期和常规DRX周期，UE唤醒时刻监听到有数据到达网络，则当计时器超时马上进行数据传输，直到数据发送完毕非活动计时器超时，回到DRX扩展周期。此时DRX扩展周期和常规DRX周期设置为最大DRX周期的一半。重复步骤102-107。 

以上仅为本发明的一些较佳实例说明，采用基于混合模型的自适应DRX周期，保证每次设备进入长休眠状态后，能短时间唤醒一次，监听网络是否有数据到达，减少寻呼重传失败的可能性，保证了正常通信。与此同时还能根据QoS的要求有效地扩展DRX周期，自适应地增长设备的休眠起，达到延长MTC设备电池的寿命。为本发明保护的范围。凡在本发明的中心思想之内的修改，替换改进等，均包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (7)

1.一种3GPPMTC自适应混合DRX机制终端节能方法，其特征在于：当第一次数据发送完毕，非活动计时器超时之后，根据信令控制首次进入第一次扩展DRX周期；在该扩展DRX周期内插入常规DRX周期，该常规DRX周期时间满足QoS需要的最短DRX周期；当在上述常规DRX周期的唤醒时刻终端UE若未检测到数据到达网络，继续所述扩展DRX周期休眠状态直到扩展DRX计时器超时，若仍未检测到数据到达网络，进入下一次扩展DRX周期；每次扩展DRX周期和常规DRX周期的长度分别根据前一次扩展DRX周期和常规DRX周期的大小自适应地调整，直到到达最大扩展DRX周期和最大常规DRX周期；当UE唤醒且未达到最大DRX周期，有数据到达网络侧，则当计时器超时马上进行数据传输，直到数据发送完毕；在UE唤醒时刻有数据到达网络，当计时器超时马上进行数据传输，直到数据发送完毕。

2.根据权利要求1所述的终端节能方法，其特征在于：扩展DRX周期内唤醒UE两次，第一次由常规DRX周期控制，第二次由扩展DRX周期控制，若两次唤醒UE均未收到网络到达数据，进入下一次扩展DRX周期。

3.根据权利要求1所述的终端节能方法，其特征在于：常规DRX周期采用的DRX周期集为{320，640,1280,2560}ms。

4.根据权利要求1所述的终端节能方法，其特征在于：每次扩展DRX周期长度根据公式： $T_{n\_\mathrm{extened}}=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{\&beta;}}^{n-1}{t}_{\mathrm{extended}\_\min },& n<\mathrm{Number}\\ t_{\mathrm{extended}\_\max },& n\&GreaterEqual;\mathrm{Number}\end{array}\right.$ 确定，其中，t_{extended_min}表示首个扩展DRX周期，t_{extended_max}表示允许的最大扩展DRX周期，Number是允许自适应扩展的最大次数，β为自适应扩展因子，n表示当前的常规DRX周期处于扩展DRX周期的次数。

5.根据权利要求1所述的终端节能方法，其特征在于：eNB根据公式： $T_{n\_\mathrm{Normal}}=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{\&alpha;}}^{n-1}{t}_{\mathrm{Normal}\_\min },& n<\mathrm{Number}\\ t_{\mathrm{Normal}\_\max },& n\&GreaterEqual;\mathrm{Number}\end{array}\right.$ 计算每次常规DRX周期，其中，Number＝1+log₂[T_{Normal_max}/T_{Normal_min}]，t_{Normal_max}表示允许的最大常规DRX周期，t_{Normal_min}表示首个DRX周期，α为自适应扩展因子，Number是允许自适应扩展的最大次数，n表示当前的常规DRX周期处于扩展DRX周期的次数。

6.根据权利要求1所述的终端节能方法，其特征在于：当UE唤醒且未达到最大DRX周期，有数据到达网络侧，此时扩展DRX周期和常规DRX周期初始长度与数据到达之前的最后一个DRX周期长度一致。

7.根据权利要求1所述的终端节能方法，其特征在于：在UE唤醒时刻有数据到达网络，此时扩展DRX周期和常规DRX周期设置为最大DRX周期的一半。

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