CN103650376B - 一种基于代表的群组信道接入的方法 - Google Patents

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Abstract

针对机器对机器(M2M)通信公开了一种基于代表的群组信道接入方法。基于代表的群组信道接入方法将具有共同特性的M2M装置分组在一起，根据某一标准从该群组中指定单个代表或多个代表，并使用所指定的代表来执行信道接入。这种方法避免了M2M装置之间不必要的对等通信，减少了初始信道接入期间信道上的冲突可能性，并减少了控制信令开销。基于代表的群组信道接入方法还协调补偿的时隙数量，使得该群组中的所有M2M装置都与代表齐步前进。

Description

一种基于代表的群组信道接入的方法
相关申请的交叉参考
本申请要求2011年7月12日提交的美国临时专利申请No.61/507,030的优先权。
技术领域
本申请涉及在一些高级无线系统(诸如实现IEEE802.16和3GPP标准的系统)中的机器对机器通信。
背景技术
机器对机器通信是使“物联网”能够实现的非常截然不同的能力。机器对机器通信被定义为订户站与核心网络中的服务器站之间(通过基站)或在订户站之间的信息交换，这可在没有任何人为干预的情况下执行。它的基本架构在IEEE 802.16m中提出了。(IEEE是电气与电子工程师协会的简写)
多个工业报告已经为这个市场开拓了巨大的潜力，其中在接下来的5年连接了数百万装置，并且收入超过3000亿美元(2009年的哈伯研究)。因此，机器对机器技术在一些占首要地位的无线标准研究群组（即3GPP和802.16）中是热门研究项目。
根据一个IEEE 802.16p系统要求，机器对机器系统将针对机器对机器装置中的低功耗支持大量装置和机构。因此，预计在机器对机器基站域中存在大量机器对机器装置。因而，预计机器对机器支持需要在机器对机器装置与它们的支持基站之间的巨大交互量。例如，在基站需要与分开的机器对机器装置一个接一个地通信的情况下，这将导致某种网络拥塞。
在机器对机器(M2M)通信中，将存在大量装置试图接入信道。因而，存在对于应对这种问题的更有效信道接入机制的需要。
发明内容
按照本申请的一个方面，提供一种用于在无线网络中执行机器对机器(M2M)通信的方法，所述方法包括：由所述无线网络中的基站基于所述无线网络中的多个M2M移动台的共同特性将所述多个M2M移动台集合到群组中；由所述基站从所集合的群组中选择代表M2M移动台；以及由所述基站从代表所述群组的代表M2M移动台接收测距代码，其中所述群组正在试图接入无线信道。
按照本申请的一个方面，提供一种用于在无线网络中执行机器对机器(M2M)通信的方法，所述方法包括：由所述无线网络中的代表M2M移动台向所述无线网络中的基站传送测距代码，其中所述代表M2M移动台代表一个或多个M2M移动台的群组而进行传送，其中所述群组中的一个或多个M2M移动台共享共同特性；其中所述代表M2M移动台正在尝试代表所述群组而接入无线信道。
按照本申请的一个方面，提供一种用于在无线网络中执行机器对机器(M2M)通信的方法，所述方法包括：由所述无线网络中的基站从代表群组的代表M2M移动台接收测距代码，所述群组包括多个M2M移动台，所述群组是通过M2M群组标识符(MGID)向所述基站标识的；其中所述多个M2M移动台是基于共同特性的群组的一部分。
附图说明
此文档的前述方面以及许多随之而来的优点当结合附图时参考如下详细描述将变得更容易认识到，同样变得更好理解，其中，除非另有规定，否则相似的附图标记在各个视图自始至终是指相似部分。
图1是根据一些实施例支持基于代表的群组信道接入方法的无线网络的简化框图；
图2是根据一些实施例示出由图1的基于代表的群组信道接入方法所执行的对M2M装置的分组以及从群组内选择代表的简化框图；
图3是根据一些实施例示出该群组与基站之间无线信道的简化框图，其中该信道要通过图1的基于代表的群组信道接入方法来接入；
图4是根据一些实施例示出由图1的基于代表的群组信道接入方法的两步基于代表的信道接入和分配部分所执行的操作的流程图；
图5是根据一些实施例示出由图1的基于代表的群组信道接入方法所执行的两个不同群组试图接入无线信道的定时图；
图6是根据一些实施例示出由图1的基于代表的群组信道接入方法的基于群组的补偿和随机接入部分所执行的操作的流程图；以及
图7是根据一些实施例示出用于高级基站和高级移动台的图1的基于代表的群组信道接入方法的组成部分的简化框图。
具体实施方式
根据本文描述的实施例，针对机器对机器(M2M)通信公开了基于代表的群组信道接入方法。基于代表的群组信道接入方法包含基于代表的信道接入和分配部分，其将具有共同特性的M2M装置分组在一起、根据某一标准从该群组中指定单个代表或多个代表并使用所指定的代表来执行信道接入。这种方法避免了M2M装置之间不必要的对等通信，降低了初始信道接入期间信道上的冲突可能性，并减少了控制信令开销。基于代表的群组信道接入方法还包含基于群组的补偿和随机接入部分，其协调补偿的时隙数量，使得该群组中的所有M2M都与代表齐步前进。
图1是根据一些实施例含有基站(BS)50和一个或多个移动台(MS) 60A、60B、……、60J(统称为MS 60)的蜂窝邻居100的简化框图。MS 60在本文也被称为机器对机器(M2M)装置。本文所使用的BS 50和MS 60被定义为具有在IEEE 802.16m规范下能力的实体。
基于代表的群组信道接入方法400在BS 50中以及MS 60中示出了，其包含两部分，基于代表的信道接入和分配部分200以及基于群组的补偿和随机接入部分300。基于代表的群组信道接入方法400指定一个或多个MS 60作为该群组的“代表”。然后，该代表MS代表该群组来接入信道，不过，尽管如此，该群组的所有成员60都能够侦听BS 50。如果BS 50用确认和信道分配来向该群组响应，则这些群组成员能够接入该信道。该信道接入可具有群组成员之间的竞争，或者没有群组成员之间的竞争。用这种方式，避免了群组成员60之间的对等通信，避免了冲突可能性，并且减少了控制信令开销。
为了支持大量M2M装置的随机接入，基于代表的群组信道接入方法400基于由蜂窝邻居100中每个MS拥有的某一共同特性来对MS 60进行分组。共同特性的示例包含但不限于地理位置、业务特性、功能性和所有权的相似性。一旦这些MS 60被分组在一起，基于代表的群组信道接入方法400在一些实施例中就用于减少冲突可能性。通过向每个群组指定代表，避免了群组成员之间的对等通信，这是因为群组成员共享共同特性，并且从而可共享对信道的接入。附加好处包含冲突可能性的减少以及控制信令开销的减少。
基于代表的信道接入和分配(200)
图2是示出基于代表的群组信道接入方法400如何既将M2M装置分配到群组中又选择该群组的典型代表的简化框图。如上面所描述的，方法400将具有共同特性的MS 60分组。从而，例如在物理上彼此靠近(地理位置)的多个M2M装置可分组在一起。共享业务特性的M2M装置可形成截然不同的群组。具有基本上类似功能性的M2M装置同样可分组在一起。被共同拥有的M2M装置可共享一个群组。本文未描述的其它特性可类似地提示基于代表的群组信道接入方法400将多个M2M装置分组在一起。在图2中，10个MS 60A-60J共享共同特性，并且因而被视为形成群组70。
一旦群组70已经被指定了，就要从本文含有的M2M装置中选择代表80。(也可指定多个代表。)基于代表的群组信道接入方法400基于有关群组成员的一个或多个标准来选择代表80。例如，代表80可由于其相对于群组70中其它M2M装置的较优等信道质量而被选择。或者，群组70中的M2M装置之一可具有电源，而其它装置没有，这使它成为要被选作代表80的优选候选者。在一些实施例中，在群组70中的M2M装置在它们的特性上基本上相似的情况下，基于代表的群组信道接入方法400简单地从群组70中随机选择一个M2M装置。然后以循环的方式相继从该群组中选择代表，使得每个MS 60都将在某一点被指派为代表。本文未明确描述的其它标准也可用作用于代表选择的标准。在图2中，MS 60H被选作代表80以代表群组70。
在一些实施例中，对M2M装置60的分组以及对一个代表或多个代表80的指定由基站50来执行，其中M2M移动台保持为无源装置。在其它实施例中，作为有源装置，这些M2M移动台它们自己形成群组并指定代表，其中基站50指定MGID并执行其它基于群组的资源分配。在又一些实施例中，上层网络实体执行对M2M装置60的分组以及代表指定。
既然MS 60已经被指派给群组70，并且已经从这些M2M装置中选择代表80，则该代表就能够代表该群组内的所有M2M装置通过无线信道与BS 50通信。图3是示出群组70与BS50之间无线信道90的简化框图。信道90的特性可根据在此不相关的若干不同标准而改变。
图4是根据一些实施例示出由基于代表的群组信道接入方法400的基于代表的信道接入和分配部分200所执行的操作的流程图。在基于它们之间的某一共同特性来对M2MMS 60进行分组(块202)之后，从群组70中选择代表80(块204)，如上面所描述的。代表80作为群组70内所有BS 50的代表而尝试接入设置在群组70与BS 50之间的无线信道90(块206)。
在此阶段，代表80试图代表群组70而接入无线信道90。该接入可用于第一次进入无线网络100，用于网络再进入，或者以便请求带宽指定。在一些实施例中，代表80试图使用群组标识符(在本文称为M2M群组标识符(MGID))来接入信道90。虽然BS 50对进行该请求的单个实体(例如代表80)进行响应，然而，所有M2M装置都能够侦听该响应。
如果BS 50用确认(ACK)和/或信道分配向群组70进行响应(块208的“是”分支)，则群组70内的M2M装置此后能够接入信道90(块212)。在一些情况下，ACK与信道分配分开发送，这是因为测距响应（ranging response）仅携带对上行链路同步和传送功率的调整。如果相反未从BS 50接收到ACK和信道分配(块208的“否”分支)，则群组70中的每个MS 60都执行相同数量时隙的补偿(块210)，使得可在以后的时间执行信道接入的新尝试。下面在基于群组的补偿和随机接入300部分中进一步讨论该补偿过程。
图5是根据一些实施例示出在试图接入到高级基站50的信道90的两个群组70A与70B之间执行的操作的图解。群组70A由MS 60A-60J加上代表80A构成，80A是之前选择的。群组70B由MS 60M-60V加上代表80B构成。每个群组70A、70B正在竞争对M2M装置与BS 50之间无线信道90的控制权。
代表80A代表群组70A而向BS 50发送第一测距代码(测距代码1)。此后不久，代表80B代表群组70B而向BS 50发送第二测距代码(测距代码2)。BS 50向代表80A发送测距确认(ACK)和/或信道分配，其也由M2M装置60A-60J听到。在此信道接入时段期间，群组70A内的M2M装置能够接入信道90。该接入可以是无竞争的或基于竞争的。尽管如此，信道90在此时间期间对所有MS 60(包含代表MS 80A)而言都可用。
因为在此时向第一群组70A给出了测距ACK和信道分配，因此本质上拒绝了由第二群组70B进行的请求。因而，代表80B和MS 60M-60V执行补偿，其中每个正在进行的补偿具有与代表80B相同数量的时隙，使得它们可在以后接入信道90。下面在基于群组的补偿和随机接入300部分中更全面地描述这个过程。
在以后的时间，代表80B再次向BS 50发送测距代码(测距代码2)，其实际上请求对信道90的接入。此时，BS 50向代表80B发送测距ACK，M2M装置60M-60V能够听到该测距ACK。此后，群组70B内的所有M2M装置、MS 60M-60V以及代表MS 80B能够接入信道90，而不管是以无竞争的方式还是以基于竞争的方式。
基于群组的补偿和随机接入(300)
因为所有群组成员都能够同步到基站并得到来自基站的确认，因此对于这些群组成员之间的对等通信没有需要。这使基于代表的群组信道接入方法400能够被并入当前的无线广域网(WWAN)系统，诸如WiMAX或3GPP (WiMAX是全球互通微波接入的简写；3GPP是第三代合作伙伴项目的简写)。
在单个移动台期望经由无线信道来接入基站的情况下，该移动台使用随机接入信道(RACH)。RACH是由装置为了接入无线网络所使用的共享信道。由于到RACH的消息未被调度，因此在移动台与试图借助于基站来接入网络的其它装置之间可能存在冲突。
移动台向基站发送CDMA(码分多址)测距代码。如果未从基站接收到确认（否则称为测距响应或RNG-RSP），则这意味着移动台不会得到对信道的接入权。最可能的是，因为与也试图获得对基站的接入权的另一移动台的冲突，发生了接收确认的故障。
在CDMA下，时间被分成“时隙”。时隙是基于从无线网络的一端向另一端传送符号再回来所花的总时间的时间段。为了节约电力，移动台在其被指定的时隙期间仅“唤醒”和侦听消息。否则，移动台空闲。因此，为了节省其电池寿命，移动台在其被指定的时隙期间发送CDMA测距代码。
当未接收到确认时，移动台将生成随机数N(其在某一最大值(在本文称为backoff_window)内)，并将基于这个数来补偿数量N个时隙，并返回到空闲模式。在N个时隙已经出现后，移动台再次向基站发送CDMA代码以请求对无线信道的接入。
对于机器对机器传送，在一些实施例中，这些时隙指定需要在群组成员之间协调。对于该群组的M2M装置，如果群组成员未接收到确认，则当补偿发生时M2M装置应该能够生成单个随机数量的时隙，其然后使群组成员能够在正确的时隙侦听从基站到代表的将来ACK。否则，基于代表的机制不能工作。这称为“同步化补偿”。
在一些实施例中，同步化补偿由基于代表的群组信道接入方法100的基于群组的补偿和随机接入300部分来执行。为了保持M2M群组成员(MS 60)同步，当补偿要发生时，群组成员60需要在相同数量的时隙中补偿，使得它们能与代表80齐步前进。须知，当群组成员未从BS 50接收到确认时，或者当BS否则通知它们在以后的时间对于另一随机接入机会进行补偿时，补偿发生。
当需要补偿时，在一些实施例中，群组70的一个M2M成员使用补偿时隙索引发生器来确定在补偿期间要使用的时隙数量。该群组成员可以是该群组中的任何MS 60(不要求是代理80)。在一些实施例中，群组70的每个M2M成员60生成相同的伪随机补偿时隙索引。这确保所有群组成员60都能够在同一时刻唤醒并起作用以在以后的时间侦听BS 50与代表80之间的消息交换。
在一些实施例中，如下公式用于生成补偿时隙索引（backoff slot index）：
。在一些实施例中，公式f(...)是伪随机数发生器，MGID是M2M群组标识符，Backoff_Window是补偿时隙的最大数量或补偿范围(其与随机接入重试次数相关)，并且Initial_Offset是随机数发生器的某一初始值，其可与MGID相关或者不相关，也就是说，初始种子与基站标识符相关。
如果群组70中的不同M2M装置生成补偿时隙索引，则它将相同。尽管如此，补偿时隙索引看起来对其它群组而言或对不在该群组70内的其它M2M装置而言是随机的，使得随机接入可实现。
图6是根据一些实施例示出由基于代表的群组信道接入方法400的基于群组的补偿和随机接入部分300所执行的操作的流程图。在初始阶段，群组70的M2M装置60(包含代表80)未从BS 50接收到ACK和信道分配(块302)。这使由每一个群组成员60生成补偿时隙索引成为必要(块304)。在一些实施例中，上面的公式(1)用于生成补偿时隙索引。一旦生成了补偿时隙索引，群组70内的所有M2M装置60就补偿由索引所给出的相同数量的时隙(块306)。这确保MS 60能够与代表80齐步前进，使得对信道90的随后接入可以成功。
M2M装置的现有技术的基于代表的解决方案依赖于群组成员之间的对等通信，这增加了信令开销以及无线信道上冲突的可能性。其它现有技术解决方案固定补偿时隙数量，以便非代表MS能与代表齐步前进。在一些实施例中，基于代表的群组信道接入方法400比固定的补偿解决方案优选，这是因为存在更好的随机接入性能。
基于代表的群组信道接入方法400的特定组成部分/特征是简单明了的。基于代表的群组信道接入方法400可以用硬件、用软件或使用硬件单元和软件单元的组合来实现。在一些实施例中，基于代表的群组信道接入方法400用软件来实现。
图1是根据一些实施例示出作为无线网络100一部分的移动台60和基站50的简化框图。每一个移动台60都具有中央处理单元(CPU)72和存储器74；类似地，基站50具有CPU76和存储器78。在M2M装置60，存在负责第一信道接入的代表操作的组件(信道接入组件82)、用于侦听确认的组件(ACK侦听组件84)以及用于同步化补偿发生器的组件(同步化补偿发生器86)。在基站50，方法400包含用于执行基于代表的信道接入和信道分配200的控制消息/信令(控制消息/信令88)。根据一些实施例，在图7的简化图中描绘了用于MS 60和BS50的基于代表的群组信道接入方法400的组件。
虽然已经相对于有限数量的实施例描述了本申请，但本领域技术人员将认识到对其的许多修改和变化。意图是，所附权利要求书涵盖了落入本发明的真实精神和范围内的所有此类修改和变化。

Claims (12)

1.一种用于在无线网络中执行机器对机器(M2M)通信的方法，所述方法包括：
由所述无线网络中的代表M2M移动台向所述无线网络中的基站传送测距代码，其中所述代表M2M移动台代表一个或多个M2M移动台的群组而进行传送，其中所述群组中的一个或多个M2M移动台共享共同特性；
未由所述代表M2M移动台从所述基站接收测距确认；
由所述群组中的每个M2M移动台基于伪随机数发生器和M2M群组标识符生成群组补偿时隙索引；以及
由所述群组中的每个M2M移动台执行相同数量时隙的补偿操作，其中所述相同数量基于所述群组补偿时隙索引。
2.如权利要求1所述的方法，进一步包括：
由所述代表M2M移动台从所述基站接收测距确认和信道分配，其中所述群组中M2M移动台中的每个M2M移动台都能够听到所述测距确认；
其中所述群组中的所述M2M移动台此后能够以基于竞争的方式或无竞争的方式来接入所述无线信道。
3.如权利要求1所述的方法，由所述群组中的每个M2M移动台生成所述群组补偿时隙索引进一步包括：
由所述群组中的每个M2M移动台使用如下公式来生成所述群组补偿时隙索引：
其中f(...)是伪随机数发生器，MGID是M2M群组标识符，是范围中补偿时隙的最大数量，其中所述范围与对于所述无线信道允许的随机接入重试次数相关，并且是随机数发生器的某一初始值。
4.一种用于在无线网络中执行机器对机器(M2M)通信的方法，所述方法包括：
由所述无线网络中的基站从代表群组的代表M2M移动台接收测距代码，所述群组包括多个M2M移动台，所述群组是通过M2M群组标识符(MGID)向所述基站标识的；
未由所述代表M2M移动台从所述基站接收到测距确认；
由所述群组中所述多个M2M移动台中的每个M2M移动台基于伪随机数发生器和M2M群组标识符生成群组补偿时隙索引；以及
由所述群组中所述多个M2M移动台中的每个M2M移动台执行相同数量时隙的补偿操作，其中所述相同数量基于所述群组补偿时隙索引，
其中所述多个M2M移动台是基于共同特性的群组的一部分。
5.如权利要求4所述的方法，进一步包括：
由所述基站向所述代表M2M移动台发送测距确认和信道分配；
其中所述群组此后能够通过所述无线信道与所述基站通信。
6.如权利要求4所述的方法，由所述群组中所述多个M2M移动台中的每个M2M移动台生成所述群组补偿时隙索引进一步包括：
由所述群组中所述多个M2M移动台中的每个M2M移动台使用如下公式来生成所述群组补偿时隙索引：
其中f(...)是伪随机数发生器，MGID是M2M群组标识符，是范围中补偿时隙的最大数量，其中所述范围与对于所述无线信道允许的随机接入重试次数相关，并且是随机数发生器的某一初始值。
7.如权利要求4所述的方法，进一步包括：
由所述无线网络中的所述基站基于所述无线网络中的多个M2M移动台的共同特性将所述多个M2M移动台集合到所述群组中。
8.如权利要求7所述的方法，进一步包括：
基于所述共同特性将所述多个M2M移动台集合到所述群组中，其中所述共同特性选自由地理位置、业务特性、装置功能性和装置所有权构成的群组。
9.如权利要求7或8所述的方法，进一步包括：
由所述基站从所集合的群组中选择所述代表M2M移动台。
10.如权利要求9所述的方法，进一步包括：
由所述基站从所集合的群组中选择相对于所述群组中其它M2M移动台具有较优等信道质量的M2M移动台，作为所述代表M2M移动台。
11.如权利要求9所述的方法，进一步包括：
由所述基站从所集合的群组中选择具有电源的M2M移动台，作为所述代表M2M移动台。
12.如权利要求9所述的方法，进一步包括：
由所述基站基于循环的方法来从所集合的群组中选择所述代表M2M移动台，在所述循环的方法中，每当所述基站选择代表时，就选择所述群组中的不同M2M移动台，直到所有M2M移动台都已经被选作代表为止。
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