CN103813454A - 进行设备至设备通信的方法以及相应的控制方法 - Google Patents

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Abstract

现有技术并没有规定在蜂窝架构下设备至设备(D2D)通信中控制平面在网络元素之间如何划分。为了填补这一技术空白，本发明提供了进行设备至设备通信的方法以及相应的控制方法，其中，媒体接入(MAC)层的协议信令和协议栈功能实现在进行设备至设备通信的用户设备中，其中控制功能由主控用户设备来实现，不需要引入基站，从而降低了基站的复杂度并且避免了由基站进行控制所产生的延迟；而无线资源管理(RRC)层的协议信令和协议栈功能则实现在基站和用户设备中，其中控制功能由基站实现，由基站进行移动性管理。

Description

进行设备至设备通信的方法以及相应的控制方法
技术领域
本发明涉及无线网络，尤其涉及无线网络中的设备至设备(D2D)通信。
背景技术
目前，基于蜂窝架构的设备至设备(Device to device，简称D2D)通信得到了业内的关注，它能够满足两个临近的设备能够互相直接通信时所需的应用和要求。一个应用的场景是商业/社交应用，其中，运行社交网络应用的邻近的用户设备能够直接交互数据，而无需基站进行中转。设备至设备通信的另一个应用的场景是在紧急情况下的公共安全应用。
设备至设备通信的一个示例场景如图1所示，其中，相互临近的两个用户设备(UE)1和2的包通过两者之间的直接D2D链路在两者之间直接传输，而这两个用户设备也可以与基站(eNB)之间建立普通的蜂窝链路。一般来说，为了实现业务数据的直接交互，这两个用户设备都实现了完整的用户平面的功能。但是，对于控制平面的功能来说，业内还没有形成明确的实现方式。
一般来说，控制平面包括无线资源控制层、媒体接入层以及承载以上两层的物理层。其中，无线资源管理层主要是用于无线连接管理的功能，例如控制小区切换等等。而媒体接入层主要是用于链路自适应的功能，例如决定无线链路的调制编码方式、对无线链路上的传输进行HARQ等等。例如，在LTE系统中，无线资源控制层就是RRC，媒体接入层就是媒体接入控制(MAC)层，物理层即PHY层。而在IEEE 802.16m中，无线资源控制层就是无线资源控制和管理(RRCM)层，媒体接入层就是媒体接入控制(MAC)层，物理层即PHY层。
以LTE系统为例，以基站(即eNodeB或eNB)和用户设备之间的普通的蜂窝通信来说，基站和用户设备两者的控制平面都分别实现了RRC层和MAC层的功能，其中，RRC层和MAC层的控制功能实现在基站中。但是对于D2D通信来说，如图2所示，将涉及到三个甚至更多的网络元素，例如两个相互通信的D2D用户设备以及基站。那么应当如何为它们配置控制平面的功能，从而更好地实现控制，业内尚没有提出技术方案。
发明内容
现有技术中并未对设备至设备通信中的控制平面在无线通信系统中的存在方式进行设计。本发明所要解决的技术问题就是如何设置控制平面在设备至设备通信中的相关网络元素中的存在方式。
本发明的发明构思在于，将设备至设备通信中、与媒体接入层相关的信令交互和协议栈直接配置在进行设备至设备通信的用户设备上，而与无线资源控制相关的信令交互和协议栈配置在基站与用户设备上。
基于这一控制平面的划分方式，媒体接入层信令，例如信道状态信息反馈和HARQ的ACK/NACK信息直接在两个用户设备之间交互，并且由其中的主控用户设备进行控制，不需要引入基站，从而降低了基站的复杂度并且避免了由基站进行控制所产生的延迟。而对于无线资源控制信令，例如无线资源管理管理相关的测量则由用户设备汇报给基站，由基站进行移动性管理。
根据本发明在用户设备中的方面，提供了一种在用户设备中进行设备至设备通信的方法，其中，该方法包括如下步骤：
i.与另一用户设备直接交互针对该设备至设备通信的、媒体接入层的信令；
ii.在该用户设备本地进行针对该设备至设备通信的、媒体接入层的协议栈功能；
以及步骤：
iii.与基站直接交互针对该设备至设备通信的、无线资源控制层的信令；
iv.在该用户设备本地进行针对该设备至设备通信的、无线资源控制层的协议栈功能。
根据本发明在基站中的方面，提供了一种在基站中控制设备至设备通信的方法，其中，该方法包括如下步骤：
a.与参与设备至设备通信的用户设备直接交互针对该设备至设备通信的、无线资源控制层的信令；
b.在该基站本地进行无线资源控制层的协议栈的控制功能；
其中，针对该设备至设备通信的、媒体接入层的相关功能由参与设备至设备通信的用户设备完成。
在本发明的以上两个方面中，由于设备至设备通信的媒体接入层的信令和协议栈功能是实现在用户设备上，与设备至设备通信的链路较近，不需要基站参与，所以，设备至设备通信的链路自适应、调度、HARQ等功能比较准确、有效和低延迟。而由于无线资源控制层的信令和协议栈功能是实现在基站上，使得基站能够保持其在小区中对无线资源的集中控制功能，使得整个小区的无线资源管理比较稳定，基站也能够进行系统/小区级别的干扰控制。并且，将无线资源控制层的协议栈功能设置在基站上也能够避免用户设备的复杂性被提高。
根据一个优选的实施方式，所述媒体接入层和所述无线资源控制层分别是长期演进中的媒质接入控制(MAC)层和无线资源控制(RRC)层。该实施方式提供了本发明在LTE系统中的应用方式。
根据另一个优选的实施方式，所述媒体接入层和所述无线资源控制层分别是IEEE 802.16m中媒体接入控制(MAC)层和无线资源控制和管理(RRCM)层。该实施方式提供了本发明在IEEE 802.16m中的应用方式。
根据一个优选的实施方式，在无线资源控制层或无线资源控制层的下层中，标识出该无线资源控制层的信令所针对的该设备至设备通信的链路。由于设备至设备通信的链路需要与蜂窝链路区分开，所以本发明的这个实施方式在无线资源控制层或无线资源控制层的下层中对该D2D链路进行标识，使得基站能够正确识别出该D2D链路并进行相应的控制功能。
在一个优选的实施方式中，所述媒体接入层的信令包括该设备至设备通信的链路的层一信道状态信息的反馈。层一信道状态信息的反馈能够用于实现调制编码方式和链路调度的控制功能，所以该实施方式能够支持对D2D通信链路的调制编码方式和链路调度的控制功能。
在一个优选的实施方式中，所述无线资源控制层的信令包括该设备至设备通信的链路的层三无线资源管理测量报告。层三无线资源管理测量能够用于链路切换、小区切换和干扰管理等控制功能，所以该实施方式能够支持D2D通信链路的切换控制。
在一个优选的实施方式中，所述用户设备包括所述设备至设备通信中的从属用户设备，所述步骤iii包括：
-向该基站发送该设备至设备通信的链路的、层三无线资源管理测量报告；
-接收来自该基站的第二连接重配置信令，该信令指示该从属用户设备从该设备至设备通信切换到与该基站之间的蜂窝通信；
该从属用户设备在所述步骤iv中，根据该信令进行切换相关的协议栈操作，并与该基站直接进行蜂窝通信。
在一个相应的实施方式中，所述用户设备包括所述设备至设备通信中的主控用户设备，所述步骤ii包括执行媒体接入层的协议栈中的控制功能；
所述步骤iii包括：
-接收来自基站的第一连接重配置信令，该信令指示该主控用户设备将该设备至设备通信切换到与该基站之间的蜂窝通信；
-向该基站发送连接重配置完成信令；
该主控用户设备根据该第一连接重配置信令进行切换相关的协议栈操作，并与该基站直接建立蜂窝通信。
在另一个相应的实施方式中，所述步骤a包括如下步骤：
-接收来自该设备至设备通信中的从属用户设备所发送的、对于该设备至设备通信的链路的、层三无线资源管理测量报告；
所述步骤b包括，根据该测量报告确定是否将该设备至设备通信切换到该从属设备与该基站之间的蜂窝通信，当确定切换时：
所述步骤a还包括如下步骤：
-向该设备至设备通信中的主控用户设备发送第一连接重配置信令，该信令指示该主控用户设备将该设备至设备通信切换到该蜂窝通信；
-接收来自该主控用户设备的连接重配置完成信令；
-向该从属用户设备发送第二连接重配置信令，该信令指示该从属用户设备从该设备至设备通信切换至该从属设备与该基站之间的蜂窝通信；
该基站分别与该从属设备和该主控设备直接进行蜂窝通信。
以上三个实施方式描述了在将D2D通信链路切换到蜂窝通信时各个网络元素需要进行的操作，为设备至设备通信提供了切换至普通蜂窝通信的功能。
为了解决D2D通信切换至蜂窝通信时可能存在数据失同步的问题，该主控用户设备进行的切换相关的操作包括：
-将用于进行业务数据同步的信息发送给该基站，包括上行包接收状态、下行包发送状态；
-将上/下行业务数据转发给基站。
而在基站中，该方法还包括如下步骤：
-接收来自该主控用户设备的、用于进行业务数据同步的信息，包括上行包接收状态、下行包发送状态、及上/下行业务数据本身；
-基于该用于进行业务数据同步的信息，将该蜂窝通信同步于切换前的设备至设备通信，实现按序无丢包的业务数据传输。
该实施方式实现了从D2D通信至蜂窝通信的按序无丢包的无缝切换。
在一个优选的实施方式中，在用户设备中，该方法还包括步骤：
x.与另一用户设备直接交互针对该设备至设备通信的、PDCP层和RLC层的信令；
y.在该用户设备本地进行针对该设备至设备通信的、PDCP层和RLC层的协议栈功能。
在该实施方式中，提供了分组数据汇聚协议(PDCP)层和无线链路控制(RLC)层在D2D通信中的部署方式。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更加明显：
图1示出了D2D通信的一个示例场景；
图2示出了LTE系统中的控制平面的示意图；
图3示出了在D2D场景下、根据本发明的一个实施方式、控制平面的控制功能在基站和D2D主控用户设备之间划分的示意图；
图4示出了在D2D场景下、根据本发明的一个实施方式、主控用户设备和从属用户设备之间的协议栈交互的示意图；
图5示出了在D2D场景下、根据本发明的一个实施方式、主控用户设备与从属用户设备和基站之间的协议栈交互的示意图；
图6示出了在D2D场景下、根据本发明的一个实施方式、主控用户设备与从属用户设备和基站之间的层一和层三的信道测量报告交互的示意图；
图7示出了图6的无线网络从D2D通信转换到蜂窝通信的示意图；
图8示出了图7的从D2D通信转换到蜂窝通信时所进行的信令和数据交互。
具体实施方式
本发明提供了一种在用户设备中进行设备至设备通信的方法，其中，该方法包括如下步骤：
i.与另一用户设备直接交互针对该设备至设备通信的、媒体接入层的信令；
ii.在该用户设备本地进行针对该设备至设备通信的、媒体接入层的协议栈功能；
以及步骤：
iii.与基站直接交互针对该设备至设备通信的、无线资源控制层的信令；
iv.在该用户设备本地进行针对该设备至设备通信的、无线资源控制层的协议栈功能。
本发明还提供了一种在基站中控制设备至设备通信的方法，其中，该方法包括如下步骤：
a.与参与设备至设备通信的用户设备直接交互针对该设备至设备通信的、无线资源控制层的信令；
b.在该基站本地进行无线资源控制层的协议栈的控制功能；
其中，针对该设备至设备通信的、媒体接入层的相关功能由参与设备至设备通信的用户设备完成。
在LTE/SAE(系统架构演进)网络中，媒体接入层和无线资源控制层分别是媒质接入控制(MAC)层和无线资源控制(RRC)层。类似地，在IEEE802.16m网络中，媒体接入层和无线资源控制层分别是媒体接入控制(MAC)层和无线资源控制和管理(RRCM)层。下面的实施方式以LTE网络为例对本发明进行详述，可以理解，IEEE 802.16m网络也同样适用。
在LTE系统中，媒体接入控制层的协议栈部署于进行通信的用户设备中，而无线资源管理层的协议栈部署于用户设备中以及基站之中。图3示出了MAC层和RRC层的主要控制功能，它们分别位于设备至设备通信的主控用户设备中，以及基站中。设备至设备通信的从属用户设备也设置有MAC层和RRC层的协议栈，其中，该MAC层直接与主控设备的MAC层协议栈通信；而该RRC层则直接与基站的RRC层协议栈通信。
如图3所示，基站的RRC层协议栈执行该设备至通信的所有RRC相关的控制功能：包括RRC连接控制、承载控制、DRX配置、下层配置等。而在主控用户设备中，它的MAC层协议栈执行该设备至设备通信的所有MAC相关的控制功能：包括BSR(缓存状态报告)、TA控制、调度/传输格式选择等等。可以理解，这里所举的RRC层的控制功能仅是示例，任何在功能性质上属于连接管理的功能都应落入RRC层协议栈功能的范畴；类似地，这里所举的MAC层的控制功能仅是示例，任何在功能性质上属于链路自适应/调度的功能都应落入MAC层协议栈功能的范畴。
图4示出了设备至设备通信的主控UE和从属UE之间的协议栈配置方式，以及信令交互方式。如图4所示，主控UE和从属UE使用它们之间的无线链路，直接交互MAC层信令，如图中MAC层之间的实线箭头所示。可以理解，这里所说的两层之间的直接交互是逻辑上的，在物理上两层的信令仍需提供给下层(如图中各层之间的虚线所示)并经由下层封装后在物理空口上实际传输。
根据本发明的一个进一步的实施方式，主控UE和从属UE之间也直接交互针对该设备至设备通信的、PDCP(分组数据汇聚协议)层和RLC(无线链路控制)层的信令，如图4中PDCP层之间的实线箭头，以及RLC层之间的实线箭头所示。其中，PDCP层的功能是加密/解密功能，而RLC层的功能与用户平面中的相同。可以理解，这里所说的直接交互是逻辑上的，在物理上两层的信令仍需提供给下层(如图中各层之间的虚线所示)并经由下层封装后在物理空口上实际传输。并且，主控UE和从属UE还在本地进行针对该设备至设备通信的、PDCP层和RLC层的协议栈功能。具体的PDCP层和RLC层的协议栈功能是本领域所熟知的，这里不在赘述。
图5示出了设备至设备通信的主控/从属UE和基站的协议栈配置方式，以及信令交互方式。如图5所示，主控/从属UE和基站使用它们之间的无线链路，直接交互RRC层信令，如图中RRC层之间的实线箭头所示。可以理解，这里所说的两层之间的直接交互是逻辑上的，在物理上两层的信令仍需提供给下层(如图中各层之间的虚线所示)并经由下层封装后在物理空口上实际传输。例如，如图5所示，用户设备的RRC层信令仍通过它的MAC层被封装为MAC PDU后，通过PHY物理层发送至基站，基站由MAC层将它解封装为MAC SDU后提供给RRC层。
在描述了根据本发明对控制平面的划分之后，下面将参照图6的网络拓扑结构描述根据本发明的信令交互。
对于设备至设备通信的MAC层功能来说，控制功能被配置在主控用户设备上，因此，D2D链路的层一信道状态指示是由从属用户设备发送给主控用户设备。
对于设备至设备通信的RRC层功能来说，控制功能被配置在基站上，因此，D2D链路的层三无线资源管理测量报告是由从属用户设备直接发送给基站，基站根据该报告控制从属设备是否从D2D通信切换到蜂窝通信。下面将详细描述整个切换过程。
如图7和图8中所示，从属用户设备与主控用户设备通过D2D链路进行D2D通信。并且，从属用户设备正在移动，如图中的点划线所示，它已经移动到远离主控UE的位置。
从属用户设备对D2D链路的通信情况进行测量，并将D2D链路的层三无线资源管理测量(RRM)报告直接发送给基站。由于从属用户设备已远离主控用户设备，该RRM报告能够反映出这一情况。可以理解，用户设备在它的RRC层或RCC层的下层，例如MAC层中，标识出该RRM报告所针对的该D2D的链路。相应地，基站也在RRC层的下层或RRC层中识别出该D2D的链路。
之后，基站的RRC层协议栈的控制功能判断该D2D链路已经弱化至无法使用，因此基站决定：将该设备至设备通信切换到该从属设备与该基站之间的蜂窝通信。基站对该从属设备进行准入控制后，确定可以允许该从属设备直接接入基站。
之后，基站向D2D通信中的主控用户设备发送D2D链路相关的RRC连接重配置信令，该信令指示该主控用户设备将该设备至设备通信切换到蜂窝通信。
主控用户设备向基站发送连接重配置完成信令，根据该第一连接重配置信令进行切换相关的协议栈操作，并且与该基站直接建立蜂窝通信，如图7和图8所示。
并且，基站还向从属用户设备发送蜂窝通信的连接重配置信令，该信令指示该从属用户设备从该设备至设备通信切换至该从属设备与该基站之间的蜂窝通信。
从属用户设备根据该蜂窝通信的连接重配置信令，进行切换相关的协议栈操作，并与该基站直接进行蜂窝通信，如图7和图8所示。
优选地，为了实现不丢失数据的无缝切换，主控用户设备将用于进行业务数据同步的信息发送给该基站。该信息例如是SN STATUS TRANSFER(SN状态传递)消息，它包括上行包接收机状态、下行包发射机状态，并且主控用户设备将上/下行业务数据转发给基站。相应地，基站接收来自该主控用户设备的、用于进行业务数据同步的信息，及上/下行业务数据本身，基于该用于进行业务数据同步的信息，将该蜂窝通信同步于切换前的设备至设备通信，实现按序无丢包的业务数据传输。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，所述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现。相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本发明不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。

Claims (14)

1.一种在用户设备中进行设备至设备通信的方法，其中，该方法包括如下步骤：
i.与另一用户设备直接交互针对该设备至设备通信的、媒体接入层的信令；
ii.在该用户设备本地进行针对该设备至设备通信的、媒体接入层的协议栈功能；
以及步骤：
iii.与基站直接交互针对该设备至设备通信的、无线资源控制层的信令；
iv.在该用户设备本地进行针对该设备至设备通信的、无线资源控制层的协议栈功能。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述媒体接入层和所述无线资源控制层分别是长期演进中的媒质接入控制(MAC)层和无线资源控制(RRC)层；或
-所述媒体接入层和所述无线资源控制层分别是IEEE 802.16m中的媒体接入控制(MAC)层和无线资源控制和管理(RRCM)层。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤iii中，在该无线资源控制层或无线资源控制层的下层中，标识出该无线资源控制层的信令所针对的该设备至设备通信的链路。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤i中，所述媒体接入层的信令包括该设备至设备通信的链路的层一信道状态信息的反馈；
和/或，
所述步骤iii中，所述无线资源控制层的信令包括该设备至设备通信的链路的层三无线资源管理测量报告。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述用户设备包括所述设备至设备通信中的从属用户设备，所述步骤iii包括：
-向该基站发送该设备至设备通信的链路的、层三无线资源管理测量报告；
-接收来自该基站的第二连接重配置信令，该信令指示该从属用户设备从该设备至设备通信切换到与该基站之间的蜂窝通信；
该从属用户设备在所述步骤iv中，根据该信令进行切换相关的协议栈操作，并与该基站直接进行蜂窝通信。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述用户设备包括所述设备至设备通信中的主控用户设备，所述步骤ii包括执行媒体接入层的协议栈中的控制功能；
所述步骤iii包括：
-接收来自基站的第一连接重配置信令，该信令指示该主控用户设备将该设备至设备通信切换到与该基站之间的蜂窝通信；
-向该基站发送连接重配置完成信令；
该主控用户设备根据该第一连接重配置信令进行切换相关的协议栈操作，并与该基站直接建立蜂窝通信。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，该主控用户设备进行的切换相关的操作包括：
-将用于进行业务数据同步的信息发送给该基站，包括上行包接收状态、下行包发送状态；
-将上/下行业务数据转发给基站。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括步骤：
x.与另一用户设备直接交互针对该设备至设备通信的、PDCP层和RLC层的信令；
y.在该用户设备本地进行针对该设备至设备通信的、PDCP层和RLC层的协议栈功能。
9.一种在基站中控制设备至设备通信的方法，其中，该方法包括如下步骤：
a.与参与设备至设备通信的用户设备直接交互针对该设备至设备通信的、无线资源控制层的信令；
b.在该基站本地进行无线资源控制层的协议栈的控制功能；
其中，针对该设备至设备通信的、媒体接入层的相关功能由参与设备至设备通信的用户设备完成。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述无线资源控制层包括：
-长期演进中的无线资源控制(RRC)层；
-IEEE 802.16m中无线资源控制和管理(RRCM)层。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述步骤a中，在无线资源控制层或无线资源控制层的下层中，标识出该无线资源控制层的信令所针对的设备至设备通信的链路。
12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述步骤a中，所述无线资源控制层的信令包括该设备至设备通信的链路的层三无线资源管理测量报告。
13.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述步骤a包括如下步骤：
-接收来自该设备至设备通信中的从属用户设备所发送的、对于该设备至设备通信的链路的、层三无线资源管理测量报告；
所述步骤b包括，根据该测量报告确定是否将该设备至设备通信切换到该从属设备与该基站之间的蜂窝通信，当确定切换时：
所述步骤a还包括如下步骤：
-向该设备至设备通信中的主控用户设备发送第一连接重配置信令，该信令指示该主控用户设备将该设备至设备通信切换到该蜂窝通信；
-接收来自该主控用户设备的连接重配置完成信令；
-向该从属用户设备发送第二连接重配置信令，该信令指示该从属用户设备从该设备至设备通信切换至该从属设备与该基站之间的蜂窝通信；
该基站分别与该从属设备和该主控设备直接进行蜂窝通信。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，该方法还包括如下步骤：
-接收来自该主控用户设备的、用于进行业务数据同步的信息，包括上行包接收状态、下行包发送状态、及上/下行业务数据本身；
-基于该用于进行业务数据同步的信息，将该蜂窝通信同步于切换前的设备至设备通信，实现按序无丢包的业务数据传输。
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