CN104145492B - 利用非接入层(nas)信令在网络中进行机器类型通信(mtc) - Google Patents

利用非接入层(nas)信令在网络中进行机器类型通信(mtc) Download PDF

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Abstract

本发明涉及利用非接入层(NAS)信令发送机器类型通信(MTC)的系统和方法。在一个实施例中，网元接收来自设备的包括MTC数据的NAS信令。所述网元识别与所述设备相关联的MTC简档，其包括定义对于该设备允许通过NAS信令进行哪些MTC数据传送的参数。所述网元随后基于MTC简档确定所述设备是否允许MTC数据的传送。如果MTC数据的传送被允许，则所述网元向另一个MTC实体(比如另一个MTC设备或MTC服务器)发送MTC数据。如果不被允许，则所述网元拒绝MTC数据的传送。

Description

利用非接入层(NAS)信令在网络中进行机器类型通信(MTC)
技术领域
本发明涉及通信系统的领域，并且特别涉及机器类型通信(MTC)。
背景技术
机器类型通信(MTC)或机器对机器(M2M)通信指的是允许设备在没有或者只有很少人类干预的情况下进行通信的技术。MTC设备存储数据，并且通过例如蜂窝网络之类的网络向其他MTC设备或MTC 服务器传送数据。举例来说，MTC设备可以附接到气表或电表，并且MTC设备周期性地(例如每周、每月等等)向MTC服务器(比如公用事业公司)传送仪表读数。
在MTC设备之间交换的数据量通常非常小，比如少于几个字节。由于MTC设备只发送或接收少量数据，因此所述数据交换被视为“小数据传送”。被视为“小”的数量可以取决于单独的网络运营商。
核心网络上的MTC持续增多。因此，为了提供MTC而高效地使用网络资源对于网络运营商非常重要。
发明内容
这里所描述的实施例提供了通过通信网络的改进的机器类型通信 (MTC)。通常来说，当用户装备(UE)在通信网络(比如长期演进(LTE) 网络)上登记时，该UE被认证，并且在UE与网络的核心之间建立分组数据网络(PDN)连接。如果某一设备要通过网络发送MTC数据，则该设备将通过PDN连接来发送MTC数据。但是MTC数据通常非常小(即仅有几个字节)，因此通过PDN连接来发送MTC数据是对于网络资源的浪费。
这里所描述的系统允许设备利用非接入层(NAS)信令通过网络发送小数据传送。NAS协议是用在UE与比如移动性管理实体之类的网元之间的信令协议。在LTE网络中，NAS信令通常被用于移动性管理，以及用于支持UE与分组数据网络(PDN)网关之间的会话管理。在这里所描述的实施例中，NAS信令被用来载送MTC数据传送。换句话说，用于MTC的小数据传送被封装在NAS信令消息中并且通过网络发送。这样做是有利的原因在于，不需要建立或使用PDN连接以使得UE通过网络发送MTC数据。因此，网络资源不需要在通过PDN 连接传输MTC数据的过程中被浪费。由于MTC数据的较小尺寸，可以使用NAS信令来传输MTC数据。这样做特别可以在有大量MTC 通信量时(例如在高峰时间期间)节省网络资源。
一个实施例包括通信网络的一种元件。所述网元被配置来接收来自设备的包括MTC数据的NAS信令。所述网元还被配置来识别与所述设备相关联的MTC简档，其包括定义对于该设备允许通过NAS信令进行哪些MTC数据传送的参数。所述网元还被配置来基于MTC简档确定所述设备是否允许MTC数据的传送。如果MTC数据的传送被允许，则所述网元还被配置来向另一个MTC实体(比如另一个MTC 设备或MTC服务器)发送MTC数据。如果MTC数据的传送不被允许，则所述网元还被配置来拒绝向其他MTC实体传送MTC数据。
在另一个实施例中，所述网元被配置来识别MTC简档中的定义所述设备是否被授权利用NAS信令发送MTC数据的授权参数，并且如果所述设备未被授权则确定MTC数据的传送不被允许。
在另一个实施例中，所述网元被配置来识别MTC简档中的定义对于MTC数据传送所允许的尺寸的尺寸参数，将MTC数据的尺寸与所述尺寸参数进行比较，并且如果MTC数据的尺寸超出所述尺寸参数则确定MTC数据的传送不被允许。
在另一个实施例中，所述网元被配置来识别MTC简档中的定义对于MTC数据传送所允许的时间范围的时间参数，将MTC数据的传送时间与所述时间参数进行比较，并且如果传送时间处于所述时间参数中所定义的时间范围之外则确定MTC数据的传送不被允许。
在另一个实施例中，所述网元被配置来识别MTC简档中的定义所述设备被允许在该处执行MTC数据传送的至少一个位置的位置参数，将所述设备的位置与所述位置参数进行比较，并且如果所述设备的位置不符合所述位置参数则确定MTC数据的传送不被允许。
在另一个实施例中，所述网元不具有通过通信网络与所述设备建立的承载连接。如果NAS信令中的MTC数据的传送不被允许，则所述网元被配置来向所述设备通知所述传送被拒绝，建立与所述设备的承载连接，并且通过所述承载连接从所述设备接收MTC数据。
在另一个实施例中，所述网元包括长期演进(LTE)网络的移动性管理实体(MME)。MME被配置来例如在直径(Diameter)更新位置应答(ULA)中接收来自归属订户服务器(HSS)的MTC简档，并且对于所述设备存储MTC简档。MME还被配置来例如在直径插入订户数据请求(IDR)中接收来自HSS的对应于MTC简档的已更新简档信息，并且基于所述已更新简档信息来更新对于所述设备存储的MTC 简档。
在另一个实施例中，可以在NAS信令中的分组数据单元(PDU) 中载送MTC数据。因此，MME被配置来将NAS PDU转换成适当协议的PDU，并且在LTE网络中绕过PDN连接向其他网元直接发送所述PDU。所述其他LTE网元可以包括MTC服务器、短消息服务器 (SMS)中心、SMS网关、SMS路由器、IWMSC等等。
其他示例性实施例可以在后面描述。
附图说明
现在将参照附图通过举例的方式描述本发明的一些实施例。相同的附图标记在所有附图中代表相同的元件或者相同类型的元件。
图1示出了一个示例性实施例中的通信网络。
图2示出了一个示例性实施例中的管理MTC数据传送的方法的流程图。
图3示出了另一个示例性实施例中的LTE网络。
图4示出了一个示例性实施例中的通过LTE网络的MTC数据传送的消息图。
具体实施方式
附图和后面的描述说明了本发明的特定示例性实施例。因此应当认识到，本领域技术人员将能够设想出多种设置，其虽然没有在这里被明确地描述或示出，但是具体实现了本发明的原理并且被包括在本发明的范围内。此外，这里所描述的任何实例意在帮助理解本发明的原理，并且应当被解释成不限于这样具体引述的实例和条件。因此，本发明不限于后面描述的具体实施例或实例，而是由权利要求书及其等同方案限制。
图1示出了一个示例性实施例中的通信网络100。后面所描述的实施例允许高效地通过网络100传送机器类型通信(MTC)数据。网络 100包括向移动设备提供通信服务的核心网络。网络100的一个实例是长期演进(LTE)网络。图1示出了连接到MTC设备110和MTC 实体112的网络100。MTC设备110包括为MTC做好准备并且能够通过网络与MTC实体通信的UE。设备110在这些实施例中可以具有 LTE能力，从而可以与LTE网络通信。设备110可以是无线设备，因此可以在设备110与网络100的核心之间实施无线接入网(RAN)。 MTC实体112包括能够接收来自设备110的MTC数据的任何系统、服务器或设备。MTC实体112可以代表MTC服务器或另一个MTC 设备。
网络100包括订户数据库(DB)102以及一个或更多网元104。订户数据库102包括存储对应于末端用户或设备的订购相关信息的任何系统，所述订购相关信息也被称作订户简档。订户数据库102可以被视为主数据库，比如归属订户服务器(HSS)，其存储订户简档、对末端用户执行认证和授权、提供关于订户位置的信息等等。网元104 包括核心网络内的能够接收来自设备的MTC数据的任何节点。举例来说，网元104可以包括LTE网络上的移动性管理实体(MME)、分组数据网络网关(PDN-GW)等等。虽然在图1中仅示出了一个网元，但是网络100可以包括多个网元。
在该实施例中，订户数据库102存储与设备110相关联的订户简档。订户简档还包括对应于机器类型通信(MTC)的简档。MTC简档包括定义对于设备110允许通过NAS信令进行哪些MTC数据传送的参数。MTC简档可以包括以下参数：
-表明对于该设备是否允许MTC数据传送的授权参数(例如数值“是”或“否”)。
-尺寸参数，其可以是表明对于MTC数据传送所允许的字节数目的一个整数值，或者表明对于MTC数据传送所允许的一定字节范围的两个整数值。
-时间参数，其可以是表明允许进行MTC数据传送的起始时间和结束时间的两个时间标记数值。或者单一时间标记可以表明允许在其之前或之后进行MTC数据传送的时间。
-表明允许从该处进行MTC数据传送的位置参数。举例来说，所述位置参数可以是表明允许在该处进行MTC数据传送的地理经度和纬度的两个数值。
订户数据库102存储MTC简档并且能够根据请求向网元104或其他网元(未示出)提供MTC简档。
在操作时，设备110收集MTC数据，并且发起通过网络100向 MTC实体112传送MTC数据。所述传送中的MTC数据量通常非常小。举例来说，设备110可以连接到气表，并且可以被配置来向MTC实体 112周期性地报告仪表读数。因此，由设备110发起的数据传送可以包括设备ID和仪表读数。为了发送MTC数据，设备110把所述数据封装在非接入层(NAS)信令中(封装在NAS协议的适当信令消息中)，并且向网络100传送NAS信令。随后将如图2中所示在网络100中管理MTC数据的传送。
图2是示出了一个示例性实施例中的管理MTC数据传送的方法 200的流程图。将参照图1中的网络100来描述方法200的各个步骤，但是本领域技术人员将认识到，可以在其他网络和系统中执行方法 200。这里所描述的流程图的各个步骤并非全包含性的，而是可以包括其他未示出的步骤。还可以按照其他顺序来执行所述步骤。
在步骤202中，网元104接收来自设备110的包括MTC数据的 NAS信令。在步骤204中，网元104识别与设备110相关联的MTC 简档。如前所述，订户数据库102存储对应于设备110的MTC简档，其包括定义对于设备110允许哪些MTC数据传送的参数。因此，网元 104在某一时间取回并存储对应于设备110的MTC简档。如果/当MTC 设备110附接到网络100，网元104可以取回MTC简档。如果MTC 设备110没有附接到网络100，则网元104可以在接收到数据传送时从订户数据库102取回MTC简档。
在步骤206中，网元104基于MTC简档确定设备110是否允许 MT数据的传送。网元104对MTC简档中的一个或更多参数进行处理，以便确定MTC数据传送是否被允许。在一个实例中，网元104可以识别MTC简档中的定义所述设备是否被授权利用NAS信令发送MTC 数据的授权参数，并且如果设备110未被授权则确定MT数据的传送不被允许。在另一个实例中，网元104可以识别MTC简档中的定义对于MTC数据传送所允许的尺寸的尺寸参数，并且把MTC数据的尺寸与所述尺寸参数进行比较。如果MTC数据的尺寸超出所述尺寸参数，则网元104确定MT数据的传送不被允许。在另一个实例中，网元104 可以识别MTC简档中的定义对于MTC数据传送所允许的时间范围的时间参数，并且把所述传送的时间与所述时间参数进行比较。如果 MTC数据传送的时间处于定义在所述时间参数中的时间范围之外，则网元104可以确定MT数据的传送不被允许。在另一个实例中，网元 104可以识别MTC简档中的定义在该处允许MTC数据传送的一个或更多位置的位置参数，并且把设备110的位置与所述位置参数进行比较。如果设备110的位置不符合所述位置参数，则网元104可以确定所述传送不被允许。
如果MT数据的传送被允许，则网元104在步骤208中向MTC实体112发送MTC数据。网元104可以利用任何所期望的协议发送MTC 数据，所述协议可以不是NAS协议。在网元104与MTC实体112之间还可以有在网元104和MTC实体112中所使用的协议之间进行转换的互工作元件，其在图1中未示出。
如果MT数据的传送不被允许，则网元104在步骤210中拒绝MT 数据的传送。如果数据传送被拒绝，则网元104还可以利用NAS信令向设备110发送通知。
在前面描述的实施例中，设备110可以在建立或者未建立承载连接的情况下附接到网络100。举例来说，设备可以附接到LTE网络并且在登记期间建立分组数据网络(PDN)连接(即承载连接)。但是可能存在设备附接到LTE网络但是未建立PDN连接的时候。不管设备110是否与网络100建立了承载连接，设备110都能够利用NAS信令向网络100发送MTC数据。在另一个实施例中，如果基于MTC简档拒绝了MT数据的传送(如在步骤210中)，则设备110可以利用承载连接向网络100发送MTC数据。为了发起这一操作，网元104可以(在 NAS协议中)向设备110发送表明MTC数据传送正被/已被拒绝的通知。如果设备110具有已建立的承载连接，则设备110可以通过承载连接向网元104发送MTC数据。如果设备100不具有已建立的承载连接，则设备110可以建立承载连接并且随后通过承载连接向网元104 发送MTC数据。
如果MTC数据对于NAS信令而言过大，则可以发生通过承载连接发送MTC数据的一个特定实例。如前所述，对应于设备110的MTC 简档可以包括定义对于(利用NAS信令)传送所允许的MTC数据的尺寸的一个参数。如果MTC数据的尺寸超出所述尺寸参数，则设备 100可以转而通过不具有类似尺寸约束的承载连接来发送MTC数据。设备110还可以根据其关于简档的知识确定在承载连接上发送MTC数据。举例来说，当将要传送的MTC数据处于阈值尺寸以下时，设备将尝试经由NAS信令发送MTC数据。
通过利用NAS信令向网络100发送MTC数据，在传输MTC数据的过程中不需要浪费网络资源。由于MTC数据通常较小，因此可以利用NAS信令高效地发送MTC数据。并且设备不需要具有为了向网络发送MTC数据而与网络建立的承载连接。这样就允许通过网络(比如 LTE网络)高效地传送MTC数据。
实例
图3-4示出了通过LTE网络发送MTC数据的一个实例。图3示出了一个示例性实施例中的LTE网络300。在该实施例中，LTE网络300 包括归属订户服务器(HSS)302和移动性管理实体(MME)304。HSS 302存储对应于访问LTE网络300的MTC设备310和其他设备的订购相关信息。对应于设备310的订购相关信息包括表明设备310所能访问的服务(如果有的话)的订户简档。在该例中，对应于设备310的订户简档包括这里所描述的新的MTC简档。所述新的MTC简档包括定义对于设备310允许哪些MTC数据传送的参数。
在其他功能当中，MME304特别负责跟踪LTE网络300中的各个 UE的位置。一项此类功能是处理由设备310或其他设备提交的MTC 数据。MME304具有NAS接口，从而使其能够接收来自设备310的 NAS信令。
设备310可以是具有LTE能力的设备，其除了发送MTC数据之外还能够访问来自LTE网络300的服务，比如语音、数据等等。或者设备310可以仅仅支持MTC数据传送，并且无法出于除了交换NAS 信令之外的任何其他目的附接到LTE网络300。
在该实施例中，设备310被允许在没有PDN连接的情况下附接到 LTE网络300。这意味着设备310最初将仅通过NAS信令附接到LTE 网络300。因此，设备310将利用NAS信令传送MTC数据(例如小数据传送)。
图4是示出了一个示例性实施例中的通过LTE网络300进行的 MTC数据传送的消息图。首先，设备310向MME304发送针对附接到LTE网络300的附接请求。所述附接请求是在NAS协议中进行的。 LTE网络300随后尝试对设备310进行认证和授权。所述附接请求例如还在MME304与HSS302之间的S6a直径接口上触发更新位置规程。因此，MME304向HSS302发送更新位置请求，例如S6a直径更新位置请求(ULR)。HSS302响应于ULR识别与设备310相关联的MTC简档，并且连同MTC简档向MME304发送更新位置应答，例如 S6a更新位置应答(ULA)。只要设备310登记在LTE网络300上， MME304就随后存储对应于设备310的MTC简档。MME304还在设备310登记之后向其提供附接应答。虽然设备310附接到LTE网络300，但是其是在没有PDN连接的情况下附接的。换句话说，设备310被允许登记在LTE网络300上(从而使得MME304具有对应于设备310 的MTC简档)，但是没有在LTE网络300与设备310之间建立承载连接。
在附接到LTE网络300之后，设备310收集数据(其被称作MTC 数据)以用于传送到MTC服务器312(如图3中所示)。举例来说，假设设备310连接到气表并且收集来自气表的读数。为了发送该例中的MTC数据，设备310将MTC数据插入到NAS信令中并且向MME 304发送NAS信令。响应于接收到NAS信令，MME304识别对于设备310所存储的MTC简档，并且确定MT数据的传送是否被设备310 所允许。为此，MME304确定MTC数据传送是否满足MTC简档的一个或更多参数，比如数据尺寸、设备310的位置、日间时(time of day) 等等。如果MTC数据传送通过MTC简档中的每一个参数的测试，则 MME304向MTC服务器312发送MTC数据(如图4中所示)。MME 304可以把来自NAS信令(其载送MTC数据)的分组数据单元(PDU) 转换成由MTC服务器312使用的适当协议中的PDU，并且绕过PDN 连接直接向MTC服务器312发送所述PDU。
如果数据传送未能通过由所述参数定义的一项或更多项测试，则 MME304拒绝数据传送。如果利用NAS协议的传送失败，则MME304 可以可选地允许设备310建立正常PDN连接以发送MTC数据。举例来说，如果数据量超出MTC简档中的尺寸参数，则MME304可以通知设备310，从而使得设备310可以与LTE网络300建立PDN连接并且通过PDN连接发送MTC数据。
如果MTC简档恰好在HSS302中发生改变，则HSS302能够向 MME304通知针对MTC简档的更新。为此，HSS302连同更新后的简档信息向MME304发送更新简档请求，例如S6a直径插入订户数据请求(IDR)。MME304接收更新简档请求(例如IDR)，并且基于所述更新后的简档信息更新对于设备310所存储的MTC简档。
在附图中示出或者在这里所描述的各个元件当中的任何元件可以被实施为硬件、软件与硬件的组合、固件或者其某种组合。举例来说，元件可以被实施为专用硬件。专用硬件元件可以被称作“处理器”、“控制器”或者某种类似术语。当由处理器提供时，各项功能可以由单一专用处理器提供、由单一共享处理器提供或者由其中一些可以被共享的多个单独的处理器提供。此外，对于术语“处理器”或“控制器”的明确使用不应当被解释成排他性地指代能够执行软件的硬件，而是可以隐含地包括而不限于数字信号处理器(DSP)硬件、网络处理器、专用集成电路(ASIC)或其他电路、现场可编程门阵列(FPGA)、用于存储软件的只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、非易失性存储装置、逻辑或者某种其他物理硬件组件或模块。
此外，元件可以被实施为可由处理器或计算机执行来执行所述元件的各项功能的指令。指令的一些实例包括软件、程序代码和固件。所述指令在由处理器执行时操作来引导处理器执行所述元件的各项功能。所述指令可以被存储在可由处理器读取的存储设备上。存储设备的一些实例包括数字或固态存储器、例如磁盘和磁带之类的磁性存储介质、硬盘驱动器或者光学可读取数字数据存储介质。
虽然这里描述了具体的实施例，但是本发明的范围不限于这些具体实施例。本发明的范围由所附权利要求书及其等同方案来限定。

Claims (11)

1.一种用于通信网络的网络元件，所述网络元件包括处理器和相关联的存储器；
所述网络元件被配置成在器件附接到通信网络时取回对应于所述器件的简档，其中所述简档包括定义对于该器件允许通过非接入层(NAS)信令进行哪些机器类型通信(MTC)数据传送的至少一个参数；
所述网络元件还被配置成在所述器件附接到通信网络之后接收来自该器件的封装MTC数据的NAS信令；
所述网络元件还被配置成为该器件处理所述简档的至少一个参数以确定所述器件是否允许利用NAS信令传送MTC数据；
当MTC数据的传送被允许时，所述网络元件还被配置成向另一个MTC实体发送MTC数据；
当MTC数据的传送不被允许时，所述网络元件还被配置成拒绝向另一个MTC实体传送MTC数据，并向该器件发送一个通知以通过载体连接来传送MTC数据。
2.权利要求1的网络元件，其中：
所述网络元件还被配置成识别出所述简档中的定义所述器件是否被授权利用NAS信令发送MTC数据的授权参数，并且如果所述器件未被授权则确定MTC数据的传送不被允许。
3.权利要求1的网络元件，其中：
所述网络元件还被配置成识别出所述简档中的定义对于利用NAS信令进行的MTC数据传送所允许的尺寸的尺寸参数，将MTC数据的尺寸与所述尺寸参数进行比较，并且如果MTC数据的尺寸超出所述尺寸参数则确定MTC数据的传送不被允许利用NAS信令。
4.权利要求1的网络元件，其中：
所述网络元件还被配置成识别出所述简档中的定义对于利用NAS信令进行的MTC数据传送所允许的时间范围的时间参数，将MTC数据的传送时间与所述时间参数进行比较，并且如果传送时间处于所述时间参数中所定义的时间范围之外则确定MTC数据的传送不被允许利用NAS信令。
5.权利要求1的网络元件，其中：
所述网络元件还被配置成识别出所述简档中的定义所述器件被允许利用NAS信令施行MTC数据传送的至少一个位置的位置参数，将所述器件的位置与所述位置参数进行比较，并且如果所述器件的位置不符合所述位置参数则确定MTC数据的传送不被允许利用NAS信令。
6.权利要求1的网络元件，其中：
当不允许利用NAS信令进行MTC数据的传送时：
所述网络元件还被配置成与所述器件建立所述载体连接，并且通过载体连接，而非利用NAS信令，从所述器件接收MTC数据。
7.一种用于通信网络的方法，其包括：
当器件附接到通信网络时，在通信网络的网络元件中取回对应于所述器件的简档，其中所述简档包括定义对于该器件允许通过非接入层(NAS)信令进行哪些机器类型通信(MTC)数据传送的至少一个参数；
在所述器件附接到通信网络之后，在通信网络的网络元件中接收来自该器件的封装MTC数据的NAS信令；
为该器件处理所述简档的至少一个参数以确定所述器件是否允许利用NAS信令传送MTC数据；
如果MTC数据的传送被允许，则向另一个MTC实体发送MTC数据；以及
如果MTC数据的传送不被允许，则拒绝向另一个MTC实体传送MTC数据，并向该器件发送一个通知以通过载体连接来传送MTC数据。
8.权利要求7的方法，其中，为该器件处理所述简档的至少一个参数以确定MTC数据的传送是否被允许包括：
识别出所述简档中的定义所述器件是否被授权利用NAS信令发送MTC数据的授权参数；以及
如果所述器件未被授权则确定MTC数据的传送不被允许。
9.权利要求7的方法，其中，为该器件处理所述简档的至少一个参数以确定MTC数据的传送是否被允许包括：
识别出所述简档中的定义对于利用NAS信令进行的MTC数据传送所允许的尺寸的尺寸参数；
将MTC数据的尺寸与所述尺寸参数进行比较；以及
如果MTC数据的尺寸超出所述尺寸参数则确定MTC数据的传送不被允许利用NAS信令。
10.权利要求7的方法，其中，为该器件处理所述简档的至少一个参数以确定MTC数据的传送是否被允许包括：
识别出所述简档中的定义对于利用NAS信令进行的MTC数据传送所允许的时间范围的时间参数；
将MTC数据的传送时间与所述时间范围进行比较；以及
如果传送时间处于所述时间参数中所定义的时间范围之外则确定MTC数据的传送不被允许利用NAS信令。
11.权利要求10的方法，其中，为该器件处理所述简档的至少一个参数以确定MTC数据的传送是否被允许包括：
识别出所述简档中的定义所述器件被允许利用NAS信令施行MTC数据传送的至少一个位置的位置参数；
将所述器件的位置与所述位置参数进行比较；以及
如果所述器件的位置不符合所述位置参数则确定MTC数据的传送不被允许利用NAS信令。
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