CN104219117A - 基于业务类型的物联网接入请求汇聚方法 - Google Patents

Abstract

基于物联网业务的特征和业务类型，提出一种考虑不同业务类型的物联网接入请求汇聚机制，物联网设备或网关设备处通过维护对应不同业务的业务请求缓存，设置一定的缓冲时间，汇聚从底层节点设备发来的对应物联网多种业务的接入请求，本发明可以减低接入请求的信令开销，有效降低网络信令拥塞。

Description

基于业务类型的物联网接入请求汇聚方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别是涉及物联网技术。 

背景技术

物联网包含了多种多样的应用，复杂的物联网业务应用主要体现在：物联网内的设备数量众多，应用业务的类型各异、各具特色，应用的突发性和并发性特征较强。接下来根据物联网的应用案例进行举例说明。 

1、医疗领域案例：随着物联网应用的普及，医疗行业也越来越多的开始使用物联网技术，通过物联网可以实现如下应用：对住院病人和医护人员的自动身份识别、人员定位、电子医导、生命体征信息自动采集监视、电子化病房巡查、安全出入控制等。为了实现这个应用就必须有大量的设备支持，比如在病人身份匹配系统中，病人在入院时需要佩戴唯一的电子标签腕带，实时监控不同位置病人的信息，由于住院治疗的人数较多，也就产生了数量众多的物联网设备，当每个设备都要通过接入网上传数据时，将会产生信令的拥塞。 

2、车联网应用案例：在车联网应用中，不同种类的运载工具就将会产生不同特点的业务类型，例如：(1)家庭轿车：业务应用更加侧重于传感器网的应用、网络通信需要考虑的参数、车厢环境监控、车辆身份(关卡ETC)、距离探测控制、远程开锁启动、防止非法入侵、防盗报警装置等。(2)智能物流用车：业务应用更侧重于货运车辆的车辆身份、路径规划、驾驶员的生理监控、车中物品的标签识读等。(3)大型工程机械用车：该类业务就更加侧重于车辆身份认证、路径规划、车载工具检测、机械的工作协同等。由此可见，物联网业务应用种类的纷繁复杂，不同种类的业务都要通过接入网上传数据时，将会产生网络信令的拥塞。 

3、智能家居应用案例：在智能家居中的燃气火灾监控和老人看护的业务应用中，传感器网络节点较长时间内都处于监控状态，但是一旦发生险情，业务应用就需要承担很强的突发性。 

4、智能抄表应用案例：在该案例中，某一区域中的抄表业务将会在同一时间内进行，从而出现大量数据的产生和上传，多节点数据的同时接入，极易引起信令的拥塞和网络的拥堵。 

根据以上的例子可以看出物联网设备的数目众多、业务类型各异、业务有很强的突发性和并发性，多节点数据的同时接入，极易引起信令的拥塞和网络的拥堵，进而造成接入网的故障。传统的接入网中通过接纳控制，竞争等方式决定请求的业务是否允许建立承载，但是这些方面在应对大量来自不同设备不同类型的突发业务请求时效率很低。所以急需根据业务类型的不同来提出物联网的接入请求汇聚机制，即本发明提出的解决方案。 

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，即物联网设备的信令拥塞问题，本发明提供了一种基于业务类型的物联网接入请求汇聚机制。 

在本发明中，物联网设备或网关根据拓扑和网络连接组成一个物联网网络，并通过一个统一的物联网网关连接到要接入的接入网中，其中物联网网关，可以是普通的物联网设备或者专用的网关设备，如图1所示。 

可接入的接入网包括但不限于GSM,GPRS,LTE,LTE-A,Wimax或Wifi等。 

物联网业务根据要业务所需要的带宽和延迟不同，可以归纳成四类： 

A类业务:对延迟不敏感，对带宽没有需求(典型的如文件传输，E-mail业务) 

B类业务:对延迟需求严格，需要的带宽小且固定(如传统电话业务，物联网中的车辆追踪业务) 

C类业务:对延迟有一定的需求，对带宽需求不严格，只有最小带宽需求(如视频业务，物联网中的远程监控业务) 

D类业务:对延迟和带宽的需求都有一定的需求，但是都不严格。 

本方法的第一步是：物联网设备在发起业务请求时，把物联网业务根据延迟和带宽的需求、或优先级映射成所要接入的接入网中的业务类型。 

本方法的第二步是：物联网设备和网关执行业务请求的汇聚如下： 

1)当物联网设备或网关有业务发起或收到其他物联网设备发起的业务请求时，启动一组缓存器(如四种业务，即对应四个缓存器)，该设备或网关的定时器开始计时。 

2)当定时器计时到期时，物联网设备或网关把缓存器中收集到的业务请求按业务类型进行汇聚，对不同业务类型的具体汇聚方法是： 

a.对A类业务，不进行处理，生成一个新的业务请求； 

b.对B类业务，对缓存器中的所有该类业务的带宽需求进行求和，生成一个新的业务请求； 

c.对C类业务，对缓存器中的所有该类业务的最小带宽需求进行求和，生成一个新的业务请求； 

d.对D类业务，对缓存器中的所有该类业务的最小带宽需求进行求和，生成一个新的业务请求； 

3)当物联网网关的定时器到期时，把所有业务类型的业务请求发送给接入网负责接纳控制的网元设备。 

其中定时器的定时长度可以是网络通过高层信令配置，或设备根据业务特征自适应调整定时长度。 

与现有技术相比，本发明的有益效果是考虑了物联网业务的特性，通过简单的汇聚方法，有效的减低了接入请求的信令，从而降低了接入网络的信令拥塞，保障了接入网业务的正常工作。 

附图说明

图1为：本发明一种典型的网络架构示意图； 

图2为：本发明一种较佳的物联网业务与LTE业务的映射关系图； 

图3为：本发明一种典型的物联网拓扑图； 

图4为：本发明中某一时刻物联网网络各节点的业务状态； 

图5为：本发明中某一时刻物联网网络各节点的业务状态； 

图6为：本发明中某一时刻物联网网络各节点的业务状态； 

图7为：本发明中某一时刻物联网网络各节点的业务状态； 

图8为：本发明中某一时刻物联网网络各节点的业务状态； 

图9为：本发明中某一时刻物联网网络各节点的业务状态； 

图10为：本发明中某一时刻物联网网络各节点的业务状态； 

图11为：本发明中某一时刻物联网网络各节点的业务状态； 

图12为：本发明中某一时刻物联网网络各节点的业务状态； 

图13为：本发明中某一时刻物联网网络各节点的业务状态； 

图14为：本发明中某一时刻物联网网络各节点的业务状态； 

图15为：本发明中某一时刻物联网网络各节点的业务状态。 

具体实施方式

本发明以下面结合附图对本发明作进一步说明。以LTE网作为接入网的例子，在LTE(UMTS)中针对移动网络定义了4类应用级QoS。主要是依据业务对时延的敏感度将业务划分为会话类(conversational)、流媒体类(streaming)、交互类(interactive)和后台类(background)四类： 

1、会话类： 

该类适用于人与人之间的实时通信，如音频语音、可视电话等。语音业务要求延迟低、抖动低、合理清晰(相同的编解码器和质量)，并且无回音。如视频会议的多媒体应用，要求保持不同的媒体流之间的同步。不能提供足够低的传输延迟将导致不可接受的服务质量。该类可以容忍一些错误，例如，语音数据包损坏长达20毫秒。然而，错误保护的需求跟随业务的需求而变化。 

2、流类 

该类包括交换信息的实时应用，它无需任何响应。例如视频点播、直播MPEG-4、网络电台、新闻流和多播。由于缺乏交互。不再需要保证低延迟，但要求保持低抖动和媒体同步。在终端用户的设备上使用缓冲技术可以降低对时延的要求，因此流类可以接受高于会话类的网络抖动。 

3、交互类 

该类包括人和机器与另一个设备的交互。例如一些游戏、网络管理系统、投票站的统计和网络浏览或数据库检索。终端用户的请求响应是该类应用的特点。往返延迟和对丢包的忍受程度是其QoS的关键特征。 

4、背景类 

背景类涵盖所有被动接收数据或主动发起请求，但不需要立即处理数据需求的应用程序。这方面的例子包括电子邮件、短信息服务和文件传输。该类唯一的需求是保证数据的完整性。当然对于大型文件的传输，还需要保证有足够的吞吐量。下表概括了4类的特点。 

表UMTS QoS通信类别 

根据物联网4类业务对带宽延迟的要求和UMTS中的4类应用级QoS，可提出如图2的映射关系。 

在图3所示的物联网网络拓扑中，下面用一个实例来说明本发明的工作流程，假设所有物联网设备所有业务的定时器长度都是10ms。 

0ms时有C节点有业务发起请求，C节点的缓存器启动，C节点的定时器开始计时。节点C收到A类业务，该业务所需带宽为120kbps，写入节点C的A类业务缓存器中，其他节点没有收到业务请求，故缓存器的状态不变，如图4所示。 

1ms时，节点F收到C类业务，该业务所需最小带宽为60kbps，写入F节点的C类业务缓存器中，F节点的定时器开始计时。其他节点没有收到业务请求，故缓存器的状态不变，如图5所示。 

2ms时，节点B收到B类业务，该业务带宽为80kbps，写入节点B的B类业务缓存器中，B节点的定时器开始计时。其他节点没有收到业务请求，故缓存器的状态不变，如图6所示。 

4ms时，节点A收到B类业务，该业务带宽为70kbps，写入A节点的B类业务缓存器中，A节点的定时器开始计时。其他节点没有收到业务请求，故缓存器的状态不变，如图7所示。 

5ms时，节点F收到D类业务，该业务最小带宽为50kbps，写入节点F的D类业务缓存器中。其他节点没有收到业务请求，故缓存器的状态不变，如图8所示。 

8ms时，节点E收到D类业务，该业务最小带宽为45kbps，写入节点E的D类业务缓存器中，E节点的定时器开始计时。其他节点没有收到业务请求，故缓存器的状态不变，如图9所示。 

10ms时，节点C的定时器到期(定时器长度为10ms)，停止计时，开始对节点C的业务进行汇聚。对A类业务不处理，直接生成一个新的业务请求，并生成一个对应的连接请求信令[1001]，如下图。上传至节点A处，节点A收到该信令后，对信令中的节点ID、业务类型、请求带宽进行解析检测，确保该包的安全性和可靠性之后，对该包进行接收，并把收到的业务写入自己对应的业务缓存器中。 

信令[1001]: 

节点ID：099

业务类型：A

所需带宽：120kbps

各节点缓存器状态如图10所示。 

11ms时，节点F的定时器到期(定时长度为10ms)，停止计时，开始对节点F的业务进行汇聚。对C类业务的最小带宽需求进行求和得60kbps，生成一个新的业务请求；对D类业务的最小带宽需求进行求和得50kbps，生成一个新的业务请求。F处的连接请求信令[1101]，如下图。上传至节点E处，节点E收到该信令后，对信令中的节点ID、业务类型、请求带宽进行解析检测，确保该包的安全性和可靠性之后，对该包进行接收，并把收到的业务写入自己对应的业务缓存器中。 

信令[1101]: 

各节点缓存器状态如图11所示。 

12ms时，节点B的定时器到期(定时长度为10ms)，停止计时，开始对节点B的业务进行汇聚,根据规则，对收到的业务B的带宽需求进行求和得80kbps，生成一个新的业务请求，生成下图的连接请求信令[1201]，上传至节点A处。节点A收到该信令后，对信令中的节点ID、业务类型、请求带宽进行解析检测，确保该包的安全性和可靠性之后，对该包进行接收，并把收到的业务写入自己对应的业务缓存器中。 

信令[1201]: 

节点ID：098

业务类型：B

所需带宽：80kbps

各节点缓存器状态如图12所示。 

14ms时，节点A的定时器到期(定时长度为10ms)，停止计时，开始对节点A的业务进行汇聚。 

对A类业务不进行处理，直接生产1个新的业务请求；对B类业务的2个带宽需求进行求和得150kbps，生成一个新的业务请求，A处的连接请求信令[1301]如下图。 

信令[1301]: 

各节点缓存器状态如图13所示。 

18ms时，节点E的定时器到期(定时长度为10ms)，停止计时，开始对节点E的业务进行汇聚。 

节点E对收到的业务和下层上传的业务进行汇聚：最终生成2个新的业务请求，分别是：C类业务所需最小带宽为60kbps，D类业务所需最小带宽为95kbps，E处的连接请求信令[1401]如下图。 

信令[1401]: 

各节点缓存器状态如图14所示。 

在物联网网关处，在14+x(ms)时(其中x是传输时延)，物联网网关接收到从节点A来的业务请求信令[1301]，物联网网关收到该信令后，对信令中的节点ID、业务类型、请求带宽进行解析检测，确保该包的安全性和可靠性之后，对该包进行接收，并把收到的业务写入自己对应的业务缓存器中，定时器启动。 

在18+x(ms)时，物联网网关接收到从节点E来的业务请求信令[1401]，物联网网关收到对信令中的节点ID、业务类型、请求带宽进行解析检测，确保该包的安全性和可靠性之后，对该包进行接收，并把收到的业务写入自己对应的业务缓存器中。 

在第24+x(ms)时，物联网网关的定时器到期(定时长度为10ms)，停止计时，开始对物联网网关的业务进行汇聚，最终生成4个新的业务请求，分别是：A类业务所需带宽120kbps，B类业务所需带宽150kbps，C类业务所需带宽60kbps，D类业务所需带宽95kbps。 

物联网网关的信令[1501]格式如下图，并将该信令和缓存器中的业务上传至接入网，进行处理。 

信令[1501]: 

此时，各节点缓存器状态如图15所示。 

至此，完成本发明提供的方法描述。通过这种业务请求汇聚方法，只需要通过物联网网关发送一个汇聚了所有业务请求的信令就能达到效果，而在传统的不进行业务请求汇聚的方法中，需要物联网设备发送六个业务请求信令，因此本方法可以有效的减少信令数量，避免信令拥塞现象。 

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。 

Claims (9)

1.一种在物联网中汇聚业务带宽请求的方法，其特征在于：通过在物联网设备或网关设备处通过维护对应不同业务的业务请求缓存，设置一定的缓冲时间，汇聚从底层节点设备发来的对应物联网多种业务的接入请求。 

2.根据权利要求1所述的物联网中汇聚业务带宽请求的方法，其特征在于物联网业务按照业务的带宽和时延需求映射成要接入的接入网所定义的业务等级。 

3.根据权利要求1所述的物联网中汇聚业务带宽请求的方法，其特征在于物联网设备或网关根据拓扑和网络连接组成一个物联网网络，并通过一个统一的物联网网关连接到要接入的接入网中。 

4.根据权利要求3中所述的统一的物联网网关，可以是普通的物联网设备或者专用的网关设备。 

5.根据权利要求1所述的物联网中汇聚业务带宽请求的方法，其特征在于，物联网设备或网关在本设备发起或收到其他物联网设备发起的业务请求时，启动一组缓存器，定时器开始计时。 

6.根据权利要求1所述的物联网中汇聚业务带宽请求的方法，其特征在于，将权利要求5所述的缓存器中把每个业务等级的业务请求进行汇聚。对固定带宽需求和不限时延的业务，将缓存器中的业务带宽需求进行求和；对固定时延需求和不限带宽需求的业务，将缓存器中的最小需求带宽进行求和；对不限时延和不限带宽需求的业务，将不进行处理；对固定带宽和固定时延需求的业务，将缓存器中的业务带宽需求进行求和。 

7.根据权利要求1所述的物联网中汇聚业务带宽请求的方法，其特征在于，当定时器到期时，该物联网设备或网关将汇聚后的业务请求转发到上一级物联网设备/网关或接入网基站或控制设备，清空缓存器，定时器置零。 

8.权利要求5所述的一组缓存器中的多个缓存器分别对齐不同的业务等级的业务请求。 

9.权利要求5所述的定时器的定时长度可以是网络通过信令配置，或设备根据业务特征自适应调整定时长度。