CN104378730A - 一种m2m业务在蜂窝无线通信系统中的接入系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种M2M业务在蜂窝无线通信系统中的接入系统，包括已部署的蜂窝移动通信网络及基站和M2M业务服务器，其特征在于，还包括具有双模通信模式的MTC设备、具有接入点功能和向蜂窝网接入功能的M2M业务汇聚接入节点；所述MTC设备能够直接与蜂窝网基站通信，或者与M2M业务汇聚接入节点进行通信；当MTC设备无法与M2M业务汇聚节点通信或者MTC设备必须直接与蜂窝网基站通信时，MTC设备通过蜂窝网协议栈和射频模块直接向基站发起连接，发送上行数据。当MTC设备被配置为与M2M业务汇聚接入节点进行通信时，MTC设备通过与M2M业务汇聚节点之间的空中接口技术将M2M业务发送到业务汇聚接入节点。

Description

一种M2M业务在蜂窝无线通信系统中的接入系统

技术领域

本发明涉及一种通信领域，特别是一种M2M业务在蜂窝无线通信系统中的接入系统。

背景技术

支持机器到机器通信(Machine-to-Machine，M2M)的各种制式的蜂窝无线通信网络包括各种制式的蜂窝无线通信网络如3G网络，4G网络等中的接入设备、方法及系统。M2M是指机器与机器直接通信，不需要人参与的通信模式。一般认为这些可以直接通信的机器可以是智能仪表(智能水表、智能电表等)、智能家电(智能电视、智能空调、智能监控设备等)、智能传感器(火警传感器、震动传感器、水文传感器等)等任何可以接入网络的设备。M2M技术可以将海量的智能设备接入网络，使“无所不在的接入”称为可能，因此也被称为是将会改变人们生活方式的一种技术。然而，M2M技术在发展过程中，遇到的主要技术瓶颈就是接入问题。在目前的蜂窝网络中，每个小区内包含的MTC设备数远远多于小区内的手持终端到手持终端(Hand-to-Hand，H2H)用户数。在目前的应用场景中，为了尽量小的影响H2H用户，对M2M业务可使用的控制信道资源和公共传输信道资源都进行了严格的限制。在这种限制条件下，海量的MTC设备同时接入蜂窝网将会造成空中接口的无线资源非常紧张，造成接入性能下降。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种M2M业务在蜂窝无线通信系统中的接入系统。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种M2M业务在蜂窝无线通信系统中的接入系统，包括已部署的蜂窝移动通信网络及基站和M2M业务服务器，还包括具有双模通信模式的MTC设备、具有接入点功能和向蜂窝网接入功能的M2M业务汇聚接入节点；

所述MTC设备能够直接与蜂窝网基站通信，或者与M2M业务汇聚接入节点进行通信；当MTC设备无法与M2M业务汇聚节点通信或者MTC设备必须直接与蜂窝网基站通信时，MTC设备通过蜂窝网协议栈和射频模块直接向基站发起连接，发送上行数据。当MTC设备被配置为与M2M业务汇聚接入节点进行通信时，MTC设备通过与M2M业务汇聚节点之间的空中接口技术将M2M业务发送到业务汇聚接入节点；

所述M2M业务汇聚接入节点由蜂窝网基站配置，M2M业务汇聚接入节点根据配置信息，先向覆盖范围之内的MTC设备收集上行M2M业务，并将一个以上M2M的IP数据包汇聚成业务流，然而向蜂窝网基站发起随机接入过程，向基站发送M2M业务数据包。

本发明系统执行以下步骤：

基站配置M2M业务汇聚接入节点：基站决定是否使用M2M业务汇聚接入节点为M2M业务进行汇聚和代理；M2M业务汇聚接入节点被启用后，基站配置部分MTC设备通过M2M业务汇聚接入节点发送业务，配置部分MTC设备直接向基站接入以及M2M业务汇聚接入节点何时向基站发起业务接入请求；

基站配置MTC设备：基站配置MTC设备的接入方式，当MTC设备被配置为通过M2M业务汇聚接入节点接入时，不再向基站发起随机接入过程；

MTC设备在M2M业务汇聚接入节点进行注册，通过注册，M2M业务汇聚接入节点对覆盖范围内的MTC设备类型、设备数量进行统计，并进行业务流量控制；

M2M业务汇聚接入节点向MTC设备发起业务收集过程；

M2M业务汇聚接入节点进行M2M业务汇聚和缓存；

M2M业务汇聚接入节点将M2M业务打包发送；

基站接收，解封得到M2M业务IP数据包：基站接收到来自M2M业务汇聚接入节点的数据包，进行解封装后得到各个MTC设备的M2M业务IP数据包，所述IP数据包经核心网路由后到达M2M业务服务器。

在现有方案中，M2M设备直接接入蜂窝网基站，由于MTC设备数量众多，导致在蜂窝网基站的空中接口上造成拥塞和资源紧张。本发明利用M2M业务以小数据包为主的特点，通过引入一种新型的接入设备，首先将多个MTC设备的数据通过无线或有线信道汇聚，然后再接入到蜂窝网中。可以有效的降低蜂窝网空中接口的拥塞，提高M2M业务的接入性能。

本发明包括通过具有接入点功能和向蜂窝网基站进行接入功能的节点设计包括协议栈，协议转换，业务汇聚等。

本发明M2M业务汇聚接入节点通过业务代理降低蜂窝网基站空中接口随机接入连接数的方法，即通过M2M业务汇聚接入节点将多个MTC设备的业务汇聚，然后向蜂窝网基站发起数目较少的随机接入。该过程对于M2M业务服务器完全透明，却能够减少蜂窝网基站的空中接口资源消耗，有效解决空中接口的资源瓶颈。

本发明M2M业务汇聚接入节点对MTC设备进行控制的方法，即MTC设备使用M2M业务汇聚接入节点代理转发业务前，首先要在M2M业务汇聚接入节点进行注册，该过程由M2M业务汇聚接入节点进行控制。

本发明蜂窝网基站对M2M业务汇聚接入节点进行控制，即在M2M业务汇聚接入节点注册的MTC设备可以由蜂窝网基站根据业务类型进行选择是否通过M2M业务汇聚接入节点进行代理。

本发明M2M业务汇聚接入节点向蜂窝网基站模拟为一个用户，按照标准的蜂窝网接入信令流程进行接入后，传输多个MTC设备的M2M业务数据包。

本发明通过引入一种新型的接入设备，减少M2M业务在蜂窝无线通信网络中的控制信道和共享数据信道资源的开销。机器类型通信(Machine Type Communication，MTC)设备将首先接入到本发明引入的新型接入设备中进行业务汇聚，而后再将汇聚后的业务数据报接入到蜂窝网中，由于每个接入设备都可以汇聚多个MTC设备的业务，因此可以有效减少蜂窝无线网络的接入数，缓解空中接口的资源紧张情况。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。

图1为M2M在蜂窝网中的接入系统的拓扑结构。

图2为M2M在蜂窝网中的接入系统的协议栈结构—以LTE系统为例。

图3为M2M在蜂窝无线通信系统的具体处理流程。

图4为M2M业务汇聚接入节点打捆传输示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明公开了一种M2M业务在蜂窝无线通信系统中的接入系统，包括：

1、具有双模通信模式的MTC设备：该设备可以直接与蜂窝网基站通信，也可以与M2M业务汇聚接入节点进行通信，其选择与哪个节点进行通信的策略可由蜂窝网基站进行配置。当MTC设备无法与M2M业务汇聚节点通信或者MTC设备在特定场景中有必要直接与蜂窝网基站通信时(由于时延特性要求等)，MTC设备通过蜂窝网协议栈和射频模块直接向基站发起连接，发送上行数据。当MTC设备被配置为与M2M业务汇聚接入节点进行通信时，MTC设备通过与M2M业务汇聚节点之间的空中接口技术，如WLAN，将M2M业务发送到业务汇聚节点。

2、具有接入点功能和向蜂窝网接入功能的M2M业务汇聚接入节点：该设备由蜂窝网基站配置，包括设备是否启用、何时开始收集MTC设备的上行业务、与基站之间的链接等。MTC设备与该设备之间的空中接口技术决定了该设备的覆盖范围，典型的应用场景如：智能抄表应用中，每个M2M业务汇聚接入节点可以覆盖一个或多个家庭的智能电表、智能水表和智能天然气表等MTC设备。M2M业务汇聚接入节点根据配置信息，先向覆盖范围之内的MTC设备收集上行M2M业务，并将多个M2M小IP数据包汇聚成业务流。然而向蜂窝网基站发起随机接入过程，向基站发送M2M业务数据包。

3、已部署的蜂窝移动通信网络及基站：在蜂窝网基站看来，M2M汇聚接入节点发送M2M业务的过程与网络中的其他节点没有区别，仍然按照普通用户的数据发送流程进行处理。

4、原有的M2M业务服务器：该系统无需修改M2M业务服务器，在应用层看来，通过M2M业务汇聚接入节点将M2M业务接入的过程是完全透明的。

本发明中，使用M2M业务汇聚节点进行接入的MTC设备，将不再向蜂窝网基站发起随机接入过程，其M2M业务由M2M业务汇聚节点代为发送。除非根据基站的配置，MTC设备有新数据到达或者其他时延敏感信息需要发送。图2以LTE系统为例给出了MTC设备通过M2M业务汇聚节点进行业务发送和直接向蜂窝网基站发送业务两种情况下的协议栈结构：直接与基站通信的MTC设备的M2M业务IP数据包数据经过PDCP(Packet Data Convergence Protocol，分组数据汇聚协议)层、RLC(Radio LinkControl，无线链路控制)层、MAC(Media Access Control，媒体介入控制)层和PHY(Physical，物理接口)层封装，经无线信道到达蜂窝网基站，基站经过解封得到该MTC设备的M2M业务IP数据包；经由M2M业务汇聚接入节点代理的多个MTC设备的M2M业务IP数据包，通过与M2M业务汇聚接入节点之间的私有空中接口到达M2M业务汇聚接入节点，经M2M业务汇聚接入节点在IP层汇聚后，作为应用层业务，将多个IP数据包拼接后，经由LTE协议栈(PDCP、RLC、MAC、PHY)封装后到达基站，蜂窝网基站解封后可得到多个MTC设备的M2M业务IP数据包。

由于多个MTC设备的M2M业务由一个M2M业务汇聚接入节点传输，可以有效的减少基站空中接口的随机接入数，缓解M2M业务中空中接口的拥塞情况。

蜂窝网基站可以根据M2M应用情况决定是否启用M2M业务汇聚接入节点，或者配置M2M业务汇聚接入节点代理哪些MTC设备的业务数据。如：在部署有智能电表、智能水表和智能天然气表的环境中还部署有火警监测节点时，基站可以配置火警监测MTC设备直接向基站发送数据，而由M2M业务汇聚接入节点代理智能电表、智能水表和智能天然气表的M2M智能抄表业务。

有需要通过M2M业务汇聚接入节点进行业务汇聚的MTC设备在代理业务前在M2M业务汇聚接入节点进行注册，经过注册的MTC设备才能够使用M2M业务汇聚接入节点进行业务代理转发。同时通过注册的过程，M2M业务汇聚接入节点也可以对代理的MTC设备进行管理和流量控制。

M2M业务汇聚接入节点与MTC设备之间的空中接口可以使用现有的技术如WLAN技术、蓝牙技术等，也可以使用私有的空中接口技术。

本发明处理流程如图3所示：

1、基站配置M2M业务汇聚接入节点。基站根据M2M业务的应用情况决定是否使用M2M业务汇聚接入节点为M2M业务进行汇聚和代理。M2M业务汇聚接入节点被启用后，基站还需配置哪些MTC设备通过M2M业务汇聚接入节点发送业务，哪些MTC设备直接向基站接入以及M2M业务汇聚接入节点何时向基站发起业务接入请求。

2、基站配置MTC设备。基站根据M2M业务的应用情况配置MTC设备的接入方式，当MTC设备被配置为通过M2M业务汇聚接入节点接入时，不再向基站发起随机接入过程。

3、MTC设备在M2M业务汇聚接入节点进行注册。通过注册的过程，M2M业务汇聚接入节点可以对覆盖范围内的MTC设备类型、设备数量进行统计分析，并根据配置和网络状态进行业务流量控制。

4、M2M业务汇聚接入节点向MTC设备发起业务收集过程。触发该过程的可以是基站配置的特定时刻，或由基站向M2M业务汇聚接入节点发送的控制指令，也可以是MTC设备根据本地业务产生的时间自主决定发起的数据发送过程。M2M业务汇聚接入节点与MTC设备之间的空中接口可以使用现有的技术如WLAN技术、蓝牙技术等，也可以使用私有的空中接口技术。

5、M2M业务汇聚接入节点进行M2M业务汇聚和缓存。M2M业务汇聚接入节点将来自多个MTC设备的M2M业务IP数据包进行汇聚和缓存。

6、M2M业务汇聚接入节点向基站发起随机接入过程。由于M2M业务汇聚接入节点汇聚了多个MTC设备的M2M业务，而只需要进行一次随机接入，因此可以有效减少空中接口的接入数，降低了拥塞概率，如图4所示。

7、M2M业务汇聚接入节点将M2M业务打包发送。M2M业务汇聚接入节点将多个MTC设备的IP小数据包打捆传输，有效提高了业务传输效率。

8、基站接收，解封得到M2M业务IP数据包。基站接收到来自M2M业务汇聚接入节点的数据包，进行解封装后可以得到多个MTC设备的M2M业务IP数据包，这些IP数据包经核心网路由后到达M2M业务服务器。所以在M2M业务服务器看来，M2M业务汇聚接入节点的代理过程是透明的。

实施例

本实施例引入M2M业务汇聚接入设备，将一定范围之内的多个MTC设备的业务汇聚起来，然后数量较少的M2M业务汇聚接入设备作为用户接入蜂窝网基站，并将多个MTC设备的业务数据包发往基站。

上述M2M业务在蜂窝无线通信网络中的接入设备、方法及系统包含两个阶段，第一个阶段中M2M业务汇聚接入设备收集其范围之内的MTC设备的业务；第二阶段中数目较少的M2M业务汇聚接入设备接入蜂窝无线通信网，发送M2M业务数据包，该阶段的发送过程可以通过有线信道，也可以通过无线信道。

第一阶段：M2M业务收集过程中，M2M业务汇聚接入设备相对于MTC设备而言是一个接入点，在M2M业务汇聚接入设备和MTC设备之间的空中接口可以采用多种接入技术，如：WLAN技术，蓝牙技术等。该阶段的发起时间可由蜂窝网配置，通过M2M业务的时延特性和第二阶段开始的时间来决定；也可以根据M2M业务类型、时延特性等由M2M业务汇聚接入设备来确定。

第二阶段：M2M业务汇聚接入设备具有转换功能，一方面可以具有接入点功能，能够汇聚MTC设备的业务；另一方面具有接入功能，可以作为蜂窝网的普通用户接入蜂窝网基站中。已经将数据发往M2M业务汇聚接入设备的MTC设备不再向蜂窝网基站发起接入，除非MTC设备有新的业务数据到达且在时延特性要求严格的场景中(如火警探测、水文监测等)。M2M业务汇聚接入设备向蜂窝网基站发起接入过程，由于每个M2M业务汇聚接入设备都收集了多个MTC设备数据，因此相对于MTC设备的数量，M2M业务汇聚接入设备的数量大大减少，从而缓解了空中接口的资源紧张情况。

本发明提供了一种M2M业务在蜂窝无线通信系统中的接入系统，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (2)

1.一种M2M业务在蜂窝无线通信系统中的接入系统，包括已部署的蜂窝移动通信网络及基站和M2M业务服务器，其特征在于，还包括具有双模通信模式的MTC设备、具有接入点功能和向蜂窝网接入功能的M2M业务汇聚接入节点；

所述MTC设备能够直接与蜂窝网基站通信，或者与M2M业务汇聚接入节点进行通信；当MTC设备无法与M2M业务汇聚节点通信或者MTC设备必须直接与蜂窝网基站通信时，MTC设备通过蜂窝网协议栈和射频模块直接向基站发起连接，发送上行数据。当MTC设备被配置为与M2M业务汇聚接入节点进行通信时，MTC设备通过与M2M业务汇聚节点之间的空中接口技术将M2M业务发送到业务汇聚接入节点；

所述M2M业务汇聚接入节点由蜂窝网基站配置，M2M业务汇聚接入节点根据配置信息，先向覆盖范围之内的MTC设备收集上行M2M业务，并将一个以上M2M的IP数据包汇聚成业务流，然而向蜂窝网基站发起随机接入过程，向基站发送M2M业务数据包。

2.根据权利要求1所述的一种M2M业务在蜂窝无线通信系统中的接入系统，其特征在于，系统执行以下步骤：

基站配置M2M业务汇聚接入节点：基站决定是否使用M2M业务汇聚接入节点为M2M业务进行汇聚和代理；M2M业务汇聚接入节点被启用后，基站配置部分MTC设备通过M2M业务汇聚接入节点发送业务，配置部分MTC设备直接向基站接入以及M2M业务汇聚接入节点何时向基站发起业务接入请求；

基站配置MTC设备：基站配置MTC设备的接入方式，当MTC设备被配置为通过M2M业务汇聚接入节点接入时，不再向基站发起随机接入过程；

MTC设备在M2M业务汇聚接入节点进行注册，通过注册，M2M业务汇聚接入节点对覆盖范围内的MTC设备类型、设备数量进行统计，并进行业务流量控制；

M2M业务汇聚接入节点向MTC设备发起业务收集过程；

M2M业务汇聚接入节点进行M2M业务汇聚和缓存；

M2M业务汇聚接入节点将M2M业务打包发送；

基站接收，解封得到M2M业务IP数据包：基站接收到来自M2M业务汇聚接入节点的数据包，进行解封装后得到各个MTC设备的M2M业务IP数据包，所述IP数据包经核心网路由后到达M2M业务服务器。