CN105959910B - 增强型存取控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种增强型存取控制方法，包含：由移动通信网络中的机器类型通信装置从基站取得加强型存取限制信息，其中该加强型存取限制信息指示限制是否适用于通过系统信息区块广播的多个加强型存取限制类别以及多个存取级别；由该机器类型通信装置基于该加强型存取限制信息为无线资源控制连接执行加强型存取限制；以及如果为该机器类型通信装置配置了存取级别限制机制并且该加强型存取限制机制未限制该机器类型通信装置，则为无线资源控制连接执行存取级别限制。本发明提出的增强型存取控制方法可有效改善网络拥塞。

Description

增强型存取控制方法
本申请是申请日为2012年8月16日，申请号为201280001759.0，发明名称为“增强型存取控制方法”的申请的分案申请。
相关申请的交叉引用
本申请依据35U.S.C.§119要求如下优先权：编号为61/524,118，申请日为2011年8月16日，名称为“Enhanced Access Control Method for OFDMA System Communications”的美国临时申请。上述申请标的在此一起作为参考。
技术领域
本发明有关于机器类型通信(Machine Type Communication,MTC)，并且特别有关于在长期演进优化系统中用于机器类型通信的增强型存取控制。
背景技术
机器类型通信涉及一个或多个不需要人类干预的实体的数据通信形式。优化机器类型通信的服务不同于人与人之间(Human-to-Human,H2H)通信的服务。典型地，机器类型通信服务由于涉及不同的市场情况、纯数据通信、更低的成本与代价以及潜在较大数量的每个终端具有极少流量(traffic)的通信终端，因此其不同于当前移动网络通信服务。
利用术语机器与机器(Machine-to-Machine,M2M)与MTC描述使用实例以及机器类型通信服务的不同特征。M2M与MTC装置将是用于实现“物联网”的下一代无线网络的一部分。M2M与MTC的潜在应用包含安保、追踪、支付、健康、远程维护/控制、读表(metering)以及消费装置。机器类型通信服务的主要特征包含低移动性、时间可控性、延迟容忍性、仅分组切换、低数据传输、仅移动始端、低频移动终端、MTC监视、优先级警报、安全连接、位置特定触发、提供上行链路数据终点的网络、低频传输以及基于分组MTC特征。
第三代合作伙伴计划(3rd Generation Partnership Project,3GPP)提供MTC装置与MTC服务器之间或者两个MTC装置之间的端对端(end-to-end)应用。3GPP长期演进(Long Term Evolution,LTE)系统提供MTC的优化传输与通信服务。然而，网络/核心网络不能控制MTC流量。例如，MTC应用可同时请求多个MTC装置执行“任务”，这样导致在很短的时间内大量的M2M装置尝试存取无线服务。因此，多个MTC装置可发送大量的随机存取信道(Random Access Channel,RACH)前导序列(preamble)并且这样引起较高的RACH冲突可能性。此外，当核心网络实体性能下降(go down)时，不存在任何机制来延迟MTC装置的连续存取尝试。因此，当MTC装置的服务网络失败时，许多MTC装置是漫游者(roamer)并且可都移动至当地竞争网络，这样可能会在非失败网络(或失败网络)引起流量过载。
图1(现有技术)描述在LTE网络100中无线网络拥塞的应用示例。LTE网络100包含MTC服务器110、分组数据网关(Packet Data Network Gateway,PDN GW)120、服务网关(Serving Gateway,S-GW)130、基站(eNB)141与基站142以及多个MTC装置。如图1所示，当在某些MTC应用中大量的并发数据传输发生时将出现无线网络拥塞。一个典型的应用是具有大量传感器(sensor)的桥梁监测。当火车经过桥梁时，所有的MTC传感器几乎同时发送监测数据。相同的事情发生在大雨期间的水文监测(hydrology monitoring)以及入侵者闯入的建筑物监测。因此，优化网络使得特定领域的大量MTC装置可几乎同时发送数据是令人满意的。
图2(现有技术)描述在LTE网络200中核心网络拥塞的应用示例。LTE网络200包含MTC服务器210、PDN GW 220、S-GW 230、基站(eNB)241与基站242以及多个M2M装置。对于许多MTC应用，大量的MTC装置与单个MTC用户(例如MTC用户250)相关联。上述MTC装置是属于MTC组(例如MTC组260)的一部分。例如，MTC用户250与MTC组260相关联，并且MTC用户250拥有MTC服务器210。MTC组260中的MTC装置与MTC服务器210进行通信。典型地，限制在任何特定小区中MTC装置同时发送数据的情况下，位于相同MTC组的MTC装置分散在网络中并且不会引起无线网络过载。然而，如图2所示，当大量的MTC装置同时发送/接收数据时，在移动核心网络中或者移动核心网络与MTC服务器之间连接上可发生数据拥塞，其中与MTC组相关联的资料流量是聚合的。因此，网络运营商与MTC用户有方法使得相同MTC组以最大速率发送/接收数据是令人满意的。
存取级别限制机制(Access Class Barring,ACB)是限制特定MTC装置的同时存取尝试数量的机制。所有UE(例如MTC装置)是随机安排的十个行动群组(mobile population)之一的成员，定义为存取级别0至9。群组数量是存储于UE的用户识别模块或者通用用户识别模块(Subscriber Identity Module/Universal Subscriber Identity Module,SIM/USIM)中。此外，UE可为五个特定类别中的一个或多个成员(例如存取级别11至15)，其也存储在SIM/USIM中。在ACB机制下，网络运营商可基于对应存取级别阻止特定UE做存取尝试或者响应公共陆地移动网络(Public Land Mobile Network,PLMN)的特定区域的传呼。除了ACB机制，其他增强型存取控制方案也可用于优化MTC服务。
发明内容
有鉴于此，本发明提出增强型存取控制方法。
本发明提供一种增强型存取控制方法，包含：由移动通信网络中的用户设备从基站取得加强型存取限制信息，其中该加强型存取限制信息指示限制是否适用于通过系统信息区块广播的多个加强型存取限制类别以及多个存取级别；由该用户设备基于该加强型存取限制信息为无线资源控制连接执行加强型存取限制；以及如果为该用户设备配置了存取级别限制机制并且该加强型存取限制机制未限制该用户设备，则为无线资源控制连接执行存取级别限制。在一个实施例中，该用户设备在第一系统信息区块中检查调度信息以决定是否在第十四系统信息区块中的该加强型存取限制信息为可用。
本发明再提供一种增强型存取控制方法，包含：由移动管理实体决定加强型存取限制机制是否适用于移动通信网络中服务多个用户设备的基站；如果加强型存取限制机制是可适用的，则由该移动管理实体决定加强型存取限制配置信息，其中该加强型存取限制配置信息指示限制的流量百分比以及限制的加强型存取限制类别；以及如果加强型存取限制机制是可适用的，则向该基站转发该加强型存取限制配置信息。
本发明提出的增强型存取控制方法可有效改善网络拥塞。
其他实施例以及优势将在下面作详细描述。本发明内容不限定本发明。本发明由申请专利权利要求限定。
附图说明
附图中，相同符号表示相似组件，用以描述本发明的实施例。
图1(现有技术)描述在LTE网络中无线网络拥塞的应用示例。
图2(现有技术)描述在LTE网络中核心网络拥塞的应用示例。
图3是根据新颖方面描述的支持MTC的3GPP LTE网络。
图4是根据新颖方面描述的在3GPP LTE网络中EAB机制的实施例。
图5是描述通过系统信息区块广播EAB信息的示例。
图6是根据新颖方面描述的在移动通信网络中提供EAB的方法。
图7是根据新颖方面用于优化机器类型通信的EAB方法流程图。
具体实施方式
关于本发明的多个实施例将作为详细参考，附图系描述本发明的实施例所作。
在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定的元件。所属技术领域的技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同一个元件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异作为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异作为区分的准则。在通篇说明书及权利要求项中所提及的“包含”为一开放式的用语，故应解释成“包含但不限定于”。此外，“耦接”一词在此包含任何直接及间接的电气连接手段。因此，若文中描述第一装置耦接于第二装置，则代表第一装置可直接电气连接于第二装置，或透过其它装置或连接手段间接地电气连接至第二装置。
图3是根据新颖方面描述的支持MTC的3GPP LTE网络300。3GPP LTE网络300包含MTC服务器311，MTC服务器311通过与多个MTC装置(例如图3所示的MTC装置314)通信向MTC用户312提供各种MTC服务。在图3的示例中，MTC服务器311、MTC用户312以及PDN GW 313属于核心网络310的一部分。MTC装置314与服务的基站(eNB)315属于无线存取网络(RadioAccess Network,RAN)320的一部分。MTC服务器311通过PDN GW 313、S-GW 316以及基站315与MTC装置314通信。此外，移动管理实体(Mobility Management Entity,MME)317与基站315、S-GW 316以及PDN GW 313进行通信用于3GPP LTE网络300中无线存取装置的移动管理。值得注意的是，MTC装置314是UE的一种类型，相比于人与人通信，术语MTC称为M2M通信，与此同时相比于人与人装置，MTC装置称为M2M装置。
在图3的示例中，MTC服务器311在应用(application,APP)协议层通过已建立的应用程序编程接口(Application-Programming Interface,API)340向MTC用户312提供各种MTC服务/应用。典型的MTC应用包含安保(例如监控系统)、追踪定位(例如里程保险服务)、支付(例如自动贩卖机以及游戏机)、健康(例如健康说服系统)、远程维护/控制、读表(例如智能电网)以及消费装置(例如电子书)。为了提供端对端MTC服务，在3GPP网络中MTC服务器311与多个MTC装置进行通信。每个MTC装置(例如MTC装置314)包含各种协议层模块以支持端对端MTC应用以及数据连接。在应用层，APP模块331在APP协议层上与MTC服务器311通信(例如虚线341所示)，也如虚线350所示，其中APP模块331提供端对端控制/数据。在网络层或非存取层(Non-Access Stratum,NAS)，NAS模块332在NAS协议层与MME 317通信(例如虚线342所示)，也如虚线351所示，其中NAS模块332支持移动管理以及其他信令功能。在RAN层或存取层(Access Stratum,AS)，RRC模块333在RRC协议层与基站315通信(例如虚线343所示)，其中RRC模块333负责系统信息广播、RRC连接控制、传呼、无线电配置控制、服务质量(Quality of Service,QoS)控制等。
因为MTC服务器无需位于网络运营商控制范围内，并且端对端MTC服务无需涉及MTC服务器，所以MTC流量最大可能不由网络/核心网络控制。因此，如果大量MTC装置(例如大于设计大小，根据小区中UE或eNB或MME的数量)在很短时间内试图存取无线服务时，从MTC装置发送至其服务基站的大量RACH前导序列很可能引起高RACH冲突可能性。虽然分配额外的RACH资源(时隙或前导序列)可减少冲突可能性，但是这样也可导致低效的无线资源利用。此外，当核心网络性能下降时，当MTC装置的服务网络失败时，许多MTC装置是漫游者并且可都移动至当地竞争网络，这样可能会在非失败网络(或失败网络)引起流量过载。
在新颖方面，可为网络运营商提供加强型EAB机制以控制UE的存取尝试，其中上述EAB机制配置是用于限制存取网络及/或核心网络的过载。在拥塞的情况下，当允许UE存取时，网络运营商可限制其它配置EAB的UE的存取。典型地，配置EAB的UE比其他UE在存取限制上有更大容忍度。当网络运营商确定应用EAB是恰当的时，网络广播EAB信息以为在特定区域中的UE提供EAB控制。
例如，一旦在NAS层出现MTC装置314的存取尝试，则MTC装置314首先检查是否为MTC装置314配置了EAB以及EAB是否适用于MTC装置314。如果未配置EAB或者EAB是不适用的，则无需进一步的AS层(例如在RAN 320)的EAB控制。如果NAS层确定MTC装置314配置了EAB并且EAB对于MTC装置314是适用的，则在MTC装置314的AS层需要进一步的EAB检查。该AS层EAB检查基于eNB 315广播的EAB信息。在AS层，eNB 315基于MME 315发送的EAB配置确定EAB信息。然后，通过系统信息区块将EAB信息广播至MTC装置314。一旦取得了EAB信息，MTC装置314尝试受限于EAB控制的RRC存取。值得注意的是，如果网络不能向UE广播EAB信息而广播了ACB信息，UE仍受限于ACB。此外，在EAB检查后，如果基于EAB信息UE未被限制，则如果广播了ACB信息，UE仍受限于ACB。
图4是描述在3GPP LTE网络400中EAB机制的一个实施例。3GPP LTE网络400包含用户设备401、基站402、移动管理实体403以及装置管理服务器404。为了促进EAB机制，基于装置是否在其本地公共陆地移动网络(Home Public Land Mobile Network,HPLMN)受限于EAB控制来配置每个UE装置。装置EAB配置是基于装置类型(例如低优先级MTC装置、比普通UE在存取限制上有更大容忍度的装置)，基于UE表现(例如像保持存取效能下降服务器的糟糕表现)，基于具有特定存取点的UE(例如比其他应用在存取限制上有更大容忍度的特定应用)，或者基于特定区域的UE(例如在拥塞区域的UE)。通过空中下载(Over The Air,OTA)协议，例如开放移动通信联盟(Open Mobile Alliance,OMA)装置管理(Device Management,DM)协议(例如利用OMA DM服务器)，发送装置EAB配置信号。在图4的示例中，装置管理服务器404向UE 401发送装置EAB配置信息411。例如，如果UE 401是MTC装置，则将其配置为受限于EAB控制。一旦UE 401接收了装置EAB配置信息，则其是不变的并且仅可由确定信令进行调整或修改。在本发明中，当装置管理服务器404配置EAB时MTC装置应该应用EAB，装置EAB配置信息可为一比特以强制MTC装置在NAS/AS层应用EAB。
当网络运营商确定由于拥塞应用EAB是恰当的时，MME 403将向AS层(例如eNB402)发送网络EAB配置信息421用于EAB控制。额外的网络EAB配置信息主要包含下列信息：1)需要在MTC流量中限制多大比例的流量(例如10％、20％、30％…100％)，其中上述比例与限制多少存取级别(AC)相一致，2)限制的EAB类别，以及3)应用EAB的特定区域。首先，所有UE是十种随机安排的移动群组之一的成员，定义为存取级别0至9。群组数量是存储于UE的SIM/USIM中。此外，UE可为五个特定类别中一个或多个的成员(例如存取级别11至15)，也储存在SIM/USIM中。接着，需要限制的流量比例映像出限制多少存取级别。例如，如果50％的MTC流量需要限制，则可相应地限制具有存取级别0至4的UE。
其次，每个UE属于涉及其漫游状态的三种特定EAB类别(a)、(b)、(c)中的一种。将配置EAB的普通UE定义为EAB类别(a)；将配置EAB的并且既不处于HPLMN也不处于相当于HPLMN的PLMN(例如漫游UE)的UE定义为EAB类别(b)；将配置EAB的并且既不处于当地最优先PLMN清单中的PLMN也不处于其HPLMN或者相当于HPLMN的PLMN中的UE定义为EAB类别(c)，其中在当地UE在SIM/USIM上运营商定义的PLMN选择器清单中漫游。当应用EAB机制时，可限制一个或多个EAB类别。
再次，MME 403可确定应用EAB机制的特定区域。例如，如果在关于大量相关eNB的区域发生无线网络拥塞，则MME 403仅向相关eNB发送网络EAB配置信息。无线网络拥塞外的其他eNB不会接收上述网络EAB配置信息并且不会进一步执行任何EAB控制。这样，EAB控制仅应用于有限数量的相关小区从而取得更有效的存取控制。
一旦接收了网络EAB配置信息421，eNB 402向UE 401广播EAB信息431，例如通过系统信息区块(System Information Block,SIB)。广播的EAB信息431定义EAB是否应用于具有三个EAB类别中的一个的UE。EAB信息也包含用于存取级别0-9的扩展的限制信息。基于EAB信息，AS网络检查UE EAB类别以及存取级别以决定是否限制存取。在多个核心网络共享相同核心网络的情况下(RAN分享)，存取网络应该能够单独地为核心网络应用EAB。EAB配置信息包含相关的PLMN。
图5是描述通过系统信息区块广播EAB信息的示例。列表500描述系统信息区块类型14(例如SIB14，可称作第十四系统信息区块)的示例。在SIB14中，EAB配置参数包含常规配置以及每个PLMN配置。对于每个PLMN，EAB配置参数包含1)枚举EAB类别501，其指示限制哪种EAB类别，以及2)限制存取级别位映像502，其指示限制哪种存取级别。EAB信息也可包含PLMN ID以及包括限制因素与限制时间的相关限制参数。因为广播EAB信息至UE，所以每个UE仅需要在RRC_IDLE模式下取得EAB信息。另外，仅有配置EAB的UE将从SIB14中读取EAB信息。未配置EAB的普通UE不需要取得SIB14。此外，MTC装置可检查SIB1(第一系统信息区块)中的调度信息以决定SIB14中的EAB信息是否是可用的。另外，MTC装置为更新的EAB信息可重新取得SIB1与SIB14，并且MTC装置利用更新的EAB信息为RRC执行EAB操作。
图6是根据新颖方面描述在移动通信网络600中提供加强型存取限制的方法。移动通信网络600包含MTC装置610、eNB 620、MME 630以及装置管理服务器640。首先，在步骤651，装置管理服务器640为MTC装置610配置EAB。随后，网络运营商根据MTC装置610尝试存取移动通信网络时的网络拥塞决定应用EAB机制。在步骤652，MME 630检查相关eNB的EAB适用性并且如果EAB是适用的则向eNB 620发送网络EAB配置信息。用于每个MTC装置的EAB适用性取决于几个因素。首先，已经为MTC装置配置EAB(例如在步骤651)。其次，尝试存取不是紧急呼叫，或者MTC装置不属于特定存取级别(11-15)中的一个。再次，尝试存取是容忍延迟的(例如基于存取尝试的建立原因)。
在步骤653，一旦从MME630接收了EAB配置信息，则eNB 620为当前小区确定EAB信息并且通过SIB将EAB信息广播至MTC装置610。为了节省电量，MTC装置610不需要周期性地读取EAB信息。代替地，MTC装置610从eNB 620接收指示，例如上述指示是传呼信道上的预定义标识(pre-defined tag)，并且MTC装置610作为响应读取SIB中的EAB信息。此外，当EAB信息改变时，无需改变SIB1中的值标识。这样，不受限于EAB的普通UE无需因为EAB信息改变而重新取得SIB。
一旦取得EAB信息，在步骤654，MTC装置610基于其EAB类别以及存取级别执行EAB存取限制。如果限制了存取，则MTC装置610停止尝试存取无线网络。如果未限制存取，则MTC装置610在步骤655执行ACB(如果为MTC装置610配置了ACB并且eNB 620广播了ACB信息)。在成功通过EAB以及ACB后MTC装置610可仅尝试存取无线网络(例如开启RACH进程)。在步骤656，MTC装置610向eNB 620发送RRC连接请求。可通过为相同UE应用EAB与ACB以取得存取控制无线网络的其他灵活性。
如果限制MTC装置610存取无线网络，则MTC装置610以后可具有更多机会通过定时器机制或者通过改变的EAB配置信息存取无线网络。存在不同方式实现存取限制。在一实施例中，通过包含存取概率(例如限制因素)的限制参数以及在UE侧执行的重试定时器(例如限制时间)来取得存取限制。在另一实施例中，通过在eNB侧确定的改变EAB信息取得存取限制。例如，如果限制了50％的MTC流量，则eNB 620决定首先限制存取级别0-4。接着，eNB 620决定限制存取级别5-9从而使得每个存取级别具有相似的存取分配。通过传呼信道中的预定义标识指示UE 610更新的EAB信息。
图7是根据新颖方面用于优化机器类型通信的加强型存取限制方法流程图。在步骤701，UE尝试存取移动通信网络。基于装置类型以及存取类型，NAS层检查EAB是否适用于UE。在步骤702，NAS层检查UE是否配置了EAB(例如MTC装置类型配置了EAB)。如果答案为否，则UE执行存取尝试以建立RRC连接(步骤705)。如果答案为是，则NAS层进一步检查存取是否用于低优先级存取(例如建立因素为延迟容忍存取)或者存取是否是移动始端(MobileOriginated,MO)会话(例如建立因素为MO信令或MO数据)(步骤703)。这是因为MO会话相比于移动终端(Mobile Terminated,MT)会话来说是典型的延迟容忍的。如果在步骤703答案为是，则UE执行存取尝试以建立RRC连接(步骤705)。如果答案为否，则NAS层进一步检查存取是否是紧急呼叫，或者UE是否属于特定存取级别11-15中的一个(步骤704)。分配特定存取级别至特定高优先级用户如下：用于PLMN成员(PLMN staff)的级别15、用于紧急服务的级别14、用于公用实体(Public Utilities)的级别13、用于安保服务的级别12以及用于PLMN使用的级别11。如果步骤704中的答案为是，则UE不受限于EAB并且执行建立RRC连接的存取尝试(步骤705)。如果答案为否，则UE在EAB机制下执行用于RRC连接的存取尝试(步骤706)。
在EAB机制下，AS层进一步基于服务基站广播的EAB信息检查是否限制UE存取RRC。EAB信息包含关于漫游的EAB类别以及存取级别清单。在步骤707，UE基于EAB信息检查是否限制其EAB类别以及存取级别。如果答案为是，则对于本次存取尝试限制UE的存取。否则，UE检查是否在普通ACB机制下限制存取(步骤708)。
ACB是限制来自于特定UE的同时存取尝试数量的机制。与H2H存取级别相比，M2M存取级别可应用不同的存取概率、限制参数以及重试定时器参数。可在应用层、NAS层、RAN层(例如RACH存取层)存取分配中实现上述进程。在应用层存取分配中，基于服务类型，利用优先存取实现限制。例如，不同的存取概率是基于QoS需求及/或不同应用的延迟容忍级别。在NAS层存取分配中，存取限制实现上述限制，例如基于服务类型、MTC服务器、装置ID(例如新MTC ID、国际移动设备辨识码、国际移动用户标识符等)的优先存取。在RAN层存取分配中，在ACB机制中应用不同的ac-BarringFactor实现限制。例如，为MTC装置应用不同的限制因素与重试定时器。通过结合EAB机制以及ACB机制，取得访问控制的额外灵活性。
虽然为了说明目的已经描述了与本发明相关的特定的实施例，然本发明并不局限于此。因此，对上述实施例的多个特征所作的各种修改、调整以及组合，皆视为未超出本发明的申请专利权利要求。

Claims (7)

1.一种增强型存取控制方法，包含：
由移动通信网络中的用户设备检测是否有装置加强型存取限制配置，其中该装置加强型存取限制配置指示出是否该用户设备适用于加强型存取限制；
如果为是则该用户设备从基站取得加强型存取限制信息，其中该加强型存取限制信息指示出限制是否适用于通过系统信息区块广播的多个加强型存取限制类别以及多个存取级别，以及其中该用户设备在第一系统信息区块中检查调度信息以决定是否在第十四系统信息区块中的该加强型存取限制信息为可用；
由该用户设备基于该加强型存取限制信息为无线资源控制连接执行加强型存取限制；以及
如果为该用户设备配置了存取级别限制机制并且该加强型存取限制机制未限制该用户设备，则为该无线资源控制连接执行存取级别限制。
2.如权利要求1所述的增强型存取控制方法，其中该用户设备重新获取该第一系统信息区块以及该第十四系统信息区块，以更新该加强型存取限制信息，以及其中该用户设备使用已更新加强型存取限制信息而为无线资源控制连接而实施加强型存取限制。
3.如权利要求1所述的增强型存取控制方法，其中，在公共陆地移动网络中，加强型存取限制类别与漫游状态关联。
4.如权利要求1所述的增强型存取控制方法，其特征在于，该用户设备将群组数量存储于用户识别模块或者通用用户识别模块，并且其中该群组数量映射至相关存取级别。
5.如权利要求1所述的增强型存取控制方法，其特征在于，由开放移动通信联盟装置管理服务器为该用户设备配置该加强型存取限制机制。
6.如权利要求1所述的增强型存取控制方法，其特征在于，该加强型存取限制信息进一步包含公共陆地移动网络标识以及包括限制因素与限制时间的关联限制参数。
7.如权利要求1所述的增强型存取控制方法，其特征在于，如果建立因素指示移动始端信令或移动始端数据，或者如果建立因素指示延迟容忍存取，则该加强型存取限制机制适用于该用户设备。
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