CN106604214A - 基于终端移动特征的动态跟踪区的设置方法 - Google Patents

Abstract

基于终端移动特征的动态跟踪区的设置方法，发明涉及移动通信技术领域，尤其涉及一种基于移动终端的动态区的设置方法。本发明主要包括如下三个步骤：步骤1构造出该终端所对应的动态跟踪区DTA；步骤2建立小区相邻关系位置图；步骤3进行动态跟踪区DTA更新，只有当终端跨越了该DTA之后，才会有位置更新的操作；发现DTA是否发生改变要依据终端的移动性等级参数和当前终端所在小区的下行广播中获得的小区指示和相邻小区广播；相应地，寻呼也只在这个动态的跟踪区所包括的所有基站上广播。本发明把单一的跟踪区管理根据终端自身所具有的物联网应用的移动特性来一一定制，使得总体上的信令开销最小化，从而提高数据传输的效率。

Description

基于终端移动特征的动态跟踪区的设置方法

技术领域

本发明涉及移动通信技术领域，尤其涉及一种基于移动终端的动态区的设置方法。

背景技术

物联网(Internet of Things，简称IoT)是当前互联网的革命性的演进，从提供人的互联到互联若干设备的网络。IoT将感知或收集的数据转化为智能的信息，因而把智能嵌入到我们的生活环境中来。物联网应用涉及诸多场景，包括以下几类：1)智能家居：家庭的个人生活模式得到增强，可以更加便利地远程监控和操作家庭设备和系统；2)工业自动化：依赖于最小的人力干预，机器人设备通过电脑控制以完成制造任务；3)智能医疗：在患者身上或药品中嵌入传感器和激振器，用于监测和跟踪患者；4)智能电网：电网运营者可据此来控制和管理资源，以使得电力的提供正比于人口的增长，因此家庭和建筑物的电力消耗可得到增强；5)智慧城市：以简便的方式为居民提供感兴趣的信息，从而提高城市的生活质量；例如依据人民需要，多个互联的系统可智能地提供感兴趣的服务，包括交通、基础设施和医疗等。

当前的移动通信网络是为人与人之间的通信设计的，定义了会话型业务、流媒体业务、交互式业务和背景型业务等诸多类型。与业务类型相关联，在网络结构，协议栈和传输模式的设计等方面都是为适配这些业务，来保障信息传输的有效性、可靠性、安全性和经济性。

物联网这类机器类通信(Machine Type Communication，简称MTC)业务呈现出多种特性，如具有(或部分具有)低移动性，小数据量和非频繁数据传输等。就移动性而言，机器类通信应用包括但不限于如下场景：

1)家庭的健康监视设备，不会频繁地移动且移动仅限于小范围之内；

2)移动销售终端，不会频繁地移动且移动会在较大的范围之内；

3)水、电读表设备，通常不会移动，也就是处于固定的位置。

与人-人通信的终端不同，机器类通信终端依据不同的物联网应用呈现出不同的移动性特征。若移动通信网络在服务这些终端时，采用完全一致的机制和方法，那么势必造成某些传输的无效性。因此，有必要剥离出业务本身所固有的特征，来分别予以支持，提高无线链路传输效率。

在对移动终端的管理中，设置了两种无线资源控制(RRC)的状态：连接(connected)状态和空闲(idle)状态。

(1)当终端处于连接(RRC-Connected)状态时，无线接入网络分配无线资源给终端，以便于通过共享数据信道进行数据(单播)传输。终端会向网络提供自身缓冲器状态、下行信道质量以及对相邻小区测量的信息，这样网络为终端选择一个最合适的小区。

(2)当终端处于空闲(RRC-Idle)状态时，此时终端没有持续的业务在进行传输，终端可依据信号的强度和质量进行小区选择与重选，即确定驻留在哪一个小区。

位置管理是蜂窝网络的一项重要功能。当终端处于RRC-Connected状态时，终端的位置是在“小区”级别上为网络所知，网络能够快速响应终端跨越小区的位置变化，在新小区中分配新的资源，而在先前的服务小区中释放旧的、未使用的资源，即执行所谓的“切换”。当终端处于RRC-Idle状态时，网络也需要知道终端的位置，以便有来自于网络侧、而终结于该移动终端的呼叫时，网络能够找到该终端，这个过程是通过寻呼来实现的。为此，引入了跟踪区(Tracking Area，简称TA)的概念。

TA定义为一组连续的小区，以跟踪区指示(Tracking Area Identity，简称TAI)来标记，它包含在基站发出的下行广播消息中。TA之间是相互不重叠的，当网络需要寻找某终端时，就会在属于相应TA的所有小区上发送寻呼消息。TA的尺度大小是一个典型的网络工程问题，它取决于上行TA更新的信令负荷与下行的寻呼消息负荷之间的折衷。

如果TA设置得太小，终端移动时就会造成大量的TA更新过程，带来较大的信令负荷；

如果TA设置得太大，那么TA就会涉及更多的小区；当寻呼终端时，由于核心网所知道的终端的位置只能精确到“TA”级别，就会在更多的小区中去广播寻呼消息，所以造成大量的下行寻呼消息的负荷。

实际上有三种方式可让终端将当前的TA告诉给网络：

1)初始注册阶段，终端与网络通信并告知其当前TA；

2)当终端在网络中移动且变更了TA区域，告知网络相应的用新TA代替之前的TA；

3)即使在没有变更TA区域的情形下，也会周期性地上报TA，以使得网络保留较新的上下文信息。

跟踪区的规划通常需要遵循以下原则：

1)跟踪区的划分不能过大或过小，跟踪区编码(TAC)的最大值由MME的最大寻呼容量来决定；

2)城郊与市区不连续覆盖时，郊区(县)使用单独的跟踪区，不规划在一个TA中；

3)跟踪区规划应在地理上为一块连续的区域，避免和减少各跟踪区基站交叉组网；

4)寻呼区域不跨MME的原则；

5)利用规划区域山体、河流等作为跟踪区边界，减少两个跟踪区下不同小区交叠深度，尽量使跟踪区边缘位置更新成本最低；在LTE可使用的多个频段中(后期扩容的需求)，跟踪区的划分即可根据频段也可根据地理位置划分。

综上，TA的设置是依赖于地形因素和网络节点自身的因素，如MME的容量和基站的设置等，而不会考虑移动终端所存在的业务特性。那么对于很多较为单纯的物联网应用场景，这种一致参数的设置势必会造成位置更新和寻呼过程的无效性，有必要在保证后向兼容性的前提下，做出某种增强。

发明内容

由于LTE网络中跟踪区的数量众多，UE在空闲状态下频繁移动的过程中会产生大量的跟踪区更新信令，而这些更新信令对核心网会造成较大的负荷压力，同时也会大量浪费网络的资源。因而本发明的目的就是要把信令开销最小化，从而提高数据传输的效率。具体来说，把单一的跟踪区管理根据终端自身所具有的物联网应用的移动特性来一一定制，使得总体上(包括上行链路和下行链路)的信令开销最小化，从而提高数据传输的效率；本发明主要包括如下三个步骤：

步骤1构造动态跟踪区DTA:

根据物联网应用本身所呈现出来的移动特性(固定，小范围，大范围)，设置相应的移动性等级参数；根据各个终端的移动性等级参数，为每个终端动态地定义了属于该终端自己的动态跟踪区(Dynamic Tracking Area，简称DTA)；

步骤2建立小区相邻关系位置图：

将同属于一个动态跟踪区的所有小区按相邻位置进行数据存储，所用的存储结构，为数组或链表等常见的方法。

步骤3进行动态跟踪区DTA更新：

只有当终端跨越了该DTA之后，才会有位置更新的操作；发现DTA是否发生改变要依据终端的移动性等级参数和当前终端所在小区的下行广播中获得的小区指示(cell ID)和相邻小区广播(Adjacent Cell advertisement)；相应地，寻呼也只在这个动态的跟踪区所包括的所有基站上广播。

有益效果

(1)针对有鲜明移动性特征的物联网应用终端，设置合适的移动性等级参数，获得动态的跟踪区，以使得上行的DTA更新和下行的寻呼消息的传递在总体意义上效能得到优化；

(2)本发明基于标准的Attach，TAU等过程，只做少量参数的增加(可作为可选项)，后向兼容性好。

当然，为获取增益所付出的代价，就是保存小区相邻关系表的存储支出和相关计算能力的支出；但这些在智能终端快速发展的今天，是可以忽略的。

附图说明

图1某一跟踪区中所包含的若干小区示意图；

图2系统信息块-类型4信息单元示例；

图3某一跟踪区中标记小区相邻关系示意图；

图4存储在终端中的相邻小区关系图

具体实施方式

一个跟踪区中所包含的若干个小区的示意图如图1所示，每个标记数字1、2、3的六边形区域就表示一个小区，基站位于小区的中心。事实上，受限于地形和多径衰落等影响，小区不会如此之规则。终端完全可以依据下行广播信道中的相邻小区配置信息来获知所处的位置信息，来做出应对，而不论小区的规则与否。

首先，终端在进入网络时，它会向网络指示出自己是一个物联网应用终端，并且有相应的移动特性倾向，网络节点(例如MME，不限于此)会根据当前网络的负载，小区的覆盖大小(事实上，当下的异构网络部署中，小区的半径差距较大，在高话务量的中心城区半径只有几百米，在低话务量的城郊和农村等会达到数公里或更多)，来设置移动性等级参数，此个参数连同当前小区的物理标识或者逻辑编号，附加在附着(Attach)过程的控制消息中由终端经基站传送给MME。

需要指出的是，这个移动性等级参数可能不是一成不变的，也可能初始时不能达到较优的数值，这依赖于在后续的上行跟踪区更新和下行寻呼广播的信令开销的基础上进行评估，通过网络优化的手段去设置一个合理的数值，后续的更新数值可以设计DTA更新消息，这类似于跟踪区更新(Tracking Area Update，简称TAU)过程的控制消息由终端经基站传送给MME。

构造出该终端所对应的动态跟踪区DTA；为移动终端设定初始的移动性等级参数(初始时为人工设定)，将该终端所涉及到的小区根据终端在该小区的移动频率以及小区自身的半径范围、话务量，构造出该终端所对应的动态跟踪区DTA，

动态跟踪区n的范围：

(其中：小区i表示移动性等级参数为i的小区，n为正整数)；

公式1表示移动性等级参数为n的终端所对应的动态跟踪区的范围；

不失一般性，假设终端在数字标记为1的小区中与网络协商，获得了移动性等级参数。随后没有业务进行传输，进入RRC-idle状态。

1)移动性等级参数为1，则表示动态跟踪区(Dynamic Tracking Area，简称DTA)的范围就是数字标记为1的小区范围，离开此区域，终端就需要上报DTA更新消息；

2)移动性等级参数为2，则表示动态跟踪区(Dynamic Tracking Area，简称DTA)的范围就是数字标记为1的小区加上所有数字标记为2的小区的范围，离开此区域，终端就需要上报DTA更新消息；

3)以此类推，这样就依赖于移动性等级参数构造了DTA。

何时执行DTA的更新，这需要终端观察来自于所驻留小区的下行广播消息，来获知本小区的相邻小区的配置情况。事实上，这也可以依赖于系统信息广播块(SystemInformation Block，简称SIB)中的信息单元指示出来。例如，SIB类型4(type4)就是用来告诉同频的相邻小区的参数的(异频和不同系统间的相邻小区会有其它类型的SIB指示)。

图2中下划线标记出来的物理小区标识(Physical Cell ID，简称PCID)就是标记相邻小区的编号的，这样当终端驻留在小区1时，除了知道自己的PCID(通过本小区同步信号可以识别出来)；还知道周围若干个标记为2(记为2a，2b，……)的PCID，如图3所示；这样在终端处就可以建立一个小区的相邻关系位置图(表)并存储起来，随着位置的变动，不断地增加个更新相邻关系，简单的示意图如图4所示。

图4所示的相邻小区关系图可采用合适的数据结构，链表或数组等形式在终端的内存中保留，具体地，DTA更新的过程如下：

(1)当终端在移动过程中，通过搜索下行同步信号知道是否进入新的小区；

a)若未进入新的小区，则回到(1)；

b)若进入新的小区，则

(2)观测SIB-type4消息，知道相邻小区的配置情况，随后更新存储在终端中的相邻关系；

(3)比较当前小区距离上次DTA更新之前或者终端初始进入网络所保留的小区(对应示例中数字标记为1的小区)之间所跨越小区的数目(计算的是最短的路径)；

a)若此数目小于预先设置的移动性等级参数，则回到(1)；

b)若此数目大于等于预先设置的移动性等级参数，则执行(4)；

(4)设置当前的小区为基准小区，发起DTA更新的过程，可参考TAU过程的控制消息由终端经基站传送给MME，此时告诉MME的是基准的小区的PCID，或者逻辑小区编号均可当有来自于网络侧对移动终端的呼叫时，则MME可以依据于当前基准小区的编号以及移动性等级参数，即确定了该终端所对应的DTA范围，只要把寻呼消息发给相应的基站即可，由这些基站分别在相应的小区中广播即可。

需要指出的是，在MME侧也需保留一个相邻小区的位置表示，因为这是一个静态的拓扑表示，不建议由每一个UE来告诉MME；而是由MME和基站之间通过消息交互来获取。

Claims (4)

1.一种基于终端移动特征的动态跟踪区的设置方法，包括以下实现步骤：

步骤1构造出该终端所对应的动态跟踪区DTA：

为移动终端设定初始的移动性等级参数(初始时为人工设定)，将该终端所涉及到的小区根据终端在该小区的移动频率以及小区自身的半径范围、话务量，构造出该终端所对应的动态跟踪区DTA，

动态跟踪区n的范围：

(其中：小区i表示移动性等级参数为i的小区，n为正整数)；

公式1表示移动性等级参数为n的终端所对应的动态跟踪区的范围；

步骤2建立小区相邻关系位置图：

将同属于一个动态跟踪区的所有小区按相邻位置进行数据存储，所用的存储结构，为数组或链表等常见的方法；

步骤3动态跟踪区DTA更新步骤：

S1.当终端在移动过程中，通过基站搜索下行同步信号判断终端是否进入新的小区；

若未进入新的小区，则回到S1，继续搜索；

若进入新的小区，则

S2.通过终端观测SIB-type4消息，得到相邻小区的配置情况，随后更新步骤2中的小区相邻关系位置图；

S3.比较当前小区距离上次DTA更新之前或者终端初始进入网络所保留的小区(对应示例中数字标记为1的小区)之间所跨越小区的数目(计算的是最短的路径)；

a)若此数目小于预先设置的移动性等级参数，则回到S1；

b)若此数目大于等于预先设置的移动性等级参数，则执行S4；

S4.设置当前的小区为基准小区，控制消息由终端经基站传送给MME，此时告诉MME的是基准的小区的PCID，或者逻辑小区编号均可。

2.根据权利要求1所述的一种基于终端移动特征的动态跟踪区的设置方法，其中步骤1中所述的移动性等级参数，将该等级参数连同终端当前驻留的小区的物理标识或者逻辑编号，附加在附着过程的控制消息中由终端经基站传送给MME。

3.根据权利要求1所述的一种基于终端移动特征的动态跟踪区的设置方法，其特征在于:步骤3中所述的MME，当有来自于网络侧对移动终端的呼叫时，MME可以依据于当前基准小区的编号以及移动性等级参数，即确定了该终端所对应的DTA范围，只要把寻呼消息发给相应的基站即可，由这些基站分别在相应的小区中广播即可。

4.根据权利要求1所述的一种基于终端移动特征的动态跟踪区的设置方法，其特征在于:步骤3中所述的MME侧也需保留一个步骤2中的小区相邻关系位置图。