CN107667545B - 一种通信方法、系统、网络、通信装置及计算机可读介质 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在一方面的多个物联网通信装置与另一方面的移动通信网络之间发送小的并且不频繁的通信数据的方法，移动通信网络包括接入网络和核心网络，其中，接入网络至少包括无线电小区以及与无线电小区相关联的基站实体，基站实体包括天线设备，其中，天线设备用于接收和/或发送小的并且不频繁的通信数据，其中，物联网通信装置使用射频电磁信号，所述射频电磁信号由基站实体的天线设备接收，以至少在从物联网通信装置朝向基站实体的方向上发送小的并且不频繁的通信数据，其中，小的并且不频繁的通信数据的有效载荷大小低于10千字节，和/或小的并且不频繁的通信数据具有低于10Bd(每秒10比特)的每至少60分钟的时间间隔的平均比特率，其中，移动通信网络向移动通信网络的移动用户提供移动通信服务，涉及具有至少9,6kBd(每秒9600比特)的比特率的移动通信数据并且使用基站实体的天线设备或进一步天线设备，其中，基站实体和移动用户之间的空中接口包括至少一个频带内的多个频率信道，以提供移动通信服务，其中，所述方法包括基站实体向核心网络的网络节点发送至少部分地作为IP分组的有效载荷部分的一部分的小的并且不频繁的通信数据的步骤。

Description

一种通信方法、系统、网络、通信装置及计算机可读介质
背景技术
本发明涉及一种用于在一方面的多个物联网通信装置与另一方面的移动通信网络之间发送小的并且不频繁的通信数据的方法，所述移动通信网络包括接入网络和核心网络，其中，所述接入网络至少包括无线电小区以及与所述无线电小区相关联的基站实体，所述基站实体包括天线设备，其中，所述天线设备用于接收和/或发送小的并且不频繁的通信数据，其中，所述物联网通信装置使用射频电磁信号，所述射频电磁信号由基站实体的天线设备接收和/或发送，以至少在从所述物联网通信装置朝向所述基站实体的方向上或者在从所述基站实体朝向所述物联网通信装置的方向上，发送和/或接收所述小的并且不频繁的通信数据。
此外，本发明涉及一种系统和移动通信网络，其用于在一方面的多个物联网通信装置与另一方面的移动通信网络之间发送小的并且不频繁的通信数据，其中，所述系统包括移动通信网络和多个物联网通信装置，其中，所述移动通信网络包括接入网络和核心网络，其中，所述接入网络至少包括无线电小区以及与所述无线电小区相关联的基站实体，所述基站实体包括天线设备，其中，所述天线设备用于接收和/或发送小的并且不频繁的通信数据，其中，所述物联网通信装置使用射频电磁信号，所述射频电磁信号由基站实体的天线设备接收和/或发送，以至少在从所述物联网通信装置朝向所述基站实体的方向上或者在从所述基站实体朝向所述物联网通信装置的方向上，发送和/或接收所述小的并且不频繁的通信数据。
另外，本发明涉及一种适于在一方面的多个物联网通信装置与另一方面的移动通信网络之间发送和/或接收小的并且不频繁的通信数据的物联网通信装置。
此外，本发明涉及用于根据本文创造性方法、系统和移动通信网络向电信网络的多个用户设备提供通信服务的程序和计算机程序产品。
随着物联网，各种“事物”(传感器、工业系统、汽车、仪表等)将被连接到或将连接到互联网，并且将能够彼此通信或与应用服务器通信。据预测，在未来十年的前几年，超过200亿台装置将在物联网(IoT)中无线连接，一些分析师甚至预测这种连接装置(或无线电装置或物联网通信装置)的数量直到这十年结束将增长到几百亿。
物联网的许多用例意味着“事物”(即，物联网通信装置)的零星或游动连接行为，即，致使需要特别是从物联网通信设备朝向彼此或朝向应用服务器(但至少部分地也在相反的方向上)发送的小的并且不频繁的数据。在这些连接期间，通常仅发送非常有限量的用户数据。因此，相关的问题是如何实现这些物联网通信装置的“随时随地连接”。由于无法假设有线连接可以为这些用例提供服务，或者甚至在“事物”(或物联网通信装置)想要连接的时间和地点可用，所以预计在大多数情况下将使用无线系统。
因此，这些物联网通信装置中的许多装置将使用无线系统并且将受益于移动/无线通信网络，其允许能够依靠小型电池而运行多年的低成本/低能量无线电装置(或物联网通信装置)。
这就是物联网的蜂窝变体发挥作用的原因：已经有了使用不同的无线电技术的以当今的蜂窝移动通信网络的形式的几乎全球可用的无线网络。这一事实已经引发了蜂窝物联网(或CIoT)的概念，作为解决物联网连接需求的最可行的解决方案，特别是当涉及到广域网而不是局域网时。
然而，当今的蜂窝移动通信网络聚焦在语音和消息传送服务(例如，GSM)或高速宽带数据服务(例如，UMTS/HSPA、LTE/LTE-A)上。该特定的设计焦点与物联网通信装置关于“不频繁的小数据传输”的预期要求不是很适合。另外，当今的蜂窝移动通信网络并不是设计用来处理可能比当今(智能)手机的数量高出三个数量级的数量的物联网通信装置的。此外，这些技术在通信装置的功耗方面没有高度优化，然而，特别是物联网通信装置需要超低功耗，以便依靠小型电池运行至少一年，但优选运行几年。
已经讨论了关于如何增强蜂窝网络以便使其适合于预期的蜂窝物联网的许多提议：
—优化的信令：通常，在许多CIoT用例中不需要或可以简化在蜂窝移动通信网络中实现并由用户设备(例如，智能电话)使用的多个信令过程；
—经由控制平面的数据传输：虽然(移动通信网络连接的)装置应用蜂窝移动通信网络的正常信令，包括用户平面资源的初始建立，但是实际上在移动通信网络的控制平面上发生(物联网用例的)(有效载荷)数据传输，消除了对任何额外用户平面资源管理的需要；
—仅控制平面：在此变体中，CIoT装置将根本不会使用任何用户平面资源；仅控制信道被建立并然后用于发送物联网用例的小的并且不频繁的通信数据；
—从零开始(clean-slate)无线电提议：这些解决方案包括根据到移动通信网络的核心网络的至少一种标准化类型的网络接入(即，GSM、UMTS/HSPA或LTE/LTE-A)将物联网“轻量级”无线电技术与蜂窝移动通信网络集成。
然而，鉴于所有这些方法：
—仅从现有系统中移除某些不必要的功能，或者
—在从零开始无线电技术顶上添加类似3GPP的核心网络通信的一些变体，上述提出的解决方案都不会得到优化的CIoT网络，以便服务于CIoT用例。
发明内容
本发明的一个目的是在多个物联网通信装置和移动通信网络之间发送小的并且不频繁的通信数据，使得一方面，能够使用蜂窝移动通信网络的现有基础设施，并且另一方面，蜂窝物联网的用例以及物联网通信装置尽可能地免除仅仅与蜂窝移动通信网络的现有基础设施相关或者由对蜂窝移动通信网络的现有基础设施的使用造成的任何负担(通常是增加的功耗)。
本发明的目的由一种用于在一方面的多个物联网通信装置与另一方面的移动通信网络之间发送(或交换)小的并且不频繁的通信数据的方法来实现，所述移动通信网络包括接入网络和核心网络，其中，所述接入网络至少包括无线电小区以及与所述无线电小区相关联的基站实体，所述基站实体包括天线设备，其中，所述天线设备用于接收和/或发送小的并且不频繁的通信数据，其中，所述物联网通信装置使用射频电磁信号，所述射频电磁信号由基站实体的天线设备接收，以至少在从所述物联网通信装置朝向所述基站实体的方向上发送所述小的并且不频繁的通信数据，和/或所述射频电磁信号由基站实体的天线设备发送，以至少在从所述基站实体朝向所述物联网通信装置的方向上接收所述小的并且不频繁的通信数据，其中，
—所述小的并且不频繁的通信数据的有效载荷大小低于10千字节，和/或
—所述小的并且不频繁的通信数据具有每时间间隔(至少60分钟)的低于10Bd(每秒10比特)的平均比特率，
其中，所述移动通信网络向所述移动通信网络的移动用户提供移动通信服务，其涉及具有至少9,6kBd(每秒9600比特)的比特率的移动通信数据，特别涉及具有至少9,6kBd(每秒9600比特)的较高比特率的移动通信数据并且使用基站实体的所述天线设备或进一步天线设备，其中，所述基站实体和所述移动用户之间的空中接口包括至少一个频带内的多个无线电信道，以提供所述移动通信服务，其中，所述方法包括以下步骤：所述基站实体发送和/或接收至少部分地作为去往和/或来自核心网络的网络节点的IP分组的有效载荷部分的一部分的所述小的并且不频繁的通信数据。
因此，根据本发明，有利的是，一种全新的方法可以不仅用于物联网通信装置和移动网络之间的无线电链路(提出新的空中接口的从零开始无线电方法，专门用于与物联网应用相结合使用)，而且也涉及实现物联网相关的数据传输端到端方面的改进。
理论上，所有提出的从零开始无线电技术可以适用于移动通信网络(无论是GPRS核心、UMTS核心还是用于LTE的EPC)的典型蜂窝核心网络，但是这些核心网络架构的协议不匹配于超低成本和高效的蜂窝物联网系统所需的简单性。
根据本发明，在(多个物联网通信装置中的)至少一个物联网通信装置和移动通信网络之间发送小的并且不频繁的通信数据。根据本发明，同样可能和优选的是，多个物联网通信装置彼此通信，即，这些物联网通信装置中的至少两个装置至少在一个方向(即，从两个物联网通信装置中的一个到另一)上，但是也优选地在相反的方向上，发送小的并且不频繁的通信数据。
根据本发明，移动通信网络包括接入网络和核心网络。所述接入网络至少包括无线电小区以及与所述无线电小区相关联的基站实体，所述基站实体包括天线设备。天线设备用于接收和/或发送小的并且不频繁的通信数据。物联网通信装置使用由基站实体的天线设备发送和/或接收的射频电磁信号。
至少在上行链路方向上，即，在从物联网通信装置朝向基站实体的方向上，发送小的并且不频繁的通信数据。根据本发明的优选变体，也可能在相反方向上(即，在下行链路方向上)，即，在从基站实体朝向物联网通信装置(或到多个物联网通信装置)的方向上，发送其他数据以及小的并且不频繁的通信数据。
根据本发明，小的并且不频繁的通信数据对应于要发送的数据，使得：
-小的并且不频繁的通信数据(与单位数据传输相关，即“一次”)的有效载荷大小低于10千字节，和/或
-小的并且不频繁的通信数据具有每时间间隔(至少60分钟)的低于10Bd(每秒10比特)的平均比特率。
当然，在更长的时间间隔(例如，一天或一周或一个月或一年)期间，涉及小的并且不频繁的通信数据的多个单位数据传输，可能发送更大量的有效载荷数据(与10千字节相比)。
除了提供物联网功能之外，移动通信网络(并且因此通常是基站实体)向移动通信网络的(“正常”)移动用户提供移动通信服务，其涉及具有至少9,6kBd(每秒9600比特)的比特率的移动通信数据，特别涉及具有至少9,6kBd(每秒9600比特)的较高比特率的移动通信数据并且使用基站实体的所述天线设备或进一步天线设备，其中，所述基站实体和所述移动用户之间的空中接口包括至少一个频带内的多个无线电信道，以提供所述移动通信服务。
根据本发明，基站实体发送和/或接收至少部分地作为去往和/或来自核心网络的网络节点的IP分组的有效载荷部分的一部分的小的并且不频繁的通信数据。因此，在将物联网功能与蜂窝移动通信网络集成时可以具有相当高的灵活性。
根据本发明，优选地是，用于发送小的并且不频繁的通信数据的电磁信号是使用一个频率或多个频率来发送的，该一个频率或多个频率是：
-与用于提供移动通信网络的移动通信服务的至少一个频带的至少一个无线电信道的频率不同的，和/或
-至少部分地与用于提供移动通信网络的移动通信服务的至少一个频带的至少一个无线电信道的频率相重叠的，
-在电磁频谱的免许可部分中，或者
-在电磁频谱的经许可部分中。
根据本发明，优选地是，用于发送小的并且不频繁的通信数据的电磁信号是：
-在例如频域或时域或码域，不同于用于提供移动通信网络的移动通信服务的至少一个频带的至少一个无线电信道的，和/或
-在例如频域或时域或码域上，至少部分地与用于提供移动通信网络的移动通信服务的至少一个频带的至少一个无线电信道相重叠的，
-在电磁频谱的免许可部分中，或者
-在电磁频谱的经许可部分中。
因此，有利的是，移动通信网络(或者在由基站实体服务的无线电小区内，用于基站实体)可以提供与物联网通信装置的小的并且不频繁的通信数据的交换，并向移动通信网络的移动用户或用户设备提供移动通信服务二者。被提供给移动用户或用户设备的移动通信服务通常涉及许可无线电频谱。然而，也可能使用免许可无线电频谱来服务这些移动用户或用户设备，特别是在使用LTE或LTE高级无线接入技术时。用于在一方面的物联网通信装置与另一方面的移动通信网络之间交换小的并且不频繁的通信数据的射频电磁信号通常使用免许可无线电频谱。然而，根据本发明，使用许可无线电频谱来发送和/或接收这些小的并且不频繁的通信数据也是可以的以及优选的。甚至可以想到，免许可无线电频谱用于在第一组物联网通信装置和移动通信网络之间交换小的并且不频繁的通信数据，以及许可无线电频谱用于在第二组物联网通信装置(可能在与第一组物联网通信装置相同的无线电小区内)和移动通信网络之间交换小的并且不频繁的通信数据。很明显，倘若：
-对于给定的移动用户或用户设备，使用涉及许可无线电频谱的通信服务，以及
-对于给定的物联网通信装置，交换小的并且不频繁的通信数据，涉及免许可无线电频谱，
则用于发送/接收小的并且不频繁的通信数据的电磁信号与用于提供(移动用户的)移动通信服务的无线电信道在例如频域或时域或码域上是不同的。然而，即使在相同的无线电小区中，也可以想到，关于至少另一移动用户或关于至少另一物联网通信装置，使用电磁信号来发送小的并且不频繁的通信数据，使得这些电磁信号至少部分地与用于提供移动通信网络的移动通信服务的至少一个无线电信道在例如频域或时域或码域上是重叠的。
根据本发明的另一优选实施例，物联网通信装置中的每一物联网通信装置发送装置标识符信息，所述装置标识符信息专门地对于物联网通信装置中的每一物联网通信装置是唯一的。
因此，有利地的是，可以以高效和直接的方式识别物联网通信装置。根据本发明，特别可能和优选的是，保护对装置标识符信息的传输，例如，通过加密装置标识符信息的手段。此外，有利的是，该装置标识符可以直接或间接地用作在物联网通信装置和移动通信网络的无线电小区之间的无线电链路上的链路层标识符。
根据本发明的另一实施例，还优选地是，从基站实体向核心网络发送的IP分组的目的地地址取决于从物联网通信装置接收的装置标识符信息的片段，
其中，所述目的地地址特别地对应于以下各项中的一项：
-网关或中间节点或服务节点或应用服务器，它们均位于核心网络内或核心网络外部但是连接到核心网络，
-接入网络的另一基站实体，
-基站实体本身的地址，
并且其中，可选地，除了所述目的地地址之外，定义所述核心网络的下一跳转网络节点的地址，所述下一跳转网络节点对应于所述IP分组的下一个后续目的地。
因此，有利的是，基站实体可以将IP分组发送到由目的地地址指定的实体，同时可选地，另外指示IP分组的下一个后续目的地的下一跳转地址，优选地作为包含在IP分组有效载荷或IP分组报头中的参数。
根据本发明，还优选的是，所述方法包括以下步骤：特别地是由所述基站实体将代理IP地址分配给物联网通信装置中的至少一个物联网通信装置，其中，在小的并且不频繁的通信数据是由所述基站实体从所述至少一个物联网通信装置接收的情况下，所述代理IP地址用作与从基站实体朝向核心网络发送的小的并且不频繁的通信数据相对应的IP分组的源地址，其中，特别地，在小的并且不频繁的通信数据要由所述至少一个物联网通信装置接收的情况下，所述代理IP地址用作目的地址。
因此，根据本发明，有利的是，所述基站实体可以维护查找表或其他数据库，使得针对物联网通信装置的特定装置标识符信息，目的地地址和可选地下一跳转地址和/或代理IP地址被存储在数据库或查找表中。因此，有利的是，可以将目的地地址和可选地下一跳转地址和/或代理IP地址提供给由基站实体向/从核心网发送或接收的相应IP分组。
在本发明的另一实施例中，有利的是，所述基站实体可以通过名称解析机制的手段来获取所述目的地址和/或所述下一跳转地址和/或所述代理IP地址，将由所述物联网通信装置提供的装置标识符信息的至少部分用作到名称解析机制的输入参数。
通过分配代理IP地址的手段，有利的是，可以将源地址分配给物联网通信装置。假设物联网通信装置在相同的无线电小区内保持本地化(或者跟踪到朝向另一基站实体的任何移动，并且更新对应的寻址)，甚至可能的是物联网通信装置基于代理IP地址接收数据。然而，由于物联网通信装置不具有本地IP连接性，所以这依赖于基站实体在物联网通信装置的特定装置标识符和/或链路层标识符和IP连接之间提供互通功能。
根据本发明，还优选的是，物联网通信装置被配置为以活动模式和/或以空闲模式和/或以睡眠模式来操作，其中，物联网通信装置处于活动模式和/或空闲模式和/或休眠模式的时间间隔是在物联网通信装置和基站实体之间或在物联网通信装置和相关联的应用服务器实体之间传递的，或者对于基站实体是已知的，并且其中，特别地，在小的并且不频繁的通信数据要发送给物联网通信装置的情况下，数据被缓存在基站实体中。
因此，根据本发明，有利的是，可以以非常低能耗的方式操作物联网通信装置。
根据本发明的另一优选实施例，物联网控制装置连接到物联网通信装置中的至少一个物联网通信装置，其中，所述方法包括以下步骤：所述物联网控制装置至少部分地生成包括小的并且不频繁的通信数据的基站实体朝向核心网络发送的IP分组，其中，所述物联网控制装置特别地定义所述基站实体向网络节点发送的IP分组的目的地址，和/或其中，所述基站实体特别地添加和/或补充IP分组，特别是IP分组的报头部分和/或源地址。
因此，有利的是，可以使用物联网通信装置来连接能够生成例如通过基站实体的手段透明地发送的IP分组的物联网控制装置。
此外，本发明涉及一种用于在一方面的多个物联网通信装置与另一方面的移动通信网络之间发送(或交换)小的并且不频繁的通信数据的系统，其中，所述系统包括移动通信网络和多个物联网通信装置，其中，所述移动通信网络包括接入网络和核心网络，其中，所述接入网络至少包括无线电小区以及与所述无线电小区相关联的基站实体，所述基站实体包括天线设备，其中，所述天线设备用于接收和/或发送小的并且不频繁的通信数据，其中，所述物联网通信装置使用射频电磁信号，所述射频电磁信号由基站实体的天线设备接收，以至少在从所述物联网通信装置朝向所述基站实体的方向上发送所述小的并且不频繁的通信数据，和/或所述射频电磁信号由基站实体的天线设备发送，以至少在从所述基站实体朝向所述物联网通信装置的方向上接收所述小的并且不频繁的通信数据，其中，
-所述小的并且不频繁的通信数据的有效载荷大小低于10千字节，和/或
-所述小的并且不频繁的通信数据具有每时间间隔(至少60分钟)的低于10Bd(每秒10比特)的平均比特率，
其中，所述移动通信网络向所述移动通信网络的移动用户提供移动通信服务，涉及具有至少9,6kBd(每秒9600比特)的比特率的移动通信数据，特别涉及具有至少9,6kBd(每秒9600比特)的较高比特率的移动通信数据，并且使用基站实体的所述天线设备或进一步天线设备，其中，所述基站实体和所述移动用户之间的空中接口包括至少一个频带内的多个无线电信道，以提供所述移动通信服务，其中，所述系统被配置为使得所述基站实体向所述核心网络的网络节点发送至少部分地作为IP分组的有效载荷部分的一部分的所述小的并且不频繁的通信数据。
因此，有利地是，可以提供一种系统，该系统提供本文创造性方法的优点。
此外，本发明涉及一种适于在本创造性系统中在一方面的多个物联网通信装置与另一方面的移动通信网络之间交换小的并且不频繁的通信数据的物联网通信装置，其中，所述物联网通信装置特别地包括物联网控制装置。
此外，本发明涉及一种适于在本创造性系统中在一方面的多个物联网通信装置与另一方面的移动通信网络之间发送小的并且不频繁的通信数据的物联网通信装置，其中，所述物联网通信装置特别地包括物联网控制装置。优选地，物联网控制装置被配置为控制多个物联网通信装置和/或任意实体，特别是家用电器。
此外，本发明涉及一种用于在一方面的多个物联网通信装置与另一方面的移动通信网络之间发送(或交换)小的并且不频繁的通信数据的移动通信网络，所述移动通信网络包括接入网络和核心网络，其中，所述接入网络至少包括无线电小区以及与所述无线电小区相关联的基站实体，所述基站实体包括天线设备，其中，所述天线设备用于接收和/或发送小的并且不频繁的通信数据，其中，所述物联网通信装置被配置为使用射频电磁信号，所述射频电磁信号由基站实体的天线设备接收，以至少在从所述物联网通信装置朝向所述基站实体的方向上发送所述小的并且不频繁的通信数据，和/或所述射频电磁信号由基站实体的天线设备发送，以至少在从所述基站实体朝向所述物联网通信装置的方向上接收所述小的并且不频繁的通信数据，其中，
-所述小的并且不频繁的通信数据的有效载荷大小低于10千字节，和/或
-所述小的并且不频繁的通信数据具有每时间间隔(至少60分钟)的低于10Bd(每秒10比特)的平均比特率，
其中，所述移动通信网络被配置为向所述移动通信网络的移动用户提供移动通信服务，涉及具有至少9,6kBd(每秒9600比特)的比特率的移动通信数据，特别涉及具有至少9,6kBd(每秒9600比特)的较高比特率的移动通信数据，并且使用基站实体的所述天线设备或进一步天线设备，其中，所述基站实体和所述移动用户之间的空中接口包括至少一个频带内的多个无线电信道，以提供所述移动通信服务，其中，所述移动通信网络被配置为使得基站实体向所述核心网络的网络节点发送至少部分地作为IP分组的有效载荷部分的一部分的所述小的并且不频繁的通信数据。
因此，有利的是，可以提供一种移动通信网络，该移动通信网络提供本文创造性方法和本文创造性系统的优点。
另外，本发明涉及一种程序，其包括计算机可读程序代码，当在计算机上、或在物联网通信装置上、或在移动通信网络的网络部件上、或部分地在物联网通信装置上、以及部分地在移动通信网络的网络部件上执行该计算机可读程序代码时，使得计算机或物联网通信装置和/或移动通信网络的网络部件执行本文创造性方法。
另外，本发明涉及一种用于在一方面的多个物联网通信装置与另一方面的移动通信网络之间发送(或交换)小的并且不频繁的通信数据的计算机程序产品，所述计算机程序产品包括被存储在存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序代码，当在计算机上、或在物联网通信装置上、或在移动通信网络的网络部件上、或部分地在物联网通信装置上、以及部分地在移动通信网络的网络部件上执行所述程序代码时，使得计算机或物联网通信装置和/或移动通信网络的网络部件执行本文创造性方法。
根据结合附图进行的以下具体实施方式，本发明的这些和其他特性、特征和优点将变得显而易见，其中，附图通过举例的方式说明了本发明的原理。仅为了示例的目的给出了描述，而不限制本发明的范围。下面引用的参考图指的是附图。
附图说明
图1示意性地示出了移动通信网络，其包括由基站实体服务的无线电小区、由移动通信网络服务的多个移动用户或用户设备、以及用于通过移动通信网络发送小的并且不频繁的通信数据的多个物联网通信装置；
图2示意性地示出了与移动通信网络的核心网络连接的基站实体，该基站实体包括天线设备。
具体实施方式
将参考特定实施例并参考某些附图描述本发明，但是本发明不限于此，而仅由权利要求限定。所描述的附图仅是示意性的并且是非限制性的。在附图中，为了说明的目的，一些单元的大小可以被扩大并且不按比例绘制。
当提到单数名词时使用不定冠词或定冠词(例如，“一”、“一个”、“该”)的情况下，这包括该名词的复数，除非另有明确说明。
此外，说明书和权利要求中的术语第一、第二、第三等用于区分相似的单元，而不一定用于描述相继或时间顺序。应当理解，这样使用的术语在适当的情况下是可互换的，并且本文描述的本发明的实施例能够以不同于本文所描述或所示出的其他顺序操作。
在图1中，示意性地示出了包括由基站实体111服务的无线电小区10的移动通信网络100。在该示例中，移动通信网络100包括接入网络110和核心网络120。移动通信网络100优选地是蜂窝电信网络，其通常包括多个网络无线电小区，其中的一个网络无线电小区在图1中由实线和附图标记10的手段来表示。在移动通信网络100中，通常，多个移动用户40(或用户设备)驻留在网络无线电小区10内的电信网络100上，即，移动用户40连接到或驻留在服务于无线电小区10的基站实体111上。基站实体111通常是基站，例如，NodeB或eNodeB基站收发台。移动通信网络100被配置为向移动通信网络100的无线电小区10内的移动用户40提供移动通信服务。优选地，(与移动通信服务相关的)移动通信数据是经由基站实体111在移动用户40和移动通信网络之间传输的，其中，移动通信数据是以至少9,6kBd(每秒9600比特)的比特率来传输的，特别地是，移动通信数据是以至少9,6kBd(每秒9600比特)的较高比特率来传输的。基站实体111和移动用户40之间的空中接口包括至少一个频带内的多个频率信道，以提供移动通信服务。
核心网络120是仅通过云表示的手段以及通过核心网络120的一个网络节点121的手段来示意性地示出的。公共陆地移动网络100(特别地是核心网络120)通常包括各种网络单元，例如，MSC(移动交换中心)、SGSN(服务GPRS支持节点)、MME(移动性管理实体)，优选地，其多个网元。
根据本发明，多个物联网通信装置20位于网络无线电小区10内，即，物联网通信装置20至少能够连接到基站实体111或至少其部件。通过物联网控制装置25示意性地示出物联网通信装置20中的一个物联网通信装置。物联网控制装置25通常与相应的物联网通信装置20集成。
物联网通信装置20被配置为交换由基站实体111接收和/或发送的射频电磁信号，发送/接收小的并且不频繁的通信数据。小的并且不频繁的通信数据是平均地以最多10Bd(每秒10比特)的每时间间隔(至少60分钟)的较低比特率来交换的。此外，小的并且不频繁的通信数据的有效载荷大小通常低于每单位数据传输(即，每数据传输事件，例如，发送仪表读数)10千字节。
在图2中，示意性地示出了与移动通信网络100的核心网络120连接的基站实体111，基站实体111包括天线设备119。
根据本发明，可以使用现有的轻量级无线电装置(例如，Semtech、Sigfox或Neul)，而无需对无线电技术(即，根据这些技术的空中接口)的任何改变，并且实现核心网络中的所有所需的互通和适配，而不是使得不同架构的上层的紧密集成作为物联网通信装置20的装置协议栈的一部分。
作为使用现有的轻量级无线电装置(例如，Semtech、Sigfox或Neul)的替代方案，可以以相同的方式在本发明中采用新的“从零开始”无线电技术。
物联网通信装置20(CIoT无线电装置)对应于非常简单的电池优化的无线电调制解调器，其仅可以与蜂窝基站(或基站实体111)连接并且通过该无线电链路(或空中接口)发送和接收数据。
根据本发明，对于蜂窝物联网用例而言，不需要装置相关的资源/QoS管理。物联网通信装置20也不需要SIM卡，但是可以可选地具有一个SIM卡。
物联网通信装置20不支持任何更高层通信协议(高于第2层，3GPP术语中的非接入层)，并且不与移动通信网络100的核心网络120通信。因此，物联网通信装置20没有APN(接入点名称)、应用(服务器)或甚至互联网协议的概念。将在蜂窝移动通信网络100的无线接入中执行朝向核心网络120的所有互通。
当物联网通信装置20想要发送数据(即，小的并且不频繁的通信数据)时，它仅通过无线电链路将数据发送到基站实体111(或甚至多个小区或多个基站实体)。通常，系统设计应使得(小的并且不频繁的通信数据的)单个帧足以用于大多数“小数据”应用。如果需要传输比无线电级别更多的数据，则将分段和重组应用于MAC或RLC无线电层中。这原则上也同样适用于基站实体希望将数据发送到物联网通信装置20的情况。
基站实体111可以使用物联网通信装置20的装置标识来获得“订阅记录”，其包含关于为该物联网通信装置20所应用的应用或核心网络地址的信息；以最简单的形式，该装置标识可以是(比较“长”的)唯一的装置标识符。该装置标识也可以直接或间接地用作物联网通信装置20与基站实体111之间的无线电链路上的链路层标识符。然后，基站实体111(即，在已经接收到小的并且不频繁的通信数据之后)将接收到的帧封装到一个IP分组或多个IP分组内(通常，单个IP分组应该是足够的)，并将其发送到订阅记录中指示的目的地。可能的目的地可以是：
-(移动通信网络100的运营商的)运营商域中的网关/服务节点，其自身提供物联网服务或与第三方应用服务器的接口，这对于RAN和物联网通信装置20是透明的；
-运营商的CN以外的第三方网关/应用服务器；
-不同的RAN小区(即，不同的基站实体，通常服务于另一无线电小区(图1中未示出))，用于进一步处理，或
-RAN小区(即，基站实体111)本身，用于小的并且不频繁的通信数据的本地处理。
可选地，除了目的地地址之外，可以在订阅记录中定义下一跳转网络节点的地址，下一跳转网络节点对应于IP分组的下一个后续目的地。因此，基站实体111可以将IP分组发送到由目的地地址指定的实体，同时可选地，另外地指示IP分组的下一个后续目的地的下一跳转地址，优选地，作为包含在IP分组有效载荷或IP分组报头中的参数。
由于物联网通信装置20不“讲”IP，所以无线电小区(即，基站实体111)优选地分配代理IP地址，并维护该代理IP地址与物联网通信装置20的装置标识和/或链路层标识符之间的映射。
根据订阅记录的内容，无线电小区(即，基站实体111)可以在它要将其发送给目的地地址的IP分组中指示针对小的并且不频繁的通信数据的“下一跳转”目的地。基站实体111仅需要相应地提供IP地址(例如，通过应用隧道或其他IP封装)，它“看不到”在“下一跳转”节点与目的地节点之间的任何关系。事实上，甚至当基站实体111在订阅记录中仅找到“目的地址”(因此，不应用IP封装或隧道)时，该目的地实际上可以是中间节点，而不是小的并且不频繁的通信数据的最终被访地址。在这种情况下，中间节点本身需要与为上述基站实体111描述的相似功能，以便找到用于将该数据发送到的正确的下一个网络节点。
物联网通信装置20的移动性管理通常限于由物联网通信装置20进行的小区重选。这确保了通过其最新选择的基站实体111可达到物联网通信装置20。该解决方案意味着单小区可达性区域，以及没有如根据3GPP标准的常规无线电接入技术的上下文中已知的多小区区域概念和寻呼；可以做到这一点是因为，与移动通信网络100的用户设备40的典型移动用户的移动性要求相比，物联网通信装置20的移动性要求大大降低，或者甚至不存在。可以通过使用多个无线电小区(即，多个基站实体)来寻址在特定区域中的物联网通信装置20，以应用进一步层次级别的可达性。
在下行链路方向上，通过使用由基站实体111分配的代理IP地址来朝向该装置(如果已经将该地址提供给发送者)或朝向上述目的地和/或下一跳转节点(如果无线电地址已被隐藏，例如，通过隧道或其他IP封装的手段)，发送IP分组。在前一种情况下，正常的IP路由应用于小区。在后一种情况下，目的地和/或下一跳转节点需要维护隧道参数，以便以相反的方式应用所描述的隧道。
最后，基站实体111应用IP到链路映射并将数据转发给物联网通信装置20。
由无线电小区(即，基站实体111)来处理活动/空闲/睡眠模式的任何变体和寻呼(如果需要的话)。如果物联网通信装置20在下行链路数据到达时是“离线”的，则基站实体111可以缓存数据，直到物联网通信装置20下一次唤醒为止。关于可达时间的信息可以由基站实体111提供给核心网络实体(例如，与3GPP MTC省电模式/eDRX中所描述的相似的功能)。替代地，物联网通信装置20可以由对应的无线电小区(或基站实体111)或相关联的应用服务器实体来预先配置有定义的“可达时间”。在源自装置的周期性保持活动信令之后的某个时间也是可能的。
根据本发明，可以并且优选地是，在物联网通信装置20的上面，提供物联网控制装置25。物联网控制装置25提供了更高层功能，如果并如特定用例所要求的，例如，接入许可和认证、加密、应用管理功能。物联网控制装置25“讲IP”(即，它能够生成IP分组)，并且可以控制一个或多个CIoT无线电装置，并且向一个或多个CIoT无线电装置提供其功能。如上所述，在RAN(无线接入网络)中仍然进行所有互通，唯一的区别在于RAN小区已经接收了IP分组。
该IP分组可以包含有效的目的地地址，在这种情况下，基站实体111仅仅相应地转发IP分组。如果接收到的地址无效，则基站实体111还可以应用另一目的地地址，或依据订阅记录的内容。如上所述，隧道和非隧道这两种变体在这两种情况下均是可能的。
用于物联网控制装置25的模块化方法也是可能的，使得与特定核心网络类型或架构的互通独立于无线电接口，允许在需要时连接到一系列核心网络架构。
根据本发明，提出了在无线电功能(“无线电汇聚层/功能”)和目的地节点之间的高度独立性，以便增强物联网通信装置20的无线电功能的灵活性和简单性。

Claims (15)

1.一种用于在一方面的多个物联网通信装置(20)与另一方面的移动通信网络(100)之间发送小的并且不频繁的通信数据的方法，
所述移动通信网络(100)包括接入网络(110)和核心网络(120)，其中，所述接入网络(110)至少包括无线电小区(10)以及与所述无线电小区(10)相关联的基站实体(111)，所述基站实体(111)包括天线设备(119)，其中，所述天线设备(119)用于接收和/或发送所述小的并且不频繁的通信数据，
其中，所述多个物联网通信装置(20)中的每个物联网通信装置(20)使用射频电磁信号，所述射频电磁信号由所述基站实体(111)的天线设备(119)接收，以至少在从所述多个物联网通信装置(20)中的每个物联网通信装置(20)朝向所述基站实体(111)的方向上发送所述小的并且不频繁的通信数据，和/或所述射频电磁信号由所述基站实体(111)的天线设备(119)发送，以至少在从所述基站实体(111)朝向所述多个物联网通信装置(20)中的每个物联网通信装置(20)的方向上接收所述小的并且不频繁的通信数据，其中，
-所述小的并且不频繁的通信数据的有效载荷大小低于10千字节，和/或
-所述小的并且不频繁的通信数据具有低于每秒10比特的每至少60分钟的时间间隔的平均比特率，
其中，所述移动通信网络(100)向所述移动通信网络(100)的移动用户(40)提供移动通信服务，其涉及具有至少每秒9600比特的比特率的移动通信数据并且使用所述基站实体(111)的所述天线设备(119)或进一步天线设备，其中，所述基站实体(111)和所述移动用户(40)之间的空中接口包括至少一个频带内的多个无线电信道，以提供所述移动通信服务，
其中，所述方法包括所述基站实体(111)向所述核心网络(120)的网络节点(121)发送至少部分地作为IP分组的有效载荷部分的一部分的所述小的并且不频繁的通信数据的步骤，
其中，所述多个物联网通信装置(20)中的每个物联网通信装置(20)没有互联网协议(IP)的概念，并且，关于所述多个物联网通信装置(20)中的每个物联网通信装置(20)，在所述移动通信网络(100)的接入网络(110)中执行朝向所述核心网络(120)的所有互通，
并且其中，所述基站实体(111)将所述小的并且不频繁的通信数据封装到所述IP分组或多个IP分组内，并将其发送到目的地地址，其中，所述基站实体(111)维护查找表或其他数据库，使得针对所述多个物联网通信装置(20)中的每个物联网通信装置(20)的特定装置标识符信息，所述目的地地址被存储在所述数据库或所述查找表中。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，用于发送所述小的并且不频繁的通信数据的所述电磁信号是使用一个频率或多个频率来发送的，所述一个频率或多个频率是：
-与用于提供所述移动通信网络(100)的移动通信服务的所述至少一个频带的至少一个无线电信道的频率不同的，和/或
-至少部分地与用于提供所述移动通信网络(100)的移动通信服务的所述至少一个频带的至少一个无线电信道的频率相重叠的，
-在电磁频谱的免许可部分中，或者
-在电磁频谱的经许可部分中。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述物联网通信装置(20)中的每一物联网通信装置发送装置标识符信息，所述装置标识符信息对于所述物联网通信装置(20)中的每一物联网通信装置是唯一的，其中，所述装置标识符信息直接或间接地用作在所述物联网通信装置(20)和所述移动通信网络(100)的基站实体(111)之间的无线电链路上的链路层标识符。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，从所述基站实体(111)向所述核心网络(120)发送的IP分组的目的地地址取决于从所述物联网通信装置(20)接收的装置标识符信息的片段，
其中，所述目的地地址对应于以下各项中的一项：
-网关或中间节点或服务节点或应用服务器，其均位于所述核心网络(120)内或所述核心网络(120)之外但是连接到所述核心网络(120)，
-所述接入网络(110)的另一基站实体，
-所述基站实体(111)本身的地址，
以及其中，除了所述目的地地址之外，定义所述核心网络(120)的下一跳转网络节点的地址，所述下一跳转网络节点对应于所述IP分组的下一个后续目的地。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法包括以下步骤：由所述基站实体(111)将代理IP地址分配给所述物联网通信装置(20)中的至少一个物联网通信装置，其中，在由所述基站实体(111)从所述至少一个物联网通信装置(20)接收小的并且不频繁的通信数据的情况下，所述代理IP地址用作与从基站实体(111)朝向所述核心网络(120)发送的小的并且不频繁的通信数据对应的IP分组的源地址，其中，在小的并且不频繁的通信数据要由所述至少一个物联网通信装置(20)接收的情况下，所述代理IP地址用作目的地地址。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述基站实体(111)维护所述查找表或所述数据库，使得针对物联网通信装置(20)的特定装置标识符信息，下一跳转地址和/或代理IP地址被存储在所述数据库或所述查找表中。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述基站实体(111)通过名称解析机制的手段获取到所述目的地地址和/或所述下一跳转地址和/或所述代理IP地址，将由所述物联网通信装置(20)提供的所述装置标识符信息的至少部分用作到所述名称解析机制的输入参数。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述物联网通信装置(20)被配置为以活动模式和/或以空闲模式和/或以睡眠模式操作，其中，所述物联网通信装置(20)处于活动模式和/或空闲模式和/或休眠模式的时间间隔是在所述物联网通信装置(20)和所述基站实体(111)之间或在所述物联网通信装置(20)和相关联的应用服务器实体之间传送的，或者对于基站实体(111)是已知的，以及其中，在小的并且不频繁的通信数据要发送给所述物联网通信装置(20)的情况下，数据被缓存在所述基站实体(111)中。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，物联网控制装置(25)连接到所述物联网通信装置(20)中的至少一个物联网通信装置，其中，所述方法包括以下步骤：所述物联网控制装置(25)至少部分地生成所述基站实体(111)发送的IP分组，所述IP分组包括所述小的并且不频繁的通信数据，其中，所述物联网控制装置(25)定义所述基站实体(111)向所述网络节点(121)发送的IP分组的目的地地址，和/或其中，所述基站实体(111)对所述IP分组进行添加和/或补充。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述基站实体(111)对所述IP分组进行添加和/或补充包括：所述基站实体(111)对所述IP分组的报头部分和/或源地址进行添加和/或补充。
11.一种用于在一方面的多个物联网通信装置(20)与另一方面的移动通信网络(100)之间发送小的并且不频繁的通信数据的系统，其中，所述系统包括移动通信网络(100)和所述多个物联网通信装置(20)，其中，所述移动通信网络(100)包括接入网络(110)和核心网络(120)，其中，所述接入网络(110)至少包括无线电小区(10)以及与所述无线电小区(10)相关联的基站实体(111)，所述基站实体(111)包括天线设备(119)，其中，所述天线设备(119)用于接收和/或发送所述小的并且不频繁的通信数据，
其中，所述系统被配置为使得所述多个物联网通信装置(20)中的每个物联网通信装置(20)使用射频电磁信号，所述射频电磁信号由所述基站实体(111)的天线设备(119)接收，以至少在从所述多个物联网通信装置(20)中的每个物联网通信装置(20)朝向所述基站实体(111)的方向上发送所述小的并且不频繁的通信数据，和/或所述射频电磁信号由所述基站实体(111)的天线设备(119)发送，以至少在从所述基站实体(111)朝向所述多个物联网通信装置(20)中的每个物联网通信装置(20)的方向上接收所述小的并且不频繁的通信数据，其中，
-所述小的并且不频繁的通信数据的有效载荷大小低于10千字节，和/或
-所述小的并且不频繁的通信数据具有低于每秒10比特的每至少60分钟的时间间隔的平均比特率，
其中，所述系统被配置为使得所述移动通信网络(100)向所述移动通信网络(100)的移动用户(40)提供移动通信服务，涉及具有至少每秒9600比特的比特率的移动通信数据并且使用所述基站实体(111)的所述天线设备(119)或进一步天线设备，其中，所述基站实体(111)和所述移动用户(40)之间的空中接口包括至少一个频带内的多个无线电信道，以提供所述移动通信服务，
其中，所述系统被配置为使得所述基站实体(111)向所述核心网络(120)的网络节点(121)发送至少部分地作为IP分组的有效载荷部分的一部分的所述小的并且不频繁的通信数据，
其中，所述多个物联网通信装置(20)中的每个物联网通信装置(20)没有互联网协议(IP)的概念，并且，关于所述多个物联网通信装置(20)中的每个物联网通信装置(20)，在所述移动通信网络(100)的接入网络(110)中执行朝向所述核心网络(120)的所有互通，
并且其中，所述基站实体(111)将所述小的并且不频繁的通信数据封装到所述IP分组或多个IP分组内，并将其发送到目的地地址，其中，所述基站实体(111)维护查找表或其他数据库，使得针对所述多个物联网通信装置(20)中的每个物联网通信装置(20)的特定装置标识符信息，所述目的地地址被存储在所述数据库或所述查找表中。
12.一种适于在根据权利要求11所述的系统中在一方面的多个物联网通信装置(20)与另一方面的移动通信网络(100)之间发送小的并且不频繁的通信数据的物联网通信装置(20)，其中，所述物联网通信装置(20)包括物联网控制装置(25)。
13.一种用于在一方面的多个物联网通信装置(20)与另一方面的移动通信网络(100)之间发送小的并且不频繁的通信数据的移动通信网络(100)，所述移动通信网络(100)包括接入网络(110)和核心网络(120)，其中，所述接入网络(110)至少包括无线电小区(10)以及与所述无线电小区(10)相关联的基站实体(111)，所述基站实体(111)包括天线设备(119)，其中，所述天线设备(119)用于接收和/或发送所述小的并且不频繁的通信数据，
其中，所述多个物联网通信装置(20)中的每个物联网通信装置(20)被配置为使用射频电磁信号，所述射频电磁信号由所述基站实体(111)的天线设备(119)接收，以至少在从所述多个物联网通信装置(20)中的每个物联网通信装置(20)朝向所述基站实体(111)的方向上发送所述小的并且不频繁的通信数据，和/或所述射频电磁信号由所述基站实体(111)的天线设备(119)发送，以至少在从所述基站实体(111)朝向所述多个物联网通信装置(20)中的每个物联网通信装置(20)的方向上接收所述小的并且不频繁的通信数据，其中，
-所述小的并且不频繁的通信数据的有效载荷大小低于10千字节，和/或
-所述小的并且不频繁的通信数据具有低于每秒10比特的每至少60分钟的时间间隔的平均比特率，
其中，所述移动通信网络(100)被配置为向所述移动通信网络(100)的移动用户(40)提供移动通信服务，涉及具有至少每秒9600比特的比特率的移动通信数据并且使用所述基站实体(111)的所述天线设备(119)或进一步天线设备，其中，所述基站实体(111)和所述移动用户(40)之间的空中接口包括至少一个频带内的多个无线电信道，以提供所述移动通信服务，
其中，所述移动通信网络(100)被配置为使得所述基站实体(111)向所述核心网络(120)的网络节点(121)发送至少部分地作为IP分组的有效载荷部分的一部分的所述小的并且不频繁的通信数据，
其中，所述多个物联网通信装置(20)中的每个物联网通信装置(20)没有互联网协议(IP)的概念，并且，关于所述多个物联网通信装置(20)中的每个物联网通信装置(20)，在所述移动通信网络(100)的接入网络(110)中执行朝向所述核心网络(120)的所有互通，
并且其中，所述基站实体(111)将所述小的并且不频繁的通信数据封装到所述IP分组或多个IP分组内，并将其发送到目的地地址，其中，所述基站实体(111)维护查找表或其他数据库，使得针对所述多个物联网通信装置(20)中的每个物联网通信装置(20)的特定装置标识符信息，所述目的地地址被存储在所述数据库或所述查找表中。
14.一种计算机可读介质，其存储程序指令，当在计算机上、或在物联网通信装置(20)上、或在移动通信网络(100)的网络部件上、或部分地在物联网通信装置(20)上、以及部分地在移动通信网络(100)的网络部件上执行所述程序指令时，使得所述计算机或所述物联网通信装置(20)和/或所述移动通信网络(100)的网络部件执行根据权利要求1至9中任一项所述的方法。
15.一种用于在一方面的多个物联网通信装置(20)与另一方面的移动通信网络(100)之间发送小的并且不频繁的通信数据的计算机可读介质，所述计算机可读介质包括被存储在存储介质上的计算机程序，当在计算机上、或在物联网通信装置(20)上、或在移动通信网络(100)的网络部件上、或部分地在物联网通信装置(20)上、以及部分地在移动通信网络(100)的网络部件上执行所述计算机程序时，使得所述计算机或所述物联网通信装置(20)和/或所述移动通信网络(100)的网络部件执行根据权利要求1至9中任一项所述的方法。
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