CN108419218A - 一种用于机器对机器通信的资源复用方法 - Google Patents

一种用于机器对机器通信的资源复用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于机器对机器通信的资源复用方法,包括如下步骤:⑴在预定区域内为每个机器指定一个唯一的带宽请求序列;当机器有业务数据发送时,在公用带宽请求信道上发送该带宽请求序列;⑵充当网关的蜂窝设备将检测到的带宽请求序列的ID上报给演进型基站,演进型基站确定不同机器簇之间的资源复用模式,并将资源复用的调度信息通知各个机器;⑶根据演进型基站的调度信息,各个机器按照预定的资源复用模式传递数据给蜂窝设备。本发明所提供的资源复用方法对M2M机器的带宽请求做了特别设计和复用,从而获取瞬时的资源复用信息而不引入额外的探测过程。通过这种机制,资源可以在不同的蜂窝设备之间进行高效复用。

Description

一种用于机器对机器通信的资源复用方法
技术领域
本发明涉及一种资源复用方法,尤其涉及一种用于机器对机器通信的带宽资源复用方法,属于物联网技术领域。
背景技术
在未来的物联网(internet of things)世界中,机器对机器通信(Machine-to-machine,简称M2M)被认为是其中最主要的技术形态之一。M2M技术侧重于移动终端的互联和集控管理,是通信营运商的主要物联网业务领域。目前,如何将无线传感器、传感器网络与蜂窝无线系统进行深度集成,仍然是M2M技术中亟需解决的主要技术问题之一。
图1显示了现有技术中,在蜂窝无线系统中实现M2M技术的一个解决方案示例。在该示例中,M2M机器(简称机器)只有一个空中接口,并且共享FDD/TDD蜂窝无线系统的下行信道的频谱。假设在一个小区内,已经给机器指定了M2M网关,并且所有的蜂窝设备/用户设备处于RRC_Connected状态,所有机器已经完成网络登录过程。
其中,演进型基站(eNB):
—在FDD模式下,使用蜂窝无线系统的下行(DL)信道和上行(UL)信道
—在下行信道中,利用载波给M2M机器和蜂窝设备(充当M2M网关)发送信号,在上行信道只接收蜂窝设备的信号。
蜂窝设备/用户设备(具备充当M2M网关或传感器网关的能力):
—在FDD模式下,使用蜂窝无线系统的上行和下行信道
—在上行信道中,利用载波给演进型基站发送信号,在下行信道中,接收M2M机器和演进型基站的信号。
M2M机器(简称机器):
—在TDD模式下,使用下行信道进行资源操作
—在下行信道中,利用载波给蜂窝设备发送信号并选择性地给其他机器发送信号,并利用载波从演进型基站接收信号并选择性地接收其他机器的信号。
如图1所示,不同的M2M机器簇需要在不同蜂窝设备的帮助下,将其业务发送给演进型基站,其中蜂窝设备充当M2M网关。在图1所示的业务场景中,一个M2M机器簇只需要以较低的发射功率给邻近的蜂窝设备发送业务。因此,不同M2M机器簇到不同蜂窝设备之间的传输过程中,无线资源可以复用。例如,M2M机器簇1中的一个机器正在与其蜂窝设备进行通信的过程中,M2M机器簇3中的一个机器通过复用相同的无线资源仍然可以发送其业务。这是因为M2M机器簇3和M2M机器簇1的距离足够远,相互之间的干扰可以忽略。然而,当两个M2M机器簇之间的距离足够近时(例如图2中的M2M机器簇1和M2M机器簇2),相互之间的干扰会很大,两个M2M机器簇的机器进行通信时不能复用无线资源。因此,如何实现这样的资源复用并避免机器同时传输时的干扰仍然是一个重要的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种用于机器对机器通信的资源复用方法。
为实现上述发明目的,本发明采用下述的技术方案:
一种用于机器对机器通信的资源复用方法,包括如下步骤:
⑴在预定区域内为每个机器指定一个唯一的带宽请求序列;当机器有业务数据发送时,在公用带宽请求信道上发送该带宽请求序列;
⑵充当网关的蜂窝设备将检测到的带宽请求序列的ID上报给演进型基站,所述演进型基站确定不同机器簇之间的资源复用模式,并将资源复用的调度信息通知各个机器;
⑶根据演进型基站的调度信息,各个机器按照预定的资源复用模式传递数据给所述蜂窝设备。
其中较优地,所述带宽请求序列与随机接入序列具有相同的特性。
其中较优地,所述带宽请求序列根据机器ID在每个机器进行静态配置、或机器进入网络时由演进型基站进行通知、或基于机器ID和演进型基站之间的广播信息产生。
其中较优地,所述公用带宽请求信道设置在下行帧部分。
其中较优地,所述步骤⑵中,所述演进型基站接收到每个蜂窝设备上报的带宽请求序列的ID后,根据以下方法生成带宽请求矩阵{mij}:
如果蜂窝设备i上报检测到的序列Sj,则mij=1,其中,i表示矩阵行号,j表示矩阵列号;否则,mij=0;
所述带宽请求矩阵的行表示不同蜂窝设备,列表示不同带宽请求序列的接收状态。
其中较优地,对于带宽请求矩阵的每一列,如果其中的每一个元素小于或等于1,则将同一资源分配给这些带宽请求序列。
其中较优地,所述演进型基站的调度消息中包含复用带宽请求序列ID和专用资源,并且包含专用的监听蜂窝设备ID。
其中较优地,所述监听蜂窝设备ID由无线资源控制消息进行通知,并通过专用的无线资源控制信令信道交付给指定的蜂窝设备。
其中较优地,在资源分配前,量化的CQI等级和每个带宽请求序列的ID一起上报给演进型基站;在资源分配后,所述演进型基站通知各带宽请求序列的ID的相关CQI等级,以便每个机器知道在接下来的复用传输中使用哪种调制编码。
与现有技术相比较,本发明所提供的资源复用方法对M2M机器的带宽请求做了特别设计和复用,从而获取瞬时的资源复用信息而不引入额外的探测过程。通过这种机制,资源可以在不同的蜂窝设备之间进行高效复用。另外,为了下一步业务传递,本发明可以基于瞬时的信道信息将具有业务请求的M2M机器分配给不同蜂窝设备,从而降低由于探测和测量过程带来的时延。
附图说明
图1是蜂窝无线系统中,实现M2M技术的一个解决方案示例图;
图2是实现M2M技术的蜂窝无线系统中,有相互干扰的M2M机器簇的示例图;
图3是实现M2M技术的蜂窝无线系统中,没有相互干扰的M2M机器簇的示例图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术内容展开进一步的详细说明。
为了保证无线资源可以在M2M机器簇之间进行复用而不引入严重的干扰,现有技术中的一个解决方案是增加专门的探测和测量过程。如图1所示,专门的探测信号可以由相关M2M机器进行调度和发送,蜂窝设备会测量这些探测信号并上报给演进型基站。基于这些探测信号,演进型基站可以获取可能的复用模式。在这种解决方案中,需要用于传输每个探测信号的专用无线资源,因此这不是一种高效率的频谱解决方案,尤其是当每个机器的数据传输负载较低时。同时,探测和测量过程会在复用传输资源之前引入额外的时延。另外,当本地事件触发机器传输时,在演进型基站为机器分配传输资源之前需要进行带宽请求过程和基于竞争的随机接入过程。
针对上述问题,本发明首先提供了一种用于机器对机器通信的资源复用方法,以便使作为M2M网关的蜂窝设备可以即时获取资源复用信息。该资源复用方法充分考虑了图1所示场景中不同M2M机器簇之间的资源复用,具体说明如下:
首先,在预定区域内为每个机器指定一个唯一的带宽请求序列。该带宽请求序列与随机接入序列具有相同的特性。该带宽请求序列可以根据机器ID在每个机器进行静态配置、或机器进入网络时由演进型基站进行通知、或基于机器ID和演进型基站之间的广播信息产生。
另一方面,在下行(DL)帧部分定义了公用带宽请求信道。当机器有业务数据发送时,机器会在公用带宽请求信道上发送该带宽请求序列。作为M2M网关的蜂窝设备监测公用带宽请求信道以检测来自邻近机器的带宽请求序列。在蜂窝无线系统信息中,应该扩充一些信息来通知机器公用带宽请求信道的位置。
在本发明的一个实施例中,由于在特定区域内唯一的带宽请求序列与传统的随机接入序列的特性相同(例如3GPP协议中的ZC码),很容易在蜂窝设备处进行检测。当不同的M2M机器簇位于不同距离时,不同蜂窝设备检测到的带宽请求序列可能会不同。例如图2所示,如果两个M2M机器簇靠得很近,并且每个M2M机器簇中都有一个M2M机器发送带宽请求序列,两个M2M机器簇中的两个蜂窝设备会分别检测到两个带宽请求序列,并通过专用信令信道汇报给演进型基站。当接收到来自不同蜂窝设备的相同报告后,演进型基站会将其视为干扰情况,并给这两个带宽请求序列分配两个不同的资源。
另一方面,如图3所示,如果两个M2M机器簇的距离足够远,一个蜂窝设备只能检测一个带宽请求序列(其他带宽请求序列由于距离太远无法检测到),两个蜂窝设备检测到的带宽请求序列不会完全相同。因此,一个蜂窝设备只能上报一个带宽请求序列。演进型基站接收到来自一个蜂窝设备的两个报告后,会将其判定为复用情况,并分配相同的资源给这两个带宽请求序列。需要说明的是:一个蜂窝设备不需要再次重复全部的带宽请求序列,但只需要通知检测到的带宽请求序列ID。
其次,蜂窝设备通过专用信令信道将检测到的带宽请求序列ID上报给演进型基站。然后,演进型基站负责确定不同M2M机器簇之间的资源复用模式,并将资源复用的调度信息通知各个机器。
在上述过程中,演进型基站接收到每个蜂窝设备上报的带宽请求序列ID后,根据以下方法生成带宽请求矩阵{mij}:如果蜂窝设备i上报检测到的序列Sj,则mij=1,其中,i表示矩阵行号,j表示矩阵列号;否则,mij=0。由于只考虑蜂窝设备上报的序列,j的最大值等于上一循环中上报的带宽请求序列数量之和。因此,带宽请求矩阵的行表示不同蜂窝设备,列表示不同带宽请求序列的接收状态。基于该带宽请求矩阵,可以构建一组包含带宽请求序列的复用组。对于带宽请求矩阵的两列或更多列,如果其中的每一个元素小于或等于1,相关序列可以放在一个复用组,意味着相同的资源分配给这些序列。
在本发明的一个实施例中,所提供的一种较优的构建方法是当前带宽请求矩阵的每一列都应该考虑在内,从而将所有可能的复用序列放在一起。
举例来说,如果在演进型基站端接收到的报告是
来自蜂窝设备A的[S1,S2,S3]
来自蜂窝设备B的[S2,S5]
来自蜂窝设备C的[S5,S6]
则带宽请求矩阵为
构建的复用组为[S1S5]、[S2S6]和[S3]。因此,分配给上报的带宽请求序列的资源只有3个,而不是5个。
在演进型基站的资源通知中,一个资源会和一组机器序列ID关联在一起,发送端将会复用这些资源来发送后续的数据和消息。在资源复用的情况下,由于复用机器之间的干扰微乎其微,不会有任何问题。另一方面,不同的蜂窝设备也可以根据演进型基站给机器的相同资源通知决定其监听行为。在图3所示的一个实施例中,蜂窝设备A上报序列ID[S1](M1的带宽请求序列)后,演进型基站在PDCCH(物理下行控制信道)消息上给序列[S1]分配资源(给机器M1)。接收到PDCCH消息后,蜂窝设备A会发现应该在部分资源上进行接收,因为刚刚已经上报过[S1]给演进型基站。因此,蜂窝设备A会在部分资源上接收数据并转发接收到的机器业务给演进型基站。这种情况下,演进型基站的调度消息中应该包含[复用带宽请求序列ID]和[专用资源]。然而,在干扰场景中,由于两个蜂窝设备已经检测出相同的带宽请求序列ID集合,两个蜂窝设备都监听相同的内容并转发给演进型基站是没必要的。这种情况下,专用的监听蜂窝设备ID需要在各带宽请求序列的ID中进行指定。在图2所示的干扰示例中,一个资源分配给S2,并通知其额外的蜂窝设备A为监听蜂窝设备ID;一个资源分配给S3,其中蜂窝设备B作为特定的监听蜂窝设备ID。
需要说明的是,本发明中监听者的指定应该由一些其他的RRC(无线资源控制)消息进行通知,这些RRC消息通过专用RRC信令信道交付给指定的蜂窝设备。在RRC消息中,一个或几个带宽请求序列ID可以作为接收序列ID通知给蜂窝设备。一旦一个资源被分配给通知的接收序列ID,相应的蜂窝设备将会处于监听状态。这个监听者通知过程是一个与PDCCH分配同步的动态过程。或者可选择地,该过程也可以是基于带宽请求序列ID(机器)和蜂窝设备之间先前配对信息的更新过程。由此可以看出,该方法只需要为每个资源分配指明复用的带宽请求序列ID,对PDCCH消息只有少量的改变。并且,监听者的相关信息可以在专用RRC信令信道上通过使用高阶调制和编码特性的更高频谱利用方式进行传递。
为了充分利用资源,在本发明的一个实施例中,机器到网关的信道CQI(信道质量指示)信息可以通过接收到的带宽请求序列进行估计。在资源分配前,量化的CQI等级可以和每个带宽请求序列ID一起上报给演进型基站。在资源分配后,演进型基站应该通知各带宽请求序列ID的相关CQI等级,以便每个机器知道在接下来的复用传输中使用哪种调制编码。上报的与每一个带宽请求序列关联的CQI等级也可以用于为相关机器选择一个较好的蜂窝设备充当监听者。例如,当演进型基站接收到多个不同蜂窝设备上报的相同带宽请求序列ID时,具有最高检测CQI等级的蜂窝设备会被选择为监听者。
在一些特定场景中,各个机器的调制和编码属性是固定的,此时CQI信息可以从带宽请求报告中删除。蜂窝设备的带宽请求报告中是否需要CQI信息,也可以通过演进型基站的一些RRC消息来进行配置。在其他一些场景中,当机器传输的大小固定时,演进型基站可以直接分配足够的无线资源给机器进行传输,而不需要专用的带宽请求报告。在这种情况中,上述M2M机器簇之间的复用方式依然可以运作。
最后,根据演进型基站的调度信息,机器按照预定的资源复用模式传递数据给蜂窝设备(M2M网关)。
与现有技术相比较,本发明所提供的资源复用方法对M2M机器的带宽请求做了特别设计和复用,从而获取瞬时的资源复用信息而不引入额外的探测过程。通过这种机制,资源可以在不同的蜂窝设备之间进行高效复用。另外,为了下一步业务传递,本发明可以基于瞬时的信道信息将具有业务请求的M2M机器分配给不同蜂窝设备,从而降低由于探测和测量过程带来的时延。
上面对本发明所提供的用于机器对机器通信的资源复用方法进行了详细的说明。对本领域的一般技术人员而言,在不背离本发明实质精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动,都将构成对本发明专利权的侵犯,将承担相应的法律责任。

Claims (9)

1.一种用于机器对机器通信的资源复用方法,其特征在于包括如下步骤:
⑴在预定区域内为每个机器指定一个唯一的带宽请求序列;当机器有业务数据发送时,在公用带宽请求信道上发送该带宽请求序列;
⑵充当网关的蜂窝设备将检测到的带宽请求序列的ID上报给演进型基站,所述演进型基站确定不同机器簇之间的资源复用模式,并将资源复用的调度信息通知各个机器;
⑶根据演进型基站的调度信息,各个机器按照预定的资源复用模式传递数据给所述蜂窝设备。
2.如权利要求1所述的资源复用方法,其特征在于:
所述步骤⑴中,所述带宽请求序列与随机接入序列具有相同的特性。
3.如权利要求1所述的资源复用方法,其特征在于:
所述步骤⑴中,所述带宽请求序列根据机器ID在每个机器进行静态配置、或机器进入网络时由演进型基站进行通知、或基于机器ID和演进型基站之间的广播信息产生。
4.如权利要求1所述的资源复用方法,其特征在于:
所述步骤⑴中,所述公用带宽请求信道设置在下行帧部分。
5.如权利要求1所述的资源复用方法,其特征在于:
所述步骤⑵中,所述演进型基站接收到每个蜂窝设备上报的带宽请求序列的ID后,根据以下方法生成带宽请求矩阵{mij}:
如果蜂窝设备i上报检测到的序列Sj,则mij=1,其中,i表示矩阵行号,j表示矩阵列号;否则,mij=0;
所述带宽请求矩阵的行表示不同蜂窝设备,列表示不同带宽请求序列的接收状态。
6.如权利要求5所述的资源复用方法,其特征在于:
所述步骤⑵中,对于带宽请求矩阵的每一列,如果其中的每一个元素小于或等于1,则将同一资源分配给这些带宽请求序列。
7.如权利要求1所述的资源复用方法,其特征在于:
所述步骤⑵中,所述演进型基站的调度消息中包含复用带宽请求序列ID和专用资源,并且包含专用的监听蜂窝设备ID。
8.如权利要求7所述的资源复用方法,其特征在于:
所述监听蜂窝设备ID由无线资源控制消息进行通知,并通过专用的无线资源控制信令信道交付给指定的蜂窝设备。
9.如权利要求1所述的资源复用方法,其特征在于:
在资源分配前,量化的CQI等级和每个带宽请求序列的ID一起上报给演进型基站;在资源分配后,所述演进型基站通知各带宽请求序列的ID的相关CQI等级,以便每个机器知道在接下来的复用传输中使用哪种调制编码。
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