CN110225512B - 一种蜂窝物联网的无线资源控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种蜂窝物联网的无线资源控制方法，包括：在蜂窝物联网的终端与接入网设备连接后，接入网设备实时获取终端的上下文信息，分析上下文信息以获取终端的业务特征；接入网设备根据业务特征对相应的连接配置参数进行配置，以减少终端的数据业务产生后等待发送的时延，并减少终端处于连接无业务状态的时间；接入网设备将配置结果通过RRC消息发送给终端；终端接收到RRC消息后，执行相应的配置并基于配置结果进行物联网业务数据传输；每一次传输完成后，接入网设备更新该终端的上下文信息。本发明能够分析物联网终端的业务特征，根据业务特征配置终端进入对应其业务模式的连接管理模式，满足多样化物联网业务需求。

Description

一种蜂窝物联网的无线资源控制方法及系统

技术领域

本发明涉及一种蜂窝物联网无线资源控制(Radio Resource Control，RRC)的方法及系统，属于无线通信技术领域。

背景技术

无线资源控制(RRC)层作为蜂窝物联网接入网的控制中心可以实现连接控制、资源保留、处理广播消息和寻呼消息、管理无线承载、安全控制的功能，除此以外，还负责下层的参数的配置和管理，将相关配置有效地应用于下层协议。目前蜂窝物联网中的无线资源控制的实现采用协议定义的流程，在实际部署场景中，无线资源控制的具体方式和参数由运营商自行制定，主要由网络运行管理控制中心基于网络监控状况进行接入网设备参数配置和调整。

当前已有的EC-GSM-IoT、LTE-M和NB-IoT三种蜂窝物联网技术方案的无线资源控制也均是基于固有的参数进行配置，在实际部署中，由设备厂商和运营商进行参数配置，在运行过程中参数不具备动态可变性，无法根据实际业务情况进行个性化配置，不能满足物联网终端的多样化业务需求，也不具备对网络内终端进行动态管理的能力。从而产生较大的无线资源浪费，导致实际部署的蜂窝物联网整体运营效率不高。

发明内容

本发明的目的是提供一种蜂窝物联网的无线资源控制方法及系统，能够分析物联网终端(UE)的业务特征，根据业务特征配置终端进入对应其业务模式的连接管理模式，满足多样化的物联网业务需求。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：

本发明蜂窝物联网的无线资源控制方法包括：在蜂窝物联网的终端与接入网设备连接后，接入网设备实时获取终端的上下文信息，分析所述上下文信息以获取终端的业务特征，所述业务特征包括数据包大小和数据包发送频率；接入网设备根据所述业务特征对相应的连接配置参数进行配置，以减少终端的数据业务产生后等待发送的时延，并减少终端处于连接无业务状态的时间；接入网设备将配置结果通过RRC消息发送给终端；终端接收到RRC消息后，执行相应的配置并基于配置结果进行物联网业务数据传输；每一次传输完成后，接入网设备更新该终端的上下文信息。

进一步地，本发明当蜂窝物联网中有终端请求建立或恢复连接时，如果网络中有空余资源，则接入网设备为该终端建立或恢复连接；如果网络中没有空余资源，则接入网设备基于网络内其他终端的上下文信息获知这些终端的业务状态，并释放其中在长等待时间阈值内无业务状态的终端的连接或挂起其中在短等待时间阈值内无业务状态的终端的连接。

进一步地，本发明当网络资源正常时，接入网设备维持网络内所有终端的连接配置参数；当网络资源预警时，接入网设备基于网络内处于连接状态的终端的业务特征，调整低优先级终端的连接配置参数以减少分配给所述低优先级终端的资源，并将重配置的参数通过RRC消息发送给所述低优先级终端。

实现本发明的一种无线资源控制方法的蜂窝物联网系统包括接入网设备和终端，其中，所述接入网设备能够在蜂窝物联网的终端与接入网设备连接后，实时获取终端的上下文信息，并分析上下文信息以获取终端的业务特征，所述业务特征包括数据包大小和数据包发送频率；接入网设备根据业务特征对相应的连接配置参数进行配置，以减少终端的数据业务产生后等待发送的时延，并减少终端处于连接无业务状态的时间，然后将配置结果通过RRC消息发送给终端；所述终端能够在接收到RRC消息后，执行相应的配置并基于配置结果进行物联网业务数据传输，并且每一次传输完成后，由接入网设备更新该终端的上下文信息。

进一步地，本发明所述的蜂窝物联网系统当蜂窝物联网中有终端请求建立或恢复连接时，如果网络中有空余资源，则接入网设备能够为该终端建立或恢复连接；如果网络中没有空余资源，则接入网设备能够基于网络内其他终端的上下文信息获知这些终端的业务状态，并释放其中在长等待时间阈值内无业务状态的终端的连接或挂起其中在短等待时间阈值内无业务状态的终端的连接。

进一步地，本发明所述的蜂窝物联网系统当网络资源正常时，接入网设备维持网络内所有终端的连接配置参数配置；当网络资源预警时，接入网设备调整低优先级终端的连接配置参数以减少分配给所述低优先级终端的资源，并将重配置的参数通过RRC消息发送给所述低优先级终端。

进一步地，本发明所述接入网设备包括：

上下文资源池，能够在新终端接入到接入网设备时，从协同管理模块获取并存储新终端的上下文信息；在任意终端完成一次数据业务传输后，更新该终端的上下文信息；在任意终端释放连接后，将该终端的上下文信息添加到定期清除队列；

第一数据接收模块，能够接收终端发送的上行控制消息和业务数据消息且从中获得数据接收事件和数据接收信息，并将数据接收事件和数据接收信息发送到协同管理模块；

协同管理模块，能够从上下文资源池中读取终端的上下文信息并进行分析以获取终端的业务特征，所述业务特征包括数据包大小和数据包发送频率；然后根据业务特征对相应的连接配置参数进行配置，以减少终端的数据业务产生后等待发送的时延，并减少终端处于连接无业务状态的时间；而且能够从第一数据接收模块获取数据接收事件和数据接收消息，并将数据接收事件和连接配置参数发送给第一连接控制模块；能够指示第一数据发送模块发送下行控制消息和业务数据消息，所述下行控制消息包括携带连接重配置参数的RRC消息；

第一数据发送模块，能够根据协同管理模块的指示，向终端发送下行控制消息和业务数据消息；

第一连接控制模块，能够接收协同管理模块发送的数据接收事件和连接配置参数，并根据数据接收事件控制终端在空闲状态和连接状态之间进行转移，根据连接配置参数为终端建立资源配置，并将资源配置结果发送给第一下层配置模块；

第一下层配置模块，能够根据所接收到的资源配置结果对接入网设备的数据链路层和物理层资源进行相应的配置。

进一步地，本发明所述终端包括：

第二数据接收模块，能够接收接入网设备发送的下行控制消息和业务数据消息，从中获得数据接收事件和数据接收信息，并将数据接收事件和数据接收信息发送到第二连接控制模块；

第二连接控制模块，能够接收第二数据接收模块发送的数据接收事件和数据接收信息，并根据数据接收事件控制终端在空闲状态和连接状态之间进行转移，从数据接收信息中获取连接配置参数，根据连接配置参数在终端建立资源配置，并将资源配置结果发送给第二下层配置模块；并且能够指示第二数据发送模块发送上行控制消息和业务数据消息；

第二数据发送模块，能够根据第二连接控制模块的指示，向接入网设备发送上行控制消息和业务数据消息；

第二下层配置模块，能够根据来自第二连接控制模块的资源配置结果对终端的数据链路层和物理层资源进行相应的配置。

进一步地，本发明中的协同管理模块从第一数据接收模块获取终端请求建立或恢复连接的RRC消息时，如果网络中有空余资源，则通知第一连接控制模块为该终端建立或恢复连接；如果网络中无空余资源，则协同管理模块从上下文资源池中获取其他终端的上下文信息，分析这些上下文信息以获知这些终端的业务状态，通知第一连接控制模块释放其中在长等待时间阈值内无业务状态的终端的连接或挂起其中在短等待时间阈值内无业务状态的终端的连接；若第一连接控制模块接收到的通知是为终端建立或恢复连接，则第一连接控制模块将该终端从空闲状态转移到连接状态，并向第一下层配置模块发送资源建立或恢复命令；若第一连接控制模块接收到的通知是释放或挂起终端的连接，则第一连接控制模块将该终端从连接状态转移到空闲状态，并向第一下层配置模块发送资源释放或挂起命令；第一下层配置模块若接收到资源建立或恢复命令，则在接入网侧为终端建立或恢复下层资源；第一下层配置模块若接收到资源释放或挂起命令，则在接入网侧释放或挂起终端的资源。

进一步地，本发明蜂窝物联网系统中的第二连接控制模块若从第二数据接收模块接收到的是为终端建立或恢复连接的消息，则根据数据接收消息中的连接配置参数将该终端从空闲状态转移到连接状态，并指示第二下层配置模块在终端侧建立或恢复下层资源；第二连接控制模块若接收到的是释放或挂起终端的连接的消息，则将该终端从连接状态转移到空闲状态，并指示第二下层配置模块在终端侧释放或挂起下层资源。

进一步地，当网络资源正常时，协同管理模块维持网络内所有终端的连接配置参数；当网络资源预警时，协同管理模块调整低优先级终端的连接配置参数以减少分配给所述低优先级终端的资源，并将重配置后的连接配置参数发送到第一连接控制模块，并指示第一数据发送模块向低优先级终端发送携带连接重配置参数的RRC重配置消息；第一连接控制模块能够根据从协同管理模块接收到的连接配置参数，更新接入网侧终端的资源配置，并将资源配置结果发送给第一下层配置模块；第一下层配置模块能够根据接收到的资源配置结果更新接入网侧的数据链路层和物理层资源配置。

进一步地，本发明蜂窝物联网系统的第二连接控制模块能够根据所接收到的数据接收信息中的连接配置参数更新终端的资源配置，并将配置结果发送到第二下层配置模块；第二下层配置模块能够根据资源配置结果更新终端侧的数据链路层和物理层资源配置。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：一方面，通过接入网设备实时获取并分析终端的上下文信息，获取终端的业务特征，根据业务特征对终端的无线资源参数进行配置，配置终端进入符合业务需求的连接状态，在不影响业务的情况下减少UE处于连接状态的时间，降低UE的功耗，满足多样化的物联网业务需求；另一方面，接入网设备能够根据网络内资源的使用情况，分析网络内所有连接状态终端的上下文信息，获取终端的业务特征，基于网络状况释放/挂起低优先级终端的连接，或者调整终端的参数配置，以减少终端持续占用资源造成浪费，实现对网络内所有终端连接参数的动态调整，提高网络容量和资源的利用率。

附图说明

图1为本发明的蜂窝物联网系统的结构示意图；

图2为本发明实施例1示出的一种蜂窝物联网的无线资源控制方法的流程图；

图3为本发明实施例2中，管理空闲状态终端的流程图；

图4为本发明实施例2中，管理连接状态终端的流程图；

图5为本发明实施例3中，对处于连接状态的终端进行资源管理的流程图；

图6为本发明实施例7示出的一种蜂窝物联网的接入网设备的结构示意图；

图7为本发明实施例8示出的一种蜂窝物联网的终端的结构示意图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图，对本发明以具体的实施例进行详细描述。

图1示出了蜂窝物联网系统的架构图，该系统包括两类设备：接入网设备和终端(UE)。

其中，蜂窝物联网的接入网设备可以是基站，也可以是其他通信系统所使用的接入网设备(包括物联网网关)，接入网设备能够实现将空口接收到的无线帧信号和物联网业务数据进行相互转换，物联网的业务数据可以是IP数据报，也可以是非IP的遵循固定格式的物联网数据等；蜂窝物联网的接入网设备除了具备数据传输功能外，还具备对物联网终端进行连接管理以及协调分配空口资源的能力。蜂窝物联网的终端是指在不同的物联网应用场景下具备蜂窝物联网接入能力的包含相应通信模块的终端设备，例如，可以是智慧城市中水表和电表采用的通信终端、道路上行驶的具有C-V2X通信能力的车载终端，也可以是智慧家居中的物联网设备，包括家庭网关以及家用电器中的通信终端。在蜂窝物联网中，终端和接入网设备之间通过建立无线连接，并在UE和接入网设备之间传输RRC控制信令，用于管理和分配无线资源。

本发明所涉及的长等待时间阈值和短等待时间阈值是指接入网设备用于区分终端业务类型并管理终端业务流程的一种预设参数，可以由接入网设备制造商或运营商根据实际部署情况设置，用以区分业务周期长短不同的终端。长等待时间阈值一般大于1小时，短等待时间阈值一般设置为大于1分钟且小于1小时。

本发明所涉及的UE的优先级用于描述UE业务的紧急程度和重要性，高优先级终端一般指通信时延要求低于100ms的终端设备，例如工业互联网中的工业控制设备，低优先级终端一般指时延要求高于100ms的终端设备，例如城市中水表、电表等传感设备。

实施例1：

如图2所示，在本实施例中，蜂窝物联网的无线资源控制方法包括以下步骤：

步骤S101，蜂窝物联网的终端与接入网设备连接后，接入网设备实时获取终端的上下文信息，所述上下文信息包括连接上下文和业务上下文，其中，连接上下文通常包括以下信息：UE类型、UE的标识信息、优先选择用户面还是控制面传输数据、建立起的承载的信息、当前的连接状态、连接状态管理的参数配置；业务上下文通常包括终端数据收发的时间、数据包的大小、数据传输方向、业务时延要求、业务优先级。

步骤S102，接入网设备使用机器学习算法分析终端的上下文信息，获得终端的业务特征，并给出针对该终端业务特征的连接配置参数，以减少终端的数据业务产生后等待发送的时延，并减少终端处于连接无业务状态的时间，降低UE的功耗，满足多样化的物联网业务需求。所述业务特征包括终端物联网业务数据包大小和数据包发送频率，可选地，还包括时延和功耗需求等级。

上述用于分析上下文信息的机器学习算法可以是以下算法中的一种：决策树、随机森林、蒙特卡洛树搜索、朴素贝叶斯和神经网络算法。

具体的，使用决策树算法时将物联网终端之前的连接上下文和业务上下文作为监督学习的样本，把上下文信息中的参数作为决策树的属性，把连接配置参数作为类别，通过学习得到一个分类器，能够对每一次业务和连接状态变化给出正确的连接配置参数。

在分析上下文信息时使用随机森林算法是基于上述决策树，由多个决策树集成“森林”，并且具备X％概率的随机性，使得该算法在分析上下文以及进行参数预测时具有更准确和稳定的效果，X％为随机森林算法中采用的随机概率值，根据算法效果和需求设定。

使用蒙特卡洛树搜索时，接入网设备针对接入UE首先通过扩展树节点并模拟的方式构建蒙特卡洛树，模拟流程基于记录的终端上下文信息完成，最终搜索该树的所有子节点，以节点值函数最高的子节点的RRC连接配置参数作为最终的配置决策。

朴素贝叶斯的方法用于在已有的物联网终端上下文信息和业务特征数据集的基础上，计算出不同业务特征的概率，基于概率值判定终端的业务特征。

神经网络算法用于在已有的物联网终端上下文信息和业务特征数据集的基础上，通过训练上下文信息和业务特征数据集得到对上下文信息具备分析能力的神经网络，该网络中的参数通过迭代训练数据获得，然后基于训练好的网络去分析接入网中存储的终端的上下文信息，获得终端的业务特征。

连接配置参数可选用UE的寻呼周期、低功耗模式、DRX参数、相关定时器参数、物理层和数据链路层的控制参数中的任一种或几种。

步骤S103,接入网设备在给出连接配置参数后判断该参数和当前配置的连接配置参数相比是否发生变化，如果连接配置参数发生变化，则使用变化后的参数值进行重配置。例如，在新的参数配置中，UE的寻呼周期被延长，或者非连续接收的周期被延长。接入网设备将算法给出的连接配置参数通过RRC连接重配置消息发送给UE。

步骤S104，终端在接收到RRC连接重配置消息后，执行UE侧的连接配置参数的重配置流程，当步骤S103中的RRC连接重配置消息中包含的所有的参数都重配置完成后，UE进入到由新的参数定义的连接模式，此时终端向接入网设备回复RRC连接重配置完成消息，告知接入网设备连接重新配置成功，UE成功进入新的连接模式。

步骤S105，在新的连接配置参数下，终端和接入网设备之间通过控制面或用户面执行正常的数据传输流程，这一数据传输流程基于之前重新配置的RRC连接；在这一数据传输过程中，接入网设备基于之前的连接配置参数建立起的上行和下行传输资源以连续方式或断续方式传递一次物联网业务的全部数据。

步骤S106，每一次数据业务传输完成后，接入网设备更新该终端的上下文信息。

实施例2：

本实施例作为本发明的优选方案，可在实施例1的基础上，基于网络中的空余资源情况管理网络中新的连接请求，协调新接入终端和已连接终端之间的资源分配。具体的流程如图3和图4所示。

当蜂窝物联网中处于空闲状态的终端请求建立或恢复连接时，如果网络中有空余资源，则接入网设备为该终端建立或恢复连接，如图3所示:

步骤S201,UE处于空闲状态，没有业务数据传输，当UE有新的数据需要发送给接入网设备或周期性监听寻呼消息时会向接入网设备发送RRC连接建立/恢复请求消息。

步骤S202，UE向接入网设备发送RRC连接建立/恢复请求消息，请求建立或恢复和接入网设备之间的连接，建立起可供使用的无线资源；RRC连接请求消息中包括UE的身份标识、连接建立的原因和建立连接的模式，RRC连接恢复消息则包括UE的恢复标识以及连接建立的原因。

步骤S203，接入网设备在接收到UE的RRC连接请求或恢复消息后，判断当前网络是否有空余资源，如果网络内有空余资源，则执行步骤S204，如果网络内无空余资源，执行步骤S205。

步骤S204，当网络内有空余资源时，接入网设备有能力为终端提供服务，建立或恢复连接配置参数，并基于这些参数配置下层资源，并向终端发送RRC连接建立/恢复消息；UE收到该消息后，基于消息中的连接配置参数建立/恢复终端侧对应的资源。

步骤S205，当网络内无空余资源时，接入网设备使用决策树、随机森林、朴素贝叶斯、蒙特卡洛树搜索、神经网络等机器学习算法分析当前网络内其他所有处于连接状态的UE的上下文信息，获取这些终端的业务状态。如果UE在长等待时间阈值内无业务状态则释放该终端的连接，如果UE在短等待时间阈值内无业务状态则挂起该终端的连接，针对需要释放或挂起连接的终端执行图4所示流程，否则，维持该终端的连接不变。

如果网络中没有空余资源，则接入网设备分析网络内其他终端的上下文信息获知这些终端的业务状态，并释放其中在长等待时间阈值内无业务状态的终端的连接或挂起其中在短等待时间阈值内无业务状态的终端的连接,该方法的详细流程如图4所示：

步骤S301，UE处于连接状态，UE和接入网设备之间可以传输物联网业务数据，并且此时网络状况是实时变化的，可能正在进行业务数据传送，也可能在一段时间内没有业务数据需要发送。

步骤S302，有新的终端请求与接入网设备建立连接但网络内没有空余资源时，接入网设备实时获取其他所有处于连接状态的UE的上下文信息，使用决策树、随机森林、朴素贝叶斯、蒙特卡洛树搜索、神经网络这几种机器学习算法分析终端的上下文信息，获取终端的业务状态。如果UE在长等待时间阈值内无业务状态则释放该终端的连接，如果UE在短等待时间阈值内无业务状态则挂起该终端的连接，针对需要释放或挂起连接的终端执行步骤S303，否则维持终端当前的连接状态。

步骤S303，接入网设备做出针对该UE的连接释放/挂起决策后，会将该决策通过RRC连接释放或挂起消息发送给该UE，UE在接收到该消息后会根据消息中的指示信息释放或挂起当前的RRC连接，完成对该终端连接状态的控制。通过释放/挂起RRC连接能够以减少终端持续占用资源造成的浪费，实现对网络内所有终端连接参数的动态调整，提高网络容量和资源的利用率。

实施例3：

本实施例作为本发明的优选方案，可在实施例1或实施例2的基础上，基于网络中的资源状况和终端的业务特征调整分配给网络中低优先级终端的资源。如图5所示，具体步骤如下：

步骤S401，接入网设备监控网络内资源使用状况，当网络中资源使用较多、剩余可用资源无法满足正常情况下该时段预计将要新增连接数目的需求时，发生网络资源预警，否则认为网络剩余可用资源能够满足该时段预计将要接入的UE的需求，网络资源正常。

步骤S402，当网络资源预警发生后，接入网设备实时获取网络内所有处于连接状态UE的上下文信息，结合当前网络中UE的资源使用情况，使用决策树、随机森林、朴素贝叶斯、蒙特卡洛树搜索、神经网络等机器学习算法分析UE的上下文，获取UE的业务特征，所述业务特征包括数据包发送大小和数据发送频率，接入网设备基于网络内处于连接状态的终端的业务特征，调整其中低优先级终端的连接配置参数以减少分配给该UE的资源，这种方式能够减少资源的浪费，实现对网络内所有终端连接参数的动态调整，提高网络容量和资源的利用率。

步骤S403，在接入网设备通过分析上下文得到需要调整的低优先级终端的连接配置参数后，将新的连接配置参数通过RRC连接重配置消息发送给该UE；在步骤S402中，低优先级UE可能包含多个，接入网设备需要分别对每一个低优先级UE进行RRC连接重配置。

步骤S404，UE接收到接入网设备发来的RRC连接重配置消息后，根据消息中包含的连接配置参数重新配置终端侧的相关参数和下层资源，并进入新的连接控制状态。

实施例4：

本实施例描述了一种可用于实施实施例1的无线资源控制方法的蜂窝物联网系统，该蜂窝物联网系统中包括接入网设备和终端。

其中，接入网设备能够在蜂窝物联网的终端与接入网设备连接后，实时获取终端的上下文信息，并使用决策树、随机森林、朴素贝叶斯、蒙特卡洛树搜索、神经网络等机器学习算法分析上下文信息，获取终端的业务特征，所述业务特征包括数据包大小和数据包发送频率，然后根据业务特征对相应的连接配置参数进行配置，以减少终端的数据业务产生后等待发送的时延，并减少终端处于连接无业务状态的时间，降低UE的功耗，满足多样化的物联网业务需求。接入网设备获得连接配置参数并配置完成后将配置结果通过RRC消息发送给终端。

所述终端能够在接收到RRC消息后，执行相应的配置并基于配置结果进行物联网业务数据传输，并且每一次传输完成后，接入网设备更新该终端的上下文信息。

实施例5：

本实施例是对实施例4的蜂窝物联网系统的进一步改进。具体地说，在本实施例中，当蜂窝物联网中有终端请求建立或恢复连接时，如果网络中有空余资源，则接入网设备能够为该终端建立或恢复连接；如果网络中没有空余资源，则接入网设备使用决策树、随机森林、朴素贝叶斯、蒙特卡洛树搜索、神经网络等机器学习算法分析网络内其他终端的上下文信息，并获取这些终端的业务状态，并释放其中在长等待时间阈值内无业务状态的终端的连接，或者挂起其中在短等待时间阈值内无业务状态的终端的连接，减少该终端对资源的占用，释放资源供其他终端使用，提高网络资源的利用率。

上述业务状态是指终端业务特征中所包含的一项，用于表示UE在此之前最后一次执行业务传输流程的时间。

实施例6：

本实施例是对实施例4或实施例5的蜂窝物联网系统的进一步改进。具体地说，在本实施例中，接入网设备能够实时获取网络内所有处于连接状态的终端的上下文信息，然后使用决策树、随机森林、朴素贝叶斯、蒙特卡洛树搜索、神经网络等机器学习算法，分析每个终端的上下文信息并分别获取这些终端的业务特征，所述业务特征包括数据包大小和数据包发送频率；当网络资源正常，即网络剩余可用资源能够满足该时段预计将要接入的UE的需求时，维持网络内所有终端的连接配置参数配置；当网络资源预警，即网络剩余可用资源无法满足该时段预计将要接入的UE的需求时，接入网设备调整低优先级终端的连接配置参数以减少分配给这些终端的资源，并将重配置的参数通过RRC消息发送给这些终端。例如，接入网设备增大网络中处于连接状态的低优先级终端的DRX周期参数，从而减少该终端在单位时间内处于激活状态的次数，降低终端的功耗。

实施例7：

图6为实施例4至实施例6的蜂窝物联网系统中的接入网设备的结构示意图。如图6所示，接入网设备包括以下模块：上下文资源池11、第一数据接收模块12、协同管理模块13、第一数据发送模块14、第一连接控制模块15、第一下层配置模块16。

上下文资源池11，能够在新终端请求接入到接入网设备时，从协同管理模块13获取并存储新终端的上下文信息，UE的上下文信息包括连接上下文和业务上下文；在任意终端完成一次数据业务传输后，更新该终端的上下文信息；在任意终端释放连接后，将该终端的上下文信息添加到定期清除队列；

第一数据接收模块12，能够用于接收终端发送的上行控制消息和业务数据消息且从中获得数据接收事件和数据接收信息，并将数据接收事件和数据接收信息发送到协同管理模块；上行控制消息包括RRC消息，该模块能够解析RRC消息采用的ASN.1编码格式，获取消息中的有效信息和参数；同时该模块也能够实现物联网UE的上行业务数据的发送，上行业务数据可用通过控制面或用户面发送。

协同管理模块13，用于从上下文资源池11中读取终端的上下文信息，使用决策树、随机森林、朴素贝叶斯、蒙特卡洛树搜索、神经网络等机器学习算法分析上下文信息，获取终端的业务特征，所述业务特征包括数据包大小和数据包发送频率，然后根据业务特征对相应的连接配置参数进行配置，以减少终端的数据业务产生后等待发送的时延，并减少终端处于连接无业务状态的时间；协同管理模块13能够从第一数据接收模块12获取数据接收事件和数据接收消息，并将数据接收事件和连接配置参数发送给第一连接控制模块15；并能够指示第一数据发送模块14发送下行控制消息和业务数据消息，下行控制消息包括携带连接重配置参数的RRC消息；

第一数据发送模块14，能够用于根据协同管理模块13的指示，向终端发送所述下行控制消息和业务数据消息，下行控制消息包括RRC消息，该模块能够将第一连接管理模块15和协同管理模块13生成的参数配置信息和命令需求表示并编码为ASN.1格式，然后发送给终端；同时该模块也能够实现物联网UE的下行业务数据的发送，下行业务数据可用通过控制面或用户面发送。。

第一连接控制模块15，能够用于接收协同管理模块13发送的数据接收事件和连接配置参数，并根据数据接收事件控制终端在空闲状态和连接状态之间进行转移，根据连接配置参数为终端建立资源配置，并将资源配置结果发送给第一下层配置模块16用于对所有接入的物联网终端进行连接状态和连接配置参数的管理，连接状态管理包括控制终端的状态在空闲状态和连接状态之间进行转移、UE和接入网之间连接的建立、释放、重建立、重配置、挂起、恢复、控制相关的信令流程；连接配置参数管理包括为UE建立对应连接配置参数的资源配置；

第一下层配置模块16，能够根据所接收到的资源配置结果对接入网设备的数据链路层和物理层资源进行相应的配置，第一下层配置模块16具备和PDCP层、RLC层、MAC层和物理层之间的管理和参数配置接口，该模块接收第一连接控制模块15传递的决策命令和参数完成对下层资源的配置，至少包括MAC层的相关定时器，逻辑信道优先级、PDCP层的加密和完整性保护算法、报头压缩、传输方式参数。

实施例8：

图7为实施例4至实施例6的蜂窝物联网的终端的结构示意图。如图7所示，终端包括以下模块：第二连接控制模块21、第二数据接收模块22、第二下层配置模块23、第二数据发送模块24。

第二数据接收模块21，能够用于接收接入网设备发送的下行控制消息和业务数据消息，并且从中获得数据接收事件和数据接收信息，并将数据接收事件和数据接收信息发送到第二连接控制模块22；下行控制消息包括RRC消息，该模块能够解析RRC消息的ASN.1编码格式，获取消息中的有效信息和参数；同时该模块也能够实现物联网UE的下行业务数据的接收，下行业务数据可用通过控制面或用户面发送。

第二连接控制模块22，能够用于接收第二数据接收模块21发送的数据接收事件和数据接收信息，并根据数据接收事件控制终端在空闲状态和连接状态之间进行转移，从数据接收信息中获取连接配置参数，根据连接配置参数在终端建立资源配置，并将资源配置结果发送给第二下层配置模块24；并且能够指示第二数据发送模块23发送上行控制消息和业务数据消息；上述数据接收事件包括UE和接入网设备之间连接的建立、释放、重建立、重配置、挂起、恢复以及业务数据传输。

第二数据发送模块23，能够根据第二连接控制模块22的指示，向接入网设备发送所述上行控制消息和业务数据消息；上行控制消息包括RRC消息，该模块能够将与RRC流程相关的参数配置信息和命令需求表示并编码为ASN.1格式，然后发送给接入网设备；同时该模块也能够实现物联网UE的上行业务数据的发送，上行业务数据可用通过控制面或用户面发送。

第二下层配置模块24，能够根据来自第二连接控制模块22的资源配置结果对终端的数据链路层和物理层资源进行相应的配置；第二下层配置模块具备和PDCP、RLC、MAC和物理层之间的管理和参数配置接口，可以基于第二连接控制模块22的命令和参数完成对数据链路层和物理层的资源的参数配置，至少包括MAC层的定时器，逻辑信道优先级、PDCP层的加密和完整性保护算法、报头压缩、传输方式这些参数的配置，指示下层协议根据上述参数建立起相应的资源。

实施例9：

本实施例是对实施例7的蜂窝物联网系统的改进。具体地说，在本实施例中，蜂窝物联网系统中的协同管理模块13从第一数据接收模块12获取终端请求建立或恢复连接的消息，即RRC连接建立/恢复请求消息；接收到上述消息后，如果网络中有空余资源，则通知第一连接控制模块15为该终端建立或恢复连接；如果网络中无空余资源，则协同管理模块13从上下文资源池11获取其他终端的上下文信息，使用决策树、随机森林、朴素贝叶斯、蒙特卡洛树搜索、神经网络等机器学习算法分析这些上下文信息并获知这些终端的业务状态，处于连接状态的终端可能正在进行业务数据的发送与接收，也可能在一段时间内没有数据需要传输；协同管理模块13通知第一连接控制模块15释放其中在长等待时间阈值内无业务状态的终端的连接或挂起其中在短等待时间阈值内无业务状态的终端的连接。

本实施例的接入网设备的第一连接控制模块15负责接收协同管理模块13的通知，如果接收到的通知是为终端建立或恢复连接，则第一连接控制模块15将该终端从空闲状态转移到连接状态，并向第一下层配置模块16发送资源建立或恢复命令；如果接收到的通知是释放或挂起终端连接，则第一连接控制模块15将该终端从连接状态转移到空闲状态，并向第一下层配置模块16发送资源释放或挂起命令；

本实施例的接入网设备的第一下层配置模块16接收第一连接控制模块15下发的连接控制命令，如果接收到资源建立或恢复命令，则在接入网侧为终端建立或恢复下层资源，如果接收到资源释放或挂起命令，则在接入网侧释放或挂起该终端的资源。

实施例10：

本实施例是对实施例8的蜂窝物联网系统的改进。具体地说，在本实施例中，蜂窝物联网系统中的第二连接控制模块22如果从数据接收模块21接收到的是为终端建立或恢复连接的消息，则根据数据接收消息中的连接配置参数将该终端从空闲状态转移到连接状态，并指示第二下层配置模块24在终端侧建立或恢复下层资源；如果从数据接收模块21接收到释放或挂起连接的消息，则将该终端从连接状态转移到空闲状态，并指示第二下层配置模块24在终端侧释放或挂起下层资源。

本实施例中，终端的第二下层配置模块24接收连接控制模块22下发的连接控制命令，当接收到资源建立或恢复命令时，第二下层配置模块24在终端侧建立或恢复下层资源；当接收到资源释放或挂起命令时，第二下层配置模块24在终端侧释放或挂起下层资源。

实施例11：

本实施例是对实施例7或实施例9的蜂窝物联网系统的改进。具体地说，在本实施例中，蜂窝物联网系统中的协同管理模块13实时从上下文资源池11获取所有处于连接状态终端的上下文信息，使用决策树、随机森林、朴素贝叶斯、蒙特卡洛树搜索、神经网络等机器学习算法分析这些上下文信息并获取这些终端的业务特征，所述业务特征包括数据包大小和数据包发送频率；当网络资源正常时，接入网设备的协同管理模块13维持网络内所有终端的连接配置参数；当网络资源预警时，接入网设备的协同管理模块13调整低优先级终端的连接配置参数以减少分配给这些终端的资源，并将重配置后的参数发送到第一连接控制模块15，同时指示第一数据发送模块14将更新后的连接配置参数封装到RRC重配置消息中，然后由第一数据发送模块14将RRC重配置消息发送给终端。

本实施例中的第一连接控制模块15根据从协同管理模块13接收到的连接配置参数，更新接入网侧终端的资源配置，并将资源配置结果发送给第一下层配置模块16，资源配置结果包括资源配置命令和连接配置参数。

第一下层配置模块16接收第一连接控制模块15下发的资源配置结果，更新接入网侧的数据链路层和物理层的资源配置。

实施例12：

本实施例是对实施例8或实施例10的蜂窝物联网系统的改进。具体地说，在本实施例中，蜂窝物联网系统中的第二连接控制模块22从第二数据接收模块21接收RRC重配置消息种包含的连接配置参数，基于上述连接配置参数更新终端的资源配置，并将配置结果发送到第二下层配置模块24，所述配置结果包括资源配置命令和连接配置参数。

本实施例中的第二下层配置模块24接收第二连接控制模块22发送的资源配置结果，基于配置结果中的连接配置参数更新终端侧的数据链路层和物理层资源。

Claims (14)

1.一种蜂窝物联网系统，其特征在于：包括接入网设备和终端，其中，

所述接入网设备包括：

上下文资源池，能够在新终端接入到接入网设备时，从协同管理模块获取并存储新终端的上下文信息；在任意终端完成一次数据业务传输后，更新该终端的上下文信息；在任意终端释放连接后，将该终端的上下文信息添加到定期清除队列；

第一数据接收模块，能够接收终端发送的上行控制消息和业务数据消息且从中获得数据接收事件和数据接收信息，并将数据接收事件和数据接收信息发送到协同管理模块；

协同管理模块，能够从上下文资源池中读取终端的上下文信息并进行分析以获取终端的业务特征，所述业务特征包括数据包大小和数据包发送频率；然后根据业务特征对相应的连接配置参数进行配置，以减少终端的数据业务产生后等待发送的时延，并减少终端处于连接无业务状态的时间；而且能够从第一数据接收模块获取数据接收事件和数据接收消息，并将数据接收事件和连接配置参数发送给第一连接控制模块；能够指示第一数据发送模块发送下行控制消息和业务数据消息，所述下行控制消息包括携带连接重配置参数的RRC消息；

第一数据发送模块，能够根据协同管理模块的指示，向终端发送下行控制消息和业务数据消息；

第一连接控制模块，能够接收协同管理模块发送的数据接收事件和连接配置参数，并根据数据接收事件控制终端在空闲状态和连接状态之间进行转移，根据连接配置参数为终端建立资源配置，并将资源配置结果发送给第一下层配置模块；

第一下层配置模块，能够根据所接收到的资源配置结果对接入网设备的数据链路层和物理层资源进行相应的配置；

所述终端能够在接收到RRC消息后，执行相应的配置并基于配置结果进行物联网业务数据传输，并且每一次传输完成后，由接入网设备更新该终端的上下文信息。

2.根据权利要求1所述的蜂窝物联网系统，其特征在于：

当蜂窝物联网中有终端请求建立或恢复连接时，如果网络中有空余资源，则接入网设备能够为该终端建立或恢复连接；如果网络中没有空余资源，则接入网设备能够基于网络内其他终端的上下文信息获知这些终端的业务状态，并释放其中在长等待时间阈值内无业务状态的终端的连接或挂起其中在短等待时间阈值内无业务状态的终端的连接。

3.根据权利要求1或2所述的蜂窝物联网系统，其特征在于：

当网络资源正常时，接入网设备维持网络内所有终端的连接配置参数配置；当网络资源预警时，接入网设备调整低优先级终端的连接配置参数以减少分配给所述低优先级终端的资源，并将重配置的参数通过RRC消息发送给所述低优先级终端。

4.根据权利要求1或2所述的蜂窝物联网系统，其特征在于，所述终端包括：

第二数据接收模块，能够接收接入网设备发送的下行控制消息和业务数据消息，从中获得数据接收事件和数据接收信息，并将数据接收事件和数据接收信息发送到第二连接控制模块；

第二连接控制模块，能够接收第二数据接收模块发送的数据接收事件和数据接收信息，并根据数据接收事件控制终端在空闲状态和连接状态之间进行转移，从数据接收信息中获取连接配置参数，根据连接配置参数在终端建立资源配置，并将资源配置结果发送给第二下层配置模块；并且能够指示第二数据发送模块发送上行控制消息和业务数据消息；

第二数据发送模块，能够根据第二连接控制模块的指示，向接入网设备发送上行控制消息和业务数据消息；

第二下层配置模块，能够根据来自第二连接控制模块的资源配置结果对终端的数据链路层和物理层资源进行相应的配置。

5.根据权利要求3所述的蜂窝物联网系统，其特征在于，所述终端包括：

第二数据接收模块，能够接收接入网设备发送的下行控制消息和业务数据消息，从中获得数据接收事件和数据接收信息，并将数据接收事件和数据接收信息发送到第二连接控制模块；

第二连接控制模块，能够接收第二数据接收模块发送的数据接收事件和数据接收信息，并根据数据接收事件控制终端在空闲状态和连接状态之间进行转移，从数据接收信息中获取连接配置参数，根据连接配置参数在终端建立资源配置，并将资源配置结果发送给第二下层配置模块；并且能够指示第二数据发送模块发送上行控制消息和业务数据消息；

第二数据发送模块，能够根据第二连接控制模块的指示，向接入网设备发送上行控制消息和业务数据消息；

第二下层配置模块，能够根据来自第二连接控制模块的资源配置结果对终端的数据链路层和物理层资源进行相应的配置。

6.根据权利要求1或2所述的蜂窝物联网系统，其特征在于：

当协同管理模块从第一数据接收模块获取终端请求建立或恢复连接的RRC消息时，如果网络中有空余资源，则通知第一连接控制模块为该终端建立或恢复连接；如果网络中无空余资源，则协同管理模块从上下文资源池中获取其他终端的上下文信息，分析这些上下文信息以获知这些终端的业务状态，通知第一连接控制模块释放其中在长等待时间阈值内无业务状态的终端的连接或挂起其中在短等待时间阈值内无业务状态的终端的连接；

若第一连接控制模块接收到的通知是为终端建立或恢复连接，则第一连接控制模块将该终端从空闲状态转移到连接状态，并向第一下层配置模块发送资源建立或恢复命令；若第一连接控制模块接收到的通知是释放或挂起终端的连接，则第一连接控制模块将该终端从连接状态转移到空闲状态，并向第一下层配置模块发送资源释放或挂起命令；

第一下层配置模块若接收到资源建立或恢复命令，则在接入网侧为终端建立或恢复下层资源；第一下层配置模块若接收到资源释放或挂起命令，则在接入网侧释放或挂起终端的资源。

7.根据权利要求3所述的蜂窝物联网系统，其特征在于：

当协同管理模块从第一数据接收模块获取终端请求建立或恢复连接的RRC消息时，如果网络中有空余资源，则通知第一连接控制模块为该终端建立或恢复连接；如果网络中无空余资源，则协同管理模块从上下文资源池中获取其他终端的上下文信息，分析这些上下文信息以获知这些终端的业务状态，通知第一连接控制模块释放其中在长等待时间阈值内无业务状态的终端的连接或挂起其中在短等待时间阈值内无业务状态的终端的连接；

若第一连接控制模块接收到的通知是为终端建立或恢复连接，则第一连接控制模块将该终端从空闲状态转移到连接状态，并向第一下层配置模块发送资源建立或恢复命令；若第一连接控制模块接收到的通知是释放或挂起终端的连接，则第一连接控制模块将该终端从连接状态转移到空闲状态，并向第一下层配置模块发送资源释放或挂起命令；

第一下层配置模块若接收到资源建立或恢复命令，则在接入网侧为终端建立或恢复下层资源；第一下层配置模块若接收到资源释放或挂起命令，则在接入网侧释放或挂起终端的资源。

8.根据权利要求4所述的蜂窝物联网系统，其特征在于：

第二连接控制模块若从第二数据接收模块接收到的是为终端建立或恢复连接的消息，则根据数据接收消息中的连接配置参数将该终端从空闲状态转移到连接状态，并指示第二下层配置模块在终端侧建立或恢复下层资源；第二连接控制模块若接收到的是释放或挂起终端的连接的消息，则将该终端从连接状态转移到空闲状态，并指示第二下层配置模块在终端侧释放或挂起下层资源。

9.根据权利要求5所述的蜂窝物联网系统，其特征在于：

第二连接控制模块若从第二数据接收模块接收到的是为终端建立或恢复连接的消息，则根据数据接收消息中的连接配置参数将该终端从空闲状态转移到连接状态，并指示第二下层配置模块在终端侧建立或恢复下层资源；第二连接控制模块若接收到的是释放或挂起终端的连接的消息，则将该终端从连接状态转移到空闲状态，并指示第二下层配置模块在终端侧释放或挂起下层资源。

10.根据权利要求1、2或7所述的蜂窝物联网系统，其特征在于：

当网络资源正常时，协同管理模块维持网络内所有终端的连接配置参数；当网络资源预警时，协同管理模块调整低优先级终端的连接配置参数以减少分配给所述低优先级终端的资源，并将重配置后的连接配置参数发送到第一连接控制模块，并指示第一数据发送模块向低优先级终端发送携带连接重配置参数的RRC重配置消息；

第一连接控制模块能够根据从协同管理模块接收到的连接配置参数，更新接入网侧终端的资源配置，并将资源配置结果发送给第一下层配置模块；

第一下层配置模块能够根据接收到的资源配置结果更新接入网侧的数据链路层和物理层资源配置。

11.根据权利要求3所述的蜂窝物联网系统，其特征在于：

当网络资源正常时，协同管理模块维持网络内所有终端的连接配置参数；当网络资源预警时，协同管理模块调整低优先级终端的连接配置参数以减少分配给所述低优先级终端的资源，并将重配置后的连接配置参数发送到第一连接控制模块，并指示第一数据发送模块向低优先级终端发送携带连接重配置参数的RRC重配置消息；

第一连接控制模块能够根据从协同管理模块接收到的连接配置参数，更新接入网侧终端的资源配置，并将资源配置结果发送给第一下层配置模块；

第一下层配置模块能够根据接收到的资源配置结果更新接入网侧的数据链路层和物理层资源配置。

12.根据权利要求6所述的蜂窝物联网系统，其特征在于：

当网络资源正常时，协同管理模块维持网络内所有终端的连接配置参数；当网络资源预警时，协同管理模块调整低优先级终端的连接配置参数以减少分配给所述低优先级终端的资源，并将重配置后的连接配置参数发送到第一连接控制模块，并指示第一数据发送模块向低优先级终端发送携带连接重配置参数的RRC重配置消息；

第一连接控制模块能够根据从协同管理模块接收到的连接配置参数，更新接入网侧终端的资源配置，并将资源配置结果发送给第一下层配置模块；

第一下层配置模块能够根据接收到的资源配置结果更新接入网侧的数据链路层和物理层资源配置。

13.根据权利要求4所述的蜂窝物联网系统，其特征在于：

第二连接控制模块能够根据所接收到的数据接收信息中的连接配置参数更新终端的资源配置，并将配置结果发送到第二下层配置模块；

第二下层配置模块能够根据资源配置结果更新终端侧的数据链路层和物理层资源配置。

14.根据权利要求5、8或9所述的蜂窝物联网系统，其特征在于：

第二连接控制模块能够根据所接收到的数据接收信息中的连接配置参数更新终端的资源配置，并将配置结果发送到第二下层配置模块；

第二下层配置模块能够根据资源配置结果更新终端侧的数据链路层和物理层资源配置。

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