CN111405645A - 基于业务时延与混合周期可调整的下行非连续接收方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于业务时延与混合周期可调整的下行非连续接收方法。本发明在于提出基于业务时延与混合周期可调整的下行非连续接收方法,从5G空口MAC协议下行链路的角度思考,对RRC连接态中DRX周期进行混合调整,进一步寻求一种能满足大规模物联网业务的终端省电解决方案。本发明应用于5G系统中mMTC场景的广义物联网业务部署,包括以传感器数据为主的物联网终端和低延时高可靠业务,且适用于终端下行数据传输过程,能有效地降低下行数据传输引起的不必要的功耗,满足业务体验的同时提高了电池节能性。
Description
技术领域
本发明涉及5G大规模物联网技术领域,特别涉及基于业务时延与混合周期可调整的下行非连续接收方法。
背景技术
面向5G移动通信的大规模物联网应用场景,全球要实现数千亿的物联网终端互联,随之应运而生出更多的垂直化产业,因此终端功耗问题日益凸显。随着绿色通信理念的提出与大规模机器类通信(massive Machine Type of Communication,mMTC)场景的商业化,各类物联网产业对低功耗需求不断增加,延长终端电池寿命,对绿色通信具有一定的实际意义。
3GPP标准组织提出将非连续接收机制(Discontinuous Reception,DRX,DRX)作为终端节能的关键技术,是移动通信领域研究的热点,主要应用于终端下行数据传输。DRX机制基本思想,即终端周期性地监听下行控制信道,间断地接收数据,大部分时间处于休眠状态,从而降低功耗。终端的能量消耗大部分来源于RRC_CONNECTED状态的DRX机制,而终端节能往往是以牺牲唤醒时延为代价,为此寻求一种方法来权衡节能与唤醒时延的关系是十分有必要的。mMTC场景的通信范畴主要面向时延容忍与时延敏感等物联网业务和少量超可靠低时延通信(Ultra Reliable Low Latency Communications,URLLC)业务,而当前针对DRX机制的研究集中在某一或某类具体业务的DRX各类参数优化,不能很好地满足mMTC场景的广义大规模物联网业务。
发明内容
本发明的目的在于提出基于业务时延与混合周期可调整的下行非连续接收方法,从5G空口MAC协议下行链路的角度思考,对RRC连接态中DRX周期进行混合调整,进一步寻求一种能满足大规模物联网业务的终端省电解决方案。
针对上述目的,本发明所述的基于业务时延与混合周期可调整的下行非连续接收方法,包括以下步骤:
步骤一:基于3GPP Release15标准,RRC配置DRX相关参数。包括:根据RRC协议说明配置去激活定时器(drx-InactivetyTimer)、DRX短周期循环定时器(drx-ShortCycleTimer)、持续时间定时器(drx-onDurationTimer),drx-InactivetyTimer配置最小的数值在1~16之间选取,drx-onDurationTimer选取2子帧;
步骤二:基于3GPP Release15标准,RRC动态配置DRX短周期;
步骤三:基于3GPP Release15标准,RRC动态配置DRX长周期;
步骤四:设定DRX短周期的迁移因子和DRX短周期的调整系数,更新步骤二的DRX短周期;如下θ
式中,为DRX短周期迁移因子,ids是DRX短周期调整系数,Tmin1和Tmax2分别表示drx-ShortCycle的最小值和最大值,表示第n个DRX短周期,Tds是调度后的drx-ShortCycle;
步骤五:设定DRX长周期的迁移因子和DRX长周期的调整系数,并更新步骤三的DRX长周期;
步骤六:根据5QI标识中不同业务允许的最大时延对步骤四和步骤五中DRX周期进行扩展或缩短;
步骤七:结合mMTC场景,生成ETSI突发数据流量模型;
步骤八:将3GPP Release15标准中RRC_CONNECTED状态下的终端运行机制划分为三个运行时段,运行时段包括活动期、浅休眠期和深休眠期;
步骤九:以步骤七作为步骤八的数据输入集,对步骤八进行马尔可夫建模;
步骤十:采集省电因子和平均等待时延指标衡量DRX性能。
进一步地,所述步骤二包括以下具体步骤:
进一步地,所述步骤三包括以下具体步骤:
3c、任取上述2a的DRX短周期与3a的DRX长周期的两两组合构造四种不同的混合周期可调整的DRX方案。
进一步地,所述步骤六具体包括以下子步骤:
6a、DRX短周期和长周期对应的迁移因子和调整系数根据3GPP Release15标准规范进行设定;
6b、终端根据5QI标识中允许的业务时延上限阈值D5QI对上述动态混合周期进行调度;
如果按照和对DRX短周期进行正向跃迁,DDRX<<D5QI,同时正向跃迁DRX长和短周期,只正向跃迁长周期;如果D5QI<DDRX<2D5QI,根据和对DRX短周期进行反向跃迁,DDRX>2D5QI,只反向跃迁DRX长周期;当DDRX=D5QI,DRX短和长周期均不跃迁;
6c、对所述步骤五的DRX周期调整系数对比D5QI调整ids。
进一步地,所述步骤七中,所述ETSI突发数据流量模型如下:
根据ETSI流量分布情况,所述步骤七包括以下步骤:
7a、计算新的分组呼叫在当前会话期间到达的概率,为:ppc=1-1/μpc,
7b、计算新的分组呼叫在下一次会话开始时到达的概率,为:ps=1/μpc。
进一步地,所述步骤八包含以下步骤:
8a、活动期由多个drx-InactivetyTimer组成,在活动期间终端连续监听下行控制信道,直至定时器超时;
8b、浅休眠期是从活动期定时器溢出后转换,包含Ns个DRX短周期,大小由drx-ShortCycleTimer定时器的配置决定,在浅休眠期,终端只在drx-onDurationTimer定时器内连续监听下行控制信道,其余时间一直休眠;
8c、深休眠期是从浅休眠期定时器溢出后转化而来,包含至少一个DRX长周期。同样地,在此期间,终端只在drx-onDurationTimer定时器内连续监听下行控制信道,其余时间一直休眠,与浅休眠期不同的是深休眠期的终端休眠时间远长于浅休眠期。当完成深休眠期后终端将转换至活动期进行接收数据。
进一步地,所述步骤九将步骤八的运行时段设置为状态{SI,SS,SL},包含以下步骤:
9e、计算状态{SI,SS,SL}的马尔可夫状态转移矩阵,如下:
9f、计算步骤九中9e的平稳分布,为:
式中,p12=ppc(1-q1)+ps(1-q2),p23=ppc(1-q3)+ps(1-q4)。
进一步地,所述步骤十包括以下步骤:
10a、计算终端停留在状态SI的总时间均值E[T1],如下:
10b、计算终端停留在状态SS的总时间均值E[T2]和有效睡眠时间均值E[T2 *];状态SS的总时间均值E[T2]如下:
式中,tcs是状态SI经历的总时间,Ns为n个短DRX周期。
在状态SS的有效睡眠时间不监听下行控制信道,则不包括定时器drx-onDurationTimer,则状态SS有效睡眠时间应为tcs-Ton,则E[T2 *]如下:
10c、计算终端停留在状态SL的总时间均值E[T3]和有效睡眠时间均值E[T3 *];状态SL的总时间均值E[T3]如下:
式中,Tcl是深休眠经历的总时间,存在n个DRX长周期Tdl。
与10b同理,在状态SL的有效睡眠时间不监听下行控制信道,不包括定时器drx-onDurationTimer,则状态SL的有效睡眠时间应为tcl-Ton,则E[T3 *]如下:
10d、假设前j-1个DRX周期均无分组到达,计算新分组呼叫在第j个DRX周期到达的概率,如下:
10e、计算混合周期调整的DRX省电因子P。省电因子是指有效睡眠时间占总时长的百分比。将上述与省电因子相关的公式带入以下式子,可求解出省电因子,如下:
10f、计算混合周期调整的DRX平均等待时延E[D]。平均等待时延是终端在DRX机制中占有的有效睡眠时间百分比。将上述与平均等待时延相关的公式带入下面公式,可求解出本方法的平均等待时延,具体如下:
本发明具有以下优点:
本发明基于3GPP Release15标准对DRX机制长和短周期动态配置,使其灵活的进行混合周期调整,扩展了标准周期的使用范畴。在满足mMTC广义物联网业务最大时延要求的同时,最大化延长DRX混合周期的睡眠时间,从而有效地节省电池电量和节约终端下行数据接收产生的能量,是良好的节能与时延的平衡点。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解,构成本申请的一部分,并不构成对本发明实施例的限定。在附图中:
图1是本发明流程图。
图2是混合周期运行示意图。
图3是RRC_CONNECTED的划分状态DRX马尔可夫模型。
具体实施方式
在对本发明的任意实施例进行详细的描述之前,应该理解本发明的应用不局限于下面的说明或附图中所示的结构的细节。本发明可采用其它的实施例,并且可以以各种方式被实施或被执行。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性改进前提下所获得的所有其它实施例,均属于本发明保护的范围。
如图1所示的基于业务时延与混合周期可调整的下行非连续接收方法,包括以下步骤:
步骤一、基于3GPP Release15标准,RRC配置DRX相关参数。包括:根据RRC协议规定,配置去激活定时器(drx-InactivetyTimer)、DRX短周期循环定时器(drx-ShortCycleTimer)、持续时间定时器(drx-onDurationTimer)。drx-InactivetyTimer的增大往往伴随着功耗的增加,因此配置最小的数值;drx-ShortCycleTimer数值在1~16之间选取;drx-onDurationTimer选取2子帧。
步骤二、基于3GPP Release15标准,RRC动态配置DRX短周期。
所述步骤二包括以下具体步骤:
步骤三、基于3GPP Release15标准,RRC动态配置DRX长周期;
所述步骤三包括以下具体步骤:
3c、任取上述2a的DRX短周期与3a的DRX长周期的两两组合构造四种不同的混合周期可调整的DRX方案。混合周期运行示意图见图2。
步骤四、设定迁移因子和调整系数,更新步骤二的DRX短周期;如下:
步骤五、设定区别于步骤四的迁移因子和调整系数,更新步骤三的DRX长周期;
步骤六、根据QCI标识中不同业务允许的最大时延对步骤四和五进行合理的DRX周期扩展或缩短。
所述步骤六包括以下步骤:
6a、DRX短周期和长周期对应的迁移因子和调整系数都是根据3GPP规范进行设定;
6b、终端根据3GPP标准中5QI参数允许的业务时延上限阈值D5QI对上述动态混合周期进行调度。
如果按照和对DRX短周期进行正向跃迁,DDRX<<D5QI,同时正向跃迁DRX长和短周期,只正向跃迁长周期;如果D5QI<DDRX<2D5QI,根据和对DRX短周期进行反向跃迁,DDRX>2D5QI,只反向跃迁DRX长周期;当DDRX=D5QI,DRX短和长周期均不跃迁;
6c、上述步骤五的数值如若与D5QI存在一定差值空间,如果差值较小,则根据ids轻微调整,否则根据idl进行轻调整,从而达到业务时延与节能最大化的平衡。
步骤七、结合mMTC场景具有小数据、突发性的特点,采纳欧洲电信标准协会提出的ETSI突发数据流量模型。该数据流量模型中,会话包括当前服务会话和下一次服务会话,每个会话至少有一个分组呼叫,分组呼叫有多个数据包。
所述步骤七包括以下步骤:
7a、计算新的分组呼叫在当前会话期间到达的概率,为:ppc=1-1/μpc,
7b、计算新的分组呼叫在下一次会话开始时到达的概率,为:ps=1/μpc
其流量分布情况如下:
步骤八、将3GPP Release15标准中RRC_CONNECTED状态下的终端运行机制划分为三个运行时段,即活动期、浅休眠期和深休眠期。
所述步骤八包含以下步骤:
8a、活动期由多个drx-InactivetyTimer组成,在该期间终端连续监听下行控制信道,直至最后一个drx-InactivetyTimer定时器超时。
8b、浅休眠期从活动期定时器溢出后转换而来,包含Ns个DRX短周期,大小由drx-ShortCycleTimer定时器的配置决定。在此期间,终端只在drx-onDurationTimer定时器内连续监听下行控制信道,其余时间一直在休眠。
8c、深休眠期是从浅休眠期定时器溢出后转化而来,包含至少一个DRX长周期。同样地,在此期间,终端只在drx-onDurationTimer定时器内连续监听下行控制信道,其余时间一直休眠,与浅休眠期不同的是深休眠期的终端休眠时间远长于浅休眠期。当完成深休眠期后终端将转换至活动期进行接收数据。
步骤九、以步骤七作为步骤八的数据输入集,对步骤八进行马尔可夫建模如图3所示。
所述步骤九将步骤八的运行时段设置为状态{SI,SS,SL},包含以下步骤:
9e、计算状态{SI,SS,SL}的马尔可夫状态转移矩阵,如下:
9f、计算步骤九中9e的平稳分布,为:
式中,p12=ppc(1-q1)+ps(1-q2),p23=ppc(1-q3)+ps(1-q4)。
步骤十、采集省电因子和平均等待时延指标衡量DRX性能。
所述步骤十包括以下步骤:
10a、计算终端停留在状态SI的总时间均值E[T1],如下:
10b、计算终端停留在状态SS的总时间均值E[T2]和有效睡眠时间均值E[T2 *];状态SS的总时间均值E[T2]如下:
式中,tcs是状态SI经历的总时间,Ns为n个短DRX周期。
在状态SS的有效睡眠时间不监听下行控制信道,则不包括定时器drx-onDurationTimer,则状态SS有效睡眠时间应为tcs-Ton,则E[T2 *]如下:
10c、计算终端停留在状态SL的总时间均值E[T3]和有效睡眠时间均值E[T3 *];状态SL的总时间均值E[T3]如下:
式中,Tcl是深休眠经历的总时间,存在n个DRX长周期Tdl。
与10b同理,在状态SL的有效睡眠时间不监听下行控制信道,不包括定时器drx-onDurationTimer,则状态SL的有效睡眠时间应为tcl-Ton,则E[T3 *]如下:
10d、假设前j-1个DRX周期均无分组到达,计算新分组呼叫在第j个DRX周期到达的概率,如下:
10e、计算混合周期调整的DRX省电因子P。省电因子是指有效睡眠时间占总时长的百分比。将上述与省电因子相关的公式带入以下式子,可求解出省电因子,如下:
10f、计算混合周期调整的DRX平均等待时延E[D]。平均等待时延是终端在DRX机制中占有的有效睡眠时间百分比。将上述与平均等待时延相关的公式带入下面公式,可求解出本方法的平均等待时延,具体如下:
以上所述的具体实施方式,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施方式而已,并不用于限定本发明的保护范围,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.基于业务时延与混合周期可调整的下行非连续接收方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一:基于3GPP Release15标准,RRC配置DRX相关参数,包括:根据RRC协议说明配置去激活定时器(drx-InactivetyTimer)、DRX短周期循环定时器(drx-ShortCycleTimer)、持续时间定时器(drx-onDurationTimer);
步骤二:基于3GPP Release15标准,RRC动态配置DRX短周期;
步骤三:基于3GPP Release15标准,RRC动态配置DRX长周期;
步骤四:设定DRX短周期的迁移因子和DRX短周期的调整系数,更新步骤二的DRX短周期;如下:
式中,为DRX短周期迁移因子,ids是DRX短周期调整系数,Tmin1和Tmax2分别表示drx-ShortCycle的最小值和最大值,表示第n个DRX短周期,Tds是调度后的drx-ShortCycle;
步骤五:设定DRX长周期的迁移因子和DRX长周期的调整系数,并更新步骤三的DRX长周期;
步骤六:根据3GPP 23.501标准的5QI标识中不同业务允许的最大时延对步骤四和步骤五中DRX周期进行扩展或缩短;
步骤七:结合mMTC场景,生成ETSI突发数据流量模型;
步骤八:将3GPP Release15标准中RRC_CONNECTED状态下的终端运行机制划分为三个运行时段,运行时段包括活动期、浅休眠期和深休眠期;
步骤九:以步骤七作为步骤八的数据输入集,对步骤八进行马尔可夫建模;
步骤十:采集省电因子和平均等待时延指标衡量DRX性能。
4.根据权利要求1所述的基于业务时延与混合周期可调整的下行非连续接收方法,其特征在于:所述步骤六具体包括以下子步骤:
6a、DRX短周期和长周期对应的迁移因子和调整系数根据3GPP Release15标准规范进行设定;
6b、终端根据不同业务的5QI业务时延上限阈值D5QI对上述动态混合周期进行调度;
如果按照和对DRX短周期进行正向跃迁,DDRX<<D5QI,同时正向跃迁DRX长和短周期,只正向跃迁长周期;如果D5QI<DDRX<2D5QI,根据和对DRX短周期进行反向跃迁,DDRX>2D5QI,只反向跃迁DRX长周期;当DDRX=D5QI,DRX短和长周期均不跃迁;
6c、对所述步骤五的DRX短周期调整系数对比D5QI调整ids。
6.根据权利要求1所述的基于业务时延与混合周期可调整的下行非连续接收方法,其特征在于:所述步骤八包含以下步骤:
8a、活动期由多个drx-InactivetyTimer组成,在活动期间终端连续监听下行控制信道,直至定时器超时;
8b、浅休眠期是从活动期定时器溢出后转换,包含Ns个DRX短周期,大小由drx-ShortCycleTimer定时器的配置决定,在浅休眠期,终端只在drx-onDurationTimer定时器内连续监听下行控制信道,其余时间一直休眠;
8c、深休眠期是从浅休眠期定时器溢出后转化,包含至少一个DRX长周期,在此期间,终端只在drx-onDurationTimer定时器内连续监听下行控制信道,其余时间一直休眠,当完成深休眠期后终端将转换至活动期进行接收数据。
7.根据权利要求6所述的基于业务时延与混合周期可调整的下行非连续接收方法,其特征在于:所述步骤九将步骤八的运行时段设置为状态{SI,SS,SL},包含以下步骤:
9a、计算在状态SI的drx-InactivetyTimer定时器溢出之前,新的分组呼叫在当前会话到达的概率;
9b、计算在状态SI的drx-InactivetyTimer定时器溢出之前,新的分组呼叫在下一次会话到达的概率;
9c、计算在状态SS的drx-ShortCycleTimer定时器溢出之前,新分组呼叫在当前会话到达的概率;
9d、计算在状态SS的drx-ShortCycleTimer定时器溢出之前,新分组呼叫在下一次会话到达的概率;
9e、计算状态{SI,SS,SL}的马尔可夫状态转移矩阵;
9f、计算所述9e中马尔可夫状态转移矩阵的平稳分布。
8.根据权利要求1所述的基于业务时延与混合周期可调整的下行非连续接收方法,其特征在于:所述步骤十包括以下步骤:
10a、计算终端停留在状态SI的总时间均值E[T1];
10b、计算终端停留在状态SS的总时间均值E[T2]和有效睡眠时间均值E[T2 *],在状态SS的有效睡眠时间不监听下行控制信道,不包括定时器drx-onDurationTimer;
10c、计算终端停留在状态SL的总时间均值E[T3]和有效睡眠时间均值E[T3 *],在状态SL的有效睡眠时间不监听下行控制信道,不包括定时器drx-onDurationTimer;
10d、当前j-1个DRX周期均无分组到达,计算新分组呼叫在第j个DRX周期到达的概率。
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