CN112040552A - 一种基于定位辅助的物联网终端接入方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于定位辅助的物联网终端接入方法，属于无线通信技术领域。本发明包括如下步骤：第一节点接收辅助定位节点发送的定位参考信号；所述第一节点将定位信息通过第一信道发送给第二节点；所述第二节点通过第二信道将所述第一节点的配置信息发送给第三节点；第三节点根据所述第一节点的配置信息配置第一节点的随机接入信道配置信息；所述第一节点接收随机接入信道配置信息；所述第一节点选择一条随机接入序列，并且在可用的随机接入信道上发送所述随机接入序列，接入第三节点所在的网络。本发明的有益效果为：有效降低物联网终端随机接入信道的资源开销，保证联网终端的随机接入成功率。

Description

一种基于定位辅助的物联网终端接入方法
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种基于定位辅助的物联网终端接入方法。
背景技术
5G将满足人们再居住、工作、休闲和交通等更重区域的多样化业务需求，即便在密集住宅区、办公室、体育场、露天集会、地铁、快速路、高铁和广域覆盖等具有超高流量密度、超高链接数密度、超高移动性特征的场景，也可以为用户提供超高清饰品、虚拟现实、增强实现、云桌面、在线游戏等极致业务体验，与此同时，5G还将渗透到物联网及各种行业领域，与工业设施、医疗仪器、交通工具等深度融合、有效满足工业、医疗、交通等垂直行业的多样化业务需求，实现真正的“万物互联”。
5G应用场景可以分为两大类，即移动宽带（MBB，Mobile Broadband）和物联网（IoT，Internet Of Things）。其中，移动宽带接入的主要技术需求是高容量，提供高数据速率，以满足数据业务需求的不断增长。物联网主要是受机器通信（MTC，Machine TypeCommunication）需求的驱动，可以进一步分为两种类型，包括低速率的海量机器通信（mMTC，Massive Machine Type Communication）和低时延高可靠的机器通信（Ultra-reliable and Low Latency Communications, URLLC)）。其中，对于mMTC，海量节点低速率接入，传输的数据包通常较小，间隔时间会相对较长，这类节点的成本和功耗通常也会很低；对于URLLC，主要面向实时性和可靠性要去比较高的机器通信，例如，实时警报、实时监控等。
针对mMTC，由于需要接入5G系统的mMTC终端数量非常巨大，如果直接为这些mMTC终端预留足够多的随机接入信道资源来保证这些终端可以成功接入5G系统，那么对于随机接入信道资源的开销是异常巨大的，同时，考虑到5G系统中还同时存在其他类型的终端，例如MBB终端和URLLC终端，如果巨量的随机接入信道资源都配置给了mMTC终端，则无法保证MBB终端和URLLC终端能够成功接入5G系统。
基于上述分析，本发明提出一种针对物联网终端的有效的随机接入方法。
发明内容
为解决现有技术中的问题，本发明提供一种基于定位辅助的物联网终端接入方法。
本发明包括如下步骤：
步骤1：第一节点接收辅助定位节点发送的定位参考信号；
步骤2：所述第一节点将定位信息通过第一信道发送给第二节点；
步骤3：所述第二节点通过第二信道将所述第一节点的配置信息发送给第三节点，其中，所述配置信息至少包括：第一节点的定位信息、第一节点的数量信息和第一节点的服务等级信息；
步骤4：第三节点根据所述第一节点的配置信息配置第一节点的随机接入信道配置信息，
步骤5：所述第一节点接收随机接入信道配置信息，其中，所述随机接入信道配置信息中至少包括：
所述第一节点可用的随机接入信道占用的时频资源信息；
所述第一节点可用的随机接入序列信息；
步骤6：所述第一节点选择一条随机接入序列，并且在可用的随机接入信道上发送所述随机接入序列，接入第三节点所在的网络。
本发明作进一步改进，所述辅助定位节点至少包括：同步卫星或具有定位功能的通信节点，所述第二节点包括物联网中的终端、微基站或者中继基站，所述第三节点包括能够组建物联网网络的基站。
本发明作进一步改进，步骤2中，所述第一信道为IEEE802.11系列协议或者IEEE802.15.1系列协议中的数据传输信道。
本发明作进一步改进，步骤3中，所述第三节点收集至少一个第二节点发送的所述第一节点的配置信息，至少一个第二节点通过第二信道发送所述第一节点的配置信息到所述第三节点。
本发明作进一步改进，所述第二信道包括IEEE802.11系列无线通信协议、IEEE802.15.1系列无线通信协议、NR无线通信协议或LTE无线通信协议中的数据传输信道。
本发明作进一步改进，所述第一信道和所述第二信道采用无线通信协议独立配置。
本发明作进一步改进，步骤5中，所述第一节点接收的随机接入信道配置信息由所述第二节点或者所述第三节点发送，
当所述第一节点接收的随机接入信道配置信息由所述第三节点发送时，所述随机接入信道配置信息中包括：
至少一个所述第二节点内的所述第一节点的随机接入信道配置信息；
至少一个所述第二节点的识别信息，
当所述第一节点接收到所述随机接入信道配置信息后，第一节点首先解码所述至少一个所述第二节点的识别信息，然后解码发送定位信息的所述第二节点对应的所述随机接入信道配置信息。
本发明作进一步改进，步骤4中，所述第三节点按照第一原则配置所述第一节点的随机接入信道配置信息，所述第一原则包括：
（1）所述第三节点收集至少一个第二节点发送的所述第一节点的配置信息；
（2）所述第三节点通过计算确定第二节点范围内的第一节点可用的随机接入资源。
本发明作进一步改进，所述第三节点确定第二节点范围内的第一节点可用的随机接入资源的计算公式为：
Figure 455731DEST_PATH_IMAGE001
其中，
Figure 234855DEST_PATH_IMAGE002
为配置给索引为i的第二节点范围内所述第一节点可用的随机接入资源的数量，
Figure 811330DEST_PATH_IMAGE003
为索引为i的第二节点内所述第一节点的平均的服务等级信息，
Figure 800015DEST_PATH_IMAGE004
为在给定的随机接入序列碰撞概率的前提下，一个所述第一节点需要配置的随机接入资源的数量，
Figure 473442DEST_PATH_IMAGE005
为索引为i的第二节点内所述第一节点的数量，
Figure 92642DEST_PATH_IMAGE006
为所述第三节点可以配置的随机接入资源的总量，
Figure 218730DEST_PATH_IMAGE007
为所述第二节点数量。
本发明作进一步改进，所述第三节点确定第二节点范围内的第一节点可用的随机接入资源用以下计算公式替代：
Figure 234875DEST_PATH_IMAGE008
其中，
Figure 762809DEST_PATH_IMAGE009
为索引为i的第二节点内所述第一节点可用的随机接入信道占用的时频资源信息，
Figure 552910DEST_PATH_IMAGE010
为索引为i的第二节点内所述第一节点可用的随机接入序列信息。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：有效降低物联网终端随机接入信道的资源开销，同时保证联网终端的随机接入成功率。
附图说明
图1为本发明随机接入方法的流程图；
图2为本发明随机接入方法中物联网的网络拓扑示意图；
图3为本发明实施例1的随机接入方法中物联网的网络拓扑示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
如图1和图2所示，本发明包括如下步骤：
步骤1：第一节点接收辅助定位节点发送的定位参考信号。
本例的第一节点为要接入物联网的物联网终端；所述辅助定位节点用于发送定位参考信号，帮助第一节点确定自身位置所用，其可以为同步卫星，也可以为具有定位功能的通信节点。
所述辅助定位节点发送定位参考信号给所述第一节点。所述第一节点在接收到所述定位参考信号后，完成对自身所处位置的计算。
优选的，当所述辅助定位节点为同步卫星时，所述定位参考信号为全球定位系统（Global Positioning System，通常简称GPS）中的定位参考信号或者北斗卫星导航系统（BeiDou（COMPASS）Navigation Satellite System）中的定位参考信号。
步骤2：所述第一节点将定位信息通过第一信道发送给第二节点。
本例中，第二节点可以为物联网中的终端或者微基站或者中继。
第一节点在向第二节点发送定位信息时，需要一个承载定位信息的信道，而此时第一节点还没有成功接入第三节点所在的网络，因此需要一种局域网协议，用来支持第一节点在向第二节点发送定位信息。
优选地，所述局域网协议为IEEE802.11系列无线通信协议 或者IEEE802.15.1系列无线通信协议。
例如，当所述第一节点为物联网终端（UE1）时，所述第二节点为一个高能力的物联网终端（UE2）时，UE1和UE2之间通过IEEE802.11系列无线通信协议建立数据连接。UE1将自身的定位信息通过IEEE802.11系列无线通信协议中的数据信道发送给UE2。
步骤3：所述第二节点通过第二信道将所述第一节点的配置信息发送给第三节点，其中，所述配置信息至少包括：第一节点的定位信息、第一节点的数量信息和第一节点的服务等级信息。
本例中，第三节点可以为基站，也可以为其他能搭建物联网网络的设备。
在第二节点和第三节点之间建立一个可以进行信息交互的无线信道，保证第二节点可以将所述第一节点的配置信息发送给第三节点。因此，需要一个无线通信协议的支持。同时，第三节点需要同时和多个第二节点进行信息交互。
优选的，所述无线通信协议为IEEE802.11系列无线通信协议 或者IEEE802.15.1系列无线通信协议或者LTE通信协议或者NR通信协议。
例如，当第三节点为支持NR通信协议的基站，所述第二节点为一个高能力的物联网终端（UE2）时，第二信道即为UNR通信协议中的物理上行共享信道（Physical UplinkShared Channel，PUSCH），则UE2通过PUSCH将所述第一节点的配置信息发送到基站。
优选地，所述第一信道和所述第二信道采用无线通信协议独立配置。无需限定只使用一种通信协议，系统的拓展性更好。
步骤4：第三节点根据所述第一节点的配置信息配置第一节点的随机接入信道配置信息。
所述第三节点按照第一原则配置所述第一节点的随机接入信道配置信息。所述第一原则包括：
（1）所述第三节点收集至少一个第二节点发送的所述第一节点的配置信息，其中，所述第一节点的配置信息至少包括：第一节点的定位信息、第一节点的数量信息和第一节点的服务等级信息。
（2）所述第三节点通过公式（一）确定第二节点内的第一节点可用的随机接入资源：
Figure 166294DEST_PATH_IMAGE001
（一）
其中，
Figure 700043DEST_PATH_IMAGE002
为配置给索引为i的第二节点范围内所述第一节点可用的随机接入资源的数量，
Figure 613642DEST_PATH_IMAGE003
为索引为i的第二节点内所述第一节点的平均的服务等级信息，
Figure 374312DEST_PATH_IMAGE004
为在给定的随机接入序列碰撞概率的前提下，一个所述第一节点需要配置的随机接入资源的数量，
Figure 678254DEST_PATH_IMAGE005
为索引为i的第二节点内所述第一节点的数量，
Figure 546853DEST_PATH_IMAGE006
为所述第三节点可以配置的随机接入资源的总量，
Figure 49379DEST_PATH_IMAGE007
为所述第二节点数量。
本例的
Figure 181283DEST_PATH_IMAGE003
的取值范围为
Figure 769259DEST_PATH_IMAGE011
，
Figure 641881DEST_PATH_IMAGE003
反应的是索引为i的第二节点范围内第一节点的平均服务等级，
Figure 998913DEST_PATH_IMAGE003
的取值越高，则说明第一节点越重要，越要保证第一节点能过成功接入系统，因此，需要配置足够多的随机接入资源，降低第一节点的随机接入碰撞概率。
作为本发明另一个实施例，所述第三节点确定第二节点范围内的第一节点可用的随机接入资源也可以用公式（二）计算：
Figure 567298DEST_PATH_IMAGE008
（二）
其中，
Figure 376991DEST_PATH_IMAGE009
为索引为i的第二节点内所述第一节点可用的随机接入信道占用的时频资源信息，
Figure 321813DEST_PATH_IMAGE010
为索引为i的第二节点内所述第一节点可用的随机接入序列信息。
步骤5：所述第一节点接收随机接入信道配置信息，其中，所述随机接入信道配置信息中至少包括：所述第一节点可用的随机接入信道占用的时频资源信息；所述第一节点可用的随机接入序列信息。
本例第一节点接收的随机接入信道配置信息可以由所述第二节点或者所述第三节点发送。增加了所述随机接入信道配置信息获取的灵活性。
优选地，当所述第一节点接收的随机接入信道配置信息由所述第三节点发送时，所述随机接入信道配置信息中包括：至少一个所述第二节点内的所述第一节点的随机接入信道配置信息，至少一个所述第二节点的识别信息。由于第三节点会一次性发送多个第二节点内的所述第一节点的随机接入信道配置信息，所述第一节点在收到第三节点发送的上述信息时，需要通过所述识别信息找到自己所在的第二节点对应的第一节点的随机接入信道配置信息。
当所述第一节点接收到所述随机接入信道配置信息后，第一节点首先解码所述至少一个所述第二节点的识别信息，然后解码发送定位信息的所述第二节点对应的所述随机接入信道配置信息。
步骤6：所述第一节点选择一条随机接入序列，并且在可用的随机接入信道上发送所述随机接入序列，接入第三节点所在的网络。
通过本发明的接入方法，能够有效降低物联网终端随机接入信道的资源开销，同时保证联网终端的随机接入成功率。
实施例1：
如图3所示，作为本发明的一个实施例，本例的物联网为5G无线通信系统，存在大量的物联网终端。其中存在两种类型的物联网终端，高级物联网终端（例如Type2 UE），普通型物联网终端（例如Type 1 UE）。并且，在一个Type2 UE的附近存在着大量的Type1 UE。
本例的接入方法为：
Type1 UE接收同步卫星发送的GPS定位参考信号。Type1 UE在成功接收到所述定位参考信号后，完成对自身定位信息的计算。
Type1 UE和Type2 UE之间通过IEEE802.11系列无线通信协议进行连接以及通信。Type1 UE通过IEEE802.11系列无线通信协议支持的传输信道将自身的定位信息给Type2UE。
Type2 UE收集到多个Type1 UE发送的定位信息后，会向5G基站发送其收到的Type1 UE的配置信息。
5G基站在收到多个Type2 UE发送的Type1 UE的配置信息之后，按照第一原则配置Type1 UE的随机接入信道，所述第一原则包括：
（1）5G基站收集至少一个Type2UE发送的UE1的配置信息，其中，所述Type1 UE的配置信息至少包括：Type1 UE的定位信息、Type1 UE的数量信息和Type1 UE的服务等级信息。
（2）5G基站通过上述公式确定Type2 UE内Type1 UE的可用的随机接入资源。
Type1 UE接收5G基站发送的随机接入信道配置信息，其中，所述随机接入信道配置信息中至少包括：Type1 UE可用的随机接入信道占用的时频资源信息；Type1 UE可用的随机接入序列信息。
本实施中，由于5G基站中包括多个Type2 UE，因此，Type1 UE接受的随机接入信道配置信息中还包括Type2 UE的识别信息。
Type1 UE首先解码随机接入信道配置信息中的Type2 UE的识别信息，进一步的，解码选定的Type2 UE对应的所述随机接入信道配置信息。
Type1 UE根据接收的随机接入信道配置信息选择一条随机接入序列，并且在可用的随机接入信道上发送所述随机接入序列。
实施例2：
基于实施例1，当Type1 UE接收的随机接入信道配置信息来自Type 2 UE，则Type1 UE直接解码所述随机接入信道配置信息。
Type1 UE根据接收的随机接入信道配置信息选择一条随机接入序列，并且在可用的随机接入信道上发送所述随机接入序列。
实施例3：
基于实施例1，当本Type 2 UE内Type1 UE的服务等级信息很高，则5G基站需要将本Type 2 UE对应的Type 1的
Figure 471035DEST_PATH_IMAGE003
的取值配置为最高1.0，用来保障有足够的随机接入资源来满足本Type2 UE下的Type1 UE的接入请求，降低Type1 UE的随机接入碰撞概率。
以上所述之具体实施方式为本发明的较佳实施方式，并非以此限定本发明的具体实施范围，本发明的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本发明所作的等效变化均在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于定位辅助的物联网终端接入方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：第一节点接收辅助定位节点发送的定位参考信号；
步骤2：所述第一节点将定位信息通过第一信道发送给第二节点；
步骤3：所述第二节点通过第二信道将所述第一节点的配置信息发送给第三节点，其中，所述配置信息至少包括：第一节点的定位信息、第一节点的数量信息和第一节点的服务等级信息；
步骤4：第三节点根据所述第一节点的配置信息配置第一节点的随机接入信道配置信息，
步骤5：所述第一节点接收随机接入信道配置信息，其中，所述随机接入信道配置信息中至少包括：
所述第一节点可用的随机接入信道占用的时频资源信息；
所述第一节点可用的随机接入序列信息；
步骤6：所述第一节点选择一条随机接入序列，并且在可用的随机接入信道上发送所述随机接入序列，接入第三节点所在的网络。
2.根据权利要求1所述的基于定位辅助的物联网终端接入方法，其特征在于：所述辅助定位节点至少包括：同步卫星或具有定位功能的通信节点，所述第二节点包括物联网中的终端、微基站或者中继基站，所述第三节点包括能够组建物联网网络的基站。
3.根据权利要求1所述的基于定位辅助的物联网终端接入方法，其特征在于：步骤2中，所述第一信道为IEEE802.11系列协议或者IEEE802.15.1系列协议中的数据传输信道。
4.根据权利要求3所述的基于定位辅助的物联网终端接入方法，其特征在于：步骤3中，所述第三节点收集至少一个第二节点发送的所述第一节点的配置信息，至少一个第二节点通过第二信道发送所述第一节点的配置信息到所述第三节点。
5.根据权利要求4所述的基于定位辅助的物联网终端接入方法，其特征在于：所述第二信道包括IEEE802.11系列无线通信协议、IEEE802.15.1系列无线通信协议、NR无线通信协议或LTE无线通信协议中的数据传输信道。
6.根据权利要求5所述的基于定位辅助的物联网终端接入方法，其特征在于：所述第一信道和所述第二信道采用无线通信协议独立配置。
7.根据权利要求1所述的基于定位辅助的物联网终端接入方法，其特征在于：步骤5中，所述第一节点接收的随机接入信道配置信息由所述第二节点或者所述第三节点发送，
当所述第一节点接收的随机接入信道配置信息由所述第三节点发送时，所述随机接入信道配置信息中包括：
至少一个所述第二节点内的所述第一节点的随机接入信道配置信息；
至少一个所述第二节点的识别信息，
当所述第一节点接收到所述随机接入信道配置信息后，第一节点首先解码所述至少一个所述第二节点的识别信息，然后解码发送定位信息的所述第二节点对应的所述随机接入信道配置信息。
8.根据权利要求1-7任一项所述的基于定位辅助的物联网终端接入方法，其特征在于：步骤4中，所述第三节点按照第一原则配置所述第一节点的随机接入信道配置信息，所述第一原则包括：
（1）所述第三节点收集至少一个第二节点发送的所述第一节点的配置信息；
（2）所述第三节点通过计算确定第二节点范围内的第一节点可用的随机接入资源。
9.根据权利要求8所述的基于定位辅助的物联网终端接入方法，其特征在于：所述第三节点确定第二节点范围内的第一节点可用的随机接入资源的计算公式为：
Figure 632608DEST_PATH_IMAGE001
其中，
Figure 664017DEST_PATH_IMAGE002
为配置给索引为i的第二节点范围内所述第一节点可用的随机接入资源的数量，
Figure 477777DEST_PATH_IMAGE003
为索引为i的第二节点内所述第一节点的平均的服务等级信息，
Figure 278243DEST_PATH_IMAGE004
为在给定的随机接入序列碰撞概率的前提下，一个所述第一节点需要配置的随机接入资源的数量，
Figure 985168DEST_PATH_IMAGE005
为索引为i的第二节点内所述第一节点的数量，
Figure 503874DEST_PATH_IMAGE006
为所述第三节点可以配置的随机接入资源的总量，
Figure 118395DEST_PATH_IMAGE007
为所述第二节点数量。
10.根据权利要求9所述的基于定位辅助的物联网终端接入方法，其特征在于：所述第三节点确定第二节点范围内的第一节点可用的随机接入资源用以下计算公式替代：
Figure 504858DEST_PATH_IMAGE008
其中，
Figure 382684DEST_PATH_IMAGE009
为索引为i的第二节点内所述第一节点可用的随机接入信道占用的时频资源信息，
Figure 388686DEST_PATH_IMAGE010
为索引为i的第二节点内所述第一节点可用的随机接入序列信息。
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