CN112153726B - 一种用户设备非活动状态转换设计的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于无线通信系统的计时器的控制方法，包括：步骤100：在用户设备接收数据传输时，将所述计时器清零并重启，并根据数据包到达量Np设置计时器大小Ttimer,其中所述计时器大小为以下时长参数之一:最短时长Ttimer′、默认时长Ttimer *和最长时长Ttimer″；步骤200：当所计时长超过计时器所设定的大小Ttimer时，确定计时器超时，所述用户设备进入非活动状态。基于本发明的实施例，可以降低UE功耗并降低信令负荷与时延。

Description

一种用户设备非活动状态转换设计的方法
技术领域
本发明涉及无线通信系统，尤其涉及移动通信协议栈与用户设备状态转换设计的方法。
背景技术
为满足大规模机器类通信的低功耗大连接需求，5G标准对于无线资源控制(RadioResource Control，RRC)，在原有的连接(Connected)状态和空闲(Idle)状态外，又增加了非活动(Inactive)状态，在本文中，连接(Connected)、空闲(Idle)和非活动(Inactive)状态也称为RRC连接(RRC Connected)、RRC空闲(RRC Idle)和RRC非活动(RRC Inactive)状态。第三代合作伙伴项目(Third Generation Partnership Project，3GPP)协议介绍了RRCInactive状态转换的流程和字段内容，但不同情况下RRC状态转换的信令流程、计时器的工作过程及计时器大小的决策等都是待解决的问题。有多个专利提出通过设置基站装置或终端装置来指示用户设备(UE)进入Inactive状态，描述重点均是装置的硬件结构以及指示UE进入Inactive状态的方式，未体现RRC状态转换时信令的收发过程以及UE进入Inactive状态的详细的决策方法，在网络资源的优化方面还有待改善。
发明内容
本发明针对上述问题，根据本发明的第一方面，提出一种用于无线通信系统的计时器的控制方法，包括：
步骤100：在用户设备接收数据传输时，将所述计时器清零并重启，并根据数据包到达量Np设置计时器大小Ttimer，其中所述计时器大小为以下时长参数之一：最短时长Ttimer′、默认时长Ttimer *和最长时长Ttimer″；
步骤200：当所计时长超过计时器所设定的大小Ttimer时，确定计时器超时，所述用户设备进入非活动状态。
在本发明的一个实施例中，所述步骤100包括由核心网AMF对数据包到达量Np进行预测，根据预测结果设置计时器大小Ttimer。
在本发明的一个实施例中，还包括
当Np为0时，设置计时器大小Ttimer为最短计时器时长Ttimer′；
当Np大于等于预定的数据包到达量阈值时，设置计时器大小Ttimer为最长计时器时长Ttimer″；
当Np在0和所述预定的数据包到达量阈值之间时，设置计时器大小Ttimer为默认时长Ttimer *。
在本发明的一个实施例中，所述方法还包括在计时器启动时，设置计时器大小为默认时长
Figure GDA0003253948240000022
在本发明的一个实施例中，所述方法还包括
在计时器重启时且用户设备开始有数据传输的时长小于第一时长阈值时，设置计时器大小为默认时长
Figure GDA0003253948240000021
在本发明的一个实施例中，还包括
将计时器重启时，用户设备开始有数据传输的时长大于或等于第一时长阈值的情况下，根据Np，重新设置计时器大小Ttimer。
在本发明的一个实施例中，所述计时器级别为DRB级别、PDU会话级别和UE级别之一。
根据本发明的第二方面，提供一种在无线通信系统中使用户设备进入非活动状态的方法(独立权利要求)，包括：
由gNB-CU-CP根据数据到达量，决策确定所述计时器的大小Ttimer为以下时长参数之一：最短时长Ttimer′、默认时长Ttimer *和最长时长ttimer″，在所述确定的计时器大小与当前计时器的大小不一致时，向gNB-CU-UP发送消息“承载上下文更改请求”，所述消息包括所确定的所述计时器大小；
gNB-CU-UP更新所述计时器大小，向gNB-CU-CP回复消息“承载上下文更改响应”信令；
在所述计时器超时时，由gNB-CU-UP向gNB-CU-CP发送消息“承载上下文非活动通知”；
如果所述计时器为DRB级别，当所有“DRB的活动性”都为“非活动”时，gNB-CU-CP决策UE即将进入Inactive状态；
如果所述计时器为PDU会话级别，当所有“PDU会话的活动性”都为“非活动”时，gNB-CU-CP决策UE即将进入Inactive状态；
如果所述计时器为UE级别，当“UE的活动性”为“非活动”时，gNB-CU-CP决策UE即将进入Inactive状态；
gNB-CU-CP决策UE即将进入Inactive状态后，向gNB-CU-UP发送“承载上下文更改请求”。
在本发明的一个实施例中，还包括：
在UE刚接入小区且有业务到达时，gNB-CU-CP确定所述计时器级别决策，并将计时器大小设置为默认时长
Figure GDA0003253948240000031
gNB-CU-CP向gNB-CU-UP发送消息“承载上下文建立请求”，所述消息携带所述计时器的参数大小和级别；
gNB-CU-UP建立PDU会话和DRB以及所述计时器后，向gNB-CU-CP回复消息“承载上下文建立响应”；
在本发明的一个实施例中，还包括：
当有新业务且建立新的PDU会话或DRB时，gNB-CU-CP确定新PDU会话或DRB级别的所述计时器的大小，向gNB-CU-UP发送消息“承载上下文更改请求”，所述消息包括要新建的PDU会话或DRB的信息以及所述计时器大小；
gNB-CU-UP建立了新建的PDU会话或DRB后，向gNB-CU-CP回复消息“承载上下文更改响应”。
根据本发明的第三方面，提供一种计算机可读存储介质，其中存储有一个或者多个计算机程序，所述计算机程序在被执行时用于实现本发明的用于无线通信系统的计时器的控制方法和在无线通信系统中使用户设备进入非活动状态的方法。
根据本发明的第四方面，一种计算系统，包括：存储装置、以及一个或者多个处理器；其中，所述存储装置用于存储一个或者多个计算机程序，所述计算机程序在被所述处理器执行时用于实现本发明的用于无线通信系统的计时器的控制方法和在无线通信系统中使用户设备进入非活动状态的方法。
与采用默认的计时器大小的现有技术相比，本发明的优点在于计时器大小的决策方案可以使UE提前进入Inactive状态，从而达到降低UE功耗的目的，同时可以防止非活动计时器超时后不久，由于有数据传输而导致计时器重启，以及UE进入Inactive状态后不久，由于有数据传输而导致UE状态的恢复，从而达到降低信令负荷与时延。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
图1示出了根据本发明实施例的DRB级别的计时器工作过程图；
图2示出了根据本发明实施例的PDU会话级别的计时器工作过程图；
图3示出了根据本发明实施例的UE级别的计时器工作过程图；
图4示出了根据本发明实施例的Connected到Inactive状态转换场景A的流程图；
图5示出了根据本发明实施例的Connected到Inactive状态转换场景B流程图。
图6示出了根据本发明实施例的Connected到Inactive状态转换场景C的流程图。
具体实施方式
在5G中基站被分为集中部分gNB-CU与分布部分gNB-DU，gNB-CU集中放置，而gNB-DU分散放置，本发明涉及到gNB-CU。gNB-CU既处理用户平面又处理控制平面，处理用户平面的部分为gNB-CU-UP，处理控制平面的部分为gNB-CU-CP。用户设备UE开机后，先接入基站的小区，再通过基站连接核心网设备，进而接入整个无线通线网络使用数字业务与话音业务。用户设备开机并接入基站的小区时，可建立多个PDU会话，每个PDU会话可建立多个DRB承载，数字业务就建立在DRB承载上。核心网的AMF部分管理用户设备的接入，本发明也有涉及。
5G标准在UE与基站之间协议的RRC层增加了非活动(Inactive)状态以及非活动(Inactive)计时器，该计时器可以在UE、PDU会话与DRB三个级别工作，并在有关信令消息中增加了计时器大小参数的字段，但5G标准未对RRC非活动计时器进行具体设计，未对与非活动状态有关的具体信令流程进行设计，未对信令及其字段的判断处理以及如何决策UE进入Inactive状态进行设计。
为解决上述问题，发明人对5G NR网络架构中接入网和核心网的工作原理进行了系统的分析，设计了DRB、PDU会话和UE这三种级别计时器的工作流程，在gNB-CU-CP侧加入非活动计时器大小的决策功能，并设计了RRC Connected到RRC Inactive状态转换流程，使得处于RRC Connected状态的UE在恰当的时刻进入到RRC Inactive状态。
以下结合实施例对本发明进行详细描述。
(一)DRB、PDU会话和UE三种级别计时器以其工作过程
使用计时器的过程包括启动、重启、计时、停止、超时。计时器启动即开始计时，计时器停止就停止计时，停止后可以重启，重启指重新启动，重启时计时器所计时长清零并重新开始计时，计时器参数，即计时器大小是预设的时长，当计时器所计时长达到计时器大小时，计时器就超时。
本方案中计时器的启动由信令触发并开始计时，在有数据传输时计时器停止并重启，即所计时长清零并重新计时，当计时时长超过计时器大小时，用户设备进入非活动状态。
图1示出了DRB级别的计时器工作过程，当gNB-CU-UP接收到gNB-CU-CP发送的“承载上下文建立请求”信令或携带有“非活动计时器”字段的“承载上下文更改请求”信令时，计时器启动计时；当DRB上有数据传输时，计时器计时停止，同时触发该计时器的重启，每次重启可能会更新计时器的大小配置，即根据当前的用户数据到达情况重新决策计时器的大小；在计时器设置时长内DRB上无数据传送，则触发gNB-CU-UP向gNB-CU-CP发送“承载上下文非活动通知”信令，且字段“DRB活动性”为“非活动”。
图2示出了PDU会话级别的计时器工作过程，当gNB-CU-UP接收到gNB-CU-CP发送的“承载上下文建立请求”信令或携带有“非活动计时器”字段的“承载上下文更改请求”信令时，计时器启动，开始计时；当PDU会话中任何DRB上有数据传送时，计时器计时停止，同时触发该计时器的重启，每次重启同样可能会更新计时器的大小配置；在计时器设置时长内，PDU会话中所有的DRB上无数据传送，则触发gNB-CU-UP向gNB-CU-CP发送“承载上下文非活动通知”信令，且字段“PDU会话活动性”为“非活动”。
图3示出了UE级别的计时器工作过程，当gNB-CU-UP接收到gNB-CU-CP发送的“承载上下文建立请求”信令或携带有“非活动计时器”字段的“承载上下文更改请求”信令时，计时器启动，开始计时；当UE任何PDU会话中任何DRB上有数据传送时，计时器计时停止，同时触发该计时器的重启，每次重启同样可能会更新计时器的大小配置；在计时器设置时长内，UE所有PDU会话中所有的DRB上都无数据传送，则触发gNB-CU-UP向gNB-CU-CP发送“承载上下文非活动通知”信令，且字段“UE活动性”为“非活动”。
(二)计时器大小的决策方案
计时器大小的决策是根据用户业务数据到达情况进行的，发明人对于数据到达情况的分析如下：由核心网AMF对数据到达情况进行预测，预测的单位时间间隔设置为T，设用户业务到达为泊松流，业务到达率(单位时间数据包到达量)为λT，由于预测的单位时间间隔只有T，相对较短，所以用户数据传输情况在短时间内具有相关性，可以预测下一个时间间隔(0，T)的数据包到达量Np，则
Np＝λT*T
将(0，T)平均分为n份，记每一小段时间间隔为Δt，则
Figure GDA0003253948240000061
Δt时间间隔内有数据传输的概率为：
PΔt＝λT*Δt
则Δt时间间隔内无数据传输的概率为：
P′Δt＝1-λT*Δt
那么，(0，T)时间段内无数据到达的概率为
Figure GDA0003253948240000062
当n→∞时，
Figure GDA0003253948240000063
(1)当Np＝0时，PT＝1，说明(0，T)时间段内将没有数据传输，此时将非活动计时器大小Ttimer设置为计时器最短时长Ttimer′，计时器将提早超时，使得UE可以更早进入Inactive状态。
(2)当Np之Np *时，PT→0，说明(0，T)时间段内的数据传输量很大，其中，Np *为数据包到达量阈值，可能是数据传输非常频繁，也可能是(0，T)时间段内某个短时间内有集中的、大量的数据传输，此时将非活动计时器大小Ttimer设置为计时器最长时长Ttimer″，防止计时器超时后不久，由于有数据传输而导致计时器重启，同时，防止UE进入Inactive状态后不久，由于有数据传输而导致UE状态的恢复，从而防止时延的增大和信令负荷的增加。
(3)当以上两种情况都不符合时，说明(0，T)时间段内的数据传输量一般，此时将非活动计时器大小Ttimer设置为计时器大小的默认值Ttimer *。
计时器大小的决策位置设置在gNB-CU-CP侧，在UE开始有数据传输的前t0秒内，由于数据传输的历史积累量较少，核心网AMF无法对未来短时间内用户数据包到达量进行预测，故计时器启动或重启时，gNB-CU-CP将计时器的大小设置为默认值，即Ttimer＝Ttimer *；在UE开始有数据传输t0秒之后，gNB-CU-CP会根据核心网AMF预测的下一个时间间隔T内的数据包到达量Np，决策非活动计时器的大小为Ttimer′、Ttimer *或Ttimer″，更新的非活动计时器大小通过消息传给gNB-CU-UP，可以立即采用更新的非活动计时器大小，或当计时器下次重启时，采用更新的非活动计时器大小。
(三)Connected到Inactive状态转换流程
Connected到Inactive状态转换流程有以下三种场景
场景A.UE刚接入小区有业务到达
如图4所示，UE刚接入小区时，UE会建立对应的PDU会话和DRB，这些信息将保存在核心网中，此时gNB-CU-CP将根据PDU会话和DRB的建立情况对计时器的参数(大小和级别)进行决策，由于UE刚接入小区，数据传输的历史记录较少，无法对数据到达率进行预测，所以在数据传输开始的前t0秒，将计时器的大小设置为默认值。
紧接着，gNB-CU-CP向gNB-CU-UP发送消息A1“承载上下文建立请求”信令，信令字段中不仅有建立的PDU会话和DRB的序列等信息，还携带计时器的参数(大小和级别)。
gNB-CU-UP接收到A1“承载上下文建立请求”信令后，如果成功建立了gNB-CU-CP请求的资源，就向gNB-CU-CP回复消息A2“承载上下文建立响应”信令。
当存在计时器超时的时候，触发gNB-CU-UP向gNB-CU-CP发送消息A3“承载上下文非活动通知”信令：
1)如果计时器为DRB级别，则此信令包含的字段中将有“DRB ID”以及对应“DRB的活动性”，当所有“DRB的活动性”都为“非活动”时，gNB-CU-CP决策UE即将进入Inactive状态，并触发消息A5“承载上下文更改请求”信令；
2)如果计时器为PDU会话级别，则此信令包含的字段中将有“PDU会话ID”以及对应“PDU会话的活动性”，当所有“PDU会话的活动性”都为“非活动”时，gNB-CU-CP决策UE即将进入Inactive状态，并触发消息A5“承载上下文更改请求”信令；
3)如果计时器为UE级别，则此信令包含的字段中将有“UE的活动性”，当“UE的活动性”为“非活动”时，gNB-CU-CP决策UE即将进入Inactive状态，并触发消息A5“承载上下文更改请求”信令。
场景B.UE有新业务且要建立新的PDU会话或DRB
该场景如图5所示，其中B2信令(含)之前的部分与场景A中A2信令(含)之前的部分相同。
在建立新的PDU会话或DRB时，gNB-CU-CP会决策对应级别计时器的大小。因为在释放承载上下文前，消息B1和消息B2的信令只会发送一次，所以紧接着将触发gNB-CU-CP向gNB-CU-UP发送消息B4“承载上下文更改请求”信令，信令中的字段内容类似于消息B1，但信令字段PDU会话ID和DRB ID与消息B1的信令的不同，它们用于gNB-CU-CP向gNB-CU-UP请求新的资源，B4中也携带计时器的参数(大小和级别)，如果成功建立了gNB-CU-CP请求的资源，gNB-CU-UP会向gNB-CU-CP回复消息B5“承载上下文更改响应”信令。
计时器超时后的处理为消息B6(含)之后的过程，此过程和图4中消息A3(含)“承载上下文非活动通知”信令之后的过程相同，不再重复说明。
场景C.gNB-CU-CP决策更新已有PDU会话或DRB计时器大小
这种情况的流程图和第二种情况的流程图类似，参见图6，其中C2信令(含)之前的部分与场景A中A2信令(含)之前的部分相同。
当数据传输的历史记录累计到一定数量，可以对短时间内数据到达量进行预测。此时gNB-CU-CP会根据数据到达量的预测情况决策对应级别计时器的大小，如果计时器大小需要更改，紧接着将触发gNB-CU-CP向gNB-CU-UP发送消息C4“承载上下文更改请求”信令，信令字段中PDU会话ID和DRB ID与消息C1中的相同，只是所选级别计时器的大小会发生改变。如果成功更新了计时器的大小，gNB-CU-UP会向gNB-CU-CP回复消息C5“承载上下文更改响应”信令。
计时器超时后的处理为消息C6(含)之后的过程，此过程和图4中消息A3(含)“承载上下文非活动通知”信令之后的过程相同，不再重复说明。
为使本领域任何普通技术人员能够实现或者使用本公开内容，上面围绕本公开内容进行了描述。对于本领域普通技术人员来说，对本公开内容进行各种修改是显而易见的，并且，本文定义的通用原理也可以在不脱离本公开内容的精神或保护范围的基础上适用于其它变型。此外，除非另外说明，否则任何方面和/或实施例的所有部分或一部分可以与任何其它方面和/或实施例的所有部分或一部分一起使用。因此，本公开内容并不限于本文所描述的例子和设计方案，而是与本文公开的原理和新颖性特征的最广范围相一致。

Claims (11)

1.一种用于无线通信系统的计时器的控制方法，包括
步骤100：在用户设备接收数据传输时，将所述计时器清零并重启，并根据数据包到达量Np设置计时器大小Ttimer，其中所述计时器大小为以下时长参数之一：最短时长Ttimer′、默认时长Ttimer *和最长时长Ttimer″，在计时器重启时且用户设备开始有数据传输的时长小于第一时长阈值时，设置计时器大小为默认时长
Figure FDA0003253948230000011
步骤200：当所计时长超过计时器所设定的大小Ttimer时，确定计时器超时，所述用户设备进入非活动状态。
2.根据权利要求1所述的方法，所述步骤100包括由核心网AMF对数据包到达量Np进行预测，根据预测结果设置计时器大小Ttimer。
3.根据权利要求1或2所述的方法，还包括
当Np为0时，设置计时器大小Ttimer为最短计时器时长Ttimer′；
当Np大于等于预定的数据包到达量阈值时，设置计时器大小Ttimer为最长计时器时长Ttimer″；
当Np在0和所述预定的数据包到达量阈值之间时，设置计时器大小Ttimer为默认时长Ttimer *。
4.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括在计时器启动时，设置计时器大小为默认时长
Figure FDA0003253948230000012
5.根据权利要求4所述的方法，还包括
将计时器重启时，用户设备开始有数据传输的时长大于或等于第一时长阈值的情况下，根据Np，重新设置计时器大小Ttimer。
6.根据权利要求5所述的方法，所述计时器级别为DRB级别、PDU会话级别和UE级别之一。
7.一种在无线通信系统中使用户设备进入非活动状态的方法，包括：
由gNB-CU-CP根据数据到达量，决策确定计时器的大小Ttimer为以下时长参数之一：最短时长Ttimer′、默认时长Ttimer *和最长时长Ttimer″，在所述确定的计时器大小与当前计时器的大小不一致时，向gNB-CU-UP发送消息“承载上下文更改请求”，所述消息包括所确定的所述计时器大小；
gNB-CU-UP更新所述计时器大小，向gNB-CU-CP回复消息“承载上下文更改响应”信令；
在所述计时器超时时，由gNB-CU-UP向gNB-CU-CP发送消息“承载上下文非活动通知”；
如果所述计时器为DRB级别，当所有“DRB的活动性”都为“非活动”时，gNB-CU-CP决策UE即将进入Inactive状态；
如果所述计时器为PDU会话级别，当所有“PDU会话的活动性”都为“非活动”时，gNB-CU-CP决策UE即将进入Inactive状态；
如果所述计时器为UE级别，当“UE的活动性”为“非活动”时，gNB-CU-CP决策UE即将进入Inactive状态；
gNB-CU-CP决策UE即将进入Inactive状态后，向gNB-CU-UP发送“承载上下文更改请求”。
8.根据权利要求7所述的方法，还包括：
在UE刚接入小区且有业务到达时，gNB-CU-CP确定所述计时器级别决策，并将计时器大小设置为默认时长
Figure FDA0003253948230000021
gNB-CU-CP向gNB-CU-UP发送消息“承载上下文建立请求”，所述消息携带所述计时器的参数大小和级别；
gNB-CU-UP建立PDU会话和DRB以及所述计时器后，向gNB-CU-CP回复消息“承载上下文建立响应”。
9.根据权利要求7所述的方法，还包括：
当有新业务且建立新的PDU会话或DRB时，gNB-CU-CP确定新PDU会话或DRB级别的所述计时器的大小，向gNB-CU-UP发送消息“承载上下文更改请求”，所述消息包括要新建的PDU会话或DRB的信息以及所述计时器大小；
gNB-CU-UP建立了新建的PDU会话或DRB后，向gNB-CU-CP回复消息“承载上下文更改响应”。
10.一种计算机可读存储介质，其中存储有一个或者多个计算机程序，所述计算机程序在被处理器执行时用于实现如权利要求1-9任意一项所述的方法。
11.一种计算系统，包括：
存储装置、以及一个或者多个处理器；
其中，所述存储装置用于存储一个或者多个计算机程序，所述计算机程序在被所述处理器执行时用于实现如权利要求1-9任意一项所述的方法。
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