CN114080838A - 低功率装置的侧链路建立 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种选择UE装置作为互联网连接的服务器与远程UE装置之间的中继的方法，该方法包括：通过获知所述远程UE装置何时将进入激活状态而确定的时间时，识别远程UE装置的已知位置附近的能够作为中继装置的一个或多个UE装置；选择所识别的UE装置中的一个或多个UE装置以与远程UE装置建立连接；以及指示所选择的一个或多个UE装置与远程UE装置建立连接以提供中继。

Description

低功率装置的侧链路建立
技术领域
本发明涉及在移动通信系统中在两个用户设备、UE装置之间建立连接。
背景技术
当前正在探讨在3GPP中用于高能量效率和广泛的覆盖范围的若干中继用例。在名为“Enhanced Relays for Energy eFficiency and Extensive Coverage(高能量效率和广泛的覆盖范围的增强型中继，REFEC)的工作项目中，正在考虑不同的领域(例如智能家居、智能城市、智能农业、智能工厂、智能能源、公共安全、物流)。本发明特别涉及在没有蜂窝覆盖的区域中的低功率物联网(IoT)装置。一个示例是住宅建筑物的地下室的智能水表。居民可能是没有智能手机的老人。建筑物中没有用于智能计量的网关。特别是对于诸如智能仪表的电池供电的装置，因为长期搜索合适UE到网络中继会快速消耗电池电量，所以如果连接性不是基于机会网络化则是有益的。协调UE适配网络中继以节省电池电量将是有益的。
3GPP已指定ProSe服务(邻近服务)：在邻近的UE之间直接进行的装置到装置通信。说明书的部分是装置发现和侧链路(两个装置之间的直接链路)建立的不同方法。
在ProSe中指定了到网络中继的单跳UE，而eProSe将到网络中继的单跳UE扩展到多跳中继链。在3GPP TR 22.866REFEC中指定了到中继网络链的多跳UE的服务要求。
提交给2019年6月3日至6日的TSG RAN第84次会议的题为“Study on NR sidelinkfor home IoT(与用于家庭物联网的NR侧链路相关的研究)”的3GPP文件RP-191226涉及以实现节能为目的而针对IoT装置使用侧链路连接而不是Wi-Fi。3GPP文件RP-172735讨论了针对IoT装置的UE到网络中继，3GPP文件R2-153764讨论了LTE/ProSe中继激活。
US 2018/0255505A1描述了其中无线通信网络内的eNB确定与其所服务的小区相关的网络覆盖状态的方法、装置、系统、技术和计算机程序产品，其中，eNB使用远程UE与连接到服务小区的中继UE之间的直接装置到装置通信，来支持用于远程UE的UE到网络中继。基于对网络覆盖状态的确定，激活并选择至少一个UE作为中继UE。中继UE的无线电接口链路质量可以被评估，并且中继UE可以配置为向远程UE发送无线电接口链路质量的指示。基于确定的网络覆盖状态和中继UE的选择，由eNB来控制远程UE，以用于直接或经由中继UE来进行中继UE发现和选择。
WO 2016/182597A1公开了一种用于中继用户设备(UE，user equipment)的技术，该中继用户设备能被操作以充当远程UE和eNodeB之间的中继。中继UE可以从eNodeB接收包括一个或多个中继配置参数的中继配置消息。中继UE可以识别与中继UE的一个或多个中继参数相关联的中继UE信息。中继UE可以基于一个或多个中继配置参数和中继UE信息来确定充当远程UE的中继。中继UE可以向远程UE发送发现消息，以建立中继UE和远程UE之间的直接连接，其中，中继UE配置为经由中继UE和远程UE之间的直接连接将数据从eNodeB中继到远程UE。
Over-the-top(OTT)应用是在蜂窝基础设施之上或更确切地说是在TCP/IP之上实施的解决方案。大多数OTT应用使用HTTP作为传输协议。IoT服务提供商通常使用OTT解决方案来连接IoT装置。为IoT应用服务器和IoT装置之间的通信开发和部署针对移动装置的应用。应用经由短距离通信(例如，蓝牙、WLAN、NFC)或经由蜂窝装置到装置通信(例如，3GPPProSe)而建立从移动装置到IoT装置的连接。IoT应用服务器和IoT装置之间的数据通过OTT应用来代理。
应用编程接口(API，application programming interface)是一组用于在一个软件平台与另一个软件平台之间查询数据、解析响应和发送指令的编程代码。
OTT应用是昂贵的解决方案。为多个移动装置平台开发、维护和部署应用是一个相当大的成本因素。需要用户交互。用户不得不在他们的移动装置上下载、安装和运行该应用。大量用户无法或不愿意使用相应的OTT应用。只有当前运行相应应用的移动装置才能够与附近的IoT装置建立连接。
如果IoT装置经由透明的UE到网络中继而在不具有蜂窝覆盖或不具有足够蜂窝覆盖的地区拥有自己的互联网连接性，则IoT服务提供商可以节省OTT解决方案的成本，并可以确保为他们的IoT用户提供更好的用户体验。
不存在一种关于远程UE和中继UE的机会协调场景的已知公开。尽管中继UE已注册到IoT服务，但是用于诸如读取智能仪表的IoT服务的第三方服务提供商不具有与IoT附近的潜在中继UE有关的信息。另一方面，第三方服务提供商具有与属于他的IoT服务的IoT装置的位置和配置有关的详细信息。PLMN运营商不具有与位置、连接性和配置设置有关的信息、例如非PLMN运营商运营的IoT装置的唤醒定时参数，但是另一方面，PLMN运营商具有与潜在中继UE的包括位置、连接性、能力、授权和配置有关的详细信息。
发明内容
本发明提供一种选择UE装置作为互联网连接的服务器和远程UE装置之间的中继的方法，该方法包括：在通过获知远程UE装置何时将进入激活状态而确定的时间时，识别远程UE装置的已知位置附近的能够作为中继装置的一个或多个UE装置；选择所识别的UE装置中的一个或多个UE装置以与远程UE装置建立连接；指示所选择的一个或多个UE装置与远程UE装置建立连接以提供中继。
本发明还提供一种具有物联网通信模块的智能仪表，其中，通信模块被编程为在预定时间从休眠状态进入激活状态，与中继用户设备装置建立连接，并将数据经由中继用户设备装置发送给服务提供商。
可以认为本发明具有以下三个方面。
第一，寻找和选择中继UE，以经由中继UE和远程UE之间的侧链路通信实现第三方服务器和远程UE之间的连接；第二，在同时考虑第三方IoT服务提供商和PLMN运营商之间的共享信息的情况下，启用远程UE和未配对中继UE之间的加密直接消息交换(侧链路连接)的方法；第三，在第三方IoT服务提供商和PLMN运营商之间启用信息交换的方法。可以在从IoT服务提供商到PLMN运营商的方向上提供与IoT装置的位置和其他配置数据有关的信息。可以在从PLMN运营商到IoT服务提供商的另一个方向上提供与附近可能的中继UE有关的信息以及与每日、周或月的UE到网络中继的可用性有关的统计信息。只有匿名信息交换才能确保IoT装置的用户和IoT装置附近的UE用户的隐私。
提供上述三种方法对PLMN运营商和第三方IoT服务提供商二者是有益的。PLMN运营商能够使用与注册到其蜂窝网络的UE有关的信息，以便向第三方IoT服务提供商提供新服务。IoT服务提供商或IoT装置的用户能够使用PLMN运营商作为服务提供的UE到网络中继的多跳链，以便与蜂窝覆盖范围外的低功率IoT装置建立连接。IoT服务提供商可以考虑禁止IoT用户开发和部署自己的应用。
附图说明
现在将参考附图仅以示例的方式描述本发明的优选方面，在附图中：
图1示出了通过中继装置提供的到远程UE的连接的示例；以及
图2是示出本发明的实施步骤的时序图。
具体实施方式
在图1中，利用API来增强5G UE到网络中继的架构，以共享针对网络中继场景协调机会UE所需的数据，以便在IoT装置与相应IoT应用之间建立逻辑链路。PLMN架构被描述为5G蜂窝网络，该5G蜂窝网络被划分为作为功能块元件的核心网络和在该附图中包括单个基站gNB的无线电接入网络(RAN，radio access network)。将基站gNB与核心网络之间的接口命名为N2。将核心网络和中继UE之间的逻辑链路命名为N1。5G中的空中接口命名为新空口(NR，new radio)。中继UE和IoT装置之间的装置到装置接口命名为“侧链路”或PC5。矩形框20内的实体属于PLMN的域。框20之外的实体属于IoT服务提供商的域。IoT装置与IoT服务提供商的应用服务器之间的逻辑链路跨越两个域之间的边界。
该实施例中的API位于5G核心网络与一个或多个被描绘为单个块实体的第三方IoT服务提供商22之间。
API(例如基于网络的API)使得核心网络的服务功能能够从第三方IoT服务提供商查询数据。至少一个装置ID(例如MSISDN)以及IoT装置的的位置(例如GPS坐标)被传输到PLMN运营商，以协调一个或多个中继UE。附加的ProSe发现和侧链路信息(例如，IoT装置监测的资源的时间和频率)可以加速侧链路的建立。如果已知具有智能仪表的IoT用户或建筑物居民的一个或多个蜂窝电话号码，由于这些UE很可能会靠近IoT装置，因此IoT服务提供商可以将这些号码传输给PLMN运营商。
此外，API使得第三方IoT服务提供商能够根据请求、事件驱动地(例如，如果仪表值超过特定值)或定期地连接到IoT装置或从IoT装置接收特定数据(例如，当前仪表值)。
在第一实施例中，较大城市的水厂部署了数千个用于测量全城几乎所有住宅建筑的用水量的智能仪表。这些水表可以放置在不同的位置、例如外柜中、在服务盖下或在家内部(例如在地下室中)。由于部署了智能仪表，水厂可以降低运营成本。
为了简单安装，所有智能仪表都是电池供电的并能够实现包括中继侧链路连接在内的蜂窝移动网络连接。存在大量智能仪表不具有蜂窝连接能力或不具有足够的蜂窝连接能力，但附近存在能够中继从智能仪表到核心网络的中继UE。许多居民不会参与或甚至不具有技术需求来参与基于OTT应用的、通过使用这些居民的中继UE来扩展覆盖范围的解决方案。因此，水厂没有使用任何OTT解决方案，而是使用本文中描述的PLMN运营商(与IoT装置订阅的同一运营商)的“机会UE到网络中继”OUNR的新服务，以便透明地(即，无需用户交互)使用居民的中继UE或邻近的作为到网络中继的UE的其他中继UE而与智能仪表建立间接连接，以达到高能量效率和广泛的覆盖范围。水厂知道这些智能仪表的位置和配置。为了节省电池电量，智能仪表大部分时间都关闭了它们的通信单元，并且智能仪表唤醒无线电收发器(例如，用于监测蜂窝链路(例如，寻呼信道)和/或侧链路(例如，发现信号)和/或发送用于间接(侧链路)通信的信标)，例如每天仅唤醒一次。IoT装置的这些唤醒阶段的确切时间以及所有其他通信配置(例如，加密密钥)为水厂所熟知，例如由水厂在客户那进行安装之前配置IoT装置的唤醒阶段的确切时间以及所有其他通信配置。
在该地区具有良好部署的蜂窝网络的PLMN运营商向水厂提供OUNR服务。蜂窝运营商的网站包括用于配置机会中继服务的API。水厂的员工登录网站，通过输入用户名和密码进行身份验证，并注册蜂窝覆盖不足或没有蜂窝覆盖的已部署的智能仪表，或在不考虑客户处的覆盖情况的情况下注册所有新安装的智能仪表。对于每个智能仪表，员工输入具有GPS坐标的准确位置、智能仪表将能够建立间接通信的时间窗口以及通过潜在UE到网络中继或中继链的ProSe发现和侧链路建立所需的所有配置数据。此外，将用于IoT服务的一个或多个服务器的地址作为每个智能仪表的目标输入到API。
另一方面，PLMN运营商提供与每个注册的IoT装置的间接通信的可用性有关的统计数据。利用这些统计数据，水厂员工可以优化配置，例如优化用于间接连接的时间窗口。
将输入到API中的智能仪表相关信息传输到核心网络。核心网络监测所列智能仪表附近的UE。如果一个或多个UE在给定时间窗口内靠近为机会中继服务配置的智能仪表，则UE可以配置为测量到智能仪表的服务的侧链路质量并向网络报告链路质量。网络选择靠近智能仪表的UE或要被配置为通过使用提供的用于快速侧链路建立的配置数据来建立到智能仪表的侧链路的中继UE链。对于中继UE选择，应考虑诸如UE能力、服务授权、订阅、数据流量、用户许可、服务的侧链路质量、电池电量的参数以及更多参数。选择的中继UE配置为与智能仪表建立侧链路连接。可以由作为远程UE的智能仪表或由中继UE发起侧链路连接建立。在这两种情况下，将双边发现和侧链路建立参数发送到中继UE。一旦建立了侧链路，UE可以配置为向网络确认侧链路建立。
经由中继UE或中继UE链的智能仪表到蜂窝网络的间接连接可以用于在作为IoT装置的智能仪表和作为第三方IoT服务提供商的水厂的IoT服务器之间建立连接。该连接可以由IoT装置或IoT应用服务器发起。对于IoT服务提供商，中继UE选择和配置的中继UE是透明的。IoT装置和蜂窝网络之间的间接连接作为透明服务提供给第三方IoT提供商。应安全地连接网络和IoT装置(例如，加密和完整性保护)，以便在不泄露与IoT装置或装置所有者有关的任何信息的情况下通过中继UE链代理数据。
图2示出了获得经由中继UE到IoT装置的连接的过程，包括以下步骤：
0.1-第三方IoT服务提供商利用装置ID、加密密钥和唤醒定时来配置IoT装置。
0.2-第三方IoT服务提供商在服务功能处注册IoT装置进行服务。因此，第三方IoT服务提供商经由API向服务功能提供以下参数：装置ID、装置位置、加密密钥(用于无线电接口、例如PC5)、唤醒定时、默认中继UE(如果有的话)和支持的无线电接入技术(RAT，radioaccess technology)(仅在支持多于一个RAT的情况下。可以为每个RAT单独设置唤醒定时和加密密钥)。数据通过服务功能进行存储。
1-第三方IoT服务提供商想要从IoT装置获取数据。因此，其发送对相关装置ID的连接请求。
2-服务功能根据接收到的装置ID为装置加载存储的数据。
3-服务功能根据加载的数据等待下一次唤醒时间。
4-在唤醒时间之前不久，服务功能得到与附近愿意启用与装置的中继连接的中继-UE有关的信息。
5-服务功能指示中继UE(例如，一个接一个)连接到IoT装置。因此，服务功能向中继UE发送装置ID和加密密钥。
6-中继UE连接到IoT装置。中继UE通过向IoT装置发送发现消息或通过侦听IoT装置发送的发现消息来开始连接建立。使用哪种方法是预先配置的，或者包括在服务功能发送的连接请求消息中。
7-如果连接成功，则中继UE向服务功能发送连接成功消息。
8-如果服务功能接收到连接成功消息，则其通知第三方并转发数据。如果没有接收到连接成功消息或接收到否定的连接成功消息，则通过步骤4中获得的另一个中继UE重复步骤5至7，直到连接成功或没有更多的中继UE可用。在另一个实施例中，通过多个中继UE同时执行步骤5至7。如果接收到多个连接成功消息，服务功能将选择最适合的中继UE。

Claims (10)

1.一种选择用户设备、UE装置(UE1、UE2、UE3)作为互联网连接的服务器(22)与远程UE装置之间的中继的方法，其特征在于，所述方法包括：
在通过获知所述远程UE装置何时将进入激活状态而确定的时间时，识别所述远程UE装置的已知位置附近的能够作为中继装置的一个或多个UE装置；
选择所识别的UE装置中的一个或多个UE装置以与所述远程UE装置建立连接；以及
指示所选择的一个或多个UE装置与所述远程UE装置建立连接以提供所述中继。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述指示的步骤包括提供所述远程UE装置的标识符。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中，所述指示的步骤包括提供加密密钥。
4.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，所述选择的步骤包括从所述远程UE装置附近的所述一个或多个UE装置接收与所述远程UE装置的通信质量的度量。
5.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，所述方法是由公共陆地移动网络的实体执行。
6.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，所述远程UE装置是物联网装置。
7.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，所述远程UE装置是智能仪表。
8.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，所述互联网连接的服务器是由服务提供商来操作的，所述远程UE装置具有所述服务提供商已知的配置设置。
9.根据从属于权利要求5时的权利要求8所述的方法，其中，所述服务提供商向所述公共陆地移动网络的运营商提供与所述配置设置有关的信息。
10.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，与所述远程UE装置的所述连接是侧链路连接。
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