ES2734377T3 - Aparato y método móvil virtual compartido de comunicación tipo máquina - Google Patents
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Abstract
Un sistema de comunicación tipo máquina, MTC, móvil virtual compartido, VSM, que comprende una red de comunicaciones que incluye una red móvil (60), la red móvil (60) que tiene nodos inalámbricos que incluyen un nodo de estación base inalámbrica (40) y nodos de dispositivos inalámbricos (10, 20), el nodo de estación base inalámbrica (40) que sirve a los nodos del dispositivo inalámbrico (10, 20), una parte de los nodos del dispositivo inalámbrico (10, 20) que es una pluralidad de dispositivos MTC (10), la red de comunicaciones conectada a al menos un servidor de aplicaciones MTC (80), el sistema VSM MTC que comprende además: un nodo en la red de comunicaciones, que comprende: una interfaz de comunicaciones para participar en al menos una comunicación relacionada con MTC que implica uno de al menos un servidor de aplicaciones MTC (80) y al menos uno de la pluralidad de dispositivos MTC (10); y un procesador configurado para que funcione con la interfaz de comunicaciones, el procesador adaptado de manera que una parte de la al menos una comunicación relacionada con MTC presenta la pluralidad de dispositivos MTC (10) como un dispositivo inalámbrico VSM que tiene un único identificador de dispositivo inalámbrico a la red móvil (60), en donde la pluralidad de dispositivos MTC (10) pertenece a un grupo móvil virtual compartido, VSMG, y usa la división de tiempo para compartir un mismo portador de radio VSM.
Description
DESCRIPCIÓN
Aparato y método móvil virtual compartido de comunicación tipo máquina
Campo técnico
Esta solicitud se refiere a las comunicaciones tipo máquina en general, y a un aparato y método móvil virtual compartido de comunicación tipo máquina, en particular.
Antecedentes de la solicitud.
Las crecientes demandas de las redes móviles para soportar aplicaciones de datos con mayores rendimientos y eficiencias espectrales han impulsado la necesidad de desarrollar redes de 4ta generación (4G) basadas en multiplexación por división de frecuencias ortogonales (OFDM), que incluyen la evolución a largo plazo (LTE) 3GPP. Un objetivo clave con respecto a la implementación de las redes 4G OFDM es utilizar una reutilización de frecuencia de una (denotada por N=1), o tan cercana a la reutilización de N=1 como sea práctico. Una reutilización de frecuencia de N=1 implica que las celdas en las estaciones base transmiten en todos los bloques de recursos de tiempo-frecuencia disponibles (RB) simultáneamente. La necesidad de mayores rendimientos en las redes 4G, especialmente cerca del borde de la celda, combinada con la restricción en el balance de enlace del enlace ascendente, requerirá la necesidad de tamaños de celda más pequeños que los que se implementan típicamente para los sistemas celulares de 2da generación (2G) y 3ra generación (3G) actuales. La adición de celdas más pequeñas puede implementarse en un enfoque tradicional de división de celdas homogéneas o en un enfoque más heterogéneo ad hoc en el que las pico celdas o los nodos de retransmisión se superponen en una red macrocelular existente. Para un enfoque tanto homogéneo como heterogéneo, el sistema limitado por interferencia resultante para la implementación N=1 no logrará la capacidad potencial total que el estándar LTE puede soportar sin la implementación en la estación base y el terminal móvil de una o más técnicas viables de mitigación y/o cancelación de interferencias.
Los dispositivos tipo máquina a máquina (M2M) o MTC son un área emergente de las comunicaciones móviles que se espera que crezca significativamente en los próximos años, con una tasa anual compuesta de crecimiento (CAGR) esperada de > 25 % en 2013.
Es conveniente encontrar soluciones de MTC que aseguren un beneficio empresarial claro para los proveedores y operadores de UE MTC para migrar los UE MTC de gama baja desde GSM/GPRS a las redes lTe .
Las siguientes referencias se incorporan en la presente descripción como referencia:
[1] 3GPP TS36.211, "E-UTRA Physical Channels and Modulation", v11.1
[2] 3GPP TS36.216, "E-UTRA Physical Layers for Relaying Operation," v10.3.
[3] 3GPP TR36.814, "E-UTRA Physical Layer Aspects", v9.0.
La solicitud de patente US 2011/0252235 A1 se refiere a un método de comunicación máquina a máquina y describe, de acuerdo con una modalidad, un sistema M2M que incluye dispositivos M2M y una pluralidad de servidores de aplicaciones M2M que se conectan a través de una red inalámbrica. Cada dispositivo M2M tiene una identidad genérica que permite a una red inalámbrica abordar grandes colecciones o grupos de dispositivos M2M simultáneamente, denominada como un identificador de clase M2M. La red inalámbrica enruta una parte del mensaje de un mensaje de señalización recibido a un servidor de aplicaciones
La solicitud de patente US 2013/0029716 A1 se refiere a un método para realizar una comunicación M2M basada en grupos y describe, de acuerdo con una modalidad, que un dispositivo M2M que es un dispositivo miembro M2M transmite los datos, que deben transmitirse a una estación base, a otro dispositivo M2M que es una cabecera del grupo. El dispositivo M2M cabecera del grupo recoge los datos recibidos del dispositivo miembro M2M y transmite los datos recogidos a la estación base. Por lo tanto, el dispositivo M2M cabecera del grupo sirve para transmitir los datos, que deben transmitirse a la estación base, en lugar de los dispositivos miembros M2M que pertenecen al mismo grupo.
La solicitud de patente US 2011/0053619 A1 se relaciona con el problema de espacio de direccionamiento limitado en entornos M2M y describe un método para las comunicaciones M2M entre un controlador y un grupo de unidades de transmisión/recepción inalámbricas (WTRU), cada WTRU dentro del grupo que tiene una misma identidad internacional del abonado móvil (IMSI). De acuerdo con una modalidad, cada WTRU dentro de un grupo IMSI tiene la misma IMSI y cada grupo se desempeña como un terminal unificado. Al grupo IMSI se le pueden asignar canales dedicados para la transmisión y recepción.
Resumen
De acuerdo con un amplio aspecto de la presente solicitud, se proporciona un sistema móvil virtual compartido (VSM) de comunicación tipo máquina (MTC) que comprende una red de comunicaciones que incluye una red móvil, la red móvil que tiene nodos inalámbricos que incluyen un nodo de estación base inalámbrica y los nodos de dispositivos inalámbricos, el nodo de estación base inalámbrica que sirve a los nodos de dispositivos inalámbricos, una parte de los nodos de
dispositivos inalámbricos que son una pluralidad de dispositivos MTC, la red de comunicaciones se conecta a al menos un servidor de aplicaciones MTC. El sistema VSM MTC comprende además un nodo en la red de comunicaciones, que comprende: una interfaz de comunicaciones para participar en al menos una comunicación relacionada con MTC que implica uno de al menos un servidor de aplicaciones m Tc y al menos uno de la pluralidad de dispositivos MTC; y un procesador configurado para que funcione con la interfaz de comunicaciones, el procesador adaptado de manera que una parte de la al menos una comunicación relacionada con MTC presenta la pluralidad de dispositivos MTC como un dispositivo inalámbrico móvil virtual compartido que tiene un único identificador de dispositivo inalámbrico para la red móvil, en donde la pluralidad de dispositivos MTC pertenece a un grupo móvil virtual compartido (VSMG) y usa la división de tiempo para compartir un mismo portador de radio VSM. En algunas modalidades, el nodo en la red de comunicaciones es uno de un: Dispositivo MTC, UE, eNodoB, MME, S-GW, P-GW, Servidor de Aplicaciones MTC, Nodo de Relé, Nodo de Relé Móvil, y Servidor de Autorización MTC de Red Móvil. En algunas modalidades, la parte de al menos una comunicación relacionada con MTC incluye al menos uno de: RRC Conn, MTC Data Report, RRC Disconn, Joint VSMG REQ, Authorize Server REQ, Authorize Server RSP, Authorize Device REQ, Authorize Device REQ, Authorize Device RSP, Joint VSMG RSP y una comunicación transmitida a través del portador de radio VSM. En algunas modalidades, la parte de al menos una comunicación relacionada con MTC incluye al menos uno de: IP del servidor MTC, datos, dispositivo de datos de la aplicación MTC, Control de VSMG, IP del servidor MTC, IP del eNodoB, IP del VSM, ID del MTC, iP del S-GW, IP del P-GW, puerto UDP, ID del dispositivo, credenciales, OK, No OK, parámetros del dispositivo, VSM, IMSI, ID del dispositivo local, y datos de la aplicación. En algunas modalidades, el VSMG tiene un identificador VSMG. En algunas modalidades, un dispositivo MTC que no pertenece al grupo móvil virtual compartido (VSMG) utiliza su propio identificador de dispositivo en una solicitud de conexión inicial para unirse al VSMG. En algunas modalidades, el nodo en la red de comunicaciones es un dispositivo MTC y en donde el nodo en la red de comunicaciones escucha el portador de radio VSM compartido para al menos uno de control VSM y datos del dispositivo VSM. En algunas modalidades, el nodo en la red de comunicaciones recibe a través del control VSMG con respecto a los TTI asignados para enviar al menos uno de control VSM y datos del dispositivo VSM a al menos un servidor de aplicaciones MTC. En algunas modalidades, el dispositivo MTc usa su propio identificador de red móvil para enviar un mensaje de solicitud de concesión TTI VSM al nodo en la red de comunicaciones del sistema VSM. En algunas modalidades, la parte de la al menos una comunicación relacionada con MTC está cifrada en la capa de aplicación.
De acuerdo con otro amplio aspecto de la presente solicitud, se proporciona un método móvil virtual compartido (VSM) de comunicación tipo máquina (MTC) para uso en una red de comunicaciones que incluye una red móvil, la red móvil que tiene nodos inalámbricos que incluyen un nodo de estación base inalámbrica y nodos de dispositivos inalámbricos, el nodo de estación base inalámbrica que sirve a los nodos de dispositivos inalámbricos, una parte de los nodos de dispositivos inalámbricos que es una pluralidad de dispositivos MTC, la red de comunicaciones se conecta a al menos un servidor de aplicaciones MTC, el método VSM MTC que comprende: participar en al menos una comunicación relacionada con MTC que involucre uno de al menos un servidor de aplicaciones MTC y al menos uno de la pluralidad de dispositivos MTC; y presentar la pluralidad de dispositivos MTC como un dispositivo inalámbrico móvil virtual compartido de manera que una parte de la al menos una comunicación relacionada con MTC use un único identificador para la pluralidad de dispositivos MTC, en donde la pluralidad de dispositivos MTC pertenece a un grupo móvil virtual compartido (VSMG) y use la división de tiempo para compartir un mismo portador de radio VSM.
Otros aspectos y características de la presente solicitud serán evidentes para los expertos en la técnica al revisar la siguiente descripción de las modalidades específicas de un aparato y método móvil virtual compartido de comunicación tipo máquina junto con las figuras de los dibujos acompañantes.
Breve descripción de los dibujos
Las modalidades de la presente solicitud se describirán ahora, a manera de ejemplo solamente, con referencia a las figuras de los dibujos acompañantes en donde:
La Figura 1 es un diagrama de bloques que ilustra una arquitectura MTC;
La Figura 2 es un diagrama de flujo de señalización que ilustra la comunicación entre los dispositivos MTC y los servidores de aplicaciones MTC;
La Figura 3 es un diagrama de bloques que ilustra una arquitectura MTC que incluye un VSM proporcionado de acuerdo con las modalidades de la presente descripción;
La Figura 4 es un diagrama de bloques que ilustra la vía de comunicación entre el servidor de aplicaciones MTC y los dispositivos MTC, proporcionado de acuerdo con las modalidades de la presente descripción;
La Figura 5 es un diagrama de bloques que ilustra las pilas de protocolos usadas por las entidades de red con VSM implementado en un eNodoB, proporcionado de acuerdo con las modalidades de la presente descripción;
La Figura 6 es un diagrama de bloques que ilustra el uso de puertos UDP, proporcionados de acuerdo con las modalidades de la presente descripción;
La Figura 7 es un diagrama de flujo de señalización que ilustra un procedimiento de conexión de dispositivo MTC, proporcionado de acuerdo con las modalidades de la presente descripción; y
La Figura 8 es un diagrama de bloques que ilustra las pilas de protocolos usadas por las entidades de red con VSM implementado en un MRN, proporcionado de acuerdo con las modalidades de la presente descripción.
Los numerales de referencia similares se usan en las diferentes figuras para denotar los elementos similares.
Descripción detallada de los dibujos
Las siguientes abreviaturas se usan en esta descripción:
eNodoB - Nodo B mejorado (estación base)
DL - Enlace descendente
EPC - Núcleo de paquetes mejorado
IMSI - Identidad Internacional del Abonado Móvil
IP - Protocolo de Internet
L1 - Capa 1
L2 - Capa 2
MAC - Control de acceso al medio
MME - Entidad de gestión de movilidad:
MTC - Comunicación Tipo Máquina
PDCP - Protocolo de convergencia de datos por paquetes
PHY - Capa física
P-GW - Puerta de enlace de red de datos por paquetes
RAN - Red de acceso por radio
RLC - Control de enlace de radio
S-GW - Puerta de enlace de servicio
TDD - Duplexación por división de tiempo
TTI - Intervalo de tiempo de transmisión
El - Equipo de usuario
UL - Enlace ascendente
UDP - Protocolo de datagrama de usuario
VSM - Móvil virtual compartido
VSMG - Grupo móvil virtual compartido
La siguiente solicitud se incorpora en la presente descripción como referencia:
[4] La solicitud de Estados Unidos 13/759,419, titulada "DETERMINING A CLUSTER SET OF MOBILE DEVICES".
La presente descripción es aplicable al dominio de comunicación tipo máquina (MTC) donde la información se recoge por los servidores de solicitud MTC desde muchos dispositivos distribuidos en áreas extensas. Para que sea rentable la implementación y gestión de los dispositivos MTC, tiene sentido utilizar las redes móviles, que también se conocen como redes inalámbricas en la presente descripción. Esta descripción utiliza los términos inalámbrico y móvil de manera intercambiable, de manera que un dispositivo o nodo inalámbrico puede entenderse como que es lo mismo que un dispositivo o nodo móvil.
Se espera que la cantidad de dispositivos MTC conectados a las redes móviles crezca significativamente e impacten en el rendimiento de las redes móviles. Esta descripción utiliza MTC y M2M de manera intercambiable, de manera que puede entenderse que un dispositivo o nodo MTC es lo mismo que un dispositivo o nodo M2M.
La presente descripción puede permitir que una gran cantidad de dispositivos MTC se conecten a la red móvil y limiten el impacto en la red móvil.
La cantidad de dispositivos inalámbricos MTC conectados a la red puede aumentar significativamente. Las redes móviles pueden tener que hacer frente al aumento en la cantidad de dispositivos y al costo de gestión de los dispositivos. Este costo puede incluir la gestión de más dispositivos a nivel MME, la asignación de direcciones IP individuales para cada dispositivo MTC y la gestión de un mayor número de túneles GTP.
Muchos dispositivos MTC informan datos con poca frecuencia, lo que significa que, por cada informe de datos, el dispositivo tiene que pasar por una solicitud de conexión completa seguida de una solicitud de desconexión. Esto puede hacer que los costos de señalización del plano de control establezcan las conexiones y destruyan el cuello de botella de la red móvil principal.
Es conveniente encontrar soluciones de MTC que aseguren un beneficio empresarial claro para los proveedores y operadores de UE MTC para migrar los UE MTC de gama baja desde GSM/GPRS a las redes LTE. Tales beneficios pueden incluir:
• Reducir el costo de los componentes RF en los dispositivos, que incluye (por ejemplo) simplificaciones y reducciones en el soporte de bandas/RAT/cadenas de RF/puertos de antena, potencia de transmisión, ancho de banda máximo para el canal inferior al máximo especificado para la banda de frecuencia respectiva y soporte del modo FDD semidúplex;
• Los métodos para reducir el procesamiento en el dispositivo, que consideran además los aspectos de conversión de RF en banda base, un soporte de velocidad de datos pico significativamente más bajo, no admiten el modo de procesamiento espacial en el enlace ascendente/descendente y el procesamiento reducido del protocolo de radio; • Soporte de retrocompatibilidad con redes LTE existentes;
• Soporte de velocidades de transferencia de datos equivalentes a las admitidas por EGPRS, que incluyen 118,4 Kbps y 59,2 Kbps;
• Garantizar que la huella de cobertura de servicio de UE MTC de bajo costo basada en LTE no sea peor que la huella de cobertura de servicio de MTC GSM/EGPRS;
• Garantizar que el consumo total de energía no sea peor que el de los dispositivos MTC basados en GSM/GPRS existentes;
• Operación específica de los UE MTC de bajo costo y los UE LTE heredados en el mismo operador.
• Reutilizar la arquitectura de red LTE/SAE existente;
• Las soluciones deben especificarse en términos de cambios a la versión Rel 10 de las especificaciones;
• Se admitirán las optimizaciones tanto para los modos FDD como TDD; y
• Los dispositivos MTC de bajo costo admiten movilidad limitada (por ejemplo, no se admite la transición continua; la capacidad de operar en redes en diferentes países) y son módulos de bajo consumo de energía.
La presente descripción se enfoca en las aplicaciones MTC que requieren la recogida de datos de muchos dispositivos distribuidos en grandes áreas. Se supone que la anatomía de solicitud típica del MTC se compone de:
• Uno o más servidores de aplicaciones MTC en la nube que recogen los datos de los dispositivos MTC distribuidos; y • Muchos dispositivos MTC distribuidos que son responsables de la recogida de datos, así como también la ejecución de comandos desde el servidor.
Los dispositivos que pertenecen al mismo grupo móvil virtual compartido (VSMG) usarán la división de tiempo para compartir el mismo portador de radio (la misma IMSI) y, por lo tanto, disminuirán la interferencia con los otros Ue en la red móvil.
En general, esta descripción permitirá la recogida de datos de una gran cantidad de dispositivos MTC con un impacto limitado en la red móvil. Esta descripción incluye, entre otros, tres aspectos del concepto VSM: (1) el VSM implementado en el eNB; (2) el VSM implementado en un nodo de retransmisión; y (3) el VSM implementado en un UE que actúa como un nodo de retransmisión en una configuración de dispositivo a dispositivo.
Con referencia a las figuras, la Figura 1 es un diagrama de bloques que ilustra una arquitectura MTC. Como se muestra en la Figura 1, el dispositivo MTC 10a, el dispositivo MTC 10b, el UE 20d y el UE 20e se localizan en la macrocelda LTE 30 atendida por el eNodoB 40 al que se conectan de manera inalámbrica a través de LTE. El eNodoB 40 se conecta a MME 50 a través de la interfaz S1-MME 55. La MME 50 se localiza en la red móvil RAN+ECN 60. El eNodoB 40 también se conecta a S-GW/P-GW 70 a través de la interfaz S1-U 75. La S-GW/P-GW 70 actúa como una puerta de acceso a "Nube"/Internet 90 donde se localizan el servidor de aplicaciones MTC 80a y el servidor de aplicaciones MTC 80b.
Se supone que los dispositivos MTC tendrán bajos requisitos de rendimiento y se comunicarán con los servidores de aplicaciones MTC con poca frecuencia. Los dispositivos MTC enviarán datos a los servidores MTC a intervalos de tiempo predeterminados (por ejemplo, el medidor de agua envía datos una vez al mes al servidor de aplicaciones; la estación meteorológica envía datos una vez por hora), a solicitud del servidor MTC (servidor que solicita un informe meteorológico no programado) o cuando se produce un evento (estación meteorológica que informa de un evento de corte de energía)
La Figura 2 es un diagrama de flujo de señalización que ilustra la comunicación entre los dispositivos MTC y los servidores de aplicaciones MTC. Como se muestra en la Figura 2, los informes de datos MTC Data Report (MTC_server_IP, data) 230 a, b, c de los dispositivos MTC 10 a, b, c requieren una gran sobrecarga de señalización, para configurar las conexiones a través de RRC Conn. 210 a, b, c y destruir las conexiones a través de RRC Disconn. 230 a, b, c, respectivamente, con el servidor de aplicaciones MTC 80a y servidor de aplicaciones MTC 80b. Se observa que, aunque solo se muestran tres dispositivos MTC 10 a, b, c y 2 servidores de aplicaciones MTC 80 a, b en aras de la brevedad, la cantidad de sobrecarga se compone de la presencia de un gran número de dispositivos MTC y servidores de aplicaciones MTC.
Las redes móviles (RAN+ECN) tendrán que hacer frente a la mayor cantidad de dispositivos MTC y al aumento de la carga de señalización que es característica de los dispositivos MTC. La introducción de dispositivos MTC cambiará la relación entre los datos de control y los datos del usuario y hará que el costo de la señalización de control establezca las conexiones y destruya el cuello de botella de la red móvil principal.
La presente descripción introduce un nuevo elemento a nivel de eNodoB que permitirá que múltiples dispositivos se agrupen y se presenten al resto de RAN como un móvil virtual compartido (VSM). Los dispositivos que pertenecen al mismo grupo móvil virtual compartido (VSMG) compartirán los mismos recursos físicos de UL y DL. La red móvil y RAN (que incluyen MME y S-GW) no tendrán conocimiento de los dispositivos individuales; en cambio, los servidores de
aplicaciones MTC autenticarán y gestionarán los dispositivos MTC individuales. Esto disminuirá la cantidad de dispositivos que se gestionan por la red móvil, por lo tanto, disminuirá el volumen de señalización de control.
La Figura 3 es un diagrama de bloques que ilustra una arquitectura MTC que incluye un VSM proporcionado de acuerdo con las modalidades de la presente descripción. De acuerdo con un primer aspecto, como se muestra en la Figura 3, los dispositivos MTC 10 a, b, c y UE 20 d, e se localizan en la macrocelda LTE 30 atendida por el eNodoB 40. El UE 20 e, d se conecta de manera inalámbrica a través de LTE directamente al eNodoB 40. Sin embargo, los dispositivos MTC a, b, c se conectan al eNodoB 40 a través de VSM 310. El eNodoB 40 se conecta a la MME 50 a través de la interfaz S1-MME 55. La MME 50 se localiza en la red móvil RAN+ECN 60. El eNodoB 40 también se conecta a S-GW/P-GW 70 a través de la interfaz S1-U 75. La S-GW/P-GW 70 actúa como una puerta de acceso a "Nube"/Internet 90 donde se localizan el servidor de aplicaciones MTC 80a y el servidor de aplicaciones MTC 80b.
Todos los dispositivos MTC que usan el elemento VSM deberán unirse a un grupo móvil virtual compartido (VSMG) antes de que puedan comunicarse los datos a los servidores de aplicaciones MTC. Los dispositivos m Tc que pertenecen al mismo VSMG tendrán en común lo siguiente:
• Todos ellos se conectan a la misma celda.
• Ellos compartirán los recursos físicos de UL y DL.
• Ellos compartirán la misma IP que se ha asignado al VSM.
Tener en cuenta que los dispositivos MTC que usan VSMG pueden comunicarse con los servidores de aplicaciones MTC. La comunicación entre dos dispositivos MTC o entre un dispositivo MTC y otra entidad de Internet se permite "a través" del servidor de aplicaciones, por ejemplo, el servidor de aplicaciones MTC jugará un papel de proxy.
La Figura 4 es un diagrama de bloques que ilustra la vía de comunicación entre el servidor de aplicaciones MTC y los dispositivos MTC, proporcionados de acuerdo con las modalidades de la presente descripción. Los dispositivos MTC 10 x, y se conectan a VSM 310 en eNodoB 40 a través de portador de radio VSM 410, que incluye el VSMG Control 420 y el dispositivo de datos de aplicaciones 430 x, y correspondiente a los respectivos dispositivos MTC 10 x, y. El VSM 310 tiene IP VSM 440 que se usa para comunicarse a través de eNbodeB UP IP 450 con S-GW/P-GW 70 sobre el túnel de GTPU del portador VSM 460, que incluye el dispositivo de datos de aplicaciones MTC 430 x, y. La S-GW/P-GW 70 se comunica con el dispositivo de datos de aplicaciones MTC 430 x, y a su vez con el servidor de aplicaciones MTC 80 a través del servidor MTC IP 470.
Todos los dispositivos MTC que usan el mismo VSMG compartirán los mismos portadores de radio, por ejemplo, los recursos físicos UL y DL:
• En el DL, los dispositivos MTC en un VSMG recibirán los mismos datos de eNodoB, que contienen información multiplexada para los dispositivos individuales. Se usa un nuevo protocolo "ID MTC" para especificar el dispositivo MTC de destino. El DL también transportará el protocolo de "VSMG Control" que especificará, entre otras cosas, las asignaciones de TTI UL a diferentes dispositivos.
• En el UL, eNodoB tendrá un programador VSM especial que usará la división de tiempo para asignar diferentes TTI a los dispositivos MTC individuales en el grupo VSMG. La asignación de TTI puede hacerse por adelantado, para los dispositivos que informan los datos a intervalos predefinidos, o se puede solicitar a pedido por los dispositivos individuales. Una vez que se ha asignado un TTI a un dispositivo MTC individual, el dispositivo puede usar los UL PRB asignados a VSM en ese TTI.
• La implementación del protocolo de división de tiempo DL y UL MTC puede implementarse de manera eficiente empleando un modo de transmisión TDD LTE que utiliza la configuración t Dd 5 para la transmisión DL (es decir, que tiene 8 subtramas de DL por cuadro) y la configuración TDD 0 para el UL (es decir, que tiene 5 UL) subtramas por cuadro) [1].
Para la comunicación por aire, todos los dispositivos MTC que pertenecen a un VSMG usarán la misma IMSI que se ha asignado al VSM. La única excepción es durante la solicitud de conexión inicial cuando un nuevo dispositivo se une a un VSMG; en este caso, se usa la IMSI propia del dispositivo MTC.
La Figura 5 es un diagrama de bloques que ilustra las pilas de protocolos usadas por las entidades de red con VSM implementado en un eNodoB, proporcionado de acuerdo con las modalidades de la presente descripción. El IP VSM 440 se termina en el eNodoB 40 por el elemento VSM 310. El VSM 310 eliminará los encabezados IP 450 y UDP 520 y enviará el encabezado "ID MTC" 510 y los datos de la aplicación 530 por aire.
La Figura 6 es un diagrama de bloques que ilustra el uso de los puertos UDP, proporcionados de acuerdo con las modalidades de la presente descripción. Una alternativa al uso del protocolo "ID MTC" es usar los números de puerto UDP 520 x, y para identificar el ID del dispositivo local MTC 510 x, y. Los servidores de aplicaciones MTC 80 x, y comunican los datos de la aplicación 530 x, y a los dispositivos MTC respectivos 10 x, y a través de los puertos UDP 520 x, y el puerto UDP 1 y el puerto UDP 2 del elemento VSM 310 se proporcionan en eNodoB 40.
La Figura 7 es un diagrama de flujo de señalización que ilustra un procedimiento de conexión del dispositivo MTC, proporcionado de acuerdo con las modalidades de la presente descripción.
El procedimiento de conexión del dispositivo MTC se describe a continuación:
• El dispositivo MTC 10, que usa su propia IMSI, envía una solicitud especial "Joint VSMG", Joint VSMG REQ (device ID, MTC_server_IP, credentials) 720 al eNodoB 40 con el elemento VSM 310 para unirse al VSMG. La solicitud contendrá el ID del dispositivo, la IP del servidor MTC que autentificará el dispositivo y las credenciales del dispositivo MTC 10. • El eNodoB 40 recibirá la solicitud "Join VSMG" 720 y comprobará si el servidor MTC 80 es uno de los servidores autorizados en su lista. De lo contrario, se pondrá en contacto con un servidor dentro de la red móvil, servidor de autorización MTC de la red móvil 710 para verificar si el servidor MTC 80 está autorizado al enviar Authorize Server REQ (MTC_server_IP) 730:
i. Si el servidor MTC 80 no está autorizado, la conexión se rechazará (no se muestra).
ii. Si el servidor está autorizado al recibir Authorize RSP (MTC_server_IP, OK) 740, el procedimiento de conexión continúa en la siguiente etapa.
• El eNodoB 40, que utiliza el IP VSM 440 como dirección de origen, se pondrá en contacto con el servidor de aplicaciones MTC 80 y pasará el ID del dispositivo MTC (no se muestra) y las credenciales al enviar Authorize Device REQ (credentials) 750. Si el dispositivo está autenticado, el servidor registrará la dirección IP VSM como la dirección IP del proxy, luego enviará un mensaje de confirmación al eNodoB 40 al enviar Authorize Device RSP (OK, Device parameters) 760. El mensaje de confirmación contendrá detalles sobre el comportamiento del dispositivo MTC, como el intervalo de informes periódicos esperados del dispositivo, el tamaño del informe, el período de tiempo en que el informe es útil y también si se esperan notificaciones de eventos no programadas desde el dispositivo.
• El eNodoB 40 asignará una ID local para el dispositivo MTC y la agregará al VSMG. Luego, enviará un mensaje de confirmación Joint VSMG RSP (VSM Im S i, local device ID) 770 en el dispositivo, que incluye la IMSI del VSM que debe usarse para la comunicación futura.
• Mediante el uso de la IMSI VSM, el dispositivo MTC 10 escuchará el portador de radio VSM compartido 410.
Una vez que el dispositivo MTC se ha agregado al VSMG, puede intercambiar los datos a su propio servidor MTC. El elemento VSM del eNodoB desempeñará una función de proxy de la siguiente manera:
• En el DL:
i. El VSM recibirá datos de varios servidores hacia los dispositivos que son parte de su VSMG. Los datos se multiplexarán y cada segmento de datos tendrá como prefijo el encabezado "ID MTC" que contiene el ID local del dispositivo MTC de destino. Luego, los datos se envían por aire y todos los dispositivos MTC del grupo los recibirán y el dispositivo de destino extraerá los datos.
ii. El DL también llevará el protocolo "VSMG Control" que contiene información sobre la asignación de TTI UL.
• En el UL:
i. Una vez que el dispositivo recibe información a través del protocolo de "VSMG Control" con respecto a los TTI asignados, el dispositivo los utilizará para enviar información al servidor. El mismo encabezado de protocolo "ID MTC" se utiliza para identificar el dispositivo donde se originaron los datos.
ii. En el eNodoB, el elemento VSM utilizará el ID del dispositivo contenido en el encabezado "ID MTC" para recuperar la IP del servidor MTC asociado, luego compilará el paquete UDP con los App data el encabezado "ID MTC" y lo enviará al servidor.
iii. Para los informes no programados que son críticos para ser enviados al servidor antes de que se asigne el siguiente TTI al dispositivo, el dispositivo MTC utilizará su propia IMSI para enviar un mensaje especial de "VSM TTI grant request" al elemento VSM en el eNodoB. El elemento VSM reprogramará los TTI y enviará la nueva asignación de TTI a través del protocolo "VSMG Control".
Como los datos en la DL se reciben por todos los dispositivos MTC que pertenecen a la misma VSMG, la presente descripción contempla que la capa de aplicación puede asegurar los datos de la aplicación mediante el uso de un algoritmo de cifrado predeterminado.
La Figura 8 es un diagrama de bloques que ilustra las pilas de protocolos usadas por las entidades de red con VSM implementado en un MRN, proporcionado de acuerdo con las modalidades de la presente descripción. De acuerdo con un segundo aspecto, la funcionalidad del elemento VSM 310 se proporciona en un nodo de retransmisión MRN 810 que es atendido por el eNodoB 40 de la celda dada. La pila de protocolo VSM como se muestra en la Figura 5 se ha adaptado en la Figura 8 para operar en el nodo de retransmisión 810 con el eNodoB 40 que proporciona la funcionalidad S-GW/P-GW 70 como antes. La entidad VSM 310 en el RN 810 se comunicará con el servidor de aplicaciones MTC 80 después de unirse al VSMG como se describió anteriormente.
De acuerdo con un tercer aspecto, el elemento VSM se proporciona en un dispositivo móvil o UE. Este enfoque es viable para los UE que admiten la comunicación de dispositivo a dispositivo (D2D). En este aspecto, la funcionalidad de VSM residirá en el UE y el UE implementará la funcionalidad de VSM y VSMG como se describió anteriormente con respecto al primer y segundo aspecto. La selección de un UE para admitir el elemento VSM puede basarse en las etapas de (i) descubrimiento; (ii) cálculo de métricas de similitud; (iii) agrupamiento y (iv) transmisión de información como se define en [4]. En este aspecto, el UE actuará como un nodo de retransmisión como se describió con respecto al segundo aspecto.
Las modalidades de los aspectos de la presente descripción pueden ayudar a las redes móviles a hacer frente al aumento en la cantidad de dispositivos MTC. Los dispositivos MTC individuales en la misma celda se agrupan y comparten los
mismos recursos físicos UL y DL. Esto se logra mediante la introducción de un nuevo elemento móvil virtual compartida a nivel de eNodoB o nivel de nodo de retransmisión o nivel de UE o dispositivo. Las principales ventajas de este enfoque son:
• Cantidad reducida de UE que deben gestionarse por la red móvil (MME y S-GW). Estos incluyen:
i. Volumen de señalización del plano de control reducido, que incluye la cantidad de conexiones y liberaciones de RRC, la cantidad de solicitudes de localización.
ii. Cantidad reducida de direcciones IP asignadas dentro de la red móvil.
iii. Cantidad reducida de túneles GTP-U.
• Disminución de recursos de celda asignados para dispositivos MTC, lo que permitirá que se asigne más capacidad de celda a otros tipos de UE.
• Una disminución en la interferencia de los dispositivos MTC hacia otros UE que usan la misma RAN
En general, la descripción permitirá la recogida de datos de una gran cantidad de dispositivos MTC con un impacto limitado en la red móvil.
Las modalidades de la presente solicitud descritas anteriormente pretenden ser sólo ejemplos. Los expertos en la técnica pueden efectuar alteraciones, modificaciones y variaciones en las modalidades particulares sin apartarse del alcance de la solicitud, que se expone en las reivindicaciones.
Claims (11)
1. Un sistema de comunicación tipo máquina, MTC, móvil virtual compartido, VSM, que comprende una red de comunicaciones que incluye una red móvil (60), la red móvil (60) que tiene nodos inalámbricos que incluyen un nodo de estación base inalámbrica (40) y nodos de dispositivos inalámbricos (10, 20), el nodo de estación base inalámbrica (40) que sirve a los nodos del dispositivo inalámbrico (10, 20), una parte de los nodos del dispositivo inalámbrico (10, 20) que es una pluralidad de dispositivos MTC (10), la red de comunicaciones conectada a al menos un servidor de aplicaciones MTC (80), el sistema VSM MTC que comprende además:
un nodo en la red de comunicaciones, que comprende:
una interfaz de comunicaciones para participar en al menos una comunicación relacionada con MTC que implica uno de al menos un servidor de aplicaciones MTC (80) y al menos uno de la pluralidad de dispositivos MTC (10); y
un procesador configurado para que funcione con la interfaz de comunicaciones, el procesador adaptado de manera que una parte de la al menos una comunicación relacionada con MTC presenta la pluralidad de dispositivos MTC (10) como un dispositivo inalámbrico VSM que tiene un único identificador de dispositivo inalámbrico a la red móvil (60),
en donde la pluralidad de dispositivos MTC (10) pertenece a un grupo móvil virtual compartido, VSMG, y usa la división de tiempo para compartir un mismo portador de radio VSM.
2. El sistema VSM MTC de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el nodo en la red de comunicaciones es uno de un: dispositivo MTC (10), UE (20), eNodoB (40), MME (50), S-GW (70), P-GW (70), Servidor de Aplicaciones (80), Nodo de Relé, Nodo de Relé Móvil, y Servidor de Autorización Mt C de Red Móvil (710).
3. El sistema VSM MTC de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la parte de al menos una comunicación relacionada con MTC incluye al menos uno de: RRC Conn, MTC Data Report, RRC Disconn, Joint VSMG REQ, Authorize Server REQ, Authorize Server RSP, Authorize Device REQ, Authorize Device REQ, Authorize Device RSP, Joint VSMG RSP y una comunicación transmitida a través del portador de radio VSM.
4. El sistema VSM MTC de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la parte de al menos una comunicación relacionada con MTC incluye al menos uno de: IP del servidor MTC, datos, dispositivo de datos de la aplicación MTC, Control de VSMG, IP del servidor MTC, IP del eNodoB, IP del VSM, ID del MTC, IP del S-GW, IP del P-GW, puerto UDP, ID del dispositivo, credenciales, OK, No OK, parámetros del dispositivo, VSM, IMSI, ID del dispositivo local, y datos de la aplicación.
5. El sistema VSM MTC de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el VSMG tiene un identificador VSMG.
6. El sistema VSM MTC de acuerdo con la reivindicación 5, en donde un dispositivo MTC (10) que no pertenece al VSMG utiliza su propio identificador de dispositivo en una solicitud de conexión inicial para unirse al VSMG.
7. El sistema VSM MTC de acuerdo con la reivindicación 5, en donde el nodo en la red de comunicaciones es un dispositivo MTC (10) y en donde el nodo en la red de comunicaciones escucha al portador de radio VSM compartido para al menos uno de control VSM y datos del dispositivo VSM.
8. El sistema VSM MTC de acuerdo con la reivindicación 7, en donde el nodo en la red de comunicaciones recibe a través del VSMG Control con respecto a los intervalos de tiempo de transmisión asignados, TTI, para enviar al menos un control VSM y los datos del dispositivo VSM a al menos un servidor de aplicaciones MTC (80).
9. El sistema VSM MTC de acuerdo con la reivindicación 5, en donde un dispositivo MTC (10) usa su propio identificador de red móvil para enviar un intervalo de tiempo de transmisión VSM, TTI, mensaje de solicitud de concesión al nodo en la red de comunicaciones del sistema VSM MTC.
10. El sistema VSM MTC de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la parte de la al menos una comunicación relacionada con MTC está cifrada en la capa de aplicación.
11. Un método de comunicación tipo máquina, MTC, móvil virtual compartido, VSM, para uso en una red de comunicaciones que incluye una red móvil (60), la red móvil (60) que tiene nodos inalámbricos que incluyen un nodo de estación base inalámbrica (40) y nodos del dispositivo inalámbrico (10, 20), el nodo de estación base inalámbrica (40) que sirve a los nodos del dispositivo inalámbrico (10, 20), una parte de los nodos del dispositivo inalámbrico (10, 20) que es una pluralidad de dispositivos MTC (10), la red de comunicaciones se conecta a al menos un servidor de aplicaciones MTC (80), el método VSM MTC que comprende:
participar en al menos una comunicación relacionada con MTC que implica uno de al menos un servidor de aplicaciones MTC (80) y al menos uno de la pluralidad de dispositivos MTC (10); y
presentar la pluralidad de dispositivos MTC (10) como un dispositivo inalámbrico VSM de manera que una parte de la al menos una comunicación relacionada con MTC use un único identificador para la pluralidad de dispositivos MTC (10),
en donde la pluralidad de dispositivos MTC (10) pertenece a un grupo móvil virtual compartido, VSMG, y usa la división de tiempo para compartir un mismo portador de radio VSM.
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