TWI484801B - 降低核心網路中移動管理負載之系統及其方法 - Google Patents

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Description

降低核心網路中移動管理負載之系統及其方法
本發明係有關一種降低網路負載之技術，特別是指一種降低核心網路中移動管理負載之系統及其方法。
按，機器對機器(Machine-to-Machine,M2M)指的是機器與機器間的資料交換，利用機器對遠端的機器進行操控與通訊是一種新的科技概念。機器對機器系統包括硬體與軟體，各硬體設備間可透過網路進行遠端間的資料溝通，目前技術是在LTE無線網路中，利用核心網路的移動管理單元(Mobility Management Entity,MME)管理所有的連線訊息，因為這種技術能對設備進行更有效的控制，所以逐漸廣泛地被使用在自動傳輸、遠端控制和測量遠端有線機台的原始資料、無線電等等。
在未來機器對機器的應用與需求將會越來越廣泛，除了行動電話之外，舉凡各種家電用品如冰箱、冷氣機等皆可能機器化變成LTE無線網路上的機器型通訊(Machine-Type Communication,MTC)裝置，眾多機器型通訊裝置對核心網路不停地要求連線會造成核心網路負載過大，且，由於核心網路對不同類型、功能的機器型通訊裝置會分配不同的可以連線的時間段，即准許時間間隔(Grant Time Interval,GTI)，在剛進入准許時間間隔的初期可能會因大量同類的機器型通訊裝置同時進行連接動作，使得核心網路遭遇負載的劇烈變動，需要將負載分散，但目前技術在LTE無線網路中對於機器對機器的服務並無法降低核心網路中移動管理單元的負載，而是所有機器型通訊裝置在被拒絕連線後不停重複請求連線。
有鑑於此，本發明遂針對上述習知技術之缺失，提出一種降低核心網路中移動管理負載之系統及其方法，以有效克服上述之該等問題。
本發明之主要目的在提供一種降低核心網路中移動管理負載之系統及其方法，其係藉由將物件的要求連線訊息分散在不同時間點，限制要求連線訊息的數量，以解決核心網路負載過高的問題。
本發明之另一目的在提供一種降低核心網路中移動管理負載之方法，係在等待時間從一個週期遞增至超過一臨界時間時，將等待時間重設為一個單位時間。
為達上述之目的，本發明提供一種降低核心網路中移動管理負載之系統，包括至少一物件、至少一基地台及一移動管理單元，物件透過一無線網路發出要求連線之一要求連線訊息，基地台接收要求連線訊息，再透過一網路將要求連線訊息送出；移動管理單元位於一核心網路中，接收要求連線訊息，若核心網路忙碌拒絕與物件連線，則依據一管理規則計算物件再次送出一要求連線訊息的時間點，並將包含時間點的回覆訊息透過基地台回傳給物件。
本發明另提供一種降低核心網路中移動管理負載之方法，包含下列步驟：至少一物件透過一無線網路發出要求連線之一要求連線訊息給基地台；基地台接收要求連線訊息，再透過一網路將要求連線訊息送出至一核心網路；核心網路中之一移動管理單元接收要求連線訊息，若核心網路忙碌則拒絕與物件連線，則依據一管理規則計算物件再次送出一要求連線訊息的時間點；以及將包含該時間點的回覆訊息透過基地台回傳給物件，物 件依據回覆訊息在該時間點時再次發出一要求連線訊息。
底下藉由具體實施例詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。
本發明是一種降低核心網路中移動管理負載之系統及其方法，其用以解決LTE網路中機器對機器(Machine to Machine,M2M)服務時對核心網路造成負載過高的問題，網路營運商可以依據不同類型的機器型通訊(Machine-Type Communication,MTC)裝置或是營運情況來選擇使用不同的方法分散負載。
請參考第1圖，其為本發明降低核心網路中移動管理負載之系統之示意圖，包括至少一物件10、至少一基地台12及一核心網路14，核心網路14中包含多個伺服器做為移動管理單元(mobility management entity,MME)16，物件10為機器型通訊裝置(Machine-Type Communication device,MTC device)，透過一無線網路18發出要求連線之一要求連線訊息，基地台12為LTE eNodeB基地台，接收要求連線訊息，再透過有線或無線的網路20將要求連線訊息送出；移動管理單元16用以管理傳送到核心網路14的訊號，當核心網路14接收到要求連線訊息時，若核心網路14過於忙碌而拒絕與物件10連線，則移動管理單元16會依據一管理規則計算要物件10再次送出一要求連線訊息的時間點，並將包含時間點的回覆訊息透過基地台12回傳給物件10。
要求連線訊息中可包含單位時間(time slot)資訊及物件總共提出過幾次要求連線訊息之資訊，例如一個單位時間可能為1秒、2秒或5秒，管理 規則亦依據訊號單位時間計算每次送出要求連線訊息之間的等待時間(back off)，等待時間為至少一單位時間後送出要求連線訊息的時間。
本發明提供一種降低核心網路中移動管理負載之方法，應用於第1圖之系統中，此方法之步驟如第2圖所示之流程圖，步驟S10物件透過無線網路發出要求與核心網路連線之一要求連線訊息給基地台；步驟S12基地台接收要求連線訊息，再透過一有線或無線之網路將要求連線訊息送出至核心網路；步驟S14核心網路中之移動管理單元接收要求連線訊息，若核心網路不忙碌則讓物件成功連線，如步驟S16；反之，若核心網路忙碌中，則如步驟S18所述拒絕與物件連線，並依據一管理規則計算物件再次送出一要求連線訊息的時間點；以及步驟S20將包含該時間點的回覆訊息透過基地台回傳給物件，以供物件依據回覆訊息在該時間點時重複步驟S10，再次發出一要求連線訊息。
本發明包括數種管理規則以決定物件發送要求連線訊息的時間，如第3A圖所示，當物件的要求連線訊息被移動管理單元拒絕時，若發出請求的時間並非在單位時間的時間點上，假設一個單位時間為1秒，如時間點a1 在0和1秒之間，移動管理單元會回覆下一個離目前時間最近的時間點，亦即1秒，讓物件在時間點為1秒時再次送出要求連線訊息，而若發出請求的時間在單位時間的時間點上，如時間點a2 在1秒時，則移動管理單元會回覆下一個單位時間後的時間點，亦即2秒時物件再送出要求連線訊息，此種管理規則降低負載的效果較低，但請求連線訊息中不需包含單位時間資訊及物件總共提出過幾次要求連線訊息之資訊。
第3B圖至第3D圖分別為本發明另三種管理規則之示意圖，此三種方 法的概念是將問題對應到back off window，也就是說，每次移動管理單元過載時，拒絕物件後再等一段時間重新連線，每當等了一段時間之後，若連線請求再次被拒絕，則下次的連線請求時間點為上次等待時間的兩倍加上目前的時間點。在這裡物件需要額外儲存一項資訊，就是等待時間長度(back off length)，為物件目前等了多少個單位時間，例如：某物件的等待時間長度為8，表示這個物件已經等了8個單位時間。
其中，第3B圖的方法是每次被拒絕的等待時間呈指數倍增，第一次被拒絕的等待時間為1個單位時間，第二次被拒絕的等待時間為2個單位時間，第三次被拒絕的等待時間為4個單位時間，以此類推，如果請求連線的在時間點之外被拒絕，假設物件目前的等待時間長度為16，並且將16乘上兩倍變成32，隨後計算離目前最近的時間點與目前的時間差d t ，d t 會小於一個單位時間，在這裡d t 也當作一個單位時間，接著計算下個連線請求的時間點，也就是31乘上單位時間加上d t 再加上目前時間，如下式(1)：TP next =d t +(BOL next -1)×BOT +TP now (1)其中TPnow 為本次送出請求連線訊息的時間點，TPnext 為下一個時間點，BOT為等待的單位時間，BOLnext 為下一次等待時間的長度。若是連線請求在時間點之上被拒絕，物件以相同方法計算，差別在於不需要計算d t ，也就是下個請求時間點為等待時間長度乘上單位時間再加上目前時間點，如下式(2)：TP next =BOL next ×BOT +TP now (2)物件有可能會一直被拒絕，由於等待時間是以指數的速度在成長，所以被拒絕多次之後，等待時間變長，造成完成工作的延遲也會變長，此外，可 能造成下次可發送連線請求的時間點已經超出分類管理時間之外，以至於物件必須要等到下個分類管理時間的到來(例如移動管理單元針對A分類物件的管理時間，亦即接受要求連線訊息的時間，是早上6點至早上8點，之後就不再接受A分類物件的要求連線訊息，直到下一個A分類物件的管理時間來臨，或許是下午4點至下午9點)。因此，本發明將等待時間長度加以限制，在等待時間長度超過限制時，將等待時間長度重設為1開始，藉以縮短完成工作的延遲，更可減少下個連線請求的時間點超出分類管理時間的次數。
第3C圖的管理規則是每次被拒絕的等待時間呈費伯那西(Fibonacci)數列遞增，費伯那西數列之公式為當n>1時，Fn+2 =Fn+1 +Fn ，因此若第一次被拒絕的等待時間為1個單位時間，第二次被拒絕的等待時間為1個單位時間，第三次被拒絕的等待時間為2個單位時間，第四次被拒絕的等待時間為3個單位時間，第五次被拒絕的等待時間為5個單位時間，以此類推。在此實施例中，物件需要紀錄上次與目前的等待時間長度，當被移動管理單元拒絕的情況下，如果在時間點之外，將目前的等待時間長度與上次的相加後，計算出所需的等待時間長度，d t 一樣當作一個等待時間長度，則下次的連線請求時間點與公式(1)相同；若是在時間點上被拒絕，則下次的連線請求時間點之計算方法與公式(2)相同，依據費伯那西數列公式得到下一次等待時間的長度BOLnext 並計算出下一個時間點TPnext ；為了避免等待時間長度過長，與第3B圖指數遞增的方法相同，限制等待時間長度來減少延遲時間及降低超過分類管理時間的次數。
第3D圖的管理規則是讓物件在預設的一准許時間間隔(Grant Time Interval,GTI)範圍內隨機選一時間點送出一要求連線訊息，若仍無法連線則於時間點後的時間範圍內再隨機選擇另一時間點，二時間點之間的期間為物件之等待時間，假設一個單位時間為1秒，若物件在0秒時送出的要求連線訊息被拒絕，而預設的GTI範圍為10個單位時間，則移動管理單元會在10秒內隨機選擇一時間點，圖中時間點為2秒，若物件在2秒後送出的要求連線訊息仍然被拒絕，移動管理單元會在2~10秒的時間範圍再隨機選擇一時間點，例如第3D圖中的第三次要求連線訊息是在6秒的時間點送出。在此實施例中，要求連線訊息不需要紀錄任何的等待時間長度，只須知道GTI的時間範圍，例如：在第10秒時物件被拒絕，若設定的時間範圍是32秒，就是在第11秒到第32秒之間隨機一個時間點，並且通知物件在此時間點連上來。
本發明還提供一種管理規則，是在每次的時間點由移動管理單元計算這次有多少被拒絕的物件，移動管理單元便會依據物件的被拒絕次數來安排每個物件在往後哪個時間點可以連接上來，被拒絕次數最多的優先安排在下一個時間點，第二多的安排在下下一個時間點，以此類推，例如被拒絕次數最多的物件安排在1秒後，第二多的安排在2秒後，第三多的安排在3秒後，等等，藉著被拒絕次數安排物件連線的優先順序，平均的分散負載在各個時間點。
綜上所述，本發明提供之降低核心網路中移動管理負載之系統及其方法係由移動管理單元選擇一種管理規則，藉由此管理規則計算若物件被拒絕連線時，下次送出要求連線訊息的時間點為何，將此時間點回覆給物件，讓物件依此時間點重新連線，因此，由於連線時間點由移動管理單元分配， 故可有效分散眾多物件送出要求連線訊息的時間，降低核心網路的負載，物件也更容易連線成功。
唯以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍。故即凡依本發明申請範圍所述之特徵及精神所為之均等變化或修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。
10‧‧‧物件
12‧‧‧基地台
14‧‧‧核心網路
16‧‧‧移動管理單元
18‧‧‧無線網路
20‧‧‧網路
第1圖為本發明降低核心網路中移動管理負載之系統之架構示意圖。
第2圖為本發明降低核心網路中移動管理負載之方法之流程圖。
第3A圖至第3D圖為本發明中移動管理物件計算送出要求連線訊息之時間點之實施例示意圖。
10‧‧‧物件
12‧‧‧基地台
14‧‧‧核心網路
16‧‧‧移動管理單元
18‧‧‧無線網路
20‧‧‧網路

Claims (16)

  1. 一種降低核心網路中移動管理負載之系統，包括：至少一物件，透過一無線網路發出要求連線之一要求連線訊息，該要求連線訊息中包含單位時間(time slot)資訊及提出過幾次要求連線之資訊；至少一基地台，接收該要求連線訊息，再透過一網路將該要求連線訊息送出；以及一移動管理單元，其位於一核心網路中，接收該要求連線訊息，若該核心網路忙碌拒絕與該物件連線，則依據一管理規則計算該物件再次送出一要求連線訊息的時間點，該管理規則係依據該訊號單位時間進行計算每次要求連線訊息之間的等待時間(back off)，並將包含該時間點的回覆訊息透過該基地台回傳給該物件。
  2. 如請求項1所述之降低核心網路中移動管理負載之系統，其中該物件為機器型通訊裝置(Machine-Type Communication device,MTC device)。
  3. 如請求項1所述之降低核心網路中移動管理負載之系統，其中該網路為有線網路或無線網路。
  4. 如請求項1所述之降低核心網路中移動管理負載之系統，其中該等待時間為至少一單位時間後送出該要求連線訊息的時間。
  5. 如請求項1所述之降低核心網路中移動管理負載之系統，其中該等待時間為從一個單位時間開始，每次增加兩倍的單位時間，直到超過一臨界時間時將等待時間重設為一個單位時間。
  6. 如請求項1所述之降低核心網路中移動管理負載之系統，其中該等待時 間為從一個單位時間開始，每次的等待時間為以費伯那西數列遞增，直到超過一臨界時間時將等待時間重設為一個單位時間。
  7. 如請求項1所述之降低核心網路中移動管理負載之系統，其中該移動管理單元係在預設之一准許時間間隔內隨機選一時間點，並要求該物件在該時間點再次送出一要求連線訊息，若仍無法連線則於該時間點後的該時間範圍內再隨機選擇另一時間點，該二時間點之間的期間為該物件之該等待時間。
  8. 如請求項1所述之降低核心網路中移動管理負載之系統，其中該移動管理單元係在複數被拒絕的物件中依據被拒絕次數排定優先順序，並選擇將該時間點分配給該等物件中被拒絕次數最多者。
  9. 一種降低核心網路中移動管理負載之方法，包括下列步驟：至少一物件透過一無線網路發出要求連線之一要求連線訊息給至少一基地台，該要求連線訊息中包含單位時間(time slot)資訊及提出過幾次要求連線之資訊；該基地台接收該要求連線訊息，再透過一網路將該要求連線訊息送出至一核心網路；該核心網路中之一移動管理單元接收該要求連線訊息，若該核心網路忙碌則拒絕與該物件連線，並依據一管理規則計算該物件再次送出一要求連線訊息的時間點，該管理規則亦依據該訊號單位時間進行計算每次要求連線訊息之間的等待時間(back off)；以及將包含該時間點的一回覆訊息透過該基地台回傳給該物件，該物件依據該回覆訊息在該時間點時再次發出一要求連線訊息。
  10. 如請求項9所述之降低核心網路中移動管理負載之方法，其中該物件為機器型通訊裝置(Machine-Type Communication device,MTC device)。
  11. 如請求項9所述之降低核心網路中移動管理負載之方法，其中該網路為有線網路或無線網路。
  12. 如請求項9所述之降低核心網路中移動管理負載之方法，其中該等待時間為至少一單位時間後送出該要求連線訊息的時間。
  13. 如請求項9所述之降低核心網路中移動管理負載之方法，其中該等待時間為從一個單位時間開始，每次增加兩倍的單位時間，直到超過一臨界時間時將等待時間重設為一個單位時間。
  14. 如請求項9所述之降低核心網路中移動管理負載之方法，其中該等待時間為從一個單位時間開始，每次的等待時間為以費伯那西數列遞增，直到超過一臨界時間時將等待時間重設為一個單位時間。
  15. 如請求項9所述之降低核心網路中移動管理負載之方法，其中該移動管理單元係在預設之一准許時間間隔內隨機選一時間點，並要求該物件在該時間點再次送出一要求連線訊息，若仍無法連線則於該時間點後的該時間範圍內再隨機選擇另一時間點，該二時間點之間的期間為該物件之該等待時間。
  16. 如請求項9所述之降低核心網路中移動管理負載之方法，其中該移動管理單元係在複數被拒絕的物件中依據被拒絕次數排定優先順序，並選擇將該時間點分配給該等物件中被拒絕次數最多者。
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