TWI572235B

TWI572235B - 參考優先權與通訊效能進行隨機存取競爭之裝置及方法

Info

Publication number: TWI572235B
Application number: TW104123473A
Authority: TW
Inventors: 張本杰; 張光傑
Original assignee: 國立雲林科技大學
Priority date: 2015-07-20
Filing date: 2015-07-20
Publication date: 2017-02-21
Also published as: TW201705800A

Description

參考優先權與通訊效能進行隨機存取競爭之裝置及方法

一種隨機存取競爭之裝置及方法，特別係指一種參考優先權與通訊效能進行隨機存取競爭之裝置及方法。

近年來，在4G LTE/LTE-A行動無線通訊系統崛起，促使機器類型通訊（MTC, Machine Type Communication）與雲端服務（Cloud Service）緊密地結合，形成所謂的物聯網（Internet of Things , IoTs）。其中，包含具有不同流量類別優先權（Traffic Class Priority）的使用設備，例如，人對人（Human to Human, H2H）以及機器對機器（Machine to Machine, M2M）的使用設備等，這些使用設備可以產生巨量資料傳輸（Big Data Transmission）。

不過，在4G LTE/LTE-A的隨機存取程序（Random Access Procedure）以及壅塞控制（Congestion Control）之下，存在高碰撞率（Collision probability）與壅塞（Congestion），也無法保證使用設備之成功存取機率（Access success probability）、存取延遲時間（Access delay time）以及有效吞吐量（Goodput）等有關服務品質（Quality of Service, QoS）的問題。

為了在隨機存取程序中降低碰撞率與壅塞的情況，在3GPP標準中，隨機存取程序採用均勻分布退讓步驟（Uniform Distribution Backoff Procedure）、存取層級限制（Access Class Barring, ACB）、以及改善機器類型通訊環境中之隨機存取網路（Random Access Network）的解決方案。然而，上述的解決方案仍然無法保證使用設備的服務品質。

綜上所述，可知先前技術中長期以來一直存在4G LTE/LTE-A行動無線通訊環境中無法保證使用設備之服務品質的問題，因此有必要提出改進的技術手段，來解決此一問題。

有鑒於先前技術存在4G LTE/LTE-A行動無線通訊環境中無法保證使用設備之服務品質的問題，本發明遂揭露一種參考優先權與通訊效能進行隨機存取競爭之裝置及方法，其中：

本發明所揭露之參考優先權與通訊效能進行隨機存取競爭之裝置，提供邏輯通道給使用設備（User Equipment, UE）進行4G通訊，該裝置至少包含：設定模組，用以設定優先權最大值；基地台通訊介面，用以接收使用設備分別傳送之設備效能資訊；效能資訊收集模組，用以收集邏輯通道之通道效能資訊；存取層級限制計算模組，用以由設備效能資訊取得之使用設備之隨機存取成功率，及用以依據優先權最大值、使用設備之隨機存取成功率與優先權、及通道效能資訊判斷使用設備之存取層級限制要素（Access Class Barring factor, ACB factor）；通道競爭範圍計算模組，用以依據使用設備之存取層級限制要素計算使用設備之競爭範圍權重值（Contention Domain Weight），及用以依據使用設備之競爭範圍權重值及基地台之可用存取通道數判斷使用設備之通道競爭範圍，並由基地台通訊介面提供使用設備之通道競爭範圍至使用設備，使使用設備依據使用設備之通道競爭範圍進行隨機存取競爭。

本發明所揭露之參考優先權與通訊效能進行隨機存取競爭之裝置，與基地台進行4G通訊，該裝置至少包含：設備通訊介面，用以接收基地台所傳送之競爭範圍權重值，及接收基地台所傳送之系統資訊廣播，系統資訊廣播包含通道存取成功平均值及可用通道平均值；效能計算模組，用以計算設備效能資訊，設備效能資訊包含隨機存取碰撞率；存取競爭模組，用以透過設備通訊介面至基地台依據競爭範圍權重值進行隨機存取競爭；退讓時間計算模組，用以於存取競爭模組判斷隨機存取競爭失敗時，依據通道存取成功平均值、可用通道平均值、隨機存取碰撞率計算最大退讓時間，並依據最大退讓時間決定退讓時間，使存取競爭模組於等待退讓時間後再次至基地台依據通道競爭範圍進行隨機存取競爭。

本發明所揭露之參考優先權與通訊效能進行隨機存取競爭之方法，應用於使用設備與基地台間之4G通訊，其步驟至少包括：基地台設定優先權最大值；基地台收集使用設備之設備效能資訊及基地台之邏輯通道之通道效能資訊；基地台依據優先權最大值、由使用設備之設備效能資訊所取得之隨機存取成功率、使用設備之優先權、及通道效能資訊判斷使用設備之存取層級限制要素；基地台依據使用設備之存取層級限制要素計算使用設備之競爭範圍權重值；基地台依據使用設備之競爭範圍權重值及基地台之可用存取通道數判斷使用設備之通道競爭範圍；使用設備至基地台依據通道競爭範圍進行隨機存取競爭。

本發明所揭露之系統與方法如上，與先前技術之間的差異在於本發明透過基地台依據系統的優先權最大值、使用設備的隨機存取成功率、使用設備的優先權、以及基地台的通道效能資訊判斷使用設備之存取層級限制要素後，依據使用設備的存取層級限制要素計算與基地台之可用存取通道數判斷使用設備之通道競爭範圍，使得基地台依據通道競爭範圍提供使用設備進行隨機存取競爭，藉以解決先前技術所存在的問題，並可以達成降低隨機存取通道碰撞機率與壅塞、並增加行動通訊網路系統的有效吞吐量之技術功效。

以下將配合圖式及實施例來詳細說明本發明之特徵與實施方式，內容足以使任何熟習相關技藝者能夠輕易地充分理解本發明解決技術問題所應用的技術手段並據以實施，藉此實現本發明可達成的功效。

本發明可以由基地台依據使用設備（User Equipment, UE）的優先權與設備效能資訊、以及基地台的通道效能資訊動態計算使用設備的通道競爭範圍（Contention Domain），使得使用設備可以依據基地台動態計算出的通道競爭範圍進行隨機存取競爭，藉以保證不同優先權之使用設備有不同的服務品質（Quality of Service, QoS）。其中，設備效能資訊為使用設備與基地台之間進行資料傳輸有關的資訊，包含但不限於使用設備200的隨機存取成功率、使用設備200的隨機存取總數、使用設備200的隨機存取成功數等。

本發明所提之通道競爭範圍被用來表示使用設備可以使用的邏輯通道（Preamble/Logical Channel）數。一般而言，基地台可以提供多個邏輯通道，每一個邏輯通道都有相對應的識別資料，基地台可以依據與邏輯通道相對應的識別資料控制使用設備可以使用哪些邏輯通道，例如，當基地台以連續的正整數作為邏輯通道的識別資料時，若某個使用設備（第一使用設備）的通道競爭範圍為28，則可能表示基地台只允許第一使用設備使用識別資料為1~28的邏輯通道。同樣的，若有另一個使用設備（第二使用設備）的通道競爭範圍為13，則可能表示基地台只允許第二使用設備使用識別資料為1~13的邏輯通道，如此，上述兩使用設備便會競爭使用識別資料為1~13的邏輯通道。其中，當兩使用設備同時隨機決定使用識別資料相同的邏輯通道時，便會發生碰撞，以致於兩使用設備都無法存取所決定使用的邏輯通道，也就是無法進行資料傳遞，而若兩使用設備沒有同時使用識別資料相同的邏輯通道，則兩使用設備可以分別進行資料傳遞。

以下先以「第1圖」本發明所提之參考優先權與通訊效能進行隨機存取競爭之系統架構圖來說明本發明的系統運作。如「第1圖」所示，本發明之系統含有兩裝置，分別為基地台100以及使用設備200。

基地台100可以提供一個或多個使用設備200以4G通訊技術連接，並提供多個邏輯通道，藉以使用一個或多個邏輯通道與各個使用設備進行資料傳遞。其中，基地台100更包含基地台通訊介面110、設定模組120、效能資訊收集模組130、存取層級限制計算模組150、以及通道競爭範圍計算模組160。

基地台通訊介面110負責與使用設備200交換資料。例如，基地台通訊介面110可以接收各個使用設備200所傳送的設備效能資訊，也可以傳送系統資訊廣播（System Information Broadcast, SIB）至使用設備200。其中，基地台100傳送的系統資訊廣播可以包含通道存取成功平均值以及可用通道平均值。

設定模組120負責設定通訊環境的優先權最大值。設定模組120可以透過基地台的輸入介面（圖中未示）提供管理人員使用鍵盤、滑鼠、觸控板等輸入裝置設定優先權最大值，也可以透過基地台通訊介面110提供管理人員透過網路設定優先權最大值，本發明沒有特別的限制。優先權最大值用來表示使用設備200的優先權種類，例如，當優先權最大值為4時，可以表示通訊環境中最多會有四種優先權。在部分的實施例中，使用設備200的優先權可以是由基地台賦予，但本發明並不以此為限。

效能資訊收集模組130負責持續收集基地台100所提供之邏輯通道的通道效能資訊。一般而言，效能資訊收集模組130可以每隔固定的時間、在特定的時間，及/或在預定的時間收集基地台100所提供之邏輯通道的通道效能資訊。

效能資訊收集模組130所收集的通道效能資訊包含基地台100的通道閒置率以及通道存取成功率，但本發明並不以此為限，本發明所提之通道效能資訊還可以包含基地台100的通道存取碰撞率、通道存取延遲的平均值與統計值等。

存取層級限制計算模組150負責由基地台通訊介面110所接收到之設備效能資訊取得傳送該設備效能資訊之使用設備200的隨機存取成功率。基地台通訊介面110所接收到之設備效能資訊可能包含使用設備200的隨機存取成功率，如此，存取層級限制計算模組150可以直接由設備效能資訊中讀取使用設備200的隨機存取成功率；而若基地台通訊介面110所接收到之設備效能資訊沒有包含使用設備200的隨機存取成功率，但包含使用設備200的隨機存取總數以及使用設備200的隨機存取成功數，則存取層級限制計算模組150可以依據使用設備200的隨機存取總數與使用設備200的隨機存取成功數計算出使用設備200的隨機存取成功率，例如，將使用設備200的存取成功數除以使用設備200的隨機存取總數，所得到的商即為使用設備200的隨機存取成功率。

存取層級限制計算模組150也負責依據設定模組120所設定的優先權最大值、使用設備200的優先權與隨機存取成功率、以及效能資訊收集模組130所收集到之通道效能資訊判斷使用設備200之存取層級限制要素（Access Class Barring factor, ACB factor）。

在部分的實施例中，存取層級限制計算模組150可以將各個使用設備200的隨機存取成功率與優先權、設定模組120所設定的優先權最大值、以及效能資訊收集模組130所收集到之通道效能資訊中的通道閒置率做為該累積分布函數做為一個累積分佈函數的參數，並在運算該累積分布函數後產生各個使用設備200的存取層級限制要素。其中，存取層級限制計算模組150所使用的累積分佈函數為一個具有S型（Sigmoid）特性之常態分布的累積分布函數，例如，函數 ACB(x, σ, u )：

，

其中， erf()函數為累積分布函數中的高斯誤差函數； x是由優先權最大值（）、使用設備200的優先權（ r）以及隨機存取成功率（）計算產生，例如，以的式子產生； u是由優先權最大值（）、通道閒置率（）以及使用設備200的優先權（ r）產生，例如，以的式子產生； σ是由 x、u、使用設備200的優先權（ r）以及S型函數產生，例如：由的S型函數產生，其中，。但存取層級限制計算模組150計算存取層級限制要素的方式並不以上述為限，凡依據優先權最大值、使用設備200的優先權與隨機存取成功率、以及基地台100之通道效能資訊判斷使用設備200之存取層級限制要素的方式都可以在本發明中被使用。

另外，存取層級限制計算模組150可以在基地台通訊介面110接收到使用設備200所傳送的設備效能資訊後，立刻依據被接收到的設備效能資訊取得使用設備200的隨機存取成功率，並隨即開始判斷傳送該設備效能資訊之使用設備200的存取層級限制要素，但本發明並不以此為限，例如，存取層級限制計算模組150也可以每隔固定的時間間隔或在固定或預定的時間，才依據各個使用設備200最新（最後）傳送的設備效能資訊取得各個使用設備200的隨機存取成功率，並判斷各個使用設備200的存取層級限制要素。

通道競爭範圍計算模組160負責依據存取層級限制計算模組150所計算出之各個使用設備200的存取層級限制要素計算各個使用設備200的競爭範圍權重值（Contention Domain Weight）。

在部分的實施例中，通道競爭範圍計算模組160可以先計算優先權相同之所有使用設備之存取層級限制要素的平均值，並計算各個計算出之存取層級限制要素的平均值的總和，也就是先計算相同優先權之使用設備之存取層級限制要素的平均值，再加總不同優先權的使用設備之存取層級限制要素的平均值，例如，在與基地台100連接之所有使用設備200中，共有三種不同的優先權，則通道競爭範圍計算模組160可以分別計算優先權最高之各個使用設備的存取層級限制要素的平均值、優先權居中之各個使用設備的存取層級限制要素的平均值、優先權最低之各個使用設備的存取層級限制要素的平均值，再加總優先權最高、居中、最低的使用設備之存取層級限制要素的平均值。

通道競爭範圍計算模組160接著可以再依據所計算出之優先權不同的存取層級限制要素之平均值以及所計算出之不同優先權之平均值的總和計算各個使用設備200的競爭範圍權重值。例如，先定義具有最低優先權最低之使用設備200的權重值為，接著以下列三個式子計算出具有其他優先權之使用設備200的權重值：

，

其中，為優先權為 r的存取層級限制要素之平均值，δ為各個不同優先權之平均值的總和。

通道競爭範圍計算模組160也可以依據所計算出之各個使用設備200的競爭範圍權重值以及基地台100所提供之邏輯通道的數量（在本發明中也稱為「基地台100的可用存取通道數」）判斷各個使用設備200的通道競爭範圍。一般而言，通道競爭範圍計算模組160可以將基地台100的可用存取通道數乘上各個使用設備200的通道競爭範圍權重值，藉以取得各個使用設備200的通道競爭範圍。例如，基地台100提供54個邏輯通道，當使用設備200的通道競爭範圍權重值為0.5時，通道競爭範圍計算模組160判斷該使用設備200的通道競爭範圍為27。另外，若通道競爭範圍計算模組160所計算出之通道競爭範圍並非整數，則通道競爭範圍計算模組160通常可以將小數捨去，但本發明並不以此為限，也可以四捨五入或無條件進位。

在部分的實施例中，基地台100也可以包含存取競爭模組170。存取競爭模組170可以在基地台通訊介面110接收到使用設備200所傳送之存取競爭請求時，取得傳送該存取競爭請求之使用設備200的通道競爭範圍。例如，使用設備200所傳送之存取競爭請求中可以包含的使用設備200的使用設備識別碼，存取競爭模組170可以依據使用設備200的使用設備識別碼取得由通道競爭範圍計算模組160所判斷出之使用設備200的通道競爭範圍。

存取競爭模組170也可以依據所取得之使用設備200的通道競爭範圍提供使用設備200進行隨機存取競爭，也就是由傳送該存取競爭請求之使用設備200的通道競爭範圍所對應（mapping）到的多個邏輯通道中隨機選出一個邏輯通道。例如，當使用設備200的通道競爭範圍為27時，使用設備200的通道競爭範圍所對應之邏輯通道的識別資料分別為1~27，存取競爭模組170可以隨機由識別資料為1~27的邏輯通道中選出一條邏輯通道，並判斷被選出的邏輯通道是否同時也被其他使用設備200選擇使用，若是，則表示競爭失敗，若否，則表示競爭成功。

以下將開始對使用設備200進行說明。使用設備200可以使用4G通訊技術與基地台100連接，並可以使用基地台100所提供的一個或多個邏輯通道與基地台100交換資料。其中，使用設備200更包含設備通訊介面210、效能計算模組230、存取競爭模組240、以及退讓時間計算模組280。

設備通訊介面210負責與基地台100交換資料。例如，設備通訊介面210可以接收基地台100所發出的系統資訊廣播，設備通訊介面210也可以傳送效能計算模組230所產生的設備效能資訊至基地台100。一般而言，設備通訊介面210可以透過緩衝區狀態回報（Buffer Status Reports, BSRs）將設備效能資訊傳送給基地台100。

效能計算模組230負責計算使用設備200的設備效能資訊。一般而言，效能計算模組230可以每隔固定的時間、在特定的時間，及/或在預定的時間計算使用設備200的設備效能資訊。

效能計算模組230計算產生的設備效能資訊可以是使用設備200的隨機存取成功率、隨機存取碰撞率、競爭次數平均值、競爭成功平均值、競爭失敗平均值等，但本發明所提之設備效能資訊並不以上述為限。

一般而言，效能計算模組230可以依據使用設備200的運作狀態收集使用設備200的競爭次數、競爭成功次數、與競爭失敗次數，並依據所收集到的競爭次數、競爭成功次數、與競爭失敗次數計算出競爭次數平均值、競爭成功平均值、競爭失敗平均值；效能計算模組230也可以將所計算出的競爭次數平均值除以所計算出的競爭失敗平均值，藉以取得使用設備200的隨機存取碰撞率，也可以將所計算出的競爭次數平均值除以所計算出的競爭成功平均值，藉以取得使用設備200的隨機存取成功率。但效能計算模組230記算設備效能資訊之方式同樣不以上述為限。

存取競爭模組240負責透過設備通訊介面210與基地台100通訊，例如傳送存取競爭請求至基地台100，使基地台100使用與使用設備200相對應的通道競爭範圍進行隨機存取競爭，並負責判斷基地台100為使用設備200所進行的隨機存取競爭是成功或是失敗。

存取競爭模組240可以在判斷隨機存取競爭失敗時，依據退讓時間計算模組280所產生的退讓時間進行等待，並在等待退讓時間後，再次透過設備通訊介面210與基地台100通訊，使基地台100使用與使用設備200相對應的通道競爭範圍進行隨機存取競爭，並判斷基地台100為使用設備200所進行的隨機存取競爭是成功或是失敗，直到判斷隨機存取競爭成功或是再次進行隨機存取競爭的次數達到預定值為止。

退讓時間計算模組280負責在存取競爭模組240判斷隨機存取競爭失敗時，依據設備通訊介面210所接收到的系統資訊廣播所包含的通道存取成功平均值與可用通道平均值、以及效能計算模組230所計算出的隨機存取碰撞率決定當次競爭失敗的退讓時間。

在部份的實施例中，退讓時間計算模組280可以先使用以下的式子計算使用設備200的最大退讓時間索引：

，

其中，為使用設備200的最大退讓時間索引；為預定的系統最大退讓時間索引；為基地台100的通道存取成功率，由系統資訊廣播所包含的可用通道平均值除以通道存取成功平均值獲得；為效能計算模組230所計算出之使用設備200的隨機存取碰撞率。

退讓時間計算模組280接著可以依據所產生之最大退讓時間索引決定當次競爭失敗的退讓時間索引，並依據所決定的退讓時間索引取得相對應的退讓時間。一般而言，退讓時間計算模組280可以隨機決定一個介於0至所產生之最大退讓時間索引之間的數值做為當次的退讓時間索引。另外，在部分的實施例中，退讓時間計算模組280可以使用查表的方式來依據所決定的退讓時間索引取得相對應的退讓時間。但退讓時間計算模組280記算產生退讓時間的方式並不以上述為限。

接著以一個實施例來解說本發明的運作系統與方法，並請參照「第2A圖」本發明所提之參考優先權與通訊效能進行隨機存取競爭之方法流程圖。

在本實施例中，首先，基地台100的管理人員需要先設定系統的優先權最大值（步驟301）。在本實施例中，假設優先權最大值為「4」，表示系統中的使用設備200包含四種優先權，分別以1至4表示，其中，最高的優先權以1表示，最低的優先權以4表示。

在基地台100開始運作後，基地台100的效能資訊收集模組130可以持續的收集基地台100所提供之邏輯通道的通道效能資訊（步驟312）。在本實施例中，假設效能資訊收集模組130可以每隔固定的時間收集基地台100的通道閒置率及通道存取成功率等通道效能資訊。

同樣在基地台100開始運作後，若有使用設備200與基地台100連接，則基地台100的基地台通訊介面110可以持續的將系統資訊廣播傳送給與基地台100連接的使用設備200，同時，基地台100的效能資訊收集模組130也可以持續的透過基地台通訊介面110收集與基地台100連接之使用設備的設備效能資訊（步驟316）。在本實施例中，假設在使用設備200開始運作後，使用設備200的效能計算模組230可以持續的計算使用設備200的設備效能資訊，且使用設備200的設備通訊介面210可以不斷使用緩衝區狀態回報的方式，將效能計算模組230所計算出的設備效能資訊傳送給基地台100，使得效能資訊收集模組130可以透過基地台100的基地台通訊介面110收集到與基地台100連接之使用設備200所傳送的設備效能資訊。

在基地台100的效能資訊收集模組130收集到基地台100所提供之邏輯通道的通道效能資訊以及與基地台100連接之使用設備的設備效能資訊（步驟312、316）後，基地台100的存取層級限制計算模組150可以依據基地台100的設定模組120所設定的優先權最大值、效能資訊收集模組130由所收集到之設備效能資訊中取得的隨機存取成功率、傳送被效能資訊收集模組130收集之設備效能資訊的使用設備200的優先權、以及效能資訊收集模組130所收集到的通道效能資訊，判斷傳送效能資訊收集模組130收集之設備效能資訊之使用設備200的存取層級限制要素（步驟320）。在本實施例中，存取層級限制計算模組150可以在每隔固定的時間或在基地台通訊介面110接收到使用設備200所傳送的設備效能資訊時，將設定模組120所設定的優先權最大值、效能資訊收集模組130所取得的隨機存取成功率、使用設備200的優先權、效能資訊收集模組130所收集到的通道效能資訊做為具有S型特性之常態分布的累積分布函數 ACB()的參數，並對 ACB()進行運算，藉以在運算後取得傳送被效能資訊收集模組130收集之設備效能資訊的使用設備200的存取層級限制要素，其中，假設存取層級限制計算模組150所計算出之存取層級限制要素的範圍介於0到1之間。

在基地台100的存取層級限制計算模組150判斷出使用設備200的存取層級限制要素後，基地台100的通道競爭範圍計算模組160可以依據存取層級限制計算模組150所判斷出之使用設備200的存取層級限制要素來計算使用設備200之競爭範圍權重值（步驟340）。在本實施例中，假設通道競爭範圍計算模組160可以先計算與基地台100連接之所有使用設備200中，優先權為1之使用設備之存取層級限制要素的平均值，再依序計算與基地台100連接之所有使用設備中，優先權分別為2、3、4之使用設備之存取層級限制要素的平均值，如此，可以計算出四個優先權不同的使用設備之存取層級限制要素的平均值。接著，通道競爭範圍計算模組160可以計算四個存取層級限制要素的平均值的總和，再將所計算出之不同優先權之平均值的總和除以所計算出之優先權為1之使用設備的存取層級限制要素之平均值，藉以計算優先權為1之使用設備200的競爭範圍權重值，同樣的，通道競爭範圍計算模組160也可以將所計算出之不同優先權之平均值的總和分別除以所計算出之優先權為2、3、4之使用設備的存取層級限制要素之平均值，藉以計算優先權為2、3、4之使用設備200的競爭範圍權重值。

在基地台100的通道競爭範圍計算模組160依據計算出各個使用設備200之競爭範圍權重值後，通道競爭範圍計算模組160可以依據所計算出之各個使用設備200之競爭範圍權重值以及基地台100所提供之邏輯通道的數量（也就是基地台100的可用存取通道數）分別判斷各個使用設備200的通道競爭範圍（步驟350）。在本實施例中，假設通道競爭範圍計算模組160可以使用設備200的競爭範圍權重值乘上基地台100的可用存取通道數，藉以取得出各個使用設備200的通道競爭範圍，例如，當通道競爭範圍計算模組160所計算出之優先權為1、2、3、4之使用設備200的競爭範圍權重值分別為1.0、0.8、0.7、0.55時，若基地台100提供54個邏輯通道給所有使用設備200使用，則優先權為1、2、3、4之使用設備200的通道競爭範圍分別為54、43、37、29。

在基地台100的通道競爭範圍計算模組160判斷出各個使用設備200的通道競爭範圍後，當使用設備200的存取競爭模組240至基地台100進行隨機存取競爭（步驟360）時，基地台100的存取競爭模組170可以依據使用設備200的通道競爭範圍提供使用設備200進行隨機存取競爭。在本實施例中，當使用設備200至基地台100進行隨機存取競爭時，基地台100可以依據欲進行隨機存取競爭之使用設備200的通道競爭範圍決定使用設備200可以存取的邏輯通道的數量，例如，優先權為1之使用設備200的通道競爭範圍為54，表示優先權為1之使用設備200可以使用識別碼為0~53的54個邏輯通道與其他優先權不為1之使用設備進行隨機存取競爭；優先權為2之使用設備200的通道競爭範圍為43，表示優先權為2之使用設備200可以使用識別碼為0~42的43個邏輯通道與其它使用設備進行隨機存取競爭；優先權為3之使用設備200的通道競爭範圍為37，表示優先權為3之使用設備200可以使用識別碼為0~36的37個邏輯通道進行隨機存取競爭；優先權為4之使用設備200的通道競爭範圍為29，表示優先權為4之使用設備200可以使用識別碼為0~28的29個邏輯通道進行隨機存取競爭。換句話說，識別碼為43~54的邏輯通道只有優先權為1的使用設備200可以互相競爭，識別碼為37~43的邏輯通道可以被優先權為1、2的使用設備200競爭使用，識別碼為29~36的邏輯通道是由優先權為1、2、3的使用設備200競爭，識別碼為0~28的邏輯通道則可以被所有的使用設備200使用。

如此，透過本發明，便可以讓具有較高優先權的使用設備200能夠使用較多的邏輯通道進行隨機存取競爭，使得具有較高優先權的使用設備200可以獲得較多傳送資料的機率，藉以讓不同優先權之使用設備200具有不同的服務品質，進而確保具有較高優先權之使用設備有較高的服務品質。

請繼續參考「第2B圖」。在上述的實施例中，當使用設備200連線至基地台100，基地台100提供使用設備200進行隨機存取競爭（步驟360）後，使用設備200的存取競爭模組240可以透過使用設備200的設備通訊介面210判斷在基地台100中進行的隨機存取競爭是否失敗（步驟370）。若否，也就是隨機存取競爭成功，則使用設備200透過設備通訊介面210使用隨機存取競爭成功的邏輯通道進行資料傳送。

而若隨機存取競爭失敗，則使用設備200的退讓時間計算模組280可以依據基地台100所傳送之系統資訊廣播中之通道存取成功平均值及可用通道平均值、以及效能計算模組230計算產生的隨機存取碰撞率計算退讓時間（步驟380）。在本實施例中，假設退讓時間計算模組280可以依據基地台100所傳送之系統資訊廣播中之通道存取成功平均值及可用通道平均值計算出基地台100的通道存取成功率，並依據預定的系統最大退讓時間索引、基地台100的通道存取成功率、以及效能計算模組230所計算出之使用設備200的隨機存取碰撞率計算最大退讓時間索引，再隨機決定一個介於0至所產生之最大退讓時間索引之間的數值做為當次的退讓時間索引，並依據被產生之退讓時間索引取得相對應的退讓時間。

在使用設備200的退讓時間計算模組280計算出退讓時間後，使用設備200的存取競爭模組240可以等待退讓時間計算模組280所計算出的退讓時間（步驟390），並可以在退讓時間終了後，再次透過使用設備200的設備通訊介面210連線至基地台100，使基地台100再次提供使用設備200進行隨機存取競爭（步驟360），直到存取競爭模組240判斷隨機存取競爭成功或是再次進行隨機存取競爭的次數達到預定值為止，例如10次。

綜上所述，可知本發明與先前技術之間的差異在於具有基地台依據系統的優先權最大值、使用設備的隨機存取成功率、使用設備的優先權、以及基地台的通道效能資訊判斷使用設備之存取層級限制要素後，依據使用設備的存取層級限制要素計算與基地台之可用存取通道數判斷使用設備之通道競爭範圍，使得基地台依據通道競爭範圍提供使用設備進行隨機存取競爭之技術手段，藉由此一技術手段可以解決先前技術所存在4G LTE/LTE-A行動無線通訊環境中無法保證使用設備之服務品質的問題，進而達成降低隨機存取通道碰撞機率與壅塞、並增加行動通訊網路系統的有效吞吐量之技術功效。

再者，本發明之參考優先權與通訊效能進行隨機存取競爭之方法，可實現於硬體、軟體或硬體與軟體之組合中，亦可在電腦系統中以集中方式實現或以不同元件散佈於若干互連之電腦系統的分散方式實現。

雖然本發明所揭露之實施方式如上，惟所述之內容並非用以直接限定本發明之專利保護範圍。任何本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明所揭露之精神和範圍的前提下，對本發明之實施的形式上及細節上作些許之更動潤飾，均屬於本發明之專利保護範圍。本發明之專利保護範圍，仍須以所附之申請專利範圍所界定者為準。

100 基地台 110 基地台通訊介面 120 設定模組 130 效能資訊收集模組 150 存取層級限制計算模組 160 通道競爭範圍計算模組 170 存取競爭模組 200 使用設備 210 設備通訊介面 230 效能計算模組 240 存取競爭模組 280 退讓時間計算模組步驟301 基地台設定優先權最大值步驟312 基地台收集邏輯通道之通道效能資訊步驟316 基地台收集使用設備之設備效能資訊步驟320 基地台依據優先權最大值、由設備效能資訊所取得之隨機存取成功率、使用設備之優先權、及通道效能資訊判斷使用設備之存取層級限制要素步驟340 基地台依據使用設備之存取層級限制要素計算使用設備之競爭範圍權重值步驟350 基地台依據使用設備之競爭範圍權重值及基地台之可用存取通道數判斷使用設備之通道競爭範圍步驟360 基地台提供使用設備依據通道競爭範圍進行隨機存取競爭步驟370 判斷隨機存取競爭是否失敗步驟380 依據基地台所傳送之系統資訊廣播中之通道存取成功平均值及可用通道平均值、及計算產生之隨機存取碰撞率計算退讓時間步驟390 等待退讓時間

第1圖為本發明所提之參考優先權與通訊效能進行隨機存取競爭之系統架構圖。第2A圖為本發明所提之參考優先權與通訊效能進行隨機存取競爭之方法流程圖。第2B圖為本發明所提之參考優先權與通訊效能進行隨機存取競爭之附加方法流程圖。

步驟301 基地台設定優先權最大值步驟312 基地台收集邏輯通道之通道效能資訊步驟316 基地台收集使用設備之設備效能資訊步驟320 基地台依據優先權最大值、由設備效能資訊所取得之隨機存取成功率、使用設備之優先權、及通道效能資訊判斷使用設備之存取層級限制要素步驟340 基地台依據使用設備之存取層級限制要素計算使用設備之競爭範圍權重值步驟350 基地台依據使用設備之競爭範圍權重值及基地台之可用存取通道數判斷使用設備之通道競爭範圍步驟360 基地台提供使用設備依據通道競爭範圍進行隨機存取競爭

Claims

一種參考優先權與通訊效能進行隨機存取競爭之方法，係應用於至少一使用設備（User Equipment, UE）與一基地台間之4G通訊，該方法至少包含下列步驟：該基地台設定一優先權最大值；該基地台收集各該使用設備之設備效能資訊及該基地台之邏輯通道之一通道效能資訊；該基地台依據該優先權最大值、由各該使用設備之設備效能資訊所取得之各隨機存取成功率、各該使用設備之優先權、及該通道效能資訊判斷各該使用設備之存取層級限制要素（Access Class Barring factor, ACB factor）；該基地台依據該些使用設備之存取層級限制要素計算各該使用設備之競爭範圍權重值（Contention Domain Weight）；該基地台依據各該使用設備之競爭範圍權重值及該基地台之一可用存取通道數判斷各該使用設備之通道競爭範圍；及該基地台提供各該使用設備依據各該使用設備之通道競爭範圍進行隨機存取競爭。
如申請專利範圍第1項所述之參考優先權與通訊效能進行隨機存取競爭之方法，其中該方法於該基地台提供各該使用設備依據各該使用設備之通道競爭範圍進行隨機存取競爭之步驟後，更包含一該使用設備判斷隨機存取競爭失敗時，依據該基地台所傳送之一系統資訊廣播（System Information Broadcast, SIB）中之一通道存取成功平均值及一可用通道平均值、及計算產生之一隨機存取碰撞率計算一最大退讓時間，以及依據該最大退讓時間決定一退讓時間，並於等待該退讓時間後再次至該基地台依據通道競爭範圍進行隨機存取競爭之步驟。
如申請專利範圍第1項所述之參考優先權與通訊效能進行隨機存取競爭之方法，其中該基地台依據該優先權最大值、由各該使用設備之設備效能資訊所取得之各隨機存取成功率、各該使用設備之優先權、及該通道效能資訊判斷各該使用設備之存取層級限制要素之步驟為該基地台使用具有S型特性之一累積分佈函數，並分別將每一該使用設備之隨機存取成功率與優先權、該優先權最大值、及該通道效能資訊做為該累積分布函數之參數進行運算，藉以分別產生各該使用設備之存取層級限制要素。
如申請專利範圍第1項所述之參考優先權與通訊效能進行隨機存取競爭之方法，其中該基地台依據該些使用設備之存取層級限制要素計算各該使用設備之競爭範圍權重值之步驟為計算相同優先權之各該使用設備之存取層級限制要素平均值，並計算各該存取層級限制要素之平均值之一總和，及依據各該存取層級限制要素之平均值及該總和計算各該使用設備之競爭範圍權重值。
一種參考優先權與通訊效能進行隨機存取競爭之裝置，係提供至少一邏輯通道給至少一使用設備進行4G通訊，該裝置至少包含：一設定模組，用以設定一優先權最大值；一基地台通訊介面，用以接收各該使用設備分別傳送之各設備效能資訊；一效能資訊收集模組，用以收集該些邏輯通道之一通道效能資訊；一存取層級限制計算模組，用以由各該設備效能資訊取得之各該使用設備之隨機存取成功率，及用以依據該優先權最大值、各該使用設備之隨機存取成功率與優先權、及該通道效能資訊判斷各該使用設備之存取層級限制要素；及一通道競爭範圍計算模組，用以依據該些使用設備之存取層級限制要素計算各該使用設備之競爭範圍權重值，及用以依據各該使用設備之競爭範圍權重值及該基地台之一可用存取通道數判斷各該使用設備之通道競爭範圍，使該裝置提供各該使用設備依據各該使用設備之通道競爭範圍進行隨機存取競爭。
如申請專利範圍第5項所述之參考優先權與通訊效能進行隨機存取競爭之裝置，其中該存取層級限制計算模組是使用具有S型特性之一累積分佈函數，並分別將每一該使用設備之隨機存取成功率與優先權、該優先權最大值、及該通道效能資訊做為該累積分布函數之參數進行運算，藉以分別產生各該使用設備之存取層級限制要素。
如申請專利範圍第5項所述之參考優先權與通訊效能進行隨機存取競爭之裝置，其中該通道競爭範圍計算模組是計算相同優先權之各該使用設備之存取層級限制要素平均值，並計算各該存取層級限制要素之平均值之一總和，及依據各該存取層級限制要素之平均值及該總和計算各該使用設備之競爭範圍權重值。
一種參考優先權與通訊效能進行隨機存取競爭之裝置，係與一基地台進行4G通訊，該裝置至少包含：一設備通訊介面，用以接收該基地台所傳送之一系統資訊廣播，該系統資訊廣播包含一通道存取成功平均值及一可用通道平均值；一效能計算模組，用以計算該裝置之一設備效能資訊，該設備效能資訊包含一隨機存取碰撞率；一存取競爭模組，用以透過該設備通訊介面連線至該基地台，使該基地台依據與該設備對應之一通道競爭範圍進行隨機存取競爭；及一退讓時間計算模組，用以於該存取競爭模組判斷隨機存取競爭失敗時，依據該通道存取成功平均值、該可用通道平均值、該隨機存取碰撞率計算一最大退讓時間，並依據該最大退讓時間決定一退讓時間，使該存取競爭模組於等待該退讓時間後再次連線至該基地台進行隨機存取競爭。
如申請專利範圍第8項所述之參考優先權與通訊效能進行隨機存取競爭之裝置，其中該設備通訊介面更用以傳送該設備效能資訊至該基地台。
如申請專利範圍第8項所述之參考優先權與通訊效能進行隨機存取競爭之裝置，其中該退讓時間計算模組是依據該通道存取成功平均值及該可用通道平均值計算該基地台之一通道成功存取率，並依據該通道成功存取率及該隨機存取碰撞率計算該最大退讓時間。