TWI688289B

TWI688289B - 基地台、物聯網系統及傳輸排程方法

Info

Publication number: TWI688289B
Application number: TW106146034A
Authority: TW
Inventors: 戴玲玲
Original assignee: 中華電信股份有限公司
Priority date: 2017-12-27
Filing date: 2017-12-27
Publication date: 2020-03-11
Also published as: TW201929573A

Abstract

本發明提出一種基地台、物聯網系統及傳輸排程方法。基地台利用各終端欲傳輸封包的延遲容忍度進行傳輸排序，延遲容忍度較低的封包需求將較優先安排無線資源予以傳輸。進入排程序列後的延遲容忍度將依時間遞減，基地台應在延遲容忍度減少到臨界點之前盡快安排傳輸資源予此終端，使其得以順利傳輸，否則對網路容量發出告警。藉此，較緊急的封包可以提早被傳輸，延遲容忍度高的封包雖較晚被傳輸，但仍符合應用需求範圍，對整體物聯網網路是運作順利的。

Description

基地台、物聯網系統及傳輸排程方法

本發明是有關於一種物聯網(Internet of Things，IoT)，且特別是有關於一種基地台、物聯網系統及傳輸排程方法。

物聯網發想的目的之一係為了讓行使獨立功能的裝置能實現相互聯通，使這些裝置都能發送訊息至網路，以取得位置、溫度、氣壓等任何感測資訊，或是對這些裝置進行遠端遙控、自動化操作等作業，且依各產業應用而有不同的需求。

目前常見的物聯網應用若依資料的時間有效性區分大致上有週期型傳輸、時效型傳輸、觸發型傳輸。

週期型傳輸例如是每月週期性回傳的電表/水表，這類型不需要快速傳輸速度，只需要在數十分鐘甚至數小時內傳回數值即可。時效型傳輸例如是定位追縱器，每數十秒會回傳一次位置，可能不需要立刻生效，但其數值有一定的效期，並需要在一定時間內回傳才有用。觸發型傳輸例如是煙霧偵測器，這類型通常都是反應於發生事件或異常情況而傳送較即時的通知。

而市面上針對物聯網所發展的低傳速、低功耗、大涵蓋的低功率廣域網路(Low Power Wide Area Network，LPWAN)傳輸技術(例如，窄頻-物聯網(NB-IoT)、長距離(Long Range，LoRa)、Sigfox等)通常都使用較窄的頻寬來傳輸小封包。基於這樣的連線技術，當遇到較多數量的終端上線時，會秉持「先到先傳」原則而將傳輸業務一步步地傳輸完畢。然而，若遇到上述的時效型及觸發型傳輸，可能會因前面較不急迫的封包占用無線電資源，讓具時效的封包超出此應用的可容忍時間。由此可知，需要提出新的排程機制協助優化傳輸作業。

有鑑於此，本發明提供一種基地台、物聯網系統及傳輸排程方法，其基於封包的延遲容忍度來排程傳輸順序，從而提升傳輸服務品質。

本發明的傳輸排程方法，其適用於基地台，此傳輸排程方法包括下列步驟。接收排程要求，此排程要求請求傳送封包。依據封包之延遲容忍度對封包進行排程，使延遲容忍度越低者越早准予傳送封包。

本發明的基地台，其包括傳送電路、接收電路及處理電路。傳送電路傳送訊號。接收電路接收訊號。處理電路耦接傳送電路及接收電路，透過接收電路接收排程要求，此排程要求請求傳送封包。處理電路並依據封包之延遲容忍度對封包進行排程，而延遲容忍度越低者越早准許傳送對應封包。

本發明的物聯網系統，包括物聯網終端、及基地台。物聯網終端發送排程要求，此排程要求請求傳送封包。基地台接收此排程要求，並依據封包之延遲容忍度對封包進行排程，而此延遲容忍度越低者越早准許傳送對應封包。

基於上述，本發明實施例透過網路端(即，基地台)利用各物聯網終端所欲傳輸封包的延遲容忍度進行傳輸排序，讓延遲容忍度較低的封包優先安排無線電資源並准許傳輸。藉此，能優化排程機制，避免無法符合時效性的傳輸，從而提升物聯網服務品質。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1是依據本發明一實施例之物聯網系統1的示意圖。請參照圖1，物聯網系統1包括基地台100、一個或更多個物聯網終端101、及網管伺服器105。

基地台100可以係家用演進基地台(Home evolved Node B，HeNB)、演進基地台(evolved Node B，eNB)、進階基地台(Advanced Base Station，ABS)、基地收發機系統(Base Transceiver System，BTS)、存取點(Access Point，AP)、家用基地台(home base station)或收發器(Transceiver)，並至少包括但不僅限於一或多組天線110、接收電路120、傳送電路130、數位至類比/類比至數位轉換器140、後端傳輸介面150、儲存器160、及處理電路170。

接收電路120及傳送電路130分別用以透過天線110無線地接收上行鏈路(uplink)訊號及傳送下行鏈路(downlink)訊號。接收電路120及傳送電路130亦可執行諸如低雜訊放大、阻抗匹配、混頻、升頻或降頻轉換、濾波、放大及其類似者的類比訊號處理操作。類比至數位/數位至類比轉換器140經組態以在上行鏈路信號處理期間自類比信號格式轉換為數位信號格式，且在下行鏈路信號處理期間自數位信號格式轉換為類比信號格式。

後端傳輸介面150可以係光纖、乙太網路(Ethernet)、同軸纜線等傳輸線的連接介面。

儲存器160可以係任何型態的固定或可移動隨機存取記憶體（Random Access Memory，RAM）、唯讀記憶體（Read-Only Memory，ROM）、快閃記憶體（Flash Memory）或類似元件或上述元件的組合。儲存器150記錄程式碼、裝置組態、封包對應延遲容忍度、延遲容忍程度之排程序列、緩衝的或永久的資料，並記錄諸如無線電資源控制(Radio Resource Control，RRC)層、媒體存取控制(Media Access Control，MAC)層、實體層等其他各種通訊協定相關軟體模組。

處理電路170經組態以處理數位信號且執行根據本發明的例示性實施例之程序，並可存取或載入儲存器160所記錄的資料及軟體模組。處理電路170的功能可藉由使用諸如CPU、微處理器、微控制器、數位信號處理(Digital Signal Processing，DSP)晶片、場可程式化邏輯閘陣列(Field Programmable Gate Array，FPGA)等可程式化單元來實施。處理電路170的功能亦可用獨立電子裝置或積體電路(Integrated Circuit，IC)實施，且處理電路170之操作亦可用軟體實現。於本實施例中，處理電路170可處理諸如LoRa、NB-IoT、Sigfox等低功耗廣域網路(Low Power Wide Area Network，LPWAN)、第四代(4G)行動通訊網路、Wi-Fi等通訊協定之信號。

物聯網終端101可以係智慧電表、定位器、煙霧偵測器等各對物理條件、化學組成、地理位置或數位資訊等類型之感測器、各類型智慧家電、自動化控制設備等設備，其支援與基地台100相同或相似通訊協定，使物聯網終端101可與基地台100相互通訊。

網管伺服器105可以係電腦主機、伺服器、工作站等具運算處理功能之設備。而基地台100透過後端傳輸介面150與網管伺服器105連接，以接收來自基地台100所收集到關於物聯網終端101發送的資料(例如，感測值、狀態等)，並得以管控承載這些資料的網路容量。

為了方便理解本發明的操作流程，以下將舉諸多實施例詳細說明。圖2是依據本發明一實施例說明一種傳輸排程方法之流程圖。請參照圖2，下文中，將搭配圖1中各裝置及基地台100中各項元件及模組說明本發明實施例所述之方法。本方法的各個流程可依照實施情形而隨之調整，且並不僅限於此。

物聯網以應用為中心，各應用在封包、傳速、延遲容忍度的要求都不同。網路端應盡力在各應用的要求條件下，順利完成整體的傳輸任務。而本發明實施例即係依據封包延遲容忍度的來優化排程。當物聯網終端101有封包欲傳輸，則向基地台100發出排程要求(Scheduling Request，SR)。此排程要求可以係第三代合作夥伴計畫(Third Generation Partnership Project，3GPP)標準所制定的排程要求、或是其他用於請求無線電資源的要求。更值得注意的是，本發明實施例的物聯網終端101更會將排程要求附加所欲傳輸封包的延遲容忍度。

而基地台100的處理電路170透過接收電路120接收來自物聯網終端101的排程要求，以取得物聯網終端101所欲傳輸封包之延遲容忍度(步驟S210)。處理電路170即可依據延遲容忍度來對封包進行排程(排序、與安插)(步驟S220)。於本實施例中，處理電路170會依據排程要求中所附加的延遲容忍度、發送排程要求之裝置類型(即，物聯網終端101之類型，例如，3GPP所規定的存取層級(Access Class))其中一者或其組合決定封包的延遲容忍度。因此，即使物聯網終端101未提供封包的延遲容忍度，處理電路170仍可依據對應預設值來作為延遲容忍度。例如，存取層級高者，延遲容忍度可設為10以下。

接著，處理電路170開始排程。假設排程序列中未有任何封包，則處理電路170會將當下或一段時間內所取得的封包進行排序，使延遲容忍度越低者越早准許傳送對應封包，即，延遲容忍度越低數值越小者排在排程序列中越前面。依此類推，由數值小至大，直到延遲容忍度最高者排在排程序列中最後面(最後順位)。例如，請參照圖3所示之範例，煙霧偵測器101_1所欲傳輸封包之延遲容忍度為5，單車定位器101_2所欲傳輸封包之延遲容忍度為30，智慧電表101_3所欲傳輸封包之延遲容忍度為500。排程序列如圖右所示(圖面右邊為最前面)，延遲容忍度為5排在最前面(第一順位)，依此類推，延遲容忍度為500的排在最後面。

另一方面，假設排程序列中已存在其他尚未進行傳輸作業的封包，則處理電路170仍會依據前述規則而將當下或一段時間內所取得的封包安插到排程序列中。例如，請參照圖5所示之範例(圖面右邊為最前面)，排程序列中尚存在未進行傳輸作業的封包，此時收到延遲容忍度為5、30及500的封包將依序安插在1與26之間、26與496之間及496之後。

此外，處理電路170判斷排程序列中排序第一順位者之延遲容忍度是否達到臨界值(步驟S230)。若第一順位者之延遲容忍度遞減至臨界值，則代表物聯網無線電資源的負載程度一直很高(前一個封包無法順利傳輸完成)，使得排程序列中的封包一直無法順利傳送，以至於下一個該傳送的封包因應用需求已經不能再等待。這樣的情形代表網路容量已不足以支援現階段的物聯網服務，此時，處理電路170可經由後端傳輸介面150發出針對網路容量的告警(步驟S260)，以要求網管伺服器105針對網路容量進行處置。

若排程序列中第一順位者(或任一者)未達到臨界值，處理電路170依據排程結果(或順序)指示進行對應封包的傳輸作業(步驟S240)。於本實施例中，處理電路170可依據排程序列的排程結果，對排在最前面(第一順位)封包對應的物聯網終端101指示開始此封包之傳輸、或指示此封包之傳輸上傳所用無線電資源位置(例如，時槽、頻段等)(例如，透過3GPP所規定的上傳准許(UL grant)或其他資源指示)，使緊急或延遲容忍度低之封包先行傳輸。而物聯網終端101需接收到處理電路170的指示，方能進行傳輸作業；尚未收到指示者，將持續等待。此外，封包經指示傳送後將自排程序列中移除，且後續封包依序前移。而值得注意的是，雖然延遲容忍度較高的封包較晚被傳輸，但仍可符合應用需求規範，且能傳輸成功，使整體物聯網網路可運作順利。

接著，處理電路170會將排程序列中所有封包對應的延遲容忍度隨時間遞減(步驟S250)。例如，請參照圖4之範例，圖下方排程序列是圖上方排程序列依時間遞減4個單位時間，故各延遲容忍度減4。而值得注意的是，若門檻值為1，則下次排程(步驟S220)後圖下方排程序列的第一順位者已達到門檻值，並需進行步驟S260之告警作業。依此類推，反覆進行，即能使封包傳輸順利且符合應用需求。

為方便讀者理解本發明精神，以下將另舉一應用情境說明。此應用情境係以3GPP標準中之NB-IoT 採用頻段內運作模式(in-band operation mode)為例，並假設臨界值為1。

假設煙霧偵測器、單車定位器、及智慧電表欲傳送封包時，需要先向基地台100發出排程要求，而此排程要求中附加所欲傳輸封包的延遲容忍度。煙霧偵測器告知基地台100其封包之延遲容忍度為5，單車定位器告知基地台100其封包之延遲容忍度為30，智慧電表告知基地台100其封包之延遲容忍度為500。而若某裝置未主動告知其欲傳輸的封包之延遲容忍度，但此裝置為存取層級-層級14(AC class 14，代表緊急服務(Emergency Services))，則基地台100可以判斷其欲傳輸的封包為觸發型傳輸，並給予它預設的觸發型傳輸之延遲容忍度數值，假設為3。

基地台100取得上述四個延遲容忍度後進行排程，延遲容忍度之數值越小的排在越前面，越早可以進行傳輸。按上述封包排序可得表(1)：表(1)

AC class 14裝置將是目前最優先傳輸的順位，而智慧電表將是最後順位。基地台依此排程結果決定上傳(UL grant)的發送順序，而此上傳准許用於指示包上傳所用無線電資源位置。

此外，這些已進入排程序列且尚無法進行傳輸的延遲容忍度將隨時間遞減。而當第一順位的封包達到臨界點為1時，基地台100發出容量告警予網管伺服器105，要求網管伺服器105針對網路容量進行處置。假設時間已使延遲容忍度降低了2個單位時間，且AC class 14裝置的封包已被傳輸，此時的排程序列如表(2)：表(2)

若此時有其他物聯網終端亦有欲傳輸新的封包，智慧水表告知基地台100其封包之延遲容忍度為1000，貨物定位器告知基地台100其封包之延遲容忍度為50，則基地台100將接收到的延遲容忍度安插於排程序列中，如表(3)所示：表(3)

接著，繼續進行傳輸動作，依此類推。

綜上所述，本發明實施例係由網路端依據延遲容忍度進排序及安插，其數值越低者將排程越前面，以越早進行傳輸。延遲容忍度隨時間遞減，並在達到臨界值時發出告警，以對網路容量進行處理。本發明實施例沒有復雜的計算，不增加系統負擔，使LPWAN在較多量物聯網終端上線時仍在符合各應用要求之內，盡快進行傳輸，以滿足整體物聯網之需求與維持網路順利運作。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

1‧‧‧物聯網系統100‧‧‧基地台101‧‧‧物聯網終端101_1‧‧‧煙霧偵測器101_2‧‧‧單車定位器101_3‧‧‧智慧電表105‧‧‧網管伺服器110‧‧‧天線120‧‧‧接收電路130‧‧‧傳送電路140‧‧‧數位至類比/類比至數位轉換器150‧‧‧後端傳輸介面160‧‧‧儲存器170‧‧‧處理電路S210~S260‧‧‧步驟

圖1是依據本發明一實施例之物聯網系統的示意圖。圖2是依據本發明一實施例之傳輸排程方法的流程圖。圖3是一範例說明封包排程。圖4是一範例說明網路容量告警。圖5是一範例說明安插排程。

S210~S260‧‧‧步驟

Claims

一種傳輸排程方法，適用於一基地台，該傳輸排程方法包括：接收一排程要求，其中該排程要求請求傳送至少一封包，其中該排程要求包括附加的延遲容忍度；依據該排程要求中所附加的延遲容忍度及發送該排程要求之裝置的存取層級，決定該至少一封包之延遲容忍度；以及依據該至少一封包之延遲容忍度對該至少一封包進行排程，其中該延遲容忍度越低者越早准許傳送對應封包。
如申請專利範圍第1項所述的傳輸排程方法，其中接收該排程要求之後，更包括：依據該排程要求中所附加的延遲容忍度、及發送該排程要求之裝置類型其中一者或其組合決定該延遲容忍度。
如申請專利範圍第1項所述的傳輸排程方法，其中依據該至少一封包之延遲容忍度對該至少一封包進行排程之後，更包括：依據排程結果決定對於至少一封包之一上傳准許的發送順序，其中該上傳准許用於指示該至少一封包上傳所用無線電資源位置。
如申請專利範圍第1項所述的傳輸排程方法，其中依據該至少一封包之延遲容忍度對該至少一封包進行排程之後，更包括：將該至少一封包之延遲容忍度隨時間遞減；以及若排序第一順位者之對應延遲容忍度遞減至一臨界值，則發出針對網路容量之告警。
如申請專利範圍第1項所述的傳輸排程方法，其中依據該至少一封包之延遲容忍度對該至少一封包進行排程的步驟，包括：將該至少一封包安插到一排程序列中，其中該排程序列對應於排程結果，且該排程序列是延遲容忍度數值越小者排在越最前面。
一種基地台，包括：一傳送電路，傳送訊號；一接收電路，接收訊號；以及一處理電路，耦接該傳送電路及該接收電路，透過該接收電路接收一排程要求，其中該排程要求請求傳送至少一封包，其中該排程要求包括附加的延遲容忍度，並依據該排程要求中所附加的延遲容忍度及發送該排程要求之裝置的存取層級，決定該至少一封包之延遲容忍度，進而依據該至少一封包之延遲容忍度對該至少一封包進行排程，其中該延遲容忍度越低者越早准許傳送對應封包。
如申請專利範圍第6項所述的基地台，其中該處理電路依據該排程要求中所附加的延遲容忍度、及發送該排程要求之裝置類型其中一者或其組合決定該延遲容忍度。
如申請專利範圍第6項所述的基地台，其中該處理電路依據排程結果決定對於至少一封包之一上傳准許的發送順序，其中該上傳准許用於指示該至少一封包上傳所用無線電資源位置。
如申請專利範圍第6項所述的基地台，更包括：一後端傳輸介面，耦接該處理電路，其中該處理電路將該至少一封包之延遲容忍度隨時間遞減，而若排序第一順位者之延遲容忍度遞減至一臨界值，則透過該後端傳輸介面發出針對網路容量之告警。
如申請專利範圍第6項所述的基地台，其中該處理電路將該至少一封包安插到一排程序列中，其中該排程序列對應於排程結果，且該排程序列是延遲容忍度數值越小者排在越最前面。
一種物聯網(Internet of Things，IoT)系統，包括：至少一物聯網終端，發送一排程要求，其中該排程要求請求傳送至少一封包，其中該排程要求包括附加的延遲容忍度；以及一基地台，接收該排程要求，並依據該排程要求中所附加的延遲容忍度及發送該排程要求之物聯網終端的存取層級，決定該至少一封包之延遲容忍度，進而依據該至少一封包之延遲容忍度對該至少一封包進行排程，其中該延遲容忍度越低者越早准許傳送對應封包。