使用中斷連接傳輸機器類通信數據的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及使用中斷連接傳輸來自移動通信系統內的機器類通信設備的機器類通信數據的方法。此外，本發明涉及一種用于實施這類方法的移動終端和網絡節點，以及這類方法在軟件中的實施方式。
【背景技術】
[0002]長期演進(LTE)
[0003]第三代合作伙伴計劃(3GPP)規范了一種新的移動通信系統，稱為長期演進(LTE)。LTE已經被設計用來滿足運營商對高速數據和媒體傳播以及高容量語音支持的需求。關于稱為演進型UMTS陸地無線接入(UTRA)和UMTS陸地無線接入網(UTRAN)的長期演進(LTE)的工作項目規范已經發布為版本8(LTE Rel.8)。
[0004]LTE系統為基于報文的無線接入和無線接入網提供了基于純IP技術的、低延遲低成本的(網絡)功能。LTE指定多個傳輸帶寬來實現靈活的系統部署。在下行鏈路中，使用基于正交頻分復用(CFDM)的無線接入，而在上行鏈路中采用基于單載波頻分多址(SC-FDMA)的無線接入。采用了許多主要的分組無線接入技術，包含多入多出技術(MIMO)信道傳輸技術，同時在LTE Rel.8/9中實現了高效率的控制信令結構。
[0005]用于高級IMT(4G)的頻譜在2007年的世界無線電通信大會(WRC-07)上決定。高級MT包括高級LTE (也稱為LTE-A或LTE Re 1.10)，提供了一個建立下一代交互式移動服務的全球平臺，這些服務將提供更快的數據訪問、增強的漫游功能、統一消息和寬帶多媒體。LTE-A的規范引入了很多增強，例如，載波聚合、多天線增強和中繼(中繼節點)^TE-A的3GPP規范在2011年3月定稿，該規范規定在下行鏈路中支持高達3.5GBit/s的峰值速率而在上行鏈路中支持高達1.5Gbi t/s的峰值速率。此外，LTE-A引入了對自組織網絡(SON)、多播廣播業務(MBMS)以及異構網絡(HetNet)的支持。其他對LTE的LTE-A增強包括家庭(e)NodeB(即，毫微微蜂窩)的架構改進、本地IP流量卸載、機器對機器通信(M2C或MTC)的優化、SRVCC增強、eMBMS增強等等。
[0006]2012年12月，對LTE-A的進一步改進已經在LTE-A Rel.11中的3GPP中進行了規范。在這一目前最新的LTE-A版本中，特征包括協作多點發送/接收(CoMP)、小區間干擾協調(ICIC)增強、機器類通信的網絡改進(N頂TC)等等。
[0007]LTE架構
[0008]圖1示例性地示出了LTE的架構，該架構同樣應用于LTE-A。圖2更詳細地示出了E-UTRAN架構。E-UTRAN包括eNodeB(其還可稱為基站)^NodeB提供面向用戶設備(UE)的E-UTRA用戶平面(PDCP/RLC/MAC/PHY)和控制平面(RRC)協議終止。eNodeB( eNB)容納了物理(PHY)層、媒體接入控制(MAC)層、無線鏈路控制(RLC)層和分組數據控制協議(PDCP)層，這些層包括用戶平面頭壓縮和加密的功能。eNodeB還負責處理對應于控制平面的無線資源控制(RRC)功能，而且還實施若干其他管理功能，包含無線資源管理、準入控制、調度、協商上行鏈路服務質量(QoS)的執行、小區信息廣播、用戶和控制平面數據的加密/解密，以及下行鏈路/上行鏈路用戶平面數據包報頭的壓縮/解壓縮。eNodeB通過X2接口彼此互連。
[0009]eNodeB還通過SI接口連接到EPC(演進型分組核心網)，更具體而言，通過Sl-MME連接到MME(移動性管理實體)以及通過Sl-U連接到服務網關(S-GW)13Sl接口支持MME/服務網關和eNodeB之間的多對多關系。S-GW路由并轉發用戶數據包，同時還在eNodeB間切換期間充當用戶平面的移動錨點以及充當LTE和其他3GPP技術之間的移動錨點。S-GW終止S4接口并在2G/3G系統(通過SGSNMProN GW(P-GW)之間轉發業務。對于空閑狀態的UE，S-GW終止下行鏈路數據路徑并在下行鏈路數據到達時觸發尋呼UE A-GW管理和存儲UE上下文，例如，IP承載服務的參數、網絡內部路由信息。在合法偵聽的情況下，S-GW還完成用戶數據流的復制。
[0010]MME是LTE接入網的關鍵控制節點。它負責空閑模式UE跟蹤和尋呼過程，包含重傳。MME參與承載激活/去激活(801:；[￥31:；[011/(16301:；[￥31:；[011)過程，而且還負責在初始附著(attach)以及在涉及核心網(CN)節點迀移的LTE內切換時為UE選擇S-GW13MME負責(通過與HSS交互)認證用戶。非接入層(NAS)信令在MME處終止，并且還負責生成和分配臨時標識給UE JAS信令檢查UE駐留在服務提供商的公用陸地移動網(PLAN)上的授權并且執行UE漫游限制JME是網絡中的終止點，提供NAS信令的加密/完整性保護并負責安全密鑰管理。MME也支持合法的信令截取。MME還通過SGSN和MME之間的S3接口為LTE和2G/3G接入網之間的移動性提供控制平面功能。MME還通過S6a接口和家庭HSS相連接以便中斷漫游UE的服務。
[0011]機器類通信(MTC)的LTE-A改進
[0012]機器類通信(MTC)指的是通過移動通信網絡或其他類型的網絡在機器(通常是硬件上運行并且彼此通信的MTC應用)之間進行的通信。在3GPP上下文中，MTC設備表示一個用于機器類通信的UE(有時也稱為MTC UE)，它與MTC服務器和/或其他MTC設備進行通信。MTC服務器可以視為一個實體，它通過PLMN等向MTC設備傳送信息。
[0013]MTC技術的示例可以是一組監控城市中的道路交通并將信息傳達給城市的紅綠燈以控制交通量的設備。MTC可以用在遙測、數據收集、遠程控制、機器人技術、遠程監控、狀態跟蹤、公路交通控制、異地診斷和維護、安全系統、物流服務、車隊管理、遠程醫療等中。
[0014]MTC正在迅速發展，并且有可能為移動網絡運營商產生可觀的收入。MTC設備的數量將比語音用戶的數量多至少兩個數量級。有些預測則要高得多。MTC可以使機器彼此直接進行通信。MTC通信有可能徹底改變我們的世界以及人們與機器交互的方式。
[0015]機器類通信有望成為(建立)下一代通信網絡(S卩，5G)中最具差異化技術之一。除了提供超高網絡速度和增加的最大吞吐量(與4G相比)，5G技術將提供對機器類設備的高效支持以實現具有潛在更多數目的連接設備的物聯網以及新穎的應用，例如關鍵任務控制或道路交通安全，從而要求減少延遲、提高可靠性。
[0016]3GPP TR 37.868，“機器類通信的 RAN 改進”，第 11.0.0版(可在 http://冊w.3gpp.0rg上獲取)研究了使用機器類通信的不同MTC應用的數據流特征并基于這些研究結果定義了新的數據流模型。在該上下文中，還研究了旨在增強對機器類通信的支持的UTRAN和E-UTRAN的無線增強。
[0017]圖3示出了所謂的家用路由場景的機器類通信的3GPP架構中的漫游架構。3GPPTR23.888，“機器類通信(MTC)的系統改進”，第11.0.0版(可在http: //www.3gpp.0rg上獲取)對該漫游架構進行了說明。在所謂的直連模型(Direct Model)中，MTC應用作為3GPP網絡上的OTT(over-the-top)應用與用來進行MTC通信的UE進行通信。在該模型中，如圖4所示，在位于E-UTRAN中的UE或MTC設備上運行的MTC應用的信令(控制平面)以通常駐留在歸屬PLMN中的MTC網絡互通功能單元(MTC-1WF)作為接口。又如圖5所示，攜帶MTC數據的用戶平面數據流通過P-GW(可選地通過MTC服務器)被轉發到目標MTC應用(反之亦然)JTC應用可在MTC服務器或歸屬PLMN內部或外部的另一設備上運行。MTC-1WF可以是獨立的實體或另一網絡元件的功能實體。MTC-1WF隱藏內部PLMN拓撲并轉發或轉換在MTCsp上使用的信令協議給MTC服務器以調用PLMN中的特定功能。在直連模型中，MTC數據通過3GPP網絡傳輸。
[0018]RAN改進應該高效啟用RAN資源或提升對RAN資源的使用，和/或當需要基于現有特性來服務大量機器類通信設備時盡可能地減少復雜性。同時，最小化現有規范的改動以及人對人(H2H)終端的阻塞以將M2M優化的復雜性保持在最低水平。3GPP 23.887，“機器類和其他移動數據應用通信增強”，第I.3.0版(可在http://www.3gpp.0rg上獲取)中概述了LTE-A(版本12)的3GPP處移動數據應用的MTC增強和其他增強。
[0019]PDN 連接和 MTC
[0020]MTC數據傳輸的連接基于分組數據網(PDN)連接。在LTE-A中，PDN連接是UE和PDNGW(P-GW)之間的關聯。它由UE的一個IPv4地址和/或一個IPv6前綴表示。如圖3所示，P-GW是發送MTC數據給MTC服務器或UE以及從MTC服務器或UE接收MTC數據的網關。一般而言，UE可與一個以上的P-GW同時連接以接入多個分組數據網。
[0021 ] 對于E-UTRAN接入EPC，當使用基于GTP的S5/S8接口時，PDN連接服務由UE和P-GW之間的EPS承載提供；當使用基于PMIP的S5/S8接口時，PDN連接服務由UE和S-GW之間的EPS承載提供，S-GW通過S-GW和P-GW之間的IP連接進行級聯。EPS承載唯一地標識數據流，該數據流在(使用基于GTP的S5/S8接口時)UE和P-GW之間，或者(使用基于PMIP的S5/S8接口時)UE和S-GW之間受到相同的服務質量(QoS)處理。在NAS過程中發送的數據包過濾器在每TON連接的基礎上與唯一的數據包過濾器標識符相關聯。
[0022]當UE連接到TON時建立一個EPS承載，而且該EPS承載在整個PDN連接生存期保持建立以提供不間斷的到I3DN的IP連接給UE ο該承載稱為默認承載。任何為相同PDN連接建立的其他EPS承載稱為專用承載。
[0023]上行流量模板(ULTFT)是TFT中上行鏈路數據包過濾器的集合。下行流量模板(ULTFT)是TFT中下行鏈路數據包過濾器的集合。每個專用EPS承載都與TFT相關聯。TFT還可分配給默認EPS承載。UE使用UL TFT將流量在上行鏈路方向映射到EPS承載。PCEF(用于基于GTP的S5/S8)或BBERF(用于基于PMIP的S5/S8)使用DL TFT將流量在下行鏈路方向映射到EPS承載。
[0024]如圖6所示，使用TFT(業務流模板)將流量映射到對應的TON連接。
[0025]TON連接通過以下過程建立:
[0026]1.使用RRC連接建立過程建立UE和eNodeB之間的RRC連接；
[0027]2.如果UE處于EMM-1DLE模式中，則服務請求過程在可以開始PDN連接過程之前執行；
[0028]3.13DN連接請求過程由UE向MME開始；
[0029]4.如果上述過程中的任何請求不能被網絡接受，則立即拒絕TON連接請求。
[0030]根據TON連接的當前概念，一個TON連接由特定的UE獨占使用。相應地，如圖7所示，多個MTC UE將生成多個不同類型的TON連接。
[0031]MTC業務通常表現出與用戶發起的傳統移動業務顯著不同的特征，包含:
[0032]1.非交互式:機器側流量;非實時；延遲容忍(取決于應用要求)；具有潛在的可時移性。
[0033]2.短連接持續時間:零星連接(S卩，連接時間比智能手機短;很少發生)。
[0034]3.高信令開銷:控制平面開銷量與用戶平面數據流(用于建立和斷開短會話)不成比例。
[0035 ] 4.主導上行鏈路流量:上行流量與下行鏈路之間比值較大；要求低的上行鏈路延遲;數據包大小小。
[0036]5.突發流量聚合:同步流量導致突發聚合信令流量/會話量。
[0037]6.可預測的移動性:移動(規律)取決于MTC設備類型;對于同一類型的MTC設備，其移動規律具有較高的可預測性。
[0038]現有無線接入網主要設計用于處理下行鏈路中的連續數據流量，并且優化用于高下行鏈路數據速率/量，這樣反過來使控制信令開銷可管理。此外，它們主要設計用于人類發起的任意連接請求的瞬時通信，如果網絡資源(在接收這些請求的時候)無法滿足這些請求，必須立即拒絕這些請求。
[0039]相比之下，MTC應用預計可以是非交互的，(在建立和斷開短會話時)要求更多的上行鏈路容量并帶來不成比例的控制平面開銷。大量MTC設備將在特定區域中部署，因此網絡可能必須面對增加的負載以及MTC流量(特別是信令流量)的猛增。
[0040]大規模并發數據和信令傳輸可能會引發網絡擁塞，包含無線網絡擁塞和(核心節點處的)信令網絡擁塞。這可顯著降低網絡性能并影響智能手機用戶體驗的質量，導致死連接、掉話、惡劣覆蓋以及間歇數據連接。
[0041]需要進一步研究保證網絡可用性和幫助網絡滿足這種MTC負載情況下的性能要求的機制。一種可能的方式是基于MTC流量的特征優化移動接入網的協議和系統設計以在現有網絡中容納大量MTC設備。
【發明內容】
[0042]本發明的一個目標是提出一種機制，該機制能夠通過移動/無線通信網絡中的機器類通信解決上述潛在問題中的一個或多個。
[0043]本發明的第一方面介紹傳輸機器類通信數據的中斷連接模式。網絡節點在中斷連接模式下傳輸機器類通信數據時臨時存儲從一個或多個處于下行方位的數據源接收的機器類通信數據，但網絡負載不允許轉發