使用中断连接传输机器类通信数据的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及使用中断连接传输来自移动通信系统内的机器类通信设备的机器类通信数据的方法。此外，本发明涉及一种用于实施这类方法的移动终端和网络节点，以及这类方法在软件中的实施方式。
【背景技术】
[0002]长期演进(LTE)
[0003]第三代合作伙伴计划(3GPP)规范了一种新的移动通信系统，称为长期演进(LTE)。LTE已经被设计用来满足运营商对高速数据和媒体传播以及高容量语音支持的需求。关于称为演进型UMTS陆地无线接入(UTRA)和UMTS陆地无线接入网(UTRAN)的长期演进(LTE)的工作项目规范已经发布为版本8(LTE Rel.8)。
[0004]LTE系统为基于报文的无线接入和无线接入网提供了基于纯IP技术的、低延迟低成本的(网络)功能。LTE指定多个传输带宽来实现灵活的系统部署。在下行链路中，使用基于正交频分复用(CFDM)的无线接入，而在上行链路中采用基于单载波频分多址(SC-FDMA)的无线接入。采用了许多主要的分组无线接入技术，包含多入多出技术(MIMO)信道传输技术，同时在LTE Rel.8/9中实现了高效率的控制信令结构。
[0005]用于高级IMT(4G)的频谱在2007年的世界无线电通信大会(WRC-07)上决定。高级MT包括高级LTE (也称为LTE-A或LTE Re 1.10)，提供了一个建立下一代交互式移动服务的全球平台，这些服务将提供更快的数据访问、增强的漫游功能、统一消息和宽带多媒体。LTE-A的规范引入了很多增强，例如，载波聚合、多天线增强和中继(中继节点)^TE-A的3GPP规范在2011年3月定稿，该规范规定在下行链路中支持高达3.5GBit/s的峰值速率而在上行链路中支持高达1.5Gbi t/s的峰值速率。此外，LTE-A引入了对自组织网络(SON)、多播广播业务(MBMS)以及异构网络(HetNet)的支持。其他对LTE的LTE-A增强包括家庭(e)NodeB(即，毫微微蜂窝)的架构改进、本地IP流量卸载、机器对机器通信(M2C或MTC)的优化、SRVCC增强、eMBMS增强等等。
[0006]2012年12月，对LTE-A的进一步改进已经在LTE-A Rel.11中的3GPP中进行了规范。在这一目前最新的LTE-A版本中，特征包括协作多点发送/接收(CoMP)、小区间干扰协调(ICIC)增强、机器类通信的网络改进(N頂TC)等等。
[0007]LTE架构
[0008]图1示例性地示出了LTE的架构，该架构同样应用于LTE-A。图2更详细地示出了E-UTRAN架构。E-UTRAN包括eNodeB(其还可称为基站)^NodeB提供面向用户设备(UE)的E-UTRA用户平面(PDCP/RLC/MAC/PHY)和控制平面(RRC)协议终止。eNodeB( eNB)容纳了物理(PHY)层、媒体接入控制(MAC)层、无线链路控制(RLC)层和分组数据控制协议(PDCP)层，这些层包括用户平面头压缩和加密的功能。eNodeB还负责处理对应于控制平面的无线资源控制(RRC)功能，而且还实施若干其他管理功能，包含无线资源管理、准入控制、调度、协商上行链路服务质量(QoS)的执行、小区信息广播、用户和控制平面数据的加密/解密，以及下行链路/上行链路用户平面数据包报头的压缩/解压缩。eNodeB通过X2接口彼此互连。
[0009]eNodeB还通过SI接口连接到EPC(演进型分组核心网)，更具体而言，通过Sl-MME连接到MME(移动性管理实体)以及通过Sl-U连接到服务网关(S-GW)13Sl接口支持MME/服务网关和eNodeB之间的多对多关系。S-GW路由并转发用户数据包，同时还在eNodeB间切换期间充当用户平面的移动锚点以及充当LTE和其他3GPP技术之间的移动锚点。S-GW终止S4接口并在2G/3G系统(通过SGSNMProN GW(P-GW)之间转发业务。对于空闲状态的UE，S-GW终止下行链路数据路径并在下行链路数据到达时触发寻呼UE A-GW管理和存储UE上下文，例如，IP承载服务的参数、网络内部路由信息。在合法侦听的情况下，S-GW还完成用户数据流的复制。
[0010]MME是LTE接入网的关键控制节点。它负责空闲模式UE跟踪和寻呼过程，包含重传。MME参与承载激活/去激活(801:；[￥31:；[011/(16301:；[￥31:；[011)过程，而且还负责在初始附着(attach)以及在涉及核心网(CN)节点迀移的LTE内切换时为UE选择S-GW13MME负责(通过与HSS交互)认证用户。非接入层(NAS)信令在MME处终止，并且还负责生成和分配临时标识给UE JAS信令检查UE驻留在服务提供商的公用陆地移动网(PLAN)上的授权并且执行UE漫游限制JME是网络中的终止点，提供NAS信令的加密/完整性保护并负责安全密钥管理。MME也支持合法的信令截取。MME还通过SGSN和MME之间的S3接口为LTE和2G/3G接入网之间的移动性提供控制平面功能。MME还通过S6a接口和家庭HSS相连接以便中断漫游UE的服务。
[0011]机器类通信(MTC)的LTE-A改进
[0012]机器类通信(MTC)指的是通过移动通信网络或其他类型的网络在机器(通常是硬件上运行并且彼此通信的MTC应用)之间进行的通信。在3GPP上下文中，MTC设备表示一个用于机器类通信的UE(有时也称为MTC UE)，它与MTC服务器和/或其他MTC设备进行通信。MTC服务器可以视为一个实体，它通过PLMN等向MTC设备传送信息。
[0013]MTC技术的示例可以是一组监控城市中的道路交通并将信息传达给城市的红绿灯以控制交通量的设备。MTC可以用在遥测、数据收集、远程控制、机器人技术、远程监控、状态跟踪、公路交通控制、异地诊断和维护、安全系统、物流服务、车队管理、远程医疗等中。
[0014]MTC正在迅速发展，并且有可能为移动网络运营商产生可观的收入。MTC设备的数量将比语音用户的数量多至少两个数量级。有些预测则要高得多。MTC可以使机器彼此直接进行通信。MTC通信有可能彻底改变我们的世界以及人们与机器交互的方式。
[0015]机器类通信有望成为(建立)下一代通信网络(S卩，5G)中最具差异化技术之一。除了提供超高网络速度和增加的最大吞吐量(与4G相比)，5G技术将提供对机器类设备的高效支持以实现具有潜在更多数目的连接设备的物联网以及新颖的应用，例如关键任务控制或道路交通安全，从而要求减少延迟、提高可靠性。
[0016]3GPP TR 37.868，“机器类通信的 RAN 改进”，第 11.0.0版(可在 http://冊w.3gpp.0rg上获取)研究了使用机器类通信的不同MTC应用的数据流特征并基于这些研究结果定义了新的数据流模型。在该上下文中，还研究了旨在增强对机器类通信的支持的UTRAN和E-UTRAN的无线增强。
[0017]图3示出了所谓的家用路由场景的机器类通信的3GPP架构中的漫游架构。3GPPTR23.888，“机器类通信(MTC)的系统改进”，第11.0.0版(可在http: //www.3gpp.0rg上获取)对该漫游架构进行了说明。在所谓的直连模型(Direct Model)中，MTC应用作为3GPP网络上的OTT(over-the-top)应用与用来进行MTC通信的UE进行通信。在该模型中，如图4所示，在位于E-UTRAN中的UE或MTC设备上运行的MTC应用的信令(控制平面)以通常驻留在归属PLMN中的MTC网络互通功能单元(MTC-1WF)作为接口。又如图5所示，携带MTC数据的用户平面数据流通过P-GW(可选地通过MTC服务器)被转发到目标MTC应用(反之亦然)JTC应用可在MTC服务器或归属PLMN内部或外部的另一设备上运行。MTC-1WF可以是独立的实体或另一网络元件的功能实体。MTC-1WF隐藏内部PLMN拓扑并转发或转换在MTCsp上使用的信令协议给MTC服务器以调用PLMN中的特定功能。在直连模型中，MTC数据通过3GPP网络传输。
[0018]RAN改进应该高效启用RAN资源或提升对RAN资源的使用，和/或当需要基于现有特性来服务大量机器类通信设备时尽可能地减少复杂性。同时，最小化现有规范的改动以及人对人(H2H)终端的阻塞以将M2M优化的复杂性保持在最低水平。3GPP 23.887，“机器类和其他移动数据应用通信增强”，第I.3.0版(可在http://www.3gpp.0rg上获取)中概述了LTE-A(版本12)的3GPP处移动数据应用的MTC增强和其他增强。
[0019]PDN 连接和 MTC
[0020]MTC数据传输的连接基于分组数据网(PDN)连接。在LTE-A中，PDN连接是UE和PDNGW(P-GW)之间的关联。它由UE的一个IPv4地址和/或一个IPv6前缀表示。如图3所示，P-GW是发送MTC数据给MTC服务器或UE以及从MTC服务器或UE接收MTC数据的网关。一般而言，UE可与一个以上的P-GW同时连接以接入多个分组数据网。
[0021 ] 对于E-UTRAN接入EPC，当使用基于GTP的S5/S8接口时，PDN连接服务由UE和P-GW之间的EPS承载提供；当使用基于PMIP的S5/S8接口时，PDN连接服务由UE和S-GW之间的EPS承载提供，S-GW通过S-GW和P-GW之间的IP连接进行级联。EPS承载唯一地标识数据流，该数据流在(使用基于GTP的S5/S8接口时)UE和P-GW之间，或者(使用基于PMIP的S5/S8接口时)UE和S-GW之间受到相同的服务质量(QoS)处理。在NAS过程中发送的数据包过滤器在每TON连接的基础上与唯一的数据包过滤器标识符相关联。
[0022]当UE连接到TON时建立一个EPS承载，而且该EPS承载在整个PDN连接生存期保持建立以提供不间断的到I3DN的IP连接给UE ο该承载称为默认承载。任何为相同PDN连接建立的其他EPS承载称为专用承载。
[0023]上行流量模板(ULTFT)是TFT中上行链路数据包过滤器的集合。下行流量模板(ULTFT)是TFT中下行链路数据包过滤器的集合。每个专用EPS承载都与TFT相关联。TFT还可分配给默认EPS承载。UE使用UL TFT将流量在上行链路方向映射到EPS承载。PCEF(用于基于GTP的S5/S8)或BBERF(用于基于PMIP的S5/S8)使用DL TFT将流量在下行链路方向映射到EPS承载。
[0024]如图6所示，使用TFT(业务流模板)将流量映射到对应的TON连接。
[0025]TON连接通过以下过程建立:
[0026]1.使用RRC连接建立过程建立UE和eNodeB之间的RRC连接；
[0027]2.如果UE处于EMM-1DLE模式中，则服务请求过程在可以开始PDN连接过程之前执行；
[0028]3.13DN连接请求过程由UE向MME开始；
[0029]4.如果上述过程中的任何请求不能被网络接受，则立即拒绝TON连接请求。
[0030]根据TON连接的当前概念，一个TON连接由特定的UE独占使用。相应地，如图7所示，多个MTC UE将生成多个不同类型的TON连接。
[0031]MTC业务通常表现出与用户发起的传统移动业务显著不同的特征，包含:
[0032]1.非交互式:机器侧流量;非实时；延迟容忍(取决于应用要求)；具有潜在的可时移性。
[0033]2.短连接持续时间:零星连接(S卩，连接时间比智能手机短;很少发生)。
[0034]3.高信令开销:控制平面开销量与用户平面数据流(用于建立和断开短会话)不成比例。
[0035 ] 4.主导上行链路流量:上行流量与下行链路之间比值较大；要求低的上行链路延迟;数据包大小小。
[0036]5.突发流量聚合:同步流量导致突发聚合信令流量/会话量。
[0037]6.可预测的移动性:移动(规律)取决于MTC设备类型;对于同一类型的MTC设备，其移动规律具有较高的可预测性。
[0038]现有无线接入网主要设计用于处理下行链路中的连续数据流量，并且优化用于高下行链路数据速率/量，这样反过来使控制信令开销可管理。此外，它们主要设计用于人类发起的任意连接请求的瞬时通信，如果网络资源(在接收这些请求的时候)无法满足这些请求，必须立即拒绝这些请求。
[0039]相比之下，MTC应用预计可以是非交互的，(在建立和断开短会话时)要求更多的上行链路容量并带来不成比例的控制平面开销。大量MTC设备将在特定区域中部署，因此网络可能必须面对增加的负载以及MTC流量(特别是信令流量)的猛增。
[0040]大规模并发数据和信令传输可能会引发网络拥塞，包含无线网络拥塞和(核心节点处的)信令网络拥塞。这可显著降低网络性能并影响智能手机用户体验的质量，导致死连接、掉话、恶劣覆盖以及间歇数据连接。
[0041]需要进一步研究保证网络可用性和帮助网络满足这种MTC负载情况下的性能要求的机制。一种可能的方式是基于MTC流量的特征优化移动接入网的协议和系统设计以在现有网络中容纳大量MTC设备。
【发明内容】
[0042]本发明的一个目标是提出一种机制，该机制能够通过移动/无线通信网络中的机器类通信解决上述潜在问题中的一个或多个。
[0043]本发明的第一方面介绍传输机器类通信数据的中断连接模式。网络节点在中断连接模式下传输机器类通信数据时临时存储从一个或多个处于下行方位的数据源接收的机器类通信数据，但网络负载不允许转发