处理信令拥塞的方法及其相关装置与流程

技术领域

本发明涉及一种用于一无线通信系统的方法及相关装置，尤其涉及一种用于一具有机器类型通信的无线通信系统中处理信令拥塞的方法及相关装置。

背景技术：

机器对机器(Machine to Machine，M2M)通信，或又被称之为机器类型通信(Machine Type Communication，MTC)可用于多种不同的领域。在安全性上，机器对机器通信可用在监视系统、电话线路的后端设备、实体接入控制以及车内安全。在追踪系统上，机器对机器通信可用在群队管理、顺序管理、驾驶里程付费应用、资产追踪、导航、交通信息应用、道路拖吊、交通最佳话以及自动驾驶等等。在付费系统上，机器对机器通信可用在销售点、贩卖机、消费者服务应用以及游戏机。在保健系统上，机器对机器通信可用在远端遥控标志、协助残障或长者或在网页接入远程医疗点以及远端诊疗。在远端维修及控制上，机器对机器通信可用在可编程逻辑控制器(programmable logic controller，PLC)、感应器、照明、帮浦、控制闸、电梯控制、贩卖机控制。在测量上，机器对机器通信可用在电表、瓦斯、水、热能以及工业用表。此外，根据机器类型通信的机器对机器通信可用于不同领域的顾客服务。

根据其实现方式，机器对机器通信有别于目前的通信模型。举例来说，机器对机器通信可牵涉到新的或不同的市场面向。机器对机器通信亦有别于某些现有技术。在机器对机器通信中，可能包含大量的无线收发器，而每一无线收发器仅具有少量的传输。此外，根据目前技术，机器对机器通信花费较少成本且部署容易。

机器对机器通信利用基于第三代移动通信联盟(the 3rd Generation Partnership Project，3GPP)技术且已部署的无线网络，例如，全球移动通信系统(Global System for Mobile Communications，GSM)、通用移动通信系统(Universal Mobile Telecommunication Sytem，UMTS)、长期演进式系统(Long Term Evolution，LTE)、进阶式长期演进式系统(LTE-Advanced)或其他3GPP无线技术，如：全球互通微波接入(Worldwide Interoperability for Microwave Access，WIMAX)。机器对机器通信根据上述技术利用网络传送业务以俭省成本。在无线网络部署普及的情况下，无线网络的使用可实现机器对机器通信的无线收发器的部署。此外，上述技术的改进可提供格外的机器对机器通信部署的解决方案。

请参考3GPP TS 22.368的规范，机器式通信装置触发操作的相关基本需求如下列：网络端可根据机器类型服务器发送的触发指示，触发机器类型通信装置以起始与机器类型服务器通信；当接收到触发指示时，触发机器类型通信装置可从网络端接收触发指示且建立与机器类型服务器的通信。

机器类型通信的时间控制特性被用于机器类型通信装置和/或机器类型通信的应用程序上，其对于时间延迟具有较高的容忍度且仅于特定时间内接收或传送数据，避免在特定时间外不必要的信令。网络端操作者可允许机器类型通信装置和/或机器类型通信的应用程序在非特定时间以外传送或接收数据及信令，但需要索价较高资费。对于机器类型通信的时间控制特性来说：

网络端操作者在定义的接入允许时间间隔外，可拒绝每一机器类型通信装置的接入请求(例如：附加至网络或设定数据连接)。

网络端操作者在定义的接入允许时间间隔外，应允许接入(例如：附加至网络或设定数据连接)且以不同方式计价。

网络端在一定义的禁止时间间隔内(如：机器类型通信服务器维修期间)拒绝每一机器类型通信装置的接入请求(例如：附加至网络或设定数据连接)。

本地网络端可根据本地准则变更接入允许时间间隔。而禁止时间间隔则不应被变更。

在已知技术中，通过公众路端移动网络的网络端接入控制以及时间控制机器类型通信操作的随机触发的时间控制机制并没有将信令拥塞/超载的情形纳入考虑。然而，这可能造成下列的问题发生。而欲解决这些问题的方法应设法不增加网络端额外的信令。

机器类型通信装置或包含有机器类型通信服务器的网络端随机化用于时间控制机器类型通信装置的触发操作。然而，如果信令拥塞/超载的情形发生在网络端时，机器类型通信装置或网络端的触发操作只会让情况更糟。

一移动管理单元(mobility management entity，MME)负载平衡功能允许进入移动管理单元区域(MME Pool Area)的用户端被导向到较佳的移动管理单元，以达到移动管理单元间的负载平衡。其可通过每个移动管理单元设定一加权因子，基站选择移动管理单元的机率正比于该加权因子。加权因子的设定可根据一移动管理单元节点对于其他移动管理单元节点间的能力。加权因子可通过一S1-AP讯息从移动管理单元传送到基站(请参考3GPP规范TS36.36413)。如果一家用式基站的网关器被使用，则加权因子可由移动管理单元传送至家用式基站的网关器。

机器类型通信的主要难处在于大量的机器类型通信装置同时间对网络端进行接入。即使网络端原本没有拥塞/超载，也会因大量的机器类型通信装置的负载重新平衡导致大量的信令超载，例如：S1或无线资源连线(Radio Resource Control，RRC)释放程序或路径区域更新(Tracking Area Update，TAU)程序。

如果机器类型通信装置没有有效的通信窗(communication window)，新的通信窗可通过随机触发非接入层级(non-access stratum，NAS)信令或应用层提供给机器类型通信装置。新的通信窗可能在旧通信窗之外。然而，网络端操作者对于定义允许时间间隔外的传送或接收数据及信令收取不同的费用。

网络端从存储机器类型通信装置的订阅数据的家用位置注册登入器/家用用户服务器(Home Location Register/Home Subscriber Server)取得允许时间间隔以及禁止时间间隔。通信窗是随机且在服务GPRS支持节点/移动管理单元中设定。如果允许时间间隔需要变更，服务GPRS支持节点/移动管理单元决定一具有新通信窗的新允许时间间隔，并通过非接入层级信令或应用层通知家用位置注册登入器/家用用户服务器。机器类型通信装置仅允许在分派的通信窗中接入网络，否则网络端可拒绝接入。机器类型通信装置通过非接入层级信令(例如：附加或路径区域更新程序)应用层取得分派的通信窗。请参考图1，图1为成功完成通信任务的示意图。

在利用非接入层级信令更新通信窗的情况下，如果没有有效的通信窗时，机器类型通信装置在通信窗外起始非接入层级信令且从接收或拒绝讯息中取得通信窗。然而，如图2所示，在下列情况下机器类型通信装置无法具有有效的通信窗，且需要随机起始非接入层级信令，如此一来导致信令超载：

例1：变更的通信窗无法成功地通过接收或拒绝讯息传送到机器类型通信装置。

例2：在通信窗期间，机器类型通信装置被无线接入网络禁止。

例3：由于拥塞/超载导致机器类型通信装置或网络端停止触发操作。

例4：机器类型通信装置在完成通信任务前，被强制与具有拥塞因子以及回退计时器(backoff timer)的网络端脱离(detach)。在此情况下，当回退计时器计时期满的时候，非接入层级信令会在通信窗外的时间点被起始。

上述的状况会导致在服务GPRS支持节点/移动管理单元上不预期的信令超载。进一步地，可导致之后网络端拥塞/超载发生。

技术实现要素：

因此，本发明提供一种用于一无线通信系统的一通信装置中处理信令拥塞的方法及其相关通信装置。

本发明公开一种用于一无线通信系统的一通信装置中处理信令拥塞的方法。该方法包含有从一网络端中接收一系统信息；以及根据该系统信息于一通信窗中停止一触发操作；其中，该系统信息指示该网络端中信令拥塞或超载情形发生。

本发明还公开一种用于一无线通信系统的一移动管理单元(Mobility Management Entity，MME)或一服务GPRS支持节点(Serving GPRS Support Node，SGSN)中处理信令拥塞的方法。该方法包含有不对多个机器类型通信装置执行一负载重新平衡；以及执行一信令拥塞控制。

本发明还公开一种用于一无线通信系统的一机器类型通信(Machine Type Communication，MTC)装置中处理信令拥塞的方法。该方法包含有当用于该机器类型通信装置的一第一通信窗为无效时，在一通信装置中于一允许时间间隔内随机化一触发操作以向一网络端请求一第二通信窗。

本发明还公开一种用于一无线通信系统的一网络端中处理信令拥塞的方法。该方法包含有在一讯息中提供用于一通信装置的多个通信窗。

本发明还公开用于一无线通信系统的一通信装置中一种处理信令拥塞的方法。该方法包含有从一网络端接收包含于一讯息中的多个通信窗；以及在该通信装置于一第一通信窗内接入该网络端失败时，在一第二通信窗内接入该网络端。

本发明还公开用于处理信令拥塞的装置，用于一无线通信系统的一网络端中，该用于处理信令拥塞的装置包含有：在一讯息中提供用于一通信装置的多个通信窗的部件。

附图说明

图1为已知技术成功完成一通信任务的示意图。

图2为已知技术一通信任务的示意图。

图3为本发明实施例一机器类型通信架构的示意图。

图4为本发明实施例一通信装置的示意图。

图5为本发明实施例一时间控制机制的示意图。

图6-图9为本发明实施例流程的示意图。

图10为本明实施例通信窗分配的示意图。

【主要元件符号说明】

30 机器类型通信架构

300 机器类型通信服务器

310 网络端

320 机器类型通信装置

330 机器类型通信使用者

40 通信装置

400 处理装置

410 存储单元

414 程序代码

420 通信接口单元

50 时间控制机制

60、70、80、90 流程

600、602、604、606 步骤

700、702、704、706 步骤

800、802、804 步骤

900、902、904、906 步骤

G1、G2 允许时间间隔

WA、WB、WC 通信窗

具体实施方式

请参考图3，图3为本发明实施例一机器类型通信(Machine Type Communication，MTC)架构30的示意图。机器类型通信架构30包含有多个机器类型通信服务器300、一网络端310以及多个机器类型通信装置320。机器类型通信服务器300位于网络端310之外或于网络端310之内且由一网络端操作者所管理。机器类型通信装置320可与机器类型通信服务器300进行通信。机器类型通信服务器300可耦接于一机器类型通信使用者330。机器类型通信装置320的通信通过网络端310与机器类型通信服务器300进行通信而达成。网络端310可为全球移动通信系统(Global System for Mobile Communications，GSM)、通用移动通信系统(Universal Mobile Telecommunication Sytem，UMTS)、长期演进式系统(Long Term Evolution，LTE)、进阶式长期演进式系统(LTE-Advanced)或其他3GPP无线技术，如：全球互通微波接入(Worldwide Interoperability for Microwave Access，WIMAX)。需注意的是，机器类型通信装置320也可为一无线通信系统中的用户端(user equipment，UE)，例如：手机或计算机等等。

请参考图4，图4为本发明实施例一通信装置40的示意图。通信装置40可为图3中的机器类型通信服务器300、网络端310以及多个机器类型通信装置320，其包含一处理装置400、一存储单元410以及一通信接口单元420。处理装置400可为一微处理器(microprocessor)或一特殊应用集成电路(application-specific integrated circuit，ASIC)。存储单元410可为任一数据存储单元，其用来存储一程序代码414，可通过处理装置400读取以及执行。举例来说，存储单元410可为用户识别模块(subscriber identity module，SIM)、只读式存储器(read-only memory，ROM)、随机存取存储器(random-access memory，RAM)、光盘只读存储器(CD-ROMs)、磁带(magnetic tapes)、软盘(floppy disks)、光学数据存储装置(optical data storage devices)等等，而不限于此。根据处理装置400的运算结果，通信接口单元420可为一无线收发器或一有线/电缆连结，其可与其他通信装置进行通信。

具有时间控制(Time Controlled)机器类型通信特性的机器类型通信装置320仅在一特定的时间期间内传送/接收数据。网络端操作者可根据不同判断准则(例如：每天数据业务量)事先设定/分派/变更时间期间，且仅允许机器类型通信装置320和/或机器类型通信服务器300在该时间期间内接入网络端310(附加至网络端或传送/接收数据)。

请参考图5，图5为本发明实施例时间控制机制的示意图。一般来说，机器类型通信使用者330与操作者对于多个机器类型通信装置320可协定一预设/分派/变更时间期间。在该时间期间内接入是被允许的，亦称之为一允许时间间隔。网络端应在允许时间间隔内与机器类型通信装置320中的一个进行通信，同样地在允许时间间隔内与机器类型通信服务器300以及机器类型通信使用者330进行通信。

在漫游期间，本地网络端操作者可根据本地的判断准则(例如：每日传输量或时间区间)变更接入时间隔。但是，禁止时间间隔是无法变更。为了减少信令以及数据的交通尖峰，在允许间时间间隔期间平均分布机器类型通信装置320的接入为必要的。5-10分钟的通信窗对于每个机器类型通信装置320而言已是绰绰有余。网络端操作者限制通信窗的时间长度。为了避免网络超载情形，机器类型通信装置320的通信窗应该平均分布在允许时间间隔内，例如：通过随机起始每个通信装的开始时间。对于网络端操作者而言，机器类型通信装置320在通信窗外不连接至网络端是有利于网络端操作者。因此，网络端操作者应强制机器类型通信装置320在通信窗结束前脱离网络端310，或者机器类型通信装置320在通信窗结束时应自行与网络端310脱离。网络端操作者可允许机器类型通信装置320在预设的时间期间内进行信令与数据的传输，但索取不同资费。

请参考图6，图6为本发明实施例一流程60的示意图。流程60用于机器类型通信架构30的机器类型通信装置320和/或机器类型通信服务器300，用来处理信令拥塞。流程60可编译成程序代码414，并包含下列步骤：

步骤600：开始。

步骤602：从网络端310接收系统信息。

步骤604：根据系统信息在一通信窗中停止一触发操作。

步骤606：结束。

根据流程60，机器类型通信装置320和/或机器类型通信服务器300从网络端310接收系统信息。系统信息由网络端310所广播，并指示网络端310发生信令拥塞。根据所接收的系统信息，机器类型通信装置320在通信窗中停止一移动发话(mobile originated)触发操作，或者机器类型通信服务器300同样在通信窗中停止一移动收话(mobile terminated)触发操作。当网络端310广播网络端拥塞/超载情形已清除的系统信息时，停止触发操作的动作亦会被清除。当机器类型通信装置300或网络端310执行移动收话触发操作时，网络端310应根据从机器类型通信服务器300所接收的触发指示，起始与机器类型通信装置320的通信。当机器类型通信装置320或网络端310执行移动发话触发操作时，机器类型通信装置320应根据从机器类型通信服务器300所接收的触发指示或存储/订阅的触发指示，建立与机器类型通信服务器300的通信。如此一来，可减少额外的信令。

举例来说，当网络端310拥塞或超载时，网络端310广播关于网络端拥塞情况的系统信息至机器类型通信装置320，机器类型通信装置320接收系统信息且停止移动发话触发操作一段时间。

在本发明另一实施例中，当网络端310和/或机器类型通信服务器300拥塞或超载时，网络端310传送关于网络端拥塞情况的系统信息至机器类型通信服务器300，机器类型通信服务器300接收系统信息且停止移动收话触发操作一段时间。如果从机器类型通信服务器300发送的触发指示由于移动收话触发操作暂存于网络端中，则当网络端310拥塞或超载时，在网络端中暂存的触发请求将会停止。

此外，机器类型通信装置320根据包含在机器类型通信订阅信息中的应用程序的优先顺序判断是否停止触发操作。

请参考图7，图7为本发明实施例一流程70的示意图。流程70用于机器类型通信7架构30的网络端310，用来处理信令拥塞。流程70可编译成程序代码414，并包含下列步骤：

步骤700：开始。

步骤702：不对机器类型通信装置320执行负载重新平衡(load rebalancing)。

步骤704：执行信令拥塞控制。

步骤706：结束。

根据流程70，网络端310通过从网络端310卸载部分的用户，执行负载重新平衡。网络端310不对机器类型通信装置320执行负载重新平衡。其中，网络端310可为一移动管理单元(Mobile Management Entity，MME)或一服务GPRS支持节点(Serving GPRS Support Node，SGSN)。移动管理单元/服务GPRS支持节点负责移动管理、非接入层信令处理以及管理控制内文的使用者移动管理。取而代之执行负载重新平衡，网络端310根据拥塞状况，执行信令拥塞控制。由于负载平衡没有在机器类型通信装置320上执行，因此减少大量的信令超载发生，例如：S1或无在资源控制释放程序或路径区域更新程序。

举例来说，网络端310不对具有紧邻触发操作的通信窗的机器类型通信装置320执行负载重新平衡。对于触发用于移动发话触发操作的非接入层级信令的机器类型通信装置320，如果必要的话，网络端310执行接入层级信令拥塞控制。

请参考图8，图8为本发明实施例一流程80的示意图。流程80用于机器类型通信架构30的机器类型通信装置320，用来处理信令拥塞。流程80可编译成程序代码414，并包含下列步骤：

步骤800：开始。

步骤802：当机器类型通信装置320的一通信窗W1为无效时，随机化机器类型通信装置320或机器类型通信服务器300的触发操作以向网络端310请求一通信窗W2。

步骤804：结束。

根据流程80，如果机器类型通信装置320缺乏有效通信窗W1，机器类型通信装置320或机器类型通信服务器300在允许时间间隔内随机化触发操作，以向网络端310请求有效通信窗W2。

举例来说，当机器类型通信装置320在通信窗W1中无法完成传输或通信窗W1无效时，机器类型通信装置320在允许时间间隔内随机化触发操作，以向网络端310请求一新的通信窗(通信窗W2)。网络端310可变更允许时间间隔的分派或/和新的通信窗，并传送新的分派结果至机器类型通信装置320或机器类型通信服务器300。

在本发明另一实施例中，当机器类型通信服务器300在通信窗W1中无法接收机器类型通信装置320的传输时，机器类型通信服务器300判断机器类型通信装置320没有有效的通信窗以完成传输。机器类型通信服务器300在机器类型通信装置320的允许时间间隔内随机化触发操作，以向网络端310请求一新的通信窗(通信窗W2)。网络端310可变更允许时间间隔的分派或/和新的通信窗，并传送新的分派结果至机器类型通信装置320或机器类型通信服务器300。

请参考图9，图9为本发明实施例一流程90的示意图。流程90用于机器类型通信架构30的网络端310，用来处理信令拥塞。流程80可编译成程序代码414，并包含下列步骤：

步骤900：开始。

步骤902：网络端310/机器类型通信服务器300于一讯息中提供多个通信窗给机器类型通信装置320或/和机器类型通信服务器300。

步骤904：机器类型通信装置320或/和机器类型通信服务器300接收包含于该讯息中的多个通信窗，并当机器类型通信装置320或/和机器类型通信服务器300在一通信窗W3中无法成功接入网络端310时，通过移动发话触发操作或移动收话触发操作在一通信窗W4接入网络端310。

步骤906：结束。

根据流程90，包含于该讯息中的多个通信窗被提供给机器类型通信装置320或/和机器类型通信服务器300。该讯息可为一接收讯息、一拒绝讯息或一通知讯息。机器类型通信装置320或/和机器类型通信服务器300确认通信窗成功地通过该讯息被接收。当机器类型通信装置320或/和机器类型通信服务器300由于接入禁止或是信令拥塞而无法成功在通信窗W3中接入网络端310时，机器类型通信装置320或/和机器类型通信服务器300则在通信窗W4中接入网络端。换句话说，当网络端310/机器类型通信服务器300提供机器类型通信装置320多个通信窗时，如果目前的通信窗(例如：通信窗W3)为无效时，机器类型通信装置320可延后至有效的通信窗(例如：通信窗W4)内接入网络端310以及机器类型通信服务器300。如此一来，机器类型通信装置320可取得更多传输机会且可减少由于用于更新讯息窗而随机触发的非接入信令所导致无法预期的信令超载。较佳地，在本发明实施例中网络端310可为移动管理单元/服务GPRS支持节点。

此外，机器类型通信装置320或/和机器类型通信服务器300同时在通信窗W3中断接入网络端310。当机器类型通信装置320被触发且在任一通信窗内完成传输时，网络端310/机器类型通信服务器300以及机器类型通信装置320清空其他的通信窗。因此，网络端310/机器类型通信服务器300可分配对应剩余通信窗的资源，用于其他用途。

进一步地，机器类型通信装置320或/和机器类型通信服务器300可从网络端310接收一拥塞/超载指示器。拥塞/超载指示器根据网络端的拥塞情形分级或为系统信息、接收讯息、拒绝讯息或通知讯息中的一回退计时器(backoff timer)。机器类型通信装置320或/和机器类型通信服务器300可根据拥塞/超载指示器的数值，判断拥塞/超载情况将会持续多久。如果任何一通信窗中有拥塞/超载情况，机器类型通信装置320或/和机器类型通信服务器300在该通信窗中断接入网络端310。根据拥塞/超载指示器，机器类型通信装置320或/和机器类型通信服务器300判断在多少通信窗中机器类型通信装置320或/和机器类型通信服务器300必须中断接入网络端310。通过此方法，机器类型通信装置320可节省更多电源，因为当通信窗位在拥塞或超载期间内时，机器类型通信装置320不需读取拥塞/超载指示器。同时，机器类型通信服务器300可释放用于触发其他机器类型通信装置320的资源，其中其他机器类型通信装置320可接入网络端而不具拥塞/超载情形。

请参考图10，图10为本明实施例通信窗分配的示意图。三个通信窗WA、WB以及WC设定在两个允许时间间隔G1以及G2内。机器类型通信装置或/和机器类型通信服务器在通信窗WA内无法成功接入网络端，因此机器类型通信装置或/和机器类型通信服务器将传输延后至通信窗WB内。如果机器类型通信装置在通信窗WB内完成传输，机器类型通信装置或/和机器类型通信服务器以及网络端清空通信窗WC。也就是说，机器类型通信装置不被允许使用通信窗WC。机器类型通信装置或/和机器类型通信服务器与网络端可将通信窗WC用于其他用途。

综上所述，当网络端发生信令拥塞/超载情形时，机器类型通信装置或/和机器类型通信服务器停止触发操作以避免额外的信令交换。移动管理单元/服务GPRS支持节点不执行负载重新平衡。取而代之，移动管理单元/服务GPRS支持节点执行信令拥塞控制。如果机器类型通信装置不具有有效通信窗时，机器类型通信装置或/和机器类型通信服务器在允许时间间隔内随机化触发操作，以向网络端请求有效通信窗。此外，多个通信窗可提给机器类型通信装置或/和机器类型通信服务器。如此一来，机器类型通信装置可有更多机会完成传输，而不需产生额外信令以请求新的通信窗。

以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求书所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。