M2M通信中基于分组的小区接入与选择方法与流程

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种m2m通信中基于分组的小区接入与选择方法。

背景技术：

随着m2m(machinetomachine，机器到机器)业务的快速发展，m2m与lte-a(lte-advanced)网络的融合是未来通信发展的必然趋势，同时也是第五代移动通信(5g)中的一个重要应用场景。但这也给基于lte-a网络的m2m通信提出了一些新的挑战。由于m2m设备数量众多，且主要是在上行进行通信，因此上行的资源调度是亟待解决的主要问题之一。

m2m通信有这样几个特点：

m2m设备数量巨大，高出h2h(human-to-human，人到人)设备数量的几个数量级。有报告指出，在一个小区里活跃的h2h用户数量和m2m设备数量大概分别是50个和30000个，3gpp建议单小区应支持至少1000个mtcd设备。

m2m设备发送的数据包是在大范围内变化的。比如常规测量设备发送的可能只是几比特的数据，而类似于监控探头这样的视频设备，数据量将达到mbps级别。

qos(qualityofservice，服务质量)的要求也不同。有的设备是时间容忍的，比如定期上报一些读数的智能电表、水表等设备；而有的是有严格时间约束的，比如监控和告警类型的设备。不同应用场景的设备其吞吐量和丢包率等要求也不同。

上报数据的触发方式不同。有的是周期性的，有的是事件触发的。

低移动性。m2m设备位置固定、不经常移动或在限定的区域中低速移动。

由于m2m通信的要求，一般是mtcd(machinetypecommunicationsdevice，机器类通信设备)上报的数据量远远大于基站或者mtcg(machinetypecommunicationsgateway，机器类通信网关)发送的控制信令的数据量，因此上行数据的调度和资源分配是主要矛盾，而这点刚好与蜂窝网络的通信特点相反。

由于以上m2m通信的特点，特别是考虑到mtcd海量的特点，如果多个mtcd同时接入宏小区显然是不合理的，因为每个宏小区所能容纳的设备数量是有限的，而且这么多设备同时向宏小区基站发送接入请求将会带来大量信令开销。同时，宏基站负载过重，而周围小基站又可能没有足够多用户，导致负载不均衡以及由此带来的能量的浪费。

技术实现要素：

本发明的实施例提供了一种m2m通信中基于分组的小区接入与选择方法，以实现避免海量的mtcd设备单独申请时产生的信道阻塞。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

一种m2m通信中基于分组的小区接入与选择方法，包括：

根据机器类通信设备mtcd的业务特征对各个mtcd设备进行分组，给每个组确定一个组长mtcd设备；

所述组长mtcd设备向基站发送接入请求信令，所述基站接收到所述接入请求信令后广播自己的状态信息，该状态信息包括：可用的子载波及每个子载波剩余的功率空间；

所述组长mtcd设备根据所述状态信息和其所在组的所有mtcd设备的业务特征判断是否请求接入所述基站。

进一步地，所述的根据mtcd设备的业务特征对各个mtcd设备进行分组，给每个组确定一个组长mtcd设备，包括：

根据各个mtcd设备的业务特征，把具有相同业务特性的mtcd设备分成一个簇，将一个簇中指定位置范围内的mtcd设备分为一组，给每个组分配一个组id，按照设定的规则从每个组中的所有mtcd设备中选择一个组长mtcd设备，将每个组内的mtcd设备的上报周期调整为相同的时间点和周期，所述业务特性包括：qos、时延容忍门限、数据发送周期、剩余电量、最小时间提前量、与基站之间信道状态信息、内存和发送数据时所需缓冲区中的至少一项。

进一步地，所述的按照设定的规则从每个组中的所有mtcd设备中选择一个组长mtcd设备，包括：

从每个组中的所有mtcd设备中选择剩余电量最多的mtcd设备作为组长mtcd设备；

或者，

从每个组中的所有mtcd设备中选择与基站之间信道状态最好的mtcd设备作为组长mtcd设备；

或者，

从每个组中的所有mtcd设备中选择最小时间提前量的mtcd设备作为组长mtcd设备；

或者，

从每个组中的所有mtcd设备中选择内存最大的mtcd设备作为组长mtcd设备；

或者，

从每个组中的所有mtcd设备中选择全组发送数据时所需缓冲区最小或者最大或者最接近全组平均缓冲区水平的mtcd设备作为组长mtcd设备。

进一步地，所述的方法还包括：

每个组中的mtcd设备的数量k由下式决定：

k＝(ntb×每个tb的容量)/每个mtcd设备所需资源

其中，ntb为给该组分配的tb数量；

给组中的每个mtcd设备分配一个设备索引号，mtcd设备的id＝组id+设备索引号。

进一步地，所述的方法还包括：

将专门用于监控和告警类型的特殊设备归为一个特殊接入组，所述特殊接入组不设定接入组长，所述特殊接入组设定组id，所述特殊接入组中的每个mtcd设备都有一个终端索引号，mtcd设备的id＝组id+设备索引号。

进一步地，所述的组长mtcd设备向基站发送接入请求信令，所述基站接收到所述接入请求信令后广播自己的状态信息，该状态信息包括：可用的子载波及每个子载波剩余的功率空间，包括：

作为组长的mtcd根据所在小组的所有mtcd设备的功耗计算出发送信令的最大功率强度，按照比所述最大功率强度低的发送功率发送接入请求信令；

各个enb和其他小小区基站收到所述接入请求信令后，在不同频率上广播自己的状态信息，该状态信息包括：可用的子载波及每个子载波剩余的功率空间。

进一步地，所述的组长mtcd设备根据所述状态信息和其所在组的所有mtcd设备的业务特征判断是否请求接入所述基站，包括：

组长mtcd设备接收到基站广播的状态信息后，提取所述状态信息中的可用的子载波及每个子载波剩余的功率空间，当可用的子载波剩余的功率空间大于所在组的所需资源时，则判断所在小组可以接入所述基站的小区，在接入信道上向所述基站发送接入小区请求信令，所述接入小区请求信令中携带所在组的所有mtcd设备的所需资源，所述所在组的所需资源为所在组的所有mtcd设备的所需资源之和；

所述基站接收到所述接入小区请求信令后，当所述接入小区请求信令中携带的所在组的所有mtcd设备的所需资源小于其可用的子载波剩余的功率空间，自己所能够容纳的剩余用户数大于所述所在组的mtcd设备的总数，则允许所述组长mtcd设备所在组接入小区。

进一步地，所述的方法还包括：

所述接入小区请求信令中还携带所在组的业务优先级信息，当所述基站接收到多个组长mtcd设备发送的接入小区请求信令，并且每个接入小区请求信令中携带的所在组的所有mtcd设备的所需资源小于其可用的子载波剩余的功率空间，自己所能够容纳的剩余用户数大于所述所在组的mtcd设备的总数后，则比较各个组的业务优先级，允许业务优先级较高的组接入小区。

进一步地，所述的方法还包括：

当所在组经过设定的时间段后还没有成功接入小区，组长mtcd设备提高接入请求信令的发送功率，按照提高后的发送功率在接入信道上发送所述接入请求信令，所述提高后的发送功率小于所述所在组的发送信令的最大功率强度；或者，组长mtcd设备发送特殊求救信号，促使附近的处于睡眠模式的基站苏醒来实现小区接入。

进一步地，所述的方法还包括：

组长mtcd设备在接入信道上发送了请求接入信令后，在所述接入信道上侦听，如果侦听到其他组长mtcd设备发送的请求接入信令，则对侦听到的请求接入信令进行解析，当解析发现与自己发送的请求接入信令中的目标小区相同，并且，解析出的小组的优先级比自己所在组的优先级高，则更改自己发送的请求接入信令中的目标小区或者退避一段时间后再发送请求接入信令。

由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例通过基于mtcd设备海量的特点，将业务相同且距离很近的mtcd设备进行分组，以组为单位来进行小区接入的申请和选择，可以避免海量的mtcd设备单独申请时产生的信令风暴，有效避免了pucch信道的阻塞。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种基于分组的小区选择和接入的方法的处理流程图；

图2为本发明实施例提供的一种对mtcd设备进行分组的示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。

基于以上现有技术中的问题，本发明实施例提出了一种基于分组的小区选择和接入的方法，既可以有效避免宏基站负载过重，也可以实现海量mtcd的小区接入问题。

上述基于分组的小区选择和接入的方法的处理流程如图1所示，包括如下的处理步骤：

步骤1、根据机器类通信设备mtcd的业务特征对各个mtcd设备进行分组，给每个组确定一个组长mtcd设备。

图2为本发明实施例提供的一种对mtcd设备进行分组的示意图。mtcd设备的分组过程包括分簇、分组以及组长的确定三个过程，首先根据各个mtcd设备的业务特征，把具有相同业务特性的mtcd设备分成一个簇。在簇的基础上，将一个簇中指定位置范围内的mtcd设备分为一组，给每个组分配一个组id，所述业务特性包括：qos(qualityofservice，服务质量)、时延容忍门限、数据发送周期、剩余电量、最小时间提前量、与基站之间信道状态信息、内存和发送数据时所需缓冲区中的至少一项。

每个组中的mtcd设备的数量k由下式决定：

k＝(ntb×每个tb的容量)/每个mtcd设备所需资源

其中，ntb为给该组分配的tb数量；

给组中的每个mtcd设备分配一个设备索引号，mtcd设备的id＝组id+设备索引号。为了便于信息的存储和管理，将小组中的成员mtcd设备的id号设置为连续分布。每个tb(transmissionblock，传输资源块)的容量根据实际情况设定。

然后，按照设定的规则从每个组中的所有mtcd设备中选择一个组长mtcd设备，对于普通接入组的设备，如果需要周期性上报数据，可以将该组内的成员的上报周期调整为相同的时间点和周期。组长的确定依据不同的应用场合可以使用以下不同的规则。这些信息在随机接入成功后以及进行信道测量时基站均可以获得，上述确定组长的设定的规则包括：

从每个组中的所有mtcd设备中选择剩余电量最多的mtcd设备作为组长mtcd设备；

或者，

从每个组中的所有mtcd设备中选择与基站之间信道状态最好的mtcd设备作为组长mtcd设备；

或者，

从每个组中的所有mtcd设备中选择最小时间提前量的mtcd设备作为组长mtcd设备；

或者，

从每个组中的所有mtcd设备中选择内存最大的mtcd设备作为组长mtcd设备；

或者，

从每个组中的所有mtcd设备中选择全组发送数据时所需缓冲区最小或者最大或者最接近全组平均缓冲区水平的mtcd设备作为组长mtcd设备。

将专门用于监控和告警类型的特殊设备归为一个特殊接入组，对于特殊接入组，由于该组的成员是一些具有监控和告警功能的设备，其qos与发起请求的时间以及周期很难预测(基本没有周期可言)，同时要求的时延也非常严格，因此不为该组设置组长，该接入组内的成员在需要时将自动发起上行调度请求，具体过程与正常的lte设备相同。特殊接入组设定组id，特殊接入组中的每个mtcd设备都有一个终端索引号，mtcd设备的id＝组id+设备索引号。

将mtcd设备进行分组的目的是将业务特性相同的mtcd设备集合在一起，然后由组长代表整个组进行上行资源的请求，这样将尽可能避免由于单独mtcd设备申请资源时发送sr(schedulingrequest，调度请求)信息造成pucch(physicaluplinkcontrolchannel，物理上行链路控制信道)信道阻塞。

当一个新的mtcd设备第一次接入网络时，随机接入成功之后，mtcd设备会向基站上报其对应的m2m业务特性。基站根据此mtcd设备上报的业务特性，为此mtcd分配一个组id和设备索引号，当此mtcd所属的分组的mtcd数目大于预先设定的最大值时，基站自动添加一个组id，即新建一个分组。每个成员都知道其所在接入组的组id，该id将用于在pdcch信道上发送公共信令时所使用的掩码，从而减少pdcch信道的信令负载。

步骤2、组长mtcd设备向基站发送接入请求信令。所述基站接收到所述接入请求信令后广播自己的状态信息，该状态信息包括：可用的子载波及每个子载波剩余的功率空间。

将mtcd设备按照相同的业务类型进行分组后，然后由组长发起接入请求。从节约mtcd功耗的角度，作为组长的mtcd根据所在小组的所有mtcd设备的功耗计算出发送信令的最大功率强度，按照比所述最大功率强度低的发送功率发送接入请求信令。

各个enb和sbs(smallcellbasestation，小小区基站)收到所述接入请求信令后，在不同频率上广播自己的状态信息，该状态信息包括：可用的子载波及每个子载波剩余的功率空间。注意，为了避免多个信令的碰撞，该广播信息应该是频分的，即在不同频率上广播的。

当enb和sbs又容纳了新用户后，enb和sbs将更改自己的状态信息，在新的接入周期进行广播。

步骤3、组长mtcd设备根据状态信息和其所在组的所有mtcd设备的业务特征判断是否请求接入所述基站。

组长mtcd设备接收到基站广播的状态信息后，根据状态信息判断是否可以接入该基站。提取状态信息中可用的子载波及每个子载波剩余的功率空间，当可用的子载波剩余的功率空间大于所在组的所需资源时，则判断所在小组可以接入所述基站的小区，在接入信道上向所述基站发送接入小区请求信令，所述接入小区请求信令中携带所在组的所有mtcd设备的所需资源，所述所在组的所需资源为所在组的所有mtcd设备的所需资源之和。如果组长mtcd设备根据状态信息判断不可以接入该基站，则继续等待并选择其他基站。

所述基站接收到所述接入小区请求信令后，当所述接入小区请求信令中携带的所在组的所有mtcd设备的所需资源小于其可用的子载波剩余的功率空间，自己所能够容纳的剩余用户数大于所述所在组的mtcd设备的总数，则允许所述组长mtcd设备所在组接入小区。

在实际应用中，在接入小区请求信令中还携带所在组的业务优先级信息，当所述基站接收到多个组长mtcd设备发送的接入小区请求信令，并且每个接入小区请求信令中携带的所在组的所有mtcd设备的所需资源小于其可用的子载波剩余的功率空间，自己所能够容纳的剩余用户数大于所述所在组的mtcd设备的总数后，则比较各个组的业务优先级，允许业务优先级较高的组接入小区。

当所在组经过设定的时间段后还没有成功接入小区，组长mtcd设备提高接入请求信令的发送功率，按照提高后的发送功率在接入信道上发送所述接入请求信令，所述提高后的发送功率小于所述所在组的发送信令的最大功率强度；或者，组长mtcd设备发送特殊求救信号，促使附近的处于睡眠模式的基站苏醒来实现小区接入。

对于具有d2d(device-to-device，设备直通通信)功能的组长mtcd设备，在接入信道上发送请求接入信号，其他时间则在该信道上侦听。如果侦听到其他组长mtcd设备发送的请求接入信令，则对侦听到的请求接入信令进行解析，当解析发现与自己发送的请求接入信令中的目标小区相同，并且，解析出的小组的优先级比自己所在组的优先级高，则更改自己发送的请求接入信令中的目标小区或者退避一段时间后再发送请求接入信令。

在实际应用中，如果某个sbs下的mtcd设备数量很少了，让现有mtcd设备转移到其他sbs设备下，暂时关闭该sbs设备，以节省电量。

某小区内的mtcd设备处于较长的睡眠期时，该sbs基站也可以进行睡眠模式节省电量。

综上所述，本发明实施例通过基于mtcd设备海量的特点，将业务相同且距离很近的mtcd设备进行分组，以组为单位来进行小区接入的申请和选择，可以避免海量的mtcd设备单独申请时产生的信令风暴，有效避免了pucch信道的阻塞。

本发明实施例避免了基站的负担，将基站的负载转移到周围的小小区中，实现了负载均衡。实现了根据优先级来选择可以接入的mtcd小组，优先级越高的小组小区接入的概率越大。避免了多个mtcd小组同时接入某sbs时超过了该小小区的容量限制。

本发明实施例采取逐步提高发送信号功率的方法节省了mtcd设备的能耗，采取sbs睡眠模式以及sbs关闭模式，有效节省了sbs能耗。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。