机器类型通信数据的数据处理方法、装置及系统与流程

技术领域

本发明主要涉及无线通信技术，特别涉及一种应用网关(gateway)与中继节点(relay node)来进行机器类型通信的无线通信系统及其数据传输方法。

背景技术：

在典型的无线通信系统中，用户装置(User Equipment，UE)可通过基站(或称eNB)与服务网络进行语音和/或数据服务的无线通信，其中，用户装置与服务网络之间的无线通信可根据多种无线技术进行，例如：全球无线通信系统(Global System for Mobile communications，GSM)技术、通用分组无线服务(General Packet Radio Service，GPRS)技术、全球演进式数据速率增强(Enhanced Data rates for Global Evolution，EDGE)技术、宽带码分多址(Wideband Code Division Multiple Access，WCDMA)技术、码分多址2000(Code Division Multiple Access 2000)技术、时分同步码分多址(Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access，TD-SCDMA)技术、全球互通微波接入(Worldwide Interoperability for Microwave Access，WiMAX)技术、长期演进(Long Term Evolution，LTE)技术、通用移动通信系统(Universal Mobile Telecommunications System，UMTS)技术等等。特别在使用宽带码分多址技术或长期演进技术的服务网络中，引入了一种特别的基站，称为家用基站(Home Node-B，HNB)或进化型家用基站(Home e-Node-B，HeNB)，其通常用于提升服务网络在例如家庭或小型商业区域等室内环境下的无线传输质量。

另外，在长期演进无线通信系统中，除了一般的人对人(Human to Human，H2H)通信之外，更进一步提供机器类型通信(Machine Type Communication，简称MTC)。机器类型通信是指机器对机器(Machine-to-Machine，M2M)通信，又称为物联网(The Internet of Things，IOT)，其概念是将日常生活中的所有物品，经由内嵌式短距移动收发机，通过无线射频辨识系统(Radio-frequency identification，RFID)与互联网(internet)连接起来，实现物品的自动识别和信息的互联与共享。

当所使用的服务网络具备机器类型通信能力时，可将大量的MTC应用例如自动抄表、自动监控等等使用于室内的环境中。这些应用可应用于蜂窝(cellular)服务网络如LTE网络、GSM网络或CDMA网络等。另一方面，这些MTC应用也可通过短距离无线技术，例如蓝牙、Zigbee、无线相容认证(WiFi)、红外线等等无线技术来传递MTC应用所需的各项数据。此外，当MTC应用于户外环境如野外偏远地区(rural area)时，由于大多数的MTC装置具有较小的射频传输能力，使其上行链路的覆盖能力受到限制。为了改善这一问题，无线系统的一个节点可使用一个或多个中继节点(relay node)与无线系统中的另一节点通信，通过中继节点可以扩展上行链路的覆盖能力。然而，在现有的中继部署技术中，每个连接至中继节点的MTC装置必须在其与中继节点之间的连接接口上维持一个对应的链路，才能将其所欲传送的数据通过中继节点传送至服务网络。举例来说，假设有三个MTC装置欲传送MTC数据时，则在其与中继节点之间的连接接口上必须分别维持三个对应的链路。随着MTC装置的数量大量增加，其连接接口上的信令负载也将变得非常繁重。

所以，本领域需要一种能够防止空中接口拥堵的方法和系统。

技术实现要素：

本发明的一实施例提供了一种数据处理方法，适用于无线通信系统，其中至少包括多个装置、一中间装置以及一服务网络，该数据处理方法包括下列步骤：多个装置向中间装置发送多个机器类型通信数据流；中间装置将多个机器类型通信数据流进行一多工处理，产生一多工数据流；以及服务网络接收所述多工数据流。。

本发明的另一实施例提供了一种无线通信系统，包括：多个装置，用于发送多个机器类型通信数据流；中间装置，耦接至多个装置接收来自该多个装置的多个机器类型通信数据流，并进行一多工处理，产生一多工数据流；以及服务网络，耦接至中间装置，接收多工数据流。

本发明的又一实施例提供了一种数据处理装置，用于在无线通信系统中进行数据传输，包括：一接收模块，用于接收第一数据流，第一数据流包括机器类型通信数据流；一数据多工处理模块，用于将接收模块接收的多个机器类型通信数据流进行一多工处理，以产生一多工数据流；以及一传输模块，用于发送第二数据流，第二数据流包括多工数据流。

关于本发明其他附加的特征与优点，此领域的熟习技术人士，在不脱离本发明的精神和范围内，当可根据本申请实施方法中所公开的数据处理方法做些许的更动与润饰而得到。

附图说明

图1是显示依据本发明一个实施例的无线通信系统的示意图。

图2是根据本发明一个实施例所述的机器类型通信数据的数据处理方法的流程图。

图3是显示依据本发明一个实施例的通信协议层级的示意图。

图4显示依据本发明另一实施例的数据传输系统。

图5是显示依据本发明另一实施例的无线通信系统的示意图。

图6是显示依据本发明另一实施例的具有网关功能的增强型家用基站的无线通信系统的示意图。

图7是显示依据本发明另一实施例的具有网关以及家用基站的无线通信系统的示意图。

图8是显示依据本发明另一实施例的具有网关功能的增强型中继节点的无线通信系统的示意图。

图9是显示依据本发明另一实施例的具有网关功能的增强型家用基站的无线通信系统的示意图。

具体实施方式

本章节所叙述的是实施本发明的范例，以下范例以附图配合说明，且若未特别指出，则在不同图式中所使用到的相同标号周以指示相同或类似的元件。然而，以下实施例仅为实施本发明的代表范例，并非代表实施本发明的所有方式，本发明的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。

在本申请中，为了避免蜂窝空中接口的拥塞，本发明提供一种具有整合(aggregation)功能或代理(proxy)功能的MTC网关或网关模块，MTC网关可通过各种前述无线接入技术，如CDMA2000/GSM/UMTS/LTE或通过其他通信方法及装置，连接到下游的MTC装置此外，网关可执行多种功能，如数据转送、数据整合、加入许可控制、协议转换(protocol translation)以及装置监控等等。MTC网关可连接至蜂窝无线接入技术的服务网络，如CDMA2000/GSM/UMTS/LTE技术的无线接入网络。因此，MTC数据可在蜂窝无线接入网络中进行传送。

图1是显示依据本发明一个实施例的无线通信系统的示意图。如图1所示，无线通信系统100至少包括多个装置110、120以及130、一中间装置200以及服务网络300。在无线通信系统100中，装置110、120以及130通过空间接口无线地连接到服务网络300的基站330以取得无线接入服务。中间装置200可通过第一接口耦接至装置110、120以及1 30并且通过第二接口耦接至服务网络300。其中，第一接口网关使用第一无线接入技术例如短距离通信相关的无线接入技术，如蓝牙、Zigbee、WiFi以及红外线等等，而第二接口使用第二无线接入技术例如蜂窝服务网络相关的无线接入技术，如LTE、LTE-Advanced、CDMA2000等等。服务网络300可包括核心网络(core network，CN)310、无线网络控制器(radio network controller，RNC)320以及一个或多个基站330。每个基站330可提供向其信号覆盖范围内的使用者或装置提供移动网络服务。一般来说，每个装置110-130又称为用户装置(UE)，以及基站330可称为接入站台、或者为长期演进系统的进化型基站(eNB)。在本实施例中，装置110、120、130可为支持机器类型通信的装置，可用以与其他支持机器类型通信的装置或系统进行机器对机器的通信。其中，每个装置可包括无线模块(未绘示)，用以执行与基站330之间的无线传输与接收。无线模块可进一步包括基带(baseband)单元(未绘示)与射频(Radio Frequency，RF)模块(未绘示)，基带单元可包括多个硬件装置以执行基带信号处理，包括模拟数字转换(analog to digital conversion，ADC)/数字模拟转换(digital to analog conversion，DAC)、增益(gain)调整、调制与解调制、以及编码/解码等。射频模块可接收射频无线信号，并将射频无线信号转换为基带信号以交由基带模块进一步处理，或从基带信号模块接收基带信号，并将基带信号转换为射频无线信号以进行传送。射频模块也可包括多个硬件装置以执行上述射频转换，举例来说，射频模块可包括混频器(mixer)以将基带信号乘上无线通信系统的射频中的振荡载波，其中该射频可为宽带码分多址系统所使用的900兆赫、1900兆赫、或2100兆赫，或长期演进系统所使用的900兆赫、或2100兆赫，或视其它无线接入技术的标准而定。另外，每一装置还包括控制器模块(未绘示)，用以控制无线模块以及其它功能模块的运作状态，该其他功能模块例如：用以提供人机接口的显示单元和/或按键(keypad)、用以存储应用程序与通信协议的程序代码的存储单元等。

图2是根据本发明一个实施例所述的机器类型通信数据的数据处理方法。依据本发明的机器类型通信数据(简称MTC数据)的数据处理方法可适用于图1所示的无线通信系统100中。其中，中间装置200通过第一接口与装置110、120以及130进行通信。当装置110、120以及130欲进行机器类型通信数据传输时，每个装置将分别利用第一接口的对应第一链路来传送MTC数据流。首先，如步骤S202所示，中间装置200通过第一接口的多个第一链路接收来自各个装置110、120以及130的多个MTC数据流。举例来说，第一接口可为使用短距离通信相关的无线接入技术的接口，如蓝牙接口，而第二接口可为使用第二无线接入技术，如支持LTE无线接入技术的接口，因此，中间装置200可通过蓝牙接口以蓝牙技术接收来自各个装置110、120以及130的多个MTC数据流。当接收到所有装置的MTC数据流之后，如步骤S204所示，中间装置200将所接收到的MTC数据流进行多工处理，产生多工数据流(multiplexed data flow)并且接着如步骤S206所示，通过第二接口的第二链路将多工数据流传送至服务网络300的基站330或核心网络310中，以执行机器类型通信。举例来说，第二接口可为使用第二无线接入技术，如支持LTE无线接入技术的接口，因此，中间装置200可对所接收到的MTC数据流进行多工处理，将符合第一无线接入技术，例如蓝牙技术的多个MTC数据流转换为符合第二无线接入技术，例如LTE无线接入技术的单一多工数据流，之后再通过第二接口的第二链路将多工数据流传送至服务网络300的基站330或核心网络310中，以执行机器类型通信。

一般而言，LTE无线通信系统的无线接口协议包括三层：物理层(Physical Layer，L1)、数据链路层(Data Link Layer，L2)以及网络层(Network Layer，L3)，其中网络层在控制面(Control Plane)为无线资源控制(Radio Resource Control，RRC)层，而数据链路层分成分组数据整合协议(Packet Data Convergence Protocol，PDCP)层、无线链路控制(Radio Link Control，RLC)层以及介质访问控制(Medium Access Control，MAC)层。

请参考图3，图3为本发明实施例用于LTE系统中通信协议层级70的示意图。通信协议层级70包括有多个通信协议层级，其通信协议层级从上到下为：MTC数据多工处理(data multiplexing)层700、无线资源控制(Radio Resource Control，RRC)层710、分组数据整合协议(Packet Data Convergence Protocol，PDCP)层720、无线链路控制(Radio Link Control，RLC)层730、介质访问控制(Medium Access Control，MAC)层740以及物理(Physical，PHY)层750。其中，MTC数据多工处理层700为新加入的通信协议层级，用以将来自不同MTC装置的经由无线资源控制层710、分组数据整合协议层720、无线链路控制层730、介质访问控制层740以及物理层750处理过后的MTC数据流整合为单一数据流。在一些实施例中，图3中所示的通信协议层级70架构可适用于中继节点，而于另一些实施例中，通信协议层级70架构可适用于网关或家用基站上。

需注意的是，无线通信系统100中的中间装置200包括多种配置，可包括/不包括网关、中继节点以及家用基站的其中一者或其组合。关于中间装置200的各种配置及相对应数据处理方法的细节请见以下图4至图9的说明。

参照图4。在一些实施例中，本发明可用于部署了MTC网关时的中继节点架构。图4显示依据本发明另一实施例的数据传输系统。如图4所示，数据传输系统100包括多个MTC装置110、120以130、网关210、中继节点220以及基站330，其中，MTC装置110、120、130与网关210之间通过M-G接口进行通信，网关210与中继节点220之间通过第三接口，可以是专用接口进行通信，以及中继节点220与服务网络300中的基站330之间通过G-B接口进行通信。举例来说，MTC装置110与网关210之间的M-G接口可采用各种无线接入技术，可为蜂窝(cellular)无线接入技术或其他短距离无线通信技术，如蓝牙、Zigbee、WiFi以及红外线等等。网关210与中继节点220之间通过专用的内部接口进行通信。网关210可通过第一接口的多个第一链路接收来自各个装置110-130的多个MTC数据流，并将接收到的多个MTC数据流进行多工处理，产生单一多工数据流。中继节点220以及基站330之间的G-B接口可采用蜂窝无线接入技术，如LTE、LTE-Advanced、CDMA2000等等。在此例中，中间装置200中的网关210以及中继节点220整合在一起且网关210可通过第一接口，即本例中的M-G接口的多个第一链路接收来自各个装置110-130的多个MTC数据流，并将接收到的多个MTC数据流进行多工处理，产生单一多工数据流，而中继节点220通过第三接口，即本例中的专用接口耦接至网关210，用以通过第三接口接收多工数据流，并通过第二接口，即本例中的G-B接口的一个第二链路将多工数据流传送至服务网络300中的基站330。

如图5所示，在一些实施例中，网关210以及中继节点220可独立放置于MTC装置以及基站之间。图5是显示依据本发明另一实施例的无线通信系统的示意图。如图5所示，网关210以及中继节点220被分开设置于MTC装置110、120、130以及基站330之间，其中，MTC装置110、120、130与网关210之间通过M-G接口进行通信，网关210与中继节点220之间通过G-R接口进行通信，以及中继节点220与基站330之间通过G-B接口进行通信。在此实施例中，网关210使用的无线接入技术应与中继节点220所支持的无线接入技术相同。举例来说，当中继节点220是采用LTE无线技术进行通信时，网关210则必须支持LTE无线技术以与其进行通信，并且网关210与中继节点220之间的G-R接口应为符合LTE无线技术的LTE无线接口(radio interface)。

其中，网关210可进行协议转换，将符合MTC装置所用的第一类型协议如蓝牙协议转换为符合中继节点220所用的第二类型协议如WCDMA协议。其中，网关210与中继节点220通过一G-R接口进行通信。

如图6所示，在一些实施例中，本发明还可提供具有网关功能的增强型家用基站，如毫微微蜂窝基站。图6是显示依据本发明另一实施例的具有网关功能的增强型家用基站的无线通信系统的示意图。在此例中，增强型家用基站230可包括网关单元232，而MTC装置110、120、130可通过M-G接口与增强型家用基站230进行通信，其中网关单元232可进行协议转换，将符合MTC装置110、120、130所用的第一类型协议，如蓝牙协议转换为符合增强型家用基站230所用的第二类型协议如WCDMA协议。其中，网关单元232与增强型家用基站230通过一内部接口进行通信。在此例中，中间装置200为家用基站230，并且家用基站230通过第一接口，如M-G接口的第一链路接收来自装置110、120、130的MTC数据流，将接收到的多个MTC数据流进行多工处理，产生一多工数据流，并通过第二接口的第二链路将多工数据流传送至服务网络300的核心网络310。

如图7所示，在一些实施例中，本发明的机器类型通信数据的数据处理方法可通过网关以及家用基站进行数据传输。图7是显示依据本发明另一实施例的具有网关以及家用基站的无线通信系统的示意图。在此例中，如图7所示，网关210使用的无线接入技术应与家用基站240所支持的无线接入技术相同。举例来说，当家用基站240是采用WCDMA的无线技术进行通信时，网关210则必须支持WCDMA无线技术以与家用基站240进行通信。其中，网关210可进行协议转换，将符合MTC装置110、120、130所用的第一类型协议，如蓝牙协议转换为符合家用基站240所用的第二类型协议如WCDMA协议。其中，网关210与家用基站240通过一Uu接口进行通信。在此例中，网关210通过第一接口，如本例中的M-G接口的对应多个第一链路接收来自装置110、120、130的多个MTC数据流，并将MTC数据流进行多工处理，产生一多工数据流，之后，家用基站240通过一第三接口，如本例中的Uu接口接收所产生的多工数据流，并通过第二接口的第二链路将多工数据流传送至服务网络300的核心网络310。

如图8所示，在一些实施例中，本发明还可应用在未部署MTC网关时的增强型中继节点架构中。图8是显示依据本发明另一实施例的具有网关功能的增强型中继节点的无线通信系统的示意图。在此例中，MTC装置110、120、130可直接地与中继节点250进行通信，其中MTC装置110、120、130必须使用与中继节点250所使用相同的无线技术。举例来说，当中继节点250是采用LTE无线技术进行通信时，MTC装置110、120、130必须支持LTE无线技术以与其直接进行通信。此外，增强型中继节点250可对用于MTC的MTC相关业务数据(traffic data)进行数据整合处理或数据多工处理(multiplexing)。举例来说，不同MTC装置所送出的多个MTC数据流可被整合为一个单一数据流，并且可将整合后的单一数据流通过中继节点250以及基站330之间的接口进行传送。在此例中，中间装置200为一中继节点250，并且中继节点250可通过前述第一接口，即本例中的Uu接口的所有第一链路接收来自各个装置110、120、130的多个MTC数据流，将接收到的多个MTC数据流进行多工处理，产生前述多工数据流，并通过前述第二接口的第二链路将多工数据流传送至服务网络300的基站330。

在现有的中继部署技术中，连接至中继节点的每一个MTC装置必须在Un接口上维持一个对应的链路，因此当MTC装置的数量大量增加，Un接口上的信令负载也将变重。相较于现有的中继部署技术，依据本发明的增强型中继节点架构只会对连接至中继节点250的所有MTC装置110、120、130在Un接口上维持一个共同的链路，因此可大幅地减少Un接口上的信令负载。

类似地，为了实现这样的增强型中继节点架构，本发明更于增强型中继节点所采用的协议中的无线接口层(radio interface layer)引进一个新的数据多工处理层，例如：一MTC数据多工处理层来达到前述目的。具体来说，新的MTC数据多工处理层增加在无线资源控制层(RRC layer)之上(如图3所示)，用以负责将从各个MTC装置所接收到的多个MTC数据流进行多工处理以整合为一个包括相关信令以及业务数据的单一数据流。举例来说，MTC数据多工处理层可分别向各个MTC数据流提供一对应标记，再将含有对应标记的MTC数据流多工处理为一个包括相关信令以及业务数据的单一多工数据流，但本发明不限于此。

如图9所示，在另一个实施例中，本发明还可应用于未部署MTC网关时的增强型家用基站架构中。图9是显示依据本发明另一实施例的具有网关功能的增强型家用基站的无线通信系统的示意图。在此例中，MTC装置110、120、130可利用家用基站260所支持的接口与家用基站260进行通信。类似地，MTC装置110、120、130必须使用与家用基站260所支持的无线接入技术相同的无线接入技术，例如，当家用基站260采用蓝牙无线接入技术进行通信时，MTC装置110、120、130也必须使用蓝牙无线接入技术以与其进行通信。类似地，增强型家用基站260也可对用于MTC的MTC相关业务数据进行数据整合处理或数据多工处理，因此须于增强型家用基站260所采用的协议中的无线接口层引进前述的数据多工处理层，例如：MTC数据多工处理层，如增加在无线资源控制层之上，以负责将从各个MTC装置所接收到的多个MTC数据流进行多工处理以整合为一个包括相关信令以及业务数据的单一数据流。在此例中，中间装置200为一家用基站260，并且家用基站260通过第一接口的所有第一链路接收来自各个装置110、120、130的所有MTC数据流、将MTC数据流进行多工处理，产生前述多工数据流，并通过第二接口的第二链路将产生的多工数据流传送至服务网络300的核心网络310。

综上所述，依据本发明的无线通信系统及其相关的MTC数据处理方法，通过具有数据多工处理能力的MTC网关和/或中继节点和/或家用基站，可提供多种用于MTC数据传输的系统架构，有效减少MTC装置以及中继装置之间的信令负载。此外，依据本发明的无线通信系统及其相关的MTC数据处理方法也可将数据多工处理能力直接整合在中继节点或家用基站中，使其同样可将从各个MTC装置所接收到的多个MTC数据流进行多工处理以整合为一个包括相关信令以及业务数据的单一数据流。

本发明的方法，或特定类型或其部分，可以以程序代码的类型包括于实体媒体，如软盘、光盘、硬盘、或是任何其他机器可读(如计算机可读)存储介质，其中，当程序代码被机器，如计算机载入且执行时，此机器变成用以参与本发明的装置。本发明的方法与装置也可以以程序代码类型通过一些传送媒体，如电线或电缆、光纤、或是任何传输类型进行传送，其中，当程序代码被机器，如计算机接收、载入且执行时，此机器变成用以参与本发明的装置。当在一般用途处理器实作时，程序代码结合处理器提供一操作类似于应用特定逻辑电路的独特装置。

本发明虽以各种实施例公开如上，然而其仅为范例参考而非用以限定本发明的范围，本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的更动与润饰。因此上述实施例并非用以限定本发明的范围，本发明的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。