用于使用共享数据信道来节省机器对机器设备的功率的系统和方法
【专利说明】用于使用共享数据信道来节省机器对机器设备的功率的系 统和方法
【背景技术】
[0001] 概括地说，以下内容涉及无线通信，更具体地说，涉及机器对机器（M2M)无线广域 网（WAN)中的通信。无线通信系统被广泛地部署以提供各种类型的通信内容，例如语音、视 频、分组数据、消息传送、广播、传感器数据、跟踪数据等等。这些系统可以是能够通过共享 可用的系统资源（例如，时间、频率和功率）来支持与多个用户进行通信的多址系统。这类 多址系统的例子包括码分多址（CDMA)系统、时分多址（TDMA)系统、频分多址（FDMA)系统 和正交频分多址（OFDMA)系统。
[0002] 通常，无线多址通信系统可以包括多个基站，每一个基站同时支持多个设备的通 信。在一些示例中，这些设备可以是传感器和/或计量器，其被配置为收集数据并经由基站 将该数据发送给端服务器。这些传感器和/或计量器可以称为M2M设备。基站可以在前向 链路和反向链路上与M2M设备进行通信。每一个基站具有覆盖范围，该覆盖范围可以称为 小区的覆盖区域。M2M设备可以在反向链路上向基站发送数据。
[0003] 基站可以在一个或多个前向链路帧的业务时隙期间，根据业务周期（cycle)向 M2M设备发送数据。可以在同一个业务时隙期间，发送旨在针对于一个以上的M2M设备的数 据。在传统通信系统的情况下，当M2M设备期望共享业务信道中的数据时，该设备将苏醒以 读取在各个业务时隙中发送的数据，直到发现其数据为止。这种传统的方法不高效地使用 M2M设备的功率。
【发明内容】
[0004] 所描述的特征总体上涉及：用于使M2M无线广域网（WAN)中进行通信的M2M设备 的功率使用最小化的一个或多个改进的系统、方法和/或装置。在以下的周期的开始处，生 成业务时隙图：在该周期的开始处，在不同的前向链路帧期间向各个M2M设备发送业务数 据。向期望在该周期期间接收业务数据的各个M2M设备广播该业务时隙图。可以在该周期 的第一前向链路帧的业务时隙的至少一部分期间，广播该时隙图。在一个实施例中，该业务 时隙图可以标识以下业务时隙的数量：在该周期期间，在这些业务时隙期间以第一数据速 率、第二数据速率等等来发送数据。此外，该图还可以指示：期望以各自的特定数据速率来 接收它们的数据的M2M设备的数量。使用该图，期望在该周期期间接收数据的各个M2M设 备，可以估计它们的数据将何时在该周期期间进行发送（例如，哪个业务时隙和帧）。设备 可以返回到（以及保持在）睡眠状态，直到所估计的时间在期望要从基站发送它们的数据 时到达为止。通过使M2M设备在该周期期间处于苏醒模式的时间量最小化，可以节省M2M 设备的功率和其它资源。
[0005] 描述了用于管理M2M无线WAN中的无线通信的方法、系统和设备。生成业务时隙 图。所述业务时隙图标识一个或多个第一时隙和一个或多个第二时隙。在所述一个或多个 第一时隙期间，以第一数据速率发送第一数据。在所述一个或多个第二时隙期间，以第二数 据速率发送第二数据。在业务信道周期的开始处，在第一前向链路帧的业务时隙期间，向一 个或多个M2M设备广播所述业务时隙图。
[0006] 在一种配置中，广播所述业务时隙图可以包括：将所述业务时隙图插入到第一前 向链路帧的业务时隙的业务信道中。第一前向链路帧可以位于业务周期的开始处。可以在 第一前向链路帧的所述业务时隙期间，广播所述业务时隙图。在一个示例中，可以在物理层 处广播所述业务时隙图。所述业务时隙图可以标识第二时隙。在第二时隙期间，可以以第 二数据速率从基站向第二组的一个或多个M2M设备发送第二数据。
[0007] 在一个实施例中，广播所述业务时隙图还可以包括：在发生第一数据和第二数据 的任何传输之前，广播所述业务时隙图。第一前向链路帧的所述业务时隙可以包括第一时 隙或第二时隙。
[0008] 在一个示例中，可以在第一前向链路帧的传输之后，发送第二前向链路帧。第二前 向链路帧可以包括业务时隙。所述业务时隙可以包括第一时隙或第二时隙。
[0009] 在一种配置中，所述业务信道周期可以包括用于前向链路通信的第一时间分配。 此外，所述业务信道周期还可以包括用于反向链路通信的第二时间分配。
[0010] 发送第一数据可以包括：在第一前向链路帧的第一时隙期间发送指针。所述指针 可以标识另外的前向链路帧的另外时隙。可以在所述另外的时隙期间至少发送第一数据的 一部分。在一个实施例中，第一数据的所述一部分是以第一数据速率来发送的。
[0011] 在一个实施例中，所述业务时隙图可以标识：期望以第一数据速率来接收第一数 据的M2M设备的第一数量，以及期望以第二数据速率来接收第二数据的M2M设备的第二数 量。第一数据和第二数据可以是在物理层处发送的。
[0012] 在一种配置中，可以使用第一哈希函数来识别用于第一 M2M设备的第一时隙。可 以使用第二哈希函数来识别用于第二M2M设备的第二时隙。第一数据速率可以与第二数据 速率不同。第一时隙和第二时隙可以是一个或多个前向链路帧中的一个或多个业务时隙。
[0013] 此外，还描述了一种被配置用于M2M无线WAN中的无线通信的基站。所述基站包 括处理器和与所述处理器进行电通信的存储器。指令可以存储在存储器中。所述指令可以 由处理器执行以生成业务时隙图。所述业务时隙图可以标识一个或多个第一时隙和一个或 多个第二时隙。在所述一个或多个第一时隙期间，可以以第一数据速率从基站向一个或多 个M2M设备发送第一数据。在所述一个或多个第二时隙期间，可以以第二数据速率从所述 基站向一个或多个M2M设备发送第二数据。可以向多个M2M设备广播所述业务时隙图。
[0014] 还描述了一种被配置用于M2M无线WAN中的无线通信的装置。所述装置可以包括 用于生成业务时隙图的单元。所述业务时隙图可以标识一个或多个第一时隙和一个或多个 第二时隙。在所述一个或多个第一时隙期间，可以以第一数据速率从基站向一个或多个M2M 设备发送第一数据。在所述一个或多个第二时隙期间，可以以第二数据速率从所述基站向 一个或多个M2M设备发送第二数据。所述装置还可以包括：用于向多个M2M设备广播所述 业务时隙图的单元。
[0015] 还描述了一种用于管理M2M无线WAN中的无线通信的计算机程序产品。所述计算 机程序产品可以包括非暂时性计算机可读介质，所述非暂时性计算机可读介质存储有可由 处理器执行以生成业务时隙图的指令。所述业务时隙图可以标识一个或多个第一时隙和一 个或多个第二时隙。在所述一个或多个第一时隙期间，可以以第一数据速率从基站向一个 或多个M2M设备发送第一数据。在所述一个或多个第二时隙期间，可以以第二数据速率从 所述基站向一个或多个M2M设备发送第二数据。此外，所述指令还可由所述处理器执行以 向多个M2M设备广播所述业务时隙图。
[0016] 还描述了用于M2M无线WAN中的无线通信的另外方法。可以在业务信道周期的开 始处，在第一前向链路帧的第一业务时隙期间接收业务时隙图。可以分析该业务时隙图，以 识别第二前向链路帧中的第二业务时隙。所述业务数据可以是在第二业务时隙期间发送 的。可以进入睡眠状态，直到第二业务时隙为止。可以在第二业务时隙期间进入苏醒模式， 以接收所述业务数据。
[0017] 在一个实施例中，分析所述业务时隙图可以包括：确定期望以第一数据速率来接 收业务数据的M2M设备的数量；以及确定期望以第二数据速率来接收业务数据的M2M设备 的数量。第二数据速率可以与第一数据速率不同。此外，分析所述业务时隙图可以包括：使 用第一哈希函数来确定在其期间以第一数据速率来发送业务数据的业务时隙的数量；以及 使用第二哈希函数来确定在其期间以第二数据速率来发送业务数据的业务时隙的数量。在 一种配置中，接收所述业务数据可以包括：使用设备标识符来识别在第二业务时隙期间发 送的业务数据。
[0018] 通过以下的【具体实施方式】、权利要求书和附图，所描述的方法和装置的进一步适 用范围将变得显而易见。仅仅通过说明的方式给出【具体实施方式】和特定的示例，因为对于 本领域技术人员来说，在说明书的精神和范围之内的各种改变和修改将变得显而易见。
【附图说明】
[0019] 通过参照以下附图可以实现对本发明的性质和优势的进一步理解。在附图中，相 似的组件或特征可以具有相同的附图标记。此外，可以通过在附图标记后附上短划线和区 分相似组件的第二标记来区分同一类型的各种组件。如果在说明书中仅使用了第一附图标 记，则描述适用于具有相同第一附图标记的相似组件中的任何一个，而不管第二附图标记。
[0020] 图1示出了一种无线通信系统的框图；
[0021] 图2示出了一种无线通信系统的示例，该无线通信系统包括实现M2M通信的无线 广域网（WAN);
[0022] 图3A示出了描绘寻呼系统的一个实施例的框图；
[0023] 图3B是示出无线通信系统的一个实施例的框图；
[0024] 图4A是根据各个实施例，示出用于管理前向链路通信的设备的框图；
[0025] 图4B是示出前向链路通信模块的一个实施例的框图；
[0026] 图5A是根据各个实施例，示出用于管理反向链路通信的设备的框图；
[0027] 图5B是示出反向链路通信模块的一个实施例的框图；
[0028] 图6根据各个实施例，示出用于管理前向链路通信的设备的框图；
[0029] 图7根据各个实施例，示出了可以被配置用于生成业务时隙图，并向M2M设备广播 业务时隙图的通信系统的框图；
[0030] 图8是根据各个实施例，示出用于管理反向链路通信的设备的框图；
[0031] 图9根据各个实施例，示出了用于管理功率的消耗的M2M设备的框图；
[0032] 图10A是根据各种系统和方法，示出业务信道周期的一个实施例的框图；
[0033] 图10B是根据各种系统和方法，示出业务信道周期的另一个实施例的框图；
[0034] 图11是根据各个实施例，示出时隙图的一个示例的框图；
[0035] 图12是示出用于通过使用业务时隙图对前向链路通信进行管理，来节省M2M设备 的功率的方法的一个示例的流程图，其中该业务时隙图标识何时向各个M2M设备发送业务 数据；
[0036] 图13是示出用于通过在业务信道周期的开始处广播业务时隙图，来节省M2M设备 的功率的方法的一个示例的流程图；
[0037] 图14是示出用于发送指针以指示在业务信道周期期间将何时发送数据分组的方 法的一个示例的流程图；以及
[0038] 图15是示出用于通过保持在睡眠状态，直到在业务信道周期期间发送业务数据 为止，来管理M2M设备的电源供应的方法的一个示例的流程图。
【具体实施方式】
[0039] 本文描述了用于使M2M设备在业务信道周期期间的苏醒时间最小化的方法、系统 和设备。在一个实施例中，可以在业务信道周期期间在物理层处，在前向链路上从基站向 M2M设备发送数据。该周期的一部分可以被分配用于前向链路通信，剩余的部分可以被分配 用于从M2M设备到基站的反向链路通信。可以在前向链路帧的业务时隙期间，在前向链路 上发送数据。在业务信道周期期间，可以在多个前向链路帧的多个业务时隙期间发送数据。 传统上，设备可以在周期的整个持续时间都保持处于苏醒模式以接收其数据。因此，该设备 可能在帧中的不包括针对该设备的数据的众多业务时隙期间都是苏醒的。这可能造成设备 浪费功率和其它资源。
[0040] 本发明的系统、方法和设备可以通过使设备在业务信道周期期间处于苏醒模式的 时间量最小化，来节省M2M设备的资源和功率。在一个示例中，基站可以在业务信道周期的 开始处，在前向链路帧的业务时隙的至少一部分期间广播业务时隙图。期望在该周期期间 接收数据的每一个M2M设备，可以苏醒以监测第一前向链路帧的业务时隙。在接收到所广 播的业务时隙图之后，每一个M2M设备可以使用该图来估计它们的数据将何时在该周期期 间进行发送。在估计出其数据在该周期期间被发送的时间之后，M2M设备可以返回到睡眠 状态，直到所估计的时间在期望要发送其数据时到达为止。通过允许M2M设备在不包括针 对该设备的数据的业务时隙期间保持处于睡眠状态，可以节省该M2M设备的功率。在一个 实施例中，针对每一个新的业务信道周期，业务时隙图可以发生改变。此外，在特定的业务 时隙期间接收它们的数据的M2M设备的标识，在下一个周期期间也可能发生变化。因此，可 以针对每一个业务信道周期，形成M2M设备的ad hoc组。
[0041] 下面的描述提供了一些示例，这些示例并非限制权利要求书中所阐述的范围、适 用性或者配置。在不脱离本公开内容的精神和范围的情况下，可以对所讨论的要素的功能 和排列进行改变。各个实施例可以根据需要，省略、替代或者增加各种过程或组件。例如， 可以按照与所描述的顺序不同的顺序来执行所描述的方法，可以对各个步骤进行增加、省 略或者组合。此外，针对某些实施例所描述的特征可以组合到其它实施例中。
[0042] 首先参见图1，该框图示出了一种无线通信系统100的示例。系统100包括基站 105 (或小区）、机器对机器（M2M)设备115、基站控制器120和核心网130 (控制器120可以 集成到核心网130中）。系统100可以支持多个载波（不同频率的波形信号）上的操作。
[0043] 基站105可以经由基站天线（没有示出）与M2M设备115进行无线地通信。基站 105可以经由多个载波，在基站控制器120的控制之下，与M2M设备115进行通信。基站105 站点中的每一个可以为各自的地理区域提供通信覆盖。这里将每一个基站105的覆盖区域 标识为ll〇-a、ll〇-b或110-c。可以将基站的覆盖区域划分成扇区（没有示出，但其仅仅构 成该覆盖区域的一部分）。系统100可以包括不同类型的基站105 (例如，宏基站、微微基站 和/或毫微微基站）。宏基站可以为相对大的地理区域（例如，半径35km)提供通信覆盖。 微微基站可以为相对小的地理区域（例如，半径l〇km)提供覆盖，毫微微基站可以为相对较 小的地理区域（例如，半径lkm)提供通信覆盖。对于不同的技术来说可以存在重叠的覆盖 区域。
[0044] M2M设备115可以分散遍及于覆盖区域110之中。每一个M2M设备115可以是固 定的或者是移动的。在一种配置中，M2M设备115能够与不同类型的基站（例如，但不限于 宏基站、微微基站和毫微微基站）进行通信。M2M设备115可以是监测和/或跟踪其它设 备、环境状况等等的传感器和/或计量器。可以通过包括基站105的网络，将M2M设备115 所收集的信息发送给后端系统（例如，服务器）。可以通过基站105,对去往/来自M2M设备 115的数据的传输进行路由。基站105可以在前向链路上与M2M设备进行通信。在一种配 置中，基站105可以生成具有多个时隙的前向链路帧，其中这些时隙包括用于携带针对M2M 设备115的数据和/或消息的信道。在一个示例中，每一个前向链路帧可以包括不超过三 个时隙以及一个或多个相应的信道。这些时隙和信道可以包括：具有寻呼信道的寻呼时隙、 具有ACK信道的ACK时隙、以及具有业务信道的业务时隙。各个帧的长度可以很短（例如， 20毫秒（ms))。在一个实施例中，可以将四个帧联结以形成具有80ms持续时间的较大的 帧。在该较大的帧中所包括的每一个帧可以包括不超过三个时隙和信道，例如，用于寻呼信 道的寻呼时隙、用于ACK信道的ACK时隙、以及用于业务信道的业务时隙。每一个帧的寻呼 时隙和ACK时隙可以具有5ms的长度，而每一个帧的业务时隙可以具有10ms的长度。M2M 设备115可以在个别帧期间（在较大的帧中）苏醒，其中这些个别帧在其信道上包括旨在 针对于该M2M设备115的数据和/或消息。
[0045] 在一种配置中，基站105可以根据业务信道周期向M2M设备115发送数据。该业 务信道周期可以是一时间段，在该时间段期间，在前向链路帧的一个或多个业务时隙期间 向一个或多个M2M设备115发送业务数据。每一个M2M设备115可以了解其自己的业务信 道周期何时开始。在该周期的开始处，M2M设备115可以在该周期的第一前向链路帧的业务 时隙期间苏醒。该业务时隙可以包括时隙图。该图可以指示在该周期期间何时将向该M2M 设备115发送数据。可以针对于苏醒以接收该时隙图的每一个M2M设备115,对在该图中所 包括的信息进行