M2m设备组的随机接入资源的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及管理随机接入(RA)资源的方法、系统及中央单元。具体地，通过管理RA资源，本发明的方法、系统及中央单元能减少大量设备同时，尤其在设备进行机对机(M2M)通信时，接入同一中央单元时引起信令拥塞的机率。本发明可应用于各种设备，包括进行M2M通信单个或两个设备，以及传统的人工通信设备。
【背景技术】
[0002]近年来，由于广泛的潜在应用前景以及带来的新的盈利机会，M2M通信受到的关注与日倶增，尤其在移动网络运营商、经销商以及研究实体中备受瞩目。在接下来的几年中，接入移动网络的M2M设备有望大幅增长。最新数据显示，预计到2020年将有共500亿台设备接入移动网络。
[0003]但是，当前的移动网络只是针对人工通信应用的流量特点进行设计及优化的，而M2M通信的特性有着本质的不同，例如，M2M通信以上行为主且采用低数据速率的小报文传输。因此，当前移动网络会因M2M通信预期的高速发展而面临很大挑战，尤其是要同时应对特性各异、要求各异的人工通信业务和机器通信业务时。
[0004]尤其地，机器通信引发的突发流量经常在多种网络中发生，包括所述移动网络。突发流量是指许多M2M设备被同时触发，导致上行方向产生大量的数据流。这种多个M2M设备的同步行为可能由外部事件引起，该外部事件触发大量的M2M设备当即或同时请求连接到网络的中央单元，例如基站。例如，大量计量设备可能在断电一段时间后几乎同时启动。再例如，同步行为可能是由于移动网络中的许多M2M设备同时从该网络中的一个基站切换到另一个基站引发的。这种同步切换可能是由于这些M2M设备移动的高度同步性或基站运转中断引起的。
[0005]在现有技术中，设备请求与中央单元连接通常采用RA过程。当设备被事件触发时，且当设备有信息要上报给中央单元时，设备会发起RA过程，请求初始接入到中央单元。如图1所示，所述RA过程具体包括四个步骤。
[0006]第一步:设备通过物理随机接入信道(PRACH)上随机选择的RA前导序列将设备标识与发起接入请求的原因传输给中央单元，此处中央单元为基站。第二步:基站检测前导序列，在检测到前导序列后，通过下行共享物理信道(PDSCH)传输RA响应。第三步:设备通过上行共享物理信道(PUSCH)资源向基站传输其它消息，例如调度请求，其中上行共享物理信道资源是由基站通过第二步中传输的RA响应分配给设备的。第四步:基站确认第三步中在PDSCH上接收到的消息。
[0007]上述RA过程的问题在于RA资源数量有限，RA资源通常为前导序列。例如，在LTE-A和LTE中，移动网络的每个小区只分配有64个前导序列。更严重的是，在这64个前导序列中，只有有限数量的序列可用于RA过程。因此，发生冲突的机率很高，尤其当许多设备同时发起RA过程时。若两个或以上的设备选择了同一个前导序列，就会发生冲突。
[0008]在网络中使用M2M通信的情况下，尤其在M2M设备产生突发流量时，同时尝试接入网络中央单元的设备会大幅增加，其中该设备可能既包括用户设备(UE)，即人工通信设备，又包括M2M设备。大量M2M设备的突发流量必然导致网络中央单元过载，同时增加上述RA过程第一步中发生冲突的机率;这样，PRACH就会发生严重的信令拥塞。
[0009]导致信令拥塞且信令拥塞时需要处理的消息可分为两类。第一类涉及到不同设备重复发送的冗余消息，即包含相同相关信息的消息。换言之，如果某个设备以外的一个或多个其它设备已经向中央单元传输过相同的消息或包含相同内容的消息，就没有必要再传输这个设备的消息。例如，同一辆车中的一组跟踪标签发送的多个切换请求，即属于此类冗余消息。第二类涉及差异消息，即同步传输的不同消息。此类差异消息可为，例如，撞车事故时不同碰撞传感器传输的消息，又例如，大量的计量设备在断电一段时间后几乎同时启动时传输的消息。
[0010]一方面，如果信令拥塞时没有妥善处理冗余消息，设备可能会在下一个时隙或甚至在每个时隙重复发起请求，以向网络的同一或不同中央单元发送消息。因此，本该避免的信令拥塞，变得更为严重。另一方面，如果许多设备尝试传输差异消息，由于有限的PUSCH资源不足以处理接收到的大量传输请求，中央单元面临很大的挑战。
[0011]在2011年9月发布的3GPP TR 37.868VI 1.0.0“机器类型通信RAN改进研究(Studyon RAN Improvements for Machine-Type Communicat1ns)” 中，现有技术提出了六种改进RA过程的方案，具体地用以解决上述信令拥塞及M2M通信中网络中央单元的过载问题。
[0012]第一个方案是回退机制(Back off Scheme):将一些M2M设备的RA过程延迟几个时隙。
[0013]第二个方案是时段接入机制(Slotted Access Scheme):每个M2M设备只可在特定无线帧的特定时隙中传输RA前导序列。
[0014]第三个方案是限制接入层级(ACB)机制(Access Class Barring(ACB)Scheme):基站可禁止或延迟M2M设备重新发起RA过程。
[0015]第四个方案是RACH资源隔离(RACH Resource Separat1n):分配正交RACH资源给人工通信设备以及机器通信设备。
[0016]第五个方案是询问机制(Pull-based Scheme):M2M设备在接收到基站的寻呼信号后发起RA过程，寻呼信号由M2M服务器触发。
[0017]第六个方案是动态配置RACH资源(DynamicAllocat1n of RACH Resources):基于RACH负载情况和整体流量负载，基站动态分配额外的RACH资源。
[0018]然而，所有这些方案的总体思路都是指示M2M设备合理的回退时间，以便M2M设备使用合适的RA资源向中央单元重新发起连接或附着请求。上述提出的方案没有一个很好地解决了引起M2M突发流量的主要问题，即大量高度关联的M2M设备的同步行为。例如，多个相邻的设备可能由于同一事件触发，例如海嘯、地震或火灾等。多个M2M设备也可在断电一段时间后启动。
【发明内容】
[0019]鉴于上述M2M设备突发流量引起的问题，本发明旨在提供合适的控制机制，以防止网络的中央单元在信令拥塞和/或过载时严重瘫痪。因此，本发明的目的是提供一种管理RA资源的方法、系统及中央单元，以防止信令拥塞。本发明基于以下理解:信令拥塞可能是由RA资源数量有限引起的，也可能是由HJSCH资源数量有限引起的，但潜在主因是当大量设备同时接入网络时，反复传输冗余消息。
[0020]因此，具体地，本发明旨在充分利用空闲的RA资源，以支持同时请求接入网络中央单元的大量设备。进一步地，本发明可有效地避免不必要地反复传输冗余消息。此外，本发明旨在优化空闲PUSCH资源的使用，以支持设备传输差异消息。
[0021 ]上述目标可通过所附独立权利要求提供的方案实现。有益实现在各从属权利要求中进行了详细说明。具体地，分别通过所述方法、系统及中央单元，大量设备同时接入中央单元引起信令拥塞的机率大大降低。
[0022]本发明第一方面提供了一种用于管理RA资源的方法，所述方法包括:组建包括多个组成员和至少一个组代表的设备组;为所述至少一个组代表提供RA资源的优先接入权；所述至少一个组代表通过所述RA资源向中央单元发送主要事件消息;接收到所述主要事件消息后，所述中央单元向所述组成员发送响应消息，以管理所述组成员对所述RA资源的接入。
[0023]所述组成员和所述至少一个组代表可为诸如M2M设备及人工通信设备的设备，例如UE、移动终端、手机以及振动传感器、碰撞传感器、压力传感器、气流传感器、烟雾传感器等的各种传感器。所述中央单元可为网络、基站、基底终端等的主控制器。
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