专利名称：长期演进电信系统的跟踪区管理方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及长期演进电信系统中的跟踪区管理。
背景技术：
第三代合作伙伴计划(3GPP)已经逐步提出了关于通常被称作长期演进或LTE的无线电信系统的发展的规范。LTE相对于前面几代无线电信网络和系统有许多改进和发展。 动态跟踪区管理是其中之一。具体地，诸如蜂窝电话、膝上型计算机、无线个人数字助理等用户设备(UE)被定义为移动的，并且能够随时间在小区之间移动。因此，无线通信网络通常具有用于维护关于该网络的用户设备的位置的数据的技术或协议。LTE规范阐述了用于维护关于UE在网络上的位置的数据的协议。具体地，LTE提供UE位置的动态管理。在该规范中，假定了 LTE的基本知识。在LTE中，UE通过演进型节点B(eNB)与网络接口。网络中的主信令节点中的移动性管理实体(MME)负责发起寻呼和认证UE。其还维护UE的位置信息。LTE引入了跟踪区(TA)的概念。跟踪区是无线网络中的空间体积的子集，在其中任何给定的UE可以被定位。跟踪区可以包括由一个eNB(例如，一个小区)或多个eNB(多个小区)覆盖的区域。根据LTE规范，当UE空闲(例如，没有通过网络处于活跃通信中——诸如活跃的电话呼叫中)时，MME在TA级别的粒度(granularity)上知道UE的位置。每个UE维护跟踪区(TA)列表，该列表可以包括UE可能被定位在其中的一个或多个TA。仅当UE离开由其 TA列表中的TA覆盖的区域时，UE才开始跟踪区更新(TAU)操作以通知MME其新位置。响应于TAU，MME通常返回更新的TA列表至UE。简言之，跟踪区更新是UE和MME之间的通信(例如，通过eNB)，该通信将UE的新跟踪区通知给MME。MME还可以与跟踪区管理协作向UE发送数据。当向UE进行呼叫时(例如向蜂窝电话进行语音呼叫)时，UE被其上次已知的分配的TA列表中的TA中的网络所寻呼。因此，如果网络中的UE趋于具有更大的TA列表，则 TAU流量水平应趋于相对低，但是寻呼流量水平应趋于相对较高。具体地，列表中TA的数量越大，UE越可能停留在由其TA列表中的TA覆盖的区域内。因此，不需要那么经常地执行TAU。另一方面，如果TA列表保持相对较小，则将有较大的TAU流量，但是较少的寻呼流量。具体地，如果UE的TA列表小，则其相对更有可能离开由TA列表中的TA覆盖的区域， 因此，将需要更经常地执行TAU。此外，因为列表中TA的数量小，则每次UE被网络寻呼时， 在UE被定位之前可能必须在其中寻呼UE的TA较少，从而趋于减少寻呼流量。
前代的诸如GSM(全球移动通信系统)的无线网络技术使用静态路由区或位置区管理机制，其呈现出复杂的离线网络设计问题。并且，即使在网络设计时被很好地设计，但是，在网络的运行寿命期间随时间改变网络移动特性可能迅速地使网络设计比为给定网络使用所优化的要差。此外，这样的静态跟踪区管理机制不能适于为每个单独的UE产生优化的信令负载结果。因此，即使不考虑网络移动特性的改变，静态跟踪区管理机制的性能仍低于例如由LTE使能的动态跟踪区管理方法。
发明内容
根据本发明，MME通过周期性更新TA转移概率矩阵来记住网络跟踪移动特性，TA 转移概率矩阵是从通过记下对于每个TAU事件和寻呼事件，每个UE的当前TA和最新近已知的先前TA来维护网络中UE移动的数据的全局表得出的。MME还维护关于每个UE执行的寻呼事件和TAU的数量的数据，并存储每个UE的寻呼率(寻呼与TAU之比)。UE特性、UE 寻呼率以及网络移动特性被用在为每个UE构建TA列表的算法中，该TA列表被设计为最小化该UE以及整个网络的寻呼事件和TAU事件的总流量开销函数。可选地，每个UE的TA列表可以被限制为满足某些最小性能特性，诸如预定的寻呼成功率目标和/或预定的延迟限制目标。
图1是包括多个跟踪区的LTE网络的概念图。图2是示出了根据本发明的原理的转移概率矩阵M的示意图。图3是示出了转移概率矩阵M的行归一化版本P的示意图。图4是示出了转移概率矩阵M的进一步修改版本Q的示意图。图5是示出了根据本发明的原理，通常开销函数Li如何作为TA列表中TA的数量 Hi的函数而改变的图。图6是示出了根据本发明的一个实施例的操作的流程图。
具体实施例方式图1是包括12个eNB KM1-KM12的示例性LTE网络的基本示意图，每个eNB具有围绕它的大致为圆形的覆盖区域(或小区)102^102^典型地，在小区之间具有一定重叠， 从而用户可以在小区之间移动而不丢失服务或导致服务质量下降。网络还包括与eNB通信的MME 112。当然，存在许多至网络系统100的其它部件。然而，图中仅示出了对此处的描述最重要的部件。此外，MME和每个eNB之间的通信链路在图中被省略，以免使示意图模糊。在任何情况下，每个eNB 104「10412可以与MME 112通信，以交换网络管理信息， 包括诸如跟踪区列表、UE位置等信息。为了简化该讨论，我们将假设对应于eNB KM1-KM12 的每个区域102fl0212是一个跟踪区(TA)。然而，如上所述，本发明可以被应用于跟踪区包括多个eNB 104的网络中。 如上所述，在LTE网络中，每个UE维护由它在其中注册了的一个或多个TA组成的
TA列表。此外，每次它进入不在其TA列表中的TA时，它执行TAU。 根据本发明，MME在计算机存储器中维护转移概率矩阵(诸如图2中示出的转移概率矩阵M)、归一化转移概率矩阵(诸如图3中示出的归一化转移概率矩阵P)、以及有序转移概率矩阵(诸如图4中示出的有序转移概率矩阵Q)。具体地，转移概率矩阵M包括网络中跟踪区管理事件计数的和。跟踪区管理事件例如是寻呼事件和跟踪区更新(TAU)事件。 该表以预定间隔——例如每周——被更新。矩阵M的每个元素中的值对应于其位置已经从相应行号所表示的TA(最新近的先前TA)改变到相应列号所表示的新TA(当前TA)的UE 的数量。这些数字例如可以代表由UE启动的TAU和由MME启动的UE寻呼的总和。例如， 根据该表，187个UE已经从网络小区10 移动至网络小区10 ，213个UE已经从小区10 移动至小区10 ，0个UE从小区区域10 移动至小区区域10 ，等等。该矩阵可以仅基于自上次更新间隔以来发生的TA跟踪区管理事件而在每个间隔重新被产生，或者可以包括数据的移动窗口汇编，该数据包括新数据和来自预定数量的先前间隔的数据。网络运行商可以选择其相信可能提供更好地预测该特定网络中UE的未来移动的数据的任何方案。可能希望应用指数加权因子λ，其中λ在0和1之间，以防止数字变得不必要地大，特别是在移动窗口方案被选择的情况下，因为事件计数可能变得相当大。通常，当数据表示出慢的时变网络移动特性时，λ应该被选择为靠近0，而当数据表示出网络中快的时变移动特性时，λ应被设置为靠近1。因此，假设使用指数加权因子， 指数加权值填充到转移概率矩阵M的元素中可以被表示为Iiiij (t) = λ Uij (t) +(I-X)IIiij (t-1)，其中 0 < λ < 1 (等式 1)，其中Hiij是列i，行j中的指数加权值，λ是指数加权因子，以及t是时间，Uij是在相关时间段t中已经从TAi转移至TAj的UE的数量。注意在矩阵M的对角线上的数字不都是零，因为存在即使UE保持在相同TA中，转移也可以被记录的情况。例如，UE可以简单地周期性执行TAU或类似的报告操作，而根本不管其是否已经移动。还应该注意，在许多(即使不是大多数)现实世界网络中，统计上，UE 在任何两个时间段之间大概最有可能保持在相同的TA中，该事实没有被矩阵M中的数字真实表示。归一化转移概率矩阵P包含通过将矩阵M中的数据按行相对于每行的和进行归一化所获得的转移概率数据。得到的概率数据(即，列)然后按降序排列。即，矩阵M每行的元素中的值除以该行中的所有数字的和，从而矩阵P的每行中的数字的和是1(舍入之前)， 并且每个元素中的值本质上是UE从对应于行号的TA转移至对应于列号的TA的概率。然后，各列按照概率值以降序重新排列。在图3中，每个元素中有两个数。第一个是前面提到的概率值。第二个数(在括号中)是UE转移至的TA的编号(即，该概率值所来自的矩阵M 中的列号)。例如，图3的矩阵P的行3列5的元素示出了 UE从TA3移动至TA8的概率是 0. 11，其是通过矩阵M的行3列8中的数字(198)除以矩阵M中行3的和(1879)得到的。为了进一步有助于后续计算，另一矩阵，即有序转移概率矩阵Q如下定义Q(t) = [qiJ(t)]NXN 其中
权利要求
1.一种为网络中的用户设备建立跟踪区列表的方法，所述网络具有多个跟踪区以及能够在网络的跟踪区之间移动的多个用户设备，所述方法包括在计算机存储器中维护数据，所述数据披露在一时间段上用户设备在所述网络的每对跟踪区之间的跟踪区管理事件的频率，所述跟踪区管理事件包括寻呼事件和跟踪区更新事件；接收所述网络中寻呼事件相对于跟踪区更新事件的相对开销数据；使用处理器确定对于至少一个用户设备，所述网络中的寻呼事件与跟踪区更新事件之比；基于所述频率数据、所述相对开销数据以及所述比，使用处理器预测要包括在所述至少一个用户设备的跟踪区列表中的跟踪区的数量n，该数量预计会减少所述网络中的寻呼事件与跟踪区更新事件的总开销；以及使用处理器为所述至少一个用户设备构建具有η个跟踪区的跟踪区列表。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述预测包括分别为每个单独的用户设备计算要包括在所述跟踪区列表中的跟踪区的数量η。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述网络还包括移动性管理实体(MME)，并且其中所述维护、确定所述比、预测和构建都在MME处执行。
4.根据权利要求2所述的方法，其中所述构建包括对于每个单独的用户设备，在所述跟踪区列表中至少放置从相应用户设备当前所在的跟踪区至另一跟踪区的跟踪区管理事件的频率最高的η-1个跟踪区。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述构建还包括，对于每个单独的用户设备，将单独的跟踪区放置在其本身的跟踪区列表中。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述构建包括建立包括N行和N列的矩阵，其中N是所述网络中的跟踪区的数量，每行对应于用户设备所在的先前跟踪区，每列对应于用户设备所在的当前跟踪区；在所述矩阵的每个元素中放置与用户设备从相应行的跟踪区至相应列的跟踪区的跟踪区管理事件的数量相对应的值；为每行排序，以使得与该行所对应的跟踪区相同的跟踪区所对应的列是第一列，随后是根据所述矩阵的元素中的值按降序排列的所有其它列。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述构建包括在每个跟踪区列表中放置相应用户设备当前所在的跟踪区所对应的行的前η列所对应的跟踪区。
8.根据权利要求2所述的方法，其中计算数量η包括，对于每个用户设备，利用下列等式确定产生Li的最小值的跟踪区i的数量其中β是寻呼事件相对于跟踪区更新事件的相对开销； i是相应用户设备当前所在的单独的跟踪区； j是用户设备可以从跟踪区i转移至的跟踪区； N是网络的跟踪区的数量；Ntau, i是相应用户设备的跟踪区更新事件的流量开销函数，其是Iii的函数；以及 Npag6ii是单独的跟踪区i的寻呼事件的流量开销函数。
9.根据权利要求6所述的方法，其中为每个单独的用户设备的计算数量η包括，确定产生下列等式中Li的最小值的跟踪区i的数量
10.根据权利要求9所述的方法，其中为每个单独的用户设备计算数量η还包括，选择使Li为维持预定寻呼成功率的最小值的值η。
11.根据权利要求9所述的方法，其中Npagea是在所述网络中使用的特定寻呼策略的函数。
12.根据权利要求9所述的方法，其中Npa^i选自包括以下项的集合
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述频率数据偶尔被重置为零。
14.根据权利要求12所述的方法，其中所述频率数据被指数加权。
15.一种在包括多个基节点和能够在网络的多个子区域之间移动的多个移动节点的网络中，确定执行移动网络节点的主寻呼的网络子区域的集合以减少所述网络中移动节点子区域管理事件的总开销的方法，所述方法包括从所述基节点和所述移动节点中的至少一个接收数据，所述数据披露在每对网络子区域之间的移动节点的子区域管理事件的频率，所述子区域管理事件包括一个或多个固定节点寻呼移动节点的寻呼事件，以及移动节点通知固定节点其位置的跟踪区更新事件；接收在所述网络中寻呼事件相对于子区域管理更新事件的相对开销数据；使用处理器确定每个移动节点的寻呼事件与跟踪区更新事件之比；对于每个移动节点，基于所述频率数据、所述相对开销数据以及所述比数据，使用处理器预测要包括在每个移动节点的子区域列表中的子区域的数量n，所述子区域列表包括当基站寻呼移动节点时所寻呼的子区域的列表，其数量预计会减少所述网络中寻呼事件与跟踪区更新事件的总开销；以及使用处理器为每个移动节点构建具有η个跟踪区的子区域列表。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述构建包括对于每个移动节点，在所述子区域列表中至少放置从单独的子区域至另一子区域的子区域管理事件的频率最高的η-1个足艮S宗IK ο
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述构建还包括，对于每个移动节点，将所述单独的子区域放置在其本身的子区域列表中。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述构建包括建立包括N行和N列的矩阵，其中N是所述网络中的子区域的数量，每行对应于移动节点所在的先前子区域，每列对应于移动节点所在的当前子区域；在所述矩阵的每个元素中放置与移动节点从相应行的子区域至相应列的子区域的子区域管理事件的数量相对应的值；为每行排序，以使得与该行所对应的子区域相同的子区域所对应的列是第一列，随后是根据所述矩阵的元素中的值按降序排列的所有其它列。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述构建子区域列表包括在每个子区域列表中放置相应移动节点当前所在的单独的子区域所对应的行的前η列所对应的子区域。
20.根据权利要求18所述的方法，其中为每个单独的子区域计算数量η包括，对于每个单独的子区域，确定产生下列等式中Li的最小值的子区域i的数量
21.一种包含在计算机可读介质上的计算机程序产品，用于在网络中建立跟踪区列表， 所述网络具有多个跟踪区以及能够在网络的跟踪区之间移动的多个用户设备，所述计算机程序产品包括用于维护数据的计算机可执行指令，所述数据披露在一时间段上用户设备在所述网络的每对跟踪区之间的跟踪区管理事件的频率，所述跟踪区管理事件包括寻呼事件和跟踪区更新事件；用于确定至少一个用户设备的寻呼事件与跟踪区更新事件之比的计算机可执行指令；用于基于所述频率数据、所述网络中寻呼事件相对于跟踪区更新事件的相对开销以及所述比数据，预测要包括在所述至少一个用户设备的跟踪区列表中的跟踪区的数量η的计算机可执行指令，所述数量预计会减少所述网络中的寻呼事件与跟踪区更新事件的总开销；以及用于为所述至少一个用户设备构建具有η个跟踪区的跟踪区列表的计算机可执行指令。
22.根据权利要求21所述的计算机程序产品，其中用于构建的计算机可执行指令包括用于在所述跟踪区列表中至少放置从所述至少一个用户设备当前所在的跟踪区至另一跟踪区的跟踪区管理事件的频率最高的η-1个跟踪区的计算机可执行指令。
23.根据权利要求22所述的计算机程序产品，其中用于构建的计算机可执行指令还包括用于将所述至少一个用户设备当前所在的跟踪区放置在其本身的跟踪区列表中的计算机可执行指令。
24.根据权利要求22所述的计算机程序产品，其中用于构建的计算机可执行指令包括用于建立包括N行和N列的矩阵的计算机可执行指令，其中N是所述网络中的跟踪区的数量，每行对应于用户设备所在的先前跟踪区，每列对应于用户设备所在的当前跟踪区；用于在所述矩阵的每个元素中放置与用户设备从相应行的跟踪区至相应列的跟踪区的跟踪区管理事件的数量相对应的值的计算机可执行指令；用于为每行排序的计算机可执行指令，以使得与该行所对应的跟踪区相同的跟踪区所对应的列是第一列，随后是根据所述矩阵的元素中的值按降序排列的所有其它列。
25.根据权利要求M所述的计算机程序产品，其中用于构建的计算机可执行指令包括用于在所述跟踪区列表中放置单独的跟踪区所对应的行的前η列所对应的跟踪区的计算机可执行指令。
26.根据权利要求21所述的计算机程序产品，其中用于计算数量η的计算机可执行指令包括用于利用下列等式为所述至少一个用户设备确定产生Li的最小值的跟踪区i的数量的计算机可执行指令
27.根据权利要求M所述的计算机程序产品，其中用于计算所述数量η的计算机可执行指令包括，用于确定产生下列等式中Li的最小值的跟踪区i的数量的计算机可执行指令
28. —种移动性管理实体(MME)，适于为网络建立跟踪区列表，所述网络具有多个跟踪区以及能够在网络的跟踪区之间移动的多个用户设备，所述MME包括用于在存储器中维护数据的电路，所述数据披露在一时间段上用户设备在所述网络的每对跟踪区之间的跟踪区管理事件的频率，所述跟踪区管理事件包括寻呼事件和跟踪区更新事件；用于确定每个用户设备的寻呼事件与跟踪区更新事件之比的电路；用于基于所述频率数据、所述网络中寻呼事件相对于跟踪区更新事件的相对开销以及所述比数据，预测要包括在每个用户设备的跟踪区列表中的跟踪区的数量η的电路，所述数量预计会减少寻呼事件与跟踪区更新事件的总开销；以及用于为每个用户设备构建具有η个跟踪区的跟踪区列表的电路。
29.根据权利要求观所述的ΜΜΕ，其中用于构建的电路包括用于在每个跟踪区列表中至少放置从相应用户设备当前所在的跟踪区至另一跟踪区的跟踪区管理事件的频率最高的η-1个跟踪区的电路。
30.根据权利要求四所述的ΜΜΕ，其中用于构建的电路还包括用于将所述相应用户设备当前所在的跟踪区放置在其本身的跟踪区列表中的电路。
31.根据权利要求四所述的ΜΜΕ，其中用于构建的电路包括用于建立包括N行和N列的矩阵的电路，其中N是所述网络中的跟踪区的数量，每行对应于用户设备所在的先前跟踪区，每列对应于用户设备所在的当前跟踪区；用于在所述矩阵的每个元素中放置与用户设备从相应行的跟踪区至相应列的跟踪区的跟踪区管理事件的数量相对应的值的电路；用于为每行排序的电路，以使得与该行所对应的跟踪区相同的跟踪区所对应的列是第一列，随后是根据所述矩阵的元素中的值按降序排列的所有其它列。
32.根据权利要求31所述的ΜΜΕ，其中用于构建的电路包括用于在每个跟踪区列表中放置相应用户设备所在的单独的跟踪区所对应的行的前η列所对应的跟踪区的电路。
33.根据权利要求观所述的ΜΜΕ，其中用于计算数量η的电路包括，用于利用下列等式为相应用户设备确定产生Li的最小值的跟踪区i的数量的计算机可执行指令
34.根据权利要求31所述的MME，其中用于计算数量η的电路包括，用于确定产生下列等式中Li的最小值的跟踪区i的数量的电路
全文摘要
MME通过周期性地更新TA转移概率矩阵来记住网络跟踪移动特性，TA转移概率矩阵是从通过记下对于每个TAU事件和寻呼事件，每个UE的当前TA和最新近已知的先前TA来维护网络中UE移动的数据的全局表得出的。MME还维护关于每个UE执行的寻呼事件和TAU的数量的数据，并存储每个UE的寻呼率(寻呼与TAU之比)。UE特性、UE寻呼率以及网络移动特性被用在为每个UE构建TA列表的算法中，该TA列表被设计为最小化该UE以及整个网络的寻呼事件和TAU事件的总流量开销函数。可选地，每个UE的TA列表可以被限制为满足某些最小性能特性，诸如预定的寻呼成功率目标和/或预定的延迟限制目标。
文档编号H04W60/00GK102308645SQ201080006509
公开日2012年1月4日 申请日期2010年2月5日 优先权日2009年2月6日
发明者C·莫利那, C·通蒂鲁塔那顿, M·布朗, 钱海波 申请人:北电网络有限公司