专利名称：无线网络的非接入层的状态控制方法
技术领域：
本发明涉及无线通信领域，特别涉及无线通信中非接入层的优化。
背景技术：
3GPP网络中目前引入了机器类型通信(Machine Type Communication)的通信终端，这些通信终端相对于一般的用户设备来说，具有一些独特的特性。例如，MTC通信终端包括自动贩卖设备、智能测量设备以及城市自动化设备。这些MTC通信终端能够通过无线网络与管理该MTC通信终端的设备进行通信，以交换例如库存量、测量结果等等信息。由于MTC通信终端的用途，它们通常在非常长的时间内、甚至在其整个寿命中是静止的，或者只在一定区域内移动。无线网络的连接和移动性管理被划分在不同的层中进行，即接入层(AccessStratum Layer)和非接入层(Non-Access Stratum Layer)。在接入层中，申请号为 PCT/CN2010/000206的专利申请提出了一种新的RRC休眠状态，它能够节省用户设备的功率消耗，特别是节省低移动性或无移动性的MTC通信终端的功率消耗。但是对于非接入层来说，并没有一种能够针对用户设备、特别是MTC通信终端的节能方案。对目前的非接入层的对MTC通信终端的移动管理简述如下。以LTE规范为例，非接入层的连接和移动管理由核心网网元MME (移动管理实体)完成。处于EMM-REGISTERED (注册)状态和ECM-IDLE (空闲)状态的用户设备需要进行周期性的位置区域更新，在LTE系统中称为跟踪区域更新(Tracking Area Update)过程，以通知EPC(演进分组核心)该用户设备可用，其中EMM代表EPS(演进分组系统)的移动管理，ECM代表EPS连接管理。这一周期性的跟踪区域更新由用户设备的一个周期性跟踪区域更新计时器来进行。并且，MME运行了一个取值类似于用户设备的跟踪区域更新计时器的移动可达性计时器，如果该计时器到期并且没有接收到用户设备的发来的更新，那么MME可以推断该用户设备目前不在覆盖范围内。那么MME可以清除其维护的该用户设备的寻呼进行标志(PPF)。在清除PPF标志后，当接收到来自服务网关的、目的是该用户设备的寻呼触发消息时，MME不会寻呼该用户设备。目前，LTE系统中的用户设备的ECM模型如图I所示，其中，用户设备在ECM-空闲(IDLE)状态和ECM-连接(CONNECTED)状态之间切换，切换的条件是RRC连接(无线资源控制连接用户设备和接入网网元即基站eNB之间的连接)的建立和释放。LTE系统中的MME的ECM模型如图2所示，其中，MME在ECM-空闲状态和ECM-连接状态之间切换，切换的条件是SI连接(接入网网元即eNB和核心网网元即MME之间的连接)的建立和释放。在WCDMA系统中，用户设备的BM(分组移动管理)模型如图3所示，其中，用户设备在PMM-空闲(IDLE)状态、PMM-连接(CONNECTED)状态和PMM-分离(DETACHED)状态之间切换，切换的条件如图3所示，其中PS代表分组交换。WCDMA系统中，核心网网元即SGSN(服务GPRS支持节点)的PMM模型如图4所示，其中，SGSN在PMM-空闲(IDLE)状态、PMM-连接(CONNECTED)状态和PMM-分离(DETACHED)状态之间切换，切换的条件如图4所示，其中PS代表分组交换。类似的，WCDMA规范中也定义了周期性位置区域更新过程，并在WCDMA系统的PS域中称为路由区域更新(Routing Area Update)过程。可见，一方面，以上移动管理需要MTC通信终端周期性地进行位置区域更新，这产生了较多的信令开销，并且需要消耗功率，降低了电池寿命。因此，3GPP目前定义的用户设备的行为可以被优化从而节省功率。另一方面，为了保证网络仍然能够与MTC通信终端通信，从网络侧的角度看，仍然需要MTC通信终端处于可达状态。因此，3GPP目前定义的核心网操作需要被优化以避免丢失MTC通信终端。进一步地，在非接入层移动管理的操作被优化之后，在用户设备(MTC通信终端)和核心网网元的移动性管理和连接管理模型需要被相应地更新，从而被整合到更好地支持在接入层和非接入层之间的移动管理互操作的、详尽的解决方案之中。具体地，对于LTE系统而言，需要被优化的是用户设备和MME的ECM模型。对于WCDMA系统而言，需要被优化的是用户设备和SGSN的PMM模型
发明内容
可见，能够提供一种节省信令开销和功率的非接入层控制方案是十分优选的。并且，这种控制方案也优选地能够保持通信终端的可达状态。根据本发明的一个方面，提供了一种在通信终端中的非接入层状态控制方法，该通信终端通过接入网受辖于一连接和移动管理设备，该通信终端的非接入层能够处于一休眠状态，在该休眠状态中，该通信终端断开与该接入网的连接，停止周期性位置区域更新，并且能够检测寻呼消息。在该方面中，通信终端不进行周期性位置区域更新，从而节省了信令开销，减少了功率消耗。并且，通信终端仍然检测寻呼消息，保持了可达状态，可与网络直接通信，而不必再次进行附着到网络的过程。根据一个优选的实施方式，该通信终端的非接入层还能够处于一空闲状态或一连接状态，其中，在所述空闲状态中，所述通信终端进行周期性位置区域更新；在所述连接状态中，所述通信终端与所述管理设备之间存在信令连接；该通信终端的非接入层能够在所述休眠状态和空闲状态之间切换，和/或在所述休眠状态和连接状态之间切换。在该实施方式中，休眠状态融入到通信终端现有的非接入层状态控制之中，可以与现有的空闲状态和连接状态相互切换，提高了通信终端的非接入层控制的灵活性。根据一个进一步优选的实施方式，在所述通信终端的非接入层处于空闲状态的情况下，下述任意情况发生时，所述通信终端的非接入层切换至所述休眠状态，并停止周期性位置区域更新计时器所述通信终端的接入层进入休眠状态；被网络所配置停止周期性位置区域更新。在该实施方式中，所述通信终端的非接入层从空闲状态切换至休眠状态由接入层进入休眠状态触发，这样符合非接入层和接入层之间的逻辑结构，增强了两层之间的互操作性；或者由网络配置停止周期性位置区域更新而触发，这样符合网络的需求。根据一个进一步优选的实施方式，在所述通信终端的非接入层处于休眠状态的情况下，下述任意情况发生时，所述通信终端的非接入层切换至空闲状态，并启动周期性位置区域更新计时器所述通信终端的接入层从休眠状态切换为空闲状态；被网络所配置开始周期性位置区域更新；而下述任意情况发生时，所述通信终端的非接入层切换至连接状态与该接入网的连接建立完成。在该实施方式中，所述通信终端的非接入层从休眠状态切换至空闲状态由接入层从休眠状态进入空闲状态触发，这样符合非接入层和接入层之间的逻辑结构，增强了两层之间的互操作性；或者由网络配置开始周期性位置区域更新而触发，这样符合网络的需求。所述通信终端的非接入层还可以在接入层连接建立完成后直接从休眠状态切换至空闲状态，而不以空闲状态为中间状态，这样能够节约非接入层连接建立的时间，对于例如某些紧急通信十分有利。根据一个进一步优选的实施方式。在所述通信终端的非接入层处于连接状态的情况下，下述任意情况发生时，所述通信终端的非接入层 返回所述通信终端的非接入层切换至连接状态之前的最近一个状态与该接入网之间的连接被释放。由于连接状态是用于业务数据/信令传输的暂态，在传输完成、接入层连接释放后需要返回其他相对稳定的状态，该实施方式提供了一种返回其他状态的方式。根据一个进一步优选的实施方式，所述通信终端的非接入层通过原语获知所述通信终端的接入层的状态变化。在该实施方式中，非接入层通过原语获知接入层的状态变化时间短，开销低。根据一个优选的实施方式，所述通信终端包括能够具有低移动性或无移动性的机器类型通信能力的通信终端，所述连接和移动管理设备包括基于LTE网络的MME，或基于WCDMA 网络的 SGSN。对于低移动性或无移动性的MTC通信终端，它所处的区域通常是不变的，周期性的位置区域更新对它来说用处不大。因此，本发明特别适合于这类MTC通信终端。并且，本发明可以适用于目前3GPP的GSM系统，WCDMA系统，也适用于3GPP的LTE系统，并不限于此，例如同样适用于3GPP2的cdma2000系统和其增强系统，因此具有很强的适用性。相应地，根据本发明的另一个方面，提供了一种在连接和移动管理设备中的非接入层状态控制方法，一通信终端通过接入网受辖于该管理设备，该管理设备的非接入层能够处于一休眠状态，在该休眠状态中，该管理设备断开与该接入网的连接，停止对该通信终端的移动可达性检测，存储该通信终端的移动性管理上下文且获知该通信终端在位置区域分辨率下的位置，并对该通信终端保留寻呼资源。在这一方面中，连接和移动管理设备也能够处于休眠状态，不需要维持对通信终端的移动可达性检测，节省了处理资源，并且由于对该通信终端保留寻呼资源，仍然允许向通信终端发送寻呼消息，保证了管理设备至通信终端的可达性。根据一个优选的实施方式，该管理设备的非接入层还能够处于一空闲状态或一连接状态下，其中，在所述空闲状态中，所述管理设备进行对所述通信终端的可达性检测；在所述连接状态中，所述管理设备与所述通信终端之间存在信令连接；该管理设备的非接入层能够在所述休眠状态和所述空闲状态，和/或在所述休眠状态和所述连接状态之间切换。在该实施方式中，休眠状态融入到连接和移动管理设备现有的非接入层状态控制之中，可以与现有的空闲状态和连接状态相互切换，提高了其非接入层控制的灵活性。根据一个进一步优选的实施方式，在所述管理设备的非接入层处于空闲状态下，下述任意情况发生时，所述管理设备的非接入层切换至休眠状态，并停止对该通信终端的移动可达性计时器所述管理设备确定该通信终端处于低移动性或无移动性的状态下，且对该通信终端的移动可达性检测计时器到期；被网络所配置停止对该通信终端的移动可达性检测。本发明的以上特性及其他特性将在下文中的实施例部分进行明确地阐述。
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的以上及其它特征、目的和优点将会变得更加明显图I是现有的LTE中的用户设备的ECM模型； 图2是现有的LTE中的MME的ECM模型；图3是现有的WCDMA中的用户设备的PMM模型；图4是现有的WCDMA中的SGSN的PMM模型；图5是根据本发明的一个实施方式的、LTE中用户设备的ECM模型；图6是根据本发明的一个实施方式的、LTE系统中MME的ECM模型；图7是根据本发明的一个实施方式的、LTE系统运行过程中的一种ECM状态转移图；图8是根据本发明的一个实施方式的、LTE系统运行过程中的另一种ECM状态转移图；图9是根据本发明的一个实施方式的、WCDMA系统中用户设备的PMM模型；图10是根据本发明的一个实施方式的、WCDMA系统中SGSN的PMM模型；图11是根据本发明的一个实施方式的、WCDMA系统运行过程中的一种PMM状态转移图。
具体实施例方式在本发明中，提供了优化非接入层中的连接管理和移动管理的解决方案。其中定义了新的用户设备的行为以及核心网设备的操作，允许用户设备，特别是低移动性或无移动性的MTC通信终端处于休眠状态，从而节省信令开销和功率。它的主要构思是，对于用户设备-对LTE系统，若处在此休眠状态下，不进行周期性的跟踪区域更新；-对WCDMA系统，若处在此休眠状态下，不进行周期性的路由区域更新；-提供更好的、接入层和非接入层之间的连接管理和移动管理互操作。基于目前的MTC阶段I要求，MTC特性可以通过订阅来被配置和控制，其中MTC特性包括低移动性或无移动性。这些被配置的特性的部分或全部可以基于运营商的策略，缺省地在订阅的时候被激活(使有效)。下面分别举出实施方式详述本发明在LTE标准和WCDMA标准中的应用实施方式一(LTEfe^)本实施方式提出了一种新的状态，并将其引入到现有的LTE连接管理状态模型中。在此将其称为ECM-SLEEP(休眠)状态，从而为MME和用户设备，特别是MTC通信终端提供休眠状态以节省功率并优化信令开销。该休眠状态被同时引入到用户设备(通信终端)和MME中，以下分别对这两种方案进行描述。对于通信终端来说，在该休眠状态中 与接入网网元即eNB之间没有RRC连接； 检测寻呼消息； 通信终端的位置由网络通过跟踪区域分辨率所知； 周期性的跟踪区域更新计时器被停止，并且不进行周期性的跟踪区域更新过程。
与现有的LTE连接管理状态模型结合后，通信终端现有的ECM模型包括三种状态ECM-SLEEP(休眠)状态，ECM-IDLE (空闲)状态以及ECM-C0NNECTED (连接)状态，如图5所示。其中，在空闲状态中，通信终端进行周期性的跟踪区域更新；在连接状态中，MME和该通信终端之间存在信令连接，包含RRC连接和SI连接，并且，通信终端根据RRC连接的建立和释放与否在这两个状态之间切换。这与现有的通信终端在这两个状态中的行为是类似的，并且它并不是本发明主要关注的，因此不再赘述，下文主要将说明该通信终端的非接入层在ECM-SLEEP状态和ECM-IDLE状态之间的切换，以及在ECM-SLEEP状态和ECM-C0NNECTED状态之间的切换。可以理解，通信终端应处于EMM-REGISTERED状态下，即已经注册到MME。ECM-IDLE 状态在通信终端的非接入层处于ECM-IDLE状态下，下述任意情况发生时，通信终端的非接入层切换至ECM-SLEEP状态，并停止周期性跟踪区域更新计时器 非接入层通过接入层的通知得知接入层进入了 RRC休眠状态。优选地，非接入层通过原语(primitive)获知接入层的这一状态变化。 通信终端接收到来自网络的配置使其停止周期性的跟踪区域更新。该配置可以来源于任何由MME发送给该通信终端的非接入层消息中，例如跟踪区域更新接受消息中，该消息是对通信终端发送的跟踪区域更新请求消息的响应。这将在下面的实施方式中进一步描述。ECM-SLEEP 状态在通信终端的非接入层处于ECM-SLEEP状态时，下述任意情况发生时，通信终端的非接入层切换至ECM-IDLE状态，并启动跟踪区域更新计时器 非接入层通过接入层的通知得知接入层从RRC休眠状态转换为RRC空闲状态。优选地，非接入层通过原语(primitive)获知接入层的这一状态变化。 通信终端接收到来自网络的配置使其开始周期性的跟踪区域更新。而在下述任意情况发生时，通信终端的非接入层切换至ECM-C0NNECTED状态 通信终端的接入层RRC连接建立完成。这种情况的一个例子是需要发送紧急的信令/数据，则非接入层在RRC连接建立完成后直接从ECM-SLEEP状态切换至ECM-C0NNECTED状态，不经过ECM-IDLE状态，从而节省ECM连接建立的时间。ECM-C0NNECTED 状态在通信终端的非接入层处于ECM-C0NNECTED状态的情况下，下述任意情况发生时，通信终端的非接入层返回通信终端的非接入层切换至ECM-C0NNECTED状态之前的最后一个状态-通信终端至接入网之间的RRC连接被释放。
而对于MME来说，在休眠状态中 与接入网网元即eNB之间没有对该通信终端的SI连接； 对该通信终端保留寻呼资源，从而在接收到来自上级网元的、目的是该通信终端的寻呼触发消息时，在相关接入网覆盖范围之内触发向该通信终端的寻呼消息； 存储该通信终端的移动管理上下文，并且获知该通信终端在跟踪区域分辨率下的位置； 停止移动可达性计时器，并且不期待与该通信终端进行周期性的跟踪区域更新过程。与现有的LTE连接管理状态模型结合后，现有的ECM模型包括三种状态ECM-SLEEP(休眠)状态，ECM-IDLE (空闲)状态以及ECM-C0NNECTED (连接)状态，如图6所示。其中，在空闲状态中，MME进行对通信终端的可达性检测，并期待来自该通信终端的周期 性的跟踪区域更新过程；在连接状态中，MME和该通信终端之间存在信令连接包含，RRC连接和SI连接，并且，MME根据SI连接的建立和释放与否在这两个状态之间切换。这与现有的MME在这两个状态中的行为是类似的，并且它并不是本发明主要关注的，因此不再赘述，下文主要将说明该MME的非接入层在ECM-SLEEP状态和ECM-IDLE状态之间的切换，以及在ECM-SLEEP状态和ECM-C0NNECTED状态之间的切换。ECM-IDLE 状态在MME的非接入层处于ECM-IDLE状态下，下述任意情况发生时，MME的非接入层切换至ECM-SLEEP状态，并停止对该通信终端的移动可达性计时器 确定对该通信终端处于低移动性或无移动性状态，且对该通信终端的移动可达性计时器到期。具体的，该确定过程可以是通信终端可以主动地激活其低移动性或无移动性状态并通知MME，或者由网络在MME处配置该通信终端处于低移动性或无移动性状态。 被网络所配置停止对该通信终端的移动可达性检测。例如网络过载或者拥塞，则网络配置该通信终端的周期性跟踪区域更新过程停止。ECM-SLEEP 状态在MME的非接入层处于ECM-SLEEP状态下，下述任意情况发生时，MME的非接入层切换至ECM-IDLE状态，并启动对该通信终端的移动可达性计时器 确定该通信终端不再处于低移动性或无移动性状态，这种情况例如发生在该通信终端恢复了移动能力的情况下。具体的，该确定过程可以是通信终端可以主动地去激活其低移动性或无移动性状态并通知MME，或者由网络在MME处配置该通信终端不处于低移动性或无移动性状态。 被网络所配置重新开始对该通信终端的移动可达性检测。下述任意情况发生时，MME的非接入层切换至ECM-C0NNECTED状态 与接入网网元即eNB之间的对该通信终端的SI连接已建立。ECM-C0NNECTED状态在MME的非接入层处于ECM-C0NNECTED状态下，下述任意情况发生时，所述MME的非接入层返回MME的非接入层切换至ECM-C0NNECTED状态之前的最后一个状态 与接入网网元即eNB之间的对该通信终端的SI连接被释放。以上描述了通信终端和MME的休眠状态的特性，以及和其他状态之间的切换。通常来说，状态切换由设备自身的行为所触发，或者由网络配置所触发，以上所举的仅仅切换条件仅仅是一些例子，本发明并不受限于此。下面将以更加具体的例子来描述LTE系统运作过程中的状态切换。图7示出了一个例子。其中，MTC通信终端被部署在该LTE系统中。MTC通信终端被配置为低移动性或无移动性，并在被寻呼后传输上行数据。在MME和MTC通信终端之间的交互过程如图7中所示。下面分别对每一步以及导致的非接入层的状态变换进行描述。其中，白点代表ECM-IDLE状态，黑点代表ECM-C0NNECTED状态，网孔点代表ECM-SLEEP状态。 开机的MTC通信终端和MME之间进行附着过程，并在附着过程完成之后进入EMM-REGISTERED 状态和 EMC-IDLE 状态。 由于没有接收到下行信令，并且没有期望发送上行数据给网络，因此MTC通信终端的RRC层决定进入RRC休眠状态以节省功率。这一技术的详情可以参见申请号为PCT/CN2010/000206的专利申请。
MTC通信终端的非接入层进入ECM-SLEEP状态，跟随RRC进入休眠状态，并且MTC通信终端停止周期性的跟踪区域更新计时器。 在MME侦彳，当MME检测到对于该MTC通信终端的移动可达性计时器到期时，MME的非接入层进入ECM-SLEEP状态，并停止对该MTC通信终端的移动可达性计时器。 一段时间后，MME接收到上层信令，并通过eNB将寻呼消息发送给MTC通信终端，该寻呼消息带有原因呼叫建立。该寻呼消息被发送给处于被寻呼的MTC通信终端的跟踪区域内的所有eNB。具体的寻呼方法是本领域的一般技术人员所熟知的，本发明在此不做赘述。 检测到该寻呼消息的MTC通信终端确定向网络响应该寻呼消息，则其启动与MME之间的非接入层连接建立过程，在该过程中 非接入层应通知接入层开始MTC通信终端与eNB之间的RRC连接的建立过程，这样，RRC层将从休眠状态首先转换到空闲状态下，随后，非接入层响应于RRC转换到空闲状态而转换到ECM-IDLE状态。
MTC通信终端与eNB之间的RRC连接的建立过程继续进行直至完成RRC连接建立，非接入层响应于RRC连接的建立完成而从ECM-IDLE状态进一步转换到ECM-C0NNECTED状态。 并且，eNB也建立与MME之间的SI连接。MME在检测到SI连接建立完毕后将从ECM-SLEEP 状态转换为 ECM-C0NNECTED 状态。 在与MME的非接入层连接建立完成后，MTC通信终端将服务请求(ServiceRequest)消息发送给MME,该消息携带的呼叫类型是被叫呼叫(terminating call)。
MME将服务接受(Service Accept)消息反馈给MTC通信终端，则MTC通信终端和网络之间的数据传输连接成功建立。
MTC通信终端将上行数据发送给网络。 在数据传输完成后，网络和MTC通信终端之间的接入层连接将被释放，其中包括MTC通信终端和eNB之间的RRC连接，以及eNB与MME之间的SI连接。则，MME返回前一个状态即ECM-SLEEP状态，MTC通信终端返回前一个状态即ECM-IDLE状态。 由于没有接收到下行信令，并且没有期望发送上行数据给网络，MTC通信终端的RRC层确定进入RRC休眠状态。相应地，MTC通信终端的非接入层进入ECM-SLEEP状态，并停止周期性的跟踪区域更新计时器。图8示出了另一个例子。其中，MTC通信终端被部署在该LTE系统中。MTC通信终端尚没有被配置为低移动性或无移动性，并且在一定时间期满后传输上行数据。在MME和MTC通信终端之间的交互过程如图8中所示。下面分别对每一步以及导致的非接入层的状态变换进行描述。其中，白点代表ECM-IDLE状态，黑点代表ECM-C0NNECTED状态，网孔点代表 ECM-SLEEP 状态。 开机的MTC通信终端和MME之间进行附着过程，并在附着过程完成之后进入EMM-REGISTERED 状态和 EMC-IDLE 状态。
MTC通信终端与MME进行周期性的跟 踪区域更新过程，它将跟踪区域更新请求消息(TAU Request)发送给 MME。 网络发现目前过载或者拥塞，则确定停止与该MTC通信终端的周期性跟踪区域更新过程。
MME将跟踪区域更新接受消息发送给MTC通信终端，并在该跟踪区域更新接受消息中配置该MTC通信终端停止周期性跟踪区域更新计时器。
MME的非接入层在收到来自MTC通信终端的跟踪区域更新完成消息后进入ECM-SLEEP状态，并停止对该MTC通信终端的移动可达性计时器。 由于MTC通信终端接收到来自网络的跟踪区域更新接受消息，该消息配置MTC通信终端停止周期性跟踪区域更新计时器，因此该MTC通信终端的非接入层进入ECM-SLEEP状态，并且停止周期性跟踪区域更新计时器。 在一定时间期满后，例如上行数据传输计时器到期后，MTC通信终端需要传输上行数据。其启动与MME非接入层连接建立过程，在该过程中 非接入层应通知接入层开始与基站的RRC连接的建立过程，这样，RRC层将从RRC休眠状态首先转换到RRC空闲状态下。随后，非接入层响应于RRC转换到RRC空闲状态而转换到ECM-IDLE状态。
MTC通信终端与eNB之间的RRC连接的建立过程继续进行直至完成RRC连接建立，非接入层响应于RRC连接的建立完成而从ECM-IDLE状态进一步转换到ECM-C0NNECTED状态。 并且，eNB也建立与MME之间的SI连接。MME在检测到SI连接建立完毕后将从ECM-SLEEP 状态转换为 ECM-C0NNECTED 状态。 在与MME的非接入层连接建立完成后，MTC通信终端将服务请求(ServiceRequest)消息发送给MME,该消息携带的呼叫类型是主叫呼叫(originating call)。 在接收到服务请求消息后，MME将服务接受(Service Accept)消息反馈给MTC通信终端，则MTC通信终端和网络之间的数据传输连接成功建立。
MTC通信终端将上行数据发送给网络。 在数据传输完成后，网络和MTC通信终端之间的接入层连接将被释放，其中包括MTC通信终端和eNB之间的RRC连接，以及eNB与MME之间的SI连接。则，MME返回前一个状态即ECM-SLEEP状态，MTC通信终端返回前一个状态即ECM-IDLE状态。 由于没有接收到下行信令，并且没有期望发送上行数据给网络，MTC通信终端的RRC层确定进入RRC休眠状态。相应地，MTC通信终端的非接入层进入ECM-SLEEP状态，并停止周期性的跟踪区域更新计时器。以上对本发明在LTE系统中的应用进行了详述，下面将对本发明在WCDMA系统中的应用予以说明。实施方式二(WCDMA标准)本实施方式提出了一种新的状态，并将其引入到现有的WCDMA连接管理状态模型中。在此将其称为PMM-SLEEP (休眠)状态，从而为SGSN和用户设备，特别是MTC通信终端提供休眠状态以节省功率并优化信令开销。该休眠状态被同时引入到用户设备(通信终端)和SGSN中，以下分别对这两种方案进行描述。
对通信终端来说，在该休眠状态中 与接入网之间没有RRC连接； 检测寻呼消息； 通信终端的位置由网络通过路由区域分辨率所知； 周期性的路由区域更新计时器被停止，并且不进行周期性的路由区域更新过程。与现有的WCDMA连接管理状态模型结合后，用户设备现有的PMM模型包括四种状态PMM-SLEEP(休眠)状态，PMM-IDLE(空闲)状态，PMM-C0NNECTED(连接)状态，以及PMM-DETACHED (分离)状态，如图9所示。其中，在空闲状态中，通信终端进行周期性的路由区域更新过程；在连接状态中，SGSN和该通信终端之间存在信令连接，包含RRC连接和Iu连接；在分离状态中，通信终端与网络脱离。通信终端在这三个状态中的行为以及状态切换的条件与现有技术是类似的，并且它并不是本发明主要关注的，因此不再赘述。下文主要将说明该通信终端的非接入层在PMM-SLEEP状态和PMM-IDLE状态之间的切换，以及在PMM-SLEEP状态和PMM-C0NNECTED状态之间的切换。PMM-IDLE 状态在通信终端的非接入层处于PMM-IDLE状态下，下述任意情况发生时，通信终端的非接入层切换至pmm-sleep状态，并停止周期性路由区域更新计时器 非接入层通过接入层的通知得知接入层进入了 RRC休眠状态。优选地，非接入层通过原语(primitive)获知接入层的这一状态变化。 通信终端接收到来自网络的配置使其停止周期性的路由区域更新。该配置可以来源于任何由SGSN发送给该通信终端的非接入层消息中。PMM-SLEEP 状态在通信终端的非接入层处于PMM-SLEEP状态时，下述任意情况发生时，通信终端的非接入层切换至PMM-IDLE状态，并启动路由区域更新计时器 非接入层通过接入层的通知得知接入层从RRC休眠状态转换为RRC空闲状态。优选地，非接入层通过原语(primitive)获知接入层的这一状态变化。 通信终端接收到来自网络的配置使其开始周期性的路由区域更新。而在下述任意情况发生时，通信终端的非接入层切换至PMM-C0NNECTED状态 通信终端的接入层RRC连接建立完成。这种情况的一个例子是需要发送紧急的信令/数据，则非接入层在RRC连接建立完成后直接从PMM-SLEEP状态切换至PMM-CONNECTED状态，不经过PMM-IDLE状态，从而节省PMM连接建立的时间。PMM-CONNECTED 状态在通信终端的非接入层处于PMM-CONNECTED状态的情况下，下述任意情况发生时，通信终端的非接入层返回通信终端的非接入层切换至PMM-CONNECTED状态之前的最后一个状态-通信终端至接入网之间的RRC连接被释放。而对于SGSN来说，在休眠状态中 与接入网网元即无线网络控制器(RNC)之间没有对该通信终端的Iu连接； 对该通信终端保留寻呼资源，从而在接收到来自上级网元的、目的是该通信终端的寻呼触发信息时，在相关接入网覆盖范围之内触发向该通信终端的寻呼消息； 存储该通信终端的移动管理上下文，并且获知该通信终端在路由区域分辨率下的位置； 停止移动可达性计时器，并且不期待与该通信终端进行周期性的路由区域更新过程。与现有的WCDMA连接管理状态模型结合后，现有的PMM模型包括四种状态PMM-SLEEP (休眠)状态，PMM-IDLE (空闲)状态，PMM-CONNECTED (连接)状态以及PMM-DETACHED (分离)状态，如图10所示。其中，在空闲状态中，SGSN进行对通信终端的可达性检测，并期待来自该通信终端的周期性的路由区域更新过程；在连接状态中，SGSN和该通信终端之间存在信令连接，包含RRC连接和Iu连接；在分离状态中，SGSN与通信终端脱离。SGSN在这三个状态中的行为以及状态切换的条件与现有技术是类似的，并且它并不是本发明主要关注的，因此不再赘述。下文主要将说明该通信终端的非接入层在PMM-SLEEP状态和PMM-IDLE状态之间的切换，以及在PMM-SLEEP状态和PMM-CONNECTED状态之间的切换。PMM-IDLE状态在SGSN的非接入层处于PMM-IDLE状态下，下述任意情况发生时，SGSN的非接入层切换至PMM-SLEEP状态，并停止对该通信终端的移动可达性计时器 确定该通信终端处于为低移动性或无移动性状态，且对该通信终端的移动可达性计时器到期。具体的，该确定过程可以是通信终端可以主动地激活其低移动性或无移动性状态并通知SGSN，或者由网络在SGSN处配置该通信终端处于低移动性或无移动性状态。 被网络所配置停止对该通信终端的移动可达性检测。例如网络过载或者拥塞，则网络配置该通信终端的周期性路由区域更新过程停止，则SGSN对该通信终端的移动可达性计时器被配置停止。PMM-SLEEP 状态在SGSN的非接入层处于PMM-SLEEP状态下，下述任意情况发生时，SGSN的非接入层切换至PMM-IDLE状态，并启动对该通信终端的移动可达性计时器 确定该通信终端不再处于低移动性或无移动性状态，这种情况例如发生在该通信终端恢复了移动能力的情况下。具体的，该确定过程可以是通信终端可以主动地撤销其低移动性或无移动性状态并通知SGSN，或者由网络在SGSN处配置该通信终端不处于低移动性或无移动性状态。 被网络所配置重新开始对该通信终端的移动可达性检测。
下述任意情况发生时，SGSN的非接入层切换至PMM-CONNECTED状态 与接入网网元即RNC之间的对该通信终端的Iu连接已建立。PMM-CONNECTED 状态在SGSN的非接入层处于PMM-CONNECTED状态下，下述任意情况发生时，SGSN的非接入层返回SGSN的非接入层切换至PMM-CONNECTED状态之前的最后一个状态 与接入网网元即RNC之间的对该通信终端的Iu连接被释放。以上描述了通信终端和SGSN的休眠状态的特性，以及和其他状态之间的切换。通常来说，状态切换由设备自身的行为所触发，或者由网络配置所触发，以上所举的仅仅切换条件仅仅是一些例子，本发明并不受限于此。
下面将以更加具体的例子来描述WCDMA系统运作过程中的状态切换。其中，MTC通信终端被部署在该WCDMA系统中。MTC通信终端被配置为低移动性或无移动性。在SGSN和MTC通信终端之间的交互过程如图11中所示。下面分别对每一步以及导致的非接入层的状态变换进行描述。其中，白点代表PMM-IDLE状态，黑点代表PMM-CONNECTED状态，网孔点代表PMM-SLEEP状态。 开机的MTC通信终端和SGSN之间进行附着过程，并在附着过程完成之后进入PMM-IDLE 状态。 由于没有接收到下行信令，并且没有期望发送上行数据给网络，因此MTC通信终端的RRC层决定进入RRC休眠状态以节省功率。这一技术的详情可以参见申请号为PCT/CN2010/000206的专利申请。
MTC通信终端的非接入层进入PMM-SLEEP状态，跟随RRC进入休眠状态，并且MTC通信终端停止周期性的路由区域更新计时器。 在SGSN侧，当MME检测到对于该MTC通信终端的移动可达性计时器到期时，MME的非接入层进入PMM-SLEEP状态，并停止该MTC通信终端的移动可达性计时器。 一段时间后，SGSN接收到上层信令，并通过RNC将寻呼消息发送给MTC通信终端，该寻呼消息带有原因紧急报告。该寻呼消息被发送给处于被寻呼的MTC通信终端的路由区域内的所有RNC。 检测到该寻呼消息的MTC通信终端确定向网络响应该寻呼消息，则其启动与SGSN之间的非接入层连接建立过程，在该过程中 非接入层应通知接入层开始与接入网的RRC连接的建立过程。并且，非接入层发现该寻呼消息是紧急报告，则非接入层将会等待RRC连接建立完成后直接从ECM-SLEEP状态转换到PMM-CONNECTED状态。
RRC连接建立后，非接入层响应于RRC连接的建立完成而从ECM-SLEEP状态直接转换到PMM-CONNECTED状态。 并且，接入网也建立与SGSN的Iu连接。MME在检测到Iu连接建立完毕后将从PMM-SLEEP 状态转换为 PMM-CONNECTED 状态。 在与SGSN的非接入层连接建立完成后，MTC通信终端将服务请求(ServiceRequest)消息发送给SGSN,该消息携带的呼叫类型是被叫呼叫(terminating call)。 网络将配置SGSN启动对该MTC通信终端的移动可达性计时器以及配置MTC设备启动周期性路由区域更新计时器。SGSN将服务接受(Service Accept)消息反馈给MTC通信终端，并在此消息中配置该MTC通信终端启动路由区域更新计时器。
MTC通信终端接收到服务接受消息后，通过读取启动路由区域更新计时器指示，了解到需要恢复周期性的路由区域更新过程。同时，MTC通信终端和网络之间的数据传输连接成功建立。
MTC通信终端将紧急报告发送给网络。 在紧急报告传输完成后，网络和MTC通信终端之间的接入层连接将被释放，其中包括MTC通信终端和接入网之间的RRC连接，以及接入网与SGSN之间的Iu连接。
SGSN返回前一个状态即PMM-SLEEP状态，MTC通信终端返回前一个状态即PMM-SLEEP状态。值得注意的是，由于之前网络已经配置了启动SGSN上的移动可达性计时器和MTC通信终端上的路由区域更新计时器，因此SGSN和MTC通信终端将进一步回到PMM-IDLE状态。之后，MTC通信终端在周期性路由区域更新计时器的控制下，进行周期性的 路由区域更新过程，为简单起见，此过程没有在图中示出。以上实施方式比较适合于无线网络中的低移动性或无移动性的通信终端，这是由于在这些实施方式中通信终端可以处于休眠状态，避免参与周期性的位置区域更新过程，节省了用于这一过程的信令开销以及功率消耗。可以理解，本发明提出的非接入层的休眠状态并不仅限于这类低移动性或无移动性的通信终端，其他通信终端也可以适用。那些本技术领域的一般技术人员可以通过研究说明书、公开的内容及附图和所附的权利要求书，理解和实施对披露的实施方式的其他改变。在权利要求中，措词“包括”不排除其他的元素和步骤，并且措辞“一个”不排除复数。在发明的现实应用中，一个零件可能执行权利要求中所引用的多个技术特征的功能。权利要求中的任何附图标记不应理解为对范围的限制。
权利要求
1.一种在通信终端中的非接入层状态控制方法，该通信终端通过接入网受辖于一连接和移动管理设备， 该通信终端的非接入层能够处于一休眠状态，在该休眠状态中，该通信终端断开与该接入网的连接，停止周期性位置区域更新，并且能够检测寻呼消息。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，该通信终端的非接入层还能够处于一空闲状态或一连接状态， 其中，在所述空闲状态中，所述通信终端进行周期性位置区域更新；在所述连接状态中，所述通信终端与所述管理设备之间存在信令连接； 该通信终端的非接入层能够在所述休眠状态和空闲状态之间切换，和/或在所述休眠状态和连接状态之间切换。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述通信终端的非接入层处于空闲状态的情况下，下述任意情况发生时，所述通信终端的非接入层切换至所述休眠状态，并停止周期性位置区域更新计时器 -所述通信终端的接入层进入休眠状态； -被网络所配置停止周期性位置区域更新。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述通信终端的非接入层处于休眠状态的情况下， 下述任意情况发生时，所述通信终端的非接入层切换至空闲状态，并启动周期性位置区域更新计时器 -所述通信终端的接入层从休眠状态切换为空闲状态； -被网络所配置开始周期性位置区域更新； 而下述任意情况发生时，所述通信终端的非接入层切换至连接状态 -与该接入网的连接建立完成。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述通信终端的非接入层处于连接状态的情况下，下述任意情况发生时，所述通信终端的非接入层返回所述通信终端的非接入层切换至连接状态之前的最近一个状态 -与该接入网之间的连接被释放。
6.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述通信终端的非接入层通过原语获知所述通信终端的接入层的状态变化。
7.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述通信终端包括能够具有低移动性或无移动性的机器类型通信能力的通信终端， 所述连接和移动管理设备包括基于LTE网络的MME，或基于WCDMA网络的SGSN。
8.—种在连接和移动管理设备中的非接入层状态控制方法，一通信终端通过接入网受辖于该管理设备， 该管理设备的非接入层能够处于一休眠状态，在该休眠状态中，该管理设备断开与该接入网的连接，停止对该通信终端的移动可达性检测，存储该通信终端的移动性管理上下文且获知该通信终端在位置区域分辨率下的位置，并对该通信终端保留寻呼资源。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，该管理设备的非接入层还能够处于一空闲状态或一连接状态下，其中，在所述空闲状态中，所述管理设备进行对所述通信终端的可达性检测；在所述连接状态中，所述管理设备与所述通信终端之间存在信令连接； 该管理设备的非接入层能够在所述休眠状态和所述空闲状态，和/或在所述休眠状态和所述连接状态之间切换。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在所述管理设备的非接入层处于空闲状态下， 下述任意情况发生时，所述管理设备的非接入层切换至休眠状态，并停止对该通信终端的移动可达性计时器 -所述管理设备确定该通信终端处于低移动性或无移动性的状态下，且对该通信终端的移动可达性检测计时器到期； -被网络所配置停止对该通信终端的移动可达性检测。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在所述管理设备的非接入层处于休眠状态下， 下述任意情况发生时，所述管理设备的非接入层切换至空闲状态，并启动对该通信终端的移动可达性计时器 -所述管理设备确定该通信终端不处于低移动性或无移动性的状态下； -被网络所配置开始对该通信终端的移动可达性检测； 下述任意情况发生时，所述管理设备的非接入层切换至连接状态 -与该接入网的连接建立完成。
12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在所述管理设备的非接入层处于连接状态下， 下述任意情况发生时，所述管理设备的非接入层返回所述管理设备的非接入层切换至本连接状态之前的最近一个状态 -与该接入网的连接被释放。
13.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述连接和移动管理设备包括基于LTE网络的MME，或基于WCDMA网络的SGSN， 所述通信终端包括能够具有低移动性或无移动性的机器类型通信能力的通信终端。
全文摘要
为了解决现有的通信终端需要进行周期性位置区域更新，产生较多信令开销和功率消耗的问题。本发明提出了非接入层状态控制方法，其中，通信终端通过接入网受辖于一连接和移动管理设备，该通信终端的非接入层能够处于一休眠状态，在该休眠状态中，该通信终端断开与该接入网的连接，停止周期性位置区域更新，并且能够检测寻呼消息；并且该管理设备的非接入层能够处于一休眠状态，在该休眠状态中，该管理设备断开与该接入网的连接，停止对该通信终端的移动可达性检测，存储该通信终端的移动性管理上下文且获知该通信终端在位置区域分辨率下的位置，并对该通信终端保留寻呼资源。本发明减少了通信终端，特别是MTC终端的信令开销以及功率消耗。
文档编号H04W52/02GK102740420SQ201110088949
公开日2012年10月17日 申请日期2011年4月8日 优先权日2011年4月8日
发明者晁华, 王河, 陈宇 申请人:上海贝尔股份有限公司