M2M的移動通信優(yōu)化技術

無線通信系統(tǒng)對時間延遲的控制，是按照H2H典型業(yè)務的用戶感受要求來考慮的。話音、實時數(shù)據(jù)等實時業(yè)務的時延要求為秒量級，非實時業(yè)務的時延要求為分鐘量級。而M2M終端的時間控制和H2H終端可能有很大不同。某些M2M業(yè)務對時間延遲的容忍度很大，可以達到小時量級；但某些M2M業(yè)務又對延遲要求很高，可能達到毫秒量級。因此，對M2M終端的傳輸可進行優(yōu)先級控制，保證時間控制要求較高的終端優(yōu)先傳輸，對時間控制要求較低的終端可以等到系統(tǒng)負載較低的時候再傳輸。

3.7 M2M低移動性優(yōu)化

移動通信系統(tǒng)按照H2H通信需求，均須支持切換和移動性管理功能，占用了移動通信系統(tǒng)的相當一部分功能。包括小區(qū)間、頻率間、系統(tǒng)間的測量和切換。而很多M2M終端幾乎不需要移動性，可以對移動性管理功能進行大幅簡化，以降低成本和耗電。

3.8 M2M防盜/防破壞優(yōu)化

由于M2M終端經常置于無人值守的環(huán)境，因此防盜/防破壞的要求很高。為了滿足這些要求，M2M終端應具備自動上報狀態(tài)和自動位置上報的能力。

4 分層M2M資源分配和接入

針對上述M2M需求，可提出一系列面向M2M的移動通信優(yōu)化技術，本文重點討論分層M2M資源分配和接入技術。

M2M系統(tǒng)的一個特點是需要支持海量的小數(shù)據(jù)率終端的資源分配和接入，直接縮小資源分配粒度并增大終端接入數(shù)量，需要對系統(tǒng)的設計做很大改動，而采用分層設計可以只對系統(tǒng)做小幅度修改而取得相似的效果。

這種方法的思想是將終端分成若干組，每個終端組采用一個終端組ID，一個終端組內部的終端再采用終端ID來進一步區(qū)分。這種方式可以用較短的ID來實現(xiàn)，可以節(jié)省ID，節(jié)省尋址復雜度。

M2M終端和H2H終端不同，其行為不是完全隨意的，一組M2M終端(如一組相似類型的傳感器)行為相似，就可以將多個總是保持相同狀態(tài)(接入、附著、釋放)的M2M終端分為一組，共享1個終端ID。從資源分配的角度，可以將具有相同的業(yè)務流量模型(包括相同的數(shù)據(jù)率、時延要求等)和資源需求量的多個終端分為一組，使終端組內所有終端的資源需求之和相當于一個傳統(tǒng)H2H終端的資源需求量。

終端組內有一個終端充當“組長終端”，組長終端負責代表組內所有終端和網絡的鏈路層保持連接，“組員終端”對于系統(tǒng)鏈路層是“透明的”。通過高層ID(如IP地址)進一步區(qū)分這個終端組內的各個終端。同時，“組長終端”代表整個終端組向系統(tǒng)請求無線資源，其他“組員終端”，不直接向系統(tǒng)申請資源。而是在組內所有終端之間形成固定的、預定義的資源分配。這樣，系統(tǒng)分配給“組長終端”一個資源塊，就相當于將這個資源塊分給了這個終端組。系統(tǒng)的資源指示信令相當于在終端組內進行廣播，組內的所有終端接收到系統(tǒng)的資源指示信令后，根據(jù)終端組的分配組員塊和自己在組內的具體資源位置發(fā)送信息?；诖朔謱咏K端ID結構的終端接入和資源分配流程如圖3所示：

圖3 基于分層終端ID的接入和資源分配流程

(1)在網絡部署過程中，對一個終端組內各終端的資源分配方法進行預定義，即組內各個終端占用分配給該終端組的資源的哪一部分。

(2)終端接收網絡側設備接入層發(fā)出的系統(tǒng)同步和廣播信息，組長終端和組員終端都接收此信息。

(3)組長終端代表整個終端組向網絡側設備接入層發(fā)起接入。

(4)組長終端和各組員終端分別向網絡側設備非接入層進行注冊。

(5)組長終端代表整個終端組向網絡側設備接入層發(fā)出資源請求。

(6)網絡側設備接入層向組長終端發(fā)布分配給該終端組的無線資源。

(7)組內各終端根據(jù)第1步中預定義的組內資源分配方法，計算出自己應該使用網絡側設備分配給本組的資源的哪一部分。

(8)各終端在計算出的資源位置開始和網絡側設備進行通信。

由于可以選擇RRC狀態(tài)相似的M2M終端(如相似類型的傳感器)形成一組，一個組內的多個終端可以總是保持相同RRC配置，可通過同一個RRC連接來配置整個組的終端。由于M2M終端的信令較少，一個組的多個終端還可以采用時分、碼分的方式共享一個控制信道。另外，M2M資源分配需要支持小顆粒的資源分配，可能采用的方式包括：

●碼分方案：即將一個資源塊分給多個終端，終端之間進一步采用擴頻碼復用，采用碼復用使多個M2M終端共享一個最小資源顆粒。這種情況下，只要將M2M終端采用的擴頻碼和終端ID綁定就可以。

●時分方案：即將幾個M2M終端分為一組，共享一個資源塊，在一個資源塊內的不同符號協(xié)同傳輸。終端間采用“預定義分配”避免額外信令，但需要考慮如何進行信道估計。

●頻分方案：即仍保持頻率資源分配，只是將每個用戶的頻帶寬度減小，如將每個信道的帶寬縮小到數(shù)kHz。這種方案可以直觀地實現(xiàn)小數(shù)據(jù)率M2M傳輸，將改變標準，無法保持后向兼容性。

5 3GPP對M2M優(yōu)化技術的研究進展

3GPP并不研究所有的機器通信，只研究具有蜂窩通信模塊、通過蜂窩網絡進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臋C器通信，稱之為MTC(Machine Type Communication)。

在2009年9月份的RAN #45次會議上，3GPP決定在R10啟動一個研究針對MTC應用的無線網優(yōu)化的Study Item(SI)：“RAN Improvements for Machine-type Communications”，相應成果收集在TR 37.868中。此SI的主要研究工作在RAN2進行，項目首先對MTC典型應用、業(yè)務模型和優(yōu)化對象等進行研究。經過研究，RAN2將無線網擁塞確定為首要工作重點，包括RAN網絡擁塞(尤其是隨機接入的擁塞問題和信令網絡擁塞)。

在2010年9月的RAN #49次全會上，在SA的推動下，RAN全會決定成立一個關于MTC的新的WI，用來解決避免大量MTC設備接入導致的核心網過載問題。2011年3月份，RAN2完成了此WI并在RAN全會上通過。圖4所示的是3GPP MTC R10標準化項目進程情況。