由通信系统中的用户设备执行的拥塞减少方法与流程

本发明涉及一种用于减少用户设备(ue)中的随机接入信道(rach)拥塞的分散式方法、一种被设置成执行该方法的网络设备。

背景技术：

1、第三代合作伙伴计划(3gpp)为物联网(iot)制定了标准化的覆盖增强(ce)，以在具有挑战性的无线电条件下将设备与蜂窝网络连接起来。ce基于延长传输时间的原理，该原理利用了许多iot应用对数据速率和延时的要求宽松的事实，并且针对这样的应用可以通过重复传输显著提高覆盖范围。然而，ce消耗大量无线电资源，并且应该针对不同的应用谨慎地实施。

2、无线通信技术向第五代(5g)的演进使得一切事物都能够通过互联网连接起来。例如，已通过各种类型的iot应用(例如，健康监测、智能家居、智能交通、工业自动化)记录和监测了与人类活动相关的大量信息，并通过蜂窝网络进行交换。然而，不幸的是，传统的蜂窝网络并未被设计成适应如此多样化的iot应用。相应地，已经为支持蜂窝网络中新兴的iot场景(即，作为5g的主要用例之一的大规模机器型通信(mmtc)或大规模iot(miot))做出了巨大的努力。

3、在蜂窝网络中，预计将部署极大量的iot设备，其中，到2030年，连接设备的数量将达到5000亿。每个iot设备零星地生成小型包，以通过基站(bs/gnb)向iot服务器报告感测信息。特别地，iot设备保持与bs断开连接，以减少因零星的包生成而导致的能耗。这意味着每当向iot服务器传输数据包时，每个iot设备应执行随机接入(ra)程序以建立与bs的连接。在诸如lte/lte-a/5g等现有蜂窝系统中采用的ra程序由四步握手程序组成。由于iot设备在蜂窝iot网络中密集部署，在某个ra时隙(或等效地，物理ra信道(prach))同时进行ra尝试可能会导致冲突问题。冲突问题在很大程度上造成了设备侧的接入性能不良(即，ra故障)。具体而言，iot设备可能会花费大量时间来接入网络，并且因此网络不能根据其接入优先级保证可接受的端到端延迟。

4、在蜂窝系统中，每个用户设备(ue)与基站(gnb，bs)之间的连接是数据通信的先决条件。为了建立连接，设备/ue应该进行4步ra或2步ra程序。综上所述，对蜂窝网络(例如，lte/lte-a/5g)中的传统ra程序的总体描述如下：

5、·步骤1.前导码传输：每个iot设备在一组可用的ra前导码中随机选择单个ra前导码，并将其在prach上传输。

6、·步骤2.随机接入响应：bs检测哪些前导码是活动的。响应于检测到的前导码，bs传输随机接入响应(rar)消息，每个消息由ra前导码标识符(rapid)、定时对准(ta)、上行链路授权(ug)和临时标识符组成。在第一步骤处传输前导码的每个iot设备等待包含相同rapid的rar消息。如果存在对应的rar消息，则每个设备将该消息内的信息用于后续步骤(即，步骤3)。

7、·步骤3.调度传输：每个iot设备在物理上行链路共享信道(pusch)上指派的上行链路资源上传输其调度消息(例如，连接请求消息)，该指派的上行链路资源由在第二步骤中接收的rar消息中包含的ug值指示。为了确定所使用的上行链路资源上是否发生资源冲突，一旦传输步骤3的消息，每个iot设备就启动争用解决(cr)定时器。

8、·步骤4.确认：bs回传iot设备的标识符，该设备的传输的调度消息被成功解码而没有任何资源冲突。如果每个iot设备在cr定时器到期之前接收到正确的确认(ack)消息，则其将ra尝试视为成功。否则，其将ra尝试视为失败，并且在执行退避之后在下一个可用的ra时隙重新尝试ra程序。

9、ep 3864921描述了一种用于随机接入的优先级排序方法，该方法包括：接收一个或多个第一包流以进行传输，其中，该一个或多个第一包流被指派相应的接入类别队列；启动该第一包流的随机接入程序；接收第二包流的包以进行传输，其中，该第二包流被指派具有高于指派给该第一包流的接入类别队列的优先级的接入类别队列；发出被配置成中断该第一包流的随机接入程序的指示；以及针对该第二包流的接收到的包执行随机接入程序，其中，该第一包流的随机接入程序先前感测到的空闲时隙被认为也是针对该第二包流的随机接入程序感测到的。还披露了对应的装置和计算机程序产品。

10、wo 2021135941a1描述了一种由用户设备(ue)执行的用于小数据传输的方法，该方法包括：从基站(bs)接收指示专用物理资源的配置；基于该专用物理资源传输该小数据传输；以及从bs接收指示成功接收的确认(ack)指示符，其中，该ue处于用于传输小数据传输的非活动状态。

11、us2021307073a1从用户设备(ue)的角度描述了一种方法和设备。该方法包括ue从网络节点接收配置，该配置指示第一随机接入(ra)类型的(多个)随机接入信道(rach)时机未被配置。该方法进一步包括ue确定第一ra类型的(多个)rach时机是否与第二ra类型或第三ra类型共享，和/或包括ue至少基于多于一个ra类型的(多个)ra参数来确定第一ra类型的前导码的起始点。

12、wo 2021165076a1涉及一种包括处理器的用户设备(ue)，该处理器确定要执行小数据的传输。ue处于非活动状态，与无线电基站具有至少一个数据连接。ue至少被指派小区特定的ue标识和非小区特定的ue标识。处理器基于ue在转变到非活动状态之后是否已经从另一个无线电小区移动到当前无线电小区来确定将哪种ue标识用于小数据传输。在ue已经从另一个无线电小区移动到当前无线电小区的情况下，使用非小区特定的ue标识。在另一种情况下，使用小区特定的ue标识。发射器传输包括确定的ue标识的控制消息，并使用该至少一个数据连接之一来传输小数据。

13、wo 2021002632a1涉及一种用于在rrc非活动终端或rrc空闲终端的小数据传输过程中控制负载(过载)的方法和设备。一方面提供了一种用于通过终端控制小数据的负载的方法和设备，该方法包括以下步骤：在rrc非活动状态下触发小数据传输；向基站传输包括小数据的msg 3或msg a；以及从基站接收包括用于过载控制的信息的msg 4或msg b。

14、kr 20210005513a披露了一种用于在rrc非活动终端或rrc空闲终端的少量数据传输程序期间控制过载的方法及其装置。根据一方面，用于使得终端能够控制少量数据的过载的方法包括以下步骤：在rrc非活动状态下触发少量数据的传输；向基站传输包括少量数据的msg 3或msg a；以及从基站接收包括用于过载控制的信息的msg 4或msg b。

15、小数据传输(sdt)由gnb基于每个drb进行配置。当数据仅到达配置了sdt的(多个)drb时，处于rrc_inactive状态的ue启动sdt程序。当sdt-drb的数据到达时，ue必须决定是在rrc_inactive状态还是rrc_connected状态下执行数据传输。因此，ue使用“数据量阈值”来决定是否进行sdt。可以通过使用4步rach、2步rach或配置授权(cg)程序来执行小数据传输(sdt)。本发明聚焦于基于rach的sdt，但是这种方法不限于这种类型的应用。

16、如图3所示以及上文已经描述的，消息序列涉及以下各项：

17、1)msg1(prach前导码)

18、2)msg2(rar)

19、3)msg3(rrc恢复请求)

20、4)msg4(rrc恢复)

21、5)可以用于ul数据的msg5

22、这涉及5条或更多条消息，从而导致了不必要的功耗，增加了延时和信令开销。

23、ue选择前导码组中的前导码。gnb向在msg1/msga中发送前导码的ue反馈随机接入响应(rar)。在rar中，gnb指示考虑到小区负载的退避指示符(bi)。一旦ue在ra中出现故障，例如，rar不包括ue在msg1/msga中发送的前导码，或者msg4/msgb中的争用解决被认为不成功，则ue将在0与bi之间随机选择退避时间，并在该退避时间之后重传前导码。

24、当前退避时间选择是ue在0与退避参数值(bpv)之间选择一个随机退避时间。具有较小退避参数值的ue将在[0，小bpv]之间选择一个退避时间，而具有较大退避参数值的ue将在[0，大bpv]之间选择一个退避时间。如图1所呈现的，例如，如果退避索引(bi)字段值是10，则退避参数值(bpv)是320ms。

25、根据图1中的退避参数值表，例如，如果ue1在时间t prach时机接收到bi值10，则ue1可以在0ms至320ms之间的任何时间发送prach。如果ue2在时间δ+t prach时机接收到bi值6，则ue2可以在0ms至80ms之间的任何时间发送prach。作为结果，退避时间的较低范围(即，0ms至80ms)在ue1与ue2之间重叠，并且ue1可能选择0ms至80ms之间的退避时间的可能性更高。

26、由于退避时间的较低范围对于所有sdt ue都是重叠的，因此更多的ue将选择bpv的较低范围内的退避时间。作为结果，在rach程序期间，多个ue之间发生冲突的可能性很高。由于发生冲突的可能性很高，ue可能需要对prach进行更多次重传，这将导致更大的功耗和信令开销，这对于小数据来说是不期望的。

27、利用现有技术中提出的用于控制减少rach拥塞的所述已知方法导致了传输的终止和重复。而利用所提出的方法可以减少终止和重复的发生。

技术实现思路

1、所描述的问题通过由通信系统中的用户设备(ue)执行的拥塞减少方法的一个实施例来解决，该用户设备(ue)准备传输上行链路数据(ul)并且处于被动状态，并且在启动随机接入信道程序(rach)之后，该用户设备(ue)从基站(gnb)接收索引列表(loi)，并且用户设备(ue)忽略该索引列表，由此，该索引列表(loi)中的每个元素与特定时间值相关联，在接收到该索引列表(loi)之后，该用户设备(ue)基于至少一个通信系统相关标准来执行对该索引列表(loi)的选择，以进行该上行链路数据(ul)的传输。

2、由通信系统中的用户设备(ue)执行的拥塞减少方法的另一实施例的特征在于，该用户设备(ue)准备传输上行链路数据(ul)并且处于被动状态，并且在启动随机接入信道程序(rach)之后，该用户设备(ue)从基站(gnb)接收退避索引，并且用户设备(ue)基于与至少一个通信系统相关标准有关的用户设备(ue)标准来选择退避索引。

3、另一实施例的特征在于，索引列表(loi)是退避指示符(bi)的列表，并且特定时间值是退避参数值(bvp)

4、并且一个通信系统相关标准是数据量阈值(dvt)和/或用户设备(ue)优先级。

5、另一实施例的特征在于，该用户设备(ue)准备传输上行链路数据(ul)并且处于被动状态，并且在启动随机接入信道程序(rach)之后，该用户设备(ue)从基站(gnb)接收退避值参数(bvp)，并且用户设备(ue)忽略这些退避值参数并基于与至少一个通信系统相关标准有关的用户设备(ue)标准来选择退避参数(bvp)。

6、另一实施例的特征在于，该通信系统相关标准是数据量阈值(dvt)和/或用户设备(ue)优先级。

7、另一实施例的特征在于，用户设备(ue)在系统信息消息中接收该数据量阈值(dvt)与退避参数(bpv)之间的映射。

8、另一实施例的特征在于，具有较大数据量阈值(dvt)的用户设备(ue)指派最高的随机接入信道(rach)优先级。

9、另一实施例的特征在于，用户设备(ue)选择与该数据量阈值(dvt)和该用户设备(ue)优先级相对应的退避参数(bpv)，由此，如果该用户设备(ue)优先级低，则该用户设备(ue)选择较高的退避参数(bpv)，并且如果该用户设备(ue)优先级高，则该用户设备(ue)选择较低的退避参数(bpv)。

10、另一实施例的特征在于，该通信系统中的每个用户设备(ue)的用户设备(ue)优先级的配置是通过专用无线电资源控制协议(rrc)消息来实现的。

11、另一实施例的特征在于，该通信系统中的每个用户设备(ue)的用户设备(ue)优先级的配置是按照逻辑信道实现的。

12、所描述的问题通过由通信系统中的基站(gnb)执行的拥塞减少方法的一个实施例来解决，其特征在于，来自该基站(gnb)的索引列表(loi)，由此，该索引列表(loi)中的每个元素与特定时间值相关联，并且这些特定时间值被分割成不同的级别，并且分割的特定时间值与数据量阈值(dvt)和/或用户设备ue优先级相关联。

13、另一实施例的特征在于，这些特定时间值是退避参数值(bvp)。

14、另一实施例的特征在于，该基站(gnb)为较高的数据量阈值(dvt)配置较低的退避参数值(bpv)，并且为较低的数据量阈值(dvt)配置较高的退避参数值(bpv)。

15、另一实施例的特征在于，该基站(gnb)基于该通信系统的负载情况来更新该数据量阈值(dvt)与退避参数(bpv)之间的映射。

16、另一实施例的特征在于，如果该通信系统的负载情况高，则该基站(gnb)为较高的数据量阈值(dvt)配置较长的窗口。

17、另一实施例的特征在于，退避参数值(bvp)的分割导致分割成三个块。

18、另一实施例的特征在于，一种用于由无线通信系统中的用户设备(ue)执行的拥塞减少的装置，该装置包括无线收发器、与在其中存储计算机程序指令的存储器耦接的处理器，所述指令被配置成实施权利要求1至9的步骤。

19、另一实施例的特征在于，一种用于由无线通信系统中的基站(gnb)执行的拥塞减少的装置，该装置包括无线收发器、与在其中存储计算机程序指令的存储器耦接的处理器，所述指令被配置成实施权利要求10至13的步骤。

20、一种用户设备(ue)，包括根据权利要求14所述的装置。

21、一种基站(gnb)，包括根据权利要求15所述的装置。

22、一种用于减少从基站(gnb)到用户设备(ue)的拥塞的无线通信系统，其中，该基站包括与在其中存储计算机程序指令的存储器耦接的处理器，所述指令被配置成实施权利要求8至13的步骤，

23、其中，该用户设备(ue)包括与在其中存储计算机程序指令的存储器耦接的处理器，所述指令被配置成实施权利要求1至7的步骤。

24、一种计算机程序产品，包括命令，这些命令在由计算机执行时使该计算机执行根据权利要求1至7中的一项或多项所述的方法。

25、一种计算机可读数据载体，其上存储有根据权利要求8至13所述的计算机程序产品。

26、一般来说，当ue在rrc_inactive状态下触发rach程序时，其选择与数据量阈值和/或ue优先级相对应的退避参数值(bpv)。

27、例如，基站(gnb)将退避参数值(bpv)分割成三个级别，即，bpv1、bpv2和bpv3。bpv1、bpv2和bpv3与数据量阈值和/或ue优先级相关联。基于数据量阈值(dvt)和/或优先级，ue从不重叠的退避索引范围中选择退避时间。因此，由于退避时间不重叠，rach拥塞将会减少。作为结果，ue将不需要传输更多次的prach传输，因此信令开销以及功耗将减少。

28、进一步地，本发明提出了一种具有计算机程序指令的计算机程序，这些计算机程序指令当在具有通信接口的计算机上执行时实施该方法。另外，本发明提出了一种提供计算机可读信号的计算机程序产品，这些计算机可读信号当由计算机读取时提供根据第三方面的计算机程序。这些计算机可读信号可以在物理体现的数据载体上或在载波信号中提供。

29、以下描述假设一组网络设备中的每个网络设备可以从该组中的所有其他网络设备接收消息。为此目的，网络设备可以位于允许彼此直接通信的距离处，但是也有可能经由充当转发器的一个或多个发射/接收单元来路由网络设备的通信，使得即使并非所有网络设备都可以与组中的所有其他网络设备直接通信，该组也是存在的。转发器也可以经由另一网络类型的接入点相互连接。在以下描述中，从其他网络设备接收消息也被称为“收听”或“监测”。

30、频率校正信道(fcch)是帮助终端找到传输bcch的频率信道的下行链路信道。fcch总是在bcch所处的频率信道的时隙0中传输。因此，通过接收fcch，可以找到时隙编号，随后是sch以及bcch。在fcch中，仅发送频率校正脉冲串。

31、同步信道(sch)是帮助设备识别信道结构并找到bcch的下行链路信道。sch总是恰好在fcch之后的第八个时隙中传输。通过接收sch，可以识别帧结构，从而可以找到bcch。在sch中，仅发送当前帧号和bsic。

32、广播控制信道(bcch和pbcch)是为终端设备提供关于发射小区的信息的下行链路信道。这些即是网络的plmn标识符、小区id、位置区域、信道结构、接入限制、数据服务的可用性和相邻小区的频率。

33、随机接入信道(rach和prach)是终端设备可以在其中通过网络请求连接的上行链路信道。

34、寻呼信道(pch和ppch)是用于(例如由于来电或短消息)通过网络向各个终端设备发送连接请求的下行链路信道。以这种方式被呼叫的设备在接收到该连接请求时将尝试请求专用信道以经由rach或prach进行进一步通信。然后，基站经由接入授权信道(agch)为终端设备指派信道。

35、通知信道(nch)是用于通知终端设备来自vgcs和ddps的呼叫的下行链路信道。为此目的，在该信道中传输对应参与者组的标识符。

36、每个网络设备具有为其指派的唯一标识符或标识，例如，mac地址。另外，每个网络设备或用户设备(ue)具有为双向通信设置的至少一个接口。

37、接口和用户设备(ue)可以被设置为使用某些频率或频带或信道。可以根据几种可能的调制和编码方案之一进行使用，由此，调制和编码方案的选择可以是上下文相关的。示例性调制方案是正交频率调制方法(ofdm)、正交幅度调制(qam)或其变体、以及直接序列扩频(dsss)。