技术领域

本发明涉及一种低功耗终端、 无线网络以及通信方法， 具体而言， 是应用 于机器类型通信的终端、 无线网络和方法。 背景技术 机器类型通信 ( MTC: Machine Type Communication )在 3GPP标准中已经 有讨论。 对于某些类型的 MTC应用， 超低功耗终端和对应通信方法是至关重 要的。

当前社会有这样一个需求， 如儿童手机， 可以查询儿童的位置， 但在紧急 情况下， 手机电池用光后不一定能及时充电。 因此有时需要一个超低功耗的终 端周期通知 （或者受触发通知）无线网络， 它工作的时间可以很长， 用于传送 关键的信息， 如具体的位置或者 "我还活着" 等信息。 利用这种通信方法， 无 线网络能长时间跟踪到终端的状态。

这种类型的 MTC终端的挑战是长达数年的电池寿命。作为一 个参考，现有 终端的最长待机时间只有几个月。

终端的功耗可以分成几个部分：

*空闲状态的终端功耗。 这种功耗由终端的节电技术决定。 例如， 超低漏 电流的芯片设计

·终端同步和获取小区广播信息的功耗

*终端侦听公共控制信道信息的功耗（例如，� �呼信息， 或者调度信息） •终端上行数据发射的功耗

•终端接收下行数据的功耗

图 1描述了一个 GPRS(General Packet Radio Service)数据传输的流程。我们 能观察到包含了很多上行信令数据传输， 以及很多的下行信令数据接收。 釆用 现有的通信方法， 最长的 MTC终端的电池寿命不超过半年， 且很难进一步降低 MTC终端的功耗。 发明内容

本发明的实施例提供一种低功耗 MTC终端的通信方法、 一种低功耗 MTC 终端、 一种低功耗无线网络通信方法、 一种低功耗无线网络通信系统， 能够降 低无线终端通信的功耗， 从而使 MTC终端可以在更长的时间范围内保持通信。

为达到上述目的， 本发明的实施例釆用如下技术方案：

本发明实施例提供一种低功耗 MTC终端的通信方法， 包括： MTC终端通 过随机接入信道向基站发送无线信道请求消息 ； 所述 MTC终端接收无线网络下 发的立即指配消息； 所述 MTC终端向所述无线网络发送 MTC数据报告消息 ， 所述 MTC数据报告消息包括： 所述 MTC终端的唯一标识、 鉴权信息以及业务 数据。

本发明实施例一种低功耗 MTC终端， 包括： 发送处理单元， 用于通过随机 接入信道向基站 BTS发送无线信道请求消息； 接收处理单元， 用于接收无线网 络下发的立即指配消息； 所述发送处理单元， 还用于向所述无线网络发送 MTC 数据报告消息 ， 所述 MTC数据报告消息包括： MTC终端的唯一标识、 鉴权信 息以及业务数据。

本发明实施例一种低功耗无线网络通信方法， 包括： 无线网络接收 MTC终 端通过随机接入信道向基站 BTS发送无线信道请求消息； 所述基站 BTS接收并 透传所述无线信道请求消息到基站控制器 BSC, 所述基站控制器 BSC 为所述 MTC终端分配数据传输资源， 并通过立即指配消息通知所述 MTC终端； 所述 无线网络接收所述 MTC终端数据报告消息。

本发明实施例一种低功耗无线网络通信系统， 包括： 基站 BTS, 用于接收 MTC终端通过随机接入信道发送的无线信道请求 消息； 所述基站 BTS, 还用于 接收并透传信道请求消息到基站控制器 BSC; 所述基站控制器 BSC用于为所述 MTC终端分配数据传输资源， 并通过立即指配消息通知所述 MTC终端； 无线 网络， 包含所述基站 BTS和所述基站控制器 BSC, 用于接收所述 MTC终端发 送的 MTC数据报告消息， 所述消息包括： MTC终端的唯一标识、 鉴权信息以 及业务数据。

本发明实施例所提供的所述低功耗的 MTC终端通信方法， 能在低功耗下保 持消息连接， 延续更久的时间， 从而使具体的位置或者 "我还活着" 等关键数 据可以长时间传送。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案， 下面将对实施例或现有技 术描述中所需要使用的附图作简单地介绍， 显而易见地， 下面描述中的附图 仅仅是本发明的一些实施例， 对于本领域普通技术人员来讲， 在不付出创造 性劳动性的前提下， 还可以根据这些附图获得其他的类似方案。

图 1是一个 GPRS(General Packet Radio Service)数据传输的流程图； 图 2是第一实施例低功耗 MTC终端和无线网络的通信方法流程图； 图 3是第二实施例的通信方法流程图；

图 4是第三实施例的通信方法流程图；

图 5是第四实施例的通信方法流程图；

图 6 是第五实施例的通信方法流程图；

图 7是第六实施例低功耗 MTC终端的通信方法流程图；

图 8是第八实施例低功耗 MTC无线网络通信方法流程图；

图 9是第九实施例低功耗 MTC的通信系统。 具体实施方式 下面将结合本发明实施例中的附图， 对本发明实施例中的技术方案进行 清楚、 完整地描述， 显然， 所描述的实施例是本发明一部分实施例， 而不是 全部的实施例。 基于本发明中的实施例， 本领域普通技术人员在没有做出创 造性劳动前提下所获得的所有其他实施例， 都属于本发明保护的范围。

釆用现有的通信方法， 最长的 MTC 终端的电池寿命不超过半年， 且很 难进一步降低 MTC终端的功耗。 为了支持 "我还活着" 类型的 MTC应用， 我们需要一个方案可以降低 MTC功耗。

如图 2所示， 本发明的第一实施例低功耗 MTC终端和无线网络的通信 方法， 包括下面的步骤。 无线网络包含基站 （BTS )和基站控制器 （BSC ) ， 可以提供无线接入和通信服务。

步骤 201 , MTC终端通过随机接入信道（ RACH: Random Access Channel ) 向基站 （BTS )发送无线信道请求消息；

步骤 202 , 基站（BTS )接收并透传信道请求消息到基站控制器（BSC ) ， 基站控制器（BSC )为 MTC终端分配数据传输资源， 并通过立即指配消息通 知 MTC终端；

步骤 203 , MTC终端向无线网络发送 MTC数据 ^艮告消息， 该 MTC数据 报告消息包括： MTC终端的唯一标识、 鉴权信息以及业务数据；

MTC终端唯一标识是一个数字， 如 32bit或者 64bit的二进制数。 所述 数字占用位宽可以变化， 用于在无线网络中唯一标识 MTC终端。

鉴权信息是 MTC 终端根据当前时间戳（一般精确到分钟） 以及预设的 初始码， 通过一种随机数方法产生。 相应在基站控制器 （BSC ) 处也有一套 鉴权系统， 可以验证 MTC终端上报的鉴权信息。

业务数据可以包含 MTC 终端实时获取的特定数据 （可以是生命指征， 取决于 MTC终端的类型） ， MTC终端也可以通过外部接口获得数据； 业务 数据也可以包含 MTC 终端监测的无线环境数据， 根据这种无线环境测量数 据， 基站控制器 （BSC ) 能进一步精确定位 MTC终端的位置。

所述 MTC数据报告消息， 可以在现有 GSM/EDGE的消息结构上增加， 例如需要改变其中一个信元的取值范围。 MTC终端上报的 MTC数据报告消 息中预留业务数据的字段。

更优的， 本方法进一步包括以下步骤。 步骤 204: 基站控制器 （BSC ) 在接收到 MTC数据报告消息后， 发送 MTC设备控制消息。

所述 MTC设备控制消息， 可以在现有 GSM/EDGE的消息结构上增加， 例如需要改变其中一个信元的取值范围。 MTC终端接收到所述 MTC设备控 制消息， 也可以反馈确认消息。

无线网络发给 MTC终端的 MTC设备控制消息包含控制指令，用于控制 终端的行为。 MTC终端接收 MTC设备控制消息， 根据消息中的控制命令进 行相应操作， 如改变上报周期， 在服务终止后停止工作等。

更优的， 本方法进一步包括以下步骤。 步骤 205: 基站控制器 （BSC ) 将 MTC 终端唯一标识、 位置信息、 数据报告的时间戳、 业务数据等通过应 用接口 （API: Application Interface ) , 发送给应用服务器。

所述应用服务器用于管理 MTC 终端上报的信息， 提供管理员可以操作 的人机界面。 所述应用服务器可以独立存在或者和其他的服 务器共用物理资 源。 如图 3所示， 本发明的第二实施例低功耗 MTC终端和无线网络的通信 方法， 包括如下步骤：

步骤 301 : MTC终端周期或者事件触发方式被唤醒， 扫描并同步上某个 小区， 接收小区的广播信道获取小区的系统信息.

步骤 302: MTC终端使用随机接入信道（RACH )发送信道请求消息给 无线网络， 并持续监听下行 AGCH信道,以接收基站控制器发送的立即指配 消息 ( Immediate Assignment ) 。

步骤 303 : 无线网络的基站 （BTS )检测随机接收信道， 获取包含的信 道请求消息， 传送到基站控制器 （BSC ) ， 基站控制器 （BSC ) 分配信道资 源， 并通过立即指配消息通知 MTC终端。

步骤 304: MTC终端根据立即指配消息中指示的上行分组传 输资源， 釆 用 MTC数据报告消息发送唯一标识以及可能的业务 数据。

更优地， 所述立即指配消息可以包括终端的 ID、 鉴权信息。 终端 ID是 一个数字， 如 32bit或者 64bit的二进制数。 所述数字占用位宽可以变化， 用 于表示 M2M系统的终端编号。

鉴权信息和业务数据类似与第一实施例中的鉴 权信息和业务数据。 更优地， 本实施例进一步包括步骤 305、 步骤 306。

步骤 305:无线网络 BSC通过某个实体处理来自 MTC终端的 MTC数据 报告消息， 并向 MTC终端发送 MTC设备控制消息。

步骤 306: MTC终端接收 MTC设备控制消息。 根据消息中携带的命令 进行相应操作。 然后， MTC终端进入空闲模式。

更优地， 本实施例进一步包括步骤 307。

步骤 307: 无线网络的实体产生 MTC终端的实时 4艮告， 并转发给相关应 用。 实时报告包括 MTC终端的标识， MTC终端的地理位置， 接收到 MTC 终端的 MTC数据报告消息的时间戳，以及 MTC数据报告消息中的业务数据。

为了防止 MTC终端错过步骤 305 中的设备控制消息而陷入等待消息状 态， 在步骤 304中， 启动一个定时器， 当定时器超时， MTC终端进入空闲模 式不再继续等待。

为了识别来自低功耗 MTC终端的合法呼叫， 以上鉴权信息的产生和使 用方法如下：

MTC终端在业务数据中增加一个动态随机数， 并发送给无线网络。 这个 动态随机数根据当前的时间 （一般精确到分钟） 和预设的初始码 （和 MTC 终端绑定的一个固定数字） 来自动产生。

无线网络接收到特定 MTC终端的实时数据时， 根据当前的时间 （一般 精确到分钟） 和唯一的 MTC 终端配置来产生另一个动态随机数。 然后， 无 线网络比较从特定 MTC 终端收到的随机数， 如果相同， 则当前呼叫获得的

MTC数据报告消息通过认证。 如图 4所示， 本发明的第三实施例低功耗 MTC终端和无线网络的通信 方法。 本实施例中和第三实施例的区别是： 步骤 304、 步骤 305、 步骤 306 被替换为图 4所示的步骤 404、 步骤 405、 步骤 406。

步骤 404: MTC终端根据立即指配消息中指示的上行分组传 输资源， 釆 用 MTC数据报告消息发送唯一标识以及可能的业务 数据。 步骤 405:无线网络 BSC通过某个实体处理来自 MTC终端的 MTC数据 报告消息， 并向 MTC终端重复发送至少两次设备控制消息。

步骤 406: MTC终端接收到任何一个设备控制消息。 根据消息中携带的 命令进行相应操作。 然后， MTC终端进入空闲模式。

和第三实施例不同的是： 要发送两个或更多的下行设备控制消息， 这样 提升控制消息传递的可靠性。 如图 5所示， 本发明的第四实施例低功耗 MTC终端和无线网络的通信 方法。

在这个实施例中， MTC 终端的数据报告消息不能用第二实施例的步骤

304的消息来承载。

步骤 502: MTC终端使用随机接入信道， 发送携带短接入请求的信道请 求消息给无线网络， 并持续监听 AGCH信道。

带短接入请求的信道请求消息指示了根据业务 数据计算出的传输数据块 的数目， 通知无线网络分配的上行传输资源块 (最大 8块）， 利用这些分配的 资源块， MTC终端可以发送多个数据报告消息。

步骤 503 : 无线网络的基站 （BTS )检测随机接收信道， 获取包含的信 道请求消息， 传送到基站控制器 （BSC ) , 基站控制器 （BSC ) 分配多个传 输块资源， 并通过立即指配消息通知 MTC终端。

步骤 504 MTC终端根据立即指配消息中指示的上行分组传 输资源，发送 至少 2个 MTC数据报告消息。 然后， MTC终端持续监测下行分组信道以接 收设备控制消息。

和第二实施例不同的是： 釆用短接入数据传输来加快实时消息传输。 如图 6所示， 本发明的第五实施例低功耗 MTC终端和无线网络的通信 方法。

在这个实施例中， MTC终端的实时数据不能用第二实施例的步骤 304的 消息来承载。

步骤 604: MTC终端根据立即指配消息中指示的上行分组传 输资源， 发 送 MTC数据报告消息， 包含唯一标识， 部分业务数据， 以及剩余业务数据 大小。

步骤 605: 基站控制器（BSC )通过某个实体处理来自 MTC终端的 MTC 数据报告消息， 向 MTC终端发送 MTC设备控制消息， 该消息中包含分配的 上行传输资源指示。

步骤 606: MTC终端接收设备控制消息， 根据消息中携带的命令进行相 应操作， 并根据指示的上行传输资源， 通过数据报告消息发送剩余的业务数 据， 然后进入空闲模式。

和第二实施例不同的是： 在 MTC设备控制消息携带了上行传输资源指 示信息， 在 MTC终端有较多业务数据需要发送时， 能缩短传输时间。 如图 7所示， 本发明的第六实施例低功耗 MTC终端的通信方法， 包括 下面的步骤：

步骤 701 , MTC终端通过随机接入信道（RACH ) 向基站 （ BTS )发送 无线信道请求消息。

步骤 702 , 接收无线网络下发的立即指配消息 (Immediate Assignment)„ 步骤 703 , MTC终端向无线网络发送 MTC数据 告消息 ， 该 MTC数 据报告消息包括： MTC终端的唯一标识、 鉴权信息以及业务数据。

MTC终端唯一标识是一个数字， 如 32bit或者 64bit的二进制数。 所述 数字占用位宽可以变化， 用于在无线网络中唯一标识 MTC终端。

鉴权信息是 MTC 终端根据当前时间戳（可以精确到分钟） 以及预设的 初始码， 通过一种随机数方法产生。 相应在基站控制器 （BSC ) 处也有一套 鉴权系统， 可以验证 MTC终端上 4艮的鉴权信息。

业务数据可以包含 MTC 终端实时获取的特定数据 （可以是生命指征， 取决于 MTC终端的类型） ， MTC终端也可以通过外部接口获得数据； 业务 数据也可以包含 MTC 终端监测的无线环境数据， 根据这种无线环境测量数 据， 基站控制器 （BSC ) 能进一步精确定位 MTC终端的位置。

所述 MTC数据报告消息， 可以在现有 GSM/EDGE的消息结构上增加， 例如需要改变其中一个信元的取值范围。 MTC终端上报的 MTC数据报告消 息中预留业务数据的字段。

更优的， 本方法进一步包括以下步骤。 步骤 704: 接收无线网络下发的 MTC设备控制消息。

所述 MTC设备控制消息， 可以在现有 GSM/EDGE的消息结构上增加， 例如需要改变其中一个信元的取值范围。 MTC终端接收到所述 MTC设备控 制消息， 也可以反馈确认消息。

无线网络发给 MTC终端的 MTC设备控制消息包含控制指令，用于控制 终端的行为。 MTC终端接收 MTC设备控制消息， 根据消息中的控制命令进 行相应操作， 可能改变消息上报周期， 或者停止工作， 退出 MTC业务。

本发明第六实施例 MTC 终端通信方法的实施例和本发明第一实施例中 MTC终端的执行步骤存在对应关系。参见本发明 第二到第五实施例中的多种 MTC终端通信方法的实施方式，这些实施方式都 可以阐述为终端通信方法的 实施例。 本发明的第七实施例描述一个低功耗 MTC 终端， 包括发送处理单元和 接收处理单元， 用于执行图 7低功耗 MTC终端的通信方法的各个步骤。

发送处理单元， 用于通过随机接入信道 （RACH ) 向基站 （BTS ) 发送 无线信道请求消息；

接收处理单元， 用于接收无线网络下发的立即指配消息（Immedi ate Assignment);

所述发送处理单元， 还用于向无线网络发送 MTC 数据报告消息 ， 该

MTC数据报告消息消息包括： MTC终端的唯一标识、 鉴权信息以及业务数 据。 MTC终端唯一标识是一个数字， 如 32bit或者 64bit的二进制数。 所述 数字占用位宽可以变化， 用于在无线网络中唯一标识 MTC终端。

鉴权信息是 MTC 终端根据当前时间戳以及预设的初始码， 通过一种随 机数方法产生。 相应在基站控制器 （BSC ) 处也有一套鉴权系统， 可以验证 MTC终端上报的鉴权信息。

业务数据可以包含 MTC 终端实时获取的特定数据 （可以是生命指征， 取决于 MTC终端的类型） ， MTC终端也可以通过外部接口获得数据； 业务 数据也可以包含 MTC 终端监测的无线环境数据， 根据这种无线环境测量数 据， 基站控制器 （BSC ) 能进一步精确定位 MTC终端的位置。

所述 MTC数据报告消息， 可以在现有 GSM/EDGE的消息结构上增加， 例如需要改变其中一个信元的取值范围。 MTC终端上报的 MTC数据报告消 息中预留业务数据的字段。

更优的， 接收单元进一步用于接收无线网络下发的 MTC设备控制消息。 所述 MTC设备控制消息， 可以在现有 GSM/EDGE的消息结构上增加， 例如需要改变其中一个信元的取值范围。 MTC终端接收到所述 MTC设备控 制消息， 也可以反馈确认消息。

无线网络发给 MTC终端的 MTC设备控制消息包含控制指令，用于控制 终端的行为。 MTC终端接收 MTC设备控制消息， 根据消息中的控制命令进 行相应操作， 可以改变上 周期或者停止工作， 终止 MTC业务。

第七实施例 MTC终端的实施例和本发明第六以及第一实施例 中 MTC终 端的执行步骤存在对应关系。 参见本发明第二到第五实施例中的多种 MTC 终端通信方法的实施方式， 这些实施方式都可以阐述为终端的发送单元、 接 收单元来执行， 也都可以用于阐述终端的实施例。 如图 8所示， 本发明的第八实施例低功耗 MTC无线网络通信方法， 包 括下面的步骤：

步骤 801 , 无线网络接收 MTC终端通过随机接入信道（ RACH ) 向基站 ( BTS )发送无线信道请求消息；

步骤 802 , 基站（BTS )接收并透传信道请求消息到基站控制器（BSC ) ， 基站控制器（BSC )为 MTC终端分配数据传输资源， 并通过立即指配消息通 知 MTC终端；

步骤 803 , 无线网络接收 MTC终端数据报告消息。

更优的， 本方法进一步包括以下步骤。 步骤 804: 基站控制器 （BSC ) 在接收到 MTC数据报告消息后， 发送 MTC设备控制消息。

更优的， 本方法进一步包括以下步骤。

步骤 805: 基站控制器（BSC )将 MTC终端唯一标识、 位置信息、 数据 报告的时间戳、 业务数据等通过 API接口， 发送给应用服务器。

所述应用服务器用于管理 MTC 终端上报的信息， 提供管理员可以操作 的人机界面。 所述应用服务器可以独立存在或者和其他的服 务器共用物理资 源。

第八实施例低功耗 MTC 无线网络通信方法和本发明第一实施例中无线 网络的执行步骤存在对应关系。 参见本发明第二到第五实施例中的多种无线 网络的实施方式， 这些实施方式都可以阐述为无线网络通信方法 的实施例。 如图 9所示， 本发明的第九实施例低功耗 MTC的无线网络。 无线网络 包括 BTS、 BSC和一个 MTC应用服务器。所述 BSC包括一个 API接口模块， 用于和 MTC应用服务器通信。

基站（BTS )用于接收 MTC终端通过随机接入信道（RACH )发送的无 线信道请求消息；

基站 （BTS ) 用于接收并透传信道请求消息到基站控制器 （BSC ) , 基 站控制器（BSC )用于为 MTC终端分配数据传输资源， 并通过立即指配消息 通知 MTC终端；

无线网络用于接收 MTC终端发送的 MTC数据报告消息， 该 MTC数据 报告消息包括： MTC终端的唯一标识、 鉴权信息以及业务数据； MTC终端唯一标识是一个数字， 如 32bit或者 64bit的二进制数。 所述 数字占用位宽可以变化， 用于在无线网络中唯一标识 MTC终端。

鉴权信息是 MTC 终端根据当前时间戳（一般精确到分钟） 以及预设的 初始码， 通过一种随机数方法产生。 相应在基站控制器 （BSC ) 处也有一套 鉴权系统， 可以验证 MTC终端上报的鉴权信息。

业务数据可以包含 MTC 终端实时获取的特定数据 （可以是生命指征， 取决于 MTC终端的类型） ， MTC终端也可以通过外部接口获得数据； 业务 数据也可以包含 MTC 终端监测的无线环境数据， 根据这种无线环境测量数 据， 基站控制器 （BSC ) 能进一步精确定位 MTC终端的位置。

更优的， 基站控制器（ BSC )用于在接收到 MTC数据报告消息后， 发送

MTC设备控制消息。

更优的， 基站控制器（BSC )用于将 MTC终端唯一标识、 位置信息、 数 据报告的时间戳、 业务数据等通过 API接口， 发送给应用服务器。

所述应用服务器用于管理 MTC 终端上报的信息， 提供管理员可以操作 的人机界面。 所述应用服务器可以独立存在或者和其他的服 务器共用物理资 源。

第九实施例低功耗 MTC 的无线网络和本发明第八以及第一实施例中无 线网络的执行步骤存在对应关系。 参见本发明第二到第五实施例中的多种无 线网络通信方法的实施方式， 这些实施方式都可以阐述为基站 BTS、 基站控 制器 BSC及其 API接口单元来执行， 也都可以用于阐述无线网络的实施例。 本领域普通技术人员可以意识到， 结合本文中所公开的实施例描述的各 示例的单元及算法步骤， 能够以电子硬件、 计算机软件或者二者的结合来实 现， 为了清楚地说明硬件和软件的可互换性， 在上述说明中已经按照功能一 般性地描述了各示例的组成及步骤。 这些功能究竟以硬件还是软件方式来执 行， 取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。 专业技术人员可以对每个 特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功 能， 但是这种实现不应认为超 出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法 的步骤可以用硬件、 处理 器执行的软件模块， 或者二者的结合来实施。 软件模块可以置于随机存储器

( RAM ) 、 内存、 只读存储器 （ROM ) 、 电可编程 ROM、 电可擦除可编程 ROM, 寄存器、 硬盘、 可移动磁盘、 CD-ROM、 或技术领域内所公知的任意 其它形式的存储介质中。

尽管已示出和描述了本发明的一些实施例， 但本领域技术人员应理解， 在不脱离本发明的原理和精神的情况下， 可对这些实施例进行各种修改， 这 样的修改应落入本发明的范围内。