M2M的移動(dòng)通信優(yōu)化技術(shù)
1 引言
本文引用地址:http://dyxdggzs.com/article/154867.htm隨著(zhù)物—物(M2M)通信業(yè)務(wù)的快速發(fā)展,傳統傳感器網(wǎng)絡(luò )承載M2M業(yè)務(wù)面臨越來(lái)越多的局限性和挑戰,急需將傳感器網(wǎng)絡(luò )和移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )相結合,發(fā)揮移動(dòng)通信覆蓋廣、可靠性高、傳輸延遲小等特點(diǎn),形成分層移動(dòng)M2M網(wǎng)絡(luò )。對于移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )來(lái)說(shuō),其終端既可以是傳感器網(wǎng)關(guān),也可以是傳感器本身。
但是,傳統移動(dòng)通信技術(shù)畢竟是面向人與人(H2H)通信業(yè)務(wù)設計的,適應H2H的業(yè)務(wù)需求。而M2M終端無(wú)論是從傳輸特性、QoS要求、移動(dòng)性,還是從終端的分布密度方面都與H2H終端有很大不同。完全沿用傳統移動(dòng)通信系統設計,系統的效率、成本和適用性都無(wú)法達到最優(yōu)。
無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )(WSN)和移動(dòng)通信的結合,既是無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要,也是移動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要,如圖1所示,這種結合可以解決兩個(gè)產(chǎn)業(yè)的諸多發(fā)展瓶頸,大大擴展兩個(gè)產(chǎn)業(yè)的業(yè)務(wù)應用領(lǐng)域,帶來(lái)很多新的機遇。
圖1 無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )和移動(dòng)通信的結合
本文對面向M2M業(yè)務(wù)的移動(dòng)通信優(yōu)化技術(shù)進(jìn)行了探討。首先,通過(guò)對傳感器網(wǎng)絡(luò )的特性研究,給出了一種M2M業(yè)務(wù)流量建模方法,在此基礎上提出了優(yōu)化方向,并提出了一些優(yōu)化技術(shù)方案。另外,本文也對3GPP在M2M優(yōu)化技術(shù)方面的研究工作做了簡(jiǎn)單介紹。
2 移動(dòng)M2M通信系統架構
如圖2所示,基于移動(dòng)通信系統的WSN網(wǎng)絡(luò )可以靈活支持各種規模的WSN網(wǎng)絡(luò )??梢杂蒞SN節點(diǎn)通過(guò)有限的分層匯聚構成一定規模的WSN網(wǎng)絡(luò )后,通過(guò)具有移動(dòng)終端功能的WSN網(wǎng)關(guān)回傳到移動(dòng)通信系統。也可以由移動(dòng)基站直接連接具有移動(dòng)終端能力的傳感器,此時(shí)這些傳感器既是WSN節點(diǎn),也是WSN網(wǎng)關(guān)。這種結構完全不需要WSN節點(diǎn)之間的自組網(wǎng),可以最大限度地降低傳輸延遲,支持對實(shí)時(shí)性要求很高的監控應用。移動(dòng)終端(如手機、筆記本電腦)本身如果具有傳感器功能,也可以作為WSN節點(diǎn)和WSN網(wǎng)關(guān)使用,構建個(gè)域WSN網(wǎng)絡(luò )。
圖2 與移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )結合的WSN網(wǎng)絡(luò )
3 移動(dòng)M2M系統優(yōu)化方向
現有的3G,LTE移動(dòng)通信系統從其最根本的設計需求上講是解決人與人(H2H)通信,盡管隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展其自身在不斷地完善和演進(jìn),但由于沒(méi)有針對M2M通信特點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化,仍難以完全適應M2M業(yè)務(wù)復雜的應用環(huán)境,無(wú)法滿(mǎn)足海量M2M接入的需要。因此為了適應M2M業(yè)務(wù)的需求,需要在如下幾個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化。
3.1 M2M新型終端類(lèi)型的優(yōu)化
目前,無(wú)線(xiàn)通信系統的終端類(lèi)型是按照H2H終端的需求定義的,即“底端手機”和“高端手機”,尤其是新一代寬帶無(wú)線(xiàn)通信系統,終端能力呈上升趨勢。具體參數包括:
(1)射頻頻帶:通常要求支持十幾個(gè)頻點(diǎn)。
(2)多種帶寬處理能力:如5MHz,10MHz,20MHz。
(3)多天線(xiàn)處理能力:最大支持4個(gè)天線(xiàn)端口的MIMO接收。
(4)數據吞吐量能力:最大支持100Mbit/s以上吞吐量。
(5)緩存大?。和ǔVС趾艽蟮木彺?。
(6)異頻和異系統切換組合。
M2M終端可能是很低成本、很低耗電、很低移動(dòng)性的海量終端,因此M2M終端支持更少的射頻頻帶、更小的帶寬處理能力、更簡(jiǎn)單的多天線(xiàn)處理能力、更靈活的吞吐量能力和緩存能力、更簡(jiǎn)單的移動(dòng)性、只支持PS域。
3.2 M2M功耗降低優(yōu)化
目前無(wú)線(xiàn)通信系統的終端電池壽命通常在2~3天,其高耗電主要是因為終端在空閑狀態(tài)下需要周期性接收系統廣播信道;在激活狀態(tài)下需要周期性接收公共控制信道,睡眠時(shí)間短;需要支持自適應操作的大量測量、反饋、信令;需要支持切換和移動(dòng)性管理的大量測量、反饋、信令。而M2M終端可能是數據模型單一、周期性發(fā)送接收、不需切換和移動(dòng)性管理的,主要表現在以下幾方面:
(1)設計更長(cháng)周期的預定義接收。
(2)設計更長(cháng)周期的DRX周期。
(3)設計更有效的持續調度策略,最大限度簡(jiǎn)化測量、反饋和信令。
(4)簡(jiǎn)化移動(dòng)性管理,最大限度簡(jiǎn)化測量、反饋和信令。
3.3 M2M覆蓋擴展優(yōu)化
目前無(wú)線(xiàn)通信系統主要考慮H2H通信的典型覆蓋場(chǎng)景,容量和覆蓋的平衡點(diǎn)也依照典型H2H通信場(chǎng)景確定。而M2M終端很可能放置在比H2H終端環(huán)境更惡劣的位置,考慮更惡劣的鏈路預算,因此M2M系統在覆蓋方面提出了更高的需求,需要考慮對移動(dòng)通信系統的覆蓋能力進(jìn)行增強,如:
(1)通過(guò)魯棒性更高的鏈路傳輸,獲得更好的鏈路預算。
(2)采用增益更高的射頻器件和天線(xiàn)。
(3)采用Relay等新型網(wǎng)絡(luò )拓撲拉近終端和基站的距離。
3.4 M2M海量容量?jì)?yōu)化
目前無(wú)線(xiàn)通信系統的小區容量是以典型的H2H終端密度來(lái)考慮的,如手機、筆記本電腦。傳統系統每個(gè)帶寬大于5MHz的小區支持400個(gè)終端,終端ID數量、參考信號數量、控制信道數量較小,資源分配粒度過(guò)大,MAC,RLC和RRC層協(xié)議的處理能力不足。
從長(cháng)遠看來(lái),M2M終端的數量很可能超過(guò)H2H終端,且從成本考慮,應盡可能不擠占H2H終端的容量,因此M2M系統應具備如下能力:
(1)支持更大的用戶(hù)數量,如200個(gè)H2H終端+400個(gè)M2M終端。
(2)支持更大的信道容量、終端ID數量、參考信號數量和控制信道數量,采用更精細的資源分配粒度。
(3)擴展的MAC,RLC,RRC處理能力,同時(shí)通過(guò)簡(jiǎn)化處理過(guò)程限制復雜度。
3.5 M2M低數據率優(yōu)化
目前無(wú)線(xiàn)通信系統的終端最低數據率是考慮典型H2H通信的需求,如電路域話(huà)音或VoIP的數據率。但是很多M2M終端的最小數據率比H2H終端低很多,為了保持有吸引力的資費,需要大大降低每線(xiàn)成本,需要降低每線(xiàn)占用的無(wú)線(xiàn)資源,在原有單位資源中容納更多的終端并行傳輸。
3.6 M2M時(shí)間控制優(yōu)化
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