M2M的移动通信优化技术

无线通信系统对时间延迟的控制，是按照H2H典型业务的用户感受要求来考虑的。话音、实时数据等实时业务的时延要求为秒量级，非实时业务的时延要求为分钟量级。而M2M终端的时间控制和H2H终端可能有很大不同。某些M2M业务对时间延迟的容忍度很大，可以达到小时量级；但某些M2M业务又对延迟要求很高，可能达到毫秒量级。因此，对M2M终端的传输可进行优先级控制，保证时间控制要求较高的终端优先传输，对时间控制要求较低的终端可以等到系统负载较低的时候再传输。

3.7 M2M低移动性优化

移动通信系统按照H2H通信需求，均须支持切换和移动性管理功能，占用了移动通信系统的相当一部分功能。包括小区间、频率间、系统间的测量和切换。而很多M2M终端几乎不需要移动性，可以对移动性管理功能进行大幅简化，以降低成本和耗电。

3.8 M2M防盗/防破坏优化

由于M2M终端经常置于无人值守的环境，因此防盗/防破坏的要求很高。为了满足这些要求，M2M终端应具备自动上报状态和自动位置上报的能力。

4 分层M2M资源分配和接入

针对上述M2M需求，可提出一系列面向M2M的移动通信优化技术，本文重点讨论分层M2M资源分配和接入技术。

M2M系统的一个特点是需要支持海量的小数据率终端的资源分配和接入，直接缩小资源分配粒度并增大终端接入数量，需要对系统的设计做很大改动，而采用分层设计可以只对系统做小幅度修改而取得相似的效果。

这种方法的思想是将终端分成若干组，每个终端组采用一个终端组ID，一个终端组内部的终端再采用终端ID来进一步区分。这种方式可以用较短的ID来实现，可以节省ID，节省寻址复杂度。

M2M终端和H2H终端不同，其行为不是完全随意的，一组M2M终端(如一组相似类型的传感器)行为相似，就可以将多个总是保持相同状态(接入、附着、释放)的M2M终端分为一组，共享1个终端ID。从资源分配的角度，可以将具有相同的业务流量模型(包括相同的数据率、时延要求等)和资源需求量的多个终端分为一组，使终端组内所有终端的资源需求之和相当于一个传统H2H终端的资源需求量。

终端组内有一个终端充当“组长终端”，组长终端负责代表组内所有终端和网络的链路层保持连接，“组员终端”对于系统链路层是“透明的”。通过高层ID(如IP地址)进一步区分这个终端组内的各个终端。同时，“组长终端”代表整个终端组向系统请求无线资源，其他“组员终端”，不直接向系统申请资源。而是在组内所有终端之间形成固定的、预定义的资源分配。这样，系统分配给“组长终端”一个资源块，就相当于将这个资源块分给了这个终端组。系统的资源指示信令相当于在终端组内进行广播，组内的所有终端接收到系统的资源指示信令后，根据终端组的分配组员块和自己在组内的具体资源位置发送信息。基于此分层终端ID结构的终端接入和资源分配流程如图3所示：

图3 基于分层终端ID的接入和资源分配流程

(1)在网络部署过程中，对一个终端组内各终端的资源分配方法进行预定义，即组内各个终端占用分配给该终端组的资源的哪一部分。

(2)终端接收网络侧设备接入层发出的系统同步和广播信息，组长终端和组员终端都接收此信息。

(3)组长终端代表整个终端组向网络侧设备接入层发起接入。

(4)组长终端和各组员终端分别向网络侧设备非接入层进行注册。

(5)组长终端代表整个终端组向网络侧设备接入层发出资源请求。

(6)网络侧设备接入层向组长终端发布分配给该终端组的无线资源。

(7)组内各终端根据第1步中预定义的组内资源分配方法，计算出自己应该使用网络侧设备分配给本组的资源的哪一部分。

(8)各终端在计算出的资源位置开始和网络侧设备进行通信。

由于可以选择RRC状态相似的M2M终端(如相似类型的传感器)形成一组，一个组内的多个终端可以总是保持相同RRC配置，可通过同一个RRC连接来配置整个组的终端。由于M2M终端的信令较少，一个组的多个终端还可以采用时分、码分的方式共享一个控制信道。另外，M2M资源分配需要支持小颗粒的资源分配，可能采用的方式包括：

●码分方案：即将一个资源块分给多个终端，终端之间进一步采用扩频码复用，采用码复用使多个M2M终端共享一个最小资源颗粒。这种情况下，只要将M2M终端采用的扩频码和终端ID绑定就可以。

●时分方案：即将几个M2M终端分为一组，共享一个资源块，在一个资源块内的不同符号协同传输。终端间采用“预定义分配”避免额外信令，但需要考虑如何进行信道估计。

●频分方案：即仍保持频率资源分配，只是将每个用户的频带宽度减小，如将每个信道的带宽缩小到数kHz。这种方案可以直观地实现小数据率M2M传输，将改变标准，无法保持后向兼容性。

5 3GPP对M2M优化技术的研究进展

3GPP并不研究所有的机器通信，只研究具有蜂窝通信模块、通过蜂窝网络进行数据传输的机器通信，称之为MTC(Machine Type Communication)。

在2009年9月份的RAN #45次会议上，3GPP决定在R10启动一个研究针对MTC应用的无线网优化的Study Item(SI)：“RAN Improvements for Machine-type Communications”，相应成果收集在TR 37.868中。此SI的主要研究工作在RAN2进行，项目首先对MTC典型应用、业务模型和优化对象等进行研究。经过研究，RAN2将无线网拥塞确定为首要工作重点，包括RAN网络拥塞(尤其是随机接入的拥塞问题和信令网络拥塞)。

在2010年9月的RAN #49次全会上，在SA的推动下，RAN全会决定成立一个关于MTC的新的WI，用来解决避免大量MTC设备接入导致的核心网过载问题。2011年3月份，RAN2完成了此WI并在RAN全会上通过。图4所示的是3GPP MTC R10标准化项目进程情况。