一种5G系统中的接入方法技术方案

本发明专利技术涉及一种5G系统中的接入方法，其在用户侧，采用软SIM卡共享ID，用户设备可动态的修改SIM卡的ID号，所有共享ID的用户设备将具有同一ID，然后基于非正交多址的免授权传输方案接入网络；在网络侧，通过免授权的正交接入方式，降低用户接入网的控制面信令负担，同时在核心网侧为所有相同ID的用户设备分配同一数据承载；当海量设备同时接入时，能有效的降低接入网与核心网控制面的信令负载负担，提升网络设备中的资源利用效率，保证用户正常接入进行数据传输。

【技术实现步骤摘要】
一种5G系统中的接入方法
本专利技术涉及移动通信
，更具体地，涉及一种5G系统中的接入方法。
技术介绍
随着无线通信从传统的实时语音业务转变为数据业务，无线通信系统接入的终端的数目以及传输速率均以几何级数增长。为了满足无线通信爆炸式的需求，下一代5G通信网络相比于当前的4G，需要支持更加广泛的业务类型和提供更好的覆盖和高质量的服务，如更大的传输速率和更低的端到端时延。面对各种类型业务的不同需求，下一代的5G网络将所有的业务类型主要划分为三类应用场景：第一种是面向大流量大带宽的演进性的移动宽带eMBB（evolvedmobilebroadband）；第二种称为极低时延uRLLC（ultrareliablelowlatencycommunication），主要面向自动驾驶以及工厂流水线控制等业务；第三种是面向物联网拥有海量传感器的业务，称为mMTC(massivemachinetypecommunications)。为了能同时支持上述不同业务的需求，5G将采用基于NFV/SDN（networkfunctionvirtualization，Softwaredefinednetwork）等技术的切片网络。所谓切片网络，即是逻辑上相对独立的逻辑子网络。各子网络，也称为切片基于NFV/SDN技术运行在同一硬件平台，但各切片相互独立。根据传感器的需求，各切片有独立的生命周期、QoS保障机制、安全以及SLA（Servicelevelagreement服务等级协议）等等。现有的LTE系统主要分为无线接入网（Radioaccessnetwork）与核心网（CoreNetwork）。对于未来的无线网络向5G演进的过程中，这种架构也依然不变，只是会有相应的功能发生迁移；如为了满足极低时延的需求，核心网的部分功能模块会下移到接入网中。对于mMTC业务，未来的5G系统需要满足每平方米100000的接入数量，主要是面向IoT（InternetofThings）的传感器。海量连接业务的特点是：（1）连接数量多；（2）每次传输均是小数据业务；（3）业务以上行为主，只有少量的下行业务；（4）传感器一般处于静止状态或者速度较低的移动状态；（5）受限于成本和体积，传感器一般处于低功耗状态，只适合算法复杂度低的应用。如上所述，现有的通信系统面对海量连接业务，主要瓶颈来自于控制面。对于传感器业务，其数据面的容量需求相对较低，如普通的传感器需求在Kbps量级，即使是面对每平方公里百万级的连接数，当前系统或是未来的5G均可以满足。由于大量的传感器同时连接，控制面的信令增长将给系统造成巨大的负担。在接入网侧（RAN），对于每个传感器的每次业务传输，控制面均需要进行建立上/下行同步、RRC连接、注册、鉴权、授权等一系列过程。在核心网（CoreNetwork）侧，需要为每个传感器的传输完成鉴权、分配IP、以及建立承载等过程，而且对每个传感器的承载，核心网均需要为其保留连接状态信息，即使是在其处于休眠的未进行业务传输的状态下。由于核心网的覆盖面积较大，如整个华南地区可能就只有一个核心网，这将给系统造成巨大的信令负担，这种小数据传输业务的海量连接不仅损失系统性能，而且降低系统资源利用率。面对mMTC业务，对现有系统的接入网与核心网均需要做出相应的改进，主要是降低系统控制面的信令需求，提高系统资源利用率。针对海量连接的传感器，XuLi等人在文献《EngineeringMachine-to-MachineTrafficin5G》中提出基于虚拟网关的方案，其技术特点是：基于业务或是时间、空间上的关联性，对于大量的传感器业务的小数据包采用一个虚拟的GW（VirtualGateWay）节点进行聚合，这样可以部分降低核心网的信令，提升设备的利用率。其缺点是不考虑接入网侧的控制面信令负载，无法降低控制面的接入负担，如在大量连接的情况下，传感器在进行随机接入时存在碰撞和RAN侧的控制面出现拥塞的风险，并且其解决方法是基于优化理论的，算法相对复杂，不适合低功耗的传感器业务。针对大量连接的传感器，基于LTE系统基础上，现有技术提出了IMSI共享的方案，通过多个传感器共享IMSI，核心网将会对所有享有同一IMSI的传感器分配同一个承载，所有的传感器通过所建立的同一承载上传数据。对于核心网，不同的传感器被视为位置不断变化的终端，但在核心网侧只维护终端的业务状态信息，同时在核心网侧，需要在数据最终的服务器MTC-Server与核心网间添加一个MTC-IWF的网元，对传感器的ID做最终的翻译。此方案的优点是可以大量的降低核心网侧的系统连接状态信息量，提升核心网侧的系统效率。但由于该方案主要是解决LTE核心网在面对海量连接传感器时的信令负担，对于接入网，则不予考虑；此外，其共享IMSI的传感器相对固定，不适用于业务变化较大的场景；并且其需要在核心网中添加一个额外的网元；最后，由于其思路是基于兼容当前的LTE网络，而针对未来5G网络中的应用则考虑相对较少，其方案相对受限。
技术实现思路
本专利技术的方案基于下一代的5G网络架构，考虑到软SIM（SoftSIM）的使用将成为趋势，该方案采用基于软SIM卡的传感器以便做ID共享与修改，同时考虑接入网侧采用基于免授权的接入（grant-freetransmission）方式以降低接入网侧的控制面信令负担。免授权的接入方式在5G中被提出，主要用于简化传统4GLTE中基于随机接入过程的数据传输方式，降低大量传感器接入时的控制信令数目，但由于大量的传感器同时接入时未考虑资源分配，会导致海量传感器在进行随机接入时可能发生碰撞。为了解决大量的传感器在同时进行免授权接入时的碰撞问题，本专利技术提出基于非正交多址（nonorthogonalmultipleaccess）的方案，能提高海量接入终端的接入成功概率；在核心网侧，通过机器学习的方案，将具有相似业务的传感器先进行分类，归为同一类业务的传感器采用同一SIM卡，即同一ID，从而降低核心网的信令负担。本专利技术方案的优点是能降低接入网与核心网的信令面负载，并且考虑了传感器业务的动态性；此外，方案的复杂度低，适合传感器业务的需求。为实现以上专利技术目的，采用的技术方案是：一种5G系统中的接入方法，在接入网侧，采用软SIM卡共享ID，传感器可动态的修改SIM卡的ID号，所有共享ID的传感器将具有同一ID，然后基于非正交多址的免授权传输方案进行接入；在网络侧，将为所有相同ID的传感器分配同一数据承载。优选地，所述传感器修改SIM卡的ID号的具体过程如下：S1.传感器根据当前的业务判定是否需要修改SIM卡的ID号，如当前业务未发生变更，或网络未通知其修改ID，则无需修改其SIM卡的ID号，若变更，则需要修改，此时执行步骤S2；S2.传感器根据当前的业务，以及历史的业务情况，采用凸优化或机器学习或聚类的方法，对传感器当前的业务进行分类，然后依据分类的结果将业务归为同一类的传感器分配同一SIM卡的ID号。附图说明图1为5G网络架构示意图。图2为软SIM共享ID接入的示意图。图3为ID分配与修改的示意图。图4为传感器分类的流程示意图。图5为基于全连接的神经网络的Q-learning算法的示意图。图6为集中式的ID分配与修改的示本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种5G系统中的接入方法，其特征在于：用户侧，采用软SIM卡共享ID，用户设备可动态的修改SIM卡的ID号，所有共享ID的用户设备将具有同一ID，然后基于非正交多址的免授权传输方案接入网络；在网络侧，通过免授权的正交接入方式，降低用户接入网的控制面信令负担，同时在核心网侧为所有相同ID的用户设备分配同一数据承载。

【技术特征摘要】
1.一种5G系统中的接入方法，其特征在于：用户侧，采用软SIM卡共享ID，用户设备可动态的修改SIM卡的ID号，所有共享ID的用户设备将具有同一ID，然后基于非正交多址的免授权传输方案接入网络；在网络侧，通过免授权的正交接入方式，降低用户接入网的控制面信令负担，同时在核心网侧为所有相同ID的用户设备分配同一数据承载。2.根据权利要求1所述的5G系统中的接入方法，其特征在于：所述用户设备修...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄妙娜，
申请(专利权)人：东莞理工学院，
类型：发明
国别省市：广东,44