CN103314564A - 基于机器对机器应用的拥塞控制的***和方法 - Google Patents

Abstract

提供一种在机器对机器环境下事件上报的方法和装置。当检测到事件时，判断是否等待或不经等待上报事件。如果等待后上报事件，上报需延迟一段时间。如果在延迟期到期前收到事件通知，由于其它元件已上报事件，可取消所述事件的上报。如果在延迟期到期前未收到事件通知，判断是否再次等待或不经等待上报事件。直到事件已上报或已从其它元件收到事件对应的事件通知，此过程结束。

Description

基于机器对机器应用的拥塞控制的***和方法

本发明要求2010年10月27日递交的发明名称为“基于机器对机器应用的拥塞控制方案”的第61/407,301号美国临时申请案以及2011年8月18日递交的发明名称为“基于机器对机器应用的拥塞控制***和方法”的第13/212,862号美国非临时申请案的在先申请优先权，上述在先申请的内容以引入的方式并入本文本中。

技术领域

本发明一般涉及通信***和方法，且在特定的实施例中，涉及基于机器对机器应用的拥塞控制方案。

背景技术

机器对机器(M2M)服务指的是允许设备间通过接入网通信，或无需人机交互的设备与服务器间通信的技术。例如，M2M通过设备(如传感器、仪表等)捕捉事件(包括温度、库存水平等)，通过网络(有线、无线、或混合)把事件转送到应用(软件程序)，该应用把捕捉到的事件转换为有意义信息(比如，需要补充库存的项目)。这种通信先前是通过远程机器网络转送信息到一个中心枢纽进行分析，分析后的信息被重路由到一个类似个人计算机的***。

现代M2M通信已打破一对一连接的局限，变为一个能将数据发送到个人装置的网络***。全球无线网络的发展使M2M通信容易得多，也减少了机器间信息通信所需的功率和时间。

然而，一旦支持M2M设备，网络的设备数量将呈几何级数增长。虽然大多数M2M设备可能只是偶尔上报少量数据，但是，当大量M2M设备，如智能电表(SM)，同时上报某事件或对某事件作出反应时，例如，大量SM同时上报断电，大量传感器同时上报地震，以及类似情况发生时，大量的M2M设备可能引发“流量突发”场景。无论具体的触发的事件，这种场景可能导致大量M2M设备同时或近乎同时访问***，以上报某事件，从而可能造成网络性能劣化。

发明内容

本公开的实施例提供一种***和方法，用于实现基于机器到机器应用的拥塞控制方案。

在一个实施例中，提供了一种方法，该方法包含检测事件，判断事件上报是否进入队列，以及如果确定事件进入队列，等待一个时间段。该时间段到期后，重新进行所述判断。

在另一个实施例中，提供了一种方法，该方法包含检测事件和确定随机数。所述随机数用于确定延迟的时间段。延迟过后判断是否已收到事件通知，如果未收到，发送事件对应的事件报告。

在又一个实施例中，提供了一种***。该***包含事件检测器，用于检测事件的发生；耦结到事件检测器的随机数生成器，所述随机数生成器提供随机数。比较器耦结到随机数生成器，以使所述比较器判断提供的随机数是否高于门限。事件报告发送器耦结到比较器，以使所述事件报告发送器发送事件对应的事件报告。延迟单元耦结到比较器，用于在一个时间段内延迟对事件的进一步处理。通知接收器耦结到延迟单元，以从其他***接收事件对应的事件通知。

附图说明

为了更完整地理解本发明及其优点，现在参考以下结合附图进行的描述，其中：

图1所示是一种利用了本发明各方面的网络模型。

图2为第一实施例步骤的流程图。

图3为第一实施例步骤的流程图。

图4为一种根据本发明实施例的***的框图。

图5是一个用于执行本发明实施例的示例的框图。

具体实施方式

下文详细论述所述实施例的制作和使用。但应了解，本发明提供的许多适用发明概念可以实施在多种具体环境中。所论述的具体实施例仅仅说明用以制作和使用本发明的具体方式，而不限制本发明的范围。一方面，本发明提供了一种新的基于应用层的拥塞控制方案。实施例通过错开M2M设备的信息发送避免或减少多余非关键信息的传输。此外，一旦确定队列中某信息多余，M2M设备能丢弃该信息。

在一个实施例中，***提供了一种基于应用层的拥塞控制方案。所述实施例通过错开M2M设备生成的信息主动避免多余非关键信息的传输。此外，一旦确定队列中某信息不相关，例如，当检测到其他M2M设备已经发送过该信息，M2M设备可丢弃此信息。

图1所示是利用了本发明各方面的网络100的一个简化示例。移动台(MS)102和基站(BS)104通信，其中所述MS102代表通过无线传输协议通信的M2M设备。图中只示出了一个MS102和一个BS104，可以理解的是，大量设备可以同时通信。然后，BS104与边缘网关或路由器106通信，比如通过GRE(通用路由封装协议)隧道。所述边缘网关/路由器106耦结到核心网108。能够通过该网络把信息传送到企业后台办公110或任意预期的通信目的地。

如上所述，当大量M2M设备，如智能电表(SM)，同时上报某事件或对某事件作出反应时，大量的设备可能引发“流量突发”场景。为了应对此类拥塞(例如，去除不必要流量，仅允许紧急类呼叫通过)，一些无线技术通过指定接入等级(AC)在空口实现某种接入优先级排序。为每个设备指定一个或多个AC，且网络通过接入等级禁止列表限制接入尝试。如果设备的接入等级包含在接入等级禁止列表中，此设备可能不尝试连接到网络。当检测到拥塞或预知流量突发可能被触发，网络能适当更新接入等级禁止列表，以缓解拥塞。

使用此AC办法的一个缺点是：网络可能没有及时感知到网络拥塞或对网络拥塞作出反应，因而不能及时更新接入等级禁止列表。这意味着大量M2M设备将继续尝试接入网络，促使过载发生。诸如本发明讨论的实施例通过错开M2M设备(如SM，MS，或其他)的信息发送，可减少或避免此类问题的发生，从而减少多余非关键信息的传输。此外，如果确定队列中某信息多余，M2M设备可丢弃该信息。

应当注意的是，图1示出的无线网络***仅用于说明性目的。在其他实施例中，M2M设备通过有线通信***通信。而且，网络可能同包含无线M2M设备和有线M2M设备。

图2所示为根据一个实施例的事件上报控制过程。所述过程一般通过错开M2M设备对所述事件上报的发送避免多余非关键信息的传输。此外，对于M2M设备尚未上报的事件报告，如果确定事件报告不相关，比如可能情况是网络中的其他设备已上报过该事件，M2M设备可能丢弃该事件报告。

首先，参考步骤202，检测事件。该事件可以是，例如停电、恶劣天气、地震、硬件故障、软件故障、或任意其他事件，其中该事件发生是其他网络设备需要知晓的。应当注意的是，这些例子仅用于说明目的，而非限制权利说明书。

当步骤202中检测到事件，处理前进至步骤204，在该步骤判断事件为共享事件还是本地事件。共享事件可以是由两个或多个远程M2M设备上报的事件。例如，停电、恶劣天气、或地震可能影响范围大，且因此可能影响大范围的多个M2M设备。其他事件可以是本地的，该事件影响某个特定的M2M设备，或某区域内相对少数M2M设备。例如，一个本地事件可包括有故障的电池备份，低磁盘存储，和/或可能影响单个M2M设备的类似事件。在另一个示例中，本地事件可以是房屋着火，该事件由房屋内或附近的两个或多个M2M设备上报。

由于本地事件通常仅由该特定的M2M设备上报，因此可能不会造成不必要的网络负担，当步骤204中确定事件为本地事件，处理前进至步骤206，在该步骤发送(通过有线，无线，或混合)本地事件对应的事件报告。应当注意的是，所述事件可为***级事件，区域特定，设备类型设定，应用特定，其组合等。

另一方面，如果确定事件为共享事件(例如，多个M2M设备可检测到的事件)，处理前进至步骤208-216，其中，可减少或避免每个相关M2M设备复制共享事件的上报。首先，在步骤208和210中，判断是否延迟事件的上报(概率为1-p)或不经延迟上报事件(概率为p)。在如图2所示一个实施例中，所述判断包含把随机数与门限对比。例如，步骤208示出生成一个如0到1间的随机数。随机数的确定可由任何合适的技术决定，如基于***时钟，热学特征，噪音水平，运动等。应理解的是，随机数包含伪随机数。

在步骤210，把随机数与门限或概率对比。在本实施例中，如果随机数比门限小，处理则前进至步骤206，在该步骤不经任何进一步回退延迟发送事件对应的事件报告。否则，处理前进至步骤212，在该步骤进行回退延迟。在本示例性实施例中，随机数生成均匀分布在区间[0，1]的数字。由于理论上或实际上，随机数取0到1间任意值的概率相等，门限代表的概率是随机数低于或高于门限。例如，0.5的门限代表上报事件和推迟事件上报的概率均等。同理，0.3的门限代表不经任何进一步回退延迟上报事件的概率为30％，推迟此特定M2M设备上报事件的概率为70％。

所述门限或概率对所有事件而言可以相等，或事件特定，或事件类型或种类特定。所述门限或概率也还可以基于共享事件的设备数量。例如，由许多设备共享的事件设置的门限可低于仅由少数设备共享的事件的门限值。所述门限或概率也还可以基于事件的重要程度。例如，如果认为事件为重要事件，门限值则可设高，从而增加事件更快上报的可能性，尽管这可能导致网络流量增加。相反地，非重要事件可设置更低的门限，因而增加延迟事件报告的概率。进一步地，概率可基于事件或事件类型分别控制，且可基于M2M设备分别控制。进一步地，所述门限或概率可基于发送结果调整，例如，发送已延迟的次数。在一个实施例中，可能需要通过网络接口更新或控制概率，因而允许从远端设备设置概率，如位于中心的***管理员。

在步骤212，***等待一段回退延迟期。与所述概率类似，回退延迟可以是一段全局/默认回退延迟期，或基于事件或事件类型分别设定。回退延迟也可基于发送结果调整，例如，发送已延迟的次数。通常，回退延迟期推迟事件的上报，等待后看其他设备，如其他M2M设备，是否上报事件。相应地，M2M设备继续监控通信，以监听待上报事件对应的事件通知。回退延迟值可为预设值，随机生成，由网络命令确定，或其他。因此，与非重要的共享或本地事件相比，可为重要的共享事件，如检测到邻居的汽车/防盗告警并通知E-911的外部安全告警，指定更短的回退延迟。

在步骤214，判断是否已从其他设备，如其他M2M设备，基站，服务器，M2M服务器等，收到事件对应的事件通知。可通过任何合适的协议，包括单播，多播，或广播消息，由所述其他设备发送该事件通知。如果确定已收到事件对应的事件通知，则无需上报该事件，且丢弃队列中对应的事件报告，如步骤216所示。

在另一个实施例中，可能只发送网络命令而非事件通知，或同时发送网络命令和事件通知，以使M2M设备取消事件上报。所述网络命令可用于，例如，把门限或概率设置为0，即通知M2M设备不发送事件报告。也可采用其他网络命令，如用于直接取消所述上报的消息。在一个实施例中，把概率设置为0的命令可包含在事件通知消息中，其中，从其他设备，如其他M2M设备，基站，M2M服务器等，收到所述事件通知消息；且可通过任何合适的协议，包括单播，多播，或广播消息，发送所述命令。

事件报告和/或事件通知可为具体的消息或广播消息。某些如WiMAX的无线***支持基于应用层的广播/多播。在此类***中，所述事件报告/通知消息，以及概率命令，回退延迟命令，和/或其他，可通过单播，多播，和/或广播消息传递到M2M设备。

否则，如果确定在回退延迟期到期前未收到事件对应的事件通知，处理则前进至步骤208。

应注意的是，上面提供的方法仅仅是用于说明性目的的一个实施例示例，以说明相关概念，其他实施例可利用不同的过程。例如，在另一个实施例中，判断事件为共享事件还是本地事件的步骤204可以与步骤208及210合并。正如上面所讨论的，每个事件或每类事件可以有自己的概率或门限。可把本地事件的概率或门限指定为1，从而指示将不经延迟上报本地事件。例如，本地高优先级事件可以是房屋着火，***不应等邻居发现并通知当局。此时，如果房屋着火事件的概率指定为1，该事件则不经回退延迟立即上报。

图3所示为根据另一个实施例的事件上报控制过程。所述过程始于步骤302，在该步骤检测事件。当检测到事件，处理前进至步骤303，在该步骤判断事件是否为共享事件。正如上面所讨论的，共享事件可以是由两个或多个远程M2M设备上报的事件。本地事件可以是影响某个特定的M2M设备或某区域内相对少数M2M设备的事件。由于本地事件仅由该特定的M2M设备或相对少数M2M设备上报，因此可能不会造成不必要的网络负担，当步骤303中确定事件为本地事件，处理前进至步骤312，在该步骤发送(通过有线，无线，或混合)本地事件对应的事件报告。

另一方面，如果确定事件为共享事件(例如，多个M2M设备可检测到的事件)，处理前进至步骤304，生成随机数。与上面讨论的实施例相反，参照图2使用均匀分布的随机数生成器，本实施例可能需要使用非均匀分布的随机数生成器。例如，在一个实施例中，随机数根据累积分布函数(CDF)生成，该函数可基于已设置的参数，如先前实施例使用的门限值，配置或获得。在这种方式下，接近0的概率远大于远离0。然而，本实施例的随机数生成器可以使用均匀分布或其他分布。

在步骤306，***等待一段回退延迟。在本实施例中，回退延迟基于步骤304生成的随机数决定。例如，步骤304生成的随机数可以代表***将等待的时间预设单位的数值，或根据随机数计算的时间单位的数值。所述预设的时间单位可以是如微秒，秒，帧，其倍数等。例如，在一个实施例中，CDF可能通过先前实施例使用的门限值p获得，结果为：F(t)＝1-(1-p)^t+1，其中t为事件报告进入队列的延迟间隔。本实施例可先使用随机数生成器生成随机数x，其中，随机数生成器生成均匀分布在区间[0，1]的数字。然后，随机数x可用于计算

回退延迟到期后，处理前进至步骤204，在该步骤判断是否已收到事件对应的事件通知。如果已收到事件对应的事件通知，则如步骤310所示，丢弃相应的事件报告。否则，如步骤312所示，发送所述事件报告。

图4为结合本发明实施例的装置400的简化框图。参考此图，事件检测器402连接到随机数生成器404，随机数生成器404然后连接到比较器406，比较器406连接到队列/延迟单元408。通知接收器401连接到队列/延迟单元408和随机数生成器404，以如上述方式工作。事件指示发送器412连接到事件检测器402和比较器406。

该***可用于执行与图2和图3描述的相关方法。不过，应注意的是，部件之间的连接可根据具体的实施例变化。例如，如图4的虚线所示，可以不使用比较器406，且随机数生成器404可连接到队列/延迟单元408。这适用于如前结合图3所讨论的实施例，其中，回退延迟基于随机数。正如上面所讨论的，在本实施例中，无需把随机数与门限值或概率对比。

图5所示为可用于实施如上面所讨论的本发明的各方法的处理***。在此情况下，主要处理在处理器502中执行，所述处理器可为微处理器、数字信号处理器或任何其他合适的处理设备。程序代码(例如，实施上述方法的代码)以及数据可储存在存储器504或任何其他非临时性存储介质中。所述存储器504可为诸如DRAM等本地存储器或大容量存储器，例如，硬盘驱动器、光盘驱动器或其他存储器(其可为本地或远程)。虽然使用单个块来说明存储器504的功能，但应了解，可使用一个或多个硬件块来实施该功能。

在一项实施例中，处理器502可用于实施图4所示的各块。例如，所述处理器502可在不同情况下用作特定的功能单元，以实施执行实施例的技术所涉及的子任务。或者，可使用不同硬件块(例如，与处理器相同或不同)来执行不同功能。在其他实施例中，某些子任务由处理器来执行，而其他子任务则使用单独的电路来执行。

图5还示出了I/O端口506，其可用于提供来自或去向处理器502的数据。对无线(如移动)设备而言，所述I/O端口56可耦结到天线。对有线设备而言，所述I/O端口56可连接到网络接口。

图5还示出了传感器508。该块用于说明检测到的事件的来源。该块可为任何类型的传感器或其他检测器，其支持自动运行，手动运行，或二者兼有。

如上面所讨论的实施例可减少网络流量，尤其当可引发高流量突发率的具体事件发生时，例如停电。这可通过提供主动拥塞处理等达到，其中，主动拥塞处理基于在一些设备延迟事件上报。

如本文所公开的实施例适用于很多不同的传输技术。例如，实施例可用在IEEE802.11，紫蜂，或类似无线/有线***。众所周知，IEEE802.11是在2.4，3.6和5GHz频带进行无线局域网(WLAN)计算机通信的一组标准。紫蜂是针对一套高级通信协议的规范，该协议基于小型低功率的数字无线电设备以及IEEE802.15.4-2003标准，其中，该标准用于低速无线个人区域网络(LR-WPAN)，如灯的无线光开关，带家庭显示器的电器仪表，以及通过短程无线电通信的消费类电子产品。这些***可能不直接提供AC拥塞控制机制，但是，如本文所公开的实施例可提供拥塞控制。然而，应当注意的是，本文所公开的实施例可与某种传输技术的AC拥塞控制机制结合使用。

也应了解，参数(如随机数，门限，回退延迟)选择的灵活性允许人为调整网络，以适应具体的应用，事件，和/或网络。进一步地，参数选择的灵活性支持对告警/紧急流量的优先级排序。参数可由***或设备指定或更改。

执行本发明的实施例可通过调节主机流量来减少网络流量。即使无拥塞(或网络检测)，该算法可在空口减少多余流量的传输。实施例对拥塞反应更为敏感/及时，因为其不必等待网络检测拥塞及发送更新的接入禁止列表。

虽然已参考说明性实施例描述了本发明，但此描述并不意图限制本发明。基于参考该描述，所属领域的技术人员可轻易了解说明性实施例的各种修改和组合，以及本发明的其他实施例。因此，希望所附权利要求书涵盖任何此类修改或实施例。

Claims (20)

1.一种方法，其包括：

检测事件，

判断事件上报是否进入队列，

当确定事件上报进入队列，等待一个时间段，以及

重新进行所述判断。

2.根据权利要求1的方法，还包括：在确定事件上报不进入队列时，上报所述事件。

3.根据权利要求1的方法，还包括接收到事件已报告的通知。

4.根据权利要求3的方法，还包括：在所述接收到事件已报告的通知后，取消事件上报。

5.根据权利要求1的方法，还包括：在所述重新进行所述判断后，重复所述等待。

6.根据权利要求1的方法，其中，所述判断事件上报是否进入队列包括产生随机数，以及判断随机数是否指示事件上报进入队列。

7.根据权利要求1的方法，其中，所述判断事件上报是否进入队列至少部分基于事件类型。

8.根据权利要求1的方法，其中，所述判断事件上报是否进入队列包括：

判断事件是否为本地事件，以及

当确定事件为本地事件时，不经排队上报事件。

9.根据权利要求1的方法，还包括随机生成所述时间段。

10.根据权利要求1的方法，还包括根据事件上报已延迟的次数确定所述时间段。

11.一种方法，其包括：

检测事件，

确定随机数，

等待一个时间段，所述时间段至少部分基于随机数，

在所述等待后，判断是否已收到事件通知，以及

当确定未收到事件通知，发送事件对应的事件报告。

12.根据权利要求11的方法，还包括判断事件是否为本地事件，如果是，不经等待上报所述事件。

13.根据权利要求11的方法，还包括判断事件是否为本地事件，如果是，不经确定随机数上报所述事件。

14.根据权利要求11的方法，其中，所述随机数至少部分基于累积分布函数(CDF)。

15.根据权利要求11的方法，其中，所述随机数不均匀分布。

16.根据权利要求11的方法，其中，所述随机数代表代表延迟的时间单位的数值。

17.根据权利要求16所述的方法，其中所述时间单位为帧。

18.一种***，包括：

事件检测器，用于检测事件的发生，

连接到事件检测器的随机数生成器，所述随机数生成器提供随机数，

耦结到随机数生成器的比较器，其中，所述比较器判断随机数生成器是否高于门限，

耦结到比较器的事件报告发送器，所述事件报告发送器发送所述事件的事件报告，

耦结到比较器的延迟单元，用于在一个时间段内延迟对事件的进一步处理，以及

耦结到延迟单元的通知接收器，用于从其它***接收事件对应的事件通知。

19.收器通知随机数生成器未从其他***收到事件对应的事件通知时，所述随机数生成器提供另一个随机数。

20.根据权利要求18所述的***，其中，比较器基于事件种类选择门限。

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