IT201700018570A1

IT201700018570A1 - Comunicazione machine-to-machine in una rete di comunicazione mobile

Info

Publication number: IT201700018570A1
Application number: IT102017000018570A
Authority: IT
Inventors: Gian Michele Dell'aera; Dario Sabella
Original assignee: Telecom Italia Spa
Priority date: 2017-02-20
Filing date: 2017-02-20
Publication date: 2018-08-20
Also published as: EP3583787B1; US20200021964A1; EP3583787A1; US11064332B2; WO2018149954A1

Description

“COMUNICAZIONE MACHINE-TO-MACHINE IN UNA RETE DI COMUNICAZIONE MOBILE”

Settore tecnico

La presente invenzione riguarda le reti di comunicazioni mobili. In particolare, la presente invenzione riguarda un metodo ed un sistema per supportare una comunicazione M2M (machine-to-machine) su una rete di comunicazioni mobili.

Stato della tecnica

Come è noto, la comunicazione “machine-to-machine” (M2M), o “Machine-Type Communication” (MTC), riguarda comunicazioni automatizzate di dati tra dispositivi per fornire servizi basati tipicamente su dati resi disponibili da tali dispositivi. Le comunicazioni M2M sono stabilite tipicamente all'interno di reti di sensori, quali sensori di temperatura, sensori di umidità, sensori di CO2, sensori di intensità luminosa, e così via. I servizi M2M comprendono servizi di misura (energia elettrica, gas, acqua), domotica, servizi di pagamento, servizi di sorveglianza, controllo degli accessi. La comunicazione tra dispositivi M2M può essere gestita attraverso tecnologie di rete diverse dato che i dispositivi possono essere connessi tra di loro attraverso reti cablate o reti wireless. Generalmente, un dispositivo M2M comunica con un server applicativo (“application server”) remoto attraverso Internet ed è dotato pertanto di accesso ad Internet. A questo scopo, i dispositivi M2M sono registrati su di una rete di comunicazioni mobili, quale ad esempio una rete LTE (Long Term Evolution), e possono connettersi alla rete di accesso radio della rete di comunicazioni mobili direttamente o attraverso gateway.

I dispositivi M2M tipicamente sono dotati di batterie. Inoltre, possono essere posizionati in posizioni remote, perciò ci si aspetta che funzionino per lunghi periodi di tempo senza la necessità di sostituire le batterie. Pertanto, i dispositivi M2M hanno generalmente vincoli stringenti per quanto riguarda il loro consumo energetico.

Nelle reti LTE, è possibile usare la cosiddetta “ ricezione discontinua” (“discontinuos reception” o DRX) per ridurre il consumo energetico di un dispositivo terminale LTE consentendo che esso spenga momentaneamente la circuiteria di ricezione, quando in stato inattivo, come descritto in ETSI TS 136 304 V13.1.0 (2016 16-04), "LET; Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); User Equipment (UE) procedures in idle mode", capitolo 7.

Come è noto, un dispositivo M2M registrato sulla rete LTE, in corrispondenza del livello di controllo di risorse radio (Radio Resource Control, RRC), può essere in uno di due stati, ovvero lo stato connesso e lo stato inattivo. Lo stato connesso è lo stato in cui il dispositivo trasmette e riceve dati. Quando il dispositivo M2M non ha nessuna attività di dati per un certo periodo, la rete LTE manda il dispositivo M2M nel suo stato inattivo, che ha un consumo energetico minore. Nello stato inattivo, il dispositivo è a riposo per la maggior parte del tempo e si attiva periodicamente (in corrispondenza delle cosiddette "occasioni di paging") per rilevare messaggi di paging trasmessi dalla rete LTE per verificare la presenza di eventuali pacchetti e/o eventuali notifiche di cambiamenti delle informazioni di sistema. Questo periodo è denominato “ciclo di paging”. S. C. Jha, A. T. Koc, M. Gupta e R. Vannithamby, "Power Saving mechanisms for M2M communication over LTE networks", Communications and Networking (BlackSeaCom), 2013 First International Black Sea Conference on, Batumi, 2013, pp. 102-106, descrive un meccanismo per risparmiare energia secondo cui è massimizzato il tempo in cui il dispositivo M2M si trova in uno stato di basso consumo energetico, estendendo il ciclo di paging e riducendo il tempo (“tail time”) di transizione dallo stato connesso allo stato inattivo del livello RRC.

D'altra parte, è noto che i costi correlati al consumo energetico di una rete di comunicazioni mobili, quale ad esempio una rete LTE, hanno un impatto economico enorme sulle entrate di un operatore di rete. Pertanto, gli operatori di rete stanno implementando tecniche di efficienza energetica per risparmiare energia all'interno delle loro reti, quale ad esempio il noto schema di accensione-spegnimento selettivo di cella (“selective on-off cell switching”). Questo schema consente l'accensione e lo spegnimento di una stazione radio base della rete di comunicazioni mobili a seconda del carico di traffico della cella; ad esempio, la stazione radio base può essere spenta quando il numero di UE all'interno della cella scende al di sotto di una soglia predefinita o durante le ore notturne. Una tecnica di efficienza energetica che comprende ridurre il numero di dispositivi di accesso attivi quando il traffico è ridotto è descritta, ad esempio, in L. Chiaraviglio et al., "Energy-aware UMTS access networks"; The 11th International Symposium on Wireless Personal Multimedia Communication (WPMC'08), 8-11 sett. 2008, Lapponia (Finlandia).

Riassunto dell'invenzione

Gli inventori hanno notato che le attuali reti di comunicazioni mobili non sono ottimizzate per quanto riguarda l’interoperabilità con comunicazioni M2M. Le comunicazioni M2M, infatti, hanno tipicamente caratteristiche di traffico diverse rispetto alle comunicazioni “human-to-human” (H2H) che sono tipicamente gestite in una rete di comunicazioni mobili. Mentre la comunicazione H2H è generalmente caratterizzata da una trasmissione frequente di dati sia in downlink sia in uplink durante le ore diurne, la comunicazione M2M tipicamente prevede trasmissioni di dati più rare principalmente in uplink e possibilmente durante la notte.

Alla luce di quanto sopra, l'implementazione di tecniche di efficienza energetica per risparmiare energia all'interno della rete di comunicazioni mobili devono tenere conto delle differenze menzionate. Di fatto, qualora venga applicato lo schema di accensione-spegnimento selettivo di cella come tecnica di efficienza energetica in una rete di comunicazioni mobili, una comunicazione M2M fornita sulla rete di comunicazioni mobili può essere svantaggiosamente danneggiata. Di fatto, il collegamento radio che connette il dispositivo M2M e la rete di comunicazioni mobili può essere temporaneamente non disponibile quando la cella è spenta (ad esempio per alcune ore di notte), pertanto si possono verificare perdite di dati e ritardi qualora la comunicazione M2M sia prevista quando una cella è spenta. Inoltre, dato che l’interoperabilità tra la rete di comunicazioni mobili e i dispositivi M2M non è ottimizzata, sono previsti sprechi di energia nei dispositivi M2M, in quanto questi tentano di connettersi alla rete di comunicazioni mobili anche quando la relativa cella è spenta.

Alla luce di quanto sopra, la Richiedente ha affrontato il problema di fornire un metodo per supportare la comunicazione M2M su una rete di comunicazioni mobili che consenta di evitare problemi per la comunicazione M2M su una rete di comunicazioni mobili quando vengono applicate tecniche di efficienza energetica nella rete di comunicazioni mobili. In particolare, la Richiedente ha affrontato il problema di fornire un metodo per supportare una comunicazione M2M per fornire un servizio M2M su una rete di comunicazioni mobili che consenta di ridurre al minimo il consumo energetico sia dei dispositivi M2M sia della rete di comunicazioni mobili, mantenendo al contempo attivo il servizio M2M.

Secondo un primo aspetto, la presente invenzione fornisce un metodo per supportare una comunicazione machine-to-machine su una rete di comunicazioni mobili, la comunicazione machine-to-machine coinvolgendo dispositivi machine-to-machine adatti ad essere connessi alla rete di comunicazioni mobili attraverso un gateway comprendente un modulo ricetrasmettitore configurato per connettersi alla rete di comunicazioni mobili su un collegamento radio, il metodo comprendendo

a) determinare se sul collegamento radio è presente una portante radio; b) in assenza della portante radio, spegnere il modulo ricetrasmettitore per un primo periodo di tempo; e

c) una volta trascorso il primo periodo di tempo, accendere il modulo ricetrasmettitore per un secondo periodo di tempo,

il metodo comprendendo inoltre, una volta trascorso il secondo periodo di tempo, ripetere le fasi da a) a c),

in cui il primo periodo di tempo e il secondo periodo di tempo sono determinati sulla base di un numero di parametri il cui valore dipende da almeno un insieme di valori fornito al gateway dalla rete di comunicazioni mobili.

Preferibilmente, il primo periodo di tempo è pari a T∗2N, in cui T è un primo parametro del numero di parametri, ed N è un indice intero avente un valore in un intervallo variabile da un valore iniziale, Ns, a un valore massimo, MNmax, in cui il valore iniziale, Ns, è un numero intero uguale a o maggiore di 0, e il valore massimo, Nmax, è un valore intero uguale a o maggiore di 1, e in cui il secondo periodo di tempo è un secondo parametro del numero di parametri il cui valore dipende da almeno un insieme di valori fornito al gateway dalla rete di comunicazioni mobili.

Preferibilmente, il metodo comprende inoltre incrementare di uno il valore dell'indice intero, N, ad ogni ripetizione delle fasi da a) a c) una volta trascorso il secondo periodo di tempo.

Preferibilmente, il metodo comprende inoltre, ad ogni ripetizione delle fasi da a) a c), una volta trascorso il secondo periodo di tempo, T2, aggiornare il primo periodo di tempo, T1, secondo la seguente equazione:

T1=min(T∗2<N>, T1max),

in cui T è il primo parametro, N è l'indice intero e T1max è un terzo parametro del numero di parametri il cui valore dipende da almeno un insieme di valori fornito al gateway dalla rete di comunicazioni mobili.

Preferibilmente, il metodo comprende inoltre determinare il valore massimo, Nmax, secondo la seguente equazione:

Nmax=ceiling(log2(T1max/T)),

in cui T1max è il terzo parametro e T è il primo parametro.

Preferibilmente, il metodo comprende inoltre selezionare il valore di ciascun parametro del numero di parametri come un valore massimo tra rispettivi valori corrispondenti dell'almeno un insieme di valori fornito al gateway dalla rete di comunicazioni mobili.

Secondo una forma di realizzazione della presente invenzione, l'almeno un insieme di valori del numero di parametri è fornito al gateway mediante segnalazione sul collegamento radio.

Preferibilmente, la rete di comunicazioni mobili è una rete LTE e l'almeno un insieme di valori del numero di parametri è fornito al gateway in un blocco di informazioni di sistema trasmesso dalla rete LTE.

Preferibilmente, il metodo comprende fornire al gateway un'indicazione di un tempo in cui è prevista l'assenza della portante radio sul collegamento radio.

Preferibilmente, il metodo comprende fornire al gateway un'indicazione di una durata di un intervallo di tempo in cui è prevista l'assenza della portante radio sul collegamento radio.

Preferibilmente il metodo comprende inoltre trasmettere l'indicazione in un messaggio di paging con un identificativo specifico e consegnato al gateway in corrispondenza di una occasione di paging.

Secondo un'altra forma di realizzazione della presente invenzione, il metodo comprende inoltre trasmettere l'almeno un insieme di valori del numero di parametri dalla rete di comunicazioni mobili ad un server attraverso una rete di comunicazione dati, e leggere, da parte del gateway, l'almeno un insieme di valori dal server.

Preferibilmente, la rete di comunicazione dati è una rete TCP/IP, trasmettere l'almeno un insieme di valori al server comprende trasmettere l'almeno un insieme di valori al server in messaggi http sulla rete TCP/IP, e leggere comprende avviare da parte del gateway una sessione di comunicazione con il server mediante messaggi HTTP attraverso la rete di comunicazioni mobili.

Secondo un secondo aspetto, la presente invenzione fornisce un gateway configurato per connettere ad una rete di comunicazioni mobili dispositivi machine-to-machine coinvolti in una comunicazione machine-to-machine, il gateway comprendendo un modulo ricetrasmettitore configurato per connettersi alla rete di comunicazioni mobili su di un collegamento radio, il gateway essendo configurato inoltre per:

il gateway essendo configurato inoltre per, una volta trascorso il secondo periodo di tempo, ripetere le fasi da a) a c), e per determinare il primo periodo di tempo ed il secondo periodo di tempo sulla base di un numero di parametri il cui valore dipende da almeno un insieme di valori fornito al gateway dalla rete di comunicazioni mobili.

Secondo un terzo aspetto, la presente invenzione fornisce un sistema che comprende una rete di comunicazioni mobili, un numero di dispositivi machine-to-machine ed un gateway configurato per connettere i dispositivi machine-to-machine alla rete di comunicazioni mobili, il gateway essendo come descritto sopra.

Breve descrizione dei disegni

La presente invenzione risulterà più chiara dalla seguente descrizione dettagliata, fornita a titolo esemplificativo e non limitativo, da leggere facendo riferimento ai disegni allegati, in cui:

- la Figura 1 mostra schematicamente un sistema che implementa il metodo secondo la presente invenzione; e

- la Figura 2 è un diagramma di flusso che illustra le fasi del metodo secondo la presente invenzione.

Descrizione dettagliata di forme di realizzazione preferite dell'invenzione

La Figura 1 mostra schematicamente un sistema che implementa il metodo secondo la presente invenzione.

Il sistema comprende una rete di comunicazioni mobili 1 ed una rete 2 di dispositivi “machine-to-machine” (M2M) 21 (rete M2M). La rete di comunicazioni mobili 1 preferibilmente comprende una rete di accesso radio comprendente almeno una stazione radio base 11, ed una rete “core” o rete di trasporto (non mostrata nei disegni). La rete di comunicazioni mobili 1 può essere una rete 3GPP “Long Term Evolution” (LTE) comprendente una rete di accesso radio “Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network” (E-UTRAN) con un eNodeB 11. Si assume che la stazione radio base 11 mostrata nella Figura 1 serva un numero di apparecchiature utente (User Equipment, UE) situate in una data cella, che non sono mostrate nei disegni. Inoltre, si assume che la stazione radio base 11 trasmetta un insieme di informazioni di sistema comprendente informazioni rilevanti per le UE della rete di comunicazioni mobili 1 quali ad esempio parametri relativi all'accesso di cella, parametri relativi alla riselezione di cella, ecc. In una rete LTE, queste informazioni sono trasportate nei cosiddetti “blocchi di informazioni di sistema” (System Information Block, SIB) e trasmesse dall'eNodeB sul canale logico BCCH (Broadcast Control Channel) mappato sul canale di trasporto DL-SCH (DownLink Shared Channel) che a sua volta è mappato sul canale fisico PDSCH (Physical Downlink Shared Channel). Inoltre, l'eNodeB 11 usa una procedura di paging per, ad esempio, informare un'apparecchiatura utente di un cambiamento di informazioni di sistema. Il paging è trasmesso sul canale logico PCCH (Paging Control Channel) mappato sul canale di trasporto PCH (Paging Channel) che a sua volta è mappato sul canale fisico PDSCH. La procedura di paging comprende inviare messaggi di paging all'apparecchiatura utente in corrispondenza delle cosiddette "occasioni di paging". Le occasioni di paging hanno una data periodicità, il ciclo di paging, che è specificata per l'apparecchiatura utente nelle informazioni di sistema. Le informazioni di sistema e le procedure di paging all'interno di una rete LTE sono descritte in 3GPP TS 36.331 versione 13.1.0 Release 13, "LTE; Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Radio Resource Control (RRC); Protocol specification", capitoli 5.2 e 5.3.2 e non saranno descritte in maggiore dettaglio qui di seguito.

I dispositivi M2M 21 possono essere sensori collocati in un dato ambiente all'aperto e/o al chiuso per fornire un servizio M2M quale ad esempio un servizio di misura o un servizio di controllo remoto. Essi possono essere connessi ad una stazione radio base 11 su collegamenti radio della rete di comunicazioni mobili 1 attraverso uno o più gateway 3 che possono essere dispositivi indipendenti rispetto ai dispositivi M2M 21. In alternativa, le funzionalità del gateway possono essere integrate nei dispositivi M2M 21. Nella rete M2M 2 esemplificativa della Figura 1, i dispositivi M2M 21 sono connessi alla rete di comunicazioni mobili 1 attraverso un gateway esterno 3. All'interno della rete M2M 2, i dispositivi M2M 21 possono essere connessi tra loro attraverso connessioni cablate o wireless secondo una qualsiasi tecnologia di rete wireless disponibile (ad esempio Wi-Fi, ZigBee, Bluetooth, LTE). Analogamente, ogni dispositivo M2M 21 può essere connesso al gateway 3 attraverso una connessione cablata o wireless secondo una qualsiasi tecnologia di rete wireless disponibile (ad esempio Wi-Fi, Zigbee, Bluetooth, LTE). A sua volta, il gateway 3 comprende preferibilmente un modulo ricetrasmettitore radio (ovvero, un modem) attraverso cui è preferibilmente connesso alla stazione radio base 11 su un dato collegamento radio, e pertanto è configurato per funzionare come una apparecchiatura utente nella rete di comunicazioni mobili 1. Ad esempio, il gateway 3 può essere un router LTE e può comprendere un modulo ricetrasmettitore che implementa un'interfaccia E-UTRA per la connessione all'eNodeB 11. Inoltre, il gateway 3 comprende preferibilmente un processore.

Come già menzionato in precedenza, va notato che la presenza del gateway 3 indipendente nella Figura 1 è puramente esemplificativa e non è limitativa, in quanto il metodo della presente invenzione può essere applicato anche ad un sistema in cui i dispositivi M2M sono connessi direttamente alla rete di comunicazioni mobili 1 e sono forniti di modulo ricetrasmettitore radio e capacità di elaborazione.

Il sistema quindi preferibilmente comprende uno o più server M2M 4 configurati per gestire il servizio M2M scambiando dati con i dispositivi M2M 21. I server M2M 4 sono preferibilmente server applicativi connessi alla rete di trasporto della rete di comunicazioni mobili 1 attraverso una rete di comunicazione dati 5, ad esempio una rete TCP/IP. In particolare, il server M2M 4 ospita un'applicazione M2M (in particolare un'applicazione web) relativa al servizio M2M.

Si assume che nella rete di comunicazioni mobili 1, il collegamento radio tra il gateway 3 e la rete di comunicazioni mobili 1 possa essere selettivamente inattivo (ossia una portante radio può essere selettivamente presente sul collegamento radio). In particolare, la rete di comunicazioni mobili 1 può essere fatta funzionare secondo una tecnica di efficienza energetica che adotta, ad esempio, uno schema di accensione-spegnimento di cella. Secondo questo schema, la stazione radio base 11 (o, in modo equivalente, la cella) è selettivamente accesa e spenta a seconda delle condizioni di carico di traffico della cella servita. Le tecniche di efficienza energetica che possono essere adottate non sono rilevanti per la presente descrizione e pertanto non saranno ulteriormente descritte nel seguito.

Secondo il metodo della presente invenzione, quando viene rilevata l'assenza di una portante radio sul collegamento radio tra il gateway 3 la stazione radio base 11, in quanto, ad esempio, la cella è spenta a scopo di risparmio energetico, viene avviato un algoritmo adattativo nel gateway 3, che riduce l'uso del collegamento radio per evitare sprechi di energia. L'uso del collegamento radio può essere ridotto progressivamente in modo da ottimizzare il risparmio energetico. D'altra parte, quando viene rilevata la presenza di una portante radio sul collegamento radio, in quanto, ad esempio, la cella viene accesa, l'uso del collegamento radio viene ristabilito, in modo tale che sia garantita un’adeguata connettività tra il gateway 3 la stazione radio base 11. In questo modo, il consumo energetico sia del gateway 3 sia della stazione radio base 11 è ridotto al minimo mantenendo attivo al contempo il servizio M2M. L'algoritmo adattativo è configurato nel gateway 3 tramite una procedura di configurazione del gateway che può essere eseguita secondo due forme di realizzazione diverse della presente invenzione, che saranno descritte in dettaglio nel seguito. La configurazione del gateway comprende preferibilmente fornire al processore del gateway 3 almeno un insieme di valori per configurare un numero di parametri per far funzionare il gateway 3 in modo da eseguire l'algoritmo. L’almeno un insieme di valori per configurare i parametri è fornito dalla rete di comunicazioni mobili 1 secondo forme di realizzazione diverse della presente invenzione. Nella descrizione seguente, il metodo di cui sopra sarà descritto in maggior dettaglio, facendo riferimento al diagramma di flusso di Figura 2. Il diagramma di flusso di Figura 2 illustra il funzionamento del gateway 3 durante l'implementazione dell'algoritmo sopra citato per ridurre l'uso del collegamento radio in modo da evitare sprechi di energia.

Secondo la presente invenzione, una configurazione di gateway è eseguita durante la fase 201,che sarà descritta in dettaglio qui di seguito. Durante la configurazione, un indice intero N è inizializzato ad un valore iniziale Ns. Il valore iniziale può essere pari a 0. Secondo la presente invenzione, il numero intero N può quindi assumere un valore all'interno dell'intervallo {0, 1, 2, …, Nmax}, in cui Nmax è un valore intero massimo che sarà specificato nel seguito.

Successivamente, durante il normale funzionamento del gateway 3, il gateway 3 preferibilmente tenta di connettersi alla stazione radio base 11. Tipicamente, il gateway 3 può tentare di connettersi alla stazione radio base 11 quando i dati sono raccolti dai dispositivi M2M e pronti per essere inviati al server M2M 4. Ogni volta che il gateway 3 tenta di connettersi alla stazione radio base 11, viene eseguita una verifica per determinare se è presente una portante radio sul collegamento radio (fase 202). Qualora non sia rilevata alcuna portante radio sul collegamento radio, il modulo ricetrasmettitore del gateway 3 viene preferibilmente spento (fase 203). Nella fase 204, il modulo ricetrasmettitore del gateway 3 è mantenuto preferibilmente spento per un primo periodo di tempo pari a T1 (che sarà indicato nella descrizione seguente come "periodo di riposo T1"), in cui:

T1=T∗2<N>[1] in cui T è un primo parametro dell'algoritmo adattativo che assume un valore predeterminato, ad esempio 60 sec.

Una volta trascorso il periodo di riposo T1, il modulo ricetrasmettitore del gateway 3 viene preferibilmente acceso (fase 205). Quindi, per un secondo periodo di tempo pari a T2 (che sarà indicato nella descrizione seguente come "periodo di attivazione T2"), il gateway 3 preferibilmente tenta di connettersi di nuovo alla stazione radio base 11 (fase 206). Il periodo di attivazione T2 è preferibilmente un secondo parametro dell'algoritmo adattativo che assume un valore predeterminato, ad esempio 180 sec.

Al contempo, nella fase 207, il processore del gateway 3 preferibilmente incrementa l'indice intero N di uno ed aggiorna il periodo di riposo T1. L'aggiornamento del periodo di riposo T1 è eseguito preferibilmente secondo la seguente equazione:

T1=min(T∗2<N>, T1max) [2] in cui T1max è un periodo di riposo massimo. Il periodo di riposo massimo T1max è un terzo parametro dell'algoritmo adattativo che assume un valore predeterminato, pari, ad esempio, a 3 ore. Inoltre, il periodo di riposo massimo T1max può essere espresso in funzione del primo parametro dell'algoritmo adattativo T e del valore massimo che l’indice N può assumere, Nmax, secondo la seguente equazione:

T1max=T∗2<Nmax>. [3] Pertanto, secondo l'equazione [3], il valore massimo Nmax dell'indice intero N è preferibilmente determinato dal processore del gateway 3 sulla base dei valori del periodo di riposo massimo T1max e del primo parametro T, come:

Nmax = ceiling (log(T1max/T)), [4] in cui ceiling(x)=�x� indica il numero intero più piccolo maggiore del o pari all'argomento.

Quando il gateway 3 tenta di riconnettersi alla stazione radio base 11, viene preferibilmente ripetuta la verifica nella fase 202. Se non viene rilevata alcuna portante radio sul collegamento radio, il modulo ricetrasmettitore del gateway 3 viene preferibilmente spento di nuovo (fase 203). Quindi, vengono preferibilmente ripetute le fasi 204-207. In effetti, le fasi 202-207 sono ripetute ciclicamente finché nella fase 202 viene rilevata una portante radio sul collegamento radio (in quanto, ad esempio, la cella viene accesa).

Quando, nella fase 202, viene rilevata una portante radio sul collegamento radio, il gateway 3 può stabilire una connessione con la stazione radio base 11 per connettersi alla rete di comunicazioni mobili 1 (fase non mostrata nel diagramma di flusso di Figura 2). In questo caso, l'indice intero N viene preferibilmente decrementato secondo la seguente regola:

N=max(N-K,Ns)

in cui K è un numero intero maggiore di 1, che rappresenta la velocità a cui il gateway 3 torna al punto iniziale del metodo secondo la presente invenzione. Ad esempio, K può essere pari a 3. Anche qualora il collegamento radio sia attivo, la verifica della fase 202 viene ripetuta periodicamente e, se ad ogni ripetizione la portante radio continua a essere rilevata sul collegamento radio, l'indice intero N viene decrementato di K finché non è raggiunto il valore iniziale Ns. Qualora nella fase 202 non sia rilevata alcuna portante radio sul collegamento radio, le fasi 203-207 sono eseguite nuovamente e possibilmente ripetute ciclicamente come già descritto in precedenza.

Ad ogni ciclo di ripetizione delle fasi 202-207, mentre il periodo di attivazione T2 è mantenuto fisso al suo valore predeterminato, il periodo di riposo T1 è più lungo che nel ciclo precedente, fino ad un valore di soglia T1max, per via dell'operazione di aggiornamento eseguita nella fase 207, in quanto l'indice N viene incrementato di uno ad ogni ciclo. Pertanto, ad ogni ciclo di ripetizione dell'algoritmo descritto, il gateway 3 mantiene spento il suo modulo ricetrasmettitore progressivamente per un periodo di tempo più lungo e pertanto riduce progressivamente l'uso del collegamento radio, ottenendo come risultato una riduzione dello spreco di energia.

In alternativa, secondo una variante del metodo sopra descritto, il periodo di riposo T1 può essere mantenuto fisso a un valore predeterminato. Questo significa che, secondo questa variante, il periodo di riposo T1 non è aggiornato ad ogni ciclo di ripetizione (e pertanto la fase 207 non è eseguita), ma assume lo stesso valore su tutti i cicli di ripetizione delle fasi sopradescritte. Gli inventori hanno notato che, in questo caso, un valore ridotto del periodo di riposo T1 consente l'implementazione di un sistema M2M più reattivo, ma può aumentare il consumo energetico. D'altra parte, un valore maggiore del periodo di riposo T1 consente un risparmio energetico maggiore ma riduce la reattività del sistema. Il periodo di riposo T1 può avere un valore fisso variabile tra, ad esempio, decine di secondi e alcuni minuti. Il periodo di attivazione T2 determina la durata del tempo in cui il modulo ricetrasmettitore è acceso, in assenza di una portante radio sul collegamento radio verso la stazione radio base 11. Come citato precedentemente, esso può assumere il valore predeterminato di 180 sec. Gli inventori hanno notato che il valore del periodo di attivazione T2 può dipendere da due aspetti: il primo aspetto è la capacità del gateway 3 di verificare la presenza/assenza di una portante radio sul collegamento radio, ed il secondo aspetto è la probabilità di collisione o guasto quando il gateway 3 si connette alla rete di comunicazioni mobili 1. Di fatto, un valore elevato del periodo di attivazione T2 riduce la capacità di risparmio energetico ma, in ogni caso, il periodo di attivazione T2 deve essere sufficientemente lungo da garantire che la presenza/assenza della portante radio sia rilevata correttamente. Qualora sia selezionato un valore troppo piccolo per il periodo di attivazione T2, l'interfaccia radio del gateway 3 può spegnersi prima della corretta conclusione della procedura relativa al tentativo di connessione e la verifica nella fase 202 potrebbe non essere eseguita correttamente. Alla luce di quanto sopra, gli inventori hanno identificato il valore di 180 sec sulla base di prove che hanno svolto in relazione ai tempi di completamento delle procedure sopra menzionate (ad esempio il tentativo di connessione alla stazione radio base 11).

Secondo una forma di realizzazione della presente invenzione, la configurazione del gateway della fase 201 comprende configurare nel gateway 3 i parametri sopra menzionati, ovvero il primo parametro di tempo T, il secondo parametro di tempo T2 e il terzo parametro di tempo T1max. Configurare i parametri comprende configurare un valore per ciascuno di questi parametri per eseguire le fasi dell'algoritmo sopra descritto e illustrato in Figura 2.

Secondo forme di realizzazione della presente invenzione, configurare i parametri dell'algoritmo adattativo comprende selezionare i valori dei parametri da usare sulla base di almeno un insieme di valori predeterminati, che sono determinati dall'operatore di rete e comunicati al gateway 3 attraverso la rete di comunicazioni mobili 1. In particolare, secondo una forma di realizzazione, è possibile fornire al gateway 3 un insieme di valori predeterminati per configurare i parametri, e in questo caso i parametri nel gateway 3 sono configurati con quei valori ricevuti. Inoltre, è possibile fornire al gateway 3 due insiemi di valori predeterminati per configurare i parametri, ed in questo caso, preferibilmente, ogni parametro è configurato con un valore corrispondente al valore massimo tra i rispettivi valori corrispondenti dei diversi insiemi per il parametro considerato. A titolo di esempio, si assume che il gateway 3 sia fornito di un primo insieme di valori predeterminati per i parametri e di un secondo insieme di valori predeterminati. I primi valori possono essere valori "specifici per l'utente", ossia specifici per il gateway 3 considerato. Questi saranno indicati come: T_ue, T1_ue, T1max_ue. I secondi valori possono essere "specifici per la cella", ossia possono essere usati da tutti i gateway 3 situati in una stessa cella della rete di comunicazioni mobili 1 (ossia serviti dalla stessa stazione radio base 11), e saranno indicati come: T_ce, T1_ce, T1max_ce. Secondo questa forma di realizzazione della presente invenzione, in questo caso esemplificativo, i parametri T, T1 e T1max sono configurati come segue:

T=max(T_ue, T_ce);

T1=max(T1_ue, T1_ce); T1max=max(T1max_ue, T1max_ce).

L'almeno un insieme di valori predeterminati per configurare i parametri dell'algoritmo adattativo è comunicato preferibilmente al gateway 3 dalla rete di comunicazioni mobili 1 secondo due forme di realizzazione diverse della presente invenzione.

Secondo una prima forma di realizzazione della presente invenzione, l'almeno un insieme di valori usati per configurare i parametri come descritto precedentemente (ovvero, ad esempio, i valori "specifici per l'utente" e i valori "specifici per la cella" sopra descritti) è fornito al gateway 3 mediante segnalazione, la segnalazione avendo luogo sul collegamento radio tra il gateway 3 e la stazione radio base 11. In particolare, secondo questa prima forma di realizzazione, i valori usati per configurare i parametri sono forniti al gateway 3 dalla stazione radio base 11 nelle informazioni di sistema che la rete di comunicazioni mobili 1 trasmette per le apparecchiature utente registrate sulla rete di comunicazioni mobili 1. Inoltre, la stazione radio base 11 preferibilmente segnala anche al gateway 3 quando il collegamento radio diventerà inattivo, indicando così quando è prevista l'assenza di una portante radio sul collegamento radio tra il gateway 3 e la stazione radio base 11, perchè, ad esempio, la cella si spegnerà. In questo caso, questa segnalazione è eseguita preferibilmente trasmettendo un'indicazione di un tempo in cui è previsto uno spegnimento di cella (ossia, lo spegnimento di cella successivo rispetto al momento in cui la segnalazione viene trasmessa). Opzionalmente, la stazione radio base 11 può segnalare al gateway 3 un'indicazione di una durata dell'intervallo di tempo durante il quale il collegamento radio è inattivo, a causa, ad esempio, dello spegnimento di cella. Questa indicazione può essere fornita al gateway 3 sotto forma di un valore di indice, diverso da 0, che può essere usato dal processore del gateway 3 come valore dell'indice intero N usato per calcolare il periodo di riposo T1, secondo la variante citata in precedenza che prevede un periodo di riposo T1 di durata fissa. In questo caso, il modulo ricetrasmettitore del gateway 3 è spento per un periodo di riposo T1 che sostanzialmente corrisponde alla durata dello spegnimento di cella.

Per semplicità, nella descrizione seguente relativa a questa prima forma di realizzazione della presente invenzione, sarà fatto riferimento alla rete LTE esemplificativa sopra citata, e verrà usata la terminologia correlata. Inoltre, a titolo di esempio non limitativo, si farà riferimento allo spegnimento di cella come causa dell'assenza della portante radio sul collegamento radio tra il gateway 3 e la stazione radio base 11. Nella rete LTE esemplificativa, i valori usati per configurare i parametri dell'algoritmo adattativo sono preferibilmente trasmessi in uno specifico SIB, che è trasmesso dall'eNodeB 11 all'interno della relativa cella con una data periodicità. In particolare, i valori usati per configurare i parametri sono preferibilmente trasportati in un SIB dedicato, che sarà indicato dalla seguente descrizione come "SIB M2M". Più in particolare, secondo la prima forma di realizzazione della presente invenzione, i valori usati per configurare i parametri sono segnalati dall'eNodeB 11 al gateway 3 trasmettendoli nel SIB M2M con una pianificazione predeterminata all'interno delle sotto-trame delle trame radio e con un dato periodo di ripetizione. Il periodo di ripetizione del SIB M2M nelle trame radio può essere pari ad alcune centinaia di millisecondi. In questo modo, i valori usati per configurare i parametri possono essere periodicamente adattati alle condizioni della rete, condizioni che comprendono una quantità di traffico machine-to-machine ed un numero di dispositivi connessi alla rete.

Inoltre, l'eNodeB 11 può segnalare il tempo in cui è previsto il successivo spegnimento di cella trasmettendo l'indicazione in merito a questo tempo di spegnimento di cella in un messaggio di paging con un identificatore specifico, che può essere indicato come "identificatore temporale di spegnimento di rete radio" (Off Radio Network Temporal Identifier, OFF-RNTI). Il messaggio di paging è consegnato al gateway 3 in corrispondenza di un'occasione di paging. Il periodo di ripetizione delle occasioni di paging è il ciclo di paging, che può corrispondere a {32, 64, 128, 256} trame radio, in cui la durata di una trama radio è pari a 10 ms.

Secondo la prima forma di realizzazione della presente invenzione, il periodo di ripetizione del SIB M2M nelle trame radio è preferibilmente più breve del ciclo di paging.

Inoltre, l'indicazione di una durata dello spegnimento di cella, in termini di un valore fisso per l'indice N, può essere segnalata in una specifica informazione di controllo downlink o in un SIB, trasmesso nella stessa sottotrama dell’occasione di paging relativa. Ad esempio, l'indicazione di una durata dello spegnimento di cella può essere segnalata nel SIB M2M già citato precedentemente.

Secondo la prima forma di realizzazione della presente invenzione, il gateway 3 può leggere i valori per il primo, il secondo ed il terzo parametro T, T1max e T2 nei SIB M2M trasmessi dall'eNodeB 11, e preferibilmente configura i parametri usando questi valori per eseguire l'algoritmo di Figura 2. In particolare, se viene trasmesso un insieme di valori, il gateway 3 preferibilmente configura i parametri con i valori dell'insieme trasmesso. Se vengono trasmessi due insieme di valori (ad esempio valori "specifici per l'utente" e valori "specifici per la cella"), il gateway 3 preferibilmente configura ogni parametro con il valore massimo tra i rispettivi valori corrispondenti degli insiemi trasmessi.

Inoltre, quando il gateway 3, in corrispondenza di una data occasione di paging, identifica l'OFF-RNTI, il gateway 3 preferibilmente determina che la cella è in prossimità di uno spegnimento. In particolare, il gateway 3, una volta identificato un OFF-RNTI in un messaggio di paging, determina che la cella verrà spenta prima della successiva occasione di paging e pertanto può spegnere il suo modulo ricetrasmettitore, anche senza verificare se vi è una portante radio sul collegamento radio, e iniziare ad applicare le fasi sopra descritte.

Per quanto riguarda il periodo di riposo T1, secondo la descrizione di cui sopra, esso può essere aumentato progressivamente durante i cicli di ripetizione dell'algoritmo sopra descritto o può avere un valore fisso. In quest'ultimo caso, l'operatore di rete può fornire, in una specifica informazione di controllo downlink o nel SIB M2M, il valore dell'indice N che può essere usato dal processore di gateway per calcolare il periodo di riposo T1 e che corrisponde ad una durata prevista dello spegnimento di cella. In particolare, questo valore dell'indice N può essere segnalato nel successivo SIB M2M dopo l'identificazione dell'OFF-RNTI. Va notato che questo valore è puramente indicativo della durata di spegnimento di cella prevista, che tuttavia può non essere effettivamente implementato dalla rete di comunicazioni mobili 1. In questo caso, il gateway 3, alla ricezione del valore fisso dell'indice N, può, sulla base della durata di spegnimento di cella prevista e sulla base del carico di traffico che esso deve gestire, determinare di spegnere il modulo ricetrasmettitore o iniziare una procedura di riselezione di cella.

Secondo una seconda forma di realizzazione della presente invenzione, i valori usati per configurare i parametri dell'algoritmo adattativo della figura 2 sono trasmessi dalla rete di comunicazioni mobili 1 al server M2M 4 attraverso la rete di comunicazione dati 5 che è, ad esempio, una rete TCP/IP. Ad esempio, i valori dei parametri possono essere trasmessi in messaggi HTTP sulla rete TCP/IP 5. I valori dei parametri possono essere memorizzati in un deposito dati o database (non mostrato nei disegni) ospitato dal server M2M o connesso ad esso. Ad esempio, i valori dei parametri possono essere memorizzati in un file di testo del file system del server M2M 4.

I valori dei parametri memorizzati nel server M2M possono essere letti dal gateway 3 in una modalità asincrona. Secondo questa seconda forma di realizzazione della presente invenzione, il gateway 3 può avviare una sessione di comunicazione (ad esempio attraverso messaggi HTTP) con il server M2M 4, attraverso la rete di comunicazioni mobili 1, per leggere i valori dei parametri. In alternativa, l'applicazione M2M che risiede sul server M2M 4 può avviare una sessione di comunicazione (ad esempio attraverso messaggi HTTP) con il gateway 3 ed innescare l'operazione di lettura dei valori dei parametri da parte del gateway 3. Questa seconda opzione può essere considerata quando è necessario innescare il gateway 3 perché, ad esempio, l'operatore di rete ha cambiato le politiche di spegnimento di cella e devono essere comunicati nuovi valori dei parametri al gateway 3 evitando ritardi.

Secondo la seconda forma di realizzazione della presente invenzione, dopo che il gateway 3 ha letto i valori per il primo, il secondo e il terzo parametro T, T1max e T2 dal server M2M, esso preferibilmente configura i parametri usando questi valori per eseguire l'algoritmo di Figura 2. In particolare, se un insieme di valori è memorizzato nel server M2M, il gateway 3 preferibilmente configura i parametri con i valori dell'insieme memorizzato. Se sono memorizzati due insieme di valori nel server M2M (ad esempio valori "specifici per l'utente" e valori "specifici per la cella"), il gateway 3 preferibilmente configura ogni parametro con il valore massimo tra i rispettivi valori corrispondenti degli insiemi memorizzati.

Il metodo secondo la presente invenzione consente vantaggiosamente di evitare problemi per la comunicazione M2M sulla rete di comunicazioni mobili quando sono applicate tecniche di efficienza energetica. In particolare, il metodo consente di ridurre al minimo il consumo energetico sia dei dispositivi M2M sia della rete di comunicazioni mobili, mantenendo attivo al contempo il servizio M2M: di fatto, esso consente l'implementazione di uno schema di accensione-spegnimento di cella che riduce al minimo il consumo di energia della stazione radio base, ed al contempo fornisce un algoritmo adattativo che consente di ridurre al minimo il consumo energetico del dispositivo M2M, in presenza di un tale schema di accensione-spegnimento di cella. La configurazione dei parametri per l'algoritmo può essere eseguita vantaggiosamente secondo due forme di realizzazione diverse: la configurazione viene eseguita mediante una configurazione radio appropriata del dispositivo M2M direttamente dalla stazione base, o mediante una segnalazione TCP/IP appropriata attraverso il server applicativo remoto M2M. La prima modalità di configurazione è vantaggiosamente efficiente in quanto consente di adattare i parametri alle condizioni di rete. Questa configurazione è inoltre estremamente affidabile e consente di ridurre al minimo la latenza, grazie al fatto che comprende una comunicazione diretta attraverso un'interfaccia radio. La seconda modalità di configurazione vantaggiosamente non richiede alcuna modifica nella segnalazione sul collegamento radio tra il dispositivo M2M e la stazione base.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Un metodo per supportare una comunicazione machine-to-machine su una rete di comunicazioni mobili (1), detta comunicazione machine-tomachine coinvolgendo dispositivi machine-to-machine (21) adatti ad essere connessi alla rete di comunicazioni mobili (1) attraverso un gateway (3) che comprende un modulo ricetrasmettitore configurato per connettersi a detta rete di comunicazioni mobili (1) su di un collegamento radio, detto metodo comprendendo: a) determinare se su detto collegamento radio è presente una portante radio; b) in assenza di detta portante radio, spegnere detto modulo ricetrasmettitore per un primo periodo di tempo; e c) una volta trascorso detto primo periodo di tempo, accendere detto modulo ricetrasmettitore per un secondo periodo di tempo, detto metodo comprendendo inoltre, una volta trascorso detto secondo periodo di tempo, ripetere dette fasi da a) a c), in cui detto primo periodo di tempo e detto secondo periodo di tempo sono determinati sulla base di un numero di parametri il cui valore dipende da almeno un insieme di valori fornito al gateway (3) dalla rete di comunicazioni mobili (1).
2. Il metodo secondo la rivendicazione 1, in cui detto primo periodo di tempo è pari a T∗2<N>, in cui T è un primo parametro di detto numero di parametri, ed N è un indice intero avente un valore in un intervallo variabile tra un valore iniziale, Ns, e un valore massimo, Nmax, in cui detto valore iniziale, Ns, è un numero intero pari a o maggiore di 0, e detto valore massimo, Nmax, è un valore intero pari a o maggiore di 1, ed in cui detto secondo periodo di tempo è un secondo parametro di detto numero di parametri il cui valore dipende da almeno un insieme di valori fornito al gateway (3) dalla rete di comunicazioni mobili (1).
3. Il metodo secondo la rivendicazione 2, detto metodo comprendendo inoltre incrementare di uno il valore di detto indice intero, N, in ciascuna di dette ripetizioni di fasi da a) a c) una volta trascorso detto secondo periodo di tempo.
4. Il metodo secondo la rivendicazione 3, detto metodo comprendendo inoltre, in ciascuna di dette ripetizioni di fasi da a) a c), una volta trascorso detto secondo periodo di tempo, T2, aggiornare detto primo periodo di tempo, T1, secondo la seguente equazione: T1=min(T∗2<N>, T1max), in cui T è detto primo parametro, N è detto indice intero e T1max è un terzo parametro di detto numero di parametri il cui valore dipende da almeno un insieme di valori fornito al gateway (3) dalla rete di comunicazioni mobili (1).
5. Il metodo secondo la rivendicazione 4, detto metodo comprendendo inoltre determinare detto valore massimo, Nmax, secondo la seguente equazione: Nmax=ceiling(log2(T1max/T)), in cui T1max è detto terzo parametro e T è detto primo parametro.
6. Il metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, detto metodo comprendendo inoltre selezionare detto valore di ciascun parametro di detto numero di parametri come un valore massimo tra rispettivi valori corrispondenti di detto almeno un insieme di valori fornito al gateway (3) dalla rete di comunicazioni mobili (1).
7. Il metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto almeno un insieme di valori di detto numero di parametri è fornito al gateway (3) mediante segnalazione su detto collegamento radio.
8. Il metodo secondo la rivendicazione 7, in cui detta rete di comunicazioni mobili (1) è una rete LTE e detto almeno un insieme di valori di detto numero di parametri è fornito al gateway (3) in un blocco di informazioni di sistema trasmesso da detta rete LTE (1).
9. Il metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, detto metodo comprendendo inoltre fornire a detto gateway (3) un'indicazione di un tempo in cui è prevista detta assenza di detta portante radio su detto collegamento radio.
10. Il metodo secondo la rivendicazione 9, detto metodo comprendendo inoltre fornire a detto gateway (3) un'indicazione di una durata di un intervallo di tempo durante il quale è prevista detta assenza di detta portante radio su detto collegamento radio.
11. Il metodo secondo le rivendicazioni 8 e 9, detto metodo comprendendo inoltre trasmettere detta indicazione in un messaggio di paging con un identificativo specifico e consegnato a detto gateway (3) in corrispondenza di un'occasione di paging.
12. Il metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 6, detto metodo comprendendo inoltre trasmettere detto almeno un insieme di valori di detto numero di parametri da detta rete di comunicazioni mobili (1) ad un server (4) attraverso una rete di comunicazione dati (5), e leggere, da parte di detto gateway (3), detto almeno un insieme di valori da detto server (4).
13. Il metodo secondo la rivendicazione 12, in cui detta rete di comunicazione dati (5) è una rete TCP/IP, detto trasmettere detto almeno un insieme di valori a detto server (4) comprende trasmettere detto almeno un insieme di valori a detto server (4) in messaggi HTTP su detta rete TCP/IP (5), e detto leggere comprende avviare da parte di detto gateway (3) una sessione di comunicazione con detto server (4) mediante messaggi HTTP attraverso detta rete di comunicazioni mobili (1).
14. Un gateway (3) configurato per connettere ad una rete di comunicazioni mobili (1) dispositivi machine-to-machine (21) coinvolti in una comunicazione machine-to-machine, detto gateway (3) comprendendo un modulo ricetrasmettitore configurato per connettersi a detta rete di comunicazioni mobili (1) su di un collegamento radio, detto gateway (3) essendo inoltre configurato per: a) determinare se su detto collegamento radio è presente una portante radio; b) in assenza di detta portante radio, spegnere detto modulo ricetrasmettitore per un primo periodo di tempo; e c) una volta trascorso detto primo periodo di tempo, accendere detto modulo ricetrasmettitore per un secondo periodo di tempo, detto gateway (3) essendo inoltre configurato per, una volta trascorso detto secondo periodo di tempo, ripetere dette fasi da a) a c), e determinare detto primo periodo di tempo e detto secondo periodo di tempo sulla base di un numero di parametri il cui valore dipende da almeno un insieme di valori fornito al gateway (3) dalla rete di comunicazioni mobili (1).
15. Un sistema comprendente una rete di comunicazioni mobili (1), un numero di dispositivi machine-to-machine (21) ed un gateway (3) configurato per connettere detti dispositivi machine-to-machine (21) a detta rete di comunicazioni mobili (1), il gateway (3) essendo secondo la rivendicazione 14.