[发明专利]一种下行数据传输方法、装置及系统

说明书

技术领域

本发明涉及通信技术，尤其涉及一种下行数据传输方法、装置及系统。

背景技术

机器到机器（Machine to Machine，M2M）通信是未来智能化发展的一种趋势。在第三代移动通信系统以及其长期演进系统中需要支持机器型通信（Machine Type Communications，MTC）功能。在许多MTC应用场景中，MTC设备只向网络侧发送小数据量数据。如果采用传统的数据发送方式，即用户面传输方式，在建立用户面承载的信令过程中将会产生较大的信令开销，系统效率较低。目前在标准讨论中已有一种采用控制面传输用户数据的方式传输小数据量数据，可以减少建立和维护用户面连接所需的信令，降低信令开销，提高系统效率。但是该方式对于通用移动通信系统（Universal Mobile Telecommunications System，UMTS）系统来说，每次无线资源控制（Radio Resource Control，RRC）连接建立后都要进行安全模式控制过程进行安全激活，之后才能使用控制面传输小数据。

具体的，当前UMTS系统是根据人与人通信的需求进行设计的，设计了完整的信令流程用于保证人与人通信过程中数据传输的安全性以及控制的灵活性。用户设备开机后，需要经过RRC连接建立过程、鉴权和安全模式控制过程、无线承载建立过程建立用户面承载后，才能通过用户面向网络发送用户数据。

M2M通信是指机器和机器之间的通信，无需人的参与。该类型通信的一个重要的特征是海量的用户，也就是MTC终端的数目将会远远大于H2H（Human to Human，人与人）的终端，通常是H2H终端的几十倍。在很多M2M应用场景中，如：智能计量器件（如：智能电表、智能水表等）的数据上报、无线POS机发送消费信息，通常情况下只传输很少量的数据（几十bit到几百bit），通常小于1千比特，所以称为小数据。如果采用当前的信令交互和资源请求方式传输小数据将会具有大的信令开销。由于M2M终端数量庞大，大的信令开销不但会造成数据传输效率的降低，还可能造成信令拥塞而影响H2H通信的性能。因此需要对具有小数据量传输特点的M2M应用信令控制流程及资源分配过程进行优化，降低小数据传输的资源消耗以及对H2H通信的影响。目前的M2M通信技术研究中，已经将小数据传输特性作为一个重要的技术进行研究。

对于UMTS系统的下行小数据传输，目前已有一种采用控制面传输小数据的方案，即不建立用户面承载，在安全模式控制过程激活安全后核心网（CN）使用非接入层（Non-Access Stratum，NAS）消息携带小数据进行传输。

如图1所示，UTRAN利用控制面携带小数据实现下行传输的方法包括：

步骤S101、MTC-Server（MTC服务器）下发小数据给CN，CN下发对用户设备（User Equipment，UE）的寻呼，无线网络控制器（Radio Network Controller，RNC）收到后下发寻呼；

步骤S102、UE收到寻呼后，发起RRC连接建立，UE在RRC连接建立完成消息中携带UE的安全能力（包括支持的一系列加密算法UMTS加密算法（UMTS Encryption Algorithm，UEAs）和一系列完保算法UMTS完整性保护算法（UMTS Integrity Algorithm，UIAs）和当前通用用户识别卡（Universal Subscriber Identity Module，USIM）中存储的CS（电路域）/PS（分组域）两个域对应的START（开始）值（用于加密和完整性保护时计算COUNT-C（加密计数器值）和COUNT-I（完整性保护计数器值））；

步骤S103、UE向RNC发送初始直传消息，包含NAS业务请求消息，携带了UE标识、密钥标识（KSI）和CN域标识；

UE开机后第一次连接建立时CN会发起鉴权过程，生成加密密钥CK和完整性保护密钥（IK），以及标识这两个密钥的KSI，分别由UE和CN存储。之后的鉴权过程是可选的，如果UE发送的初始直传消息没有携带KSI，则CN会发起鉴权过程。

步骤S104、CN向RNC发送无线接入网络应用部分（Radio Access Network Application Part，RANAP）安全模式命令消息，消息参数包括一系列被允许的UEAs，UIAs和CK，IK；

步骤S105、RNC将CN发来的按推荐程度排序的UEAs和UIAs和UE发来的它支持的那些算法作比较，选出推荐程度最高的并且被UE支持的UEA和UIA。RNC然后产生一个随机数FRESH（用于完整性保护）；