专利名称：无线通信网络上行链路的主动队列管理的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及无线通信网络，并且更具体地说，涉及这种网络中的主动队列管理(AQM)。
背景技术：
LTE是从3G WCDMA演进而来的、提供高峰值位率和高端到端QoS的新无线电接入网技术。然而，无线链路在许多情况下仍可能是端到端连接的瓶颈。在过载情形下，也就是在进入链路的数据速率大于输出速率的情形下，在存储器中暂时存储了过多数据。这个存储器经常称为发射缓冲区或队列。如果过载继续，则数据队列将累积并变大。这可引起许多问题，例如大的端到端延迟、不同流之间的不公平共享等。而且，因为缓冲区是有限的，因此队列可能最后超过物理限制，并且某些数据不得不被丢弃。处理这个问题的直截了当的方式是当缓冲区满时丢弃新进入的数据。这个方法实现起来直观而容易，然而性能在最终用户延迟方面远非最优。管理缓冲区队列的更高级方法称为主动队列管理(AQM)。在缓冲区满之前AQM丢弃分组。因此，假设IP分组在TCP/IP链路上发送，TCP发送器可感测分段丢失，并且结果，
降低了其发送速率-见“Stevens, ff. TCP/IP Illustrated, Volumel The Protocols.
Addison-ffesley, 1994”。以这种方式，队列大小和排队时间可保持在比较低的水平。此外，端到端链路的吞吐量不会显著降低。对于AQM已经做了相当大的工作。然而，大多数AQM算法设计用于有线网络，并不适合于移动通信网络，原因在于它们由变化的无线电条件引起的变化的带宽特性。另一方面，分组抛弃防止计数器(PDPC)算法是WCDMA的一个AQM算法一见“SSgfors,M. Ludwig, R. Meyer, M.Peisa, J. Buffer Management for Rate-Varying 3G WirelessLinks Supporting TCP Traffic. In Proceedings of Vehicular Technology Conference,2003”。3GPP在其规范中还规定了称为I3DCP抛弃的简单算法——见“3GPP TS 36.321.Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA) ；Medium Access Control(MAC)protocol specification,version 8. 2. 0. 2008年五月”。在“3GGP R2-080937, On the Needfor Active Queue Management for non-GBR Bearers,TSG-RAN WG2 Meeting #60bis,2008年2月”中，建议了另一个AQM算法用于3GGP。那个建议还未被接受。在3GPP版次8中对于UE所规定的HXP抛弃是基于分组已经在HXP队列中多长时间来抛弃分组的简单的基于延迟的算法。当延迟超过某预定义阈值时，将抛弃分组。这个算法能保持小的端到端延迟，但在某些情形下能导致相当大的吞吐量降级。在上面提到的TSG-RAN会议中建议的更精密的基于延迟的AQM算法实现了用于改进rocp抛弃的吞吐量的机制，例如防止连续分组丢弃，而没有引入大的端到端延迟。然而，如所述的，在LTE版次8的3GPP中未接受该建议。将有可能规定版次9 (或随后版次)中LTE的实现更好性能的基于UE的上行链路AQM机制，但将需要标准化工作，并且该机制将不可用于版次8的UE。
发明内容
本发明的基本概念是在基站中(例如在eNodeB中)代替在UE中实现上行链路主动队列管理(AQM)机制。对应的挑战是在上面提到的基于延迟的AQM算法中，队列中每个分组的延迟需要是已知的。UE缓冲区的延迟基本上仅在UE侧是已知的，并且没有向eNodeB报告它们的任何标准化方法。本文建议的示教允许eNodeB和其它基站获得UE缓冲区延迟的知识。在LTE上下文中，在eNodeB中实现LTE上行链路的AQM算法，这得到许多优点，包括网络对算法的配置具有完全控制；不需要标准化工作(该解决方案是专有的)；并且该、机制还工作用于版次8UE(与用于版次9或随后版次的所规定的UE解决方案形成对比)。总之，根据本文的为一个或多个实施例给出的示教，网络基站基于从UE接收的缓冲区状态报告和被服务数据的量来估计UE中发射缓冲区的排队延迟。基站中(例如eNodeB中)的AQM算法使用估计的延迟和从UE缓冲区状态报告获得的UE缓冲区大小来判定在基站中应该何时丢弃分组以控制UE缓冲区。结果，TCP控制将响应于分组丢弃而降低其发送速率，并且队列大小将保持为小。
图I是本文所考虑的主动队列管理方法的一个实施例的伪代码列表。图2是配置成提供用户设备(UE)的主动队列管理的基站的一个实施例的框图。图3是主动队列管理的延迟估计方法的一个实施例的伪代码列表。图4是无线通信网络、诸如LTE网络的一个实施例的框图，其中所包含的基站为一个或多个移动终端或其它用户设备提供主动队列管理。图5是配置有实现用户设备的主动队列管理的一个或多个处理器的基站、例如eNodeB的一个实施例的框图。图6是方法的一个实施例的逻辑流程图，其中基站提供用户设备的主动队列管理。图I是方法的另一个实施例的逻辑流程图，其中基站提供用户设备的主动队列管理。
具体实施例方式相比基于队列大小的方法(例如roPC)，主动队列管理(AQM)能保持较高的链路利用率和较低的端到端延迟。此外，AQM受带宽变化的影响较小。由此，在本发明中建议的新算法中，保留了基于延迟的原则。然而，有利的是，基站、例如LTE网络中的eNodeB为用户设备(UE)、诸如移动终端提供基于延迟的队列管理。为了在eNodeB或其它无线通信网络基站中应用该原则，eNodeB应该知道UE缓冲区中分组的排队延迟。然而，UE排队延迟在eNodeB中不直接已知，并且需要估计。下面公开了本发明的一个或多个实施例的所建议AQM算法和支持的延迟估计方法的一般描述。eNodeB中基于延迟的AQM在LTE中，从UE发射缓冲区状态报告(BSR)以通知eNodeB有关UE的缓冲区中的队列大小。BSR由3GPP规定的特殊事件触发-见3GPP TS 36.321。演进的通用地面无线电接入(E-UTRA);媒体访问控制(MAC)协议规范，版本8. 2. O，2008年5月。典型地，触发间隔大约数十毫秒。由此，BSR可看作具有小时间间隔的队列长度的监视器。假设，在eNodeB侧可基于BSR和被服务数据的量来估计分组延迟，则在eNodeB中可通过使用估计的分组延迟实现基于延迟的AQM算法。图I例证了 eNodeB中所建议的基于延迟的AQM的方法的一个实施例中的算法的伪代码。lowerDropThreshold、minAgeThreshold和minlnterDropTime是3个可配置参数。每当eNodeB接收到BSR单兀时，它首先将BSR报告的队列大小与lowerDropThreshold比较；如果BSR报告的大小小于lowerDropThreshold,则不允许丢弃。否则，随后提到的方法将估计延迟。如果估计的延迟大于minAgeThreshold，则将抛弃分组，除非当前时间与前一分组丢弃时间之间的时间间隔小于 minlnterDropTime。图2例证了本文所考虑的新AQM算法的一个实现。当RLC SDU被传递到eNodeB 中更高层时，在无线电链路控制(RLC)层抛弃分组。该实现还可在rocp层进行，在此情况下，抛弃的数据单元将是rocp SDU0在较低层抛弃数据单元是不可能的，因为eNodeB中的RLC协议将要求重传抛弃的分组。结果，TCP发送器不可能检测到分段丢失，并由此不会降低发送速率。还有可能使用其它信息而不是BSR来在eNodeB中估计UE缓冲区大小。例如，在3GPP中已经讨论了在MAC报头中引入携带辅助eNodeB调度器的信息的位(通常称为“快乐位”)。这些位例如可含有短缓冲区状态报告或有关UE中分组排队延迟的信息。如果在3GPP标准的随后版次中弓I入这种位，则有可能使用它们代替BSR或结合BSR来在eNodeB中估计UE缓冲区大小。应该注意，作为对AQM算法中丢弃分组的备选，还有可能通过在IP报头中设置所谓的ECN位(ECN=显式拥塞通知)来“标记”分组。如果设置了 ECN位，则作为结果，TCP还将降低速率。由此，在这个文档中描述的AQM的方法可适于丢弃或标记分组。估计排队延迟方法的一个实施例的详细描述在这个小部分，提供了 AQM方法的实施例以估计任意缓冲区的最前面数据即最早数据的排队延迟。假设可不连续地监视队列长度，即可以离散时间间隔知道队列长度。还假设，缓冲区在每个时间间隔期间服务的数据的量是可得到的(或者来自调度用于发射的数据的量或者来自在eNodeB中接收的数据量)。还有，监视时间间隔的长度是已知的，并假设为小。为简便起见，下文使用t来表示监视该队列时的时间，而在\的队列长度表示为QiO另外，与\之间的时间间隔表示为Ati,并且在时间间隔Ati期间被服务的数据表示为Li。最后，令Ri表示在该时间间隔期间到达队列的数据的量。新数据Ri不直接已知，但是可根据队列长度和输出位计算，即Ri = QJLi-Qi+其中Qi, Li, 是已知变量。在时间n，如果假设在监视间隔期间什么也没被服务，则队列中最早数据的排队延迟是
权利要求
1.一种在基站中管理向所述基站发射分组的用户设备中的发射队列的方法，所述方法包括 估计所述用户设备的发射缓冲区大小和发射缓冲区排队延迟中的至少一项；以及 基于估计的发射缓冲区大小和估计的发射缓冲区排队延迟中的至少一项有选择地丢弃或拥塞标记在所述基站从所述用户设备接收的分组。
2.如权利要求I所述的方法，其中所述分组是由所述用户设备在发射控制协议(TCP)/IP数据连接上发送的因特网协议(IP)分组，并且其中有选择地丢弃或拥塞标记在所述基站从所述用户设备接收的分组包括有选择地丢弃或拥塞标记所述IP分组，从而触发所述数据连接上的基于TCP的流控制。
3.如权利要求I所述的方法，其中有选择地丢弃或拥塞标记所述分组包括在无线电链路控制(RLC)层或在分组数据汇聚协议(rocp)层有选择地丢弃分组，从而避免触发所述用户设备对已丢弃分组的基于RCL或rocp的分组重传。
4.如权利要求I所述的方法，其中有选择地丢弃或拥塞标记在所述基站从所述用户设备接收的分组包括如果所述估计的发射缓冲区大小超过定义的缓冲区大小阈值，则有选择地丢弃或拥塞标记从所述用户设备接收的分组。
5.如权利要求I所述的方法，其中有选择地丢弃或拥塞标记在所述基站从所述用户设备接收的分组包括如果所述估计的发射缓冲区大小超过定义的缓冲区大小阈值，并且如果所述估计的发射缓冲区排队延迟超过定义的排队延迟阈值，则有选择地丢弃或拥塞标记从所述用户设备接收的分组。
6.如权利要求I所述的方法，还包括在所述基站基于从所述用户设备接收到缓冲区状态报告或缓冲区状态指示符来估计所述用户设备的所述发射缓冲区队列大小。
7.如权利要求6所述的方法，还包括在所述基站基于所述缓冲区状态报告或缓冲区状态指示符以及根据从所述用户设备向所述基站发射的或调度用于从所述用户设备向所述基站发射的上行链路数据的量计算的被服务数据的量来估计所述发射缓冲区排队延迟。
8.如权利要求I所述的方法，其中有选择地丢弃或拥塞标记在所述基站从所述用户设备接收的分组包括如果所述估计的发射缓冲区大小在定义的大小阈值以下，则不丢弃或拥塞标记分组。
9.如权利要求8所述的方法，其中如果所述估计的发射缓冲区大小在所述定义的大小阈值以上，则有选择地丢弃或拥塞标记在所述基站从所述用户设备接收的分组还包括检查所述估计的发射缓冲区排队延迟是否大于定义的延迟阈值，并且，如果是，则丢弃或拥塞标记当前接收的分组，除非距最后分组丢弃或标记事件的时间间隔小于定义的时间阈值。
10.如权利要求I所述的方法，还包括在所述基站通过如下方式来估计所述发射缓冲区排队延迟基于所述缓冲区状态报告或缓冲区状态指示符以及被服务数据或被调度数据的量计算尚未从所述用户设备的所述发射缓冲区服务的数据的量，以及在所述基站处保持的数据结构中存储和更新这个数据量与对应的延迟。
11.如权利要求10所述的方法，其中将所述估计的发射缓冲区排队延迟计算为所述数据结构中最早条目的延迟。
12.—种基站，包括配置成基于如下操作管理向所述基站发射分组的用户设备中的发射队列的一个或多个处理电路估计所述用户设备的发射缓冲区大小和发射缓冲区排队延迟中的至少一项；以及 基于估计的发射缓冲区大小和估计的发射缓冲区排队延迟中的至少一项有选择地丢弃或拥塞标记在所述基站从所述用户设备接收的分组。
13.如权利要求12所述的基站，其中所述分组是由所述用户设备在发射控制协议(TCP)/IP数据连接上发送的因特网协议(IP)分组，并且其中所述基站配置成通过有选择地丢弃或拥塞标记所述IP分组来有选择地丢弃或拥塞标记在所述基站从所述用户设备接收的分组，从而触发所述数据连接上的基于TCP的流控制。
14.如权利要求12所述的基站，其中所述基站配置成通过有选择地在无线电链路控制(RLC)层或在分组数据汇聚协议(rocp)层丢弃分组来有选择地丢弃或拥塞标记所述分组，从而避免触发所述用户设备对已丢弃分组的基于RCL或HXP的分组重传。
15.如权利要求12所述的基站，其中所述基站配置成通过如下方式来有选择地丢弃或拥塞标记在所述基站从所述用户设备接收的分组如果所述估计的发射缓冲区大小超过定义的缓冲区大小阈值，则有选择地丢弃或拥塞标记从所述用户设备接收的分组。
16.如权利要求12所述的基站，其中所述基站配置成通过如下方式来有选择地丢弃或拥塞标记在所述基站从所述用户设备接收的分组如果所述估计的发射缓冲区大小超过定义的缓冲区大小阈值并且如果所述估计的发射缓冲区排队延迟超过定义的排队延迟阈值，则有选择地丢弃或拥塞标记从所述用户设备接收的分组。
17.如权利要求12所述的基站，其中所述基站配置成基于从所述用户设备接收到缓冲区状态报告或缓冲区状态指示符来估计所述用户设备的所述发射缓冲区队列大小。
18.如权利要求17所述的基站，其中所述基站配置成基于所述缓冲区状态报告或缓冲区状态指示符以及根据从所述用户设备向所述基站发射的或调度用于从所述用户设备发射到所述基站的上行链路数据的量计算的被服务数据的量来估计所述发射缓冲区排队延迟。
19.如权利要求12所述的基站，其中所述基站配置成通过如下方式来有选择地丢弃或拥塞标记在所述基站从所述用户设备接收的分组如果所述估计的发射缓冲区大小在定义的大小阈值以下，则不丢弃或拥塞标记分组。
20.如权利要求19所述的基站，其中如果所述估计的发射缓冲区大小在所述定义的大小阈值以上，则所述基站配置成还通过如下方式来有选择地丢弃或拥塞标记在所述基站从所述用户设备接收的分组检查所述估计的发射缓冲区排队延迟是否大于定义的延迟阈值，并且如果是，则丢弃或拥塞标记当前接收的分组，除非距最后分组丢弃或标记事件的时间间隔小于定义的时间阈值。
21.如权利要求12所述的基站，其中所述基站配置成通过基于所述缓冲区状态报告或缓冲区状态指示符以及被服务数据或被调度数据的量计算尚未从所述用户设备的所述发射缓冲区服务的数据的量以及在所述基站处保持的数据结构中存储和更新这个数据量与对应的延迟来估计所述发射缓冲区排队延迟。
22.如权利要求21所述的基站，其中所述基站配置成将所述估计的发射缓冲区排队延迟计算为所述数据结构中最早条目的延迟。
全文摘要
根据本文给出的示教，基站实现来自用户设备(UE)、诸如移动终端的上行链路发射的主动队列管理(AQM)。基站(例如长期演进(LTE)网络中的eNodeB)例如使用缓冲区状态报告来估计UE的上行链路发射缓冲区中分组的分组延迟。在一个实施例中，上行链路的AQM的(基站)方法包括估计UE的发射缓冲区大小和发射缓冲区排队延迟中的至少一项，并有选择地丢弃或拥塞标记在基站从UE接收的分组。有选择地丢弃或标记是基于估计的发射缓冲区大小和/或估计的发射缓冲区排队延迟的。
文档编号H04W28/10GK102742320SQ200980158360
公开日2012年10月17日 申请日期2009年7月1日 优先权日2009年3月20日
发明者J·托斯纳, R·苏西塔伊瓦尔, Y·谭 申请人:瑞典爱立信有限公司