专利名称：无线接入网内的拥塞控制的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于电信系统的无线接入网内的拥塞控制的机制。更具体地说，本发明涉及用于UMTS无线接入网的Iub或Iub/Iur接口的拥塞控制机制。
背景技术：
第三代合作项目组，称为3GPP，正在对称为通用移动电信系统(UMTS)或3G的WCDMA协议组进行标准化工作。UMTS运营商网络可以分成几个主要组件，即，负责建立和控制用户会话的一个或多个核心网，以及控制对空中接口的接入的UMTS无线接入网(UTRAN)。UTRAN的体系结构如图1中示意说明。UTRAN和用户设备(UE)之间的接口由称为“节点B”(类似于2G/GSM网络中的基站)的节点提供。节点B负责通过空中接口发送和接收数据，并且由无线网络控制器(RNC)控制。用户和控制数据经由节点B和RNC在UE和核心网之间路由。节点B和RNC之间的接口称作Iub接口。
有一些相同数据可经由两个或更多节点B在给定UE和RNC之间传输的情况。这称作分集切换功能(DHO)或宏分集。节点B可由相同或不同的RNC控制。在后一种情况中，数据经由漂移RNC路由至控制(或在服务)RNC。在服务和漂移RNC之间的接口称作Iur接口。两种情况均在图1中说明。
负责在RNC和节点B之间承载净荷的协议分别在用于公共(即共享)和专用信道的3GPP TS 25.435和TS 25.427中描述。RNC和节点B上存在的协议层如图2中所示。此处特别相关的是负责在节点B和RNC之间承载上层(MAC/RLC)提供的用户平面数据的帧协议(在图2中表示为FP)。
帧协议下面的传输网络(TN)可以实现为信元交换的ATM网络，或实现为基于分组的IP网络。确保传输网络提供所需服务质量的典型方法是应用某种只要有可用容量就允许新连接的传输网络许可控制机制。此策略对于其提供的负载和统计属性广为人知和理解、如语音的连接来说非常有用。此类连接的总计负载可轻易和准确地估算。如果估算的负载超过传输网络的容量，则不准许更多连接。因此，可以确保所有活动连接收到预期的传输网络服务质量，而不浪费采取过度保守许可机制的资源。
在考虑分组交换(PS)数据连接时，传输网络保留和许可控制要困难得多，原因如下●PS信道提供的负载可比对于语音连接高得多专用信道(DCH)上多达384kbps和更多，以及在高速下行链路共享信道(HS-DSCH)上大约Mbps。
●PS承载上的业务模式显示比对于语音连接更高度的变化，具有长的空闲周期，后面跟着大数据突发。
●PS业务的统计属性无法通过任何简单模型轻易理解或获得。负载可以是链路质量、定价、客户细分、天/年的时间等的复杂函数。
在传输网络许可程序用于PS业务时，可以采用两种不同的方法谨慎许可为了确保传输网络始终提供所需的性能，在中等保留等级上阻止入局连接。缺陷是在许可的连接呈现低活动性时有时不必要地阻止入局连接的可能性。此解决方案导致传输网络资源的低利用率和被阻止连接。
宽松许可为了避免不必要的阻止，如果所有连接变成活动的(假设并非所有用户同时选择发送或接收数据)，许可超过瞬时可以服务的更多PS用户。缺陷是在过多连接提供负载时有时传输网络过载的可能性更大。
通常，使用这些方法中的第一个，这意味着，在任何给定时间可许可比如384kbps的少数PS连接。如果使用细E1或T1链路实现Iub，尤其如此。
许可更多PS连接(以避免阻止)并且具有某种方法来处理潜在的Iub过载情况是有利的。实施此类解决方案时有两个问题。首先，没有在每个连接的基础上明确检测Iub接口上的拥塞的机制。其次，涉及的Iub协议对Iub拥塞无响应。这表示FP实体将始终向传输网络提供由MAC/RLC实体提供的负载，不管Iub接口上的潜在过载。有关Iub负载控制的现有技术(例如Saraydar等人的“Impact of rate controlon the capacity of an Iub linkMultiple service case”，Proceedings WCNC2003)采用基于某种拥塞控制算法的集中式解决方案。EP1331768和US2003223454也提出了对Iub负载控制问题的集中式解决方案。
通过假设在细Iub实现上已经许可几个384kbps承载的宽松许可策略，可进一步说明该问题。在几个/所有承载正好同时提供业务时，结果可能是一些或所有连接会延迟或丢失Iub帧。由于PS承载通常使用确认模式(AM)实现，所以接收RLC实体将请求丢失帧内容的重传。这表示过载可能会持续，因为只要发送MAC/RLC提供数据，FP实例将继续通过Iub慢慢移动数据。在最糟糕的情况下，没有连接会准时收到任何数据并且所有丢失的数据进入发送RLC重传缓冲区。然后RLC/MAC/FP实体将保持提供过载数据给Iub而无任何缓解，直至发生协议错误并且通过重置放弃重传。
发明内容
对上述过载问题的解决方案是创建在过载时平稳地减轻Iub负载的方法。提出了设法使用基于从Iub接口接收的本地测量值的分散式方法减轻Iub拥塞的机制。考虑各种手段使用现有和新方法控制拥塞以响应检测的Iub拥塞。这同样适用于在组合Iub/Iur接口上发生过载的情况。
Iub(或Iub/Iur)过载的第一个现象是帧到达接收FP实体时的延迟。对于下行链路方向(即RNC至节点B)，FP定义基于窗口的机制以监测帧到达。此机制在图2中说明并且是确保帧能准时在空中(以支持宏分集)传输所需的。若在“迟”或“太迟”区域接收帧，节点B通过发送定时调整(TA)帧至RNC做出响应，表明帧(几乎)太迟以至于不能空中发送。此TA帧的主要目的是在RNC中管理定时偏移控制，因为宏分集方案的不同Iub支路可能具有不同的延迟。在上行链路方向(即节点B至RNC)，可以实施类似基于窗口的机制，使得RNC可以直接访问定时数据(即在上行链路方向无需发送TA帧)。
本发明的一个目的是利用基于窗口的机制检测通过Iub接口的帧的迟到，以提供Iub拥塞的早期指示。此方法同时适用于上行链路和下行链路方向，并且允许在每个连接的基础上检测拥塞。这与已知的集中式方法相反，后者只提供集中式解决方案用于Iub接口的拥塞控制。
根据本发明的第一方面，提供在过载期间控制UMTS无线接入网的无线网络控制器和节点B之间的Iub或Iub/Iur接口上的用户平面业务量的方法，所述方法包括，对于通过Iub或Iub/Iur接口建立的各个上行链路或下行链路连接，在无线网络控制器处监测通过Iub接口传输的帧在无线网络控制器或在节点B的迟到，并且基于所述监测的结果，在适当时使连接的Iub负载减少。
本发明特别适用于通过Iub接口建立的分组交换(PS)连接。本发明的实施例减小了连接阻止的可能性，因为在任何给定时间允许Iub上有更多PS承载。然后，处理Iub拥塞的增大概率以便在拥塞时平稳地减轻负载。好处包括更高的Iub资源利用率-更低的网络部署成本，更低的连接阻止概率-更高的客户满意度，对用户感知影响最小的平稳拥塞处理-更高的客户满意度。
此外，本文提出的方法采用分散式负载控制，其中连接的负载控制与使用Iub链路的任何其它连接无关。这使得提出的机制的部署要简单和容易得多。
本文提出的方法使用Iub拥塞测量值，与通常依靠通过相加每条特定Iub链路的每个连接的负载来计算总计负载的方法的先有技术相反。同样，这使得提出的方法的实施更简单和更直接。
本发明的控制方法可应用于Iub接口上的所有连接，或仅应用于这些连接的子集。例如，该方法可仅应用于传送分组交换数据的那些连接。
本发明还适用于通过Iub接口建立的用以传送电路交换数据、如语音的连接。Iub负载减少可通过降低语音数据的编解码率来实现。
在本发明的某些实施例中，监测帧的迟到的步骤包括分析帧协议实体提供的结果。在下行链路方向的情况下，这些结果得自无线网络控制器从节点B接收的TA帧。在上行链路方向的情况下，结果直接基于帧到达无线网络控制器的时间而得到。
所述监测帧的迟到的步骤可包括对下行链路方向的TA帧和/或上行链路方向的迟到帧进行计数，并且将计数值与某个门限值对比，在计数等于或超过门限值时触发Iub负载减少。或者，负载减少可在收到TA帧或帧的迟到后基于某个定义的概率触发。
所述监测帧的迟到的步骤可包括观察接收的TA帧中包含的或为迟到帧计算的到达时间值，并且在到达时间超过某个定义的门限值时触发Iub负载减少。
所述使Iub负载减少的步骤可包括以下一项或多项●限制MAC实体可用的允许传送格式。
●减小RLC窗口的大小。
●将无线电接入承载(RAB)切换到具有更低Iub资源消耗的状态。
●丢弃排队等候通过拥塞的Iub链路传输的IP分组。
●丢弃Iub用户平面帧的一小部分以响应无线网络控制器从节点B接收的TA帧。
作为备选的或者附加的，使Iub或Iub/Iur负载减少的步骤包括请求减小多速率语音编码器/解码器对的编码率。
根据本发明的第二方面，提供一种在过载期间控制UMTS无线接入网的无线网络控制器和节点B之间的Iub或Iub/Iur接口上的用户平面业务量的方法，所述方法包括，对于通过Iub或Iub/Iur接口建立的各个上行链路或下行链路连接，在无线网络控制器或用户设备处监测RLC重传率或RLC吞吐量，并且基于所述监测的结果，在适当时使连接的Iub负载减少。
根据本发明的第三方面，提供一种在过载期间控制UMTS无线接入网的无线网络控制器和节点B之间的Iub接口上的用户平面业务量的方法，所述方法包括，对于通过Iub或Iub/Iur接口建立的各个下行链路连接，在节点B处监测通过Iub接口传输的帧在节点B的迟到，并且基于所述监测的结果，在适当时使连接的Iub负载减少。
在本发明的此方面的一个实施例中，所述监测步骤可包括比较接收的帧内包含的时标与本地时钟。
根据本发明的第四方面，提供一种在过载期间控制UMTS无线接入网的无线网络控制器和节点B之间的Iub或Iub/Iur接口上的用户平面业务量的方法，所述方法包括，对于通过Iub或Iub/Iur接口建立的各个上行链路或下行链路连接，监测通过Iub或Iub/Iur接口传输的帧在无线网络控制器或在节点B的迟到，并且基于所述监测的结果，通过在每个连接的基础上限制发送媒体访问控制实体可用的允许传送格式使Iub或Iub/Iur负载减少。
图1示意说明UMTS系统的UTRAN体系结构；图2示出图1的UTRAN的RNC和节点B上的协议栈的要素；以及图3示意说明图1的UTRAN的节点B上实现的帧同步窗口概念。
具体实施例方式
RNC和节点B之间的帧协议(FP)及其在协议栈中的位置如图2中示意说明。FP的一项工作是实现处理RNC和相关联节点B(或宏分集情况中的多个节点B)之间的Iub接口上的帧定时的帧同步功能。图3说明相对于下行链路(DL)无线电帧结构的节点B上的帧同步窗口，其中在节点B处理帧花费的时间定义为Tproc。在上行链路方向，在服务RNC可协调通过不同Iub/Iur接收的相同帧的接收，并且同样帧同步功能应确保帧在在服务RNC上准时接收。
进一步考虑下行链路方向，具有相关联CFN号的特定帧必须在给定时间通过空中传输。如果涉及几个节点B和Iub/Iur链路，则所有节点B必须在相同时间传输该特定帧。假设Iub链路上的延迟不同，在服务RNC必须以足够的时间偏移发送帧，以使得准时在所有传输节点B上接收该帧。快速Iub链路“后面的”那些节点B必须缓冲该帧，直到安排传输的时间。
为了管理此功能，3GPP TS 25.402指定了定义“接收窗口”的参数，方便监测节点B上帧的早或迟接收。这些参数在图3中说明。窗口用作“目标”，使得ToAWS(到达时间窗口开始点)定义节点B所需的最早点和最小缓冲能力，而ToAWE(到达时间窗口结束点)定义帧的最迟“所需”到达时间。在ToAWE和LtoA(最迟到达时间)点之间的时段接收的帧视为迟到，但未太迟以至于无法传输。在LtoA之后接收的帧被丢弃。标准规定节点B在窗口外接收帧的情况下如何向RNC报告，使得RNC可以相应地调整其偏移对于每个在接收窗口外接收的帧，节点B应使用“定时调整”(TA)帧来响应，指示帧的ToA(到达时间)，使得在服务RNC可以调整其偏移。
本文提出使用TA帧机制作为下行链路方向中拥塞的指示，并且在RNC采取适当的措施以减轻拥塞。当然，这不影响还将TA帧用于其预期用途的选项，即帧同步。在上行链路方向，RNC可直接访问RNC上的FP实体产生的定时数据。
因为FP不支持任何负载控制方法，可使用媒体访问控制(MAC)、无线电链路控制(RLC)或无线电资源控制(RRC)层可用的方法在RNC实现负载减少。这些方法包括临时地a)限制MAC实体可用的允许传送格式。对于384kbps连接，这表示连接能力在有限的时间段中可能降至例如128kbps(通过将每个传输时间间隔的传输块的最大数量从12减小到4，假设传输块包括40个八位字节的净荷并且传输时间间隔等于10ms)。这也许是优选的方法。
b)减小RLC窗口的大小。因为RLC窗口限制了未完成数据的最大量，这将减少过载。例如，RLC窗口可限制为当前使用的等级，这表示仅允许重传，直至从接收实体确认更多数据。
c)将无线电接入承载(RAB)切换到具有更低Iub资源消耗的状态。这涉及RNC和用户设备(UE)之间的RRC信令。
d)丢弃排队等候通过拥塞的Iub链路传输的IP分组(RLC SDU)。
e)丢弃Iub用户平面帧的一小部分，如1/2或1/3，以响应RNC从节点B接收的TA帧(“选择性帧丢弃”)。
所有这些措施将减少在拥塞的Iub链路上连接产生的负载并且同时适用于下行链路和上行链路。
在检测到拥塞时实施负载减少的智能位于RNC中。此智能是MAC、RLC和/或RRC中可用于控制Iub/Iur过载的“工具”。RNC中必须要有传送资源管理实体。
促使过载减少的触发级是设计特征，在某种程度上将取决于预期的网络行为以及网络能力。但是，举例来说，可以指定触发过载减少的TA帧数量。另一个解决方案是在收到TA帧时基于某个概率如50％实施过载减少，即对于每个收到的TA帧，有50％的机会促使过载减少。这两个解决方案均解决了两个问题。首先，它们避免了所有连接同时同步退避，其次，它们在TA帧的起因是静态延迟时避免了降低比特率。第二个问题也可以通过在TA帧为软切换中的“新”支路到达的情况中不作反应来解决，因为该帧可能由新支路的静态延迟造成。此TA帧过滤可与提出的其它解决方案之一结合使用。
上述过载控制程序a)和b)分别是3GPP TS25.321和TS25.322中指定的已建立协议程序。两者将导致负载降低，而不会产生其它损失。这些动作在下行链路中非常快，并且可基于TTI指定。对于上行链路负载控制，由于必须通过空中将TFCS限制(或RLC窗口大小限制)从RNC发送到UE的事实，延迟多少要高一些。
程序c)涉及标准RRC程序，但延迟(与程序a)和b)相比)更高。程序c)的益处是在较低承载利用率期间还会释放无线电资源。例如，对于WCDMA下行链路，切换到更低承载速率可释放扩频码资源。通过64kbps链路发送60kbps比通过384kbps发送60kbps更具效率。这是因为与64kbps相比，384kbps上的“每比特”资源消耗更高较细下行链路上的代码和代码功率均更便宜。
除减少瞬时负载外，程序d)的优点在于，它还将通过端到端协议、如TCP(“主动队列管理”，AQM)的反应性减少更持久的端到端负载，只要RLC SDU丢弃在RLC AM环路之外并且丢失对端到端协议、如TCP可见。TCP对分组丢失作出反应，并且因此将减少其负载，导致提供给Iub链路的负载减少。
程序e)的优点在于，它只影响受到拥塞的Iub支路。如果UE在软切换中并且它可以根据从其它支路(不从拥塞的Iub支路)收到来识别帧的内容，它意味着RLC/MAC吞吐量将保持不受影响。如果UE不接收丢弃帧的内容，RLC将请求重传该内容。
程序e)当前只适用于下行链路，因为当前没有向节点B指示上行链路Iub拥塞的手段，而为了在拥塞点之前丢弃分组，需要此类指示(虽然有可能将为该目的标准化一些新的测量值，在该情况中该程序同样适用于上行链路)。但是，对于下行链路，丢弃输出Iub用户平面帧的优点包括●避免传输网络层(TNL)、即传输节点上的ET板上的队列(或多个队列)积累长队列导致过度延迟，从而导致节点B上帧的极迟到达，即，此类极迟到达的帧在任何情况下均将被节点B丢弃。
●在TNL缓冲区短时避免TNL上的损失以受控方式丢弃一个或几个连接的帧，而不是以未受控方式丢弃许多/所有连接的帧。
RNC上负载控制程序的实施可能不会立即消除过载情况。在这种情况下，如果收到其它拥塞指示，可重复程序。如果自上次针对特定连接的拥塞指示以来的保护时间内未收到进一步的拥塞指示，则原来分配的资源可重新分配给连接。为了避免受拥塞程序影响的所有用户同时重新增大其负载，保护时间最好是可随机变化的定时器。此外，或者，可以指定每个连接对拥塞指示作出反应的概率，由此确保所有连接不会同时对拥塞情况作出反应(见上述在收到TA帧后将过载触发定义为概率的考虑)。
过载程序a)至e)可分开或结合采用。作为后一种方式的示例，a)至e)中的动作可以连续的方式采用，取决于拥塞是否持续●在给定连接的第一拥塞指示之后·如果连接处于软切换中并且拥塞支路不是“主要”支路，则采用d)·否则，采用a)或b)●如果拥塞持续，则同时采用c)和e)·可选地，也执行d)或a)/b)，如上所述，因为c)和e)生效要很长时间。
作为将标准化TA帧用作拥塞指示的备选方案，可以考虑使用当前定时偏移值，或考虑创建和标准化特定的测量值用于该目的。前一种情况可能涉及监测偏移值并且采取a、c至e中的任何所述措施，以防发现偏移超出特定门限。潜在发明还应包括使用其它测量值作为Iub拥塞指示的可能性，包括●RLC重传率(在持续拥塞时显著增加)，●RLC吞吐量，●用于抖动和/或延迟分析的带有时标的帧。
该方法可在不修改现有标准的情况下应用。但是，存在可考虑标准化的问题。
●为了分离偏移调整和Iub拥塞控制，可能需要为两者定义分开的测量值。
●Iub上行链路拥塞为了在Iub上行链路拥塞时实现快速负载减少，可能需要从RNC向节点B指示拥塞。这对当前标准来说是不可能的。在无此可能性的情况下，Iub拥塞必须通过控制Uu负载来减轻，而这涉及空中信令。如果RNC可以请求节点B减少其负载，则节点B可以采取迅速措施以减少Iub上许可的帧数，最小化过载带来的不利后果。
虽然以上参照Iub接口，但是可以理解，在连接同时涉及在服务和漂移RNC的情况下，拥塞会在结合的Iub/Iur接口上发生，在服务RNC将收到TA帧(或其它拥塞指示)并且促成过载减少程序。漂移RNC实际上对TA帧是透明的，并且不会对过载情况作出反应。
本领域的技术人员知道，在不背离本发明的范围的情况下，可以对上述实施例进行各种修改。
权利要求
1.一种在过载期间控制UMTS无线接入网的无线网络控制器和节点B之间的Iub或Iub/Iur接口上的用户平面业务量的方法，所述方法包括，对于通过Iub或Iub/Iur接口建立的各个上行链路或下行链路连接，在无线网络控制器处监测通过Iub或Iub/Iur接口传输的帧在无线网络控制器或在节点B的迟到，并且基于所述监测的结果，在适当时使连接的Iub或Iub/Iur负载减少。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法应用于通过Iub或Iub/Iur接口的分组交换连接。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，监测帧的迟到的步骤包括分析帧协议实体提供的结果。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，对于下行链路方向，所述结果得自无线网络控制器从节点B接收的TA帧，而在上行链路方向，所述结果直接基于帧到达无线网络控制器的时间而得出。
5.如以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述监测帧的迟到的步骤包括对下行链路方向的TA帧和/或上行链路方向的迟到帧进行计数，并且将计数值与某个门限值比较。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，在计数等于或超过门限值时触发Iub或Iub/Iur负载减少。
7.如以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在收到TA帧或帧的迟到后基于某个定义的概率触发Iub或Iub/Iur负载减少。
8.如权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述监测帧的迟到的步骤包括观察接收的TA帧中包含的到达时间值，或为迟到帧计算的延迟，并且在到达时间或延迟超过某个定义的门限值时触发Iub或Iub/Iur负载减少。
9.如以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述使Iub或Iub/Iur负载减少的步骤包括限制发送媒体访问控制实体可用的允许传送格式。
10.如以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述使Iub或Iub/Iur负载减少的步骤包括减小无线电链路控制窗口的大小。
11.如以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述使Iub或Iub/Iur负载减少的步骤包括将无线电接入承载切换到具有更低Iub资源消耗的状态。
12.如以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述使Iub或Iub/Iur负载减少的步骤包括丢弃排队等候通过拥塞的Iub或Iub/Iur链路传输的IP分组。
13.如以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述使Iub或Iub/Iur负载减少的步骤包括丢弃Iub用户平面帧的一小部分以响应无线网络控制器从节点B接收的一个或多个TA帧。
14.如以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述使Iub或Iub/Iur负载减少的步骤包括请求减小多速率语音编码器/解码器对的编码率。
15.一种在过载期间控制UMTS无线接入网的无线网络控制器和节点B之间的Iub或Iub/Iur接口上的用户平面业务量的方法，所述方法包括，对于通过Iub或Iub/Iur接口建立的各个上行链路或下行链路连接，在无线网络控制器或用户设备处监测无线电链路控制重传率或无线电链路控制吞吐量，并且基于所述监测的结果，在适当时使连接的Iub Iub/Iur负载减少。
16.一种在过载期间控制UMTS无线接入网的无线网络控制器和节点B之间的Iub或Iub/Iur接口上的用户平面业务量的方法，所述方法包括，对于通过Iub或Iub/Iur接口建立的各个下行链路连接，在节点B处监测通过Iub或Iub/Iur接口传输的帧在节点B的迟到，并且基于所述监测的结果，在适当时使连接的Iub或Iub/Iur负载减少。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述监测步骤包括比较接收的帧内包含的时标与本地时钟。
18.一种在过载期间控制UMTS无线接入网的无线网络控制器和节点B之间的Iub或Iub/Iur接口上的用户平面业务量的方法，所述方法包括，对于通过Iub或Iub/Iur接口建立的各个上行链路或下行链路连接，监测通过Iub或Iub/Iur接口传输的帧在无线网络控制器或在节点B的迟到，并且基于所述监测的结果，通过在每个连接的基础上限制发送媒体访问控制实体可用的允许传送格式使Iub或Iub/Iur负载减少。
全文摘要
一种在过载期间控制UMTS无线接入网的无线网络控制器和节点B之间的Iub或Iub/Iur接口上的用户平面业务量的方法。所述方法包括，对于通过Iub或Iub/Iur接口建立的各个上行链路或下行链路连接，在无线网络控制器监测通过Iub或Iub/Iur接口传输的帧在无线网络控制器或在节点B上的迟到，并且基于所述监测的结果，在适当时使连接的Iub或Iub/Iur负载减少。
文档编号H04W28/02GK101040491SQ200480044169
公开日2007年9月19日 申请日期2004年10月8日 优先权日2004年10月8日
发明者M·萨福尔斯, P·特德, T·库宁加斯 申请人:艾利森电话股份有限公司