专利名称：用于异构网络融合下的业务流分发的系统及方法
技术领域：
本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种用于异构网络融合下的业务流分发的系统及方法。
背景技术：
随着各种无线通信技术的迅猛发展，各种无线通信技术纷纷涌现，比如用于蜂窝 覆盖的GSM、UMTS 用户热点覆盖的WiFi、WiMAX ；用于短距离通信的蓝牙、Zigbee等。各国 已开始研究新的超3G和4G网络架构，异构性将是未来无线通信网络的一个重要特征。此 夕卜，微电子技术、大规模集成电路技术、芯片技术以及操作系统软件技术的不断进步，无线 通信终端设备必将出现新的变革，具备多网络接入能力的智能无线通信设备将成为未来终 端设备的发展趋势之一。由于终端设备能力有限以及硬件复杂度的制约，单一终端设备不能最优的支持所 有类型的业务应用，尤其是面向下一代移动通信系统的时延敏感多媒体业务应用。用户在 业务驱动下协同聚合周边终端设备，发挥终端与网络的效能，动态适应用户业务需求及无 线网络环境变化，实现不同接入技术的无线资源与终端设备的最有效利用，扩展单一终端 设备的通信能力。因此，如何充分利用具备多种网络接入能力的智能终端设备相互合作形 成聚合终端群，最大可能满足用户的业务应用需求，优化系统整体性能，是当前异构网络研 究的热点问题。另一方面，如何兼顾考虑终端设备的功率有限的前提下，有效降低整个系统 的平均端到端时延丢包，有效增强用户业务体验，成为移动通信系统面临的挑战。
发明内容
(一 )要解决的技术问题本发明要解决的技术问题是，针对上述缺陷，如何提供一种用于异构网络融合下 的业务流分发的系统及方法，充分利用具备多种网络接入能力的智能终端设备相互合作形 成聚合终端群，最大可能满足用户的业务应用需求，优化系统整体性能，在兼顾考虑终端设 备的功率有限的前提下，有效降低整个系统的平均端到端时延丢包。( 二 )技术方案为了解决上述技术问题，本发明提出了一种异构网络融合下的典型业务流分发场 景，即在多种网络重叠覆盖区域内，由于用户终端设备能力受限以及硬件复杂度的制约，单 一终端设备不能最优的支持时延敏感多媒体业务应用，从而用户对周边终端设备进行协同 聚合，形成支持时延敏感多媒体业务应用的聚合终端群，最大可能满足用户的业务应用需 求。本发明进一步提出了应用于所提出控制系统的基于端到端时延丢包的业务流分 发算法。该方法考虑各网络无线环境变化情况，从平均端到端时延丢包和系统整体资源优 化利用的角度出发，通过协调各网络及终端间的资源，在平均端到端时延丢包最小化的提 前下，求解优化系统性能的业务流分发决策，降低系统平均端到端时延丢包率，提高用户业务体验满意度。针对上述的典型业务流分发场景，本发明提供了一种用于异构网络融合下的业务流分发系统，其包括布置于无线接入网中的无线资源管理RRM设备、布置于核心网中的联 合无线资源管理CRRM设备、以及终端设备，其中，所述RRM设备，用于根据所述终端设备的 网络无线环境状态以及承载的业务子流大小，分析本网络中传输的业务子流的端到端传输 时延丢包率，并将分析结果发送给所述CRRM设备，以及将从所述CRRM设备接收的业务子流 发送给所述终端设备；所述CRRM设备，用于根据业务子流端到端时延丢包分析结果以及所 述终端设备接入能力的约束条件，将一个业务分成多个业务子流，并将所述多个业务子流 发送给所述RRM设备；所述终端设备，用于根据底层信息，评估网络无线环境状态，并将网 络无线环境状态发送给所述RRM设备，并且用于根据目的地址处理各业务子流。优选地，所述RRM设备包括RRM设备信息收发单元，用于与所述终端设备交互信 息，并用于向制定业务流分发决策的所述CRRM设备发送所述RRM设备中传输的业务子流的 端到端时延丢包率分析结果；网络分析单元，根据所述终端设备的网络无线环境状态以及 承载的业务子流大小，分析所述RRM设备中传输的业务子流的端到端传输时延丢包率，并 将分析结果发送给所述RRM设备信息收发单元。优选地，所述CRRM设备包括CRRM设备信息收发单元，用于与所述RRM设备交互 信息，接收来自所述RRM设备的业务子流端到端时延丢包率分析结果，并用于向所述RRM设 备发送业务流分发决策；决策调整单元，根据所述业务子流端到端时延丢包率分析结果以 及所述终端设备接入能力来调整业务流分发决策，并将经调整的业务流分发决策发送给所 述CRRM设备信息收发单元和所述业务流控制单元；业务流控制单元，根据所述经调整的业 务流分发决策将一个业务分成多个业务子流，并对各业务子流进行IP封装，在数据包前添 加转发地址和目的地址，并将封装的业务子流通过所述RRM设备发送给所述终端设备。优选地，所述终端设备包括信息监测单元，用于根据底层信息，评估网络无线环 境状态，并将网无线环境状态发送给所述RRM设备；业务子流处理单元，用于根据目的地址 处理各业务子流若目的地址跟本终端设备地址不一致，则将业务子流转发给相应的目标 终端设备。优选地，所述底层信息包括链路层的信干噪比SINR和/或物理层的调制编码方 式。优选地，所述网络环境状态包括网络的物理传输速率和/或包出错率。本发明还提供了一种用于异构网络融合下的业务流分发方法，包括收集底层信 息，并评估网络无线环境状态；根据所述网络环境状态信息以及业务流分发决策分析网络 中的业务子流的端到端时延丢包率；根据所述业务子流的端到端时延丢包率分析结果以及 终端设备接入能力的约束条件，调整所述业务流分发决策；根据经调整的业务流分发决策 将一个业务分成多个业务子流；根据目的地址处理所述多个业务子流若目的地址跟接收 到业务子流的终端设备地址不一致，则将该业务子流转发给相应的目标终端设备。优选地，所述分析网络中的业务子流的端到端时延丢包率包括基于用户业务流 和网络传输的特征，抽象网络传输过程的队列模型，根据排队论知识以及聚合终端群的网 络拓扑，分析计算各业务子流的端到端传输时延，当业务子流的端到端传输时延大于用户 请求的多媒体业务应用允许的最大时延时，系统认为业务流超时丢包，在用户业务流的整个传输过程中，系统统计分析各业务子流的端到端时延丢包率。优选地，可以采用以下方式分析网络中的业务子流的端到端时延丢包率假设 当前整个系统的总业务流速率为B Mbps，业务流的IP包长度为L bits，定义业务流分 发决策为S = [SiJ]NXM, Sij为各业务子流的速率与总业务流速率之比，N为终端设备的数
权利要求
1.一种用于异构网络融合下的业务流分发系统，其包括布置于无线接入网(1，2，...， M)中的无线资源管理RRM设备(11，12，...，1M)、布置于核心网(CN)中并与所述RRM设备 (11，12，...，1M)通信连接的联合无线资源管理CRRM设备(21)、以及与所述RRM设备(11， 12，...，1M)通信连接的终端设备(31，32，...，3N)，其中，所述RRM设备(11,12, ...，1M)，用于根据所述终端设备(31,32, · · ·，3N)的网络无线 环境状态以及承载的业务子流大小，分析本网络中传输的业务子流的端到端传输时延丢包 率，并将分析结果发送给所述CRRM设备(21)，以及将从所述CRRM设备(21)接收的业务子 流发送给所述终端设备(31，32，· · ·，3N)；所述CRRM设备(21)，用于根据业务子流端到端时延丢包分析结果以及所述终端设备 (31,32, ...，3N)接入能力的约束条件，将一个业务分成多个业务子流，并将所述多个业务 子流发送给所述RRM设备(11，12，...，1M)；所述终端设备(31，32，...，3N)，用于根据底层信息，评估网络无线环境状态，并将网络 无线环境状态发送给所述RRM设备(11，12，...，1M)，并且用于根据目的地址处理各业务子 流。
2.如权利要求1所述的系统，其中，所述RRM设备(11，12，...，1M)包括RRM设备信息收发单元(111，121，...，1M1)，用于与所述终端设备(31，32，...，3N) 交互信息，并用于向制定业务流分发决策的所述CRRM设备(21)发送所述RRM设备(11， 12，...，1M)中传输的业务子流的端到端时延丢包率分析结果；网络分析单元(112，122，...，1M2)，根据所述终端设备(31，32，. . .，3N)的网络无线环 境状态以及承载的业务子流大小，分析所述RRM设备(11，12，...，1M)中传输的业务子流的 端到端传输时延丢包率，并将分析结果发送给所述RRM设备信息收发单元(111，121，...， 1M1)。
3.如权利要求1所述的系统，其中，所述CRRM设备(21)包括CRRM设备信息收发单元(211)，用于与所述RRM设备(11，12，. . .，1M)交互信息，接收 来自所述RRM设备(11，12，...，1M)的业务子流端到端时延丢包率分析结果，并用于向所述 RRM设备(11，12，...，1M)发送业务流分发决策；决策调整单元(212)，根据所述业务子流端到端时延丢包率分析结果以及所述终端设 备(31，32，...，3N)接入能力来调整业务流分发决策，并将经调整的业务流分发决策发送 给所述CRRM设备信息收发单元(211)和所述业务流控制单元(213)；业务流控制单元(213)，根据所述经调整的业务流分发决策将一个业务分成多个业务 子流，并对各业务子流进行IP封装，在数据包前添加转发地址和目的地址，并将封装的业 务子流通过所述RRM设备(11，12，...，1M)发送给所述终端设备(31，32，. . .，3N)。
4.如权利要求1所述的系统，其中，所述终端设备(31，32，.. .，3N)包括信息监测单元(311，321，...，3附)，用于根据底层信息，评估网络无线环境状态，并将 网络无线环境状态发送给所述RRM设备(11，12，...，1M)；业务子流处理单元(312，322，...，3N2)，用于根据目的地址处理各业务子流若目的 地址跟本终端设备地址不一致，则将业务子流转发给相应的目标终端设备。
5.如权利要求1 4任一项所述的系统，其中，所述底层信息包括链路层的信干噪比 SINR和/或物理层的调制编码方式，所述网络无线环境状态包括网络的物理传输速率和/或包出错率。
6.一种用于异构网络融合下的业务流分发方法，包括收集底层信息，并评估网络环境状态；根据所述网络环境状态信息以及业务流分发决策分析网络中的业务子流的端到端时 延丢包率；根据所述业务子流的端到端时延丢包率分析结果以及终端设备接入能力的约束条件， 调整所述业务流分发决策；根据经调整的业务流分发决策将一个业务分成多个业务子流；根据目的地址处理所述多个业务子流若目的地址跟接收到业务子流的终端设备地址 不一致，则将该业务子流转发给相应的目标终端设备。
7.如权利要求6所述的方法，其中，所述分析网络中的业务子流的端到端时延丢包率 包括基于用户业务流和网络传输的特征，抽象网络传输过程的队列模型，根据排队论定 理以及聚合终端群的网络拓扑，分析计算各业务子流的端到端传输时延，当业务子流的端 到端传输时延大于用户请求的多媒体业务应用允许的最大时延时，系统认为业务流超时丢 包，在用户业务流的整个传输过程中，系统统计分析各业务子流的端到端时延丢包率。
8.如权利要求6或7所述的方法，其中，调整所述业务流分发决策的具体方法包括定 义整个系统的目标函数，最佳的业务流分发决策为最小化/最大化目标函数的最优解，各 业务子流之间相互影响，不能保证各业务子流处于稳定状态，采用迭代学习法进行求解次 优解，进而得到各业务子流的端到端时延丢包率，业务子流端到端时延丢包率较小，则其相 应的网络通路性能较好，业务流分发决策的更新原则为网络通路性能越好，其承载的业务 子流越大，反之亦然，如果业务流分发决策能有效提高系统整体性能，就更新调整得到新的 业务流分发决策。
9.如权利要求6 8任一项所述的方法，还包括对所述多个业务子流进行IP封装，在 数据包前添加转发地址和目的地址，并根据转发地址将封装的业务子流分别通过不同网络 发送给终端设备的步骤。
10.如权利要求9所述的方法，其中，对所述多个业务子流进行IP封装包括以下步骤对于直接发送至目标终端设备的业务子流，在封装时，将转发地址和目的地址设置为目标终端设备IP地址；对于发送至转发终端设备的业务子流，在封装时，将转发地址设置为转发终端设备IP 地址，将目的地址设置为目标终端设备IP地址。
全文摘要
本发明提供了一种用于异构网络融合下的业务流分发的系统及方法，该系统包括布置于无线接入网(1，2，...，M)中的无线资源管理RRM设备(11，12，...，1M)、布置于核心网(CN)中的联合无线资源管理CRRM设备(21)、以及终端设备(31，32，...，3N)，该方法考虑各网络无线环境变化情况，从平均端到端时延丢包和系统整体资源优化利用的角度出发，通过协调各网络及终端间的资源，在平均端到端时延丢包最小化的前提下求解优化系统性能的业务流分发决策，兼顾考虑终端设备的功率有限的前提下，降低整个系统平均端到端时延丢包率，提高用户业务体验满意度。
文档编号H04W28/06GK102098135SQ201110053329
公开日2011年6月15日 申请日期2011年3月4日 优先权日2011年3月4日
发明者孙雷, 张平, 王灿如, 田辉, 苗杰 申请人:北京邮电大学