用于整合异质网络的分流排程系统及其方法与流程

本发明涉及一种分流排程系统及其方法，特别是一种用于整合异质网络的分流排程系统及其方法。

背景技术：

因手持无线装置越发普及，对于网络带宽的需求逐渐增加，进而产生执照频段上的网络拥塞。此外，各式各样的多媒体应用所带来的爆炸性数据成长，更导致传输速率不足以符合使用者的期待与可用的带宽供不应求等问题。

而目前增加网络容量与传输技术大致可分为三个方向，(1)增加网络带宽、(2)提高系统频谱效率、以及(3)增加基站布建密度或布建小型基站(Small Cell)。上述三种增加网络容量与传输速率的技术方向中，以增加网络带宽的方法最简单，且效果最为显著。旧有的无线传输只采用单一的无线通信技术来传送数据，因此数据的传输速度单纯取决于该无线通信技术的规格与传输能力。

习知技术“Opportunistic carrier aggregation for dynamic flow switching between radio access technologies(美国专利申请案，US9119154B2)”中揭露在异质网络路由器与终端上的RRC加入multi-Radio Access Technology(RAT)aggregation and coordination(MRAT-AC)模块来决定是否同时使用移动网络与无线网络，利用移动网络端所得到的信息(包含无线网络端的信息)来达成将移动网络卸除至无线网络的功效，但是，此申请案中未揭示实际的分流排程方法。

此外，习知技术“Multi-radio communication between wireless devices(美国专利申请案，US8767536B2)”揭示一种分别将数据利用两种不同无线通信协议进行传送的技术方案，并根据这两种通讯协议的负载是否超过某一不平衡的限制来重新决定分流的资源比例，但此方法只考虑系统的负载量，使得该系统在运作时无法提供终端装置较佳的联机质量。

综上所述，如何提供一种可用于整合异质网络的分流机制乃本领域亟需解决的技术问题。

技术实现要素：

为解决前面揭示的问题，本发明的目的是提供一种用于整合异质网络的分流排程的技术手段。

为达上述目的，本发明提出一种用于整合异质网络的分流排程系统。前述的系统包含一个或多个无线路由器、移动网络核心系统、以及异质网络路由器。前述的无线路由器用于提供联机设备无线网络服务。前述的异质网络路由器连接移动网络核心系统以及无线路由器，以提供联机设备移动网络服务。而当外部的终端装置位于异质网络路由器以及无线路由器的服务涵盖范围内，且终端装置具有异质网络整合接取条件下，则异质网络路由器命令终端装置与异质网络路由器以及无线路由器同时进行联机，并依据无线路由器以及异质网络路由器各自的联机状态，以分配对终端装置的下行通信量分流比例。

为达上述目的，本发明提出一种用于整合异质网络的分流排程方法，应用于分流排程系统，包含下列步骤：首先，判断外部的终端装置是否位于分流排程系统的异质网络路由器以及一个或多个无线路由器的服务涵盖范围内。接着，令异质网络路由器判断终端装置具有异质网络整合接取条件下，则异质网络路由器令终端装置与异质网络路由器以及无线路由器同时进行联机，并依据无线路由器以及异质网络路由器各自的联机状态，以分配对终端装置的下行通信量分流比例。

综上所述，本发明的用于整合异质网络的分流排程系统及其方法通过分析无线路由器以及异质网络路由器各自与终端装置的联机状态来分配下行通信量分流比例，得以提供终端装置较佳的联机质量。

附图说明

图1为本发明第一实施例用于整合异质网络的分流排程系统的系统方框图。

图2为本发明第二实施例用于整合异质网络的分流排程方法的流程图。

图3为异质网络整合时分流排程细部流程图。

图4为一异质网络整合分流排程算法的流程图。

附图标记说明

1 用于整合异质网络的分流排程系统

11 异质网络路由器

12 无线路由器

13 移动网络核心系统

2 终端装置

具体实施方式

以下将描述具体的实施例以说明本发明的实施方式，但是，其并非用以限制本发明所欲保护的范畴。

请参阅图1，其为本发明第一实施例用于整合异质网络的分流排程系统1的系统方框图。前述的分流排程系统进一步包含异质网络路由器11、一个或多个无线路由器12、以及移动网络核心系统13。前述的无线路由器12用于提供联机设备无线网络服务。前前述的异质网络路由器11连接移动网络核心系统13以及无线路由器12，以提供联机设备移动网络服务，其移动网络服务传的技术规格采用国际通讯标准，例如：CDMA、WCDMA、HSPA、HSPA+、LTE、WiMAX、LTE-A等。

当外部的终端装置2位于异质网络路由器11以及无线路由器12的服务涵盖范围内，且终端装置2具有异质网络整合接取条件下，则异质网络路由器11命令终端装置2与异质网络路由器11以及无线路由器12同时进行联机，并依据无线路由器12以及异质网络路由器11各自的联机状态，以分配对终端装置2的下行通信量分流比例。

前述的分流排程技术方案，在终端装置2位于移动网络与无线网络涵盖范围重叠的环境中，通过异质网络路由器11执行分流排程，将下行通信量依据计算出的移动网络与无线网络的分流比例传送的技术。当异质网络整合终端传送下行通信量时，移动网络与无线网络同时开启服务，且向移动网络要求同时利用移动网络与无线网络进行传输。异质网络依据分流排程，分配异质网络整合终端下行通信量至移动网络与无线网络，藉由利用移动网络、无线网络及终端的状态，可达到加快下行通信量传输速率、缩短用户等待时间及移动网络与无线网络的间的负载平衡的进步性。

在另一实施例中，前述的联机状态进一步包含负载程度、传输速率、信号强度、服务中断机率中的至少一种。在另一实施例中，前述的负载程度进一步包含RB(Resource Block)使用率、BSS(Basic service set)负载、RRC(Radio resource control)联机数、实际吞吐量与理论吞吐量比值、信道使用率、装置的CPU(Central processing unit)负载中的至少一种。在另一实施例中，前述的信号强度进一步包含RSSI(Received signal strength indicator)值、SNR(Signal-to-noise ratio)值、RSRP(Reference signal receiving power)值中的至少一种。在另一实施例中，前述的服务中断机率进一步包含封包遗失率、封包延迟率中的至少一种。

请参阅图2，其为本发明第二实施例用于整合异质网络的分流排程方法的流程图，应用于前述的分流排程系统，包含下列步骤：

S001：判断外部的终端装置2是否位于分流排程系统的异质网络路由器11以及一个或多个无线路由器12的服务涵盖范围内。

S002：令异质网络路由器11判断终端装置2具有异质网络整合接取条件下，则异质网络路由器11令终端装置2与异质网络路由器11以及无线路由器12同时进行联机，并依据无线路由器12以及异质网络路由器11各自的联机状态，以分配对终端装置2的下行通信量分流比例。

在另一实施例中，前述的联机状态进一步包含负载程度、传输速率、信号强度、服务中断机率中的至少一种。在另一实施例中，前述的负载程度进一步包含RB使用率、BSS负载、RRC联机数、实际吞吐量与理论吞吐量比值、信道使用率、CPU负载中的至少一种。在另一实施例中，前述的信号强度进一步包含RSSI值、SNR值、RSRP值中的至少一种。在另一实施例中，前述的服务中断机率进一步包含封包遗失率、封包延迟率中的至少一种。

以下本发明兹以第一实施例的分流排程系统进行说明，但是，第二实施例的分流排程方法亦可达到相同或相似的技术功效。请接着参阅图3，其为异质网络整合时分流排程细部流程图。内部步骤说明如下：

步骤S101：异质网络路由器11会向无线路由器12询问型号，利用不同型号所对应的参数指令表，下达询问无线路由器12的指令来取得无线网络信息。

步骤S102：异质网络路由器11会向终端提供可用于异质网络整合分流的无线路由器12信息，根据3GPP规格所订定的行动集合(Mobility Set)参数，可以是无线路由器12的BSSID、SSID、HESSID等。

步骤S103：取得异质整合分流排程所需的相关运算参数，包括异质网络路由器11、无线路由器12及终端的信息。异质网络整合分流排程所使用的相关参数请参阅表1：

表1

步骤S104：藉由步骤S103所得到的信息来执行异质网络分流排程。

步骤S105：当结束异质网络整合功能时，异质网络路由器11便不再提供无线网络端的服务，反的继续执行步骤S103的步骤。

为进一步说明步骤S104所述的异质网络整合分流排程步骤，请参阅图4所的说明：在异质网络整合分流排程中，图4将分别以LTE及Wi-Fi作为移动网络与无线网络传输技术。当步骤S104的异质网络分流排程开始执行时，依据步骤S201判断Wi-Fi的RSSI状态是否超过联机的门限，即信号是否能够达到所设定的联机的强度。若成立，因可用来支持异质网络整合的Wi-Fi信号难以连不上或者是连上后传输质量过差，未能达成所设定的目标，则直接设定步骤S203a分流比例为PR₁，若把部分数据分流至Wi-Fi端，将导致封包遗失问题，故满足此情况下，全由LTE端来传输下行数据会是较佳的选择，反的则需经由步骤S202判断负载状态S_i来决定分类走向。

负载状态分类根据LTE与Wi-Fi系统各自的负载L_i与负载上界门限LB_u以及及负载下界门限的关系，设定为轻、中、重三种状态，依LTE及Wi-Fi负载状态的排列组合所形成的负载状态表而有不同的对应的分流比例规则，其中分流比例又可分为一般项、修补项、上限项等，详细的负载状态分类列表及分流比例规则请参照表2与表3。

表2

表3

当步骤S202判断LTE及Wi-Fi的负载状态为LR₄或是LR₇时，与步骤S201成立时做法相同但情况却不大相似，异质网络分流排程仍会将步骤S203a分流比例设为PR₁，但乃因Wi-Fi端的负载处于重载的状态，不适在持续增加数据的传输；当步骤S202判断LTE及Wi-Fi的负载状态为LR₂或是LR₃时，步骤S104异质网络分流排程会设定203b分流比例为PR₂，因此时LTE系统为过载状态，若持续将数据经由LTE来传送，数据因资源区块(RB)的不足难以完整服务终端，导致终端有不好的使用者体验(Quality of Experiment,QoE)，将数据转导至负载较轻的Wi-Fi系统上，相比下是较好的分流方式；若步骤S202判断LTE及Wi-Fi的负载状态为LR₉，此负载规则呈现的是两种网络负载状态皆为轻载的状况，因没有负载过重问题，为了能达到最有效率的数据传输即异质网络整合最大速率值，将203c分流比例设为PR₃，依照LTE及Wi-Fi所能达到的最大传输值Tx_i做为各自的分流值R_i；在步骤S202判断LTE及Wi-Fi的负载状态为LR₆或LR₈下，分流排程分别设定203e分流比例为PR₅，和步骤S203d分流比例为PR₄，两者的差别仅在哪边的负载更重，便需要做负载平衡，将超过负载下界所能传输的数据转移另一负载较低的那一方且转换成至另一方可接受的量；以步骤S202判断LTE及Wi-Fi的负载状态为LR₅为例，异质网络分流排程会设定203f分流比例成PR₆，在此情况下，LTE及Wi-Fi的负载状态皆为中载，对于网络状态及终端而言属于较好的情形，在负载状态为LR₅下，分别将LTE及Wi-Fi超过负载下界的数据加总，以各自最佳的MCS比例α_i做平衡分流，来达到对移动网络及无线网络最佳的分流排程比例；假如步骤S202判断LTE及Wi-Fi的负载状态为LR₁，表示两者网络都处于满载的情况，但相比Wi-Fi基于CSMA/CA机制需做竞争的条件下，LTE更适合在此状态下占有较佳的传输比率，因此分流排程将设203g分流比例为PR₇，在Wi-Fi分流比值R_w上加入一上限比值ub，藉由这样的限制来实现适切的分流比例。

在完成步骤S201的Wi-Fi RSSI状态判断、步骤S202负载状态判断和步骤S203a～步骤S203g设定分流比例等步骤后，考虑封包遗失率(Packet Loss Ratio,PLR)问题，步骤S204判断是否移动网络或无线网络的封包遗失率超过所设定的封包遗失率门限上限，满足条件需要进行步骤S205封包遗失率修正，反的，则不需要执行步骤S205封包遗失率修正，根据表5所列出的八项规则来判断分流比例值R_i如何做修正，封包遗失率修正主要的修正式有下列三项：正修正、负修正、平衡修正。正修正，主要目的在于，修正相对较低遗失率的网络，藉由协助传输另一较高遗失率的网络所遗失数据量，来达到提升较佳的用户体验效果；负修正，同正修正的精神，对于相较高遗失率的网络自身所遗失的数据量，交由较低遗失率的网络来传输；平衡修正，其做法同上述步骤S202判断LTE及Wi-Fi的负载状态为LR₅所搭配的分流比例分配精神，加总各自的封包遗失量，在依照各自最佳的MCS比例α_i做平衡分配，而经修正过的分流比例值R_i均需为正值。

下列分别以两个例子带入，对照封包遗失率修正规则修改分流比例值R_i，未举出的其余案例均可由表5所列出的规则做出对应的修正。

以步骤S202判断LTE及Wi-Fi的负载状态为LR₃为例，203b分流比例等于PR₂，假设只有Wi-Fi的封包遗失率PLR_w超过所设定的门限值PT，得到得到初始的分流比例为：

0∶1→0∶Tx_w。

因Wi-Fi的封包遗失率超过门限值，依据表4所设的封包遗失率状态编码为PS₂，故需要做封包遗失修正，又因Wi-Fi封包遗失率状态为E，套用表5封包遗失率修正规则一，得到修正比例：

0∶Tx_w→PLR_w*r_w。

表4

表5

虽然LTE的封包遗失率状态为U满足封包遗失率修正规则二，但因得同时满足封包遗失率修正规则六，故不需做正修正。最后要满足修正后的分流比例值R_i均为正值，因此得下列修正比例：

0∶Tx_w→PLR_w*r_w→0∶1。

同上述例子，若LTE及Wi-Fi的封包遗失率皆超过所设定的门限值PT，封包遗失率状态编码为PS₄，满足封包遗失率修正规则一，得到修正比例：

0-PLR_L*r_L∶Tx_w-PLR_L*r_L。

因满足封包遗失率修正规则四，两者负载状态不同且其一的负载状态为L时，当令一者执行负修正，负载状态为L者须执行正修正，因此得修正比例：

0-PLR_L*r_L：Tx_w-PLR_L*r_L+PLR_L*r_L。

又因需满足修正后的分流比例值R_i均为正值，因得下列修正式：

0-PLR_L*r_L∶Tx_w-PLR_L*r_L+PLR_L*r_L→0∶1。

完成封包遗失率修正后，便结束这次步骤S104异质网络整合分流排程，再次经由步骤S105判断异质网络整合功能是否继续或关闭，若功能继续开启，则再次经由步骤S103读取分流排程所需的参数，然后执行步骤S104异质网络整合分流排程。

【特点及功效】

无线传输架构同时使用移动网络与无线网络即异质网络整合，藉由增加带宽的方式来提升传输速率。本发明所提供的一种异质网络整合分流方法，同时利用移动网络与无线网络传送下行通信量，根据移动网络、无线网络及终端的状态来决定分流比例，以达到加速传输、负载平衡等特性，与其他习用技术相互比较时，具备下列优点：

(1)本发明提出的用于整合异质网络的分流排程系统及其方法，同时考虑移动网络、无线网络、终端的状态(负载，封包遗失，传输速率等)，能以更准确的比例分流异质网络整合通信量。

(2)移动网络与无线网络负载考虑分类(轻载、中载、重载)，异质网络的资源分配上更具有弹性。

(3)无线网络的状态变化，加入终端与无线路由器12的考虑，因此相对于只考虑单一调适机制更为灵敏。

(4)加入修正比例机制，能根据传输状态调整分流比例，达到最大通信量传输与异质网络整合公平性的间的负载平衡。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。