专利名称：电信系统中的负载控制方法
技术领域：
本发明涉及电信系统中的一种负载控制方法，该系统包括网络部分，至少一个用户终端以及网络部分和用户终端之间的电信连接，在该方法中，利用电信连接进行连接建立和数据传送，前述电信连接包括将用户终端所发送的信道分配请求转发给网络部分的信道。
本发明还涉及一种电信系统，包括网络部分，至少一个用户终端以及网络部分和用户终端之间的电信连接，在该方法中，利用电信连接进行连接建立和数据传送，前述电信连接包括将用户终端所发送的信道分配请求转发给网络部分的信道。
分组无线系统是指采用固定网中众所周知的分组交换技术的无线系统。在分组交换方法中，通过传送分组形式的数据来建立用户间的连接，这些分组包括地址和控制信息。多个连接可以同时使用同一传输链路。因为分组交换方法很适合以脉冲串形式生成待发送数据的数据传输，所以对分组交换无线系统的使用进行了许多研究。因此，数据传输链路不要求连续分配，而只是在传输分组时才进行分配。这样，在构建并使用这种网络时，可以大幅度节省成本和容量。前述分组无线网络对全球移动通信系统GSM的进一步发展，所谓的通用分组无线服务GPRS而言尤其具有吸引力。
本发明涉及一种方法和电信系统，按照GPRS系统的基站系统可以利用它控制其负载值，其控制方式使得电信系统不会过载。在GPRS系统中，电信系统的基站系统的负载主要直接或间接由用户终端发送给移动电话网的信道分配请求引起。以前已知通过例如流控制过程来防止过载，利用该方法可以防止另一方发送的数据多于系统能够接收和处理的数据。如何限制用户终端的能力，使其以这种方式发出信道分配请求的一个例子是，在用户终端向网络发送了信道分配请求之后，在给定时间段内，明确阻止终端的无线资源占用尝试。如果，例如基站中的所有信道都已投入使用，则基站控制器可以向发送信道分配请求给网络的用户终端发送“拒绝”类型消息。这种“拒绝”消息可以，例如指示某段时间，允许用户终端最快在该时间段之后，重新尝试信道占用。
以前已知的第二种负载控制方法是通过实验来确定基站能够承受多少信道分配请求。下一步是提供过滤算法，在超过给定的预定负载限度时，该过滤算法开始滤除信道分配请求。
第三种限制信道分配请求的方式是以适当方式参数化基站系统。基站系统可以例如通过广播控制信道BCCH改变其系统参数信息，从而影响用户终端发送信道分配请求的能力。“随机接入信道RACH控制参数”系统参数信息可以影响例如是所有信道分配请求都可发送给小区，还是只允许特定接入控制类的信道分配请求。还可以例如防止通过小区发出紧急呼叫，以及影响允许发送信道分配请求的重复频率。此外，还可以影响以下情况下允许的重试次数，即用户终端没有从移动电话网接收到对其第一次尝试的信道分配请求的响应的情况。
上述系统存在以下问题。在第一方法中，基站系统原则上可以从用户终端同时接收许多信道分配请求，其数量之多使得基站系统没有时间对情况作出足够快的相应，系统变为过载。这样，该方法无法仅作用于尚未尝试占用信道的用户终端的信道占用尝试。
因为第二方法需要对已有操作系统的经验性考察，所以无法预先提供一种合适的过滤算法。这样，必须根据实验来找到适当的限度。该方法可以仅限制信道分配请求所生成的负载，从而在过滤算法中无法将其它功能所引起的负载考虑在内。因为用户终端在没有接收到对其第一请求的适当响应时，将会重新尝试占用信道，所以仅滤除信道分配请求还快速生成了发送给同一基站的新的信道分配请求。
基于这种情况，第三方法在分配无线资源给不同类型的用户时，采用了不同的原则，而不是试图防止基站系统变得物理上过载。
本发明的一个目的是提供一种方法和实现该方法的系统，用以解决上述问题。这通过前序中描述的方法实现，该方法的特征在于，调整用于转发信道分配请求的信道的容量，从而控制电信系统的负载，该目的还通过一种电信系统来实现，其特征在于，电信系统调整用于转发信道分配请求的信道的容量，从而控制负载。
本发明的优选实施例中相关的权利要求中公开。
在GPRS系统中，基站系统负载主要直接或间接由用户终端向移动电话网发送的信道分配请求引起。如果在GPRS系统区域中，发生的信道分配比系统能够处理的还要多，则可以按照本发明的方式限制新信道分配的数量。
GPRS系统定义了一个分组随机接入信道PRACH，用于将这些信道分配请求发送给网络。按照本发明调整PRACH信道容量的动态实现方式如下。当基站系统变为过载时，减少PRACH信道容量。因此，向网络发出的信道分配请求较少。因此，负载降低到网络所能承受的值，不会再出现过载。当负载值降低到充分低时，可以再增加PRACH信道容量。按照一种优选实施例，持续测量例如基站系统的处理器负载或者基站和基站控制器之间的信令负载。
上述方法可以用于基站或基站控制器，或者同时应用于这两者。如果在基站中采用该方法，则该方法旨在防止基站变成过载。如果在基站控制器中采用该方法，则该方法旨在防止基站控制器变成过载。如果同时在基站和基站控制器中采用该方法，则该方法旨在防止基站和基站控制器变成过载。
本发明的方法和系统具有多个优点。利用该方法和电信系统，GPRS可以以受控方式控制器负载值，使得系统不会变成过载。
突出的优点是速度。利用本发明的方法，基站系统可以在运营过程中，根据需要从基站中快速阻塞整个上行PRACH容量，这种情况下，用户终端不再能向基站发送进一步的信道分配请求。这样，在基站系统变成过载之前，可以检测出负载值过高。因此，不需要单独地禁止每个用户终端进入小区，而是阻塞或者限制这种努力。
本发明的方法还使得进行实验考察以发现适当的调整算法成为必要。但是，因为处理器单元或基站和基站控制器之间的信令链路的满负荷值可以直接用作源点，所以发现适当的算法较为容易。因此，其它功能所引起的处理负载也会影响启动减少PRACH信道容量的处理的时间点。类似地，因为减少PRACH信道容量影响了用户终端发送信道分配请求的容量，PRACH信道容量的减少并不一定会增加向小区发送的重分配请求的数量，与仅滤除信道分配请求的效果不同。
本发明的方法并不是旨在对负载情况下不同类型的用户应用不同的分配无线资源原则，而是旨在控制负载处理，防止系统变成物理上的过载。
本发明的方法尤其适合在配置了较高PRACH容量的小区中采用。这种配置需要有非常高的性能要求。因为并不是所有的不同基站系统产品系列都具有足够的物理容量来控制这种配置，所以多用途负载限制方法在无线路径上是有用的。
本发明方法的优点在于，它能够动态适应某种情况，并且将整体负载情况，而不仅是信道分配所引起的负载考虑在内。此外，系统能够相当快速地调整接收的信道分配请求的数量，从而给系统一些时间对即使突然出现的负载峰值足够快速地作出灵活的反应。
本发明的系统同样具有以上针对该方法描述的优点。显然，这些优选实施例和详细实施例可以组合成不同的组合，以实现所需的技术能力。
下面结合附图，针对优选实施例详细描述本发明，在附图中
图1示出了一种蜂窝无线网络；图2示出了物理信道中传送的无线连接的物理信道和逻辑信道；以及图3的蜂窝无线网络的框图说明了基站和基站控制器如何连接到分组传输网络。
本发明适用于基于GSM的蜂窝无线网络，例如基本GSM蜂窝网络和在GSM基础上进一步开发的网络，例如GSM1800和GSM1900系统，其中利用通用分组无线服务GPRS来进行数据传送。因此，数据传输以分组形式进行。
图1示出了基本蜂窝无线网络的结构的例子。在图1中，基站100、102包括六角形覆盖区域，即小区。基站100、102通过连接线112连接到基站控制器114。基站控制器114用于控制多个基站100、102的操作。基站控制器114通常连接到移动业务交换中心116，后者还连接到固定电话网118。在办公系统中，基站100，基站控制器114，甚至移动业务交换中心116的操作可以连接到一种设备，后者连接到固定网118，例如连接到固定电话网118的交换中心。位于小区中的用户终端104、106具有到小区基站100的无线连接108、110。此外，网络部分，即蜂窝无线网络的固定部分，还可以包括基站，基站控制器，传输系统和不同层次的网管系统。对本领域技术人员而言，显然蜂窝无线网络还包括其它许多结构，这里不再对这些结构作出解释。
无线连接108利用物理信道实现。在GSM中，物理信道是具有例如200 kHz宽频段的一个时隙。图2以简化方式示出了无线连接108的必要信道。GSM系统的频段在竖轴上表示，基站100位于该图的左侧，用户终端104位于右侧。上行方向，即从用户终端104到基站100的传输方向上采用较低的频段。在GSM中，较低频段212包括频段890-915MHz。下行方向，即从基站100到用户终端104的传输方向上采用较高的频段。只有一部分频段分配给了网络运营商，例如5MHz宽频段，该频段被划分成200kHz宽载波，每个载波通常包括8个时隙。在这种表述中，时隙被称为物理信道。如果例如传送语音，则通常使用两个物理信道作为业务信道一个下行信道202和一个上行信道206。
GPRS标准定义了分组数据信道PDCH的物理结构。如图2所示，可以为这种PDCH资源的上行和下行物理业务信道202、206配置逻辑分组通用控制信道PCCCH。这种PDCH资源包括逻辑PCCCH信道，被划分成上行资源和下行资源。上行资源可以在标准中定义的PRACH信道、分组数据业务信道PDTCH和分组关联控制信道PACCH之间分配。上行资源中没有固定分配给PRACH信道的给定部分可以动态分配给PRACH、PDTCH和PACCH信道。然后，指派给PRACH信道的部分由下行PCCCH资源指示。在包含PCCCH信道的分组数据信道的每个下行无线块中，将上行状态标记USF转发给无线路径。如果在下行无线块中，该USF信息具有给定的预定空闲模式值“空闲”，则表明允许下一上行块用作PRACH信道。因此，发送到无线路径的USF信息可以用于在给定时刻动态控制哪部分上行资源是PRACH信道，哪部分是PDTCH和PACCH信道。下行资源又可以在标准所定义的分组寻呼信道PPCH、分组接入授权信道PAGCH、PDTCH信道和PACCH信道之间分配。如果下行块USF信息所具有的值不同于给定的预定空闲模式值，则可以利用USF信息控制分配给该PDCH资源的用户终端的上行分组业务量，即PDTCH和PACCH信道分组业务量。
在本发明的方案中，下行块中发送的USF信息仅具有给定的预定空闲模式值，不是因为下一上行块将用作PDTCH或PACCH信道，而是因为旨在防止位于小区区域中的用户终端能够使用下一上行块作为PRACH信道。从逻辑上讲，这样给USF域指定的值不同于给定的预定空闲模式值，换句话说，给了它一个“非空”值。在本发明的一种优选实施例中，如果USF信息包含的值不同于某个给定预定空闲模式值，则使用USF信息，前述预定空闲模式值用于无线接口PRACH流控制，而不是用于控制分配给他的分组连接。
因为通过控制USF可以动态减少PRACH信道容量，发送给负载基站系统的信道分配请求较少，所以不会出现过载。如果基站系统负载值降到足够低，则可以利用USF再增加PRACH信道容量。
参看图3，描述了本发明的蜂窝无线网络的典型结构及其到固定电话网118和分组传输网342的连接。基站控制器114连接到基站100。基站控制器114还连接到移动业务交换中心116。移动业务交换中心116负责例如实现连接域，控制连接建立和释放，收集计费信息并控制回声消除设备。
基站控制器114监控一组基站100。一个基站控制器114一般具有几十个或上百个基站100。基站控制器114包括组交换320和控制单元324。组交换320用于连接语音和数据，并用于连接信令电路。控制单元324实现呼叫控制、移动性管理、收集统计信息和信令。变码器322位于基站控制器114和移动业务交换中心116之间，用于将公用电话网118和移动电话网之间所用的不同的数字语音编码形式转换成相互兼容的形式。
基站100包括收发信机314。基站100一般包括1到16个收发信机314。一个收发信机314提供一个TDMA帧，换句话说，一般是8个时隙的无线容量。基站100还包括控制单元318，后者控制收发信机314和复用器316的操作。复用器316用于将多个收发信机314所用的业务信道和控制信道复用成一个传输链路112。传输链路112的结构已被明确定义，称为Abis接口。
基站100的收发信机314连接到天线单元312，通过该天线单元实现到用户终端104的无线连接108。通过无线连接108发送的帧的结构也被明确定义，称为无线接口。
用户终端104可以是例如普通的GSM移动话机，而例如便携式计算机352可以用于分组传输，对分组进行排序和处理，它可以通过某个扩展卡连接到用户终端。
组交换320可以用于通过移动业务交换中心116建立到公用电话交换网PSTN 118的连接，并建立到分组传输网342的连接。在公用电话交换网PSTN 118中，典型的终端336是普通话机或者综合业务数字网ISDN话机。
服务GPRS支持节点SGSN 340建立分组传输网342和组交换320之间的连接。服务GPRS支持节点340用于在基站系统和网关GPRS支持节点GGSN 344之间传输分组，并记录其区域中的用户终端104的位置。
网关GPRS支持节点344连接公用分组传输网346和分组传输网342。网关GPRS支持网络344通过打包对公用分组传输网346隐藏了分组传输网32的内部结构，使得公用分组传输网246将分组传输网342当成子网。该公用分组传输网可以将分组导向位于分组传输网中的用户终端104，并从用户终端104接收分组。
分组传输网342一般是专用网，它采用因特网协议，传输信令和分道用户数据。网络342的结构可以随运营商而不同，其体系结构和因特网协议层以下的协议都可以有所变化。
公用分组传输网346可以是例如全球因特网。终端348例如是一个服务器计算机，它连接到公用分组传输网，向用户终端104传送分组。
尽管以上结合附图的例子描述了本发明，但显然本发明并不局限于此，而是可以在后附权利要求书所公开的创新思想范围内以多种方式进行变化。
权利要求
1.电信系统中的一种负载控制方法，该系统包括网络部分(100、114、116、340)，至少一个用户终端(104)以及网络部分(100、114、116、340)和用户终端(104)之间的电信连接(108)，在该方法中，利用电信连接(108)进行连接建立和数据传送，前述电信连接(108)包括将用户终端所发送的信道分配请求转发给网络部分(100、114、116、340)的信道，其特征在于，调整用于转发信道分配请求的信道的容量，从而控制电信系统的负载。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，在基站系统变为过载时，减少信道容量，而在负载降低到所需值时，增加信道容量。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于，为无线连接(108)所包含的分组数据信道PDCH的资源配置逻辑分组关联控制信道PCCCH，逻辑PCCCH信道所包含的PDCH资源被划分成上行资源和下行资源，上行资源在分组随机接入信道PRACH、分组数据业务信道PDTCH和分组关联控制信道PACCH之间分配，以及没有固定配置成PRACH信道的上行资源部分可以动态分配给PRACH、PDTCH和PACCH信道。
4.根据权利要求3的方法，其特征在于，由PCCCH信道的下行资源指示分配给PRACH信道的资源部分，在逻辑PCCCH信道所包含的PDCH资源的每个下行无线块中，将上行状态标记USF信息转发给无线路径，以及下行无线块中的USF信息具有特定的预定空闲模式值，从而利用下一上行无线块作为PRACH信道。
5.根据权利要求3的方法，其特征在于，由PCCCH的下行资源指示分配给PRACH信道的资源部分，在逻辑PCCCH信道所包含的PDCH资源的每个下行无线块中，将上行状态标记USF信息转发给无线路径，下行无线块中的USF信息的值不同于特定的预定空闲模式值，以及USF信息的值指示用户终端(104)无法将信道用作PRACH信道。
6.根据权利要求3的方法，其特征在于，由PCCCH的下行资源指示分配给PRACH信道的资源部分，在逻辑PCCCH信道所包含的PDCH资源的每个下行无线块中，将上行状态标记USF信息转发给无线路径，下行无线块中的USF信息的值不同于特定的预定空闲模式值，从而按照USF信息控制分配给该PDCH资源的用户终端(104)的PDTCH和PACCH信道的上行分组业务量，以及USF信息的值指示用户终端(104)无法将信道用作PRACH信道。
7.根据权利要求1的方法，其特征在于，连续测量基站系统的处理器负载或者基站(100)和基站控制器(114)之间的信令负载。
8.根据权利要求1的方法，其特征在于，它用于基站(100)和/或基站控制器(114)。
9.根据权利要求1的方法，其特征在于，它主要用于配置的PRACH容量较高的基站(100)和/或基站控制器(114)。
10.一种电信系统，包括网络部分(100、114、116、340)，至少一个用户终端(104)以及网络部分(100、114、116、340)和用户终端(104)之间的电信连接(108)，在该电信系统中，基站系统利用电信连接(108)进行连接建立和数据传送，前述电信连接(108)包括将用户终端所发送的信道分配请求转发给网络部分(100、114、116、340)的信道，其特征在于，电信系统调整用于转发信道分配请求的信道的容量，从而控制负载。
11.根据权利要求10的电信系统，其特征在于，在基站系统变为过载时，系统减少PRACH信道容量，而在负载降低到所需值时，系统增加PRACH信道容量。
12.根据权利要求10的电信系统，其特征在于，系统为无线连接(108)所包含的分组数据信道PDCH的资源配置逻辑分组关联控制信道PCCCH，逻辑PCCCH信道所包含的PDCH资源被划分成上行资源和下行资源，上行资源在PRACH、分组数据业务信道PDTCH和分组关联控制信道PACCH之间分配，以及没有固定配置成PRACH信道的上行资源部分可以动态分配给PRACH、PDTCH和PACCH信道。
13.根据权利要求12的电信系统，其特征在于，系统利用PCCCH信道的下行资源指示分配给PRACH信道的资源部分，在逻辑PCCCH信道所包含的PDCH资源的每个下行无线块中，将上行状态标记USF信息转发给无线路径，以及下行无线块中的USF信息具有特定的预定空闲模式值，从而利用下一上行无线块作为PRACH信道。
14.根据权利要求12的电信系统，其特征在于，系统利用下行资源指示分配给PRACH信道的资源部分，在逻辑PCCCH信道所包含的PDCH资源的每个下行无线块中，将上行状态标记USF信息转发给无线路径，下行无线块中的USF信息的值不同于特定的预定空闲模式值，以及USF信息的值指示用户终端(104)无法将信道用作PRACH信道。
15.根据权利要求12的电信系统，其特征在于，系统利用PCCCH信道的下行资源指示分配给PRACH信道的资源部分，在逻辑PCCCH信道所包含的PDCH资源的每个下行无线块中，将上行状态标记USF信息转发给无线路径，下行无线块中的USF信息的值不同于特定的预定空闲模式值，从而系统按照USF信息控制分配给该PDCH资源的用户终端(104)的PDTCH和PACCH信道的上行分组业务量，以及USF信息的值指示用户终端(104)无法将信道用作PRACH信道。
16.根据权利要求10的电信系统，其特征在于，系统连续测量基站系统的处理器负载或者基站(100)和基站控制器(114)之间的信令负载。
全文摘要
本发明涉及电信系统中的一种负载控制方法,该系统包括网络部分(100、114、116、340),至少一个用户终端(104)以及网络部分(100、114、116、340)和用户终端(104)之间的电信连接(108),在该方法中,电信系统(108)用于连接建立和数据传送,电信连接(108)包括将用户终端(104)所发送的信道分配请求转发给网络部分(100、114、116、340)的信道。本发明的特征在于,电信系统调整用于转发信道分配请求的信道的容量,从而控制电信系统的负载。
文档编号H04L12/54GK1277772SQ99801495
公开日2000年12月20日 申请日期1999年8月31日 优先权日1998年9月1日
发明者卡利·胡图恩 申请人:诺基亚网络有限公司