用于处理造成互联网协议网络内陆地链路过载的业务量增长的 基站子系统和方法 【发明背景】
发明技术领域
本发明总地涉及到电信领域，并且特别涉及到用于处理造成互联网协议(IP)网络内陆地链路过载的业务量增长的基站子系统(BSS)和方法。
相关技术描述
目前用于无线通信网络的BSS可以支持电路交换传输和分组交换传输。例如可以根据全球移动通信标准(GSM)来实施电路交换传输与分组交换传输。更加特别的是，可以根据通用分组无线业务(GPRS)来实施分组交换传输。而且还可以根据自适应多速率(AMR)标准来实施电路交换传输。
为了适应与分组交换传输相关的增长以及可变带宽的要求，人们提出在BSS内引入IP网络的构想。把IP网络引入到BSS中(在此被称为是“基于IP的BSS”)，通过允许使用统计复用，可以增加通信网的灵活性和传输效率。不幸的是，在目前确定基于IP的BSS的尺寸时，网络运营商并不能够解决所有与移动业务相关地业务质量(QoS)问题。
如果要适当地确定基于IP的BSS的尺寸，则要求网络运营商需要考虑如下几个方面的问题(例如)：(1)信息源和业务的统计行为；(2)实时性的要求(例如对时延和时延变化的敏感程度)；(3)QoS问题；(4)网络拓扑结构(例如冗余的路由、候备点的中继增益)；以及(5)业务分布。当然，网络运营商在确定基于IP的BSS的尺寸时，会使用包含一定的额外容限的统计模型，以适于未来的发展。然而从对蜂窝通信不断增长的需求来说，统计模型很可能会低于确定的尺寸，并且这样便不能有效地处理暂时超过初始确定的尺寸参数的业务量的情况。
在这种情况中，当IP网络内陆地链路过载时，当前的QoS优先级会命令以可控或者不可控方式断开某些呼叫。然而对于大多数用户来说，断开任何正在进行的呼叫都是不能令人接受的。相应地也就需要一种能够有效地处理暂时使得基于IP的BSS内陆地链路过载的业务量增长的情况的通信系统和方法。
发明概述
本发明针对基站子系统和方法，通过舒缓地降低一个或者多个呼叫的传输速率级别，可以有效地处理暂时使得互联网协议(IP)网络内至少一条陆地链路过载的业务量增长。更加特别的是，BSS内最好还要包括基站收发机(BTS)、一个IP网关、以及通过BTS和IP网关之间的陆地链路传输至少一个基于分组的呼叫的IP网络。BTS和IP网关内每个都包括一个具备缓冲器的端点，用于测量在通过IP网络内陆地链路传递至少一个基于分组的呼叫所产生的时延，并且当其中一个缓冲器测量到的时延超过了预定数值时，用于降低业务级别。
根据本发明，通过舒缓地降低呼叫传输速率级别，提供用于处理IP域内的暂时过载情况的BSS和方法，反过来这又会提高通信系统的鲁棒性。
附图简述
通过随后的详细描述，并且参考附图，可以更加完整地理解本发明的方法和装置，其中：
图1说明了可以被用于去实施本发明的基于IP的BSS基本结构的框图；
图2是说明本发明优选方法步骤的简化流程图；
图3说明了本发明的第一实施例，其中根据AMR标准进行操作的基于IP的BSS解决IP网络内下行链路的过载问题；
图4说明了本发明的第二实施例，其中根据AMR标准进行操作的基于IP的BSS解决IP网络内上行链路的过载问题；
图5说明了本发明的第三实施例，其中根据GPRS标准进行操作的基于IP的BSS解决IP网络内上行链路的过载问题；以及
图6说明了本发明的第四实施例，其中根据GPRS标准进行操作的基于IP的BSS解决IP网络内下行链路的过载问题。
附图详述
参考附图，其中在图1到图6中，采用相同的数字来表示相同的部分，图中阐述了根据本发明的示范基于IP的BSS 100以及优选方法200的四个实施例。
尽管将要参考GPRS和AMR标准来描述基于IP的BSS 100，但是对于本领域内的技术人员来说应该可以理解到，其它标准和规范也可以利用本发明的原理，特别是当这些标准可以支持基于分组的传输时。相应地，在此所描述的基于IP的BSS 100也不应该被以这种有限的方式限制。
参考图1和图2，其中给出了根据本发明的基于IP的BSS 100(图1)的基本结构，以及优选方法200的步骤(图2)。与基于IP的BSS100相关的某些特定细节都是已经公知的，在此就不再做描述了。因此为了清楚起见，随后给出的有关基于IP的BSS 100的描述中省略了某些理解本发明所不需要的部件。
基本地，基于IP的BSS 100通过舒缓地降低至少一个呼叫的传输速率级别，来解决IP网络110内陆地链路112的过载问题。更加特别的是，基于IP的BSS 100以及方法200都可用来测量(步骤202)通过陆地链路112去传递至少一个呼叫所造成的时延，并且判定测量到的时延是否超过预定数值(步骤204)。对肯定回答作出响应，基于IP的BSS 100以及方法200可用来降低至少一个呼叫的传输速率级别(步骤206)，以调节过载的陆地链路112。否则，基于IP的BSS100以及方法200可用来维持至少一个呼叫的传输速率(步骤208)。
基于IP的BSS 100内包括一个IP网关120、中央控制节点130以及基站发射机(BTS)140，它们中的每一个都通过陆地链路112(例如负载链路)和/或信令链路114被耦合连接到IP网络110。IP网关120(例如接口单元)内包括7号信令终端(ST7)122以及至少一个代码转换器124，联合地被用于在基于IP的传输和分组交换传输之间进行转换，其中包括从移动交换中心(MSC)150接收到的、以及发送到MSC的语音和数据。除此之外，IP网关120内包括至少一个分组控制单元(PCU)126，被用于转换基于IP的传输和分组交换传输，其中包括从服务的通用分组无线业务支持节点(SGSN)160接收到的、以及发送到SGSN的数据。PCU 126还进行优先级排序，决定将优先级给予同时发送通信的两个用户中的哪一个。除此之外，PCU 120还处理无线链路控制(RLC)协议，该协议控制逻辑信令信道以及链路的适配。
中央控制节点120(例如基站控制器、资源服务器或H.323的关守)管理IP网络110、IP网关120以及BTS 130，向移动终端170或数据终端设备(没有画出)提供移动业务。移动终端170通过空中接口与BTS 130进行通信。随后参考图3-6，给出有关基于IP的BSS100如何解决IP网络110内陆地链路112过载的详细描述。
参考图3-6，给出基于IP的BSS 100的四种实施例，其中每一种都是以传输模型的形式给出的。每个传输模型中都包括若干层，例如应用层302、会话层(UDP)304、网络层306(IP)、链路层308以及物理层310，这些都是已知的，在此不需要做详细描述。
如上所述，IP网络110通常用在BTS 130和IP网关120之间传递至少一个基于分组的呼叫，用于向移动终端170(只画出一个)发送、或者从移动终端接收。然而当IP网络110内陆地链路112过载而对业务延迟时，常规的QoS优先级会命令以可控方式或者不可控方式去断开某些基于分组的呼叫。根据所采用的语音编解码器的不同(例如AMR或GPRS)，以及是由下行链路过载还是由于上行链路过载而引起的时延，本发明的每个实施例(在下面描述)中会采用稍微不同的方式来解决这种会带来问题的过载情况。
特别参考图3，其中说明了本发明的第一实施例，根据AMR标准来进行操作的基于IP的BSS 100解决IP网络110内下行链路的过载问题。
在第一实施例中，BTS 140内包括一个具备缓冲器314的端点312，该端点位于应用层302内。缓冲器314(随后给出更详细描述)操作去监视通过IP网络110内的其中一个陆地链路112(见图1)传递基于分组的呼叫而带来的时延。而且当缓冲器314测量到的时延超过预定数值时，则降低陆地链路112内一个或多个基于分组的呼叫的传输速率(例如业务语音比特率)级别，以调节下行链路的过载，而不是断开呼叫。预定数值可以例如是与QoS要求相对应的数值，或者与缓冲器314的大小相对应的数值。
为了降低IP网络110内基于分组的呼叫的传输速率级别，BTS 140的端点312操作以向位于IP网关120应用层302内的端点316发送模式改变请求信号320(例如带内控制消息)。响应模式改变请求信号320，IP网关120向BTS 140发送降低语音模式信号322，该BTS又把该降低语音模式请求信号传递给移动终端170。然后移动终端170和基于IP的BSS 100利用较低的语音比特速率和较高的信道编码比特速率来进行通信。通过降低语音比特速率，来解决IP网络110内陆地链路112中下行链路过载所引起的时延，而不要求立即断开呼叫。
控制信令(例如模式改变请求信号320和降低语音模式信号322)一般都在端点312和316之间进行，而不需要经过中央控制节点130的传递。原因在于该想法是利用IP网关120和BTS 140应用层302内的适配机制去解决陆地IP网络110内的暂时过载问题。然而可以通过使用直接从端点312发送的过载告警324以及模式降低级别信号326去通知中央控制节点130。或者，可以通过中央控制节点(没有画出)路由控制信令120去通知中央控制节点130。
特别参考图4，其中说明了本发明的第二实施例，根据AMR标准进行操作的基于IP的BSS 100解决IP网络110内上行链路的过载问题。
在第二实施例中，IP网关120内包括一个具备缓冲器418的端点416，该端点位于应用层302内。缓冲器418(随后给出详细描述)操作去监视通过IP网络110内的其中一个陆地链路112(见图1)传递基于分组的呼叫而带来的时延。而且当缓冲器418测量到的时延超过预定数值时，则降低陆地链路112内一个或多个基于分组的呼叫的传输速率(例如业务语音比特率)级别，以调节上行链路的过载，而不是断开呼叫。预定数值可以例如是与QoS要求相对应的数值，或者与缓冲器418的大小相对应的数值。
为了降低IP网络110内基于分组的呼叫的传输速率级别，IP网关120的端点416操作以向位于BTS 140应用层302内的端点412发送链路过载告警信号420(例如带内控制消息)。响应链路过载告警信号420，BTS 140向移动终端170发送模式改变请求信号421(例如带内控制消息)，该移动终端又把降低语音模式信号422返回给BTS140。然后BTS 140向IP网关120传递降低语音模式信号422。此后移动终端170和基于IP的BSS 100利用较低的语音比特速率和较高的信道编码比特速率来进行通信。通过降低语音比特速率，来解决IP网络110内陆地链路112中的上行链路过载所引起的时延，而不要求立即断开呼叫。
控制信令(例如上行链路过载告警420和降低语音模式信号422)一般都在端点412和416之间进行，而不需要经过中央控制节点130的传递。原因在于该想法是利用IP网关120和BTS 140应用层302内的适配机制去解决陆地IP网络110内的暂时过载问题。然而可以通过使用直接从端点412发送的过载告警424以及模式降低级别信号426去通知中央控制节点130。或者，可以通过中央控制节点(没有画出)路由控制信令去通知中央控制节点130。
应该可以理解到，在IP网络110拥塞的情况下，从其中得到带内控制信令是比较困难的，特别是如果IP网络支持“尽力交付”，以及当路由器内的缓冲器都已经被填满时，端点314或418则会检测到特定的过载。对于“尽力交付”型的IP网络110来说，可以尝试在缓冲器过满之前就去触发降低级别操作。而且当在IP网络110内使用有区别的业务时，存在如下的可能性，即以高于其它业务的丢弃优先级来定义控制信令。这就使得即使最高时延优先级队列内的缓冲器都已经被填满，也可能传递信令。有区别的业务利用IP头标中的DS域(也被称作是ToS域)，其中可以为净荷和信令使用相同的IP地址以及端口。而且在这种情况中，该应用能够根据净荷的类型，去不同地确定DS域。在其它可选方案中，可以为信令使用不同的端口，并且配置该端口去设置DS域为“丢弃敏感”。
特别参考图5，其中说明了本发明的第三实施例，根据GPRS标准进行操作的基于IP的BSS 100解决IP网络110内上行链路的过载问题。
在第三实施例中，IP网关120内包括一个具备缓冲器518的端点516，该端点位于应用层302内。缓冲器518(随后给出更详细描述)操作去监视通过IP网络110内的其中一个陆地链路112(见图1)传递基于分组的呼叫而带来的时延。而且当缓冲器518测量到的时延超过预定数值时，则降低陆地链路内一个或多个基于分组的呼叫的传输速率(例如业务带宽)级别，以调节上行链路的过载，而不是断开呼叫。预定数值可以是与QoS要求相对应的数值，或者与缓冲器518的大小相对应的数值。
为了降低IP网络110内基于分组的呼叫的传输速率级别，IP网关120的端点518操作以向位于BTS 140应用层302内的端点512发送减小带宽请求信号520(例如带内MAC/RLC调度)。响应减小带宽请求信号520，BTS 140向移动终端170传递减小带宽请求信号，该移动终端又把减小带宽命令信号522返回给BTS 140。然后BTS 140向IP网关120传递减小带宽命令信号522。此后移动终端170和基于IP的BSS 100利用较低带宽的业务传输速率来进行相互通信。通过减小带宽级别，来解决IP网络110内陆地链路112中上行链路过载所引起的时延，而不要求立即断开呼叫。
控制信令(例如减小带宽请求信号520和减小带宽命令信号522)一般都在端点512和516之间进行，而不需要经过中央控制节点130的传递。原因在于该想法是利用IP网关120和BTS 140应用层302内的适配机制去解决陆地IP网络110内的暂时过载问题。然而可以通过使用直接从端点516发送的过载告警524以及模式降低级别信号526去通知中央控制节点130。或者，可以通过中央控制节点(没有画出)路由控制信令去通知中央控制节点130。
特别参考图6，其中说明了本发明的第四实施例，根据GPRS标准来进行操作的基于IP的BSS 100去处理IP网络110内下行链路的过载问题。
在第四实施例中，BTS 140内包括一个具备缓冲器614的端点612，该端点位于应用层302内。缓冲器614(随后给出更详细描述)操作去监视通过IP网络110内的其中一个陆地链路112(见图1)传递基于分组的呼叫而带来的时延。而且当缓冲器614测量到的时延超过预定数值时，则降低陆地链路内一个或多个基于分组的呼叫的传输速率(例如业务带宽)级别，以调节下行链路的过载，而不是断开呼叫。预定数值可以是与QoS要求相对应的数值，或者与缓冲器518的大小相对应的数值。
为了降低IP网络110内基于分组的呼叫的传输速率级别，BTS 140的端点612操作以向位于IP网关120应用层307内的端点616发送过载告警信号620(例如带内控制消息)。响应过载告警信号620，IP网关120向BTS 140传递减小带宽命令信号622。然后BTS 140通过控制信道编码(选择例如“非常鲁棒”的信道编码)，来降低到达移动终端120的净荷带宽。然后移动终端170和基于IP的BSS 100利用较低带宽的业务传输速率来进行相互通信。通过减小带宽级别，来解决IP网络110内陆地链路112中下行链路过载所引起的时延，而不要求立即断开呼叫。
控制信令(例如链路过载告警信号620和减小带宽命令信号622)一般都在端点612和616之间进行，而不需要经过中央控制节点130的传递。原因在于该想法是利用IP网关120和BTS 140应用层302内的适配机制去解决陆地IP网络110内的暂时过载问题。然而可以通过使用直接从端点612发送的过载告警624以及模式降低级别信号626去通知中央控制节点130。或者，可以通过中央控制节点(没有画出)路由控制信令120去通知中央控制节点130。
参考第三和第四实施例，应该可以理解到，GPRS标准内带宽的降低不同于AMR标准中带宽降低之处在于：PCU 126控制BTS 140去采用什么信道编码去适应变化的无线环境。换句话说，BTS 140还控制下行链路方向内的带宽，并且当BTS检测到过载情况且通知PCU时，该PCU能够通过利用从无线信道角度看比真正需要更强的信道编码(在BTS中添加)，去降低其自身的带宽。这种降低就意味着无线传输会更加鲁棒，反过来又可以减少相同信息的重传(最常使用ARQ)。
而且，这也会导致降低到达移动终端170的净荷信号的带宽。例如在上行链路方向上，PCU 126检测过载情况，并且命令将要发送数据的移动终端170去使用比所需要的更强的信道编码，而降低通过无线接口以及陆地链路传送的净荷。因此对GPRS来说，这样所带来的效果就是发送数据的时延会变大；而在语音情况中(AMR)，这样的效果是降低了语音编码器的比特速率，导致语音质量稍微降低，而同时维持可以接受的时延。
参考所有四种实施例，存在有若干种方式使用缓冲器314、410、518或614，去检测IP网络内的过载。例如，缓冲器一般对通过IP网络110接收到、具备不同时延的分组进行抖动补偿。然而，缓冲的数据量并不完全与绝对时延相对应。例如低负荷网络可以引入导致低时延的小抖动。在有稳定负荷的高负荷网络中也是同样的，但是其中的一个区别在于通过路由器内缓冲器的时延会更大。这样，自适应抖动缓冲算法试图去降低时延，而与抖动相适应，避免由于较迟到达而造成的分组丢失。真正的抖动缓冲深度可以反映该呼叫通过网络的当前抖动。
存在有多种方式为令人可以接受的时延(对应于所要求的QoS优先级)去设置门限值。例如，如果门限值低于路由器内的额外缓冲容量，则可以在路由器内的缓冲器被填满之前去触发本发明的舒缓降级过程，从而避免分组丢失。另一方面来说，如果门限值高于路由器内的缓冲容量，则会造成分组丢失，这是网络过载的一种指示。可以添加一个计数器来检测丢失的分组，并且可以利用主动测量(例如ping)去检测丢失的分组。而且，可以通过使用在IP网络内分配全局时间的方法，去获得绝对测量值。
应该可以理解到，对于终端用户(例如使用传统互联网应用的情况)来说，所有上述实施例当中的端点都不是等价的。而且当本发明不能通过舒缓地降低业务性能级别来有效地处理IP网络110内的过载问题时，控制中心节点130就会断开某些呼叫。
根据上述内容，本领域内的技术人员可以容易地理解到，本发明提供用于通过舒缓地降低一个或多个呼叫的传输速率级别，来处理造成IP网络内至少一个陆地链路暂时过载的业务量增长的方法和BSS。
尽管在附图说明以及在上面的详细描述中描述了本发明方法和装置的若干实施例，但是可以理解到本发明并不局限于在此所阐述的实施例，而是可以进行多种的重新设计、修改以及替换，而没有脱离随后权利要求中所提出并且定义的本发明的精神。