基于端口号码的分组数据 的无线电资源管理 【技术领域】
本发明涉及电信。本发明尤其涉及一种用于在无线电通信系统中，为分组数据提供基于端口号码的无线电资源管理的新型改进方法。
背景技术
近年来，除了电路交换业务之外，诸如移动网络的无线电通信系统已开始为用户提供分组数据业务。分组数据业务通常是在分组数据内传送信息符号的业务。所述分组数据的大小和长度可能会有所不同。所述信息符号通常由称为分组数据承载的方法传送。承载的传输速度由称为比特率的参数来定义。具体而言，比特率定义分配给所述分组数据业务的用户的比特率。例如，在基于WCDMA(宽带码分多址)的系统中，可能会使用诸如16、32、64、128和384千比特的比特率。
分组数据业务可能包括各种数据，例如短消息或仅文本电子邮件，传输较大的后台文件，以及交互式浏览万维网(WWW)。为了给出分组数据业务的实例，以下简介ETSI(欧洲电信标准协会)分组数据模型。分组业务会话根据应用可能包括一个或多个个分组呼叫。所述分组数据呼叫也可能基于非实时(NRT)分组数据业务。在分组呼叫期间内，生成多个分组，这意味着所述分组呼叫通常构成分组的突发序列。为了给出一个实例，在网络浏览会话中，一个分组呼叫对应于下载文件(WWW页)地一部分。每个分组呼叫可被进一步分为分组。在所述文件由所述用户终端全部接收之后，该用户在采取诸如请求更多数据的进一步行动之前可能会花时间来研究其刚刚接收的信息。因此，所述业务可能是突发的，且业务量难以预测。
经由空中接口的非实时分组业务与经由空中接口的实时(RT)业务(即电路交换业务)不同。首先，如上所述，分组数据是突发性的。所要求的比特率可以迅速地从零变为每秒数百千比特。分组数据比电路交换业务承受更长的延迟时间。因此，从无线电接入网的角度来看，所述分组数据业务可能更易控制。例如，在交互式业务中，用户必须在合理的时间内得到资源，但在后台型业务中，当可为所述传输分配自由无线电接口容量时，数据可被传送。除了非实时业务之外，还可以经由分组网络传送实时业务，例如诸如会话式类别(电话会议、视频)和数据流类别(数据流多媒体)的UMTS QoS(通用移动电信系统；业务质量)类别数据传输。实时分组数据业务的实例是IP(互联网协议)话音的传输，即所谓的互联网呼叫。NRT QoS类别通常被称为交互式(例如网页浏览、游戏)和后台(例如下载电子邮件)类别。
用于填满分组数据承载可能具有的任何‘空’容量的功能通常被称为分组调度。空容量是指当前并未被电路交换数据、话音或信令业务使用的潜在容量。换言之，分组调度设法寻找到任何用于分组数据的潜在剩余网络容量。具体而言，分组调度的功能是基于特定的预定义参数分配、修改和释放传输信道内的所述分组数据业务用户的比特率。
因此，分组调度器是一种无线电通信系统的功能实体，其尽最大努力为分组交换分组数据用户分配无线电资源。一般而言，分组调度器是无线电资源管理功能的一部分。分组调度器在要求时分配无线电资源，这意味着仅在传送数据时才预留资源。
现有技术分组调度器根据当前分配、系统负载、不同传输信道的无线电性能、公共信道的负载以及传输信道业务量，为分组交换用户选择适当的传输信道和比特率。当所述数据被发送且静止发生时，如果静止持续由静止计时器确定的某一时段，则资源被释放。在基于WCDMA的系统中，可用于分组数据传送的传输链路是上行链路和下行链路方向上的专用传输信道(DCH)、上行链路方向上的随机接入信道(RACH)、下行链路方向上的转发接入信道(FACH)、上行链路方向上的公共分组信道(CPCH)、下行链路方向上的下行链路共享信道(DSCH)。
在现有技术分组调度中，信道类型选择和比特率分配存在着问题，因为数据性质是未知的。因此，定义静止计时器的长度是困难的。由于不同应用具有信令序列、分组大小以及数据量的统计分布的不同特征，如果可以联系应用(即TCP/UDP(传输控制协议、用户数据报协议)端口号码)以及所述应用的典型特征，则分组数据业务更加可以预测。
因此，需要一种解决方案，其通过联系所述应用与所述应用的典型特征，改善无线电资源管理，尤其是分组调度器的性能。
【发明内容】
本发明涉及一种方法和系统，所述方法和系统用于在无线电通信系统内管理分组数据的无线电资源。将传送的分组数据被接收。分组数据包括分组交换业务，所述分组交换业务包括多个类型的业务，例如网络浏览、WAP(无线应用协议)、SMS(短消息业务)、MMS(多媒体消息发送业务)、数据流业务以及电子邮件。为所述将被传送的分组数据管理无线电资源。
在现有技术中，无线电资源管理是指负责空中接口资源使用的功能。在现有技术中，无线电资源管理通常被分为切换、功率控制、允许进入控制、负载控制以及分组调度功能。
根据本发明，管理无线电资源包括从所述将被传送的分组数据检索传输层协议源端口号码。传输层协议是技术上共知的术语，指的是提供如OSI参考模型(开放系统互连)内传输层功能定义的功能的电信协议。传输层是所述OSI模型的第四层，其功能包括管理端到端控制(例如确定所有数据分组是否已到达)、误差校验以及确保完整数据传送。传输层协议的实例是TCP协议(传输控制协议)和UDP协议(用户数据报协议)。源端口号码被用于识别发送应用。此外，根据本发明，管理无线电资源包括生成与各个传输层协议端口号码相关的业务的特定于端口号码的统计模型。为每个诸如分组大小、应用以及传输协议行为的端口号码统计收集所下载和上传用户数据总量。因此，在所述端口号码已知的情况下，其可以某一可能性确定所使用业务是何种以及所述业务的行为如何。更为有利的是，所述统计模型在启动所述系统时生成，此后可重复使用相同的模型。但是，所述模型也可以每隔预定时间或与无线电资源管理执行平行地部分或全部重新生成。此外，根据本发明，管理无线电资源包括基于所检索的端口号码及其相关统计模型，为将被传送分组数据分配无线电资源。
在本发明的实施例中，分配无线电资源还包括至少一项下述内容：调度分组、管理用于将被传送分组数据的功率控制设置、管理切换、控制释放定时器、控制无线电通信系统的负载以及允许进入控制。
如果所述无线电通信系统具有较高负载，且所述统计模型指示所述分组数据仅需要少量容量，则所述允许进入控制接受将被传送的所述分组数据。如果所述统计模型显示所述连接通常需要大量容量，则所述连接被拒绝。控制所述无线电通信系统的负载是指一个小区或多个小区的负载控制。
在本发明的实施例中，所述无线电通信系统包括一个或多个专用传输信道和一个或多个共享和/或公共传输信道。所述术语‘传输信道’指的是专用信号和共享/公共信道。专用传输信道指的是一次传送一个业务的数据分组的传输信道类型。共享或公共传输信道指的是同时传送多个业务的数据分组的传输信道类型。
在本发明的实施例中，分配无线电资源还包括基于所检索的端口号码及其相关统计模型，选择将被用于传输所述数据的适当传输信道。在本发明的一个实施例中，生成所述统计模型以及选择所述传输信道同时执行。
在本发明的实施例中，基于所检索的端口号码及其相关统计模型，为所选择传输信道选择适当的比特率。
在本发明的实施例中，生成特定于端口号码的统计模型还包括分析所述业务的特性，并在此后基于所分析的业务特征建立所述特定于端口号码的统计模型。
在本发明的实施例中，建立了所述业务的至少一个通用统计模型。通用在此语境中指的是并不特定于端口号码。
在本发明的实施例中，所述业务的特性包括小分组最初的号码和大小。所述小分组通常在连接的开始时被交换以建立业务。所述特征还包括小分组最终的号码和大小，因为一些小分组在连接的结束时同样被交换。所述特征还包括分组呼叫的号码和大小，以及涉及分组呼叫之间的时间的静止时间。例如，在网页浏览的语境内，所述静止时间可能是用户阅读所接收文件所花费的时间。
在本发明的实施例中，为带有与突发性业务相关的端口号码的分组数据选择共享或公共传输信道。
在本发明的实施例中，为带有与稳定和/或持续时间较长业务相关的端口号码的分组数据选择专用传输信道。此外，在本发明的一个实施例中，所述共享和/或公共传输信道被分配给与无需软件切换来实现业务的QoS要求的端口号码相关的分组数据。因此，为其它业务保存通常与软件切换相关的其它基站和传输网接口的容量。这是因为在诸如基于WCDMA的UTRAN的无线电接入网内，所述DCH信道是唯一支持软件切换的传输信道。
在本发明的一个实施例中，在选择所述传输信道的步骤中考虑无线电资源管理参数。无线电资源管理参数包括至少一个以下参数：当前小区的负载、不同传输信道的负载、相邻小区的负载以及多无线电系统情况下的不同系统(GSM、WLAN、UTRAN、GERAN、IP RAN)的负载。
在本发明的实施例中，所述无线电通信系统基于WCDMA(宽带码分多址)。基于WCDMA的无线电通信系统的实例是诸如UMTS系统(通用移动电信业务)的第三代移动电信系统。在本发明的此实施例中，所述专用信道可能包括DCH信道(专用传输信道)。应当注意的是，术语DCH信道和专用传输信道用于特指WCDMA系统的DCH信道，而术语专用信道和专用传输信道一般用于表示专用传输信道。此外，在本发明的此实施例中，所述共享和/或公共信道可能包括RACH(随机接入信道)、FACH(转发接入信道)、CPCH(公共分组信道)和/或DSCH(下行链路共享信道)。
在本发明的实施例中，所述传输层协议是TCP协议(传输控制协议)。TCP端口号码在本技术领域内用于辨别在单个源/目的地终端内执行的多个程序。
在本发明的实施例中，所述传输层协议是UDP协议(用户数据报协议)。UDP端口号码在本技术领域内用于辨别在单个源/目的地终端内执行的多个程序。此外，从所述端口号码还可识别一些上层协议，且统计模型的生成可被设置为使用该信息。所述上层协议的一个实例是WAP的无线事项协议(WTP)。
在本发明的实施例中，用于建立所述统计模型的特征还包括TCP缓慢起动的出现，因为其对于分组分配具有影响。
在本发明的实施例中，通过使用WCDMA第2层的PDCP层(分组数据汇聚协议)所执行的传输层协议标题压缩算法，检索所述传输层协议端口号码，以处理所述传输层协议标题，并随后从所述标题检索所述端口号码。标题压缩算法是技术上共知的，其处理TCP/UDP和IP标题内的所有字段，并仅发送所述标题的第四字，即那些每个标题都改变的字段(例如校验和)，所述标题压缩算法例如在IETF(互联网工程特别任务组)的RFC 2507内规定。由于所述PDCP协议在运行所述标题压缩算法时处理TCP/UDP/IP标题，所以“源端口”字段可能会被取出，并且例如被传送到无线电资源管理，所述无线电资源管理还处理所述端口号码，并使其与统计业务模型相关。
无线电资源的管理为实现所需的业务质量(QoS)要求做准备，并从系统或网络或小区分配可实现所述QoS要求的资源。
在本发明的一个实施例中，从所述网络层(即微小区、宏小区、皮小区)分配最适合于传送所述将被传送分组数据的无线电资源。
在本发明的一个实施例中，无线电资源的分配包括管理切换。在做出所述切换判定时考虑用于不同端口号码的统计模型。如果所述统计模型显示仍然存在更多将经由空中接口发送的数据分组，并存在切换的需要，则所述系统执行所述切换。然而，如果根据所述统计模型将被发送的数据量较小，则并不执行所述切换。例如，如果所述统计模型指示来自特定端口号码的业务或分组呼叫具有x字节的典型大小，且在已发送x-100字节之后存在切换的需要(重定位或锚入)，则如果切换将引起质量降级，本发明的无线电资源管理系统判定并不执行切换。这是因为所述无线电资源管理了解仅留下少量将被发送的数据。
在本发明的一个实施例中，在不同基站之间执行切换。在多无线电环境中，执行切换到其它网络或系统，例如GSM(全球移动通信系统)、CDMA(码分多址接入)、蓝牙或基于WLAN(无线局域网)的无线电接入网。
本发明通过可使应用与所述应用的典型特征相关来改善无线电资源管理的性能。此外，本发明降低了不必要的不利信道分配信令开销。此外，本发明提高了无线电资源管理的效率，因为被无益保留的资源更少。此外，本发明提高了无线电资源管理的效率，因为资源分配考虑特定于应用的需要，因此所分配的比特率不会像现有技术的通常情况一样过大或过小。此外，更好分配的资源通常会为终端用户提供更佳的业务感觉。此外，本发明禁止切换到不适当的无线电网络，例如从UTRAN(UMTS地面无线电接入网)网到GPRS(通用分组无线电业务)或GERAN(GSM/EDGE无线电接入网)网的切换，这通常将会过多地降低比特率。
【附图说明】
附图提供了对于本发明的进一步理解，并构成本技术规范的一部分，附图示出了本发明的实施例，并借助描述解释本发明的原理。在附图中：
图1是示出了根据本发明一个实施例的方法的流程图，
图2是示出了根据本发明一个实施例的系统的方框图，
图3进一步示出了分组交换业务的各种特征，以及
图4进一步示出了根据本发明的在无线电资源管理系统内使用的各种协议。
【具体实施方式】
以下将详细参照本发明实施例，本发明实施例的实例在附图内说明。
图1示出了一种用于在无线电通信系统内对于非实时或实时分组数据的无线电资源管理的方法。在图1所公开的本发明实施例内，分析与各个传输层协议端口号码相关的业务，阶段10。然后，基于所述业务的特性建立所分析业务的特定于端口号码的统计模型，阶段11。所述业务的特性包括小分组最初的号码和大小、小分组最终的号码和大小、分组呼叫的号码和大小、待用周期以及TCP缓慢起动的出现。还建立所述业务的至少一个通用统计模型，阶段12。然后在阶段13内，接收将被传送的分组数据。从所述将被传送的分组数据检索传输层协议远端口号码，阶段14。基于所检索的端口号码及其相关统计模型来分配无线电资源，阶段15。
应当注意的是，阶段10-15同样可能并行发生，且所述统计模型可被动态调整。还应当注意的是，在阶段15内优先考虑其它无线电资源管理参数。这意味着当选择传输信道时，可能会考虑对应小区的负载或拥塞情况、所述小区内的不同信道类型以及所述统计模型。例如，如果专用信道相当拥塞，且共享/公共传输信道具有空闲容量，则所述算法偏好共享/公共传输信道。
图2示出了用于WCDMA无线电通信系统内的分组交换数据的无线电资源管理系统，所述WCDMA无线电通信系统包括专用传输信道DCH1和共享和/或公共传输信道SCH1和SCH2。图2所示的无线电通信系统是基于WCDMA的系统，因而所述专用信道是DCH-信道，所述共享和公共信道是RACH-、FACH-、CPCH-和/或DSCH-信道。图2所示的无线电通信系统还包括多个移动站MS1、MS2和MS3。应当注意的是，WCDMA系统内的移动站有时可能被称为用户终端。图2所示的无线电通信系统还包括基站收发器(或基站)BTS。应当注意的是，WCDMA系统内的基站收发器有时可能被称为节点B。图2所示的无线电通信系统还连接至属于核心网的移动交换中心MSC或SGSN(服务GPRS支持节点，在图2内并未显示)。所述移动站、基站收发器和移动交换中心、它们的互连和功能技术上共知，因而此处不再赘述。
图2所示的无线电资源管理系统包括无线电资源管理器RRM，其管理用于所接收的将被传送分组数据的无线电资源。所述无线电资源管理器还包括端口号码检索器PNR，其用于从所述将被传送的分组数据检索传输层协议源端口号码。所述无线电资源管理器还包括模型生成器MG，其用于生成与各个传输层协议端口号码相关的业务的特定于端口号码的统计模型。所述无线电资源管理器还包括无线电资源分配器RRA，其用于基于所检索的端口号码及其相关统计模型分配用于将被传送的所述分组数据的无线电资源。图2所示的无线电资源分配器还包括信道选择器CS，其用于基于所检索的端口号码及其相关统计模型选择将被用于传送所述数据的适当传输信道。图2所示的无线电资源管理系统所使用的传输层协议是TCP协议。作为选择，图2所示的无线电资源管理系统所使用的传输层协议可能是UDP协议或其它一些传输层协议。
图2所示的无线电资源分配器还包括用于至少一个以下方面的装置M：调度分组、管理用于将被传送分组数据的功率控制设置、管理切换、控制释放计时器、控制所述无线电通信系统的负载、允许进入控制。
图2所示的无线电资源管理器还包括比特率分配器BRA，其用于基于所检索的端口号码及其相关统计模型分配用于所分配传输信道的适当比特率。
图2所示的模型生成器还包括业务分析器TA和模型建立器MB，所述业务分析器TA用于分析所述业务的特性，而所述模型建立器MB用于基于所述业务的所分析特性来建立特定于端口号码的统计模型。图2所示的模型生成器还包括用于建立所述业务的至少一个通用统计模型的同样模型建立器GMB。所述业务的所述特征包括小分组最初的号码和大小、小分组最终的号码和大小、分组呼叫的号码和大小、待用周期以及TCP缓慢起动的出现。
图2所示的信道选择器还包括共享/公共信道选择器SCS和专用信道选择器DCS，所述共享/公共信道选择器SCS用于为带有与突发性业务相关的端口号码的分组数据选择共享/公共传输信道，所述专用信道选择器DCS用于为带有与稳定业务相关的端口号码的分组选择专用传输信道。
图2所示的端口号码检索器还包括标题处理器HP，其用于通过使用WCDMA L2的PDCP层所执行的传输层协议标题压缩，处理传输层协议标题，以从所述标题检索所述传输层协议端口号码。单元PNR、HP、BRA、CS、SCS、DCS、MG、TA、MB和GMB可能借助软件或硬件或它们的组合实施。在图2所公开的本发明实施例中，无线电资源管理器(RRM)实体位于无线电网络控制器(RNC)内。RRM的单元还与RNC分离。在本发明的一个实施例中，RRM位于BTS内，这是IP RAN(基于IP的无线电接入网)内的优选实施方式。
图3示出了在如图2所示的模型建立器建立特定于端口号码的统计模型时使用的分组交换业务的各个特征。图3所示的业务是包括TCP数据分组的分组交换业务。众所周知，使用TCP分组来传送与诸如HTTP(超文本传输协议)、FTP(文件传输协议)、远程登录、SMTP(简易邮件传输协议)和IMAP(互联网消息接入协议)的业务相关的数据。在TCP分组的标题内传送的源端口号码指示与给定TCP分组传送的业务相关的数据。两个连续连接在图3内示出。如图3所示，在连接的开始，有时也被称为开始阶段，交换一些小消息，以建立连接(在图3的实例内为TCP连接)或是将被传送的业务。在本发明的一些实施例中，在应用层建立业务，这意味着在可使用所述应用层业务之前发送小数据分组。在连接结束时，有时也被称为结束阶段，还交换一些小消息。如图3所示，分组呼叫的号码和大小有时也被称为分配大小。TCP缓慢起动参照TCP分组呼叫特有的现象，其中如图3所示，分组呼叫在开始相对较小，到最后增加。
所述分组交换业务可能还包括UDP数据分组。将UDP用作传输协议的业务例如包括WAP(无线应用协议)和SNMP(简单网管协议)业务。
图3所示的特征通常根据正被传送的业务改变。因此，如果分析业务并且基于所述分析建立特定于端口号码的统计模型，则当与所述业务相关的端口号码未知时，可在一定的概率范围内鉴别所使用的业务是什么，以及在上传与下载期间内所述业务的行为是什么。不同的特征还意味着应当根据业务特征将业务置于传输信道上。诸如使用WTP协议的WAP事项的相当突发性业务应当被优选地置于WCDMA系统的DSCH信道上，而诸如大电子邮件下载的持续时间较长且更加稳定的业务最好置于WCDMA系统的DCH信道上。应当注意的是，所述稳定业务同样可能具有突发性建立阶段。优选的是，所生成的统计模型通过将共享或公共信道分配给所述突发性业务，并在所述业务变得更加稳定时将专用信道分配给所述分组数据，从而考虑所述突发性建立阶段。这种业务的一个实例是下载电子邮件。所述电子邮件会话建立的建立可能是相当突发的，而在所述建立之后所述电子邮件的下载可能会相当稳定。另一方面，SMS业务和控制消息在连接开始时应当被优选地置于公共信道上，如果无线电资源管管理参数允许这样，即在公共信道内存在足够容量的话。
图4示出了在根据本发明的无线电资源管理系统和其内实施所述无线电资源管理系统的无线电通信系统内使用的各种协议和功能。图4所示的无线电通信系统是基于WCDMA的UMTS网络。图4还示出了如何在所述系统内实施根据本发明的与现有协议栈相关的分组调度的一个实施例。在图4内示出了用户设备UE、无线电接入网RAN和服务器以及它们的对应协议栈。所述用户设备等同于图2内所示的移动站。所述无线电接入网等同于图2所示的无线电网络控制器(RNC)和基站收发器(BTS)的组合。所述服务器提供数据连接的另一端点。如果所述用户设备例如用于网页浏览，则所述服务器可能优选的是提供所浏览内容的WWW服务器(万维网)。所述服务器经由IP网和UMTS核心网与无线电接入网通信。在图4所示的用户设备内实施的协议栈包括宽带码分多址WCDMA的物理层1L1。图4的协议栈还包括可被分为多个子层的协议层2(WCDMA L2)。所述子层包括媒体接入控制MAC、无线电链路控制RLC和分组数据汇聚协议PDCP。在WCDMA L2上是第三层上的互联网协议IP、第4层上的传输控制协议TCP以及应用协议。所述协议及其功能技术上共知，因而此处不再赘述。在图4所示的服务器内实施的协议栈包括互联网协议IP、传输控制协议TCP和应用协议。
在图4所示的无线电接入网内实施的协议栈包括宽带码分多址WCDMA的第1层、WCDMA的第2层(包括媒体接入控制MAC、无线电链路控制RLC和分组数据汇聚协议PDCP)。如图4所示，根据本发明的分组调度功能PS优选的是被实施在无线电资源管理RRM内的第2层协议的附近。如图4所示，TCP/UDP/IP标题压缩被PDCP使用。
对于本领域技术人员而言，显然随着技术进步可以各种方式实施本发明的基本构思。本发明及其实施例因此并不仅限于上述实例，而是可在权利要求书的范围内改变。