基于寻呼区的动态流量控制方法.pdf

本发明涉及一种动态消息流量控制方法，系统处在话务忙和高峰时段，iPAS－GW可以根据消息策略向MCNC或SMSC等消息呼入源反馈信息，指示其减少增殖业务消息的发送流量，优先保证语音业务可以得到相应的无线侧资源，及时处理。而当系统处在话务低峰时段，为提高资源利用效率，iPAS－GW可以向MCNC或SMSC反馈信息等消息呼入源，指示其增大增殖业务消息的发送流量。使其发送的增殖业务消息都能得到相应的无线侧资源，提高增殖业务消息的发送成功率和效率。

1.  一种动态消息流量控制方法，无线市话系统网关(iPAS-GW)的消息呼入源有短消息服务中心(SMSC)、丢话通知中心(MCNC)、定位服务器和其它网关，iPAS-GW收到呼入消息后将呼叫转发到各个小区基站，每个寻呼区(PA)包括若干个小区基站，其特征在于：iPAS-GW对各种消息呼入源提供的业务设定优先级，消息流量控制方法包括如下步骤：
IPAS-GW针对每个PA启动一个流量监测定时器，当定时器超时，系统统计当前PA的流量信息，
1)当PA流量值大于第一预定值时，向业务优先级最低的消息呼入源反馈流量信息，指示其减少甚至停止发送请求；
2)如果PA流量值仍然大于第一预定值，则向业务优先级次低的消息呼入源反馈流量信息，指示其减少甚至停止发送请求，直到PA的流量值在预定的正常区间；
3)当PA流量值小于第二预定值时，向业务优先级最高的服务器反馈流量信息，指示其增大消息的发送流量；
4)当PA流量值仍然小于第二预定值时，向业务优先级次最高的服务器反馈流量信息，指示其增大消息的发送流量；直到PA的流量值在预定的正常区间，其中第二预定值小于第一预定值。

2.  如权利要求1所述动态消息流量控制方法，其特征在于：业务设定优先级的设置为短消息服务最高、未接电话提醒服务次之、定位业务最低。

3.  如权利要求1所述动态消息流量控制方法，其特征在于：流量递减控制的过程分为若干级，每级向下调节预定的业务量。

4.  如权利要求3所述动态消息流量控制方法，其特征在于：流量增大控制的过程分为若干级，每级向上调节预定的业务量。

5.  如权利要求4所述动态消息流量控制方法，其特征在于：流量增大控制的每级向上调节预定的业务量小于流量递减控制的每级向下调节预定的业务量。

6.  一种动态消息流量控制方法，iPAS-GW的消息呼入源有MCNC，SMSC，定位服务器和其它网关，其中一个消息呼入源为主要消息呼入源，iPAS-GW收到呼入消息后将呼叫转发到各个小区基站，每个寻呼区(PA)包括若干个小区基站，其特征在于：消息流量控制方法包括如下步骤：
IPAS-GW针对每个PA启动一个流量监测定时器，当定时器超时，系统统计当前PA流量信息，
1)当PA流量值大于第一预定值时，向主要消息呼入源的消息呼入源反馈流量信息，指示其减少甚至停止发送请求，直到PA的流量值在预定的正常区间；
2)当PA流量值小于第二预定值时，向主要消息呼入源的消息呼入源反馈流量信息，指示其增大消息的发送流量；直到PA的流量值在预定的正常区间，其中第二预定值小于第一预定值。

7.  如权利要求6所述动态消息流量控制方法，其特征在于：流量递减控制的过程分为若干级，每级向下调节预定的业务量。

8.  如权利要求7所述动态消息流量控制方法，其特征在于：流量增大控制的过程分为若干级，每级向上调节预定的业务量。

9.  如权利要求8所述动态消息流量控制方法，其特征在于：流量增大控制的每级向上调节预定的业务量小于流量递减控制的每级向下调节预定的业务量。

10.  一种动态消息流量控制方法，iPAS-GW的消息呼入源有MCNC，SMSC，定位服务器和其它网关，iPAS-GW收到呼入消息后将呼叫转发到各个小区基站，每个寻呼区(PA)包括若干个小区基站，其特征在于：iPAS-GW对各种业务设定优先级，消息流量控制方法包括如下步骤：
IPAS-GW针对每个PA启动一个流量监测定时器，当定时器超时，系统统计当前PA流量信息，
1)当PA流量值大于第一预定值时，向所有消息呼入源的服务器反馈流量信息，指示其减少甚至停止发送请求，直到PA的流量值在预定的正常区间；
2)当PA流量值小于第二预定值时，向所有消息呼入源的服务器反馈流量信息，指示其增大消息的发送流量；直到PA的流量值在预定的正常区间，其中第二预定值小于第一预定值。

11.  如权利要求10所述动态消息流量控制方法，其特征在于：流量递减控制的过程分为若干级，每级向下调节预定的业务量。

12.  如权利要求11所述动态消息流量控制方法，其特征在于：流量增大控制的过程分为若干级，每级向上调节预定的业务量。

13.  如权利要求12所述动态消息流量控制方法，其特征在于：流量增大控制的每级向上调节预定的业务量小于流量递减控制的每级向下调节预定的业务量。

基于寻呼区的动态流量控制方法
技术领域
本发明涉及通信领域，尤其涉及一种短消息业务的动态流量控制方法。
背景技术
随着增值业务的不断发展，越来越多的地区希望我们的系统可以提供短消息等增值业务，同时除了普通的短信外，基于短信的业务也越来越多，如基于短信的未接电话提示(Missed Call Notification)，通过短信查询交通路线图，通过短信向用户问候，天气预告等。同时小灵通短信跟移动短信互通的测试的需求也被提出来，这些业务的发展特别是与移动网络的短信互通大大增加系统要处理的短信的流量，并会在短时间内会产生大量的短信，特别是短信群发业务。由于这些业务与正常主被叫流程很类似，并使用的是相同的Q.931消息，同样占用无线侧的信道资源，如果在很短的时间内有大量的消息由系统发出，会冲击无线侧系统设备。
无线市话系统网关(iPAS-GW)是业务侧向用户侧发送呼叫消息的汇接点，由于无线侧资源和手持电话系统(PHS)空中接口规范的限制，当单位时间发送的消息超过寻呼区(PA)处理的缓冲区设定时，后续的消息将被丢弃，造成大量呼损和短消息的大量重发，由此更增加了系统的负荷，因此iPAS-GW一定要能够基于PA对不同呼叫源的消息进行动态流量控制，防止大量的消息短时间内集中发送到无线侧，特别是集中发送到某个PA，从而提高发送的成功率和效率，保证系统在任何时段都能高效率的处理各种业务的呼叫消息。
请参阅图1，iPAS-GW处理消息的呼入源有短消息服务中心(SMSC)发的短消息，丢话通知中心(MCNC)发的丢话通知呼叫消息，其它交换机发的语音呼叫消息，与基站控制器(CSC)侧通过无线Q.931消息进行信令交互。因此为防止CSC/CS侧呼叫消息溢出，iPAS-GW要根据流量控制策略控制各个呼叫源减少单位时间发送的消息数目。
目前情况下，空中接口上的超帧结构如下：
BCCH  PCH1  PCH2  SCCH  PCH3  PCH4  SCCH  PCH5PCH6  SCCH  PCH7 PCH8  BCCH…
参数为：N＝20，Nsg＝1，Nsub＝3，Npch＝2，Ngroup＝4
对于信令控制载频(SCCH)和寻呼载频(PCH)的信道资源分配方式，在理想流量分布下基站每小时能够处理的下行SCCH为9000次，PCH为24000次。即对于一个基站(CS)，在理想流量发布下，1.2秒能处理8个PCH，3个SCCH，即一个CS每秒最多能处理的PCH为8/1.2＝6.66个，SCCH为3/1.2＝2.5个，所以在1.2秒内最大的下发短消息(Mobile-terminated short message，MT SM)、被叫、丢失电话消息以及本地交换机(LS)的寻呼(Paging)总数不能超过6.66个，最大的实际建链总数为2.5个(包括主叫、位置登记，短消息发送(Mobile-originated，MO SM)，紧急呼叫等)。
请参阅图2，CS下行PCH和缓存机制的限制。缓存器A(Buffer-A)为基站储存网络I/F(Interface接口)发来的建立连接指令(Setup)的缓存区，长度为128字节。缓存器B为无线I/F(Radio I/F)等待发送PCH的缓存区，长度为每组3个。缓存器C为基站呼叫实例的缓存区，长度为16字节。
如图2所示，目前无线端采用的帧结构将手机号码(PS number)划分为8个寻呼组(Paging Group)，每个寻呼组基站分配长度为3的缓存器(Buffer B)。当基站收到网络侧I/F发来的建立连接指令后，首先存储在缓存器A中，之后根据被叫号码所属不同号码组发送到基站无线I/F对应的号码组缓存区，等待基站通过无线PCH信道发送给手机，同时计时器TR301C开始计时，当基站在TR301C内收到寻呼响应，基站会将登记信息转移到缓存器C，并清除该条记录。如TR301C超时，基站将清除该项记录。缓存器A的投放间隔为每组每1.2秒一个，PCH的集中放置导致缓存器溢出时会被丢弃。
由于目前无线端采用的帧结构将手机号码划分为8个寻呼组，每个寻呼组基站分配长度为3的缓存器(Buffer B)，即待发送的被叫消息为3个，多余的将被丢掉。而缓存器B中的待发送被叫消息的处理间隔为1.2秒一个。因此每一个寻呼组每秒处理的寻呼数为1/1.2＝0.833条/秒。
图3是基站待发送的被叫消息缓存器的结构示意图，每个呼叫组包括Macro调用状态、发送等待消息数、剩余发送次数、被叫消息#1、被叫消息#2、被叫消息#3。
对于一个PA来说，在理想流量发布下，1.2秒能处理8个PCH，由于在一个PA下面有许多个CS，所以可以建链个数为2.5*N(N大于3)，但由于受到PCH的限制，理论上最多的可能建链总数等于网络测下发来的寻呼数，6.66个/秒。因此下行业务(MT SM、被叫、丢失电话、LS)最大的可能建链总数为6.66个/秒。则可能的上行业务(MO SM、主叫、位置登记、紧急呼叫等)最大的可能建链总数为：3×N-6.66。
随着短消息用户数的不断增长和群发业务的大量开展，市场要求短消息中心“大容量，高吞吐率”，以便高速及时处理完所有短消息。目前短信中心存在如下缺陷和不足：
由于一个短消息中心服务于许许多多的基站，当短消息集中于某些基站时会引起无线信道地拥塞，所以SMSC最好能控制到基站级的流量控制，而这是当前系统所缺少的。
按照《无线市话系统短消息技术规范》要求，短消息中心只提供了高优先级和普通优先级，并且由于采用了GSM短消息规范，只对同一目的地址的短消息优先级采用了高优先级先发的策略，不能对不同来源的外部实体进行优先级的设置。
目前SMSC未考虑到网关、无线侧的各种限制，容易引起网关、无线侧的下发消息的拥塞。如PA的限制和寻呼组的限制。
目前，网关有对来自SMSC的流量进行静态控制的参数，即网关控制某段时间内来自SMSC的总短消息数。如果某段时间总消息数超过该阈值，网关会拒绝接收从SMGW下发的短信提交消息。由于该阈值是一个静态值，它的设定是考虑了GW自身的处理能力、CSC/CS处理能力等消息选择了一个比较保险的值(该值比较小)。它不能反映当时GW、CSC、CS在不同时段、不同业务分布条件下的真实情况。为了充分发挥GW、CSC、CS处理能力并不让GW、CSC、CS发生拥塞，SMSC和GW需要动态流量控制。
业界传统的动态流量控制算法请参阅图4，动态流量控制涉及到控制体、被控体和信息反馈。控制体是控制流量的主体，它利用直接的信息反馈(如被控体的流量级别指示等)和非直接的信息反馈(如被控体返回的失败信息、控制体自身的超时信息等)，根据已经确定的控制策略来控制发送消息的流量。被控体是被控制流量的主体，也是直接信息反馈的产生者。它根据自身的处理能力和限制、下端网元的处理能力和限制，以及下端网元的信息反馈等信息，根据以及确定的信息反馈策略来反馈信息。信息反馈是被控体经过信息反馈策略处理后的直接反馈到控制体的流量级别指示的信息。当然这也包括非直接的信息反馈。控制体是对下发消息流量的控制主体，但如何控制下发消息，根据哪些信息来调整下发消息，这就是由控制体的控制策略来确定。被控体如何反馈流量级别指示是由被控体的信息反馈策略来确定。
信息反馈包括直接反馈和非直接反馈。直接反馈对于动态流量控制就更加直接、控制响应将跟快。非直接反馈对于动态控制效果会差一些，同时控制响应也慢一些，但涉及的改动会少一些。控制策略和信息反馈策略将随着系统的不得发展和不同层次的要求可以进一步的丰富和深入。
信息反馈的内容主要是流量级别指示，我们设定为4级，分别由低到高为1级，2级，3级和4级。
如果是直接信息反馈，则由被控体反馈出当前的流量级别指示。如果是非直接信息反馈，则由控制体根据一定的策略来确定该级别。当非直接信息反馈时，可以不用设定4级流量级别，而仅仅设定为正常和过载。
系统设置三类定时器：
被控体流量检测定时器定时器3：被控体的系统负荷和流量检测定时器3，每隔定时器3时长，被控体会检测当前CPU占用率和系统资源占用率：如果性能或容量指标超过预定的阀值，则给控体根据具体的流控策略和流控算法向相应的消息源反馈流量指示级别。如果性能或容量指标没有超过预定的阀值，则被控体不进行任何反馈。
控制体降低流量级别保护定时器1：在定时器1超时时间内，如果控制体多次收到被控体发来的流量指示级别，则将之忽略。如果定时器1超时后再次收到被控体发来的流量指示级别，则控制体根据流量控制策略调底流量级别。
控制体恢复流量级别保护定时器2：在定时器2超时时间内，如果控制体没有收到被控体发来的新的流量指示级别，则在定时器2超时后，则控制体恢复到上一流量控制级别。
为了防止控制过度和波动，建议定时器的关系如下：
定时器3＜定时器1＜定时器2
控制体控制流量级别的原则：快递减，慢恢复的策略。
控制体的控制算法：
当控制体收到被控体发来的流量级别指示并没有启动定时器1，则表示被控体刚刚过载，控制体根据控制策略向下调节一步流量，并启动定时器1和2。
在定时器1超时之内，控制体将忽略被控体发来的所有流量级别指示。定时器超时后，即停止定时器1。
如果又有新的流量级别指示并没有启动定时器1，控制体就继续向下调节一步流量，同时重新启动定时器1，直到最小的流量。
如果在定时器2超时之内，控制体没有收到任何新流量级别指示，则控制体根据控制策略向上调节一步流量，并再次启动定时器2，直到流量到达正常值。
被控体的反馈算法：
被控体根据信息反馈策略检查流量状态，如果流量过载并没有启动定时器3，则被控体向控制体发送流量级别指示，并启动定时器3。
如果定时器3超时之内，如果流量回复正常，则停止定时器3。
如果定时器3超时之后，被控体检查流量状态，如果仍然过载，则继续发送流量级别指示。
由于设置了4级流量级别指示，则在控制的步骤可以比较细致一些，并根据不同的情况进行设置后达到不同的控制效果。如：
向下调节：
1级：每调节一次，向下调节10％的业务
2级：每调节一次，向下调节20％的业务
3级：每调节一次，向下调节40％的业务
4级：每调节一次，向下调节100％的业务
向上(恢复)调节：
1级：每调节一次，向下调节5％的业务
2级：每调节一次，向下调节10％的业务
3级：每调节一次，向下调节15％的业务
4级：每调节一次，向下调节20％的业务
向下调节比向上调节大，是实现“快递减，慢增长”的策略。
然而，这些具体的调节值是可以配置的，并根据不同的控制策略修正的。
发明内容
本发明的目的是根据当前系统在流量控制方面存在的一些缺陷，提出一种动态流量控制方法，增强整个系统的健壮性。
本发明动态消息流量控制方法，iPAS-GW的消息呼入源有MCNC，SMSC，定位服务器和其它网关，iPAS-GW收到呼入消息后将呼叫转发到各个小区基站，每个寻呼区(PA)包括若干个小区基站，其特征在于：iPAS-GW对各种消息呼入源提供的业务设定优先级，消息流量控制方法包括如下步骤：
IPAS-GW针对每个PA启动一个流量监测定时器，当定时器超时，系统统计当前PA的流量信息，
1)当PA流量值大于第一预定值时，向业务优先级最低的消息呼入源反馈流量信息，指示其减少甚至停止发送请求；
2)如果PA流量值仍然大于第一预定值，则向业务优先级次低的消息呼入源反馈流量信息，指示其减少甚至停止发送请求，直到PA的流量值在预定的正常区间；
3)当PA流量值小于第二预定值时，向业务优先级最高的服务器反馈流量信息，指示其增大消息的发送流量；
4)当PA流量值仍然小于第二预定值时，向业务优先级次最高的服务器反馈流量信息，指示其增大消息的发送流量；直到PA的流量值在预定的正常区间，其中第二预定值小于第一预定值。
业务设定优先级的设置为短消息服务最高、未接电话提醒服务次之、定位业务最低。
在一种业务占主导地位的情况下，可以只向提供该业务的消息呼入源反馈流量信息；在多种业务比较平均并数量不大的情况下，可以直接向所有的消息呼入源反馈流量信息。
采用本发明的方法后，可保证系统能稳定的长期工作，而不导致系统或者每一个网元失效。不影响系统实时业务的正常处理，不能超出影响各网元的处理能力，在业务处理能力范围内，尽量多的处理各种业务，在不影响实时业务的前提条件下，在最短的时间内尽量多处理非实时的增值业务，如短消息。减少各个网元的拥塞，保证各个网元在处理能力的条件下，提高处理的成功率。修整并优化业务处理的流程，提高消息的发送效率和成功率，避免无谓的重发消息和业务级别底的消息在话务高峰时段占用资源。
图1是现有iPAS系统的示意图。
图2是现有系统的缓存机制示意图。
图3是CS待发送的被叫消缓存结构示意图。
图4是传统动态流量控制算法的示意图。
图5是本发明流量控制方法的系统示意图。
图6是本发明流量控制方法中业务统计的流程图。
图7是本发明流量控制方法的主流程图。
业界传统的动态流量控制算法是针对普通的流量控制应用来设计的，但是对与PHS系统这种基于PA的流量控制，显然不能满足实际应用的需求，而有些功能的实现又过于复杂，流控算法本身有可能占用过多的系统资源，因此针对PHS的特殊情况，按照高效，简单和实用的原则，对传统的流量控制算法做适当的修改以适应iPAS系统对流控的需求。
本发明流量控制的基本方法为：
iPAS-GW的消息呼入源主要有MCNC，SMSC，定位服务器和其它的网关，iPAS-GW收到呼入消息后，通过Q.931信令将呼叫转发到最终用户，由于无线侧资源的限制，特别是基于PA的流量的限制，要求iPAS-GW能够控制下发到每个PA的流量，最大不能超过6.66条/PA/秒，否则后续的呼叫消息将被丢弃，造成二次寻呼或者呼损。因此iPAS-GW做为一个汇接和集中发送的网元，如果能够实现简单，有效的动态流量机制将大大提高系统的吞吐率和发送效率。
IPAS-GW主要处理两种类型的业务呼叫消息：实时语音业务和非实时的增殖业务。语音业务的优先级最高，任何情况下，系统要优先保证语音业务能够得到及时处理。因此当系统处在话务忙和高峰时段，iPAS-GW可以向MCNC和SMSC反馈信息，指示其减少增殖业务消息的发送流量，优先保证语音业务可以得到相应的无线侧资源，及时处理。而当系统处在话务低峰时段，为提高资源利用效率，iPAS-GW可以向MCNC和SMSC反馈信息，指示其增大增殖业务消息的发送流量。使其发送的增殖业务消息都能得到相应的无线侧资源，提高增殖业务消息的发送成功率和效率。
针对每个PA的流量限制(根据现场的具体情况而定，现假定3条/PA/秒)，计算一段时间的流量限制，假设10秒，则一个PA 10秒内可以处理的流量为10*3＝30条。
  流量反馈                             流量反馈
  控制区间                             控制区间
                     正常区间
10秒：10*3＝30条
              9条                  21条
   Leve11             Leve12            Leve13
按照上图所示，将整个流量区间按照设定的百分比分为三个区间，1级和3级是流量反馈控制区间，2级是正常区间。如果当前流量数值处在流量反馈控制区间，则GW根据反馈策略向相应的呼入源反馈流量信息。
如果是小于9条，则指示相应的呼入源增大其发送的流量。
如果是大于21条，则指示相应的呼入源减少其发送的流量。
如果当前流量在[9，21]之间，则不反馈任何信息，MCNC和SMSC按照原来的策略继续发送消息。
IPAS-GW支持三种流量反馈策略，反馈策略可以通过网管系统进行动态配置：
1、根据业务优先级别进行流量信息反馈，业务优先级别是：
＝短消息服务(Short message)
＝未接电话提醒服务(Missed Call Notification)
＝定位业务(Location Server)
1)、当某个PA的流量值处在3级流量反馈区间时，表示系统当前负荷比较重，要减少相应增殖业务消息的发送流量。则根据优先级别先向定位业务服务器反馈流量信息，指示其减少甚至停止发送定位请求(Location Request)消息，如果流量值所在区间没有变化，则向MCNC反馈流量信息，指示其减少甚至停止发送未接电话提醒服务消息，依次类推，最后向SMSC发送消息，指示其减少甚至停止短消息的发送流量。
2)、当某个PA的流量值处在1级流量反馈区间时，表示系统当前负荷比较轻，要增大相应增殖业务消息的发送流量。根据优先级别先向SMSC反馈流量信息，指示其增大发送短信业务的流量，如果流量值所在区间没有变化，则向MCNC反馈流量信息，指示其增大发送未接电话提醒服务消息，依次类推，最后向定位业务服务器发送消息，指示其增加定位业务的发送流量。
2、向固定消息呼入源反馈流量信息，可以用网管系统来设定固定的网元来接受反馈的流量信息
在某些点，mSwitch开放的增殖业务有可能很少，例如在很多地方都仅仅是开放了短信业务，或者开放了其它的几个业务，但是只有某一种业务占的比重很大，其他业务的用户数和业务量都很少，这时可以设定GW只是向固定的网元反馈流量信息。因为GW按业务优先别的顺序来决定反馈消息源的策略比较复杂，策略本身要要消耗处理器的资源，因此对于业务类型一种或者某一种业务类型占大多数的情况下，选择这种策略可以大大提高系统流量反馈的效率，符合简单，高效的原则。
3、向所有消息呼入网元广播流量反馈消息
在某些点或者地区，开展的业务类型比较多，但是用户数不多，业务量不大，而且每种业务类型的业务量都比较平均，GW可以采取简单的流量反馈策略，向所有消息呼入网元反馈流量信息。因为用户数不多，业务量不大，因此因为流量信息反馈广播造成的广播对系统本身性能的影响可以忽略。
iPAS-GW做为被控体，当iPAS-GW收到呼入消息时由主线程针对每个PA分别进行流量统计，统计信息包括两类：
1、分别统计每个PA内每种业务类型流量信息
2、统计每个PA内所有业务的总流量信息
IPAS-GW针对每个PA启动一个流量监测定时器，当定时器超时，系统统计当前PA流量信息，同时根据流量上报策略，决定是否上报流量信息和向哪一个网元反馈流量信息。
消息呼入源根据当前业务流量和语音流量在总流量中所占的比重来决定是增大流量还是减少流量。SMSC初始化配制一个统一的PA阈值(如每一个PA支持的最大阈值为4条/秒)，此阈值作为所有PA的初始化值，SMGW根据GW反馈的流量级别指示，进行PA当前阈值的动态调整。
同时，为了提高短消息下发短消息的处理速度，SMSC先进行一些预处理，在一定的时间内，尽量使得每一个PA在1.2秒下发的短消息达到阈值，并保证在些短消息时属于不同的寻呼组，这样就可能使得这些短消息在1.2秒内一次一并寻呼成功，从而提高短消息下发的处理速度。
流量发送网元支持4级流量级别指示，包括流量递减控制和流量恢复控制，调节机制遵循“快递减，慢增长”的策略，例如：
向下调节：
1级：每调节一次，向下调节10％的业务
2级：每调节一次，向下调节20％的业务
3级：每调节一次，向下调节40％的业务
4级：每调节一次，向下调节100％的业务
向上(恢复)调节：
1级：每调节一次，向下调节5％的业务
2级：每调节一次，向下调节10％的业务
3级：每调节一次，向下调节15％的业务
4级：每调节一次，向下调节20％的业务
这些具体的调节值是可以通过网管来进行配置，并根据不同的控制策略进行修正。