專(zhuān)利名稱(chēng)：在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中通過(guò)信令通知以?xún)?yōu)化速率控制方案的方法和通信系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于優(yōu)化速率控制方案的性能的方法和通信系統(tǒng)，該速率控制方案用于分組交換流(PSS)應(yīng)用的發(fā)送速率自適應(yīng)，其中移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)是端到端通信的最后一部分。
背景技術(shù)：
通常，為了能夠控制流速率，接收機(jī)(移動(dòng)終端)向發(fā)射機(jī)(服務(wù)器)發(fā)送反饋信息。在數(shù)據(jù)傳輸期間獲取該信息，并且在位于移動(dòng)終端中的速率控制方案客戶(hù)端中收集該信息。然而，由于移動(dòng)終端具有來(lái)自信令協(xié)議的鏈路狀態(tài)信息，因此該鏈路信息可以被報(bào)告給流應(yīng)用的發(fā)射機(jī)。使用所報(bào)告的信息，發(fā)送速率的計(jì)算可以自適應(yīng)于移動(dòng)鏈路條件，從而將改善流應(yīng)用的質(zhì)量。
諸如因特網(wǎng)音頻播放器、IP電話、視頻會(huì)議等的音頻/視頻流應(yīng)用的數(shù)量正在持續(xù)增長(zhǎng)，并且導(dǎo)致非TCP(傳輸控制協(xié)議)業(yè)務(wù)的百分比增加。由于這些應(yīng)用通常不實(shí)施擁塞控制方案，因此與TCP業(yè)務(wù)的競(jìng)爭(zhēng)導(dǎo)致非常不公平的情況，即網(wǎng)絡(luò)中可用的帶寬被PSS業(yè)務(wù)占用。為此，在流發(fā)射機(jī)中采用與TCP的擁塞控制算法兼容的速率自適應(yīng)方案。將這些方案應(yīng)用到用于流的傳輸協(xié)議(例如UDP(用戶(hù)數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議))，并且這些方案以一種可以達(dá)到TCP和PSS業(yè)務(wù)之間公平的帶寬分配的方式來(lái)控制發(fā)送速率。這種機(jī)制的一個(gè)例子是TCP友好速率控制(TFRC)。
TFRC被規(guī)定用于單播通信，并且根據(jù)描述TCP吞吐量的復(fù)雜等式來(lái)調(diào)節(jié)發(fā)送速率。在發(fā)射機(jī)處計(jì)算發(fā)送速率，但是為了收集等式的必要參數(shù)，需要來(lái)自接收機(jī)的反饋信息。所使用的TCP吞吐量等式將發(fā)送速率粗略描述為丟失事件率、往返時(shí)間(RTT)和分組大小的函數(shù)。反饋消息中最重要的信息是在接收機(jī)中計(jì)算出的丟失事件率。
TFRC的主要優(yōu)點(diǎn)在于，它具有相對(duì)穩(wěn)定的發(fā)送速率(它比TCP對(duì)分組丟失的響應(yīng)要慢)，卻仍然對(duì)競(jìng)爭(zhēng)業(yè)務(wù)提供足夠的響應(yīng)。TFRC應(yīng)當(dāng)僅在應(yīng)用要求平滑的吞吐量時(shí)使用。關(guān)于TFRC進(jìn)一步的細(xì)節(jié)可以在Handley，M.，F(xiàn)loyd，S.，Padhye，J.and J.Widmer“TCP Friendly Rate Control(TFRC)ProtocolSpecification”，RFC 3448，January 2003中找到。
速率控制方案和特別是上面所述的TFRC是為有線因特網(wǎng)技術(shù)發(fā)展而來(lái)的。由于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)采用近來(lái)較高帶寬無(wú)線技術(shù)，因此對(duì)于移動(dòng)用戶(hù)來(lái)說(shuō)流應(yīng)用將變得更加普及。特別是在第三代(3G)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)(例如UMTS)中，流服務(wù)將成為運(yùn)營(yíng)商提供的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用。因此，需要與流應(yīng)用一起實(shí)施速率控制方案。
圖1示出了通用移動(dòng)通信系統(tǒng)(UMTS)的高層架構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)部件按功能分成核心網(wǎng)絡(luò)(CN)、UMTS地面無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)(UTRAN)和用戶(hù)設(shè)備(UE)。UTRAN負(fù)責(zé)處理所有無(wú)線有關(guān)的功能，而CN負(fù)責(zé)到外部網(wǎng)絡(luò)路由呼叫和數(shù)據(jù)連接。如圖中可以看出的，這些網(wǎng)絡(luò)部件的相互連接由開(kāi)放接口Iu、Uu定義。應(yīng)當(dāng)注意的是，UMTS系統(tǒng)是模塊化的，因此它可能具有相同類(lèi)型的幾個(gè)網(wǎng)絡(luò)部件。
圖2示出通過(guò)核心網(wǎng)絡(luò)部件連接到外部PDN(分組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò))的UMTS網(wǎng)絡(luò)的更詳細(xì)的視圖。具體地說(shuō)，移動(dòng)終端在包括連接到無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制器(RNC)的多個(gè)基站BTS的蜂窩通信系統(tǒng)內(nèi)通信，以接收和發(fā)送用戶(hù)數(shù)據(jù)以及信令數(shù)據(jù)。RNC通過(guò)接口Gb連接到SGSN(服務(wù)GPRS支持節(jié)點(diǎn))，SGSN用于在其服務(wù)區(qū)域內(nèi)傳送數(shù)據(jù)分組，并且包括路由、移動(dòng)性管理、鑒權(quán)等。
此外，GGSN(網(wǎng)關(guān)GPRS支持節(jié)點(diǎn))是外部PDN和SGSN之間的接口。
假設(shè)分組交換UMTS網(wǎng)絡(luò)，對(duì)于每個(gè)活動(dòng)連接應(yīng)當(dāng)存在至少一個(gè)分組數(shù)據(jù)協(xié)議(PDP)上下文(context)。如圖3所示，PDP上下文是通過(guò)端對(duì)端信令在CN部件(網(wǎng)關(guān)GPRS支持節(jié)點(diǎn)-GGSN)和UE之間建立的。
從UE向SGSN發(fā)送激活PDP上下文請(qǐng)求，其包括例如PDP類(lèi)型、PDP地址、請(qǐng)求的QoS(服務(wù)質(zhì)量)、接入點(diǎn)等。隨后，將創(chuàng)建PDP上下文請(qǐng)求從SGSN發(fā)送到GGSN，產(chǎn)生相應(yīng)的PDP上下文響應(yīng)。響應(yīng)被從SGSN發(fā)送到UE，并且構(gòu)成所請(qǐng)求的PDP上下文的接受。
PDP上下文信令對(duì)應(yīng)RAN(無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò))是透明的，從而屬于非接入層(Non Access Stratum)。在PDP上下文中的通用信息當(dāng)中，例如“TrafficClass”(業(yè)務(wù)類(lèi)型)，它包含“maximum bit rate for downlink”(下行鏈路最大比特率)、“guaranteed bit rate for downlink”(下行鏈路保證比特率)、“maximum bit rate for uplink”(上行鏈路最大比特率)、“transfer delay”(傳輸延遲)等。在通過(guò)端到端信令建立PDP上下文之后，將端到端QoS信息映射到CN部件(服務(wù)GPRS支持節(jié)點(diǎn)-SGSN)中的RAN特定的RAB(無(wú)線接入承載)QoS屬性，并且通過(guò)lu接口信令通知給RAN來(lái)建立合適的RAB。如3GPP TSG RAN“RAB Quality of Service Negotiation over lu”，TR25.946，V.4.0.0中所述的，可以在RAN和CN(SGSN)準(zhǔn)入控制功能之間協(xié)商所請(qǐng)求的屬性。當(dāng)改變服務(wù)小區(qū)時(shí)，用戶(hù)可能遇到不同的條件(例如，無(wú)線資源可用量)。在這種情況下，一些RAB屬性需要重新來(lái)協(xié)商。圖4中詳述了重新協(xié)商的過(guò)程(見(jiàn)3GPP TSG RAN，“RAB Quality of Service Re-negotiation overlu”，TR25.851.V.4.0.0)。
在接收到RAB分配請(qǐng)求消息(RAB Assignment Request Message)后，RNC考慮CN同意的RAB修改。如果CN接受了RNC提出的RAB修改，則RNC進(jìn)行這些修改，并且通過(guò)RAB分配響應(yīng)消息(RAB AssignmentResponse Message)向CN表示已經(jīng)修改了適當(dāng)?shù)腞AB。RABs Setup orModified’(建立或修改的RAB)IE(信息元素)組列出已經(jīng)被修改了的RABID。如果CN沒(méi)有接受RNC提出的RAB修改，并且建議了不同的RAB修改或者重復(fù)了之前同意的RAB參數(shù)值，則RNC決定這對(duì)它是否可以接受。如果可以接受，則RNC進(jìn)行適當(dāng)?shù)腞AB修改(如果有的話)，并且在其送回給CN的RAB分配響應(yīng)消息的‘RABs Setup Or Modifed’IE組中列出相應(yīng)的RAB ID。如果RAB分配請(qǐng)求消息中指示的RAB參數(shù)值對(duì)RNC是不可接受的，則RNC發(fā)送RAB分配響應(yīng)消息，在該消息的‘RABs Failed to Setup OrModified’(未成功建立或修改的RAB)IE組中列出適當(dāng)?shù)腞AB ID。最后，如果CN沒(méi)有接受RNC提出的RAB修改，并且通過(guò)RAB分配請(qǐng)求消息請(qǐng)求釋放RAB，則RNC釋放適當(dāng)?shù)腞AB，并且在其發(fā)送給CN的RAB分配響應(yīng)消息的‘RABs Released’(釋放的RAB)IE組中列出相應(yīng)的RAB ID。
應(yīng)當(dāng)注意的是，由修改PDP上下文消息(Modify PDP Context Message)將協(xié)商的參數(shù)信令通知給UE。如果UE認(rèn)為參數(shù)是可接受的，則它將發(fā)送修改PDP上下文接受消息(Modify PDP Context Accept Message)。
作為速率控制方案，TFRC探測(cè)在端到端通信鏈路上可用的帶寬，并且它增加發(fā)送速率，直到發(fā)生分組丟失為止。在分組丟失后，將發(fā)送減半，并且再次增加它，直到發(fā)生下一分組丟失事件為止。因此，分組丟失和引起的發(fā)送速率的降低導(dǎo)致差的音頻/視頻質(zhì)量。
對(duì)于每個(gè)分組交換流應(yīng)用的質(zhì)量很重要的是發(fā)送/接收速率在時(shí)間上保持恒定。在使用TFRC的情況下為了滿(mǎn)足這個(gè)要求，應(yīng)當(dāng)避免由探測(cè)可用帶寬產(chǎn)生的分組丟失事件。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種方法和通信系統(tǒng)，其中在保持最佳發(fā)送速率的同時(shí)避免了分組交換流應(yīng)用中的分組丟失事件。
在包含權(quán)利要求5的特征的通信系統(tǒng)中，通過(guò)如權(quán)利要求1中所述的方法解決該目的。
本發(fā)明基于這樣的想法，即使用在終端中已經(jīng)可用的信令信息，使速率控制方案自適應(yīng)于無(wú)線信道的條件。特別地，對(duì)于每個(gè)活動(dòng)連接，存在至少一個(gè)PDP上下文。因此，當(dāng)在速率控制方案的接收機(jī)和網(wǎng)絡(luò)的控制面之間交換PDP上下文信息時(shí)，以一種避免分組丟失的方式限制速率控制機(jī)制的發(fā)送速率，其中PDP上下文信息被信令通知回發(fā)送機(jī)并用于自適應(yīng)發(fā)送速率。
通過(guò)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的非接入層和速率控制方案之間的信息交換實(shí)現(xiàn)優(yōu)化，具體地說(shuō)，通過(guò)移動(dòng)終端中的PDP上下文和速率控制方案之間的信息交換實(shí)現(xiàn)優(yōu)化。通過(guò)將該信息提供給發(fā)射機(jī)中的速率控制方案，可以使發(fā)送速率更好地自適應(yīng)于移動(dòng)信道上變化的條件，從而可以提高流應(yīng)用的質(zhì)量。
為了滿(mǎn)足對(duì)低的預(yù)解碼器緩沖區(qū)的要求，分組延遲和分組延遲抖動(dòng)這兩者都應(yīng)該保持盡可能的低。通過(guò)應(yīng)用發(fā)送比特率限制，可以減少分組延遲和延遲抖動(dòng)，從而降低了在接收機(jī)處對(duì)預(yù)解碼器緩沖的需求。


下面將參照附圖進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明，其中圖1是高層UMTS架構(gòu)；圖2是圖解移動(dòng)終端和外部PDN之間的通信的圖；圖3是移動(dòng)終端和GGSN之間的PDP上下文過(guò)程的例子；圖4是移動(dòng)終端和CN部件之間的重新協(xié)商過(guò)程的例子；以及圖5圖解了根據(jù)本發(fā)明的通信系統(tǒng)。
在圖5中，示意性地示出了UMTS網(wǎng)絡(luò)，其包括由特指為節(jié)點(diǎn)B的一個(gè)或多個(gè)基站服務(wù)的蜂窩系統(tǒng)。GGSN通過(guò)外部PDN(即因特網(wǎng))提供到位于服務(wù)器上的流應(yīng)用的連接。流應(yīng)用使用下面的協(xié)議棧RTP/UDP/IP來(lái)將數(shù)據(jù)流傳輸?shù)揭苿?dòng)終端UE。
移動(dòng)終端UE一方面具有到節(jié)點(diǎn)B的移動(dòng)鏈路，用于接收分組數(shù)據(jù)并提供關(guān)于所接收到的分組的反饋。此外，可以直接使用核心網(wǎng)絡(luò)(即GGSN)來(lái)建立PDP上下文協(xié)商。假設(shè)一種TFRC速率控制方案，其中在發(fā)射機(jī)中使用來(lái)自UE接收機(jī)(TFRC客戶(hù)端)的反饋信息計(jì)算發(fā)送速率。根據(jù)傳統(tǒng)操作，尤其是在慢啟動(dòng)階段，發(fā)送速率X每往返時(shí)間將近似加倍，直到發(fā)生丟失為止，并且根據(jù)等式(1)計(jì)算出X，其中X_recv是在TFRC客戶(hù)端處的接收速率，s是分組大小，而R是往返時(shí)間。
X＝max{min{2*X，2*X_recv}，s/R} (1)如果端到端連接的最后一跳(hop)是移動(dòng)鏈路，例如UMTS網(wǎng)絡(luò)的部分，則假設(shè)移動(dòng)鏈路是決定帶寬限制的瓶頸鏈路。在通過(guò)UMTS網(wǎng)絡(luò)建立連接期間，在移動(dòng)終端和GGSN之間交換PDP上下文信息，因此移動(dòng)終端了解瓶頸參數(shù)的知識(shí)。
在移動(dòng)終端中定義接收機(jī)中的TFRC客戶(hù)端(用戶(hù)面)和控制面之間的接口，用于發(fā)送PDP上下文信息。在接收到第一個(gè)分組數(shù)據(jù)之后，TFRC客戶(hù)端使用所定義的接口，需要關(guān)于PDP上下文信息中的可變服務(wù)參數(shù)“guaranteed bit rate for network”(網(wǎng)絡(luò)保證比特率)信息。通過(guò)RTSP(RealTime Stream Protocol，實(shí)時(shí)流協(xié)議)將該參數(shù)值信令送回TFRC發(fā)射機(jī)。在發(fā)射機(jī)中，采用等式(2)來(lái)計(jì)算比特率，其中X_max是標(biāo)識(shí)發(fā)送比特率的限制的新參數(shù)，并且對(duì)應(yīng)于信令通知的參數(shù)“guaranteed bit rate for downlink”。
X＝min{max{min{2*X，2*X_recv}，s/R}，X_max} (2)每次協(xié)商新的PDP上下文，并且改變了“guaranteed bit rate for downlink”參數(shù)時(shí)，應(yīng)當(dāng)將其信令通知給TFRC客戶(hù)端，從而在發(fā)射機(jī)中可以提供必要的升級(jí)。
作為“guaranteed bit rate”(保證比特率)的替代參數(shù)，也可以采用“maximum bit rate for downlink”來(lái)限制發(fā)送速率。
TFRC算法的修改導(dǎo)致對(duì)允許的最大發(fā)送速率的限制，這將降低分組丟失事件的可能性，從而將提高音頻/視頻質(zhì)量。
權(quán)利要求
1.一種在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中交換用于優(yōu)化速率控制方案的信令信息的方法，其中，采用速率控制方案、以可以使用來(lái)自接收機(jī)的反饋信息來(lái)自適應(yīng)的發(fā)送速率，在網(wǎng)絡(luò)上將數(shù)據(jù)分組從發(fā)射機(jī)發(fā)送給接收機(jī)，該方法包括步驟在接收機(jī)和網(wǎng)絡(luò)之間交互PDP上下文信息；將PDP上下文信息信令通知發(fā)射機(jī)；以及使用信令通知的PDP上下文信息來(lái)自適應(yīng)發(fā)送速率。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述PDP上下文信息包括可在網(wǎng)絡(luò)和接收機(jī)之間協(xié)商的可變服務(wù)參數(shù)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，所述可協(xié)商的參數(shù)是下行鏈路的最大或保證比特率。
4.如權(quán)利要求1到3中任一權(quán)利要求所述的方法，其中，所述速率控制方案是TFRC。
5.一種在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中交換用于優(yōu)化速率控制方案的信令信息的通信系統(tǒng)，包括發(fā)射機(jī)，用于采用速率控制方案、以可以使用來(lái)自接收機(jī)的反饋信息來(lái)自適應(yīng)的發(fā)送速率，在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送數(shù)據(jù)分組；接收機(jī)，用于以速率控制方案交換來(lái)自網(wǎng)絡(luò)的PDP上下文信息的內(nèi)容，并且將PDP上下文信息信令通知發(fā)射機(jī)；并且其中，發(fā)射機(jī)使用信令通知的PDP上下文信息自適應(yīng)地調(diào)節(jié)發(fā)送速率。
6.如權(quán)利要求5所述的通信系統(tǒng)，其中，網(wǎng)絡(luò)包括UMTS網(wǎng)絡(luò)的核心網(wǎng)絡(luò)部件。
7.如權(quán)利要求5或6所述的通信系統(tǒng)，其中，所述核心網(wǎng)絡(luò)部件是核心網(wǎng)絡(luò)和外部分組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間的網(wǎng)關(guān)GPRS支持節(jié)點(diǎn)。
8.一種用在如權(quán)利要求5到7中任一權(quán)利要求所述的通信系統(tǒng)中的發(fā)射機(jī)，其自適應(yīng)地執(zhí)行如權(quán)利要求1到4中任一權(quán)利要求所述的方法。
9.一種用在如權(quán)利要求5到7中任一權(quán)利要求所述的通信系統(tǒng)中的發(fā)射機(jī)，其自適應(yīng)地執(zhí)行如權(quán)利要求1到4中任一權(quán)利要求所述的方法。
10.如權(quán)利要求9所述的接收機(jī)，其中，接收機(jī)是位于UMTS網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)終端中的流應(yīng)用接收機(jī)。
11.如權(quán)利要求9或10所述的接收機(jī)，其中，將所述PDP上下文信息從控制面發(fā)送到TFRC客戶(hù)端的用戶(hù)面。
全文摘要
一種在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中交換用于優(yōu)化速率控制方案的信令信息的方法，其中，采用速率控制方案、以可以使用來(lái)自接收機(jī)的反饋信息來(lái)自適應(yīng)的發(fā)送速率，在網(wǎng)絡(luò)上將數(shù)據(jù)分組從發(fā)射機(jī)發(fā)送給接收機(jī)，該方法包括步驟在接收機(jī)和網(wǎng)絡(luò)之間交互PDP上下文信息，將PDP上下文信息信令通知發(fā)射機(jī)；以及使用信令通知的PDP上下文信息自適應(yīng)發(fā)送速率。本發(fā)明還涉及相應(yīng)的通信系統(tǒng)以及其中使用的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)。
文檔編號(hào)H04L12/56GK1759571SQ03826197
公開(kāi)日2006年4月12日 申請(qǐng)日期2003年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月21日
發(fā)明者吉納迪·維萊夫, 喬斯·L·雷伊, 德拉甘·佩特羅維克, 邁克爾·津克, 里科·滕克 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社