專利名稱：分組網(wǎng)絡中的信道分配方法
技術領域：
本發(fā)明涉及分組網(wǎng)絡中的信道分配方法。


圖1示出了理解本發(fā)明所需的分組網(wǎng)絡部件。移動臺MS通過空中接口Um與基站BTSn(基站)通信?；居苫究刂破鰾SC控制，BSC則連接到移動交換中心MSC?；究刂破鰾SC管理的子系統(tǒng)，包括由它所控制的基站，通常被稱為基站子系統(tǒng)BSS。中心MSC和基站子系統(tǒng)BSS之間的接口被稱為A接口。A接口中MSC一側(cè)的移動通信系統(tǒng)部分被稱為網(wǎng)絡子系統(tǒng)NSS。相應地，基站控制器BSC和基站BTS之間的接口被稱為Abis接口。移動交換中心MSC參與來話和去話的交換。它實現(xiàn)與公眾交換電話網(wǎng)PSTN的交換機類似的功能。此外，它還與網(wǎng)絡用戶寄存器協(xié)作實現(xiàn)僅為移動電話業(yè)務所獨有的功能，例如用戶位置管理，圖1示出了網(wǎng)絡用戶寄存器中的訪問位置寄存器VLR1。
數(shù)字移動通信系統(tǒng)中采用的傳統(tǒng)無線連接是電路交換，這意味著在該次呼叫持續(xù)期間分配給用戶的無線資源都分配給該連接。分組無線業(yè)務GPRS(通用分組無線業(yè)務)是為數(shù)字移動通信系統(tǒng)設計的一種新業(yè)務。為GSM系統(tǒng)設計的分組無線系統(tǒng)GPRS在ETSI建議TC-TR-GSM02.60和03.60中描述。美洲D(zhuǎn)-AMPS系統(tǒng)的分組無線業(yè)務稱為CDPD。
通過分組無線業(yè)務，移動臺MS的用戶的無線連接可以有效地利用無線資源。在分組交換連接中，只有在需要發(fā)送話音或數(shù)據(jù)時才分配無線資源。話音和數(shù)據(jù)被組裝成特定長度的分組。(消息的最后一個分組可以短于其它分組。)如果這種分組通過空中接口Um發(fā)送，并且發(fā)送方并沒有立即發(fā)送下一分組，則無線資源可以釋放供其它用戶使用。分組無線業(yè)務尤其適于數(shù)據(jù)業(yè)務用戶。這由圖1的計算機PC說明。計算機PC和移動臺MS自然可以集成為一個合并單元。任何終端設備都可以取代移動臺MS。
圖1的系統(tǒng)包括一個獨立的服務GPRS支持節(jié)點，即SGSN，它控制網(wǎng)絡側(cè)分組數(shù)據(jù)業(yè)務的操作。這種控制包括，例如在系統(tǒng)中進行移動臺登記(包括登記和取消登記)、更新移動臺位置以及將數(shù)據(jù)分組路由尋址到正確的目的地。在本應用的范圍內(nèi)，廣義上解釋的“數(shù)據(jù)”是指數(shù)字移動通信系統(tǒng)中發(fā)送的任何信息，除了普通數(shù)據(jù)傳輸之外，它還可以包括以數(shù)字形式編碼的視頻信號或電傳數(shù)據(jù)。SGSN可以位于基站BTS、基站控制器BSC或移動交換中心MSC，它也可以單獨位于一處。SGSN和基站控制器BSC之間的接口稱為Gb接口。
傳統(tǒng)GSM系統(tǒng)中的隨機接入方法在例如Mouly-Pautet:TheGSM system for Mobile Communications,ISBN 2-9507190-0-7,p.368ff中解釋。簡而言之，這種隨機接入方法廣播無線信道及其分配情況的信息。移動臺可以嘗試保留空閑無線信道。如果基站在一個保留嘗試中成功解碼，那么它響應于該移動臺并分配一個無線信道給它。如果該移動臺沒有得到響應，它在一段隨機時間之后再次嘗試保留。在非常擁擠的網(wǎng)絡中，可能的情況是大多數(shù)保留嘗試都是這些重新保留嘗試，而僅有一小部分是第一嘗試。為了避免這種情況，GSM系統(tǒng)具有暫時限制業(yè)務量的機制，例如限制新嘗試的數(shù)量和/或持續(xù)時間，關閉一個或多個接入類型。在釋放無線信道時，并不是所有的移動臺都自動嘗試保留該信道，因為在若干移動臺等待移動信道被釋放的情況下，這將導致?lián)砣?。取而代之的是，移動臺確定它們在每個時隙試圖保留的概率，該概率可能取決于基站負荷。這種分配方法用通用術語“無線資源分配”來表示。
在分組網(wǎng)絡中，發(fā)送每一無線分組之后可以釋放無線資源，并且還必須為發(fā)送每一無線分組單獨分配無線資源。因此，分組無線網(wǎng)絡對所用的隨機接入方法的要求比用于語音傳輸?shù)膫鹘y(tǒng)移動通信系統(tǒng)要高得多，在傳統(tǒng)移動通信系統(tǒng)中，無線資源僅在呼叫開始以及越區(qū)切換時分配。
在一些局域網(wǎng)，例如以太網(wǎng)中可能會遇到與分組無線網(wǎng)絡部分相似的一個問題。局域網(wǎng)的解決方案不適合分組無線網(wǎng)，因為局域網(wǎng)的所有工作站連接到同一根電纜，它們可以檢測出一個工作站或多個工作站是否分配相同資源(在局域網(wǎng)情況下是網(wǎng)絡電纜)。在分組無線網(wǎng)絡中，因為小區(qū)側(cè)的移動臺不大會收聽到小區(qū)另一側(cè)的移動臺的傳輸，所以這不可能實現(xiàn)。
分組無線網(wǎng)絡可以用于速度需求變化非常大的不同應用。例如國際鐵路聯(lián)合會IUR要求以最高優(yōu)先級在少于0.5秒時間內(nèi)發(fā)送128字節(jié)的消息。這種消息可以在危險時用于停止列車運行?？梢哉J為通過分組無線網(wǎng)絡進行的短消息傳輸是緊急性要求較低的應用的一個例子。短消息可以用于例如通知有音頻消息在語音信箱中等待。這樣，即使消息延遲幾分鐘也不要緊。
即使在同一個應用中也可以出現(xiàn)非常不同的需求。例如，在瀏覽因特網(wǎng)時，將長為一個或若干字符的命令盡快發(fā)送給服務器是重要的。另一方面，在較長的數(shù)據(jù)傳輸中響應時間并不是同樣重要。
本發(fā)明的目的是開發(fā)一種方法，用以在采用無線資源分配的電信網(wǎng)絡中保留數(shù)據(jù)傳輸信道或其子信道，并能解決前述問題。本發(fā)明的目的通過一種方法實現(xiàn)，該方法的特征在權利要求1中陳述。從屬權利要求涉及本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
本發(fā)明基于-分配不同的優(yōu)先級給待發(fā)送的數(shù)據(jù)分組；-還分配不同的優(yōu)先級給可能的控制子信道，并且電信控制器將分配給控制子信道的優(yōu)先級信息發(fā)送給終端設備；-基于待發(fā)送的數(shù)據(jù)分組的優(yōu)先級以及控制子信道的優(yōu)先級，每個終端設備確定允許所述終端設備發(fā)送信道請求的時刻。
在本申請中，控制子信道是指移動臺或其它終端設備用于發(fā)送傳輸信道信道請求的信道。優(yōu)先級類別指分配了相同優(yōu)先級的數(shù)據(jù)分組的終端設備或應用。
本發(fā)明方法的優(yōu)點在于，例如高優(yōu)先級分組具有良好的響應時間以及每個優(yōu)先級類別的公平。本發(fā)明優(yōu)選實施例的特定優(yōu)點在這些實施例中出現(xiàn)。
現(xiàn)在參照附圖，結(jié)合優(yōu)選實施例詳細解釋本發(fā)明，其中圖1示出了理解本發(fā)明必需的移動通信系統(tǒng)部件；以及圖2A和2B示出了基站用以發(fā)送控制信道優(yōu)先級信息給移動臺的方法。
本發(fā)明的無線資源分配方法的主要應用領域是分組無線網(wǎng)絡。在示例性GPRS系統(tǒng)情況下，基于連接的服務質(zhì)量(QoS)確定數(shù)據(jù)分組的優(yōu)先級。服務質(zhì)量可以在連接開始時或者之后在連接期間進行協(xié)商。通過在連接期間改變優(yōu)先級，即使移動臺MS的優(yōu)先級較低，也可以得到足夠好的服務情況。
如果本發(fā)明應用于象GPRS系統(tǒng)一樣沒有定義服務質(zhì)量QoS的系統(tǒng)，在連接開始時和/或連接期間可以單獨協(xié)商優(yōu)先級。
按照本發(fā)明的一個實施例，電信控制器，例如基站BTS發(fā)送一個精確的優(yōu)先級定義。這在圖2A中說明。在圖2A所示方案中，BTS在下行方向的控制信道上發(fā)送每個上行控制子信道優(yōu)先級信息。例如，在4種優(yōu)先級情況下，16個連續(xù)時隙中每隔一個(8個時隙)可以分配給高優(yōu)先級(P4)。剩下的時隙中每隔一個(4個時隙)可以分配給次高優(yōu)先級(P3)。在4種優(yōu)先級情況下，例如16個時隙中的15個可以采用這種方法。每第16個時隙(圖2A中的“XX”)可以分配給下述優(yōu)先級其平均時延相對于該優(yōu)先級的標稱或最大時延最差。可選地，可以為完全不同的目的分配每第16個時隙，或者在15個時隙之后重復優(yōu)先級序列。通過擴展可能用于分配的時隙-例如使得每隔一個可能的時隙分配給最高優(yōu)先級-發(fā)送信道請求所引起的時延盡可能小。
作為基站BTS明確發(fā)送優(yōu)先級的一種可選方案，它可以發(fā)送特定參數(shù)，例如分配給不同優(yōu)先級類別的控制子信道部分N1到N4。這在圖2B中說明。在這種情況下，在特定重復周期開始時，首先將對應于其部分的時間段分配給高優(yōu)先級，之后分配給次高優(yōu)先級，依此類推。
按照另一可選方案，電信控制器可以發(fā)送普通負載情況信息，尤其是每種優(yōu)先級類別的負載情況?；谠撔畔ⅲK端設備可以通過特定算法確定它們試圖保留無線信道的概率是多少。優(yōu)先級類別負載越大，待發(fā)送的數(shù)據(jù)分組優(yōu)先級越低，需要發(fā)送數(shù)據(jù)的終端設備試圖在特定時刻保留無線信道的概率越小。
需要發(fā)送數(shù)據(jù)的終端設備MS比較數(shù)據(jù)分組的優(yōu)先級和控制子信道的優(yōu)先級，只有在數(shù)據(jù)分組的優(yōu)先級P至少與控制子信道的優(yōu)先級Pn(n=1,2,…優(yōu)先級數(shù)量)一樣高時它才發(fā)送信道請求CR。實現(xiàn)下述方案較為有利只有在數(shù)據(jù)分組的優(yōu)先級P正好與控制子信道的優(yōu)先級Pn一樣高時終端設備MS才發(fā)送信道請求。按照這種可選方案，如果數(shù)據(jù)分組的優(yōu)先級P高于控制子信道的優(yōu)先級Pn時終端設備不發(fā)送信道請求。這樣，因為在任何情況下都可以較快發(fā)送高優(yōu)先級的分組，所以可以防止數(shù)據(jù)分組引起的不必要的保留嘗試以及沖突。
為了公平并避免長的等待時間，如果終端設備MS自動增加等待傳輸?shù)臅r間長于特定閾值的分組的優(yōu)先級P，則較為有利。該閾值取決于業(yè)務類別，例如終端設備比較數(shù)據(jù)分組等待其傳輸?shù)臅r間和為該業(yè)務類別定義的分組的最大傳輸時延。如果等待分組所用的時間占了最大時延的一大部分，則可以升高該分組的優(yōu)先級。
在相反情況下，如果網(wǎng)絡負荷較小，終端設備可以檢測出通過較低優(yōu)先級也能得到良好的服務水平。在這種情況下，終端設備可以獨立使用較低的優(yōu)先級，而不是以前協(xié)商的優(yōu)先級。
在傳統(tǒng)無線資源分配方法中，終端設備MS在沖突情況下隨機等待一段時間，然后進行新的保留嘗試。實際上，隨機時間段由某種算法產(chǎn)生偽隨機數(shù)來生成。在GSM系統(tǒng)中，隨機時間的變化范圍可以是指數(shù)遞增，從而每個后續(xù)沖突都使得隨機時間變化范圍加倍。在本發(fā)明的方法中，變化范圍也可以依賴于數(shù)據(jù)分組控制子信道的優(yōu)先級，所以高優(yōu)先級較低優(yōu)先級具有較小的變化范圍，以及較長的等待時間。
參看圖1和2，假定待考察的小區(qū)具有100個活躍的移動臺，它們按下述方式劃分成3種優(yōu)先級優(yōu)先級移動臺數(shù)量時隙份額每移動臺所占時隙份額1(最低) 70 15％ 0.2％2 25 35％ 1.4％3(最高) 550％ 10％總和 100 100％ 1％具有最高優(yōu)先級，即第三優(yōu)先級的移動臺最有可能分配無線信道，因為僅有少數(shù)這樣的移動臺。在該例中，具有最高優(yōu)先級的移動臺的每移動臺所占時隙份額是移動臺平均數(shù)(1％)的10倍。相應地，具有較低優(yōu)先級的移動臺的份額比移動臺平均數(shù)小5倍。運營商通過為不同優(yōu)先級定價，能夠影響每一優(yōu)先級的移動臺數(shù)量。
以上通過例子解釋了本發(fā)明的信道分配算法，但是本發(fā)明無論如何并不受限于GPRS網(wǎng)絡。本發(fā)明無線資源分配方法的主要應用領域是分組無線網(wǎng)，但本發(fā)明也可以應用于涉及工作于紅外范圍的局域網(wǎng)和外圍控制器的其它電信系統(tǒng)。因此，任何終端設備都可以取代移動臺MS?；綛TS也可以類似地一般化為電信控制器。因此，本發(fā)明及其實施例并不受限于上述例子，它們可以在權利要求書的范圍內(nèi)有所變化。
權利要求
1．一種在采用無線資源分配方法的電信網(wǎng)絡中分配數(shù)據(jù)傳輸信道的子信道的方法，該網(wǎng)絡包括至少一個電信控制器(BTS)和若干終端設備(MS)，其方式為-數(shù)據(jù)傳輸信道被劃分成一個或多個時隙，每個時隙包括一個或多個子信道；-一個或多個時隙或子信道可以用作控制信道，控制信道進一步劃分成一個或多個控制子信道，終端設備(MS)可以通過控制子信道發(fā)送數(shù)據(jù)傳輸信道的信道請求(CR)；-終端設備(MS)在至少一個子信道的數(shù)據(jù)分組(D)中發(fā)送數(shù)據(jù)；-電信控制器(BTS)發(fā)送控制子信道及其分配情況的信息給終端設備(MS)其特征在于-分配不同的優(yōu)先級(P)給待發(fā)送的數(shù)據(jù)分組(D)；-還分配不同的優(yōu)先級(P1到P4)給可能的控制子信道，并且電信控制器(BTS)將分配給控制子信道的優(yōu)先級(P1到P4)信息發(fā)送給終端設備(MS)；-基于待發(fā)送的數(shù)據(jù)分組的優(yōu)先級(P)以及控制子信道的優(yōu)先級(P1到P4)，每個終端設備(MS)確定允許所述終端設備(MS)發(fā)送信道請求(CR)的時刻。
2．根據(jù)權利要求1的方法，其特征在于，至少在連接開始時，終端設備(MS)和電信網(wǎng)絡的其余部分協(xié)商所述連接的優(yōu)先級(P)，該優(yōu)先級用于所述連接期間的數(shù)據(jù)分組(D)。
3．根據(jù)權利要求2的方法，其特征在于，終端設備(MS)和電信網(wǎng)絡的其余部分還在連接期間協(xié)商數(shù)據(jù)分組(D)的優(yōu)先級。
4．根據(jù)權利要求2或3的方法，其特征在于，終端設備也可以使用低于上次協(xié)商優(yōu)先級的優(yōu)先級。
5．根據(jù)權利要求1到3中任意一項的方法，其特征在于，電信控制器(BTS)將分配給控制子信道的優(yōu)先級(P1到P4)明確發(fā)送給終端設備(MS)。
6．根據(jù)權利要求1到3中任意一項的方法，其特征在于，電信控制器(BTS)將一組參數(shù)(N1到N4)發(fā)送給終端設備(MS)，終端設備(MS)基于該組參數(shù)確定分配給控制子信道的優(yōu)先級(P1到P4)。
7．根據(jù)權利要求1到3中任意一項的方法，其特征在于，電信控制器(BTS)將每種優(yōu)先級類別的負載信息發(fā)送給終端設備(MS)，終端設備(MS)基于該信息確定分配給控制子信道的優(yōu)先級(P1到P4)。
8．根據(jù)前述權利要求中任意一項的方法，其特征在于，終端設備(MS)只有在分配給數(shù)據(jù)分組的優(yōu)先級(P)至少與分配給所述控制子信道的優(yōu)先級(P1到P4)一樣高時才發(fā)送信道請求(CR)。
9．根據(jù)權利要求1到7中任意一項的方法，其特征在于，終端設備(MS)只有在分配給數(shù)據(jù)分組的優(yōu)先級(P)正好與分配給所述控制子信道的優(yōu)先級(P1到P4)一樣高時才發(fā)送信道請求(CR)。
10．根據(jù)前述權利要求中任意一項的方法，其特征在于，沒有從電信控制器(BTS)得到信道請求響應的終端設備(MS)在一段隨機時間之后重新發(fā)送信道請求(CR)，隨機時間段的變化范圍取決于該數(shù)據(jù)分組的優(yōu)先級。
11．根據(jù)前述權利要求中任意一項的方法，其特征在于，如果數(shù)據(jù)分組等待發(fā)送的時間長于預定閾值，則終端設備(MS)增加所述分組的優(yōu)先級(P)。
全文摘要
一種在電信網(wǎng)絡中分配數(shù)據(jù)傳輸信道/子信道的方法。網(wǎng)絡包括一個電信控制器(BTS)和若干終端設備(MS)。傳輸信道被劃分成一個或多個時隙,每個時隙包括一個或多個子信道。一個或多個時隙或子信道可以用作控制信道,控制信道進一步劃分成一個或多個控制子信道。終端設備(MS)在至少一個子信道的數(shù)據(jù)分組中發(fā)送數(shù)據(jù)。電信控制器(BTS)發(fā)送控制子信道及其分配情況的信息給終端設備(MS)。分配不同的優(yōu)先級(P1到P4)給待發(fā)送的數(shù)據(jù)分組和控制子信道。基于待發(fā)送的數(shù)據(jù)分組的優(yōu)先級以及控制子信道的優(yōu)先級,每個終端設備(MS)確定它可以發(fā)送信道請求的時刻。
文檔編號H04J3/16GK1221545SQ97195297
公開日1999年6月30日 申請日期1997年6月3日 優(yōu)先權日1996年6月7日
發(fā)明者漢奴·H·卡里 申請人:諾基亞電信公司