专利名称：用于在无线电信系统中进行改进的拥塞检测和控制的方法
技术领域：
本发明公开了一种用于检测和解决无线电信系统中的业务拥塞的方
法，该无线电信系统具有至少一个第一节点(例如无线基站RBS)和至 少一个第二节点(例如无线网络控制器RNC)。该系统还具有用于在这两 类节点之间传输业务的传输网络(TN)。
背景技术：
在已知为WCDMA(宽带码分多址)的3G蜂窝电话系统中，系统被划 分为多个小区，并且系统具有大量已知为无线基站(RBS)的节点，每个节 点都监视和控制去往和来自其中一个小区的业务。系统还包括位于 RBS"上面"并且已知为无线网络控制器(RNC)的节点，并且RNC的其中 一个功能是监视和控制RBS。
可以将从RBS到RNC的业务表达为大量流。因此，系统需要包括 用于监视和控制从RBS到RNC的流的功能。这种监视和控制的目的是 避免系统中RBS与RNC之间的接口上的拥塞以及RNC之间的接口上的 拥塞。
先前已知的用于监视和控制从RBS到RNC的业务的这种功能就是 所谓的集合功能，也就是这种功能对RBS与RNC之间的流的集合起作 用。
集合控制功能存在大量缺点，例如当从RBS到RNC的全部流遇 到公共瓶颈时，集合流控制方案可以很好地发挥作用。然而，当系统中 出现不同瓶颈时，例如如果RNC之间的接口变为瓶颈，则集合方案不会 非常好地发挥作用
发明内容
如上所述，在蜂窝电话系统中需要一种用于RBS与RNC之间的业 务的改进的控制功能。本发明满足了这种需要，因为本发明提供了一种 用于检测和控制无线电信系统中的业务拥塞的方法，所述无线电信系统 包括至少一个第一节点(例如无线基站RBS)和至少一个第二节点(例 如无线网络控制器RNC)以及传输网络TN，该传输网络TN用于在所述 第一节点和所述第二节点之间传送业务。
所述系统中的所述业务可包括一个或更多个流，并且本发明的方法 包括针对每个所述受到控制的流使用一个流控制功能。所述流控制功能 具有拥塞检测和控制功能，所述拥塞检测和控制功能用于在所述系统变 拥塞之前减少所述流上的业务。
因为针对每个流使用一个控制功能，所以相对于先前的控制方法可
以获得改善的对流的控制。而且，因为使用本发明方法的系统可以在系 统实际上拥塞之前减少业务，因此可以实现系统的更加顺畅的转变和更 佳的使用。
应当指出根据特定的应用，应用本发明的系统中的全部流可能不 由本发明的流控制功能来控制。因此，上面使用了术语"流控制的流"来 表示该事实。
在发明的一个实施方式中，当所述系统中的拥塞状态达到一定的预 定百分比时，由所述流控制功能开始进行所述业务减少。
优选地，利用所述系统中的标准化数据帧开始进行所述业务减少。
针对一个流的流控制功能可位于RBS中或者RNC中，虽然流控制 功能共同存在于RBS和RNC中也是可能的。
本发明还公开了一种根据本发明的原理工作的RBS和RNC。
下面将参考附图更详细地描述发明，在图中
图1示出了可以在其中应用本发明的系统的示意性概略图，
图2示出了根据本发明的一些组成部分，
图3示出了本发明的流程图，图4示出了本发明的另一个流程图。
具体实施例方式
图1中示意性地示出了可以在其中应用本发明的系统100。下面将
会把系统100描述为WCDMA类型的蜂窝电话系统，但是应当理解这
仅仅是一个例子，本发明也可以应用于其他类型的蜂窝电话系统。
系统100包括许多所谓的小区，小区内可能有许多被称为UE(用户 设备)的用户，如图1中的150所示。
该系统还包括大量被称为无线基站(RBS)的节点，如图1中的130所 示。RBS 130的一个作用是对于各个小区，一个RBS 130监视和控制 去往和来自该小区内的UE 150的业务。
将RBS 130和UE 150之间的接口称为Uu接口，如图1中的140所 示。可以认识到，Uu接口 140也因此变为UE面向系统100的其余部分 的接口。
系统100还包括从RBS 130看去位于"下一个等级"的节点，所述节 点是无线网络控制器(RNC)，如图1中的110所示。RNC 110的一个作用 是对RBS 130进行控制。
RNC IIO与RBS 130之间的接口被称为lub接口，如图1中的125 所示。RBS与RNC之间的业务被传送到传输网络，如图1中的120所示。
现在对将在本发明的以下描述中使用的一些縮略语进行定义，以便 于理解以下描述-
CA:容量分配，从RBS发送到RNC的帧，指示了可用容量。
E-DCH:增强专用传输信道。
EUL:增强上行链路，并且指的是上行链路方向上的业务。 有时候也将EUL称为HSUPA，高速上行链路分组接入。从现在开 始也将使用术语"下行链路"来表示HSDPA业务的业务方向。
HSDPA:高速下行链路分组接入。
HS-DSCH:高速下行链路共享信道。
TCI: TNL拥塞指示。 TN:传输网络。
TNL:传输网络层。
参考图1 ，系统100需要具有某种针对lub接口上的业务的控制功能。 这种控制功能的一个任务是检测并且避免lub接口上的拥塞。
系统上的业务包括所谓的流。如上所述，己知的控制功能对集合后 的这种流起作用，因而存在大量缺点。因此，本发明提出了一种逐流
(per-flow)的流控制功能，换句话说，本发明的流控制功能仅仅对一个 流起作用，这意味着将会有大量可以(并且将会)同时起作用的这种流控制 功能。
本发明的流控制功能可以对任何方向，也就是不论是下行链路还是 上行链路上的流起作用。该流控制功能的一部分可以位于RNC中，而另 一部分则位于RBS中，但是优选的是该流控制功能位于RNC或者位于 RBS中，并且用于下行链路流的流控制功能(HSDPA流控制)位于RBS中， 而用于上行链路流的流控制功能(EUL流控制)则位于RNC中。
常规来讲，HSDPA和EUL流控制通过检测以下三个事件中的一个 事件来检测拥塞
-lub(HS-DSCH和E-DCH)数据帧的序列号中的间隙。这可以通过lub 数据帧的报头来实现，该报头包含四位长的序列号字段。当整个数据帧 在传输网络中丢失时可能出现这种间隙。
-损坏的数据帧。这也是由TN上的一些丢失引起的，尽管不是整个 lub数据帧，而是hib数据帧的一部分。这类似于帧丢失，因为如果系统 中的lub帧协议检测到了损坏的数据帧，则其可能丢弃整个lub数据帧。
-基于从lub数据帧的报头中的RNC(或者在EUL的情况中从RBS) 发送的延迟参考时间(DRT)的高动态延迟。其给出了 lub数据帧从RNC(或 者在EUL的情况中从RBS)发送的参考时间。将DRT与RBS(或者在EUL 的情况下与RNC)中的参考时间进行比较，该参考时间是lub数据帧到达 RBS或者RNC的时间。如果该延迟高于预定限度，则将该事件归类为拥 塞。
在当今已知的许多系统中，拥塞检测系统通过减小拥塞业务的比特率(在一些系统中减小多达50%)，而对上述三种事件中的任何一种事件 起作用。
根据本发明，逐流控制功能引入了一种在下文中将被称为"软拥塞"
的概念。该概念对于HSDPA及EUL流控制基本相同，并且以如下事实 作为基本思路上述前两种拥塞事件(也就是间隙或者损坏的帧)都是 由传输网络上的数据丢失引起的，而第三种拥塞事件则不然。高动态延 迟是这样一种迹象，即传输网络缓冲开始增加，但没有直接导致数据丢 失。
蕴藏在软拥塞概念之后的基本思路为软拥塞将使流控制功能在系
统实际变得拥塞之前能够检测到拥塞的开始，其中拥塞将导致间隙或者 帧丢失或者导致高的帧延迟。此外，在本发明中定义的软拥塞将通过较
小的减小率来提供更加顺畅的控制，由此提高了lub利用率，尤其是在系
统中的用户较少的情况中。
软拥塞的检测将基于被称为"软拥塞限度"的动态延迟限度，稍后将 更详细地对其进行描述。
如上所述，EUL流控制功能通常将位于RNC中，而HSDPA流控制 功能将位于RBS中。在这两种情况下将通过以下方式传送输出(如果有输 出的话)。
EUL流控制其通过系统中已知为TCI帧(该縮略语已经在上文中 解释)的标准帧而从RNC传送到RBS。在已知系统中定义了两种类型的 TCI: "TNL拥塞-通过帧丢失来检测"和"TNL拥塞-通过延迟累积来检测"， 两者分别指的是基于丢失和延迟的拥塞。而本发明将第一个TCI用于软 拥塞，而将第二个TCI用于"硬"或者常规的拥塞。换句话说，如果流控 制功能检测到了帧丢失、损坏的帧拥塞或者"硬"动态延迟，则使用"TNL 拥塞-通过帧丢失来检测"类型的TCI。如果流控制功能检测到了软拥塞， 则取而代之发送"TNL拥塞-通过延迟累积来检测"。
HSDPA流控制通过从RBS到RNC的CA进行。 应当注意在大多数系统中，在HSDPA的情况中，都是周期性地发 送CA，而在EUL的情况中，只有在发生拥塞时才发送TCI。
9如上所述，根据功能要控制流的方向，本发明的流控制功能适当地
位于RBS或者RNC中。因此，用于下行链路流的流控制功能(HSDPA流 控制)方便地位于RBS中，而用于上行链路流的流控制功能(EUL流控制) 优选地位于RNC中。
然而，应当指出改变后的比特率的实际减小或者"整形(shaping)" 优选地位于控制后的业务或流将从其发送的节点中。这意味着在HSDPA 流控制的情况中，"整形"功能优选地位于RNC中，而对于EUL流控制， 如果UE是控制后的流所产生的地方，则"整形"功能优选地位于该UE中。
因此通过这种方式可以看出流控制包括其它部分，也就是"整形"部分。
以下给出了根据本发明并且兼用于HSDPA情况和EUL情况的软拥 塞检测的更详细的描述。
被称为硬动态延迟检测的常规且己知的动态延迟拥塞检测对动态延 迟进行测量，并且将该动态延迟和预定限度进行比较。该限度被称为"lub 数据帧延迟阈值"，可以是例如60ms。如果测量到的动态限度高于该限度， 则先前已知的流控制功能将测量到的动态限度看作拥塞事件，且根据已 知为"硬拥塞减小因子"的因子(例如可以是50%的因子)来减小比特率。
在HSDPA的情况中，通过CA将减小后的比特率发送给RNC，这 也正是在这种情况中如何开始进行比特率减小的情况，并且在系统中周 期性地发送CA，而在EUL的情况中，通过TCI帧将开始进行比特率减 小的指示发送给RBS。只有在发生拥塞时才会发送这些TCI。在EUL的 情况中如何实际执行比特率减小已经在上文中结合"整形"功能进行了描 述，并且将会在下文中更详细地描述。
为了将软拥塞检测与先前已知的动态延迟拥塞检测进行区分，使用 了新的被称为"软拥塞阈值"的流控制参数。该阈值是被称为"lub数据帧延 迟阈值"的动态延迟检测阈值的百分比值。
当本发明的流控制功能得到新DRT时，该流控制功能计算动态延迟， 然后将动态延迟和lub数据帧延迟阈值进行比较以及和lub数据帧延迟阈 值与软拥塞阈值的乘积进行比较。三个可能的结果为
10-动态延迟高于lub数据帧延迟阈值。此为硬拥塞。
-动态延迟处于lub数据帧延迟阈值和hlb数据帧延迟阈值与软拥塞 阈值的乘积之间。此为软拥塞。
，动态延迟低于lub数据帧延迟阈值与软拥塞阈值的乘积。在这种情 况中，流控制没有检测到拥塞。
软拥塞和硬拥塞的定义可以借助于图2来理解，图2示出了一个图
形，该图形是作为以毫秒表示的lub动态延迟的函数的累积分布函数 CDF。 lub数据帧延迟阈值与软拥塞阈值的乘积在图2中被表示为"A"， 而lub数据帧延迟阈值在图2中被表示为"B"。
举例而言，图2中使用的值如下
-软拥塞阈值=66%
lub数据帧延迟阈值-60ms
用于lub数据帧延迟阈值与软拥塞阈值的乘积(即0.66^60ms)和lub 数据帧延迟阈值(g卩60ms)之间的动态延迟的软拥塞比特率减小将总会发 生。该区域在图2中被表示为"C"。
用于高于lub数据帧延迟阈值的动态延迟的硬拥塞检测将总会发生。 该区域在图2中被表示为"D"。
例如，假定测量到的动态延迟为72ms。该测量到的动态延迟高于 60ms的lub数据帧延迟阈值。因此，流控制功能将测量到的动态延迟看 作硬拥塞，并且将速率减小50°/。。另一方面，如果动态延迟仅仅为55ms(处 于66%的软拥塞阈值与60ms的lub数据帧延迟阈值的乘积(即0.66*60) 和60ms的lub数据帧延迟阈值之间)，则流控制功能将测量到的动态延迟 看作软拥塞，并且将会把比特率减小例如10%。
最后，如果动态延迟仅仅为37ms，则流控制功能将忽略该动态延迟， 因为该动态延迟低于66%的软拥塞阈值与60ms的lub数据帧延迟阈值的 乘积。
通过在此被称为软拥塞减小因子的参数来确定软拥塞检测比特率的 减小。该因子明显地小于通常为50%的硬拥塞减小因子，因此软拥塞可 以提供更加顺畅的比特率控制。通过使用"伪代码"，可以将流控制功能表达如下 输入
参数软拥塞阈值 参数lub数据帧延迟阈值 参数软拥塞减小因子 参数硬拥塞减小因子
变量比特率 变量动态延迟 输出
变量比特率 算法
IF动态延迟〉lub数据帧延迟阈值，
THEN比特率=比特率*硬拥塞减小因子 ELSE if动态延迟〉lub数据帧延迟阈值"^软拥塞阈值， THEN比特率=比特率*软拥塞减小因子
END
以上算法也可以利用图3来解释EUL流控制功能，图3示出了在其 中由RNC 310使用本发明的流控制功能对来自RBS 330的EUL流进行 控制的系统300。
作为RNC310中流控制功能315的输入，使用以下参数-
Th软拥塞阈值
T2: lub数据帧延迟阈值
因子2:软拥塞减小因子
因子3:硬拥塞减小因子
BR:比特率
DD:动态延迟
来自用于EUL的位于RNC 310中的流控制功能的输出是EUL上可 以使用的比特率的指示，该指示作为所谓的TCI控制帧(即TNL拥塞指示)而通过传输网络320发送到RNC 330。 系统的TCI控制帧为 "TNL拥塞-通过帧丢失来检测" "TNL拥塞-通过延迟累积来检测" "没有TNL拥塞"
在常规系统中，第一TCI帧是指帧丢失，第二TCI帧是指动态延迟， 而第三TCI帧是指没有拥塞。然而，已知系统没有包含用于软拥塞的TCI 类型。因此根据本发明提出了以下方案
在帧丢失、损坏帧检测或者动态延迟检测的情况中，流控制功能使 用"TNL拥塞-通过帧丢失来检测"。
使用"TNL拥塞-通过延迟累积来检测"来指示软拥塞。
没有使用"没有TNL拥塞"，被接收器节点忽略。
应当指出在EUL流控制的情况中，如图3所示，RBS通过TCI 帧从RNC中的流控制功能接收用于开始进行比特率减小(如果有的话)的 信号，并且计算相应的比特率，然后将其发送到RBS中己知为EUL调度 程序(scheduler)的功能，该功能然后在空中接口上通过传送给l正而 处理该比特率减小。
在HSDPA流控制的情况中，用于流控制功能的算法可以通过图4 示出，图4示出了系统400，在该系统400中，RBS330使用本发明的流 控制功能对来自RNC 310的HSDPA流进行控制。
系统400中RBS 430中的流控制功能415的输入和输出与图3中的 输入和输出相同，因此这里将不再对其重复。
然而应当注意在HSDPA流控制的情况中，来自流控制功能的输出 采用所谓的通过TN 420从RBS 430发送到RNC 410的CA控制帧的形 式。
权利要求
1、一种用于检测和控制无线电信系统(100、300、400)中的业务拥塞的方法，所述无线系统包括至少一个第一节点(130、330、430)，例如无线基站RBS，和至少一个第二节点(110、310、410)，例如无线网络控制器RNC，所述系统还包括传输网络TN(120、320、420)，用于在所述第一节点(130、330、430)和所述第二节点(110、310、410)之间传送业务，在所述系统(100、300、400)中，所述业务可包括一个或更多个流，所述方法的特征在于所述方法包括针对每个所述受到控制的流使用一个流控制功能(315、415)，所述一个流控制功能(315、415)包括拥塞检测和控制功能，所述方法的特征还在于所述拥塞检测功能用于在所述系统变拥塞之前减少所述流上的业务。
2、 根据权利要求1所述的方法，其中当所述系统(IOO、 300、 400) 中的拥塞状态达到一定的预定百分比时，由所述流控制功能(315、 415) 开始进行所述业务减少。
3、 根据权利要求1或2所述的方法，其中利用所述系统中的标准化 数据帧开始进行所述业务减少。
4、 根据权利要求1-3中任何一项所述的方法，其中所述流控制功能 (415)位于所述RBS(430)中。
5、 根据权利要求4所述的方法，其中所述流控制功能(415)利用由所 述RBS(430)发送给所述RNC(410)的容量分配帧来开始进行所述流的业 务减少。
6、 根据权利要求1-3中任何一项所述的方法，其中所述流控制功能 (315)位于所述RNC(310)中。
7、 根据权利要求6所述的方法，其中所述流控制功能(315)利用由所 述RNC(310)发送给所述RBS(330)的传输网络层拥塞指示帧TCI来开始 进行所述流的业务减少。
8、 根据权利要求7所述的方法，其中先前定义为指示拥塞的TCI 帧用于在发生拥塞之前开始进行业务减少，并且利用相同的一个TCI帧来指示其他三种类型的拥塞。
9、 一种用于无线电信系统(100、 300、 400)中的无线基站RBS(130、 330、 430)，在所述系统中还有无线网络控制器RNC(llO、 310、 410)和传 输网络TN(120、 320、 420)，该传输网络TN(120、 320、 420)用于在所述 RBS(130、 330、 430)和所述RNC(110、 310、 410)之间传送业务，在所述 系统中，所述业务可包括一个或更多个流，所述RBS(130、 330、 430)的 特征在于所述RBS(130、 330、 430)包括针对每个所述受到控制的流的 一个流控制功能(415)，所述一个流控制功能(415)各包括拥塞检测和控制 功能，所述拥塞检测和控制功能用于在所述系统变拥塞之前减少所述流 上的业务。
10、 根据权利要求9所述的RBS(130、 330、 430)，其中当所述系统 (100、 300、 400)中的拥塞状态达到一定的预定百分比时，由所述流控制 功能(415)开始进行所述业务减少。
11、 根据权利要求9或10所述的RBS(130、 330、 430)，其中利用 所述系统中的标准化数据帧开始迸行所述业务减少，所述标准化数据帧 由所述RBS发送到所述RNC(llO、 310、 410)。
12、 根据权利要求11所述的RBS(130、 330、 430)，其中所述标准 化数据帧是容量分配CA帧。
13、 一种用于无线电信系统(IOO、 300、 400)中的无线网络控制器 RNC(llO、 310、 410)，在所述系统中还有无线基站RBS(130、 330、 430) 和传输网络TN(120、 320、 420)，该传输网络TN(120、 320、 420)用于在 所述RBS和所述RNC之间传送业务，在所述系统中，所述业务可包括 一个或更多个流，所述RNC(llO、 310、 410)的特征在于所述RNC(llO、 310、 410)包括针对每个所述受到控制的流的一个流控制功能(315)，所述 一个流控制功能(315)各包括拥塞检测和控制功能，所述拥塞检测和控制 功能功能用于在所述系统变拥塞之前减少所述流上的业务。
14、 根据权利要求13所述的RNC(llO、 310、 410)，其中当所述系 统中的拥塞状态达到一定的预定百分比时，由所述流控制功能(315)开始 进行所述业务减少。
15、 根据权利要求13或14所述的RNC(110、 310、 410)，其中利用 所述系统中的标准化数据帧开始进行所述业务减少，所述标准化数据帧 由所述RNC发送到所述RBS(130、 330、 430)。
16、 根据权利要求15所述的RNC(llO、 310、 410)，其中所述标准 化数据帧是传输网络层拥塞指示帧TCI。
17、 根据权利要求16所述的RNC(UO、 310、 410)，其中先前定义 为指示拥塞的TCI帧用于在发生拥塞之前开始进行所述业务减少，并且 利用相同的一个TCI帧来指示其他三种类型的拥塞。
全文摘要
本发明公开了一种用于检测和控制无线电信系统(100、300、400)中的业务拥塞的方法，所述无线系统包括至少一个第一节点(130、330、430)，例如无线基站，和至少一个第二节点(110、310、410)，例如无线网络控制器，所述系统还包括传输网络TN(120、320、420)，用于在所述第一节点和所述第二节点之间传送业务，在所述系统(100、300、400)中，所述业务可包括一个或更多个流。所述方法包括针对每个所述流使用一个流控制功能(315、415)，所述一个流控制功能(315、415)包括拥塞检测和控制功能。此外，所述拥塞检测功能用于在所述系统变拥塞之前减少所述流上的业务。
文档编号H04W28/08GK101536571SQ200680056411
公开日2009年9月16日 申请日期2006年11月28日 优先权日2006年11月28日
发明者佐尔坦·纳吉, 山多尔·拉茨, 彼得·伦德, 西尔维斯特·纳达斯 申请人:Lm爱立信电话有限公司