電信網數據傳輸的製作方法
2023-05-22 17:03:26 1
專利名稱：電信網數據傳輸的製作方法
技術領域：
本發明涉及電信網中的數據傳輸，具體地(然而不是必要地)，涉及在通用移動電信系統(UMTS)中的數據傳輸。
背景技術：
歐洲電信標準局(ETSI)當前正在對用於移動電信系統的一組新的協議進行標準化。這組協議集合在一起被稱為通用移動電信系統(UMTS)。
圖1顯示簡化的UMTS第2層協議結構，它關係到移動臺(例如，行動電話)與UMTS網絡的無線網控制器(RNC)之間的通信。RNC類似於通過基站收發信機(BTS)與移動臺通信的現有的GSM移動電信網的基站控制器(BSC)。
圖1的第2層結構包含無線接入載體(RAB)，它使得無線資源可提供給用戶應用項使用。對於每個移動臺，可以有一個或幾個RAB。(以分段的形式)來自RAB的數據流被傳送到各個無線鏈路控制(RLC)實體，這些實體特別用於緩存接收的數據段。對於每個RAB有一個RLC實體。在RLC層中，RAB被變換成各個邏輯信道。媒體接入控制(MAC)實體接收在邏輯信道上發送的數據，以及把邏輯信道進一步變換成一組輸送信道。輸送信道最後被變換成單個物理輸送信道，它具有由網絡分配給它的總的帶寬(＜2Mbit/sec)。根據物理信道是只由一個移動臺使用，還是在許多移動臺之間共享，把它稱為「專用物理信道」或「公共信道」。被連接到專用物理信道的MAC實體被稱為MAC-d，對於每個移動臺有一個MAC-d。被連接到公共信道的MAC實體被稱為MAC-c。對於每個小區有一個MAC-c。
輸送信道的帶寬並不直接由物理層的能力來限制，而是由無線資源控制器(RRC)實體通過使用輸送格式來配置的。對於每個輸送信道，RRC實體規定一個或幾個輸送塊(TB)尺寸。每個輸送塊尺寸直接相應於允許的MAC協議數據單元(PDU)，並且輸送塊尺寸告知MAC實體MAC實體可以使用哪種分組尺寸來發送數據到物理層。除了塊尺寸外，RRC實體把輸送塊組(TBS)尺寸告知MAC實體，這個尺寸是MAC實體在單個傳輸時間間隔(TTI)中可發送到物理層的總的比特數。TB尺寸和TTI尺寸連同與允許的物理層結構有關的某些附加信息一起，形成輸送格式(TF)。TF的例子可以是TB＝80比特，TBS＝160比特，這是指MAC實體在單個傳輸時間間隔中可以發送兩個80比特分組。因此，TF可被寫為TF＝(80，160)。
RRC實體也把對於給定的輸送信道的所有可能的TF告知MAC實體。TF的這個組合被稱為輸送格式組合(TFC)。TFC的例子是{TF1＝(80，80)，TF2＝(80，160)}。在本例中，MAC實體可以選擇在所提到的特定的輸送信道上發送一個TTI中的一個或兩個PDU。在兩種情形下，PDU具有80比特的尺寸。
在每個TTI中，MAC實體必須決定在它連接到的每個輸送信道上發送多少數據。這些輸送信道是互相不獨立的，它們在以後被復接成在物理層上的單個物理信道(如以上所討論的)。RRC實體必須保證，在所有的輸送信道上總的傳輸能力不超過基礎的物理信道的傳輸能力。這一點是通過向MAC實體提供輸送格式組合組(TFCS)而做到的，TFCS包含用於所有的輸送信道的允許的輸送格式組合。作為例子，考慮一個具有兩個輸送信道的MAC實體，這兩個輸送信道被進一步復接成單個物理信道，它具有每個傳輸時間間隔160比特的輸送容量(注意，實際上，容量將比160大得多)。RRC可以決定分配三個輸送格式TF1＝(80，0)、TF2＝(80，80)和TF3＝(80，160)給這兩個輸送信道。然而，顯然，MAC實體不能選擇通過使用TF3在這兩個輸送信道上發送，因為這會導致需要在只具有發送160比特的能力的物理信道上發送320比特。RRC實體必須通過不允許TF的所有的組合從而來限制總的傳輸速率。這方面的例子是如下的TFCS[{(80，0)，(80，0)}，{(80，0)，(80，80)}，{(80，0)，(80，160)}，{(80，80)，(80，0)}，{(80，80)，(80，80)}，{(80，160)，(80，0)}]，其中輸送信道1的輸送格式被給定為每個單元對的第一單元，以及輸送信道2的輸送格式被給定為第二單元。由於MAC實體只能從輸送格式組合組中選擇這些允許的輸送格式組合中的一個，超過物理信道的能力是不可能的。
TFCS的一個單元由輸送格式組合指示符(TFCI)指出，它是對應的TFC的索引號。例如，在先前的例子中，有六個不同的TFC，這是指TFCI可以取1和6之間的任何數值。TFCI＝2對應於第二TFCI，它是{(80，0)，(80，80))，這是指從第一輸送信道不發送數據，以及從第二輸送信道發送80比特的單個分組。
在各邏輯信道之間當然必須共享總的可提供的帶寬。把帶寬分布到不同的輸送信道的決定是由MAC實體在每個傳輸時間間隔內通過選擇適當的TFCL作出的。帶寬的共享可以以幾種方式來做到，例如，通過把絕對喜好給予那些被認為是比其它更重要的數據流。這是最容易實現的方法，但會導致帶寬的非常不公平的分布。具體地，有可能在延長的時間間隔內不允許具有較低的優先權的數據流發送。這會導致極其差的性能，如果較低的優先權的數據流的流動控制機制對這一點作出反應的話。這樣的流動控制機制的典型的例子可以在網際網路中所使用的TCP協議中找到。
在現有技術(諸如IP和ATM網絡)中，作出一種規定，以便把單個輸出信道上的資源分配給多個輸入數據流。然而，在多個輸入數據流在各個邏輯輸出信道上發送的情形下，被用來共享在這樣的系統中的資源的算法不能直接應用於UMTS。
已提出用於共享在多個輸入數據流之間的資源的建議，它被稱為通用處理器共享(GPS)。這個建議在只有單個輸出信道的系統中被利用時被稱為加權的公平排隊(WFQ)，它在A.K Parekh，R.G.Gallager的、題目為「A Generalised Processor Sharing Approach to FlowControl in Integrated Services NetworksThe Single Node Case(綜合業務網中數據流控制的通用處理器共享方法單個節點情形)」，IEEE/ACM Transactions on Networking，Vol.1，No.3，June1993，pp 344-357的文章中被描述。簡言之，GPS涉及到根據與數據流有關的某些參量來計算用於每個輸入數據流的GPS加權因子。對於所有的輸入數據流所計算的加權因子被相加在一起，以及根據作為總的加權因子的一部分的每個數據流的加權因子，把總的可提供的輸出帶寬在輸入數據流之間進行劃分。GPS可被應用到UMTS中的MAC實體，並且用於每個輸入數據流的加權是(由RRC實體)根據某些RAB參量而被確定的，這些RAB參量由網絡分配給相應的RAB。具體地，RAB參量可以等價於業務質量(QoS)或對於特定的網絡業務分配給用戶的保證的速率。
發明陳述本發明的發明人認識到，在UMTS網絡中把GPS直接應用到帶寬分配時有困難，因為GPS假設數據可以在MAC實體邏輯信道上以無限小的塊被發送。這在UMTS中是不可能的，因為UMTS依賴於在基本機制規定在每個傳輸時間間隔內可以發送多少數據時的輸送格式組合組(TFCS)。如果在UMTS中要採用GPS，則必須選擇(來自TFCS的)這樣的TFC，它最接近地匹配於被GPS分配給輸入數據流的帶寬。這個方法的結果是，在給定的幀中對於輸入數據流發送的實際數據量可能低於最佳速率，或可能超過該最佳速率。在前者的情形下，可以對於輸入數據流構建未發送數據的儲備。
本發明的一個目的是克服或至少緩和在前面段落中提到的缺點。這個和其它目的可以至少部分地通過保持儲備庫計數器(該計數器跟蹤送往到MAC實體的給定的輸入數據流的未發送數據的儲備庫)而達到。該儲備庫在確定對於隨後的幀的輸入數據流的適當的TFC時被考慮。
按照本發明的第一方面，提供了在通用移動電信系統(UMTS)的一個節點的媒體接入控制(MAC)實體處分配傳輸資源的方法，該方法包括，對於輸出數據流的每個幀對MAC實體的每個輸入數據流計算MAC實體的可提供的輸出帶寬的公平的份額；根據對輸入數據流計算的帶寬份額，從TFC組(TFCS)中選擇輸送格式組合(TFC)，其中TFC包括被分配給每個輸入數據流的輸送格式；以及對每個輸入數據流，如果分配的TF導致數據傳輸速率小於所確定的公平的分布，則把差值添加到對於每個輸入數據流的儲備庫計數器，其中所述儲備庫計數器的數值在選擇輸出數據流的以後的幀的TFC時被考慮。
本發明的實施例允許對於以後的幀的TFC選擇處理過程考慮任何對於輸入數據流而存在的儲備庫。其趨勢是調節所選擇的TFC來減小儲備庫。由於TFCS提供有限數目的數據傳輸可能性，可能存在這樣的儲備庫。
可以採用本發明的方法的節點包括移動臺(諸如行動電話和通信器類型的設備)和無線網控制器(RNC)。
優選地，加到MAC實體的輸入數據流可以由各個無線鏈路控制(RLC)實體提供。更優選地，每個RLC實體為相關的數據流提供緩存。
優選地，計算用於輸入數據流的資源的公平的份額的步驟由無線資源控制(RRC)實體來實行。
優選地，計算對於輸入數據流的資源的公平的份額的步驟包括確定作為給予所有的輸入數據流的加權因子總和的一部分的給予該數據流的加權因子。然後，通過把總的輸出帶寬與所確定的該部分相乘，而確定公平的份額。更具體地，這個步驟包括使用通用處理器共享(GPS)機制。對於數據流的加權因子可以由UMTS網絡分配給無線接入載體的一個或多個無線接入載體(RAB)參量來規定，其中RAB與每個MAC輸入數據流有關。
優選地，在用於給定的輸入數據流的儲備庫計數器具有正的數值的情形下，該方法包括把儲備庫計數器的數值添加到對於該數據流所計算的公平的份額，以及根據對於所有的輸入數據流最後得到的總和來選擇TFC。
在本發明的某些實施例中(其中對於給定的輸入數據流，所分配的TF造成大於所確定的公平的分布的數據速率)，該差值可以從對於輸入數據流的儲備庫計數器中減去。
按照本發明的第二方面，提供了通用移動電信系統(UMTS)的一個節點，該節點包括媒體接入控制(MAC)實體，用於接收多個輸入數據流；第一處理器裝置，用於對每個加到MAC實體的輸入數據流計算MAC實體的可提供的輸出帶寬的公平的份額，以及用於根據對於輸入數據流計算的帶寬共享來從TFC組(TFCS)中選擇輸送格式組合(TFC)，其中TFC包括被分配給每個輸入數據流的輸送格式；第二處理器裝置，該第二處理器裝置用於如果數據傳輸速率小於所確定的公平份額，則把由所選擇的TFC產生的數據流的數據傳輸速率與所確定的公平份額之間的差值添加到與每個輸入數據流有關的儲備庫計數器，所述第一處理器裝置被安排成當選擇用於輸出數據流的以後的幀的TFC時，用於考慮所述儲備庫計數器的數值。
優選地，所述第一和第二處理器裝置由無線資源控制(RRC)實體提供。
附圖簡述圖1示意地顯示UMTS的第2層；以及圖2是顯示分配帶寬資源給圖1的第2層的MAC實體的輸入數據流的方法的流程圖。
優選實施例詳細描述正如上面已描述的，簡化的UMTS第2層包含一個無線資源控制(RRC)實體、用於每個移動臺的媒體接入控制(MAC)實體、以及用於每個無線接入載體(RAB)的無線鏈路控制(RLC)實體。MAC實體執行外出的數據分組的調度，而RLC實體為各個輸入數據流提供緩存。RRC實體通過分配一組允許的輸送格式組合(TFC)(被稱為TFC組或TFCS)給每個MAC，從而對可以從每個數據流發送的最大數據量設置一個極限，但每個MAC必須通過從TFCS中選擇可提供的最佳輸送格式組合(TFC)來獨立地決定從每個數據流發送多少數據。
建議的方法是這樣工作的在MAC實體處通過使用通用處理器共享GPS方法(參閱以上引用的A.K.Parekh等的文章)計算可提供的帶寬的最佳分布(基於每個傳輸時間間隔)，以及通過使用各個儲備庫計數器跟蹤每個數據流距離最佳帶寬分配還有多遠。可提供的帶寬通過使用標準GPS加權因子被分布到數據流，這些加權因子必須由RRC使用RAB參量來計算。
該方法首先計算對於輸入數據流的GPS分布，並把當前的各個儲備庫加到GPS數值。這是在每10ms的TTI內一次完成的，導致對於每個數據流的公平的傳輸速率。然而，這個速率可能不是最佳的，因為可能發生在所有的緩存器中沒有足夠的數據發送的情形。為了達到最佳通過量以及公平性，公平的GPS分布被減小到不超過當前的緩存器充滿水平或對於任何邏輯信道的最大許可的速率。然後，實行二步驟評定過程。
首先，把為所有的輸入數據流計算的公平速率組與可能的傳輸格式組合(TFC)進行輪流比較，每個TFC按照它接近於發出最佳速率的程度進行記分。實際上，這簡單地通過計算TFC無法發送的公平的配置有多少(如果給定的TFC能夠以公平的速率發送所有的分組，則給予它零分)然後只考慮具有最低分數的TFC而完成的。最接近的匹配被選擇和被使用來確定從每個隊列發送的分組的數量。具有相等的記分的TFC按照它們可發送多少額外的比特被給予獎勵分(這可進一步由業務質量額定值來加權，以便確保過剩的容量給予具有最高質量類別的載體)。
最終的選擇是根據兩個級別的記分取具有最低的分數的TFC。如果有幾個TFC具有相等的分數，則選擇具有最高的獎勵分的TFC。這確保對於每個TTI的速率是最大的。通過這樣的檢驗可以達到公平性如果所選擇的TFC沒有對所有的數據流至少給予它們的確定的公平速率，則丟失的比特被添加到相應的數據流的儲備庫計數器，以及對下一個TTI重複進行選擇。如果任何數據流都沒有數據要發送，則儲備庫被設置為零。
可以表明，這個算法可提供最接近於GPS的帶寬(在某些假設下延時若干波特)。然而，它保持公平以及在所有的數據流之間保持隔離。它在計算上也比加權的公平排隊算法更簡單，因為它利用這樣的事實MAC層可以同時在幾個輸送信道上發送。這將能導致接近於對UMTS無線鏈路的無線接口的最佳利用。
圖2是進一步顯示上述的方法的流程圖。
以下是用於實施優選實施例的概要的算法。
<![CDATA[ /* *基於GPS的TFC選擇。通過使通過量最大化來調度分組 *與此同時，仍保持公平性(即保證的速率) */ int sched_gps{ double weight，weight_sum； double score，bonus_score； double min_score＝HUGE_NUMBER； double max_bonus_score＝0； int maxrate； int i，j； int tfc，tfci，qf，rate，trch； int tfc_to_use； double backlog[MAX_TRCH]； double gps_req[MAX_TRCH]； double gps_req_comp[MAX_TRCH]； /*首先計算所有有效隊列的加權因子的總和 */weight_sum＝0； for(trch＝0；trch＜MAX_TRCH；trch++){ if(queue_fill_state[trch]＞0){ weight_sum+＝weight_vector[trch]； } } /*然後，通過使用GPS來計算可用的帶寬的公平分布。 *如果緩衝器中沒有足夠的數據或者如果安排的速率 *高於用於給定的邏輯信道的最大速率，則修正GPS *調度以便降低速率。 */ int gps_rate＝0； for(trch＝0；trch＜MAX_TRCH；trch++){ if(queue_fill_state[trch]＝＝0){ backlog[trch]＝0； } //這裡，我們計算在每個信道上我們應該由GPS發送多少比特 //by GPS gps_req[trch]＝0； gps_req_comp[trch]＝0； if(queue_fill_state[trch]＞0){ weight＝weight_vector[trch]； gps_req[trch]＝weight/weight_sum*maxrate+backlog[trch]； gps_req_comp[trch]＝gps_reg[trch]； if(gps_req_comp[trch]＞queue_fill_state[trch]){ gps_req_comp[trch]＝queue_fill_state[trch]； } if(gps_req_comp[trch]＞trch_max_rate[trch]){ gps_req_comp[trch]＝trch_max_rate[trch]； } } }/*現在，我們獲得了用於選擇TFC的基礎。通過計算它們 *與修正的GPS結果相距多遠來對所有可用的TFC計分。 *如果存在著一些能夠發送整個GPS結果的TFC(或者這些 *TFC都相等地接近)，則選擇能使最高QoS類別的通過量 *最大的TFC。注意，假設這些TFC在帶寬使用上要按增加 *的順序。 * */ for(tfci＝0；tfci＜MAX_TFCI；tfci++){ rate＝score＝bonus_score＝0； for(trch＝0；trch＜MAX_TRCH；trch++) { int tbs＝tfcs[trch][tfci]
； int tbss＝tfcs[trch][tfci][1]； rate+＝tbss； if(tbss＜gps_req_comp[trch]){ score+＝gps_req_comp[trch]-tbss； }else{ if(tbss＜＝queue_fill_state[trch]){ bonus_score+＝QoS_vector[trch]*(tbss-gps_req_comp[trch])； } } } if(score＜min_score){ tfc_to_use＝tfci； min_score＝tfcScore； max_bonus_score＝bonus_score； } if(score＝＝min_score bonus_score＞max_bonus_score){ tfc_to_use＝tfci； min_score＝score； max_bonus_score＝bonus_score； }/*現在，我們已選擇該TFC供使用。更新儲備庫和輸出正確 *的TFCI。 */ for(trch＝0；trch＜MAX_TRCH；trch++){ tbss＝tfcs[trch][tfcToUse][1]； if(tbss＜gueue_fill_state){ if(gps_req[trch]＝＝gps_req_comp[trch]){ backlog[trch]＝gpsReq[trch]-tbss； if(backlog[trch]＜0)backlog[trch]＝0； }else{ backlog[trchGl]＝0； } } return tfc_to_use；}]]>本領域技術人員將會看到，對於上述的實施例可以作出各種修正，而不背離本發明的範圍。
權利要求
1.在通用移動電信系統(UMTS)的一個節點的媒體接入控制(MAC)實體處分配傳輸資源的方法，該方法包括對於輸出數據流的每個幀對加到MAC實體的每個輸入數據流，計算MAC實體的可提供的輸出帶寬的公平的份額；根據對輸入數據流計算的帶寬份額，從TFC組(TFCS)中選擇輸送格式組合(TFC)，其中TFC包括被分配給每個輸入數據流的輸送格式；以及對每個輸入數據流，如果分配的TF導致產生小於所確定的公平分布的數據傳輸速率，則把差值添加到用於該輸入數據流的儲備庫計數器，其中所述儲備庫計數器的數值在選擇用於輸出數據流的以後的幀的TFC時被考慮。
2.按照權利要求1的方法，其中採用本發明的方法的節點是移動臺或無線網控制器(RNC)。
3.按照權利要求1或2的方法，其中加到MAC實體的輸入數據流由各個無線鏈路控制(RLC)實體提供，該實體為數據流提供緩存。
4.按照前面權利要求的任一項的方法，其中計算用於輸入數據流的資源的公平的份額的步驟由無線資源控制(RRC)實體來執行。
5.按照前面權利要求的任一項的方法，其中計算用於輸入數據流的資源的公平的份額的步驟包括確定作為給予所有的輸入數據流的加權因子總和的一部分的給予該數據流的加權因子；以及把總輸出帶寬的所確定的部分加權因子與該所確定的部分相乘。
6.按照權利要求5的方法，其中計算用於輸入數據流的資源的公平的份額的步驟包括使用通用處理器共享(GPS)機制。
7.按照前面權利要求的任一項的方法，其中，在用於給定的輸入數據流的儲備庫計數器具有正的數值的情形下，該方法包括把儲備庫計數器的數值添加到為該數據流計算的公平的份額，以及根據對於每個輸入數據流最終得到的總和來選擇TFC。
8.一個通用移動電信系統(UMTS)，該節點包括媒體接入控制(MAC)實體，用於接收多個輸入數據流；第一處理器裝置，用於對每個加到MAC實體的輸入數據流計算MAC實體的可提供的輸出帶寬的公平的份額，以及根據對輸入數據流計算的帶寬份額來從TFC組(TFCS)中選擇輸送格式組合(TFC)，其中TFC包括被分配給每個輸入數據流的輸送格式；第二處理器裝置，該第二處理器用於如果數據傳輸速率小於所確定的公平份額，則把由所選擇的TFC產生的數據流的數據傳輸速率與所確定的公平份額之間的差值添加到與每個輸入數據流有關的儲備庫計數器，所述第一處理器裝置被安排成當選擇用於輸出數據流的以後的幀的TFC時，用於考慮所述儲備庫計數器的數值。
9.按照權利要求8的節點，其中所述第一和第二處理器裝置由無線資源控制(RRC)實體提供。
全文摘要
在通用移動電信系統(UMTS)的節點的一個媒體接入控制(MAC)實體處分配傳輸資源的方法。該方法包括,對於輸出數據流的每個幀,為加到MAC實體的每個輸入數據流計算MAC實體的可提供的輸出帶寬的公平分享的份額。然後,根據對於輸入數據流計算的帶寬份額,從TFC組(TFCS)中識別輸送格式組合(TFC),其中TFC包括被分配給每個輸入數據流的輸送格式。對於每個輸入數據流,如果分配的TF導致數據傳輸速率小於確定的公平分布,則把差值加到用於每個輸入數據流的儲備庫計數器。儲備庫計數器的數值在選擇輸出數據流的以後的幀的TFC時被考慮。
文檔編號H04L12/28GK1385050SQ00815050
公開日2002年12月11日 申請日期2000年10月9日 優先權日1999年10月28日
發明者J·J·佩薩 申請人:艾利森電話股份有限公司