CN104272683A - 用于传输网络的动态分型 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种在通信传输网络上传输数据分组的方法。所述数据分组由多个承载携带，并在传输网络上从服务节点发送。接收与传输网络的当前容量有关的信息。基于与传输网络的当前容量有关的信息，动态地调整服务节点的当前最大总信息速率。基于当前最大总信息速率，确定针对每个承载的当前最大总信息速率。独立于其他承载，将带宽分型应用于每个承载的数据分组，以标识每个承载中与针对该承载所确定的当前最大信息速率相符的数据分组。转发所述数据分组以通过传输网络进行传输。如果在传输网络中没有足够带宽可用，则丢弃未被所述分型标识为相符的数据分组。

Description

用于传输网络的动态分型
技术领域
本发明涉及对在传输网络上发送的数据通信的处理的改进。
背景技术
传输网络TN用于在无线基站RBS(例如3G长期演进LTE网络中的NodeB或eNodeB)、无线接入网络RAN实体(例如无线网络控制器RNC，服务网关S-GW，或分组数据网关PDN-GW)之间携带数据信号。TN可由移动网络运营商或第三方传输提供商运营。后一情形中，在移动和传输运营商之间存在服务等级协议SLA。随着3G和4G技术的引入，数字数据通信快速地增长，TN可能频繁地成为整个数据传输过程的瓶颈。因而，已提出了各种***和方法来改进或优先处理承载传输数据分组的方式。
RAN中的服务差别化是更有效地处理高流量的一个补充手段。作为简单示例，使用服务差别化，可以为高级服务提供更高带宽份额，通过这种方式，总的***性能能得到改善。作为另一示例，降低繁重的服务(例如p2p流量)的优先级。实现这种服务差别化方法需要集成入LTE和通用移动通信***UMTS中的服务质量QoS概念。LTE的QoS概念的细节可见于第三代合作伙伴项目3GPP技术规范TS23.410。该概念的主要思想是具有不同要求的服务使用不同的承载。当用户设备UE附着至网络时，建立缺省承载(通常是尽力而为服务)。然而，如果UE调用具有不同QoS参数的服务，则为每个服务建立专用的承载。
还没有通用的方法能在传输网络瓶颈上提供有效的无线承载RB级的服务差别化。国际专利申请PCT/EP2011/068023中，本发明的发明人描述了用于每承载级服务差别化的机制，使得在RB之间的带宽共享更多地被RAN控制。下文关于图1对其进一步描述。该机制使用“颜色”分型(profiling)的概念，其与城域以太网论坛MEF在MEF23，Carrier Ethernet Class of Service-Phase 1(可见于http://metroethernetforum.org/PDF_Documents/Bandwidth-Profiles-for-Ethernet-Services.pdf)中定义的相类似。作为指示哪些服务帧(或数据分组)被视为在服务等级协议SLA合约之内或之外的方式，根据带宽分型向数据分组分配颜色。注意，颜色本身没有技术意义，其只用作一种描述和/或标记数据分组的便捷方式。当完全相符时，相符等级是绿色；足够相符以进行传输但未达到性能目标时，相符等级是黄色；都不相符时，相符等级是红色或丢弃。带宽分型器对照相符性要求来检查承载的数据分组，例如双速率，三色标记。该验证过程可在两方(如两个运营商)之间使用，并且可以作为SLA的一部分。总体上，在SLA中针对绿色分组和黄色分组设置不同的要求。绿色分组比黄色分组“更重要”。为反映两种类型分组的不同，在瓶颈点(例如TN的入口)处，知晓颜色的主动队列管理在存在拥塞(即，TN中没有足够的带宽可用于传输全部数据分组)时相比绿色分组优先丢弃黄色分组。因而，针对每个RB，基于RB的质量QoS类别标识符(QCI)，分配预定义分型速率(即绿色速率)。该机制至少在一定程度上允许为RB提供带宽保证。
参考图1，示出了对两个承载中的每一个使用带宽分型的TN的示意图。示出的LTE***示例具有两个承载102、104，每个承载经由S-GW 110通过TN 112在PDN-GW 106和eNodeB 108之间携带数据分组。承载102、104被指定为PDN-GW 106和S-GW 110之间的S5/S8承载102a、104a，从S-GW 110在TN 112上的S1承载102b、104b，eNodeB 108之外的无线承载102c、104c。每个承载分配有带宽分型器：分型器114用于承载102，分型器116用于承载104。每个承载具有分配的QCI、相关联的预定义“绿色”速率(CIR)以及桶大小。该示例具有单一速率双色分型器，因为未针对承载设置“黄色”速率。可以理解，这里描述的应用于双色分型器的原理容易扩展到三个或更多的颜色，在这种情形下，需要针对所使用的每个附加颜色指定附加速率(称为扩展信息速率EIR)。
将与承载的分型器114、116相符的每个承载102、104的分组标记为相符分组118(即，分配“绿色”)，不相符的分组标记为非相符分组120(即，分配“黄色”)。未被分型器114、116着色为“绿色”的全部分组被分配以“黄色”。例如，假定承载的“绿色”速率为5Mbps，该承载的比特率约为7.5Mbps。在该情形下，该承载中约1/3的分组被分配以“黄色”。
然后，当带宽不足(拥塞)时选择丢弃哪些分组时，TN 112瓶颈主动队列管理使用数据分组中标记的颜色信息。首先被丢弃的分组将是“黄色”分组120。
以上描述的示例中，针对每个承载使用双色(绿-黄)分型器。当分型器114、116向分组分配“绿色”或“黄色”时，这意味着利用相符信息来标记分组，使其能够在TN瓶颈缓存器中使用。例如，分组的以太网帧的丢弃合适性(DEI)比特，或者IP首部中的差别化服务控制点(DSCP)可用于指示分组是否被分配以“绿色”或“黄色”。
最初，着色概念用于实现两个网络/运营商之间的特定服务协议。例如，两个运营商之间的服务等级协议SLA可以指定承诺信息速率(CIR或绿色速率)和额外信息速率(EIR，为最大可接受速率)。大致地，对于绿色分组，服务是保证的，而对于黄色分组，仅仅是“尽力而为”服务。这意味着丢弃黄色分组不违反SLA。
该着色概念还可用于改进瓶颈处每服务或每承载公平性，如在PCT/EP2011/068023中描述的。在这种情形下，以不同的方式，针对不同的目的并且在不同的位置(即，其在RAN节点而不是移动回程MBH节点中进行)使用着色概念。针对承载(即，针对用户的服务，大致地，该服务的期望比特率)分配绿色速率，该承载的不超过该比特率的数据分组着色为绿色，而绿色速率以上的数据分组着色为黄色。在这种情形下，当承载具有黄色分组时，意味着其有比期望值更高的带宽(但具有在数据分组传输通过瓶颈时从该更高的带宽获得的增益)，因此丢弃这些黄色的分组可能不会对服务性能造成严重的负面影响。因此，在这种情形下，使用绿色和黄色的分组改进了用户服务间资源共享的公平性。注意，当使用着色概念改进每承载的公平性时，着色(即分型)在每承载处理可用的RAN节点中进行。
在以上示例中，使用静态绿色速率配置，使得针对每个承载的分型器使用预定义的绿色速率。该机制实现在RAN节点中(如，无线网络控制器RNC或服务网关S-GW)并以每承载为基础操作。例如，如果我们要针对一个特定承载提供1Mbps的带宽，则我们针对该承载使用具有1Mbps绿色速率的分型器。因此，该承载的分组将据此被着色，使得当承载比特率低于1Mpbs时，该承载的全部分组着色为绿色。当比特率高于1Mbps时，一些分组被着色为黄色。在传输网中(TN)，主动队列管理器(AQM)使用知晓颜色的丢弃，使得当TN中没有足够容量时首先丢弃黄色分组。这意味着具有黄色分组(即，其比特率高于1Mbps)的承载在TN中存在拥塞时将遭受分组丢弃。
该静态绿色速率设置可以用于带宽要求预先已知的承载(即服务)，例如，流服务。然而，相对服务差别化是有用的。例如，为区分高级的和普通的互联网接入，高级用户可以获得比普通用户多例如四倍的带宽。在高速下行链路分组接入(HSDPA)网络中，这种服务差别化也称为相对比特率(RBR)特性。作为选择，静态绿色速率设置可以用于近似相对服务差别化。可基于典型的TN链路容量和典型的流量混合来确定承载的静态分型速率。然而，使用静态绿色速率不能在所有情形中提供相对服务差别化。具体地，静态分型速率机制只能通过使用更多的颜色，在有限的程度上处理在每承载资源共享中的瓶颈容量改变。并且，静态分型速率机制不能处理在每承载资源共享中的所有流量混合，或者流量混合有实质改变的情形。这意味着现有机制不能提供很有效的相对服务差别化。
此外，使用静态绿色速率设置不能处理不同无线接入技术(RAT，例如HS和LTE)之间的资源共享。这意味着其不能以受控的方式处理MBH服务之间的资源共享。例如，当前，TN可以分别在HS承载之间和在LTE承载之间提供相对服务差别化(例如，金HS承载获得比银HS承载多2倍的带宽，同时金LTE承载获得比银LTE承载多2倍的带宽)，但是只能在HS节点和LTE节点的总流量之间保持预定义的共享配置(例如50％对50％)。
发明内容
第一方面提供了一种在通信传输网络上传输数据分组的方法。所述数据分组由多个承载携带，并在传输网络上从服务节点发送。接收与传输网络的当前容量有关的信息。基于与传输网络的当前容量有关的信息，动态地调整服务节点的当前最大总信息速率。基于当前最大总信息速率，确定针对每个承载的当前最大总信息速率。独立于其他承载，将带宽分型应用于每个承载的数据分组，以标识每个承载中与针对该承载所确定的当前最大信息速率相符的数据分组。转发所述数据分组以通过传输网络进行传输。如果在传输网络中没有足够带宽可用，则丢弃未被所述分型标识为相符的数据分组。
第二方面提供了一种通信网络的网络实体，被配置作为服务节点，用于提供数据分组以通过传输网络进行传输。所述数据分组由多个承载携带，每个承载携带与多个服务中不同的服务相关的数据分组。所述网络实体包括带宽分型器，用于独立于其他承载，将带宽分型应用于一个或更多承载的数据分组，以标识与针对所述承载的最大信息速率相符的数据分组。所述网络实体被配置为向传输网络转发所述数据分组，每个所述数据分组中包括关于数据分组是相符数据分组还是非相符数据分组的指示。所述网络实体还被配置为：接收与传输网络的当前容量有关的信息；基于与传输网络的当前容量有关的信息，动态地调整服务节点的当前最大总信息速率；以及基于当前最大总信息速率，确定针对每个承载的当前最大信息速率。
实施例提供了一种动态更新每承载级的分型的机制。当瓶颈容量改变和/或流量混合改变(即，正在进行的承载的数目改变)时，承载分型参数可以动态地更新。该机制提供了一种改进的相对服务差别化。
此外，该机制提供对节点的可用信息速率(绿色速率)的更新，使得在不同RAT之间可以共享TN容量。因而，在不同RAT之间共享TN的情况下，当公共TN瓶颈容量改变时或者当节点之间要求的共享改变时，动态地更新节点(RNC节点或S-GW节点)的可用绿色速率。然后，节点的更新后的可用绿色速率可以在正在由该节点处理的各个承载之间分配。
附图说明
图1是使用已知的每承载带宽分型机制的TN的示意图。
图2是使用可动态调整的每承载带宽分型机制的TN的示意图。
图3是示出可动态调整的每承载带宽分型的方法中的主要步骤的流程图。
图4是示出网络实体中功能组件的方框图，网络实体被配置为与可动态调整的每承载带宽分型机制一起使用。
具体实施方式
这里描述的实施例应用每承载带宽分型以控制携带不同服务的承载间的资源共享。实施例使用以上描述的类型的“颜色”分型方案。
参考图2，示出了对两个承载中每一个使用带宽分型的TN的示意图，与上文图1类似。示例示出具有两个承载的202、204的LTE***，每个承载在PDN-GW 206和eNodeB 208之间，经由S-GW 210并通过TN 212携带数据分组。如图1中一样，每个承载分配有带宽分型器：用于承载202的分型器214和用于承载204的分型器216。每个承载具有QCI和绿色速率设置，以下将对其讨论。还有与分型器214、216相关联的绿色速率计算模块224，其针对每个承载确定绿色速率，以下将对其详细说明。绿色速率计算模块224接收与TN瓶颈的当前容量有关的信息，如箭头222所示。
将每个承载202、204中与承载的分型器214、216的绿色速率相符的分组标记为相符分组218(即，分配“绿色”)，不相符的分组标记为非相符分组220(即，分配“黄色”)。由于该示例是单速率双色分型器，因此没有针对承载设置EIR或黄色速率。因此，未被分型器214、216分配以“绿色”的所有数据分组都分配以“黄色”。
在描述的示例中，对每个承载使用双色(绿-黄)分型器。然后，当带宽不足(拥塞)时选择丢弃哪些分组时，TN 212瓶颈主动队列管理可以使用在数据分组中标记的颜色信息。首先被丢弃的分组将是“黄色”分组220。可以理解，应用在以上描述的双色分型器的原理能够容易地扩展至三个或更多颜色，在这种情况下要对所使用的每个附加颜色指定附加EIR。
绿色速率计算模块224提供了在两个级别上操作的机制。在一个级别上，更新节点(图2中S-GW 210)的总(可用的)绿色速率；在另一级别上，更新节点内每一个承载202、204的绿色速率。
在瓶颈容量改变时或节点间(例如使用TN的RAT间)的目标带宽共享改变时，更新节点的可用绿色速率(即，可在由节点服务的承载间分配的绿色速率)。这要求绿色速率计算模块224获得与TN瓶颈容量的任何改变有关的信息。
一种向绿色速率计算模块222通知TN瓶颈容量改变的可能方式(如图2中箭头222所示)是例如使用由TN 212中的MBH节点发送的消息，如EricssonTM微波链路Minilink，包含与其实际容量有关的信息。该信息必须被提供给执行基于每承载的分型的RAN节点(例如，图2中的S-GW 210，或RNC)。这意味着当TN 212中的MBH节点生成该类型的消息并将其发送给MBH边缘节点时，该信息还需要被转发至RAN节点。需要注意的是，该方法不限于微波设备，还可以用于由于任何原因不时受到改变容量并能与服务节点共享瓶颈容量信息的任何网络。微波链路是包括天气知晓能力(恶劣天气条件下，链路容量降低)的一个示例。
另一个可能是使用基于查询的方式。例如，可以从RAN节点发送定期查询，以请求与TN瓶颈的实际容量有关的信息(例如，查询MBH节点(如Minilink)的实际调制级别)。
当多个RAN节点之间共享瓶颈时，可在这些节点间分配总容量，例如使用平均共享(例如，如果有两个节点时则是50％对50％)或者使用负载相关方法，其中具有更大流量的节点获得可用绿色速率中的更大部分。该分配可静态地配置在节点中，例如每个节点分配有用于确定其容量份额的流量相关权重。
备选地，使用节点之间的通信来进行该分配。例如，可以使用节点之间的通信来确定任一给定节点中的全部承载的权重之和。通过比较所有不同节点的这些权重，确定每个节点的带宽份额。如果在节点之间关于绿色速率的通信是可能的，则节点可以根据RAT共享策略来协商瓶颈容量的分配。
如果在节点之间(如，在共享公共TN连接的RNC和S-GW之间)关于绿色速率的通信是不可能的或者不期望的，则可以使用静态分配，其中向每个节点通知瓶颈容量，并且每个节点将该容量乘以自身权重。
作为选择，可使用绿色速率的过分配，其中节点的绿色速率的总和高于总瓶颈容量。该选择利用复用效应，其中在任意给定时间，实际流量的总和小于最大流量的总和(因为不是所有节点都会在相同时间生成最大流量)。这允许某个节点处的一些未使用的绿色速率被其他节点使用，而不需要节点之间的通信。这假定所有节点同时操作于其绿色速率或以上的概率很低，但在确实发生这种情况的罕见情形中，将存在绿色分组的一些(少量)丢弃。
作为另一选择，可以针对每个节点设置黄色速率(EIR)，其等于瓶颈链路容量。在这种方式中，每个节点都有可能使用整个链路容量，从而当来自其他节点的流量不存在(或很低)时，在TN瓶颈上传输着色为黄色的数据分组。
以上描述的机制确定节点处可用的绿色速率。一旦节点的总可用绿色速率被设置/更新，其可在正在由节点处理的正在进行的承载之间分配。
在一个实施例中，根据目标资源共享策略，在正在进行的承载之间分配节点的绿色速率。例如，针对相对服务差别化，高优先级的金承载相比中优先级的银承载分配多两倍的可用绿色速率，相比低优先级的铜承载分配多四倍的可用绿色速率。此外，可以应用针对每个承载的最小和/或最大绿色速率值。
每当节点开始处理新承载的流量时，每当节点停止处理承载的流量时，以及只要节点的(总)绿色速率改变时，绿色速率计算器224根据期望的资源共享策略，重新计算每个单独承载的绿色速率。例如：
承载的绿色速率＝(节点的总绿色速率×承载的权重)/所有正在运行的承载的权重之和。
在每次重新计算之后，在RAN节点中更新每承载分型器。
可以使用一个或多个禁止定时器来避免过于频繁地更新每个承载的绿色速率。例如，针对由于承载的到达/离开而导致的绿色速率改变，可以使用设置在200ms至1s范围中的禁止定时器，针对由于TN瓶颈容量改变而导致的绿色速率改变，可以使用在1-10s范围中的禁止定时器。
图3是示出实现以上描述的动态分型机制的方法的主要步骤的流程图。在步骤301，RAN节点接收包括更新的TN瓶颈容量的信息。在步骤302，如果节点包括在与共享TN瓶颈链路的其他节点的共享策略中，则在步骤303，确定TN容量的节点份额。在步骤304，节点调整其最大可用信息速率(绿色速率)。如果在步骤302节点不包括在任何共享策略中，则基于静态设置(例如，总容量的固定份额)来进行调整。在步骤305，针对节点正在处理的每个承载，计算当前绿色(以及黄色(如果使用))速率。这可以根据上文描述的共享策略。在步骤306，根据重新计算的绿色(以及黄色(如果使用))速率，节点开始将颜色分型应用于每个承载的数据分组。在步骤307，转发分型后的数据分组以在TN上传输。
图4是示出应用以上描述的动态分型机制的RAN实体(节点)400的主要功能组件的方框图。该实体包括：接口401，要在TN上传输的媒体数据分组通过接口401到达；以及另一接口407，通过接口407向TN转发媒体数据分组。网络实体400还包括处理器402、存储器403，存储器403存储用于处理器的数据和程序指令。处理器402包括最大总速率调整器404、每承载绿色速率计数器405、以及颜色带宽分型器406。网络实体400还包括输入/输出408，通过输入/输出408向/从其他节点发送或接收通信，以及从TN接收有关更新的TN容量的通信。
在接收到与TN的当前容量有关的更新的信息时，最大总速率调整器404动态地调整节点的当前最大总信息速率。承载绿色速率计算器405基于节点当前最大总信息速率确定每个承载的当前最大信息速率(绿色速率)。颜色分型器406使用所计算的绿色速率，将带宽分型应用于每个承载的数据分组，以标识并着色与针对承载的最大信息速率相符的绿色数据分组。然后，网络实体400通过另一接口407向传输网络转发颜色分型或的数据分组，并且在每个数据分组中包括关于该数据分组是相符数据分组(绿色)还是非相符数据分组(黄色)的指示。
以上描述的动态调整用于带宽分型的速率提供了一种改进机制，用于更公平地向承载分配TN资源。该机制能够改变TN瓶颈容量，可应用于服务不同RAT的公共TN，不论是否具有RAT节点之间(例如RNC和S-GW之间)通信。

Claims (20)

1.一种在通信传输网络上传输数据分组的方法，其中，所述数据分组由多个承载携带，并在传输网络上从服务节点发送，所述方法包括：
接收与传输网络的当前容量有关的信息；
基于与传输网络的当前容量有关的信息，动态地调整服务节点的当前最大总信息速率；
基于当前最大总信息速率，确定针对每个承载的当前最大总信息速率；
独立于其他承载，将带宽分型应用于每个承载的数据分组，以标识每个承载中与针对该承载所确定的当前最大信息速率相符的数据分组；以及
转发所述数据分组以通过传输网络进行传输，其中，如果在传输网络中没有足够带宽可用，则丢弃未被所述分型标识为相符的数据分组。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述服务节点是在传输网络上发送数据分组的多个服务节点之一，以及其中，每个承载的数据分组在传输网络上从所述多个服务节点中的一个服务节点发送，所述方法还包括：
基于接收的当前容量信息，动态地调整每个服务节点的当前最大总信息速率；以及
在承载的服务节点处将所述带宽分型应用于每个承载的数据分组。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，动态调整每个服务节点的当前最大总信息速率包括：在所述多个服务节点之间分配传输网络的当前容量。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，传输网络的当前容量是根据预定义的固定分配来分配的。
5.根据权利要求3所述的方法，其中，传输网络的当前容量是根据在服务节点之间协商的预定义共享策略来分配的。
6.根据权利要求3所述的方法，其中，服务节点的调整后的最大信息速率的总和比传输网络的当前容量大预定量，以允许一个服务节点处未使用的容量被另一服务节点利用。
7.根据前述任一权利要求所述的方法，其中，与传输网络的当前容量有关的信息是在发送给服务节点的通知信号中提供的。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述通知信号是响应于从服务节点发送的查询信号来提供的。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其中，所述通知信号是从传输网络中的移动回程MBH节点发送的。
10.根据前述任一权利要求所述的方法，其中，所述带宽分型包括：基于承载的最大信息速率，将承载中的相符数据分组分配为“绿色”数据分组，并将非相符的其他数据分组分配为“黄色”数据分组。
11.根据权利要求10所述的方法，还包括：定义大于承载的最大信息速率的承载的额外信息速率，仅当数据分组与额外信息速率相符时，将数据分组分配为“黄色”。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，承载的额外信息速率定义为服务节点的当前最大总信息速率。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，承载的额外信息速率定义为传输网络的当前容量。
14.根据前述任一权利要求所述的方法，其中，服务节点所服务的每个承载的最大信息速率是根据预定义资源共享策略，从服务节点的当前最大总信息速率确定的。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述资源共享策略包括针对每个承载分配的权重值，承载的最大信息速率是通过将当前最大总信息速率与权重值在服务节点所服务的所有承载的权重值的总和中所占的比例相乘来确定的。
16.根据前述任一权利要求所述的方法，其中，使用禁止计时器以防止过于频繁地重新确定承载的最大信息速率。
17.一种通信网络的网络实体，被配置作为服务节点，用于提供数据分组以通过传输网络进行传输，其中，所述数据分组由多个承载携带，每个承载携带与多个服务中不同的服务相关的数据分组，所述网络实体包括：带宽分型器，用于独立于其他承载，将带宽分型应用于一个或更多承载的数据分组，以标识与针对所述承载的最大信息速率相符的数据分组；
所述网络实体被配置为：
向传输网络转发所述数据分组，每个所述数据分组中包括关于数据分组是相符数据分组还是非相符数据分组的指示；
接收与传输网络的当前容量有关的信息；
基于与传输网络的当前容量有关的信息，动态地调整服务节点的当前最大总信息速率；以及
基于当前最大总信息速率，确定针对每个承载的当前最大信息速率。
18.根据权利要求17所述的网络实体，其中，所述网络实体是提供数据分组以通过传输网络传输的多个服务节点之一，并且还被配置为：根据所述多个服务节点之间的信息速率共享策略，动态地调整服务节点的当前最大总信息速率。
19.根据权利要求17或18所述的网络实体，其中，所述网络实体是LTE网络中的服务网关S-GW或分组数据网关PDN-GW。
20.根据权利要求17或18所述的网络实体，其中，所述网络实体是高速下行链路分组接入HSDPA网络中的无线网络控制器RNC或网关GPRS支持节点GGSN。
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