CN1802000A - 一种无线通信***混合业务接纳控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种无线通信***混合业务接纳控制方法，用于无线接入网络部分，其根据用户的呼叫请求确定用户申请接入业务的QoS要求并获取用户的优先级；然后根据用户的优先级以及用户申请接入业务的QoS要求确定该业务的等效带宽；当无线通信***所能提供的资源大于用户申请接入业务的等效带宽时，则同意该用户接入，而当无线通信***所能提供的资源不足以满足用户申请接入业务的等效带宽需求时，则拒绝该用户接入。通过本发明的方法，能够区别对待具有不同优先级的用户，并为用户提供满意的、有QoS保障的服务。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信***。尤其涉及无线通信***中在无线接口部分的混合业务的接纳控制方法。
背景技术
为保证给用户提供满意的、有QoS保障的服务，任何无线通信***在接入网部分都必须给接入的用户提供足够的无线资源，包括带宽、功率等。而***的资源是有限的，因此，通信***就必然要限制接入***的用户数目。实现上述功能的机制在本领域就被称为接纳控制机制(也称接入控制机制)。
简单来说，业务质量(QoS)是表征用户得到服务的品质。它具有多重属性，包括：业务优先级、可靠性、时延(时延抖动)以及吞吐量/带宽。上述业务质量是针对业务本身而言的。而不同的用户在享用同一种业务时期望或要求的业务品质也会是不同的，这样就又引入了用户的优先级的概念。
在通信***中，带宽大小是影响业务质量的一个非常重要的因素。对于同一种业务，其业务品质随***为其分配的带宽大小的变化而变化。在通信***中，尤其是无线通信***中，频率资源是非常稀缺的资源，即使是同一种类的业务，运营商也根据用户的优先级的不同，为其提供相应的带宽资源(这里是广义上的带宽资源，包括频率、时隙、码字等)。也就是为用户提供符合其优先级的业务品质(业务质量)。
迄今为止，在Internet中还无法在广域范围内实现有保障的QoS。而无线分组数据业务中，如GPRS以及WiFi、WiMAX等业务中各厂商目前能提供的都是尽力服务(Best Effort)，无法提供QoS保障机制。以上这些都是由于***没有给接入的用户提供有保障的带宽所至。在第三代移动通信***中，无线分组数据业务可以承载在电路域中来提供有保障的QoS，但不能充分利用分组数据业务的突发特性，充分发挥统计复用效率高的优势。另外，3G***中虽然定义了较完整的QoS属性和参数，但关于分组域实现有保障的QoS所必须的RRM机制在3G规范中却没有定义。因此目前已有的(第二代，2G)和国内即将商用化的(第三代，3G)移动通信网络中都需要有合理的无线资源管理(Radio Resource Management，RRM)机制来保障分组数据业务的QoS。
同时，迄今为止所有现有的无线通信***以及业界公开的RRM机制中都只是针对业务本身而没有明确的区分用户的优先级，而且只关注了业务质量的部分属性，如可靠性，而没有完整地考虑业务质量的所有属性。无法为用户提供真正有保障的业务质量，如：
Keunyoung Kim等在“A Call Admission Algorithm for Multiple Class Trafficin CDMA Systems IEEE VTC Fall 2000，Boston Sept.24-28，2000，4.7.1.5”中研究了CDMA***小区中有多种业务时前向(下行)和反向(上行)链路的接纳控制方法，基于不同比特速率业务所对应的信干比(SIR)定义了不同业务之间的功率比率。其上行链路接纳控制中利用等效的话音业务用户数进行判决，该方法所提出的等效话音用户数与***的话务模型相关，不具有普适性。而且该方法没有区分用户的优先级，并且只考虑了业务的SIR要求，没有考虑业务质量的优先级、时延、带宽等属性。
Choi等在题为“CDMA移动无线通信***的基站中的呼叫控制方法(CallControl Method in Base Station of CDMA Mobile Radio Communication System，August 21，2001)”的美国专利US6,278,882中提出了一种CDMA移动无线通信网络的呼叫控制方法，通过在预定时间内的测试获得话音业务的前向链路极限容量，进一步计算得到新接入和切换接入的门限，根据呼叫接入请求可能对***负荷所造成的影响的估计来决定接纳判决的结果。该专利在对新呼叫接入的***负荷预测时，没有根据***实际的负荷情况和呼叫的QoS分别进行，没有考虑干扰受限的情形。更没有区分用户的优先级。
植田哲郎在题为“依据通信质量控制接入方式的码分多址通信***”、申请号为97104491.0的中国专利申请中，为控制码分多址通信***中移动终端的接入，将终端在一预定时隙内测量与下行信号质量相关的数据作为下行信号质量数据保送基站。基站也在预定时隙内测量与上行信号质量相关的数据形成上行信号质量的数据。基站控制装置从上行和下行信号质量中确定该基站服务区内的通信质量，并在确定通信质量差时向基站发送接入限制信号，基站对发向和来自其它移动无线终端的新呼叫执行占线处理。该专利没有根据呼叫请求的QoS对***上行链路干扰功率的增量进行预测。也没有区分用户的优先级。
黄超等在专利申请号为01105518.9的中国专利中，提出一种WCDMA***混合业务的接纳控制方法。该专利只考虑了***负荷和呼叫业务的QoS(速率和误码率要求)，忽略了业务优先级、时延、吞吐量等业务质量属性。同时该方法也没有区分用户的优先级。
窦建武等在申请号：02139928.x的中国专利中提出了一种WCDMA***中上行链路混合业务快速呼叫接纳控制方法。该专利中的接纳控制机制只考虑了为了保证业务误码率性能所要求的Eb/N0，也就是只能确保业务质量属性中可靠性，忽略了业务优先级、时延、吞吐量等业务质量属性。同时该方法也没有区分用户的优先级。
Mooi Choo Chuah在美国专利US6,285,665中提出了一种确定上行链路发射功率的方法(Method for Establishment of the Power level for Uplink DataTransmission in a Multiple Access System for Communications Networks，September 4，2001)，但该专利忽略了业务优先级、时延、吞吐量等业务质量属性。同时该专利也没有区分用户的优先级。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于无线通信***中混合业务的接纳控制方法，以区分对待具有不同优先级的用户，并保障业务的质量QoS。
为了实现上述目的本发明提供一种无线通信***混合业务的接纳控制方法，其用于无线接入网络部分，具体包括下列步骤：
根据用户的呼叫请求确定用户申请接入业务的QoS要求；
获取用户的优先级；
根据用户的优先级以及用户申请接入业务的QoS要求确定该业务的等效带宽；
确定无线通信***所能提供的资源；
判断无线通信***所能提供的资源是否大于用户申请接入业务的等效带宽，当无线通信***所能提供的资源大于用户申请接入业务的等效带宽时，则同意该用户接入，当无线通信***所能提供的资源不足以满足用户申请接入业务的等效带宽需求时，则拒绝该用户接入。
根据本发明的上述方法，所述业务的QoS要求包括业务本身的优先级、可靠性、时延以及吞吐量。
根据本发明的上述方法，用户的优先级由用户提供，但当用户提供的优先级与无线通信***提供的用户优先级不符时，以无线通信***提供的参数为准。
根据本发明的上述方法，当剩余资源不足以满足多个同时申请接入的用户的需求时，则按用户优先级次序接入。
根据本发明的上述方法，对于用户申请接入的业务为传统会话业务时，所述等效带宽由下述公式估算：
BWeffective＝TH平均+Φ×(TH最大-TH平均 )
其中，
BWeffective表示业务的等效带宽；
TH平均表示该业务要求的平均带宽；
TH最大表示该业务要求的最大带宽；
Φ值是根据用户的优先级、业务的QoS要求确定，取值范围为从0到1，其中业务的QoS要求主要考虑业务的优先级、时延要求。
根据本发明的上述方法，按照话音的自适应多速率编码，将话音最低速率编码所需带宽定义为平均带宽，而最高速率编码所需带宽定义为最大带宽。
根据本发明的上述方法，当用户申请接入业务为流媒体业务时，所述等效带宽由下述公式估算：
BWeffective＝TH平均+Φ×(TH最大-TH平均)
其中，
BWeffective表示业务的等效带宽；
TH平均表示该业务要求的平均带宽；
TH最大表示该业务要求的最大带宽；
Φ值根据用户的优先级以及业务的QoS要求选取，取值范围从0到1，其中业务的QoS要求主要考虑业务的优先级、时延要求。
根据本发明的上述方法，当用户申请接入业务为交互式业务时，所述等效带宽由下述公式估算：
BWeffective＝TH平均+Φ×(TH最大-TH平均)
其中，
BWeffective表示业务的等效带宽；
TH平均表示该业务要求的平均带宽；
TH最大表示该业务要求的最大带宽；
Φ值根据用户的优先级以及业务的QoS要求选取，取值范围从0到1，其中根据本发明的上述方法，业务的QoS要求主要考虑业务的优先级、可靠性要求。
根据本发明的上述方法，所述的平均带宽、最大带宽和Φ值由运营商来决定。
根据本发明的上述方法，从所述业务中选取一段典型的数据源重复播放，动态调节带宽的大小，然后统计接收端在不同的传输带宽情况下的时延、误码率、丢包率一系列指标，或者直接由人主观判定业务的品质，将用户能接受的业务最低品质对应的带宽取为平均带宽；当带宽增大到某个值以后，继续增加带宽并不能显著增加业务的品质时，该带宽取为该业务的最大带宽。
根据本发明的上述方法，当用户申请接入的业务为背景业务时，在网络运营时根据无线资源的多少为背景业务设定几个等效带宽Ri，然后根据用户的优先级以及业务的优先级这些QoS参数为某一背景业务从所设定的等效带宽中选择一个等效带宽。
附图说明
图1给出了移动通信***部分功能的框图。
图2给出了移动通信***接纳控制信令流程图。
图3给出了通过试验方法确定数据业务平均带宽及最大带宽的原理框图。
图4给出了速率具有波动性的业务的等效带宽示意图。
图5给出了移动通信***的接纳控制方法流程图。
具体实施方式
无线通信***能够提供的业务多种多样，在计算业务的等效带宽时需要考虑业务分类的通用性和可扩展性。现以遵循3GPP中QoS演进过程中对业务分类的方法为例对本发明进行详细说明。这种分类方法将所有业务分为四类(Rel’99版本以后)：传统会话型业务、流媒体业务、交互式业务和背景业务。每种业务的QOS都包含相同的属性，只是各属性的等级根据不同的业务而有所不同。在介绍业务等效带宽的计算方法前，先给出一个业务的平均带宽和最大带宽的确定方法。
对于话音等传统会话性业务，其业务速率相对比较恒定，因此需要的带宽也比较稳定。在通常的无线通信***中都是给话音业务确定一个固定带宽。但随着信源编码技术的进步，在GSM***中引入了半速率语音编码；在WCDMA***设计之初就定义了话音的自适应多速率编码(AMR，从4.75kbps到12.2kbps)。这里就将话音最低速率编码所需带宽定义为平均带宽，而最高速率编码所需带宽定义为最大带宽。
对于数据、视频流等速率波动性业务，因为业务自身的特性难以掌握，而且新业务层出不穷，难以用精确的分析方法为各种业务确定其平均带宽和最大带宽。可以用试验的方法来确定各种业务的平均带宽和最大带宽。原理如图3所示。针对每种数据业务可以选取一段典型的数据源重复播放，动态调节带宽的大小，然后统计接收端在不同的传输带宽情况下的时延、误码率、丢包率等指标，或者直接由人来主观判定业务的品质。用户可接受的业务最低品质(包括时延、误码率、丢包率等)对应的带宽为平均带宽。当带宽增大到某个值以后，继续增加带宽并不能显著增加业务的品质时，该带宽可以认定为该业务的最大带宽。
确定了业务的平均和最大带宽以后，下面给出一种估算各种业务等效带宽的方法，其中所谓的“等效带宽”是为保障业务的QoS要求且可区分用户优先级的而需要分配给该业务的带宽。
传统会话型业务
这种业务的特点是它基本是一种恒定速率业务。一般来说，它的平均带宽和最大带宽如上所述。它的等效带宽可以由以下公式来估算：
BWeffective＝TH平均+Φ×(TH最大-TH平均)
其中，
BWeffective表示业务的等效带宽
TH平均表示业务要求的平均带宽
TH最大表示业务要求的最大带宽
Φ是与用户优先级、业务优先级、业务时延等相关的参数，该值由运营商来确定，取值范围从0到1。用户优先级、业务优先级、业务时延要求越高则Φ值越大。Φ值越大***为该业务预留的资源越多，保证业务的QoS的可靠性越高。高可靠性的代价是能同时被接纳服务的业务/用户数减少。如WCDMA中如果话音用12.2kbps编码，上行码字最多可以提供98个用户同时接入一个小区；当把话音编码速率降为7.95kbps时，一个小区可同时接入的用户数就变成196。而12.2kbps编码的话音比7.95kbps编码的话音音质要高，也就是业务品质较高。
流媒体业务
流媒体与传统会话类业务的相同点是对时延的要求比较高。它们的不同点是流媒体不是恒定速率业务，而且对时延以及时延抖动比较敏感。因此，它要求的最大带宽通常大于平均带宽。流媒体业务的等效带宽的估算公式如下：
BWeffective＝TH平均+Φ×(TH最大-TH平均)
其中，
BWeffective表示业务的等效带宽
TH平均表示业务要求的平均带宽
TH最大表示业务要求的最大带宽
流媒体业务的数据速率虽然具有波动性，但是相对来说波动性比较小。Φ值的选取主要考虑用户的优先级、业务的优先级以及该业务对时延的要求。
下面参照图4进一步解释Φ值。图4给出了数据速率具有波动性的业务等效带宽示意图。由于数据业务速率自身具有突发性和波动性，如果以业务的较低的平均带宽作为业务的等效带宽，则从图4可以看到，在大多数时候，业务的即时速率高于平均带宽的数据部分(图4中的‘峰’)也都能在较短的时间内被传送出去(与‘峰’紧邻的‘谷’内)。形象的说法就是大部分峰都能填在紧随其后的谷里，如图1中的‘峰’2、3、4，这样，业务的吞吐量要求和时延要求都能得到满足。但对于其中的‘峰’1、5就不能被及时传送。从图中可以形象地看到，区域A是不能被及时传送的数据，而且这部分数据比较多，不能被区域B所容纳。也就是说不能在较短的时间内将被阻塞的数据传送掉。不能及时传送的数据可能造成网络拥塞或被丢弃。从而引发上层协议的重传，进一步增大***负载和时延，恶化***性能。由此可知，对于波动性比较强、优先级比较高的业务选择比业务的平均带宽高一些的值作为业务的等效带宽就可以避免上述问题。
从图4可以清楚地看到，如果调整Φ值，使得等效带宽到图中水平实线的位置。被代表业务的等效带宽的实线所截的‘峰’都能被紧随其后的‘谷’所容纳。从图4可以清楚地看到被阻塞的区域A缩小为区域C，也就可以被由B区域增大到的D区域所容纳。因此，通过调节Φ值(也就是调节图4中等效带宽与平均带宽的距离)可以影响业务的时延特性。而且如果分配给业务较大的带宽，无线信道突发错误引起的数据错误，也能够在较短的时间内被重传，来抵消信道带来的影响，从而业务的可靠性也得到提高。简而言之，较大的带宽(不超过最大带宽)可以提供较高的可靠性、较短的时延和较大的吞吐量，也就是更好的业务质量。
因此，从图4及上面所述可知，通过调节Φ值可以使***容纳不同数目的用户，当然业务的QoS也会有所不同。通过给不同优先级的用户不同的等效带宽来为用户提供相匹配的QoS要求。
交互式业务
交互式业务的种类比较多，业务特性尤其是吞吐量和时延的要求差异比较大。一般对时延的要求没有会话类和流媒体类业务的那么高。而且交互式业务的突发性和波动性比较高，如果为所有的交互式业务预留较多的带宽资源将会降低带宽资源的利用率，而且会影响优先级别较高的会话类等业务的服务质量。因此，在计算等效带宽的时候就可能考虑给交互式业务分配较低的优先级。因此交互式业务的等效带宽同样可以如下估算：
BWeffective＝TH平均+Φ×(TH最大-TH平均)
其中，
BWeffective表示业务的等效带宽
TH平均表示业务要求的平均带宽
TH最大表示业务要求的最大带宽
交互式业务对时延的要求相对较低，Φ值的选取主要考虑用户的优先级、业务的优先级以及该业务对可靠性的要求。
背景业务
背景业务对时延的要求最低，因此在网络运营时可以根据无线***资源的多少来为背景业务设定几个统一的等效带宽Ri，并根据业务的优先级来为某一特定背景业务选择一个等效带宽。
上式中的优先级是综合考虑了用户和业务的优先级的结果。
下面以一个实施例来详细说明本发明。
本发明所提供的接纳控制方法在移动通信***中通常位于接入网络部分的基站控制器部分。在WCDMA***中基站控制器被称为无线网络控制器(RNC)。图1示出了基站控制器在移动通信***中的位置。如图1所示，用户终端设备5、6、7与基站发射机4之间进行无线通讯，基站控制器1控制基站发射机4，基站控制器1与网络控制器2连接，网络控制器2与归属位置寄存器3连接。基站控制器1控制用户终端设备5、6、7是否能够与接入网8建立连接。
图2示出本发明移动通信***混合业务的接纳控制信令流程。首先终端用户向基站控制器发起建立连接的请求。基站控制器接到请求后，与归属位置寄存器(HLR)建立连接，请求获取该用户的参数，包括QoS参数和用户的优先级参数。HLR将该用户参数返回基站控制器。基站控制器根据获取的用户的优先级和终端用户请求建立连接的业务类别的OoS要求，计算需要为该用户提供的等效带宽。如果***有足够的带宽满足业务的需求，则为该用户建立连接，并提供有QoS保障的服务；否则将拒绝该用户的接入请求。
假设一个移动通信***的小区有100KHz的带宽资源(本发明中无线资源并不限于是频率资源，可以拓展到时隙、功率这些无线资源)，已经接入的业务占用了30KHz带宽，剩余70KHz带宽资源。为能简单地说明本发明接纳控制方法的细节，这里假设新请求接入的业务只有流媒体，且对流媒体业务，用户的优先级只有高、中、低三种。表1示出了***对流媒体业务设定的参数，其中，Φ值的选取也是简单假设的。
表1
| 业务类别 | 平均带宽(Khz) | 最大带宽(Khz) | 用户优先级 | Φ值 | 等效带宽(Khz) |
| 流媒体 | 40 | 60 | 高 | 1 | 60 |
| 中 | 0.5 | 50 | |||
| 低 | 0 | 40 |
根据本发明，移动通信***中混合业务的无线接纳控制方法如下：
一个用户A请求建立流媒体服务连接，同时用户的优先级信息及流媒体业务的QoS要求传送给基站控制器。这里假设用户A的优先级是中。基站控制器在接收到请求后，和归属位置寄存器进行通信，确认用户A的优先级确实是中。如果用户提供的优先级和归属位置寄存器提供的用户优先级不符，则以归属位置寄存器提供的参数为准。
基站控制器根据用户A的优先级、运营商确定的流媒体业务的平均带宽和最大带宽来计算给用户A的等效带宽为50Khz。
基站控制器确定移动通信***的剩余带宽资源为70Khz，其大于需要给用户A分配的等效带宽50Khz，则基站控制器为用户A建立连接，并提供有QoS保障的服务。
这时有另一用户B请求建立流媒体接入，并告知基站控制器其优先级为低，同时将流媒体业务的QoS要求传给基站控制器。基站控制器在接收到请求后，和归属位置寄存器进行通信，确认用户B的优先级确实是低。
基站控制器根据用户B的优先级、流媒体业务的平均带宽和最大带宽确定给出用户B的等效带宽是40Khz。
基站控制器确定新小区剩余带宽为20Khz。
基站控制器判定剩余带宽小于需要给用户B分配的等效带宽。
基站控制器拒绝给用户B建立连接。
上述实施例仅给出了本发明在移动通信***中的应用，但本发明并不限于应用于移动通信***，也可以应用于无线通信***，如WCDMA***。
Claims (13)
1.一种无线通信***混合业务的接纳控制方法，用于无线接入网络部分，其特征在于，
根据用户的呼叫请求确定用户申请接入业务的QoS要求；
获取用户的优先级；
根据用户的优先级以及用户申请接入业务的QoS要求确定该业务的等效带宽；
确定无线通信***所能提供的资源；
判断无线通信***所能提供的资源是否大于用户申请接入业务的等效带宽，当无线通信***所能提供的资源大于用户申请接入业务的等效带宽时，则同意该用户接入，当无线通信***所能提供的资源不足以满足用户申请接入业务的等效带宽需求时，则拒绝该用户接入。
2.根据权利要求1所述的接纳控制方法，其特征在于，所述业务的QoS要求包括业务本身的优先级、可靠性、时延以及吞吐量。
3.根据权利要求1所述的接纳控制方法，其特征在于，用户的优先级由用户提供，但当用户提供的优先级与无线通信***提供的用户优先级不符时，以无线通信***提供的参数为准。
4.根据权利要求1或2或3所述的接纳控制方法，其特征在于，当剩余资源不足以满足多个同时申请接入的用户的需求时，则按用户优先级次序接入。
5.根据权利要求1所述的接纳控制方法，其特征在于，当用户申请接入的业务为传统会话业务时，所述等效带宽由下述公式估算：
BWeffective＝TH平均+Φ×(TH最大-TH平均)
其中，
BWeffective表示业务的等效带宽；
TH平均表示该业务要求的平均带宽；
TH最大表示该业务要求的最大带宽；
Φ值是根据用户的优先级、业务的QoS要求确定，取值范围为从0到1。
6、根据权利要求5所述的接纳控制方法，其特征在于，按照话音的自适应多速率编码，将话音最低速率编码所需带宽定义为平均带宽，而最高速率编码所需带宽定义为最大带宽。
7、根据权利要求1所述的接纳控制方法，其特征在于，当用户申请接入的业务为流媒体业务时，所述等效带宽由下述公式估算：
BWeffective＝TH平均+Φ×(TH最大-TH平均)
其中，
BWeffective表示业务的等效带宽；
TH平均表示该业务要求的平均带宽；
TH最大表示该业务要求的最大带宽；
Φ值根据用户的优先级以及用户申请接入业务的QoS要求选取，取值范围从0到1。
8、根据权利要求5-7中之一所述的接纳控制方法，其特征在于，业务的QoS要求仅考虑业务的优先级、时延要求。
9、根据权利要求1所述的接纳控制方法，其特征在于，用户申请接入的业务为交互式业务时，所述等效带宽由下述公式估算：
BWeffective＝TH平均+Φ×(TH最大-TH平均)
其中，
BWeffective表示业务的等效带宽；
TH平均表示该业务要求的平均带宽；
TH最大表示该业务要求的最大带宽；
Φ值根据用户的优先级以及用户申请接入业务的QoS要求选取，取值范围从0到1。
10、根据权利要求9所述的接纳控制方法，其特征在于，业务的QoS要求仅考虑业务的优先级、可靠性要求。
11、根据权利要求5-7和9中之一所述的接纳控制方法，其特征在于，所述的平均带宽、最大带宽和Φ值由运营商来决定。
12、根据权利要求7或9所述的接纳控制方法，其特征在于，从所述业务中选取一段典型的数据源重复播放，动态调节带宽的大小，然后统计接收端在不同的传输带宽情况下的时延、误码率、丢包率一系列指标，或者直接由人主观判定业务的品质，将用户能接受的业务最低品质对应的带宽取为平均带宽；当带宽增大到某个值以后，继续增加带宽并不能显著增加业务的品质时，该带宽取为该业务的最大带宽。
13.根据权利要求1所述的接纳控制方法，其特征在于，当用户申请接入的业务为背景业务时，在网络运营时根据无线资源的多少为背景业务设定几个等效带宽Ri，然后根据用户的优先级以及业务的优先级这些QoS参数为某一背景业务从所设定的等效带宽中选择一个等效带宽。
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