CN100336405C - 在无线网络中用于呼叫许可控制的系统和方法 - Google Patents

Abstract

公开了用于将精细度的呼叫许可控制提供至通信网络中的方法和系统。根据一些实施例，精细度控制基于呼叫类型将由网络服务的呼叫有利性最大化。

Description

在无线网络中用于呼叫许可控制的系统和方法

技术领域

本发明涉及无线广域网，并尤其涉及这类网络中的呼叫许可控制。

相关技术

采用无线通信的用户数量正在逐渐地增多。无线广域网经由移动交换中心(MSC)、其它交换机、及其它元件来服务于这类呼叫。

为了保持MSC及其它交换机不趋于超载的状态，新呼叫的许可经由被称为″呼叫许可控制″的处理过程来控制。用这种方式，可以对由交换机所处理的很大一部分呼叫在呼叫处理延迟方面给出一些保证。例如，服务质量(QoS)量度可以被建立(例如呼叫将经受小于200ms的呼叫建立延时)，并且可以通过对于新呼叫的控制来为进程中的呼叫建立保证QoS量度。呼叫许可控制涉及降低(或抑制(throttle))呼叫到达。简言之，在处理之前用呼叫许可控制丢弃一些呼叫，而不是通过尝试处理呼叫而潜在地造成系统饱和。

保守的呼叫许可控制策略以通过量为代价才能防止交换机过载。主动的呼叫许可控制策略可以增加通过量却又不能满足QoS量度(由于没有足够快地检测拥塞)。

在分布式系统中，基于对等实体的能力以及那些实体当中的通信协议，抑制可以用多个方法来执行。例如，对等实体或许能够经由控制/信令协议来接收明确反馈以降低呼叫比率，或者对等实体可能不得不暗中地推测不被交换机响应的呼叫的期满时间。一些系统可能有效地着眼于最多使用的元件(即最接近饱和的)，并据此抑制呼叫。

为了控制呼叫许可，软件逻辑一般被用来确定到达进入交换机或MSC的呼叫数何时有使交换机饱和的危险。呼叫许可控制逻辑将″丢弃呼叫″来防止这类饱和。迄今为止，许多呼叫许可控制策略已经被专门设定。在本领域中，需要用改进的方法和系统来控制对网络的呼叫许可。

发明内容

本发明提供了将精细度的呼叫许可控制提供到通信网络中的方法和系统。

根据本发明的一方面，精细度控制将服务供应商的总计收入最大化。

根据本发明的另一方面，用于通信网络的可分配的呼叫许可预算被获得。用于通信网络的一组呼叫类别被识别，其中，每个类别都具有对应的呼叫到达比率、收入和成本。为每个呼叫类别确定了对应的有利性量度。为每个呼叫类别确定了对应的抑制部分，其中，抑制部分是有利性量度和可分配的呼叫许可预算的函数。用于每个类别的抑制部分都被提供给呼叫许可控制服务器，用以据此来抑制每个类别的呼叫。

在本发明的另一方面之内，呼叫到达比率是历史量度。

根据本发明，提供了一种在通信网络中控制呼叫许可的方法，包括：识别用于通信网络的一组呼叫类别，其中，每个类别都具有对应的呼叫到达比率、收入和成本；为每个呼叫类别确定对应的有利性量度；为每个呼叫类别指定对应的抑制部分；分配呼叫许可预算，并将未分配的呼叫许可预算定义为所分配的呼叫许可预算减去已被指定了已转换抑制部分的任何类别的已转换抑制部分，并且其中，按照从具有最高有利性量度的类别开始进行直到具有最低有利性量度的类别的递减次序，每个类别的已转换抑制部分对于对应类别而言，被确定为未分配的呼叫许可预算、以及呼叫到达比率与成本的乘积之中的最小值。

附图说明

在附图中：

图1是示例性的广域无线网络的一个系统框图；

图2是说明网络和交换机元件的一个框图，网络和交换机元件可能导致网络交换机的拥塞或饱和；

图3是根据本发明某些实施例的网络管理服务器的一个框图；

图4是根据本发明某些实施例的用于计算抑制比率的逻辑的一个说明流程图；

图5说明了呼叫到达比率和平滑的呼叫到达比率。

具体实施方式

本发明的优选实施例提供了用精细度控制在无线广域网中控制对交换机的呼叫许可的方法和系统。在某些实施例之内，根据类别对呼叫特征化，并且每个类别都具有将被优化的对应量度。例如，该量度可能是服务供应商的收入，或者可能是服务于这类呼叫类别的收入与成本的比值(即有利性量度)。可以据此计算每个呼叫类别的最优抑制比率，从而给服务供应商提高了收入。在一个优选实施例之内，抑制部分基于对应呼叫类型的到达比率λi来确定将被优化的量度r、以及呼叫的处理成本S。这些参数鉴于一个使用上限来考虑，该使用上限是一个级别，如果超过该级别可能导致交换机的饱和或可能阻碍满足QoS保证的级别。然后呼叫许可控制逻辑使用抑制部分以便根据它们的类别抑制呼叫。

图1说明了示例性的无线广域网，在其中可以实现本发明的实施例。图1的具体例子是依据CDMA2000建议的一个简化3G网络，而所属领域技术人员将会理解本发明可以在任何使用呼叫许可控制策略中的电信网中被实现。

在该示例性的网络中，移动站102通过空中接口103与无线接入网络(RAN)104通信。RAN104包括基站收发信台(BTS)106，其与移动站无线电联络，并且与基站控制器(BSC)108进行固定线路通信。BSC108控制用来与移动站通信的无线电设备。这些功能一起被称为无线电资源管理，并且它涵盖BSC内的漫游移动站102的移交管理以及用于话音和数据业务的无线电信道分配。

RAN104与分组数据服务节点(PSDN)116通信，而分组数据服务节点(PSDN)随后与IP主干网118通信。

BSC与移动交换中心(MSC)112通信，移动交换中心(MSC)112是一个标准的本地端局并具有呼叫处理软件(包括移动性管理)和(可选择的)可以执行代码转换和速率适配功能的硬件。例如，本发明的某些实施例可以使用在美国专利申请序列号09/721,329中说明的MSC，其于2000年11月22日被申请(其内容在此被全部引入以供参考)并且与在此描述的改进方案一起被代理给本发明的代理人。同样，其它的MSC可以和在此描述的改进方案一起使用。

一般来说，BSC和MSC之间的信令信息是根据预先规定的协议来传达的，而话音/数据则是根据其它协议通过承载电路来传达的。其中，MSC112提供移动性管理功能性。该功能性包括诸如移动站位置、移动电话标识和验证之类的移动站参数的管理。BSC和MSC之间的移交由MSC来控制。MSC用已知的信令和承载电路协议与公用交换电话网(PSTN)114通信。

移动交换中心(MSC)经由RAN接收来自移动用户的呼叫建立的请求和从其它PSTN终点到移动用户的呼入呼叫请求。实际的信令接口和相关的信令协议取决于具体的网络拓扑。例如在CDMA2000网络中，在MSC区域中来自移动用户的呼出呼叫经由来自RAN的IOS/IS-634信令接口到达MSC，然而来自PSTN的呼入呼叫则经由ISUP协议到达。在下一代系统中，呼叫建立请求也可以从源自允许IP的手机或产生IP业务(信令和承载)的新一代RAN的PDSN到达MSC。由MSC执行的具体计算任务取决于信令协议、呼叫类型、呼叫者/被叫者信息等等。MSC的总计计算资源使用取决于呼叫在每个信令接口处的到达速率。

图2示出示例性的MSC112的选定的内部软件模块的一个简化结构框图。这个简化框图被用来帮助说明呼叫到达的大量类型，呼叫到达由交换机112来处理并且是交换机的饱和潜在源。

该结构包括IP消息处理器(IPMH)208(处理来自于PDSN或产生IP业务的新一代RAN的消息)、SS7消息处理器210(处理来自BSC/RAN104的消息、通信会话管理器(下面详述的CSM)202、访问者位置寄存器(VLR)206、媒体网关(MGW)控制处理204、和呼叫许可控制(CAC)服务器212。

IPMH208和SS7消息处理器210在CSM202和CAC服务器212的控制下各自处理来自于它们的相关链接的消息。在相关部分中，CAC服务器经由软件通信信道214、216来发送控制消息，以便为具体呼叫类别向消息处理器指示不同抑制比率。消息处理器随后据此来抑制呼入呼叫。例如，如果IPMH208被指示抑制某一类型呼叫中的20％的呼叫，则在某些实施例之内IPMH将通过有效防止这类呼叫被建立来随机地抑制这类呼叫的20％。消息处理器还使用通信信道214、216来向CAC服务器212传达各种形式的统计信息。

CSM202终止信令协议并执行会话和移动性管理功能。为了做到这一点，CSM经由通信信道218、220、222、和224与消息处理器208、210、VLR206、以及MOW进行通信。

VLR206在MSC112为所有的活动用户执行用户记录查找。

MOW控制程序204向对实际承载(话音/数据)业务的终止和交换进行控制的媒体网关发送命令。

CAC服务器212在相关部分中负责系统的呼叫许可控制。某些实施例中的CAC服务器是以作为操作、经营、管理、和供给系统的一部分(OAM&P、下面将详述)的形式来实施的。它包括用有效方法来计算抑制函数的逻辑(下面将详述)。抑制函数被用来为下一个测量窗口控制抑制(其可能被用多种方法来控制、例如定期地或只有在达到某些阈值的时候)。抑制函数(或值)被传达到消息处理器(例如IIPMH208)，因此它们可以实际执行这类抑制。如下所述，抑制函数可以与消息处理器可以判别的呼叫类别相联系。在某些实施例之内，抑制函数经由优化过程来确定，诸如一个为系统优化有利性量度的优化过程。确定抑制函数的其它方法也可以被使用，其可能提供了对这类量度的改进(但是或许是次最佳的)。在某些实施例之内，CAC服务器经由信道214、216和226从消息处理器和CSM收集各种统计信息。CAC服务器还可以执行平滑的逻辑(下面将详述)以确定某些相关的统计，诸如不同呼叫类别的平滑到达比率。

图3示出一个示例性的交换机结构，其包括选定的硬件元件，并图示出示例性软件结构的分层特性。在这种情况下，呼叫许可控制逻辑是在呼叫许可控制服务器302中实施的，该呼叫许可控制服务器302是网络管理服务器300的一部分。CAC服务器302从网络管理服务器300中的事件收集器304中获得事件的详细记录。事件收集器从交换机112的单独硬件模块接收事件详细记录，而其可以用这种方式收集各种形式的统计。例如所说明的，CAC服务器可以从SS7信令模块210和CSM模块202收集统计信息。网络管理服务器还接受网络配置参数并确信这些参数可以被传达到CAC服务器302。例如在某些实施例之内，交换机使用的上限UB可以由管理员提供。从而，该使用可以是各种被监控的性能统计的测量或计算结果形式，所述被监控的性能统计例如是在交换机处的存储器和CPU使用、队列长度以及延迟、等等。

CAC服务器302经连接到OAM&P系统308的策略接口306实施抑制控制。例如，CAC服务器可以为各种呼叫类别计算抑制函数并将这类函数传达到适当的消息处理器和模块(例如IPMH208SS7MH210)。其后，消息处理器可以分析每个呼入呼叫以确定其对应的类别并对它施用它的抑制逻辑，例如以某种方式丢弃某些呼叫部分，例如以加权随机丢弃的方式。

例如对于给出的抑制部分τ_i，当‘i’是呼叫类别的时候，CAC服务器内的抑制逻辑将计算或确定对应的函数并将指示适当的消息处理器只允许所接纳类别的呼叫部分。消息处理器将丢弃相应时窗(即在消息处理器接收随后的控制消息之前的间隔)时间内的其它呼叫。

逻辑的一个实施例使用下列参数来确定对应的抑制值：

●P是所考虑的收入类别的数量

●τ_i是与类别i相关的抑制值，并且根据定义大于或等于零并且小于或等于一

●λ_i是类别i中呼叫的到达比率的平滑估算(下文中将对平滑详述)

●r_i是与类别i相关的每个呼叫的收入

●S_i是建立i类型呼叫所需的CPU时间(或更一般性地来讲是″成本″)

●UB是交换机使用的上限，优选地是不应该超过该上限，其实现了呼叫建立方面的QoS延迟要求

所有呼叫类别P上产生的总收入可以用下列公式来表示。因此，最大化下列公式将最大化收入。

$\underset{i=1}{\overset{P}{\mathrm{\Σ}}}{r}_i{\mathrm{\τ}}_i{\mathrm{\λ}}_i$

然而，尽管服务供应商希望将上述的收入公式最大化，然而他们应当维持下列约束条件以满足QoS。约束条件实际上陈述了系统成本应该小于预先建立的上限(UB)。

$\underset{i=1}{\overset{P}{\mathrm{\Σ}}}{S}_i{\mathrm{\τ}}_i{\mathrm{\λ}}_i\≤\mathrm{UB}$

解决上述问题的一个有效方法是用新的变量来转换抑制变量。具体来讲是通过根据下面的公式来定义一个新的转换变量τ_i ^*

τ_i ^*＝λ_iS_iτ_i

然后将τ_i ^*代入总的收入公式，最大化问题可以被重新叙述如下：

$\max \underset{i=1}{\overset{P}{\mathrm{\Σ}}}\frac{r_i}{S_i}{\mathrm{\τ}}_i^{*}$

其受下列条件限制：

$\underset{i=1}{\overset{P}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\τ}}_i^{*}\≤\mathrm{UB}$

其中， $0\≤{\mathrm{\τ}}_i^{*}\≤{\mathrm{\λ}}_i{\mathrm{\τ}}_i$ 而且1≤i≤P

然后可以通过对该方程组找到τ_i ^*的各个值，并且τ_i ^*可以被转换回τ_i，τ_i然后可以被用在送到消息处理器的控制消息中，如上所述。

图4是显示根据本发明的一个实施例用于求解τ_i ^*的示例性逻辑的流程图。逻辑开始于400然后进行到405，在405中，对于每个类别，正被优化的量度(例如收入r_i)被除以它对应的成本S_i。在410中，该比值被按照递减顺序来分等级。当量度r是收入时，比值和递降次序与每个类别每单位成本的对应收入的分等级相对应。

在415中，进行校验，以确定是否已经为所有类别确定了τ^*。如果是，则逻辑在499中结束。逻辑将流过″否″支路并进行到420，直到最后一个类别(具有最低比值)被分析以确定其对应的τ^*为止。在420中，为当前被考虑的类别i_k求解下列公式。

${{\mathrm{\τ}}^{*}}_{i_k}=\min 1(\mathrm{UB}-\underset{l=1}{\overset{k-1}{\mathrm{\Σ}}}{{\mathrm{\τ}}^{*}}_{i_k},{\mathrm{\λ}}_{i_k}{S}_{i_k})$

如果将UB考虑为可以被分配的预算，则这个公式实际上确定该预算是否允许当前的类别被充分地服务，而在这样情况下类别i将对其τ^*分配其对应的λ_iS_i.。但是如果服务被考虑类别所需的全部数量不能被许可，则该分配为该类别给出所保留的尽可能多的资源(即上限减去所有预先分配的τ^*的总和)。

在425中，τ^*被转换回τ值，该τ值随后可以被呼叫许可控制逻辑302用来据此指示对应的消息处理器。然后，逻辑返回415，以便按照每单位成本的量度的顺序来考虑下一个类别。

在这个实施例中，呼叫访问控制策略在所有的呼叫类别上都强加了一个QoS约束条件。被估算的抑制因数也是非抢先的并且是静态的。在替换实施例中，可以向每个呼叫类型添加使用约束条件细节。还可以用呼叫抢先来实现动态抑制。通过这样做，可以基于使用绑定限制，与产生较高收入的呼叫相比，优选地丢弃进程中产生较低收入的呼叫。

在某些实施例中，可以为各种λ优选的使用统计平滑后的呼叫到达比率。图5说明了用于在某些实施例中确定抑制值的呼叫到达测量窗口。测量窗口的长度应该足够长以表现相当好的统计抽样周期。λ^(c)是在当前到达窗口的呼叫到达比率。为了避免误报警或错失拥塞，通过考虑当前到达比率和过去测量窗口的到达比率来平滑呼叫到达比率是势在必行的。在这种情况下，λ^(sc)表示当前窗口的被平滑的到达比率，而λ^(sp)表示过去到达窗口的被平滑的到达比率。

当前窗口被平滑的到达比率由这个公式来模式化：

λ^(sc)＝w_cλ^(c)+w_pλ^(sp)

其中，w_c和w_p表示当前和过去窗口的加权系数，并且相加起来等于1。加权可以由系统来设置和重新建立。例如，w_c可以被设置为0.8，而wp可以被设置为0.2。当然也可以采用其它形式的指数平滑。另外，呼叫到达比率可以基于历史统计。例如，比率可以被设置为与时间天或时间年相对应。

在当前窗口的末端，过去窗口的被平滑的到达比率应该近似等于当前窗口的到达比率，被模式化为：

${\mathrm{\λ}}^{\left(\mathrm{sp}\right)}\≅{\mathrm{\λ}}^{\left(c\right)}$

从而通过使用上述方法并假定可优化的量度是收入，与来自每单位成本具有较低收入的呼叫相比，来自每单位成本具有较高收入的类别的呼叫可以被不同地抑制。此外，因为在分析中将成本作为考虑的因素，所以情况可能并不是简单地对具有最高收入的呼叫赋予优先权。

类似地，呼叫抑制可以考虑诸如优先权之类的其它标准。例如，紧急呼叫可以具有特殊的抑制程序以允许这类呼叫通过。作为收入类别的例子，考虑到了两种类型的用户：类型1的用户具有按月的固定预订费用并被允许在该月中的呼叫次数″不受限制″。从而由于呼叫免费的原因，对于服务供应商的每个呼叫收入是0。类型2的用户不是这个固定费用的成员，而是基于每个呼叫来支付附加收入。

上述实施例的主要方面之一是作为线性规划问题(LP)的″基于收入″的呼叫许可控制的公式。LP的决策变量是用于各种收入类别的抑制值。上述实施例的另一个关键方面是用于确定LP的″最优″解的简单线性算法。传统上，是使用高度计算复杂性的多项式的算法来对LP求解的。然而，在几个被描述的实施例中，这类计算复杂性被避免从而减少了负载并增强了MSC或交换机的效率。

在以上说明中的某些方面，描述了创建抑制函数的逻辑。这个术语被用来显示可以用许多方法来分配抑制值的实际确定。例如，CAC服务器可以让逻辑部分地或充分地确定那个值。在前一种情况下，可以由对应的消息处理器来做出最终的确定。

上述的实施例用不同的方法提供了抑制部分。例如一个优选实施例使用线性规划方法来计算最优或接近最优的值。然而，替换实施例也可以用其它方法来提供抑制部分。例如，抑制部分可以通过查找表来提供，其中，上述参数(例如到达比率、和类别)的一个或所有子集可以在该查找表或其它数据结构中被编入索引。

此外，应当理解，本发明的范围不受限于上述实施例，而是由附加的权利要求来定义，并且这些权利要求将包含对已经被描述内容的修改和改进。

Claims (5)

1.在通信网络中控制呼叫许可的方法，包括：

识别用于通信网络的一组呼叫类别，其中，每个类别都具有对应的呼叫到达比率、收入和成本；

为每个呼叫类别确定对应的有利性量度；

为每个呼叫类别指定对应的抑制部分；以及

分配呼叫许可预算，并将未分配的呼叫许可预算定义为所分配的呼叫许可预算减去已被指定了已转换抑制部分的任何类别的已转换抑制部分，并且其中，按照从具有最高有利性量度的类别开始进行直到具有最低有利性量度的类别的递减次序，每个类别的已转换抑制部分对于对应类别而言，被确定为未分配的呼叫许可预算、以及呼叫到达比率与成本的乘积之中的最小值。

2.权利要求1的方法，其中，每个呼叫类别都具有对应的每呼叫收入量度，并且有利性量度是该收入量度除以对应的成本。

3.权利要求1的方法，其中，呼叫到达比率是被平滑后的平均呼叫到达比率。

4.权利要求1的方法，其中，呼叫到达比率是历史量度。

5.权利要求1的方法，其中，为每个呼叫类别i指定对应抑制部分τ_i的动作包括以下动作：

把资源分配模型化为线性规划问题，其中，每个呼叫类别i的抑制部分τ_i是线性规划问题的决策变量，并且其中，通过根据以下公式把抑制部分转换为已转换抑制部分τ_i ^*来对线性规划问题求解，

    τ_i ^*＝λ_iS_iτ_i

其中，λ_i是对于类别i的呼叫到达比率的估算，而S_i是对于为类别i中呼叫服务的成本的估算。

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