CN100421514C - 分组域数据业务无线信道分配的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种分组域数据业务无线信道分配的方法，首先设定无线通信小区中分组域数据业务无线信道的理论值，然后，通过检测小区中每种分组域数据业务的最小带宽需求数值、信道带宽，获得业务资源强度；计算忙时每个用户的业务量；计算虚拟业务的业务资源强度和忙时每个用户的虚拟业务量；计算小区的虚拟业务量；计算在实际分组域数据业务的虚拟信道数；将虚拟信道数转换成无线信道数。本发明通过引入业务最小带宽概念、虚拟业务概念，通过坎贝尔定理、Erlang B的拟合函数以及虚拟信道数的转换计算实现无线信道的分配，可以将市场反馈直接变成工作的指导，满足了移动通讯网络运营者和网络移动用户对于分组域数据业务的需求。

Description

分组域数据业务无线信道分配的方法

技术领域

本发明涉及一种分组域数据业务无线信道分配的方法，尤其是一种针对基于全球移动通信系统(GSM)的分组域数据业务所占用的无线信道资源进行分配的方法。

背景技术

基于GSM通信系统的通用无线分组业务(简称GPRS)能够提供分组无线数据通信业务，它是通过将若干时隙捆绑使用，为移动终端用户提供连续的互联网络连接。GPRS可以支持100kbps以上的数据传输速率，可以提供视频、交互等多媒体业务。

随着GPRS网络和业务的开通以及经过若干年的发展，同样基于GSM系统标准的GSM扩展数据环境(简称EDGE技术)也将投入到GSM系统中，由于EDGE技术可以支持最高384kbps的数据速率，因此，EDGE技术的应用将为移动终端用户提供速率更高的互联网络连接，提供多媒体和其他宽带应用。然而，大量分组无线数据通信业务的开展，使有限的业务信道资源出现了严重的不足，因此，网络运营商迫切需要一种实用的分组域数据业务无线信道资源的配置方法。目前，包括设备生产商在内的研究机构以及企业都没能提出一个即有理论依据，由可实际操作的方法，来指导实际工作。

在无线通讯技术中，时分多址接入(TDMA)技术的特点是在特定无线频率上按时间顺序划分成若干个时隙，每个时隙只供一个用户使用，但是不同时隙可以分给不同的用户，从而解决一个频率供多个用户并发使用的问题，而基于TDMA的GSM系统及其分组域扩展技术GPRS和EDGE都是在一个载频上划分8个时隙，每个小区配置N个载频，从而提供8N个时隙。这些时隙中除去若干信令信道，剩下的都作为业务信道，话音业务和分组域的数据业务分享使用这些业务信道，但是话音业务信道数和数据业务信道数的总和却是个定值。

理论和实践都证明了，在数据业务信道数一定的情况下，随着小区数据业务的传输数据量逐渐增加，每个用户的数据传输时延也在逐渐增加，这就存在着矛盾：信道利用率上升了则用户对业务的感受就变差了，也就是说，用户对业务感受好则信道利用率不能太高。所以合理的数据业务信道数应该恰好满足用户对业务时延的最低需求，这样使用户能够获得对通讯服务质量的基本满意程度，运营商也能相应的减少一定数量的投资，因此，科学的对数据业务信道数进行合理的分配，成为满足移动用户和运营商需求的重要保证。

目前所知的分组域数据业务无线信道分配计算方法有两类，一类是在实验环境中模拟单一数据业务统计得到用户时延和小区负载关系图，另一种是根据概率函数推导用户时延和小区负载关系函数。在实际网络中要使用这两种方法都有若干问题：其中的参数对运营商来说不易获得；都是要进行迭代过程，需要先假设信道数，再去比较是否满足要求，这样无论看图还是计算都不方便；最主要的问题是这两种方法都是只面向单一数据业务的，实际网络中每个地区每种业务占混合业务的比例都是不确定的，因为没有依据给出混合业务的用户最低时延需求，所以没有依据可用来计算实际网络中混合数据业务的信道需求。这两类方法都不能解决运营商的实际问题。

发明内容

本发明的目的在于针对上述因大量分组无线数据通信业务的开展，使有限的业务信道资源出现了严重的不足，迫切需要获得信道资源配置方法以及目前的分组域数据业务无线信道分配计算方法不能满足运营商的需求，而提供一种分组域数据业务无线信道分配的方法，该方法通过引入业务最小带宽需求概念、虚拟业务概念，从而可以对分组域数据业务使用Erlang B公式以及坎贝尔定理，计算实际信道的需求数量。

为实现上述目的，本发明采用的一种分组域数据业务无线信道分配的方法，首先，根据一个确定的通讯服务质量的约束条件以及分组域数据业务通讯的要求，在无线通信小区中设定分组域数据业务无线信道的理论数值，然后，通过以下步骤分配实际需要的所述分组域数据业务无线信道：

步骤1、在实际使用中，分别获取无线通信小区用户对每种分组域数据业务的最小带宽需求数值；

步骤2、获取无线通信小区的每个信道带宽；

步骤3、分别将所述最小带宽需求数值除以所述每个信道带宽，获得每种分组域数据业务的业务资源强度A_i，其中下标i为各种分组域数据业务的序号，其取值下限为1，上限为分组域数据业务的数量值；

步骤4、通过测量，获得忙时每个用户的每种分组域数据业务的数据传输量，再将其换算为忙时每个用户的每种分组数据平均传输速率，分别将该平均传输速率除以与其对应的分组域数据业务的所述最小带宽需求数值，获得忙时每个用户的每种分组域数据业务量E_i；

步骤5、根据以下坎贝尔定理，计算所述无线通信小区的虚拟业务的业务资源强度A_x和忙时所述每个用户的虚拟业务量E_x

$A_x=\frac{\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{A}_i^2{E}_i}{\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{A}_i{E}_i},$ $E_x=\frac{{\left(\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{A}_i{E}_i\right)}^2}{\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{A}_i^2{E}_i};$

步骤6、根据所述无线通信小区的用户数量，计算所述无线通信小区的虚拟业务量；

步骤7、根据所述无线通信小区的虚拟业务量，使用Erlang B公式的拟合连续函数，计算所述无线通信小区在满足所述通讯服务质量的约束条件以及分组域数据业务通讯要求下，所需要的实际分组域数据业务的虚拟信道数；

步骤8、依照下式：无线信道数＝虚拟信道×A_x，将所述虚拟信道数转换为无线信道数并向上获取整数。

上述技术方案中，每个信道带宽是根据无线通信小区的载干比的测量值或通过网络管理对数据吞吐量、所述每种分组域数据业务的使用比例及所述用户数量进行统计计算而获得。分组域数据业务至少包括WWW业务、WAP业务、Mail业务以及GMM/SM业务。

上述技术方案的基本原理就是通过每种分组域数据业务的最小带宽需求数值、TDMA无线通信系统的每个信道带宽、分组域数据业务的吞吐量和分组域数据业务的用户数数据，以及人为引入的业务资源强度和忙时每个用户业务量两个参量，根据坎贝尔定理，等效得到一个虚拟业务的业务资源强度和忙时每个用户的业务量，进而使用Erlang B方法在保证虚拟业务的QoS(服务质量)要求下，计算分组域数据业务的无线信道数。

本发明在TDMA系统数据业务信道计算中使用Erlang B公式，之所以如此，是因为无线信道数和信道容量的计算必须是在满足某给定服务质量QoS约束下结果才有意义。Erlang B公式来自于多服务者损失制系统，即用户发现线路忙后马上离开，而Erlang C公式来自于多服务者等待制系统，即用户进入系统后一直等到服务完成才离开。一般认为分组域数据业务应该使用Erlang C公式，因为它的传输信道带有缓存，是典型的等待制系统，但是对服务质量约束条件分析后看出，Erlang C公式的约束条件考虑的是相对时延，也就是允许等待时间用数据传输时间的倍数来约束，而TDMA系统无线信道上的带宽只有几十到几百kbps，远不能与有线网的带宽相比，数据传输时延本身就很大，所以TDMA系统的无线信道在下行方向上即使有缓存，但是考虑到实际移动用户容忍程度这一约束条件，Erlang C公式对网络上提供的大多数数据业务是不适用的。Erlang B公式是从损失制系统推导出来的，本身不包含时延的概念，但是通过定义最小带宽需求，将用户对等待时间的要求转换成对带宽的要求，则用户在一定时间后发现特定服务还未完成就选择了离开，造成了客户的损失，这是符合实际生活的，对损失的定义也是合理的。

为了提高计算的精度，没有直接使用Erlang B公式计算虚拟信道数，而是将离散的Erlang B公式通过拟合变成一个连续函数。

在使用坎贝尔定理解决混合数据业务信道计算问题中，坎贝尔定理给出了一种求加权平均值的方法，需要给出参量和权值的定义，因此，本发明给出了TDMA系统分组域数据业务的业务资源强度A_i和忙时每个用户业务量E_i的定义和计算方法。对业务资源强度A_i和忙时每个用户业务量E_i的定义是：分组域数据业务的业务资源强度是分组域数据业务最小带宽需求与每个无线通讯小区无线信道带宽的比值；分组域数据业务的忙时每个用户的业务量是分组域数据业务的忙时每个用户的数据平均传输速率与分组域数据业务的最小带宽需求的比值。

TDMA系统每个用户是时分复用的，无线通讯小区的不同用户不会相互产生干扰，每个时隙作为一个信道其分组域数据业务带宽不直接受该无线通讯小区传输数据量和分组域数据业务种类的影响。直接影响信道带宽的主要因素是无线环境和系统支持的编码方式，这可以通过统计每种编码方式所占比例和各自的重传率观测到，每个无线通讯小区的无线信道带宽在时间轴上相对稳定。所以在使用坎贝尔定理等效虚拟业务时以信道带宽作为基本单位是合适的。

这样根据每个无线通讯小区忙时的用户数就可以知道小区的忙时虚拟业务量，使用Erlang B公式的拟合公式计算出需要的虚拟信道，然后经过还原和向上取整得到需要分配的无线信道数。

由于使用坎贝尔定理就会有一个误差门限；在计算过程中假定了无线信道是在用户级别进行复用，而实际情况是信道在RLC(无线链路控制层)数据块级别进行复用，因此在计算的最后要对计算结果进行常数δ的修正，此常数还与不同设备生产厂家的设备类型有关。

由上述技术方案可知，本发明通过对无线通信小区的每种分组域数据业务的最小带宽数值和每种分组域数据业务的吞吐量比例进行实际测量，通过坎贝尔定理、Erlang B的拟合连续函数以及虚拟信道数的转换计算所获得的无线信道数，至少能够满足移动用户的分组域数据业务的需求，在实际工作中得到了认可，简单实用，可以将市场反馈直接变成工作的指导，解决了因大量分组无线数据通信业务的开展，使有限的业务信道资源出现了严重不足的问题，满足移动通讯网络运营者和网络移动用户对于分组域数据业务的需求。

下面结合附图和实施例，对本发明进行进一步的详细说明。

附图说明

图1为本发明的一个具体实施例的流程图。

具体实施方式

图1所示为本发明的一个具体实施例的处理流程，该实施例开始时，首先，根据一个确定的通讯服务质量QoS的约束条件以及实际分组域数据业务通讯的要求，设定无线通信小区中分组域数据业务无线信道的理论数值，然后，分别获取无线通信小区在实际使用中，用户对每种分组域数据业务的最小带宽需求数值。由于无线通讯中具有多种分组域数据业务，因此，在检测实际每种分组域数据业务的最小带宽数值时，是分别对该无线通信小区中所有种类的分组域数据业务进行检测，并通过以下步骤分配实际需要的所述分组域数据业务无线信道。

步骤101、计算获取无线通信小区的信道带宽，该计算过程是根据无线通信小区的载干比测量值或网管统计项计算该无线通信小区的每个信道带宽。网管统计项包括了实际使用中分组域数据业务的吞吐量和分组域数据业务的用户数数据，例如：一个只开通CS-1和CS-2编码方式、有重传的GPRS网络，其中的某个无线通信小区的每个信道带宽为10kbps；

步骤102、分别将上述每个最小带宽需求数值除以获取的每个信道带宽，获得每种分组域数据业务的业务资源强度A_i，其中下标i为各种分组域数据业务的序号，其取值下限为1，上限为分组域数据业务的数量值：

A_i＝业务最小带宽需求数值/信道带宽

例如：针对步骤101中的无线通信小区，当其每个信道带宽为10kbps，且该无线通信小区中的各种分组域数据业务包括WWW业务、WAP业务、Mail业务以及GMM/SM业务时，通过每种分组域数据业务的最小带宽需求数值，计算得到每种分组域数据业务的业务资源强度，如表1所示：

表1

分组域数据业务类型	业务最小带宽需求(kbps)	业务资源强度(Ai)
			WWW	25	2.5
WAP	6	0.6
			mail	20	2
GMM/SM	0.5	0.05

步骤103、根据上述步骤101中的无线通信小区的忙时每个用户的每种分组域数据业务的传输数据量计算忙时每个用户的每种分组域数据业务量E_i，E_i＝忙时每种分组域数据业务的传输数据量/3600(秒/小时)/业务最小带宽需求数值，得到忙时每个用户的每种分组域数据业务量，如表2所示：

表2

分组域数据业务类型	业务最小带宽需求(kbps)	忙时每个用户数据量(bytes)	忙时话务量Erl(Ei)
				WWW	25	331	2.94E-05
WAP	6	240	8.89E-05
				mail	20	11	1.22E-06
GMM/SM	0.5	56	0.0002489

步骤104、根据坎贝尔定理计算虚拟业务的业务资源强度A_x和忙时每个用户虚拟业务量E_x

$A_x=\frac{\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{A}_i^2{E}_i}{\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{A}_i{E}_i},$ $E_x=\frac{{\left(\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{A}_i{E}_i\right)}^2}{\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{A}_i^2{E}_i}$

例如：根据表1和表2中的数据，计算得到A_x＝1.56，E_x＝9.08E-05；

步骤105：根据上述无线通信小区的用户数量，计算该无线通信小区的虚拟业务量，假设上述无线通信小区的忙时激活用户数为10000，则小区的虚拟业务量为0.908Erl；

步骤106、根据上述无线通信小区的虚拟业务量使用Erlang B的拟合连续函数计算在所述实际分组业务通讯的要求下需要的虚拟信道数，例如对于不大于6Erl的业务量在2％呼损率下可使用Erlang B的二次多项式拟和函数Y＝0.02590×X×X+0.2896×X-0.4122，其中Y是虚拟业务量，X是虚拟信道数。当Y＝0.908Erl时，X＝3.48；

步骤107、依照公式：无线信道数＝虚拟信道×A_x+δ

将所述虚拟信道数转换成无线信道数并向上获取整数，在该转换计算中，增加有修正常量δ，该修正常量δ可以通过各种设备生产厂家的规格说明获取；通过针对上述无线通信小区的各种计算结果，当A_x＝1.56，δ取1，虚拟信道数＝3.48时，转换的无线信道数＝6.43，再向上取整，最后得到该无线通信小区的分组域数据业务无线信道数为7，结束。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围。

Claims (4)

1. 一种分组域数据业务无线信道分配的方法，首先，根据一个确定的通讯服务质量的约束条件以及分组域数据业务通讯的要求，在无线通信小区中设定分组域数据业务无线信道的理论数值，然后，通过以下步骤分配实际需要的所述分组域数据业务无线信道：

步骤1、在实际使用中，分别获取无线通信小区用户对每种分组域数据业务的最小带宽需求数值；

步骤2、获取无线通信小区的每个信道带宽；

步骤3、分别将所述最小带宽需求数值除以所述每个信道带宽，获得每种分组域数据业务的业务资源强度A_i，其中下标i为各种分组域数据业务的序号，其取值下限为1，上限为分组域数据业务的数量值；

步骤4、通过测量，获得忙时每个用户的每种分组域数据业务的数据传输量，再将其换算为忙时每个用户的每种分组数据平均传输速率，分别将该平均传输速率除以与其对应的分组域数据业务的所述最小带宽需求数值，获得忙时每个用户的每种分组域数据业务量E_i；

步骤5、根据以下坎贝尔定理，计算所述无线通信小区的虚拟业务的业务资源强度A_x和忙时所述每个用户的虚拟业务量E_x

$A_x=\frac{\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{A}_i^2{E}_i}{\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{A}_i{E}_i},$ $E_x=\frac{{\left(\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{A}_i{E}_i\right)}^2}{\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{A}_i^2{E}_i};$

步骤6、根据所述无线通信小区的用户数量，计算所述无线通信小区的虚拟业务量；

步骤7、根据所述无线通信小区的虚拟业务量，使用Erlang B公式的拟合连续函数，计算所述无线通信小区在满足所述通讯服务质量的约束条件以及分组域数据业务通讯要求下，所需要的实际分组域数据业务的虚拟信道数；

步骤8、依照下式：无线信道数＝虚拟信道×A_x，将所述虚拟信道数转换为无线信道数并向上获取整数。

2. 根据权利要求1所述的分组域数据业务无线信道分配的方法，其特征在于所述步骤2中，所述每个信道带宽是根据所述无线通信小区的载干比的测量值获得的，或者是通过网络管理对数据吞吐量、所述每种分组域数据业务的使用比例及所述用户数量进行统计计算而获得。

3. 根据权利要求1所述的分组域数据业务无线信道分配的方法，其特征在于所述步骤3中，所述分组域数据业务至少包括WWW业务、WAP业务、Mail业务以及GMM/SM业务。

4. 根据权利要求1、2或3所述的分组域数据业务无线信道分配的方法，其特征在于所述步骤8中，所述无线信道数的转换计算中还增加有修正常量δ，即，无线信道数＝虚拟信道×A_x+δ；所述修正常量δ通过所述无线通信小区中的无线通信设备的参数获得。

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