CN100450313C - 用于检测和反馈基于IP传输的Iub FP帧传输时延的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种在通用地面无线接入(UTRA)时分双工(TDD)系统中实现FP帧传输时延的反馈控制的方法，该方法包括步骤：将FP帧的发送端的本地参考时间与该FP帧的接收端的本地参考时间进行比较；以及，基于比较结果在发送端采取相应动作，以便实现对FP帧传输时延的反馈控制。本发明可获得比较精确的时延检测，从而便于系统更好的进行流量控制和负载调度。本发明还提供在UTRA TDD系统中用于实现上述方法的无线网络控制RNC、Node B，以及包括该RNC和Node B的无线通信系统。

Description

用于检测和反馈基于IP传输的Iub FP帧传输时延的方法

技术领域

本发明总的来说涉及UTRA(通用地面无线接入)TDD(时分双工)系统无线通信的技术领域，更具体地说，涉及在UTRA TDD系统的Iub链路上检测和反馈FP帧(包括FP数据帧和FP控制帧)传输时延的方法，主要用于检测和反馈基于IP的FP帧的传输时延情况。

背景技术

UMTS(通用移动通信系统)系统是无线技术采用WCDMA的第三代移动通信系统。WCDMA分为UTRA FDD(频分双工)和UTRATDD，UTRA TDD也称为TD-CDMA(时分-码分多址)，它可支持384Kbps到2Mbps不等的数据传输速率(Release99/Release 4规范)：在高速移动的状态，可提供384Kbps的传输速率，在低速或是室内环境下，则可提供高达2Mbps的传输速率。UTRA TDD上行链路传输信道包括RACH(随机接入信道)、CPCH(公共分组信道)、DCH(专用信道)、USCH(上行共享信道)等，下行链路传输信道包括BCH(广播信道)、PCH(寻呼信道)、FACH(前向接入信道)、DSCH(下行共享信道)及DCH等。其中，用于承载用户数据的上/下行方向传输信道有RACH/FACH、CPCH/FACH、DCH/DCH及DCH/(DCH+DSCH)。在Node-B(节点B，即基站)和RNC(无线网络控制器)之间，3GPP定义了Iub接口来进行通讯，并且定义了FP(帧协议)协议来传输各个传输信道的数据。

Iub接口的承载一般采用ATM(异步传输模式)，如图1。但是采用ATM传输成本过高，随着IP(因特网协议)交换技术的成熟和大规模应用，采用IP来承载通讯数据的传输成为最大限度地提高吞吐量和降低成本的首选，因此采用IP技术来进行Iub以及其他接口数据的传输将是3G(第三代无线通讯系统)的未来趋势。IP传输拥有低成本和高吞吐量的优点，但是IP传输相比ATM有着较高的时延，对于不同服务质量要求的业务，比如一些实时业务，网络的延时就是一个很关键的调度参数。为了便于系统更好的进行流量控制和负载调度，需要进行比较精确的时延检测。

目前现有技术中尚不存在用于实现上述的精确的时延检测的方法。

发明内容

本发明的目的就是针对上述问题提出一种Iub FP帧传输时延的检测和反馈机制，用以解决IP交换导致的FP帧时延检测的问题，有利于改进基于IP的FP帧针对不同业务质量进行流量控制和调度。

概括地说，本发明提出了一种检测基于IP的Iub FP协议数据帧传输时延的方法。

根据本发明的第一方面，提供一种在通用地面无线接入(UTRA)时分双工(TDD)系统中实现FP帧传输时延的反馈控制的方法，该方法包括步骤：将FP帧的发送端的本地参考时间与该FP帧的接收端的本地参考时间进行比较；以及，基于比较结果在发送端采取相应动作，以便实现对FP帧传输时延的反馈控制；其中所述的比较步骤包括：对于预定的N个FP帧，对发送端获得的本地参考时间与接收端获得的本地参考时间进行运算以获得时间延迟；以及将该时间延迟与预定的时间延迟告警级别D相互关联以作为比较结果；其中，所述的N是大于或等于1的整数。

根据本发明的第二方面，提供一种用于实现上述方法的无线网络控制器RNC，包括：

用于将FP帧的发送端的本地参考时间与该FP帧的接收端的本地参考时间进行比较的第一模块；

用于基于比较结果在发送端采取相应动作，以便实现对FP帧传输时延的反馈控制的第二模块；

所述第一模块包括：

用于在预定的N个FP帧的情况下，对发送端获得的本地参考时间与接收端获得的本地参考时间进行运算以获得时间延迟的第三模块；

用于将该时间延迟与预定的时间延迟告警级别D相互关联以作为比较结果的第四模块，其中所述的N是大于或等于1的整数。

根据本发明的第三方面，提供一种用于实现上述方法的Node B，包括：

用于将FP帧的发送端的本地参考时间与该FP帧的接收端的本地参考时间进行比较的第一模块；

用于基于比较结果在发送端采取相应动作，以便实现对FP帧传输时延的反馈控制的第二模块；

所述第一模块包括：

用于在预定的N个FP帧的情况下，对发送端获得的本地参考时间与接收端获得的本地参考时间进行运算以获得时间延迟的第三模块；

用于将该时间延迟与预定的时间延迟告警级别D相互关联以作为比较结果的第四模块，其中所述的N是大于或等于1的整数。

根据本发明的第四方面，提供一种包括有上述RNC和Node B的UTRA TDD系统，其中RNC和Node B中至少一个设备包括：

用于将FP帧的发送端的本地参考时间与该FP帧的接收端的本地参考时间进行比较的第一模块；

用于基于比较结果在发送端采取相应动作，以便实现对FP帧传输时延的反馈控制的第二模块；

所述第一模块包括：

用于在预定的N个FP帧的情况下，对发送端获得的本地参考时间与接收端获得的本地参考时间进行运算以获得时间延迟的第三模块；

用于将该时间延迟与预定的时间延迟告警级别D相互关联以作为比较结果的第四模块，其中所述的N是大于或等于1的整数。

附图说明

通过下面结合附图对本发明的具体实施方式进行的描述，本发明的目的、特征和技术益处将变得更清楚。在附图中：

图1是表示Iub接口的分别基于ATM和IP承载的FP协议栈的示意图；

图2是根据本发明的方法包含有时间戳T的FP消息IE(信息元素)的FP帧的结构示意图；

图3A-3B是根据发明的包含有接收端所获得的时延的映射级别的FP控制帧以便进行时延反馈的FP时延反馈控制帧的消息结构的示意图；

图4是根据本发明的一个实施例，当从RNC发送FP帧到Node B时执行Iub FP帧传输时延的方法的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

在本发明的方法中，定义了一个新的FP消息IE(信息元素)，这个IE长度为两个字节，称为时间戳T，如图2中FP帧的第3-4字节所示。当然，该时间戳T也可以在FP帧的净荷部分的其他字节位置，可由技术人员根据实际情况具体设定。

其中，FP帧头第一个字节的比特7用来指示FP帧的类型，0表示FP帧是数据帧，1表示FP帧是控制帧，如表1所示。

帧类型(FT)	描述
		0	数据帧
1	控制帧

表1帧类型

第二个字节的第0～3个比特表示FP帧承载的消息类型。对于数据帧而言，消息类型的具体值在表2中详细表述：

消息类型	Bit 3～0
		FACH	1000
RACH	1001
		DSCH	1010
USCH	1011
		DDCH(下行专用信道)	1100
UDCH(上行专用信道)	1101
		保留	所有其他组合

表2数据帧消息类型

对于控制帧，消息类型如表3所述：

消息类型	Bit 3～0
		时间调整	0010
下行链路同步	0011
		上行链路同步	0100
下行节点同步	0110
		上行节点同步	0111
动态PUSCH分配	0000
		FP连接帧号	1001
TPC指示	1010
		时延反馈指示	1011
序列号错误指示	1111
		保留	所有其他组合

表3控制帧消息类型

而第一个字节的比特6～0以及第二个字节的比特7～4用来组成一个序列号(总共11位，值为0～2047)，其中第一个字节的第6比特表示序列号的高位。该序列号可以用于检测丢包。

第三个字节开始表示参考时间戳T，总共2个字节16个bit，精度为1ms(毫秒)。时间戳T的长度和精度是考虑了通常的网络状况，技术人员可根据实际网络存在的时延范围来设定。

时延的检测方法描述如下。首先要求发送端和接收端都已经和时钟源进行了同步，在建立FP连接以后，发送端每次发送一个FP帧，就取一次本地时间作为时间参考值(16比特，精确到毫秒)，并把这个时间值填写到FP帧结构定义的时间戳T内，最后发送该FP帧。接收到该FP帧之后，接收端从该FP帧中提取出参考时间戳T，和所获取的接收端本地时间做一个比较，并且存储下这两个时间差值。当接收端接收到预定的帧数，就取这些时间差值的平均值。得到这个平均值以后，接收端对这个平均值进行评估，并映射到事先定义的告警级别，然后返回给发送端。

为了实现将所获得的时延告警级别返回给发送端，本发明定义了一种FP时延反馈控制帧来实现时延的反馈。当接收端测量到时延，需要通知发送端时，接收端发送消息类型为“时延反馈指示”的时延反馈控制帧给发送端，控制消息需要带上时延的映射级别。具体地说，如图3A-3B所示，该FP时延反馈控制帧的帧头结构与图2中的FP帧的帧头结构是一样的，只是帧类型(FT)填为“控制帧”，消息类型设为“时延反馈指示”，而该FP时延反馈控制帧的净荷部分填为接收端所获得的时延的映射级别。

图4给出了实现根据本发明的方法的一个实施例。该例子示出当从RNC发送FP帧到Node B时执行Iub FP帧传输时延的方法的实现过程。

假设从RNC发送FP帧到Node B的情形。预先设定时4个时延告警级别所对应的时间阈值H₁、H₂、H₃、H₄。H₁-H₄(单位：ms)的取值需要根据网络的QoS要求以及当前网络状况等设定。例如，可通过设置不同的值来调试而获得阈值H₁-H₄的合适取值。假设每N帧统计一次时延。N是大于等于1的整数，其取值一般由实际的网络性能决定，50～500帧之间都可以。同样也可通过设置不同的值来调试而获得阈值N的合适取值。首先建立FP连接。当第一个FP帧(该第一个FP帧是数据帧，因为这时候控制帧还没有产生，第一个控制帧需要在一定数据帧的基础上才能产生)发送的时候，先取本地时间值T1，然后把这个时间值T1放到FP帧中。以后每发送一帧，都把相应的本地时间值填写到FP帧中。接收端接收到该FP帧的时候，取得接收端本地的时间值T2，并求出两个时间值之间的差值：

ΔT＝T2-T1                        (1)

存储与每一个发送的FP帧对应的每一个ΔT，当接收到的帧数满N帧的时候，计算出这N个时间差值ΔT的平均值ΔT，然后按如下处理计算时延告警级别D：

if    |ΔT|＜H₁

D＝0

elseif |ΔT|＜H₂

D＝1

elseif |ΔT|＜H₃

D＝2

elseif |ΔT|＜H₄

D＝3

endif

其中，告警级别从D＝0到D＝3是从最低告警级别到最高告警级别，相应地，时间阈值从H₁-H₄依次递增。

在此需要说明，除了上述的通过对与预定帧数相应的FP帧传输时间差异取算术平均，然后将该算术平均值与预定的时间阈值比较而得到时延告警级别以外，还可以采用其他算法来确定时延告警级别。例如可以用非线性的算法来确定时延告警级别。

如图4所示，得到时延告警级别D后，接收端Node B将会填写FP时延反馈控制帧，并把时延告警级别D填写到该FP时延反馈控制帧中，然后发送给接收端RNC。得到了时延告警级别D以后，发送端RNC就可以根据时延告警级别D采取适当的行动来降低网络负载，减小传输时延，以满足低时延业务的要求。

上述的FP时延反馈控制帧可能会丢失，但是系统不会重发这个消息，因为这将影响接下来的新的统计。在FP时延反馈控制帧丢失的情况下，由于通常FP时延反馈控制帧会周期性(在本实施例中为每N帧)发出，因此丢掉个别FP时延反馈控制帧对系统性能不会带来很大影响。当然，如果FP时延反馈控制帧的丢失对系统造成不可接受的影响时，可以考虑采用更敏感的处理方法：例如，如果没有收到FP时延反馈控制帧就置为最高时延告警级别。但是这样过于敏感，存在误报的情况，导致系统有可能因为FP时延反馈控制帧偶尔的丢失，就采取过激的负载平衡手段，也会影响系统性能。所以，这需要技术人员根据FP时延反馈控制帧丢失对系统造成的影响的实际情况来确定具体采取哪些措施进行处理。这涉及到与本发明的原理不同的另一个技术问题，在本说明书中将不做一步描述。

虽然本实施例是以从RNC发送FP帧到Node B时执行Iub FP帧传输时延的方法为例，但本领域技术人员理解，从Node B发送FP帧到RNC也存在需要处理传输时延的情况。可以与上述处理方法类似的方法来进行处理，在此不再赘述。

本领域技术人员容易理解，本发明的上述在通用地面无线接入(UTRA)时分双工(TDD)系统中实现FP帧传输时延的反馈控制的方法还可通过如下配置来实现：

可通过对无线通信系统中的相应的Node B和RNC进行相应配置来实现本发明的上述FP帧传输时延的反馈控制的方法。所述的配置可以通过软件、硬件或两者的结合分别在Node B和RNC中实现。本领域技术人员在上述对本发明的方法描述的教导之基础上，容易实现这种配置，在此不再赘述。因此包含这种配置的Node B和RNC分别也应当认为构成本说明书的公开内容，并且因此这种Node B和RNC也应当被认为包括在本发明的保护范围内。

本发明的上述方法可在包括这种Node B和RNC的UTRA TDD无线通信系统中实现，因此包含这种Node B和RNC的无线通信系统也应当认为构成本说明书的公开内容，并且因此这种无线通信系统也应当被认为包括在本发明的保护范围内。

可通过提供包含用于实现上述方法的机器可读指令的程序产品来实现本发明的FP帧传输时延的反馈控制方法。因此，这种程序产品本身，以及存储有上述的程序产品的存储介质也构成本发明的实施方式，应当被认为包括在本发明的保护范围内。这种存储介质例如可以是ROM，RAM，CD-ROM，CD-R，光盘，磁光盘，存储卡，等等。

虽然已经结合具体实施例对本发明进行了详细说明，但是，本领域技术人员理解，本发明不受这些具体实施例的限制，在不背离本发明的精神实质的情况下，还可作出许多改变、替换。因此，附后的权利要求应当给予最宽的解释，以便包括各种变形、等同结构和配置。

Claims (12)

1、一种在通用地面无线接入(UTRA)时分双工(TDD)系统中实现FP帧传输时延的反馈控制的方法，该方法包括步骤：

将FP帧的发送端的本地参考时间与该FP帧的接收端的本地参考时间进行比较；以及

基于比较结果在发送端采取相应动作，以便实现对FP帧传输时延的反馈控制；

其中所述的比较步骤包括：

对于预定的N个FP帧，对发送端获得的本地参考时间与接收端获得的本地参考时间进行运算以获得时间延迟；以及

将该时间延迟与预定的时间延迟告警级别D相互关联以作为比较结果；

其中，所述的N是大于或等于1的整数。

2、如权利要求1所述的方法，其中，所述的运算是按如下步骤执行的取算术平均值运算，每发送一个FP帧，求得发送端获得的本地参考时间与接收端获得的本地参考时间这两个时间值之间的差值：

当接收到的帧数满N帧的时候，计算出这N个时间差值的算术平均值ΔT。

3、如权利要求2所述的方法，其中所述的将时间延迟与预定的时间延迟告警级别D相互关联的步骤包括按照下述处理计算延迟级别：

如果|ΔT|＜H₁，则D＝0；否则如果|ΔT |＜H₂，则D＝1；否则如果|ΔT|＜H₃，则D＝2；否则如果|ΔT|＜H₄，则D＝3；

其中，H₁、H₂、H₃、H₄是预先设定的与时延告警级别D所对应的时间阈值，H₁-H₄的取值是根据网络的QoS要求以及当前网络状况来确定的。

4、如权利要求2所述的方法，其中在发送端FP帧的净荷中包含指示发送端本地参考时间值的时间戳T，其长度为2个字节，精确到毫秒，以及其中，发送端在发送FP帧时将本地参考时间填入该时间戳T中。

5、如权利要求4所述的方法，其中在发送端发送的FP帧的帧头包括两个字节，第一个字节的比特7用来指示FP帧的类型，第二个字节的第0～3个比特表示FP帧承载的消息类型，第一个字节的比特6～0以及第二个字节的比特7～4用来组成一个共11位、值为0～2047的序列号，其中第一个字节的第6比特表示序列号的高位。

6、如权利要求5所述的方法，其中对于数据帧，由第二个字节的第0～3个比特表示的、FP帧承载的消息类型是从FACH，RACH，DSCH，USCH，DDCH，UDCH中选择的一种，对于控制帧，所述消息类型是从以下中选出的一种：时间调整、下行链路同步、上行链路同步、下行节点同步、上行节点同步、动态PUSCH分配、FP连接帧号、TPC指示、时延反馈指示、序列号错误指示。

7、如权利要求4所述的方法，其中，通过在FP帧接收端将所获得的时间延迟告警级别D作为净荷填入FP时延反馈控制帧，以便通过该FP时延反馈控制帧将比较结果返回FP帧发送端。

8、如权利要求7所述的方法，其中，所述FP时延反馈控制帧的帧头结构与发送端的FP帧的帧头结构相同，以及其中，所述的帧类型FT设为控制帧，消息类型设为“时延反馈指示”。

9、如权利要求1-8中任一项权利要求所述的方法，其中所述FP帧的发送端是RNC/Node B，对应的FP帧接收端是Node B/RNC，所述的方法用于实现Iub链路上的FP帧传输时延反馈控制。

10、一种在通用地面无线接入(UTRA)时分双工(TDD)系统中的无线网络控制RNC，包括：

用于将FP帧的发送端的本地参考时间与该FP帧的接收端的本地参考时间进行比较的第一模块；

用于基于比较结果在发送端采取相应动作，以便实现对FP帧传输时延的反馈控制的第二模块；

所述第一模块包括：

用于在预定的N个FP帧的情况下，对发送端获得的本地参考时间与接收端获得的本地参考时间进行运算以获得时间延迟的第三模块；

用于将该时间延迟与预定的时间延迟告警级别D相互关联以作为比较结果的第四模块，其中所述的N是大于或等于1的整数。

11、一种在通用地面无线接入(UTRA)时分双工(TDD)系统中的Node B，包括：

用于将FP帧的发送端的本地参考时间与该FP帧的接收端的本地参考时间进行比较的第一模块；

用于基于比较结果在发送端采取相应动作，以便实现对FP帧传输时延的反馈控制的第二模块；

所述第一模块包括：

用于在预定的N个FP帧的情况下，对发送端获得的本地参考时间与接收端获得的本地参考时间进行运算以获得时间延迟的第三模块；

用于将该时间延迟与预定的时间延迟告警级别D相互关联以作为比较结果的第四模块，其中所述的N是大于或等于1的整数。

12、一种在通用地面无线接入(UTRA)时分双工(TDD)系统，其中无线网络控制RNC和Node B中至少一个设备包括：

用于将FP帧的发送端的本地参考时间与该FP帧的接收端的本地参考时间进行比较的第一模块；

用于基于比较结果在发送端采取相应动作，以便实现对FP帧传输时延的反馈控制的第二模块；

所述第一模块包括：

用于在预定的N个FP帧的情况下，对发送端获得的本地参考时间与接收端获得的本地参考时间进行运算以获得时间延迟的第三模块；

用于将该时间延迟与预定的时间延迟告警级别D相互关联以作为比较结果的第四模块，其中所述的N是大于或等于1的整数。

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