CN100502327C - 检测基于IP传输的lub FP帧丢帧情况的方法、设备及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于检测基于IP传输的Iub FP帧丢帧情况的方法，包括步骤：设置一个或更多个缓冲区段，每个缓冲区段对应于从发送端顺序地向接收端发出的连续的预定数量的FP帧；以及，对于每个缓冲区段测量丢帧数，以获得接收端的丢帧情况。本发明的这种IubFP帧(包括数据帧和控制帧)丢帧的检测和反馈机制，解决了IP交换导致的FP帧丢帧检测的问题，并可基于检测到的丢帧情况对网络负载进行相应调节，从而有利于改进基于IP的FP帧传输的可靠性。此外，本发明还提供可实现上述方法的RNC、Node B以及包括这种RNC、Node B的无线通信网络。

Description

检测基于IP传输的Iub FP帧丢帧情况的方法、设备及系统

技术领域

本发明涉及在UTRA(通用地面无线接入)TDD(时分双工)系统中保证Iub链路FP数据帧可靠传输的相关方法，主要用于检测和反馈基于IP的Iub FP帧的丢失情况。

技术背景

UMTS(通用移动通信系统)系统是无线技术采用WCDMA(宽带码分多址)的第三代移动通信系统。WCDMA分为UTRA FDD(频分双工)和UTRA TDD，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)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，但是不可避免的一个缺点是IP的可靠传输不如ATM设备，使用IP来传输FP帧不可避免会面临一个丢包的问题，而IP协议本身没有检测数据帧丢包和保证可靠传输的机制，因此需要一种新的技术来解决FP帧在IP上传输的丢包检测。

本发明针对上述问题提出了一种Iub FP帧(包括数据帧和控制帧)丢帧的检测和反馈机制，解决了IP交换导致的FP帧丢帧检测的问题，并可基于检测到的丢帧情况对网络负载进行相应调节，从而有利于改进基于IP的FP帧传输的可靠性。

发明内容

概括地说，本发明提供如下技术方案：

根据本发明的第一方面，提供一种用于检测基于IP传输的Iub FP帧丢帧情况的方法，包括步骤：

设置一个或更多个缓冲区段，每个缓冲区段中设置对应于从发送端顺序地向接收端发出的连续的预定数量的FP帧序列号的标志位；并且设置定时器，所述每个定时器负责对从发送端依次发出的连续的一个或更多个FP帧到达接收端的事件进行测量，每一个定时器由其所负责的任意一个FP帧的到达事件启动，当一个FP帧到达时，把对应的序列号标志设为成功，如果某个序列号的FP帧对应的定时器超时，但是这个序列号的FP帧还没有收到，将把这个序列号对应标志位置为失败；以及

根据标志位值，对于每个缓冲区段测量丢帧数，以获得接收端的丢帧情况。

根据本发明的第二方面，提供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器RNC，其中包括：设置一个或更多个缓冲区段，每个缓冲区段中缓存对应于从发送端顺序地向接收端发出的连续的预定数量的FP帧序列号的标志位；

并且设定定时器，所述每个定时器负责对从发送端依次发出的连续的一个或更多个FP帧到达接收端的事件进行测量，每一个定时器由其所负责的任意一个FP帧的到达事件启动，当一个FP帧到达时，把对应的序列号标志设为成功，如果某个序列号的FP帧对应的定时器超时，但是这个序列号的FP帧还没有收到，将把这个序列号对应标志位置为失败；以及根据标志位值，对于每个缓冲区段测量丢帧数，以获得接收端的丢帧情况。

根据本发明的第三方面，提供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Node B，其中设置一个或更多个缓冲区段，每个缓冲区段中缓存对应于从发送端顺序地向接收端发出的连续的预定数量的FP帧序列号的标志位；

并且设置定时器，所述每个定时器负责对从发送端依次发出的连续的一个或更多个FP帧到达接收端的事件进行测量，每一个定时器由其所负责的任意一个FP帧的到达事件启动，当一个FP帧到达时，把对应的序列号标志设为成功，如果某个序列号的FP帧对应的定时器超时，但是这个序列号的FP帧还没有收到，将把这个序列号对应标志位置为失败；以及根据标志位值，对于每个缓冲区段测量丢帧数，以获得接收端的丢帧情况。

根据本发明的第四方面，提供一种在通用地面无线接入(UTRA)时分双工(TDD)系统，其包括如上述本发明第二方面所述的无线网络控制器RNC以及如上述本发明第三方面所述的Node B，以便用于实现如上述本发明第一方面所述的方法。

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是示出基于ATM和IP承载的FP协议栈的示意图；

图2是示出在本发明的用于检测和反馈基于IP传输的Iub FP帧丢帧率的方法中所使用的FP帧头结构的图；

图3是示出在本发明的用于检测和反馈基于IP传输的Iub FP帧丢帧率的方法中所使用的缓存结构的图；

图4是示出在本发明的用于检测和反馈基于IP传输的Iub FP帧丢帧率的方法中所使用的丢帧反馈控制帧的消息结构的图。

具体实施方式

本发明提出了一种检测基于IP的Iub FP协议帧传输可靠性的方法。为了实现该方法，定义了一个新的FP帧头，FP帧头包括2个字节，其中包括1比特的帧类型(Frame Type，FT)、11比特的序列号、以及4比特的消息类型，如图2所示。

其中，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(上行共享信道)	1011
		DCH	1100
保留	所有其他组合

表2 数据帧消息类型

对于控制帧而言，消息类型如表3所述：

 

消息类型	Bit 3 to 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
		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

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。

前面说明了由于采用IP作为FP帧的承载，会导致数据帧的丢失。为了检测丢帧，本发明的方法利用了这个11位的序列号。使用连续的序列号使得能够检测丢失的数据帧，当一个FP连接建立，发送端开始发送FP帧，每发送一帧，发送端需要填写发送序列号，序列号从0开始到2047为止，然后再从0开始循环，即如下循环0、1、2、3、4、5......2045、2046、2047、0、1、2......。这样就能够从前面接收的帧序列号和当前接收的帧序列号相比较，如果这两帧的序列号并不是连续的，那么说明两帧数据中间有FP帧丢失。当然这只是现在广泛采用的简单的检测方法。如果FP帧经过多个路由转发，有可能发生并没有丢帧，而是先发的FP帧反而后到达，在这种情况下，采用这种方法会发生误检测，所以必需防止这种情况的发生。为此，需要缓存一定数目(称为窗口)的序列号成功到达标志，即把一定区间数目的序列号标记缓存下来，并且设定每一序列号对应的帧到达的定时器，当一帧数据到达时，把对应的序列号标志设为成功。如果某个序列号对应的定时器超时，但是这个序列号的FP帧还没有收到，那么将把这个序列号对应标志位置为失败。这样就能够比较准确的检测丢失的FP帧。这里面有两个难点，一是序列号缓存的窗口大小设为多少合适，这个参数可以由本领域技术人员根据不同的网络状况来确定。一般的原则是如果网络延时越大，那么窗口需要设置的越大，如果网络延时比较小，相应的窗口就可以设置小一些。二是所需定时器的资源太多(和序列号缓存的窗口大小成线性关系)。对于这个问题，可以采用下述的解决方法。把序列号缓存区分成若干连续区间，每一个定时器负责一段区间，即如果某个定时器超时，且相应的区间段中序列号对应的FP帧没有到达，那么这些没有到达的FP帧将被认为丢失。这样做会影响一些检测的精度，但是如果适当的提高定时器的值，就可以弥补这个损失。至于要对定时器的值提高多少，可由本领域技术人员根据不同的网络状况来确定。缓存结构具体如图3所示(下面将详细描述)。

当帧丢失被检测到，需要通知发送端。这里有两种机制，一种是立即反馈机制，根据这种机制，在检测到丢失帧的时候立刻通知发送端，并且把丢失的帧号也发给发送端。这种方法适合发送端需要知道发送错误的即时信息，如有重传机制的时候。另一种是阈值告警机制，根据这种机制，在接收端统计一定数据帧内的丢帧率，如果这个丢帧率超过了允许的阈值，接收端再发送给发送端，通知对方采取措施来减少丢帧，这种方法对于Iub的流量控制非常适合。这里需要注意的是，由于QoS要求不同，所以FP控制帧和数据帧一般需要设置不同的阈值，而且数据帧和控制帧的统计是独立进行的，一般来说控制帧的阈值比较低一些，因为控制帧的传输可靠性要求更高一些。

本发明还定义了一种控制帧来进行丢帧的检测。图4示出了本发明定义的这种丢帧反馈控制帧的消息结构。下面的表4给出了如图4所示的丢帧反馈控制帧的帧头与净荷的构成细节。该控制帧的帧头结构可与上述图2中的帧头结构相同。此外，对上述表3中所示帧的帧头中“序列号错误指示”进行如下定义：当需要通知发送端当前丢帧的情况时，接收端发送消息类型为“序列号错误指示”的控制消息给发送端。如果是上述的第一种立即反馈机制，则控制消息还需要带上当前丢失帧的序列号。

表4

 

信元类型	字节偏移	描述
			FP帧头	0	2个字节
丢失的帧号	2	2个字节用于检测到丢包就即时返回的机制，若采用阈值告警机制则置为0
			丢帧率超过阈值标志	4	1个字节用于阈值告警机制，有两个级别，1代表控制帧丢帧率超出控制帧的阈值，2代表数据帧丢帧率超出数据帧的阈值

假设从RNC发送FP DSCH数据帧到Node B，并且采用上述的第二种阈值告警机制来反馈丢帧信息，即丢帧率超过阈值才反馈给RNC。假设缓存区长度为N(帧)，每一个定时器负责的区间长度为M(帧)，则所需的定时器数目为：

T＝N/M                                    (1)

其中，缓存区长度N和区间长度M都可由本领域技术人员根据不同的网络状况来设定。

首先建立FP连接，当第一个FP帧发送的时候，RNC设置序列号值为0，以后每发送一帧，序列号值加1，直到序列号值为最大值2047时，将序列号重新置为0。接收端Node B首先分配缓存空间，把N个帧号对应的标志位b₁、b₂、b₃、...b_N映射到缓存空间，并把缓存空间中所有标志位的值预置为0，然后把该缓存空间分成T段。一旦某一段收到它所包含的第一帧数据，就启动这一段的定时器。这里的第一帧数据有可能不是第一个帧号对应的FP帧，因为有可能先发的数据帧反而后收到。例如，如果x是区间i第一个标志位对应的序列号，则有可能没有先收到第x帧数据，而是首先收到了第y帧数据(y>x，但是y和x都属于同一个区间i)。当收到第y帧后，就应该启动这个区间的定时器T(i)。Node B收到某一帧数据，就把与这一帧的帧序列号对应的缓存标志置为1。当T(i)超时，接收端Node B检查是否区间i包含的所有M个FP帧都已经到达(即检查该区间i中是否有标志位的值还为0)。如果不是所有M帧数据都已经到达，则记下所有没有到达的FP帧的帧数K_j，然后复位这个定时器控制的第i段的所有缓存标志(置为0)和定时器本身(定时器本身的复位使其可用于进行下面一个缓存窗口(N帧数据)的丢帧检测)，并把对应的帧序列号改成新的M个序列号(依次递增)。这样，就能检测后面新的M帧数据的丢帧数，所有区间的丢帧数将会被累计为E。当总帧数达到统计设定的最大数目L_max，就可以用下面的公式(2)、(3)计算这L_max个FP帧的丢帧率：

$E=\underset{j}{\mathrm{\Σ}}{K}_j$           其中j＝1...(L_max/M)       (2)

丢帧率＝E/L_max                (3)

其中，L_max的具体取值可由本领域技术人员根据网络状况确定。

当丢帧率大于预先设定的阈值H时，接收端Node B将会填写序列号错误指示控制帧，并将该控制帧发送给接收端RNC(如图5所示)。阈值H可由本领域技术人员根据网络状况确定。需要注意，这个控制帧可能会丢失，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。在该丢帧反馈控制帧丢失的情况下，由于通常该控制帧会周期性(在本实施例中例如可为每L_max帧)发出，因此丢掉个别控制帧对系统性能不会带来很大影响。当然，如果该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，如果没有收到该控制帧就指示丢帧率超过阈值的告警。但是这样过于敏感，存在误报的情况，导致系统有可能因为该控制帧偶尔的丢失，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该控制帧的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。

得到了丢帧率超过阈值的告警之后，发送端RNC就可以采取适当的行动来降低网络负载，从而提高传输的可靠性。

需要注意，虽然上述实施例是以从RNC发送FP帧到Node B时检测和反馈基于IP传输的Iub FP帧丢帧率的方法为例，但本领域技术人员理解，从Node B发送FP帧到RNC也存在需要处理丢帧的情况。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。

此外，根据上述描述可知，如果FP帧的序列号不是连续的而是例如按升序排列的情形，也可以实现本发明的检测和反馈基于IP传输的Iub FP帧丢帧率的方法，其原理与FP帧的序列号是连续的情况类似。

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)系统中实现检测和反馈基于IP传输的IubFP帧丢帧率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检测和反馈基于IP传输的Iub FP帧丢帧率的方法。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检测和反馈基于IP传输的Iub FP帧丢帧率的方法。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 (15)

1、一种用于检测基于IP传输的Iub FP帧丢帧情况的方法，包括步骤：

用连续的帧序列号表示从发送端发出的FP帧；

接收端设置一个或更多个缓冲区段，每个缓冲区段中设置对应于从发送端顺序地向接收端发出的连续的预定数量的FP帧序列号的标志位；并且设置定时器，所述每个定时器负责对从发送端依次发出的连续的一个或更多个FP帧到达接收端的事件进行测量，每一个定时器由其所负责的任意一个FP帧的到达事件启动，当一个FP帧到达时，把对应的序列号标志设为成功，如果某个序列号的FP帧对应的定时器超时，但是这个序列号的FP帧还没有收到，将把这个序列号对应标志位置为失败；以及

根据标志位值，对于每个缓冲区段测量丢帧数，以获得接收端的丢帧情况。

2、如权利要求1所述的用于检测基于IP传输的Iub FP帧丢帧情况的方法，还包括步骤：

对于每个缓冲区段，将测量的丢帧数相加以得到该缓冲区段的总丢帧数，并将该总丢帧数与该缓冲区段对应的FP帧的总数相比得到丢帧率。

3、如权利要求2所述的用于检测基于IP传输的Iub FP帧丢帧情况的方法，其中所述的对于每个缓冲区段测量丢帧数包括步骤：

在相应的定时器超时的情况下对该定时器中未到达接收端的FP帧丢帧数进行计数；以及

对于每一个缓冲区段，将与其对应的所有定时器计数的丢帧数相加以作为该缓冲区段中测量的丢帧数。

4、如权利要求3所述的用于检测基于IP传输的Iub FP帧丢帧情况的方法，其中在定时器超时后将其复位，以用于下一次丢帧测量。

5、如权利要求3所述的用于检测基于IP传输的Iub FP帧丢帧情况的方法，其中，所述用连续的帧序列号表示从发送端发出的FP帧的过程包括：发送端在每个发送的FP帧中按发送顺序添加一个序列号。

6、如权利要求5所述的用于检测基于IP传输的Iub FP帧丢帧情况的方法，其中，从发送端发出的FP帧的帧头包括2个字节，其中包括1比特的帧类型FT、11比特的序列号、以及4比特的消息类型。

7、如权利要求6所述的用于检测基于IP传输的Iub FP帧丢帧情况的方法，其中，所述FP帧头的第一个字节的比特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用来组成所述的FP帧序列号，其中第一个字节的第6比特表示序列号的高位。

8、如权利要求1-7中任一项所述的用于检测基于IP传输的Iub FP帧丢帧情况的方法，还包括步骤：

将在接收端测量得到的FP丢帧情况返回给发送端，以便发送端采取适当的行动来提高传输的可靠性。

9、如权利要求8所述的用于检测基于IP传输的Iub FP帧丢帧情况的方法，其中所述FP帧的发送端是RNC，对应的FP帧接收端是Node B；或所述FP帧的发送端是Node B，对应的FP帧接收端是RNC。

10、如权利要求9所述的用于检测基于IP传输的Iub FP帧丢帧情况的方法，其中，通过立即反馈机制和阈值告警机制中之一把FP丢帧情况返回给发送端，在立即反馈机制中，当检测到丢帧时立刻通知发送端，并且把丢失的帧的帧序列号也发给发送端，在阈值告警机制中，当所得到的丢帧率超过了预定的阈值时，接收端将丢帧情况发送给发送端。

11、如权利要求10所述的用于检测基于IP传输的Iub FP帧丢帧情况的方法，其中在阈值告警机制中，对于FP控制帧和FP数据帧设置不同的阈值，并且对于FP数据帧和FP控制帧的丢帧情况的测量是独立进行的，用于FP控制帧的阈值低于用于FP数据帧的阈值。

12、如权利要求11所述的用于检测基于IP传输的Iub FP帧丢帧情况的方法，其中通过丢帧反馈控制帧来将丢帧的情况返回发送端，该丢帧反馈控制帧包括帧头和净荷，其中帧头中包括“序列号错误指示”的消息类型，净荷包括2个字节的丢失帧号和1个字节的丢帧率超过阈值标志，其中在所述的立即反馈机制中，由该丢失帧号表示检测到的丢帧的帧号序列号，在所述的阈值告警机制中，由该丢帧率超过阈值标志来指示包括控制帧丢帧率超出控制帧的阈值或者数据帧丢帧率超出数据帧的阈值。

13、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器RNC，其中，设置一个或更多个缓冲区段，每个缓冲区段中缓存对应于从发送端顺序地向接收端发出的连续的预定数量的FP帧序列号的标志位；

并且设置定时器，所述每个定时器负责对从发送端依次发出的连续的一个或更多个FP帧到达接收端的事件进行测量，每一个定时器由其所负责的任意一个FP帧的到达事件启动，当一个FP帧到达时，把对应的序列号标志设为成功，如果某个序列号的FP帧对应的定时器超时，但是这个序列号的FP帧还没有收到，将把这个序列号对应标志位置为失败；以及根据标志位值，对于每个缓冲区段测量丢帧数，以获得接收端的丢帧情况。

14、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Node B，其中，设置一个或更多个缓冲区段，每个缓冲区段中缓存对应于从发送端顺序地向接收端发出的连续的预定数量的FP帧序列号的标志位；

并且设置定时器，所述每个定时器负责对从发送端依次发出的连续的一个或更多个FP帧到达接收端的事件进行测量，每一个定时器由其所负责的任意一个FP帧的到达事件启动，当一个FP帧到达时，把对应的序列号标志设为成功，如果某个序列号的FP帧对应的定时器超时，但是这个序列号的FP帧还没有收到，将把这个序列号对应标志位置为失败；以及根据标志位值，对于每个缓冲区段测量丢帧数，以获得接收端的丢帧情况。

15、一种在通用地面无线接入UTRA时分双工TDD系统，其包括无线网络控制器RNC以及Node B，其中，在RNC和NodeB中分别设置一个或更多个缓冲区段，每个缓冲区段中缓存对应于从发送端顺序地向接收端发出的连续的预定数量的FP帧序列号的标志位；

并且设定定时器，所述每个定时器负责对从发送端依次发出的连续的一个或更多个FP帧到达接收端的事件进行测量，每一个定时器由其所负责的任意一个FP帧的到达事件启动，当一个FP帧到达时，把对应的序列号标志设为成功，如果某个序列号的FP帧对应的定时器超时，但是这个序列号的FP帧还没有收到，将把这个序列号对应标志位置为失败；以及根据标志位值，对于每个缓冲区段测量丢帧数，以获得接收端的丢帧情况。

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