CN100544511C - 基于wcdma系统的多用户类型分布式环境下的接纳控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了基于WCDMA系统的多用户类型分布式环境下的接纳控制方法，其采用流量作为系统接纳能力的描述参数，即：接纳测量参数；对系统的分布式资源及其接纳控制集中在资源控制处理板上处理；其步骤为：分别对多用户类型的某一特定用户类型确定出单块处理器的最大接纳能力，得到所述特定用户类型的业务权值；根据所述的业务权值进行系统资源的申请和释放；在多块处理器的分布式环境中，将各块处理器依据剩余可用带宽来进行排序，找出剩余可用带宽最大的处理器，并判断是否接纳新用户。其使整个系统的处理能力不再受制于单块处理器的能力；同时使系统适应多用户速率业务类型的需要。

Description

基于WCDMA系统的多用户类型分布式环境下的接纳控制方法

技术领域

本发明属于第三代移动通信技术领域，其特别涉及WCDMA(Wideband CodeDivision Multiple Access)系统中的接纳控制方法，具体的讲是基于WCDMA系统的多用户类型分布式环境下的接纳控制方法。

背景技术

在通信领域，一套大型设备完成的功能通常能够抽象成一个简单的“数据输入-数据处理-数据输出”模型。由于实际处理的数据量巨大，且考虑到设备可靠性，这个设备通常由多个数据处理单板构成，它们共同协作，完成设备所提供的功能。对于这样大型的通信系统，通常要考虑它的处理能力，并采取有效措施，控制系统的接纳能力，在保证系统高效运转的同时，也保证系统的稳定运行。

由于第三代系统的复杂性，其系统的实现多采用分布式处理，其资源的管理和接纳控制也采用分布式处理。在目前的技术实现背景中，现有各种实现方案具有如下不足：

(1)分布式处理环境的构架本身虽然先进，但技术尚不成熟，特别是在实时处理方面，要求快速做出反应的环境下，效果不理想。对于系统中分布式资源的管理和用户接纳控制，采用分布式的策略显得低效也不稳定；

(2)系统的接纳能力受制于单块处理器的处理能力。当单块处理器的处理能力饱和时，整个系统的处理能力很难继续做到动态负载平衡和用户持续接纳；

(3)采用统一的接纳测量参数。由于第三代移动通信系统支持多种速率的业务，对各种速率类型的业务采用一视同仁的接纳测量参数，不利于针对第三代移动通信系统的特点对各种速率的业务区别对待；

(4)接纳控制测量参数的选择不够合理，以往多采用处理器的CPU占用率，该指标具有描述不全面、测量时瞬态误差大、滞后性等缺陷，使得系统可用资源的统计不够准确。

发明内容

本发明的目的在于，提供基于WCDMA系统的多用户类型分布式环境下的接纳控制方法，用以解决分布式管理的消息往来造成的不可靠；打破系统在单块处理器处理能力上的瓶颈，使整个系统的处理能力不再受制于单块处理器的能力；同时使系统适应多用户速率业务类型的需要；并使测量值的瞬态误差很小、滞后性小、描述全面，使得系统可用资源的测量统计准确可靠。

本发明的技术方案为：

基于WCDMA系统的多用户类型分布式环境下的接纳控制方法，其特征在于：采用流量(又称之为带宽)作为系统接纳能力的描述参数，即：接纳测量参数；对系统的分布式资源及其接纳控制集中在资源控制处理板上处理；其步骤为：

分别对多用户类型的某一特定用户类型确定出单块处理器的最大接纳能力，得到所述特定用户类型的业务权值；

根据所述的业务权值进行系统资源的申请和释放；

在多块处理器的分布式环境中，将各块处理器依据剩余可用带宽来进行排序，找出剩余可用带宽最大的处理器，并判断是否接纳新用户。

所述的确定出单块处理器的最大接纳能力包括：在系统只配置一块用户面处理器，分别针对特定的用户类型，不断接纳新的用户进来，直到系统处理能力饱和为止。

如果所述的单块处理器能够接入的A类型业务的最大数量设为X1，则处理器对A的接入能力为X1；得到的各种类型业务的处理能力为X1，X2，......，Xn；则某种类型的业务N对处理器资源的占用为1/Xn，这里记为Bn，Bn＝1/Xn；

所述单块处理器总的处理能力为1，通过去分母操作，得到处理器总的处理能力为C，各种类型的资源占用能力为Sn；Sn通过Bn去分母处理后得来，从而确定出不同速率类型对于资源占用的能力。

如果用带宽来表示所述的资源占用的能力，单位是bps；则处理器总的处理能力也用带宽来描述，单位：bps；其中：处理器的总处理能力与单个业务的占用能力的相对比值关系不变，且一种业务的占用能力与它的标称速率之间的比值可设为该种业务的权值。

用户申请与释放系统资源的处理的说明：对于资源的申请过程是指：CID子信道建立时对系统接纳资源的占用处理，其具体步骤为：

步骤一：系统申请CID时，作为入参，要告知该CID代表的业务的标称速率，该速率乘以业务权值，得到该CID的占用带宽；之后，将该带宽值记入数据库；当释放CID的时候，从数据库中将该CID占用的带宽归还；

步骤二：判断处理器的当前剩余带宽是否大于申请带宽；如果大于，则允许接入，之后将处理器的剩余带宽减去该CID的占用带宽；如果小于，则接纳申请遭到拒绝。

依据系统剩余接纳能力对新用户接纳的判决及接纳步骤；其中：

对于多块处理器的分布式环境，将各块处理器依据剩余可用带宽来进行排序，找出剩余可用带宽最大的处理器；判决过程如下：当该剩余带宽最大的处理器，目前剩余带宽满足新用户的申请接纳带宽的时候，则允许接纳；否则，说明系统中所有处理器的接纳能力都已经饱和，此时，拒绝接纳。

对于资源的归还步骤；其具体步骤为：

步骤一：系统归还CID时，作为入参，要告知该CID的标识；之后，从数据库中依据此标识读出该业务占用的带宽值；同时从数据库中获得给该CID提供资源的处理器标识；

步骤二：将CID的占用带宽加入到处理器的剩余处理带宽。

对于不同的系统，可以用实验的方法确定不同速率的业务在该处理器的权值。

本发明所述的方法还包括以下具体步骤(如图3所示)：

接收各种用户类型的接纳请求；

得出某一用户类型的加权流量；

获取当前加权流量最小的用户面处理器；

判断接纳该用户后所述的处理器是否饱和；

如果是，则返回结果失败；

如果否，则返回结果成功。

本发明的有益效果在于：从结构上来说，本方法采用了新的接纳测量参数，并把传统的基于分布式资源测量的方案转换为集中式管理。避免了处理器间消息往来。提高了系统的可靠性和稳定性。在实践测试中，采用了接纳方法之后，系统的接纳控制精度提高了20％，系统因处理器间同步消息机制故障等引起的不稳定因素大幅度减少。作为接纳控制模块的代码量，减少了50％，接纳决策的时间缩短了一半。极大的提高了WCDMA系统的可靠性和效能。多用户类型分布式环境下的高效可靠的接纳控制方法，以控制系统的接入能力，有效分配分布式的系统资源，从而保证系统的高效可靠运转。

与发明目的相对应的效果为：一、对系统的分布式资源及其接纳控制采用集中式管理，统一在资源控制处理板上处理，避免了分布式管理的消息往来造成的不可靠；二、打破系统在单块处理器处理能力上的瓶颈。整个系统的处理能力，有各个块处理板处理能力的加权和来决定。如需提高系统的处理能力只要增加处理板即可，不再受制于单块处理器的能力；三、采用对各种速率类型业务加权处理的接纳测量参数，以适应多用户速率业务类型的需要；同时，对系统处理能力的门限值，也采用加权处理方法确定；四、采用稳定可靠的接纳控制能力测量参数，其测量值的瞬态误差很小，滞后性小，描述全面，使得系统可用资源的测量统计更加准确可靠。

附图说明

图1为传统的集中式轮选处理器策略接纳控制的流程；

图2.1为传统分布式资源管理在各个用户面处理器上的流程；

图2.2为传统分布式资源管理在资源管理处理器上的流程；

图3为本方法实现的接纳控制流程。

具体实施方式

下面结合附图说明本发明的具体实施方式：

对于第三代移动通讯系统来说，由于处理数据量巨大，作为重要系统资源的用户面处理板，都是采用多处理器的配置，同时，作为可扩充系统，可以拥有多块的用户面处理板。一套强大的商业系统最多可能拥有一百多个用户面处理器。系统中的内存也是重要的资源。把CPU处理能力和系统的可用内存统称为系统接纳能力。CPU系统每接纳一个用户，每次成功呼叫后系统的接纳能力都会减少。而系统的总接纳能力是有限的。当该接纳能力达到门限峰值之时，系统将拒绝新用户接入，否则将会导致整个系统的不稳定。如何高效可靠地管理并测试系统中的接纳能力，以便在新用户接入时决定是否接受该用户的接入，这就是本专利的在多用户类型分布式环境下的接纳控制方法。如图1所示，为传统的集中式轮选处理器策略接纳控制的流程，其首先测量当前处理器的CPU占用率，然后判断是否已经达到当前处理器的处理门限，如果达到门限：则轮选下一个处理器，置下一个处理器为当前处理器，并判断是否所有的处理器都已经被选择，是则失败，否则返回门限判断；如果未达到门限：则在当前处理器上接纳，并轮选下一个处理器，置下一个处理器为当前处理器，返回成功。

如图2.1所示，为传统分布式资源管理在各个用户面处理器上的流程；其首先对用户各个处理器进行初始化，然后在各个用户面处理器上测量各自处理器的CPU占用率，判断用户面处理器的CPU占用率是否发生变化，如果是：则向资源管理处理器上报各个处理器的CPU占用率，等待定时器超时，然后返回；如果否，则等待定时器超时，然后返回。

如图2.2所示，为传统分布式资源管理在资源管理处理器上的流程；其首先对资源管理处理器进行初始化，然后向外围处理器收集测量报告，判断是否收到用户面处理器的上报，如果是，则选择CPU占用率小的处理器；如果否返回。

如图3所示，为本方法实现的接纳控制流程；其接收各种用户类型的接纳请求，计算该用户类型的加权流量，获取当前加权流量最小的用户面处理器，判断如果接纳该用户后是否处理器饱和，如果是，则返回结果失败；如果否，则返回结果成功。

从附图1和附图2.1，附图2.2中可以看到，传统接纳控制流程的弊端。从图3中能够更加明了地看到两种方法的系统对比。

本发明方法由三部分组成：

(1)采用新的接纳控制测量参数

该参数的选择非常重要。以往，最直接的参数是使用处理器的CPU占用率，而系统中所用的实时性操作系统一般都提供相关的函数，以获得当前CPU的占用率。但是，使用该参数有严重的缺陷。首先，CPU占用率的统计有严重的滞后性。操作系统能够提供的都是一段时间内的CPU平均占用率，而决定系统可靠性从而决定新用户是否接纳的关键是CPU的实时峰值占用率。如果要操作系统提供的CPU占用率指标接近真实的情况，需要很长的时延。其次，该参数的统计瞬时误差比较大。所谓瞬时误差，就是指在某个瞬间测量值的突变。虽然，该测量值可以在很短时间内恢复正常，但该瞬间的突变仍然可能严重影响到系统的接纳。第三，忽视了系统中可用内存也是接纳能力的重要量度这个事实。针对这样的缺陷，本方法放弃操作系统的CPU占用率指标。

本发明方法采用流量(又称之为带宽)作为系统接纳能力的描述参数。流量一词在这里用来描述系统当前的接纳能力，单位是bps(bit每秒)。第三代移动通信系统支持3.4K，12.2K，64K，144K，384K等多种速率的业务。不同速率业务的处理会在系统中占用不同的CPU处理能力和内存资源，即，消耗不同的系统接纳能力。用S标示一个用户占用的系统接纳能力，S是一个向量，该向量是多维的。如果只考虑CPU处理能力和内存量，则可认为是二维向量。用P标示流量，P是一维的标量。S和P在描述用户占用的接纳能力方面是等效的。但P显然不是直接由S测得的，而是直接通过业务的速率类型测出的。用流量P作为衡量系统接纳能力的指标更加可靠，全面，没有瞬间的测量突变，滞后性的影响也可以忽略不记。具体的测量和接纳方法见下文描述。由于作了加权处理，故而本文中的流量又称为加权流量。

(2)突破单块处理器处理能力的瓶颈

以往传统的接纳控制实现中，由于策略的关系，比如采用轮选CPU，当某一块处理器发生接纳能力饱和的情况下，将不再允许接入。本方法突破这样的限制，只有最终的系统资源全部被耗尽，才开始拒绝新用户的接入。

(3)采用分布式资源集中式管理

系统的资源，如用户面处理器，是呈现分布式存在于系统中的。按照以往的做法，各个处理器上的资源需要实时的通过板间通信机制进行同步，汇总到一起之后，再决定如何处理。这样的分布式管理集中上报的机制，在实践中证明，可靠性和准确性比较差。当板间通信繁忙的事后，上报的测量指标具有很大的滞后性和误差。采用在资源管理板上的集中式管理后，不再依赖于处理器间的消息通信机制，从而更加可靠。实践证明，这样的策略是完全可靠而可行的。

本发明方法的具体流程如下描述：具体的流程可以细分为两部分，一部分为用户申请与释放系统资源时的处理过程，第二部分为依据系统剩余接纳能力对新用户接纳的判决及接纳过程。

系统接纳能力的占用，在WCDMA系统中具体体现在CID子信道建立时，由系统分配给它的资源占用。我们通过实验的方式，针对不同的业务类型(用户类型)确定出单块处理器的最大接纳能力。方法是，在系统只配置一块用户面处理器，分别针对特定的用户类型，不断接纳新的用户进来，直到系统处理能力饱和为止。分别测量了3.4K业务，4.75K业务，12.2K业务，64K业务，144K业务和384K业务在系统中的极限接纳能力。如果，单块处理器能够接入的A类型业务的最大数量为X1，则说处理器对A的接入能力为X1。最终，我们得到各种类型业务的处理能力X1，X2，......，Xn。则，我们可以认为某种类型的业务N对处理器资源的占用为1/Xn，我们记为Bn，Bn＝1/Xn。这样的处理过程，我们称之为归一化过程。单块处理器总的处理能力为1。通过去分母操作，我们可以得到处理器总的处理能力为C，各种类型的资源占用能力为Sn。Sn通过Bn去分母处理后得来。为了简化操作，我们也可以64K速率的业务作为分水岭，小于64K的业务，包括12.2K，3.4K等，都按照12.2K的情况来处理，大于64K的业务，包括144K，384K，都按照384K的情况来处理，等与64K的业务，取前两者的中间值。从而，我们确定出不同速率类型对于资源占用的能力。例如，12.2K为B1，64K为B2，384K为B3。换一种表达方式，对于占用能力，我们用带宽来表示，单位是bps。处理器总的处理能力也用带宽来描述，单位：bps。虽然换了单位，但处理器的总处理能力与单个业务的占用能力的相对比值关系不变。一种业务的占用能力与它的标称速率(如：3.4K，4.75K)之间的比值，我们称之为该种业务的权值。

对于资源的申请过程(即：CID子信道建立时对系统接纳资源的占用处理)：

1)第一步：系统申请CID时，作为入参，要告知该CID代表的业务的标称速率。该速率乘以业务权值，得到该CID的占用带宽。之后，将该带宽值记入数据库。当释放CID的时候，从数据库中将该CID占用的带宽归还。

2)第二步，判断处理器的当前剩余带宽是否大于申请带宽；如果大于，则允许接入，之后将处理器的剩余带宽减去该CID的占用带宽。如果小于，则接纳申请遭到拒绝。

3)对于多块处理器的分布式环境，将各块处理器依据剩余可用带宽来进行排序，找出剩余可用带宽最大的处理器。判决过程如下：当该剩余带宽最大的处理器，目前剩余带宽满足新用户的申请接纳带宽的时候，则允许接纳；否则，说明系统中所有处理器的接纳能力都已经饱和，此时，拒绝接纳。

对于资源的归还过程(即：CID子信道建立时对系统接纳资源的归还处理)：

1)第一步：系统归还CID时，作为入参，要告知该CID的标识。之后，从数据库中依据此标识读出该业务占用的带宽值。同时从数据库中获得给该CID提供资源的处理器标识；

2)第二步：将CID的占用带宽加入到处理器的剩余处理带宽。

以上的方法，简单，可靠，有效地解决了系统接纳的难题。对于不同的系统，可以用实验的方法确定不同速率的业务在该处理器的权值即可。

WCDMA作为第三代移动通信系统的主流实现，支持多种速率类型的业务。由于处理能力要求巨大，系统的架构多采用分布式的架构。故而如果有效的管理众多的分布式处理器资源，有效地控制接纳，成为WCDMA研究的重要课题。传统的研究方法采用CPU占用率等简单直接的参数，但描述性不强，误差大，延迟大。传统的方法采用板间通信的机制管理协调各个分布式单板，可靠性低，时延很大。对于多种速率类型的支持，传统的做法不够细致，无法针对不同速率类型的业务作区别对待，而一视同仁的做法要么浪费系统的资源，要么造成系统超负荷运转，加大了系统的不稳定性。基于这样一些原因，本方法从另外一个全新的角度，采用新的处理参数，用加权式的接纳侧略，用集中式的管理，有效的提高了系统的可靠性和效能。

第三代移动通信系统在不断的发展，作为接纳控制这个重要的课题，也有众多的人们在研究。本文的方法，对接纳控制设计具有很大的参考意义和实用价值。

从结构上来说，本方法采用了新的接纳测量参数，并把传统的基于分布式资源测量的方案转换为集中式管理。避免了处理器间消息往来。提高了系统的可靠性和稳定性。

在实践测试中，采用了接纳方法之后，系统的接纳控制精度提高了20％，系统因处理器间同步消息机制故障等引起的不稳定因素大幅度减少。作为接纳控制模块的代码量，减少了50％，接纳决策的时间缩短了一半。极大的提高了WCDMA系统的可靠性和效能。

多用户类型分布式环境下的高效可靠的接纳控制方法，以控制系统的接入能力，有效分配分布式的系统资源，从而保证系统的高效可靠运转。

以上具体实施方式仅用于说明本发明，而非用于限定本发明。

Claims (5)

1.基于WCDMA系统的多用户类型分布式环境下的接纳控制方法，其特征在于：采用流量作为系统接纳能力的描述参数，即：接纳测量参数；对系统的分布式资源及其接纳控制集中在资源控制处理板上处理；其步骤为：

分别对多用户类型的某一特定用户类型确定出单块处理器的最大接纳能力，得到所述特定用户类型的业务权值；所述的确定出单块处理器的最大接纳能力包括：在系统只配置一块用户面处理器，分别针对特定的用户类型，不断接纳新的用户进来，直到系统处理能力饱和为止；

根据所述的业务权值进行系统资源的申请和释放；当有业务接入时记录该业务占用的资源，并从处理器当前剩余资源中减去占用的资源，当业务释放时将该业务占用的资源加入处理器当前剩余资源；

在多块处理器的分布式环境中，将各块处理器依据剩余可用带宽来进行排序，找出剩余可用带宽最大的处理器，并判断是否接纳新用户，当该剩余带宽最大的处理器，目前剩余带宽满足新用户的申请接纳带宽的时候，则允许接纳；否则，说明系统中所有处理器的接纳能力都已经饱和，此时，拒绝接纳。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：如果所述的单块处理器能够接入的A类型业务的最大数量设为X1，则处理器对A的接入能力为X1；得到的各种类型业务的处理能力为X1，X2，......，Xn；

则某种类型的业务N对处理器资源的占用为1/Xn，这里记为Bn，Bn＝1/Xn；

所述单块处理器总的处理能力为1，通过去分母操作，得到处理器总的处理能力为C，各种类型的资源占用能力为Sn；

Sn通过Bn去分母处理后得来，从而确定出不同速率类型对于资源占用的能力。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：如果用带宽来表示所述的资源占用的能力，单位是bps；则处理器总的处理能力也用带宽来描述，单位：bps；其中：处理器的总处理能力与单个业务的占用能力的相对比值关系不变，且一种业务的占用能力与它的标称速率之间的比值可设为该种业务的权值。

4.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于还包括：用户申请与释放系统资源的处理；其中，对于资源的申请过程是指：信道标识符CID子信道建立时对系统接纳资源的占用处理，其具体步骤为：

步骤一：系统申请信道标识符CID时，作为入参，要告知该信道标识符CID代表的业务的标称速率，该速率乘以业务权值，得到该信道标识符CID的占用带宽；之后，将该带宽值记入数据库；当释放信道标识符CID的时候，从数据库中将该信道标识符CID占用的带宽归还；

步骤二：判断处理器的当前剩余带宽是否大于申请带宽；如果大于，则允许接入，之后将处理器的剩余带宽减去该信道标识符CID的占用带宽；如果小于，则接纳申请遭到拒绝。

5.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于还包括：对于资源的释放步骤；其具体步骤为：

步骤一：系统归还CID时，作为入参，要告知该CID的标识；之后，从数据库中依据此标识读出该业务占用的带宽值；同时从数据库中获得给该CID提供资源的处理器标识；

步骤二：将CID的占用带宽加入到处理器的剩余处理带宽。

Images