CN100551153C

CN100551153C - 通信链路过载的处理方法和装置

Info

Publication number: CN100551153C
Application number: CNB2006101079444A
Authority: CN
Inventors: 龚锦荣; 张晶; 乔嘉
Original assignee: UTStarcom Telecom Co Ltd
Current assignee: UTStarcom Telecom Co Ltd
Priority date: 2006-07-27
Filing date: 2006-07-27
Publication date: 2009-10-14
Anticipated expiration: 2026-07-27
Also published as: CN1889530A

Abstract

本发明提供一种用于无线接入网的交换设备，所述无线接入网包含至少两个通过一个经由所述交换设备的通信链路相连的通信单元，该交换设备包含：一个控制单元，用于根据所述通信链路的状态确定欲经所述通信链路传输的多个数据包的丢弃率，并且根据所述丢弃率，选择优先级较高的所述数据包；以及一个交换单元，用于经所述通信链路传送所述优先级较高的所述数据包。由于根据数据包所属业务的优先级来决定其是否丢弃，因此本发明具有能快速响应链路负载的优点，适于链路瞬间处于过载状态的情形。此外，本发明所提出的基于数据包所属业务的QoS属性进行过载处理的方法，可在不改动现有3GPP协议架构的前提下，实现链路过载的有效控制。

Description

通信链路过载的处理方法和装置

技术领域

本发明涉及无线通信技术，特别涉及一种对无线通信系统中的通信链路过载进行处理的方法和装置，还涉及一种对通信链路过载进行处理的用于无线接入网的交换设备。

背景技术

通用移动通信系统(UMTS)由核心网(CN)、无线接入网(UTRAN)和用户装置(UE)组成。无线接入网包括通过Iu接口连接到核心网的无线网络子系统(RNS)，每个无线网络子系统包含一个无线网络控制器(RNC)和一个或多个节点B(Node B)，节点B通过Iub接口与无线网络控制器相连。Iub接口用来传输无线网络控制器与节点B之间的信令以及来自无线接口的数据，其协议结构包括无线网络层、传输网络层和物理层，其中，无线网络层采用有关用户平面公共传输信道和专用传输信道数据流的FP协议，主要功能是将无线接口的帧转换为Iub接口的数据帧，传输网络层常常采用ATM方式，由于基于互联网络协议(IP)的传输方式具有低成本和高吞吐量的优点，因此越来越多被用于Iub及其他接口的数据传输中。上述关于UMTS系统的描述的细节可参见3GPP TS25系列规范，这些技术规范在此以引用方式包含在本文中。

在大规模组网的环境下，Iub链路所属交换设备需要处理大量的数据包或数据分组，此时如果其处理能力不足，则将出现链路过载，导致这些数据包未能经由Iub链路传输出去。由于IP协议不具备传输可靠性保障机制，因此这种链路过载的状态有可能导致重要数据包的丢失，进而影响服务质量。

由上可见，需要一种对用于数据包传输的通信链路上出现的过载进行有效处理的方法和装置，以减少数据包丢失带来的不利影响。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种在一个无线通信系统中处理一个通信链路过载的方法和装置，其能够减少数据包丢失对服务质量的影响。

本发明的上述目的通过下列技术方案实现：

一种在一个无线通信系统中处理一个通信链路过载的方法，包含下列步骤：

根据所述通信链路的状态确定欲经所述通信链路传输的多个数据包的丢弃率；以及

根据所述丢弃率，选择优先级较高的所述数据包经所述通信链路传输。

本发明的上述目的还通过下列技术方案实现：

一种在一个无线通信系统中处理一个通信链路过载的装置，包含：

一个第一装置，用于根据所述通信链路的状态确定欲经所述通信链路传输的多个数据包的丢弃率；以及

一个第二装置，用于根据所述丢弃率，选择优先级较高的所述数据包经所述通信链路传输。

优选地，在上述方法和装置中，所述无线通信系统为通用移动通信系统，所述通信链路为节点B与无线网络控制器之间的Iub链路，并且所述Iub链路的传输网络层协议遵循互联网络协议。

优选地，在上述方法和装置中，所述数据包的数据长度为一个传输时间间隔。

优选地，在上述方法和装置中，所述优先级取决于所述数据包所属的QoS类型、域、业务类型和无线链路控制传输模式。

优选地，在上述方法和装置中，所述通信链路的状态取决于所述Iub链路的数据包丢包率和传输时延，并且与所述丢弃率之间存在如下关系，一对所述数据包丢包率的取值范围和所述传输时延的取值范围的组合与所述丢弃率的一个取值相对应。

本发明的另一个目的是提供一种用于无线接入网的交换设备，其能够减少数据包丢失对服务质量的影响。

本发明的上述目的通过下列技术方案实现：

一种用于一个无线接入网的交换设备，所述无线接入网包含至少两个通过一个经由所述交换设备的通信链路相连的通信单元，包含：

一个控制单元，用于根据所述通信链路的状态确定欲经所述通信链路传输的多个数据包的丢弃率，并且根据所述丢弃率，选择优先级较高的所述数据包；以及

一个交换单元，用于经所述通信链路传送所述优先级较高的所述数据包。

在本发明中，由于根据数据包所属业务的优先级来决定其是否丢弃，因此具有能够快速响应链路负载的优点，适合于诸如Iub链路瞬间处于过载状态的情形。此外，本发明所提出的基于数据包所属QoS类型、域、业务类型和无线链路控制传输模式进行过载处理的方法，可在不改动现有3GPP协议架构的前提下，实现链路过载的有效控制。

附图简述

以下借助较佳实施例和附图对本发明作更为充分的阐述，其中：

图1为一个无线接入网的组网示意图。

图2为图1所示无线接入网中的交换机的示意图。

图3为实现按照本发明一个实施例的通信链路过载处理方法的程序架构示意图。

图4为图3所示Iub过载控制处理程序的流程图。

图5为以串行方式确定一个FP帧组内的FP帧排列顺序的示意图。

具体实施方式

在以下的描述中，皆以通用移动通信系统(UMTS)为应用场合描述本发明的实施例，但是这并不意味着本发明仅局限于在通用移动通信系统上应用，相反，本发明还可推广至其它建立交换信息的两端中至少有一方可以处于移动状态的无线通信系统或移动通信系统，它的实例包括但不限于蜂窝移动系统、寻呼系统、卫星通信系统、无绳电话系统、移动集群通信系统等。

在本发明中，一条通信链路的状态反映了该通信链路的负载大小或传输质量，虽然可采用各种特征量来表征链路状态，例如信噪比等，但是在较佳实施例中，优选方式是采用数据包在该通信链路上传输时的丢包率和传输延迟来刻画链路状态，即，丢包率和/或传输延迟越小，则该链路的负载越低或传输质量越佳，反之亦然。

在以下的描述中，一个数据包的优先级表示该数据包相对于其它数据包而言经通信链路被优先传送的次序，因此一个数据包的优先级越高，则其应当被更优先地传输。一般情况下，一个数据包的优先级直接或间接地与该数据包所对应的业务种类相对应，在下面将要描述的实施例中，优选地，可根据3GPP TS25系列技术规范所定义的QoS类型、业务类型和无线链路控制(RLC)传输模式来确定数据包的优先级，该技术规范在此以引用方式纳入本文。

对于一条通信链路，其在一定的传输质量要求下的容量是受到限制的，也即在一定的传输质量要求下，该通信链路当前可传输数据量存在上限。因此这里所谓的通信链路过载，实际上是指在某一传输质量要求下，当前欲传输的数据量超出了该通信链路的容量。

按照本发明，当通信链路处于过载状态时，通过从当前待传输的数据包中按照优先级顺序舍弃一定比例的数据包(即优先级越低的数据包在舍弃时的顺序越靠前)来减少数据包丢失对服务质量的影响。在下文中，将上述被舍弃的数据包在当前待传输的数据包中所占的比例称为舍弃率，其取值与通信链路的状态有关，即，如果通信链路的状态较佳，则舍弃率较低，反之亦然。舍弃率与链路状态的具体对应或映射关系可以根据应用场合来确定，下面将会作进一步的描述。

以下借助附图描述本发明的较佳实施方式。在下面描述的实施例中，假设通信链路为通用移动通信系统中的节点B(Node B)与无线网络控制器(RNC)之间的Iub链路。从下面的描述中将会认识到，本发明的原理并不局限于Iub链路，实际上其还可应用于其它的通信链路。

图1为一个无线接入网的组网示意图。在图1所示的网络结构中，节点B 11a-11f和无线网络控制器12a、12b都与交换机13相连，每个节点B与每个无线网络控制器之间可通过交换机13建立一条Iub链路。在一个较佳实施例中，通信链路过载的处理由交换机13完成，但是显而易见的是，本发明的原理并不局限于该较佳实施例，实际上，过载处理也可以由其它设备完成，例如节点B或无线网络控制器。

图2为图1所示交换机的结构框图。如图2所示，交换机13包含一个控制单元21和与控制单元21相连的一个交换单元22，其中，交换单元22还与节点B和无线网络控制器相连，其在控制单元21的控制下，在特定的节点B与无线网络控制器之间建立一条Iub链路，并经该Iub链路在它们之间传送数据包。按照本发明，在图2所示的交换机中，通过由控制单元21执行下面将要描述的Iub过载控制程序来实现过载控制功能，而交换单元22则根据控制单元21的指令，在Iub链路上传送数据包。

图3为实现按照本发明一个实施例的通信链路过载处理方法的程序架构示意图。在图3中，无线链路控制(RLC)层负责为用户和控制数据提供分段和重传服务，媒体接入控制(MAC)层负责将逻辑信道映射为传输信道，并根据逻辑信道的瞬时速率为各个传输信道选择适当的传输格式，FP层负责将MAC帧的数据转换为FP数据帧并产生一些控制帧，而IP/ATM层则将FP数据帧封装为IP/ATM帧。如图3所示，在FP协议层与MAC协议层之间提供有Iub过载控制程序，由其决定一个FP帧当前是否可在一条Iub链路上传送。也就是说，对于在该Iub链路上传送的一个用户的数据，当其经过RLC层、MAC层和FP层封装后，将由Iub过载控制程序决定是否在该Iub链路上传送该用户的FP帧，其决定方式为，首先确定该Iub链路是否处于过载状态，以及如果处于过载状态，则根据该用户的数据的优先级确定该用户的FP帧是否应当被舍弃。

需要指出的是，在本实施例中，一个用户的数据以一个传输时间间隔(TTI)作为一个数据包的长度，由于一个FP帧与一个TTI相对应，因此这里的一个数据包相当于一个FP帧。

在本实施例中，可通过周期性地调用上述Iub过载控制程序来实现Iub链路的过载处理过程，该调用周期例如可以为10毫秒。

当每次进行过载处理时，Iub过载控制程序接收到的一个用户的MAC帧可能不足以构成一个完整FP帧，也即还有一个或多个属于该用户的传输块尚未由MAC层提供。对于这种情形，在本实施例中，该用户的MAC帧在当前周期内将不会被考虑是否舍弃，而是要等到在后续周期内该用户的MAC帧的数量可形成一个完整的FP帧时才考虑，从而保证所丢弃的用户数据的最小单位是一个完整的FP帧(即等于一个TTI的长度)。

值得指出的是，Iub链路的过载处理也可以在其它协议层之间实现，例如可在MAC层与RLC层之间，这些改变或变动都属于本发明的精神和范围之内。

参见图3，Iub过载控制程序一方面定期或不定期地接收通信链路的状态信息(例如一条Iub链路的FP帧的丢包率和传输延迟)，从而确定当前欲传送FP帧的舍弃率，另一方面，Iub过载控制程序还在业务连接建立时从无线通信系统接收表示各种类型数据包的优先级的列表，在本发明的一个实施例中，该列表可具有如表1所示的形式：

表1

在表1中，CS和PS分别表示电路交换和分组交换，所有类型的数据包都按照其所属业务的QoS属性(例如QoS类型、域、业务类型和RLC传输模式等)赋予一个优先级取值。由于信令比较特殊，其重要性大于其它数据，并且信令的数据吞吐量较低，因此在表1中将信令数据的优先级设定为最高，而会话式、流式、交互式和背景等其它QoS类型也根据其对服务质量要求的高低赋予不同的优先级。对于同一种QoS类型的数据，由于透明模式(TM)不对上层协议添加任何协议开销，抗干扰能力很差，因此优先级较高，非确认模式(UM)无重传协议，其优先级次高，而确认模式(AM)由于采用自动重传来纠错并且对时延要求低，因此优先级较低。总之，可以根据具体的业务情况，为各种类型的数据包赋予合适的优先级取值。当获得该表后，Iub过载控制程序在进行过载处理时，即可依照所示优先级取值的降序舍弃数据包。

如上所述，Iub过载控制程序定期或不定期地接收Iub链路的状态信息，从而确定当前欲传送FP帧的舍弃率。以下对根据通信链路的状态确定舍弃率的方式作进一步的描述。

在本实施例中，Iub链路的状态或负载等级N采用FP帧的丢帧率L以及传输时延D来表征，并且采用一种分段映射的方式，将一对丢包率L与传输时延D取值范围的组合与一个舍弃率R相对应，表2示出了示例性的对应关系，可以根据网络特性的不同而修改这种对应关系。

表2

负载等级N	丢包率L	传输时延D(毫秒)	舍弃率R
负载等级N	丢包率L	传输时延D(毫秒)	舍弃率R	1	≤10％	≤50	0％
2	10％-20％	50-100	20％	1	≤10％	≤50	0％
2	10％-20％	50-100	20％	3	20％-40％	100-500	40％
4	40％-60％	500-1000	60％	3	20％-40％	100-500	40％
4	40％-60％	500-1000	60％	5	60％-80％	1000-2000	80％
6	80％-100％	≥2000	100％	5	60％-80％	1000-2000	80％

当表2所示的对应关系确定后，Iub过载控制程序即可根据接收到的FP帧的丢包率和传输时延，确定当前Fp帧的舍弃率。例如假设当前欲经Iub链路传送的FP帧的数量为100，丢包率L为5％，传输时延D为10毫秒，则通过查询表2可得，相应的舍弃率R为0，即Iub链路当前未处于过载状态，因此无需丢弃FP帧。又假设当前欲经Iub链路传送的FP帧的数量为100，丢包率L为30％，传输时延D为200毫秒，则通过查询表2可得，相应的舍弃率R为40％，因此将根据优先级的高低舍弃40个FP帧，而余下的60个FP帧将被发送出去。

值得指出的是，通信链路的状态还可以用其它的量来表征，例如误包率，而且这些表征通信链路状态的量与舍弃率之间的映射关系并不局限于表2所示形式，实际上其可根据具体的应用情况加以确定。

以下借助图4描述上述Iub过载控制程序的流程图。

如图4所示，在步骤41中，当业务建立时，通过高层信令将业务的QoS属性与优先级之间的映射关系报告给Iub过载控制程序，该映射关系例如可以采用表1所示的形式。

接着进入步骤42，Iub过载控制程序建立一个当前欲经一条Iub链路传送的数据包的队列Q，这里的数据包例如可以是一个FP帧。假设当前需要传送的FP帧共计有S个，并且属于M个用户设备(UE)。

随后进入步骤43，Iub过载控制程序利用步骤41所述的映射关系，将这S个FP帧按照其所属业务的优先级进行分类，即，相同优先级的FP帧被分在同一组内，假设S个FP帧被划分为P个FP帧组{G_i，i＝1，2，......P}。

接着进入步骤44，Iub过载控制程序按照优先级对步骤43中分类处理得到的P个FP帧组进行升序或降序方式排序，这里假设以升序方式排序，即，如果FP帧组具有的表1所示的优先级取值越小，则表明其应当优先被传送或优先保证其被传送，因此其在队列Q中的顺序越靠前，反之，则越靠近队列Q的队尾。

随后进入步骤45，对于每一个FP帧组G_i内的FP帧，Iub过载控制程序按照用户设备(UE)进行排序，并依照下面将要作详细描的串行方式来确定该FP帧组内的FP帧排列顺序。

图5为以串行方式确定一个FP帧组内的FP帧排列顺序的示意图。假设一个FP帧组G_i内的一个FP帧被表示为d_i，j，k，这里i为FP帧组的序号，j为UE的序号，k为FP帧组G_i内属于第j个UE的FP帧的序号。如图4所示，首先FP帧组G_i内所有的FP帧d_i，j，k被按照UE的序号j归类以形成M个FP帧子组，然后按照串行方式，轮流从不同FP帧子组内选择一个FP帧以形成一个FP帧排列顺序，最终获得的顺序例如可以是d_i，1，1，d_i，2，1，...，d_i，M，1，d_i，1，2，d_i，2，2，...，d_i，M，2，d_i，1，3，...，d_i，N，Nm。经过串行方式排序后，各个UE的FP帧在每个FP帧组G_i内的分布比较均匀，因此避免了某个或某些UE的FP帧被大量舍弃而其它UE的FP帧被少量甚至未作舍弃的情形。

经过步骤44和45的排序处理后，即可得到一个按照优先级排序的队列Q’。

随后进入步骤46，Iub过载控制程序获取Iub链路的的状态信息，例如该Iub链路的FP帧丢包率和传输延迟。获取状态信息的方式有多种，例如可由无线通信系统中的单元(例如节点B、无线网络控制器或图2中的控制单元21等)周期性地测量状态信息并将测量值报告给Iub过载控制程序，也可以通过请求-响应方式，由Iub过载控制程序通过向无线通信系统中的单元发送请求，而由无线通信系统的单元将状态信息输出至Iub过载控制程序作为响应。

接着进入步骤47，Iub过载控制程序根据步骤46获取的Iub链路的状态信息确定当前欲传送的S个FP帧的舍弃率R。可采用如上所述的方式，利用类似于表2所示的状态信息与舍弃率的映射关系来确定舍弃率。

随后进入步骤48，Iub过载控制程序根据步骤47确定的舍弃率R，从队列Q’中删除低优先级的FP帧，即，从队列Q’的队尾开始，删除[S×R]个FP帧，这里的[S×R]表示对数值S×R取整，包括例如四舍五入的取整方式。

最后，在步骤49中，Iub过载控制程序将队列Q’中未被删除的FP帧的列表输出至无线通信系统负责发送FP帧的单元。例如在图1和2所示的情形中，图3和4所示Iub过载控制程序的功能由交换机13的控制单元21实现，而FP帧的发送则由交换单元22负责，因此该列表被输出至交换单元22，由其将列表中所列的FP帧经Iub链路传送。

图3和4所示的Iub过载控制程序的执行方式有多种，例如可以通过使其在通用计算机系统上运行来实现过载处理过程，这里的通用计算机系统包括但不限于个人计算机系统和嵌入式计算机系统等；也可以通过将该Iub过载控制程序的全部或部分功能固化在电路系统后运行的方式实现过载处理过程，这里的电路系统包括但不限于专用集成电路(ASIC)和现场可编程门阵列(FPGA)等。这些方式对于本领域内的技术人员来说都是显而易见的，因此都属于本发明的精神和保护范围之内。

在阅读上述披露内容之后，其它修改对于本领域内的技术人员来说将是显而易见的。这种修改可能涉及到无线通信系统及其部件单元内已经公知的特征，并且这些特征可以代替这里已经描述的特征或者以添加的方式应用。

在本说明书和权利要求书中，出现在一个单元之前的词语“一个”并未将多个这种单元的情形排除在外。而且词语“包含”并未排除除所列单元或步骤以外还有其它单元或步骤存在的情形。

Claims

1、一种在一个无线通信系统中处理一个通信链路过载的方法，其特征在于，包含下列步骤：

根据所述通信链路的负载大小和传输质量确定欲经所述通信链路传输的多个数据包的丢弃率；以及

根据所述丢弃率，选择优先级较高的所述数据包经所述通信链路传输，

其中，所述无线通信系统为通用移动通信系统，所述通信链路为节点B与无线网络控制器之间的Iub链路，并且所述Iub链路的传输网络层协议遵循互联网络协议，

其中，所述通信链路的负载大小和传输质量取决于所述Iub链路的数据包丢包率和传输时延，并且与所述丢弃率之间存在如下关系，一对所述数据包丢包率的取值范围和所述传输时延的取值范围的组合与所述丢弃率的一个取值相对应。

2、如权利要求1所述的方法，其中，所述数据包的数据长度为一个传输时间间隔。

3、如权利要求1所述的方法，其中，所述优先级取决于所述数据包所属的QoS类型、域、业务类型和无线链路控制传输模式。

4、如权利要求1所述的方法，其中，所述数据包丢包率和所述传输时延被定期更新。

5、一种用于一个无线接入网的交换设备，所述无线接入网包含至少两个通过一个经由所述交换设备的通信链路相连的通信单元，其特征在于，包含：

一个控制单元，用于根据所述通信链路的负载大小和传输质量确定欲经所述通信链路传输的多个数据包的丢弃率，并且根据所述丢弃率，选择优先级较高的所述数据包；以及

一个交换单元，用于经所述通信链路传送所述优先级较高的所述数据包，

其中，所述通信单元为无线网络控制器和节点B，所述通信链路为节点B与无线网络控制器之间的Iub链路，并且所述Iub链路的传输网络层协议遵循互联网络协议，

其中，所述通信链路的负载大小和传输质量取决于所述Iub链路的数据包丢包率和传输时延，并且所述控制单元根据一对所述数据包丢包率的取值范围和所述传输时延的取值范围的组合确定所述丢弃率。

6、如权利要求5所述的交换设备，其中，所述数据包的数据长度为一个传输时间间隔。

7、如权利要求5所述的交换设备，其中，所述优先级取决于所述数据包所属的QoS类型、域、业务类型和无线链路控制传输模式。

8、如权利要求5所述的交换设备，其中，所述控制单元通过测量定期更新所述数据包丢包率和所述传输时延。

9、一种在一个无线通信系统中处理一个通信链路过载的装置，其特征在于，包含：

一个第一装置，用于根据所述通信链路的负载大小和传输质量确定欲经所述通信链路传输的多个数据包的丢弃率；以及

一个第二装置，用于根据所述丢弃率，选择优先级较高的所述数据包经所述通信链路传输，

其中，所述通信链路为节点B与无线网络控制器之间的Iub链路，并且所述Iub链路的传输网络层协议遵循互联网络协议，

其中，所述通信链路的负载大小和传输质量取决于所述Iub链路的数据包丢包率和传输时延，并且所述第一装置根据一对所述数据包丢包率的取值范围和所述传输时延的取值范围的组合确定所述丢弃率。