CN100581118C - 在呼叫许可控制中评估额外可许可呼叫数的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用在呼叫许可控制中的用于评估额外可许可呼叫数的方法，包括：跟踪信道忙时间百分比以及下行链路和上行链路语音分组的传输时间；接收呼叫许可请求；以及计算可许可呼叫数。所述可许可呼叫数是基于从所述信道忙时间百分比确定的信道带宽要求以及从下行链路和上行链路语音分组的传输时间确定的语音分组排队要求而计算得到的。如果所述可许可呼叫数大于1则所述呼叫许可请求被批准，如果所述可许可呼叫数小于1则所述呼叫许可请求被拒绝。

Description

在呼叫许可控制中评估额外可许可呼叫数的方法和系统
技术领域
本发明总地涉及通信网络，更具体而言涉及无线网络中的呼叫许可控制。
背景技术
近年来，无线网络已变得越来越普遍并且已得到广泛应用。随着无线局域网(WLAN)的快速发展，WLAN在维持服务质量(QoS)要求的同时支持实时服务的能力成了一个重要问题。为了支持无线网络上的大范围流量，基础设施必须能够支持各种服务质量(QoS)要求，包括呼叫许可。呼叫许可控制(CAC)在提供无线网络中所需的服务质量方面扮演着重要角色。CAC限制到网络中的呼叫连接数，从而减小网络拥塞和呼叫丢失。CAC操作来在被接受的呼叫方面或在根据信道使用而调度的流量方面最大化对可用带宽的使用，同时最小化新呼叫的阻塞可能性和已连接呼叫的呼叫丢失可能性。
IEEE 802.11覆盖了WLAN的媒体访问控制(MAC)层和物理层规范。无线介质和802.11MAC协议的物理属性给无线网络(WLAN)可以支持的可许可无线语音IP(WVoIP)呼叫数(即呼叫容量)设置了上限。呼叫容量依赖于很多因素，例如包括信道条件、背景数据流负载，以及多BSS(基础服务集)干扰。即使比呼叫容量多许可一个呼叫也可能使WLAN从稳定变为不稳定，从而导致被许可呼叫的语音质量严重下降。因此，CAC必须被执行以确保服务质量。
网络的呼叫容量随着网络条件和配置而有所不同。因此，CAC判决使用的度量需要根据无线介质条件和网络流量条件的改变而被调整。需要考虑的本地信道条件包括可能仅影响一个或两个接入点(AP)而非整个WLAN的外来干扰(例如来自微波无线电、蓝牙无线电等)。此外，WLAN中的频率复用可以减小每个AP的呼叫数，因为几个AP可以共享RF信道及其容量。由于其中发现的多种部署和无线电传播条件，信道重叠量可能难以预测。
在给定一定数目的被许可呼叫时，呼叫容量或等价的额外可许可呼叫数Na是用于可靠的CAC过程的有希望的度量。但是，呼叫容量和Na依赖于网络条件的很多方面，例如包括WLAN的无线信道条件、背景数据流量负载，以及QoS能力。这些依赖关系常常无法用数字表示，而只有WLAN仿真才能提供针对给定网络条件的答案。在实际使用中，无线网络条件的组合是无限的，这使得使用通过网络仿真预先确定的度量是不现实的。此外，WLAN的网络条件常常随时间改变，从而使得评估呼叫容量或Na更富有挑战性。
已经提出来了很多CAC方案。这些方案中很多使用诸如延迟、抖动和分组丢失率等度量。但是，这些度量不具有上述所需属性，并且不提供最优呼叫许可判决。此外，现有CAC度量不提供允许CAC在实际许可新呼叫之前预测许可新呼叫对WLAN的影响的预测性测量。此外，传统的CAC方案常常使得实现变得复杂和导致性能下降。
因此，需要一种用于呼叫许可控制的动态并预测性方法和系统，其用于在不降低被许可的呼叫的语音质量的情况下评估可被许可的额外呼叫数。
发明内容
一种用在呼叫许可控制中的用于评估额外可许可呼叫数的方法，一般地包括：跟踪信道忙时间百分比以及下行链路和上行链路语音分组的传输时间；接收呼叫许可请求；以及计算可许可呼叫数。所述可许可呼叫数是基于从所述信道忙时间百分比确定的信道带宽要求以及从下行链路和上行链路语音分组的传输时间确定的语音分组排队要求而计算得到的。如果所述可许可呼叫数大于1则所述呼叫许可请求被批准，如果所述可许可呼叫数小于1则所述呼叫许可请求被拒绝。计算所述额外可许可呼叫数的步骤包括计算Na＝min(Na1，Na2)，其中Na1＝dT*(1-Pb)/(T1_u+T1_d)，并且Na2＝dT/T1_d-N，其中：dT是语音分组的间隔；N是被许可呼叫数；Pb是信道忙时间百分比；T1_u是下行链路语音分组的传输时间；并且T1_d是上行链路语音分组的传输时间。
一种用在呼叫许可控制中的用于评估额外可许可呼叫数的系统一般地包括度量测量模块和许可控制模块。度量测量模块可操作用于跟踪信道忙时间百分比以及下行链路和上行链路语音分组的传输时间。许可控制模块可操作用于接收呼叫许可请求，基于从所述信道忙时间百分比确定的信道带宽要求以及从下行链路和上行链路语音分组的传输时间确定的语音分组排队要求来计算所述可许可呼叫数，以及如果所述可许可呼叫数大于1则批准所述呼叫许可请求，如果所述可许可呼叫数小于1则拒绝所述呼叫许可请求。计算所述额外可许可呼叫数包括计算Na＝min(Na1，Na2)，其中Na1＝dT*(1-Pb)/(T1_u+T1_d)，并且Na2＝dT/T1_d-N，其中：dT是语音分组的间隔；N是被许可呼叫数；Pb是信道忙时间百分比；T1_u是下行链路语音分组的传输时间；并且T1_d是上行链路语音分组的传输时间。
一种用在呼叫许可控制中的用于评估额外可许可呼叫数的系统一般地包括：用于跟踪信道忙时间百分比以及下行链路和上行链路语音分组的传输时间的装置；用于接收呼叫许可请求的装置；用于基于从所述信道忙时间百分比确定的信道带宽要求以及从下行链路和上行链路语音分组的传输时间确定的语音分组排队要求来计算所述额外可许可呼叫数的装置；以及用于如果所述额外可许可呼叫数大于1则批准所述呼叫许可请求，如果所述额外可许可呼叫数小于1则拒绝所述呼叫许可请求的装置。用于计算所述额外可许可呼叫数的装置包括用于计算Na＝min(Na1，Na2)的装置，其中Na1＝dT*(1-Pb)/(T1_u+T1_d)，并且Na2＝dT/T1_d-N，其中：dT是语音分组的间隔；N是被许可呼叫数；Pb是信道忙时间百分比；T1_u是下行链路语音分组的传输时间；并且T1_d是上行链路语音分组的传输时间。
通过参考说明书和附图的其余部分可以实现对本发明本质和优点的进一步理解。
附图说明
图1是示出了示例性无线通信系统的示意图。
图2是示出了在呼叫许可控制中使用的用于评估额外可许可呼叫数的本发明的过程的一个示例的流程图。
图3是示出了图1的无线通信系统的接入点的组件的框图。
图4是在实现本发明实施例时使用的网络设备的一个示例的框图。
在所有附图中，对应的标记指示对应的部分。
具体实施方式
下面的描述被提供来使得本领域普通技术人员能够实现和使用本发明。对特定实施例和应用的描述仅作为示例，本领域技术人员将很容易明白可以作出多种修改。这里描述的一般性原理可在不脱离本发明范围的情况下应用于其他实施例和应用。因此，本发明并不限于所示实施例，而是符合与这里描述的原理和特征一致的最广阔范围。为了清楚起见，与本发明有关的本技术领域已知的技术素材的细节未被详细描述。
这里公开了在呼叫许可控制(CAC)中使用的用于评估额外可许可呼叫数的方法和系统。额外可许可呼叫数是基于WVoIP的网络要求的。通过保持跟踪信道忙时间的百分比以及下行链路和上行链路语音分组的传输时间，AP(接入点)能够高效地评估额外可许可呼叫数，以便安全地进行实时CAC判决，而没有对被许可呼叫造成负面影响的危险。该方法和系统可被广泛应用于大企业环境和小或中等公司环境中的WVoIP。
图1示出了适于实现本发明一个实施例的无线通信网络的示例。该无线通信系统辅助多个订户单元(固定的和便携式移动台)10以及固定的网络基础设施18之间的双向通信。移动台10可以是蜂窝电话、诸如个人数字助理(PDA)等个人通信系统、膝上型计算机、寻呼机，或向用户提供语音、视频、数据和其他无线服务的其他适当的无线设备。如图1所示，该网络包括一个或多个接入点(AP)12，一个或多个无线域服务器(WDS)14、一个或多个接入交换机(AS)16，以及多个订户单元(移动台)10。移动台10与AP 12通信，并且还可以与一个或多个卫星通信以实现与耦合到IP网络18或任何其他网络的一个或多个设备的通信。移动台10还可以使用适当的无线通信技术直接与诸如其他移动台之类的其他设备通信。每个接入点12与WDS 14和接入交换机16通信。多个接入点12可以对一个WDS 14报告。接入点12耦合到IP网络18，并允许移动台10与耦合到WLAN的其他设备通信。WLAN例如可包括接入路由器、核心路由器和其他网络元件，如本领域技术人员公知的那样。网络可以包括任意数量的子网和路由器，子网可以形成LAN以外的网络拓扑，例如广域网、企业网和城域网。
应当理解，这里示出和描述的网络仅是示例性的，本发明可以在利用呼叫许可控制策略的任意电信网络中实现。例如，这里描述的方法和系统可以与IEEE标准802.11之外的分组数据一起被使用。
为了为语音分组提供足够的服务质量，AP 12只能服务或许可一定量的语音带宽。如果语音流量的量增加超过该限制，则所有呼叫的QoS都会受影响。这里描述的方法和系统利用QoS流量的CAC质量度量，该度量提供足以进行呼叫许可控制判决的信息。这些度量优选地以较频繁的间隔(例如5秒间隔)对接入点12可用。
呼叫许可控制功能在先来先服务的基础上向客户端设备分配带宽，并且可被用来维护一个小的预留区(reserve)，从而移动电话客户端可以漫游到BSS(基础服务集)中(即使BSS可能处于满容量状态)。CAC度量还可用来为语音或数据预留指定量的带宽。例如，百分之五十的信道容量可被预留给语音，百分之五十被预留给数据。该系统还可被配置为对语音或数据设置优先级，或被用在实时视频会议中以对关键数据区分优先级。CAC度量还可被用于基于从AP接收的数据在WDS处进行负载均衡。用户接口(UI)可被提供来配置用于漫游或负载均衡的信道预留。用户接口还可以显示被许可呼叫数、额外可许可呼叫数或其他度量。
下面列举的用于进行CAC判决的度量是动态的，因为网络的呼叫容量随网络条件和配置而变。CAC度量被配置为根据无线介质条件和网络流量条件的改变进行调整，并且考虑到诸如可能只影响一个或两个AP 12而不是整个WLAN的外来干扰(例如来自微波无线电、蓝牙无线电等)等本地信道条件。这里描述的CAC度量被用来在系统许可呼叫之前预测新呼叫对WLAN的影响，以减小新呼叫导致WLAN变得不稳定的机会。
CAC度量基于稳定WLAN的两个要求(条件)，包括语音客户端的存在；信道带宽和语音分组排队，如下详述。
信道带宽要求确保有足够的信道带宽用于语音分组。如果基础服务集(BSS)中已许可了若干(N)个呼叫，则用于语音分组时间间隔(dT)内的额外可许可呼叫的可用网络带宽由下式表示：
dT*(1-Pb)；
      其中：
           dT：语音分组间隔；并且
           Pb：从AP角度看的信道忙时间的百分比。
语音分组间隔dT是由语音客户端中的编解码器确定的，并且例如可以是20ms。Pb是接收机忙于解调IEEE标准802.11流量的时间的百分比，并且包括AP 12发送分组的时间和AP的清除信道评价(CCA)报告信道忙的时间。如果WLAN可以容纳若干个额外呼叫(Na)，则额外呼叫将占用以下网络带宽：
(T1_u+T1_d)*Na；并且
(T1_u+T1_d)*Na≤dT*(1-Pb)
            其中：
                 Na：额外可许可呼叫数；
                 T1_u：上行链路中语音分组的平均传输时间；
                 T1_d：下行链路中语音分组的平均传输时间；并且
                 Pb：从AP的角度看信道忙时间的百分比。
T1_u和T1_d是分别针对上行链路和下行链路，从语音分组到达它们的传输队列前端的时间到它们接收到确认的时间之间的语音分组的传输时间，该传输时间在滑动时间窗上被测量和平均。T1_d是由AP本身测量的，T1_u是由每个语音客户端测量和报告给AP的。AP还在语音客户端的数量上对T1_u进行平均。分组的重发和后退(back-off)时间被计入传输时间。当N＝0时，因为测量仅在存在语音呼叫时进行，所以没有分别对T1_d和T1_u的AP或客户端测量，因此预定值可被用来估计T1_d和T1_u。
上述Na公式可被表示为：
Na≤Na1；
      其中：
          Na1＝dT*(1-Pb)/(T1_u+T1_d)。
下面描述语音分组排队要求。语音分组离开网络节点的传输队列的速率不应慢于语音分组的到达速率。否则网络节点中的语言分组的传输队列将过载。对于AP而言，该要求可被写作：
(N+Na)*T1_d≤dT
            或者
Na≤Na2；
            其中：
               Na2＝dT/T1_d-N。
因此，用于限定可被支持的额外呼叫数的新CAC度量被定义为：
Na＝min(Na1，Na2)；
            其中：
                 Na1＝dT*(1-Pb)/(T1_u+T1_d)；
                 Na2＝dT/T1_d-N。
如果Na＞1，则新呼叫可被许可。
CAC度量Na是通过实时可测量度量确定的，因此非常精确。由于Na是自适应的，所以它可以根据网络条件的改变而动态调整。例如，当数据流量增加时，允许的呼叫数可自动降低。Na还包括其他网络因子，例如流量负载、信道条件和多小区干扰。
图2是示出了在呼叫许可控制中使用的用于评估额外可许可呼叫数的本发明的过程的一个示例的流程图。在步骤20，AP保持跟踪滑动时间窗上的Pb的移动平均值。如上所述，Pb是从AP处于发送状态的时间和AP的CCA报告忙的时间中导出的。AP还保持跟踪滑动时间窗上的T1_d的移动平均值(步骤22)。每个语音客户端保持跟踪滑动时间窗上的其T1_u的移动平均值，并把T1_u周期性地报告给AP(步骤24)。AP维护对于在滑动时间窗内接收到的T1_u的数量的T1_u平均值(步骤26)。在从语音客户端接收到T1_u时，AP相应地调整它维护的平均T1_u。当AP得到新呼叫许可请求时，它通过使用上述公式从N、Pb、T1_u和T1_d计算Na1、Na2(步骤28和30)。如果Na大于1，则AP可以安全地许可新呼叫(步骤32和34)。如果Na小于等于1，则AP拒绝许可请求(步骤32和36)。
应当理解，上述过程仅是一个示例，并且该过程可被修改而不脱离本发明的范围。例如，该方法可以很容易地被扩展，从而一些呼叫时隙被预留用于漫游呼叫。该过程还可应用于诸如视频流等其他QoS应用的许可控制。此外，其他共信道(co-channel)AP可以交换信息，从而在用于Na2的公式中考虑到总数N(信道上的呼叫数)。在另一实施例中，其他共信道AP可以交换信息，从而只有语音呼叫(而不是尽力而为数据分组)引起的Pb被测量，于是提供了对Na的更精确估计。这可能是很重要的，因为EDCA将在很大程度上将语音和视频分组的优先级定得比数据分组高。此外，该过程可被扩展到使用除20ms之外的不同语音分组间隔或甚至是BSS内的间隔混合。
图3示出了用于计算CAC度量的位于AP 12内的许可控制模块40。度量测量模块42公布例如T1_u、T1_d和Pb等度量的最近测量结果。如上所述，许可控制模块40从这些值计算Na。来自移动台10的信息作为管理信息被传送到AP 12。许可控制和度量测量模块40、42在图2中被示为AP 12的一部分。但是应当理解，许可控制模块40也可以位于WDS 14内。在此情形下，对语音度量的请求被通过WDS 14发送到AP 12。当AP12接收到对语音测量的请求时，它们用被请求的数据对WDS 14作出响应。
AP 12(或WDS 14)收集数据并动态执行计算以确定CAC度量。如果AP 12基于CAC度量确定呼叫数量已到达它的极限，则它拒绝新请求并可以将请求导向其他AP 12。许可控制模块40可以用允许发出呼叫的带宽确认消息或拒绝为呼叫进行必要连接的带宽拒绝消息来对请求作出响应。
许可控制模块40可以是具有被配置为执行存储在存储器中的软件并接收来自接口的输入以便在执行软件时使用的处理器的控制器，例如下面参考图4所述。图4示出了可用于实现上述方法和系统的网络设备60。在一个实施例中，网络设备60是可以在硬件、软件或其任意组合中实现的可编程机器。处理器62执行存储在程序存储器64中的代码。程序存储器64是计算机可读介质的一个示例。程序存储器64可以是易失性存储器。存储相同代码的计算机可读介质的另一形式是诸如软盘、CD-ROM、DVD-ROM、硬盘、闪存等非易失性存储装置。通过网络运送代码的载波是计算机可读介质的另一示例。网络设备60可以经由多个接口66与传输介质接口。为了实现根据本发明的功能，接口66可以结合与上面联系作为整体的网络设备讨论的类似的处理和存储器资源。当分组被网络设备60接收、处理和转发时，它们可以被存储在分组存储器68中。图4所示的网络设备60仅是适于与本发明一起使用的计算机系统的一个示例。具有不同子系统配置的其他设备和系统也可以被使用。
从上文可以看出，这里描述的系统和方法具有很多优点。例如，可许可呼叫数(Na)是通过网络的实时可测量度量来确定的，因此它对于实时网络条件而言很准确。Na还是自适应的，因此可以针对网络条件的改变而动态调整。例如，当数据流量下降时，被允许的呼叫数可以自动增加。此外，通过信道业务百分比和被计入传输时间的重发和后退，Na自动地包括其他网络因子，例如流量负载、信道条件和多小区干扰。它还考虑到了包括可能只影响一个或多个AP而不是整个WLAN的外来干扰的本地信道条件。由于Na是N的函数，所以Na具有任意可靠CAC过程所要求的良好的可预测性。
虽然根据所示实施例描述了本发明，但是本领域普通技术人员将很容易意识到在不脱离本发明范围的情况下可以对实施例作出改变。因此，上面的描述中包含的和附图中示出的所有内容都应被理解为示例性而非限制性的。

Claims (16)

1.一种用在呼叫许可控制中的用于评估额外可许可呼叫数的方法，包括：
跟踪信道忙时间百分比以及下行链路和上行链路语音分组的传输时间；
接收呼叫许可请求；
基于所述信道忙时间百分比以及下行链路和上行链路语音分组的传输时间来计算所述额外可许可呼叫数；以及
如果所述额外可许可呼叫数大于1则批准所述呼叫许可请求，如果所述额外可许可呼叫数小于1则拒绝所述呼叫许可请求，
其中计算所述额外可许可呼叫数的步骤包括计算：
Na＝min(Na1，Na2)；其中：
Na1＝dT*(1-Pb)/(Tl_u+Tl_d)；并且
Na2＝dT/Tl_d-N；其中：
dT是语音分组的间隔；
N是被许可呼叫数；
Pb是信道忙时间百分比；
Tl_u是下行链路语音分组的传输时间；并且
Tl_d是上行链路语音分组的传输时间。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述跟踪是在无线网络的接入点处执行的。
3.如权利要求1所述的方法，其中跟踪所述信道忙时间百分比的步骤包括测量接收机忙于解调流量的时间的百分比。
4.如权利要求3所述的方法，其中跟踪所述信道忙时间百分比的步骤还包括测量发送分组并报告信道忙的时间。
5.如权利要求1所述的方法，其中跟踪所述信道忙时间百分比的步骤包括跟踪滑动时间窗上的移动平均值。
6.如权利要求1所述的方法，其中跟踪下行链路语音分组的传输时间的步骤包括测量从语音分组到达它们的传输队列的前端到接收到下行链路的确认的时间。
7.如权利要求6所述的方法，其中跟踪上行链路语音分组的传输时间的步骤包括接收来自移动台的测量值。
8.如权利要求6所述的方法，其中跟踪下行链路语音分组的传输时间的步骤包括跟踪滑动时间窗上的下行链路分组的传输时间的移动平均值。
9.如权利要求1所述的方法，还包括为漫游呼叫预留带宽。
10.如权利要求1所述的方法，其中跟踪所述信道忙时间百分比以及下行链路和上行链路语音分组的传输时间的步骤包括在无线域服务节点处进行跟踪并接收来自多个接入点的测量数据。
11.如权利要求1所述的方法，其中跟踪所述信道忙时间百分比以及下行链路和上行链路语音分组的传输时间的步骤包括接收来自无线网络中多个移动台的数据。
12.一种用在呼叫许可控制中的用于评估额外可许可呼叫数的系统，包括：
度量测量模块，其可操作用于跟踪信道忙时间百分比以及下行链路和上行链路分组的传输时间；
许可控制模块，其可操作用于接收呼叫许可请求，基于所述信道忙时间百分比以及下行链路和上行链路分组的传输时间来计算所述额外可许可呼叫数，以及如果所述额外可许可呼叫数大于1则批准所述呼叫许可请求，如果所述额外可许可呼叫数小于1则拒绝所述呼叫许可请求，
其中计算所述额外可许可呼叫数包括计算：
Na＝min(Na1，Na2)；其中：
Na1＝dT*(1-Pb)/(Tl_u+Tl_d)；并且
Na2＝dT/Tl_d-N；其中：
dT是语音分组的间隔；
N是被许可呼叫数；
Pb是信道忙时间百分比；
Tl_u是下行链路语音分组的传输时间；并且
Tl_d是上行链路语音分组的传输时间。
13.如权利要求12所述的系统，其中所述许可控制模块和所述度量测量模块位于无线网络中的接入点内，并且被配置用于接收来自与具有被许可呼叫的所述接入点通信的一个或多个移动台以及与所述接入点通信并发送所述呼叫许可请求的移动台的数据。
14.如权利要求12所述的系统，其中所述许可控制模块位于与多个接入点通信的无线域服务节点内。
15.一种用在呼叫许可控制中的用于评估额外可许可呼叫数的系统，包括：
用于跟踪信道忙时间百分比以及下行链路和上行链路语音分组的传输时间的装置；
用于接收呼叫许可请求的装置；
用于基于从所述信道忙时间百分比确定的信道带宽要求以及从下行链路和上行链路语音分组的传输时间确定的语音分组排队要求来计算所述额外可许可呼叫数的装置；以及
用于如果所述额外可许可呼叫数大于1则批准所述呼叫许可请求，如果所述额外可许可呼叫数小于1则拒绝所述呼叫许可请求的装置，
其中用于计算所述额外可许可呼叫数的装置包括用于执行以下计算的装置：
Na＝min(Na1，Na2)；其中：
Na1＝dT*(1-Pb)/(Tl_u+Tl_d)；并且
Na2＝dT/Tl_d-N；其中：
dT是语音分组的间隔；
N是被许可呼叫数；
Pb是信道忙时间百分比；
Tl_u是下行链路语音分组的传输时间；并且
Tl_d是上行链路语音分组的传输时间。
16.如权利要求15所述的系统，其中用于跟踪信道忙时间百分比的装置包括用于测量接收机忙于解调WLAN流量的时间的百分比的装置。
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