CN101048005A - 用于在蜂窝无线电通信系统中的切换执行的判决机制 - Google Patents
用于在蜂窝无线电通信系统中的切换执行的判决机制 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种在蜂窝通信系统中做出切换判决的方法，该蜂窝通信系统包括划分成多个小区的通信网络，在通信网络与位于其特定小区中的多个移动设备之间的通信由每个小区中的至少一个接入点支持，该通信网络检测对于为至少一个移动设备启动从源小区到选定目标小区的切换的需求，并且还计算在移动设备从所述源小区到所述目标小区的虚拟切换执行之后源小区的虚拟业务负荷指示符，计算在移动设备从所述源小区到所述目标小区的虚拟切换执行之后目标小区的虚拟业务负荷指示符，比较所计算的虚拟业务负荷指示符，以及根据所述比较来做出是否执行所述切换的判决。本发明还涉及一种包括用于实现上述方法的装置的网元和通信网络。
Description
技术领域
本发明一般地涉及在蜂窝无线电通信系统中的切换机制，以及更具体地涉及一种用于判决是否执行切换的方法。
背景技术
在蜂窝无线电通信系统中，通信网络的覆盖区域被划分成多个小区，而在所述通信网络与位于其特定小区中的移动设备之间的通信由每个小区中的至少一个接入点支持。切换机制通常在所述蜂窝通信系统中用来在移动设备从一个小区移动到另一小区时向它提供无缝服务覆盖，但是切换算法可以不限于移动设备的移动性的管理。也可以出于网络业务负荷平衡目的来执行切换。
需要接入点之间的负荷平衡是因为每个接入点具有有限容量。通信网网络可以检测某个小区已经达到最大或者某一水平的资源容量使用并且判决将移动设备与所述小区之间正在进行的连接转移到负荷较少的另一小区。
切换机制的性能极为重要是因为切换对于网络性能和用户满意度具有直接影响。频繁的切换降低了服务质量并且增加了通信网络的信令负荷，因为每次切换需要相当数量的网络资源以便将已建立的连接重路由到新的小区。这一点例如在如下状况中发生：移动设备移动到在两个小区之间的交迭区域，并且由接入点接收的信号强度的波动造成连接在所述接入点之间来回反复地切换，引起已知的“乒乓效应”。在一些系统中，滞后算法被应用于信号强度测量的比较，这就防止了该乒乓效应，但是另一方面，滞后算法对于未受乒乓效应影响的切换造成了不必要的延迟，这同样降低了网络性能。
在预定用于网络业务负荷平衡目的的切换情况下，如果移动设备从第一小区切换到第二小区，则也可以出现大量乒乓切换，该切换在第二小区中比在第一小区中造成更高的负荷状况状况，以及然后负荷平衡机制将移动设备切换回到第一小区。在美国专利4,670,899中公开了一种移动通信网络，该网络作为本发明的出发点并且受困于上述问题。在所述专利中，实现了一种用于通过根据业务水平有选择地将正在进行的呼叫转移到邻近小区而来在小区之间平衡负荷的方法。
一种切换过程可以包括：检测步骤，用于评价对于由移动性或者业务负荷平衡所引起的切换的需求；判决或者保护步骤，用于确定在哪些条件下应当执行或者避免所述切换；以及重路由步骤，用于使用网络和隐含的无线电资源来将已建立的连接转移到新的小区。有时候判决或者保护步骤机制并不存在，而是在检测到对于切换的需求时简单地做出执行切换的判决。
发明内容
本发明的目的在于为由移动性或者业务负荷控制所引起的切换提供一种改进的切换判决机制，该机制减少了对于通信系统不利的切换。
该目的通过一种做出切换判决的方法、一种网元和一种通信网络来实现。
根据本发明的一方面提供一种在蜂窝通信系统中做出切换判决的方法。该蜂窝通信系统包括划分成多个小区的通信网络，在所述通信网络与位于其特定小区中的多个移动设备之间的通信由每个小区中的至少一个接入点支持。该通信网络检测对于为至少一个移动设备启动从源小区到选定目标小区的切换的需求。该方法包括以下步骤：计算在该移动设备从所述源小区到所述目标小区的虚拟切换执行之后该源小区的虚拟业务负荷指示符；计算在该移动设备从所述源小区到所述目标小区的虚拟切换执行之后该目标小区的虚拟业务负荷指示符；比较所计算的虚拟业务负荷指示符；以及根据所述比较来做出是否执行所述切换的判决。
根据本发明的另一方面提供一种蜂窝通信系统的网元，比如无线电网络控制器或者接入点，包括：通信装置，与多个接入点中的至少一个接入点通信；存储装置，用于存储与该至少一个接入点的业务负荷状况有关的信息；检测装置，用于检测对于出于移动性或者负荷平衡的原因而启动至少一个移动设备从源小区接入点到目标小区接入点的切换的需求；以及用于执行所述切换的装置。该网元于还包括用于执行以下过程的装置：计算在该移动设备从所述源小区到所述目标小区的虚拟切换执行之后该源小区的虚拟业务负荷指示符；计算在该移动设备从所述源小区到所述目标小区的虚拟切换执行之后该目标小区的虚拟业务负荷指示符；比较所计算的虚拟业务负荷指示符；以及根据所述比较来做出是否执行所述切换的判决。
根据本发明的另一方面提供一种通信网络，包括上述网元。
本发明的基本思想在于提供一种基于网络的切换判决机制，在该机制中，当在例如出于移动性或者业务负荷平衡的原因而在小区即源小区中检测到切换需求时，通信网络比较在移动设备从源小区到目标小区的虚拟切换执行之后目标小区的虚拟负荷业务值与源小区的虚拟业务负荷值，并且基于所述比较结果做出判决。网络然后可以基于所述判决执行所述切换(移动设备连接的重路由)或者可以不执行所述切换。可选地，也可以代替比较小区的业务负荷值，而是比较小区的剩余业务负荷容量。
这意味着通信网络没有比较源小区和目标小区的实际业务负荷状况来做出切换判决。根据本发明的通信系统通过考虑由于所述切换执行引起的源小区中的相应业务负荷减少和目标小区中的相应业务负荷增加来做出是否执行切换的判决。
根据本发明的基于网络的切换判决机制的一个重要优点在于它通过减少由于负荷平衡原因引起的不必要乒乓切换来提高整体网络性能。通过避免在小区之间正在进行的连接的不必要重路由，没有浪费宝贵的网络资源。另外，它保护了通信网络免于执行可以在切换目标小区中造成业务超负荷状况的切换。
根据本发明的方法的另一重要优点在于不需要由于网络业务负荷平衡或者移动设备移动性的原因而对切换执行有不同的处理。出于业务负荷平衡目的切换执行过程可以包括与出于移动设备移动性管理目的相同的信令过程。
根据本发明的方法的又一重要优点在于它在具有主动(proactive)切换预备的系统中工作，也就是说，在切换执行之前，系统可以主动地检测对于切换的需求并且甚至从多个目标小区候选中选择目标小区。这允许更快的切换执行判决。主动切换预备甚至可以被设计用来在所有潜在移动设备之间以公平的方式分布由负荷引起的切换和/或例如通过引入预定阈值或者滞后业务值水平以及与这些值相关联的计时器来消除小区业务负荷值的快速波动。
本发明的又一有利配置从从属权利要求、以下描述和附图中体现。
在本发明的一个优选实施例中，切换判决机制在通信网络的一个接入点中发生。为了实现这一点，通信网络系统的接入点向它们的邻居接入点提供它们小区业务负荷状况的指示。利用此信息，源小区的接入点可以计算在虚拟切换执行之后源小区和目标小区的虚拟业务负荷状况负荷状况。通信网络的接入点可以向它们的邻居小区定期地提供它们小区业务负荷状况的指示，或者由于某一事件(例如如果小区中的负荷状况有变或者选择目标小区)或者按照例如源小区的接入点的请求来提供这样的指示。
这一优选实施例的一个重要优点在于切换判决机制不需要存在针对通信网络的接入点来控制切换机制的较高管理中央单元。根据本发明，接入点出于切换判决目的而在它们之间提供小区业务负荷状况的指示，并且根据所述判决来执行切换。本发明的方法然后允许在蜂窝通信网络中实现分散式切换机制。
在本发明的另一优选实施例中，目标小区接入点向源小区接入点提供在虚拟切换被执行之后的虚拟业务负荷状况的指示。所述指示例如可以是在虚拟切换执行之后的业务负荷值、业务负荷剩余容量、业务负荷增加矢量或者业务负荷减少容量矢量。这一方式的优点在于源小区不需要使用复杂算法来计算目标小区的实际和虚拟业务负荷状况。这一点在通信网络的接入点属于不同制造商并且将专用的复杂度量和算法用于确定小区业务负荷状况时是有利的。在这一情况下，目标接入点可以计算在虚拟切换被执行之后小区的虚拟业务负荷状况，并且向源小区发送例如剩余比特速率这样的简单指示。为了例如在源小区处于超负荷状况的情况下为目标小区提供甚至更高的业务超负荷保护，目标小区可以向在虚拟切换之后它的虚拟业务负荷状况的指示添加某一数量的业务负荷裕度。可选地，源小区可以向目标小区的实际业务负荷状况添加从目标小区接收的在虚拟切换执行之后的业务负荷增加矢量，并且进而添加所述保护业务负荷裕度以便计算在虚拟切换执行之后目标小区的虚拟业务负荷状况。
根据本发明的另一优选实施例，源小区接入点效力于考虑多个候选目标小区的业务负荷状况而从候选目标小区中选择最适当的目标小区。这一点在移动设备可能处于如下拓扑状况的情形下是有利的，在该拓扑状况中根据接收的信号强度，多个候选目标小区是可用的，并且根据本发明的网络不仅针对无线电信号强度条件而且考虑候选目标小区的业务负荷状况来选择所述目标小区之一。这避免了选择如下目标小区，例如如果候选目标小区接近于超负荷状况或者比源小区具有更高的业务负荷，则从业务负荷状况的观点来看，所选目标小区不是最佳选择。
根据本发明的又一优选实施例，是否执行切换的判决还可以考虑诸如覆盖状况、网络或者目标小区业务负荷状况、切换的类型等移动设备所在的切换状况。例如，在目标小区的业务负荷值被认为并不关键、例如没有超过某一业务负荷值阈值的情况下，即使目标小区的虚拟业务负荷值高于源小区的虚拟业务负荷值，仍然可以做出执行切换的判决。这一点在由负荷平衡引起的切换不起作用或者负荷平衡机制仅在达到某一网络业务负荷值时才有效的系统中会是有利的。另外，在具有由移动性引起的切换的系统中，可能发生仅有一个候选目标小区，并且因此即使目标小区的虚拟业务负荷值高于源小区的虚拟业务负荷值仍然应当允许切换，而本发明的方法然后将考虑切换的类型和可用候选目标小区的数目。上述状况的组合也是可以的，其中由移动性引起的切换应当在接近于或者处于业务超负荷状况(因此超过某一业务负荷阈值)的目标小区中完成，并且然后该方法会避免这样的切换并且使移动设备维持与源小区的连接，只要这一点在实践中是可能的，即信号强度链路充足而目标小区中的状况尚未改变。
附图说明
为了清楚地理解并且容易地实现本发明，现在将借助图1和图2仅作为例子来描述本发明的一个实施例。
图1示出了根据本发明的切换过程的框图。
图2示出了说明本发明方法的益处的应用例子。
具体实施方式
图1示出了包括提供信息I1的检测步骤S1、提供判决D2的判决步骤S2和执行步骤S3。
检测步骤通常用于例如在移动设备在小区之间移动时或者在小区的业务负荷达到某一阈值时评价对于由移动性或者业务负荷平衡所引起的切换的需求。检测步骤S1可以由移动设备或者从网络侧触发。检测步骤S1可以检测候选目标小区的数目并且甚至例如根据由移动设备接收的无线电信号强度来选择这些候选目标小区之一。在一些系统中，这一步骤也包括用于在所有潜在移动设备之间以公平的方式分布由负荷引起的切换的能力和/或用以例如通过引入预定阈值或者滞后水平以及与这些水平相关联的计时器来消除无线电信号强度接收或者小区业务负荷测量值的快速波动。根据本发明，检测步骤S1向判决步骤S2提供与切换的需求有关的信息I1和已经计算的任何其它附加信息，例如候选目标小区或者选定小区。
根据本发明实现的判决步骤S2根据源小区和目标小区虚拟业务负荷状况比较来提供触发在步骤S3中的切换执行或者阻止所述执行的判决信息D2。根据本发明的方法，通信网络计算在移动设备从源小区到目标小区的虚拟切换执行之后源小区的虚拟业务负荷指示符，计算在移动设备从源小区到目标小区的虚拟切换执行之后目标小区的虚拟业务负荷指示符，比较所计算的虚拟业务负荷指示符；并且根据所述比较来提供是否执行所述切换的判决D2。取决于例如相对于小区的业务负荷值或者剩余业务负荷容量来表示所述业务负荷指示符的术语，该比较适应于所述术语，即如果目标小区的虚拟业务负荷值低于源小区的虚拟业务负荷值，或者如果目标小区的虚拟剩余业务负荷容量高于源小区的虚拟剩余业务负荷容量，则做出执行所述切换的判决。可以使用表示业务负荷指示符的另一相对术语，但是比较原理相同，在如下目标小区中避免切换执行：在预定移动设备连接的虚拟切换被执行到所述目标小区之后，该目标小区具有比源小区的业务负荷更高的业务负荷。
根据本发明的方法的更多有利实现已经在上文中借助于从属权利要求进行了说明。例如，本发明的方法可以考虑其它参数用于根据移动设备所在的切换状况来做出执行或者阻止切换的判决。这样的参数例如可以是切换的类型(由移动性或者负荷所引起)、目标小区中的业务负荷状况(在阈值以上或者以下)或者候选目标小区的数目。
可选地，也可以提供用于根据本发明的方法的激活或者去激活机制，激活意味着该方法进行虚拟业务负荷比较并且基于所述比较来提供判决，而去激活意味着该方法总是提供“执行”或者“不执行”的预定判决，该预定判决例如可以由网络运营商进行设置。也可以如上文所述例如通过分析移动设备所在的切换状况来自动地实现所述激活或者去激活。
最后，根据本发明在第三步骤S3中，通信网络可以根据由判决步骤S2提供的判决信息D2来执行已经在第一检测步骤S1中检测到对其有需求的切换。如上文所述，在执行切换时使用大量网络资源以便将移动设备连接从源小区传送或者重路由到目标小区。避免不必要或者不利的切换执行节省了宝贵的网络资源并且增加了网络性能。
图2图示了概括本发明的益处的一个简单例子。
该例子基于以下假设，在切换执行之前，如图2A中所示：源小区的业务负荷是90％，目标小区的业务负荷是85％，而由应当被切换到选定目标小区的移动设备所引起的业务负荷是4％。在这一状况下，在切换执行之前仅比较源小区的当前业务负荷90％与目标小区的业务负荷85％的常规通信系统的判决机制会做出执行切换的判决，因为目标接入点的负荷低于源接入点的负荷。但是在切换执行之后，源小区和目标小区的新业务负荷状况会由于业务负荷引起的原因而造成乒乓效应，因为目标小区的负荷89％高于源小区的负荷86％。只要源小区和目标小区的业务状态维持在浪费网络资源的所述业务负荷水平就会重复出于负荷平衡目的的乒乓效应。
图2B示出了在具有判决机制的系统中的第二种可能，在该判决机制中将源小区的当前业务负荷90％与在切换执行之后的目标小区的业务负荷89％进行比较。基于这一比较，源接入点也会做出执行切换的判决，因为目标小区的负荷低于源小区的负荷。但是在切换执行之后，源小区和目标小区的业务负荷状况会由于业务负荷引起的原因而造成乒乓效应，因为目标小区的负荷89％高于源小区的负荷86％。只要源小区和目标小区的业务状态维持在浪费网络资源的所述业务负荷水平就会重复出于负荷平衡目的的乒乓效应。
根据本发明的方法，在这一情况下不会执行切换，因为根据图1的判决步骤S2将提供阻止所述切换的判决D2。根据本发明的解决方案在图2C中示出，其中计算和比较在虚拟切换执行之后的源小区和目标小区的虚拟业务负荷状况。在图2C的例子中，计算的源小区的虚拟业务负荷值是86％，而计算的目标小区的虚拟业务负荷值是89％，这意味着在执行所述切换的情况下目标小区的业务负荷值会高于源小区的业务负荷值，而这会在目标小区(已经逼近它的限制容量)中造成更多业务负荷并且增加由于网络业务负荷平衡的原因而乒乓切换回到源小区的风险。根据本发明的方法因而会做出不执行所述不利切换的判决。
对于本领域技术人员而言将理解到，移动设备可以是移动电话、PDA、膝上型电脑或者任一包括用以与通信网络的接入点通信的装置的类似电子设备。在相同的理解下，接入点可以是蜂窝通信系统的常规基站。
为了实现根据本发明的切换判决方法的步骤，可以使用通信网元，比如无线电网络控制器(RNC)，该RNC具有多个基站的业务负荷状况的集中知识。可选地，对于没有RNC的通信网络而言，基站或者接入点可以包括用于实现本发明方法的装置。
最后，应当注意，根据本发明的做出切换判决的方法并不限于做出这种判断的上述唯一动作，在使用相同表示但是涉及不同步骤的现有技术文献中也可以表示这种判决，而是限于实现在通信网络中执行或者阻止切换这种判决的方式。
Claims (11)
1.一种在蜂窝通信系统中做出切换判决的方法，该蜂窝通信系统包括划分成多个小区的通信网络，在所述通信网络与位于其特定小区中的多个移动设备之间的通信由每个小区中的至少一个接入点支持，该通信网络检测对于为至少一个移动设备启动从源小区到选定目标小区的切换的需求，该方法的特征在于：
-计算在该移动设备从所述源小区到所述目标小区的虚拟切换执行之后该源小区的虚拟业务负荷指示符，
-计算在该移动设备从所述源小区到所述目标小区的虚拟切换执行之后该目标小区的虚拟业务负荷指示符，
-比较所计算的虚拟业务负荷指示符，以及
-根据所述比较来做出是否执行所述切换的判决。
2.根据权利要求1所述的方法，其中该虚拟业务负荷指示符与小区的业务负荷值有关，以及如果该目标小区的虚拟业务负荷值低于该源小区的虚拟业务负荷值，则做出执行所述切换的判决。
3.根据权利要求1所述的方法，其中该虚拟业务负荷指示符与小区的剩余业务负荷容量有关，以及如果该目标小区的虚拟剩余业务负荷容量高于该源小区的虚拟剩余业务负荷容量，则做出执行所述切换的判决。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述源小区的接入点接收目标小区业务负荷状况的指示，做出所述切换判决，并且根据所述判决来执行切换。
5.根据权利要求4所述的方法，其中该目标小区的接入点提供在虚拟切换执行之后该目标小区的虚拟业务负荷指示符。
6.根据权利要求5所述的方法，其中由该目标小区提供的虚拟业务负荷指示符是虚拟负荷增加矢量。
7.根据权利要求5所述的方法，其中由该目标小区提供的虚拟业务负荷指示符包括添加到在虚拟切换之后所计算的业务负荷状况的特定超负荷业务负荷保护裕度。
8.根据权利要求1所述的方法，还包括考虑多个候选目标小区的业务负荷状况来从所述候选目标小区中选择最合适的目标小区。
9.根据权利要求1所述的方法，还考虑其它参数用来做出是否执行切换的判决。
10.一种蜂窝通信系统的网元，比如无线电网络控制器或者接入点，包括：通信装置，与多个接入点中的至少一个接入点通信；存储装置，用于存储与该至少一个接入点的业务负荷状况有关的信息；检测装置，用于检测对于出于移动性或者负荷平衡的原因而启动至少一个移动设备从源小区接入点到目标小区接入点的切换的需求；以及用于执行所述切换的装置，其特征在于还包括用于执行以下过程的装置：
-计算在该移动设备从所述源小区到所述目标小区的虚拟切换执行之后该源小区的虚拟业务负荷指示符，
-计算在该移动设备从所述源小区到所述目标小区的虚拟切换执行之后该目标小区的虚拟业务负荷指示符，
-比较所计算的虚拟业务负荷指示符，以及
-根据所述比较来做出是否执行所述切换的判决。
11.一种通信网络，包括根据权利要求10所述的网元。
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