CN101180905A - 无线高速数据应用中的反向链路拥塞过载控制方法 - Google Patents

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Abstract

每个帧中的等于“1”的反向活动比特(RAB)的数量是用于确定无线通信系统中的反向链路是否因为反向链路RF过载而处于拥塞过载状态的拥塞过载(CO)量度。当CO量度的值超出用以指示拥塞过载状况的第一预定阈值时，系统进入阻塞状态，在该阻塞状态下所有新的连接请求都被阻拦。一旦处于阻塞状态，如果CO量度的值不减小，而是继续增大并且超出更高的第二阈值，那么系统历史进入静音状态。在静音状态下，将预定的大百分比的现有有效呼叫静音。特别地，在下行链路上向特定AT发送消息来指示它们将其传送速率减小到零，但是仍旧保持其有效连接。

Description

无线高速数据应用中的反向链路拥塞过载控制方法
技术领域
本发明涉及无线通信系统，尤其涉及的是在用于高速数据应用的无线通信系统中对反向链路上的拥塞进行控制。
背景技术
无线通信系统，例如依照CDMA200 DO标准工作的无线通信系统，被优化以处理在从移动终端(在CDMA2000 DO的术语中也被称为接入终端[AT])到基站(在CDMA2000 DO的术语中也被称为基地收发信台[BTS])的反向链路上的高速数据应用。与语音之类的具有连续特性的其他业务量不同，AT传送的高速数据通常是不连续并突发的。由于数据呼叫的突发特性，因此，与所有AT始终同时执行传送的情形相比，可被准入系统的数据呼叫数量更多。当在已建立的数据联接中包含很多数据呼叫的情况下，无线电链路有时候无法以预期的速率来处理实际在RL上同时进行传送的多个AT。
使用常规的反向链路过载控制(ROC)来通过调整那些在反向链路上传送的AT的传送速率来控制无线电链路负载。ROC是以BTS上针对被测热增量(ROT)与某个阈值的比较的测量结果为基础的，其中ROT是相对于热噪声本底的反向链路上总接收功率的量度，并且表征反向链路上的总业务量。ROT被连续测量并与该阈值进行比较。如果ROT大于该阈值，那么BTS将反向活动比特(RAB)设为“1”，并且在下行链路上将其广播给所有有效的相连AT。然后，进行接收的AT降低其传送速率，但是不低于其正在运行的应用所需要的最小速率。如果测得的ROT小于该阈值，则RAB被设为“0”。然后，进行接收的AT执行预定计算来确定是否以及如何增大其传送速率。通常，RAB是在帧中的每个时隙中在前向链路的反向活动(RA)信道上从BTS传送到所有AT的，其中在示例CDMA2000 DO系统中，每帧的时隙数量是16，并且帧的长度等于26.67ms。一般来说，某个扇区内的AT所接收的RAB连续地在“0”与“1”之间变化，由此导致相连的有效AT的传送速率增大或减小，同时仍旧能使AT满足其质量需求(如帧差错率[FER])。
即使在所有进行接收的AT都将其传送速率减小到其最小允许值之后，当过多AT同时在反向链路上执行发射时，仍旧会出现拥塞过载(CO)状况。当出现这种CO状况时，所有AT的性能等级降低，由此它们无法满足其需要的最小FER。同时，在拥塞过载期间，新的呼叫继续被准入到系统，由此进一步加剧这种状况。在经过一个时间段之后，随着FER的继续恶化，呼叫将被自动丢弃。呼叫丢弃自身产生有害的副作用，即网络资源在重新连接被丢弃的呼叫的过程中被浪费。此外，被丢弃AT发送的重连请求对已经拥塞的系统产生附加干扰。
由此需要一种用于处理由于反向链路上的过多业务量而产生的拥塞过载状况的有效机制。
发明内容
依照本发明的实施例，使用拥塞过载量度值作为反向链路上的拥塞过载控制(COC)，以便将无线系统在正常状态、阻塞状态以及静音状态之间进行转换。当CO量度值达到用以指示由反向链路上的过多业务量造成的第一拥塞等级的第一预定阈值时，该系统从正常状态转移到阻塞状态，当CO量度值增大到用以指示反向链路上的更高拥塞等级的更高的第二预定阈值时，该系统转移到静音状态。在阻塞状态下，进行尝试的AT所进行的新呼叫不被准入系统。在静音状态下，至少某些有效的相连AT被指示来将其传送速率降低为零并且同时仍旧保持其与基站的有效连接。当CO量度值降低时，系统返回到阻塞状态，当CO量度值达到另一个用以指示正常状况的预定阈值时，该系统最终返回正常状态。
在本发明的示例性实施例中，每个帧中与“1”相等的已筛选的RAB的数量是用于确定无线系统中的反向链路是否由于反向链路RF过载而处于拥塞过载状态的量度。在正常状态下，ROC依照由BTS在下行链路上发送到有效AT的变化RAB的“1”和“0”值来控制AT在反向链路上的传送速率。当CO量度值超过用以指示拥塞过载状况的第一预定阈值时，该系统进入阻塞状态，在该阻塞状态下所有新的连接请求都被阻拦。一旦处于阻塞状态，如果CO量度值没有减小，而是继续增大并且超出第二个更高阈值，那么系统进入静音状态。在静音状态下，预定的大百分比的现有呼叫静默。特别地，在下行链路上向特定AT发送消息以便指示它们将其传送速率减小到零，但是仍旧保持其有效连接。在经过预定时段之后，如果CO量度值仍旧超出第二阈值，那么指示附加数量的AT将其传送速率减小到零。如果CO量度值在每个连续间隔结束时继续超出第二阈值，则指示数量更多的AT通过将其传送速率减小到零来使其自身处于静音状态。在某个间隔结束时，如果CO量度值低于第二阈值，则对于预定百分比的被静音但有效的呼叫解除静音(也就是指示其以非零速率进行传送)。在一个示例性实施例中，在每个间隔结束时逐渐使相等的小百分比的有效呼叫解除静音。此外，在一个示例性实施例中，为了向那些有效呼叫在静音处理和非静音处理过程中都被静音的AT给予公平性，采用一种循环方法，由此在连续间隔中，不同AT上的不同有效呼叫被静音。一旦所有呼叫都被解除静音并且CO量度值低于第二阈值，那么系统返回到阻塞状态，在该阻塞状态下只有新的呼叫被阻拦。当CO量度值低于一个离开阻塞状态的预定阈值时，系统返回正常状态。
本发明的方法还可应用于其他实施例，在这些实施例中，可以使用与其他网络元件相关联的其他量度来确定过高等级的反向链路业务量负载所导致的过载状况。然后，这些其他量度的值可以用于触发反向链路COC，并且对在正常、阻塞和静音状态之间的转换进行控制。例如，RNC与BTS之间的回程连接上的分组丢失率可以用作一个量度来控制由于过多反向链路业务量而导致的回程过载，而这种回程过载类似地影响到AT与BTS之间或者BTS与连接到回程网络的无线电网络控制器(RNC)之间的通信质量。该量度的值被用作拥塞控制以按照与上文所述相同的方式使系统在正常、阻塞和静音状态之间进行转换。类似的，与在BTS中执行发射机和接收机功能的应用处理器的处理占用率相关联的接受分数(acceptance fraction)也可以用作一个量度来确定处理器何时因为反向链路上的过多业务量而过载，由此响应性地使系统在正常、阻塞和静音状态之间转换。
附图说明
从下文给出的详细描述和附图中可以更全面地理解本发明的例示性实施例，其中相同的部件是由相同的参考数字表示的，这些参考数字仅仅是作为例示给出的，由此并未限制本发明的例示性实施例。
图1是依照现有技术无线通信系统的框图，示出了CDMA2000DO Rev A标准的RNC、BTS和多个AT；
图2示出了用于显示无线系统依照测得的拥塞过载量度而在正常、阻塞和静音状态之间进行转换的状态图；
图3是示出随着被静音呼叫数量逐渐减少而用于解除呼叫静音的AT循环寻址的图示；以及
图4是依照本发明实施例修改的图1无线通信系统的框图。
具体实施方式
参考图1，在依照CDMA2000 DO Rev A标准的现有技术的无线通信系统100中，多个AT 101与BTS 102建立了无线连接。BTS 102内的发射机103在下行链路(前向链路)上向AT 101传送高速数据，而AT则在上行链路(反向链路)上向BTS 102内的接收机104传送高速数据。BTS 102内的接收机104将接收到的开销控制信道信息和信令信息发送到开销管理器(OHM)105，并且将接收到的业务量信息发送到RNC 107内的业务量处理器(TP)106。TP 106从BTS 102接收的业务量信息(也就是高速数据)被发送到公共数据交换网络(PDSN)108上，以便传送到其预定目的地，而TP 106从PDSN 108接收到并且指向当前处于BTS 102覆盖范围内的AT的业务量信息被发送到BTS 102内的发射机103，以便进行下行链路传输。CDMA2000DO Rev A标准规定由TP 106产生一个针对在特定AT上运行的特定流程的许可消息，该许可信息被提供给发射机103，以便对所述特定AT在某个时间段的传送速率进行控制。依照当前存在的这些标准，如果没有向AT重新发送许可消息，那么AT的传送速率将返回到其初始速率。
BTS 102内的常规无线电链路过载控制器(ROC)109将在接收机104处测得的热增量(ROT)作为其输入，并且将其与一个阈值相比较，以便确定反向链路RF是否过载。如果超出该阈值，则ROC109将反向活动比特(RAB)设置为“1”，否则将RAB设置为“0”。在帧长为26.67ms的16时隙帧的每个时隙中，该RAB被发射机103在反向活动(RA)信道上以每时隙一次的方式连续广播给所有AT 101。当AT 101接收到为“1”的RAB时，它减小其当前传送速率。当AT 101接收到为“0”的RAB时，它将依照与进行接收的AT相关联的内置专用算法来增大或者不增大其传送速率。当AT 101接收到等于“1”的连续RAB时，它将继续减小其发射速率，直至达到与当前在该AT上运行的应用相关联的最小速率。
如先前所述，在拥塞过载状况中，当有比信道可以容纳的AT更多的AT同时在反向信道上进行传送时，在BTS 102处测得的ROT将继续超出该阈值，由此重复地将RAB设置成“1”。即使在每个AT101都将其传送速率减小到其最小速率之后，该系统也有可能仍旧处于拥塞过载状况，由此使在下行链路上传送的RAB连续或者近乎连续地为“1”。当达到这种过载状况时，现有技术的系统无法做出反应来纠正这种过载状况。与之相反，如先前所述，发生的情况是当前与BTS 102通信的所有AT101的性能等级都降低，由此它们无法满足其需要的FER。同时，当前没有与BTS 102通信并且正在尝试发起新呼叫的附加AT将继续准入到系统，由此进一步加剧这种情况。在一定时段之后，随着FER的持续恶化，呼叫将被自动丢弃。呼叫丢弃自身也会产生有害的副作用，即网络资源在重新连接被丢弃的呼叫时被浪费。此外，被丢弃AT的重连请求对已经拥塞的系统产生附加干扰。
根据一个示例性实施例，由ROC连续产生等于“1”的RAB的处理被用作拥塞开销(CO)量度来触发拥塞过载控制(COC)，以便在由于反向链路RF过载而使系统在正常工作状态、阻塞工作状态以及静音工作状态之间转换。特别地，在一个16时隙帧中的等于“1”的RAB的数量被计数，并且被逐帧地输出到长期数字滤波器，例如无限脉冲响应(FIR)滤波器或有限脉冲响应(IIR)滤波器。该FIR或IIR滤波器的输出值是每个帧中的等于“1”的RAB的长期平均数量，并且该输出值是CO量度值以用于确定是否应该将系统保持正常状态或者变换到阻塞状态乃至静音状态，以及从静音状态反向变换到阻塞状态，然后变换到正常状态。
图2示出了依照CO量度值确定的无线系统的三种工作状态。正常状态不言自明。在这种状态下，ROC的正常操作通过RAB传输而对反向链路保持令人满意的控制，其中该处理控制相连AT的传送速率。在正常状态201下，从每个帧中的已筛选的等于“1”的RAB的数量中确定的CO量度值低于应该进入阻塞状态的阈值(阻塞进入阈值202)。当计算出的CO量度超过阻塞进入阈值202时，BTS向RNC中的开销管理器(OHM)告知在BTS覆盖区域中的哪些扇区是拥塞过载的，并且该系统进入阻塞状态203。在处于阻塞状态下时，OHM拒绝针对过载扇区的新呼叫请求。此外，在处于阻塞状态203时，CO量度值被与用于触发进入静音状态206的第二个更高阈值(静音进入阈值204)相比较。另外，在处于阻塞状态203的同时，CO量度值还与阻塞退出阈值205相比较。当CO量度值低于阻塞退出阈值205时，系统返回正常状态，并且停止对于在先前阻塞扇区中的新呼叫请求的阻塞。如图2所示，阻塞退出阈值205低于阻塞进入阈值202。
当CO量度值超过静音进入阈值204时，系统进入静音状态206。在静音状态206下，BTS确定哪些AT将被静音，也就是确定指示哪些AT来将其传送速率减小为零并且同时仍旧保持与BTS的有效连接。BTS将待静音的AT告知RNC中的业务量处理器(TP)，该TP则向BTS乃至选定的AT发送许可消息，以便向选定的AT指示其应该将其传送速率减小到零。在处于静音状态时，新呼叫将被继续阻拦。在一个示例性实施例中，当最初进入静音状态时，将1/2的当前相连的AT选定为静音。在静音了1/2的当前相连的AT后经过了预定时间间隔之后，如果CO量度值仍旧超出静音进入阈值，则将1/2的剩余AT静音，由此总共有3/4的初始AT被静音。在经过了接下来的预定时间间隔之后，如果计算出的CO量度仍旧超出静音进入阈值204，那么1/2的剩余有效AT被静音，由此只剩下1/8的初始AT仍旧执行有效传输。在下一个预定时间间隔结束时，如果计算出的CO量度仍旧超出静音进入阈值204，那么所有剩余的有效AT都被静音。
在最初地将1/2的AT静音之后的预定时间间隔结束时，或者在将任何附加AT静音之后的预定时间间隔结束时，如果CO量度值小于静音进入阈值204，则有效的已静音呼叫的数量逐渐减少。只要CO量度值保持低于静音进入阈值204，那么已静音呼叫的这种逐渐减少将在每一个后续时间间隔结束时继续。在示例性实施例中，在CO量度值保持低于静音进入阈值204的每个间隔结束时，所有有效的已静音呼叫中的固定百分比将被解除静音。特别地，在示例性实施例中，在每一个后续时间间隔结束时都使所有初始有效呼叫中的1/16解除静音。为了向过载扇区中的所有有效呼叫给予公平性，这些已被静音的AT历以一种循环方式被定址，由此不同的AT是以顺序的时间间隔被静音的。
图3示出被静音的呼叫数量随时间逐渐减少以及被静音呼叫的循环定址。
由此，如图3所示，在持续时间L的第一个间隔中，有效服务呼叫总数Ns中的8/16被静音。在持续时间L的下一个间隔中，该数目减少1/16，由此只有7/16Ns的有效呼叫被静音。在这个第二间隔中，被静音的呼叫集合不同于第一间隔中被静音的呼叫集合。在第三间隔中，只有6/16Ns的有效服务呼叫被静音，并且被静音的呼叫不同于在第二个间隔期间被静音的呼叫。如所示，该处理一直持续，直至达到对所有有效呼叫解除静音的第八个间隔结束。
当测得的CO量度在每一个间隔结束时继续保持高于静音进入阈值204并且待静音的AT的数量持续增加时，仍旧可以使用类似的呼叫的循环定址。但是，由于被静音的AT的数量在每个间隔都保持增加50％的剩余未静音AT，所以，为所有有效AT给予“公平性”的能力是不能像图3所示的向下方向中的循环定址那样进行有效论证的。
一旦所有已静音呼叫都被解除静音，并且CO量度值仍旧保持低于静音进入阈值，那么系统继续处于阻塞状态203，直至CO值低于阻塞退出阈值205，并且系统返回正常状态。
图4示出已按照本发明实施例调整的依照CDMA2000 DO Rev A标准的无线通信系统400。与图1一样，多个AT 401与BTS 402建立无线连接。BTS 402内的发射机在下行链路上向AT 401传送高速数据，而AT 401则在上行链路上向BTS 402内的接收机404传送高速数据。接收机404将接收到的开销控制信道信息以及信令信息发送到OHM 405，并且将业务量信息发送到RNC 407内的TP 406。TP 406发送并接收往返于PDSN 408的业务量信息(即高速数据)。ROC 409采用接收机404测得的ROT作为其输入，并且将其与一个阈值相比较，以便确定反向链路RF是否过载。如果超出该阈值，那么ROC 409将RAB设置为“1”，否则将其设置为“0”。该RAB被输入到发射机403，并且在一个16时隙帧中的每一个时隙中以每时隙一次的方式广播给反向活动(RA)信道上的所有AT 401。 ROC 409还将RAB历史输出到COC单元401，所述RAB历史即为在每个帧中等于“1”的RAB的数量。COC单元410对从ROC 409接收的RAB历史序列进行过滤，以便计算出将要与先前所述的阻塞进入阈值202、静音进入阈值204以及阻塞退出阈值205相比较的CO量度。当计算出的CO量度大于阻塞进入阈值202时，COC单元410向OHM 405发送呼叫阻塞消息。OHM 405转而向发射机403发送呼叫拒绝消息，告知BTS402拒绝接受过载扇区中的新呼叫。当计算出的CO量度大于静音进入阈值204时，COC单元410向TP 406发送呼叫静音消息，以便指示出哪些特定AT将发送许可消息，其中该许可消息指示这些AT以将其传送功率设置为零。在处于静音状态时，OHM 405继续向发射机403发送呼叫拒绝消息，由此防止任何新呼叫的准入。在处于静音状态时，在每一个预定间隔结束时，如果计算出的CO量度的当前值高于静音进入阈值204，那么COC单元410为TP提供数量更多的将对其发送许可消息的AT的标识，以便将其传送速率减小为零。但是，如果计算出的CO量度的当前值低于静音进入阈值204，那么COC单元410为TP提供将对其发送许可消息并且数量少于1/16的AT，以便将其传送速率减小为零。如先前所述，这个数量继续减少，并且COC单元410以循环方式逐间隔地选择将对其发送许可消息的ID的标识，直至所有AT都被解除静音。如先前所述，当COC单元410计算的CO量度低于阻塞退出阈值205时，COC单元510停止向OHM405发送呼叫阻塞消息。然后，OHM 405停止向发射机403发送呼叫拒绝消息，由此允许准入新呼叫。当前，该系统已经返回到正常状态。
上述系统是依照示例的CDMA2000 DO Rev A标准来描述的。CDMA2000 DO标准的先前版本Rev 0并不支持许可消息的传送。相应地，在支持Rev 0标准的实施例中，COC单元410将产生速率限制消息，该消息被输入发射机403，以便传送到所有有效AT 401。在静音状态的每个间隔期间，广播给所有AT 401的速率限制消息将在该消息内表明那些将要把其传送速率设置为零的特定AT。
虽然描述了使用每个帧中的为“1”的RAB的数量来导出用于确定反向链路RF过载的被测量CO量度，但是其它的参数也可以用于导出CO量度。例如，接收机计算出的ROT可以直接用于导出CO量度。在这种情况下，ROT值大于某个阈值的时间量可以用于在正常、阻塞和静音状态之间驱动系统。
反向链路上的过多业务量会导致在系统中产生其他过载区域。与这些其他区域相关联的过载量度可被测量，并被用于触发反向链路COC并且对正常、阻塞和静音状态之间的转换进行控制，由此以可控方式减少反向链路业务量，并且避免业务量过载的有害效应。例如，RNC与BTS之间的回程连接上的分组丢失率可以用作一个量度，以便对由于过多反向链路业务量所导致的回程过载进行控制，其中这种过载同样会影响AT与BTS或者BTS与连接到回程网络的无线电网络控制器(RNC)之间的通信质量。该量度的值被用作拥塞控制，以便以与上文所述相同的方式而在正常、阻塞和静音状态之间转换无线系统。类似的，与在BTS中执行发射机和接收机功能的应用处理器的处理占用率相关联的接受分数(acceptance fraction)也可以用作一个量度来确定处理器何时因为反向链路上的过多业务量而过载，由此响应性地在正常、阻塞和静音状态之间转换系统。
虽然结合依照CDMA2000 DO RevA工作的CDMA系统来进行描述并且是作为Rev 0标准来进行说明的，但是本发明可应用于任何一种CDMA系统，例如UMTS系统，该系统具有这样地数据应用，在该数据应用中反向链路上有可能出现过度的业务量过载并且用于控制过载的常规方法又无法解决这个固有问题。

Claims (10)

1.一种无线通信系统中的方法，在该无线通信系统中，多个移动终端在反向链路上传送数据，该方法的特征在于以下步骤：
当拥塞过载量度至少具有第一预定值，其中该第一预定值表明由于反向链路上的大于反向链路所能够支持的数据业务量等级的数据业务量等级而导致在该系统中存在过载状况时，向至少一个移动终端发送至少一个消息来指示该移动终端通过将其数据传送速率减小到零以使其自身静音，而与该移动终端的有效连接被保持。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征还在于以下步骤：
当所述拥塞过载量度至少具有小于所述第一预定值的第二预定值，其中该第二预定值也指示系统中存在过载状况时，拒绝来自另一移动终端的连接请求。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一个用以静音的消息被发送到所述多个移动终端的子集，并且
在指示所述多个移动终端的子集静音后经过了预定时间间隔之后，如果所述拥塞过载量度仍旧至少具有所述第一预定值，则发送至少一个消息来指示其余未静音的多个移动终端的其它子集静音。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征还在于以下步骤：
在使所述多个移动终端的所述子集或任何其它移动终端静音后经过了预定时间间隔之后，如果所述拥塞过载量度具有小于所述第一预定值的值，则逐渐减少被静音移动终端的数量。
5.根据权利要求6所述的方法，其中逐渐减少被静音移动终端的数量的步骤指示特定移动终端以周期循环方式解除静音和进入静音，直至所有移动终端都解除静音。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述过载状况是反向链路无线电链路拥塞，并且所述拥塞过载量度是从热增量(ROT)的测量结果中推导出的。
7.一种无线通信系统中的设备，在该无线通信系统中，多个移动终端在反向链路上传送数据，该设备包括：
拥塞过载控制器，其确定拥塞过载量度的值，并且确定该值是否大于预定值，其中该预定值表明由于反向链路上的大于该反向链路所能够支持的数据业务量等级的数据业务量等级而导致在系统中存在过载状况；以及
发射机，在所述拥塞过载控制器确定所述拥塞过载量度大于所述预定值时，所述发射机向至少一个移动终端发送至少一个消息来指示该移动终端通过将其数据传送速率减小到零而使其自身静音，而与该移动终端的有效连接被保持。
8.根据权利要求7所述的设备，其中所述发射机向所述多个移动终端的子集发送所述至少一个消息，并且其中在指示所述多个移动终端的子集静音后经过了预定时间间隔之后，如果所述拥塞过载控制器确定所述拥塞过载量度的值仍旧大于所述预定值，则所述发射机发送至少一个消息来指示其余未静音的多个移动终端的其它子集静音。
9.根据权利要求8所述的设备，其中在使所述子集或者任何其它移动终端静音后经过了预定时间间隔之后，如果所述拥塞过载控制器确定所述拥塞过载量度小于所述预定值，则所述发射机向所述多个已静音移动终端发送至少一个消息来逐渐减少被静音的移动终端的数量。
10.根据权利要求15所述的设备，其中所述过载状况是反向链路无线电链路拥塞，并且拥塞过载量度是从热增量(ROT)的测量结果中推导出的。
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