CN101223743B - 通过无线链路控制使基于因特网协议的语音类型的业务的填充最小化的节点与方法 - Google Patents

通过无线链路控制使基于因特网协议的语音类型的业务的填充最小化的节点与方法 Download PDF

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Abstract

无线电接入网节点(24)包括协议数据单元(PDU)形成逻辑(36)、PDU缓冲器(38)、级联定时器(40)和缓冲器读出机构(39)。协议数据单元(PDU)形成逻辑(36)例如用于将输入服务数据单元(SDU)分段，以便形成协议数据单元(PDU)。PDU缓冲器(38)存储一个或多个PDU。缓冲器读出机构(39)控制PDU缓冲器(38)的内容的读出。例如，当PDU缓冲器(38)中的PDU的内容仍未达到预定充填等级时，缓冲器读出机构(39)使用级联定时器来确定从PDU缓冲器(38)读出PDU的延迟。在从PDU缓冲器(38)中读出PDU之前，延迟提供了将还要到达的SDU的至少一部分包含在该PDU中的机会，并由此减少输出PDU中的填充。

Description

通过无线链路控制使基于因特网协议的语音类型的业务的填充最小化的节点与方法
背景 
本申请要求2005年7月19日提交的美国临时专利申请60/700,327的优先权益，通过引用将其完整地结合到本文中。 
技术领域
本发明提供了一种这样的技术，在采用分段和级联的无线链路上，如在3G链路层RLC上发送VoIP或相似业务时，它能够最小化填充量。减少填充可以导致网络容量的增加。 
背景技术
宽带码分多址(WCDMA)无线链路控制(RLC)协议包括将高层“分组”分段和级联为RLC协议数据单元(PDU)的功能。RLC通常允许采用不连续数量的RLC PDU大小进行操作。分段涉及将较大的高层分组分割或“分段”为较小的RLC PDU。级联有助于实现在一个RLC PDU中发送若干高层分组(的若干部分)。在各分组不是完全适合RLC PDU的情况下，如果若干高层PDU排队等待传送的话，级联就可以减少对填充的需要。分段和级联在非确认模式(UM)以及确认模式(AM)的WCDMA RLC中都是可行的。 
目前在3GPP正讨论基于因特网协议的语音(VoIP)的改进的第二层(L2)解决方案。例如参见R2-0509693，“用于VoIP的L2最优化(L2Optimizations for VoIP)”(Qualcomm，3GPP TSG-RAN WG2 meeting46bis，2005年4月4日至4月8日)以及R2-041645，“VoIP支持的L2考虑因素(L2 Considerations for VoIP Support)”(Qualcomm. RAN2#43)，通过引用将它们结合到本文中。 
考虑到在应用级联的链路层协议、如WCDMA RLC上映射的VoIP服务的情况。在目前的无线链路控制协议(RLC)的实现中，无线链路控制通常将输入服务数据单元(SDU)分段为相等大小的所谓协议数据单元(PDU)，它通常配置成携带有40字节的有效载荷。 
假定在应用级使用ROHC报头压缩，以最小化链路上发送的IP开销，并且话音编解码器以20毫秒间隔发送159个比特大小的语音帧(7.95kbps AMR)。这将产生大约24字节大小的RLC SDU。根据ROHC实现，准确的大小可能会波动一个比特。 
类似VoIP的业务的一个典型特征是分组的相当好的可预测间隔到达时间。在上述实例中，RLC SDU以(平均)20毫秒的间隔到达时间到达RLC。除非在RLC层上存在任何排队，否则将RLC SDU在到达时直接分段为RLC PDU。二十四字节SDU仅能填充RLC PDU的一部分，其余部分将采用表明SDU结束的一个字节长度的指示符，以及随后的十五个字节的填充字节来填充。在这种情况中，添加到业务流的整个填充大约为百分之三十五。因此，当前的实现是极低效的，因为传输容量的百分之三十五耗用在发送废弃位(例如填充字节)方面。对于类似HSDPA的共享传输信道的实现，这尤其会成为问题，在其中，在拥塞的时间点上，队列构建会发生在无线电基站中。这意味着，大量资源即使是在无线电资源缺乏时也是被浪费的，因为大量的资源耗费在填充上。 
现有的RLC协议支持级联，例如下一个SDU的一部分(若干部分)可级联到携带有一个SDU结束标记的RLC PDU中，因而避免使用填充。但是，这种级联要求下一个SDU在无线电网络控制器(RNC)节点中是可用的。但在实际上，在SDU之间具有20毫秒(或以上)的VoIP服务的情况中，如果假设空中接口上为低或中等负荷的话，那么RNC缓冲器在大多数的时间为空，。在使用HS-DSCH信道时，对于HS-DSCH信道，调度缓冲器驻留在节点B(例如无线电基站即RBS)中， 并且各RLC SDU通常在到达时直接转发给节点B，情况尤其是这样。 
因此，所需的以及本发明的一个目的在于用于减少填充数量并由此而增加网络容量和/或效率的装置、方法和技术。 
发明内容
无线网络节点包括协议数据单元(PDU)形成逻辑、PDU缓冲器、级联定时器和缓冲器读出机构。协议数据单元(PDU)形成逻辑例如用于将输入服务数据单元(SDU)分段，以便形成协议数据单元(PDU)。PDU缓冲器存储一个或多个PDU。缓冲器读出机构控制PDU缓冲器的内容的读出。例如，当PDU缓冲器中的PDU的内容没有达到预定充填等级时，缓冲器读出机构使用级联定时器来确定从PDU缓冲器读出PDU的延迟。在从PDU缓冲器中读出PDU之前，延迟提供了将还要到达的SDU的至少一部分包含在PDU中的机会，由此能够减少输出PDU中的填充。 
缓冲器读出机构将PDU从PDU缓冲器的读出延迟到：(1)缓冲器中的PDU的内容已经达到预定充填等级，或者(2)预定时间间隔(由级联定时器维护)已经到期。 
在一个非限制性的示例实现中，SDU是二十四字节的基于因特网协议的语音(VoIP)分组，它们以二十毫秒间隔到达时间到达；在各PDU中允许四十个八位字节的有效载荷；并且预定时间延迟设置在二十毫秒与四十毫秒之间。 
根据预定充填等级，在一个示例实施例中，如果在传送PDU缓冲器中的PDU的当前内容时出现的填充程度不小于某个门限，则缓冲器读出机构将PDU从PDU缓冲器中的读出延迟预定时间间隔。在一个示例实现中，该门限是PDU大小的长度的百分之十。 
该技术的另一个方面涉及一种操作无线电接入网节点的方法。该方法包括将输入服务数据单元(SDU)分段以便形成协议数据单元(PDU)的基本示例步骤：将一个或多个PDU存储在PDU缓冲器中；以及在 PDU缓冲器中的PDU的内容仍未达到预定充填等级时延迟从PDU缓冲器读出PDU。在从PDU缓冲器中读出PDU之前，延迟提供了将还要到达的SDU的至少一部分包含在PDU中的机会，由此减少输出PDU中的填充。该方法可包括将PDU从PDU缓冲器的读出延迟到：(1)缓冲器中的PDU的内容已经达到预定充填等级，或者(2)预定时间间隔已经到期。 
附图说明
通过以下结合附图对优选实施例的更具体说明，本发明的上述及其它目的、特征和优点将会非常明显，在附图中，参考标号表示各个视图中的相同部件。附图不一定按照规定比例，重点是在于说明本发明的原理。 
图1是执行RLC协议级联的控制节点的示意图。 
图2A和图2B是说明一个示例实施例的示例步骤的流程图。 
图3A-图3C是图解视图，说明到达实现了RLC协议级联的节点的三个分组的序列。 
具体实施方式
为了便于说明而不是出于进行限制的目的，以下描述中提出了诸如特定体系结构、接口、技术等的具体细节，以便透彻地了解本发明。然而，本领域的技术人员很清楚，在不同于这些具体细节的其它实施例中也可实施本发明。也就是说，虽然本文中没有进行明确地描述或表示，但本领域的技术人员能够设计各种方案，这些方案可以体现本发明的原理，因此包含在它的精神和范围之内。在一些情况中，省略了对众所周知的装置、电路及方法的详细描述，以免不必要的细节妨碍对本发明的描述。本文中描述本发明的原理、方面和实施例的所有陈述及其具体实例意在包含其结构以及功能等效方面。另外，预计这类等效方面包括当前已知的等效方面以及将来发展的等效方面、即所 开发的执行相同功能的任何元件，而与结构无关。 
因此，例如，本领域的技术人员会理解，本文中的框图可能表示体现该技术的原理的说明性电路的概念图。类似地，大家会理解，任何流程图、状态转换图、伪代码等都表示实质上可通过计算机可读媒体所表示、因而可由计算机或处理器所执行的各种过程，无论是否明确示出这种计算机或处理器。 
包括标记为“处理器”或“控制器”的功能块的各种元件的功能可通过使用专用硬件以及使用能够与适当软件结合来运行软件的硬件来提供。在由处理器提供时，功能可由单个专用处理器、由单个共享处理器或者由多个独立处理器来提供，其中这多个独立处理器的一部分可能是共享的或者可能是分布式的。此外，术语“处理器”或“控制器”的明确使用不应当理解为唯一地表示能够运行软件的硬件，而是非限制性地可包括数字信号处理器(DSP)硬件、用于存储软件的只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)和非易失性存储装置。 
根据一个示例模式，RNC分段缓冲器中的最后一个PDU被延迟某个时间量，这个时间量由以下(仅为了方便起见)被称作级联定时器40的定时器来监控。通过将RNC中的最后一个PDU延迟到下一个SDU到达，可采用此下一个SDU的若干部分而不是填充来装填PDU。这消除了此链路上填充的使用，因而增加系统的容量。所付出的代价无疑是增加的延迟。门限λ用于设置输出PDU中的填充的可接受百分比。将超过这个等级的PDU存储，直到级联定时器超时为止。 
作为实现的一个非限制性示例实施例，图1说明了控制节点，如无线电网络控制器(RNC)24，它(如箭头32所示)例如从核心网络接收SDU。RNC 24包括(可选)SDU接收缓冲器34、PDU形成逻辑36、PDU缓冲器38、PDU缓冲器读出机构39、级联定时器40以及其它许多未示出的组成元件。 
图2A和图2B是流程图，说明了一个示例实施例的典型的非限制性示例步骤。图2A和图2B的步骤可即时或者实质上即时执行。图2A 具体说明处理输入SDU的示例步骤，而图2B则说明在级联定时器到期时所执行的示例步骤。触发操作的两个事件是：(1)输入SDU(步骤SA-1)，或者(2)级联定时器到期(步骤SB-2)。步骤SA-2反映输入SDU的接收和处理。作为步骤SA-3，(例如由PDU形成逻辑36)检查PDU缓冲器38中是否已经存在任何PDU。如果不存在，则作为步骤SA-4，(例如由PDU形成逻辑36)将输入SDU分段为PDU，并且PDU存储在PDU缓冲器38中。如果PDU已满，或者如果在这时(PDU缓冲器38中的PDU的)当前内容被发送时产生的填充的程度小于门限λ，则作为步骤SA-5，(例如由PDU缓冲器读出机构39)将那个PDU从缓冲器38读出到例如节点B。然后，作为步骤SA-6，检查PDU缓冲器38中是否存在具有高于门限λ的填充比的任何剩余PDU。如果检查结果为肯定，则作为SA-7，级联定时器40被初始化为零，然后再作为步骤SA-8被启动。在级联定时器40在步骤SA-8开始之后，图2A的SDU处理例程暂时结束或挂起(步骤SA-10)。如果步骤SA7的检查结果为否定，则级联定时器40在步骤SA9被停止，然后图2A的SDU处理例程暂时结束或挂起(步骤SA-10)。 
如果在步骤SA-4，在接收到输入SDU时判定有PDU已经驻留在PDU缓冲器38中，则作为步骤SA-11，输入SDU被分段为PDU，并与已经在PDU缓冲器38中的上一个PDU级联。作为步骤SA-12，检查PDU缓冲器38是否包含填充程度小于门限λ的任何PDU。如果步骤SA-12的判定是肯定的，则执行步骤SA-5以及后续步骤(例如步骤SA-6、步骤SA-7、步骤SA-8或者(适当的)步骤SA-9)。如果步骤SA-12的判定是否定的，则图2A的SDU处理例程暂时结束或挂起(步骤SA-13)。 
如步骤SB-1所反映的那样，级联定时器40受到适当监控。如果级联定时器40到期，则接收到中断或另外的指示(步骤SB-2)。由于级联定时器40的到期，作为步骤SB-3，PDU缓冲器38中的最后一个PDU被读出，以及图2B的定时器监控例程暂时结束。 
因此，当PDU缓冲器中的PDU的内容没有达到预定充填等级时，缓冲器读出机构使用级联定时器来确定从PDU缓冲器读出PDU的延迟。在从PDU缓冲器中读出PDU之前，延迟提供了将还要到达的SDU的至少一部分包含在PDU中的机会，由此减少了输出PDU中的填充。缓冲器读出机构将PDU从PDU缓冲器的读出延迟到：(1)缓冲器中的PDU的内容已经达到预定充填等级(步骤SA-5)，或者(2)预定时间间隔(由级联定时器维护)已经到期(步骤SB-3)。 
为了使引起的额外延迟尽可能的小，级联定时器(例如级联定时器40)可适配于输入SDU的间隔到达时间。这可通过对输入业务上的连续滤过测量(filtered measurement)，或者通过读取例如保证比特率和帧大小之类的QoS特征来进行(如果可行的话)。级联定时器可设置成略大于输入SDU的间隔到达时间，以便覆盖可能的抖动情况。也可测量这种抖动。 
考虑图3A-图3C的时间序列中所示的示例情况。在该示例情况中，24字节的VoIP分组到达PDU缓冲器38，并以20毫秒的时间间隔到达RLC，在其中，RLC PDU允许每个PDU中有40个八位字节的有效载荷(除了长度指示符之外)。图3A说明第一分组(分组#1)到达(步骤2A-2)并存储在PDU缓冲器38中。对于这个实例假定可接受的填充百分比设置为10％。由于分组#1是PDU缓冲器38中的唯一分组，因而PDU缓冲器38只有24字节，所以对于分组#1，在步骤SA-5判断填充对整个PDU长度的百分比或比率超过门限λ。因此，分组#1保留在PDU缓冲器38(步骤SA-6)中，并且级联定时器40被初始化(步骤SA-7)且启动(步骤SA-8)。优选地，级联定时器被初始化/设置为大于20毫秒、但在这个实例中小于40毫秒的值。 
图3B说明了第二分组(分组#2)的到达。在第二分组(分组#2)到达时，在步骤SA-3确定PDU已经驻留在PDU缓冲器38中，即，分组#1已经在缓冲器38的第一PDU中。因此，作为步骤SA-11，新到达的分组(分组#2)在38中分段为两个RLC PDU。因此，PDU缓冲器38 中的第一PDU包括第一VoIP分组、一字节长度的指示符(LI)和十五字节的第二VoIP分组。但是，第二分组的九个字节不能装配入PDU缓冲器38的第一RLC PDU，因此存储在PDU缓冲器38的第二PDU位置上，如图3B所示。 
PDU缓冲器38的第一PDU按照步骤SA-5读出，如图3B所示。但是，由于在步骤SA-6判定PDU缓冲器38的第二PDU(如图3B所示)中的填充的百分比高于门限λ，所以执行两个步骤SA-7和步骤SA-8。在步骤SA-7，级联定时器40被重新初始化，并且在步骤SA-8，级联定时器40再次被启动。 
在图3C所示的接收“第三”分组(分组#3)时，作为步骤SA-11，第三分组与已存储的、分组#2的九字节级联到PDU缓冲器38的唯一占用的PDU(PDU#2)。在这种情况中，PDU#2的占用(单位为八位字节)为：9+24＝33八位字节加上2长度指示符，因而小于RLC PDU有效载荷大小。根据“最优化”等级(延迟对容量)，PDU#2这时可采用七个八位字节的填充来发送，或者被存储以便与又一个VoIP分组级联。对于10％的门限，在步骤SA-12确定PDU#2应当仍然保留在PDU缓冲器38中。注意，在这种情况中，因为没有发送PDU，所以级联定时器40没有重新被启动。级联定时器40始终特定于PDU。通过使用更高的门限，如20％，图3C的PDU#2将被发送，从而引起更多的填充但更小的延迟。 
对于下行链路，所提出的功能可在RNC中实现，而无需对标准进行改变。而上行链路则确实需要标准化解决方案。 
本文所述的技术为类似VoIP的服务提供了一种用于在延迟性能与容量之间进行折衷的机制。在活动时，这些技术能够减少无线链路上的填充量，这将增加系统的容量。 
从PDU缓冲器38和从包含PDU缓冲器38的节点读出分组可能对任何适当的装置或传输线而进行。此外，“读出”的概念可包括将PDU从PDU缓冲器38移动到适当的传输单元，以便将PDU从包含 PDU缓冲器38的节点或装置中传送出去。 
虽然已经详细说明和描述了本发明的各种实施例，但权利要求不限于任何具体实施例或实例。以上描述不应当被理解为表示任何具体元件、步骤、范围或功能是绝对必要的而使得它必须包含在权利要求的范围内。专利主题的范围仅由权利要求书来定义。法律保护的范围由所允许的权利要求及其等效物中所述的词语来定义。要理解，本发明并不限于所公开的实施例，而是意在涵盖各种修改和等效配置。 

Claims (16)

1.一种无线电接入网节点，包括：
协议数据单元(PDU)形成部件，用于将输入服务数据单元(SDU)分段，以便形成协议数据单元(PDU)；
PDU缓冲器，用于存储一个或多个PDU；
级联定时器；
缓冲器读出机构，用于控制PDU缓冲器中的PDU的读出，所述缓冲器读出机构经过设置，因而在所述PDU缓冲器中的PDU的内容还没有达到预定充填等级时，所述缓冲器读出机构采用所述级联定时器来确定从所述PDU缓冲器中读出PDU的延迟，以便在从所述PDU缓冲器中读出PDU之前，提供将还要到达的SDU的至少一部分包含在所述PDU中的机会，并由此减少输出PDU中的填充。
2.如权利要求1所述的节点，其特征在于，所述缓冲器读出机构将PDU从所述PDU缓冲器的读出延迟到：(1)所述缓冲器中的PDU的内容已经达到所述预定充填等级，或者(2)预定时间间隔已经到期。
3.如权利要求2所述的节点，其特征在于，所述预定时间间隔被适配于输入SDU的间隔到达时间。
4.如权利要求3所述的节点，其特征在于，通过对输入业务上的连续滤过测量或者通过读取服务质量(QoS)特征，所述预定时间间隔被适配于输入SDU的间隔到达时间。
5.如权利要求2所述的节点，其特征在于，所述SDU是二十四字节的基于因特网协议的语音(VoIP)分组，所述分组以二十毫秒的间隔到达时间到达，其中，在每个PDU中允许四十个八位字节的有效载荷，以及所述预定时间间隔设置在二十毫秒与四十毫秒之间。
6.如权利要求1所述的节点，其特征在于，如果在传送所述PDU缓冲器中的PDU的当前内容时出现的填充程度不小于某个门限，则所述缓冲器读出机构使所述PDU缓冲器的读出延迟。
7.如权利要求6所述的节点，其特征在于，所述门限是所述PDU的长度的百分之十。
8.如权利要求1所述的节点，其特征在于，在从所述缓冲器中读出PDU时，所述级联定时器被重置。
9.一种操作无线电接入网节点的方法，包括：
将输入服务数据单元(SDU)分段，以便形成协议数据单元(PDU)；
在PDU缓冲器中存储一个或多个PDU；
当所述PDU缓冲器中的PDU的内容仍未达到预定充填等级时，使所述PDU缓冲器的PDU的读出延迟，由此提供了在从所述PDU缓冲器中读出PDU之前，将还要到达的SDU的至少一部分包含在所述PDU中的机会，并由此减少了输出PDU中的填充。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括将PDU从所述PDU缓冲器的读出延迟到：(1)所述缓冲器中的PDU的内容已经达到所述预定充填等级，或者(2)预定时间间隔已经到期。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，还包括将所述预定时间间隔适配于输入SDU的间隔到达时间。
12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，还包括通过对输入业务上的连续滤过测量或者通过读取服务质量(QoS)特征，将所述预定时间间隔适配于输入SDU的间隔到达时间。
13.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述SDU是二十四字节的基于因特网协议的语音(VoIP)分组，所述分组以二十毫秒的间隔到达时间到达，还包括：
在每个PDU中允许四十个八位字节的有效载荷；
将所述预定时间间隔设置在二十毫秒与四十毫秒之间。
14.如权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括：如果在传送所述PDU缓冲器的当前内容时出现的填充程度不小于某个门限，则延迟所述PDU缓冲器的读出。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述门限是所述PDU大小的长度的百分之十。
16.如权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括在从所述缓冲器中读出PDU时重置所述级联定时器。
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