CN101228738B

CN101228738B - 控制通信网络中的服务分配的方法和系统、以及相应网络

Info

Publication number: CN101228738B
Application number: CN200580051167XA
Authority: CN
Inventors: 安德瑞·巴巴瑞斯; 马考·托萨里; 贾维尔·L·Q·阿拉克
Original assignee: Telecom Italia SpA
Current assignee: Telecom Italia SpA
Priority date: 2005-06-30
Filing date: 2005-06-30
Publication date: 2010-12-08
Anticipated expiration: 2025-06-30
Also published as: BRPI0520332B1; EP1897277A1; ATE486482T1; EP1897277B1; US20090303940A1; US8339946B2; WO2007003207A1; DE602005024454D1; BRPI0520332A2; CN101228738A; AR053943A1

Abstract

通过将这些资源(10，20，30)组成的系统模型化为马尔可夫链，来控制将服务提供给多资源(10，20，30)通信网络的用户，其中，马尔可夫链的每种状态通过每个所述资源(10，20，30)所服务的用户的数量的各自一组值来标识，以及所述状态之间的转变通过将资源所提供的服务分配和重新分配给用户来表示。定义成本函数，其中每种状态给出由马尔可夫链处于那种状态的概率来加权的各自基值，这种概率是所述状态之间的可能转变的函数。因此识别出优化成本函数的状态之间的多次转变，并根据优化成本函数的这种多次转变来分配资源(10，20，30)给用户。

Description

控制通信网络中的服务分配的方法和系统、以及相应网络

技术领域

本发明涉及管理无线电资源的技术。

尤其，本发明可应用于在“异构”移动无线电网络，即，可以支持不同类型的技术的移动无线电网络中，允许无线电资源的联合管理的公共无线电资源管理(CRRM，Common Radio ResourceManagement)技术。

背景技术

在移动无线电网络的领域中，存在着不同的技术和众多标准。当前最普遍的移动无线电网络(像，例如，GSM(全球移动通信系统)系统那样的所谓第二代移动无线电网络)已经占领了市场，并且在将来，新一代移动无线电网络(例如，像UMTS(通用移动电信系统)系统那样的第三代移动无线电网络，或仍然在定义之中的第四代移动无线电网络)和无线LAN(局域网)(WLAN)的宽带网络将占领更大的市场。第二代移动无线电网络更适合支持话音服务，而新一代移动无线电网络(例如，第三代和第四代移动无线电网络)被设计成除了支持话音服务之外，还支持数据和多介质类型的一系列服务。

在这种背景下，市场的趋势不是用新一代移动无线电网络来完全取代已经运行的第二代移动无线电网络，而是将两种类型的网络集成在一起。通过以允许这种集成的方式定义的新标准的特征，使新一代移动无线电网络和第二代移动无线电网络之间的集成成为可能。在定义像，例如，UMTS系统那样的第三代系统的特征的3GPP(第3代合作项目)标准中，规定了允许与GSM网络互通的不同过程。

尤其，在文件3GPP TR25.881“Improvement of RRM across RNS and RNS/BSS，Release 5”和3GPP TR25.891“Improvement of RRMacross RNS and RNS/BSS，Release 6”中，定义了应用CRRM技术的功能模型和网络体系结构。

另一种市场趋势是在领土的严格界定区域-所谓“热点”内使用WLAN(无线局域网)技术，以便允许存在于这些区域内的用户获得对于一系列远程通信服务的宽带接入，例如，接入因特网。WLAN技术也可以集成在移动无线电网络内，尤其在接入网络段中。

由于这个原因，在不同系统，无论是移动无线电系统还是WLAN系统的规范定义中，正在进行中的一系列活动旨在定义这些系统之间的最合适互通机构，以及使得使用WLAN技术(例如，IEEE 802.11或HYPERLAN2)来接入第三代传输移动无线电网络成为可能。例如，3GPP标准的文件TR 23.934“3GPP system to Wireless Local AreaNetwork(WLAN)Interworking-Functional and architecturaldefinition，Release 6”规定了包括属于UMTS系统中的IEEE 802.11系列的WLAN接入的各种网络体系结构应该满足的功能要求。同样，ETSI标准的文件TR 101.953规定了被称为HYPERLAN2的与WLAN宽带型标准的UMTS网络的互通机制。

由于如上所述的原因，像，例如，蜂窝式电话、掌上电脑、PDA(个人数字助理)、个人计算机的连通卡等的移动终端已经可从市场上购买到，这些移动终端被称为“多模式”移动终端，因为它们不局限于与只遵从一种标准的单个网络一起工作，而是可以无差别地使用属于不同标准的各种系统。在这种意义上的一个例子由今天已经能够无差别地管理GSM、UMTS和WLAN 802.11b标准的多模式终端来提供。

在上面引用的各种标准中规定的只是使不同系统彼此互通的体系结构、过程和机制，其中包括在服务请求时刻使用什么系统的初始选择。当请求由于其特征而可以无差别地通过不同接入系统(GSM、UMTS或WLAN)供应的某种服务时，网络操作人员可以因此利用这些机制来选择使用哪个系统。

例如，在WO-A-02/32160中，描述了确定支持不同通信标准的网络中的小区分配的技术。

申请人已经注意到，这种技术在最大化多路接入网络的性能方面不是特别有效。事实上，它只基于不同优先级与各种系统的小区的关联，而没有考虑到在小区中，在不允许根据不同系统的状态以动态和有效的方式来分配网络资源的时间内，可能因此出现不同业务状态的事实。

在Kalyanasundaram S.，Chong E.K.P.和Shroff N.B.的文献“Optimal resource allocation in multi-class networks withuser-specified utility functions”，Computer Networks，vol.38，No.5，pp.613-30中，考虑了多服务网络中的资源分配问题，其中，用户通过实用功能来指定他们为获取不同资源量所附加的值。人们开发出了使单位时间的平均综合效用最大化的资源分配方案。这个资源分配问题被公式化为马尔可夫(Markov)判定过程。还讨论了用户对他们的实用功能故意说谎的推断，以及开发出了防止这种说谎的评价方案。

发明内容

但是，对于管理多路接入网络，例如，包含GSM和UMTS技术和WLAN热点的网络的网络操作人员来说，出现了以协调和协同的方式来使用所有这些技术，以便提供所请求的服务，从而使整个多路接入网络的总效率和利用率达到最大的问题。尤其，对于网络操作人员来说，定义每次根据用户所请求的服务的类型来建立供使用的最合适系统和用于实现设定效率目标的准则的CRRM策略是便利的。

本文所述的解决方案定义了基于分析过程的“自动”方法，该分析过程在存在新服务请求的情况下，能够至少根据如下参数来识别作出的选择(就多路接入网络的全局性能的最大化而言)，即，哪个可用接入网络可被用于提供服务：

-就无线电资源占用和将它们指定给正在进行的服务而言，整个多路接入网络的状态；

-请求的服务的类型；

-新服务请求到达网络的频率；和

-服务的平均持续时间。

而且，在使收益最佳的情况下，可用的另一个参数由可以分配给每种服务的值来表示。更详细地说，本文所述的解决方案基于根据使用马尔可夫链的表示的多路接入网络数学模型的定义。但是，在这种情况下，这样的链不是严格定义的，而是保留与资源分配的可能策略相对应的许多自由度。该解决方案通过叠代过程来定义指定给自由变量的值，以便优化所选性能的指标(例如，阻塞概率或收益)。

通过本文所述解决方案导出的公共管理策略被证明比已知的那些更有效，因为每当新服务请求到达时作出的分配选择都旨在例如使总阻塞概率最小(全部用数学术语表示)，或使操作人员的收益最大(再次全部用数学术语表示)。

由于本文所述的解决方案以优化总性能为目的来识别管理无线电资源的策略，因此也可以设想在某些给定状况下，虽然在那个时刻具有足够可用资源，但网络拒绝满足到达的请求的所得规则。例如，当发现网络几乎处于最大资源使用极限时，可以产生这种情况；事实上，在这样的情况下，到达网络的特定服务请求(例如，数据请求)的预防性阻塞可以使仍然可用的少数网络资源能够被留下来，以便给出服务更多数量的其它服务类型请求(例如，话音请求)的可能性。

也可能出现这样的状况，其中在给定瞬间，虽然在两个系统上都存在空闲资源，但将请求之一和同一种类型的请求指定给一个系统(例如，GSM)，或指定给另一个系统(例如，UMTS)被证明是方便的。此外，事实上，在这样的情况下，选择一个系统或选择可替代系统可以影响总性能。

根据本发明，通过具有在所附权利要求书中所述的特征的方法来实现上面的目的。本发明还涉及相应的系统以及相应的网络和计算机程序产品，计算机程序产品可被装入至少一个计算机的存储器中，并包括当在计算机上运行该产品时执行本发明方法的步骤的软件代码部分。正如本文所使用的那样，引用这样的计算机程序产品被认为等效于引用包含控制计算机系统来协调本发明方法的性能的指令的计算机可读介质。引用“至少一个计算机”包括网络装置和/或以分布/模块方式来实现本发明的可能性。

权利要求书形成在这里提供的本发明公开的组成部分。

在当前优选实施例中，通过如下步骤来控制经由多资源通信网络的资源向用户提供服务：

-将由所述通信网络的所述资源组成的系统模型化为马尔可夫链，其中，所述马尔可夫链的每种状态通过各自一组值来标识，每组值代表每种所述资源所服务的用户的数量(n_GSM、n_UMTSv、n_UMTSd、n_WLAN)，以及所述马尔可夫链的所述状态之间的每次转变通过将所述资源所提供的服务分配和不分配给所述用户来表示；

-定义每种所述状态对其给出各自基值(contribution)的成本函数，每个所述基值由所述系统处于所述状态的概率来加权，其中所述概率是所述状态之间的可能转变的函数；

-识别优化所述成本函数的所述状态之间的多次转变；以及

-根据所述多次转变将所述资源分配给所述用户。

附图说明

现在参照附图，仅仅通过非限制性例子对本发明加以描述，在附图中：

-图1示出本文所述那种类型的分配技术的引用情形的例子；

-图2示出了应用本文所述方法的多路接入网络的结构的例子；

-图3示出了应用本文所述方法的可能网络体系结构的例子；

-图4示出了本文所述系统从初始状态开始演变的可能状态的例子；

-图5示出了在两种服务：话音和数据的情况下，UMTS系统的容量区的例子；

-图6示出了本文所述解决方案的流程图的例子；

-图7示出了用于评估本文所述方法的性能的容量区的例子；

-图8示出了在优化方法以便最小化阻塞概率的情况下性能的比较；以及

-图9示出了在优化方法以便最大化收益的情况下性能的比较。

具体实施方式

在图1中例示了将CRRM策略应用于多路接入网络上的服务分配的可能情况。

具体地说，在示范了本文处置的感兴趣情况的图1中，领土的区域10通过GSM移动无线电网络被服务，以及那个区域的一个子集20还通过UMTS移动无线电网络(事实上，将期望UMTS网络的接入段所覆盖的范围至多与GSM网络的覆盖范围一致)被服务。还要考虑的是存在通过WLAN系统来提供服务的领土的一个或多个更有限范围30(像，例如，机场、运动场、小市中心、旅馆、商业中心、建筑物等那样，被称为“热点”的范围)。在实际感兴趣的情况下，假如在以需要数据型服务的低运动性用户高度集中为特征的所有那些情况下设想它们的使用，所述范围通常位于也被UMTS网络的小区服务的区域内。

在图2中表示了并在图3中更详细地表示了可以应用通过本文所述解决方案识别的资源分配策略的网络体系结构。

参照图2和3，该体系结构设想存在供GSM/GPRS/EDGE系统使用的GERAN(GPRS-EDGE无线电接入网络)型的接入网络10、供UMTS系统使用的UTRAN(通用地面无线电接入网络)型的接入网络20、和供WLAN系统使用的BRAN(宽带无线电接入网络)型的接入网络30。应该懂得，为了简单起见，将相同的标号10、20和30用于区分如上所述的领土范围和为它们服务的接入系统。

多路接入网络10、20、30的传输段40(3G核心网络)通过接口41(根据与之连接的核心网络域，被称为接口“A”或被称为接口 “Gb”)与GERAN接入网络10互连，通过接口42(对应于Iu接口)与UTRAN接入网络20互连，以及通过接口43(在许多情况下被称为类Iu接口)与BRAN(WLAN)接入网络30互连。

被称为BSC(基站控制器)的控制GSM系统的无线电资源的网络设备11、被称为RNC(无线电网络控制器)的控制UMTS系统的无线电资源的网络设备22、以及被称为APC(接入点控制器)的控制WLAN网络的接入点的网络设备33可以通过也被称为核心网络的传输段40来交换信息。

可替代地，控制GSM系统的无线电资源的网络设备11、控制UMTS系统的无线电资源的网络设备22、和控制WLAN网络的接入点的网络设备33可以直接通过接口21(对应于Iur接口)和接口43(在许多情况下被称为类Iur接口)来通信。

通过本文所述解决方案生成的CRRM技术可以驻留在控制GSM系统的无线电资源的网络设备11、控制UMTS系统的无线电资源的网络设备22、和控制WLAN网络的接入点的网络设备33内并被执行。可替代地，它可以驻留和应用在例示在图3中被称为CRRM服务器的具体指定给多路接入网络的CRRM的网络实体50内。

CRRM服务器实体50可以通过接口51向控制GSM系统的无线电资源的网络设备11请求有关GSM小区的信息、通过接口52向控制UMTS系统的无线电资源的网络设备22请求有关UMTS小区的信息、以及通过接口53向控制WLAN网络的接入点的网络设备33请求有关WLAN热点的信息(目前，在标准中还没有规定接口的类型)。设想CRRM的各个部分分布>在各个网络控制器(BSC 11、RNC 22和APC 33)中的体系结构和存在CRRM服务器实体50的图3的体系结构两者都适合支持通用CRRM技术。

总的说来，在所述的情形中，考虑了不同类型的实时服务。事实上，对于这种服务类型，重要的是使网络保证不能随时间变化的严格定义的质量分布，因此，如果网络不具有能够以适当质量水平来提供请求的服务的资源，则最好阻塞那种服务的新请求。举例来说，与经典话音服务一起，也可以假设存在诸如例如视频电话呼叫的实时类型的一种或多种数据服务(属于CONVERSATIONAL类的数据服务)，或利用网络服务器所供应的多介质内容(属于STREAMING类的数据服务)。

根据特定类型，可以在构成多路接入网络的一个或多个接入网络上分配每种服务。例如，话音服务可以通过GSM网络或UMTS网络来提供，而通用数据服务可以通过UMTS网络或WLAN网络来提供。

本文所述的解决方案能够识别在存在可能的服务请求的情况下，针对系统的每种状态，确定接受还是拒绝请求以及哪个接入系统将用于提供服务的CRRM策略。

本文所述解决方案的基础是通过连续时间马尔可夫链(CMTC，continuous-time Markov chain)来模型化多路接入网络。在本描述中，指定连续时间马尔可夫链将用于指定“事件发生的概率取决于前一个事件已经发生的事实的事件序列模型”。关于CTMC的数学定义，可以查阅例如D.L.Isaacson和R.W.Madsen的“Markov chains-Theory and Applications”，John Wiley & Sons，1976，chap.7，pp.229-249。

本文所述解决方案的第二个要素通过要被优化的成本函数(例如，从服务的供应中导出的阻塞概率或收益)的选择来表示。

本文所述的解决方案在实现中(通过例示在图2和3中的系统单元)采取根据已经选择的成本函数的梯度来设想CTMC的改变的技术的最佳CRRM策略的具体形式。

现在描述通过连续时间马尔可夫链来模型化多路接入网络。

举例来说，考虑由覆盖区部分重叠(参见图1)的GSM小区、UMTS小区和WLAN热点构成的系统和要求两种不同实时服务：话音服务和通用数据服务的用户。在本文给出的例子中，为了简单起见，不失任何一般性地假设只存在两种服务：话音服务以及仅一种类型的数据服务。

至于三种无线电接入系统，考虑如下约束：

-GSM：只可用于话音呼叫；

-UMTS：可用于话音呼叫和数据呼叫；以及

-WLAN：只可用于数据呼叫。

至于提供的两种服务，考虑如下约束：

-只有GSM小区可以为一些话音请求服务(仅GSM话音请求)；

-GSM小区和UMTS小区两者都可以为一些话音请求服务(GSM/UMTS话音请求)；

-只有UMTS小区可以为一些数据请求服务(仅UMTS数据请求)；

-UMTS小区或WLAN热点两者都可以为一些数据请求服务(UMTS/WLAN数据请求)。

假设存在如上所述约束，可以通过如下四元组来定义多路接入网络的N种状态：

(n_GSM，n_UMTSv，n_UMTSd，n_WLAN)

其中：

-n_GSM指定正在GSM小区内进行的话音呼叫的数量；

-n_UMTSv指定正在UMTS小区内进行的话音呼叫的数量；

-n_UMTSd指定正在UMTS小区内进行的数据呼叫的数量；

-n_WLAN指定正在WLAN热点内进行的数据呼叫的数量。

为了通过其中通用状态由前面的四元组构成的连续时间马尔可夫链来模型化多路接入网络的行为，还指定了可以通过各自接入系统可用的无线电资源来管理的每种服务的用户的最大数量。

在GSM小区的情况下，话音用户的最大数量通过小区所管理的电路的数量来简单表示。

在WLAN热点的情况下，取而代之，假设存在数据用户的最大数量，超过该数量，WLAN接入不再能够保证服务所请求的服务质量分布。在实际情况中，可以由本领域的普通技术人员考虑例如所涉及的特定WLAN技术(例如，IEEE 802.11b)和考虑的数据服务所请求的吞吐量(设置例如打算提供给每个用户的数据的传输速度的最小极限，或可替代地，设置最大可容忍传输延迟的极限)，来识别用户的所述最大数量。

同样，在UMTS小区的情况下，考虑由小区可以通过可用无线电资源来管理的话音和数据用户(服务混合)的最大数量所构成的不同组合。总的说来，所述组合标识小区的“容量区”。

大体上，容量区可以通过函数Cd(n_v)和它的反函数Cv(n_d)来唯一定义，函数Cd(n_v)表达在存在n_v个话音用户的情况下系统可接受的数据用户的最大数量，以及函数Cv(n_d)表达在存在n_d个数据用户的情况下系统可接受的话音用户的最大数量。

在实际情况中，可以由本领域的普通技术人员考虑所考虑的服务所请求的服务质量分布和小区使其可用的无线电资源的数量，来识别构成特定UMTS小区的容量区的函数Cd()和Cv()。必须管理上行链路中16kbit/skbit/s和下行链路中128kbit/skbit/s的流式话音服务和数据服务的UMTS系统的小区的容量区的可能例子例示在图5中，其中，在x轴上给出的是话音用户的数量(n_v)，以及在y轴上给出的是数据用户的数量(n_d)。容量区的边界(用例示在图5中的曲线表示)对应于小区不再能够接受进一步用户的极限；因此，它的每个点代表小区全负载工作的最佳业务混合。然而，在曲线的下面，由于可以根据空闲可用无线电资源来分配其它用户，小区将是欠使用的。在多路接入网络的情况下，应该考虑到，除了能够管理话音用户和数据用户两者的UMTS小区之外，还存在GSM小区和WLAN热点。因此，可以像描述在例如可在因特网上通过URL： http://www.everest-ist.upc.es(在本专利申请的提交日)、“公开文件”部分、文件“First report on the evaluation of RRM/CRRMalgorithms”下载的项目IST“EVEREST”的可交付D11中那样，来确定相应联合“容量区”。

大体上，根据所作的考虑，三个接入系统的容量极限可以通过如下关系来表示：

0≤n_GSM≤GSMcap

0≤n_UMTSv≤Cv(n_UMTSd)

0≤n_UMTSd≤Cd(n_UMTSv)

0≤n_WLAN≤WLANcap

其中：

-GSMcap指示GSM小区中的话音信道的总数；

-Cd()和Cv()是描述UMTS的容量区的函数；以及

-WLANcap是WLAN热点上可分配的数据会话的最大数量。

根据指定给刚才所述的量和为UMTS小区考虑的容量区的值，多路接入网络接着通过由某个数量N的状态形成的连续时间马尔可夫链来表示。

至于系统演变的可能性，假设提供给多路接入网络的业务由如下四种类型组成：

-只能由GSM服务的话音请求：这些请求通过到达时间间隔来表征，假设所述到达时间间隔随着平均到达频率λ_G呈指数分布(在远程通信业务的设计领域中这是很常见的假设，因为它以可能的方式描述了以没有记忆为特征的现象，即，发生的事情不依赖于以前发生的事情的现象)；还假设呼叫持续时间具有随着平均服务时间T_v的指数分布；

-可以由GSM或UMTS服务的话音请求：这些请求通过到达时间间隔来表征，假设到达时间间隔随着平均到达频率λ_GU呈指数分布；还假设呼叫持续时间具有随着平均服务时间T_v的指数分布；

-只能由UMTS服务的数据请求：这些请求通过到达时间间隔来表征，假设到达时间间隔随着平均到达频率λ_U呈指数分布；还假设呼叫的持续时间具有随着平均服务时间T_d的指数分布；以及

-可以由UMTS或WLAN服务的数据请求：这些请求通过到达时间间隔来表征，假设到达时间间隔随着平均到达频率λ_UW呈指数分布；还假设呼叫的持续时间具有随着平均服务时间T_d的指数分布。

刚才所述的四种业务类型是可以出现在被认为已经参照图1展示的情形中的那些类型。

基本上，这些类型对应于如下的存在：

-适合只通过第一资源(即，GSM网络10)被提供第一服务(即，话音)的第一组用户(即，仅GSM用户)；

-适合如下的第二组用户(即，GSM-UMTS用户)：

-i)通过所述第一资源(即，GSM网络10)和所述第二资源(即，UMTS网络20)两者被提供所述第一服务(即，话音)，和

-ii)通过所述第二资源(即，UMTS网络20)和第三资源(即，WLAN热点30)两者被提供第二服务(即，数据)；和

-适合只通过第三资源(即，WLAN热点30)被提供所述第二服务(即，数据)的第三组用户(即，仅WLAN用户)。

事实上，在真实情况中，时常并不总是可以将在场的任何接入网络用于每个服务请求。出现这种情况尤其是因为作为每种接入网络所固有的特征的结果，接入网络的覆盖区的范围一般彼此不同(例如，众所周知，WLAN类型的接入只覆盖被称为“热点”的领土的相当有限区域，而GSM网络或UMTS网络的单个小区能够覆盖宽得多的区域)。并不总是可以绝对地为提供某种服务而选择最合适网络的另一个原因在于，服务请求可以来自能够只使用一种特殊类型的接入(由于与不同标准不“兼容”)的特定终端的事实。

对于这些业务假设，可以参照以表示在图4中的方式通过四元组“i：(n_GSM，n_UMTSv，n_UMTSd，n_WLAN)”表征的第i状态，来观看具有连续时间马尔可夫链的模型中系统的演变。

从处在图中心的通用第i状态开始，作为正在进行的服务的终止的结果，或者因为系统接受了到达多路接入网络的新服务请求，系统接着可以朝向所表示的相邻状态演变。

至于呼叫/会话的终止的频率-量φ(i)，我们具有：

-GSM话音呼叫的终止：

φ_{1} (i) = \frac{n_{GSM}}{T_{v}}

-UMTS话音呼叫的终止：

φ_{2} (i) = \frac{n_{UMTSv}}{T_{v}}

-UMTS数据呼叫的终止：

φ_{3} (i) = \frac{n_{UMTSd}}{T_{d}}

-WLAN数据呼叫的终止：

φ_{4} (i) = \frac{n_{WLAN}}{T_{d}}

然而，至于呼叫/会话的接受的频率-量

(i)，它们不仅取决于请求和可用资源，而且取决于实现的CRRM策略，CRRM策略根据状态，有目的地选择向哪个接入系统指定服务请求，或者建立何时便于拒绝新请求。

而且，考虑到如何表征服务请求，对于与话音呼叫有关的转变频率( ₁(i)和

₂(i))，存在如下约束：

-与UMTS所服务的话音呼叫有关的转变频率不能高于可以由UMTS或GSM服务的话音呼叫的请求频率：

₂(i)≤λ_GU (1)

-与话音呼叫有关的转变频率不能高于话音呼叫的请求频率：

₁(i)+ ₂(i)≤λ_GU+λ_G (2)

同样，考虑与数据会话( ₃(i)和

₄(i))有关的转变频率，存在如下约束：

-与WLAN热点所服务的数据会话有关的转变频率不能高于可以由UMTS或WLAN服务的数据会话的请求频率：

₄(i)≤λ_UW (3)

-与数据会话有关的转变频率不能高于数据会话的请求频率：

₃(i)+

₄(i)≤λ_UW+λ_W (4)

给定服务请求的接受频率与采用的特殊CRRM策略的依赖关系，只要不指定量

_i的值，本文到此为止所述的模型能够代表由GSM小区、UMTS小区和WLAN小区构成的多路接入网络随时间的演变，其中实现了无论如何都指定服务请求的任何CRRM策略。因此，如下文所述，提出的方法利用了该数学表示，以便通过叠代方法来识别能够最大化性能的所需指标的CRRM策略。因此，在识别最佳CRRM策略的过程结束时，将为每个可能状态(i＝1，2，...，N)识别量

₁(i)、

₂(i)、

₃(i)、

₄(i)的值。

更具体地说，在识别最佳CRRM策略的过程结束时，与话音服务(即，多资源网络所提供的第一种服务)的新请求的到达有关的转变频率

₁和 ₂可以采用表1中指出的值。

表1

情况	<sub>1</sub>	<sub>2</sub>	相应CRRM策略
				#1	<sub>1</sub>＝0	<sub>2</sub>＝0	阻塞仅GSM呼叫，阻塞GSM/UMTS呼叫
#2	<sub>1</sub>＝0	<sub>2</sub>＝λ<sub>GU</sub>	阻塞仅GSM呼叫，在UMTS上分配GSM/UMTS呼叫
				#3	<sub>1</sub>＝λ<sub>GU</sub>	<sub>2</sub>＝0	阻塞仅GSM呼叫，在GSM上分配GSM/UMTS呼叫
#4	<sub>1</sub>＝λ<sub>G</sub>	<sub>2</sub>＝0	分配仅GSM呼叫(在GSM上)，阻塞话音GSM/UMTS呼叫
				#5	<sub>1</sub>＝λ<sub>G</sub>	<sub>2</sub>＝λ<sub>GU</sub>	分配仅GSM呼叫(在GSM上)，在UMTS上分配GSM/UMTS呼叫
#6	<sub>1</sub>＝λ<sub>G</sub>+λ<sub>GU</sub>	<sub>2</sub>＝0	分配仅GSM呼叫(在GSM上)，在GSM上分配GSM/UMTS呼叫

而与数据服务(即，多资源网络提供的第二种服务)的新请求的到达有关的转变频率

₃和

₄可以采用表2中指出的值。

表2

情况	<sub>3</sub>	<sub>4</sub>	相应CRRM策略
				#1	<sub>3</sub>＝0	<sub>4</sub>＝0	阻塞仅UMTS数据呼叫，阻塞UMTS/WLAN数据呼叫
#2	<sub>3</sub>＝0	<sub>4</sub>＝λ<sub>UW</sub>	阻塞仅UMTS数据呼叫，在WLAN上分配UMTS/WLAN数据呼叫
				#3	<sub>3</sub>＝λ<sub>UW</sub>	<sub>4</sub>＝0	阻塞仅UMTS数据呼叫，在UMTS上分配UMTS/WLAN数据呼叫
#4	<sub>3</sub>＝λ<sub>U</sub>	<sub>4</sub>＝0	分配仅UMTS数据呼叫(在UMTS上)，阻塞UMTS/WLAN数据呼叫
				#5	<sub>3</sub>＝λ<sub>U</sub>	<sub>4</sub>＝λ<sub>UW</sub>	分配仅UMTS数据呼叫(在UMTS上)，在WLAN上分配UMTS/WLAN数据呼叫
#6	<sub>3</sub>＝λ<sub>U</sub>+λ<sub>UW</sub>	<sub>4</sub>＝0	分配仅UMTS数据呼叫(在UMTS上)，在UMTS上分配UMTS/WLAN数据呼叫

下文所述的是处在连续时间马尔可夫链的稳态条件下的行为。

关于指数到达时间间隔和指数分布服务时间的假设，已知CTMC链是同构的，以及通过求助于查普曼-科尔莫罗夫(Chapman-Kolmogorov)方程(用于求解同构CTMC)，解析求解所述链，即计算在稳态条件下系统的每个状态的概率P_i的技术是已知的(有关这个话题请再次参看例如前面已经引用的D.L.Isaacson和R.W.Madsen的著作“Markov chains-Theory and Applications”，John Wiley & Sons，1976，尤其参看第7章)。

因此，可以计算与系统的N个状态相关联的概率的值P_i(i＝1，...，N)，如下文所述，通过这些值可以确定阻塞服务请求的概率和被服务用户的平均数量(这是直接与可以从考虑的两种服务的供应中导出的收益成比例的量)。

现在描述要优化的成本函数的可能选择。

可以在先验地定义了优化(使成本最小或使增益最大)的准则之后进行最佳CRRM策略的识别。然后，一旦决定了参考成本函数，就可以应用提出的技术。

举例来说，考虑如下两种情况：

-阻塞概率(成本)：B的最小化；以及

-收益或效益(增益)：S的最大化。

将通过四元组：i：(n_GSM，n_UMTSv，n_UMTSd，n_WLAN)表征的第i状态当作参考。

可以用如下方式来定义与系统的每个状态相关联的阻塞概率(β_i)和收益(ρ_i)：

ρ_i＝ξ_GSM·n_GSM+ξ_UMTSv·n_UMTSv+ξ_UMTSd·n_UMTSd+ξ_WLAN·n_WLAN

其中，ξ_GSM、ξ_UMTSv、ξ_UMTSd、和ξ_WLAN分别表示与在GSM上提供话音服务、在UMTS上提供话音服务、在UMTS上提供数据服务、和在WLAN上提供数据服务相关联的收益。

在全局层面上，以如下方式导出CRRM策略的性能的整体指标：

B = Σ_{i = 1}^{N} P_{i} β_{i}

(平均阻塞概率)

和

S = Σ_{i = 1}^{N} P_{i} ρ_{i}

(平均收益)

通过选择优化的一条准则或另一条准则，接着可以针对所述准则来设计最佳CRRM策略。

另一方面，应该懂得，以前识别的成本函数仅仅对应于显然与管理远程通信网络的常规准则相关联的可能选择的两种例子。另一方面，应该懂得，本发明决不会局限于成本函数的任何具体选择。

在下文中，将描述考虑基于阻塞概率的最小化的优化的技术。可以以完全类似的方式来考虑收益的最大化。

现在描述作为CTMC的变种的CRRM策略。

如前所述，维持方程(1)、(2)、(3)和(4)的约束，根据使用的CRRM策略，可以为每个状态i指定

_j(i)(j＝1，...，4)的值。对于一些状态，一些

_j不可自由指定，而是受系统本身的约束(例如，在与完全占用资源相对应的系统状态附近)。

考虑可自由指定的

_j(i)的列表(即使受方程(1)、(2)、(3)和(4)约束)，并且让所述变量由θ_k指定，其中，k＝1，...，R，R是它们的数量(显然，R≤N*4)。

可以将可被识别的性能的指标B和S等(例如，正在进行的呼叫的总数或上面引用的指标的线性组合)看作θ_k的函数。

如果F表示所需成本函数(B，-S等)，则求解问题

等效于至少根据预期业务特征的假设来识别最佳可能CRRM策略。

搜索所述绝对最小值一般不是无足轻重的。此外，在实际情况中，正如将在本说明书的继续部分中简要示出的那样，搜索局部最小值可能足以确定性能明显优于已知方法的CRRM策略。

下文所述的方法能够通过利用梯度来找出具有对应于局部最小值的最佳性能的CRRM策略：

，其中，i＝1，...，R

因此，可以定义梯度向量：

现在描述根据成本函数的梯度来优化CRRM策略的技术。

从定义在下文中的梯度向量G(θ₁，...，θ_R)开始，这里所述的是一旦选择了性能的所需指标(阻塞概率或收益)，优化CRRM策略的叠代方法。为了优化用于服务分配的CRRM策略，需要以最小化成本函数F的方式来计算向量Θ(θ₁，...，θ_R)。

图6示出了所提出的优化技术的流程图。

在步骤100中识别的是指定给向量Θ(θ₁，...，θ_R)的可能初始开始解。

通常，以已经对应于通过求助于例如已知解析技术或诸如将在下文中引用的“简单策略”的“常识性”探试准则来识别的问题的次最优解的方式，来选择这个开始解。

在步骤200中，计算成本函数的梯度(向量G)作为Θ的函数。

在步骤300中，识别作为被减小到它们的最小值的候选者的向量Θ的分量的指标集C_min、和作为被增大到它们的最大值的候选者的向量Θ的分量的指标集C_max，即：

C_min＝{i|G_i(Θ)＞0∧θ_i＞θ_imin}

C_max＝{i|G_i(Θ)＜0∧θ_i＜θ_imax}

就运算而言，这意味着在描述具有某些自由度的系统的马尔可夫链上，识别可以分别被抑制或进入的仍然“自由”的转变。设C_x是识别的分量的并集，即：

C_x＝C_min∪_Cmax

在步骤400中，作出检验，以查看C_x是否为空集。

如果是，在步骤500中，该技术发现了最佳解(通过向量Θ定义的)，然后终止该过程。

如果不是，在步骤600中，考虑从指标C_x中选择的向量G的分量之间的绝对值最大值

在步骤700中识别的是成本函数的梯度至少是

的10％(10％被认为是实现良好结果的经验值；太低的值使数值计算变得太慢；太高的值存在错过好解的风险)的Θ的分量的指标的子集C′_min

C_min。

然后，识别成本函数的梯度至少是的10％的Θ的分量的指标的子集C′_max

C_max。

指定给在C′_min中识别的分量的是容许的最小值(即零)；指定给在C′_max中识别的分量的是容许的最大值(参考前面报告的表1和表2)。

最后，在步骤800中，对于Θ

i＝1，...，R的新值：θ_i＝θ′_i，我们返回到步骤200。

如此识别的解(根据上面示范在表1和表2中的准则)定义了管理多路接入网络的策略。

为了评估所提出方法的性能，作为在图6的流程图的步骤100中引用的初始解，作出使用在下文中被称为“简单策略”的基本CRRM策略的选择，以如下方式进行：

-根据只能在GSM小区中分配的话音请求的到达，如果存在可用资源，将所述请求指定给所述系统；否则，阻塞它；

-根据可以在GSM小区上或在UMTS小区上分配的话音请求的到达，优先将所述请求指定给GSM，以及在GSM资源不可用的情况下，在UMTS上指定；以及在两个系统上都没有可用资源的情况下，阻塞该请求；

-根据只能在UMTS系统的小区上分配的数据请求的到达，如果存在可用资源，将所述请求指定给所述系统；否则，阻塞它；

-根据可以在UMTS系统的小区上或在WLAN热点上分配的数据请求的到达，优先将所述请求指定给WLAN，以及在WLAN资源不可用的情况下，在UMTS上指定；以及在两个系统上都没有可用资源的情况下，阻塞该请求。

因此，简单策略设想优先在GSM上指定话音请求，以及作为第二选择，如果有可能，在UMTS上指定；同样，优先在WLAN上指定数据请求，以及作为第二选择，如果有可能，在UMTS上指定。

例示在下文中的是在本例考虑的用于生成优化方法和相对于初始简单策略来评估其性能的值：

GSMcap 20 GSM容量(话音电路的数量)；

Vul 12.2 上行链路话音位速率(kbit/s)；

Vdl 12.2 下行链路话音位速率(kbit/s)；

Av ＊话音业务[Er1]；

Ad ＊数据业务[同时激活的连接的数量]；

DRul 128 上行链路数据速率(kbit/s)；

DRdl 384 下行链路数据速率(kbit/s)；

WLANcap 10 WLAN容量；

ξ_GSM 1 GSM上的话音呼叫收益；

ξ_UMTSv 1 UMTS上的话音呼叫收益；

ξ_UMTSd 5 UMTS上的数据连接收益；

ξ_WLAN 5 WLAN上的数据连接收益；

p ＊话音呼叫只能使用GSM的概率；

q ＊数据连接只能使用UMTS的概率；

TservV ＊话音服务的平均持续时间[s]；

TservD ＊数据服务的平均持续时间[s]；

Optimization ＊优化准则(阻塞概率或收效)。

在指出数值的地方，意味着总是假定该值是指定的那个。在通过“*”区分的其它情况下，如果有必要，每次甚至求助于如下紧凑记号来指定该值：

p/q/Av/Ad/TservV/TservD，

以便完整地指定生成和评估所述方法的条件(将分开指定根据阻塞概率或根据收益的优化准则)。

例如，点0/0/34/7/120/120将指示如下条件：

GSMcap 20 GSM容量(话音电路的数量)；

Vul 12.2 上行链路话音位速率(kbit/s)；

Vdl 12.2 下行链路话音位速率(kbit/s)；

Av 34 话音业务[Er1]；

Ad 7 数据业务[同时激活的连接的数量]；

DRul 128 上行链路数据速率(kbit/s)；

DRdl 384 下行链路数据速率(kbit/s)；

WLANeap 10 WLAN容量；

ξ_GSM 1 GSM上的话音呼叫收益；

ξ_UMTSv 1 UMTS上的话音呼叫收益；

ξ_UMTSd 5 UMTS上的数据呼叫收益；

ξ_WLAN 5 WLAN上的数据呼叫收益；

p 0 音呼叫是仅GSM的概率；

q 0 数据呼叫是仅UMTS的概率；

TservV 120 音服务的平均持续时间[s]；

TservD 120 数据服务的平均持续时间[s]；

Optimization ＊优化准则(阻塞概率或收益)。

而且，还考虑了例示在图7中的容量区域。

图8示出了针对阻塞概率优化的CRRM策略的性能与简单策略的性能的比较。

该图形示出了当使用通过所提出方法获得的CRRM策略时，可以获得比相应于开始简单策略的那些低得多的阻塞服务请求的概率。

至于针对收益优化的CRRM策略，参见图9。

该图形示出了当也使用针对收益优化的CRRM策略时，获得了普遍更好的性能。阻塞概率和因此的收益两者都显著好于可以通过基本参考策略获得的阻塞概率和收益。

由于要求通用CRRM策略在不同接入段的各自小区的层面上管理无线电资源，对于存在的每个接入网络，对所提出方法的描述局限于仅考虑一个小区。

这决不会有损于在更一般的背景下应用本方法的可能性。为了定义对多路接入网络的整个部分有效的CRRM策略，事实上，有关领土的特定区域，仅仅需要考虑存在于所考虑的领土区域中的不同小区，分析共同覆盖领土的一些部分的不同接入网络的小区之间存在什么关系。然后，可以从所考虑的领土的所有特定区域上的业务的平均分布以及从小区的无线电资源的配置中，导出可以由一个或多个接入网络管理的服务请求的频率。

提出的方法是考虑接入网络GSM和UMTS和WLAN热点来例示的。无论如何，该方法都可应用在存在不同数量的接入网络和/或不同类型的接入网络的情况下。事实上，该方法本身不基于所考虑的接入系统的任何特定机制，而是只考虑可以借助于可用无线电资源管理的用户的最大数量。因此，所涉及的各种系统设想(以直接或间接的方式)可以借助于可用无线电资源管理的给定服务的用户的数量的最大极限就足够了。这发生在一般说来各种移动无线电系统可以利用必须有限数量的无线电资源的所有真实情况中。根据所考虑的特定标准，将通过采用的特殊传输技术并通过所涉及的相应实际因素，来确定所述极限。

例如，众所周知，GSM系统的每个小区具有在系统的容量估计期间识别的话音电路的最大数量，而在UMTX系统中，所述极限视情况可以归因于系统能够借助于可用功率管理的最大干扰量或可以归因于可用于标识每个用户的码号。在其它系统中，例如，在WLAN型的热点所服务的范围的情况下，可以根据打算提供给用户的服务的最低质量水平，来确定对于给定服务的用户最大数量(例如，建立打算提供给存在的每个用户的数据的吞吐量的最小极限，或可容忍传输延迟的极限)。

所述方法是参照设想两种服务(话音和数据)的系统来例示的，这产生了四种类型的请求(只在GSM上的话音、在GSM或UMTS上的话音、只在UMTS上的数据、以及在UMTS或WLAN上的数据)。但是，可以用相似方式推广到存在任意数量的服务类型和各种类型的请求的一般情况。

此外，优化成本函数的方法可以被相似方法取代(例如，将步骤700的阈值设置成5％)，而基本上不改变该方法所遵守的逻辑。在这种意义上，例如，可以使用进一步的条件(例如，当成本函数不再显著变化时，停止优化过程)来取代已经描述过的条件，以便评估叠代过程的终止条件，而不变更所例示的方法的逻辑。

本文通过图6的流程图在高层上描述的方法可以方便地实现并翻译成适用于其自动执行的任何语言(例如，利用众所周知的Matlab^TM工具)。依次，本方法所生成的资源分配策略也可以在存在于管理存在的系统的无线电资源的网络设备中的微处理器内实现。

可以周期性地和/或以对应于网络的不同操作条件的方式，例如根据各种业务条件识别的时间间隔，来执行旨在识别管理多资源网络的最佳策略的所述操作序列。

因此，在不损于本发明的基本原理的情况下，针对只通过举例所述的内容，甚至可以明显地改变这些细节和实施例，而不偏离如所附权利要求书限定的本发明的范围。

Claims

1.一种在多路接入通信网络(10，20，30)中，通过所述多路接入通信网络的无线电资源来控制向用户提供服务的方法，该方法包括如下步骤：

-将由所述多路接入通信网络(10，20，30)的所述无线电资源组成的系统模型化为马尔可夫链，其中，所述马尔可夫链的每种状态通过各自一组值来标识，每组值代表由每种所述无线电资源服务的用户的数量，以及所述马尔可夫链的所述状态之间的每次转变通过将所述无线电资源所提供的服务分配和不分配给所述用户来表示；

-定义每种所述状态对其给出各自基值的成本函数，每个所述基值由所述系统处于所述状态的概率来加权，其中所述概率是所述状态之间的可能转变的函数；

-识别优化所述成本函数的所述状态之间的多次转变；以及

-根据所述多次转变将所述无线电资源分配给所述用户。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括将所述成本函数选择为所述多路接入通信网络的阻塞概率的指示符的步骤，其中，优化所述成本函数的所述状态之间的所述多次转变包含最小化所述阻塞概率的转变。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，包括通过识别所述成本函数的最小点来优化所述成本函数的步骤。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括将所述成本函数选择为向所述用户提供所述服务的收益的指示符的步骤，其中，优化所述成本函数的所述状态之间的所述多次转变包含最大化所述收益指示符的转变。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，包括通过识别所述成本函数的最大点来优化所述成本函数的步骤。

6.根据权利要求1或5所述的方法，其特征在于，包括如下步骤：

-识别相应于将所述无线电资源分配和不分配给所述用户的给定策略的所述马尔可夫链的所述状态之间的开始多次转变；和

-识别从所述状态之间的所述开始多次转变开始，优化所述成本函数的所述状态之间的多次转变。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多路接入通信网络(10，20，30)至少包括第一网络(10)、第二网络(20)和第三网络(30)，所述第一网络是第二代移动网络，所述第二网络是第三代移动网络，以及所述第三网络是局域网。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第三代通信网络(20)的覆盖区是所述第二代移动通信网络(10)的覆盖区的子集。

9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述局域网(30)的覆盖区是所述第三代移动通信网络(20)的覆盖区的子集。

10.根据权利要求7所述的方法，其中，所述用户包括：

-适合只通过所述第一网络(10)被提供第一服务的第一组用户；

-适合通过所述第一网络(10)和所述第二网络(20)被提供所述第一服务的第二组用户；

-适合只通过所述第二网络(20)被提供所述第二服务的第三组用户；以及

-适合通过所述第二网络(20)和所述第三网络(30)被提供所述第二服务的第四组用户。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述第一服务是话音服务，以及所述第二服务是数据服务。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述转变包含：

-阻塞来自所述第一和第二组用户的对所述第一服务的新请求；

-阻塞来自所述第一组用户的对所述第一服务的新请求，以及在所述第二网络(20)上分配来自所述第二组用户的对所述第一服务的新请求；

-阻塞来自所述第一组用户的对所述第一服务的新请求，以及在所述第一网络(10)上分配来自所述第二组用户的对所述第一服务的新请求；

-在所述第一网络(10)上分配来自所述第一组用户的对所述第一服务的新请求，以及阻塞来自所述第二组用户的对所述第一服务的新请求；

-在所述第一网络(10)上分配来自所述第一组用户的对所述第一服务的新请求，以及在所述第二网络(20)上分配来自所述第二组用户的对所述第一服务的新请求；以及

-在所述第一网络(10)上分配来自所述第一组用户的对所述第一服务的新请求，以及在所述第一网络(10)上分配来自所述第二组用户的对所述第一服务的新请求。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述转变包含：

-阻塞来自所述第二和第三组用户的对所述第二服务的新请求；

-阻塞来自所述第三组用户的对所述第二服务的新请求，以及在所述第三网络(30)上分配来自所述第二组用户的对所述第二服务的新请求；

-阻塞来自所述第三组用户的对所述第二服务的新请求，以及在所述第二网络(20)上分配来自所述第二组用户的对所述第二服务的新请求；

-在所述第三网络(30)上分配来自所述第三组用户的对所述第二服务的新请求，以及阻塞来自所述第二组用户的对所述第二服务的新请求；

-在所述第三网络(30)上分配来自所述第三组用户的对所述第二服务的新请求，以及在所述第三网络(30)上分配来自所述第二组用户的对所述第二服务的新请求；以及

-在所述第三网络(30)上分配来自所述第三组用户的对所述第二服务的新请求，以及在所述第二网络(20)上分配来自所述第二组用户的对所述第二服务的新请求。

14.一种在多路接入通信网络(10，20，30)中，通过所述多路接入通信网络的无线电资源来控制向用户提供服务的系统，所述系统包括：

-用于将所述多路接入通信网络(10，20，30)的所述无线电资源模型化为马尔可夫链的装置，其中，所述马尔可夫链的每种状态通过各自一组值来标识，每组值代表由每种所述无线电资源服务的用户的数量，以及所述马尔可夫链的所述状态之间的每次转变通过将所述无线电资源所提供的服务分配和不分配给所述用户来表示；

-用于定义每种所述状态对其给出各自基值的成本函数的装置，每个所述基值由所述系统处于所述状态的概率来加权，其中所述概率是所述状态之间的可能转变的函数；

-用于识别优化所述成本函数的所述状态之间的多次转变的装置；以及

-用于根据所述多次转变将所述无线电资源分配给所述用户的装置。

15.一种多路接入通信网络(10，20，30)，包括至少一个用于通过所述多路接入通信网络的无线电资源来控制向用户提供服务的系统，所述系统包括：

-用于定义每种所述状态对其给出各自基值的成本函数的装置，每个所述基值由所述网络处于所述状态的概率来加权，其中所述概率是所述状态之间的可能转变的函数；

16.根据权利要求15所述的网络，其特征在于，所述系统分布在与所述网络(10，20，30)相关联的控制设备(11，22，33)上。

17.根据权利要求15所述的网络，其特征在于，所述系统位于服务器实体(50)，所述网络包括将所述集中式服务器(50)与所述网络(10，20，30)连接的接口(51，52，53)。