CN101331709B - 数据包转发方法、系统和节点 - Google Patents
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Abstract
本发明应用于任何通讯网络中，只要该通讯网络中的用户设备会在无线节点之间切换，且在切换过程中会更换满足延时需求的无线节点，涉及一种数据包转发的方法，包括：在用户设备从源节点切换到目的节点时，将源节点储存的数据包从源节点转发到目的节点；并将与数据包相关的时间信息从源节点转发到目的节点。还涉及一种数据包转发的系统，包括：数据转发装置，在用户设备从源节点切换到目的节点时，将源节点中储存的相关数据包从源节点转发到目的节点；并将与数据包相关的时间信息转发到目的节点。还涉及一种数据包转发节点。应用本发明，目的节点可以决定应发送还是应丢弃数据包，以满足延时需求和/或避免实时数据传输过于延迟造成的无线资源浪费。
Description
技术领域
本发明涉及一种从源节点到目的节点的数据包转发方法，该方法用于陆地无线通讯网络中的用户设备切换处理。本发明还涉及一种数据包转发系统和节点。
背景技术
在第三代通用移动通信系统(UMTS)陆地无线接入网(3G-UTRAN)中，无线网络控制器(RNC)主要负责满足服务质量(QoS)需求。在专用信道上，RNC能够完全控制无线基站(Node B)的延时性能。RNC可以重新配置无线承载(radio bearer)，以满足延时方面的需求，例如当RNC的输入缓冲区增加时，RNC提高比特速率以满足延时方面的需求。在共享高速下行分组接入(HSDPA)信道上，RNC与Node B共同负责满足服务质量需求。Node B负责调度共享信道。RNC通过流量控制向Node B的输入缓冲区发送适当数量的数据。RNC还可以设置丢弃计时器(discard timer)，用来将延时需求通知给Node B。
和3G-UTRAN相比，3GPP长期演进(3GPP LTE，3GPP Long TermEvolution)的架构较为简化。在LTE中，没有控制多个Node B的中心RNC节点。LTE只定义了两种类型的节点：无线节点(eNB)和接入网关(aGW)，eNB属于演进UTRAN(E-UTRAN)网络，aGW属于演进分组核心网(EPC)，各eNB之间设有X2接口，eNB和aGW之间设有S1接口。
在3GPP LTE中，对于某一承载，计划采用标签(label)来描述服务质量需求，并建议在标签中包含eNB延时预算。在下行链路上，按照从eNB收到数据包到通过无线接口成功发送数据包之间的时间差估算值，定义eNB 延时预算(delay budget)。如果上述eNB要满足eNB延时预算的要求，eNB就必须持续监控每个数据包在eNB停留的时间，确认在通过无线接口发送数据包之前还剩多少时间，以便按照延时预算及时将数据包发到用户设备。以下将数据包通过无线接口发送之前剩余的时间定义为发送前剩余时间(time-left-to-transmit)。这一解决方案可以应用在所有eNB中。
如前所述3G-UTRAN中的丢弃计时器和上述eNB延时预算相似。两者的差别在于eNB延时预算是3GPP LTE无线接入网内的全部预算，而丢弃计时器只是UTRAN全部预算的一部分。
根据建议，3GPP LTE应使用数据包转发(packet forwarding)来支持无缝/无损服务供应。在eNB间的切换过程中，当用户设备离开源eNB、开始连接目的eNB时，数据通过X2接口从源eNB转发到目的eNB，最后由目的eNB发送给用户设备。源eNB转发的数据包括所有正在接收的数据和以前通过S1接口从aGW节点收到、但尚未发送给用户设备的所有数据。最后，aGW连接到目的eNB，从而断开和源eNB之间的连接，开始将数据直接发送给目的eNB。
在UTRAN的HSDPA中，切换Node B时不会转发数据，而是由RNC中的无线链路控制(RLC)负责重传数据。然而对于3GPP LTE来说，在切换过程中，源eNB输入缓冲区的数据包被转发到目的eNB。
由单一无线节点负责满足延时需求的系统中存在一个问题：在切换过程中，当数据包从源节点转发到目的节点时，目的节点会根据从收到数据包到通过无线接口成功发送数据包之间的时间差估算值为这些数据包定义新的延时预算。这可能会造成传输延时过大，并且发送对用户设备已经无用的实时数据会导致无线资源的浪费。
发明内容
本发明实施例的主要目的是提供一种应用于陆地无线通讯网络的方法、系统和节点，用来避免在切换过程中，由于从目的节点到用户设备的实时数据包传输过于延迟所造成的无线资源浪费。。
实现上述目的的方法是一种应用于陆地无线通讯网络中的方法，所述方法包括以下步骤：
在用户设备从负责满足延时需求的源节点移动到负责满足延时需求的目的节点时，将源节点储存的数据包从源节点转发到目的节点。
在切换过程中，当所述用户设备从所述源节点移动到所述目的节点时，将与上述数据包相关的时间信息从所述源节点转发到所述目的节点，以便目的节点决定应发送所述数据包还是应丢弃所述数据包，以满足延时需求和/或避免实时数据传输过于延迟造成的无线资源浪费。
实现上述目的的系统是一种应用于陆地无线通讯网络的系统，所述系统包括：至少两个负责满足延时需求的节点；数据转发装置，当用户设备在切换过程中从负责满足延时需求的源节点移动到负责满足延时需求的目的节点时，用于将储存在源节点中的数据包和与所述数据包相关的事件信息从源节点转发到目的节点，以便目的节点决定应发送还是应丢弃所述数据包，以满足延时需求和/或避免实时数据传输过于延迟造成的无线资源浪费。
本发明实施例还包括一种节点，应用于任何通讯网络中，只要该通讯网络中的用户设备会在无线节点之间切换，且在切换过程中会更换满足延时需求的无线节点，该节点包括：输入缓冲区，用于从另一个节点接收数据包，并接收与所述数据包关联的时间信息。
以下将进一步说明详细本发明实施例的特征和优点。
以下结合本发明实施例方法优选实施例的示意图，对本发明实施例进行进一步详细说明。
附图说明
图1是3GPP LTE架构示例的示意图。
图2到图5是切换过程中各步骤的示意图。
具体实施方式
各图中功能类似的模块均使用同样的编号。
下面以3GPP LTE为例，说明本发明实施例的方法；但是，如上所述，本发明实施例方法可以应用于任何通讯网络中，只要该通讯网络中的用户设备会在无线节点之间切换，且在切换过程中会更换满足延时需求的无线节点。
图1是一个3GPP LTE架构实施例的示意图，在这一架构中，只定义了两种节点：eNB(无线节点)和aGW(接入网关)。eNB属于演进UTRAN网络，aGW则属于演进分组核心网。在至少两个eNB之间设有X2接口，而在至少一个eNB和一个aGW之间设有S1接口，但是在优选实施例中，图中所有节点之间都设有上述接口。
eNB中设有调度器，负责选择要从eNB发送到用户设备(UE)的数据。调度器也可以根据时间信息，决定是否应给予发送前剩余时间值较小的数据包较高的优先级。这一调度策略通常称为“最短剩余时间优先”调度(least-time-left-first scheduler)。
上述系统可以设置为：当数据包的发送前剩余时间值小于零，则丢弃该数据包。在一些业务中，传输延迟太久的数据会失去效用，即，“实时数据”传输延迟太久便会失去效用，上述系统设置对这一类型的业务非常有用。语音业务便是这类业务的一个范例。通过丢弃数据包，可以避免发送即使被用户设备正确接收，也已经没有效用的数据包。上述系统也可以设置为：如果该数据不是实时数据，且对用户设备有用，则在数据包的发送前剩余时间值小于零时仍然发送该数据包，但是这时的数据传输不符合延时需求中的要求。
图2到图5是切换过程中各步骤的示意图。
如图2所示，UE通过无线接口与源eNB节点相连，而源eNB节点则通过S1接口与aGW节点相连。该aGW节点通过S1接口发送数据给源eNB 节点。
如图3所示，上述UE的切换过程开始，UE通过无线接口与目的eNB相连，目的eNB通过X2接口与源eNB相连，而源eNB节点则通过S1接口与aGW节点相连。因此，该aGW节点通过上述S1接口和X2接口发送数据给目的eNB节点。源eNB输入缓冲区的数据包也同时通过X2接口转发给目的eNB，然后进一步由目的eNB通过无线接口发送给UE。
如图4所示，UE已经完成了切换，当前通过无线接口与目的eNB相连，而目的eNB则通过S1接口与aGW节点相连。该aGW节点因此通过S1接口发送数据给目的eNB节点。源eNB输入缓冲区的数据包也同时通过X2接口转发给目的eNB，然后进一步由目的eNB通过无线接口发送给UE。源eNB转发的数据包括所有通过S1接口从aGW节点收到、但尚未传送给用户设备的数据。
如图5所示，源eNB中所有通过S1接口从aGW节点收到、但尚未发送给UE的数据包，都转发给了目的eNB。UE已经完成切换，当前通过无线接口与目的eNB相连，而目的eNB则通过S1接口与aGW节点相连。该aGW节点自此通过S1接口发送数据给目的eNB节点。
在本发明实施例中，数据包相关时间信息在切换过程中从源eNB转发到目的eNB，这样目的eNB就可以及时发送这些数据包以满足延时需求，或者在无法及时发送数据包时，丢弃这些数据包。
在本发明实施例中，时间信息可以和数据包一起发送，也可以单独发送。
在本发明实施例中，定义了一种普通时间格式(common time format)或透传信息元(transparent information element)，来传送时间信息。具体来说，本发明实施例进一步提出，eNB可以根据传送的时间信息的数值，计算转发数据包的接收时间调整量。而且，本发明实施例还提出，时间信息可以被调度器使用，还可以用于决定应该发送数据包还是丢弃数据包。
举例来说，上述时间信息可以是：
发送前剩余时间。发送前剩余时间的计算可以通过计时器来实现，计时 器初始数值设为eNB的延时预算，然后随时间递减；
或，数据包在eNB中停留的时间。可以通过数据包在eNB中停留的时间和eNB延时预算共同来计算发送前剩余时间；
或，数据包到达eNB的时间。可以通过数据包到达eNB的时间和当前时间及eNB延时预算共同来计算发送前剩余时间；
在本发明一实施例中，数据包相关时间信息可以和相应数据包一起从源eNB转发到目的eNB。也可以用一条专用消息单独发送从源eNB的输入缓冲区发送到目的eNB的所有数据包的时间信息。如果采用第二种方式，则专用消息中，每一时间信息的时间值都必须与一个地址字段相关联，明确标出该时间值属于哪一个数据包。
接下来的三个子段(sub-section)定义了三种不同的时间形式，可在本发明不同实施例中用于发送时间信息。优选地，只使用其中一种形式，以便不同厂商提供的设备之间可以兼容。另一种解决方案则是在切换过程中允许从源系统将厂商自定义的时间信息通知给目的系统。时间信息可以通过一个或多个透传协议信息元传输，也就是说，标准化协议规范中并未对上述信息元要求呈现(presence)信息或规定特定的信息语义。
在本发明优选实施例一中，发送的时间信息为距离发送还剩多少时间，也即发送前剩余时间。上述发送的时间值格式可以为秒、或秒以下单位、或系统中为其它目的设置的任意时间格式，如系统帧或无线帧。发送的可以是上述时间值自身，也可以是索引值，指向事先定义的时间值表。上述时间值不包括从源eNB到目的eNB的传输延迟时间。如果已知从源eNB到目的eNB的传输延迟时间，优选地，可以将这一传输延迟时间列入计算，即从发送前剩余时间中减去这一传输延迟时间。
在本发明实施例二中，发送的时间信息为在源eNB中停留时间，即数据包在源eNB中停留的时间。上述发送的时间值格式可以为秒、或秒以下单位、或系统中为其它目的设置的任意时间格式，如系统帧或无线帧。发送的可以是上述时间值自身，也可以是索引值，指向事先定义的表。在本实施 例中，从eNB延时预算中减去发送的上述时间值，即可得到发送前剩余时间。
上述时间值不包括从源eNB到目的eNB的传输延迟时间。如果已知从源eNB到目的eNB的传输延迟时间，优选地，可以将这一传输延迟时间列入计算，即从发送前剩余时间中减去这一传输延迟时间。
在本发明实施例三中，发送的时间信息为源eNB接收时间。即数据包进入源eNB输入缓冲区的时间。上述发送的时间值格式可以为秒、或秒以下单位、或系统中为其它目的设置的任意时间格式，如系统帧数。在本实施例中，要计算发送前剩余时间，目的eNB需要知道源eNB的相对或绝对时间以及eNB延时预算。解决方案之一是让目的eNB获知源eNB的绝对时间。本实施例中，要计算发送前剩余时间，则首先用源eNB当前时间减去源eNB接收时间，得到源eNB停留时间。然后从eNB延时预算中减去刚才算出的源eNB停留时间，即可得到发送前剩余时间。这一运算过程是在收到相应数据包之后，在目的eNB中进行，所以得出的值包括从源eNB到目的eNB的传输延迟。
在设置目的eNB输入缓冲区的时间信息时，需要用到和转发的各数据包相关联的时间信息。对于直接从aGW收到的数据包，也同样可以用到这一时间信息的值，例如可用于调度器，或用于决定是否应丢弃数据包。
优选地，承载数据包的X2帧协议同时也承载作为附加报头信息的上述时间信息。
因此，本发明实施例涉及一种应用于陆地无线通讯网络的方法，该方法包括以下步骤：
在用户设备从负责满足延时需求的源节点移动到负责满足延时需求的目的节点时，将源节点储存的数据包从源节点转发到目的节点。本发明实施例方法还包括以下步骤：
在切换过程中，当上述用户设备从上述源节点移动到上述目的节点，将与上述数据包相关的时间信息从上述源节点转发到上述目的节点，以便目的 节点决定应发送上述数据包还是应丢弃上述数据包，以满足延时需求和/或避免实时数据传输过于延迟造成的无线资源浪费。
本发明实施例还涉及一种应用于陆地无线通讯网络的系统，包括：至少两个负责满足延时需求的节点；该系统还包括：数据转发装置，当用户设备在切换过程中从负责满足延时需求的源节点移动到负责满足延时需求的目的节点时，用于将储存在源节点中的数据包和与上述数据包相关的时间信息从源节点转发到目的节点，以便目的节点决定应发送还是丢弃上述数据包，以满足延时需求和/或避免实时数据传输过于延迟造成的无线资源浪费。优选地，该系统中在两个节点之间转发和/或发送时间信息和/或数据包的数据转发装置是设在源节点和目的节点之间的接口。
本发明实施例还提供了一种节点，在陆地无线通讯网络中，从另一个节点切换到该节点时，该节点负责满足数据包的延时需求，该节点包括：装置1，用于从另一个节点接收与上述数据包关联的时间信息；装置2，用于决定将上述数据包传送给用户设备或丢弃上述数据包，以满足延时需求和/或避免实时数据传输过于延迟造成无线资源浪费。优选地，该节点还包括：输入缓冲区，用于接收上述时间信息；调度器，用于决定将上述数据包传送给用户设备或丢弃上述数据包。
Claims (29)
1.一种数据包转发的方法，其特征在于，应用于任何通讯网络中，只要该通讯网络中的用户设备会在无线节点之间切换，且在切换过程中会更换满足延时需求的无线节点，包括：
在用户设备从源节点切换到目的节点时，将源节点储存的数据包从源节点转发到目的节点；
并将与所述数据包相关的时间信息从所述源节点转发到所述目的节点；
在设置目的节点输入缓冲区中的时间信息时，应用与各转发数据包相关联的时间信息；
根据所述时间信息，发送所述数据包到用户设备。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述时间信息，发送所述数据包到用户设备包括：
所述目的节点根据所述时间信息，计算数据包的发送前剩余时间；
当发送前剩余时间小于零时，则丢弃所述数据包。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，进一步包括：所述目的节点对发送前剩余时间值较小的数据包优先发送。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述时间信息和所述数据包一起发送。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述时间信息由至少一条消息承载，和所述数据包分开发送。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述消息中，每一个时间信息与一个地址字段相关联，通过所述地址字段标出所述时间信息归属于哪一个数据包。
7.根据权利要求1至6任一项所述的方法，其特征在于，所述时间信息包含发送前剩余时间，或数据包在源节点中停留的时间，或数据包到达源节点的时间。
8.根据权利要求7中所述的方法，其特征在于，所述发送前剩余时间，或数据包在源节点中停留的时间，或数据包到达源节点的时间为时间值，或者为索引值，所述索引值指向预先定义的时间值表。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，为所述时间信息，定义了一种普通时间格式。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，发送所述时间信息时采用的格式为秒、或秒以下单位、或系统帧或无线帧。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在切换过程中，源节点和目的节点之间所通知的时间信息是厂商自定义的时间信息，所述时间信息由一个或多个透传协议信息元承载。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过所述源节点和目的节点之间的接口在两节点间转发和/或发送时间信息和/或数据包。
13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述源节点和目的节点分别为：
3GPP LTE eNB源节点和3GPP LTE eNB目的节点。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，包括：
将所述数据包和时间信息从所述源节点通过X2接口转发到所述目的节点。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，X2帧协议用所承载的时间信息作为承载数据包的协议的附加报头信息。
16.一种数据包转发的系统，其特征在于，应用于任何通讯网络中，只要该通讯网络中的用户设备会在无线节点之间切换，且在切换过程中会更换满足延时需求的无线节点，包括：
数据转发装置，用于在用户设备从源节点切换到目的节点时，将源节点中储存的相关数据包从源节点转发到目的节点；并将与所述数据包相关的时间信息转发到所述目的节点；
目的节点，用于在设置输入缓冲区中的时间信息时，应用与各转发数据包相关联的时间信息；根据所述时间信息，发送所述数据包到用户设备。
17.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，所述数据转发装置用于将时间信息和所述数据包一起发送到目的节点。
18.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，所述数据转发装置用于将时间信息由至少一条消息承载，和所述数据包分开发送到目的节点。
19.根据权利要求18所述的系统，其特征在于，所述系统进一步包括：一装置，用于在所述消息中，通过地址字段标出所述时间信息归属于哪一个数据包。
20.根据权利要求16至19中任意一项所述的系统，其特征在于，所述数据转发装置为：源节点和目的节点之间的接口。
21.根据权利要求20所述的系统，其特征在于，所述源节点和目的节点之间的接口是3GPP LTE源节点和3GPP LTE目的节点之间的X2接口。
22.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，所述目的节点用于根据所述时间信息，计算数据包的发送前剩余时间；当发送前剩余时间小于零时，则丢弃所述数据包。
23.根据权利要求22所述的系统，其特征在于，所述目的节点进一步用于对发送前剩余时间值较小的数据包优先发送。
24.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，通知所述时间信息时采用的格式为秒、或秒以下单位、或系统帧或无线帧。
25.一种数据包转发的节点，其特征在于，应用于任何通讯网络中，只要该通讯网络中的用户设备会在无线节点之间切换，且在切换过程中会更换满足延时需求的无线节点，包括：
输入缓冲区，用于从另一个节点接收数据包，并接收与所述数据包关联的时间信息；
调度器，用于在设置输入缓冲区中的时间信息时，应用与各转发数据包相关联的时间信息；根据所述时间信息，发送所述数据包到用户设备。
26.根据权利要求25所述的节点，其特征在于，所述调度器进一步用于根据所述时间信息，计算数据包的发送前剩余时间；当发送前剩余时间小于零时，则丢弃所述数据包。
27.根据权利要求26所述的节点，其特征在于，所述调度器进一步用于对发送前剩余时间值较小的数据包优先发送。
28.根据权利要求25所述的节点，其特征在于，所述时间信息包含发送前剩余时间，或源节点停留时间，或源节点接收时间。
29.根据权利要求25至28中任一项所述的节点，其特征在于，通知所述时间信息时采用的格式为秒、或秒以下单位、或系统帧或无线帧。
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |