CN101449528A

CN101449528A - 在多跳通信系统中提供服务质量支持的方法和节点

Info

Publication number: CN101449528A
Application number: CNA2007800181931A
Authority: CN
Inventors: H·李; P·李; H·K·施; Y·S·薛; D·余
Original assignee: Nokia Siemens Networks GmbH and Co KG
Current assignee: Nokia Solutions and Networks GmbH and Co KG
Priority date: 2006-05-19
Filing date: 2007-05-18
Publication date: 2009-06-03
Anticipated expiration: 2027-05-18
Also published as: EP1858208A1; CN101449528B; US20090303925A1; EP2025107A1; US8259660B2; WO2007135093A1; RU2434345C2; RU2008150368A

Abstract

本发明涉及一种在多跳通信环境中为至少一个节点(N)和至少一个移动台(MS1)之间的传输提供服务质量支持的节点和方法。每次传输之前将检查传输的服务质量等级以保证支持。一旦完成检查，依据被检查的传输等级选择多跳传输或者直接传输到至少一个移动台，对于服务质量等级属于服务质量等级的第一等级的传输，采用直接传输进行传送，对于服务质量等级属于服务质量等级的其他等级的传输，采用多跳传输进行传送。

Description

在多跳通信系统中提供服务质量支持的方法和节点

技术领域

本发明用于通信系统以保证具有高服务质量需求的传输能够从节点有效地传送到接收端。

背景技术

目前的通信系统包括多种不同的网络技术及接入技术，以便为用户提供多样的业务。

特别是已使用的移动通信技术，例如UMTS(通用移动通信系统)，CDMA2000(码分多址接入)。这些技术都属于3G(第三代)移动通信系统。这类系统的一个局限是分配的频谱有限。因此，与目前使用的系统相比，B3G(超第三代)移动通信系统被分配了比现在使用的系统更高的频谱。

其缺点在于，无线电波传输频率越高，穿透性和折射能力越低。因此，与目前可能的传输范围相比，由节点提供的、MS(移动台)接入到骨干网的传输范围(或覆盖范围)更短例如接入到PSTN(公共交换电话网)或因特网。作为这样的结果，为了保持与目前相同的覆盖范围(蜂窝区域)，必须通过多个中继节点(RN)，经历多个跳跃(多跳)来进行传输。

在这种多跳环境中，可以应用现有的接入技术，如CDMA(码分多址接入)，TDMA(时分多址接入)，FDMA(频分多址接入)，OFDMA(正交频分多址接入)，SDMA(空分多址接入)，CSMA(载波侦听多址接入)，MF-TDMA(多频时分多址接入)，W-CDMA(宽带码分多址接入)。

但是，由于大量的RN需要整合到目前的通信系统中，进而增加网络规划与管理需求，因此基础设施需要大量的投资，除了上述缺点之外，还有一个重大的缺点：由于多跳环境的本质，与目前通信系统相比，更加难以保持节点与MS之间的传输的QoS(服务质量)需求。

在多跳环境中，由于传输需要经过多跳才能到达目的地，因此它的时延要远大于直接传输的通信系统。在这种情况下，对于时延敏感的或高QoS需求的传输，将可能会导致无法忍受的时延。

另外，由于传输包含了多跳，它既可能被一些不利因素影响，诸如干扰、阴影衰落和无线电传输的其他因素，也可能在每一跳被公开侦听，例如被人中途攻击。所有这些进一步降低了维持QoS需求的能力。为了克服这个问题，达到QoS要求，并减少传输时延，提出使用重叠网络的方法，该方法是针对通信系统中的真实物理网络建立一层相应的逻辑网络以实现不同的传输。然而，为了实现其目标，这个被提议的方法需要大量的处理功率及不同网络之间的互操作，还包括复杂的时间敏感信令和网络管理。此外，大多数管理设置在中心区，需要大量设备投资来处理此类操作，同时，为了解决中心点发生故障的问题，进一步提出了网络冗余的需要，因此进一步增加投资的花费。

因此，包含多跳环境的通信系统需要一种技术，它可以以简单，高效的方式克服上述缺点，同时又可以提高QoS支持。

发明内容

应用本发明可以克服上述缺陷。所提出的技术允许在通信系统中以简单、高效的方式实现改进型QoS支持。该技术不需要复杂的网络管理或增加信令的数量，就可以管理和维护多个QoS等级。此外，为了提供QoS支持，该技术省去了设计和使用重叠网络的需求。

技术方案可由包括在独立的方法和节点权利要求中的教导来获得。

所述的独立方法权利要求，为具有多个服务质量等级的多个传输提供多种服务质量支持，在具有多跳环境的通信系统中，在多个节点中的至少一个节点和多个移动台中的至少一个移动台之间进行所述传输，所述方法包括以下步骤：

-在传送所述多个传输之前，所述至少一个节点检查所述多个传输中的每一个传输的服务质量等级；

-根据所述被检查的多个服务质量等级，所述至少一个节点为所述多个传输中的每一个传输选择多跳传输或直接传输；和

-所述至少一个节点将所述多个传输传送到所述至少一个移动台，所述多个传输中的至少一个传输具有属于所述多个服务质量等级中的第一等级的服务质量等级并使用所述直接传输进行传送，而所述多个传输中至少另一个传输具有属于所述多个服务质量等级中的另一等级的服务质量等级并使用所述多跳传输进行传送。

所述节点的独立权利要求包括为具有多个服务质量等级的多个传输提供多种服务质量支持的装置，在具有多跳环境的通信系统中，该传输在所述节点和至少一个移动台之间进行，包括：

-检查器，用于在传送所述多个传输前检查所述多个传输中的每一个的服务质量等级；

-选择器，用于根据所述被检查的多个服务质量等级，为所述多个传输中的每一个选择多跳传输或者直接传输，和

-传输器，用于将所述多个传输传送到所述至少一个移动台，其中所述传输器进一步用于对所述多个传输中的至少一个传输使用直接传输进行传送，所述多个传输中的至少一个传输具有所述多个服务质量等级中的第一等级的服务质量等级，对所述多个传输中至少另一个传输使用多跳传输进行传送，所述多个传输中至少另一个传输具有属于所述多个服务质量等级中的另一等级的服务质量等级。

上述优点是在选择适合的传输类型(多跳或直接)时，考虑了每个传输的被检查的服务质量等级，以简单而高效的方式为不同服务质量需求提供支持。

进一步的优点可见从属权利要求，其中：

本发明适用于包括以下至少一种数据格式的传输：数据分组，数据帧和包含对话中传送的数据流的传输。因此无论使用怎样的数据格式类型，都可以提供服务质量支持。

当节点希望直接传输到移动台而不是经过多跳传输，其中所述节点可用带宽中的多个子载波中的至少一个子载波被用于所述直接传输。该被选出的至少一个子载波属于所述多个子载波中的多个预留子载波，该预留子载波被用于传送具有所述多个服务质量等级的第一等级的传输。考虑到在被选择为直接传输的传输的所有时间内，资源都可以使用，保证了对这样的服务质量等级的支持。进一步，为了单跳传输到达移动台，直接传输需要高的传输功率，这将引起信号干扰的增加，传输节点用于传输的有限的功率资源的功率消耗也增大。因此为了降低功率消耗和信号干扰，可用子载波的部分被预留用于这样的传输。

附图说明

本发明可以从以下说明和仅以信息形式给出的附图中得到更好的理解，但是它们并不局限本发明，并且其中：

图1描述了一种采用本发明技术的通信系统。

图2描述了由本发明进行的不同步骤的流程图。

图3描述了执行本发明的不同装置的框图。

图4描述了根据本发明，传输至移动台的功率分配。

具体实施方式

图1中显示了多跳环境的通信系统1000。通信系统1000划分为多个小区，在图1中示意了其中的三个。通信系统1000中的每个小区被节点N控制。如图所示，节点N1，N2，N3分别控制小区1，2，3。每个节点N允许MS(移动台)连接PSTN、Internet或者其他的MS。由于每个节点N允许此类连接发生的装置很容易理解，因此图中未示出，然而本领域技术人员很容易理解其他装置的存在，例如，MSC(移动交换中心)也可以执行这类功能。通信系统1000中的节点N是接入节点，它可以是以下之一：BS(基站)或BSS(基站子系统)。每个小区也包括一定数量的RN(中继节点)，RN1到RN9作为传输中继，在MS和节点N之间传输数据分组、数据帧、流数据或者上述的组合。举例来说，由于高频通信的范围无法到达MS1，所以N1通过RN2与MS1通信。每个小区中RN的数量由实现通信系统1000的设计方式决定，并且该数量从小区到小区是可以变化的。在实施例中BS、BSS或者MS都可以作为RN。此外，各种接入技术，如CDMA、TDMA、FDMA、OFDMA、SDMA、CSMA、MF-TDMA、W-CDMA都可以单独或者组合应用于通信系统1000。

图2描述了为了给不同传输提供QoS支持，本发明技术进行的不同步骤的流程图。

步骤1中，为了确定各传输属于多个服务质量等级的哪个等级，节点N检查(或核对)每个要传送至MS的传输的QoS等级。

步骤2中，根据检查的服务质量等级，节点N为每个有待进行的传输选择多跳传输或者直接传输。如果检查的服务质量等级属于第一等级，就选择直接传输(是)。若检查的服务质量等级属于其他等级，就选择多跳传输(否)。

根据步骤2的结果，节点N发送数据至移动台MS，其中服务质量等级属于服务质量等级中的第一等级的传输使用直接传输进行传送，即单跳(步骤3a)，而服务等级为服务质量等级中的其他等级的传输，使用多跳传输(步骤3b)进行传送。

在本发明的一个实施例中，节点N将检查每个传送至MS的传输的服务质量等级。在另一个实施例中，只检查第一次传输到MS的服务质量等级。只要服务质量等级没有变化，就不需要检查到同一个MS的其他传输。例如，包括流数据的传输，最初的服务质量等级被提供，指示了所有接下来传送到MS的涉及流数据的传输的服务质量等级。如果由于某些原因，在传输过程中一些点的服务质量等级需求改变了，那么将发送一个新的服务质量等级请求，以提醒节点N有新请求。新请求的发送可以例如通过在控制信道上传送一个指示改变的消息表示，或者在数据流中插入一个新的带有指示的请求表示，如标签，来指示节点有一个新的请求。

检查传输中的每个分组或帧，或者当服务质量等级被定义为针对整个传输，但是只包括在第一个分组或帧中时，检查传输中的第一个分组或帧。这样的传输包括序列指示能够使节点N识别对应服务等级的传输中的一系列分组或帧。举个例子，在一个会话中传输的流媒体数据，其提供给节点的服务质量可能不是在第一个分组或帧中，而是在会话建立时。在传输中，传输包括序列指示识别，允许节点N检查它们，以识别组成流的数据，该数据带有在会话建立时提供的服务质量等级。

一旦已经执行了检查，节点N可以根据检查的服务质量等级，为每个传输选择传输类型。该类型要么是多跳传输，要么是单跳的直接传输。

一旦选定传输类型，节点N就将该传输传送至该MS。

当传输的服务质量等级属于多个等级中的第一等级时，直接传输到MS。第一等级包括由用户或者通信系统1000定义那些传输中的重要的或者高的QoS要求，例如时间敏感性数据分组或者包括高安全等级信息的数据分组。在另一个实施例中，用户定义多个直接传输的等级。具有这样多个等级，将定义层次，其指示传输的顺序。

当传输的服务质量等级属于多个等级中的其他等级时，RN到MS间的传输是多跳传输。

使用分配给节点N的带宽中多个可用子载波中的至少一个子载波，完成来自节点N的传输。特别地，具有多个服务等级中的第一等级的传输，使用至少一个子载波进行直接传输，该子载波属于上述多个子载波中的多个预留子载波中的一个。节点N使用控制器预留这些子载波，它们为属于多个服务等级的第一等级的传输分配可用带宽中的部分子载波。预留部分比全部可用带宽小。这是由于节点N传输功率有限，为了单跳到达目的地，直接传输需要高的传输功率，这将引起信号干扰的增加。因此为了降低有限的功率资源的功率消耗和信号干扰，可用子载波的小部分被预留用于这样的传输。这部分可以由通信系统1000的网络运营商固定或者由每个节点N根据节点N的统计集合来决定，例如传输的数量或者传输的数据类型等等。

当控制两个相邻小区1，2的节点N1，N2分配它们相应的子载波段，分配的子载波在相邻小区中可以是相同的或者不同的。假设产生的干扰强度不会影响相邻小区中采用相同子载波的传输，那么采用的子载波可以是相同的。干扰既可以由节点N1，N2产生，也可能由传输中使用的不同的中继节点产生。为了避免这些干扰，通信系统1000需要进行统一的频率规划来调整相邻小区间子载波的使用。假如产生的干扰大到足以产生问题，相邻小区间需要时间配合，以便传输就不能同步进行。此外，考虑到降低信号干扰并且增加传输信号质量，各个小区间被分配的子载波可以不同。

图3是实现本发明的系统框图，图示了节点N，如N1，N2，N3中排列的不同的装置。节点N包括控制器100，检查器200，选择器300。控制器100用于从可用带宽中为服务质量的第一等级分配子载波，此外，还用于控制节点N。检查器200用于检查(或核实)每个要传送到MS的传输的QoS等级。构成传输的每个分组或帧都执行检查，或者当服务质量等级被定义为针对整个传输，但是只包含在第一个分组或帧中时，只检查传输的第一个分组或帧。这样的传输包括序列指示，可以使节点N识别带有相应的服务等级的传输中的一系列分组或帧。选择器300根据检查的QoS，为每个传输选择多跳或者直接传输以使每个传输有效。传输器500和接收器600连接到控制器100，用于传输和接收包含数据分组或数据帧的传输，传输由PSTN和/或Internet发起，或者来自于MS。传输器500进一步包括一个功率放大器，它为传输提供所需要的功率。在由MS发起传输的情况下，接收器600可以使用多种接入技术，如CDMA、TDMA、FDMA、OFDMA、SDMA、CSMA、MF-TDMA，通信系统1000可以单独使用或者结合使用上述技术。

如上所述，使用高频传输数据分组至MS的缺点在于传输范围受到限制，因此需要RN。

使用中继节点增加了从节点N传输到MS的整体时间，因为它不得不从节点N传输到一个或者多个中继节点，然后再传输到MS。在每一跳中，为了执行鉴权、发射、接收、接受确认，节点N与中继节点之间，如果到达MS需要多个中继节点那么中继节点之间，以及MS与中继节点之间都需要信令。因此整体时间就增加了。

QoS被定义为第一等级的传输，拥有一个高的QoS，其包括的数据或信息与语音和/或多媒体服务或简单传输相关，其中传送延迟敏感数据或信息或者其中用户传输数据被设置为高QoS需求。正如上面描述的，由于多跳环境产生的延迟，对于高QoS的传输是有害的。

这种高功率的传输可以被实现为直接传输，其中，功率高到足以直接传输到MS，而不需要任何RN。节点N动态调整传输器500中的功率放大器产生的功率。控制器100进一步通过使用功率控制器400动态调整用于每个传输的传输功率。如传输的数据量，节点N处测量的干扰，从节点N到MS的距离等等参数也可以用于调整传输功率。

如上述所述，可以给数据分配多个等级中的一个服务质量等级，本发明技术可以根据分配的服务质量选择多跳或者直接传输。另外，本发明技术适用于可选择的实施例，其中服务质量等级可以分配给需要传输的特殊服务而不是将服务等级分配给数据。这样的服务例如基于位置的服务(LBS)，需要基于小区广播进行传输。不同服务质量等级可以分配给不同的服务，并且依据分配的服务质量为特殊服务可以选择多跳或者直接传输。

随着跳数减少到一跳，安全性也增加了，去除了攻击者在多跳传输的不同位置拦截传输的可能性。

图4描述了根据本发明技术实现的功率分配。通信系统1000的节点N有一个特定的、分配给它的可用带宽B。节点N从带宽B中分配一小段子载波给具有第一等级QoS的传输。为MS的每个传输检查其所属的QoS等级。到MS1的传输有一个属于第一等级的QoS，但是一个到MS2的传输属于其他QoS等级。如上所述，节点N传输到MS1使用分配的子载波并且以高功率传输，该功率高于节点N的平均传输功率，能够使传输以单跳完成。节点N使用多跳传输到MS2，通过中继节点RN以较低的传输功率使用剩余的一些子载波。

如同所见，当以高功率传输到MS1时，因为它们要单跳到达目的地，对属于第一等级的传输的支持最大化。但是以低功率传输到MS2，因为这种传输通过带宽B的剩余子载波传播，考虑数据输出能够达到最大化而对通信系统1000没有干扰和消耗巨大的功率。

在另一个实施例中，而把一个MS定义为属于若干MS的第一等级，所有到MS的传输必须是直接传输，而不是将子载波分配给属于第一QoS等级的传输。例如在MS是一个高度移动的情况下。因此传输必须有较高传输功率和较大的范围，MS才能较长时间与节点N保持连接。这消除了由于MS位置的变换，造成的小区内在中继节点间切换的需求。既减少了系统内的数据分组和帧的丢失，产生了更少的控制信令，也增加了通信系统1000中全部的移动支持。

虽然本发明以前述的较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，可进行改动与修饰。所有这样的改动包含在所附带的权利要求的范围内。

Claims

1、一种为具有多个服务质量等级的多个传输提供服务质量支持的方法，在具有多跳环境的通信系统(1000)中，在多个节点中的至少一个节点(N)和多个移动台(MS1，MS2)中的至少一个移动台(MS1)之间进行所述的传输，该方法包括以下步骤：

-在发送所述多个传输之前，所述至少一个节点(N)检查所述多个传输中的每个传输的服务质量等级；

-根据所述被检查的服务质量等级，所述至少一个节点(N)为所述多个传输中的每一个选择多跳传输或直接传输；和

-所述至少一个节点(N)将所述多个传输传送到所述至少一个移动台(MS1)，所述多个传输中的至少一个传输具有属于所述多个服务质量等级中的第一等级的服务质量等级并使用所述直接传输进行传送，而所述多个传输中至少另一个传输具有属于所述多个服务质量等级中的至少另一等级的服务质量等级并使用所述多跳传输进行传送。

2、根据权利要求1所述的方法，其中所述多个传输包括以下各项中的至少一项：数据分组、数据帧、数据流。

3、根据权利要求1所述的方法，其中作为所述节点(N)可用带宽(B)的一部分的多个子载波中的至少一个子载波被用于所述直接传输。

4、根据权利要求3所述的方法，其中用于所述直接传输的所述至少一个子载波属于所述多个子载波中的多个预留子载波中被用于传送具有所述多个服务质量等级的所述第一等级的传输。

5、根据权利要求4所述的方法，其中所述多个预留子载波是作为可用带宽(B)的一部分的所述多个子载波中的一部分。

6、一种节点(N)，该节点(N)包括为具有多个服务质量等级的多个传输提供服务质量支持的装置，在具有多跳环境的通信系统1000中，在所述节点(N)和多个移动台(MS1，MS2)中的至少一个移动台(MS1)之间进行所述的传输，该节点(N)包括：：

-检查器(200)，用于在传送所述多个传输前检查所述多个传输中的每一个的服务质量等级；

-选择器(300)，用于根据所述被检查的服务质量等级，为所述多个传输中的每一个传输选择多跳传输或者直接传输；和

-传输器(500)，用于将所述多个传输传送到所述至少一个移动台(MS1)，其中所述传输器(500)进一步用于对所述多个传输中的至少一个传输使用直接传输进行传送，所述多个传输中的至少一个传输具有所述多个服务质量等级中的第一等级的服务质量等级，对所述多个传输中至少另一个传输使用多跳传输进行传送，所述多个传输中至少另一个传输具有属于所述多个服务质量等级中的另一等级的服务质量等级。

7、根据权利要求6所述的节点(N)，其中为了所述直接传输，所述传输器(500)进一步使用作为所述节点(N)可用带宽(B)一部分的多个子载波中的至少一个子载波。

8、根据权利要求7所述的节点(N)，其中所述传输器(500)进一步使用用于所述直接传输的所述至少一个子载波来传送具有所述多个服务质量等级中的所述第一等级的传输，所述至少一个子载波属于所述多个子载波中的多个预留子载波。

9、根据权利要求8所述的节点(N)，其中所述传输器(500)进一步使用作为可用带宽(B)一部分的所述多个子载波中的部分子载波作为所述多个预留子载波。

10、根据上述权利要求6到9中任一个权利要求所述的节点(N)，其中所述节点(N)是接入节点(N)。

11、根据权利要求10所述的节点(N)，其中所述接入节点(N)是以下各项之一：基站、基站子系统。

12、一种通信系统(1000)，该通信系统(1000)包括根据权利要求6-11所述的至少一个节点(N)和至少一个中继节点(RN)。

13、根据权利要求12所述的通信系统(1000)，进一步使用正交频分复用作为至少一个接入技术。