CN101771983A - 一种应用于应急通信场景的控制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种应用于应急通信场景的控制方法及系统。该控制方法包括:步骤1,调整调度优先级指示映射表,用于保证在应急通信场景下应急救援用户的数据业务的优先级高于普通用户的会话业务的优先级;步骤2,NodeB判断进入应急通信场景后,依据调整后的优先级指示映射表执行优先级控制流程;否则,按照现有的调度优先级指示映射表执行优先级控制流程。本发明中,金牌用户的流类业务可以抢占银铜牌用户会话类业务资源的实现方案,从而保证应急救援用户的基本业务需求。
Description
技术领域
本发明涉及移动通信领域,尤其涉及一种应用于应急通信场景的控制方法及系统。
背景技术
在一些紧急事件或灾害发生时,整个移动通信网络的话务量将会急剧激增,常常造成网络发生严重拥塞,甚至瘫痪。为保证整个系统的正常工作,保障抢险抗灾指挥员等重要紧急用户的通信畅通,必须采用相应的优先级控制方案,使得珍贵的通信资源能够在关键场合发挥重要作用。
UMTS系统定义了强大的ARP(Allocation/Retention Priority,分配/保留优先级)方案,其最重要的思想就是在资源紧张时,允许高优先级呼叫抢占较低优先级呼叫的资源,以保证高优先级呼叫的优先接通,提高用户体验,从而实现用户的差异性服务。该方案的局限性是当紧急事情发生时基站的无线空口可能会出现严重拥塞,因此,UMTS还定义了接入等级控制(Access ControlClass,ACC)方案,该方案的思想是通过小区的系统广播消息来通知允许和禁止小区内不同等级用户终端的接入请求,各用户终端通过读取广播消息,并根据存储在用户SIM卡中的接入等级来判断当前是否可以获得随机接入信道(RACH信道)资源以接入该小区,即通过阻止部分用户的接入,从而减小全小区用户蜂拥接入对网络信令信道的冲击,达到保障特定重要用户通信畅通的目的。
在紧急事件发生时(如应急救灾时),用户类型除了包括通常的普通VIP用户和普通用户外,还将存在一类特殊的用户类型——应急救援用户(如消防、公安、军队等)。其中,应急救援用户应具有最高的优先级,普通VIP用户次之,普通用户优先级最低。
在现有3G系统中,话音业务的优先级高于数据业务的优先级,因此,在资源紧张时,系统将会优先保证所有话音业务的畅通。仿真与测试表明,这一机制在资源紧张时,系统中所有用户的数据业务请求失败率将大大高于话音业务的请求失败率。在日常的场景中,这一机制是正确的。
然而,在应急场景下,应急救援用户除了希望能够继续进行话音(及短信)业务以外,还希望能够继续保持一些必要的低速数据业务的能力,如通过CS64kbps业务与后台指挥控制中心进行必要的视频电话,通过PS64kbps业务将灾区的相关数据(如传感器灾情数据等)上报给后台的指挥控制中心并进行必要的数据查询,而在资源有富余的情形下,再考虑为普通VIP用户和普通用户提供一些基本的通信业务。
常规的ARP、ACC方案均不能直接解决这一问题,因为网络侧不能直接控制只让高优先级用户具有某一数据业务的能力,同时限制低优先级用户的话音业务能力。而一些已有的业务优先级更新方法,采用的思路是用户发送优先级更新请求,网络侧再根据用户请求进行合理的业务优先级调整,然而在应急场景下,用户并不能知道何时进行怎样的优先级更新。
因此,如何设计一种机制能够在网络侧自动识别系统资源负载状况,在资源紧张时,尽可能保障高优先级的应急救援用户可以随时随地进行一些低速数据业务(如CS64kbps,PS64kbps),并能够保证其服务质量,同时,合理限制普通用户业务对系统资源的占用,成为本发明待解决的关键问题。
发明内容
为了解决上述的技术问题,本发明提供了一种应用于应急通信场景的控制方法及系统,其目的在于,保证应急通信场景下应急救援用户数据业务的优先接入。
本发明提供了一种应用于应急通信场景的控制方法,包括:
步骤1,调整调度优先级指示映射表,用于保证在应急通信场景下应急救援用户数据业务的优先级高于普通用户会话业务的优先级;
步骤2,Node B判断进入应急通信场景后,依据调整后的优先级指示映射表执行优先级控制流程;否则,按照现有的调度优先级指示映射表执行优先级控制流程。
Node B依据下述条件判断进入应急通信场景:优先级指示为X5的业务对应的请求成功率小于第一门限,并且优先级指示为X3或X4的业务对应的请求成功率大于第二门限。
应急救援用户的保障比特速率设置为64kbps。
调整后的优先级指示映射表如下:
无线接入承载QoS保证列表 | 调度优先级指示 | 应急场景的优先级设置 |
信令无线承载 | X1 | 15 |
会话类,分配/保持优先级=1 | X2 | 15 |
会话类,分配/保持优先级=2 | X3 | 13 |
会话类,分配/保持优先级=3 | X4 | 13 |
流类,分配/保持优先级=1 | X5 | 14 |
流类,分配/保持优先级=2 | X6 | 12 |
流类,分配/保持优先级=3 | X7 | 12 |
交互类,业务处理优先级=1,分配/保持优先级=1 | X8 | 11 |
交互类,业务处理优先级=1,分配/保持优先级=2 | X9 | 10 |
无线接入承载QoS保证列表 | 调度优先级指示 | 应急场景的优先级设置 |
交互类,业务处理优先级=1,分配/保持优先级=3 | X10 | 9 |
交互类,业务处理优先级=2,分配/保持优先级=1 | X11 | 8 |
交互类,业务处理优先级=2,分配/保持优先级=2 | X12 | 8 |
交互类,业务处理优先级=2,分配/保持优先级=3 | X13 | 7 |
交互类,业务处理优先级=3,分配/保持优先级=1 | X14 | 6 |
交互类,业务处理优先级=3,分配/保持优先级=2 | X15 | 5 |
交互类,业务处理优先级=3,分配/保持优先级=3 | X16 | 4 |
背景类,分配/保持优先级=1 | X17 | 3 |
背景类,分配/保持优先级=2 | X18 | 2 |
背景类,分配/保持优先级=3 | X19 | 1 |
本发明提供了一种应用于应急通信场景的优先级控制方法,包括:
调度优先级指示映射表调整模块,用于调整调度优先级指示映射表,以保证在应急通信场景下应急救援用户的数据业务的优先级高于普通用户的会话业务的优先级;
Node B,用于判断进入应急通信场景后,依据调整后的优先级指示映射表执行优先级控制流程;否则,按照现有的调度优先级指示映射表执行优先级控制流程。
Node B依据下述条件判断进入应急通信场景:优先级指示为X5的业务对应的请求成功率小于第一门限,并且优先级指示为X3或X4的业务对应的请求成功率大于第二门限。
应急救援用户的保障比特速率设置为64kbps。
调整后的优先级指示映射表如下:
无线接入承载(RAB)QoS保证列表 | 调度优先级指示 | 应急场景的优先级设置 |
信令无线承载(SRB) | X1 | 15 |
会话类,分配/保持优先级=1 | X2 | 15 |
会话类,分配/保持优先级=2 | X3 | 13 |
会话类,分配/保持优先级=3 | X4 | 13 |
流类,分配/保持优先级=1 | X5 | 14 |
流类,分配/保持优先级=2 | X6 | 12 |
流类,分配/保持优先级=3 | X7 | 12 |
交互类,业务处理优先级=1,分配/保持优先级=1 | X8 | 11 |
交互类,业务处理优先级=1,分配/保持优先级=2 | X9 | 10 |
交互类,业务处理优先级=1,分配/保持 | X10 | 9 |
优先级=3 | ||
交互类,业务处理优先级=2,分配/保持优先级=1 | X11 | 8 |
交互类,业务处理优先级=2,分配/保持优先级=2 | X12 | 8 |
交互类,业务处理优先级=2,分配/保持优先级=3 | X13 | 7 |
交互类,业务处理优先级=3,分配/保持优先级=1 | X14 | 6 |
无线接入承载(RAB)QoS保证列表 | 调度优先级指示 | 应急场景的优先级设置 |
交互类,业务处理优先级=3,分配/保持优先级=2 | X15 | 5 |
交互类,业务处理优先级=3,分配/保持优先级=3 | X16 | 4 |
背景类,分配/保持优先级=1 | X17 | 3 |
背景类,分配/保持优先级=2 | X18 | 2 |
背景类,分配/保持优先级=3 | X19 | 1 |
本发明提供了一种在UMTS系统中,金牌用户的流类业务可以抢占银铜牌用户会话类业务资源的实现方案,从而保证应急救援用户的基本业务需求,使高优先级用户低优先级业务可以抢占低优先级用户高优先级业务。本发明设计了基于调度优先级指示(SPI)参数的优先级控制方案,当系统自动识别到高优先级用户低优先级业务的请求成功率小于最低门限,且低优先级用户高优先级业务的请求成功率大于最高门限时,判断系统进入应急通信场景,将高优先级用户低优先级业务的SPI值设置为大于低优先级用户高优先级业务的SPI值,从而保证金牌用户的流类业务可以抢占银铜牌用户会话类业务。并在实施SPI参数的更新后,将按照SPI递增的顺序,逐级强拆SPI较低的用户业务,直至获得足够的预留资源,实现高优先级用户的业务建立。本发明可以对流类业务的GBR参数进行设置,以保证高优先级用户(金牌用户)具有一个基本QoS保障的数据业务能力,但不会出现高速数据业务占用大量带宽的情形。本发明给出了高优先级用户抢占低优先级用户资源的通用信令流程。
附图说明
图1为现有技术中基于SPI参数的优先级控制流程图;
图2为本发明提供的高优先级用户业务抢占低优先级用户业务的通用信令流程图;
图3为本发明提供的金牌用户流类业务抢占银铜牌用户会话类业务的信令流程图。
具体实施方式
下面结合附图,对本发明做进一步的详细描述。
在UMTS系统中,与差异化服务联系最为密切的参数包括MBR、GBR、ARP、THP,而这些参数都是在用户签约时需要设置关键参数,均存放在HLR(归属位置寄存器)设备中,在一次业务建立过程中,由RNC负责进行优先级控制的判断和执行。
1)MBR(Maximum Bit Rate,最大比特速率):规定了用户业务的最大比特速率,可应用于会话类业务、流类业务、交互业务及后台业务。
2)GBR(Guaranteed Bit Rate,保障比特速率):规定了用户业务必须保障的比特速率,即最小的保障比特速率,适用于会话类业务、流类业务。
3)ARP(Allocation/Retention Priority,分配/保留优先级):指分配和保持UMTS承载的优先权,以标识不同用户之间的优先等级,可应用于会话类业务、流类业务、交互业务及后台业务。
4)THP(Traffic Handling Priority,业务处理优先级):指对不同媒体的SDU处理的优先权,标示不同交互类承载SDU的处理优先等级,THP是交互类业务特有的参数。
本发明中,为便于描述,我们将应急救援用户定义为金牌用户(ARP=1),贵宾(VIP)用户定义为银牌用户(ARP=2),普通用户则定义为铜牌用户(ARP=3)。
SPI(Scheduling Priority Indicator,调度优先级指示)是3GPP NBAP协议标准的IE字段(Information Element)用于标明HS-DSCH MAC-d flow的优先级,用于HSPA调度器以及Iub接口ATM/IP传输方面的QoS保证等。SPI主要考虑的因素包括业务类别、ARP,以及THP三个参数。下表给出了RNC(无线网络控制器)上配置的SPI映射表,SPI有16个取值,0为最低,15为最高,如果SPI数值相同,则表明调度的优先级别也是一样,表中X1~X19代表相应的数值。
表1 SPI映射表格式
无线接入承载(RAB)QoS列表 | SPI | 现有技术中的系统设置 |
信令无线承载(SRB) | X1 | 15 |
会话类,ARP=1 | X2 | 15 |
会话类,ARP=2 | X3 | 15 |
会话类,ARP=3 | X4 | 15 |
流类,ARP=1 | X5 | 14 |
流类,ARP=2 | X6 | 13 |
流类,ARP=3 | X7 | 12 |
交互类,THP=1,ARP=1 | X8 | 11 |
交互类,THP=1,ARP=2 | X9 | 10 |
交互类,THP=1,ARP=3 | X10 | 9 |
无线接入承载(RAB)QoS列表 | SPI | 现有技术中的系统设置 |
交互类,THP=2,ARP=1 | X11 | 8 |
交互类,THP=2,ARP=2 | X12 | 8 |
交互类,THP=2,ARP=3 | X13 | 7 |
交互类,THP=3,ARP=1 | X14 | 6 |
交互类,THP=3,ARP=2 | X15 | 5 |
交互类,THP=3,ARP=3 | X16 | 4 |
背景类,ARP=1 | X17 | 3 |
背景类,ARP=2 | X18 | 2 |
背景类,ARP=3 | X19 | 1 |
上表显示,传统UMTS系统的优先级设置采用了会话类、流类、交互类、背景类的降序排列顺序。其中,为了保证每个用户的体验及公平性,会话类业务设置了相同的SPI参数值。会话类一般包括CS12.2kbps话音业务、CS64kbps可视电话业务,以及在3GPP R7版本以后引入的基于PS域的VoIP业务。
在紧急情况发生时,大量用户将可能在短时间内都蜂拥发起业务请求(尤其是会话类业务),此时系统资源将在瞬时被大量占用。然而,在现有UMTS系统中,会话业务的优先级总是高于其他业务的优先级,虽然应急救援用户(金牌用户)的优先级高于普通用户(银铜牌用户)的优先级,但由于银铜牌用户正在进行的是会话类业务,金牌用户很可能无法获得资源,极可能造成指挥调度的不畅。
因此,为了区分用户优先级,尤其保障应急救援用户(金牌用户)的基本业务需求,需要紧急事件发生时,根据系统资源负载情况,启动一种新的接入优先级控制方法,并RNC网络实体上完成对SPI调度参数表的修改。
具体来讲,在网络侧识别到系统资源处于极度紧张时,我们希望应急救援用户(金牌用户,ARP=1)能够继续保持CS64K(视频电话)和PS64K(数据上报与查询,VoIP等)的业务能力,此时应尽可能地减少普通用户(银铜牌用户,ARP=2、3)进行各种PS和CS业务。于是,可以通过SPI参数修改流程,将应急救援用户(金牌用户,ARP=1)流类业务的优先级提高至普通用户(银铜牌用户,ARP=2、3)会话类业务优先级之上,以保证金牌用户的数据业务能够抢占普通用户的会话业务。下表给出了传统场景和应急场景两种场景下的SPI映射表设置。
表2应急场景下的SPI映射表设置
RAB QoS列表 | SPI | 目前系统设置 | 应急场景的设置 |
SRB | X1 | 15 | 15 |
会话类,ARP=1 | X2 | 15 | 15 |
会话类,ARP=2 | X3 | 15 | 13 |
会话类,ARP=3 | X4 | 15 | 13 |
流类,ARP=1 | X5 | 14 | 14 |
流类,ARP=2 | X6 | 13 | 12 |
流类,ARP=3 | X7 | 12 | 12 |
交互类,THP=1,ARP=1 | X8 | 11 | 11 |
交互类,THP=1,ARP=2 | X9 | 10 | 10 |
交互类,THP=1,ARP=3 | X10 | 9 | 9 |
交互类,THP=2,ARP=1 | X11 | 8 | 8 |
交互类,THP=2,ARP=2 | X12 | 8 | 8 |
交互类,THP=2,ARP=3 | X13 | 7 | 7 |
交互类,THP=3,ARP=1 | X14 | 6 | 6 |
交互类,THP=3,ARP=2 | X15 | 5 | 5 |
交互类,THP=3,ARP=3 | X16 | 4 | 4 |
背景类,ARP=1 | X17 | 3 | 3 |
背景类,ARP=2 | X18 | 2 | 2 |
背景类,ARP=3 | X19 | 1 | 1 |
如果仅将SPI值修改为X2>X5>X3=X4,极可能造成应急救援用户(金牌用户,ARP=1)的数据业务(X5)抢占了大部分的系统资源(仿真证明,资源占用率极可能超过90%),使得普通用户(银铜牌用户,ARP=2、3)根本无法接入,无法进行基本的话音业务。因此,为保证应急救援用户(金牌用户,ARP=1)不对普通用户(银铜牌用户,ARP=2、3)的会话类业务造成太大的影响,必须对金牌用户流类业务的速率指标进行限制,以防不加控制的金牌用户占用太多带宽。
于是,本发明提出将金牌用户(ARP=1)流类业务的GBR参数设置为64kbps,以保证应急救援用户仅拥有一个基本的传输速率用于数据上报与查询。由于UMTS系统自身已具有强大的资源控制能力,系统能够根据负载情况自适应地降低业务的服务质量(速率、时延、抖动等),因此,即使在资源不足时,该方案也能够实现优先保证金牌用户会话类业务,次之保证金牌用户64kbps流类业务,再次之保证银铜牌用户会话类业务和流类业务,最后才考虑其他交互类和背景类的低优先级业务。
具体基于SPI参数的优先级控制流程,包括:
1)某用户发起一个新的业务请求,根据表1查询得到该请求对应的SPI参数为X(i)。使用UMTS系统的传统优先级方案(遵循正常的3GPP流程)对该业务请求进行处理,若系统资源充足,直接为该请求分配资源,进入正常的工作流程。
2)若系统资源不足,启动新的SPI优先级控制流程。首先查看该用户业务请求的SPI,若当X(i)=X5,且当前小区内SPI参数表中X5对应的请求成功率是否大于Threshold_low(通常可设置为10%),且当前小区内SPI参数表中X3和X4对应的请求成功率>Threshold_high(通常可设置为90%)。
3)对SPI参数表进行重新设置,具体设置为X5>X3=X4。同时,将X5对应得GBR参数进行设置(通常可设置为64kbps)。
4)在完成SPI参数表的设置后,将针对本次业务请求实施相应的抢占策略。首先查询小区内SPI值小于X5的所有用户对应的业务,得到以用户为索引的一维数组index(k),该数组内的所有用户均属于本次需要强拆的范围,其中k是符合查询要求的用户总数。
5)从k=1开始,按照强拆一维数组index(k)的业务,释放相应资源,并判断系统资源是否够新业务请求,若足够,则分配资源进入正常流程。若资源仍然不足,执行k=k+1,直至index(k)遍历。
6)若index(k)遍历,仍然资源不足,说明高优先级金牌用户太多,目前已无资源分配,该请求进行队列排队处理。
基于SPI参数的优先级控制流程图,如图1所示,包括:
步骤101,用户发起一个新的业务请求,根据表1查询得到该请求对应的SPI参数为X(i);
步骤102,执行现有的优先级算法;
步骤103,判断系统资源是否不足,如果是,执行步骤104,否则执行步骤112;
步骤104,判断是否满足下述条件:SPI(i)=X5,且SPI参数表中X5对应的请求成功率小于Threshold_low,且X3或X4对应的请求成功率大于Threshold_high(例如,两个门限参考值可以设置为Threshold_low=10%,Threshold_high=90%);如果是,执行步骤105,否则执行步骤111;
步骤105,在SPI参数表中,设置X5>X3=X4;
步骤106,将X5对应的GBR设置为某值(例如64kbps);
步骤107,查询小区内SPI值<X5的所有用户及其对应的业务,得到按优先级由低到高的数组index(k),初始化k=1;
步骤108,强拆数组index(k)对应用户的业务,逐级释放资源;
步骤109,Node B判断系统资源是否不足,如果是,执行步骤110,否则执行步骤112;
步骤110,令k=k+1,判断index(k)是否已遍历,如果是,执行步骤111,否则执行步骤108;
步骤111,资源严重不足,无法分配资源,返回;
步骤112,为该用户请求的业务分配资源,进入正常流程。
与传统方案不同,本发明的优先级算法在NodeB网络实体负责实施。图2给出了MS1~MSn正在进行业务的场景下,一个高优先级的MS发起业务请求的通用信令流程,包括:
步骤201-步骤202,MS1~MSn与RNC之间建立起相应的业务,优先级分别为SPI(1)~SPI(n)。
步骤203-步骤206,MSi发起业务请求至RNC,RNC收到请求后向HLR发起查询用户签约数据的请求,随后收到HLR的ACK确认。
步骤207-步骤208,RNC将ACK确认转发至NodeB,NodeB根据RNC的指示,判断资源不足,并且符合应急场景的条件,启动SPI参数修改的优先级控制流程(图1所示的流程)。
步骤209-步骤210,在资源不足的场景下,由于SPI(n)<SPI(i),强拆MSn低优先级的业务。随后,收到MSn的ACK确认。
步骤211-步骤212,NodeB向MSi发起业务建立的ACK消息,最终新用户MSi建立起相应的业务。
图3给出了金牌用户流类业务抢占银铜牌用户会话类业务的信令流程,其中假设此时系统已拆除了所有SPI<13的业务,对于新接入的用户而言资源不足。
步骤301-步骤305,MS1~MSn与RNC之间建立起相应的业务,其中MS1为金牌用户正进行会话类业务(SPI=15),MS2为金牌用户正进行流类业务(SPI=14),MS3~MSn为银铜牌用户正进行会话类业务(SPI=13)。
步骤306-步骤307,金牌用户MSi新发起流类业务(SPI=14)。
步骤308-步骤312,RNC与HLR进行用户签约数据的交换,同时启动图1基于SPI参数的优先级控制流程。
步骤313,遵循图1的流程,系统强拆部分银铜牌用户的会话类业务(SPI=13),此时资源充足,为金牌用户建立流类业务。
系统将空余的资源分配给金牌用户,建立起GBR=64kbps的流类业务。上述的实施例显示了金牌用户流类业务(X4)抢占银铜牌用户会话类业务(X3)的具体信令流程。
本发明提供了一种应用于应急通信场景的控制系统,包括:
调度优先级指示映射表调整模块,用于调整调度优先级指示映射表,以保证在应急通信场景下应急救援用户的数据业务的优先级高于普通用户的会话业务的优先级;
Node B,用于判断进入应急通信场景后,依据调整后的优先级指示映射表执行优先级控制流程;否则,按照现有的调度优先级指示映射表执行优先级控制流程。
本领域的技术人员在不脱离权利要求书确定的本发明的精神和范围的条件下,还可以对以上内容进行各种各样的修改。因此本发明的范围并不仅限于以上的说明,而是由权利要求书的范围来确定的。
Claims (8)
1.一种应用于应急通信场景的控制方法,其特征在于,包括:
步骤调整调度优先级指示映射表,用于保证在应急通信场景下应急救援用户的数据业务的优先级高于普通用户的会话业务的优先级;
步骤2,Node B判断进入应急通信场景后,依据调整后的优先级指示映射表执行优先级控制流程;否则,按照现有的调度优先级指示映射表执行优先级控制流程。
2.如权利要求1所述的应用于应急通信场景的控制方法,其特征在于,Node B依据下述条件判断进入应急通信场景:优先级指示为X5的业务对应的请求成功率小于第一门限,并且优先级指示为X3或X4的业务对应的请求成功率大于第二门限。
3.如权利要求1所述的应用于应急通信场景的控制方法,其特征在于,应急救援用户的保障比特速率设置为64kbps。
4.如权利要求1所述的应用于应急通信场景的控制方法,其特征在于,调整后的优先级指示映射表如下:
5.一种应用于应急通信场景的控制系统,其特征在于,包括:
调度优先级指示映射表调整模块,用于调整调度优先级指示映射表,以保证在应急通信场景下应急救援用户的数据业务的优先级高于普通用户的会话业务的优先级;
Node B,用于判断进入应急通信场景后,依据调整后的优先级指示映射表执行优先级控制流程;否则,按照现有的调度优先级指示映射表执行优先级控制流程。
6.如权利要求5所述的应用于应急通信场景的控制系统,其特征在于,Node B依据下述条件判断进入应急通信场景:优先级指示为X5的业务对应的请求成功率小于第一门限,并且优先级指示为X3或X4的业务对应的请求成功率大于第二门限。
7.如权利要求5所述的应用于应急通信场景的控制系统,其特征在于,应急救援用户的保障比特速率设置为64kbps。
8.如权利要求5所述的应用于应急通信场景的控制系统,其特征在于,调整后的优先级指示映射表如下:
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