CN102132531A - 电信系统中的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

提供有一种确定电信网络的远程网络单元中的等待时间的方法。在一个实施例中，该方法包括在网络单元处接收消息，该消息包含从源网络单元发送它所处时间的时间戳。在接收到该消息时，该网络单元获取另一个时间戳，并由此可以确定要在网络单元之间发送该消息的时间。在另一些实施例中，源网络单元可以通过向远程网络单元发送第一消息并确定远程网络单元向源网络单元发送回第二消息之前的时间长度来获得该远程网络单元的工作负载的隐含指示。

Description

电信系统中的方法和装置
技术领域
本发明涉及电信系统中的方法和装置，更具体来说涉及移动电信系统中的服务质量(QoS)测量的实现机构。
背景技术
在用于E-UTRAN(演进通用地面无线电接入网)的第三代合作伙伴项目(3GPP)中正在进行规范，E-UTRAN(演进通用地面无线电接入网)是下一代的无线电接入网。用于E-UTRAN的另一个名称是长期演进(LTE)无线电接入网(RAN)。在此概念中的无线电基站称为eNB(E-UTRAN节点B)。LTE中的核心网络也在演进，并且这称为系统架构演进(SAE)。
图1以示意图形式图示按照例如3GPP TS 36.300(即E-UTRAN)中所规范的电信网络2的架构模型。
网络2包括多个无线电基站4和多个所谓的移动性管理实体(MME)6。在图示的实施例中，仅示出两个无线电基站和仅两个MME；但是对于本领域技术人员来说将显然可设想任何数量的此类网络节点，并且在实践中网络将具有更多的MME和无线电基站。
每个无线电基站4经由公知为X2接口(如图1中虚线所示)的接口连接到一个或多个其他无线电基站。每个无线电基站4还经由公知为S1接口(如图1中实线所示)的接口连接到一个或多个MME 6。无线电基站4可以连接到相同的MME 6或连接到不同的MME 6，如图1所示。
每个无线电基站4还经由S1接口连接到一个或多个系统架构演进网关(SAE-GW)8，包括服务网关(S-GW)和公共数据网络网关(P-GW)。
S1和X2接口的用户平面基于GTP隧道，即“用户数据”/GTP/UDP/IP。S1和X2接口穿过其中例如延迟等的性能是未知的IP网络。而且，在许多情况中，使用IP安全(IPsec)来实现S1和X2接口上的安全信令。在那些情况中，安全网关(SEGW)还将对有效负载加密/解密，并潜在地增加延迟。该延迟还可能取决于业务负载和指配给IP传输服务的DiffServ码点(DSCP)。
图2示出另一种电信网络10，公知为通用地面无线电接入网(UTRAN)，其具有所谓的“平坦”架构。
UTRAN 10包括多个无线电基站12，每个无线电基站经由lu接口连接到一个或多个移动交换中心(MSC)14和一个或多个服务GPRS支持节点(SGSN)16。SGSN 16还连接到网关GPRS支持节点(GGSN)18，网关GPRS支持节点(GGSN)18充当UTRAN与其他网络之间的网关。
在常规UTRAN中，每个无线电基站还连接到无线电网络控制器(RNC)。但是，在图示的“平坦”架构中，将RNC的功能结合到无线电基站中。
因此在UTRAN 10中，还使用GTP作为隧穿协议以经由无线电基站12与SGSN 16之间以及SGSN 16与GGSN 18之间的接口传输用户有效负载。(结合到无线电基站12中的)RNC、SGSN 16和GGSN18全部实现用于用户平面的数据业务的GTP-U。SGSN 16和GGSN 18还实现用于控制信令的GTP-C。
据观察，成为问题的是，例如正如3GPP TS29.060中定义的，GPRS隧穿协议(GTP)没有规范的过程、方法或消息来获取某个质量度量，例如用户平面上的延迟。
发明内容
根据本发明的实施例，电信网络的第一网络单元可以通过从第二网络单元接收包含时间戳的消息来确定其自己与第二网络单元之间的等待时间。当接收到该消息时，第一网络单元获取第二时间戳，并且基于第一时间戳和第二时间戳，确定该消息从第二网络单元发送到第一网络单元所花费的时间。
根据另一个实施例，来自第二网络单元的消息是通过从第一网络单元发送到第二网络单元的较早的消息触发的。较早的消息本身可以包含时间戳，使得第二网络单元接收到较早的消息时，它能够获取另一个时间戳并计算较早的消息从第一网络单元发送到第二网络单元所花费的时间。
在另一些实施例中，发自第二网络单元的消息包含较早的消息从第一网络单元发送到第二网络单元所花费的时间。以此方式，第一网络单元可以计算第二网络单元接收较早的消息所花费的时间，并发送又一个消息，从而获取第二网络单元的负载的度量(measure)。
在备选方面中，相同的这一目的可以通过从第一网络单元向第二网络单元发送第一消息并在第一网络单元接收来自第二网络单元的第二消息来实现。第二消息包含第二网络单元接收第一消息与发送第二消息之间的时间段的指示。
根据另一些实施例，在第一网络单元和第二网络单元之间发送的消息是GPRS隧穿协议(GTP)的“回应请求(Echo Request)”和“回应响应(Echo response)”消息，以时间戳和延迟计算对其进行扩充，从而接收端可以确定传输时间并可以向接收端通知有关另一方向上的延迟。或者，可以利用用于质量度量的参数和专用消息来扩充GTP协议。
本发明能够实现的优点在于，获取其中使用GTP作为隧穿协议的(例如在LTE/SAE中，用于S1和X2协议的用户平面，或UTRAN中经由lu接口)传输链路上的质量的有关知识，从而所述质量可以被需要有关QoS的知识的其他功能利用，例如要使用的最佳路径或节点或指示性能问题。
当结合附图考虑时，从对本发明的下文详细描述，将很清楚本发明的另一些目的、优点和创新特征。
附图说明
为了更好理解，参考了本发明的以下附图和优选实施例。
图1示出演进UTRAN无线电接入网的架构模型。
图2示出“平坦”UTRAN网络的架构模型。
图3图示本发明的一个实施例的信令图。
图4图示本发明的另一个实施例的信令图。
图5图示本发明的又一个实施例的信令图。
具体实施方式
本发明的实施例提供一种确定例如参考图1和图2描述的电信网络的源节点与该网络的目标节点之间的等待时间的方法。源节点和目标节点可以是如下的任何一个，下文对此进行更详细的描述：无线电基站、SAE-GW、RNC、SGSN或GGSN，取决于采用该方法的电信网络的类型。
根据本发明的一个实施例，将消息从源节点发送到目标节点，其中该消息包含其被发送所处的时间的时间戳。当接收到该消息时，接收节点可以通过获取另一个时间戳并计算这两个时间戳之差来确定要花费多长时间才能到达。
根据本发明的另一个实施例，目标节点然后向源节点发送回第二消息，该第二消息包含其被发送所处的时间的时间戳。源节点然后可以自己获取另一个时间戳并确定第二消息到达所花的时间。源节点然后可以继续确定目标节点处理第一消息所花的时间长度，并由此获得目标节点的工作负载的度量。
GPRS隧穿协议中已经有“回应请求”和“回应响应”消息；但是这些消息仅方便用于检查对端是活动的(alive)并且无法用于检查路径上的性能，例如延迟。如3GPP TS29.060中所定义的，“回应请求”和“回应响应”消息只有发送一个或多个“专用扩充”(即可包含在任何GTP信令消息中的一个或多个可选信息元素)的可能性。但是，根据本发明的一个实施例，可以将这些消息扩展为包含电信网络中的延迟的指示和/或时间戳，下文对此进行更详细的描述。在备选实施例中，可以定义新的专用消息来携载此类信息。
图3概括地非限制意义上地描述根据本发明的一个实施例的的方法的步骤。应该注意，并非所有的方法步骤都需要存在于本发明的所有可设想的实施例中，以及某些实施例可能隐含要添加到下文描述的一个或多个步骤中的附加方法步骤。而且，虽然下文的实施例将结合演进UTRAN无线电接入网来描述，但是将认识到本发明还可应用于任何通信网络。
源节点(即发送节点)有权访问时间源，例如网络时间协议(NTP)服务器或源节点上运行的本地时钟。在本实施例中，时间源与任何其他外部时间源精确地同步并不重要。
在步骤20中，源节点从时间源获取时间戳TS1。
在步骤30中，源节点向接收目标节点(即目的地节点)发送第一消息，第一消息包含时间戳TS1。例如，该第一消息可以是已扩充为包含时间戳的回应请求消息。
当接收到第一消息时，在步骤40中，目标节点将第二消息发送回源节点，第二消息包含时间戳TS1。例如，该第二消息可以是已扩充为包含时间戳TS1的回应响应消息。
在步骤50中，当接收到第二消息时，源节点从时间源获取又一个时间戳TS4。在步骤60中，源节点然后计算源节点与目标节点之间通信的等待时间。在此情况中，等待时间是消息从源节点发送到目标节点，在目标节点处被处理，然后发送回源节点的“往返程”时间。
在步骤70中，例如在预定的时间段之后重复该方法。由此，在步骤80中，源节点再次从时间源获取时间戳TS1+，并在步骤90中向目标节点发送包含时间戳TS1+的消息。
要注意的是，上面示例中描述的信令和有效负载可以或可以不通过安全网关(SEGW)。
因此，如图3描述的方法示出一种确定电信网络的两个节点之间的通信(例如GTP通信)的等待时间的方法。
图4示出本发明的另一个实施例的方法的信令图。同样地，应该注意，并非所有的方法步骤都需要存在于本发明的所有可设想的实施例中，以及某些实施例可能隐含要添加到下文描述的一个或多个步骤中的附加方法步骤。而且，虽然下文的实施例将结合演进UTRAN无线电接入网来描述，但是将认识到本发明还可应用于任何通信网络。
在本实施例中，源节点(即发送节点)和接收目标节点(即目的地节点)都有权访问同步的时间源，诸如网络时间协议(NTP)服务器或多个同步的NTP服务器的其中之一，以便可以获取正确的时间。在一个实施例中，这意味着无论何时需要时间戳，节点都可专门地向外部同步的时间源请求时间。在其他实施例中，源节点和接收目标节点有权访问同步的时间源(例如NTP服务器)，并使用该访问来保持精确的本地时间。然后可以快速地从本地时间源获取精确的时间戳。
在步骤120中，如上所述，源节点从同步的时间源或从本地时间源取出时间戳TS1。
在步骤125中，源节点然后例如使用回应请求消息向目标节点发送包含时间戳TS1的消息。因为在本示例中这是从源节点发送到目标节点的第一个回应请求消息，所以未定义回应请求消息中的可选的“延迟”参数。该回应请求消息以与其他用户平面消息相同或更低的优先级来发送。如果使用区分服务(DiffServ)或类似方法来实现IP网络中的软QoS，则可以使用DiffServ码点(DSCP)来定义优先级级别。
在步骤130中，接收目标节点从同步的时间源或从本地时间源取出时间戳TS2。如果过程通过例如X2接口来执行，则目标节点将是另一个eNB。如果通过S1接口来执行，则目标节点是SAE-GW。
在取出时间戳TS2之后，在步骤140中，目标节点计算消息从源节点发送到目标节点所花的时间(Delay1)。可以按低于或等于目标节点处普通业务处理优先级的优先级来处理此步骤，这是因为目标节点处理所增加的延迟提供了该节点上负载的指示，即可以隐含地推导出目标节点的响应时间，下文对此进行更详细的描述。如上所述，这可以通过在回应请求消息中使用适合的DSCP来实现。
在此点上，目标节点现在知道源节点与目标节点之间的时间延迟(Delay1)。又一些步骤是可选的，以便源节点可以获取目标节点与源节点之间的时间延迟的知识或源节点可以获取目标节点的工作负载的知识。
目标节点可选地从同步的时间源或从其本地时间源取出时间戳TS3，步骤150。在一个实施例中，如果目标节点中的处理时间很长，则执行此步骤。例如如果步骤140在低优先级级别上执行(例如作为利用低优先级的后台作业)，并因此花费一些时间来执行，则会是此情况。
在步骤160中，目标节点使用与唤起回应请求消息相同的DSCP向源节点发送回复消息(例如回应响应消息)，该回复消息包含计算的延迟(Delay1)和发送该消息时的时间戳TS3。
在步骤170中，源节点从同步的时间源或从其本地时间源取出新的时间戳TS4。
在步骤180中，源节点通过使用接收的时间戳TS3和来自同步的时间源或本地时间源的时间戳TS4计算它见到的延迟(Delay2)。即，源节点计算回复消息从目标节点发送到源节点所花的时间。
在回应请求消息中引入第一可选参数提供了远程节点所经历的延迟的信息，并且对于本发明的一些实施例，可以消除两个节点都执行回应请求/响应过程的需要。因此，在步骤185中，此选项连同可选的步骤150还允许按如下公式推导出目标节点中的处理延迟T0
T0＝T4-T1-Delay1-Delay2
＝T3-T1-Delay1
此处理延迟T0然后提供目标节点的工作负载的隐含指示，这是因为目标节点中的处理Delay1的优先级可以设为低于或等于处理普通业务的优先级。实际上，优先级可以设在等于或低于要估算的业务类型的优先级的任何级别。例如，如果要估算处理业务类型A时目标节点的工作负载，则将回应请求消息的优先级设为等于或小于业务类型A的优先级；如果要估算处理业务类型B时目标节点的工作负载，则将回应请求消息的优先级设为等于或小于业务类型B的优先级，并以此类推。
步骤190、200和210示出当时间到再次执行回应测试时重复上述方法步骤的开始。例如，在步骤200中，源节点从同步的时间源取出新的时间戳TS1+。该过程如步骤210中示出的一样继续。但是，将认识到，此时源节点可以包括先前已确定(即在步骤180中)的延迟(Delay2)。
要注意的是，上面示例中描述的信令和有效负载可以或可以不通过安全网关(SEGW)。
因此，显然，本发明在一个实施例中还提供一种用于确定远程网络单元的工作负载的方法。这通过从源网络单元向远程单元发送第一消息(例如，回应请求消息)，并在源单元处从远程单元接收第二消息(例如，回应响应消息)来实现。第二消息包含接收第一消息与发送第二消息之间的时间长度的指示，并因此提供远程网络单元的工作负载的隐含指示。为了实现此目的，如上所述，处理第一消息的优先级可以设在等于或小于要估算的业务类型的优先级的任何级别(例如，通过为第一消息设置适合的DSCP)。以此方式，仅在远程单元处理了该类型的业务之后或与之同时发送第二消息，因此远程单元处的延迟是它的该类型的业务的工作负载的函数。
该指示可以由源网络单元推导出，正如参考图4描述的一样。在本实施例中，第一消息包含源网络单元发送它所处的时间的时间戳TS1。在接收到第一消息时，远程网络单元获取另一个时间戳TS2，并计算第一消息到达远程网络单元所花的时间(Delay1)。
第二消息然后包含发送第二消息所处的时间的第三时间戳TS3以及还包含Delay1。在接收到第二消息时，源网络单元就可以根据如下公式计算远程网络单元的处理时间T0：
T0＝T3-T1-Delay1
图5是本发明的备选实施例的信令图。
本实施例与参考图4描述的实施例相似，所以相似的步骤不作进一步详细的描述。步骤220、225、230、240、250、270、280、290和300分别与步骤120、125、130、140、150、170、180、190和200相似。
在步骤260中，目标节点发送的回复消息包含时间戳TS2和TS3，而非TS3和Delay1。通过以此信息回复，源节点可以根据如下公式在步骤285中计算处理时间T0：
T0＝T3-T2
该源节点还可以利用其对TS2和TS1的了解计算Delay1(即Delay1＝T2-T1)。
在步骤310中，源节点发送含有时间戳TS4以及新的时间戳TS1+的消息(例如回应请求消息)。这使得目标节点能够计算源节点处的处理时间(获得源节点的工作负载的隐含指示)以及Delay2。
图3、4和5中的示例示出eNB开始回应请求过程。但是，它还可以从SAE-GW(系统架构演进网关)开始或这些过程可以从两个节点同时或仅从一个节点运行。
而且，可以在例如如图2所示的UTRAN(即“平坦”UTRAN架构)或其中将RNC与无线电基站分离的传统UTRAN架构中采用参考图3、4和5描述的方法。在前一种情况中，目标和源节点可以是无线电基站、SGSN或GGSN的任何其中之一，其中根据本发明的消息在无线电基站与SGSN之间或在无线电基站与GGSN之间传递(如果使用直接隧穿的话)；在后一种情况中，目标和源节点可以是RNC、SGSN或GGSN的任何其中之一，其中根据本发明的消息在RNC与SGSN之间或在RNC与GGSN之间传递(如果使用直接隧穿的话)。
当然，在不背离本发明的基本特征的前提下，本发明可以采用与本文明确提出的那些不同的方式来实现。在任何方面本发明实施例均应视为说明性的而非限制，落在所附权利要求的意义和等效范围内的所有更改均应被涵盖在其中。

Claims (21)

1.在电信网络的第一网络单元中一种用于确定所述第一网络单元与第二网络单元之间的等待时间的方法，所述方法包括：
从所述电信网络的所述第二网络单元接收第一消息，所述第一消息包含第一时间戳(TS1、TS3)；
从时间源获取(50、170、270)第二时间戳(TS4)；以及
基于所述第一时间戳(TS1、TS3)和所述第二时间戳(TS4)，确定(60、180、280)时间延迟，所述时间延迟是在所述第二网络单元与所述第一网络单元之间发送所述第一消息所花费的时间。
2.如权利要求1所述的方法，还包括：在所述接收的步骤之前：
从时间源获取(20)所述第一时间戳(TS1)；以及
向所述第二网络单元发送(30)第二消息，所述第二消息包含所述第一时间戳(TS1)。
3.如权利要求1所述的方法，还包括：在所述接收的步骤之前：从时间源获取(120、220)第三时间戳(TS1)；以及
向所述第二网络单元发送(125、225)第二消息，所述第二消息包含所述第三时间戳(TS1)。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述第二网络单元接收所述第二消息，从时间源获取(130、230)第四时间戳(TS2)，并确定(140、240)第二时间延迟(Delay1)，所述第二时间延迟(Delay1)是将所述第二消息从所述第一网络单元发送到所述第二网络单元所花费的时间。
5.如权利要求4所述的方法，其中所述第一消息还包含所述第二时间延迟(Delay1)的指示。
6.如权利要求4或5所述的方法，还包括：
确定(185、285)所述第二网络单元接收所述第二消息与发送所述第一消息之间的时段。
7.如权利要求6所述的方法，其中所述时段提供所述第二网络单元的工作负载的指示。
8.如前面权利要求中任一项所述的方法，其中所述第一消息是回应响应消息。
9.如前面权利要求中任一项所述的方法，其中所述第二消息是回应请求消息。
10.在电信网络的第一网络单元中一种用于确定所述电信网络中的第二网络单元的工作负载的方法，所述方法包括：
向第二网络单元发送(125、225)第一消息；
从所述第二网络单元接收第二消息，所述第二消息包含有关所述第一消息在所述第二网络单元处被接收所处的时间与所述第二消息从所述第二网络单元被发送所处的时间之间的时间段的信息；以及
由此确定(185、285)所述第二网络单元的工作负载的指示。
11.如权利要求10所述的方法，其中有关所述时间段的信息包含所述第一消息在所述第二网络单元处被接收到所处的时间的第一时间戳(TS2)。
12.如权利要求10或11所述的方法，其中有关所述时间段的信息包含所述第二消息从所述第二网络单元被发送所处的时间的第二时间戳(TS3)。
13.如权利要求11或12所述的方法，其中所述第二网络单元从同步的时间源获取所述时间戳。
14.如权利要求10-13中任一项所述的方法，其中所述第一消息包含第三时间戳(TS1)。
15.如权利要求14所述的方法，其中有关所述时间段的信息包含所述第一消息到达所述第二网络单元所花费的时间的度量(Delay1)。
16.如权利要求15所述的方法，还包括：
利用如下公式计算所述时间段：
t＝TS3-TS1-Delay1。
17.如权利要求10-16中任一项所述的方法，其中所述第一消息是回应请求消息。
18.如权利要求10-17中任一项所述的方法，其中所述第二消息是回应响应消息。
19.一种在电信网络中使用的网络单元，所述网络单元包括：
用于从所述电信网络的第二网络单元接收消息的部件，所述接收的消息包含第一时间戳(TS3)；
用于从时间源获取第二时间戳(TS4)的部件；以及
用于基于所述第一时间戳(TS3)和所述第二时间戳(TS4)确定时间延迟(Delay2)的部件，所述时间延迟(Delay2)是在所述第二网络单元与所述第一网络单元之间发送所述消息所花费的时间。
20.一种在电信网络中使用的网络单元，所述网络单元包括：
用于向第二网络单元发送第一消息的部件；
用于从所述第二网络单元接收第二消息的部件，所述第二消息包含有关所述第一消息在所述第二网络单元处被接收所处的时间与所述第二消息从所述第二网络单元被发送所处的时间之间的时间段的信息；以及
用于由此确定所述第二网络单元的工作负载的指示的部件。
21.如权利要求19或20所述的网络单元，其中所述网络单元是如下的其中之一：无线电基站；系统架构演进网关(SAE-GW)；服务GPRS支持节点(SGSN)；网关GPRS支持节点(GGSN)；以及无线电网络控制器(RNC)。
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