CN102308633A - 路径控制系统、路径控制设备、通信设备、路径控制方法和程序 - Google Patents

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Abstract

公开了一种路径控制系统。该路径控制系统被提供有：网络，其包括经由使用自适应调制的无线链路进行通信的通信设备；和路径控制设备(201)，其获得示出与有关无线链路的带宽相对应的带宽稳定性的带宽概率，将带宽概率高于预定阈值的通信路径优先设置到网络，并且为带宽概率低于预定阈值的通信路径准备替换路径。

Description

路径控制系统、路径控制设备、通信设备、路径控制方法和程序
技术领域
本发明涉及与用于传送数据的通信网络有关的路径控制系统、路径控制设备、通信设备、路径控制方法和使计算机执行该方法的程序。
背景技术
信息化近年来的发展使得对于数据通信中的数据通信业务量等的需求有所增长。因此，存在对于更宽的带宽和更低的运营成本的网络相关的需求。
移动电话网络等采用通过包括固定宽带无线接入(FWA)的无线链路所构建的网络，其基于采用诸如支持宽带传输的毫米波段的频率的无线方案。
图1是示出调制模式的信噪比(SNR)和传输速率之间的关系的示图。
在图1所示的示图中，横坐标表示SNR而纵坐标表示带宽。无线链路的通信质量根据接收信号的SNR而进行波动。自适应调制技术作为实现无线链路的更宽的带宽的手段而引起了注意。自适应调制技术包括基于无线链路的无线状态自适应地找出并使用具有最高传输效率的调制方案。自适应调制技术使得能够执行对应于无线环境的最优无线通信并且提高频率效率。
如果能够预测每条无线链路在未来所要使用的调制模式，就能够保证流过网络的业务的通信质量。在JP2006-505221A中公开了使用自适应调制技术的无线链路的一个示例。如该文档中所描述的，由于使用自适应调制技术的无线链路可以与过去的历史具有一定程度的关联，所以能够预测(估计)无线链路所要使用的调制模式。
此外，如JP2004-363679A中所描述的，可以通过采用天气信息来预测(估计)调制模式。
在M.S.Kodialam等人的“Minimum interference routing withapplications to mpls traffic engineering”(INFOCOM，2000)中公开了诸如在有线网络中所执行的路径控制的示例。当将该文档中所公开的路径控制应用于使用自适应调制技术的FWA所构成的网络时，与有线的情况不同，自适应调制引起无线链路的通信速率波动，导致拥塞等以及业务通信质量的劣化。
JP2006-313992A公开了由利用自适应调制的FWA实施的一种负载分布方案。该方案包括使无线链路在多条路由路径中分布以及中继业务。这样的方案使得能够分布业务并且提高整体网络的利用率。
然而，利用该方案，每个分组可能潜在地沿不同路径传播并且可能发生延迟抖动等。在这样的情况下，该方案对于诸如要求保证通信质量的VoIP(IP语音)之类的业务而言是不适用的。这样的业务要求业务沿相同路径传播的路径控制。此外，考虑到无法指定路径，在不进行修改的情况下使用该方案难以估计足以维护业务质量的优先级等级，并且难以维护和管理优先业务的通信质量。
在J.Sangiamwong等人的“Qos-based adaptive modulation underrainfall environment in gigabit millimeter-wave broadband wireless accesssystem”(IEEE RAWCON，2003)中给出了一种考虑路径控制的现有技术示例。该文档提出了一种由具有自适应调制功能的FWA所实施的路径控制方案。该文档中所提出的方案包括针对每个流搜索最优调制模式和路径。然而，由于该方案提供了基于当前时刻的无线链路状态的路径控制，所以无法保证此后调制模式是否能够得以保持。此外，不利地，在每个基站为每个流选择调制模式的开销很高。
如以上所描述的，存在用于通过预测或估计由于自适应调制而变化的无线链路所要使用的调制模式来执行路径控制的技术。
发明内容
一旦确定了执行自适应调制的无线链路的传输速率，所存在的问题是，等于或高于该传输速率的带宽变得无法使用并因此而被浪费。
本发明的一个示例性目标是提供一种使高质量通信能够在由其传输速率波动的链路所构成的网络中被执行的路径控制系统、路径控制设备、通信设备、路径控制方法和使计算机执行该方法的程序。
根据本发明的示例性方面的路径控制系统包括：网络，其包括经由使用自适应调制的无线链路进行通信的通信设备；和路径控制设备，其针对无线链路获得与带宽相对应并且指示该带宽的稳定性的带宽概率，将带宽概率高于预定阈值的通信路径优先设置到网络，并且为带宽概率低于预定阈值的通信路径准备替换路径。
此外，根据本发明的示例性方面的路径控制设备包括：带宽预测器，其针对网络中使用自适应调制的无线链路获得与带宽相对应并且指示该带宽的稳定性的带宽概率，所述网络包括经由所述无线链路进行通信的通信设备；和路径控制器，其将带宽概率高于预定阈值的通信路径优先设置到网络，并且为带宽概率低于预定阈值的通信路径准备替换路径。
此外，根据本发明的示例性方面的通信设备包括：无线通信器，其通过使用自适应调制的无线链路来经由网络进行通信；带宽预测器，其针对无线链路获得与带宽相对应并且指示该带宽的稳定性的带宽概率；和路径控制器，其将带宽概率高于预定阈值的通信路径优先设置到网络，并且为带宽概率低于预定阈值的通信路径准备替换路径。
此外，根据本发明的示例性方面的路径控制方法包括：针对网络中使用自适应调制的无线链路获得与带宽相对应并且指示该带宽的稳定性的带宽概率，所述网络包括经由所述无线链路进行通信的通信设备；将带宽概率高于预定阈值的通信路径优先设置到网络，并且为带宽概率低于预定阈值的通信路径准备替换路径。
此外，根据本发明的示例性方面的程序使将通信路径设置到包括经由使用自适应调制的无线链路进行通信的通信设备的网络的计算机进行：针对无线链路获得与带宽相对应并且指示该带宽的稳定性的带宽概率；将带宽概率高于预定阈值的通信路径优先设置到网络；并且为带宽概率低于预定阈值的通信路径准备替换路径。
附图说明
图1是示出调制模式的SNR和传输速率之间的关系的示图。
图2是示出根据第一实施例的网络的配置示例的框图。
图3是示出根据第一实施例的路径控制设备的配置示例的框图。
图4是示出图2所示的通信设备的配置示例的框图。
图5是示出根据第一实施例的路径控制设备的操作过程的流程图。
图6是示出根据第二实施例的通信设备的配置示例的框图。
图7是示出根据第一示例的路径控制方法的操作过程的流程图。
图8是示出当根据第一示例的路径控制在图2所示的网络上执行时的操作过程的顺序图。
图9是示出根据第二示例的路径控制方法中的操作过程的流程图。
图10是示出根据第四示例的路径控制方法中的操作过程的流程图。
图11是示出根据第九示例的路径设置过程的流程图。
具体实施方式
(第一实施例)
现在将要对根据本实施例的路径控制系统进行描述。图2是图示根据本实施例的网络的配置示例的框图。
图2所示的网络包括通信设备202至205，其包括多条无线链路并且传输分组。执行路径计算的路径控制设备201有线地或无线地连接至通信设备202至205中的每一个。在图2中，通信设备之间通过无线通信的连接由实线所表示。通信设备202至205是诸如路由器或交换机的节点。
图3是图示根据本实施例的路径控制设备的配置示例的框图。如图3所示，路径控制设备201包括通信器(communicator)301、路径控制器302、业务信息管理器303、拓扑信息管理器304、链路信息管理器305和带宽预测器306。路径控制设备201经由通信器301向通信设备202至205发送数据/从其接收数据。
业务信息管理器303管理业务信息，所述业务信息包括与多少业务流过网络的哪些部分相关的信息，与业务的发送源和目的地相关的信息，以及与业务的所使用带宽和所需要带宽相关的信息。
拓扑信息管理器304管理连接信息，所述连接信息包括与描述网络被如何配置的节点之间的连接关系相关的信息。
带宽预测器306基于链路信息管理器305所保存的信息来预测未来的调制模式，计算指示能够以其或高于其使用带宽的概率的带宽稳定性，并且预测链路带宽的稳定性。带宽的稳定性被称作带宽概率。预测未来调制模式的方法在日本专利申请No.2008-201758中有所描述。因此，在这里将省略其详细描述。
链路信息管理器305参考从通信设备所接收的链路状态信息，管理链路信息，并且将该链路信息转交至路径控制器302，其中链路信息包括与每条无线链路的误码率(BER)相关的信息，与当前所使用的调制模式、之前所使用的调制模式和估计的调制模式相关的信息，以及与带宽预测器306所预测的链路带宽的稳定性相关的信息。
路径控制器302从业务信息管理器303获得业务信息，从拓扑管理器304和链路信息管理器305获得与网络相关的信息，诸如构成该网络的链路的状态、性能等，并且基于所获得的信息执行包括计算业务沿其传播的路径的路径计算以及包括向网络中的通信设备通知通过路径计算所获得的路径等的路径设置。路径控制通过路径计算和路径设置来执行。网络相关信息包括从链路信息管理器305所接收的链路信息以及从拓扑信息管理器304所接收的连接信息。
此外，路径控制器302、业务信息管理器303、拓扑信息管理器304、链路信息管理器305和带宽预测器306分别包括用于记录信息的存储器(未示出)以及基于各组件操作的专用电路。以上所描述的组件的至少一部分的操作可以被安排为通过使CPU(中央处理单元)(未示出)执行程序来执行。在这种情况下，程序存储在存储器(未示出)中并且CPU(未示出)被提供在路径控制设备之内。
本实施例的特征在于由带宽预测器306所进行的每条无线链路的带宽稳定性的预测以及由链路管理器305向路径控制器302进行的预测结果的通知。本实施例的特征还在于路径控制器302与链路信息管理器305进行协作以搜索和设置通信链路，从而确保以一定水平或高于一定水平的稳定性保证要求带宽保证的业务的通信质量。
接下来，将要对通信设备202至205的配置进行描述。由于通信设备202至205共享相同的配置，所以将把通信设备202作为代表性设备进行描述。
图4是示出图2所示的通信设备的配置示例的框图。如图4所示，通信设备202包括对应于多条无线链路的无线通信器401至403，执行分组传输的分组处理器404，管理指示分组传输路径的路径表的路径表管理器405，以及链路状态管理器406。
无线通信器401至403包括自适应调制功能，并且使用事先设置的调制模式或者根据无线环境动态改变调制模式，作为无线链路的调制模式。
路径表管理器405管理所拥有的路径表，并且在从路径控制设备201接收到与关于新路径的信息相关的通知时根据所接收到的通知更新路径表。除了与新设置路径相关的信息之外，还记录与在传输速率下降时所要改变的替换路径相关的信息等。
链路状态管理器406定期监视所拥有的无线通信器401至403的状态，记录与无线通信器401至403相关的状态和调制模式预测信息，并且管理包括与分组传输、所拥有的路径表的更新、自身管理的链路的BER、所使用的调制模式以及所使用带宽的稳定性相关的信息在内的链路状态信息。链路状态管理器406监视无线通信器401至403，并且在检测到传输速率由于自适应调制而变化时将该信息通知给路径表管理器405。本实施例的特征在于链路状态管理器406向路径表管理器405通知关于检测到传输速率变化的信息。此外，链路状态管理器406可以包括带宽稳定性计算功能，该功能被包括在路径控制设备201的带宽预测器306中。
分组处理器404根据路径表管理器405所管理的路径表处理分组传输。此外，分组处理器404定期地或响应于业务的变化而将链路管理器406所管理的链路状态信息发送至路径控制设备201。
由于路径表管理器405知道每个流所使用的带宽，所以路径表管理器405能够在被通知传输速率有所下降时识别出将要受到影响的业务。在这种情况下，业务的路径被改变到事先设置的替换路径。此外，当目前使用替换路径的业务能够由于传输速率的改善而恢复到原始路径时，改变该业务的路径。此外，当不存在其它路径能够被受到传输速率下降所影响的业务使用时，在通信设备处停止该业务的传输，该传输速率下降由自适应调制引起。
此外，分组处理器404、路径表管理器405和链路状态管理器406分别包括用于记录信息的存储器(未示出)以及基于各组件操作的专用电路。以上所描述的组件的至少一部分的操作可以被安排为通过使CPU(未示出)执行程序来执行。在这种情况下，程序存储在存储器(未示出)中并且CPU(未示出)被提供在路径控制设备之内。
接下来，将对根据本实施例的路径控制设备201的操作进行描述。图5是示出根据本实施例的路径控制设备的操作过程的流程图。
如图5所示，带宽预测器306得出每条无线链路的带宽稳定性(带宽概率)(步骤501)，并且路径控制器302确定业务的路径(步骤502)。在步骤502的路径确定过程中，搜索路径以便选择具有最高可能稳定性的带宽。在通过搜索所获得的路径中，为使用其稳定性等于或低于预设阈值的带宽的链路搜索替换路径(步骤503)。
正常情况下，对于执行自适应调制的无线链路而言，在无线链路可采用的调制模式当中维持至少一种实现最低传输速率的调制模式。考虑到这一点，链路带宽被划分为调制模式集合M当中的具有最低传输速率的调制模式所能够确保的带宽以及当前调制模式或预测调制模式所能够确保的带宽。在两种所划分的带宽中，虽然前者带宽的稳定性可以假设为100％，但是也必须预测或估计后者带宽的稳定性。
可由执行自适应调制的无线链路使用的计算带宽稳定性的方法可以大体上被划分为以下三种方法：1)使用统计信息的方法；2)使用过去历史信息的方法；以及3)使用天气预测信息的方法。
作为第一种推导方法的“1)使用统计信息的方法”在无线链路所使用的调制模式的分布像在正态分布的情况下那样明显时使用该分布的平均值和方差。平均值和方差的使用使得能够获得链路传输速率的概率。如果平均值由μ表示且方差由σ表示，则预测(估计)的模式具有等于或高于μ-σ的概率84.12％，等于或高于μ-2σ的概率95.44％，以及等于或高于μ-3σ的概率99.74％。
如果调制模式m所实现的传输速率由R(m)所表示，则由于通过使用调制模式m而变得可用的带宽BW(m)是与调制模式m-1的传输速率的差，所以
BW(m)＝R(m)-R(m-1)(如果m＞0)
     ＝R(m)(如果m＝0)
为真。
因此，其稳定性为99.74％的带宽BW([μ-3σ])可以被表示为BW([μ-3σ])＝R([μ-3σ])-R(0)。此外，其稳定性为95.44％的带宽BW([μ-2σ])可以被表示为BW([μ-2σ])＝R([μ-2σ])-R([μ-3σ])。其R([μ-σ])-R([μ-2σ])的稳定性为84.12％的带宽BW([μ-σ])可以被表示为BW([μ-σ])＝R([μ-σ])-R([μ-2σ])。
作为第二种推导方法的“2)使用过去历史信息的方法”，该方法可以理解为诸如使用无线链路之前所使用的调制模式的历史而得出预测(估计)的模式。如果调制模式集合由M表示并且在其中每种调制模式已经被使用了特定时间段T的时间段由T_m所表示，则等于或高于该调制模式的概率可以被表示为将该模式所拥有的T_m与具有高于该模式的传输速率的调制模式的T_m之和∑T_m(其中m表示较高的调制模式)除以T所获得的数值。这些数值表示各调制模式所实现的传输速率能够额外确保的带宽的稳定性。
换句话说，调制模式m所能够确保的带宽BW(m)＝R(m)-R(m-1)的稳定性可以被表示为∑T_m/T。此外，当m＝0时，则BW(m)＝R(m)为真。
这种推导方法还可以通过使用每种调制模式过去的BER作为过去历史信息并预测调制模式来实现。除了BER之外，可以使用SNR或载波与干扰噪声比(CINR)作为指示无线电波环境的信息，或者可以将多种类型的这样的信息进行组合。指示无线电波环境的信息由链路信息管理器305进行管理。
作为第三种也是最后一种方法的“3)使用天气预测信息的方法”使用现有的天气预报。在这种方法中，使用与诸如降雨区域的降雨量的概率相关的信息以及无线链路的位置信息来获得预测要由无线链路所使用的调制模式的概率，由此在调制模式所实现的传输速率下能够确保的带宽代表该带宽的稳定性。
在根据以上方法对链路带宽进行分类之后，在为其搜索路径的业务要使用稳定性等于或低于预设阈值的带宽时，另外搜索与该业务的链路不同的路径。
路径控制设备201的路径控制器302向通信设备(节点)202至205通知与路径控制所设置的路径相关的信息。每个节点基于从路径控制设备201所接收的路径信息更新路径表。随后，监视无线链路的状态，并且在传输速率由于自适应调制而下降时，将使用由于传输速率下降而变得不可用的带宽的业务切换到事先设置的替换路径。在切换路径之后，当该链路的传输速率此时由于重复的自适应调制而提高时，该业务返回至原始路径。
如上所述，在本实施例中，针对该带宽有多可靠来评估链路带宽，并且根据可靠性对可用带宽进行分类。当带宽被分类为其可靠性等于或超出特定水平的高可靠性带宽和具有较低可靠性的带宽时，如果业务使用高可靠性带宽，则不设置与该业务的链路不同的路径。另一方面，通过准备与使用低可靠性带宽的业务的链路不同的路径，如果该链路的带宽由于自适应调制所导致的传输速率下降而变得不可用，则将通过使该业务使用事先准备的路径来提高提供给网络中所有业务的可靠性。
对于使用自适应调制的无线链路，由于传输速率发生临时变化而使链路所拥有的带宽并不保持恒定。因此，对于每条链路，首先获得等于或高于特定带宽的概率以便评估该带宽的可靠性。换句话说，根据与链路有关的概率而将带宽分类为例如以100％概率可用的带宽，以90％或更高概率可用的带宽，以及以80％或更高概率可用的带宽。随后，当对新的业务执行路径设置时，基于已经针对链路所分配的带宽来确定要为新业务分配的带宽。由于新业务能够使用链路直至带宽由于传输速率的下降而变得不可用，所以在没有修改的情况下，带宽能够被使用的稳定性变为链路能够被使用的稳定性。如果新业务所使用的带宽的稳定性不满足该新业务在对其所设置的路径上的每条链路事先设置的阈值，则设置不同于该链路的路径。随后，当传输速率由于每条链路的自适应调制而下降时，通过将受到传输速率下降影响的业务转移到事先设置的替换路径，能够保持业务的通信质量。结果，与不执行到替换链路的转移的情况相比通信质量能够有所改善。
在每条链路，由于仅对受到自适应调制所导致的传输速率下降影响的业务设置了替换路径，所以与对所有路径设置预备路径的情况相比可以减少所使用的带宽。此外，由于即使无法独立使用的低稳定性带宽现在也能够如以上所描述的通过与其它替换路径组合而被有效使用，所以能够通过网络发送更大量的业务。
此外，由于已知每条链路的业务正在使用哪个链路带宽的哪个部分，所以即使没有使用信令也能够立即检测到由于自适应调制所导致的传输速率下降对于业务的影响并且能够将对于业务的影响保持为最小。
现在将关于图2所示的网络来描述本实施例所提供的优势。
当从通信设备202向通信设备205发送业务R时，有两条可能路径，即通信设备202-通信设备203-通信设备205以及通信设备202-通信设备203-通信设备204-通信设备205。在下文中，例如，通信设备202-通信设备203之间的路径将由“路径202-203”表示。
现在，假设路径202-203的传输速率恒定为2R，路径203-205的传输速率由于自适应调制而在R/2和2R之间变化，并且路径203-204和路径204-205各自的传输速率在R/2和3/2R之间变化。在这种情况下，在没有受到自适应调制所导致的传输速率下降影响而能够发送的最大业务量为分别经由路径202-203-205和路径202-203-204-205所发送的业务R/2之和R。
然而，假设路径203-204-205和路径203-205的传输速率变化彼此独立发生，但是这些变化同时发生的概率足够低以至于可以忽略不计，从而在这种情况下，两条路径之一总是可用的。在这种情况下，通过将路径203-205设置为正常路径，并且事先确保路径203-204-205作为路径203-205的传输速率下降的情况下的替换路径，就能够重新且另外发送最大业务R。换句话说，能够在通信设备202和通信设备205之间发送2R的总业务，直至路径203-205的传输速率下降至R/2，并且一旦路径203-205的传输速率下降至R/2可以立即切换到替换路径。
如所示出的，在本实施例中，即使在存在无法独立使用的低稳定性带宽时，也能够通过另外提供与链路之间具有低的传输速率降低相关性的替换路径而使得带宽变为可用，网络的利用率可以整体有所提高。
此外，由于业务流过的路径可以由路径控制进行控制，所以不同于分组单元的负载分布，可以容易地保证业务的通信质量。
(第二实施例)
本实施例被配置为使得每个通信设备包括如图3所示的路径控制设备的功能，并且路径控制以分布式的方式来执行。
现在将对根据本实施例的通信设备的配置进行描述。图6是示出根据本实施例的通信设备的配置示例的框图。与第一实施例类似的组件将由类似附图标记所表示，并且将省略其详细描述。
提供图6所示的通信设备2002来替代图2所示的各通信设备202至205。除了图4所示的组件之外，通信设备2002包括路径控制器607、业务信息管理器608、拓扑信息管理器609、链路信息管理器610和带宽预测器611。
路径控制器607对应于路径控制器302，业务信息管理器608对应于业务信息管理器303，拓扑信息管理器609对应于拓扑信息管理器304，链路信息管理器610对应于链路信息管理器305，并且带宽预测器611对应于带宽预测器306，其中路径控制器302、业务信息管理器303、拓扑信息管理器304、链路信息管理器305以及带宽预测器306分别包括在图3所示的路径控制设备201中。在本实施例中，这些组件的详细描述将被省略。
现在将简要描述根据本实施例的通信设备的操作。
当经由无线通信器401和分组处理器604从外部接收到用于获得使用网络的允许的诸如许可请求之类的消息时，路径控制器607执行在第一实施例中由路径控制设备201所执行的路径控制。随后，在本实施例中，将路径信息通知到其它通信设备，其中该路径信息为与由于路径控制所设置的路径相关的信息。
(第三实施例)
在本实施例中，准备指示与调制模式组合相对应的稳定性的表，从而参考该表设置路径。在本实施例中，将描述与第一实施例的不同之处。
利用根据本实施例的路径控制设备201，链路信息管理器305控制与网络上的每条链路所拥有的调制模式以及其它链路所使用的调制模式相关的信息，而且获得调制模式组合的稳定性并作为表进行管理。该表被称作组合稳定性表。随后，路径控制器302使用链路信息管理器305所创建的组合稳定性表获得与替换路径的组合。
[第一示例]
在本示例中，将对包括关于第一实施例中所描述的路径控制设备201所进行的许可请求控制的路径控制操作进行描述。图7是示出根据本示例的路径控制方法的操作过程的流程图。
当路径控制设备201经由通信器301从外部接受许可请求时(步骤800)，带宽预测器306计算每条无线链路所能够使用的带宽的稳定性(步骤801)。随后，路径控制器302基于所计算的带宽稳定性搜索路径(步骤802)。除了没有充足的额外带宽传送业务的链路之外，使用Dijkstra的方法等搜索路径。
在通过步骤802的操作找到路径时，路径控制器302为由于诸如所找到路径上所要使用的带宽稳定性等于或低于所要求阈值的原因而需要替换路径的链路搜索替换路径(步骤803)。所述许可请求在两条路径都被找到时得到允许(步骤804)。相反，所述许可请求在没有找到路径时被拒绝(步骤805)。
当路径搜索成功时，路径控制器201向所搜索路径上的所有通信设备发送包括指示业务以及该业务所要遵循的路径的路径信息的消息，从而使得该业务遵循所搜索的路径，并且使得每个通信设备更新路径表。
现在将描述在图2所示的网络上执行根据本示例的路径控制的情况下的路径控制操作。图8是示出当在图2所示的网络上执行根据本示例的路径控制时的操作过程的顺序图。该图示出了在通信设备202和通信设备205之间设置路径的情况。
在从外部接收到许可请求时(步骤910)，路径控制设备201接受该请求并且预测无线链路的带宽稳定性(带宽概率)(步骤911)。随后，执行对满足该请求的路径的搜索(步骤912)，并且为每条使用稳定性等于或低于业务所要求阈值的链路执行对替换路径的搜索(步骤913)。当找到路径时，对请求流发出许可的允许(步骤914)，对该路径上的通信设备进行路径表更新通知(步骤915)，并且设置替换路径(步骤916)。
此外，存在若干种用于在图8所示的步骤911中所执行的带宽预测操作中计算每条无线链路所能够使用的带宽稳定性的方法。现在将描述一种这样的方法。让我们简单假设每条无线链路能够使用调制模式m1、m2和m3，在所述调制模式中至少维持具有最低传输速率的调制模式m1，使用高于m1的调制模式m2或者更高调制模式的概率为90％，并且使用m3的概率为80％。
在这种情况下，如果R(m1)表示调制模式m1的传输速率，则由于链路带宽中仅能够在m1或高于m1下使用的带宽BW(m1)为R(m1)，所以BW(m1)＝R(m1)为真，这表明所能够使用的该部分的带宽概率为100％，或者换句话说其稳定性为100％。另一方面，由于仅能够通过使用调制模式m2而使用的带宽BW(m2)为分别通过调制模式m2和m1所实现的传输速率之间的差，所以BW(m2)＝R(m2)-R(m1)为真，这表明该部分带宽的稳定性为90％。以类似方式，仅能够通过使用调制模式m3而使用的带宽BW(m3)可以被表示为BW(m3)＝R(m3)-R(m2)。
当在例如业务所要求的稳定性为90％的情况下为业务设置路径时，如果要使用BW(m1)和BW(m2)部分中的带宽，则由于稳定性满足阈值而不需要替换路径。另一方面，当业务要使用BW(m3)部分中的带宽时稳定性仅为80％。因此，必须准备替换路径以使得流过网络的业务处于较高的稳定性。
虽然业务所要使用的带宽基本上基于FCFS(先来先服务)进行确定，但是也可以另外通过提供业务分类等来确定业务所要使用的带宽。
此外，可以如下进行确定。在如上所述设置路径之后，在每个节点处，当无线链路的调制模式由于自适应调制而从m3变为m2时，使用BW(m3)中的带宽的业务的路径切换到事先所设置的替换路径。随后，当无线链路的调制模式恢复到m3时，恢复原始路径。特别地，每个通信设备的链路状态管理器406监视无线链路，并且当无线链路所使用的调制模式改变时，链路状态管理器406向路径表管理器405通知其信息。基于该信息，路径表管理器405针对每个业务流判断使业务使用正常路径还是替换路径，并且向分组处理器404通知要使用哪条路径。
此外，当业务要使用针对所有路径都具有100％稳定性的带宽时，可以保持业务的通信质量不受到自适应调制的影响。
[第二示例]
不同于在每次发生业务时都执行路径计算，本示例表示了在预测了链路所能够使用的带宽稳定性之后使用事先知道的业务需求信息获得所有路径的情况。此外，由于本示例是第一实施例的示例，所以将省略其配置的详细描述。
现在将描述根据本示例的路径控制的操作过程。图9是示出根据本示例的路径控制方法的操作过程的流程图。
路径控制设备201获得指示最终业务量的业务需求信息(业务数据)(步骤1001)，获得每条链路所能够使用的带宽稳定性(带宽概率)的相关信息(步骤1002)，并且使用该信息为业务设置所有路径(步骤1003)。
在步骤1003中所执行的路径设置过程中，基于带宽稳定性和业务需求信息设置目标函数和约束条件，并且作为线性规划问题，为业务设置路径以使得最大化或最小化目标函数。当目标函数为使流过网络的业务量最大化时，在路径设置过程中获得使目标函数最大化的路径。
[第三示例]
本示例涉及在网络内以分布式的方式执行许可控制以及在第一示例中已经描述过的业务流过的路径的控制。
图2所示的通信设备202、203和205均共享与图6所示的通信设备2002相同的配置并且执行路径控制设备201中所包括的路径控制功能。
现在将简要描述根据本示例的路径控制方法的操作。在从外部接收许可请求时，每个通信设备202、203和205执行图8所示的步骤912至916的路径控制。随后，各通信设备202、203和205彼此互相通知路径控制结果并且交换业务信息，该业务信息包括与通过网络的哪部分流过什么数量的业务相关的信息。
在本示例中，由于在第一示例中所描述的路径控制功能是以分布式形式存在于网络中，所以能够防止控制路径的负载集中于单个设备上。
[第四示例]
本示例表示除了设置路径之外还设置预备路径的情况。本示例通过使用第三示例来实现。
图10是示出根据本示例的路径控制方法的操作过程的流程图。路径控制设备201的带宽预测器306预测每条无线链路所能够使用的带宽稳定性或者参考第三实施例中所描述的组合稳定性表(步骤701)，并且基于该信息搜索并设置路径(步骤702)。随后，针对步骤702中所设置的所有路径搜索预备路径(步骤703)。预备路径是指除了在步骤702中对每条无线链路所设置的正常路径之外所准备的替换路径的集合。
[第五示例]
本示例是一种计算链路所能够使用的带宽稳定性的方法，其不同于第一示例中所描述的方法。
将参考图5中所示的流程图对根据本示例的路径控制设备的操作进行描述。以下描述将集中于图3所示的带宽预测器306在图5所示的步骤501中的操作。
在本示例中，假设无线链路所要使用的调制模式的分布是事先已知的。通过使用无线链路所要使用的调制模式的分布或者BER的分布，带宽预测器306能够预测无线链路所能够使用的带宽的稳定性。使用调制模式的分布，执行以下操作。
让我们假设QPSK、16QAM、32QAM、64QAM和128QAM分别对应于QPSK＝0、16QAM＝1、32QAM＝2、64QAM＝3和128QAM＝4。让我们还假设各调制模式所能够实现的传输速率为10Mbps、20Mbps、30Mbps、40Mbps和50Mbps。如果无线链路所要使用的调制模式的使用频率和使用持续时间的平均值μ(e)和方差σ(e)分别依据正态分布而给出为μ(e)＝3且σ(e)＝0.4，则可以使用这样的属性来确定每条无线链路所能够使用的带宽的稳定性。
由于等于或高于[μ(e)-3σ(e)]的调制模式将以99.97％或更高的概率被使用，所以从
[3-3×0.4]＝1
得出等于或高于16QAM的调制模式将以99.97％的概率被使用。
另一方面，由于等于或高于[μ(e)-σ(e)]的调制模式将以84.12％或更高的概率被使用，所以从
[3-0.4]＝2
得出等于或高于32QAM的调制模式将以84.12％的概率被使用。
由于至少能够保持作为最低调制模式的QPSK，所以无论调制模式由于自适应调制如何变化，始终能够使用表示为BW(QPSK)＝R(QPSK)＝10Mbps的带宽。此外，16QAM所能够确保的带宽BW(16QAM)可以表示为BW(16QAM)＝R(16QAM)-R(QPSK)＝10Mbps，并且该带宽的稳定性为99.97％。另一方面，32QAM所能够重新确保的带宽BW(32QAM)可以表示为BW(32QAM)＝R(32QAM)-R(16QAM)＝10Mbps且稳定性为84.12％。
各带宽事先根据稳定性进行分类，并且在进行路径设置时，基于其它业务进行使用的状态来确定能够使用16QAM所能够确保的带宽BW(16QAM)或者32QAM所能够确保的带宽BW(32QAM)中的哪一个。因此，做出关于是否需要设置替换路径的判断。
[第六示例]
在本示例中，使用不同于第一示例中所使用的方法和第五示例中所使用的方法的方法来计算链路的带宽稳定性。根据本示例的方法涉及基于与每条无线链路之前所使用的调制模式相关的信息来计算链路的带宽稳定性。
将参考图5所示的流程图对根据本示例的路径控制设备的操作进行描述。以下描述将集中于图3所示的带宽预测器306在图5所示的步骤501中的操作。
通过计算关于无线链路所能够使用的调制模式当中哪个调制模式在过去的特定时间段中已经被使用多久的比例，如以下所描述的那样计算无线链路的带宽稳定性。
首先，让我们假设无线链路所能够使用的调制模式为QPSK、16QAM、32QAM和64QAM。在这种情况下，如果在从现在到过去四小时的间隔期间内，无线链路已经使用了调制模式64QAM两小时，调制模式32QAM一小时，以及16QAM一小时，则各调制模式所占的间隔比例可以表示为
64QAM＝1/2，32QAM＝1/4，16QAM＝1/4和QPSK＝0。
这里，如果假设调制模式的稳定性为等于或高于该调制模式的调制模式所占的比例，则各稳定性可以表示为
64QAM＝1/2，32QAM＝3/4，16QAM＝1和QPSK＝1。
在这种情况下，如果业务要使用能够由16QAM或QPSK所能够实现的传输速率所确保的带宽(最大为BW(16QAM)+BW(QPSK)＝20Mbps)，则不会出现问题。另一方面，当业务要使用在使用诸如32QAM调制模式的另一种调制模式时实现的传输速率所确保的附加带宽(BW(32QAM)＝R(32QAM)-R(16QAM)＝30-20＝10Mbps)时，由于该带宽的稳定性为3/4，所以必须要准备不同于该链路的路径。现在，让我们假设已经找到了不同于该链路的路径并且该路径上业务所要使用的带宽稳定性为3/4。在这种情况下，由于替换路径在相同时刻也变为不可用的概率为1-(1-3/4)×(1-3/4)＝15/16，所以通过使得业务使用替换路径，能够提供稳定性等于或高于90％的路径并且能够保持通信质量。
[第七示例]
本示例表示使用BER计算链路带宽的稳定性的情况。由于本示例除了链路所能够使用的带宽稳定性的计算之外与第六示例相似，所以将省略重叠部分的描述。
在本示例中，在图5所示的步骤501，带宽预测器306使用每条无线链路过去的BER作为过去的历史信息。链路信息管理器305收集无线链路的每种调制模式过去的BER。带宽预测器306参考链路信息管理器305所收集的信息，并且在特定间隔(时间段)中针对每种调制模式计算该调制模式的BER占业务所要求BER的比例，作为能够使用该调制模式的概率。所计算的概率被设置为通过使用该调制模式所能够使用的带宽的稳定性。
[第八示例]
本示例涉及使用天气信息提高带宽预测的精确度。由于本示例除了带宽预测操作之外与第六示例相似，所以将省略重叠部分的描述。
在本示例中，在图5所示的步骤501的带宽预测操作中，出于提高预测精确度的目的，基于来自降雨强度分布和行进速度的预测结果以及从事先获得的降雨信息所获得的降雨云团路径并且基于无线链路的位置信息来预测每条无线链路的带宽稳定性。此外，无线链路的位置信息假设事先包括在拓扑信息管理器304所管理的连接信息中。
[第九示例]
除了在路径控制设备201执行的路径设置过程中为业务的路径和链路设置替换路径之外，本示例涉及为所有路径设置预备路径作为针对故障的对策。
在本示例中，除了业务实际使用的路径之外还设置预备路径。将对根据本示例的路径设置过程进行描述。图11是示出根据本示例的路径设置过程的流程图。
如图11所示，带宽预测器306执行带宽预测并且获得带宽的稳定性(步骤1101)，并且路径控制器302参考与带宽稳定性相关的信息并且设置要正常使用的路径(步骤1102)。在设置正常路径之后，为使用等于或低于阈值的带宽的路径设置替换路径(步骤1103)。随后，为步骤1102中所获得的所有路径设置预备路径(步骤1104)。可以通过以与正常路径相同的方式使用带宽稳定性来获得路径来设置预备路径。
如以上实施例和示例中所描述的，本发明用于执行路径设置和路径切换而不是负载分布。根据本发明，根据基于调制模式历史等的可靠性将根据链路带宽划分为多个级别，并且在路径设置过程中要重新分配低可靠性级别中的带宽时，在路径设置时设置替换路径以防该级别带宽变为不可用。随后，当相关带宽变为不可用时，对其分配了该带宽的业务的路径被切换到事先设置的替换路径。
本发明的特征在于根据对应于可靠性而分类的每种带宽为链路事先设置替换路径，基于此，执行自适应调制的无线链路的带宽由于调制模式的使用而明显地改变，如果通过使用调制模式来改变带宽，则仅有其带宽改变的相关业务的路径将发生变化，并且因此可以防止包括路径没有改变的业务的所有业务的质量下降。此外，由于仅对部分路径设置替换路径，所以能够提高网络利用效率。
此外，即使在有线链路与无线链路共存的模式中也能够实施本发明。而且，本发明还能够在通信设备包括路径控制设备的功能的情况下实现。此外，可以以分布式的方式在网络中提供多个路径控制设备，从而每个路径控制设备可以执行如上所述的操作。
作为本发明的优势的示例，通过预测作为无线链路所能够使用的带宽的概率的稳定性并且根据该稳定性控制业务的路径，即使具有低稳定性的带宽也能够被有效使用，并且能够通过网络发送更大量的没有受到自适应调制所导致的传输速率波动影响的业务。
工业实用性
本发明可应用于无线链路所构成的无线宽带系统和移动网络系统。
虽然已经参考实施例和示例描述了如相关申请中所要求保护的本发明，但是所要理解的是，本发明并不局限于以上所描述的实施例和示例。对于本领域技术人员将会显而易见的是，可以在本发明的范围内对本发明的配置和细节进行各种改变。
本发明基于2009年2月9日提交的日本专利申请号2009-027437并要求其优先权，其内容通过引用结合于此。
附图标记列表
201 路径控制设备
202至205 通信设备
301 通信器
302，607 路径控制器
303，608 业务信息管理器
304，609 拓扑信息管理器
305，610 链路信息管理器
306，611 带宽预测器
401至403，601至603 无线通信器
404，604 分组处理器
405，605 路径表管理器
406，606 链路状态管理器

Claims (38)

1.一种路径控制系统，包括：
网络，所述网络包括经由使用自适应调制的无线链路进行通信的通信设备；以及
路径控制设备，所述路径控制设备针对所述无线链路获得与带宽相对应并且指示所述带宽的稳定性的带宽概率、将所述带宽概率高于预定阈值的通信路径优先设置到所述网络、并且为所述带宽概率低于所述预定阈值的通信路径准备替换路径。
2.如权利要求1所述的路径控制系统，其中
在设置所述通信路径时，所述路径控制设备设置下述通信路径：该通信路径与设置该通信路径之前相比，具有相等或更高的业务通信质量。
3.如权利要求1或2所述的路径控制系统，其中
所述路径控制设备预测所述无线链路的调制模式并且基于所预测的调制模式来计算所述无线链路的所述带宽概率。
4.如权利要求1或2所述的路径控制系统，其中
所述路径控制设备基于所述无线链路所使用的调制模式的历史或者指示所述无线链路的无线电波环境的信息的历史来计算所述无线链路的所述带宽概率。
5.如权利要求4所述的路径控制系统，其中
在获得所述带宽概率时，使用所述调制模式的历史或指示无线电波环境的信息的历史的统计分布信息来计算所述带宽概率。
6.如权利要求4或5所述的路径控制系统，其中
所述指示无线电波环境的信息至少包括下述之一：误码率、信噪比以及载波与干扰噪声比。
7.如权利要求1或2所述的路径控制系统，其中
所述路径控制设备对应于所述无线链路的位置处的天气信息来预测所述无线链路的带宽概率。
8.如权利要求1至7中任一项所述的路径控制系统，其中
所述路径控制设备在带宽概率低于所述阈值的通信路径的传输速率下降时，将所准备的替换路径设置到所述网络。
9.如权利要求1至7中任一项所述的路径控制系统，其中
所述路径控制设备将预备路径设置到所述网络，所述预备路径对多条所述无线链路的各自的替换路径进行组合。
10.如权利要求1至8中任一项所述的路径控制系统，其中
所述通信设备监视所拥有的无线链路的状态，并且在所述无线链路的带宽改变时，将受到带宽改变影响的业务从所设置的通信路径切换到所述替换路径。
11.一种路径控制设备，包括：
带宽预测器，所述带宽预测器针对网络中使用自适应调制的无线链路获得带宽概率，所述带宽概率与带宽相对应并且指示所述带宽的稳定性，所述网络包括经由所述无线链路进行通信的通信设备；以及
路径控制器，所述路径控制器将所述带宽概率高于预定阈值的通信路径优先设置到所述网路，并且为所述带宽概率低于所述预定阈值的通信路径准备替换路径。
12.如权利要求11所述的路径控制设备，其中
在设置所述通信路径时，所述路径控制器设置下述通信路径：该通信路径与设置该通信路径之前相比，具有相等或更高的业务通信质量。
13.如权利要求11或12所述的路径控制设备，其中
所述带宽预测器预测所述无线链路的调制模式并且基于所预测的调制模式来计算所述无线链路的所述带宽概率。
14.如权利要求11或12所述的路径控制设备，其中
所述带宽预测器基于所述无线链路所使用的调制模式的历史或者指示所述无线链路的无线电波环境的信息的历史来计算所述无线链路的所述带宽概率。
15.如权利要求14所述的路径控制设备，其中
在获得所述带宽概率时，使用所述调制模式的历史或指示无线电波环境的信息的历史的统计分布信息来计算所述带宽概率。
16.如权利要求14或15所述的路径控制设备，其中
所述指示无线电波环境的信息至少包括下述之一：误码率、信噪比以及载波与干扰噪声比。
17.如权利要求11或12所述的路径控制设备，其中
所述带宽预测器对应于所述无线链路的位置处的天气信息来预测所述无线链路的带宽概率。
18.如权利要求11至17中任一项所述的路径控制设备，其中
所述路径控制器在带宽概率低于所述阈值的通信路径的传输速率下降时，将所准备的替换路径设置到所述网络。
19.如权利要求11至17中任一项所述的路径控制设备，其中
所述路径控制器将预备路径设置到所述网络，所述预备路径对多条所述无线链路的各自的替换路径进行组合。
20.一种通信设备，包括：
无线通信器，所述无线通信器通过使用自适应调制的无线链路来经由网络进行通信；
带宽预测器，所述带宽预测器针对所述无线链路获得带宽概率，所述带宽概率与带宽相对应并且指示所述带宽的稳定性；以及
路径控制器，所述路径控制器将所述带宽概率高于预定阈值的通信路径优先设置到所述网络，并且为所述带宽概率低于所述预定阈值的通信路径准备替换路径。
21.一种路径控制方法，包括：
针对网络中使用自适应调制的无线链路获得带宽概率，所述带宽概率与带宽相对应并且指示所述带宽的稳定性，所述网络包括经由所述无线链路进行通信的通信设备；
将所述带宽概率高于预定阈值的通信路径优先设置到所述网络；以及
为所述带宽概率低于所述预定阈值的通信路径准备替换路径。
22.如权利要求21所述的路径控制方法，其中
在设置所述通信路径时，设置下述通信路径：该通信路径与设置该通信路径之前相比，具有相等或更高的业务通信质量。
23.如权利要求21或22所述的路径控制方法，其中
在获得所述带宽概率时，预测所述无线链路的调制模式并且基于所预测的调制模式来计算所述无线链路的所述带宽概率。
24.如权利要求21或22所述的路径控制方法，其中
在获得所述带宽概率时，基于所述无线链路所使用的调制模式的历史或者指示所述无线链路的无线电波环境的信息的历史来计算所述无线链路的所述带宽概率。
25.如权利要求24所述的路径控制方法，其中
在获得所述带宽概率时，使用所述调制模式的历史或指示无线电波环境的信息的历史的统计分布信息来计算所述带宽概率。
26.如权利要求24或25所述的路径控制方法，其中
所述指示无线电波环境的信息至少包括下述之一：误码率、信噪比以及载波与干扰噪声比。
27.如权利要求21或22所述的路径控制方法，其中
在获得所述带宽概率时，对应于所述无线链路的位置处的天气信息来预测所述无线链路的带宽概率。
28.如权利要求21至27中任一项所述的路径控制方法，其中
在带宽概率低于所述阈值的通信路径的传输速率下降时，将所准备的替换路径设置到所述网络。
29.如权利要求21至27中任一项所述的路径控制方法，其中
将预备路径设置到所述网络，所述预备路径对多条所述无线链路的各自的替换路径进行组合。
30.一种程序，所述程序使将通信路径设置到包括经由使用自适应调制的无线链路进行通信的通信设备的网络的计算机进行：
针对所述无线链路获得带宽概率，所述带宽概率与带宽相对应并且指示所述带宽的稳定性；
将所述带宽概率高于预定阈值的通信路径优先设置到所述网络；以及
为所述带宽概率低于所述预定阈值的通信路径准备替换路径。
31.如权利要求30所述的程序，其中
在设置所述通信路径时，设置下述通信路径：该通信路径与设置该通信路径之前相比，具有相等或更高的业务通信质量。
32.如权利要求30或31所述的程序，其中
在获得所述带宽概率时，预测所述无线链路的调制模式并且基于所预测的调制模式来计算所述无线链路的所述带宽概率。
33.如权利要求30或31所述的程序，其中
在获得所述带宽概率时，基于所述无线链路所使用的调制模式的历史或者指示所述无线链路的无线电波环境的信息的历史来计算所述无线链路的所述带宽概率。
34.如权利要求33所述的程序，其中
在获得所述带宽概率时，使用所述调制模式的历史或指示无线电波环境的信息的历史的统计分布信息来计算所述带宽概率。
35.如权利要求33或34所述的程序，其中
所述指示无线电波环境的信息至少包括下述之一：误码率、信噪比以及载波与干扰噪声比。
36.如权利要求30或31所述的程序，其中
在获得所述带宽概率时，对应于所述无线链路的位置处的天气信息来预测所述无线链路的带宽概率。
37.如权利要求30至36中任一项所述的程序，其中
在带宽概率低于所述阈值的通信路径的传输速率下降时，将所准备的替换路径设置到所述网络。
38.如权利要求30至36中任一项所述的程序，其中
将预备路径设置到所述网络，所述预备路径对多条所述无线链路的各自的替换路径进行组合。
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