CN104023358A - 一种能平衡系统信令负荷与终端耗电量的无线资源调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能平衡系统信令负荷与终端耗电量的无线资源调整方法，属于移动通信技术领域。该方法通过在基站内设置系统信令负荷监控器，同时将RRC(Radio Resource Control)静止定时器控制中心转移至每个终端内部实现；系统信令负荷监控器用于实时监控系统信令，在系统信令即将超预警值时，广播给小区内所有终端，强制其改变RRC静止定时器至一个相对较长的值，以迅速降低状态转移频率，减少信令开销；终端内部的RRC静止定时器控制中心则用于根据自身流量形态自适应调整RRC静止定时器长度。通过本方法，各个终端能够自适应选取最适宜的RRC静止定时器长度，在有效控制系统信令的前提下，最大化资源利用率，减小终端耗电量，实现系统信令与终端耗电的平衡。

Description

一种能平衡系统信令负荷与终端耗电量的无线资源调整方法

技术领域

本发明属于移动通信技术领域，涉及一种能平衡系统信令负荷与终端耗电量的无线资源调整方法。

背景技术

随着移动通信技术从2G到3G、4G的升级换代和迅猛发展，全球智能终端的销售已明显出现井喷之势，智能终端的销量屡创新高。在这股热潮之下，面向智能终端的移动应用不断涌现，并逐步吞噬人们的生活。随之而来的是移动数据流量的爆发式增长，这给无线资源以及网络设备处理能力带来了巨大的挑战。尤其是控制面信令资源，近年来就多次因为信令流量激增造成网络拥塞而出现重大服务中断。这种由于信令流量增幅高于业务流量，导致网络整体利用率还不高时就出现网络拥塞甚至雪崩效应的网络问题通常称为信令风暴。

信令风暴的产生与新型移动应用的流量形态密切相关。应用开发者为了塑造更快、更流畅的移动体验，设计出来的移动应用往往具有实时在线的特点。应用为了保证用户永远在线普遍需要周期性地与服务器交换状态信息。由于这些信息都需要通过网络进行传送，且只有在终端处于RRC_connected状态时才能成功传送，传送完毕之后就会迁移至RRC_idle状态，因而频繁的信息交换会导致终端频繁的状态迁移，消耗大量控制面信令资源，危害网络性能及用户体验。

通过减少RRC状态迁移的次数能够有效降低信令开销。具体通过在基站内设置RRC静止定时器实现。如图1所示，如果网络侧在收到用户数据包之后直到RRC静止定时器超时都不再收到数据包，网络侧才释放与终端的连接。这种方案的难点主要在于定时器长度的设置，传统方案如图2所示，通常在基站内设置RRC静止定时器控制中心，以降低信令开销为目的，对小区内的终端统一设置RRC静止定时器。这种方式存在两个问题：一是一味追求低信令开销，虽然这能从一定程度上缓解信令资源的压力，却会衍生出诸如终端耗电严重等其他影响用户体验的问题；二是对所有终端不加区分的进行控制，用户由于偏好不同，终端运行的业务会存在差异，而不同业务对网络资源的需求是不一致的，不加区分的控制方法会忽略终端之间的需求差异，造成资源浪费甚至影响用户体验。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种能平衡系统信令负荷与终端耗电量的无线资源调整方法，该方法基于终端流量形态自适应调整RRC静止定时器长度，以充分利用网络资源，实现系统信令开销与终端耗电之间的平衡。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种能平衡系统信令负荷与终端耗电量的无线资源调整方法，该方法通过在基站内设置系统信令负荷监控器，同时将RRC(Radio Resource Control)静止定时器控制中心转移至每个终端内部实现；系统信令负荷监控器用于实时监控系统信令，在系统信令即将超预警值时，广播给小区内所有终端，强制其改变RRC静止定时器至一个相对较长的值，以迅速降低状态转移频率，减少信令开销；终端内部的RRC静止定时器控制中心则用于根据自身流量形态自适应调整RRC静止定时器长度。

进一步，所述基站内部设置的系统信令负荷监控器工作具体流程包括：

1)统计单位时间内终端各状态迁移的次数N_{connected >idle}和N_{idle >connected}；

2)基于各状态迁移的次数以及各过程的信令消耗情况计算系统信令负荷，具体公式如下：N_system＝γ₁×N_{idle >connected}+γ₂×N_{connected >idle}，γ₁对应建立连接需要的信令数目，γ₂对应释放连接需要的信令数目；

3)判断系统信令负荷N_system是否超出预警值，预警值＝α·threshold，α为阈值控制因子，对应强制调整的敏感程度，α越小，越容易引发定时器的强制调整，threshold为系统信令门限；若N_system≥α·threshold，则向小区内的所有终端广播强制调整命令。

进一步，终端内的RRC静止定时器控制中心调整RRC静止定时器长度的工作流程具体包括：

1)以最小化耗电量为目标，统一初始化各终端的RRC静止定时器为T₀，即定时器长度初始化为系统能承受的最小值；

2)判断终端是否收到强制调整命令，是则进入步骤3)，否则进入步骤6)；

3)强制小区内所有终端的RRC静止定时器统一调整为timer0，timer0是系统最大RRC静止定时器值，用于降低RRC状态迁移频率，迅速减少信令开销，它与系统信令控制的力度相关，timer0越大，系统信令下降的幅度也就越大；

4)记录T_connected持续时间里RRC静止定时器被重启的次数counter，判断counter是否小于累积因子max，如果是则说明此时的RRC静止定时器值不符合终端的活跃程度，需要进行调整，进入步骤5)，否则进入步骤6)；累积因子max对应静止定时器调整的敏感程度，max越小，定时器调整越灵敏；

5)调整RRC静止定时器＝RRC静止定时器/k，k为迭代因子，它与每一次静止定时器调整的幅度相关，k越大，定时器调整的步进越大；

6)判断RRC静止定时器是否超时，如果超时则进入步骤7)，否则进入步骤4)；

7)释放RRC连接。

本发明的有益效果在于：通过本发明所述方法，各个终端能够自适应选取最适宜的RRC静止定时器长度，在有效控制系统信令的前提下，最大化资源利用率，减小终端耗电量，实现系统信令与终端耗电的平衡。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为RRC静止定时器工作原理图；

图2为传统RRC状态迁移控制方法基本原理图；

图3为改进RRC状态迁移控制方法基本原理图；

图4为基站内系统信令监控器的工作原理图；

图5为终端内RRC静止定时器控制中心工作原理图；

图6为移动网络中各业务的实际用户使用比例；

图7为各偏好业务的流量特性；

图8为本实例的主要仿真参数；

图9为终端XX上的实时流量形态；

图10为改进RRC状态迁移控制方法下的实时系统信令负荷；

图11为XX终端的实时RRC静止定时器长度；

图12为传统RRC状态迁移控制方法下的实时系统信令负荷；

图13为传统及改进RRC状态迁移控制方法下的终端平均耗电量对比；

图14为本发明所述方法的具体流程示意图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

本发明采取如下技术方案，具体如图3所示，通过在基站内设置系统信令负荷监控器，同时将图2中的RRC静止定时器控制中心转移至每个终端内部实现。系统信令负荷监控器用于实时监控系统信令，在系统信令即将超预警值时，广播给小区内所有终端，强制其改变RRC静止定时器至一个相对较长的值，以迅速降低状态转移频率，减少信令开销；终端内部的RRC静止定时器控制中心则用于根据自身流量形态自适应调整RRC静止定时器长度，图1为RRC静止定时器工作原理图，图14为本方法的流程示意图。

基站内的系统信令负荷监控器工作流程如图4所示：

1)统计单位时间内终端各状态迁移的次数N_{connected >idle}和N_{idle >connected}；

2)基于各状态迁移的次数以及各过程的信令消耗情况计算系统信令负荷，具体公式如下：N_system＝γ₁×N_{idle >connected}+γ₂×N_{connected >idle}，γ₁对应建立连接需要的信令数目，γ₂对应释放连接需要的信令数目；

3)判断系统信令负荷N_system是否超出预警值，预警值＝α·threshold，α为阈值控制因子，对应强制调整的敏感程度，α越小，越容易引发定时器的强制调整，threshold为系统信令门限；若N_system≥α·threshold，则向小区内的所有终端广播强制调整命令。

终端内的RRC静止定时器控制中心调整RRC静止定时器长度的工作流程如图5所示：

1)以最小化耗电量为目标，统一初始化各终端的RRC静止定时器为T₀，即定时器长度初始化为系统能承受的最小值；

2)判断终端是否收到强制调整命令，是则进入步骤3)，否则进入步骤6)；

3)强制小区内所有终端的RRC静止定时器统一调整为timer0，timer0是系统最大RRC静止定时器值，用于降低RRC状态迁移频率，迅速减少信令开销，它与系统信令控制的力度相关，timer0越大，系统信令下降的幅度也就越大；

4)记录T_connected持续时间里RRC静止定时器被重启的次数counter，判断counter是否小于累积因子max，如果是则说明此时的RRC静止定时器值不符合终端的活跃程度，需要进行调整，进入步骤5)，否则进入步骤6)；累积因子max对应静止定时器调整的敏感程度，max越小，定时器调整越灵敏；

5)调整RRC静止定时器＝RRC静止定时器/k，k为迭代因子，它与每一次静止定时器调整的幅度相关，k越大，定时器调整的步进越大；

6)判断RRC静止定时器是否超时，如果超时则进入步骤7)，否则进入步骤4)；

7)释放RRC连接。

具体来说，在本实施例中，首先基于移动网络中实际使用各业务的用户数量分析得出用户使用热度最高的三种业务，如图6所示，分别为：HTTP、P2P和IM，针对不同业务类型进一步基于用户使用情况选取代表性应用分析出各业务的后台流量特点：HTTP业务的代表应用为UC；P2P业务的代表应用为PPS；IM业务的代表应用为QQ。分析发现，上述三种业务的流量均呈现周期特性，具体周期如图7所示。最后依据分析得出的用户使用热度及流量特性构建出一个关于新型业务的后台流量模型，各业务的实际用户比例符合实际网络情况。

下面给出系统信令与终端耗电的具体表达式：

N_system＝7×N_{idle >connected}+1×N_{connected >idle}。

P_total＝290×T_connected+4×T_idle。

其中，N_{idle >connected}代表终端从idle状态转向connected状态的总次数，N_{connected >idle}代表终端从connected状态转向idle状态的总次数；connected下终端电流为290mA，idle态下为4mA；T_connected则代表所有终端持续处于连接态的时间，T_idle代表所有终端持续处于空闲态的时间。

在此基础之上可以得到系统信令超标率ratio与终端平均耗电量P_avg的表达式：

ratio＝P{N_system＞threshold}。

P_avg＝P_total/600。

本实施例的主要仿真参数如图8所示。根据本发明方法，将各个终端的RRC静止定时器初始化为10ms，即令t₀＝10ms。同时该RRC状态迁移控制方法的相关参数设置如下：max＝5，k＝6,α＝0.8，timer0＝32000ms。系统信令监控器每1s(具体时间设定可依据基站调度资源的时间单位TTI决定)统计一次网络实时信令负荷，并依据信令负荷大小判断是否广播强制调整命令。各个终端内部的RRC静止定时器控制中心根据自身流量形态实时调整RRC静止定时器长度，同时检测是否收到强制调整命令，下面以终端XX上的RRC静止定时器控制中心为例详细介绍其工作原理，如图9所示为终端XX上的实时流量形态，每个针状数据代表一个心跳包。

1.在77s之前由于N_system＜α·threshold，终端XX维持初始RRC静止定时器10ms。

2.在77s时，N_system＝128＞120＝α·threshold，终端收到基站广播的强制调整命令，立即将定时器长度调整为timer0，即32000ms，之后系统信令负荷会得到一定缓解，如图10所示的实时系统信令负荷，在78s，N_system＝42。

3.在77s之后终端可以根据自身的流量形态自适应改变RRC静止定时器长度，由于在T_connected持续时间里RRC静止定时器被重启的次数counter＝0＜5＝max，可见该RRC静止定时器不适宜XX终端此时的流量形态，RRC静止定时器长度自动调整为之前的[1/k]倍，即[3200/6]＝533(10ms)，如图11所示为XX终端的实时RRC静止定时器长度。

重复上述步骤，终端可以根据自己的流量状态选择一个最适宜的RRC静止定时器长度并维持这个值。

图12显示了传统RRC状态迁移控制方法下使ratio为0％、P_avg最低情况下的实时系统信令开销。可以看出系统信令开销从一定程度上得到了控制。此时的RRC静止定时器长度为7210ms，P_avg＝23.68mAh，如图13所示。

图10显示了改进RRC状态迁移控制方法下的实时系统信令开销。可以看出此时的系统信令开销也能得到很好的控制，而此时的终端平均耗电量P_avg＝21.833mAh，如图13所示，在传统方法基础之上降低了33.2％。

由此可见，本发明提出的改进RRC状态迁移控制方法能够在有效控制系统信令的前提下，最大化资源利用率，减小终端耗电量，实现系统信令与终端耗电的平衡。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (3)

1.一种能平衡系统信令负荷与终端耗电量的无线资源调整方法，其特征在于：该方法通过在基站内设置系统信令负荷监控器，同时将RRC静止定时器控制中心转移至每个终端内部实现；系统信令负荷监控器用于实时监控系统信令，在系统信令即将超预警值时，广播给小区内所有终端，强制其改变RRC静止定时器至一个相对较长的值，以迅速降低状态转移频率，减少信令开销；终端内部的RRC静止定时器控制中心则用于根据自身流量形态自适应调整RRC静止定时器长度。

2.根据权利要求1所述的一种能平衡系统信令负荷与终端耗电量的无线资源调整方法，其特征在于：所述基站内部设置的系统信令负荷监控器工作具体流程包括：

1)统计单位时间内终端各状态迁移的次数N_{connected >idle}和N_{idle >connected}；

2)基于各状态迁移的次数以及各过程的信令消耗情况计算系统信令负荷，具体公式如下：N_system＝γ₁×N_{idle >connected}+γ₂×N_{connected >idle}，γ₁对应建立连接需要的信令数目，γ₂对应释放连接需要的信令数目；

3)判断系统信令负荷N_system是否超出预警值，预警值＝α·threshold，α为阈值控制因子，对应强制调整的敏感程度，α越小，越容易引发定时器的强制调整，threshold为系统信令门限；若N_system≥α·threshold，则向小区内的所有终端广播强制调整命令。

3.根据权利要求1所述的一种能平衡系统信令负荷与终端耗电量的无线资源调整方法，其特征在于：终端内的RRC静止定时器控制中心调整RRC静止定时器长度的工作流程具体包括：

1)以最小化耗电量为目标，统一初始化各终端的RRC静止定时器为T₀，即定时器长度初始化为系统能承受的最小值；

2)判断终端是否收到强制调整命令，是则进入步骤3)，否则进入步骤6)；

3)强制小区内所有终端的RRC静止定时器统一调整为timer0，timer0是系统最大RRC静止定时器值，用于降低RRC状态迁移频率，迅速减少信令开销，它与系统信令控制的力度相关，timer0越大，系统信令下降的幅度也就越大；

4)记录T_connected持续时间里RRC静止定时器被重启的次数counter，判断counter是否小于累积因子max，如果是则说明此时的RRC静止定时器值不符合终端的活跃程度，需要进行调整，进入步骤5)，否则进入步骤6)；累积因子max对应静止定时器调整的敏感程度，max越小，定时器调整越灵敏；

5)调整RRC静止定时器＝RRC静止定时器/k，k为迭代因子，它与每一次静止定时器调整的幅度相关，k越大，定时器调整的步进越大；

6)判断RRC静止定时器是否超时，如果超时则进入步骤7)，否则进入步骤4)；

7)释放RRC连接。