CN104053183A - 一种lte系统的网络资源管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种LTE系统的网络资源管理方法，该方法通过实施拥塞避免以及综合考虑用户/业务的ARP属性以及业务的QoS属性的RAC算法，一方面对于请求业务提供了差异化的服务，既照顾到高优先级用户/业务的优先权，也考虑到低优先级用户/业务的服务体验满意度；另一方面降低了因发生网络拥塞导致低优先级用户业务被强行中断的几率，提高用户的综合满意度。

Description

一种LTE系统的网络资源管理方法

技术领域

本发明涉及移动通信技术领域,具体涉及一种LTE系统的网络资源管理方法。 

背景技术

为了满足人们日益多样化的业务体验需求，LTE系统将提供更高的数据传输率、更多的业务类型以及更高的系统频谱利用率和较低的传输时延。随着多媒体业务的发展，人们对服务质量以及传输速率的要求不断提高，同时对服务质量的感知也更加敏感。用户希望能随时随地快捷地接入网络，并且享受低时延、高速率等优质服务，这就要求移动通信系统提供相应的服务质量保障。 

对于移动通信系统来说，无线资源是有限的，因此必须限制系统的用户数量来维持系统的稳定运行。随着移动通信技术的发展，移动用户数量剧增，业务逐渐趋向多样化，对系统而言就产生了两个相互矛盾的性能要求：一方面要保持系统资源的高利用率，另一方面对已经接受的业务要尽可能保证最优的服务质量。显然，这两者都需要兼顾。 

在LTE系统中通过承载这一概念来保证多样化业务对应的服务质量需求。RAC主要用于判断一个新建的无线承载请求是否允许接入到系统中。在进行接纳控制判断时，RAC需要考虑E-UTRAN中资源的整体情况、QoS需求、优先级水平和已建立RB（Radio Bearer，无线承载）的QoS需求，以及请求建立的RB的QoS需求。RAC作为无线资源管理中的一个重要组成部分，是从用户接入的角度来解决系统资源的有限性与用户需求二者之间的矛盾。 

EPS系统承载级别的QoS参数包括QCI、ARP、GBR、MBR和AMBR。按照承载所能支持的业务类型，承载可以分为GBR承载和Non-GBR承载。而每一个承载，无论是GBR还是Non-GBR承载，所含的QoS参数都有QCI和ARP。 

QCI是一个标量，是特定接入节点控制承载级数据转发功能的QoS参数索引标识，其具体含义由标准化的特征量表示（资源类型、优先级、分组延迟预算和分组丢失率）。 

根据 3GPP 规定，ARP 表示资源请求与保持的相对优先级。在资源（空口资源、带宽资源、硬件资源等）稀缺时，高优先级业务优先准入；当系统发生拥塞时，优先保障高优先级业务。ARP 由三部分构成：优先级（Priority Level）、抢占能力（Pre-Emption Capability）、被抢占脆弱性（Pre-Emption Vulnerability）。优先级定义了资源请求的相对重要程度，这决定了承载建立/修改请求是否可接受。在EPS系统中定义了15级优先级，1为最高优先级、15为最低优先级。抢占能力用于指示网络是否允许某个资源请求抢占已经分配给其它低优先级的承载/业务的资源。被抢占脆弱性用于指示网络已经建立的承载/已经接入的业务是否允许被高优先级的承载/业务抢占资源。 

对于eNodeB，在提供接入服务的时候，既要照顾到具有高优先级用户的优先接入权，也要考虑到低优先级用户的业务体验满意度，根据不同的用户以及请求业务类型提供差异化的服务。现有的技术中，在进行优先级映射时，主要依据用户的ARP签约信息。当网络发生拥塞时，依据业务的ARP作为拥塞控制的决策准则，根据请求业务的ARP属性，通过强拆更低优先级的业务对具有高优先级的业务进行抢占接入。然而这种方法的缺陷在于仅依据ARP参数对业务实施优先级排序并未考虑到请求业务的具体QoS属性，因此不能很好地体现差异化服务的概念。此外，网络发生拥塞时被强拆的用户正在进行的业务被突然强行中断，这将使用户的服务体验大打折扣，从而降低用户的满意度。 

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种LTE系统的网络资源管理方法，一方面保证在进行接纳控制时综合考虑用户/业务的ARP属性以及业务的QoS属性以提供差异化的服务，另一方面提供一种拥塞避免方法，尽可能地降低因发生网络拥塞而导致低优先级用户业务被强行中断的几率，以提高用户的综合满意度。 

实现本发明目的的具体技术方案是： 

一种LTE系统的网络资源管理方法，该方法包括以下步骤：

第一步、eNodeB（evolved Node B，演进的Node B）中的LB（Load Balancing，负载均衡）模块根据拥塞判决准则周期性检查系统负载情况，当系统出现拥塞状态时，实施拥塞避免，降低eNodeB的网络负荷；

第二步、当eNodeB收到一个新的业务接入请求时，根据业务QCI（QoS Class Identifier，QoS等级标识符）中的资源类型字段判断业务是GBR（Guaranteed Bit Rate，保证比特速率）承载还是Non-GBR（Non-Guaranteed Bit Rate，非保证比特速率）承载；如果是GBR承载，并且剩余资源能够满足资源请求，则准许该请求业务接入；如果剩余资源不能满足资源请求，则将请求业务插入相应的等待队列；如果是Non-GBR承载，先检查业务等待队列是否为空，如果队列为空，则准许该请求业务接入；如果不为空，则将请求业务插入相应的等待队列；

第三步、管理等待队列并实施接入控制与资源分配。

所述实施拥塞避免，具体包括： 

找出已接入业务中业务优先级最低的N个业务，将这些业务的ABR（Access Bite Rate，接入比特率）降低ΔRate（如果已降至最低则不作处理），以腾出部分网络资源；这样能尽可能地降低因发生网络拥塞而导致低优先级用户业务被强行中断的几率，以提高用户的综合满意度。

所述实施等待队列管理，具体包括： 

等待队列分为实时等待队列与非实时等待队列，并且每个队列都有各自相应的排队延迟阈值。如果队列中业务的排队时间超过本队列的排队延迟阈值，则将该业务从队列中删除并且拒绝该业务的接入请求。根据请求业务QCI中的分组延迟预算参数将业务分为实时业务和非实时业务，进而将其插入相应的等待队列。分组延迟预算参数小于等于150ms的业务为实时业务，分组延迟预算参数大于150ms的业务为非实时业务。

所述实时业务队列与非实时业务队列，业务根据ARP优先级的高低进行排队，ARP优先级高的业务排在队首。出于对ARP优先级高的非实时业务的用户满意度的考虑，在进行接入处理时，给实时业务队列与非实时业务队列设置一个处理比例m:n，其中0 < n < m < L；m表示处理实时业务的个数；n表示处理非实时业务的个数；L表示等待队列的缓存长度；即处理完m个实时业务后紧接着处理n个非实时业务。这样既照顾到高优先级用户/业务的优先权，也考虑到低优先级用户/业务的服务体验满意度，使得低优先级业务不至于由于高优先级业务过多而导致等待接入的时间过长。 

所述实施接入控制与资源分配过程，具体包括： 

如果是GBR业务，并且此时剩余资源能够满足资源请求，则准许该请求业务接入；否则如果剩余资源不能满足资源请求，则根据ARP的抢占属性判断该业务是否能够抢占接入，若不能抢占，则拒绝该业务的接入请求；若能够抢占，则允许抢占接入。如果是Non-GBR业务，则将该业务接入，eNodeB计算该用户对应的UE-AMBR（UE-Aggregate Maximum Bit Rate，UE聚合最大比特速率），根据计算出的UE-AMBR对该用户的多个EPS承载实施资源分配。

本发明简单合理的实现了LTE系统的资源的有效管理，该方法一方面对于请求业务提供了差异化的服务，既照顾到高优先级用户/业务的优先权，也考虑到低优先级用户/业务的服务体验满意度；另一方面降低了因发生网络拥塞导致低优先级用户业务被强行中断的几率，提高用户的综合满意度。 

附图说明

图1为本发明流程图； 

图2为本发明等待队列管理示意图；

图3为本发明实施例1等待队列示意图；

图4为本发明实施例2等待队列示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。 

参阅图1，是本发明的流程图，主要包括如下步骤：（1）拥塞避免过程；（2）接入处理过程；（3）管理等待队列并实施接入控制与资源分配； 

首先eNodeB中的LB模块根据拥塞判决准则周期性检查系统负载情况，当系统处于拥塞状态时将发送拥塞状态指示，实施拥塞避免降低eNodeB的网络负荷。

拥塞避免的具体实施方法为：找出已接入业务中业务优先级最低的N个业务，将这些业务的ABR降低ΔRate（如果已降至最低则不作处理）以腾出部分网络资源，其中N和ΔRate的值由运营商根据相应的管理策略来确定。这样能尽可能地降低因发生网络拥塞而导致低优先级用户业务被强行中断的几率，以提高用户的综合满意度。 

当eNodeB收到一个新的业务接入请求时，根据业务的QCI中的资源类型字段判断业务是GBR承载还是Non-GBR承载。如果是GBR承载，并且剩余资源能够满足资源请求，则准许该请求业务接入；否则如果剩余资源不能满足资源请求，则将请求业务插入相应的等待队列。如果是Non-GBR承载，先检查业务等待队列是否为空，如果队列为空，则准许该请求业务接入；如果不为空，则将请求业务插入相应的等待队列。当业务插入等待队列时为该业务启动一个计时器，用于记录该业务的排队时间。这里的等待队列分为实时等待队列与非实时等待队列，并且每个队列都有自己相应的排队延迟阈值。如果队列中一个业务的排队时间超过本队列的排队延迟阈值，则将该业务从队列中删除，并且拒绝该业务的接入请求。 

参阅图2，对于等待队列的管理，具体的实施方法如下： 

根据请求业务的QCI中的分组延迟预算参数将业务分为实时业务和非实时业务，进而将其插入相应的等待队列。分组延迟预算参数小于等于150ms的业务为实时业务，分组延迟预算参数大于150ms的业务为非实时业务。

对于实时业务队列与非实时业务队列，按照ARP优先级的高低对业务进行排队，ARP优先级高的业务排在队首。出于对ARP优先级高的非实时业务的用户满意度的考虑，在进行接入处理时，给实时业务队列与非实时业务队列设置一个处理比例m:n，其中0 < n < m < L；m表示处理实时业务的个数；n表示处理非实时业务的个数；L表示等待队列的缓存长度；即处理完m个实时业务后紧接着处理n个非实时业务。这样既照顾到高优先级用户/业务的优先权，也考虑到低优先级用户/业务的服务体验满意度，使得低优先级业务不至于由于高优先级业务过多而导致等待接入的时间过长。 

对于等待队列中的业务进行资源分配时，如果是GBR业务，并且此时剩余资源能够满足资源请求，则准许该请求业务接入；否则如果剩余资源不能满足资源请求，则根据ARP的抢占属性判断业务是否能够抢占接入，若不能抢占，则拒绝该业务的接入请求；若能够抢占，则进行抢占接入。如果是Non-GBR业务，则将该业务接入，eNodeB计算该用户对应的UE-AMBR，根据计算出的UE-AMBR对该用户的多个EPS承载实施资源分配。下面通过具体实施例进一步说明。 

实施例1 

步骤 1：eNodeB中的LB模块根据拥塞判决准则周期性检查系统负载情况，当系统处于拥塞状态时，eNodeB将执行拥塞避免过程。

假设运营商将N设置为3，将ΔRate设置为8kbps。已接入的业务承载有： 

一个ARP为2，下行ABR为128kbps，下行GBR为96kbps的业务，下文简称业务1；

一个ARP为3，下行ABR为280kbps，下行GBR为256kbps的业务，下文简称业务2；

一个ARP为9，下行ABR为128kbps，下行GBR为100kbps的业务，下文简称业务3；

一个ARP为5，下行ABR为256kbps，下行GBR为200kbps的业务，下文简称业务4；

一个ARP为9，下行ABR为64kbps，下行GBR为60kbps的业务，下文简称业务5；

一个ARP为7，下行ABR为128kbps的Non-GBR业务，下文简称业务6；

一个ARP为8，下行ABR为64kbps的Non-GBR业务，下文简称业务7；

一个ARP为11，下行ABR为32kbps的Non-GBR业务，下文简称业务8；

拥塞避免的具体实施方法为：将已接入业务承载按照ARP优先级由低到高，相同ARP按照ABR由高到低排序得到一个队列：

业务8、业务3、业务5、业务7、业务6、业务4、业务2、业务1。

将队列中优先级最低的3个业务（业务8、业务3、业务5）降低8kbps以腾出部分网络资源：对于业务8，其类型为Non-GBR业务，降低8kbps后的ABR为24kbps，可对其进行降速处理；对于业务3，降低8kbps后的ABR为120kbps，大于它的保证比特速率GBR，可对其进行降速处理；对于业务5，降低8kbps后的ABR为56kbps，小于它的保证比特速率GBR，不可对其进行降速处理。 

步骤 2：假设有两个新的业务接入请求且等待队列不为空，请求业务承载如下： 

一个ARP为3，QCI为2，GBR值为128kbps的业务，下文简称请求业务1；

一个ARP为7，QCI为8的业务，下文简称请求业务2；

对于请求业务1，根据其QCI值2得出其业务类型是GBR承载且分组延迟预算为150ms，根据分组延迟预算得出其为实时业务，如果此时剩余资源能够满足资源请求，则准许该请求业务接入；如果此时剩余资源不能满足资源请求则将请求业务1插入实时业务队列。

对于请求业务2，根据其QCI值8得出其业务类型是Non-GBR承载且分组延迟预算为300ms，根据分组延迟预算得出其为非实时业务，将请求业务2插入非实时队列。 

步骤 3：管理等待队列并实施接入控制与资源分配。具体如下： 

假设等待队列中的业务如图3所示，当业务插入等待队列时为该业务启动一个计时器，记录该业务的排队时间。这里的等待队列有各自相应的排队延迟阈值。如果队列中业务的排队时间超过本队列的排队延迟阈值，则将该业务从队列中删除并且拒绝该业务的接入请求。

对于实时业务队列与非实时业务队列，按照ARP优先级的高低对业务进行排队，ARP优先级高的业务排在队首。出于对ARP优先级高的非实时业务的用户满意度的考虑，在进行接入处理时，假设实时业务队列与非实时业务队列按照3:1进行准入控制处理，即处理完3个实时业务接着处理1个非实时业务。 

对于等待队列中的业务进行资源分配时，如果是GBR业务，并且此时剩余资源能够满足资源请求，则准许该请求业务接入；否则如果剩余资源不能满足资源请求，则根据ARP的抢占属性判断业务是否能够抢占接入，若不能抢占，则拒绝该业务的接入请求；若能够抢占，则进行抢占接入。如果是Non-GBR业务，则将该业务接入，eNodeB计算该用户对应的UE-AMBR，根据计算出的UE-AMBR对该用户的多个EPS承载实施资源分配。 

实施例2 

步骤 1：eNodeB中的LB模块根据拥塞判决准则周期性检查系统负载情况，当系统处于拥塞状态时，eNodeB将执行拥塞避免过程。

假设运营商将N设置为4，将ΔRate设置为16kbps。已接入的业务承载有： 

一个ARP为2，下行ABR为128kbps，下行GBR为96kbps的业务，下文简称业务1；

一个ARP为3，下行ABR为280kbps，下行GBR为256kbps的业务，下文简称业务2；

一个ARP为9，下行ABR为128kbps，下行GBR为100kbps的业务，下文简称业务3；

一个ARP为5，下行ABR为256kbps，下行GBR为200kbps的业务，下文简称业务4；

一个ARP为9，下行ABR为64kbps，下行GBR为60kbps的业务，下文简称业务5；

一个ARP为7，下行ABR为128kbps的Non-GBR业务，下文简称业务6；

一个ARP为8，下行ABR为64kbps的Non-GBR业务，下文简称业务7；

一个ARP为11，下行ABR为32kbps的Non-GBR业务，下文简称业务8；

拥塞避免的具体实施方法为：将已接入业务承载按照ARP优先级由低到高，相同ARP按照ABR由高到低排序得到一个队列：

业务8、业务3、业务5、业务7、业务6、业务4、业务2、业务1。

将队列中优先级最低的4个业务（业务8、业务3、业务5、业务7）降低16kbps以腾出部分网络资源：对于业务8，其类型为Non-GBR业务，降低16kbps后的ABR为16kbps，可对其进行降速处理；对于业务3，降低16kbps后的ABR为112kbps，大于它的保证比特速率GBR，可对其进行降速处理；对于业务5，降低16kbps后的ABR为48kbps，小于它的保证比特速率GBR，不可对其进行降速处理；对于业务7，其类型为Non-GBR业务，降低16kbps后的ABR为48kbps，可对其进行降速处理。 

步骤 2：假设有两个新的业务接入请求且等待队列为空，请求业务承载如下： 

一个ARP为3，QCI为2，GBR值为128kbps的业务，下文简称请求业务1；

一个ARP为7，QCI为8的业务，下文简称请求业务2；

对于请求业务1，根据其QCI值2得出其业务类型是GBR承载且分组延迟预算为150ms，根据分组延迟预算得出其为实时业务，如果此时剩余资源能够满足资源请求，则准许该请求业务接入；如果此时剩余资源不能满足资源请求则将请求业务1插入实时业务队列。

对于请求业务2，根据其QCI值8得出其业务类型是Non-GBR承载且分组延迟预算为300ms，根据分组延迟预算得出其为非实时业务，假设此时等待队列为空，准许请求业务2接入。 

步骤 3：管理等待队列并实施接入控制与资源分配。具体如下： 

假设等待队列中的业务如图4所示，当业务插入等待队列时为该业务启动一个计时器，记录该业务的排队时间。这里的等待队列有各自相应的排队延迟阈值。如果队列中业务的排队时间超过本队列的排队延迟阈值，则将该业务从队列中删除并且拒绝该业务的接入请求。

对于实时业务队列与非实时业务队列，按照ARP优先级的高低对业务进行排队，ARP优先级高的业务排在队首。出于对ARP优先级高的非实时业务的用户满意度的考虑，在进行接入处理时，假设实时业务队列与非实时业务队列按照5:2进行准入控制处理，即处理完5个实时业务接着处理2个非实时业务。这样既照顾到高优先级用户/业务的优先权，也考虑到低优先级用户/业务的服务体验满意度，使得低优先级业务不至于由于高优先级业务过多而等待接入时间过长。 

对于等待队列中的业务进行资源分配时，如果是GBR业务，并且此时剩余资源能够满足资源请求，则准许该请求业务接入；否则如果剩余资源不能满足资源请求，则根据ARP的抢占属性判断业务是否能够抢占接入，若不能抢占，则拒绝该业务的接入请求；若能够抢占，则进行抢占接入。如果是Non-GBR业务，则将该业务接入，eNodeB计算该用户对应的UE-AMBR，根据计算出的UE-AMBR对该用户的多个EPS承载实施资源分配。 

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些改动和变型属于本发明的权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。 

Claims (5)

1.一种LTE系统的网络资源管理方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

第一步、eNodeB中的LB模块根据拥塞判决准则周期性检查系统负载情况，当系统出现拥塞状态时，实施拥塞避免，降低eNodeB的网络负荷；

第二步、当eNodeB收到一个新的业务接入请求时，根据业务QCI中的资源类型字段判断业务是GBR承载还是Non-GBR承载；若是GBR承载，并且剩余资源能够满足资源请求，则准许该请求业务接入；若剩余资源不能满足资源请求，则将请求业务插入相应的等待队列；若是Non-GBR承载，先检查业务等待队列是否为空，如果队列为空，则准许该请求业务接入；如果不为空，则将请求业务插入相应的等待队列；

第三步、管理等待队列并实施接入控制与资源分配。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述实施拥塞避免，具体包括：

找出已接入业务中业务优先级最低的N个业务，将这些业务的ABR降低ΔRate，以腾出部分网络资源；降低因发生网络拥塞而导致低优先级用户业务被强行中断的几率，提高用户的综合满意度。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述管理等待队列，具体包括：

等待队列分为实时等待队列与非实时等待队列，并且每个队列都有各自相应的排队延迟阈值；如果队列中业务的排队时间超过本队列的排队延迟阈值，则将该业务从队列中删除并且拒绝该业务的接入请求；根据请求业务QCI中的分组延迟预算参数将业务分为实时业务和非实时业务，进而将其插入相应的等待队列；分组延迟预算参数小于等于150ms的业务为实时业务，分组延迟预算参数大于150ms的业务为非实时业务。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述实时业务队列与非实时业务队列，业务根据ARP优先级的高低进行排队，ARP优先级高的业务排在队首；出于对ARP优先级高的非实时业务的用户满意度的考虑，在进行接入处理时，给实时业务队列与非实时业务队列设置一个处理比例m:n，其中0 < n < m < L；m表示处理实时业务的个数；n表示处理非实时业务的个数；L表示等待队列的缓存长度；即处理完m个实时业务后紧接着处理n个非实时业务；既照顾到高优先级用户/业务的优先权，也考虑到低优先级用户/业务的服务体验满意度，使得低优先级业务不至于由于高优先级业务过多而导致等待接入的时间过长。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述实施接入控制与资源分配，具体包括：

如果是GBR业务，并且此时剩余资源能够满足资源请求，则准许该请求业务接入；否则如果剩余资源不能满足资源请求，则根据ARP的抢占属性判断该业务是否能够抢占接入，若不能抢占，则拒绝该业务的接入请求；若能够抢占，则允许抢占接入；如果是Non-GBR业务，则将该业务接入，eNodeB计算该用户对应的UE-AMBR，根据计算出的UE-AMBR对该用户的多个EPS承载实施资源分配。