CN104080178A - 超蜂窝通信系统以及超蜂窝通信方法 - Google Patents

超蜂窝通信系统以及超蜂窝通信方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种超蜂窝通信系统以及超蜂窝通信方法，用于将用户关联到宏蜂窝基站或者微蜂窝基站。该超蜂窝通信系统具有：网关，具有用户的服务质量分类查询表格，在该服务质量分类查询表格中包含用户移动性和信令开销这两个参数；以及资源最优化功能单元，参照上述服务质量分类查询表格，进行基站关联和无线资源分配的决策。

Description

超蜂窝通信系统以及超蜂窝通信方法
技术领域
本发明涉及超蜂窝通信系统以及超蜂窝通信方法。
背景技术
由智能手机以及M2M应用所带来的多样性的业务对现有的移动蜂窝网络产生了很大的影响。特别是目前网络中小业务流量所占的比重越来越大(即时消息的背景业务以及M2M业务)，它们所产生的信令开销甚至在空中接口占用了超过60%的资源。这里采用超蜂窝的概念来简化信令并提高吞吐量。目前移动蜂窝网络中关于通过多样性业务的调度设计来优化系统资源利用的机制缺少全面的研究。
NTT Docomo在3GPP RAN中提出了phantom小区的概念。他们考虑了控制面和用户面的分离和优化场景，其中不同的小区有不同的信令配置。但是没有考虑多样性业务所带来的影响以及相应的解决方案。
另外，3GPP RAN工作组已经开始关于小蜂窝增强的研究，超蜂窝的构架被提出。不同小区之间业务的不均匀分布也被考虑在内。但是多样性的业务种类没有被考虑在内。所以这项专利对于小蜂窝增强的研究也是十分必要的。
此外，3GPP已经有了QoS的定义以及策略和收费控制标准(Policy andCharging Control:PCC)。但是在QCI表中，由小数据包所引起的空中接口的负载并没有考虑在内。也就是说，现有的PCC机制，无法解决网络中小数据包所带来的大量信令开销的问题。
再者，在专利文献1中，提出在OFDMA系统中优化QoS的调度机制，主要研究了不同应用的业务类型以及空中接口的资源块分配问题。但是只限于点对点的链路传输。不同种类业务所带来的信令开销也未纳入考虑之内。
专利文献1：WO2011143824
发明内容
本发明的发明者，在异构蜂窝网络的架构下，考虑各种业务共存、特别是考虑了小流量业务，研究这种情况下不同用户的基站选择以及资源分配。本发明的目的在于提供一种针对差异性服务的基站关联和资源分配进行优化的超蜂窝通信系统以及超蜂窝通信方法。
本发明的超蜂窝通信系统，用于将用户关联到宏蜂窝基站或者微蜂窝基站，其特征在于，具有：网关，具有用户的服务质量分类查询表格，在该服务质量分类查询表格中包含用户移动性和信令开销这两个参数；以及资源最优化功能单元，参照上述服务质量分类查询表格，进行基站关联和无线资源分配的决策。
在本发明的超蜂窝通信系统中，可以是，上述资源最优化功能单元具有：查询部，查询上述服务质量分类查询表格中的上述用户的移动性；以及决策部，根据上述查询部的查询结果，选择用户关联方式，调整用户关联方式，分配数据资源和信令资源。
在本发明的超蜂窝通信系统中，可以是，在上述查询部的查询结果为上述用户的移动性高于第一阈值时，上述决策部将上述用户接入到宏蜂窝；在上述查询部的查询结果为上述用户的移动性低于第一阈值时，上述决策部将上述用户接入到微蜂窝。
在本发明的超蜂窝通信系统中，可以是，在宏蜂窝中的信令开销高于第二阈值时，上述查询部查询上述服务质量分类查询表格中的上述用户的业务的信令开销，判断上述用户的业务的信令开销是否高于第三阈值，在判断为上述用户的业务的信令开销高于第三阈值时，上述决策部将该用户接入到微蜂窝。
在本发明的超蜂窝通信系统中，可以是，该超蜂窝通信系统还具有策略与计费规则功能单元，该策略与计费规则功能单元具有：测量部，测量用户的移动性和业务信令开销；以及请求部，根据上述测量部的测量结果来向上述网关请求更新上述服务质量分类查询表格。
在本发明的超蜂窝通信系统中，可以是，上述测量部测量单位时间内用户在微蜂窝间的切换次数，切换次数的结果高于第四阈值时，判断为该用户是移动性高的用户，切换次数的结果低于第四阈值时，判断为该用户是移动性低的用户。
在本发明的超蜂窝通信系统中，可以是，上述测量部测量单位时间内信号强弱变化的次数，单位时间内信号强弱变化的次数高于第五阈值时，判断为该用户是移动性高的用户，单位时间内信号强弱变化的次数低于第五阈值时，判断为该用户是移动性低的用户。
本发明的超蜂窝通信方法，用于将用户关联到宏蜂窝基站或者微蜂窝基站，其特征在于，具有以下步骤：查询步骤，查询服务质量分类查询表格中的上述用户的移动性，在该服务质量分类查询表格中包含用户移动性和信令开销这两个参数；以及决策步骤，根据上述查询结果，选择用户关联方式，调整用户关联方式，分配数据资源和信令资源。
在本发明的超蜂窝通信方法中，可以是还具有以下步骤：在上述查询结果为上述用户的移动性高于第一阈值时，将上述用户接入到宏蜂窝的步骤；以及在上述查询结果为上述用户的移动性低于第一阈值时，将上述用户接入到微蜂窝的步骤。
在本发明的超蜂窝通信方法中，可以是还具有以下步骤：在宏蜂窝中的信令开销高于第二阈值时，查询上述服务质量分类查询表格中的上述用户的业务的信令开销，判断上述用户的业务的信令开销是否高于第三阈值，在判断为上述用户的业务的信令开销高于第三阈值时，上述决策部将该用户接入到微蜂窝。
在本发明的超蜂窝通信方法中，可以是还具有以下步骤：测量步骤，测量用户的移动性和业务信令开销；以及请求步骤，根据上述测量结果来向网关请求更新上述服务质量分类查询表格。
在本发明的超蜂窝通信方法中，可以是，在上述测量步骤中，测量单位时间内用户在微蜂窝间的切换次数，切换次数的结果高于第四阈值时，判断为该用户是移动性高的用户，切换次数的结果低于第四阈值时，判断为该用户是移动性低的用户。
在本发明的超蜂窝通信方法中，可以是，在上述测量步骤中，测量单位时间内信号强弱变化的次数，单位时间内信号强弱变化的次数高于第五阈值时，判断为该用户是移动性高的用户，单位时间内信号强弱变化的次数低于第五阈值时，判断为该用户是移动性低的用户。
发明的效果：
通过本发明的超蜂窝通信系统，能够减少移动性高的用户在微蜂窝间的频繁切换，并且能够平衡宏蜂窝和微蜂窝中的信令流量。而且，针对“实际的”多样性用户数据业务，对移动蜂窝网络中的资源进行优化，且用户端的使用时长（电池消耗）也不会受到影响。本发明提出的新的构架与当前的网络系统兼容性好，即网络设备不需要大量更新即可支撑所提出的新构架。
附图说明
图1是表示超蜂窝的拓扑结构的图。
图2是表示一个用户移动性测量方式的图。
图3是表示另一个用户移动性测量方式的图。
图4是表示超蜂窝通信系统的系统架构的图。
图5表示增加了用户移动性和信令开销两个参数后的服务质量分类查询表格QCI的一个实例。
图6是示意地表示资源最优化功能单元ROF模块的结构框图。
图7是示意地表示策略与计费规则功能单元PCRF模块的结构框图。
图8是示意地表示网关GW模块的结构框图。
图9是资源最优化功能单元ROF在提供基站关联选择服务时的流程图。
图10是本发明的超蜂窝通信系统的典型的信令交互图。
具体实施方式
图1为表示超蜂窝的拓扑结构的图，在超蜂窝通信系统中，宏蜂窝和微蜂窝形成重叠覆盖。宏蜂窝的覆盖范围远远大于微蜂窝的覆盖范围。但宏蜂窝的资源消耗也明显高于微蜂窝的资源消耗。
宏蜂窝和微蜂窝中的无线资源都可以分配给数据流量和信令流量。但由于总的带宽受限，需要优化分配的比例。这时不但考虑公知技术的业务延时、业务及时速率、信道状态、干扰等级，还要考虑业务的信令开销以及请求业务用户的移动性。
对于衡量基于用户移动性的接入门限选择，需要通过系统优化，选择合适的参数。
同样地，对于宏蜂窝信令开销的衡量，具体的负载转移门限也需要结合实际系统参数优化设计。
某个业务的信令开销容易统计，但某个用户的移动性需要考虑一些特殊的测量方式。图2和图3分别给出了测量某一用户移动性的两个方式。
图2是表示一个用户移动性测量方式的图。记录随时间变化用户关联每个微蜂窝的ID，计算单位时间内用户在微蜂窝间的切换次数，切换次数的结果高于某一阈值时，判断为该用户是移动性高的用户，切换次数的结果低于某一阈值时，判断为该用户是移动性低的用户。移动性的测量由后述的策略与计费规则功能单元PCRF的测量部21来进行，具体内容如后所述。
图3是表示另一个用户移动性测量方式的图。记录用户接收宏蜂窝基站信号的强弱变化。在单位时间内信号强弱变化的次数越多，变动越大，则说明用户的移动性越高。单位时间内信号强弱变化的次数高于某一阈值时，判断为该用户是移动性高的用户，单位时间内信号强弱变化的次数低于某一阈值时，判断为该用户是移动性低的用户。移动性的测量由后述的策略与计费规则功能单元PCRF的测量部21来进行，具体内容如后所述。
图4为表示超蜂窝通信系统的系统架构的图。该超蜂窝通信系统具有：资源最优化功能单元ROF（Resource Optimization Function）、策略与计费规则功能单元PCRF（Policy and Charging Rules Function）、接入网发现和选择功能单元ANDSF（access network discovery and selection function）、移动管理单元MME（Mobility Management Entity）、网关GW、用户单元UE、宏蜂窝基站、微蜂窝基站。网关GW具有服务质量分类查询表格QCI（QoSClassification Index）。
图5表示增加了用户移动性和信令开销这两个参数后的服务质量分类查询表格QCI的一个实例。
在图5中例举出四种用户类型，分别是高移动性高吞吐率HMHT、低移动性高吞吐率LMHT、高移动性低吞吐率HMLT、低移动性低吞吐率LMLT。这里的高吞吐率代表着低信令开销，低吞吐率代表着高信令开销。高移动性高吞吐率HMHT的用户例如有用户UE1、UE2，信令开销例如为15%，移动性为高。低移动性高吞吐率LMHT的用户例如有用户UE3，信令开销例如为6%，移动性为低。高移动性低吞吐率HMLT的用户例如有用户UE5、UE6，信令开销例如为60%，移动性为高。低移动性低吞吐率LMLT的用户例如有用户UE4、UE7～UEn，信令开销例如为40%，移动性为低。
图6为示意地表示资源最优化功能单元ROF的结构框图。其主要负责基站关联和无线资源分配的决策，另外兼有系统状态查询和决策结果发送等功能。资源最优化功能单元ROF包括：查询部11、决策部12、发送部13。查询部11用于查询用户的QCI信息，查询当前系统流量，查询信道状态，查询干扰等级。决策部12用于选择用户关联方式，调整用户关联方式，分配数据资源和信令资源。发送部13向策略与计费规则功能单元PCRF发送决策结果。
图7是示意地表示策略与计费规则功能单元PCRF的结构框图。其除了公知技术的功能外，还负责测量用户的移动性和业务信令开销。另外，它作为网络的核心，是很多信令和数据产生和转发的功能实体。
策略与计费规则功能单元PCRF包括：测量部21、接收部22、发送部23、请求部24。
测量部21用于测量用户的移动性，测量业务的信令开销。测量部21的测量方式有图2和图3两种。图2的测量方式为，测量部21记录随时间变化用户关联每个微蜂窝的ID，计算单位时间内用户在微蜂窝间切换次数，若切换次数的结果高于某一阈值，则为移动性高的用户，切换次数的结果低于某一阈值，则为移动性低的用户。图3的测量方式为，测量部21记录用户接收宏蜂窝基站信号的强弱变化。在单位时间内信号强弱变化的次数越多，变动越大，则说明用户的移动性越高。若单位时间内信号强弱变化的次数高于某一阈值，则为移动性高的用户，若单位时间内信号强弱变化的次数低于某一阈值，则为移动性低的用户。
接收部22用于接收由资源最优化功能单元ROF的第一发送部发送来的决策结果。发送部23用于向移动管理单元MME发送下行决策结果，向接入网发现和选择功能单元ANDSF发送上行决策结果，向用户单元UE发送上行决策结果。请求部24根据测量部21的测量结果来向网关GW请求更新用户的服务质量分类查询表格QCI。
图8是示意地表示网关GW的结构框图。网关GW包括：报告部31、更新部32、用户的服务质量分类查询表格QCI。报告部31向资源最优化功能单元ROF报告用户的服务质量分类查询表格QCI。更新部32更新用户的服务质量分类查询表格QCI。在用户的服务质量分类查询表格QCI中增加了两项：用户移动性和业务信令开销。
图9是资源最优化功能单元ROF在提供基站关联选择服务时的流程图。
在步骤S1中，用户向策略与计费规则功能单元PCRF请求基站关联。在步骤S2中，资源最优化功能单元ROF的查询部查询用户的服务质量分类查询表格QCI中的该用户的移动性，判断该用户的移动性是否高，若判断为高，则进入到步骤S3，资源最优化功能单元ROF的决策部将该用户接入到宏蜂窝，若在步骤S2中判断为该用户的移动性低，则进入到步骤S4，资源最优化功能单元ROF的决策部将该用户接入到微蜂窝。通过这样，能够减少移动性高的用户在微蜂窝间的频繁切换。
另外，在进行了将该用户接入到宏蜂窝的步骤S3之后，进入到步骤S5，判断宏蜂窝中的信令开销是否过大即是否超过某一阈值，若判断为宏蜂窝中的信令开销过大即超过某一阈值，则进入到步骤S6，资源最优化功能单元ROF的查询部查询用户的服务质量分类查询表格QCI中的该用户的业务的信令开销，判断该用户的业务的信令开销是否过大即是否超过某一阈值，若判断为该用户的业务的信令开销过大即超过某一阈值，则进入到步骤S4，资源最优化功能单元ROF的决策部将该用户接入到微蜂窝。通过这样能够平衡宏蜂窝和微蜂窝中的信令流量。此外，若在步骤S5中判断为宏蜂窝中的信令开销不过大即低于某一阈值，则返回到步骤S3，循环步骤S3的判断；若在步骤S6中判断为该用户的业务的信令开销不过大即低于某一阈值，则返回到步骤S3，循环步骤S3的判断。
图10是本发明的超蜂窝通信系统的典型的信令交互图。这里用户关联和资源分配都是由ROF实现的，其他模块负责向其报告状态和传输ROF的决策结果。
用户单元UE向策略与计费规则功能单元PCRF请求基站关联。策略与计费规则功能单元PCRF向网关GW请求更新用户的服务质量分类查询表格QCI。策略与计费规则功能单元PCRF向资源最优化功能单元ROF请求用户关联选择。网关GW向资源最优化功能单元ROF报告用户的服务质量分类查询表格QCI。资源最优化功能单元ROF选择用户的关联方式。策略与计费规则功能单元PCRF向网关GW和移动管理单元MME告知下行决策结果，向接入网发现和选择功能单元ANDSF发送上行决策结果，接入网发现和选择功能单元ANDSF向用户单元UE告知上行关联方式。当用户的服务质量分类查询表格QCI发生变化时，比如用户的移动性发生变化时，资源最优化功能单元ROF决策资源关联/带宽分布方式，并向策略与计费规则功能单元PCRF告知决策结果。策略与计费规则功能单元PCRF向网关GW请求更新用户的服务质量分类查询表格QCI。策略与计费规则功能单元PCRF向移动管理单元MME告知下行决策结果，向接入网发现和选择功能单元ANDSF告知上行决策结果，接入网发现和选择功能单元ANDSF向用户单元UE告知上行决策结果。
以上对本发明的具体实施方式进行了说明，但该实施方式是作为例子而进行提示的，并非意在对发明的范围进行限定。该实施方式能以其它的各种方式进行实施，能在不脱离发明的要旨的范围内进行各种的省略、置换、变更。该实施方式及其变形包含在发明的范围、要旨中，并且包含在权利要求书记载的发明和其均等的范围中。

Claims (13)

1.一种超蜂窝通信系统，用于将用户关联到宏蜂窝基站或者微蜂窝基站，其特征在于，具有：
网关，具有用户的服务质量分类查询表格，在该服务质量分类查询表格中包含用户移动性和信令开销这两个参数；以及
资源最优化功能单元，参照上述服务质量分类查询表格，进行基站关联和无线资源分配的决策。
2.如权利要求1所述的超蜂窝通信系统，其特征在于，
上述资源最优化功能单元具有：
查询部，查询上述服务质量分类查询表格中的上述用户的移动性；以及
决策部，根据上述查询部的查询结果，选择用户关联方式，调整用户关联方式，分配数据资源和信令资源。
3.如权利要求2所述的超蜂窝通信系统，其特征在于，
在上述查询部的查询结果为上述用户的移动性高于第一阈值时，上述决策部将上述用户接入到宏蜂窝；
在上述查询部的查询结果为上述用户的移动性低于第一阈值时，上述决策部将上述用户接入到微蜂窝。
4.如权利要求3所述的超蜂窝通信系统，其特征在于，
在宏蜂窝中的信令开销高于第二阈值时，上述查询部查询上述服务质量分类查询表格中的上述用户的业务的信令开销，判断上述用户的业务的信令开销是否高于第三阈值，在判断为上述用户的业务的信令开销高于第三阈值时，上述决策部将该用户接入到微蜂窝。
5.如权利要求1-4的任一项所述的超蜂窝通信系统，其特征在于，
该超蜂窝通信系统还具有策略与计费规则功能单元，
该策略与计费规则功能单元具有：
测量部，测量用户的移动性和业务信令开销；以及
请求部，根据上述测量部的测量结果来向上述网关请求更新上述服务质量分类查询表格。
6.如权利要求5所述的超蜂窝通信系统，其特征在于，
上述测量部测量单位时间内用户在微蜂窝间的切换次数，切换次数的结果高于第四阈值时，判断为该用户是移动性高的用户，切换次数的结果低于第四阈值时，判断为该用户是移动性低的用户。
7.如权利要求5所述的超蜂窝通信系统，其特征在于，
上述测量部测量单位时间内信号强弱变化的次数，单位时间内信号强弱变化的次数高于第五阈值时，判断为该用户是移动性高的用户，单位时间内信号强弱变化的次数低于第五阈值时，判断为该用户是移动性低的用户。
8.一种超蜂窝通信方法，用于将用户关联到宏蜂窝基站或者微蜂窝基站，其特征在于，
具有以下步骤：
查询步骤，查询服务质量分类查询表格中的上述用户的移动性，在该服务质量分类查询表格中包含用户移动性和信令开销这两个参数；以及
决策步骤，根据上述查询结果，选择用户关联方式，调整用户关联方式，分配数据资源和信令资源。
9.如权利要求8所述的超蜂窝通信方法，其特征在于，
还具有以下步骤：
在上述查询结果为上述用户的移动性高于第一阈值时，将上述用户接入到宏蜂窝的步骤；以及
在上述查询结果为上述用户的移动性低于第一阈值时，将上述用户接入到微蜂窝的步骤。
10.如权利要求9所述的超蜂窝通信方法，其特征在于，
还具有以下步骤：
在宏蜂窝中的信令开销高于第二阈值时，查询上述服务质量分类查询表格中的上述用户的业务的信令开销，判断上述用户的业务的信令开销是否高于第三阈值，在判断为上述用户的业务的信令开销高于第三阈值时，上述决策部将该用户接入到微蜂窝。
11.如权利要求8-10中任一项所述的超蜂窝通信方法，其特征在于，
还具有以下步骤：
测量步骤，测量用户的移动性和业务信令开销；以及
请求步骤，根据上述测量结果来向网关请求更新上述服务质量分类查询表格。
12.如权利要求11所述的超蜂窝通信方法，其特征在于，
在上述测量步骤中，测量单位时间内用户在微蜂窝间的切换次数，切换次数的结果高于第四阈值时，判断为该用户是移动性高的用户，切换次数的结果低于第四阈值时，判断为该用户是移动性低的用户。
13.如权利要求11所述的超蜂窝通信方法，其特征在于，
在上述测量步骤中，测量单位时间内信号强弱变化的次数，单位时间内信号强弱变化的次数高于第五阈值时，判断为该用户是移动性高的用户，单位时间内信号强弱变化的次数低于第五阈值时，判断为该用户是移动性低的用户。
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