CN108337702A - 一种基于切换历史信息统计的无线切换接纳控制方法 - Google Patents

一种基于切换历史信息统计的无线切换接纳控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及无线切换接纳控制的技术领域，更具体地，涉及一种基于切换历史信息统计的无线切换接纳控制方法。该方法通过RAC的设计提高切换成功率，保证小区负载水平正常的情况下尽可能提高无线资源利用率，减少不必要的对于切换用户承载的抢占行为，提升终端用户的业务体验，并减少接入网信令开销。

Description

一种基于切换历史信息统计的无线切换接纳控制方法
技术领域
本发明涉及无线切换接纳控制的技术领域，更具体地，涉及一种基于切换历史信息统计的无线切换接纳控制方法。
背景技术
无线承载接纳控制(RadioAdmission Control，RAC)的作用是基于无线接入网整体资源使用情况，综合考虑新建无线数据承载和已建立无线承载的QoS(QualityofService，服务质)要求和优先级，对新建无线数据承载的请求进行接纳控制。RAC的目标是同时确保：高效率地利用无线资源；保证已建立承载的QoS。RAC需要在保障已接纳连接的服务质量与接纳尽可能多的新连接之间寻求平衡点，并确保：工程实现的复杂度可接受；系统性能和用户体验达到设计要求；E-UTRAN(E-UTRAN是演进的UTRAN，它是第三代移动通信技术UMTS最重要的一种接入方式)的稳定性可预期。
移动通信系统切换最为常见的是基于覆盖的切换，其目的在于保证终端移动至服务小区边缘时通过切换至目标小区保持无线连接和业务接续性。面向切换的RAC根据小区无线资源使用情况对切换请求中的无线承载建立请求进行接纳控制。通过RAC的设计提高切换成功率可以提升用户体验，并减少接入网信令开销。保证切换终端所需的无线资源是提高接纳率的主要手段。
4G网络采用硬切换机制，目标小区需要在切换准备阶段就切换候选终端的连接请求做出接纳判决，其中也包括候选终端的无线承载建立请求。然而，由于目标小区尚未与候选终端建立无线连接，其RAC实体虽已知待接纳承载的信息速率要求，却无法通过终端上报或主动测量等方式获取频谱效率SE的值。
4G LTE网络采用全分组域组网，无线传输采用OFDMA、SC-FDMA接入体制，传输模式(TransmissionMode,TM)和调制编码方式(ModulationCodingScheme,MCS)可根据无线链路质量(WirelessLinkQuality)做自适应调整。因此与2G/3G基于FDMA或TDMA的电路域无线承载方式不同，4G无线网络具有“软容量(SoftCapacity)“的特点，即小区容量在理论值范围内是动态变化的。
传统的RAC工作原理可以抽象成：
Cnew+C0≤Cmax (式-1)
其中：
Cnew表示新建无线承载所占用的无线传输容量；
C0表示已使用的无线传输容量；
Cmax表示系统容量上限。
至少满足上式时，RAC接纳新建无线承载的请求。然而，由4G软容量特点决定了该式中Cmax与Cnew均为时变变量，无法通过测量或简单计算确定。
考虑到无线工作带宽是确定的，因此可将新建承载的容量要求转换为无线带宽的要求，以LTE(LongTermEvolution，长期演进)无线资源分配单位RB(ResourceBlock)表示为：
Nnew+N0≤Nmax(式-2)
其中：
Nnew表示新建无线承载所占用的无线带宽；
N0表示已使用的无线带宽；
Nmax表示系统总带宽。
Nmax是确定值，N0可通过内部测量统计获取，因此RAC只需计算Nnew并带入式中。
Nnew资源预估的原理如下式所示
·EffIR表示待接纳承载的信息速率要求；
●SE表示针对此承载，系统所能达到的频谱效率(Spectrum Efficiency)。
针对提高切换过程中RAC的准确性，提出了一种基于切换历史信息统计的无线切换接纳控制方法和系统。该方法基于测量，即根据测量和历史记录所得的资源利用率和链路质量信息进行资源预留及接纳控制，以保证QoS需求。
发明内容
本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种基于切换历史信息统计的无线切换接纳控制方法，通过RAC的设计提高切换成功率。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：一种基于切换历史信息统计的无线切换接纳控制方法，包括如下步骤：S01：终端接入服务小区并建立无线承载传输用户业务数据；S02：源小区通过无线连接控制RRC信令下发邻区测量配置信息；S03：终端通过无线连接控制信令返回确认信息；S04：终端根据测量配置执行对服务小区和相邻小区的无线链路质量测量；S05：当测量配置中测量报告触发条件满足时，终端通过无线连接控制信令上报邻区测量结果；S06：服务小区根据测量报告做出切换决策，选择合适的目标小区；S07：源小区向目标小区发出切换准备请求消息；S08：目标小区RAC功能根据小区无线资源使用情况对切换请求中的无线承载建立请求进行接纳控制；S09：如RAC判定可以接纳切换请求，目标小区返回切换请求响应；S10：源小区下发切换命令给待切换终端；S11：终端断开与源小区的连接，与目标小区建立同步；S12：终端发送RRC切换完成消息至目标小区；S13：目标小区向服务网关发送终端用户面GTP连接的路径切换请求；S14：服务网关返回GTP路径切换响应；S15：目标小区与服务网关之间、目标小区与切换终端之间的用户面连接已经就绪，可以承载分组域数据传输；S16：切换整体流程结束，目标小区启动切换保护时隙定时器；S17：假定在切换保护时隙定时器超时前，目标小区收到新的无线承载建立请求并且小区当前无线资源不能满足要求，则直接返回失败响应；反之，如果定时器已超时，则启动新建承载的接纳控制处理；S18：若计算结果显示小区现有空闲无线资源不能满足新建承载的需求，则启动无线资源抢占子流程；S19：经资源抢占，小区空闲无线资源满足需求，则小区返回成功响应；否则返回失败响应。
进一步的，步骤S08中所述的接纳控制的算法流程主要包括如下步骤：S081：目标小区接到切换请求后启动RAC执行切换请求接纳控制；S082：RAC基于测量等方式确定小区负载情况，正常情况下空闲无线资源应大于等于设定的切换预留资源门限；否则，RAC启动资源抢占子流程；S083：若小区负载正常，或通过资源抢占子流程释放部分承载，则RAC计算新建承载所需的信息传输速率以及通过正向切换统计信息估计反向切换的频谱效率；S084：RAC计算新建承载所需的无线带宽；如果当前小区空闲无线带宽不能满足要求，则向源小区返回切换请求失败响应；如果当前小区空闲无线带宽满足要求，则RAC对切换请求予以接纳，目标小区向源小区返回切换请求成功的响应。
进一步的，当步骤S084中所述的当前校区空闲无线带宽不能满足要求时源小区返回切换请求失败响应为具体包括如下步骤：S0841：目标小区RAC判定空闲无线资源不足，则启动无线资源抢占子流程；S0842：判定切换保护时隙定时器是否处于激活态，如已激活，则返回资源抢占未能执行的响应消息，并退出抢占子流程；判定切换保护时隙定时器未激活，则通过遍历算法将优先级低于新建承载的已建立承载按照优先级升序生成待抢占承载队列，即最低优先级承载排在队列入口,如果队列为空，则返回资源抢占未能执行的响应消息，并退出抢占子流程；S0843：如果步骤S0842所述的待抢占承载队列不为空，则计算新建立承载所请求的无线带宽；S0844：待抢占承载队列选择队首，对其执行预抢占，即先计算通过抢占可以释放出的无线带宽，但暂未执行；S0845：RAC累计预抢占可以释放的无线带宽，与新建承载所需无线带宽进行比较；S0846：如果已经满足需求，则对已经选取的低优先级无线承载执行抢占，释放其资源，随后返回抢占成功的响应；否则，则判断待抢占队列是否为空；如果不为空，则返回继续进行预抢占处理，如果为空，则返回抢占失败消息并推出子流程。
与现有技术相比，有益效果是：通过RAC的设计提高切换成功率，保证小区负载水平正常的情况下尽可能提高无线资源利用率，减少不必要的对于切换用户承载的抢占行为，提升终端用户的业务体验，并减少接入网信令开销。
附图说明
图1是本发明切换流程中的接纳控制流程示意图。
图2是本发明切换接纳控制算法流程示意图。
图3是本发明无线资源抢占子流程示意图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
实施例一：
如图1-3，一种基于切换历史信息统计的无线切换接纳控制方法，包括如下步骤：S01：终端接入服务小区并建立无线承载传输用户业务数据；S02：源小区通过无线连接控制RRC信令下发邻区测量配置信息；S03：终端通过无线连接控制信令返回确认信息；S04：终端根据测量配置执行对服务小区和相邻小区的无线链路质量测量；S05：当测量配置中测量报告触发条件满足时，终端通过无线连接控制信令上报邻区测量结果；S06：服务小区根据测量报告做出切换决策，选择合适的目标小区；S07：源小区向目标小区发出切换准备请求消息；S08：目标小区RAC功能根据小区无线资源使用情况对切换请求中的无线承载建立请求进行接纳控制；S09：如RAC判定可以接纳切换请求，目标小区返回切换请求响应；S10：源小区下发切换命令给待切换终端；S11：终端断开与源小区的连接，与目标小区建立同步；S12：终端发送RRC切换完成消息至目标小区；S13：目标小区向服务网关发送终端用户面GTP连接的路径切换请求；S14：服务网关返回GTP路径切换响应；S15：目标小区与服务网关之间、目标小区与切换终端之间的用户面连接已经就绪，可以承载分组域数据传输；S16：切换整体流程结束，目标小区启动切换保护时隙定时器；S17：假定在切换保护时隙定时器超时前，目标小区收到新的无线承载建立请求并且小区当前无线资源不能满足要求，则直接返回失败响应；反之，如果定时器已超时，则启动新建承载的接纳控制处理；S18：若计算结果显示小区现有空闲无线资源不能满足新建承载的需求，则启动无线资源抢占子流程；S19：经资源抢占，小区空闲无线资源满足需求，则小区返回成功响应；否则返回失败响应。
实施例二：
其他部分与实施例一相同，进一步的，步骤S08中所述的接纳控制的算法流程主要包括如下步骤：S081：目标小区接到切换请求后启动RAC执行切换请求接纳控制；S082：RAC基于测量等方式确定小区负载情况，正常情况下空闲无线资源应大于等于设定的切换预留资源门限；否则，RAC启动资源抢占子流程；S083：若小区负载正常，或通过资源抢占子流程释放部分承载，则RAC计算新建承载所需的信息传输速率以及通过正向切换统计信息估计反向切换的频谱效率；S084：RAC计算新建承载所需的无线带宽；如果当前小区空闲无线带宽不能满足要求，则向源小区返回切换请求失败响应；如果当前小区空闲无线带宽满足要求，则RAC对切换请求予以接纳，目标小区向源小区返回切换请求成功的响应。
实施例三：
其他部分与实施例一或二相同，进一步的，当步骤S084中所述的当前校区空闲无线带宽不能满足要求时源小区返回切换请求失败响应为具体包括如下步骤：S0841：目标小区RAC判定空闲无线资源不足，则启动无线资源抢占子流程；S0842：判定切换保护时隙定时器是否处于激活态，如已激活，则返回资源抢占未能执行的响应消息，并退出抢占子流程；判定切换保护时隙定时器未激活，则通过遍历算法将优先级低于新建承载的已建立承载按照优先级升序生成待抢占承载队列，即最低优先级承载排在队列入口,如果队列为空，则返回资源抢占未能执行的响应消息，并退出抢占子流程；S0843：如果步骤S0842所述的待抢占承载队列不为空，则计算新建立承载所请求的无线带宽；S0844：待抢占承载队列选择队首，对其执行预抢占，即先计算通过抢占可以释放出的无线带宽，但暂未执行；S0845：RAC累计预抢占可以释放的无线带宽，与新建承载所需无线带宽进行比较；S0846：如果已经满足需求，则对已经选取的低优先级无线承载执行抢占，释放其资源，随后返回抢占成功的响应；否则，则判断待抢占队列是否为空；如果不为空，则返回继续进行预抢占处理，如果为空，则返回抢占失败消息并推出子流程。
实施例一至三涉及一种基于切换历史信息统计的频谱效率估计方法
(1)基于切换历史信息统计的频谱效率估计方法
考虑到常规情况下邻区关系总是双向的，即相邻两个小区A和B，既有由A至B的切换，也有由B至A的反向切换，而且切换发生的区域基本是一致的。区别则在于终端移动性的方向不同而造成的服务小区(ServingCell)和切换目标小区(HO Target Cell)的链路质量变化，即从A至B，则终端接收A小区信号逐步恶化而B小区信号逐步增强；反之亦然。
故此，对于邻区关系列表(NRT)中的不同邻区，基站测量本地小区切换至对应邻区的终端在执行切换命令(HO Command)前的上行/下行无线传输的频谱效率，并进一步结合切换时间、用户等级、业务类型及QoS要求等，形成正向切换(即从本小区切换至目标小区)的历史统计信息，如下表所示：
表1：正向切换终端频谱效率统计信息示例：
上述记录数据通过计算分析，可推导出对应特定目标小区、时间段、用户等级、业务类型及QoS要求等的正向切换频谱效率的估计值。例如，通过对历史数据做简单平滑滤波处理得到当前
进一步地，通过建立正向切换与反向切换(即从邻区切换至本小区)的频谱效率估计值的映射关系而获得具体取值，作为RAC计算Nnew的输入。上述关系可表示为计算所得的的误差需满足给定的置信度要求，如下所示：
式中：
k为无量纲系数；
为真实的切换之终端的无线传输频谱效率；
为任意给定正实数；
Φ为(0,1)之间的实数；
p(x)表示事件概率。
(2)基于资源预留的切换接纳控制方法
面向切换的RAC根据小区无线资源使用情况对切换请求中的无线承载建立请求进行接纳控制，因此由前述讨论出发可知当下式条件满足时，切换可予以接纳：
式中为切换终端在目标小区无线承载建立所需无线带宽的估计值。
RAC可采用预留无线资源的策略确保切换成功率，即通过控制小区实时的无线资源使用率来保证下式成立：
式中(1-β)×100％即为面向切换预留的无线资源比例。(1-β)的取值可以来自经验值，也可以通过统计接纳切换请求历史信息的方式获取。
(3)基于定时器的切换保护时隙：
当小区出现无线资源过载(Overload)时，RAC可通过使能高优先级承载抢占低优先级承载资源或主动释放承载资源的方式，确保小区正常工作。
考虑系统为切换而付出的代价，如果已接纳切换请求中的承载在短暂建立后即被抢占，无异于浪费系统资源。故此，应给切换相关的承载予以保护时隙，即在此保护时隙内，此类承载应免于被抢占。
考虑到发生在切换过程中的资源抢占行为表明了小区已经过载。故此，即使允许抢占，后续切换请求或承载建立/修改请求将很有可能诱发又一次的抢占行为，使得用户体验下降；加之小区过载情况本应很少发生，因此为简化设计，采取切换保护时隙内禁止小区范围内所有抢占操作的处理方式。
切换保护时隙通过定时器THO_GP实现，当有终端通过切换接纳控制进入小区时，如果该定时器正在运行，则重启该定时器，否则直接启动该定时器；当定时器超时，则说明过去THO_GP这段时间没有任何UE切换进本小区，此时可使能RAC的抢占行为。THO_GP的时长可根据切换到达率、呼叫释放率、切换时延等参数综合计算给出，亦或是通过经验值获取。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于切换历史信息统计的无线切换接纳控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
S01：终端接入服务小区并建立无线承载传输用户业务数据；
S02：源小区通过无线连接控制RRC信令下发邻区测量配置信息；
S03：终端通过无线连接控制信令返回确认信息；
S04：终端根据测量配置执行对服务小区和相邻小区的无线链路质量测量；
S05：当测量配置中测量报告触发条件满足时，终端通过无线连接控制信令上报邻区测量结果；
S06：服务小区根据测量报告做出切换决策，选择合适的目标小区；
S07：源小区向目标小区发出切换准备请求消息；
S08：目标小区RAC功能根据小区无线资源使用情况对切换请求中的无线承载建立请求进行接纳控制；
S09：如RAC判定可以接纳切换请求，目标小区返回切换请求响应；
S10：源小区下发切换命令给待切换终端；
S11：终端断开与源小区的连接，与目标小区建立同步；
S12：终端发送RRC切换完成消息至目标小区；
S13：目标小区向服务网关发送终端用户面GTP连接的路径切换请求；
S14：服务网关返回GTP路径切换响应；
S15：目标小区与服务网关之间、目标小区与切换终端之间的用户面连接已经就绪，可以承载分组域数据传输；
S16：切换整体流程结束，目标小区启动切换保护时隙定时器；
S17：假定在切换保护时隙定时器超时前，目标小区收到新的无线承载建立请求并且小区当前无线资源不能满足要求，则直接返回失败响应；反之，如果定时器已超时，则启动新建承载的接纳控制处理；
S18：若计算结果显示小区现有空闲无线资源不能满足新建承载的需求，则启动无线资源抢占子流程；
S19：经资源抢占，小区空闲无线资源满足需求，则小区返回成功响应；否则返回失败响应。
2.根据权利要求1所述的无线切换接纳控制方法，其特征在于：步骤S08中所述的接纳控制的算法流程主要包括如下步骤：
S081：目标小区接到切换请求后启动RAC执行切换请求接纳控制；
S082：RAC基于测量等方式确定小区负载情况，正常情况下空闲无线资源应大于等于设定的切换预留资源门限；否则，RAC启动资源抢占子流程；
S083：若小区负载正常，或通过资源抢占子流程释放部分承载，则RAC计算新建承载所需的信息传输速率以及通过正向切换统计信息估计反向切换的频谱效率；
S084：RAC计算新建承载所需的无线带宽；如果当前小区空闲无线带宽不能满足要求，则向源小区返回切换请求失败响应；如果当前小区空闲无线带宽满足要求，则RAC对切换请求予以接纳，目标小区向源小区返回切换请求成功的响应。
3.根据权利要求2所述的无线切换接纳控制方法，其特征在于：当步骤S084中所述的当前校区空闲无线带宽不能满足要求时源小区返回切换请求失败响应为具体包括如下步骤：
S0841：目标小区RAC判定空闲无线资源不足，则启动无线资源抢占子流程;
S0842：判定切换保护时隙定时器是否处于激活态，如已激活，则返回资源抢占未能执行的响应消息，并退出抢占子流程; 判定切换保护时隙定时器未激活，则通过遍历算法将优先级低于新建承载的已建立承载按照优先级升序生成待抢占承载队列，即最低优先级承载排在队列入口,如果队列为空，则返回资源抢占未能执行的响应消息，并退出抢占子流程;
S0843：如果步骤S0842所述的待抢占承载队列不为空，则计算新建立承载所请求的无线带宽；
S0844：待抢占承载队列选择队首，对其执行预抢占，即先计算通过抢占可以释放出的无线带宽，但暂未执行；
S0845：RAC累计预抢占可以释放的无线带宽，与新建承载所需无线带宽进行比较；
S0846：如果已经满足需求，则对已经选取的低优先级无线承载执行抢占，释放其资源，随后返回抢占成功的响应；否则，则判断待抢占队列是否为空；如果不为空，则返回继续进行预抢占处理，如果为空，则返回抢占失败消息并推出子流程。
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