CN1126391C - 提供多通信业务的通信系统的方法和用于该方法的控制器和移动通信系统 - Google Patents

Abstract

在提供分组数据业务的移动通信系统里，在移动台和无线电接入网之间建立分组数据连接。利用连接的状态来指定多个不同类型的无线电信道之一，通过无线电接口承载这一连接。连接状态最好还指定其它参数，包括例如，专用于所选信道类型或者信道比特率的多个不同的移动性管理方案之一。在跟连接有关的一个或者多个状态的基础之上，将这个连接动态地改变到最佳状态。例如，为这个连接确定一个或者多个业务参数，可以将它们用于预测这个参数的未来值。在预测的参数值或者一些参数值的基础之上，确定并采用最优的连接状态。如果连接中预测的参数值随后改变，可以按照新预测的参数值动态地选择更合适的另一个连接状态。一个实施方案实例是在分组数据连接队列中数据量的基础之上的。跟一个或者多个门限比较，以判断应当用哪种无线电信道来承载这一连接。还可以采用其它的因素、参数和条件以及门限比较来选择最佳无线电信道类型。

Description

提供多通信业务的通信系统的方法和 用于该方法的控制器和移动通信系统

发明领域

本发明涉及移动通信，具体而言，涉及将一个数据通信连接动态地改变到最佳状态。发明背景

在目前和未来的移动无线电通信系统里，正在提供或者即将提供各种不同的业务。虽然传统移动电话系统能够提供话音业务，但是分组数据业务同样会变得越来越重要。分组数据业务的实例有利用因特网的电子邮件、文件传输和信息检索。由于分组数据业务常常用这样一种方式来使用系统资源，这种方式使得分组数据会话过程中这些资源不断改变，所以，数据包流的特性常常是“突发性的”。图1说明时间轴上的数据包短脉冲串，数据包之间散布着没有任何数据包的时间段。总的来说，在短时间内，数据包的“密度”很高，而它的长期“密度”却经常很低。

移动通信系统必须能够同时支持非常适合于话音应用的电路交换业务，和非常适合于电子邮件应用这种突发性数据的分组交换业务，与此同时，这些业务必须有效地使用有限的无线电频带。在这些不同类型的业务中，移动通信系统应当提供不同类型的信道和不同的方式来跟踪移动台的位置，  以后将它叫做“移动性管理”。

全球移动通信系统(GSM)提供两种业务，包括通过移动交换中心(MSC)节点的电路交换业务和通过通用分组无线电业务(GPRS)节点的分组交换业务。有保障的电路交换业务，例如高速电路交换数据(HSCSD)，采用静态专用业务信道。对于基于数据包的最好努力业务(For packet-based，best efforts ervice)，利用媒体访问控制协议或者调度策略，以数据包为单位，从许多资源中分配另外一组分组数据信道。基于IS-95的北美移动通信系统通过在建立起来的专用信道里支持可变速率传输来提供分组数据服务。

目前的这些方法有一些显著的缺点，它们将面向连接或者面向无连接的业务映射到一个特殊的信道类型。这种静态的映射不可避免导致了系统资源的利用不是最佳的。特别是分组交换业务，它们需要可变带宽和延迟。象分组交换音频和视频信号这样的高带宽、短延迟分组业务在连接期间受益于保留的专用信道。但是象消息传递和电子邮件这样的其它分组业务却不需要高带宽和短延迟。事实上，电子邮件和消息传递这样的突发特性不能充分利用保留的不间断的信道。按照正在传送的分组数据的情况动态地确定和分配最佳连接状态，本发明能够克服这些缺点，并充分地利用系统资源。在一个实施方案里，连接状态可以指定无线电信道类型。在另一个实施方案里，连接状态可以指定其它特性。例如，可以动态地分配最优信道类型和最适合于这一特定信道类型的移动性管理方案。

在移动通信系统里，在移动台和无线电接入网之间建立连接。“连接”指的是无线电接入网提供的一项业务，这项业务使得信息能够在上行链路(从移动台开始)和下行链路(到移动台终止)方向上，通过移动台和无线电接入网之间的无线电接口进行传递。这一连接可以响应移动台或者跟这个无线电接入网连接的核心网来建立。这个连接能够维持下去，即使移动台改变了地理小区/区域，也就是说进行了越区切换。连接状态指定了无线电信道多种类型中的一种，用来通过无线电接口传递或者承载这一连接。这一连接最好还能够说明其它特性，比方说专用于所选信道类型、信道比特率等等的多个不同移动性管理方案中的一个。

根据跟连接有关的一个或者多个状态将这一连接动态地调整到最佳状态。例如，为连接确定一个或者多个业务参数，并用于预测未来的参数值。根据预测的参数值，确定并获得最优连接状态。如果以后的连接中这些业务参数值发生了改变，就能动态地选择另一种信道类型，这另一种信道类型更适合于新预测的参数。业务参数的实例有未来要通过移动数据包连接传送的数据的数据量、数据包到达时刻和数据包密度。连接状态可以指定无线电信道类型。信道类型实例包括只传递一个移动台的数据包的专用无线电信道和传递一个以上的移动台的数据包的共享无线电信道。另外，这种共享无线电信道包括临时专用无线电信道、随机接入信道和寻呼信道。将队列中当前的数据量作为业务参数的一个实例，如果队列中的数据量超过一个门限，那么，最好用一个专用信道来传送这么多的数据。否则，用共享信道可能是最好的。

在移动台无线电接入网分组数据连接队列中数据量的基础之上的一个优选实施方案实例里，如果队列中的数据超过所述门限，也要决定是否要临时断开或者中断这一分组数据连接。如果这一分组数据连接被临时断开或者中断，就不确定也不改变信道类型。否则，就在一个专用无线电信道里建立这一分组数据连接，或者将这一分组数据连接转移到一个专用无线电信道里去。如果队列中确定的分组数据的量小于一个门限，就可以选择一个共享无线电信道，或者在决定用那种无线电信道来承载这一分组数据连接的时候可以考虑一个或者多个其它参数。这一个或多个其它参数最好跟通过这一数据包连接的数据包流有关。如果这一数据包流参数超过一个流门限，就为这一分组数据连接分配一个专用无线电信道。如果这个数据包流参数小于或者等于一个流门限，就为这一分组数据连接分配一个共享无线电信道。流参数的一个实例是数据包之间的时间间隔。当连接中数据包之间的时间间隔都相似的时候，就为这一分组数据连接分配一个专用无线电信道。

这样一个实施方案实例可以在网络到移动台的下行方向采用，尽管它也可以用于上行方向。提供一个网络数据包缓冲器来储存要发送给移动台的数据包。网络数据包路由器提供数据包给这个数据包缓冲器。当目前储存在数据包缓冲器里的数据包的量超过缓冲器容量的预定百分比时，数据包缓冲器就产生一个“背压(back pressure)”信号，让数据包路由器暂时停止从路由器向这个数据包缓冲器传送数据包。背压信号的存在与否可以用于决定应当采用哪种类型的无线电信道来承载这一分组数据连接。

在另一个实施方案实例里，选中的连接状态还能指定多个移动性管理(MM)方案中的一个。在第一个MM方案里，以小区为单位监视移动台的位置。在第二个MM方案里，以路由区为单位监视移动台的位置，这里的路由区包括多个小区。这一连接状态还能进一步指定所述比特率或者一些比特率。比特率可以是固定的，或者在可变比特率信道里，比特率可以是允许的最大比特率或者一组允许的比特率。当然，还可以采用其它的和/或另外的连接状态参数。

在另一个实施方案实例里，在预测的业务参数的基础之上，从多个连接状态中为分组数据连接动态地选择最佳的连接状态，其中每一个连接都指定一个特定的无线电信道类型和一个特定的移动性管理方案。在这个实例里，这一业务参数可以是数据包到达时刻，可以用一个基于神经网络的非线性预测器，利用最新的数据包到达时刻预测这一连接中下一个数据包的到达时刻。除了下一个数据包到达时刻这样的单个业务参数以外，下一个连接状态的确定还可以基于其它因素和考虑，包括，例如，需要的承载者业务，当前的连接状态，当前的无线电接口电平，以及队列中这一连接的当前数据量。

附图简述

通过下面对优选实施方案的描述，同时参考附图，本发明的上述和其它目的、特征和优点会变得显而易见，其中相同的引用字符在所有附图中指的都是相同部件。这些图不一定是按比例画出来的，这里强调的是对本发明的原理进行说明。

图1是说明分组数据通信突发特性的一个数据包密度图；

图2是能够采用本发明的本发明一个优选实施方案实例中通用移动电话系统的一个功能框图；

图3说明基站小区和路由区实例；

图4是本发明一个实施方案实例中信道选择程序的流程图；

图5是一个流程图，说明本发明一个实施方案实例中，根据队列中当前的数据量动态地选择信道类型的程序；

图6说明能够用于UMTS网络的各种缓冲器；

图7是本发明一个实施方案实例中信道类型选择程序的一个流程图；

图8说明本发明一个实施方案实例里连接状态改变程序的流程图；

图9是本发明一个实施方案实例里的连接状态图；

图10是说明图2所示移动通信系统中采用本发明的一个实例的功能框图；

图11是说明数据包到达时刻的时序图；

图12是本发明一个优选实施方案实例中，数据包到达时刻预测程序的流程图；

图13说明按照本发明的一个优选实施方案实例选择下一个连接状态的连接状态选择器；和

图14说明图13所示的非线性预测器。附图详述

在以下说明中，为了进行说明而不是为了进行限制，给出了具体细节，例如，特定的实施方案、数据流、网络单元、技术等等，以便让读者全面地了解本发明。但显而易见，对于本领域里的技术人员而言，本发明可以用不同于这些具体细节的其它实施方案来实践。例如，在使用GSM/UMTS术语的通用移动电信系统环境中描述本发明时，本领域里的技术人员会明白本发明可以用于所有移动通信系统。另外，尽管很多描述集中在无线电信道上，但是本领域里的技术人员会明白，本发明可以用于所有的分组数据通信。在其它情形里，省略了众所周知的方法、接口、装置和信令技术，以免喧宾夺主。

本发明是在图2所示通用移动电信系统(UMTS)的环境里进行描述的。云12表示的代表性的、电路交换外部核心网络可以是，例如，公共交换电话网(PSTN)和/或综合业务数字网(ISDN)。云14说明的代表性的分组交换外部核心网可以是例如因特网。这两个外部核心网都跟UMTS核心网16的相应业务节点连接。这个PSTN/ISDN电路交换网12跟表示为移动交换中心(MSC)节点18，提供电路交换业务的电路交换业务节点连接。在现有的GSM模型里，MSC 18通过接口A跟基站子系统(BSS)22连接，而后者又通过接口Abis跟无线电基站23连接。因特网分组交换网14通过专用于分组交换业务的通用分组无线电网(GPRS)节点20连接。核心网络业务节点18和20都通过无线电接入网(RAN)接口跟UMTS无线电接入网(URAN)24连接。URAN24包括一个或者多个无线电网络控制器26。每一个RNC26都跟多个基站(BS)28和URAN24中的所有其它RNC连接。

在这个优选实施方案里，无线电接入是基于宽带码分多址(WCDMA)的，每个无线电信道都分配了WCDMA扩频码。WCDMA提供宽带多媒体业务和其它高速率业务，以及分集越区切换和瑞克接收机这样的坚固特性，以确保高质量。

URAN24在移动台30和UMTS核心网络业务节点12和14之间提供服务(最终给外部核心网络终端用户提供服务)。至于后面将描述的本发明的实施方案实例，连接这一术语描述的是URAN24提供的信息传输业务。通过连接能够用一个或者几个信息流(承载者)传输用户数据信息，例如数据包数据，同时在移动台30和URAN24之间的上行链路和下行链路方向传输控制信令信息。这样的连接是在移动台30或者UMTS核心网络业务节点18、20之一的请求之下建立的，甚至移动台在移动的时候仍然维持下去。根据本发明，分组数据业务的类型或者连接状态可以进行选择并且动态地变更或者改变，以便对无线电资源的使用进行优化。

一种分组数据业务是专用业务，其中移动台一直占用移动台和URAN之间的专用无线电信道，不跟其它移动台共享。另一种分组数据业务是共享业务，其中一个以上的连接使用同一个无线电信道，也就是多个移动台共享一个信道。除了管理不同类型的无线电信道以外，本发明里最好根据为连接选择的业务类型，以不同的方式管理移动台的移动性(尽管不是必须的)。连接业务还可以指定其它参数，比方说连接的比特率。

图3说明多个相邻小区，每个小区都有一个相应的基站。对于专用业务，将专用无线电信道分配给一个移动台时，最好采用一个越区切换程序，当移动台在小区之间移动的时候，通过从一个基站切换到另一个来维持这一连接。在CDMA系统里最好采用软切换和更软的切换程序。

对于共享的无线电业务，从信令观点来管理移动性效率更高。通常为低速率业务和/或分组传输延迟是可以接受的业务选择共享无线电业务的共享无线电信道。在这些情形里，最好采用基于移动台注册信息的移动性管理方案。移动台进入一个新小区时，发送注册消息给有关网络。然而，在移动台的低速率业务时期，移动台没有必要在每一个小区里都注册。事实上，小区更新消息可能产生跟实际用户数据业务一样多的传输量，甚至还会更多。对于这种情况，需要基于路由区的下一级注册。图3画出了两个路由区：一个路由区包括四个相邻小区，第二个路由区包括两个相邻小区。如果移动台要改变路由区，它就发送一则路由区注册消息给最近的基站。网络将移动台最后一次注册的路有区识别号储存起来。要将一个数据包发送给这个移动台的时候，网络发送一则寻呼消息给移动台，移动台发送一个寻呼消息响应，说明数据包应当发往哪个小区。

至于本发明中专注于信道类型的一个实施方案实例，图4以流程图的形式给出一个信道选择程序(框40)。因此，这一实例中“连接状态”的特征是信道类型。然而，连接状态还可以指定不同的特性或者一个以上的特性。

假设在移动台和所述URAN之间已经建立了连接，测量出这一分组数据连接一个或者多个业务参数的当前值(框42)可能需要分开测量上行链路和下行链路方向上的一个或者多个参数，因为可能给上行链路和下行链路分配不同的信道类型，还因为信道类型和移动性管理方案依赖于上行链路和下行链路方向上的业务情况。从一个或者多个连接参数的测量值，确定出传递要通过分组数据连接发送的未来的分组数据的最佳信道类型(框44)。然后通过选定的无线电信道类型发送分组数据(框46)。在框48里判断是否有一个或者多个状态发生了改变，如果是这样，就重复信道选择程序。结果，当前情形的最佳信道类型就是动态地确定和分配的，从而有效地利用了系统资源。

最佳信道类型可以在单个相对简单参数的基础之上动态地/自适应地确定，比方说在连接队列里当前储存数据数据量的基础之上，也就是在队列长度的基础之上，如同现在参考图5所示队列长度程序(框50)所描述的一样。队列长度是未来数据包业务密度的一个良好预测器，特别是到移动台的下行链路上。这是非常有用的，因为在某些数据包应用里，在到移动台的下行链路方向传递的数据更多。当然，可以在这一连接的上行链路和/或下行链路队列里指定当前队列长度。或者也可以采用对应于上行链路和下行链路队列长度和的一个总有效载荷参数。

在框54里判断测量出来的队列长度是否超过一个门限。如果超过了，就可以决定选择一个专用信道(框56)。即使队列长度较长说明了专用信道是合适的，但仍然可能需要或者是必须考虑可能会导致其它选择的其它测量参数。例如，可能是这一连接已经临时断开或者中断(框57)。如果是这样，不切换信道更好(框59)，因为这一队列很长很可能源于连接中断。如果队列长度没有超过这一门限，通过共享信道传输这一较小的有效载荷可能更好(框58)。如果考虑进其它参数，这些参数反过来说明专用信道或者是需要的或者是更好，那么这一决定也可能被“否决”。

下面参考图6和7描述考虑进了数据包缓冲器中队列长度或者数据量的另一个信道类型选择实施方案实例。图6画出了一个一般的UMTS核心网络节点16，它包括一个数据包路由器100、一个数据包缓冲器102和一个数据包窗缓冲器104。数据包路由器100通过URAN24接收从外部网络通过分组数据连接发往某一移动台的数据包。数据包路由器100包括一个缓冲器，用于储存那些数据，并以特定的速率将它们发送给用于跟URAN 24对接的数据包缓冲器102。然后通过URAN24用一个选择出来的最优无线电信道将来自数据包缓冲器102的数据包传递给移动台。

从数据包路由器100提供大量数据给数据包缓冲器102的时候，数据包缓冲器102的大小可能不足以储存所有数据。因此，采用一个

“背压”机制来管理数据包的流动和传输。更具体地说，当数据包缓冲器102里数据量超过它最大容量的某一百分比的时候，例如百分之八十的时候，从数据包缓冲器102向数据包路由器100发回一个背压信号。当数据包缓冲器102里数据量小于它最大容量一个较低的百分比的时候，例如百分之三十的时候，撤销这一背压信号。背压机制临时缓冲在数据包路由器缓冲器100中，而不是在数据包缓冲器102里，因为数据包路由器缓冲器100比数据包缓冲器102大得多。同样，在数据包路由器缓冲器100装满的时候，而不是在数据包缓冲器102装满的时候，让更高层的协议，例如TCP，在IP级别上决定是否抛弃数据包更好。

协议发送窗缓冲器104储存从数据包缓冲器102发送给URAN24，还没有被URAN确认为正确地收到的那些数据包。当协议发送窗缓冲器104里储存的一个数据包被确认为已经正确地收到的时候，就将它删除。如果发送过数据包以后没有在适当长度的时间以内收到正确收到该数据包的确认信号，就从数据包窗缓冲器里将它取出来重新发送。如果协议发送窗缓冲器104中还没有确认的数据包装满到一定程度，就有理由推断这一无线电信道连接出了问题。例如，这一无线电台可能在建筑物后面、在桥底下、正在通过隧道等等，或者有太强的干扰，比方说小区太拥挤。这种情况通常都是临时的。未经确认的数据包达到某一最大数量时，就认为这一数据包发送窗要装满了。如同下文所述，可以在信道类型选择过程中将“满窗”考虑在内。

现在参考图7以流程图的形式给出的信道类型选择程序(框110)。确定当前储存在数据包缓冲器102里分组数据的量(框112)。在框114里判断确定的量是否小于最大数据包缓冲器容量的百分之X。如果是这样，就进行另一个判断(框118)，看目前是不是存在背压信号。如果没有，数据包缓冲器里相对少量的数据以及没有背压信号意味着需要选择或者将分组数据连接转换成，一个公用或者共享信道(框122)。作为另一个可选实施方案，可以在这个时候执行第二个信道类型选择程序，以确定承载移动连接的最佳信道类型，而不是自动地选择一个公用信道(框122)。第二个信道类型选择程序可以基于当前或者预测的业务密度、数据包到达时刻、数据包之间的时间以及跟数据包流有关的其它参数。

如果当前数据包缓冲器102里的数据量超过或者等于缓冲器最大容量的百分之X，就判断(框116)这个量是否大于或者等于数据包缓冲器102最大缓冲容量的百分之Y，这里Y大于X。这个双门限比较过程增加了滞后，以防止信道类型不必要的，或者至少是过于频繁的切换。于是，如果这个量不超过百分之Y，就在框128里进行一个滞后类型的判断。例如，判断缓冲器的大小是否从大于Y变到了小于Y，或者缓冲器的大小是否从小于X增大了。如果缓冲器的大小从大于Y变小了，就选择一个专用信道(框130)。但如果缓冲器大小从小于X变大了，就选择公用信道(框132)。在另一个实施方案里，可以采用框122所描述的第二个信道类型选择程序，而不是总是自动地选择公用信道。第二个信道类型选择程序为框114和116里更加死板的门限比较增加了灵活性。

另一方面，如果目前在数据包缓冲器102里数据量超过最大缓冲器大小的百分之Y，就在框120里判断目前数据是否正在流出数据包缓冲器102。这一判断是由前面参考图6所介绍的协议发送窗缓冲器104做出的。如果协议发送窗缓冲器104产生一个满窗信号，说明连接断开了或者中断了，就判断数据是不是正在流出数据包缓冲器102，维持当前信道类型(框126)。没有数据从缓冲器流出可能是因为暂时的不利无线电信道状况，这在蜂窝系统里屡见不鲜。如果数据正在流出数据包缓冲器102(没有满窗信号)，目前在数据包缓冲器里存在大量的数据就意味着，切换到专用信道来承载呼叫连接将会更好和/或更有效(框124)。同理，如果数据包缓冲器102产生一个背压信号给数据包路由器100(框118)，就假设数据正在从数据包缓冲器102里流出，在框120里进行同样的判断。背压状态意味着要发送相当多的数据，切换到一个专用信道将这些数据发送给移动台要更好和/或更加有效(框124)。如果协议发送窗缓冲器104产生一个满窗信号，就可以维持当前的信道类型(框126)，而不管背压状态。

关于框122和128里提到的第二个信道类型选择程序，对于通过IP的话音这种对延迟敏感的应用来说，数据包延迟时间可能是一个更好的判据，它产生很长的间隔规则(在时间上)的小尺寸数据包流。这些数据包不会在数据包缓冲器102里积累到数据量足以保证选择或者切换到一个专用信道。无论如何，小延迟对于通过IP的话音而言是非常重要的，它通常都需要专用信道。于是，第二个信道类型选择程序可以确定收到的连接的数据包之间的时间长度，以及它是否非常有规律，并决定选择或者切换到一个专用信道上去。在第二个信道类型选择程序里最好也采用滞后。

在本发明的另一个优选实施方案实例里，可以利用特定数据包连接的数据包到达速率或者数据包密度，来预测特定连接的未来数据包流。可以将这一预测结果用于确定一个连接期间最佳的信道类型，以及最佳的移动性管理方案类型。当然，也可以指定其它的参数，比方说连接比特率，每一个基站内象接收机那种空闲装置的当前数量、空闲扩频码的当前数量等等。为了方便和简单起见，以后这一实施方案实例的“连接状态”指的是无线电信道类型和/或移动性管理方案的类型。然而，本领域里的技术人员会明白本发明涵括了其它的连接状态参数。

根据新预测的数据包流的情况，可以为这一连接改变几次所选信道类型和/或移动性管理方案类型。下面描述在连接期间如何在专用和共享类型的信道之间改变所选信道类型的一个实例。可以采用两个数据量门限，将滞后引入信道类型判断。改变信道类型需要一定量的信令“系统开销”(包括延迟和干扰)用于信道的建立和撤销。这一系统开销付出的代价有时比切换信道类型获得的好处还要大。如前所述，滞后是有好处的，因为它将信道类型的改变限制在值得付出其系统开销的范围内。更具体地说，要传输的数据量超过这两个门限中较高的那一个门限时，可以将共享的信道改变成专用信道。如果数据量在这两个门限之间，就不作任何改变。如果要传输的数据量比门限中较低的那个少，就选择公用或者共享信道。

在一个优选实施方案实例里，较低的门限等于零或者接近零，从而在做任何信道类型切换之前，存在的/队列中的所有数据都通过专用信道发送。要发送的数据的量很少时，也可能需要确定平均密度参数或者其它参数，比方说平均数据包到达时刻。如果平均业务密度或者其它参数超过一个参数规定的量，可能是维持当前专用信道最好。

因此，一旦将一个专用信道分配给一个分组数据连接，就确定下一次要发送的分组数据的量。如果这个量超过第一个门限，就维持这一连接状态。如果这个量小于第一个门限但大于第二个门限，也维持这一状态。但如果要发送的数据的量小于第二个门限，就将这一连接状态改变成释放这一专用信道，采用共享信道。

现在描述确定是否从专用无线电信道切换到共享无线电信道去的另一个方法实例。最后的数据发送完以后，(例如发送队列是空的)，就监视长度预定的一段时间。如果在这段预定时间结束的时候没有收到新的数据包，就释放这一专用信道，分配一个新的共享信道给这一连接。这段预定长度的时间可以在一个或者多个参数的基础之上确定，包括，例如，多个能用的或者空闲的信道资源，它们可能包括多个空闲的基站接收机。如果没有空闲的基站接收机，就不能分配专用无线电信道。但是，这一连接可以分配给一个共享无线电信道。在CDMA系统里可以考虑的另一个因素是空闲的下行链路通信扩频码的个数。

现在参考图8所示的连接状态自适应程序(框60)。如上所述，在这一说明性的实例里，连接状态包括所选无线电信道类型和所选移动性管理方案。连接状态最初是在被请求的分组数据业务的基础之上，在连接的建立阶段选择的(框61)。以后，测量并储存这一连接的数据包到达速率或者数据包密度(框62)。这一连接的下一个数据包到达时刻是在储存的最后的数据包到达时刻的基础之上预测的(框63)。或者，如果数据包密度是采用的参数，就在确定的过去的数据包密度的基础之上预测未来的数据包密度。利用预测的数据包到达时刻(或者预测的数据包密度)，以及有可能的(但不是必须的)其它参数，选择仍然满足请求的对分组数据业务的要求的一个最佳的无线电信道类型(框64)。无线电信道类型包括专用信道和共享信道。另外，共享无线电信道包括临时专用信道、接入信道和寻呼信道。也可以跟其它参数一起选择最适合于所选信道类型的最佳移动性管理方案。由于上述原因，最好为专用的、临时专用的和接入无线电信道选择小区更新类型的移动性管理类型。最好为寻呼信道选择路由区更新类型的移动性管理方案(框65)。在框66里判断连接是否已经断开。如果没有，就在框62开始重复连接状态改变程序。

图9是一个状态图，它说明这一实施方案实例中连接状态选择的自适应性质，其中的连接状态是跟无线电业务有关的。一开始，在建立分组数据连接之前，连接状态是“空闲的”。当无线电接入网，在核心网络或者移动台的请求下，最初建立起分组数据连接的时候，利用被请求的数据业务的参数信息，例如最大和平均比特率、延迟参数等等这样的业务质量类型参数，选择四个活动连接状态之一。所有这些特性都可以浓缩进“业务矢量”里去，用于进行最初的连接状态选择。

这四个活动连接状态包括(1)采用专用无线电信道(DCH)的专用无线电业务，(2)采用临时DCH的共享无线电业务，(3)采用正向接入信道(FACH)和随机接入信道(RACH)的共享无线电业务，以及(4)采用寻呼信道(PCH)和RACH的共享无线电业务。每一个连接状态还要说明相应的移动性管理方案。专用无线电业务采用越区切换作为移动性管理方案。利用临时专用信道的共享无线电信道和正向、随机接入信道的共享无线电业务都采用小区更新移动性管理方案。但寻呼信道/随机接入信道共享的无线电业务则采用路由区更新移动性管理方案。

由于数据包是通过连接发送的，因此对数据包的流进行监视和评估，如果合适，就选择一个新的连接。在下行链路(DL)数据包流测量结果和上行链路(UL)数据包流测量结果的基础之上，无线电接入网可以在下行链路或者上行链路或者在这两条链路上启动连接状态改变程序。移动中断也可以在各种共享无线电业务之间上行链路上对数据包流的测量结果的基础之上启动连接状态过渡。当核心网络，无线电接入网，或者移动终端，释放连接时，这个流回到空闲状态。

图10说明图2所示移动通信系统里的一个实施方案实例。在每一个无线电网络控制器26(CSS_N70)和每一个移动台30(CSS_M80)里提供一个连接状态选择器(CSS)。无线电网络控制器26还包括对应于M_ND72和M_NU74的上行链路和下行链路方向的数据包流测量单元。类似地，移动台30包括下行链路和上行链路数据包流测量单元M_MD76和M_MU78。建立的连接的上行链路和下行链路方向用实线表示。在RNC和移动台里同时提供了连接请求71和81，它们储存这要通过连接发送的当前数据包。显然，除了每一个移动台以外，连接状态选择器可以放在任何网络节点里。但当移动台改变小区到另一个基站的时候，将CSS放在基站里而不是在无线电网络控制器里会导致基站之间大量的数据交换，例如这一连接的历史数据。由于无线电网络控制器提供分组数据业务给核心网络，因此最好将CSS放在RNC里。

通过储存数据包到达时刻，然后传送给对应的连接状态选择器70和80，移动台和RNC里的测量单元对上行链路和/或下行链路方向的数据包流(以及其它参数，如果需要的话)进行测量。可以将数据包密度而不是数据包到达时刻用作数据流参数。如果能够知道数据包大小，数据包密度就是更好的参数。连接状态选择器认定需要改变连接状态时，发送一个信号给相应的控制器，也就是RNC控制器75和移动台控制器82。这个相应的控制器对无线电接口上的信令进行处理，以改变连接状态。

图11画出了下行链路数据包流的一个实例，以及网络下行链路测量单元72、网络连接状态选择器70和RNC控制器75之间的接口。在每个数据包到达的时候，测量单元72发送一个下行链路数据包通知消息给连接状态选择器70，其中包括数据包到达时刻t_i(k)、进来的数据包队列中要从网络发送给这一移动的移动台的当前数据量Q_i(k)以及测量出来的跟这一数据包有关的干扰强度I_i(k)(上行链路干扰可以例如由BS测量并定期发送给MS和RNC，而下行链路干扰则可以由MS测量并通过BS定期发送给RNC)。下标i指的是第i个连接，k指的是第k个数据包。因此，t_i(k)是数据包k在第i个连接期间的到达时刻。在第i个连接期间第k-1个数据包跟第k个数据包之间经过的时间表示为Δ_i(k)。

在对应于三个到达的数据包实例P1~P3的下行链路数据包识别消息的基础之上，网络连接状态选择器70可以决定要改变连接状态，并发送一则改变连接状态消息给RNC控制器75，其中包括下一个连接状态。在CDMA系统里，如果新的连接状态是专用无线电信道或者临时专用无线电信道，RNC控制器就分配一个扩频码给这个连接，并发送消息给当前处理呼叫的基站和移动台，给它们提供适当的连接状态改变信息。类似地，这个RNC控制器将移动性管理方案高速移动台和基站。

关于下一个数据包到达时刻的预测和在此基础之上连接状态的选择的实施方案实例细节，将跟图12中的流程图所说明的数据包到达时刻预测程序(方框100)，以及图13所示连接状态选择器实例里的功能框图一起给出。总之，每一个连接状态迭代的连接状态选择器120，输入最新收到的数据包到达时刻t_i(k)，并利用非线性预测器124用非线性的方式预测下一个数据包到达时刻δ_i(k+1)(框102)。经过了相应的延迟123以后，将预测的下一个数据包到达时刻输入比较器122，跟最新的数据包到达时刻t_i(k)比较产生一个误差信号ε_i(k)(框104)。以一种方式将误差ε_i(k)用于更新非线性预测器参数，使误差ε_i(k)最小(框106)。

选择器126从非线性预测器124收到到下一个数据包到达时刻δ_i(k+1)的预测的时间，并利用这一预测结果来确定下一个连接状态C_i(k+1)。尽管下一个连接状态可以简单地只根据参数δ_i(k+1)来确定，但是在一个优选实施方案实例里，选择器126又一次将一个或者多个其它参数考虑在内，例如要通过这一连接发送的数据包的量(队列长度Q_i(k))、业务矢量S_i(k)、当前无线电干扰强度I_i(k)和/或当前连接状态C_i(k)(框108)。

一般情况下，长队列意味着需要专用信道或者临时专用信道。普通信道可能更适合于短序列。需要高数据率和/或短延迟的业务矢量意味着专用信道或者临时专用信道是更好的选择。高的无线电干扰值意味着最好采用专用信道，而不是临时专用信道或者普通信道，因为临时专用信道和普通信道产生比专用信道更大的干扰。更进一步，预测的较早的数据包到达时刻意味着选择专用信道——即使这个队列很短——特别是这一承载者业务要求短延迟的时候更是如此。

非线性预测器124最好采用图14所示的神经网络预测和学习方法。当然，也可以采用其它类型的预测器，例如基于卡尔曼滤波器的模型，基于模糊、自学习的模型等等。将数据包到达时刻t_i(k)输入延迟线类型的移位寄存器130。将每一个延迟D的输出发送给下一个延迟级和一个求和模块。每一个求和器∑的输出都产生这个连接上连续两个数据包之间经历的时间Δ_i(k)。建立起连接i的时候，将k和所有输入t_i(0)、…、t_i(-n+1)设置为零，其中n是用于预测未来数据包前面的数据包的个数。n取值的实例有2、3或者4。或者，可以在用统计方式或者其它经验方式确定的值的基础之上，设置初始的非零数据包到达时刻t_i(O)，…，t_i(-n+1)。最好用业务矢量S_i来设置初始连接状态C_i(O)。例如，如果S_i＝“第一类(First Class)”，那么C_i(O)＝DCH；如果S_i＝“商务类(Business Class)”，那么C_i(O)＝FACH/RACH；如果S_i＝“经济类(Economy Class)”，那么C_i(O)＝PCH/RACH。

当一个新的数据包在时刻t_i(k)到达时，k增加1，同时更新存储器延迟块。移位寄存器130输出对应的经历过的时间Δ_i(k)，…，Δ_i(k-3)。通过确定Δ_i(k)跟延迟136输出的前面的预测的到达时刻δ_i(k)之间的差，比较器138产生一个误差信号ε_i(k)。学习算法134用于处理计算出来的误差。学习方法最好采用具有遗忘因子的标准的递归预测误差算法(RPEM)。但也可以采用其它算法，例如递归最小二乘(RLS)。学习方法134更新的参数在神经网络预测器132上每一个神经元里都包括一个权α以及一个标量β(输入神经元的每个输入都有一个)和一个位置γ(每个神经元一个)。标量β和位置γ参数在图13里被表示为相应的激活函数g，其中的g也是Δ的一个函数。尽管激活函数g被表示成S形的，但是它们也可以是给出“0”和“1”之间的值的高斯函数或者任何其它连续函数。“1”表示对应的神经元是完全活动的，“0”表示对应的神经元是完全不活动的。

在任何情况下，学习方法都要考虑数据包到达时刻的测量值和预测值之间的差，并努力更新激活函数的参数，使这个差减小到尽可能小的值。加权神经元输出的和对应于预测的下一个数据包到达时刻δ_i(k+1)。在图12里，δ_i(k+1)＝α₁g₁+α₂g₂+α₃g₃+α₄g₄。可以构造出以下形式的函数： ${\mathrm{\δ}}_i(k+1)={\mathrm{\α}}_1^i{g}_1^i({\mathrm{\Δ}}_i,{\mathrm{\β}}_1^i,{\mathrm{\γ}}_1^i)+...+{\mathrm{\α}}_4^i{g}_4^i({\mathrm{\Δ}}_i,{\mathrm{\β}}_4^i,{\mathrm{\γ}}_4^i),$

其中Δ_k(k)＝Δ_i(k)，…，Δ_i(k-3)。可以用不同的方式选择激活函数g，例如，选择为一个S形： $g_j^i({\mathrm{\Δ}}_i,{\mathrm{\β}}_j^i,{\mathrm{\γ}}_j^i)=\frac{1}{1+e^{-({\mathrm{\β}}_j^{\mathrm{iT}}{\mathrm{\Δ}}_i-{\mathrm{\γ}}_j^i)}},$

其中的β_j ⁱ可以是有四个分量的一个矢量，比方说 ${\mathrm{\β}}_j^{i^T}{\mathrm{\Δ}}_i={\mathrm{\β}}_j^i\left(1\right){\mathrm{\Δ}}_i\left(1\right)+{\mathrm{\β}}_j^i\left(2\right){\mathrm{\Δ}}_i\left(2\right)+{\mathrm{\β}}_j^i\left(3\right){\mathrm{\Δ}}_i\left(3\right)+{\mathrm{\β}}_j^i\left(4\right){\mathrm{\Δ}}_i\left(4\right).$

考虑选择器126的输入，可以假设业务矢量S_i(k)和当前连接C_i(k)取硬值。其它的输入可以用软值或者模糊集合来描述，其中从真到假的过渡是逐步进行的，而且它的程度用有时叫做隶属函数的来表征。考虑以下实例：

输入              标记     值(实例)

需要的承载者业务   S_i       经济、商务、第一(Economy，

                             Business，First)

当前连接状态       C_i(k)    DCH，TDCH，FACH/RACH，PCH/RACH

到下一个数据包到达 δ_i(k+1) 立即，稍后(soon，late)

时刻的预测时间

无线电干扰         I_i(k)    低，高

当前数据包队列长度 Q_i(k)    短，长

输出              标记     值(实例)

下一个连接状态     C_i(k+1)  DCH，TDCH，FACH/RACH，PCH/RACH

从输入到输出的映射可以用多条规则来描述，例如：

1.如果(S_i是经济的)而且(C_i(k)是DGH)，就应用以下规则：如果(Q_i(k)取值短)，         那么C_i(k+1)取值

                         FACH/RACH如果(δ_i(k+1)是立即)而且    那么C_i(k+1)是DCH(Q_i(k)是长)，如果(δ_i(k+1)是稍后)而且    那么C_i(k+1)是DCH(I_i(k)是低)而且(Q_i(k)是长)，如果(δ_i(k+1)是稍后)而且    那么C_i(k+1)是DCH(I_i(k)是高)而且(Q_i(k)是长)，

2.如果(S_i是商务)而且(C_i(k)是FACH/RACH)，就应用以下规则：如果(δ_i(k+1)是立即)而且        那么C_i(k+1)是FACH/RACH(Q_i(k)是短)，如果(I_i(k)是低)而且             那么C_i(k+1)是TDCH(Q_i(k)是长)，如果(δ_i(k+1)是立即)而且        那么C_i(k+1)是DCH(I_i(k)是高)而且(Q_i(k)是长)，如果(δ_i(k+1)是稍后)而且        那么C_i(k+1)是PCH/RACH(Q_i(k)是短)，如果(δ_i(k+1)是稍后)而且(I_i(k) 那么C_i(k+1)是DCH是高)而且(Q_i(k)是长)，

3.如果(S_i是第一)而且(C_i(k)是TDCH)，就应用以下规则：如果(I_i(k)是低)，               那么C_i(k+1)是TDCH如果(δ_i(k+1)是立即)而且        那么C_i(k+1)是DCH(I_i(k)是高)，如果(δ_i(k+1)是稍后)而且        那么C_i(k+1)是FACH/RACH(I_i(k)是高)而且(Q_i(k)是短)，如果(δ_i(k+1)是稍后)而且        那么C_i(k+1)是DCH(I_i(k)是高)而且(Q_i(k)是长)，

因为可以为S_i赋三个不同的值，为C_i(k)赋四个不同的值，所以这些输入有12种不同的组合，每一种都跟前面给出的一组规则有关。然而，每次这些组规则中只有一组是活动的，因此计算负担是不大。

刚刚描述过的本发明的实施方案实例为分组交换连接选择最佳的信道和移动性管理方案。这样一来，无线电信道资源(例如CDMA扩频码)得到了充分的利用。只有在需要或者有效的情况下才使用专用信道。可以为对延迟没有严格要求的用户分配定期和排队传输的普通信道。另一方面，在强干扰情况里，可以为甚至低数据率或者少量数据选择专用信道以进一步地减少干扰。利用本发明，有可能预测未来的数据包脉冲串，并在合适的情况下用这一预测将信道类型(和其它连接状态参数)从一种信道类型改变到另一种信道类型，来传输下一个数据包脉冲串。

尽管本发明是针对特定的实施方案来介绍的，但是本领域里的技术人员会明白，本发明并不局限于这里描述和给出的具体实施方案。除了这里给出和描述的以外，还可以用不同的格式、实施方案和改变，以及许多改进、变化和等价方案，来实现本发明。因此，尽管本发明是针对它的优选实施方案介绍的，但是这一公开内容显然只是说明性的，只是本发明的实例，只是为了给出本发明完整的内容。因此，本发明只是由后面的权利要求的范围所限定。

Claims (44)

1.用于分组数据通信的一种方法，包括：

为分组数据通信确定跟这一连接有关的一个业务参数；

用确定的这一业务参数预测跟这一通信有关的业务参数的未来值；和

在预测的参数的基础之上，从多个信道特性中为分组数据通信动态地选择信道的一个特性。

2.权利要求1的方法，其中的业务参数是一个数据包流参数。

3.权利要求2的方法，其中的数据包流参数是数据包到达时刻。

4.权利要求2的方法，其中的数据包流参数是数据包密度。

5.权利要求1的方法，其中的信道特性是信道类型，其中不同类型的信道包括传输跟一个通信装置有关的分组数据的一个专用信道，以及传输跟一个以上通信装置有关的分组数据的一个共享信道。

6.权利要求5的方法，其中的信道是无线电信道，其中的共享无线电信道类型可以从临时专用无线电信道、正向接入信道、随机接入信道和寻呼信道中选择。

7.应用于移动通信系统的权利要求1的方法，还包括：

动态地选择适合于所选信道特性的多个移动性管理方案中的一个。

8.权利要求7的方法，其中的多个移动性管理方案包括第一个越区切换方案，第二个方案，其中移动台的位置是以小区为单位进行监视的，和第三个方案，其中移动台的位置是以路由区为单位进行监视的，这里的路由区包括多个小区。

9.权利要求1的方法，其中的一个特性是比特率。

10.权利要求1的方法，其中的业务参数跟用来预测要发送的跟通信有关的未来数据量的分组数据通信有关，其中要发送的数据的量超过第一个门限时选择一个信道特性，要发送的数据的量小于第一个门限时选择另一个信道特性。

11.权利要求10的方法，还包括：

提供小于第一个门限的第二个门限，

其中要发送的数据的量小于或等于第二个门限时选择其它的信道特性。

12.权利要求10的方法，还包括：

在选择信道特性的时候，除了要发送的数据的量以外，还要考虑至少一个其它业务参数。

13.权利要求12的方法，其中的一个其它业务参数是以下参数之一：当前连接状态，指定的业务质量，当前干扰程度和可用无线电信道资源的数量。

14.权利要求12的方法，还包括：

在上行链路和下行链路方向之一或者两者中测量干扰。

15.用于提供多个通信业务的通信系统的一种方法，包括以下步骤：

为分组数据连接确定一个分组数据参数；

用确定的分组数据参数预测分组数据参数；和

在预测的数据包参数的基础之上，为分组数据连接从多个连接状态中动态地选择一个连接状态。

16.权利要求15的方法，其中的数据包参数是一个数据包流参数。

17.权利要求16的方法，其中的数据包流参数是数据包到达时刻。

18.权利要求16的方法，其中的数据包流参数是数据包密度。

19.权利要求15的方法，其中每一个连接状态指定一种不同类型的无线电业务，应用于移动无线电通信业务，每一个业务都指定一种类型的信道和一种用于跟踪移动台的位置移动性管理方案。

20.权利要求19的方法，其中每一个业务还指定一个比特率。

21.权利要求19的方法，其中的无线电业务包括一个专用无线电业务，其中的业务只提供给一个移动台，还包括一个共享无线电业务，其中的业务由一个以上的移动台共享。

22.权利要求21的方法，其中的专用无线电业务包括一个保留的专用无线电信道，共享无线电业务包括以下业务之一：临时专用无线电信道、正向接入信道、随机接入信道和寻呼信道。

23.权利要求22的方法，其中的移动性管理方案包括第一个越区切换方案，第二个方案，其中移动台的位置是以小区为单位进行监视的，和第三个方案，其中移动台的位置是以路由区为单位进行监视的，这里的路由区包括多个小区。

24.权利要求15的方法，还包括：

在分组数据连接期间，在预测的数据包参数的变化的基础之上，为分组数据连接动态地选择另一个连接状态。

25.权利要求15的方法，其中的分组数据参数是要发送的跟分组数据连接有关的数据的量，用于预测未来要发送的跟这个连接有关的数据的量，其中要发送的数据的量超过第一个门限时，选择一个连接状态，要发送的数据的量小于第一个门限时，选择另一个连接状态。

26.权利要求25的方法，还包括：

提供小于第一个门限的第二个门限，其中要发送的数据的量小于或等于第二个门限时选择其它的连接状态。

27.权利要求25的方法，还包括：

在选择连接状态的时候，除了要发送的数据的量以外，考虑至少一个其它业务参数。

28.权利要求25的方法，其中考虑的其它参数是以下参数之一：当前连接状态、指定的业务质量、当前干扰程度和可用无线电信道资源的数量。

29.允许跟移动台进行选择性通信的移动通信系统里的一种控制器，包括：

一个连接状态选择器，用于在初始连接状态里跟移动台建立分组数据连接，和

一个预测器，用于利用经过这一连接的n个最新的数据包到达时刻的数据包到达时刻，预测通过这一分组数据连接到下一个数据包到达时刻的时间，

其中的连接状态选择器配置成根据预测的下一个数据包到达时刻来确定下一个连接状态。

30.权利要求29的控制器，其中的连接状态选择器还配置成根据以下一个或者多个因素确定下一个连接状态：需要的承载者业务，当前连接状态，当前无线电干扰强度以及这个连接的队列的当前数据包队列长度。

31.权利要求29的控制器，其中的预测器是通过这一连接接收多个数据包的数据包到达时刻的一个非线性预测器。

32.权利要求31的控制器，其中的非线性预测器是一个神经网络，该控制器还包括：

一个比较器，用于将当前的数据包到达时刻跟预测的相应数据包到达时刻进行比较，以确定误差，和

一个改变器，用来改变神经网络的参数，以减小误差。

33.权利要求32的控制器，其中的神经网络改变器配置成使用具有遗忘因子的递归预测误差算法。

34.权利要求32的控制器，其中的神经网络配置成去接收通过所述连接到达的数据包之间所经过的时间。

35.权利要求29的控制器，其中的下一个连接状态指定不同类型的无线电业务中的一种，每一种无线电业务都指定一种类型的信道和用于跟踪移动台位置的一种移动性管理方案。

36.权利要求35的控制器，其中的无线电业务包括只提供给一个移动台用户的一个专用无线电业务，以及其中的业务由一个以上的移动用户共享的一个共享无线电业务。

37.权利要求36的控制器，其中的共享无线电业务包括：临时专用无线电信道、正向接入信道、随机接入信道和寻呼信道。

38.权利要求35的控制器，其中的移动性管理方案包括第一个越区切换方案，第二个方案，其中移动台的位置是以小区为单位进行监视的，和第三个方案，其中移动台的位置是以路由区为单位进行监视的，这里的路由区包括多个小区。

39.权利要求29的控制器，其中的连接状态选择器配置成在分组数据连接期间，在预测的下一个数据包到达时刻的改变的基础之上，为分组数据连接选择另一种连接状态。

40.权利要求29的控制器，其中的分组数据参数是要发送的跟分组数据连接有关的数据量，用于预测跟这一连接有关的未来要发送的数据的量，其中连接状态选择器配置成：当要发送的数据的量超过一个门限时选择一种信道类型，当要发送的数据的量小于或等于这一门限时选择另一种信道类型。

41.权利要求40的控制器，其中的连接状态选择器配置成：在选择信道类型时，除了要发送的数据的量以外，还要考虑至少一个其它业务参数。

42.权利要求41的控制器，其中的一个其它参数是以下参数之一：当前连接状态、指定的业务质量和当前的干扰程度。

43.用于移动台的权利要求29的控制器。

44.用于通信网控制器的权利要求29的控制器。

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