CN113905417B - 基于令牌桶的5g基站分组数据汇聚协议层流量控制方法 - Google Patents

基于令牌桶的5g基站分组数据汇聚协议层流量控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于令牌桶的5G基站分组数据汇聚协议层下行流量控制方法。该方法首先根据无线链路控制(RLC)实体缓冲区内用户的下行传输数据量生成反馈信息，然后发送至分组数据汇聚协议(PDCP)实体，分组数据汇聚协议(PDCP)实体对反馈信息进行提取，并调整令牌桶的参数，最后使用令牌桶对从分组数据汇聚协议(PDCP)实体传输到无线链路控制(RLC)实体的下行数据流量进行监管控制。本发明将下行空口传输速率与令牌桶相结合，通过反馈的方式对令牌桶的参数进行调整，避免了数据积压于分布单元(DU)侧，而造成的数据丢失问题，使得基站的运转更加稳定。减小了按序递送场景下，接收端因数据丢失而增长的重排序时间，降低了下行数据的传输时延。

Description

基于令牌桶的5G基站分组数据汇聚协议层流量控制方法
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种基于令牌桶的5G基站分组数据汇聚协议层流量控制方法。
背景技术
通常网络侧的数据传输速度大于空口的数据传输速度。而限制网络传输速度多采用令牌桶的方法，在限制流量传输速率的同时又允许了一定程度上的突发。
5G空口协议栈采用集中单元(CU)和分布单元(DU)分离的架构，集中单元又可以划分为用户面(CU-UP)和控制面(CU-CP)，一个集中单元可以连接多个分布单元，在用户面集中单元与分布单元通过接口(F1-U)进行连接。而在5G基站中，集中单元中包括分组数据汇聚协议(PDCP)实体，主要负责处理非实时性的功能。分布单元中包括无线链路控制(RLC)和媒体接入控制(MAC)实体，主要负责处理实时性的功能。DL DATA DELIVERY STATUS数据帧主要负责无线链路控制实体到分组数据汇聚协议实体的下行(从基站到用户设备的传输路径)数据传输状态反馈及控制。
如果集中单元至分布单元的数据传输速率大于数据从基站至用户的下行空口的传输速率，将会造成数据的积压，使得数据包的丢失概率增大，这无疑会降低数据传输的可靠性。并且数据的丢失，在按序递送的场景下，会增加接收端的重排序时间，增大数据的传输时延。
发明内容
发明目的，针对以上问题，本发明提出一种基于令牌桶的5G基站分组数据汇聚协议层流量控制方法。
技术方案，本发明提出一种基于令牌桶的5G基站分组数据汇聚协议层流量控制方法，该方法包括以下步骤：
S10，记录基站的媒体接入控制(MAC)实体为无线链路控制(RLC)实体缓存区内欲发送给用户的数据周期性分配资源时，无线链路控制(RLC)实体缓存区内各用户的数据量；
S20，根据记录结果，决定是否需要生成反馈信息发送至基站的分组数据汇聚协议(PDCP)实体，若需要，则获取数据从基站传输至用户的空口传输速率，并生成反馈信息；
S30，当基站的分组数据汇聚协议(PDCP)实体接收到反馈信息之后，根据用户在基站中对应的令牌桶是否已经被启用来决定是否启用令牌桶；
S40，若基站的分组数据汇聚协议(PDCP)实体接收到反馈信息，则提取接收到的反馈信息，对基站中已经启用用户对应的令牌桶进行参数的更新；
S50，使用基站中已经启用的用户对应的令牌桶对基站欲发送给用户的数据从分组数据汇聚协议(PDCP)实体至无线链路控制(RLC)实体的传输速率进行控制。
优选的，其中S10包括：基站从核心网接收用户请求的数据，在经过基站的分组数据汇聚协议(PDCP)实体处理之后，发送给基站的无线链路控制(RLC)实体，无线链路控制(RLC)实体将接收到的数据存至无线链路控制(RLC)实体的缓存区，等待媒体接入控制(MAC)实体周期性的为这些数据分配资源以进行传输；记录下媒体接入控制(MAC)实体分配资源时的无线链路控制(RLC)实体缓存区内欲传递给用户i的数据量为m_curnumsi，保存上一次分配资源时无线链路控制(RLC)实体缓存区内欲传递给用户i的数据量为m_prenumsi。
优选的，S20包括如下步骤：
S21，根据S10中记录的m_curnumsi与m_prenumsi决定是否需要生成反馈信息发送至基站的分组数据汇聚协议(PDCP)实体，若满足条件：
m_curnums9＞m_prenumsi或者m_curnumsi=0&&m_prenumsi！=0
则向基站的分组数据汇聚协议(PDCP)实体发送反馈信息；
S22，根据5G协议计算基站的媒体接入控制(MAC)实体的传输块大小(TBS)来确定数据从基站至用户的空口传输速率，并将其赋值给5G协议中定义的DL DATA DELIVERYSTATUS数据帧中的Desired Data Rate字段，将DL DATA DELIVERY STATUS数据帧作为反馈信息传至基站的分组数据汇聚协议(PDCP)实体。
优选的，S30包括如下步骤：
S31，判断基站中用户对应的令牌桶是否已经被启用；
S32，若用户i对应的令牌桶尚未被启用，则配置用户i对应的令牌桶的容量m_capacityi、定时器触发时间m_timeri、剩余令牌数m_sparei和令牌添加速度m_tcspeedi。
优选的，S40包括如下步骤：
S41，提取DL DATA DELIVERY STATUS数据帧中的Desired Data Rate字段数据并将其赋值给基站中对应用户i的令牌桶的令牌添加速度m_tcspeedi；
S42，根据基站内已启用的用户对应的令牌桶之间的令牌添加速度比，调整已启用的用户对应令牌桶的容量和剩余令牌数；若基站内已启用的总令牌桶的容量为m_sumcapacity，而已启用的令牌桶数量为N，则用户i对应的令牌桶容量应调整为若存在m_sparei＞m_capacityi，此时调整过后的用户i对应的令牌桶剩余令牌数大于桶的容量，将超出桶容量的剩余令牌数按照其他剩余令牌数小于桶容量的用户令牌桶之间的令牌添加速度比，分给剩余令牌数小于桶容量的用户令牌桶，直到所有已启用的用户对应的令牌桶的剩余令牌数不大于桶的容量。
优选的，S50包括如下步骤：
S51，基站中若存在已启用的令牌桶，则每当令牌桶定时器触发，根据用户对应的令牌桶令牌添加速率，往每个已启用的令牌桶里添加令牌，则用户i对应的令牌桶，应添加m_timeri×m_tcspeedi个令牌，桶里的剩余令牌数增加为m_sparei=m_sparei+m_timeri×m_tcspeedi，若此时，m_sparei＞m_capacityi，表明桶里的剩余令牌数超出桶的容量，将桶里的剩余令牌数设置为m_sparei=m_capacityi，使得剩余令牌数不超过桶的容量大小；
S52，若基站中已经启用用户对应的令牌桶，每当欲发送给用户的数据经过基站的分组数据汇聚协议(PDCP)实体进行处理前，从各自对应的令牌桶中取令牌，若需要传输的用户i数据包每次需要请求m_dataSizei个令牌，用户i对应的令牌桶里的剩余令牌数为m_sparei，如果m_sparei＞m_dataSizei，则表明桶里有足够的令牌可以取，基站欲发送给用户i的数据从桶中取出m_dataSizei个令牌后，桶内剩余令牌数减小为m_sparei=m_sparei-m_dataSizei，成功取出令牌的数据继续进行分组数据汇聚协议(PDCP)实体的处理流程，然后将经过分组数据汇聚协议(PDCP)实体处理过后的数据传递给无线链路控制(RLC)实体；如果m_sparei＜m_dataSizei，桶里没有足够的令牌可取，则表明基站欲发送给用户i的数据从分组数据汇聚协议(PDCP)实体至无线链路控制(RLC)实体的传输速度超过最大传输速度上限，将未能取得令牌的数据进行丢弃，一直等到令牌桶对应的定时器触发，给桶里添加令牌，使得桶里的剩余令牌数m_sparei＞m_dataSizei，继续进行数据传输。
有益效果：与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益技术效果：
本发明将下行空口传输速率与令牌桶相结合，通过反馈的方式对令牌桶的参数进行调整，在限流的同时允许一定程度上的突发，满足了网络流量的突发特性，使得5G基站的运转更加的稳定。并且，通过于分组数据汇聚协议实体未关联SN序号前进行流量的监管，控制数据从分组数据汇聚协议实体向无线链路控制实体的传输速率，使得其逼近于下行最佳的空口传输速率，减少了数据于分布单元中的积压，同时减少了在按序递送的场景下，接收端因SN序号缺失而增长的重排序时间，降低了数据的传输时延。
附图说明
图1是一个实施例的基于令牌桶的5G基站分组数据汇聚协议层流量控制方法；
图2是一个实施例的令牌桶示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
参考图1所示，图1为一个实施例的基于令牌桶的5G基站分组数据汇聚协议层流量控制方法流程图，该方法包括以下步骤：
S10，记录基站的媒体接入控制(MAC)实体为无线链路控制(RLC)实体缓存区内欲发送给用户的数据周期性分配资源时，无线链路控制(RLC)实体缓存区内各用户的数据量；
S20，根据记录结果，决定是否需要生成反馈信息发送至基站的分组数据汇聚协议(PDCP)实体，若需要，则获取数据从基站传输至用户的空口传输速率，并生成反馈信息；
S30，当基站的分组数据汇聚协议(PDCP)实体接收到反馈信息之后，根据用户在基站中对应的令牌桶是否已经被启用来决定是否启用令牌桶；
S40，若基站的分组数据汇聚协议(PDCP)实体接收到反馈信息，则提取接收到的反馈信息，对基站中已经启用用户对应的令牌桶进行参数的更新；
S50，使用基站中已经启用的用户对应的令牌桶对基站欲发送给用户的数据从分组数据汇聚协议(PDCP)实体至无线链路控制(RLC)实体的传输速率进行控制。
其中S10包括：基站从核心网接收用户请求的数据，在经过基站的分组数据汇聚协议(PDCP)实体处理之后，发送给基站的无线链路控制(RLC)实体，无线链路控制(RLC)实体将接收到的数据存至无线链路控制(RLC)实体的缓存区，等待媒体接入控制(MAC)实体周期性的为这些数据分配资源以进行传输；记录下媒体接入控制(MAC)实体分配资源时的无线链路控制(RLC)实体缓存区内欲传递给用户i的数据量为m_curnumsi，保存上一次分配资源时无线链路控制(RLC)实体缓存区内欲传递给用户i的数据量为m_prenumsi。
S20包括如下步骤：
S21，根据S10中记录的m_curnumsi与m_prenumsi决定是否需要生成反馈信息发送至基站的分组数据汇聚协议(PDCP)实体，若满足条件：
m_curnumsi＞m_prenumsi或者m_curnumsi=0&&m_prenumsi！=0
则向基站的分组数据汇聚协议(PDCP)实体发送反馈信息；
S22，根据5G协议计算基站的媒体接入控制(MAC)实体的传输块大小(TBS)来确定数据从基站至用户的空口传输速率，并将其赋值给5G协议中定义的DL DATA DELIVERYSTATUS数据帧中的Desired Data Rate字段，将DL DATA DELIVERY STATUS数据帧作为反馈信息传至基站的分组数据汇聚协议(PDCP)实体。
S30包括如下步骤：
S31，判断基站中用户对应的令牌桶是否已经被启用；
S32，若用户i对应的令牌桶尚未被启用，则配置用户i对应的令牌桶的容量m_capacityi、定时器触发时间m_timeri、剩余令牌数m_sparei和令牌添加速度m_tcspeedi。
S40包括如下步骤：
S41，提取DL DATA DELIVERY STATUS数据帧中的Desired Data Rate字段数据并将其赋值给基站中对应用户i的令牌桶的令牌添加速度m_tcspeedi；
S42，根据基站内已启用的用户对应的令牌桶之间的令牌添加速度比，调整已启用的用户对应令牌桶的容量和剩余令牌数；若基站内已启用的总令牌桶的容量为m_sumcapacity，而已启用的令牌桶数量为N，则用户i对应的令牌桶容量应调整为若存在m_sparei＞m_capacityi，此时调整过后的用户i对应的令牌桶剩余令牌数大于桶的容量，将超出桶容量的剩余令牌数按照其他剩余令牌数小于桶容量的用户令牌桶之间的令牌添加速度比，分给剩余令牌数小于桶容量的用户令牌桶，直到所有已启用的用户对应的令牌桶的剩余令牌数不大于桶的容量。
S50包括如下步骤：
S51，基站中若存在已启用的令牌桶，则每当令牌桶定时器触发，根据用户对应的令牌桶令牌添加速率，往每个已启用的令牌桶里添加令牌，则用户i对应的令牌桶，应添加m_timeri×m_tcspeedi个令牌，桶里的剩余令牌数增加为m_sparei=m_sparei+m_timeri×m_tcspeedi，若此时，m_sparei＞m_capacityi，表明桶里的剩余令牌数超出桶的容量，将桶里的剩余令牌数设置为m_sparei=m_capacityi，使得剩余令牌数不超过桶的容量大小；
S52，若基站中已经启用用户对应的令牌桶，每当欲发送给用户的数据经过基站的分组数据汇聚协议(PDCP)实体进行处理前，从各自对应的令牌桶中取令牌，若需要传输的用户i数据包每次需要请求m_dataSizei个令牌，用户i对应的令牌桶里的剩余令牌数为m_sparei，如果m_sparei＞m_dataSizei，则表明桶里有足够的令牌可以取，基站欲发送给用户i的数据从桶中取出m_dataSizei个令牌后，桶内剩余令牌数减小为m_sparei=m_sparei-m_dataSizei，成功取出令牌的数据继续进行分组数据汇聚协议(PDCP)实体的处理流程，然后将经过分组数据汇聚协议(PDCP)实体处理过后的数据传递给无线链路控制(RLC)实体；如果m_sparei＜m_dataSizei，桶里没有足够的令牌可取，则表明基站欲发送给用户i的数据从分组数据汇聚协议(PDCP)实体至无线链路控制(RLC)实体的传输速度超过最大传输速度上限，将未能取得令牌的数据进行丢弃，一直等到令牌桶对应的定时器触发，给桶里添加令牌，使得桶里的剩余令牌数m_sparei＞m_dataSizei，继续进行数据传输。
以上描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种基于令牌桶的5G基站分组数据汇聚协议层流量控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
S10，记录基站的媒体接入控制(MAC)实体为无线链路控制(RLC)实体缓存区内欲发送给用户的数据周期性分配资源时，无线链路控制(RLC)实体缓存区内各用户的数据量；
S20，根据记录结果，决定是否需要生成反馈信息发送至基站的分组数据汇聚协议(PDCP)实体，若需要，则获取数据从基站传输至用户的空口传输速率，并生成反馈信息；
S30，当基站的分组数据汇聚协议(PDCP)实体接收到反馈信息之后，根据用户在基站中对应的令牌桶是否已经被启用来决定是否启用令牌桶；
S40，若基站的分组数据汇聚协议(PDCP)实体接收到反馈信息，则提取接收到的反馈信息，对基站中已经启用用户对应的令牌桶进行参数的更新；
S50，使用基站中已经启用的用户对应的令牌桶对基站欲发送给用户的数据从分组数据汇聚协议(PDCP)实体至无线链路控制(RLC)实体的传输速率进行控制。
2.根据权利要求1所述的一种基于令牌桶的5G基站分组数据汇聚协议层流量控制方法，其特征在于，其中S10包括：基站从核心网接收用户请求的数据，在经过基站的分组数据汇聚协议(PDCP)实体处理之后，发送给基站的无线链路控制(RLC)实体，无线链路控制(RLC)实体将接收到的数据存至无线链路控制(RLC)实体的缓存区，等待媒体接入控制(MAC)实体周期性的为这些数据分配资源以进行传输；记录下媒体接入控制(MAC)实体分配资源时的无线链路控制(RLC)实体缓存区内欲传递给用户i的数据量为m_curnumsi，保存上一次分配资源时无线链路控制(RLC)实体缓存区内欲传递给用户i的数据量为m_prenumsi。
3.根据权利要求2所述的一种基于令牌桶的5G基站分组数据汇聚协议层流量控制方法，其特征在于，S20包括如下步骤：
S21，根据S10中记录的m_curnumsi与m_prenumsi决定是否需要生成反馈信息发送至基站的分组数据汇聚协议(PDCP)实体，若满足条件：
m_curnumsi＞m_prenumsi或者m_curnumsi＝0&&m_prenumsi！＝0
则向基站的分组数据汇聚协议(PDCP)实体发送反馈信息；
S22，根据5G协议计算基站的媒体接入控制(MAC)实体的传输块大小(TBS)来确定数据从基站至用户的空口传输速率，并将其赋值给5G协议中定义的DL DATA DELIVERY STATUS数据帧中的Desired Data Rate字段，将DL DATA DELIVERY STATUS数据帧作为反馈信息传至基站的分组数据汇聚协议(PDCP)实体。
4.根据权利要求3所述的一种基于令牌桶的5G基站分组数据汇聚协议层流量控制方法，其特征在于，S30包括如下步骤：
S31，判断基站中用户对应的令牌桶是否已经被启用；
S32，若用户i对应的令牌桶尚未被启用，则配置用户i对应的令牌桶的容量m_capacityi、定时器触发时间m_timeri、剩余令牌数m_sparei和令牌添加速度m_tcspeedi。
5.根据权利要求4所述的一种基于令牌桶的5G基站分组数据汇聚协议层流量控制方法，其特征在于，S40包括如下步骤：
S41，提取DL DATA DELIVERY STATUS数据帧中的Desired Data Rate字段数据并将其赋值给基站中对应用户i的令牌桶的令牌添加速度m_tcspeedi；
S42，根据基站内已启用的用户对应的令牌桶之间的令牌添加速度比，调整已启用的用户对应令牌桶的容量和剩余令牌数；若基站内已启用的总令牌桶的容量为m_sumcapacity，而已启用的令牌桶数量为N，则用户i对应的令牌桶容量应调整为若存在m_sparei＞m_capacityi，此时调整过后的用户i对应的令牌桶剩余令牌数大于桶的容量，将超出桶容量的剩余令牌数按照其他剩余令牌数小于桶容量的用户令牌桶之间的令牌添加速度比，分给剩余令牌数小于桶容量的用户令牌桶，直到所有已启用的用户对应的令牌桶的剩余令牌数不大于桶的容量。
6.根据权利要求5所述的一种基于令牌桶的5G基站分组数据汇聚协议层流量控制方法，其特征在于，S50包括如下步骤：
S51，基站中若存在已启用的令牌桶，则每当令牌桶定时器触发，根据用户对应的令牌桶令牌添加速率，往每个已启用的令牌桶里添加令牌，则用户i对应的令牌桶，应添加m_timeri×m_tcspeedi个令牌，桶里的剩余令牌数增加为m_sparei＝m_sparei+m_timeri×m_tcspeedi，若此时，m_sparei＞m_capacityi，表明桶里的剩余令牌数超出桶的容量，将桶里的剩余令牌数设置为m_sparei＝m_capacityi，使得剩余令牌数不超过桶的容量大小；
S52，若基站中已经启用用户对应的令牌桶，每当欲发送给用户的数据经过基站的分组数据汇聚协议(PDCP)实体进行处理前，从各自对应的令牌桶中取令牌，若需要传输的用户i数据包每次需要请求m_dataSizei个令牌，用户i对应的令牌桶里的剩余令牌数为m_sparei，如果m_sparei＞m_dataSizei，则表明桶里有足够的令牌可以取，基站欲发送给用户i的数据从桶中取出m_dataSizei个令牌后，桶内剩余令牌数减小为m_sparei＝m_sparei-m_dataSizei，成功取出令牌的数据继续进行分组数据汇聚协议(PDCP)实体的处理流程，然后将经过分组数据汇聚协议(PDCP)实体处理过后的数据传递给无线链路控制(RLC)实体；如果m_sparei＜m_dataSizei，桶里没有足够的令牌可取，则表明基站欲发送给用户i的数据从分组数据汇聚协议(PDCP)实体至无线链路控制(RLC)实体的传输速度超过最大传输速度上限，将未能取得令牌的数据进行丢弃，一直等到令牌桶对应的定时器触发，给桶里添加令牌，使得桶里的剩余令牌数m_sparei＞m_dataSizei，继续进行数据传输。
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