CN1140144C - 具有服务质量保证的模糊通道分配控制器 - Google Patents

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Abstract

一种具有服务质量保证的乏晰通道分配控制器，是应用于阶层式无线通信系统，此系统中包含巨细胞与微细胞。本发明设计的主要目的是依系统状况动态调整适当的允许呼叫进入系统的门槛值，使得已经进行中的呼叫能保持一定的服务质量，并且在通道分配时达到平衡巨细胞与微细胞的负载，让系统获得较高的通道使用率，本发明是包括：基地台介面模组、通道估算器、效能评估器及乏晰通道分配处理器。

Description

具有服务质量保证的模糊通道分配控制器
技术领域
本发明涉及一种模糊通道分配控制器(Fuzzy Channel AllocationController，以下简称FCAC)，特别是关于一种能够让系统获得较高的通道使用率的具有服务品质保证的模糊通道分配控制器。
背景技术
无线通信的发展非常快速，无线通信已成为现代人日常生活不可缺少的一部份。无线通信频谱是无线通信重要的通道，如何在有限的频谱通道中设计一个系统容量大和服务质量好的移动通信系统是一个具有挑战性的任务。
一种传统式的通道分配方法为达到维持交递呼叫的服务质量的策略是保留部份通道给优先顺序较高的交递呼叫使用。但是究竟要保留多少，才能维持交递呼叫的服务质量而且通道使用率是最有效率？往往在一个负载随机变动的系统是很难达到的，它不是不可能做到，而是需要经由很复杂的系统模式与数学推导。
由此可见，上述常规物品仍有诸多缺点，实非一完善的设计，而极待加以改良。
发明内容
本发明的目的在于提出一种由基地台接口模件，通道估算器、效能评估器及模糊通道分配处理器所组成的模糊通道分配控制器，它具有较高的通道使用率，从而解决了现有技术所存在的问题。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案在于提供一种具有服务质量保证的模糊通道分配控制器，应用于阶层式无线通信系统，此系统中包含宏小区与微小区，其包括：一基地台接口模件、通道估算器、效能评估器及模糊通道分配处理器；
其中，基地台接口模件其主要是提供与基地台介接的接口电路以及提供分离式存储缓冲器暂时储存呼叫要求；通道估算器主要是在呼叫发生时计算有效的通道，包括空间通道及存储缓冲器；效能评估器主要是动态评估系统效能；
依系统状况动态调整适当的允许呼叫进入系统的门限值，使得已经进行中的呼叫能保持一定的服务质量，并且在通道分配时达到平衡宏小区与微小区的负载，让系统获得较高的通道使用率。
所说的具有服务质量保证的模糊通道分配控制器，其具有复数个基地台接口模件，这些基地台接口模件分别与通道估算器、效能评估器及模糊通道分配处理器电连接；通道估算器和效能评估器的输出端又分别与模糊通道分配处理器电连接；模糊通道分配处理器的输出端又与这些基地台接口模件电连接，而构成回路；这些基地台接口模件可与宏小区、微小区的发射天线无线和/或有线连接；所说的基地台接口模件内部是提供缓冲器给不同的呼叫暂存用：在宏小区中提供Nna个缓冲器给新呼叫使用，提供Nha个缓冲器给来自相邻宏小区的交递呼叫使用，提供Nha个缓冲器给微小区的溢流交递呼叫使用，提供Nno个缓冲器给微小区的溢流新呼叫使用，在第i个微小区中提供Nni个缓冲器给微小区中的新呼叫使用，提供Nhui个缓冲器给来自宏小区的底流交递呼叫使用，提供Nhi个缓冲器给来自相邻微小区的交递呼叫使用；此外，当微小区中有空闲通道可用时也可允许宏小区中正在进行的呼叫逆流交递至微小区的通道。
所说的具有服务质量保证的模糊通道分配控制器，其基地台接口模件内部的缓冲器采用分离式缓冲器，暂时储存没有空闲通道可以使用的呼叫，降低呼叫的失败率。
所说的具有服务质量保证的模糊通道分配控制器，所说的通道分配处理器，其设计是使用模糊多层逻辑控制设计方式，采用二层式模糊逻辑控制设计，使设计简单化，并且能解决复杂的通道分配问题；
模糊通道分配处理器的第一层是模糊允许呼叫门限估计器，其具有动态调整允许呼叫进入门限的功能，可以有效率的运作于随机变化负载的系统，其模糊推论方法是应用秀庚纳(Sugeno)的位移梯度型推论方式做机动性允许呼叫门限值调整，以达到各种不同的呼叫优先顺序；模糊通道分配处理器的第二层是模糊通道分配器，可选择有效的系统讯息作为模糊通道分配器的输入变数，然后应用最小—最大(min-max)推论方法作为模糊通道分配器的推论方式，最后结果能表示呼叫是否被接受和被分配使用宏小区或微小区中的有效通信。
其中基地台接口模件其主要功能是提供与基地台介接的接口电路以及提供分离式存储缓冲器暂时储存呼叫要求；通道估算器的主要功能是在呼叫发生计算有效的通道，包括空间通道及存储缓冲器；效能评估器的主要功能是动态评估系统效能，例如：交递呼叫失败率、通道使用率和用户手机移动属性判定；模糊通道分配处理器(FCAP)它具有两个主要功能：一是自动调整最佳的呼叫允许接受门限及分配通道资源给予呼叫。
本发明具有以下的优点：
模糊通道分配处理器(FCAP)的设计采用分离式缓冲器暂时储存没有空闲通道可以使用的呼叫，以降低呼叫的失败率并可增加系统服务质量。
FCAC的分离式缓冲器对于系统管理简单、有效率及运作方便。
FCAP设计概念是使用模糊多层逻辑控制设计方式，能简化设计的复杂度，本设计的应用采二层式模糊逻辑控制设计，使设计简单化，并且能解决复杂的通道分配问题。
FCAP的第一层是模糊允许呼叫门限估计器具有动态调整允许呼叫进入门限，可以有效率的运作于随机变化负载的系统。其模糊推论方法是应用秀庚纳(Sugeno)的位移梯度型(Position-gradient)推论方式做机动性允许呼叫门限值调整。
针对各种呼叫可以采用不同的允许门限值，以达到各种不同的呼叫优先顺序。例如：让新呼叫的允许门限值大于交递呼叫的允许门限值可以达到不同的优先顺序。
FCAP的第二层是模糊通道分配器，它选择有效的系统讯息作为模糊通道分配器的输入变数。例如：用户手机移动速度和可用通道数及空间缓冲器的和为可用通道做为输入变数。然后应用最小—最大(min-max)推论方法作为模糊通道分配器的推论方式，最后结果能表示呼叫是否被接受和被与分配使用宏小区或微小区中的有效通道。
FCAP根据模糊理论设计，其输出的决定具有软性决定(softdecision)特性。
此设计已经模拟验证确实能平衡宏小区与微小区之间的通道使用率，进而达到比传统分配方式较高的通道的使用率。
完全符合且能保证维持优良的服务质量。
附图说明
图1为本发明具有服务质量保证的模糊通道分配控制器的阶层式无线通信系统架构图；
图2为本发明具有服务质量保证的模糊通道分配控制器的功能方块图；
图3为本发明具有服务质量保证的模糊通道分配控制器的基本功能方块图。
具体实施方式
模糊通道分配控制器的设计是提供分离式缓冲器(complete-partitioning buffer)暂时储存没有空间通道可以使用的呼叫，以降低呼叫的失败率并可增加系统服务质量。
本发明是服务质量保证的模糊通道分配控制器，如图1所示，模糊通道分配控制器1的设计包括基地台接口模件10(BIM)、通道估算器20(Resource Estimator)、效能评估器30(Performance Evaluator)及模糊通道分配处理器40，其中，具有复数个基地台接口模件10-11，这些基地台接口模件10-11分别与通道估算器20、效能评估器30及模糊通道分配处理器40电连接；通道估算器20和效能评估器30的输出端又分别与模糊通道分配处理器40电连接；模糊通道分配处理器40的输出端又与这些基地台接口模件10-11电连接，而构成回路；这些基地台接口模件10-11可与宏小区、微小区的发射天线无线和/或有线连接；基地台接口模件10内部提供缓冲器给各种不同的呼叫暂存用，在宏小区中提供Nna个缓冲器101给新呼叫(new call)使用，提供Nha个缓冲器102给来自相邻宏小区的交递呼叫使用，提供Nho个缓冲器103给微小区的溢流(overflow)交递呼叫(handoff call)使用，提供Nno个缓冲器104给微小区的溢流新呼叫使用。在第I个基地台接口模件11中提供Nni个缓冲器111给微小区中的新呼叫使用，提供Nhui个缓冲器112给来自宏小区的底流(underflow)交递呼叫使用，提供Nhi个缓冲器113给来自相邻微小区的交递呼叫使用。此外，当微小区中有空闲通道可用时，也可允许宏小区中正在进行的呼叫逆流(reverse)交递至微小区的通道。此方法可以降低呼叫阻塞率和平衡系统负载的功能，因为逆流交递不可中断，故不需提供缓冲器。
通道估算器20是在呼叫产生时计算宏小区与微小区的有效通道QO(t)和QI(t)，有效通道包含空间通道及缓冲器。效能评估器30是在新呼叫产生时估算宏小区与微小区的交递呼叫失败率PHO(t)和PHi(t)、宏小区与微小区的通道使用率UO(t)和Ui(t)及高(低)移动性用户(V)的评定。模糊通道分配处理器的输出为O1与O2，它的意义如下表所示：
    O1     O2 表示意义
    0     0 分配呼叫使用宏小区通道
    0     1 分配呼叫使用微小区通道
    1     0 拒绝呼叫进入系统
    1     1 拒绝呼叫进入系统
模糊通道分配控制器的运作是基地台接口模件10提供系统通道给各种呼叫使用，而通道估算器20和效能评估器30从系统中取得系统动态资讯作有效通道计算与系统动态效能评估并且将此讯息送达模糊通道分配处理器40，然后模糊通道分配处理器40依据收到的讯息在内部经由模糊规则知认库做模糊推论后与得到呼叫允许进入系统的门限值及通道分配控制讯息，系统依据允许进入系统的门限值及通道分配控制讯息来决定是否接受呼叫进入系统的要求及分配何种通道给此呼叫使用。若是系统已经决定接受呼叫要求，它的通道分配结果可能有下列几种分配：
当新呼叫或交递呼叫发生仅在宏小区涵盖区时，它分配宏小区的通道给此呼叫使用。
当新呼叫或交递呼叫发生在微小区与宏小区重叠区时，它可以分配微小区的通道给此呼叫使用或是可以将此呼叫溢流到宏小区使用它的通道。
若是相邻的宏小区中正在进行的呼叫交递到微小区与宏小区重叠区时，它可以分配宏小区的通道给此交递呼叫使用或是可以将此交递呼叫底流到微小区中使用它的通道。
为提高微小区的通道使用率，可以将宏小区中的呼叫逆流至微小区。
模糊通道分配处理器40，如图2所示，其设计概念是使用模糊多层逻辑控制设计方式，能简化设计的复杂程度。本设计的应用为两层式模糊逻辑控制器的设计，第一层是模糊允许呼叫门限估计器401及第二层是模糊通道分配控制器402。模糊允许呼叫门限估计器401中使用交递呼叫失败率及可用通道为输入变数和利用Sugeno(秀庚纳)的位移梯度型(Position-gradient)推论方式做适当的允许呼叫门限值调整，而允许呼叫门限值HO(t+1)和Hi(t+1)，这里“t”表现在新呼叫产生时间，“t+1”表示下一次新呼叫产生时间。允许呼叫门限值是提供给第二层模糊通道分配控制器做通道分配时使用。第二层模糊通道分配控制器402使用手机移动速度、通道使用率及可用通道为模糊通道分配控制器输入变数，主要功能是作模糊通道分配工作，其设计的主要目的是增进通道的使用率。本发明所设计的模糊通道分配控制器已经经由系统模拟得到其结果与传统式的通道分配方法比较，模糊通道分配控制器的确能维持服务质量及得到较高的通道使用率。
本发明是以两层式模糊逻辑控制器设计而成，模糊逻辑控制器内部如图3所示，具有将输入讯息(X)模糊化50成为语言化变数，并经由推论60得出结果，推论时需要以专业知认建立的推论规则资料库70来作推论的依据，最后需将推论得出的语言化结果解模糊化80成为输出控制信号(Y)。
因此本发明是依据模糊原理及专业知识建立的推认规则资料库设计而成，并且使用两层式控制方式让设计复杂程度降低，使得模糊逻辑控制器具有下列两个主要功能：
第一层是呼叫允许门限自动调适估计功能：此功能主要是要设定呼叫允许进入系统的门限值，这个值愈高呼叫允许进入系统的可能性愈低。若是新呼叫(new call)与已经进行中的交递呼叫(handoff call)的门限值设定不一样则可以分辨不同的优先仅。一般进行中的交递呼叫所设定的门限值较低是要保护已经进行中的交递呼叫。
第二层是模糊通道分配功能：它选择用户手机移动速度和可用通道数及空闲缓冲器的和为可用做为输入变数。然后应用最小—最大(min-max)推论方法作为模糊通道分配的推论工作，最后结果能表示呼叫是否被接受和被分配使用宏小区或微小区中的有效通道。
本发明具有良好的工业应用性：现有的移动通信系统如GSM-900型是使用宏小区，DCS-1800型是使用微小区，两者在市区可以重新组成阶层式的移动通信系统，而本发明的模糊通道分配控制器(FCAC)就能够应用在该组成系统中做通道的分配动作。可以依系统状况动态调整适当的允许呼叫进入系统的门限值，使得已经进行中的呼叫能保持一定的服务质量，并且在通道分配时达到平衡宏小区与微小区的负载，让系统获得较高的通道使用率。
在其它系统的应用上，如低功率无线通信系统(PACS、PHS、DECT等)和高阶移动通信(GSM、PDC、D-AMPS)重新组合成阶层式移动通信系统时，模糊通道分配控制器(FCAC)可以作有效的通道指派工作，而且使系统具有服务质量保证功能。

Claims (5)

1.一种具有服务质量保证的模糊通道分配控制器，应用于阶层式无线通信系统，此系统中包含宏小区与微小区，其特征在于，它包括：一基地台接口模件(10)、通道估算器(20)、效能评估器(30)及模糊通道分配处理器(40)；其中，基地台接口模件(10、11)分别与通道估算器(20)、效能评估器(30)及模糊通道分配处理器(40)电连接，用于提供与基地台连接的接口电路以及提供分离式存储缓冲器暂时储存呼叫要求；通道估算器(20)和效能评估器(30)的输出端又分别与模糊通道分配处理器(40)电连接；通道估算器(20)主要是在呼叫发生时计算有效的通道，包括空间通道及存储缓冲器；效能评估器(30)的主要是动态评估系统效能；
模糊通道分配处理器(40)的输出端又与基地台接口模件(10、11)电连接，而构成回路；这些基地台接口模件(10、11)与宏小区、微小区的发射天线无线和/或有线连接；
依系统状况动态调整适当的允许呼叫进入系统的门限值，使得已经进行中的呼叫能保持一定的服务质量，并且在通道分配时达到平衡宏小区与微小区的负载，让系统获得较高的通道使用率。
2.按权利要求1所说的具有服务质量保证的模糊通道分配控制器，其特征在于，其具有复数个基地台接口模件，这些基地台接口模件分别与通道估算器、效能评估器及模糊通道分配处理器电连接：通道估算器和效能评估器的输出端又分别与模糊通道分配处理器电连接；模糊通道分配处理器的输出端又与这些基地台接口模件电连接，而构成回路；这些基地台接口模件可与宏小区、微小区的发射天线无线和/或有线连接：所说的基地台接口模件内部是提供缓冲器给不同的呼叫暂存用：在宏小区中提供Nna个缓冲器给新呼叫使用，提供Nha个缓冲器给来自相邻宏小区的交递呼叫使用，提供Nha个缓冲器给微小区的溢流交递呼叫使用，提供Nno个缓冲器给微小区的溢流新呼叫使用，在第i个微小区中提供Nni个缓冲器给微小区中的新呼叫使用，提供Nhui个缓冲器给来自宏小区的底流交递呼叫使用，提供Nhi个缓冲器给来自相邻微小区的交递呼叫使用：此外，当微小区中有空闲通道可用时也可允许宏小区中正在进行的呼叫逆流交递至微小区的通道。
3.按权利要求2所说的具有服务质量保证的模糊通道分配控制器，其特征在于，所说的该基地台接口模件(10)，其内部的缓冲器采用分离式缓冲器，暂时储存没有空闲通道可以使用的呼叫，降低呼叫的失败率。
4.按权利要求1所说的具有服务质量保证的模糊通道分配控制器，其特征在于，所说的通道分配处理器(40)，是使用模糊多层逻辑控制设计方式，采用二层式模糊逻辑控制结构；
第一层是模糊允许呼叫门限估计器(401)及第二层是模糊通道分配控制器(402)；
模糊通道分配处理器的第一层模糊允许呼叫门限估计器，其具有动态调整允许呼叫门限的功能，可以有效的运作于随机变化负载的系统，其模糊推论方法是应用秀庚纳的的位移梯度型推论方式做机动性允许呼叫门限值调整，以达到各种不同的呼叫优先顺序；模糊通道分配处理器的第二层模糊通道分配器，可选择有效的系统讯息作为模糊通道分配器的输入变数，然后应用最小—最大推论方法作为模糊通道分配器的推论方式，最后结果能表示呼叫是否被接受和被分配使用宏小区或微小区中的有效通信。
5、按权利要求4所说的具有服务质量保证的模糊通道分配控制器，其特征在于，模糊允许呼叫门限估计器(401)中使用交递呼叫失败率及可用通道为输入变数和利用秀庚纳的位移梯度型推论方式做适当的允许呼叫门限值调整，而允许呼叫门限值HO(t+1)和Hi(t+1)，这里“t”表现在新呼叫产生时间，“t+1”表示下一次新呼叫产生时间；允许呼叫门限值是提供给第二层是模糊通道分配控制器做通道分配时使用；第二层是模糊通道分配控制器(402)使用手机移动速度、通道使用率及可用通道为模糊通道分配控制器输入变数，主要功能是作模糊通道分配工作。
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