CN1290113A - 无线信道的动态分配的方法 - Google Patents

Abstract

本文给出了一种将无线信道在电路交换业务和分组数据业务之间动态分配使用的方法,这种方法采用业务优先级和信道拥塞率作为信道动态分配的依据。此方法可提高无线资源的利用率,并能更好的支持电路交换业务和分组数据业务,从而提高能支持GPRS分组数据业务的GSM网络的系统效率和服务性能。

Description

无线信道的动态分配的方法

本发明涉及一种无线信道的分配的方法，特别涉及一种将无线信道在电路交换业务和分组数据交换业务之间动态分配的方法。

在同时支持电路交换业务和分组数据交换业务的全球移动通信系统(GSM)中，网络如何将无线信道分配给电路交换业务和分组数据交换业务是影响到无线资源利用率和网络服务质量的一个重要因素。目前使用的分配方式有两种，即完全固定分配方式和固定与动态相结合的分配方式。

完全固定分配方式是指在一个小区内，将小区内的业务信道通过数据配置的方法固定配置给电路交换业务和分组数据交换业务。小区内业务信道的使用模式在小区运行过程中不允许动态改变。在小区初始化前的业务信道数据配置(即电路交换业务信道和分组交换业务信道的比例)，是根据一定的业务历史数据和业务量模型来确定的。

这种分配方式存在如下两个方面的不足：

一方面，就整个网络而言，GPRS(通用分组无线业务)的业务量在其使用期间是变化的，这样势必要求网络根据业务量统计数字定期或不定期地调整业务信道数据配置。而且在业务引入的初期，GPRS业务量很难准确估计，采用固定分配方式网络很难为GPRS业务分配适量的无线信道，一定的无线资源浪费是在所难免的。

另一方面，由于用户移动性、时间和小区环境的变化，网络在运行过程中各小区内的业务量情况是变化的(即在网络中两种业务的比例是动态变化的)，这种变化还可能很剧烈。可能出现这样的情况：电路交换业务量达到高峰并发生拥塞，而分组数据业务量很少，分组信道空闲(例如在正在开运动会的体育馆)。这意味着在有无线信道空闲的情况下，仍有一些电路交换业务请求得不到服务，网络呼损高，性能差，信道利用率低。另一种极端情况是GPRS业务量较大，网络固定分配给它的资源不够用，而此时电路交换业务量小，分配给电路交换的信道空闲(例如夜晚)。这意味着在有无线信道的情况下，网络不能为更多的用户提供更高速率的分组数据业务，这样同样导致网络性能差、无线资源利用率低。

而固定和动态分配相结合的方式是指，在小区初始化时将一部分业务信道固定配置为电路交换业务用途、一部分业务信道固定配置为分组数据业务用途，其余的业务信道为电路交换业务和分组数据业务动态共用。动态共用的业务信道其分配的准则是：在无空闲无线资源的情况下，电路交换业务抢占分组数据业务信道，但反过来是不可以的。

这种分配方式相对于前面一种分配方式，在小区内电路交换业务和分组数据业务的比例变化时，能提供一定的缓冲作用，因而能一定程序上提高无线资源的利用率。

但是，这种分配方式存在如下两方面的不足：

首先，高优先级的分组数据业务所使用的业务信道能被低优先级的电路交换业务抢占，这样在网络繁忙时不能保证高优先级分组数据业务的服务质量。

其次，将一些信道作为固定用途的信道(电路交换业务或分组数据业务)，仍然可能存在前一种方法所存在的信道利用率低的缺点。

为了克服已有技术存在的问题，本发明的目的在于提出一种业务信道的完全动态分配的方法，通过使无线信道在电路交换业务和分组数据交换业务业务之间的动态分配，能更加提高无线信道的利用率。

本发明的将无线信道在电路交换业务和分组数据交换业务之间动态分配的方法，其特征在于，包括以下步骤：

a  接收电路交换业务和分组数据交换业务的请求；

b  检查是否有空闲信道：如果有，向被请求的电路交换业务或分组数据交换业务分配信道；

c  如果没有空闲信道，则首先根据优先级的顺序进行信道的动态分配：

d  如果不能判断出优先级顺序，或使用中的电路交换业务及分组数据交换业务中均有一个比被请求的电路交换业务或分组数据交换业务的优先级低，则接着根据拥塞率准则进行信道的动态分配。

所述步骤c中所述的根据优先级的顺序进行信道的动态分配是指：

当被请求的电路交换业务或分组数据交换业务的优先级高于使用中的电路交换业务或分组数据交换业务其中之一时，使被请求的电路交换业务或分组数据交换业务抢占该使用中的优先级低的电路交换业务信道或分组数据交换业务信道。

当被请求的电路交换业务或分组数据交换业务的优先级低于所有使用中的电路交换业务或分组数据交换业务时，使被请求的电路交换业务或分组数据交换业务排队或拒绝该请求。

所述步骤d中所述的根据拥塞率准则进行信道的动态分配是指：

当使用中的电路交换业务或分组数据交换业务的其中一个未达到临界拥塞率时，被请求的电路交换业务或分组数据交换业务抢占该未达到临界拥塞率的信道，当使用中的电路交换业务或分组数据交换业务中都未达到或都已达到临界拥塞率时，则被请求的电路交换业务抢占该使用中的电路交换业务信道，而被请求的分组数据业务抢占该使用中的分组数据交换业务信道。

在上述比较优先级的步骤c中，可以设定使电路交换业务优先于分组数据交换业务，通过预先设定电路交换信道和分组数据信道间的对应关系，使得在电路交换的优先级别即使低于分组数据业务的优先级别的情况下，也能抢占该分组数据业务的信道。在上述步骤c中，当被请求的电路交换业务和分组数据业务的优先级未被提供时，则直接进行步骤d，按照拥塞率准则将业务信道在电路交换业务和分组数据业务之间动态分配。

以下结合附图详细说明本发明的实施例。

图1是本发明的接收电路交换业务请求时的动态分配方法的流程图。

图2是本发明的接收分组数据业务请求时的动态分配方法的流程图。

为了简化描述，首先定义以下几个参数：

Prc：使用某业务信道的电路交换业务的优先级

Prcq：被请求的电路交换义务的优先级

Prp：使用某业务信道的所有GPRS业务的综合优先级

Prpq：被请求的分组数据交换义务的优先级

Utc：电路交换业务的拥塞率

Utp：分组数据业务的拥塞率

Cc：临界Utc

Cp：临界Utp

Cc、Cp是网络业务量分配准则的基础，由网络在系统初始化之前通过数据配置设定。

在全球移动通信系统(GSM)的电路交换中，移动用户通过信道请求向网络发起呼叫，移动交换中心(MSC)在分析了这一请求后将会根据一定的准则为该请求指定一个优先级。然后，移动交换中心向相应的基站系统发出指配请求消息，该消息中包含一个影响无线资源分配消息域，该消息域包括优先级指示、抢占能力指示、允许被抢占指示和允许排队指示(最多可提供14个优先级，移动交换中心负责优先级的使用和管理)。在电路交换中，基站系统总是将优先级与排队和抢占一起考虑的。当移动交换中心发起的指配请求如果指示它有抢占能力的话，基站系统在无空闲无线资源时检查当前通信事务中有没有比该指配请求中指定的优先级低的，如果有，移动交换中心就释放其中优先级最低的、且允许被抢占的通信事务(或将该通信事务切换到其它小区中去)，并将腾出来的无线资源分配给该指配请求。如果该指配请求无抢占能力但允许排队，则基站系统将该指配请求放入等待队列中。

在分组数据业务中，SGSN(服务GPRS支持节点)通过原语向基站系统发送协议数据单元(LLC PDU)，原语中指示该协议数据单元LLC PDU的优先级，这种优先级可分为14级。由SGSN负责管理和分配LLC PDU的优先级。

在同时支持分组数据业务和电路交换业务的小区中，基站系统在进行资源分配时，应将小区内的无线资源分配统一考虑。基站系统首先查看小区内有无空闲资源，如果有空闲资源，则将空闲资源分配给指定移动用户；如果没有，则根据优先级和拥塞率相结合的原则对无线资源重新进行动态分配，即一种业务去抢占另一种业务正在使用的信道。电路交换业务在满足一定的条件下可以抢占分组数据业务正在使用的业务信道，分组数据业务在满足一定条件下也可以抢占电路交换业务正在使用的业务信道。首先考虑相关业务的优先级；在根据业务优先级无法作出分配决策时，再根据电路交换业务和分组数据业务的拥塞相对情况作出分配决策。这样做能更好的协调两种业务的关系，提高无线资源的利用率和网络综合服务质量。下面分别讨论各种情况下信道的动态分配的方法。

图1表示基站系统收到一个接收电路业务请求时信道分配方法的流程图。首先检查是否有空闲信道(步骤2)，如果有，向被请求的电路业务分配信道(步骤2A)；

如果没有，继续进行下列步骤，即，比较被请求的电路业务的优先级Prcq和使用中的各信道的电路交换业务的优先级Prc及分组数据交换业务的优先级Prp(步骤3)。

如果按优先级的准则，无论是当前正在使用的电路交换信道还是分组数据信道都不可以被此电路交换业务请求抢占，则根据情况让该请求排队或拒绝该请求(步骤3A)。

如果按优先级的准则，当前电路交换信道(例如Prc=3)都不能被该电路交换请求抢占，但有一分组数据信道(例如Prp=4)允许被当前的电路交换业务请求抢占，则抢占这个分组数据信道(步骤3B)。

如果从优先级的准则看当前只有用于电路交换业务的信道可被抢占，就是说当前分组数据业务的优先级都较高，不能被该级别的电路交换业务抢占，此时只能抢占低优先级的电路交换信道(步骤3C)。

如果当前用于电路交换业务的信道和用于分组数据业务的信道中都有低于一定优先级别业务可被该高优先级的电路交换业务抢占，例如当前请求的电路业务其Prc=3，有一电路交换信道其Prc=5且允许被抢占，另有一分组数据业务信道其Prc=5，则此时这两条信道都可以被该请求抢占，因此基站系统再去检查当前分组数据业务信道的拥塞率Utp和电路交换信道的拥塞率Utc(步骤4)。

如果当前Utc＜Cc，而Utp＞=Cp，该被请求的电路交换业务将不抢占分组数据业务信道，而是去抢占电路交换信道(步骤4A)。

如果当前Utc＞=Cc，而Utp＜Cp，该高优先级的电路交换业务将抢占分组数据业务信道(步骤4B)。

如果当前Utc＞=Cc并且Utp＞=Cp，或者Utc＜Cc并且Utp＜Cp，这两种情况下仍然抢占电路交换信道(步骤4C)。

图2表示基站系统收到一个分组数据业务请求时的信道分配的流程图。首先检查是否有空闲信道(步骤2)。如果有，向被请求的分组数据业务分配信道(步骤2A)；如果没有，继续下列步骤。

比较被请求的电路业务的优先级Prpq和使用中的各信道的电路交换业务的优先级Prc及分组数据交换业务的优先级Prp(步骤3)。

如果从优先级的准则看当前只有用于分组数据业务的信道可被抢占，就是说当前电路交换业务的优先级都较高，不能被该级别的分组数据业务抢占，此时只能抢占低优先级的分组数据业务信道(步骤3D)。

如果按优先级的准则，当前分组数据信道(例如Prp=1)都不能被该级别的分组数据业务请求抢占，但有一电路交换信道(例如Prc=6)允许被当前的分组数据业务请求抢占，则抢占这个电路交换信道(步骤3E)。

如果按优先级的准则，无论是当前正在使用的电路交换信道还是分组数据信道都不可以被此分组数据业务请求抢占，则根据情况让该请求排队或拒绝它(步骤3A)。

如果当前用于电路交换业务的信道和用于分组数据业务的信道中都有低于一定优先级别业务可被该高优先级的分组数据业务抢占，例如当前请求的分组数据业务其Prp=1，有一电路交换信道其Prc=5且允许被抢占，另有一分组数据业务信道其Prc=3，则此时这两条信道都可以被该请求抢占，因此基站系统再去检查当前分组数据信道的拥塞率Utp和电路交换信道的拥塞率Utc(步骤4)。

如果当前Utc＜Cc，而Utp＞=Cp，该高优先级的分组数据业务将抢占当前电路交换信道(步骤4D)。

如果当前Utp＜Cp，而Utc＞=Cc，该高优先级的分组数据交换业务将抢占当前分组数据业务信道(步骤4E)。

如果当前Utp＞=Cp并且Utc＞=Cc，或者Utp＜Cp并且Utc＜Cc，这两种情况下仍然抢占分组数据业务信道(步骤4F)。

3．在网络运营的初期可能电路交换业务较多，而没有GPRS业务，在这种情况下所有的业务信道都用于电路交换，随着业务的发展，开始有GPRS业务。这种情况与接收分组数据业务的图2相当。当基站系统开始接收到时，它完成以下工作：

(1)检查有无空闲的无线资源，有空闲的无线资源则为该分组数据业务分配资源(步骤2、2A)。

(2)如果没有空闲的无线资源，基站系统检查该分组数据业务的Prp，如果该分组数据业务的Prp较高，例如Prp=1，基站系统将考察当前无线资源的使用情况，检查是否有低于一定优先级别的在使用无线资源，例如有一条电路信道其Prc=3且允许被抢占，则基站系统将释放这个低优先级的电路信道，并重新将该无线信道分配给前面提到拥有较高Prp的分组数据业务(步骤3E)。

如果该分组数据业务的优先级不高，当前正在使用的信道没有一个承载的电路交换业务优先级足够低并且允许被抢占，或者让该移动用户等待(步骤3A)。

4、在某些时间没有电路交换业务，只有分组数据业务，此时如果有电路交换请求，这种情况与接收电路交换业务请求的图1相当。基站系统将完成以下工作：

(1)检查有无空闲的无线资源，有空闲的无线资源则为该电路交换业务分配资源(步骤2、2A)。

(2)如果没有空闲的无线资源，基站系统检查该电路交换业务的Prc

如果其Prc较高，例如Prc=2，基站系统将检查当前无线资源的使用情况，检查是否有低于一定优先级别的分组数据业务在使用无线资源，例如有一条分组数据信道其Prp＜5，则基站系统将释放这个低条优先级的分组数据信道，并重新将该无线信道分配给这个Prc=3的电路交换业务(步骤3C)。

如果该电路交换业务的Prc不高，当前正在使用的分组数据信道没有一条其优先级足够低，以至于可被这个电路交换业务抢占，则基站系统拒绝该请求或其将放入队列中等待资源分配(步骤3A)。

当移动交换中心和SGSN不提供优先级时，采用拥塞率准则将业务信道在电路交换业务和分组数据业务之间动态分配。

一定优先级别的电路交换信道允许被一定优先级的分组数据信道抢占，反之亦然。这个级别有一定对应关系，这个对应关系可以在网络初始化前设定，通过这一关系的设定，可以使电路交换业务被优先考虑，因而即使低的电路交换义务也能抢占较高级别的分组数据业务，如下表所示：

表1

电路交换信道优先级别Prc	电路交换信道所能抢占的分组数据信道的优先级别	分组数据信道优先级别Prp	分组数据信道所能抢占的电路交换信道的优先级别
				1	＞=1	1	＞=3
2	＞=1	2	＞=6
				3	＞=2	3	＞=9
4	＞=2	4	－
				5	＞=3	5	－
6	＞=3	6	－
				7	＞=3	7	－
8	＞=3	8	－
				9	＞=4	9	－
10	＞=4	10	－
				11	＞=4	11	－
12	＞=4	12	－
				13	＞=4	13	－
14	＞=4	14	－

在采用优先级准则不能判别出抢占哪种信道的情况下再采用拥塞率准则，抢占不太繁忙的业务信道，这样做的目的是减少信道在两种业务之间切换次数。何时认为业务繁忙，可以在网络初始化前设定，拥塞率达到该值则认为目前该业务繁忙，例如下表：

表2

电路交换信道抢占分组数据信道应达到的拥塞率Utc	分组数据信道抢占电路交换信道应达到的拥塞率Utp
		Cc	Cp

此方法将电路交换业务和分组数据业务统一考虑，尽可能保证GSM系统能为两种业务都提供良好的服务质量，在同时支持两种业务的情况下提高无线资源占用率。

Claims (5)

1  一种将无线信道在电路交换业务和分组数据交换业务之间动态分配的方法，其特征在于，包括以下步骤：

a  基站系统接收电路交换业务和分组数据交换业务的请求；

b  检查是否有空闲信道：如果有，向被请求的电路交换业务或分组数据交换业务分配信道；

c  如果没有空闲信道，则首先根据优先级的顺序进行信道的动态分配；

d  如果不能判断出优先级顺序，或使用中的电路交换业务及分组数据交换业务中均有比被请求的电路交换业务或分组数据交换业务的优先级低的交换业务，则接着根据拥塞率准则进行信道的动态分配。

2  根据权利要求1所述的无线信道的动态分配方法，其特征在于，所述步骤c中所述的根据优先级的顺序进行信道的动态分配的步骤为：

当被请求的电路交换业务或分组数据交换业务的优先级高于使用中的电路交换业务或分组数据交换业务其中之一时，使被请求的电路交换业务或分组数据交换业务抢占该使用中的优先级低的电路交换业务信道或分组数据交换业务信道；

当被请求的电路交换业务或分组数据交换业务的优先级低于所有使用中的电路交换业务或分组数据交换业务时，使被请求的电路交换业务或分组数据交换业务排队或拒绝该请求。

3  根据权利要求1所述的无线信道的动态分配方法，其特征在于，所述步骤d中所述的根据拥塞率准则进行信道的动态分配的步骤为：

当使用中的电路交换业务或分组数据交换业务其中一个小于临界拥塞率时，被请求的电路交换业务或分组数据交换业务抢占该小于临界拥塞率的信道；

当使用中的电路交换业务或分组数据交换业务中都小于或都大于等于临界拥塞率时，则被请求的电路交换业务抢占使用中的该电路交换业务信道，而被请求的分组数据业务抢占使用中的该分组数据交换业务信道。

4  根据权利要求1或权利要求2所述的无线信道的动态分配方法，其特征在于，在比较优先级的所述步骤c中，可以设定使电路交换业务优先于分组数据交换业务，通过预先设定电路交换信道和分组数据信道间的对应关系，使得在电路交换业务的优先级别即使低于分组数据业务的优先级别的情况下，也能抢占该分组数据业务的信道。

5  根据权利要求1或权利要求2所述的无线信道的动态分配方法，其特征在于，在所述步骤c中，当被请求的电路交换业务和分组数据业务的优先级未被提供时，则直接进行步骤d，按照拥塞率准则将业务信道在电路交换业务和分组数据业务之间动态分配。

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