CN1321544C - 一种宽带无线多媒体蜂窝网络多业务切换服务质量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种宽带无线多媒体蜂窝网络多业务切换服务质量的方法，该方法基于随机控制的蜂窝网络分布式系统，该方法由状态采集交换器/模块通过无线控制器采集记录本小区的业务状态，通过基站之间已有的高速有线网络交换相近小区的状态信息；接纳概率向量运算器/模块利用传送来的状态信息，通过计算，在一个控制周期初始时决定本控制周期内各个业务的平均呼叫接纳概率；接纳控制器/模块根据传送来的呼叫接纳概率向量，对本小区新申请各种业务采用相应的概率实时接纳。本发明不仅能保证多业务不同的呼叫中断概率QoS要求，而且能最大限度地提高带宽利用率，稳定可靠，设计简单，具有非常可观的经济效益。

Description

一种宽带无线多媒体蜂窝网络多业务切换服务质量的方法

技术领域

本发明涉及宽带无线多媒体蜂窝网络的服务质量和带宽利用率，特别涉及有话音、数据、视频等多种业务的无线蜂窝网络环境下，小区微型化趋势使得呼叫的越区切换频繁，如何保证在多种业务在越区切换的时候，呼叫中断概率小于预定的各不相同的质量服务QoS限的条件下，无线带宽资源的利用率最大。

背景技术

随着无线通信和网络技术的发展，新一代宽带无线网络将最终承载视频、话音、数据等多种业务，同时，为提高频率复用的小区微型化趋势使得呼叫的越区切换更加频繁，当所进入的小区正处于高负载而无法承载切换呼叫时，该呼叫就会发生中断，呼叫中断概率是一个重要的QoS指标。多种业务呼叫切换时的中断概率小于用户对服务质量的各种不同需求，同时保证带宽利用率最大是一个既关键又具有挑战性的问题。对小区中新申请业务的呼叫接纳控制是解决此问题的有效途径。

传统的呼叫信道GC策略，各个小区都需要为切换进入的呼叫，预留一部分带宽，这以降低带宽利用率为代价，也不能适应流量模式的变化。而国际上已经发现采用随即控制的动态方法来解决这个问题，能够适应流量模式的变化，保证在满足业务呼叫切换中断概率的QoS要求的条件下，带宽利用率最大，但遗憾的是，这个方法只能应用于单业务，不能应用于多业务，因为，多种业务呼叫在移动性、流量模式。占用信道等方面各不相同。在建立信道占用模型时，信道占用状态的转移中含有多步转移，这样，破坏了生灭过程的前提条件，从而无法对呼叫中断概率和呼叫接纳概率等参数进行计算。

针对这个难题，目前国际上也有人提出基于生灭过程的平稳状态分布的控制方法。但平稳状态分布时当时间趋于无穷大时的状态分布，在实际的控制中，实时的短周期的控制才能保证控制的有效性、精确性。因此，其控制精度不理想。

发明内容

本发明为了克服以上问题，而提供一种宽带无线多媒体蜂窝网络多业务切换服务质量的方法，能保证多业务不同的呼叫中断概率满足QoS要求的前提下，宽带利用率最大，具有非常可观的经济效益。

本发明的目的是为了从根本上解决保证宽带无线多媒体蜂窝网络呼叫切换中断概率小于多业务Q0S限和带宽利用率最优化等问题而提出的一种宽带无线多媒体蜂窝网络的接纳控制分布式系统。它是一种基于随机控制的蜂窝网络分布式系统，主要包含“无线蜂窝网络业务状态采集交换器/模块”，“多业务接纳概率向量运算器/模块”和“多业务接纳控制器/模块”，功能简单，相应的处理模块功能简捷明了，可以自成独立的分布式系统，也可嵌入基站的协议栈中，对现有的底层协议没有任何改动。对比传统的接纳控制系统，采用新方法的系统中多业务呼叫中断概率的QoS要求有严格保证，控制实时性更好，控制精度更高，带宽利用率最优，在高负载区域使用将比传统方法提高10％以上。而且对突发的流量变化反映快速灵敏，很适合业务流量变化大，而且移动业务在小区间切换频繁的多媒体蜂窝网络。

本发明的方案为：

三个模块配置在各个小区的基站中，基站之间的小区状态信息的交换通过有线网络基础设施完成，不占用无线信道。

无线蜂窝网络业务状态采集交换器/模块，负责采集本小区的业务状态，然后利用有线基础网络设施交换各自小区的状态信息，包括当前活跃呼叫占用信道数，在上一个控制周期内，对各种呼叫的接纳概率向量，移动转移概率根据各种业务的移动性在本地计算。为了减小状态信息的流量，计算一个控制周期内，一个呼叫最多移动跨越多少个小区，设为s，则在相邻的s个小区之内交换状态信息即可。然后，将状态信息传递给多业务接纳概率向量运算器/模块。

多业务接纳概率向量运算器/模块是最核心的模块，利用无线蜂窝网络业务状态采集交换器/模块传送来的状态信息，计算呼叫接纳概率向量。利用随机模型将多业务占用信道状态转移图转化为单业务信道状态转移，即标准的生灭过程。转化后的信道占用率比实际系统稍微大一点，利用生灭过程的柯尔莫哥洛夫方程，得到呼叫中断概率的表达式，令其小于给定的QoS限，另外加上信道利用率的最大化约束条件，则得到含有呼叫接纳概率的方程组，由此可以计算出严格满足呼叫中断概率CDP小于QoS限，而信道利用率最大的呼叫接纳概率向量。然后，将呼叫接纳概率向量传递给多业务接纳控制器/模块。

多业务接纳控制器/模块根据多业务接纳概率向量运算器/模块传送来的呼叫接纳概率向量，对新申请各种业务采用相应的概率pi实时接纳。这里要先在[0，1]之间以均匀分布产生一个随机数qi，则qi≤pi的概率是pi，如果qi≤pi，则接纳新申请的业务，否则，拒绝接纳该业务。这种实时的接纳方法可以平缓进入系统的呼叫突发流量，使系统更加稳定。

当无线蜂窝网络处于低负载条件下，控制周期可以延长，当低于一个门限值时，可以用(1，1，...，1)，其中1的个数为开设的业务数量，的概率向量接纳各种新呼叫申请，而不进入控制过程。

本发明若采用独立的分布式系统，所用器件都可通过市场购买来组装。

无线蜂窝网络业务状态采集交换器/模块利用基站之间已有的带宽资源丰富的高速有线网络来传递临近或相近的小区状态信息，不占用无线带宽资源，对有线网络带宽资源的占用也非常小。基站接纳控制的信息只有根据呼叫接纳概率向量计算出的接纳结果，即1或0。而随机模型将多业务随机过程转化为标准的生灭过程大大简化了计算多业务呼叫接纳的时间复杂度，使其能实时地计算出呼叫接纳概率向量。实现简单，设备成本低，利于实用和推广。

本发明具有以下特点：

(1)根据系统全局负载情况、控制精度、计算资源动态地选取呼叫接纳控制周期，使得控制算法更加精确；

(2)各个小区的状态信息通过宽带有线网络进行交换，不占用宝贵的无线信道资源；

(3)根据呼叫移动性决定小区间状态信息交换的范围，可大大减少状态信息在有线网络中的流量；

(4)按照接纳概率向量实时接受各类新呼叫，平缓了突发的业务流量，保证了算法的稳定性和有效性。

(5)由于随机控制的动态策略代替了传统的静态的信道保护策略，能适应于流量模式和系统参数的变化；

(6)控制算法考虑了有限的信道容量、呼叫中断概率的时变性以及邻近小区的流量影响，从而大大提高了控制的精度；

(7)将动态的随机控制用于宽带无线网络的多用户多业务，稳定性好，实用性强。

附图说明

图1为宽带无线多媒体蜂窝网络的接纳控制分布式系统框图。

图2为多业务随机过程转化生灭过程的随机模型图。

具体实施方式

动态选取一个合理的控制周期，使得控制精度有保证而且耗费计算资源较小。因为周期过长，控制精度降低，周期过短，耗费的计算资源过多。而不同的无线网络负载的情形，控制精度的要求又不同，在负载高的时候，控制精度的要求高一些，故控制周期应选取相对短一些。

在每一个控制周期，无线蜂窝网络业务状态采集交换器/模块通过无线控制器采集记录本小区的业务状态，通过基站之间已有的高速有线网络交换相近小区的状态信息，状态信息包括当前活跃呼叫占用信道数，在上一个控制周期内，对各种呼叫的接纳概率，而移动转移概率多业务接纳概率向量运算器/模块根据各种业务的移动性在本地计算。为了减小状态信息占用的有线带宽，由多业务接纳概率向量运算器/模块计算一个控制周期内，活跃呼叫最多移动跨越多少个小区，则在更远的小区之间不需交换状态信息。然后，状态采集交换器/模块将相邻小区传来的状态信息传递给多业务接纳概率向量运算器/模块。

多业务接纳概率向量运算器/模块利用传送来的状态信息，通过离线或在线方式计算，在一个控制周期初始时决定本控制周期内各个业务的平均呼叫接纳概率。其计算过程为：建立了一个随机模型，将多业务占用信道状态转移的随机过程转化为标准的生灭过程。转化后的信道占用率比实际系统稍微大一点，这能确保实际的CDP严格小于给定的QoS限。利用生灭过程的柯尔莫哥洛夫方程，得到呼叫中断概率的表达式，令其小于给定的QoS限，另外加上信道利用率的最大化约束条件，则得到含有呼叫接纳概率的方程组，由此可以计算出严格满足：呼叫中断概率CDP小于QoS限，而且使得信道利用率最大的呼叫接纳概率向量。计算复杂度可以满足普通芯片实时计算的要求。然后，将呼叫接纳概率向量传递给多业务接纳控制器/模块。

多业务接纳控制器/模块根据传送来的呼叫接纳概率向量(p1，p2...，pm)，m为业务的种类。对本小区新申请各种业务i采用相应的概率pi实时接纳。这里要先在[0，1]之间以均匀分布产生一个随机数qi，如果qi≤pi，则接纳新申请的业务，否则，拒绝该业务。这种实时的接纳方法可以平缓进入系统的呼叫突发流量，使系统更加稳定。

本发明工作流程如下：

1、在一个控制周期的结束时，选取下一个周期的长度；

2、状态采集交换器/模块通过无线控制器采集记录本小区的业务状态，通过基站之间已有的高速有线网络交换相近小区的状态信息；

3、接纳概率向量运算器/模块利用传送来的状态信息，通过离线或在线方式计算，在一个控制周期初始时决定本控制周期内各个业务的平均呼叫接纳概率；

4、接纳控制器/模块根据传送来的呼叫接纳概率向量，对本小区新申请各种业务采用相应的概率p实时接纳。

Claims (3)

1、一种宽带无线多媒体蜂窝网络多业务切换服务质量的方法，基于随机控制的蜂窝网路分布式系统，该方法主要包含无线蜂窝网络业务状态采集交换器/模块、多业务接纳概率向量运算器/模块和多业务接纳控制器/模块，其特征在于：该方法按以下步骤进行：(1)状态采集交换器/模块将相邻小区传来的状态信息传递给多业务接纳概率向量运算器/模块；(2)多业务接纳概率向量运算器/模块利用传送来的状态信息，采用随机模型将多业务占用信道状态转移图转化为单业务信道状态转移图，也就是理想的生灭过程，转化后的信道占用率比实际的系统稍微大点，利用生灭过程的柯尔莫哥洛夫方程，得到呼叫中断概率的表达式，令其小于给定的质量服务QoS限，另外加上信道利用率的最大化约束条件，得到含有呼叫接纳概率的方程组，由此可以计算出严格满足呼叫中断概率CDP小于QoS限的前提下，信道利用率最大的呼叫接纳概率向量，通过离线或在线方式计算，在一个控制周期初始时决定本控制周期内各个业务的平均呼叫接纳概率向量(p1，p2，…，pm)，其中m为业务的种类；(3)多业务接纳控制器/模块根据传送来的呼叫接纳概率向量(p1，p2，…，pm)，对本小区新申请各种业务采用相应的概率pi实时接纳，先在[0，1]之间以均匀分布产生一个随机数qi，如果qi≤pi，则接纳新申请的业务，否则，拒绝该业务。

2、根据权力要求1所述的方法，其特征在于：当无线蜂窝网络处于低负载条件下，控制周期可以延长，当流量负载值低于一个门限值时，接纳控制器/模块可以用(1，1，…，1)的概率向量接纳各种新呼叫的申请，而不进入控制过程，其中1的个数为开设的业务数量。

3、根据权力要求1或2所述的方法，其特征在于：状态采集交换器/模块通过无线控制器采集记录本小区的业务状态，通过基站之间已有的高速有线网络交换相邻小区的状态信息，再由多业务接纳概率向量运算器/模块计算的上一个控制周期内，对各种呼叫的接纳概率向量，移动转移概率根据各种业务的移动性在本地计算，计算一个控制周期内，一个呼叫最多移动跨越多少个小区，设为s，则在相邻的s个小区之内交换状态信息即可。

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