CN1385050A - 电信网数据传输 - Google Patents

Abstract

在通用移动电信系统(UMTS)的节点的一个媒体接入控制(MAC)实体处分配传输资源的方法。该方法包括,对于输出数据流的每个帧,为加到MAC实体的每个输入数据流计算MAC实体的可提供的输出带宽的公平分享的份额。然后,根据对于输入数据流计算的带宽份额,从TFC组(TFCS)中识别输送格式组合(TFC),其中TFC包括被分配给每个输入数据流的输送格式。对于每个输入数据流,如果分配的TF导致数据传输速率小于确定的公平分布,则把差值加到用于每个输入数据流的储备库计数器。储备库计数器的数值在选择输出数据流的以后的帧的TFC时被考虑。

Description

电信网数据传输

                    发明领域

本发明涉及电信网中的数据传输，具体地(然而不是必要地)，涉及在通用移动电信系统(UMTS)中的数据传输。

                    发明背景

欧洲电信标准局(ETSI)当前正在对用于移动电信系统的一组新的协议进行标准化。这组协议集合在一起被称为通用移动电信系统(UMTS)。图1显示简化的UMTS第2层协议结构，它关系到移动台(例如，移动电话)与UMTS网络的无线网控制器(RNC)之间的通信。RNC类似于通过基站收发信机(BTS)与移动台通信的现有的GSM移动电信网的基站控制器(BSC)。

图1的第2层结构包含无线接入载体(RAB)，它使得无线资源可提供给用户应用项使用。对于每个移动台，可以有一个或几个RAB。(以分段的形式)来自RAB的数据流被传送到各个无线链路控制(RLC)实体，这些实体特别用于缓存接收的数据段。对于每个RAB有一个RLC实体。在RLC层中，RAB被变换成各个逻辑信道。媒体接入控制(MAC)实体接收在逻辑信道上发送的数据，以及把逻辑信道进一步变换成一组输送信道。输送信道最后被变换成单个物理输送信道，它具有由网络分配给它的总的带宽(＜2Mbit/sec)。根据物理信道是只由一个移动台使用，还是在许多移动台之间共享，把它称为“专用物理信道”或“公共信道”。被连接到专用物理信道的MAC实体被称为MAC-d，对于每个移动台有一个MAC-d。被连接到公共信道的MAC实体被称为MAC-c。对于每个小区有一个MAC-c。

输送信道的带宽并不直接由物理层的能力来限制，而是由无线资源控制器(RRC)实体通过使用输送格式来配置的。对于每个输送信道，RRC实体规定一个或几个输送块(TB)尺寸。每个输送块尺寸直接相应于允许的MAC协议数据单元(PDU)，并且输送块尺寸告知MAC实体：MAC实体可以使用哪种分组尺寸来发送数据到物理层。除了块尺寸外，RRC实体把输送块组(TBS)尺寸告知MAC实体，这个尺寸是MAC实体在单个传输时间间隔(TTI)中可发送到物理层的总的比特数。TB尺寸和TTI尺寸连同与允许的物理层结构有关的某些附加信息一起，形成输送格式(TF)。TF的例子可以是TB＝80比特，TBS＝160比特，这是指MAC实体在单个传输时间间隔中可以发送两个80比特分组。因此，TF可被写为TF＝(80，160)。

RRC实体也把对于给定的输送信道的所有可能的TF告知MAC实体。TF的这个组合被称为输送格式组合(TFC)。TFC的例子是{TF1＝(80，80)，TF2＝(80，160)}。在本例中，MAC实体可以选择在所提到的特定的输送信道上发送一个TTI中的一个或两个PDU。在两种情形下，PDU具有80比特的尺寸。

在每个TTI中，MAC实体必须决定在它连接到的每个输送信道上发送多少数据。这些输送信道是互相不独立的，它们在以后被复接成在物理层上的单个物理信道(如以上所讨论的)。RRC实体必须保证，在所有的输送信道上总的传输能力不超过基础的物理信道的传输能力。这一点是通过向MAC实体提供输送格式组合组(TFCS)而做到的，TFCS包含用于所有的输送信道的允许的输送格式组合。作为例子，考虑一个具有两个输送信道的MAC实体，这两个输送信道被进一步复接成单个物理信道，它具有每个传输时间间隔160比特的输送容量(注意，实际上，容量将比160大得多)。RRC可以决定分配三个输送格式TF1＝(80，0)、TF2＝(80，80)和TF3＝(80，160)给这两个输送信道。然而，显然，MAC实体不能选择通过使用TF3在这两个输送信道上发送，因为这会导致需要在只具有发送160比特的能力的物理信道上发送320比特。RRC实体必须通过不允许TF的所有的组合从而来限制总的传输速率。这方面的例子是如下的TFCS[{(80，0)，(80，0)}，{(80，0)，(80，80)}，{(80，0)，(80，160)}，{(80，80)，(80，0)}，{(80，80)，(80，80)}，{(80，160)，(80，0)}]，其中输送信道1的输送格式被给定为每个单元对的第一单元，以及输送信道2的输送格式被给定为第二单元。由于MAC实体只能从输送格式组合组中选择这些允许的输送格式组合中的一个，超过物理信道的能力是不可能的。

TFCS的一个单元由输送格式组合指示符(TFCI)指出，它是对应的TFC的索引号。例如，在先前的例子中，有六个不同的TFC，这是指TFCI可以取1和6之间的任何数值。TFCI＝2对应于第二TFCI，它是{(80，0)，(80，80))，这是指从第一输送信道不发送数据，以及从第二输送信道发送80比特的单个分组。

在各逻辑信道之间当然必须共享总的可提供的带宽。把带宽分布到不同的输送信道的决定是由MAC实体在每个传输时间间隔内通过选择适当的TFCL作出的。带宽的共享可以以几种方式来做到，例如，通过把绝对喜好给予那些被认为是比其它更重要的数据流。这是最容易实现的方法，但会导致带宽的非常不公平的分布。具体地，有可能在延长的时间间隔内不允许具有较低的优先权的数据流发送。这会导致极其差的性能，如果较低的优先权的数据流的流动控制机制对这一点作出反应的话。这样的流动控制机制的典型的例子可以在互联网中所使用的TCP协议中找到。

在现有技术(诸如IP和ATM网络)中，作出一种规定，以便把单个输出信道上的资源分配给多个输入数据流。然而，在多个输入数据流在各个逻辑输出信道上发送的情形下，被用来共享在这样的系统中的资源的算法不能直接应用于UMTS。

已提出用于共享在多个输入数据流之间的资源的建议，它被称为通用处理器共享(GPS)。这个建议在只有单个输出信道的系统中被利用时被称为加权的公平排队(WFQ)，它在A.K Parekh，R.G.Gallager的、题目为“A Generalised Processor Sharing Approach to FlowControl in Integrated Services Networks：The Single Node Case(综合业务网中数据流控制的通用处理器共享方法：单个节点情形)”，IEEE/ACM Transactions on Networking，Vol.1，No.3，June1993，pp 344-357的文章中被描述。简言之，GPS涉及到根据与数据流有关的某些参量来计算用于每个输入数据流的GPS加权因子。对于所有的输入数据流所计算的加权因子被相加在一起，以及根据作为总的加权因子的一部分的每个数据流的加权因子，把总的可提供的输出带宽在输入数据流之间进行划分。GPS可被应用到UMTS中的MAC实体，并且用于每个输入数据流的加权是(由RRC实体)根据某些RAB参量而被确定的，这些RAB参量由网络分配给相应的RAB。具体地，RAB参量可以等价于业务质量(QoS)或对于特定的网络业务分配给用户的保证的速率。

                     发明陈述

本发明的发明人认识到，在UMTS网络中把GPS直接应用到带宽分配时有困难，因为GPS假设数据可以在MAC实体逻辑信道上以无限小的块被发送。这在UMTS中是不可能的，因为UMTS依赖于在基本机制规定在每个传输时间间隔内可以发送多少数据时的输送格式组合组(TFCS)。如果在UMTS中要采用GPS，则必须选择(来自TFCS的)这样的TFC，它最接近地匹配于被GPS分配给输入数据流的带宽。这个方法的结果是，在给定的帧中对于输入数据流发送的实际数据量可能低于最佳速率，或可能超过该最佳速率。在前者的情形下，可以对于输入数据流构建未发送数据的储备。

本发明的一个目的是克服或至少缓和在前面段落中提到的缺点。这个和其它目的可以至少部分地通过保持储备库计数器(该计数器跟踪送往到MAC实体的给定的输入数据流的未发送数据的储备库)而达到。该储备库在确定对于随后的帧的输入数据流的适当的TFC时被考虑。

按照本发明的第一方面，提供了在通用移动电信系统(UMTS)的一个节点的媒体接入控制(MAC)实体处分配传输资源的方法，该方法包括，对于输出数据流的每个帧：

对MAC实体的每个输入数据流计算MAC实体的可提供的输出带宽的公平的份额；

根据对输入数据流计算的带宽份额，从TFC组(TFCS)中选择输送格式组合(TFC)，其中TFC包括被分配给每个输入数据流的输送格式；以及

对每个输入数据流，如果分配的TF导致数据传输速率小于所确定的公平的分布，则把差值添加到对于每个输入数据流的储备库计数器，

其中所述储备库计数器的数值在选择输出数据流的以后的帧的TFC时被考虑。

本发明的实施例允许对于以后的帧的TFC选择处理过程考虑任何对于输入数据流而存在的储备库。其趋势是调节所选择的TFC来减小储备库。由于TFCS提供有限数目的数据传输可能性，可能存在这样的储备库。

可以采用本发明的方法的节点包括移动台(诸如移动电话和通信器类型的设备)和无线网控制器(RNC)。

优选地，加到MAC实体的输入数据流可以由各个无线链路控制(RLC)实体提供。更优选地，每个RLC实体为相关的数据流提供缓存。

优选地，计算用于输入数据流的资源的公平的份额的步骤由无线资源控制(RRC)实体来实行。

优选地，计算对于输入数据流的资源的公平的份额的步骤包括：确定作为给予所有的输入数据流的加权因子总和的一部分的给予该数据流的加权因子。然后，通过把总的输出带宽与所确定的该部分相乘，而确定公平的份额。更具体地，这个步骤包括使用通用处理器共享(GPS)机制。对于数据流的加权因子可以由UMTS网络分配给无线接入载体的一个或多个无线接入载体(RAB)参量来规定，其中RAB与每个MAC输入数据流有关。

优选地，在用于给定的输入数据流的储备库计数器具有正的数值的情形下，该方法包括把储备库计数器的数值添加到对于该数据流所计算的公平的份额，以及根据对于所有的输入数据流最后得到的总和来选择TFC。

在本发明的某些实施例中(其中对于给定的输入数据流，所分配的TF造成大于所确定的公平的分布的数据速率)，该差值可以从对于输入数据流的储备库计数器中减去。

按照本发明的第二方面，提供了通用移动电信系统(UMTS)的一个节点，该节点包括：

媒体接入控制(MAC)实体，用于接收多个输入数据流；

第一处理器装置，用于对每个加到MAC实体的输入数据流计算MAC实体的可提供的输出带宽的公平的份额，以及用于根据对于输入数据流计算的带宽共享来从TFC组(TFCS)中选择输送格式组合(TFC)，其中TFC包括被分配给每个输入数据流的输送格式；

第二处理器装置，该第二处理器装置用于：如果数据传输速率小于所确定的公平份额，则把由所选择的TFC产生的数据流的数据传输速率与所确定的公平份额之间的差值添加到与每个输入数据流有关的储备库计数器，

所述第一处理器装置被安排成：当选择用于输出数据流的以后的帧的TFC时，用于考虑所述储备库计数器的数值。

优选地，所述第一和第二处理器装置由无线资源控制(RRC)实体提供。

                     附图简述

图1示意地显示UMTS的第2层；以及

图2是显示分配带宽资源给图1的第2层的MAC实体的输入数据流的方法的流程图。

                优选实施例详细描述

正如上面已描述的，简化的UMTS第2层包含一个无线资源控制(RRC)实体、用于每个移动台的媒体接入控制(MAC)实体、以及用于每个无线接入载体(RAB)的无线链路控制(RLC)实体。MAC实体执行外出的数据分组的调度，而RLC实体为各个输入数据流提供缓存。RRC实体通过分配一组允许的输送格式组合(TFC)(被称为TFC组或TFCS)给每个MAC，从而对可以从每个数据流发送的最大数据量设置一个极限，但每个MAC必须通过从TFCS中选择可提供的最佳输送格式组合(TFC)来独立地决定从每个数据流发送多少数据。

建议的方法是这样工作的：在MAC实体处通过使用通用处理器共享GPS方法(参阅以上引用的A.K.Parekh等的文章)计算可提供的带宽的最佳分布(基于每个传输时间间隔)，以及通过使用各个储备库计数器跟踪每个数据流距离最佳带宽分配还有多远。可提供的带宽通过使用标准GPS加权因子被分布到数据流，这些加权因子必须由RRC使用RAB参量来计算。

该方法首先计算对于输入数据流的GPS分布，并把当前的各个储备库加到GPS数值。这是在每10ms的TTI内一次完成的，导致对于每个数据流的公平的传输速率。然而，这个速率可能不是最佳的，因为可能发生在所有的缓存器中没有足够的数据发送的情形。为了达到最佳通过量以及公平性，公平的GPS分布被减小到不超过当前的缓存器充满水平或对于任何逻辑信道的最大许可的速率。然后，实行二步骤评定过程。

首先，把为所有的输入数据流计算的公平速率组与可能的传输格式组合(TFC)进行轮流比较，每个TFC按照它接近于发出最佳速率的程度进行记分。实际上，这简单地通过计算TFC无法发送的公平的配置有多少(如果给定的TFC能够以公平的速率发送所有的分组，则给予它零分)然后只考虑具有最低分数的TFC而完成的。最接近的匹配被选择和被使用来确定从每个队列发送的分组的数量。具有相等的记分的TFC按照它们可发送多少额外的比特被给予奖励分(这可进一步由业务质量额定值来加权，以便确保过剩的容量给予具有最高质量类别的载体)。

最终的选择是根据两个级别的记分：取具有最低的分数的TFC。如果有几个TFC具有相等的分数，则选择具有最高的奖励分的TFC。这确保对于每个TTI的速率是最大的。通过这样的检验可以达到公平性：如果所选择的TFC没有对所有的数据流至少给予它们的确定的公平速率，则丢失的比特被添加到相应的数据流的储备库计数器，以及对下一个TTI重复进行选择。如果任何数据流都没有数据要发送，则储备库被设置为零。

可以表明，这个算法可提供最接近于GPS的带宽(在某些假设下延时若干波特)。然而，它保持公平以及在所有的数据流之间保持隔离。它在计算上也比加权的公平排队算法更简单，因为它利用这样的事实：MAC层可以同时在几个输送信道上发送。这将能导致接近于对UMTS无线链路的无线接口的最佳利用。

图2是进一步显示上述的方法的流程图。

以下是用于实施优选实施例的概要的算法。

  /*

       *基于GPS的TFC选择。通过使通过量最大化来调度分组

　　   *与此同时，仍保持公平性(即保证的速率)

　　　  */

　　  int sched_gps(){

　　     double weight，weight_sum；

　　     double score，bonus_score；

　　     double min_score＝HUGE_NUMBER；

　　     double max_bonus_score＝0；

　　     int maxrate；

　　     int i，j；

　　     int tfc，tfci，qf，rate，trch；

　　     int tfc_to_use；

　　     double backlog[MAX_TRCH]；

　　     double gps_req[MAX_TRCH]；

　　     double gps_req_comp[MAX_TRCH]；

　　     /*首先计算所有有效队列的加权因子的总和               */
				
				<dp n="d7"/>
   weight_sum＝0；
   for(trch＝0；trch＜MAX_TRCH；trch++){

　　  if(queue_fill_state[trch]＞0){

　　     weight_sum+＝weight_vector[trch]；

　　  }
   }
   /*然后，通过使用GPS来计算可用的带宽的公平分布。

　　*如果缓冲器中没有足够的数据或者如果安排的速率

　　*高于用于给定的逻辑信道的最大速率，则修正GPS

　　*调度以便降低速率。

　　*/
   int gps_rate＝0；
   for(trch＝0；trch＜MAX_TRCH；trch++){

　　  if(queue_fill_state[trch]＝＝0){

　　     backlog[trch]＝0；

　　  }

　　  //这里，我们计算在每个信道上我们应该由GPS发送多少比特

　　  //by GPS

　　  gps_req[trch]＝0；

　　  gps_req_comp[trch]＝0；

　　  if(queue_fill_state[trch]＞0){

　　     weight＝weight_vector[trch]；

　　     gps_req[trch]＝weight/weight_sum*maxrate+
backlog[trch]；

　　     gps_req_comp[trch]＝gps_reg[trch]；

　　     if(gps_req_comp[trch]＞queue_fill_state[trch]){

　　        gps_req_comp[trch]＝queue_fill_state[trch]；

　　     }

　　     if(gps_req_comp[trch]＞trch_max_rate[trch]){

　　        gps_req_comp[trch]＝trch_max_rate[trch]；

　　     }

　　  }
   }
				
				<dp n="d8"/>
　　/*现在，我们获得了用于选择TFC的基础。通过计算它们

　　 *与修正的GPS结果相距多远来对所有可用的TFC计分。

　　 *如果存在着一些能够发送整个GPS结果的TFC(或者这些

　　 *TFC都相等地接近)，则选择能使最高QoS类别的通过量

　　 *最大的TFC。注意，假设这些TFC在带宽使用上要按增加

　　 *的顺序。

　　 *

　　 */

　　for(tfci＝0；tfci＜MAX_TFCI；tfci++){

　　   rate＝score＝bonus_score＝0；

　　   for(trch＝0；trch＜MAX_TRCH；trch++)  {

　　      int tbs＝tfcs[trch][tfci][0]；

　　      int tbss＝tfcs[trch][tfci][1]；

　　      rate+＝tbss；

　　      if(tbss＜gps_req_comp[trch]){

　　        score+＝gps_req_comp[trch]-tbss；

　　      }else{

　　        if(tbss＜＝queue_fill_state[trch]){

　　          bonus_score+＝QoS_vector[trch]*(tbss-
gps_req_comp[trch])；

　　        }

　　      }

　　   }

　　   if(score＜min_score){

　　      tfc_to_use＝tfci；

　　      min_score＝tfcScore；

　　      max_bonus_score＝bonus_score；

　　   }

　　   if(score＝＝min_score &amp;&amp; bonus_score＞max_bonus_score){

　　      tfc_to_use＝tfci；

　　      min_score＝score；

　　      max_bonus_score＝bonus_score；

　　}
				
				<dp n="d9"/>
　　/*现在，我们已选择该TFC供使用。更新储备库和输出正确

　　 *的TFCI。

　　 */

　　for(trch＝0；trch＜MAX_TRCH；trch++){

　　   tbss＝tfcs[trch][tfcToUse][1]；

　　   if(tbss＜gueue_fill_state){

　　     if(gps_req[trch]＝＝gps_req_comp[trch]){

　　       backlog[trch]＝gpsReq[trch]-tbss；

　　       if(backlog[trch]＜0)backlog[trch]＝0；

　　     }else{

　　       backlog[trchGl]＝0；

　　   }

　　}

　　return tfc_to_use；
}

本领域技术人员将会看到，对于上述的实施例可以作出各种修正，而不背离本发明的范围。

Claims (9)

1.在通用移动电信系统(UMTS)的一个节点的媒体接入控制(MAC)实体处分配传输资源的方法，该方法包括对于输出数据流的每个帧：

对加到MAC实体的每个输入数据流，计算MAC实体的可提供的输出带宽的公平的份额；

根据对输入数据流计算的带宽份额，从TFC组(TFCS)中选择输送格式组合(TFC)，其中TFC包括被分配给每个输入数据流的输送格式；以及

对每个输入数据流，如果分配的TF导致产生小于所确定的公平分布的数据传输速率，则把差值添加到用于该输入数据流的储备库计数器，

其中所述储备库计数器的数值在选择用于输出数据流的以后的帧的TFC时被考虑。

2.按照权利要求1的方法，其中采用本发明的方法的节点是移动台或无线网控制器(RNC)。

3.按照权利要求1或2的方法，其中加到MAC实体的输入数据流由各个无线链路控制(RLC)实体提供，该实体为数据流提供缓存。

4.按照前面权利要求的任一项的方法，其中计算用于输入数据流的资源的公平的份额的步骤由无线资源控制(RRC)实体来执行。

5.按照前面权利要求的任一项的方法，其中计算用于输入数据流的资源的公平的份额的步骤包括：

确定作为给予所有的输入数据流的加权因子总和的一部分的给予该数据流的加权因子；以及

把总输出带宽的所确定的部分加权因子与该所确定的部分相乘。

6.按照权利要求5的方法，其中计算用于输入数据流的资源的公平的份额的步骤包括使用通用处理器共享(GPS)机制。

7.按照前面权利要求的任一项的方法，其中，在用于给定的输入数据流的储备库计数器具有正的数值的情形下，该方法包括把储备库计数器的数值添加到为该数据流计算的公平的份额，以及根据对于每个输入数据流最终得到的总和来选择TFC。

8.一个通用移动电信系统(UMTS)，该节点包括：

媒体接入控制(MAC)实体，用于接收多个输入数据流；

第一处理器装置，用于对每个加到MAC实体的输入数据流计算MAC实体的可提供的输出带宽的公平的份额，以及根据对输入数据流计算的带宽份额来从TFC组(TFCS)中选择输送格式组合(TFC)，其中TFC包括被分配给每个输入数据流的输送格式；

第二处理器装置，该第二处理器用于：如果数据传输速率小于所确定的公平份额，则把由所选择的TFC产生的数据流的数据传输速率与所确定的公平份额之间的差值添加到与每个输入数据流有关的储备库计数器，

所述第一处理器装置被安排成：当选择用于输出数据流的以后的帧的TFC时，用于考虑所述储备库计数器的数值。

9.按照权利要求8的节点，其中所述第一和第二处理器装置由无线资源控制(RRC)实体提供。

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