CN1520202A - 优化移动通信系统的分组交换域服务质量的方法 - Google Patents

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Abstract

一种优化移动通信系统分组交换域的服务质量的方法，其中：所述系统的核心网络实体向所述系统的无线接入网络实体发送为移动台的分组对话建立或重新配置无线承载的请求，所述请求包括从被所述核心网络实体接收到的相应请求中所包含的服务质量信息中导出的第一信息；所述核心网络实体向所述请求添加在其层级上已知的、并且可以与所述第一信息一起使用，以在无线通信层级上实现呼叫允许控制的第二信息。

Description

优化移动通信系统的分组交换域服务质量的方法
技术领域
本申请是基于2003年1月10日提出的欧洲专利申请2002-376214，并要求其权益，所述申请结合于此作为参考。
本发明涉及移动通信系统，特别涉及一种优化移动通信系统的分组交换域服务质量的方法。
背景技术
移动通信系统通常受标准化的限制；因此，关于该系统的更详细的描述可特别参考由相应的标准化组织公布的相应标准。
简言之，这种系统的一般体系结构被分成无线接入网(RAN)以及核心网络(CN)，RAN主要负责移动台(MS)与网络之间的无线接口上无线资源的传输和管理，CN主要负责通信的交换和管理。
所述系统技术的发展主要导致第二代系统和第三代系统之间的差异。
第二代系统的典型例子是GSM(全球移动通信系统)。被GSM RAN采用的无线接入技术是基于FDMA/TDMA类型的多址接入技术(其中，FDMA表示“频分多址”，TDMA表示“时分多址”)。GSM RAN由被称为BSS(基站子系统)的子系统构成，GSM CN包括MSC(移动交换中心)和GMSC(网关移动交换中心)这样的网络单元。
最初，GSM主要用于提供基于电路交换技术的尤其是像电话服务这样的实时服务。然后，GSM向提供基于分组交换技术的尤其是像数据转发业务这样的非实时服务方向发展。这种发展之所以成为可能是由于引入了GPRS(通用分组无线业务)，包括在CN中引入两个新的网络单元，也就是SGSN(服务GPRS支持节点)和GGSN(网关GPRS支持节点)。通过在不同用户之间随时共享资源，分组交换技术能更有效地使用可用资源。
第三代系统的典型例子是UMTS(通用移动电信系统)。UMTS提供第三代服务，包括高比特率的实时和非实时服务。UMTS RAN采用的无线接入技术是基于CDMA类型的多址接入技术(其中CDMA表示码分多址)。UMTS RAN也称为UTRAN(UMTS地面无线接入网)，UMTS CN包括有关分组交换(PS)域的网络单元和有关电路交换(CS)域的网络单元。
现在，GSM的进一步发展方向是提供第三代服务。这种发展的第一步相应于引入EDGE(为GSM发展增强的数据速率)，由于采用更高频谱效率的调制技术，使无线接口上能有更高的比特率。这种发展的第二步相应于支持基于分组的实时服务。
当采用基于分组的技术时，服务质量(QoS)就成为一个重要问题。第三代系统中的QoS体系结构是在3GPP(第三代伙伴项目)发布的3GPPTS 23.107规范中定义的。这个QoS体系结构依赖于具有不同QoS属性的不同承载业务，QoS属性包括：业务类型，最大比特率，保证的比特率，传输延迟，业务处理优先权，......等等。而且，对话式、流式、交互式、后台式这四种类型的业务流之间是有区别的。根据保证的比特率和传输延迟，对话类型和流类型主要用于实时业务流，其QoS要求最高。
本发明尤其涉及这类系统分组交换(PS)域内服务尤其是实时服务的支持，尤其是在考虑GERAN接入技术(其中GERAN表示GSM/EDGE无线接入网)时。
图1示出了采用GERAN接入技术和分组交换域的系统的一般体系结构。
图2示出了考虑GERAN接入技术和分组交换域时协议的体系结构。
无线接口或MS与PS之间的接口或“Um”接口的协议层包括：
第一层，或物理层；
第二层，或数据链路层，根据层级的增加依次被分成不同层：MAC(媒体访问控制)，RLC(无线链路控制)和LLC(逻辑链路控制，对于LLC层，BSS只被用来作为MS与SGSN之间的中继功能)。
同样，BSS与SGSN之间的接口或“Gb”接口的协议层包括：
第一层，或物理层；
第二层，或数据链路层，根据层级的增加依次被分成不同层：网络服务，BSSGP(BSS GPRS协议)和LLC(逻辑链路控制，对于LLC层，BSS只被用来作为MS与SGSN之间的中继功能)。
此外，还在应用层或者为像MM(流动性管理)、SM(对话管理)、......等等这样的管理任务提供更高层协议(图上未详细示出)。
而且，在LLC层被，由更高层级的数据单元形成被称为LLC帧的那些帧。在LLC帧中，这些数据单元被称为LLC-PDU(LLC协议数据单元)数据单元。然后，LLC-PDU数据单元在RLC/MAC层被分割，以形被称为RLC数据块的块。然后，在物理层将RLC数据块置入要求的格式内，以在“Um”接口上传输。
在分组数据对话(packet data session)中任何适于MS的数据被传输之前，必须在MS和SGSN中为所述对话激活或创建PDP(分组数据协议)上下文(context)，该PDP上下文包括用于所述对话的路由选择信息和QoS信息。
一旦所述PDP上下文被激活，MS就可传输数据。当MS在所述对话期间有数据要传输，就进入这样一种模式(称为分组传递模式)：其中有为所述MS建立的TBF(临时块流)，也就是，在一个或多个PDCH(分组数据信道)上为所述MS分配无线资源以传输LLC PDU。否则，MS没有数据要传输时，就处于这样一种模式(称为分组空闲模式)：在PDCH上没有为其分配任何资源。
在一个或多个PDCH上为MS分配无线资源的过程被称为TBF的建立。简言之，该过程可以是单阶段存取，或双阶段存取。任何一种情况下，MS都要向网络发送分组信道请求。单极端存取时，网络为所述MS预留用于数据传输的无线资源作为响应。双阶段存取时，网络首先为所述MS预留无线资源，以传输其需要的更详细的描述，然后，为所述MS预留用于数据传输的无线资源。
如上所述，由于相应于EDGE的GPRS的增强，也称为EGPRS(增强GPRS)，现在可以获得更高的数据速率。另一种获取更高数据速率的方法是通过多时隙操作，由此MS可被同时分配多于一个的PDCH。但是，这种获取更高数据速率的方法通常并不被所有MS和/或所有网络小区支持。因此，为使网络能有效运行，需要一些机制，通过这些机制网络可了解MS的无线接入能力，尤其包括EGPRS模式下的运行能力，和/或其多时隙类别(或MS能在其上同时运行的时隙数目)。
而且，在要求激活PDP上下文之前，MS必须运行GPRS的从属程序，它通过该程序向网络提供其身份及其它参数，主要是为了根据用户的订购检验其是否被授权使用GPRS服务。在这些参数中，所述MS提供其无线接入能力。
网络必须了解MS的无线接入能力的典型交易是TBF建立程序。由于该交易是在MS和BSS之间的，已经提供特定机制使BSS了解MS的无线接入能力，这种机制尤其规定由MS依据其是否支持EGPRS而发送不同请求消息(如果MS支持EGPRS，就发送EGPRS分组信道请求消息，或者如果MS不支持EGPRS就发送(分组)信道请求消息，后一个消息依赖于在小区内是否有PBCCH(分组广播控制信道))，或规定在由MS发送的请求消息中指示出的MS的多时隙类别。
回到需要支持如图1所示系统的第三代服务的QoS体系结构(包括支持分组交换域内实时服务的高比特率)，在这种系统中建立承载通常是依这样的模式来实现的，以保证在系统的不同层级上实现QoS要求，同时考虑每一层级的不同特征。QoS体系结构所依赖的不同承载尤其包括无线承载，QoS要求必须在无线层级上被实现。
因此，考虑GERAN接入技术时，在分组交换域尤其是像实时服务这样的服务支持需要几个基本的功能：
-在MS、BSS、SGSN上支持Rel-99 GERAN标准；
-在PDP上下文的启动时间支持Rel-99 QoS参数协商，包括与BSS的协商(在Rel-97中，QoS参数只在MS与SGSN之间协商)。BSS与SGSN之间的这种协商需要在Gb接口(在3GPP TS 08.18上定义的)上支持分组流上下文；
-在BSS和SGSN上支持特定的呼叫允许控制(Call AdmissionControl)算法以保证像传输延迟和比特率这样的实时约束，该支持需要在建立承载时预留资源。
图3示出了建立承载，例如实时承载时涉及到的各种步骤。
1)R99 MS请求激活PDP上下文，其中，“请求的QoS”参数与实时承载相对应。
2)然后，SGSN可执行安全和跟踪功能。呼叫允许控制算法被调用以检验要求的QoS属性能否被实现。接着，SGSN可根据其能力和当前负荷限制请求的QoS属性，它将根据订购的QoS简表限制被请求的QoS属性。然后，SGSN请求在GGSN创建PDP上下文。
3)在GGSN执行各种功能，如果从SGSN接收到的协商的QoS与正被激活的PDP上下文不协调，GGSN甚至可舍弃来自SGSN的请求。
4)一旦确认在GGSN创建PDP上下文成功后，SGSN就请求为实时承载创建分组流上下文(Packet Flow Context，PFC)。尽管理论上可以把几个承载集合到同一个PFC，但是最好还是为每个实时承载创建一个PFC，只把有类似QoS特征的非实时承载集合到同一个PFC。来自SGSN的请求包含几个强制性参数：
-TLL1：移动台标识符；
-PF1：分组流标识符(PFC标识符)；
-PFT：分组流时间标记(休止状态期间PFC的寿命)；
-ABQP：集合BSS QoS简表(表征PFC的QoS参数)；
5)然后，BSS运行呼叫允许控制算法以检验被请求的QoS属性是否能被实现。可运行几个功能以能够支持被请求的QoS(例如，其它MS的再分配，MS改发向另一较少负荷的“小区”，等等)。BSS可根据其能力和当前负荷限制被请求的集合BSS QoS简表，尽管应当尽可能避免不能实现保证比特率和传输延迟属性。BSS实施资源预留以支持协商的保证比特率和传输延迟，同时考虑RLC模式，该模式将用来作为流模式(很有可能是RLC应答模式，因为LLC PDU会非常大：例如对于视频流来说有500个八位字节或更大)。由于无线接口的开销，在无线接口预留的资源必须高于协商的保证比特率。
6)如果PFC创建成功的话，BSS确认PFC创建，同时向SGSN提供协商的ABQP，也就是协商的服务质量属性。
7)假定协商的ABQP对SGSN来说是可接受的，就通过向移动台发送接受消息以完成PDP上下文激活程序。
8)由于SGSN必须与为相应MS/PFC通告的漏泄率相一致，BSS很有可能必须要向SGSN发送流控制MS(FLOW CONTROL MS)或流控制PFC(FLOW CONTROL PFC)消息以通告漏泄率，该漏泄率大于协商的保证比特率(否则就用缺省值)。MS流控制与PFC流控制之间的选择依赖于执行，也依赖于对同一个MS是否还有其它活动的PFC。
9)SGSN确认流控制MS或流控制PFC消息。
10)由于本说明书没有描述其的它上层协议，当开始实时对话时(本例中是下行链路流情况)，SGSN向BSS发送BSSGP PDU，该BSSGP PDU包含PDU寿命、QoS简表(R97，本例情况下没有用)、MS无线接入能力、要发送的PFI和LLC PDU。
11)BSS向MS发送LLC PDU。
发明概述
这里，本发明尤其是基于下述观察。
从以上描述中可知，支持实时服务的重要步骤是SGSN和BSS的呼叫允许控制算法，它需要了解：
-MS所处的小区，以及该小区的能力(例如，它是否有EGPRS能力)；
-小区状态(例如，负荷怎样)；
-MS能力(例如，MS是否有EGPRS能力，以及MS的多时隙类别)。
当然，如果PDP上下文要求保证的比特率，该保证的比特率在GPRS模式不能被多时隙类别1的MS支持，那么，BSS需要了解MS是否有EGPRS能力，以及其多时隙类别；而且，BSS也需要了解要采用PFC的小区是否有EGPRS能力，以及剩余的无线资源。
例如，考虑这种情况：对于MS，PDP上下文需要64kbps的下行链路保证比特率，该MS位于：
-有EGPRS能力的小区，该小区有许多可用资源，例如可以考虑下述情况：
第一种情况：如果MS只有GPRS能力，并且是多时隙类别4，那么下行链路的无线通信能提供的最大理论吞吐量是：3×20kbps＝60kbps。这种情况下，就不能提供请求的保证比特率。
第二种情况：如果MS只有GPRS能力，并且是多时隙类别8，那么下行链路的无线通信能提供的最大理论吞吐量是：4×59.2kbps＝236.8kbps。这种情况下，就可以提供请求的保证比特率。
-在只具备GPRS能力的小区，该小区有大量可用资源，例如可以考虑下述情况：
第三种情况：无论MS的EGPRS能力如何，只考虑GPRS多时隙类别。如果MS是GPRS多时隙类别8，那么下行链路能提供的最大理论吞吐量是：4×20kbps＝80kbps。但是，BSS知道：由于无线通信的条件，只能得到4×15kbps＝60kbps(的吞吐量)。这种情况下，就不能提供请求的保证比特率。
因此，可以知道，根据MS的特征和小区的特征，BSS将对SGSN请求作出不同的应答。
在这种情形下，本发明认识到现有技术中存在下述一些问题。
在SGSN中，移动台的所有特征都是已知的，这是因为MS已经预先运行GPRS从属程序。此外，SGSN并不了解小区无线通信特征，也就不能解码MS的无线通信特征，例如EGPRS能力和多时隙类别。因此，可执行一个非常简单的CAC，该CAC只根据其当前负荷并且可考虑GERAN能提供的最大理论吞吐量(8×59.2kbps＝473.6kbps)。
在BSS中，有两种选择：
-向其请求实时PFC的MS已经处于分组传递模式(也就是有一个为该MS建立的对于其它正在进行的对话的TBF)。这种情况下，CAC(呼叫允许控制)所需要的任何特征典型地在BSS中已知：MS服务小区，其EGPRS能力及其多时隙类别。但是有这样一些情况，这时并不知道MS的多时隙类别(例如，只有一个上行链路EGPRS TBF(UL EGPRS TBF)，它是在接收到带有原因“信令”的EGPRS分组信道请求后建立的。)。
-MS不是处于分组传递模式。这种情况下，如果MS几秒钟前是处于分组传递模式(也就是MS仍处于就绪状态)，并且BSS已经存储来自最后一次GPRS对话的MS无线接入能力，那么就可知道MS的无线接入能力。由于CREATE BSS PFC消息是在相应于MS所在小区的BVCI(BSSGP虚拟连接标识符)上发送的，BSS就有其所需要一切。但是，在GPRS对话之后存储MS无线接入能力并不是一个标准化程序，而且，也不能始终保证获取MS无线接入能力(例如，GPRS对话只包括通过单状态存取程序而创建的上行链路TBF；这种情况下，MS无线接入能力对BSS来说就是不可知的)。
因此，目前不能确保在接收到CREATE BSS PFC消息时BSS就可知道MS的EGPRS能力及其多时隙类别。
如本发明所实现的，解决方案可以采用标准化程序，该程序允许BSS从SGSN恢复MS无线接入能力：该程序被称为RA CAPABILITYUPDATE程序(RA能力更新程序)。当其接收到CREATE BSS PFC消息时，BSS可调用该程序，该消息对MS来说是不知道的。
但是，也如本发明所实现的，该程序会增加实时承载建立时间的延迟，这是一个时间上非常关键的程序，因为终端用户的经验依赖于这个建立时间。而且，实际上，也不能保证所有SGSN运行了该程序，也就是可能不能使用该程序。
换句话说，目前网络通过一些机制在创建(或改进)分组流上下文时了解MS的无线接入能力，这些机制并没有被完全优化，因而无法实现QoS要求，或者总体系统性能被降低。
本发明特别能解决以上所认识到的问题。更一般情况下，本发明能优化尤其是像这种系统分组交换域的实时服务这样的服务支持。
本发明的目的是提供一种优化移动通信系统分组交换域服务质量的方法，其中：
-所述系统的核心网络实体向所述系统的无线接入网络实体发送为移动台的分组对话建立或重新配置无线承载的请求，所述请求包括：从包含在被所述核心网络实体接收到的相应请求中的服务质量信息中导出的第一信息；
-所述核心网络实体向所述请求添加在其层级已知的并可与所述第一信息一起使用以在无线通信层级上实施呼叫允许控制的第二信息。
根据本发明的另一目的，所述第二信息包括表示所述移动台无线接入能力的信息。
根据本发明的另一目的，所述无线接入能力包括支持更高数据速率的能力。
根据本发明的另一目的，所述支持更高数据速率的能力包括多时隙能力。
根据本发明的另一目的，所述支持更高数据速率的能力包括支持不同数据传递模式的能力。
根据本发明的另一目的，所述不同数据传递模式包括GPRS(通用分组无线业务)模式和EGPRS(增强通用分组无线业务)模式。
根据本发明的另一目的，所述建立或重新配置无线承载包括创建或改进分组流上下文。
根据本发明的另一目的，所述建立或重新配置无线承载的请求是在CREATE BSS PFC消息内发送的。
本发明的另一目的是实现本发明方法的分组交换域(SGSN)的核心网络实体。
本发明另一目的是实现本发明方法的无线接入网络实体(BSS)。
附图说明
结合附图和下述描述将使本发明的上述和其它目的更加清楚：
图1是采用GERAN接入技术和分组交换域的系统的一般体系结构示意图；
图2是采用GERAN接入技术和分组交换域的系统的协议体系结构示意图；
图3是在该系统中建立像实时承载这样的承载时所涉及的各种步骤的示意图。
具体实施方式
当考虑如上所述的GERAN接入技术和PS域时，本发明也可被解释如下。
本发明特别提出向在3GPP TS 08.18和3GPP TS 48.018规范中定义的允许BSS创建或改进BSS分组流上下文的CREATEBSS-PFC消息内添加表示MS无线接入能力的信息。
所述表示MS无线接入能力的信息尤其包括其多时隙能力，和/或其支持EGPRS模式的能力。
更一般情况下，本发明提出一种优化移动通信系统分组交换域的服务质量的方法，其中：
-所述系统的核心网络实体向所述系统的无线接入网络实体发送为移动台的分组对话建立或重新配置无线承载的请求，所述请求包括：从包含在被所述核心网络实体接收到的相应请求内的服务质量信息中导出的第一信息；
-所述核心网络实体向所述请求添加在其层级已知的并可与所述第一信息一起使用以在无线通信层级上实施呼叫允许控制的第二信息。
尤其是：
-所述移动通信系统特别可以是GSM/EDGE系统；
-所述无线接入网络可以是GSM/EDGE BSS
-所述第二信息可用于执行实时承载的CAC(呼叫允许控制)，它可以是MS的无线接入能力；
-所述建立或重新配置无线承载可包括创建或改进分组流上下文；
-所述建立或重新配置无线承载的所述请求可在CREATEBSS-PFC消息内发送；
-所述方法可以用于在为实时承载激活PDP上下文时由SGSN启动PFC创建程序。
本发明的目的还包括用于移动通信系统核心网络的网络单元(SGSN)，包括实现上述方法的任意一个方法的装置。
所述装置包括；
-向所述系统的无线接入网络实体发送为移动台的分组对话建立或重新配置无线通信承载的请求的装置，所述请求包含从被所述核心网络实体接收到的相应请求中所包含的服务质量信息中导出的第一信息；
-向所述请求添加在其层级上已知的、并且能和所述第一信息一起使用，以在无线通信层级上实现呼叫允许控制的第二信息的装置。
本发明的目的还包括用于移动通信系统无线接入网络(BSS)的网络单元，所述单元包括实现上述方法的任何一种方法的装置。
所述装置包括：
从所述系统的核心网络实体接收为移动台的分组对话建立或重新配置无线承载的请求的装置，所述请求包含从被所述核心网络实体接收到的相应请求中所包含的服务质量信息中导出的第一信息，所述请求进一步包含其层级上已知的、并且能和所述第一信息一起使用，以在无线通信层级上实现呼叫允许控制的第二信息。
对于本领域技术人员来说，所述装置的具体实施不会产生任何特殊问题，因此，对本领域技术人员来说，根据其功能不需要对所述装置进行比上述描述更充分地公开。

Claims (12)

1.一种优化移动通信系统分组交换域的服务质量的方法，其中：
-所述系统的核心网络实体向所述系统的无线接入网络实体发送为移动台的分组对话建立或重新配置无线承载的请求，所述请求包括从被所述核心网络实体接收到的相应请求内所包含的服务质量信息中导出的第一信息；
-所述核心网络实体向所述请求添加在其层级上已知的、并且能和所述第一信息一起使用，以在无线通信层级上实现呼叫允许控制的第二信息。
2.根据权利要求1的方法，其中所述第二信息包括表示所述移动台的无线接入能力的信息。
3.根据权利要求1的方法，其中所述无线接入能力包括支持更高数据速率的能力。
4.根据权利要求3的方法，其中所述支持更高数据速率的能力包括多时隙能力。
5.根据权利要求3的方法，其中所述支持更高数据速率的能力包括支持不同传递模式的能力。
6.根据权利要求5的方法，其中所述不同数据传递模式包括GPRS模式和EGPRS模式。
7.根据权利要求1的方法，其中所述建立或重新配置无线承载包括分组流上下文的创建或修改。
8.根据权利要求7的方法，其中所述建立或重新配置相应无线承载的请求是在CREATE BSS PFC消息发送的。
9.一种用于移动通信系统的核心网络实体(SGSN)的网络单元，所述单元包括实现权利要求1的方法的装置。
10.根据权利要求9的网络单元，其中所述装置包括：
-向所述系统的无线接入网络实体发送为移动台的分组对话建立或重新配置无线承载的请求的装置，所述请求包括从被所述核心网络实体接收到的相应请求所包含的服务质量信息中导出的第一信息；
-向所述请求添加在其层级上已知的、并能和所述第一信息一起使用以在无线通信层级上实现呼叫允许控制的第二信息的装置。
11.一种用于移动通信系统的无线接入网络实体(BSS)的网络单元，包括实现权利要求1的方法的装置。
12.根据权利要求11的网络单元，其中所述装置包括：从所述系统的核心网络实体接收为移动台的分组对话建立或重新配置无线承载的请求的装置，所述请求包括从被所述核心网络实体接收到的相应请求所包含的服务质量信息中导出的第一信息，所述请求进一步包括在所述核心网络实体层级上已知的、并且可以与所述第一信息一起使用以在无线通信层级上实现呼叫允许控制的第二信息。
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