CN1524395A - 通信带宽分配的方法和设备 - Google Patents

Abstract

在多个用户竞争全部有限的带宽的多用户通信系统中的带宽分配方法操作如下。每个用户被分类成为多种等级分类中的一种。每一等级包含一个激活池(2)，它包含了排队准备接收分配的带宽用于发送和/或者接收一定量数据的用户，每一等级还包含一个非激活池，它包含了当前并没有请求发送和/或者接收的用户。在每一等级中，位于激活池队列的队头的用户将使用其所有的被分配的带宽，然后如果它还有更多的数据需要发送和/或者接收，它就移动到队列的队尾，否则它就移动到非激活池中。在每一等级中，如果位于非激活池的用户想要竞争带宽分配，它就移动到激活池队列中。为不同的等级提供了不同的带宽接入优先权等级是更可取的，这样当用户请求诸如话音通道等带宽关键(bandwidth－critical)的通信的时候，就应该被赋予较高的优先权等级。

Description

通信带宽分配的方法和设备

技术领域

本发明涉及到用于通信带宽分配的方法和设备，尤其是在诸如固定无线接入(FWA)系统的电信系统用户中应用的带宽分配。

背景技术

在许多诸如FWA，移动电话或者电缆系统的电信系统中，可以利用的带宽是由若干个用户共享的。在这样的系统中，用户典型的需要购买带宽而系统的运营商的目标就是尽可能多的出售带宽。通常，由于不是所有的用户在同一时间都需要接入，所以售出的带宽总量可以超过可以利用的带宽总量。例如提供因特网接入的电缆网络的运营商将会希望在任意特定的时刻，平均的，具有一定比例的用户将不会请求带宽的接入，即使用户已经连接到因特网上，他们对带宽的需求也是间歇性的。因此，运营商可以通过出售给用户的带宽的总和大于实际可以利用的总带宽来增加收入，并且希望大多数的时间里不会出现用户带宽分配的问题。

当售出的带宽总量增加时，用户请求带宽的总和超过可以利用的带宽总量的可能性就会时常出现。在这些过载的时候，就出现了给用户分配可以利用的带宽的问题。在这些情况下，显然所有的用户都不能够获得他们通常所期望的带宽，并且依赖于系统运营商的商业模式他们也不能获得已经付费的带宽。问题就是怎样在过载的时候调整系统性能而达到可以让用户接受的程度。

发明内容

本发明提供了在后文独立的权利要求中定义的方法、通信系统以及通信系统的控制器。本发明的更可取的或者更有利的特征在从属的子权利要求中说明。

在首选的方面，本发明在用户所请求的带宽超过可以利用的带宽的时候，为用户提供了可以适度(graceful)的降低服务等级的方法。

在这些情况下，随着竞争带宽的用户数目的增加，需要为所有竞争带宽的用户保持接入状态，即使带宽的大小有所减少，还需要将可以利用的带宽有效率的并且有效果的分配给用户。坚持这些要求将保证在过载条件下适度的降低服务等级，并且这种降低可以通过本发明的不同特性实现。特别地，提供了用户的激活池和非激活池，用于保证在带宽分配过程中可以仅仅考虑那些位于激活池中的用户，即那些在任意时刻都处于激活状态请求带宽的用户。通过明确标识相关的用户，很有利的增加了带宽分配的有效性。位于非激活池中的用户可以通过发送带宽请求在任何时刻进入带宽分配过程，这时它将被移动到激活池中。这大大的减小了带宽分配控制器在任一时刻需要考虑的用户数。

可以通过在预定条件下去除非激活池中的用户来进一步减少在任一时刻需要考虑的用户数，所述预定条件是例如，当一个用户处于非激活状态超过预先设定的时间的时候，例如5分钟或者15分钟。由于最近使用过带宽的用户要比在很长时间内没有使用带宽的用户更有可能竞争更多的带宽，所以非激活池可以作为一个存放没有活跃地请求带宽或者使用带宽但是最有可能这样做的用户的缓冲器。

位于激活池中的用户为了带宽分配而排队，并且如果它们需要更多的带宽分配就需要循环排队。这一点保证了所有的激活用户经历了相同比例的服务等级的降低，且该等级降低的程度依赖于队列中的用户数目。

有利的是，允许不同的用户在它们到达队列队头的时候发送或者接收不等量的数据是适合的。这将反映用户的不同类型或者反映了用户付费数目的不同。例如，在过载的情况下，被分配了较高数据量的用户每次循环到队列队头的时候所经历的服务等级的降低就会小于被分配了较低数据量的用户。

给用户带宽的分配也受到不同通信类型的限制。例如，话音通话需要对所需的话音通道的连续接入，否则，话音通话就不可能进行。相反的，信道带宽下降对很多数据业务的影响的决定性就小的多。因此，仅对于这样的数据业务应用激活池和非激活池，或者对不同类型的服务采取不同的方法是非常有利的。

本发明最有利的方面就是通过将用户划分成不同的等级来达到这一目标，在过载的情况下，不同的用户等级被赋予不同的优先权。在此处的上下文中，应该理解术语“用户”，它可以用来区别由单一用户向通信系统请求的不同服务，也可以用来区分不同的用户。例如，当一个用户同时竞争话音信道和数据信道的时候，这两个请求应该被看作是两个截然不同的用户，并被赋予不同的优先权等级，或者甚至被当作在同一个激活池或者非激活池中两个截然不同的用户也是合适的。

就本发明的这一方面而言，在过载的情况下，对具有较高优先权等级用户的处理受过载的影响要比具有较低优先权等级的用户小。那么，例如，遇到特定的过载状态，具有较高优先权等级的用户经历的带宽的降低可能是10％，而具有较低优先权等级的用户将可能会经历50％的带宽降低。这一点可以通过如下所述的多种方法实现。

一方面，系统运营商将给特定的用户一定保证数量的带宽，例如话音业务等对于带宽要求苛刻的业务，或者收费较高的业务。这样的用户将被赋予最高的优先权等级并在这一等级的激活池中排队等待分配预定数量的带宽。需要说明的是保证带宽通常不需要对带宽的持续接入，而是指其平均接入的带宽量是保证的带宽，其通常具有合适的、有限的颗粒大小。因此，在最高的优先权等级中，系统控制器保证在任意时刻每个竞争带宽的用户都获得它们的保证带宽。如果更多的具有最高优先权等级的用户参与带宽的竞争，这一等级的激活池中的队列长度就会增加，但是依然给用户提供保证带宽。在过载的情况下，这将会不利的影响了具有较低优先权等级用户的服务等级。就发明的这一方面而言，具有较低优先权等级的用户可以获得的带宽是总带宽减去保证带宽的等级用户请求的带宽。

就进一步的方面而言，可以处理不同的等级，这样在过载的情况下，具有较高优先权等级的用户比具有较低优先权等级的用户保留了更多的它未过载时的带宽。在未过载的情况下，每个用户可以接入预先设定的带宽量，这个预先设定的带宽量对应于该用户到达该等级激活池的队列队头的时候所发送或者接收的数据量。在过载的情况下，如果更多的用户参与带宽的竞争，情况将会更糟。当这种情况发生的时候，对具有较低优先权等级的用户的带宽降低要大于具有较高优先级等级的用户。这或者可以通过降低具有较低优先权等级的用户位于队列队头的频率来保证具有较高优先权等级的用户位于队列队头的频率进而保证其带宽来实现，或者通过按照一个比例因子来减少位于队列队头的用户的数据量来实现，并且具有较低优先权等级的用户的比例因子大于具有较高优先权等级的用户高的比例因子。

正如可以理解的，可以结合不同的处理具有不同优先权等级的用户的方法。例如，一个提供了保证带宽的最高优先权等级可以结合一个在过载的时候其中的每个用户的带宽都会减少的较低的优先权等级，或者结合两个或者更多的等级较低的、且在过载的时候带宽减少逐步增大的优先权等级。

附图说明

现在将通过举例的方式参考图示描述本发明的实施例，其中：

图1是本发明的一个实施例的优先权等级和池结构的图表；

图2是具体化的本发明通信系统控制器的框图；及

图3描述图2的控制器操作的流程图。

具体实施方式

图1描述了本发明特定实施例的等级结构，其中固定无线接入(FWA)的用户业务被分成三类，称为1类，2类和3类。在每一个等级中，依赖于它们当前的活动，用户可以被放置于激活池2，非激活池4或者在另外的用户类别6中。就如下面将要描述的，当用户没有带宽请求或者接入系统超过一个超时的时间的时候它将被放置到其他用户类别中。

在这个实施例中，1类用户具有保证带宽的分配。

图2是在图1的优先权等级结构中，用来为用户分配带宽的系统控制器的方框图。

当系统的用户希望发送数据，它通过向竞争处理器10发送竞争请求来申请带宽分配。用户可以发送不同类型的请求，例如，请求一个话音信道或一个数据信道。在本实施例中，对这些请求的处理是不同的，因此，在当前应用的术语中，它们将被看作是系统不同的用户。

如果竞争请求成功，分类器12就会识别用户所属的等级，然后排队器14将用户放置在适合等级的激活池2的队列的队尾。这一排队步骤是图3中的步骤20，该图是图2中所显示的设备随后的操作流程图。

当一个用户到达队列队头的时候，由分配器16给该用户分配若干需要发送的数据(步骤22)。该数据的数量依赖于很多参数，这些参数由系统数据分析器18提供。这些参数包括，在队列中的用户数、在其他等级队列排队的用户数、用户向系统运营商所购买的服务等级、及目前通信系统过载的程度。这样，如果用户是1类用户，它具有预先设定数量的保证带宽，因此分配给该用户的数据数量将仅仅依赖于其向系统运营商购买的服务等级。相反的，如果用户是2类或者3类用户，它所能分配的数据数量将依赖于其他的因素，如队列中的用户及当前通信系统的过载状态，以及它向系统运营商购买的服务等级。例如，如果系统没有过载，并且仅有少数用户在排队，那么用户将被分配的数据数量就与其向系统运营商购买的服务等级相关。有利的是，如果此时系统是低负荷运行的时候，用户甚至可以分配到比这更多的数据数量，就是说用户可以获得高于它们所希望的带宽。但是，必须要说明的是，在本实施例中，当用户在排队系统中循环，无论什么时候它到达队列的队头，它将发送所分配的数据。因此，接入的带宽是颗粒状的，并且，需要考虑当分配将被用户发送的数据量时可能的排队时间，以保证带宽颗粒不会变得不可接受。在另一方面，不给单个用户分配过少的数据量也是很重要的，因为，这样做会增加系统的开销，进而损害数据的传输效率。如下所述，当系统开销增加时，这个问题更加重要。

在系统过载的情况下，即当用户请求的带宽总和超过可以利用的带宽总和的时候，必须在给用户分配所要传送的数据的时候考虑系统的过载。这一点在1类用户中不需要考虑，正如它和系统运营商已经达成的一致意见，1类用户必须始终有分配的保证带宽。这一点限制了1类用户的数量，因为，系统运营商要向它们出售保证带宽。但是，在2类和3类用户中，随着系统过载的增加，系统数据分析器18使分配器16分配给激活池中用户的数据量减少。作这项工作之前要对当前可以利用的带宽及在2类、3类队列中排队的用户做一个评估，包括其中每个用户向系统运营商购买的服务等级。可以利用的带宽总和就是系统的总带宽减去已经分配给1类用户的带宽。然后，系统将评估在2类、3类队列中排队的用户所需的带宽(给定系统是过载的)并计算出2类、3类用户所需的带宽必须减小多少才能和可以利用的总带宽相匹配。在此过程中，由于3类用户具有比2类用户更低的优先权等级，这样做使得3类用户带宽分配的减小比率将大于2类用户带宽的减小比率。当2类、3类用户的带宽减小因子计算出来以后，将根据一个2类减少因子和一个3类减小因子分别减小2类、3类用户在未过载状态下的带宽。一旦被分配的数据通过这种方法调整，位于每个等级队列队头的用户和在未过载的情况下一样，将获得相应的带宽。例如，也可以是轮流给每个等级队列队头的用户分配带宽。

显然，必须充分频繁的评估系统状况和每一等级队列中用户以响应这些参数的变化，其中主要发生在参与带宽竞争的用户数增加或者减少的时候。

在每一个等级中，当位于队列队头的用户发送完分配给它的数据的时候，分配器16需要评估用户是否需要更多的带宽才能完成其数据的发送(步骤24)。如果是，分配器命令排队器14将该用户放置在该等级队列的队尾。如果不是，分配器将用户移动到同一等级非激活池中(步骤26)。如果用户在超时的时间段里没有进一步请求连接，用户将被移出非激活池(步骤28)，移动到其他用户组6中。

Claims (20)

1.一种在通信系统中当可以利用的总带宽小于多个用户请求的带宽总和的时候，为多个用户分配带宽的方法，包括如下步骤；

将各个用户划分到一个或者多个优先权等级之一，并且在每一个等级中执行如下步骤；

在一个激活池中将所有请求带宽的用户排队；

分配给位于队列队头的用户一定的带宽来发送和/或接收一个预定数量的数据；

如果在发送和/或接收预定数量的数据完成后，用户请求进一步的带宽，将用户移动到该激活池队列的队尾，否则，将用户移动到一个非激活池；及

如果位于非激活池中的用户请求或者竞争带宽，将用户移动到激活池队列的队尾。

2.如权利要求1所述的方法，其中为每个用户分配的数据量是根据可利用的带宽总和及请求带宽的用户数目而变化。

3.如权利要求2所述的方法，其中为每个用户分配的数据的数据量是变化的，以为每个用户提供一个可以接受的短带宽接入时间或一个可以接受的平均带宽。

4.如权利要求1，2或者3所述的方法，其中当每个用户到达激活池队列队头的时候，两个或多个用户被分配不同的要被发送或接收的数据量。

5.如权利要求4所述的方法，其中如果为每个用户分配的数据量变化时，各个数据量之间的比率是固定的。

6.如前面任意一个权利要求所述的方法，其中，当可以利用的总带宽减少或者用户请求的带宽增多的时候，具有较低优先权等级的每个用户分配的数据量的减小要比具有较高优先权等级用户的数据量的减小大些。

7.如前面任意一个权利要求所述的方法，其中带宽关键类型的通信，如话音信道，被划分为高的优先权等级。

8.一种当系统可以利用的总带宽小于多个用户请求带宽总和的时候，为通信系统中多个用户分配带宽的方法包括如下步骤；

在一个激活池中将所有请求带宽的用户排队；

分配给位于队列队头的用户一定的带宽来发送和/或接收一个预定数量的数据；

如果在发送和/或接收预定数量的数据完成后，用户请求进一步的带宽，将用户移动到该激活池队列的队尾，否则，将用户移动到一个非激活池；及

如果位于非激活池中的用户请求或者竞争带宽，将用户移动到激活池队列的队尾。

9.如前面任意一个权利要求所述的方法，其中两个或者更多的用户可以代表同一个通信系统用户，该用户请求两个或者更多可以承载不同通信类型的不同的通信信道。

10.一种在通信系统中应用的控制器，该通信系统中可以有多个用户竞争带宽，为了在系统可以利用的总带宽小于用户请求带宽总和的时候为通信系统中用户分配带宽，该控制器包含；

分类器，它将用户分类成一个或者多个优先权等级；

激活池排队器，它在每一个等级的激活池中将该等级请求带宽的用户排队；

分配器，用于在每个等级中重复地执行(1)给位于激活池队列队头的用户分配带宽，来发送和/或接收一个预定数量的数据，及(2)如果在发送和/或接收预定数量的数据完成后，用户请求进一步的带宽，将用户移动到该激活池队列的队尾，否则将用户移动到一个非激活池；及

竞争处理器，用于在每个等级中将位于非激活池中请求或者竞争带宽的任意用户移动到激活池队列的队尾。

11.如权利要求10所述的控制器，其中分配器根据可利用的带宽总和请求带宽的用户数改变为每个用户分配的数据的数量。

12.如权利要求11所述的控制器，其中为每个用户分配的数据的数量是改变的，以为每个用户提供了一个可以接受的短带宽接入时间和一个可以接受的平均带宽。

13.如权利要求10，11或12所述的控制器，其中在每个用户到达激活池队列队头的时候，分配器为两个或多个用户分配不同的要被发送或接收的数据量。

14.如权利要求13所述的控制器，其中当为每个用户分配的数据量变化时，各个数据量之间的比率保持固定。

15.如前面任意一个权利要求所述的控制器，其中当可以利用的总带宽减少或者用户请求的带宽增多的时候，分配器给具有较低优先权等级的每个用户分配的数据量的减小要比具有较高优先权等级用户的数据量的减少大一些。

16.如前面任意一个权利要求所述的控制器，其中分类器将带宽关键类型的通信，如话音信道，划分成高的优先权等级。

17.一种在通信系统中应用的控制器，该通信系统中可以有多个用户竞争带宽，为了在系统可以利用的总带宽小于用户请求带宽总和的时候为通信系统中用户分配带宽，该控制器包含；

激活池排队器，它在激活池中将请求带宽的用户排队；

分配器，用于重复地执行(1)给位于激活池队列队头的用户分配带宽来发送和/或接收一个预定数量的数据，及(2)如果在发送和/或接收预定数量的数据完成后用户请求进一步带宽，将用户移动到该激活池队列的队尾，否则将用户移动到一个非激活池；及

竞争处理器，用于将位于非激活池中请求或者竞争带宽的任意用户移动到激活池队列的队尾。

18.如前面任意一个权利要求所述的控制器，其中两个或者更多的用户可以代表同一个通信系统中用户，该用户请求两个或者更多可以承载不同通信类型的不同的通信信道。

19.一种包含权利要求10到18任意之一定义的控制器的通信系统。

20.如权利要求19所述的通信系统，它是固定无线接入系统。

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