CN1526225B - 无线电资源的动态分配 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于向数据连接分配像无线电载体这样的无线电资源的方法和网络设备。首先，无线电资源被分配给数据连接并且通过该数据连接传输的数据被压缩并且利用所分配的无线电资源被传输。在传输期间，被压缩的数据的传输参数被监视并且被分配的无线电资源基于监视结果被重新配置。由此，在连接期间无线电资源可动态地适应于不同的数据速率。头压缩的益处对于所有类型的业务量可用并且没有太低或者太高数据速率的缺点。

Description

无线电资源的动态分配
技术领域
本发明涉及用于向网络和终端之间的数据连接分配像无线电载体这样的无线电资源的方法和网络。
背景技术
例如UMTS(通用移动电信系统)的第三代移动系统将不仅提供电路交换业务，而且还提供类似于为GSM(全球移动通信系统)设计的GPRS(通用分组无线电业务)的分组交换业务。分组交换数据传输使得在移动终端处能够使用不同的数据业务，同时按照需要为每个用户在移动系统的无线电接口处分配无线电资源。当UMTS系统中的终端用户想要使用分组交换应用时，例如想要从网络向终端设备下载视频或电子邮件时，UMTS系统的无线电资源管理系统(RRM)为无线电载体分配基于应用的容量预留，其不仅依赖于使用的应用，而且还依赖于可用的无线电载体参数。无线电载体与传输协议的第二层提供的业务相对应，用于例如移动站(MS)或用户设备(UE)的终端设备与例如UTRAN(UMTS陆地无线电接入网)、GERAN(GSM/EDGE无线电接入网)或者IP RAN(基于IP的无线电接入网)的无线电接入网之间用户数据的传输。无线电接口对应终端设备和RAN的接入点之间的接口。这个术语包括维护这些接口所需的所有功能。
在典型的单向数据传输中，例如，当文件从网络上被下载时，在从基站到终端设备的下行链路方向中，预定数据速率可被分配给终端。在这种应用中，在从终端到基站的上行链路方向中，数据传输带宽典型地很低，由例如TCP(传输控制协议)层确认组成。
在无线电载体上传输的数据上执行的操作之一是数据分组的头域的压缩。被发送的数据分组的头压缩以及接收的数据分组的解压缩在UMTS系统的分组数据转换协议(PDCP)中被执行。终端设备的PDCP层可支持几种头压缩方法以便使得能够与尽可能多个层协议类型建立连接。有些头压缩方法还需要反向连接用于进行不同的确认和解决错误的情况。因此更多带宽也需要被预留用于反向连接，但是，另一方面，头域的压缩减少了对于在连接的前向方向上的带宽的需要。
由于IP分组头中的域或者是固定的或者在相同流中连续分组之间以已知的模式变化这一事实，所以IP(互联网协议)流的头压缩是可能的。关于相同的IP流中的参考分组，可能仅发送关于头的变化域的特性的信息。好处是头额外开销显著减少并且因此带宽效率增加。例如，基于IP的语音应用对于IPv4需要20个8位字节的IP头并且对于IPv6需要40个8位字节的IP头、8个8位字节的UDP(用户数据报协议)头以及12个8位字节的RTP(实时传输协议)头。当与达到7到32个字节数量的有效负荷的大小相比时，从压缩头得到的收益非常明显。
为了使头压缩起作用，对于每个头压缩上下文必须有压缩器和解压缩器.在正常操作期间，压缩器将总是试图发送压缩的头而不是全部头.压缩的头表示在相同的头压缩上下文中对参考分组的相对变化并且因此变化比较小.因为基于IP的多媒体业务快速增长，所以需要在例如UTRAN的无线电接入网中支持实时IP业务.但是，由于无线电干扰带来的增加的困难，因此需要头压缩在蜂窝环境中变得健壮.因此，IETF(互联网工程任务组)已经开发了健壮头压缩(ROHC)方案来标准化适合于无线链路的头压缩协议.根据这个ROHC方案，压缩器从最低压缩器状态开始并且逐渐转换到较高的压缩状态.一般原则是在压缩器充分确信解压缩器具有对压缩的头进行解压缩所需信息的限制下，压缩器总是在最高可能压缩状态中运行.在可靠模式中，这个确信来自从解压缩器接收的确认.否则，这个确信来自利用在未压缩头上计算的循环冗余检查来以一定次数发送信息，并且来自没有接收到否定确认.当需要时，压缩器还转换回较低压缩状态.对于IP/UDP/RTP、IP/UDP、ESP(封装安全有效负荷头)/IP压缩描述文件，有3种压缩器状态被定义，也就是初始化/更新状态(IR状态)、一阶状态(FO状态)以及二阶状态(SO状态).IR状态的目的是建立或者更新压缩器和解压缩器之间的上下文.一旦有来自解压缩器的请求或者更新超时，压缩器就在初始化时进入这个状态.当压缩器确信解压缩器已经正确地接收了更新信息时，其离开IR状态.另一方面，当头流不符合统一模式时，也就是固定变化时，或者当压缩器不确信解压缩器已经获得统一模式的参数时，压缩器运行在FO状态.当头符合统一模式并且当压缩器充分确信以前的非统一变化已经到达解压缩器时，压缩器将离开这个状态并且转变到SO状态.最后，在SO状态，压缩器充分确信解压缩器也获得了统一模式的参数.在SO状态，压缩器发送主要由序号组成的头.同时在SO状态，解压缩器基于其知道的关于头域的变化模式以及SO头中包含的序号来进行简单的推断以便重新生成未压缩的头.如果头不再符合统一模式，压缩器就离开这个状态返回FO状态，或者如果计数器so指示在单向模式，压缩器就返回IR状态.关于ROHC方案的进一步细节可以从IETF规范RFC(请求评论)3095以及从3GPP(第三代伙伴项目)规范TR(技术报告)25.844中收集到.
目前，假设当载体被分配时没有考虑头压缩，如在UTRAN版本4测试规范TS(技术规范)34.108和34.123部分1-3中，或者考虑头压缩以便从使用头压缩的连接一开始时较低带宽就被分配。在前一种情况下，因为即使压缩的数据的实际比特率很低信道也为全部头和有效负荷保留，所以会出现资源浪费所带来的问题。在后一种情况下，当启动头压缩时，问题在传输开始时出现，这是因为需要发送更长的头，也就是带有一些ROHC压缩额外开销的全部头以便初始化解压缩器。如果信道设计为窄信道，则有些有效负荷将被丢失。替代地，必须允许显著的延迟，但是这一点却由于RTP/UDP/IP业务量的实时特性而变得不可能。
另一个问题源于如果允许使用任何头格式则压缩的输出不能被预测的事实。头可以被封装，其可以有不同的选项，IPv6或者IPv4可以被使用，连接可以被加密(ESP/IP)等。因此，对应的无线电网络控制器设备，例如UTRAN的RNC应该提前知道每个特定连接的头的细节，或者头应该由网络操作员来控制。前一种情况在目前的规范版本中不可能。后一种情况在有些特定情况下是可能的，但是由于网络操作员典型地没有对网络的终端设备，例如电话、膝上型电脑、PDA等的IP栈实现的控制，所以其使用非常有限。
发明内容
因此本发明的目的是提供一种方法和网络或者终端设备，用于向数据连接分配无线电资源，这可以被用来优化资源使用。
这个目的通过向数据连接分配无线电资源的方法来达到，其可在以下各项中被提供：
·核心网和无线电接入网之间的接口，或者
·核心网，或者
·无线电接入网，或者
·终端，
所述方法包括以下步骤：
向所述数据连接分配无线电资源；
压缩通过所述数据连接在从无线电接入网到终端的方向上，或者从终端到无线电接入网的方向上，或者在两个方向上传输的数据；
利用所述分配的无线电资源用于传输所述压缩的数据；
监视所述压缩数据的传输参数；以及
基于所述监视步骤的结果来重新配置所述分配的无线电资源。
此外，上述目的通过用于向数据连接分配无线电资源的网络设备来达到，所述网络设备包括：
用于向所述数据连接分配无线电资源的分配装置；
用于压缩通过所述数据连接传输的数据的压缩装置；以及
用于监视所述压缩的数据的传输参数的监视装置；
其中所述分配装置被安排响应所述监视装置的监视结果来重新配置所述分配的无线电资源。
而且，前述目的通过用于向数据连接分配无线电资源的终端设备来达到，所述终端设备包括：
用于向所述数据连接分配无线电资源的分配装置；
用于压缩通过所述数据连接传输的数据的压缩装置；以及
用于监视所述压缩的数据的传输参数的监视装置；
其中所述分配装置被安排响应所述监视装置的监视结果来重新配置所述分配的无线电资源。
因此，当为例如IP连接的数据连接分配无线电资源时，压缩之后IP业务量的输出被监视或分析并且无线电资源基于这个监视或分析过程的结果而被定义。由此，头压缩的好处对于所有类型的业务量都可获得而没有浪费资源或者丢失分组的缺点。而且，即使预先不知道压缩速率，传输资源允许的数据速率也可以被调整到实际业务量而没有具有太高或者太低数据速率的缺点。
传输资源可以是无线电载体或者要被分配的用于提供无线电接入网和终端之间的数据连接的任何其它资源。
而且，被监视的传输参数可以是被压缩的数据的比特率，例如平均比特率或者最大比特率。
替代的，被监视的传输参数可以是传输时间，其中被分配的无线电资源在预定时间周期到期后被重新配置。
作为另一个替代，被监视的传输参数可以是压缩状态，其中被分配的无线电资源在预定压缩状态到达之后被重新配置。预定压缩状态可以是ROHC压缩的FO或者SO状态。
初始的分配步骤可基于非压缩数据所需的比特率来被执行。
压缩可以是例如ROHC压缩的头压缩方案。
重新配置的步骤可基于关于头压缩器的状态和/或模式的信息、关于头解压缩器的状态和/或模式的信息、从连接到数据连接上的终端设备接收的数据速率、从终端设备的解压缩器接收的压缩反馈帧、对头压缩器的输入、以及头解压缩器的输出中的至少一个。
监视和重新配置步骤在通过数据连接的传输期间可被连续执行。
而且，网络设备的监视装置可包括用于计数压缩装置开始压缩之后的时间周期的定时器装置，其中当由定时器装置计数了预定时间周期时，分配装置可被安排来重新配置选择性的无线电资源。
网络设备可以是无线电网络控制器，例如UTRAN的RNC或者基站设备，例如GERAN的BSC(基站控制器)。更多有利的发展在从属权利要求中被定义。
附图简述
下面，将参考附图在优选实施方案的基础上更详细地描述本发明，其中：
图1显示本发明可以在其中被实现的无线电接口协议结构的示例；
图2显示根据优选实施方案的示意信令和处理图表；以及
图3显示根据优选实施方案指示资源分配方法的示意流程图。
优选实施方案描述
现在基于比如在3GPP规范TS 25.301中定义的UMTS系统的无线电接口协议结构来描述本发明的优选实施方案。图1显示这样的无线电接口协议结构的示意框图。
根据图1，无线电接口被分为三个协议层，也就是物理层L1、数据链路层L2以及网络层L3。数据链路层L2被分成几个子层，也就是介质访问控制MAC、无线电链路控制RLC、分组数据会聚协议PDCP以及广播/组播控制BMC。网络层L3和无线电链路控制RLC被分为控制平面(C-平面)和用户平面(U-平面)。分组数据会聚协议PDCP和广播/组播协议BMC仅存在于U-平面中。
在C-平面中，网络层L3被分为子层，其中被表示为无线电资源控制RRC的最低子层，与数据链路层L2接口并且在UTRAN中终止。在上面的方向，无线电资源控制RRC通过重复避免功能(未示出)被连接到非访问层(NAS)的无线电资源管理功能RRM，非访问层(NAS)包含UE和CN之间的协议，其不被终止在UTRAN中。
在图1中，用于对等通信的服务接入点(SAP)在子层之间的接口处被用环标记。介质访问控制MAC和物理层L1之间的SAP提供传输信道。无线电链路控制RLC和介质访问控制MAC子层之间的SAP提供逻辑信道。RRC层提供三种类型的SAP，每种RLC操作模式一种。分组数据会聚协议PDCP和广播/组播控制BMC由各自的SAP访问。由数据链路层L2提供的业务被称为无线电载体。由无线电链路控制RLC提供给无线电资源控制RRC的C-平面无线电载体被表示为信令无线电载体。
在图1中还显示了无线电资源控制RRC和介质访问控制MAC之间以及无线电资源控制RRC和物理层L1之间的连接，提供本地层间控制业务。等价的控制接口存在于无线电资源控制RRC和无线电链路控制RLC子层之间、无线电资源控制RRC和分组数据会聚协议子层之间以及无线电资源控制RRC和广播/组播控制BMC子层之间。这些接口允许无线电资源控制RRC控制较低层的配置。
在无线电接口上主要有两种类型的信令消息被传送，也就是RRC生成的信令消息和在更高层中生成的NAS(非访问层)消息。无线电资源控制RRC层处理UE和UTRAN之间的网络层L3的控制平面信令。特别地，无线电资源控制RRC可以，应来自更高层的请求，执行用户平面中的无线电载体的建立、重新配置和释放。对于一个UE同时可以建立多个无线电载体。在建立和重新配置时，RRC层基于来自更高层的信息来执行接纳控制并且选择描述在数据链路层L2和物理层L1中的无线电载体处理的参数。
分组数据转换协议PDCP执行例如分别在传输和接收实体上的TCP/IP和RTP/UDP/IP头的IP数据流的头压缩和解压缩。头压缩方法对于特定的网络层、传输层或者上层协议的组合，例如TCP/IP和RTP/UDP/IP是具体的。用户数据的传输意味着分组数据转换协议接收来自NAS的PDCP业务数据单元(SDU)并且将其转发到RLC层并且反之亦然。
在基于应用的容量分配中，其中例如UE的应用向网络发送建立无线电载体的请求，容量请求从UE作为控制信令被发送到管理核心网连接的会话管理(SM)功能，容量请求被从中转发到服务节点(例如服务GPRS支持节点(SGSN))的对应功能。CN的服务节点与无线电资源管理功能RRM关于根据容量请求的无线电资源是否可用进行协商。如果有足够的资源，则服务节点将资源分配任务给予资源管理系统RRM，这些任务包括向不同无线电载体尽可能优化地分配有限的无线电资源。无线电资源管理RRM确定哪种无线电资源参数对于使用该应用是最优的并且根据可用的无线电资源容量定义对于无线电载体最合适的参数。然后，无线电资源管理RRM向执行实际无线电资源分配的无线电资源控制RRC发送指令。
图2显示了根据优选实施方案指示无线电载体分配的示意信令和处理图。当连接需要无线电载体时，无线电资源管理功能RRM设置用于报告给分组数据转换协议层PDCP的报告标准，例如预定最大或者平均数据速率(步骤101)。PDCP层测量吞吐量同时控制头压缩(步骤102)。如果PDCP层检测到标准被满足，则相应的报告被生成并且传输到无线电资源管理功能RRM(步骤103)。然后，无线电资源管理功能RRM决定来重新配置在考虑中的无线电信道以便与所需的吞吐量相匹配(步骤104)。然后，无线电资源管理功能RRM向无线电资源控制功能RRC发送信道重新配置请求(步骤105)。
对于上行链路(终端到UTRAN)和下行链路(UTRAN到终端)连接独立地执行重新配置。在对于上行链路方向执行重新配置的情况下，必须利用合适的RRC信令将重新配置发信号给终端。
报告标准还可以是头压缩利用的系数。由此，可能平衡无线电信道重新配置的数量与头压缩收益。
如果在与RTP业务量相同载体上有RTCP业务量，并且第一个RTCP(实时传输控制协议)分组在第一个RTP分组之后的某个时候被发送，则重新配置可如下被延迟。
重新配置可在对RTCP分组的压缩执行之后，也就是RTCP分组的FO或者SO头被发送之后被完成。否则，带有长(IR)头的第一个RTCP分组可导致与第一个RTP分组类似的问题。
根据另一个替代方案，报告标准可以是由被设置为预定值的定时器提供的时间计数，因此第一个RTCP分组在定时器期满之前已经被发送。重新配置则在定时器期满之后被进行。RTP和RTCP业务量单独被压缩，即使它们在相同的载体上。
图3显示根据优选实施方案的无线电载体分配方案的示意流程图。在图3中描述的步骤对于上行链路和下行链路方向可以单独地被执行。
在IP呼叫的开始，当所关心的IP连接需要无线电载体时，无线电载体被分配因此其比特率对于非头压缩的头加上例如ROHC压缩的压缩方案所需的额外开销以及有效负荷是足够的(步骤S201)。例如，比特率可以被选择以便对于ROHC IR头和有效负荷是足够的。然后，在步骤S202，比特流被分析，并且在头压缩器被改变到例如更短的FO头或者最短的SO头被发送的更高状态之后，最终的比特率被确定。因此无线电载体在步骤S203中被重新配置。
过程对于上行链路和下行链路是类似的。关于终端的头压缩器中IR状态到SO或者FO状态的变化的信息，没有直接被检测，但是可以基于例如由UTRAN中PDCP接收的ROHC头。
特别地，在步骤S202中的分析可基于在头压缩器的输出处的平均比特率或者最大比特率，可能还利用一个或多个其它参数，例如关于使用的头压缩器的状态和/或模式的信息、关于使用的头解压缩器的状态和/或模式的信息、从连接的终端设备接收的数据速率、从终端设备处的解压缩器接收的ROHC反馈帧、到头压缩器的诸如初始非压缩头之类的输入和/或来自头解压缩器的诸如解压缩的头之类的输出。
作为替代，预定时间周期被计算，同时业务量在预定时间周期之后被分析。在这种情况下，时间周期可被设置因此ROHC压缩器已经到达了FO或SO状态。在简单例子中，在例如几百毫秒的时间周期之后或者从IP呼叫开始的几秒之后，业务量的比特率在步骤S202可被分析，并且然后新的载体比特率被分配。
在步骤S203，新的比特率可被分配因此其稍微高于SO头所需的速率以便能够还携带有一些延迟的FO头。
此后，在步骤S204，业务量关于其传输参数(例如比特率)被监视，并且在步骤S205检查分配的无线电载体是否仍足够或者具有更高比特速率的新的载体是否应该被分配。如果确定该载体足够，则该过程返回步骤S204并且继续监视传输参数。如果不是，则该过程返回步骤S203并且载体被再次重新配置。
因此，依赖于被监视的参数，如果例如被压缩的头的大小显著地更大，或者在压缩器的输出端IR帧被检测，则可以执行到更高比特率的重新配置。如果ROHC上下文重新定位没有被使用或者如果解压缩器上下文因其它原因丢失了，则这可能例如在UTRAN的服务无线电网络子系统(SRNS)的重新定位期间发生。当压缩器到达FO或者SO状态时，回到更低数据速率的重新配置可发生。
注意在上述例子中，无论何时被压缩头和有效负荷的数据速率临时地高于无线电载体的最大数据速率时，具有基于定时器的丢弃的未确认RLC模式被假设，其允许数据的缓存。但是，根据优选实施方案的动态分配方案在确认和透明RLC模式中也可以使用。
因此，当无线电载体被分配给IP业务量或者其它类型的业务量时，头压缩之后的业务量的输出被分析并且载体基于这个分析的结果被定义.虽然RTP/UDP/IP头的压缩被用于优选实施方案中，但是所述的资源分配方案也适合于其它头，例如UDP/IP、TCP/IP、ESP/IP或者IP.一般地，本发明可与任何压缩方法，例如在IETF规范RFC3095或者RFC2507中定义的压缩方案或者任何其它已知的压缩方案一起使用.本发明可在无线电控制器(RNC)、基站控制器(BSC)、用户设备或负责控制无线电资源的使用和完整性的任何其它设备中被实现.
本发明不限于其中头压缩在无线电接入网中被执行的无线电系统，而是可应用于例如其中头压缩在核心网(在SGSN中)中被执行的Gb/A模式GERAN。即使在上述系统中无线电资源的控制主要在网络中，本发明也不仅限于这样的系统。本发明还可在以下系统中被实现，其中无线电资源由终端部分或者全部控制，例如，在特设类型的网络中，比如WLAN(无线局域网)或者蓝牙类型的网络中，其中无线电资源的分配可以部分地由终端执行。
而且，所述方法不仅仅限于头压缩，而是还可被应用于有效负荷的压缩(比如国际电信联盟规范ITU-T V.42bis)或者被用于信令的压缩。该方法还可被用于头和有效负荷压缩的组合因此传输速率可根据头和有效负荷压缩器状态的变化而逐渐降低。被监视的传输参数类似于对头压缩所述的那些，例如其可以与有效负荷压缩器或者解压缩器的状态、比特率或者其组合相关。
因此，优选实施方案可在所附权利要求的范围内改变。

Claims (20)

1.一种向数据连接分配无线电资源的方法，该方法包括步骤：
a)向所述数据连接分配无线电资源；
b)压缩通过所述数据连接传输的数据；
c)利用所述分配的无线电资源来传输所述压缩的数据；
d)监视所述压缩的数据的传输参数；以及
e)基于所述监视步骤的结果和基于对压缩数据所需的比特率来重新配置所述分配的无线电资源。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述无线电资源是无线电载体。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述被监视的传输参数是所述压缩的数据的比特率。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述被监视的传输参数是传输时间，并且在预定时间周期期满之后重新配置所述分配的无线电资源。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述被监视的传输参数是压缩状态，并且在到达预定的压缩状态之后重新配置所述分配的传输资源。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述预定的压缩状态是ROHC压缩的FO或SO状态。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述数据连接是RTP或IP连接。
8.根据权利要求1所述的方法，其中基于对非压缩数据所需的比特率来执行所述分配步骤。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述压缩是头或者信令或者有效负荷的压缩或者头和有效负荷压缩的组合。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述重新配置步骤基于关于头压缩器的状态和/或模式的信息、关于头解压缩器的状态和/或模式的信息、从连接到所述数据连接上的终端设备接收的数据速率、从所述终端设备的解压缩器接收的压缩反馈帧、对所述头压缩器的输入、以及所述头解压缩器的输出中的至少一个。
11.根据权利要求1所述的方法，其中对于上行链路和下行链路方向单独地执行所述分配步骤。
12.根据权利要求1所述的方法，其中在通过所述数据连接的传输期间连续执行所述监视和重新配置步骤。
13.一种用于向数据连接分配无线电资源的网络设备，该网络设备包括：
a)用于向所述数据连接分配无线电资源的分配装置(RRM)；
b)用于压缩通过所述数据连接传输的数据的压缩装置(PDCP)；以及
c)用于监视所述压缩的数据的传输参数的监视装置(PDCP)；
d)其中所述分配装置(RRM)被安排响应所述监视装置(PDCP)的监视结果和基于对压缩数据所需的比特率来重新配置所述分配的无线电资源。
14.根据权利要求13所述的网络设备，其中所述监视装置(PDCP)包括用于计算所述压缩装置(PDCP)开始压缩之后的时间周期的定时器装置，其中所述分配装置被安排来在所述定时器装置已经计算了预定时间周期时，重新配置所述分配的无线电资源。
15.根据权利要求13所述的网络设备，其中所述监视装置(PDCP)被安排来检测所述被压缩的数据的预定压缩状态.
16.根据权利要求13所述的网络设备，其中所述网络设备是无线电网络控制器设备或者基站控制器设备。
17.根据权利要求13所述的网络设备，其中所述分配装置(RRM)被安排来彼此独立地为上行链路和下行链路方向分配所述无线电资源。
18.根据权利要求13所述的网络设备，其中在核心网和无线电接入网之间的接口中、在核心网中或者在无线电接入网中提供所述数据连接。
19.一种用于向数据连接分配无线电资源的终端设备，所述网络设备包括：
a)用于向所述数据连接分配无线电资源的分配装置；
b)用于压缩通过所述数据连接传输的数据的压缩装置；以及
c)用于监视所述压缩的数据的传输参数的监视装置；
d)其中所述分配装置被安排响应所述监视装置的监视结果和基于对压缩数据所需的比特率来重新配置所述分配的无线电资源。
20.根据权利要求19所述的终端，其中为终端设备之间的数据传输分配所述无线电资源。
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