CN1665315A - 在多业务环境下基于业务控制点的智能网过载的控制方法 - Google Patents

Abstract

一种多业务环境下智能网过载的控制方法，该方法由业务控制点SCP进行控制，具体技术措施是在SCP中设置用于接收七号信令网消息的窗口，并设置对各种业务分配窗口的分配原则，让SCP根据设定的窗口分配原则和系统负荷的变化情况自适应地动态调整各种业务所分配的窗口数目的大小，来控制多业务的过载；以便在过载情况下，通过调度SCP资源而使之能够被充分利用，而在不过载时，SCP对业务不进行限制，保证具有很好的有效性和公平性。该方法步骤简单，响应速度快，实现容易，不需要SSP的配合，对网络影响小，具有较强的健壮性，能适应各种复杂的负荷情况；适用范围较广，可用于固话智能网和移动智能网。

Description

在多业务环境下基于业务控制点的智能网过载的控制方法

技术领域

本发明涉及一种对智能网的过载进行控制的方法，特别是指一种在多业务环境下，基于智能网系统中的业务控制点SCP装置，采用自适应控制窗口实现过载控制的方法，属于智能网通信技术领域。

背景技术

业务控制点SCP(Service Control Point)作为智能通信网络系统的一个核心网元装置，装载了不同的业务逻辑和重要的局数据信息，负责业务逻辑的执行和控制，它的稳定性对整个智能网系统的稳定性和业务的接通率至关重要。SCP的过载控制，尤其是在多业务环境中的过载控制是智能网的一个技术难点。

对于固定电话智能网，国际电信联盟ITU-T在INAP规范中建议了Callgap和Percent算法，并定义了用于流量控制的消息Callgap和ActivateService Filter，通过业务交换点SSP和SCP的共同配合实现流量控制。发明专利申请《通信网中防止过载的方法》(公开号：CN1135133A)中，公开了一种防止通信网中央业务节点过载的方法，该方法的主要思想是通过SCP控制SSP的动作来实现过载控制，也是属于SCP和SSP共同配合完成该功能。但是，这类方法一方面对网络的影响较大，另一方面还存在公平性、同步化和载荷震荡等问题，控制效果不甚理想。

对于移动电话智能网，在移动网络增强的客户化业务逻辑CAMEL2(Customized Application for Mobile Network Enhanced Logic)阶段没有引入流量控制的消息；无线智能网WIN(Wireless intelligent network)中的Phasel，Pre-paid charging和Phase2的规范中同样也没有定义SSP和SCP之间流量控制消息。因此，在CAMEL2和WIN的Phase2之前都无法实现基于SSP和SCP配合的流量控制机制，所以对于移动电话智能网，只能基于SCP实现过载控制。

SCP是一个可以同时运行多种业务的控制点，研究SCP的过载控制必须考虑多业务的情况。通常由于业务属性的不同，各种业务所占用的SCP资源也不相同，因此，在SCP满负荷的情况下，单位时间处理不同业务的平均呼叫数(平均呼叫到达率)通常也是不同的。

《智能网中的SCP过载控制研究》(刊于“电子学报”1999年第27期)等文献只讨论了单业务情况下过载控制的方法，文献《多业务环境中SCP过载控制研究》(刊于“电子科学学刊”1999年第1期)虽然对多业务过载控制算法进行了研究，但是其控制点设在SSP，不适合移动电话智能网的过载控制。

因此，目前现有的技术方案都还没有提出或解决只基于SCP实现多业务环境下的过载控制的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种多业务环境下的智能网过载的控制方法，该方法的实现过程只是基于业务控制点SCP，无需业务交换点SSP的配合，并且，该方法不依赖于SCP装置本身的软件结构，同时还能够满足健壮性、有效性和公平性的要求。

为了达到上述目的，本发明提供了一种在多业务环境中智能网过载的控制方法，其技术方案是由业务控制点SCP进行控制，具体措施是在SCP中设置用于接收七号信令网消息的窗口，并设置对各种业务分配窗口的分配原则，让SCP根据设定的窗口分配原则和系统负荷的变化情况自适应地动态调整各种业务所分配的窗口数目的大小，来控制多业务的过载；以便在过载情况下，通过SCP资源的调度而使之能够被充分利用，而在不过载时，SCP对业务不进行限制，保证该控制方法具有很好的有效性和公平性。

所述方法包括如下步骤：

(1)设置SCP的窗口使用规则：把SCP视为前台和后台两部分，其中作为前台的七号信令处理模块由多个窗口组成，来自七号信令网的消息只有通过该窗口才能进入作为后台的消息分发与业务控制模块，完成相应的接收处理操作；当呼叫的第一条消息BEGIN到达时，就要占用一个窗口，直到该BEGIN消息被处理完并返回响应消息，才会释放该窗口；且当一个呼叫的第一条信息已经占用窗口时，该呼叫的后续消息直接进入SCP的后台，不受窗口的限制；

(2)任选某种业务作为参考业务，寻找SCP的最佳窗口数目：在设定的每个周期时间点，SCP前台测量每一种业务呼叫的平均响应时间，以判断SCP是否过载：SCP不过载时，对同一种业务的响应时间保持不变，当SCP过载时，响应时间变长；再根据SCP的负载情况，SCP自适应地动态调整窗口数目的大小，以控制进入SCP后台的流量；进而任意选择一种业务作为参考业务，计算SCP的最佳窗口数目，以便在该SCP最佳窗口数目的控制下，既能保证SCP不过载，又能实现SCP的最大吞吐量；

(3)按照设定的分配原则，为每种业务配置SCP窗口：SCP按照设定的窗口分配原则为每种业务分配SCP的窗口，并根据系统载荷情况进行自适应地调节，当某种业务所分配的窗口都被占用时，该种业务新的呼叫将被SCP所拒绝；

(4)按照设定周期自动调度SCP的剩余资源：当出现一种或多种业务实际发生的呼叫到达率小于SCP为该业务分配的门限值时，即SCP的容量出现剩余或浪费时，SCP将按照设定周期重新自动分配和调度该剩余资源。

所述步骤(2)中根据SCP是否过载来动态调整SCP窗口数目的大小，以寻找SCP最佳窗口数目的具体过程是：首先任意选择一种业务为参考业务，把其他业务都折算成参考业务，以便把支持多业务的SCP等价转换为只支持单一参考业务的SCP，然后逐步调小窗口数上限n_max和调大窗口数下限n_min，寻找位于该窗口数下限n_min和窗口数上限n_max之间的窗口数目的最佳数值；所述窗口数目的最佳数值是在只运行参考业务情况下，SCP的当量最佳窗口数目。

所述步骤(2)进一步包括下述步骤：

(201)初始化：按照固定间隔划分时间段，并设置起始时刻t(0)起的第一时间段内的系统窗口数n(1)为1，即该第1时间段内SCP实际使用的窗口数为1；并分别设定初始时刻的窗口数的下限n_min(0)＝1和窗口数上限n_max(0)为不小于10000的自然数；再假设初始时刻所有业务转化成参考业务后的总的相当呼叫到达率λ_k* ⁽⁰⁾为每种业务在初始时刻相当到达率的总和，即 ${\mathrm{\λ}}_{k^{*}}^{\left(0\right)}=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\α}}_{\mathrm{ik}}{\mathrm{\λ}}_i^{\left(0\right)};$

式中，自然数m为SCP承载的业务种类数目，i和k分别是区间为[1，m]的自然数，其中选择第k种业务作为参考业务k；资源比例系数α_ik为第i种业务与参考业务k占用系统资源的比例，即第i种业务的一个呼叫占用的SCP资源与参考业务k的α_ik个呼叫占用的SCP资源相同；λ_i ⁽⁰⁾为在初始时刻第i种业务的呼叫到达率，则α_ikλ_i ⁽⁰⁾为在初始时刻第i种业务的相当呼叫到达率；

接着，测量每种业务呼叫的平均响应时间w_si作为SCP不过载时的正常响应时间，再计算每种业务的资源比例系数 ${\mathrm{\α}}_{\mathrm{ik}}=\frac{w_{\mathrm{si}}}{w_{\mathrm{sk}}};$

式中，w_si和w_sk分别为第i种业务的呼叫和参考业务k的呼叫在SCP不过载时的平均响应时间；

(202)在第j个时间段的终止点处测量每种业务的平均呼叫到达率λ_i ^(j)，并把每种业务的平均呼叫到达率转化为参考业务k的相当呼叫到达率α_ikλ_i ^(j)，得到第j个时间段内SCP总的相当呼叫到达率为所有业务的相当呼叫到达率之和，即 ${\mathrm{\λ}}_{k^{*}}^{\left(j\right)}=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\α}}_{\mathrm{ik}}{\mathrm{\λ}}_i^{\left(j\right)};$ 式中，自然数j是所划分的时间段的顺序号；测量第j个时间段内每种业务呼叫的平均响应时间w_i ^(j)，只要其中有一种业务呼叫的平均响应时间大于其正常响应时间，即 $w_i^{\left(j\right)}>w_{\mathrm{si}}$ 时，则SCP过载，执行后续步骤；否则，跳转执行步骤(204)；

(203)把第j个时间段实际使用的SCP窗口数n^(j)与该时间段事先设定的窗口数的上限n_max ^(j-1)进行比较，选择其中数值较小者，作为该时间段终止点t(j)时刻设定的SCP窗口数的上限n_max ^(j)，即 $n_{\max }^{\left(j\right)}=\mathrm{Min}(n^{\left(j\right)},n_{\max }^{(j-1)});$ 窗口数的下限保持不变，即仍然以该j时间段起始点t(j-1)时刻设定的窗口数的下限n_min ^(j-1)作为该时间段终止点t(j)时刻设定的SCP窗口数的下限n_min ^(j)，即 $n_{\min }^{\left(j\right)}=n_{\min }^{(j-1)};$

计算第j个时间段内进入SCP的总呼叫到达率λe^(j)：

如果第j个时间段内总的相当呼叫到达率λ_k* ^(j)小于该时间段终止点t(j)时刻设定的SCP窗口数的下限n_min ^(j)与参考业务k的平均响应时间w_sk的比值，即 ${\mathrm{\&lambda;}}_{k^{*}}^{\left(j\right)}<\frac{n_{\min }^{\left(j\right)}}{w_{\mathrm{sk}}}$ 时，则第j个时间段内进入SCP的总呼叫到达率λe^(j)与第j个时间段内总的相当呼叫到达率λ_k* ^(j)相等，即 ${\mathrm{\&lambda;e}}^{\left(j\right)}={\mathrm{\&lambda;}}_{k^{*}}^{\left(j\right)};$ 否则，该总呼叫到达率λe^(j)的计算公式为：

${\mathrm{\&lambda;e}}^{\left(j\right)}=\mathrm{Max}[\frac{n_{\min }^{\left(j\right)}}{w_{\mathrm{sk}}},\mathrm{Min}[{\mathrm{\&lambda;}}_{k^{*}}^{\left(j\right)}(1-p_{n^{\left(j\right)}}),\frac{n_{\min }^{\left(j\right)}+n_{\max }^{\left(j\right)}}{2w_{\mathrm{sk}}}\left]\right];$

式中，函数Max[]表示对变量求最大值；函数Min[]表示对变量求最小值；P_n(j)表示第j个时间段内，依据第一公式计算得到的该时间段内实际使用的SCP窗口数n^(j)被全部占用的概率；

所述第一公式是根据排队论中的M/M/n/n排队模型，在第j个时间段时，所有SCP窗口n^(j)都被占用的概率p_n(j)为： $p_{n^{\left(J\right)}}=\frac{{\mathrm{\&rho;}}^{n^{\left(j\right)}}}{n^{\left(j\right)}!{\mathrm{\&Sigma;}}_{l=0}^{n^{\left(j\right)}}\frac{{\mathrm{\&rho;}}^l}{l!}};$ 式中，ρ为呼叫强度，其值为第j个时间段的系统总的相当平均呼叫到达率λ_k* ^(j)与参考业务的正常平均响应时间w_sk的乘积，即 $\mathrm{\&rho;}={\mathrm{\&lambda;}}_{k^{*}}^{\left(j\right)}\&CenterDot;w_{\mathrm{sk}};$ 跳转执行步骤(205)；

(204)把第j个时间段实际使用的SCP窗口数n^(j)与该时间段事先设定的窗口数的下限n_min ^(j-1)进行比较，选择其中数值较大者，作为该时间段终止点t(j)时刻设定的SCP窗口数的下限n_min ^(j)，即 $n_{\min }^{\left(j\right)}=\mathrm{Max}(n^{\left(j\right)},n_{\min }^{(j-1)});$ 窗口数的上限保持不变，即仍然以该时间段起始点t(j-1)时刻设定的SCP窗口数的上限n_max ^(j-1)作为该时间段终止点t(j)时刻设定的SCP窗口数的上限n_max ^(j)，即 $n_{\max }^{\left(j\right)}=n_{\max }^{(j-1)};$ 计算第j个时间段内进入SCP的总呼叫到达率λe^(j)：

${\mathrm{\&lambda;e}}^{\left(j\right)}=\mathrm{Min}[{\mathrm{\&lambda;}}_{k^{*}}^{\left(j\right)},\frac{n_{\min }^{\left(j\right)}+n_{\max }^{\left(j\right)}}{2w_{\mathrm{sk}}}];$

函数Min[]表示对变量求最小值，λ_k* ^(j)表示第j个时间段内SCP总的相当呼叫到达率，w_sk表示参考业务k的平均响应时间；

(205)如果在第j个时间段终止点t(j)时刻，设定的SCP窗口数的下限n_min ^(j)仅比窗口数的上限n_max ^(j)小1，即 $n_{\min }^{\left(j\right)}=n_{\max }^{\left(j\right)}-1,$ 则设置该t(j)时刻的SCP窗口数下限n_min ^(j)与其窗口数上限n_max ^(j)相等，即两者都等于最佳窗口数值N： $n_{\min }^{\left(j\right)}=n_{\max }^{\left(j\right)}=N,$ 至此步骤(2)的计算操作全部完成；

否则，进入下一个时间段的循环操作；此时，先计算和设定该第j+1个时间段中所用的SCP窗口数：

式中，函数Max[]表示对变量求最大值；函数Min[]表示对变量求最小值；函数F_取整()表示对变量取整，即丢弃变量的小数部分；然后，对时间段变量j+1后，返回执行步骤(202)。

在SCP初始化或对SCP的软硬件进行调整或扩容后，都要执行一次步骤(2)的任选某种业务作为参考业务，寻找SCP最佳窗口数目的操作。

所述步骤(3)中的为每种业务配置SCP窗口的分配原则是由运营商根据多业务运营规则，在SCP中预先设定的；所述多业务运营规则至少包括多业务的比例公平性原则。

所述步骤(4)进一步包括下述步骤：

(401)系统过载时，该系统先根据第二公式计算第j个时间段内SCP能够处理的参考业务k的呼叫到达率的理论值S_k ^(j)，再根据第三公式计算在第j个时间段内，SCP能够处理的每一种业务的呼叫到达率的理论值S_i ⁽ⁱ⁾，即SCP限制该业务的门限值；如果在第j个时间段内第i种业务的实际的平均呼叫到达率λ_i ^(j)小于SCP限制该业务的门限值S_i ^(j)时，则在第j个时间段内，该第i种业务实际进入SCP的平均呼叫到达率λe_i ^(j)为上述平均呼叫到达率λ_i ^(j)和门限值S_i ^(j)两者中的较小者，即 ${\mathrm{\&lambda;e}}_i^{\left(j\right)}=\mathrm{Min}({\mathrm{\&lambda;}}_i^{\left(j\right)},S_i^{\left(j\right)});$

所述第二公式是假定系统单独运行参考业务k时，理论上允许接入SCP的最大平均呼叫到达率S_k ^*为所有的m种业务等价为参考业务k之后的总和，即： $S_k^{*}=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{f}_{\mathrm{ik}}\left(S_k^{\left(j\right)}\right){\mathrm{\&alpha;}}_{\mathrm{ik}}{S}_k^{\left(j\right)};$ 则该参考业务k的呼叫到达率的理论值S_k ^(j)为：

$S_k^{\left(j\right)}=S_k^{*}/\left(\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{f}_{\mathrm{ik}}\left(S_k^{\left(j\right)}\right){\mathrm{\&alpha;}}_{\mathrm{ik}}\right);$

式中，f_ik(S_k ^(j)是以参考业务k为标准，假定已知第j个时间段内，第i种业务允许进入SCP的最大平均呼叫到达率S_i ^(j)和参考业务k允许进入SCP的最大平均呼叫到达率S_k ^(j)时，该i与k两种业务允许接入SCP的平均呼叫到达率的比例关系，即f_ik(S_k ^(j))为S_i ^(j)与S_k ^(j)之比： $f_{\mathrm{ik}}\left(S_k^{\left(j\right)}\right)=\frac{S_i^{\left(j\right)}}{S_k^{\left(j\right)}};$ 所述第三公式是第i种业务的呼叫到达率的理论值S_i ^(j)： $S_i^{\left(j\right)}=f_{\mathrm{ik}}\left(S_k^{\left(j\right)}\right)\&CenterDot;S_k^{\left(j\right)}\&CenterDot;$

(402)设置系统只运行单一参考业务k时，理论上允许接入SCP的最大平均呼叫到达率S_k ^*减去所有的m种业务实际进入SCP的相当平均呼叫到达率的总和的差值为SCP剩余资源Δ，则 $\mathrm{\&Delta;}=S_k^{*}-\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{\&lambda;}{e}_i^{\left(j\right)}{\mathrm{\&alpha;}}_{\mathrm{ik}};$

如果Δ＞0，说明SCP资源有剩余，则继续分配该剩余资源，执行后续步骤；

如果Δ＝0，说明SCP没有剩余资源，则步骤(3)的操作终止；

(403)根据设定的每种业务的优先级，由高到低依次把资源分配给高优先级且负荷重的业务：第i种业务的呼损Δi是在第j个时间段内第i种业务的实际呼叫到达率λ_i ^(j)与该业务实际被SCP接收的平均呼叫到达率λe_i ^(j)的差，即 ${\mathrm{\&Delta;}}_i={\mathrm{\&lambda;}}_i^{\left(j\right)}-\mathrm{\&lambda;}{e}_i^{\left(j\right)};$ 如果Δ_i为零，说明第i种业务没有呼叫被拒绝，不要进行调整；如果Δ_i大于零，说明第i种业务负荷较重，有被拒绝的呼叫，需要进行调整，具体调整方法是：

先对优先级最高的业务1进行处理；如果该业务的呼损Δ₁＞0，则需重新计算该业务允许进入SCP的平均呼叫到达率λe₁ ^(j)，具体步骤如下：若SCP剩余资源Δ大于等于该业务的呼损Δ₁与该业务的资源比例系数α_1k的乘积时，则该业务允许进入SCP的平均呼叫到达率λe₁ ^(j)为该业务的门限值S₁ ^(j)与该业务的呼损Δ₁之和；否则，该业务允许进入SCP的平均呼叫到达率λe₁ ^(j)为该业务的门限值S₁ ^(j)与SCP剩余资源Δ与该业务的资源比例系数α_1k的比值之和；即然后，根据步骤(402)中SCP剩余资源的计算公式重新计算SCP剩余资源Δ后，再按照上述方法分别计算次高优先级业务至最低优先级业务的各自允许进入SCP的平均呼叫到达率；

(404)根据步骤(402)中SCP剩余资源的计算公式再次计算SCP剩余资源Δ，如果此时得到的新的SCP剩余资源Δ等于零，则跳转执行步骤(405)；否则进行如下处理操作：

根据第二公式确定的各种业务之间的呼叫到达率的比例关系f_ik(S_k ^(j))和资源比例系数α_ik，把SCP剩余资源Δ重新分配给各种业务；则第i种业务分配到的剩余资源δ_i的计算公式为： ${\mathrm{\&delta;}}_i=[\mathrm{\&Delta;}\&CenterDot;f_{\mathrm{ik}}\left(S_k^{\left(j\right)}\right)\&CenterDot;{\mathrm{\&alpha;}}_{\mathrm{ik}}]/\underset{l=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{f}_{\mathrm{lk}}\left(S_k^{\left(j\right)}\right){\mathrm{\&alpha;}}_{\mathrm{lk}};$

然后，重新计算第i种业务允许进入SCP的平均呼叫到达率λe_i ^(j)： $\mathrm{\&lambda;}{e}_i^{\left(j\right)}=\mathrm{\&lambda;}{e}_i^{\left(j\right)}+{\mathrm{\&delta;}}_i;$ 即该平均呼叫到达率λe_i ^(j)为上述步骤(403)的λe_i ^(j)与剩余资源δ_i之和。

(405)根据重新计算得到的每种业务允许进入SCP的平均呼叫到达率，计算此时每种业务所分配到的窗口数；即在下一个时间段SCP为第i种业务分配的窗口数n_i ^(j+1)是该种业务允许进入SCP的平均呼叫到达率λe_i ^(j)与该种业务的正常平均响应时间w_si的乘积： $n_i^{(j+1)}=\mathrm{\&lambda;}{e}_i^{\left(j\right)}\&CenterDot;w_{\mathrm{si}}\&CenterDot;$

本发明是一种利用SCP对智能网过载进行控制的方法，该方法提出一种自适应的控制窗口的计算方法，根据系统负荷情况对SCP的窗口大小进行动态调整，从而实现对多业务的过载控制；并且可以任意设置对多种不同业务的限制比例关系。该方法保证在过载情况下，系统资源能够充分利用；而不过载时，对业务则不作限制，具有很好的健壮性和公平性。该方法步骤简单，实现容易，且不依赖SCP中的具体软件结构。

本发明的有益效果在于：其检测点和控制点都位于SCP，所以响应速度快。该方法的实现，不需要SSP的配合，对网络影响小，具有较强的健壮性，能适应各种复杂的负荷情况；本发明自适应控制窗口的方法不同于Callgap算法要根据不同的SSP负荷情况调整呼叫间隔GAP值，该方法不会因为不同的SSP负荷不均而受到影响，因此，该方法对于多SSP的情况控制更加灵活、实用。本发明的适用范围较广，可用于固话智能网和移动智能网。

附图说明

图1是本发明方法的总体步骤示意图。

图2是SCP的功能结构组成示意图。

图3是本发明方法中使用的时间段划分示意图。

图4是本发明方法与Callgap和Percent算法比较健壮性的仿真结果曲线图。

图5是本发明方法在第一种业务过载情况下的仿真结果曲线图。

图6是本发明方法在第二种业务过载情况下的仿真结果曲线图。

图7是在图6时的本发明方法占用系统资源状况的仿真结果示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细描述。

本发明是一种多业务环境下智能网过载的控制方法，它是由业务控制点SCP单独进行控制，即SCP设置用于接收七号信令网消息的窗口，并设置对各种业务分配窗口的分配原则，让SCP根据设定的窗口分配原则和系统负荷的变化情况自适应地动态调整各种业务所分配的窗口数目的大小，来控制多业务的过载，以便在过载情况下，通过对SCP资源的调度，使得SCP资源能够被充分利用，而在不过载时，SCP对业务则不限制，保证该控制方法具有很好的有效性和公平性。

图1展示了本发明的四个步骤，这里不再赘述。

参见图2，从功能结构进行划分，SCP至少包括两部分：前台1-负责与七号信令网的接口部分，后台2-应用处理部分。其中前台1负责接收来自七号信令网的消息和按照设定规则分发到后台2，同时负责把来自后台2的消息通过七号信令网传送给其它物理实体。后台2负责所有消息的编解码、业务逻辑的调用执行、呼叫状态自动机的维护、与业务控制功能SCF模块交换数据信息，以及同时对等待处理的消息设置消息队列的缓存机制等功能。本发明就是根据SCP的这一特点，在负责呼叫接入的前台1，检测后台2对呼叫的响应时间来判断SCP是否过载，以及根据负载情况动态调整进入SCP的流量。

本发明把SCP接收消息的前台看作一个窗口数目大小可调节的处理模块，当对话的第一条消息BEGIN到达时，就占用一个窗口，直到该BEGIN消息被处理并返回响应消息，所占用的窗口才重新释放；同一呼叫的后续消息不受窗口的限制。一个窗口只能被一条BEGIN消息占用，当所有的窗口都被占满时，后到的BEGIN消息就被拒绝进入SCP。这样通过控制窗口数目的大小，就可以有效控制进入SCP的流量。假设呼叫到达率符合泊松分布，SCP的服务时间符合负指数分布，则SCP的控制模型可以等价为一个多服务窗口的损失制M/M/n/n排队模型。呼叫进入SCP后将被分配到后台的多个队列进行处理，被处理完的呼叫释放其对窗口的占用权。

假设SCP装载的不同种类业务有m种，m为自然数；其中，第i种业务允许进入SCP的最大平均呼叫到达率为S_i(1≤i≤m)，各种业务的最大平均呼叫到达率之间的比例关系S₁∶S₂∶…∶S_m由运营商根据实际需要确定；则SCP的有效资源或在不过载的情况下的SCP最大可用资源R等于在未过载情况下，所有业务的平均响应时间与其对应的比例关系乘积的累加和： $\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{S}_i{w}_{\mathrm{si}}=R,$ 式中w_si(1≤i≤m)为未过载情况下，第i种业务的平均响应时间。

在多业务环境下，由于不同业务需要消耗的SCP资源是不同的，因此确定过载控制的窗口时，必须选择一个统一标准；否则根据A业务确定的窗口就不能用来控制B业务的流量。为了将不同业务占用SCP资源的情况进行归一化，可以在m种业务中任选一种业务作为参考业务，把其它各种业务对SCP资源的占用都等价地转化为该参考业务对SCP资源的占用。这样就相当于把一个多业务的环境等价转换为一个单业务环境，从而在理论计算上可以采用排队论中典型的M/M/n/n排队模型。

假定选第k(1≤k≤m)种业务为参考业务k，则任选其中的第i种业务的一个呼叫占用的系统资源等价为参考业务k占用资源的比例系数为： ${\mathrm{\&alpha;}}_{\mathrm{ik}}=\frac{w_{\mathrm{si}}}{w_{\mathrm{sk}}}(1\&le;i\&le;m);$ 该式表示第i种业务的一个呼叫与参考业务k的α_ik个呼叫占用的SCP资源相同。假定SCP单独运行参考业务k时允许接入的最大平均呼叫到达率为S_k ^*，则 $S_k^{*}{w}_{\mathrm{sk}}=R\&CenterDot;$

参见图4，本发明已经进行了试验实施，利用本发明的自适应控制窗口的算法，与传统的Callgap算法和Percent算法分别对系统进行过载控制的健壮性的比较。图4给出了这三种算法的呼叫离去率的比较结果曲线，可以看出本发明的窗口控制算法(曲线C)的健壮性优于Callgap算法(曲线B)和Percent算法(曲线A)。

下面参见图5、图6和图7，介绍本发明的实施例的仿真应用情况：

假定SCP装载了A、B、C三种业务，限制三种业务平均呼叫到达率的比例关系为S_A∶S_B∶S_C＝3∶2∶1，且在实施例中，设定该比例关系始终不变，即在SCP接收处理业务的整个时间段内，一直保持该比例关系。其中业务C作为参考业务，f₁₃(SC)＝3，f₂₃(SC)＝2，f₃₃(SC)＝1，w_s1＝0.2秒，w_s2＝0.15秒，w_s3＝0.1秒，R＝100，取1秒作为一个时间段。

第一种业务过载的仿真情况：假定0～50秒时，A、B、C三种业务呼叫平均到达率(次呼叫/秒)分别为50、30、10，50～150秒时的呼叫平均到达率都为350次呼叫/秒，150～200秒时的呼叫平均到达率(次呼叫/秒)分别为50、30、10。图5为其仿真结果，图中可以看出SCP在50秒以前没有过载，对所有的业务不作限制；50～150秒期间，SCP过载，对业务开始按设定的比例进行限制：S_A＝300，S_B＝200，S_C＝100，限制的结果与预设的比例相同。150秒以后SCP又不过载，对业务不作限制。

第二种业务过载的仿真情况：假定0～50秒时，A、B、C三种业务呼叫平均到达率(次呼叫/秒)为50，30，10，50～100秒时的呼叫平均到达率(次呼叫/秒)分别为350、350、10，100～150秒时的呼叫平均到达率(次呼叫/秒)分别为350、350、350，150～200秒时的呼叫平均到达率为50，30，10。图6为其仿真结果，50秒以前，SCP没有过载，对所有业务不作限制。50～100秒期间，SCP过载，开始对业务进行限制，此时，由于C业务的实际平均呼叫到达率小于被限制的数值，所以即便在SCP过载时，也没有限制C业务，而多余的SCP资源则被优先级更高的业务A占用，A业务进入SCP的呼叫到达率比门限值高。100～150秒期间，业务C的平均呼叫到达率增加，超过了其门限值，业务C被限制。三种业务严格按照预设的比例3∶2∶1进入系统。150秒之后，SCP不过载，三种业务都不被限制。

图7是第二种业务过载时的SCP资源占用情况，从图中可以看出：在过载时，即50～100秒和100～150秒两个时间段，SCP资源的占用都是100％，表明在多业务情况下，无论各个业务的到达率的比例如何变化，SCP资源都能保证被充分利用，从而验证了本发明方法的有效性。

Claims (7)

1、一种多业务环境下智能网过载的控制方法，其特征在于：由业务控制点SCP单独进行控制，具体方法是在SCP中设置用于接收七号信令网消息的窗口，并设置对各种业务分配窗口的分配原则，让SCP根据设定的窗口分配原则和系统负荷的变化情况自适应地动态调整各种业务所分配的窗口数目的大小，来控制多业务的过载；以便在过载情况下，通过SCP资源的调度而使之能够被充分利用，而在不过载时，SCP对业务不进行限制，保证该控制方法具有很好的有效性和公平性。

2、根据权利要求1所述的智能网过载的控制方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：

(1)设置SCP的窗口使用规则：把SCP视为前台和后台两部分，其中作为前台的七号信令处理模块由多个窗口组成，来自七号信令网的消息只有通过该窗口才能进入作为后台的消息分发与业务控制模块，完成相应的接收处理操作；当呼叫的第一条消息BEGIN到达时，就要占用一个窗口，直到该BEGIN消息被处理完并返回响应消息，才会释放该窗口；且当一个呼叫的第一条信息已经占用窗口时，该呼叫的后续消息直接进入SCP的后台，不受窗口的限制；

(2)任选某种业务作为参考业务，寻找SCP的最佳窗口数目：在设定的每个周期时间点，SCP前台测量每一种业务呼叫的平均响应时间，以判断SCP是否过载：SCP不过载时，对同一种业务的响应时间保持不变，当SCP过载时，响应时间变长；再根据SCP的负载情况，SCP自适应地动态调整窗口数目的大小，以控制进入SCP后台的流量；进而任意选择一种业务作为参考业务，计算SCP的最佳窗口数目，以便在该SCP最佳窗口数目的控制下，既能保证SCP不过载，又能实现SCP的最大吞吐量；

(3)按照设定的分配原则，为每种业务配置SCP窗口：SCP按照设定的窗口分配原则为每种业务分配SCP的窗口，并根据系统载荷情况进行自适应地调节，当某种业务所分配的窗口都被占用时，该种业务新的呼叫将被SCP所拒绝；

(4)按照设定周期自动调度SCP的剩余资源：当出现一种或多种业务实际发生的呼叫到达率小于SCP为该业务分配的门限值时，即SCP的容量出现剩余或浪费时，SCP将按照设定周期重新自动分配和调度该剩余资源。

3、根据权利要求2所述的智能网过载的控制方法，其特征在于：所述步骤(2)中根据SCP是否过载来动态调整SCP窗口数目的大小，以寻找SCP最佳窗口数目的具体过程是：首先任意选择一种业务为参考业务，把其他业务都折算成参考业务，以便把支持多业务的SCP等价转换为只支持单一参考业务的SCP，然后逐步调小窗口数上限n_max和调大窗口数下限n_min，寻找位于该窗口数下限n_min和窗口数上限n_max之间的窗口数目的最佳数值；所述窗口数目的最佳数值是在只运行参考业务情况下，SCP的当量最佳窗口数目。

4、根据权利要求2或3所述的智能网过载的控制方法，其特征在于：所述步骤(2)进一步包括下述步骤：

(201)初始化：按照固定间隔划分时间段，并设置起始时刻t(0)起的第一时间段内的系统窗口数n(1)为1，即该第1时间段内SCP实际使用的窗口数为1；并分别设定初始时刻的窗口数的下限n_min(0)＝1和窗口数上限n_max(0)为不小于10000的自然数；再假设初始时刻所有业务转化成参考业务后的总的相当呼叫到达率λ_k* ⁽⁰⁾为每种业务在初始时刻相当到达率的总和，即 ${\mathrm{\&lambda;}}_{k^{*}}^{\left(0\right)}=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{{\mathrm{\&alpha;}}_{\mathrm{ik}}\mathrm{\&lambda;}}_i^{\left(0\right)};$

式中，自然数m为SCP承载的业务种类数目，i和k分别是区间为[1，m]的自然数，其中选择第k种业务作为参考业务k；资源比例系数α_ik为第i种业务与参考业务k占用系统资源的比例，即第i种业务的一个呼叫占用的SCP资源与参考业务k的α_ik个呼叫占用的SCP资源相同；λ_i ⁽⁰⁾为在初始时刻第i种业务的呼叫到达率，则α_ikλ_i ⁽⁰⁾为在初始时刻第i种业务的相当呼叫到达率；

接着，测量每种业务呼叫的平均响应时间w_si作为SCP不过载时的正常响应时间，再计算每种业务的资源比例系数 ${\mathrm{\&alpha;}}_{\mathrm{ik}}=\frac{w_{\mathrm{si}}}{w_{\mathrm{sk}}};$

式中，w_si和w_sk分别为第i种业务的呼叫和参考业务k的呼叫在SCP不过载时的平均响应时间；

(202)在第j个时间段的终止点处测量每种业务的平均呼叫到达率λ_i ^(j)，并把每种业务的平均呼叫到达率转化为参考业务k的相当呼叫到达率α_ikλ_i ^(j)，得到第j个时间段内SCP总的相当呼叫到达率为所有业务的相当呼叫到达率之和，即 ${\mathrm{\&lambda;}}_{k^{*}}^{\left(j\right)}=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&alpha;}}_{\mathrm{ik}}{\mathrm{\&lambda;}}_i^{\left(j\right)};$ 式中，自然数j是所划分的时间段的顺序号；

测量第j个时间段内每种业务呼叫的平均响应时间w_i ^(j)，只要其中有一种业务呼叫的平均响应时间大于其正常响应时间，即w_i ^(j)＞w_si时，则SCP过载，执行后续步骤；否则，跳转执行步骤(204)；

(203)把第j个时间段实际使用的SCP窗口数n^(j)与该时间段事先设定的窗口数的上限n_max ^(j-1)进行比较，选择其中数值较小者，作为该时间段终止点t(j)时刻设定的SCP窗口数的上限n_max ^(j)，即 $n_{\max }^{\left(j\right)}=\mathrm{Min}(n^{\left(j\right)},n_{\max }^{(j-1)});$ 窗口数的下限保持不变，即仍然以该j时间段起始点t(j-1)时刻设定的窗口数的下限n_min ^(j-1)作为该时间段终止点t(j)时刻设定的SCP窗口数的下限n_min ^(j)，即 $n_{\min }^{\left(j\right)}=n_{\min }^{(j-1)};$

计算第j个时间段内进入SCP的总呼叫到达率λe^(j)：

如果第j个时间段内总的相当呼叫到达率λ_k* ^(j)小于该时间段终止点t(j)时刻设定的SCP窗口数的下限n_min ^(j)与参考业务k的平均响应时间w_sk的比值，即 ${\mathrm{\&lambda;}}_{k^{*}}^{\left(j\right)}<\frac{n_{\min }^{\left(j\right)}}{w_{\mathrm{sk}}}$ 时，则第j个时间段内进入SCP的总呼叫到达率λe^(j)与第j个时间段内总的相当呼叫到达率λ_k* ^(j)相等，即 ${\mathrm{\&lambda;e}}^{\left(j\right)}={\mathrm{\&lambda;}}_{k^{*}}^{\left(j\right)};$

否则，该总呼叫到达率λe^(j)的计算公式为：

${\mathrm{\&lambda;e}}^{\left(j\right)}=\mathrm{Max}[\frac{n_{\min }^{\left(j\right)}}{w_{\mathrm{sk}}},\mathrm{Min}[{\mathrm{\&lambda;}}_{k^{*}}^{\left(j\right)}(1-p_{n^{\left(j\right)}}),\frac{n_{\min }^{\left(j\right)}+n_{\max }^{\left(j\right)}}{{2w}_{\mathrm{sk}}}\left]\right];$

式中，函数Max[]表示对变量求最大值；函数Min[]表示对变量求最小值；p_n(j)表示第j个时间段内，依据第一公式计算得到的该时间段内实际使用的SCP窗口数n^(j)被全部占用的概率；

所述第一公式是根据排队论中的M/M/n/n排队模型，在第j个时间段时，所有SCP窗口n^(j)都被占用的概率p_n(j)为： $p_{n^{\left(j\right)}}=\frac{{\mathrm{\&rho;}}^{n^{\left(j\right)}}}{n^{\left(j\right)}!{\mathrm{\&Sigma;}}_{l=0}^{n^{\left(j\right)}}\frac{{\mathrm{\&rho;}}^l}{l!}};$

式中，ρ为呼叫强度，其值为第j个时间段的系统总的相当平均呼叫到达率λ_k* ^(j)与参考业务的正常平均响应时间w_sk的乘积，即 $\mathrm{\&rho;}={\mathrm{\&lambda;}}_{k^{*}}^{\left(j\right)}\&CenterDot;w_{\mathrm{sk}};$

跳转执行步骤(205)；

(204)把第j个时间段实际使用的SCP窗口数n^(j)与该时间段事先设定的窗口数的下限n_min ^(j-1)进行比较，选择其中数值较大者，作为该时间段终止点t(j)时刻设定的SCP窗口数的下限n_min ^(j)，即 $n_{\min }^{\left(j\right)}=\mathrm{Max}(n^{\left(j\right)},n_{\min }^{(j-1)});$ 窗口数的上限保持不变，即仍然以该时间段起始点t(j-1)时刻设定的SCP窗口数的上限n_max ^(j-1)作为该时间段终止点t(j)时刻设定的SCP窗口数的上限n_max ^(j)，即 $n_{\max }^{\left(j\right)}=n_{\max }^{(j-1)};$

计算第j个时间段内进入SCP的总呼叫到达率λe^(j)：

$\mathrm{\&lambda;}{e}^{\left(j\right)}=\mathrm{Min}[{\mathrm{\&lambda;}}_{k^{*}}^{\left(j\right)},\frac{n_{\min }^{\left(j\right)}+n_{\max }^{\left(j\right)}}{{2w}_{\mathrm{sk}}}];$

函数Min[]表示对变量求最小值，λ_k* ^(j)表示第j个时间段内SCP总的相当呼叫到达率，w_sk表示参考业务k的平均响应时间；

(205)如果在第j个时间段终止点t(j)时刻，设定的SCP窗口数的下限n_min ^(j)仅比窗口数的上限n_max ^(j)小1，即 $n_{\min }^{\left(j\right)}=n_{\max }^{\left(j\right)}-1,$ 则设置该t(j)时刻的SCP窗口数下限n_min ^(j)与其窗口数上限n_max ^(j)相等，即两者都等于最佳窗口数值N： $n_{\min }^{\left(j\right)}=n_{\max }^{\left(j\right)}=N,$ 至此步骤(2)的计算操作全部完成；

否则，进入下一个时间段的循环操作；此时，先计算和设定该第j+1个时间段中所用的SCP窗口数：

式中，函数Max[]表示对变量求最大值；函数Min[]表示对变量求最小值；函数F_取整()表示对变量取整，即丢弃变量的小数部分；然后，对时间段变量j+1后，返回执行步骤(202)。

5、根据权利要求2或3或4所述的智能网过载的控制方法，其特征在于：在SCP初始化或对SCP的软硬件进行调整或扩容后，都要执行一次步骤(2)的任选某种业务作为参考业务，寻找SCP最佳窗口数目的操作。

6、根据权利要求1或2所述的智能网过载的控制方法，其特征在于：所述步骤(3)中的为每种业务配置SCP窗口的分配原则是由运营商根据多业务运营规则，在SCP中预先设定的；所述多业务运营规则至少包括多业务的比例公平性原则。

7、根据权利要求2所述的智能网过载的控制方法，其特征在于：所述步骤(4)进一步包括下述步骤：

(401)系统过载时，该系统先根据第二公式计算第j个时间段内SCP能够处理的参考业务k的呼叫到达率的理论值S_k ^(j)，再根据第三公式计算在第j个时间段内，SCP能够处理的每一种业务的呼叫到达率的理论值S_i ^(j)，即SCP限制该业务的门限值；如果在第j个时间段内第i种业务的实际的平均呼叫到达率λ_i ^(j)小于SCP限制该业务的门限值S_i ^(j)时，则在第j个时间段内，该第i种业务实际进入SCP的平均呼叫到达率λe_i ^(j)为上述平均呼叫到达率λ_i ^(j)和门限值S_i ^(j)两者中的较小者，即 ${\mathrm{\&lambda;e}}_i^{\left(j\right)}=\mathrm{Min}({\mathrm{\&lambda;}}_i^{\left(j\right)},S_i^{\left(j\right)});$

所述第二公式是假定系统单独运行参考业务k时，理论上允许接入SCP的最大平均呼叫到达率S_k ^*为所有的m种业务等价为参考业务k之后的总和，即： $S_k^{*}=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{f}_{\mathrm{ik}}\left(S_k^{\left(j\right)}\right){\mathrm{\&alpha;}}_{\mathrm{ik}}{S}_k^{\left(j\right)};$ 则该参考业务k的呼叫到达率的理论值S_k ^(j)为： $S_k^{\left(j\right)}=S_k^{*}/\left(\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{f}_{\mathrm{ik}}\left(S_k^{\left(j\right)}\right){\mathrm{\&alpha;}}_{\mathrm{ik}}\right);$ 式中，f_ik(S_k ^(j)是以参考业务k为标准和假定已知第j个时间段内，第i种业务允许进入SCP的最大平均呼叫到达率S_i ^(j)和参考业务k允许进入SCP的最大平均呼叫到达率S_k ^(j)时，该i与k两种业务允许接入SCP的平均呼叫到达率的比例关系，即f_ik(S_k ^(j)为S_i ^(j)与S_k ^(j)之比： $f_{\mathrm{ik}}\left(S_k^{\left(j\right)}\right)=\frac{S_i^{\left(j\right)}}{S_k^{\left(j\right)}};$

所述第三公式是第i种业务的呼叫到达率的理论值S_i ^(j)： $S_i^{\left(j\right)}=f_{\mathrm{ik}}\left(S_k^{\left(j\right)}\right)\&CenterDot;S_k^{\left(j\right)}.$

(402)设置系统只运行单一参考业务k时，理论上允许接入SCP的最大平均呼叫到达率S_k ^*减去所有的m种业务实际进入SCP的相当平均呼叫到达率的总和的差值为SCP剩余资源Δ，则 $\mathrm{\&Delta;}=S_k^{*}-\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&lambda;e}}_i^{\left(j\right)}{\mathrm{\&alpha;}}_{\mathrm{ik}};$

如果Δ＞0，说明SCP资源有剩余，则继续分配该剩余资源，执行后续步骤；

如果Δ＝0，说明SCP没有剩余资源，则步骤(3)的操作终止；

(403)根据设定的每种业务的优先级，由高到低依次把资源分配给高优先级且负荷重的业务：第i种业务的呼损Δ_i是在第j个时间段内第i种业务的实际呼叫到达率λ_i ^(j)与该业务实际被SCP接收的平均呼叫到达率λe_i ^(j)的差，即 ${\mathrm{\&Delta;}}_i={\mathrm{\&lambda;}}_i^{\left(j\right)}-{\mathrm{\&lambda;e}}_i^{\left(j\right)};$ 如果Δ_i为零，说明第i种业务没有呼叫被拒绝，不要进行调整；如果Δ_i大于零，说明第i种业务负荷较重，有被拒绝的呼叫，需要进行调整，具体调整方法是：

先对优先级最高的业务1进行处理；如果该业务的呼损Δ₁＞0，则需重新计算该业务允许进入SCP的平均呼叫到达率λe₁ ^(j)，具体步骤如下：若SCP剩余资源Δ大于等于该业务的呼损Δ₁与该业务的资源比例系数α_1k的乘积时，则该业务允许进入SCP的平均呼叫到达率λe₁ ^(j)为该业务的门限值S₁ ^(j)与该业务的呼损Δ₁之和；否则，该业务允许进入SCP的平均呼叫到达率λe₁ ^(j)为该业务的门限值S₁ ^(j)与SCP剩余资源Δ与该业务的资源比例系数α_1k的比值之和；即

然后，根据步骤(402)中SCP剩余资源的计算公式重新计算SCP剩余资源Δ后，再按照上述方法分别计算次高优先级业务至最低优先级业务的各自允许进入SCP的平均呼叫到达率；

(404)根据步骤(402)中SCP剩余资源的计算公式再次计算SCP剩余资源Δ，如果此时得到的新的SCP剩余资源Δ等于零，则跳转执行步骤(405)；否则进行如下处理操作：

根据第二公式确定的各种业务之间的呼叫到达率的比例关系f_ik(S_k ^(j))和资源比例系数α_ik，把SCP剩余资源Δ重新分配给各种业务；则第i种业务分配到的剩余资源δ_i的计算公式为： ${\mathrm{\&delta;}}_i=[\mathrm{\&Delta;}\&CenterDot;f_{\mathrm{ik}}\left(S_k^{\left(j\right)}\right)\&CenterDot;{\mathrm{\&alpha;}}_{\mathrm{ik}}]/\underset{l=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{f}_{\mathrm{lk}}\left(S_k^{\left(j\right)}\right){\mathrm{\&alpha;}}_{\mathrm{lk}};$

然后，重新计算第i种业务允许进入SCP的平均呼叫到达率λe_i ^(j)： ${\mathrm{\&lambda;e}}_i^{\left(j\right)}={\mathrm{\&lambda;e}}_i^{\left(j\right)}+{\mathrm{\&delta;}}_i;$ 即该平均呼叫到达率λe_i ^(j)为上述步骤(403)的λe_i ^(j)与剩余资源δ_i之和。

(405)根据重新计算得到的每种业务允许进入SCP的平均呼叫到达率，计算此时每种业务所分配到的窗口数；即在下一个时间段SCP为第i种业务分配的窗口数n_i ^(j+1)是该种业务允许进入SCP的平均呼叫到达率λe_i ^(j)与该种业务的正常平均响应时间w_si的乘积： $n_i^{(j+1)}={\mathrm{\&lambda;e}}_i^{\left(j\right)}\&CenterDot;w_{\mathrm{si}}.$

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