CN1859065A - Hsdpa数据传输速率的控制方法及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及移动通信网络，公开了一种HSDPA数据传输速率的控制方法及其系统，使得HSDPA业务在拥塞状况下Iub接口传输层带宽的利用率和应用层速率得以提高。本发明中，通过RLC实体对数据块的重传率进行检测，来跟踪链路的拥塞情况。通过根据重传率的变化对MACD调度周期内允许发送数据块的最大数目进行调整，来实现对数据传输速率的控制。

Description

HSDPA数据传输速率的控制方法及其系统

技术领域

本发明涉及移动通信网络，特别涉及HSDPA数据传输。

背景技术

20世纪80年代以来，蜂窝移动通信以其便捷、灵活的特点满足了现代社会人们工作、生活对通信的要求，呈现快速发展的势头。目前全球三种主要的第三代移动通信(The Third Generation，简称“3G”)体制之一是宽带码分多址(Wideband Code Division Multiple Access，简称“WCDMA”)。其中，高速下行分组接入(High Speed Downlink Packet Access，简称“HSDPA”)和高速上行分组接入(High Speed Uplink Packet Access，简称“HSUPA”)就是3G技术的重要演进。HSDPA和HSUPA中的数据包的调度和重传等由基站节点(Node B)控制。

其中，HSDPA作为下行高速数据包接入技术在2002年被引入到第三代合作伙伴项目(3rd Generation Partnership Project，简称“3GPP”)第5版(Release 5，简称“R5”)的版本中，它采用更短的2ms传输时间间隔(Transmission Timing Interval，简称“TTI”)，以实现快速自适应控制。在物理层使用自适应的编码和调制(Adaptive Modulation and Coding，简称“AMC”)和混合自动重传请求(Hybrid Auto Repeat reQuest，简称“HARQ”)。

以WCDMA为代表的3G的第三代空中接口技术已被广泛采纳。在无线空中接口(Uu接口)中与HSDPA相关的协议如图1所示，从控制平面看，Uu接口可分为三个协议层：物理层((Physical，L1)、数据链路层(L2)和网络层(L3)。而且，L2可进一步分为下述子层：媒体访问控制(MediumAccess Control，简称“MAC”)、无线链路控制(Radio Link Controller，简称“RLC”)、分组数据会聚协议(Packet Data Convergence Protocol，简称“PDCP”)和广播/组播控制(Broadcast/Multicast Control，简称“BMC”)；相应的无线资源控制协议(Radio Resource Control，简称“RRC”)层即为L3。

物理层通过传输信道向MAC层提供服务，传输数据的类型及特征决定传输信道的特征；MAC层通过逻辑信道给RLC层提供服务，逻辑信道的特征也是由发送的数据类型决定的；RRC层使用RLC层的业务来传输信令。

其中，MAC主要完成数据传输过程中逻辑信道到传输信道的映射，并且在控制面的指示下完成部分无线资源重配置和测量的功能。MAC层协议可细分为媒体访问控制公共部分(Media Access Control Common，简称“MACC”)和媒体访问控制专用部分(Media Access Control Dedicate，简称“MACD”)。MACC与小区对应，一个小区有一个MACC实例；MACD与用户设备(User Equipment，简称“UE”)对应，一个UE有一个MACD实例。

具体地说，MAC层逻辑结构包括三个逻辑实体：MAC-b实体、MAC-c/sh实体和MAC-d实体。在每个UE和网络侧的每一个小区(位于Node B)都分别有一个MAC-b实体；在每个使用共享信道的UE中有一个MAC-c/sh实体，在网络侧的每个小区有一个MAC-c/sh实体，位于控制无线网络控制器(Controlling Radio Network Controller，简称“CRNC”)中；在每个UE中均有一个MAC-d实体。

另外，由于HSDPA参考下行共享信道(Downlink Shared Channel，简称“DSCH”)的方式新增了一个高速下行共享信道(High Speed DSCH，简称“HS-DSCH”)，为了支持HSDPA的物理层过程，UE和网络侧的MAC层(位于Node B)均增加了一个HSDPA特定的功能实体MAC-hs，来处理所需要的动作，即为HARQ、AMC和HS-DSCH的调度(Scheduling)、流量控制等。

引入HSDPA技术后的Uu接口和Iub接口协议分层结构如图2所示。Node B内MAC-hs实体的流量控制只针对HSDPA的用户面，并且对MAC-d中的每个优先级队列单独控制，用来减少数据时延，避免因Uu接口能力不足而导致数据的丢失；同时在不超出Node B缓存区的前提下让无线网络控制器(Radio Network Controller，简称“RNC”)缓存的数据尽早传输到NodeB。

而RLC则主要用于分段和重组、级联、填充、用户数据的传送、按序发送高层数据、副本检测、流量控制、协议错误检测和恢复、加密等。它在实现上述功能时，有以下三种数据传输模式：确认模式(Acknowledged Mode，简称“AM”)、非确认模式(Unacknowledged Mode，简称“UM”)和透明模式(Transparent Mode，简称“TM”)。其中，AM模式的数据传输的可靠性最高，提供滑动窗机制保证数据的无错发送。

在AM模式中，包含两种协议数据单元(Protocol Data Unit，简称“PDU”)：确认模式数据(Acknowledged Mode Data，简称“AMD”)PDU、控制PDU。前者用于传送数据，后者用于传送控制及状态信息。每个AMD PDU携带一个序列号(Sequence Number，简称“SN”)，SN在0到4095之间循环递增。状态PDU(STATUS PDU)是控制PDU中的一种，用于在发送双方之间传送状态信息。一个或多个STATUS PDU称为状态报告(STATUSREPORT)。

在AM模式的RLC数据传送的滑动窗机制中，发送窗和接收窗的大小均可配置。其中接收方维护两个状态变量VR(R)和VR(H)，前者表示下一个待接收的AMD PDU序列号；后者表示已接收到的AMD PDU中序列号最大值加1。若VR(R)和VR(H)不相等，则表示存在AMD PDUs丢失。

为保证数据传输的可靠性，在AM模式下采用自动重传请求(AutomaticRepeat Request，简称“ARQ”)机制。在3GPP的RLC协议中，其ARQ机制的实现如下：首先，发送方向接收方发送数据；接着，接收方根据VR(R)和VR(H)来判断是否存在数据丢失，如果数据丢失，则发送STATUSREPORT，要求发送方重传丢失的数据；最后，发送方根据STATUS REPORT的指示进行重传。

为了提高WCDMA系统下行带宽的利用率，一般采用“OVERBOOK”的带宽分配方案，即在准入用户时并不按照用户的峰值速率要求来分配传输资源，而只是按照一定的激活比例来分配。

引入HSDPA技术后，RNC MAC-d实体收到Node B的流量分配(CapacityAllocation)消息后，通过控制下发的数据量以确保相应优先级的MAC-d实体的数据流量不超过Node B为其分配的流量。如图3所示，Node B发送给RNC的流量分配消息中指定的参数包括：队列优先级(CmCH-PI)、最大MAC-d PDU长度、HS-DSCH值(Credits)、HS-DSCH时间间隔、HS-DSCH循环周期(Repetition Period)。它的含义是：对于队列优先级为“CmCH-PI”的MAC-d数据流，RNC可以在长度为“HS-DSCH时间间隔”的周期内，最多发送“HS-DSCH值”个最大PDU大小为“最大MAC-d PDU长度”的数据帧，“HS-DSCH时间间隔”周期最多可以重复“HS-DSCH循环周期”次。

在实际应用中，上述方案存在以下问题：在拥塞状况下的传输层带宽利用率和应用层速率都较低。

造成这种情况的主要原因在于，如果系统接入用户过多而导致出现传输层拥塞的状况，则Iub传输的实际带宽不能满足所有用户的峰值速率。实践证明，在这种情况下出现大量数据并发时如果没有流控处理，Iub传输的带宽利用率非常低，大概只有实际带宽的20％，用户服务质量急剧下降。

对HSDPA用户来说，MAC-hs实体的数据流量控制功能可以很好地控制MAC-d实体的数据流量，有效避免Uu接口拥塞状况的发生；但却无法解决Iub接口拥塞导致的传输资源利用率下降的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种HSDPA数据传输速率的控制方法及其系统，使得HSDPA业务在拥塞状况下Iub接口传输层带宽的利用率和应用层速率得以提高。

为实现上述目的，本发明提供了一种HSDPA数据传输速率的控制方法，包含以下步骤：

无线链路控制实体对数据块的重传率进行检测；

如果检测所得的重传率大于预置的重传率上门限，则所述无线链路控制实体指示媒体访问控制专用部分减小HSDPA业务下一个调度周期内允许发送数据块的最大数目。

其中，如果所述检测所得的重传率小于预置的重传率下门限，则所述无线链路控制实体指示所述媒体访问控制专用部分增大HSDPA业务下一个调度周期内允许发送数据块的最大数目。

此外在所述方法中，在进行检测前，还包含以下步骤：

无线资源控制层对所述无线链路控制实体进行检测参数设置，建立该实体；

所述媒体访问控制专用部分将HSDPA业务调度周期内允许发送数据块的最大数目初始化为理想值；所述理想值为按照基站节点流量分配确定的在传输时间间隔内可发送数据块的最大数目。

此外在所述方法中，所述检测参数包含：

重传率检测启动延迟时间、重传率检测周期、上门限触发时间、上门限事件触发后延迟时间、下门限触发时间、下门限事件触发后延迟时间、数据块数目下降步长、数据块数目上升步长，以及所述重传率上门限和所述重传率下门限。

此外在所述方法中，还包含以下步骤：

当所述检测所得的重传率大于所述重传率上门限时，所述无线链路控制实体指示所述媒体访问控制专用部分将HSDPA业务下一个调度周期内允许发送数据块的最大数目减小一个所述数据块数目下降步长；

当所述检测所得的重传率小于所述重传率下门限时，所述无线链路控制实体指示所述媒体访问控制专用部分将HSDPA业务下一个调度周期内允许发送数据块的最大数目增大一个所述数据块数目上升步长。

此外在所述方法中，所述媒体访问控制专用部分在HSDPA业务调度周期内允许发送数据块的最大数目大于等于零且小于等于所述理想值；

如果减小后的允许发送数据块的最大数目小于零，则将该允许发送数据块的最大数目置为零；

如果增加后的允许发送数据块的最大数目大于所述理想值，则将该允许发送数据块的最大数目置为所述理想值。

此外在所述方法中，在所述检测所得的重传率持续大于所述重传率上门限的时间超过所述上门限触发时间后，所述无线链路控制实体指示所述媒体访问控制专用部分减小HSDPA业务下一个调度周期内允许发送数据块的最大数目；

在所述检测所得的重传率持续小于所述重传率下门限的时间超过所述下门限触发时间后，所述无线链路控制实体指示所述媒体访问控制专用部分增大HSDPA业务下一个调度周期内允许发送数据块的最大数目。

本发明还提供了一种HSDPA数据传输速率的控制系统，包含无线链路控制实体和媒体访问控制专用部分；其中，所述无线链路控制实体包含检测模块、比较模块和控制模块，所述媒体访问控制专用部分包含调节模块；

所述检测模块，用于对数据块的重传率进行检测；

所述比较模块，用于将所述检测模块检测所得的重传率与预置的重传率门限进行比较；

所述调节模块，用于根据所述控制模块的指示调整所述媒体访问控制专用部分在HSDPA业务调度周期内允许发送数据块的最大数目；

所述控制模块，用于当所述比较模块的比较结果为检测所得的重传率大于预置的重传率上门限时，指示所述调节模块减小所述媒体访问控制专用部分在HSDPA业务下一个调度周期内允许发送数据块的最大数目。

其中，所述控制模块，还用于当检测所得的重传率小于预置的重传率下门限时，指示所述调节模块增大所述媒体访问控制专用部分在HSDPA业务下一个调度周期内允许发送数据块的最大数目。

此外在所述系统中，在所述检测所得的重传率持续大于所述重传率上门限的时间超过所述上门限触发时间后，所述控制模块指示所述调节模块减小HSDPA业务下一个调度周期内允许发送数据块的最大数目；

在所述检测所得的重传率持续小于所述重传率下门限的时间超过所述下门限触发时间后，所述控制模块指示所述调节模块增大HSDPA业务下一个调度周期内允许发送数据块的最大数目。

通过比较可以发现，本发明的技术方案与现有技术的主要区别在于，通过RLC实体对数据块的重传率进行检测，来跟踪链路的拥塞情况。

通过根据重传率的变化对MACD调度周期内允许发送数据块的最大数目进行调整，来实现对数据传输速率的控制。

这种技术方案上的区别，带来了较为明显的有益效果，即通过RLC实体对数据块的重传率进行检测，能够快速跟踪到链路的拥塞状况。

通过根据重传率的变化对MACD调度周期内允许发送数据块的最大数目进行调整，使得Iub接口传输层带宽自适应地变化，能有效解决由于拥塞而导致的应用层速率急剧下降的问题，在最大程度上提高拥塞状况下传输层带宽的利用率，一般来说，拥塞状况下Iub接口传输层带宽的利用率可以提高3倍以上。

附图说明

图1是现有技术中无线接口协议的整体结构示意图；

图2是现有技术中HSDPA协议分层结构示意图；

图3是现有技术中Node B流量分配数据帧结构示意图；

图4是根据本发明第一实施方式的HSDPA数据传输速率的控制方法流程图；

图5是根据本发明第二实施方式的HSDPA数据传输速率的控制系统结构图。

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，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

本发明在Node B MAC-hs实体的数据流量控制的基础上，RNC通过实时检测AM模式的RLC的重传率来跟踪当前Iub接口的拥塞状况，如果重传率过高，则限制MAC-d实体的数据流量，通过降低MAC-d实体的吞吐量来缓解Iub接口的拥塞；如果AM模式的RLC的重传率恢复正常，则尝试增大MAC-d实体的数据流量。在确保Node B MAC-hs实体的数据流量控制满足对数据流量的要求的前提下，使得AM模式的RLC的重传率始终控制在一个合理的范围内。

其中，对数据流量的控制是通过对HSDPA业务的TTI内可发送PDU的最大数目(ACTUAL_MAX_PDU_NUM)进行限制来实现的。该数目的理想值为按照基站节点流量分配确定的在TTI内可发送数据块的最大数目(MAX_PDU_NUM)。

本发明第一实施方式的HSDPA数据传输速率的控制方法如图4所示。

在步骤401中，RRC层对RLC进行检测参数设置，建立该实体，并且MACD将HSDPA业务调度周期内允许发送数据块的最大数目初始化为理想值。其中，检测参数包含：

重传率检测启动延迟时间(Pa)、重传率检测周期(Ps)、上门限触发时间(Ptt1)、上门限事件触发后延迟时间(Pb)、下门限触发时间(Ptt2)、下门限事件触发后延迟时间(Pc)、数据块数目下降步长(Pd)、数据块数目上升步长(Pu)，以及重传率上门限(Pth1)和重传率下门限(Pth2)。

在步骤402中，当RLC实体建立后，在启动延迟时间Pa后RLC实体开始对数据块的重传率进行周期性地检测，其检测周期为Ps。通过RLC实体检测数据块的重传率，能够快速跟踪到链路的拥塞状况。

在步骤403中，RLC实体判断重传率的大小，如果满足条件1，即检测所得的重传率持续大于重传率上门限Pth1的时间超过预置的上门限触发时间Ptt1，则称为上门限事件，转入步骤404；如果满足条件2，即检测所得的重传率持续小于重传率下门限Pth2的时间超过预置的下门限触发时间Ptt2，则称为下门限事件，转入步骤407；如果不满足条件1和条件2，即为满足条件3的其它情况，则返回步骤402，重新检测重传率。

在步骤404中，RLC实体指示MACD将HSDPA业务下一个调度周期内允许发送数据块的最大数目减小一个数据块数目下降步长Pd。

在步骤405中，MACD判断减小后的允许发送数据块的最大数目是否小于0，如果是，则转入步骤406；否则，在延迟时间Pb后同样返回步骤402。

在步骤406中，由于MACD在HSDPA业务调度周期内允许发送数据块的最大数目取值范围为大于等于零且小于等于理想值，因此，MACD直接将HSDPA业务下一个调度周期内允许发送数据块的最大数目置为0，并同样在延迟时间Pb后返回步骤402。

在步骤407中，RLC实体指示MACD将HSDPA业务下一个调度周期内允许发送数据块的最大数目增大一个数据块数目上升步长Pu。

在步骤408中，MACD判断增大后的允许发送数据块的最大数目是否大于理想值，如果是，则转入步骤409；否则，在延迟时间Pc后同样返回步骤402。

在步骤409中，同样由于MACD在HSDPA业务调度周期内允许发送数据块的最大数目取值范围为大于等于零且小于等于理想值，因此，MACD直接将HSDPA业务下一个调度周期内允许发送数据块的最大数目置为理想值，并在延迟时间Pc后返回步骤402。

通过根据重传率的变化对MACD调度周期内允许发送数据块的最大数目进行调整，使得Iub接口传输层带宽自适应地变化，能有效解决由于拥塞而导致的应用层速率急剧下降的问题，在最大程度上提高拥塞状况下传输层带宽的利用率，一般来说，拥塞状况下Iub接口传输层带宽的利用率可以提高3倍以上。

本发明第二实施方式的HSDPA数据传输速率的控制系统如图5所示，包含RLC实体和MACD。其中，RLC实体包含检测模块、比较模块和控制模块，MACD包含调节模块。

具体地说，检测模块，用于对数据块的重传率进行检测。

比较模块，用于将检测模块检测所得的重传率与预置的重传率门限进行比较。

调节模块，用于根据控制模块的指示调整MACD在HSDPA业务调度周期内允许发送数据块的最大数目。

而控制模块，则用于当比较模块的比较结果为检测所得的重传率大于预置的重传率上门限时，指示调节模块减小MACD在HSDPA业务下一个调度周期内允许发送数据块的最大数目；当检测所得的重传率小于预置的重传率下门限时，则指示调节模块增大MACD在HSDPA业务下一个调度周期内允许发送数据块的最大数目。

另外，为了提高对拥塞状况跟踪的准确性，还可以将控制模块的执行条件设定为在检测所得的重传率持续大于重传率上门限的时间超过上门限触发时间后，控制模块指示调节模块减小HSDPA业务下一个调度周期内允许发送数据块的最大数目；在检测所得的重传率持续小于重传率下门限的时间超过下门限触发时间后，控制模块指示调节模块增大HSDPA业务下一个调度周期内允许发送数据块的最大数目。

虽然通过参照本发明的某些优选实施方式，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种HSDPA数据传输速率的控制方法，其特征在于，包含以下步骤：

无线链路控制实体对数据块的重传率进行检测；

如果检测所得的重传率大于预置的重传率上门限，则所述无线链路控制实体指示媒体访问控制专用部分减小HSDPA业务下一个调度周期内允许发送数据块的最大数目。

2.根据权利要求1所述的HSDPA数据传输速率的控制方法，其特征在于，如果所述检测所得的重传率小于预置的重传率下门限，则所述无线链路控制实体指示所述媒体访问控制专用部分增大HSDPA业务下一个调度周期内允许发送数据块的最大数目。

3.根据权利要求2所述的HSDPA数据传输速率的控制方法，其特征在于，在进行检测前，还包含以下步骤：

无线资源控制层对所述无线链路控制实体进行检测参数设置，建立该实体；

所述媒体访问控制专用部分将HSDPA业务调度周期内允许发送数据块的最大数目初始化为理想值；所述理想值为按照基站节点流量分配确定的在传输时间间隔内可发送数据块的最大数目。

4.根据权利要求3所述的HSDPA数据传输速率的控制方法，其特征在于，所述检测参数包含：

重传率检测启动延迟时间、重传率检测周期、上门限触发时间、上门限事件触发后延迟时间、下门限触发时间、下门限事件触发后延迟时间、数据块数目下降步长、数据块数目上升步长，以及所述重传率上门限和所述重传率下门限。

5.根据权利要求2所述的HSDPA数据传输速率的控制方法，其特征在于，还包含以下步骤：

当所述检测所得的重传率大于所述重传率上门限时，所述无线链路控制实体指示所述媒体访问控制专用部分将HSDPA业务下一个调度周期内允许发送数据块的最大数目减小一个所述数据块数目下降步长；

当所述检测所得的重传率小于所述重传率下门限时，所述无线链路控制实体指示所述媒体访问控制专用部分将HSDPA业务下一个调度周期内允许发送数据块的最大数目增大一个所述数据块数目上升步长。

6.根据权利要求2所述的HSDPA数据传输速率的控制方法，其特征在于，所述媒体访问控制专用部分在HSDPA业务调度周期内允许发送数据块的最大数目大于等于零且小于等于所述理想值；

如果减小后的允许发送数据块的最大数目小于零，则将该允许发送数据块的最大数目置为零；

如果增加后的允许发送数据块的最大数目大于所述理想值，则将该允许发送数据块的最大数目置为所述理想值。

7.根据权利要求2至6中任一项所述的HSDPA数据传输速率的控制方法，其特征在于，在所述检测所得的重传率持续大于所述重传率上门限的时间超过所述上门限触发时间后，所述无线链路控制实体指示所述媒体访问控制专用部分减小HSDPA业务下一个调度周期内允许发送数据块的最大数目；

在所述检测所得的重传率持续小于所述重传率下门限的时间超过所述下门限触发时间后，所述无线链路控制实体指示所述媒体访问控制专用部分增大HSDPA业务下一个调度周期内允许发送数据块的最大数目。

8.一种HSDPA数据传输速率的控制系统，其特征在于，包含无线链路控制实体和媒体访问控制专用部分；其中，所述无线链路控制实体包含检测模块、比较模块和控制模块，所述媒体访问控制专用部分包含调节模块；

所述检测模块，用于对数据块的重传率进行检测；

所述比较模块，用于将所述检测模块检测所得的重传率与预置的重传率门限进行比较；

所述调节模块，用于根据所述控制模块的指示调整所述媒体访问控制专用部分在HSDPA业务调度周期内允许发送数据块的最大数目；

所述控制模块，用于当所述比较模块的比较结果为检测所得的重传率大于预置的重传率上门限时，指示所述调节模块减小所述媒体访问控制专用部分在HSDPA业务下一个调度周期内允许发送数据块的最大数目。

9.根据权利要求8所述的HSDPA数据传输速率的控制系统，其特征在于，所述控制模块，还用于当检测所得的重传率小于预置的重传率下门限时，指示所述调节模块增大所述媒体访问控制专用部分在HSDPA业务下一个调度周期内允许发送数据块的最大数目。

10.根据权利要求8或9所述的HSDPA数据传输速率的控制系统，其特征在于，在所述检测所得的重传率持续大于所述重传率上门限的时间超过所述上门限触发时间后，所述控制模块指示所述调节模块减小HSDPA业务下一个调度周期内允许发送数据块的最大数目；

在所述检测所得的重传率持续小于所述重传率下门限的时间超过所述下门限触发时间后，所述控制模块指示所述调节模块增大HSDPA业务下一个调度周期内允许发送数据块的最大数目。

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