CN1863030A - 移动通信网络中分组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技术，公开了一种移动通信网络中分组数据传输速率的控制方法及其系统，使得在拥塞状况下的传输层带宽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RLC实体对其发送窗的大小进行调整和对MACD中可调度的TF进行限制或恢复操作相结合的方法，来实现对数据传输速率的控制。

Description

移动通信网络中分组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技术，特别涉及移动通信网络中分组数据传输速率的控制。

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”)。

WCDMA系统由三部分组成，即核心网(Core Net，简称“CN”)、通用移动通信系统地面无线接入网(UMTS Terrestrial Radio Access Network，简称“UTRAN”)和用户设备(User Equipment，简称“UE”)。

其中，CN用于处理WCDMA系统内语音呼叫和数据连接与外部网络的交换和路由；UTRAN包含基站节点(Node B)和无线网络控制器(RadioNetwork Controller，简称“RNC”)，分别用于空中接口物理层的各种处理和用于控制UTRAN无线资源；UE就是诸如手机等用户终端设备。

UTRAN中又包括许多通过Iu接口连接到CN的无线网络子系统(RadioNetwork Subsystem，简称“RNS”)，一个RNS包括一个RNC和一个或多个Node B；Node B通过Iub接口连接到RNC上，每个Node B包括一个或多个小区；在UTRAN内部，各RNS中的RNC能通过Iur接口交互信息，Iur接口可以是RNC之间物理的直接相连或通过适当的传输网络实现；RNC与UE之间使用Uu接口。

Uu接口可分为三个协议层：物理层(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(Medium AccessControl，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”)。

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UE对应，一个UE有一个MACD实例。

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 PDU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，并发送STATUS REPORT，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。

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，用户的服务质量低。

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。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种移动通信网络中分组数据传输速率的控制方法及其系统，使得在拥塞状况下的传输层带宽利用率和应用层速率得以提高。

为实现上述目的，本发明提供了一种移动通信网络中分组数据传输速率的控制方法，包含以下步骤：

移动通信网络中的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移动通信网络中的媒体访问控制专用部分禁止使用当前可调度的非零速率传输格式集中最大速率的传输格式。

其中，还包含以下步骤：

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恢复使用被禁止的传输格式中最小速率的传输格式。

此外在所述方法中，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。

此外在所述方法中，所述检测参数包含：

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、和应答环回时延，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：

当所述重传率大于所述重传率上门限，如果当前所述媒体访问控制专用部分的传输格式集中仅存在一个可调度的非零的所述传输格式，则所述无线链路控制实体减小其当前发送窗的大小；否则，所述实体指示所述媒体访问控制专用部分禁止使用当前可调度的非零速率传输格式集中最大速率的传输格式；

当所述重传率小于所述重传率下门限，如果当前所述无线链路控制实体的发送窗的大小小于其初始配置的最大值，则所述实体增大其当前所述发送窗的大小；否则，所述实体指示所述媒体访问控制专用部分恢复使用所述被禁止的传输格式中最小速率的传输格式。

此外在所述方法中，还包含以下步骤：

根据以下序列减少或以下序列的反序恢复所述发送窗的大小：

所述初始配置的最大值、理想值、理想值的二分之一、理想值的四分之一、理想值的八分之一、……、1；其中，所述理想值是所述应答环回时延内所传输的所述数据块的数量。

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，所述媒体访问控制专用部分禁止使用当前可调度的非零速率传输格式集中最大速率的传输格式，或减小所述无线链路控制实体的发送窗的大小；

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，增大所述实体的发送窗的大小，或恢复使用所述媒体访问控制专用部分的被禁止的传输格式中最小速率的传输格式。

本发明还提供了一种移动通信网络中分组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和控制模块，所述媒体访问控制专用部分包含传输格式管理模块；

所述检测模块，用于对数据块的重传率进行检测；

所述控制模块，用于判断所述检测模块检测所得的重传率是否大于预置的重传率上门限，如果是则指示所述传输格式管理模块禁止使用当前所述媒体访问控制专用部分的可调度的非零速率传输格式集中最大速率的传输格式；

所述传输格式管理模块，用于对所述媒体访问控制专用部分的传输格式集进行管理。

其中，所述控制模块还用于，在所述检测模块检测所得的重传率小于预置的重传率下门限时，指示所述传输格式管理模块恢复使用所述媒体访问控制专用部分的被禁止的传输格式中最小速率的传输格式。

此外在所述系统中，所述无线链路控制实体还包含发送窗调节模块，用于对所述实体的发送窗的大小进行调整；

当所述重传率大于所述重传率上门限时，如果当前所述媒体访问控制专用部分的传输格式集中包含两个或更多的传输格式，则所述控制模块指示所述传输格式管理模块禁止使用当前所述媒体访问控制专用部分的可调度的非零速率传输格式集中最大速率的传输格式，否则，指示所述发送窗调节模块减小所述实体的发送窗的大小；

当所述重传率小于所述重传率下门限时，如果当前所述实体的发送窗的大小不为初始配置的最大值，则所述控制模块指示所述发送窗调节模块增大所述实体的发送窗的大小，否则，指示所述传输格式管理模块恢复使用所述媒体访问控制专用部分的被禁止的传输格式中最小速率的传输格式。

此外在所述系统中，所述控制模块在所述检测模块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预置的上门限触发时间后，指示所述传输格式管理模块禁止使用当前所述媒体访问控制专用部分的可调度的非零速率传输格式集中最大速率的传输格式，或指示所述发送窗调节模块减小所述实体的发送窗的大小；

所述控制模块在所述检测模块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预置的下门限触发时间后，指示所述发送窗调节模块增大所述实体的发送窗的大小，或指示所述传输格式管理模块恢复使用所述媒体访问控制专用部分的被禁止的传输格式中最小速率的传输格式。

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RLC实体对其发送窗的大小进行调整和对MACD中可调度的TF进行限制或恢复操作相结合的方法，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RLC实体减小其发送窗的大小和对MACD中的TF进行限制相结合的方法，使得控制粒度细，并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，拥塞状况下传输层带宽的利用率可以由现有的20％提高到90％左右。

附图说明

图1是本发明的AM模式的RLC承载的数据块传输模式示意图；

图2是根据本发明第一实施方式的移动通信网络中分组数据传输速率的控制方法流程图；

图3是根据本发明第二实施方式的移动通信网络中分组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。

本发明采用AM模式的RLC承载的分组交换(Packet Switching，简称“PS”)数据业务，通过实时检测AM模式的RLC的重传率来跟踪当前链路的状况，一旦发现重传率过高，表明链路发生拥塞，则在MACD调度时限制掉较大速率的传输格式(Transport Format，简称“TF”)，通过降低MACD吞吐量来缓解链路的拥塞。

另外，还可以采用TF调整和RLC发送窗调整相结合的方法，确保AM模式的RLC重传率始终控制在一个合理范围内。如果MACD当前可调度的非零速率的TF只剩一个时RLC重传率还是很高，则通过减小RLC发送窗的大小来限制应用层速率。当AM模式的RLC的重传率恢复正常后再逐步恢复RLC发送窗的大小、恢复调度MACD中最小速率的TF。

在理想的没有重传的情况下，RLC发送窗的大小可以依据TF计算，如图1所示，设当前TF中的传输时间间隔(Transmission Timing Interval，简称“TTI”)为T_tti；在T_tti时间内所传输的数据块的数目为N_block；应答帧与发送帧的时间间隔是T_Ack，即为发送端从发出一个帧直到收到相应的应答的时间，例如发送出PKT1到接收到ACK1的时间。那么在理想的没有重传的情况下，RLC发送窗的大小的理想值(W_ideal)是T_Ack内所传输的数据块的数量，其计算方法如下：

在实际使用的系统中，由于无法避免会出现RLC重传，所以RLC发送窗大小的设置得会比W_ideal大。

本发明第一实施方式的移动通信网络中分组数据传输速率的控制方法如图2所示。

在步骤201中，移动通信网络中RRC层对RLC进行检测参数设置，建立该实体。其中，检测参数有：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)和应答环回时延(Pr)，以及重传率上门限(Pth1)和重传率下门限(Pth2)。其中Pr即为L3配置的应答帧与发送帧的时间间隔T_Ack。

在步骤202中，当RLC实体建立后，时延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203中，RLC实体判断重传率的大小，如果满足条件1，即在检测所得的重传率持续大于重传率上门限的时间超过预置的上门限触发时间，则称为上门限事件，转入步骤204；如果满足条件2，即在检测所得的重传率持续小于重传率下门限的时间超过预置的下门限触发时间，则称为下门限事件，转入步骤207；如果不满足条件1和条件2，即为满足条件3的其它情况，则转入步骤202，保持当前MACD的TF集中的TF，并重新检测重传率。

在步骤204中，RLC实体判断当前MACD可调度的非零速率TF集中是否仅存在一个可调度的非零的TF，如果是，则转入步骤205；否则转入步骤206。

在步骤205中，RLC实体减小其当前发送窗的大小，并在上门限事件触发后延迟时间后返回步骤202。其中，根据以下序列减小当前RLC发送窗的大小：初始配置的最大值、W_ideal、W_ideal/2、W_ideal/4、W_ideal/8、……、1。

在步骤206中，RLC实体禁止使用当前MACD可调度的非零速率TF集中最大速率的TF，并同样在上门限事件触发后延迟时间后返回步骤202。

通过RLC实体减小其发送窗的大小和对MACD中的TF进行限制相结合的方法，使得控制粒度细，并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，拥塞状况下传输层带宽的利用率可以由现有的20％提高到90％左右。

在步骤207中，RLC实体判断其当前发送窗的大小是否小于其初始配置的最大值，如果是，则转入步骤208；否则转入步骤209。

在步骤208中，RLC实体恢复使用MACD被禁止的TF中最小速率的TF，并在下门限事件触发后延迟时间后返回步骤202。

在步骤209中，RLC实体增大其当前发送窗的大小，并同样在上门限事件触发后延迟时间后返回步骤202。其中，根据以下序列的反向序列增大RLC发送窗的大小：初始配置的最大值、W_ideal、W_ideal/2、W_ideal/4、W_ideal/8、……、1。

本发明第二实施方式的移动通信网络中分组数据传输速率的控制系统如图3所示，包含RLC实体和MACD；其中RLC实体中还包含检测模块、控制模块和发送窗调节模块，MACD中还包含TF管理模块。

其中，TF管理模块，用于对MACD中的TF集进行管理。

检测模块，用于对数据块的重传率进行检测；发送窗调节模块，用于对RLC实体的发送窗的大小进行调整。

而控制模块，则用于在检测模块检测所得的重传率持续大于重传率上门限的时间超过预置的上门限触发时间后，如果再判断当前MACD的TF集中包含两个或更多的TF，则控制模块指示MACD的TF管理模块禁止使用当前MACD可调度的非零速率TF集中最大速率的TF；否则，指示发送窗调节模块减小RLC实体的发送窗的大小。

控制模块还用于在检测模块检测所得的重传率持续小于重传率下门限的时间超过预置的下门限触发时间后，如果当前RLC实体的发送窗的大小不为初始配置的最大值，则控制模块指示发送窗调节模块增大RLC实体的发送窗的大小；否则，指示MACD的TF管理模块恢复使用MACD被禁止的TF中最小速率的TF。

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 (11)

1.一种移动通信网络中分组数据传输速率的控制方法，其特征在于，包含以下步骤：

移动通信网络中的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移动通信网络中的媒体访问控制专用部分禁止使用当前可调度的非零速率传输格式集中最大速率的传输格式。

2.根据权利要求1所述的移动通信网络中分组数据传输速率的控制方法，其特征在于，还包含以下步骤：

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恢复使用被禁止的传输格式中最小速率的传输格式。

3.根据权利要求1所述的移动通信网络中分组数据传输速率的控制方法，其特征在于，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。

4.根据权利要求3所述的移动通信网络中分组数据传输速率的控制方法，其特征在于，所述检测参数包含：

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、和应答环回时延，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所述的移动通信网络中分组数据传输速率的控制方法，其特征在于，还包含以下步骤：

当所述重传率大于所述重传率上门限，如果当前所述媒体访问控制专用部分的传输格式集中仅存在一个可调度的非零的所述传输格式，则所述无线链路控制实体减小其当前发送窗的大小；否则，所述实体指示所述媒体访问控制专用部分禁止使用当前可调度的非零速率传输格式集中最大速率的传输格式；

当所述重传率小于所述重传率下门限，如果当前所述无线链路控制实体的发送窗的大小小于其初始配置的最大值，则所述实体增大其当前所述发送窗的大小；否则，所述实体指示所述媒体访问控制专用部分恢复使用所述被禁止的传输格式中最小速率的传输格式。

6.根据权利要求5所述的移动通信网络中分组数据传输速率的控制方法，其特征在于，还包含以下步骤：

根据以下序列减少或以下序列的反序恢复所述发送窗的大小：

所述初始配置的最大值、理想值、理想值的二分之一、理想值的四分之一、理想值的八分之一、……、1；其中，所述理想值是所述应答环回时延内所传输的所述数据块的数量。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的移动通信网络中分组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，所述媒体访问控制专用部分禁止使用当前可调度的非零速率传输格式集中最大速率的传输格式，或减小所述无线链路控制实体的发送窗的大小；

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，增大所述实体的发送窗的大小，或恢复使用所述媒体访问控制专用部分的被禁止的传输格式中最小速率的传输格式。

8.一种移动通信网络中分组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和控制模块，所述媒体访问控制专用部分包含传输格式管理模块；

所述检测模块，用于对数据块的重传率进行检测；

所述控制模块，用于判断所述检测模块检测所得的重传率是否大于预置的重传率上门限，如果是则指示所述传输格式管理模块禁止使用当前所述媒体访问控制专用部分的可调度的非零速率传输格式集中最大速率的传输格式；

所述传输格式管理模块，用于对所述媒体访问控制专用部分的传输格式集进行管理。

9.根据权利要求8所述的移动通信网络中分组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，在所述检测模块检测所得的重传率小于预置的重传率下门限时，指示所述传输格式管理模块恢复使用所述媒体访问控制专用部分的被禁止的传输格式中最小速率的传输格式。

10.根据权利要求9所述的移动通信网络中分组数据传输速率的控制系统，其特征在于，所述无线链路控制实体还包含发送窗调节模块，用于对所述实体的发送窗的大小进行调整；

当所述重传率大于所述重传率上门限时，如果当前所述媒体访问控制专用部分的传输格式集中包含两个或更多的非零速率传输格式，则所述控制模块指示所述传输格式管理模块禁止使用当前所述媒体访问控制专用部分的可调度的非零速率传输格式集中最大速率的传输格式，否则，指示所述发送窗调节模块减小所述实体的发送窗的大小；

当所述重传率小于所述重传率下门限时，如果当前所述实体的发送窗的大小不为初始配置的最大值，则所述控制模块指示所述发送窗调节模块增大所述实体的发送窗的大小，否则，指示所述传输格式管理模块恢复使用所述媒体访问控制专用部分的被禁止的传输格式中最小速率的传输格式。

11.根据权利要求8至10中任一项所述的移动通信网络中分组数据传输速率的控制系统，其特征在于，所述控制模块在所述检测模块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预置的上门限触发时间后，指示所述传输格式管理模块禁止使用当前所述媒体访问控制专用部分的可调度的非零速率传输格式集中最大速率的传输格式，或指示所述发送窗调节模块减小所述实体的发送窗的大小；

所述控制模块在所述检测模块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预置的下门限触发时间后，指示所述发送窗调节模块增大所述实体的发送窗的大小，或指示所述传输格式管理模块恢复使用所述媒体访问控制专用部分的被禁止的传输格式中最小速率的传输格式。

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