CN1879353A - 业务量控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及多接入通信系统(100)中的业务量操控。提出了一种网络级解决方案,其中接入网络(20)向基于网络的ATC服务器(61)提供接入相关信息,该信息包括测量的性能参数。所述ATC服务器还可以从多接入终端(10)接收信息,例如是关于可用的接入网络。所述ATC服务器协调所述信息,并且将其用于自适应业务量控制计算。这典型地涉及到连续地执行一个自适应业务量控制算法来达到预定的控制目标。所述控制算法跟踪参考值并且输出一个反馈控制信号,该反馈控制信号被发送回该用户设备。基于所述反馈控制信号,所述多接入终端将其业务量散布到可用的接入网络上散布。
Description
技术领域
本发明总地涉及多接入(multi-access)通信系统,尤其是涉及一种用于这种系统中用户业务量控制的方法。
背景
如今,通过几种类型的有线和无线网络技术来提供基于互联网协议(IP)的网络服务。互联网服务提供商(ISP)和拥有并操控几种不同类型接入网的网络运营商开始提供服务捆绑,例如在同一预订内的通用分组无线电业务(GPRS)和无线局域网(WLAN)接入。提供多个接入接口的移动终端用户设备也成为现实并且预期将成为典型的模式(例如,具有GPRS、WLAN、以太网和蓝牙的个人数字助理(PDA)和膝上型计算机)。
一般而言,多接入通信系统比单接入网络更加灵活,但它们也引入了额外的复杂度并且涉及到大量新的需求、选择和考虑。因而,能够以一种令人满意的方式来操控复杂的多接入网络中用户业务量和分组流的机制将是非常令人期望的。
在总被最佳连接(Always Best Connected,ABC)的服务[1]框架中论及了多接入的一般方面,它预见了这样一种通信环境:其中用户总是通过最佳可用的接入网络和设备被连接。这个上下文中一些重要的领域是:用于鉴权/授权的预订操控和基础设施;移动性管理;以及如何选择接入,包括如何定义“最佳”。
在一种用户可能具有几个IP网络接入选项的场景中,要么通过同一个网络服务运营商(ISP和/或移动运营商),要么通过多个运营商和预订,因而需要做出一种接入选择。这个选择可以基于不同的因素,诸如:
●对于用户的接入成本
●性能需求(由于应用类型、设备类型等等)
●对于用户的可用接入网络(覆盖、设备、预订简档等等)
●网络运营商的优先选择(负载均衡、业务量优先级等等)
在这个上下文中,在一个关于选择什么接入网络的适当判决中平衡诸如上面的因素是一种挑战。
按照国际专利申请WO 01/35585 A1[2],终端设备识别出可用的接入网络并且使用一个间接的接口,诸如蓝牙无线电接口,来确定它们各自的接入能力(接入成本、可用带宽等等)。把所确定的接入能力与该终端设备/用户的一个优选接入能力进行比较,所述优选接入能力被存储在该终端设备中并且可以被用户更新。在检查了所有可用的接入网络之后,选择一个最佳接入。所述终端设备可以在一个连接期间继续寻找新的可用接入网络,并且重新考虑其接入判决。
US专利申请2001/0141393 A1[3]解决了如下情况:可以通过多种载体来获得对基于IP的通信网络的接入。为了让应用和用户从几种输送备选方案的可用性中受益,[3]允许多个去往和来自一个应用的分组流以便同时地利用多个接入。因此,同一会话的不同分组流(例如,视频和音频媒体流)可以取决于其各自的特性而使用不同的接入技术。从流到载体的映射由安排在用户设备中的一个链路管理器来控制。该链路管理器基于例如可以存储在用户设备的策略数据库中的用户或外部优先选择而定义用于分组通信的路由表。
诸如上述[2][3]解决方案的常规业务量操控机制通常与对终端用户的和他/她的用户设备的相当繁重的要求相关联。所述解决方案主要关注从用户的角度看到的最佳接入,这不会总是与对于整个业务量状况来说的最佳接入相一致。此外,为了适当地响应变化的状况,需要非常频繁地更新优先级列表。
因此,相当需要一种改进的、在与几种接入可能性相关联的通信系统中操控业务量的方法。
概述
本发明的总的目的是提供一种改进的操控多接入网络中业务量的方法。一个具体目的是在与几种接入可能性相关联的通信系统中获得改进的整体性能。另一个目的是提供一种适合于在诸如ABC服务的整体接入解决方案中使用的业务量控制机制。又一个目的是为多接入网络提供灵活的、独立于接入技术的业务量控制机制。
这些目的是按照所附的权利要求来实现的。
简言之,本发明通过自适应地将用户业务量分割到几个接入网络上而提高了多接入通信系统中的整体性能。这可以由基于对接入网络和/或用户设备中的网络性能状况的测量和估计而对用户业务量进行自适应业务量控制(ATC)的算法来实现。在所提出的解决方案中,基于网络的ATC服务器设备在网间业务量管理中具有一个关键角色。
接入相关的信息从接入网络传递到ATC服务器。优选地,ATC服务器还从多接入终端接收信息。ATC服务器执行协调动作,诸如对接收到的数据/信息进行聚合(aggregate)与处理。此后通过自适应业务量控制计算,基于来自接入网络(以及多接入终端)的协调信息来确定一个业务量控制信号。这优选地涉及到迭代/连续执行一种自适应业务量控制算法来达到一个预定的控制目标,诸如最小化来自受控接入系统的输出信号与预定参考值之间的差异。在一个优选实施例中,在ATC服务器上执行自适应业务量控制算法。
响应于该业务量控制信号,用户业务量被所述终端的ATC客户分发到该接入网的至少一个子集上。所述ATC客户通常基于来自ATC服务器的信息/推荐而决定如何将业务量散布(spread)到不同的接入网络上。业务量散布优选地是基于会话的。
按照本发明的用于自适应业务量控制的方法提供了许多优点。该控制机制响应于受控系统中变化的状况而自动地改变,从而使能连续地最优化业务量分发。此外,自适应业务量控制导致多接入网络中改进的整体性能。所提出的业务量控制方法的另一个优点是,它与接入技术无关。就控制功能性的安排而言,它也非常灵活。
本发明的一个有利的实施例借助于IP隧道化以及新的移动性机制实现了移动性,其中IP隧道化即IP隧道中的IP(IP-in-IP tunnel),它隐藏了一个终端不在归属网络的事实,而新的移动性机制诸如是移动性IP地址和虚拟接入网接口。所提出的移动性解决方案能够操控多个活动接口之间的移动性。
按照本发明的其它方面,提供了具有用于多接入网络中业务量控制的装置的一种通信系统、一种服务器设备以及一种多接入终端。
附图简要说明
通过参考下面的说明和附图,将最佳地理解本发明及其进一步的目的和优点,其中:
图1是一个在其中可以使用本发明的多接入通信系统的示意图;
图2是按照本发明一个示范实施例的、具有业务量控制装置的多接入通信系统的一个示意框图;
图3图示了按照本发明一个示范实施例的、用于多接入通信系统的业务量控制;
图4是按照本发明一个示范实施例的、业务量受控的多接入系统的系统功能框图;
图5是按照本发明一个优选实施例的业务量控制方法的流程图;
图6图示了按照本发明一个示范实施例的、在几个接入网络与一个业务量控制服务器之间的信息交换;
图7图示了按照本发明一个示范实施例的基于会话的接入网络选择;
图8是按照本发明一个示范实施例的、具有移动性支持的多接入通信系统的示意框图;
图9图示了按照本发明一个实施例的、用于一个包括两个接入网络的示范通信系统的业务量控制;以及
图10是一个框图,图示了按照本发明一个示范实施例的、一个模型化的双接入系统(对应于图9)的业务量控制。
详细说明
在所有附图中,相同的参考标号被用于类似的或对应的元件。
如在背景一节中所提到的,如今许多通信系统包括多个接入网络,它们为具有多个接入接口的移动终端提供备选的接入选项。图1示意性地图示了这样一种在其中可以使用本发明的多接入通信系统。所示的基于IP的通信系统100包括通过接入网络(AN)20连接到网络服务30的移动终端10。
本发明可以与任何至少与两个接入网络接口相关联的移动节点/终端(也被称为多接入终端)相结合地使用。在所示的系统100中,多接入终端10用膝上型计算机10-1、蜂窝电话10-2以及PDA 10-3来代表。该多接入终端的接入网络接口典型地将外部网络接入定向到各自的接入网络。然而,也可以经由与该多接入终端属于同一个人区域网(PAN)的其它设备来获得网络接入,即接入接口被分布在PAN设备上。
接入网络20可以是有线的或无线的,并且可以例如使用从下列组中选择的一种技术:GPRS,WLAN,以太网,蓝牙,无线保真度(WiFi),xDSL(DSL=数字用户线),码分多接入(CDMA),宽带CDMA(WCDMA)以及电缆调制解调器。对本文档来说,如果两个网络使用独立的接入网络技术,诸如是GPRS和WLAN系统,和/或它们具有不同的拥有者或运营商,则这两个网络可以例如被当作独立的接入网络。接入网络定义也可以基于地理位置和/或IP地址。接入网络20的属性和特性可以在如下特征方面有很多不同:诸如容量动态性、成本以及可接受的负载水平。
接入网络20因而被移动终端10使用来得到一个基于IP的网络服务30。网络服务30可以是具有关联数据库/数据源51的内容提供商50在基于IP的网络(例如互联网40)上可提供的任意种类的服务。网络服务的例子包括:具有内容高速缓存的内容分发网络服务,移动IP服务,鉴权服务,多媒体消息传送服务(MMS),IP上的语音服务,等等。
为了提高类似图1那样的多接入通信系统中的整体性能,本发明提出自适应地将用户业务量分割到几个接入网络上。这可以通过使用用于多接入环境中用户业务量的自适应业务量控制(ATC)的算法来实现。所述ATC算法是基于对接入网络和/或用户设备中网络性能状况的测量和估计。这将在下文中解释,而首先将参考图2来描述ATC系统的主要结构。
图2是按照本发明一个优选实施例的、具有ATC装置的多接入通信系统100的一个示意框图。其中显示了一个移动节点/终端10,它宿有(host)两个各自需要外部网络接入的应用11。该多接入终端可以例如是一台膝上型计算机,它具有一个以上的活动应用,例如,包括Web浏览器、Real播放器、和/或媒体播放器。该移动终端具有三个接入网络接口14,每个接口通过各自的接入网络20提供到基于IP的网络服务30的接入。如图1所示,内容提供商服务50通过互联网40提供网络服务。
图2的多接入通信系统中的主要ATC部件是移动终端10中提供的一个ATC客户单元/功能(ATCC)12、以及一个安排在网络级(即在网络侧)的ATC服务器单元/功能(ATCS)61。在本发明的一个优选实施例中,ATC服务器61维持来自接入网络20的性能信息(负载水平、阻塞率、接入价格等),并且向ATC客户12提供关于使用哪个接入网络20以及使用到什么程度的连续信息。接着由ATC客户基于ATCS反馈信息来执行接入网络之间实际的业务量分割。
ATC服务器功能61可以有利地被合并到一个整体接入机制中或与一个整体接入机制相关联,该接入机制例如提供用于接入操控、移动性和安全性的装置,诸如图2所示的ABC系统的ABC服务器60。(关于ABC概念的一般信息,参考[1]。)出于实现的目的,ATC服务器可以例如使用我们的US临时专利申请[4]中的ABC架构。其它实施例可以包括安排在网络中其它地方的ATC服务器,其作为独立单元或与其它服务一起,并且ATC服务器功能性有时可以分布在服务于该网络中不同子网(例如局部区域)的几个ATCS上。
为ATC客户12和ATC服务器61之间的通信定义了一个ATC通信协议(ATCP)。如果本发明与整体服务(诸如ABC)一起使用,则ATC协议可以被包括在整体服务框架中,其中客户和服务器交换一般的控制信息,诸如用户鉴权信息和用户简档。ATC协议定义了ATC相关信息的交换,所述信息可以从ATCS向ATCC广播、多播、和/或单播,并且在相反方向被单播。从ATCS到ATCC的反馈信息可以被周期性的广播/多播到更大部分的移动终端,虽然没必要应用到所有终端。移动终端还可以通过在周期性的更新之间发送恳求消息来从ATCS请求反馈数据。优选地,ATC协议还被设计成能够使用移动终端的任何一个可用的接入,并且包括用于操控ATCC和ATCS之间乱序到达的消息的手段。一个示例ATC协议是基于超文本传输协议(HTTP)并且使用推和拉机制用于控制交换,可能是基于Java的以便与平台无关。
仍然参考图2,所公开的多接入通信系统100还包括可选的移动性支持功能性,借助于该功能性,用户可以随着其设备10移入和移出覆盖范围而在接入网络20之间移动。更加具体地,通过移动终端10中的移动性客户单元/功能(MC)13、网络中的移动性服务器单元/功能(MS)62(例如在ABC服务器60上)以及分布在各个接入网络20中的移动性代理(MA)21实现了移动性支持。这些功能将在“具有移动性支持的ATC”一节中详细描述。
本发明的自适应业务量控制的关键特征是ATC客户和ATC服务器之间的闭环控制。这从图3中显而易见,图3图示了按照本发明一个示范实施例的ATC控制系统中的信号流程。该控制系统涉及到m个具有ATC客户12和接入网络接口14的多接入终端10、多个接入网络20以及基于网络的ATC服务器61。
接入网络20中的每一个向ATC服务器61提供接入相关信息以形成一个输出信号,诸如是一个依赖时间的向量yi(t)。所述输出信号的接入相关信息包含测量的性能参数或其它接入网络描述参数,包括对系统占用水平、阻塞率、当前业务量到达率、系统延迟、系统吞吐量、当前带宽成本等的测量。由于大多数预期运行在多接入终端10上的应用是从终端发起的而不是从网络侧触发的,所以接入网络的选择需要考虑两个方向上的性能。因此,应当优选地向ATC服务器61提供来自接入网络20的上行链路和下行链路性能信息。
除了来自接入网络20的接入相关信息外,ATC服务器61还接收来自多接入终端/用户设备10中ATC客户12的终端特定接入信息Ymn。Ymn可以例如是一个矩阵,包含关于可用的接入网络、各个接口上的性能(延迟、吞吐量、分组丢失)、电池水平、会话发起间隔、会话持续时间等的信息。
ATC服务器61聚合上述信息,并且通常根据情况以适当的方式处理这些数据。通过这种在网络侧(由ATCS)的对接入信息的协调,本发明提供了一种对于全部用户业务量情况的综合方法,方便了网间业务量规划,并且通过它可以提高整体系统性能。
来自接入网络20(以及移动终端)的信息在ATC服务器61上被用于自适应业务量控制计算。因此,为了达到一个预定的控制目标,优选地调用一个自适应业务量控制算法。控制目标典型地涉及:
-实现不同接入网络之间的负载均衡,并且由此增强整体系统性能和鲁棒性;
-为接入网络维持预先指定的性能参数范围,和/或
-根据采取的业务量计划来最优化整体系统或部分系统(接入网络)的收益。
对本文档来说,术语“自适应”通常是指一种响应于受控系统中变化的状况而连续变化的控制算法。借助于自适应功能性,可以在变化的运行状况期间维持预定的服务水平,其中变化的运行状况诸如是用户移动性、无线电信道质量、无线电接入网络负载以及核心接入网络负载。
在图3所示的实施例中,控制目标用信号Yref表示,Yref要么是在接入网络20上被确定并被传输到ATC服务器61,要么是由ATC服务器本身进行确定。Yref可以是一维的或多维的,并且通常包括负载测量、顾客数量和/或一般成本测量。控制算法跟踪参考值,并且输出一个被发送回用户设备10的反馈控制信号u(t)。
反馈控制信息u(t)可以例如包括建议的会话发起(会话到达)率以及关于它们在接入网络20上分布的推荐。控制信息u(t)可以对各个用户设备10是特定的,对各个用户设备类别/组是特定的,或对广播到所有用户设备的一般控制信息是特定的。它可以在从ATC服务器61发起(推)时和/或当移动终端10请求该信息(拉)时被发送。所述推(广播)备选方案意味着在高业务量负载时较少的业务量开销,因为更多的终端可以接收到该消息而不必请求它们。在另一方面,所述拉(请求)备选方案意味着在低负载时较少的业务量开销,因为只有活动终端将会通过拉来请求该信息。第三种备选方案是通过使用超时(T)触发的被推的广播来组合推和拉。随着负载增长,T然后自适应地减小以向更多的终端供给信息,反之亦然。
基于反馈控制信号u(t),多接入终端10将其业务量散布到可用接入网络20的至少一个子集上,λi(t)。从ATC服务器61发送到ATC客户12的控制信息因而将被ATC客户使用来控制/指导发送到每个接入网络20的业务量的百分率。因此,也可以在由ATC客户12执行的最后接入选择判决中考虑除了u(t)以外的其它因素。可以借助于反馈向量来实现业务量散布,该反馈向量具有例如每一接入网络的显式速率或关于在可用的接入网络上分割多少业务量的概率。这可以在每一分组的基础上或在每一会话的基础上来实现。将在“基于会话的ATC”一节中详细描述本发明的一个具有基于会话的业务量控制的有利实施例。
为了达到(或足够接近)控制目标,通常在一个迭代的或连续的处理过程中将本发明的自适应业务量控制过程重复多次。具有接入相关信息的输出信号接着被连续地从各个接入网络发送到ATC服务器,以便被输入到ATC算法中,提供连续的反馈控制信息。以这种方式,接入网络上的用户业务量分发可以相对当前接入网络情况的最优化使用而被连续地调整。这导致多接入系统中整体性能的增强,并构成了本发明的主要优点。此外,负载控制的连续迭代使得系统能够适应于在用户数量、由用户提供的业务量负载、用户的信道条件等方面发生变化的网络状况。
应当注意:接入网络通常部署内部业务量管理机制以响应于可用资源和进入的业务量来提高即将发生的业务量状况。这种机制可包括平衡重叠小区之间的移动终端的数量,越区切换在小区边界的移动终端,阻塞/丢弃呼叫以维持整体性能,等等。所有这些动作都在一个接入网络中在内部地被执行。然而,当这种AN内的业务量管理不能避免过载的情形下,仍然会有属于另外一个接入网络的重叠资源可用。在这种情况中,本发明提供的ATC解决方案非常有用,它通过ATCS为能够接入多个接入网络的移动终端提供了一个AN间的业务量管理。所提出的自适应业务量控制机制显著地提高了覆盖几种不同类型接入网络的系统中的整体性能(吞吐量,延迟,过载鲁棒性)。
虽然在理论上属于相同技术范围的某些现有业务量控制方案也可以被用在使用相同技术的运营商之间,但这些业务量控制方案所需的性能测量通常是允许知道的(revealing)以便在所涉及的各方之间被共享。按照本发明的在网络级上的控制提供了更好的隐藏该信息的方式,并且最重要地,对于不同的接入技术可以保持它的一般性。这种接入技术无关性是本发明另外一个有利的特征。
由ATC系统形成的闭环控制系统能够以一种系统功能块模型来表示,这方便了基于来自自动控制理论的工具的系统分析。图4包含了按照本发明的、业务量受控的多接入系统的这样一种框图。信号记号与图3中的相对应。
ATC控制器70,例如ATCS,生成系统控制信号u(t)以使得最小化误差信号e(t),即达到稳定状态。本发明的一个优选实施例使用一种常规的比例和积分(proportional and Integral,PI)控制器[5]用于控制算法G(t)。然而,其它的控制器也可被用于本发明的ATC控制算法,包括最小方差控制器和类似RST控制器的具有模型依赖多项式的控制器,以及比例、积分和微商(proportional Integral and derivative)(PID)及纯比例(pure proportional,P)控制器。取决于控制算法设计,ATC控制目标可以涉及除了误差信号e(t)以外的其它系统参数。
由于物理限制,基本上所有通信系统在某种程度上都是非线性的。在ATC的情况中,在被输入到多接入系统F(t)80之前,借助于限制器75将控制信号u(t)限制在所提供的业务量λ0(t)和零之间,此外,接入网络不宿有(host)超出限定数量的会话、呼叫、分组等,这可能会约束输出信号。这在整个控制环中造成了非线性,在系统设计中应该对此加以考虑。
对于接入网络选择的开/关方法和/或非受控的用户行为,存在一种网络振荡的风险。通过按照本发明的、适当地设计的ATC控制机制,可以避免这种振荡行为。在ATC设计中,考虑系统的复杂的随机行为、以及使类似稳定性和响应时间的因子相互对照地加权是非常重要的。
为了进一步说明该系统模型,将在“ATC系统例子”一节中分析操控两个接入网络的示例ATC系统。
所描述的例子主要关注这样一种解决方案:在ATC服务器上执行ATC控制算法,ATC服务器向ATC客户发送一个控制信号,ATC客户进而又负责最终的接入选择。这种全面的网络方法与接入网络中一种优秀的整体业务量状况视图相关联,并且为有效的整体业务量控制提供反馈信息。然而,取决于类似终端能力、电池能量状况、运行者的优先选择等因素,有时候更愿意不同地安排ATC功能。确定接入网络上业务量分布的功能性(即ATC算法和业务量散布判决)的放置,在很大程度上是可选的,并且可被看作是一种依赖于网络情况的灵活折中。
在一个完全以网络为中心的实施例中,例如借助于ATC算法的业务量控制信号的确定在ATC服务器上被执行,ATC服务器还决定应当如何进行业务量散布。ATC服务器将业务量散布判决转发到ATC客户,ATC客户按照来自ATC服务器的指令执行业务量分发动作。这个解决方案通常需要把终端特定的接入信息(图3中的Ymn)从多接入终端传送到ATC服务器,以便由ATC服务器用作业务量分发的基础。
在本发明的另一个实施例中,ATC计算被委托给多接入终端中的ATC客户。然后ATC服务器从接入网络向ATC客户转发经聚合的和/或经处理的接入相关信息,ATC客户执行ATC算法并且执行业务量散布判决。接入相关信息可以通过推和/或拉机制从ATC服务器传送到终端。在这种情形下,终端通常不向ATC服务器发送终端特定的接入信息,并且有时候直接将一些接入相关信息馈送回终端也可以是适宜的。然而,应当理解:即使在ATC客户上执行ATC计算,ATC服务器仍然可以控制AN选择和业务量分发过程。
介于这两种实施方案之间的各种解决方案也是可能的,包括一种优选实施例,其中在ATC服务器上执行ATC计算,ATC服务器向ATC客户发送一个包括业务量控制信号的业务量分发推荐。本发明的不同实施例因而可以包括委托给多接入终端的不同程度的控制。然而,应当强调:本发明决不局限于对于所有多接入终端具有相同控制解决方案的通信系统。包括与不同程度的客户控制/自身控制相关联的、共存的多接入终端的自适应业务量控制系统也落在本发明范围之内。对于不同的多接入终端可以在不同的网络位置执行业务量控制动作的系统事实上非常有利,因为它们提供了一种灵活的整体自适应业务量控制机制,该机制可被应用在不同类型的移动多接入节点上。
图5是一个流程图,其总结了按照本发明一个优选实施例的业务量控制方法的主要原则。在第一步骤S1中,接入相关信息从各个接入网络被传递到业务量控制服务器(ATC服务器)。优选地,ATC服务器也从多接入终端接收信息。ATC服务器是基于网络的,即被安排在网络侧/网络级,当在下一步骤S2中接收到信息后其执行一些协调动作。这包括聚合,并且典型地还包括对来源于不同源的信息进行的数据处理。
此后,在步骤S3中基于来自接入网络(以及多接入终端)的经协调的信息来确定一个业务量控制信号。这是通过自适应业务量控制计算来实现的,该计算优选地包括为了达到一个预定的控制目标而迭代执行一种自适应业务量控制算法,所述控制目标诸如是最小化来自受控的接入系统的输出信号和预定的参考测量/信号之间的差异。在一个优选实施例中,在ATC服务器上执行所述自适应业务量控制算法,但也可以有这样的实施例:替代地在与多接入终端相关联的业务量控制客户(ATC客户)上以一种可至少部分地由客户控制的或由ATC服务器控制的方式来执行该算法。
在最后步骤S4中,响应于该业务量控制信号,用户业务量被散布或分发到接入网络的至少一个子集。用户业务量通常被同时分发在多个接入网络上,但是在某些情形下或对于有限的时间段,让一个接入网络拥有所有业务量可能是适宜的。(在这个上下文中,“同时”分发业务量意味着,在某个特定的时间段期间有业务/分组流去往接入网络中的每一个的意义上讲,在那个时间段期间使用多个接入网络。)优选地,由ATC客户基于来自ATC服务器的业务量分发信息来执行如何在不同接入网络上散布业务量的判决,但也可以在ATC服务器或ATC客户上执行该判决,例如这是结合自适应业务量控制计算。然而,总是在多接入终端上执行实际的业务量散布。
在本发明的一个优选实施例中,从ATC服务器传输到ATC客户的业务量分发信息可以例如涉及到一种包括控制信号的、直接或间接的业务量散布推荐。这样的推荐可以被直接地应用于业务量分发目的,或者可以是一种包括供ATC客户用来确定业务量分发的或多或少的一般信息的间接推荐。
与一个ATC服务器相关联的不同的接入网络连续地向该ATC服务器发送性能数据。在接入网络是一个相对较大网络(诸如是一个蜂窝运营商的整个网络)的情形下,将不同的多条信息与不同的子网相关联可能是适宜的,子网也被称为接入网络资源(ANR)。在图6中图示了这点,其中按照本发明的一个实施例,多个(K个)接入网络20正向ATC服务器单元61传送信息。在这个例子中,每个AN 20包括三个由资源管理器23操控的ANR 22。资源管理器23用作将要被传输到ATC服务器61的信息的协调器。
接入网络20因而通过资源管理器23连续地向ATC服务器61发送包括性能数据的信息。所述信息可以例如包括测量的输出信号yi(t)、期望的参考值yref以及该信息所适用的ANR的标识符ANR_ID的一个集合,或一个向量。该输出信号可以例如包括阻塞率、分组/比特错误率或负载水平的单一测量或组合测量。当接入网络包括几百或几千个ANR位置时(一个ANR可以是一组小区站点),与ANR相关信息一起发送ANR_ID特别有利。
在一个优选实施例中,在ATC服务器61上为每个接入网络20执行ATC控制算法。然后每个控制算法Gi给出所需的控制信号ui(t),对于ANi,该控制信号满足期望的参考值yref_i。控制信号ui(t)被聚合成一个组合的控制信号utot(t)(整体/全部控制算法Gtot的输出),其被广播到多接入终端中的ATC客户。这个控制信号utot(t)可以是向量或矩阵的形式,其元素为各个接入网络20的每个ANR 22解决了一个或多个控制值。
此外,移动终端可以向ATC服务器通知它能够获得并利用可用接入网络的哪些ANR_ID。借助于这种选择性的反馈,有可能仅仅传送与可用的ANR_ID有关的控制信息,并且在每个终端上所接收到的控制信息量可被减少。然而,从ATC服务器的观点来看,这意味着ATC服务器需要向可以利用接入网络中同一组ANR的终端/终端组单播/多播特定的控制消息,而不是向所有终端发送相同的信息。
基于会话的ATC
多接入终端通常基于反馈控制信号u(t)在可用的接入网络上散布其业务量。如已提到的,接入选择可以是基于会话的或基于分组的。基于会话的接入选择意味着每当一个新的会话将要被发起时,诸如在建立一个新的输送控制协议(TCP)连接或用户数据报协议(UDP)会话期间,在所使用的接入网络接口中可以发生变化。通常为整个会话维持所选择的接入网络(除非移动性支持功能导致一个变化)。下面将参考图7来描述按每个会话的业务量散布,图7图示了按照本发明一个优选实施例的接入网络选择。
图7图示了在宿有几个应用11的移动节点10中的会话发起流程。ATC客户12充当终端10中应用11和输送层之间的中间件。基于来自ATC服务器61的反馈信息u(t),来自应用11的新的会话(连接)请求借助于移动终端10中的会话控制子功能16被定向到接入网络接口14。
相应地,每个新发起的会话15,例如一个TCP或UDP会话,触发会话控制子功能16中的一个接入选择。该会话被指配一个本地有效的唯一会话句柄(handle)。当收到来自应用11的会话请求时,会话控制子功能16向ATC客户12中的AN选择子功能17发送一个选择查询。该查询可以包含应用类型、QoS需求以及所指配的会话句柄。基于这个信息以及ATC服务器反馈值u(t),AN选择子功能17借助于业务量散布算法优选地决定为会话15使用哪个接入网络。影响该判决的其它需求可以来自应用11以及该终端电源管理。基于这些应用需求、终端优先选择和ATC反馈控制信号,AN选择子功能17向会话控制子功能16发送一个响应,具有要用于正被讨论的会话15的接入网络。该接入网络例如通过外出接口14的IP地址被标识。
在接收到接入选择响应之后,会话控制子功能16基于源IP地址、源端口号、目标IP地址以及目标端口号来执行一个唯一的会话标识。会话15到接入网络的这个关联被称为会话绑定(service binding)。一旦通过会话绑定动作建立起会话,贯穿会话的剩余部分,与其关联的分组全部通过所选择的接入网络接口14发送。
一旦完成接入网络选择,实际的数据分组流典型地不经过ATC客户12。会话绑定被用于将每个会话流的IP分组定向到与其关联的外出接入网络接口14。这可以通过移动终端10中的策略路由、利用基于会话绑定的路由判决来实现。就下面的意义而言,所述会话绑定是双向的:已建立的、被捆绑到一个特定的外出接入网络14的会话15预期也在相同接口上接收分组。
与基于会话的业务量散布相关联的一个优点是:它比对应的基于分组的散布涉及到更少的处理。在后一种情形中,必须为从终端发送到网络的每个分组做出接口选择的判决,并且反之亦然。基于会话的接入选择的另一个优点是:可以避免对属于同一会话的例如TCP分组的重新定序。一个会话中的分组(例如TCP或UDP)有乱序到达的风险,这可能触发冗余的重传。如果接口选择是按每个会话做出的,可预期这个事件的发生不太频繁,并且分组顺序不会受影响。
因此,为了缩减网络以及用户设备中的处理,ATC优选地以整个会话和/或呼叫的时标来工作。然而,如果认为适宜的话,ATC也能够以更小的时间粒度做出判决,例如按每个分组。
具有移动性支持的ATC
对于许多应用来说,即使当由于例如缺乏覆盖而初始接口变得不可用时,也期望维持一个会话。由于会话身份通常被绑到所使用的接入网络接口的IP地址(会话绑定),所以简单切换到具有另一个IP地址的另一个接入网络将打断该会话绑定,并且该会话将会丢失。
处理这个问题的一种方式是:为该应用保留相同的IP地址,而改变这个IP地址所关联的物理接口,如移动IP(MIP)解决方案[6]中那样。在MIP中,不论移动终端在什么位置,该终端都被指配一个供其应用使用的归属IP地址。如果该移动终端在一个外地网络中,则去往和来自归属网络的业务量将借助于IP隧道经由一个外地代理或直接到该终端地被中继。以这种方式,MIP功能维持去往/来自该终端中应用的IP业务流,好像该终端始终处于归属网络中一样。
按照本发明的ATC方案的一个优选的移动性机制基于MIP架构。然而,由于会话在活动接口上散布,按照本发明所使用的移动终端可以在不止一个接入网络接口上具有同时的IP流。MIP因而不适当,因为它在某一时刻只用每个移动终端的一个活动接口来工作,而ATC系统的移动性功能必须能够在一组同时活动的接入接口上工作,每个接口连接到各自的接入网络。本发明因此借助于IP隧道实现了移动性,但是提出了额外的特征,诸如移动性IP地址和虚拟接入网络接口,从而能够操控多个活动接口之间的移动性。现在将参考图8详细描述具有移动性支持的ATC的一个实施例。
所提出的移动性服务由三个主要功能块组成:移动性客户(MC)13,移动性服务器(MS)62,以及移动性代理(MA)21。MC、MS以及MA的实现可以分别有利地基于MIP客户、MIP归属代理和MIP外地代理。MC 13为多接入终端10操控接入网络检测以及会话连续性。图8的MC 13被安排在移动多接入终端10中,该终端具有与图7中的功能元件相对应的功能元件。MS 62操控网络中的会话连续性功能性,例如移交和/或多流复用/解复用。在所示的例子中,MS 62与ATC服务器61一起被安排在整体/多功能服务器60中。MS 62优选地包括一个移动性路由单元/功能63,它能够通过IP过渡网络(诸如互联网40)与对应(correspondent)节点45进行通信。MA 21提供了分布在不同接入网络20中的移动性支持,诸如移动性功能服务和移动性重定向功能的检测。
按照本发明的移动性机制的一个主要特征是:多接入移动终端10按每个接入网络20来使用一个“归属”IP地址,其被称为移动性IP地址。移动性IP地址由MS 62发放,以便被使用于多接入网络中需要会话连续性的应用11。各个移动性IP地址与各个接入网络20的关联随着终端10移进和移出不同接入网络20的覆盖范围而动态地变化。
MC 13或是直接地或是经由位于接入网络20中的MA 21地通过每个活动的接入网络将终端10注册到MS 62。对于每个接入网络,该终端由此向MS提供接入网络20中MA 21的IP地址(转交(care-of)IP地址),或是其自身接入网络接口14的IP地址(共同定位的转交IP地址)。如果接入网络中没有MA,典型地使用后一种情形。MS 62使用这些地址来建立IP隧道90。各个IP隧道90要么被安排在MS 62和MA 21之间,要么被安排在从MS 62一直到MC 13。在图8的例子中,该终端使用一个共同定位的转交IP地址(AN 1)与两个基于MA的转交IP地址(AN 2和AN 3)的组合。
在注册处理过程中,MS 62也向终端10提供每一接入网络20一个移动性IP地址,即每个移动性隧道90一个移动性IP地址。在MC 13,把各个移动性IP地址与各个虚拟接口18关联,每个虚拟接口18与特定接入网络接口14松散地关联,该特定接入网络接口例如是到通过其检索该地址的接入网络20。随着通信会话15(例如一个TCP或UDP会话)被建立,该终端中的应用11接下来使用其中一个虚拟接口18,因而使用其中一个移动性IP地址。用于会话15的虚拟接口分配可以如参考图7所描述的那样被执行,但是是在虚拟接口18上而不是实际的接入网络接口14上操作。
当一个接入网络20变得不可用时,关联的虚拟接口18(以及移动性IP地址)需要与另外一个可用的接入网络关联。MC 13调用一个移交机制来移动与移动性IP地址关联的会话。为此,可以建立一个从MS到MC/MA的新的移动性隧道,但是它在另外一个接入网络上。如果已经存在一个用于从MS 62到MC 13/MA 21的业务量的的隧道90,其使用另外一个虚拟接口/移动性IP地址,则一种备选方案是令被移动的业务流改为使用这个隧道,如图8所示,其中AN 2正在代替不可用的AN 1。这仅仅需要更新MS 62、MA 21(如果使用的话)以及终端10中的IP地址绑定。然而,在有些情形中,由于安全顾虑,这样一种更新会是困难的,因而提供了新的IP隧道。
优选地,新的会话不应该被定向到与不可用的接入网络20关联的虚拟接口18,而是代之以由ATC客户12指配一个活动的虚拟接口。这使得同一个接入网络关联有多个移动性IP地址的情况是临时的。随着使用“被移动的”虚拟接口的正进行会话的结束,这个虚拟接口最终变为不使用的并且可以被终止。备选地,如果该接入网络再次变成活动的,虚拟接口可以通过所描述的移交机制被“移动”回原来的接入网络。
ATC系统的移动性功能导致额外程度的动态性,因为在会话期间,业务流可在接入网络之间移动。因此,控制算法被优选地设计成补偿控制环中额外的“噪声”(除非该移交会话正在被聚合的业务流中占支配地位)。
ATC系统例子
图9图示了一个例子的情形,其中按照本发明一个实施例的自适应业务量控制被应用到一个相对简单的通信系统,所述通信系统包括共享数据通信业务量的一个蜂窝接入网络和一个WLAN接入网络。接入网络20具有两种类型的移动终端:可以使用/达到WLAN接入或蜂窝接入的终端10,以及例如由于设备约束或覆盖局限性而只能使用其中一种网络的终端9。从控制的观点看,为了实现控制目标(Yref),ATCS 61只有让双接入终端10来合作。发送进入该系统的业务量是以会话到达的形式,诸如TCP或UDP会话发起。一个会话到达意味着IP分组流将随之到来达有限的一段时间。这与传统电话系统中的呼叫的到达和持续很相似。对于蜂窝、WLAN以及共享业务量,会话到达的速率分别用λc(t)、λw(t)以及λs(t)表示。
为了设计一个用于该系统的控制算法,引入了该受控系统的一个动态模型。在这种情形中,用一个多服务器有损失系统的流体流动模型来近似蜂窝网络,用一个流体流动处理器共享(PS)模型来近似WLAN网络。在蜂窝模型中,假定到达的每个会话在该会话持续期间占用一个服务器,并以速率μc(t)被服务。在WLAN模型中,替代地假定到达的会话以总速率μw(t)公平地共享该服务器容量。与多服务器模型相比的主要差别在于:将用全容量来服务单个会话。
在这个示例系统中,ATC的目标是将两个接入网中的系统占用率(服务的会话数)保持在某个水平以下。用于蜂窝系统的(流体流动)占用水平yc(t)的微分方程是:
并且对于WLAN系统,用于占用率yw(t)的微分方程是:
其中uc(t)和uw(t)是用来控制该系统的控制信号。对于该控制信号,下式成立:
(3)中的约束使得对进入的业务量能够进行以概率uc(t)和uw(t)的概率性的业务量分割,这简化了控制功能的实现以及该系统的排队分析。
yc(t)和yw(t)都是正数值,即占用率不能为负。此外,由于假定了流体流动近似,占用率可以为任何实数值而不仅仅是整数。
为该系统部署的控制算法按照下面的设计将比例和积分(PI)控制定律使用于每个子系统(蜂窝和WLAN)中的系统占用率:
其中占用率值相对于期望参考值的误差信号被定义为:
注意(4)仍然必须遵守(3)中的约束。参数K和Ti按照系统将有多快地跟踪参考值而对控制环的动态性进行控制。K和Ti值的错误选择可能引起系统振荡,并且这种振荡可能会被非线性系统行为加剧,所述非线性系统行为是由占用水平(非零和最大占用率)以及控制信号(在0和1之间)中的约束造成的。参数K和Ti应被确定得以致系统传输函数的解决方案保持平稳,即传输函数的特征多项式的极点落在负虚数平面中。在这个例子中,通过模拟该受控系统的动态模型确定了K和Ti。
图10是一个框图,它图示了按照本发明一个示范实施例的、图9中系统的动态模型的业务量控制。该系统基于各个接入网络的上述模型,并且控制算法使用一个PI控制器。这个示例系统的计算机模拟表明:利用本发明的ATC方法可以在不同的接入网络当中实现优秀的业务量分担。
虽然参考特定的所示实施例描述了本发明,但应当强调它也覆盖了所公开特征的等价特征、以及对本领域技术人员来说显而易见的修改和变种。因此,本发明的范围仅仅由所附的权利要求限制。
参考文献
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[3]美国专利申请2001/0141393 A1,G.Eriksson等人,公布日期2002年10月3日
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[6]C.Perkins,《IP mobility Support for IPv4(用于IPv4的IP移动性支持)》,IETF RFC 3344,2002年8月.
Claims (35)
1.一种用于通信系统(100)中业务量控制的方法,所述通信系统包括多个接入网络(20)和至少一个移动多接入终端(10),所述方法包括如下步骤:
-在所述通信系统的一个基于网络的业务量控制服务器(61)上从所述接入网络的至少一个子集接收接入相关信息;
-在所述业务量控制服务器上协调该接入相关信息;
-基于经协调的接入相关信息通过自适应业务量控制计算来确定一个业务量控制信号;以及
-响应于该业务量控制信号,在多接入终端的业务量控制客户(12)上将业务量散布到所述接入网络上。
2.权利要求1所述的方法,其中所述自适应业务量控制计算涉及到迭代地执行一个自适应业务量控制算法来达到一个预定的控制目标。
3.权利要求1所述的方法,其中所述散布步骤涉及到基本上同时地在至少两个接入网络上分发业务量。
4.权利要求1所述的方法,其中所述确定步骤在业务量控制服务器(61)上被执行,并且涉及到该业务量控制服务器的一个业务量散布判决,以及所述方法进一步包括将所述业务量散布判决转发到业务量控制客户(12)。
5.权利要求1所述的方法,其中所述确定步骤在业务量控制服务器(61)上被执行,并且所述方法进一步包括如下步骤:
-从该业务量控制服务器向业务量控制客户(12)传送一个包括所述业务量控制信号的业务量分发推荐;以及
-在该业务量控制客户上基于所述业务量分发推荐来决定如何将业务量散布到接入网络(20)上。
6.权利要求4或5所述的方法,包括进一步的如下步骤:在业务量控制服务器(61)上从多接入终端(10)接收终端特定的接入信息,在所述业务量控制服务器上所述终端特定的接入信息被用于确定和/或决定步骤中。
7.权利要求1所述的方法,包括进一步的如下步骤:从业务量控制服务器(61)将所述经协调的接入相关信息转发到业务量控制客户(12),并且其中所述确定步骤在该业务量控制客户上被执行。
8.权利要求1所述的方法,其中所述业务量散布步骤进一步基于终端需求和/或接入网络需求。
9.权利要求1所述的方法,其中对于具有多个多接入终端(10)的通信系统(100),对于所述多接入终端的至少一个子集,在不同网络位置为不同的多接入终端执行业务量控制动作。
10.权利要求1所述的方法,其中所述自适应业务量控制计算涉及到最小化接入相关参数的期望值和当前值之间的差异。
11.权利要求10所述的方法,其中所述接入相关参数的期望值在相应的接入网络(20)上被确定,并且被包括在从相应的接入网络传送给业务量控制服务器(61)的接入相关信息中。
12.权利要求10所述的方法,包括如下步骤:在基于网络的业务量控制服务器(61)上确定所述接入相关参数的期望值。
13.权利要求1所述的方法,其中所述在业务量控制客户(12)上的业务量散布步骤是基于会话的。
14.权利要求13所述的方法,其中所述业务量散布步骤进而又包括如下步骤:
-在多接入终端(10)上接收一个会话请求;
-在该多接入终端中的业务量控制客户(12)上为该会话请求之会话(15)选择一个接入网络(20);以及
-在该业务量控制客户上将该会话与所选择的接入网络关联,由此该会话的分组被定向到所选择的接入网络。
15.权利要求1所述的方法,包括进一步的如下步骤:
-为多接入终端(10)的每个接入网络(20)指配一个相应的移动性IP地址;以及
-在多接入终端上,将相应的移动性IP地址与相应的虚拟接入网络接口(18)关联。
16.权利要求2所述的方法,其中所述自适应业务量控制算法选自如下组中:比例和积分(PI)控制算法,比例、积分和微商(PID)控制算法,比例(P)控制算法,最小方差控制算法以及RST控制算法。
17.权利要求1所述的方法,其中业务量控制服务器(61)与一个整体接入服务器(60)关联,所述整体接入服务器具有用于接入操控、移动性和安全性的装置。
18.一种通信系统(100),包括多个接入网络(20)、至少一个移动多接入终端(10)以及用于业务量控制的装置,所述用于业务量控制的装置包括:
-用于在该通信系统中的基于网络的业务量控制服务器(61)上从所述接入网络的至少一个子集接收接入相关信息的装置;
-用于在所述业务量控制服务器上协调该接入相关信息的装置;
-用于基于经协调的接入相关信息通过自适应业务量控制计算来确定一个业务量控制信号的装置;以及
-用于响应于该业务量控制信号,而在与该多接入终端关联的业务量控制客户(12)上将业务量散布到该接入网络上的装置。
19.权利要求18所述的系统,其中所述用于确定的装置进而又包括:用于为了预定的控制目的而迭代地执行一个自适应业务量控制算法的装置。
20.权利要求18所述的系统,其中所述用于确定的装置被安排在业务量控制服务器(61)上,并且该系统进一步包括:
-用于从所述业务量控制服务器向业务量控制客户(12)传送一个包括所述业务量控制信号的业务量分发推荐的装置;以及
-用于在业务量控制客户上基于所述业务量分发推荐来决定如何将业务量散布到接入网络(20)上的装置。
21.权利要求18所述的系统,具有多个多接入终端(10),其中,对于所述多接入终端的至少一个子集,不同的多接入终端包括与不同程度的自身控制相关联的业务量控制装置。
22.权利要求18所述的系统,其中业务量控制服务器(61)与一个整体接入服务器(60)关联,所述整体接入服务器具有用于接入操控、移动性和安全性的装置。
23.权利要求18所述的系统,其中所述通信系统的接入网络(20)包括至少一个使用选自下列组中的技术的接入网络:GPRS,WLAN,以太网,蓝牙,WiFi,xDSL,CDMA,WCDMA以及电缆调制解调器。
24.一种通信系统(100)中的基于网络的业务量控制服务器设备(61),所述通信系统包括多个接入网络(20)、至少一个移动多接入终端(10)以及用于业务量控制的装置,所述服务器设备包括:
-用于从所述接入网络的至少一个子集接收接入相关信息的装置;
-用于协调所述接入相关信息的装置;
-用于基于所述经协调的接入相关信息通过自适应业务量控制计算来确定一个业务量控制信号的装置;以及
-用于将包括所述业务量控制信号的业务量分发信息传送给所述多接入终端的业务量控制客户(12)的装置。
25.权利要求24所述的服务器设备,其中所述用于确定的装置进而又包括:用于为了预定的控制目的而迭代地执行一个自适应业务量控制算法的装置。
26.权利要求24所述的服务器设备,其中所述用于确定的装置包括业务量散布决定装置,并且所述服务器设备(61)进一步包括用于将所述业务量散布判决转发给所述业务量控制客户(12)的装置。
27.权利要求24所述的服务器设备,其中所述业务量分发信息包括一个业务量分发推荐,业务量可以基于该推荐而被散布到接入网络(20)上。
28.权利要求24所述的服务器设备,进一步包括用于从多接入终端(10)接收终端特定的接入信息的装置。
29.权利要求24所述的服务器设备,其中所述协调步骤涉及到聚合或处理接入相关信息。
30.权利要求24所述的服务器设备,其中所述自适应业务量控制计算涉及到最小化接入相关参数的期望值与当前值之间的差异。
31.权利要求25所述的服务器设备,其中所述自适应业务量控制算法选自如下组中:比例和积分(PI)控制算法,比例、积分和微商(PID)控制算法,比例(P)控制算法,最小方差控制算法以及RST控制算法。
32.权利要求24所述的服务器设备,与一个整体接入服务器(60)关联,所述整体接入服务器具有用于接入操控、移动性和安全性的装置。
33.一种通信系统(100)中的移动多接入终端(10),所述通信系统包括多个接入网络(20)、一个基于网络的业务量控制服务器(61)以及用于业务量控制的装置,所述终端包括:
-用于在业务量控制客户(12)上从所述业务量控制服务器接收包括一个业务量控制信号的业务量分发信息的装置,所述业务量控制信号是通过自适应业务量控制计算被确定的;以及
-用于响应于所述业务量控制信号而在业务量控制客户上将业务量散布到接入网络上的装置。
34.权利要求33所述的多接入终端,其中所述用于散布的装置涉及到用于将业务量基本上同时地分发到至少两个接入网络上的装置。
35.权利要求33所述的多接入终端,其中所述用于散布的装置又包括:
-用于接收会话请求的装置;
-用于在所述业务量控制客户(12)上为该会话请求之会话(15)选择一个接入网络的装置;以及
用于在业务量控制客户上将该会话与所选择的接入网络关联的装置,由此该会话的分组被定向到所选择的接入网络。
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