FR2770716A1 - Procede pour une fonction de commande d'admission pour un reseau de donnees sans fil - Google Patents

Procede pour une fonction de commande d'admission pour un reseau de donnees sans fil Download PDF

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Abstract

Procédé pour autoriser un nouveau trafic sur un réseau de données sans fil. Une demande de service est reçue d'un poste mobile (100). Une largeur de bande effective de la demande de service est estimée (110) à l'aide d'un moyen d'estimation récurrente. S'il y a une capacité additionnelle suffisante sur le réseau de données sans fil pour admettre la demande de service, la demande de service est accordée. En réponse, on applique (160) un réglage discret, sur la base de la largeur de bande effective, au moyen d'estimation récurrente.

Description

PROCÉDÉ POUR UNE FONCTION DE COMMANDE D'ADMISSION POUR
UN RÉSEAU DE DONNÉES SANS FIL
La présente invention concerne, de façon globale, une fonction de commande d'admission pour un réseau de données sans fil.
Les réseaux de données sans fil cherchent à fournir aux utilisateurs des niveaux garantis de qualité de service (QoS) tout en permettant aux opérateurs du réseau d'exploiter le gain de multiplexage statistique associé au fait que plusieurs utilisateurs partagent de multiples ressources (c'est-à-dire les utilisateurs pour lesquels ces multiples ressources ne sont pas seulement dédiées à leurs demandes individuelles). Cela est du en partie au fait que les demandes de ressources de N utilisateurs multiplexés pouvant être de nature par à-coups, sont inférieures à la somme des demandes individuelles de ressources pour chaque utilisateur.
Les garanties de QoS nécessitent un certain type d'allocation de ressources. Selon le vocabulaire usuel, la période pendant laquelle les ressources qui sont de façon usuelle des circuits et des commutateurs réels sont allouées, est référencée comme une connexion physique pendant une durée d'un circuit réel. Lorsqu'on utilise un multiplexage statistique, à l'inverse du vocabulaire usuel, la période durant laquelle l'ensemble des ressources partagées sont réservées, est référencée comme un "contexte" (c'est-à-dire une connexion logique) pendant la durée d'un circuit virtuel. Dans un réseau de données sans fil, ce "contexte" commence par l'activation d'un circuit virtuel de protocole de données de paquets (c'est-à-dire transportant des paquets à partir de différents réseaux externes) et se termine par la désactivation du circuit virtuel de protocole de données de paquets. Cela ne doit pas être confondu avec le fait que, dans un réseau de données sans fil, il existe des services, à la fois, orientés en connexion et en déconnexion offerts aux applications. Par exemple, même si une application utilise les services hors connexion du type à protocole d'internez d'un réseau de données sans fil, il existe une connexion entre les couches de réseau dans le poste mobile et dans le poste de base. C'est à ce niveau que la fonction de commande d'admission agit. La fonction de commande d'admission d'un réseau de données sans fil décide pour chaque demande entrante de circuit virtuel si une association suffisante de ressources partagées est disponible pour satisfaire aux conditions de QoS du circuit virtuel. Les ressources sont dédiées à un circuit virtuel particulier seulement lorsqu'elles sont réellement requises pour effectuer un transfert de données et seulement pendant la durée du transfert.
Pour effectuer une allocation de ressources, la fonction de commande d'admission doit être capable de déterminer la charge sur chaque élément du réseau ainsi que ses propres systèmes secondaires de réseau. Cela comprend sans y être limité un quelconque réseau externe comme un réseau de données par paquets, un réseau téléphonique public commuté, un réseau de données sans fil ou un réseau public voisin de poste mobile terrestre ainsi que son propre système secondaire de réseau et son système secondaire de poste de base. La fonction de commande d'admission est le point central de consolidation et de décision de mesure pour admettre de nouvelles demandes de service dans le réseau. Cette fonction pourrait être placée sur un quelconque noeud du réseau comme le noeud de support de service radio général par paquets (GPRS), le poste de base, le centre de gestion du réseau et le centre de commutation mobile pour en désigner quelques-uns.
En général, la charge sur un élément particulier du réseau peut être déterminée de deux façons : 1) par blocage sur l'accumulation des demandes de service précédemment accordées; et 2) par mesure de la charge réelle du réseau.
Une mesure de la charge du réseau est effectuée, de façon usuelle, par un noeud du réseau comme un noeud de support général ou un poste de base. Malheureusement, il existe des problèmes de détermination de la charge sur les réseaux comme une insensibilité aux fluctuations de charge ou une précision des demandes de service s'accumulant.
Des approches basées sur une mesure subissent en particulier le problème suivant. Selon ces procédés, il existe un retard de temps pendant lequel la mesure doit se régler sur le nouveau trafic (c'est-à-dire les demandes de service) qui a été récemment admis dans le réseau. Lors de cette période, le réseau peut recevoir une nouvelle demande de service et accorder cette demande en pensant que le réseau de données sans fil possède une capacité suffisante de surplus pour supporter la demande. En fait, le réseau de données sans fil peut cependant ne pas avoir de capacité suffisante de surplus à cause du retard de temps associé à la mesure s'adaptant à la demande de service précédemment admise.
On a recherché des fonctions de commande d'admission pour le compte de la QoS dans des réseaux de Mode de
Transfert Asynchrone (ATM). Ces réseaux ATM fonctionnent à très grande vitesse (de façon usuelle, au-dessus de 150 mbps) et sur des liaisons fiables câblées ou à fibres optiques. Selon une si grande vitesse de transmission, la fonction de commande d'admission peut ne pas être optimale en restreignant l'allocation de ressources et en réservant plus de largeur de bande que le minimum requis pour obtenir la QoS. Les réseaux ATM transportent normalement un mélange de classes de QoS comprenant une cadence binaire constante et une cadence binaire variable avec un retard fixé. Ces classes sont prévues pour une transmission de la voix ou de la vidéo pour lesquelles le retard est plus important que la fiabilité de la délivrance (c'est-à-dire si les données sont retardées, elles peuvent être alors mises de côté plutôt que d'être délivrées de façon fiable). A l'inverse, les réseaux de données sans fil présentent des vitesses de transmission relativement faibles, de façon usuelle inférieures à 200 kbps, ce qui doit être fortement optimisé. De plus, la fiabilité des données est normalement plus importante dans les réseaux de données sans fil que le retard. Des procédés de liaison solide de transmission comme une correction d'erreur directe ou une demande automatique de répétition sont requis pour obtenir une intégrité des données sur la liaison de données sans fil pouvant être soumise à de hauts niveaux d'interférences.
En conclusion, les fonctions existantes de commande d'admission ne remplissent pas, de façon suffisante, les besoins de réservation efficace des ressources dans les réseaux de données sans fil. Ainsi, il existe un besoin d'amélioration des algorithmes de fonction de commande d'admission pour des réseaux en général et dans des réseaux hybrides en particulier, pouvant comprendre des composants sans fil pouvant présenter une capacité limitée de largeur de bande et une non-fiabilité due à de hauts niveaux d'interférences.
Un mode de mise en oeuvre préféré de l'invention est à présent décrit, à titre d'exemple seulement, en référence aux dessins annexés sur lesquels
La Figure 1 est un organigramme autorisant un nouveau trafic dans un réseau de données sans fil selon la présente invention;
la Figure 2 est un graphe représentant une utilisation de la largeur de bande sous différentes contraintes de retards selon la présente invention;
la Figure 3 est un schéma représentant la capacité théorique de canal selon la présente invention; et
la Figure 4 est un synoptique d'un moyen d'estimation récurrente selon la présente invention.
Dans des réseaux en général et en particulier, dans des réseaux de données sans fil, on doit réserver des ressources de façon à fournir aux utilisateurs des niveaux garantis de QoS. Comme établi précédemment, la fonction de commande d'admission d'un réseau de données sans fil décide pour une demande entrante de service si des ressources suffisantes sont disponibles pour remplir la condition de
QoS d'une demande entrante de service. La présente invention fournit un procédé pour déterminer si des demandes additionnelles de service (c'est-à-dire un trafic) peuvent être admises sur le réseau de données sans fil tout en maintenant une certaine qualité de niveaux de service sur le réseau et par conséquent, pour chaque utilisateur du réseau.
En référence aux dessins, la Figure 1 illustre un organigramme autorisant un nouveau trafic (c'est-à-dire des demandes de service) sur un réseau de données sans fil selon la présente invention. Avant d'envoyer une quelconque donnée, la fonction de commande d'admission est amorcée par une demande de service à partir d'un poste mobile qui est envoyée à un poste de base à l'étape 100. Dans cette demande de service, le poste mobile doit spécifier la QoS à l'aide de descripteurs de trafic comme la cadence binaire moyenne, la cadence binaire de pic et le retard demandé. il existe d'autres paramètres comme la taille de paquet, la durée de paquet et les cycles nominaux pouvant être utilisés, de même, selon le procédé particulier choisi pour décrire les demandes de service.
La largeur de bande effective de la nouvelle demande de service est estimée à l'aide des paramètres de QoS à l'étape 110. La Figure 2 est un graphe représentant l'utilisation de la largeur de bande sous différentes contraintes de retard selon la présente invention. Comme illustré sur la Figure 2, la largeur de bande effective est la valeur de la largeur de bande devant être réservée de façon à remplir les conditions de QoS. Cette valeur est comprise entre la cadence binaire moyenne et la cadence binaire de pic. La valeur réelle dépend du retard recherché par l'utilisateur à partir du réseau de données sans fil.
Les conditions de retard de chaque demande de service correspondent à une classe de service indiquant la valeur du retard pouvant être toléré par l'utilisateur. Par exemple, comme illustré ci-dessous dans le tableau 1, une demande de service GPRS de classe 1 peut tolérer un retard unitaire moyen de données de paquet de 0,5 sec. Une demande pour un faible retard nécessite une plus grande pondération appliquée à l'estimation de pic. On constate qu'une simple estimation de la largeur de bande effective est une somme pondérée des cadences binaires moyenne et de pic, les pondérations étant fixées et prédéterminées pour la classe de retard de service. Les valeurs de pondération peuvent être mises en oeuvre sous la forme d'un simple tableau de consultation pour la classe de retard.
Tableau 1 Classes GPRS de QoS et Conditions de retard moyen
d'unité de données de paquet
Classe Moyenne Pavé de Moyenne Pavé de
(128 octets) 95% (1024 octets) 95% 1 0,5 sec 1,5 sec 2 sec 7 sec 2 5 sec 25 sec 15 sec 75 sec 3 50 sec 250 sec 75 sec 375 sec
En référence à nouveau à la Figure 1, une fois la largeur de bande effective de la nouvelle demande de service estimée à l'étape 110, la décision d'admission est prise à l'étape 120. La décision d'admission est déterminée en déterminant s'il existe une capacité suffisante de surplus sur le réseau de données sans fil pour adapter la largeur de bande effective de la demande de service.
La Figure 3 est un schéma représentant la capacité théorique de canal selon la présente invention. Comme illustré sur la Figure 3, un des attributs uniques de la présente invention consiste à utiliser une combinaison de la charge mesurée sur le réseau 10 et de la largeur de bande effective de la nouvelle demande de service 12 à l'aide d'un moyen d'estimation récurrente (décrit, de façon détaillée, en référence à la Figure 4) avec des réglages discrets par la charge admise de trafic (c'est-à-dire la largeur de bande effective de la nouvelle demande de service 12) pour fournir une estimation optimale de la charge mesurée sur le réseau. La capacité de surplus 36 (largeur de bande inutilisée) est obtenue à partir de la capacité théorique de canal 34 moins l'estimation courante de charge de réseau de données sans fil 30 de la largeur de bande effective. Les estimations courantes de charge de réseau de données sans fil 30 sont déterminées à partir d'échantillons de la charge mesurée à l'aide d'un procédé de filtrage sous la forme d'un moyen d'estimation récurrente.
La Figure 4 est un synoptique du moyen d'estimation récurrente selon la présente invention. Le moyen d'estimation récurrente 400 a pour effet le filtrage des échantillons de charge avec une plus grande pondération appliquée aux échantillons les plus récents, et il est possible d'ajouter des corrections occasionnelles toutes les fois qu'un saut de charge est attendu (c'est-à-dire lorsqu'un nouvel appel est admis ou un appel est terminé).
L'algorithme est le suivant
- le moyen d'estimation récurrente 400 est utilisé pour estimer la largeur de bande courante utilisée/inutilisée et pour ajouter/soustraire la cadence moyenne en tant que correction chaque fois qu'un appel est admis ou terminé;
- la condition de largeur de bande des nouveaux appels est estimée en tant que somme pondérée de la cadence de pic et de la cadence moyenne;
- des appels sont admis si la condition de largeur de bande du nouvel appel est plus faible que la largeur de bande estimée inutilisée.
Le paramètre "a" dans le moyen d'estimation récurrente 400 est appelé le gain de filtre et dans le mode de mise en oeuvre préféré, il commande la capacité du moyen d'estimation récurrente 400 à répondre aux variations de charge du trafic. Le paramètre "a" doit être initialisé selon les conditions principales du système. Des valeurs proches de 1 rendent le moyen d'estimation récurrente 400 plus lent (mais moins sujet aux variations aléatoires) tandis que de plus petites valeurs rendent le moyen d'estimation récurrente 400 plus rapide à réagir aux variations du réseau. La valeur du paramètre doit être maintenu entre 0 et 1. A cause de la possibilité d'une addition de corrections à l'estimation, le moyen d'estimation récurrente 400 est extrêmement avantageux lors de périodes où le nombre de connexions varie rapidement (par ex. à la mise en route du réseau).
En référence à la Figure 1, lorsqu'une capacité additionnelle suffisante est disponible, la fonction de commande d'admission délivre un accord d'admission au poste mobile, comme illustré à l'Étape 150. En réponse, on applique un réglage discret de la nouvelle largeur de bande (c'est-à-dire la largeur de bande effective de la nouvelle demande de service) au moyen d'estimation récurrente 400 à l'Étape 160. De cette façon, l'estimation de charge est réglée de façon instantanée par le moyen d'estimation récurrente 400 à l'aide du niveau de la largeur de bande effective de la nouvelle demande de service. Cela est effectué pour éviter un accord de demandes supplémentaires de service avant que le moyen d'estimation récurrente 400 n'ait atteint un état permanent avec le trafic nouvellement admis (c'est-à-dire la nouvelle demande de service). Lors de l'étape finale, la charge sur le réseau de données sans fil est contrôlée à l'Étape 170 à l'aide du moyen d'estimation récurrente 400 de telle façon que tout écart de la largeur de bande effective de la nouvelle demande de service et'du trafic réellement admis soit éliminé.
Lorsqu'une capacité additionnelle suffisante n'est pas disponible à l'Étape 120, la fonction de commande d'admission estime la largeur de bande disponible et ce qui peut être fourni à l'Étape 130. L'Étape 140 détermine s'il y a une quelconque largeur de bande disponible. Si une largeur de bande est disponible, la fonction de commande d'admission délivre un accord à l'Étape 150, indiquant la valeur de la largeur de bande pouvant être utilisée par la demande de service. S'il n'y a pas de largeur de bande disponible à l'étape 140, l'Étape 180 est prise en compte et la fonction de commande d'admission rejette la demande de service et notifie le rejet au poste mobile. Lors de la réception du rejet, le poste mobile peut modifier la demande et soumettre une nouvelle demande de service si on peut tolérer un plus petit pic, une cadence moyenne des données ou un plus long retard. Si c'est le cas, le poste mobile émet une nouvelle demande et toute la procédure est à nouveau recommencée.
Dans le mode de mise en oeuvre préféré, un algorithme de fonction de commande d'admission hybride est utilisé pour déterminer si l'on doit admettre un nouveau trafic.
L'algorithme hybride possède trois paramètres de commande interne : 1) le gain de filtre; 2) l'intervalle moyen pour le contrôle du retard; et 3) un seuil normalisé de retard.
Ces paramètres sont internes au réseau seulement et peuvent être réglés selon les principales conditions du trafic. Ces paramètres sont prévus pour une commande de l'algorithme de fonction de commande d'admission seulement et ne sont pas échangés entre le poste mobile et le réseau. L'algorithme hybride de fonction de commande d'admission utilise une combinaison de la charge mesurée sur le réseau et du contrôle de retard. La technique hybride accepte une demande de service seulement si chacun des critères est acceptable. La charge mesurée sur le réseau est décrite cidessus en référence aux Figures 1 et 2. Le contrôle de retard estime le retard normalisé de paquets, de façon directe, plutôt que de se baser sur des indicateurs indirects d'encombrement comme la charge mesurée sur le réseau de données sans fil. Le retard normalisé est déduit du rapport du retard mesuré sur la QoS requise. Ainsi, le contrôle de retard peut détecter des cas où les conditions de QoS ne sont pas remplies même si la charge sur le réseau de données sans fil est relativement faible. L'algorithme de contrôle de retard est le suivant
- la conservation d'une estimation de la moyenne des derniers retards normalisés PDU de la couche de réseau subis dans chaque classe de QoS; et
- l'admission de la nouvelle demande de service tant que les retards estimés sont inférieurs à un seuil dans toutes les classes de QoS.
Selon la technique hybride, les paramètres de QoS sont le retard et la cadence binaire. Le retard est un retard moyen d'unité de données par paquets que subit le poste mobile lors du transport de paquets sur le réseau de données sans fil. Chaque demande de service correspond à une classe de service indiquant la valeur du retard pouvant être tolérée par la demande de service. La cadence binaire est une vitesse de transmission d'une unité de données par paquets sur le réseau de données sans fil. Ainsi, selon la technique hybride, la fonction de commande d'admission détermine s'il y a une capacité additionnelle suffisante sur le réseau de données sans fil pour accepter la demande de service et détermine si un retard moyen d'unité de données par paquets dans le réseau de données sans fil est inférieur à un retard spécifié indiqué par les paramètres de QoS dans la demande de service. Si chacun des critères est satisfait, la demande de service est alors accordée.
Ainsi l'invention prévoit un dispositif pour permettre un nouveau trafic sur un réseau de données sans fil qui comporte un récepteur pour recevoir une demande de service à partir d'un poste mobile possédant une largeur de bande effective, un émetteur pour émettre un accord d'admission vers le poste mobile, et un moyen d'estimation récurrente pour fournir une estimation de charge représentant une estimation de la charge sur le réseau de données sans fil et en réponse à l'accord d'admission, pour effectuer un réglage de l'estimation de charge sur la base de la largeur de bande effective de la demande de service.
Diverses modifications, variantes et variations seront évidentes à l'homme du métier à la lumière de la description précédente. Tandis que l'invention a été décrite en conjonction avec ses modes spécifiques de mise en oeuvre, l'invention n'est par conséquent pas limitée, dans ses aspects les plus larges, aux détails spécifiques, au dispositif représenté et aux exemples illustratifs illustrés et décrits. Ainsi, on comprendra que l'invention n'est pas limitée par la description précédente mais embrasse de telles variantes, modifications et variations selon l'esprit et le cadre des revendications annexées.

Claims (10)

REVENDICATIONS
1. Procédé d'admission de nouvelles demandes de service présentant des conditions de qualité de service sur un réseau de données sans fil possédant des paramètres de qualité de service, caractérisé par
- la réception d'une demande de service présentant des conditions de qualité de service à partir d'un poste mobile (100);
- l'estimation (110) d'une charge sur le réseau de données sans fil à l'aide d'un moyen d'estimation récurrente (400) afin de fournir une estimation de charge;
- la détermination d'une largeur de bande effective de la demande de service;
- la détermination du fait que les paramètres de qualité de service du réseau de données sans fil remplissent les conditions de qualite de service de la demande de service;
- l'acceptation de la demande de service; et
- l'application (160) d'un réglage discret sur la base de la largeur de bande effective de la demande de service à l'estimation de charge à l'aide du moyen d'estimation récurrente (400).
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les paramètres de qualité de service sont basés sur un retard.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le retard est un retard moyen d'unité de données par paquets que subit le poste mobile lors du transport des paquets sur le réseau de données sans fil.
4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les paramètres de qualité de service sont basés sur une cadence binaire.
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la cadence binaire est une vitesse de transmission d'une unité de données par paquets sur le réseau de données sans fil.
6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les paramètres de qualité de service sont basés sur un retard et une cadence binaire.
7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le retard est un retard moyen d'unité de données par paquets que subit le poste mobile lors du transport de paquets sur le réseau de données sans fil et la cadence binaire est une vitesse de transmission d'une unité de données par paquets sur le réseau de données sans fil.
8. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les conditions de qualité de service de chaque demande de service correspondent à une classe de service indiquant la valeur du retard pouvant être toléré par la demande de service.
9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'étape de détermination comprend la détermination du fait qu'il y a une capacité additionnelle suffisante sur le réseau de données sans fil pour accepter la demande de service et la détermination du fait qu'un retard moyen d'unité de données par paquets sur le réseau de données sans fil est inférieur à un retard spécifié, indiqué à partir de la classe de service de la demande de service.
- un moyen d'estimation récurrente pour fournir une estimation de charge représentant une estimation de la charge sur le réseau de données sans fil et en réponse à l'accord d'admission, pour effectuer un réglage de l'estimation de charge sur la base de la largeur de bande effective de la demande de service.
- un émetteur pour émettre un accord d'admission vers le poste mobile; et
- un récepteur pour recevoir une demande de service à partir d'un poste mobile possédant une largeur de bande effective;
10 Dispositif pour permettre un nouveau trafic sur un réseau de données sans fil, caractérisé par
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