TWI657678B

TWI657678B - 異質網路整合系統及其分流排程方法

Info

Publication number: TWI657678B
Application number: TW106133600A
Authority: TW
Inventors: 王柏學; 鄒曜駿; 吳思賢; 王中和; 劉家宏
Original assignee: 中華電信股份有限公司
Priority date: 2017-09-29
Filing date: 2017-09-29
Publication date: 2019-04-21
Also published as: TW201916645A

Abstract

本發明提供一種具省電能力的異質網路整合系統及其分流排程方法。在分流排程方法中，依據行動網路及無線區域網路的使用情況，決定是否啟動異質網路整合服務。若啟動異質網路整合服務，則對行動網路及無線區域網路進行分流排程。而若未啟動異質整合服務，則僅使用行動網路並持續監控行動網路之使用流量。藉此，可節省電力，亦能適時提升傳輸速率。

Description

異質網路整合系統及其分流排程方法

本發明是有關於一種異質網路，且特別是關於一種具省電能力的異質網路整合系統及其分流排程方法。

因應使用者對於傳輸速率的期待，異質網路整合技術以增加網路頻寬作為技術核心如此最為簡單且效果最為顯著的方式，而同時使用行動網路與無線區域網路，在不需要更動核心網路及原有的無線路由器(例如，Wi-Fi分享器等)為前提，便能使用非執照頻段來增加網路頻寬，以達到加速訊務傳輸與減少使用者等待時間等特性。由於此技術需要同時開啟行動網路模組與無線區域網路模組，因此相較與原本僅開啟行動網路或者無線區域網路的終端，在持續使用下需耗費更多電力。

美國專利US9474067“WLAN uplink scheduler for LTE-WLAN aggregation”中有提及類似的分流聚合概念，使用者終端可以分別透過行動網路與無線區域網路向基地台與無線路由器溝通，且使用者可從聚合層(aggregation layer)將上行訊務排程透過行動網路與無線區域網路同時傳輸，藉由同時使用兩種網路技術來達到提高吞吐量與改善使用者體驗。然而，此方法未考量終端的耗電問題，在進行不需大流量傳輸的服務下，持續使用異質網路整合對於傳輸加速並不會有太大的差異，反而間接造成終端額外的電力消耗。台灣專利TWI573422“異質網路整合方法及系統”中有提及類似的分流排程概念，依據異質網路路由器、無線路由器與終端等設備的狀態，分流行動網路與無線區域網路所適合傳輸的訊務比例，來達到加速傳輸、縮短等待時間及異質網路間的負載平衡。然而，同上述提及，此方法亦未考量終端的耗電問題，且僅能在下行傳輸同時使用行動網路與無線區域網路。

由此可見，上述習用之方法仍有諸多缺失，並非一良善之設計，而需加以改進。

有鑑於此，本發明提供一種具省電能力的異質網路整合系統及其分流排程方法，其係在行動網路與無線區域網路涵蓋範圍重疊的環境中，藉由異質網路路由器選擇要使用異質網路整合分流來加速傳輸或僅使用單一網路來節省耗電。

本發明的異質網路整合之分流排程方法適用於行動網路與無線區域網路涵蓋範圍重疊的環境中。在此分流排程方法中，異質網路路由器根據環境狀況使用訊令告知異質網路整合終端接取異質網路整合服務，啟動異質網路整合服務程序，並依據異質網路路由器與無線路由器所提供的資訊，決定異質網路整合終端是否開啟異質網路整合服務。啟動異質網路整合服務的終端便會開始執行自適應的分流排程演算法，而異質網路路由器或異質網路整合終端將部分訊務透過行動網路傳輸，其餘部分透過無線路由器以無線區域網路傳輸；而未啟動之終端則繼續使用行動網路並且持續觀察使用之流量，直到滿足啟動條件再次開啟異質網路整合服務。啟動異質網路整合服務之終端進行結束相關功能判斷；而未啟動之終端則確認是否處於網路閒置使用之狀態。

而本發明的異質網路整合系統，其包括異質網路整合系統、無線路由器及異質網路路由器。異質網路整合裝置處於行動網路及無線區域網路涵蓋範圍內。無線路由器提供無線區域網路。異質網路路由器提供行動網路，且依據行動網路及無線區域網路之使用情況決定是否啟動異質網路整合服務。若啟動異質網路整合服務，則對異質網路整合裝置所使用之行動網路及無線區域網路進行分流排程，若未啟動異質整合服務，控制異質網路整合裝置僅使用行動網路，並持續監控行動網路之使用流量。

藉此，相較於習知異質網路整合技術，本發明能適時的關閉部分網路技術之通訊以節省電力，亦能在同時提供兩種網路技術下提供較為公平之分流排程。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

本發明實施例係關於一種具省電能力的異質網路整合之分流排程方法，其係在行動網路與無線區域網路(Wireless Local Area Network，WLAN)涵蓋範圍重疊的環境中，異質網路路由器選擇要使用異質網路整合分流來加速傳輸，或僅使用單一網路來節省耗電。當異質網路整合終端需要傳送訊務或接收時，可以開啟行動網路與無線網路空中介面，透過行動網路與無線區域網路技術同時傳送訊務，達到加快傳輸速率、縮短使用者等待時間，亦或僅用單一網路技術來傳輸訊務，達到節省異質網路整合終端電力之功效。

圖1係依據本發明一實施例之異質網路整合系統1之示意圖。異質網路整合系統1包括異質網路路由器100、無線路由器500及異質網路整合裝置700。

異質網路路由器100可以係提供符合諸如分碼多工接取(Code Division Multiple Access，CDMA)、寬頻分碼多工接取(Wideband Code Division Multiple Access，WCDMA)、高速封包接取(High Speed Packet Access，HSPA)、高速封包接取演進(High Speed Packet Access evolution，HSPA+)、長期演進(Long Term Evolution，LTE)、全球互通微波接取技術(Worldwide Interoperability for Microwave Access，WiMAX)及先進長期演進(LTE-A)等行動通訊標準的行動網路之路由裝置或接取設備。

無線路由器500可以係提供符合Wi-Fi單一或多種版本的無線區域網路之路由裝置或接取設備(例如，Wi-Fi分享器等)。此無線路由器500可與異質網路路由器100連線，以進行後續比例分流至異質網路整合裝置700之作業。

異質網路整合裝置700可以係智慧型手機、筆記型電腦、平板電腦等電子裝置，其至少具有行動網路模組710及無線區域網路模組720。行動網路模組710及無線區域網路模組720可分別透過異質網路路由器100及無線路由器500所提供之行動網路及無線區域網路來接取網際網路(Internet)、外部網路或內部網路等。於本實施例中，異質網路整合裝置700係處於異質網路路由器100所提供之行動網路與無線路由器500所提供之無線區域網路涵蓋範圍重疊的環境中。

為了方便理解本發明實施例的操作流程，以下將舉諸多實施例詳細說明本發明實施例中異質網路整合系統1的運作。圖2、3是依據本發明一實施例說明一種異質網路整合的分流排程方法之流程圖。請參照圖2、3，本實施例的方法適用於圖1中異質網路整合系統1中的各裝置。下文中，將搭配異質網路路由器100、無線路由器500及異質網路整合裝置700的各項元件及模組說明本發明實施例所述之方法。本方法的各個流程可依照實施情形而隨之調整，且並不僅限於此。

異質網路路由器100依據行動網路及無線區域網路之使用情況決定是否啟動異質網路整合服務(步驟S210)。具體而言，異質網路路由器100會根據環境的狀態使用訊令通知異質網路整合裝置700去接取異質網路整合服務(步驟S310)，同時啟動異質網路整合服務啟動程序。此時，異質網路路由器100根據無線路由器500的訊號品質(例如，接收訊號強度指標(Received Signal Strength Indicator，RSSI)等)以及使用者的資源區塊（Resource Block，RB）使用量是否達到設定門檻值(例如，Wi-Fi的RRSI是否大於，RB是否大於T，係-64分貝毫瓦(dBm)，T係大於零的常數)，來決定是否啟動異質網路整合服務(步驟S320)。當決定啟動異質網路整合服務，異質網路路由器100便會執行自適應分流排程方法(步驟S330)，以對行動網路及無線區域網路進行分流排程(步驟S220)，詳細方法流程請參閱圖4所示。

在自適應分流排程演算法中，分別以LTE以及Wi-Fi作為行動網路與無線網路傳輸技術之範例，其他無線通訊技術之應用可參照之。請參照圖4，異質網路路由器100記錄異質網路裝置700的使用LTE與Wi-Fi的傳輸速率(步驟S410)，、代表LTE記錄/即時傳輸速率，、代表Wi-Fi記錄/即時傳輸速率。在步驟S420及S430中，判斷行動網路與無線區域網路的速率比值、及無線區域網路與行動網路的速率比值是否差距超過門檻值( ，為非零常數)。若超過此門檻值則選擇以行動網路及無線區域網路中速率較高的一者進行傳輸(步驟S425及S435僅將流量分流到傳輸速率較好的網路，1代表傳輸比例百分之百，0代表百分之零)。若步驟S420及S430的條件皆不成立，則異質網路路由器100判斷無線路由器500的使用率U是否小於設定值Z( )(例如，依據基本服務集(Basic Service Set，BSS)負載、通道使用率、中央處理單元(Central Processing Unit，CPU)負載判斷提供無線區域網路之無線路由器500是否處於閒置狀態)且Wi-Fi的即時傳輸速率是否大於記錄的傳輸速率 (步驟S440)。若成立，則表示無線路由器500仍可服務更多的異質網路整合裝置700並能提供更大流量給異質網路整合裝置700，因此將異質網路整合裝置700紀錄的傳輸速率加上與下一階傳輸速率的差值( )(步驟S450)( )(係使用調變與編碼策略(modulation and Coding Scheme，MCS)對應的傳輸速率階層作為依據之比例優化)；反之進行比例修正(步驟S445)，並扣除掉Wi-Fi封包遺失比率P的部分來作為新的傳輸速率( ，係使用封包遺失率為依據)。最後，異質網路整合裝置700將LTE與Wi-Fi分別的比例作為分流排程的比例來傳輸(步驟S460)( ，Q代表異質網路整合比例值，L代表LTE輸出比例值，W代表Wi-Fi輸出比例值)。接下來，異質網路路由器100計算使用者在過去一段時間內的RB使用量(RBn代表n個TTI的RB使用量，n為正整數)作為結束異質網路整合功能的依據之一(步驟S470)。

請返回圖3，步驟S340即判斷無線路由器500的RSSI是否符合離開的門檻值或依步驟S470所計算出的值得出使用者過去的使用量小於門檻值(例如，Wi-Fi的RSSI是否大於，RBn是否大於Tn，係-78dBm，Tn係大於零的常數)。若兩者符合其中一項，異質網路整合裝置700便關閉異質網路整合功能並僅使用LTE網路作為傳輸技術來減少電力的消耗(步驟S350)，即僅使用行動網路並持續監控行動網路之使用流量(步驟S230)；反之，完成自適應的比例分流排程方法後再次執行步驟S420，此時，執行緒分別依各自的更新頻率進行LTE與Wi-Fi資訊更新(步驟S480及S490)(行動網路的更新頻率為X個傳輸時間間隔(Transmission Time Interval，TTI)，無線區域網路的更新頻率為Y秒，X與Y皆為大於0之常數)，其更新之內容包含訊號與干擾加雜訊比(Signal to Interference plus noise ratio，SINR)、使用者RB使用量、網路傳輸速率、LTE/Wi-Fi訊號強度、封包遺失率、無線路由器500之使用率等，並於資訊更新後再次執行分流排程方法(進入步驟S420)。而當僅使用LTE網路作為傳輸技術，仍持續計算異質網路整合裝置700在過去一段時間區段的RB使用量及/或時間區段內的平均吞吐量之持續性狀態作為重回異質網路整合功能的依據(步驟S360)，並依計算出的值RBn得出使用者過去的使用量是否小於門檻值Tn(步驟S370)。若不成立，即表示異質網路整合裝置700正在使用大流量的服務，能使用異質網路整合服務來進行加速，則回到步驟S320判斷是否能重新啟動異質網路整合功能；反之，判斷使用者是否處於閒置(IDLE)狀態(步驟S380)，若不是則返回步驟S350繼續使用LTE網路；若處於IDLE狀態則結束。

下文以下行傳輸作為簡單的範例說明，上行傳輸亦可同理推之。當使用者使用異質網路整合裝置700進行檔案傳輸協定(File Transfer Protocol，FTP)大檔案下載時，異質網路路由器100告知異質網路整合裝置700接取異質網路整合服務，同時得知無線路由器500的RSSI訊號大於-64dBm以及RB使用量超過10，則異質網路整合裝置700將成功啟動異質網路整合服務並且進行自適應分流排程方法(進入步驟S330)。異質網路路由器100分別記錄LTE與Wi-Fi的傳輸速率為120Mbps與390Mbps，又依據步驟S420及430的決策而因彼此的差距並無達到10倍(門檻值為10)之差，直接進行無線路由器500的使用率判斷。此時，假設無線路由器500僅服務一台異質網路整合裝置700且Wi-Fi傳輸速率並未變動，因此異質網路路由器100進行比例修正(即，步驟S445)。由於無線路由器500並未處於忙碌狀態，異質網路整合裝置700得以使用整個無線路由資源所以並無掉包之現象，經比例修正結束後的輸出比例依然為120:390。當FTP下載結束時，依據步驟S470的計算，歷史的RB使用量以小於5，表示異質網路整合裝置700已經不需要這麼快速的傳輸速率，因此轉向步驟S350僅使用LTE以降低電力消耗，並持續觀察使用者的網路行為同樣為歷史的RB使用量，當異質網路整合裝置700有快速的傳輸需求時能再次接取異質網路整合服務。

特點及功效

無線傳輸架構同時使用行動網路與無線區域網路即異質整合網路，藉由增加頻寬之方式來提升傳輸速率，亦或只使用單一網路。藉由僅開啟一種無線通訊模組來降低異質網路整合終端的電力損耗。本發明實施例所提供之一種具省電能力的異質網路整合分流排程方法，係在行動網路與無線區域網路涵蓋範圍重疊的環境中，異質網路路由器利用具省電能力的分流排程方法，選擇訊務使用的網路技術並依此決定分流比例與否，以達到加速傳輸、縮短等待時間及降低電力損耗等特性，與其他習用技術相互比較時，具備下列優點：

本發明實施例提出之具省電能力的異質網路整合分流方法，同時考量行動網路、無線區域網路、異質網路整合裝置之狀態(負載，封包遺失，傳輸速率等)，能以準確的比例分流異質網路整合訊務。

針對無線區域網路，考量負載、即時與過去的傳輸速率，於異質網路上的資源分配上更有彈性。

以終端歷史使用量作為採用不同網路技術傳輸的考量，可依據使用量決定以加速亦或省電功效為調適方向，採用歷史使用量亦可減少即時性傳輸技術變換頻率。

加入修正比例機制，能根據傳輸狀態調整分流比例，達到最大訊務傳輸與異質網路整合公平性之間的負載平衡。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

1‧‧‧異質網路整合系統

100‧‧‧異質網路路由器

S210~S230、S310~S380、S410~S490‧‧‧步驟

500‧‧‧無線路由器

700‧‧‧異質網路整合裝置

710‧‧‧行動網路模組

720‧‧‧無線區域網路模組

圖1係依據本發明一實施例之異質網路整合系統之示意圖；圖2係依據本發明一實施例說明異質網路整合之分流排程方法之流程圖。圖3係依據本發明一實施例之細部分流排程方法之流程圖；圖4係依據本發明一實施例之自適應分流方法之流程圖。

Claims

一種異質網路整合之分流排程方法，適用於一行動網路與一無線區域網路涵蓋範圍重疊的環境中，該分流排程方法包括：依據該行動網路及該無線區域網路之使用情況與預設門檻值的比較，決定是否啟動一異質網路整合服務，其中該使用情況包括訊號強度、訊號品質資源區塊(Resource Block，RB)使用率、及/或吞吐量；若啟動該異質網路整合服務，則對該行動網路及該無線區域網路進行分流排程，使訊務同時經由該行動網路及該無線區域網路傳輸；以及若未啟動該異質整合服務，僅使用該行動網路，並持續監控該行動網路之使用流量。
如申請專利範圍第1項所述之分流排程方法，其中未啟動該異質網路整合服務之後，更包括：判斷是否處於該行動網路的閒置(IDLE)狀態，其中若未處於該閒置狀態則繼續使用該行動網路。
如申請專利範圍第1項所述之分流排程方法，其中決定是否啟動該異質網路整合服務的步驟，包括：分別以該行動網路的狀態與該無線區域網路的訊號品質作為依據，其中該行動網路的狀態包括資源區塊(Resource Block，RB)使用率、吞吐量，而該無線區域網路的訊號品質包括接收訊號強度指標(Received Signal Strength Indicator，RSSI)。
如申請專利範圍第1項所述之分流排程方法，其中啟動該異質網路整合服務之後，更包括：以該無線區域網路之訊號品質作為依據或是該行動網路之持續性狀態，決定是否結束該異質網路整合服務，其中該無線區域網路之訊號品質包括接收訊號強度指標，而該行動網路之持續性狀態包括一時間區段內的資源區塊使用量、以及該時間區段內的平均吞吐量。
如申請專利範圍第1項所述之分流排程方法，其中持續監控該行動網路之使用流量的步驟，包括：觀察一時間區段內的資源區塊使用量、以及該時間區段內的平均吞吐量。
如申請專利範圍第1項所述之分流排程方法，其中對該行動網路及該無線區域網路進行分流排程的步驟，包括：記錄該行動網路與該無線區域網路之傳輸速率；判斷該行動網路與該無線區域網路的速率比值是否差距超過一門檻值，若超過該門檻值則選擇以該行動網路及該無線區域網路中速率較高的一者進行傳輸；判斷提供該無線區域網路之一無線路由器是否處於閒置狀態且即時傳輸速率是否高於一記錄值，若是則進行比例優化，若否則進行比例修正，其中該比例優化係使用調變與編碼策略(modulation and Coding Scheme，MCS)對應的傳輸速率階層作為依據，而該比例修正係使用封包遺失率；輸出該行動網路與該無線區域網路之傳輸比例，並計算該行動網路持續的使用量作為結束判斷條件之一；透過一個或複數個執行緒依各自的更新頻率進行該行動網路與該無線區域網路之資訊更新。
如專利申請範圍6項所述之分流排程方法，其中該門檻值之數值為非零常數。
如專利申請範圍6項所述之分流排程方法，其中依據基本服務集(Basic Service Set，BSS)負載、通道使用率、中央處理單元(Central Processing Unit，CPU)負載判斷提供該無線區域網路之該無線路由器是否處於閒置狀態。
如專利申請範圍6項所述之分流排程方法，其中該行動網路的更新頻率為X個傳輸時間間隔(Transmission Time Interval，TTI)，而該無線區域網路的更新頻率為Y秒，X與Y皆為大於0之常數。
如專利申請範圍9項所述之分流排程方法，其中該行動網路與該無線區域網路之資訊更新包括訊號與干擾加雜訊比(Signal to Interference plus noise ratio，SINR)、資源區塊使用量、網路傳輸速率、接收訊號強度指標、使用率、封包遺失率。
一種異質網路整合系統，包括：一異質網路整合裝置，處於一行動網路與一無線區域網路涵蓋範圍內；一無線路由器，提供該無線區域網路；一異質網路路由器，連接該無線路由器，並提供該行動網路，且依據該行動網路及該無線區域網路之使用情況與預設門檻值的比較決定是否啟動一異質網路整合服務，其中該使用情況包括訊號強度、訊號品質、資源區塊使用率、及/或吞吐量，若啟動該異質網路整合服務，則對該異質網路整合裝置所使用之該行動網路及該無線區域網路進行分流排程以分流該行動網路的訊務至該無線路由器，使該異質網路整合裝置的訊務同時經由該行動網路及該無線區域網路傳輸，若未啟動該異質整合服務，控制該異質網路整合裝置僅使用該行動網路，並持續監控該行動網路之使用流量。
如專利申請範圍第11項所述之異質網路整合系統，其中該異質網路路由器記錄該行動網路與該無線區域網路之傳輸速率，判斷該行動網路與該無線區域網路的速率比值是否差距超過一門檻值，且若超過該門檻值則選擇以該行動網路及該無線區域網路中速率較高的一者進行傳輸。