TWI715889B - 毫米波無線電通訊中的阻塞探測方法及使用者設備 - Google Patents

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Abstract

一種毫米波無線電通訊中的阻塞探測方法，所述方法包括對一個或複數個參考訊號執行一無線電鏈路測量；將無線電鏈路測量結果與一比較閾值進行比較；以及回應所述無線電鏈路測量結果與所述比較閾值的比較結果滿足一閾值標準，指示一阻塞狀態。

Description

毫米波無線電通訊中的阻塞探測方法及使用者設備
本發明係相關於毫米波（Millimeter Wave，mmW）無線電通訊，尤指傳輸控制協定（Transport Control Protocol，TCP）吞吐量（throughput）的提高。
mmW無線電通訊（對應於大約10 GHz以上的無線電頻率）可提供比其更長波長對應物高得多的資料容量。因此，在這些頻率上的通訊是用於下一代（也稱為第五代（5th Generation，5G））行動電訊網路的第三代合作夥伴計劃（3rd Generation Partnership Project，3GPP）標準中所採用的核心增強之一。儘管5G將可以提供10 Mbit/s – 1 Gbit/s範圍內的資料速率，但是較短波長的無線電通訊卻遭受無線電鏈路品質的高度變化性。實際上，建築物、汽車甚至人體也可以干擾mmW無線電，因此將使得受影響的無線電鏈路的品質降低。
第9圖描繪了障礙物（blocker）10插入（interpose）在使用者設備（User Equipment，UE）110（也稱為無線傳送接收單元（Wireless Transmit and Receive Unit，WTRU））和傳送器（未例示）之間。如圖所示，障礙物10具有與UE的天線的定向性橫切（transverse）的尺寸W，障礙物10位於與UE 110的距離為D的位置且以速度V行動。表格30例示了不同類型的障礙物10的無線電鏈路中斷間隔（outage interval），其中條目（item）32可以對應於大貨車，條目34可以對應於客車，條目36可以對應於人體。如第9圖所示，存在這些障礙物時可能會出現相當大的無線電鏈路中斷。
第10圖例示了另一阻塞（blockage）場景，其中客車12a-12d（在本發明中由汽車12表示）正以速度V行動，且與鄰近的一輛汽車12之間保持距離D_safe。在這種情況下，阻塞是間歇性的，表格40例示了連續的阻塞事件（event）之間的時間。
儘管在存在障礙物時完全可以預期物理層干擾，但是不太期望這些阻塞對傳輸層帶來顯著影響。第11圖例示了回應於阻塞間隔55a-55e（在本發明中由阻塞間隔55表示）處的阻塞對資料速率50和TCP發送器視窗尺寸（每個TCP的最大報文段長度（Maximum Segment Size，MSS））60的影響。如圖所示，存在障礙物時，資料吞吐量有顯著的降低，但是這種降低不僅是由無線電訊號強度或品質的下降引起的。實際上，如下表1所示，無線電阻塞對資料傳輸（諸如通過TCP）有深遠的影響。
Figure 107141597-A0304-0001
 表1
TCP吞吐量相對於相應阻塞比例顯著下降的原因包含TCP發送器重傳超時（Retransmission Timeout，RTO）和堵塞控制（congestion control）機制（諸如視窗收縮（window shrinking））的觸發。克服TCP吞吐量的這種降低是正在進行的研究和工程努力的主題。
一種毫米波無線電通訊中的阻塞探測方法，所述方法包括對一個或複數個參考訊號執行一無線電鏈路測量；將無線電鏈路測量結果與一比較閾值進行比較；以及回應所述無線電鏈路測量結果與所述比較閾值的比較結果滿足一閾值標準，指示一阻塞狀態（blockage condition）。
一種毫米波無線電通訊中的阻塞探測方法，所述方法包括對一個或複數個接收資料緩衝器以及傳送資料緩衝器執行緩衝器狀態監測；將緩衝器狀態測量結果與一比較閾值進行比較；以及確定所述緩衝器狀態測量結果是否指示一阻塞狀態。
一種使用者設備，包括無線電電路，通過所述無線電電路向一個或複數個無線電節點傳達無線電磁無線電訊號，以及從所述一個或複數個無線電節點傳達所述無線電磁無線電訊號；以及處理器電路，所述處理器電路被配置為對一個或複數個參考訊號執行一無線電鏈路測量；將無線電鏈路測量結果與一比較閾值進行比較；以及回應所述無線電鏈路測量結果與所述比較閾值的比較結果滿足一閾值標準，指示一阻塞狀態。
通過特定的實施例對本發明的創造性構思進行了最佳描述，本發明參考附圖對上述實施例進行了詳細描述，圖中相似的引用數位始終表示相似的特徵。應該理解的是，當在本發明中使用術語「發明」時，旨在表示下述實施例隱含的創造性構思，並非僅表示這些實施例本身。還應該理解的是，本發明整體的創造性構思不限於下述的例示性實施例，而且應當以這種方式閱讀後續描述。
另外，術語「示範性」在本發明中用來表示「用作示範例、實例或例示」。本發明稱為示範性的構造、處理、設計、技術等的任何實施例不必被解釋為比其他實施例優選或有利。本文所指出的示例的特定品質或適合性作為示範，既非本發明的意圖，也不應被推斷為本發明的意圖。
本發明的實施例改善了存在無線電訊號阻塞對連接導向的（connection-oriented）應用層（application layer）資料傳輸（諸如TCP）的惡化影響。儘管本發明描述的實施例是要減輕5G下一代或新無線電（New Radio，NR）實施例中的TCP問題，但是這僅是為了描述和解釋的目的。所屬領域具有通常知識者將認識到，可以在不偏離本發明的精神和預期範圍的情況下，在其他的網路環境中實現本發明。
為了簡潔和清楚起見，本發明將採用適當的簡寫記號（notation）來指示無線電存取技術之間的區別。雖然5G可以認為是3GPP維護的長期演進（Long Term Evolution，LTE）標準的發展，但是本發明將使用縮寫詞LTE來指代傳統的LTE演進型通用行動通訊系統（Universal Mobile Telecommunications System，UMTS）地面無線電存取（Terrestrial Radio Access，E-UTRA）實施方式（比如第四代（4th Generation，4G）），而使用縮寫詞5G來指代包含以毫米波長操作的NR的實現方式。
第1圖是可以體現本發明的示範性系統100的示意性框圖。UE 110可以是包括無線電電路110a、處理器電路110b和記憶體電路110c的WTRU。UE 110可以被構造為或者被配置為與LTE演進型節點B（Evolved Node B，eNB）和5G下一代節點B（Next Generation Node B，gNB）進行通訊，其中eNB和gNB分別包括無線電電路120a和130a，分別包括處理器電路120b和130b以及分別包括記憶體電路120c和130c。UE 110可以通過信令鏈路（signaling link）152與eNB 120可通訊地耦接，可以通過信令鏈路154與gNB 130可通訊地耦接。eNB 120和gNB 130可以分別通過信令鏈路156和158可通訊地耦接至核心網路，其中核心網路諸如LTE演進型封包核心（Evolved Packet Core，EPC）140。另外，eNB 120和gNB 130可以通過合適的信令鏈路155互相可通訊地耦接。所屬領域具有通常知識者將理解，雖然未在圖中例示，但是根據所連接的實體（entity），信令鏈路152、154、155、156和158可以攜帶控制平面（control plane）資料和使用者平面（user plane）資料中的任意一者或兩者。所屬領域具有通常知識者將認識到，系統100可代表5G非獨立（Non-Standalone，NSA）結構實施方式。
eNB 120和gNB 130中的資源（比如無線電電路120a和130a、處理器電路120b和130b以及記憶體電路120c和130c）可以被構造為或者被配置為分別實現無線電協定堆疊（radio protocol stack）125和135。各無線電協定堆疊125和135其中之一可以實現無線電資源控制（Radio Resource Control，RRC）層、封包資料彙聚協定（Packet Data Convergence Protocol，PDCP）層、無線電鏈路控制（Radio Link Control，RLC）層、媒體存取控制（Medium Access Control，MAC）層和物理（Physical，PHY）層。RRC層、PDCP層、RLC層和MAC層被專門配置以用於在特定無線電節點處採用的無線電存取技術，如LTE或NR。UE 110中的資源（比如無線電電路110a、處理器電路110b以及記憶體電路110c）可以被構造為或者被配置為實現無線電協定堆疊115a和115b，其中各堆疊包括RRC層、PDCP層、RLC層、MAC層和PHY層。無線電協定堆疊115a和115b可分別被構造或者被配置為在eNB 120和gNB 130中採用的各無線電存取技術，比如LTE和NR。
第2圖例示了可以與本發明的實施例結合使用的雙連接配置。在雙連接配置中，5G NR PDCP實體可以可通訊地耦接至LTE E-UTRA RLC實體。雖然這種耦接發生在UE 110上，但是作為主節點（Master Node，MN）服務的eNB 120和作為輔節點（Secondary Node，SN）服務的gNB 130之間的通訊可以在X2介面上進行。雙連接配置允許UE 110經由主節點MN和輔節點SN在複數個組成載波（component carrier）上從兩個小區小組同時傳送和接收資料。這是區別於載波聚合（Carrier Aggregation，CA）之處，CA允許UE 110在來自單個基礎節點的複數個組成載波上同時傳送和接收資料。CA業務（traffic）在MAC層分離（split），而E-UTRA網路（E-UTRA Network，E-UTRAN）雙連接（E-UTRAN NR Dual Connectivity，EN-DC）在PDCP層分離。
在第1圖的系統配置中，UE 110被配置為通過備選的鏈路傳達（convey）資料，可以通過與各承載相對應的兩個分開的PDCP實體或者與分離承載（split bearer）相對應的單個PDCP實體進行傳達。在特定實施例中，業務可通過UE 110和例如gNB 130之間的第一承載進行傳輸，直到鏈路品質滿足一些不可接受的標準，諸如阻塞指示。作為對鏈路品質滿足不可接受的標準的回應，業務可以轉移（transfer）到UE 110和例如eNB 120之間的備選的承載。
第3圖是本發明示範性實施例的包括阻塞探測邏輯310、承載轉換邏輯320和TCP改進邏輯330的流程圖，其中通過阻塞探測邏輯310可識別降低的無線電鏈路品質狀況，通過承載轉換邏輯320可減輕無線電鏈路品質問題，通過TCP改進邏輯330可在一旦發生上述無線電鏈路品質減輕時恢復TCP操作。應理解的是，雖然阻塞探測邏輯310、承載轉換邏輯320和TCP改進邏輯330在第3圖中例示為包含在綜合流程中，但是所屬領域具有通常知識者在閱讀本發明後將理解，上述組件中的各組件可以在其他的上下文中單獨使用。
第4圖是可以由阻塞探測邏輯310實施的示範性阻塞探測處理400。在操作405中，監測NR的無線電鏈路特徵。阻塞探測邏輯310可以連續執行無線電鏈路監測以確定何時發生無線電阻塞。這可以通過UE 110上的各種機制來實現，比如由RRC層配置的傳統測量和由PHY層執行的無線電鏈路監測。
在操作410中，確定所測量的無線電特徵中是否存在阻塞的特徵。在本發明的特定實施例中，UE 110可以監測無線電鏈路的若干不同參數中的一個參數來確定是否發生阻塞，其中參數包含參考訊號接收功率（Reference Signal Received Power，RSRP）、參考訊號接收品質（Reference Signal Received Quality，RSRQ）、接收訊號強度指示符（Received Signal Strength Indicator，RSSI）、訊號幹擾雜訊比（Signal to Interference Plus Noise Ratio，SINR）、誤塊率（Block Error Rate，BLER）和通道品質指示符（Channel Quality Indicator，CQI）。上述參數可以與各自的閾值進行比較，其中閾值由使用者或者網路系統管理員建立。在一實施例中，當無線電鏈路測量結果在閾值以上，或者當無線電鏈路測量結果在閾值以上的時間達到預定的時間段時，滿足阻塞狀態。在一實施例中，時間段可以由計時器或計數器控制，時間段的值可以在網路核心處配置。在一實施例中，當第一阻塞狀態滿足時，可以啟動計時器；如果在計時器到期以後仍然滿足阻塞狀態，則可以確定阻塞。在其他的實施方式中，可以從RLC協定資料單元（Protocol Data Unit，PDU）的應答（Acknowledgment，ACK）延遲的增加、層2緩衝器中排隊時間的增加和以混合式自動重送請求（Hybrid Automatic Repeat Request，HARQ）ACK成功遞送指示的惡化來識別阻塞。在一實施例中，可以對一個或複數個接收資料緩衝器以及傳送資料緩衝器執行緩衝器狀態監測；可以將緩衝器狀態測量結果與閾值進行比較；以及可以確定緩衝器狀態測量結果是否指示阻塞狀態。在一實施例中，閾值可以由最新的緩衝器狀態測量結果和歷史的緩衝器狀態測量結果確定。在一實施例中，緩衝器狀態測量可以包括測量緩衝器佔用率（buffer occupancy）、往返時間（round trip time）、重新傳送時間、故障遞送率（failure delivery rate）等的統計資料。在一實施例中，當緩衝器狀態測量結果在閾值以上，或者當緩衝器狀態測量結果在閾值以上的時間達到一時間段時，滿足阻塞狀態。
參考第5A圖，例示了根據本發明一實施例的表明同步（in-sync）和失步（out-of-sync）條件的圖示510，其中所選的數個失步指示提供無線電鏈路阻塞的證據。在此，服務波束和候選波束與BLER閾值相比較，其中BLER閾值確定各波束是同步還是失步。BLER可以與適當的閾值相比較，比如LTE定義物理下行鏈路控制通道（Physical Downlink Control Channel，PDCCH）BLER在2%時的閾值（Qin）為同步，PDCCH BLER在10%時的閾值（Qout）為失步。
第5B圖是描繪了如何識別波束被阻塞的另一圖示520。在該情況中，可保持歷史資料，波束是否被阻塞可通過該波束的品質是否減少了一個數量來確定，其中數量從歷史資料確定。各種統計資料（statistic）可以從歷史資料中匯出（derive），其中歷史資料可以用來建立不可接受標準（諸如無線電品質閾值）。例如，閾值1可以是當前對服務波束的無線電鏈路測量結果和歷史的無線電鏈路測量結果之間的差值（difference），閾值2可以是當前對候選波束的無線電鏈路測量結果和歷史的無線電鏈路測量結果之間的差值。
回到第4圖，如果在操作410確定有阻塞的特徵存在，則處理400可以轉（transition）到操作420，通過操作420可確定是否由UE 110發佈（issue）阻塞報告。在特定的實施例中，阻塞報告是適當格式化（formatted）的訊息，該訊息用來向網路實體指示存在阻塞狀態（諸如根據上述不可接受的標準確定）。這種訊息可以包含與無線電資源管理（Radio Resource Management，RRM）相關的資訊，諸如測量結果和波束資訊。無線電資源管理器可以利用上述資訊來採取一些動作，比如選擇不同的波束或者斷言（assert）另一調度策略（scheduling policy）。在特定的實現方式中，阻塞報告可能不是必須的，在這種情況下，可以省略報告的發送。如果UE 110將發佈報告，則如操作420中所確定，本發明的實施例可以在操作425中格式化並向網路傳達指示阻塞的阻塞報告。如下面所述，阻塞報告可以經由新近活躍的UL來發送。
作為探測到阻塞的回應，本發明的實施例可以執行從NR承載到LTE承載的承載轉換。本發明的實施例可考慮兩種模式的承載轉換：自發模式（autonomous mode），在自發模式中UL從NR轉換到LTE不需要發送先前的報告；以及網路輔助模式，在網路輔助模式中UL僅在網路作為對阻塞或其他報告的回應而同意（approve）轉換以後再進行轉換。例如，在特定的實施例中，UE 110可以格式化並向EPC 140發送RRC測量報告，以回應哪個EPC 140可以發起與UE 110的RRC連接重新配置進程。在自發轉換模式中，UE 110可無需RRC訊息來指示（command）轉換，而是UE本身在兩個小區小組中選擇UL傳送路徑。
第6圖是可以由承載轉換邏輯320實施的示範性承載轉換處理600的流程圖。在操作605中，UE 110確定選擇活躍的UL小區小組。例如，UE 110可以選擇具有gNB 130的NR鏈路作為活躍小區小組。在操作610中，UL業務可通過該活躍的鏈路進行傳達，其中LTE無線電可用作阻塞事件（event）中的備用（backup）無線電。在特定的實施例中，當UE 110不與任意一個小區小組處於活躍的傳送模式時，相關聯的無線電電路可以置於降低功率模式。
在操作615中，可確定是否需要UL轉換。當阻塞狀態存在時可能需要這種UL轉換，但是本發明不限於此。如果需要UL轉換，則處理600可以轉到操作620，通過操作620可暫停（suspend）UE 110和活躍的小區小組之間的傳送。在操作625，UE 110轉換到或者選擇另一個小區小組，比如eNB 120。一旦實現上述操作，則可以繼續無線電鏈路監測以確定何時解除（lift）阻塞狀態（或其他不可接受的狀態）。
在操作630中，恢復丟失的PDU。在無線電鏈路品質故障和無線電轉換發生之間的延遲時間中，可能會丟失一些封包。在一實施例中，PDCP層可以保證未接收到ACK的資料被重新傳送。在特定的實施例中，一旦UE 110轉換無線電鏈路，則UE 110可以確保在先前的鏈路中已經傳送但是未應答（unacknowledge）的資料在新的鏈路中被重新傳送，以回應來自EPC 140的重新傳送請求。在其他實施例中，可以格式化並傳達報告，以便丟失的塊（block）可以通過LTE重新傳送。這可以由適當格式化的PDCP狀態報告來實現。
特定的實施例可實現快速恢復機制，其中快速恢復機制可在確定阻塞已解除以及系統100將恢復（recover）時採用。例如，當有阻塞的特徵存在時，原始的UL配置可緩存（cache）在恢復配置（resumptive configuration）標識（Identity，ID）之下，用於在阻塞停止（cease）後迅速地重新建立NR操作。在特定的實施例中，上述操作可以通過從網路經由eNB 120請求相關資訊（比如小區ID、頻帶配置等）來實現。一旦恢復，網路和UE 110兩者可以通過恢復配置ID從記憶體中取回其配置。根據在恢復配置ID下儲存的配置資料，UE 110可以在從先前的轉換中恢復時將業務轉換至其NR。
第7圖是示範性DL承載轉換處理700的流程圖。在操作705中，UE 110接收其初始配置，來在活躍的DL小區小組中選擇鏈路。例如，UE 110可以建立與gNB 130的鏈路。在操作710中，確定是否需要DL轉換，諸如是否為阻塞的情況。如果需要DL轉換，則處理700可以轉到操作715，通過操作715可暫停UE 110和活躍的小區小組之間的DL傳送。在操作717中，UE 110將與活躍的小區小組的傳送轉換為降低功率模式。在操作720中，UE 110轉換到或者選擇備選的小區小組，比如eNB 120。在操作723中，備選的小區小組從其降低功率模式中喚醒。
一旦高品質的無線電鏈路在LTE上建立，本發明的實施例可以變為減輕在NR無線電鏈路故障時產生的TCP流和堵塞控制問題。第8圖是可以在TCP改進邏輯330中實施的示範性TCP改進處理800的流程圖。在操作805中，例如為了節約（conserve）無線電資源，確定是否需要TCP ACK減少。如果是，則處理800可以轉到操作810，通過操作810可過濾TCP ACK以除去（remove）可以省略的TCP ACK，並由具有適當地包含序列號的單個ACK來代替。另外，如第8圖所示，本發明的實施例可以確定是否存在TCP吞吐量的惡化，例如通過監測活躍鏈路中的流來確定。如果存在，則處理800可以轉到操作820，由此UE 110可以發送上游（upstream）重複選擇性應答（Duplicate Selective Acknowledgement，DSACK）來將視窗返回到其原始狀態。
上述具體實施方式旨在說明本創造性構思可能的實現方式，其並非是限制性的。對技術人員而言，在看到本發明時，本發明的許多變更、潤飾和替換將會變得顯而易見。例如，與所示出和描述的組件等價的組件可以因此替代，單獨描述的元素和方法可以組合，分離描述的元素可以分佈在許多組件上。因此，本發明的範圍不應當參照上述具體實施方式來確定，而應該參照申請專利範圍連同其等同物的完整範圍來確定。
100‧‧‧系統110‧‧‧UE110a-110c、120a-120c、130a-130c‧‧‧電路115a、115b、125、135‧‧‧協定堆疊120‧‧‧eNB130‧‧‧gNB140‧‧‧EPC152、154、155、156、158‧‧‧鏈路310-330‧‧‧邏輯400、600、700、800‧‧‧處理405-425、605-630、705-723、805-820‧‧‧操作510、520‧‧‧圖示10‧‧‧障礙物12a-12d‧‧‧客車30、40‧‧‧表格32-36‧‧‧條目50‧‧‧資料速率55a-55e‧‧‧阻塞間隔60‧‧‧MSS
第1圖是可以體現本發明整體創造性構思的示範性系統的示意性框圖。 第2圖是可以配置本發明整體創造性構思的實施例的示範性雙連接（dual connectivity）模式的示意性框圖。 第3圖是可以體現本發明整體創造性構思的示範性邏輯流程的框圖。 第4圖是可以體現本發明整體創造性構思的示範性阻塞探測處理的流程圖。 第5A圖-第5B圖是可以與本發明整體創造性構思的實施例結合使用的表示不同阻塞指示的圖。 第6圖是可以體現本發明整體創造性構思的示範性UL承載轉換處理的流程圖。 第7圖是可以體現本發明整體創造性構思的示範性下行鏈路（Downlink，DL）承載轉換處理的流程圖。 第8圖是可以體現本發明整體創造性構思的示範性TCP改進處理的流程圖。 第9圖是mmW無線電阻塞場景的示意圖。 第10圖是另一mmW無線電阻塞場景的示意圖。 第11圖是例示mmW無線電阻塞對TCP吞吐量的影響的一組圖示。
100‧‧‧系統
110‧‧‧UE
110a-110c、120a-120c、130a-130c‧‧‧電路
115a、115b、125、135‧‧‧協定堆疊
120‧‧‧eNB
130‧‧‧gNB
140‧‧‧EPC
152、154、155、156、158‧‧‧鏈路

Claims (9)

  1. 一種毫米波無線電通訊中的阻塞探測方法，所述方法用於一使用者設備，所述方法包括：對一個或複數個參考訊號執行一無線電鏈路測量；將無線電鏈路測量結果與一比較閾值進行比較；以及回應所述無線電鏈路測量結果與所述比較閾值的比較結果滿足一閾值標準，指示一阻塞狀態。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之毫米波無線電通訊中的阻塞探測方法，其中，所述比較閾值由一最新的無線電鏈路測量結果和一歷史的無線電鏈路測量結果確定。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之毫米波無線電通訊中的阻塞探測方法，其中，所述無線電鏈路測量將要測量以下小組中的一個或複數個，其中所述小組包括參考訊號接收功率、參考訊號接收品質、接收訊號強度指示符、訊號幹擾雜訊比、誤塊率和通道品質指示符。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之毫米波無線電通訊中的阻塞探測方法，其中，當所述無線電鏈路測量結果在所述比較閾值以上，或者當所述無線電鏈路測量結果在所述比較閾值以上的時間達到一預定的時間段時，滿足所述阻塞狀態。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之毫米波無線電通訊中的阻塞探測方法，其中，所述時間段由一計時器或一計數器控制，以及所述時間段的值在一網路核心處配置。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之毫米波無線電通訊中的阻塞探測方法，其中，還包括回應所述無線電鏈路測量結果的所述比較結果滿足所述閾值標準，向一網路核心發送一阻塞報告。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之毫米波無線電通訊中的阻塞探測方法，其中，還包括：當一第一阻塞狀態滿足時，啟動一計時器；以及如果在所述計時器到期以後仍然滿足所述阻塞狀態，確定所述阻塞。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之毫米波無線電通訊中的阻塞探測方法，其中，還包括從雙連接或者載波聚合中選擇發送所述阻塞報告的傳送路徑。
  9. 一種使用者設備，包括：無線電電路，通過所述無線電電路向一個或複數個無線電節點傳達無線電磁無線電訊號，以及從所述一個或複數個無線電節點傳達所述無線電磁無線電訊號；以及處理器電路，所述處理器電路被配置為：對一個或複數個參考訊號執行一無線電鏈路測量；將無線電鏈路測量結果與一比較閾值進行比較；以及回應所述無線電鏈路測量結果的比較結果滿足一閾值標準，指示一阻塞狀態。
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