专利名称：用于umts/hspa网络中改善的ran效率的突发分组调度器的制作方法
用于UMTS/HSPA网络中改善的RAN效率的突发分组调度器[技术领域]
本发明涉及通信、无线访问网络、计算机技术领域，具体地说是一种将服务传送至在移动网络域之间移动的用于UMTS/HSPA网络中改善的RAN效率的突发分组调度器。[背景技术]
不断增多的网络相连移动设备以及越来越多在这些设备上运行的数据密集型应用程序不断给移动网络基础设施加重负担。由于达到了网络带宽的极限，因此，网络构架和实施方案中的低效率变得愈加明显。在来自移动设备和针对移动设备的分组递送的调度中，出现了这样的低效率。
在现有的通用分组无线服务系统中，例如通用移动通信系统(“UMTS”)中，网关 GPRS支持节点(“GGSN”)将分组交换网络(例如互联网)联接至GPRS网络。服务GPRS支持节点(“SGSN”)设置于GGSN下方的一个层次级处，并且在其地理区域中，将分组递送至无线网络控制器和从无线网络控制器(RNC)递送分组。各RNC控制一个或多个基准收发站 ("NodeB^ ) 0在这样的部署中，移动网络作为传输网络而运行并且由此没有感知到(例如)用户级TCP/UDP/IP会话和TCP/UDP上的应用协议。
为多个用户进行分组缓冲，以及选择特定的用户分组并基于不同的标准，对它们进行调度以实现在移动-无线网络上的递送，这些在无线基站(例如，UMTS中的NodeB和 LTE中的eNodeB)中都是普遍的。已经包括了一些用于选择用户分组和分配RF信道资源的标准，(1)循环法，其中，以循环的方式对竞争的用户分组进行选择，以实现用户中的公平性，(2)Max C/I，其中，首先选择信道质量高的用户，实现小区吞吐量的最大化，以及(3)比例公平调度器(PFS)，其在实现最大小区吞吐量与公平性之间尝试取得平衡，从而不会使用户因较差的RF信道条件而被迫离开。UMTS/HSPA网络和NodeB (UMTS网络中的基站)中发现了结合以上分组路由协议的分组调度器。这些调度器运转于已经在对应的网络设备(例如，NodeB)中接收和缓冲的分组上。
这些分组的源，例如应用程序服务器或者客户端设备，采用TCP/UDP等协议，将分组传输至用户设备，而用户设备在传输网络设备中进行缓冲，例如NodeB中。分组源没有感知到底层分组传输以及任何传输网络阻塞点，例如阻塞的无线扇区。关闭的回路传输协议，例如TCP，尝试对特定用户/TCP会话的分组递送进行优化，使得底层传输能够实现的会话吞吐量得以最大化，从而将网络元件内的分组丢失降到最低。在现有技术的部署中，TCP/ UDP等应用协议是端对端的并且不会在RAN或其他更接近无线网络的设备中终止。美国专利申请No. 12/536537(参考1)提出无线访问网络中应用&内容协议感知的内容缓存/代理设备。
图1示出了包括UMTS无线访问网络(“RAN”)、分组核心网络(CN)以及互联网的网络100的实例。CN中的GGSN 102发送并从互联网106上的服务器104接收内容。RAN 仅作为传输网络而运行，并且因此，应用程序会话在RAN(例如，在互联网106中)外终止。 当移动设备108从第一位置110移动至第二位置112时，它离开了第一基准收发站114的覆盖区域并进入了第二基准收发站116的覆盖区域。RNC 118和120根据行业标准协议采用RNC间逻辑连接122，以将控制面会话和用户面会话传递至新的RNC120和新的基准收发站116。用户面中的切换发生在传输级，并且，利用第二 RNC 120和第二基准收发站116，任何在途中经过第一 RNC 118丢失至第一基准收发站114或者从第一基准收发站114丢失的分组都重新传输至移动设备108的新位置112(或者，实施其他类似的回复操作)。
在其他实例中，在第一位置110与第二位置112之间的网络中的公共点可进一步为“下游”(例如，如果两个基准收发站114和116是由公共RNC 118进行管理)或者进一步为“上游”(例如，如果第一 SGSN 120或者GGSN 102管理第一基准收发站114，以及不同的第二 SGSN或者GGSN管理第二基准收发站116)。虽然在所有情况下，系统100在基站发射器传送期间都会出现分组丢失，但是公共点越处于上游，丢失的分组将会更多并且传输的低效率问题将更严重。
现有的第三代合作项目“3GPP”标准对移动设备从第一基准收发站114(例如， UMTS网络中的NodeB/RNC组合或者长期演进(“LTE”)网络中的eNodeB)的覆盖区域移动至第二基准收发站116时的不同类型的移动性和重配置操作进行定义。这些操作包括有 NodeB内切换、NodeB间切换以及在两个连接至相同或者不同SGSN的RNC之间的RNC间切换。移动性和切换情形包括软切换、较软切换以及硬切换。现有技术的3GPP标准中的切换和重配置步骤在分组传输级运行，并且不会(例如)终止TCP或者UDP会话。[发明内容]
本发明克服了先前技术的问题，其在无线移动网络中，例如UMTS/HSPA (通用移动通信系统/高速分组接入)网络、LTE(长期演进)网络和CDMA网络中，作为多层边缘/代理设备而运行，例如，一个这样的内容边缘/代理可部署于如图所示的UMTS网络中的RAN 中的IuB(I)或IuPS⑵上，或者CN(核心网络)中的GN(3)接口或Gi(4)接口上。美国专利申请No. 12/536537提出了这样的内容边缘/代理设备(在那个专利中称为RAN缓存)在 RAN中的部署，提供一种重叠缓冲器为可结合入RAN缓存或者移动网络中的其他代理设备的软件组件。在实例性说明和相关的附图中，结合当前发明的方法的RAN缓存插入于UMTS 网络中的RNC与SGSN之间的IuI^s逻辑接口上，适用于放置于UMTS网络的其他接口上的或者其他无线移动网络(例如，LTE和CDMA等)中的用于UMTS/HSPA网络中改善的RAN效率的突发分组调度器。
为实现上述目的设计一种在无线访问网络RAN中对分组进行调度的方法，其特征在于，所述方法在RAN中的Node B上游的传输网络设备内实现，包括
接收来自多个终端用户的分组流；
接收网络参数；
计算网络条件；
对所接收的分组流进行缓冲、分离每用户分组流并且以相对定时和速率对分组流的进一步传输进行调度，其特征在于，所述相对定时和速率与在基于所接收的分组流和参数以及所计算的条件而接收分组流时的定时和速率不同。
还包括基于调度决策，将数据写入用户有效载荷分组标头内的区分服务域中。
所述NodeB接收进一步传输后的分组流并且对传输至个体终端用户设备的分组进行进一步地调度。
所述NodeB至少部分地基于所述区分服务域中的数据对传输的分组流进行进一步地调度。
所述方法由重叠调度器执行。
所述重叠调度器至少根据小区吞吐量和公平性目标对所接收的分组流进行调度。
所述RAN为UMTS网络。
所述RAN为LTE网络。
所述重叠调度器逻辑地位于Node B与核心网络之间。
所述参数包括得自观察的带宽历史的估计信道质量指数CQI、终端用户分类、应用程序类型以及业务类别中的至少一个。
所述参数还包括网络配置和设置参数中的至少一个。
一种用于在RAN中的Node B上游的传输网络设备内对无线访问网络RAN中的分组递送进行调度的重叠调度器，包括
缓冲器，其连接至RAN和核心网络，并对从核心网络接收的分组流进行缓冲；
调度器，其连接至所述缓冲器，所述调度器从RAN和核心网络接收参数并且计算网络条件，所述调度器以相对定时和速率对每用户分组流从所述缓冲器至所述RAN的传输进行进一步地调度，其特征在于，所述定时和速率与在基于所接收的分组流和参数以及所计算的条件而接收分组流时的定时和速率不同。
还包括基于调度决策，将数据写入用户有效载荷分组标头内的区分服务域中。
所述NodeB接收进一步传输后的分组流并且对传输至个体终端用户设备的分组进行进一步地调度。
还包括基于所述调度决策，将数据写入用户有效载荷分组标头内的区分服务域中，其特征在于，所述Node B至少部分地基于所述区分服务域中的数据对传输的分组流进行进一步地调度。
所述调度器作为独立的重叠调度器设备来实现。
所述调度器作为RAN缓存的一部分来实现。
所述调度器至少根据小区吞吐量和公平性目标对所接收的分组流进行调度。
所述RAN为UMTS网络。
所述RAN为LTE网络。
所述重叠调度器逻辑地位于Node B与核心网络之间。
所述参数包括CQI、应用程序类型以及业务类别中的至少一个。
所述参数还包括网络配置和设置参数中的至少一个。
一种用于对无线访问网络RAN中的传输进行优化的方法，其特征在于，所述RAN对多个用户提供服务，并且包括多个组件，其特征在于，所述方法包括
a.逻辑地将设备插入于所述RAN中的第一和第二组件之间，所述设备包括存储元件、控制逻辑和两个接口组件，使得所述设备与所述第一组件和所述第二组件实现通信；
b.采用所述接口模块中的第一接口模块以将所述第一组件仿真为所述第二组件；
c.采用所述接口模块中的第二接口模块以将所述第二组件仿真为所述第一组件；
d.采用所述设备中的所述控制逻辑，对所述第一组件至所述第二组件的通信进行解析，从而确定所述通信的用户和内容，其特征在于，所述通信包括多个协议层；
e.确定带宽、带宽质量指数(BQI)和其他与所述用户相关的特征；以及
f.对针对所述用户的内容递送进行修改，进而实现小区利用的最大化。
所述内容修改包括改变针对所述用户的分组递送速率。
所述内容修改包括删除传输至所述用户的高带宽应用程序。
本发明同现有技术，本发明公开了一种用于在UMTS/HSPA网络中，生成最优分组工作量，进而实现小区吞吐量的最大化与多个用户的公平性之间的平衡的方法。当前发明的分组调度器通过监测各移动设备最近的RAN带宽并增加RAN设备中高速数据流的缓冲器占用，提高了其他调度器(例如，UMTS/HSPA网络中NodeB和RNC中的比例公平调度器)的性能。该调度器采用了最大小区吞吐量的理想性能目标和各种网络阻塞级别的公平性，以及在将分组递送至RAN(无线访问网络)的同时，对出口突发率进行控制。
根据本发明的实施例，提供了一种在无线访问网络(RAN)中对分组进行调度的方法，该方法提供来在RAN中的Node B的上游实现。该方法包括接收来自多个终端用户的分组流、接收网络参数、计算网络条件以及对所接收的分组流进行缓冲。该方法还包括以相对定时和速率对分组流的进一步传输进行调度，其中，相对定时和速率与在基于所接收的分组流和参数以及所计算的条件而接收分组流时的定时和速率不同。
本方法还包括基于调度，将数据写入用户有效载荷分组标头内的区分服务域中。 此外，本方法可实现Node B接收分组流，其对传输至个体终端用户设备的分组进行进一步地调度。Node B可至少部分地基于区分服务域中的数据进行进一步地调度或优先。本方法还可由重叠调度器执行，其至少根据小区吞吐量和公平性目标对所接收的分组流进行调度。本方法还可在UMTS、LTE和⑶MA网络中实现，并且重叠调度器逻辑地位于Node B与核心网络之间。调度中使用的参数包括CQI、终端用户分类、应用程序类型以及业务类别中的至少一个，以及网络配置和设置参数中的至少一个。
根据本发明的另一个实施例，一种用于在无线访问网络(RAN)中进行分组递送的调度的重叠调度器包括缓冲器和调度器。该缓冲器连接至RAN和核心网络并对从核心网络接收的分组流进行缓冲。该调度器连接至缓冲器，从RAN和核心网络接收参数并且计算网络条件，以及以相对定时和速率对从缓冲器传输至RAN的分组流进行进一步地调度，其中， 所述定时和速率与在基于所接收的分组流和参数以及所计算的条件而接收分组流时的定时和速率不同。
仍根据本发明的另一个实施例，一种用于对无线访问网络(RAN)中的传输进行优化的方法包括
a.逻辑地将设备插入于所述RAN中的第一和第二组件之间，所述设备包括存储元件、控制逻辑和两个接口组件，使得所述设备与所述第一组件和所述第二组件实现通信；
b.采用所述接口模块中的第一接口模块以将所述第一组件仿真为所述第二组件；
c.采用所述接口模块中的第二接口模块以将所述第二组件仿真为所述第一组件；
d.采用所述设备中的所述控制逻辑，对所述第一组件至所述第二组件的通信进行解析，从而确定所述通信的用户和内容，其中，所述通信包括多个协议层；
e.确定带宽、带宽质量指数(BQI)和其他与所述用户相关的特征；以及
f.对针对所述用户的内容递送进行修改，进而实现小区利用的最大化。[
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在附图中，同样的参考符号一般指代所有不同附图中的相同部分。在以下描述中， 结合下面的附图对本发明的不同实施例进行描述，其中
图1为包括互联网和现有技术的RAN的网络的方框图2示出了根据现有技术的Node B中的比例公平调度器的方框图3示出了结合了根据本发明实施例的重叠分组调度器的内容边缘或代理设备的示意性实例图4示出了一种示意性系统，其中，结合了根据本发明一个或多个实施例的重叠调度方法的RAN缓存设备可找到应用程序示意图5根据本发明的实施例示出了结合了重叠调度器的RAN缓存的内部操作图6示出了一种根据本发明实施例的对重叠调度器进行操作的方法示意图7示出了一种根据本发明实施例的对重叠调度器进行操作的示意图。
图中，100为互联网的网络，102为网关GPRS支持节点(GGSN)，104为服务器， 106为互联网，108为移动设备，110为第一位置，112为第二位置，114为第一基准收发站或服务器，116为第二基准收发站或服务器，118为无线网络控制器(RNC)，120为无线网络控制器(RNC)，124为服务GPRS支持节点(SGSN)，300为RAN(居民接入网)，310为缓存 (RAN-Cache), 320为重叠调度器，400为RAN(居民接入网)，410为缓存(RAN-Cache),420 为重叠调度器，505为重叠调度器，602为来自控制面，604为UE类型能力服务质量参数业务类别，606为小区识别符或者UE属于的服务区域，612为来自用户面，614为用户代理标头，616为带宽质量指数=发送和接收ACK/时间的DS字节的总和，US字节/时间的总和， 618为小区或服务区域带宽小区或服务区域中所有UE的DS字节的总和；用于小区或服务区域中所有UE的US字节的总和，620为计算机小区或服务区域阻塞级别，NodeB阻塞级别(前T秒)，622为等待为各UE发送的分组的数量，6M为应用程序/内容类型分配优先级，626为下一个调度间隔选择UE、#分组和用于各UE的应用程序流，632为来自配置、设置、业务面，634为重叠调度器在各阻塞级别是各小区/服务区域的性能目标(小区吞吐量 /公平性)，636为用户服务优先级/计费计划，638为各小区的峰值小区带宽，640为各服务区域中的小区ID，642为对应于各Node B的小区ID，644为各NodeB/接口峰值带宽，700为接收分组流，710为接收参数，720为计算特定参数，730为为下一次调度间隔选择UE、#分组和应用程序流，740为根据所确定的调度，对分组突发进行缓冲和传输。[具体实施方式
]
图2示出了现有技术的Node B中的示例性调度器的概览。该图示出了比例公平调度器(PFS)。该图示出了三个分组队列，其用于标记为NodeB调度器的输入的三个用户。 参考图2，显而易见的是，NodeB调度器采用UE分类、UE能力和信道质量指数(CQI)来确定各特定UE的传输块。在这种设置情形下，PFS调度器尝试在调度CQI高的用户之间实现平衡，以获得最大小区吞吐量，同时，在确定哪个内部缓冲的UE分组配置至用于朝向移动设备的传输的RF信道时，保证对于CQI低的用户的一定的公平性。
图3根据本发明的实施例示出了在RAN缓存310中实现重叠调度器320的RAN 300。参考图3，CN中GGSN 102发送并从互联网106上的服务器104接收内容。RAN仅作为传输网络而运行，并且因此，应用程序会话在RAN(例如，在互联网106中)外终止。SGSN 与RNC 110交换分组。RNC 119与Node B交换分组并且最终与终端用户移动设备108通过 Node B交换分组。由于用户可以是移动的，因此，根据网络的实施方式，用来到达终端用户的RNC可在用户移动至不同Node B接入点时发生变化。
RAN缓存310为内容边缘/代理设备，其(例如)在UMTS网络中实现并且能够拦截逻辑接口中的一个接口(IuPS逻辑接口)中的分组。该接口可包含两个逻辑接口、控制面和用户面。在用户面中，用户分组可携带于具有传输标头的GTP-U隧道中。这样的用户面分组可能需要进行解封，以识别属于用户设备的分组。根据本发明一个实施例的RAN缓存结合了根据本发明的对传输分组进行调度的重叠调度器320。重叠调度器320对通过RAN 缓存310与SGSN 124之间的接口从SGSN接收的下游用户有效载荷分组进行缓冲，并且通过RNC，控制本地缓冲分组朝向NodeB的分组递送。尽管重叠分组调度器320是作为RAN缓存中的单元进行示出的，但是，将会理解的是，调度器可作为具有网络接口的独立设备来实现，其能够接收分组流并且根据本文所述的调度器的不同实施例，对这些分组的递送进行调度。此外，RAN缓存可在软件中实现，并且通过其他网络元件或者在其他结合至网络元件的硬件或固件中运行。一般情况下，重叠分组调度器运行来控制发送至RNC和Node B的分组，并且基于本文所述的端对端上下文，采用更多的智能调度。
图4示出了在示意性LTE配置中实现的RAN 400。RAN 400包括结合了根据本发明实施例的重叠调度器的RAN缓存410。参考图4，重叠调度器可示意性地形成RAN缓存 410的一部分，其连接于SGW与E-NodeB之间并且在其间对分组传输的调度进行控制。重叠调度器可拦截LTE架构中E-NodeB与MME/SGW之间称为Sl的逻辑接口。该接口具有符合3GPP标准的控制面协议(Sl-C)和用户面协议(Sl-U)。重叠调度器对分组进行拦截、并且根据本文详细描述的各种方法，对它们的传输进行缓冲和调度。如上所述，重叠调度器与 UMTS网络相连，可作为独立的网络元件来实现，或者可在软件、固件或者与另一个装置相关联的硬件中实现，其中，硬件包括图4中所示的那些硬件。
图5示出了一种根据本发明实施例的重叠调度器505作用于各种分组和与终端用户相关联的分组流(UE1-UE3)上的操作的示意图。参考图5，积极地参与到与网络的数据交换中的终端用户标记为UEl至UE3。各终端用户具有多个与他或她相关的分组流，并且由此，这些流根据终端用户进行分组。例如，示出的终端用户UEl具有三个与其设备相关联的分组流或流，标记为Tcpl、Tcp2和UDP1。由于用户设备可具有多个并行的应用程序会话 (TCP，UDP)，分组可采用用户设备和/或GTP-U隧道id的目的IP地址来识别用户。各TCP 流可采用传输TCP缓冲器(如图所示的TCP1，TCP2)。TCP流通常为可靠的数据控制协议。 类似地，各UDP流可采用各自的传输缓冲器对UDP分组业务进行缓冲，而其一般为不可靠的数据协议并且一般用来传输实时数据。通过代理/边缘设备(例如，RAN缓存)中的策略配置，可透明地绕过一些UE的业务。1
重叠调度器505可对多个数据进行考虑，有助于传输分组的调度。例如，重叠调度器505可对最近的UE带宽、UE分类、与分组流相关的应用程序类型以及业务类别进行考虑。 每终端用户的UE带宽是计算来作为观察周期内所有朝向UE的应用程序流的字节总和。UE 的小区或服务区域可通过监测控制面进行确定，并且这种相关性的方法不在当前发明的保护范围之内。小区(或扇区)的最大带宽可以是以推理的方式来配置的或者根据接口上所监测的长期演进历史来估计的，并且可用作重叠调度器505进行调度的参数。重叠调度器运行来对网络和各用户的参数进行分析并且将每个UE的分组突发进行发送。重叠调度器可基于之前观察的UE带宽、内容类型、UE类型、小区或服务区域阻塞级别以及业务类别(例如，建立UE的数据会话时所规定的交互业务)来作出调度决策。还可将其他参数用来根据本发明控制重叠调度器505调度分组的方式。
一般地，重叠调度器505运行来相对于那些分组和分组组别的到达时间，改变分组或分组组别的传输的相对定时。它还可调节每单位时间内用于个体终端用户或终端用户流或流类型的相对定时或分组，例如，当网络阻塞较高时，调度视频流来实现减速。任何参数都可用来影响调度的调节。
图6示出了重叠调度器可在执行调度决策的同时采用的示意性参数组。参考图6， 示出的参数与控制面602、用户面612相关或者来自与配置或设置632相关的数据。得自控制面602的属性可包括604UE类型、UE能力、用户服务优先级、QOS参数(例如最大比特率 (MBR)、保证比特率(GBR))、业务类别(例如互动业务、背景业务)以及606UE所在的小区识别符或服务区域识别符。用户面属性612包括来自http请求标头的用户代理标头614、 计算为最后观察周期期间发送的下游字节的总和的BQI参数606、以及计算为小区或服务区域中所有UE的下游字节的总和的小区或服务区域带宽618。小区或服务区域阻塞级别 620计算为小区/服务区域的最近观察的下游带宽的百分比或者小区最大化配置的或者长期观察的下游带宽的百分比。来自用户面的其他参数包括等待发送的分组量622以及为应用程序内容类型分配的优先级。重叠调度器选择每扇区/服务区域618的UE，并且基于配置、设置和业务面参数632，为下一个调度间隔6 选择每UE将要发送的分组量。设置和业务面参数632包括每阻塞级别的理想性能目标、用户服务/收费计划参数636、各小区的峰值小区带宽638、各服务区域640中的小区ID、对应于各Node B的小区ID 642以及Node B/接口峰值带宽644。
当前发明中的重叠调度器通过生成经过传输网络元件(例如，但不限于，RAN)送至NodeB的分组工作量，来在UMTS/HSPA RAN中的NodeB中增强现有分组调度器。NodeB采用替代的分组调度器，将无线信道资源分配给竞争的移动设备(称为UE 用户设备)。
图7示出了一种根据本发明实施例的对RAN中的重叠调度器进行操作的方法。参考图7，在步骤700中，重叠调度器接收分组流。这些流可以是终端用户流或者控制流或其他流。在步骤710中，重叠调度器接收涉及调度的参数。这些参数可从RAN的控制面或其他源接收、从用户面或者配置、设置或本地存储的服务定义接收、通过网络从另一个地址接收，或者，这些参数与接受调度的RAN网络相关联。
在步骤720中，重叠调度器计算意图在调度中使用的特定参数。该步骤可包括计算每用户的UE带宽和本文所述的多个其他参数，重叠调度器可基于对通过调度器传输的分组的计算和对从其他网络元件(包括RAN缓存)接收的参数的计算，来确定这些其他参数。在步骤730中，重叠调度器通过(例如)确定其分组将要传输的UE以及通过为下一个调度间隔确定分组和应用程序流，来为下一个调度间隔确定调度。在步骤740中，重叠调度器根据为调度间隔所确定的调度，对所接收的分组进行缓冲并且将分组和/或分组突发进行传输。
根据现有技术的Node B调度器可基于以下参数将RF信道分配至UE，(I)UE分类， (2)CQI，其是UE正经历的当前RF条件的量度，(3)UE优先级，(4)业务类别，以及(5)限定等待传输至特定UE的分组的缓冲器占用。在每个传输时间间隔(TTI)时，调度器基于调度策略，将分组传输至所选择的UE。传输块大小(TBQ基于特定CQI，限定每UE分类的最大字节量。例如，对于CQI值为25的UE分类10来说，传输块大小为14411字节，对应于最大带宽72Mbps。NodeB调度器对CQI高的UE进行优先，其具有等待传输给它的分组。因此， 如果Node B中对于CQI高的UE没有(或者很少)将要传输给UE的分组，则调度器将会选择CQI低的UE,降低了最大小区吞吐量。换句话说，CQI高的UE使得小区吞吐量最大化，这是因为分组可以较高的传输块大小进行传输以及需要较少次数的重传输。但是，当CQI高的UE拥有的属于它的分组较少时，调度器会选择CQI较低的设备。
当前发明的重叠调度器生成分组工作量，以通过一个或多个传输网络设备送至 NodeB调度器，实现最优性能。
可以想到的是，本文所公开的方法并入了以参考形式并入本文中的美国专利申请 12/5365378中所述的代理设备中，例如RAN缓存。因此，重叠调度器可与应用程度代理共同定位，例如HTTP代理/缓存或者将端对端客户-服务器流进行分割的TCP代理，(1)客户端至代理，和( 具有传输流缓冲器的代理至服务器流。一般地，重叠调度器与缓冲器一起工作，该缓冲器存储有分组流并使得分组和分组流能够在不同于它们到达缓冲器的时间而抽出。重叠调度器对传输流缓冲器至移动设备的递送进行优化。重叠调度器是感知应用程序(HTTP、FTP、MAIL等)以及内容类型的(html目标、视频目标等)，并且在不同阻塞级别受到小区吞吐量对比公平性目标的驱动。
图6详细说明了驱动调度器的主要流。如之前所述的并且在以参考形式并入本文的美国专利申请No. 12/536537中，RANC是作为内容缓存/代理设备运行的，其在RAN至 RANC与RANC至CN(核心网络)之间具有每用户/应用程序级传输缓冲器。CN-RTT为服务器至RANC之间的RTT (往返时间)并且RAN-RTT为客户端与RANC之间的RTT。因此，RANC 中的代理传输缓冲器采用TCP进行填充，并且RAN中客户端的带宽变化通过采用传输缓冲器避免传播至服务器。因此，采用CN-TCP的代理每TCP应用程序中的传输缓冲器以快于其在采用RAN-TCP的RAN上传输的速度进行填充。结合于RANC服务中的重叠分组调度器提供来自传输缓冲器的分组，从而实现如同在RAN中各种阻塞级别时而配置的最优性能。其维持了观察间隙“T”，并且计算了每小区(或者SAL/LAI)传输的总字节。例如，它还采用 UMTS/HSPA采用的2毫秒传输时间间隔的倍数，作为带宽计算的观察/调度间隔。然而，任何其他适合的间隔，包括变化间隔，都可采用。其对小区区域内所有UE的总分组量进行限制，从而不会超过小区区域的最大容量。
下面详细讨论了其他示意性的操作内容
1)对于各UE，重叠调度器通过计算在最后观察周期内客户端传输和确认的分组， 来估计移动客户端最近的带宽。
2)或者，重叠调度器通过测量针对最近建立的TCP连接的往返时间，来估计UE的带宽。
3) RANC通过探听IuPS接口上的控制面协议或者识别HTTP请求标头内的用户代理，对UE分类和UE类型进行识别。分类识别出了峰值带宽(UE支持的HS-PDSCH代码量)。 UE类型表明了其是否是连接至膝上型电脑、智能手机或者功能手机等的数据卡。
4)根据以上两个估计值，重叠调度器可计算带宽质量指数(BQI)，其估计了 UE在下一个调度间隔中能够支持的带宽。
5)由于RANC是作为内容代理运行的，因此它知道应用程序的类型，并且对于特定应用程序，例如HTTP，它可确定将要发送的数据量和其在下一个间隔期间的优先级。
6)根据应用程序类型(UDP和TCP端口数)以及UE的多个流的内容类型，它可为流分配优先级；例如，使得DNS分组优先。
7)它通过探听控制面协议(例如，图2所示的IuPS)，确定了 UE的服务优先级。
8)重叠调度器将最大小区容量用于由小区所连接的RNC所覆盖的小区中的每一个。它还采用小区到其所属的位置区域识别符的映射。这些参数在RNC中以推理的形式进行配置。
9) RNC将移动设备在连接至网络时所位于的服务区域识别符或者位置区域识别符通过控制面消息进行传播。这种通信采用包含了服务区域识别符(SAI)、位置区域识别符 (LAI)以及路由区域识别符(SAI)的“初始UE消息”。在一些运营商网络部署中，LAI对应于SAI，而SAI对应于RNC。因此，在这类部署下，探听控制面消息的RANC设备可对用户所在的扇区进行识别。在其他网络部署中，LAI/SAI/RAI识别符可进行不同地映射并且可对应于一组扇区。在以下描述中，术语“小区区域”对应于特定扇区或者SAI/LAI/RAI，并且根据网络配置，网络粒度可为扇区或者扇区组。
10) RANC对各UE的小区区域进行识别并且以活动的分组流和所有UE在前一个观察间隔中的使用带宽对所有UE进行分组。该值作为上述步骤6中小区的配置峰值小区带宽的百分比，确定了小区区域(小区或者SAI/LAI/RAI)的阻塞级别。
11)在LTE网络中，无线访问网络与执行一些RNC和NodeB功能的E-NodeB平行。 在美国专利申请No. 12/536537所述的这些部署中，RAN-缓存拦截Sl控制(Sl-C)和用户面 (Sl-U)协议。在这些用户面协议中，各用户的应用程序分组(IP/TCP/UDP等)携带于专用于用户设备的GTP-U隧道内。GTP-U隧道分组携带于IP传输分组内，其中IP传输标头包含 IP地址或E NodeB和SGW。因此，当部署于LTE网络中时，RANC识别UE所属的E-NodeB (LTE 中的BTQ并且将一个E-NodeB范围的所有UE以及其带宽使用进行分组。在这类部署中， RANC根据用户面估计E-NodeB阻塞级别。
12)重叠调度器在小区吞吐量和各种阻塞级别的公平性之间采用理想的平衡作为输入配置参数。例如，在高阻塞级别时，它可配置来限制高吞吐量/高BQI的UE的带宽，从而对于大量UE来说，提高了公平性和网络可到达性。
13)重叠调度器基于BQI生成分组突发，以在NodeB中实现最优的缓冲器占用，使得NodeB中的分组调度器将最优传输块大小用于各UE的CQI，从而有助于优化RF信道资源的最优分配，实现效率最大化。
14)针对UE的突发调度降低了使用RF和无线接入承载的时间(与带宽&效率较低的较长时间相比，在带宽&RF效率较高时的时间要短)，从而使得扇区中的其他设备能够使用资源。
15)重叠调度器还可通过在UE的IP标头域中重写区分服务字节，来对RAN设备用于特定UE的调度优先级产生影响。在一些RNC和NodeB的实施方案中，用于UE的业务处理优先级(THP)来自IP标头中的区分服务字节。
16) 一种对上面步骤12中的区分服务字节进行设置的替代方案，RAN缓存中的重叠调度器可对RAN(无线访问承载)进行修改，从而根据其正在拦截的控制面逻辑接口，通过控制面协议改变用于特定UE的THP。
17)根据实际部署和运营商的网络配置，所有用于重叠调度器的输入数据都可能无法使用。在这种情况下，调度决策与所有参数可用的情况相比，可能是次最优的。
实例
实Ml^当小区或服务区域低于阻塞阈值时，重叠调度器改善小区吞吐量
采用图6中的策略配置步骤632，运营商对每小区/服务区域阻塞阈值进行配置， 在该阈值下，重叠调度器应通过增加选择性UE的分组突发，来尝试增加小区或/SAL/LAI的吞吐量。运营商在重叠调度器的范围内配置各小区/SAL/LAI的峰值带宽。每小区或/SAL/ LAI的策略是否生效是取决于运营商网络的并且由此进行选择的。如之前在特定网络部署中所述那样，服务区域ID/位置区域ID(SAI/LAI)的对于各扇区来说是唯一的，并且当结合了当前发明的方法的RAN-缓存在IuPS控制面中接收“初始UE消息”时，消息中的SAL/LAI 信息元件对应一个扇区。在其他网络部署中，SAL/LAI信息元件对应一组扇区。下面的步骤对重叠调度器可用来对IuPS接口上将要传输至RAN的UE分组进行调度的示意性步骤进行了概述。
1.当控制面中观察到了 “初始UE，，消息时，该消息确定UE所属的小区区域。
2.根据发送至小区区域中所有UE的下游字节总数，来确定每扇区的总吞吐量，如图6的步骤618所示。小区区域阻塞确定为与最大小区区域吞吐量相比的在前一个观察周期中所观察到的吞吐量的百分比。所估计的小区区域阻塞与配置的策略阈值相比，从而在进行下列步骤之前，确定小区区域中的业务是否低于阈值。
3.根据发送至UE的下游字节总数，计算观察间隔内为UE实现的带宽。或者，UE 的带宽根据最新的TCP连接建立消息来计算。由于其中结合了重叠调度器的RAN缓存设备是作为TCP代理和缓存设备来工作的，因此，RAN缓存设备终止了针对UE的TCP连接并采用了针对服务器的不同的TCP连接，如图5所示。因此，其计算出了在发送它之前发送至UE的 TCP-SYN-ACK与ACK或者为该应用程序接收的第一应用程序分组之间的往返时间。其将带宽计算为TCP-SYN-ACK中和由往返时间分割的ACK或者第一应用程序分组中的字节总数。
4.其通过监测IuPS控制面消息，确定了 UE分类。UE能够支持的最大带宽是取决于UE分类。根据UE分类，其确定了 UE能够支持的最大传输块大小以及用所述传输块大小能够实现的最大带宽。该带宽限定了重叠调度器能够将其用于该UE的最大短期带宽(突发带宽)O
5.其将带宽质量指数(BQI)计算为上述步骤1中所观察到的带宽与步骤2中所确定的UE能够支持的最大带宽之间的比值。BQI总是小于1。
6.根据步骤2中的最大传输块大小以及传输调度间隔“T”，其计算出了能够发送至UE的最大字节数。其根据BQI以及UE的最大传输块大小，确定出了每时间T将要为特定UE发送的分组(分组突发大小)的量。
7.其在下一个传输机会期间提供UE队列的同时，也为BQI高的UE增加了分组突发。由于BQI指代UE最近估计的带宽，并且小区(或者SAL/LAI)吞吐量低于所配置的阻塞阈值，因此，增加分组突发会试图提高每UE带宽。这反过来增加了 NodeB处的缓冲分组， 从而使得NodeB能够使用更大的传输块大小。
8.此外，重叠调度器还可通过在用户级IP标头域中重写一个或多个应用程序流的区分服务字节，来对上述步骤7中的UE的RAN设备(RNC，NodeB)所采用的调度优先级产生影响。在一些RNC和NodeB的实施方案中，用于UE的业务处理优先级(THP)来自IP标头中的区分服务字节。
实例2 当小区或服各区域即将阻塞时，重叠调度器增加公平件
与前一个实例类似，图6中的策略配置步骤632确定每小区区域阻塞阈值，在该阈值时，重叠调度器应该开始控制消耗高带宽的用户，从而为大量用户增加公平性和网络可用性。运营商配置峰值小区区域(SAL/LAI/RAI内的扇区或扇区组)带宽。正如之前已经在前述实例中所述那样，每扇区的策略是否生效是取决于网络配置的。
1.与前一个实例类似，重叠调度器计算观察周期“T”中每小区区域的总吞吐量， 并且核对在进行下述的公平性步骤之前，小区区域是否达到配置阈值。
2.如前述实例所述，计算在观察间隔中递送至UE的带宽、UE能够支持的峰值带宽以及BQI。
3.对于小区区域中消耗高带宽的UE，其基于所计算的BQI，通过减少每调度间隔T 所发送的分组量，来试图降低带宽。在UE的一个或多个活动TCP应用程序中可看出，降低的每UE分组突发延长了 RTT，从而使得应用程序源减速。这为其他UE实现更加公平的小区区域分享提供了机会。
4.除了发送至消耗高带宽的UE的数据量或者作为其替代方案，重叠调度器还可通过在用户级IP标头域中重写一个或多个应用程序流的区分服务字节，来对上述步骤3中的UE的RAN设备(RNC，NodeB)所采用的调度优先级产生影响。在一些RNC和NodeB的实施方案中，用于UE的业务处理优先级(THP)来自IP标头中的区分服务字节。这对于其他竞争RAN资源的UE来说，提高了公平性。
5.作为为特定UE应用程序流重写区分服务字节的替代方案，重叠调度器可通过在CN设备发送至RNC的“RAB分配请求”中设置RAB参数信息元件中的THP参数，来修改 RAN中的业务处理优先级(THP)。
还应注意的是，以上所述的各种基于硬件的实施方案仅是说明性的。本发明的实施例可以是以体现于一个或多个制品上或制品中的一个或多个计算机可读程序的形式来提出的。该制品可以是任何合适的计算机可读介质，例如，软磁盘、硬盘、⑶ROM、⑶-RW、 CD-R、DVD ROM、DVD-RW、闪存卡、PROM、RAM、ROM或者磁带。一般情况下，计算机可读程序可用任何编程语言来实现。其中一些可能使用的语言的例子包括C语言、C++语言或者JAVA 语言。软件程序还可进一步转译为机器语言或虚拟机指令并以该形式存储于程序文件中。 然后，该程序文件可存储于一个或多个制品上或制品中。此外，计算机程序可分布于各种相互通信的硬件元件上(例如，无线访问网络中的网络元件)。15
以上描述了本发明的特定实施例。然而，明显的是，本发明并不限于那些实施例， 相反，却旨在说明了对本文所述的内容所作出的增加和修改都在本领域的保护范围内。此外，将会理解的是，本文所述的不同实施例的特征并不互相排斥并且能够在不脱离本发明的精神和保护范围的情形下以各种组合和变化而存在，即使这些组合和变化并未在本文中进行清楚地说明。实际上，本领域的普通技术人员能够在不脱离本发明的精神和保护范围的情形下，对本文所述的内容作出变化、修改和其他实施方案。照此，本发明并不只受到前述示意性描述的限定。
权利要求
1.一种在无线访问网络RAN中对分组进行调度的方法，其特征在于，所述方法在RAN中的Node B上游的传输网络设备内实现，包括接收来自多个终端用户的分组流；接收网络参数；计算网络条件；对所接收的分组流进行缓冲、分离每用户分组流并且以相对定时和速率对分组流的进一步传输进行调度，其特征在于，所述相对定时和速率与在基于所接收的分组流和参数以及所计算的条件而接收分组流时的定时和速率不同。
2.根据权利要求1所述的一种在无线访问网络RAN中对分组进行调度的方法，其特征在于，还包括基于调度决策，将数据写入用户有效载荷分组标头内的区分服务域中。
3.根据权利要求1所述的一种在无线访问网络RAN中对分组进行调度的方法，其特征在于，所述NodeB接收进一步传输后的分组流并且对传输至个体终端用户设备的分组进行进一步地调度。
4.根据权利要求3所述的一种在无线访问网络RAN中对分组进行调度的方法，还包括基于所述调度决策，将数据写入用户有效载荷分组标头内的区分服务域中，其特征在于，所述NodeB至少部分地基于所述区分服务域中的数据对传输的分组流进行进一步地调度。
5.根据权利要求1所述的一种在无线访问网络RAN中对分组进行调度的方法，其特征在于，所述方法由重叠调度器执行。
6.根据权利要求5所述的一种在无线访问网络RAN中对分组进行调度的方法，其特征在于，所述重叠调度器至少根据小区吞吐量和公平性目标对所接收的分组流进行调度。
7.根据权利要求6所述的一种在无线访问网络RAN中对分组进行调度的方法，其特征在于，所述RAN为UMTS网络。
8.根据权利要求6所述的一种在无线访问网络RAN中对分组进行调度的方法，其特征在于，所述RAN为LTE网络。
9.根据权利要求6所述的一种在无线访问网络RAN中对分组进行调度的方法，其特征在于，所述重叠调度器逻辑地位于Node B与核心网络之间。
10.根据权利要求6所述的一种在无线访问网络RAN中对分组进行调度的方法，其特征在于，所述参数包括得自观察的带宽历史的估计信道质量指数CQI、终端用户分类、应用程序类型以及业务类别中的至少一个。
11.根据权利要求6所述的一种在无线访问网络RAN中对分组进行调度的方法，其特征在于，所述参数还包括网络配置和设置参数中的至少一个。
12.一种用于在RAN中的Node B上游的传输网络设备内对无线访问网络RAN中的分组递送进行调度的重叠调度器，包括缓冲器，其连接至RAN和核心网络，并对从核心网络接收的分组流进行缓冲；调度器，其连接至所述缓冲器，所述调度器从RAN和核心网络接收参数并且计算网络条件，所述调度器以相对定时和速率对每用户分组流从所述缓冲器至所述RAN的传输进行进一步地调度，其特征在于，所述定时和速率与在基于所接收的分组流和参数以及所计算的条件而接收分组流时的定时和速率不同。
13.根据权利要求12所述的一种用于在RAN中的NodeB上游的传输网络设备内对无线访问网络RAN中的分组递送进行调度的重叠调度器，其特征在于，还包括基于调度决策， 将数据写入用户有效载荷分组标头内的区分服务域中。
14.根据权利要求12所述的一种用于在RAN中的NodeB上游的传输网络设备内对无线访问网络RAN中的分组递送进行调度的重叠调度器，其特征在于，所述NodeB接收进一步传输后的分组流并且对传输至个体终端用户设备的分组进行进一步地调度。
15.根据权利要求14所述的一种用于在RAN中的NodeB上游的传输网络设备内对无线访问网络RAN中的分组递送进行调度的重叠调度器，还包括基于所述调度决策，将数据写入用户有效载荷分组标头内的区分服务域中，其特征在于，所述Node B至少部分地基于所述区分服务域中的数据对传输的分组流进行进一步地调度。
16.根据权利要求12所述的一种用于在RAN中的NodeB上游的传输网络设备内对无线访问网络RAN中的分组递送进行调度的重叠调度器，其特征在于，所述调度器作为独立的重叠调度器设备来实现。
17.根据权利要求12所述的一种用于在RAN中的NodeB上游的传输网络设备内对无线访问网络RAN中的分组递送进行调度的重叠调度器，其特征在于，所述调度器作为RAN缓存的一部分来实现。
18.根据权利要求12所述的一种用于在RAN中的NodeB上游的传输网络设备内对无线访问网络RAN中的分组递送进行调度的重叠调度器，其特征在于，所述调度器至少根据小区吞吐量和公平性目标对所接收的分组流进行调度。
19.根据权利要求18所述的一种用于在RAN中的NodeB上游的传输网络设备内对无线访问网络RAN中的分组递送进行调度的重叠调度器，其特征在于，所述RAN为UMTS网络。
20.根据权利要求18所述的一种用于在RAN中的NodeB上游的传输网络设备内对无线访问网络RAN中的分组递送进行调度的重叠调度器，其特征在于，所述RAN为LTE网络。
21.根据权利要求18所述的一种用于在RAN中的NodeB上游的传输网络设备内对无线访问网络RAN中的分组递送进行调度的重叠调度器，其特征在于，所述重叠调度器逻辑地位于Node B与核心网络之间。
22.根据权利要求18所述的一种用于在RAN中的NodeB上游的传输网络设备内对无线访问网络RAN中的分组递送进行调度的重叠调度器，其特征在于，所述参数包括CQI、应用程序类型以及业务类别中的至少一个。
23.根据权利要求18所述的一种用于在RAN中的NodeB上游的传输网络设备内对无线访问网络RAN中的分组递送进行调度的重叠调度器，其特征在于，所述参数还包括网络配置和设置参数中的至少一个。
24.一种用于对无线访问网络RAN中的传输进行优化的方法，其特征在于，所述RAN对多个用户提供服务，并且包括多个组件，其特征在于，所述方法包括a.逻辑地将设备插入于所述RAN中的第一和第二组件之间，所述设备包括存储元件、 控制逻辑和两个接口组件，使得所述设备与所述第一组件和所述第二组件实现通信；b.采用所述接口模块中的第一接口模块以将所述第一组件仿真为所述第二组件；c.采用所述接口模块中的第二接口模块以将所述第二组件仿真为所述第一组件；d.采用所述设备中的所述控制逻辑，对所述第一组件至所述第二组件的通信进行解析，从而确定所述通信的用户和内容，其特征在于，所述通信包括多个协议层；e.确定带宽、带宽质量指数(BQI)和其他与所述用户相关的特征；以及f.对针对所述用户的内容递送进行修改，进而实现小区利用的最大化。
25.根据权利要求M的一种用于对无线访问网络RAN中的传输进行优化的方法，其特征在于，所述内容修改包括改变针对所述用户的分组递送速率。
26.根据权利要求M的一种用于对无线访问网络RAN中的传输进行优化的方法，其特征在于，所述内容修改包括删除传输至所述用户的高带宽应用程序。
全文摘要
公开了一种用于在UMTS/HSPA网络中，生成最优分组工作量，进而实现小区吞吐量的最大化与多个用户的公平性之间的平衡的方法。当前发明的分组调度器通过监测各移动设备最近的RAN带宽并增加RAN设备中高速数据流的缓冲器占用，提高了其他调度器(例如，UMTS/HSPA网络中NodeB和RNC中的比例公平调度器)的性能。该调度器采用了最大小区吞吐量的理想性能目标和各种网络阻塞级别的公平性，以及在将分组递送至RAN(无线访问网络)的同时，对出口突发率进行控制。
文档编号G06F11/00GK102511035SQ201080034864
公开日2012年6月20日 申请日期2010年11月9日 优先权日2009年11月9日
发明者克里希南·莱马克里斯南, 拉姆吉·拉加, 罗纳德·帕克, 苏利亚·库马尔·科瓦利 申请人:莫维克网络公司