专利名称：一种ip服务质量控制方法
技术领域：
本发明涉及无线通信领域，尤其涉及通用移动通信系统地面无线接入网络(Universal Terrestrial Radio Access Network，UTRAN)中的IP服务质量(Quality of Service，QoS)控制方法。
背景技术：
在宽带码分多址接入(Wideband Code Division Multiple Access，WCDMA)和时分复用同步码分多址接入(Time Division Synchronized Code DivisionMultiple Access，TD-SCDMA)系统中包含有分组交换域(PS Domain)，在它们的UTRAN中提供了分组的接入服务。当前IP协议在网络中普及，分组交换域主要传输IP报文，将来整个UTRAN将演进为承载全IP业务。下行IP报文在WCDMA和TD-SCDMA的UTRAN中传输的协议结构如图1所示，包括分组数据聚合协议层(Packet Data Convergence Protocol，PDCP)提供IP报文在无线承载上的传输、压缩、以及支持无丢失的服务无线网络控制器(SRNC)重定位等功能。在这个协议结构中，只有PDCP实体能够直接处理IP报文。
无线链路控制层(Radio Link Control，RLC)进行PDCP协议数据单元(Protocol Data Unit，PDU)的分片、重组、确认重传、排序、流控等操作并在逻辑信道专用业务信道(Dedicated Traffic Channel，DTCH)上传输，向PDCP提供报文在无线承载(Radio Bearer，RB)上的传输服务。
媒体接入控制层(Medium Access Control，MAC)提供报文的调度并在传输信道上传输，向上提供逻辑信道的数据传输服务。逻辑信道需要映射到传输信道。3GPP协议中规定的DTCH可以映射的传输信道有前向接入信道(Forward Access Channel，FACH)、专用信道(Dedicated Channel，DCH)和高速下行共享信道(High Speed Downlink Shared Channel，HS-DSCH)。
无线物理层(PHY)通过空中物理信道向用户终端(User Equipment，UE)传输数据，向上提供传输信道(Transport Channel)的传输服务。
传统IP网络仅仅是为了满足数据业务的需求而设计的，在这种体系中，所有的数据包都是根据尽力传送(Best Effort)的原则传送，因此能够很好的支持Web浏览和E-Mail服务，但是却不能很好的支持实时的语音和图像的传递。而如今IP网络正在朝向单网多业务的方向发展，在同一个网络中需要承载各种业务，如数据、语音、视频等，各种业务对时延、抖动、丢包率的要求不同，因此必须给不同的业务提供不同的服务，由此产生了IP QoS的需求。目前IP QoS存在着两种主要的服务模型集成服务(Integrated Service，IntServ)模型和区别服务(Differentiated Service，DiffServ)型。
IntServ模型是较早出现的一种QoS服务模型，在这种QoS服务模型中，业务通过信令向网络申请特定的QoS服务，网络在流量参数的范围内预留资源以满足该请求。IntServ模型主要采用的协议是资源预留协议(ResourceReserVation Protocol，RSVP)。IntServ模型应用时需要端到端所有设备支持RSVP协议，而且网络单元必须为每个应用保存状态信息，可扩展性差，开销大，因此目前仅仅应用于边缘网络。
DiffServ模型与IntServ模型不同，它是基于IP报文的QoS保证，即DiffServ模型通过IP报头的某些字段(如IP地址/端口号/协议号/服务类型(Type ofService，ToS)字段等)来区分不同报文的相对优先级，在网络单元上采用队列调度有区别地控制不同信息流的分组聚类和转发行为，从而在保证服务质量和解决拥塞之间取得一个良好的折中。DiffServ模型不需要额外的信令支持，也不需要维持每个应用的状态信息，具有良好的可扩展性，因此可应用于大型网络。目前常用的DiffServ技术包括报文分类、流量监管(Traffic Policing)、流量整形(Traffic Shaping)、拥塞管理、拥塞避免等。
根据当前的3GPP技术规范，其端到端的IP QoS是在核心网和UE之间的分组数据协议上下文(PDP Context)中实施，在UTRAN中没有直接的IP QoS的实施点。UTRAN对IP QoS的支持，是通过核心网络将IP QoS转换为无线接入承载QoS(RAB QoS)，再由UTRAN控制面无线资源控制(Radio ResourceControl，RRC)转换为无线承载QoS(RB QoS)来实现，包括无线承载对应的RLC/MAC实体的特性、传输信道和物理信道的属性。例如对不同的IP报文采用不同类型的RLC实体(重传或不重传)、应用不同的传输信道进行传输、赋予不同的逻辑信道优先级等，这在一定程度上也可以支持IP QoS。但是RLC/MAC实体无法处理IP头部，也就无法象传统的IP QoS策略那样针对IP的5元组(源地址、目的地址、源端口、目的端口、协议号)以及IP头部的其他字段实施相应的QoS策略。
上述方法在3GPP Release 5之前，系统中利用专用信道传输IP分组的情况下还可以很好支持IP QoS，但从Release 5以后，WCDMA和TD-SCDMA系统增加了高速下行分组共享接入(High Speed Downlink Packet Access，HSDPA)，采用高速下行共享传输信道(High Speed Downlink Shared Channel，HS-DSCH)传输IP报文，而共享信道是由同一个小区内的所有UE共享使用，是基于整个小区内的IP报文的调度，而且其带宽是不断变化的，这就需要进行直接的IP QoS策略以控制和管理共享信道上的争用、拥塞和流量(最重要的是拥塞避免和流量整形)。但MAC实体在调度共享传输信道时，只能根据配置的无线承载信息进行事后的拥塞控制，实现不了拥塞避免。这是由于MAC实体看不到IP头部，也就无法判断业务类型，无法针对IP承载的业务实施IPQoS策略，所以MAC实体在进行调度时，只能根据共享信道的优先级队列进行调度和拥塞管理，但优先级队列的数目是非常有限的(当前3GPP中定义了8个队列)，满足不了业务扩展的需要。
在当前的3GPP协议中，UTRAN中唯一能够处理IP头部的PDCP实体不包含IP QoS支持功能，而且PDCP实体是基于单个UE内的无线承载级别实施协议功能，无法进行小区级别的IP QoS支持。现在3GPP把IP QoS策略的实施完全放在核心网络，也就无法配合无线共享信道的状态变化进行QoS策略的实施。
UTRAN在将来可能将承载全IP的数据，如果缺少直接IP QoS策略的完整实施，将需要进行IP QoS到无线承载QoS(RB QoS)之间的转换，这种转换，随着IP承载业务的扩展，将会变得越来越困难。尤其在共享信道上，由于不能针对IP报文头部(业务信息)进行区别对待，将无法实现拥塞避免和流量整形功能。这将影响WCDMA和TD-SCDMA系统对IP的支持。
综上所述，现有技术在UTRAN中没有IP QoS的实施点，无法直接实施IP QoS策略，无法实施小区级别的IPQoS策略。即使进行复杂的IPQoS到RBQoS的转换也无法完全满足流量整形、拥塞避免和区别对待要求。
发明内容
本发明提供一种IP QoS控制方法，用以解决现有技术中不能在UTRAN中直接实施IP QoS控制的问题。
本发明方法应用于移动通信系统的无线接入子系统中，其特征在于包括将发送给移动用户终端的IP报文，发送到无线接入子系统的用户面实体，由用户面实体根据选择的IP QoS服务模型对接收IP报文实施IP QoS控制。
根据本发明的上述方法，还包括由核心网发送IP QoS策略的信令消息到无线接入子系统的控制面，由所述控制面将所述信令消息中携带的QoS控制参数转换为用户面对应的无线信道的传输参数，并利用该传输参数配置出相应的无线信道，使用配置出的无线信道承载接收的IP报文。
所述移动通信系统的无线接入子系统为宽带码分多址接入WCDMA和/或时分同步码分多址接入TD-SCDMA系统的通用移动通信系统地面无线接入网络UTRAN。
根据本发明的上述方法，由UTRAN中的控制面实体采用IP QoS的集成服务IntServ模型进行IP QoS控制，将核心网发送的IntServ的信令消息中携带的QoS控制参数转换为UTRAN中的相应无线信道的传输参数，并利用该传输参数配置出相应的无线信道，使用配置出的信道承载接收的IP报文。
所述UTRAN中的控制面实体为无线资源控制RRC实体。
根据本发明的上述方法，通过UTRAN的操作和维护系统OAM向所述RRC实体配置IntServ模型所需要的算法参数和将所述QoS控制参数转换为无线信道传输参数所需要转换参数。
根据本发明的上述方法，所述UTRAN中的用户面实体为分组数据聚合协议PDCP层，由所述PDCP层根据选择的IP QoS服务模型进行IP报文的区分控制。
所述PDCP层分为小区PDCP-CELL子层和用户PDCP-UE子层；发送给用户终端的IP报文，先发送到所述PDCP-CELL子层；由该PDCP-CELL子层对接收的IP报文根据选择的IP QoS服务模型进行QoS计算；将计算的结果值，与IP QoS判决参数一起输入到判决算法中计算出判决结果，根据判决结果对接收的IP报文实施相应处理；如果处理策略为报文不丢弃，则将接收的IP报文发送到与目的用户终端对应的所述PDCP-UE子层的相应队列；所述PDCP-UE子层对接收的IP报文根据选择的IP QoS服务模型进行QoS计算；将计算的结果值，与IP QoS判决参数一起输入到判决算法中计算出判决结果，根据判决结果对接收的IP报文实施相应处理；如果处理策略为报文不丢弃，则将接收的IP报文发送到对应的无线链路控制层RLC队列，并通过无线链路控制层RLC、媒体接入控制层MAC和无线物理层PHY传送给用户终端。
根据本发明的上述方法，由UTRAN中RRC实体通过控制服务接入点SAP接口向所述PDCP-CELL子层和PDCP-UE子层配置进行QoS计算的算法参数和所述判决参数。
根据本发明的上述方法，通过UTRAN的操作和维护系统OAM向所述PDCP-CELL子层和PDCP-UE子层配置进行QoS计算的算法参数和所述判决参数。
根据本发明的上述方法，所述PDCP-CELL子层和PDCP-UE子层获取IP报文头部中各字段的值，根据所配置的算法参数和指定的QoS算法，计算出对应报文的QoS值；与所述IP QoS判决参数一起输入到判决算法中计算出判决结果，根据判决结果对接收的IP报文实施相应处理。
根据本发明的上述方法，还包括由所述MAC层通过SAP接口向PDCP-UE子层报告用户终端的IP报文在共享信道或/和公共信道上的传输信息；所述PDCP-UE子层转发所述传输信息给PDCP-CELL子层；所述PDCP-CELL和PDCP-UE子层将接收的传输信息和所述算法参数，应用指定的QoS算法进行QoS计算。
根据本发明的上述方法，不同用户终端对应的PDCP-UE子层选择的IPQoS服务模型彼此相同或不同。
根据本发明的上述方法，不同用户终端对应的PDCP-UE子层选择的IPQoS服务模型和所述PDCP-CELL子层选择的IP QoS服务模型相同或不同。
所述IP QoS服务模型包括但不限于区别服务DiffSer模型和/或多协议标记交换MPLS模型。
本发明有益效果如下(1)本发明将发送给用户终端的IP报文，先发送到UTRAN的用户面实体PDCP层，由所述PDCP层根据选择的IP QoS服务模型进行IP QoS控制，实施了在WCDMA和TD-SCDMA系统的UTRAN中能够直接实施IP QoS控制。
(2)本发明将PDCP层分为PDCP-CELL子层和PDCP-UE子层；发送给用户终端的IP报文，先发送到PDCP-CELL子层；由该PDCP-CELL子层对接收的IP报文根据选择的IP QoS服务模型获取IP报头的相关字段值进行QoS计算；并根据计算结果对接收的IP报文实施相应处理策略。因此，本发明方法能够在UTRAN中提供小区级别的基于IP分组头部的QoS控制。
(3)本发明方法中由MAC层通过SAP接口向PDCP-UE子层报告用户终端的IP报文在共享信道或/和公共信道上的传输信息；并通过PDCP-UE子层转发该传输信息给PDCP-CELL子层；由PDCP-CELL子层将接收的传输信息参与QoS计算，实现QoS控制，使得IP QoS策略算法能够及时适应无线信道状态的变化，使得HSDPA更高效地承载IP分组数据。
(4)本发明方法在UTRAN承载全IP业务时，能够方便地利用已有的成熟的IP QoS策略，而不用另行开发新协议；实现简单、成本低。
图1为下行IP报文在UTRAN中传输的协议结构示意图；图2为本发明方法的协议结构示意图。
具体实施例方式
本发明方法应用于移动通信系统的无线接入子系统中，所述无线接入子系统包括宽带码分多址接入WCDMA或时分同步码分多址接入TD-SCDMA系统的UTRAN。
本发明方法包括将发送给移动用户终端的IP报文，发送到无线接入子系统的用户面实体，由用户面实体根据选择的IP QoS服务模型对接收IP报文实施IP QoS控制。还包括由核心网发送IP QoS策略的信令消息到无线接入子系统的控制面，由控制面将信令消息中携带的QoS控制参数转换为用户面对应的无线信道的传输参数，并利用该传输参数配置出相应的无线信道，使用配置出的无线信道承载接收的IP报文。
在本发明实施例中，以UTRAN中的控制面实体RRC采用集成服务IntServ模型进行IP QoS控制，以及由用户面实体PDCP层实现DiffServ/多协议标记交换(Multiprotocol Label Switching，MPLS)等类型的QoS模型为例，对本发明方法加以详细描述。
参见图2，IntServ模型的具体实现方法为核心网发送的IntServ的信令消息(资源预留的协议信令)由核心网传给UTRAN控制面的RRC协议实体，信令消息中携带QoS控制参数；RRC协议实体将资源预留协议信令中的参数转换为无线承载配置参数(无线信道的传输参数)，并通过控制服务接入点(Service Access Point，SAP)接口，控制各协议实体(包括PDCP、RLC、MAC、PHY)的运行参数来配置该无线承载，利用配置出的无线承载来传送相应的IP报文，从而实施IntServ模型。
DiffServ模型或MPLS等模型由UTRAN用户面的PDCP层实施。在本发明实施例中，将PDCP层分为小区PDCP-CELL和用户PDCP-UE两个子层。PDCP-CELL子层负责整个小区级别的IP QoS策略实施，实行小区级别的IP传输通道(共享信道和公共信道)的拥塞控制和管理、流量监管和整形、队列调度等策略；PDCP-UE子层除了实现IP头部压缩、SRNC重定位和IP报文在无线承载上的传输外，还进行UE级别的IP QoS控制。具体实施过程如下(1)、所有发送给小区内所有UE的IP报文，进入UTRAN后先到达PDCP-CELL子层。
(2)、PDCP-CELL子层根据所选择的IP QoS模型(DiffServ模型或MPLS等)获取每个IP报文中的IP头部中的各个字段(包含源地址、目的地址、源端口号、目的端口号、传输层协议号、优先级等)的值，根据配置的相应QoS算法参数，按照指定的算法，计算出QoS值；将计算的结果值，与IP QoS判决参数一起输入到判决算法中计算出判决结果，根据判决结果对接收的IP报文实施相应处理；例如将接收的IP报文丢弃、或决定其发送的优先级、或决定向源地址反馈相关信息等等。
对于QoS算法参数和判决参数的配置，在本发明中通过扩展RRC协议实体与PDCP-CELL子层之间的控制SAP接口功能实现，即在RRC向PDCP层发送的配置信息中，增加进行QoS计算和判决对应的参数信息，通过控制SAP接口发送到PDCP-CELL和PDCP-UE子层中。QoS算法参数和判决参数的配置也可以通过操作和维护系统(Operation and Management，OAM)配置到PDCP-CELL子层中。
(3)如果PDCP-CELL子层决定当前接收的IP报文不丢弃，根据报文的目的UE以及判决结果，发送到对应的PDCP-UE子层中相应的队列。由PDCP-UE子层实现IP头部压缩、SRNC重定位和IP报文在无线承载上的传输，还实现UE级别的IP QoS控制，具体的IP QoS控制方法与上述PDCP-CELL子层进行小区级IP QoS控制的方法相同，包括PDCP-UE子层根据所选择的IP QoS模型(DiffServ模型或MPLS等)获取每个IP报文中的IP头部中的各个字段(包含源地址、目的地址、源端口号、目的端口号、传输层协议号、优先级等)的值，根据配置的相应QoS算法参数，按照指定的算法，计算出QoS值；将计算的结果值，与IP QoS判决参数一起输入到判决算法中计算出判决结果，根据判决结果对接收的IP报文实施相应处理。具体的处理策略例如将接收的IP报文丢弃、或决定其发送的优先级、或决定向源地址反馈相关信息等等。如果处理策略为报文不丢弃，则将接收的IP报文通过无线链路控制RLC协议实体、媒体接入控制MAC协议实体和无线物理层PHY实体传送给用户终端。
上述PDCP-UE子层选择的IP QoS模型与PDCP-CELL子层选择的IP QoS模型可以相同也可以不相同；同理，各用户终端对应的PDCP-UE子层所选择的IP QoS模型也可以彼此相同或不相同。
为了更好地在PDCP层实施IP QoS策略，本发明增加了MAC层到PDCP-UE子层的控制SAP接口。MAC层通过该控制SAP接口，向PDCP-UE子层报告各个UE的IP报文在共享信道或/和公共信道上的传输信息(包括平均带宽、平均时延、个体时延、平均错误率、个体错误率等信息)。PDCP-UE子层再将这些传输信息报告给PDCP-CELL子层。PDCP-CELL子层和PDCP-UE子层根据RRC配置的QoS算法参数并结合MAC层报告的传输信息，计算出QoS值，用于QoS控制。
从以上QoS控制流程可知，PDCP层将核心网侧进入的IP分组数据交换到UE，在该交换过程中进行分组交换的控制和管理，即实现IP QoS控制。
由于IP QoS中的DiffServ模型能够提供拥塞控制和管理、流量整形和监管、队列管理等功能，可以更好地避免IP报文在HSDPA上的拥塞和盲目丢弃，并能更好地进行优先级管理和资源调度，从而使得HSDPA承载IP业务更加高效。因此通过在UTRAN中直接IP QoS实施功能，UTRAN能够基于IP承载的业务类型管理IP报文在共享信道上的传输，能够使得IP Qos算法及时适应无线信道的变化，也使得HSDPA更好地支持IP分组业务，保证UTRAN可以承载全IP业务。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
权利要求
1.一种IP服务质量QoS控制方法，应用于移动通信系统的无线接入子系统中，其特征在于包括将发送给移动用户终端的IP报文，发送到无线接入子系统的用户面实体，由用户面实体根据选择的IP QoS服务模型对接收IP报文实施IP QoS控制。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括由核心网发送IP QoS策略的信令消息到无线接入子系统的控制面，由所述控制面将所述信令消息中携带的QoS控制参数转换为用户面对应的无线信道的传输参数，并利用该传输参数配置出相应的无线信道，使用配置出的无线信道承载接收的IP报文。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述移动通信系统的无线接入子系统为宽带码分多址接入WCDMA和/或时分同步码分多址接入TD-SCDMA系统的通用移动通信系统地面无线接入网络UTRAN。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，由UTRAN中的控制面实体采用IP QoS的集成服务IntServ模型进行IP QoS控制，将核心网发送的IntServ的信令消息中携带的QoS控制参数转换为UTRAN中的相应无线信道的传输参数，并利用该传输参数配置出相应的无线信道，使用配置出的信道承载接收的IP报文。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述UTRAN中的控制面实体为无线资源控制RRC实体。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，通过UTRAN的操作和维护系统OAM向所述RRC实体配置IntServ模型所需要的算法参数和将所述QoS控制参数转换为无线信道传输参数所需要转换参数。
7.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述UTRAN中的用户面实体为分组数据聚合协议PDCP层，由所述PDCP层根据选择的IP QoS服务模型进行IP报文的区分控制。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述PDCP层分为小区PDCP-CELL子层和用户PDCP-UE子层；发送给用户终端的IP报文，先发送到所述PDCP-CELL子层；由该PDCP-CELL子层对接收的IP报文根据选择的IP QoS服务模型进行QoS计算；将计算的结果值，与IP QoS判决参数一起输入到判决算法中计算出判决结果，根据判决结果对接收的IP报文实施相应处理；如果处理策略为报文不丢弃，则将接收的IP报文发送到与目的用户终端对应的所述PDCP-UE子层的相应队列；所述PDCP-UE子层对接收的IP报文根据选择的IP QoS服务模型进行QoS计算；将计算的结果值，与IP QoS判决参数一起输入到判决算法中计算出判决结果，根据判决结果对接收的IP报文实施相应处理；如果处理策略为报文不丢弃，则将接收的IP报文发送到对应的无线链路控制层RLC队列，并通过无线链路控制层RLC、媒体接入控制层MAC和无线物理层PHY传送给用户终端。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，由UTRAN中RRC实体通过控制服务接入点SAP接口向所述PDCP-CELL子层和PDCP-UE子层配置进行QoS计算的算法参数和所述判决参数。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，通过UTRAN的操作和维护系统OAM向所述PDCP-CELL子层和PDCP-UE子层配置进行QoS计算的算法参数和所述判决参数。
11.如权利要求9或10所述的方法，其特征在于，所述PDCP-CELL子层和PDCP-UE子层获取IP报文头部中各字段的值，根据所配置的算法参数和指定的QoS算法，计算出对应报文的QoS值；与所述IP QoS判决参数一起输入到判决算法中计算出判决结果，根据判决结果对接收的IP报文实施相应处理。
12.如权利要求9或10所述的方法，其特征在于，还包括由所述MAC层通过SAP接口向PDCP-UE子层报告用户终端的IP报文在共享信道或/和公共信道上的传输信息；所述PDCP-UE子层转发所述传输信息给PDCP-CELL子层；所述PDCP-CELL和PDCP-UE子层将接收的传输信息和所述算法参数，应用指定的QoS算法进行QoS计算。
13.如权利要求1-10任意权项所述的方法，其特征在于，不同用户终端对应的PDCP-UE子层选择的IP QoS服务模型彼此相同或不同。
14.如权利要求1-10任意权项所述的方法，其特征在于，不同用户终端对应的PDCP-UE子层选择的IP QoS服务模型和所述PDCP-CELL子层选择的IP QoS服务模型相同或不同。
15.如权利要求1-10任意权项所述的方法，其特征在于，所述IP QoS服务模型包括但不限于区别服务DiffSer模型和/或多协议标记交换MPLS模型。
全文摘要
本发明公开了一种IP QoS控制方法，应用于移动通信系统的无线接入子系统中，包括将发送给移动用户终端的IP报文，发送到无线接入子系统的用户面实体，由用户面实体根据选择的IP QoS服务模型对接收IP报文实施IPQoS控制；还包括由核心网发送IP QoS策略的信令消息到无线接入子系统的控制面，由所述控制面将所述信令消息中携带的QoS控制参数转换为用户面对应的无线信道的传输参数，并利用该传输参数配置出相应的无线信道，使用配置出的无线信道承载接收的IP报文。本发明方法利用现有成熟的IP QoS策略实现在UTRAN中直接进行IP QoS控制。
文档编号H04L29/06GK1960320SQ200510115539
公开日2007年5月9日 申请日期2005年11月4日 优先权日2005年11月4日
发明者庄宏成, 周明 申请人:华为技术有限公司