专利名称：在无线通信系统中分配带宽的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及如权利要求1前序部分所定义的控制节点和如权利要求9前序部分所定义的方法。
技术背景在任何无线通信网络中带宽都是有限的资源。随着移动终端变得 越来越普遍，对无线通信容量的需求在不断提高。因此，以最佳的可能方式分配无线通信系统中的可用带宽，以便 尽可能有效地使用可用带宽，变得越来越重要。US 6 925 068^Hf 了一种在无线通信系统中分配带宽的方法。可 根据信道的带宽需要而将时隙灵活地分配用于上行链路或下行链路 传输。在一个方向可比在另一个方向分配更多的时隙(也就是iJt，用于 下行链路传输的比用于上行链路传输的多，反之亦然)，在这种意义上， 可实现信道带宽不对称。任何时隙的指定都可根据要求在上行链路和 下行链路之间动态改变。决策基于由于容量问题已拒绝的会话报告。US 6 628 626公开了一种通过从基站到移动终端使用附加宽带通 信信道而在下行链路方向实现高速数据传送的方法。该原则基于在下 行链路方向的带宽要求高于上行链路方向的假设。这一般是正确的， 但并不总是正确的。WO 00/01188公开了 一种根据各种通信质量参数向移动终端分配 业务信道以^f更在无线网络中更有效地分配信道的方法。本领域中熟知的调度算法并未考虑每个业务会话都是双向的情 况，并且在一个方向的调度决策也会影响另一个方向的会话行为。本发明的目的是控制无线网络中的容量利用，方式为在避免拥塞情况的同时，上行链路和下行链路容量都被最大化。 发明内容根据本发明通过一种控制节点来实现此目的，所述控制节点在无 线通信网络中用于分配网络资源到无线电信网络中的至少 一个通信会话，包括资源分配部件，用于根据有关在网络中上行链路和下行 链路方向的业务负载的业务负载信息和至少 一个通信会话的每一通 信会话的ul一ratio和dl一ratio来分配资源到至少一个会活，ul—ratio和 dl—ratio表示为其中ul—throughput是至少一个通信会话上行链路中的吞吐量，并 且dl一throughput是至少一个通信会话下行链路中的吞吐量，并且资源 分配部件设置为才艮据dl_ratio分配上行链路中的资源和/或根据ul—ratio 分配下行链路中的资源。还通过一种分配网络资源到无线电信网络中至少 一个通信会话的 方法来实现该目的，所述方法包括以下步骤-监测所述网络中上行链路和下行链路方向的业务负载；-为至少一个会话确定表示如下的参ttul—ratio和dl—ratio:其中ul—throughput是至少 一个通信会话上行链路中的吞吐量，并 且dl一throughput是至少一个通信会话下行链路中的吞吐量；以及-通过根据dl—ratio分配上行链3各中的资源和/或才艮据ul一ratio分配 下行链路中的资源，来根据业务负载以及ul一mtio和dl一mtio分配 资源到至少一个会话。相比之下，现有技术调度算法一般在进行调度决策时，彼此独立 地考虑上行链路和下行链路。本发明的想法基于大多数业务会话都具有确定性行为的事实。会 话遵循确定性的信令顺序，因为参与会话的两个用户终端对协议(标准 化的或专有的)达成一致以便能够进行通信。根据本发明，分析每个业 务会话的确定性行为，并在执行联合上行链路/下行链路调度决策时使 用此知识。以协议无关的方式分析该确定性行为，也就是说，无需有 关任何特定通信协议的知识。在优选实施例中，控制节点还包括监测部件，用于获得有关网络中上行链路和下行链路方向业务负 载的业务负载信息；以及计算部件，用于为至少一个会话确定参数u1—ratio和dl一ratio。备 选地，监测部件和计算部件可在单独的单元中实现，或在控制节点外 的一个单独单元中实现。监测部件可设置为识别上行链路和/或下行链路中的任何备用容 量。这种f青况下，资源分配部件设置为如果在上行链路方向检测到 备用容量，并且至少一个会话具有高ul一ratio，则提高至少一个会话在 下行链路方向的调度优先级。类似地，资源分配部件可设置为如果 在下行链路方向检测到备用容量，并且至少一个会话具有高dl—ratio, 则提高至少一个会话在上行链路方向的调度优先级。这两个功能可一 起实现，或者可只使用其中一个功能。一些情况下，第 一方向上的大量数据传输取决于反方向上的小量 数据传输，如确认。根据本发明，如果在第一方向上有备用容量，则 由于在反方向上的小量数据被给了较高优先级，确保了在第一方向上 容量的有效使用。因此，缩短了在第一方向可发送数据前的等待时间， 并且更有效地使用备用容量。监测部件可设置为识别上行链路和/或下行链路中的过载或拥塞。 这种情况下，资源分配部件可设置为如果在上行链路方向4企测到过 载或拥塞，并且至少一个会话具有高ul一ratio，则降低至少一个会话在 下行链路方向的调度优先级。类似地，资源分配部件可设置为如果在下行链路方向检测到过载或拥塞，并且至少一个会话具有高dl—ratio,则降低至少一个会话在上行链路方向的调度优先级。通过降低反方向的调度优先级而减少一个方向的拥塞的本发明方 法是有益的，主要有两个原因首先，它提供了向假设的业务生成源、 即发送方提供反馈的更快方式。此外，它促使源业务更平滑地生成。例如，对于传输控制协议(TCP)， TCP发送方被说成"ACK时钟控 制"，由于它只可以它接收ACK的速率来发送数据分组。如果在保持 ACK方向优先级的同时只降低了批量数据传送数据方向的优先级，则 ACK至少在最初将继续以相同速率返回。由于TCP发送方将继续以 相同速率时钟输出数据分组，因此这甚至可能使数据方向更加拥塞。 另一方面，降低ACK方向的优先级将导致ACK速率降低，这将立即 导致数据分组的传输速率降低。这也降低了由拥塞引起的进一步分组 丢失的风险。可一起实现在一侧检测备用容量而在另一侧检测过载或拥塞，或 者可只使用它们中的一个。根据本发明，增大系统的总吞吐量，使得上行链路和下行链路容 量均基于当前用户业务量而得到最大程度的使用。通过各个业务流的 平滑降低，可避免拥塞。可以不降低拥塞方向业务的调度优先级，而 是在另一个方向对于在拥塞方向具有高吞吐量比率的会话降低业务 会话优先级。优选是，计算部件设置为将ul一ratio和dl一ratio计算为一定时革爻内 的平均值，例如，计算为平滑移动平均值。本发明的控制节点和方法可在通过无线电接口执行通信的任何类 型电信网络中使用。本发明将特别用在上行链路与下行链路容量之间 的关系不容易改变的网络中。
下面将通过示例并参照附图更详细地描述本发明，其中图1示出在无线通信网络中两个用户终端与一个基站间的通信。图2是本发明方法的流程图；具体实施方式
图1示出与网络小区中多个用户终端3通信的无线通信网络的一 部分，在图1中表示为基站1。两个用户终端可参加相互或者与网络 中其它单元的双向通信，或者可向网络上载数据或从网络下载数据。 从基站1到每个终端3的下行链路通信由箭头5示出。从终端3到基 站的上行链路通信由箭头7示出。网络还包括用于调度业务量的至少一个调度节点9。此节点通常 在基站1中，或者与基站1连接。在图1中，调度节点9示为根据本 发明介绍的控制节点11的一部分。控制节点11还包括监测单元13， 该单元设置为监测在网络中上行链路和下行链路方向的业务。控制节 点11还包括计算单元15，该单元设置为计算网络中或小区中每个通 信会话的上行链路比率和下行链路比率，这将在下面定义。当然，控制部件分成多个单元只是为了便于说明。调度节点9、 监测单元13和计算单元15可以为包括在相同控制节点11中的软件 ^=莫块，或者可在单独的单元中实现。调度节点9将基于根据本发明获得的信息，并可能组合在现有技 术中使用的其它信息，而做出调度决策。才艮据本发明获得的优先级信 息的变化将远远慢于诸如快速衰落方面等其它调度信息中的 一些。例如，在图l所示的情况中，在^^定时间网络可在上4亍链路上具 有高负载，而在下行链路上具有大量备用容量。这种情况下， 一个终 端3要使用TCP下载一个对象时将出现如下问题即使第一终端所需 的平均上行链路比特率相当低，来自终端3的确认消息也必须与所有 其它上行链路业务竟争。这种情况下，由于确认消息无法在上行链路 方向传递，因此下行链路通信可继续下去。通过提高所涉及的终端3 的上行链路优先级，可提高此终端的吞吐量及总下行链路利用率。以协议无关方式分析确定性行为，也就是说，无需有关任何特定通信协 议的知识。因此，根据本发明的方法将适用于任何种类的协议，并且不依赖于例如TCP。性的会话特别有用。例如用户在从网络下载信息或者将信息上载到网 络时便是这种情况。用户从网络检索电子邮件时也是这种情况。在下 行链路方向要传输的数据量一般很大，而在上行链路方向只需传输小 量命令和确认。特定会话的上行链路与下行链路业务速率之间的相关 性通常在一段时间内较稳定。根据本发明的基本解决方案是检测每个业务会话的下行链路比特 率与下行链路比特率之间的相关性，并将此用作对调度决策的输入。图2给出了可如何实现此操作的更详细说明。在步骤Sl中，计 算每个业务会话的UL与DL比特率之比。假设，业务会活的上行链 路与下行链路吞吐量之间有强相关性，并且计算以下比率d7_ra"'o = c Z一Arawg/i戸2/(W」/j;x(Mg/^K《+ c L^roMg/ij31^其中ul—throughput是特定业务会话的上行链路中的吞吐量，并且 dl—throughput是同 一业务会话的下行链路中的吞吐量。此外，ul一ratio =1 - dl—ratio 。比率应取一段时间内的平均值，以降低通信突发特征的影响。优 选是，比率保持为平滑移动平均值的形式。在步骤S2中，识别上行链路或下行链路连接上的过载或拥塞情 况。为此，使用本来熟知的方法监测总业务量。例如在无法实现向某 些用户承诺的服务质量时会发生过载。这种情况下，分配给其它用户 的资源可能不得不受到限制，以实现适当的服务质量。在业务量太多， 一些业务实际上被阻塞时会发生拥塞。拥塞因此可视为极端形式的过 载。通常，在本文中，术语"过载"用于表示如上定义的过载和拥塞。在步骤S3中，根据过载情况确定动作过程。如果在上行链路检测到过载，则转到步骤S4;如果在下行链路;险测到过载，则转到步骤 S5;如果未检测到过载或拥塞，则转到步骤S6。
步骤S4:对于具有高ul_ratio的用户降低下行链路调度优先级。
转到步骤S6。
步骤S5:对于具有高dl_ratio的用户降低下行链路调度优先级。 转到步骤S6。
步骤S6:识别上行链路或下行链路连接上的任何备用容量。这通 过使用本来熟知的方法监测业务量来进行。
步骤S7:根据容量情况来确定动作过程。如果在上行链路上发现 备用容量，则转到步骤S8;如果在下行链路上发现备用容量，则转到 步骤S9;如果未发现备用容量，或者如果在上行链路和下行链路上均 发现备用容量，则程序结束。
步骤S8:对于具有高ul一ratio的用户提高下行链路调度优先级。
步骤S9:对于具有高dl一ratio的用户提高上行链路调度优先级。
步骤Sl-S5和步骤S6-S9分别可作为两种单独的方法扭J亍，或者 方法可始于步骤S6-S9，并继续步骤S1-S5。两种方法也可并行执行。
该程序可基于自动环不断执行，或者按有规律的时间间隔执行， 以将输入信息提供给调度决策。该程序也可按基于业务速率、过载的 发生或任何其它参数确定的无规律间隔执行。调度程序可对于要传输 的每个分组执行方法Sl-S5和S6-S9之一或两者。
如上所述，调度节点可基于根据本发明获得的信息结合用于调度 的其它信息而做出调度决策。此类其它信息例如可以是无线电性能， 即信道质量等。有关各个流的信息可从第3层和第4层获得(例如TCP 和IP)，以基于每个流来区分业务优先级。本发明方法只可应用于某 些传输协议(例如TCP)。有关所使用协议的信息可在IP报头的协议标 识符字段中找到。业务也可基于所使用的应用程序调度，如WWW、 FTP、 OUTLOOK-EXCHANGE同步等。有关应用程序的信息可从业 务流获得(例如TCP和/或UDP端口号)。
权利要求
1.一种供无线通信网络之用的控制节点(11)，用于向所述无线电信网络中的至少一个通信会话分配网络资源，包括资源分配部件(9)，用于根据有关所述网络中上行链路和下行链路方向的业务负载的业务负载信息以及所述至少一个通信会话的每一通信会话的ul_ratio和dl_ratio向所述至少一个会话分配资源，ul_ratio和dl_ratio表示为ul_ratio＝ul_throughput/(ul_throughput+dl_throughput)dl_ratio＝dl_throughput/(ul_throughput+dl_throughput)其中ul_throughput是所述至少一个通信会话的所述上行链路中的吞吐量，而dl_throughput是所述至少一个通信会话的所述下行链路中的吞吐量，并且所述资源分配部件(9)设置为根据所述dl_ratio分配所述上行链路中的资源，和/或根据所述ul_ratio分配所述下行链路中的资源。
2. 如权利要求1所述的控制节点(ll)，还包括 监测部件(13)，用于获得有关所述网络中所述上行链路和下行链路方向的所述业务负载的业务负载信息；计算部件(15)，对于所述至少一个会话，确定参数ul—ratio和 dl—ratio 。
3. 如权利要求1或2所述的控制节点(11),其中所述监测部件(13) 设置为识别所述上行链路和/或所述下行链路中的任何备用容量。
4. 如权利要求3所述的控制节点(11)，其中所述资源分配部件(9) 设置为如果在所述上行链路方向检测到备用容量，并且所述至少一 个会话具有高ul一ratio，则提高所述至少一个会话在所述下行链路方向 的调度优先级。
5. 如权利要求3所述的控制节点(11)，其中所述资源分配部件(9) 设置为如果在所述下行链路方向检测到备用容量，并且所述至少一 个会话具有高dl_ratio，则提高所述至少一个会话在所述上行链路方向的调度优先级。
6. 如权利要求1-5中任一项所述的控制节点(ll),其中监测部件(13)设置为识别所述上行链路和/或所述下行链路中的过载或拥塞。
7. 如权利要求6所述的控制节点(11),其中所述资源分配部件(9) 设置为如果在所述上行链路方向检测到过载或拥塞，并且所述至少 一个会话具有高ul一ratio,则降低所述至少一个会话在所述下行链路方 向的调度优先级。
8. 如权利要求6所述的控制节点(11)，其中所述资源分配部件(9) 设置为如果在所述下行链路方向检测到过载或拥塞，并且所述至少 一个会话具有高dl—ratio,则降低所述至少一个会话在所述上行链路方 向的调度优先级。
9. 如权利要求2-8中任一项所述的控制节点(ll)，其中所述计算 部件(15)设置为将所述ul_ratio和所述dl一ratio计算为在一定时段的 平均值。
10. 如权利要求9所述的控制节点(ll)，其中所述计算部件(15) 设置为将所述uljratio和所述dl_ratio计算为平滑移动平均值。
11. 一种向无线电信网络中的至少 一 个通信会话分配网络资源的 方法，包括以下步骤-监测所述网络中上行链路和下行链路方向的业务负载； -对于所述至少 一个会"i舌，确定参数ul—ratio和dl—ratio ， ul—ratio 和dl—ratio表示为其中ul—throughput是所述至少一个通信会话的所述上行链路中 的吞吐量，而dl—throughput是所述至少一个通信会话的所述下行链路 中的吞吐量；以及-通过根据所述dl—ratio分配所述上行链路中的资源和/或根据所 述ul—ratio分配所述下行链路中的资源，来4艮据所述业务负载以及ul—ratio和dl—ratio向所述至少一个会4舌分配资源。
12. 如权利要求11所述的方法，其中监测所述网络中所述业务负 载的所述步骤包括识别所述上行链路和/或所述下行链路中的任何备 用容量。
13. 如权利要求12所述的方法，包括如下步骤如果在所述上行 链路方向检测到备用容量，并且所述至少一个会话具有高ul_mtio，贝'J 提高所述至少一个会话在所述下行链路方向的调度优先级。
14. 如权利要求11或13所述的方法，包括如下步骤如果在所 述下行链路方向检测到备用容量，并且所述至少一个会话具有高 dl—ratio,则提高所述至少一个会话在所述上行链路方向的调度优先 级。
15. 如权利要求11-14中任一项所述的方法，其中监测所述网络 中所述业务负载的所述步骤包括识别所述上行链路和/或所述下行链 路中的过载或拥塞。
16. 如权利要求15所述的方法，包括如下步骤如果在所述上行 链路方向检测到过载或拥塞，并且所述至少一个会话具有高ul—ratio, 则降低所述至少一个会话在所述下行链路方向的调度优先级。
17. 如权利要求15或16所述的方法，包括如下步骤如果在所 述下行链路方向检测到过载或拥塞，并且所述至少一个会话具有高 dl一ratio,则降低所述至少一个会话在所述上行链路方向的调度优先 级。
18. 如权利要求11-17中任一项所述的方法，其中所述ul一ratio和 所述dl—ratio计算为时间上的平均值。
19. 如权利要求18所述的方法，其中所述ul_ratio和所述dl—ratio 计算为平滑移动平均值。
20. —种无线电信网络，其特征在于，它包括如权利要求1-10中 任一项所述的控制节点。
全文摘要
通过以下方法，可以更有效地向无线电信网络中的通信会话分配网络资源-监测网络中上行链路和下行链路方向的业务负载；-为至少一个会话，确定参数ul_ratio和dl_ratio，它们表示为ul_ratio＝ul_throughput/(ul_throughput+dl_throughput)，dl_ratio＝dl_throughput/(ul_throughput+dl_throughput)，其中ul_throughput是至少一个通信会话的上行链路中的吞吐量，并且dl_throughput是至少一个通信会话的下行链路中的吞吐量；以及-通过根据dl_ratio分配上行链路中的资源和/或根据ul_ratio分配下行链路中的资源，来根据业务负载以及ul_ratio和dl_ratio向至少一个会话分配资源。
文档编号H04W28/24GK101326844SQ200580052216
公开日2008年12月17日 申请日期2005年12月2日 优先权日2005年12月2日
发明者P·马格努森, R·卢德威格 申请人:艾利森电话股份有限公司