专利名称：一种无线接入承载分组数据业务的QoS管理方法
技术领域：
本发明涉及通信技术领域，具体地说，涉及无线接入承载分组数据业务的QoS管理方法。
背景技术：
随着互联网、数据通信的发展以及无线通信技术演进，第三代移动通信(3G)技术已成为业内研究的重点和热点。3G系统具有高频谱效率、全球普及和无缝漫游、支持多媒体业务、便于过渡和演进、高服务质量等特征，能更好的满足数据业务(如IP业务)的快速增长的需求。3G系统的架构是向全IP的方向演进和发展的，其中语音、数据、多媒体等业务的承载、网络交换和呼叫控制均基于IP协议。
在3G标准体系中，如通用移动通信系统(UMTS，Universal MobileTelecommunications System)为用户提供丰富的业务，包括语音通话、各类数据业务。在第三代合作伙伴计划(3GPP，3rd GenerationPartnership Project)R99版本中，已经提供了最大速率可达2M的专用信道无线接入承载，而随着3GPP R5、R6版本推出高速下行分组接入(HSDPA，high speed downlink packet access)和高速上行分组接入(HSUPA，high speed uplink packet access)技术，数据业务的上下行速率更是可以达到10M左右，可充分满足用户无线上网、无线视频、无线下载等无线数据应用服务的需求，可以说，第三代无线通信系统开启了一个全新的无线数字时代。
分组数据域(PS，Packet switched)的无线接入承载(RAB，Radioaccess bearer)业务按传输类型可分为四种业务会话业务(Conversational)、流业务(Streaming)、交互业务(Inter-active)和背景业务(Background)，前两种业务分别对应会话和流媒体等实时要求较高的数据应用服务，而后两种业务又称为尽力服务(BE，BestEffort)业务，对应于时延要求较低但准确性要求较高的业务，如网页浏览、FTP下载等，具体如表1所示。
表1
在实际应用中，一个RAB往往要承载多种应用数据用户在建立无线连接后，可能同时进行网页浏览、FTP下载或收发E-Mail等操作，各种应用的数据包都会通过该RAB进行发送和接收。显然，由于应用性质不同，不同业务对服务质量(QoS)的要求不同，对数据传输的速率期望也不尽相同。如何体现满足在同一个RAB上不同应用的QoS需求成为各厂家关注的问题。
在现有的实现无线接入承载的分组数据业务QoS管理方法中，对于不同的RAB，根据业务类别和核心网(CN，Core Network)指定消息的分配抢占优先级确定RAB的优先级，并在数据调度时优先处理优先级较高的RAB数据包。在一个RAB中，不再区分数据包的性质，而统一由一个逻辑信道映射到传输信道(如，专用信道DCH或HSDPA下的Mac-d flow信道)进行发送。
通常，用户在一个无线接入承载上进行多种应用的操作，各种应用对于数据传输的速率要求各有不同，如同时进行FTP下载和网页浏览，用户显然希望请求的网页得到快速响应，而对FTP下载速率是否略有下降却并不特别关注。
在上述方案中，一个RAB数据包没有任何区分数据业务类别按优先级进行处理的措施，所有应用数据完全按照先到先发的原则进行调度，如果需要发送的时延性要求较低(如FTP下载等)的应用数据包数量众多，就会造成其他的时延性要求较高(如网页浏览等)的应用数据包一定程度的拥堵，这显然不符合3G系统充分体现各种业务QoS特性的设计需求，也无法满足用户实际操作的性能需求。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题是提供一种无线接入承载分组数据业务的QoS管理方法，以根据各种应用的性能需求，提高无线分组数据业务服务质量。
为解决上述问题，本发明采用如下技术方案根据本发明提供的一种无线接入承载分组数据业务的QoS管理方法，包括判别无线接入承载的数据包所属的应用业务类别；根据应用业务类别确定所述数据包的发送优选级；将优选级高的数据包映射到高优先级的信道进行传送。
更适宜地，根据应用业务的特性预先设定各类应用业务的优先级值，通过查询该预先设定的优先级值确定所述数据包的发送优选级。
根据应用业务的时延特性确定数据包的发送优先级，时延要求高的应用业务，其数据包的发送优先级高。
作为优选，根据应用业务的时延特性动态配置优先级。
根据无线接入承载数据包中IP、TCP/UDP及应用层协议包头的类别确定每个数据包相关的应用业务类别。
对于发送优选级相同的数据包，根据数据包目标地址的数据流量确定发送优先级，所述数据流量越小，相应数据包的发送优先级越高。
更适宜地，预先设定一数据传输速率值，当用户终端请求的发送速率大于该预定传输速率值时，将其映射到高速共享信道，当用户终端请求的发送速率小于该预定传输速率值时，将其映射到专用信道或前向接入信道。
当所述数据包承载在高速共享信道上时，将不同优先级的逻辑信道映射到相应协议实体的数据流中不同调度优先级的队列上，根据队列的优先级属性决定相应数据包的发送次序。
当所述数据包承载在专用信道或前向接入信道上，传输时根据逻辑信道的调度优先级决定数据包的发送次序。
基于无线传输信道条件和传输到各用户的数据流量，采用分组调度算法传送分组数据包。
综上所述，本发明提供的方法通过识别无线接入承载的分组数据包所属的应用业务类别；根据应用业务的特性确定所述数据包的发送优选级；将优选级高的数据包映射到高优先级的逻辑信道或传输信道进行传送。在应用业务的时延要求性能等级相同时，则根据目标地址的数据流量区分优先级，将数据流量小的数据包映射到较高优先级的逻辑信道上，以确保时延性要求较高的应用数据包快速发送，满足用户对于不同应用操作的性能要求，进一步提高系统运行效率，从而满足分组业务无线接入承载中不同应用业务的服务质量(QoS)要求。
图1为WCDMA系统的架构示意图；图2所示为Uu接口的协议参考模型示意图；图3为根据本发明的具体实施例的方法流程图。
具体实施例方式
本发明的核心思想是通过识别RAB中发送的数据包的业务类别，并根据该业务的时延要求，按照相应的优选级为该业务数据包分配逻辑信道，高优先级的数据包可通过映射到较高优先级的逻辑信道或传输信道保证数据发送的及时性，确保时延性要求较高的应用数据包快速发送。在业务的时延要求性能等级相同时，则根据目标地址的数据流量区分优先级，将数据流量小的数据包映射到较高优先级的逻辑信道上，从而实现分组业务无线接入承载中不同应用业务的服务质量QoS管理。
WCDMA系统的结构如图1所示。整个WCDMA系统由3部分组成，即核心网子系统(CN)、无线网络控制器(RNC)、基站Node B和用户设备(UE)。核心网处理WCDMA系统内语音呼叫和数据连接与外部网络的交换和路由。无线网络子系统RNC通过Iu接口与核心网相连，Node B通过Iub接口与RNC相连。UE通过Uu接口(无线接口)与网络设备进行交互，为用户提供电路域和分组域的各种业务功能，包括普通语音、移动多媒体、Internet应用等。
Uu接口的协议参考模型如图2所示，Uu接口分为三个协议层物理层(L1)、数据链路层(L2)和网络层(L3)。层L2进一步分为下述子层媒体接入(MAC)、无线链路控制(RLC)、分组数据会聚协议(PDCP)和广播/多播控制(BMC)。层L3和层L2的RLC子层分为控制平面和用户平面，PDCP和BMC子层仅存在于用户平面。在控制平面，层L3分为不同的子层，最低层为无线资源控制(RRC)，位于接入层，与层L2接口，终止于UTRAN。
物理层是Uu接口的最底层，主要功能传输信道的复用编解码解复用、速率匹配、编码组合传输信道到物理信道的映射、物理信道的调制/解调和扩频/解扩、频率和时间的同步、闭环功率控制、射频处理等。
物理层通过与MAC层间的SAP向MAC层提供信息传递业务；MAC层利用物理层提供的数据传递业务向高层提供数据传递、无线资源和MAC参数的重新分配、测量报告等业务。MAC层通过与RLC层间的SAP向RLC层提供逻辑信道。逻辑信道分为两类控制信道和业务信道。
控制信道用来传送控制平面信息，包括广播控制信道(BCCH，Broadcasting Control Channel)、寻呼控制信道(PCCH，Paging ControlChannel)、专用控制信道(DCCH，Dedicated Control CHannel)、公共控制信道(CCCH，Common Control CUannel)、共享信道控制信道(SHCCH，Shared Channel Control Channel)等逻辑信道。
业务信道用来传送用户平面信息，包括专用业务信道(DTCH，Dedicated Traffic Channel)、公共业务信道(CTCH，Common TrafficChannel)。
MAC层主要功能将逻辑信道映射到合适的传输信道、根据信息源的瞬时速率为每个传输信道选择合适的传输格式、根据同一UE不同数据流的优先级选择不同的传输格式组合、不同UE间通过动态调度进行优先级处理、公共传输信道上UE的识别、业务量监视、传输信道类型切换、加密等。
RLC层向高层提供RRC连接的建立/释放、透明模式数据传递、非确认模式数据传递、确认模式数据传递、QoS设定等业务。RLC层完成的主要功能有分段和重组、用户数据的传送、按序发送高层数据、流量控制等。
RRC层是Uu接口层L3的最低协议子层。RRC处理UE和UTRAN间层L3的控制平面信令，RRC完成主要功能UE和UTRAN间RRC连接的建立、重建、维护和释放，用户平面无线承载的建立、重配和释放，RRC连接的无线资源的指配、重配置和释放，RRC连接移动性功能，为高层PDU选路由，控制所需的QoS等。
RRC向上层提供信令连接以支持上层信息流的交互。信令连接是UE和核心网间的确认模式链路，用来传送上层信息。
为了便于理解本发明，下面对分组交换PS域的无线接入承载RAB的工作原理进行说明。
对于分组交换PS(Packet switched)数据业务，Iu接口用户平面(IuUP，Iu User-Plane)采用透明模式。下行分组交换数据(如PPP，IPV4，IPV6报文)通过GTPU封装后，由GSN发送到RNC，数据汇聚协议PDCP(Packet Data Convergence Protocol)存在于用户平面，负责处理分组业务(如果配置了头压缩功能，完成分组数据的头压缩)并形成PDCP的协议数据单元PDU(Protocol Data Unit)递交给无线连接控制(RLC，Radio Link Control)实体进行发送。
由于分组交换(PS)域的无线接入承载RAB只能对应一个PDCP实体，因此在PDCP中可对承载在该RAB的所有数据包进行包头解析，根据数据包中IP、TCP/UDP以及后续应用层协议包头的分类来确定每个数据包相关的实际应用业务类别，并根据所属应用业务对时延性要求的高低将其映射到不同调度优先级的逻辑信道，体现同一个RAB内不同应用的QoS特性。
本发明中需对无线接入承载的各种应用业务类别设定相应的时延要求等级。
由于建立在无线接入承载上的应用业务有多种，且今后将不断扩展。因此，可针对当前的典型应用业务进行相对的时延等级的动态配置如将视频点播、流媒体等应用的时延性等级配置为相对高等级；网页浏览、即时通讯等应用的时延性等级归类于中等范围；而FTP下载，收发EMAIL等应用的时延等级配置为相对低等级。
通过动态配置，不但可以方便地对新增应用设定相对时延等级，而且能够根据系统所处的不同场景灵活的配置相对关系，以满足客户的需求。
为使本发明的原理、特性和优点更加清楚，下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述。
在分组交换PS业务中，无线接入承载RAB内分组数据的发送过程无论是下行还是上行，发送数据经由相关协议实体PDCP->RLC->MAC-d等依次处理、传送，因此，在下行、上行实现不同应用数据包的QoS方法上是一致的，下面以下行数据为例说明分组数据的发送流程。
图3为根据本发明提供的实现无线接入承载的分组数据业务QoS管理的方法流程图，参照图3。
为了便于确定数据包的发送优先级，本发明根据应用业务的特性(如时延要求特性)预先设定各类应用业务的优先级值，如按时延要求确定优先级，应用业务的时延要求越高，其优先级越高。通过查询该预先设定的优先级值确定所述数据包的发送优选级。
步骤S01将分组交换PS业务的数据按照通用分组无线业务GPRS(General Packet Radio Service)进行封装，之后发送到RNC；由于Iu接口用户平面IuUP为透明模式，因此，GPRS数据包直接发送到RAB对应的PDCP实体；步骤S02PDCP实体对下行分组数据的协议包头进行解析，解析的协议层包括网络层协议(如IP包)、传输层协议(如TCP包、UDP包)及后续的应用层协议等，确定该分组数据包属于哪类具体应用。
通常，分组交换业务承载的大多为IP(网络层)数据包，比如有IP+TCP(传输层)包，IP+UDP(传输层)以及IP+ICMP及IP+IGMP等等，其中IP+TCP和IP+UDP比较常用，承载在IP+UDP上的应用允许少量数据丢包，但发送速率高，比如IP+UDP+RTP(多媒体传输协议)用于实时视频播放等。承载在IP+TCP上的应用对数据准确性要求高，如HTTP网页浏览IP+TCP+HTTP、FTP下载IP+TCP+FTP等等。这些具体应用在应用层的包头都由其特定信息，比如HTTP一般就包含“HTTP”多媒体传输协议RFT也包含RTP协议特定帧头，所以每一种应用的数据包头都由其应用协议定义。比如网上流媒体应用使用的是RTP应用协议，它的IP报头结构是IP+UDP+RTP，根据这三种报头的定义，就可以确定数据包是否为RTP应用业务数据包。下载应用的FTP协议，其IP报头结构是IP+TCP+FTP，根据这三种报头的定义，就可以确定数据包是否为FTP应用业务数据包。网业浏览一般用HTTP协议，那么它的IP报头结构是IP+TCP+HTTP，根据这三种报头的定义，就可以确定数据包是否为HTTP应用。以及远程登陆使用的TELNET用IP+TCP+TELNET等等。
将无法分类的数据包归于“其它应用”类别。
步骤S03查询所设定的该PS应用业务的时延要求等级对应的优先级，如果时延要求较高，即优先级高，则将此数据包映射到较高优先级的逻辑信道中；反之，对于时延要求较低(即优先级较低)的应用，则将其数据包映射到较低优先级逻辑信道。
无线接入承载中传输信道包括高速共享信道(HS-DSCH，High SpeedShared Channel)、专用信道(DCH，Dedicated Channel)或前向接入信道(FACH，Forward Link Access Channel)，这些传输信道可以同时接收多个逻辑信道的数据，然后按照每个逻辑信道的优先级在传输数据时进行调度。
当有多个逻辑信道映射到一个传输信道，那么在传输信道中进行数据传输时，将根据逻辑信道的优先级进行调度。如果逻辑信道的优先级高，则优先传送该逻辑信道的数据。本发明中根据数据包所属的应用时延性要求高低和数据量来确定数据包被映射到哪一优先级的逻辑信道，比如后台配置了3种优先级的应用业务，分别是应用业务I(如，VOIP语音、实时视频业务)优先级高；应用业务II(如，www网页浏览、数据库检索)优先级中；应用业务III(如，FTP下载或收发E-Mail)优先级低。假设传输信道支持15个优先级的逻辑信道，那么应用I的数据包就映射到高优先级逻辑信道CH1-CH5；应用II的数据包就映射到次高优先级逻辑信道CH6-CH10；应用III的数据包就映射到较低优先级逻辑信道CH11-CH15。
如果所属应用的时延要求等级相同，则计算不同IP目标地址的数据流量，根据目标地址的数据流量确定优先级，数据流量小的数据包映射到较高优先级的逻辑信道上。例如，上述逻辑信道CH1-CH5中的数据包，可通过IP目标地址来决定，数据包的IP目标地址对应的数据流量越小，该数据包的优先级越高，优先传送，反之越低。
步骤S04判断该PS业务的传输信道是否为高速下行共享信道HS-DSCH。若是HS-DSCH，则执行步骤S05，否则，执行步骤S06。
步骤S05如果PS业务下行承载在HS-DSCH上，则将不同优先级的逻辑信道映射到协议实体MAC-d的数据流的不同调度优先级的队列(Queue)上，由Node B根据队列(Queue)的优先级属性决定相应数据包的发送次序。
步骤S06如果PS业务承载在专用信道(DCH)或前向接入信道(FACH)上，则传输信道根据逻辑信道的调度优先级决定数据包的发送次序，保证优先级高的数据得到及时发送。
另外，为确保不同业务流的服务质量要求(QoS)，基于无线传输信道条件和传输到不同用户的数据流量，采用分组调度算法支持快速传送分组数据。分组调度算法如自适应比例公平(APF，Adaptive ProportionalFair)算法，采用该算法，用户在经历更多信道变化时具有更高的优先级，从而获得较高的数据速率；改进的最大权重延时优先M-LWDF(ModifiedLargest Weighted Delay First)算法，该算法的主要思想是分组数据包的时延和如何有效利用信道信息平衡考虑，其用户优先级的计算不仅和用户当前的信道质量有关，还和包的队列时延有关。
另外，预先设定一数据传输速率值，在确定PS数据包的发送优先级后，根据用户请求的发送速率，将数据包映射到相应的传输信道，当用户终端请求的发送速率大于预定的传输速率值时，将其映射到高速共享信道(HS-DSCH)，当用户终端请求的发送速率小于预定的传输速率值时，将其映射到专用信道(DCH)或前向接入信道(FACH)。
高速共享信道(HS-DSCH)、专用信道(DCH)或前向接入信道(FACH)可以同时接收多个逻辑信道的数据，然后按照每个逻辑信道的优先级在传输数据时进行调度。
上述实施例是用于说明和解释本发明的原理的。可以理解，本发明的具体实施方式
不限于此。对于本领域技术人员而言，在不脱离本发明的实质和范围的前提下进行的各种变更和修改均落入本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围由权利要求确定。
权利要求
1.一种无线接入承载分组数据业务的QoS管理方法，其特征在于，包括判别无线接入承载的数据包所属的应用业务类别；根据应用业务类别确定所述数据包的发送优选级；将优选级高的数据包映射到高优先级的信道进行传送。
2.如权利要求1所述的分组数据业务QoS管理方法，其特征在于，该方法进一步包括根据应用业务的特性预先设定各类应用业务的优先级值，通过查询该预先设定的优先级值确定所述数据包的发送优选级。
3.如权利要求2所述的分组数据业务QoS管理方法，其特征在于，该方法还包括根据应用业务的时延特性确定数据包的发送优先级，时延要求高的应用业务，其数据包的发送优先级高。
4.如权利要求3所述的分组数据业务QoS管理方法，其特征在于，根据应用业务的时延特性动态配置优先级。
5.如权利要求2所述的分组数据业务QoS管理方法，其特征在于，根据无线接入承载数据包中IP、TCP/UDP及应用层协议包头的类别确定每个数据包相关的应用业务类别。
6.如权利要求1或2所述的分组数据业务QoS管理方法，其特征在于，对于发送优选级相同的数据包，根据数据包目标地址对应的数据流量确定发送优先级，所述数据流量越小，相应数据包的发送优先级越高。
7.如权利要求1所述的分组数据业务QoS管理方法，其特征在于，该方法还包括预先设定一数据传输速率值，当用户终端请求的发送速率大于该预定传输速率值时，将其映射到高速共享信道，当用户终端请求的发送速率小于该预定传输速率值时，将其映射到专用信道或前向接入信道。
8.如权利要求7所述的分组数据业务QoS管理方法，其特征在于，当所述数据包承载在高速共享信道上时，将不同优先级的逻辑信道映射到相应协议实体的数据流中不同调度优先级的队列上，根据队列的优先级属性决定相应数据包的发送次序。
9.如权利要求7所述的分组数据业务QoS管理方法，其特征在于，当所述数据包承载在专用信道或前向接入信道上，传输时根据逻辑信道的调度优先级决定数据包的发送次序。
10.如权利要求8所述的分组数据业务QoS管理方法，其特征在于，该方法进一步包括基于无线传输信道条件和传输到各用户的数据流量，采用分组调度算法传送分组数据包。
全文摘要
本发明公开了一种无线接入承载分组数据业务的QoS管理方法，包括判别无线接入承载的数据包所属的应用业务类别；根据应用业务类别确定所述数据包的发送优选级；将优选级高的数据包映射到高优先级的信道进行传送。在应用业务的时延要求性能等级相同时，则根据目标地址的数据流量区分优先级，将数据流量小的数据包映射到较高优先级的逻辑信道上，以确保时延性要求较高的应用数据包快速发送，满足用户对于不同应用操作的性能要求，从而满足分组业务无线接入承载中不同应用业务的服务质量QoS要求。
文档编号H04Q7/22GK1968198SQ20061008708
公开日2007年5月23日 申请日期2006年6月16日 优先权日2006年6月16日
发明者肖由乾, 李伽, 朱立峰, 张涵, 李晓骏 申请人:华为技术有限公司