УПРАВЛЕНИЕ ПОТОКАМИ ИНФОРМАЦИИ В УНИВЕРСАЛЬНОЙ СИСТЕМЕ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ (UMTS)
INFORMATION FLOW CONTROL IN UNIVERSAL MOBILE TELECOMMUNICATION SYSTEM (UMTS)

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение имеет отношение к управлению потоками информации для передачи кадров данных от одного узла другому узлу, в частности к сети, содержащей первый узел и второй узел или узел передачи данных и узел приема данных, и к способу передачи кадров данных от первого узла второму узлу.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Универсальная система мобильной связи (UMTS) является сетевой технологией, дающей возможность как передачи голоса, так и высокоскоростной передачи данных. Она является частью стандартов беспроводной связи третьего поколения (3G), как определено Проектом партнерства для создания сетей третьего поколения (3GPP). Широкополосный многостанционный доступ с кодовым разделением каналов (WCDMA), также называемый широкополосным доступом CDMA, является одним способом беспроводной передачи, используемой в системе UMTS. Система UMTS является развитием глобальной системы мобильной связи (GSM)/системы пакетной радиосвязи общего пользования (GPRS), поддерживающих пакетную передачу голоса и данных.
Способ, называемый технологией высокоскоростного пакетного доступа по нисходящей линии связи (HSDPA), является расширением системы UMTS для увеличения возможности передачи данных, приводящей к уменьшенным затратам на каждый переданный бит и большей спектральной эффективности в дополнение к существенным увеличениям скоростей передачи данных по нисходящей линии связи. Технология HSDPA может дать увеличение текущей пропускной способности, по меньшей мере, в два или три раза. Она основана на стандарте WCDMA и использует тот же самый спектр. Технология HSDPA использует квадратурную фазовую манипуляцию (QPSK) и квадратурную амплитудную модуляцию с 16 уровнями (16QAM).
Способ технологии HSDPA использует распределенную архитектуру, чтобы достигнуть адаптации линии связи с низкой задержкой посредством выполнения наиболее важных этапов процесса в базовых радиостанциях (RBS) и, таким образом, близко к беспроводному интерфейсу, см. Фиг.1. Технология HSDPA использует хорошо обоснованные этапы обработки, в том числе быструю повторную передачу на физическом уровне (L1) для ошибочных пакетов, методики объединения и адаптации линии связи для получения улучшенной передачи пакетных данных.
Этапы процесса технологии HSDPA в основном включают в себя:
- планирование в базовых радиостанциях для операции пакетных данных по нисходящей линии связи;
- модуляцию более высокого порядка;
- адаптивную модуляцию и кодирование;
- гибридные автоматические запросы на повторную передачу данных (HARQ);
- обратную связь на физическом уровне о текущем состоянии канала;
- передачу по высокоскоростному совместно используемому каналу нисходящей линии связи (HS-DSCH), позволяющую нескольким пользователям совместно использовать канал беспроводного интерфейса.
Ниже описаны некоторые важные особенности технологии HSDPA.
1. Адаптивная модуляция и кодирование
Технология HSDPA использует усовершенствованную адаптацию линии связи и адаптивную модуляцию и кодирование.
2. Быстрое планирование
В технологии HSDPA поток данных планируется в базовых радиостанциях. Технология HSDPA использует информацию о качестве канала, возможностях терминала, качестве обслуживания (QoS) и доступности мощности/кода для достижения эффективного планирования передач пакетов данных.
3. Быстрые повторные передачи на уровне L1
Когда происходит ошибка связи, мобильный терминал немедленно запрашивает повторную передачу потерянных или ошибочных пакетов данных. Эта операция обозначена как способ, включающий в себя гибридные автоматические запросы на повторную передачу данных (HARQ) для уменьшения задержки и увеличения эффективности повторных передач. Управление запросами HARQ выполняется в базовых радиостанциях, как проиллюстрировано на Фиг.2.
4. Обратная связь о качестве канала
В базовых радиостанциях в соответствии со способом технологии HSDPA собираются и используются оценки качества канала каждого активного пользователя. Эта обратная связь обеспечивает оперативную информацию о широком диапазоне переменных состояний физического уровня канала, в том числе регулирование мощности, соотношение подтверждений (ack)/отрицательных подтверждений (nack), качество обслуживания (QoS) и специфическую для технологии HSDPA пользовательскую обратную связь.
5. Высокоскоростные совместно используемые каналы нисходящей линии связи (HS-DSCH)
Функционирование по технологии HSDPA производится по высокоскоростным совместно используемым каналам нисходящей линии связи с использованием длины кадра, составляющей всего две миллисекунды, по сравнению с длинами кадра в 10, 20, 40 или 80 мс в используемых ранее совместно используемых каналах нисходящей линии связи (DSCH). Такие совместно используемые каналы нисходящей линии связи являются транспортными каналами нисходящей линии связи, каждый из которых может быть совместно использован несколькими пользовательскими оборудованиями. Совместно используемый канал нисходящей линии связи используется для переноса выделенных управляющих или информационных данных от обслуживающего контроллера беспроводной сети (SRNC). Канал DSCH будет сопряжен с одним или несколькими выделенными каналами (DCH) нисходящей линии связи. Каналы HS-DSCH обеспечивают квадратурную амплитудную модуляцию с 16 уровнями (16-QAM), адаптацию линии связи и объединение повторных передач на уровне L1 с помощью запросов HARQ. Технология HSDPA использует высокоскоростные совместно используемые каналы управления (HS-SCCH) для переноса необходимой информации о модуляции и повторной передаче. Высокоскоростные выделенные физические каналы управления (HS-DPCCH) восходящей линии связи переносят сообщения подтверждения автоматического запроса повторной передачи данных (ARQ), обеспечивают обратную связь о качестве нисходящей линии связи и передают другую необходимую управляющую информацию в восходящих линиях связи.
Технология HSDPA требует алгоритма или способа управления потоками информации, который управляет передачей кадров данных по каналу HS-DSCH, как определено, например, нормативным документом TS 25.401 Проекта 3GPP, между контроллером беспроводной сети и базовой радиостанцией. Алгоритм для управления потоками информации не стандартизирован, но сообщения управления, например сообщение "распределения пропускной способности" ("Capacity Allocation"), являются стандартизированными. Чтобы управлять потоками информации, станция RBS вычисляет распределения, которые должны быть переданы в сообщениях "распределения пропускной способности", отправляемых контроллеру беспроводной сети (RNC), и контроллер RNC отправляет кадры данных по каналу HS-DSCH на станцию RBS в соответствии с информацией в сообщениях "распределения пропускной способности", одно распределение пропускной способности для каждого потока данных. Когда имеется больше данных для отправки от контроллера RNC, информационный элемент (IE) "размер пользовательского буфера" ("User Buffer Size", UBS) в кадрах данных канала HS-DSCH имеет значение больше нуля. Когда кадр данных освободил буфер контроллера RNC для соответствующего потока данных, элемент UBS устанавливается равным нулю.
Алгоритм управления потоками информации должен управлять ограничениями как для беспроводного интерфейса, так и для полосы пропускания канала HS-DSCH интерфейса Iub, где интерфейс Iub является интерфейсом между контроллером RNC и станцией RBS.
В частности, передача кадра данных по каналу HS-DSCH от контроллера RNC к станции RBS производится следующим образом. После того как контроллеру RNC посредством станции RBS предоставлена пропускная способность (емкость), как получено из кадра управления распределения пропускной способности или из кадра управления начального распределения пропускной способности, принятого от станции RBS, как описано в нормативном документе 3GPP TS 25.433, и у контроллера RNC имеются данные, ожидающие отправки, кадр данных используется для передачи данных по каналу HS-DSCH. Если контроллеру RNC предоставлена пропускная способность посредством станции RBS с использованием кадра управления начального распределения пропускной способности, как описано в нормативном документе 3GPP TS 25.433, эта пропускная способность является действительной только для передачи первого кадра данных по каналу HS-DSCH. Когда данные ожидают передачи и был принят кадр управления распределения пропускной способности, кадр данных по каналу HS-DSCH будет немедленно передан в соответствии с принятым распределением, то есть с использованием пропускной способности, соответствующей этому распределению. Каждый кадр данных, отправленный по каналу HS-DSCH, включает в себя информационный элемент "размер пользовательского буфера" для указания количества данных, ожидающих соответствующего потока для обозначенного уровня приоритета.
При проведении эффективной передачи кадров данных от контроллера RNC к станции RBS должны учитываться ограничения высокоскоростной пропускной способности интерфейса Iub. Когда подключены выделенные каналы, например, для голоса, пропускная способность для каналов HS-DSCH будет меньше, при условии что, как будет предполагаться в дальнейшем, эти выделенные каналы и поток HSDPA совместно используют один и тот же физический канал. Если пропускная способность для каналов HS-DSCH вызывает потерю кадров данных канала HS-DSCH, это оказывает плохое влияние на приложения на основе протокола TCP. Тогда лучше понизить эффективную битовую скорость для каналов HS-DSCH до уровня, на котором отношение потерь кадров данных становится приемлемым.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задача изобретения состоит в том, чтобы обеспечить эффективный алгоритм управления потоками информации.
Другая задача изобретения состоит в том, чтобы обеспечить алгоритм управления потоками информации, который адаптирует поток кадров данных таким образом, чтобы кадры данных могли быть отправлены без слишком высоких потерь и, таким образом, чтобы буферы в узле приема всегда были допустимым образом заполнены.
Алгоритм управления потоками (информации) в станции RBS для управления трафиком канала HS-DSCH через интерфейс Iub используется для обеспечения того, что в очередях приоритетов станции RBS всегда имеется подходящее количество данных. Если предполагается, что в контроллере RNC имеются данные для отправки на станцию RBS, очереди приоритетов не должны ни становиться пустыми, ни переполняться. Слишком длинные буферы дают слишком длительные задержки, слишком короткие буферы дают пустые буферы, когда непредвиденно планируется пользователь. Алгоритм управления потоками информации нацелен на управление потоками очередей приоритетов таким образом, чтобы они становились стабильными.
Имеется два узких места: беспроводной интерфейс и интерфейс Iub. Оба этих узких места учитываются в алгоритме управления потоками информации. Доступная высокоскоростная пропускная способность через интерфейс Iub сильно изменяется. Если через интерфейс Iub распределено слишком много высокоскоростного трафика, потери кадров и длительные задержки ухудшают производительность высокоскоростной передачи пакетных данных.
Алгоритм управления потоками информации в станции RBS для управления трафиком канала HS-DSCH через интерфейс Iub использует опорное (эталонное) значение для определения доступной пропускной способности для трафика канала HS-DSCH, это опорное значение динамически адаптируется посредством учета обнаруженных ошибок трафика.
Преимущество обеспечения динамического опорного значения для высокоскоростной пропускной способности в интерфейсе Iub состоит в том, что можно избежать крупных потерь кадров данных канала HS-DSCH.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Ниже изобретение описано посредством не ограничивающих вариантов воплощения со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых:
Фиг.1 - схематическое изображение связи между базовой радиостанцией и пользовательским оборудованием с использованием высокоскоростной передачи данных по нисходящей линии связи,
Фиг.2 - схематические изображение, иллюстрирующее различия в передаче данных пользовательскому оборудованию с использованием совместно используемого канала нисходящей линии связи в соответствии с двумя различными способами,
Фиг.3 - диаграмма, иллюстрирующая передачу данных от сервера приложений к приложению, работающему в пользовательском оборудовании, с использованием технологии HSDPA и функции управления потоками информации для управления интерфейсом Iub,
Фиг.4 - диаграмма, иллюстрирующая различные уровни в связи между контроллером RNC и станцией RBS с использованием технологии HSDPA,
Фиг.5 - диаграмма передачи, иллюстрирующая принцип управления потоками информации с использованием стандартизированных сообщений,
Фиг.6 - схематическое изображение, иллюстрирующее буферы в контроллере RNC, станции RBS и пользовательском оборудовании UE,
Фиг.7a - диаграмма, иллюстрирующая вычисление состояния потока очереди приоритета,
Фиг.7b - блок-схема последовательности этапов, выполняемых при вычислении, показанном на Фиг.7a,
Фиг.8a - конечный автомат изменений состояния потока очереди приоритета,
Фиг.8b - блок схема последовательности этапов, выполняемых при процедуре этапов изменения, показанной на Фиг.8a,
Фиг.9 - диаграмма коэффициента сокращения как функции времени для одной ошибки трафика,
Фиг.10 - диаграмма, аналогичная Фиг.9, для двух ошибок трафика,
Фиг.11a - конечный автомат, иллюстрирующий вычисление переменной, представляющей максимальную объединенную битовую скорость,
Фиг.11b - блок-схема последовательности этапов, выполняемых при вычислении, показанном на Фиг.11a,
Фиг.12 - схематическое изображение базовой радиостанции, иллюстрирующее блок управления потоками информации и соответствующие ячейки памяти.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Со ссылкой на Фиг.3-6 описан общий поток информации в системе, построенной в соответствии с универсальной системой мобильной связи (UMTS), в том числе как в сети мобильной телефонной связи, так и в некоторой другой сети, для информации, передаваемой из другой сети на пользовательское оборудование (UE) в сети мобильной телефонной связи с использованием технологии высокоскоростного пакетного доступа по нисходящей линии связи (HSDPA), в частности поток между контроллером беспроводной сети (RNC) и базовой радиостанцией (RBS) в сети мобильной телефонной связи. Эти чертежи включают в себя главным образом только блоки и функции, которые относятся к упомянутому общему потоку информации или являются необходимыми для него.
Многие приложения пакетных данных используют для передачи данных стандартизированный протокол управления передачей (TCP), определенный рабочей группой по стандартам для сети Интернет (IETF). Как показано на Фиг.3, данные, например страница сети Интернет, может быть отправлена с сервера 101 приложений через сеть передачи данных общего пользования (PDN) или общую сеть 103, такую как Интернет, к приложению 105, работающему в пользовательском оборудовании 107, то есть в мобильном терминале. Протокол управления передачей рабочей группы по стандартам для сети Интернет имеет собственный размер окна, который ограничивает количество байтов в различных буферах, которые должны проходить данные между сервером 101 приложений и пользовательским оборудованием. Подуровень управления беспроводной линией связи (RLC) имеет другой размер окна. Сообщения подтверждения автоматического запроса на повторную передачу данных (ARQ) используются и в соответствии с протоколом TCP, и на подуровне RLC для управления корректностью передач.
Сеть 103 общего пользования соединена через сеть беспроводного доступа (RAN) (не показана) к контроллеру 111 RNC в межсетевом шлюзе или узле 109 поддержки, для системы GPRS этот узел включает в себя межсетевой узел поддержки сети GPRS (GGSN) и обслуживающий узел поддержки сети GPRS (SGSN). Межсетевой узел поддержки сети GPRS является маршрутизатором, который служит межсетевым шлюзом или интерфейсом между сетями пакетной передачи данных и сетями мобильной телефонной связи, в частности между сетью пакетной передачи данных, такой как сеть (103) протокола Интернета (IP), и обслуживающим узлом поддержки сети GPRS в сети 104 мобильной телефонной связи.
Интерфейс между основной (базовой) сетью и сетью беспроводного доступа (RAN) обычно называется интерфейсом Iu, а пакетный интерфейс между узлом SGSN и контроллером 111 RNC называют интерфейсом Iu-PS. Интерфейс между контроллером RNC и станцией 113 RBS называют интерфейсом Iub, а интерфейс между станцией 113 RBS и мобильным терминалом 107 называют интерфейсом Uu.
Пакеты, принятые от межсетевого шлюза или узла 109 поддержки, сначала сохраняются в буферах 115 SDU.
Функция управления потоками информации (FC) используется для управления связью между контроллером 111 RNC и станцией 113 RBS, в частности потоком кадров данных в канале HS-DSCH с использованием интерфейса Iub, и имеет цель сохранять очереди 127 приоритетов (PQ) в станции RBS короткими и не переполнять транспортную сеть интерфейса Iub, то есть транспортную сеть между контроллером RNC и станцией RBS, см. части 119, 121 сети на Фиг.3.
Архитектура интерфейса Iub для технологии HSDPA
Функция управления потоками включает в себя части 123, 125, расположенные в контроллере 111 RNC и в станции 113 RBS соответственно. В станции RBS она является частью функции (функционального блока) 126 управления доступом к среде для HSDPA (MAC-hs). Она взаимодействует с использованием сообщений протокола интерфейса Iub, передаваемых в управляющих кадрах интерфейса Iub, с частью 123 управления потоками информации в контроллере RNC, которая является частью функции (функционального блока) 124 управления доступом к среде для выделенных каналов (MAC-d) в контроллере 111 RNC, см. также Фиг.4.
Потоки, которыми управляет функция 123, 125 управления потоками информации, являются потоками блоков протокольных данных (PDU) функции MAC-d, передаваемыми в кадрах данных канала HS-DSCH в соответствии с протоколом кадров (FP) интерфейса Iub.
Каждый блок MAC-d PDU, прибывающий в часть 125 функции управления потоками информации в станции 113 RBS, сохраняется в одной из очередей 127 приоритетов для ожидания выбора посредством функции (функционального блока) 129 планировщика станции RBS для передачи по интерфейсу Uu на пользовательское оборудование 107.
В станции 113 RBS одна очередь 127 приоритета обеспечивается для каждого соединения MAC-hs канала HS-DSCH соединенного пользовательского оборудования 107, и один управляемый поток блоков MAC-d PDU обеспечивается через интерфейс Iub для каждой очереди приоритета. Каждый такой поток находится в функции управления потоками информации, обозначенной как поток очереди приоритета (PQF). Поток очереди приоритета определяется как пакеты, прибывающие для одного и того же пользователя, имеющие одинаковое содержимое поля "индикатор приоритета общего канала" (CmCH-PI), как определено в документах стандарта. Практически в большинстве случаев для каждого пользовательского оборудования имеется только один поток очереди приоритета, который тогда является информационным потоком нисходящей линии связи для соответствующего пользователя, хотя в общем случае может иметься множество очередей приоритета для каждого подсоединенного пользовательского оборудования 107.
Каждый поток очереди приоритета транспортируется по интерфейсу Iub с помощью одного экземпляра протокола кадров (FP) интерфейса Iub с использованием выделенного соединения адаптационного уровня 2 ATM (AAL2) в качестве транспортного однонаправленного канала.
Фиг.4 иллюстрирует конфигурацию уровня и соответствующие элементы интерфейсов Iub и Uu.
- Часть 401 подуровня управления беспроводной линией связи контроллера 111 RNC имеет основной целью обеспечить линию связи без потерь, то есть надежную линию связи по беспроводному интерфейсу для передачи данных на основе протокола TCP. Она обеспечивает надежность с использованием обнаружения и устранения ошибок посредством повторных передач. Подуровень RLC 410 взаимодействует с частью 402 подуровня управления беспроводной линией связи, включенного в часть 133 RLC/MAC-d пользовательского оборудования 107, см. Фиг.3.
- Функция 124 MAC-d в контроллере 111 RNC взаимодействует с функцией 403 MAC-d, включенной в часть 133 RLC/MAC-d пользовательского оборудования 107, см. Фиг.3. Кроме того, функция MAC-d контроллера 111 RNC проиллюстрирована здесь как включающая в себя блок 404 обработки протокола кадров (FP) канала HS-DSCH. Этот блок обработки протокола кадров в свою очередь включает в себя часть 123 управления потоками информации и взаимодействует с частью 125 управления потоками информации, включенной в блок 405 обработки протокола кадров (FP) канала HS-DSCH функции 126 MAC-hs станции 113 RBS. Функция MAC-hs станции RBS включает в себя часть 125 управления потоками информации, планировщик 129 и функцию 131 MAC-hs HARQ, см. Фиг.3. Функция 126 MAC-hs в станции RBS взаимодействует с функцией (функциональный блок) 135 MAC-hs в пользовательском оборудовании 107. Функция MAC-hs пользовательского оборудования включает в себя функцию (функциональный блок) 136 HARQ, см. также Фиг.4, взаимодействующую с функцией 131 MAC-hs HARQ станции 113 RBS.
- Уровень AAL2/ATM VC, имеющий части 407, 409 в контроллере 111 RNC и в станции 113 RBS.
- Части 411 физического уровня (L1) в контроллере 111 RNC, части 413, 415 в станции 113 RBS и часть 417 в пользовательском оборудовании 107.
Для связи (обмена) между станцией 113 RBS и контроллером 111 RNC используется транспортная сеть 419, такая как сеть ATM и/или сеть PDH/SDH, по сравнению частями 119, 121 транспортной сети на Фиг.3. Для связи между станцией 113 RBS и пользовательским оборудованием 107 используется беспроводная сеть 421.
Сообщения управления потоками между контроллером RNC и станцией RBS
Данные HSDPA, то есть блоки MAC-d PDU, отправляют от контроллера 111 RNC к станции 113 RBS. Каждый поток MAC-d заданного уровня приоритета равен одному потоку очереди приоритета и представлен одной очередью 117 в контроллере RNC и одной очередью 127 приоритета в станции RBS. Несколько блоков MAC-d PDU, принадлежащих одному потоку MAC-d, отправляют в каждом кадре данных протокола кадров (FP) канала HS-DSCH.
Кадры данных, отправленные по интерфейсу Iub для каждого потока очереди приоритета, являются потоком, управляемым с использованием сообщений распределения пропускной способности(CA), отправляемых в управляющих кадрах от станции 113 RBS к контроллеру 111 RNC, см. Фиг.5. Сообщение распределения пропускной способности определяет битовую скорость в виде количества блоков MAC-d PDU, которые разрешено передать в течение предопределенного периода времени для рассматриваемого потока очереди приоритета.
Для простого случая станция 113 RBS на основе уровня заполнения соответствующего буфера, то есть длины соответствующей очереди приоритета в станции RBS, на основе состояния беспроводного интерфейса, то есть состояния, относящегося к интерфейсу Uu, и на основе перегруженности транспортной сети в интерфейсе Uu принимает решение о битовой скорости, которая должна быть распределена для заданной очереди приоритета для использования контроллером 111 RNC для передачи по соответствующему каналу HS-DSCH. Контроллер RNC формирует потоки данных в соответствии с последними принятыми сообщениям распределения пропускной способности. Структуры сообщения могут быть найдены в документе 3GPP TS 25,435, в частности, на Фиг.21A "Кадр данных", на Фиг.36 "Распределение пропускной способности" и в сопроводительном тексте.
Функциональный блок 123, 125 управления потоками информации осведомлен о средней скорости передачи данных, доступной для потока очереди приоритета по беспроводному интерфейсу между контроллером 111 RNC и станцией 113 RBS, или, по меньшей мере, оценке упомянутой средней скорости передачи данных. Ему также известно количество блоков PDU из этого потока очереди приоритета, которые ожидают в буфере станции RBS для этой очереди 127. На основе этой информации функциональный блок управления потоками информации может принять решение изменить распределенную скорость рассматриваемого потока очереди приоритета. Основная цель состоит в том, чтобы удерживать целевое количество ожидающих блоков PDU в станции 113 RBS, то есть не слишком много и не слишком мало блоков PDU в каждой из очередей приоритетов.
Буферы для очередей 117, 127 выполнены таким образом, что блоки PDU наиболее вероятно теряются только в транспортной сети интерфейса Iu или в беспроводном интерфейсе Uu.
Цель использования функции управления потоками информации
Информационные потоки интерфейса Iub в каналах HS-DSCH являются потоком, управляемым функцией 125 управления потоками информации функции 126 MAC-hs в станции 113 RBS. Сообщения протокола интерфейса Iub, которые могут использоваться для управления потоками информации, определены в документе 3GPP TS 25.435 (интерфейс Iub). Сама функция управления потоками информации не стандартизирована.
Цель функции (функционального блока) управления потоками информации состоит в том, чтобы поддерживать "приемлемое" количество блоков MAC-d PDU, буферизированных в станции 113 RBS, то есть поддерживать очереди 127 приоритета станции RBS достаточно короткими для повторных передач подуровня RLC, но достаточно длинными для обеспечения запланированной пропускной способности.
Один и тот же логический буфер подуровня RLC для потоков очередей приоритетов может рассматриваться как распределенный между контроллером 111 RNC, станцией 113 RBS и пользовательским оборудованием 107. Блоки MAC-d PDU, которые должны быть повторно переданы, имеют более высокий приоритет в контроллере RNC, чем блоки PDU, которые должны быть отправлены впервые от контроллера RNC, см. Фиг.6. Поэтому часть станции RBS подуровня RLC, очереди 127 приоритетов, должны быть "короткими" или не слишком длинными, это является одной причиной для использования функции управления потоками информации для управления передачей по каналам HS-DSCH от контроллера 111 RNC к станции 113 RBS.
Трафик канала HS-DSCH передается по типу качества обслуживания (QoS) "наилучший из возможных" в транспортной сети 119, 121; часть 415 между контроллером RNC и станцией RBS. Функция управления потоками информации должна регулировать поток трафика канала HS-DSCH таким образом, чтобы потеря блоков MAC-d PDU из-за слишком длинных задержек транспорта интерфейса Iub, например, вызванных перегрузкой транспортной сети, стала приемлемой. Имеется компромисс между высокой потерей кадров вместе с использованием большой пропускной способности и низкой потерей кадров вместе с использованием меньшей пропускной способности.
Имеется главным образом два узких места для пропускной способности для трафика HSDPA в транспортных сетях между контроллером 111 RNC, станцией 113 RBS и пользовательским оборудованием 107, которые оба должны учитываться в функции управления потоками информации:
- интерфейс Iub,
- интерфейс Uu, то есть радио-интерфейс, или беспроводной интерфейс.
Кадры данных канала HS-DSCH, каждый из которых несет один или более блоков MAC-d PDU, передаются через AAL2 в пакетах AAL2. Эти пакеты передаются по технологии ATM "скользящим способом". Таким образом, каждая ячейка ATM имеет "начальный байт", принадлежащий архитектуре AAL2, определяющий, где в ячейке ATM начинается первый пакет AAL2. Это используется при потере ячейки ATM, чтобы позволить найти, где начинается следующий надлежащий пакет AAL2. Ячейки ATM передаются по транспортной сети 119, 121; часть 419 между контроллером 111 RNC и станцией 113 RBS. Если поток трафика превышает доступную пропускную способность тракта AAL2, транспортной сети, возможно, придется выбрасывать некоторые пакеты AAL2 или ячейки ATM из-за переполнения буферов в транспортной сети. Когда один или более пакетов (уровня) AAL2 кадра данных потеряны, кадр данных, повторно собранный в станции RBS, будет иметь ошибочную контрольную сумму циклического избыточного кода (CRC) для полезной нагрузки и ошибочную длину, что может быть обнаружено станцией RBS. Потери кадров также могут быть вызваны ошибками битов вследствие плохого качества передачи, также приводящими к ошибкам CRC, но в большинстве таких случаев длина кадра будет правильной, и это дает возможность различать наиболее вероятные причины ошибочных принятых кадров данных.
Ниже описан алгоритм потери кадра для обнаружения условия перегрузки интерфейса Iub посредством наблюдения случаев неполных или дефектных кадров данных канала HS-DSCH, прибывших в станцию 113 RBS, алгоритм создает флаг, указывающий, что потеря, по меньшей мере, одного кадра данных была обнаружена в течение предопределенного периода времени, например интервала в 100 мс, для каждого потока очереди приоритета. Когда количество потерянных кадров данных для потока очереди приоритета превышает предопределенный порог потерь в течение предопределенного периода, расчетная битовая скорость caCalcBitrate распределения пропускной способности для этого потока очереди приоритетов временно уменьшается на предопределенную долю, например на 50% от ее номинального значения, см. Фиг.9 и 10, и отправляется контроллеру 111 RNC в сообщении распределения пропускной способности (CA).
Когда станция 113 RBS обнаружила слишком много потерь кадров данных во всех потоках PQF в течение другого более длительного периода времени, например одной секунды, значение переменной targetHsRate уменьшается. Значение этой переменной указывает оценочную полную битовую скорость, доступную для передачи кадров данных от контроллера 111 RNC. Эта переменная дает опорное (эталонное) значение, которое указывает максимальное значение объединенной битовой скорости, которая может использоваться для кадров данных канала HS-DSCH технологии HSDPA через интерфейс Iub в нисходящей линии связи.
При обнаружении флага iubFrameLossFlag, показывающего, по меньшей мере, одну потерю кадра для потока очереди приоритета в течение предопределенного периода времени, входными данными являются кадры данных канала HS-DSCH интерфейса Iub из потока очереди приоритета, см. Фиг.7a. Каждый кадр данных оценивается, и флаг устанавливается, если кадр данных является дефектным или обнаруживает ошибку.
Обнаружение потерянных и/или ошибочных кадров данных производится посредством выполнения проверок каждого принятого кадра данных, как показано в следующем фрагменте псевдокода:
Если CRC заголовка и CRC полезных данных в кадре данных являются правильными, принять кадр данных и не устанавливать флаг.
Если CRC заголовка в кадре данных является неправильной, выбросить кадр и установить флаг iubFrameLossFlag.
Если CRC заголовка является правильной и CRC полезных данных в кадре данных является неправильной, выбросить кадр данных и проверить, равна ли длина кадра данных, включая CRC полезных данных, в байтах значению, заданному формулой:
INT [(4+(Длина блока MAC-d PDU)+7)/8]*"NumOfPDU"+9.
Если это истинно, неправильная CRC полезных данных, наиболее вероятно, была вызвана плохим качеством передачи, и никакое дополнительное действие не предпринимается.
Если это ложно, неправильная CRC полезных данных наиболее вероятно была вызвана потерей одного или более пакетов уровня AAL2, и устанавливается флаг iubFrameLossFlag.
Следовательно, обнаружение одного или более ошибочных кадров данных в течение периода, равного 100 мс, устанавливает флаг iubFrameLossFlag. Следует заметить, что невозможно определить, сколько было обнаружено разрушенных (поврежденных) кадров в течение периода времени.
Этапы процедуры обнаружения проиллюстрированы на Фиг.7b. Таким образом, когда кадр данных принят, процедура начинается и на первом этапе 703 спрашивают, правильна ли контрольная сумма CRC поля заголовка кадра данных. Если это истинно, на этапе 705 спрашивают, правильна ли контрольная сумма CRC поля полезных данных кадра данных. Если это истинно, на этапе 707 принимают кадр данных. Если на этапе 705 было определено, что контрольная сумма CRC поля полезных данных не является правильной, на этапе 709 определяют, правильна ли длина кадра данных, то есть равна ли она стандартной длине, как задано формулой выше. Если это истинно, на этапе 711 выбрасывают кадр данных. Если на этапе было определено, что длина кадра данных не является правильной, на этапе 713 устанавливают флаг iubFrameLossFlag, и затем выполняется этап 711. Если на этапе 703 было определено, что контрольная сумма CRC поля заголовка кадра данных не является правильной, также выполняются этапы 713 и 711.
После того как, по меньшей мере, одно указание относительно перегрузки интерфейса Iub было обнаружено в течение периода, равного 100 мс, что сообщено фактом установки флага iubFrameLossFlag, значение переменной caCalcBitrate, которое указывает распределение пропускной способности для потока очереди приоритета, временно уменьшается на 50%, и затем следует обратное увеличение до 100% уровня в течение последующего свободного от перегрузки предопределенного периода времени, например одной секунды. Распределение пропускной способности имеет отношение к переменной targetHsRate, которая будет описана ниже.
Эта процедура 801 уменьшения проиллюстрирована на Фиг.8a и выполняется в конце каждого предопределенного периода времени. Она использует в качестве входной информации значение флага iubFrameLossFlag и создает на выходе коэффициент уменьшения, или коэффициент iubCoeff, который специфичен для рассматриваемого потока PQF, а также измененное значение переменной iubHsTrafficErrors, которое дает оценку количества ошибок кадра данных, как определено для рассматриваемой станции RBS, которые произошли с начала текущего более длительного периода времени, имеющего длину, например, 1000 мс. Таким образом, коэффициент iubCoeff является в общем случае функцией частот появления ошибок высокоскоростного трафика интерфейса Iub. Битовая скорость распределения пропускной способности (CA) для потока PQF уменьшается, когда для потока происходит ошибка высокоскоростного трафика интерфейса Iub.
Когда флаг iubFrameLossFlag установлен, то есть имеет значение ИСТИНА, значение переменной caCalcBitrate уменьшается с использованием коэффициента iubCoeff. Коэффициент iubCoeff первоначально и обычно равен коэффициенту maxCoeff, который имеет значение 100%. Когда происходит ошибка высокоскоростного трафика интерфейса Iub в течение предопределенного более короткого периода, коэффициент iubCoeff всегда устанавливается в значение minCoeff, например, равное 50%, в следующем более коротком периоде времени. Значение коэффициента iubCoeff изменяется между значениями minCoeff и maxCoeff, чтобы оно никогда не было ниже 50% и никогда не было выше 100%.
Когда в течение более короткого времени не происходят никакие ошибки высокоскоростного трафика интерфейса Iub для потока PQF, значение переменной iubCoeff увеличивается на предопределенный шаг CoeffStep, например, равный 5% относительно 100%.
В примере, проиллюстрированном посредством диаграммы на Фиг.9, после одной ошибки высокоскоростного трафика интерфейса Iub, за которой не следуют ошибки, коэффициент iubCoeff устанавливается равным своему минимальному значению 50% непосредственно после ошибки высокоскоростного трафика интерфейса Iub, обозначенной посредством установленного флага iubFrameLossFlag. За этим следует увеличение значения коэффициента iubCoeff на 5% на каждом интервале с продолжительностью 100 мс. По прошествии 1 секунды значение коэффициента iubCoeff снова возвратилось к своему максимальному значению 100%. Более низкие значения коэффициента iubCoeff производят соответствующие уменьшенные битовые скорости распределения пропускной способности.
В другом примере, проиллюстрированном посредством диаграммы на Фиг.10, произошли две ошибки трафика интерфейса Iub для потока PQF в течение другого более короткого периода времени, равного 100 мс, это приводит каждый раз к сокращению битовых скоростей распределения пропускной способности вследствие уменьшения значения коэффициента iubCoeff до уровня 50%.
Этапы процедуры для вычисления коэффициента iubCoeff для каждого потока PQF и одновременного изменения значения счетчика iubHsTrafficErrors ошибок проиллюстрированы на Фиг.8b. Таким образом, в конце каждого более короткого периода времени и для каждого потока очереди приоритета сначала проверяют на этапе 803, был ли установлен флаг iubFrameLossFlag. Если он был установлен, на этапе 805 коэффициент IubCoeff для этого потока очереди приоритета устанавливают равным своему минимальному значению minCoeff. Затем счетчик iubHsTrafficErrors увеличивают на единицу на этапе 807 и, наконец, на этапе 809 сбрасывают флаг iubFrameLossFlag, то есть устанавливают его в значение ЛОЖЬ. Если на этапе 803 было определено, что флаг не установлен, на этапе 811 определяют, меньше ли коэффициент iubCoeff своего максимального значения maxCoeff. Если это истинно, коэффициент увеличивают на значение CoeffStep на этапе. После того как этапы были выполнены, распределение пропускной способности для потока очереди приоритета уменьшают каким-либо образом, используя текущее значение коэффициента iubCoeff, как обозначено посредством этапа 815.
Переменная iubHsTrafficErrors является специфичной для рассматриваемой станции RBS. Это счетчик, представляющий все ошибки высокоскоростного трафика интерфейса Iub, которые произошли для всех потоков PQF во всех более коротких периодах времени в течение более длинного периода времени.
Одна ошибка высокоскоростного трафика интерфейса Iub здесь эквивалентна обнаружению того, что один флаг iubFrameLossFlag установлен для одного потока PQF в течение более короткого периода времени.
В примере каждый поток PQF добавляет максимум 10 к переменной iubHsTrafficErrors в одну секунду. В целом все потоки PQF в станции 113 RBS могут, например, вместе добавлять сотни приращений в секунду, если происходит много ошибок высокоскоростного трафика интерфейса Iub.
Таким образом, каждый раз, когда переменная iubCoeff для потока PQF устанавливается равной своему минимальному значению, даже если она уже была установлена в свое самое нижнее значение, переменная iubHsTrafficErrors увеличивается на единицу. Значение переменной iubHsTrafficErrors обнуляется после его считывания, см. описание со ссылкой на Фиг.11a и 11b. Это делается в конце каждого длинного интервала времени посредством этапа 1101 вычисления целевой скорости.
Переменная targetHsRate представляет максимальную объединенную скорость caCalcBitrate, которая может быть распределена всем потокам PQF в одной и той же станции RBS. Значение переменной targetHsRate ограничено минимальным значением minHsRate и максимальным значением maxHsPvate и имеет начальное значение maxHsRate. Вычисление targetHsRate проиллюстрировано на Фиг.11a и 11b.
Переменная targetHsRate чувствительна к слишком большому количеству ошибок высокоскоростного трафика интерфейса Iub. Если, например, в течение одной секунды были обнаружены 5 или более ошибок высокоскоростного трафика интерфейса Iub в любом из потоков PQF в станции RBS, значение переменной targetHsRate уменьшается на значение декремента targetHsStepDown, например, равного 2% относительно максимального значения maxHsRate. Если было обнаружено менее 5 ошибок в секунду за более длинный период времени, например 1 секунду, значение переменной targetHsRate увеличивается на значение инкремента targetHsStepUp, например, равного 1% относительно максимального значения maxHsRate.
Текущее значение переменной targetHsRate используется как опорное значение при вычислении битовых скоростей распределения пропускной способности. Распределение пропускной способности для очереди приоритета, например, может быть вычислено как
CA=(targetHsRate)·(iubCoeff)/(сумма всех iubCoeff).
Процедура 1101 для вычисления значения переменной targetHsRate имеет на входе параметры minHsRate, maxHsRate, hsRatelubErrorThreshold, hsRateRecoverTime, targetHsStepUp и targetHsStepDown. Она имеет на входе переменную iubHsTrafficErrors и выдает на выходе новое значение переменной targetHsRate. Выходная переменная targetHsRate является в основном функцией переменной IubHsTrafficErrors, и ей присваивается значение в конце каждого более длинного периода времени посредством выполнения процедуры, как показано в следующем фрагменте псевдокода:
ЕСЛИ iubHsTrafficErrors>=hsRatelubErrorThreshold
ТО
- уменьшить targetHsRate на targetHsStepDown, если больше чем minHsRate
- присвоить errorFreeSecCounter=0
ИНАЧЕ
увеличить errorFreeSecCounter на 1
ЕСЛИ errorFreeSecCounter>=hsRateRecoverTime
ТО
- увеличить targetHsRate на targetHsStepUp, если меньше чем maxHsRate
- присвоить errorFreeSecCounter=0
ИНАЧЕ
Конец ЕСЛИ
присвоить iubHsTrafficErrors=0
Этапы процедуры 1101 также проиллюстрированы посредством диаграммы на Фиг.11b. На первом этапе 1103 определяют, больше ли количество ошибок трафика, заданное текущим значением счетчика iubHsTrafficErrors, чем некоторое малое допустимое пороговое значение, называемое hsRatelubErrorThreshold. Если не больше, то другой счетчик, называемый errorFreeSecCounter, для подсчета количества более длинных последовательных периодов времени, в которых количество ошибок было допустимым и, таким образом, не превысило пороговое значение, увеличивают на единицу на этапе 1105. Затем на этапе 1107 проверяют, больше ли текущее значение этого счетчика, чем другое пороговое значение, называемое hsRateRecoverTime. Если это истинно, это означает, что было допустимое количество ошибок трафика в течение достаточно длительного времени, и выполняют этап 1109, на котором определяют, равно ли текущее значение переменной targetHsRate ее максимальному значению maxHsRate. Если это не истинно, выполняют этап 1111, на котором текущее значение targetHsRate увеличивают на targetHsStepUp. Затем на этапе 1113 счетчик errorFreeSecCounter для более длинных периодов времени, имеющих допустимое количество ошибок трафика, обнуляют. Наконец, счетчик ubHsTrafficErrors для общего количества ошибок обнуляют на этапе 1115. Если на этапе 1109 было определено, что значение targetHsRate равно maxHsRate, также выполняют этапы 1113 и 1115. Если на этапе 1107 было определено, что значение errorFreeSecCounter больше чем hsRateRecoverTime, также выполняют этап 1115. Если на этапе 1103 было определено, что текущее значение iubHsTrafficErrors больше чем hsRatelubErrorThreshold, выполняют этап 1117, на котором проверяют, равно ли текущее значение targetHsRate своему минимальному значению minHsRate. Если оно больше, текущее значение уменьшают на значение параметра targetHsStepDown на этапе 1119. Затем выполняют этапы 1113 и 1115, как описано выше. Если на этапе 1117 было определено, что значение targetHsRate равно minHsRate, выполняют этапы 1113 и 1115.
Для выполнения функции управления потоками информации блок 1201 управления потоками информации и специальные ячейки памяти должны быть добавлены в станции 133 RBS, как показано на диаграмме на Фиг.12. Ячейки памяти включают в себя для каждой очереди 127 приоритета и, следовательно, для каждого потока очереди приоритета ячейку 1203 памяти для хранения значения флага iubFrameLossFlag и ячейку 1205 памяти для хранения коэффициента сокращения iubCoeff. Ячейки 1207, 1209 и 1211 памяти предусмотрены для фиксированных значений параметров maxCoeff, minCoeff и CoeffStep, используемых при вычислении коэффициентов. Ячейка 1213 памяти содержит текущее значение счетчика iubsHsTrafficErrors, и другая ячейка 1215 - текущее значение переменной targetHsRate. Ячейки 1217-1227 памяти содержат фиксированные значения параметров, используемых при вычислении значения переменной targetHsRate. Ячейка 1229 памяти содержит текущее значение счетчика errorFreeSecCounter для периодов без ошибок. Блок 1201 управления потоками информации содержит блок 701 для обнаружения возможной потери кадров, блок 801 для вычисления коэффициентов iubCoeffs и увеличения счетчика iubTrafficErrors ошибок, блок 1101 для вычисления или изменения переменной targetHsRate и блок 1231 для вычисления распределения пропускной способности на основе коэффициентов и значения переменной targetHsRate.