ЦЕНТРАЛИЗОВАННОЕ ВЫДЕЛЕНИЕ РАДИОРЕСУРСОВ В СЕТЯХ СВЯЗИ
CENTRALISED RADIO RESOURCE ALLOCATION IN COMMUNICATION NETWORKS

Область техники
Настоящее изобретение относится к сетям связи.
Изобретение разработано с особым вниманием, уделенным его возможному использованию в сетях с мобильным беспроводным широкополосным доступом, соответствующих стандарту IEEE 802.16-2004 с изменениями IEEE 802.16e-2005 и IEEE 802.16g.
Текущие справочные документы для стандартов, упомянутых выше, следующие:
- IEEE Computer Society and IEEE Microwave Theory and Techniques Society, "IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networks Part 16: Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems", IEEE Std 802.16-2004 (Revision of IEEE Std 802.16-2001), 1 октября 2004 года;
- IEEE Computer Society and IEEE Microwave Theory and Techniques Society, "IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networks Part 16: Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems" Amendment 2: Physical and Medium Access Control Layers for Combined Fixed and Mobile Operation in Licensed Bands and Corrigendum 1, 28 февраля 2006 года; и
- IEEE Computer Society and IEEE Microwave Theory and Techniques Society, "Draft IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networks Part 16: Air Interface for Fixed and Mobile Broadband Wireless Access Systems - Management Plane Procedures and Services", IEEE P82.16g/D2, 3 апреля 2006 года.
Дополнительными примерными сетями, к которым может применяться изобретение, являются мобильные WiMAX-сети на основе технических требований IEEE 802.16.
Текущие справочные документы для мобильных WiMAX-сетей следующие:
- Форум WiMAX, "WiMAX End-to-End Network Systems Architecture (Stage 2: Architecture Tenets, Reference Model and Reference Points) ", 1 марта 2006 года, проект;
- Форум WiMAX, "WiMAX End-to-End Network Systems Architecture (Stage 3: Detailed Protocols and Procedures)", 24 апреля 2006 года, проект.
Описание предшествующего уровня техники
Технические требования форума WiMAX на основе технических требований IEEE 802.16 относят к управлению радиоресурсами (RRM) задачи измерения, обмена и управления, связанными с радиоресурсами индикаторами (к примеру, выделение текущего подканала потокам услуг) в беспроводной сети. Связанная с RRM сигнализация реализована посредством двух функциональных объектов в рамках RRM: функционального объекта управления радиоресурсами (RRC) и функционального объекта агента радиоресурсов (RRA).
Как явно указано посредством технических требований WiMAX Stage 2, функция управления прежде всего относится к решениям, принимаемым измерительной станцией или удаленным объектом, чтобы корректировать (т.е. выделять, повторно выделять или освобождать) радиоресурсы на основе сообщенных измерений и другой информации либо с помощью собственных алгоритмов, и передавать такие корректировки в сетевые объекты с помощью стандартизированных примитивов. Такое управление может быть локальным и удаленным от измерительной станции.
Хотя определение RRM, предоставленное выше, действительно включает в себя функции управления для того, чтобы управлять радиоресурсами, конкретные сообщения не поддерживаются на текущей стадии задания технических требований, чтобы реализовать эти функции. Технические требования архитектуры форума WiMAX задают сетевые элементы, в которых находятся функции сети службы доступа (ASN). В настоящий момент поддерживаются три возможных варианта для архитектуры мобильной WiMAX-системы: ASN-профиль A, ASN-профиль B, ASN-профиль C. Когда принимается ASN-профиль A, RRC-функция должна размещаться в сетевом элементе под названием шлюз сети службы доступа (ASN-GW). ASN-GW управляет набором BS-объектов 802.16 в ASN. BS-объект 802.16 представляет один сектор с одним назначением частоты. Набор совмещенных BS-объектов называется BS-кластером.
На данной стадии не существует средства в профиле A ASN для того, чтобы управлять назначением радиоресурсов в BS-объекте 802.16, поскольку в настоящий момент никакие RRM-сообщения для этой цели не определены. Как следствие, внутриканальные помехи (CCI), помехи между мобильными станциями и между BS в рамках данного кластера базовых станций (BS) и среди различных BS-кластеров не могут быть предотвращены.
Аналогично, хотя технические требования IEEE 802.16g, которые являются базисом для архитектуры мобильной WiMAX-системы, описывают примитивы управления радиоресурсами между NCMS (система контроля и управления сетью) и BS-объектом 802.16, текущая версия системных технических требований, т.е. IEEE 802.16g/D2 (апрель 2006 года), не содержит какого-либо примитива для того, чтобы предотвратить проблему CCI, помех между BS и между мобильными станциями.
Задача и раскрытие изобретения
Таким образом, задача изобретения состоит в том, чтобы предоставить полностью удовлетворительный ответ на потребности, указанные выше, особенно по предотвращению внутриканальных помех (CCI), помех между BS и между мобильными станциями.
Согласно настоящему изобретению эта задача достигается посредством способа, имеющего признаки, изложенные в нижеприведенной формуле изобретения. Изобретение также относится к соответствующей системе, связанной сети, а также связанному вычислительному программному продукту, загружаемому в память, по меньшей мере, одного компьютера и включающему в себя фрагменты программного кода для выполнения этапов способа, соответствующего изобретению, когда продукт запущен на компьютере. При использовании в данном документе ссылка на такой вычислительный программный продукт имеет намерение быть эквивалентной ссылке на машиночитаемый носитель, содержащий инструкции для управления компьютерной системой, чтобы координировать эффективность осуществления способа изобретения. Ссылка на "по меньшей мере, один компьютер", очевидно, имеет намерение подчеркнуть возможность реализации настоящего изобретения распределенным/модульным способом.
Формула изобретения является неотъемлемой частью раскрытия сущности изобретения, предоставленного в данном документе.
Предпочтительный вариант осуществления структуры, описанной в данном документе, представляет модифицированное сообщение C-RRM-REQ (Spare Capacity Report, Report type=3 (отчет о резервной мощности, тип отчета=3)) для того, чтобы указать новый тип запрошенной информации; этот признак позволяет использовать новое сообщение C-RRM-RSP (Spare Capacity Report), содержащее новую информацию, касающуюся не только общего среднего количества доступных радиоресурсов, но также и конкретного информационного элемента для каждой зоны перестановки. Благодаря такому увеличению уровня детальности, RRC в рамках NCMS может выполнять процедуру для того, чтобы совмещать зоны перестановки и выделять подканалы BS-объекту 802.16 таким способом, чтобы управлять и при возможности исключать CCI, помехи между BS и между мобильными станциями в рамках BS-кластера и среди различных BS-кластеров.
В предпочтительном варианте осуществления структуры, описанной в данном документе, последующее новое сообщение C-RRM-NOTFY(Neighbor-BS Permutation Zones Status Update) должно обеспечивать возможность RRC принудительно применять к RRA в различных BS-объектах 802.16 надлежащее выделение радиоресурсов, которое принимает во внимание текущую ситуацию использования радиоресурсов в рамках BS-кластера и среди различных BS-узлов.
Структура, описанная в данном документе, эффективно разрешает проблему CCI внутри BS-кластера и среди различных BS-объектов 802.16 в рамках BS-кластера, а также проблемы помех между мобильными станциями и между BS среди различных BS-узлов сети с мобильным беспроводным широкополосным доступом, соответствующей стандарту IEEE 802.16-2004 с изменениями IEEE 802.16e-2005 и IEEE 802.16g. В качестве конкретного варианта применения структура, описанная в данном изобретении, разрешает проблему CCI внутри BS-кластера в мобильной WiMAX-сети. Кроме того, структура, описанная в данном изобретении, позволяет 802.16 BS-объектам передавать данные по радиоресурсам вообще без CCI внутри BS-кластера или с введением управляемого уровня CCI.
Как указано, практическая реализация структуры, описанной в данном документе, может влечь за собой определенные модификации технических требований IEEE 802.16g/D2, чтобы дать возможность RRC-объекту в NCMS управлять выделением радиоресурсов в BS-объектах 802.16, чтобы избежать возникновения проблемы CCI среди BS-объектов в рамках BS-кластера и проблемы помех между мобильными станциями и между BS среди различных BS-узлов.
Краткое описание чертежей
Изобретение далее описывается, только в качестве примера, со ссылкой на прилагаемые чертежи, которые являются схематичным представлением основного потока в контексте структуры, описанной в данном документе.
Подробное описание предпочтительного варианта осуществления структуры, описанной в данном документе
Как указано, предпочтительной областью применения структуры, описанной в данном документе, являются сети связи, соответствующие стандарту IEEE 802.16g или техническим требованиям Форума WiMAX. Общая схема размещения и структура таких сетей хорошо известна специалистам в данной области техники, тем самым исключая необходимость в предоставлении подробного описания в данном документе. Таким образом, в нижеследующем описании, главным образом, применяется терминология из стандарта IEEE 802.16g с условием, что те же самые понятия в равной степени применимы также к сетям, соответствующим техническим требованиям Форума WiMAX (т.е. техническим требованиям Stage 2 и Stage 3).
Схема на чертеже иллюстрирует взаимодействие между кластером базовых станций (BS-кластером, левая сторона) и системой контроля и управления сетью (NCMS, правая сторона) в такой сети.
В структуре, описанной в данном документе, NCMS может управлять выделением зон перестановки и радиоресурсов в рамках BS-кластера. В соответствии с техническим требованием Форума WiMAX Stage 1 BS-кластер задается здесь как коллекция BS-объектов, которые физически размещаются вблизи друг от друга и могут совместно использовать функциональные компоненты (т.е. физический BS-узел).
Сети, такие как WiMAX-сети, поддерживают многократное использование частоты, т.е. все соты/секторы работают на одном частотном канале, чтобы максимизировать спектральную эффективность. Пользователи могут работать на подканалах, которые занимают только небольшой фрагмент полной полосы пропускания канала.
Гибкое многократное использование подканалов упрощается за счет сегментации подканалов и зоны перестановки. Сегмент является подразделением доступных OFDMA-подканалов (один сегмент может включать в себя все подканалы). Один сегмент используется для развертывания одного экземпляра MAC.
Зона перестановки - это ряд смежных OFDMA-символов в DL или UL, которые используют одинаковую перестановку. Субкадр DL или UL могут содержать несколько зон перестановки.
Если зоны перестановки различных BS-объектов 802.16 одного или более BS-кластеров совмещены и в пределах каждой зоны используются различные подканалы, CCI и помехи между мобильными станциями и между BS могут быть полностью исключены.
"Совмещение" зон перестановки достигается (т.е. зоны перестановки совмещены), когда все BS-объекты упомянутых BS-кластеров синхронизированы по времени и частоте, что означает, что в начальный период каждая зона перестановки является одинаковой для всех BS-объектов всех BS-кластеров, которыми управляет вышеупомянутый RRC-объект в рамках NCMS.
В структуре, описанной в данном документе, когда набор подканалов используется BS-объектами 802.16, NCMS выдает другим BS-объектам 802.16 того же BS-кластера сигналы управления, чтобы не использовать указанный набор подканалов, чтобы избежать CCI, или чтобы выполнять передачу, если управляемый уровень CCI является допустимым: этот тип методик динамического распределения каналов обычно упоминается в литературе как способы "заимствования каналов".
Технические требования IEEE 802.16g/D2 предлагают набор примитивов RRM (управление радиоресурсами) для измерения радиоресурсов и процедур обмена отчетами между BS и NCMS.
Схема на чертеже показывает потоки сообщения между NCMS (RRC-модуль) и тремя BS-объектами 100 802.16 в рамках управляемого BS-кластера. Каждый BS объект 100, в общем, рассматривается как включающий в себя агент радиоресурсов (RRA), имеющий ассоциативно связанный интерфейс точки доступа к базовым услугам (C-SAP).
В общих чертах, "диалог" между каждым BS-объектом 100 и NCMS состоит из трех сообщений RRM для указания резервной мощности и управления уведомлениями, а именно:
- сообщение 102 запроса, т.е. C-RRM-REQ(Spare Capacity Report, Report type=3) из NCSM в объект 100;
- сообщение 104 ответа, т.е. C-RRM-RSP(Spare Capacity Report) из объекта 100 в NCSM; и
- сообщение 106 уведомления, т.е. C-RRM-NOTFY(Neighbor-BS Permutation Zones Status Update (обновление состояния зон перестановки соседних BS)) из NCSM в объект 100.
Реализация структуры, описанной в данном документе, таким образом, влечет за собой изменение этих сообщений, чтобы позволить NCMS получать подробную информацию о резервной мощности радиоресурсов, и передачу команд в BS-объекты 802.16 с радиоресурсами, которые они могут использовать в пределах каждой зоны перестановки, чтобы избежать проблемы CCI. Кроме того, чтобы избежать возникновения помех между мобильными станциями и между BS, RRC может отправить одинаковое сообщение 106 уведомления в BS-объекты различных BS-кластеров.
В частности, в сообщении 102 NCMS отправляет примитив C-RRM-REQ (Operation Type==Action, Action_Type==Spare Capacity Report (Тип операции==действие, Тип_действия==отчет о резервной мощности)) во все BS-объекты 100 802.16 в рамках BS-кластера.
В текущей версии технических требований этот примитив используется, чтобы запрашивать информацию о резервной мощности отправки BS периодически или с управлением событиями.
Текущий формат C-RRM-REQ следующий:
Report Characteristics (свойства отчета) указывает то, должен ли отчет отправляться периодически или с управлением событиями. Структура, описанная в данном документе, предпочтительно использует периодические отчеты.
В настоящее время стадия Spare Capacity Report Type (тип отчета о резервной мощности)>2 зарезервирована для будущих типов. Как показано, Spare Capacity Report Type=3 представлено в данном документе для затребования нового типа Spare Capacity Report.
курсивный шрифт
Когда BS-объект 802.16 принимает запрос 102 C-RRM-REQ(Operation Type==Action, Action_Type==Spare Capacity Report, Spare Capacity Report type == 3), он должен периодически отправлять сообщение 104 ответа C-RRM-RSP, как указано ниже (указывает атрибуты, измененные относительно текущей версии стандарта):
Новые атрибуты сообщения описываются ниже.
OFDMA Symbol Offset (смещение OFDMA-символа)
Обозначает начало зоны (подсчитывается от преамбулы кадра и начинается с 0)
Permutation (перестановка)
Обозначает схему перестановки, используемую в текущей зоне перестановки. Возможны следующие типы:
- перестановка DL PUSC;
- перестановка DL FUSC;
- перестановка DL Optional FUSC;
- DL AMC;
- DL TUSC1;
- DL TUSC2;
- UL PUSC;
- UL AMC.
Available Permutation Zone Radio Resources (доступные радиоресурсы зоны перестановки)
Процент сообщенных средних доступных ресурсов подканалов и символов на зону перестановки.
Permutation Zone Radio Resource Fluctuation (колебание радиоресурсов зоны перестановки)
Колебание радиоресурсов используется, чтобы указать степень колебания пропускной способности трафика данных в DL для текущей зоны перестановки.
На основе сообщений 104 C-RRM-RSP, собранных от BS-объектов 100 802.16 из BS-кластера, NCMS заочно может определить:
- размеры зоны перестановки; и
- радиоресурсы в пределах конкретной зоны перестановки, которые должны использоваться посредством каждого BS-объекта 802.16 (к примеру, по каким подканалам может осуществляться передача).
курсивный шрифт
NCMS должна осуществить свое решение (к примеру, изменение в двух предыдущих назначениях) через новое сообщение 106, т.е. C-RRM-NOTFY(Event_Type== Neighbor-BS Permutation Zones Radio Resource Status Update (Тип_события == обновление состояния радиоресурсов зон перестановки соседних BS)), отправленное всем BS-объектам 100 802.16 в рамках BS-кластера. Структура сообщения 106 C-RRM-NOTFY(Event_Type==Neighbor-BS Permutation Zones Status Update (Тип_события == обновление состояния зон перестановки соседних BS)) показана ниже (так же, указывает атрибуты, которые были изменены).
В примерном варианте осуществления, проиллюстрированном на прилагаемом чертеже, RRC-модуль размещается в NCMS, тогда как RRA предоставляется для каждого из трех BS-объектов 100 802.16 в рамках управляемого BS-кластера.
Хотя не строго принудительно, такая структура составных частей предпочтительна, поскольку она "упрощает" процедуру, описанную выше, т.е.:
- сначала NCMS отправляет сообщение 102 C-RRM-REQ(Spare Capacity Report, Report type=3) во все BS-объекты 100 802.16, запрашивая периодическую передачу C-RRM-RSP(Spare Capacity Report);
- с периодическими временными интервалами все BS-объекты 100 802.16 отсылают обратно в NCMS требуемые сообщения 104 C-RRM-RSP(Spare Capacity Report), указывающие доступные радиоресурсы, на основе процента от сообщенных средних доступных ресурсов подканалов и символов на зону перестановки для каждой зоны перестановки DL и UL;
- когда NCMS приняла эти ответы, она имеет доступной всю запрошенную информацию радиоресурсов, чтобы оценить (на основе процедуры, по сути известной) надлежащий размер для каждой зоны перестановки и надлежащее число подканалов для каждой зоны перестановки каждого BS-объекта 802.16; и
- в завершение, NCMS отправляет свое решение в каждый BS-объект 100 802.16 посредством передачи его в сообщениях 106 C-RRM-NOTFY(Neighbor-BS Permutation Zones Status Update), которые содержат разделение DL- и UL-кадров в зонах перестановки и конкретные подканалы, доступные для передачи в BS-объекте.
Ниже приводится подробное описание предпочтительного в настоящий момент варианта осуществления процедуры RRC, упомянутой выше. В качестве примера рассматривается случай для BS-кластера, составленного из трех размещающихся рядом BS-объектов 100 802.16, совместно использующих одну полосу частот, как проиллюстрировано на фиг. 1.
Первая DL-зона предположительно начинает со схемы перестановки PUSC, чтобы передать FCH и DL-MAP. Чтобы предотвратить проблему CCI, можно предусмотреть сохранить эту же схему перестановки в течение всего остающегося периода DL-кадра (см. фиг. 2), что может быть способом получать многократное использование 3 сегмента (т.е. многократное использование 3 частоты) в рассматриваемом BS-кластере: графически, различные подканалы используются посредством трех BS-объектов 802.16.
Когда нагрузка по трафику одного BS-объекта 100 802.16 возрастает, например, когда большее число подключений должно обслуживаться, полоса пропускания, выделенная конкретному BS объекту 100, увеличивается по числу подканалов, и это возможно только при использовании другой схемы перестановки (к примеру, PUSC со всеми подканалами, FUSC, AMC и т.д.).
Предположим в таком случае, что в рамках BS-кластера используется вторая зона перестановки DL (к примеру, PUSC со всеми подканалами), чтобы увеличить доступную полосу пропускания конкретного BS-объекта 100 802.16, который должен обслуживать более крупную соту с большим числом активных подключений. Приспособленная схема перестановки позволяет всем BS-объектам 100 802.16 передавать по полному набору подканалов, как графически показано на фиг. 3, который является образцом DL-кадра в режиме PUSC и PUSC со всеми подканалами без RRC-координации.
Схема перестановки, примененная таким образом, уменьшает коэффициент многократного использования частоты с 3 до 1, так как они все используют одни и те же подканалы, и одним очевидным результатом является введение помех среди трех BS-объектов 802.16 (к примеру, на границах соты).
Таким образом, следует принимать во внимание, что описанная структура обходит проблему CCI, связанную с необходимостью большей полосы пропускания в одной соте. Модификации, введенные в сообщения между BS-объектами 100 802.16 и NCMS, теперь дают возможность координировать начальное смещение символа каждой зоны перестановки и, кроме того, назначать различный поднабор подканалов каждому BS-объекту 100 802.16. Число подканалов в пределах каждого поднабора динамически оценивается RRC-модулем и может быть задано объединенным способом с учетом нагрузки по трафику в каждой соте.
Фиг. 4 показывает пример динамического выделения подканалов в DL-кадре в режиме PUSC и PUSC со всеми подканалами с RRC-координацией и без CCI. В частности, фиг. 4 ссылается на случай, когда первому BS-объекту 100 802.16 требуется еще два подканала, чтобы приспособить новые подключения, тогда как второму BS-объекту 100 требуется только дополнительный подканал, а третий BS-объект имеет более низкую нагрузку по трафику, и ему могут быть назначены только два подканала.
Посредством модифицированных RRM-сообщений, представленных в структуре, описанной в данном документе, NCMS может централизованно назначать радиоресурсы, указывающие набор подканалов, который должен быть использован посредством каждого BS-объекта, предотвращая возникновение проблемы CCI.
Структура, описанная в данном документе, позволяет сконструировать алгоритм RRC, который динамически назначает радиоресурсы, основывая свое решение на условиях нагрузки по трафику в соте. Кроме того, структура, описанная в данном документе, дает возможность допускать управляемый уровень CCI посредством назначения различным BS-объектам 100 802.16 общего поднабора подканалов: см., например, схемы фиг. 5, которые являются образцом DL-кадра в режиме PUSC и PUSC со всеми подканалами с RRC-координацией с управляемым уровнем CCI.
Рассмотренный пример показывает набор подканалов, совместно используемый первым и вторым BS-объектами 802.16. Модифицированные сообщения, введенные посредством структуры, описанной в данном документе, дают возможность каждому объекту BS 100 узнавать подканалы, выделяемые другим BS-объектам 100 в пределах того же BS-кластера. Следовательно, все BS-объекты 100 могут идентифицировать те подканалы, которые являются полностью свободными от CCI, и те подканалы, которые могут потенциально допустить управляемый уровень CCI.
Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что структура, описанная в данном документе, может быть легко распространена, к примеру, на множество BS-кластеров, управляемых посредством ASN-GW. Следовательно, без ущерба для базовых принципов изобретения подробности и варианты осуществления могут варьироваться, даже существенно, в отношении того, что описано только в качестве примера, без отступления от объема изобретения, определяемого прилагаемой формулой изобретения.