СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ВЫДЕЛЕНИЯ ШИРИНЫ ПОЛОСЫ В СИСТЕМЕ БЕСПРОВОДНОЙ СВЯЗИ
METHOD AND DEVICE TO DEDICATE BANDWIDTH IN WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM

Область техники
Настоящее изобретение относится к узлу управления, как определено в преамбуле п.1 формулы изобретения, и способу, как определено в преамбуле п.9 формулы изобретения.
Описание предшествующего уровня техники
Ширина полосы - это ограниченный ресурс в любой сети беспроводной связи. Поскольку мобильные терминалы становятся все более и более распространенными, потребность в пропускной способности для беспроводной связи постоянно возрастает.
Следовательно, становится все более важным выделять доступную ширину полосы в системе беспроводной связи наилучшим возможным способом, чтобы использовать доступную ширину полосы максимально эффективно.
США 6925068 раскрывает способ выделения ширины полосы в системе беспроводной связи. Временные интервалы могут выделяться гибким образом для передач по восходящей или нисходящей линии связи в зависимости от потребностей в ширине полосы канала. Асимметрия ширины полосы канала может быть достигнута в том смысле, что больше временных интервалов может выделяться в одном направлении, чем в другом направлении (т.е. больше для передачи по нисходящей линии связи, чем для передачи по восходящей линии связи, или наоборот). Назначение любого временного интервала может быть изменено динамически между восходящей линией связи и нисходящей линией связи в зависимости от потребности. Решения основываются на отчетах по сеансам, которые отклонены вследствие проблем пропускной способности.
США 6628626 раскрывает способ предоставления высокоскоростной передачи данных в направлении нисходящей линии связи посредством использования дополнительного широкополосного канала связи от базовой станции к мобильным терминалам. Этот принцип основан на том допущении, что требования по ширине полосы выше в направлении нисходящей линии связи, чем в направлении восходящей линии связи. Это, как правило, но не всегда корректно.
WO 00/01188 раскрывает способ выделения каналов трафика мобильным терминалам в зависимости от различных параметров качества связи, чтобы выделять каналы более эффективно в беспроводной сети.
Алгоритмы диспетчеризации, известные в данной области техники, не учитывают, что каждый сеанс трафика является двунаправленным, а также что решение по диспетчеризации в одном направлении также влияет на режим работы сеанса в другом направлении.
Цель изобретения
Цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы управлять использованием пропускной способности в беспроводной сети таким образом, что пропускная способность восходящей и нисходящей линии связи максимизируется при недопущении ситуаций перегрузки.
Сущность изобретения
Эта цель достигается согласно настоящему изобретению посредством управляющего узла для использования в сети беспроводной связи для выделения сетевых ресурсов, по меньшей мере, одному сеансу связи в сети беспроводной связи, содержащего средство выделения ресурсов для выделения ресурсов, по меньшей мере, одному сеансу в зависимости от информации нагрузки трафика, касающейся нагрузки трафика в направлениях восходящей и нисходящей линии связи в сети, и ul_ratio и dl_ratio на сеанс связи, по меньшей мере, для одного сеанса связи, задаваемых как
ul_ratio
ul_throughput/(ul_throughput + dl_throughput)
=
dl_ratio
dl_throughput/(ul_throughput + dl_throughput),
=
где ul_throughput - это пропускная способность в восходящей линии связи, по меньшей мере, для одного сеанса связи, а dl_throughput - это пропускная способность в нисходящей линии связи, по меньшей мере, для одного сеанса связи, и средство выделения ресурсов выполнено с возможностью выделять ресурсы в восходящей линии связи в зависимости от dl_ratio и/или выделять ресурсы в нисходящей линии связи в зависимости от ul_ratio.
Цель также достигается посредством способа выделения сетевых ресурсов, по меньшей мере, одному сеансу в сети беспроводной связи, содержащего этапы контроля нагрузки трафика в направлении восходящей и нисходящей линии связи в сети, по меньшей мере, для одного сеанса, определения параметров ul_ratio и dl_ratio, задаваемых как
ul_ratio
ul_throughput/(ul_throughput + dl_throughput)
=
dl_ratio = dl_throughput/(ul_throughput + dl_throughput),
где ul_throughput - это пропускная способность в восходящей линии связи, по меньшей мере, для одного сеанса связи, а dl_throughput - это пропускная способность в нисходящей линии связи, по меньшей мере, для одного сеанса связи, и выделения ресурсов, по меньшей мере, в одном сеансе в зависимости от нагрузки трафика и ul_ratio и dl_ratio посредством выделения ресурсов в восходящей линии связи в зависимости от dl_ratio и/или выделения ресурсов в нисходящей линии связи в зависимости от ul_ratio.
В отличие от этого алгоритмы диспетчеризации предшествующего уровня техники в типичном варианте учитывают восходящую и нисходящую линию связи независимо друг от друга при принятии решения диспетчеризации.
Идея изобретения основана на том факте, что большинство сеансов связи имеют детерминированный режим работы. Сеанс следует детерминированной последовательности сигнализации, поскольку два пользовательских терминала, участвующих в сеансе, согласовали протокол (стандартизированный или собственной разработки), чтобы иметь возможность осуществлять связь. Согласно изобретению анализируется детерминированный режим работы для каждого сеанса связи, и это знание используется при выполнении решения совместной диспетчеризации восходящей/нисходящей линии связи. Детерминированный режим работы реализуется независимым от протокола способом, т.е. не требуется знаний о каком-либо конкретном протоколе связи.
В предпочтительном варианте осуществления управляющий узел дополнительно содержит средство контроля для получения информации нагрузки трафика о нагрузке трафика в направлении восходящей и нисходящей линии связи, и средство вычисления, по меньшей мере, для одного сеанса, определяющее параметры ul_ratio и dl_ratio. Альтернативно средство контроля и средство вычисления могут быть реализованы в отдельных модулях или в одном отдельном модуле вне управляющего узла.
Средство контроля может быть выполнено с возможностью идентифицировать любую резервную пропускную способность в восходящей и/или нисходящей линии связи. В этом случае средство выделения ресурсов выполнено с возможностью повышать приоритет диспетчеризации в направлении нисходящей линии связи, по меньшей мере, для одного сеанса, если резервная пропускная способность обнаружена в направлении восходящей линии связи, и, по меньшей мере, один сеанс имеет высокое ul_ratio. Аналогично средство выделения ресурсов может быть выполнено с возможностью повышать приоритет диспетчеризации в направлении нисходящей линии связи, по меньшей мере, для одного сеанса, если резервная пропускная способность обнаружена в направлении нисходящей линии связи, и, по меньшей мере, один сеанс имеет высокое dl_ratio. Эти две функции могут быть реализованы совместно или может быть использована только одна из них.
В некоторых случаях передача больших объемов данных в первом направлении зависит от передачи малых объемов данных, таких как квитирования, в противоположном направлении. Согласно изобретению если есть резервная пропускная способность в первом направлении, эффективное использование пропускной способности в первом направлении обеспечивается, поскольку малым объемам данных в противоположном направлении задается более высокий приоритет. Таким образом, время ожидания до того, как данные могут быть отправлены в первом направлении, уменьшается, и резервная пропускная способность используется более эффективно.
Средство контроля может быть выполнено с возможностью идентифицировать перегрузку или затор в восходящей и/или нисходящей линии связи. В этом случае средство выделения ресурсов может быть выполнено с возможностью снижать приоритет диспетчеризации в направлении нисходящей линии связи, по меньшей мере, для одного сеанса, если перегрузка или затор обнаружен в направлении восходящей линии связи, и, по меньшей мере, один сеанс имеет высокое ul_ratio. Аналогично средство выделения ресурсов может быть выполнено с возможностью понижать приоритет диспетчеризации в направлении восходящей линии связи, по меньшей мере, для одного сеанса, если перегрузка или затор обнаружен в направлении нисходящей линии связи, и, по меньшей мере, один сеанс имеет высокое dl_ratio.
Заявленный способ уменьшения затора в одном направлении посредством понижения приоритета диспетчеризации в противоположном направлении является выгодным по двум основным причинам. Во-первых, он обеспечивает более быстрый способ предоставления обратной связи в предполагаемый источник формирования трафика, т.е. отправителю. Кроме того, он приводит к более плавному формированию исходного трафика.
Например, для протокола управления передачей (TCP) говорят, что TCP-отправитель является "ACK-синхронизированным", поскольку он может отправлять пакеты данных только на скорости, на которой он принимает ACK. Если только приоритет направления данных для передачи больших объемов данных снижен при сохранении приоритета в направлении ACK, ACK должны, по меньшей мере, первоначально продолжить возвращаться на той же скорости. Это может вызывать даже больший затор в направлении данных, поскольку TCP-отправитель должен продолжать тактировать пакеты данных на той же скорости. С другой стороны, снижение приоритета в ACK приводит к снижению скорости ACK, что сразу приводит к снижению скорости передачи пакетов данных. Это также уменьшает риск дополнительных потерь пакетов, вызываемых затором.
Обнаружение резервной пропускной способности, с одной стороны, и перегрузки или затора, с другой стороны, может быть реализовано совместно, или может быть использовано только одно из них.
Согласно изобретению общая пропускная способность системы повышается, так что пропускная способность восходящей и нисходящей линии связи используются в максимальной степени на основе текущего пользовательского трафика. Затор может быть исключен посредством плавного понижения отдельных потоков трафика. Вместо снижения приоритета диспетчеризации трафика в перегруженном направлении, приоритет трафика снижается в другом направлении для сеансов, имеющих высокое отношение пропускной способности в перегруженном направлении.
Предпочтительно средство вычисления выполнено с возможностью вычислять ul_ratio и dl_ratio как средние значения за определенный период времени, например сглаженные скользящие средние.
Заявленный управляющий узел и способ могут быть использованы в любом типе сети связи, в которой связь осуществляется по радиоинтерфейсу. Изобретение особенно полезно для сетей, в которых взаимосвязь между пропускными способностями восходящей и нисходящей линии связи не может быть просто изменена.
Краткое описание чертежей
Далее изобретение подробнее описывается в качестве примера и со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг.1 иллюстрирует связь между двумя пользовательскими терминалами и базовой станцией в сети беспроводной связи;
фиг.2 - это блок-схема последовательности операций заявленного способа.
Подробное описание вариантов осуществления
Фиг.1 иллюстрирует часть сети беспроводной связи, представленной на фиг.1 посредством базовой станции 1, обменивающейся данными с рядом пользовательских терминалов 3 в соте сети. Два пользовательских терминала могут быть вовлечены в двустороннюю связь друг с другом или с другими модулями в сети либо могут выгружать данные в сеть или загружать данные из сети. Связь по нисходящей линии связи от базовой станции 1 к каждому из терминалов 3 проиллюстрирована посредством стрелок 5. Связь по восходящей линии связи от терминалов 3 к базовой станции проиллюстрирована посредством стрелок 7.
Сеть также содержит, по меньшей мере, один узел 9 диспетчеризации для диспетчеризации трафика. Этот узел обычно находится или связан с базовой станцией 1. На фиг.1 узел 9 диспетчеризации показан как часть управляющего узла 11, введенного согласно изобретению. Управляющий узел 11 также содержит модуль 13 контроля, выполненный с возможностью отслеживать трафик в сети, в направлении и восходящей, и нисходящей линии связи. Управляющий узел 11 также содержит модуль 15 вычислений, выполненный с возможностью вычислять отношение восходящей линии связи и отношение нисходящей линии связи, как определено ниже, для каждого сеанса связи в сети или в соте.
Разумеется разделение средства управления на модули приводится просто для иллюстративных целей. Узел 9 диспетчеризации, модуль 13 контроля и модуль 15 вычисления могут быть программными модулями, содержащимися в одном управляющем узле 11, или могут быть реализованы в отдельных модулях.
Узел 9 диспетчеризации принимает решения по диспетчеризации на основе информации, полученной согласно изобретению, возможно, комбинированной с другой информацией, используемой в предшествующем уровне техники. Информация приоритета, полученная согласно изобретению, варьируется гораздо более медленно, чем некоторая другая информация диспетчеризации, такая как аспекты быстрых затуханий.
В ситуации, показанной на фиг.1, к примеру, сеть может иметь в данное время высокую нагрузку в восходящей линии связи, но много резервной пропускной способности в нисходящей линии связи. Если в этом случае один терминал 3 хочет загрузить объект с помощью TCP, возникает проблема в том, что сообщения квитирования от терминала 3 должны конкурировать с другим трафиком восходящей линии связи, даже если средняя скорость передачи битов в восходящей линии связи, требуемая первым терминалом, достаточно низкая. В этом случае связь в нисходящей линии связи может поддерживаться, поскольку сообщения подтверждения приема не могут передаваться в направлении восходящей линии связи. Посредством увеличения приоритета восходящей линии связи указанного терминала 3 пропускная способность для этого терминала, а также общее использование нисходящей линии связи повышается. Детерминированный режим работы реализуется независимым от протокола способом, т.е. не требуется знаний о каком-либо конкретном протоколе связи. Следовательно, способ согласно изобретению должен работать для любого типа протокола и не зависит, например, от TCP.
Способ согласно изобретению особенно полезен для сеансов, имеющих высокую асимметрию между восходящей и нисходящей линией связи. Это имеет место, например, в случае, если пользователь загружает информацию из сети или выгружает информацию в сеть. Это также имеет место для извлечения пользователем электронной почты из сети. Объем данных, которые должны передаваться в направлении нисходящей линии связи, как правило, значительный, тогда как только команды и квитирование малого объема должны передаваться в направлении восходящей линии связи. Корреляция между скоростью трафика в восходящей и нисходящей линии связи для конкретного сеанса, в общем, относительно постоянна во времени.
Базовое решение согласно изобретению заключается в том, чтобы обнаруживать корреляцию между скоростью передачи битов в нисходящей линии связи и скоростью передачи битов в восходящей линии для каждого сеанса трафика и использовать ее в качестве входных данных для решения диспетчеризации.
Более подробное описание того, как это может быть достигнуто, представлено на фиг.2. На этапе S1 вычисляется соотношение между скоростью передачи битов в UL и DL для каждого сеанса передачи трафика. Предполагается сильная корреляция между пропускной способностью восходящей и нисходящей линии связи для сеанса трафика и вычисляются следующие соотношения:
ul_ratio = ul_throughput/(ul_throughput + dl_throughput)
dl_ratio
dl_throughput/(ul_throughput + dl_throughput),
=
где ul_throughput - это пропускная способность в восходящей линии связи для конкретного сеанса трафика, а dl_throughput - это пропускная способность в нисходящей линии связи для того же сеанса трафика. Дополнительно ul_ratio=1-dl_ratio.
Соотношения должны быть усреднены во времени, чтобы уменьшить эффекты импульсного характера связи. Предпочтительно соотношения поддерживаются как форма сглаженного скользящего среднего.
На этапе S2 идентифицируется любая ситуация перегрузки или затора в соединении по восходящей или нисходящей линии связи. Для этого общий трафик отслеживается с помощью известных способов. Перегрузка возникает, к примеру, если качество обслуживания, обещанное определенным пользователям, не может быть достигнуто. В этом случае ресурсы, выделяемые другим пользователям, возможно, должны быть ограничены для того, чтобы достичь соответствующего качества обслуживания. Затор возникает, если присутствует столько трафика, что некоторый трафик фактически блокируется. Следовательно, затор может рассматриваться как экстремальная форма перегрузки. В общем, в этом документе термин ”перегрузка” используется для обозначения как перегрузки, так и затора, как определено выше.
На этапе S3 определяется порядок действий в зависимости от ситуации перегрузки. Если перегрузка обнаружена в восходящей линии связи, то выполняется переход к этапу S4; если перегрузка обнаружена в нисходящей линии связи, то переход к этапу S5; если перегрузки или затора не обнаружено, то переход к этапу S6.
Этап S4. Понижение приоритета диспетчеризации нисходящей линии связи для пользователей, имеющих высокое ul_ratio. Переход к этапу S6.
Этап S5. Понижение приоритета диспетчеризации восходящей линии связи для пользователей, имеющих высокое dl_ratio. Переход к этапу S6.
Этап S6. Идентификация резервной пропускной способности для соединения восходящей или нисходящей линии связи. Это делается посредством контроля трафика с помощью известных способов.
Этап S7. Определение порядка действий в зависимости от ситуации с пропускной способностью. Если резервная пропускная способность обнаружена в восходящей линии связи, то выполняется переход к этапу S8; если резервная пропускная способность обнаружена в нисходящей линии связи, то переход к этапу S9; если резервная пропускная способность не обнаружена или если резервная пропускная способность обнаружена в восходящей и в нисходящей линии связи, то выполняется завершение процедуры.
Этап S8. Повышение приоритета диспетчеризации нисходящей линии связи для пользователей, имеющих высокое ul_ratio.
Этап S9. Повышение приоритета диспетчеризации восходящей линии связи для пользователей, имеющих высокое dl_ratio.
Этапы S1-S5 и этапы S6-S9 соответственно могут выполняться как два отдельных способа, либо способ может начинаться с этапа S6-S9 и продолжиться с этапами S1-S5. Два способа могут осуществляться параллельно.
Процедура может выполняться непрерывно на основе автоматического цикла либо через регулярные интервалы времени, чтобы предоставлять входную информацию для решений по диспетчеризации. Процедура также может выполняться через нерегулярные интервалы, определенные на основе скорости трафика, возникновения перегрузки или любого другого параметра. Средство диспетчеризации может выполнять один или оба способа S1-S5 и S6-S9 для каждого пакета, который должен быть передан.
Как упоминалось выше, узел диспетчеризации может принимать решения диспетчеризации на основе информации, полученной согласно изобретению, в комбинации с информацией, используемой для диспетчеризации. Этой другой информацией может быть, к примеру, эффективность радиосвязи, т.е. качество канала и т.д. Информация, касающаяся отдельных потоков, может быть получена из уровней 3 и 4 (например, TCP и IP), чтобы задать приоритеты по трафику на основе потоков. Заявленный способ может быть применен только к конкретным транспортным протоколам (например, TCP). Информация об используемых протоколах может быть обнаружена в поле идентификатора протокола IP-заголовка. Трафик также может диспетчеризоваться на основе используемого приложения, к примеру, www, FTP, синхронизация Outlook Exchange и т.д. Информация о приложениях может быть получена из потока трафика (например, номера портов TCP и/или UDP).