УПРАВЛЕНИЕ БИТОВОЙ СКОРОСТЬЮ АДАПТИВНОГО МУЛЬТИСКОРОСТНОГО КОДЕКА В СИСТЕМЕ БЕСПРОВОДНОЙ СВЯЗИ
CONTROL OF BIT SPEED OF ADAPTIVE MULTISPEED CODEC IN WIRELESS COMMUNICATIONS SYSTEM

Область техники
[0001] Изложенные в данном описании идеи в основном относятся к сотовым беспроводным IP-сетям, таким как сети LTE, использующие IP-пакеты UDP (или TCP) в трафике плоскости пользователя.
Уровень техники
[0002] В приведенном ниже описании используются следующие аббревиатуры:
[0003] Группа 3GPP занимается стандартизацией системы долгосрочного развития (LTE, long-term evolution) технологии радиодоступа, целью которой является уменьшение задержки, достижение более высоких скоростей передачи данных пользователя, повышение пропускной способности системы и расширение зоны охвата, а также уменьшение затрат операторов по сравнению с имеющимися системами. LTE представляет собой фундаментальную переработку UTRAN (3G), использующую передачу IP-пакетов, и множество частных реализаций в UTRAN непосредственно не переносятся в E-UTRAN. Одной из таких реализаций, относящейся к данному изобретению, является адаптация функции управления битовой скоростью AMR-кодека для оптимизации размера полезной нагрузки в RTP-пакетах таким образом, чтобы в лучшей степени использовать ограниченные радиоресурсы, доступные системе. В существующих реализациях функция адаптации скорости AMR попеременно осуществляется посредством поддержки качества линии связи (в GSM/GERAN) или посредством управления каналом контроллера радиосети (RNC, radio network controller) (в WCDMA/UTRAN). Вначале подробно описываются некоторые реализации функции управления битовой скоростью AMR-кодека в рамках известного уровня техники.
[0004] Низкоскоростное управление используется в глобальной системе мобильной связи (GSM, global system for mobile telecommunications). Часто сотовые операторы в заранее определенные промежутки времени в течение дня изменяют полускоростное кодирование на полноскоростное и наоборот с целью наилучшего использования пропускной способности соты. Это связано с общими ограничениями для пользователей, например, когда абонентское соглашение с позволяет абоненту, вносящему ежемесячную единую плату, использовать определенное количество минут в периоды пикового трафика (например, между 7:00 и 20:00) и большее количество минут в периоды меньшей нагрузки. Оператор устанавливает половинную скорость в периоды пиковой нагрузки для обработки большего объема трафика и полную скорость в периоды меньшей нагрузки для обеспечения более высокого качества соединения, когда предполагается, что ресурсы будут затребованы в меньшей степени. Во время действующего вызова при переключении скорости изменение скорости передачи канала обычно выполняется посредством внутрисотового хэндовера в канальном режиме.
[0005] В GSM (GERAN) используется функция адаптации линии связи AMR, управляющая битовыми скоростями AMR. Радиоинтерфейс GERAN не поддерживает быстрое управление мощностью, однако, адаптация линии связи выполняется с использованием внутриполосной сигнализации CMR. Линия радиосвязи с наихудшими характеристиками (вызывающий или вызываемый абонент) управляет битовой скоростью для речевого вызова. Набор четырех из восьми возможных режимов управляется посредством двух битов с использованием внутриполосной сигнализации. Между изменениями режимов существует задержка, минимально составляющая 40 мс. Контроллер базовой станции (BSC, base station controller), функционально эквивалентный контроллеру радиосети (RNC) в системе UTRAN, служит в качестве ведущего устройства для изменений, в то время как UE и блок транскодера/адаптации скорости (TRAU, transcoder/rate adaptation unit) работают как ведомые по отношению к нему устройства.
[0006] Кодек AMR также используется в системах WCDMA. Для того чтобы обеспечить соответствующую зону покрытия, пропускную способность соты или для статистического уменьшения пакетной нагрузки в транспортной радиосети и в базовой сети, транскодеру и/или UE может быть задан выбранный набор скоростей (от 1 до N) (при этом скорости в UL и DL управляются раздельно). Этот процесс может управляться во время установления RAB путем предоставления набора разрешенных скоростей для UE (для управления скоростью в UL) и для транскодера (для управления скоростью в DL и инициализации), которые должны обладать функцией управления скоростью. Таким образом, в системе WCDMA устройство RNC управляет всеми битовыми скоростями AMR, и, таким образом, пропускная способность сот находится под управлением RNC. В системе WCDMA транскодер не является частью беспроводной системы как в случае UTRAN, но входит в состав базовой сети (CN, core network). Таким образом, CN может включать или исключать транскодер из вызывного тракта, руководствуясь критериями обслуживания. Следовательно, возможен режим, называемый "функционирование без использования транскодеров" (TrFO, transcoder free operation), с которым связаны определенные преимущества, такие как уменьшенная стоимость передачи, более высокое качество речи при вызовах типа UE-UE и уменьшение ресурсов транскодеров, например.
[0007] В UTRAN управление битовой скоростью AMR по радиоинтерфейсу реализовано с использованием транспортных форматов соответствующего RAB. Ограничения для работы AMR в UTRAN отличаются от ограничений в GSM: все восемь скоростей (и прерывистая передача DTX, когда устройство UE 'неактивно' в режиме пониженной мощности) могут находиться в пределах конфигурации (то есть активного набора кодека), и теоретически в любое время скорость может выбираться из восьми значений скоростей, либо UE может переходить в режим DTX с использованием кадров SID (например, кадров, содержащих только параметры комфортного шума). Однако в случае взаимодействия типа TFO-TrFO между системами UTRAN и GERAN на стороне UTRAN разрешено до четырех режимов AMR плюс SID. Внутриполосная сигнализация CMR из GERAN преобразуется в сообщения управления скоростью, передаваемые по направлению к UTRAN в MGW для активизации функции LA в направлении от 3G к GSM. Для корректного функционирования LA в направлении от GSM к 3G система UTRAN при управлении скоростью по отношению к системе GSM должна следовать правилу задержки длительностью 40 мс для GSM LA.
[0008] В этом отношении одним из подходящих стандартов является 3GPP TS 26.103 v7.0.0 (2007-06), озаглавленный Technical Specification Group Services and Systems Aspects; Speech codec list for GSM and UMTS; (Release 7) (Службы группы технических спецификаций и системные аспекты; список речевых кодеков для GSM и UMTS; (Издание 7)). Согласно этому документу режим активного кодека выбирается сетью из набора активных кодеков (ACS, active codec set). Такая адаптация режима кодека, также называемая управлением скоростью, может выполняться для UMTS AMR-WB путем перехода к другому режиму кодека в пределах ACS каждые 20 мс для канала нисходящего трафика и только каждые 40 мс для канала восходящего трафика. При установлении соединения устройство UE выбирает одну из двух возможных фаз для адаптации режима кодека (нечетные или четные кадры). В процессе вызова изменения режима кодека в восходящем направлении разрешены только на этой выбранной фазе. Команды управления скоростью, принятые в нисходящем направлении, рассматриваются на следующей возможной фазе. Согласно этому определению типом кодека UMTS AMR-WB является TFO и TrFO, совместимый с полноскоростным (FR, full rate) AMR-WB, оптимизированным полускоростным (OHR, optimized half rate) AMR-WB, оптимизированным полноскоростным (OFR, optimized f ull rate) AMR-WB pежимами, а также с типами кодеков UMTS AMR-WB.
[0009] Режимы кодека в восходящей и нисходящей линиях связи одного участка радиолинии могут быть различными. При функционировании без тандемных соединений или без транскодеров оба участка радиолинии (восходящая линия А связи и нисходящая линия В связи) рассматриваются для оптимального выбора режима активного кодека в каждом направлении (восходящая линия А связи, а затем нисходящая линия В связи и наоборот) с помощью алгоритма распределенного выбора скорости (Distributed Rate Decision). Наихудший из двух участков радиолинии определяет наибольший допустимый режим кодека и соответственно максимальную допустимую скорость передачи. Все команды управления скоростью передаются внутриполосно по интерфейсам lu и Nb и внеполосно - по радиоинтерфейсу.
[0010] Набор активных кодеков выбирается при установлении соединения или повторно выбирается на стадии обработки вызова. Он состоит из трех или четырех режимов кодека в заданный момент времени, выбранных из допустимых конфигураций. Выбор конфигурации может быть ограничен сетью с учетом ресурсов и условий радиосвязи. Наборы активных кодеков в восходящей и нисходящей линиях связи обычно идентичны.
[0011] Мощность является важным радиоресурсом в системе WCDMA, и для различных режимов AMR требуются различные уровни мощности передачи. В радиоинтерфейс WCDMA встроена система управления качеством линии связи, в состав которой входят средства быстрого управления мощностью и некоторые виды средств управления мощностью по внешнему циклу на основе уровня качества. Функция управления качеством линии связи обеспечивает поддержку достаточного уровня качества для каждой линии радиосвязи. Достаточный уровень качества обеспечивается даже в условиях плохого распространения радиоволн, но ценой высокого уровня мощности передачи. В отличие от этого выбор режима основан на уровне загрузки системы. Адаптация режимов AMR не требуется для компенсации изменений качества линии связи, как в системе GSM, и для настройки потребления мощности в отдельных линиях радиосвязи. Таким образом, на изменения режима AMR в основном влияют алгоритмы контроля разрешения и управления скоростью в радиосети.
[0012] В случае HSPA VoIP применяется управление скоростью на основе сотовой сети. Биты CMR, однако, используются так, как это определено в спецификациях протокола RTP, но сеть не управляет ими.
[0013] В UMA имеются средства управления скоростью AMR VoIP, но в этом случае скорость только согласуется со скоростью AMR в соте GERAN, то есть отсутствует локальное управление скоростью в UMA, однако, решение об активной скорости AMR должно приниматься на дальнем конце соединения. Кроме того, необходимость управления скоростью зависит от того, реализует ли сеть транскодирование в РСМ. Если AMR не транскодируется, а вместо этого посылается через уровень адаптации, реализованный в медиашлюзе, то оба конца тракта VoIP поддерживают скорость AMR радиочастотной (RF) линии связи системы GERAN. Линия связи WLAN и терминал UMA просто настраиваются в соответствии с Информацией о битовой скорости AMR в заголовке RTP.
[0014] Кадр RTP AMR поддерживает сигнализацию CMR. В отличие от GSM ограничения для минимального периода между изменениями скорости отсутствуют, а также отсутствует подмножество скоростей AMR, используемое в процессе управления.
[0015] В системе LTE весь процесс передачи пакетно-ориентирован, и, таким образом, уровни протокола радиоинтерфейса не распознают специфические пакеты в качестве пакетов AMR. В радиоинтерфейсе используются механизмы адаптивного кодирования и HARQ для обеспечения требуемого значения BER или BLER. Поскольку пакеты меньшего размера улучшают BLER линии связи, было бы выгодно также включать в LTE средства управления битовой скоростью AMR, так как это также поддерживается заголовком RTP. Однако наибольший выигрыш для LTE достигается при уменьшении всех битовых скоростей AMR, поскольку это позволяет поддерживать в соте LTE большее количество активных вызовов VOIP. Потребность в управлении битовой скоростью возникает, когда нагрузка увеличивается до уровня пропускной способности соты. В LTE отсутствует механизм для управления скоростью AMR, требуемый при больших объемах трафика речевых вызовов и позволяющий соте обслуживать большее количество пользователей VOIP. Следует отметить, что, помимо получения более высокой общей пропускной способности для LTE, возможно улучшить BLER терминалов, находящихся в плохих условиях радиосвязи перед хэндовером. Если измерения в E-NodeB указывают на плохие условия, изменение скорости AMR для терминала улучшит BLER и качество речевого сигнала. Ниже приводится подробная информация о способах реализации управления битовой скоростью AMR, совместимых с LTE.
Сущность изобретения
[0016] Согласно примеру осуществления настоящего изобретения приводится способ, который включает контроль трафика в одной из сот; обнаружение перегрузки по трафику в одной или более сот и, в ответ на обнаружение перегрузки, инициирование изменения скорости по меньшей мере для одного действующего соединения в пределах соты.
[0017] Согласно другому примеру осуществления настоящего изобретения имеется устройство, которое содержит процессор, выполненный с возможностью обнаружения перегрузки контролируемого трафика в соте и инициирования изменения скорости по меньшей мере для одного действующего соединения в пределах соты в ответ на обнаружение перегрузки.
[0018] Согласно другому примеру осуществления настоящего изобретения имеется устройство, которое содержит средства обнаружения перегрузки контролируемого трафика в соте и средства инициирования изменения скорости по меньшей мере для одного действующего соединения в пределах соты в ответ на обнаружение перегрузки. В варианте осуществления настоящего изобретения средства обнаружения содержат процессор, а средства инициирования содержат передатчик.
[0019] Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения имеется память, содержащая программу с машинно-читаемыми инструкциями, выполняемыми процессором цифровых данных, для осуществления действий, направленных на инициирование изменения скорости, при этом к этим действиям относятся контроль трафика в одной или более сот; обнаружение перегрузки по трафику в одной из сот и, в ответ на обнаружение перегрузки, инициирование изменения скорости по меньшей мере для одного действующего соединения в пределах соты.
Краткое описание чертежей
[0020] На фиг.1 показана упрощенная блок-схема различных электронных устройств, которые подходят для использования в примерах вариантов осуществления настоящего изобретения.
[0021] На фиг.2A показано схематическое представление всей сетевой архитектуры в LTE.
[0022] На фиг.2B показан подробный схематический обзор архитектуры LTE.
[0023] На фиг.3 представлена диаграмма логических уровней, показывающая функциональное разделение между LTE и ЕРС.
[0024] На фиг.4 показана диаграмма уровней протокола LTE и архитектуры для плоскости пользователя (с левой стороны), а также для плоскости управления (с правой стороны).
[0025] На фиг.5 представлена диаграмма потоков PDCP для восходящей линии связи (с левой стороны) и нисходящей линии связи (с правой стороны).
[0026] На фиг.6 представлен алгоритм, иллюстрирующий шаги процесса, выполняемые узлом доступа/узлом e-NodeB в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
Подробное описание
[0027] Варианты осуществления настоящего изобретения обеспечивают решение для реализации управления битовой скоростью AMR способом, который согласуется с системой LTE. В частности, в вариантах осуществления настоящего изобретения инициируются и реализуются изменения скорости AMR в узле e-NodeB (или в подобном сетевом узле доступа), когда один элемент управления в e-NodeB контролирует VoIP-трафик в своей соте и определяет момент возникновения перегрузки в этой соте с использованием информации об управлении/приоритете, обеспечиваемой функцией PCRF (например, в виде сообщения о параметре управления скоростью). В этот момент указанный элемент управления узла e-NodeB конфигурирует PDCP для снижения битовой скорости всех VoIP-каналов в своей соте. Эти каналы изменяются в течение вызовов. В отличие от некоторых традиционных систем это изменение канала может произойти без учета времени суток или хэндовера соты. Кроме того, факт определения узлом e-NodeB устранения условия перегрузки автоматически создает условие для возврата во всех каналах к той скорости, которую они использовали перед выполнением указанного выше уменьшения скорости. Для устранения эффекта "пинг-понга", когда уменьшение скорости приводит к возникновению условия отсутствия перегрузки, при котором затем снова происходит переход в состояние перегрузки, что снова приводит к уменьшению скорости, и так до бесконечности, используется гистерезис. Фактически пороговое значение для определения перегрузки выше порогового значения для определения отсутствия перегрузки, благодаря чему при возвращении системы к режиму работы без перегрузки всегда будет оставаться небольшой запас пропускной способности.
[0028] Хотя конкретные варианты осуществления настоящего изобретения ниже подробно описываются в контексте LTE, изобретение не ограничено этим контекстом. e-NodeB, приводимый в примерах, представляет собой любой узел доступа для беспроводной сети.
[0029] Предварительно, перед обсуждением подробностей различных вариантов осуществления, следует обратиться к фиг.1, на которой показана упрощенная блок-схема различных электронных устройств, которые подходят для использования в примерах вариантов осуществления настоящего изобретения. Показанная на фиг.1 беспроводная сеть 9 приспособлена для связи между UE 10 и e-NodeВ 12 (например, узлом беспроводного доступа, таким как базовая станция, или, в частности, узлом e-NodeB для системы LTE). Сеть 9 может содержать мобильный шлюз GW/обслуживающий мобильный объект MME 14, e-NodeB или другой объект, выполняющий функцию радиоконтроллера, известный под различными названиями в различных системах беспроводной связи. UE 10 включает процессор 10A данных (DP, data processor), память (MEM, memory) 10B, в которой хранится программа (PROG, program) 10C, и подходящий радиочастотный (RF, radio frequency) приемопередатчик 10D, связанный с одной или более антеннами 10E (на чертеже показана одна антенна) для беспроводной двусторонней связи с e-NodeB 12 по одной или более беспроводным линиям 20 связи. Кроме того, могут существовать постоянные линии связи между e-NodeB 12 и другими узлами e-NodeB. Беспроводные линии 20 связи, представленные в конкретных описываемых вариантах осуществления, могут представлять собой различные каналы, включая, например, общий физический нисходящий канал (PDSCH, physical downlink shared cha nnel) и общий физический восходящий канал (PUSCH, physical uplink shared channel), пo которым в системе LTE передаются VoIP-пакеты. В случае передачи с использованием множества входов/множества выходов UE 10 или e-NodeB 12, или оба этих компонента могут использовать одну или более антенн 10E, 12E для линий 20 связи.
[0030] Термины "соединен", "связан" или любой вариант этих терминов означают любое соединение или связь, как прямую, так и непрямую, между двумя или более элементами и могут подразумевать наличие одного или более промежуточных элементов между двумя элементами, которые "соединены" или "связаны" друг с другом. Связь или соединение между элементами могут быть физическими, логическими или представлять собой комбинацию этих видов связи. Согласно приводимому описанию два элемента могут рассматриваться как "соединенные" или "связанные" друг с другом с помощью одного или более проводов, кабелей или печатных электрических соединений, а также с использованием электромагнитной энергии, например электромагнитной энергии с длинами волн в радиочастотном диапазоне, микроволновом диапазоне и оптическом диапазоне (как видимом, так и невидимом), причем возможные способы связи этими примерами не ограничиваются.
[0031] Узел e-NodeB 12 также содержит процессор DP 12A, память MEM 12B, в которой хранится программа PROG 12C, и подходящий RF-приемопередатчик 12D, связанный с одной или более антеннами 12Е, которые взаимодействуют с трансивером 12D через соответствующие антенные порты. Узел e-NodeB 12 может быть связан посредством канала 30 передачи данных (S1-интерфейс) с обслуживающим или другим GW/MME. Объект GW/MME содержит процессор DP 14A, память MEM 14B, в которой хранится программа PROG 14C, и подходящий модем и/или приемопередатчик (не показан) для связи с e-NodeB 12 по линии 30 связи Iub.
[0032] Предполагается, что по меньшей мере одна из программ PROG 10C, 12C и 14C включает программные инструкции, которые, как описано выше, при выполнении соответствующим процессором DP позволяют электронному устройству работать согласно примерам вариантов осуществления настоящего изобретения. Неотъемлемой частью процессоров DP 10A, 12A и 14A является тактовый генератор, позволяющий выполнять синхронизацию различных устройств для передачи и приема в пределах соответствующих временных интервалов и требуемых слотов. Приемопередатчики 10D, 12D содержат как передатчик, так и приемник, их неотъемлемой частью является модулятор/демодулятор, обычно называемый модемом. Предполагается также, что каждый из процессоров DP 12A, 14A содержит модем, способствующий поддержанию связи по (постоянной) линии 30 связи между e-NodeB 12 и GW 14.
[0033] Программы PROG 10C, 12C, 14C могут быть подходящим образом реализованы в виде программного, микропрограммного и/или аппаратного обеспечения. В общем случае примеры вариантов осуществления настоящего изобретения могут быть реализованы с помощью компьютерной программы, хранящейся в памяти MEM 10B и выполняемой процессором DP 10A оборудования UE 10 (это же справедливо для других компонентов - память MEM 12B и процессор DP 12A узла e-NodeB 12), или с помощью аппаратного обеспечения, либо посредством комбинации программного и/или микропрограммного и аппаратного обеспечения в любом или во всех изображенных устройствах.
[0034] В целом различные варианты осуществления UE 10 могут включать (но не ограничиваются приведенными примерами) мобильные станции, сотовые телефоны, персональные информационные устройства (PDA, personal digital assistant) с возможностями беспроводной передачи, портативные компьютеры с возможностями беспроводной передачи, устройства формирования изображения, такие как цифровые камеры с возможностями беспроводной передачи, игровые устройства с возможностями беспроводной передачи, устройства хранения и проигрывания музыкальных файлов с возможностями беспроводной передачи, Интернет-устройства, позволяющие осуществлять беспроводный доступ в Интернет, а также портативные блоки или терминалы со встроенной комбинацией таких функций.
[0035] Блоки памяти MEM 10B, 12B и 14B могут быть любого типа, подходящего к локальной технической среде, и могут быть реализованы с использованием любых подходящих технологий хранения данных и представлять собой, например, устройства полупроводниковой памяти, устройства и системы магнитной памяти, устройства и системы оптической памяти, постоянное запоминающее устройство и стираемую память. Процессоры DP 10A, 12A и 14A могут быть любого типа, подходящего для локальной технической среды, и могут, например, включать один или более универсальных компьютеров, специализированных компьютеров, микропроцессоров, цифровых сигнальных процессоров (DSP, digital signal processor) и процессоров, основанных на многоядерной архитектуре, а также другие подобные устройства.
[0036] Далее подробно описывается контекст конкретного варианта осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг.2A, имеется X2-соединение, по которому узлы e-NodeB (eNB) осуществляют связь друг с другом, и каждый e-NodeB соединен со своим объектом управления мобильностью (MME, mobility management entity) через S1-интерфейс. Система E-UTRAN содержит узлы e-NodeB и их соединения связи; устройства UE обычно не рассматриваются как непосредственная часть беспроводной сети, а просто служат для доступа к сети.
[0037] На фиг.2B видно, что UE/мобильная станция соединяется с помощью линии связи с сетью E-UTRAN (например, e-NodeB), которая взаимодействует с MME и обслуживающим шлюзом. Оборудование UE инициирует начальное подсоединение, которое инициирует установление используемого по умолчанию канала в базовой сети; согласовывает качество обслуживания (QoS, quality of service) приложения с прикладной функцией (AF, application function) (например, с функцией, которая управляет логикой услуг и позволяет обеспечить взаимодействие информации о сеансе прикладного уровня с функциями определения политики и изменения) для приемных услуг; отображает потоки служебных данных (SDF, service data flow) (например, агрегированный набор пакетных потоков, который соответствует шаблону потока служебных данных) в радиоканалы UL, основанные на шаблоне транспортного потока UL (TFT, transport flow template), сигнализируемого в процессе установления канала; обеспечивает для каждого канала гарантированную битовую скорость (GBR, guaranteed bit rate), максимальную битовую скорость (MBR, maximum bit rate) (например, битовую скорость, которая может использоваться для выполнения резервирований кода в нисходящей линии связи радиоинтерфейса) и приоритетную битовую скорость (PBR, prioritized bit rate) (используемую, например, UE для назначения приоритетов логическим каналам) и передает в e-NodeB сообщение об ожидающих данных UL согласно QoS радиоканала с целью получения разрешения для посылки данных.
[0038] Узел e-NodeB проверяет доступность и выделяет радиоканалы и QoS радиоканалов при установлении (и модификации) канала на основе приоритета выделения и удержания (ARP, allocation and retention priority) протокола разрешения адресов (используемого, например, при принятии решения о том, следует ли принять запрос установления/модификации канала или следует отклонить этот запрос из-за ограничений ресурсов) и других параметров QoS (например, метки, GBR/отсутствию GBR, агрегированной максимальной битовой скорости (AMBR, aggregate maximum bit rate) (например, для множества каналов EPS одного соединения сети передачи пакетных данных (PDN, packet data network), которые могут совместно использовать одинаковую AMBR)); отображает параметры QoS (например, метку) в локальные конфигурации и устанавливает кодовую точку дифференцированных услуг (DSCP, differentiated services code point) соответственно в направлении SAE GW; обеспечивает GBR для UL и DL на уровне канала и максимальную AMBR на уровне абонента и управляет доставкой данных по радиоинтерфейсу на основе QoS радиоканала и принятых данных пользователя из SAE GW, а также отчетов оборудования UE о данных UL, ожидающих передачи. Объект ММЕ управляет мобильностью, идентификаторами UE и параметрами защиты. В общем случае ММЕ выполняет функции для сигнализации уровня, не связанного с уровнем доступа (NAS, non-access stratum), и соответствующей защиты, сигнализации между узлами CN для поддержки мобильности между сетями доступа 3GPP (оконечная точка S3), для отслеживания и обеспечения достижимости UE, находящихся в режиме ожидания (включая управление процессом повторной передачи информации пейджинга и выполнение этого процесса), для роуминга (оконечная точка S6a по направлению к службам домашних абонентов (HSS, home subscriber services)), для аутентификации, а также некоторые функции управления каналами, включая установление выделенного канала. Более конкретно, в процессе начального подключения ММЕ инициирует установление используемого по умолчанию канала и извлекает абонентские данные QoS из HSS (например, имена точек доступа (APM, access p oint name), протокол разрешения адресов (ARP) и AMBR); выбирает SAE GW и предоставляет эти данные для SAE GW и e-NodeB; участвует в установлении и модификациях дополнительных каналов, а также при выполнении процессов хэндоверов между доступами отображает QoS между доступами 3GPP.
[0039] Обслуживающий шлюз GW представляет собой узел, оканчивающий интерфейс по направлению к системе LTE. Более конкретно, обслуживающий GW выполняет функцию обеспечения изменения политики (PCEF, policy changing enforcement function) (например, обеспечивает переход к политике QoS и правила изменения из PCRF в PCEF через S7 в шлюзе LTE/SAE) при установлении и модификации канала; отображает решение QoS (например, метку) в локальные конфигурации соответственно в UL и DL для пакетов пользователя; проверяет допустимость выбора QoS на основе информации HSS и локальных конфигураций и доступность текущих ресурсов в базовой сети; отображает и агрегирует потоки новых услуг в существующие каналы или при необходимости инициирует новые каналы (если в требуемой метке существует канал без GBR или с GBR, поток новых услуг агрегируется в этот канал; если такого канала не существует, для потока устанавливается новый канал); обеспечивает GBR для UL и DL на уровне канала и AMBR на уровне пользователя; отображает QoS между доступами, отличными от 3GPP, и доступами 3GPP в процессе хэндоверов между доступами и участвует в согласованиях QoS с использованием локальных конфигураций (например, соглашений о роуминге) и с учетом ситуаций, связанных с ресурсами. Для каждого UE, связанного с LTE, в заданный момент времени существует единственный обслуживающий шлюз. В общем случае в функции обслуживающего GW входит работа в качестве локального пункта привязки для обеспечения мобильности (mobility anchor point) для хэндовера между узлами eNodeB, пункта привязки для обеспечения мобильности между узлами 3GPP (оконечная точка S4 и транзит трафика между системой 2G/3G и шлюзом PDN, при этом иногда эта функция называется привязкой к 3GPP (3GPP Anchor)), выполнение буферизации нисходящих пакетов в режиме простоя E-UTRAN, инициирование процедуры запроса запускаемой сетью услуги, законный перехват сообщений, а также маршрутизация и пересылка пакетов.
[0040] Шлюз сети передачи пакетных данных (PDN) представляет собой узел, оканчивающий интерфейс SGi по направлению к PDN. Если UE осуществляет доступ ко множеству PDN, то для этого UE могут использоваться несколько PDN GW. Шлюз PDN GW работает как пункт привязки для обеспечения мобильности между системами доступа 3GPP и системами доступа, отличающимися от 3GPP (иногда эта функция называется привязкой SAE (SAE Anchor)), как пункт обеспечения политики, как фильтр пакетов для каждого пользователя (посредством, например, глубокой проверки пакетов), а также выполняет функцию выделения IP-адресов UE (наряду с некоторыми менее значимыми функциями). Функция PCRF является функцией определения правил политики и начисления стоимости, которая обеспечивает параметры управления для элемента в e-NodeB, управляющего скоростями передачи AMR вызовов VoIP. Этот элемент управляет PDCP и определяет, какую скорость будет обеспечивать PDCP для управляемых радиоканалов VoIP. Функция PCRF принимает решение о бите QoS при установлении и модификации канала на уровне служебного потока только для услуг приема и передачи. Следует отметить, что фактическое изменение скорости выполняется кодеками в терминале и возможно также в медиашлюзе, адаптирующем VoIP для проводного терминала. Объект HSS обеспечивает абонентскую статическую информацию о QoS при начальном установлении канала, и AF согласует параметры QoS прикладного уровня с UE и предоставляет их функции PCRF.
[0041] Обслуживающий узел поддержки общей услуги пакетной радиосвязи GPRS (SGSN, serving GPRS (general packet radio service) support node) отвечает за доставку пакетов данных от мобильных станций и в мобильные станции в пределах их географической зоны обслуживания. В его задачи входит маршрутизация и передача пакетов, управление мобильностью (подключение/отключение и локальное управление), управление логическими линиями связи и функции аутентификации и начисления стоимости. В регистре местоположения узла SGSN хранится информация о местоположении (например, информация о текущей соте, текущем визитном регистре местоположения (VLR, current visitor location register)) и профили пользователя (например, уникальный идентификатор IMSI, адрес(а)), используемые в сети передачи пакетных данных, всех пользователей GPRS, зарегистрированных этим узлом SGSN. SGSN представляет собой интерфейс между системой LTE и другими беспроводными системами, такими как GERAN и UTRAN, показанными на фиг.2B. В то время как SGSN осуществляет соединение с другими сетями, HSS реализует обратное соединение со службой домашнего абонента оборудования UE.
[0042] Для понимания физической структуры системы LTE ниже приводятся некоторые сведения о функциональных зависимостях. По протоколу E-UTRAN выполняется поиск узлов e-NodeB, обеспечивающих окончания E-UTRA протокола плоскости пользователя (PDCP/управление линией радиосвязи (RLC, radio link control)/управление доступом к среде передачи (MAC, medium access control)/физический уровень (PHY, physical)) и плоскости управления (управление радиоресурсами (RRC, radio resource control)) по направлению к UE. Узлы e-NodeВ взаимосвязаны посредством X2-интерфейса. Узлы e-NodeB также соединены посредством S1-интерфейса с развитым ядром пакетной связи (EPC, evolved packet core), а именно с объектом управления мобильностью (ММЕ, Mobility Management Entity) с помощью S1-MME (S1-C, плоскость управления) и с обслуживающим шлюзом (S-GW, Serving Gateway) с помощью S1-U (плоскость пользователя). S1-интерфейс поддерживает отношение типа "множество со множеством" между объектами ММЕ/обслуживающими шлюзами и узлами e-NodeB.
[0043] Наиболее подходящим элементом в e-NodeB, реализующим управление скоростью AMR в системе LTE, является PDCP, поскольку вся необходимая информация заголовков RTP для управляющих каналов уже находится в PDCP. Идеи изобретения в основном относятся к реализации e-NodeB для управления скоростью AMR, однако, не препятствуют добавлению нового уровня протокола для реализации управления скоростью. PDCP уже управляет сжатием заголовка (например, надежным сжатием заголовка (ROHC, robust header compression) или каким-либо другим новым способом сжатия заголовка) и, таким образом, должен иметь информацию VoIP-каналов, а поскольку он сжимает заголовок RTP ему также на некотором уровне известна структура заголовка RTP.
[0044] Сообщения PDCP устранения перегрузки VoIP в соте согласно идеям этого изобретения посылаются внутри e-NodeB, и конкретный интерфейс, по которому они передаются, зависит от конкретной реализации.
[0045] Функция управления радиоресурсами (RRM, radio resource management) в e-NodeB контролирует трафик в одной или более сот LTE (базовые станции обычно работают с секторами в зоне расположения базовой станции). Всякий раз, когда в любой соте возникает перегрузка и требуется разделять пакетные ресурсы соты между большим количеством пользователей VoIP, RRM либо посылает запрос непосредственно в PDCP, либо использует некоторый прикладной программный интерфейс (API, Application Programming Interface) протокола PDCP. В одной из реализации сообщение может представлять собой запрос снижения битовой скорости всех VoIP-каналов, принадлежащих перегруженной соте, в другой реализации может дополнительно указывать битовую скорость, которую следует использовать для вcex VoIP-соединений в соте. Если перегрузка устраняется, то восстанавливаются исходные битовые скорости VoIP-каналов. Однако система управления должна допускать некоторый гистерезис для устранения эффекта "пинг-понга" при постоянном изменении скоростей AMR, как указывалось выше. Гистерезис может быть реализован так, чтобы в случае применения изменения требовался некоторый уровень резервной пропускной способности перед тем, как битовые скорости будут увеличены. В другом варианте осуществления применяется заранее заданная временная задержка, до истечения которой не может быть повторно применена более низкая битовая скорость, как только повторно установлена исходная битовая скорость. Измерение пропускной способности более эффективно для радиоресурсов, в то время как временная задержка является простым способом.
[0046] Реализация управления битовой скоростью VoIP в узле радиодоступа, таком как e-NodeB в LTE, представляется абсолютно новой концепцией. В GERAN и UTRAN реализация осуществлена для вызовов с коммутацией каналов, однако, в LTE требуется новый вид реализации и изложенные выше идеи представляются полностью совместимыми с другими аспектам LTE. В настоящее время функция управления скоростью AMR отсутствует и не предлагается для LTE VoIP. Битовая скорость согласуется в начале обработки вызова с использованием сигнализации управления вызовом мультимедийной подсистемы протокола Интернет (IMS, Internet-protocol multimedia subsystem). Однако простая адаптация управления VoIP-вызовами IMS для управления функцией PCRF на основе перегрузки в системе является очень медленной, так как будет применяться к вызовам только после обнаружения перегрузки. В то же время реализации этих идей в новой концепции позволяют осуществлять управление ВСЕМИ текущими речевыми вызовами в соте/секторе, и, таким образом, они оптимизированы на уровне e-NodeB.
[0047] В определенных вариантах осуществления настоящего изобретения для описанной функции устранения перегрузки требуются также некоторые средства управления ММЕ или более высокого уровня (PCRF); при этом желательно, чтобы оператор имел возможность задавать минимальный уровень качества речевого сигнала. Это могло бы быть реализовано также в виде возможности, связанной с конкретным UE, так чтобы для абонентов, оплачивающих услуги по более высокому тарифу, обеспечивалось более высокое качество речевого сигнала. В этом случае сообщения о параметре управления скоростью должны использовать интерфейс сигнализации S1AP (где AP указывает протокол сообщений, такой как структура сообщения и информационные элементы в сообщении). Точная структура такого сообщения может быть реализована по-разному без отхода от идей настоящего изобретения. Например, сообщение о параметре управления скоростью может переносить информацию о приоритете или об особых привилегиях абонента (например, уровень качества обслуживания абонента), на основании которой e-NodeB выбирает соответствующие радиоканалы так, чтобы выполнять управление фактической скоростью передачи. Как показано на фиг.3 в контексте фиг.2A, функция PCRF обеспечивает информацию для объекта ММЕ (или обслуживающего шлюза, показанного на фиг.2), который затем сохраняет, например, уровни подписки для различных пользователей в соте e-NodeB, при этом уровни подписки определяют минимальное качество обслуживания или полосу пропускания, гарантированную пользователю в соглашении о подписке. Некоторые пользователи оплачивают более высокое качество обслуживания по сравнению с другими пользователями, и, таким образом, должна существовать разная информация о скоростях для разных пользователей. ММЕ (или другой узел более высокого уровня) предоставляет указанную информацию о скоростях протоколу PDCP узла e-NodeB, например, в сообщении о параметре управления скоростью, передаваемом через показанный на чертеже интерфейс S1-U.
[0048] С помощью новой сигнализации S1AP оператор может регулировать работу этой функции устранения перегрузки. Оператор может, например, запретить управление битовой скоростью или управлять предельными значениями битовых скоростей AMR в рамках устранения перегрузки в e-NodeB, или контролировать, каким образом e-NodeB управляет битовыми скоростями радиоканалов AMR развитой системы передачи пакетов (EPS) при ухудшении условий радиосвязи (или использовать любую комбинацию этих способов).
[0049] В конкретной реализации, отмеченной выше, требуется передача новых информационных сообщений (сообщений управления) из PCRF в e-NodeB (некоторая функция в элементе управления более высокого уровня, распределяющая параметры, устраняющие перегрузку e-NodeB или управляющие битовыми скоростями AMR оборудования UE, которое перед хэндовером находится в плохих условиях радиосвязи). Обратимся к фиг.3. В узле e-NodeB информация может передаваться в показанный функциональный блок управления радиоканалом (RB, radio bearer) (также называемый блоком управления радиоресурсами (RRM)). Информация о приоритете UE (сообщение о параметре управления скоростью) представляет собой управляющее сообщение, поскольку оно устанавливает предел, ниже которого не может осуществляться уменьшение VoIP-каналов для конкретных UE. Одной из возможных реализаций управляющей информации является установка целевого значения битовой скорости VoIP для перегруженной соты. В отсутствие перегрузки не требуется специальная битовая скорость, однако, битовая скорость VoIP-вызовов может просто восстанавливаться, принимая значение, использовавшееся перед запуском процедуры управления битовой скоростью.
[0050] Сообщения управления битовой скоростью RRM VoIP могут преимущественно содержать информацию о нагрузке сот, и на основании некоторых установленных предельных значений PDCP затем получает контроль над упомянутыми VoIP-каналами, связанными с указанной сотой. Фактическое управление выполняется путем изменения значений CMR либо для восходящей и/или нисходящей линий связи. Затем AMR в каждом одноранговом узле применяет требуемое изменение битовой скорости.
[0051] В варианте осуществления настоящего изобретения фактическое управление битовыми скоростями выполняется с использованием битов CMR в заголовке RTP [см., например, "RTP Payload Format and File Storage Format for AMR and AMR-WB Audio Codecs" (формат полезной нагрузки RTP и формат хранения файлов для аудиокодеков AMR и AMR-WB), J. Sjoberg и др., а также соответствующий документ RFC 3267 (июнь 2002 г.) рабочей группы по сетям (Network Working Group)]. Изменение битовой скорости затем реализуется функцией управления, которая управляет AMR-кодеком. Она может быть включена в RTP или реализована в виде отдельной мультимедийной функции управления. Протокол PDCP одновременно изменяет биты CMR потока в обоих направлениях, имея ввиду текущий CMR и режим кодека. Если битовую скорость настраивают две одноранговые системы, то применяется наименьшая общая битовая скорость. Это совместимо с одноранговым узлом, соединенным с системой передачи речевого сигнала с коммутацией каналов (например, GERAN или UTRAN).
[0052] Как следует из вышеизложенного, явным преимуществом этого примера осуществления изобретения является реализация управления скоростью таким образом, чтобы сетевые операторы могли контролировать общую битовую скорость VoIP и имели возможность обрабатывать большее количество VoIP-вызовов (то есть обеспечивать большую пропускную способность обработки речевых вызовов) в системе за счет некоторого ухудшения качества речевого сигнала. Показанные реализации также обеспечивают больший уровень совместимости процедуры управления битовой скоростью AMR с системами GSM и WCDMA.
[0053] В настоящее время регулярно возникает идея о поддержке независимости процесса от содержимого (process content-agnostic) в IP-сетях с коммутацией пакетов VoIP и LTE, так чтобы узлы, передающие или же обрабатывающие пакеты, делали это без 'открытия' или исследования содержимого пакетов. Однако строгое следование этому принципу может привести к дополнительному усложнению системы, если требуется также обеспечить некоторую адаптивность к ситуациям, связанным с перегрузкой в системе. Если концепция независимости от содержимого будет реализовываться очень строго, то потребуется осуществлять управление прикладным уровнем для битовых скоростей AMR. С другой стороны, независимость от содержимого уже не столь актуальна, поскольку в некоторых реализациях предполагается различать VoIP-трафик от трафика данных. Кроме того, функция сжатия заголовка в PDCP уже ослабила любые жесткие требования к независимости от содержимого между уровнями протокола. В результате, включение функции сжатия заголовка в PDCP также наилучшим образом подходит для реализации манипуляций с битами CMR. Также как и в протоколе конвергенции в протоколе PDCP имеется вся необходимая информация о структуре заголовка RTP.
[0054] Эти идеи также позволяют улучшить стабильность VoIP-вызовов, когда UE перемещается к границе соты. Наименьшая надежность сигнализации наблюдается на границе соты и когда IP-пакеты меньше, однако, пропускная способность в плохих условиях передачи радиочастотного (RF) сигнала улучшается. В случае VoIP повторная передача на уровне автоматического повторного запроса (ARQ, automatic repeat-request) отсутствует и возникает более серьезная проблема, чем с IP-пакетами, которые не используются для каналов с высокими требованиями к работе в реальном времени.
[0055] На фиг.6 представлен алгоритм, отражающий основные идеи, изложенные выше, в рамках которого показаны шаги обработки, которые e-NodeB может выполнить для достижения преимуществ в соответствии с осуществлением этих идей. На шаге 602 узел e-NodeB контролирует трафик в одной или более сот, который может представлять собой весь трафик или только VoIP-трафик. На шаге 604 узел e-NodeB на основании результатов контроля обнаруживает, что одна из контролируемых сот перегружена. Следует отметить, что это может быть обнаружением фактической или ожидаемой/неизбежной перегрузки. В ответ на результат обнаружения перегрузки узел e-NodeB на шаге 606 инициирует уменьшение скорости для действующих соединений в соте и в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения реализует уменьшение скорости путем снижения/уменьшения битовой скорости всех действующих в соте VoIP-каналов. На некотором более высоком уровне может выполняться какая-либо сигнализация, например, через S1-интерфейс, которая накладывает ряд ограничений на то, как много VoIP-каналов UE и какие именно из этих каналов могут работать с пониженной скоростью, как это описано выше в отношении PCRF, и сообщения о параметре управления. Однако адаптация скорости AMR непосредственно инициируется и реализуется узлом e-NodeB. Уменьшение скорости для большинства, если не для всех, VoIP-соединений в перегруженной соте делает доступной значительную часть пропускной способности радиоинтерфейса. В том случае, если битовая скорость уменьшается не для всех VoIP-каналов в соте, те из каналов, в которых скорость осталась прежней, выделяются для устройств UE, информация о приоритете которых запрещает уменьшение битовой скорости. На шаге 608 узел e-NodeB продолжает контролировать соту и после уменьшения скорости определяет, что сота более не перегружена, поэтому на шаге 610 для всех VoIP-каналов в соте восстанавливается битовая скорость, которую они использовали непосредственно перед уменьшением битовой скорости, вызванным запросом, переданным на шаге 606.
[0056] Из вышесказанного очевидно, что к средствам осуществления вариантов настоящего изобретения относятся: устройство, такое как сетевой элемент (например, e-NodeB или в более общем случае сетевой узел доступа), компьютерная программа, хранимая в памяти, которая может быть расположена в сетевом элементе, и способ, с помощью которого сетевой элемент контролирует трафик в одной или более сот, обнаруживает перегрузку по трафику в одной из сот (с учетом предположения о том, что сота скоро будет перегружена), и в ответ на указанное обнаружение этот сетевой элемент инициирует изменение скорости по меньшей мере для одного действующего соединения в пределах соты и выполняет процедуру уменьшения скорости в соте. Если описывать этот процесс кратко, то скорость AMR пакетного VoIP-трафика в соте управляется в узле доступа процедурой обнаружения перегрузки в соте, и эта процедура обнаружения может представлять собой оценку узлом e-NodeB перегрузки, а адаптация скорости выполняется узлом e-NodeB путем изменения битов CMR заголовков речевого кадра в PDCP. Некоторая сигнализация более высокого уровня также может использоваться на S1-интерфейсе (для реализации в LTE).
[0057] В конкретных вариантах осуществления настоящего изобретения любой из перечисленных ниже аспектов может быть осуществлен индивидуально или в комбинации с другими аспектами. Указанная процедура обнаружения может выполняться для всего трафика в соте, а не только для VoIP-трафика; действующее соединение может являться действующим VoIP-соединением; при этом изменение скорости может выполняться для всех действующих VoIP-соединений в перегруженной соте; при этом процедура изменения скорости может понижать битовую скорость всех радиоканалов VoIP в перегруженной соте; при этом процедура изменения скорости может указывать битовую скорость, которая должна использоваться во всех VoIP-соединениях в соте; а затем после определения того, что сота более не находится в состоянии перегрузки, автоматически восстанавливать во всех VoIP-каналах битовую скорость, использовавшуюся до выдачи запроса уменьшения скорости. В других конкретных вариантах осуществления настоящего изобретения процедура обнаружения перегрузки по трафику в соте использует информацию о приоритете PCRF (например, принятую в сообщении о параметре изменения скорости), и инициирование изменения скорости осуществляется узлом доступа/e-NodeB, конфигурирующим PDCP для снижения битовой скорости VoIP-каналов в соте; и для случая, когда битовая скорость снижается не для всех VoIP-каналов в соте, происходит уменьшение скорости в тех используемых устройствами UE VoIP-каналах соты, чья информация о приоритете PCRF не запрещает уменьшение битовой скорости.
[0058] В общем различные варианты настоящего изобретения могут быть осуществлены в виде аппаратуры или специализированных схем, программного обеспечения (машинно-читаемых инструкций, хранящихся на машинно-читаемом носителе), логических схем или любой комбинации указанных средств. Например, некоторые аспекты могут быть реализованы в виде аппаратных средств, в то время как другие аспекты могут быть реализованы в виде микропрограммного или программного обеспечения, которое может выполняться контроллером, микропроцессором или другим вычислительным устройством, хотя изобретение не ограничено только перечисленными средствами. Хотя различные аспекты настоящего изобретения могут быть проиллюстрированы и описаны в виде блок-схем, алгоритмов или с использование некоторых других графических представлений, очевидно, что описанные здесь блоки, устройства, системы, методы или способы могут быть реализованы (не ограничиваясь приведенными примерами) в виде аппаратного, программного, микропрограммного обеспечения, специализированных схем или логических схем, универсальных аппаратных средств или в виде контроллера или других вычислительных устройств, или некоторой комбинации указанных средств.
[0059] Варианты осуществления изобретения могут быть выполнены в виде различных компонентов, таких как модули интегральных схем. Производство интегральных схем является в высшей степени автоматизированным процессом. Имеются комплексные и эффективные программные средства для преобразования конструкции логического уровня в полупроводниковую схему, подготовленную для травления и формирования полупроводниковой основы.
[0060] Программы, производимые, например, компанией Synopsys, Inc., расположенной в Маунтин Вью, Калифорния, и компанией Cadence Design, расположенной в Сан Хосе, Калифорния, автоматически разводят проводники и размещают компоненты на полупроводниковом кристалле с использованием четко установленных правил конструирования, а также библиотек, в которых хранятся заранее записанные конструктивные модули. По окончании разработки полупроводниковой схемы полученная в результате конструкция в стандартизованном электронном формате (например, Opus, GDSII и т.п.) может быть передана в средство производства полупроводникового устройства или производственный модуль для изготовления.
[0061] Специалисту в соответствующей области техники в свете изложенного описания, изученного в совокупности с прилагаемыми чертежами, могут быть очевидны различные модификации и адаптации. Однако любые виды модификаций идей данного изобретения должны оставаться в пределах объема вариантов осуществления настоящего изобретения, не ограничивающих его суть.
[0062] Хотя идеи изобретения описаны в контексте конкретных вариантов его осуществления, специалистам в этой области техники должно быть очевидно, что в эти идеи можно внести ряд модификаций и различных изменений. Таким образом, хотя изобретение было подробно проиллюстрировано и описано с учетом одного или более вариантов его осуществления, специалистам в этой области техники должно быть понятно, что определенные модификации или изменения этих вариантов могут быть сделаны без нарушения сущности изложенных выше идей изобретения в рамках приводимой ниже формулы изобретения.