Система для планирования передачи трафика данных на основе пакетов по восходящей линии связи в системе радиосвязи

Система для планирования передачи трафика данных на основе пакетов по восходящей линии связи в системе радиосвязи

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Это изобретение относится в основном к системе для распределения ресурсов по потокам данных, а более конкретно к системе для распределения ресурсов передачи в системе радиосвязи, в которой данные включают в себя указание потребностей в ресурсах для их передачи.

Уровень техники

В сетях и других средствах зачастую возникает ситуация, когда ограниченное количество ресурсов, например, полосы частот, нужно разделить между множеством линий связи. В частности, в сети беспроводного типа (сети радиосвязи) некоторое количество подвижных станций могут осуществлять связь с базовой станцией посредством беспроводных соединений (соединений радиосвязи). Каждая станция может иметь лишь ограниченное количество каналов для установления этих соединений. Поскольку многие такие подвижные устройства используют объем информации, который больше основных речевых данных, количество проходящих данных может претерпевать весьма значительные изменения. Так, помимо речевых сообщений, беспроводные устройства (устройства радиосвязи) могут содержать видеоинформацию в реальном масштабе времени, информацию электронной почты, информацию на основе Web-сайтов и т.д. Чтобы правильно распределить имеющиеся ресурсы, базовая станция должна вынести некоторое суждение о том, какие подвижные станции могут пользоваться каналами.

Наипростейшим средством, которое широко применялось в прошлом для передачи речевых данных, является просто выделение одного канала для одной подвижной станции в течение всего времени соединения. Пользоваться каналом может лишь та подвижная станция, которой он предоставлен. В зависимости от исходного запроса, можно предоставить и больше одного канала, но эти несколько каналов остаются выделенными для той же подвижной станции до тех пор, пока не прекратится связь (пока соединение не будет разъединено). При этом не делятся информацией о мгновенном количестве данных, ожидаемых на подвижной станции.

Другой способ разрешения ситуации заключается в использовании алгоритма опроса, при реализации которого базовая станция опрашивает каждую подвижную станцию для изучения состояния очереди данных на каждой подвижной станции. Это позволяет базовой станции определить, как разделить ресурсы полосы частот между разными подвижными станциями. Так, подвижная станция, когда ее опрашивают, может послать ответ, указывающий, есть ли у нее данные для передачи. Например, в системе множественного доступа с временным разделением каналов (МДВР-системе) (TDMA) глобальной системы для подвижных устройств (глобальной системы связи с подвижными объектами, ГССсПО) (GSM) благоприятная возможность передачи для подвижной станции создается через n кадров после того, как базовая станция принимает ответ на опрос из этой подвижной станции, где n - количество кадров, необходимое для передачи блока данных в канале. Таким образом, после опроса происходит задержка на несколько кадров до того момента, как можно будет провести коррекцию.

К сожалению, трафик в реальном масштабе времени, например в случае видеоконференции, страдает непредсказуемыми флуктуациями скорости передачи данных. Таким образом, любая задержка в коррекции распределения ресурсов может означать, что линия связи, идущая к подвижной станции, не всегда сможет иметь данные в своей очереди на передачу.

Поскольку алгоритм предоставление выделенного канала не позволяет всем остальным подвижным станциям использовать этот канал, когда очередь в восходящей линии связи подвижной станции, которой предоставлен канал, пуста, предоставленная полоса частот не будет использоваться, что снижает эффективность использования всего спектра. Это приводит к неудовлетворительному использованию полосы частот, которое будет лишь ухудшаться с увеличением количества соединений в системе. Кроме того, в течение периодов, когда скорость передачи данных велика, количество пакетов в реальном масштабе времени, ожидающих в очереди в восходящей линии связи, будет увеличиваться. Ввиду ограниченной доли полосы частот, предоставляемой подвижной станции, может произойти перегрузка пакетов, вследствие чего возрастающее количество пакетов может превысить предъявляемые к ним требования по задержке.

Хотя с точки зрения перспективы использования полосы частот алгоритм опроса эффективнее, чем алгоритм предоставления выделенных каналов, некоторая полоса частот остается неиспользуемой, потому что подвижная станция не может посылать реальные данные во время посылки ответа на опрос. Чем чаще происходит опрос, тем больше неиспользуемая полоса частот. Кроме того, вносится дополнительная задержка, так как пакету приходится ждать, пока не произойдет опрос и не будет дан ответ. Следовательно, эта задержка дополнительно замедляет передачу и препятствует получению каких-либо преимуществ, обуславливаемых опросом.

Сущность изобретения

Поэтому в настоящем изобретении предложена система для распределения ресурсов передачи между базовой станцией и группой подвижных станций.

В настоящем изобретении также предложен способ распределения ресурсов на основании данных, ожидающих в очереди на каждой подвижной станции.

В настоящем изобретении также предложена система для распределения ресурсов полосы частот между множеством подвижных станций и единственной базовой станцией в сети радиосвязи.

В настоящем изобретении также предложен способ распределения ресурсов полосы частот между множеством подвижных станций и единственной базовой станцией в сети радиосвязи.

В настоящем изобретении также предложена система для передачи информации, касающейся количества данных в очереди, таким образом, что обеспечивается подходящее распределение ресурсов для более эффективного использования этих ресурсов.

В настоящем изобретении также предложен способ передачи информации, касающейся количества данных, хранящихся в очереди, на подвижной станции в сети радиосвязи.

Если говорить кратко, это изобретение реализуется за счет использования множества битов в каждом сегменте данных для описания размера очереди на упомянутой станции. Сразу же после приема упомянутого размера на базовой станции, при необходимости, можно распределять дополнительные ресурсы.

К более полной оценке изобретения и многих из присущих ему преимуществ можно будет легко прийти по мере лучшего их понимания вследствие обращения к нижеследующему подробному описанию и рассмотрения его совместно с прилагаемыми чертежами, краткая информация о которых приведена ниже.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 представлена условная схема, изображающая компоновку предлагаемой системы;

на фиг.2 представлена блок-схема, изображающая подвижную станцию в соответствии с настоящим изобретением;

на фиг.3 представлена блок-схема, изображающая базовую станцию в соответствии с настоящим изобретением;

на фиг.4 представлена схема последовательности операций, иллюстрирующая способ определения длины очереди; и

на фиг.5 представлена схема последовательности операций, иллюстрирующая способ использования информации.

Наилучший способ осуществления изобретения

Обращаясь теперь к чертежам, на которых одинаковые позиции обозначают идентичные или соответственные части на нескольких изображениях, а конкретнее обращаясь к фиг.1, отмечаем, что здесь система 10 радиосвязи изображена как включающая в себя базовую станцию 12 и подвижные станции 14. Как показано на чертеже, отдельные подвижные станции могут осуществлять связь с базовой станцией посредством беспроводных соединений (соединений радиосвязи). Поскольку базовая станция может использовать лишь некоторый диапазон частот, то на полосу частот, имеющуюся для подвижных станций, накладывается ограничение. Так как этот ресурс ограничен, необходимо распределить эту полосу частот так, чтобы можно было продвинуть (передать) наибольшее количество данных за кратчайшее время. Это повышает качество обслуживания и позволяет избежать необязательной задержки для пользователей.

Настоящее изобретение обеспечивает усовершенствование предшествующих алгоритмов путем распределения полосы частот между разными подвижными станциями, которые в данный момент времени осуществляют связь с базовой станцией. Чтобы сделать это, на базовой станции необходимо реализовать некоторый принцип подсчета количества данных в очереди на отдельных подвижных станциях. Известные системы не обеспечивают ни предоставление этой информации на базовую станцию, ни распределение ресурсов в реальном масштабе времени на основе этой информации.

Данные, посылаемые из подвижных станций на базовую станцию, располагаются в блоках в соответствии с протоколом, управляющим аппаратурой. Поэтому такие блоки включают в себя не только сами данные, но и идентификационную информацию, а также другие биты, которые можно использовать в других целях, например для контроля ошибок и т.д. В частности, в усовершенствованной системе предоставления услуг пакетной радиоинформационной связи общего назначения (УСПУПРСОН) (EGPRS) предусмотрено поле из четырех битов, которые известны как значение обратного отсчета блока. При существующем в настоящее время алгоритме полоса частот, распределяемая подвижной станцией, фиксирована, а эти четыре бита указывают длину очереди упомянутой подвижной станции. В частности, указывается количество блоков данных в очереди в случае, если их меньше 16. Это позволяет оценить, когда окончится идущая передача данных. Вместе с тем, это никак не используется для управления имеющимися ресурсами.

В предлагаемом расположении данных, в отличие от существующего, эти четыре бита используются для указания данных в очереди таким образом, что базовая станция может определить, необходимы ли дополнительные ресурсы для продвижения (передачи) данных с оптимальной скоростью. Хотя конкретные данные, заключенные в упомянутых четырех битах, могут иметь различный смысл, предпочтительное расположение данных заключается в том, чтобы значения 0-8 указывали количество сегментов данных в очереди. Эти значения будут указывать длину очереди, если она меньше допустимой величины сегмента или равна ей. Эта допустимая величина сегмента представляет собой параметр, который установлен для связи между подвижной станцией и базовой станцией в течение фазы настройки. Если длина очереди превышает допустимую величину сегмента, то значения 9-15 в четырехбитовом поле указывают дополнительную полосу частот, которая необходима для соответствия требованию задержки и/или скорости передачи пакета.

Таким образом, при посылке отдельных пакетов из подвижной станции на базовую станцию базовая станция проверяет это четырехбитовое поле и отмечает ситуацию в очереди на упомянутой подвижной станции. Если дополнительные ресурсы необходимы, базовая станция распределит дополнительную полосу частот этому соединению так, что данные, хранящиеся в очереди, будут продвигаться (передаваться) быстрее. Конечно, при этом имеется в виду, что есть достаточные ресурсы, чтобы осуществить добавление ресурсов для упомянутого соединения. Ясно, что базовая станция должна рассмотреть все запросы на все соединения перед тем, как распределять такие ресурсы. Поскольку четырехбитовое поле посылается вместе с каждым пакетом, на базовой станции происходит постоянное обновление информации о ситуации на каждой подвижной станции. Поэтому можно тщательно контролировать такую ситуацию и корректировать ее за очень короткий период времени, чтобы улучшить использование ее ресурсов. Это расположение данных срабатывает значительно быстрее, чем алгоритм опроса, потому что информация предоставляется в каждом пакете без потерь полосы частот на сообщения опроса. Кроме того, в предлагаемом расположении данных используется четырехбитовое поле, которое уже имеется в соответствии с современными протоколами. Нужно лишь позаботиться о том, чтобы и базовая станция, и подвижная станция имели соответствующую систему для добавления данных и использования данных.

На фиг.2 изображена блок-схема подвижной станции 14. Хотя эта станция показана как включающая в себя некоторое количество схем, в действительности их функции может выполнять и программное обеспечение в процессоре. Генератор 20 данных выдает данные, которые подлежат передаче подвижной станцией. Он может включать в себя любое из обычных устройств, которые используются на подвижной станции для выдачи данных, включая микрофон для выдачи речевых данных, клавиатуру для выдачи буквенно-цифровых данных, съемочную камеру для выдачи видеоданных и т.п. Конкретный тип генерирования данных не важен для эксплуатации предлагаемого изобретения. Вместе с тем, независимо от того, какого типа данные выдаются, они посылаются в очередь 22 данных, ожидающих своей передачи. Устройство 24 измерения длины очереди наблюдает за количеством данных в очереди и определяет длину очереди. Эта информация о длине очереди посылается в кодер 26, который определяет четырехбитовый код для размещения в поле на основе длины очереди. Таким образом, в предпочтительной системе, описанной выше, если очередь меньше допустимой величины сегмента, то кодируется некоторое значение от нуля до восьми, а если длина очереди больше допустимой величины сегмента, то кодируется некоторое значение от девяти до пятнадцати. Можно также с легкостью использовать и другие алгоритмы кодирования, просто изменяя алгоритм кодирования. Таким образом обеспечивается возможность использования только значения длины очереди, если это предпочтительно, или только значения для дополнительной полосы частот. Можно использовать и другие значения в той степени, в какой они аналогичным образом связаны с длиной очереди и могут быть надлежащим образом использованы на базовой станции для распределения полосы частот. Очевидно, что некоторые алгоритмы кодирования обеспечат предоставление большей информации и позволят прийти к более подходящему распределению ресурсов.

Сразу же после генерирования четырехбитового кода его добавляют к блоку данных в блоке 28 объединения. Таким образом, код добавляется к блоку данных только тогда, когда он достигает места перед строкой в очереди, так что можно получать новейшую (самую последнюю) информацию о длине очереди. В альтернативном варианте, добавление кода можно производить на основании длины очереди, когда блок данных попадает в очередь, но эта информация будет несколько менее "свежей". При такой альтернативной схеме блок объединения осуществлял бы объединение по мере попадания данных в очередь. В любом случае, когда пакет готов к передаче, его посылают в передатчик 30 с целью передачи на базовую станцию через антенну 32.

Как показано на фиг.3, базовая станция 12 включает в себя антенну 34 и приемник 36, которые принимают пакет, передаваемый с антенны 32. Конечно, эти антенна и приемник поддерживают связь с несколькими подвижными станциями одновременно. Вместе с тем, для упрощения рассмотрения, в нижеследующем описании предполагается, что в некоторый момент времени связь поддерживается лишь с одной подвижной станцией. Приемник 36 направляет принимаемые данные в процессор 38 сигналов для дальнейшей обработки этих данных и возможной передачи их на выходные шины 40. Вместе с тем, декодер 42 ищет информационный сигнал (сигнал данных) и определяет код в четырехбитовом поле, который отображает информацию о длине очереди. Этот декодер затем выдает информацию о длине очереди для соответствующей подвижной станции в контроллер 44 ресурсов. Этот контроллер ресурсов определяет ситуацию в очереди данных на соответствующей подвижной станции, а также определяет, следует ли распределить дополнительные ресурсы для соединения (осуществления связи) с этой подвижной станцией и есть ли такие ресурсы. Очевидно, что контроллер должен установить приоритеты для потребностей различных станций с учетом имеющихся ресурсов, а также распределить их наиболее эффективным образом. Потом этот контроллер определяет различные ресурсы полосы частот для каждой подвижной станции и управляет приемником в соответствии с этим. Реальный процесс принятия решения, посредством которого устанавливают, как распределить ресурсы на основании этой информации, может изменяться. При его осуществлении можно учесть важность информации, ее зависимость от времени, важность конкретного пользователя или другие факторы, помимо количества данных на каждой станции. Вместе с тем, распределение должно быть таким, чтобы обеспечивалось достижение наилучшего качества обслуживания как можно большего количества станций. Вместе с тем, простым способом осуществления этого выбора является лишь распределение наибольших ресурсов без снижения допустимой величины сегмента, которая гарантирована, с предоставлением их станции с самой длинной очередью. Точно так же, как на подвижных станциях, различные схемы, предназначенные для базовой станции, могут быть реализованы в виде устройств аппаратного обеспечения или в виде запрограммированных функций процессора.

В предпочтительной системе пакет данных в реальном масштабе времени разделяют на сегменты данных с целью передачи. В сотовых системах пакетной радиосвязи сегменты данных соответствуют блоку управления линией радиосвязи и/или управления множественным доступом (УЛР/УМД), который представляет собой блок данных уровня 2. Каждый сегмент данных передается отдельно через среду передачи, когда предоставляется благоприятная возможность. Благоприятная возможность передачи определяется наличием любого способа переноса сегмента данных по среде передачи. Например, в системе с множественным доступом с временным разделением каналов (МДВР-системе) благоприятная возможность передачи определяется наличием (свободного) временного интервала, а в широкополосной системе множественного доступа с кодовым разделением каналов (ШМДКР-системе) (WCDMA) определяется использованием особого кода Уолша в кадре радиосвязи. Кадр радиосвязи совместно используется несколькими пользователями, применяющими разные коды Уолша. Базовая станция планирует передачу пакетов данных и организует благоприятные возможности передачи для трафика пользователя, обслуживаемого в данный момент. Настоящее изобретение представляет собой модель, которая поможет в планировании передачи на базовой станции при обеспечении оптимального обслуживания для всех пользователей в направлении восходящей линии связи. Информация о трафике посылается в каждом блоке данных по восходящей линии связи. Включая эту информацию в одно поле блока, обеспечивают информацию в реальном масштабе времени для гарантии лучшего планирования.

Хотя эта схема описана в контексте беспроводного соединения (радиосвязи) между подвижной станцией и базовой станцией, она применима и к другим системам, в которых соединения осуществляются по проводам, волоконно-оптическим кабелям и т.п. Единственным требованием является возможность посылки информации о длине очереди вместе с блоком данных и возможность распределения ресурсов на основании этих данных.

Способ эксплуатации этой системы можно рассмотреть в связи со схемами последовательности операций, приведенными на фиг.4 и 5. Фиг.4 относится к способу определения длины очереди и кодирования четырехбитового поля на подвижной станции. На этапе 100 определяют длину очереди данных. На этапе 102 преобразуют определенную длину данных в четырехбитовый код, который связан с длиной очереди. Этот код вводят в пакет данных на этапе 104. После этого осуществляют передачу пакета на этапе 106.

На фиг.5 изображен способ использования этой информации на базовой станции. На этапе 110 осуществляют прием сигнала из конкретной подвижной станции. На этапе 112 осуществляют продвижение этого сигнала. На этапе 114 декодер принимает кодированное четырехбитовое поле и декодирует его. На этапе 116 контроллер ресурсов принимает декодированную информацию и определяет длину очереди. На этапе 118 осуществляют распределение ресурсов на основе этой информации.

В свете вышеизложенных положений нужно отметить, что возможны многочисленные дополнительные модификации настоящего изобретения. Поэтому должно быть ясно, что в рамках объема притязаний прилагаемой формулы изобретения возможна реализация изобретения, отличающаяся от той, которая описана выше.

1. Способ управления ресурсами связи при передаче от первого элемента сети ко второму элементу сети, при этом ресурсы связи распределяют с помощью контроллера, заключающийся в том, что осуществляют контроль длины очереди данных в первом элементе сети в виде указания будущей потребности в ресурсах связи в первом элементе сети, посылают указание из первого элемента сети в контроллер и осуществляют управление ресурсами связи между первым элементом сети и вторым элементом сети на основании этого указания.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что указание включает в себя информацию о буфере передачи первого элемента сети.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что первый элемент сети представляет собой подвижную станцию, а второй элемент сети представляет собой базовую станцию в сети радиосвязи.

4. Способ управления ресурсами связи при передаче от первого элемента сети ко второму элементу сети, при этом ресурсы связи распределяют с помощью контроллера, заключающийся в том, что осуществляют контроль указания будущей потребности в ресурсах связи в первом элементе сети, посылают указание из первого элемента сети в контроллер и осуществляют управление ресурсами связи между первым элементом сети и вторым элементом сети на основании этого указания, причем первый элемент сети связан с контролером посредством второго элемента сети.

5. Способ управления ресурсами связи при передаче от первого элемента сети ко второму элементу сети, при этом ресурсы связи распределяют с помощью контроллера, заключающийся в том, что осуществляют контроль указания будущей потребности в ресурсах связи в первом элементе сети, посылают указание из первого элемента сети в контроллер и осуществляют управление ресурсами связи между первым элементом сети и вторым элементом сети на основании этого указания, причем указание включает в себя информацию о дополнительных ресурсах, необходимых для первого элемента сети.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что указание включает в себя информацию о буфере передачи первого элемента сети.

7. Способ управления ресурсами связи при передаче от первого элемента сети ко второму элементу сети, при этом ресурсы связи распределяют с помощью контроллера, заключающийся в том, что осуществляют контроль указания будущей потребности в ресурсах связи в первом элементе сети, посылают указание из первого элемента сети в контроллер и осуществляют управление ресурсами связи между первым элементом сети и вторым элементом сети на основании этого указания, причем указание включает в себя алгоритм квантования значений, которые соответствуют предпочтительным количествам ресурсов.

8. Система для управления ресурсами связи в сети, содержащая множество первых станций, вторую станцию, осуществляющую связь с множеством первых станций через множество линий связи, контроллер для управления распределением ресурсов связи между линиями связи, причем упомянутое распределение осуществляется в соответствии с передаваемой из первых станций информацией, которая указывает потребность в ресурсах связи на основании длин очередей данных в первых станциях.

9. Система по п.8, отличающаяся тем, что контроллер является частью базовой станции.

10. Система по п.8, отличающаяся тем, что первые станции являются подвижными станциями в сети радиосвязи.

11. Система для управления ресурсами связи в сети, содержащая множество первых станций, вторую станцию, осуществляющую связь с множеством первых станций через множество линий связи, контроллер для управления распределением ресурсов связи между линиями связи, причем упомянутое распределение осуществляется в соответствии с передаваемой из первых станций информацией, которая указывает потребность в ресурсах связи, при этом каждая из множества первых станций включает в себя генератор данных, очередь данных, кодер для генерирования кода, отображающего длину очереди данных, и передатчик для передачи упомянутых данных вместе с кодом, включенным в них в виде поля.

12. Система для управления ресурсами связи в сети, содержащая множество первых станций, вторую станцию, осуществляющую связь с множеством первых станций через множество линий связи, контроллер для управления распределением ресурсов связи между линиями связи, причем упомянутое распределение осуществляется в соответствии с передаваемой из первых станций информацией, которая указывает потребность в ресурсах связи, при этом базовая станция включает в себя приемник для приема передачи и для выдачи данных, декодер для декодирования поля упомянутых данных и выдачи указания об очереди данных, имеющейся на соответствующей первой станции, причем контроллер принимает упомянутую информацию из декодера и распределяет ресурсы связи в соответствии с ней.

13. Система для управления ресурсами связи в сети, содержащая множество первых станций, вторую станцию, осуществляющую связь с множеством первых станций через множество линий связи, контроллер для управления распределением ресурсов связи между линиями связи, причем упомянутое распределение осуществляется в соответствии с передаваемой из первых станций информацией, которая указывает потребность в ресурсах связи, при этом упомянутое указание выдается для каждого передаваемого блока данных.

Приоритет по пунктам:

07.11.2000 - пп.1-5, 7;

16.01.2001 - пп.6, 8-13.