專利名稱：電信系統中的負載控制方法
技術領域：
本發明涉及電信系統中的一種負載控制方法，該系統包括網絡部分，至少一個用戶終端以及網絡部分和用戶終端之間的電信連接，在該方法中，利用電信連接進行連接建立和數據傳送，前述電信連接包括將用戶終端所發送的信道分配請求轉發給網絡部分的信道。
本發明還涉及一種電信系統，包括網絡部分，至少一個用戶終端以及網絡部分和用戶終端之間的電信連接，在該方法中，利用電信連接進行連接建立和數據傳送，前述電信連接包括將用戶終端所發送的信道分配請求轉發給網絡部分的信道。
分組無線系統是指采用固定網中眾所周知的分組交換技術的無線系統。在分組交換方法中，通過傳送分組形式的數據來建立用戶間的連接，這些分組包括地址和控制信息。多個連接可以同時使用同一傳輸鏈路。因為分組交換方法很適合以脈沖串形式生成待發送數據的數據傳輸，所以對分組交換無線系統的使用進行了許多研究。因此，數據傳輸鏈路不要求連續分配，而只是在傳輸分組時才進行分配。這樣，在構建并使用這種網絡時，可以大幅度節省成本和容量。前述分組無線網絡對全球移動通信系統GSM的進一步發展，所謂的通用分組無線服務GPRS而言尤其具有吸引力。
本發明涉及一種方法和電信系統，按照GPRS系統的基站系統可以利用它控制其負載值，其控制方式使得電信系統不會過載。在GPRS系統中，電信系統的基站系統的負載主要直接或間接由用戶終端發送給移動電話網的信道分配請求引起。以前已知通過例如流控制過程來防止過載，利用該方法可以防止另一方發送的數據多于系統能夠接收和處理的數據。如何限制用戶終端的能力，使其以這種方式發出信道分配請求的一個例子是，在用戶終端向網絡發送了信道分配請求之后，在給定時間段內，明確阻止終端的無線資源占用嘗試。如果，例如基站中的所有信道都已投入使用，則基站控制器可以向發送信道分配請求給網絡的用戶終端發送“拒絕”類型消息。這種“拒絕”消息可以，例如指示某段時間，允許用戶終端最快在該時間段之后，重新嘗試信道占用。
以前已知的第二種負載控制方法是通過實驗來確定基站能夠承受多少信道分配請求。下一步是提供過濾算法，在超過給定的預定負載限度時，該過濾算法開始濾除信道分配請求。
第三種限制信道分配請求的方式是以適當方式參數化基站系統。基站系統可以例如通過廣播控制信道BCCH改變其系統參數信息，從而影響用戶終端發送信道分配請求的能力。“隨機接入信道RACH控制參數”系統參數信息可以影響例如是所有信道分配請求都可發送給小區，還是只允許特定接入控制類的信道分配請求。還可以例如防止通過小區發出緊急呼叫，以及影響允許發送信道分配請求的重復頻率。此外，還可以影響以下情況下允許的重試次數，即用戶終端沒有從移動電話網接收到對其第一次嘗試的信道分配請求的響應的情況。
上述系統存在以下問題。在第一方法中，基站系統原則上可以從用戶終端同時接收許多信道分配請求，其數量之多使得基站系統沒有時間對情況作出足夠快的相應，系統變為過載。這樣，該方法無法僅作用于尚未嘗試占用信道的用戶終端的信道占用嘗試。
因為第二方法需要對已有操作系統的經驗性考察，所以無法預先提供一種合適的過濾算法。這樣，必須根據實驗來找到適當的限度。該方法可以僅限制信道分配請求所生成的負載，從而在過濾算法中無法將其它功能所引起的負載考慮在內。因為用戶終端在沒有接收到對其第一請求的適當響應時，將會重新嘗試占用信道，所以僅濾除信道分配請求還快速生成了發送給同一基站的新的信道分配請求。
基于這種情況，第三方法在分配無線資源給不同類型的用戶時，采用了不同的原則，而不是試圖防止基站系統變得物理上過載。
本發明的一個目的是提供一種方法和實現該方法的系統，用以解決上述問題。這通過前序中描述的方法實現，該方法的特征在于，調整用于轉發信道分配請求的信道的容量，從而控制電信系統的負載，該目的還通過一種電信系統來實現，其特征在于，電信系統調整用于轉發信道分配請求的信道的容量，從而控制負載。
本發明的優選實施例中相關的權利要求中公開。
在GPRS系統中，基站系統負載主要直接或間接由用戶終端向移動電話網發送的信道分配請求引起。如果在GPRS系統區域中，發生的信道分配比系統能夠處理的還要多，則可以按照本發明的方式限制新信道分配的數量。
GPRS系統定義了一個分組隨機接入信道PRACH，用于將這些信道分配請求發送給網絡。按照本發明調整PRACH信道容量的動態實現方式如下。當基站系統變為過載時，減少PRACH信道容量。因此，向網絡發出的信道分配請求較少。因此，負載降低到網絡所能承受的值，不會再出現過載。當負載值降低到充分低時，可以再增加PRACH信道容量。按照一種優選實施例，持續測量例如基站系統的處理器負載或者基站和基站控制器之間的信令負載。
上述方法可以用于基站或基站控制器，或者同時應用于這兩者。如果在基站中采用該方法，則該方法旨在防止基站變成過載。如果在基站控制器中采用該方法，則該方法旨在防止基站控制器變成過載。如果同時在基站和基站控制器中采用該方法，則該方法旨在防止基站和基站控制器變成過載。
本發明的方法和系統具有多個優點。利用該方法和電信系統，GPRS可以以受控方式控制器負載值，使得系統不會變成過載。
突出的優點是速度。利用本發明的方法，基站系統可以在運營過程中，根據需要從基站中快速阻塞整個上行PRACH容量，這種情況下，用戶終端不再能向基站發送進一步的信道分配請求。這樣，在基站系統變成過載之前，可以檢測出負載值過高。因此，不需要單獨地禁止每個用戶終端進入小區，而是阻塞或者限制這種努力。
本發明的方法還使得進行實驗考察以發現適當的調整算法成為必要。但是，因為處理器單元或基站和基站控制器之間的信令鏈路的滿負荷值可以直接用作源點，所以發現適當的算法較為容易。因此，其它功能所引起的處理負載也會影響啟動減少PRACH信道容量的處理的時間點。類似地，因為減少PRACH信道容量影響了用戶終端發送信道分配請求的容量，PRACH信道容量的減少并不一定會增加向小區發送的重分配請求的數量，與僅濾除信道分配請求的效果不同。
本發明的方法并不是旨在對負載情況下不同類型的用戶應用不同的分配無線資源原則，而是旨在控制負載處理，防止系統變成物理上的過載。
本發明的方法尤其適合在配置了較高PRACH容量的小區中采用。這種配置需要有非常高的性能要求。因為并不是所有的不同基站系統產品系列都具有足夠的物理容量來控制這種配置，所以多用途負載限制方法在無線路徑上是有用的。
本發明方法的優點在于，它能夠動態適應某種情況，并且將整體負載情況，而不僅是信道分配所引起的負載考慮在內。此外，系統能夠相當快速地調整接收的信道分配請求的數量，從而給系統一些時間對即使突然出現的負載峰值足夠快速地作出靈活的反應。
本發明的系統同樣具有以上針對該方法描述的優點。顯然，這些優選實施例和詳細實施例可以組合成不同的組合，以實現所需的技術能力。
下面結合附圖，針對優選實施例詳細描述本發明，在附圖中
圖1示出了一種蜂窩無線網絡；圖2示出了物理信道中傳送的無線連接的物理信道和邏輯信道；以及圖3的蜂窩無線網絡的框圖說明了基站和基站控制器如何連接到分組傳輸網絡。
本發明適用于基于GSM的蜂窩無線網絡，例如基本GSM蜂窩網絡和在GSM基礎上進一步開發的網絡，例如GSM1800和GSM1900系統，其中利用通用分組無線服務GPRS來進行數據傳送。因此，數據傳輸以分組形式進行。
圖1示出了基本蜂窩無線網絡的結構的例子。在圖1中，基站100、102包括六角形覆蓋區域，即小區。基站100、102通過連接線112連接到基站控制器114。基站控制器114用于控制多個基站100、102的操作。基站控制器114通常連接到移動業務交換中心116，后者還連接到固定電話網118。在辦公系統中，基站100，基站控制器114，甚至移動業務交換中心116的操作可以連接到一種設備，后者連接到固定網118，例如連接到固定電話網118的交換中心。位于小區中的用戶終端104、106具有到小區基站100的無線連接108、110。此外，網絡部分，即蜂窩無線網絡的固定部分，還可以包括基站，基站控制器，傳輸系統和不同層次的網管系統。對本領域技術人員而言，顯然蜂窩無線網絡還包括其它許多結構，這里不再對這些結構作出解釋。
無線連接108利用物理信道實現。在GSM中，物理信道是具有例如200 kHz寬頻段的一個時隙。圖2以簡化方式示出了無線連接108的必要信道。GSM系統的頻段在豎軸上表示，基站100位于該圖的左側，用戶終端104位于右側。上行方向，即從用戶終端104到基站100的傳輸方向上采用較低的頻段。在GSM中，較低頻段212包括頻段890-915MHz。下行方向，即從基站100到用戶終端104的傳輸方向上采用較高的頻段。只有一部分頻段分配給了網絡運營商，例如5MHz寬頻段，該頻段被劃分成200kHz寬載波，每個載波通常包括8個時隙。在這種表述中，時隙被稱為物理信道。如果例如傳送語音，則通常使用兩個物理信道作為業務信道一個下行信道202和一個上行信道206。
GPRS標準定義了分組數據信道PDCH的物理結構。如圖2所示，可以為這種PDCH資源的上行和下行物理業務信道202、206配置邏輯分組通用控制信道PCCCH。這種PDCH資源包括邏輯PCCCH信道，被劃分成上行資源和下行資源。上行資源可以在標準中定義的PRACH信道、分組數據業務信道PDTCH和分組關聯控制信道PACCH之間分配。上行資源中沒有固定分配給PRACH信道的給定部分可以動態分配給PRACH、PDTCH和PACCH信道。然后，指派給PRACH信道的部分由下行PCCCH資源指示。在包含PCCCH信道的分組數據信道的每個下行無線塊中，將上行狀態標記USF轉發給無線路徑。如果在下行無線塊中，該USF信息具有給定的預定空閑模式值“空閑”，則表明允許下一上行塊用作PRACH信道。因此，發送到無線路徑的USF信息可以用于在給定時刻動態控制哪部分上行資源是PRACH信道，哪部分是PDTCH和PACCH信道。下行資源又可以在標準所定義的分組尋呼信道PPCH、分組接入授權信道PAGCH、PDTCH信道和PACCH信道之間分配。如果下行塊USF信息所具有的值不同于給定的預定空閑模式值，則可以利用USF信息控制分配給該PDCH資源的用戶終端的上行分組業務量，即PDTCH和PACCH信道分組業務量。
在本發明的方案中，下行塊中發送的USF信息僅具有給定的預定空閑模式值，不是因為下一上行塊將用作PDTCH或PACCH信道，而是因為旨在防止位于小區區域中的用戶終端能夠使用下一上行塊作為PRACH信道。從邏輯上講，這樣給USF域指定的值不同于給定的預定空閑模式值，換句話說，給了它一個“非空”值。在本發明的一種優選實施例中，如果USF信息包含的值不同于某個給定預定空閑模式值，則使用USF信息，前述預定空閑模式值用于無線接口PRACH流控制，而不是用于控制分配給他的分組連接。
因為通過控制USF可以動態減少PRACH信道容量，發送給負載基站系統的信道分配請求較少，所以不會出現過載。如果基站系統負載值降到足夠低，則可以利用USF再增加PRACH信道容量。
參看圖3，描述了本發明的蜂窩無線網絡的典型結構及其到固定電話網118和分組傳輸網342的連接。基站控制器114連接到基站100。基站控制器114還連接到移動業務交換中心116。移動業務交換中心116負責例如實現連接域，控制連接建立和釋放，收集計費信息并控制回聲消除設備。
基站控制器114監控一組基站100。一個基站控制器114一般具有幾十個或上百個基站100。基站控制器114包括組交換320和控制單元324。組交換320用于連接語音和數據，并用于連接信令電路。控制單元324實現呼叫控制、移動性管理、收集統計信息和信令。變碼器322位于基站控制器114和移動業務交換中心116之間，用于將公用電話網118和移動電話網之間所用的不同的數字語音編碼形式轉換成相互兼容的形式。
基站100包括收發信機314。基站100一般包括1到16個收發信機314。一個收發信機314提供一個TDMA幀，換句話說，一般是8個時隙的無線容量。基站100還包括控制單元318，后者控制收發信機314和復用器316的操作。復用器316用于將多個收發信機314所用的業務信道和控制信道復用成一個傳輸鏈路112。傳輸鏈路112的結構已被明確定義，稱為Abis接口。
基站100的收發信機314連接到天線單元312，通過該天線單元實現到用戶終端104的無線連接108。通過無線連接108發送的幀的結構也被明確定義，稱為無線接口。
用戶終端104可以是例如普通的GSM移動話機，而例如便攜式計算機352可以用于分組傳輸，對分組進行排序和處理，它可以通過某個擴展卡連接到用戶終端。
組交換320可以用于通過移動業務交換中心116建立到公用電話交換網PSTN 118的連接，并建立到分組傳輸網342的連接。在公用電話交換網PSTN 118中，典型的終端336是普通話機或者綜合業務數字網ISDN話機。
服務GPRS支持節點SGSN 340建立分組傳輸網342和組交換320之間的連接。服務GPRS支持節點340用于在基站系統和網關GPRS支持節點GGSN 344之間傳輸分組，并記錄其區域中的用戶終端104的位置。
網關GPRS支持節點344連接公用分組傳輸網346和分組傳輸網342。網關GPRS支持網絡344通過打包對公用分組傳輸網346隱藏了分組傳輸網32的內部結構，使得公用分組傳輸網246將分組傳輸網342當成子網。該公用分組傳輸網可以將分組導向位于分組傳輸網中的用戶終端104，并從用戶終端104接收分組。
分組傳輸網342一般是專用網，它采用因特網協議，傳輸信令和分道用戶數據。網絡342的結構可以隨運營商而不同，其體系結構和因特網協議層以下的協議都可以有所變化。
公用分組傳輸網346可以是例如全球因特網。終端348例如是一個服務器計算機，它連接到公用分組傳輸網，向用戶終端104傳送分組。
盡管以上結合附圖的例子描述了本發明，但顯然本發明并不局限于此，而是可以在后附權利要求書所公開的創新思想范圍內以多種方式進行變化。
權利要求
1.電信系統中的一種負載控制方法，該系統包括網絡部分(100、114、116、340)，至少一個用戶終端(104)以及網絡部分(100、114、116、340)和用戶終端(104)之間的電信連接(108)，在該方法中，利用電信連接(108)進行連接建立和數據傳送，前述電信連接(108)包括將用戶終端所發送的信道分配請求轉發給網絡部分(100、114、116、340)的信道，其特征在于，調整用于轉發信道分配請求的信道的容量，從而控制電信系統的負載。
2.根據權利要求1的方法，其特征在于，在基站系統變為過載時，減少信道容量，而在負載降低到所需值時，增加信道容量。
3.根據權利要求1的方法，其特征在于，為無線連接(108)所包含的分組數據信道PDCH的資源配置邏輯分組關聯控制信道PCCCH，邏輯PCCCH信道所包含的PDCH資源被劃分成上行資源和下行資源，上行資源在分組隨機接入信道PRACH、分組數據業務信道PDTCH和分組關聯控制信道PACCH之間分配，以及沒有固定配置成PRACH信道的上行資源部分可以動態分配給PRACH、PDTCH和PACCH信道。
4.根據權利要求3的方法，其特征在于，由PCCCH信道的下行資源指示分配給PRACH信道的資源部分，在邏輯PCCCH信道所包含的PDCH資源的每個下行無線塊中，將上行狀態標記USF信息轉發給無線路徑，以及下行無線塊中的USF信息具有特定的預定空閑模式值，從而利用下一上行無線塊作為PRACH信道。
5.根據權利要求3的方法，其特征在于，由PCCCH的下行資源指示分配給PRACH信道的資源部分，在邏輯PCCCH信道所包含的PDCH資源的每個下行無線塊中，將上行狀態標記USF信息轉發給無線路徑，下行無線塊中的USF信息的值不同于特定的預定空閑模式值，以及USF信息的值指示用戶終端(104)無法將信道用作PRACH信道。
6.根據權利要求3的方法，其特征在于，由PCCCH的下行資源指示分配給PRACH信道的資源部分，在邏輯PCCCH信道所包含的PDCH資源的每個下行無線塊中，將上行狀態標記USF信息轉發給無線路徑，下行無線塊中的USF信息的值不同于特定的預定空閑模式值，從而按照USF信息控制分配給該PDCH資源的用戶終端(104)的PDTCH和PACCH信道的上行分組業務量，以及USF信息的值指示用戶終端(104)無法將信道用作PRACH信道。
7.根據權利要求1的方法，其特征在于，連續測量基站系統的處理器負載或者基站(100)和基站控制器(114)之間的信令負載。
8.根據權利要求1的方法，其特征在于，它用于基站(100)和/或基站控制器(114)。
9.根據權利要求1的方法，其特征在于，它主要用于配置的PRACH容量較高的基站(100)和/或基站控制器(114)。
10.一種電信系統，包括網絡部分(100、114、116、340)，至少一個用戶終端(104)以及網絡部分(100、114、116、340)和用戶終端(104)之間的電信連接(108)，在該電信系統中，基站系統利用電信連接(108)進行連接建立和數據傳送，前述電信連接(108)包括將用戶終端所發送的信道分配請求轉發給網絡部分(100、114、116、340)的信道，其特征在于，電信系統調整用于轉發信道分配請求的信道的容量，從而控制負載。
11.根據權利要求10的電信系統，其特征在于，在基站系統變為過載時，系統減少PRACH信道容量，而在負載降低到所需值時，系統增加PRACH信道容量。
12.根據權利要求10的電信系統，其特征在于，系統為無線連接(108)所包含的分組數據信道PDCH的資源配置邏輯分組關聯控制信道PCCCH，邏輯PCCCH信道所包含的PDCH資源被劃分成上行資源和下行資源，上行資源在PRACH、分組數據業務信道PDTCH和分組關聯控制信道PACCH之間分配，以及沒有固定配置成PRACH信道的上行資源部分可以動態分配給PRACH、PDTCH和PACCH信道。
13.根據權利要求12的電信系統，其特征在于，系統利用PCCCH信道的下行資源指示分配給PRACH信道的資源部分，在邏輯PCCCH信道所包含的PDCH資源的每個下行無線塊中，將上行狀態標記USF信息轉發給無線路徑，以及下行無線塊中的USF信息具有特定的預定空閑模式值，從而利用下一上行無線塊作為PRACH信道。
14.根據權利要求12的電信系統，其特征在于，系統利用下行資源指示分配給PRACH信道的資源部分，在邏輯PCCCH信道所包含的PDCH資源的每個下行無線塊中，將上行狀態標記USF信息轉發給無線路徑，下行無線塊中的USF信息的值不同于特定的預定空閑模式值，以及USF信息的值指示用戶終端(104)無法將信道用作PRACH信道。
15.根據權利要求12的電信系統，其特征在于，系統利用PCCCH信道的下行資源指示分配給PRACH信道的資源部分，在邏輯PCCCH信道所包含的PDCH資源的每個下行無線塊中，將上行狀態標記USF信息轉發給無線路徑，下行無線塊中的USF信息的值不同于特定的預定空閑模式值，從而系統按照USF信息控制分配給該PDCH資源的用戶終端(104)的PDTCH和PACCH信道的上行分組業務量，以及USF信息的值指示用戶終端(104)無法將信道用作PRACH信道。
16.根據權利要求10的電信系統，其特征在于，系統連續測量基站系統的處理器負載或者基站(100)和基站控制器(114)之間的信令負載。
全文摘要
本發明涉及電信系統中的一種負載控制方法,該系統包括網絡部分(100、114、116、340),至少一個用戶終端(104)以及網絡部分(100、114、116、340)和用戶終端(104)之間的電信連接(108),在該方法中,電信系統(108)用于連接建立和數據傳送,電信連接(108)包括將用戶終端(104)所發送的信道分配請求轉發給網絡部分(100、114、116、340)的信道。本發明的特征在于,電信系統調整用于轉發信道分配請求的信道的容量,從而控制電信系統的負載。
文檔編號H04L12/54GK1277772SQ99801495
公開日2000年12月20日 申請日期1999年8月31日 優先權日1998年9月1日
發明者卡利·胡圖恩 申請人:諾基亞網絡有限公司