CN1612637A

CN1612637A - 共享无线电接入网络中的容量的方法和系统

Info

Publication number: CN1612637A
Application number: CN200410003780.1A
Authority: CN
Inventors: 乌韦·施瓦茨; 克拉斯·乔汉森; 马丁·克里斯坦森
Original assignee: Nokia Oyj
Current assignee: Nokia Oyj
Priority date: 2003-01-31
Filing date: 2004-01-30
Publication date: 2005-05-04
Also published as: US20040176075A1; EP1443790A1

Abstract

本发明的目的是提供一种用于多运营者移动网络中网络共享的装置。此外，本发明的目的是覆盖不同的共享群集。尽管本发明的不同共享备选方案很多，但是它们不会相互抵触，相反它们只是关于不同共享需要的选择。

Description

共享无线电接入网络中的容量的方法和系统

技术领域

本发明涉及通信系统。更具体地说，本发明涉及共享蜂窝无线电接入网络中移动通信网络的容量的改进新方法和系统。

背景技术

在第三代移动网络(称为UMTS)的当前规范中，系统利用相同的公知的体系结构，该体系结构也被所有主要的第二代系统使用。图1中表示了当前UMTS网络的系统体系结构的方框图。UMTS网络体系结构包括核心网络(CN)，UMTS地面无线电接入网络(UTRAN)和用户设备(UE)。核心网络还与外部网络，即因特网、PLMN、PSTN和/或ISDN连接。

GSM阶段1/2核心网络由网络交换子系统(NSS)组成。NSS还由下述功能单元组成：移动交换中心(MSC)、访问者位置寄存器(VLR)、归属位置寄存器(HLR)、验证中心(AC)和设备身份寄存器(EIR)。关于GSM阶段1/2 CN的GSM阶段2+增强是服务GPRS(通用分组无线业务)支持节点(SGSN)，网关GPRS支持节点(GGSN)和CAMEL服务环境。GPRS引入的最重新的新特征是分组交换(PS)。对于UMTS，只需要对GSM阶段2+核心网络做较小的修改。例如，用于语音压缩的代码转换器(TC)的分配。

UTRAN体系结构由几个无线电网络子系统(RNS)组成。RNS进一步被分成无线电网络控制器(RNC)和数个基站(BTS，在3GPP规范中被称为B节点)。

在这种体系结构中，在网络部件之间存在几种不同连接。Iu接口连接CN和UTRAN。Iur接口能够实现两个RNC之间信令信息的交换。跨越Iur接口的信令协议被称为无线电网络子系统应用部分(RNSAP)。RNSAP由RNC终止于Iur接口的两端。Iub接口连接RNC和节点B。Iub接口允许RNC和节点B协商无线电资源，例如，增加和删除受节点B控制的小区，从而支持UE和S-RNC之间专用连接的通信，用于控制广播和寻呼信道的信息，和在广播和寻呼信道上传送的信息。一个节点B可服务一个或多个小区。UE通过Uu无线电接口与节点B连接。UE还由用户身份模块(USIM)和移动设备(ME)组成。它们由Cu接口连接。通过网关MSC(朝向线路交换网络)或GGSN(朝向分组交换网络)，实现与外部网络的连接。

GERAN(GSM/EDGE无线电接入网络；GSM，全球移动通信系统；EDGE，GSM演进的增强数据速率)和UTRAN(UMTS地面无线电接入网络)中的无线电资源管理(RRM)负责空中接口资源的利用。为了保持QoS(服务质量)，计划的覆盖范围，并提供高容量，需要RRM。RRM能够优化服务容量和能力。RRM的完整范围较大，可被分成越区切换，功率控制，许可控制，负载控制和分组调度功能。

另外，在即将到来的多系统、多层或者多运营者网络中，最重要的是按照最有效的方式利用所有系统或层次。为此，正在开发一种新的网络部件，公共无线电资源管理(CRRM)。CRRM的主要功能是能够根据连接的服务质量(QoS)要求，把呼叫建立和越区切换中的连接引向最佳无线电接入技术(RAT)内的最佳小区。CRRM的关于目标小区选择和自动调整的算法以从相应接口读取的输入参数为基础。这些参数代表不同小区的状态信息。参数可以是，例如总负载，RTLoad(RT，实时)，SIR(信号-干扰比)和NRT延迟(NRT，非实时)。必须报告公共测量结果的另一例子是不同无线电网络控制器(RNC)之间的Iur接口。

运营者之间的网络共享还被用于WCDMA网络的初始部署阶段。在目前的基于漫游的网络共享解决方案中，运营者之间服务区别的可能性受到限制。使用容量的控制只局限于核心网络中的事后收费。从而，目前的问题在于不存在把共享网络中的资源专用于特定运营者的途径，也不可能根据用户的归属网络的运营者，区分用户的优先顺序。

本申请中，我们考虑被两个或更多运营者共享的移动通信网络。可按照两种不同方式实现共享。共享网络的各个运营者拥有或者有权使用自己的空中接口载波(carrier)，或者运营者共享相同的空中接口载波，例如在国内漫游(national roaming)中。共享还可意味着上面提及的两种解决方案的组合。

网络共享是节省基础结构的成本的有效途径，并且未来确实可用在UMTS网络的转出(rollout)阶段中。在初始阶段中，共享可以简单的假定为基础，即由于数量巨大的新容量的缘故，网络拥塞不是问题，主要目的是确定覆盖范围，但是还要满足管理者要求，并且运营者之间的区别也不重要。但是，由于容量需求的增大，以及运营者更愿意借助服务区别进行竞争，这种共享早晚会结束。

然而，在稍后的部署阶段中，网络共享仍然非常有益，因为在一些地理区域中，人口密度太低，不能实现独立网络的经济利用，虚拟运营者(以及纯服务提供者)的任务是提供新的商业事例(case)和机会，基于国内漫游的网络共享为附加的容量使用创造条件(统计多路复用增益)。

为了根据共享协议，允许按照受控的预定方式的共享，需要运营者专用无线电资源管理(RRM)。这能够实现可用容量的公平分享，以及共享运营者之间的服务区别。

此外，如果不存在RRM的充分单独控制，则长期网络共享将是困难的。为了在运营者之间建立长期并且富有成效的合作关系和共享协议，需要对资源的更多控制。这要求每个运营者必须能够控制专用于其的资源。

此外，由于在共享网络的转出阶段中，容量一直不是很重要，因此一直利用裕度(overdimensioning)和相互信任解决共享问题。但是，没有方法监视每个运营者在特定小区中的资源应用，这使得难以在运营者之间划分投资成本。本发明的目的是提供多运营者移动网络中网络共享用装置。此外，本发明的目的是覆盖不同的共享群集(constellation)。尽管本发明的不同共享备选方案很多，但是它们不会相互抵触，相反它们只是关于不同共享需要的选择。另外，本发明的目的是提供一种公平并且简单的监视共享网络的应用的方法。

发明内容

从而，本发明涉及一种改进的新方法和系统，以便主要在如上所述共享的WCDMA网络中实现特定于运营者的无线电资源管理。虽然主要针对具有按载波共享的高容量的WCDMA，不过本发明显然也适用于其它蜂窝网络标准。本发明允许充分受控的共享，在保证每个运营者议定的容量份额的意义上，这意味着公平共享。还意味着根据漫游协议，运营者自己的用户的优先级高于漫游用户。

如同已知的那样，漫游是多种网络共享中的一种。有时，利用MVNO-移动虚拟网络运营者，平等对待用户，有时存在本地用户(home subscriber)和客人用户之分，例如一个运营者拥有网络，另一运营者租用资源，或者随后用户被对待为漫游用户。这种情况下，可用“客人用户”等更一般地解释“漫游用户”。

本发明的共享一组网络运营者中的网络资源的方法和系统以下述主要操作功能为基础，所述一组网络运营者包括分布式无线电接入网络中的至少两个运营者。在一个实施例中，每当用户正在建立新连接，或者正在漫游到另一运营者的覆盖区时，结合共享决定实现这些操作功能。

首先，根据要求资源，即新连接的用户，或者正在漫游的用户的身份，识别服务运营者。其次，关于所述运营者检查可用资源，可能还检查所述用户的类型(本地用户或漫游用户)。最后，根据所述检查和预定的共享规则组，控制网络中可用资源的使用。

共享规则可由分布式无线电接入网络中的无线电资源管理功能，和所考虑的用户的类型组成。所述功能可包括负载控制功能，许可控制功能，分组调度功能和越区切换功能，以及硬件资源。此外，根据用户连接的下述标识符至少之一识别服务运营者：国际移动用户身份(IMSI)、临时移动用户身份(TMSI)、SRNC(服务RNC)无线电网络临时身份(S-RNTI)、无线电网络临时身份(RNTI)、GRNC(组RNC)无线电网络临时身份(G-RNTI)、终端设施标识符(TFI)、DRNC(漂移RNC)无线电网络临时身份(D-RNTI)、终端语境(context)ID和共享网络区(SNA)接入权。这些标识符通常用在分布式无线电接入网络，即IP RAN(IP无线电接入网络)中。

由于本发明，可为共享相同频率或载波的每个运营者保证专用容量。当需要并建立容量增强时，这使共享网络成为更有益的解决方案。此外，在人口密度过低的地理区域中，本发明使得能够经济应用共享运营者的公共网络。另外，本发明使得能够在现有网络中建立虚拟运营者(以及纯服务提供者)。

此外，由于本发明，当需要容量增强时，多个运营者共享相同的频率使共享网络成为更可信的解决方案，从而能够按运营者专用网络容量。另外，本发明可用于记账，以便确定每个运营者已使用共享网络的特定部分中的多少资源。

附图说明

便于进一步理解本发明，并构成说明书一部分的附图图解说明了本发明的实施例，并和下述说明一起帮助解释本发明的原理。附图中：

图1是图解说明关于目前移动网络的现有技术状况的例子的方框图；

图2是图解说明根据本发明，分布式无线电接入网络中资源管理的例子的流程图；

图3是图解说明根据本发明，分布式无线电接入网络中资源管理的例子的流程图；

图4是图解说明根据本发明，分布式无线电接入网络中资源管理的例子的流程图；

图5是图解说明根据本发明，分布式无线电接入网络中资源管理的例子的流程图；

图6是图解说明根据本发明的一个例子的共享例子的方框图。

具体实施方式

下面参考附图中图解说明的例子，详细说明本发明的实施例。

在图2-5中，表示了关于在不同运营者的用户之间共享资源的共享和管理决定的不同实施例。这些实施例只是实现本发明的方式的例子，它们可单独使用或者组合使用。这些例子不是对本发明的限制。

图2中，过程从用户正在建立或者要求用于分组交换(PS)或电路交换(CS)或这两种通信的通信信道或资源的情形开始(方框21)。在第一步中，检查可用资源(方框22)。必须基于运营者分析关于资源的真实情况。从而，必须检查用户的类型(方框23)。这里，用户的类型意味着用户是网络的本地用户还是漫游用户。在这两个条件已知之后，找出共享规则(方框24)。本例中，共享规则以无线电资源管理(RRM)功能中的负载控制(LC)功能为基础(方框25)。负载控制(LC)意味着特定于运营者的过载控制，即如果小区被拥塞或者资源有限(方框26)，则撤消该呼叫(方框28)，或者在本地用户的位速率受到影响之前，降低漫游用户的位速率(方框29)。但是，这种规则还能够根据运营者之间的共享协议，为漫游用户实现保证容量(公平共享)。这要求估计运营者负载份额，这不是本申请的问题。

图3中说明了本发明的另一优选实施例。本例中，步骤31-34和图2中的步骤21-24相同，在图3的范围中不对其进行说明。

在完成所有预备检查和判定之后，按照下述方式继续图3中的程序。本例中选择或指定的共享规则以无线电资源管理功能中的许可控制(AC)功能为基础。在许可控制(AC)中，可阻止已处于较低负载的漫游用户(或者允许具有较低的位速率)(方框36)，即当共享时，在本地用户不会危及自身呼叫限制之前。这导致本地用户的优先化(方框37)。这种情况下，通过阻止已装满其允许容量的那些运营者的用户，能够实现漫游用户的保证容量(公平共享)。

图4中说明了本发明的另一优选实施例。本例中，步骤41-44和图2中的步骤21-24相同，在图4的范围中不对其进行说明。

在完成所有预备检查和判定之后，按照下述方式继续图4中的程序。本例中选择或指定的共享规则以无线电资源管理功能中的分组调度(PS)功能为基础。在该方案中，向每个用户组指定不同的优先级(方框46)可在下述内容的基础上区分优先顺序。自己的用户的优先级高于漫游用户(方框48)，并根据每个运营者的当前容量应用，调整优先级(方框47)。在这种解决方案中，通过为运营者之一调度比其它运营者多N倍的分组，还可实现分组交换业务的“容量比率”。利用分组调度功能，能够实现运营者特有的QoS策略。

图5中说明了本发明的另一优选实施例。本例中，步骤51-54和图2中的步骤21-24相同，在图5的范围中不对其进行说明。

在完成所有预备检查和判定之后，按照下述方式继续图4中的程序。本例中选择或指定的共享规则以无线电资源管理功能中的越区切换控制(HC)功能为基础(方框55)。越区切换控制(HC)意味着依据服务原因越区切换的运营者特有服务控制，或特定覆盖范围切换触发，以允许漫游用户尽快返回他们的本地网络(方框56、57)。

图6中表示了以RT(实时)(可控负载)负载和NRT(非实时)(非可控负载)负载的控制为基础的网络共享的优选例子。运营者1 Op1和运营者2 Op2针对非可控负载的保证容量意见一致。剩余的容量被看作可被非可控负载或可控负载使用的共享容量。每个运营者的非可控负载可装满它自己的保证容量加上共享容量。可控负载甚至可装满其它运营者的保证容量，只要此刻其它运营者不使用其保证容量。

除了上面的预定容量之外，可按照这样的方式设置可控负载(非实时分组交换)的处理，即运营者2 Op2的用户优先级越高，则他们越少使用公共容量。可在分组调度程序(PS)中实现特定于运营者(例如基于IMSI)的优先化。这样，能够非常有效地利用容量，同时运营者仍然具有自己的保证容量。

如果在上面的例子中，存在希望除了例如WCDMA网络之外，还使用自己的GSM网络在其两种技术间均衡用户的运营者，而另一个运营者希望在通过国内漫游把其用户切换到另一网络之前，尽可能长地把其用户保留在它自己的UMTS网络中(上面例子的运营者)，则系统需要运营者专有触发，以便实现越区切换。越区切换是RRM-HC的一部分。无线电资源管理位于网络控制器中(GSM/cdma2000中的BSC，WCDMA中的RNC)。于是本发明实现于RNC和BSC(图1)中。在IP-RAN中，RRM功能的IP-RAN部分将位于IP基站中。许可控制是负责放进(或阻挡)新的移动用户。

此外，在上面的例子中，可逐个小区测量共享网络中每个运营者的负载。该负载被计算为在在先步骤中识别的属于相同运营者的所有用户的负载和。在测量中，可使用MAC-d(媒体存取控制，MAC-d是一个协议层)中特定于运营者的通过量，或者使用RRM中的分配位速率。要注意的是测量中也可使用其它参数，这两个参数只是例子。确定最大小区容量的负载控制以基站中总的接收和发射功率为基础。从而，通过量或位速率测量不是100％正确，因为所需的Eb/N0还取决于许多其它事物，例如移动站到基站的距离。但是，当考虑到统计平均时，可认为建议的测量既可行又足够准确。特定于运营者的功率测量在上行链路中是不可行的，因此不满足本发明的要求。

总之，本发明的主要思想是在如上所述共享的移动网络中使无线电资源管理(RRM)特定于运营者。这便于实现充分受控的共享。在保证每个运营者的议定容量的意义上，这种充分受控的共享意味着公平共享。根据漫游协议，通过和漫游用户相比，降低自己用户的阻塞概率或者提高自己用户的位速率，它还意味总是优先考虑自己的用户。借助国际移动用户身份(IMSI)或者其它一些标识符，可识别某一用户属于哪个运营者。

对于本领域的技术人员来说，随着技术的进步，显然可按照不同方式实现本发明的基本思想。从而本发明及其实施例并不局限于上述例子或者局限于WCDMA；相反，它们可在权利要求的范围内变化。

Claims

1、一种在蜂窝无线电接入网络的一组网络运营者中共享网络资源的方法，所述一组网络运营者包括至少两个运营者，其中结合共享决定：

识别服务于要求资源的用户的运营者；

检查所述服务运营者的可用资源；和

根据一组共享规则，控制网络中可用资源的应用。

2、按照权利要求1所述的方法，其中在控制阶段中，选择共享规则中的一个或多个用作控制判定的基础。

3、按照权利要求1所述的方法，其中以无线电资源管理功能和所涉及用户的身份为基础，构成预定的一组共享规则。

4、按照权利要求1所述的方法，其中对于特定的用户组，根据共享规则的当前状态，选择服务运营者。

5、按照权利要求3所述的方法，其中共享规则之一以无线电资源管理的负载控制功能为基础，以控制特定于运营者的过载，其中

如果资源被阻塞，则减少漫游用户对资源的应用，以便为本地用户释放资源。

6、按照权利要求3所述的方法，其中共享规则之一以无线电资源管理的许可控制功能为基础。

7、按照权利要求6所述的方法，其中阻止已处于低负载的漫游用户，以便为本地用户保留资源。

8、按照权利要求7所述的方法，其中区分RAB队列中无线电接入承载(RAB)请求的优先顺序。

9、按照权利要求8所述的方法，其中根据每个运营者的使用容量，区分阻止漫游用户的优先顺序。

10、按照权利要求3所述的方法，其中在无线电资源管理的分组调度功能中，向特定的一组用户赋予不同的优先级。

11、按照权利要求10所述的方法，其中本地用户组的优先级总是高于漫游用户组的优先级。

12、按照权利要求9所述的方法，其中根据运营者的当前容量使用，调整优先级。

13、按照权利要求10所述的方法，其中为不同运营者的分组交换业务的使用实现容量比率。

14、按照权利要求10所述的方法，其中能够实现特定于运营者的服务质量(QoS)等级。

15、按照权利要求3所述的方法，其中共享规则之一以依据服务原因越区切换的运营者特有服务控制为基础。

16、按照权利要求3所述的方法，其中共享规则之一以特定的覆盖范围切换触发为基础，以便允许漫游用户尽可能快地切换到其本地网络。

17、按照权利要求1所述的方法，其中根据用户连接的下述标识符至少之一识别服务运营者：国际移动用户身份(IMSI)、临时移动用户身份(TMSI)、S-RNTI、RNTI、G-RNTI、TFI、D-RNTI、终端语境ID和共享网络区(SNA)接入权。

18、按照权利要求1所述的方法，其中测量共享网络中每个运营者的负载。

19、按照权利要求18所述的方法，其中按小区测量负载，负载被计算为识别为属于相同运营者的所有用户的负载和。

20、按照权利要求1所述的方法，其中使用MAC-d中的运营者特有通过量，或者RRM中的分配位速率。

21、一种在一组网络运营者中共享网络资源的系统，所述一组网络运营者包括网络中的至少两个运营者，其中所述系统包括：

根据要求资源的用户的身份，识别运营者的识别装置；

检查所述运营者的可用资源的检查装置；和

根据预定的一组共享规则，控制网络中可用资源的应用的控制装置。

22、按照权利要求21所述的系统，其中所述控制装置包括选择共享规则中的一个或多个用作控制判定的基础的选择装置。

23、按照权利要求21所述的系统，其中共享规则之一以无线电资源管理的负载控制功能为基础，以控制特定于运营者的过载，其中

24、按照权利要求21所述的系统，其中共享规则之一以无线电资源管理的许可控制功能为基础。

25、按照权利要求24所述的系统，其中阻止已处于低负载的漫游用户，以便为本地用户保留资源。

26、按照权利要求24所述的系统，其中区分RAB队列中无线电接入承载(RAB)请求的优先顺序。

27、按照权利要求24所述的系统，其中根据每个运营者的使用容量，区分阻止漫游用户的优先顺序。

28、按照权利要求23所述的系统，其中在无线电资源管理的分组调度功能中，向特定的一组用户赋予不同的优先级。

29、按照权利要求24所述的系统，其中本地用户组的优先级总是高于漫游用户组的优先级。

30、按照权利要求24所述的系统，其中根据运营者的当前容量使用，调整优先级。

31、按照权利要求24所述的系统，其中为不同运营者的分组交换通信的使用实现容量比率。

32、按照权利要求24所述的系统，其中能够实现特定于运营者的服务质量(QoS)等级。

33、按照权利要求24所述的系统，其中共享规则之一以依据服务原因越区切换的运营者特有服务控制为基础。

34、按照权利要求24所述的系统，其中共享规则之一以特定的覆盖范围切换触发为基础，以便允许漫游用户尽可能快地切换到其本地网络。

35、按照权利要求21所述的系统，其中根据用户连接的下述标识符至少之一识别服务运营者：国际移动用户身份(IMSI)、临时移动用户身份(TMSI)、SRNC(服务RNC)无线电网络临时身份(S-RNTI)、无线电网络临时身份(RNTI)、GRNC(组RNC)无线电网络临时身份(G-RNTI)、终端设施标识符(TFI)、DRNC(漂移RNC)无线电网络临时身份(D-RNTI)、终端语境ID和共享网络区(SNA)接入权。

36、按照权利要求21所述的系统，其中测量共享网络中每个运营者的负载。

37、按照权利要求21所述的系统，其中按小区测量负载，负载被计算为识别为属于相同运营者的所有用户的负载和。

38、按照权利要求21所述的系统，其中使用MAC-d中的运营者特有通过量，或者RRM中的分配位速率。