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CN1759571A - 在无线网络中通过信令通知以优化速率控制方案的方法和通信系统 - Google Patents

在无线网络中通过信令通知以优化速率控制方案的方法和通信系统 Download PDF

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Abstract

一种在移动网络中交换用于优化速率控制方案的信令信息的方法，其中，采用速率控制方案、以可以使用来自接收机的反馈信息来自适应的发送速率，在网络上将数据分组从发射机发送给接收机，该方法包括步骤：在接收机和网络之间交互PDP上下文信息，将PDP上下文信息信令通知发射机；以及使用信令通知的PDP上下文信息自适应发送速率。本发明还涉及相应的通信系统以及其中使用的发射机和接收机。

Description

在无线网络中通过信令通知以优化速率控制方案的方法和通信系统
技术领域
本发明涉及一种用于优化速率控制方案的性能的方法和通信系统，该速率控制方案用于分组交换流(PSS)应用的发送速率自适应，其中移动网络是端到端通信的最后一部分。
背景技术
通常，为了能够控制流速率，接收机(移动终端)向发射机(服务器)发送反馈信息。在数据传输期间获取该信息，并且在位于移动终端中的速率控制方案客户端中收集该信息。然而，由于移动终端具有来自信令协议的链路状态信息，因此该链路信息可以被报告给流应用的发射机。使用所报告的信息，发送速率的计算可以自适应于移动链路条件，从而将改善流应用的质量。
诸如因特网音频播放器、IP电话、视频会议等的音频/视频流应用的数量正在持续增长，并且导致非TCP(传输控制协议)业务的百分比增加。由于这些应用通常不实施拥塞控制方案，因此与TCP业务的竞争导致非常不公平的情况，即网络中可用的带宽被PSS业务占用。为此，在流发射机中采用与TCP的拥塞控制算法兼容的速率自适应方案。将这些方案应用到用于流的传输协议(例如UDP(用户数据报协议))，并且这些方案以一种可以达到TCP和PSS业务之间公平的带宽分配的方式来控制发送速率。这种机制的一个例子是TCP友好速率控制(TFRC)。
TFRC被规定用于单播通信，并且根据描述TCP吞吐量的复杂等式来调节发送速率。在发射机处计算发送速率，但是为了收集等式的必要参数，需要来自接收机的反馈信息。所使用的TCP吞吐量等式将发送速率粗略描述为丢失事件率、往返时间(RTT)和分组大小的函数。反馈消息中最重要的信息是在接收机中计算出的丢失事件率。
TFRC的主要优点在于，它具有相对稳定的发送速率(它比TCP对分组丢失的响应要慢)，却仍然对竞争业务提供足够的响应。TFRC应当仅在应用要求平滑的吞吐量时使用。关于TFRC进一步的细节可以在Handley，M.，Floyd，S.，Padhye，J.and J.Widmer“TCP Friendly Rate Control(TFRC)：ProtocolSpecification”，RFC 3448，January 2003中找到。
速率控制方案和特别是上面所述的TFRC是为有线因特网技术发展而来的。由于移动网络采用近来较高带宽无线技术，因此对于移动用户来说流应用将变得更加普及。特别是在第三代(3G)移动网络(例如UMTS)中，流服务将成为运营商提供的标准应用。因此，需要与流应用一起实施速率控制方案。
图1示出了通用移动通信系统(UMTS)的高层架构。网络部件按功能分成核心网络(CN)、UMTS地面无线接入网络(UTRAN)和用户设备(UE)。UTRAN负责处理所有无线有关的功能，而CN负责到外部网络路由呼叫和数据连接。如图中可以看出的，这些网络部件的相互连接由开放接口Iu、Uu定义。应当注意的是，UMTS系统是模块化的，因此它可能具有相同类型的几个网络部件。
图2示出通过核心网络部件连接到外部PDN(分组数据网络)的UMTS网络的更详细的视图。具体地说，移动终端在包括连接到无线网络控制器(RNC)的多个基站BTS的蜂窝通信系统内通信，以接收和发送用户数据以及信令数据。RNC通过接口Gb连接到SGSN(服务GPRS支持节点)，SGSN用于在其服务区域内传送数据分组，并且包括路由、移动性管理、鉴权等。
此外，GGSN(网关GPRS支持节点)是外部PDN和SGSN之间的接口。
假设分组交换UMTS网络，对于每个活动连接应当存在至少一个分组数据协议(PDP)上下文(context)。如图3所示，PDP上下文是通过端对端信令在CN部件(网关GPRS支持节点-GGSN)和UE之间建立的。
从UE向SGSN发送激活PDP上下文请求，其包括例如PDP类型、PDP地址、请求的QoS(服务质量)、接入点等。随后，将创建PDP上下文请求从SGSN发送到GGSN，产生相应的PDP上下文响应。响应被从SGSN发送到UE，并且构成所请求的PDP上下文的接受。
PDP上下文信令对应RAN(无线接入网络)是透明的，从而属于非接入层(Non Access Stratum)。在PDP上下文中的通用信息当中，例如“TrafficClass”(业务类型)，它包含“maximum bit rate for downlink”(下行链路最大比特率)、“guaranteed bit rate for downlink”(下行链路保证比特率)、“maximum bit rate for uplink”(上行链路最大比特率)、“transfer delay”(传输延迟)等。在通过端到端信令建立PDP上下文之后，将端到端QoS信息映射到CN部件(服务GPRS支持节点-SGSN)中的RAN特定的RAB(无线接入承载)QoS属性，并且通过lu接口信令通知给RAN来建立合适的RAB。如3GPP TSG RAN“RAB Quality of Service Negotiation over lu”，TR25.946，V.4.0.0中所述的，可以在RAN和CN(SGSN)准入控制功能之间协商所请求的属性。当改变服务小区时，用户可能遇到不同的条件(例如，无线资源可用量)。在这种情况下，一些RAB属性需要重新来协商。图4中详述了重新协商的过程(见3GPP TSG RAN，“RAB Quality of Service Re-negotiation overlu”，TR25.851.V.4.0.0)。
在接收到RAB分配请求消息(RAB Assignment Request Message)后，RNC考虑CN同意的RAB修改。如果CN接受了RNC提出的RAB修改，则RNC进行这些修改，并且通过RAB分配响应消息(RAB AssignmentResponse Message)向CN表示已经修改了适当的RAB。RABs Setup orModified’(建立或修改的RAB)IE(信息元素)组列出已经被修改了的RABID。如果CN没有接受RNC提出的RAB修改，并且建议了不同的RAB修改或者重复了之前同意的RAB参数值，则RNC决定这对它是否可以接受。如果可以接受，则RNC进行适当的RAB修改(如果有的话)，并且在其送回给CN的RAB分配响应消息的‘RABs Setup Or Modifed’IE组中列出相应的RAB ID。如果RAB分配请求消息中指示的RAB参数值对RNC是不可接受的，则RNC发送RAB分配响应消息，在该消息的‘RABs Failed to Setup OrModified’(未成功建立或修改的RAB)IE组中列出适当的RAB ID。最后，如果CN没有接受RNC提出的RAB修改，并且通过RAB分配请求消息请求释放RAB，则RNC释放适当的RAB，并且在其发送给CN的RAB分配响应消息的‘RABs Released’(释放的RAB)IE组中列出相应的RAB ID。
应当注意的是，由修改PDP上下文消息(Modify PDP Context Message)将协商的参数信令通知给UE。如果UE认为参数是可接受的，则它将发送修改PDP上下文接受消息(Modify PDP Context Accept Message)。
作为速率控制方案，TFRC探测在端到端通信链路上可用的带宽，并且它增加发送速率，直到发生分组丢失为止。在分组丢失后，将发送减半，并且再次增加它，直到发生下一分组丢失事件为止。因此，分组丢失和引起的发送速率的降低导致差的音频/视频质量。
对于每个分组交换流应用的质量很重要的是发送/接收速率在时间上保持恒定。在使用TFRC的情况下为了满足这个要求，应当避免由探测可用带宽产生的分组丢失事件。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种方法和通信系统，其中在保持最佳发送速率的同时避免了分组交换流应用中的分组丢失事件。
在包含权利要求5的特征的通信系统中，通过如权利要求1中所述的方法解决该目的。
本发明基于这样的想法，即使用在终端中已经可用的信令信息，使速率控制方案自适应于无线信道的条件。特别地，对于每个活动连接，存在至少一个PDP上下文。因此，当在速率控制方案的接收机和网络的控制面之间交换PDP上下文信息时，以一种避免分组丢失的方式限制速率控制机制的发送速率，其中PDP上下文信息被信令通知回发送机并用于自适应发送速率。
通过移动网络的非接入层和速率控制方案之间的信息交换实现优化，具体地说，通过移动终端中的PDP上下文和速率控制方案之间的信息交换实现优化。通过将该信息提供给发射机中的速率控制方案，可以使发送速率更好地自适应于移动信道上变化的条件，从而可以提高流应用的质量。
为了满足对低的预解码器缓冲区的要求，分组延迟和分组延迟抖动这两者都应该保持尽可能的低。通过应用发送比特率限制，可以减少分组延迟和延迟抖动，从而降低了在接收机处对预解码器缓冲的需求。
附图说明
下面将参照附图进一步详细描述本发明，其中：
图1是高层UMTS架构；
图2是图解移动终端和外部PDN之间的通信的图；
图3是移动终端和GGSN之间的PDP上下文过程的例子；
图4是移动终端和CN部件之间的重新协商过程的例子；以及
图5图解了根据本发明的通信系统。
在图5中，示意性地示出了UMTS网络，其包括由特指为节点B的一个或多个基站服务的蜂窝系统。GGSN通过外部PDN(即因特网)提供到位于服务器上的流应用的连接。流应用使用下面的协议栈RTP/UDP/IP来将数据流传输到移动终端UE。
移动终端UE一方面具有到节点B的移动链路，用于接收分组数据并提供关于所接收到的分组的反馈。此外，可以直接使用核心网络(即GGSN)来建立PDP上下文协商。假设一种TFRC速率控制方案，其中在发射机中使用来自UE接收机(TFRC客户端)的反馈信息计算发送速率。根据传统操作，尤其是在慢启动阶段，发送速率X每往返时间将近似加倍，直到发生丢失为止，并且根据等式(1)计算出X，其中X_recv是在TFRC客户端处的接收速率，s是分组大小，而R是往返时间。
X＝max{min{2*X，2*X_recv}，s/R}                      (1)
如果端到端连接的最后一跳(hop)是移动链路，例如UMTS网络的部分，则假设移动链路是决定带宽限制的瓶颈链路。在通过UMTS网络建立连接期间，在移动终端和GGSN之间交换PDP上下文信息，因此移动终端了解瓶颈参数的知识。
在移动终端中定义接收机中的TFRC客户端(用户面)和控制面之间的接口，用于发送PDP上下文信息。在接收到第一个分组数据之后，TFRC客户端使用所定义的接口，需要关于PDP上下文信息中的可变服务参数“guaranteed bit rate for network”(网络保证比特率)信息。通过RTSP(RealTime Stream Protocol，实时流协议)将该参数值信令送回TFRC发射机。在发射机中，采用等式(2)来计算比特率，其中X_max是标识发送比特率的限制的新参数，并且对应于信令通知的参数“guaranteed bit rate for downlink”。
X＝min{max{min{2*X，2*X_recv}，s/R}，X_max}          (2)
每次协商新的PDP上下文，并且改变了“guaranteed bit rate for downlink”参数时，应当将其信令通知给TFRC客户端，从而在发射机中可以提供必要的升级。
作为“guaranteed bit rate”(保证比特率)的替代参数，也可以采用“maximum bit rate for downlink”来限制发送速率。
TFRC算法的修改导致对允许的最大发送速率的限制，这将降低分组丢失事件的可能性，从而将提高音频/视频质量。

Claims (11)

1.一种在移动网络中交换用于优化速率控制方案的信令信息的方法，其中，采用速率控制方案、以可以使用来自接收机的反馈信息来自适应的发送速率，在网络上将数据分组从发射机发送给接收机，该方法包括步骤：
在接收机和网络之间交互PDP上下文信息；
将PDP上下文信息信令通知发射机；以及
使用信令通知的PDP上下文信息来自适应发送速率。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述PDP上下文信息包括可在网络和接收机之间协商的可变服务参数。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述可协商的参数是下行链路的最大或保证比特率。
4.如权利要求1到3中任一权利要求所述的方法，其中，所述速率控制方案是TFRC。
5.一种在移动网络中交换用于优化速率控制方案的信令信息的通信系统，包括：
发射机，用于采用速率控制方案、以可以使用来自接收机的反馈信息来自适应的发送速率，在网络上发送数据分组；
接收机，用于以速率控制方案交换来自网络的PDP上下文信息的内容，并且将PDP上下文信息信令通知发射机；并且
其中，发射机使用信令通知的PDP上下文信息自适应地调节发送速率。
6.如权利要求5所述的通信系统，其中，网络包括UMTS网络的核心网络部件。
7.如权利要求5或6所述的通信系统，其中，所述核心网络部件是核心网络和外部分组数据网络之间的网关GPRS支持节点。
8.一种用在如权利要求5到7中任一权利要求所述的通信系统中的发射机，其自适应地执行如权利要求1到4中任一权利要求所述的方法。
9.一种用在如权利要求5到7中任一权利要求所述的通信系统中的发射机，其自适应地执行如权利要求1到4中任一权利要求所述的方法。
10.如权利要求9所述的接收机，其中，接收机是位于UMTS网络的移动终端中的流应用接收机。
11.如权利要求9或10所述的接收机，其中，将所述PDP上下文信息从控制面发送到TFRC客户端的用户面。
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