СПОСОБ ВЫБОРА РЕСУРСОВ, КОТОРЫЕ ДОЛЖНЫ БЫТЬ ОСВОБОЖДЕНЫ В СЛУЧАЕ ПЕРЕГРУЗКИ СОТОВОЙ НАЗЕМНОЙ МОБИЛЬНОЙ СИСТЕМЫ Российский патент 2014 года по МПК H04W28/02 H04W72/10 

Изобретение относится к способу работы сотовой наземной мобильной сети, в которой в случае перегрузки некоторые ресурсы наземной мобильной сети, использующиеся в текущий момент, могут быть освобождены, для того чтобы быть доступными для приложений с более высоким приоритетом, и ресурсы могут быть используемыми в одно и то же время несколькими приложениями.

Таким образом, изобретение относится к способу выбора занятых сетевых ресурсов, которые должны быть освобождены для того, чтобы обеспечить возможность вызовов с более высоким приоритетом в сотовой наземной мобильной системе, например, в соответствии со стандартом GERAN, UTRAN, E-UTRAN, cdma2000, UMB, WiMAX и т.д. Такие сценарии обычно случаются в ситуации перегрузки.

Занятые сетевые ресурсы всегда должны освобождаться, когда имеющиеся в наличии свободные сетевые ресурсы не являются больше достаточными, чтобы обеспечить возможность новых вызовов с более высоким приоритетом. Вызовами с более высоким приоритетом являются, например, голосовые вызовы или потоковые вызовы, которые обычно вызываются приложениями реального времени или услугами реального времени. В отличие от услуг реального времени вызовы с более низким приоритетом называются услугами, не являющимися услугами реального времени. Они включают в себя в особенности такие приложения, как просмотр сети Интернет или отправка/прием электронной почты.

В предшествующем уровне техники при выборе ресурсов, которые должны быть освобождены, учитываются только ресурсы, которые являются занятыми индивидуальными пользователями. В существующей наземной мобильной системе ресурсы, однако, также используются несколькими приложениями или пользователями в одно и то же время, которые также называются совместно используемыми ресурсами. Известным примером совместно используемого ресурса является ресурс основной полосы частот узла B, который является используемым для каналов высокоскоростной пакетной передачи в нисходящем канале (HSDPA). HSDPA в основной полосе частот узла B занимает некоторый ресурс в зависимости от максимальной ширины полосы частот HSDPA. Количество пользователей, которые совместно используют полосу частот, не зависит от занятых ресурсов.

Задача изобретения - разработать способ первоначально упомянутого типа, который преодолевает вышеупомянутые недостатки, и в особенности, определить алгоритм выбора для выбора ресурсов, которые должны быть освобождены, который также принимает во внимание совместно используемые ресурсы.

Как заявлено в изобретении, эта задача достигается способом, как заявлено в пункте 1 формулы изобретения, и наземной мобильной системой. Преимущественные развития изобретения даны в зависимых пунктах формулы изобретения.

В способе, как заявлено в изобретении, для работы сотовой наземной мобильной сети, в которой в случае перегрузки некоторые ресурсы наземной мобильной сети, использующиеся в настоящий момент, могут быть освобождены для того, чтобы быть доступными для приложений с более высоким приоритетом, и ресурсы могут быть используемыми в одно и то же время несколькими приложениями, является преимущественным, что происходит выбор ресурсов, которые должны быть освобождены, для всех рассматриваемых ресурсов определяется коэффициент эффективности, и ресурс с наименьшим коэффициентом эффективности освобождается.

В наземной мобильной системе, содержащей сотовую наземную мобильную сеть, в которой в случае перегрузки, некоторые ресурсы наземной мобильной сети, использующиеся в текущий момент, должны быть освобождены для того, чтобы быть доступными для приложений более высокого приоритета, и ресурсы могут быть использующимися в одно и то же время несколькими приложениями, является в особенности преимущественным для наземной мобильной системы иметь управляющий блок, который настроен для выбора ресурса, который должен быть освобожден, принимая во внимание коэффициент эффективности, определяющийся для всех рассматриваемых ресурсов, и ресурс с наименьшим коэффициентом эффективности освобождается.

Понятие ресурса может относиться к любому возможному ресурсу в наземной мобильной сети, например емкости обработки основной полосы частот передающей станции, емкости радиоинтерфейса, емкости линии или прочих. Понятие ресурса, таким образом, заключает любую сетевую инфраструктуру или емкость наземной мобильной сети или наземной мобильной системы.

В способе, как заявлено в изобретении, при освобождении некоторых частей или ресурсов сетевой инфраструктуры, для того чтобы сделать их доступными для приложений с более высоким приоритетом и/или вызовов, ощутимое вмешательство или ощутимые последствия освобождения минимизированы освобождением ресурсов, имеющим место в качестве функции коэффициента эффективности, которая определена заранее, используя параметры.

Основная идея изобретения, таким образом, состоит в том, чтобы освободить ресурсы, в которых количество действующих приложений или абонентов минимизировано, и в то же время максимизируются размеры ресурса, который должен быть освобожден.

При уменьшении количества задействованных приложений или абонентов воздействие на заказчиков уменьшается. При максимизировании размера ресурса количество освобождений ресурсов уменьшается. Это достигается свободными ресурсами, максимизированными способом освобождения, и, таким образом, свободные ресурсы становятся доступными для будущего времени, новых установлений вызовов.

В способе, как заявлено в изобретении, для выбора ресурсов, которые должны быть освобождены, в случае перегрузки в сотовой наземной мобильной системе, в которой ресурсы могут быть использованы в одно и то же время несколькими пользователями, рассматривая все ресурсы, вычисляется коэффициент эффективности независимо от того, используются ли ресурсы одним или несколькими абонентами, и ресурс с наименьшим коэффициентом эффективности освобождается.

Понятие освобождения означает в особенности завершение текущего приложения, например, посредством прерывания и завершение существующего беспроводного соединения для средства передачи наземной мобильной сети, так что ресурс по этой причине, например беспроводной канал или сетевая инфраструктура любого типа, становится доступным для другого приложения, которое имеет более высокий приоритет, и для более высокооцененного приложения соединение может быть установлено, используя сетевую инфраструктуру, предварительно освобожденную.

Освобождение, таким образом, обозначает отсоединение, разрыв, разъединение, прерывание, т.е. разъединение соединения, разрыв связи или подобное, т.е. то, что выбранные ресурсы делают пригодными для использования для других приложений, линий связи или подобного.

В способе и системах, как заявлено в изобретении, особенно преимущественно, что в особенности, следующие требования удовлетворены:

- вызовы или приложения с более высоким приоритетом разъединяют активные вызовы или приложения с более низким приоритетом в ситуации загрузки;

- алгоритм выбора учитывает совместно используемые ресурсы и ресурсы, которые не являются совместно используемыми;

- алгоритм выбора не учитывает тип транспортного канала (например, HSDPA, HSUPA и т.д.);

- освобождение занятых ресурсов означает воздействие на текущие приложения и, таким образом, на заказчиков.

По этой причине алгоритм выбора спроектирован, чтобы уменьшить воздействие на приложения и заказчиков.

- освобождение ресурсов является сложным способом, поскольку он является строго ограниченным по времени. Следовательно, алгоритм выбора должен минимизировать количество освобождений ресурсов;

- алгоритму выбора предполагается быть осуществимым для всех типов вызовов и/или приложений с более высоким приоритетом (например, для голосовых вызовов или потоковых приложений).

Алгоритм выбора, как заявлено в изобретении, в особенности использует следующие входные критерии:

- Приоритет вызова

Этот критерий гарантирует, что вызовы с наименьшим приоритетом выбираются в первую очередь в качестве цели для разъединения;

- Количество задействованных абонентов, которые в текущий момент используют ресурс, который, возможно, может быть освобожден

Этот критерий гарантирует, что воздействие на заказчиков минимизируется;

- Размер ресурса, который должен быть освобожден

Этот критерий гарантирует, что количество освобождений минимизируется.

Предпочтительно коэффициент эффективности сетевого ресурса вычисляется в зависимости от количества приложений, в текущий момент использующих ресурс, в особенности как частное от количества приложений, деленного на емкость ресурса, так что абсолютное число приложений максимизируется.

Это означает, что коэффициент эффективности, основанный на количестве пользователей или приложений, которые должны быть разъединены, и ресурсе, занятом этими пользователями или приложениями, вычисляется и, таким образом, максимизируется емкость системы по отношению к приложениям, т.е. пользователям.

В одной альтернативной конфигурации коэффициент эффективности вычисляется в зависимости от частоты передачи данных приложений, которые в текущее время используют ресурс, в особенности как частное от частоты передачи данных приложений, деленной на емкость ресурса, так что максимизируется абсолютная частота передачи данных.

Это означает что коэффициент эффективности, основанный на текущей частоте передачи данных приложений или пользователей, которые должны быть разъединены с ресурсом, и ресурсе, занятом этими приложениями или пользователями, вычисляется и, таким образом, системная емкость максимизируется по отношению к частоте передачи данных.

В одной из предпочтительных конфигураций принимается во внимание приоритет приложений, в текущий момент использующих ресурс, в частности имеет место вычисление коэффициента эффективности и, не обязательно, освобождение только тех ресурсов, чьи приложения, используемые в настоящий момент, являются приложениями с более низким приоритетом. Т.е. в качестве дополнительной информации принимается во внимание приоритет приложений или абонентов, которые должны быть разъединены, и коэффициент эффективности вычисляется только для приложений или абонентов с более низким приоритетом.

Предложенный алгоритм подробно представлен, как изложено ниже.

Если новый вызов в случае перегрузки не может быть установлен по причине недостаточных свободных ресурсов, для каждого возможного в настоящее время занятого ресурса, которого было бы достаточно для исполнения нового вызова, вычисляется коэффициент эффективности. Более того, только те ресурсы принимаются во внимание, к которым назначены текущие вызовы, которые имеют в настоящий момент более низкий приоритет. Ресурс с наименьшим коэффициентом эффективности выбирается для освобождения.

При использовании примера емкости обработки основной полосы частот передающей станции коэффициент эффективности определяется, как следует ниже:

$$Эффективность\_ресурса\left[i\right]=\frac{Кол.пользоват\left[i\right]}{Выделенные\_CE}$$

I - номер блока ресурса, который должен быть освобожден.

Коэффициент эффективности ресурса "i", следовательно, равен частному от количества приложений или пользователей в текущий момент использующих ресурс "i", деленному на величину емкости, предоставляемую ресурсом "i" в форме соответственного CE (канального элемента).

В случае примера емкости обработки основной полосы частот передающей станции эффективность ресурса для вызова AMR равна 1. Абонент использует только 1 CE. Для совместно использующихся ресурсов, таких как, например, HSDPA, несколько абонентов используют один блок ресурса (например, 3 абонента используют 30 CE -> эффективность ресурса =10%; или 1 абонент использует 30 CE -> эффективность ресурса =3,3%).

Алгоритм выбора сравнивает все коэффициенты эффективности ресурсов для ресурсов, которые используются приложениями или абонентами с наименьшим ресурсом, и выбирает ресурс с наименьшим значением в качестве цели для освобождения.

Коэффициент эффективности ресурса вычисляется для всех блоков ресурсов, которые могут быть использованы для нового вызова. Если новый вызов требует, например, емкости 10 CE, коэффициент эффективности вычисляется для всех блоков ресурсов с 10 CE. Или в случае, в котором свободные ресурсы уже имеются в наличии, коэффициент эффективности вычисляется для дополнительно требуемых ресурсов.

Такой пример показан на фиг.1. Должен быть установлен вызов с высоким приоритетом, который требует емкости 10 беспроводных канальных элементов CE. Фиг.1 схематически показывает занятость ресурсов текущего узла В.

Требуется вычислить только эффективности [1], [2] и [3] ресурса, поскольку только эти блоки ресурсов предоставляют достаточное количество ресурсов для нового вызова, который требует 10 CE.

Один возможный недостаток вышеописанного алгоритма в том, что количество задействованных приложений или абонентов, которые разъединяются на одном этапе, не является минимальным. Но поскольку количество разъединений минимизируется, будущие разъединения предотвращаются и, таким образом, количество задействованных приложений и заказчиков минимизируется.

Фиг.2 показывает блок-схему последовательности операций способа и схему одного варианта осуществления алгоритма выбора с этапами способа от А до F.

На первом этапе А определяются ресурсы, требующиеся в настоящий момент для приложений с более высоким приоритетом, и на основании этого вычисляется величина или емкость ресурсов, которые должны быть освобождены, посредством величины или емкости свободных на текущий момент ресурсов, являющихся извлеченными на основании требуемых ресурсов.

На втором этапе B ресурсы, занятые в текущий момент, группируются в соответствии с их приоритетом.

На третьем этапе С ресурсы с наименьшим приоритетом выбираются в качестве цели для освобождения. В случае, в котором ресурсы с наименьшим приоритетом не являются достаточными для представления величины в текущий момент требуемых ресурсов, ресурсы со следующим более высоким приоритетом дополнительно выбираются в качестве цели для освобождения.

На четвертом шаге D из списка ресурсов, которые могут быть освобождены, определенных на этапе С, формируются возможные группировки, которые достигают количества требуемых ресурсов для приложения с более высоким приоритетом.

На этапе E индивидуальная эффективность в форме соответственного коэффициента эффективности вычисляется для каждой группировки ресурсов, определенных на этапе С.

На последнем этапе F способа выбирается тот ресурс, который имеет наименьший коэффициент эффективности. Этот ресурс соответственно выбирается для освобождения.

Вышеописанный алгоритм максимизирует эффективность ресурса по отношению к количеству текущих приложений и пользователей. Т.е. количество пользователей в системе максимизируется. Также переделкой алгоритма может быть максимизирована емкость систем вместо количества приложений/пользователей. Для этого применения вместо количества приложений или пользователей принимается во внимание частота передачи пользовательских данных.

$$Эффективность(емкость)\_ресурса\left[i\right]=\frac{{\displaystyle \sum _1^nВыдаваемые\_пользователем\_данные(x)}}{Выделенные\_CE*емкость\_каждого\_CE}$$

Частота передачи данных, которая производится пользователем, который использует некоторые ресурсы, относится к занятым ресурсам.

В этой процедуре эффективность ресурса "i" является зависимой от частоты передачи данных, т.е. она соответствует частному от суммы данных, вырабатываемых всеми приложениями, которые в настоящий момент используют ресурс i, деленной на выделенные или использованные элементы беспроводной сети, умноженные на емкость каждого элемента.

Пример 1

Передающая станция не имеет свободных емкостей, т.е. нет свободных CE.

Вызов AMR c 1 CE, должен быть заново установлен.

Существующие вызовы:

[1] 1 × 16 кбит/с Re199 (1 CE)

[2] 1 × 384 Re199 (12 CE) и

[3] 1 абонент HSUPA (30 CE)

1 CE должен быть освобожден; эффективность ресурса для 1 CE должна быть вычислена;

Эффективность ресурса [1] 16 кбит/с R99=1

Эффективность ресурса [2] 384 кбит/с R99=1/12=8,3%

Эффективность ресурса [3] HSUPA =1/30=3,33%

-> Ресурс [3] HSUPA освобождается

Пример 2

Узел B имеет 2 свободных CE

Потоковый вызов с 4 CE должен быть установлен

Существующие вызовы:

[1] 1 × 16 кбит/с Re199 (4 CE)

[2] 1 × 384 Re199 (12 CE) и

[3] 1 абонент HSUPA (30 CE):

2CE должны быть освобождены; эффективность ресурса для 2 CE должна быть вычислена;

Эффективность ресурса [1] 2 × 16 кбит/с =2/2=1

Эффективность ресурса [2] 384 кбит/с =1/12=8,3%

Эффективность ресурса [3] HSUPA =3/30=10%

-> Ресурс [2] 384 освобождается.

Изобретение относится к области беспроводной связи и, в частности, к способу распределения ресурсов в сотовой наземной мобильной сети. Техническим результатом является создание эффективного алгоритма выбора ресурсов, которые должны быть освобождены, который принимает во внимание совместно используемые ресурсы. Предложен способ и наземная мобильная система для работы сотовой наземной мобильной сети, в которой в случае перегрузки некоторые ресурсы наземной мобильной сети, использующиеся в настоящий момент, могут быть освобождены для того, чтобы быть доступными для приложений с более высоким приоритетом, и ресурсы могут быть используемыми в одно и то же время несколькими приложениями, при этом осуществляют выбор ресурсов, которые должны быть освобождены, для всех рассматриваемых ресурсов и определяют коэффициент эффективности, и ресурс с наименьшим коэффициентом эффективности освобождается. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ работы сотовой наземной мобильной сети в случае перегрузки, в которой некоторые ресурсы сотовой наземной мобильной сети, использующиеся в текущий момент, могут быть освобождены для того, чтобы быть доступными для приложения или вызова с более высоким приоритетом, и ресурсы могут быть использованы в одно и то же время несколькими приложениями, каждый из указанных ресурсов обеспечивает определенную пропускную способность для приложения или вызова, причем пропускная способность определяется как величина емкости обработки основной полосы частот, отличающийся тем, что выбор одного из ресурсов, который должен быть освобожден, осуществляют путем выполнения следующих этапов:
определяют ресурсы, требуемые для приложения или вызова с более высоким приоритетом; и
вычисляют, из определенных ресурсов, величину емкости обработки основной полосы частот, которая должна быть освобождена, путем вычитания величины емкости обработки основной полосы частот свободных в текущий момент ресурсов из величины емкости обработки основной полосы частот требуемых ресурсов;
если ресурс, занятый в текущий момент одним приложением или вызовом, не достиг величины емкости обработки основной полосы частот, требуемой для приложения или вызова с более высоким приоритетом, группируют вместе занятые в текущий момент ресурсы так, что группа ресурсов достигает величины емкости обработки основной полосы частот, требуемой для приложения или вызова с более высоким приоритетом;
вычисляют коэффициент эффективности для всех групп ресурсов и для всех ресурсов, имеющих величину емкости обработки основной полосы частот, требуемую для приложения или вызова с более высоким приоритетом, в зависимости от:
или количества приложений и вызовов, использующих в текущий момент ресурс или группу ресурсов, как частное от этого количества приложений и вызовов, деленное на величину емкости обработки основной полосы частот, занятой в текущий момент ресурсом или группой ресурсов;
или частоты передачи данных приложений и вызовов, которые в текущий момент используют ресурс или группу ресурсов, как частное от частоты передачи данных приложений и вызовов, деленное на величину емкости обработки основной полосы частот, занятой в текущий момент ресурсом или группой ресурсов; и
освобождают ресурс или группу ресурсов с наименьшим коэффициентом эффективности.

2. Способ по п.1, в котором принимают во внимание приоритет приложений и вызовов, использующих в текущий момент ресурс.

3. Способ по п.2, в котором выполняют вычисление коэффициента эффективности только тех ресурсов и групп ресурсов, чьи приложения или вызовы, используемые в настоящее время, имеют наименьший приоритет.

4. Способ по п.3, в котором освобождают только те ресурсы и группы ресурсов, чьи приложения или вызовы, используемые в настоящее время, имеют наименьший приоритет.

5. Способ по п.2, в котором ресурсы группируют в соответствии с их приоритетами.

6. Способ по п.5, в котором, если сгруппированных ресурсов с наименьшим приоритетом недостаточно для представления величины требуемой в текущий момент емкости обработки основной полосы частот, то ресурсы со следующим более высоким приоритетом дополнительно выбираются в качестве цели для освобождения и добавляются в группу.