用于多比特率应用的呼叫准入和抢占

摘要

本发明的实施例涉及提供用于数字通信系统中的多比特率应用的呼叫准入控制和抢占的方法和系统。多比特率应用，例如流视频，可以指定具有多个等级的服务质量（QoS）配置。当网络中没有足够的资源用于支持进入多比特率呼叫时，该系统通过减少进入呼叫的比特率或通过抢占现存呼叫的低优先级分量确定是否可以恢复足够的资源以支持进入呼叫。

说明书

相关申请的交叉引用

本申请涉及同样未决的标题为“ADMISSION CONTROL FOR SHARED LTE NETWORK”（Chu等人）的美国专利申请，其与本申请 同时提交，此处通过引用合并其全部内容。

技术领域

本发明涉及分组交换通信网络，具体涉及用于多比特率应用的呼叫准 入和抢占。

背景技术

呼叫信令

在很多分组交换应用中，用户可以从网络要求一些最小服务质量 （QoS）从而其可以正确地工作。通常，用户通过在呼叫信令消息中编码 QoS参数请求网络提供需要的QoS。

例如，考虑来自第3代合作伙伴项目（GPP）的长期演进（LTE）， LTE是3GPP的下一代技术和架构。

在LTE中，用户设备（UE）将通过其指定的PDN-GW（Public data network-gateway，公共数据网络网关）发送和接收用户分组。PDN-GW 将数据分组从UE向其预定目的地转发。其也代表US接受分组并且然后 将到达的分组向UE转发。（注意，在UE和PDN-GW之间还存在其它网 络元件，例如eNodeB和S-GW）。

UE和PDN-GW之间的逻辑连接被称为EPS（Evolved Packet System， 演进分组系统）“承载”（或简称承载）。与每个承载相关联的是支配这 个承载的分组如何被网络处理的QoS（服务质量）配置。因为UE可以具 有多个并发会话，每个会话具有不同的QoS需求，所以多个承载可以建立 在UE和PDN-GW之间，每个承载都支持不同的QoS。相同QoS类的多 个会话可以被映射到相同的承载上。

当UE希望为PDN-GW设立EPS承载时，其将向PDN-GW发送承载 资源修改请求消息。该消息包括下列信息（具有其它信息）：

●服务数据流模板，其由网关用于检测属于数据流、上行数据流和下 行数据流的分组

●QCI–QoS类标识符，其定义要求的服务等级（例如丢包率和延迟）

●上行数据流（UL）和下行数据流（DL）的最大比特率（MBR）

●上行数据流和下行数据流的保证比特率（GBR）

●分配和保持优先级（ARP）参数，其为呼叫准入指定呼叫优先级， 并且，当发生堵塞时，指定其是否可以抢占较低优先级呼叫或者被 较高优先级呼叫抢占。

所述QCI，MBR，GBR，ARP共同被称为承载的QoS参数。

还有提供QoS请求的其它呼叫信号协议。一种公知的示例是来自互联 网工程任务组（IETE）的会话发起协议（SIP）。

呼叫准入和呼叫抢占

当用户为来自网络的呼叫要求特定的QoS等级时，网络可能没有足够 的资源用于支持该呼叫并维持所要求的QoS等级。在这些示例中，网络不 会准入该呼叫并且该呼叫被阻止。但是，进入呼叫可能具有高优先级并且 网络操作者可能希望以较低优先级建立的呼叫为代价准入进入高优先级呼 叫。在这些示例中，可能发生抢占。较低优先级呼叫可能被断开以释放足 够的资源从而较高优先级呼叫被准入。选择哪些呼叫被抢占取决于网络操 作者的政策，以及设备的性能。

多比特率应用

很多应用可以在多比特率登记上操作。考虑流视频为例。特定视频编 码器的标量速度可能是10Mps。应用可能希望通过减小屏幕尺寸（1/2的 高度和1/2的宽度）以1/4的标量速度进行传输。因此现在的速度是2.5Mps。 通过接受黑白和放弃彩色，可以实现减少另一个50%。减少流视频应用的 帧率可以是减少所需的带宽的另一种方法，例如使用不同的压缩算法或控 制压缩算法的控制参数。

按照上述观点，需要提供用于呼叫准入和抢占的改善的系统和方法以 充分利用多比特率应用的灵活性。

发明内容

对多比特率应用而言，抢占整个呼叫以释放资源从而允许较高优先级 呼叫可能并不有效。根据进入呼叫需要的资源，对于这些呼叫以较低数据 速率操作从而释放足够的资源可能有效。因此，本发明的实施例提供了一 种方法允许这些呼叫在抢占期间放低速度以释放带宽而不是完全被切断。

本发明的实施例涉及用于在数字通信系统中提供多比特率应用的呼叫 准入控制的方法。该方法包括下列步骤：识别进入多比特率呼叫的容许比 特率等级和相关优先等级；确定该进入多比特率呼叫是否可以在第一最高 被请求比特率等级和相关最低优先等级上被准入，以及如果该进入多比特 率呼叫不能被准入；为所述进入呼叫选择较低容许比特率等级和相关优先 等级；和重复上述确定步骤直到所述进入多比特率呼叫可以被准入；以最 后选择的较低容许比特率等级和相关优先等级准入所述多比特率呼叫。

在一些实施例中，较低容许比特率等级与相应较高优先等级相关联。

在一些实施例中，所述准入步骤还包括向用户设备（UE）发送信令消 息，发起所述进入呼叫，和指示最后选择的较低容许比特率。

在一些实施例中，所述识别进入多比特率呼叫的容许比特率等级和相 关优先等级的步骤还包括：识别包括所述容许比特率等级的个体呼叫分量， 其中每个个体呼叫分量都具有相关优先等级。

在一些实施例中，所述确定步骤还包括抢占具有比所述进入呼叫的优 先等级更低的优先级的现存多比特率呼叫的分量。

在一些实施例中，所述抢占分量的步骤还包括使得所述呼叫分量不活 动。

在一些实施例中，如果一个呼叫被所述通信系统放弃，则该方法还包 括下列步骤：确定所述通信系统的可用带宽；编译活动多比特率呼叫的当 前不活动呼叫分量与其相关比特率和优先等级的候选列表；按照优先等级 分类所述候选列表，其中较高优先等级优先；按顺序从所述候选列表选择 其比特率能够由所述通信系统的所述可用带宽容纳的不活动呼叫分量；激 活所选择的不活动呼叫分量以升级与所述选择的不活动呼叫分量相关联的 活动呼叫的服务。

在一些实施例中，所述数字通信系统包括一个分组数据网络。

在一些实施例中，所述数字通信系统包括一个长期演进（LTE）分组 数据网络。

在一些实施例中，所述过程在LTE网络的eNodeB上发生。

附图说明

现在仅以示例的形式参考附图描述根据本发明的实施例的装置和/或 方法的一些实施例，其中：

图1示出用于多比特率呼叫的呼叫准入和抢占过程的实施例的流程 图；和

图2示出为多比特率呼叫增加比特率的过程的实施例的流程图。

具体实施方式

有很多应用可以在不同的带宽等级上操作，其被称为多比特率带宽， 并且相关呼叫被称为多比特率呼叫。这些应用和呼叫有时被称为多速率或 可变比特率应用和呼叫，为了本文档的目的，可以认为这些术语可相互替 换。当新呼叫到达网络时，没有足够的资源支持该呼叫，可能使用抢占来 释放网络资源以准入该进入呼叫。但是，在很多情况下，默认其没有能力 完全切断多比特率呼叫以支持较高优先级呼叫。在很多场景下，可能足够 请求多比特率呼叫以在较低等级上进行操作。通过在较低速率上操作，可 能释放有足够的资源用于支持进入呼叫。

当有新呼叫到达且需要抢占时，对eNodeB而言，从UE请求该应用 是否是多比特率应用是不现实的。因此，本发明的实施例指定编码为新信 息元素（IE）的下列信息被添加到承载建立消息（例如IP-CAN会话修改， 承载建立请求，和LTE中的请求承载资源修改）：

●指示该应用可以支持多QoS等级。

●该应用愿意支持的不同QoS等级

●针对每个QoS等级的QoS等级的优先等级。

考虑之前描述的流视频为例。UE，UE A可以编码QoS等级如下：

●10Mps，优先级3，返回OK

●5Mps，优先级2，返回OK

●1.25Mps，优先级，无返回，不可抢占

在LTE系统中，承载建立信令消息包括如下参数：

●服务数据流模板，其由网关用于检测属于数据流，上行数据流和下 行数据流的分组。这些模板被称为TFT（业务流模板）。

●QCI–QoS类标识符

●上行数据流（UL）和下行数据流（DL）的最大比特率（MBR）

●上行数据流和下行数据流的保证比特率（GBR）

●分配和保持优先级（ARP）参数

可能用于承载的MBR和GBR（上行链路和下行链路）具有不同的数 值。在很多LTE实施中，eNodeB将一对数值映射到一个值，其经常被称 为呼叫的有效带宽（分别是上行链路或下行链路）。为了简化描述，在下 面的段落中，术语带宽用于指代呼叫（或数值对）的有效带宽。通常，与 正常带宽一样，有效带宽以每秒的比特来表达。

在很多应用中，上行链路和下行链路所需的带宽具有不同的方向。而 且，上行链路和下行链路的物理带宽是不同的。下行链路具有比上行链路 更高的容量。因此，为上行链路和下行链路分别处理用于准入控制和抢占 的逻辑。但是，这两个方向的处理逻辑是相同的。在随后的描述中，针对 单一方向描述本发明。在实际实施中，将在eNodeB中实施两个相同的过 程以管理各自用于上行链路和下行链路的呼叫准入和抢占。

以下符号用于描述具有N个等级的多比特率呼叫：

●（P1，B1；P2，B2；……PN，BN），其中Pi是等级i的优先等 级，P1是最高优先级；

●Bi是第i个等级所需要的带宽，其中B1<B2；……<BN。

正常的呼叫可以在逻辑上被认为是具有一个等级的多比特率呼叫。

用于多比特率呼叫的呼叫准入

图1示出了用于多比特率呼叫的呼叫准入过程的实施例。在步骤100， 具有N个等级的多比特率呼叫到达（P1，B1；P2，B2；……PN，BN）。 在步骤110，该过程设置k=N。在步骤120，该过程确定具有优先级Pk和 带宽Bk的呼叫是否被准入。如果被准入，该过程到达步骤130，其中进入 呼叫以等级k被准入。指示该呼叫以等级k被准入的信令消息被发向UE。 请注意可能通过准入这个呼叫而抢占了其它呼叫（正常呼叫以及其它多比 特率呼叫）。用于多比特率呼叫的抢占可能意味着该呼叫以较低比特率操 作。在步骤130之后，该过程停止。

如果在步骤120该过程确定所述呼叫以当前选择的等级不能被准入， 则该过程到达步骤140，其中该过程设置k=k-1。步骤150检查k是否为0。 如果k>0，则该过程返回步骤120以处理进入多比特率呼叫的下一等级。 如果在步骤150该过程确定k=0，则这意味着算法没有成功处理进入多比 特率呼叫的所有等级，并且该过程到达步骤160，其中该呼叫不被准入。 信令消息被发回UE以指示该呼叫未被准入。

一旦具有N个等级的多比特率呼叫被准入，则其被认为具有N个分量：

分量1（C1）具有优先级P1和带宽D1=B1，

分量2（C2）具有优先级1和带宽D2=B2-B1，

分量N（CN）具有优先级1和带宽DN=BN-Bn-1。

如果该呼叫以等级k被准入，则分量C1到Ck为活动的，具有Bk的 总带宽，其是每个活动分量（Bk=Dk+Dk-1+……D1）的增量带宽。分量 Ck+1到CN将是不活动的。

多比特率呼叫的抢占

当新呼叫到达时，可能必须进行抢占。在抢占过程中，多比特率呼叫 的每个分量被作为单独的呼叫处理。因此，如果多比特率呼叫具有三个活 动的分量C1，C2和C3，它们将被作为三个单独的呼叫处理。因为C1比 C2和C3具有较高优先级，所以除非具有较低优先级的C2和C3也被抢 占，C1不会被抢占。在抢占过程结束时，多比特率呼叫的一些或全部活动 分量可能被抢占。如果对于等级k一些分量被抢占，则被抢占分量将是Ck， Ck+1，……，Cn。在这种情况下，eNodeB向UE发送呼叫中信令消息， 其指示多比特率呼叫应该以等级（k-1），即优先级Pk-1和带宽Ck-1操作。 分量Ck，Ck+1，……，Cn将变为不活动的。如果多比特率呼叫的所有活 动分量都被抢占，则将放弃该呼叫。

示例

以下示例示出多比特率呼叫的呼叫准入过程的实施例。多比特率呼叫 1具有4个等级，其具有以下特征：（P1，2Mbps；P2，4Mbps；P3，6Mbps； P4，8Mbps）。假设该链路的容量是10Mbps。假设当呼叫1到达时该系 统没有其它呼叫。然后以等级4准入呼叫1，因为，在等级4，该呼叫需要 8Mbps并且该系统具有10Mbps。准入之后，呼叫1具有4个分量（C1， C2，C3，C4），每个都有2Mbps的带宽。

假设第二多比特率呼叫，呼叫2到达，其具有与呼叫1相同的特征。 eNodeB处的准入控制过程如下：

●首先，该呼叫准入过程以等级4，即呼叫2的最低等级评价呼叫2。

在等级4，呼叫2需要8Mbps，但是该系统当前只有2Mbps未使 用。因此，该呼叫没有抢占时不能被准入。但是具有优先级P4的 呼叫2不能抢占呼叫1的任何分量。因此，呼叫2不能以等级4被 准入。

●然后，eNodeB将确定呼叫2是否可以以等级3被准入。所需要的 带宽为6Mbps。可用的带宽为2Mbps。因此，该呼叫没有抢占时 不能被准入。呼叫2在等级3可以抢占具有比等级3的呼叫2优先 级更低的呼叫1的分量4。但是，这仅释放了2Mbps，导致4Mbps 带宽可用，这还不够。因此，呼叫2不能以等级3被准入。

●随后，eNodeB将确定呼叫2是否可以以等级2被准入。在等级2， 呼叫2需要4Mbps。可能必须抢占以准入这个呼叫。等级2上的呼 叫2可以抢占呼叫1的分量3和分量4，进而释放4Mbps的带宽（带 来6Mbps的可用带宽）。但是，因为只需要4Mbps，该系统将仅 抢占呼叫1的分量4。因此呼叫2可以以等级2通过抢占呼叫1的 分量4而被准入。

eNodeB将向呼叫2的UE发送信令消息，其指示呼叫2在等级2（分 量1和2是活动的，分量3和4是不活动的）被准入。其也将向呼叫1的 UE发送呼叫中信令消息，其指示该UE现在应该以等级3操作（分量1， 2和3是活动的，分量4是不活动的）。请注意该系统将记住两个呼叫各 自都具有2Mbps的4个分量。因此，在这个示例中，呼叫2通过所需的抢 占被准入之后，呼叫1将使得前3个分量活动而使最后一个分量不活动。 呼叫2使得前2个分量活动而使最后2个分量不活动。

自动上行速度

当呼叫离开网络时，网络资源将被释放。在这些情况下，该系统希望 升级不以最大被请求带宽（即该呼叫的一些分量是不活动的）操作的多比 特率呼叫的带宽。

当有呼叫离开该系统时，eNodeB可以自动检查是否有一些多比特率呼 叫可以得到升级。诸如程序过程的实施例由图2中的流程图示出。在步骤 200，该过程初始化以下参数如下：

●V=系统的当前可用带宽

●选择的列表，其表示可能被升级（例如变为活动）的当前不活动的 多比特率呼叫分量。这个列表被初始化为空列表。

●候选列表：这是以如下顺序安排的多比特率呼叫的当前不活动分量 的列表：

○具有较高优先级的分量被置于具有较低优先级的分量之前。

○在具有相同优先级的分量中，根据呼叫到达的时间安排顺序；先 到达的呼叫置于后到达的呼叫之前。

在步骤210，该过程检查候选列表是否是空的。如果该候选列表不是 空的，则该过程继续执行步骤220，其中其确定候选列表的第一成员的带 宽需求（F）。在步骤230，该过程检查F是否小于或等于V，即当前可用 的带宽。如果是，则这意味着该第一成员可以被升级（例如变为活动的）， 并且该过程继续执行步骤240，其中第一成员被加入选择的列表并从候选 列表中移除。在步骤250，V更新为V-F，并且该过程返回步骤210以评 价下一成员。

如果在步骤230，确定F>V，这意味着第一成员不能被升级，在这种 情况下，该过程执行步骤260，其中该过程将这个成员和候选列表中属于 相同呼叫的所有其它分量从候选列表移除。该过程然后返回步骤210以评 价下一成员。

如果在步骤210，确定候选列表是空的，则该过程继续执行步骤270， 其中该过程检查选择的列表是否是空的。如果选择的列表是空的，则不可 能进行升级并且该算法结束。

如果在步骤270，确定选择的列表不是空的，则该过程继续执行步骤 280，其中该过程识别选择的列表中属于相同呼叫的分量，并且将其通过呼 叫融合在一起。在步骤290，该过程识别可以被升级的多比特率呼叫和升 级的合适等级。在步骤300，该过程然后通过下列措施执行升级：

●向合适的UE发送信令消息为其指示承载可升级以允许更大带宽。

●被升级的分量的状态被变为活动的。

●升级其它相关参数，例如该系统的当前可用带宽。

然后算法结束。

图2的过程可以在任何时间执行，尽管呼叫离开之后就是一个自然有 用的时刻，因为该时刻是网络资源被释放的时刻。但是，对忙碌的系统而 言，呼叫频繁地离开。为了避免上述算法的频繁执行，在一些实施例中， eNodeB仅在最后执行该算法的预定时间间隔之后执行上述算法。预定时间 间隔的示例为30秒。

在另一种实施例中，eNodeB可以维持表示所有不活动分量的最小带宽 的参数。如果当前可用的带宽超过这个最小值，则仅执行上述算法。这将 减少为支持自动升级而需要的处理量。

变形

在本文档中，LTE被用作描述本发明实施例的情境。但是，对本领域 技术人员而言，很明显本发明可以应用于基于网络资源可用性支持呼叫准 入和抢占的所有数字通信系统。

本发明的范围包括很多其它实施例。例如，可以对候选列表中具有相 同优先级的呼叫分量进行不同安排（例如具有最小带宽的分量被置于第一 位，而非到达时间最早的分量）。可以理解的是这些改进方案尽管此处未 详细描述或示出，其仍然实体化本发明的原则并且不偏离本发明的精神和 范围。

本领域技术人员很容易认识到，上述多种方法的步骤可以由编程的计 算机执行。在此，一些实施例也可以覆盖程序存储设备，例如数字数据存 储媒体，即存储指令的机器或计算机可读和编码机器可执行或计算机可执 行的程序，其中该指令执行上述方法的一些或全部步骤。该程序存储设备 例如可以是数字存储器，磁存储媒体，例如磁盘和磁带，硬盘驱动器，或 光学可读数字数据存储媒体。这些实施例也可以覆盖被编程以执行上述方 法的步骤的计算机。

本说明书和附图仅示出本发明的原则。因此可以理解的是本领域技术 人员将可以设计出各种方案，尽管此处没有详细描述或示出，以实体化本 发明的原则并且不偏离本发明的精神和范围。此外，此处描述的所有示例 原则上都仅用于传播目的以帮助读者理解本发明的原则和发明人为促进本 领域发展贡献的概念，并且所有示例都应理解为不限制此处详细描述的示 例和条件。此外，此处阐述本发明的原则，方面和实施例的所有陈述以及 具体的示例都包含其等价物。

可以通过使用专有硬件以及可以执行与合适的软件相关联的软件的硬 件得到附图中示出的各种元素，包括标记为“处理器”的任意功能性方框 的功能。当由处理器提供时，这些功能可以由单个专有处理器，单个共享 处理器或多个单独的（其中一些可以是共享的）处理器提供。此外，明确 使用术语“处理器”或“控制器”不该理解为仅涉及可以执行软件的硬件 并且无限制地隐含包括数字信号处理器（DSP）硬件，网络处理器，特定 用途集成电路（ASIC），现场可编程门阵列（FPGA），用于存储软件的 只读存储器（ROM），随机存取存储器（RAM）和非易失性存储器。也 可以包括其它常用和/或传统的硬件。类似地，附图中示出的开关也仅是概 念性的。其功能可以通过程序逻辑的操作，通过专有逻辑，通过程序控制 和专有逻辑的互动或者手动实现，该特定技术可以由具体从上下文理解的 实施者选择。

本领域技术人员可以理解的是此处的任意块状图都表示实体化本发明 原则的示意性电路的概念示图。类似地，可以理解的是任意流程图，流程 图表，状态转换图，伪代码等表示可以在计算机可读介质中实际表示的各 种过程，并且这些过程由计算机或处理器执行，无论这种计算机或处理器 是否详细示出。

可以对本发明的实施例进行多种变换、替换和修改而不偏离本发明权 利要求书中定义的范围。