在排队和非排队业务之间分配资源的方法和装置

摘要

在一种资源分配器(106)中,包含至少一个通信资源的保留资源组保持用于支持非排队业务。当收到该至少一个非排队业务的请求时,来自保留资源组的通信资源分配给该请求(305)。当保留资源组用尽时,至少另一个通信资源选配给保留资源组,该选配相对于把通信资源分配给至少一个排队业务的请求具有更高的优选性(307)。在优选实施例中,在把资源分配给任何排队业务请求之前通信资源选配给保留资源组。另外,可以容纳具有具有变化等级服务的通信资源(200)。

说明书

本发明通常涉及无线通信系统，特别是涉及一种在其提供的排队和非排队业务之间分配资源的方法和装置。

本领域技术人员都知道无线通信系统能支持多种类型的通信业务。例如，1996年8月20日授权给Krebs等人，并转让给摩托罗拉公司的名称为在通信系统中支持至少两种通信业务的方法和装置的美国专利5,548,631，描述了一种支持电话和电报业务(dispatch service)的通信系统。电报业务和电话业务彼此之间在很多方面都有所不同，并且当提供支持两种业务的公共基础设施时会遇到特定的问题。例如，不管请求哪种业务，都有可能不能立即得到足够的通信资源(典型地，射频(RF)信道、时隙等)以支持该请求。当这种情况出现在电报服务中时，该请求典型地无限期排队并且随后得到所需的资源时通知电报用户。与之相反，电话呼叫的请求典型地不排队并且随后不通知电话用户资源的可用性。尽管这些操作方法与用户的期望是一致的，但是这些方法将导致系统资源的低效率使用。

具体说来，在使用共享资源的无线通信系统中，其中一个或多个业务排队而一个或多个业务不排队，当可以得到系统资源时，排队的业务倾向于超时地独占系统资源。结果，非排队业务的业务质量降低了，特别是关于业务的可用性降低了。利用上述的电报/电话系统进行说明，因为电报请求是排队的，假设相比较而言电话请求的“持续(persistence)”可以忽略，则电报请求将倾向于占用所有可得到的系统资源。例如，1995年10月10日授权给Erickson，并转让给摩托罗拉公司的名称为排队无线电话业务请求的方法和装置的美国专利5,457,735，描述了一种对该问题的解决方案，其中在有限的时间周期内排队电话请求，由此增加为电话请求提供资源的可能性。另外，1986年9月16日授权给Zdunek等人并转让给摩托罗拉公司的名称为集群无线系统中话务量的动态控制的美国专利4,612,415，描述了另一种解决方案，其中在连续15分钟的间隔里连续测量电报访问延时。根据前15分钟间隔期间测得的电报访问延时，为下15分钟间隔调整为支持电报业务保留的通信资源数目。当系统正在运行时，不断重复该过程。

对该问题的另一种解决方案是以预定的方式划分系统资源，以使某个业务不能以牺牲其它业务为代价独占资源。在一种称作“硬”划分的方案中，根据各个业务的历史使用划分资源，因此只能从资源的指定部分完成每种类型业务的请求。例如，如果在一特定的系统中，70％的系统资源历史地用于服务电报请求，而剩余的30％用于服务电话请求，则同样根据70/30来划分系统资源。只要实际的系统负载保持在70％的电报和30％的电话，该系统运行正常。但是，如果电报的请求量减少了，选配用于支持电报的未使用的资源则不能用于支持电话业务的增加。相反，如果电报的请求量增加了，系统则不能选配额外的资源以支持增加的请求。这些低效率的情况同样出现在电话请求的增加和减少中。

硬划分的一种某种程度上“较软”的变换方式是总能为特定的业务保持最小量的资源。例如，当系统建立时，配置系统中的资源分配器以确保至少可以得到和/或同时使用N个资源(其中，典型地，N＞1)以支持特定的业务。结果，总能向该特定的业务保证用于支持该业务请求的最小量的资源。如果该业务的请求量增加导致这N个资源不足以立即支持所有请求，则该系统自由地选配如果可以得到的额外的资源以服务额外的请求。但是，也有可能存在这样的情况，即保留的空闲资源比足以在任何特定时间符合实际业务需要的还多。结果，为了保持该给定业务所需的最小量，本来可以更好地利用以支持其它业务的资源被保持不使用状态。事实上，在任何特定的时间只要所提供的系统负载符合划分/最小门限所依据的历史负载，硬划分和最小量的方法都能正常运行，但当所提供的负载不同于历史基础时，两种方法都产生低效率。

当通信资源本身提供不同等级的服务，而且不同的业务需要具有不同的最低服务等级的通信资源时，上述的问题将进一步恶化。当必须通过使用具有较高级服务的资源满足非排队业务的请求，和可以通过使用或者较低级或者较高级资源满足排队业务的请求时，上述问题的恶化尤其明显。因此在多种业务共享基础设施的通信系统中，需要具有更好的让非排队业务得到所请求资源的能力。

图1是根据本发明的无线通信系统的方框图。

图2是说明根据本发明优选实施例的具有时隙结构的通信资源的示意图。

图3是根据本发明优选实施例的资源分配器中所用方法的流程图。

通常，本发明提供一种在至少一个排队业务和至少一个非排队业务之间分配资源的方法和装置。特别是，保持至少包含一个通信资源的保留资源组以用于支持非排队业务。事实上，保留资源组并不依赖于历史的使用模式，而是总跟踪当前的系统负载分配。当接收到至少一个非排队业务的请求时，保留资源组中的一个通信资源分配给该请求。如果保留资源组因此而用尽，则把至少另一个通信资源选配给该保留资源组，该选配相对于把通信资源分配给至少一个排队业务的请求具有更高的优选性。在优选实施例中，通过在把资源分配给任何排队业务请求之前把通信资源选配给保留资源组来实现这种更高的优选性。而且，该方法可以容纳具有不同等级服务的通信资源。在优选实施例中，由资源分配器实现该方法。以这种方式，本发明确保最大的资源利用效率同时保持希望的系统质量，特别是保持系统的可用性。

参照图1-3和及其说明可以更全面地描述本发明。图1说明了一种无线通信系统100，该系统100包括根据本发明配置的资源分配器(访问控制网关或ACG)106，资源配置器106耦合到支持至少一个非排队业务的至少一个非排队业务处理器102和支持至少一个排队业务的至少一个排队业务处理器104，本领域技术人员都熟知支持多种业务的通信系统，其中一个例子是在1996年8月20日授权给Krebs等人的名称为在通信系统中支持至少两种通信业务的方法和装置的美国专利5,548,631，这里引入该专利作为参考。

该至少一个排队业务可以包括但不局限于本领域熟知的电报业务。同样，该至少一个非排队业务可以包括但不局限于本领域熟知的电话业务、控制业务和移动业务。为了向用户单元122-124提供排队和非排队业务，资源分配器106耦合到多个无线基站110-114，无线基站110-114收发多个诸如支持频分复用(FDM)、时分复用(TDM)和/或码分复用(CDM)协议的RF载体的通信资源116-120。资源分配器106包括耦合到适于存储软件程序指令和/或操作参数的存储器108(诸如本领域熟知的易失性和非易失性存储设备)的处理器107(诸如本领域熟知的计算机、微处理器、微控制器、数字信号处理器或它们的组合)。

在该特定实施例中，资源分配器106确定由用户单元122-124经基站110-114请求的无线业务并把该请求转送到合适的处理器102-104。为支持该无线业务的请求，资源分配器106接收来自处理器102-104的业务允许消息并把该信息经基站110-114转发到用户单元122-124。另外，资源分配器106把通信资源选配经基站110-114发送到用户单元122-124。下面参照图3更详细地描述资源分配器106的操作。

图2说明根据本发明的优选实施例具有时隙结构的通信资源200。在该优选实施例中，载频划分成15ms的时隙。当用于该优选实施例时，通信资源包括由预定交替(interleave)204-208定义的周期重复的时隙(标记“iN”表示每第N个时隙的周期)。例如，在图2中，分别描述了标记为i3、i6和i12的三个不同的通信资源。i3资源具有3个时隙的交替204；i6资源具有6个时隙的交替206；和i12资源具有12个时隙的交替208。在所表示的例子中目前不使用标为“U”的时隙。所表示和描述的时隙结构用于摩托罗拉公司生产的“IDEN”通信系统中。当用于“IDEN”系统中时，认为具有较低交替值的通信资源比具有较高交替值和因此较低(第二)级的服务提供较高(第一)级的服务(由于时隙频率加快)。本领域普通技术人员将认识到，可以实现具有变化交替的各种通信资源。

另外，在优选实施例中，资源可以从一个级别转换到另一个级别。参见图2，较高级的i3资源可以转换为两个较低级的i6资源。相反，假设合理排列两个i6资源的时隙，两个较低级的i6资源可以转换为一个较高级的i3资源。再一次说明，本领域普通技术人员将认识到可以定义其它类型的可转换的较高级和较低级通信资源。

现在参照图3，描述了在根据本发明优选实施例的资源分配器中所用方法的流程图。本领域技术人员都知道，在优选实施例中，图3说明的和下面描述的步骤作为由资源分配器106执行的软件程序来实现。或者，可以认识到本方法的实现可以分布于根据通信系统结构的各种平台上。无论如何，该方法在步骤301开始，在步骤301，来自多个通信资源的至少一个通信资源选配给用于支持非排队业务的保留资源组。通信资源可以呈现多种形式，诸如周期重复的时隙(正如在本优选实施例中)、不同的载频、正交码等。

本发明区分出选配的资源(assigned resource)和分配的资源(allocated resource)。特别是，分配的资源是已经指定用于正在进行的通信的资源并且因此目前不能用来支持不管什么业务类型的其它通信。与之相反，选配的资源是已经指定用于给定类型的将来通信的资源，并且因此目前不能用来支持除给定类型之外的业务类型。因此，在步骤301之后，保留资源组必然是一个或多个保留以后用于支持非排队业务的通信资源的表。在保留资源组内的通信资源保持空闲直到被分配。而且，在优选实施例中，在步骤301选配的该至少一个通信资源提供如上所述的第一级服务。

步骤302和303说明用于处理通信资源解除分配的优选方法，即，当正在进行的通信结束时变得可用的资源。在步骤302，当确定一个或多个资源已被解除分配时，与立即选配到保留资源组相反，在步骤303解除分配的资源释放回多个通信资源中。这是为了允许资源分配器有机会“搅拌”选配给保留资源组的通信资源，由此不断地优化信道配置。

假设资源还没被解除分配，过程继续到步骤304，在步骤304确定是否已经收到业务请求，不管是排队业务请求还是非排队业务请求。当然，如果还没接收到任何业务请求，则不需要分配任何资源并且过程在步骤302继续。但是，当在步骤304接收到非排队业务的请求时，在步骤305，资源分配器(在已经收到来自支持请求的非排队业务的业务处理器的必要的业务允许消息后)分配来自保留资源组的通信资源以支持请求的非排队业务。事实上，这意味着被分配的资源从表示保留资源组的列表中删除。

在步骤306，确定保留资源组是否已经用尽。如图3所示，无论是资源已经被解除分配后还是资源已经从保留资源组中被分配后都进行该确定。在本发明的范围内，保留资源组在其不满时被“用尽”。在任何时候当保留资源组只包含一个资源时，这个资源的分配明显用尽了保留资源组。如果保留资源组没被用尽，则过程继续到步骤302。

但是，如果保留资源组的确被用尽，则在步骤307把多个通信资源的至少另一个通信资源选配给保留资源组，该选配相对于把资源分配给排队业务请求具有更高的优选性。

在优选实施例，通过在把任何资源分配给排队业务请求之前选配该至少另一个资源实现这种“更高的优选性”。当可以得到具有第一和第二级服务的资源时，可以进行进一步的改进，即在把具有第二级服务的资源分配给排队业务请求之前只把具有第一级服务的资源选配给保留资源组。

可以认识到可以利用其它标准来选配该至少另一个资源。例如，选配到保留资源组只优先于把资源分配给没有优先权(例如，不紧急)的排队业务请求。或者，只有已经支付全部较高级服务的额外费用的非排队业务的用户可以给予优先。毫无疑问本领域普通技术人员能很容易地想到其它的例子。只要所用的标准必须确定非排队业务不能由于排队业务而缺少资源。

为了把该至少另一个资源选配给保留资源组，资源分配器可以从多个通信资源中选择一个目前未使用的通信资源。但是，未使用的资源并不是在任何时候都能得到。在优选实施例中，出现这种情况会引起排队请求在等待资源解除分配时被阻塞。或者，可以预想让资源分配器可以优先占用一个或多个目前正在进行的通信的通信资源。例如，可以结束低优先权的呼叫并且现在可得到的资源用于完成对保留资源组的必要选配。

在另一种方案中，正在进行的通信可以将其资源再次分配给自己以使业务不中断，但结果是原来不能得到的通信资源现在释放了。这是可能的，在优选实施例中，通过把高级通信资源(例如，i3资源)转换成两个较低级资源(例如，两个i6资源)，使一个较低级资源再次分配给正在进行的通信，而另一个较低级资源现在可用于选配。另外，也可以重新安排用于提供通信资源的时隙的顺序以从原先空闲的较低级资源中得到另一个较高级资源。

通过把资源选配给保留资源组，该选配相对于对排队业务的分配具有更高的优选性，本发明有效地允许资源分配器恰好超前于而不是远远超前于支持非排队业务资源的需要。本发明不是提前保留多个可能不够或可能太多的资源去服务非排队业务的目前要求，而是有效地跟踪目前的系统负载并提供刚好足够的保留资源以支持非排队业务。

在步骤304，如果收到排队业务的请求，则过程进行到步骤308，在步骤308首先确定保留资源组是否用尽。在优选实施例中，只有在保留资源组没有用尽的时候，才向只使用具有第二级服务的资源的排队业务请求分配资源。因此，如果保留资源组没有用尽，则在步骤309向排队业务的请求分配资源。在步骤309分配的通信资源可以从多个资源组中得到，即那些目前没有使用也没有选配给保留资源组的资源。或者，正如下面的例子所讨论的，分配的资源可以从特别为此目的生成的“保持装置(holdback)”(类似于上面讨论的保留资源组)中得到。但是，如果保留资源组用尽了，则在步骤310拒绝该请求，之后该请求继续排队。

可以通过一个例子更好地说明本发明所提供的改进。已经根据下面的参数实现上述电报/电话系统中的方法的模拟。首先，假设电报业务请求排队，而电话和控制业务请求不排队。其次，电话业务请求可以通过使用具有或者较高级服务(i3信道)或者较低级服务(i6信道)的通信资源来完成，而电报请求只能通过使用较低级资源(i6信道)来完成。结果，有必要确定用于电话业务的i3资源的可用性。再次，控制业务只需要最低级资源(i12信道)。最后，当不能得到较高级资源(i3)时为了生成i3信道，必须转换具有合适排列的两个较低级资源(两个i6信道)。

在该模拟中，生成三个叫做“i3hold”、“i6hold”和“i12hold”的保留资源组(或保持装置)。由每个分别标为“min3”、“min6”和“min12”的最小门限值控制每个保持装置中保持的最少资源数。因此，开始时，执行表1中说明的伪码。

while(i3hold中的资源数目＜min3)

     get i3 and put into i3hold

while(i6hold中的资源数目＜min6)

     get i6 and put into i6hold

while(i12hold中的资源数目＜min12)

     get i12 and put into i12hold

表1-保持装置初始化

当收到用于电话业务的i3资源的请求时，根据表2提供i3资源。

if(min3＝0)

     get i3

else

     get i3 from i3hold

goto MaintainHoldbacks

表2-为电话分配i3

如表2所示，如果i3保持装置被禁止(min3＝0)，则直接从多个资源中得到资源。否则，从i3保持装置中得到资源。无论如何，一旦i3资源被分配，走到“MaintainHoldbacks”函数，如下所述，如果必要的话该函数用于恢复保持装置。为控制业务分配i12资源的过程类似，当然除了使用i12保持装置。

当收到用于电话业务的i6资源的请求时，根据表3提供i6资源。

if(min6＝0)

     if(i3hold中的资源数目≥min3)

          geti6

else

          get i6 from i6hold

goto MaintainHoldbacks

表3-为电话分配i6

因此，当i6保持装置被禁止(min6＝0)时，只有当i3保持装置没有用尽时资源分配器才从多个资源中得到资源。如果i3保持装置用尽，则拒绝i6请求。或者，如果i6保持装置没被禁止，则从i6保持装置中得到i6资源。在另一种情况下，如果需要的话调用MaintainHoldbacks补充其保持装置。通过当i3保持装置用尽时拒绝i6请求，资源分配器允许i3资源可以得到并被选配到i3保持装置。

按类似的方式，当收到用于电报业务的i6资源的请求时，根据表4提供i6资源。

if(i3hold中的资源数目≥min3)

     geti6

表4-为电报分配i6

再一次，只有当i3保持装置没有用尽时才处理i6资源的请求。因为电报是排队业务，没有必要求助保持装置得到资源；如果目前不能从多个资源中得到资源，则请求将继续排队。还应当注意在把i6资源分配给电报之后不需要调用MaintainHoldbacks，因为不影响任何保持装置。

最后，MaintainHoldbacks的功能如下：

while(i3hold中的资源数目＜min3)
　　>　　put i3 in i3hold
								　　 else
　　>　　if(i3hold中的资源数目≥min3)
　　>　　 if(can get i6)
　　put>　　 else
　　>　　while(i12hold中的资源数目＜min12)
　　if(can>　　 put i12 in i12hold
　　else
　　>

表5-保持保持装置的功能

再一次，可以看出i3资源优先于i6资源，达到只要i3保持装置不满i6资源就不能放入i6保持装置的程度。

在该模拟中，建立了一个小区模型，该小区包括支持上面参照图2描述的时隙的三个射频。假设2％的电话阻塞和5％的电报阻塞。测试这里讨论的三种资源分配技术：硬划分、最小门限划分、和本发明。表6说明测试每种方法使用的参数。

    负载混合(电报负载比例)    硬划分    最小门限    本发明    0.3  #i12    2  mini12    2    i12hold    1  #i6    6  mini6    0    i6hold    0  #i3    5  mini3    5    i3hold    1    0.5  #i12    2  mini12    2    i12hold    1  #i6    6  mini6    0    i6hold    0  #i3    5  mini3    4    i3hold    1     0.7  #i12    2  mini12    2    i12hold    1  #i6    8  mini6    0    i6hold    0  #i3    4  mini3    3    i3hold    1

表6

如表6所示，使用多种i3电话和i6电报的负载混合。对于每种负载混合，人工调整操作参数以优化硬划分和最小门限方法的性能；不改变本发明的参数以跟踪任何特定的负载混合。特别是，i12和i3保持装置设置为允许一个资源可以分配给每个i12和i3保持装置，而i6保持装置被禁止。

根据表6中表示的参数，得到下面的结果。

    负载混合  (电报负载比例)    容量    硬划分    最小门限    本发明    0.3    4.86    6.8    7.3    0.5    5    6.8    7.3    0.7    5.57    7.2    7.5

表7

表7所示的容量值表示为等同于i6爱尔兰，其中i3呼叫等于2爱尔兰(Erlang)。这些结果说明了本发明相对现有技术的方法提供的改进。在所有情况下，本发明都提供了更大的系统容量，和因此从系统用户的角度来说更好的系统可用性。尤为重要的是这样一个事实，即本发明达到这些优良的结果而不需要调整操作参数以反映任何特定的负载混合。这是由于本发明本身能刚好超前(但不是远远超前)于支持非排队业务请求所用的资源的需要。

前面本发明优选实施例的描述是为了说明和描述的目的提供的，而不是穷举或者把发明限制在公开的精确形式上。为了最好地解释发明原理和这些原理的实际应用选择该描述以使本领域其它技术人员在各种实施例和适于构思的特定用途的各种修改中最好地利用本发明。希望本发明的范围不受到本说明的限制，而是由下面提出的权利要求书来定义。