CN1152989A - 收发信机处理器的负荷分担 - Google Patents

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Abstract

在蜂窝无线通信系统中，通过负荷分担的方式更有效地利用连接到一个中央处理器(如GSM/CME201中的一个节点)的区域处理器设备的一个方法，因而调整了某个区域处理器设备负荷过高和另一个区域处理器设备负荷过低的问题。

Description

收发信机处理器的负荷分担
本发明的背景
1)本发明的领域
本发明涉及一种提高蜂窝无线通信系统中收发信机的效率的一个方法和设备，本发明是通过引入区域处理器设备间负荷分担的方式实现的。
2)相关技术的讨论
典型的电话交换机(如AXE)通常是基于一个功能强大的中央处理器(CP)，并有若干简单的区域处理器(RP)支持。一般地，中央处理器处理较复杂的任务，而区域处理器专门处理简单的常规任务(如扫描)。
最近的一些应用已经在一定程度上改变了区域处理器的任务。例如，移动通信系统的特殊需求已经使区域处理器处理一些复杂的任务(如高级定位计算)。这已经产生了对功能更强的区域处理器的需求。最新一代的区域处理器功能非常强大，采用最新工艺的微处理器技术。但各种应用中区域处理器中‘太高’或‘太低’的负荷仍是一个令人头疼的问题。
本发明概述
本发明提供了在蜂窝无线通信系统中，通过在区域处理器间引入负荷分担的方式有效地利用连接到一个中央处理器的区域处理器设备的方法，因而缓解了一个区域处理设备负荷过高而另一个区域处理设备负荷过低的问题。
按照本发明的方法，在无线通信系统中，在至少两个区域处理器设备间负荷分担是通过如下步骤实现的。每个区域处理设备器以确定的时间间隔报告负荷信息，如峰值负荷、平均负荷。一个负荷监视器从区域处理器设备接收这些业务负荷消息报告并判断是否有区域处理器设备的负荷处于一个高负荷或高于这个上限或处于一个低负荷或低于这个下限。如果负荷监视器发现至少有一个区域处理器设备处于高负荷并且至少有一个区域处理器处于低负荷，然后负荷监视器就把至少一个连接从具有高负荷的处理器设备的切换到具有低负荷的处理器设备。
本发明在许多方面优于过去的技术，比如它可以或多或少消减绝大多数基站控制器节点的区域处理器设备超负荷的风险。
另外，按照本发明，就设备费用以及空间占用来说可以获得可观的节省，应用在农村地区应该最为显著。
本发明还允许现在和以后(功能更强的)区域处理器设备简单地引入到具有较老的区域处理器设备的地方(这些老的处理器可能只限于扫描的功能)。
本发明还允许及时地动态使用区域处理器设备，这样可以处理网络上出现的一些比较奇怪的情况。
在现有的系统中，与区域处理器相连的收发信机的个数是硬性连接的，按照区域处理器的‘几乎最坏的情况’，以适应平均的情况。区域处理器设备仅仅偶而才会遇到这样的情况，这也就是说设备和空间并没有发挥其最大潜力。
通过使用这里描述的本发明方法，每个区域处理器设备所连接的收发信机数目是随时间动态变化的。实际连接的收发信机数目基于当前的业务量和操作维护状态。
附图的简短描述
下面将参照附图详细说明本发明，其中：
图1是使用本发明的一个蜂窝无线通信系统的一个功能模块图；
图2是蜂窝无线通信系统的功能模块图，系统中标明了不同区域收发信机的通信负荷；
图3是本发明程序执行步骤的流程图。
最优的实现方案的详细描述
下面作为例子的实现方案，是通过说明来描述的，而不是通过限制。参考图1：若干区域处理器设备设备14(RPD1，RPD2...RPDn)通过组接线器16连接到中央处理器15。区域处理器设备14连着若干位于基站里的收发信机(TRX)17。区域处理器设备14和收发信机17间的连接按照GSM中标准硬件可以是PCM线连接。
为完善起见，图1中也画出了围绕与本发明有关的部件的一些GSM结构。为了给本发明的方法提供前后关系，将参照GSM模型CME20进行描述，(一个泛欧数字移动电话系统)。CME20基于AXE技术，是爱立信对GSM的具体实现产品。
蜂窝无线通信系统例如GSM，基本上可以分为两部分：交换子系统(SS)10和本发明所感兴趣的基站子系统(BSS)12。基站子系统提供与多个移动台(MS)19的空中接口。移动台18是用户所使用的终端设备。
交换子系统10和基站子系统12又划分为一些功能实体。交换子系统10包括一个移动业务交换中心(MSC)11，它是GSM和公共电话交换网(PSTN)(图中未标明)的接口。
基站子系统12包括区域处理器设备14，它为基站控制器13提供处理的支持，和基站收发信台(BTS)18，它是服务一个小区所需的无线设备。基站收发信台18包括天线系统、射频功率放大器及所有的数字信号处理设备，包括收发信机17。
基站子系统12还包括一个基站控制器(BSC)13，它是系统中控制和监视收发信机17以及系统中的无线链路的功能单元。在CME20系统中，基站控制器13是在AXE10交换机中实现的。移动交换中心11负责移动用户主叫或被叫时的呼叫建立和路由选定。移动交换中心11还有许多其它功能，例如，鉴权和加密。
在标准的GSM结构中每个区域处理设备14通过64Kb/s的PCM时隙处理多达4个、某些情况下3个收发信机17的信令和呼叫监视过程(如对移动台的定位)。到目前的及可见到的GSM的系统设计中与区域处理器设备所连的收发信机的数目可以是一个到八个(而实际使用的只有三个或四个)。因而最大数四个不是硬性限制。
在基站控制器的应用中，区域处理器设备14通常称为收发信机处理器(TRH)，这就是本发明的称谓。
在所有已安装的区域处理器设备中一般均采用上述配置规则(即每个区域处理器设备3到4个收发信机)，不考虑业务量(如呼叫建立、拆除以及某一程度上同时呼叫(爱尔兰))。通过上面这些阐述，一些有趣的因素就清楚了。
对于一些区域处理器设备，超负荷的危险是明显存在的(这将可能导致错误的呼叫监视、掉话等)。尤其在城市地区的区域处理器设备这种情况更加明显，这儿几乎所有的收发信机的信道业务量都很大，这些信道可能同时处于业务量峰值。这种情况下，有时收发信机处理器只能管理一两个收发信机17。
另一方面，对于很多(最可能是大多数)区域处理设备，处于太低负荷的情况是很明显的(这样会浪费设备费用和空间占用)。在农村地区尤其是这样，那里由于要覆盖大的面积需要大量的收发信机而不是因为业务量处理的缘故。这种情况下每个区域处理器设备连接最多二十个收发信机比较合适。
在典型的基站控制器应用实例中，可能同时存在前面所说的两种情况。也就是说，某时当同一区域的处理器设备设备14处于超负荷的情况下，其它大多数区域处理器设备处于很低的利用率下。因此似乎要有更好的收发信机与区域处理器设备设备间的划分关系。然而，由于业务量在每时每刻不停地变化，区域处理器设备与收发信机间的链路为优化起见不能是硬性连接的。
为解决这一问题，下面介绍了一种在区域处理设备间业务量分担的方法和设备。
最初，每个区域处理器设备都与一定数量的收发信机连接。参考图2所示的负荷情况下，假定第一个区域处理器设备RPD1相连的负荷增加，这样就导致潜在的负荷问题。为解决这一问题，把负荷监视器25加入中央处理器设备15。负荷监视器25最好通过软件来实现。这样给操作和统计以最大的好处，同时也不需要大的处理能力。
下面参考图3所示的过程步骤描述负荷分担机制(图中的给定值只是为了举例说明)：
(a)每一区域处理器设备在每隔一定时间如每5分钟间隔(第31步)，报告平均业务量或其峰值负荷。例如可以向中央处理器中的负荷监视器发送通过一个REP_INT信号。
(b)负荷监视器更新负荷量表(第32步)，判断哪个收发信机的负荷最高(第33步)，并检查是否有区域处理器设备报告其负荷量超过如80％(上限值)(第34步)。如果没有处于或超出整个上限值的区域处理器设备，则方法是返回等待更多的负荷报告(第31步)。
(c)如果负荷监视器发现某个区域处理器设备的业务量达到或超过了上限值，则负荷监视器找出负荷最低的区域处理器设备(第35步)，并检查是否有区域处理器设备低于负荷30％(下限)(第36步)。如果发现没有区域处理器设备的负荷处于或低于下限值，则方法是返回等待下一次的负荷报告(第31步)。
(d)如果找到了低负荷的区域处理器设备(第36步)，则准备把与负荷最高的区域处理器设备所连接的收发信机连到负荷最低的的区域处理器设备(例如，把T1从RPD1连到RPD2)(第37步)。
为了使这种切换尽量平滑，采用如下措施：(1)把最新产生的测量数据(用于收发信机TRXT1连接)从第一个区域处理器设备RPD1传到第二个区域处理器设备RPD2。(2)把与有关的小区数据(用于TRXT1)从中央处理器传到第二个区域处理器设备RPD2。例如，测量数据每0.48秒报告一次，可能包括收到信号的信号强度、收到信号的信号质量(如误码率)、所使用的发射功率、多达六个相邻小区的信号强度以及有关是否不使用连续发射/接收的信息等。
(e)当第二个区域处理器设备RPD2准备从第一个区域处理器设备RPD1接管连接T1时，则切换开始执行(通过组接线器)(第38步)。
(f)对于从第二最高负荷到第二最低负荷的区域处理器设备的收发信机的切换重复执行上面的步骤(a)到(d)(图3中的第33步到第38步)。
收发信机从与一个区域处理器设备连接到与另一个区域处理器设备的切换可以比作某一区域处理器设备发生故障时另一冗余区域处理器设备连接上去的过程(目前的基站控制器都具备这个功能)。这种情况下，对业务的干扰估计非常小。而对于本文这里所讲的情况，对业务的干扰可降至更小(甚至几乎为零)。原因是在切换发生之前，目标区域处理器设备已经通过数据转移准备就绪了。
这里本发明是通过一个GSM系统的例子来说明的。应该注意到，本发明的设计思想也可以实现到或适用于其他系统。当然，正如下面附加的权利要求所决定的，在不离开本发明的范围和内容的前提下，这儿公开的硬件和软件会有变化也是可能的。

Claims (6)

1.无线通信系统中在至少两个区域处理器设备间的负荷分担的有关方法，所说的方法包括下面的步骤：
每个区域处理器设备以指定的时间间隔报告负荷信息；
负荷监视器从每个所说的区域处理器设备接收所说的负荷信息，判断是否有区域处理器设备具有不低于上限的高负荷高和不高于下限的低负荷；
如果至少有一个区域处理器设备被所述负荷监视器判定具有高负荷，并且至少有一个区域处理器设备被负荷监视器判定具有低负荷，则至少有一个连接从高负荷区域处理器设备向低负荷区域处理器设备的切换发生。
2.按照权利要求1的方法，其中所说的负荷信息包括平均负荷信息、峰值负荷信息或者既有平均负荷信息又有峰值负荷信息。
3.按照权利要求1的方法，其中每个区域处理器设备包括多个收发信机单元。
4.按照权利要求3的方法，其中所说的负荷信息包括专用于每个所述收发信机单元的负荷信息。
5.按照权利要求1的方法，其中所说的切换步骤包括：
从高负荷的区域处理器设备向负荷低的区域处理器设备传送最新报告的测量数据；
为了使切换平滑，从中央处理器向负荷低的区域处理器设备传送一个收发信机连接的相关小区数据。
6.按照权利要求1的方法，其中所说的方法在GSM蜂窝无线通信交换机单元也可以运用。
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