Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ МОНИТОРИНГА И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ МНОГОПОТОЧНОЙ НАГРУЗКИ

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Данное изобретение относится к системам мобильной сотовой связи CDMA (множественный доступ с кодовым разделением), в частности к устройству и способу мониторинга и прогнозирования многопоточной нагрузки.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Поскольку в системе мобильной сотовой связи CDMA соседними сотами используется одна и та же частота, полезная пропускная способность конкретной соты (радиочастотная нагрузка соты) изменяется из-за сильных изменений интерференции с соседними сотами. Более конкретно, в многопоточных условиях из-за пакетной формы потока данных, интерференция с соседними сотами влечет за собой сильные изменения полезной пропускной способности конкретной соты. Учитывая, что сила интерференции соседних сот изменяется случайным образом, желательно безошибочно отслеживать условия текущей нагрузки сот и прогнозировать изменения нагрузки после получения нового потока, чтобы, таким образом, обеспечить лучшее использование радиочастотных ресурсов и гарантировать качество связи.

Как мониторинг системной нагрузки, так и анализ пропускной способности в системе CDMA относятся к мощности интерференции (или мощности передаваемого сигнала). Однако между ними существуют следующие важные различия:

1) Разные цели: анализ пропускной способности предназначен для получения предельного значения пропускной способности при определенных условиях; в то время как мониторинг нагрузки предназначен для получения в реальном времени практического предельного значения пропускной способности системы, величины занятости и остаточной величины предельного значения пропускной способности фактической операционной системы; а также

2) Различные методы обработки параметров: при анализе пропускной способности системы используют идеальные характеристики; и выбранные системные параметры, принятие или отказ в параметрах и т.п. в большей или меньшей степени непрактичны, параметры, используемые для мониторинга системной нагрузки имеют две характерные черты: (1) они отражают текущее состояние нагрузки системы в реальном времени; и (2) они действуют в реальной системе.

Соответственно, ввиду описанных выше различий, концепция, анализационная модель анализа и способ обработки интерференции, используемые при анализе пропускной способности системы, не могут быть использованы для мониторинга нагрузки. Предпочтительно, чтобы мониторинг нагрузки обладал своей собственной концепцией анализа, моделью и способом обработки интерференции, а также способом отбора параметров.

Способ мониторинга радиочастотной нагрузки для системы мобильной связи CDMA, описанный в патенте US 5687171, контролирует нагрузку с использованием управления санкционированным доступом. Данный метод включает следующие этапы:

1) Измерение силы интерференции, полученной базовой станцией;

2) Вычитание измеренной силы интерференции из разрешенной общей силы интерференции для получения значения допуска интерференции;

3) Вычисление, превышает или нет интерференция полученного нового потока значения допуска интерференции, полученного на этапе 2); и

4) Разрешение доступа, если создаваемая интерференция не превышает значение допуска интерференции; в противном случае - отказ в доступе.

Вышеуказанный способ санкционированного доступа основывается на мониторинге и прогнозировании нагрузки. Однако данный способ не позволяет осуществлять мониторинг нагрузки в многопоточных условиях и вычислять интерференцию, создаваемую после получения нового потока.

В патентах US 6005852 и US 5790534 заявителя Nokia описана система управления нагрузкой, состоящая из двух частей: управления нагрузкой и мониторинга нагрузки, в которой при управлении нагрузкой используются такие стратагемы, как управление санкционированным доступом, пересогласование качества обслуживания (QoS), увеличение времени задержки потоков данных и т.п., реализованные в реальном времени (в интервалах измерения в 10 мс для состояния нагрузки соты, и модуль управления нагрузкой основывается на выходных данных от модуля мониторинга нагрузки и включает состояние нагрузки соседних сот) с помощью мониторинга нагрузки для модуля мониторинга нагрузки. Базовая станция проверяет текущую пропускную способность (актуальная пропускная способность базовой станции в условии интерференции, при этом актуальная пропускная способность отражается скоростью кодирования потоков и мощностью интерференции) соты для каждого радиофрейма. В частности, разрешенная мощность интерференции потока данных текущей соты вычисляется модулем мониторинга нагрузки в соответствии с периодом фрейма. Если интерференция потоков в сети или интерференция соседних ячеек изменяется, нагрузка пакетных потоков корректируется.

Однако данная система не реализует прогнозирование в многопоточных условиях, а также специфические схемы метода мониторинга нагрузки для различения потоков, имеющих разный приоритет.

Целью данного изобретения является создание устройства и способа осуществления мониторинга и прогнозирования многопоточной нагрузки в системе мобильной сотовой связи CDMA для мониторинга в реальном времени нагрузки от потоков различных типов или потоков одного типа, но имеющих различный приоритет, и прогнозирования в реальном времени нагрузки от полученного нового потока, что позволяет оптимально использовать радиочастотные ресурсы, увеличить стабильности системы и улучшить качество связи.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Для достижения вышеуказанных целей устройство осуществления мониторинга и прогнозирования многопоточной нагрузки в соответствии с данным изобретением включает:

модуль измерения индикатора уровня радиосигнала, предназначенный для измерения общей мощности интерференции от внешнего приемника и обработки измеренного значения для устранения дрожания;

модуль статистики параметров, предназначенный для учета по меньшей мере одного параметра потока, ассоциированного с мониторингом и прогнозированием нагрузки, на основе содержимого внешнего модуля хранений отчетов потока и предоставления необходимых данных для мониторинга и вычисления нагрузки, а также получения результатов этого вычисления;

модуль мониторинга нагрузки, предназначенный для вычисления нагрузки и получения результатов на основе измеренных модулем измерения уровня радиосигнала значений и статистических результатов модуля статистики параметров; и

модуль прогнозирования нагрузки, предназначенный для вычисления величины увеличения приемной нагрузки и общей нагрузки после поступления нового потока на основе параметров запроса нового потока, переданного от внешнего модуля управления нагрузкой, и результатов вычисления, полученных в реальном времени от модуля мониторинга нагрузки, для использования результатов этого вычисления внешним модулем управления нагрузкой.

Для достижения вышеуказанных целей способ осуществления мониторинга и прогнозирования многопоточной нагрузки в соответствии с данным изобретением состоит из этапов:

инициализации модуля измерения индикатора уровня радиосигнала (RSSI);

определения, достигнуто или нет предопределенное время ожидания: и если нет, то продолжение ожидания, если да, переход к следующему этапу;

классификации и учета параметров соответствующих потоков;

ввода измеренного значения уровня радиосигнала;

вычисления нагрузки потоков, имеющих различное отношение сигнал/шум в соответствии с заданным уравнением и далее вычисления значения соответствующих эквивалентных мощностей интерференции;

учета нагрузки потоков различных типов или потоков одного и того же типа, но имеющих различный приоритет; и

сохранения результатов вычислений предыдущих двух этапов для использования в управлении и прогнозировании нагрузки, при этом все этапы способа повторяются для получения следующих результатов вычислений.

Для достижения вышеуказанных целей способ осуществления мониторинга многопоточной нагрузки в соответствии с данным изобретением состоит из следующих этапов:

инициализации модуля измерения индикатора уровня радиосигнала (RSSI);

определения, достигнуто или нет предопределенное время ожидания: и если нет, то продолжение ожидания, если да, переход к следующему этапу;

классификации и учета параметров соответствующих потоков;

ввода измеренного значения уровня радиосигнала;

вычисления нагрузки потоков, имеющих различное отношение сигнал/шум в соответствии с заданным уравнением и далее вычисления значения соответствующих эквивалентных мощностей интерференции;

учета нагрузки потоков различных типов или потоков одного и того же типа, но имеющих различный приоритет; и

сохранения результатов вычислений предыдущих двух этапов для использования в управлении и прогнозировании нагрузки, и вышеназванная процедура повторяется, по существу, для получения следующих результатов вычислений;

определения, получен или нет новый поток: если нет, то продолжение ожидания, если да, переход к следующему этапу для ввода текущей эквивалентной мощности интерференции;

ввода параметров нового потока

вычисления нагрузки нового потока и значения уровня радиосигнала после получения нового потока в соответствии с заданным уравнением; и

сохранения результатов вычисления для использования в управлении нагрузкой.

В вышеуказанном способе осуществления мониторинга и прогнозирования многопоточной нагрузки параметры потока включают в себя, например, значение индикатора уровня радиосигнала, скорость кодирования передачи, коэффициент частотного разброса, соотношение сигнал/интерференция и приоритет потока.

В вышеуказанном способе осуществления мониторинга и прогнозирования многопоточной нагрузки способ учета нагрузок от потоков разных типов или одного типа, но имеющих различные приоритеты, может быть выполнен посредством:

вычисления мощности интерференции от различных потоков в соответствии заданным уравнением;

суммирования интерференционной мощности потоков имеющих один и тот же приоритет на основе последовательности приоритетов; и

получения общей нагрузки от потоков, имеющих соответствующие приоритеты.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1 изображает структурную схему одного варианта устройства мониторинга и прогнозирования нагрузки в соответствии с данным изобретением.

Фиг.2 - блок-схему одного из вариантов способа мониторинга нагрузки в соответствии с данным изобретением.

Фиг 3 - блок-схему одного из вариантов способа мониторинга и прогнозирования нагрузки в соответствии с данным изобретением.

Фиг.4 - схематическое представление статистических расчетов нагрузки от потоков, принадлежащих к различным типам и имеющих различные приоритеты.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На основе анализа практических требований к управлению нагрузкой, данное изобретение основывается по меньшей мере на следующем:

1) Контролируемое значение индикатора уровня радиосигнала (RSSI) является физической величиной, имеющей ошибки измерения, которая требуется для обеспечения стабильности системы.

2) Прогнозируемое значение индикатора уровня радиосигнала (RSSI) после получения нового потока является физической величиной, имеющей ошибки измерения, которая требуется для обеспечения стабильности системы.

3) Для мониторинга значений нагрузки соответствующих потоков требуются только относительные значения (самой важной является пропорция, соответствующая нагрузкам других потоков), и таким образом решается проблема, связанная с абсолютными значениями, а также могут быть удовлетворены требования стратагемы управления нагрузкой.

4) Для прогнозирования значений нагрузки соответствующих потоков требуются только относительные значения (достаточно, чтобы они оставались согласованными со значениями нагрузки, полученными от мониторинга нагрузки), и, таким образом, решается проблема абсолютной величины увеличения нагрузки от нового потока и удовлетворяются требования стратагемы управления нагрузкой. Это происходит в результате того, что мониторинг и прогнозирование нагрузки основываются на относительных результатах, полученных в одинаковых исходных условиях, и относительные значения могут отражать взаимоотношения величин между абсолютными значениями нагрузки соответствующих потоков. Соответствующие стратагемы управления могут быть реализованы по очереди без получения абсолютных величин нагрузок соответствующих потоков.

5) Достаточно, чтобы значение мощности интерференции (N) было относительным, а абсолютное значение N не важно, т.к. относительные результаты в пунктах 3) и 4) могут быть получены относительно относительного значения N. Такие относительные результаты удовлетворяют требованиям к реализации соответствующих стратагем управления нагрузкой.

Понимание всех требований к мониторингу нагрузки, отраженных выше в пунктах 3), 4) и 5) является основой для создания настоящего изобретения, и это позволяет отказаться от мониторинга и прогнозирования абсолютных значений нагрузки соответствующих потоков. В таком случае, могут быть решены не только некоторые технологические трудности по мониторингу абсолютных нагрузок (например, определение абсолютных значений мощности интерференции других сот), но также настоящее изобретение позволяет удовлетворить соответствующие требования к управлению ресурсами (например, предпоток ресурсов во время переключения, или прерывание потока с низким приоритетом потоком с высоким приоритетом при управлении санкционированным доступом, и т.п.).

Одним из преимуществ способа и устройства мониторинга и прогнозирования нагрузки в соответствии с настоящим изобретением является простота вычислений и более легкая реализация по сравнению с существующими способами мониторинга нагрузки.

Один из вариантов выполнения устройства 100 мониторинга и прогнозирования нагрузки и взаимосвязь между устройством 100 и другими функциональными модулями базовой станции 20 системы мобильной сотовой связи (эти функциональные модули могут быть расположены в различных подсистемах в системе мобильной сотовой связи) показано на фиг.1. Базовая станция 20 включает в себя антенну 101, которая может быть всенаправленной или разделенной на сектора; антенный мультиплексор 102, выполняющий функции разделения приема и передачи, передатчик 103, передающий различную управляющую информацию на мобильную станцию (не показана), модуль 104 обработки каналов для обработки исходящего и входящего каналов, модуль 105 управления нагрузкой, реализующий различные функции управления нагрузкой (управление нагрузкой, описываемое в настоящем изобретении, включает в себя управление санкционированным доступом, управление дыханием, перегрузкой и т.п.); приемник 106, состоящий из модуля радиочастотной обработки и корреляционного модулятора (не показаны); модуль 107 хранения отчетов потоков, в котором хранятся характерные параметры различных потоков (например, скорость кодирования передачи, формат декодирования, соотношение сигнал/интерференция ("SIR"), приоритет, коэффициент частотного разброса и т.п.) и его содержимое обновляется в реальном времени в зависимости от изменения характерных параметров потока.

Устройство 100 мониторинга и прогнозирования нагрузки включает в себя модуль 108 измерения RSSI, модуль 109 мониторинга нагрузки, модуль 110 учета или статистики параметров и модуль 111 прогнозирования нагрузки. Эти функциональные модули могут быть распределены по различным подсистемам системы мобильной сотовой связи в зависимости требований к реализации системы. Полная интерференционная мощность, полученная приемником 106 (на входном порту демодулятора) замеряется модулем 108 измерения RSSI, и замеренные значения обрабатываются для устранения дрожания. Различные параметры потока, относящиеся к мониторингу и прогнозированию нагрузки (скорость кодирования передачи, коэффициент частотного разброса, SIR, приоритет потока) учитываются в модуле 110 учета или статистики параметров на основе содержимого модуля 107 хранения отчетов потока. Данные, необходимые для вычисления мониторинга нагрузки передаются в модуль 109 мониторинга нагрузки. Вычисление мониторинга нагрузки, производимое модулем 109 мониторинга нагрузки, основываются на значениях, полученных от модуля 108 измерения RSSI и модуля 110 учета и статистики параметров. Алгоритмическая процедура модуля 109 мониторинга нагрузки показана на фиг.3 и статистические вычисления нагрузки модуля 109 мониторингом нагрузки показаны на фиг.2. Увеличение величины входящей нагрузки после получения нового потока и величина общей нагрузки после получения нового потока вычисляются модулем 111 прогнозирования нагрузки на основе параметров нового потока, переданных от модуля 105 управления нагрузкой и текущих выходных значений модуля 109 мониторинга нагрузки, а результаты вычислений передаются в модуль 105 управления нагрузкой.

Принципы блок-схемы мониторинга нагрузки, показанной на фиг.2, следующие при условии, что:

1) существует n типов потоков (соответствующих различным соотношениям сигнал/интерференция) и общие скорости кодирования потока каждого типа, соответственно, r₁, r₂, r₃, r...r_n;

2) соотношение сигнал/интерференция, необходимое для каждого потока SIR₁, соответственно, SIR₂,...SIR_n,

3) скорость кодирования потоков типа J это (набор уравнений в соответствии с определением соотношения сигнал/интерференция, полученных следующим образом):

...

P₁+P₂+...+P_n=RSSI (n+1),

где:

N=N₀+I_other; и

Pi - приемная мощность потока типа i

В уравнениях с (1) по (n+1) RSSI, SIR1, SIR2...SIRn могут быть получены путем измерений; и r₁, r₂, r₃, r...r_n и rij могут быть получены от модуля 110 учета и статистики параметров (на основе TFCI информации). Gi˜Gm могут быть предоставлены модулем 107 хранения отчетов потоков.

Решением вышеприведенных уравнений могут быть получены n+1 неизвестных: P₁, P₂,...P_n, N. Таким образом, могут быть получены амплитуды количества нагрузки и интерференции различных потоков, и такой мониторинг производится с интервалами в 10 мс.

Для упрощения процедуры решения может быть использовано следующее соотношение:

Как показано на фиг.2, этап 304 также основывается на необходимости вычислений на этапах 306 и 307, при этом учитываются и обрабатываются данные в модуле 107 хранения отчетов потока, такие как скорость кодирования передачи, коэффициент частотного разброса, SIR, приоритет потока.

Основываясь на алгоритмической процедуре, показанной на фиг.2, могут быть получены относительные значения нагрузок различных потоков. Ранее было указано, что таким образом может быть преодолена проблема в использовании абсолютных значений нагрузки (в случае, если необходимо получение абсолютных значений мощности интерференции, возрастает комплексность всей системы в целом, и ее реализация может быть затруднена) и удовлетворяются требования стратагемы управления нагрузкой.

Этапы прогнозирования показаны на блок-схеме прогнозирования нагрузки, показанной на фиг.3. Прогнозирование производится на короткий промежуток времени, такой как 10 мс, и таким образом изменения величины интерференции других сот очень малы. Поэтому в данном случае можно считать, что значение N будет неизменно в течение следующих 10 мс.

Предполагая, что поток, относящийся к SIR₁, запрашивает доступ, необходимая скорость кодирования R_1,k для прогнозирования значения RSSI после получения потока, предполагает следующие вычисления:

(1) Новое значение r₁ вычисляется на основе R_1,k, и новое значение r₁ и R_1,k подставляются в уравнение (1);

(2) На основе уравнений с (1) по (n) и используя измеренное значение N за последние 10 мс, вычисляются P₁, P₂,...P_n, N

(3) P₁, P₂,...P_n, N и значение N подставляются в уравнение (n+1) и вычисляется прогнозируемое значение RSSI на следующие 10 мс.

В случае, если множество потоков запрашивают доступ одновременно, то вышеприведенные этапы выполняются единожды и, таким образом, получаются полные результаты.

Процедура алгоритма прогнозирования нагрузки показана на фиг.3. Этапы 403, 404 и 405 на фиг.3 являются тремя ключевыми этапами для реализации прогнозирования нагрузки.

Вычисления нагрузок потоков различных типов и потоков одного типа, но имеющих различные приоритеты, могут быть произведены в соответствии со структурой вычислений, показанной на фиг.4. На фиг.4 множество значений нагрузок, полученных в результате решения соответствующих уравнений соотношений сигнал/интерференция, включается в модуль вычисления соотношений сигнал/интерференция 201, каждое значение из набора значений нагрузок может охватывать потоки различных типов и различных приоритетов, а также может относиться к нагрузкам от множества пользователей. Между тем, нагрузка потоков от одного и того же пользователя может быть включена в результаты вычислений множества уравнений соотношений сигнал/интерференция. Таким образом, для расчета нагрузки потоков в различных условиях, может понадобиться использование структуры статистических вычислений в матричной форме, и статистические результаты хранятся в модуле 202 расчета или статистики нагрузки. В многопоточных условиях, один и тот же пользователь может установить множество соединений (так, мультимедийный пользователь может передавать одновременно три потока, такие как голос, данные и видео, и эти потоки могут использовать различные соотношения сигнал/интерференция, различные приоритеты и скорости кодирования). Для получения нагрузки от пользователя результаты в модуле 202 могут быть дополнительно рассчитаны.

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ

Настоящее изобретение позволяет полностью использовать радиочастотные ресурсы в многопоточных условиях (голос, данные, видео). Нагрузка от потоков различных типов, имеющих различный приоритет, более точно отслеживается (в случае очень большой нагрузки, когда поток, имеющий больший приоритет, запрашивает доступ, система использует стратагему, которая прерывает предыдущий поток, имеющий более низкий приоритет, и разрешает доступ новому потоку), и нагрузка от потока, запрашивающего доступ, более точно прогнозируется. Стратагема управления нагрузкой (или управления потоком) эффективно реализуется для получения текущих значений нагрузки от потоков различных типов, или потоков одного типа, но имеющих различный приоритет. Соответственно, улучшается качество связи и поддерживается стабильность всей системы.