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TWI649987B - 用於整合異質網路之分流排程系統及其方法 - Google Patents

用於整合異質網路之分流排程系統及其方法 Download PDF

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TWI649987B
TWI649987B TW105118319A TW105118319A TWI649987B TW I649987 B TWI649987 B TW I649987B TW 105118319 A TW105118319 A TW 105118319A TW 105118319 A TW105118319 A TW 105118319A TW I649987 B TWI649987 B TW I649987B
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鄒曜駿
吳思賢
王中和
劉家宏
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Abstract

本發明係提供一種用於整合異質網路之分流排程系統及其方法。前述之系統包含無線路由器、行動網路核心系統、以及異質網路路由器。當外部終端裝置位於異質網路路由器以及無線路由器之服務涵蓋範圍內，且終端裝置具有異質網路整合接取條件下，則異質網路路由器命令終端裝置與異質網路路由器以及無線路由器同時進行連線，並依據無線路由器以及行動網路核心系統各別的連線狀態，以分配對終端裝置之下行訊務分流比例。藉由上述之運作得以提供終端裝置較佳之連線品質。

Description

用於整合異質網路之分流排程系統及其方法
本發明係一種分流排程系統及其方法，尤指一種用於整合異質網路之分流排程系統及其方法。
因手持無線裝置越發普及，對於網路頻寬的需求逐漸增加，進而產生執照頻段上的網路擁塞。此外，各式各樣的多媒體應用所帶來的爆炸性資料成長，更導致傳輸速率不足以符合使用者的期待與可用的頻寬供不應求等問題。
而目前增加網路容量與傳輸技術大致可分為三個方向，(1)增加網路頻寬、(2)提高系統頻譜效率、以及(3)增加站台佈建密度或佈建小細胞(Small Cell)。上述三種增加網路容量與傳輸速率的技術方向中，以增加網路頻寬的方法最簡單，且效果最為顯著。舊有的無線傳輸只採用單一的無線通訊技術來傳送資料，因此資料的傳送速率單純取決於該無線通訊技術的規格與傳輸能力。
習知技術“Opportunistic carrier aggregation for dynamic flow switching between radio access technologies(美國專利申請案，US9119154 B2)”中揭露於異質網路路由器與終端上的RRC加入multi-Radio Access Technology(RAT)aggregation and coordination(MRAT-AC)模組來決定是否同時使用行動網路與無線網路，利用行動網路端所得到的資訊(包含無線網 路端的資訊)來達成將行動網路卸載至無線網路的功效，惟此申請案中未揭示實際的分流排程方法。
此外，習知技術“Multi-radio communication between wireless devices(美國專利申請案，US8767536 B2)”揭示一種分別將資料利用兩種不同無線通訊協定進行傳送之技術方案，並根據這兩種通訊協定的負載是否超過一不平衡之限制來重新決定分流的資源比例，但此方法只考慮系統的負載量，使得該系統在運作時無法提供終端裝置較佳之連線品質。
綜上所述，如何提供一種可用於整合異質網路之分流機制乃本領域亟需解決之技術問題。
為解決前揭之問題，本發明之目的係提供一種用於整合異質網路之分流排程之技術手段。
為達上述目的，本發明提出一種用於整合異質網路之分流排程系統。前述之系統包含一個或複數個無線路由器、行動網路核心系統、以及異質網路路由器。前述之無線路由器用於提供連線設備無線網路服務。前述之異質網路路由器連接行動網路核心系統以及無線路由器，以提供連線設備行動網路服務。而當外部之終端裝置位於異質網路路由器以及無線路由器之服務涵蓋範圍內，且終端裝置具有異質網路整合接取條件下，則異質網路路由器命令終端裝置與異質網路路由器以及無線路由器同時進行連線，並依據無線路由器以及異質網路路由器各別的連線狀態，以分配對終端裝置之下行訊務分流比例。
為達上述目的，本發明提出一種用於整合異質網路之分流排程方法，應用於一分流排程系統，包含下列步驟：首先，判斷外部之終端裝置是否位於分流排程系統之異質網路路由器以及一個或複數個無線路由器之服務涵蓋範圍內。接著，令異質網路路由器判斷終端裝置具有異質網路整合接取條件下，則異質網路路由器令終端裝置與異質網路路由器以及無線路由器同時進行連線，並依據無線路由器以及異質網路路由器各別的連線狀態，以分配對終端裝置之下行訊務分流比例。
綜上所述，本發明之用於整合異質網路之分流排程系統及其方法透過分析無線路由器以及異質網路路由器各別與終端裝置之連線狀態來分配下行訊務分流比例，得以提供終端裝置較佳之連線品質。
1‧‧‧用於整合異質網路之分流排程系統
11‧‧‧異質網路路由器
12‧‧‧無線路由器
13‧‧‧行動網路核心系統
2‧‧‧終端裝置
圖1係為本發明第一實施例用於整合異質網路之分流排程系統之系統方塊圖。
圖2為本發明第二實施例用於整合異質網路之分流排程方法之流程圖。
圖3為異質網路整合時分流排程細部流程圖。
圖4為一異質網路整合分流排程演算法之流程圖。
以下將描述具體之實施例以說明本發明之實施態樣，惟其並非用以限制本發明所欲保護之範疇。
請參閱圖1，其為本發明第一實施例用於整合異質網路之分流排程系統1之系統方塊圖。前述之分流排程系統進一步包含異質網路路由 器11、一個或複數個無線路由器12、以及行動網路核心系統13。前述之無線路由器12用於提供連線設備無線網路服務，其無線網路服務可採用IEEE 802.11a/b/g/n/ac標準。前述之異質網路路由器11連接行動網路核心系統13以及無線路由器12，以提供連線設備行動網路服務，其行動網路服務之技術規格採用國際通訊標準，例如：CDMA、WCDMA、HSPA、HSPA+、LTE、WiMAX、LTE-A等。
當外部之終端裝置2位於異質網路路由器11以及無線路由器12之服務涵蓋範圍內，且終端裝置2具有異質網路整合接取條件下，則異質網路路由器11命令終端裝置2與異質網路路由器11以及無線路由器12同時進行連線，並依據無線路由器12以及異質網路路由器11各別的連線狀態，以分配對終端裝置2之下行訊務分流比例。
前述之分流排程技術方案，係在終端裝置2位於行動網路與無線網路涵蓋範圍重疊的環境中，透過異質網路路由器11執行分流排程，將下行訊務依據計算出的行動網路與無線網路的分流比例傳送之技術。當異質網路整合終端傳送下行訊務時，行動網路與無線網路同時開啟服務，且向行動網路要求同時利用行動網路與無線網路進行傳輸。異質網路依據分流排程，分配異質網路整合終端下行訊務至行動網路與無線網路，藉由利用行動網路、無線網路及終端的狀態，可達到加快下行訊務傳輸速率、縮短使用者等待時間及行動網路與無線網路之間的負載平衡的進步性。
於另一實施例中，前述之連線狀態進一步包含負載程度、傳輸速率、訊號強度、服務中斷機率其中至少一種。於另一實施例中，前述之負載程度進一步包含RB(Resource Block )使用率、BSS(Basic service set)負載、RRC(Radio resource control)連線數、實際吞吐量與理論吞吐量比值、通道使用率、裝置之CPU(Central processing unit)負載其中至少一種。於另一實施例中，前述之訊號強度進一步包含RSSI(Received signal strength indicator)值、SNR(Signal-to-noise ratio)值、RSRP(Reference signal receiving power)值其中至少一種。於另一實施例中，前述之服務中斷機率進一步包含封包遺失率、封包延遲率其中至少一種。
請參閱圖2，其為本發明第二實施例用於整合異質網路之分流排程方法之流程圖，應用於前述之分流排程系統，包含下列步驟：
S001：判斷外部之終端裝置2是否位於分流排程系統之異質網路路由器11以及一個或複數個無線路由器12之服務涵蓋範圍內。
S002：令異質網路路由器11判斷終端裝置2具有異質網路整合接取條件下，則異質網路路由器11令終端裝置2與異質網路路由器11以及無線路由器12同時進行連線，並依據無線路由器12以及異質網路路由器11各別的連線狀態，以分配對終端裝置2之下行訊務分流比例。
於另一實施例中，前述之連線狀態進一步包含負載程度、傳輸速率、訊號強度、服務中斷機率其中至少一種。於另一實施例中，前述之負載程度進一步包含RB使用率、BSS負載、RRC連線數、實際吞吐量與理論吞吐量比值、通道使用率、CPU負載其中至少一種。於另一實施例中，前述之訊號強度進一步包含RSSI值、SNR值、RSRP值其中至少一種。於另一實施例中，前述之服務中斷機率進一步包含封包遺失率、封包延遲率其中至少一種。
以下本發明茲以第一實施例之分流排程系統進行說明，惟第 二實施例之分流排程方法亦可達到相同或相似之技術功效。請接著參閱圖3，其為異質網路整合時分流排程細部流程圖。內部步驟說明如下：
步驟S101：異質網路路由器11會向無線路由器12詢問型號，利用不同型號所對應的參數指令表，下達詢問無線路由器12之指令來取得無線網路資訊。
步驟S102：異質網路路由器11會向終端提供可用於異質網路整合分流的無線路由器12資訊，根據3GPP規格所訂定之行動集合(Mobility Set)參數，可以是無線路由器12的BSSID、SSID、HESSID等。
步驟S103：取得異質整合分流排程所需之相關運算參數，包括異質網路路由器11、無線路由器12及終端的資訊。異質網路整合分流排程所使用的相關參數請參閱表1：
步驟S104：藉由步驟S103所得到的資訊來執行異質網路分流排程。
步驟S105：當結束異質網路整合功能時，異質網路路由器11便不再提供無線網路端的服務，反之繼續執行步驟S103之步驟。
為進一步說明步驟S104所述之異質網路整合分流排程步驟，請參閱圖4所之說明：在異質網路整合分流排程中，圖4將分別以LTE及Wi-Fi來做為行動網路與無線網路傳輸技術。當步驟S104之異質網路分流排程開始執行時，依據步驟S201判斷Wi-Fi的RSSI狀態是否超過連線的門檻，即訊號是否能夠達到所設定之連線的強度。若成立，因可用來支援異質網路整合的Wi-Fi訊號難以連不上或者是連上後傳輸品質過差，未能達成所設定之目標，則直接設定步驟S203a分流比例為PR1，若把部分資料分流至Wi-Fi端，將導致封包遺失問題，故滿足此情況下，全由LTE端來傳輸下行資料會是較佳的選擇，反之則需經由步驟S202判斷負載狀態Si來決定分類走向。
負載狀態分類根據LTE與Wi-Fi系統各別的負載Li與負載上界門檻LBu以及負載下界門檻LB l 的關係，設定為輕、中、重三種狀態，依LTE及Wi-Fi負載狀態的排列組合所形成的負載狀態表而有不同的對應的分流比例規則，其中分流比例又可分為一般項、修補項、上限項等，詳細的 負載狀態分類列表及分流比例規則請參照表2與表3。
當步驟S202判斷LTE及Wi-Fi的負載狀態為LR4或是LR7時，與步驟S201成立時做法相同但情況卻不大相似，異質網路分流排程仍會將步驟S203a分流比例設為PR1，但乃因Wi-Fi端的負載處於重載的狀態，不適在持續增加資料的傳輸；當步驟S202判斷LTE及Wi-Fi的負載狀態為LR2或是LR3時，步驟S104異質網路分流排程會設定203b分流比例為PR2，因此時LTE系統為過載狀態，若持續將資料經由LTE來傳送，資料因資源區塊(RB)的不足難以完整服務終端，導致終端有不好的使用者體驗(Quality of Experiment,QoE)，將資料轉導至負載較輕的Wi-Fi系統上，相比下是較好的分流方式；若步驟S202判斷LTE及Wi-Fi的負載狀態為LR9，此負載規則呈現的是兩種網路負載狀態皆為輕載的狀況，因沒有負載過重問題，為了能達到最有效率的資料傳輸即異質網路整合最大速率值，將203c分流比例設為PR3，依照LTE及Wi-Fi所能達到的最大傳輸值Txi做為各別的分流值Ri；在步驟S202判斷LTE及Wi-Fi的負載狀態為LR6或LR8下，分流排程分別設定203e分流比例為PR5，和步驟S203d分流比例為PR4，兩者的差別僅在哪邊的負載更重，便需要做負載平衡，將超過負載下界LB l 所能傳輸的資料轉移另一負載較低的那一方且轉換成至另一方可接受的量；以步驟S202判斷LTE及Wi-Fi的負載狀態為LR5為例，異質網路分流排程會設定203f分流比例成PR6，在此情況下，LTE及Wi-Fi的負載狀態皆為中載，對於網路狀態及終端而言屬於較好的情形，在負載狀態為LR5下，分別將LTE及Wi-Fi超過負載下界的資料加總，以各別最佳的MCS比例αi做平衡分流，來達到對行動網路及無線網路最佳的分流排程比例；假如步驟S202判斷LTE及Wi-Fi的負載狀態為LR1，表 示兩者網路都處於滿載的情況，但相比Wi-Fi基於CSMA/CA機制需做競爭的條件下，LTE更適合在此狀態下占有較佳的傳輸比率，因此分流排程將設203g分流比例為PR7，在Wi-Fi分流比值Rw上加入一上限比值ub，藉由這樣的限制來實現適切的分流比例。
在完成步驟S201之Wi-Fi RSSI狀態判斷、步驟S202負載狀態判斷和步驟S203a~步驟S203g設定分流比例等步驟後，考量封包遺失率(Packet Loss Ratio,PLR)問題，步驟S204判斷是否行動網路或無線網路的封包遺失率超過所設定的封包遺失率門檻上限，滿足條件需要進行步驟S205封包遺失率修正，反之，則不需要執行步驟S205封包遺失率修正，根據表5所列出的八項規則來判斷分流比例值Ri如何做修正，封包遺失率修正主要的修正式有下列三項：正修正、負修正、平衡修正。正修正，主要目的在於，修正相對較低遺失率的網路，藉由協助傳輸另一較高遺失率的網路所遺失資料量，來達到提升較佳的用戶體驗效果；負修正，同正修正之精神，對於相較高遺失率的網路自身所遺失的資料量，交由較低遺失率的網路來傳輸；平衡修正，其做法同上述步驟S202判斷LTE及Wi-Fi的負載狀態為LR5所搭配的分流比例分配精神，加總各自的封包遺失量，在依照各別最佳的MCS比例αi做平衡分配，而經修正過的分流比例值Ri均需為正值。
下列分別以兩個例子帶入，對照封包遺失率修正規則修改分流比例值Ri，未舉出的其餘案例均可由表5所列出之規則做出對應的修正。
以步驟S202判斷LTE及Wi-Fi的負載狀態為LR3為例，203b分流比例等於PR2，假設只有Wi-Fi的封包遺失率PLRw超過所設定之門檻值PT，得到初始的分流比例為： 0：1 → 0：Tx w
因Wi-Fi的封包遺失率超過門檻值，依據表4所設之封包遺失率狀態編碼為PS2，故需要做封包遺失修正，又因Wi-Fi封包遺失率狀態為E，套用表5封包遺失率修正規則一，得到修正比例：0：TXw-PLRw * rw
雖然LTE的封包遺失率狀態為U滿足封包遺失率修正規則二，但因得同時滿足封包遺失率修正規則六，故不需做正修正。最後要滿足修正後的分流比例值Ri均為正值，因此得下列修正比例：0：Txw-PLRw * rw → 0：1
同上述例子，若LTE及Wi-Fi的封包遺失率皆超過所設定之門檻值PT，封包遺失率狀態編碼為PS4，滿足封包遺失率修正規則一，得到修正比例：0-PLRL * rL：Txw-PLRL * rL
因滿足封包遺失率修正規則四，兩者負載狀態不同且其一的負載狀態為L時，當令一者執行負修正，負載狀態為L者須執行正修正，因此得修正比例：0-PLRL * rL：Txw-PLRL * rL+PLRL * rL
又因需滿足修正後的分流比例值Ri均為正值，因得下列修正式：0-PLRL * rL：Txw-PLRL * rL+PLRL * rL → 0：1
完成封包遺失率修正後，便結束這次步驟S104異質網路整合分流排程，再次經由步驟S105判斷異質網路整合功能是否繼續或關閉，若功能繼續開啟，則再次經由步驟S103讀取分流排程所需的參數，然後執行步驟S104異質網路整合分流排程。
【特點及功效】
無線傳輸架構同時使用行動網路與無線網路即異質網路整合，藉由增加頻寬之方式來提升傳輸速率。本發明所提供之一種異質網路整合分流方法，係同時利用行動網路與無線網路傳送下行訊務，根據行動網路、無線網路及終端之狀態來決定分流比例，以達到加速傳輸、負載平衡等特性，與其他習用技術相互比較時，具備下列優點：
(1)本發明提出之用於整合異質網路之分流排程系統及其方法，同時考量行動網路、無線網路、終端之狀態(負載，封包遺失，傳輸速率等)，能以更準確的比例分流異質網路整合訊務。
(2)行動網路與無線網路負載考量分類(輕載、中載、重載)，異質網路的資源分配上更具有彈性。
(3)無線網路的狀態變化，加入終端與無線路由器12的考量，因此相對於只考慮單一調適機制更為靈敏。
(4)加入修正比例機制，能根據傳輸狀態調整分流比例，達到最大訊務傳輸與異質網路整合公平性之間的負載平衡。
上列詳細說明係針對本發明之一可行實施例之具體說明，惟該實施例並非用以限制本發明之專利範圍，凡未脫離本發明技藝精神所為之等效實施或變更，均應包含於本案之專利範圍中。

Claims (10)

  1. 一種用於整合異質網路之分流排程系統，包含：一個或複數個無線路由器，用於依據無線區域網路技術提供連線設備無線網路服務；行動網路核心系統；以及異質網路路由器，連接該行動網路核心系統以及該無線路由器，以提供連線設備行動網路服務；其中，當外部之終端裝置位於該異質網路路由器以及該無線路由器之服務涵蓋範圍內，且該終端裝置具有異質網路整合接取條件下，則異質網路路由器命令該終端裝置與該異質網路路由器以及無線路由器同時進行連線，並依據該無線路由器以及該異質網路路由器各別的連線狀態，以依據分流比例分配對該終端裝置之下行訊務分流比例，其中該連線狀態包括負載狀態，並且該異質網路路由器將該異質網路由器的負載狀態與該無線路由器的負載狀態分別分類為輕載狀態、中載狀態、與重載狀態其中之一，並依據該異質網路由器的負載狀態與該無線路由器的負載狀態之分類結果的組合，而將該分流比例設定為對應的多個預設分流比例其中之一，其中，該異質網路路由器更判斷該行動網路服務或該無線網路服務的封包遺失率是否超過所設定的封包遺失率門檻上限，若是則執行封包遺失率修正。
  2. 如請求項1所述之分流排程系統，其中該連線狀態進一步包含負載程度、傳輸速率、訊號強度、服務中斷機率其中至少一種。
  3. 如請求項2所述之分流排程系統，其中該負載程度進一步包含RB使用率、BSS負載、RRC連線數、實際吞吐量與理論吞吐量比值、通道使用率、CPU負載其中至少一種。
  4. 如請求項2所述之分流排程系統，其中該訊號強度進一步包含RSSI值、SNR值、RSRP值其中至少一種。
  5. 如請求項2所述之分流排程系統，其中該服務中斷機率進一步包含封包遺失率、封包延遲率其中至少一種。
  6. 一種用於整合異質網路之分流排程方法，應用於一分流排程系統，包含：判斷外部之終端裝置是否位於該分流排程系統之異質網路路由器以及一個或複數個無線路由器之服務涵蓋範圍內，其中該異質網路路由器依據行動網路技術提供連線設備行動網路服務，且該無線路由器依據無線區域網路技術提供連線設備無線網路服務；令該異質網路路由器判斷該終端裝置具有異質網路整合接取條件下，則異質網路路由器令該終端裝置與該異質網路路由器以及無線路由器同時進行連線，並依據該無線路由器以及該異質網路路由器各別的連線狀態，以依據分流比例分配對該終端裝置之下行訊務分流比例，其中該連線狀態包括負載狀態，並且依據該無線路由器以及該異質網路路由器各別的該連線狀態，以依據該分流比例分配對該終端裝置之下行訊務分流比例的步驟包括：將該異質網路由器的負載狀態與該無線路由器的負載狀態分別分類為輕載狀態、中載狀態、與重載狀態其中之一；以及依據該異質網路由器的負載狀態與該無線路由器的負載狀態之分類結果的組合，而將該分流比例設定為對應的多個預設分流比例其中之一，其中，該異質網路路由器更判斷該行動網路服務或該無線網路服務的封包遺失率是否超過所設定的封包遺失率門檻上限，若是則執行封包遺失率修正。
  7. 如請求項6所述之分流排程方法，其中該連線狀態進一步包含負載程度、傳輸速率、訊號強度、服務中斷機率其中至少一種。
  8. 如請求項7所述之分流排程方法，其中該負載程度進一步包含RB使用率、BSS負載、RRC連線數、實際吞吐量與理論吞吐量比值、通道使用率、CPU負載其中至少一種。
  9. 如請求項7所述之分流排程方法，其中該訊號強度進一步包含RSSI值、SNR值、RSRP值其中至少一種。
  10. 如請求項7所述之分流排程方法，其中該服務中斷機率進一步包含封包遺失率、封包延遲率其中至少一種。
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