CN102111819B - 一种延迟容忍网络 - Google Patents

Abstract

一种延迟容忍网络，属于无线通信技术领域，其特征在于，它含有：包括移动通信骨干网和互联网在内的一个通信核心网、至少一个延迟容忍服务器、至少一个包括基站或WLAN无线接入站点在内的至少一个移动通信接入网设备、至少一个无线通信链路，以及至少一个包括手机、PDA以及便携式计算机在内的无线通信终端，其优点在于它增大了网络承受延迟容忍的能力，提高了网络对具有不同的延迟容忍度的业务请求的服务能力，进而有效提升了网络的资源使用效率。

Description

一种延迟容忍网络

技术领域

本发明提供了一种新型的延迟容忍网络，属于无线通信技术领域，特别涉及一种在网络接入点与网络之间增加延迟容忍服务器的新型网络体系结构，增强了网络承受延迟的能力，提高了网络对具有不同延迟容忍程度的业务服务能力，有效提升了网络的资源使用效率。

背景技术

以移动通信、无线局域网等为代表的无线网络已成为世界各国重要的高新技术支柱产业。这些无线网络的一个共同目标是以更高的速率、更好的灵活性及可扩展性、更低的成本，提供全球范围内的无线通信应用。另一方面，电信业务与互联网业务的相互融合将成为下一代网络业务的发展趋势。用户对业务的需求出现了新的变化，更多的数据业务不再像从前的话音业务一样需要实时传输，在网民广泛使用的数据业务中，非实时业务逐渐占据主导地位。然而针对非实时业务，已有的和即将推出的无线网络对容忍延迟能力的限制较大，导致网络在无线资源综合优化利用等方面存在局限性，不能很好地实现资源与业务的优化匹配，并且由此产生的无线通信瓶颈问题日益突出。

所谓网络的延迟容忍能力，是指网络可以容忍的，将业务请求处理完毕的最大时间。造成该能力受限的原因主要有两个，其一是由于网络内硬件的存储器大小、协议窗口等诸多限制，导致业务数据在网络内无法保存较长时间，也许没能发送到目的地便被丢弃；其二是现有网络一般是先到先服务，不存在主动调度机制去协调一段时间尺度内的各类资源，因而无法按时按需地分配相应业务的服务。

近年来提出的延迟容忍网络是指承载非实时业务为主，面向消息传递且具有高网络吞吐量的网络，它突破了传统网络对于延迟和数据传输速率的限制。现有作为国内外研究热点的延迟容忍网络主要适用于长距离无线链路，应对其引发的链路不稳定、传输延迟大或链路通断等恶劣情况，主要包括以下几种场景对应的网络应用：飞艇、卫星、深空等空间网络，灾害应急通信网络，水下通信网络，自由空间光通信网络，军用Ad-Hoc网络等。同时，延迟容忍网络还可能应用于欠发达地区的无线移动通信。然而，现有的无线通信系统(如GSM，3G等)可以为用户提供可靠的链路，但不能主动调整网络资源，满足不同使用者对非实时业务延迟容忍的不同需求，这类无法通过提供主动调度机制实现非实时业务传输的移动无线网络，显然也应该是延迟容忍网络考虑的范畴。

基于以上考虑，本发明提出了一种新型延迟容忍网络。本发明通过在网络接入点(如蜂窝网的基站)和网络(如蜂窝网的骨干网)之间增加延迟容忍服务器，结合接入点提供的业务请求信息与网络提供的资源信息，对二者进行优化匹配实现协同；本发明通过延迟处理装置的引入，增大了网络承受的延迟的能力，提高了网络对具有不同的延迟容忍度的业务请求的服务能力，进而有效提升了网络的资源使用效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型的延迟容忍网络。该网络基于现有网络体系架构，在移动通信接入网与通信核心网(包括移动通信骨干网与互联网)之间增加延迟容忍服务器，面向用户提供具有不同延迟容忍度的业务服务。

本发明提出的新型延迟容忍网络，具有以下特点：不向用户可将其对于业务的延迟容忍信息附着在业务请求中，发送给延迟容忍服务器；延迟容忍服务器一方面通过采用移动台辅助信道估计的方法，估计当前时刻接入点与业务申请者之间的信道状态信息，并采用信号估计与预测技术，估计并预测延迟容忍时间内的无线信道状态信息；另一方面可以根据不同用户业务容忍延迟的要求，以及相应的无线信道状态信息，确定不同业务的优先级，并且动态分配时隙、频谱、功率等网络资源，并根据核心网可利用资源，进行业务的接入控制，以应对大量业务的突发状况。

本发明的思路是：

(1)一种新型的延迟容忍网络至少含有一个延迟容忍服务器，它是实现资源与业务优化匹配的核心服务器，在无线通信接入网与核心网之间进行基于业务延迟容忍特性的网络资源分配与流量控制。

本发明在通信核心网(如移动通信骨干网或互联网)与移动通信接入网设备(基站或WLAN接入点)之间连接延迟容忍服务器。针对上行业务传输，延迟容忍服务器首先从移动终端用户获取业务请求以及业务数据信息，在将其推送至核心网的过程中，一方面可根据从基站和WLAN接入点据获取并预测到的上行链路无线信道状态信息以及不同业务延迟容忍要求，确定不同业务传输的优先级，合理调整业务的传输顺序，进行动态上行无线信道资源分配；另一方面可依据从核心网获取的可利用资源信息以及以及核心网状态信息，进行流量控制。针对下行业务传输，延迟容忍服务器首先从核心网获取业务数据信息，在将其推送至移动用户终端的过程中，一方面可根据下行链路无线信道状态信息以及业务的时延容忍要求，确定不同业务的传输优先级，调整业务的传输顺序，并利用业务可容忍延迟内的无线信道资源进行动态下行无线信道资源分配；另一方面在满足不同业务时延容忍要求的前提下，最大化下行传输容量，减少业务的等待时间，以及由此产生的“丢包”，提高网络容忍延迟的能力。

(2)一个延迟容忍服务器至少含有一个无线信道信息处理单元，该单元不但能够接收并存储由移动台辅助估计得到的当前时刻无线信道状态信息，而且能够预测业务时延容忍时间内若干时刻的无线信道状态。

无线信道信息处理单元通过当前信道状态信息的估计值以及无线信道的统计特性和历史信息，进行无线信道状态估计与预测。具体地，可利用移动台辅助信道估计的方法，估计用户当前通信时刻的信道状态；此外，充分利用信道状态的历史信息和统计特性，对业务时延容忍时间内若干时刻的无线信道状态进行预测。

(3)一个延迟容忍服务器至少含有一个业务请求处理单元，用于解析出业务请求中附着的不同用户业务的延迟容忍QoS要求。

由于Best Effort业务没有QoS要求，本发明所述的QoS要求主要是针对实时业务和非实时业务。当用户发出业务请求时，会将该用户对于所请求业务的延迟容忍QoS要求附带在业务请求信息中。针对非实时业务，该QoS要求主要是指用户对于业务传送的速率要求，而该速率要求又可以根据当前的业务量等效转化为时延要求；针对实时业务，该QoS要求主要是指用户对于实时业务传输的延迟要求。

(4)一个延迟容忍服务器至少含有一个动态资源分配单元，根据不同业务的延迟容忍QoS要求确定业务优先级、排队规则以及资源分配方法。

动态资源分配单元可根据无线信道信息处理单元获得、并预测的无线信道状态信息合理地动态分配频率、时隙、功率等资源。具体地，它是根据业务请求处理单元获取的不同用户业务的延迟容忍QoS要求，以及无线信道信息处理单元获得并预测的信道状态信息，为待传输业务动态分配资源，确定不同业务传输的优先级和处理顺序，减少业务的等待时间，增大网络容忍时延的能力，优化网络的容量及其对业务传输的延迟容忍度。

(5)一个延迟容忍服务器至少含有一个流量控制单元，根据网络的延迟容忍能力，通信核心网的状态，针对业务的突发性进行接入及流量控制。

业务的突发性会导致流入以及流出网络的上下行数据量不对称，从而造成通信核心网中业务在交换机或服务器上的堆积，引起网络拥塞。由于网络的硬件存储能力有限，大多数网络协议对长时间等待业务均采用“丢包”处理的原则，限制了网络承受业务延迟的能力。本发明所述的流量控制单元可根据不同业务的延迟容忍要求以及无线信道状态信息，合理调整业务推送的时机，并通过一定的接入及流量控制机制，在移动通信接入网和通信核心网间协调数据流量，避免网络的拥塞。

一种延迟容忍网络，其特征在于含有：包括移动通信骨干网和互联网在内的一个通信核心网、至少一个延迟容忍服务器、至少一个包括基站或WLAN无线接入站点在内的移动通信接入网设备、至少一条无线通信链路，以及至少一个包括手机、PDA以及便携式计算机在内的无线通信终端，其中：

通信核心网，输入/输出端分别与所述延迟容忍服务器对应的第一输出/输入端相连，为用户提供所需的所有类型的业务数据信息，其中至少包含视频信息、音频信息、文字信息和图像信息，该通信核心网通过所述延迟容忍服务器以及无线接入网设备为所述用户按需提供请求的业务数据信息；

延迟容忍服务器第二输入/输出端具有移动通信接入功能和无线接入网设备的输出/输入端相连，所述延迟容忍服务器含有：业务数据处理单元、无线信道信息处理单元、业务请求处理单元、动态资源分配单元、流量控制单元、控制单元、以及两个外部接口，其中：

业务数据处理单元，设有：接收第一外部接口(A)输出的上行业务数据的第一输入端、接收第二外部接口(B)输出的下行业务数据的第二输入端、以及接收所述控制单元输出的控制信息的第三输入端，还设有：发送到所述第一外部接口(A)的下行业务数据的第一输出端、向所述第二外部接口(B)发送上行业务数据的第二输出端、以及向所述控制单元发送业务状态信息的第三输出端，所述的业务状态信息包括：所述延迟容忍服务器缓冲器中的业务队列长度、每次业务在当前队列中的位置、每项业务剩余的数据包数量以及延迟容忍信息；

无线信道信息处理单元，设有：接收所述第一外部接口(A)输出的当前时刻无线信道状态CSI估计信息的第一输入端、以及所述控制单元输出的控制信息的第二输入端，还设有：向所述动态资源分配单元发送无线信道状态CSI信息矩阵的第一输出端，以及向所述控制单元发送无线信道状态CSI信息矩阵的第二输出端；

业务请求处理单元，设有：接收所述第一外部接口(A)输出的业务请求信息的第一输入端、所述控制单元输出的控制信息的第二输入端、所述动态资源分配单元输出的业务QoS获取信息的第三输入端，所述业务QoS获取信息是指对于新进入网络的业务所需获得的延迟容忍QoS信息以及所述无线信道信息处理单元发出的无线信道状态信息矩阵，还设有发送到所述动态资源分配单元的用户延迟容忍QoS信息的输出端，以及向所述控制单元发出业务处理信息的输出端；

动态资源分配单元，设有所述业务请求处理单元输出的业务延迟容忍QoS信息的输入端、所述无线信道信息处理单元输出的无线信道状态估计矩阵的输入端、所述控制单元输出的控制信息的输入端，以及所述流量控制单元输出的流量控制信息的输入端，还设有向所述业务请求处理单元发送获取的业务QoS信息的输出端，向所述控制单元发送动态资源分配信息的输出端，以及向所述流量控制单元发送动态资源分配信息的输出端；

流量控制单元，设有接收所述第二外部接口(B)输出的所述通信核心网状态信息的输入端、接收所述动态资源分配单元输出的动态资源分配信息的输入端，以及所述控制单元输出的控制信息的输入端；其中所述通信核心网状态信息包括：当前通信核心网能够获得的包括交换机、路由器在内的资源的相关状态信息；还设有向所述动态资源分配单元发送流量控制信息的输出端，以及向所述控制单元发送流量控制信息的输出端；

控制单元，设有接收所述第一外部接口(A)输出的上行业务请求信息的输入端、接收所述第二外部接口(B)输出的下行业务请求信息的输入端，接收所述动态资源分配单元输出的动态资源分配信息的输入端，接收所述流量控制单元输出的流量控制信息的输入端，以及接收所述业务数据处理单元输出的业务状态信息的输入端；还设有向所述业务请求处理单元、动态资源分配单元、流量控制单元、业务数据处理单元、第一外部接口(A)以及第二外部接口(B)发送控制信息的输出端；

第一外部接口(A)设有接收所述移动通信接入网设备输出的来自所述用户终端的上行业务数据信息，以及接收所述控制单元输出的控制信息的输入端、以及所述业务数据处理单元输出的来自通信核心网的下行业务数据信息的输入端；还设有：向所述业务请求处理单元发送上行业务请求信息的输出端，向所述无线信道信息处理单元发送无线信道状态信息的输出端，向所述业务数据处理单元发送上行业务数据的输出端，向所述控制单元发送下行业务请求信息的输出端，以及向所述通信核心网发送来自所述无线接入网或通信核心网用户的上行业务请求的输出端；

第二外部接口(B)，设有：所述通信核心网输出的来自所属用户终端的上行业务数据信息的输入端，所述控制单元输出的控制信息的输入端以及所述业务数据处理单元输出的来自无线接入网的上行业务数据信息的输入端，还设有：向所述移动通信接入网输出的来自所述通信核心网或来自所述无线接入网的用户上行业务处理数据信息的输出端，向所述业务数据处理单元发送上行业务数据的输出端以及向所述控制单元发送的上行业务请求信息的输出端；

所述延迟容忍服务器依次按如下步骤实现其功能：

步骤(1)，所述移动通信接入网设备获取用户移动终端的上行业务请求，再通过所述第一外部接口(A)发送至所述业务请求处理单元；

步骤(2)，所述第一外部接口(A)向所述控制单元发送步骤(1)所述的上行或下行业务请求信息，所述控制单元向所述业务请求处理单元输出控制信息，所述业务请求处理单元接收所述上行或下行业务请求，及其最大延迟容忍信息；

步骤(3)，所述移动通信接入网设备接收移动台辅助信道估计的无线信道状态信息CSI的估计值，并通过所述第一外部接口(A)将该估计值发送至所述无线信道信息处理单元；

步骤(4)，所述无线信道信息处理单元在所述控制单元输出的控制信息的控制下，存储所述当前无线信道状态信息CSI的估计值，更新存储的信道状态信息历史信息，并且对所述业务最大延迟容忍内的无线信道信息进行预测，形成无线信道信息矩阵，再输入到所述业务请求处理单元；

步骤(5)，所述业务请求处理单元根据所获取的各业务的最大延迟容忍信息以及无线信道状态信息矩阵，确定各业务请求的优先级：对于上行业务传输执行步骤(6)～步骤(9)，对于下行业务传输执行步骤(10)～步骤(12)；

步骤(6)，所述流量控制单元在所述控制单元控制下，通过所述第二外部接口(B)获取所述通信核心网可利用资源以及所述通信核心网输出的信息，其中至少包括交换机和服务器的缓冲器存储空间，以及所述通信核心网的网络拥塞状态，并生成流量控制信息；

步骤(7)动态资源分配单元根据从所述无线信道信息处理单元传输来的所述无线信道信息矩阵，以及从所述业务请求处理单元输入的各业务延迟容忍信息，确定各业务请求的优先级，从所述流量控制单元输入的所述通信核心网的流量控制信息，进行上行动态资源分配，资源分配结果依次通过所述控制单元，第一外部端口(A)传输移动通信接入网设备；

步骤(8)所述无线接入网设备接口根椐动态资源分配结果，为各上行业务分配包括时隙、载频和功率等在内的资源，再通过空中接口从所述用户移动终端活跃获取上行业务数据，并传输给所述第一外部接口(A)；

步骤(9)所述第一外部端口(A)把所述上行业务数据存储在所述业务数据处理单元中，并接收来自控制单元的控制信息通过第二外部端口(B)，把上行业务传输到所述通信核心网；

步骤(10)动态资源分配单元根据上述无线信道信息矩阵，不同业务的优先级，不同业务延迟容忍QoS要求，进行下行动态资源分配；

步骤(11)延迟容忍服务器将上述资源分配结果，下行业务请求及其优先级，通过第二外部端口B，从通信核心网获取下行业务数据，并存储在业务数据处理单元中；

步骤(12)通过第一外部端口A，延迟容忍服务器将上述下行动态资源分配结果，传输给移动接入网设备；移动接入网设备按照该结果，调度业务数据处理单元中的业务，为其分配时隙，载波，功率等资源，为用户推送下行业务数据。

一种新型的延迟容忍网络，其特征在于，它含有：

通信核心网(包括移动通信骨干网以及互联网)，至少一个延迟容忍服务器，至少一个移动通信接入网设备(包括基站以及WLAN无线接入站点)，至少一个无线通信链路，至少一个无线通信终端(包括手机，PDA以及便携式计算机等)，其中：

通信核心网(包含移动通信骨干网以及互联网)，为用户提供其所需的所有类型的业务数据信息，包含视频信息，音频信息，文字信息，图像信息等等。通信核心网通过延迟容忍服务器以及无线接入网设备为用户按需提供其所请求的业务数据信息。通信核心网的输入/输出端分别与下述延迟容忍服务器的输出/输入端相连；

延迟容忍服务器，它是整个延迟容忍网络的核心部分，作为实现网络资源分配与业务优化匹配的核心服务器，输入/输出端分别与上述通信核心网的输出/输入端，以及下述无线接入网设备的输出/输入端相连，它含有以下处理单元：业务数据处理单元，无线信道信息处理单元，业务请求处理单元，动态资源分配单元，流量控制单元，控制单元以及外部接口单元，其中：

业务数据处理单元，设有：接收下述外部接口A输出的上行业务数据的输入端，下述外部接口B输出的下行业务数据的输入端，以及下述控制单元输出的控制信息的输入端；还设有，发送到下述外部接口A的下行业务数据的输出端，向下述外部接口B发送上行业务数据的输出端，以及向下述控制单元发送业务状态信息的输出端，所述的业务状态信息包括其缓冲器中业务队列长度，每项业务在当前队列中的位置，以及每项业务剩余的数据包的数量，延迟容忍程度等信息。

无线信道信息处理单元，设有：接收下述外部接口A输出的当前时刻无线信道状态(CSI)估计信息的输入端，以及下述控制单元输出的控制信息的输入端；还设有向下述动态资源分配单元发送无线信道状态(CSI)信息矩阵的输出端。

业务请求处理单元，设有：接收下述外部接口A输出的业务请求信息的输入端，下述控制单元输出的控制信息的输入端，以及下述动态资源分配单元输出的业务QoS获取信息的输入端，所述业务QoS获取信息是指对于新进入网络的业务所需获得的其延迟容忍QoS信息；还包括发送到下述动态资源分配单元的用户延迟容忍QoS信息的输出端。

动态资源分配单元，设有：上述业务请求处理单元输出的业务延迟容忍QoS信息的输入端，上述无线信道信息处理单元输出的无线信道状态估计及预测矩阵的输入端，下述控制单元控制信息的输入端，以及下述流量控制单元输出的流量控制信息的输入端；还设有向上述业务请求处理单元发送的业务QoS获取信息的输出端，以及向下述控制单元发送动态资源分配信息的输出端。

流量控制单元，设有：接收下述外部接口B输出的核心网状态信息的输入端，以及下述控制单元输出的控制信息的输入端，所述核心网状态信息，包括了当前核心网可利用资源(交换机，路由器等)的相关状态信息；还设有向上述动态资源分配单元发送流量控制信息的输出端，以及向下述控制单元发送流量控制信息的输出端。

控制单元，设有，接收下述外部接口A以及下述外部接口B输出的上/下行业务请求信息的输入端，上述动态资源分配单元输出的动态资源分配信息的输入端，上述流量控制单元输出的流量控制信息的输入端，以及上述业务数据处理单元输出的业务状态信息的输入端；还设有向上述业务请求处理单元，动态资源分配单元，流量控制单元，业务数据处理单元，下述外部接口A/B发送控制信息的输出端。

外部接口单元A，设有，接收移动通信接入网输出来自用户的上行业务数据信息的输入端，控制单元输出的控制信息的输入端，以及业务数据处理单元输出的来自核心网的下行业务数据信息的输入端；还设有向上述业务请求处理单元发送上行业务请求信息的输出端，向无线信道信息处理单元发送无线信道状态信息的输出端，向业务数据处理单元推送上行业务数据的输出端，以及向上述控制单元发送的下行业务请求信息的输出端。

外部接口单元B，设有，核心网输出的来自用户的上行业务数据信息的输入端，控制单元输出的控制信息的输入端，以及业务数据处理单元输出的来自无线接入网的上行业务数据信息的输入端，还设有，向上述流量控制单元发送核心网状态信息的输出端，以及向业务数据处理单元推送上行数据业务的输出端，以及向上述控制单元发送的上行业务请求信息输出端。

所述的延迟容忍服务器是按照以下步骤执行其功能的：

移动接入网设备(基站或WLAN接入站点)获取用户移动终端的上/下行业务请求，通过外部接口A将其发送至业务请求处理单元；

在控制单元作用下，业务请求处理单元接收业务请求，并从中解析出业务的延迟容忍信息；

移动通信接入网设备接收移动台辅助信道估计的信道状态信息CSI的估计值，通过外部接口A将其发送至无线信道信息处理单元；

无线信道信息处理单元在控制器的作用下，存储当前无线信道状态信息，，更新存储的信道状态信息历史，并且对业务最大延迟容忍内的无线信道信息进行预测，形成无线信道信息矩阵；

业务请求处理单元根据上述获取的各业务延迟容忍信息以及无线信道状态信息矩阵，确定各业务请求的优先级；

对于上行业务传输：

流量控制单元在控制单元控制下，通过外部接口B获取通信核心网的可利用资源以及网络状态信息，例如交换机、服务器的缓冲器空间，网络拥塞情况等，并生成流量控制信息；

动态资源分配单元根据上述无线信道信息矩阵，不同业务的优先级，不同业务延迟容忍QoS要求，以及通信核心网的流量控制信息，进行上行动态资源分配；

延迟容忍服务器将上述资源分配结果，通过外部接口A传输给移动接入网设备，移动接入网设备按照该结果，为个上行业务分配时隙，载波，功率等资源，通过空中接口从用户移动终端获取上行业务数据，并传输给延迟容忍服务器；

延迟容忍服务器将业务数据存储在业务数据处理单元中，并根据上述流量控制信息，通过外部接口B，将业务推送至通信核心网。

对于下行业务传输：

动态资源分配单元根据上述无线信道信息矩阵，不同业务的优先级，不同业务延迟容忍QoS要求，进行下行动态资源分配；

延迟容忍服务器将上述资源分配结果，下行业务请求及其优先级，通过外部接口B，从通信核心网获取下行业务数据，并存储在业务数据处理单元中；

通过外部接口A，延迟容忍服务器将上述下行动态资源分配结果，传输给移动接入网设备；移动接入网设备按照该结果，调度业务数据处理单元中的业务，为其分配时隙，载波，功率等资源，为用户推送下行业务数据。

移动通信接入网设备，它包括了基站以及WLAN无线接入站点。上行业务数据传输过程中，通过其将来自用户的业务请求信息，以及上行业务数据传输给延迟容忍服务器以及通信核心网络；下行过程中，则将来自通信核心网络的业务数据传输给用户终端。移动通信接入网设备的输入/输出端分别于上述的延迟容忍服务器的输入输出端以及下述移动终端的输入/输出端相连；

移动通信终端，主要包括支持无线传输的各种形式的移动终端，可以包括手机，笔记本电脑，以及手持PDA等设备。其输入/输出端分别与上述的移动通信网接入设备的输入/输出端通过空中接口相连接。

附图说明

图1新型延迟容忍网络的体系框架基本结构示意图。

图2新型延迟容忍网络的基本实现流程示意图。

图3延迟容忍服务器基本结构示意图。

图4延迟容忍服务器的基本实现流程示意图。

具体实施方式

本发明所述的一种新型的延迟容忍网络的基本结构，参见附图1，该基本结构中含有：

至少一个通信核心网，它包括移动通信骨干网以及互联网。移动通信网按照用户需求，为用户提供多媒体业务数据，其输入信号是下述延迟容忍服务器的业务请求以及业务延迟QoS信息，输出是多媒体业务数据信息，以及核心网状态信息。

若干延迟容忍服务器，多个延迟容忍服务器可以满足不同区域用户的接入需求，它们的输入/输出端分别与上述通信核心网的输出/输入端相连，并与下述移动通信网接入设备的输出/输入端相连；它们各自含有外部接口A/B，业务数据处理单元，控制单元，业务请求处理单元，动态资源分配单元，流量控制单元，以及无线信道信息处理单元；所述业务数据处理单元的输入/输出端分配与下述控制单元、下述外部接口A的输出/输入端相连；所述无线信道信息处理单元的输入端分别与下述控制单元，以及下述外部接口A的输出端相连，输出端分别与下述动态资源分配单元以及下述控制单元相连；所述业务请求处理单元的输入端分别与下述外部接口A、下述控制单元以及下述动态资源分配单元的输出端相连，输出端分别与下述控制单元以及动态资源分配单元的输入端相连；所述动态资源分配单元的输入端分别与上述业务请求处理单元，上述无线信道信息处理单元，上述流量控制单元以及下述控制单元的输出端相连，输出端分比与上述业务请求处理单元，下述流量控制单元以及下述控制单元的输入端相连；所述流量控制单元的输入端分别于下述控制单元，上述动态资源分配单元，下述外部接口B的输出端相连，输出端分别与下述控制单元以及上述动态资源分配单元的输入端相连；所述控制单元输入/输出端分别与业务数据处理单元，无线信道状态信息处理单元，业务请求处理单元，动态资源分配单元，流量控制单元，控制单元以及外部接口单元的输入/输出端相连。所述外部接口A的输入端分别与上述控制单元、业务数据处理单元以及下述无线接入网相连；输出端分别与上述控制单元、业务数据处理单元、上述业务请求处理单元、上述信道状态信息处理单元以及下述无线接入网相连；所述外部接口B的输入端分别与上述控制单元、业务数据处理单元以及下述核心网相连；输出端与上述控制单元、业务数据处理单元以及下述核心网以及上述流量控制单元相连。

至少一个移动通信接入网设备，包括基站以及WLAN接入站点，多个移动通信接入网设备可以满足不同区域用户的接入需求，它们的输入/输出端分别与上述的延迟容忍服务器的输出/输入端，以及下述移动终端的输出/输入端相连；

至少一个移动通信终端，用户的移动通信终端发出业务请求以及对业务的时延QoS信息，其输入/输出端通过无线链路，分别与上述移动通信接入网设备的输出/输入端相连。

一种新型的延迟网络，其特征在于，所述延迟容忍网络是按照以下步骤实现的：

1)用户通过移动终端向移动通信接入网设备发出业务请求信息；此信息中既包含对业务内容的请求，也包含用户对该项业务的延迟容忍QoS要求；

2)移动终端进行辅助信道估计，并且将当前时刻的无线信道状态信息CSI估计值传输给移动通信网接入设备；

3)移动通信接入网设备通过空中接口接收来自用户的业务请求信息以及无线信道状态CSI估计信息，并将其传输给延迟容忍服务器；

4)延迟容忍服务器根据用户移动终端的业务请求，业务的延迟QoS要求，以及无线信道状态信息CSI，进行基于时隙，载波，功率，用户等多维资源的上/下行动态资源分配，合理确定业务优先级，调度业务传输次序，根据核心网状态生成流量控制信息。

5)倘若通信过程为下行业务传输过程，则：

(5.1)延迟容忍服务器按照用户所请求的下行业务及其优先级，以及下行资源分配结果，向通信核心网络请求所需的下行业务数据；

(5.2)通信核心网按照延迟容忍服务器提供的业务请求信息，向延迟容忍服务器以及移动通信接入网设备推送所需的下行业务数据；

(5.3)延迟容忍服务器将来自通信核心网的下行业务数据传输给移动通信接入设备，由移动通信接入设备按照4)确定的业务优先级次序，以及下行动态资源分配结果将下行业务数据推送给用户；

6)倘若通信过程为上行业务传输过程，则：

(6.1)移动通信接入网设备按照4)确定的业务优先级次序，以及上行动态资源分配结果，通过空中接口获取用户的上行业务数据；

(6.2)移动通信接入网设备将所获取的业务内容数据，传输并存储在延迟容忍服务器中；

(6.3)延迟容忍服务器根据4)中确定的业务优先级顺序，上行动态资源分配结果以及通信核心网流量控制信息，将来自用户移动终端的上行业务推送进入通信核心网络。

下面结合附图，对本发明的具体实施方式说明如下。

本发明所述的一种新型的延迟容忍网络的体系框架基本结构，参见附图1，该基本结构中含有：

通信核心网，它包括移动通信骨干网以及互联网，它的作用是提供各种多媒体业务数据，这些数据包含图片数据、视频数据、音频数据、文字数据，以及通过用户上行传输得到的交互式业务数据，如视频/语音通话数据，文字信息(短信)数据等；

通信接入网设备，它包括基站以及WLAN接入设备，它的作用是为用户移动终端用户以及核心通信网络提供空中接口，接收来自用户移动终端的业务数据信息以及业务请求，并且为用户移动终端发送其所请求的业务数据；

延迟容忍服务器，它是整个网络的核心，它的作用是根据用户的业务延迟QoS要求、无线信道状态信息CSI、以及通信核心网状态信息，确定业务的优先级，动态调整业务传输顺序，对进入核心网的数据进行流量控制，并且进行无线通信资源分配，进而在满足用户延迟QoS的要求下，提高网络容量及其对业务传输的延迟容忍度。上行通信过程中主要是进行上行基于无线接入网的无线通信资源分配，以及针对通信核心网状态的流量控制；下行通信则主要进行针对无线接入网的下行无线通信资源分配；

移动终端，它包括移动电话，笔记本电脑，以及手持PDA等无线移动通信终端，它的作用是，用户通过各种移动终端，与其他用户进行交互式业务的数据交换，或者想通信核心网申请多媒体业务数据。

根据上述新型的延迟容忍网络结构描述，本发明的实现流程包括以下步骤(参见附图2)；

1)用户通过移动终端向移动通信网接入设备发出业务请求信息，此信息中既包含对业务内容的请求，也包含用户对该项业务的时延容忍QoS信息；

2)移动终端进行辅助信道估计，并且将当前时刻的信道状态信息CSI估计值传输给移动通信网接入设备；

3)移动通信网接入设备通过空中接口接收来自用户的业务请求信息以及信道状态CSI估计信息，并将其传输给延迟容忍服务器；

4)延迟容忍服务器根据用户移动终端业务请求，时延QoS要求，以及无线信道状态信息CSI，进行基于时隙，载波，功率，用户等多维资源的上/下行动态资源分配，合理确定业务优先级，调度业务传输次序，生成根据核心网状态生成流量控制信息。

5)倘若通信过程为下行业务传输过程，则：

(5.1)延迟容忍服务器按照用户所请求的下行业务及其优先级，以及下行资源分配结果，向通信核心网络请求所需的下行业务内容数据；

(5.2)通信核心网按照延迟容忍服务器提供的业务请求信息，向延迟容忍服务器以及移动通信接入网设备推送所需的下行业务数据；

(5.3)延迟容忍服务器将来自通信核心网的下行业务数据传输给移动通信接入设备，由移动通信接入设备按照4)确定的业务优先级次序，以及下行动态资源分配结果将下行业务数据推送给用户；

6)倘若通信过程为上行业务传输过程，则：

(6.1)移动通信接入网设备按照4)确定的业务优先级次序，以及上行动态资源分配结果，通过空中接口获取用户的上行业务数据；

(6.2)移动通信接入网设备将所获取的业务内容数据，传输并存储在延迟容忍服务器；

(6.3)延迟容忍服务器根据4)中确定的业务由县级顺序，上行动态资源分配结果以及通信核心网流量控制信息，将来自用户移动终端的上行业务传输进入通信核心网络。

本发明的重要特征还在于它至少包含了一个延迟容忍服务器，该延迟容忍服务器的基本结构参见附图3，它含有：

业务数据处理单元，它的作用是获取来自移动通信接入网的上行业务数据信息以及核心网的下行业务数据信息，存储在业务数据处理单元的存储器(缓冲器)中，此存储器(缓冲器)可以是与通信网接入设备共享。在下述控制单元的作用下，业务数据处理单元根据下述动态资源分配单元的资源分配处理结果，以及下述流量控制单元的处理结果，调整不同时刻存储的业务数据在缓存中的位置，调整业务传输次序，并向移动接入网设备(下行业务传输)或者通信核心网(上行业务传输)推送业务数据信息。

无线信道状态信息处理单元，它的作用是获取当前时刻的无线信道状态估计信息，并且根据信道状态的历史信息以及信道状态的统计信息，以及不同业务的延迟容忍要求，估计并预测业务延迟容忍时间段内若干时刻的无线信道状态信息。这种预测基于当前时刻无线信道状态信息，以及若干时刻内的信道状态的历史信息，可以采用基于MMSE(最小均方误差)的线性预测，或者基于Kalman(卡尔曼)滤波的预测方法。由此产生一个包含时延、频率、功率、用户等在内的多维度的无线信道状态CSI矩阵，供动态资源分配单元使用。

业务请求处理单元，它的作用是获取不同业务的延迟容忍QoS要求。本发明所述QoS要求主要针对实时业务与非实时业务。针对非实时业务，该QoS要求主要是指用户对于业务传送的速率要求，而该速率要求又可以根据当前的业务量等效转化为时延要求；针对实时业务，该QoS要求主要是指用户对于实时业务传输的延迟要求。这个QoS要求信息可以隐含在用户移动终端的业务请求中，由业务请求处理单元对其进行分离并获取。业务请求处理单元还按照业务的延迟容忍QoS，无线信道资源等信息，确定业务优先级，对业务优先级的确定可采用基于WFQ等加权方法；

动态资源分配单元，它的作用是根据不同业务的延迟容忍要求、业务延迟容忍时间内的无线信道状态信息以及核心网状态信息，控制移动通信接入网设备，进行对于无线链路的动态资源分配。可以采用基于LDD(拉格朗日对偶分解)的最优资源分配方法，基于Greedy(贪婪算法)的次优资源分配算法，以及各种低复杂度的启发式算法，进行无线信道资源的动态资源分配。

流量控制单元，它的作用是获取来自核心网可利用资源的信息以及核心网状态信息，并通过计算确定当前可接入核心网的最大流量。将此信息传输给上述动态资源分配单元作为资源分配的参量，以根据核心网可利用资源，动态调整业务传输次序，并确定当前可接入的业务。

控制单元，它是延迟容忍服务器的控制中心，控制各单元之间的协调与调度；控制单元根据流量控制单元的核心网状态信息，控制业务请求处理单元确定业务的优先级，并调整业务排队顺序；控制单元还根据无线信道状态单元的无线信道状态CSI矩阵，进行动态资源分配；

外部接口单元A，它的作用分别是连接延迟容忍服务器与无线接入网设备(如基站，WLAN接入点)；

外部接口单元B，它的作用分别是连接延迟容忍服务器与核心网(如互联网，移动通信网)；

根据上述延迟处理装置的结构描述，所述的延迟处理装置的实现流程包括以下步骤(参见附图4)：

1)移动接入网设备接收用户的业务请求以及移动台辅助信道估计的无线信道状态信息CSI估计值，并将其发送给延迟容忍服务器；

2)延迟容忍服务器通过外部接口A接收用户业务请求信息，在控制单元的控制下，由业务请求处理单元解析出包含在业务请求信息中的延迟容忍QoS信息；

3)延迟容忍服务器通过外部接口A接收无线信道状态信息CSI的估计值，在控制器的作用下，无线信道信息处理单元存储、更新信道状态信息的历史，并根据当前信道估计值以及信道状态历史信息，预测业务最大延迟容忍内的信道状态，并生成基于时隙，载波，功率，用户等多维度的无线信道状态信息CSI矩阵；

4)业务请求处理单元根据各业务对应的无线信道状态信息，流量控制信息，以及各业务的延迟容忍QoS信息，确定各业务的优先级；

5)倘若通信过程为下行业务传输过程，则：

(5.1)在控制单元的作用下，动态资源分配单元根据3)中的信道状态信息矩阵，业务请求处理单元确定的业务优先级，对存储在业务数据处理单元中的各业务进行下行链路的动态资源分配；

(5.2)在控制单元的作用下，延迟容忍服务器根据下行动态资源分配结果，以及业务优先级顺序，通过外部接口B向通信核心网络请求所需的下行业务数据；

(5.3)通信核心网通过外部接口B将所请求的业务数据发送给延迟容忍服务器，并存储在其业务数据处理单元的存储器(缓冲器)中；

(5.4)根据上述动态资源分配结果，业务数据处理单元调整存储器(缓冲器)中业务排队顺序，调整业务传输次序，并通过外部接口A，将其传输给移动接入网设备；

(5.5)移动接入网设备根据上述动态资源分配结果，以及业务优先级顺序，为业务分配载波与时隙，并通过下行链路，推送给用户移动终端；

6)倘若通信过程为上行业务传输过程，则：

(6.1)迟容忍服务器通过外部接口B，获取通信核心网状态信息，并且根据此信息，由流量控制单元生成流量控制信息

(6.2)在控制单元的作用下，动态资源分配单元根据3)中的信道状态信息矩阵，业务请求处理单元确定的业务优先级，以及上述流量控制信息，对存储在业务数据处理单元中的各业务进行上行链路的动态资源分配；

(6.3)延迟容忍服务器通过外部接口A，将上述动态资源分配结果发送给移动接入网设备；

(6.4)移动接入网设备按照上述上行资源分配结果，进行上行业务数据传输，并通过外部接口A传输给延迟容忍服务器；

(6.5)延迟容忍服务器将接收到的来自移动接入网设备的业务数据存储在业务数据处理单元中，并且由流量控制单元进行流量控制，并且通过外部接口B，向通信核心网推送业务。

Claims (1)

1.一种延迟容忍网络，其特征在于含有：包括移动通信骨干网和互联网在内的一个通信核心网、至少一个延迟容忍服务器、至少一个包括基站或WLAN无线接入站点在内的移动通信接入网设备、至少一条无线通信链路，以及至少一个包括手机、PDA以及便携式计算机在内的无线通信终端，其中： 

通信核心网，输入/输出端分别与所述延迟容忍服务器对应的第一输出／输入端相连，为用户提供所需的所有类型的业务数据信息，其中至少包含视频信息、音频信息、文字信息和图像信息，该通信核心网通过所述延迟容忍服务器以及无线接入网设备为所述用户按需提供请求的业务数据信息；延迟容忍服务器第二输入／输出端具有移动通信接入功能和无线接入网设备的输出／输入端相连，所述延迟容忍服务器含有：业务数据处理单元、无线信道信息处理单元、业务请求处理单元、动态资源分配单元、流量控制单元、控制单元、以及两个外部接口，其中： 

业务数据处理单元，设有：接收第一外部接口(A)输出的上行业务数据的第一输入端、接收第二外部接口(B)输出的下行业务数据的第二输入端、以及接收所述控制单元输出的控制信息的第三输入端，还设有：发送到所述第一外部接口(A)的下行业务数据的第一输出端、向所述第二外部接口(B)发送上行业务数据的第二输出端、以及向所述控制单元发送业务状态信息的第三输出端，所述的业务状态信息包括：所述延迟容忍服务器缓冲器中的业务队列长度、每次业务在当前队列中的位置、每项业务剩余的数据包数量以及延迟容忍信息；无线信道信息处理单元，设有：接收所述第一外部接口(A)输出的当前时刻无线信道状态CSI估计信息的第一输入端、以及所述控制单元输出的控制信息的第二输入端，还设有：向所述动态资源分配单元发送无线信道状态CSI信息矩阵的第一输出端，以及向所述控制单元发送无线信道状态CSI信息矩阵的第二输出端； 

业务请求处理单元，设有：接收所述第一外部接口(A)输出的业务请求信息的第一输入端、所述控制单元输出的控制信息的第二输入端、所述动态资源分配单元输出的业务QoS获取信息的第三输入端，所述业务QoS获取信息是指对于新进入网络的业务所需获得的延迟容忍QoS信息以及所述无线信道信息处理单元发出的无线信道状态信息矩阵，还设有发送到所述动态资源分配单元的用户延迟容忍QoS信息的输出端，以及向所述控制单元发出业务处理信息的输出端； 

动态资源分配单元，设有所述业务请求处理单元输出的业务延迟容忍QoS信息的输入端、所述无线信道信息处理单元输出的无线信道状态估计矩阵的输入端、所述控制单元输出的控制信息的输入端，以及所述流量控制单元输出的流量控制信息的输入端，还设有向所述业务请求处理单元发 送获取的业务QoS信息的输出端，向所述控制单元发送动态资源分配信息的输出端，以及向所述流量控制单元发送动态资源分配信息的输出端； 

流量控制单元，设有接收所述第二外部接口(B)输出的所述通信核心网状态信息的输入端、接收所述动态资源分配单元输出的动态资源分配信息的输入端，以及所述控制单元输出的控制信息的输入端：其中所述通信核心网状态信息包括：当前通信核心网能够获得的包括交换机、路由器在内的资源的相关状态信息；还设有向所述动态资源分配单元发送流量控制信息的输出端，以及向所述控制单元发送流量控制信息的输出端； 

控制单元，设有接收所述第一外部接口(A)输出的上行业务请求信息的输入端、接收所述第二外部接口(B)输出的下行业务请求信息的输入端，接收所述动态资源分配单元输出的动态资源分配信息的输入端，接收所述流量控制单元输出的流量控制信息的输入端，以及接收所述业务数据处理单元输出的业务状态信息的输入端；还设有向所述业务请求处理单元、动态资源分配单元、流量控制单元、第一外部接口(A)以及第二外部接口(B)发送控制信息的输出端； 

第一外部接口(A)设有接收所述移动通信接入网设备输出的来自所述用户终端的上行业务数据信息，以及接收所述控制单元输出的控制信息的输入端、以及所述业务数据处理单元输出的来自通信核心网的下行业务数据信息的输入端；还设有：向所述业务请求处理单元发送上行业务请求信息的输出端，向所述无线信道信息处理单元发送无线信道状态信息的输出端，向所述业务数据处理单元发送上行业务数据的输出端，向所述控制单元发送下行业务请求信息的输出端，以及向所述通信核心网发送来自所述无线接入网或通信核心网用户的上行业务请求的输出端； 

第二外部接口(B)，设有：所述通信核心网输出的来自所属用户终端的上行业务数据信息的输入端，所述控制单元输出的控制信息的输入端以及所述业务数据处理单元输出的来自无线接入网的上行业务数据信息的输入端，还设有：向所述通信核心网输出的来自所述通信核心网或来自所述无线接入网的用户上行业务处理数据信息的输出端，向所述业务数据处理单元发送上行业务数据的输出端以及向所述控制单元发送的上行业务请求信息的输出端； 

所述延迟容忍服务器依次按如下步骤实现其功能： 

步骤(1)，所述移动通信接入网设备获取用户移动终端的上行业务请求，再通过所述第一外部接口(A)发送至所述业务请求处理单元； 

步骤(2)，所述第一外部接口(A)向所述控制单元发送步骤(1)所述的上行或下行业务请求信息，所述控制单元向所述业务请求处理单元输出控制信息，所述业务请求处理单元接收所述上行或下行业务请求，及其最大延迟容忍信息； 

步骤(3)，所述移动通信接入网设备接收移动台辅助信道估计的无线信道状态信息CSI的估计 值，并通过所述第一外部接口(A)将该估计值发送至所述无线信道信息处理单元； 

步骤(4)，所述无线信道信息处理单元在所述控制单元输出的控制信息的控制下，存储所述当前无线信道状态信息CSI的估计值，更新存储的信道状态信息历史信息，并且对所述业务最大延迟容忍内的无线信道信息进行预测，形成无线信道信息矩阵，再输入到所述业务请求处理单元； 

步骤(5)，所述业务请求处理单元根据所获取的各业务的最大延迟容忍信息以及无线信道状态信息矩阵，确定各业务请求的优先级：对于上行业务传输执行步骤(6)～步骤(9)，对于下行业务传输执行步骤(10)～步骤(12)； 

步骤(6)，所述流量控制单元在所述控制单元控制下，通过所述第二外部接口(B)获取所述通信核心网可利用资源以及所述通信核心网输出的信息，其中至少包括交换机和服务器的缓冲器存储空间，以及所述通信核心网的网络拥塞状态，并生成流量控制信息； 

步骤(7)动态资源分配单元根据从所述无线信道信息处理单元传输来的所述无线信道信息矩阵，以及从所述业务请求处理单元输入的各业务延迟容忍信息，确定各业务请求的优先级，从所述流量控制单元输入的所述通信核心网的流量控制信息，进行上行动态资源分配，资源分配结果依次通过所述控制单元，第一外部接口(A)传输移动通信接入网设备； 

步骤(8)所述无线接入网设备接口根椐动态资源分配结果，为各上行业务分配包括时隙、载频和功率在内的资源，再通过空中接口从所述用户移动终端活跃获取上行业务数据，并传输给所述第一外部接口(A)； 

步骤(9)所述第一外部接口(A)把所述上行业务数据存储在所述业务数据处理单元中，并接收来自控制单元的控制信息通过第二外部接口(B)，把上行业务传输到所述通信核心网； 

步骤(10)动态资源分配单元根据上述无线信道信息矩阵，不同业务的优先级，不同业务延迟容忍QoS要求，进行下行动态资源分配； 

步骤(11)延迟容忍服务器将上述资源分配结果，下行业务请求及其优先级，通过第二外部接口(B)，从通信核心网获取下行业务数据，并存储在业务数据处理单元中； 

步骤(12)通过第一外部接口(A)，延迟容忍服务器将上述下行动态资源分配结果，传输给移动通信接入网设备；移动通信接入网设备按照该结果，调度业务数据处理单元中的业务，为其分配时隙，载波，功率资源，为用户推送下行业务数据。 

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