Способ и устройство для динамического распределения ресурсов в сети радиосвязи с использованием упорядоченного заема

 

Предложены радиосистема связи и способ упорядоченного переключения каналов, который облегчает динамический доступ ко всей группе каналов связи, разделенных на подгруппы. При этом каждая сотовая ячейка радиосистемы связи закреплена за отдельной подгруппой данной группы каналов. Распределение подгрупп каналов осуществлено заранее с учетом различных ограничений, накладываемых реальным физическим расположением объектов. Сигналы вызова, принимаемые впервые в сотовой ячейке, закрепляются за каналами базовой станции данной ячейки в порядке, установленном в ней. Так как когда-нибудь все отведенные каналы будут исчерпаны, т.е. будут заняты, то в установленном порядке осуществляется попытка переключения каналов в данную ячейку каналов, закрепленных за базовыми станциями соседней ячейки. В ячейку, в которую переключаются каналы, переносятся установленные номера каналов из каждой соседней ячейки до тех пор, пока не придет назад сигнал о подключении дополнительных каналов из некоторой сотовой ячейки. Доступ к каналам, переключенным из соседней ячейки, осуществляется в основном в обратном порядке по отношению к порядку, по которому происходит доступ в ней самой. В каждой ячейке задается заранее установленный порядок, при котором поступающие в данную ячейку вызовы могут быть закреплены за полной группой каналов в данной ячейке. Технический результат заключается в создании способа оптимального использования имеющихся ресурсов, который позволял бы динамически распределять ресурсы по подзонам сети связи с учетом функциональных ограничений, наложенных на эту сеть. 2 с. и 17 з.п.ф-лы, 8 ил.

Область техники, к которой относится изобретение Изобретение относится к сетям связи, в частности к способу и устройству для динамического распределения ресурсов в сети с целью повышения эффективности использования этих ресурсов.

Описание уровня техники В сети связи для соединения между двумя или несколькими абонентами по заданному маршруту выделяется определенный канал связи, и обычно в любой заданный момент времени связь для передачи трафика в такой сети может осуществляться только по ограниченному количеству каналов или линий. Для обслуживания каждого вызова выделяется некоторая часть общих ресурсов сети. При этом следует отметить, что существует два основных ресурса, которые используются в любой системе радиосвязи, а именно, средняя излучаемая мощность и ширина полосы пропускания канала.

Средняя излучаемая мощность представляет собой среднюю мощность переданного или излученного сигнала. Ширина полосы пропускания канала определяется полосой частот, которые используются в канале для передачи сигналов с удовлетворительной точностью. Главная задача, связанная с разработкой систем связи, состоит в максимально эффективном использовании двух этих ресурсов. В большинстве систем один из этих ресурсов может иметь более важное значение в сравнении с другим. Следовательно, каналы связи можно также классифицировать как каналы с ограниченной мощностью и каналы с ограниченной полосой. Так, в частности, телефонный канал является типичным примером канала с ограниченной полосой, тогда как дальнекосмические каналы связи или каналы спутниковой связи являются типичными примерами каналов с ограниченной мощностью.

Излучаемая мощность является важным параметром постольку, поскольку для приемника с заданным коэффициентом шума этот параметр определяет допустимое расстояние между передатчиком и приемником. Иными словами, для приемника с заданным коэффициентом шума и с заданным расстоянием от него до передатчика излучаемой мощностью определяется отношение сигнал/шум на входе приемника. Этим отношением, следовательно, определяется шумовая характеристика приемника. В случае, если шумовая характеристика превышает некоторый уровень, определяемый конструкцией приемника, то передача сигналов, соответственно сообщений по каналу, не может считаться удовлетворительной. Далее, ширина полосы пропускания канала является важным параметром постольку, поскольку для заданной полосы частот, характеризующих сообщение, она задает то количество таких сообщений, которые можно уплотнять для одновременной передачи по каналу. Иными словами, для заданного числа независимых сообщений, которые должны совместно передаваться по общему каналу, шириной полосы пропускания канала определяется полоса частот, которые могут быть выделены для передачи каждого сообщения без заметных искажений.

В любом случае в контексте настоящего изобретения термин "ресурс" охватывает, но не ограничен ими, такие понятия, как радиоканал (в частности, набор частот или временных интервалов, как это используется, например, в системах с многостанционным доступом с частотным разделением каналов (МДЧР) либо в системах с многостанционным доступом с временным разделением каналов (МДВР) или в их сочетаниях, код, соответствующий абоненту и используемый для упрощения связи (как это используется, например, в системах с многостанционным доступом с кодовым разделением каналов (МДКР)) и последовательность скачкообразных переключений (например, список порядковых чисел, устанавливающий порядок, в котором для заданного набора параметров, например, набора частот, может осуществляться последовательный доступ с целью осуществления связи), как это, например, используется в технологии размытого спектра со скачкообразной перестройкой частоты.

Сеть связи можно рассматривать как систему, образованную несколькими базовыми станциями. Каждая базовая станция принимает сообщения от нескольких входных портов и распределяет их по нескольким выходным портам. Абонент при вызове связывается непосредственно со своей, соответствующей ему базовой станцией. В некоторых случаях вызывающий и вызываемый абоненты используют одну и ту же базовую станцию сети. Однако в других случаях каналы связи устанавливаются между различными базовыми станциями, а при определенных условиях - и с использованием промежуточных базовых станций.

Когда конфигурация сети связи позволяет обслуживать подвижных абонентов, необходимость в более экономном распределении ресурсов сети для таких абонентов возрастает. Зона обслуживания сети делится на ряд примыкающих одна к другой подзон, называемых сотами. В пределах отдельной подзоны использующие радиотелефонную связь абоненты связываются по радиолиниям, соответственно по радиоканалам с базовой станцией (БС), обслуживающей эту подзону, причем эта базовая станция соединена с другими базовыми станциями сети радиосвязи. Для установления связи в такой сети радиосвязи каждому абоненту выделяется один из дискретного набора каналов. После подключения подвижных абонентов для обмена информацией между ними обычно используются радиолинии. Такие радиолинии обладают сравнительно ограниченными ресурсами, распределять которые необходимо максимально экономно. Поскольку абоненты являются подвижными, местонахождение вызываемого абонента невозможно определить путем простого опроса данных, идентифицирующих этого вызываемого абонента. Следовательно, для решения задачи, каким образом можно обслуживать "странствующих" абонентов, чье местонахождение меняется, необходимо привлекать дополнительные ресурсы сети радиосвязи, а структура самой сети должна обладать дополнительными развитыми логико-информационными возможностями.

Экономное использование ресурсов сети особенно затруднено в той сети, в которой по крайней мере некоторые из базовых станций сами являются подвижными. Эта ситуация может, например, встретиться в том случае, когда в качестве базовых станций сети используются спутники, движущиеся по орбите. В этом случае выбор конкретных базовых станций сети для использования в установлении канала связи зависит от того, какие из спутников занимают приемлемое положение в тот момент, когда осуществляется связь. Более того, условия радиопередачи по каналу связи непрерывно изменяются во времени по мере перемещения спутников по их орбитам. Такое непрерывное изменение может затрагивать одновременно тысячи или даже миллионы каналов, по которым осуществляется связь в сети. Таким образом, для согласования этих непрерывных изменений для большого количества каналов связи сеть в принципе должна обладать столь большими ресурсами, которые делают ее работу практически нецелесообразной.

В настоящее время в наземных МДЧР/МДВР-системах беспроводной связи для получения доступа к каналам в подзонах практически всех систем, развернутых в мире, в основном используется метод фиксированного распределения каналов (ФРК). При ФРК каждой подзоне выделяется фиксированная группа каналов. В частности, эффективного использования доступных ресурсов пытались достигнуть путем выделения для совместного использования подзон, которые пространственно существенно удалены друг от друга, вследствие чего общие помехи от всех совместно используемых подзон, а также иного рода помехи в системе (как, например, помехи от соседнего канала) не превышают допустимого порогового уровня. Благодаря предоставлению более широкого доступа к каналам может быть реализована более эффективная магистральная сеть, за счет чего снижается время, в течение которого каналы остаются незанятыми. Однако такое фиксированное распределение ресурсов не является оптимальным, поскольку подзона не может использовать ресурсы, изначально не выделенные для нее, даже в том случае, когда такое использование и не приведет к нарушению функциональных ограничений, наложенных на работу системы. Поэтому ФРК-метод не обладает гибкостью и не поддается адаптации к условиям переменной, изменяющейся нагрузки в каналах. По мере увеличения количества абонентов сетей сотовой связи и персональных телекоммуникационных сетей набор требований, предъявляемых к структуре каналов, может быстро изменяться в соответствии с реальными потребностями. Негибкая природа ФРК-метода может послужить серьезным препятствием в предоставлении подвижному абоненту канала связи в тот момент, когда в этом возникает необходимость. Таким образом, существующие методы распределения частот и управления сетью быстро становятся непрактичными и неэффективными.

Одно из возможных решений проблемы управления сетью связи, связанной с увеличением объема телефонных переговоров, состоит в динамическом распределении каналов (ДРК), где каждый имеющийся канал может использоваться в каждой подзоне. В отличие от ФРК-метода, ДРК-метод может адаптироваться к локальным условиям, в которых возникают помехи и в которых происходит передача трафика. Однако качество данного канала может быть ухудшено из-за влияния канала ближайшей подзоны и/или из-за ослабления уровня сигнала, и поэтому канал, качество которого ниже установленного предела, будет препятствовать непосредственному получению доступа к каналу вновь вышедшему на связь абоненту.

Исходя из вышеизложенного, в основу настоящего изобретения была положена задача разработать способ оптимального использования имеющихся ресурсов, таких, как спектр радиочастот, который позволял бы динамически распределять ресурсы по подзонам сети связи с учетом функциональных ограничений, наложенных на эту сеть.

Краткое описание изобретения Указанная выше задача решается с помощью соответствующих способа и системы, которые позволяют упростить динамический доступ к общей группе разделенных на подгруппы каналов благодаря тому, что каждой подзоне в системе связи выделена конкретная подгруппа каналов из их общей группы. В контексте настоящего описания термин "канал" используется только в качестве иллюстративного примера понятия "ресурс", который в соответствии с изобретением можно динамически распределять в наземной сотовой сети связи. Кроме того, в последующем описании под термином "подзона" понимается сотовая подзона, относящаяся не только к одно- или двухмерным наземным сотовым системам связи со стационарным расположением базовых станций, но и к трехмерным системам, базовые станции в которых перемещаются в пределах пространственной или наземной зоны обслуживания. Таким образом, для специалиста в данной области техники очевидно, что предлагаемые в изобретении способ и устройство могут быть использованы при распределении и иных ресурсов, в том числе ресурсов в космической системе спутниковой связи, положение базовых станций в которой относительно абонента само изменяется динамически, либо в персональных системах связи внутри зданий или иных сооружений.

В любом случае выделение подгрупп каналов осуществляется с учетом различных ограничений, накладываемых схемой размещения системы связи. Примерами таких ограничений являются ограничения, обусловленные внутриканальными или межканальными помехами. При этом различным базовым станциям могут выделяться группы с различным числом каналов. Кроме того, каналы необязательно должны распределяться равномерно по всей зоне, обслуживаемой сетью связи.

Новым исходящим вызовам в подзоне сначала в установленном для нее порядке предоставляются каналы, первоначально выделенные базовой станции этой подзоны. В том случае, если в данной подзоне не останется более свободных каналов из числа первоначально выделенных ей, т.е. все они будут заняты, вызов предпримет попытку "занять" в определенном порядке каналы из числа выделенных базовым станциям соседних подзон. В частности, в данном описании группа подзон, соседних с данной подзоной, обозначена, например, как задействованная или используемая подзона (1). Для каждой группы из C каналов, отличной от собственной группы каналов подзоны (1), любая другая подзона, например, подзона (2), рассматривается как соседняя подзона, если ей "принадлежит" группа из C каналов и если она расположена настолько близко к подзоне (1), что одновременное использование группы из C каналов в обоих подзонах (1) и (2) привело бы к возникновению взаимных помех или к нарушению каких-либо иных рабочих параметров системы. Если существует более одной подзоны, которым "принадлежит" группа из C каналов, то в этом случае только одна из них будет считаться соседней. Подзона осуществляет заем строго определенной группы каналов из каждой соседней подзоны, после чего возвращается к какой-либо конкретной подзоне для заема дополнительных каналов. Доступ к каналам, занятым у соседней подзоны, осуществляется в порядке, обратном тому, в котором они используются в самой подзоне, которой они "принадлежат". Таким путем для каждой подзоны устанавливается заранее заданный порядок, в котором новые вызовы в данной подзоне могут получать доступ ко всем каналам из их группы.

Порядок, в котором происходит "обход" подзон для заема у них каналов, необязательно должен быть взаимосвязан с порядком распределения подгрупп каналов по подзонам.

Если отыскиваемый канал уже задействован или зарезервирован подзоной, которой он принадлежит, либо одной из соседних с ней подзон, то выполняется одна из следующих операций: (I) подзона, из которой исходит новый вызов, посылает запрос на резервирование канала, одновременно продолжая поиск канала по своему списку, устанавливающему порядок доступа к каналам, или (II) если количество ожидающих запросов на резервирование каналов в подзоне с новым исходящим вызовом превышает заданный предел, то вызов блокируется.

В случае завершения соединения канал, который был задействован последним, освобождается путем осуществляемого внутри подзоны "переключения" текущего соединения с этого задействованного последним канала на канал, который только что освободился в результате окончания соединения. Иными словами, текущие телефонные переговоры распределяются по имеющимся в наличии каналам в соответствии со стековым порядком обслуживания. Таким образом, если через C обозначить общее количество каналов, через n обозначить количество задействованных на данный момент каналов, а через k обозначить количество зарезервированных каналов, то в данной подзоне, порядок доступа к каналам в которой определяется как α = α(1), α(2),..., α(C), задействованные и зарезервированные каналы располагаются в строго заданном порядке α(1), α(2),..., α(k+n), a дополнительным вызовам последовательно будут выделяться каналы в следующем порядке α(k+n+1), α(k+n+2),..., α(C). Если соединение, осуществляемое по каналу, который зарезервирован другими подзонами, завершается, то один из указанных выше ожидающих запросов на резервирование канала удовлетворяется. В подзоне, в которой выполнен такой запрос на резервирование канала, канал, который был задействован последним в этой подзоне, освобождается путем осуществляемого внутри подзоны "переключения" текущего соединения с этого задействованного последним канала на вновь зарезервированный канал, предоставленный в соответствии с выполненным запросом на такое резервирование. Качество "переключения" каналов можно повысить, если такие "переключения" внутри подзоны осуществлять путем дистанционной перенастройки приемопередатчиков.

С целью облегчить реализацию предлагаемого способа на практике и минимизировать объем информации, передаваемой между базовыми станциями (центрами управления и приема/передачи), расположенными в разных сотовых подзонах, используется следующий подход. Для списков, устанавливающих порядок доступа к каналам, можно определить алгебраическую операцию ϑ, выполняемую над этими списками. Если, например, в двух сотовых подзонах, обозначенных через 1 и 2, используется пара списков α₁ и α₂, устанавливающих порядки доступа к каналам в этих подзонах, то при выполнении над этими списками указанной операции получаемый третий список α₃= ϑ(α₁,α₂) должен удовлетворять следующему условию: если число занятых или зарезервированных каналов в каждой подзоне составляет соответственно m₁ и m₂, то подзона 1 может занять в подзоне 2 канал [который обязательно должен представлять собой канал с номером α₁(m₁+1) ] тогда и только тогда, когда между величинами α₃(m₁+1) и m₂ существует определенное числовое соотношение. Это условие должно выполняться во всех случаях, когда подзона 2 является соседней подзоной по отношению к подзоне 1. Если это условие не выполняется для какой-нибудь соседней подзоны, а в подзоне 1 не превышен предварительно установленный для нее предел по числу зарезервированных каналов, которые она может иметь, то m₁ увеличивается на 1, для вызова резервируется канал с номером α₁(m₁+1) и процесс повторяется. В противном случае вызов блокируется.

Описанная выше процедура позволяет минимизировать объем информации, которой должны обмениваться базовые станции, поскольку предварительно вычисленные списки ϑ(α₁,α₂), устанавливающие порядок доступа к каналам, можно сохранять в памяти каждой базовой станции для каждой из соседних с ней подзон. После установления соединения единственной информацией, которой должны будут обмениваться между собой подзоны 1 и 2, являются величины m₁ и m₂, т.е. величины, характеризующие состояние этих подзон 1 и 2.

Другие отличительные особенности настоящего изобретения более подробно раскрыты в формуле изобретения, являющейся частью настоящего описания.

Краткое описание чертежей Преимущества и отличительные особенности изобретения более подробно поясняются ниже на примере одного из предпочтительных вариантов его выполнения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано: на фиг. 1 - изображение схемы расположения сотовых подзон правильной геометрической формы в сотовой сети радиотелефонной связи, где типичная группа многократно используемых подзон показана темным цветом (коэффициент многократного использования 7), на фиг. 2 - схематичное изображение части сотовой сети радиотелефонной связи, в которой базовые станции работают с ненаправленными или направленными антеннами, на фиг. 3 - схема сотовой сети радиотелефонной связи, на фиг. 4 - блок-схема устройства обработки данных, предназначенного в соответствии с изобретением для выделения каналов при поступлении запросов на соединение в сотовой сети радиотелефонной связи,
на фиг. 5 - блок-схема процесса выделения каналов вызывающим абонентам, включая при необходимости резервирование каналов, в соответствии с предлагаемым по изобретению способом,
на фиг. 6 - блок-схема процесса освобождения каналов, связь по которым прекращена,
на фиг. 7 - схематичное изображение группы из девятнадцати многократно используемых подзон и
на фиг. 8 - таблица, на которой в качестве примера приведен порядок доступа к каналу в соответствии с изобретением для показанной на фиг. 7 группы из девятнадцати многократно используемых подзон.

Подробное описание предпочтительного варианта выполнения изобретения
На фиг. 1 показана обычная схема расположения подзон, или сот, с правильным шестиугольным контуром в наземной сотовой сети радиотелефонной связи. При таком, показанном на чертеже разбиении географической зоны обслуживания на сетку шестиугольников образуется геометрическая структура, которая позволяет выделять каналы при упорядоченном расположении подзон, что обеспечивает многократное использование таких каналов при управлении их выделением, рассматриваемом на модели с регулярно повторяющейся геометрической формой подзон. Каждой подзоне выделена конкретная группа каналов. Каждая такая группа каналов образована множеством индивидуальных радиоканалов приема и передачи, которые используются внутри самой подзоны. В этой модели, изображенной на фиг. 1, подзоны, обозначенные цифрой 0, являются совместно используемыми подзонами, и все они используют одну и ту же группу каналов. Символ 0 служит только идентификатором или меткой группы каналов и не относится к какому-либо конкретному их конструктивному исполнению. То же самое справедливо и для других совместно используемых подзон, обозначенных цифрами 1-6, при этом каждой подзоне выделена соответствующая группа каналов. Основные принципы, реализованные в описанном выше примере, можно использовать и в отношении сетки с неравномерной структурой, отличной от конфигурации с регулярно повторяющимися элементами правильной геометрической формы, изображенной на фиг. 1, путем соответствующего согласования с ограничениями по наличию и блокированию каналов, а также с ограничениями, обусловленными взаимным влиянием между каналами. Подзоны, выделенные на фиг. 1 темным цветом и окружающие центральную подзону, помеченную 0, являются подзонами, смежными с указанной подзоной, т. е. непосредственно примыкающими к ней. Эта подзона вместе со смежными с ней обычно образует группу так называемых многократно используемых подзон.

В каждой подзоне предусмотрена обслуживающая эту подзону антенная система, взаимодействующая с базовой станцией, в состав которой входят приемопередатчики. Эти приемопередатчики в свою очередь соединены с телефонной коммутируемой сетью общего пользования магистральными линиями или соответствующими эквивалентными средствами. Как показано на фиг. 2, антенны могут быть либо ненаправленными, как, например, антенны 201 или 202, либо направленными, как, например, антенны 203, 204 и 205. Направленные антенны 203, 204 и 205 используются для разбиения подзон на остроугольные клиновидные секторы, обслуживающие зону 206, как показано на фиг. 2.

Типичная конфигурация наземной сотовой сети связи схематично показана на фиг. 3. Каждая базовая станция 300 оснащена приемо/передающей аппаратурой и антеннами, зоны действия которых охватывают соответствующие сотовые подзоны, причем границы таких зон имеют неправильную форму, что соответствует реальной системе. Подвижный объект 301 устанавливает связь с той базовой станцией, зона действия которой охватывает соответствующую сотовую подзону, в которой находится этот объект. Как показано на чертеже, система радиотелефонной связи с подвижными объектами соединена с телефонной коммутируемой сетью общего пользования 302 (ТСОП) через множество коммутационных узлов 304 мобильной связи (КУМС). Связь между множеством базовых станций осуществляется путем коммутации, осуществляемой КУМС.

Коммутационные станции КУМС 304 соединены с центром 305 эксплуатации и управления (ЦЭУ), осуществляющим управление их работой в системе и связанными с ними базовыми станциями 300. ЦЭУ 305 представляет собой центральную станцию управления, в состав которой входят аппаратура обработки данных и аппаратные средства ввода/вывода для приема/доставки данных, вводимых в запоминающее устройство для данных, выводимых из него, а также аппаратура управления в реальном масштабе времени. Такое оборудование, предназначенное для обработки данных, в сочетании с дистанционно настраиваемыми приемопередатчиками, расположенными на базовых станциях, позволяет осуществлять распределение, соответственно выделение каналов. В системе с распределенным управлением некоторые или все функции центра ЦЭУ могут выполняться базовыми станциями, которые связаны напрямую друг с другом или через сеть.

Пример аппаратуры обработки информации, входящей в состав ЦЭУ или отдельных базовых станций и предназначенной для распределения и настройки приемопередатчиков на базовых станциях, схематично показан на фиг. 4. В универсальный компьютер 400, или компьютер общего назначения, заложена программа, которая хранится в его памяти или ином запоминающем устройстве для данных, что обозначено позицией 401. Эта программа содержит набор команд, устанавливающих порядок распределения, соответственно выделения радиоканалов поступающим запросам на соединение на основании функционального состояния системы радиосвязи. Входные, или исходные, данные, необходимые для выполнения программы, поступают через входную схему 402 компьютера. К таким входным данным относятся запросы на соединение, порядок доступа к каналам для базовой станции каждой подзоны, количество текущих телефонных переговоров, т. е. обслуживаемых в данный момент вызовов, количество имеющихся в наличии, или доступных, каналов и количество зарезервированных в каждой подзоне каналов. Другими входными данными является информация о помехах, обычно в виде матрицы помех, обусловленных взаимным влиянием подзон, причем этой матрицей определяются помехи в каждой отдельной подзоне от смежных подзон. Входные данные также включают информацию о системных ограничениях, необходимую для распределения каналов. К системным ограничениям относятся требования к вероятности блокирования каналов, ограничения по минимально допустимому разнесению каналов, а также ограничения по наличию каналов. Схемы использования трафика также поступают в виде входных данных и применяются при начальном распределении каналов по подзонам. Информацию о трафике можно получать в реальном масштабе времени.

В последующем описании каналы, первоначально выделенные одной из сотовых подзон, рассматриваются как принадлежащие этой подзоне, а сама подзона называется подзоной-"владельцем" этих каналов. В рассматриваемом примере выполнения изобретения процесс распределения, соответственно выделения каналов осуществляется компьютером 400 в соответствии с командами, хранящимися в памяти 401. Информация об окончательном выделении каналов, распределенных по принятым запросам на соединение, равно как и о зарезервированных каналах в каждой подзоне, выводится через выходную схему 403 на КУМС 404, который в свою очередь передает ее далее на базовые станции. Индивидуально настраиваемые радиостанции 406, входящие в состав каждой базовой станции, настраиваются на соответствующие каналы в соответствии с информацией о распределении радиоканалов, полученной в процессе распределения каналов. В выходной схеме предусмотрены дополнительные выводы, позволяющие выводить на печать данные и графическую информацию для их распечатки в ЦЭУ, а также выводы, позволяющие подключать другие сетевые интерфейсы для диспетчерского контроля и управления сетью.

Для представления описанного выше процесса распределения, соответственно выделения каналов в алгебраическом виде используется следующая система обозначений:
j = 1,...,J означает индекс, присваиваемый различным логическим подзонам (где логическая подзона представляет собой часть охватываемой сотовой подзоной зоны, обслуживаемой базовой станцией, например, сектор, находящийся в зоне действия, соответственно охватываемый направленной антенной),
i = 1,...,J означает такой же индекс, что и j (комбинация (i,j) обозначает пару логических подзон),
C - количество имеющихся в наличии каналов,
a_j - максимальное количество каналов, доступ к которым может получить логическая подзона j,
n_j - количество текущих телефонных переговоров в логической подзоне j,
k_j - количество ожидающих запросов на резервирование каналов в логической подзоне j,
c_j - количество выделенных логической подзоне j каналов, выбранное совместно с приведенным ниже числом r_j для выполнения требований по блокированию каналов,
r_j - максимальное количество ожидающих запросов на резервирование каналов в логической подзоне j, выбранное совместно с приведенным выше количеством c_j для выполнения требований по блокированию каналов,
N_j - количество подзон, смежных с логической подзоной j, определяемое с учетом условий взаимного влияния подзон,
R_j - количество активных зарезервированных каналов в логической подзоне j.

Процесс выделения канала в сотовой подзоне j при поступлении запроса на соединение показан на фиг. 5. Обработка порядков доступа к каналам в каждой подзоне осуществляется в виде подстановок (иногда называемых также перестановками), что в математической форме может быть представлено, например, как взаимно однозначное отображение множества целых чисел {1,...,C} на себя. Использование алгебраической структуры, задаваемой функциональной композицией, позволяет определить операции "умножения" и "обращения", что делает этот набор элементов конечным множеством, удовлетворяющим обычным математическим условиям. Существует несколько различных конкретных реализаций или представлений таких элементов, например, с использованием матриц. Тем не менее все они являются эквивалентными в том отношении, что любой из них можно заменить другим в целях реализации описанного ниже процесса. Если в используемом выше конкретном представлении в математической форме через α и β обозначить порядки (списки) доступа к каналам, то под порядком доступа αβ понимается такой список, i-й элемент которого представляет собой элемент списка α, чье положение задается i-м элементом списка β. При этом αβ(i) = α(β(i)). Такое произведение не является коммутативным в том отношении, что для произвольных подстановок α и β произведение αβ не обязательно должно быть равно βα. Единичный элемент, обозначенный через ∈, представляет собой список, i-й элемент которого равен i. Этот элемент удовлетворяет условию α∈ = ∈α = ∈. Для каждой подстановки α существует обратная подстановка β, которая определяется единственным списком, для которого αβ = βa = ∈. Кроме того, в соответствии с принятыми в математике правилами обратная подстановка, например, для подстановки α, обычно обозначается через α^-1.
Для двух заданных списков α,β в результате выполнения определенной алгебраической операции, обозначаемой как ϑ(α,β) = β^-1α, получают третий список. С целью проверить, что начальные фрагменты (α_j(1),... α_j(m_j)) и (α_i(1),..., α_i(m_i)), т.е. первые m_j элементов списка α_j и первые m_i элементов списка α_i, не содержат общих элементов, необходимо и достаточно, чтобы минимальный элемент списка α^-_i¹α_j(1),..., α^-_i¹α_j(m_j) был строго больше m_i. Эта условие симметрично относительно i и j. В случае двух заданных начальных фрагментов списков, которые не перекрываются, т.е. не имеют общих элементов, с целью выяснить, не приведет ли удлинение одного из начальных фрагментов на один элемент (например, удлинение начального фрагмента множества α_j до (α_j(1),..., α_j(m_j+1)) возникновению условий, в которых имеет место перекрытие, достаточно только проверить, что выполняется условие α^-_i¹α_j(m_j+1) > m_i.
Положенные в основу настоящего изобретения подходы позволяют далее определить различные алгебраические структуры, описывающие множество подстановок и бинарную операцию ϑ и используемые для выявления конфликтных ситуаций, что позволяет снизить затраты на вычислительные мощности. Так, в частности, группу каналов можно разделить на r классов H₁,...,H_r таким образом, что группа каналов, принадлежащих некоторой подзоне, находится полностью внутри данного класса, а подзонам разрешено осуществлять заем каналов только из других подзон, в которых их собственная группа каналов принадлежит тому же классу. Используя принцип взаимно однозначного соответствия между каналами в данном классе H_t и группой, образующей равномощное множество (все выборки математически эквивалентны выборке {1,...,h_t}, где h_t соответствует мощности класса H_t, т.е. количеству элементов в нем), порядки доступа к каналам можно рассматривать как подстановки этой группы и как соответственно выполняемую над ними алгебраическую операцию ϑ. В другом варианте порядок доступа к каналу в любой подзоне j может быть произвольно расширен за пределы первых α_j элементов до любой подстановки на множестве достаточной мощности, что позволяет выполнять бинарную операцию ϑ(α_i,α_j) для любой подзоны i, где i является элементом, соседним с j.

В соответствии с предлагаемыми в изобретении подходами распределение каналов по вызовам или их резервирование осуществляется в соответствии со стековым порядком обслуживания. Таким образом, если C обозначает общее количество каналов, n_j обозначает количество задействованных в данный момент каналов, а k_j обозначает количество каналов, зарезервированных в подзоне j, в которой порядок доступа к каналу определяется как α_j= (α_j(1), α_j(2),..., α_j(C)), то задействованные или зарезервированные каналы располагаются в строго заданном порядке (α_j(1), α_j(2),..., α_j(k+n)), а дополнительным вызовам будут выделяться каналы в следующем порядке (α_j(k+n+1), α_j(k+n+2),..., α_j(C)).
Как показано на фиг. 5, сначала на шаге 502 определяется, не превышает ли количество каналов, выделенных сотовой подзоне j, функционально заданного максимального количества a_j, после чего путем опроса каждой подзоны, соседней с подзоной j, проверяется наличие возможных конфликтных ситуаций, т.е. ситуаций, когда канал одновременно используется в данной сотовой подзоне и в смежной с ней. Этот процесс осуществляется на шагах 503- 508. На шаге 506 проверяется выполнение описанного в предыдущем абзаце условия для контроля за такими конфликтными ситуациями. Если в результате проверки на этом шаге устанавливается наличие конфликтной ситуации, то тот канал, к которому отыскивался доступ, добавляется, если это допустимо, т.е. если не превышено максимальное количество каналов, предусмотренных для резервирования, к списку ожидающих запросов на резервирование каналов для подзоны j, что осуществляется на шагах 507 и 508. Если в последующем резервирование канала невозможно, то поступающий вызов отклоняется на шаге 509.

Если же такое резервирование возможно, то данный канал резервируется и начинается новый цикл опроса смежных сотовых подзон для канала, стоящего следующим в порядке доступа, установленного в сотовой подзоне, из которой исходил запрос. Если же в процессе опроса наличие конфликтных ситуаций с какой-либо из смежных подзон не установлено, то на шаге 510 запрос на соединение принимается, и для этого соединения выделяется данный канал. Если в конечном итоге вызов все же отклоняется, частью процедуры отклонения вызова необязательно может быть отмена резервирований, которые были сделаны в попытке разместить данный вызов. Тем не менее такие зарезервированные каналы могут быть и сохранены для сокращения времени доступа по вызову при последующих попытках получения доступа к каналу. Однако это может привести к повышению вероятности блокирования каналов для смежных подзон. Решение о том, какой из этих вариантов предпочесть, может приниматься, исходя из вероятности блокирования каналов и/или требований к установлению телефонного соединения либо исходя из других критериев. Процесс заканчивается на шаге 511.

На фиг. 6 представлен пример процесса, выполняемого в случае прекращения соединения (соответствует сигналу "отбой"). Назначение этого процесса состоит в поддержании стекового порядка обслуживания для каналов, которые либо задействованы, либо зарезервированы. На шагах 601 и 602 определяется та сотовая подзона, в которой завершено соединение и его параметры. На шаге 603 каналу, который использовался для обслуживания завершившегося соединения, переназначается другой канал, находящийся в вершине стека, т.е. на этот освободившийся канал "переключается" задействованный для текущего соединения канал Для специалиста в данной области техники очевидно, что такое решение может быть отложено и приниматься в заданные интервалы времени, согласованные с ограничениями на обработку информации в системе, или же по мере необходимости. На практике такое переназначение каналов, т.е. переключение с одного канала на другой, может осуществляться путем дистанционной перенастройки приемопередатчиков на базовой станции для этой сотовой подзоны, в отличие от телефонных переговоров, физически переключаемых с одной радиостанции на другую. Количество текущих телефонных переговоров может корректироваться. На шаге 604 зарезервированные каналы, непосредственно предшествующие каналу α_j(n_j+k_j), освобождаются, a k_j соответствующим образом обновляется.

Ниже со ссылкой на фиг. 7 и 8 более подробно описываются принципы процессов вертикального и горизонтального заема каналов. В последующем описании указанные процессы рассматриваются на примере распределения каналов общим количеством N=M·C, где M означает количество каналов в одной сотовой подзоне, в группе из C многократно используемых подзон. В примере, представленном на фиг. 7 и 8, M=2, C=19, a N=38. Как показано на фиг. 7, количество многократно используемых сотовых подзон в группе равно 19. В соответствии с настоящим изобретением сначала для каналов, помеченных индексом i, задается порядок доступа к ним α_i, как показано, например, на фиг. 8 для системы из 38 каналов.

Если через α_j обозначить подстановку, заданную для подзоны j, где -∞ < j < ∞, то α_j= α^jα_o, где -∞ < j < ∞. Можно выбрать следующие подстановки:

α₁(i) = α_o(i)+M mod N. (2)
Тогда α = α₁α^-_o¹ имеет порядок C:
α(i) = M+i mod N. (3)
В дальнейшем такая структура называется схемой горизонтального заема, поскольку подзона 1 осуществляет заем имеющего наибольший номер канала, номинально выделенного подзоне 2, затем подзоне 3 и т.д. После того, как список каналов с наибольшими номерами, т.е. {3M, 4M,...,CM, M}, будет исчерпан, процесс заема переходит к следующим каналам, предшествующим каналам с наибольшими номерами, т.е. к каналам с номерами {3M-1, 4M-1,...,CM-1, M-1} . 3аем каналов осуществляется в порядке, обратном тому, в котором они выделялись подзонам-"владельцам".

Альтернативной схемой, которая называется вертикальным заемом, является следующая:

Подстановки α₁ и α определяются теми же заданными соотношениями (2) и (3) соответственно.

Следует также отметить, что подстановка α_o, указанная выше, является инволютивной: α²_o = ε, так что α^-_o¹= α_o.
Каналы, номинально выделенные исходной подзоне, т.е. подзоне 0, представляют собой каналы с номерами {1,...,M}, каналы, выделенные подзоне 1, имеют номера {M+1,...,2M} и т.д. Доступ к каналам осуществляется в порядке, в котором они стоят в списке. Каждая подзона затем осуществляет "заем" каналов предпочтительно у подзоны непосредственно со следующим порядковым номером, затем у подзоны, отстоящей от нее на два порядковых номера, и т.д. Такой процесс называется вертикальным заемом, поскольку сотовая подзона 1 осуществляет заем каналов, номинально выделенных подзоне 2, т.е. каналов с номерами {2M+1,..., 3M}, в порядке, обратном тому, в котором они выделялись подзоне 2, затем, когда в подзоне 2 более не остается каналов, переходит к заему каналов из подзоны 3 и т.д. Однако следует отметить, что если в подзоне 2 нет свободных каналов, поскольку все они задействованы в этой подзоне 2, подзона 1 не будет пытаться занять каналы из подзоны 3.

Настоящее изобретение не ограничено описанными выше вариантами его осуществления, которые приведены только в качестве примера, и в него можно вносить различные изменения в пределах объема, определяемого формулой изобретения.

Формула изобретения

1. Способ динамического распределения каналов между сотовыми подзонами в сети связи, разделенной на множество по существу смежных подзон, в каждой из которых имеется базовая станция, при этом каждой базовой станции в соответствии с первоначальной схемой распределения каналов, удовлетворяющей ожидаемым ограничениям по наличию и блокированию каналов, а также ограничениям, обусловленным взаимным влиянием между каналами, выделяют каналы для их использования вызывающими абонентами в пределах соответствующей сотовой подзоны и для каждой базовой станции устанавливают начальный порядок доступа к каналам, определяющий порядок, в котором должен осуществляться доступ к каналам, распределенным при их выделении, отличающийся тем, что вызовы перераспределяют по каналам, которые не задействованы в текущий момент или поддерживаются данной базовой станцией зарезервированными, при этом задействованные каналы и зарезервированные каналы представляют собой каналы, стоящие первыми в указанном порядке доступа к каналам, начально установленном для данной базовой станции.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для каждой базовой станции также определяют соответствующую группу из соседних базовых станций и каждой базовой станции выделяют те каналы, которые выделены соседним базовым станциям в группе из таких базовых станций.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что при установлении для каждой базовой станции начального порядка доступа к каналам задают порядок, в котором данной базовой станции должны выделяться каналы от соседних базовых станций до перераспределения вызовов данной базовой станции по каналам соседних базовых станций.

4. Способ по п.2, отличающийся тем, что каналы, выделенные из соседних базовых станций, выделяют данной базовой станции в порядке, по существу обратном порядку доступа к каналам, начально установленному для соседней базовой станции.

5. Способ по п.2, отличающийся тем, что каждую группу соседних базовых станций образуют из базовых станций, в которых совместное использование каналов приведет к таким их взаимным помехам, которые превышают заданный порог.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что в качестве заданного порога выбирают отношение сигнал/шум.

7. Способ по п.5, отличающийся тем, что в качестве заданного порога выбирают частоту ошибок по битам на кадр.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют стационарные базовые станции.

9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют подвижные базовые станции.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что в одной сотовой подзоне также осуществляют переключение вызова с одного задействованного в этой же подзоне канала на другой канал, выделенный этой подзоне.

11. Способ по п.10, отличающийся тем, что переключение осуществляют путем дистанционной перенастройки радиостанции.

12. Способ по п.2, отличающийся тем, что вызовы от вызывающих абонентов распределяют по имеющимся в наличии каналам в соответствии со стековым порядком обслуживания, при котором задействованные и зарезервированные каналы располагают в строго заданном порядке α(1), α(2),..., α(k+n), а дополнительным вызовам последовательно выделяют каналы в следующем порядке α(k+n+1), α(k+n+2),..., α(C), где С означает общее количество каналов, n означает количество задействованных каналов и k обозначает количество зарезервированных каналов, где эти количества в каждом случае относятся к данной сотовой подзоне, в которой начальный порядок доступа к каналам определяется как α = α(1), α(2),..., α(C).
13. Способ по п.1, отличающийся тем, что также осуществляют выявление конфликтных ситуаций, связанных с выделением каналов, с использованием алгебраических структур, описывающих множество порядков доступа к каналам.

14. Сеть радиосвязи, в которой зоны обслуживания разделены на множество по существу смежных подзон ячеек, в каждой из которых имеется базовая станция, содержащая средства для выделения каналов каждой базовой станции для их использования вызывающими абонентами в пределах соответствующей сотовой подзоны в соответствии с первоначальной схемой распределения каналов, удовлетворяющей ожидаемым ограничениям по наличию и блокированию каналов, а также ограничениям, обусловленным взаимным влиянием между каналами, средства для установления для каждой базовой станции начального порядка доступа к каналам, определяющего порядок, в котором должен осуществляться доступ к каналам, распределенным средствами для их выделения, и средства перераспределения вызовов по каналам, которые не задействованы в текущий момент или поддерживаются данной базовой станцией зарезервированными, при этом задействованные каналы и зарезервированные каналы представляют собой каналы, стоящие первыми в указанном порядке доступа к каналам, начально установленным для данной базовой станции.

15. Сеть радиосвязи по п.14, отличающаяся тем, что в ней также предусмотрены средства для определения для каждой базовой станции соответствующей группы из соседних базовых станций и вторые средства для выделения каждой базовой станции тех каналов, которые выделены соседним базовым станциям в группе из таких базовых станций.

16. Сеть радиосвязи по п.15, отличающаяся тем, что средства для установления начального порядка доступа к каналам служат для задания порядка, в котором данной базовой станции должны выделяться каналы от соседних базовых станций до перераспределения вызовов данной базовой станции по каналам соседних базовых станций.

17. Сеть радиосвязи по п.15, отличающаяся тем, что каналы, выделенные из соседних базовых станций, выделяются данной базовой станции вторыми средствами для выделения в порядке, по существу обратном порядку доступа к каналам, начально установленному для соседней базовой станции.

18. Сеть радиосвязи по п.14, отличающаяся тем, что в ней также предусмотрены средства для переключения вызова с одного задействованного в этой же подзоне канала на другой канал, выделенный этой подзоне.

19. Сеть радиосвязи по п.14, отличающаяся тем, что вторые средства для выделения каналов выполнены с возможностью распределения вызовов по имеющимся в наличии каналам в соответствии со стековым порядком обслуживания, при котором задействованные и зарезервированные каналы представляют собой каналы α(1), α(2),..., α(k+n), а дополнительным вызовам последовательно выделяют каналы α(k+n+1), α(k+n+2),..., α(C), где С означает общее количество каналов, n означает количество задействованных каналов и k обозначает количество зарезервированных каналов, где эти количества в каждом случае относятся к данной сотовой подзоне, в которой начальный порядок доступа к каналам определяется как α = α(1), α(2),..., α(C).

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8