CN101171853B - 用于优化通信服务的网络性能的系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于优化使用应用的网络性能的系统提供了探查应用程序(20)，该探查应用程序(20)是由服务器(122)来提供，以便通信设备(102)进行下载。探查应用程序监视由网络提供给通信设备的多个使用应用的性能级别，并将所监视的至少一个使用应用的性能级别报告(24)给网络服务器。网络服务器对照来自多个通信设备的性能数据，并将资源分配指令(22)提供给移动设备(102)，用于优化该通信设备的使用应用的性能级别。

Description

用于优化通信服务的网络性能的系统
技术领域
本发明通常涉及通信系统领域，更具体而言，本发明涉及在服务器与通信设备之间的无线电话通信网络。
发明背景
无线移动无线电话通信设备中的趋势是提供越来越多的数据服务。这些服务可以包括web浏览、电子邮件、下载文件、多媒体流传送、IP语音(VoIP)服务、实时游戏等等。这些数据服务还包括可使用无线电话实现的正常语音业务。然而，这些不同的语音和数据应用需要不同的通信能力。因此，这些应用可以提供由每个用户感知的不同性能，这取决于所使用的应用、用户的移动设备、和设备的当前承载网络。当用户在网络上共享应用(application)时，诸如多用户游戏时，这可能存在问题，例如，其中一个用户可能具有优于其它用户的应用响应时间。对于网络运营商来说有利的是，知道可用于每个移动设备的特定应用的条件或性能，以便可以依据使用应用(useapplication)来适当地分配资源。
当前对蜂窝网络上应用的资源分配机制是基于以网络为中心的调度算法；它们是以资源调度器为基础，该资源调度器分配资源，以便优化网络利用。然而，这些机制并不允许应用和内容提供商观察、修改和优化它们在异构型网络和不同种类设备上分布的应用的性能特性，并且这些异构型网络和不同种类设备可能覆盖来自不同运营商的多种技术和网络(例如，UMTS、GMS、GPRS/EDGE、IEEE 802.x)。另外，这些机制并不处理来自移动设备(mobile)的资源改变请求、或者将应用的性能级别(即，QoS)与设备管理相联系。
因此，就需要一种能够使网络运营商、或应用或服务提供商知道可用于移动设备的特定使用应用的条件或性能的技术，以便可以依据使用应用来适当地分配网络资源。
发明内容
本发明提出了一种新的技术，该技术能够使用户和网络运营商或者应用或内容提供商知道可用于设备的不同通信应用的条件或性能，并相应地分配资源。特别地，本发明能够处理来自移动设备的资源改变的请求，并将应用的性能级别(即，QoS)与设备管理相联系。具体来说，可以使用由开放移动联盟(OMA)标准定义的现有SyncML设备管理诊断链路，来提供适当的资源分配所必需的信息，这将在下面进行限定。
在本发明的一个方面，具有探查(probe)应用程序，或者将探查应用程序下载到通信设备，用于监视由网络提供给通信设备的多个应用的性能级别。
在本发明的另一方面，通信设备中的探查应用程序被编程为，将测量的使用应用的性能级别提供给网络。
在本发明的另一方面，该探查应用程序确定通信应用的服务性能，诸如web浏览、下载文件、数据流传送、VoIP、游戏等等。
在本发明的另一方面，网络服务器将该性能数据与来自多个其它通信设备的性能数据进行对照，并优化该通信设备相对于其它通信设备的使用应用的性能级别。
在本发明的另一方面，该探查应用程序监视应用性能特性，该应用性能特性包括下述组中的至少一个：数据吞吐量、比特差错率、页面下载时间、重试次数、数据延迟、抖动、数据等待时间、屏幕刷新速率、往返时间(RTT)和鼠标点击响应时间等。
在本发明的另一方面，其中该性能级别包括对特定使用应用的服务质量(QoS)确定，其中网络通过提高通信设备的QoS等级特性来优化性能。
在本发明的另一方面，网络通过改变通信设备的编码方案分配来优化性能。
在本发明的另一方面，网络通过平均多个通信设备的特定使用应用的性能级别来优化性能，并提高具有低于该特定使用应用的平均性能级别的那些通信设备的性能级别。
在本发明的另一方面，网络服务器将至少一个优化参数发射回通信设备，其中该探查应用程序根据至少一个优化参数，来修改通信设备对网络服务器的资源分配请求。
附图简述
特别是在后附的权利要求书中，公开了被认为具有新颖性的本发明的特征。通过参考下面的叙述同时结合附图，可以最好地理解本发明以及本发明的更多目的和优点，在附图的多个示图中使用相似的参考数字来标识相同的元件，其中：
图1显示了根据本发明的通信网络和通信设备；
图2显示了图1的设备管理和系统优化服务器的体系结构的框图；
图3是根据本发明实施例的图1中移动台的体系结构的框图。
优选实施例的详细叙述
本发明提出了一种新的技术，该技术能够使用户和网络运营商知道可用于设备的不同通信应用的条件或性能，并相应地分配资源。特别地，本发明处理来自移动设备(mobile)资源改变的请求，并将应用的性能级别(即，QoS)与设备管理相联系。具体来说，可以使用由(OpenMobile Alliance)(开放移动联盟)(OMA)标准定义的现有SyncML设备管理诊断，来提供为适当的资源分配所必需的信息，这将在下面进行限定。
在本文的实例中，尽管本发明被应用于移动无线电话设备，但是应当认识到本发明也可以在其它类型的通信设备中得到同样很好的应用，这些其它类型的通信设备是诸如计算机、个人数字助理(PDA)、双向无线电设备等等。
在操作中，本发明使用OMA-DM标准或类似协议，利用下载到终端设备中的探查应用程序(小应用程序(applet))来监视使用应用的性能。探查应用程序(probe application)将收集应用/内容提供商所需要的应用性能特性，诸如吞吐量、等待时间、抖动、页面下载时间、比特差错率(BER)、屏幕刷新速率、往返时间(RTT)、鼠标点击响应速度等等。小应用程序将可选地缓冲这个信息或实时地将它发射到中心应用服务器，该中心应用服务器可以对照来自运行目标应用程序的一个或多个移动设备的信息(例如在多用户游戏的情况下)。基于内容提供商所定义的策略(例如观察最慢的吞吐量链路)，可以优化应用性能目标，以便提供最佳可能的终端用户体验。然后，这个信息被发送回到探查小应用程序，该探查小应用程序可以修改移动设备(mobile)处的资源分配请求(例如改变编码模式分配或QoS等级特性)。资源分配也可以包括网络上的实际条件和约束。
图1是根据本发明实施例的无线通信系统100的框图。通信系统100包括至少一个接入网络110(未显示)，诸如基站子系统(BSS)、无线接入网络(RAN)、或无线局域网(WLAN)接入点(AP)，该接入网络100将无线通信服务10提供给驻留在接入网络覆盖区域中的至少一个移动台(MS)102(显示了一个)，该覆盖区域诸如是例如由该接入网络所服务的小区、小区的扇区，或者任何适合由通信系统100使用的通信技术。接入网络110包括被耦合到网络控制器114的收发信机112，该收发信机112是例如基站收发信机(BTS)或节点B，该网络控制器114是例如基站控制器(BSC)或无线网络控制器(RNC)。
接入网络110经由空中接口10向MS 102提供通信服务。空中接口10可以包括前向链路，该前向链路包括至少一个前向链路业务信道和至少一个前向链路信令信道。空中接口10可以进一步包括反向链路，该反向链路包括至少一个反向链路业务信道、至少一个反向链路信令信道、和接入信道。为了本文叙述方便的目的，空中接口10一般可应用于在各种通信系统中操作的不同空中接口，该通信系统是诸如CDMA网络16、GPRS网络14、UMTS网络18等等，应当意识到对于不同的物理层格式将结合每种类型的网络使用，这正如本领域已知的内容。
通信系统100进一步包括：被耦合到接入网络110的核心网络120以及被耦合到核心网络的网络服务器122，该核心网络120优选是基于互联网协议(IP)的网络，该网络服务器122更特定地是设备管理和系统优化服务器(DMSOS)122。DMSOS 122优选地包括至少一个处理器123和相关联的至少一个存储器设备124，该处理器123是诸如一个或多个微处理器、微控制器、数字信号处理器(DSP)、它们的组合或本领域普通技术人员已知的这种其它设备，该存储器设备124保存了可以通过相应的处理器执行的数据和程序。
核心网络120进一步被耦合到存在状态服务器126，存在状态服务器126进一步被耦合到DMSOS 122。供应数据库130存储了与通信系统100中活动的每个MS相关的MS标识符，该MS是诸如MS 102。供应数据库130可以被包含在归属位置寄存器(HLR)或访问位置寄存器(VLR)中、或HLR和VLR的组合中、或归属区代理(HA)或外区代理(FA)中、或HA和FA的组合中，这正如本领域已知的内容。
通信系统100可以进一步包括广播应用服务器132，该广播应用服务器132是诸如广播-多点传送服务(BCMCS)控制器和/或BCMCS内容服务器、或广播多点传送服务中心(BM-SC)，并且可能是其它服务器，诸如被耦合到核心网络120的用户支持服务器。接入网络110、DMSOS 122、存在状态服务器126、供应数据库130和广播应用服务器132中的每一个包括通信系统100的网络元件，并且连同核心网络120共同称为通信系统100的基础设施。本领域的普通技术人员将意识到，该基础设施可以进一步包括其它网络元件，诸如一个或多个网关，例如，分组数据服务节点(PDSN)和/或广播服务节点(BSN)、或服务GPRS支持节点(SGSN)和网关GPRS支持节点(GGSN)、和一个或多个操作和维护中心(OMC)，它们在图1中并没有进行描绘，这是由于图1仅仅是提供用来描述本发明的原理，它并不意味着是对通信系统100的唯一描述。
现在参考图2和图3，提供了分别描述DMSOS 122和MS 102的体系结构的框图。在本发明的一个实施例中，图2中描绘的功能可以驻留在单一服务器中。在本发明的其它实施例中，如图2中的描绘，DMSOS 122的功能可以被分配在多个服务器中，诸如分配在DMS 200和优化服务器220中。正如图2和图3的描述，DMS 200、优化服务器220、和MS 102中的每一个都包括各自的处理器202、222、302，这些处理器是诸如一个或多个微处理器、微控制器、数字信号处理器(DSP)、它们的组合、或本领域普通技术人员已知的这种其它设备。除非本文有另外的规定，DMS、优化服务器、和MS各自的处理器202、222和302能够执行DMS 200、优化服务器220、和MS 102中每一个设备所执行的功能。处理器202、222和302的特定操作/功能、以及相应的DMS 200、优化服务器220、和MS 102的特定操作/功能能够通过执行软件指令和例行程序来确定，这些软件指令和例行程序被保存在相应的与处理器相关联的至少一个存储器设备204、224和304中。
现在参考图2，保存在DMS 200的至少一个存储器设备204中的软件一般包括操作系统(OS)206，该操作系统206包括了用于提供整体控制的数据和变量。另外，优化服务器接口或交互模块或例行程序208包括发现和关联功能等，用于支持与优化服务器220接口的能力，以根据UMTS或CDMA-1X MS开发特征的标准协议来交换消息，这包括与监视性能和端到端网络测试有关的消息传递，该性能是涉及诸如MS 102的客户端设备的用户体验质量。进一步包括的是空中接口消息传送模块或例行程序210，该模块或例行程序210借助发送给客户端设备的单播或广播消息以及支持系统性能的监视和测试的其它消息传递，来支持系统性能监视和测试的启动和/或通知。
仍然参考图2，保存在优化服务器220的至少一个存储器设备224中的软件一般还包括操作系统(OS)226，该操作系统226包括了用于提供整体控制的数据和变量。另外，该软件包括优化应用程序228，该优化应用程序228与运行在由优化服务器220服务的客户端设备上的应用程序进行通信，该客户端设备是诸如MS 102。为了建立与诸如MS 102的客户端设备的通信，优化服务器220建立通过数据网络120到接入网络110的传输控制协议(TCP)/互联网协议(IP)隧道，尽管也可以使用其它的协议。优化服务器220可以指令客户端设备运行执行系统监视和测试的应用程序，诸如监视和测试语音质量、数据质量、等待时间和吞吐量。这些指令可以被传送到客户端设备的随机集合，或者优化服务器220可以确定设备的目标集合，并将指令传送到该目标集合。
现在参考图3，保存在MS 102的至少一个存储器设备304中的软件一般还包括操作系统(OS)306，该操作系统306包括用于提供整体控制的数据和变量。另外，该软件包括多个模块或例行程序308、310、312、314和316。在任何的端对端性能测试和/或管理会话之前，引导程序代理308具有与DMSOS 122交换所需信息的责任。通知代理310负责向服务器122通知启动性能监视和/或端对端的测试会话。消息传递模块312在考虑的承载堆栈上执行对典型MS管理会话的协议绑定，例如在TCP/IP或WAP上的HTTP。
DM引擎模块314包括DMT引擎、DM代理、OMA-DM(开放移动联盟-设备管理)代理、和策略代理，该DMT引擎除了扩展的诊断情况之外，执行与DMS 200相同的功能，该DM代理除了扩展的诊断情况之外，执行与DMS 200相同的功能，该OMA-DM代理除了扩展的诊断情况之外，执行与DMS 200相同的功能，该策略代理负责有DMSOS 122指示给MS的策略，诸如呼叫记录模型和对应报告的格式和频率。呼叫记录器316和对应的API(应用程序接口)是DM引擎机制的附加资源，并且它帮助将对应的报告传送给指定的呼叫记录模型和策略。
通信系统100可以根据各种标准中的任何一种标准进行操作，这些标准是诸如CDMA(码分多址)和它们的变形、GSM(全球移动通信系统)、GPRS(通用分组无线系统)、GPRS/EDGE(GSM演进的GPRS增强型数据)、TDMA(时分多址)、FDMA(频分多址)、任何一种IEEE(电气与电子工程师协会)802.1xx标准、诸如UMTS(通用移动电信服务)和CDMA 2000的3G系统、或者诸如OFDM(正交频分多址)的4G系统，该IEEE 802.1xx标准例如是802.11、802.15、802.16、或802.20标准。通过根据众所周知的协议进行操作，可以使MS 102的用户确保MS 102将能够与接入网络110进行通信，并能够经由接入网络与外部网络建立分组数据通信链路。
当MS 102的用户激活MS时，MS根据众所周知的登记技术向任何选择的通信网络上的接入网络110进行登记。作为登记过程的一部分，检测已激活的MS 102的存在状态，并将已激活的MS 102的存在状态存储在存在状态服务器126中。典型地，当诸如MS 102的MS从事呼叫时，该MS可以接着周期性地监视与邻近BSS或RAN相关的导频信道的强度，并将信号强度测量报告给服务于该MS的BSS或RAN。
这种信号强度报告并不必需是对应用性能优化最有用的系统参数。另外，由从事呼叫的MS进行的信号强度的周期性测量和报告并不提供一种用于测定对接入网络配置中变化的影响的精确系统。而且，通常，终止这种信号强度报告的网络元件是BSS或RAN，并且BSS或RAN不是用于基于这些报告来优化应用性能的最佳网络元件。
因此，通信系统100提供对MS的管理，其中MS可以被选择性地指令用于监视、测量和报告应用参数，MS可以被指令用于测量和报告的哪些应用参数，并且MS可以进一步被指令用于监视、测量和报告这些应用参数的条件。另外，关于这些指令和报告，通信系统100经由接入网络110和核心网络120提供端对端的消息传递，从而允许能够最佳执行系统优化的网络元件(诸如DMSOS 122)来控制由MS进行的监视、测量和报告。
参考回到图1，网络服务器110、120、122可以提供语音和数据通信10，这些语音和数据通信可以包括通过网络100将文件流传送多媒体信息、VoIP、实时游戏等等下载到一个或多个通信设备102。DMS-OS服务器122(或其它服务器)提供探查应用程序20(小应用程序)，以由通信设备102用来回送感知的网络应用的性能级别的报告。实际上，通过使用符合例如开放移动联盟(OMA)SyncML设备管理协议标准的格式，可以根据策略将探查应用程序下载到移动无线电话。客户端应用程序可以一次被下载到移动设备102，并被存储在存储器304中，或者可以根据需要在移动设备加电时进行下载。探查应用程序控制在通信设备上运行的使用应用(例如，多用户游戏，eBayTM，等)的性能级别，这将在下面进行详细叙述。
设备102下载在存储器304中存储的探查应用程序20，以便设备管理模块314进行使用，随后使用该设备管理模块314监视由网络服务器通过网络100为通信设备102提供的多个通信使用应用10的性能级别。使用应用的实例可以是用于web浏览(例如，eBayTM)、文件下载、数据流传送、IP语音(VoIP)和实时游戏的特定应用。探查应用程序将收集应用/内容提供商所必需的应用性能特性，该应用性能特性是诸如吞吐量、等待时间、抖动、比特差错率(BER)、帧差错率(FER)、页面下载时间、屏幕刷新速率、往返时间(RTT)、鼠标点击响应速度、服务质量(QoS)等等。
探查应用程序可选地将缓冲这个信息，以便随后进行传输24，或者将它实时发射24到中心应用服务器(即，DMS-OS 122)，该中心应用服务器可以对照来自运行目标应用(例如，多用户游戏)的一个或多个移动设备102的信息。基于由内容提供商定义的策略(例如，观察最慢的吞吐量链路)，可以优化应用性能目标，以便提供最佳可能的终端用户体验。然后，这些优化参数22被发送回探查小应用程序，该探查小应用程序可以修改移动设备的资源分配请求(例如，改变编码方案分配或QoS等级特性)，其中探查应用程序根据至少一个优化参数，来修改通信设备对网络服务器的资源分配请求。资源分配请求也可以包括网络上的实际条件和约束。尽管显示了探查应用程序20、性能测量24、和优化参数22是通过GPRS网络14进行传输，但是应当认识到这些数据传输可以通过一个或多个分布技术网络16、18等实现。
本发明测量由用户感知的应用性能。我们将认识到，不同的应用可以有差别地运行在不同网络上。例如，具有高图形内容的特定游戏应用在UMTS网络上的运行速度可以快于在GPRS网络上的运行速度。因此，当GPRS网络上的用户与UMTS网络上的其它用户游戏时，可能存在明显的定时缺陷。本发明向单独用户提供了优化参数，用于请求不同分布资源分配(即，改变到UMTS承载)，以便使例如游戏博弈达到均衡。
资源分配是协商进行的。例如，如果用户愿意支付增多的开支，那么用户可以获得更高级的QoS资源。例如，如果服务对于用户来说过于昂贵，那么用户或网络服务提供商可以选择结束与该用户的游戏。可选择地，可以修改在特定承载中的资源分配。例如，在GPRS/EDGE网络中，可以改变编码方案分配，以便提高吞吐量。GPRS/EDGE目前包括具有不同前向纠错算法的四种方案，这些算法可以提供由用户感知的不同性能级别。可替换地，可以改变QoS等级特性，以便提高网络上特定的应用性能。典型地，可以根据需要修改QoS等级特性，以便优化语音、背景、交互和流传送应用。
实际上，可以将在特定特性(例如，鼠标点击响应速度)的特定应用(例如，游戏)中的用户性能级别与其它用户的性能级别进行比较。通过平均在所选择的多个通信设备中的特定使用应用的性能级别，服务提供商就能优化所感知的性能，并提高具有低于该特定使用应用和属性的平均性能级别的那些通信设备的性能级别。例如，如果发现某特定设备正经历低于平均的性能级别，可以指令该设备请求分布资源组中的不同资源分配。
本发明具有提供实时的终端用户应用性能报告的能力的优点，以便可以分配资源，从而提高终端用户的体验。
尽管本发明已经参照特定实施例进行了特定的显示和叙述，但是本领域的普通技术人员将理解，在不脱离本发明的广泛范围的情况下，可以对本发明进行各种修改并可以对本发明的元件进行等效替换。另外，可以进行许多修改，以便适应本发明教导的特定情形或物质，这并没有脱离本发明的实质范围。因此，这意味着本发明并不局限于本文公开的特定实施例，而是本发明将包括涵盖在后附权利要求书的范围内的所有实施例。

Claims (9)

1.一种用于优化在移动无线通信设备上的使用应用的网络性能的系统，包括：
网络服务器，所述网络服务器提供用于由所述通信设备进行下载的探查应用程序，所述探查应用程序用于监视由所述网络提供给所述通信设备的多个应用的性能级别；
通信设备，所述通信设备下载所述探查应用程序，并随后监视由所述网络提供给所述通信设备的所述使用应用的性能级别，所述通信设备将所监视的所述使用应用的性能级别发射给所述网络服务器，
其中所述网络服务器将所述性能级别与来自多个其它通信设备的性能级别进行对照，并优化所述通信设备相对于其它通信设备的所述使用应用的性能级别，
其中所述网络通过下述方式优化性能：即平均多个通信设备的特定使用应用的性能级别，并提高具有低于该特定使用应用的平均性能级别的那些通信设备的性能级别。
2.如权利要求1的系统，其中在所述通信设备中的所述探查应用程序缓冲信息，以便稍后传送到所述网络服务器。
3.如权利要求1的系统，其中在所述通信设备中的所述探查应用程序将信息实时发射到所述网络服务器。
4.如权利要求1的系统，其中被监视的所述使用应用是下述组中的至少一个：web浏览、数据下载、数据流传送、IP语音VoIP和实时游戏。
5.如权利要求1的系统，其中所述探查应用程序所监视的应用性能特性包括下述组中的至少一个：数据吞吐量、比特差错率、页面下载时间、重试次数、数据延迟、抖动、数据等待时间、屏幕刷新速率、 往返时间RTT和鼠标点击响应时间。
6.如权利要求1的系统，其中所述性能级别包括：对该特定的使用应用的服务质量QoS确定。
7.如权利要求6的系统，其中所述网络通过提高所述通信设备的QoS等级特性来优化性能。
8.如权利要求1的系统，其中所述网络通过改变所述通信设备的编码方案分配来优化性能。
9.如权利要求1的系统，其中所述网络服务器将至少一个优化参数发射回所述通信设备，其中所述探查应用程序根据所述至少一个优化参数，来修改所述通信设备对所述网络服务器的资源分配请求。 
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