BR9810796B1 - Processo em um sistema de comunicações móveis, e, terminal móvel - Google Patents

Description

“PROCESSO EM UM SISTEMA DE COMUNICAÇÕES MÓVEIS, E, TERMINAL MÓVEL”.

PEDIDO ASSOCIADO

Este pedido de patente reivindica a prioridade do Pedido de Patente Provisório US de N° de Série 60/054.469, depositado em 25 de julho de 1997.

CAMPO DA INVENÇÃO A presente invenção refere-se a comunicações móveis, e mais particularmente, à reserva de uma classe ou qualidade de serviço em particular para comunicações móveis individuais.

ANTECEDENTES E SUMÁRIO DA INVENÇÃO A principal aplicação da maioria dos sistemas de rádio móveis tal como o Sistema Global de comunicações Móveis (GSM) tem sido a telefonia móvel. Entretanto, a utilização de aplicações de dados móveis tais como transmissão de fac-símile e intercâmbio de mensagens curtas está se tornando mais popular. Novas aplicações de dados incluem computadores pessoais sem fios, escritórios móveis, transferência eletrônica de fundos, telemetria de transporte rodoviário, negócios de serviços de campo, gerenciamento de frotas, etc. Estas aplicações são caracterizadas por um tráfego “em rajadas”. Em outras palavras, uma quantidade relativamente grande de dados é transmitida durante um intervalo de tempo relativamente curto seguido por intervalos de tempo significativos nos quais são transmitidos poucos dados ou nenhum dado.

Em situações de tráfego em rajadas, os mecanismos de comunicações de comutação em pacotes utilizam melhor a mídia de transmissão que os mecanismos de comutação em circuito. Uma rede de comutação de pacotes, a mídia de transmissão é utilizada somente sob demanda, e um único canal físico pode ser compartilhado por muitos usuários. Uma outra vantagem é que ao contrário dos débitos dependentes de tempo aplicados para ligações de comutação em circuitos, os serviços de dados de comutação em pacotes permitem débitos dependentes da quantidade da transmissão de dados e da qualidade do serviço dessa transmissão.

Para atendimento destas novas aplicações móveis, os serviços de rádio em pacotes, tal como o Serviço Geral de Rádio em Pacotes (GPRS) incorporado em GSM, permite a operação de serviços de dados de comutação de pacotes, sem ligações, com elevada eficiência de largura de banda. As redes Celulares Digitais de Dados em Pacotes (CDPD) constituem um outro exemplo. Um significativo interesse dos usuários finais de um serviço de dados em pacotes móvel tal como o GPRS reside no suporte proporcionado pelos PC’s sem fios para aplicações convencionais baseadas em Internet tais como transferência de arquivos, emissão e recepção de correio eletrônico (e- mail), e “surfar” na Internet através da rede mundial. O vídeo é também um possível elemento importante dos serviços de multimídia que podem vir a ser suportados por serviços do tipo do GPRS. A Fig. 1 mostra um serviço de dados móvel do ponto de vista de um usuário no contexto de um sistema de comunicações móveis 10. Um usuário final comunica pacotes de dados utilizando uma unidade principal móvel 12 incluindo por exemplo um computador portátil “laptop” 14 ligado a um terminal móvel 16. A unidade principal móvel 12 comunica por exemplo com um terminal de computador fixo 18 incorporado a uma rede de área local (LAN) 20 através de um nó móvel 22 de suporte de dados em pacotes através de um ou mais roteadores 24, uma rede de dados em pacotes 26, e um roteador 28 na rede de área local 20. Como é evidente, aqueles que são versados na técnica poderão apreciar que este desenho se encontra simplificado no fato de a “via de percurso” ser uma via de percurso lógica e não uma ligação ou via de percurso física real. Numa comunicação de dados em pacotes sem ligação, entre a unidade principal móvel 12 e o terminal fixo 18, os pacotes são roteados da origem para o destino independentemente uns dos outros e não seguem necessariamente o mesmo percurso (muito embora possam fazê-lo).

Assim, o roteamento e transferência de pacotes independentemente uns dos outros dentro da rede móvel são suportados por um nó de suporte móvel 22 de dados em pacotes que atua como uma interface lógica ou porta de acesso para redes de pacotes externas. Um assinante pode enviar e receber dados num móvel de transferência de pacotes de ponto-a-ponto sem utilizar quaisquer recursos de rede num módulo de comutação em circuito. Adicionalmente, são possíveis múltiplas seções ponto-a-ponto paralelas. Por exemplo, uma unidade principal móvel tal como um PC móvel pode executar várias aplicações ao mesmo tempo tais como uma vídeo-conferência, uma comunicação de correio eletrônico (e-mail), ou fac-símile, busca de localizações na rede, etc. A Fig. 2 mostra um sistema de comunicações móveis mais detalhado utilizando o modelo exemplar de comunicações móveis de GSM que suporta tanto comunicações de comutação em circuito quanto comunicações de comutação em pacotes. Uma unidade principal móvel 12 incluindo um terminal de computador 14 e um rádio móvel 16 comunica através de uma interface de rádio com uma ou mais estações de base (BS!s) 32. Cada estação de base 32 está localizada numa correspondente célula 30.

Uma multiplicidade de estações de base 32 encontram-se ligadas a um dispositivo controlador de estações de base (BSC) 34 que gerencia a atribuição e anulação de atribuição de recursos de rádio e controla as transferências de controle de estações móveis de uma estação de base para outra. Um dispositivo controlador de estação de base e suas estações de base associadas são por vezes referidos como um subsistema de estações de base (BSS). O BSC 34 é ligado a uma central de comutação móvel (MSC) 36 através da qual são estabelecidas ligações de comutação em circuito com outras redes 38 tais como a Rede Telefônica de Comutação Pública (PSTN), Rede Digital de Serviços Integrados (ISDN), etc. A MSC 36 é igualmente ligada através de uma rede Sistema de Sinalização Número 7 (SS7) 40 a um Registro de Localização Doméstico (HLR) 42, um Registro de Localização de Visitantes (VLR) 44, e uma Central de Autenticação (AuC) 46. O VLR 44 inclui um banco de dados contendo as informações sobre todas as estações móveis atualmente localizadas numa correspondente localização ou área de serviço bem como informações de assinante temporárias requeridas pela MSC para fornecer serviços a unidades móveis em sua área de serviço. Tipicamente, quando uma estação móvel ingressa numa rede ou área de serviço visitada, o correspondente VLR 44 solicita e recebe dados sobre a estação móvel em deslocamento do HLR da unidade móvel e armazena os mesmos. Como resultado, quando a estação móvel visitante se encontra envolvida numa chamada, o VLR 44 já possui as informações necessárias para estabelecer a chamada. O HLR 42 é um nó de banco de dados que armazena e gerencia assinaturas. Para cada assinante móvel “doméstico”, o HLR contém dados permanentes de assinante tais como o número de ISDN da estação móvel (MSISDN) que identifica de forma inconfundível a assinatura telefônica da unidade móvel no plano de numeração da PSTN, e uma identidade móvel internacional de assinante (IMSI) que é uma identidade ímpar atribuída a cada assinante e utilizada para sinalização nas redes móveis. Todas as informações de assinante associadas com a rede são ligadas à IMSI. O HLR 42 contém igualmente uma lista dos serviços que um assinante móvel está autorizado a utilizar juntamente com um número de localização atual do assinante correspondente ao endereço do VLR que atende atualmente o assinante móvel.

Cada BSC 34 encontra-se também ligado a uma rede de GPRS 51 num Nó Servidor de Suporte de GPRS (SGSN) 50 responsável pela entrega de pacotes às estações móveis dentro de sua área de serviço O nó de porta de acesso de suporte de GPRS (GGSN) 54 atua como uma interface lógica para redes externas de dados em pacotes tal como a rede de dados de IP 56. Os nós de SGSN e os nós de GGSN 54 são ligados por uma estrutura 52 de IP intra-PLMN. Assim, entre o SGSN 50 e o GGSN 54, o protocolo de Internet (IP) é utilizado como estrutura para transferência de pacotes em dados. Dentro da rede 51 de GPRS, pacotes ou unidades de dados de protocolo (PDU’s) são encapsulados num nó de suporte de GPRS de origem e são desencapsulados no nó de suporte de GPRS de destino. Este encapsulamento/desencapsulamento no nível de IP entre o SGSN 50 e o GGSN 54 é designada como “conformação em túnel” em GPRS. O GGSN 54 mantém informações de roteamento utilizadas para “conformar em túnel” PDU’s para o SGSN 50 que serve atualmente a estação móvel. Um Protocolo de Túnel de GPRS (GTP) comum permite o emprego de diferentes protocolos de dados em pacotes subjacentes mesmo se esses protocolos não forem suportados por todos os SGSN’s. Todos os dados relativos a usuários de GPRS necessários para o SGSN executar funções de roteamento e transferência de dados são acessados do HLR 42 através da rede SS7, 40. O HLR 42 armazena informações de roteamento e mapeia a IMSI para um ou mais endereços de protocolo de dados em pacotes (PDP) bem como mapeia cada endereço de PDP para um ou mais GGSN’s.

Antes que uma unidade principal móvel possa enviar dados em pacotes para uma correspondente unidade principal externa tal como o provedor de serviço de Internet (ISP) 58 na Fig. 2, a unidade principal móvel 12 tem que se (1) “acoplar” à rede de GPRS 51 para dar a conhecer sua presença e (2) para criar um contexto de protocolo de dados em pacotes (PDP) para restabelecer uma relação com um GGSN de porta de acesso 54 na direção da rede externa que a unidade principal móvel está acessando. O procedimento de acoplamento é realizado entre a unidade principal móvel 12 e o SGSN 50 para estabelecimento de uma interligação lógica. Como resultado, é atribuída à unidade principal móvel 12 uma identidade de interligação lógica temporária. Um contexto de PDP é estabelecido entre a unidade principal móvel e o GGSN 54. A seleção do GGSN 54 é baseada no nome da rede externa a ser acessada.

Um ou mais fluxos de aplicação (por vezes designados como “contextos de roteamento”) podem ser estabelecidos para um único contexto de PDP mediante negociações com o GGSN 54. Um fluxo de aplicação corresponde a uma corrente de pacotes de dados que pode ser distinguida como encontrando-se associada com uma aplicação de unidade principal em particular. Um exemplo de fluxo de aplicação é uma mensagem de correio eletrônico da unidade principal móvel para um terminal fixo. Um outro exemplo de fluxo de aplicação é uma interligação com um Provedor de Serviço de Internet (ISP) em particular para captar um arquivo de elementos gráficos de um endereço da rede. Ambos estes fluxos de aplicação encontram-se associados com a mesma unidade principal móvel e o mesmo contexto de PDP.

As comunicações de dados comutadas em pacote são baseadas em procedimentos de protocolos específicos, que são tipicamente separados em diferentes camadas. A Fig. 3A mostra um “plano de transmissão” de GPRS que é modelado com pilhas de protocolo de múltiplas camadas. Entre o GGSN e o SGSN, o protocolo de conformação em túnel de GPRS (GTP) transporta “em túnel” as PDU’s através da rede estrutural de GPRS 52 adicionando informações de roteamento para encapsular PDUs. O cabeçalho de GTP contém um elemento identificador de ponto final de túnel para pacotes ponto-a- ponto e multidifundidos bem como uma identidade de grupo para pacotes de ponto-para-múltiplos-pontos. Adicionalmente, um campo de tipo que especifica o tipo da PDU e um perfil de qualidade de serviço associado com uma seção de contexto de PDP são também incluídos.

Abaixo do GTP, os bem conhecidos Protocolo de Controle de Transmissão/Protocolo de Diagrama de Usuário (TCP/UDP) e Protocolo de Internet (IP) são utilizados como protocolos de camada de rede estrutural de GPRS. Protocolos Ethernet, de transferência de quadros (FR), ou de modo de transferência assíncrono (ATM) podem ser utilizados para a interligação e as camadas físicas dependendo da arquitetura de rede do operador.

Entre o SGSN e a estação móvel/unidade principal, um Protocolo de Convergência Dependente de Sub-Rede (SNDCP) mapeia características de protocolo de nível de rede para o controle de interligação lógica (LLC) subjacente e proporciona funcionalidades tais como multiplexação de mensagens de camada de rede numa única ligação lógica virtual, cifragem, segmentação, e compressão. Um Protocolo de GPRS de Sistema de Estação de Base (BSSGP) é um protocolo de controle de fluxo, que permite ao sistema de estação de base ativar e desativar PDU’s enviadas pelo SGSN. Isto assegura que o BSS não seja inundado com pacotes no caso de a capacidade da interligação de rádio ser reduzida, por exemplo, devido a atenuação e outras condições adversas. São igualmente enviadas informações de roteamento e qualidade de serviço. A transferência de quadros e o ATM podem ser utilizados para transferência de quadros de PDU’s através da camada física.

As comunicações por rádio entre a estação móvel e a rede de GPRS cobrem funcionalidade de camada de interligação física e de dados. A camada física é subdividida numa subcamada de interligação física (PLL) e uma subcamada de RF física (RFL). A RFL realiza modulação e demodulação das formas de onda físicas e especifica freqüências de transportadora, estruturas de canais de rádio e taxas de dados brutas por canal. A PLL proporciona serviços para transferência de informações através do canal de rádio físico e inclui formação de quadros de unidade de dados, codificação de dados, e detecção/correção de áreas de transmissão de mídia física. A camada de interligação de dados é separada em duas subcamadas distintas. A camada de controle de acesso de mídia/controle de interligação de rádio (RLC/MAC) arbitra o acesso à mídia de rádio física compartilhada entre uma multiplicidade de estações móveis e a rede de GPRS. A RLC/MAC multiplexa dados e informações de sinalização, realiza resolução de contenção, controle de serviço de qualidade, e processamento de erros. A camada de controle de interligação lógica (LLC) opera acima da camada de MAC e proporciona uma interligação lógica entre a unidade principal móvel e o SGSN. A qualidade do serviço corresponde à qualidade com a qual uma determinada operação (serviço) é realizada. Certos serviços tais como aplicações de multimídia ou uma simples chamada telefônica requerem garantias relativamente a precisão, confiabilidade, e velocidade de transmissão. Tipicamente, em comunicações de dados, são empregados “os melhores esforços”, e não são dadas garantias). Os parâmetros quantitativos podem incluir rendimento de transferência (tais como a taxa média de dados ou a taxa de pico de dados), confiabilidade, retardo, e instabilidade correspondente ao retardo de variação entre um tempo de retardo mínimo e máximo apresentado por uma mensagem.

No contexto da provisão de qualidade de serviço (QoS) em sistemas de comunicações de dados móveis, uma abordagem de QoS consiste na atribuição de uma prioridade específica para cada contexto de PDP. Porém, esta abordagem não é satisfatória. Conforme foi definido acima, cada contexto de PDP pode apresentar uma pluralidade de fluxos de aplicação.

Cada fluxo de aplicação numa sessão/contexto de PDP atual terá provavelmente necessidades de diferentes retardos por pacote. Por exemplo, aplicações de tempo real tais como a telefonia requerem um serviço garantido ao passo que imagens de vídeo requerem um serviço de retardo previsto.

Mais especificamente, aplicações elásticas tais como rajadas interativas, transferência interativa a granel, e transferência assíncrona a granel requerem diferentes graus de serviço de retardo do tipo tão logo que seja possível (ou de melhor esforço).

Ao invés de limitar a qualidade de serviço a um único contexto de PDP/um único endereço de IP de nível de rede, a presente invenção define uma qualidade de serviço para cada fluxo de aplicação individual. Uma qualidade apropriada de serviço é separadamente reservada, monitorada, e regulada para cada fluxo de aplicação num contexto de PDP.

Adicionalmente, a presente invenção proporciona um mecanismo dinâmico de reserva de qualidade de serviço por contexto de PDP que é introduzido num sistema de comunicações móveis de dados para funcionar como uma camada de rede cliente “ciente” da qualidade do serviço que permite uma integração com outras arquiteturas de serviço de dados tais como a Internet para tomar possível um serviço integrado de princípio a fim em que a qualidade do serviço pode ser especificada desde a unidade principal móvel ao longo de todo o percurso até uma unidade principal fixa numa comunicação de ponto-a-ponto. É obtido um sistema de comunicação móvel em que uma unidade principal móvel comunica dados em pacotes com uma rede externa por intermédio de um nó de porta de acesso de pacotes. A unidade principal móvel estabelece uma sessão de pacotes durante a qual uma pluralidade de fluxos de aplicação são comunicados com uma entidade de rede externa.

Cada fluxo de aplicação inclui uma correspondente corrente de pacotes.

Adicionalmente, um correspondente parâmetro de qualidade de serviço é definido e reservado para cada um da pluralidade de fluxos de aplicação.

Desta maneira, diferentes parâmetros de qualidade de serviço podem ser definidos e reservados para diferentes fluxos de aplicação. Os pacotes correspondentes a cada um dos fluxos de aplicação são então entregues, por exemplo, desde a entidade de rede externa através de todo o percurso até a unidade principal móvel de acordo com a qualidade de serviço reservada para esse fluxo de aplicação.

Diferentes qualidades de serviço podem ter diferentes atribuições de larguras de banda, retardos, e/ou níveis de confiabilidade. Uma classe de serviço é do tipo de melhor esforço quando os pacotes de um fluxo de aplicação podem ser perdidos. Outras classes de serviço são classificadas como previsivas quando os pacotes de um fluxo de aplicação não são perdidos. Em termos de retardo, a qualidade de serviço pode incluir classes de retardo que especificam uma taxa máxima de transferência de pacotes, uma taxa média de transferência de pacotes, e um tamanho de rajada de pacotes de um fluxo de aplicação individual.

Informações de assinatura de serviços de dados são armazenadas para cada unidade principal móvel e especificam se a unidade principal móvel tem assinatura de uma qualidade de serviço estática ou dinâmica. Se for detida uma assinatura para uma qualidade de serviço dinâmica em que a QoS pode ser especificada para cada fluxo de aplicação, as informações de assinatura para essa unidade principal móvel definem os parâmetros ou classes de qualidade de serviço para as quais existe uma assinatura específica. Nesse caso, quando a unidade principal móvel estabelece uma sessão de pacotes, cada classe de qualidade de serviço para a qual existe uma assinatura é disponibilizada para fluxos de aplicação que sejam ativados durante essa sessão. O processo de estabelecimento de uma sessão de pacotes inclui o “acoplamento” à rede (ou outra operação equivalente), pela unidade principal móvel, e a comunicação de uma mensagem de ativação/início de sessão de pacotes para o nó de porta de acesso, feita por essa unidade.

Adicionalmente, é estabelecido um procedimento de configuração de ponto- a-ponto entre o terminal móvel e a entidade de rede externa na outra extremidade. Essa configuração de ponto-a-ponto atribui à unidade principal móvel um endereço de camada de pacotes de rede. Podem existir várias configurações de ponto-a-ponto no mesmo contexto de PDP, e podem existir vários fluxos de aplicação utilizando a mesma configuração. Como resultado, poderão ser estabelecidos de forma flexível uma pluralidade de fluxos de aplicação durante a sessão da unidade principal móvel possuindo diferentes endereços de camada de rede (por exemplo, IP) e diferentes qualidades de serviço. No procedimento de configuração, o nó de porta de acesso funciona como um agente dinâmico de configuração da unidade principal servindo a unidade principal móvel cliente transferindo pacotes entre a unidade principal móvel e a entidade de rede externa.

Adicionalmente ao “túnel” de comunicações de dados correspondente ao portador da camada de rede entre o nó de porta de acesso e a unidade principal móvel, é igualmente estabelecida uma relação no nó de porta de acesso entre um elemento de identificação de unidade principal móvel (por exemplo, a IMSI da unidade móvel), o túnel de comunicações de dados estabelecido, e o endereço de camada de rede armazenado para a unidade principal móvel para a sessão estabelecida. Utilizando esta relação, o nó de porta de acesso analisa pacotes recebidos e somente admite os pacotes que possuírem um destino ou uma origem correspondente a um dos endereços de camada de rede da unidade principal móvel armazenados para a sessão estabelecida.

Após ser realizada uma solicitação de reserva para uma qualidade de serviço em particular para um fluxo de aplicação individual, é feita uma determinação para saber se a solicitação de reserva pode ser atendida nas condições de tráfego atuais. Se a solicitação de reserva puder ser atendida, o portador da camada de pacotes da rede entre a unidade principal móvel e o nó de porta de acesso é estabelecido para “portar” uma pluralidade dos fluxos de aplicação individuais com diferentes correspondentes classes de qualidade de serviço.

Em adição ao nó de porta de acesso de pacotes, é incluído um nó servidor de pacotes entre o nó de porta de acesso de pacotes e a unidade principal móvel. Entre outras coisas, o nó servidor determina se a solicitação de reserva para a qualidade de serviço em particular pode ser suportada do nó servidor para a unidade principal móvel com base numa carga de tráfego atual das comunicações de rádio existentes na área em que a unidade principal móvel está atualmente sendo servida. Em particular, o nó servidor especifica requisitos de largura de banda e retardo correspondendo à qualidade de serviço solicitada e fornece os mesmos para o nó de porta de acesso. Quando tiver sido feita uma reserva de fluxo de aplicação para uma qualidade de serviço em particular, o nó de porta de acesso monitora esse fluxo de aplicação para assegurar o cumprimento da qualidade de serviço que foi reservada utilizando procedimentos apropriados de agendamento de transferência e classificação do pacote.

Para pacotes destinados para unidades principais móveis, o nó servidor funde os pacotes de diferentes sessões correspondendo às mesmas unidades principais móveis possuindo a mesma qualidade de serviço. O nó servidor também funde pacotes destinados para diferentes unidades principais móveis localizadas na mesma área geográfica de serviço que possuem a mesma qualidade de serviço. Pacotes que forem destinados para a mesma área geográfica de serviço mas que possuírem diferentes qualidades de serviço são atribuídos para diferentes filas de prioridade que correspondem a essas diferentes qualidades de serviço e são encaminhados para a rede de acesso de rádio em particular dentro da área geográfica BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Os precedentes e outros objetivos, características, e vantagens da invenção serão aparentes da descrição feita a seguir de configurações preferenciais conforme se encontram ilustradas nos desenhos em anexo nos quais os caracteres de referência referem as mesmas partes de princípio a fim das diversas vistas. Os desenhos não se encontram necessariamente em escala, sendo principalmente destinados a ilustrarem os princípios da invenção. A Fig. 1 é um diagrama simplificado ilustrando comunicações de dados entre uma unidade principal móvel e uma unidade principal fixa; a Fig. 2 é um diagrama mais detalhado ilustrando um sistema de comunicações móveis GSM incluindo uma rede de dados de Serviço Geral de Rádio em Pacotes (GPRS); a Fig. 3 ilustra diversos protocolos de comunicação de dados empregados entre diferentes nós na rede de comunicações de dados de GPRS ilustrada na Fig. 2; a Fig. 4 é um diagrama de fluxo ilustrando procedimentos dinâmicos de qualidade de serviço de acordo com uma configuração da presente invenção; a Fig. 5 é um diagrama de fluxo apresentando procedimentos dinâmicos ilustrativos de qualidade de serviço em GPRS de acordo com uma outra configuração exemplar da presente invenção; a Fig. 6 é uma seqüência de sinalização para ativação de contexto de PDP de acordo com um exemplo detalhado de uma configuração de GPRS da presente invenção; a Fig. 7 é uma seqüência de sinalização para uma configuração de unidade principal de camada de rede de acordo com a configuração exemplar detalhada de GPRS da presente invenção; a Fig. 8 é um diagrama ilustrando um portador estabelecido de GPRS entre um nó de dados de porta de acesso e uma unidade principal móvel mostrando uma reserva de qualidade de serviço para um fluxo de aplicação em particular; a Fig. 9 é um gráfico ilustrando definições de probabilidade de retardo para um portador de GPRS; as Figs. 10A e 10B ilustram uma seqüência de mensagem mostrando os procedimentos dinâmicos de reserva de qualidade de serviço de acordo com a configuração exemplar detalhada de GPRS da presente invenção; a Fig. 11 é um diagrama ilustrando exemplos de filas e técnicas de fusão que podem ser empregadas em nós servidores de acordo com procedimentos de classificação e agendamento de pacotes na configuração exemplar detalhada de GPRS da presente invenção; a Fig. 12 é uma seqüência de mensagem mostrando o envio de pacotes na camada de pacotes da rede para a unidade principal móvel desde um provedor de serviço de Internet (ISP) de acordo com a configuração exemplar detalhada de GPRS da presente invenção; a Fig. 13 é um diagrama de blocos funcionais ilustrando diversos exemplos de funcionalidades de controle na unidade principal móvel e no nó de porta de acesso que podem ser utilizadas na implementação da presente invenção; e a Fig. 14 é um diagrama de blocos funcionais ilustrando diversas funcionalidades de controle no nó de dados servidor e no nó de porta de acesso que podem ser utilizadas na implementação da presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DOS DESENHOS

Na descrição a seguir, e com propósitos de explicação e não de limitação, encontram-se enunciados detalhes específicos, tais como configurações, hardware, técnicas, etc. em particular, com o objetivo de proporcionarem um entendimento completo da invenção Entretanto, será aparente para uma pessoa versada na técnica que a presente invenção pode ser praticada em outras configurações que se afastam destes detalhes específicos. Por exemplo, muito embora uma configuração específica da presente invenção seja descrita no contexto de uma rede telefônica celular de GPRS do sistema GSM, aqueles que são versados na técnica poderão apreciar que a presente invenção pode ser implementada em qualquer sistema de comunicações móveis utilizando outras arquiteturas e/ou protocolos de comunicações móveis de dados. Em outras instâncias, foram omitidas descrições detalhadas de processos, interfaces, dispositivos, e técnicas de sinalização, bem conhecidos, de forma a que estes não obscureçam com detalhes desnecessários a descrição da presente invenção.

Conforme foi descrito acima, a presente invenção proporciona uma considerável flexibilidade e uma ampla faixa de serviços de dados para assinantes móveis permitindo definir e reservar uma qualidade de serviço específica para cada um de uma pluralidade de fluxos de aplicação ativados durante uma sessão de dados ao invés de restringir todos os fluxos de aplicação a uma única qualidade de serviço determinada para a sessão.

Fazendo referência à Fig. 4 onde se encontra ilustrada uma rotina dinâmica de qualidade de serviço (bloco 100), de acordo com uma primeira configuração da presente invenção, é estabelecida uma sessão de pacotes para cada unidade principal móvel. Durante essa sessão de pacotes estabelecida, uma pluralidade de fluxos de aplicação/correntes de pacotes são comunicados entre uma entidade de rede externa tal como o terminal fixo 18 ilustrado na Fig. 1 ou um provedor de serviço de Internet (ISP) ilustrado na Fig. 2, e a unidade principal móvel tal como a unidade principal móvel 12 ilustrada nas Figs. 1 e 2 (bloco 102). Uma qualidade de serviço (QoS) é reservada (se estiver disponível nas condições atuais de tráfego) para cada fluxo de aplicação durante a sessão de pacotes estabelecida, e de forma importante, a qualidade de serviço para diferentes fluxos de aplicação;pode ser diferente (bloco 104). Os pacotes correspondentes a cada fluxo de aplicação são fornecidos entre a entidade de rede externa e a unidade principal móvel de acordo com a qualidade de serviço correspondente que foi reservada (bloco 106). A sessão de pacotes estabelecida pode desta forma servir como portador para uma pluralidade de sessões de aplicação em série sem serem requeridos restabelecimento e reconfiguração da unidade principal móvel. A sessão de pacotes estabelecida pode igualmente servir de portadora para uma pluralidade de correntes numa sessão de multimídia aderindo ainda no entanto aos requisitos individuais de qualidade de serviço de voz, vídeo e correntes de dados.

Muito embora a presente invenção possa ser vantajosamente aplicada a qualquer rede móvel de comunicações de dados, uma configuração exemplar detalhada será agora descrita no contexto do Serviço Geral de Rádio em Pacotes (GPRS) empregado na bem conhecida rede de comunicações de rádio móvel de GSM. A Fig. 5 ilustra em formato de diagrama de fluxo os procedimentos em geral para provisão de uma qualidade de serviço dinâmica em GPRS nesta configuração exemplar detalhada (bloco 110). O primeiro grupo de procedimentos é referente à ativação de contexto de PDP (bloco 112), em que PDP significa Protocolo de Dados em Pacotes correspondendo ao protocolo da camada de rede utilizado no sistema de comunicações de dados. Uma outra maneira de descrever um contexto de PDP é que a unidade principal móvel “deu entrada em” e iniciou uma sessão de dados com GPRS. Em GPRS, existem dois PDP’s exemplares que podem ser utilizados incluindo o Protocolo de Internet (IP) v4 e X.25.

Será assumido o IP para os propósitos do exemplo a seguir. O HLR 42 na Fig. 2 armazena contexto de PDP para cada assinante móvel em correspondentes registros de assinaturas. O registro de assinaturas de PDP inclui a opção de assinatura referente a parâmetros/perfis de qualidade de serviço, redes externas para as quais existe assinatura, etc. Quando um sistema móvel “se acopla” à rede de GPRS, a assinatura da unidade principal móvel é recuperada do HLR 42. Como resultado da ativação de contexto de PDP, um “portador” ou túnel de camada de rede é estabelecido entre a unidade principal móvel e o nó de suporte de GPRS de porta de acesso (GGSN) 54.

Após a ativação de contexto de PDP, é realizada uma operação de configuração de unidade principal de camada de rede, por exemplo, de IP, para estabelecimento de uma comunicação de portador de camada de rede (IP) entre a unidade principal móvel 12 e um Provedor de Serviços de Internet (ISP) 58 (bloco 114). A configuração de IP inclui a atribuição de um endereço de camada de rede (IP) para a unidade principal móvel, a definição de valores padrão para um servidor de Rede Mundial (WWW), um servidor de nome de domínio (DNS), um cache de protocolo de resolução de endereço (ARP), etc. O portador de IP entre a unidade principal móvel e o GGSN estabelecido na ativação de contexto de PDP estende-se agora do GGSN para o ISP. Os pacotes podem ser roteados indo e vindo entre a unidade principal móvel e sistemas terminais no ISP. À etapa seguinte é a reserva dinâmica de qualidade de serviço (bloco 116) em que uma qualidade de serviço específica é reservada para cada fluxo de aplicação estabelecido durante a sessão de dados/contexto de PDP ativado (bloco 116). São realizados vários procedimentos (descritos abaixo) para ser assegurada a existência de uma capacidade suficiente para a reserva de QoS solicitada e para ser assegurado que a unidade principal móvel solicitante seja autorizada a solicitar a reserva da qualidade de serviço específica.

A etapa final refere-se ao envio dos pacotes de dados de IP entre a unidade principal externa tal como o ISP 58 e a unidade principal móvel 12 (bloco 118). Esse envio de pacotes de IP inclui procedimentos de classificação, agendamento/enfileiramento de pacotes, e estabelecimento de políticas (bloco 118). Serão agora descritos um por um mais abaixo procedimentos detalhados para cada um dos blocos 112-118. A Fig. 6 ilustra uma seqüência de sinalização para ativação de contexto de PDP. Cada linha vertical na Fig. 6 representa um nó ilustrado na Fig. 2 incluindo a unidade principal móvel (unidade principal/Estação Móvel ou MS 12, o SGSN 50, o GGSN 54, e o Provedor de Serviço de Internet (ISP) 58. A unidade principal móvel envia uma mensagem de “solicitação de ativação de contexto de PDP” para o SGSN que inclui um nome de ponto de acesso (APN), isto é, o nome do ISP, um tipo de PDP que neste exemplo é o IP, uma definição de Qualidade de Serviço (QoS) para esta solicitação de contexto de PDP propriamente dita que neste exemplo é a QoS classe 4 Melhores Esforços (BE), e uma solicitação de configuração de ponto-a- ponto. Ao invés de solicitar um endereço de IP, a unidade principal móvel envia o parâmetro de solicitação de configuração de ponto-a-ponto para solicitar uma atribuição dinâmica de endereço de PDP após o contexto de PDP ter sido estabelecido.

Após receber a mensagem de solicitação de ativação de contexto de PDP da unidade principal móvel, o SGSN examina a assinatura da unidade móvel no HLR para determinar se a unidade principal móvel tem assinatura para uma reserva de qualidade de serviço estática ou dinâmica. Na reserva estática de QoS, todos os fluxos de aplicação recebem a QoS estabelecida para o contexto de PDP/sessão de dados. Na reserva dinâmica de QoS, uma QoS pode ser especificada para fluxos de aplicação individuais.

Será suposta neste exemplo uma assinatura para reserva dinâmica de qualidade de serviço. O nome de ponto de acesso é traduzido para um endereço de GGSN utilizando o sistema de nome de domínio (DNS), isto é, o sistema de banco de dados de distribuição em-linha utilizado para mapeamento de nomes de máquinas passíveis de leitura humana para endereços de IP. Adicionalmente, um elemento de identificação de túnel (TID) é criado para propósitos de estabelecimento de um portador de túnel entre o GGSN e a unidade principal móvel. O SGSN envia para o GGSN uma mensagem de “solicitação de criação de contexto de PDP” juntamente com o APN, o tipo de PDP, a qualidade do serviço, o TID, e a solicitação de configuração de ponto-a-ponto. O GGSN funciona como um agente de divulgação de protocolo dinâmico de configuração de unidade principal (DHCP). O DHCP é um protocolo destinado para atribuição de endereços de protocolo de Internet para os usuários. A atribuição do endereço de IP é realizada por um servidor de DHCP, que neste exemplo é o ISP 58, e a unidade principal móvel é o cliente de DHCP. O GGSN também realiza a tradução do nome de ponto de acesso para o endereço de ISP através do sistema de nome de domínio, e atribui uma divulgação de DHCP para a solicitação do PDP. Uma vez mais, nenhum endereço de IP é por enquanto atribuído para a unidade principal móvel. O GGSN envia uma mensagem de “resposta de criação de contexto de PDP” de volta para o SGSN incluindo o elemento identificador de túnel (TID) e uma confirmação de configuração de ponto-a-ponto utilizando uma qualidade de serviço de melhores esforços. O GGSN, funcionando como divulgador do DHCP, seleciona um túnel ou portador previamente definido para o nome de ponto de acesso selecionado. O SGSN envia então uma mensagem de “aceitação de ativação de contexto de PDP” para a unidade principal móvel. Neste ponto, o portador/túnel lógico encontra-se essencialmente aberto para tráfego de pacotes entre a unidade principal móvel e o ISP, mas somente como mensagens de difusão de IP devido ao fato de a unidade principal móvel não ser endereçável na camada de rede (IP), os fluxos de aplicação transmitidos através dessa interligação lógica podem ter qualquer uma das classes/parâmetros de qualidade de serviço para os quais existir uma assinatura.

Os procedimentos de configuração de unidade principal de IP serão agora descritos em combinação com a seqüência de sinalização ilustrada na Fig. 7. A configuração de unidade principal de IP é transparente para o portador de GPRS definido nos procedimentos de ativação de contexto de PDP descritos acima exceto quanto à inclusão de um agente de divulgação de DHCP no GGSN. Na configuração de unidade principal de IP, a unidade principal móvel envia/difunde uma mensagem de protocolo de datagrama de usuário (UDP) (um protocolo de camada de transporte acima do IP) para o divulgador de DHCP/GGSN que divulga esses pacotes de UDP para o ISP. A mensagem de UDP inclui uma mensagem de DESCOBRIR Protocolo Dinâmico de Configuração de Unidade Principal (DHCP) com uma marca de autenticação, solicitação de tempo de locação de endereço de IP, e uma ID de unidade principal. O GGSN atribui uma ID remota de agente correspondente ao elemento de identificação singular de IMSI da unidade móvel e uma ID de circuito de agente para retirar por filtragem e deter pacotes desde/para a unidade principal móvel que não possuam o endereço de IP correto no cabeçalho. A ID remota de agente e uma máscara de sub-rede são enviadas para o ISP onde a ID remota de agente (IMSI) é armazenado. A máscara de sub-rede é uma descrição agregada de destinos individuais numa sub-rede de IP. Uma sub-rede de IP tem um roteador como unidade principal. O GGSN é um roteador, e portanto, agrega uma ou mais sub-redes. O ISP utiliza as informações de sub-rede para rotear a resposta de volta para o GGSN, que por sua vez envia a resposta para a unidade principal móvel correta com base na ID remota de agente. A ID remota de agente proporciona também ao ISP uma garantia adicional de que a unidade principal móvel não esteja utilizando uma identidade falsa durante os procedimentos dinâmicos de configuração da unidade principal. O GGSN

pode altemativamente ser configurado para divulgar a mensagem DHCP

DISCOVER (DESCOBRIR DHCP) para um determinado servidor de DHCP

ou difundir a mesma para a rede do ISP. Uma mensagem DHCP OFFER (OFERTA DE DHCP) é enviada do ISP para a unidade principal móvel incluindo as configurações “oferecidas” que o servidor de DHCP pode fornecer. Podem ser recebidas múltiplas ofertas de diversos servidores de DHCP. A unidade principal móvel seleciona a oferta de DHCP que melhor atende seus requisitos e envia uma mensagem de solicitação de DHCP para o servidor de DHCP que proporcionou essa oferta selecionada. O ISP fornece então um endereço de IP pára o GGSN numa mensagem de confirmação de DHCP. O endereço de IP é colocado numa tabela juntamente com a IMSI/ID remota de agente e o elemento de identificação de túnel/ID de circuito de agente para utilização posterior no filtro de pacotes. O GGSN também divulga a mensagem de confirmação de DHCP para a unidade principal móvel. O endereço de IP e a ID de circuito de agente são utilizados para filtragem de todos os pacotes para/da unidade principal móvel que não possuírem o endereço de IP correto de cabeçalho do pacote.

Uma qualidade de serviço para cada fluxo de aplicação de usuário ativado no contexto de PDP é em seguida reservada. A Fig. 8 ilustra um diagrama representando uma reserva de qualidade de serviço para um fluxo de aplicação proveniente do ISP e terminando no terminal móvel. O GGSN 54 envia uma mensagem de reserva de via de percurso para a unidade principal móvel 12 através de um portador de GPRS que foi estabelecido na ativação de contexto de PDP para um fluxo de aplicação em particular destinado à unidade principal móvel 12. A unidade principal móvel envia então em retomo uma resposta de reserva para o GGSN 54. Neste exemplo, é empregado um protocolo de reserva de recurso (RSVP) para permitir a uma unidade principal móvel solicitar uma determinada qualidade de serviço para uma transmissão de um usuário de Internet num ISP. O RSVP utiliza endereços de IP de origem e de destino bem como uma porta de UDP/TCP para identificar os fluxos de aplicação a serem reservados. Um endereço de IP de destino pode ter várias portas, associadas com cada processo de aplicação no sistema. Portas bem conhecidas são definidas para vários tipos de aplicações. Os sistemas finais podem igualmente negociar a seleção de uma porta diversa das portas bem conhecidas. Todos os pacotes que pertencem a um mesmo fluxo de aplicação compartilham o mesmo elemento de identificação (endereço e porta). O RSVP estabelece uma reserva temporária ou “provisória” em cada roteador ao longo do percurso entre o emissor e o receptor. Uma reserva provisória possui Tempo de Vida (TTL) associado com a mesma. Se o tempo de vida expirar, a reserva também expira. É utilizada uma qualidade de serviço de melhor esforço para transferências das mensagens de RSVP através do portador de GPRS. O GGSN, atuando como roteador, precisa assegurar poder comprometer-se com a reserva de QoS solicitada para sua interligação lógica destinada à unidade principal móvel. Como resultado, o GGSN mapeia os requisitos da solicitação de IP do RSVP para a reserva para a interligação lógica de GPRS. A primeira parte da interligação lógica de GPRS é o protocolo de túnel do GPRS (GTP) para o SGSN. O GTP é transportado em IP, e desta forma, poderá ser necessária uma mudança de reserva para esta rede de IP interna se a reserva atual não puder operar um fluxo de aplicação adicional. O GGSN também solicita ao SGSN que este verifique a última parte da interligação lógica destinada à unidade principal móvel. Esta última parte da interligação lógica possui dois “saltos” - SGSN-para-BSS e BSS- para-unidade principal móvel. O SGSN controla a reserva em ambos os saltos e indica ao GGSN se a mudança de reserva para a classe de QoS no contexto de PDP é aceitável. O GGSN fornece as informações de QoS em retardo de pacotes e largura de banda para o fluxo de aplicação ao roteador seguinte na cadeia. 0 primeiro parâmetro é um retardo dependente de interligação que pode ser dividido numa parte independente de taxa (C) e uma parte dependente de taxa (D). 0 retardo requerido do percurso de ponto-a-ponto entre a unidade principal móvel e o sistema final no ISP pode ser calculado como a soma de: em que Dreq = o retardo total implícito requerido pela unidade principal móvel, S = um termo de folga entre um retardo desejado e um retardo reservado, b = uma profundidade de partição de armazenamento temporário medida em bytes, R - uma taxa média de bits negociada (por exemplo, datagramas de IP por segundo), Ctot é uma soma de desvios independentes de taxa relativamente a um modelo fluido, o Dlot é a soma de desvios dependentes de taxa relativamente a um “modelo fluido”. O modelo fluido define o transporte através da rede se não existir armazenamento temporário de pacotes, isto é, não existir enfileiramento de pacotes, em nenhum nó.

Com estas informações, a distribuição de probabilidade de retardo para o portador de GPRS pode ser planejada com base numa média de Retardo de Transferência de Pacotes (PTD), um retardo máximo de transferência de pacotes, e os parâmetros de desvio de retardo comparados com o modelo fluido consistindo nas partes independente de taxa (C) e dependente de taxa (D) do retardo dependente de interligação. O gráfico da Fig. 9 mostra a densidade de probabilidade representada em função do retardo para estas variáveis. A profundidade de partição b define o número de bytes que um nó é requerido atribuir para um fluxo em sua memória de armazenamento temporário. Isto faz parte do acordo de QoS. A profundidade de partição b é utilizada para determinação dos requisitos máximos de armazenamento temporário para um fluxo de aplicação B para uma QoS em particular. O tamanho requerido de memória de armazenamento temporário é definido da seguinte maneira: em que Csum e Dsum constituem a soma dos roteadores individuais C e D. Os roteadores incluem GGSN e outros roteadores na via de percurso entre a unidade principal móvel e o sistema final no ISP. O GGSN instala a profundidade de partição b para a reserva de QoS.

Será agora fornecida uma seqüência exemplar de mensagem para uma reserva dinâmica de qualidade de serviço para o fluxo de aplicação individual desde o ISP e terminando na unidade principal móvel conforme se encontra ilustrado nas Figs. 10A e 10B. O sistema final no ISP envia uma mensagem de reserva de recurso incluindo a ID de sessão atribuída para o fluxo. O GGSN envia a mensagem de percurso de RSDP para a unidade principal móvel utilizando uma qualidade de serviço de melhor esforço de GPRS. A mensagem de reserva de percurso inclui igualmente uma especificação de tráfego (TSPEC). O TSPEC descreve as características do fluxo de aplicação que o sistema final do ISP está enviando, por exemplo, taxa e sensibilidade a retardo. A unidade principal móvel responde ao GGSN com uma mensagem de reserva de RSVP (RESV). A mensagem de RESV inclui uma FLOWSPEC e uma FILTERSPEC. A FLOWSPEC descreve a taxa e reserva de retardo que a unidade principal móvel está solicitando para o fluxo. A FILTERSPEC define quais são as formas em que a unidade principal móvel permite que a rede funda a reserva da unidade principal móvel com outros receptores num ambiente de multidifusão. O GGSN aplica controle de admissão e política à solicitação de reserva. Como parte do procedimento, o GGSN mapeia a solicitação de RSVP para a solicitação de atualização de contexto de PDP do GPT de GPRS. A solicitação do GPT de atualização de contexto de PDP é enviada para o SGSN. A mensagem diz respeito a uma alteração da largura de banda para o portador de GPRS para a unidade principal móvel específica, o contexto de PDP e a classe de retardo de QoS à qual o fluxo de aplicação pertence. O SGSN determina mediante uma verificação da assinatura correspondente à unidade principal móvel no HLR 42 se as reservas de qualidade de serviço podem ser feitas para a classe de retardo de QoS específica (referido como CONTROLE DE POLÍTICA). O SGSN também determina se existe capacidade suficiente para a reserva para o “trecho de rádio” (referido como CONTROLE DE ADMISSÃO). Se os controles de política e de admissão forem atendidos, o SGSN envia para o GGSN uma resposta de GTP de atualização de contexto de PDP. O GGSN mapeia a resposta de GTP para a solicitação de RSVP e altera a reserva de largura de banda do túnel de GPRS para o SGSN relativamente ao contexto de PDP e à classe de retardo de QoS, se isso for necessário.

Preferencialmente, o túnel de reserva é sobredimensionado, e portanto poderá não ser requerida uma alteração de reserva em separado. O túnel de reserva agrega preferencialmente várias unidades principais móveis e contextos de PDP. O SGSN estima o retardo de qualidade de serviço solicitado mediante uma monitoração do tempo entre transmissões e confirmações de pacotes na camada de interligação. As estimativas são utilizadas para avaliar se podem ser aceitadas novas reservas sem que estas afetem as reservas existentes. As estimativas são igualmente utilizadas para proporcionarem os desvios de retardo comparados com o modelo fluido que são necessários para RSVP. Adicionalmente, o BSS envia uma mensagem de controle de fluxo de BSSGP para o SGSN para informar o SGSN sobre a condição de tráfego atual do BSS para a unidade principal móvel e sobre a disponibilidade para provisão da taxa de qualidade de serviço solicitada em função dessas condições de tráfego. Se a taxa dentro de uma área geográfica de rádio for baixa, não poderá ser feita nenhuma nova reserva em SGSN.

Preferencialmente, o SGSN atribui pelo menos vinte por cento da capacidade de célula/BSC disponível para a classe de retardo de qualidade de serviço de melhor esforço para minimização de perda de pacotes para fluxos de retardo previsto no portador de GPRS. O SGSN envia uma confirmação de controle de fluxo de BSSGP para o BSS para uma janela recebida.

Os procedimentos de envio de pacotes de dados incluem classificação de pacotes, agendamento, e funções de estabelecimento de políticas. Para classificar e agendar pacotes num fluxo de aplicação individual baseado na qualidade de serviço reservada do fluxo, diversas fileiras/memórias de armazenamento temporário são empregadas no BSS e no SGSN. Na Fig. 11 encontra-se ilustrado um exemplo de configuração de fileiras no BSS e no SGSN. O BSS inclui uma fileira para sinalização de gerenciamento de mobilidade em cada célula de estação de base bem como uma fileira para cada uma de quatro classes de retardo de qualidade de serviço QoS 1 - QoS 4 em cada célula de estação de base. O SGSN inclui três diferentes níveis de fileiras utilizados para classificação e fusão de pacotes. A primeira camada de fileiras encontra-se na camada de protocolo de SNDCP. Uma fileira é estabelecida para pacotes que possuem o mesmo contexto de PDP e classe de retardo de qualidade de serviço. A segunda camada de fileiras inclui uma fileira para pacotes correspondentes à mesma unidade principal móvel e mesma classe de retardo de qualidade de serviço. A terceira camada de fileiras inclui uma fileira que armazena pacotes correspondentes à mesma célula e mesma classe de retardo de qualidade de serviço. Um reduzido armazenamento temporário no BSS permite uma utilização eficiente dos canais de rádio de limitada largura de banda visto que os pacotes se encontram sempre disponíveis para transmissão. Um grande armazenamento temporário no SGSN minimiza a utilização de limitados recursos de rádio visto que os pacotes podem ser ali descartados antes de terem de ser transmitidos através da interface aérea de rádio e engatados num enlace de transmissão de controle de interligação lógica entre o SGSN e a unidade principal móvel.

Preferencialmente, é realizado um conjunto de operações de classificação de pacotes, agendamento, e estabelecimento de políticas (todas as quais envolvem gerenciamento de armazenamento temporário). Com base em diferentes elementos de classificação, os GGSN, SGSN, e BSS realizam individualmente um tal conjunto de funções de pacotes. Pode ser utilizado um certo número de algoritmos conhecidos de classificação de pacotes, agendamento, e estabelecimento de políticas. Na configuração preferencial, o GGSN “policia” (isto é, verifica se os fluxos se encontram dentro de limites convencionados e descarta pacotes no caso negativo) dos fluxos de aplicação de RSVP, classifica esses fluxos de aplicação em correspondência com seus contexto de PDP e classe de retardo de qualidade de serviço, e agenda o envio dos pacotes com base na reserva de protocolo de túnel (GTP) para o contexto de PDP e a classe de retardo de qualidade de serviço. O SGSN, por outro lado, classifica e agenda pacotes numa base de SM. O BSS emprega preferencialmente um algoritmo de agendamento de primeiro-a-entrar- primeiro-a-sair (FIFO) para quadros de pacotes recebidos com classe de retardo de qualidade de serviço e elemento identificador de célula idênticos. O estabelecimento de prioridades no agendamento de transferência de pacotes entre classes de retardo de qualidade de serviço é também preferencialmente controlado pelo BSS com o BSS transferindo quadros de LLC possuindo uma classe de retardo de qualidade de serviço mais elevada antes de transferir quadros de LLC possuindo uma classe de retardo de qualidade de serviço mais baixa.

Faz-se agora referência à Fig. 12 que ilustra um exemplo de seqüência de mensagem para envio de pacotes de camada de rede para a unidade principal móvel a partir do ISP. O GGSN recebe do ISP um fluxo de aplicação de pacotes de IP destinado para a unidade principal móvel. O GGSN realiza policiamento de largura de banda para cada fluxo de aplicação utilizando por exemplo um algoritmo de partição não estanque de RSVP ou outro algoritmo específico de PDP. Os pacotes em chegada admissíveis são então classificados por contexto de PDP/classe de qualidade de serviço. Esses pacotes classificados são agendados para transferência de GTP através do portador lógico de GPRS estabelecido para o contexto de PDP da unidade principal móvel com base na reserva de largura de banda de RSVP para esse fluxo de aplicação. Utilizando o protocolo de estabelecimento de túnel (GTP), o GGSN encapsula o fluxo de pacotes de IP com o elemento identificador de túnel e a qualidade de serviço reservada para esse fluxo de aplicação. O fluxo de pacotes encapsulado é recebido pelo SGSN que realiza policiamento de largura de banda do fluxo de um GGSN e uma classe de retardo de qualidade de serviço particulares. O SGSN também classifica os pacotes em correspondência com uma ID de assinante móvel (MSID), contexto de PDP, e classe de retardo de qualidade de serviço. Preferencialmente, o SGSN utiliza um algoritmo de enfileiramento justo (por exemplo, “bit wise round robin”) para agendamento de pacotes no nível de LLC/SMDCP para fundir vários contexto de PDP do terminal móvel com a mesma classe de retardo de qualidade de serviço. Um algoritmo de enfileiramento justo ponderado (WFQ) pode ser utilizado para agendamento de transferência de pacotes no nível de BSSGP utilizando os dados de reserva de largura de banda de túnel referentes a cada terminal móvel/classe de retardo de qualidade de serviço como forma de fundir fluxos de aplicação de LLC com a mesma classe de retardo de qualidade de serviço de diferentes terminais móveis numa única fileira. Os dados enfileirados são então transferidos para o BSS, que classifica os dados em chegada por célula e classe de retardo de qualidade de serviço. Conforme foi mencionado acima, o BSS utiliza preferencialmente um algoritmo de agendamento do tipo FIFO para cada fileira de célula/classe de retardo de qualidade de serviço adicionalmente a valores configuráveis para enfileiramento prioritário para diferentes classes de retardo de qualidade de serviço. O BSS realiza então designação de recursos de pacotes nas camadas de MAC/RLC para transferir pacotes individuais. Os pacotes são geralmente divididos em blocos de dados, e um canal de dados de rádio pode ser compartilhado por vários terminais móveis com cada bloco de rádio possuindo um elemento identificador separado.

As Figs. 13 e 14 exibem os componentes ativos no interior da unidade principal móvel, GGSN e SGSN, respectivamente, durante a reserva de fluxo de aplicação e do envio de pacotes de um sistema terminal num ISP para uma unidade principal móvel. Cada um dos três sistemas possui um mecanismo de controle e um mecanismo de envio. O mecanismo de controle encontra-se ativo durante a reserva de fluxo de aplicação, ao passo que o mecanismo de envio se encontra ativo durante o envio de pacotes. Os programas de funções utilitárias ou “daemons” de RSVP na unidade principal móvel e no GGSN são responsáveis pelo intercâmbio de protocolo de reservas de recursos na camada de IP e comunicam entre si utilizando o protocolo de RSVP. O “daemon” de RSVP realiza uma verificação com o dispositivo de controle de políticas para determinar se a unidade principal móvel tem assinatura para o QoS. O “daemon” de RSVP também realiza uma verificação com o dispositivo controlador de admissão para determinar se o sistema emissor pode acomodar uma outra reserva de QoS com base em recursos disponíveis. O “daemon” de RSVP instrui o dispositivo de classificação de pacotes sobre os parâmetros que o mesmo deverá utilizar na separação de pacotes em chegada para diferentes fileiras. O “daemon” de RSVP instrui o dispositivo de agendamento de pacotes sobre as técnicas de agendamento que o mesmo deverá utilizar na fusão de fileiras para as portas de saída do sistema. Adicionalmente, o processo de roteamento do GGSN decide para qual porta de saída um pacote será enviado com base no endereço de destino, etc. O SGSN executa uma função similar em seu processo de gerenciamento de mobilidade que mantém um acompanhamento da localização da unidade principal móvel. O “daemon” de GTP possui as mesmas responsabilidades que o “daemon” de RSVP porém na camada de interligação de GPRS entre o SGSN e o GGSN. Existe uma interface de programação de aplicação (API) entre o “daemon” de RSVP e o “daemon” de GTP no GGSN para solicitação e provisão de informações de retomo relativamente a reservas provenientes de IP (RSVP) para a camada de interligação (GPRS).

Muito embora a presente invenção tenha sido descrita relativamente a configurações específicas, aqueles que são versados na técnica poderão reconhecer que a presente invenção não se encontra limitada às configurações específicas que foram aqui descritas e ilustradas. Diferentes formatos, configurações, e adaptações além daqueles ilustrados e descritos, bem como muitas variações, modificações, e disposições equivalentes podem igualmente ser utilizados para implementação da invenção. Desta forma, apesar de a presente invenção ter sido descrita relativamente às configurações preferenciais da mesma, deverá ser entendido que esta revelação é meramente ilustrativa e exemplar quanto à presente invenção e destina-se meramente a cumprir o propósito de proporcionar uma revelação completa e instrutiva da invenção. Desta forma, é pretendido que a invenção seja limitada somente pelo espírito e escopo das reivindicações aqui anexadas.

Claims (31)

1. Processo, em um sistema de comunicações móveis, em que uma unidade principal móvel (12) comunica dados em pacotes com uma rede externa (58) por intermédio de um nó de porta de acesso de pacotes (54) e um nó servidor de pacotes, o processo sendo caracterizado pelo fato de compreender: estabelecimento, pela unidade principal móvel, de uma sessão de pacotes durante a qual uma pluralidade de fluxos de aplicação são comunicados com uma entidade de rede externa, cada fluxo de aplicação possuindo uma correspondente corrente de pacotes, e definição de um correspondente parâmetro de qualidade de serviço para cada um da pluralidade de fluxos de aplicação de tal forma que diferentes parâmetros de qualidade de serviço possam ser definidos para diferentes fluxos de aplicação; realização de uma solicitação de reserva da unidade principal móvel (12) para o nó de porta de acesso (54) relativamente a uma qualidade de serviço em particular para um fluxo de aplicação individual; determinação se a solicitação de reserva poderá ser atendida; e no caso afirmativo, estabelecimento de um portador lógico entre a unidade principal móvel (12) e o nó de porta de acesso (54) incluindo o nó servidor para transporte de uma pluralidade dos fluxos de aplicação individuais possuindo diferentes correspondentes classes de qualidade de serviço.

2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente a etapa de fornecimento de pacotes correspondentes a cada fluxo de aplicação da entidade de rede externa para a unidade principal móvel (12) de acordo com a correspondente qualidade de serviço definida.

3. Processo, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de a qualidade de serviço ser definida para cada fluxo de aplicação numa camada de pacotes da rede para uma comunicação de extremidade-a- extremidade da unidade principal móvel (12) e da entidade na rede externa (58).

4. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de diferentes qualidades de serviço possuírem diferentes atribuições de larguras de banda, retardos, ou confiabilidade.

5. Processo, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de a diferente qualidade de serviços incluir uma classe de serviço que é de melhor esforço na qual os pacotes de um fluxo de aplicação podem ser perdidos e uma outra classe de serviço baseada em previsão na qual os pacotes de um fluxo de aplicação não são perdidos.

6. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de uma qualidade de serviço incluir uma classe de retardo que especifica um ou mais dos seguintes: uma taxa máxima de transferência de pacotes, uma taxa média de transferência de pacotes, e um tamanho de rajada de pacotes de um fluxo de aplicação.

7. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente as etapas de: armazenamento de informações de assinatura para a unidade principal móvel (12) especificando se a unidade principal móvel pode solicitar uma qualidade de serviço para fluxos de aplicação específicos, e verificação das informações de assinatura anteriormente à definição de parâmetros de qualidade de serviço.

8. Processo, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente a etapa de disponibilização para a sessão de cada uma das classes de qualidade de serviço para as quais um usuário da unidade principal móvel (12) tem assinaturas.

9. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de as mensagens de controle da sessão serem comunicadas entre a unidade principal móvel (12) e o nó de porta de acesso (54) utilizando uma classe de retardo de qualidade de serviço de melhor esforço.

10. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o estabelecimento da sessão de pacotes incluir as etapas de: ativação de uma sessão de pacotes para a unidade principal móvel (12) de tal forma que a unidade principal móvel (12) se encontre em comunicação com o nó de porta de acesso (54); estabelecimento de uma configuração de extremidade-a- extremidade entre o terminal móvel (16) e a entidade na rede externa (58) sob requisição do terminal móvel (16).

11. Processo, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de a solicitação de configuração de extremidade-a-extremidade estabelecer um portador de camada de pacotes da rede entre a unidade principal móvel (12) e o nó de porta de acesso (54) permitindo a transferência de pacotes de dados entre a entidade na rede externa (38, 51) e a unidade principal móvel mesmo apesar de não se encontrar atribuída à unidade principal móvel um endereço de camada de pacotes da rede.

12. Processo, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de o nó de porta de acesso (54) funcionar como um agente de configuração dinâmica de unidade principal servindo a unidade principal (12) móvel como um cliente transferindo pacotes entre a unidade principal móvel e a entidade na rede externa (58).

13. Processo, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente a etapa de adição de uma identificação de agente remoto correspondente a um elemento identificador de unidade principal móvel (12) a mensagens destinadas à entidade na rede externa (58).

14. Processo, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de, durante a configuração, o agente de configuração dinâmica de unidade principal capturar e armazenar um endereço único de camada de pacotes da rede para a unidade principal móvel (12) para a sessão estabelecida para cada fluxo de aplicação ativado durante a sessão estabelecida.

15. Processo, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente as etapas de: estabelecimento de um túnel de comunicações de dados correspondente ao portador de camada de rede entre o nó de porta de acesso (54) e a unidade principal móvel (12), e estabelecimento de uma relação no nó de porta de acesso (54) entre um elemento identificador da unidade principal móvel, o túnel estabelecido, e o endereço de camada de pacotes da rede para a unidade principal móvel para a sessão estabelecida.

16. Processo, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente a etapa de análise de pacotes recebidos no nó de porta de acesso e dando autorização somente a pacotes que possuírem um destino ou uma origem correspondentes a um dos endereços de camada de rede da unidade principal móvel armazenados para a sessão estabelecida.

17. Processo de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente a etapa de roteamento de pacotes, pelo nó de porta de acesso (54), de acordo com um percurso mais curto baseado no endereço de camada de rede para a unidade principal móvel (12) para a sessão estabelecida.

18. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente as etapas de classificação e agendamento de pacotes correspondentes a cada fluxo de aplicação da rede externa (38, 51) para a unidade principal móvel (12) através do portador de acordo com a classe de qualidade de serviço definida correspondente à corrente de pacotes de aplicação.

19. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente a etapa de determinação, pelo nó servidor, se a solicitação de reserva para a qualidade de serviço em particular é permitida por uma assinatura correspondendo à unidade principal móvel (12).

20. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente a etapa de avaliação, pelo nó servidor, para determinar se a solicitação de reserva para a qualidade de serviço em particular pode ser suportada do nó servidor par a unidade principal móvel (12) com base numa carga de tráfego atual de comunicações de rádio existentes na área em que a unidade principal móvel está sendo servida.

21. Processo, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de a etapa de avaliação incluir a estimativa, pelo nó servidor, de um retardo e um requisito de largura de banda correspondendo à qualidade de serviço solicitado.

22. Processo, de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente: fornecimento, pelo nó servidor ao nó de porta de acesso (54), de uma estimativa de retardo e uma estimativa de requisito de largura de banda correspondendo à solicitação de reserva, e fornecimento, pelo nó de porta de acesso, das estimativas de retardo e largura de banda para um protocolo de camada de rede.

23. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente: prorrogação, pelo nó de porta de acesso (54), da reserva de qualidade de serviço.

24. Processo, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente: monitoração, pelo nó de porta de acesso (54), de cada fluxo de aplicação para assegurar o atendimento da qualidade de serviço reservada para esse fluxo de aplicação.

25. Processo, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente: agendamento, pelo nó de porta de acesso (54), da transferência de pacotes correspondente a um dos fluxos de aplicação para assegurar o atendimento da qualidade de serviço reservada para esse fluxo de aplicação.

26. Processo, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente: classificação, pelo nó de porta de acesso (54), de pacotes utilizando a qualidade de serviço reservada para o fluxo de aplicação ao qual cada pacote pertence.

27. Processo, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente: monitoração, por um nó servidor, de cada um dos fluxos de aplicação provenientes do nó de porta de acesso (54) para determinar se é excedido um limite de volume de transmissão de dados e, no caso afirmativo, descarte pelo nó servidor de pacotes correspondentes a um fluxo de aplicação com a mais baixa qualidade de serviço reservada.

28. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente a etapa de: fusão, pelo nó servidor de pacotes, de diferentes sessões possuindo a mesma qualidade de serviço destinados para diferentes unidades principais móveis dentro de uma mesma área de serviço geográfica.

29. Processo, de acordo com a reivindicação 28, caracterizado pelo fato de a fusão ser realizada utilizando agendamento de primeiro-a- entrar-primeiro-a-sair exceto quando os pacotes não puderem ser entregues dentro de um período de tempo especificado.

30. Processo, de acordo com a reivindicação 28, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente: atribuição, pelo nó servidor de pacotes, destinados para uma mesma área geográfica de serviço mas com diferentes qualidades de serviço para diferentes fileiras de prioridade correspondentes às diferentes qualidades de serviço, em que um grande número de pacotes são removidos de uma fileira possuindo uma qualidade de serviço mais elevada que uma fileira possuindo uma qualidade de serviço mais baixa.

31. Terminal móvel (16), em uma unidade principal móvel (12) em um sistema de comunicações móveis (10), incluindo uma rede de pacotes ligada a uma rede externa (38, 51), caracterizado pelo fato de compreender: dispositivo para estabelecimento de uma sessão de pacotes durante a qual uma pluralidade de fluxos de aplicação são comunicados com uma entidade da rede externa, cada fluxo de aplicação possuindo uma correspondente corrente de pacotes; dispositivo para definir um correspondente parâmetro de qualidade de serviço para cada um da pluralidade de fluxos de aplicação de tal forma que diferentes parâmetros de qualidade de serviço possam ser definidos para diferentes fluxos de aplicação; dispositivo para realizar uma solicitação de reserva da unidade principal móvel (12) para o nó de porta de acesso (54) relativamente a uma qualidade de serviço em particular para um fluxo de aplicação individual; dispositivo para determinar se a solicitação de reserva poderá ser atendida; e no caso afirmativo, dispositivo para estabelecimento de um portador lógico entre a unidade principal móvel (12) e o nó de porta de acesso (54) incluindo o nó servidor para transporte de uma pluralidade dos fluxos de aplicação individuais possuindo diferentes correspondentes classes de qualidade de serviço.