BRPI0208093B1 - método e equipamento para prover múltiplos níveis de qualidade de serviço em uma conexão de serviço de dados em pacote sem fio - Google Patents

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Abstract

"método e equipamento para prover múltiplos níveis de qualidade de serviço em uma conexão de serviços de dados em pacotes sem fio". os pacotes gerados por cada uma das múltiplas aplicações de dados em pacotes são providos a uma única pilha de protocolo ponto a ponto (ppp) (202) e uma única camada de enquadramento de controle de link de dados de alto nível (hdlc) (204) para converter pacotes de dados em fluxos de byte apropriados para transmissão através de conexões de protocolo de link de rádio (rlp). cada um dos múltiplos fluxos de byte resultantes são a seguir providos a uma das múltiplas conexões rlp possuindo diferentes propriedades de retransmissão e de retardo (206 e 208). a conexão rlp selecionada para enviar dados a partir de cada aplicação está baseada no grau de serviço mais apropriado para a aplicação. no receptor, os dados a partir das múltiplas conexões rlp (218 e 216) são providos para uma única pilha ppp (210).

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção: MÉTODO E EQUIPAMENTO PARA PROVER MÚLTIPLOS NÍVEIS DE QUALIDADE DE SERVIÇO EM UMA CONEXÃO DE SERVIÇOS DE DADOS EM PACOTES SEM FIO.
HISTÓRICO
Campo A presente invenção está relacionada a comunicações sem fio. Mais especificamente, a presente invenção está relacionada a um método e equipamento novos para prover múltiplos níveis de qualidade de serviço em uma rede de dados em pacotes sem fio entre uma estação móvel e uma rede sem fio.
FUNDAMENTOS O uso de técnicas de modulação de acesso múltiplo por divisão de código (CDMA - Code Division Multiple Access) é uma das diversas técnicas para facilitar as comunicações nas quais um grande número de usuários de sistema estão presentes. Outras técnicas de sistema de comunicação de acesso múltiplo, tal como acesso múltiplo por divisão de tempo (TDMA - Time Division Multiple Access), o acesso múltiplo por divisão de freqüência (FDMA Frequency Division Multiple Access) e os esquemas de modulação AM tal como modulação de banda lateral única comprimida-expandida em amplitude (ACSSB - Amplitude Companded Single SideBand) são conhecidas na área. Estas técnicas foram padronizadas para facilitar a interoperação entre equipamentos manufaturados por companhias diferentes. Os sistemas de comunicação de acesso múltiplo por divisão de código foram padronizados nos Estados Unidos na Associação da Indústria de Telecomunicações TIA/EIA/IS-95-B, intitulada "MOBILE STATION-BASE STATION COMPATIBILITY STANDARD FOR DUAL-MODE WIDEBAND SPREAD SPECTRUM CELLULAR SYSTEMS", e designado neste relatório como IS-95. Além disso, um novo padrão para sistemas de comunicação CDMA foi proposto nos Estados Unidos na Associação da Indústria de Telecomunicações (TIA), intitulada "Upper Layer (Layer 3) Signaling Standard for cdma2000 Spread Spectrum Systems, Release A - Addendum 1", de 27 de outubro de 2000, e designado neste relatório como "CDMA2000". A União Internacional de Telecomunicações requisitou recentemente a submissão de métodos propostos para prover dados em taxa elevada e serviços de fala de alta qualidade através de canais de comunicação sem fio. Uma primeira destas propostas foi emitida pela Associação da Indústria de Telecomunicações, intitulada "The IS-2000 ITU-R RTT Candidate Submission". Uma segunda destas propostas foi emitida pelo Instituto de Padrões de Telecomunicações Europeu (ETSI - European Telecommunications Standards Institute), intitulada "The ETSI UMTS Terrestrial Radio Access (UTRA) ITU-R RTT Candidate Submission", também conhecida como "wideband CDMA" e de agora em diante designada como "W-CDMA" . Uma terceira proposta foi submetida pela U.S. TG 8/1 intitulada "The UWC-136 Candidate Submission", de agora em diante designada "EDGE". O conteúdo destas submissões é registro público e é bem conhecido na área. O padrão IS-95 foi originalmente otimizado para transmissão de f rames de voz de taxa variável. Os padrões subseqüentes foram construídos sobre o padrão para suportar uma variedade de serviços de não-voz adicionais incluindo serviços de dados em pacotes. Um de tal conjunto de serviços de dados em pacotes foi padronizado nos Estados Unidos na Associação da Indústria de Telecomunicações TIA/EIA/IS-707-A, intitulada "Data Service Options for Spread Spectrum Systems", aqui incorporado por referência e de agora em diante designado como "IS-707" . 0 padrão IS-707 descreve técnicas usadas para prover suporte para envio de pacotes de protocolo Internet (IP - Internet Protocol) através de uma rede sem fio IS-95. Os pacotes são encapsulados em um fluxo de bytes sem traços característicos usando um protocolo chamado protocolo ponto a ponto (PPP - Point-to-Point Protocol). Usando o PPP, os pacotes IP podem ser transportados através de uma rede sem fio em segmentos de tamanho arbitrário. A rede sem fio mantém informações de estado PPP para a duração da sessão PPP, ou como bytes adicionais longos podem ser enviados no fluxo de bytes contínuo entre os pontos finais PPP.
Tal fluxo de bytes contínuo é encapsulado subseqüentemente em uma série de frames IS-95 usando um protocolo chamado protocolo de link rádio (RLP - Radio Link Protocol) . O RLP inclui um protocolo de controle de erros que usa confirmações negativas (NAKs - negative acknowledgments) pelo qual o receptor avisa o emissor para retransmitir frames RLP perdidos. Devido ao fato de que o protocolo de controle de erros RLP usa retransmissões, a transmissão de dados RLP geralmente exibe um retardo de transmissão variável a partir do emissor para receptor. Uma forma modificada de RLP chamado RLP Síncrono (SRLP Synchronous RLP), no qual nenhuma NAK e nenhuma retransmissão é enviada pelo emissor ou pelo receptor, é bem conhecida na área. A taxa de erros de frame no SRLP é maior que aquela do RLP, mas o retardo de transmissão é mantido em uma constante mínima.
Um nodo de rede remoto tal como um computador pessoal ou laptop (PC - Personal Computer) conectado a uma estação móvel (MS - Mobile Station) sem fio habilitada para dados em pacotes pode acessar a Internet através de uma rede sem fio de acordo com o padrão IS-707. Alternativamente, o nodo de rede remoto tal como um navegador da web pode estar embutido na MS, tornando o PC opcional. Uma MS pode ser qualquer de diversos tipos de dispositivos incluindo, mas não limitado a cartão PC, organizador pessoal digital (PDA - Personal Data Assistant), modem externo ou interno, ou telefone ou terminal sem fio. A MS envia dados através da rede sem fio, em que é processado através de um nodo de serviço de dados em pacotes (PDSN - Packet Data Serving Node). O estado PPP para uma conexão entre uma MS e a rede sem fio é mantida tipicamente dentro do PDSN. 0 PDSN é conectado a uma rede de IP tal como a Internet, e transporta dados entre a rede sem fio e outras entidades e agentes conectados à rede IP. Deste modo, a MS pode enviar para e receber dados de outra entidade na rede IP pela conexão de dados sem fio. A entidade meta na rede IP também é chamada de um nodo correspondente. A interação entre uma MS e o PDSN foram padronizados no EIA/TIA/IS-835, intitulada "Wireless IP NetWork Standard", de junho de 2000, e designada neste relatório como "IS-835". Um técnico na área reconhecerá que, em algumas redes, o PDSN é substituído com uma função de interfuncionamento (IWF - Interworking Function).
Para prover serviços de rede sem fio mais complexos, há um desejo crescente e necessidade para prover tipos diferentes de serviços simultaneamente através de um único dispositivo sem fio. Os exemplos incluem serviços de voz e de dados em pacotes simultâneos. Os exemplos também incluem múltiplos tipos de serviços de dados em pacotes, tal como navegação na web simultânea e videoconferência. Ao mesmo tempo, avanços tecnológicos estão aumentando a largura de banda disponível através de um único canal sem fio entre um dispositivo sem fio e a rede sem fio.
Porém, as redes modernas ainda não são capazes de suportar serviços de dados em pacotes simultâneos tendo graus de serviço substancialmente diferentes. Como exemplo, aplicações sensíveis a retardo tal como videoconferência e voz sobre IP são enviados idealmente sem retransmissões RLP para reduzir a magnitude e variabilidade de retardo de pacote pela rede. Por outro lado, aplicações tais como FTP, e-mail, e navegação na web são menos sensíveis a retardo, assim são enviados idealmente usando retransmissões RLP. Os padrões sem fio atuais suportam adequadamente uma aplicação sem fio que requer qualquer dos diversos graus de serviço, mas não múltiplas aplicações em uma única MS, em que as aplicações requerem graus de serviço diferentes. Existe, portanto, uma necessidade na área por um modo de suportar múltiplas aplicações em uma única MS, em que as múltiplas aplicações usam graus de serviço diferentes.
RESUMO
As modalidades aqui descritas atendem à demanda acima mencionadas ao habilitar uma estação móvel (MS -Mobile Station) e uma rede de acesso rádio (RAN - Radio Access NetWork) para estabelecer uma conexão que suporte múltiplos graus de serviços com um único endereço IP designado para a MS. As modalidades descritas neste relatório permitem a um emissor de dados a usar um único endereço IP para múltiplas aplicações de dados em pacotes. Os pacotes gerados por cada uma das múltiplas aplicações de dados em pacotes são providos a uma única pilha de protocolo ponto a ponto (PPP) e uma única camada de enquadramento (framing) de controle de link de dados de alto nível (HDLC - High-level Data Link Control) para converter pacotes de dados em fluxos de bytes apropriados para transmissão através de conexões de protocolo de link rádio (RLP) . Cada um dos múltiplos fluxos de bytes resultante é a seguir provido para uma das múltiplas conexões RLP que possuem diferentes propriedades de retransmissão e de retardo. A conexão RLP selecionada para enviar dados a partir de cada aplicação está baseada no grau de serviço mais apropriado para a aplicação. 0 receptor recebe os dados nas múltiplas conexões RLP e reconstrói os fluxos de bytes em frames. 0 receptor pode empregar múltiplas camadas de enquadramento HDLC, com uma camada de enquadramento HDLC correspondendo a uma fluxo HDLC para a única camada HDLC como um quadro HDLC completo, adjacente. A palavra "exemplar" é utilizada ao longo deste relatório para significar "servindo como exemplo, caso, ou ilustração". Qualquer modalidade descrita neste relatório como uma "modalidade exemplar" não necessariamente deve ser interpretada como preferida ou vantajosa em relação às outras modalidades.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS A Figura 1 mostra um arranjo de camadas de protocolo de acordo com uma modalidade exemplar; A Figura 2 mostra um arranjo de camadas de protocolo de acordo com uma modalidade alternativa; A Figura 3 é um diagrama de um equipamento de estação móvel (MS) exemplar; A Figura 4 é um diagrama de um equipamento de rede sem fio exemplar; A Figura 5 é um fluxograma de um método exemplar para enviar pacotes através de múltiplas conexões RLP que possuem graus de serviço diferentes; e A Figura 6 é um fluxograma de um método exemplar para receber pacotes através de múltiplas conexões RLP que possuem graus de serviço diferentes.
DESCRIÇÃO DETALHADA
As múltiplas aplicações utilizando diferentes graus de serviço podem ser suportadas em um único dispositivo sem fio utilizando uma pilha de protocolo ponto a ponto (PPP) separada para cada aplicação. Esta abordagem possui várias desvantagens. 0 suporte de múltiplos casos de PPP para uma única estação móvel (MS) consumiría desnecessariamente grandes quantidades de memória de dados As múltiplas aplicações usando diferentes graus de serviço podem ser suportadas em um único dispositivo sem fio usando uma pilha de protocolo ponto a ponto (PPP) separada para cada aplicação. Esta abordagem possui várias desvantagens. O suporte de múltiplos casos de PPP para uma única estação móvel (MS) consumiría desnecessariamente grandes quantidades de memória de dados tanto na MS, como no nodo de serviço de dados em pacotes (PDSN).
Adicionalmente, caso uma sessão de protocolo de link rádio (RLP) seja estabelecida para uso por uma aplicação que requeira baixa latência, o RLP deveria ser configurado para operar sem retransmissões. Enquanto isto resultaria na baixa latência que é melhor para aplicação de sobreposição, o protocolo de controle de link (LCP - Link Control Protocol) e outros protocolos de configuração que são requeridos para estabelecer o link PPP devem proceder sem controle de erros. 0 aumento resultante na taxa de erros de frame poderia causar retardos ou mesmo falhas de configuração PPP antes que qualquer pacote de aplicação possa ser enviado.
As modalidades discutidas abaixo superam estas desvantagens empregando um único caso de PPP para múltiplos casos de RLP entre uma MS e a rede sem fio. A Figura 1 mostra um arranjo de camadas de protocolo entre um emissor e um receptor de dados em pacotes usando diferentes graus de serviço concomitantes. Em uma modalidade exemplar, o emissor mantém duas camadas de protocolo de link rádio (RLP) (106 e 108) , uma camada de controle de link de dados de alto nível (HDLC) 104 e uma camada de protocolo ponto a ponto (PPP) 102. Cada um dos casos de camada RLP usa diferentes graus de serviço (106 e 108) . Como exemplo, caso o RLPis 106 seja configurado para retransmitir frames em resposta a frames NAK recebidos a partir do receptor, o RLP2s 108 é configurado para não retransmissão. Em outras palavras, o RLPis 106 provê confiabilidade elevada através do uso de um protocolo de controle de erros, enquanto o RLP2S 108 provê transporte não confiável com retardo de transmissão mínimo, fixo. O grau de serviço que caracteriza um tal RLP1S 106 é designado neste relatório como "confiável" de forma resumida. De modo similar, o grau de serviço que caracteriza um tal RLP2s 108 é designado neste relatório como "baixa latência". Apesar das modalidades exemplares serem aqui descritas como usando apenas dois graus de serviço, implementações que usam um número maior de diferentes graus de serviço também são antecipadas e devem ser consideradas como dentro do escopo das modalidades descritas. Como exemplo, um emissor e um receptor podem cada um empregar adicionalmente uma terceira camada RLP que provê um grau de serviço intermediário que possui um grau de confiança que fica entre o "confiável" e de "baixa latência".
Em uma modalidade exemplar, o receptor também mantém dois casos de RLP receptores (116 e 118) que correspondem aos mesmos graus de serviço como os casos de RLP no emissor (106 e 108). Como exemplo, caso o RLPis 106 prover um grau de serviço confiável, o RLPir 116 é configurado para um grau de serviço confiável. Assim, quando a camada RLPir 116 detectar uma ruptura nos números da seqüência do frames RLP recebidos, a seguir o RLPir 116 responde mediante envio de um frame NAK para inicializar (prompt) a retransmissão. Ao receber um frame NAK RLP, o RLPis 106 retransmite o frame requisitado a partir de seu buffer de retransmissão. Por outro lado, caso o RLP2s 108 seja configurado para grau de serviço de baixa latência, o RLP2r 118 não enviará um frame NAK independentemente das rupturas em números de seqüência de frame. Realmente, o RLP2S 108 e o RLP2r 118 podem omitir completamente números de seqüência de frame dos frames RLP transmitidos para criar mais espaço para payload de dados. Além disso, o RLP2s 108 não precisa manter um buffer de retransmissão de frames enviados previamente, assim conservando memória no emissor. Também, o RLP2r 118 não precisa manter um buffer de reseqüenciamento, conservando assim memória no receptor.
As camadas PPPs 102 no emissor encapsula pacotes IP dentro de frames PPP. Em uma modalidade exemplar, as camadas PPPS 102 aumentam a vazão de pacote ao efetuar a compressão de header IP tal como a bem conhecida compressão de header de Van Jacobsen (VJ) . A compressão de header VJ pode resultar na perda de certas informações de header que poderíam de outra forma ser úteis na multiplexação de pacotes PPP entre as múltiplas camadas RLP (106 e 108). Em uma modalidade exemplar, as camadas PPPS 102 provêem pacotes PPP inteiros para as camadas HDLCS 104, e também provêem informações que podem ser usadas para determinar a qual camada RLP enviar os dados enquadrados. Em uma modalidade exemplar, a camada PPPS 102 proporciona um identificador de grau de serviço ou um identificador de caso de RLP com cada pacote PPP provido para a camada HDLCS 104. A camada HDLCS 104 soma caracteres de flag entre os pacotes PPP e soma uma soma de verificação de redundância cíclica (CRC - Cyclical Redundancy Checksum) em cada pacote PPP recebido a partir da camada PPPS 102. A camada HDLCS 104 executa adicionalmente a fuga de HDLC para assegurar que nenhum flag ou caractere de controle HDLC apareça dentro dos dados de um único frame. A camada HDLCS 104 executa tipicamente fuga de HDLC mediante substituição de cada flag ou caractere de controle por uma seqüência de fuga que possui pelo menos dois caracteres. 0 receptor na Figura 1 é mostrado com uma camada HDLC separada (112 e 114) para cada caso de RLP (116 e 118) . Os bytes recebidos nos frames RLP por cada caso de RLP (116 e 118) são apresentados aos casos de camada HDLC correspondentes (112 e 114) . Cada caso de camada HDLC (112 e 114) localiza seqüências de fuga em seus respectivos fluxos de dados de entrada e converte cada seqüência de fuga de volta aos dados originais dentro dos frames transmitidos. Os casos de camada HDLC (112 e 114) também realizam verificações das CRCs recebidas nos frames para determinar se os frames foram recebidos com erros de comunicação. Os frames que possuem CRCs incorretos são descartados silenciosamente, e os frames que possuem CRCs corretos são enviados à próxima camada superior de protocolo (PPPR) 110. A Figura 2 mostra um arranjo alternado de camadas de protocolo. O arranjo de camadas de protocolo no emissor na Figura 2 é idêntico àquele do emissor na Figura 1. No receptor, porém, uma única camada HDLCR 212 é usada ao invés de uma para cada caso de RLP. As camada de desenquadrador (214 e 220) são inseridas entre as camadas RLP (218 e 216) e a camada HDLCr 212. A finalidade dos desenquadradores (214 e 220) é assegurar que apenas frames HDLC inteiros sejam entregues à camada HDLCr 212. Entregando apenas frames HDLC inteiros torna desnecessário para a camada HDLCr 212 diferenciar entre, ou reagrupar, dados a partir de múltiplos frames HDLC. A camada HDLCr 212 remove sequências de fuga e verifica a CRC para um frame inteiro. Caso a CRC seja considerada correta, a camada HDLCr 212 envia o frame PPP completo para a camada PPPR 210. Caso a CRC esteja incorreta, a camada HDLCr 212 descarta silenciosamente os dados de frame errôneos.
Um benefício de usar camadas de desenquadrador (214 e 220) é que permite que o receptor suporte múltiplos casos de RLP (218 e 216) sem qualquer mudança para a implementação da camada HDLCr 212. A camada HDLCr 212 não necessita estar ciente que os bytes recebidos foram recebidos através de duas conexões RLP diferentes. Esta independência de implementação é especialmente importante em implementações de rede em que a camada de protocolo HDLCr 212 reside em um dispositivo físico diferente do que a camada de protocolo RLP. Como exemplo, a camada HDLCR podería existir dentro de um roteador de pacote padrão, e as camadas RLP poderíam existir dentro de uma função de controle de pacote (PCF - Packet Control Function) dentro de uma rede de acesso rádio (RAN - Radio Access NetWork) de uma rede sem fio. O uso das camadas de desenquadrador torna possível suportar múltiplas camadas RLP e graus de serviço sem mudar o software do roteador de pacote padrão. A Figura 3 mostra uma estação móvel exemplar (MS) que suporta os múltiplos graus de serviço como discutido acima. Um processador de controle 302 estabelece uma conexão sem fio através de um modem sem fio 304, um transmissor 3 06 e uma antena 308 como mostrado. Em uma modalidade exemplar, o modem sem fio 304 e o transmissor 306 operam de acordo com a especificação CDMA2000. Alternativamente, o modem sem fio 304 e o transmissor 306 poderíam operar de acordo com algum outro padrão sem fio tal como IS-95, W-CDMA, ou EDGE. O processador de controle 302 é conectado a uma memória 310 possuindo código ou instruções que dirigem o processador de controle 302 para estabelecer e utilizar as camadas de protocolo mostradas nas Figuras 1 e 2. A memória 310 pode incluir memória RAM, memória flash, memória ROM, memória EPROM, memória EEPROM, registradores, disco rígido, um disco removível, um CD-ROM, ou qualquer outra forma de meio de armazenamento ou meio legível por computador conhecidos na área.
Em uma modalidade exemplar, o processador de controle 3 02 usa algumas das memórias 310 como buffers de memória (312 e 314) necessários para operação das múltiplas camadas RLP. Como exemplo, caso o buffer RLPi 312 corresponda a uma conexão RLP confiável, ele incluirá um buffer de retransmissão para dados RLP sendo enviados e um buffer de reseqüenciamento para dados RLP que sendo recebidos. Caso o buffer RLP2 314 corresponda a uma conexão ocupa uma quantidade menor de memória do que o armazenador RLPi 312. Embora descritos de forma desassociada, os armazenadores (312 e 314) também podem sobrepor-se caso algumas das estruturas de dados sejam compartilhadas entre as múltiplas implementações de RLP. A Figura 4 mostra uma rede de comunicação sem fio exemplar possuindo uma conexão com uma rede em pacotes tal como a Internet 416. A rede de comunicação sem fio inclui uma RAN 412 e um PDSN 414. A RAN 412 inclui adicionalmente um seletor 402 que está conectado a uma ou mais estações bases sem fio (não mostradas) . 0 seletor 402 na RAN 412 é geralmente um subsistema de um controlador de estação base (BSC - Base Station Controller) que não é mostrado. Todos os dados sem fio enviados ou recebidos a partir da MS são direcionados para o seletor. Além do seletor 402, a RAN 412 também inclui uma função de controle de pacotes (PCF) 404. Para opções de serviços de dados em pacotes, o seletor envia dados em pacotes recebidos a partir da MS pela PCF 404, que inclui adicionalmente um processador de controle 406 e uma memória 418. A memória 418 contém código ou instruções que ordenam o processador de controle 406 a estabelecer e utilizar as camadas de protocolo mostradas nas Figuras 1 -2. A memória 418 pode incluir memória RAM, memória flash, memória ROM, memória EPROM, memória EEPROM, registradores, disco rigido, um disco removível, um CD-ROM, ou qualquer outra forma de meio de armazenamento ou meio legível por computador conhecidas na técnica.
Em uma modalidade exemplar, o processador de controle 406 estabelece múltiplas áreas de armazenador (408 e 410) dentro da memória 418 para as várias conexões RLP estabelecidas com múltiplas estações móveis. Em uma modalidade exemplar, um pool de armazenadores RLPi 408 inclui retransmissão e resseqüenciamento de armazenadores para utilização nos casos de RLP confiável. Outro pool de estabelecidas com múltiplas estações móveis. Em uma modalidade exemplar, um grupo de buffers RLPi 408 inclui retransmissão e reseqüenciamento de buffers para uso nos casos de RLP confiável. Outro grupo de buffers RLP2 410 é usado para casos de RLP de baixa latência e portanto não inclui retransmissão e reseqüenciamento de buffers. O processador de controle 406 pode alocar mais do que um caso de RLP para uma única MS. Como exemplo, um buffer RLPi e um buffer RLP2 podem ser alocados em uma única MS que está executando uma combinação de aplicações sensíveis a retardo e insensíveis a retardo.
O processador de controle 406 também é conectado a um PDSN 414. Em uma modalidade exemplar, quando a MS envia um pacote IP para a rede em pacotes 416, o processador de controle 406 recebe os frames RLP a partir do seletor 402 e usa o buffer de RLP associado (408 ou 410) para extrair um fluxo de bytes a partir dos frames RLP. Os bytes são a seguir enviados a partir do processador de controle 4 06 para o PDSN 414, que extrai pacotes IP completos (esses possuindo valores CRC corretos) do fluxo de bytes de acordo com o protocolo HDLC. O PDSN 414 a seguir envia os pacotes IP resultantes para a rede em pacotes 416. Caso o PDSN 414 mantenha uma única conexão HDLC para múltiplas conexões RLP para uma única MS, o processador de controle 406 executa o desenquadramento (deframing) antes de enviar os bytes a partir dos frames RLP para o PDSN 414. 0 resultado do desenquadramento é que frames HDLC inteiros são enviados pelo processador de controle 406 para o PDSN 414. Em outras palavras, o processador de controle 406 assegura que nenhum dado de um frame HDLC recebido em um link RLP será ser misturado com os dados de um frame HDLC recebidos em outro link RLP. 0 desenquadramento permite melhor uso de recurso além de habilitar o uso de PDSNs existentes que não podem alocar mais do que um único PPP/HDLC a um endereço IP.
Quando a rede em pacotes 416 envia um pacote para a MS, os pacotes são primeiro recebidos no PDSN 414. Em uma modalidade exemplar, o PDSN 414 encapsula os datagramas IP endereçados à MS em pacotes PPP e usa o enquadramento HDLC para converter os pacotes PPP resultantes em um fluxo de bytes. Em uma modalidade exemplar, o PDSN 414 designa um único caso de HDLC a uma única MS, e usa aquele caso de HDLC para executar o enquadramento HDLC de qualquer pacote IP endereçado àquela MS. Em uma modalidade alternativa, o PDSN 414 pode possuir múltiplos casos de HDLC designados a uma única MS, de modo que cada caso de HDLC corresponda a uma única conexão de RLP dentro da MS.
As conexões entre o PDSN 414 e a rede 416, entre o PDSN 414 e o processador de controle 4 06, e entre o processador de controle 406 e o seletor 402, pode usar qualquer de uma variedade de interfaces incluindo Ethernet, Tl, ATM, ou outra interface, seja com cabos ou sem fio. Em modalidade exemplar, a conexão entre o processador de controle 406 e a memória 418 será geralmente uma conexão de hardware direta tal como um barramento de memória, mas também pode ser um dos outros tipos de conexão discutida acima. A Figura 5 é um fluxograma de um método exemplar de enviar pacotes através de múltiplas conexões RLP que possuem diferentes graus de serviço. Em uma modalidade exemplar, um processador de controle do equipamento de envio (302 da Figura 3 ou 406 da Figura 4) emprega o método caracterizado pela Figura 5. Na etapa 502, o emissor encapsula o pacote IP a ser enviado em um pacote PPP. Em uma modalidade exemplar, a compressão de header IP tal como a compressão de header de Van Jacobsen (VJ) também é executada na etapa 502. Na etapa 504, o emissor converte o pacote PPP em um fluxo de bytes de acordo com o protocolo HDLC. Especificamente, cada pacote PPP é convertido em um frame HDLC. Um ou mais caracteres flag são inseridos entre frames de HDLC no fluxo de bytes, e o flag e os caracteres de controle que aparecem dentro de cada frame são substituídos por seqüências de fuga. Provavelmente os exemplos mais comuns de fuga de HDLC é substituir o octeto de seqüência de flag 0x7e (hexadecimal) por dois octetos 0x7d 0x5e (hexadecimal) e substituir o octeto 0x7d (hexadecimal) por dois octetos 0x7d 0x5d (hexadecimal). Também na etapa 504, uma CRC é computada para cada frame e inserida no término do frame (antes do caractere de flag que sinaliza o fim do frame) . Na etapa 506, o emissor determina qual de um conjunto de graus de serviço disponíveis deve ser usado para enviar os dados para o frame com base no tipo do pacote. Os pacotes IP sendo enviados usando aplicações insensíveis a retardo tal como FTP ou TCP são enviados na etapa 5 08 usando RLP confiável (com retransmissão e reseqüenciamento). Adicionalmente, quaisquer pacotes que não são pacotes IP, mas ainda insensíveis a retardo (tal como IPCP ou pacotes LCP) são enviados na etapa 508 usando RLP confiável. Tipos de pacotes sensíveis a retardo, tal como pacotes de protocolo de tempo real (RTP - Real-Time Protocol) usados para serviços de videoconferência, são enviados na etapa 510 usando RLP de baixa latência. Como discutido acima, RLP de baixa latência não envia ou requisita retransmissões de frames de RLP perdidos devido a erros de comunicação. Embora dois graus de serviço sejam mostrados na modalidade exemplar da Figura 5, um técnico na área reconhecerá que outros sistemas podem utilizar mais de dois diferentes graus de serviço sem partir do escopo das modalidades descritas. Como exemplo, na etapa 506, o emissor pode preferir enviar alguns tipos de pacotes através de uma conexão RLP que possua um nível de confiança intermediário. A Figura 6 é um fluxograma de um método exemplar de receber pacotes através de múltiplas conexões de RLP que possuem graus de serviço diferentes. Em uma modalidade exemplar, um processador de controle do equipamento receptor (302 da Figura 3 ou 406 da Figura 4) utiliza o método caracterizado pela Figura 6. Na etapa 602, o receptor processa frames RLP recebidos através de uma ou mais conexões RLP. Em uma modalidade exemplar como descrita acima, os frames RLP são recebidos através de dois tipos de conexões RLP, baixa latência e confiável.
Como descrito no padrão acima mencionado IS-707, os frames de RLP recebidos através de uma conexão RLP confiável possui números de seqüência que o receptor usa para reseqüenciar os frames e requisitar retransmissão de frames perdidos. Como exemplo, caso um frame RLP que possui o número de seqüência "7" seja perdido devido a erros de comunicação, o receptor envia um frame NAK para requisitar retransmissão daquele frame. Quando o frame retransmitido é recebido, os dados levados naquele frame são usados para completar o fluxo de bytes de dados antes de prover qualquer byte de dados subseqüente à camada HDLC. Como resultado, o fluxo de bytes de dados extraído dos frames RLP de uma conexão RLP confiável geralmente não terá gaps comparados ao que foi transmitido pelo emissor. O custo de impedir gaps nos dados é latência variável.
Em contraste, quando um frame RLP é perdido devido a erros de comunicação em um link RLP de baixa latência, nenhuma retransmissão é requisitada ou enviada. Quaisquer bytes de dados portados em um tal frame RLP perdido é omitido do fluxo de bytes de dados apresentado à camada HDLC do receptor. Em outras palavras, a perda de um frame RLP em um link RLP de baixa latência invariavelmente causa um gap no fluxo de bytes de dados do receptor comparado ao que foi transmitido pelo emissor. Porém, o protocolo RLP de baixa latência possui latência que é fixa e pequena, tornando-o altamente apropriado para envio de tipos de pacotes sensíveis a retardo, tal como pacotes RTP. 2) recebidos através de múltiplas conexões RLP (218 e 216 na Figura 2) para prover quadros de dados HDLC inteiros para uma única camada de protocolo HDLC (212 na Figura 2) . Na Figura 6, este desenquadramento é executado na etapa 604. Na etapa 606, a camada de protocolo HDLC (212 na Figura 2) remove seqüências de fuga HDLC que foram inseridas pelo emissor e verifica a CRC de cada quadro HDLC. Na etapa 606, qualquer quadro HDLC que sofre uma CRC incorreta é descartado silenciosamente pelo receptor. Os quadros PPP resultantes são a seguir providos pela camada de protocolo HDLC à camada PPP. Na etapa 608, a camada PPP desencapsula os pacotes recebidos, mediante remoção do cabeçalho PPP e qualquer outra mudança realizada pelo emissor. Também na etapa 608, caso o emissor comprima o cabeçalho IP do pacote recebido (por exemplo, usando a compressão de cabeçalho VJ) , o cabeçalho IP é expandido a seu tamanho e conteúdo originais. Os pacotes desencapsulados são a seguir direcionados na etapa 610. Embora as modalidades descritas acima discutam principalmente pacotes IP encapsulados, PPP e HDLC também podem ser utilizados para enviar pacotes para outros protocolos tais como IPX ou LCP.
Em uma modalidade exemplar que utiliza os desenquadradores (214 e 220 na Figura 2), nas etapas 602 e 604 são executados pelo processador de controle (406 da Figura 4) dentro da RAN (412 da Figura 4), e as etapas 606, 608 e 610 são executadas pelo PDSN (414 da Figura 4) . Em modalidade alternativa tal como mostrado na Figura 1, o PDSN (414 da Figura 4) aloca múltiplas camadas HDLC (112 e 114 da Figura 1) para uma única MS. Nesta modalidade, não há nenhum desenquadramento executado pelo receptor e a etapa 604 é omitida. Na etapa 602, cada camada RLP (116 e 118 da Figura 1) provê dados extraídos a partir dos quadros RLP recebidos diretamente em sua camada HDLC correspondente (112 e 114 da Figura 1, respectivamente). RLP recebidos diretamente em sua camada HDLC correspondente (112 e 114 da Figura 1, respectivamente).
Deste modo, foi descrito neste relatório um método e equipamento para prover múltiplos níveis de qualidades de serviço em uma conexão de serviços de dados em pacotes sem fio. Os técnicos na área entenderão que informações e sinais podem ser representados usando qualquer de uma variedade de diferentes tecnologias e técnicas. Como exemplo, dados, instruções, comandos, informações, sinais, bits, símbolos e chips que podem ser sido referidos ao longo da descrição anterior podem ser representados através de tensões, correntes, ondas eletromagnéticas, campos ou partículas magnéticas, campos ou partículas ópticas, ou qualquer combinação dos mesmos. Um técnico na área também reconhecerá que o PDSN nas modalidades acima descritas também pode ser substituído por uma função de interfuncionamento (IWF) sem partir do escopo das modalidades descritas.
Os técnicos na área apreciarão adicionalmente que os diversos blocos lógicos ilustrativos, módulos, circuitos e etapas de algoritmo descritos em relação às modalidades reveladas neste relatório podem ser implementadas como hardware eletrônico, software de computador ou combinações de tais. Para ilustrar com clareza esta intercambiabilidade entre hardware e software, diversos componentes ilustrativos, blocos, módulos, circuitos e etapas foram descritos acima geralmente em termos da sua funcionalidade. Se tal funcionalidade é implementada como hardware ou software depende da aplicação específica e das restrições de projeto impostas a todo sistema. Os técnicos na área podem implementar a funcionalidade descrita de diversas formas para cada aplicação específica, mas tais decisões de implementação não deveríam ser interpretadas como causando um afastamento do escopo da presente invenção.
Os vários blocos lógicos ilustrativos, módulos, e circuitos descritos com relação às modalidades reveladas neste relatório podem ser implementadas ou executadas com um processador de uso geral, um processador de sinais digitais (DSP), um circuito integrado de aplicação específica (ASIC), uma rede de portas lógicas programável (FPGA) ou outro dispositivo lógico programável, porta discreta ou lógica de transistor, componentes de hardware discretos, ou qualquer combinação dos mesmos projetada para executar as funções aqui descritas. Um processador de uso geral pode ser um microprocessador, mas na alternativa, o processador pode ser qualquer processador convencional, controlador, microcontrolador ou máquina de estados. Um processador também pode ser implementado como uma combinação de dispositivos computacionais, por exemplo, uma combinação de um DSP e um microprocessador, uma pluralidade de microprocessadores, um ou mais microprocessadores em conjunto com um núcleo DSP, ou qualquer outra tal configuração.
As etapas de um método ou algoritmo descritos com relação às modalidades reveladas neste relatório podem ser construídas diretamente em hardware, em um módulo de software executado por um processador, ou em uma combinação dos dois. Um módulo de software pode residir em memória RAM, memória flash, memória ROM, memória EPROM, memória EEPROM, registradores, disco rígido, um disco removível, um CD-ROM, ou qualquer outra forma de meio de armazenamento conhecido na técnica. Um meio de armazenamento exemplar é acoplado ao processador de modo que o processador possa ler informações do, e escrever informações no, meio de armazenamento. Na alternativa, o meio de armazenamento pode ser integrante ao processador. 0 processador e o meio de armazenamento podem residir em um ASIC. 0 ASIC pode residir em uma estação móvel. Na alternativa, o processador e o meio de armazenamento podem residir como componentes discretos em uma estação móvel. A descrição prévia das modalidades reveladas é provida para permitir a qualquer técnico na área fazer ou usar a presente invenção. Várias modificações a estas modalidades serão prontamente aparentes aos técnicos na área, e os princípios gerais aqui definidos podem ser aplicados a outras modalidades sem afastamento do espírito ou escopo da invenção. Assim, não é pretendido que a presente invenção seja limitada às modalidades mostradas aqui, mas será acordado o escopo mais amplo consistente com os princípios e características de novidade aqui revelado.

Claims (19)

1. Equipamento de estação móvel compreendendo um processador de controle (302) e uma memória (310), em que o processador de controle (302) é configurado para executar instruções na memória (310) para: estabelecer uma única camada de protocolo ponto a ponto (PPP) (102, 110, 210) para a estação móvel; enviar e receber dados através da única camada PPP (102, 110, 210) utilizando pelo menos duas camadas de protocolo de link rádio (RLP) (106, 108, 118, 116, 216, 218) tendo pelo menos dois diferentes graus de serviço; o equipamento caracterizado pelo fato de que o processador de controle (302) é adicionalmente configurado para executar as instruções para: estabelecer um armazenador (312, 314) para cada uma dentre as pelo menos duas camadas RLP, em que o tamanho de cada armazenador (312, 314) é baseado no grau de serviço da camada RLP correspondente; e estabelecer uma única camada de controle de link de dados de alto nivel (HDLC), disposta entre a camada PPP e as pelo menos duas camadas RLP.
2. Equipamento de estação móvel, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um modem sem fio (304) para modular quadros RLP gerados pelas primeira e segunda camadas RLP.
3. Equipamento de estação móvel, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um modem sem fio (304) CDMA para modular quadros RLP gerados pelas primeira e segunda camadas RLP.
4. Equipamento de estação móvel, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os diferentes graus de serviço incluem um grau de serviço confiável e um grau de serviço de baixa latência.
5. Equipamento de estação móvel, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada armazenador compreende apenas armazenadores de retransmissão e de resseqüenciamento caso a camada RLP correspondente seja confiável.
6. Equipamento de função de controle de pacote (PCF) compreendendo um processador de controle e uma midia legível por computador, caracterizado pelo fato de que o processador de controle é configurado para executar instruções armazenadas na memória para: estabelecer uma primeira camada de protocolo de link rádio (RLP) tendo um primeiro grau de serviço; estabelecer uma segunda camada RLP tendo um segundo grau de serviço diferente do primeiro grau de serviço; receber dados a partir de uma estação móvel através da primeira camada RLP; e receber dados a partir da estação móvel através da segunda camada RLP.
7. Equipamento PCF, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o processador é configurado para: desenquadrar dados recebidos através da primeira camada RLP para identificar um primeiro quadro de controle de link de dados de alto nível (HDLC); desenquadrar dados recebidos através da segunda camada RLP para identificar um segundo quadro HDLC; prover o primeiro quadro HDLC para um nó de serviço de dados em pacotes (PDSN) (414); e prover o segundo quadro HDLC para o PDSN (414) .
8. Equipamento PCF, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o processador é configurado para: prover dados recebidos através da primeira camada RLP a uma primeira camada de controle de link de dados de alto nível (HDLC) (212) em um nó de serviço de dados em pacotes (PDSN) (414); e prover dados recebidos através da segunda camada RLP a uma segunda camada HDLC no PDSN (414) .
9. Rede sem fio caracterizada pelo fato de que compreende: uma função de controle de pacote (PCF) para estabelecer uma primeira camada de protocolo de link rádio (RLP) tendo um primeiro grau de serviço, estabeler uma segunda camada RLP tendo um segundo grau de serviço diferente do primeiro grau de serviço, receber dados a partir de uma estação móvel através da primeira camada RLP, e receber dados a partir da estação móvel através da segunda camada RLP; e um nó de serviço de dados em pacotes (PDSN) para extrair pacotes IP de dados recebidos através das primeira e segunda camadas RLP, e prover os pacotes IP para uma internet.
10. Rede sem fio caracterizada pelo fato de que compreende: um nó de serviço de dados em pacotes (PDSN) para extrair pacotes IP dos dados recebidos através de uma única camada de controle de link de dados de alto nivel (HDLC) associada a uma única conexão de protocolo ponto a ponto (PPP) para uma estação móvel; e uma função de controle de pacotes (PCF) para estabelecer uma primeira camada de protocolo de link rádio (RLP) tendo um primeiro grau de serviço, estabelecer uma segunda camada RLP tendo um segundo grau de serviço diferente do primeiro grau de serviço, desenquadrar dados recebidos através da primeira camada RLP para identificar um primeiro quadro HDLC, desenquadrar dados recebidos através da segunda camada RLP para identificar um segundo quadro HDLC, prover o primeiro quadro HDLC à única camada HDLC, e em seguida prover o primeiro quadro HDLC à única camada HDLC, prover o segundo quadro HDLC à única camada HDLC.
11. Método para prover serviços de dados em pacotes compreendendo as etapas de: estabelecer uma única camada de protocolo ponto a ponto (PPP) (102, 110, 210) para comunicação entre uma estação móvel e uma rede sem fio (412); enviar e receber dados através da única camada PPP (102, 110, 210) utilizando pelo menos duas camadas de protocolo de link rádio (RLP) tendo pelo menos dois diferentes graus de serviço; o método caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: estabelecer um armazenador para cada uma das pelo menos duas camadas RLP, em que o tamanho de cada armazenador é baseado no grau de serviço da camada RLP correspondente; e estabelecer uma única camada de controle de link de dados de alto nivel (HDLC), disposta entre a camada PPP e as pelo menos duas camadas RLP.
12. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente estabelecer uma primeira camada de desenquadramento, disposta entre a camada HDLC e a primeira camada RLP, para prover quadros HDLC inteiros à camada HDLC.
13. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente estabelecer pelo menos duas camadas de controle de link de dados de alto nivel (HDLC) , em que uma camada HDLC está disposta entre a camada PPP e cada uma das pelo menos duas camadas RLP.
14. Método para prover serviços de dados em pacotes, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: em uma estação móvel, estabelecer uma única camada de protocolo ponto a ponto (PPP) para comunicação entre uma estação móvel e uma rede sem fio; na estação móvel, utilizar a única camada PPP para encapsular um pacote IP associado a uma aplicação sensível a retardo para gerar um primeiro pacote PPP; na estação móvel, utilizar a única camada PPP para encapsular um pacote IP associado a uma aplicação insensível a retardo para gerar um segundo pacote PPP; na estação móvel, enviar o primeiro pacote PPP através de uma camada de protocolo de link rádio de baixa latência para a rede sem fio; e na estação móvel, enviar o segundo pacote PPP através de uma camada RLP confiável para a rede sem fio.
15. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: na estação móvel, converter o primeiro pacote PPP em um primeiro quadro de controle de link de dados de alto nível utilizando uma camada HDLC na estação móvel antes de enviar o primeiro pacote PPP; e na estação móvel, converter o segundo pacote PPP em um segundo quadro HDLC utilizando a camada HDLC na estação móvel antes de enviar o segundo pacote PPP.
16. Método para prover serviços de dados em pacotes caracterizado pelo fato de que as etapas de: em uma função de controle de pacotes (PCF), receber um primeiro conjunto de bytes de dados a partir de uma estação móvel através de uma camada de protocolo de link rádio (RLP) de baixa latência; na PCF, receber um segundo conjunto de bytes de dados a partir da estação móvel através de uma camada RLP confiável; prover o primeiro conjunto de bytes de dados a um nó de serviço de dados em pacotes (PDSN) (414) através de uma conexão de protocolo ponto a ponto (PPP) com o PDSN (414); e prover o segundo conjunto de bytes de dados ao PDSN através da conexão PPP.
17. Método, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente as etapas de: antes de prover o primeiro conjunto de bytes de dados para a conexão PPP, utilizar um ou mais caracteres de flag de controle de link de dados de alto nivel (HDLC) dentro do primeiro conjunto de bytes de dados para identificar um terceiro conjunto de bytes de dados dentro do primeiro conjunto de bytes de dados correspondendo a pelo menos um quadro HDLC completo; e prover o terceiro conjunto de bytes de dados consecutivamente ao PDSN através da conexão PPP.
18. Método, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente as etapas de: antes de prover o primeiro conjunto de bytes de dados para a conexão PPP, utilizar um ou mais caracteres de flag de controle de link de dados de alto nivel (HDLC) dentro do segundo conjunto de bytes de dados para identificar um terceiro conjunto de bytes de dados dentro do segundo conjunto de bytes de dados que correspondem a pelo menos um quadro HDLC completo; e prover o terceiro conjunto de bytes de dados consecutivamente ao PDSN através da conexão PPP.
19. Método, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: prover o primeiro conjunto de bytes de dados para a conexão PPP através de uma primeira conexão de controle de link de dados de alto nivel (HDLC) com o PDSN; e prover os segundos bytes de dados para a conexão PPP através de uma segunda conexão de HDLC com o PDSN.
BRPI0208093A 2001-03-12 2002-03-11 método e equipamento para prover múltiplos níveis de qualidade de serviço em uma conexão de serviço de dados em pacote sem fio BRPI0208093B1 (pt)

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