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GEBIET DER ERFINDUNG
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Diese Erfindung betrifft Funkkommunikationssysteme mit mobilen Stationen (MS) und insbesondere das Senden und Empfangen von Daten auf einem Funkkanal.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Öffentliche drahtlose Funktelefonsysteme sind weit verbreitet und werden dazu verwendet, Teilnehmern eine Kommunikation mit Funktelefonen zur Verfügung zu stellen. Beispielsweise ist das Globale System für mobile Kommunikationen (GSM = Global System for Mobile communications) seit den frühen 1990-ern in Betrieb. Der Aufbau und der Betrieb des GSM-Systems ist denjenigen wohlbekannt, die Erfahrung auf dem Gebiet haben, und müssen nicht weiter beschrieben werden.
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Das GSM-System wurde erweitert, um eine drahtlose Paketdatenkommunikation zu ermöglichen. Insbesondere wurde der allgemeine Paketfunkdienst (GPRS = General Packet Radio Service) entwickelt, um eine Paketdatenkommunikation über einen Funkkanal zu ermöglichen. Das GPRS-System ist beispielsweise in der Veröffentlichung GSM 03.60 V.5.2.0 1997-1 des europäischen Telekommunikationsstandard-Instituts (ETSI = European Telecommunication Standards Institute) mit dem Titel Digital cellular telecommunications systems (Phase 2+); General Packet Radio Service (GPRS); Service description; Stage 2 (GSM 0.360 version 5.2.0) beschrieben. Der Aufbau und der Betrieb von GPRS ist denjenigen wohlbekannt, die Erfahrung auf dem Gebiet haben, und muß ebenfalls nicht weiter beschrieben werden.
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Erweiterungen von GPRS, wie beispielsweise ein verbessertes GPRS (EGPRS = Enhanced GPRS) und verbesserte Datenraten für eine GSM-Evolution (EDGE = Enhanced Data Rates for GSM Evolution), werden entwickelt, um eine Hochgeschwindigkeitskommunikation von Multimediadaten und paketbasierender Sprache zu ermöglichen, während eine verbesserte Kompatibilität zu externen Netzwerkprotokollen ermöglicht wird, wie beispielsweise dem Internet Protocol (IP = Internet Protocol). Die Systeme EGPRS und EDGE sind in GSM 04.60 V6.2.0 (1998-10) mit dem Titel Digital cellular telecommunications system (Phase 2+); General Packet Radio Service (GPRS); Mobile Station (MS) – Base Station System (BSS) interface; Radio Link Control/Medium Access Control (RLC/MAC) protocol (GSM 04.60 Version 6.2.0 Release 1997) und GSM 05.03 V8.0.0 (1999-07) mit dem Titel Digital Cellular Telecommunications Systems (Phase 2+); Channel Coding (GSM 05.03 Version 8.0.0 Release bzw. Veröffentlichung 1999) beschrieben. Der Aufbau und der Betrieb von EGPRS und EDGE sind denjenigen wohlbekannt, die Erfahrungen auf dem Gebiet haben, und müssen ebenfalls nicht weiter beschrieben werden.
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1 ist ein Blockdiagramm einer GPRS-Architektur. Wie in 1 gezeigt, enthält die GPRS-Architektur eine Vielzahl von mobilen Stationen bzw. Funktelefonen (MS), die mit dem GPRS-Netzwerk unter Verwendung einer drahtlosen Funktelefonverbindung kommunizieren. Ein MS enthält ein Funkendgerät (Mobile Terminal = MT) und ein Leitungsendgerät (Terminal Equipment = TE). Es versteht sich, daß, obwohl das TE und das MT als zwei separate Blöcke dargestellt sind, sie unter Verwendung gemeinsam genutzter Komponenten in einem einzigen tragbaren Gehäuse implementiert sein können. Die Um-Zugriffsstelle wird für einen mobilen Zugriff bzw. Funkzugriff verwendet, und die R-Referenzstelle wird für eine Generierung oder einen Empfang von Nachrichten verwendet. Eine Zwischen-GPRS-Schnittstelle Gp verbindet zwei unabhängige GPRS-Netzwerke für einen Nachrichtenaustausch. Die Gi-Referenzstelle verbindet das GPRS-Netzwerk mit einem Paketdatennetzwerk (PDN) oder anderen Netzwerken. Es kann mehr als eine einzige GPRS-Netzwerkschnittstelle zu mehreren unterschiedlichen Paketdaten-Netzwerken oder anderen Netzwerken geben. Diese Netzwerke können sich sowohl bezüglich einer Besitzerschaft sowie auch bezüglich Kommunikationsprotokollen, wie beispielsweise X.25, TCP/IP, etc. unterscheiden.
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2 ist eine Übersicht über eine GPRS-Logikarchitektur. Wie in 2 gezeigt, ist GPRS an einer GSM-Struktur durch das Hinzufügen von zwei Netzwerkknoten logisch implementiert und zwar durch den dazu dienenden GPRS-Unterstützungsknoten (SGSN) und den Gateway-GPRS-Unterstützungsknoten (GGSN). Der GGSN ist ein Knoten, auf den durch das Paketdaten-Netzwerk aufgrund einer Auswertung einer Paketdaten-Protokolladresse zugegriffen wird. Er enthält Führungsinformationen für angeschlossene GPRS-Anwender. Der SGSN ist der Knoten, der das MS bedient. Bei einem GPRS-Anschluß bildet der SGSN einen Mobilitäts-Managementkontext, der Informationen enthält, die beispielsweise die Mobilität und Sicherheit für das MS betreffen. Das MS kommuniziert mit einer Vielzahl von Basisstationssystemen (BSS) unter Verwendung einer drahtlosen Funktelefonverbindung. Andere Details der GPRS-Logikarchitektur enthält das oben zitierte GSM 03.60.
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3 stellt eine Übertragungs- bzw. Kommunikationsebene eines GPRS-Systems dar. Wie in 3 gezeigt, enthält die Kommunikationsebene eine geschichtete Protokollstruktur, die einen Anwendeninformationstransfer zur Verfügung stellt, zusammen mit zugehörigen Steuerprozeduren zum Informationstransfer, wie beispielsweise einer Ablaufsteuerung, einer Fehlererfassung, einer Fehlerkorrektur und einer Fehlerbehebung. Die Unabhängigkeit der Kommunikationsebenen zwischen der Netzwerk-Untersystemplattform und der darunterliegenden Funkschnittstelle kann über die Gb-Schnittstelle bereitgestellt werden. Wie es in 3 gezeigt ist, ist die Schnittstelle der primären Schicht 2 (L2) zwischen dem MS und dem BSS durch den Funkverbindungssteuerungs/Medienzugriffssteuerungs-(RLC/MAC = Radio Link Control/Medium Access Control)-Block bestimmt. Der RLC-Teil bietet einen Zugriff auf Steuermechanismen, die zum Funkbetriebsmittel gehören. Der MAC-Teil läßt einen Zugriff auf eine physikalische Schicht zu. Die Kommunikationsebene der 3 und der RLC/MAC-Block sind in den oben zitierten GSM 03.60 und GSM 04.60 definiert.
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Da sich das leitungsvermittelte GSM-System zu einer paketvermittelten Dienstarchitektur, wie beispielsweise EGPRS und/oder EDGE, entwickelt, ist es wünschenswert, zuzulassen, daß das Funkendgerät eine Sprach-, eine Datenverarbeitung oder Multimediaanwendungen (einschließlich Kombinationen davon) ausführt, die jeweils Kommunikationen von Sprache, verarbeiteten Daten oder Multimedia erzeugen. Es ist auch wünschenswert, die Kommunikationen von Sprache, verarbeiteten Daten oder Multimedia effektiv zu dem GPRS-Netzwerk und/oder den anderen Netzwerken, wie beispielsweise PDNs, als paketierte Daten zu kommunizieren. Unglücklicherweise kann es schwierig sein, diese Kommunikationen von Sprache, verarbeiteten Daten oder Multimedia mit einer adäquaten Qualität eines Dienstes (QoS = Quality of Service) zur Verfügung zu stellen.
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Netzwerke, die auf dem universellen Funktelefonsystem (UMTS = Universal Mobile Telephone System) basieren, können eine variable Dienstqualität für eine Vielfalt von Dienstanwendungen, einschließlich einer Sprachtelephonie, zur Verfügung stellen. Jedoch kann dies in einem Netzwerk schwierig sein, das das Internetprotokoll (IP) verwendet. Netzwerke, die eine Schnittstelle zum terrestrischen UMTS-Funkzugriffsnetzwerk (UTRAN = UMTS Terrestrial Radio Access Network) oder zum EGPRS-Funkzugriffsnetzwerk (ERAN = EGPRS Radio Access Network) bilden, stellen eine geeignete Dienstqualität durch eine Vermittlung durch Server zur Verfügung, die einen Medien-Gateway und eine Medien-Steuerfunktionalität implementieren.
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Unglücklicherweise kann es schwierig sein, eine ausgehandelte Dienstqualität innerhalb des drahtlosen Netzwerkes gemäß den sich ändernden Zuständen der drahtlosen Verbindung anzupassen. Anders ausgedrückt, ist es für Anwendungen und Dienste, die in externen Netzwerken laufen, wünschenswert, unabhängig von der drahtlosen Verbindung zu sein, die beispielsweise für den Transport des letzten (Verzweigungs-)Arms verwendet wird. Es kann nicht erwartet werden, daß das GPRS-Netzwerk und/oder andere Netzwerke alle Einzelheiten kennen, die sich auf ein Bereitstellen einer geeigneten Dienstqualität für die verschiedenen, im Funktelefon ausgeführten Anwendungen beziehen. Anders ausgedrückt, sollte es für Dienste, die von externen Netzwerken, wie beispielsweise dem Internet, angeboten werden, nicht erforderlich sein, die Erfordernisse der von Funktelefone kennen zu müssen.
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Des Weiteren ist es bekannt, eine geeignete Dienstqualität unter Verwendung bestimmter Techniken, wie beispielsweise einer impliziten Ablaufklassifizierung, zur Verfügung zu stellen. Bei solchen Techniken kann ein Teilnehmer-Anwenderprofil mit Annahmen über Charakteristiken des Ablaufs kombiniert werden. Beispielsweise kann ein periodisch auftretender RTP/UDP/IP-Verkehr einen Echtzeit-Ablauf implizieren. Unglücklicherweise kann es aber sein, daß auf einige Parameter, wie beispielsweise die Verzögerungsempfindlichkeit der gerade verwendeten Anwendung unter Verwendung impliziter Techniken nicht ohne weiteres zugegriffen werden kann. Es ist auch möglich, eine explizite Ablaufklassifizierung zu verwenden, um Informationen über die Charakteristiken der drahtlosen Verbindung zur Verfügung zu stellen.
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Obwohl die oben beschriebenen Techniken ein Faktor für die drahtlose Verbindung für Überlegungen bezüglich einer Dienstqualität sein können, können sie zum Bereitstellen einer geeigneten Dienstqualität für ein Funktelefon ungeeignet sein, das Anwendungen einer Sprach-, einer Datenverarbeitung oder von Multimedia ausführt. Darüber hinaus können implizite Techniken keine genaue Bestimmung von Erfordernissen einer Dienstqualität für Anwendungen einer Sprach-, einer Datenverarbeitung oder von Multimedia zur Verfügung stellen, und können unter Umständen zwischen diesen Anwendungen nicht unterscheiden.
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Des Weiteren ist aus der
WO 99/16266 A1 die Auswahl von paketierten und leitungsvermittelten Diensten in mobilen Telekommunikationsnetzwerken bekannt. Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass Anwendungen, welche auf einer mobilen Station ablaufen, eine bestimmte Dienstqualität (quality of service, QoS), auf der Grundlage einzelner Anwendungsflüsse anfordern können.
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Ferner ist aus der
WO 97/50263 A1 ein Radioterminal bekannt, welches Mittel aufweist zur Aushandlung einer Dienstanwendung mit dem Dienst-Bereitsteller (English: service provider). Dabei ist ferner vorgesehen, die einzelnen Elemente der Dienstanwendung dynamisch zu steuern.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, verbesserte Systeme zum Senden und Empfangen von Daten auf Funkkanälen zu schaffen.
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Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine genaue Abschätzung einer erwünschten Dienstqualität für Kommunikationen zwischen einem Funktelefon und einem Paket-Funkkommunikationsnetzwerk zu ermöglichen.
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Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, zu ermöglichen, daß ein Funktelefon Anwendungen für eine Sprach-, eine Datenverarbeitung oder für Multimedia mit einer akzeptablen Dienstqualität ausführen kann.
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Die erwähnten Probleme und Aufgaben werden durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Beispielhafte Systeme zum Kommunizieren zwischen einem Funktelefon und einem Paket-Funkkommunikationsnetzwerk können bereitgestellt werden, wobei das Funktelefon Anwendungen für eine Sprach-, eine Datenverarbeitung oder für Multimedia, einschließlich von Kombinationen davon, ausführt, die jeweilige Kommunikationen für Sprache, verarbeitete Daten oder Multimedia erzeugen, die durch das Funktelefon als paketierte Daten zum Paket-Funkkommunikationsnetzwerk kommuniziert werden. Eine erwünschte Dienstqualität für das Funktelefon wird basierend auf der Anwendung für Sprache, eine Datenverarbeitung oder Multimedia spezifiziert, die im Funktelefon ausführt wird, und zwar vorzugsweise unabhängig von den Leistungscharakteristiken des Paket-Funkkommunikationsnetzwerks. Diese spezifizierte Dienstqualität wird vom Funktelefon zum Paket-Funkkommunikationsnetzwerk weitergeleitet. Kommunikationen können dann mit dem Funktelefon basierend auf der spezifizierten Dienstqualität und den Charakteristiken des Paket-Funkkommunikationsnetzwerks gebildet werden.
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Die Dienstqualität kann wenigstens eines von einer Verzögerungsempfindlichkeit und einer Fehlerrate aufweisen. Die Dienstqualität kann durch die Anwendung für Sprache, eine Datenverarbeitung oder Multimedia spezifiziert werden, die im Funktelefon ausgeführt wird, und/oder kann durch einen Anwender der Anwendung für Sprache, eine Datenverarbeitung oder Multimedia bestimmt werden.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß dann, wenn ein Funktelefon eine Anwendung für Sprache, eine Datenverarbeitung oder Multimedia ausführt, weder das Funkzugriffsnetzwerk noch die anderen Netzwerke allgemein den bestimmten Typ von Anwendung kennen, der gerade im Funktelefon ausgeführt wird. Jedoch deshalb, weil das Funktelefon die Anwendung kennt, die es gerade ausführt, kann es eine erwünschte Dienstqualität basierend auf dieser Anwendung zum Paket-Funkkommunikationsnetzwerk weiterleiten. Diese spezifizierte Dienstqualität, die vorzugsweise unabhängig von den Leistungscharakteristiken des Paket-Funkkommunikationsnetzwerks ist, kann dann dazu verwendet werden, eine Kommunikationen mit dem Funktelefon auszuführen.
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Beispielsweise kann eine Sprachtelephonieanwendung strenge Verzögerungsanforderungen haben wie beispielsweise eine Einweg-Ende-zu-Ende-Verzögerung, die in der Größenordnung von 100 Millisekunden liegt. Dies bedeutet, daß die Verzögerung bei der drahtlosen Verbindung vorzugsweise 60 ms oder darunter sein sollte. Andererseits kann für eine Videokonferenzanwendung mit einer guten Leistungsfähigkeit und längere Verzögerungen auf dem Rückweg akzeptabel sein. Eine solche Anwendung kann Verzögerungen in der Größenordnung von 200–500 ms zu akzeptieren. Diese Information ist dem Funkzugriffsnetzwerk oder dem Kernnetzwerk für Anwendungen, die in einem Funktelefon ausgeführt werden, allgemein nicht verfügbar. Jedoch kann gemäß der vorliegenden Erfindung eine Dienstqualität durch das Funktelefon für das Funktelefon basierend auf der Anwendung für Sprache, eine Datenverarbeitung oder Multimedia, die im Funktelefon ausgeführt wird, spezifiziert werden.
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Die vorliegende Erfindung kann insbesondere für eine Kommunikation zwischen einem Funktelefon (MS) und einem Funkzugriffsnetzwerk (RAN = Radio Access Network) für einen verbesserten allgemeinen Paketfunkdienst (GPRS Enhanced General Packet Radio Service) Anwendung finden. Das MS weist ein Leitungsendgerät (TE = Terminal Equipment) auf, das Anwendungen für Sprache, eine Datenverarbeitung oder Multimedia ausführt, die jeweils Kommunikationen für Sprache, verarbeitete Daten oder Multimedia erzeugen. Das MS weist auch ein mobiles Endgerät bzw. Funkendgerät (MT = Mobile Terminal) auf, das die Kommunikationen für Sprache, verarbeitete Daten oder Multimedia als paketierte Daten zum EGPRS RAN kommuniziert. Gemäß der Erfindung spezifiziert das TE eine Dienstqualität für die Kommunikationen zwischen dem TE und dem EGPRS RAN basierend auf der Anwendung für Sprache, eine Datenverarbeitung oder Multimedia, die das TE ausführt. Die spezifizierte Dienstqualität wird vom TE zum MT weitergeleitet. Die spezifizierte Dienstqualität wird dann vom MT zum EGPRS RAN kommuniziert. Kommunikationen können dann zwischen dem MS und dem EGPS RAN basierend auf der spezifizierten Dienstqualität und den Charakteristiken des EGPRS RAN aufgebaut bzw. gebildet werden.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel läuft eine Dienstqualitäts-Anwendung auf einer Anwenderdatagrammprotokoll-(UDP = User Datagraqm Protocol)-Schicht des TE und läßt zu, daß die Anwendung für Sprache, eine Datenverarbeitung oder Multimedia, die das TE ausführt, eine Dienstqualität spezifiziert. Eine fassungsbasierende Erweiterung zur R-Referenzstelle zwischen dem TE und dem MT kann verwendet werden, um die spezifizierte Dienstqualität vom TE zum MT unter Verwendung einer Punkt-zu-Punkt-Protokoll-(PPP = Point-to-Point Protocol)-Verbindungsschicht weiterzuleiten. Eine Dienstqualitäts-Anwendung kann auf der UDP-Schicht des MT laufen, um die spezifizierte Dienstqualität vorn MS zum EGPRS RAN unter Verwendung der Um-Zugriffsstelle zu kommunizieren. Demgemäß kann eine fassungsbasierende Anwenderprogrammschnittstelle (API = Application Program Interface) eine Steuerung einer Dienstqualität in einem Funkzugriffsnetzwerk zulassen. Eine verbesserte Kommunikation von Kommunikationen für Sprache, verarbeitete Daten oder Multimedia zwischen einem Funktelefon und einem Paket-Funkkommunikationsnetzwerk kann dadurch zur Verfügung gestellt werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist ein Gesamt-Blockdiagramm eines GPRS-Systems.
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2 stellt eine logische Architektur für ein GPRS-System dar.
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3 stellt einen herkömmlichen Protokollstapel für die Kommunikationsebene eines GPRS-Systems dar.
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4 stellt eine Gesamtarchitektur für ein EGPRS-Funkzugriffsnetzwerk (ERAN) dar.
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5 ist ein Blockdiagramm einer ERAN-Referenzarchitektur.
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6 stellt ein Anwenderebenenprotokoll für EGPRS-System dar.
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7 stellt einen Protokollstapel für das Leitungsendgerät und das Funkendgerät bzw. mobile Endgerät eines Funktelefons gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar.
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8 ist ein Ablaufdiagramm, das Operationen zum Kommunizieren zwischen einem Funktelefon und einem GPRS-Netzwerk darstellt, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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9A und 9B stellen Beispiele eines RLC/MAC-Blocks für GPRS/EGPRS in einem 8-Phasenumtastungs-(8PSK)-Mode bzw. einem Gauß-Minimalumtastungs-(GMSK)-Mode dar.
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10 stellt ein Beispiel einer Änderungsverschachtelung basierend auf einer spezifizierten Dienstqualität gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar.
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11A und 11B stellen Mensch-Maschinen-Schnittstellen für Funkendgeräte, die eine Anwenderspezifikation einer Dienstqualität zulassen, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Die vorliegende Erfindung wird nun nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung gezeigt sind. Die Erfindung kann jedoch in vielen unterschiedlichen Formen verkörpert werden und sollte nicht als auf die hierin vorgestellten Ausführungsbeispiele beschränkt angesehen werden. Gleiche Bezugszeichen beziehen sich immer auf gleiche Elemente.
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Wie der Fachmann erkennt, kann die vorliegende Erfindung als Verfahren, System (Vorrichtungen) oder Computerprogrammprodukte verkörpert sein. Demgemäß kann die vorliegende Erfindung die Form eines völlig hardwaremäßigen Ausführungsbeispiels, eines völlig softwaremäßigen Ausführungsbeispiels oder eines Ausführungsbeispiels, das Software- und Hardwareaspekte kombiniert, annehmen.
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Verschiedene Aspekte der vorliegenden Erfindung sind in den folgenden Figuren detailliert dargestellt, einschließlich Darstellungen als Blockdiagramm und als Ablaufdiagramm. Es versteht sich, daß jeder Block, und Kombinationen von Blöcken, durch Computerprogrammbefehle implementiert sein kann bzw. können. Diese Computerprogrammbefehle können einem Prozessor oder einer anderen programmierbaren Datenverarbeitungsvorrichtung zur Verfügung gestellt werden, so daß die Befehle, die auf dem Prozessor oder einer anderen programmierbaren Datenverarbeitungsvorrichtung ausgeführt werden, eine Einrichtung zum Implementieren der im Block oder in den Blöcken spezifizierten Funktionen bilden. Diese Computerprogrammbefehle können auch in einem computerlesbaren Speicher gespeichert werden, der einen Prozessor oder eine andere programmierbare Datenverarbeitungsvorrichtung derart führen kann, daß er bzw. sie auf eine bestimmte Art funktioniert, so daß die im Computer lesbaren Speicher gespeicherten Befehle einen Gegenstand einer Herstellung einschließlich einer Befehlseinrichtung erzeugen, die die Funktionen implementiert, die im Block oder in den Blöcken des Ablaufdiagramms spezifiziert sind.
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Demgemäß unterstützen Blöcke der Darstellungen Kombinationen von Einrichtungen zum Durchführen der spezifizierten Funktionen, Kombinationen von Schritten zum Durchführen de spezifizierten Funktionen und Programmbefehle zum Durchführen der spezifizierten Funktionen. Es versteht sich auch, daß jeder Block der Darstellungen und Kombinationen der Blöcke in den Darstellungen durch auf Hardware basierende Computersysteme für einen speziellen Zweck implementiert sein kann bzw. können, die die spezifizierten Funktionen oder Schritte durchführen, oder durch Kombinationen von Hardware für einen speziellen Zweck oder Computerbefehlen.
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Die vorliegende Erfindung kann eine Anwenderprogrammschnittstelle (API = Application Program Interface) zur Verfügung stellen, die zuläßt, daß Anwendungen für Sprache, eine Datenverarbeitung oder Multimedia, die das Leitungsendgerät ausführt, Schlüsselparameter zur Schicht für eine erweiterte Funkzugriffsnetzwerkanwendung (ERANAP = Extended Radio Access Network Application) vom Funkendgerät bzw. mobilen Endgerät spezifizieren, indem eine fassungsbasierende Schnittstelle verwendet wird die durch UDP getragen wird. Die Parameter können eine Dienstqualitäts-Anzeige vom Funkendgerät basierend auf der Anwendung für Sprache, eine Datenverarbeitung oder Multimedia, die das Leitungsendgerät ausführt, enthalten. Die spezifizierte Dienstqualität kann eine Verzögerungsempfindlichkeit, eine Fehlerrate, eine erwünschte Klangqualität, die vom Kanal auszuhandeln ist, und/oder andere Parameter enthalten. Die Dienstqualitäts-Spezifikation kann vom Leitungsendgerät zum Funkendgerät über eine PPP-Verbindung vom Leitungsendgerät zum Funkendgerät unter Verwendung von beispielsweise der R-Referenzstelle in einem EGPRS-Funktelefon weitergeleitet werden. Dies kann eine Dienstqualität zulassen, die mit großer Flexibilität ausgestattet ist.
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Beispielsweise werden die Verzögerungsanforderungen für einen Echtzeit-IP-Dienst allgemein in Abhängigkeit von der Anwendung oder dem Dienst variieren, auf die bzw. auf den zugegriffen wird. Sprachverzögerungsanforderungen sind allgemein streng. Insbesondere kann es sein, daß die Einweg-Ende-zu-Ende-Verzögerung in der Größenordnung von 100 ms liegen muß. Somit sollte die Verzögerung bei der drahtlosen Verbindung vorzugsweise bei 40 ms oder darunter liegen. Andererseits kann ein Videodatenstrom viel geringere Verzögerungsanforderungen stellen, und eine digitale Videokonferenzsitzung mit einer niedrigen Rate kann durchaus Verzögerungen von 200–500 ms für eine Einwegeverbindung verkraften. Sprachdatenströme, die zur Videokonferenz gehören, können ähnlichen Verzögerungen ausgesetzt sein. Frame-Fehlerraten-(FER = Frame Error Rate)-Anforderungen sind allgemein für Video und Sprache gleich, d. h. etwa 1% FER.
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Verzögerungen für zusammenarbeitende Anwendungen, wie beispielsweise Whiteboard oder Gesprächssitzungen, sind allgemein gleich denjenigen für Videodatenströme und liegen etwa bei 300–500 ms. Unidirektionale Ströme für einen Medieninhalt im World-Wide-Web haben allgemein keine spezifischen Verzögerungsanforderungen, die anders als diejenigen sind, die durch den beschränkten Speicher in den Übergabepuffern beim Zielort auferlegt werden. Jedoch wird vorausgesetzt, daß Framefehler-Anforderungen bei etwa 1% liegen. Zukünftige Anwendungen können mit gleich oder weniger strengen Framefehlerraten implementiert werden. Jedoch kann es für spezifische Anwendungen eine Notwendigkeit für niedrigere Framefehlerraten geben.
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Die vorliegende Erfindung berücksichtigt, daß das GPRS-Netzwerk und andere Netzwerke allgemein keine Kenntnis von der Anwendung haben, die auf dem Leitungsendgerät läuft. Jedoch ist das Funkendgerät eng mit den Anwendungen verbunden, die auf dem Leitungsendgerät laufen. Demgemäß läßt die vorliegende Erfindung zu, daß das Funkendgerät eine Dienstqualität für ein Funktelefon basierend auf der Anwendung für Sprache, eine Datenverarbeitung oder Multimedia spezifiziert, die auf dem Leitungsendgerät läuft, und zwar vorzugsweise unabhängig von den Leistungscharakteristiken des Paket-Funkkommunikationsnetzwerks. Eine Dienstqualität kann direkt durch Spezifizieren einer Verzögerungsempfindlichkeit und/oder einer Fehlerrate spezifiziert werden. Alternativ dazu kann eine Dienstqualität dadurch spezifiziert werden, daß der Typ von Anwendung, die das Leitungsendgerät ausführt, wie beispielsweise eine Multimediaanwendung, eine Videokonferenz oder eine Sprachtelephonieanwendung, zum Funkzugriffsnetzwerk weitergeleitet werden. Andere herkömmliche Techniken zum Spezifizieren einer Dienstqualität können auch verwendet werden.
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Eine bevorzugte Technik zum Spezifizieren einer Dienstqualität gestattet, daß eine Anwendung, die das Leitungsendgerät ausführt, spezifische Anfragen des Funkzugriffsnetzwerks durchführt. Somit kann beispielsweise das Leitungsendgerät eine Verschachtelungstiefe basierend auf der darauf ausgeführten Anwendung auswählen. Bei einem Ausführungsbeispiel kann ein 4-Bit-Code zu verschiedenen Verschachtelungsoptionen zugeordnet werden, die im GPRS-Netzwerk verfügbar sind. Die Tabelle 1 spezifiziert eine mögliche Gruppe von 4-Bit-Codes, die zum Spezifizieren einer Verschachtelungstiefen-Auswahl verwendet werden. TABELLE 1
| CODE | VERSCHACHTELUNG |
| 0000 | Keine Verschachtelung |
| 0001 | Blockverschachtelung über 20 ms |
| 0010 | Blockverschachtelung über 40 ms |
| 0011 | Diagonale Verschachtelung über 40 ms |
| 0100 | Blockverschachtelung über 60 ms |
| ... | ... |
| 1000 | Reserviert für zukünftige Verwendung |
| 1111 | Reserviert für zukünftige Verwendung |
| ... | ... |
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Somit kann das Leitungsendgerät einen Code für eine erwünschte Verschachtelungstiefen-Auswahl basierend auf der darauf ausgeführten Anwendung auswählen. Gleichermaßen kann das Leitungsendgerät ein bestimmtes Codierschema basierend auf der darauf ausgeführten Anwendung auswählen, indem eine 4-Bit-Code-Stelle spezifiziert wird. Die Tabelle 2 stellt ein Ausführungsbeispiel von 4-Bit-Codes dar, die zum Spezifizieren einer Codierung verwendet werden können. TABELLE 2
| CODE | CODIERUNG |
| 0000 | Uncodiert |
| 0001 | Inkrementelle Redundanz für die beste Leistung des herkömmlichen EGPRS, herausgegebenen 99 |
| 0010 | Echtzeitträger-Faltungscodierung bei der Verbindungsanpassung |
| 0100 | Turbo-Code der Nutzlast mit einer Spanne von 40 ms |
| 0101 | Turbo-Code der Nutzlast mit einer Spanne von 100 ms |
| 1000 | Reserviert für zukünftige Verwendung |
| ... | ... |
| 1111 | Reserviert für zukünftige Verwendung |
| ... | ... |
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Turbo-Codes sind Fachleuten auf dem Gebiet wohlbekannt und sind beispielsweise beschrieben in einer Veröffentlichung mit dem Titel Near Shannon Limit Error – Correcting Coding and Decoding: Turbo-Codes (1) von Berrou, et al., IEEE, International Communications Conference, 1993.
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Die vorliegende Erfindung kann in einem EGPRS-Funkzugriffsnetzwerk (ERAN) verwendet werden. 4 stellt eine Gesamtarchitektur für ein ERAN dar. Wie es in 4 gezeigt ist, enthält die funktionelle Gesamtheit des ERAN drei funktionelle Untereinheiten: die Funknetzwerk-Steuerfunktionalität (RNCF = Radio Network Control Functionality), das Funknetzwerk-Gateway (RNGW = Radio Network Gateway) und den Basisstations-Transceiver (BTS = Base Station Transceiver). Der Basisstations-Transceiver kann funktionell äquivalent zu demjenigen sein, der in GSM 03.60 definiert ist. Das ERAN kann Echtzeit-Anwendungen auf IP-Basis unterstützen. Die IuPS'-Schnittstelle enthält zwei Ebenen: die Anwenderebene, die als IuPS'u bezeichnet ist, und die Steuerebene, die als IuPS'-c bezeichnet ist. Die Anwenderebenen-Schnittstelle ist zwischen dem Unterstützungsknoten für ein verbessertes Dienst-GPRS (E-SGSN) und RNGW. Die Steuerebene ist eine Schnittstelle zwischen E-SGSN und RNCF.
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Die 5 ist ein Blockdiagramm einer ERAN-Referenzarchitektur. Die ERAN-Referenzarchitektur kann eine vollständige Trennung der Kernnetzwerk- und der Funkzugriffsnetzwerk-Funktionalität in unterschiedliche Komponenten zur Verfügung stellen. Die ERAN-Referenzarchitektur kann auch ein gemeinsames Paketvermittlungs-Codenetzwerk basierend auf GPRS für alle Zugriffsnetzwerke zur Verfügung stellen, wie beispielsweise für sowohl das ERAN als auch das terrestrische UMT-Funkzugriffsnetzwerk (UTRAN).
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6 stellt ein Anwenderebenenprotokoll für ein EGPRS-System dar. Die R99- und R2000-RLC/MAC-Schichten können sich nur bezüglich der Mac-Schichtenprozeduren unterscheiden. Die Schichten für das sub-netzwerkabhängige Konvergenzprotokoll (SNDCP = Sub-Network Dependent Convergence Protocol) und die logische Verbindungssteuerung (LLC = Logical Link Control) können als Unterschichten der Verbindungsschicht der Herausgabe 99 behandelt werden. Die Funkbetriebsmittel-Managementeinheit ist jedem der gezeigten Anwenderebenenstapel gemeinsam. Somit können Funkbetriebsmittel aus einem gemeinsamen Pool herausgezogen werden. Alle gezeigten Verbindungsschichten können unter Verwendung einer gemeinsamen Verbindungsschicht-Managementeinheit (LLME = Link Layer Management Entity) gemanagt werden, deren Schnittstelle zu höheren Schichtenprotokollen ein dynamisch zugeordneter Netzwerkschicht-Dienstzugriffsstellenidentifizierer (NSAPI = Network Layer Service Access Point Identifier) sein kann und dessen Schnittstelle zu niedrigeren Schichten eine Verbindungsschichten-SAPI zusammen mit einer temporären Logikverbindungsidentität (TLLI = Temporary Logical Link Identity) ist.
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Die Schicht für eine logische Verbindungssteuerung für beste Leistungen (BE-LLC = Best Efforts-Logical Link Control) reduziert einen Verbindungsschichtenzusatz für einen Verkehr bester Leistung und stellt einen nicht bestätigten Transfer von IP-Datagrammen mit optionalem Protokoll und einer Datenkompression zur Verfügung. Die BE-LLC-Schicht ist vorzugsweise transparent (nach einer Anfangsblockkompression) in der Anwenderebene für Abläufe, die auf eine Einzelzeitschlitz-Operation beschränkt sind. Mit minimalem Zusatz kann eine Mehrschlitzoperation ermöglicht werden. Die Echtzeit-Logikverbindungssteuerungs-(RT-LLC)-Schicht läßt einen Transfer von IP/UDP oder IP/UDP/RTP-Daten mit Protokollkompression zu. Diese Schicht kann Echtzeitabläufe mit einer Ende-zu-Ende-IP-Verbindungsfähigkeit tragen. Ein optionaler Einzelschlitz mit einer Transparenz in der Anwenderebene nach einer Anfangsblockkompression kann auch vorgesehen sein.
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Der optimierte Sprachtransport über einen EGPRS/optimierten Sprachtransfer über GSM-Schaltungsträger-(OVE/OVG)-Optionen läßt einen optimierten Transfer von Sprache mit adaptiver Mehrfachrate (AMR = Adaptive Multi-Rate) unter Verwendung von entweder EGPRS- oder GSM-Schaltungsträgern zu. Diese Träger können einen Einzelzeitschlitz-Temporärablaufidentifizierer (TFI = Temporary Flow Identifier) für einen Transport von Sprache mit niedriger Rate zur Verfügung stellen.
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7 stellt einen Protokollstapel für das Leitungsendgerät und das Funkendgerät eines Funktelefons gemäß der vorliegenden Erfindung dar. Wie gezeigt, werden Anwendungen 510, 520 und 530 für Sprache, Daten oder Multimedia jeweils in einer Anwendungsschicht auf der UDP-Schicht 540 des Leitungsendgeräts ausgeführt. Die Anwendungen 510, 520 und 530 für Sprache, Daten oder Multimedia bilden jeweils eine Schnittstelle zu einer Anwendung 550 für eine Dienstqualität, die auch vorzugsweise in der Anwendungsschicht auf der UDP-Schicht 540 ausführt wird. Die Dienstqualitäts-Anwendung 550 bildet eine Schnittstelle zu einem Objektbetriebsmittel-Broker bzw. Informationsvermittler (ORB = Object Resource Broker) 560, der in einer Anwendungsschicht auf der UDP-Schicht 570 des Funkendgeräts läuft. Der Objektbetriebsmittel-Broker bildet eine Schnittstelle zu einem EGPRS-Funkzugriffsnetzwerk-Anwendungsteil (ERANAP = EGPRS Radio Access Network Application Part) 580. Somit können die Anwendungen 510, 520 und 530 spezifische Anforderungen unter Verwendung des ORB 560 aushandeln. Unter Verwendung einer fassungsbasierenden Schnittstelle informiert die Anwendung den ERANAP, der auf dem MT läuft, über die FER und/oder Verzögerungsanforderungen für den Ablauf. Der ERANAP kann die Anforderungen in spezifische Anfragen umsetzen und kann Prozeduren für eine erneute Aushandlung für den zugehörigen Kommunikationskanal initiieren.
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Beispielsweise dann, wenn die Anwendung eine Sendegranularität von 20 ms hat und Verzögerungen von bis zu 100 ms im Funknetzwerk ohne signifikant wahrgenommenen Qualitätsverlust aushalten kann, kann eine Anfrage zum Verschachteln des Datenteils diagonal über 4–5 Protokolldateneinheiten (PDU = Protocol Data Units) zum ERAN gesendet werden. Die Funknetzwerk-Steuerfunktionalität (RNCF) kann die Charakteristiken für eine Verschachtelungsverzögerung für 100 ms ändern. Ein Kompromiß für andere Anwender kann darin bestehen, daß es eine Verzögerung vor einem Freigeben eines Kanals während dieser kontinuierlichen Übertragung gibt.
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Alternativ dazu, oder zusätzlich, kann der ORB 560 zum Aushandeln von Leistungsanforderungen verwendet werden. Beispielsweise kann eine Paketfehlerrate von 0,1% erforderlich sein. Die Anwendung 510–530 könnte dann eine Kanalcodierung und -verschachtelung mit dem ORB 560 über die Dienstqualitäts-Anwendung 550 aushandeln, um die gewünschte Leistungsfähigkeit zur Verfügung zu stellen.
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Ferner kann eine unterschiedliche Preisgebung einer unterschiedlichen Dienstqualität zugeordnet werden und ein geeignetes Abbuchen bzw. Abrechnen kann durch die Dienstqualität getriggert bzw. angestoßen werden, die zur Verfügung gestellt wird. Demgemäß kann das Aushandeln spezialisierter Funkzugriffsträger, die eine kundenangepaßte Dienstqualität zur Verfügung stellen, die Modifikation von Belastungsprozeduren für den Ablauf triggern bzw. anstoßen, die die Verwendung von Funkbetriebsmitteln berücksichtigen bzw. kontieren. Eine Technik zum Implementieren dieser Belastung besteht im Berechnen der Kosten zum Senden eines Pakets als Cp = Bc·μr + υr, wobei Bc Grundkosten für eine Übertragung sind, μr ein Multiplikator ist, der eindeutig für die Dienstqualität ist, die für den Ablauf verwendet wird, und υr feste Kosten pro Paket für die Verwendung von Funkbetriebsmitteln sind.
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8 ist ein Ablaufdiagramm, das Operationen zum Kommunizieren zwischen einem Funktelefon und einem GPRS-Netzwerk gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt. Wie es bei einem Block 610 gezeigt ist, initialisiert das Leitungsendgerät eine Anwendung 510–530 für Sprache, Daten oder Multimedia. Bei einem Block 620 spezifiziert die Anwendung eine Dienstqualität zur Dienstqualitäts-Anwendung 550. Alternativ, oder zusätzlich, kann die Dienstqualitäts-Anwendung 550 eine spezifizierte Dienstqualität vom Anwender des Leitungsendgeräts bei einem Block 630 annehmen bzw. akzeptieren. Eine Anwenderspezifikation einer Dienstqualität wird nun nachfolgend detailliert beschrieben.
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Mit erneutem Bezug auf 8, leitet die Dienstqualitäts-Anwendung 550 bei einem Block 640 eine spezifizierte Dienstqualität zum Funkendgerät weiter, wie beispielsweise unter Verwendung einer fassungsbasierenden R-Schnittstelle und des Objektbetriebsmittel-Brokers 560. Bei einem Block 650 kommuniziert das Funkendgerät eine spezifizierte Dienstqualität zum GPRS RAN unter Verwendung des ERANAP 580. Das GPRS RAN baut dann Kommunikationen mit der Anwendung für Sprache, Daten oder Multimedia basierend auf der Dienstqualität und den Leistungscharakteristiken des GPRS RAN bei einem Block 660 auf.
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Die 9A und 9B stellen Beispiele von RLC/MAC-Blöcken für GPRS/EGPRS-Systeme jeweils in einem 8-Phasenumtast-(8PSK-) und einem Gauß-Minimalumtast-(GMSK-)Mode dar. Nach einer Kanalcodierung überspannt der RLC/MAC-Block 4 Zeitschlitze, die über 4 Frames verteilt (verschachtelt) sind, wobei jeder Frame 8 Schlitze enthält, und zwar in der GSM-Zeitmultiplexzugriffs-(TDMA = Time Division Multiple Access)-Framestruktur. Die codierten Daten werden allgemein über diese 4 Zeitschlitze verschachtelt. Die erreichbare Codierrate kann zwischen 1/12 und 1/5 für 8PSK und 1/4 bis 1/2 für GMSK variieren. Der RLC/MAC-Block enthält ein Aufwärtsverbindungs-Zustands-Flag-(USF = Uplink State Flag)-Feld, das zuläßt, daß die Funkendgeräte den Zustand des Aufwärtsverbindungskanals erfassen. Ein Nutzlasttyp-(PT = Payload Type)-Flag identifiziert den Typ eines Echtzeitverkehrs. Ein Temporärablaufidentifizierer-(TFI = Temporary Flow Identifier)-Feld identifiziert den temporären Blockablauf, zu welchem die Daten gehören. Ein Leistungsreduktions-(PR = Power Reduction)-Feld bezeichnet die Verringerung bezüglich der Leistung relativ zu BCCH im nächsten RLC/MAC-Block. Ein Codier- und Punktier-(CPS = Coding and Puncturing)-Feld bezeichnet das Kanalcodierungsprotokoll. Ein Verschlüsselungsindikator (K) bezeichnet, ob eine Verschlüsselung aktiv ist. CRC ist ein zyklisches Redundanzprüffeld. Die Felder im RLC/MAC-Block sind Fachleuten auf dem Gebiet wohlbekannt und müssen nicht weiter beschrieben werden.
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Mit Bezug auf 10 wird ein Beispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Das Beispiel nimmt an, daß eine Dateneinheit von 36 Oktetten für eine Verkettung mit einem RLC/MAC-Anfangsblock der 9A oder 9B faltungscodiert ist. Die Verteilung dieser 36 Oktette in den RLC/MAC-Blöcken variiert in Abhängigkeit von der für RAB ausgehandelten Verschachtelung. Beispielsweise können, wie in 10 gezeigt, zwei Dateneinheiten von 36 Oktetten vor einem Aufbau des RLC/MAC-Block der 9A oder 9B diagonal verschachtelt werden. Alternativ dazu kann eine Verschachtelung blockorientiert sein. Die Charakteristiken der Verschachtelung für die Kommunikation kann im RLC/MAC-Kontext für die Kommunikation nach Fehleraushandlungen gespeichert werden und müssen nicht über die Funkverbindung signalisiert werden.
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Wie es oben in Zusammenhang mit 8 beim Block 630 beschrieben wurde, berücksichtigt die vorliegende Erfindung auch eine Anwenderspezifikation einer Dienstqualität anstelle von, oder zusätzlich zu, einer Spezifikation durch eine Anwendung 510–530. Die 11A und 11B stellen Mensch-Maschinen-Schnittstellen (MMI = Man-Machine Interfaces) an einem Funktelefon dar, das eine Anwenderspezifikation einer Dienstqualität zuläßt. 11A stellt ein Funktelefon 9 mit einer Berührungsbildschirmanzeige 910 mit einem darauf angezeigten Dienstqualitäts-Schieber 920 dar. 11B stellt jeweils Aufwärts- und Abwärtstasten 930 und 940 auf der Anzeige 910 des Funktelefons 900 dar. Andere Aspekte des Aufbaus des Funktelefons 900 sind Fachleuten auf dem Gebiet wohlbekannt und müssen nicht weiter beschrieben werden.
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Somit kann der Anwender die erwünschte Dienstqualität unter Verwendung von Knöpfen, Schiebesteuerungen oder anderen wohlbekannten Anwenderschnittstellen dynamisch spezifizieren. Die Grundelemente, die der Anwender auswählen kann, können auf allgemeinen Prinzipien basieren, wie beispielsweise weniger Verzögerung oder mehr Verzögerung. Eine weitere Steuerung kann dazu verwendet werden, die wahrgenommene Qualität einer Sprach- oder einer Videoanwendung durch Spezifizieren einer besseren Qualität oder einer geringeren Qualität zu steuern. Die Anwenderauswahl kann unter Verwendung eines Venn-Diagramms oder eines anderen Ansatzes in Charakteristiken abgebildet werden, die vom Netzwerk verfügbar sind. Beispielsweise kann die Anwendereingabe in Anweisungen zum Ändern einer Verschachtelung von 40 ms zu einer Verschachtelung von 80 ms umgesetzt werden. Der Datenteil kann dann geeignet verschachtelt werden, nachdem Prozeduren für ein erneutes Aushandeln ausgeführt sind.
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Ein Übergang von einem Verschachtelungsschema zu einem anderen kann durch eine Einfügung von Dummy-Frames erreicht werden, die ein kurzzeitiges Unterbrechen eines temporären Ablaufs zulassen, und ein erneutes Ausbilden des temporären Blockablaufs (TBF) bei der RLC/MAC-Schicht. Alternativ dazu kann der Übergang unter Verwendung von Übergabeprozeduren erreicht werden. Übergänge von einem Codierschema zu einem anderen können auch unter Verwendung anderer Standardverbindungs-Anpassungsprozeduren erreicht werden. Eine der Anwendungen des Vorsehens einer Dienstqualität kann darin bestehen, eine Leistung zu begrenzen, so daß niedrigere Datenraten verwendet werden können, was einen billigeren Zugriff zu Funkbetriebsmitteln zuläßt. Dem Anwender kann somit eine Steuerung über die Dienstqualität sowie über die Kosten für den Dienst übergeben werden.
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Vom dienstorientierten Gesichtspunkt aus kann ein IP-basierendes Transportnetzwerk vollständig unwissend über die spezifische Anwendung sein, die die Netzwerkbetriebsmittel anfordert. Anders ausgedrückt, können alle Daten in einem IP-basierenden Transportnetzwerk gleich behandelt werden. Unglücklicherweise kann jedoch die spezifische Anwendung, die auf einem Leitungsendgerät ausgeführt wird, wie beispielsweise Sprache, Daten oder Multimedia, eine unterschiedliche Dienstqualität für eine akzeptable Leistungsfähigkeit erfordern. Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, daß das Funktelefon eine Dienstqualität basierend auf der Anwendung für Sprache, eine Datenverarbeitung oder Multimedia spezifiziert, die auf dem Leitungsendgerät ausgeführt wird, spezifiziert, so daß das Funkzugriffsnetzwerk und/oder die anderen Netzwerke eine akzeptable Dienstqualität zur Verfügung stellen können, ohne die Anwendung zu kennen, die gerade ausgeführt wird.
