DE10156889A1

DE10156889A1 - Verfahren zur Paketdatenübertragung in einem Funkkommunikationssystem

Info

Publication number: DE10156889A1
Application number: DE10156889A
Authority: DE
Inventors: Carsten Ball; Thomas Stark
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2001-11-20
Filing date: 2001-11-20
Publication date: 2003-06-12

Abstract

Es werden Paketdaten in Form von Datenpaketen zwischen einer sendenden Netzwerkeinrichtung (BSC) und einer empfangenden Netzwerkeinrichtung (BTS) übertragen, wobei aus den Datenpaketen zeitkritische Daten und nicht zeitkritische Daten abgetrennt werden. Die zeitkritischen Daten werden in einer separaten Verarbeitungsschlange (SQ1) verwaltet und mit im Vergleich zu den nicht zeitkritischen Daten erhöhter Priorität übertragen. In der empfangenden Netzwerkeinrichtung (BTS) werden die zeitkritischen Daten in einer separaten Verarbeitungsschlange (SQ2) mit erhöhter Priorität abgearbeitet.

Description

Funkkommunikationssysteme dienen der Übertragung von Informationen, Sprache oder Daten, mit Hilfe von elektromagnetischen Wellen über eine Funkschnittstelle, auch Luftschnittstelle genannt, zwischen einer sendenden und einer empfangenden Funkstation. Ein Beispiel für ein Funkkommunikationssystem ist das bekannte GSM-Mobilfunksystem sowie dessen Weiterentwicklung mit einem Paketdatendiensten GPRS beziehungsweise EGPRS, deren Architektur zum Beispiel in B. Walke "Mobilfunknetze und ihre Protokolle, Band 1, Teubner-Verlag Stuttgart, 1998, Seite 139 bis 151 und Seite 295 bis Seite 311, beschrieben ist. Dabei ist zur Übertragung eines Teilnehmersignals jeweils ein durch einen schmalbandigen Frequenzbereich und einen Zeitschlitz gebildeter Kanal vorgesehen. Da sich ein Teilnehmersignal in einem Kanal in Frequenz und Zeit von den übrigen Teilnehmersignalen unterscheidet, kann die empfangende Funkstation eine Detektion der Daten des Teilnehmersignals vornehmen. In neueren Funkkommunikationssystemen, wie zum Beispiel dem UMTS-System, werden die einzelnen Teilnehmer darüber hinaus durch unterschiedliche Spreizcodes unterschieden.

Bei der paketvermittelten Datenübertragung, auch Paketdatenübertragung genannt, erfolgt die Datenübertragung für mehrere Teilnehmer über ein- und denselben physikalischen Kanal. Dabei kann jeder Teilnehmer auch mehrere physikalische Kanäle gleichzeitig belegen. Datenpakete für die Teilnehmer, denen derselbe physikalische Kanal zugewiesen ist, werden gemultiplext übertragen. Das führt dazu, dass je nach Auslastung des Kanals die Datenpakete unterschiedlich verzögert werden. Die Datenpakete kommen daher nicht zu einem bestimmten vorgegebenen Zeitpunkt beim Empfänger an.

Es sind Paketdatenschnittstellen für terrestrische Interfaces sowie auch für die Luftschnittstelle, die auf der Basis von Internetprotokoll (IP)-Technik oder ATM-Technik arbeiten, vorgeschlagen worden (siehe zum Beispiel S. Blake et al., "An Architectura for Differentiated Services", Informational (The internet society), 1998), bei denen jedem Datenpaket eine bestimmte Priorität zugewiesen wird und eine Prioritätensteuerung vorgesehen ist, die die Übertragung der Datenpakete entsprechend der gesetzten Priorität bevorzugt beziehungsweise benachteiligt. Damit wird erreicht, dass wichtige Signalisierungsdaten gegenüber weniger zeitkritischen Daten (sogenannte best effort-Daten) bevorzugt werden und damit schneller über die Schnittstelle geschickt werden. Ferner gibt es bei der IP-Technik die Möglichkeit, Datenpakete mit einem Zeitstempel zu versehen, um deren Lebensdauer zu überwachen. Diese Maßnahmen können jedoch nicht garantieren, dass Datenpakete zu einem bestimmten, wohldefinierten Zeitpunkt beim Teilnehmer ankommen.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Verfahren zur Paketdatenübertragung in einem Funkkommunikationssystem anzugeben, bei dem garantiert werden kann, dass zeitkritische Daten zu einem vorgegebenen Zeitpunkt gesendet werden können.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1. Weiter Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor.

In dem Verfahren werden Paketdaten in Form von Datenpaketen zwischen einer sendenden Netzwerkeinrichtung und einer empfangenden Netzwerkeinrichtung übertragen. Aus den Datenpaketen werden jeweils zeitkritische und nicht zeitkritische Daten abgetrennt. Die zeitkritischen Daten werden in einer separaten Verarbeitungsschlange der sendenden Netzwerkeinrichtung verwaltet und mit im Vergleich zu den nicht zeitkritischen Daten erhöhter Priorität übertragen. In der empfangenden Netzwerkeinrichtung werden die zeitkritischen Daten in einer separaten Verarbeitungsschlange verwaltet und mit erhöhter Priorität abgearbeitet. Da die zeitkritischen Daten über separate Verarbeitungsschlangen mit erhöhter Priorität übertragen werden, kann für die zeitkritischen Daten ein Sendezeitpunkt garantiert werden.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, in der empfangenden Netzwerkeinrichtung eine Verarbeitungsschlange für die zeitkritischen Daten und eine Verarbeitungsschlange für die nicht zeitkritischen Daten vorzusehen und darüber hinaus eine Rekonstruktionseinrichtung vorzusehen, in der aus zeitkritischen Daten und nicht zeitkritischen Daten ein neues Datenpaket zusammengesetzt wird. Dabei können in dem neuen Datenpaket andere Kombinationen aus zeitkritischen und nicht zeitkritischen Daten als in dem ursprünglichen Datenpaket auftreten. Das neue Datenpaket kann insbesondere nachfolgend über eine Luftschnittstelle gesendet werden.

Vorzugsweise wird den zeitkritischen Daten in der sendenden Netzwerkeinrichtung eine Information über einen vorgebbaren Sendezeitpunkt der zeitkritischen Daten über eine Luftschnittstelle hinzugefügt wird Diese Zeitinformation enthält beispielsweise in einem Funkkommunikationssystem entsprechend dem GSM-Standard die Nummer des Zeitrahmens, in dem die zeitkritischen Daten gesendet werden sollen.

Es können zusätzlich komplette Datenpakete mit Nutzdaten und Signalisierungsdaten als zeitkritische Daten übertragen werden, die zu einem vorgegebenen Zeitpunkt über eine Luftschnittstelle übertragen werden sollen. Die Information über einen vorgebbaren Sendezeitpunkt enthält in diesem Fall Parameter, die den vorgegebenen Zeitpunkt auf der Luftschnittstelle definieren, zum Beispiel die Nummer eines Zeitrahmens.

Als zeitkritische Daten können insbesondere Signalisierungsdaten aus einem Datenpaket abgetrennt und übertragen werden. Der Rest des Datenpakets wird dann unabhängig von diesen Signalisierungsdaten übertragen. Die Signalisierungsdaten können den gesamten Kopfteil des Datenpakets oder Teile des Kopfteils umfassen. In der empfangenden Netzwerkeinrichtung wird ein neues Datenpaket zusammengesetzt und entsprechend dem Zeiterfordernis der Signalisierungsdaten weiterbehandelt.

Insbesondere bei GPRS/EGPRS beinhaltet ein Datenpaket neben einem Nutzdatenteil auch Informationen in einem Datenpaketheader, die das Timing einer Luftschnittstelle beeinflussen, über die das Datenpaket gesendet wird. Für diese zeitkritischen Informationen muss sichergestellt werden, dass zu einer bestimmten Rahmennummer über die Luftschnittstelle geschickt werden, während die Nutzinformation auch erst später gesendet werden kann.

Die Signalisierungsdaten können zum Beispiel zur Signalisierung einer Anforderung einer Empfangsbestätigung für empfangene Daten verwendet werden. Diese Anforderung wird häufig mit dem Begriff "polling" bezeichnet. Die Anforderung einer Empfangsbestätigung für empfangene Datenpakete erfolgt zum Beispiel mittels einem vordefinierten Feld, das RRBP-Feld (Relative Reserved Block Period) in sogenannten Abwärtsrichtung, d. h. in der Senderichtung von einer Basisstation zu einem Mobilteil. In Aufwärtsrichtung, d. h. in der Senderichtung von einem Mobilteil zu einer Basisstation, müssen dann eine vorgegebene Anzahl von Funkblöcken später eine Ressource für die Empfangsbestätigung reserviert werden. Die Anzahl der Funkblöcke ist in den Signalisierungsdaten enthalten.

Des Weiteren können als zeitkritische Daten Steuerinformationen, die nicht einem einzelnen Datenpaket zugeordnet werden können, behandelt werden. Derartige Steuerinformationen sind insbesondere Informationen zur Steuerung einer Luftschnittstelle. Beispielsweise die sogenannte Uplink State Flag (USF) Signalisierungsinformation, mit der in Abwärtsrichtung gesendet wird, welchem Teilnehmer ein mehreren Teilnehmern zugeordneter Kanal in Aufwärtsrichtung zur Verfügung steht, kann auf diese Weise behandelt werden.

Das Verfahren ist insbesondere anwendbar für Datenübertragungen zwischen einer Basisstation und einer Basisstationssteuerung.

Die sendende Netzwerkeinrichtung und die empfangende Netzwerkeinrichtung können insbesondere nach dem Internetprotokoll oder mit ATM-Technik arbeiten.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Beispiels, das in den Figuren dargestellt ist, näher erläutert.
Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt aus einem Funkkommunikationssystem mit Paketdatendienst.
Fig. 2 zeigt schematisch die Übertragung von Paketdaten in dem Funkkommunikationssystem mit Hilfe verschiedener Verarbeitungsschlangen.
Eine Basisstationssteuerung BSC weist eine Nutzdatenschnittstelle PI1 und eine Paketdatensteuerung PCU auf (s. Fig. 1). Die Basisstationssteuerung BSC ist einerseits mit einer Transkodiereinheit TRAU und andererseits mit einem Paketdatendienstknoten SGSN verbunden. Von der Transkodiereinheit TRAU werden Sprachdaten über eine A-Schnittstelle zur Nutzdatenschnittstelle PI1 der Basisstationssteuerung BSC übertragen. Von dem Paketdatendienstknoten SGSN werden Paketdaten über eine Gb/Iu-Schnittstelle zu der Paketdatensteuereinheit PCU und von dort zu der Nutzdatenschnittstelle PI1 der Basisstationssteuerung BSC übertragen.
Die Basisstationssteuerung BSC ist über eine Abis-Schnittstelle mit einer Basisstation BTS verbunden. Die Basisstation BTS weist eine Nutzdatenschnittstelle PI2 auf, die über die Abis-Schnittstelle mit der Nutzdatenschnittstelle PI1 der Basisstationssteuerung BSC verbunden ist. Ferner weist die Basisstation BTS Sende-/Empfangseinheiten CU auf, die jeweils einerseits mit der Nutzdatenschnittstelle PI2 und andererseits mit Zuleitungen zu einer Antenne A verbunden sind. Über die Antenne A werden Daten über eine Luftschnittstelle mobilen Teilnehmern gesendet.
In der Nutzdatenschnittstelle PI1 der Basisstationssteuerung BSC, die als sendende Netzwerkeinrichtung wirkt, sind eine Abtrenneinrichtung SP, eine Verarbeitungsschlange LPQ niedriger Priorität, eine Verarbeitungsschlange HPQ hoher Priorität und eine separate Verarbeitungsschlange SQ1 zur Verwaltung zeitkritischer Daten vorgesehen (s. Fig. 2). In der Abtrenneinrichtung SP werden Datenpakete in zeitkritische Daten und nicht zeitkritische Daten zerlegt. Als zeitkritische Daten werden Steuerinformationen STI, die keinem Datenpaket explizit zuzuordnen sind, Signalisierungsinformationen SII, die aus einem Kopfteil eines Datenpakets abgetrennt wurden, sowie Datenpakete DP, die zu einem bestimmten Zeitpunkt, der beispielsweise durch eine Rahmennummer (Framenummer) angegeben wird) gesendet werden sollen, verwaltet. In der Verarbeitungsschlange HPQ hoher Priorität werden nicht zeitkritische Daten HDP und in der Verarbeitungsschlange LPQ niedriger Priorität nicht zeitkritische Daten LDP verwaltet, wobei die Datenpakete HDP mit höherer Priorität übertragen werden sollen als die Datenpakete LDP.
Die Verarbeitungsschlange niedriger Priorität LPQ, die Verarbeitungsschlange HPQ hoher Priorität und die separate Verarbeitungsschlange SQ1 sind mit einer Sendezeitpunktsteuereinheit S1 verbunden. Die Sendezeitpunktsteuereinheit S1 steuert den Sendezeitpunkt der einzelnen Daten, die in den verschiedenen Verarbeitungsschlangen LPQ, HPQ, SQ1 verwaltet werden, über die Abis-Schnittstelle zur Basisstation BTS. Ferner wird den zeitkritischen Daten eine Zeitinformation hinzugefügt. Die Zeitinformation enthält insbesondere Angaben, die zur Identifizierung des genauen Sendezeitpunktes von der Basisstation über die Luftschnittstelle geeignet sind, wie z. B. die Nummer des für die Übertragung gewünschten Zeitrahmens. Ferner kann auch die gewünschte Kanalnummer bei einer Zuweisung mehrerer Zeitschlitze für einen Teilnehmer (sogenannte Multislot-Allokierung) verwendet werden.
In der Nutzdatenschnittstelle PI2 der Basisstation BTS sind eine separate Verarbeitungsschlange SQ2, eine Verarbeitungsschlange HQ für die aus Datenpaketen abgetrennten Signalisierungsdaten SII und die Steuerungsdaten STI und eine Verarbeitungsschlange DQ für die nicht zeitkritischen Daten HDP und LDP vorgesehen. Die empfangenen Datenpakete DP, die zu einem vorgegebenen Sendezeitpunkt gesendet werden sollen, werden in der separaten Verarbeitungsschlange SQ2 verwaltet. Die nicht zeitkritischen Daten HDP und LDP, die in der Verarbeitungsschlange LPQ niedriger Priorität und der Verarbeitungsschlange HPQ hoher Priorität verwaltet werden, werden in der Basisstation BTS in der Verarbeitungsschlange DQ für Datenpakete verwaltet. Die abgetrennten Signalisierungsinformationen und die Steuerinformationen, die keinem Datenpaket zuzuordnen sind, werden in der Verarbeitungsschlange HQ verwaltet.
In der Basisstation BTS ist eine Sendezeitpunktsteuerung S2 vorgesehen, die eine Rekonstruktionseinrichtung RE umfasst. In der Rekonstruktionseinrichtung RE werden Datenpakete HDP, LDP mit Signalisierungsinformationen SII beziehungsweise STI zu neuen Datenpaketen zusammengefügt, die über die Luftschnittstelle gesendet werden.
Die Sendezeitpunktsteuerung S2 steuert den Sendezeitpunkt der Paketdaten über die Luftschnittstelle. Dabei wird die Zeitinformation, die von der Sendezeitpunktsteuerung S1 der Basisstationssteuerung BSC den Signalisierungsdaten SII, den Steuerungsdaten STI und den Datenpaketen DP, die zu einem vorgegebenen Zeitpunkt gesendet werden sollen, hinzugefügt wurde, ausgenutzt.
Das Verfahren wurde anhand eines Beispiels, das einem Funkkommunikationssystem der zweiten Mobilfunkgeneration, zum Beispiel GSM mit GPRS, entspricht, erläutert. Das Verfahren lässt sich ohne Weiteres auf andere Mobilfunkstandards, zum Beispiel die dritte Mobilfunkgeneration, übertragen.

Claims

1. Verfahren zur Paketdatenübertragung in einem Funkkommunikationssystem,
bei dem Paketdaten in Form von Datenpaketen zwischen einer sendenden Netzwerkeinrichtung und einer empfangenden Netzwerkeinrichtung übertragen werden,
bei dem aus den Datenpaketen jeweils zeitkritische und nicht zeitkritische Daten abgetrennt werden,
bei dem zeitkritische Daten in einer separaten Verarbeitungsschlange der sendenden Netzwerkeinrichtung verwaltet werden und mit im Vergleich zu den nicht zeitkritischen Daten erhöhter Priorität übertragen werden,
bei dem die zeitkritischen Daten in einer separaten Verarbeitungsschlange der empfangenden Netzwerkeinrichtung verwaltet und mit erhöhter Priorität abgearbeitet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
bei dem in der empfangenden Netzwerkeinrichtung eine Verarbeitungsschlange für die zeitkritischen Daten und eine Verarbeitungsschlange für die nicht zeitkritischen Daten vorgesehen sind,
bei dem eine Rekonstruktionseinrichtung vorgesehen ist, die aus zeitkritischen Daten und nicht zeitkritischen Daten ein neues Datenpaket zusammensetzt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem den zeitkritischen Daten in der sendenden Netzwerkeinrichtung eine Information über einen vorgebbaren Sendezeitpunkt der zeitkritischen Daten über eine Luftschnittstelle hinzugefügt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem über die separaten Verarbeitungsschlangen der sendenden Netzwerkeinrichtung und der empfangenden Netzwerkeinrichtung Datenpakete mit Nutzdaten und Signalisierungsdaten übertragen werden, die zu einem vorgegebenen Zeitpunkt über eine Luftschnittstelle übertragen werden sollen.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
bei dem Signalisierungsdaten als zeitkritische Daten aus dem Datenpaket abgetrennt werden.,
bei dem in der empfangenden Netzwerkeinrichtung aus den Signalisierungsdaten und nicht zeitkritischen Daten ein neues Datenpaket zusammengesetzt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die Signalisierungsdaten zur Signalisierung einer Anforderung einer Empfangsbestätigung für empfangene Daten verwendet werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem Steuerinformationen, die nicht einem einzelnen Datenpaket zugeordnet werden können, als zeitkritische Daten über die separate Verarbeitungsschlange der sendenden beziehungsweise empfangenden Netzwerkeinrichtung verwaltet, übertragen und abgearbeitet werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die Steuerinformationen zur Steuerung einer Luftschnittstelle verwendet werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die sendende Netzwerkeinrichtung und die empfangende Netzwerkeinrichtung eine Basisstation und eine Basisstationssteuerung sind.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem die sendende Netzwerkeinrichtung und die empfangende Netzwerkeinrichtung nach einem Internetprotokoll oder einer ATM-Technik arbeiten.