DE102005046253A1

DE102005046253A1 - Verfahren zum Steuern und Überwachen der Qualität eines Dienstes

Info

Publication number: DE102005046253A1
Application number: DE102005046253A
Authority: DE
Inventors: Andreas Wilde; Stefan Schmid
Original assignee: NEC Europe Ltd
Current assignee: NEC Europe Ltd
Priority date: 2005-09-27
Filing date: 2005-09-27
Publication date: 2007-04-05
Also published as: US20070097861A1; JP2007097174A

Abstract

Ein Verfahren zum Steuern und Überwachen der Qualität eines Dienstes (Quality of Service, QoS) in einem drahtlosen Netzwerk, wobei das Netzwerk mindestens eine mobile Station aufweist und wobei einzelne Güteparameter des Dienstes definierbar sind, ist im Hinblick auf eine möglichst umfassende Kontrolle über die Qualität eines Dienstes dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu der QoS von laufenden Verbindungen die QoS für weitere Dienste, die sich auf nichtlaufende Verbindungen und/oder den Aufbau von Verbindungen beziehen, gesteuert und überwacht werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern und Überwachen der Qualität eines Dienstes (Quality of Service, QoS) in einem drahtlosen Netzwerk, wobei das Netzwerk mindestens eine mobile Station aufweist, und wobei einzelne Güteparameter des Dienstes definierbar sind.
In vielen Kommunikationssystemen besteht die Notwendigkeit, gewisse Mindestanforderungen von Diensten, wie Sprach-, Video- oder Datenübertragung oder verschiedene Aufgaben im Systemmanagement, zu gewährleisten. So müssen beispielsweise Sprachpakete innerhalb einer vorgegebenen Zeit zwischen zwei Endgeräten übertragen sein, damit durch den Nutzer die Verzögerungen durch die Übertragung nicht als negativ empfunden oder möglichst überhaupt nicht wahrgenommen werden. Ebenso müssen für eine konstante und gute Qualität der übertragenen Sprachdaten dauerhaft eine minimale Übertragungsrate und eine maximale Bitfehlerrate gewährleistet sein. Häufig sind besonders bei drahtlosen Kommunikationssystemen hohe Anforderungen hinsichtlich der Qualität eines Dienstes (Quality of Service, QoS) zu erfüllen. Deshalb enthalten viele Kommunikationsstandards bereits Ansätze zu QoS. Lediglich beispielhaft sei hier auf die beiden technischen Spezifikation des 3GPP zu QoS im UMTS-Netz, dem 3GGP TS 23.107 „Quality of Service (QoS) concept and architecture" und 3GGP TS 23.207 „End-to-end QoS concept and architecture", verwiesen. Viele weitere Kommunikationsstandards weisen ähnliche Komponenten auf.
QoS-Konzepte setzen an den unterschiedlichsten Systemebenen an und können sich auf alle Schichten des OSI(Open Systems Interconnection)-Schichtenmodells beziehen. Dabei werden verschiedene Güteparameter, wie beispielsweise die Bitrate, Fehlerraten und Verteiloptionen für bestimmte Datenpfade definiert.
Problematisch bei allen bekannten QoS-Konzepten ist die Behandlung von Geräten, die sich in einem Energiesparmodus befinden. Bei Notwendigkeit einer fortwährenden Gewährleistung einer bestimmten Dienstgüte ist ein Übergang in einen Energiesparmodus derzeit nicht möglich, da hier keine konkreten Aussagen mehr über das zeitliche Verhalten des Systems möglich sind. Dies ist insbesondere bei mobilen Endgeräten, die im Allgemeinen über sehr beschränkte Energiereserven in Form einer Batterie, eines Akkus oder einer Brennstoffzelle verfügen, in Folge des dauerhaften und teilweise unnötigen Energieverbrauchs kritisch.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art derart auszugestalten und weiterzubilden, dass eine Qualität eines Dienstes über alle wesentlichen Betriebssituationen einschließlich eines Energiesparmodus gewährleistet werden kann.
Erfindungsgemäß wird die voranstehende Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Danach ist das in Rede stehende Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu der QoS von laufenden Verbindungen die QoS für weitere Dienste, die sich auf nichtlaufenden Verbindungen und/oder den Aufbau von Verbindungen beziehen, gesteuert und überwacht werden.
In erfindungsgemäßer Weise ist zunächst erkannt worden, dass sich die bisher bekannten QoS-Konzepte auf laufende Verbindungen beziehen. Insbesondere bei mobilen Stationen in einem Energiesparmodus sind jedoch auch bei nichtlaufenden Verbindungen und/oder bei dem Aufbau von Verbindungen gewisse Mindeststandards notwendig, um eine Qualität eines Dienstes über alle Betriebssituationen hinweg zu gewährleisten. Erfindungsgemäß wurde deshalb ein QoS-Konzept entworfen, mit dem zusätzlich zu den laufenden Verbindungen auch bei nichtlaufenden Verbindungen und/oder dem Aufbau von Verbindungen eine QoS gesteuert und überwacht werden kann.
In besonders vorteilhafter Weise ist das erfindungsgemäße Verfahren nicht auf die Anwendung in einem bestimmten Netzwerk beschränkt. Lediglich beispielhaft jedoch nicht auf diese einschränkend sei auf die Anwendung des Verfahrens bei UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) und auf WLAN (Wireless Local Area Network) nach dem IEEE 802.11 Standard verwiesen.
Besonders vorteilhaft lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren bei dem Durchführen von Paging-Signalisierungen zum Auffinden einer mobilen Station oder zum Aufwecken einer mobilen Station aus dem Energiesparmodus einsetzen. Dabei könnte durch das QoS-Konzept festgelegt sein, wie viel Zeit es in Anspruch nehmen darf, eine mobile Station aus einem Energiesparmodus aufzuwecken. Ferner könnte durch Güteparameter festgelegt sein, nach welcher Zeit eine Rückäußerung einer mobilen Station auf eine Paging-Signalisierung vorliegen muss. Darüber hinaus lassen sich Mindestanforderungen festlegen, nach welcher Zeit nach einer Paging- Signalisierung eine nutzbare Verbindung zu der mobilen Station aufgebaut sein muss. Insbesondere könnte hierbei die Dauer eines Assoziierungsvorgangs einer mobilen Station mit dem drahtlosen Netzwerk erfasst sein.
Damit möglichst umfassend auf die Gegebenheiten in dem Netzwerk hinsichtlich Störungen, Verzögerungen auf dem Übertragungswerk oder dergleichen eingegangen werden kann, lassen sich die Güteparameter zwischen dem Netzwerk und den mobilen Stationen aushandeln. Bei einer sehr stark durch Störquellen beeinflussten Umgebung kann beispielsweise lediglich eine vergleichsweise schlechte Fehlerrate und eine vergleichsweise geringe Bitrate garantiert werden. Bei sehr stark frequentierten Netzen steht zudem lediglich eine begrenzte Bitrate für die einzelnen Nutzer zur Verfügung. Ebenso kann bei sehr langen Übertragungswegen oder bei einer Übertragung über sehr viele Zwischenstationen lediglich eine sehr begrenzte Reaktionszeit erreicht werden. Auf der anderen Seite sind für verschiedene Dienste gewisse Mindestanforderungen notwendig, um eine reibungslose Nutzung des Dienstes zu ermöglichen. So sollte beispielsweise für Telefonanrufe ein Paging lediglich geringe Zeit in Anspruch nehmen, während für die Übertragung einer Textnachricht größere Verzögerungen hingenommen werden. Zur möglichst guten Erfüllung aller Anforderungen unter Berücksichtigung der gegebenen Randbedingungen könnten die entsprechenden Güteparameter zwischen dem Netzwerk und den mobilen Stationen ausgehandelt werden.
Hinsichtlich einer möglichst sinnvollen Speicherung der einzelnen Güteparameter können QoS-Profile definiert sein, die jeweils mindestens einen Güteparameter eines Dienstes speichern. Dabei kann sich ein QoS-Profil auf eine bestimmte Anwendung und/oder einen bestimmten Dienst beziehen und diesem zugeordnet sein. Ein QoS-Profil kann sich beispielsweise auf eine Telefonieranwendung, auf eine Datenübertragung oder auf eine SMS-Anwendung beziehen. Je nach Anwendung sind auch entsprechend unterschiedliche Anforderungen beispielsweise hinsichtlich der Zeitvorgaben einer Paging-Signalisierung und der anschließenden Reaktion auf diese Signalisierung notwendig. Erwartet ein Nutzer einen wichtigen Telefonanruf, so sollte der Anruf möglichst schnell zu dem Nutzer vermittelt werden. Hier ist ein entsprechend schnelles Paging erwünscht. Erwartet ein Nutzer hingegen keine dringenden Anrufe, so toleriert er auch relativ große Zeitspannen für ein Paging. Vergleichbares gilt, wenn die mobile Station ein Sensorsystem umfasst und Sensordaten über das drahtlose Netzwerk versendet werden. Sollen beispielsweise lediglich aktualisierte Systeminformationen in das Sensorsystem geladen werden, würde eine relativ lange Zeit zum Aufwecken des Sensorsystems aus einem Energiesparmodus akzeptiert. Bei einer Echtzeitmessung ist hingegen eine sehr schnelle Reaktionszeit notwendig, wodurch hierbei wesentlich höhere Anforderungen gestellt werden.
Ein QoS-Profil kann zusätzlich Informationen über den Kommunikations- und/oder Ressorcen-Kontext einer mobilen Station speichern, während die Funkverbindung inaktiv ist. Dabei können Teile oder der gesamte Kontext gespeichert werden. Dazu können die Netzwerk-Assoziierung oder der UE(User Equipment)-Kontext gezählt werden. Diese Informationen sind bei einem Aufwecken der mobilen Station aus dem Energiesparmodus zur Reduzierung der Zeit bis zur erneuten Verfügbarkeit der mobilen Station notwendig.
In vorteilhafter Weise werden die QoS-Profile basierend auf die Vorgaben des Nutzers des Dienstes erstellt. So muss bei dem erwähnten Sensorsystem eine wesentlich höhere Güte des Dienstes gewährleistet sein, wenn eine Echtzeitmessung durchgeführt werden soll. Soll allerdings lediglich bei mobilen Sensorsystemen ein Durchschnittswert einer Langzeitmessung abgefragt werden, so können entsprechend längere Reaktionszeiten hingenommen werden. Diese Informationen können am einfachsten und sichersten durch entsprechende Angaben des Nutzers gewonnen werden. Damit kann beispielsweise festgelegt werden, die Einhaltung welcher Güteparameter unbedingt notwendig sind, welche Parameter wünschenswert sind oder auf welche bei Bedarf verzichtet werden könnte.
Zusätzlich können durch ein QoS-Profil weitere Informationen berücksichtigt werden. Dabei können beispielsweise die Priorität der jeweils erfüllten Aufgabe, die geforderte Antwortzeit für eine bestimmte Anwendung oder einem bestimmten Dienst oder eventuell geforderte Echtzeitanforderungen bei der Festlegung der QoS-Profile berücksichtigt werden.
Hinsichtlich eines möglichst universellen Einsatzes des Verfahrens besitzen die QoS-Profile eine definierte Gültigkeit und beziehen sich auf einen definierten Be reich des Systems. So kann sich beispielsweise ein QoS-Profil auf die Funk-Basisstation, auf den Funkzugang oder auf das Kernnetzwerk beziehen.
Je nach Betriebssituation oder der jeweiligen Notwendigkeit kann das QoS-Profil dynamisch austauschbar ausgestaltet sein. Dadurch wird es möglich, die Dienstgüte in Abhängigkeit der jeweiligen Erfordernisse des Nutzers entsprechend anzupassen. Bei dem zuvor genannten Beispiel des Telefons würde nach einem Empfang des dringenden Anrufs das QoS-Profil für ein schnelles Paging gegen ein QoS-Profil mit einer normalen Paging-Zeit ausgetauscht werden. Alternativ oder zusätzlich wäre es denkbar, das entsprechende QoS-Profil an die geänderten Notwendigkeiten anzupassen. So könnte bei dem zuvor erwähnten Beispiel der bzw. die entsprechenden Parameter abgeändert werden, so dass bei einem ankommenden Telefonanruf statt des schnellen Pagings lediglich ein Paging mit einer normalen Reaktionszeit vorgenommen wird.
Hinsichtlich einer möglichst einfachen Handhabbarkeit der QoS-Profile kann ein Standard-QoS-Profil definiert sein, das bei Bedarf temporär gegen ein anderes QoS-Profil ausgetauscht wird. So kann bei dem zuvor genannten Beispiel ein Telefon mit einem standardmäßigen Paging-Profil mit einer normalen Paging-Geschwindigkeit ausgestattet sein, das bei Bedarf gegen ein Profil für schnelleres bzw. langsameres Paging getauscht wird.
Gleichzeitig wäre es auch denkbar, dass mehrere QoS-Profile gleichzeitig aktiv sind. In diesem Fall würde jeweils der Güteparameter und/oder das Profil ausgewählt werden, durch das die höchsten Güteanforderungen definiert werden.
In vorteilhafter Weise lassen sich basierend auf die QoS-Profile QoS-Klassen definieren. Mit QoS-Klassen könnten die QoS-Profile zusammengefasst werden, die sich beispielsweise auf eine bestimmte Art von mobilen Stationen, Anwendungen, Dienste oder Nutzerprofilen beziehen. So sind beispielsweise für ein Sensorssystem andere Güteparameter wichtig als für ein Telefon. Je nach Anwendung, die auf der mobilen Station abläuft, müssen andere Voraussetzungen erfüllt sein. Für eine SMS-Anwendung gelten beispielsweise andere Parameter und Kriterien als für eine Telefonanwendung.
Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche und andererseits auf die nachfolgende Erläuterung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigt die
einzige Fig. eine schematische Darstellung der QoS-Architektur zur Unterstützung von QoS beim Paging.
Die einzige Fig. zeigt in einer schematischen Darstellung die QoS-Architektur zur Unterstützung von QoS beim Paging. Als drahtloses Netzwerk kommt hier UMTS zum Einsatz, mit dem ein mobiles Endgerät 1 über ein Funkzugriffsnetzwerk 2 mit einem Kernnetzwerk 3 verbunden ist. Das Kernnetzwerk 3 besteht aus mindestens einem Eckknoten 4 der mit einem Gateway 5 verbunden ist. Die verschiedenen Bestandteile 1, 2, 4, 5 sind durch senkrechte Balken dargestellt.
In waagrechter Richtung sind die verschiedenen unterstützten Dienste dargestellt. Deutlich ist dabei zu erkennen, dass die entsprechenden Dienste eine unterschiedliche Reichweite innerhalb des UMTS-Netzwerks aufweisen. An einer UMTS-Paging-Signalisierung sind alle vier in der Fig. dargestellten Netzwerkkomponenten 1, 2, 4, 5 beteiligt. Bei einem Funkzugriffs-Paging 7 werden lediglich das Endgerät 1, das Funkzugriffs-Netzwerk 2 und der Kernnetzwerk-Eckknoten 4 einbezogen. Im Kernnetzwerk 3 ist zusätzlich ein Kernnetzwerk-Paging 8 vorgesehen, bei dem der Kernnetzwerk-Ecknoten 4 und der Kernnetzwerk-Gateway 5 beteiligt ist. Auf unterster Ebene ist ein Funk-Paging 9 vorgesehen, an dem das Endgerät 1 und das Funkzugriffsnetzwerk 2 beteiligt sind.
Abschließend sei ganz besonders hervorgehoben, dass das zuvor rein willkürlich gewählte Ausführungsbeispiel lediglich zur Erörterung der erfindungsgemäßen Lehre dient, diese jedoch nicht auf das Ausführungsbeispiel einschränkt.

Claims

Verfahren zum Steuern und Überwachen der Qualität eines Dienstes (Quality of Service, QoS) in einem drahtlosen Netzwerk, wobei das Netzwerk mindestens eine mobile Station aufweist, und wobei einzelne Güteparameter des Dienstes definierbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu der QoS von laufenden Verbindungen die QoS für weitere Dienste, die sich auf nichtlaufenden Verbindungen und/oder den Aufbau von Verbindungen beziehen, gesteuert und überwacht werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren Dienste Paging-Signalisierungen umfassen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren Dienste Assoziierungsvorgänge zwischen mobilen Stationen oder dem Netzwerk umfassen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Güteparameter zwischen dem Netzwerk und den mobilen Stationen ausgehandelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass QoS-Profile definierbar sind, die mindestens einen Güteparameter eines Dienstes speichern.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass basierend auf die QoS-Profile QoS-Klassen definiert werden.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass QoS-Klassen bestimmten Arten von mobilen Stationen und/oder Anwendungen und/oder Nutzerprofilen zugeordnet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass QoS-Profile jeweils einer bestimmten Anwendung und/oder einem bestimmten Dienst zugeordnet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die QoS-Profile abhängig von dem jeweiligen Dienst sind, auf den sich die QoS-Profile beziehen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die QoS-Profile basierend auf den Vorgaben des Nutzers des Dienstes erstellt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein QoS-Profil eine definierte Gültigkeit besitzt und/oder sich auf einen definierten Bereich des Systems bezieht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die QoS-Profile dynamisch austauschbar und/oder anpassbar sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass für einen Dienst ein Standard-QoS-Profil definiert und aktiv ist, das temporär gegen ein anderes QoS-Profile ausgetauscht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass bei mehreren aktiven QoS-Profilen jeweils der Güteparameter und/oder das Profil ausgewählt wird, durch das die höchsten Güteanforderungen definiert sind.