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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines zellularen Mobilfunknetzes,
bei dem im Überlastfall
bestimmte aktuell genutzte Ressourcen des Mobilfunknetzes auszulösen sind,
um für
höher priorisierte Anwendungen
zur Verfügung
zu stehen, wobei Ressourcen von mehreren Anwendungen gleichzeitig
nutzbar sein können.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft somit ein Verfahren zur Selektion
von belegten Netzressourcen, welche ausgelöst werden müssen, um höher priorisierte Anrufe in
einem zellularen Mobilfunksystem, beispielsweise nach GERAN, UTRAN,
E-UTRAN, cdma2000, UMB, WiMAX, etc Standard, zu ermöglichen.
Derartige Szenarien treten üblicherweise
in Überlastsituation
auf.
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Ein
Auslösen
von belegten Netzressourcen ist immer dann nötig, wenn die verfügbaren freien
Netzressourcen nicht mehr ausreichen, um neue höher priorisierte Anrufe zu
ermöglichen.
Höher priorisierte
Anrufe sind z. B. Sprachanrufe oder Streaming Anrufe, welche im
allgemeinen als Echtzeitanwendungen oder Realtime Services bezeichnet
werden. Im Gegensatz zu den Realtime Services werden nieder priorisierte
Anrufe als non real time Service bezeichnet. Hierunter fallen insbesondere
Anwendungen wie Internet Browsing oder E-Mail senden/empfangen.
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Der
aktuelle Stand der Technik berücksichtigt
bei der Auswahl der auszulösenden
Ressourcen lediglich Ressourcen, welche durch einzelne User belegt
sind. In heutigen Mobilfunksystemen werden jedoch auch Ressourcen
von mehreren Anwendungen bzw. Usern (Nutzern) gleichzeitig verwendet,
so genannte geteilte oder shared Ressourcen. Prominentes Beispiel
einer shared Ressource ist die Baseband Ressource einer NodeB, welche
für HSDPA
Kanäle
verwendet wird. HSDPA belegt im NodeB Baseband eine bestimmte Ressource
entsprechend der maximalen HSDPA Bandbreite. Die Anzahl der User
welche die Bandbreite teilen ist unabhängig von den belegten Ressourcen.
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Die
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der Eingangs genannten
Art derart weiterzubilden, welches die erwähnten Nachteile überwindet
und insbesondere einen Selektionsalgorithmus zur Selektion einer auszulösenden Ressource
zu definieren, welcher auch shared Ressourcen in Betracht zieht
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch das Verfahren gemäß Anspruch
1 und das Mobilfunksystem gemäß Anspruch
5 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Besonders
vorteilhaft bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb eines
zellularen Mobilfunknetzes, bei dem im Überlastfall bestimmte aktuell
genutzte Ressourcen des Mobilfunknetzes auszulösen sind, um für höher priorisierte
Anwendungen zur Verfügung
zu stehen, wobei Ressourcen von mehreren Anwendungen gleichzeitig
nutzbar sein können,
ist es, dass eine Selektion der auszulösende Ressource erfolgt, wobei für alle in
Betracht kommenden Ressourcen ein Effizienzfaktor ermittelt wird
und die Ressource mit dem niedrigsten Effizienzfaktor ausgelöst wird.
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Besonders
vorteilhaft bei dem erfindungsgemäßen Mobilfunksystem umfassend
ein zellulares Mobilfunknetz, bei dem im Überlastfall bestimmte aktuell
genutzte Ressourcen des Mobilfunknetzes auslösbar sind, um für höher priorisierte
Anwendungen zur Verfügung
stehen zu können,
wobei Ressourcen von mehreren Anwendungen gleichzeitig nutzbar sein
können,
ist es, dass das Mobilfunksystem eine Steuereinheit aufweist, die
derart eingerichtet ist, eine Selektion der auszulösende Ressource
durchzuführen,
indem für
alle in Betracht kommenden Ressourcen ein Effizienzfaktor ermittelt
wird und die Ressource mit dem niedrigsten Effizienzfaktor ausgelöst wird.
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Der
Begriff Ressource kann jede denkbare Ressource in einem Mobilfunknetz
betreffen, z. B. Sendestations-Baseband Verarbeitungskapazität, Luftschnittstellenkapazität, Leitungskapazität, oder
anderes. Der Begriff der Ressource umfasst somit jegliche Netzinfrastruktur
oder Kapazität
des Mobilfunknetzes oder des Mobilfunksystems.
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Mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren
wird durch das Auslösen
bestimmter Teile oder Ressourcen der Netzinfrastruktur, um diese
für höher priorisierte
Anwendungen und/oder Anrufe zur Verfügung zu stellen, der spürbare Eingriff
oder die spürbaren
Folgen eines Auslösen
minimiert, indem das Auslösen
von Ressourcen in Abhängigkeit
des Effizienzfaktors, der zuvor anhand von Parametern bestimmt wird,
erfolgt.
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Die
Grundidee der Erfindung ist es somit, die Ressource auszulösen, bei
der die Anzahl der betroffenen Anwendungen bzw. Teilnehmer minimiert
und gleichzeitig die Größe der auszulösenden Ressource
maximiert wird.
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Durch
die Reduzierung der Anzahl der betroffenen Anwendungen bzw. Teilnehmer
wird die Kundenauswirkung reduziert. Durch die Maximierung der Ressourcengröße wird
die Anzahl der Auslösungen
von Ressourcen reduziert. Dies wird dadurch erzielt, dass mit einem
Auslösevorgang
die freie Ressource maximiert wird und dadurch freie Ressourcen
für zukünftige neue
Anrufaufbauten verfügbar
werden.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
zur Selektion von auszulösenden
Ressourcen im Überlastfall in
einem zellularen Mobilfunksystem, bei dem Ressourcen von mehreren
Benutzern gleichzeitig verwendet werden können, wird für alle in
Betracht kommenden Ressourcen ein Effizienzfaktor berechnet, unabhängig davon,
ob die Ressourcen von einzelnen oder mehren Teilnehmer verwendet
werden, und die Ressource mit dem niedrigsten Effizienzfaktor wird
ausgelöst.
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Der
Begriff des Auslösens
meint insbesondere die Beendigung einer aktuellen Anwendung beispielsweise
durch Unterbrechung und Beendigung einer bestehenden Funkverbindung
zu einer Sendeeinrichtung des Mobilfunknetzes, sodass die Ressource,
also beispielsweise ein Funkkanal oder Netzinfrastruktur beliebiger
Art, für
eine andere Anwendung, die eine höhere Priorität hat, zur
Verfügung
steht und für
diese höher
eingestufte Anwendung eine Verbindung unter Verwendung der zuvor
ausgelösten
Netzinfrastruktur aufgebaut werden kann.
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Mit
Auslösen
ist somit Trennen, Auftrennen, Freimachen, Unterbrechen, d. h. das
Lösen einer
Verbindung, Abkoppeln oder dergleichen gemeint, d. h. dass die ausgewählte Ressource
für andere
Anwendungen, Kommunikationsverbindungen oder dergleichen nutzbar
gemacht wird.
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Besonders
vorteilhaft bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und System ist,
dass insbesondere die nachfolgenden Anforderungen erfüllt werden:
- – Höher priorisierte
Anrufe oder Anwendungen lösen
aktive nieder priorisierte Anrufe oder Anwendungen im Fall einer
Lastsituation aus.
- – Der
Selektionsalgorithmus berücksichtigt
shared und non shared Ressourcen.
- – Der
Selektionsalgorithmus berücksichtigt
nicht die Art des Transportkanals (z. B. HSDPA, HSUPA, etc.).
- – Auslösen von
belegten Ressourcen bedeutet Auswirkungen auf aktuelle Anwendungen
und damit auf Kunden. Deshalb soll der Selektionsalgorithmus die
Auswirkung auf die Anwendungen und Kunden reduzieren.
- – Auslösen von
Ressourcen ist ein aufwendiger, da zeitkritischer Prozess. Deshalb
sollte der Selektionsalgorithmus die Anzahl der Ressourcen Auslösungen minimieren.
- – Der
Selektionsalgorithmus soll für
alle Arten von höher
priorisierten Anrufen und/oder Anwendungen möglich sein (z. B. Sprachanrufe
oder Streaming Anwendungen)
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Der
erfindungsgemäße Selektionsalgorithmus
kann insbesondere folgende Eingangskriterien verwenden:
- – Anrufspriorität
Dieses
Kriterium stellt sicher, dass niedrigst priorisierte Anrufe zuerst
als Ziel der Auslösung
selektiert werden.
- – Anzahl
der betroffenen Teilnehmer welche eine mögliche auszulösende Ressource
aktuell verwenden.
Dieses Kriterium stellt sicher, dass die
Kundenauswirkungen minimiert werden.
- – Größe der auszulösenden Ressource.
Dieses
Kriterium stellt sicher, dass die Anzahl der Auslösungen minimiert
werden.
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Vorzugsweise
wird der Effizienzfaktor einer Ressource des Netzes in Abhängigkeit
der Anzahl der die Ressource aktuell nutzenden Anwendungen berechnet,
insbesondere als Quotient aus Anzahl der Anwendungen durch Kapazität der Ressource,
sodass die absolute Zahl der Anwendungen maximiert wird.
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Das
bedeutet, dass der Effizienzfaktor basierend auf der Anzahl der
auszulösenden
User (Nutzer) bzw. Anwendungen und der durch diese User (Nutzer)
bzw. Anwendungen belegten Ressource berechnet wird, und dadurch
die Systemkapazität
in Bezug auf Anwendungen, d. h. User (Nutzer) maximiert.
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In
einer alternativen Ausgestaltung wird der Effizienzfaktor in Abhängigkeit
der Datenrate der die Ressource aktuell nutzenden Anwendungen berechnet,
insbesondere als Quotient aus Datenrate der Anwendungen durch Kapazität der Ressource,
sodass die absolute Datenrate maximiert wird.
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Das
bedeutet, dass der Effizienzfaktor basierend auf der aktuellen Datenrate
der auszulösenden
Anwendungen bzw. User (Nutzer) und der durch diese Anwendungen bzw.
User (Nutzer) belegten Ressource berechnet wird, und dadurch die
Systemkapazität
in Bezug auf Datenrate maximiert wird.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung wird die Priorität der aktuell die Ressource
nutzenden Anwendungen berücksichtigt,
insbesondere erfolgt eine Berechnung des Effizienzfaktors und gegebenenfalls
eine Auslösung
nur jener Ressourcen, deren aktuelle nutzende Anwendungen die niedrigsten
priorisierten Anwendungen sind. D. h., dass insbesondere als Zusatzinformation
die Priorität
der auszulösenden
Anwendungen oder Teilnehmer berücksichtigt
wird und der Effizienzfaktor nur für die niedrigsten priorisierten
Anwendungen oder Teilnehmer berechnet wird.
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Der
vorgeschlagen Algorithmus sieht im Detail folgendermaßen aus:
Kann
ein neuer Anruf im Überlastfall
aufgrund ungenügender
freier Ressourcen nicht aufgebaut werden, so wird für jede mögliche aktuell
belegte Ressource, welche ausreichen würde, den neuen Anruf auszuführen, ein Effizienzfaktor
berechnet. Weiterhin werden nur jene Ressourcen berücksichtigt,
denen momentan Anrufe der aktuell niedrigsten Priorität zugewiesen
sind. Die Ressource mit dem niedrigsten Effizienzfaktor wird zur
Auslösung
ausgewählt.
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Am
Beispiel der Sendestation Baseband Verarbeitungskapazität ist der
Effizienzfaktor folgendermaßen
definiert. Dabei ist CE (Channel Element) ein Maß für die Sendestation Baseband
Verarbeitungskapazität.
- i:
- Nummer des Ressourceblocks,
welcher ausgelöst
werden könnte
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Die
Effizienzfaktor der Ressource „i” ist also
gleich dem Quotienten aus der Anzahl der momentan die Ressource „i” nutzenden
Anwendungen bzw. Nutzer durch die Anzahl der durch die Ressource „i” zur Verfügung gestellten
Kapazität
in Form der jeweiligen CE (Channel Element).
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Für das Beispiel
Sendestation Baseband Verarbeitungskapazität ist die Resource_Efficiency
für einen AMR
Anruf 1. Ein Teilnehmer verwendet ausschließlich 1 CE. Bei shared Resources
wie z. B. HSDPA verwenden mehrere Teilnehmer einen Ressourcenblock
(z. B. 3 Teilnehmer verwenden 30 CE → Ressource Efficiency = 10%;
bzw. 1 Teilnehmer verwendet 30 CE → Ressource Efficiency = 3,3%)
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Der
Selektionsalgorithmus vergleicht alle Ressource Effizienzfaktoren
von Ressourcen, welche durch Anwendungen bzw. Teilnehmer mit niedrigster
Ressource verwendet werden und wählt
die Ressource mit dem niedrigsten Wert als Ziel für die Auslösung aus.
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Der
Ressource Efficiency Faktor wird für alle Ressourceblöcke berechnet,
welche für
den neuen Anruf verwendet werden können. Benötigt der neue Anruf z. B. eine
Kapazität
von 10 CE, so wird für
alle Ressourceblöcke
von 10 CE der Effizienzfaktor berechnet. Beziehungsweise im Falle
dass bereits freie Ressourcen verfügbar sind, wird nur für die zusätzlich benötigten Ressourcen
der Effizienzfaktor berechnet.
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Ein
derartiges Beispiel ist in 1 dargestellt.
Es soll ein hoch priorisierter Anruf, der eine Kapazität von 10
Funkkanalelementen CE (Channel Element) benötigt, aufgebaut werden. Dargestellt
in 1 ist schematisch die aktuelle NodeB Ressource
Belegung.
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Nur
Ressource_Efficiency [1], [2] und [3] sind zu berechnen, da nur
diese Ressource Blöcke
genügend Ressourcen
für den
neuen Anruf, der 10 CE benötigt,
zur Verfügung
stellen.
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Ein
möglicher
Nachteil des oben beschriebenen Algorithmus ist, dass die Anzahl
der betroffenen Anwendungen bzw. Teilnehmer, welche in einem Schritt
ausgelöst
werden, nicht minimal ist. Da jedoch die Anzahl der Auslösungen minimiert
wird, werden zukünftige
Auslösungen
vermieden und dadurch die Anzahl der betroffenen Anwendungen und
Kunden minimiert.
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2 zeigt
ein Ablaufdiagramm und eine Übersicht
des einer Ausführungsform
des Selektionsalgorithmus mit den Verfahrensschritte A bis F.
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Im
ersten Schritt A werden die für
höher priorisierte
Anwendungen aktuell benötigten
Ressourcen ermittelt und es wird daraus die Quantität bzw. Kapazität der auszulösenden Ressourcen
berechnet, indem von den benötigten
Ressourcen die Quantität
bzw. Kapazität
aktuelle freien Ressourcen subtrahiert wird.
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Im
zweiten Schritt B erfolgt eine Gruppierung der aktuell belegten
Ressourcen entsprechend ihrer Priorität.
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Im
dritten Schritt C werden die Ressourcen mit der niedrigsten Priorität als Ziel
für Auslösung ausgewählt. Im
Fall, dass die Ressourcen der niedrigsten Priorität nicht
ausreichen um die Quantität
der aktuell benötigten
Ressourcen zu liefern, werden zusätzlich Ressourcen der nächst höheren Priorität als Ziel
der Auslösung
gewählt.
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Im
dritten Schritt C werden aus der Liste der Ressourcen, welche ausgelöst werden
können,
ermittelt in Schritt C, mögliche
Gruppierungen gebildet, welche die Quantität der benötigten Ressource für die höher priorisierte
Anwendung erreichen.
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Im
Schritt E wird für
jede in Schritt C ermittelte Ressource Gruppierung die individuelle
Effizienz in Form des jeweiligen Effizienzfaktors berechnet.
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Im
letzten Verfahrensschritt F wird jene Ressource ausgewählt, die
den niedrigsten Effizienzfaktor aufweist. Diese Ressource wird dementsprechend
für eine
Auslösung
ausgewählt.
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Der
oben beschriebene Algorithmus maximiert die Ressourcen Effizienz
in Bezug auf die Anzahl der momentanen Anwendungen bzw. User. D.
h. die Anzahl der User im System wird maximiert. Durch eine Adaption
des Algorithmus kann anstelle der Anzahl der Anwendungen/User auch
die Systemkapazität
maximiert werden. Für
diesen Anwendungsfall wird anstelle der Anzahl der Anwendungen bzw.
User die Userdatenrate in Betracht gezogen.
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Die
Datenrate, welche durch die User erzeugt werden die eine bestimmte
Ressource verwenden wird in Bezug gesetzt zur belegten Ressource.
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Bei
dieser Vorgehensweise steht die Effizienz der Ressource „i” in Abhängigkeit
der Datenrate, d. h. sie entspricht dem Quotienten aus Summe des
Datendurchsatzes aller n Anwendungen, die momentan die Ressource
i nutzen, geteilt durch die zugeteilten bzw. genutzten Funknetzelemente
multipliziert mit der Kapazität
pro Element.
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Beispiel 1:
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Sendestation
hat keine freien Kapazitäten,
d. h. keine freien CEs AMR Anruf mit 1 CE soll neu aufgebaut werden,
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Bestehende Anrufe:
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- [1] 1 X 16 Kbps Rel99 (1 CE),
- [2] 1X 384 Rel99 (12 CE) und
- [3] 1 HSUPA Teilnehmer (30 CE)
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1
CE muss freigegeben werden; Ressource efficiency für 1 CE muss
berechnet werden:
- Ressource efficiency [1] 16 kbps R99 =
1
- Ressource efficiency [2] 384 kbps R99 = 1/12 = 8,3%
- Ressource efficiency [3] HSUPA = 1/30 = 3,33%
- → Ressource
[3] HSUPA Ressource wird ausgelöst.
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Beispiel 2:
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NodeB
hat 2 freie CE Streaming Anruf mit 4 CE soll aufgebaut werden
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Bestehende Anrufe:
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- [1] 4 X 16 Kbps Rel99 (4 CE),
- [2] 1X 384 Rel99 (12 CE) und
- [3] 3 HSUPA (30 CE):
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2
CE müssen
ausgelöst
werden; Ressource efficiency für
2 CE ist zu berechnen:
- Ressource efficiency [1] 2 X 16 kbps
= 2/2 = 1
- Ressource efficiency [2] 384 kbps = 1/12 = 8,3%
- Ressource efficiency [3] HSUPA = 3/30 = 10%
- → Ressource
[2] 384 wird ausgelöst
