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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft die Optimierung von Ressourcennutzung
in einem Paketvermittlungsnetz und insbesondere einem Paketvermittlungsnetz
eines Zellular-Telekommunikationsnetzes.
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Hintergrund
der Erfindung
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Viele
Betreiber existierender 2G-Zellular-Telekommunikationsnetze haben nun paketvermittelte
Datendienste eingeführt.
In GSM-Netzen werden diese Dienste durch die "Allgemeinen Paketfunkdienste-" bzw. "General Packet Radio
Service"- oder GPRS-Protokolle
und Systeme umgesetzt. Eine typische Netzarchitektur ist in 1 gezeigt.
Die 3G-Standards (die durch das "3rd Generation Partnership Project" erzeugt wurden) haben
das Konzept einer Medien-Ressourcenfunktion bzw. "Media Resource Function" (MRF) 1 eingeführt, die
dazu gedacht ist, als Universal-Medien-Handhabungsknoten
zu dienen und typischerweise innerhalb eines IP-Multimedia-Sub-Systems
(IMSS) 4 des Zellularnetzes angeordnet sein könnte. MRF-Knoten
können
auch in 2G-Netze eingefügt
werden, die paketvermittlungsbasierte Datendienste anbieten.
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Eine
spezifische Funktion von MRF ist das Handhaben von "Sprache über Internetprotokoll"-Konferenzrufe bzw. "Voice over IP"- oder VoIP-Konferenzrufe
einschließlich
dem Mischen und Verteilen von Benutzermedien. In einer beispielhaften
Architektur richtet Teilnehmer 3 in einem Konferenzruf
den Ruf ein unter Verwendung von "Session Initiation Protocol"- bzw. Sitzungsveranlassungsprotokoll-
oder SIP-Signalisierung, die erleichtert ist und durch das IMSS 4 geroutet
bzw. gelenkt wird. Ein SIP-Server 5, der als Bedienrufsitzungssteuerfunktion
bzw. "Serving Call
Session Control Function" (S-SCCF)
bekannt ist, routet die SIP-Signalisierung
zu und von der MRF 1, um Rufe einzurichten und zu steuern.
Sobald eine Sitzung eingerichtet ist, werden Medien zwischen der
MRF und Benutzerendgeräten
(die nachstehend als "Benutzerausrüstung" bzw. "User Equipment" oder UE bezeichnet
werden) über
das Funkzugriffsnetz bzw. "Radio
Access Network" (RAN) 6 und das
GPRS-Kernnetz 7 (speziell über die GPRS-Gateway-Unterstützungsknoten
bzw. GPRS-Gateway-Support-Nodes (GGSN) 8) geleitet. NB.
In 1 sind nur Verbindungen zwischen einem ersten
der UEs 3 und den Netzelementen detailliert gezeigt. Die
Verbindung zwischen den Netz und den anderen UEs (die durch gestrichelte
Linien identifiziert sind) deuten bloß den Austausch von Daten an
(d.h., jeweilige RAN, IMSS etc. sind weggelassen).
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Das
Echtzeit-Transportprotokoll bzw. "Real time Transport Protocol" (RTP) ist ein Internetprotokoll-Standard,
der für
Anwendungen eine Art definiert, die Echtzeitübertragung von Multimedia-Daten
zu handhaben. RTP wird bei der Bearer- oder Media-Schicht verwendet
(im Gegensatz zu der Rufsteuerschicht, die SIP oder ein anderes
Rufsteuerprotokoll verwendet) für
Internettelefonie-Anwendungen einschließlich VoIP. RTP garantiert
keine Echtzeitlieferung von Multimediadaten, da dies abhängt von
den tatsächlichen
Netzeigenschaften. RTP stellt die Funktionalität zum Handhaben der Daten bereit,
wie sie die beste Wirkung erreichen. Benutzerebenenanpassung bzw. "User Plain Adaptation" (UPA) ist die Prozedur,
die durch die MFR und eine gegebene UE verwendet wird zum Überwachen
des RTP-Verkehrs
zwischen ihnen, und zum Abstimmen der Bandbreitenbenutzung in einem
Versuch zum Bereitstellen optimaler Qualität während einer Gesprächssitzung.
UPA stellt der MRF dynamisches Neudefinieren der Gesprächs-Burst-Dauer
bereit, die eingekapselt ist in ein gegebenes RTP-Paket auf einer
gegebenen Verbindung (dieser Parameter ist als ptime bekannt) und das
verwendete Codec für
diese Verbindung (das Codec wird durch einen aus einer Zahl von
Parametern, die in einem "Modi-Satz" enthalten sind,
identifiziert). Die SIP-Nachricht
reINVITE/UPDATE wird verwendet zum Signalisieren dieser Parameter
zu der UE. Die UE kann auch diese Nachricht zu der MRF senden, um
der MRF ihre Möglichkeiten
und/oder Anforderungen zu melden.
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Die
als "Open Mobile
Alliance" bekannte
Gruppe hat eine "Push
to talk Over Cellular"-
bzw. PoC-Spezifikation entwickelt, die zum Ziel hat, das Bereitstellen
von Diensten über
Standardmobilnetze zu ermöglichen, die
sogenannten Walie-Talkie-Diensten ähneln, d.h.
beim Drücken
eines Knopfes kann ein Teilnehmer unmittelbar mit einem oder mehreren
anderen Teilnehmern verbunden werden. PoC verlässt sich auf die MRF zum Einrichten
und Handhaben von Verbindungen. Die PoC-Spezifikation beschreibt die verfügbaren Werkzeuge bzw.
Tools zum Erfassen von Paketverlust über die Verbindungen zwischen
der MRF und individuellen UEs. PoC beschreibt auch eine Vorrichtung
zum Anfordern einer Änderung
in der Bandbreitennutzung aber stellt keinen detaillierten Algorithmus
und keine Prozeduren zum Ermöglichen
hiervon bereit.
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Resümee der
Erfindung
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Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum
Optimieren der Bandbreitennutzung eines Echtzeit-Protokoll-organisierten
Verbindungstransportmediums zwischen Benutzerausrüstung (UE)
und einer Medienressourcenfunktion eines Zellulartelekommunikationsnetzes
bereitgestellt, wobei das Verfahren umfasst:
Abtasten der Rate
des Paketverlustes auf der Verbindung bei einem von der Benutzerausrüstungen
und der Medienressourcenfunktion; und
Anpassen der Senderate über die
Verbindung in Abhängigkeit
von den abgetasteten Werten.
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Die
Erfindung ist insbesondere anwendbar auf Netze, in denen die Medienressourcenfunktion
angeordnet ist zum Handhaben von Medienverteilung für Push-to-Talk-über-Zellulardienste
(PtT-über-Mobilfunk- bzw.
Zellulardienste).
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Vorzugsweise
umfasst das Verfahren das Anwenden eines gleitenden Fensters auf
die abgetasteten Werte und das Berechnen eines Durchschnitts oder
eines anderen statistisch repräsentativen
Wertes über
das Fenster. Die Senderate wird basierend auf den Änderungen
in dem Durchschnittswert mit fortschreitendem Fenster angepasst.
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Die
Mediensenderate wird allgemein verringert wenn der repräsentative
Wert zunimmt und wird allgemein erhöht, wenn der Wert abnimmt,
um die Bandbreitennutzung auf der Verbindung zu optimieren.
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Vorzugsweise
umfasst das Verfahren das Vergleichen des repräsentativen Wertes mit einer
vordefinierten akzeptierbaren Verlustrate, wobei es eine Vor-Bedingung
für das
Verringern der Senderate ist, dass die repräsentative Verlustrate die akzeptierbare
Verlustrate übersteigt.
Es ist eine Vorbedingung für
das Erhöhen der
Senderate, dass die repräsentative
Verlustrate geringer ist als die akzeptierbare Verlustrate. Eher
vorzuziehen ist, dass eine weitere Vor-Bedingung für sowohl das Erhöhen als
auch das Verringern der Senderate ist, dass eine vordefinierte Zeitdauer
verstrichen ist, seit dies Senderate über die Verbindung zum letzten
Mal angepasst worden ist. In dem Fall, dass diese Zeitdauer nicht
verstrichen ist, seit die Senderate zum letzten Mal angepasst worden
ist, wird die Senderate nicht geändert.
Die vordefinierte Zeitdauer kann für ein Erhöhen und ein Verringern der
Senderate dieselbe sein oder kann unterschiedlich sein. Eher vorzuziehen
ist, dass die vordefinierte Zeitdauer, die verwendet wird zum Bestimmen,
ob die Senderate erhöht
werden sollte oder nicht, größer ist
als die, die verwendet wird zum Bestimmen, ob die Senderate verringert
werden sollte oder nicht.
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Der
Schritt des Abtastens kann bei einem oder bei beiden von der Benutzerausrüstung und
dem Medienressourcenfunktion ausgeführt werden. Beispielsweise
kann eine UE die Rate des Paketverlustes auf der Abwärtsstreckenverbindung
bzw. dem Downlink abtasten, während
die Medienressourcenfunktion die Rate des Paketverlustes auf der
Aufwärtsstreckenverbindung
bzw. dem Uplink abtasten kann.
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Eine
Entscheidung zum Anpassen der Senderate über die Verbindung wird bei
der Medienressourcenfunktion getroffen. In dem Fall, dass der Schritt
des Abtastens durch eine UE ausgeführt wird, wird das Ergebnis
oder eine Analyse des Ergebnisses zu der Medienressourcenfunktion
gesendet, beispielsweise in einer SIP INVITE- oder UPDATE-Meldung
unter Verwendung eines neuen "ptime"-Parameters gemäß SDP (Sitzungsbeschreibungsprotokoll
bzw. Session Description Protocol).
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Medienressourcenfunktionsknoten bereitgestellt
zur Verwendung in einem Zellulartelekommunikationsnetz, wobei der
Knoten Medien, die zwischen ihm und Benutzerausrüstung über eine Echtzeit-Protokoll
organisierte Verbindung gesendet werden, behandelt und der Knoten
umfasst:
eine Vorrichtung zum Abtasten der Paketverlustrate
auf der Verbindung und/oder eine Vorrichtung zum Empfangen einer
abgetasteten Paketverlustrate von der UE; und
eine Vorrichtung
zum Veranlassen der Anpassung der Bandbreitennutzung der Verbindung
in Abhängigkeit von
der Abtastrate.
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Gemäß einem
dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Benutzerausrüstung zur
Benutzung in einem Zellulartelekommunikationsnetz bereitgestellt,
wobei die Benutzerausrüstung
mit einer Medienressourcenfunktion kommuniziert, die zwischen der
Benutzerausrüstung über eine
Echtzeit-Protokoll organisierte Verbindung gesendete Medien handhabt,
und die Benutzerausrüstung
umfasst:
eine Vorrichtung zum Abtasten der Rate von Paketverlust
auf der Verbindung; und
eine Vorrichtung zum Senden der abgetasteten
Rate oder einer Analyse dieser Rate zu der Medienressourcenfunktion.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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Es
zeigt:
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1 schematisch
die Architektur eines Zellulartelekommunikationsnetzes, das MRF-Knoten
verwendet zum Koordinieren von VoIP-Sprachkonferenzen; und
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2 ein
Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Anpassen der Bandbreitennutzung
auf einer Verbindung einer VoIP-Sprachkonferenz.
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Detaillierte
Beschreibung bestimmter Ausführungsformen
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Nun
den PoC-Dienst detailliert betrachtend, kann eine einzelne MRF Tausende
von Gesprächssitzungen
handhaben, wobei jede Sitzung unabhängig von anderen Sitzungen
ist, die durch dieselbe MRF beherbergt werden. Eine gegebene Gesprächssitzung
wird zwei oder mehr Benutzerausrüstungsgegenstände (UE) und
die zentrale MRF umfassen. Diese UEs können jeweils unterschiedliche
Fähigkeiten
haben. Gesprächs-Bursts
von einer UE werden codiert und zu der MRF gesendet (über jeweilige
GGSNs) als eines oder mehrerer RTP-Pakete, die hier einfach als "Pakete" bezeichnet werden.
Die MRF leitet die Pakete dann zu der oder jeder anderen UE weiter,
die an derselben Gesprächssitzung
teilnimmt. Die Strecke, die die Pakete von der UE zu der MRF nehmen,
wird "Uplink" bzw. Aufwärtsstreckenverbindung
genannt. Die Strecke, die Pakete von der MRF zu dem UE nehmen, wird "Downlink" bzw. Abwärtsstreckenverbindung
genannt. Die Paketverlustrate kann für jede Verbindung in der Kette
unterschiedlich sein. Insbesondere für Echtzeitanwendungen wie VoIP
ist die Qualität
der verspürten
Benutzererfahrung kritisch abhängig
von der Paketverlustrate. Eine Gesprächssitzung, die zehn UEs einbezieht,
wird zwanzig unterschiedliche Verbindungen (UE zu MRF und MRF zu
UE) einbeziehen und demnach zwanzig unterschiedliche potentielle
Schwierigkeitsbereiche.
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Wie
oben dargelegt, ist Benutzerebenen-Anpassung bzw. UPA eine Prozedur,
die zum Erfassen und dann Reduzieren von Paketverlust für die Dauer
einer Gesprächssitzung
verwendet wird. Sobald es bestimmt worden ist, dass der Grad des
Paketverlustes, der auf einer gegebenen Verbindung auftritt, ausreichend
hoch ist, um die verspürte
Dienstequalität
zu beeinträchtigen,
wird die UPA-Prozedur agieren zum Reduzieren des Paketverlustes.
Das Einzige für
die MRF und die UEs verfügbare
praktische Tool für
das Erzielen dieses Ergebnisses ist das Reduzieren der Bandbreitennutzung
auf der mit Schwierigkeiten behafteten Verbindung. Bandbreite kann
unter Verwendung eines Codecs einer höheren Kompressionsrate reduziert
werden und/oder durch Reduzieren des Transportüberhangs durch Senden größerer Pakete.
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Aufwärtsstreckenverbindungspaketverlust
bzw. Uplink-Paketverlust
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Die
MRF ist zuständig
für das
Erfassen von Paketverlust auf der Aufwärtsstreckenverbindung von jeder
UE. Einer UE wird ein Paketverlust durch die MRF gemeldet, die zu
ihr eine RTCP-Empfängermeldung bzw.
einen RTCP-Receiver-Report (RR) sendet. Ein RR stellt die Gesamtzahl
von Paketverlusten bereit seit die Gesprächssitzung begonnen hat. Der
Paketverlust über
einen gegebenen Gesprächs-Burst
kann berechnet werden durch Subtrahieren des durch die letzte Meldung
identifizierten Paketverlustes von dem in der zuletzt empfangenen
Meldung identifizierten.
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Downlink-Paketverlust
bzw. Abwärtsstreckenpaketverlust
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Die
UE ist zuständig
für das
Erfassen von Paketverlust auf dem Downlink. Die UE wird eine RR
zu der MRF senden, nachdem jeder Gesprächs-Burst auf dem Downlink
empfangen worden ist, hierdurch die MRF von irgendwelchen Paketverlusten
informierend.
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Ein
Paketempfänger
(bei der MRF oder UE) erfasst Paketverlust durch Messen von Lücken in
den RTP Abfolgezahlen, die in einem Paketstrom verwendet werden.
Sei Sh die höchste Abfolgezahl, die empfangen
wird, sei Sl die niedrigste Abfolgezahl,
die empfangen wird, und sei P die Gesamtzahl der empfangenen Pakete.
Dann ist die Anzahl der verlorenen Pakete: Verlust
= ((Sh–Sl) + 1) – P
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Da
einige Pakete dupliziert sein können,
ist es möglich,
bei einem negativen Wert für
die Anzahl der Paketverluste anzukommen. Dies ist hier nicht konsequent.
Diese einfache Formel erfordert, dass die RTP Abfolgezahl über die
Gesprächssitzung
beibehalten wird (den Übertrag
von Abfolgezahlen ermöglichend)
und nicht zu Beginn jedes Bursts neu gestartet wird.
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Über eine
Sitzung können
MRF und UE den Paketverlust erfassen. Jedoch sollte ein vereinzelter
Paketverlust keine Verbindungsanpassung veranlassen. Eher sollte
die Anpassung der Verbindung nur durch kontinuierlichen Paketverlust über viele
Abtastungen veranlasst werden. Paketverlustabtastungen werden periodisch
aufgenommen, gelegentlich die Bandbreitenanpassung veranlassend,
wenn kontinuierlicher Verlust offenbar ist.
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Eine
Abtastverlustrate wird für
jede Verbindung am Ende jedes Gesprächs-Bursts berechnet, der auf dieser
Verbindung empfangen worden ist, oder wenn eine Empfängermeldung
(RR) ankommt. Die Verlustrate für
eine einzelne Abtastung ist die Anzahl an Paketen, die seit dem
letzten Abtasten verloren sind. Die Verlustrate über einige Abtastungen ist
die Durchschnittsabtastverlustrate.
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Die
Verlustanalyseprozedur verwendet fünf Parameter:
- 1. Den abgetasteten Verlust.
- 2. Die Anzahl an Abtastungen N, die erforderlich ist, um die
Verlustrate zu berechnen. Die Verlustrate RL, wobei gilt: RL = (Ln – Ln-N+1)/N und n der zuletzt abgetastete Verlust
ist.
- 3. Die akzeptable Verlustrate. Nenne diesen Wert ARL.
- 4. Die Zeit, die zwischen Versuchen zum Durchführen von
Bandbreitenadaption verstreichen muss. Nenne diesen Wert T. Dieser
Wert kann eher als Abtastungen definiert werden denn als tatsächliche
Zeit.
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Sobald
der Knoten N Abtastwerte erlangt hat, kann er beginnen, RL zu berechnen.
Die Verlustratenberechnung schließt nur die letzten N Abtastungen
ein, wie durch das gleitende Fenster definiert, das jedes Mal um
einen Abtastwert fortschreitet, wenn eine neue Abtastung erhalten
wird. Wenn RL den Wert ARL übersteigt
und eine Zeit T seit der letzten Verbindungsanpassung vergangen
ist, dann wird eine Bandbreitenadaptionsprozedur veranlasst. Die
MRF wird mit den Werten für
N, ARL und T konfiguriert werden. Die UE kann in ähnlicher
Weise konfiguriert werden oder diese Werte können hart codiert sein.
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Wenn
einmal eine Bandbreiteneffizienz-Verbesserungsmaßnahme auf eine Verbindung
angewendet worden ist, wird gesagt, dass die Verbindung "heruntergestuft" worden ist. Verbindungen,
die in einem heruntergestuften Zustand gut arbeiten, können später hochgestuft
werden. Eine Verbindung, die zuvor heruntergestuft worden ist, wird
auch beginnen, leistungsfähig
zu arbeiten, weil die neue Bandbreitennutzung ideal für die Verbindungsbedingungen
ist, oder weil die Probleme, die Paketverlust verursacht haben,
ausgeräumt
worden sind. Demnach sollte der UPA-Prozess eine zuvor heruntergestufte
Verbindung nach einigen Perioden guter Leistungsfähigkeit
hochstufen. Es ist demnach erforderlich, eine gute Leistungsfähigkeit
und die Dauer bzw. Periode der guten Leistungsfähigkeit, die verstreichen muss
bevor ein Hochstufen versucht wird, zu definieren.
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Eine
gute Leistungsfähigkeit
bzw. Performance wird erreicht, wenn die Verlustrate niedrig bleibt
oder bei dem ARL-Wert. Diese Leistungsfähigkeit muss für eine gewisse
Periode aufrecht erhalten werden, die hier Zeit guter Leistungsfähigkeit
(GPT, vom englischsprachigen Ausdruck; good performance time) genannt
wird. Die GPT sollte größer als
T sein. Wenn die Verlustrate immer noch den ARL-Wert übersteigt,
dann wird die Performance wieder als schlecht angesehen und der
Zeitgeber bzw. Timer wird zurückgestellt.
Nur nachdem eine gute Performance für eine Periode beibehalten
worden ist, die gleich oder größer als
GPT ist, kann die Verbindung hochgestuft werden.
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Sobald
die MRF oder die UE bestimmt, dass Bandbreitenadaption erforderlich
ist, kann jede getrennt eine Bandbreitenadaptionsprozedur veranlassen.
Es ist möglich
für sowohl
UE als auch MRF, eine Bandbreitenanpassung sowohl für den Uplink
als auch für
den Downlink zu veranlassen. Dies wird durch die PoC-Spezifikation
ermöglicht.
Außerdem
ist es nicht für
sowohl die UE als auch die MRF erforderlich, Bandbreitenadaptionsprozeduren
zu veranlassen. Es wird vorgeschlagen, dass eine UE einen neuen
ptime-Wert und die Modus-Einstellung anerkennt, wenn sie irgendeine
reINVITE/UPDATE-Anforderung empfängt,
aber dass die UE nicht tatsächlich
selbst die Medienänderungen überwacht
oder durchführt,
d.h. die UE sollte nicht selbst eine Bandbreitenadaption veranlassen.
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Da
jede Verbindung an eine Gesprächssitzung "koppelt", wird der Verbindung
ein Grad bzw. eine Stufe verliehen, der/die die erteilte ptime und
die Modus-Einstellung (Codecs) bestimmt, die auf der Verbindung
verwendet werden können.
Bandbreitenadaption bezieht das Herunterstufen oder Hochstufen der
Verbindung ein und nutzt die neuen Medienattribute auf dieser Verbindung
aus.
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Das
Ablaufdiagramm der 2 zeigt das Verfahren zum adaptiven
Variieren von Bandbreitennutzung.
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Nun
wird jede der verschiedenen Komponenten detailliert betrachtet.
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Medienressourcenfunktion
(Media Resource Function)
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Uplink
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Die
MRF kann anfordern, dass eine gegeben UE versucht, weniger Bandbreite
auf dem Uplink zu verwenden, um den Paketverlust auf dieser Verbindung
zu reduzieren. Dies wird durch Senden eines reINVITE/UPDATE mit
einem SDP (Sitzungsbeschreibungsprotokoll bzw. Session Description
Protocol, RFC 2327) erreicht, was einen höheren ptime-Wert oder ein Codec
geringerer Bandbreite anfordert. Diese Anforderung wird nur zu der
UE gesendet, die auf dem problembehafteten Uplink sendet. Wenn der
momentane ptime-Wert den
Wert maxptime für
diese Verbindung erreicht und das niedrigstratige verfügbare Codec
für alle
Teilnehmer bereits verwendet wird, kann eine weitere Adaption nicht
veranlasst werden.
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Downlink
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Die
MRF kann versuchen, die Downlink-Leistungsfähigkeit in einer oder zwei
Arten zu verbessern:
- 1. Neuorganisieren der
Pakete für
diese Verbindung auf solche Weise, dass die Pakete geringere Bandbreite
erfordern. Dieses Verfahren wird Neu-Paketierung genannt.
- 2. Anfordern, dass alle anderen UEs in der Sitzung bandbreiten-effizientere
Pakete schicken. Dieses Verfahren wird "kleinster gemeinsamer Nenner" bzw. Least Common
Denominator genannt.
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Es
kann möglich
sein, diese Verfahren zu kombinieren. Beispielsweise kann Neu-Paketieren
auf einer Verbindung-zu-Verbindungsbasis
vorgenommen werden, während
Codecs niedrigerer Bandbreite von allen UEs angefordert werden.
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Lösung 1 oben
betrachtend, könnte
die MRF Pakete neu anordnen bevor sie auf dem Downlink gesendet
werden. Dies könnte
ein Transcodieren auf ein Codec effizienterer Bandbreite bedeuten,
das Verwenden größerer Pakete
mit einem geringeren Überhang
oder eine Kombination von beidem. Jedoch unter den derzeitigen Vorschlägen wird
die MRF nicht imstande sein, zu transcodieren, was nur die Option
des Bildens größerer Pakete übrig lässt. Um
größere Pakete
zu erstellen, muss die MRF auf einer Downlink-zu-Downlink-Basis
kleinere Pakete puffern bis ein Paket der erforderlichen Größe zusammengestellt
werden kann. Wenn ein Gesprächs-Burst
endet bevor genügend
Pakete gesammelt sind, werden jedwede gepufferte Pakete verwendet
zum Aufbauen des letztendlichen Paketes, welches unmittelbar an
die UE gesendet wird. Da das letzte Paket einem 400 ms-Sprach-Burst entspricht,
wird dieser Ansatz zum Puffern von nicht mehr als 300 Byte pro Downlink
führen.
Dies wird als handhabbar betrachtet.
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Die
Hauptvorteile dieses Ansatzes sind:
Die Performance bzw. Leistungsfähigkeit
der verbleibenden Downlinks leidet nicht unter einer einzigen Problemverbindung.
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Kooperation
der UEs ist nicht erforderlich.
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Signalisierung
des neuen ptime-Wertes ist nicht erforderlich.
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Der
Hauptnachteil ist:
Es ist eine höhere Komplexität in dem
MRF-Prozessor (MRFP) erforderlich zum Handhaben von Paketverarbeitung.
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Nun
wird Lösung
2. betrachtet, dieser Ansatz erfordert, dass alle UEs bandbreiteneffizientere
Pakete auf ihren Uplinks senden, um einem einzelnen problembehafteten
Downlink eine bessere Performance zu verleihen. Dieser Ansatz erfordert,
dass ein reINVITE/UPDATE durch die MRF zu jeder UE gesendet wird,
um teilnehmende UEs zu den neuen Medienwerten zu bewegen.
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Der
Hauptvorteil dieses Ansatzes ist:
Der MRFP ist nicht zuständig für das Manipulieren
von Paketen.
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Die
Hauptnachteile sind:
Alle Verbindungen in der Sitzung können längere Verzögerungen
erfahren und/oder Codecs niedrigerer Rate verwenden, um einen einzelnen
Teilnehmer unterzubringen.
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Wenn
ein UE den neuen ptime-Wert ignoriert (der im in der reINVITE/UPDATE-Nachricht
gemeldet worden ist), können
Pakete von dem UE immer noch verloren werden.
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Alle
Hochstufungs-/Herunterstufungs-Prozeduren müssen das niedrigste Attribut
aller Teilnehmer berücksichtigen,
bevor irgendeine Aktion ausgeführt
wird.
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Ein
spürbarer
Umfang an zusätzlicher
Netzsignalisierung ist jedes Mal erforderlich, wenn sich eine Verbindungsstufe ändert.
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Es
ist es wert, die Beeinträchtigung
dieser Lösungen
zu betrachten, wenn UEs zu einer eingerichteten Sitzung hinzugefügt oder
von ihr entfernt werden. Wenn der Neu-Paketierungsansatz (Lösung 1.)
für die Downlink-Adaption
verwendet wird, dann ist keine spezielle Aktion erforderlich zum
Anpassen des ptime-Wertes, wenn ein ratenbegrenzender UE eine Sitzung
verlässt
oder ihr beitritt. Wenn jedoch der Ansatz des kleinsten gemeinsamen
Nenners (Lösung
2.) verwendet wird, dann muss den verbleibenden UEs die neue ptime-Einstellung
gemeldet werden, wenn sie höher
oder niedriger ist als die derzeitige Einstellung.
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Das
adaptive Mehrratencodec (Adaptive Multi Rate codec) definiert acht
Betriebsmodi. Unterschiedliche Endgeräte haben unterschiedliche Fähigkeiten
zum Unterstützen
der unterschiedlichen Modi. Ein Endgerät ist imstande, eine Liste
von unterstützten
Modi, oder einen "Modi-Satz" zu unterstützen. Um
einen Modus zu bestimmen, der für
alle UEs in einer Sitzung akzeptabel ist, empfängt die MRF einen Modi-Satz von jeder UE
und wählt
einen Modus aus, bei dem alle Modi-Sätze sich schneiden. Unabhängig von
dem verwendeten Bandbreiten-Adaptionsansatz muss die MRF sicherstellen,
dass der Modi-Satz, der von allen UEs verwendet wird, der Schnittpunkt
aller teilnehmenden UEs ist und der dem Downlink mit der schlechtesten
Leistungsfähigkeit
oder Performance zugeordneten Modi-Satz. Dies bedeutet, dass die
Schnittpunkte der Modi-Sätze
jedes Mal neu berechnet werden müssen,
wenn eine UE der Sitzung beitritt oder sie verlässt. Wenn der Schnittpunkt
sich als ein Ergebnis ändert,
muss er an alle existierenden Teilnehmer kommuniziert werden.
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Andere
Codecs wie EVRC (bei CDMA-Endgeräten)
verwendet, verwenden nicht das Konzept des Modi-Satzes.
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Benutzerausrüstung bzw.
UE
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Uplink
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Eine
UE kann die Bandbreitennutzung auf dem Uplink durch Wechseln zu
einem Codec niedrigerer Bandbreite, durch Senden größerer Pakete
oder durch Verwenden einer Kombination von beiden Aktionen reduzieren.
Die UE braucht die Verwendung eines höheren ptime-Wertes nicht zu
signalisieren, aber sie kann keinen Wert verwenden, der niedriger
ist als der durch die MRF spezifizierte oder einen Wert der höher ist
als irgendein maxptime-Wert. Die UE braucht die Verwendung eines
Codecs niedrigerer Rate nicht zu signalisieren, aber sie kann nur
Codecs in dem durch die MRF signalisierten derzeitigen Modi-Satz
verwenden.
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Downlink
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Eine
UE kann anfordern, dass die MRF Bandbreiten-effizientere Pakete
auf dem Downlink sendet durch Senden reINVITE/UPDATE zu der MRF
mit neuen Medienparametern. Die MRF kann die Anforderung auf unterschiedliche
Weisen abhängig
davon, welchen Downlink-Bandbreitenadaptionsansatz sie verwendet, honorieren.
In dem Fall des Ansatzes des kleinsten gemeinsamen Nenners wird
die MRF eine geeignete reINVITE/UPDATE erzeugen und sie an alle
anderen teilnehmenden UEs senden, um die neue Medien-Anforderung
zu erfüllen.
Wenn die MRF den Neupaketierungsansatz verwendet, wird sie die Anforderung
durch Puffern von mehr kommenden Paketen und Senden größerer Pakete
auf dem Downlink honorieren.
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Es
ist nützlich,
das Konzept einer Verbindungs-"Stufe" bzw. eines Verbindungs-"Grades" (link grade) einzuführen zur Verwendung
beim Handhaben des Hochstufens und Herunterstufens von Verbindungen.
Beispielsweise kann man Verbindungen gemäß einer Skala von 1 bis 8 abstufen,
wobei 8 die Stufe für
die perfekte Verbindung ist und 1 die Stufe für die schlechteste Verbindung.
Dies bedeutet, dass eine Verbindung bis zu einem Maximum von 7 Mal
heruntergestuft werden könnte.
Jede Verbindungsstufe bildet einen spezifischen ptime-Wert und Modi-Satz
(einschließlich
Codec) ab, die auf der Verbindung verwendet werden können. Die spezifischen Änderungen
bei jeder Stufe können
konfigurierbar sein.
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Tabelle
1 unten zeigt ein Beispiel, wie die Modi-Sätze und die ptime-Werte festgelegt
werden könnten für jede der
Verbindungsstufen, wobei die gezeigten Modi-Sätze Modus 0 und 1 für das AMR-Codec
einschließen.
In der Tabelle geben Spalten 3 und 4 für jede Stufe die Bandbreite
in kbps (Kilobit pro Sekunden) an, die erforderlich sein wird zum
Unterstützen
des Modus 0 und des Modus 1.
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Wenn
eine neue UE zu einer Sitzung hinzugefügt wird, spezifiziert diese
UE (in der SDP INVITE-Nachricht) Medienparameter, die ihrem Verständnis von
ihren Downlink-Fähigkeiten
entsprechen. Der durch die UE spezifizierte Modi-Satz repräsentiert alle Modi, die sie
unterstützen
kann und demnach wird die MRF immer den Schnittpunkt des anfangs
durch die UE angebotenen Modi-Satzes und des basierend auf der Verbindungsstufe
ausgewählten
Modi-Satzes nehmen. Die MRF sollte der Verbindung einer Anfangsstufe
basierend auf dem angebotenen ptime-Wert zuordnen. Verbindungshochstufen
oder -herunterstufen beginnt von der Anfangsstufe aus.
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Die
MRF muss aktualisiert werden, um Benutzerebenenadaption (User Plane
Adaption) durchzuführen.
Die reINVITE/UPDATE-Signalisierung
wird bereits in dem MRFC unterstützt
und demnach sind keine Änderungen
erforderlich. Alle Änderungen
werden in dem MRFP, wie im folgenden Abschnitt beschrieben, vorgenommen.
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Technischer
Grundriss
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Medienressourcen-Funktionsprozessor
(Media Resource Function Processor)
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Konfigurationsparameter
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Einige
neue MRFP-Konfigurationsparameter müssen bereitgestellt werden
und über
die Betriebs- und Wartungsschnittstelle konfiguriert werden. Das "VirtualPD POT" sollte aktualisiert
werden, um diese neuen Werte zu enthalten.
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Implementierungsvorschlag: Füge das Folgende
hinzu:
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Performance- bzw. Leistungsfähigkeitsmessungen
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Um
die Qualität
des Netzes und die Effizienz der der UPA-Prozedur und Konfiguration zu beurteilen, sollten
neue Performancemessungen erzeugt werden.
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Implementierungsvorschlag:
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Ein
Zähler
sollte jedes Mal um einen Schritt weitergeführt werden, wenn eine Verbindung
heruntergestuft wird und Bandbreitenadaptionsprozeduren veranlasst
werden.
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Ein
Zähler
sollte jedes Mal um einen Schritt weitergeführt werden, wenn eine Verbindung
hochgestuft wird und Bandbreitenadaptionsprozeduren veranlasst werden.
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Die
Durchschnittsverlustrate für
alle Verbindungen sollte periodisch gemeldet werden, vielleicht
am Schluss einer Sitzung.
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Die
durchschnittliche Verbindungsstufe für alle Verbindungen sollte
periodisch gemeldet werden, vielleicht am Ende einer Sitzung.
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Modi-Satz
Koordinierung
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Der
durch jede UE in dem SDP bereitgestellte oder beantwortete Modi-Satz
muss gespeichert werden und verwendet werden, wenn Angebote an andere
UEs gegeben werden, die einer Sitzung beitreten. Die MRF sollte
sicherstellen, dass der allen UE angebotene Modi-Satz den Schnittpunkt
der Modi-Sätze
repräsentiert, die
von den derzeitigen UEs unterstützt
werden.
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Implementierungsvorschlag:
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Wenn
ein jeweiliger Teilnehmer beitritt, wird sein jeweiliges SDP den
Modi-Satz einschließen,
den seine UE unterstützt.
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Dieser
Satz ist eine Reihe von Zahlen von 0 bis 7. der Satz sollte in eine
Bitmap umgewandelt werden, beispielsweise:
Modi-Satz: 0,1,2,7
wird 10000111
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Das
MRFP speichert diese Bitmap mit Daten bezüglich jedes Teilnehmers (PdMember
class).
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Das
MRFP bewahrt eine Aufzeichnung des derzeit bei der Sitzung verwendeten
Modi-Satzes, der auch als eine Bitmap gespeichert wird. Dieser Modi-Satz
beginnt als 11111111 für
eine neue leere Sitzung.
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Wenn
ein Teilnehmer beitritt, wird der Modi-Satz dieses Teilnehmers UND-verknüpft mit
dem derzeitigen Modi-Satz. Das Ergebnis wird im Antwort-SDP verwendet.
Wenn das Ergebnis 0 ist, muss die UE zurückgewiesen werden und der derzeitige
Satz wird nicht geändert.
Wenn der derzeitige Satz geändert
wird als ein Ergebnis des Akzeptierens dieses neuen Teilnehmers,
dann müssen
neue SDPs erzeugt werden und allen derzeitigen Teilnehmern angeboten
werden.
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Wenn
ein UE in der Sitzung existiert, wird der derzeitige Modi-Satz für die Sitzung
durch Iteration durch die Liste verbleibender Teilnehmer, und durch
Und-Verknüpfen
ihrer Modi-Sätze
neu berechnet. Der resultierende Modi-Satz wird der derzeitige Satz.
Wenn er sich von dem Modi-Satz unterscheidet, der verwendet worden
ist bevor die UE die Sitzung verlassen hat, muss ein neues SDP erzeugt
werden und allen verbleibenden Teilnehmern angeboten werden.
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Der
derzeitige Modi-Satz für
die Sitzung kann UND-verknüpft
werden mit dem durch die Benutzerebenen-Anpassungsprozeduren bzw.
User Plane Adaptionsprozeduren bedingten erforderlichen Satz. Wenn
er sich als Ergebnis ändert,
muss ein neues SDP erzeugt werden und allen Teilnehmern angeboten
werden.
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Paketverlustanalyse
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Implementierungsvorschlag:
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Ein
Verlustratenwert muss für
jede Verbindung berechnet werden entweder am Ende jedes empfangenen
Bursts oder wenn ein RR empfangen wird.
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Dieser
Momentanwert für
jede Verbindung wird in der PdMember Class gespeichert. Jede neue
Berechnung muss der implementierten Bandbreitenadaptionsprozedur
gemeldet werden.
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Bandbreitenadaption-Neupaketierung
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Implementierungsvorschlag:
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Jede
PdMember Class wird eine Instanz der Bandbreitenadaptionsklasse
haben.
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Alle
Pakete, die durch ein PdMember verarbeitet werden, werden zur Bandbreitenadaptionsklasse weitergeleitet.
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Die
Bandbreitenadaptionsklasse hat vorangehende Pakete gepuffert; sie
will das Paket in seinen internen Puffer hinzufügen. Wenn der Puffer die minimal
erforderliche Größe erreicht
hat, wird es gesendet.
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Die
Bandbreitenadaptionsklasse muss gemeldet werden, wenn die Untergrenze
freigegeben wird. Jedwede gepufferten Daten werden unmittelbar auf
diese Meldung gesendet.
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Wenn
ein neues Paket für
den Downlink ankommt, das kleiner ist als ein minimal zulässiges;
und der Puffer leer ist, dann wird das Paket in dem Puffer angeordnet.
Wenn das Paket größer als
oder gleich der minimalen Größe ist,
dann wird es unmittelbar gesendet.
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Der
PdMember wird den Bandbreitenanpasser jedes Mal informieren, wenn
ein neuer Verlustratenwert berechnet wird. Der Bandbreitenanpasser
wird unter Verwendung der konfigurierten Werte für T, ARL, N und GPT bestimmen,
ob die betreffende Verbindung hochgestuft werden sollte oder heruntergestuft
werden sollte aus ihrer derzeitigen Position.
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Wenn
der Grad eines Downlinks geändert
wird, dann wird eine neue minimale Puffergröße berechnet.
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Wenn
der Grad eines Uplink geändert
wird, dann wird ein neues SDP berechnet und auf dieser Verbindung
gesendet.
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Bandbreitenadaption – Kleinster
gemeinsamer Nenner
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Implementierungsvorschlag:
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Eine
Sitzungsebenen-Bandbreitenmanagerklasse wird erzeugt, um die derzeitigen
Sitzungsebenen-Medium-Einstellungen nachzuverfolgen und neue SDP-Angebote
zu erzeugen, wenn erforderlich.
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Eine
Bandbreitenanpasserklasse wird für
jeden PdMember zum Nachverfolgen der derzeitigen Verbindungsstufe
instanziiert.
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Der
PdMember wird den Bandbreitenanpasser jedes Mal informieren, wenn
ein neuer Verlustratenwert berechnet wird. Der Bandbreitenanpasser
wird unter Verwendung der konfigurierten Werte für T, ARL, N und GPT bestimmen,
wenn die betreffende Verbindung hochgestuft werden sollte oder heruntergestuft
werden sollte aus ihrer derzeitigen Position.
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Wenn
ein Downlink hochgestuft wird und die alte Stufe der Verbindung
dieselbe war wie die der Sitzung, dann wird der Bandbreitenmanager
die anderen Downlinks begutachten und den Sitzungsstufenwert festlegen,
damit er den am niedrigsten eingestuften Downlink repräsentiert.
Wenn dieser neue Wert eine Änderung
vom vorangehenden Wert darstellt, wird ein neues SDP-Angebot zusammengestellt
und an alle verbleibenden UEs gesendet. Wenn ein Downlink heruntergestuft
wird und der neue Wert niedriger ist als der Sitzungswert, dann
wird der Bandbreitenmanager den neuen Sitzungswert bemerken und
erzeugt ein neues SDP-Angebot an alle anderen Sitzungsmitglieder.
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Wenn
die Stufe eines Uplinks geändert
wird und die neuen Werte dieselben sind oder höher sind als die derzeitigen
Sitzungswerte, dann wird ein neues SDP erzeugt und an die UE gesendet.
Wenn eine UE eine Sitzung verlässt
und der Downlink dieser UE auf derselben Stufe war wie die Sitzung,
dann wird der Bandbreitenmanager die Stufen aller verbleibenden
Downlinks betrachten und die Sitzungspegelwerte festlegen, so dass
sie den am niedrigsten eingestuften Downlink repräsentieren.
Wenn dieser neue Wert eine Änderung
darstellt vom vorangehenden Wert, dann wird ein neues SDP-Angebot
zusammengestellt und an alle verbleibenden UEs gesendet.
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Wenn
eine UE der Sitzung beitritt und die Anfangswerte für den Downlink
für diese
UE niedriger sind als die derzeitigen Sitzungswerte, dann werden
der Sitzung die neuen Werte zugewiesen und ein neues SDP-Angebot
wird erzeugt und an alle anderen UEs in der Sitzung gesendet.
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Ein
Optimierung sollte vorgesehen sein derart, dass wenn viele UEs in
einer kurzen Zeit einer Sitzung beitreten oder sie verlassen, die
Anzahl von erzeugten SDP-Angeboten reduziert wird. Jedes Mal, wenn
neue Medienwerte für
ein SDP berechnet werden, sollten diese Werte in einem anhängigen Puffer
angeordnet werden und nach einigen Sekunden sollte das SDP erzeugt
werden. Diese Werte können
einige Male überschrieben
werden, wenn jeder Teilnehmer beitritt oder austritt, so dass wenn
der Timer bzw. Zeitgeber abläuft,
das erzeugte SDP einen "stabilen" Parametersatz repräsentiert.
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Verbindungseinstufung
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Implementierungsvorschlag:
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Ein
Verfahren des Auswählens
eines Modi-Satzes und von ptime-Werten
für jede
Verbindung basierend auf einer Verbundstufe sollte eingerichtet
werden.
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Jede
PdMember-Klasse (PdMember class) wird eine Instanz der Bandbreitenanpasserklasse
(Bandwidth Adapter class) haben. Die Bandbreitenadapaterklasse wird
zwei ganzzahlige Werte beibehalten, die die Stufen für den Uplink
und den Downlink repräsentieren.
Eine statische Tabelle, die durch die Stufe der Verbindung indiziert
ist, wird eine Modi-Satz Bitmap und einen ptime-Wert zurückgeben.
die Anfangsstufen für
einen Downlink werden durch Finden des nächsten ptime-Wertes zugewiesen,
der mit den angebotenen Werten übereinstimmt.
Der Uplink wird angenommen als bestmögliche Stufe. Die Stufentabelle
wird ähnlich
der von Tabelle 1 sein.
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Diese
Tabelle kann basierend auf der minimalen ptime- bzw. minptime-Konfigurationseinstellung
und der maximalen ptime- bzw.
maxptime-Konfigurationseinstellung und der Stufenschritteinstellung
berechnet werden.
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Medien-Neuverhandlung
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Implementierungsvorschlag:
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Das
MRFP sollte neue SDP-Angebote während
einer Sitzung annehmen. Das ferne Ende kann den Modi-Satz ändern, wenn
es eine abweichende ptime akzeptiert oder anfordert. Andere Änderungen
sollten dazu führen,
dass das Angebot zurückgewiesen
wird. (Optional könnten
wird, wenn die Zeit es zulässt,
eine neue Adresse und einen neuen Port akzeptieren).
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ZUSAMMENFASSUNG:
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OPTIMIERUNG DER RESSOURCENNUTZUNG
IN EINEM PAKETVERMITTLUNGSNETZ
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Ein
Verfahren zum Optimieren der Bandbreitennutzung einer Echtzeitprotokoll-
bzw. RTP-organisierten Verbindung, die Medien zwischen Benutzerausrüstung (UE)
und einer Medienressourcenfunktion (W) eines Zellulartelekommunikationsnetzes
transportiert. Das Verfahren umfasst das Abtasten der Rate von Paketverlust
auf der Verbindung bei einem von der Benutzerausrüstung und
dem Medienressourcenfunktion, und das Anpassen der Senderate über die
Verbindung in Abhängigkeit
von den abgetasteten Werten.
