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Zentral gesteuertes, stochastisches Mehrfachzugriffsverfah-
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ren für dynamische Endgeratekonfigurationen, insbesondere für Mobilkommunikationssysteme
Die vorliegende Erfindung betrifft ein zentral gesteuertes, stochastisches Mehrfachzugrifsverfahren
für dynamische Endgerätekonfigurationen, insbesondere für Mobilkommun-ikationssysteme.
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Sind zwischen einer zentralen Einrichtung, beispielsweise einer zentralen
Station, nämlich einem Funkkonzentrator FUKO, und Teilnehmerstationen eines Mobilfunk-Kommunikationssystems,
die zeitlich und örtlich keiner festen Konfiguration unterliegen, organisatorische
Information betreftende Daten auszutauschen, so kann-dies in aller Regel über Nutzkanäle
und/oder einen oder mehrere -separate Steuerkreise erfolgen. Dabei kann es auf-grund
von selbsttätigen von den Teilnehmern eines derartigen Systems initiierten Zugriffen
auf zentrale Einrichtungen zu Zugriffskollisionen kommen.
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Bekannte Verfahren sehen vor, daß für die von den Mobilteilnehmergeräten
initiierten Zugriffe feste Kanäle, nämlich Steuerkanäle oder Organisationskanäle,
in Richtung zentrale Einrichtung verwendet werden und daß im Falle einer Zugriffskollision,
die sich beispielsweise durch das Ausbleiben eines Quittungssignals dokumentiert,
weitere Zugriffe gegenüber dem Basiszyklus des betreffenden Systems eine zusätzliche,
stochastisch bestimmte zeitliche Verzögerung
erfahren.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Zugriffsverfahren
der genannten Art zu schaffen, das die zur Verfügung stehenden Zugriffskapazitäten
optimal nutzt, um die Kollisionenhäufigkeit zu .vermindern und um die zeitfiliche
Verzögerung bis zu einem fehlerfreien Zugriff zu mlnlmieten.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch ein zentral
gesteuertes, stochastisches Mehrfachzugriffsverfahren gemäß dem Oberbegriff des
Patentanspruchs 1 gelöst, das durch die in dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs
1 angegebenen Merkmale charakterisiert ist.
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Der Vorteil des erfindungsgemäßen Zugriffsverfahrens liegt einerseits
darin begründet, daß von der zentralen Einrichtung, auf die zugegriffen werden soll,
aus initiierte Prozeduren in Steuer- und/oder Organisationskreisen ungestört abgewickelt
werden können und andererseits für die von den Mobilteilnehmergeräten initiierten
Zugriffe im Kollisionsfall weitere Zugriffsversuche gleichzeitig unternommen werden
können, da der stochastische Zugriff von mehreren Teilnehmerstationen auf n Zugriffskanäle
kollisionsmäßig äquivalent mit einer zusätzlichen stochastischen Verzögerung von
0 bis (n-l) Zugriffsintervallen bei weiteren Zugriffsversuchen ist.
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Durch die Unsymmetrie bei der Datenübertragung (vornehmlich zu einem
Mobilfunkteilnehmer) sind in Richtung zu einem Funkkonzentrator FUKO die freien
Kapazitäten größer. Ferner können die Quittungen für die Datenübertragung direkt
beim Zugriff gesendet werden (2 Zyklen !), was die Organisation entlastet.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die in den
Unteransprüchen angegebenen Merkmale gekennzeichnet.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer, Ausfuhrungsbeispiele
für die Erfindung betreffender Figuren im einzelnen erläutert.
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Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung des e-rfindungsgemäßen
Zugriffsverfahrens.
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Fig. 2 zeigt schematisch eine Blockdarstellung für einen Sendezyklus
in einem Steuerkanal.
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Fig. 3 ze-igt ein Diagramm für Belegungs- oder Zugriffsversuche und
den Zeitbedarf als Funktion der Anzahl der Belegungs- oder Zugriffsversuche.
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Wie bereits erläutert, zeigt Fig. 1 eine schematische Darstellung
des erfindungsgemäßen Zugriffsverfahrens. Für dieses Zugriffsverfahren ist vorgesehen,
daß für die von den Mobilteilnehmern initiierten, d. h. nicht von der zentralen
Einrichtung aus steuerbaren Zugriffe zusätzlich freie Nutzkanäle in Richtung zentrale
Einrichtung verwendet werden, wobei diese Nutzkanäle jeweils nur für einen oder
mehrere Zyklen vergeben werden. Diese "Zugriffskanäle" werden von der zentralen
Einrichtung über einen oder mehrere feste Kanäle, nämlich Steuerkanäle un-d/oder
Organisationskanäle, bekanntgegeben.
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Fig. 1 zeigt mehrere Informationsblöcke, die nach einem bevorzugten
Ausführungsbeispie.l für die Erfindung in einem statischen Steuerkreis.STK (STAT)
bzw. in dynamischen "Zugriffskanälen" ZK (DYN) übertragen werden. Im oberen Teil
der Figur ist ein Informationsblock gezeigt der in der Ubertragungsrichtung Funkkonzentrator
FUKO zu einem Teilnehmer TLN allgemeine Information ALLG. INF. über freie Kanäle
(Zugriffskanäle FR. KAN. (ZK) und selektive Information SEL. INF., nämlich betreffend
Aufrufe AUFR, Quittungen QUITT usw. beinhaltet. Ein in umgekehrter Richtung, nämlich
in Richtung von dem Teilnehmer TLN zu dem Funkkonzen.trator
FUKO,
zu übertragender Informationsblock enthält als Reaktion auf eine selektive Information
REAKT Antworten ANTW, Quittungen QUITT usw.. Erfindungsgemäß können derartige Informationsblöcke
REAKT jedoch auch, wie dies Fig. 1 zu entnehmen ist, anstatt über den statischen
Steuerkreis STK (STAT) über einen der als dynamische "Zugriffskanäle" ZK (DYN) wirkenden
Nutzkanäle in Richtung von dem Teilnehmer TLN zu dem Funkkonzentrator FUKO übertragen
werden.
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Im folgenden werden zur Verdeutlichung der Vorteile des Erfindungsgegenstandes
mehrere Berechnungsbeispiele vorgestellt.
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Beispiel 1: "Sprachinterpolation" Voraussetzungen: 1) Auf je QO Kanälen
werden zwischen dem Funkkonzentrator FUKO und Mobilfunkteilnehmern TLN gleichzeitig
bis zu 120 Sprech- oder Datenübertragungsverbindungen mittels "Sprachinterpolation"
abgewickelt; 2) für diese bis zu 120 Verbindungen steht ein statischer Steuerkreis
STK (StAT) mit einer Übertragungsrate von 16 000 bit/s zur Verfügung; 3) jeder Kanal
hat eine feste, ihm zugeteilte Kennung mit l2bfi;t; jeder Verbindung ist ebenfalls
eine Kennung mit 8 biçt iugeordnet; 4) im Mittel werden pro Verbindung bis zu 40%
der Verbindungszeit für Sprachoder Datenübertragung in einem Kanal benötigt; 5)
eine Sprachphrase + Pause bzw. ein Datenabschnitt dau-
ert im Mittel
2 s.
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Folgerungen: a) Von den 60 Kanälen werden im Mittel nur bis zu 120
x 0.4 = 48 Kanäle glei-chzeitig benötigt, d. h. bis zu 12 Kanäle sind im Mittel
frei (durch- die Unsymmetrie bei, der Datenübertragung - vornehmlich zum Mobilfunkteilnehmer
-sind in Richtung Funkkonzentrator FUKO die freien Kapazitäten größer, und ferner
können die Quittungen für die Datenübertragung direkt beim Zugriff gesendet werden
(2 Zyklen. !), was die Organistion entlastet; b) auf die Kanäle wird in der Sekunde
im Mittel bis zu 48 : 2 = 24mal zugegriffen.
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Betriebsmodus: In dem Steuerkanal werden in einem Sendezyklus von
4.5 ms drei Funkkanalkennungen freier Funkkanäle in Richtung Funkkonzentrator FUKO
angeboten sowie eine Verbindungskennung und eine Funkkanalkennung gesendet. Die
beiden letzten Kennungen stellen entweder die Aufforderung dar, in dem Funkkanal
zu senden (Quittung für eine Belegung) oder den entsprechenden Funkkanal zu empfangen.
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Fig. 2 zeigt, wie bereits erwähnt, schematisch eine Blockdarstellung
für einen Sendezykl u s in, einem Steuerkan-al. In dieser Figur sind ein Synchronisierungsabschnitt
SYN, mehrere Meldungsabschnitte für einen freien Kanal FR. KAN., mehrere informationsfreie
Abschnitte F, ein Informationsabschnitt für eine- Verbindungsnummer oder -kennung
VERB. und ein Informations.abschnitt für einen belegten Kanal BEL.
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KAN. enthalten. Es ergibt sich folgende Zeitbilanz: 0-ter Zyklus (Synchronisation)
0.5 .. . 5.0 ms l-ter Zyklus (Block empfangen) 4.5 ms
2-ter Zyklus
(Kanalbelegung) 4.5 ms 3-ter Zyklus (Quittung empfangen) 4;5 ms 14 ... 18.5 ms Wird
die Kanal belegung nicht quittiert, so erfolgt anschließend eine erneute Kanal belegung:
4-ter Zyklus (Kanalbelegung) 4.5 ms 5-ter Zyklus (Quittung -empfangen) 4.5 ms 23
... 27.5 ms Die Belegungszeit des betreffenden Kanals für n Zugriffsver-.
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suche beträgt demnach (0.5' ... 5 + (2n + 1) x 4.5) ms oder (5 ...
9.5 + n x 9) ms.
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Da ein freier Kanal, der belegt wurde, erst im übernächsten Zyklus
quittiert wird, darf dieser nicht direkt zweimal hintereinander angeboten werden,.d.
d. h. es müssen mindestens (bei voller Funktionsfähigkeit des Systems). sechs freie
Kanäle zur Verfügung stehen. Das entspricht jedoch im Mittel höchstens 50% der freien
Kapazitäten, so daß leichte Schwankungen ausgeglichen werden können. Durch die Unsymmetrie.bei
der Datenübertragung (vornehmlich zum .Mobilfunkteilnehmer) sind in Richtung Funkkonzentrator
FUKO die freien Kapazitäten größer. Ferner können die Quittungen für die Datenübertragung
direkt beim Zugriff gesendet werden (2 Zyklen !), was die Organisation entlastet.
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Kollisionswahrscheinlichkeit: Die Z-ugriffshäufigkeit auf'einen Belegungszyklus
beträgt 0.108. Daraus resultiert eine Kollisionswahrscheinlichkeit von ca. 0.006
für das Intervall. Bei zwei oder drei gleichzeitigen Zugriffen ergibt sic.h insgesamt
eine Kollisionswahrscheinlichkeit von ca. 0.002 -für den ersten Zugriffsversuch.
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Bei einem weiteren synchronen Zugriff beträgt die weitere Kollisionswahrscheinlichkeit
1/3.
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Speichert man'die Sprache für eine Zeit von 20 ms; bevor sie ausgesendet
wird, so gehen bei einem zweiten-Zugriffsversuch zwischen 3.0 u. 7.5 ms Sprache
verloren,-was kaum wahrnehmbar ist. Erst ab dem dritten Zugriffsversuch liegt eine
merkliche Beeinträchtigung der Sprachqualität vor.
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Da bei einer Kollision keine Quittung gesendet wird, kann zusätzlich
noch ein vierter Kanal angeboten werden, sofern kein Anruf für einen Empfangskanal
vorliegt. Dadurch verringert sich zusätzlich die Wahrscheinlichkeit einer wiederholten
Kollision bei mehreren Zugriffsversuchen.
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Fig. 3 zeigt, wie bereits erwäh.nt, ein Diagramm für Belegungs- oder
Zugriffsversuche und den Zeitbedarf t als Funk-' tion der Anzahl z der Belegungs-
oderZugriffsversuche. Die sich ergebende Funktionsgerade ist, wie dies schematisch
durch Klammern angedeutet ist, mit einer statistisch bedingten Streuung STR behaftet.
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Beispiel 2: Organisationskreis Voraussetzungen: I) Blqcklänge für
Funkblöcke = i28 bit 2) Kanalkennungslänge = 12 bit 3) Übe.rtragungsgeschwindigkeit:
16 000 bit/s Folgerung: Es sind 125 Zyklen/s mit einer Zykluslänge von 8 ms erforderl
ich.
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Betriebsmodus: In dem Organisationskanal zum Teilnehmer TLN werden
in einem Zyklus vier freie Kanäle (48 bit) + Synchronisationszeiten je 16 bit (=
64 bit) und ein Funkübertragungsblock gesendet, d. h. eine Zykluslänge beträgt 192
bit bzw. 12 ms.
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Daraus ergeben sich 83 1/3 Zyklen pro Sekunde bzw. 333 1/3 Zugriffsmöglichkeiten
pro Sekunde. Die Zugriffskapazität erhöht sich damit um ca. 200% - abhängig von
dem Verhältnis "Rufhäufigkeit/Meldehäufigkeit".
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In dem Organisationskanal zu dem Funkkonzentrator FUKO werden nur
Quittungen gesendet bzw. lokale Prozeduren zwischen dem Funkkonzentrator FUKO und
dem Teilnehmer TLN zum Verbindungsaufbau abgewickelt. Die angebotenen Kanäle werden
hierbei nicht benutzt.
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3 Patentansprüche 3 Figuren