DE60003915T2 - Priorisierung und flusssteuerung von datenpaketen für einen spreizspektrummehrbenutzerkanal - Google Patents

Priorisierung und flusssteuerung von datenpaketen für einen spreizspektrummehrbenutzerkanal Download PDF

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Description

  • HINTERGRUND
  • Die Erfindung betrifft allgemein Kanäle, die von mehreren Teilnehmern in einem Funk-Spreizspektrumsystem im Codemultiplex-Vielfachzugriff verwendet werden. Insbesondere betrifft die Erfindung ein System und ein Verfahren zum Priorisieren und Steuern des Datenflusses für zentrale und gemeinsame Kanäle in einem Spreizspektrumsystem.
  • 1 veranschaulicht ein vereinfachtes Funk-Spreizspektrumkommunikationssystem 18 im Codemultiplex-Vielfachzugriff (CDMA). Ein Knoten b 26 im System 18 kommuniziert mit zugeordneten Teilnehmergeräten 20–24 (UE). Der Knoten b 26 hat eine einzelne Standortsteuerung (SC), die entweder einer einzelnen (gemäß 1) oder mehreren Basisstationen 28 zugeordnet ist. Eine Knotengruppe bs 26, 32, 34 ist mit einer Funknetzsteuerung (RNC) 36 verbunden. Zum Kommunikationstransfer zwischen RNCs 36–40 wird eine Schnittstelle zwischen den RNCs (IUR) 42 genutzt. Jede RNC 36–40 ist mit einer Funkvermittlungsstelle (MSC) 44 verbunden, die ihrerseits mit dem Kernnetz 46 verbunden ist.
  • Um im System 18 zu kommunizieren, werden zahlreiche Arten von Kommunikationskanälen verwendet, z. B. dedizierte (dedicated), gemeinsame (shared) und zentrale (common). Dedizierte Kanäle transferieren Daten zwischen einem Knoten b 26 und einem speziellen UE 20–24. Zentrale und gemeinsame Kanäle werden von mehreren UEs 20–24 oder Teilnehmern verwendet. Alle diese Kanäle übertragen vielfältige Daten, u. a. Verkehrs-, Steuer- und Zeichengabedaten.
  • Da gemeinsame und zentrale Kanäle Daten für unterschiedliche Teilnehmer übertragen, werden Daten unter Verwendung von Protokolldateneinheiten (PDUs) oder Paketen gesendet. Um gemäß 2 den Datenfluß von verschiedenartigen Quellen 48– 52 in einen Kanal 56 zu regulieren, wird eine Steuerung 54 verwendet.
  • Ein zentraler Kanal, der zur Übertragung von Daten zu den UEs 20–24 dient, ist der zentrale Vorwärtszugriffskanal (forward access common channel – FACH) 58. Gemäß 3 entspringt der FACH 58 in einer RNC 36 und wird zu einem Knoten b 28–34 zur Funkübertragung als Spreizspektrumsignal zu den UEs 20–24 gesendet. Der FACH 58 überträgt mehrere Datenarten von verschiedenen Quellen, z. B. zentraler Steuerkanal (CCCH), dedizierter Steuer- und Verkehrskanal (DCCH und DTCH) sowie eine Steuerzeichengabe im gemeinsamen Auf- und Abwärtsstreckenkanal (DSCH und USCH). Ferner überträgt der FACH 58 die Außerbandsteuerzeichengabe, z. B. automatische Hybrid-Wiederholungsanforderung (H-ARQ), und ähnliche Daten, die über die IUR 62 von anderen RNCs 38–40 übertragen werden, z. B. CCCH-, DCCH-, DTCH- und H-RRQ-Steuerdaten.
  • Verschiedene Steuerungen werden von der RNC 36 verwendet, um den Datenfluß zu steuern. Eine Funkstreckensteuerung (RLC) 64 verwaltet den CCCH. Die dedizierte Mediumzugriffssteuerung (MAC-d) 66 verwaltet den DCCH, den DTCH und einen Teil der H-ARQ-Außerbandzeichengabe. Die gemeinsame Mediumzugriffssteuerung (MAC-sh) 68 verwaltet den DSCH, die USCH-Steuerzeichengabe und die H-ARQ-Außerbandsteuerzeichengabe. Der FACH 58 wird durch die zentrale Mediumzugriffssteuerung (MAC-c) 60 gesteuert.
  • Infolge der mehreren Datenquellen 48-52, die über einen zentralen oder gemeinsamen Kanal übertragen werden können, reihen die Kanalsteuerungen 54 die Daten vor Übertragung in eine Warteschlange ein. Entsteht ein großer Stau in der Warteschlange, entwickeln Daten in der Warteschlange eine Wartezeit bzw. Latenz. Eine große Latenz bestimmter Daten, z. B. Steuerdaten, führt zum Ausfall eines Kanals. Zur Milderung dieses Problems wurde im Stand der Technik die Warteschlange geräumt, um Überlastung zu reduzieren, oder die Daten wurden umgeleitet. Das Räumen der Warteschlange führt zum Datenverlust und erfordert eine erneute Übertragung, was nicht erwünscht ist. Das Umleiten von Daten, die bereits in eine Warteschlange eingereiht sind, erzeugt eine Datenduplizierung innerhalb des Systems und löst die bestehende Überlastung nicht auf.
  • Die WO 96/08935 offenbart einen Priorisierungsansatz für ein GSM-System. Unterschiedliche Arten von Paketen erhalten Priorität zur Übertragung über einen zentralen Kanal. Die Datenpakete werden auf der Grundlage ihrer Priorität über den zentralen Kanal gesendet.
  • Die US-A-5802310 offenbart ein System zur Datenwarteschlangensteuerung in einem Kommunikationsnetz. Daten werden zu einer Warteschlange für einen Kanal transferiert. Die Warteschlange wird deaktiviert, wenn die Menge von Warteschlangendaten größer als der erste Grenzwert ist, und die Warteschlange wird aktiviert, wenn die Menge von Warteschlangendaten kleiner als ein zweiter Schwellwert ist. Folglich ist erwünscht, die Latenz von Daten für gemeinsame und zentrale Kanäle ohne die Probleme im Zusammenhang mit dem Stand der Technik zu reduzieren.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Erfindungsgemäß werden ein Verfahren, ein System und eine Steuerung gemäß der Festlegung in den beigefügten Ansprüchen bereitgestellt.
  • Paketdaten von mehreren Quellen werden in einer Steuerung empfangen, die dem Mehrteilnehmerkanal zugeordnet ist. Jedes Paket der Paketdaten wird teilweise auf der Grundlage der Umleitbarkeit einer Klasse von Datenarten priorisiert. Jedes Paket wird zur Übertragung über den Mehrteilnehmerkanal teilweise auf der Grundlage der Priorisierung eingeordnet.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine vereinfachte Darstellung eines Funk-Spreizspektrumkommunikationssystems. 2 ist eine Darstellung von Daten, die in einen zentralen oder gemeinsamen Kanal fließen.
  • 3 ist eine Darstellung von Daten, die in einen FACH-Kanal innerhalb einer RNC fließen.
  • 4 ist eine Darstellung eines Priorisierungsansatzes.
  • 5 ist ein Priorisierungsansatz zur Verwendung mit einem FACH-Kanal.
  • 6 zeigt einen Reservierungsmechanismus, der mit einem zentralen oder gemeinsamen Kanal verwendet wird.
  • 7 zeigt Datenquellenfenster, die mit einem zentralen oder gemeinsamen Kanal verwendet werden.
  • NÄHERE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Eine Datenpriorisierung 70 dient zur Reduzierung der Datenlatenz in einer Mehrteilnehmerkanalsteuerung 54 gemäß 4. Für einen speziellen zentralen oder gemeinsamen Kanal müssen bestimmte Daten auf diesem Kanal übertragen werden und sind darstellungsgemäß "obligatorisch" 88. Andere Daten werden vorzugsweise auf diesem speziellen Kanal gesendet, können aber zu einem weiteren Kanal umgeleitet werden, z. B. einem dedizierten Kanal. Diese Daten werden als "Best effort" 90 bezeichnet. Da "obligatorische" Daten 88 nicht umleitbar sind, haben sie Priorität gegenüber "Best-effort-" Daten 90.
  • Die Art der Daten innerhalb eines Pakets, z. B. Steuer- 96, Zeichengabe- 98 und Verkehrsdaten 100 wird ebenfalls zur Priorisierung verwendet. Zur Realisierung der Priorisierung der Datenart werden Steuer- 96 und Zeichengabe- 98 Datenpakete von Verkehrsdatenpaketen 100 getrennt. Ein Weg zur Trennung der Pakete ist das Gruppieren ähnlicher Datenartpakete vor Empfang in der Steuerung 54. Alternativ werden durch jeden Kanal gesendete Pakete vor Empfang durch die Steuerung 54 mit einem Flag oder einer Kennung als Angabe der Datenart der Pakete versehen.
  • Da eine längere Verzögerung beim Transfer von Steuer- 96 oder Zeichengabe- 98 Daten zu einem eingefrorenen Kanal führt, erhalten Steuer- 96 und Zeichengabe- 98 Daten eine höhere Priorität als Verkehrsdaten 100. Außerdem haben mehreren Teilnehmern zugeordnete Daten, zentrale oder gemeinsame 92, eine höhere Priorität als Daten für einen einzelnen Teilnehmer, dedizierte 94. Normalerweise ist der Datenpriorisierungsansatz in der Software der Steuerung des Mehrteilnehmerkanals gespeichert.
  • Im Verlauf hoher Überlastungsperioden werden Daten auf der Grundlage ihrer Priorität 70 zu anderen Kanälen umgelei tet. Beispielsweise werden dedizierte Best-effort-Verkehrsdaten umgeleitet und obligatorische zentrale Steuerdaten nicht. Durch Umleiten von Daten vor Einreihen in eine Warteschlange sind keine erneuten Übertragungen erforderlich. Somit ist die Menge von Warteschlangendaten reduziert, was zu geringerer Datenlatenz führt. Da die umgeleiteten Daten außerdem nie in eine Warteschlange eingereiht werden, ist die im Stand der Technik auftretende Duplizierung von Daten beseitigt.
  • Ein Priorisierungsansatz 72 zur Verwendung mit einem FACH 58 ist in 5 gezeigt. Da der DSCH, die H-ARQ der MAC-sh obligatorische gemeinsame Steuerdaten haben, haben sie die höchste Priorität "höchste". Obwohl die H-ARQ der MAC-d obligatorische Steuerdaten hat, erhält sie aufgrund ihrer Dedizierung eine etwas niedrigere Priorität "hoch". Der CCCH und DCCH werden zur Zeichengabe verwendet und haben die nächste Prioritätsstufe "mittel". Die niedrigste Prioritätsstufe erhält der DTCH, da er dedizierte Best-effort-Verkehrsdaten hat.
  • Zur Erleichterung dieses Prioritätsansatzes 72 für den FACH 58 sind Modifizierungen an der RNC 36 erforderlich. Gemäß 3 steuert die MAC-d 66 des Stands der Technik den DCCH, DTCH und die H-ARQ der MAC-d. Gemäß 5 hat jede dieser Quellen eine unterschiedliche Priorität. Da diese Daten vor Priorisierung in der MAC-d 66 gemultiplext werden, wird der Multiplexer der MAC-d 66 zur MAC-c 60 verschoben, um Priorisierung in der MAC-c 60 zu ermöglichen. Alternativ kann die MAC-d 66 die Priorität und Klasse (obligatorisch oder Best effort), z. B. durch ein Flag oder eine Kennung, jedes Pakets der gemultiplexten Daten zur Priorisierung in der MACc 60 senden. Die durch die RLC 64 und die MAC-sh 68 gesteuerten Daten haben gleiche Priorität, weshalb beide keiner Modifizierung bedürfen. Unter Verwendung der gespeicherten Prioritätenliste werden die Daten von den verschiedenen Quellen zur Übertragung eingeordnet und im Verlauf hoher Überlastungsperioden umgeleitet.
  • Eine weitere Technik zum Reduzieren der Datenlatenz, die mit Priorisierung kombiniert werden kann, besteht darin, den Datenfluß zwischen den verschiedenen Steuerungen zu steuern. Gemäß 6 wird ein Einordnungsmechanismus 74 verwendet, um die in den zentralen oder gemeinsamen Kanal 56 eintretenden Daten zu regulieren. Der Einordnungsmechanismus 74 verfolgt den Datenstau in der Warteschlange der Steuerung. Erkennt der Mechanismus 74 Überlastung und die Tatsache, daß die Daten nicht in einer bestimmten Zeitperiode übertragen werden, begrenzt ein Zugriff auf den Kanal 56 den Datenfluß von den einzelnen Datenquellen. Die einzelnen Quellen erkennen die Notwendigkeit, Daten umzuleiten oder keine Übertragung zu versuchen. Unter Verwendung eines Flußsteuermechanismus mit einem FACH, einer MAC und einer RLC (Schicht 2) wird die Zeichengabelatenz verringert und damit die Effizienz erhöht.
  • Um die Monopolisierung des zentralen oder gemeinsamen Kanals 56 durch eine Datenquelle 48–52 zu verhindern, können variable Fenster 76–86 gemäß 7 verwendet werden. Jede Datenquelle 48–52 hat ein Fenster oder mehrere Fenster 76–86 rückständiger Daten in der Warteschlange, für die sie die Erlaubnis besitzt. Die Größe des Fensters 76 beruht auf den Anforderungen der spezifischen Quelle. Als Reaktion auf die Verfügbarkeit der Warteschlange wird das Fenster 76 dynamisch angepaßt. Mit zunehmender Verfügbarkeit des Kanals steigt die Größe des Fensters, was die Anzahl rückständiger Pakete erhöht. Mit abnehmender Verfügbarkeit verkleinert sich umgekehrt die Größe des Fensters, was die Anzahl rückständiger Pakete verringert. Als Ergebnis des verkleinerten Fensters leiten die Datenquellen Pakete entweder um oder stoppen ihr Senden zu den Fenstern.

Claims (14)

  1. Verfahren zum Priorisieren von Paketdaten zum Übertragen über einen Mehrbenutzerkanal (58) in einem Funk-Spread-Spectrum-Codemultiplex-Vielfachzugriff-Kommunikationssystem, wobei ein Controller (54), der mit dem Mehrbenutzerkanal (56) verbunden ist, Paketdaten von einer Vielzahl von Quellen (48, 50, 52) empfängt und jedes Paket der Paketdaten priorisiert, und jedes der Pakete zum Senden über den Mehrbenutzerkanal (86) teilweise auf Basis der Priorisierung (70) auflistet, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass: das Priorisieren (70) jedes Paketes der Paketdaten auf der teilweisen Umleitbarkeit einer Klasse von Datentypen jedes Paketes beruht, wobei die Klassen mit wenigstens umleitbaren Typen von Paketen Priorität gegenüber Klassen mit mehr umleitbaren Typen von Pakten haben.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, des Weiteren dadurch gekennzeichnet, dass die Priorisierung (70) teilweise auf einer Hierarchie von Steuerpaketen (96), Signalisierungspaketen (98) und Verkehrspaketen (100) beruht.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, des Weiteren dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerpakete (96) Priorität gegenüber den Signalisierungspaketen (98) haben, die Priorität gegenüber den Verkehrspaketen (100) haben.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, des Weiteren dadurch gekennzeichnet, dass die Priorisierung (70) teilweise auf einer Hierarchie gemeinschaftlicher (common), geteilter (shared) Pakete (92) und zugewiesener (dedicated) Pakete (94) beruht.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, des Weiteren dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinschaftlichen und die geteilten Pakete (92) Priorität gegenüber den zugewiesenen Paketen (94) haben.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, des Weiteren dadurch gekennzeichnet, dass die Klassen von Paketdaten eine Steuer-Klasse (96) ohne Umleitbarkeit, eine Signalisierungs-Klasse (98) mit einer bestimmten Umleitbarkeit und eine Verkehrs-Klasse (100) mit vollständiger Umleitbarkeit umfassen.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, des Weiteren dadurch gekennzeichnet, dass jede Klasse (96, 98, 100) eine Unterhierarchie hat, die auf einer Anzahl von Benutzern beruht, die mit dem Paket verbunden sind.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, des Weiteren dadurch gekennzeichnet, dass die Unterhierarchie gemeinschaftliche und geteilte Pakete (92) umfasst, die Priorität gegenüber zugewiesenen Paketen (94) haben.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Mehrbenutzerkanal (56) ein geteilter Kanal ist.
  10. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Mehrbenutzerkanal (56) ein gemeinschaftlicher Kanal ist.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei der gemeinschaftliche Kanal ein Forward-Access-Steuerkanal (68) ist.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, des Weiteren dadurch gekennzeichnet, dass die Pakete nach höchster, hoher, mittlerer oder niedrigster Priorität priorisiert (72) werden, wobei die höchste Priorität Downlink-Teilungs-Kanalsteuer-, Uplink-Teilungs-Kanalsteuer- und Teilhybrid-ARQ-Steuerpakete aufweist, die hohe Priorität Zuweisungs-Hybrid-ARQ-Steuerpakete aufweist, die mittlere Priorität Gemeinschafts-Steuerkanal- und Zuweisungs-ARQ-Steuerkanal-Pakete aufweist und die niedrigste Priorität Zuweisungs-Verkehrskanal-Pakete aufweist.
  13. Funk-Spread-Spectrum-Kommunikationssystem mit einem Radionetwork-Controller (36, 38, 40), der die Kommunikation einer Vielzahl von Kommunikationsknoten (30, 32, 34) steuert, wobei jeder Knoten (30, 32, 34) Kommunikation für eine Vielzahl von Benutzergeräten (20, 22, 24) unterstützt und das System umfasst: die Vielzahl von Kommunikationsknoten (30, 32, 34); die Vielzahl von Benutzergeräten (20, 22, 24), die aufweisen: Einrichtungen (20, 22, 24) zum Empfangen von Paketdaten, die über einen Mehrbenutzerkanal Übertragen werden; und den Radionetwork-Controller (36, 38, 40), der aufweist einen Controller (54), der mit dem Mehrbenutzerkanal verbunden ist und einen Eingang aufweist, der so konfiguriert ist, dass er Paketdaten von der Vielzahl von Kommunikationsknoten empfängt; wobei der Radionetwork-Controiler (36, 38, 40) des Weiteren aufweist: eine Einrichtung zum Priorisieren (70) jedes Paketes der Paketdaten; und eine Einrichtung zum Auflisten (74) jedes der Pakete zum Senden über den Mehrbenutzerkanal (56) teilweise auf Basis der Priorisierung (70), wobei das System dadurch gekennzeichnet ist, dass das Priorisieren teilweise auf der Umleitbarkeit einer Klasse von Datentypen jedes der Pakete basiert, wobei die Klassen mit wenigstens umleitbaren Typen von Paketen, Priorität gegenüber Klassen mit mehr umleitbaren Typen von Paketen haben.
  14. Controller (54) zum Priorisieren von Paketdaten zur Übertragung über einen Mehrbenutzerkanal in einem Funk-Spread-Spectrum-Codemultiplex-Vielfachzugriff-Kommunikationssystem, wobei der Controller (54) umfasst: einen Eingang, der so konfiguriert ist, dass er Paketdaten von einer Vielzahl von Quellen empfängt; und einen Ausgang, der selektiv die empfangenen Paketdaten zum Senden über den Mehrbenutzerkanal teilweise auf Basis einer Priorisierungsliste (70) ausgibt; wobei der Controller (54) dadurch gekennzeichnet ist, dass: die Priorisierungsliste (70) jedes Paket der Paketdaten teilweise auf Basis der Umleitbarkeit einer Klasse von Datentypen jedes der Pakete priorisiert, wobei die Klassen mit wenigstens umleitbaren Typen von Paketen Priorität gegenüber Klassen mit mehr umleitbaren Typen von Paketen haben.
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