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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Konfigurieren einer
Datenübertragungsschnittstelle
in einem Kommunikationsnetzwerk, das ein Übertragungsprotokoll zur Übertragung
von Daten in Einheiten gruppierter Daten einsetzt.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Üblicherweise
umfasst ein Kommunikationsnetzwerk ein Kernnetzwerk, das unabhängig von
der verwendeten bzw. Anschlusstechnik ist und im Netzwerk auftretende „verwaltungstechnische" Themen abwickelt,
ebenso wie ein Zugangsnetzwerk. Das Zugangsnetzwerk ist dafür zuständig, es
Endgeräten
zu ermöglichen,
auf das Kommunikationsnetzwerk zuzugreifen, um über das Netzwerk mit anderen
Endgeräten
zu kommunizieren. Das Zugangsnetzwerk ist abhängig von der zum Herstellen
von Verbindungen mit Endgeräten
verwendeten Technik (z.B. drahtlose oder nicht-drahtlose Verbindung).
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Einzig
zu Erklärungszwecken
richtet sich die vorliegende Beschreibung auf ein drahtloses Zugangsnetzwerk,
das allgemein als Funkzugangsnetzwerk (RAN: „Radio Access Network") bezeichnet wird,
da es Endgeräten
ermöglicht, über eine
Luftschnittstelle auf das Netzwerk zuzugreifen. Daher meint das
Funkzugangsnetzwerk RAN, wie es in der vorliegenden Beschreibung
bezeichnet wird, ein sogenanntes RAN der Dritten Generation (3GRAN), das
den vom „3rd Generation Partnership Project" (3GPP) ausgearbeiteten
Standards entspricht.
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Nichtsdestotrotz
ist es bestimmungsgemäß, dass
die bei der vorliegenden Erfindung dargelegten Prinzipien in ihrem
weitesten Sinne verstanden werden. Daher wird hier darauf hingewiesen,
dass das in der vorliegenden Beschreibung beschriebene Kommunikationsnetzwerk
dazu bestimmt ist, jedes Kommunikationsnetzwerk zu meinen, ob für mobile
oder nicht-mobile Kommunikation, solange das Kommunikationsnetzwerk
ein paket- oder zellvermitteltes Übertragungsprotokoll einsetzt,
d.h. ein Übertragungsprotokoll
zur Übertragung
von Daten in Einheiten gruppierter Daten. Beispiele für derartige Übertragungsprotokolle
sind das Asynchronübertragungsmodus-
(ATM: „Asynchronous
Transmission Mode") Protokoll
oder das Internet-Protokoll (IP). ATM kann in Verbindung mit einem
Zugangsnetzwerk oder einem Basisstationssubsystem (BSS) verwendet
werden, das basierend auf Breitband-Codemultiplex WCDMA betrieben
wird, während
IP in Verbindung mit einem Basisstationssubsystem (BSS) verwendet werden
kann, das basierend auf Breitband-Codemultiplex WCDMA betrieben
wird oder vollständig
basierend auf dem IP-Protokoll betrieben wird.
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In
Bezug auf den Aufbau und/oder die Topologie des Funkzugangsnetzwerks
sind eine Vielzahl von Basisstationen BS (die auch als Knoten B
bezeichnet werden) als Zugangsknoten zum Herstellen einer Verbindung
mit Endgeräten
(Mobilstation MS oder Teilnehmervorrichtung UE) bereitgestellt.
Die Zugangsknoten werden wiederum von einer Funknetzwerksteuerung
RNC gesteuert (die einer Basisstationssteuerung BSC bei GSM-Systemen
entspricht).
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Die
Basisstationen BS sind derart mit der Funknetzwerksteuerung RNC
verbunden, dass zumindest ein Zugangsknoten (eine Basisstation)
mittels eines Zwischenglieds von mindestens einem weiteren Zugangsknoten
mit dem Zugangsnetzwerksteuerknoten (der Funknetzwerksteuerung)
verbunden ist. (Es kann auch Zugangsknoten geben, die keinerlei
Zwischenknoten haben, wie etwa BS1 und BS4 wie gemäß 2 gezeigt.)
Mit anderen Worten sind die Basisstationen in jeweiligen Verkettungen bzw.
Ketten von typischerweise zwei bis fünf (oder mehr) Basisstationen
bereitgestellt, während
eine Vielzahl derartiger Verkettungen bzw. Ketten in Sternschaltungsart
mit der Funknetzwerksteuerung verbunden sein können. Innerhalb einer Kette
von Basisstationen kann die Kette des Weiteren in zwei oder mehr
Zweige verzweigt sein. 2 zeigt ein Beispiel für die Topologie
eines Funkzugangsnetzwerks RAN, bei dem die Basisstationen BS1 bis
BS6 jeweils mit einer ATM-Rangierverteilereinrichtung AXC
versehen sind.
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Die
Schnittstelle, über
die die Zugangsknoten (Basisstationen) mit dem Steuerknoten (der Funknetzwerksteuerung)
kommunizieren, ist als die Iub-Schnittstelle
bekannt (die der Abis-Schnittstelle bei GSM entspricht). Ein Datentransport über die Iub-Schnittstelle unterliegt
jedoch Verzögerungen und
Verzögerungsschwankungen.
Ein Hauptanliegen bei Netzwerkgestaltung bzw. -entwurf ist die Minimierung
auferlegter Verzögerungen
und auch die Minimierung von Verzögerungsschwankungen. Die Verzögerungen
werden typischerweise aufgrund von Besonderheiten der Netzwerkgestaltung
verursacht, und sobald eine Netzwerktopologie ausgewählt wurde,
können
die Verzögerungen
nicht mehr verändert werden.
Andererseits werden Verzögerungsschwankungen
oft durch einen Mechanismus hervorgebracht, der zumindest eine gewisse
gegenseitige Abstimmung bzw. einen gewissen Kompromiss zwischen
Verzögerungsschwankung
und Netzwerkkapazitätsausnutzung
gestattet, d.h. je höher
die Kapazitätsausnutzung
gewählt
wird, desto größere Verzögerungsschwankungen
werden akzeptiert, während die
Verzögerungsschwankungen,
die zu berücksichtigen
sind, desto kleiner sind, je geringer die Kapazitätsausnutzung
gewählt
wird.
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In
Verbindung mit einer Datenübertragung über die Iub-Schnittstelle
ergeben sich die Iub-Transport-Verzögerung und -Verzögerungsschwankungen aus
einer Anhäufung
bzw. Summierung einzelner Verzögerungen/Verzögerungsschwankungen,
die von mehreren Komponenten herrühren:
- – AAL2-
(ATM-Anpassungsschicht Typ 2) Umformung,
- – AAL2-Multiplex,
- – ATM-Multiplex
und -Vermittlung, und
- – Übertragung
(über die
physikalischen Übertragungsmedien).
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Verzögerungskomponenten
wie vorstehend kurz eingeführt
sind gemäß 1 für den Fall
eines auf einer WCDMA-Übertragung
basierenden Basisstationsubsystems BSS des Funkzugangsnetzwerks RAN
grafisch dargestellt. Für
ein WCDMA-basiertes BSS umfassen die Verzögerungskomponenten für Übertragung/Transport:
- – AAL2-Multiplex,
- – ATM-Multiplex,
- – PDH/SDH-Multiplex
(Plesiochrondigitalhierarchie/Synchrondigitalhierarchie), und
- – die
physikalischen Übertragungsmedien
(wie etwa Mikrowellenfunk, (Lichtleit-)Fasern, Kupferdrähte, usw.).
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Ein
Gesamtwert einer Verzögerung/Verzögerungsschwankung
zwischen irgendeiner Basisstation BS und/oder Funkbasisstation BTS
und der Funknetzwerksteuerung RNC ist für jede Basisstation BS fest
und konstant.
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Nun
könnte
man sich mit Bezug auf 1 vorstellen, dass die Verzögerungskomponenten
in einer vertikalen Spalte gemäß der Zeichnungsdarstellung
einer individuellen Basisstation entsprechen, während für eine verkettete Basisstationstopologie wie
gemäß 2 gezeigt
die bei einer Datenübertragung
einzelner Spalten auferlegten Verzögerungen zu addieren wären, um
die Gesamtverzögerung
zu erhalten. Bei diesem Modell ist zu beachten, dass für jede Verbindung
einer Basisstation BS zu der RNC nur eine AAL2-Multiplexverzögerung relevant
sein wird, da die Daten nicht ATM-angepasst sein müssen, bevor
sie die RNC erreichen. Ferner bezeichnen die gestrichelten Kästen gemäß 1 eine
nicht notwendigerweise bereitgestellte Zwischenvorrichtung, die
bis hoch zu und einschließlich
der ATM-Schicht arbeitet.
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Daher
könnte 1 (wenn
die gestrichelte Spalte in der Mitte vernachlässigt wird) derart interpretiert
werden, dass die linke Spalte Basisstation BS4 gemäß 2 darstellt,
während
die rechte Spalte die Basisstation BS5 (oder BS6) gemäß 2 darstellt.
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Offensichtlich
kann dann beobachtet werden, dass die ATM-Vermittlungs-Verzögerungen und -Verzögerungsschwankungen
ebenso wie die Übertragungsverzögerungen
stark von der Position der jeweiligen Basisstation in der Topologie
des Transport- und Übertragungsnetzwerks
abhängen,
wobei die Positionen qualitativ durch die Worte „nahe" (z.B. BS4) oder „fern" (z.B. BS5 oder BS6) charakterisiert werden
könnten.
Diese Beobachtung kann auf dem gemäß 1 gezeigten
Modell basieren, aber auch auf der gemäß 2 gezeigten
Topologie, aus der klar wird, dass BS1, die näher an der RNC ist als BS3,
von Natur aus eine geringere Übertragungsverzögerung aufweist
als BS3, und auch dass BS4 von Natur aus eine geringere Übertragungsverzögerung aufweist
als BS5 (oder BS6).
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Bei
einer derartigen Topologie wird geschätzt, nur um ein Zahlenbeispiel
zu geben, dass bis zu der am weitesten entfernten Basisstation reichende
ATM-Verbindungen z.B. um 5 ms längere
Verzögerungen
oder Verzögerungsschwankungen
erfahren als ATM-Verbindungen, die bis zu der nächsten Basisstation reichen.
Aufgrund von Makro-Diversity kann die Funkzugangsnetzwerkanwendung
von dem Verzögerungsvorteil
von maximal 5 ms, den die näheren
Basisstationen gegenüber
der am weitesten entfernt liegenden haben, jedoch kaum Gebrauch macht,
so dass die Transportkapazitätsausnutzung auf
der Iub-Schnittstelle
nicht optimal ist.
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Die
Transportkapazitätsausnutzung
auf der Iub-Schnittstelle
ist jedoch ziemlich entscheidend, da die Iub-Streckenanforderungen
oft streng bzw. knapp sind, besonders wenn eine Funkübertragung
verwendet wird (aber auch wenn drahtgebundene Übertragungsarten verwendet
werden). Daher ist eine Kapazitätsausnutzung
der Iub-Schnittstelle
in den Funkzugangsnetzwerken bei bestehenden Szenarien nicht optimal.
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Ein
früherer
Ansatz, wie er bei 3GPP zur Standardisierung vorgeschlagen wurde,
basiert auf einer festen Verwendung der gleichen festen Verzögerung als
AAL2/ATM-Verzögerung
für ATM-Paketierung,
-Multiplex und -Entpaketierung auf der Iub-Schnittstelle. Es wurde
vorgeschlagen, dass der feste Wert 7 ms beträgt. Unter Bezugnahme auf 1 wurde
gemäß diesem
Vorschlag demnach eine Quelle zusätzlicher Verzögerungsschwankung beseitigt,
indem der AAL2-Multiplexblock und der ATM-Multiplexblock in eine
einzige Verzögerungskomponente
zusammengefasst werden, während verbleibende
Verzögerungsschwankungen
(infolge von PDH/SDH-Multiplex und/oder verwendeten physikalischen
Medien) die Kapazitätsverwendung
auf der Iub-Schnittstelle
immer noch nachteilig beeinflussen.
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KURZFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Daher
ist es eine Aufgabe der Erfindung, die Kapazitätsausnutzung für die Schnittstelle
zwischen den Netzwerkzugangsknoten und dem Zugangsnetzwerksteuerknoten
zu verbessern.
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Gemäß der Erfindung
wird die vorstehende Aufgabe zum Beispiel durch ein Verfahren erreicht, wie
es gemäß Anspruch
1 definiert ist.
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Des
Weiteren wird die vorstehende Aufgabe gemäß der Erfindung mit einem Zugangsnetzwerksteuerknoten
gelöst,
wie er gemäß Anspruch
9 definiert ist, ebenso wie mit einem Zugangsknoten, wie er gemäß Anspruch
10 dargelegt ist.
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Günstige Verfeinerungen
der Erfindung sind in jeweiligen abhängigen Ansprüchen dargelegt.
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Dementsprechend
ermöglicht
die Erfindung die Bereitstellung der folgenden Vorteile im Vergleich zu
früheren
Lösungen:
- 1) die Kapazitätsausnutzung auf der Schnittstelle (Iub)
wird verbessert,
- 2) infolge einer verbesserten Kapazitätsausnutzung muss weniger Gesamtkapazität bereitgestellt
werden,
- 3) Übertragungskosten
können
durch den Netzwerkbetreiber eingespart werden,
- 4) da die Iub-Übertragungsstrecke
für jede
Basisstation BS den gleichen Verzögerungsbetrag verbrauchen kann,
können
jene Basisstationen, die sich näher
an der Funknetzwerksteuerung befinden, für ihren eigenen Verkehr eine
zusätzliche Zwischenspeicherung
einsetzen (was eine erhöhte
Verzögerung
verursacht), wobei die gesteigerte Zwischenspeichermöglichkeit
bei Beibehaltung der Übertragungsqualität einen
größeren Gewinn statistischen
Multiplexens ermöglicht,
- 5) selbst wenn AAL2 durch IP(UDP) (Internet-Protokoll/Nutzerdatagrammprotokoll)
ersetzt wird, kann das Prinzip der Erfindung auf die IP-Multiplexschicht übertragen
werden, die dann eine größere Multiplexverzögerung vorweisen
darf, wodurch die Erfindung eine Flexibilität dahingehend bereitstellt,
für unterschiedliche
Kommunikationsnetzwerk-Übertragungsprotokolle
angewandt zu werden.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
vorstehenden und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung
werden bei Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen vollständiger ersichtlich,
bei denen zeigen:
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1 Verzögerungskomponenten
einer Übertragung über die
Iub-Schnittstelle, und
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2 ein
Beispiel einer Netzwerktopologie zur Unterstützung der Erläuterung
des Verfahrens gemäß der Erfindung.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Die
Erfindung wird nun ausführlicher
beschrieben.
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Gemäß der Erfindung
erfährt
eine Datenübertragung
von unterschiedlichen Basisstationen BS (Zugangsknoten) abhängig von
der Position der Basisstationen in einer Kette hintereinander angeordneter
Basisstationen, wobei die Kette an einem Ende mit einer Funknetzwerksteuerung
(einem Zugangsnetzwerksteuerknoten) verbunden ist, unterschiedliche
Verzögerungen
und/oder Verzögerungsschwankungen.
Daher ist es möglich,
der Basisstation, der die geringste Verzögerung auferlegt ist, zu erlauben, mehr
Verzögerung
zu verbrauchen.
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In
Bezug auf ein Kommunikationsnetzwerk mit einer derartigen Topologie,
dass ein erster Zugangsknoten mittels eines Zwischenglieds von mindestens
einem Zugangsknoten mit dem Zugangsnetzwerksteuerknoten verbunden
ist, wird allgemeinen ausgedrückt
eine Verzögerungsinformation
der Verzögerung
hergeleitet, die von einer Datenübertragung
zwischen einem jeweiligen Netzwerkzugangsknoten und dem Zugangsnetzwerksteuerknoten
erfahren wird, eine Verzögerungsdifferenz
zwischen zwei aufeinander folgenden Zugangsknoten basierend auf
der Verzögerungsinformation
berechnet, und die von einer Datenübertragung erfahrene Verzögerung für den jeweiligen
Zugangsknoten geändert,
der durch die jeweils kleinere Verzögerung gekennzeichnet ist.
Die Änderung
wird derart bewirkt, dass die Gesamtverzögerung für jede Basisstation in einer
jeweiligen Kette von Basisstationen gleich gemacht wird.
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Unter
Bezugnahme auf 2 und die obere Kette von Basisstationen
ist es daher möglich,
zu ermöglichen,
dass an der Basisstation BS1 mehr Verzögerung für eine Zwischenspeicherung
verbraucht wird, ohne die Verbindungsqualität irgendeiner der Basisstationen
zu beeinträchtigen.
Dies führt
ohne Qualitätsverlust
zu einem größeren Gewinn
statistischen Multiplexens für
von Basisstation BS1 abgehenden Verkehr. Gleichermaßen kann
Basisstation BS2 erlaubt werden, etwas mehr Zwischenspeicherung
zu verwenden als die letzte Basisstation, d.h. BS3, in der Kette
verwendet.
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Die
Verzögerung
von AAL2/ATM-Paketierung, -Multiplex und -Entpaketierung der näheren Basisstation
(eines Paars aufeinander folgender Basisstationen in einer Kette)
wird geändert,
indem die dadurch auferlegte Verzögerung erhöht wird, um so die größere Übertragungs-
und Vermittlungsverzögerung der
weiter entfernten Basisstation(en) zu kompensieren. Auf diese Weise
kann die Kapazitätsausnutzung der
virtuellen Kanäle
verbessert werden, die die nahen Basisstationen bedienen.
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Mit
anderen Worten wird die AAL2-Multiplex-Verzögerungskonfiguration
von Verzögerungen und/oder
Verzögerungsschwankungen
für diejenigen NCID-VC-(Netzwerkverbindungsbezeichner-Virtuellkanäle) Verbindungen
wirksam, die kleinere Verzögerungen
und Verzögerungsschwankungen
für Übertragung
und Vermittlung erfahren.
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Es
sei zum Beispiel ein Fall von zwei aufeinander folgenden Basisstationen
angenommen (z.B. BS4, BS5 oder BS4, BS6 gemäß 2). Erfährt die letzte
(am weitesten von der RNC entfernte) dabei eine um 5 ms längere Verzögerung als
die erste Basisstation, stehen der ersten Basisstation diese 5 ms zur
Verfügung,
um auf der AAL2-Multiplexschicht verwendet
zu werden. Diese zusätzlichen
5 ms haben eine erhebliche Auswirkung auf die Streckenausnutzung
und die Kapazitätseinsparungen
belaufen sich (für
den von der ersten Basisstation abgewickelten Verkehr) leicht auf
mehrere zehn Prozent.
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Im
vorstehend erwähnten
Fall von zwei verketteten Basisstationen werden für die Übertragungs-
und ATM-Vermittlungsverzögerungen
(von den physikalischen Medien bis zum ATM-Multiplexen) für die nahe
und die entfernte Basisstation 5 ms beziehungsweise 10 ms angenommen.
Gemäß der Erfindung
wird dies kompensiert, indem die AAL2-Multiplexverzögerungen auf 9 ms beziehungsweise
als 4 ms konfiguriert werden.
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Die
4 ms-Begrenzung (Minimalwert) ist konform zum 3GPP-Vorschlag, demzufolge
man 7 ms für AAL2/ATM-Paketierung,
-Multiplex und -Entpaketierung (AAL2-Multiplexblock & ATM-Multiplexblock
gemäß 1)
hat, falls angenommen wird, dass das ATM-Multiplexen 2 ms des Gesamtbudgets
von 7 ms einnimmt und 1 ms für
Paketierung und Entpaketierung übrig
bleibt.
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Bei
Konfiguration der RAL2-Multiplexverzögerung wie bei dem vorstehenden
Zahlenbeispiel beschrieben wird beiden Basisstationen offensichtlich die
identische (Gesamt-) Verzögerung
auf von diesen übertragenen
Daten auferlegt, und die vorher vorhandene Verzögerungsdifferenz wurde kompensiert.
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Durch
Wählen
eines Minimums von 4 ms für AAL2-Multiplexen
unter den bei dem gegebenen Beispiel gemachten Annahmen bleibt das
Verfahren gemäß der Erfindung
weiterhin kompatibel zu dem früheren
3GPP-Vorschlag.
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Die
Erfindung bezieht sich auch auf entsprechend angepasste Netzwerkknoten,
d.h. Steuerknoten RNC und Zugangsknoten BS. In Bezug auf die entsprechend
angepassten Steuerknoten RNC in Verbindung mit der implementierten
Erfindung sind diese angepasst, mehrere AAL2-Multiplex-Verzögerungsbegrenzungen
auf der Iub zu unterstützen.
Dies wird erreicht, indem zusätzlicher
Speicher für
derartige zu verwendende CAC-(„Connection
Admission Control":
Verbindungszugangskontrolle) Algorithmen bereitgestellt wird, die
große
vorberechnete Tabellen für
jede QoS-Klasse benötigen.
In Bezug auf die entsprechend angepassten Zugangsknoten, d.h. Basisstationen
BS, sind diese derart angepasst, dass sie einen Parameter beinhalten,
der eine konfigurierbare Multiplexverzögerung darstellt, und auch
eine Basisstation BS weist eine konfigurierbare Puffergröße auf (HW-Speichereffekt).
Die Netzwerkverwaltung unterstützt
natürlich
die Konfiguration der zusätzlich
bereitgestellten Parameter und auch Netzwerkplanungswerkzeuge und
Netzwerkauslegungswerkzeuge unterstützen eine konfigurierbare Verzögerung und
eine Auslegung bzw. Dimensionierung hat natürlich den zusätzlichen
Gewinn statistischen Multiplexens zu berücksichtigen.
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Wie
vorstehend beschrieben schlägt
die Erfindung dementsprechend ein Verfahren zum Konfigurieren einer
Datenübertragungsschnittstelle
in einem Kommunikationsnetzwerk vor, das ein Übertragungsprotokoll zur Übertragung
von Daten in Einheiten gruppierter Daten einsetzt, wobei die Übertragungsschnittstelle
die Schnittstelle (Iub) zwischen einem Zugangsnetzwerksteuerknoten
(RNC1) und einem zum Herstellen einer Kommunikation mit einem Endgerät angepassten
Zugangsknoten (BS1 bis BS6) ist, und wobei das Kommunikationsnetzwerk eine
derartige Topologie aufweist, dass ein Zugangsknoten (BS2, BS3,
BSS, BS6) mittels eines Zwischenglieds von mindestens einem weiteren
Zugangsknoten (BS1, BS1-BS2, BS4, BS4) mit dem Zugangsnetzwerksteuerknoten
(RNC1) verbunden ist, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
Herleiten einer Verzögerungsinformation
der Verzögerung,
die von einer Datenübertragung
zwischen einem jeweiligen Netzwerkzugangsknoten (BS1 bis BS6) und
dem Zugangsnetzwerksteuerknoten (RNC) erfahren wird, Berechnen einer
Verzögerungsdifferenz
zwischen zwei aufeinander folgenden Zugangsknoten (BS1-BS2, BS2-BS3,
BS4-BS5, BS4-BS6) basierend auf der Verzögerungsinformation, und Ändern der von
einer Datenübertragung
erfahrenen Verzögerung für den jeweiligen
Zugangsknoten, der durch die jeweils kleinere Verzögerung gekennzeichnet
ist. Die Erfindung schlägt
auch einen entsprechend angepassten Zugangsnetzwerksteuerknoten
ebenso wie entsprechend angepasste Zugangsknoten vor.
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Obwohl
eine Funknetzwerksteuerung RNC gemäß 3GPP-Spezifikationen erwähnt ist, ist diese insbesondere
nur als ein Beispiel für
einen Zugangsnetzwerksteuerknoten bestimmt, ohne jegliche Absicht,
die Erfindung darauf zu beschränken.
Obwohl eine Basisstation BS und/oder ein Knoten B gemäß 3GPP-Spezifikationen
als Zugangsknoten erwähnt sind,
sind diese gleichermaßen
nur als ein Beispiel für
einen Zugangsknoten bestimmt, ohne jegliche Absicht, die Erfindung
darauf zu beschränken.