DE60031167T2 - Verfahren zur verbesserung der effizienz von datenübertragung und datenübertragungsprotokoll - Google Patents

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren in einem Telekommunikationsnetz. Die Erfindung betrifft auch Protokollmittel. Ferner betrifft die Erfindung eine Drahtloskommunikationsvorrichtung, die ausgebildet ist, um in einem Telekommunikationsnetz zu funktionieren.
  • Im GSM-Netz (GSM = Global System for Mobile Communication) ist die Datenübertragungsrate von 9,6 kbit/s selbst nach den aktuellen Standards langsam, und in der Welt eines ständig wachsenden Multimediaangebots wird die Übertragungskapazität derzeitiger Mobilnetze unzureichend. Für ein Mobiltelefon der nächsten Generation ist die bloße Übertragung von Sprache nicht ausreichend, sondern das System muss auch den Einsatz von Daten- und Videoverbindungen ermöglichen. Das UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) ist ein globales drahtloses Multimediasystem, welches Drahtloskommunikation, z.B. mit einer extrem schnellen Datenübertragung, ermöglicht und dem Benutzer vielseitigere Möglichkeiten in Form neuer Arten von Diensten zur Verfügung stellt. Zu den Grundanforderungen des UMTS-Netzes gehören die Fähigkeit, eine bessere Dienstgüte als in aktuellen Mobilnetzen, einen breiteren Versorgungsbereich, eine größere Anzahl zusätzlicher Dienste sowie eine größere Kapazität, sowohl bei der Übertragungsrate als auch bei der Anzahl von Teilnehmeranschlüssen, als bei aktuellen Systemen bereitzustellen.
  • Das UMTS-Netz ist ein flexibler Datenübertragungskanal, der verwendet werden kann, um Sprache, Multimedia oder andere Informationen zu übertragen, die in digitales Format gebracht wurden. In seiner einfachsten Form ist das UMTS ein Telefon oder ein tragbarer Rechner, welche nahezu auf der ganzen Welt funktionieren und eine ständige schnelle Verbindung mit dem Internet haben. Das UMTS weist eine Datenrate auf, die dermaßen hoch ist, dass es sich zur Übertragung von z.B. qualitativ guten Videobildern eignet.
  • Die grundlegende Netzlösung der UMTS-Systems beruht auf dem GSM-System. Das UMTS funktioniert auf einer Frequenz von etwa 2 Gigahertz, d.h. über dem aktuellen DCS-1800-Netz (Digital Cellular System für 1800 MHz). Das UMTS weist die Kapazität für eine Übertragungsrate von 2 Mbit/s auf, was etwa 200 Mal höher als die Datenübertragungskapazität des GSM-Systems ist. Diese Rate ist für die Übertragung von Videobildern von relativ guter Qualität ausreichend, und sie ermöglicht die Übertragung von z.B. Grafiken und Multimedia. Die hohe Rate wird durch eine größere Bandbreite, effektive Datenkompression und WCDMA-Funktechnologie (Wideband Code Division Multiple Access) erreicht. Verglichen mit der herkömmlichen CDMA-Technologie (Code Division Multiple Access) zählen zu den Unterschieden eine größere Übertragungskapazität, bessere Qualität, geringerer Energieverbrauch sowie ein etwa doppelt so großer Frequenzbereich. Wenn die zu verwendende Anwendung eine geringere Kapazität benötigt, wird eine geringere Kapazität zugewiesen, wobei der Rest der Kapazität für andere zur Verfügung steht.
  • Verglichen mit Mobiltelefonen der zweiten Generation, beispielsweise GSM-Teilnehmeranschlüssen, wird ein Vorteil des UMTS die mögliche Übertragungsrate von 2 Mbit/s sowie die IP-Unterstützung (Internet Protocol) sein. Gemeinsam ermöglichen diese ein Angebot an Multimediadiensten sowie neuen Wideband-Diensten, beispielsweise Videotelefonate und Videokonferenzen.
  • GPRS (General Packet Radio Service) ist ein mit der Technologie des GSM-Netzes verwandter paketvermittelnder Datendienst, der sich besonders gut für die Übertragung von IP-Paketen eignet. Neue Datenübertragungstechnologie setzt Änderungen des aktuellen GSM-Netzes voraus. Zwei neue Knoten sind in dem Netz erforderlich, um für die Übertragung von Paketen zu sorgen. Der Zweck der Knoten ist, Übertragung und Empfang der Pakete von einem GSM-Telefon sowie die Umwandlung und Übertragung von Paketen zu anderen Netzen, beispielsweise IP-basierten Netzen, abzuwickeln. Das GPRS bestimmt vier verschiedene Kanalcodierungsverfahren, mittels welcher die zu übertragende Datenmenge entsprechend dem Empfang des Netzes geregelt werden kann. Die Übertragungskapazität von einem Zeitschlitz schwankt zwischen 9,05 kbit/s und 21,4 kbit/s, und die maximale Übertragungsrate beträgt etwa 164 kbit/s, wenn alle acht Zeitschlitze gleichzeitig in Verwendung stehen. Die maximale Größe der zu übertragenden Pakete beträgt 2 kb. Mittels des GPRS ist es möglich, die Kapazität des Netzes besser zu nutzen, da einzelne Zeitschlitze auf mehrere Verbindungen aufgeteilt werden können.
  • Verglichen mit dem GPRS beinhaltet der UMTS-Protokollstack einige wesentliche Änderungen. Dies ist darauf zurückführen, dass das UMTS wesentlich höhere Anforderungen an die Dienstgüte (QoS) stellt und im UMTS eine neue Funkschnittstelle (WCDMA) verwendet wird. Eine der wesentlichsten Änderungen ist die Tatsache, dass die LLC-Schicht (Link Control Layer) von unterhalb der PDCP-Schicht (Packet Data Convergence Protocol) entfernt wurde. Im GPRS ist diese Schicht durch eine SNDCP-Schicht (Subnetwork Dependent Convergence Protocol) ersetzt. Im UMTS ist diese LLC-Schicht nicht erforderlich, da das Codieren im RAN (Radio Access Network) erfolgt. Bei der Übertragung von Signalisierungsmeldungen werden keine Benutzerebenenprotokolle verwendet. Ferner ist das Interleaving in bezug auf die Dienstgüte die Zuständigkeit einer MAC-Schicht (Medium Access Control) und einer L1-Schicht (Schicht 1 = Physical Layer).
  • Die Protokollarchitektur der UMTS-Funkschnittstelle ist in 1 abgebildet. Die Architektur ist in einer Drahtloskommunikationsvorrichtung, beispielsweise einem Mobiltelefon, implementiert, welche in einem Netz betrieben wird und die erforderlichen Protokollmittel umfasst, um den Datentransfer zu ermöglichen. Die Blöcke in der Zeichnung entsprechen dem Erscheinungsbild jedes Protokolls. Die Dienstzugangspunkte 20 (SAP) in Punkt-Punkt-Verbindungen sind als Ovale dargestellt, die zwischen verschiedenen Unterschichten in der Figur angeordnet sind. Die UMTS-Funkschnittstelle ist in drei verschiedene Protokollschichten L1 (Schicht 1 = Physical Layer) 10, L2 (Schicht 2 = Data Link Layer) und L3 (Schicht 3 = Network Layer) unterteilt. Die Schicht L2 ist in Unterschichten MAC (Media Access Control) 11, RLC (Radio Link Control) 12, PDCP (Packet Data Convergence Protocol) 14 und BMC (Broadcast/Multicast Control) 13 unterteilt. Die Schicht L3 ist in eine Steuerebene 17 und eine Benutzerebene 16 unterteilt. Die Unterschichten PDCP 14 und BMC 13 sind nur auf der Benutzerebene 16 vorhanden. L3 ist auch in Unterschichten unterteilt, wobei die unterste RRC (Radio Resource Control) 15 ist, gefolgt von anderen Unterschichten von L3, z.B. CC (Call Control) und MM (Mobile Management), welche in 1 nicht dargestellt sind.
  • Der Zweck des RLC-Protokolls ist es, die RLC-Verbindung aufzubauen, aufrechtzuerhalten und abzubauen. Da die obere PDCP-Unterschicht 14 längere RLC-SDUs (Service Data Units) 6 (3b) vorsehen kann, als in eine RLC-PDU (Protocol Data Unit) 1a oder 1b (3a) passen, sind die RLC-SDUs 6, d.h. PDCP-PDUs, in Abschnitte von geeigneter Größe, d.h. in PUs (Payload Unit), d.h. Segmente, von denen jeweils eines in jede RLC-PDU 1a oder 1b passt, unterteilt. Es ist auch möglich, dass mehrere PUs in eine RLC-PDU 1a oder 1b passen, wenn Headerkompression verwendet wird. Dementsprechend werden diese beim Empfang oder am anderen Ende der Verbindung wieder kombiniert, um eine RLC-SDU 6 zu bilden. Durch Komprimieren des Headers können mehrere PUs in eine RLC-PDU 1a, 1b gepasst werden. Durch Verketten ist es möglich, verschiedene RLC-SDUs 6 derart zusammenzustellen, dass, wenn die letzte PU der ersten RLC-SDU 6 nicht die gesamte RLC-PDU 1a oder 1b ausfüllt, die erste PU der nächsten RLC-SDU den Rest dieser RLC-PDU 1a oder 1b auffüllen kann. Wenn kein Verketten genutzt wird und die letzte PU nicht die gesamte RLC-PDU 1a, 1b ausfüllt, kann der Rest davon mit Füllbits aufgefüllt werden. Die PDU und die SDU umfassen eine vorgegebene Menge an Information in einer vorgegebenen Form, codiert in Bit-Format.
  • Die Nutzdaten können mittels quittierter, unquittierter oder transparenter Datenübertragung von einem Punkt zu einem anderen übertragen werden, wobei die RLC-SDUs ohne Hinzufügen von RLC-Protokollinformationen übertragen werden. Die Datenübertragung kann mittels Dienstgüteeinstellungen gesteuert werden. Falls bei der Datenübertragung Fehler auftreten, wenn Quittierungen verwendet werden, können die Fehler durch erneutes Übertragen der RLC-PDU korrigiert werden. Die RLC-SDUs können auf zuverlässige Weise in der richtigen Reihenfolge dem Empfänger zugeführt werden, wenn Quittierungen und Sequenznummern verwendet werden. Wenn diese Funktion nicht verwendet wird, kann der Empfänger die RLC-SDUs in einer falschen Reihenfolge empfangen. Es ist möglich, dass der Empfänger dieselbe RLC-PDU zweimal empfängt, wobei diese RLC-PDU nur einmal zur oberen PDCP-Unterschicht übertragen wird. Der Empfänger kann auch die Übertragungsrate des Senders einstellen, falls diese nicht geeignet ist. Wenn die RLC-PDU empfangen wird, wird ihre Fehlerfreiheit auf der Basis einer sich darauf beziehenden Prüfsumme überprüft. Wenn irgendein Teil der RLC-PDU fehlerhaft ist, wird die gesamte sich darauf beziehende RLC-SDU erneut übertragen, wenn eine Wiederhol-Übertragung verfügbar ist und die eingestellte maximale Anzahl von Neuübertragungen noch nicht erreicht wurde. Andernfalls wird diese RLC-SDU verworfen. Da Fehler auch bei der Funktion dieses Protokolls auftreten können, ist es das Ziel, diese Fehler zu finden und zu korrigieren.
  • Das RLC-Protokoll stellt Dienste für die obere PDCP-Unterschicht bereit, welche umfassen:
    • • Einrichtung und Lösung der RLC-Verbindung, wodurch es möglich ist, RLC-Verbindungen aufzubauen und abzubauen,
    • • transparenter Datentransfer, wodurch es möglich ist, RLC-SDUs ohne Hinzufügen jedweder RLC-Protokollinformationen zu übertragen, jedoch derart, dass die Segmentierung und Zusammensetzung von RLC-SDUs möglich ist,
    • • unquittierter Datentransfer, wodurch es möglich ist, Informationen zum Empfänger zu übertragen, ohne deren Eintreffen zu gewährleisten, derart, dass alle korrekten RLC-SDUs unverzüglich nur einmal zur oberen PDCP-Unterschicht übertragen werden,
    • • quittierter Datentransfer, wodurch es möglich ist, Informationen durch Neuübertragungen auf sichere Weise zum Empfänger zu übertragen, derart, dass alle korrekten RLC-SDUs, welche eingetroffen sind, unverzüglich nur einmal in der richtigen Reihenfolge oder in der Reihenfolge ihres Eintreffens zur oberen PDCP-Unterschicht übertragen werden,
    • • Dienstgüteeinstellungen, wodurch es möglich ist, die Dienstgüte zu ermitteln, welche verwendet werden kann, um eine gewährleistete Datenübertragung für den Empfänger zu ermöglichen, derart, dass mittels Neuübertragungen alle RLC-SDUs zu der PDCP-Unterschicht nur einmal richtig in der Übertragungsreihenfolge oder nur einmal richtig in der Reihenfolge des Eintreffens übertragen werden können,
    • • Meldung nicht nichtbehebbarer Fehler, wodurch es möglich ist, die PDCP-Unterschicht darüber in Kenntnis zu setzen, dass die RLC-SDU nicht übertragen werden kann, da die RLC-Unterschicht nicht in der Lage war, die unrichtigen RLC-PDUs im Rahmen der möglichen Neuübertragungen und der eingestellten Verzögerung zu korrigieren.
  • Hauptzweck des PDCP-Protokolls ist es, die Steuerinformationen, welche sich auf die oberen Protokollschichten beziehen, zu komprimieren. Ein anderer Zweck des PDCP-Protokolls ist es, die PDU des Protokolls der oberen Schicht als Ganzzahl, d.h. RLC-SDU, abzubilden, welche durch die RLC-Unterschicht verstanden werden kann, um die redundanten Steuerinformationen an der Sendeentität zu komprimieren und sie an der Empfangsentität zu dekomprimieren.
  • Im Allgemeinen werden Gleitfenster für Flusssteuerung und Behebung von Fehlersituationen verwendet. Bei diesem Mechanismus bedient sich jeder Sender eines sogenannten Sendefensters von vorgegebener Größe. Gleichermaßen bedient sich jeder Empfänger eines sogenannten Empfangsfensters von vorgegebener Größe. Korrekt empfangene Datenblöcke werden dem Sender gegenüber quittiert, und das Fenster wird dadurch vorwärtsübertragen, was die Übertragung neuer Datenblöcke ermöglicht. Darüber hinaus kann der Empfänger Anfragen für die Neuübertragung unrichtiger Datenblöcke absetzen, und nachdem sie quittiert werden, wird das Fenster auch „übertragen". In manchen Situationen bleibt das Fenster „hängen", wobei die Übertragung neuer Datenblöcke unterbrochen wird.
  • Mit Bezugnahme auf 2 verhält sich das oben genannte Sendefenster auf folgende Weise. Jedes Paket auf der linken Seite des Fensters wurde übertragen, und eine Quittierung für dasselbe ist eingetroffen. Innerhalb des Fensters, auf der ganz linken Seite, befindet sich das erste übertragene unquittierte Paket. Außerhalb des Fensters auf der rechten Seite befinden sich jene Pakete, welche noch nicht übertragen wurden. Ferner befindet sich innerhalb des Fensters ein Cursor, welcher die Grenze für Pakete anzeigt, welche übertragen wurden und welche noch nicht übertragen wurden. Der Cursor verschiebt sich für gewöhnlich sehr rasch auf die ganz rechte Seite.
  • Eines der wichtigsten Ziele der RLC-Unterschicht ist, eine zuverlässige Datenübertragungsverbindung bereitzustellen, da die Dienste der darunter liegenden Schicht im Allgemeinen nicht zuverlässig sind, d.h. Nachrichten verloren gehen oder verfälscht werden können. Die Neuübertragung unrichtig empfangener RLC-PDUs wird durch die RLC-Schicht des Datenübertragungsprotokolls erledigt. Der Mechanismus für die Neuübertragung beruht auf den oben genannten Sende- und Empfangsfenstern. Die Größe dieses Fensters ist stets ein Kompromiss zwischen dem verwendeten Datenübertragungsprotokoll und den Anforderungen an die verfügbare Speicherkapazität. Ein zu kleines Sendefenster bewirkt ein Hängenbleiben des Fensters und unterbricht oft die Datenübertragung, was die Menge an übertragenen Daten erheblich reduziert.
  • Im Fall von UMTS basiert der Neuübertragungsmechanismus auf einem Automatic Repeat Request (ARQ), welcher im Grunde genommen auf folgende Weise funktioniert. Wenn die Größe des Empfangsfensters Eins ist, dann nimmt der Empfänger die eintreffenden RLC-PDUs nicht an, falls diese nicht in der richtigen Reihefolge eintreffen. Demnach verwirft der Empfänger, wenn bei dem Vorgang eine RLC-PDU verloren geht, alle später übertragenen RLC-PDUs, ehe das Sendefenster voll wird. Für den Empfänger ist dieses Verfahren einfach, da kein Pufferplatz erforderlich ist. Der Sender ist sich auch der Tatsache bewusst, dass, wenn eine Quittierung für die RLC-PDUs an der Untergrenze des Fensters nicht eintrifft, alle hernach übertragenen RLC-PDUs erneut übertragen werden müssen. Demnach ist nur ein Timer für den Sender ausreichend, wobei dieser Timer immer dann eingeschaltet wird, wenn die unterste Grenze des Fensters übertragen wird. Wenn der Timer ausgeschaltet ist, wird ein gesamtes Fenster von RLC-PDUs erneut übertragen.
  • Wenn andererseits die Größe des Empfangsfensters größer als Eins ist, erfordert der Verlust eines Rahmens nicht unbedingt die Neuübertragung der folgenden Rahmen. Falls sie fehlerfrei sind, wenn sie vom Empfänger empfangen werden, puffert der Empfänger diese Rahmen, welche in das Empfangsfenster passen. Ein Rahmen, der verloren geht oder Fehler enthält, bleibt auf der untersten Grenze des Empfangsfensters, und das Empfangsfenster wird nicht übertragen, bis der fehlende Rahmen empfangen wird.
  • 2 veranschaulicht den oben beschriebenen Neuübertragungsmechanismus mittels eines Beispiels, bei welchem die Größe des Sende- und Empfangsfensters 4 ist. Das Beispiel wird in chronologischer Reihenfolge geprüft, zunächst aus der Perspektive des Senders und dann aus der Perspektive des Empfängers. In dem Beispiel sind die zu übertragenden RLC-PDUs 1a und 1b mit der Bezeichnung DATA (x) angeführt, wobei x die Sequenznummer der RLC-PDU ist. Dementsprechend werden die Quittierungen mit dem Bezug ACK (x) angegeben, wobei x die Sequenznummer der zu quittierenden RLC-PDU ist.
  • Der Sender überträgt DATA (0), wobei das Sendefenster [0,1,2,3] ist. Als Nächstes überträgt der Sender DATA (1) auf entsprechende Weise. Nun empfängt der Sender eine Quittierung ACK (0), wobei das Sendefenster nun [1,2,3,4] ist. Der Sender überträgt DATA (2). Nun empfängt der Sender eine Quittierung ACK (1), wobei das Sendefenster nun [2,3,4,5] ist. Der Sender weiß nicht, dass DATA (2) nie seinen Bestimmungsort erreicht, und demnach wird der Vorgang mit der Übertragung von DATA (3) und DATA (4) fortgesetzt. Das Sendefenster ist noch [2,3,4,5], da DATA (2) nicht angekommen ist. Nun wird der Timer von DATA (2) ausgeschaltet, wobei die Übertragung vom Beginn des Sendefensters gestartet wird, d.h. durch die Übertragung von DATA (2). Daraufhin wartet der Sender, bis eine Quittierung empfangen wird oder bis der nächste Timer ausgeschaltet wird. In dieser Situation ist es für den Sender nicht vorteilhaft, die nächsten Pakete erneut zu übertragen. Für gewöhnlich ist es vernünftig zuzuwarten, um zu sehen, ob eine Benachrichtigung in der nächsten Quittierung eintrifft, welche angibt, dass das gesamte Fenster oder zumindest ein Teil davon korrekt empfangen wurde. In diesem Fall hat die Quittierung ACK (4) Zeit einzutreffen, ehe der Timer von DATA (3) ausgeschaltet wird, und demnach ist das Sendefenster [5,6,7,8]. Nun kann der Sender DATA (5) übertragen. Daraufhin wird der Vorgang auf die oben beschriebene Weise fortgesetzt.
  • Wenn der Empfänger DATA (0) empfängt, ist das Empfangsfenster [1,2,3,4]. Daraufhin überträgt der Empfänger eine Quittierung ACK (0). Nun empfängt der Empfänger DATA (1), und somit ist das Empfangsfenster [2,3,4,5]. Eine Quittierung ACK (1) wird an den Sender übertragen. Daraufhin empfängt der Empfänger DATA (3) an Stelle der erwarteten DATA (2), und daher wird das Empfangsfenster nicht übertragen und DATA (3) wird gepuffert. Der Empfänger wartet immer noch auf DATA (2), empfängt jedoch stattdessen DATA (4), und daher wird das Empfangsfenster nicht übertragen und DATA (4) wird gepuffert. Als Nächstes empfängt der Empfänger die erwarteten DATA (2), und der Puffer enthält DATA (3) und DATA (4), und daher ist das Empfangsfenster nun [5,6,7,8]. Da nun Pakete bis DATA (4) empfangen wurden, ist es möglich, eine Quittierung ACK (4) an den Sender zu übertragen. Daraufhin empfängt der Empfänger DATA (5), und somit ist das Empfangsfenster nun [6,7,8,9].
  • Daraufhin wird der Vorgang auf die oben beschriebene Weise fortgesetzt.
  • Jede RLC-PDU enthält eine Prüfsumme, mittels welcher es möglich ist zu überprüfen, ob die RLC-PDU keine Fehler enthält. Insbesondere wird beim UMTS die Prüfsumme in der L1-Schicht hinzugefügt und kontrolliert, wobei dies jedoch angesichts der logischen Verknüpfung einem Merkmal des RLC-Protokolls ähnelt. Dies führt jedoch dazu, dass der durch die Prüfsumme geschützte Datenblock auch die Headerinformationen des RLC und eventuell auch die Headerinformationen des MAC-Protokolls enthält. Für gewöhnlich werden, wenn Quittierungen verwendet werden, unrichtige RLC-PDUs immer wieder übertragen, bis sie fehlerfrei ankommen oder bis die eingestellte maximale Anzahl von Neuübertragungen erreicht wurde. Wenn alle RLC-PDUs der RLC-SDU fehlerfrei an den Empfänger übertragen wurden, können die RLC-SDUs zusammengesetzt und an eine obere PDCP-Unterschicht übertragen werden. Wenn keine Quittierungen verwendet werden, wird die Fehlerfreiheit aller RLC-PDUs der RLC-SDU überprüft. Ist eine RLC-PDU unrichtig, wird die gesamte RLC-SDU verworfen.
  • Auf Grund der drahtlosen Umgebung weist das UMTS verglichen mit einem Festnetz eine begrenzte Bandbreite und eine höhere Fehlerwahrscheinlichkeit und längere Verzögerungen auf. Echtzeitanwendungen erfordern jedoch möglichst geringe Verzögerungen. Wenn Pakete, die einen einzigen Fehler enthalten, verworfen und neu übertragen werden, ist es wahrscheinlich, dass es zu Situationen kommt, bei denen keine Zeit zur Verfügung steht, das Paket fehlerfrei zu übertragen, ehe es zu spät ist.
  • Das Dokument WO 99/43133 A2 offenbart ein System, bei welchem Übertragungsfehler mittels automatischer Neuübertragungsprotokolle korrigiert werden.
  • Es ist ein Zweck der vorliegenden Erfindung, eine Datenübertragungsverbindung mit geringen Verzögerungen zwischen zwei Punkten herzustellen, welche sich für Echtzeitanwendungen eignet und die Übertragung von geringfügig verfälschten Daten zur Anwendung ermöglicht. Ferner ist es ein Ziel der Erfindung, die Qualität der Echtzeitdatenübertragung zu verbessern.
  • Gemäß der Erfindung können diese Ziele auf eine derartige Weise erreicht werden, dass alle fehlerhaften RLC-SDUs nicht automatisch verworfen werden. Die RLC-PDUs werden stets als RLC-SDU an die PDCP-Unterschicht übertragen, wobei, wenn jedoch Fehler in RLC-PDUs erkannt werden, zusätzlich zu der zusammengesetzten RLC-SDU Informationen über den Ort des fehlerhaften Punktes in der RLC-SDU an die PDCP-Unterschicht übertragen werden. Auf der Grundlage dieser Informationen kann die PDCP-Unterschicht gegebenenfalls auch die RLC-SDU verwerfen, wenn der Fehler beispielsweise durch die Steuerinformation der oberen Protokollschichten lokalisiert wird.
  • Insbesondere ist das erfindungsgemäße Verfahren in Anspruch 1 gekennzeichnet. Die erfindungsgemäßen Protokollmittel sind in Anspruch 11 gekennzeichnet. Die erfindungsgemäße Drahtloskommunikationsvorrichtung ist in Anspruch 12 gekennzeichnet.
  • Mit der vorliegenden Erfindung werden im Vergleich zu im Stand der Technik bekannten Lösungen erhebliche Vorteile erzielt. Wenn die RLC-Unterschicht in der Lage ist, RLC-PDUs zu akzeptieren, die eine fehlerhafte Nutzlast enthalten, und diese zu RLC-SDU zusammenzusetzen, wird die Anzahl an verworfenen RLC-PDUs erheblich reduziert. Demnach wird die Wahrscheinlichkeit einer Situation, dass eine RLC-SDU nicht rechtzeitig zu der oberen Unterschicht übertragen wird, erheblich reduziert. Ferner kann die Nutzlast auch über schlechte Verbindungen erfolgreich in Echtzeit übertragen werden. Hier sollte festgehalten werden, dass in Zusammenhang mit Echtzeitdiensten für gewöhnlich eine unquittierte Datenübertragung verwendet wird. Demnach werden die RLC-SDUs leicht verworfen, da die RLC-PDUs leicht verfälscht werden können und ihre Neuübertragung nicht einmal versucht wird. Demnach bietet die vorliegende Erfindung eine Möglichkeit, die SDU nicht zu verwerfen, sondern stattdessen einen Versuch zu unternehmen, fehlerhafte Nutzlastdaten zu verwenden.
  • In der Folge wird die Erfindung mit Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen ausführlicher beschrieben. Es zeigen:
  • 1 die untersten Schichten im UMTS-Protokollstack,
  • 2 ein Beispiel für ein Neuübertragungsverfahren, dass sich des Automatic Repeat Request bedient,
  • 3a eine Situation, in welcher eine RLC-SDU in zwei Segmente geteilt ist und ein Segment einen fehlerhaften Punkt enthält,
  • 3b die RLC-SDU aus 3a, welche zu einer PDCP-Unterschicht übertragen wird, und eine Art und Weise gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zum Darstellen des fehlerhaften Punktes auf dieser PDCP-Unterschicht, und
  • 3c die RLC-SDU aus 3a, welche zu der PDCP-Unterschicht übertragen wird, und eine andere Art und Weise gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zum Darstellen des fehlerhaften Punktes in dieser PDCP-Unterschicht.
  • Die Echtzeit-Datenübertragung stellt große Ansprüche an die Verzögerung, und demnach ist es nicht immer möglich, alle fehlerhaften Pakete (RLC-PDU) innerhalb des Rahmens der zulässigen Verzögerung derart erneut zu übertragen, dass eine vollständig fehlerfreie RLC-SDU zusammengesetzt werden könnte. Daher ist es in den meisten Fällen vorteilhafter, dass bei Echtzeitdatenübertragungen auch die fehlerhaften RLC-SDUs mit den Fehlerinformationen an die obere Unterschicht übertragen werden. Gemäß dem Stand der Technik ist die PDCP-Unterschicht nicht in der Lage zu bestimmen, wo der Fehler lokalisiert ist. Mit anderen Worten ist es möglich, dass der Fehler an den Headerinformationen der PDCP- oder oberen Protokollschichten, beispielsweise TCP/IP, lokalisiert ist, wobei die Headerinformationen auch komprimiert sein können. Dieser Fehler im Header kann ernsthafte Probleme in den oberen Unterschichten verursachen. Daher ist es überaus wichtig, dass die Headerinformationen völlig fehlerfrei sind. Verglichen mit einer Situation, in welcher dazwischen ein gesamtes Paket fehlt, funktionieren die meisten Echtzeitanwendungen in einer Situation, in welcher die Nutzlast geringfügig fehlerhaft ist, einigermaßen gut. Daher ist es überaus zweckdienlich zu wissen, wo sich die möglichen Fehler in der empfangenen RLC-SDU befinden.
  • Beispielsweise wirkt sich, wenn ein Videobild in Echtzeit über eine Datenübertragungsverbindung übertragen werden soll, eine leicht fehlerhafte Nutzlast nicht in einem hohen Maß auf die Qualität des zu übertragenden Videobildes aus. Es ist wahrscheinlich, dass ein Fehler in dem Videobild vom Betrachter nicht einmal erkannt werden kann. Andererseits können, wenn ein Paket nicht zur Anwendung übertragen werden kann, da es nicht früh genug fehlerfrei übertragen wurde, große Verzerrungen in dem Videobild sowie eine Unterbrechung in seiner Übertragung auftreten. Dies kann den Benutzer weitaus mehr stören als nahezu unsichtbare Veränderungen im Videobild. Gleichermaßen ist es, wenn Ton wiedergegeben wird, unwahrscheinlich, dass kleine Fehler gehört werden können, wenn jedoch ein Rahmen fehlt, es zu einer Unterbrechung in der Tonwiedergabe kommen kann oder der Ton weitaus mehr verzerrt wird als bei einer Situation, in welcher die Nutzlast einen einzigen Fehler enthält. Ferner sind viele Echtzeitanwendungen in der Lage, Fehler in einem gewissen Maß zu korrigieren, derart, dass der Fehler für den Benutzer eventuell gar nicht wahrnehmbar ist. Natürlich müssen, wenn die Datenübertragungsverbindung sehr schlecht ist, fehlerhafte RLC-SDUs oft verworfen werden. Demnach ist das Bild oder der Ton, welche wiedergegeben werden, unweigerlich von schlechterer Qualität als bei einer Situation, in welcher eine gute Datenübertragungsverbindung zur Verfügung steht.
  • Mit Bezugnahme auf 3a bis 3c wird die Fehlerfreiheit der Daten für jede RLC-PDU kontrolliert, und dadurch kann ein fehlerhafter Bereich 5a mit der Genauigkeit eines Segments 9a, 9b (RLC-PDU 1a, 1b ohne den RLC-Header 2) erkannt werden. Es ist auch möglich, ein Verfahren zu verwenden, mittels welchem der fehlerhafte Bereich 5a genau erkannt werden kann, d.h. es ist möglich, den Punkt zu ermitteln, wo der Fehler beginnt 7a und wo er endet 7b. Der Fehler kann auch die fehlende RLC-PDU sein, wobei in der zu codierenden RLC-SDU 6 der gesamte Punkt des Segments, welcher die fehlende RLC-PDU enthält, den fehlerhaften Bereich 5a darstellt. Falls ein Fehler in dem RLC-Header einer RLC-PDU vorliegt, muss diese RLC-PDU verworfen werden. Demnach muss in der RLC-SDU dieses Segment, welches in der RLC-PDU enthalten ist, als fehlerhafter Bereich markiert werden, wenn diese RLC-PDU nicht erneut übertragen werden kann.
  • Der erste Fall ist in 3a und 3b dargestellt. Wenn in diesem Fall alle fehlerhaften RLC-PDUs 1a, 1b noch nicht derart erneut übertragen wurden, dass alle RLC-PDUs 1a, 1b, welche zur RLC-SDU gehören, völlig fehlerfrei empfangen wurden, muss eine RLC-SDU 6, welche mindestens einen fehlerhaften Punkt enthält, zu der oberen PDCP-Unterschicht 14 übertragen werden. Darüber hinaus werden Informationen über den oder die Fehler 5a zu der oberen PDCP-Unterschicht übertragen. Dafür stehen zwei Alternativen zur Verfügung. Die erste Alternative ist, dass die Nummer jenes Segments 9a, 9b, in welchem sich dieser Fehler 5a befindet, zu der oberen Unterschicht übertragen wird. In diesem Fall muss die PDCP-Unterschicht über die genaue Größe des Segments 9a, 9b Bescheid wissen. Alternativ dazu kann die RLC-Unterschicht den Anfangspunkt 8a und das Ende 8b des fehlerhaften Segments zu der PDCP-Unterschicht übertragen. Auf der Grundlage der übertragenen Fehlerinformationen weiß die PDCP-Unterschicht, dass der Fehler innerhalb eines bestimmten Segments lokalisiert ist, d.h. der gesamte Bereich 5b zwischen dem Anfangspunkt 8a und dem Ende 8b des Segments wird in der PDCP-Unterschicht als fehlerhaft dargestellt. Dies führt dazu, dass, wenn der Fehler 5a in dem Segment 9a, 9b auftritt, welches Steuerinformationen des PDCP-Headers und/oder oberen Protokollschichten 4 enthält, die gesamte RLC-SDU 6 verworfen werden muss.
  • Ein anderer Fall ist in 3b und 3c dargestellt. In diesem Fall ist es möglich, Informationen zu der oberen Unterschicht zu übertragen, um den genauen Ort des Fehlers 5a in der RLC-SDU anzuzeigen. Nun wird der Ort jener Bits in der RLC-SDU, wo der Fehler 5a beginnt 7a und wo der Fehler 5a endet 7b, zu der PDCP-Unterschicht übertragen. In diesem Fall kennt die PDCP-Unterschicht auf der Grundlage der übertragenen Fehlerinformationen den genauen Ort 5b des Fehlers, d.h. der Ort des Fehlers 5a sowie der Ort 5b des Fehlers, welcher von der PDCP-Unterschicht gesehen wird, sind identisch. Demnach ist es nicht erforderlich, dass die PDCP-Unterschicht etwas über die Segmentierung der RLC-Unterschicht weiß. Um diesen Mechanismus zu implementieren, muss die RLC-Unterschicht in der Lage sein, eine Prüfsumme effizient zu berechnen, auf deren Basis es möglich ist, die fehlerhaften Bereiche 5a exakt zu finden. Natürlich ist es möglich, dass die RLC-Unterschicht in der Lage ist, die Fehler 5a mit der Genauigkeit vorgegebener Bereiche zu erfassen, deren Länge z.B. 1/8 der Länge der RLC-SDU sein kann. Nun ist es möglich, dass sich der Fehler 5a im Segment 9a, 9b befindet, welches Steuerinformationen 4 des PDCP-Headers und/oder der oberen Protokollschichten enthält, aber die RLC-SDU 6 muss nicht unbedingt verworfen werden, solange der Bereich 5b, der als fehlerhaft markiert ist, nicht durch den PDCP-Header 4 lokalisiert wird.
  • Mit Bezugnahme auf 1 wird die RLC-SDU 6 (3a bis 3c), welche von der RLC-Unterschicht 12 empfangen und zusammengesetzt wird, durch ein Primitive RLC-AM-DATA-Ind, RLC-UM-DATA-Ind oder RLC-TR-DATA-Ind über die RLC-PDCP-Schnittstelle zu der PDCP-Unterschicht 14 übertragen. Dasselbe Primitive kann auch zur Übertragung von Fehlerinformationen von der RLC-Unterschicht 12 zu der PDCP-Unterschicht 14 verwendet werden. Die folgende Tabelle stellt die Primitives zwischen der RLC-Unterschicht 12 und der PDCP-Unterschicht 14 dar. Die zu der PDCP-Unterschicht 14 zu übertragenden Fehlerinformationen können ESI (Error Segment Indication), die in der Tabelle angegeben wird, sein. ESI kann beispielsweise die Sequenznummer des Segments 9a, 9b sein, welches den Fehler enthält, oder die Nummer der Bits am Anfang der RLC-SDU 6, wo der fehlerhafte Bereich 5b beginnt, und die Länge dieses Bereichs in Bits.
  • In der Folge wird auch die Funktion verschiedener Primitives beschrieben.
    • • RLC-AM-DATA-Req: mittels diesem Primitive fordert die PDCP-Unterschicht 14 eine quittierte Datenübertragung von der RLC-Unterschicht 12 an,
    • • RLC-AM-DATA-Ind: mittels diesem Primitive überträgt die RLC-Unterschicht 12 Fehlerinformationen (ESI) und RLC-SDUs 6 der PDCP-Unterschicht 14, welche unter Verwendung von Quittierungen übertragen werden,
    • • RLC-AM-DATA-Conf: mittels diesem Primitive bestätigt die RLC-Unterschicht 12 die Übertragung von RLC-SDU 6 an die PDCP-Unterschicht 14,
    • • RLC-UM-DATA-Req: mittels diesem Primitive fordert die PDCP-Unterschicht 14 unquittierte Datenübertragung von der RLC-Unterschicht 12 an,
    • • RLC-UM-DATA-Ind: mittels diesem Primitive überträgt die RLC-Unterschicht 12 Fehlerinformationen (ESI) und RLC-SDUs 6 der PDCP-Unterschicht 14, welche ohne Quittierungen übertragen werden,
    • • RLC-TR-DATA-Req: mittels diesem Primitive fordert die PDCP-Unterschicht 14 die RLC-Unterschicht 12 zur transparenten Datenübertragung auf,
    • • RLC-TR-DATA-Ind: mittels diesem Primitive überträgt die RLC-Unterschicht 12 Fehlerinformationen (ESI) und RLC-SDUs 6 der PDCP-Unterschicht 14, welche durch Verwendung von transparenter Datenübertragung übertragen werden.
  • Figure 00200001
  • Da die PDCP-Unterschicht 14 die Fehlerinformationen enthält, welche von der RLC-Unterschicht 12 bereitgestellt werden, kann die PDCP-Unterschicht 14 entscheiden, was für die fehlerhaften PDCP-SDUs 6 zu tun ist. Die Entscheidung wird auf der Grundlage des Punktes getroffen, wo der Fehler in der SDU auftritt. Wenn der Fehler beispielsweise im Anfangsteil der PDCP-SDU auftritt, d.h. in den Steuerinformationen 4 von oberen Protokollschichten, ist es wahrscheinlich, dass der Header nicht dekomprimiert werden kann, und daher ist es nicht vorteilhaft, die PDCP-SDU zu einer oberen Schicht zu übertragen. Demnach ist es vorteilhaft, diese PDCP-SDU zu verwerfen. Wenn beispielsweise der Fehler in der Nutzlast auftritt, kann die PDCP-SDU zu der oberen Schicht übertragen werden.
  • Die vorliegende Erfindung ist nicht nur auf die oben dargestellten Ausführungsformen beschränkt, sondern kann im Rahmen der beiliegenden Ansprüche modifiziert werden.

Claims (12)

  1. Verfahren in einem Telekommunikationsnetz, wobei das Telekommunikationsnetz Schichtstruktur-Protokollmittel zur Datenübertragung umfasst, und wobei die Protokollmittel mindestens eine obere Schicht und eine untere Schicht umfassen, wobei die untere Schicht (12) eine zu der oberen Schicht (14) zu übertragende zusammengesetzte Dateneinheit (6) aus einem oder mehreren Segmenten (9a, 9b) zusammensetzt, wobei das Verfahren umfasst: Erkennen eines oder mehrerer Fehler (5a), die in empfangenen Dateneinheiten (1a, 1b) auftreten, gekennzeichnet durch Zusammensetzen der zu der oberen Schicht zu übertragenden zusammengesetzten Dateneinheit (6) aus einem oder mehreren Segmenten (9a, 9b), welche den einen oder die mehreren Fehler (5a) enthalten, und Übertragen von Fehlerinformationen über den Ort des einen oder der mehreren Fehler (5a) zu der oberen Schicht (14).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei auch erkannt wird, dass eine gesamte zu empfangende Dateneinheit (1a, 1b) fehlt, und der Ort des Segments (9a, 9b) der fehlenden Dateneinheit (1a, 1b) in der zusammengesetzten Dateneinheit (6) als fehlerhafter Bereich (5b) interpretiert wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die fehlerhaften empfangenen Dateneinheiten (1a, 1b) in der unteren Schicht (12) innerhalb einer bestimmten Verzögerung durch Verwendung von Quittierungen und Neuübertragungen korrigiert werden und in der unteren Schicht (12) die zur oberen Schicht (14) zu übertragende zusammengesetzte Dateneinheit (6) aus Segmenten (9a, 9b) zusammengesetzt wird, welche in den empfangenen Dateneinheiten (1a, 1b) angeordnet sind, nachdem alle empfangenen Dateneinheiten (1a, 1b) fehlerfrei empfangen wurden oder nach einer bestimmten Verzögerung, wenn nicht genug Zeit zur Verfügung steht, um die fehlerhaften empfangenen Dateneinheiten oder mittels Neuübertragung zu empfangenden fehlenden Dateneinheiten (1a, 1b) zu korrigieren.
  4. Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Größe des Segments (9a, 9b), welches in der empfangenen Dateneinheit angeordnet ist, in der oberen Schicht (14) bestimmt wird und die zur oberen Schicht (14) zu übertragenden Fehlerinformationen eine Sequenznummer des Segments (9a, 9b), welches in der empfangenen Dateneinheit (1a, 1b) angeordnet ist und den Fehler (5a) enthält, umfassen, wobei in der oberen Schicht (14) fehlerhafte Bereiche (5b), welche die Fehler (5a) enthalten, unter Zugrundelegung der Fehlerinformationen und der Größe des Segments (9a, 9b) berechnet werden.
  5. Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein Anfangspunkt (8a) und ein Ende (8b) des Segments (9a, 9b), welches in der empfangenen Dateneinheit angeordnet ist und den einen oder die mehreren Fehler enthält, in der oberen Schicht (14) bestimmt werden und die zu der oberen Schicht (14) zu übertragenden Fehlerinformationen eine Sequenznummer des Segments (9a, 9b) enthalten, welches in der empfangenen Dateneinheit (1a, 1b) angeordnet ist, in welcher der Fehler (5a) lokalisiert ist, wobei fehlerhafte Bereiche (5b), in welchen die Fehler (5a) lokalisiert sind, in der oberen Schicht (14) unter Zugrundelegung der Fehlerinformationen und des Anfangspunktes (8a) und des Endes (8b) des Segments (9a, 9b) berechnet werden.
  6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei das Segment (9a, 9b) ferner mindestens Steuerinformationen (4) einer oberen Protokollschicht oder eines Headers (3) enthält und die zusammengesetzte Dateneinheit (6) verworfen wird, wenn der Fehler (5a) mindestens teilweise in einem derartigen Abschnitt der zusammengesetzten Dateneinheit (6) angeordnet ist, welcher die Steuerinformationen (4) der oberen Protokollschicht oder des Headers (3) enthält.
  7. Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein Anfangspunkt (7a) und ein Ende (7b) des Fehlers in der unteren Schicht (12) bestimmt werden und die zu der oberen Schicht (14) zu übertragenden Fehlerinformationen den Anfangspunkt (7a) und das Ende (7b) des Fehlers (5a) der zusammengesetzten Dateneinheit (6) umfassen.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Segment (9a, 9b) ferner mindestens Steuerinformationen (4) einer oberen Protokollschicht oder eines Headers (3) umfasst und die zusammengesetzte Dateneinheit (6) verworfen wird, wenn der Fehler (5a) mindestens teilweise in einem derartigen Abschnitt der zusammengesetzten Dateneinheit (6) angeordnet ist, welcher die Steuerinformationen (4) der oberen Protokollschicht oder des Headers (3) enthält.
  9. Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 8, wobei die untere Schicht eine RLC-Schicht und die obere Schicht eine PDCP-Schicht ist.
  10. Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 9, wobei die empfangene Dateneinheit eine RLC-PDU-Einheit ist und die zusammengesetzte Dateneinheit eine RLC-SDU-Einheit ist.
  11. Protokollmittel für die Datenübertragung, wobei die Schichtenstruktur-Protokollmittel mindestens eine obere Schicht und eine untere Schicht umfassen, wobei die untere Schicht (12) ausgebildet ist, um eine zusammengesetzte Dateneinheit (6), welche zur oberen Schicht (14) zu übertragen ist, aus einem oder mehreren Segmenten (9a, 9b), die in empfangenen Dateneinheiten (1a, 1b) enthalten sind, zusammenzusetzen und um einen oder mehrere Fehler (5a) zu erkennen, die in den empfangenen Dateneinheiten (1a, 1b) auftreten, dadurch gekennzeichnet, dass die untere Schicht (12) ausgebildet ist, um die zusammengesetzte Dateneinheit (6), die zu der oberen Schicht zu übertragen ist, aus einem oder mehreren Segmenten (9a, 9b), welche den einen oder die mehreren Fehler (5a) enthalten, zusammenzusetzen und um Fehlerinformationen, welche den Ort des einen oder der mehreren Fehler (5a) betreffen, zu der oberen Schicht (14) zu übertragen.
  12. Drahtlosterminal, welcher angeordnet ist, um in einem Telekommunikationsnetz zu funktionieren, und umfassend Schichtenstruktur-Protokollmittel zur Datenübertragung, wobei die Protokollmittel mindestens eine obere Schicht und eine untere Schicht umfassen, wobei die untere Schicht (12) ausgebildet ist, um eine zusammengesetzte Dateneinheit (6), die zu der oberen Schicht (14) zu übertragen ist, aus einem oder mehreren Segmenten (9a, 9b) zusammenzusetzen, die in empfangenen Dateneinheiten (1a, 1b) enthalten sind, und um einen oder mehrere Fehler (5a), die in den empfangenen Dateneinheiten (1a, 1b) auftreten, zu erkennen, dadurch gekennzeichnet, dass die untere Schicht (12) ausgebildet ist, um die zusammengesetzte Dateneinheit (6), die zu der oberen Schicht zu übertragen ist, aus einem oder mehreren Segmenten (9a, 9b) zusammenzusetzen, welche den einen oder die mehreren Fehler (5a) enthalten, und um Fehlerinformationen, welche den Ort des einen oder der mehreren Fehler (5a) betreffen, zu der oberen Schicht (14) zu übertragen.
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