DE60101531T2 - Rahmenformat des UMTS Protokolls zur Unterstützung von Dienstqualitäten - Google Patents

Rahmenformat des UMTS Protokolls zur Unterstützung von Dienstqualitäten Download PDF

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Description

  • ERFINDUNGSGEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen die Kommunikation und insbesondere Paketkommunikationssysteme.
  • STAND DER TECHNIK
  • Der Markt der drahtlosen Kommunikation wächst weiter und beginnt heute, eine verschiedenartige Menge von Anwendungen zu unterstützen (z. B. zusätzlich zu Mobiltelefonen ist es jetzt möglich, kleine Handgeräte wie beispielsweise den Palm VIITM zu kaufen, die über eine drahtlose Verbindung mit einem Diensteanbieter Zugang zum Internet bieten.) Als Teil der fortschreitenden Entwicklung der drahtlosen Kommunikation befaßt sich das 3GPP-Projekt (3rd Generation Partnership Project) mit einem UMTS-(Universal Mobile Telecommunications System) Erd-Funkanschlußnetz (UTRAN – UMTS Terrestrial Radio Access Network). (3GPP ist eine Normierungskörperschaft, die die ETSI (European Telecommunication Standards Institution) und mehrere andere internationale Normierungskörperschaften umfaßt. Zusätzliche Informationen über 3GPP sind bei: „http://www.3gpp.org." zu finden.)
  • Gegenwärtig werden bei UTRAN Datenübertragungen zwischen einem (hier auch als Basisstation bezeichneten) Knoten B (NB – Node B) und einer Funknetzsteuerung (RNC – Radio Network Controller) durch Verfahren eines (bei UTRAN als die Iub-Schnittstelle bezeichneten) Rahmenprotokolls (FP – Frame Protocol) des fest zugeordneten Transportkanals (DCH – Dedicated Transport Channel) definiert. (Nach dem hiesigen Gebrauch sind sowohl der NB als auch die RNC für Funknetzelemente repräsentativ). Insbesondere definieren die FP-Prozeduren Aufwärts- (von einem NB zu einer RNC) und Abwärts- (von einer RNC zu einem NB) Datenrahmen. Jeder (Aufwärts- oder Abwärts-) Datenrahmen umfaßt einen Kopfteil und einen Nutzlastteil (der auch als Protokolldateneinheit (PDU – Protocol Data Unit) bezeichnet wird) und unterstützt das Multiplexen einer Anzahl von DCH im Nutzlastteil. Jeder DCH umfaßt Transportblöcke (TB), die die zur Übermittlung von Daten benutzten Grundeinheiten sind. Die Größe und Anzahl von TB in jedem DCH eines Datenrahmens wird durch eine zugehörige Transportformatanzeige (TFI-Transport Format Indicator) im Kopfteil des Datenrahmens gekennzeichnet. Auch sollte beachtet werden, daß diese DCH FP-Verfahren auch für die Kommunikation zwischen RNC gelten (was bei UTRAN als die Iur-Schnittstelle bezeichnet wird).
  • In EP-A-1 030 484 sind Protokolle zur Verwendung in Funkkommunikationssystemen offenbart, die eine Mehrzahl von QoS-Datenebenen zur Verwendung bei der Verarbeitung von QoS-orientierten Datenpaketen umfassen.
  • Kurze Beschreibung der Erfindung
  • Ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß der Erfindung entsprechen den Ansprüchen.
  • Ungeachtet der Zugehörigkeit eines TFI-Feldes zu jedem DCH in einem UTRAN-Datenrahmen zur effektiven Angabe der Größe jedes DCH im Nutzlastteil des Datenrahmens hat sich herausgestellt, daß es auch vorteilhaft ist, weiterhin jeder Nutzlast eines Datenrahmens eine Dienstgüte (QoS – Quality of Service) zuzuordnen. Daher und erfindungsgemäß werden von einem Knoten eines auf UTRAN basierenden Netzes Daten in einem UTRAN-Datenrahmen formatiert, die einen Kopfteil, einen Nutzlastteil und ein dem Nutzlastteil zugeordnetes Dienstgütefeld zur Übertragung zu einem anderen Knoten des auf UTRAN basierenden Netzes umfassen.
  • Bei einer Ausführungsform der Erfindung werden von einem Funknetzelement (z. B. einer Basisstation) Informationen mit einem anderen Funknetzelement (z. B. einer Funknetzsteuerung) über (Aufwärts- oder Abwärts-) Datenrahmen ausgetauscht. Jeder Datenrahmen umfaßt dabei einen Kopfteil und einen Nutzlastteil, der ein Dienstgütefeld (bzw. eine QoS-Anzeige) umfaßt.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das freie acht-Bit-Erweiterungsfeld eines (Aufwärts- oder Abwärts-) UTRAN-Datenrahmens zur Übermittlung einer vier-Bit-Nutzlastart-Anzeige und einer vier-Bit-Dienstgüteklassenanzeige benutzt.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
  • 1 und 2 zeigen (Aufwärts- und Abwärts-) UTRAN-Datenrahmen des Stands der Technik;
  • 3 und 4 zeigen beispielhafte (Aufwärts- und Abwärts-) UTRAN-Datenrahmen gemäß den Grundsätzen der Erfindung;
  • 5 zeigt einen Teil eines auf UTRAN basierenden Funksystems gemäß den Grundsätzen der Erfindung;
  • 6 zeigt eine Protokollschicht zur Benutzung gemäß den Grundsätzen der Erfindung; und
  • 7 zeigt ein beispielhaftes höheres Blockschaltbild eines Funknetzelements zur Verwendung gemäß den Grundsätzen der Erfindung.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Das erfindungsgemäße Konzept wird in Zusammenhang mit einem auf einem UMTS- (Universal Mobile Telecommunications System) Erd-Funkzugangsnetz (UTRAN – UMTS Terrestrial Radio Access Network) basierenden Funknetz beschrieben, aber nicht darauf begrenzt. Außer dem erfindungsgemäßen Konzept sind die Einzelheiten eines auf UTRAN basierenden Funknetzes wohlbekannt und werden hier nicht beschrieben (z. B. UTRAN-Spezifikationen sind bei „http://www.3gpp.org." zu finden). Weiterhin wird das erfindungsgemäße Konzept unter Verwendung herkömmlicher Programmierungsverfahren implementiert, die als solche hier nicht beschrieben werden.
  • Zur Bezugnahme sind in 1 und 2 zwei UTRAN-Datenrahmen des Standes der Technik dargestellt (z. B. siehe Technical Specification (TS) 25.427 V.3.3.0: UTRAN Iub/Iur Interface User Plane Protocol for DCH Data Streams (UTRAN-Iub/Iur-Schnittstellenprotokoll auf Benutzerebene für DCH-Datenströme) für weitere Informationen über die in 1 und 2 dargestellten Felder). 1 zeigt einen beispielhaften UTRAN-Aufwärts-Datenrahmen 11. Der letztere umfaßt einen Kopfteil 12 und einen Nutzlastteil 14. Der Kopfteil 12 umfaßt weiterhin ein Kopfteil-CRC-Feld (Cyclic Redundancy Check) (7 Bit), ein Rahmenart-Feld (FT – Frame Type) (1 Bit), ein Verbindungsrahmennummer-Feld (CFN – Connection Frame Number) (8 Bit) und mindestens ein Transportformatanzeige-Feld (TFI – Transport Format Indicator) (8 Bit), das einem im Nutzlastteil 14 übermittelten entsprechenden DCH zugeordnet ist. Ein bestimmter Wert jedes TFI-Feldes beschreibt effektiv die Größe des zugehörigen DCH, d. h. Transportblock-Länge (TB – Transport Block) und TB-Satzgröße. Wie schon bemerkt, unterstützt der Nutzlastteil 14 das Multiplexen einer Anzahl von DCH. Dies ist durch 1 durch die Teile „erster DCH" und „letzter DCH" der Nutzlast 14 dargestellt. (Für Bezugszwecke umfaßt jeder DCH-Teil eine Anzahl von Transportblöcken (TB) nach der Darstellung in 1 für den ersten DCH der 1. Es kann notwendig sein, am Ende jedes TB, wie durch das P-Feld (das, obwohl es als Einzelbit in der 1 dargestellt ist, eine beliebige Anzahl von Bit sein kann, die notwendig sind, um ein TB eine ganzzahlige Anzahl von Oktetten zu machen) dargestellt, Fülldaten einzufügen.) Den DCH folgt ein Güteschätzungsfeld (QE – Quality Estimate) (8 Bit), eine Gruppe von CRC-Anzeige-Bit (CRCI – CRC Indicator) (für jeden TB gibt es ein CRCI-Bit), ein freies Erweiterungsfeld (8 Bit) und wahlweise ein Nutzlastprüfsummenfeld (16 Bit).
  • Auf ähnliche Weise zeigt 2 einen beispielhaften Abwärts-UTRAN-Datenrahmen 21. Der letztere umfaßt einen Kopfteil 22 und einen Nutzlastteil 24. Der Kopfteil 22 umfaßt weiterhin ein Kopfteil-CRC-Feld (Cyclic Redundancy Check) (7 Bit), ein Rahmenartfeld (FT – Frame Typ) (1 Bit), ein Verbindungsrahmennummer-Feld (CFN – Connection Frame Number) (8 Bit) und mindestens ein Transportformatanzeigefeld (TFI – Transport Format Indicator) (8 Bit), das einem im Nutzlastteil 24 übermittelten entsprechenden DCH zugeordnet ist. Wie der Abwärtsrahmen 11 unterstützt der Nutzlastteil 24 das Multiplexen einer Anzahl von DCH. Den DCH folgt ein freies Erweiterungsfeld (8 Bit) und wahlweise ein Nutzlastprüfsummenfeld (16 Bit).
  • Ungeachtet der Zugehörigkeit eines TFI-Feldes zu jedem DCH in einem UTRAN-Datenrahmen zur effektiven Angabe der Größe jedes DCH im Nutzlastteil des Datenrahmens hat sich herausgestellt, daß es auch vorteilhaft ist, weiterhin jeder Nutzlast eines Datenrahmens eine Dienstgüte (QoS – Quality of Service) zuzuordnen. Daher und erfindungsgemäß werden von einem Knoten eines auf UTRAN basierenden Netzes Daten in einen UTRAN-Datenrahmen formatiert, der einen Kopfteil, einen Nutzlastteil und ein dem Nutzlastteil zugeordnetes Dienstgütefeld zur Übertragung zu einem anderen Knoten des auf UTRAN basierenden Netzes umfaßt.
  • In 3 und 4 sind gemäß den Grundsätzen der Erfindung abgeänderte beispielhafte Aufwärts- und Abwärts-UTRAN-Datenrahmen zur Verwendung über entweder die Iub- oder Iur-Schnittstelle dargestellt. Außer dem erfindungsgemäßen Konzept ist die Struktur dieser Aufwärts- und Abwärts-UTRRN-Datenrahmen den in 1 und 2 ähnlich und diese Struktur wird als solche nicht wieder beschrieben. 3 zeigt einen Aufwärts-UTRAN-Datenrahmen 401 mit einem Kopfteil 412 und einem Nutzlastteil 414. Der Nutzlastteil enthält erfindungsgemäß ein Nutzlastartanzeigefeld (PTI – Payload Type Indicator) (4 Bit) und ein Dienstgütefeld (QoS – Quality of Service) (4 Bit). So stellt der Wert jedes PTI-Feldes die Art von Nutzlast dar und ein Wert des QoS-Feldes zeigt eine Art von Dienstgüte an, die durch Funknetzelemente für diese Nutzlast bereitzustellen ist. Uns nunmehr der 4 zuwendend zeigt diese Figur einen Abwärts-UTRAN-Datenrahmen 501 mit einem Kopfteil 512 und einem Nutzlastteil 514. Ähnlich dem Aufwärts-Nutzlastteil 414 enthält der Nutzlastteil 514 ein Nutzlastartanzeigefeld (PTI – Payload Type Indicator) (4 Bit) und ein Dienstgütefeld (QoS – Quality of Service) (4 Bit). So stellt ein Wert jedes PTI-Feldes die Art von Nutzlast dar und ein Wert des Dienstgütefeldes zeigt eine Art von Dienstgüte an, die durch Funknetzelemente für diese Nutzlast bereitzustellen ist.
  • In 5 ist ein Teil eines auf UTRAN basierenden Funksystems gemäß den Grundsätzen der Erfindung dargestellt. Außer dem erfindungsgemäßen Konzept sind die in 5 dargestellten Elemente und Schnittstellen wohlbekannt und werden nicht ausführlich beschrieben (z. B. siehe Technical Specification (TS) 25.401 V.3.3.0: UTRAN Overall Description (UTRAN-Gesamtbeschreibung) für weitere Informationen). UTRAN 200 ist über eine Iu-Schnittstelle an ein Kernnetz (CN – Core Network) 290 angekoppelt. (Es ist zu beachten, daß das Kernnetz in getrennte Bereiche aufgeteilt sein kann, z. B. ein leitungsvermitteltes Kernnetz und ein paketvermitteltes Kernnetz. In diesem Fall gibt es eine Iu-Schnittstelle für jeden Bereich. Das Kernnetz stellt z. B. andere Server und Gateways zur Bereitstellung von Zugang zum öffentlichen Wählnetz und/oder Paketnetzen (wie dem Internet) dar.) UTRAN 200 ist auch an Benutzereinrichtungen (UE – User Equipment) angekoppelt (z. B. einen Mobilfunk-Endpunkt wie beispielsweise ein Telefon und/oder einen Computer) wie durch UE 295 dargestellt, über die Schnittstelle Uu. UTRAN 200 umfaßt z. B. eine Anzahl von Funknetz-Teilsystemen (RNS – Radio Network Subsystems) wie durch RNS 205 und RNS 250 dargestellt, die über eine Iur-Schnittstelle zusammengekoppelt sind. Jedes RNS umfaßt mindestens eine Funknetzsteuerung (RNC – Radio Network Controller) und mindestens einen Knoten B (NB – Node B). Ein (wie oben bemerkt auch als Basisstation bezeichneter) Knoten B ist über eine Iub-Schnittstelle an eine RNC und über eine Uu-Schnittstelle an eine UE angekoppelt. Für jede Verbindung zwischen einer Benutzereinrichtung und dem UTRAN ist ein RNS das bedienende RNS (hier beispielsweise RNS 205, das über Iu 201 mit CN 290 kommuniziert). Ein anderes RNS könnte ein als Drift-RNS bezeichnetes RNS sein (hier beispielsweise das RNS 250, das wenn nötig über Iu 202 mit CN 290 kommuniziert). Gemäß dem erfindungsgemäßen Konzept wird für Kommunikationen über die Iub-Schnittstelle und/oder die Iur-Schnittstelle eine abgeänderte FP PDU nach der Darstellung in 3 für Aufwärtskommunikationen und in 4 für Abwärtskommunikationen benutzt, wobei jeder Nutzlastart mindestens ein Dienstgütefeld zugeordnet ist, (Aus 3 und 4 ist zu beobachten, daß, obwohl es als Teil des Nutzlastteils des Datenrahmens erachtet wird, das Dienstgütefeld statt dessen in einem anderen Teil des Datenrahmens, z. B. dem Kopfteil, enthalten sein könnte). Auch ist zu bemerken, daß die Einfügung eines Dienstgütefeldes in einer FP PDU das Planen nicht nur an der Iub-Schnittstelle, sondern auch der Iur-Schnittstelle erleichtert.
  • Beispielhafterweise ist das Dienstgütefeld 4 Bit breit. Nicht alle der 16 möglichen Werte müssen jedoch definiert werden. Beispielsweise erlaubt UMTS die Definition von 4 Dienstgüteklassen: Gespräche, Streaming, Dialog und Hintergrund. In bezug auf das Nutzlastartanzeigefeld (das hier auch beispielhafterweise als 4 Bit breit definiert wird) ist dieses Feld dazu nützlich, verschiedene Nutzlastarten einer bestimmten Dienstgüte zuzuordnen. Als solches kann ein RNS nunmehr Dienstgüteinformationen zum Multiplexen dieser fest zugeordneten Transportkanäle mit derselben Dienstgüte in dieselbe FP PDU benutzen.
  • Uns nunmehr der 6 zuwendend ist zu beobachten, daß eine FP PDU in einem IP-Paket (Internet Protocol) gemultiplext werden kann. Insbesondere zeigt diese Figur eine AAL2/IP-Multiplexunterschicht (Internet Protocol) eines UTRAN-Funksystems. (Durch eine AAL (ATM Adaptation Layer) werden die durch ein Netz angebotenen Dienste auf die durch die Anwendung erforderten Dienste abgebildet. Es gibt eine Anzahl von Industrienormen und vorgeschlagenen Normen, die verschiedene AAL abdecken. Insbesondere „B-ISDN ATM Adaptation Layer Type 2 Specification" vorläufige Empfehlung I.363.2, November 1996 der ITU-T (hier als AAL2 bezeichnet).) Eine IP-Multiplexunterschicht kann dabei entscheiden, ob die FP PDU in einem IP-Paket zu multiplexen sind oder nicht, und auch über die IP-Diffserv CodePoints zum Führen der verkapselten FP PDU entscheiden. (Informationen über EF-Dienst (Expedited Forwarding), AF-Dienst (Assured Forwarding), differentielle Dienstcodepunkte sind beispielsweise aus „An Architecture for Differentiated Services" (Architektur für differenzierte Dienste) RFC2475, Dezember 1998 von S. Blake et al., „An Expedited Forwarding PHB" (PHB für beschleunigte Weitergabe), draft-ietf-diffserv-phb-ef-0.1.txt, November 1998 von V. Jacobson et al. und „Assured Forwarding PHB Group" (PHB-Gruppe für gesicherte Weitergabe), draft-ietf-diffserv-af-03.txt, Dezember 1998 von J. Heinanen et al. ersichtlich). Beispielsweise kann eine FP-Dienstgüteklasse auf einen Wert 0 eingestellt werden, um „Gespräch" anzuzeigen, einen Wert 1, um „Audio-Streaming" anzuzeigen, einen Wert 2, um „Video-Streaming" anzuzeigen, einen Wert 3, um „Dialog" anzuzeigen und einen Wert 4, um „Hintergrund" anzuzeigen. Dann kann sich die IP-Multiplexunterschicht entscheiden, das PTI-Feld des verkapselten FP PDU-Pakets (das ein IP-Paket ist) mit einem EF-Codepunkt zu markieren, wenn es Gesprächsklasse ist, oder mit einem entsprechenden AF-Codepunkt, wenn es Dialogklasse ist, usw. Als Alternative kann die FP-Dienstgüte auf Klasse 0 für rohe Sprache, Klasse 1 für spracheführende, komprimierte RTP/UDP/IP-Pakete, Klasse 2 für Audio-Streaming, Klasse 3 für Video-Streaming, Klassen 4–6 für Dialog, Klasse 7 für Hintergrund usw. eingestellt werden. Dann wird der entsprechende gemultiplexte Kopfteil für rohe Sprache, komprimierte, Gesprächssprache führende RTP/UDP/IP-Pakete, Audio-Streaming oder Video-Streaming benutzt.
  • Uns kurz der 7 zuwendend ist dort ein höheres Blockschaltbild eines repräsentativen Funknetzelements 605 zur Verwendung gemäß den Grundsätzen der Erfindung dargestellt. Das Funknetzelement 605 ist eine speicherprogrammierbare Prozessorarchitektur und enthält den Prozessor 650, Speicher 660 (zum Speichern von Programmanweisungen und Daten, z. B. zum Bilden der oben beschriebenen, in 3 und 4 usw. dargestellten Datenrahmen) und Kommunikationsschnittstelle(n) 665 zum Ankoppeln an einen oder mehrere Paketkommunikationswege wie durch Weg 666 dargestellt (z. B. 665 stellt einen Sender und einen Empfänger dar). Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung stellen beispielsweise der Prozessor 650 und der Speicher 660 einen Formatierer zum Bilden der in 3 und 4 dargestellten Datenrahmen zur Übertragung über die für einen Hochfrequenzsender repräsentativen Kommunikationsschnittstellen 665 dar.

Claims (2)

  1. Verfahren zur Verwendung in einem Knoten eines auf einem hier als UTRAN bezeichneten Erd-Funkschnittstellennetzes eines universellen Mobilfunk-Telekommunikationssystems (universal mobile telecommunications system Terrestrial Radio Access Network) basierenden Netzes zum Austauschen von Daten mit einem anderen Knoten des auf UTRAN-basierenden Netzes, mit den Schritten des Formatierens von Daten in einen UTRAN-Datenrahmen, der einen Kopfteil, einen Nutzlastteil zum Übermitteln der Daten und ein dem Nutzlastteil zugeordnetes Dienstgütefeld umfaßt; und Übertragen des UTRAN-Datenrahmens zum anderen Knoten, gekennzeichnet durch Bereitstellen eines Nutzlastart-Anzeigefeldes, das die Art der im Nutzlastteil enthaltenen Nutzlast darstellt und in Verbindung mit dem Dienstgütefeld zum Multiplexen von dieselbe Dienstgüte enthaltenen fest zugeordneten Transportkanälen in dieselbe Rahmenprotokoll-Protokolldateneinheit, FP PDU, benutzt wird.
  2. Vorrichtung zur Verwendung in einem Knoten eines hier als UTRAN bezeichneten Erd-Funkschnittstellennetzes eines universellen Mobilfunk-Telekommunikationssystems mit einem Formatierer zum Bilden eines UTRAN-Datenrahmens mit einem Nutzlastteil mit mindestens einem fest zugeordneten Transportkanalteil, wobei der mindestens eine fest zugeordnete Transportkanalteil weiterhin eine Anzahl von Transportblöcken zum Übermitteln von Daten und einen Kopfteil mit mindestens einem Transportformat-Anzeigefeld für den mindestens einen fest zugeordneten Transportkanalteil umfaßt, wobei ein Wert des Transportformatanzeigefeldes eine Größe des mindestens einen fest zugeordneten Transportkanals darstellt; und ein dem Nutzlastteil zugeordnetes Dienstgütefeld; und einen Hochfrequenzsender zum Übertragen des Datenrahmens zu einem anderen drahtlosen Netzelement, dadurch gekennzeichnet, daß der Formatierer zur Bereitstellung eines Nutzlastart-Anzeigefeldes im Nutzlastteil angeordnet ist, das die im Nutzlastteil enthaltene Nutzlastart darstellt, wobei das Nutzlastart-Anzeigefeld in Verbindung mit dem Dienstgütefeld zum Multiplexen von dieselbe Dienstgüte enthaltenden fest zugeordneten Transportkanälen in dieselbe Rahmenprotokoll-Protokolldateneinheit, FP PDU benutzt wird.
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