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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Funktelefonkommunikationsnetzwerk,
zum Beispiel solche, die Paketvermittlungsdaten unterstützen und
insbesondere solche, die GPRS und/oder GRPS/EDGE Protokolle verwenden,
wie auch Verfahren zum Betreiben der Netzwerke und Netzwerkelemente
zur Verwendung mit einem solchen Netzwerk.
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Technischer
Hintergrund
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Traditionell
wurden Funktelekommunikationssysteme nahezu exklusiv für Sprach-
oder Datenpakete entwickelt. Die Verzögerung oder Latenzanforderungen,
die Burstnatur der Kommunikationen und die Asymmetrie des Verkehrs
in beiden Fällen
sind so verschieden, dass unterschiedliche Designs oft für die zwei
verschiedenen Übertragungstypen
vorgeschlagen wurden. Im Allgemeinen erlaubt Sprache nur kurze Verzögerungen,
wobei Datenpaketübertragungen
sehr asymmetrisch sein können
(zum Beispiel ein Browser, der mit Websites über das Internet kommuniziert)
und ist oft verzögerungstolerant.
Es gibt vielfältige
Ansätze,
Systeme zu entwerfen, die sowohl Daten und Sprache in dem selben
System bereitstellen. Ein solcher Vorschlag ist die Kombination
des GSM Mobiltelefonsystems und des ETSI General Packet Radio Service
(GPRS), das ein überlagertes
Netzwerk auf einen bedarfsgesteuertes GSM System ist. Eine GPRS
Architektur wurde durch ETSI in der technischen Spezifikation 3.6,
die in 1 gezeigt ist, vorgeschlagen. Im Wesentlichen
ist auf der linken Seite des Diagramms gezeigt, ein herkömmliches
GSM Mobiltelefonsystem für
Vollduplex-Sprachkommunikation gezeigt, einschließlich eines
mobilen Vermittlungszentrums (MSC), eines Basisstationssystems (BSS),
das im Allgemeinen einen Basisstationscontroller (BSC) und eine
Basisübertragerstation
(BTS) und ein mobiles Terminal (MT) und Heimatregister (HLR) beinhaltet.
Die Datenpaketdienste sind auf Short Message Service (SMS) limitiert,
der mit einem SMS Gateway mobilen Vermittlungszentrum (SMS-GMSC)
und einem Short Message Service Zentrum (SMS-SC) bearbeitet wird.
Ein Fax wird wie in einem herkömmlichen
Telefonsystem bearbeitet, zum Beispiel mittels geeigneter Modems
und einer Netzanpassung (IWF), Faxdaten werden mittels Schaltungsverteilern übertragen.
GPRS fügt
einem solchen System zwei neue Knoten hinzu, nämlich den dienenden GPRS Stützknoten
(SGSN) und den Gateway GPRS Trägerknoten
(GGSN), wobei beide als Router angesehen werden können. Der
SGSN enthält
die Identität
des MT in seinen Leitwegtabellen (routing tables), die eingesetzt
werden, wenn das MT sich in dem Netzwerk registriert. Das GGSN ist
mit anderen datentragenden Netzwerken zum Beispiel einem Datenpaketnetzwerk
(PDN) zum Empfangen und Übertragen von
Datenpaketen verbunden. Da das GPRS System parallel zu dem GSM System
ist, wird ebenso Information über
eine Ortsänderung
des MT an das SGSN/GGSN gesendet.
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Das
obige hybride System kann auf ein Mobiltelefonsystem dritter Generation
wie das UMTS System angepasst werden, wie schematisch in 2 gezeigt.
Weitere Details einer solchen Implementierung können in dem Buch von Ojanperå und Prasad, „Wideband
CDMA for Third Generation Mobile Communications" Artech House Publishers, 1998 gefunden
werden. Im Allgemeinen stellt das Funkzugriffsnetzwerk (RAN) das netzwerkseitige
Equipment zum Kommunizieren mit den MT bereit. Ein GPRS SGSN und
ein UMTS MSC werden parallel zwischen dem RAN und dem relevanten
Netzwerk bereitgestellt, das heißt, entweder ein PDN oder ein öffentliches
Telefondienstnetzwerk (PSTN).
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Das
GPRS schafft eine verbindungslose Unterstützung für Datenübertragung. Jedoch um die knappen Ressourcen
der Luftfunkschnittstelle zwischen dem BTS und dem MT zu verwenden,
wird eine bedarfsverteilte Funkressourcenzuordnung verwendet. Somit
können,
obwohl die Netzwerke an das GGSN angebunden sind, in vollständig verbindungsloser
Weise betrieben werden, die Übertragung
von Datenpaketen über
die Luftschnittstelle verwendet herkömmliche Zeitschlitze und Rahmenmanagement.
Entsprechend wird an manchen Orten in dem GPRS Netzwerk ein Paketbehandler
benötigt,
der die Pakete für
eine Übertragung
in Rahmen über
die Luftschnittstelle präpariert
und die Rahmen von der Luftschnittstelle empfängt und für eine Übertragung an das Datennetzwerk
präpariert.
Diese Einheit kann als Paketsteuereinheit (PCU) bezeichnet werden und
an mehreren alternativen Orten angeordnet sein, zum Beispiel der
Basisübertragungsstation
(BTS), der Basisstationssteuerung (BSC) oder zwischen dem BSC und
dem SGSN. Im Allgemeinen kann die PCU manchen Teilen des BSS – des Basisstationssystems – zugeordnet
sein. Typischerweise wird ein Rahmenrelais zwischen der PCU und
dem SGSN verwendet. Die PCU ist für ein Empfangen von Daten von
dem SGSN verantwortlich und für
ein Segmentieren dieser in Blöcke,
die zum Übertragen
mit einer Luftschnittstelle einer Basisübertragungsstation geeignet
sind und zum Zusammensetzen der Blöcke geeignet sind, die von
der BSC zum Übertragen
an dem SGSN empfangen wurden.
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Wenn
die PCU zwischen der BSC und dem SGSN angeordnet ist, wird die Schnittstelle
dazwischen als die Agprs Schnittstelle bezeichnet. Diese Schnittstelle
konzentriert paketvermittelte Daten, die an das BTS über die
Abis Schnittstelle zwischen der BSC und der BTS ein- und ausgehen.
Die Übertragung
der Agprs Schnittstelle wird im allgemeinen statisch durch die BSC
gesteuert. Jedoch schafft die statische Steuerung keine optimierte
Verwendung der Übertragungskapazität zwischen
der PCU und der BSC.
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Erhöhte Datenrate
for Global Evolution (EDGE) ist eine weitere Entwicklung des GPRS.
Unter Verwendung einer modifizierten Modulation können Rohbitraten
bis zu 61,7 kbit/s pro physikalischem Kanal auf einer Luftschnittstelle
erreicht werden. Falls ein mobiles Terminal alle acht Kanäle verwendet,
ist eine Gesamtbandbreite für
eine Kommunikation 8 × 61.7
kbit/s, aber aufgrund des Anfangsblockzusatzes ist die aktuelle
Netzrate geringer. EDGE kann für
GSM und T136 Standards verwendet werden und kann in 3G Netzwerken
wie GSM/EDGE Funkzugriffsnetzwerken (GERAN) parallel zu Radiozugriffsnetzwerken
von Breitband 3G Mobiltelekommunikationsnetzwerken implementiert
werden. Die Bereitstellung von variablen Breitband-Paketvermittelten-Diensten setzt zusätzliche
Anforderungen an das Landleitungsnetzwerk bezüglich der Paketverzögerung,
Systemdurchsatz und Kanalauslastung.
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Die
WO01/24553 beschreibt ein Verfahren zum Zuordnen von Übertragungskanälen an die
Abis Schnittstelle, das heißt
die Schnittstelle zwischen dem Basisstationscontroller und Basisstationen
eines Paketzellenfunknetzwerkes.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein mobiles Funktelekommunikationsnetzwerk
bereitzustellen, das Paketvermittlungsdaten unterstützt und
ein Verfahren zum Betreiben desselben, welches eine effiziente Verwendung
von Ressourcen durchführt.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Netzwerkelemente
für eine
Verwendung in mobilen Funktelekommunikationsnetzwerken zu schaffen,
die paketvermittelte Daten unterstützen und ein Verfahren zum
Betreiben desselben, welches eine effiziente Verwendung von Ressourcen
durchführt.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung kann ein mobiles zellulares Funktelekommunikationsnetzwerk
zum Verteilen von Datenpaketen zwischen Benutzerterminals und einem
Datennetzwerk bereitstellen, wobei das Netzwerk beinhaltet: eine
Basisstationssteuerung zum Steuern mindestens einer ersten und zweiten
Basisstation, wobei jede Basisstation mindestens einen Funkübertrager
(Funktransceiver), eine Paketsteuerung, eine Schnittstelle, die
zwischen der Basisstation-Steuerung und der Paketsteuerung angeordnet
ist, und eine Ressourcensteuereinrichtung zum dynamischen Steuern
der Bereitstellung von Übertragungsressourcen über die Schnittstelle
in Übereinstimmung
mit einer Last der ersten und zweiten Basisstation. Die Basisstation
kann zum Empfangen und Übertragen
von Sprach- und Datenübertragungen
bereitgestellt werden. Die Ressourcensteuereinrichtung kann in der
Basisstationssteuerung oder teilweise in der Basisstationssteuerung
und teilweise in der Paketsteuerung angeordnet sein. Das Netzwerk
kann ebenso eine Einrichtung zum Bestimmen der Übertragungslast in jeder Basisstation
und zum Bereitstellen der Ressourcensteuereinrichtung mit dieser Information
beinhalten. Die Lastbestimmungseinrichtung kann in der Paketsteuerung
angeordnet sein. Die Ressourcensteuereinrichtung kann ebenso eine
Einrichtung zum Steuern der Ressourcen basierend auf einer Dienstqualität (Quality
of Service, QoS) Anforderung zusätzlich
zu den Lasten beinhalten.
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Die
vorliegende Erfindung kann ebenso als Verfahren zum Betreiben eines
mobilen zellularen Funktelekommunikationsnetzwerkes zum Schalten
von Paketdaten zwischen Benutzerterminals und einem Datennetzwerk
beinhalten, wobei das Netzwerk eine Basisstationssteuerung zum Steuern
mindestens einer ersten und zweiten Basisstation beinhaltet, wobei
jede Basisstation mindestens einen Funkübertrager, eine Paketsteuerung
und eine Schnittstelle beinhaltet, die zwischen der Basisstationssteuerung
und der Paketsteuerung angeordnet ist, wobei das Verfahren die Schritte
aufweist: Übertragen
von Datenpaketen über
die Schnittstelle für
die erste und zweite Basisstation und dynamisches Steuern der Bereitstellung
von Übertragungsressourcen über die
Schnittstelle in Übereinstimmung
mit Lasten der ersten und zweiten Basisstation.
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Die
vorliegende Erfindung beinhaltet ebenso eine Paketsteuerung zum
Verwenden in einem mobilen zellularen Funktelekommunikationsnetzwerk
zum Schalten von Paketdaten zwischen Benutzerterminals und einem
Datennetzwerk, wobei das Netzwerk eine Basisstationssteuerung zum
Steuern mindestens einer ersten und zweiten Basisstation beinhaltet,
wobei jede Basisstation mindestens einen Funkübertrager beinhaltet; und eine
Schnittstelle beinhaltet, die zwischen der Basisstationssteuerung
und der Paketsteuerung angeordnet ist, über welche eine Übertragung
für die
erste und zweite Basisstation übertragen
wird, wobei die Paketsteuerung Datenpakete an die Basisstationssteuerung überträgt und von
der Basisstationssteuerung empfängt
und eine Einrichtung zum dynamischen Initialisieren der Bereitstellung
von Übertragungsressourcen über die
Schnittstelle in Übereinstimmung
mit Lasten der ersten und zweiten Basisstation aufweist.
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Die
vorliegende Erfindung beinhaltet ebenso ein Verfahren zum Betreiben
einer Paketsteuerung zur Verwendung in einem mobilen zellularen
Funktelekommunikationsnetzwerk zum Schalten von Datenpaketen zwischen
Benutzerterminals und einem Datennetzwerk, wobei das Netzwerk eine
Basisstationssteuerung zum Steuern mindestens einer ersten und zweiten
Basisstation aufweist, wobei jede Basisstation mindestens einen Funkübertrager
beinhaltet; und eine Schnittstelle, die zwischen der Basisstationssteuerung
und der Paketsteuerung angeordnet ist, wobei das Verfahren die Schritte
aufweist: Übertragen
an und Empfangen von der Basisstationssteuerung von Datenpaketen über die
Schnittstelle und dynamisches Initialisieren der Bereitstellung von Übertragungsressourcen über die
Schnittstelle in Übereinstimmung
mit Lasten der ersten und zweiten Basisstation. Das Verfahren beinhaltet
ebenso den Schritt eines Berechnens der Last jeder Basisstation.
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Die
vorliegende Erfindung beinhaltet ebenso eine Basisstationssteuerung
zur Verwendung in einem mobilen zellularen Funktelekommunikationsnetzwerk
zum Vermitteln von Paketdaten zwischen Benutzerterminals und einem
Datennetzwerk und einer Schnittstelle, die zwischen der Basisstationssteuerung
und einer Paketsteuerung angeordnet ist, wobei die Basisstationssteuerung
mindestens eine erste und eine zweite Basisstation steuert, wobei
jede Basisstation mindestens einen Funkübertrager beinhaltet, wobei
die Basisstationssteuerung eine Einrichtung zum dynamischen Zuordnen
von Übertragungsressourcen über die
Schnittstelle in Übereinstimmung
mit einer Anfrage von der Paketsteuerung aufweist.
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Die
vorliegende Erfindung beinhaltet ebenso ein Verfahren zum Betreiben
einer Basisstationssteuerung zur Verwendung in einem mobilen zellularen
Funktelekommunikationsnetzwerk zum Vermitteln von Paketdaten zwischen
Benutzerterminals und einem Datennetzwerk und einer Schnittstelle,
die zwischen der Basisstationssteuerung und einer Paketsteuerung
angeordnet ist, wobei die Basisstationssteuerung mindestens eine
erste und eine zweite Basisstation steuert, wobei jede Basisstation
mindestens einen Funktübertrager
beinhaltet, wobei das Verfahren ein dynamisches Zuordnen von Übertragungsressourcen über die
Schnittstelle in Übereinstimmung
mit einer Anfrage von der Paketsteuerung aufweist.
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Die
vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die folgenden
Zeichnungen beschrieben.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine schematische Darstellung eines GPRS Systems kombiniert mit
einem GSM Mobiltelefonsystem.
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2 ist
eine schematische Darstellung eines GPRS Systems, das in einem Mobiltelefonsystem
dritter Generation eingesetzt ist.
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3 ist
eine schematische Darstellung eines Details eines Paketdatensystems
in Übereinstimmung mit
der vorliegenden Erfindung.
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4 ist
ein Botschaftsfluss in Übereinstimmung
mit einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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5 ist
ein Verfahrensablauf in Übereinstimmung
mit einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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6 ist
ein Verfahrensablauf in Übereinstimmung
mit einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, der die Aktionen repräsentiert,
um zu entscheiden, ob ein Stellvertreterzeichen (Joker) oder ein
Hauptzeitschlitz aus der am geringsten belasteten Zelle entfernt
werden sollen.
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7 ist
ein Verfahrensablauf in Übereinstimmung
mit einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, der die Aktionen repräsentiert,
um zu entscheiden, ob ein Stellvertreterzeichen oder ein Hauptzeitschlitz zu
der am meist belasteten Zelle hinzugefügt werden soll.
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Beschreibung
der illustrativen Ausführungsformen
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Die
vorliegende Erfindung wird mit Bezug auf bestimmte Ausführungsformen
und mit Bezug auf bestimmte Zeichnungen beschrieben, aber die vorliegende
Erfindung ist nicht darauf sondern nur durch die Ansprüche limitiert.
Insbesondere wird die vorliegende Erfindung hauptsächlich mit
Bezug auf zellulare mobile Telefonsysteme beschrieben.
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Ein
Netzwerk, das für
die vorliegende Erfindung nützlich
ist, kann mit Bezug auf die obigen 1 und 2 zusammen
mit der nachfolgend beschriebenen Funktionalität beschrieben werden und ist
spezifisch für die
vorliegende Erfindung. Ein Detail eines solchen Netzwerkes ist in 3 gezeigt
und beinhaltet eine PCU 10, eine BSC 12, die von
der PCU entfernt ist, mindestens zwei Basisstationen 14, 16,
die durch die BSC 12 gesteuert sind, wobei jede Basisstation 14, 16 in
einer getrennten Zelle 18, 19 angeordnet ist,
und eine Schnittstelle 20 zwischen der PCU 10 und
der BSC 12. Alternativ können die Basisstationen 14, 16 in
verschiedenen Sektoren der aufgeteilten Zelle oder in der gesamten
Zelle angeordnet sein, die PCU kann mit dem SGSN ko-angeordnet sein.
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Arten, wie Ressourcen zwischen
der PCU 10 und der BSC 12 verwaltet werden und
einer optimaleren Zuordnung von solchen Ressourcen. Insbesondere
schaffen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung eine effizientere Verwendung von Ressourcen
der Agprs Schnittstelle 20 durch dynamisches Anpassen der
Ressourcenzuordnung basierend auf mindestens einem der Nachfolgenden:
- a) die Menge der Paketübertragungen aller durch die
BSC kontrollierte Zellen,
- b) des Typs der behandelten Übertragung,
insbesondere der Dienstqualität
(Quality of Service QoS) Parameter der Übertragung „Dienstqualitätparameter
(oder Anforderung)" ist
ein breiter Terminus, der einen oder mehrere aus der nachfolgenden
nicht-begrenzenden Liste beinhalten kann:
- i) Prioritäten.
Benutzer können
verschiedene Prioritäten
abonnieren, zum Beispiel ein Gold-, Silber- oder Bronzeabonnement.
Diese Prioritäten
werden durch den Netzwerkbetreiber gesetzt. Jedes dieser Abonnements
wird mit einer bestimmten Priorität oder Abstufung auf das System
assoziiert. Abonnenten mit einem Goldabonnement werden eine bevorzugte
Behandlung verglichen mit Silber- oder
Bronzeabonnenten empfangen. Silber wird eine bevorzugte Behandlung
bezüglich
Bronzeabonnenten erfahren. Der tatsächliche Effekt der bevorzugten
Behandlung kann abhängig
von einem Zeitfaktor und/oder eines Ortes abhängig gemacht sein, Faktor zum
Beispiel. Tageszeitfaktoren können
Zugriffsprivilegien während
Spitzenbenutzungszeiten beinhalten. Wochenzeitenprivilegien können sich
an Wochenenden unterscheiden. Die Privilegien können ebenso von dem Ort abhängen, zum
Beispiel städtisch
verglichen zu vorstädtisch
oder ländlich.
Die Zeitfaktoren und Ortsfaktoren können kombiniert werden, um
weitere Unterklassen eines Dienstes zu bilden. Die Privilegien und
Zugriffsprioritäten
können
abhängig
von der geladenen Systemlast gemacht werden, das heißt, sie
können
dynamisch mit der geladenen Systemlast geändert werden. So kann zum Beispiel
Goldabonnenten ein bevorzugter Zugriff gegeben werden, sogar wenn
die Systemlast hoch ist, wobei Bronzeabonnenten ein Zugriff unter
den gleichen Bedingungen verweigert wird. Prioritäten sind
im allgemeinen frei durch den Betreiber als ein Teil einer Marketingstrategie
einstellbar.
- ii) Sprach-/Konversationsdienste, die im allgemeinen strenge
Verzögerungsanforderungen
fordern, somit eine hohe Priorität
festlegen,
- iii) Botschaftsdienste, die im allgemeinen verzögerungsunempfindlich
sind,
- iv) durchgehender (Streaming) Datendienst, der im allgemeinen
nicht besonders verzögerungsempfindlich verglichen
zu Konversationsdiensten ist, aber dennoch ein strenges Verzögerungsmaximum
fordert. Eine Bitrate sollte ebenso garantiert sein, falls Echtzeitraten
eines Empfangs oder Abspielens garantiert werden soll.
- v) interaktive Dienste, in welchen eine maximale Antwortzeit
vorzugsweise garantiert werden soll,
- vi) Hintergrundsdienste. Im allgemeinen nicht verzögerungsempfindlich,
die ein Laden oder zeitunempfindliche Daten, wie Short Message Service
(SMS) umfassen.
- vii) Kombination der Vorhergehenden. So kann zum Beispiel ein
Gold durchgehendes Übertragen
einen unterschiedlichen QoS verglichen zu einem Silber durchgehenden Übertragen
aufweisen und diese können sich
abhängig
von der Zeit unterscheiden, zum Beispiel von der Tageszeit oder
eines Ortes, zum Beispiel ländlich
oder städtisch.
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Die
obige Liste ist nicht beschränkend.
Andere QoS Parameter können
zum Beispiel eine minimale Bandbreite, eine Bitfehlerrate, eine
Blockfehlerrate, eine Symbolfehlerrate, eine Rahmenfehlerrate, eine
Anrufsperrungsrate, eine Verbindungszeit, eine Paketverzögerungszeit
sein. Jeder spezifische QoS kann umgewandelt oder einem Faktor zugeordnet
werden, der in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung verwendet wird, um eine Zellbelastung,
als Teil eines Entscheidungsfindungsalgorithmusses zu gewichten.
Diese Faktoren können
beliebig durch den Systembetreiber ausgewählt werden. Alternativ können diese
Faktoren auf einen Übertragungskapazitätsfaktor
bezogen werden, indem die Reduzierung einer Kapazität des notwendigen
Systems geschätzt
wird, um den bestimmten QoS zu garantieren. Zum Beispiel wenn eine
bestimmte Verzögerung
eingehalten werden muss, können
Simulationen oder stochastisch basierte Übertragungslasten verwendet
werden, um eine effektive Kapazitätsreduzierung zu ermitteln,
welche, wenn in einem bestimmten Mobiltelekommunikationssystem implementiert,
den benötigten
Dienst mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit bereitstellen wird.
Eine Funktion dieser Reduzierung, zum Beispiel das Inverse dieser
Reduktion, kann dann als ein geeigneter Gewichtungsfaktor genommen
werden – woraus
folgt, je wichtiger die Ordnungsgemäßheit der Reduktion zum Garantieren
des QoS sein muss, umso größer wird
der Faktor. Anstelle einer Verwendung einer Simulation oder zusätzlich dazu,
können
praktisch ermittelte Werte verwendet werden, um den am meisten geeigneten
Faktor zu bestimmen, um die Gewichtung eines bestimmten QoS zu repräsentieren. Damit
wird in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung jeder QoS Parameter, der für eine Kommunikation
relevant ist, in einen QoS Faktor umgewandelt, der für jeden
Parameter geeignet ist, basierend auf dem System, auf welches die
vorliegende Erfindung angewandt wird und/oder des Betreibers Geschäftsplan.
Dieser Faktor wird vorzugsweise in Verbindung mit Zellenübertragungslasten
verwendet, um diese zu gewichten und somit einen realistischen Entscheidungswert
zu erhalten, der zum Treffen von Entscheidungen und Ressourcenzuordnungen
für die
Agprs Schnittstelle verwendet werden kann. Ein Ziel der vorliegenden
Erfindung ist es, ein Übermaß der Verbindung
zwischen der PCU und der BSC zu verringern. Eine Schnittstelle,
wie die Agprs Schnittstelle, ist eine Mehrbenutzerschnittstelle
und vielfältige
Benutzerübertragungen
werden voneinander durch eine Mehrzahl allgemein bekannter Techniken
isoliert, insbesondere Multiplexing-Techniken, wie Zeitmultiplexing,
Frequenzmultiplexing (FDM) oder Wellenlängenmultiplexing(WDM), Kodemultiplexing (CDM).
Welche dieser Techniken auch immer verwendet wird, die Ressourcen
der Agprs Schnittstelle sind begrenzt, zum Beispiel in dem TDM durch
die Anzahl von Zeitschlitzen, in dem FDM durch die Anzahl der Frequenzen,
in dem CDM durch die Anzahl der gleichzeitigen Kodes, die verwendet
werden können,
bevor die interferenz-induzierte Fehlerrate einen maximal zulässigen Wert überschreitet.
Typischerweise wird das Zeitmultiplexing (TDM) für die Agprs Schnittstelle verwendet,
zum Beispiel eine PCM (Pulskodierte Modulierte) Verbindung. Nachfolgend
wird die Erfindung mit Bezug auf die TDM beschrieben, aber es sollte
verstanden sein, dass die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt ist
und dass jegliches geeignete Multiplexing-Verfahren verwendet werden
kann. Solch eine TDM Verbindung teilt den Übertragungskanal in eine Abfolge
von Zeitschlitzen auf. Gemäß der vorliegenden
Erfindung werden die Ressourcen der Agprs Schnittstelle, das heißt die Zeitschlitze,
dynamisch in Abhängigkeit
der für
die Zellen benötigten
Lasten zugeordnet. Vorzugsweise wird ebenso QoS Parameter der Übertragung
ebenso in dem Ressourcenoptimierungsalgorithmus beinhaltet. Um die
Verwendung der Ressourcen zu optimieren, wird eine Zielfunktion
vorzugsweise optimiert. Diese Funktion basiert vorzugsweise auf
dem Agprs Zellenlasten gewichtet mit relevanten QoS Faktoren.
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Ein
Nachrichtenfluss in Übereinstimmung
mit einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist in 4 gezeigt.
In Schritt 100 bestimmt die PCU 10 die Übertragungslast
für jede
Zelle und vergleicht die Lasten mit einer bestehenden Ressourcenzuordnung
an der Schnittstelle 20. In Übereinstimmung mit einem Entscheidungsalgorithmus
entscheidet die PCU 10, ob eine Neuzuordnung ratsam wäre.
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Falls
sie entscheidet, Ressourcen neu zuzuordnen, wird eine Neuzuordnungsanfrage
an die BSC 12 von der PCU in Schritt 102 gesendet.
Alternativ kann ein anderes Netzwerkelement diese Berechnungen durchführen und
das Ergebnis an die PCU übertragen.
Nach Empfang der Anfrage führt
die BSC 12 eine Neuzuordnungsroutine aus, die vorzugsweise
einen Dekonfigurationsbotschaftsaustausch 104, 105 und
einen Neukonfigurationsbotschaftsaustausch 106, 107 beinhaltet.
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Nach
einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Anpassung der Ressourcenzuordnung
auf eine bestimmte Größe der Ressourcenänderung
beschränkt.
Zum Beispiel kann nur ein Zeitschlitz (oder Frequenz, Wellenlänge, Kode
= eine Einheit einer Ressource der Schnittstelle 20) seine
Zuordnung in einer Neuzuordnungsroutine ändern. Auf diese Weise werden
bei Neuzuordnung von Ressourcen große und schnelle Oszillationen
verhindert, die in einer Instabilität resultieren. Im Allgemeinen
wird eine Ressourceneinheit von einer weniger belasteten Zelle zu
einer stärker
belasteten Zelle übertragen.
Vorzugsweise eine Übertragung einer
Ressourceneinheit von einer am wenigsten belasteten Zelle zu der
am meisten belasteten Zelle. Eine noch mehr bevorzugte Ausführungsform
ist eine Ressourceneinheit von der geringsten belasteten Zelle an
die meist belastete Zelle zu übertragen.
Ein Entscheidungsalgorithmus in Übereinstimmung
mit einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist in 5 gezeigt.
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Ein
Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Berechnen der Zellenlast
basierend auf einem Spitzendurchsatz für jede Zelle (Schritt 131).
Der „Durchsatz" wie nachfolgend
verwendet, bezeichnet die Datenrate für ein bestimmtes mobiles Terminal
oder eine Zelle, das heißt,
die Übertragungskapazität. „Last" bezeichnet die Übertragungskapazität pro Ressourceneinheit
(Zeitschlitz, Frequenz, Kode) an der Schnittstelle 20.
Anstelle nur die Spitzenlast für
eine Zelle zu verwenden, verwendet eine vorteilhaftere Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung die Spitzenkapazität (Durchsatz) gewichtet mit
den relevanten QoS Faktoren, die wie oben erläutert bestimmt wurden. Somit
wird ein modifizierter Zellenlastwert durch Berechnen einer Funktion
des Spitzendurchsatzes und der QoS Faktoren/Faktor erhalten. Die
Funktion kann eine einfache Gewichtung wie in Gleichung 1 angegeben
sein: Zellenlast,
C = Σ[(Spitzendurchsatz
für eine
erste mobile Terminalübertragung
in einer Zelle 18 × QoS
Faktor für
diese Übertragung)
+ (Spitzendurchsatz für
zweite mobile Terminalübertragung
in einer Zelle 18 × QoS
Faktor für
diese Übertragung)
...] geteilt durch die Anzahl der Ressourceneinheiten (L) die dieser
Zelle an der Schnittstelle 20 zugeordnet sind. Gleichung 1
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Die
Summe geht über
alle Mobilterminals, die durch die Schnittstelle 20 für die Zelle 18 bearbeitet
werden. Die PCU ist in der Position um den Spitzendurchsatz zu berechnen,
da die PCU Kenntnis über
die Anzahl der mobilen Terminals hat, die mit einer BTS kommunizieren,
wie auch der Bandbreite, die für
jede Kommunikation benötigt
wird. Aus dieser Information kann der Spitzendurchsatz für jedes
kommunizierende (aktive) mobile Terminal bestimmt werden. Diese
Zellenlast wird dann durch Teilen der Spitzenübertragungskapazität gewichtet
durch die QoS Faktoren durch die Anzahl der Ressourceneinheiten
(zum Beispiel Zeitschlitze) bestimmt, die dieser Zelle an der Schnittstelle 20 zugeordnet
sind.
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Um
ein Oszillieren und ein instabiles Verhalten zu vermeiden, kann
der Wert C ferner gefiltert werden, zum Beispiel indem ein Dämpfungs-
(Forgetting) Faktor berücksichtigt
wird. Zum Beispiel kann der momentane Wert von C durch die Werte
von C von vorhergehenden Zeitspannen modifiziert werden. Somit kann
eine gefilterte und modifizierte Zellenlast Cactual eine
Funktion der momentanen Zellenlast (oder momentan modifizierten
Zellenlast CT=0) und der Zellenlasten (oder
modifizierten Zellenlasten CT=–1) von vorhergehenden
Zeitspannen sein. Ein Beispiel kann sein: Cactual = αCT=0 + (1 – α)CT-1 Gleichung 2wobei
CT=0 die momentane Zellenlast gewichtet
mit den momentanen QoS Faktor/Faktoren und CT=-1 die
Zellenlast einer Zeitspanne in der Vergangenheit gewichtet, durch
den QoS Faktor/Faktoren zu der Zeit ist und α eine Konstante kleiner als
1 ist, die als Dämpfungs-(Forgetting-)
Faktor bekannt ist. Der Filtereffekt ist ähnlich eines Tiefpassfilters.
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Die
maximal belastete Zelle ist die, welche den größten Wert von Cactual aufweist,
das heißt
die Zelle mit der größten Spitzenübertragungskapazität geteilt
durch die Anzahl der Zeitschlitze, die der Schnittstelle 20 zugeordnet
sind (Schritt 136). An diese Zelle wird eine Ressourceneinheit übertragen,
falls der Entscheidungsalgorithmus angibt, dass dies ratsam wäre (Schritt 137).
In dem Fall, dass zwei oder mehrere Zellen exakt die gleiche Zellenlast
nach den obigen Berechnungen aufweisen, können zusätzliche Kriterien verwendet
werden, um zu entscheiden, welche Zelle auszuwählen ist, zum Beispiel die
Zelle mit der maximalen Spitzenübertragungskapazität, die Zelle
mit den meisten Goldabonnenten, die aktive mobile Terminals verwenden,
etc.
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Ein
alternativer Algorithmus bestimmt die maximal belastete Zelle durch
Berechnen der Spitzenlast, unter der Annahme einer Zunahme einer
Ressourceneinheit an der Schnittstelle 20 – das heißt, das
Spitzenlastkriterium basiert auf dem Ergebnis nachdem ein Zeitschlitz
jeder Zelle zugeordnet wurde, anstelle einer Verwendung von nur
der momentanen Spitzenlast basierend auf der momentanen Anzahl von
Schlitzen, die der Zelle zugeordnet sind. Dies vereinfacht das Ergebnis
des Zuordnens eines Zeitschlitzes an jede Zelle. Wie dies die Entscheidung
beeinflusst, kann mittels eines einfachen Beispiels erläutert werden.
Es sei angenommen, dass für
eine erste Zelle die Spitzenübertragungskapazität 4 ist
und 2 Zeitschlitze zugeordnet sind. Für eine zweite Zelle ist die
Spitzenübertragungskapazität 8 und
4 Zeitschlitze sind zugeordnet. In beiden Fällen ist die Spitzenlast 2
Einheiten der Übertragungskapazität pro Zeitschlitz.
Jedoch falls die Situation betrachtet wird, wenn ein Zeitschlitz
hinzugefügt
wird, ist die Spitzenlast für
die erste Zelle 1,33 und die Spitzenlast für die zweite Zelle 1,6. In
diesem Fall wählt
der alternative Algorithmus die Zelle mit der größten Anzahl von momentan zugeordneten
Zeitschlitzen aus (für
welche ein Hinzufügen
eines zusätzlichen
Zeitschlitzes den geringsten Effekt aufweist).
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Das
Auswahlkriterium für
die Zelle, von welcher eine Ressourceneinheit übertragen wird, kann basierend
auf der am wenigsten belasteten Zelle bestimmt werden (Schritt 132).
Dies kann unter Verwendung des minimalen Wertes von Cactual bestimmt
werden. Ein verbesserter Algorithmus verwendet einen leicht verschiedenen
Algorithmus zum Auswählen
der minimal belasteten Zelle. Auf diese Weise wird die minimal belastete Zelle
unter der Annahme bestimmt, dass ein Zeitschlitz von der Zelle entfernt
wird, das heißt,
Cactual wird durch Teilen der Spitzenübertragungskapazität durch
die Anzahl von Ressourcen geteilt (zum Beispiel Zeitschlitze, Frequenzen,
Kodes) die dieser Zelle an einer Schnittstelle 20 zugeordnet
sind, weniger einer Einheit einer Ressource (= C–1 actual). Der Grund für dies kann mit Bezug auf ein
einfaches Beispiel beschrieben werden. Es sei angenommen, dass eine
erste Zelle eine Spitzenlast von 7,5 willkürlichen Einheiten aufweist
und 3 Zeitschlitze zugeordnet sind – das Verhältnis ist dann 2,5. Eine zweite
Zelle hat eine Spitzenlast von 4 Einheiten und 2 Zeitschlitze sind
zugeordnet – ein
Verhältnis
von 2. In diesem Fall ist offensichtlich die zweite Zelle weniger belastet.
Jedoch, falls die Situation nach einer Übertragung eines Zeitschlitzes
bestimmt wird, ändert
sich die Reihenfolge der Zellen – die erste hat ein Verhältnis von
7,5/2 = 3,75 und die zweite hat ein Verhältnis von 4/1 = 4. Vorzugsweise
wird die Situation nach einem Entfernen einer Ressourceneinheit
von jeder Zelle als ein Entscheidungskriterium genommen. Auf diese
Weise können
Oszillationen zwischen am wenigsten Belasteten und maximal Belasteten
reduziert oder beseitigt werden.
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Möglicherweise
müssen
zusätzliche
Anforderungen in Betracht gezogen werden, um einen sicheren Betrieb
zu garantieren. Zum Beispiel wird im allgemeinen eine minimale Anzahl
von Ressourceneinheiten an einer Schnittstelle 20 für jede Zelle
oder für
jede aktive Übertragereinheit
in einer BTS zugeordnet, zum Beispiel ist immer eine Einheit zugeordnet.
Dieser niedrigste Grad kann nicht weiter reduziert werden. Zusätzlich und
abhängig
von dem verwendeten System können
weitere Ressourceneinheiten jeder Zelle als ein Minimum einer Systembetreiberoption
zugeordnet werden können.
Zusätzlich
kann dieser Grad nicht weiter reduziert werden, falls der Betreiber
diese Anzahl als ein Minimum festgelegt hat. Falls die am wenigsten
belastete Zelle, wie nach dem oben genannten Verfahren bestimmt,
aus solchen Gründen
nicht weiter reduziert werden kann, wird die nächste am wenigsten belastete
Zelle genommen (Schritt 133). Falls diese nächste am
wenigsten belastete Zelle ebenso ihre minimale Ressource aufweist,
wird dieses Verfahren wiederholt, bis eine Zelle mit einer geringsten
Zellbelastung gefunden wird, die zulässig weiterreduziert werden
kann (Schritt 134).
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Vorzugsweise
wird eine abschließende
Prüfung
vorgenommen (Schritt 137) bevor die Anfrage für eine neue
Zuordnung vorgenommen wird (Schritt 138). Diese zusätzlichen
Vorsichtsmaßnahmen
können
optional in dem gesamten Entscheidungsalgorithmus implementiert
sein. Zum Beispiel kann in dem Fall einer Überlastung die BSC 12 die
Anfrage von der PCU 10 ignorieren. Ebenso kann nach einer Überlastung
die PCU 10 am Bilden einer Anfrage für weitere Neuzuordnungen von
Ressourcen innerhalb einer bestimmten Zeitspanne gehindert sein.
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Die
finale Prüfung
(Schritt 137) kann ebenso untersuchen, ob Oszillationen
oder ein „Hunting" wahrscheinlich auftritt.
Zum Beispiel wird die am wenigsten belastete Zelle, der eine Ressourceneinheit
entfernt ist, mit der maximal belasteten Zelle, der eine Ressourceneinheit
hinzugefügt
ist, verglichen. Falls die Erste die Letztere übertrifft oder ihr gleichkommt,
besteht die Gefahr einer Oszillation. Ein einfaches Beispiel wird
dies aufzeigen. Es seien erste bis dritte Zellen mit Durchsatz:Zeitschlitz
Zuordnungen von 8:4; 6:2 bzw. 9:3 angenommen. Falls die Lasten bei
einem entfernten Zeitschlitz verglichen werden, dann weist die erste
Zelle die geringste Last (8/3 = 3,33 verglichen mit 6/1 = 6 und
9/2 = 4,5). Jedoch ist diese Last höher als die Last nach einem
Hinzufügen
von einem Zeitschlitz zu der zweiten oder dritten Zelle – Zweite
Zelle plus 1 = 6/3 = 2 oder dritte Zelle plus 1 = 9/4 = 2,25. In
diesem Fall würde
die erste Zelle zwischen einer niedrigsten und höchsten Belastung innerhalb
einer Zeitschlitzzuordnung oszillieren. In solch einem Fall würde die
PCU entscheiden nicht eine Änderung
in einer Zuordnung anzufragen.
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Eine
weitere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird nun mit Bezug auf EDGE beschrieben. In Übereinstimmung
mit dem EDGE Standards sind zwei Typen von Übertragungsressourcen der Schnittstelle zwischen
der BSC 12 und der BTS 14, 16 (der Abis
Schnittstelle) zuordbar. Diese können „Haupt"- und „Joker"- Ressourceneinheiten
bezeichnet werden (zum Beispiel Zeitschlitz). Die Verwendung von
Haupt- und Jokerzeitschlitzen ist vorgesehen, um mit verschiedenen
Kodierungsschemata zu arbeiten, die für EDGE verfügbar sind. Diese Zuordnungen
sind in Tabelle 1 gezeigt.
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Der
Unterschied zwischen einem Haupt- und einem Jokerzeitschlitz ist,
dass ein Jokerzeitschlitz wie benötigt zugeordnet werden kann,
zusätzlich
zu einem Hauptzeitschlitz oder in Kombination eines Haupt- und eines
Jokerzeitschlitzes, um eine ausreichende Kapazität für verschiedene Modulationsschemata
bereitzustellen. Die Anzahl von Hauptzeitschlitzen, die einer Zelle
zugeordnet sind, ist abhängig
von der Anzahl der mobilen Stationen, die in der relevanten Zelle übertragen/empfangen,
das heißt
bezüglich
der Anzahl von aktiven Übertragereinheiten
in der Basisstation einer Zelle, die benötigt werden, um den Bedarf
zu decken.
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Diese
differenzielle Verwendung von Joker- und Mainressourceneinheiten
an einer Schnittstelle 20 benötigt einen weiterentwickelten
Entscheidungsalgorithmus. In Übereinstimmung
mit einer Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung wird ein überarbeitetes
Berechnungsverfahren verwendet, um die modifizierte Zellenlast zu
bestimmen. In diesem Fall wird Gleichung 1 so modifiziert, dass
die modifizierte Zellenlast die Summe über den minimalen Wert von
entweder dem Spitzendurchsatz multipliziert mit dem QoS Faktor oder
die Zielkodierungsschemabitrate (siehe Tabelle 1 für Kodierungsschemata)
multipliziert mit der Anzahl von Ressourceneinheiten (Zeitschlitzen)
die für
das Kodierungsschema zugeordnet sind (siehe obige Tabelle 1 für die Anzahl
von Zeitschlitzen für
jedes Kodierungsschema) ist. Somit wird Gleichung 1: Zellenlast C = Σ[min(Spitzendurchsatz
für ein
erstes mobiles Terminal einer Zelle 18 × QoS Faktor für diese Übertragung
OR Zielkodierungsschema Bitrate × Anzahl von Zeitschlitzen
für das
Kodierungsschema für
das erste mobile Terminal × QoS
Faktor für
diese Übertragung)
+ min(Spitzendurchsatz eines zweiten mobilen Terminals einer Zelle
18 × QoS
Faktor für
diese Übertragung
OR Zielkodierungsschemabitrate × Anzahl
von Zeitschlitzen für
das Kodierungsschema für
das zweite mobile Terminal × QoS
Faktor für
diese Übertragung)
...] geteilt durch die Anzahl von Ressourceneinheiten die dieser
Zelle an der Schnittstelle 20 zugeordnet sind. Gleichung 3
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Diese
Summe wird über
alle aktiven mobilen Terminals einer Zelle 18 berechnet,
die durch die Schnittstelle 20 behandelt werden. Der Grund
für diese
Form der Berechnung ist, dass die Last entweder durch die Spitzenübertragungskapazität oder durch
die verfügbare
Last begrenzt sein kann, welche durch das System übertragen
werden kann. Jedes dieser kann das Kleinere sein.
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Das
Filtern dieser modifizierten Zellenlast, um die gefilterte und modifizierte
Zellenlast Cactual zu erhalten, kann in Übereinstimmung
mit Gleichung 2 berechnet werden.
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Die
Auswahl der am wenigsten belasteten Zelle und der am meisten belasteten
Zelle kann wie für
die erste Ausführungsform
sein.
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Die
durch die PCU 10 und die BSC 12 auszuführende Aktion
wird ebenfalls durch den Doppeltyp von Ressourcen – Joker
und Hauptressourceneinheiten – modifiziert.
Die Zuordnung oder Freigabe von Jokerzeitschlitzen kann durch die
PCU durchgeführt
werden, wobei die gleiche Aktion für die Hauptzeitschlitze durch die
BSC durchgeführt
werden kann. Der Grund für
dies ist, dass die Hauptzeitschlitze eng mit der Zuordnung von Übertragereinheiten
in den Basisstationen assoziiert ist, das heißt die Anforderungen innerhalb
der Zellen zu erfüllen.
Diese Aktion ist eng mit BSC Verantwortungen verknüpft.
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Eine
weitere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die 6 und 7 beschrieben. 6 zeigt
den Entscheidungsalgorithmus zum Auswählen der am wenigsten belasteten
Zelle und ob ein Joker oder ein Hauptzeitschlitz hinzugefügt wird.
In Schritt 110 berechnet die PCU 10 zwei Ausdrücke:
tm, das die Zellenlast ist, falls eine Hauptzeitressourceneinheit
von der Schnittstelle 20 entfernt werden würde, und
jm, das die Zellenlast ist, falls eine Jokerressourceneinheit
von der Schnittstelle 20 entfernt werden würde.
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In
Schritt 112 wird bestimmt, ob tm größer als
jm ist. Falls dies zutrifft (YES), dann
sind die Jokerzeitschlitze am wenigsten belastet und daher fragt
die PCU 10 an, dass ein Jokerzeitschlitz entfernt wird
und für eine
stark belastete Zelle in Schritt 114 bereitgestellt wird.
Vorzugsweise wird diese Entscheidung getroffen, welches der aktiven
mobilen Terminals der Zellen die Ressourceneinheit verliert, zum
Beispiel die Übertragung von
der Übertragereinheit
wird ausgewählt,
welches die geringste Last aufweist oder alternativ die geringste Last,
wenn mit der momentanen Ressourceneinheitszuordnung minus einer
Ressourceneinheit berechnet. Falls dies nicht zutrifft (NO), dann
sind die Hauptzeitschlitze am wenigsten belastet und die PCU 10 fragt
an, dass ein Hauptzeitschlitz entfernt und einer anderen Zelle in
Schritt 116 hinzugefügt
wird. Vorzugsweise wählt die
BSC aus, welches der aktiven mobilen Terminals einer Zelle eine
Ressourceneinheit basierend auf einer Prioritätsrangfolge der Übertragung
verliert, zum Beispiel Gold, Silber, Bronze. In diesem Fall würde der
Bronzeabonnent die Ressourceneinheit verlieren.
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7 zeigt
den Entscheidungsalgorithmus zum Auswählen der Aktionen, sobald die
am meisten belastete Zelle bestimmt wurde. In Schritt 120 berechnet
die PCU 10 zwei Ausdrücke:
tm, das die Last ist, falls ein Hauptzeitschlitz
hinzugefügt
wird, und
jm, das die Zellenlast ist,
falls ein Jokerzeitschlitz hinzugefügt würde.
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In
Schritt 122 wird bestimmt, ob tm größer als
jm ist. Falls dies der Fall ist (YES), dann
sind die Hauptzeitschlitze am meisten belastet, und daher fragt
die PCU 10 an, dass ein Hauptzeitschlitz in Schritt 124 hinzugefügt wird.
Das Hinzufügen
kann zu dem mobilen Terminal mit der höchsten Priorität erfolgen.
Falls dies nicht der Fall ist (NO), dann sind die Hauptzeitschlitze
am meisten belastet und die PCU fragt an, dass ein Jokerzeitschlitz
in Schritt 126 hinzugefügt
wird. Das am meisten belastete mobile Terminal kann für das Hinzufügen ausgewählt werden.
