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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein zellulare und drahtlose
Kommunikation. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren
für effiziente Handovers
in einem Paketdaten-Kommunikationssystem.
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In
letzter Zeit bestand in der Telekommunikations-Community ein Trend,
sich immer mehr auf drahtlose Paketdatenkommunikation statt auf
leitungsvermittelte Kommunikation zu konzentrieren. Angesichts der
immensen Zunahme von Internet-Benutzern und der Nutzung von Internet-Protokollen geht
man davon aus, dass die paketvermittelte Kommunikation in Kürze umfangreicher
als die leitungsvermittelte Kommunikation werden wird, die heute vorherrscht,
z. B. zellulare Sprachkommunikation. Hersteller und Betreiber von
zellularen Kommunikationssystemen suchen daher nach Lösungen für die Integration
ihrer leitungsvermittelten Dienste und der drahtlosen paketvermittelten
Dienste, die zuverlässigere
und spektrumseffizientere Verbindungen für paketvermittelte Benutzer
bereitstellen können,
z. B. Internet-Benutzer. Dieser Trend führte zu einem Aufschwung verschiedener
Typen von paketvermittelten Kommunikationssystemen. Eines der besser
bekannten paketvermittelten zellularen Systeme in der Telekommunikations-Community
ist die Erweiterung des gegenwärtigen
zellularen GSM-(Global System for Mobile Communications/Globales
System für
Mobilfunkkommunikationen) Kommunikationssystems, das als GPRS (General
Packet Radio Service/Allgemeiner paketorientierter Funkdienst) bezeichnet wird.
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GPRS
ist ein paketvermitteltes System, das die gleiche physikalische
Trägerstruktur
wie das gegenwärtige
zellulare GSM-Kommunikationssystem verwendet und so ausgelegt ist,
dass es neben GSM existieren und den gleichen Versorgungsbereich
bereitstellen kann. Die GPRS-Funkschnittstelle basiert somit auf
einem System mit TDMA-(Time Division Multiple Access/Zeitvielfachzugriff)
Struktur mit 200-Hz-Trägern, die
mit GMSK-(Gaussian Minimum Shift Keying/MSK-Verfahren mit vorgeschaltetem Gaußfilter)
Modulation in acht Zeitschlitze unterteilt sind. Die Multiplexverarbeitung
ist dergestalt, dass mehrere Benutzer auf dem gleichen Zeitschlitz
zugewiesen sein können
und ihn nur nutzen, wenn Daten übertragen
werden müssen.
Einem Benutzer kann auch mehr als ein Zeitschlitz zugewiesen werden,
um den Datendurchsatz beim Senden zu erhöhen.
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Die
GPRS-Spezifikation enthält
eine Anzahl verschiedener Codierschemata, die abhängig von der
Qualität
des Funkträgers
zu verwenden sind. Mit GPRS werden Datenübertragungsgeschwindigkeiten
von weit über
100 kbit/s möglich
sein.
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Außerdem findet
eine laufende Entwicklung und Standardisierung eines neuen Luftschnittstellenmodus
im GSM statt, der sich sowohl auf paket- als auch leitungsvermittelte
Modi auswirken wird. Dieser neue Luftschnittstellenmodus wird als
EDGE (Enhanced Data rates for Global Evolution/Erhöhung der
Datenübertragungsgeschwindigkeiten
für globale
Weiterentwicklung) bezeichnet. Die Hauptmerkmale von EDGE sind neue
Modulations- und Codierschemata sowohl für paketvermittelte als auch
leitungsvermittelte Datenkommunikation. Zusätzlich zur Gaussian Minimum
Shift Keying- (GMSK) Modulation, die heutzutage im leitungsvermittelten
Modus sowohl im GPRS als auch GSM verwendet wird, wird eine 8-Phase Shift Keying-(8PSK/Achtphasenumtastung) Modulation
eingeführt.
Diese Modulation kann Benutzern in guten Funkumgebungen höhere Datenübertragungsgeschwindigkeiten
als GMSK bieten.
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Der
Paketdatenmodus mit EDGE-Modulation wird als EGPRS (Enhanced GPRS)
bezeichnet, und der leitungsvermittelte Datenmodus wird als ECSD
(Enhanced Circuit Switched Data) bezeichnet. Mit EGPRS werden Datenübertragungsgeschwindigkeiten
von mehr als 384 kbit/s mit EDGE möglich sein.
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Die
kürzliche
Entwicklung für
ein anderes TDMA-basiertes zellulares System, das mit dem ANSI/136-Standard
konforme zellulare Kommunikationssystem, das als TDMA/136 bezeichnet
wird, konzentrierte sich auf ein Paketdatensystem, das in den leitungsvermittelten
TDMA/136-Modus integriert werden soll.
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Dieses
Paketdatensystem wird ebenfalls auf der neuen EDGE-Technologie basieren,
wie für
die GPRS-Erweiterung definiert. TDMA/136-Betreiber mit einem Paketdatenmodus
werden dann Datenübertragungsgeschwindigkeiten
bis zu 384 kbit/s auf 200-Hz-Trägern
mit GMSK- und 8PSK-Modulation bereitstellen können, wie für EGPRS definiert.
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Zwei
EGPRS-Modi werden für
die Nutzung zusammen mit TDMA/136-Systemen standardisiert, einer,
der auf der Zeitsynchronisation zwischen Basisstationen in dem System
beruht, und einer, der dies nicht tut. Diese zwei Modi werden im
Allgemeinen jeweils als COMPACT und Classic bezeichnet.
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Zwar
konzentrierte sich die Entwicklung von zellularer Paketdatenkommunikation
anfänglich
auf die Entwicklung eines Systems, das Ressourcen zum Übertragen
von verzögerungsunempfindlichen Daten
effizient einsetzt, doch verschiebt sich der Schwerpunkt jetzt hin
zu verzögerungsempfindlichen Übertragungen
und höheren
Dienstgüteanforderungen.
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Zum
Aufbauen einer Paketdatensitzung kann ein mobiles Endgerät mit einem
Internet-Server verbunden werden, der Paketdatendienst bereitstellt. Diese
Verbindung kann das Transport Control Protocol/Internet Protocol
(TCP/IP) für
eine Ende-Ende-Übergabe
verwenden. Das mobile Endgerät
greift über
einen Paketdatenkanal über
die Luftschnittstelle auf ein festes Netz zu. Normalerweise sind
mobile Endgeräte
mit einer Basisstation verbunden, die in Bezug auf ein Qualitätsmaß, z. B.
Träger/Interferenz-Verhältnis (C/I),
den besten Kommunikationskanal bereitstellt. Das mobile Endgerät überwacht
kontinuierlich Nachbar-Basisstationen, so dass eine Neu-Auswahl
für eine
andere Zelle vorbereitet ist, wenn die Signalqualität der bedienenden
Basisstation unzureichend wird. Für die Neu-Auswahl von Zellen
kann, wenn sie sich in einer Paketdatenverbindung mit geringen Verzögerungs-
und Unterbrechungsanforderungen befinden, einige Unterbrechungszeit
gestattet sein, um den Zellenwechsel von einer bedienenden Basisstation
zu einer Zielbasisstation durchzuführen. Für Verbindungen mit höheren Anforderungen
und mit hoher Empfindlichkeit gegenüber Unterbrechungen, z. B.
Sprachverbindungen, muss die Neu-Auswahl
mehr oder weniger nahtlos erfolgen. Die nahtlose oder schnelle Neu-Auswahl
mit kurzen Unterbrechungen bei Belegung in einer festgeschalteten
Verbindung wird im Allgemeinen als Handover bezeichnet. Wenn ein
mobiles Endgerät
mit seinem Anschlusspunkt von einer bedienenden zu einer Zielbasisstation
wechselt, wird die Verbindung durch das Netz zu der Ziel-Basisstation
verschoben, und die Ziel-Basisstation
wird zur "neuen" bedienenden Basisstation.
Das Netz leitet anschließenden
Paketdatenverkehr zu dem mobilen Endgerät über die Zielbasisstation weiter,
und die Paketdatensitzung wird fortgesetzt.
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Ein
großer
Teil des Schwerpunkts der letzten Entwicklung von paketvermittelter
Funkkommunikation liegt auf Echtzeit- und Multimedia-Anwendungen. Die neuen
Dienste umfassen interaktive Dienste, Streaming-Dienste und Best
Effort-Dienste.
Interaktive Dienste und Streaming-Dienste werden hierin als Echtzeit-Dienste
oder -Anwendungen bezeichnet. Der interaktive Dienst kann für Voice-over-IP
(VoIP) genutzt werden. Der Streaming-Dienst kann für Multimedia-Anwendungen genutzt
werden, wie zum Beispiel das Senden einer Video- oder einer Audio-Datei zu
dem mobilen Endgerät.
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Wenn
eine Echtzeit-Anwendung durchgeführt
wird, kann der Empfänger
die empfangenen Daten Puffern, bevor sie tatsächlich verwendet werden, um
mit Verzögerungsjitter
fertig zu werden. Für
eine Einweg-Kommunikation, wie beispielsweise Videofilm oder Audio,
kann dies mit einer größeren Verzögerung akzeptierbar
sein als für
eine Zweiwege-Kommunikation, wie beispielsweise VoIP-Anwendungen.
Für die
Anwendung besteht jedoch ein Echtzeit-Aspekt, wenn auch die Verzögerungsanforderungen
zwischen den Anwendungen unterschiedlich sein können. Bei einer Abwärtsstrecken-Transaktion kann
das mobile Endgerät
zum Beispiel abhängig von
dem im mobilen Endgerät
verfügbaren
Speicher und der akzeptierbaren Verzögerung in der Anwendung mehr
oder weniger Daten Puffern. Im Allgemeinen sollte der Puffer groß genug
sein, um mit einer unterschiedlichen Verzögerung zwischen den Endsystemen
und der diskontinuierlichen Natur von Paketdaten fertig zu werden.
Eine unterschiedliche Verzögerung
kann auf Verzögerungen
im Netz zurückzuführen sein,
da eine LP-Weiterleitung verursachen kann, dass die Pakete über verschiedene
Wege in dem Internet weitergegeben werden. Bursthaftigkeit und unterschiedliche
Verzögerung
in den Netzen wird auch durch Puffern von Paketen in der Basisstation
abgewickelt, bevor die Pakete auf dem drahtlosen Netz zu dem mobilen
Endgerät
gesendet werden. Unterschiedliche Funkverbindungen auf dem drahtlosen
Weg können
ebenfalls zu unterschiedlichen Verzögerungen beitragen. Wenn schlechte drahtlose
Bedingungen vorliegen, kann dies durch eine Übertragungsgeschwindigkeitsanpassung
unter Verwendung einer umfangreicheren Codierung bewältigt werden,
was zu größeren Verzögerungen
führen
kann.
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Beim
Implementieren einer Neu-Auswahl in herkömmlichen drahtlosen Systemen
steht das mobile Endgerät
für einige
Zeit nicht mit dem Netzwerksystem in Verbindung und ist somit nicht
in der Lage, Daten zu senden oder zu empfangen. Die Anwendung in
dem empfangenden Ende, entweder in dem mobilem Endgerät oder in
dem festen Knoten, ist weiterhin in Betrieb und extrahiert Pakete
aus dem Empfangspuffer. Der Sender, zum Beispiel die Basisstation
für eine
Abwärtsstrecken-Transaktion,
nimmt während
der Neu-Auswahl keine Dateneingabe in den Empfangspuffer des mobilen
Endgeräts
vor. Somit reduzieren sich die Daten in dem Empfangspuffer, und
er kann während
der Neu-Auswahl gänzlich geleert
werden. Nach der Neu-Auswahl kann der Empfangspuffer einen Tiefstand
aufweisen. Wenn die Übertragung
von dem Sender zu dem Empfänger, beispielsweise
von der Basisstation zu dem mobilen Endgerät, nach der Neu-Auswahl beginnt
und in gleichmäßigem Rhythmus
fortgesetzt wird, hat der Puffer keine Gelegenheit, sich aufzubauen.
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Somit
besteht ein Problem bei der herkömmlchen
Neu-Auswahl darin, dass sich der Dienst verschlechtern kann, weil
der Puffer leer wird. Dies führt zu
einer Unterbrechung der Anwendung. Dies ist in 4 veranschaulicht,
die eine Zeitlinie mit einer Kurve A zeigt, die den Durchsatz auf
dem drahtlosen Netz veranschaulicht, und eine zweite Kurve B, die die
Datenmenge in einem Empfangspuffer darstellt. Wie offensichtlich
ist, wird die Datenmenge in dem Empfangspuffer vor der Neu-Auswahl
auf einem im Allgemeinen konstanten Pegel gehalten, wobei die Neu-Auswahl-Zeit
durch "HO" dargestellt wird.
Während
der Neu-Auswahl nimmt die Datenmenge in dem Empfangspuffer allmählich ab,
bis der Puffer bei C leer wird. Anschließend an die Neu-Auswahl wird nur
eine kleine Datenmenge zu dem Empfangspuffer hinzugefügt, so dass,
nachdem die Neu-Auswahl erfolgt ist, die Datenmenge in dem Empfangspuffer
zu klein ist, um mit Verzögerungsjitter
fertig zu werden. Dadurch kann sich die Leistung verringern.
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Ähnliche
Probleme können
auch in der Übertragungsrichtung
während
der Neu-Auswahl auftreten. Es kann auch ein Sendepuffer vorhanden
sein, wenn die Anwendung einen konstanten Datenstrom generiert,
wenn sie sich in einer Echtzeit- Paketdatensitzung
befindet. Wenn der Sendepuffer voll ist, wenn eine Neu-Auswahl eintritt,
bedeutet dies, dass bereits verzögerte
Daten nochmals verzögert
werden. Dies kann zu Problemen am empfangenden Ende führen.
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Dementsprechend
besteht ein Bedarf an einem Verfahren zum Priorisieren von Handovers
eines mobilen Endgeräts.
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M.
S. Kang und andere identifizieren in dem Artikel "Handover compensation
scheme for weighted fair queuing in cellular packet switched networks", 05.06.1997, Electronics
Letters, IEE Stevenage GB, Bd. 33, Nr. 12, S. 1015–1017 ein
ungebundenes Gerechtigkeitsphänomen
von gewichteter angemessener Warteschlangenbildung in zellularen
paketvermittelten Netzen und schlagen ein virtuelles Zeitausgleichsschema
zum Aufrechterhalten von gebundener Gerechtigkeit vor.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung erfüllt
diesen und weiteren Bedarf durch Bereitstellen eines Verfahrens zum
Priorisieren von Handovers von einem mobilen Endgerät, das sich
in einer Paketdatensitzung auf einem zellularen Paketdaten-Verkehrskanal befindet. In Übereinstimmung
mit einem anderen Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Verfahren
bereitgestellt zum Verwalten des Sende- und des Empfangspuffers des
mobilen Endgeräts
vor einem Handover von einer aktuellen Basisstation zu einer anderen
Basisstation für
ein mobiles Endgerät,
das sich in einer Paketdatensitzung auf einem zellularen Paketdaten-Verkehrskanal
befindet. In Übereinstimmung
mit einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Verfahren
bereitgestellt zum Durchführen
einer schnellen Neu-Auswahl, d. h. eines Handovers für Paketdatensysteme,
die verzögerungsempfindliche
Anwendungen befördern.
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Allgemein
wird hierin in Übereinstimmung mit
einem Gesichtspunkt der Erfindung ein Verfahren zum Priorisieren
von Handovers von einer derzeitigen Basisstation zu einer anderen
Basisstation eines mobilen Endgeräts offenbart, das sich in einer
Paketdatensitzung auf einem zellularen Paketdaten-Verkehrskanal
befindet. Das Verfahren umfasst das Bestimmen an der derzeitigen
Basisstation, dass das mobile Endgerät im Begriff ist ist, ein Handover
zu einer anderen Basisstation durchzuführen, Zuweisen von erhöhten Datenübertragungsressourcen
durch die derzeitige Basisstation zu dem mobilen Endgerät vor dem
Handover durch das mobile Endgerät
und Erhöhen
des Durchsatzes auf dem zellularen Paketdaten-Verkehrskanal zwischen
der derzeitigen Basisstation und dem mobilen Endgerät vor dem
Handover durch das mobile Endgerät.
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Des
Weiteren umfasst das Verfahren das Bestimmen an der neuen Basisstation,
dass das mobile Endgerät
gerade ein Handover durchgeführt
hat, Zuweisen von erhöhten
Kommunikationsressourcen durch die neue Basisstation zu dem mobilen
Endgerät
nach dem Handover durch das mobile Endgerät und Erhöhen des Durchsatzes auf dem
zellularen Paketdaten-Verkehrskanal
zwischen der neuen Basisstation und dem mobilen Endgerät nach dem
Handover durch das mobile Endgerät.
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In Übereinstimmung
mit einem anderen Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Verfahren
zum Verwalten des Sende- und des Empfangspuffers des mobilen Endgeräts vor einem
Handover von einer derzeitigen Basisstation zu einer anderen Basisstation
für ein
mobiles Endgerät
offenbart, das sich in einer Paketdatensitzung auf einem zellularen
Paketdaten-Verkehrskanal
befindet. Das Verfahren umfasst das Bestimmen an dem mobilen Endgerät, dass
ein Handover von der derzeitigen Basisstation an eine andere Basisstation
vorgenommen werden sollte, Bestimmen des Status des Sende- und des
Empfangspuffers des mobilen Endgeräts an dem mobilen Endge rät, und wenn
der Status des Sende- und des Empfangspuffers akzeptabel ist, dann
das Initiieren des Handovers durch das mobile Endgerät, und ansonsten,
dass das mobile Endgerät
das Initiieren des Handovers verschiebt, bis der Sende- und der
Empfangspuffer einen akzeptablen Status aufweisen.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung werden problemlos aus der Spezifikation
und der Zeichnung deutlich.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 veranschaulicht
eine Übersicht über GPRS-Knoten,
die in einem beispielhaften GPRS-System vorhanden sind;
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2 ist
ein Ablaufdiagramm eines Handover-Verfahrens, wie es in einem Netzwerksystem
gemäß einem
Gesichtspunkt der Erfindung implementiert ist;
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3 ist
ein Ablaufdiagramm eines Handover-Verfahrens, wie es in einem mobilen
Endgerät gemäß einem
anderen Gesichtspunkt der Erfindung implementiert ist;
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4 ist
eine schematische Zeitablaufdarstellung, die die Menge von Empfangspuffer-Daten bei
einem herkömmlichen
Handover veranschaulicht;
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5 ist
eine schematische Zeitablaufdarstellung, ähnlich 4, die die
Menge von Empfangspuffer-Daten
in einer Abwärtsstrecken-Transaktion
unter Verwendung des Verfahrens in Übereinstimmung mit der Erfindung
veranschaulicht;
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6 ist
eine schematische Zeitablaufdarstellung, ähnlich 4, die die
Menge von Sendepuffer-Daten in einer Aufwärtsstrecken-Transaktion unter Verwendung
des Verfahrens in Übereinstimmung mit
der Erfindung veranschaulicht; und
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7 ist
ein Blockschaltbild, das logische Schichten veranschaulicht, die
in einer Basisstation in Übereinstimmung
mit der Erfindung implementiert sind.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf ein
GPRS-basiertes zellulares Paketdaten-Kommunikationssystem und Erweiterungen
davon beschrieben, wie bereits kurz unter dem allgemeinen Stand
der Technik beschrieben. Die Erfindung könnte mit anderen Systemen,
wie beispielsweise einem TDMA/136-System, das ebenfalls unter dem
Stand der Technik beschrieben wurde, verwendet werden, wie offenkundig
wird.
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In
einem GPRS-Kommunikationssystem sind physikalische Kanäle, auf
denen Kommunikation erfolgen kann, in Zeitschlitze auf einem Funkfrequenzträger unterteilt.
Jede Trägerfrequenz
ist in acht Zeitschlitze bzw. acht physikalische Kanäle unterteilt.
Acht aufeinander folgende Zeitschlitze bilden einen GSM-Datenübertragungsblock.
Die Zeitschlitze beziehen sich sowohl auf Aufwärts- als auch Abwärtsstrecken-Zeitschlitze.
Ein TDMA/136-System verwendet sechs Zeitschlitze.
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Unter
folgender Bezugnahme auf 1 wird eine Anzahl von Systemknoten
in einem beispielhaften Paketdaten-Kommunikationssystem 10 gemäß GPRS veranschaulicht.
Zusätzliche
Knoten können in
anderen beispielhaften Systemen auftreten oder einige Knoten können fehlen.
Ein mobiles Endgerät 12 kann
mit einer derzeitigen oder bedienenden Basisstation 14 kommunizieren.
Natürlich
sind mehrere Basisstationen, wie beispielsweise eine Basisstation 16,
normalerweise in Paketdatensystemen vorhanden. Die bedienende Basisstation 14 kann
mit einem Basisstationssteuerungs-Knoten (BSC) 18 verbunden
sein, der wiederum mit einem Serving GPRS Support Node (SGSN) 20 verbunden
ist, der eine oder mehrere BSCs bedient. Der SGSN 20 ist
typischerweise der Knoten, der den Paketfluss zu und von den verschiedenen
Basisstationen über
die BSCs steuert. Ein weiterer GPRS-Unterstützungsknoten ist ein Gateway
GPRS Support Node (GGSN) 22, der z. B. mit dem Internet
oder anderen (nicht dargestellten) externen Netzen verbunden ist.
In 1 sind Steuereinheiten 24 veranschaulicht.
Sie sind beispielhaft in den Basisstationen 14 und 16 positioniert,
könnten
sich alternativ aber auch in anderen Netzwerkknoten befinden, z.
B. dem BSC 18 oder dem SGSN 20, wie in Phantomdarstellung
gezeigt. Die Steuerfunktionalität
kann ebenfalls zwischen verschiedenen Knoten aufgeteilt sein. Die
Steuereinheiten 24 werden in diesem beispielhaften System
die Zuweisung in Basisstationen sowie Übertragungsflüsse und
Neu-Auswahl steuern. Somit empfängt und
verarbeitet die Steuereinheit in einer bedienenden Basisstation 14 möglicherweise
eine Neu-Auswahl-Anforderung
von einem mobilen Endgerät,
bevor sie sie an eine neue oder Ziel-Basisstation weiterleitet,
wie beispielsweise die Basisstation 16.
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Das
mobile Endgerät 12 umfasst
eine Steuereinheit 26 zum Steuern seines Betriebs. Die
Steuereinheit kann verschiedene bekannte Formen annehmen, wie zum
Beispiel ein programmierter Mikro-Controller oder Prozessor und
Speicher. Der Speicher speichert Programme zum Betreiben des mobilen
Endgeräts 12 sowie
Betriebsdaten. Der Speicher enthält
einen Pufferspeicher, der durch einen Block 28 dargestellt
ist und einen Sende- und/oder Empfangspuffer umfasst. Die Basisstations-Steuereinheit umfasst
einen ähnlichen
Speicher 29. Der Empfangspuffer wird verwendet, um Daten
zu Puffern, die von dem Netz 10 für eine Abwärtsstrecke oder von dem mobilen
Endgerät 12 für eine Aufwärtsstrecke empfangen
werden. Der Sendepuffer wird verwendet, um Daten zu Puffern, die
vom mobilen Endgerät 12 zu
dem Netz 10 oder von dem Netz 10 zu dem mobilen
Endgerät 12 übertragen
werden sollen. Der Puffer 28 ist besonders nützlich bei
Echtzeit-Paketdatensitzungen auf einem zellularen Paketdaten-Verkehrskanal,
wie beispielsweise die oben erläuterten
Echtzeit-Streaming- und interaktiven Dienste.
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In Übereinstimmung
mit der Erfindung ist das Netzwerksystem 10 so ausgelegt,
dass die Pufferverwaltung während
des Handovers verbessert wird. In der Empfangsrichtung besteht das
Ziel darin, die Zeit zu minimieren, in der der Empfangspuffer leer
ist. Der beste Fall besteht darin, zu vermeiden, dass der Empfangspuffer
jemals leer wird, da ein leerer Puffer verursacht, dass eine Anwendung
unsachgemäß arbeitet.
In der Senderichtung besteht das Ziel darin, den Aufbau von Daten
in dem Sendepuffer zu minimieren, da sich dies als erhöhte Verzögerung auswirkt,
die einen leeren Verzögerungspuffer
an dem anderen Ende verursachen kann. Diese Ziele werden unter Verwendung
eines Ressourcen-Schedulers in der Basisstations-Steuereinheit 24 oder
einem Pufferverwaltungssystem in der Steuereinheit 26 des mobilen
Endgeräts
erreicht, wie im Folgenden beschrieben.
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Unter
Bezugnahme auf 2 veranschaulicht ein Ablaufdiagramm
ein Ressourcen-Schedulerprogramm, das in der Steuereinheit 24 von 1 implementiert
ist, um Handovers von einer derzeitigen Basisstation, wie beispielsweise
der Basisstation 14, zu einer neuen Basisstation, wie beispielsweise
der Basisstation 16 des mobilen Endgeräts 12 zu priorisieren,
während
dieses in einer Echtzeit-Paketdatensitzung auf einem zellularen
Paketdaten-Verkehrskanal belegt ist. Das Ablaufdiagramm von 2 veranschaulicht
die Netzwerkseite der Prozedur für
Handovers. Zwar ist sie als in der mit einer Basisstation verbundenen
Steuereinheit 24 implementiert beschrieben, doch könnte die
Steuereinheit auch mit einem anderen Knoten verbunden sein, wie
oben erläutert.
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Die
Prozedur beginnt an einem Block 30, wenn eine Paketdatensitzung
läuft.
Der SGSN 20 und die Basisstation 14 bedienen eine
Reihe von mobilen Endgeräten
im aktiven Modus auf einem Funkpaketdatenkanal, d. h. im READY-Modus.
Die mobilen Endgeräte
haben bereits eine erfolgreiche GPRS-Anmeldungsprozedur vorgenommen. Um auf die
paketvermittelten Dienste zuzugreifen, gibt ein mobiles Endgerät seine
Anwesenheit dem Netz bekannt, indem eine PS-Anmeldung durchgeführt wird. Bei
der GPRS-Anmeldung stellt der SGSN einen Mobilitätsverwaltungs-Kontext her,
der Informationen in Bezug auf z. B. die Mobilität und Sicherheit für das mobile
Endgerät
enthält.
Der Scheduler-Algorithmus in der Steuereinheit 24 entscheidet,
welchem der gegenwärtig
aktiven mobilen Endgeräte
Funk-Ressourcen auf der Abwärtstrecke
und der Aufwärtsstrecke während des
folgenden Ablaufkoordinierungsintervalls bewilligt werden sollen.
Das Intervall kann aus einer Reihe von Zeitschlitzen bestehen, es
kann kurz oder lang sein und wird hierin nicht speziell definiert.
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Die
Prozedur fährt
dann mit einem Block 32 fort, der mit der Ablaufkoordinierung
für das
nächste Ablaufkoordinierungs-Zeitintervall
beginnt. Dies ist als Endlosschleife implementiert. Die Echtzeit-Ressourcen
werden mobilen Endgeräten
an einem Block 34 zugewiesen. Diese Zuweisung basiert auf
der Menge von Ressourcen, die zum Bereitstellen der höchsten Dienstgüte erforderlich
sind. Ein Entscheidungsblock 36 ermittelt, ob irgendwelche
Ressourcen während
des Ablaufkoordinierungsintervalls übrig sind. Falls nicht, kehrt
die Steuerung in der Schleife zum Block 32 zurück.
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Wenn
zusätzliche
Ressourcen übrig
sind, wie am Entscheidungsblock 36 ermittelt, weist der Scheduler
erhöhte
Ressourcen an einem Block 38 zu mobilen Endgeräten mit
Echtzeitanwendung zu, die davor stehen, ein Handover von einer Basisstation auszuführen oder
gerade ein Handover zu einer Basisstation ausgeführt haben, und wenn die bestimmte Basisstation
irgendwelche Daten in ihrem Sendepuffer aufweist. Diese Priorisierung
kann weiter ausgedehnt werden, um zum Beispiel Zweiwege-Echtzeitdiensten
vor Einweg-Echtzeitdiensten usw. Priorität einzuräumen. Vom Block 38 aus
ermittelt der Entscheidungsblock 40, ob irgendwelche Funkressourcen übrig sind.
Falls nicht, kehrt der Scheduler auf der Schleife zum Block 32 zurück. Wenn
Ressourcen übrig
sind, dann weist ein Block 42 optional erhöhte Ressourcen
zu einem Best Effort-Mobilendgerät
zu. Ein Best Effort-Mobilendgerät ist eines,
das keine Echtzeitanwendung implementiert. Ein Entscheidungsblock 44 ermittelt
dann, ob irgendwelche Ressourcen übrig sind. Wenn nicht, kehrt
der Scheduler auf der Schleife zum Block 32 zurück. Falls
ja, dann weist der Scheduler optional irgendwelche übrigen Ressourcen
den Best Effort-Mobilendgeräten
an einem Block 46 zu. Dann kehrt der Scheduler auf der Schleife
zum Block 32 zurück,
um den Prozess zu wiederholen.
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Wie
beschrieben räumt
der Scheduler in der Basisstations-Steuereinheit 24 mobilen Endgeräten, die,
gleichgültig,
ob auf Aufwärtsstrecke
oder Abwärtsstrecke,
mit Echtzeit-Anwendungen
arbeiten, direkt vor einem Handover oder einer Neu-Auswahl oder
direkt nach dem Handover Priorität
ein. Der Scheduler plant mehr Verkehr für dieses mobile Endgerät ein, um
seinen Empfangspuffer mit übermäßiger Paketspeicherung
aufzubauen oder seinen Sendepuffer zu leeren. Die Echtzeit-Anwendung
wird priorisiert, da sie davon profitiert, die Best Effort-Anwendung
aber keine Pufferung benötigt.
Der beschriebene Typ von Ablaufkoordinierung führt zu einem besseren Dienst,
da es weniger wahrscheinlich ist, dass der Empfangspuffer in dem
mobilen Endgerät
für eine
Abwärtsstrecken-Transaktion
oder in dem festen Knoten für
eine Aufwärtsstrecken-Transaktion während oder
nach dem Handover einen Tiefstand aufweist oder sich leert. Dies
ist in 5 veranschaulicht, das auf einer Zeitlinie eine
erste Kurve 48 zeigt, die einen Durchsatz auf der drahtlosen
Verbindung darstellt, und eine Kurve 50, die eine Datenmenge darstellt,
die in einem Empfangspuffer gespeichert ist. Der Durchsatz auf der
Funkverbindung erhöht sich
vor dem Handover (pre-HO) und direkt nach dem Handover (post-HO).
Das Ergebnis ist, dass sich die Datenmenge in dem Empfangspuffer
pre-HO erhöht,
während
des Handovers HO allmählich
abnimmt und sich dann post-HO erhöht, um zu einer gewünschten
Puffermenge zurückzukehren.
Der Empfangspuffer ist jedoch niemals leer, wie an 52 angegeben.
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6 veranschaulicht ähnliche
Kurven für eine
Aufwärtsstrecken-Transaktion.
Der Durchsatz von dem mobilen Endgerät auf der Funkverbindung wird
durch eine Kurve 54 dargestellt. Wie offenkundig ist, ist
diese Kurve der Kurve 48 von 5 im Allgemeinen ähnlich.
Eine Kurve 56 veranschaulicht die Datenmenge, die in dem
Sendepuffer in dem mobilen Endgerät gespeichert ist. Wie ersichtlich
ist, verringert sich der Sendepuffer pre-HO, erhöht sich während des Handovers HO allmählich und
nimmt post-HO ab.
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Die
Zuteilung von erhöhten
Funkressourcen zu einem Echtzeit-Mobilendgerät kann auf verschiedene Weise
erfolgen. In einer Situation, in der einem Echtzeit-Mobilendgerät ein temporärer Blockfluss (TBF)
zugewiesen wird, erstreckt er sich zum Beispiel über mehrere Zeitschlitze. Es
kann sein, dass die zugewiesenen Zeitschlitze nicht gleichzeitig
verwendet werden, wenn dies nicht durch eine konstante Übertragungsgeschwindigkeit
erforderlich ist. Daher ist es möglich,
vorübergehend
mehr Daten zu dem mobilen Endgerät
zu senden, indem für
eine kurze Zeit eine Übertragung
auf allen zugewiesenen Zeitschlitzen erfolgt. Eine weitere Situation,
in der es möglich
ist, die Zuweisung zu erhöhen,
ist die Verwendung eines Half-Rate-Flusses. Die Zuweisung kann auf
doppelte Half-Rate erhöht
werden, d. h. während
jeder Blockperiode werden zwei Half-Rate-Blöcke gesendet.
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Die
Basisstations-Steuereinheit 24 muss vorhersehen, dass das
mobile Endgerät 12 davor steht,
ein Handover oder eine Neu-Auswahl vorzunehmen, um die Ablaufkoordinierung
von Paketen zu oder von dem mobilen Endgerät 12 anzupassen. Im GPRS
gibt es ein netzwerkbestimmtes Handover, das als vom mobilen Endgerät gestütztes Handover (MAHO)
bekannt ist, und eine autonome Neu-Auswahl des mobilen Endgeräts. Im Fall
des MAHO ist in dem Netz eindeutig bekannt, dass ein Handover erfolgen
wird, da es allein nach Ermessen des Netzes vorgenommen wird. Im
Gegensatz dazu ist es im Fall der autonomen Neu-Auswahl des mobilen
Endgeräts der
Basisstation nicht im Voraus bekannt, an welchem Punkt das mobile
Endgerät 12 eine
Neu-Auswahl vornehmen wird. Diachina und andere, Anmeldung Nr. 09/459,675
mit dem Titel "Re-Selection
For Real-Time Packet Data Networks", deren Spezifikation hiermit durch
Verweis aufgenommen wird, offenbart ein Verfahren, in dem das mobile
Endgerät selbstständig entscheidet,
eine Neu-Auswahl vorzunehmen und dann eine Nachricht an die derzeitige Basisstation
sendet, dass es im Begriff ist, ein Handover an eine andere Basisstation
durchzuführen. Somit
kann ein Verfahren in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung
verwendet werden.
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In Übereinstimmung
mit einem anderen Gesichtspunkt der Erfindung wird die Pufferverwaltung in
der Steuereinheit 26 des mobilen Endgeräts während des Handovers implementiert,
indem das Handover oder die Neu-Auswahl-Entscheidung zeitlich koordiniert
werden. Im Allgemeinen erfolgt ein Handover bzw. eine Neu-Auswahl
für eine
Nachbar-Zelle, wenn auf Funksignalstärke und dergleichen basierende
Kriterien so ausgewertet werden, dass eine Nachbarzelle stärker oder
günstiger
als die derzeitige Basisstation wird. Es kann jedoch ein Zeitintervall
geben, in dem sowohl die derzeitige als auch die neue Basisstation
für ein
Verweilen akzeptierbar sind. Während
dieser Zeit kann das Handover früher
oder später
vorgenommen werden. In Übereinstimmung mit
der Erfindung wird das Handover zu einem Zeitpunkt vorgenommen,
zu dem sich die Puffer in einem günstigen oder akzeptierbaren
Zustand befinden, d. h. wenn die Datenmenge in dem Empfangspuffer hoch
ist, und wenn die Datenmenge in dem Sendepuffer einen Tiefstand
aufweist. Das mobile Endgerät 12 fordert
Ressourcen von dem Netz 10 an, um dies auszuführen. Der
Handover- bzw. Neu-Auswahl-Entscheidungsalgorithmus kann als Kostenfunktion
ausgelegt werden, wobei die Kosten einer Entscheidungsverzögerung und
des Erhaltens von schlechteren Funkbedingungen im Vergleich mit
den Kosten der Ausführung
eines Handovers mit einem ungünstigen
Pufferzustand in Betracht gezogen werden.
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Unter
Bezugnahme auf 3 veranschaulicht ein Ablaufdiagramm
die Pufferverwaltungs-Routine, die in der Steuereinheit 26 des
mobilen Endgeräts
von 1 implementiert ist. Diese Routine beginnt an
einem Block 60, wenn das mobile Endgerät 12 sich in einer
laufenden Echtzeit-Paketdatensitzung auf einem zellularen Paketdaten-Verkehrskanal befindet.
Das mobile Endgerät 12 überwacht
an einem Block 62 die Signalstärke benachbarter Zellen, um
zu ermitteln, wann eine Nachbar-Basisstation wünschenswerter als die derzeitige
Basisstation wird, oder wartet auf einen Befehl von der Basisstation
zum Wechseln der Zelle in dem Falle eines MAHD. Ein Entscheidungsblock 64 ermittelt,
ob eine Neu-Auswahl
erwünscht
ist. Dies basiert auf Neu-Auswahl-Kriterien in dem mobilen Endgerät 12 oder
auf einem Befehl von der derzeitigen Basisstation 14, der
angibt, dass ein besserer Nachbar vorhanden ist, und dass das mobile
Endgerät
wechseln und auf der neuen Zelle verweilen soll. Falls nicht, kehrt die
Verwaltungs-Routine zum Block 62 zurück. Wenn eine Neu-Auswahl erwünscht ist,
prüft das
mobile Endgerät
am Block 66 den Zustand des Sende- und des Empfangspuffers 28.
Eine Kostenfunktion wird am Block 68 berechnet. Die Kostenfunktion
berücksichtigt
die Funkkanalbedingung, die Kosten von beispielsweise einer Verzögerung der
Entscheidung für einen
Zellenwechsel und des Erhaltens von schlechteren Bedingungen im
Vergleich zu den Kosten der Ausführung
eines Handovers mit ungünstigen
Puffern. Ein Entscheidungsblock 70 ermittelt, ob die Kosten
des Verweilens in der derzeitigen Zelle höher sind als die Kostens eines
Wechsels zu der neuen Zelle. Falls ja, synchronisiert sich das mobile
Endgerät
an einem Block 72 neu auf die neue Zelle und kehrt zum Block 62 zurück. Wenn
die Kosten nicht höher
sind, versucht das mobile Endgerät
an einem Block 74 weiterhin, Daten für ein vorgegebenes Zeitintervall auf
dem derzeitigen Kanal zu senden und zu empfangen. Das mobile Endgerät fährt fort,
die Funkkanalbedingungen zu überwachen.
Die Pufferverwaltungs-Routine kehrt dann auf der Schleife zum Block 66 zurück.
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Unter
Bezugnahme auf 7 veranschaulicht ein Blockschaltbild
Funktionsschichten für
den Basisstations-Scheduler, der vorher in dem Ablaufdiagramm von 2 beschrieben
wurde. Ein großer Block 80 stellt
die Funktionsschichten dar, die mit der Ablaufkoordinierungs-Funktion
in Beziehung stehen und mit höheren
Schichten, die durch einen Block 82 dargestellt werden,
und physikalischen Schichten, die durch einen Block 84 dargestellt
werden, in Verbindung stehen. Die physikalische Schicht 84 stellt dar,
wie Bits zu und von dem drahtlosen Netz moduliert werden und eine
Aufwärtsstrecken-Schnittstelle "ul" und eine Abwärtsstrecken-Schnittstelle "d1" enthalten. Die physikalische
Schicht 84 steht mit einem Block für Funkverbindungssteuerung/Medienzugriffssteuerung
(RLC/MAC) 86 in Verbindung. Eine Funkressourcen-Steuerfunktion 88 empfängt Anforderungen
für Neu-Auswahl-
oder MAHO-Messungen von mobilen Endgeräten über eine Schnittstelle 90 von
der RLC/MAC 86. Die Funkressourcen-Steuerfunktion 88 gibt
an das mobile Endgerät über die RLC/MAC 86 zurück, dass
eine Neu-Auswahl akzeptiert wird, oder in dem Fall eines MAHO den
Handover-Befehl über eine
Schnittstelle 92. Die Funkressourcen-Steuerfunktion 88 gibt für eine Scheduler-Funktion 94 über eine
Schnittstelle 96 auch an, dass das mobile Endgerät seine
Basisstationen wechseln wird. Die Scheduler-Funktion 94 empfängt für jedes
mobile Endgerät
Informationen auf einer Schnittstelle 98 über den
Zustand der Dienstgüte-Puffer, der von einer
Funktion 100 dargestellt wird. Die Scheduler-Funktion 94 weist
die Funkressourcen während
des nächsten
Ablaufkoordinierungsintervalls zu und signalisiert der RLC/MAC 86 auf
einer Schnittstelle 102. Die RLC/MAC fordert Daten dementsprechend
von den Dienstgüte-Datenpuffern 100 über eine
Schnittstelle 104 an. Die Daten werden über eine Schnittstelle 106 empfangen,
um zu dem mobilen Endgerät
auf der Abwärtsstrecke
dl übertragen
zu werden.
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Somit
werden mobile Endgeräte
in Übereinstimmung
mit der Erfindung in die Lage versetzt, ein Handover bzw. eine Neu-Auswahl für eine Nachbarzelle
effizienter vorzunehmen, während
sie sich in einer Paketdatenübertragung
befinden, und dies insbesondere vorzunehmen, wenn sie sich in einer Echtzeit-Paketdatenanwendung
befinden.