DE602004009456T2 - Durchführung von zusätzlichen Leistungsmessungen zwecks Weiterleitung in einem WLAN - Google Patents
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Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen des entsprechenden Zeitpunkts zur Durchführung eines Handovers einer Verbindung eines mobilen Endgeräts in einem Mobilfunknetz gemäß dem Oberbegriff nach Anspruch 1, ein mobiles Endgerät gemäß dem Oberbegriff nach Anspruch 4, einen Zugangspunkt gemäß dem Oberbegriff nach Anspruch 6 und Programmodule gemäß dem Oberbegriff nach den Ansprüchen 5 und 7.
- Die WLAN-Standards IEEE 802.11a/b/g erfahren eine erfolgreiche Entwicklung. Dieser Erfolg beruht hauptsächlich auf der Verwendung dieser Standards in Unternehmensnetzen, Hotspots und zuhause, d. h. Konferenzzentren, Bahnhöfen, Flughäfen, Hotels und so weiter. In diesen Umgebungen werden Voice-over-Internet Protocol (VoIP) und Voice-over-WLAN (VoWLAN) zu attraktiven Technologien mit dem Hauptziel, die Kommunikationskosten durch Zusammenführen von Daten- und Sprachnetzen zu reduzieren.
- Das Anbieten von Echtzeit-Handover ist eine wesentliche Anforderung für VoWLAN und andere Echtzeitdienste wie Videokonferenzen, und daher ist das Handover zwischen zwei WLAN-Zugangspunkten ein aktiver Forschungsgegenstand, weil die Handover-Zeit drastisch verringert werden muß, um für VoWLAN die nahtlose Mobilität zwischen zwei IEEE 802.11-Zugangspunkten zu ermöglichen.
- Die erste Handover-Phase besteht im möglichst schnellen Detektieren, ob ein Handover durchzuführen ist. Der IEEE 802.11-Standard läßt z. B. nur ziemlich langsame passive Handover-Detektion auf der Basis eines sogenannten Zugangspunkt-Verkehrs- oder Beaconmithörens zu, d. h. ein mobiles Endgerät detektiert mit Hilfe von Leistungsmessungen der teilnehmerbezogenen Verkehrs- oder Beaconframes eine schlechte Funkverbindungsqualität mit seinem aktuellen Zugangspunkt, was bedeutet, daß ein Handover durchzuführen ist. In einem WLAN-Netz, das den IEEE 802.11-Standard anwendet, werden Daten, die als Beacon bezeichnet werden, mehr oder weniger periodisch von einem Zugangspunkt gesendet, der den Beginn einer konkurrenzfreien Transaktionsperiode markiert und die Synchronisation aller Geräte innerhalb des WLAN-Netzes mit einer als Beacon-Intervall bezeichneten Zeitperiode ermöglicht, die in der Regel die Länge von 100 ms im Falle von gegenwärtigen WLAN-Anwendungen aufweist. Über Daten, die als teilnehmerbezogener Verkehrsframe bezeichnet werden, kann kein Intervall berücksichtigt werden, das Intervall ist vom Verkehr der Anwendung abhängig.
- Folglich wird, falls keine Daten außer diesem Beacon verwendet werden, für Leistungsmessungen die Latenzzeit zur Detektion der Notwendigkeit eines Handovers im Bereich von 100 ms liegen, was keine akzeptable Qualität für Echtzeit-Anwendungen bietet.
- Mittels Leistungsmessungen der teilnehmerbezogenen Daten, die zwischen einem mobilen Endgerät und einem Zugangspunkt ausgetauscht werden, kann diese Detektionsprozedur beschleunigt werden, aber wenn keine teilnehmerbezogenen Daten zwischen einem mobilen Endgerät und einem Zugangspunkt über eine längere Zeit ausgetauscht werden, können keine Leistungsmessungen durchgeführt werden und die Detektion, ob ein Handover notwendig ist, tritt ziemlich spät ein. Als eine Konsequenz dauert die Handover-Prozedur ziemlich lange und Echtzeitdienste wie VoWLAN werden während der Mobilität verschlechtert.
- Das gleiche Problem, wie oben beschrieben, tritt natürlich auch in anderen Mobilfunknetzen außer WLAN-Netzen auf, z. B. in GSM-Netzen (Global System for Mobile Communication), da hier teilnehmerbezogene Daten z. B. über den Verkehrskanal (TCH) zwischen einem mobilen Endgerät und einem Zugangspunkt ausgetauscht werden, hier bezeichnet als Basis-Sende-/Empfangsstation (BTS/Base Transceiver Station), und diese teilnehmerbezogenen Daten für Leistungsmessungen verwendet werden.
- Die
US-Patentschrift 2004/0165563 A1 - Die Aufgabe der Erfindung ist, eine Lösung zur schnellen Bestimmung des entsprechenden Zeitpunkts zum Durchführen eines Handovers vorzuschlagen, indem häufigere Leistungsmessungen ermöglicht werden.
- Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß der Lehre nach Anspruch 1, ein mobiles Endgerät gemäß der Lehre nach Anspruch 4, einen Zugangspunkt gemäß der Lehre nach Anspruch 6 und Programmodule gemäß der Lehre nach den Ansprüchen 5 und 7 erreicht.
- Der Hauptgedanke der Erfindung ist, zusätzliche Daten, z. B. Prüfdaten wie die sogenannten Nullframes, zwischen einem Zugangspunkt und einem mobilen Endgerät auszutauschen, wenn keine Daten zwischen dem Zugangspunkt und dem mobilen Endgerät in einem bestimmten Zeitintervall ausgetauscht worden sind. Folglich werden die Pausen zwischen den Leistungsmessungen, die für die Detektion der Notwendigkeit eines Handovers verwendet werden, drastisch verringert und als eine Konsequenz kann diese Detektion viel schneller durchgeführt werden. Die zulässige maximale Länge des Zeitintervalls, in dem keine Daten zwischen dem Zugangspunkt und dem mobilen Endgerät ausgetauscht werden, bevor zusätzliche Daten ausgetauscht werden, ist von der maximalen zulässigen Zeit für die Detektion der Notwendigkeit eines Handovers abhängig, der nicht zu einer Verschlechterung der Qualität der Echtzeitdienste führt.
- Um die Merkmale gemäß der Erfindung bereitzustellen, kann entweder das mobile Endgerät oder der Zugangspunkt diese zusätzlichen Daten nach Ablauf des Zeitintervalls senden und kleine Modifikationen, die die Programmodule des mobilen Endgeräts beziehungsweise den Zugangspunkt betreffen, müssen für diesen Zweck durchgeführt werden.
- In einer IEEE 802.11-Zelle z. B., wie bereits erwähnt, wird ein Beacon in der Regel alle 100 ms gesendet und im Falle, daß das mobile Endgerät VoWLAN-Verkehrsdaten sendet, hat dieses Verkehrsdaten-Framing vorzugsweise eine Länge von 10, 20 oder 30 ms, aber kein Frame kann gesendet werden, wenn der VoWLAW-Codec den Silent-Modus verwaltet. Mit einem Verkehrsdaten-Framing von 20 ms könnte die Lösung im systematischen Senden eines Nullframe bestehen, wenn kein Teilnehmerdatenverkehr seit mehr als 30 ms gesendet worden ist, aber in Abhängigkeit von den Zeitanforderungen für die Detektion der Notwendigkeit eines Handovers könnte dieser Wert ebenfalls kleiner als die Verkehrsdaten-Framinglänge sein.
- Als ein Kompromiß für die schnellere Detektion der Notwendigkeit eines Handovers verringert die Anwendung der Erfindung die maximale Anzahl der mobilen Endgeräte in einer Zelle, die gleichzeitig VoWLAN-Verkehrsdaten sendet, da die VoWLAN-Verkehrsschätzung die VoWLAN-Verkehrsaktivitätsrate berücksichtigt, die durch zusätzliche Daten erhöht wird.
- Die Erfindung kann ebenfalls in anderen Mobilfunknetzen als WLAN-Netzen, z. B. in GSM-Netzen, angewendet werden, da dort die Daten, die zwischen dem mobilen Endgerät und dem Zugangspunkt z. B. über den Verkehrskanal (TCH) ausgetauscht werden, ebenso verwendet werden, um Leistungsmessungen durchzuführen. Da in Zeiten, in denen keine Daten ausgetauscht werden, die Verstärker des Funksenders ausgeschaltet sind, ermöglicht der Austausch von zusätzlichen Daten, die Leistungsmessungen häufiger durchzuführen.
- Außerdem können die Entwicklungen der Erfindung aus den abhängigen Patentansprüchen und der folgenden Beschreibung erfahren werden.
- Im Folgenden wird die Erfindung außerdem durch Verweis auf die beigefügte Zeichnung erläutert.
- Ein Mobilfunknetz, in dem die Erfindung implementiert werden kann, umfaßt mindestens zwei Zugangspunkte und mindestens ein mobiles Endgerät.
- Die Zugangspunkte sind alle miteinander über ein Backbone-System verbunden und mindestens ein mobiles Endgerät STA ist mit mindestens einem Zugangspunkt AP über eine drahtlose Verbindung verbunden. Das mobile Endgerät STA, das über eine drahtlose Verbindung mit dem Zugangspunkt AP verbunden ist, kann mittels des Backbone-Systems außerdem mit einem anderen mobilen Endgerät innerhalb des gleichen Mobilfunknetzes verbunden sein. Außerdem kann dieses mobile Endgerät STA ebenfalls mittels des Backbone-Systems und über Gateways mit Geräten wie z. B. Endgeräten oder Servern verbunden sein, die sich in weiteren Netzen wie z. B. dem Internet oder anderen Mobilfunknetzen befinden.
- Der Zugangspunkt AP umfaßt die Funktionalität eines Zugangspunkts eines Mobilfunknetzes, d. h. er stellt die Möglichkeit für mobile Endgeräte bereit, mit einem Mobilfunknetz verbunden zu werden. Außerdem umfaßt gemäß der Erfindung der Zugangspunkt AP Mittel zum Senden von Prüfdaten NF an das mobile Endgerät STA, wenn keine teilnehmerbezogenen Daten FR1, FR2, ACK1, ACK2 oder keine Prüfdaten NF vom Zugangspunkt AP an das mobile Endgerät STA in einem bestimmten Zeitintervall SI gesendet worden sind.
- Das mobile Endgerät STA umfaßt die Funktionalität eines mobilen Endgeräts für ein Mobilfunknetz, d. h. es kann mit einem Mobilfunknetz mittels des Zugangspunkts AP verbunden werden. Außerdem umfaßt das mobile Endgerät STA Mittel zum Senden von Prüfdaten NF an den Zugangspunkt AP, wenn keine teilnehmerbezogenen Daten FR1, FR2, ACK1, ACK2 oder keine Prüfdaten NF vom mobilen Endgerät STA an den Zugangspunkt AP in einem bestimmten Zeitintervall SI gesendet worden sind.
- Im Folgenden ist das Verfahren gemäß der Erfindung im Detail unter Bezugnahme auf
1 beispielhaft beschrieben. -
1 zeigt schematisch die Datenübertragung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zwischen dem Zugangspunkt AP und dem mobilen Endgerät STA, die beide zum gleichen Mobilfunknetz gehören, und mit dem mobilen Endgerät STA, das mit dem Zugangspunkt AP verbunden wird. Das Datenübertragungsschema wird verwendet, um ein Verfahren zum Bestimmen des entsprechenden Zeitpunkts zum Durchführen eines Handovers gemäß der Erfindung durchzuführen. - Das in
1 dargestellte Datenübertragungsschema zeigt in der oberen Zeile die Datenpakete, die vom Zugangspunkt AP an das mobile Endgerät STA gesendet wurden, und in der unteren Zeile die Datenpakete, die vom mobilen Endgerät STA an den Zugangspunkt AP gesendet wurden, beide in Abhängigkeit von der Zeit t aufgetragen. - Der Zugangspunkt AP führt vorzugsweise die Übertragung von Daten an die mobilen Endgeräte STA in mehr oder weniger periodischen Zeitintervallen durch, die als Beacon-Intervalle BI bezeichnet sind. Die Zeitspanne solch eines Beacon-Intervalls BI ist in
1 durch die große Linie mit zwei Pfeilen dargestellt. Zu Beginn solch eines Beacon-Intervalls BI sendet der Zugangspunkt AP einen Beacon-Frame BC, der ein Verwaltungsframe ist, der die Synchronisation der Timer in den mobilen Endgeräten aufrechterhält, und liefert protokollbezogene Parameter. Da der Beacon-Frame vom Zugangspunkt AP gesendet und durch jedes mobile Endgerät empfangen wird, das innerhalb der Versorgung der Funkverbindung dieses Zugangspunkts AP ist, hat jedes mobile Endgerät innerhalb der Versorgung der Funkverbindung dieses. Zugangspunkts AP die Möglichkeit, Leistungsmessungen mindestens einmal innerhalb eines Beacon-Intervalls BI durch Messung der Leistung des empfangenen Beacon-Frame BC durchzuführen. Unter Verwendung dieser Messungen kann die Entscheidung, ob ein Handover an einen anderen Zugangspunkt notwendig ist, zu Beginn jedes Beacon-Intervalls BI durch Vergleichen der Messungen mit bestimmten Schwellenwerten getroffen werden. Folglich kann im Falle von VoWLAN-Verkehrsdaten diese Entscheidung mindestens alle 100 ms getroffen werden, da das Beacon-Intervall für VoWLAN-Verkehrsdaten in der Regel eine Länge von 100 ms hat. - Nach dem Senden des Beacon-Frame BC folgt vorzugsweise ein Zeitraum von einer bestimmten Länge, um verschiedene Übertragungsprozeduren auszulösen. In
1 ist gezeigt, daß nach einer bestimmten Pause teilnehmerbezogene Daten FR1 vom Zugangspunkt AP an das mobile Endgerät STA gesendet werden, die Daten wie z. B. Sprachdaten für das mobile Endgerät STA und/oder Abfragedaten für das mobile Endgerät STA umfassen, um nach Daten zu fragen, die im mobilen Endgerät STA anstehen. - Nach Empfang der teilnehmerbezogenen Daten FR1 und einer weiteren Pause antwortet das mobile Endgerät STA an den Zugangspunkt AP durch Senden weiterer teilnehmerbezogener Daten ACK1, die z. B. eine Bestätigung an den Zugangspunkt AP umfassen.
- Der Zugangspunkt AP seinerseits sendet zusätzliche teilnehmerbezogene Daten FR2, die z. B. das Ergebnis der teilnehmerbezogenen Daten FR1 an das mobile Endgerät STA nach Ablauf einer Pause umfassen.
- Wieder, wie nach dem Empfang der teilnehmerbezogenen Daten FR1, bestätigt das mobile Endgerät STA den Empfang der teilnehmerbezogenen Daten FR2 nach einer Pause durch Senden teilnehmerbezogener Daten ACK2 an den Zugangspunkt AP.
- Alle Daten, die das mobile Endgerät STA empfängt, wie z. B. die teilnehmerbezogenen Daten FR1 und FR2, können durch das mobile Endgerät STA verwendet werden, um Leistungsmessungen durchzuführen, um über die Notwendigkeit eines Handovers zu entscheiden. In dem anhand von
1 beschriebenen Beispiel ist das bestimmte Zeitintervall SI, das die maximale Zeitspanne darstellt, die toleriert werden kann, ohne Leistungsmessungen durchzuführen, durch zwei kleine Linien mit zwei Pfeilen dargestellt. Wenn keine Daten vom Zugangspunkt AP an das mobile Endgerät STA länger als Zeitspanne SI gesendet worden sind, sendet der Zugangspunkt AP Prüfdaten NF wie z. B. Nullframes, um Leistungsmessungen durch das mobile Endgerät STA zu ermöglichen. - Da nun keine Daten mehr im Zugangspunkt AP anstehen, die an das mobile Endgerät STA zu senden sind, ist in
1 gezeigt, daß nach Ablaufen des bestimmten Zeitintervalls SI der Zugangspunkt AP solche Prüfdaten NF an das mobile Endgerät STA sendet. Das Senden von Prüfdaten NF kommt zwischen dem Senden der teilnehmerbezogenen Daten FR1 und FR2 nicht vor, da das bestimmte Zeitintervall SI zwischen dem Ende des Sendens der teilnehmerbezogenen Daten FR1 und dem Beginn des Sendens der teilnehmerbezogenen Daten FR2 nicht abläuft. - In dem anhand von
1 beschriebenen Beispiel wird die Prozedur der Sendens der Prüfdaten NF vom Zugangspunkt AP an das mobile Endgerät STA nach Ablaufen des bestimmten Zeitintervalls SI wiederholt, bis entweder teilnehmerbezogene Daten an das mobile Endgerät STA gesendet werden müssen oder das Ende des Beacon-Intervalls erreicht ist. - Wenn das Beacon-Intervall BI abgelaufen ist, beginnt ein neues Beacon-Intervall mit dem Senden eines Beacon-Frame BC.
- In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ermittelt der Zugangspunkt AP das bestimmte Zeitintervall SI, das toleriert werden kann, ohne Leistungsmessungen durchzuführen, indem die sogenannten Verkehrsklassen berücksichtigt werden, die z. B. im 802.11e-Standard definiert sind, d. h. die Priorität den Datenpaketen FR1 und FR2 zugewiesen wird.
- In einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist es nicht der Zugangspunkt AP, sondern das mobile Endgerät STA, das das Senden der Prüfdaten NF wie z. B. Nullframes einleitet, wenn keine Daten vom mobilen Endgerät STA an den Zugangspunkt AP länger als das bestimmte Zeitintervall SI gesendet worden sind. In diesem Fall können die Leistungsmessungen durch den Zugangspunkt AP durchgeführt werden.
- Mindestens eine der Leistungsmessungen, die im mobilen Endgerät STA und/oder in mindestens einem Zugangspunkt durchgeführt wurde, kann berücksichtigt werden, um zu entscheiden, ob ein Handover der Verbindung durchzuführen ist oder nicht. Diese Entscheidung, ein Handover durchzuführen, kann z. B. durch das mobile Endgerät STA oder mindestens einen Zugangspunkt erfolgen.
Claims (7)
- Ein Verfahren zur schnellen Bestimmung des entsprechenden Zeitpunkts zum Durchführen eines Handovers einer Verbindung eines mobilen Endgeräts (STA) in einem Mobilfunknetz von einem Zugangspunkt (AP) an einen anderen Zugangspunkt durch Ermöglichen häufigerer Leistungsmessungen, dadurch gekennzeichnet, daß wenn keine teilnehmerbezogenen Daten (FR1, FR2, ACK1, ACK2) oder keine Prüfdaten (NF) in einen bestimmten Zeitintervall (SI) vom Zugangspunkt (AP) an das mobile Endgerät (STA) gesendet worden sind, Prüfdaten (NF) vom Zugangspunkt (AP) an das mobile Endgerät (STA) gesendet werden und/oder wenn keine teilnehmerbezogenen Daten (FR1, FR2, ACK1, ACK2) oder keine Prüfdaten (NF) in einem bestimmten Zeitintervall (SI) vom mobilen Endgerät (STA) an den Zugangspunkt (APJ gesendet worden sind, Prüfdaten (NF) vom mobilen Endgerät (STA) an den Zugangspunkt (AP) gesendet werden, auf diese Weise die Pausen zwischen Leistungsmessungen verringert werden, die für die Detektion der Notwendigkeit des Handovers verwendet werden.
- Ein Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Senden der Prüfdaten (NF) vom Zugangspunkt (AP) an das mobile Endgerät (STA) durch Senden von Prüfdaten (NF) von einem anderen mobilen Endgerät an den Zugangspunkt (AP) eingeleitet wird.
- Ein Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zugangspunkt (AP) das bestimmte Zeitintervall (SI) ermittelt, indem die Verkehrsklassen der teilnehmerbezogenen Daten (FR1, FR2, ACK1, ACK2) berücksichtigt werden, die zwischen dem Zugangspunkt (AP) und dem mobilen Endgerät (STA) ausgetauscht werden.
- Ein mobiles Endgerät (STA) zum Kommunizieren innerhalb eines Mobilfunknetzes, umfassend Zugangspunkte (AP), und zur schnellen Bestimmung des entsprechenden Zeitpunkts zum Durchführen eines Handovers einer Verbindung des mobilen Endgeräts (STA) von einem Zugangspunkt (AP) an einen anderen Zugangspunkt durch Ermöglichen häufigerer Leistungsmessungen, dadurch gekennzeichnet, daß das mobile Endgerät (STA) Mittel zum Senden von Prüfdaten (NF) an einen Zugangspunkt (AP) umfaßt, wenn keine teilnehmerbezogenen Daten (FR1, FR2, ACK1, ACK2) oder keine Prüfdaten (NF) vom mobilen Endgerät (STA) an den Zugangspunkt (AP) in einem bestimmten Zeitintervall (SI) gesendet worden sind, auf diese Weise die Pausen zwischen Leistungsmessungen verringert werden, die für die Detektion der Notwendigkeit des Handovers verwendet werden.
- Ein Computerprogrammprodukt für die schnelle Bestimmung des entsprechenden Zeitpunkts zum Durchführen eines Handovers einer Verbindung eines mobilen Endgeräts (STA) von einem Zugangspunkt (AP) an einen anderen Zugangspunkt durch Ermöglichen häufigerer Leistungsmessungen, umfassend ein computerlesbares Medium, darauf aufweisend: Computerprogrammcodemittel, wenn das Programm geladen ist, damit ein mobiles Endgerät (STA) die Prozedur zum Senden von Prüfdaten (NF) vom mobilen Endgerät (STA) an einen Zugangspunkt (AP) ausführt, wenn keine teilnehmerbezogenen Daten (FR1, FR2, ACK1, ACK2) oder keine Prüfdaten (NF) vom mobilen Endgerät (STA) an den Zugangspunkt (AP) in einem bestimmten Zeitintervall (SI) gesendet worden sind, auf diese Weise die Pausen zwischen Leistungsmessungen verringert, die für die Detektion der Notwendigkeit des Handovers verwendet werden.
- Ein Zugangspunkt (AP) zum Kommunizieren innerhalb eines Mobilfunknetzes, umfassend mindestens ein mobiles Endgerät (STA), und zur schnellen Bestimmung des entsprechenden Zeitpunkts zum Durchführen eines Handovers einer Verbindung eines mobilen Endgeräts (STA) von einem ersten Zugangspunkt (AP) an einen zweiten Zugangspunkt durch Ermöglichen häufigerer Leistungsmessungen, dadurch gekennzeichnet, daß der Zugangspunkt (AP) Mittel zum Senden von Prüfdaten (NF) an ein mobiles Endgerät (STA) umfaßt, wenn keine teilnehmerbezogenen Daten (FR1, FR2, ACK1, ACK2) oder keine Prüfdaten (NF) vom Zugangspunkt (AP) an das mobile Endgerät (STA) in einem bestimmten Zeitintervall (SI) gesendet worden sind, auf diese Weise die Pausen zwischen Leistungsmessungen verringert, die für die Detektion der Notwendigkeit des Handovers verwendet werden.
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