DE60202910T2 - System und Verfahren zur Lastverteilung in einem Kernnetz - Google Patents
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Description
- Technisches Gebiet
- Die vorliegende Erfindung betrifft die Lastverteilung innerhalb eines Kernnetzes, insbesondere ein System sowie ein Verfahren zum Bereitstellen einer Lastmeldefunktion innerhalb eines Pools von Netzressourcen eines Kernnetzes.
- Hintergrund der Erfindung
- Das Erfordernis eines Funknetzsteuergerätes (Radio Network Controller – RNC) oder eines Basisstationssteuergerätes (Base Station Controller – BSC), die von einem einzigen Server in einer Mobilfunkvermittlungsstelle (Mobile Services Switching Center – MSC) oder einem bedienenden GPRS-Supportknoten (Serving GPRS Support Node – SGSN) (Netzressourcen) gesteuert werden, geht mit bestimmten Einschränkungen einher. Die Verbindung von BSCs oder RNCs mit einer Anzahl von MSC-Servern oder SGSNs zu erlauben erhöht die Netzleistung hinsichtlich der Skalierbarkeit, indem die Netzlast auf die Abnehmereinrichtungen verteilt wird und die erforderliche Signalisierung verringert wird, wenn ein Benutzer roamed. Gegenwärtige Arbeiten zur Standardisierung innerhalb des 3GPP schlagen eine Lösung vor, wobei eine oder mehr RNC(s) oder BSC(s) mit einer oder mehr MSC(s) oder SGSN(s) verbunden werden können. Bis heute gibt es jedoch keine Lösung zum Bereitstellen einer Lastverteilung unter Poolnetzressourcen.
- Der Zweck des Verbindens von RNC/BSC-Knoten mit einer Vielzahl von MSC/SGSN-Knoten besteht in der Erhöhung der Betriebsfähigkeit, der Verringerung des Zeichengabeverkehrs im Kernnetz, dem Erhalt eines Lastausgleiches innerhalb bestimmter Kernnetzbereiche und der Unterstützung einer einfacheren Kernnetzkapazitätsausdehnung. Innerhalb eines Poolbereiches sind eine Anzahl von MSC/SGSN-Knoten zusammengruppiert. Jeder MSC/SGSN-Knoten in einem derartigen Poolbereich kann einer Benutzereinrichtung (User Entity – UE) in dem Poolbereich Dienste zur Verfügung stellen. Das Konzept des Poolbereiches sieht für eine Mobilstation innerhalb der Funkabdeckung des Poolbereiches das Potential vor, das von einer einzigen MSC/SGSN für den gesamten Poolbereich gehandhabt wird. Aus diesem Grunde müssen die Kernnetzknoten die Verantwortung für sämtliche Aufenthaltsbereiche (Location Area – LA) und Routing-Bereiche (Routing Area – RA) des Poolbereiches aufteilen. Somit kann jede Netzressource Mobilstationen in sämtlichen Aufenthaltsbereichen und Routing-Bereichen des Poolbereiches versorgen. Dies führt zu einer bedeutenden Verringerung des Zeichengabeverkehrs innerhalb des Kernnetzes, da externe Aufenthaltsortaktualisierungen, die Verschiebung von SGSNs sowie Inter-MSC-Handover-Prozeduren zum größten Teil obsolet werden.
- Der Mechanismus, der dafür sorgt, daß die Zuordnung einer Mobilstation zu einem dedizierten Kernnetzknoten erhalten bleibt, besteht in der Bereitstellung einer Netzressourcenkennung (Network Resource Identifier – NRI). Die NRI wird einer RNC über die Mobilstation mit jeder erneuten Signalisierungsverbindungsherstellung zwischen Mobilstation und Kernnetz bereitgestellt. Das Verbinden eines Funkzugriffsnetzes (Radio Access Network – RAN) mit einer Vielzahl von Kernnetzknoten erfordert eine NAS-(Non-Access Stratum)-Knoten-Auswahlfunktion innerhalb der RNC-Knoten. Diese Funktion wird zum Zuordnen bestimmter Netzressourcen verwendet, um die Mobilstation zu bedienen und um anschließend den Verkehr der Steuerungsebene an die zugeordnete Netzressource weiterzuleiten. Die Routing-Funktionseinrichtung in der RNC analysiert den Zugriffsschichtteil der RRC-Erstdirektübertragungsnachricht von einer Mobilstation. Die Routing-Entscheidung wird in der RNC aufgrund der Information in dem Intra-Domain-NAS-Knotenselektor (Intra Domain NAS Node Selector – IDNNS) und dem Kernnetz-Domain-Indikator getroffen. Die Information im IDNNS wird von der NAS-Einrichtung der Mobilstation bereitgestellt.
- Das RNC leitet Erst-NAS-Signalisierungsnachrichten gemäß der NRI und dem „Domain-Indikator" (CS (circuit-switched – leitungsvermittelt) oder PS (packet-switched – paketvermittelt)) an den relevanten Kernnetzknoten weiter, wenn eine Kernnetzkno tenadresse in dem RNC für die spezifizierte NRI und die angeforderte Domain konfiguriert wird. Wird keine Kernnetzknotenadresse für die angeforderte NRI und die Domain im RNC konfiguriert, so leitet das RNC die Erst-NAS-Signalisierungsnachricht an einen Kernnetzknoten weiter, der von den zur Verfügung stehenden Kernnetzknoten ausgewählt wird, die die Domain bedienen.
- Eines der Ziele des Poolbereiches besteht darin, eine Lastverteilung unter zur Verfügung stehenden Netzressourcen in dem Pool zu erreichen, während gleichzeitig Signale verringert werden, wenn Mobilstationen in dem Poolbereich roamen. Allerdings verfügt die NAS-Knotenauswahlfunktion in dem RAN über keinerlei Daten über die momentane Last innerhalb jeder Netzressource in dem Pool, der die NAS-Knotenauswahlfunktion eine Mobilstation zuordnen muß.
- Die WO-A-9946905 betrifft ein Verfahren zum Steuern einer Lastverteilung in einem Paketdatenknoten in einem zellularen Kommunikationssystem zur Unterstützung einer Paketdatenkommunikation.
- Zusammenfassung der Erfindung
- Die vorliegende Erfindung überbrückt die obengenannten und weitere Probleme mit einem System und einem Verfahren zur Lastverteilung unter einer Vielzahl von Poolnetzressourcen. Jede dieser Vielzahl von Poolnetzressourcen enthält eine Lastmeldefunktion zum Speichern von Lastdaten, die von anderen Mitgliedern der Vielzahl von Poolnetzressourcen empfangen werden. Die Lastmeldefunktion verteilt ebenfalls Lastdaten von der Netzressource an die verbleibende Vielzahl von Poolnetzressourcen. Die Lastdaten werden über eine Schnittstelle der Netzressource übertragen und empfangen.
- Kurze Beschreibung der Zeichnungen
- Ein besseres Verständnis des Verfahrens und der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann mittels der folgenden detaillierten Beschreibung im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen erlangt werden. Es zeigen:
-
1 den Aufbau eines Kernnetzes mit Poolbereichen; -
2 die Implementierung der Lastmeldefunktion innerhalb eines MSC-Pools; -
3 die Implementierung der Lastmeldefunktion innerhalb eines SGSN-Pools; -
4 über Netzressourcen-Schnittstellen übertragene Lastinformationen; -
5 eine Schnittstelle zwischen einer Lastmeldefunktion und einer Mobilverwaltungsinstanz; -
6 ein Flußdiagram, welches die Verteilung von Lastinformationen darstellt; -
7 ein Flußdiagram, welches ein alternatives Verfahren zur Verteilung von Lastinformationen darstellt; -
8 eine Verfügbarkeitstabelle für Netzressourcen; und -
9 ein Flußdiagram, welches die Zuordnung einer Mobilstation zu einer Netzressource darstellt. - Ausführliche Beschreibung
- In den Zeichnungen, insbesondere der
1 , ist der Aufbau eines Kernnetzes umfassend Poolbereiche dargestellt, in welchem das System und das Verfahren gemäß vorliegender Erfindung implementiert werden. Während die nachfolgende Beschreibung mit Bezug auf die1 eine Ausführungsform darstellt, in der das System und das Verfahren gemäß vorliegender Erfindung implementiert werden können, gilt es zu beachten, daß verschiedene andere Implementierungen in unterschiedlichen oder ähnlichen Systemen verwendet werden können. - Netzressourcen wie die MSCs
5 und die SGSNs10 sind innerhalb eines MSC-Pools15 bzw. eines SGSN-Pools20 zusammengruppiert. Diese Ressourcen sind in der Lage, Informationen über Mobilstationen zu erhalten, welche diesen Netzressourcen durch den Zugriff einer Heimatdatei (Home Location Register – HLR)25 , die einer Mobilstation zugehörig ist, zugeordnet werden. Die MSCs5 und die SGSNs10 sind in der Lage, auf Funknetzsteuergeräte (RNCs)30 über das Verbindungsnetzwerk35 zuzugreifen. Die Funknetzsteuergeräte30 ordnen jeder MSC5 innerhalb des MSC-Pools15 bzw. jeder SGSN10 innerhalb des SGSN-Pools20 Mobilstationen über das Verbindungsnetzwerk35 zu. Dadurch, daß es den Funknetzsteuergeräten30 möglich ist, auf jede der MSCs5 und SGSNs10 innerhalb der jeweiligen Pools zuzugreifen, sind die Funknetzsteuergeräte30 in der Lage, ihre Ressourcen derart zu poolen, daß eine in einem Poolbereich40 roamende Mobilstation von einer einzigen MSC5 oder SGSN10 bedient werden kann. Die Poolbereich40 besteht aus einer Anzahl von Aufenthaltsortbereichen45 , die jedem der Funknetzsteuergeräte30 zugeordnet sind. Jeder Aufenthaltsortbereich45 enthält ebenfalls verschiedene Routing-Bereiche50 , die sich in diesem befinden. Innerhalb dieses Systems wäre es jeder MSC5 oder SGSN10 möglich, die Verantwortung für sämtliche Aufenthaltsortbereiche45 und Routing-Bereiche50 des gesamten Poolbereiches40 aufzuteilen. - Die
2 und3 zeigen Implementierungen von Lastmeldefunktionen60 , die in jeder Netzressource des Kernnetzes enthalten sind, d.h. der MSC5 und der SGSN10 . Die Lastmeldefunktion60 speichert Informationen bezogen auf die momentane Last, die von einer zugehörigen Netzressource unterstützt wird. Die Lastmeldefunktion60 ist in der Lage, diese Informationen unter Verwendung bestehender MAP-Prozeduren an sämtliche anderen MSCs und SGSNs innerhalb des Netzressourcenpools zu melden. Diese Informationen werden als zusätzliche Backbone-Signalisierung über die E-Schnittstelle innerhalb des MSC-Pools15 sowie über die GN-Schnittstelle innerhalb des SGSN-Pools20 übertragen. Die Initiierung der Verteilung der Lastinformationen, die von der Lastmeldefunktion60 gespeichert werden, kann ausgelöst werden entweder aufgrund dessen, daß sich z.B. die Serverlast um X% innerhalb von T Sekunden vergrößert/verringert hat, oder sie können periodisch verteilt werden. Beide dieser Initiierungsfunktionen können von dem Benutzer konfiguriert werden. - Die Lastinformationen für eine bestimmte Netzressource werden über die E- bzw. GN-Schnittstellen innerhalb einer Nachricht übertragen, wie dies in der
4 dargestellt ist, und enthalten die folgenden Informationen. Der CN-Container65 ist ein Kernnetzcontainer, der dazu verwendet wird, nichtverbindungsbezogene Informationen zu speichern. Der Containertyp70 ist eine Anforderungs-/Angabekennung. Eine Anforderung gibt an, daß ein Zielkernnetz seinen Lastpegel melden soll. Eine Angabe gibt an, daß das Zielkernnetz nicht aufgefordert wurde, seinen Laststatus zu melden. Der Lastpegel75 gibt den Lastpegel der zugeordneten MSC oder SGSN an. Ein Überlastungsflag80 stellt eine Angabe über das Bestehen einer Überlastung innerhalb eines bestimmten Kernnetzknotens bereit. Der Schwellenpegel85 kann auf einen vorbestimmten Pegel gesetzt werden, um die Schwelle anzugeben, wann ein Knoten seinen Lastpegel melden soll. Die Quelladresse90 gibt den Aufenthaltsort an, von dem aus die Information übertragen wird, und die Zieladresse95 gibt die Adresse an, zu welcher die Information gesendet wird. Der Gültigkeitsanzeiger100 gibt die Gültigkeitsdauer des gemeldeten Lastpegels an. - Gemäß
5 bildet die Lastmeldefunktion60 ebenfalls eine Schnittstelle mit einer Mobilitätsmanagementeinrichtung (Mobility Management Entity – MME)105 als Antwort entweder auf einen periodischen Zeitgeber oder auf das Erreichen einer ausgewählten Lastschwelle. Wie bereits erwähnt, sind diese Faktoren jeweils konfigurierbar. Nach dem Bilden einer Schnittstelle mit der Mobilitätsmanagementeinrichtung setzen die Netzressourcen ein Meldungs-NR-Lastflag110 innerhalb der Mobilitätsmanagementeinrichtung105 . Das Meldungs-NR-Lasttlag veranlaßt jede der Netzressourcen (MSCs5 und SGSNs10 ), ihre Lastdaten an die verschiedenen Funknetzsteuergeräte30 innerhalb des Kernnetzes herunterzuladen, wie dies in der4 gezeigt ist. - Jedes Mal, wenn – gemäß
6 – eine Paging/RAU/LAU-Mobilitätsmanagementprozedur in Schritt115 ausgeführt wird, bestimmt die Mobilitätsmanagementeinrichtung innerhalb der Netzressource, ob deren Meldungs-NR-Lastflag105 in Schritt120 gesetzt ist. Ist das Meldungs-NR-Lastflag105 gesetzt, so meldet die Mobilitätsmanagementeinrichtung in Schritt125 die momentane Serverlast der Netzressource, auf die momentan zugegriffen wird, wenn der Vorgang durch die Last ausgelöst wurde, oder die momentane Serverlast einer oder mehrerer Netzressourcen in dem Pool, wenn der Vorgang von einem periodischen Zeitgeber ausgelöst wurde. Die an die RNCs30 gemeldeten Informationen können auch Laststatistiken für Netzressourcen von anderen Pools im Falle sich überlappender Pools enthalten. Die heruntergeladenen Informationen können ebenfalls Laststatistiken für Netzressourcen von anderen Pools im Falle sich überlappender Pools enthalten. - Gemäß einer alternativen Ausführungsform könnte ein erneuter Vorgang innerhalb der Mobilitätsmanagementeinrichtung
105 implementiert werden, wobei Netzressourcenlastinformationen von sämtlichen Poolnetzressourcen an zugeordnete RANs heruntergeladen werden. Dieser Vorgang macht ein erneutes Signal erforderlich, das von jeder Netzressource an sämtliche RNCs innerhalb des Pools übertragen wird. Die heruntergeladenen Informationen können ebenfalls Laststatistiken für Netzressourcen von anderen Pools im Falle sich überlappender Pools enthalten. - Gemäß einer weiteren Ausführungsform (
7 ) kann ein erneuter Vorgang implementiert werden, wobei ein RNC30 eine Aufenthaltsortaktualisierungsanforderung (Loctaion Update Request – LAR) an eine andere Netzressource wiederholt. Für diese Lösung ist keine Backbone-Signalisierung zwischen Netzressourcen30 in einem Pool erforderlich. Ein RNC wählt in Schritt160 eine erste Netzressource aus dem Pool aus und sendet in Schritt165 eine LAR an die Netzressource30 . Schlägt die Anforderung aufgrund der momentanen Last der gewählten Netzressource im Anfrageschritt170 fehlt, so wird das RNC informiert, und es wählt im folgenden eine andere Netzressource aus, um die Aufenthaltsortzugriffsanforderung in Schritt175 an diese zu leiten. Ansonsten wird eine Netzressource in Schritt180 ausgewählt. - Gemäß
8 wird eine Tabelle von Poolressourcen gezeigt, welche Informationen über die Verfügbarkeit einer bestimmten Netzressource enthalten. Die Informationen würden innerhalb einer NAS-Knotenauswahlfunktion gespeichert werden. Die Last der Netzressource wird in der Tabelle gespeichert und als ein Prozentsatz der maximalen Last der Netzressource ausgedrückt. Zusätzlich enthält die Tabelle von Poolressourcen Informationen über die verfügbaren Pools, die innerhalb eines Pools verfügbaren Netzressourcen sowie die Netzressourcenkennung, die der Netzressource zugeordnet ist. Ferner wird eine Auflistung der UEs bereitgestellt, die einer bestimmten Netzressource zugeordnet sind. Nachdem das BSC/RNC30 eine RR-Anforderung bezogen auf eine RRC-Erstdirektübertragung/MM von einer Mobilstation in Schritt200 empfangen hat, analysiert die RNC gemäß9 in Schritt205 unter Verwendung dieser Informationen den IDNNS der Mobilstation. Ist der Netzressourcenindikator für die Mobilstation gleich Null, so wird die Mobilstation der Netzressource mit der kleinsten Last aus einem der bereitgestellten Pools in Schritt210 zugeordnet. Die zugeordneten Routing-Daten werden in Schritt215 in der NAS-Knotenauswahlfunktion aufgezeichnet. Ist die NRI nicht gleich Null, so werden die Informationen in Schritt220 gemäß den existierenden Daten innerhalb der NAS-Knotenauswahlfunktion weitergeleitet. Auf diese Weise kann die NAS-Knotenauswahlfunktion die Poolleistung optimieren, indem nachfolgende erste Aufwärtszugriffe der Mobilstation an die Netzressource weitergeleitet werden, welche die kleinste Last meldet. Diese Lastinformationen werden vom Kernnetz an das RAN in einer Tabelle mit dem Aufbau gemäß8 heruntergeladen. Diese Lösung ist bei A-, GB und IU-Schnittstellen zu Poolnetzressourcen anwendbar und zeigt eine minimale Auswirkung auf die Signalisierung innerhalb des Kernnetzes. - Die vorangehende Beschreibung bezieht sich auf eine bevorzugte Ausführungsform zum Implementieren der Erfindung, und der Umfang der Erfindung wird durch diese Beschreibung nicht notwendigerweise eingeschränkt. Der Umfang der vorliegenden Erfindung wird statt dessen durch die folgenden Ansprüche definiert.
Claims (15)
- Verfahren zur Lastverteilung unter Netzressourcen, umfassend die Schritte: – Speichern von Lastdaten in jedem einer Vielzahl von Poolnetzressourcen innerhalb eines Kernnetzes, – Verteilen der Lastdaten aus mindestens einer Netzressource aus der Vielzahl von Poolnetzressourcen an andere Netzressourcen aus der Vielzahl von Poolnetzressourcen (
60 ), gekennzeichnet durch die Schritte: – Herunterladen der Lastdaten aus mindestens einer der Vielzahl von Poolnetzressourcen in mindestens ein Funknetzsteuergerät (30 ), das zum Zuordnen einer Mobilstation zu einer der Poolnetzressourcen angepaßt ist, wobei die Netzressource eine Mobilfunkvermittlungsstelle (5 ) oder ein bedienender GPRS-Supportknoten (10 ) ist, wobei die Vielzahl von Poolnetzressourcen eine Vielzahl von in einem Pool zusammengruppierten Netzressourcen ist, zur Bereitstellung von Diensten an Mobilstationen innerhalb eines Abdeckungsbereiches des Pools (15 ,20 ), und wobei die gespeicherten Lastdaten von mindestens einem anderen Mitglied aus der Vielzahl von Poolnetzressourcen empfangene Lastdaten umfassen. - Verfahren nach Anspruch 1, wobei die heruntergeladenen Lastdaten eine präsente Serverlast aus der mindestens einen der Vielzahl von Poolnetzressourcen, die die Lastdaten herunterlädt, umfaßt.
- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die heruntergeladenen Lastdaten Laststatistiken für Netzressourcen aus anderen Pools umfassen.
- Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, weiterhin umfassend den Schritt des Zuordnens einer Mobilstation zu einer der Poolnetzressourcen als Antwort auf die Lastdaten im Funknetzsteuergerät.
- Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Schritt des Herunterladens weiterhin die Schritte umfaßt: Erkennen einer Ausführung von mindestens einer einer Paging-Prozedur, einer RAU-Prozedur oder einer LAU-Prozedur; Bestimmen, ob ein Lastflag (
110 ) in einer Mobilitätsverwaltungseinrichtung als Antwort auf eine Erkennung gesetzt ist, und Herunterladen der Lastdaten, wenn das Lastflag gesetzt ist. - Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Schritt des Verteilens eine Reaktion auf den Ablauf eines ausgewählten Zeitraums ist.
- Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Schritt des Verteilens eine Reaktion auf das Erreichen eines ausgewählten Lastpegels in der mindestens einen Netzressource ist.
- Netzressource, umfassend ein Lastberichtsmittel, das angepaßt ist zum – Speichern von Lastdaten zugeordneter Poolnetzressourcen, – Verteilen der Lastdaten an andere Netzressourcen aus einer Vielzahl von Poolnetzressourcen (
60 ), – Herunterladen der Lastdaten in mindestens ein Funknetzsteuergerät (30 ), das zum Zuordnen einer Mobilstation zu einer der Poolnetzressourcen angepaßt ist, wobei die Netzressource eine Mobilfunkvermittlungsstelle (5 ) oder ein bedienender GPRS-Supportknoten (10 ) ist, und wobei die Vielzahl von Poolnetzressourcen eine Vielzahl von in einem Pool zusammengruppierten Netzressourcen ist, zur Bereitstellung von Diensten an Mobilstationen innerhalb eines Abdeckungsbereiches des Pools (15 ,20 ), und wobei die gespeicherten Lastdaten von mindestens einem anderen Mitglied aus der Vielzahl von Poolnetzressourcen empfangene Lastdaten umfassen. - Netzressource nach Anspruch 8, wobei das Lastberichtsmittel weiterhin angepaßt ist zum – Erkennen einer Ausführung von mindestens einer einer Paging-Prozedur, einer RAU-Prozedur oder einer LAU-Prozedur; – Bestimmen, ob ein Lastflag (
110 ) in einer Mobilitätsverwaltungseinrichtung als Reaktion auf eine Erkennung gesetzt ist, und – Herunterladen der Lastdaten, wenn das Lastflag gesetzt ist. - Netzressource nach Anspruch 9, weiterhin umfassend die Mobilitätsverwaltungseinrichtung (
105 ). - Netzressource nach den Ansprüchen 8, 9 oder 10, wobei das Lastberichtsmittel weiterhin angepaßt ist, um die Lastdaten als Reaktion auf den Ablauf eines ausgewählten Zeitraums zu verteilen.
- Netzressource nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei das Lastberichtsmittel angepaßt ist, um die Lastdaten als Reaktion auf das Erreichen eines ausgewählten Lastpegels in der Netzressource zu verteilen.
- Netz, umfassend eine Vielzahl von Netzressourcen gemäß einem der Ansprüche 8 bis 12, die in einem Pool gruppiert sind, und eine Vielzahl von Funknetzsteuergeräten (
30 ), die mit einer aus der Vielzahl von Poolnetzressourcen verbunden sind, wobei die Vielzahl von Funknetzsteuergeräten die Abdeckung eines Poolfunkabdeckungsbereiches steuert. - Netz nach Anspruch 13, wobei die Vielzahl von Funknetzsteuergeräten weiterhin konfiguriert ist, um einer Netzressource eine Mobilstation als Reaktion auf die Lastdaten im Funknetzsteuergerät zuzuordnen.
- Netz nach Anspruch 13 oder 14, wobei die Vielzahl von Funknetzsteuergeräten weiterhin konfiguriert ist, um die Mobilstation einer Netzressource zuzuordnen, welche entsprechend der Angaben durch die Lastdaten die kleinste Last hat.
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