DE60219276T2 - Verfahren und Einrichtung zur wahlfreien Zugriffspaketübertragung durch Ausführung einer Laststeuerungsfunktionalität - Google Patents

Verfahren und Einrichtung zur wahlfreien Zugriffspaketübertragung durch Ausführung einer Laststeuerungsfunktionalität Download PDF

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Direktzugriffs-Paketübertragung in einem paketvermittelten Mobilnetz und eine Vorrichtung für ein paketvermitteltes Mobilnetz mit solcher Funktionalität.
  • Im allgemeinen behandelt die Erfindung das Problem der effizienten Paketübertragung von Datenflüssen in paketvermittelten Mobilnetzen zum Transfer von Daten zwischen einer Mobilstation, die auch als Benutzergerät (UE) bezeichnet wird, und einer lokalen Basis-Sender/Empfänger-Station (BTS) in der Abwärtsstrecke, d.h. in der Richtung zu der Mobilstation und/oder in der Aufwärtsstrecke, d.h. in der Richtung zu der Basis-Sender/Empfänger-Station.
  • Die Paketübertragung ist bekanntlich ein Schlüsselmerkmal von Kommunikationssystemen der dritten Generation wie etwa UMTS, wie durch den 3GPP-Standard definiert. Verfahren zur Verbesserung der Paketübertragung und ihrer Effizienz wurden sowohl auf der Abwärtsstrecke als auch auf der Aufwärtsstrecke entwickelt. Auf der Abwärtsstrecke hat das Funkzugangsnetz gewöhnlich vollständige Kenntnis darüber, wieviel, wann und zu wem die Paketübertragungen erfolgen.
  • Für die Aufwärtsstrecken-Paketübertragung, bei der alle Benutzergeräte oder Mobilstationen unkoordiniert sind, ist ein vollzentralisiertes gesteuertes Verfahren, wie zum Beispiel ein Verfahren auf der Basis von Einteilung, nicht durchführbar.
  • In der Protokollspezifikation der MAC (Medium-Zugangsregelung) für UMTS wird jedoch für den Erhalt von Übertragungszugang eine Prozedur dargelegt, bei der wahlfreie Paketübertragung auf einem Direktzugriffskanal (RACH) erfolgt und gemäß einem Kollisionsdetektions-Mehrfachzugangsprozeß detektiert wird, ob die Paketübertragung empfangen und durch den Empfänger bestätigt wird. Wenn die Übertragung erfolglos ist, versucht der Sender die Übertragung nach einem wahlfreien Zeitintervall nochmals. Das Zeitintervall wird gemäß einem Persistenzwert verlängert, der durch das Funkzugangsnetz auf der Basis des versorgten Verkehrsvolumens abgeleitet wird. Folglich kann die Aufwärtsstreckenpaketübertragung durch einen auf der Abwärtsstrecke rundgesendeten Persistenzwert gesteuert werden.
  • Das Prinzip einer solchen Persistenzsteuerung besteht darin, daß das Funkzugangsnetz die Aufwärtsstreckenverkehrslast überwacht und einen Persistenzwert wie zum Beispiel die Übertragungswahrscheinlichkeit auf dem Rundsendesteuerkanal (BCH) rundsendet. Auf der Basis der rundgesendeten Persistenzinformationen entscheiden die Benutzergeräte ihre eigene Übertragungswahrscheinlichkeit oder Neuübertragungswahrscheinlichkeit, so daß der Paketzugang in der Aufwärtsstrecke, wie zum Beispiel auf dem Direktzugriffskanal (RACH) und dem gemeinsamen Paketkanal (CPCH) gesteuert werden kann.
  • Insbesondere bei paketvermittelten Mobilkommunikationssystemen auf der Basis von CDMA (Code Division Multiple Access), wie einem universellen Mobiltelekommunikationssystem (UMTS), wie durch den 3GPP-Standard definiert, gibt es jedoch zwei Hauptgründe für eine Systemüberlastung, die zusätzlich insbesondere im Fall einer langzeitigen Systemüberlastung zu Problemen mit der Paketübertragungsfunktionalität führen kann.
  • Erstens kann ein solches Mobilkommunikationssystem überlastet werden, wenn ein neues Benutzergerät hinzugefügt werden muß und weniger freie Betriebsmittel als angefordert verfügbar sind.
  • Zweitens kann das Mobilkommunikationssystem mit existierenden Datenflüssen in bezug auf Metriken der Dienstgüte (QoS) überlastet werden, wenn die von jedem existierenden Datenfluß gebotene QoS-kompatible Last größer als die mittlere versorgte Last ist. In verdrahteten Netzwerken wird dieses potentielle Problem typischerweise durch die Schwankung der gebotenen Last beschränkt und kann angegangen werden, indem man die Aktivität jedes Datenflusses mit den vertraglich festgesetzten minimalen QoS-Ratengarantien berechnet. In drahtlosen Netzen ändern sich gewöhnlich jedoch die Umgebungsbedingungen, wie zum Beispiel aufgrund der Mobilität der Mobilstationen. Dies wirkt sich wiederum insbesondere in auf CDMA basierenden Systemen auf den Funkstrecken-Betriebsmittelverbrauch aus und somit auf die gesamte Systemkapazität. Da die Mobilität der Benutzergeräte schwer vorhersehbar ist, ist ein etwaiger Lastausgleichsmechanismus entscheidend.
  • Auch wenn ein gegebenes Direktzugriffs-Übertragungssystem, das einen Persistenzsteueransatz verwendet, verwendet wird, um das System im Fall einer Überlast durch Vermindern der Sendewahrscheinlichkeit stabil zu halten, wie zum Beispiel auf der Basis einer hohen Direktzugriffs-Kanallast, kann somit dadurch eine signifikant vergrößerte Sendeverzögerung verursacht werden.
  • Folglich kann einerseits eine solche Sendeverzögerung im Fall einer kurzzeitigen Überlastung unkritisch sein, da ein Direktzugriffskanal, wie zum Beispiel der CPCH, nur Datenflüsse mit relativ lockeren Verzögerungsanforderungen versorgt, wie zum Beispiel eine TCP/IP-Übertragung (Transmission Control Protocol/Internet Protocol).
  • Im Fall einer langzeitigen Überlastung kann dies dagegen ein unerwünschtes Verhalten verursachen, wenn die Verzögerung über ein bestimmtes Maß wächst. Dann startet eine TCP-Stausteuerung gewöhnlich eine Neuübertragung des gesamten TCP-Pakets, was zu einer beträchtlichen Verschwendung von Funkschnittstellenbetriebsmitteln führen kann. Die Länge eines solchen langzeitigen Zeitraums zum Eintreten in den Zustand der Überlastung hängt sehr von dem System oder Netzwerk und den unterstützten Diensten ab.
  • Bisher können Direktzugriffs-Übertragungsprozeduren paketvermittelter Mobilnetze somit nur mit Problemen potentieller Kurzzeit-Überlastsituationen fertig werden.
  • Aus der internationalen (PCT)-Patentanmeldung, Publikation WO97/16039 , ist bekannt, ein Verfahren zur Direktzugriffs-Paketübertragung zur Aufrechterhaltung von Dienstgüteanforderungen in einem paketvermittelten UMTS-Mobilnetz bereitzustellen, mit den folgenden Schritten:
    Durchführen von Zulassungsregelung auf einem jeweiligen Direktzugriffs-Paketübertragungskanal abhängig von einer Anforderung, einen neuen Datenfluß hinzuzufügen.
  • Die vorliegende Erfindung ist gegenüber der Offenlegung von WO97/16039 insofern gekennzeichnet, daß die Zulassungsregelung die folgenden Schritte umfaßt: Bestimmen des tatsächlichen Persistenzwerts (Ppers_actual) und Vergleichen des Werts mit einer maximalen Persistenzwertschwelle (Ppers_max), multipliziert mit einem Sicherheitsfaktor von weniger als eins, um zu erkennen, ob das Hinzufügen des neuen Datenflusses zu einem Überlastzustand führen würde.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines neuen und verbesserten Ansatzes zur Vermeidung von Problemen der Überlastabwicklung für eine Direktzugriffs-Paketübertragung in paketver mittelten Mobilnetzen wie oben beschrieben und insbesondere zur Begrenzung der Sendeverzögerung mindestens bestimmter ausgewählter Datenflüsse auch im Fall einer langzeitigen Überlastsituation.
  • Die erfindungsgemäße Lösung wird durch ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche erzielt.
  • Vorteilhafte und/oder bevorzugte Ausführungsformen oder Verfeinerungen sind der Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche.
  • Gemäß der Erfindung wird zur Durchführung von Direktzugriffs-Paketübertragung vorgeschlagen, auf einem jeweiligen Direktzugriffs-Paketübertragungskanal eine Zulassungsregelfunktionalität zu verwenden, die von einer Anforderung, einen neuen Datenfluß hinzuzufügen, abhängt und/oder auf dem jeweiligen Direktzugriffs-Paketübertragungskanal eine Stauregelfunktionalität zu verwenden, die von veränderlichen Umgebungen abhängt, insbesondere auf der Basis der Mobilität einer von dem Netz versorgten Mobilstation zur Aufrechterhaltung von Dienstgüteanforderungen und/oder für Garantien auch in langzeitigen Überlastsituationen eines paketvermittelten Mobilnetzes, insbesondere in einem auf CDMA basierenden Netz.
  • Folglich kann eine solche erweiterte Direktzugriffs-Funktionalität Probleme angehen, die insbesondere durch langzeitige Überlastsituationen verursacht werden, mit denen bekannte Direktzugriffsansätze nicht fertig werden.
  • Zur Ermöglichung einer sehr leichten, aber effektiven Zulassungsregelfunktionalität wird vorgeschlagen, im Fall einer Anforderung, einen neuen Datenfluß hinzuzufügen, einen tatsächlichen Persistenzwert, der die Systemlast angibt, mit einer Überlastschwelle zu vergleichen, um eine Überlastsituation zu vermeiden.
  • Insbesondere kann durch Verwendung der erfindungsgemäßen Zulassungsregelfunktionalität, die von der Anforderung, einen neuen Datenfluß hinzuzufügen, abhängt, ein Kommunikationssystem mit einer solchen erweiterten Direktzugriffs-Steuerfunktionalität für ein Mobilnetz einen bestimmten Grad der Dienstgüte (QoS) insbesondere im Hinblick auf die Begrenzung der Übertragungsverzögerung für die aktiven oder ablaufenden Datenflüsse erhalten, die von dem Direktzugriffs-Paketübertragungs-Verarbeitungssystem abgewickelt werden, auch falls ein neuer Datenfluß zu dem System hinzugefügt werden muß.
  • Durch Verwendung der Stauregelfunktionalität kann darüber hinaus das solche erweiterte Direktzugriffs-Regelfunktionalität aufweisende Kommunikationssystem einen bestimmten Grad der Dienstgüte für die aktiven oder ablaufenden Datenflüsse, die von dem Direktzugriffs-Paketübertragungs-Verarbeitungssystem abgewickelt werden, erhalten, auch falls sich die Umgebungsbedingungen ändern, insbesondere auf der Basis der Mobilität der Mobilstationen, die ein spezifisches Problem von Mobilkommunikationsnetzen wie etwa UMTS darstellt.
  • Vorteilhafterweise ist das bevorzugte Verfahren so ausgelegt, daß die Regelentscheidungen durch Verwendung der Direktzugriffs-Kanallast durchgeführt werden, da sie auf mehrere Weisen erhalten werden kann. Vorzugsweise wird die tatsächliche Direktzugriffs-Kanallast geschätzt, indem man eine gemessene Empfangsleistung von Benutzergeräten auf dem Direktzugriffs-Übertragungskanal regelmäßig mit einer gemessenen Gesamtempfangsleistung von allen Benutzergeräten einer Zelle vergleicht und/oder die Anzahl der tatsächlich ablaufenden Paketübertragungen innerhalb eines bestimmten Zeitintervalls zählt.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, regelmäßig eine Persistenzregelfunktionalität auszuführen, bei der der tatsächliche Persistenzwert für die Zuteilung zu dem jeweiligen Direktzugriffs-Paketübertragungskanal abhängig von einem Vergleich einer tatsächlich geschätzten Direktzugriffs-Kanallast mit einer definierten oberen Direktzugriffs-Kanallastgrenze innerhalb von definierten Ober- und Untergrenzen vergrößert oder verkleinert und/oder der tatsächliche Persistenzwert abhängig von der Anzahl tatsächlich ablaufender Paketübertragungen und der Anzahl zulässiger neuer Pakete in einem nachfolgenden Zeitintervall auf dem jeweiligen Direktzugriffs-Paketübertragungskanal bestimmt wird. Mittels einer solchen Persistenzregelfunktionalität stellt die Erfindung praktisch zusätzlich sicher, daß kurzzeitige Überlastsituationen aufgelöst werden, insbesondere durch Zuteilen des Persistenzwerts für Aktiv-Datenflüsse, die von dem erfindungsgemäßen Direktzugriffs-Paketübertragungsansatz abhängig von der aktuellen Netzlastsituation abgewickelt werden.
  • Vorzugsweise überwacht die Stauregelfunktionalität die Aufrechterhaltung der tatsächlichen QoS-Anforderungen abhängig von dem zugeteilten Persistenzwert für den Vergleich mit einer Überlastschwelle während definierbaren Zeitrahmen zur Erkennung einer Überlastsituation.
  • Im Fall des Durchführens der Zulassungsregelfunktionalität in Kombination mit der Stauregelfunktionalität umfaßt insbesondere gemäß der besonders bevorzugten Verfeinerung die Überlastschwelle einen Sicherheitsfaktor zur Ermöglichung eines gewissen Grades an Reserve für die Direktzugriffs-Regelfunktionalität, um ein "Pingpong"-Verhalten zu vermeiden.
  • Darüber hinaus wird gemäß einer weiteren vorteilhaften Verfeinerung im Fall des Erkennens eines Überlastzustands die Reduktion des gebotenen Verkehrs auf dem jeweiligen Direktzugriffs-Paketübertragungskanal vorgeschlagen, insbesondere durch Entfernen mindestens eines ablaufenden Datenflusses und/oder durch Zurückweisen des neuen Datenflusses und/oder durch Ersetzen des mindestens einen ablaufenden Datenflusses durch den neuen Datenfluß, abhängig von einem jeweiligen erkannten Überlastzustand und/oder Dienstgütegarantien.
  • Gemäß einer weiteren verbesserten Erweiterung wird insbesondere im Fall der Zuteilung eines Benutzergeräts zu mehr als einem Direktzugriffskanal vorgeschlagen, Zulassungsregelfunktionalität und/oder Stauregelfunktionalität auf mehreren Direktzugriffs-Paketübertragungskanälen durchzuführen, indem eine Menge von tatsächlich auf der geschätzten Direktzugriffs-Kanallast basierenden Werten, die jeweils einem der Direktzugriffs-Paketübertragungskanäle zugeteilt wird, mit einer Überlastschwelle oder einer Überlastschwelle einschließlich eines Sicherheitsfaktors verglichen wird, um eine Überlastsituation bzw. einen Überlastzustand zu erkennen.
  • Die Hauptanwendung des erfindungsgemäßen Ansatz ist folglich ein Paketübertragungssystem auf der Ebene der MAC (Medium-Zugangsregelung), das ein Direktzugriffsverfahren verwendet, wobei die Erfindung insbesondere für Kommunikationssysteme geeignet ist, bei denen die Direktzugriffs-Übertragungswahrscheinlichkeit durch Rundsenden eines Persistenzwerts geregelt wird. Als weiterer Vorteil ist die Erfindung jedoch nicht auf solche Systeme beschränkt, sondern kann auch in allgemeinen Paketübertragungssystemen zur effizienten Überlastabwicklung auf MAC-Ebene verwendet werden.
  • Die Erfindung liefert ferner eine entsprechende angepaßte Vorrichtung mit einer Sender-/Empfängereinheit mit einem Mittel zum Regeln der Direktzugriffs-Paketübertragung von Datenflüssen, um Dienstgüteeinschränkungen einzuhalten, und ein assoziiertes Mittel zum Durchführen einer Zulassungsregelfunktionalität abhängig von einer Anforderung, einen neuen Datenfluß auf einem jeweiligen Direktzugriffs-Paketübertragungskanal hinzuzufügen, und/oder zum Durchführen einer Stauregelfunktionalität abhängig von schwankenden Umgebungen gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren.
  • Die Erfindung wird nachfolgend ausführlicher auf der Basis einer bevorzugten Ausführungsform und mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
  • 1 schematisch ein Flußdiagramm einer bevorzugten Zulassungregelfunktionalität gemäß der Erfindung,
  • 2 schematisch ein Flußdiagramm einer bevorzugten Stauregelfunktionalität gemäß der Erfindung und
  • 3 schematisch ein Flußdiagramm einer bevorzugten Persistenzregelfunktionalität gemäß der Erfindung.
  • Im folgenden wird die Erfindung beispielhaft auf der Basis einer bevorzugten Anwendung beschrieben, die insbesondere in dem paketvermittelten CDMA-Mobilkommunikations-UMTS-System implementiert wird, das Direktzugriffs-Paketübertragungsprozeduren aufweist, die durch aktuelle 3GPP-Standards spezifiziert und für den gemeinsamen Paketkanal (CPCH) ausgelegt werden.
  • Auf der Basis einer solchen beispielhaften Anwendung und als Annahme für die folgende Beschreibung wird erwähnt, daß die Direktzugriffsübertragung im allgemeinen durch einen als PPers bezeichneten Persistenzwert geregelt wird. Dieser Persistenzwert wird gewöhnlich auf dem Rundsendekanal, d.h. auf dem BCH, rundgesendet.
  • Ferner wird eine Last "Load" auf dem CPCH definiert, wobei die Last "Load" der Anteil der Empfangsleistung PCPCH von allen Benutzergeräten (UE) auf dem CPCH an der BTS, die bei UMTS als Knoten B bezeichnet wird, an der gesamten empfangenen Breitbandleistung Ptotal von allen Benutzergeräten der jeweiligen assoziierten Zelle in der BTS oder im Knoten B ist.
  • Somit kann die Last "Load" folgendermaßen ausgedrückt werden:
    Figure 00100001
  • Zur Begrenzung der Störungen von den Benutzergeräten auf dem CPCH der Benutzergeräte auf anderen Kanälen dieser Zelle, zum Beispiel auf einem leitungsvermittelten fest zugeordneten Kanal (DCH), kann die Leistung PCPCH auf dem CPCH und daher die Last "Load" begrenzt werden.
  • Ferner wird erwähnt, daß die Last "Load" direkt proportional zu der Sendewahrscheinlichkeit Ptransmit ist wegen load ∝ NCPCH·Ptransmit Gleichung 2
  • In Gleichung 2 bedeutet der Parameter NCPCH die Anzahl der Benutzergeräte, die dem CPCH zugeteilt sind. Im allgemeinen ist diese Zahl bekannt. Die Sendewahrscheinlichkeit Ptransmit kann durch den Persistenzwert vorzugsweise unter Verwendung der folgenden Relation bestimmt werden, die in den aktuellen 3GPP-UMTS-Standards spezifiziert wird.
    Figure 00110001
  • Zur Zeit wird der Bereich des Persistenzwerts definiert durch: 1 ≤ PPers ≤ 8 Gleichung 4
  • Als erste Konsequenz ist die Last "Load" auf der Basis von Gleichung 2 und 3 invers zu dem Persistenzwert PPers, und es gilt somit: load ∝ 1/PPers Gleichung 5und daher kann die Last "Load" durch ordnungsgemäßes Justieren des Persistenzwerts PPers geregelt werden.
  • Eine weitere Konsequenz ist jedoch, daß eine verursachte Verzögerung einer Paketübertragung eine abnehmende Funktion der Sendewahrscheinlichkeit Ptransmit ist. Insbesondere ist in Schlitzsystemen die Sendeverzögerung geometrisch verteilt, wie zum Beispiel bei dem Direktzugriffs-Übertragungssystem, bei dem eine Übertragung nur zu vordefinierten Zeiten starten kann. Eine mittlere Verzögerung "Delay" ist somit umgekehrt proportional zu der Sendewahrscheinlich Ptransmit und somit gilt delay ∝ 1/Ptransmit Gleichung 6
  • Auf der Basis von Gleichung 3 und 6 ist also für Fachleute offensichtlich, daß die Paketübertragungsverzögerung "Delay" eine zunehmende Funktion des Persistenzwerts PPers ist, und daher kann der Parameter "Delay" im wesentlichen als proportional zu PPers angesehen werden.
  • Je höher der Persistenzwert PPers ist, desto länger ist folglich die Paketübertragungsverzögerung "Delay". Folglich besteht ein Kompromiß zwischen der Last "Load" und der Paketübertragungsverzögerung "Delay" beim Zuweisen des Persistenzwerts PPers, was durch die erfindungsgemäße Ausführungsform des Verwendens eines spezifischen Lastregelansatzes für die CPCH-Direktzugriffs-Paketübertragungsfunktionalität berücksichtigt werden muß.
  • Zuerst mit Bezug auf 3 ist das Prinzip einer vorzugsweise in das erfindungsgemäße Verfahren der erweiterten Direktzugriffs-Paketübertragung integrierten Persistenzregelfunktionalität schematisch abgebildet.
  • Die bevorzugte Persistenzregelfunktionalität, so wie sie abgebildet ist, sollte folgendermaßen sein.
  • Die Persistenzregelprozedur wird insofern angepaßt, als während des Betriebs des Übertragungsnetzes und gemäß 3, Schritt 1p, das Funkzugangsnetz regelmäßig die Direktzugriffs-Kanallast "Load" prüft oder schätzt. Die Persistenzregelfunktionalität wird ausgelöst, wenn eine neue Schätzung der Direktzugriffs-Kanallast "Load" erzielt wird.
  • Eines der praktischsten Verfahren zum Prüfen oder Schätzen der Direktzugriffs-Kanallast "Load" umfaßt die Messung der Empfangsleistungen PCPCH und Ptotal und die Verwendung von Gleichung 1 zur Schätzung der Last "Load".
  • Eine weitere Möglichkeit zur Schätzung eines lastanzeigenden Werts basiert jedoch auf dem Zählen der Anzahl der Zugangsversuche Ncurrent auf dem CPCH innerhalb eines bestimmten Zeitintervalls, zum Beispiel
    Figure 00120001
    wobei Nmax die maximal zulässige Anzahl der Zugangsversuche auf dem CPCH darstellt.
  • Im allgemeinen wird der Zeitraum der regelmäßigen Messungen bezüglich der Last für die folgende Beschreibung als das Persistenzregelintervall bezeichnet.
  • Auf der Basis der regelmäßigen Messungen wird unter Verwendung der geschätzten Direktzugriffs-Kanallast "Load" wie in 3 durch das Bezugszeichen 2p angedeutet, ein bevorzugter tatsächlicher Persistenzwert PPers_actual bestimmt.
  • Eine bevorzugte grundlegende Prozedur ist ferner deshalb die Verwendung eines Vergleichs der geschätzten Last "Load" mit einer gegebenen oder definierbaren maximalen Lastschwelle loadmax, wie zum Beispiel load ≤ loadmax Gleichung 8
  • Wenn Gleichung 8 nicht erfüllt wird, wird eine Erhöhung des tatsächlichen Persistenzwerts PPers_actual um eins durchgeführt. Gemäß Gleichung 4 wird bei den aktuellen 3GPP-UMTS-Standards der Persistenzwert PPers jedoch zwischen 1 und 8 gesetzt. Eine maximale oder Obergrenzen-Persistenzwertschwelle wird somit richtig als PPers_max = 8 gesetzt. Bei der Durchführung der Erhöhung des tatsächlichen Persistenzwerts PPers_actual um eins muß somit sichergestellt werden, daß PPers_actual nicht PPers_max übersteigt.
  • Wenn Gleichung 8 jedoch als Ergebnis des Bestimmungsschritts 2p erfüllt ist, wird eine Erniedrigung des tatsächlichen Persistenzwerts PPers_actual um eins durchgeführt. Da der Persistenzwert PPers jedoch zwischen 1 und 8 gesetzt wird, wird vorzugsweise eine minimale oder Untergrenzen-Persistenzwertschwelle richtig als PPers_low = 1 definiert. Beim Durchführen der Erniedrigung des tatsächlichen Persistenzwerts PPers_actual um eins muß somit sichergestellt werden, daß PPers_actual nicht PPers_low herabsetzt.
  • Folglich ist die Persistenzregelprozedur wie durch das Bezugszeichen 3p in 3 angegeben für den Moment beendet und wartet, bis eine neue Direktzugriffs-Kanallastschätzung erhalten wurde. Der bestimmte und aktualisierte Persistenzwert PPers_actual wird jedoch praktisch über den Systemrundsendekanal BCH den Mobilbenutzergeräten signalisiert.
  • Ein weiterer praktischer Ansatz zur Bestimmung eines Persistenzwerts kann jedoch aus der oben erwähnten Anzahl der Zugangsversuche Ncurrent abgeleitet werden. Zum Beispiel wird der zulässige maximale Aufwärtsstreckenlast-Schwellenwert gegeben als Ptotal_max = function(loadmax) Gleichung 9und ist daher ein Systementwurfsparameter, der aus der maximalen Zellenlast abgeleitet werden kann. Auf der Basis eines homogenen Verkehrsmusters für Leitungsverkehr kann dann eine aktuelle Überschußleistung folgendermaßen ausgedrückt werden: Ptotal_max – Ptotal Gleichung10.
  • Mit der Annahme, daß die gesamte Überschußleistung durch die neu angekommene Paketübertragung aufgebraucht wird, kann man die Anzahl der neuen Pakete, die für das nächste Übertragungsintervall zugelassen werden kann, folgendermaßen definieren:
    Figure 00140001
  • Da alle Benutzergeräte im Fall von rückständigen Benutzergeräten neu senden und/oder im Fall neuer Benutzergeräte mit derselben Sendewahrscheinlichkeit senden, kann man einen Persistenzübertragungswahrscheinlichkeitswert Ptransmit für einen Direktzugriffskanal folgendermaßen definieren:
    Figure 00150001
  • Dabei ist Naccess die Anzahl der verfügbaren Zugangsschlitze und/oder Zugangscodes auf dem CPCH. Der tatsächliche Persistenzwert PPers_actual wird dann aus Gleichung 3 abgeleitet.
  • Das Prinzip des erfindungsgemäßen und insbesondere softwareimplementierten Ansatzes des zusätzlichen Verwendens einer lastgeregelten Direktzugriffs-Paketübertragung bezüglich einer Zulassungsregelfunktionalität und/oder Stauregelfunktionalität wird im folgenden beschrieben.
  • Mit Bezug auf 1 verwendet die bevorzugte Realisierung der erfindungsgemäßen Zulassungsregelfunktionalität innerhalb der Direktzugriffs-Paketübertragungsfunktionalität auf der Basis einer Anforderung, einen neuen zu sendenden Datenfluß hinzuzufügen, den Persistenzwert PPers_actual und ist wie folgt:
    die Zulassungsregelfunktionalität wird in einem ersten Schritt 1a ausgelöst, wenn eine Anforderung, einen neuen Datenfluß zu dem CPCH hinzuzufügen, ankommt. In einem zweiten Schritt 2a wird dann der tatsächliche Persistenzwert PPers_actual, der durch die Persistenzregelfunktionalität in dem jeweiligen letzten Persistenzregelintervall wie oben beschrieben zugeteilt wurde, als Grundlage für die Anzeige der Direktzugriffs-Kanallast und daher für die Durchführung der Regelfunktionalität genommen.
  • In einem dritten Schritt 3a prüft nachfolgend das Mittel zum Durchführen solcher Zulassungsregelfunktionalität, das praktisch in eine jeweilige Sender-/Empfängereinheit einer Basis-Sender/Empfänger-Station des Kommunikationssystems eingebettet ist, vorzugsweise, ob das Hinzufügen des neuen Datenflusses zu einem Überlastzustand führen würde. Ein mögliches Zulassungskriterium gemäß der Erfindung wäre: PPers_actual ≤ PPers_max·SF Gleichung 13wobei PPers_max der maximale Persistenzwert für die maximal zulässige Verzögerungsgrenze und SF ein Sicherheitsfaktor ist, der vorzugsweise auf SF < 1 gesetzt wird, um einen gewissen Grad an Reserve für das Direktzugriffsregelmittel zu erlauben, um ein unerwünschtes "Ping-Pong"-Verhalten zu vermeiden, wenn die Zulassungsregelung wie nachfolgend beschrieben mit der erfindungsgemäßen Stauregelfunktionalität kombiniert wird.
  • Wenn Gleichung 13 erfüllt ist, verstößt der neu angeforderte Datenfluß nicht gegen die zulässigen Verzögerungsgrenzen und kann daher zugelassen werden. Folglich kann mit Schritt 4a fortgefahren werden, gemäß dem die Anforderung, den neuen Datenfluß hinzuzufügen, zugelassen wurde und die Übertragungsparameter, wie zum Beispiel die Datenraten, die Transportformate und die Spreizcodes, zugeteilt werden. Die Übertragungsparameter werden dann vorzugsweise zusammen mit einer spezifischen CPCH-Identifikation dem Mobilbenutzergerät signalisiert, das den Datenfluß auf dem CPCH angefordert hat.
  • Wenn Gleichung 13 jedoch als Ergebnis des Prüfschritts 3a nicht erfüllt ist, wird im Fall des Hinzufügens der neuen Anforderung gegen die Verzögerungsgrenzen verstoßen und daher kann die Anforderung nicht zugelassen werden. Folglich wird mit Schritt 5a von 1 fortgefahren, der versucht, eine Reduktion der gebotenen Direktzugriffs-Kanallast durchzuführen, um es dem System zu ermöglichen, die tatsächliche Verzögerung zu begrenzen, vorzugsweise mit mindestens einer der beiden folgenden Aktionen:
    erstens besteht ein Ansatz zur Reduktion der gebotenen Direktzugriffs-Kanallast darin, einfach die neue Anforderung zurückzuweisen. Dies kann im allgemeinen Fall die bevorzugte Regelfunktionalität sein, wenn jeder ablaufende Verkehr gegenüber einer neuen Anforderung Priorität erhalten sollte.
  • Zweitens besteht eine weitere Möglichkeit gemäß der Erfindung darin, einen oder mehrere ablaufende Datenflüsse von dem CPCH zu entfernen, um den neuen einzufügen. Dies kann die bevorzugte Option für die Abwicklung von Verbindungen mit Priorität sein, wie zum Beispiel Notrufe, wenn Betriebsmittel vorausgenommen werden sollen, um mit der Prioritätsverbindung fortzufahren.
  • In bezug auf 2 ist schematisch das Prinzip des erfindungsgemäßen Direktzugriffs-Paketübertragungsansatzes der Verwendung von Stauregelfunktionalität abgebildet. Eine bevorzugte Regelfunktionalität auf der Basis des beispielhaften CPCH eines auf UMTS basierenden Übertragungssystems wird folgendermaßen vorgeschlagen.
  • Während des Betriebs des Übertragungsnetzes wird in einem ersten Schritt 1c die Stauregelprozedur nach 2 ausgelöst, wenn das Direktzugriffsregelmittel eine Überlastsituation auf dem CPCH anzeigt, zum Beispiel durch Verwendung der Persistenzregelfunktionalität, wie oben mit Bezug auf 3 beschrieben.
  • Zur Anzeige einer etwaigen Überlastsituation ist die Direktzugriffs-Paketübertragungsfunktionalität somit vorzugsweise dafür ausgelegt, regelmäßig den zugeteilten Persistenzwert PPers zu prüfen.
  • Normalerweise ist der Zeitrahmen für die Durchführung dieser Prüfung viel größer als das Persistenzregelintervall, weil sich der CPCH gewöhnlich in einer Überlastsituation befindet, wenn er die "langzeitigen" Verzögerungsanforderungen der Datenflüsse nicht versorgen kann. Kurzzeitige Fluktuationen können durch die Persistenzregelfunktionalität wie oben beschrieben autonom gehandhabt werden. Wenn das Regelmittel jedoch nicht in der Lage ist, während einer längeren Zeit alle Datenflüsse mit der maximal zulässigen Verzögerung zu versorgen, zeigt das Regelmittel die Überlastsituation an.
  • Zur Anzeige einer solchen Überlastsituation vorzugsweise durch Verwendung des Persistenzwerts PPers im allgemeinen wird vorgeschlagen, den tatsächlichen erhaltenen Persistenzwert PPers_actual zum Definieren eines Überlastkriteriums wie folgt zu verwenden: PPers_actual ≥ PPers_max Gleichung 14
  • Wie bei der Zulassungsregelfunktionalität ist PPers_max der maximale Persistenzwert, der zum Beispiel durch die maximale zulässige Verzögerungsgrenze gegeben wird. Wenn Gleichung 14 über einen längeren Zeitraum gültig ist, zeigt die Persistenzregelung die Überlastsituation an. Die Länge dieser Zeitdauer für den Eintritt in den Zustand der Überlastung hängt sehr von dem System und den Diensten in dem jeweiligen System ab und muß daher gemäß von tatsächlichen Anforderungen gesetzt werden.
  • Folglich ist die Stauregelprozedur für den Moment beendet, wie durch das Bezugszeichen 3c von 2 angegeben, und wartet, bis die Einteilungsfunktionalität eine neue Überlastsituation anzeigt.
  • Zur Überwindung einer angezeigten Überlastsituation (d.h. die gegebenen Verzögerungsgrenzen werden nicht mehr eingehalten) muß der gebotene Verkehr jedoch wie durch das Bezugszeichen 2c angegeben reduziert werden. Ein bevorzugter Ansatz besteht deshalb darin, einen oder mehrere Datenflüsse von dem CPCH vorzugsweise abhänging von einem Prioritätsschema oder einer Prioritätsreihenfolge zu entfernen, wie zum Beispiel die Datenflüsse mit der niedrigsten Priorität zuerst fallen zu lassen, um die Direktzugriffs-Kanallast zu reduzieren und daher den tatsächlichen Persistenzwert PPers_actual zu verkleinern. Ein anderer bevorzugter Ansatz besteht darin, zuerst die Datenflüsse fallenzulassen, die mit der maximalen Sendeleistung assoziiert sind, um die Störungen in dem System zu reduzieren.
  • Auf dieser Basis ist es notwendig, so viele Datenflüsse zu entfernen, daß der Persistenzwert PPers_actual bis unter einen auf definierbarer Stauregelung basierenden Persistenzwert PPers_conc reduziert ist, bevor mit Schritt 3c vorangeschritten wird, d.h. um die Stauregelprozedur für den Moment zu beenden und zu warten, bis das Steuermittel eine neue Überlastsituation anzeigt. Ein Benutzergerät, das von dem CPCH entfernt wird, wird jedoch über festzugeordnete Signalisierungskanäle informiert.
  • Durch Kombinieren der Stauregelfunktionalität mit der Zulassungsregelfunktionalität kann eine Überlastsituation gemäß Schritt 1c von 2 auch im Fall eines Übergangs von Schritt 3a von 1 zu Schritt 5a aufgrund einer Anforderung, einen neuen Datenfluß hinzuzufügen, angezeigt werden.
  • Für Fachleute ist somit offensichtlich, daß im Fall des Kombinierens beider Lastregelfunktionalitäten der in Gleichung 13 im Schritt 3a von 1 verwendete Sicherheitsfaktor SF kleiner als 1 sein sollte, um das oben erwähnte "Ping-Pong"-Verhalten zu vermeiden. Wenn SF dagegen auf 1 gesetzt wird, kann die Integration eines angeforderten neuen Datenflusses in den Direktzugriffsprozeß insbesondere durch eine tatsächliche Notwendigkeit des gesamten maximalen Persistenzwerts PPers_max gemäß Gleichung 13 dazu führen, daß die Stauregelfunktionalität während eines nachfolgenden Schritts eine Überlastsituation detektiert.
  • Bei dem oben beschriebenen beispielhaften erfindungsgemäßen Ansatz hat nur ein CPCH die Grundlage für die erfindungsgemäße Regelfunktionalität gebildet. Gemäß den aktuellen 3GPP-UMTS-Standards und/oder Spezifikationen ist jedoch selbst die Zuteilung von mindestens einem bestimmten Mobilbenutzergerät zu mehr als einem CPCH, d.h. zu einem CPCH-Satz, erlaubt. Das jeweilige Benutzergerät wählt dann den CPCH für die Übertragung aus dem zugeteilten CPCH-Satz gemäß einer definierten oder definierbaren Zuteilungsregel.
  • In diesem Fall besteht ein bevorzugter Ansatz darin, eine bestimmte Anzahl von CPCH zuzuteilen, die gleiche Datenrate versorgen. Auf dieser Basis kann auf jedem CPCH aus dem CPCH-Satz eine autonome Persistenzregelfunktion gemäß der obigen Beschreibung bezüglich 3 angewandt werden. Dann kann es nützlich sein, wenn das Benutzergerät den erfindungsgemäßen Direktzugriffsversuch auf diesem CPCH verwendet, wenn der niedrigste Persistenzwert PPers_actual zugeteilt wurde, da dieser CPCH wahrscheinlich am wenigsten belastet ist, um den Verkehr zwischen dem spezifischen CPCH in dem CPCH-Satz auszugleichen.
  • Folglich wird in einem solchen Fall vorgeschlagen, die oben mit Bezug auf 1 beschriebene Zulassungsregelfunktionalität insofern weiter zu erweitern, als nicht nur der Persistenzwert PPers_actual auf einem CPCH erhalten werden muß, sondern zusätzlich die Persistenzwerte auf den anderen CPCH des CPCH-Satzes.
  • Mit der Annahme, daß die Gesamtzahl der CPCH eines CPCH-Satzes k ist, beträgt der jeweilige Persistenzwert eines CPCH#i also PPers_actual(i) und jeder CPCH#i besitzt einen maximalen Persistenzwert PPers_max(i), wobei jeder der maximalen Persistenzwerte PPers_max(i) gleich sein kann, d.h. PPers_max(i) = PPers_max, und das Kriterium in Gleichung 13 wird vorzugsweise folgendermaßen angepaßt: PPers_actual(i) ≤ PPers_max(i)·SF Gleichung 15
  • Dies bedeutet, daß das Zulassungskriterium für einen CPCH#i erfüllt ist, wenn Gleichung 15 für das jeweilige i ≤ k erfüllt ist.
  • Weiterhin kann in bezug auf die erfindungsgemäße Stauregelfunktionalität die oben auf der Basis von 2 beschriebene Überlastprüfung für alle CPCH in einem CPCH-Satz auf einmal durchgeführt werden, und daher kann die Stauregelfunktionalität ähnlich dem erweiterten Ansatz in bezug auf die Zulassungsregelfunktionalität angepaßt werden.
  • Auf der Basis der oben erwähnten Annahme wird folglich das Stauregelkriterium in Gleichung 14 vorzugsweise folgendermaßen angepaßt: PPers_actual(i) ≥ PPers_max(i) Gleichung 16und bedeutet, daß eine Überlastsituation für einen CPCH#i angezeigt wird, wenn Gleichung 16 für das jeweilige i ≤ k gültig ist.
  • Obwohl die Erfindung beispielhaft mit Bezug auf ein Direktzugriffs-Übertragungs-UMTS-System auf CPCH beschrieben wird, ist darüber hinaus für Fachleute offensichtlich, daß im wesentlichen dieselbe erfindungsgemäße Funktionalität angewandt werden kann, um eine Paketübertragung im allgemeinen auf Prozeduren für eine bekannte Anzahl von Benutzergeräten basieren, wie zum Beispiel für die Prozedur der DRAC (dynamische Betriebsmittelzuteilungsregelung) auf dem Aufwärtsstrecken-DCH (fest zugeordneten Kanal), wie in den aktuellen 3GPP-UMTS-Standards spezifiziert.

Claims (9)

  1. Verfahren zur Direktzugriffs-Paketübertragung zur Aufrechterhaltung von Dienstqualitätsanforderungen in einem paketvermittelten UMTS-Mobilnetz, mit den folgenden Schritten: Durchführen einer Zulassungsregelung (1a, 2a, 3a, 4a, 5a) auf einem jeweiligen Direktzugriffs-Paketübertragungskanal abhängig von einer Anforderung des Hinzufügens eines neuen Datenflusses, dadurch gekennzeichnet, daß die Zulassungsregelung die folgenden Schritte umfaßt: Bestimmen (2a) des tatsächlichen Persistenzwerts (Ppers_actual) und Vergleichen des Werts mit einer maximalen Persistenzwertschwelle (Ppers_max) multipliziert mit einem Sicherheitsfaktor (SF) von weniger als eins, zur Erkennung, ob das Hinzufügen des neuen Datenflusses zu einem Überlastzustand führen würde.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, ferner dadurch gekennzeichnet, daß die Zulassungsregelung von einer geschätzten Direktzugriffs-Kanallast auf dem jeweiligen Direktzugriffs-Paketübertragungskanal abhängt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, ferner gekennzeichnet durch den Schritt des regelmäßigen Durchführens einer Persistenzregelung, bei der ein tatsächlicher Persistenzwert (Ppers_actual) zur Vergabe an den jeweiligen Direktzugriffs-Paketübertragungskanal abhängig von einem Vergleich einer geschätzten Direktzugriffs-Kanallast mit einer definierten oberen Direktzugriffs-Kanallastgrenze innerhalb definierter Ober- und Untergrenzen vergrößert oder verkleinert wird (2p).
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner gekennzeichnet durch den Schritt des regelmäßigen Durchführens einer Persistenzregelung, bei der ein tatsächlicher Persistenzwert (Ppers-actual) zur Vergabe an den jeweiligen Direktzugriffs-Paketübertragungskanal durch Bestimmen der Anzahl tatsächlich ablaufender Paketübertragungen und der Anzahl zulässiger neuer Pakete in einem nachfolgenden Zeitintervall auf dem jeweiligen Direktzugriffs-Paketübertragungskanal erhalten wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner gekennzeichnet durch Schätzung der tatsächlichen Direktzugriffs-Kanallast durch Vergleichen einer gemessenen Empfangsleistung von Benutzergeräten auf dem Direktzugriffs-Übertragungskanal mit einer gemessenen Gesamtempfangsleistung von allen Benutzergeräten einer Zelle und/oder durch Zählen der Anzahl tatsächlich ablaufender Paketübertragungen in einem bestimmten Zeitintervall.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit den folgenden Schritten: Durchführen von Zulassungsregelung auf mehreren Direktzugriffs-Paketübertragungskanälen durch Vergleichen einer Menge von auf der tatsächlich geschätzten Direktzugriffs-Kanallast basierenden Werten, die jeweils an einen der Direktzugriffs-Paketübertragungskanäle vergeben werden, mit einer Überlastschwelle eines maximalen Persistenzwerts (Ppers_max), multipliziert mit einem Sicherheitsfaktor (SF) von weniger als eins, zur Erkennung eines Überlastzustands.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit dem Schritt des Durchführens einer Stauregelung auf dem jeweiligen Direktzugriffs-Paketübertragungskanal.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Schritt des Durchführens der Stauregelung den folgenden Schritt umfaßt: Kontrollieren (1c) der Einhaltung der QoS-Anforderungen durch Vergleichen des tatsächlichen Persistenzwerts (Ppers_actual) mit einer maximalen Persistenzwertschwelle (Ppers_max) während definierbarer Zeitrahmen zur Erkennung eines Überlastzustands.
  9. Vorrichtung für ein paketvermitteltes UMTS-Mobilnetz mit einer Sender-/Empfängereinheit, die folgendes aufweist: ein Mittel zum Regeln der Direktzugriffs-Paketübertragung von Datenflüssen, um Dienstqualitätseinschränkungen einzuhalten, und ein assoziiertes Mittel zum Durchführen einer Zulassungsregelung abhängig von einer Anforderung des Hinzufügens eines neuen Datenflusses auf einem jeweiligen Direktzugriffs-Paketübertragungskanal, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Durchführen der Zulassungsregelung folgendes umfaßt: ein Mittel zum Bestimmen des tatsächlichen Persistenzwerts (Ppers_actual) und ein Vergleichsmittel zum Vergleichen des tatsächlichen Persistenzwerts mit einer maximalen Persistenzwertschwelle (Ppers_max), multipliziert mit einem Sicherheitsfaktor (SF) von weniger als eins, zur Erkennung, ob das Hinzufügen des neuen Datenflusses zu einem Überlastzustand führen würde.
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