DE60219366T2

DE60219366T2 - Ressourcenzuteilung in einem paketbasierten funkkommunikationssystem

Info

Publication number: DE60219366T2
Application number: DE60219366T
Authority: DE
Inventors: Timothy James Speight
Original assignee: IPWireless Inc
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2001-10-23
Filing date: 2002-10-23
Publication date: 2007-12-13
Anticipated expiration: 2022-10-24
Also published as: US20030095571A1; US20090232110A1; GB0125390D0; US7554947B2; ES2284924T3; EP1477039B1; ATE358958T1; WO2003037024A1; US8654733B2; EP1477039A1; DE60219366D1

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf paketbasierte Funkkommunikationssysteme und insbesondere (aber nicht ausschließlich) auf einen UMTS-TDD-Modus.
Hintergrund der Erfindung
In einem UMTS("Universal Mobile Telecommunication System")-TDD ("Time Division Duplex")-Modus ist, wie aus dem 3GPP ("3^rd Generation Partnership Project") bekannt, die Zuweisung von Ressourcen an Benutzer problematisch, da es drei Dimensionen gibt, in denen Ressourcen existieren – Codes, Timeslots und Frames. Es ist auch häufig, dass verschiedenen Benutzern verschiedene Durchsatzraten zugeteilt werden. Das Problem wird bei paketvermittelten Anwendungen verschlimmert, wenn Zuweisungen sehr häufig für kurze Zeiträume vorgenommen werden.
Unter diesen Umständen ist es wichtig, dass der System-Ressourcenraum effizient gefüllt ist, da ansonsten der Gesamtsystemdurchsatz reduziert wird. Zusätzlich sollten auch die Verarbeitungs- und Speichervoraussetzungen berücksichtigt werden.
Vorherige Arbeiten konzentrierten sich fast vollständig auf den viel einfacheren Fall von leitungsvermittelten Anwendungen. Unter diesen Umständen existieren Zuweisungen an Benutzer für lange Zeiträume und ändern sich nicht, was sehr verschieden zu dem paketvermittelten Fall ist. Jedoch hat eine Anwendung von leitungsvermittelnden Techniken auf paketvermittelnde Systeme den Nachteil, dass Benutzern in irgendeinem gegebenen Frame verschiedene Anzahlen von Ressourceneinheiten zugeteilt werden, da Benutzer in jedem Frame mit variablen Raten bedient werden. Da auch noch vorherige Zuweisungen existieren können, ist das korrekte Zuweisen von Ressourcen an Benutzer häufig problematisch.
US 6,031,827 offenbart ein Verfahren zur physikalischen Funkressourcen-Steuerung bzw. -Regelung. WO 00/52951 offenbart ein Verfahren und eine Anordnung zum Verwalten von Übertragungsressourcen. EP 0913970 beschreibt ein Verfahren für einen Benutzer, um Ressourcen in einem Kommunikationssystem anzufordern.
Deshalb gibt es ein Bedürfnis nach einer Ressourcenzuweisung für Benutzer mit variabler Rate, wobei der/die oben erwähnte(n) Nachteil(e) abgeschwächt werden kann/können.
Beschreibung der Erfindung
In Übereinstimmung mit einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Ressourcenzuweisung in einem paketbasierten Funkkommunikationssystem gemäß Anspruch 1 bereitgestellt.
In Übereinstimmung mit einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein paketbasiertes Funkkommunikationssystem gemäß Anspruch 7 bereitgestellt.
In Übereinstimmung mit einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Funk-Netzwerk-Controller gemäß Anspruch 12 bereitgestellt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ein dreidimensionales Ressourcenverteilungsschema für Benutzer mit variabler Rate, das die vorliegende Erfindung verwendet, wird nun exemplarisch unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, wobei:
1 eine schematische Blockdarstellung eines 3GPP-Systems zeigt, in dem die vorliegende Erfindung verwendet wird;
2 eine Darstellung des System-Ressourcenraumes für das im TDD-Modus arbeitende System aus 1 zeigt;
3 eine schematische Blockdarstellung eines RNC-Elements des Systems aus 1 mit der Darstellung des System-Ressourcenraumes aus 2 zeigt;
4 zeigt, wie die Darstellung des System-Ressourcenraumes in jedem Frame aktualisiert wird; und
5 ein Beispiel für eine Systemressourcenzuweisung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
Zunächst wird auf 1 Bezug genommen, wobei ein typisches Standard-UMTS-Netzwerk (100) in geeigneter Weise betrachtet wird als aufweisend: eine Benutzergerät-Domäne (110), bestehend aus einer Benutzer-SIM-Domäne (120) ("User/Benutzer SIM Domain") und einer Mobilgerät-Domäne (130); und eine Infrastruktur-Domäne (140), bestehend aus einer Zugangsnetzwerk-Domäne (150) und einer Kernnetzwerk-Domäne (160), welche wiederum aus einer bedienenden Netzwerk-Domäne (170) und einer Transitnetzwerk-Domäne (180) und einer Heimnetzwerk-Domäne (190) besteht.
In der Mobilgerät-Domäne (130) empfängt ein Benutzergerät UE ("User Equipment") (130A) Daten von einem Benutzer-SIM (120A) in der Benutzer-SIM-Domäne (120) über das drahtgebundene Cu-Interface. Das UE (130A) kommuniziert Daten mit einem Knoten B (150A) in der Netzwerkzugangs-Domäne (150) über das drahtlose Uu-Interface. Innerhalb der Netzwerkzugangs-Domäne (150) kommuniziert der Knoten B (150A) mit einem Funknetzwerk-Controller oder RNC ("Radio Network Cont roller") (150B) über das Iub-Interface. Der RNC (150B) kommuniziert mit anderen RNCs (nicht dargestellt) über das Iur-Interface. Der RNC (150B) kommuniziert mit einem SGSN (170A) in der bedienenden Netzwerk-Domäne (170) über das Iu-Interface. Innerhalb der bedienenden Netzwerk-Domäne (170) kommuniziert das SGSN (170A) mit einem GGSN (170B) über das Gn-Interface und das SGSN (170A) kommuniziert mit einem VLR-Server (170C) über das Gs-Interface. Das SGSN (170A) kommuniziert mit einem HLR-Server (190A) in der Heimnetzwerk-Domäne (190) über das Zu-Interface. Das GGSN (170B) kommuniziert mit einem öffentlichen Datennetzwerk (180A) in der Transitnetzwerk-Domäne (180) über das Yu-Interface.
Folglich werden die Elemente RNC (150B), SGSN (170A) und GGSN (170B) konventionell als über die Netzwerkzugangs-Domäne (150) und über die bedienende Netzwerk-Domäne (170) verteilte, diskrete und separate Einheiten bereitgestellt, wie in 1 gezeigt (auf ihren eigenen jeweiligen Software-/Hardware-Plattformen).
Der RNC (150B) ist das für das Steuern, bzw. Regeln und Zuweisen von Ressourcen für zahlreiche Knoten B (150A) verantwortliche UTRAN-Element ("UMTS Terrestrial Radio Access Network"); üblicherweise können 50 bis 100 Knoten B durch einen RNC gesteuert, bzw. geregelt werden. Der RNC stellt auch eine sichere Lieferung von Benutzerverkehr über die Luftinterfaces bereit. RNCs kommunizieren miteinander (über das Interface-Iur), um Übergabe und Makrodiverstität zu unterstützen.
Das SGSN (170A) ist das für eine Sitzungskontrolle verantwortliche Element des UMTS-Kernnetzwerks und Interface zu den Ortsregistern (HLR und VLR). Das SGSN ist ein großer zentralisierter Controller für viele RNCs.
Das GGSN (170B) ist das für die Konzentrierung und das Tunneln von Benutzerdaten innerhalb des Kern-Paketnetzwerks an den endgültigen Bestimmungsort verantwortliche Element des UMTS-Kernnetzwerks (z.B. Internet Service Provider - ISP).
Die vorliegende Erfindung basiert auf dem Konzept einer Darstellung des System-Ressourcenraumes, üblicherweise in dem oder jedem RNC (150B) verwaltet, die das effektive Platzieren und anschließende Signalisieren der zugeteilten Ressourcen an Benutzer ermöglicht.
2 zeigt eine Darstellung 200 des System-Ressourcenraumes für ein System, in dem Einheiten zugeteilter Ressourcen durch die Kombination von einem einzelnen Timeslot, einem einzelnen Code und einem einzelnen Frame gekennzeichnet werden können, ein Beispiel dafür ist der TDD-Modus in 3GPP ("3^rd Generation Partnership Project") UMTS. In der Figur besitzt das System M Codes und N Timeslots. Jedoch ist die Anzahl von Frames undefiniert, da diese endlos in die Zukunft zugeteilt werden können. Wie aus der Figur entnehmbar ist, ist die Darstellung in einer orthogonalen, dreidimensionalen Weise durch Codes, Timeslots und Frames organisiert.
In Einklang mit der vorliegenden Erfindung kann die Ressourcen-Zuweisungsfunktion die Darstellung 200 dieses Sys tem-Ressourcenraums führen (in dem RNC im Inneren des Funkzugangsnetzwerkes, wie in 3 gezeigt). Wenn die Ressource dem Benutzer signalisiert wird, wird sie auch in der Darstellung 200 des System-Ressourcenraumes aufgezeichnet, die in der Ressourcen-Zuweisungsfunktion geführt wird. Die Zuweisung an einen bestimmten Benutzer wird durch Platzieren einer Zahl, die den Benutzer repräsentiert, an den korrespondierenden Ort in der Repräsentation 200 des System-Ressourcenraumes aufgezeichnet. Ein Fachmann wird erkennen, dass die Darstellung 200 des System-Ressourcenraumes in geeigneter Weise in einem Speicher, beispielsweise RAM, innerhalb des RNC 150B verwaltet wird.
4 zeigt, wie die Darstellung des System-Ressourcenraumes jeden Frame aktualisiert wird.
Offensichtlich ist es sehr schwierig einen Speicher des System-Ressourcenraumes zu unterhalten, der sich über eine endlose Anzahl von Frames in die Zukunft erstreckt. Deshalb ist die Anzahl zukünftiger Frames, über die sich eine Zuweisung erstrecken kann, auf φ + 1 Frames beschränkt (0 bis φ, wie in der Figur dargestellt).
Die Darstellung des System-Ressourcenraumes muss jeden Frame aktualisiert werden und 4 illustriert das Aktualisieren, das zwischen einer ersten Framestufe 410 und einer zweiten Framestufe 420 stattfindet. Es ist offensichtlich, dass der aktuellste Frame aus der Darstellung des System-Ressourcenraumes entfernt werden kann (wie bei 430 angedeutet), da der Frame, der mit diesen Ressourcen korrespondiert, abgelaufen ist, so dass nun nichts mehr in diesem Frame zugeteilt werden kann. Zusätzlich wird ein neuer, vollständig leerer Frame am Ende der Repräsentation des System-Ressourcenraumes in die Repräsentation des System-Ressourcenraumes eingefügt (wie bei 440 angedeutet), d.h. bei Frame φ (3).
5 zeigt ein einfaches Beispiel dafür, wie die Erfindung arbeitet und die Figur illustriert das Aktualisieren, das zwischen einer ersten Framestufe 510 und einer zweiten Framestufe 520 (über eine dazwischen liegende Suchstufe 530, wie im Folgenden erklärt) stattfindet.
In diesem Beispiel sind die Benutzer mit #1 bis #9 nummeriert und die Anzahl zukünftiger Frames φ, bis zu der Zuweisungen gemacht werden können, ist auf 3 gesetzt, so dass, wie dargestellt, insgesamt vier Frames in der Ressourcen-Zuweisungsfunktion gespeichert sind.
Ein separater Algorithmus, der nicht in weiteren Einzelheiten beschrieben werden muss, bestimmt wie viele Ressourceneinheiten an jeden Benutzer in jedem Frame zugeteilt werden. In dem nachstehenden Beispiel werden 10 Ressourceneinheiten Benutzer #2 zugeteilt, 8 Ressourceneinheiten werden Benutzer #3 zugeteilt und 3 Ressourceneinheiten werden Benutzer #9 zugeteilt.
Diese zugeteilten Ressourcen können nur dort in der Darstellung des System-Ressourcenraumes platziert werden, wo es noch keine vorherige Zuweisung gibt (d.h., wo keine Benutzernummer existiert).
Da zugeteilte Ressourcen nicht dort platziert werden können, wo eine vorherige Zuweisung platziert wurde, muss eine Durchsuchung der Darstellung des System-Ressourcenraumes nach freien Ressourceneinheiten vorgenommen werden. Es ist möglich, die gesamte Darstellung des System-Ressourcenraumes zu durchsuchen. Jedoch ist es nicht notwendig das zu tun und um die Suchprozedur zu vereinfachen, wird nur die Frontfläche der Darstellung des System-Ressourcenraumes (d.h. der aktuellste Frame, Frame 0) durchsucht.
Eine Durchsuchung von Frame 0 der Darstellung des System-Ressourcenraumes wird durchgeführt (wie bei 540 angedeutet). Eine zufällige Auswahl von freien Ressourceneinheiten wird vorgenommen und die zugeteilten Ressourceneinheiten werden durch Platzieren der Nummer des Benutzers an dem korrespondierenden Ort in der Darstellung des System-Ressourcenraumes platziert (wie bei 550 angedeutet). Solange es zu platzierende Ressourceneinheiten gibt, wird der gleiche Code-/Timeslot-Ort verwendet, aber bei den Frames weitergegangen bis Frame φ erreicht wird (wie bei 560 angedeutet). Dieser Prozess wird wiederholt bis alle Ressourceneinheiten platziert sind.
Zum Beispiel werden Benutzer #2 10 Ressourceneiheiten zugeteilt:

– Frame 0 wird nach freien Ressourceneinheiten durchsucht.
– Aus dem Satz von freien Ressourceneinheiten wird eine Zufallsentscheidung vorgenommen und in diesem Fall wird Timeslot 2, Code 1 ausgewählt.
– 4 Ressourceneinheiten werden an diesem Ort bis hoch zu Frame φ platziert.
– Vier weitere Ressourceneinheiten für Benutzer #2 werden an dem Ort Timeslot 1, Code 3 von Frame 0 bis Frame φ platziert.
– Nur zwei Ressourceneinheiten sind übrig, um in Timeslot 4, Code 2 in den Frames 0 und 1 platziert zu werden.

Beachte, dass keine Zuweisungen in der Darstellung des System-Ressourcenraumes platziert werden, wenn keine freien Ressourceneinheiten in Frame 0 gefunden werden.
Schließlich werden, sobald alle zugeteilten Ressourcen in der Darstellung des System-Ressourcenraumes platziert sind, den Benutzern die zugehörigen Angaben über Codes, Timeslots und Frames signalisiert. Zum Beispiel wird Benutzer #9 Timeslot 3, Code 2 zugeteilt für 3 Frames signalisiert; diese Ressourcen werden dann zum Datentransport verwendet.
Ein Fachmann wird erkennen, dass das oben beschriebene Verfahren zur dreidimensionalen Ressourcenzuweisung für Benutzer mit variablen Raten hauptsächlich als auf einem Prozessor (nicht dargestellt) laufende Software ausgeführt werden kann und dass die Software als ein auf irgendeinem passenden Datenträger (ebenfalls nicht dargestellt) transportiertes Computerprogrammelement, beispielsweise einer magnetischen oder optischen Computer-Platte, bereitgestellt werden kann.
Ein Fachmann wird auch erkennen, dass die oben beschriebene Anordnung zur dreidimensionalen Ressourcenzuweisung für Benutzer mit variablen Raten in einem integrierten Schaltkreis (nicht dargestellt), beispielsweise einem FPGA ("Field Programmable Gate Array") oder einem ASIC ("Application Specific Integrated Circuit"), bereitgestellt werden kann.
Es wird verstanden werden, dass das oben beschriebene Verfahren zur dreidimensionalen Ressourcenzuweisung für Benutzer mit variablen Raten die folgenden Vorteile bereitgestellt:

– Zuweisungen, die in unterschiedlichen Gesamtdurchsatzraten resultieren, können für Benutzer vorgenommen werden.
– Effizientes Packen von zugeteilten Ressourcen bedeutet, dass verschwendete Ressourcen minimiert werden.
– Da die Darstellung des System-Ressourcenraumes begrenzt ist. Die bei der Ressourcenzuweisungsfunktion (in dem Funkzugangsnetzwerk) gespeicherte Information kann minimiert werden.
– Zuweisungen werden nur auf dem aktuellsten Frame in der Darstellung des System-Ressourcenraumes basierend getroffen, wobei der benötigte Aufwand reduziert wird.
– Die maximale Anzahl zukünftiger Frames φ, aus denen Ressourcen zugeteilt werden können, kann verwendet werden, um die Form der Zuweisungen zu modifizieren.

Claims

Verfahren zur Ressourcenzuweisung in einem paketbasierten Funkkommunikationssystem (100), wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen 3-dimensionaler Information (200), die eine Menge von verfügbaren Netzwerkressourcen des Systems angibt, organisiert durch Codes, Timeslots und Frames; Durchsuchen der 3-dimensionalen Information (200) zur Identifizierung neuer Ressourcen die zugewiesen werden können; und Zuweisen von Ressourcen des Systems in Übereinstimmung mit der 3-dimensionalen Information, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass der Schritt des Durchsuchens ein Durchsuchen der 3-dimensionalen Information (200) nach einem aktuellen Frame (540) umfasst, der am Anfang des Ressourcenraums angeordnet ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die 3-dimensionale Information (200) orthogonal durch Codes, Timeslots und Frames organisiert ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Schritt des Zuweisens umfasst, dass in der 3-dimensionalen Information (200) eine Benutzernummer gespeichert wird, die den dem Benutzer zugewiesenen Code, Timeslot und Frame bezeichnet.
Verfahren gemäß den Ansprüchen 1, 2 oder 3, wobei der Schritt des Zuweisens umfasst: Aktualisierung der 3-dimensionalen Information (200), wenn neue Ressourcen zugewiesen wurden.
Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die 3-dimensionale Information (200) in einem Funknetzwerk-Controller (150B) des Systems (100) gespeichert wird.
Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das paketbasierte Funkkommunikationssystems (100) ein UMTS-System ist.
Paketbasiertes Funkkommunikationssystem (100), das einen Funknetzwerk-Controller (150B) aufweist, der eine Ressourcenzuweisung in dem paketbasierten Funkkommunikationssystem bereitstellt, wobei der Funknetzwerk-Controller (150B) umfasst: einen Speicher, der 3-dimensionale Information (200) speichert, die eine Menge von verfügbaren Netzwerkressourcen angibt, organisiert durch Codes, Timeslots und Frames; einen Prozessor ausgelegt die 3-dimensionale Information (200) zu durchsuchen, um neue Ressourcen zu identifizieren die zugewiesen werden können; und Mittel zum Zuweisen von Ressourcen des Systems in Übereinstimmung mit der 3-dimensionalen Information (200); wobei das paketbasierte Funkkommunikationssystem (100) dadurch gekennzeichnet ist, dass der Prozessor die 3-dimensionale Information (200) nach einem aktuellen Frame (540) durchsucht, der am Anfang des Ressourcenraums angeordnet ist.
Paketbasiertes Funkkommunikationssystem (100) gemäß Anspruch 7, wobei die 3-dimensionale Information (200) orthogonal durch Codes, Timeslots und Frames organisiert ist.
Paketbasiertes Funkkommunikationssystem (100) gemäß Anspruch 7 oder 8, wobei die Mittel zum Zuweisen Mittel umfassen, um in der 3-dimensionalen Information (200) eine Benutzernummer zu speichern, die den dem Benutzer zugewiesenen Code, Timeslot und Frame bezeichnet.
Paketbasiertes Funkkommunikationssystem (100) gemäß Anspruch 7, 8 oder 9, wobei die Mittel zum Zuweisen umfassen: Mittel zum Aktualisieren der 3-dimensionalen Information (200), wenn neue Ressourcen zugewiesen wurden.
Paketbasiertes Funkkommunikationssystem (100) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei das paketbasierte Funkkommunikationssystem ein UMTS-System ist.
Funknetzwerk-Controller (150B) für ein paketbasiertes Funkkommunikationssystem (100), wobei der Funknetzwerk-Controller umfasst: einen Speicher, der 3-dimensionale Information (200) speichert, die eine Menge von verfügbaren Netzwerkressourcen des Systems angibt, organisiert durch Codes, Timeslots und Frames einen Prozessor ausgelegt die 3-dimensionale Information (200) zu durchsuchen, um neue Ressourcen zu identifizieren, die zugewiesen werden können; und Mittel zum Zuweisen von Ressourcen des Systems in Übereinstimmung mit der 3-dimensionalen Information (200); wobei das paketbasierte Funkkommunikationssystem (100) dadurch gekennzeichnet ist, dass der Prozessor die 3-dimensionale Information (200) nach einem aktuellen Frame (540) durchsucht, der am Anfang des Ressourcenraums angeordnet ist.
Funknetzwerk-Controller (150B) für ein paketbasiertes Funkkommunikationssystem (100) gemäß Anspruch 12, wobei der Speicher in der 3-dimensionalen Information (200) eine Benutzernummer speichert, die den dem Benutzer zugewiesenen Code, Timeslot und Frame bezeichnet.
Funknetzwerk-Controller (150B) für ein paketbasiertes Funkkommunikationssystem (100) gemäß Anspruch 12 oder 13, wobei die Mittel zum Zuweisen umfassen: Mittel zum Aktualisieren der 3-dimensionalen Information (200), wenn neue Ressourcen zugewiesen wurden.
Computerprogrammelement, das Computerprogrammmittel aufweist, um im Wesentlichen das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 durchzuführen.
Integrierter Schaltkreis angepasst um in dem Funknetzwerk-Controller nach einem der Ansprüche 12 bis 14 zu arbeiten.