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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der öffentlichen, landgestützten Mobilfunknetzwerke (Public
Land Mobile Networks, PLMN), genauer gesagt ein zentralisiertes
dynamisches Ressourcenreservierungsverfahren gestützt auf
den Austausch dienstspezifischer Kapazitätseinstellungen in einem Multi-RAT-Netzwerk.
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STAND DER TECHNIK
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Mit
der kommenden Einführung
von UMTS-Systemen (Universal Mobile Telecommunication System) der
3. Generation werden die Möglichkeiten
der Multi-RAT-Technologie (RAT = Radio Access Technology, Funkzugangstechnologie)
in den Vordergrund gerückt
werden. Die frühere
2. Generation des PLMN (Public Land Mobile Network, öffentliches,
landgestütztes
Mobilfunknetzwerk) beinhaltet: GSM 900 MHz (Global System for Mobile
communication, globales System für
mobile Kommunikation), DCS 1800 MHz (Digital Cellular System, digitales Zellenfunksystem),
GSM EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution, verbesserte Datenraten
für die
GSM-Weiterentwicklung),
GPRS (General Packet Radio Service, allgemeiner Paketfunkdienst); PCS
(Personal Communication System, persönliches Kommunikationssystem)
usw. Bei dem neuen UMTS-System der 3. Generation wurden zwei CDMA-Funkzugangsverfahren
(CDMA = Code Division Multiple Access, Code-Multiplex-Vielfachzugriff)
definiert, die jeweils wie folgt bekannt sind: TDD UTRA (Time Division
Duplex UMTS-Terrestrial
Radio Access, Zeitduplex-UMTS-Zugang), bei dem die Übertragungsrichtungen
in der Zeitdomäne
unterschieden werden, und FDD (Frequency Division Duplex, Frequenzduplex)
UTRA, bei dem die Übertragungsrichtungen
in der Frequenzdomäne
unterschieden werden. FDD UTRA wird vom WCDMA(Wide band Code Division
Multiple Access, Breitband-Code-Multiplex-Vielfachzugriff)-System verwendet. Das
TDD UTRA-Verfahren sieht seinerseits zwei Optionen vor: ein HCR
(High Chip Rate, hohe Chip-Rate) TDD mit 3,84 Mops und ein LCR (Low
Chip Rate, niedrige Chip-Rate) TDD mit 1,28 Mchip/s. Die Antragstellerin und
der CWTS-Ausschuss (Chinese Wireless Telecommunication Standards,
chinesischer Normungsausschuss für
drahtlose Telekommunikation) sind weiterhin um die Entwicklung eines
TDSCDMA-Standards (Time Division – Synchronous Code Division Multiple
Access, zeitgeteiltes synchrones Code-Multiplex-Vielfachzugriffsverfahren) bemüht, der
auf der TDD-Bitübertragungsschicht
mit 1,28 Mchip/s nach dem 3GPP-Standard beruht und viele der Funktionen und
Prozeduren der höheren
Schichten des GSM-GPRS-Systems weiterverwendet, so dass den Betreibern
eine Technologie geboten wird, die auf den meisten der im Einsatz
befindlichen GSM-Netzelemente ausgeführt werden kann.
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Sowohl
die 2. als auch die 3. Generation der PLMNs werden von internationalen
Organisationen standardisiert, deren Ziel darin besteht, den Betrieb von
Systemen unterschiedlicher Hersteller untereinander kompatibel zu
machen. Insbesondere: Das GSM wird in den relevanten Technical Reports
(TR, technische Berichte) beschrieben, die von der Special Mobile
Group (SMG) des European Telecommunications Standards Institute
(ETSI) herausgegeben wurden, während
UMTS in den Technical Specifications (TS, technische Spezifikationen)
beschrieben wird, die von dem 3rd Generation Partnership Project (3GPP)
im Rahmen der ITU-T (International Telekommunikation Union, internationale
Fernmeldeunion) herausgegeben werden. Zu dem Zeitpunkt, da diese
Schrift verfasst wurde, gab es die SMG nicht mehr, und die entsprechende
GSM-Arbeit wurde von 3GPP übernommen,
so dass dort die Standardisierung der beiden Systeme, sowohl GSM
als auch UMTS, zusammengefasst ist.
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1 zeigt
ein Multi-RAT-PLMN, das demnächst
in Europa zum Einsatz kommen wird. Das neue universelle System für Mobilkommmunikation (Universal
Mobile Telecommunications System, UMTS) nutzt das das vorhandene
Kernnetzwerk des globalen Systems für mobile Kommunikation (GSM CN,
Global System for Mobile Communication Core Network) gemeinsam mit
dem GPRS-Dienst. Das Kernnetzwerk CN ist mit einem oder mehreren
Basisstations-Subsystem(en) (BSS, Base Station Subsystem) des GSM
und mit einem oder mehreren Funknetzwerk-Subsystem(en) (RNS, Radio Network Subsystem)
eines UTRAN (Universal Terrestrial Radio Access Network, UMTS-Zugangsnetzwerk)
verbunden. Das UMTS-System von 1 wird in
der TS 23.002 (CN) und in der TS 25.401 (UTRAN) beschrieben. Das
UTRAN und das BSS sind über
Funk mit einer Vielzahl von Teilnehmer-Endgeräten (UE, User Equipment) verbunden,
von denen jedes ein mobiles Endgerät (ME, Mobile Equipment) mit
einer entsprechenden USIM-Karte (USIM = UMTS Subscriber Identity
Module, UMTS-Teilnehmeridentitätsmodul)
enthält.
Ohne Einschränkungen
kann ein UE entweder vom Ein- oder
Multi-Standard-Typ sein. Das UTRAN beinhaltet eine Vielzahl von
Knoten-B-Blöcken,
die mittels Schnittstellen Iub jeweils mit einer entsprechenden
Funknetzwerk-Steuerungseinheit
(Radio Network Controller, RNC) verbunden sind. Ein Knoten B enthält eine
Basisstation (BTS, Base Transceiver Station), die über eine
Funkschnittstelle Uu mit den UE verbunden ist. Die obere RNC ist
eine bedienende Funknetzwerk-Steuerungseinheit (S-RNC, Serving RNC),
die mit dem Kernnetzwerk CN mittels einer ersten Schnittstelle Iu(CS) für Leitungsvermittlung
(CS = Circuit Switched) und einer zweiten Schnittstelle Iu(PS) für die Paketvermittlung
(PS = Packet Switched) des GPRS verbunden ist. Sie ist darüber hinaus
mit einem Betriebs- und Wartungszentrum (OMC, Operation and Maintenance
Centre) verbunden. Bei der darunter angeordneten RNC kann es sich
um eine Drift-RNC, D-RNC, handeln, die mit der oberen S-RNC mittels
einer Schnittstelle Iur verbunden ist. Das UTRAN mit den bedienten
UE bildet ein Funknetzwerk-Subsystem (RNS, Radio Network Subsystem),
das in der TS 23.110 beschrieben wird.
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Der
GSM-BSS-Block enthält
eine Vielzahl von BTSs, die mittels einer Abis-Schnittstelle mit
einer Basisstations-Steuerungseinheit
(Base Station Controller, BSC) und mittels einer Funk-Schnittstelle Um
mit den UE verbunden sind. Die BSC wird über eine Schnittstelle Gb (paketvermittelt)
an das Kernnetzwerk CN angeschlossen und wird des Weiteren an eine
mit einer Transcoder- und Datenratenanpassungseinheit (Transcoder
and Rate Adaptor Unit, TRAU), die über eine Schnittstelle A ebenfalls
mit dem Kernnetzwerk CN verbunden ist, angeschlossen. Außerdem ist
sie an ein Betriebs- und Wartungszentrum (OMC, Operation and Maintenance
Centre) angeschlossen.
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Das
Kernnetzwerk CN enthält
die folgenden Netzelemente: Funkvermittlungsstelle (MSC, Mobile Switching
Centre)/Besucherdatei (VLR, Visitor Location Register), Netzübergang-MSC
(GMSC, Gateway MSC), Zusammenarbeitsfunktion (IWF, Interworking Function)/Transcoder
TC, CAMEL-Dienstumgebung (CSE,
Camel Service Environment), Gerätedatei (EIR,
Equipment Identity Register), Heimatdatei (HLR, Home Location Register),
Authentifizierungszentrum (AuC, Authentication Centre), bedienender GPRS-Unterstützungsknoten
(SGSN, Serving GPRS Support Node) und Netzübergangs-GPRS-Unterstützungsknoten
(GGSN, Gateway GPRS Support Node).
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Innerhalb
des Cn-Blocks sind die folgenden Schnittstellen zu erkennen: A,
E, Gs, F, C, D, Gf, Gr, Gc, Gn und Gi. Der IWF-Block übersetzt die Schnittstelle
Iu(CS) in die Schnittstelle A zum Block MSC/VLR. Das TC-Element
führt für jede Sprachkomprimierung/-dekomprimierung
hinsichtlich UTRAN die Transcodierung aus (anders als beim GSM,
wo diese Funktion außerhalb
des CN-Netzwerkes ausgeführt
wird) und ist ebenfalls über
die Schnittstelle A mit dem MSC-Block verbunden. Die GMSC ist über die
Schnittstelle E mit dem MSC/VLR-Block sowie mit einem öffentlichen
Fernsprechnetzwerk (PSTN, Public Switched Telephone Network) und
einem diensteintegrierenden digitalen Netzwerk (ISDN, Integrated
Services Digital Network) verbunden. Die Blöcke CSE, EIR, HLR und AUC sind
mit dem MSC/VLR-Block in dieser Reihenfolge über die Gs-, F-, C- und D-Schnittstelle
und mit dem Knoten SGSN über
die Gf- und Gr-Schnittstelle verbunden.
Der Block SGSN ist an einer Seite mittels der Schnittstelle Iu(PS)
mit dem Block S-RNC innerhalb des UTRAN-Blocks und durch die Schnittstelle Gb
mit der BSC innerhalb des GSM-BSS-Blocks verbunden. An der anderen
Seite ist der Knoten SGSN über
die Schnittstelle Gn mit dem Knoten GGSN verbunden. Der letzte Block
ist über
die Schnittstelle Gi mit einem paketvermittelten Netzwerk vom IP(Internet-Protokoll)-Typ und/oder
vom X.25-Typ verbunden. Das Kernnetzwerk CN von 1 besteht
aus einer, in der TS 23.101 beschriebenen, verbesserten GSM-Phase
2+ mit einem leitungsvermittelten Teil CS und einem paketvermittelten
Teil GPRS. Eine andere wichtige Phase 2+ ist der kundenspezifische Anwendungsteil
CAP für
eine verbesserte Logik in mobilen Netzwerken (CAMEL, Customised
Application for Mobile network Enhanced Logic), der zwischen der
MSC und der CSE für
intelligente Netzwerk(IN, Intelligent Network)-Anwendungen verwendet
wird. Der CAP wird in der TS 29.078 beschrieben. Im Betrieb erstellen
sowohl die MSC als auch der Knoten SGSN Aufzeichnungen über die
einzelnen Standorte der mobilen Endgeräte und führen Sicherheits- und Zugangskontrollfunktionen
aus. Es werden mehr Blöcke
BSS und RNS mit dem Kernnetzwerk CN verbunden, das in der Lage ist,
systeminterne Übergaben (Handover)
zwischen benachbarten RNSs oder benachbarten BSSs und systemübergreifende
Handover zwischen einem RNS und einem benachbarten BSS durchzuführen.
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In
Bezug auf GSM verbessert das UTRAN des Weiteren den Datendienst,
indem größere Datendurchsätze und
der für
das Internet-Protokoll (IP) typische asymmetrische Datenverkehr
ermöglicht werden.
Das Netzwerk von 1, das nur einen minimalen Teil
eines weltweiten Netzwerkes darstellt, soll das Weiterleiten eines
Telefonanrufs innerhalb eines internationalen UMTS/GSM-Dienstbereiches
gestatten, der in nationale Dienstbereiche unterteilt ist. Mittels
der hierarchischen Struktur des UMTS-Netzwerkes ist jeder nationale
Dienstbereich in die folgenden verschachtelten Domänen immer
niedrigerer Bereiche unterteilt: PLMN-Dienstbereich; MSC/SGSN-Dienstbereich;
Standortbereich (LA, Location Area) (CS-Domäne), der ausschließlich durch seine
Standortbereichskennung (LAI, Location Area Identity) definiert
ist; Weiterleitungsbereich (RA, Routing Area) innerhalb des SGSN-Dienstbereichs
als Teilmenge des CS-Standortbereichs;
Zellenbereich (Cell Area), in dem sich das UE gerade im Funkversorgungsbereich
eines Zielknotens B oder einer BTS befindet.
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Viele
Protokolle sind dafür
vorgesehen, den Datenaustausch an den verschiedenen Schnittstellen
des Multi-RAT-Netzwerkes von 1 zu steuern.
Diese Protokolle beruhen weitgehend auf dem OSI(Open System Interconnection)-Referenzmodell für CCITT(Comité Consultatif
International Télégraphique
et Téléphonique)-Anwendungen
(Empf. X.200). Das OSI-Modell ist in sieben Schichten aufgeteilt.
Aus der Sicht einer bestimmten Schicht stellt die nächst niedrigere
Schicht einen „Transfer-Service" mit spezifischen
Merkmalen bereit. Die Art und Weise, in der die untere Schicht realisiert
ist, ist für die
nächst
höhere
Schicht ohne Bedeutung. Entsprechend sind für die untere Schicht die Bedeutung
der von der höheren
Schicht kommenden Daten oder der Anlass ihrer Übertragung ohne Belang.
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In
der Vergangenheit wurde das Problem der Erstellung einer ausreichend
zuverlässigen
Signalisierung in den Bereich der PSTNs verlegt. Für diesen Zweck
wurde das CCITT-Signalisierungssystem
7 entwickelt, um ein international standardisiertes, universelles
Zentralkanalsignalisierungs(CCS, Common Channel Signalling)-System
bereitzustellen. Bei dem CCS handelt es sich um ein Signalisierungsverfahren,
bei dem ein einziger Kanal mittels markierter Nachrichten Signalisierungsdaten,
die beispielsweise eine Vielzahl von Leitungen betreffen, oder andere Informationen
transportiert, die beispielsweise für das Netzwerkmanagement benutzt
werden.
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Die
Zentralkanalsignalisierung CCS kann als eine Form von Datenaustausch
betrachtet werden, die für
verschiedene Typen von Signalisierung und Datentransfer zwischen
Prozessoren in Telekommunikationsnetzwerken spezialisiert ist. Das
Signalisierungssystem verwendet Signalisierungsverbindungen (Signalling
Links) für
die Übertragung
von Signalisierungsnachrichten zwischen Telefonvermittlungs- oder
anderen Knoten in dem Telekommunikationsnetzwerk, das von dem System
bedient wird. Relevante SS7-Standards sind als ITU-T Q.7xx-Empfehlungen
veröffentlicht
und werden regelmäßig aktualisiert.
Die SS7-Signalisierung wurde durch Hinzunahme neuer Funktionen,
die für
eingehende digitale PLMNs, intelligente Netzwerke und den paketvermittelten
Dienst geeignet sind, nach und nach erweitert. Zur Unterstützung von
PLMNs wurde vom ETSI ein mobiler Anwendungsteil (MAP, Mobile Application Part)
entwickelt. Dieser MAP (TS 29.002) ist der wichtigste Anwendungsteil
der Ebene 4, da er die Mobilitätsaspekte
der Benutzer regelt. Zu typischen MAP-Funktionen gehören beispielsweise: Aktualisieren
und Löschen
von VLR-Standortdaten, Speichern von Wegeleitungsdaten im HLR-Register, Übergeben
und Aktualisieren von Benutzerprofilen in HLR und VLR, Prüfen der
IMEI (International Mobile Equipment Identity, internationale Mobilfunkgerätekennung),
MSC-übergreifendes
Handover usw.
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Die
im Netzwerk für
die Signalisierung verwendete allgemeine Protokollarchitektur beinhaltet eine
Zugangsschicht (AS, Access Stratum) mit einer überlagerten Nichtzugangsschicht
(NAS, Non-Access Stratum). Die Zugangsschicht AS beinhaltet Schnittstellen-Protokolle
und Funkprotokolle zum Austausch von Benutzerdaten und Steuerungsinformationen
zwischen dem CN und dem UE. Diese Protokolle enthalten Mechanismen
für die
transparente Übertragung
von NAS-Nachrichten, das heißt
die so genannten Direkttransfer(DT, Direct Transfer)-Prozeduren.
Die NAS-Schicht enthält
Protokolle höherer Ebenen
zum Abwickeln von Steuerungsaspekten, beispielsweise: Verbindungsverwaltung
(CM, Connection Management), Mobilitätsverwaltung (MM, Mobility
Management), GPRS-Mobilitätsverwaltung (GMM,
GPRS Mobility Management), Sitzungsverwaltung (SM, Session Management),
Kurznachrichtendienst (SMS, Short Message Service) usw. Diese allgemeine
Protokollarchitektur besteht aus horizontalen Schichten und vertikalen
Ebenen, die als voneinander logisch unabhängig betrachtet werden. An den
verschiedenen RAT-Schnittstellen finden sich zwei horizontale Hauptschichten:
eine obere Funknetzwerkschicht und eine untere Transportnetzwerkschicht,
wobei sich in der letztgenannten die der Ebene 1 entsprechende Bitübertragungsschicht
befindet. Im Allgemeinen gibt es jeweils drei vertikale Ebenen: eine
Steuerebene, eine Benutzerebene und eine Transportnetzwerk-Steuerebene. Die
Benutzerebene enthält
den Datenstrom bzw. die Datenströme
und den bzw. die Datenträger
für den
Datenstrom bzw. die Datenströme.
Jeder Datenstrom ist gekennzeichnet durch ein oder mehrere für diese
Schnittstelle spezifizierte(s) Rahmenprotokoll(e) aus. Die Benutzerebene
wird zum Transport aller Benutzerdaten verwendet, beispielsweise
für Sprachdaten
oder Paketdaten. Die Steuerebene enthält mehrere Anwendungsprotokolle,
die für
die gesamte Steuersignalisierung verwendet werden, die prozedurspezifisch ist.
Die Steuerebene enthält
außerdem
den bzw. die Signalisierungsträger
zum Transportieren der Anwendungsprotokoll-Nachrichten. Die Transportnetzwerk-Steuerebene wird
für die
gesamte Steuersignalisierung innerhalb der Transportnetzwerkschicht
verwendet; sie enthält
keine Funknetzwerkschichtinformationen. Die Transportnetzwerk- Steuerebene fungiert
als Ebene zwischen der Steuerebene und der Benutzerebene, sie ermöglicht,
dass die Anwendungsprotokolle in der Steuerebene von der gewählten Technologie
für Datenträger in der
Benutzerebene völlig
unabhängig
sind. Bei den Funktionen der Schicht 1 handelt es sich um diejenigen,
die die Schnittstelle zu dem physischen Medium bilden (beispielsweise:
Lichtwellenleiter, Funkverbindung, Kupferkabel) und in der Lage
sind, die Taktgewinnungsfunktion und die Übertragungsqualitätskontrolle
zu bieten. Das physische Medium muss mit einigen ausreichend bekannten
Standards kompatibel sein, das heißt SDH, SONET, Ex, Tx usw.
Der asynchrone Übertragungsmodus
(ATM, Asynchronous Transfer Mode) wird in der Schicht 2 der UTRAN-Transportnetzwerkschicht
benutzt; das heißt,
für alle
3 Ebenen der Schnittstellen Iu (TS 25.412), Iur (TS 25.422) und Iub
(TS 25.432). Der ATM-Modus ermöglicht
die Übertragung
von Echtzeit(RT, Real Time)-Daten, beispielsweise Sprache und Video,
sowie auch von Nichtechtzeit(NRT, Non-Real Time)-Daten, beispielsweise
Paketdaten, Computerdateien und Grafiken.
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2 zeigt
die Hauptprotokollstapel der CS- und PS-Steuerebene uneingeschränkt bezogen auf
das einzige UMTS-Netzwerk
von 1. Eine ähnliche
Abbildung ist auch für
den GSM-Teil vorhanden. Unten in 2 sind die
folgenden Elemente dargestellt: UE, Knoten B, D-RNC, S-RNC, CN und die
entsprechenden Schnittstellen Uu, Iub, Iur, Iu [Iu(CS), Iu(PS)].
Der untere Teil der Steuerebene beinhaltet die Transportschicht,
auf der sich die Funkprotokolle und die Protokolle der Nichtzugangsschicht
befinden. Die Transportschicht enthält die Elemente der Transportnetzwerkschicht,
das heißt die
Schichten L1 und L2, und einen Anwendungsteil für die Zugangsverbindungssteuerung
(ALCAP, Access Link Control Application Part). Die NAS-Protokolle sind in 2 ebenfalls
angegeben. Es wird Bezug genommen auf 2; die Transportebene
an der Schnittstelle Uu ist die gleiche wie die bei der Benutzerebene
beschriebene, sie besteht aus dem UTRA-FDD- oder TDD-Modus der Ebene
1 sowie den Medienzugriffssteuerungs(MAC, Medium Access Control)-Protokollen
der Ebene 2 und der Funkverbindungssteuerung (RLC, Radio Link Control).
Die Transportebene an den Schnittstellen Iub, Iur und Iu besteht
wiederum aus der gleichen Ebene 1 wie für die Benutzerebene beschrieben.
ATM und AAL1-3 werden als Signalisierungsprotokolle der Schicht
2 verwendet, insbesondere der Anwendungsteil ALCAP. Bei den angegebenen
Funkprotokollen handelt es sich um die Folgenden: Funkressourcen-Protokoll (RRC,
Radio Resource Protocol), Knoten-B-Anwendungsteil (NBAP, Node B
Application Part), Funknetzwerk-Subsystem-Anwendungsteil (RNSAP,
Radio Network Subsystem Application Part), Funkzugangsnetzwerk-Anwendungsteil (RANAP,
Radio Access Network Application Part).
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Im
Betrieb wird das RRC als Protokoll für die Schicht 3 zur Übertragung
von Steuerungsinformationen zwischen dem UE und dem UTRAN verwendet. Eine
RRC-Nachricht transportiert alle Informationen, die erforderlich
sind für
das Aufbauen, Modifizieren oder Abbauen von Funkverbindungen (RL,
Radio Link), welche als Nutzlast NAS-Signalisierung der höheren Schichten
transportieren und die Mobilität der
UE im RRC-verbundenen
Modus ermöglichen. NBAP
wird als Protokoll der Schicht 3 an der Schnittstelle Iub verwendet.
Es transportiert eine gewöhnliche
oder eine spezielle Signalisierung zwischen der C-RNC und den Knoten
B. RNSAP wird als Protokoll der Schicht 3 an der Schnittstelle Iur
verwendet. Es unterstützt
den Inter-RNC-Mobilitäts-
und den DCH-Basisverkehr und auch CCH-Verkehrsübertragungen. RANAP wird als
Protokoll der Schicht 3 an der Schnittstelle Iu verwendet. Es wird
zur Signalisierung zwischen dem UTRAN und dem Kernnetzwerk CN verwendet.
RANAP ist an der Schnittstelle Iu beispielsweise zuständig für: Paging,
Funkzugangskanal(RAB, Radio Access Bearer)-Verwaltung, S-RNC-Verschiebung,
Sicherheits- und Überlastungskontrolle
und die NAS-Signalisierungsübertragung.
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Bei
den angegebenen NAS-Protokollen handelt es sich um die Folgenden:
Mobilitätsverwaltung (MM,
Mobility Management), GPRS-Mobilitätsverwaltung (GMM, GPRS MM),
Sitzungsverwaltung (SM, Session Management) und Verbindungsverwaltung
(CM, Connection Management). MM unterstützt Funktionen wie beispielsweise:
UE-Anbindung/Ablösung,
Sicherheitsfunktionen und Aktualisierung der Standort-/Wegeleitungs-Bereiche.
SM unterstützt Kontext-Aktivierung/Deaktivierung
des Paketdatenprotokolls (PDP, Packet Data Protocol) für PS-Verbindungen. CM
wird für
die Steuerung von leitungsvermittelten Anrufen, Zusatzdiensten und
die SMS-Unterstützung verwendet.
Darüber
hinaus enthalten RANAP und RRC Direkttransfer-Prozeduren für eine transparente Übertragung
von NAS-Nachrichten zwischen UE und dem Kernnetzwerk CN.
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Der
Hauptzweck des Netzwerkes von 1 besteht
in der Leitung von Sprachsignalen und Paketdaten zwischen unterschiedlichen
Punkten eines geografisch weitgespannten Netzwerkes, wobei für den Endbenutzer
stets die bestmögliche
Dienstgüte (QoS,
Quality of Service) gewährleistet
wird. GPRS QoS ist in GSM 02.60 und GSM 03.60 spezifiziert. Im Hinblick
auf die QoS werden die bereitgestellten Dienste folgenden Klassen
zugeordnet:
- – Dringlichkeitsklasse,
- – Verzögerungsklasse,
- – Verlässlichkeitsklasse,
- – Spitzendurchsatzklasse
und
- – Durchschnittsdurchsatzklasse.
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Die
Dringlichkeitsklasse eines Dienstes gibt die relative Wichtigkeit
des Aufrechterhaltens der vereinbarten Dienstgüte unter nicht normalen Bedingungen
an, beispielsweise welche Pakete im Falle eines Problems wie einer Ressourceneinschränkung oder
eines Datenstaus im Netzwerk verworfen werden. Für die Dringlichkeitsklassen
sind die Dringlichkeitsstufen „Hoch", „Mittel" und „Niedrig" definiert.
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Die
Verzögerungsklasse
definiert die Maximalwerte für
die mittlere Verzögerung
und eine 95-%-Verzögerung,
die durch die Übertragung
von Daten durch das (die) GPRS-Netzwerk(e) auftreten können. Der
Verzögerungsparameter
definiert eine Übertragungsverzögerung von
Endpunkt zu Endpunkt, die bei der Übertragung von Dienstdateneinheiten
(SDU, Service Data Unit) durch das (die) GPRS-Netzwerk(e) auftreten
kann. Dazu gehört
die Funkkanal-Zugangsverzögerung
(Radio Channel Access Delay) in der Aufwärtsstrecke oder die Funkkanal-Planungsverzögerung (Radio
Channel Scheduling Delay) in der Abwärtsstrecke, die Funkkanal-Durchlaufverzögerung (Radio
Channel Transit Delay) (Aufwärts-
und/oder Abwärtsstrecke)
und die GPRS-Netzwerk-Durchlaufverzögerung (mehrere Sprünge).
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Übertragungsverzögerungen
in externen Netzwerken gehören
nicht dazu. Es gibt vier Verzögerungsklassen.
Das PLMN sollte mindestens die bestmögliche („Best-Effort") Verzögerungsklasse
4 unterstützen.
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Die
Verlässlichkeitsklasse
definiert die Wahrscheinlichkeit des Verlustes, der Duplizierung,
der falschen Reihenfolge oder der Beschädigung von Dienstdateneinheiten
SDU.
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Der
Spitzendurchsatz wird in Oktetteinheiten pro Sekunde gemessen. Er
gibt die Höchstrate
an, mit der Daten für
einen einzelnen PDP-Kontext erwartungsgemäß über das Netzwerk übertragen
werden. Es gibt keine Garantie, dass diese Spitzenrate erreicht
oder für
eine gewisse Dauer gehalten werden kann, dies hängt von der MS-Fähigkeit
und den verfügbaren
Funkressourcen ab. Das Netzwerk beschränkt möglicherweise den Teilnehmer
auf die ausgehandelte Spitzen-Datenrate,
selbst wenn zusätzliche Übertragungskapazität verfügbar ist.
Der Spitzendurchsatz ist unabhängig
von der Verzögerungsklasse,
die die GPRS-Netzdurchlaufverzögerung
pro Paket bestimmt.
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Der
mittlere Durchsatz wird in Oktetteinheiten pro Stunde gemessen.
Er gibt eine durchschnittliche Rate an, mit der Daten erwartungsgemäß während der
verbleibenden Lebensdauer eines aktivierten PDP-Kontextes über das
GPRS-Netzwerk übertragen
werden. Das Netzwerk beschränkt
möglicherweise
den Teilnehmer auf die ausgehandelte mittlere Datenrate (beispielsweise
für Flatrate-Abrechnung), selbst
wenn zusätzliche Übertragungskapazität verfügbar ist.
Eine bestmögliche
(„Best
Effort") mittlere Durchsatzklasse
kann ausgehandelt werden und bedeutet, dass der MS je nach Bedarf
und Verfügbarkeit eine
Datenrate zur Verfügung
gestellt wird.
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Die
UMTS-QoS ist in der TS 23.107 spezifiziert. Im Hinblick auf die
QoS werden die bereitgestellten Dienste folgenden Klassen zugeordnet:
- – Konversationsklasse;
- – Streamingklasse;
- – Interaktivklasse
und
- – Hintergrundübertragungsklasse.
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Der
Hauptunterscheidungsfaktor zwischen diesen QoS-Klassen besteht darin,
wie verzögerungsempfindlich
der Verkehr ist: Die Konversationsklasse ist für Verkehr gedacht, der sehr
verzögerungsempfindlich
ist, während
die Hintergrundübertragungsklasse
die am wenigsten verzögerungsempfindliche
Klasse ist.
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Die
Konversationsklasse betrifft vorwiegend Telefongespräche (beispielsweise
GSM). Beim Internet und für
Multimedia ist dieses Schema jedoch für eine Anzahl neuer Anwendungen
erforderlich, beispielsweise für
Sprache über
IP (Voice over IP) und Videokonferenz-Tools. Die maximale Übertragungsverzögerung ist
durch die menschliche Wahrnehmungsfähigkeit bei Video- und Audiokommunikation gegeben.
Aus diesem Grunde ist der Grenzwert für eine annehmbare Übertragungsverzögerung streng, da
eine zu große Übertragungsverzögerung zu
einem nicht annehmbaren Qualitätsverlust
führt.
Die Anforderung an die Übertragungsverzögerung ist
infolgedessen beträchtlich
niedriger und gleichzeitig stringenter als die Umlaufzeitverzögerung im
Falle des interaktiven Verkehrs.
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Die
Streamingklasse ist dadurch gekennzeichnet, dass die zeitlichen
Beziehungen (Schwankungen) zwischen Informationselementen (das heißt Abtastungen,
Pakete) innerhalb eines Datenstromes bewahrt werden sollen, obwohl
hier keinerlei Forderung nach einer niedrigen Übertragungsverzögerung besteht.
Da der Datenstrom normalerweise am Empfangsende (im Teilnehmer-Endgerät UE) zeitlich
synchronisiert wird, wird die höchste
annehmbare Schwankung der Verzögerung über das Übertragungsmedium
durch die Fähigkeit
der Zeitsynchronisationsfunktion der Anwendung bestimmt. Die annehmbare
Verzögerungsschwankung
ist folglich sehr viel größer als
die durch die Grenzen der menschlichen Wahrnehmungsfähigkeit
gegebene Verzögerungsschwankung.
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Die
Interaktivklasse wird verwendet, wenn der Endbenutzer – dabei
kann es sich um eine Maschine oder einen menschlichen Benutzer handeln – online
ist, um Daten von einem fernen System (beispielsweise einem Server)
anzufordern. Beispiele für eine
menschliche Interaktion mit einem fernen System sind: Webbrowsing,
Datenbankabfragen, Zugriffe auf einen Server.
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Beispiele
für eine
Interaktion durch eine Maschine mit einem fernen System sind: Abfragen
von Messwertaufzeichnungen und automatische Datenbankanfragen (Tele-Maschinen).
Beim interaktiven Verkehr handelt es sich um das andere klassische Datenübertragungsschema,
das allgemein durch das Anfrage/Antwort-Muster des Endbenutzers
gekennzeichnet ist. Am Ziel der Nachricht gibt es eine die Nachricht
(Antwort) innerhalb einer gewissen Zeit erwartende Einheit. Die
Umlaufzeitverzögerung
ist infolgedessen eines der Hauptattribute. Ein weiteres Merkmal
besteht darin, dass der Inhalt der Pakete transparent übertragen
werden muss (mit niedriger Bitfehlerrate).
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Die
Hintergrundübertragungsklasse
kommt zum Tragen, wenn der Endbenutzer, bei dem es sich üblicherweise
um einen Computer handelt, Datendateien im Hintergrund sendet und
empfängt.
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Beispiele
dafür sind
die Zustellung von E-Mails, SMS, das Herunterladen von Datenbanken und
der Empfang von Messwertaufzeichnungen im Hintergrund. Der Hintergrundverkehr
ist eines der klassischen Datenübertragungsschemata,
das allgemein dadurch gekennzeichnet ist, dass das Ziel die Daten
nicht innerhalb einer gewissen Zeit erwartet. Das Schema ist infolgedessen
bezüglich
der Zustellungszeit mehr oder weniger unempfindlich.
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Diese
Klassen können
als Gruppen von Diensten zusammengestellt werden, beispielsweise: RT-Verkehrsdienst
einschließlich
der UMTS-Konversations- und Streamingklasse sowie NRT-Verkehrsdienst einschließlich der
UMTS-Interaktivklasse und -Hintergrundübertragungsklasse. Für diese
Dienste werden die Werte der Aufwärtsstrecke und der Abwärtsstrecke
getrennt betrachtet. Die Aufwärtsstrecke
ist für
die Übertragung
von dem UE zum Knoten B oder von der MS zur BTS gedacht. Die Abwärtsstrecke
ist für
die entgegengesetzte Übertragungsrichtung
vorgesehen.
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In
der internationalen Patentanmeldung
WO 02/51176 A1 wird ein Datenübertragungsverfahren offengelegt,
bei dem eine vorgegebene Übertragungskapazität in Form
einer Menge von Zeitschlitzen (ZS) für die Basisstation (BTS') reserviert wird, um
Daten zwischen Einheiten zu übertragen,
beispielsweise zwischen einer Basisstation (BTS') und einer Basisstations-Steuerungseinheit
(BSC') in einem
Funkkommunikationssystem über
eine Übertragungsstrecke
(US).
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Wenn
eine Verbindung für
Sprach- oder Datenübertragung
aufgebaut wird, werden dieser Verbindung ein oder mehrere Zeitschlitze
(ZS) aus der reservierten Übertragungskapazität zugewiesen,
in denen die Daten zwischen der Basisstation (BTS') und der Basisstations-Steuerungseinheit
(BSC') übertragen
werden. Die Anzahl zugewiesener Zeitschlitze (ZS) hängt von
dem über
die Verbindung übertragenen
Dienst ab.
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Während der
Verbindung kann sich die Anzahl der zugewiesenen Zeitschlitze (ZS)
bei Bedarf dynamisch ändern.
Nach Beendigung der Verbindung werden die zugewiesenen Zeitschlitze
(ZS) freigegeben und als Teil der reservierten Übertragungskapazität zur Verfügung gestellt.
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Das
Verfahren ist ausschließlich
auf den Bereich einer einzelnen Basisstations-Steuerungseinheit
BSC beschränkt,
und die Menge der reservierten Zeitschlitze wird statisch von den
Basisstationen gemeinsam genutzt.
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LÖSUNGSANSATZ
FÜR DAS
TECHNISCHE PROBLEM
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Insbesondere
in einem Multi-RAT-Netzwerk muss jede Funknetzwerk-Steuerungseinheit
von den tatsächlichen
Verkehrslastfähigkeiten
der Nachbarzellen, die zu benachbarten Domänen anderer Steuerungseinheiten
gehören,
exakte Kenntnisse haben. Jede Funknetzwerk-Steuerungseinheit muss
ihrerseits die Steuerungseinheiten von benachbarten Domänen über die
tatsächlichen
Verkehrslastfähigkeiten
in ihrer eigenen Domäne
informieren. Dies stellt eine Hilfe bei der Ausgabe oder Verhinderung
von Befehlen für
Handover- oder Zellenneuwahl dar, die an die Zellen benachbarter
Domänen
gerichtet sind.
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Einstellungen
für speziell
zugewiesene oder gemeinsam genutzte Ressourcen werden an spezifischen
Schnittstellen für
jede RAT bereitgestellt, um spezifische Dienste zu unterstützen. Beim
GPRS unterstützt
das aktuelle System für
GPRS vorgesehene Ressourcen auf TRXs, die GPRS-fähig sind. Beim GSM handelt
es sich bei den besagten für
GPRS vorgesehenen Ressourcen um eine Reihe von Zeitschlitzen (ZS).
Darüber
hinaus gibt es im GSM speziell für
Sprachanrufe vorgesehene Ressourcen: ganze TRXs, die nicht GPRS-fähig sind.
Beim GSM kann eine Anzahl von TSs so konfiguriert werden, dass sie gemäß einer
der unten stehenden Optionen von Sprachanrufen und GPRS gemeinsam
genutzt werden können:
- • GPRS
hat in dem ZS Priorität,
- • Sprachanrufe
haben in dem ZS Priorität,
- • GPRS
und Sprachanrufe haben in dem ZS dieselbe Priorität.
-
Für den Fall,
dass in einem ZS ein kommender Sprachanruf Priorität hat und
ihn verwenden muss, während
er von GPRS benutzt wird, wird der GPRS-Dienst bei heutigen Ausführungsformen
angehalten und der Sprachanruf gestartet.
-
Für UMTS ist
auch eine Reservierung von Ressourcen möglich: Codes, Zeitschlitze
und Leistung können
für bestimmte
Dienste zugewiesen werden. Beispielsweise kann eine bestimmte Anzahl
von Codes leitungsvermittelten Ressourcen zugeordnet werden.
-
Im
Rahmen einer gemeinsamen Funkressourcen-Verwaltung (CRRM, Common
Radio Resource Management) ist es derzeitigen GSM- und UMTS-Systemen
gestattet, Zellenkapazitäten
und Lastdaten zwischen RNCs/BSCs auszutauschen. Der Austausch von
Zellenlastdaten für
Verkehrsmanagementzwecke ist Gegenstand des folgenden 3GPP TR 25.891
mit dem Titel: „Improvement
of RRM across RNS and RNS/BSS (Release 6)". In diesem Dokument wird ein funktionales
Modell vorgeschlagen, in dem eine ganze Gruppe von Funkressourcen
für einen
Betreiber als in „Funkressourcen-Pools" aufgeteilt betrachtet
wird. Es wird Bezug genommen auf 3;
diese Funkressourcen-Pools werden von zwei unterschiedlichen Typen
von Funktionseinheiten gesteuert:
- – RRM-Einheit:
für die
Funkressourcen-Verwaltung (RRM, Radio Resource Management) eines Funkressourcen-Pools
zuständige
Funktionseinheit, das heißt,
diese kennzeichnet den Funkressourcen-Pool;
- – CRRM-Einheit:
für die
gemeinsame Funkressourcen-Verwaltung (CRRM) zuständige Funktionseinheit, das
heißt
Koordination von sich überlappenden/benachbarten
Funkressourcen-Pools, die von unterschiedlichen RRM-Einheiten gesteuert
werden. Diese neue CRRM-Einheit wird eingeführt, um eine gewisse Koordination
zwischen unterschiedlichen Funkressourcen-Pools, deren Funkressourcen
mit demselben geografischen Bereich im Netzwerk verbunden sind,
zu ermöglichen.
-
Zwischen
einer CRRM-Einheit und einer oder mehreren RRM-Einheit(en) sowie zwischen zwei CRRM-Einheiten,
jedoch nicht direkt zwischen zwei RRM-Einheiten, sind Schnittstellen
und Funktionen vorgesehen. Informationen auf anderen Systemen (beispielsweise
systemübergreifende
Messungen GSM/UTRAN) können
entweder durch die Kernnetzwerk-Schnittstellen oder die Schnittstelle
Iur-g zwischen RNC und BSC abgerufen werden. Die funktionalen Beziehungen
zwischen den Einheiten des funktionalen Modells beruhen auf zwei
Funktionstypen: Berichtsdaten und RRM-Entscheidungsunterstützung.
-
Interaktionen
von CRRM und RRM mit Betrieb und Wartung (O&M, Operation and Maintenance) für den Austausch
von Konfigurationsdaten sind möglich.
Es wird Bezug genommen auf die 4, 5 und 6;
die folgenden CRRM-Topologien werden bereitestellt:
- 1. die CRRM ist in jeder RNC/BSC integriert (4);
- 2. die CRRM ist nur in einigen RNCs/BSCs integriert (5);
- 3. die CRRM ist ein eigenständiger
Server (6).
-
Der
in 4 dargestellte Lösungsansatz ist durch die Anordnung
von RRM- und zuständigen CRRM-Einheiten
am selben Ort gekennzeichnet. Die funktionale Schnittstelle zwischen
RRM und CRRM ist bei dieser Lösung
nicht als offene Schnittstelle ausgeführt. Lediglich „Berichtsdaten" werden über offene
Schnittstellen ausgetauscht. Mit der dargestellten Lösung ist
es möglich,
Zellenkapazitäten
und Lastinformationen von einer RNC zu einer BSC und umgekehrt unter
Verwendung der Prozeduren Datenaustausch/gemeinsame Messung über die
Schnittstelle Iur-g oder der Prozeduren Handover/Neuanordnung über die
Schnittstelle A/Iu zu übertragen.
Innerhalb des UTRAN können die
Prozeduren Datenaustausch/gemeinsame Messung an der Schnittstelle
Iur verwendet werden. Lediglich die Funktion „Berichtsdaten" an der Schnittstelle
zwischen verschiedenen CRRM-Einheiten ist standardisiert (hauptsächlich als
Zellen-Lastaustausch).
Die Funktion „Berichtsdaten" zwischen CRRM- und RRM-Einheiten
und der „RRM-Entscheidungsunterstützung" ist herstellerabhängig, da
die CRRM-Einheit in jede RNC/BSC integriert werden muss, die CRRM
unterstützen
muss. Der in 5 dargestellte Lösungsansatz
ist dadurch gekennzeichnet, dass CRRM- und RRM-Einheiten nur in
einem RNC/BSC-Block zusammen angeordnet sind. Bei dieser integrierten
Lösung
sind zwischen RRM und CRRM offene Schnittstellen möglich (sofern
RRM und CRRM nicht zusammen am selben Ort angeordnet sind). Bei
dem Lösungsansatz
nach 6 befinden sich RRM-Einheiten und CRRM-Einheiten
in getrennten Knoten. Alle Schnittstellen zwischen RRMs und CRRMs
sind offen.
-
Aufgrund
der unterschiedlichen Topologien der 3 bis 6 ist
für das
Verkehrslastmanagement ein effektiver, auf der CRRM-Policy beruhender
Lösungsansatz
möglich.
Die Einführung
einer offenen Schnittstelle zwischen CRRM und RNS sowie BSS gestattet
die Erfassung von Verkehrslastdaten von mehreren RNCs/BSCs, damit
für Handover und,
in gleicher Weise für
Daten, für
die Zellenneuwahl optimale Entscheidungen getroffen werden können. Es
wird davon ausgegangen, dass für
die Kanalumschaltung oder für
Soft-Handover die CRRM-Einheit nicht in Anspruch genommen wird,
da diese Fälle von
der RRM in der RNC/BSC abgewickelt werden. Folgende Handover-Typen
werden betrachtet: zwischen zwei RNCs; zwischen zwei BSCs; zwischen
einer RNC und einer BSC und umgekehrt, und allgemeiner formuliert
zwischen zwei Funknetzwerk-Steuerungseinheiten mit unterschiedlicher
RAT. Die dem „Policy-basierten
CRRM-Lösungsansatz" zugrunde liegende
Idee ist die Standardisierung von Parametern und das Austausch von
Informationen zwischen RRM- und CRRM-Einheiten über eine offene Schnittstelle.
Damit könnte
die CRRM-Einheit den RRM-Einheiten CRRM-Policies zur Verfügung stellen,
so dass die Verkehrssituation im Netzwerk auf der Grundlage einer
gemeinsamen Strategie dynamisch angepasst werden könnte. Bei
diesem Vorschlag fungiert die CRRM-Einheit lediglich als Berater,
so dass die RRM-Einheiten die letztendlichen Entscheidungen (die
RRM ist der Master) immer noch selbst, jedoch auf der Grundlage
der durch die CRRM angepassten Parameter treffen. Gemäß dieser
Policy treffen einerseits die RRM-Einheiten die für alle Zugangs-
und Handover-Anfragen erforderlichen schnellen Entscheidungen, andererseits
arbeitet die CRRM-Einheit mit geringerer Geschwindigkeit und stellt
den RRM-Einheiten Policies bereit, sobald eine Aktualisierung erforderlich
ist. In diesem Sinne hängt
die Häufigkeit
einer Aktualisierung der Policy von den Verkehrsschwankungen innerhalb
der beteiligten Zellen ab. Die Häufigkeit
der Aktualisierungen kann auch konfiguriert werden.
-
Die
CRRM-Einheit wäre
in der Lage, schneller als Betrieb und Wartung (O&M) zu arbeiten,
um auf Verkehrslastschwankungen in sich überlappenden Funkressourcen-Pools
dynamisch zu reagieren. Der „Policy-basierte
CRRM-Lösungsansatz" beschreibt die funktionale
Beziehung zwischen der CRRM und der RRM durch drei Funktionen:
- 1. Die CRRM triggert die RRM für die Ausgabe von
Mess-/Lastdaten
oder die RRM gibt die Daten auf Veranlassung der RRM-Einheit selbst
aus.
- 2. Die CRRM kann die RRM über
CRRM-bezogene Daten informieren (beispielsweise: Zellenkapazität und Lastsituation
von Nachbarzellen, die nicht der Steuerung dieser RRM-Funktion unterliegen).
- 3. Die CRRM legt Lastziele für
die RRM-Funktionen fest, für
die die CRRM-Einheit zuständig
ist.
-
Dies
kann durch die folgenden vier Prozeduren erreicht werden:
- • Messungs-Einleitungsprozedur
(durch die CRRM ausgelöst):
die CRRM triggert die RRM, einen Lastmesswert für eine Zelle zu übermitteln, die
durch diese RRM-Funktion gesteuert wird. Die Datenübermittlung
kann beispielsweise periodisch, nach Bedarf oder ereignisgesteuert
(beispielsweise durch ein bestimmtes Lastniveau) erfolgen. Die Möglichkeit
der gleichzeitigen Übermittlung
von Lastmessdaten für
mehr als eine Zelle sollte zugelassen werden.
- • Messwertübermittlungs-Prozedur
(durch die RRM ausgelöst):
hier kann die RRM Lastmesswerte pro Messobjekt an die CRRM übermitteln, die
für diese
RRM zuständig
ist.
- • CRRM-Informationsprozedur
für Nachbarzellen (durch
die CRRM ausgelöst):
auf der Grundlage der von verschiedenen RRMs empfangenen Messwerte
leitet die CRRM die „Nachbarzellen-CRRM-Informationen" ab (nach Zellen
und Diensten unterschieden) und sendet sie an alle möglicherweise
betroffenen RRM-Einheiten (Nachbarzellen in diesem Sinne sind nur
diejenigen Nachbarzellen, die von Nachbar-RRMs kontrolliert werden,
da für
Zellen der eigenen RRM keine RRM-Unterstützung erforderlich
ist). Diese Daten werden sodann im Falle eines Handovers von der
RRM verwendet (falls Zellen der Nachbar-RRMs beteiligt sind), um
der Zielzelle eine Priorität
zuzuweisen.
- • Prozedur
für das
Einstellen des Lastziels (von der CRRM ausgelöst): Wenn ein Lastziel – das von
der CRRM für
jede einzelne Zelle dynamisch eingestellt werden kann – überschritten
wird, trifft die bedienende (Serving-)RRM der betreffenden Zelle
auf der Grundlage der zur Verfügung
gestellten Policy (Nachbarzellen-CRRM-Informationen, beispielsweise
Rangfolge von Zielzellen) autonome RRM-Entscheidungen. Dies betrifft die folgenden
RRM-Entscheidungen:
- – Handover
aus Belastungsgründen.
- – Umleitung
aus Belastungsgründen.
Die
Prozedur schreibt der RRM vor, ein bestimmtes Lastniveau innerhalb
der Zelle anzustreben, allerdings dürfen die daraus folgenden Maßnahmen
die Blockier- und Ausfallraten für
Anrufe in der betreffenden Zelle nicht erhöhen.
-
Die
von den besagten Prozeduren verwalteten Parameter Zellenkapazität und Lastsituation
stellen die gleiche Anzahl von Informationselementen (IE) dar, wie
sie auch in entsprechenden Feldern von in den Spezifikationen vorgesehenen
einschlägigen Nachrichten
erscheinen. Die folgenden Informationen werden übermittelt:
- – Informationen
hinsichtlich GSM- und UMTS-Zellen (bereits verfügbar in RNSAP – 3GPP TS 25.423
v5.0.0 und 25.413 v5.0.0):
- – Zellenkapazitätsklassenwert:
Dient dem Vergleich der für
Benutzerverkehr verfügbaren
Kapazität
innerhalb einer Zelle zwischen Zellen verschiedener Betreiber. Wird
in zwei Werte aufgeteilt (einen für die Aufwärtsstrecke, einen für die Abwärtsstrecke):
Bereich: [1 .. 100].
- – Lastwert:
Dient der Definition der Gesamtlast in der Zelle als Prozentsatz
der durch den Zellenkapazitätsklassenwert
angegebenen Kapazität. Wird
in zwei Werte aufgeteilt (einen für die Aufwärtsstrecke, einen für die Abwärtsstrecke):
Bereich: [0 .. 100].
- – RT-Lastwert:
Dient der Definition des Prozentsatzes der Last, die auf RT-Dienste
zurückgeht,
in Bezug auf den Lastwert. Wird in zwei Werte aufgeteilt (einen
für die
Aufwärtsstrecke,
einen für
die Abwärtsstrecke):
Bereich: [0 .. 100]. Der NRT-Lastwert ist in den Spezifikationen
nicht explizit definiert, da er direkt aus der 100-RT-Last gewonnen
werden kann.
- – NRT-Lastdaten
[0 .. 3]. Der oben erwähnte NRT-Lastwert
[0 .. 100] erschien aufgrund der Eigenschaften des NRT-Verkehrs,
der gegenüber Verzögerungen
und unterbrochenen Übertragungen
unempfindlich ist, unzureichend. Es wurde daher entschieden, darüber hinaus
eine NRT-Lastinformation zu definieren, bei der unterschiedliche
Werte die folgende Bedeutung haben (die folgende Definition für die NRT-Lastinformationen
in der Aufwärtsstrecke
wurde direkt der 25.423 v5.2.0 als Beispiel entnommen, allerdings
gilt die gleiche Art von Definition auch für die NRT-Lastinformationen
in der Abwärtsstrecke):
0:
niedrig: Die NRT-Last in der Aufwärtsstrecke ist niedrig.
1:
mittel: Die NRT-Last in der Aufwärtsstrecke
ist mittel.
2: hoch: Die NRT-Last in der Aufwärtsstrecke
ist hoch. Die Wahrscheinlichkeit, dass ein neuer Teilnehmer zugelassen
werden kann, ist gering.
3: überlastet: NRT-Überlastung
in der Aufwärtsstrecke.
Die Wahrscheinlichkeit, dass ein neuer Teilnehmer zugelassen werden
kann, ist gering, Pakete werden verworfen, und der Quelle wird empfohlen,
den Datenstrom zu verringern.
-
Das
Ziel des Zellenkapazitätsklassenwertes wäre es, zuzulassen,
dass beispielsweise die RNC, welche diese Angaben empfängt, herausfindet
(indem diese Information mit den Lastwerten verknüpft wird),
ob in der Zelle noch freie Kapazitäten vorhanden sind oder nicht,
damit entschieden werden kann, ob die Zelle als ein mögliches
Ziel für
ein Handover in Betracht kommt.
-
DARGESTELLTES TECHNISCHES PROBLEM
-
Eine
zentralisierte und dynamische Reservierung von Kapazität für spezifische
Dienste ist für derzeitige
und künftige
Netzwerke wünschenswert. Der
Bedarf für
dynamische Einstellungen ergibt sich aus dem Vorhandensein von Multi-Modus-Endgeräten unterschiedlicher
Art: je nach dem tatsächlichen Benutzer-Szenario
(Teilnehmer-Endgeräte
und ihre Zugangsfähigkeiten)
wird es vorzuziehen sein, dass eine bestimmte Netzwerkkonfiguration
hinsichtlich der Kapazitäten
in jeder Zelle für
einen spezifischen Dienst reserviert wird, beispielsweise um es NRT-Diensten
in einer bestimmten Zelle zu erlauben, bestimmte maximale Verzögerungsanforderungen
zu erfüllen.
Bisher wird trotz der oben genannten CRRM-Policy als Verfahren für die Kapazitätsreservierung
für einen
spezifischen Dienst O&M
eingesetzt. Beispielsweise ist es bei GSM-GPRS möglich, Kapazität für CS und
für PS
zu reservieren.
-
Allerdings
ist die O&M-Konfiguration
generell herstellerspezifisch, sie ist kein dynamischer Prozess und
erfordert normalerweise eine Mensch-Maschine-Interaktion, daher
ist sie nicht geeignet, den Verkehrsänderungen innerhalb des Netzwerkes
zu folgen. Gehen wir davon aus, dass auf eine CRRM-Ressourcenreservierungs-Policy
zurückgegriffen
wird; selbst in einem solchen Fall gibt es keine Vorschläge im standardisierten
Zellenkapazitätsklassenwert,
wie die reservierte Kapazität
für spezielle Dienste
einzustellen ist.
-
Die
unzureichenden Informationselemente verhindern, dass die CRRM-Policy
den Verkehrsänderungen
innerhalb des Netzwerkes folgen kann.
-
Zusammengefasst
lässt sich
sagen, dass eine zentralisierte und dynamische Reservierung von Kapazität für spezielle
Dienste nicht vorhanden ist.
-
ZUSAMMENFASSUNG UND VORTEILE DER ERFINDUNG
-
Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Nachteile
der aktuellen Policy für
die Ressourcenreservierung zu beseitigen und ein Verfahren für die Bereitstellung
einer zentralisierten und dynamischen Reservierung von Kapazität für spezifische
Dienste aufzuzeigen, das in der Lage ist, den Verkehrsänderungen
innerhalb des Netzwerkes zu folgen.
-
Zur
Lösung
der genannten Aufgaben ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung
ein zentralisiertes, dynamisches Ressourcenreservierungsverfahren,
wie es in Anspruch 1 dargelegt ist.
-
In
dem beschriebenen Verfahren sind dienstspezifische Kapazitätseinstellungen
neue Parameter, die von einer zentralisierten CRRM-Einheit für jede RRM-Einheit
festgelegt werden. Zweck dieser Einstellungen ist es, die RRM aufzufordern,
eine bestimmte Menge an Ressourcen für bestimmte Dienste zu reservieren.
Darüber
hinaus ermöglichen
die neuen dienstspezifischen Kapazitätseinstellungsparameter eine
dynamische Ressourcenreservierung für spezifische Dienste, mit
eindeutigen Vorteilen für die
zentralen Verkehrslenkungsfähigkeiten
in einem Multi-RAT-Netzwerk, auf das von einem wechselnden Kreis
von Multi-Modus-Endgeräten
Zugriff genommen wird.
-
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
Die
als neu erachteten Merkmale der vorliegenden Erfindung werden in
ihren Einzelheiten in den anliegenden Ansprüchen dargelegt. Die Erfindung sowie
weitere Aufgaben und Vorteile davon können besser verstanden werden
mit Bezug auf die folgende ausführliche
Beschreibung einer Ausführungsform
in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen, die ausschließlich der
Erklärung
dienen und die keinerlei einschränkenden
Charakter haben und in denen:
-
1 (wurde
bereits beschrieben) ein bekanntes Schaubild eines Multi-RAT-(GSM
+ 3G)PLMN zeigt;
-
2 (wurde
bereits beschrieben) die UMTS-Signalisierungs-Steuerebene
zeigt;
-
3, 4, 5 und 6 (wurden bereits
beschrieben) einige
-
Topologien
für Verkehrsmanagement
zeigen.
-
AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG EINER AUSFÜHRUNGSFORM
DER ERFINDUNG
-
Es
wird Bezug genommen auf die 3 bis 6;
in dem TR 25.891 (Kapitel: „Policy
based CRRM) ist die Rede von einer zentralisierten CRRM-Einheit,
die am Verkehrsmanagement zwischen sich überlappenden Ressourcen unterschiedlicher
RRM-Einheiten beteiligt
ist. Wir definieren dienstspezifische Kapazitätseinstellungen, die von einer
zentralisierten CRRM-Einheit
für jede RRM-Einheit
festgelegt werden. Zweck dieser Einstellungen ist es, die RRM aufzufordern,
eine bestimmte Menge an Ressourcen für bestimmte Dienste zu reservieren.
-
Darüber hinaus
ermöglichen
die neuen dienstspezifischen Kapazitätseinstellungsparameter eine
dynamische Ressourcenreservierung für spezifische Dienste, mit
eindeutigen Vorteilen für
die zentralen Verkehrslenkungsfähigkeiten
in einem Multi-RAT-Netzwerk, auf das von einem wechselnden Kreis
von Multi-Modus-Endgeräten
zugegriffen wird.
-
Dienstspezifische
Kapazitätseinstellungen können als „IE für reservierte
Kapazität" definiert werden.
- • Die
Einstellungen können
sich auf mehrere Dienste oder Gruppen von Diensten beziehen. Zu möglichen
in Frage kommenden Diensten gehören
die fünf
GSM/GPRS-QoS-Klassen: Dringlichkeitsklasse, Verzögerungsklasse, Verlässlichkeitsklasse,
Spitzendurchsatzklasse, Durchschnittsdurchsatzklasse; und die vier UMTS-QoS-Verkehrsklassen:
Konversationsklasse, Streamingklasse, Interaktivklasse, Hintergrundübertragungsklasse.
Diese Klassen können,
wie bereits erwähnt,
zu RT- und NRT-Diensten zusammengefasst werden. HSDPA (High Speed
Downlink Packet Access) und MBMS (Multicast/Broadcast Multimedia
Services) sind weitere mögliche
Dienste.
- • Es
können
getrennte Werte für
die Aufwärtsstrecke
und die Abwärtsstrecke
in Betracht gezogen werden.
- • Der
Bereich ist ähnlich
wie beim eigentlichen
-
Zellenkapazitätsklassenwert
(beispielsweise [0 .. 100]). Falls Kapazität übrig bleibt, die weder für speziell
zugewiesene noch für
gemeinsam genutzte Zwecke reserviert ist, sollte diese als von allen Diensten
mit der gleichen Priorität
gemeinsam genutzt angesehen werden.
-
Angesichts
der obigen Ausführungen
besteht eine weitere Verbesserung darin, dass ermöglicht wird,
dass bestimmte Ressourcen von mehreren Diensten mit unterschiedlicher
Priorität
gemeinsam genutzt werden. Dies kann auf mehreren Wegen erfolgen,
beispielsweise durch die Kombination der folgenden drei IE:
- • Service
Shared Resource ID (Kennung der für Dienste gemeinsam genutzten
Ressourcen): damit unterschiedliche Kennungen der für Dienste gemeinsam
genutzten Ressourcen für
verschiedene Ressourcenanteile unterschiedlicher Größe auf unterschiedliche
Art und Weise mit unterschiedlichen Prioritäten bestimmten Diensten zugewiesen
werden können.
- • Service
Shared Resource Reserved Capacity (reservierte Kapazität der für Dienste
gemeinsam genutzten Ressourcen): GANZZAHL [0 .. 100] (muss zwischen
der Aufwärtsstrecke
und der Abwärtsstrecke
geteilt werden) (beispielsweise: 20).
- • Service
Shared Resource Priority List (Prioritätsliste der für Dienste
gemeinsam genutzten Ressourcen): Liste der Dienste (bei den Diensten kann
es sich um RT, NRT oder die 4 verschiedenen QoS-Dienstklassen handeln)
(beispielsweise: Vektor: [Konversation, Interaktiv]).
-
In
dem dargestellten Beispiel werden 20% der Zellenkapazität an die
Konversationsklasse mit erster Priorität und an die Interaktivklasse
mit zweiter Priorität
vergeben, das heißt,
falls Konversationsklassendienste diese Ressource nicht bereits
belegen.
-
Der
obige Gedanke erlaubt das Management des GSM-Falls, bei dem die übrig bleibende
Kapazität
(die weder für
RT noch für
NRT reserviert ist) von RT mit Priorität vor NRT genutzt werden kann.
-
Eine
weitere Verbesserung besteht in der Zulassung/Nichtzulassung einer
Dienstbevorrechtigung für
den Fall, dass ein Dienst mit höherer
Priorität
eingeleitet wird, während
ein Dienst mit niedrigerer Priorität in Gang ist: es ergibt sich
die Frage, ob der Dienst mit höherer
Priorität
die Ressourcen sofort in Besitz nehmen sollte (mit Bevorrechtigung)
oder nachdem der Dienst mit niedrigerer Priorität geendet hat (ohne Bevorrechtigung)
oder nachdem der Dienst mit niedrigerer Priorität die Übertragung gestoppt hat (erneut
ein Fall, der als Fall ohne Bevorrechtigung angesehen werden kann).
Die oben genannten 3 IE könnten
in einer RRM-Einheit
von O&M oder
von CRRM eingestellt werden.
-
Zur
Verallgemeinerung definieren wir ein einziges Element für die Kapazitätseinstellungen
sowohl für
die speziell zugewiesenen als auch für die gemeinsam genutzten Ressourcen,
wobei die vorgeschlagenen Informationen in einem Kapazitätseinstellungs-IE
eingeordnet werden; dazu würden
folgende Informationen gehören:
- • IE
für Kennung
der Kapazitätseinstellung:
- • Typ:
ganzzahliger Wert
- • Beschreibung:
IE mit Kennung der Kapazitätseinstellung.
- • IE
für Kapazitätsanteil
der Aufwärtsstrecke:
- • Typ:
Bereich: [0 .. 100].
- • Beschreibung:
zur Anzeige der Menge an Ressourcen in der Aufwärtsstrecke (Kapazitätsanteil der
Aufwärtsstrecke)
für diese
Kapazitätseinstellung.
- • IE
für Kapazitätsanteil
der Abwärtsstrecke:
- • Typ:
Bereich: [0 .. 100].
- • Beschreibung:
zur Anzeige der Menge an Ressourcen in der Abwärtsstrecke (Kapazitätsanteil der
Abwärtsstrecke)
für diese
Kapazitätseinstellung.
- • Dienst-IE
(N):
- • Typ:
Vektor mit N Elementen.
- • Beschreibung:
Jedes Element repräsentiert
einen Dienst (oder eine Gruppe von Diensten: beispielsweise ist
RT die Gruppe aus Konversations- und Streamingdiensten). Es muss
mindestens ein Element angegeben werden. Mögliche Elemente sind: RT, NRT
und die 4 verschiedenen QoS-Dienstklassen. Im Falle von N = 1 gibt
das Kapazitätseinstellungs-IE
eine Kapazität
an, die einem Element speziell zugewiesen ist. Im Falle von N > 1 gibt das Kapazitätseinstellungs-IE
eine Kapazität
an, die von den aufgelisteten Elementen gemeinsam genutzt wird.
- • Prioritätsindikator-IE
(N):
- • Typ:
Vektor mit N ganzzahligen Werten.
- • Beschreibung:
Dieses IE kann nur genutzt werden, falls N > 1. Prioritätsindikator-IE (n) zeigt die Priorität im Verhältnis zu
dem Element an, das durch die Kennung des Dienst-IE (n) identifiziert wird.
Priorität
1 ist die höchste
Priorität.
Die Prioritäten
sinken von 1 bis M, wobei N >=
M > 1 ist. Wenn N > 1 ist und das Prioritätsindikator-IE nicht genutzt
wird, wird allen Elementen im Dienst-IE dieselbe Priorität zugewiesen.
- • Bevorrechtigungsindikator-IE
(N):
- • Typ:
Vektor mit N Boole'schen
Werten.
- • Beschreibung:
Dieses IE kann nur genutzt werden, wenn das Prioritätsindikator-IE
genutzt wird. Das Bevorrechtigungsindikator-IE (n) zeigt an, ob Bevorrechtigung
auf das durch die Kennung des Dienst-IE (n) identifizierte Element
angewendet werden sollte, falls ein Dienst mit höherer Priorität die Ressource
anfordert. Falls das Prioritätsindikator-IE
genutzt wird und das Bevorrechtigungsindikator-IE nicht genutzt
wird, sollte keine Bevorrechtigung angewendet werden.
-
Beispiel:
Nachfolgend wird ein vollständiges Beispiel
angegeben:
-
IE für
Kapazitätseinstellung:
-
- • IE
mit Kennung der Kapazitätseinstellung
= 1; • IE
für Kapazität in der
Aufwärtsstrecke
= 30; • IE für Kapazität in der
Abwärtsstrecke
= 30; • Dienst-IE
= [Konversation, Streaming, NRT]; • Prioritätsindikator-IE = [1, 2, 3]; • Bevorrechtigungsindikator-IE
= [N, N, Y];
-
In
dem obigen Beispiel wird die Kapazitätseinstellung durch eine Kennung
ID = 1 angezeigt. Die reservierte Kapazität in der Aufwärtsstrecke
beträgt 30%
der gesamten Zellenkapazität,
und das gleiche gilt für
die Abwärtsstrecke.
Die reservierte Kapazität kann
von Konversations-, Streaming- und NRT-Diensten gemeinsam genutzt
werden. Die höchste
Priorität
für die
Belegung dieser Ressource wird Konversationsdiensten zugewiesen,
die zweithöchste
Priorität
wird Streaming-Diensten zugewiesen und die letzte Priorität wird NRT-Verkehr
zugewiesen. Bevorrechtigung wird nur für NRT-Verkehr genutzt, falls
NRT-Verkehr die Ressource belegt und ein Konversations- oder Streaming-Dienst
die Ressource anfordert.
-
Im
Betrieb umfasst das erfindungsgemäße Ressourcenreservierungsverfahren
folgende Schritte:
- a) eine zentralisierte Funknetzwerk-Steuerungseinheit
(CRRM) erhält
von den Satelliten-Funknetzwerk-Steuerungseinheiten (beispielsweise RNC,
BSC) Informationen zu der Benutzerverkehrslast mit Bezug auf die
verschiedenen Dienste oder Gruppen von Diensten, die in jeder gesteuerten
Zelle aktiv sind, und setzt als Antwort Informationselemente für reservierte
Kapazität
mit Bezug auf diese spezifischen Dienste oder Gruppen von Diensten;
- b) die zentralisierte Funknetzwerk-Steuerungseinheit (CRRM)
nimmt die Informationselemente für
reservierte Kapazität
in die entsprechenden Felder einer oder mehrerer Nachrichten auf,
die an die Satelliten-Funknetzwerk-Steuerungseinheiten mit der gleichen
oder einer anderen Funkzugangstechnologie geschickt werden;
- c) die Funknetzwerk-Steuerungseinheiten empfangen diese Informationselemente
und reservieren dementsprechend Kapazität.