DE60222305T2

DE60222305T2 - Verfahren und netzwerkknoten zur auswahl eines kombinationsknotens

Info

Publication number: DE60222305T2
Application number: DE60222305T
Authority: DE
Inventors: Haitao Tang; Jani Lakkakorpi
Original assignee: Nokia Oyj
Current assignee: Nokia Oyj
Priority date: 2002-05-08
Filing date: 2002-06-14
Publication date: 2008-05-29
Anticipated expiration: 2022-06-15
Also published as: AU2002258052A1; AU2002311512A1; WO2003096733A1; ATE372653T1; DE60222305D1; AU2002258052A8; CN100576959C; EP1506682A1; CN1625915A; EP1506682B1; ES2292768T3; WO2003096734A1

Description

Erfindungsgebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und einen Netzwerkknoten zum Auswählen eines Kombinationspunktes, z.B. eines MDC- (Macro Diversity Combining (Makrodiversitätskombination)) Punktes, an dem mindestens zwei redundante Übertragungspfade in einem Übertragungsnetzwerk, z.B. in einem RAN (Radio Access Network (Funkzugangsnetz)), das mindestens zwei auswählbare Kombinationspunkte aufweist, und durch das ein Zugang zu einer IP- (Internetprotokoll) basierten Netzwerkarchitektur ermöglicht wird, zu einem einzelnen Übertragungspfad kombiniert werden.
Hintergrund der Erfindung
In einem CDMA- (Codemultiplex-Vielfachzugriff) basierten zellularen Netzwerk können alle Benutzer in der gleichen Zelle oder in verschiedenen Zellen gleichzeitig das gleiche Frequenzspektrum nutzen. Bei einer Spreizspektrumkommunikation wird durch die Interferenztoleranz eine universelle Wiederverwendung oder Wiederholung von Frequenzen ermöglicht. Dadurch werden neue Funktionen möglich, wie beispielsweise Soft-Handover, werden jedoch auch strenge Anforderungen an die Leistungsregelung gestellt. Aufgrund der universellen Frequenzwiederverwendung oder -wiederholung kann die Verbindung eines Funk-Endgeräts, z.B. eines mobilen Endgeräts, einer Mobilstation oder eines Benutzerendgeräts (User Equipment) mit dem zellularen Netzwerk mehrere Funkverbindungen oder -strecken aufweisen. Wenn das Funk-Endgerät über mehr als eine Funkverbindung verbunden ist, wird dieser Zustand als Soft-Handover bezeichnet. Insbesondere wenn das Funk-Endgerät mehr als eine Funkverbindung zu zwei Zellen auf der gleichen Seite aufweist, befindet es sich ein einem Soft-Handover-Zustand. Soft-Handover ist eine Form von Diversität, bei der der Rauschabstand bzw. das Signal-zu-Rausch-Verhältnis bei gleichbleibender Sendeleistung erhöht ist. Auf der Netzwerkebene wird durch Soft-Handover ein glatter Übergang eines mobilen Endgeräts von einer Zelle zu einer anderen ermöglicht. Dies trägt dazu bei, sowohl die für Uplink, als auch die für Downlink erforderliche Sendeleistung zu minimieren.
Daher kann ein Funk-Endgerät eines Netzwerkteilnehmers die gleiche Information über mehrere redundante Übertragungspfade übertragen, die über eine Funkübertragungsschnittstelle vom zellularen Netzwerk zum Funk-Endgerät oder vom Funk-Endgerät zum zellularen Netzwerk parallel eingerichtet sind, um eine optimale Übertragungsqualität zu erhalten. Eine derartige Übertragungsstruktur wird als Makrodiversität bezeichnet. Die redundanten Übertragungspfade können dynamisch eingerichtet oder aufgebaut und abgebaut werden, wenn sich die Position des Funk-Endgeräts ändert. Die durch das Funk-Endgerät in den Senderahmen auf verschiedenen Übertragungspfaden übertragene Information kann im Übertragungsnetzwerk an Kombinationspunkten vereinigt werden, an denen jeweils zwei Übertragungspfade in einer Übertragungsrichtung (Uplink) zu einem einzelnen Übertragungspfad kombiniert sind, und der einzelne Übertragungspfad in der anderen Übertragungsrichtung (Downlink) sich in zwei Übertragungspfade teilt. Eine entsprechende Netzwerkarchitektur ist beispielsweise im US-Patent US-61-6198737 beschrieben.
Um die effizienteste RAN-Architektur zu erhalten, die auf der Verwendung vorteilhafter Eigenschaften des Internetprotokolls (IP) basiert, werden einige Funktionalitäten zwischen Netzwerkelementen verteilt. Gemäß einer kürzlich entwickelten neuartigen RAN-Architektur ist ein als Basisstationscontroller (BSC) oder Funknetzwerkcontroller (RNC) bekanntes Netzwerkelement nicht mehr erforderlich, obwohl diese Funktionalität innerhalb der RAN-Architektur verbleiben muss. Daher kann ein Kombinationspunkt, z.B. ein MDC-Punkt, nicht mehr für alle Basisstationen im RAN zentral angeordnet sein. Infolgedessen sind einige RNC-Funktionalitäten auf Basisstationen übertragen worden, um zu erreichen, dass ein Soft-Handover und die zugeordnete Signalisierung entlang des kürzesten Pfades ausgeführt werden, wodurch auch eine minimale Verzögerung und eine minimale Signalisierungslast auf denjenigen Pfaden des Netzwerks erzeugt wird, wo dies nicht erforderlich ist. Diese neuartige RAN-Architektur ist beispielsweise im White Paper "IP-RAN, IP – the future of mobility", Nokia Networks, 2000 beschrieben.
In einer derartigen neuen RAN-Architektur kann der MDC-Punkt dynamisch ausgewählt werden, z.B. durch eine Serving-Basisstation, anstatt dass diese Funkti onalität in einem vorgewählten Punkt, z.B. im RNC, der herkömmlichen RAN-Architektur oder in der Basisstation bereitgestellt wird, die den Ruf aufbaut. In der neuartigen RAN-Architektur sind Basisstationen dazu in der Lage, als MDC-Punkte zu wirken. Es sollte jedoch möglich sein, diesen Satz von Basisstationen zu begrenzen, um die Anzahl von MDC-Punkt-Relokationen zu vermindern, die eine zusätzliche Verzögerung einführen, d.h. nur einige Basisstationen können bei Bedarf als MDC-Punkte wirken. Diese Basisstationen werden als MDC-fähige Basisstationen oder einfach als MDC-fähige BTSs bezeichnet.
Wenn die erste gemeinsame Basisstation in Upstream-Richtung, d.h. die am nähesten zum Funknetzwerk-Gateway auf dem gemeinsamen Pfad von einer Serving-Basisstation zu einer Drift-Basisstation hin angeordnete Basisstation, immer als MDC-Punkt für die Basisstationen ausgewählt wird, die an einem Soft-Handover beteiligt sind, könnten die Verarbeitungslast oder -auslastung des MDC-Punktes zu hoch und Netzwerkressourcen nicht optimiert sein. Darüber hinaus könnte es erwünscht sein, durch Auswählen einer geeigneteren Basisstation als MDC-Punkt einen Verbindungsauslastungsausgleich auszuführen.
Kurze Beschreibung der Erfindung
Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und einen Netzwerkknoten zum Auswählen eines Kombinationspunktes in einem Übertragungsnetzwerk bereitzustellen, durch die die Auslastung oder Last am Kombinationspunkt vermindert und eine effizientere Netzwerkausnutzung erzielt werden können.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Auswählen eines Kombinationspunktes gelöst, an dem mindestens zwei redundante Übertragungspfade zu einem einzelnen Übertragungspfad in einem Übertragungsnetzwerk kombiniert werden, das mindestens zwei auswählbare Kombinationspunkte aufweist, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
Verwenden mindestens zweier auf Messungen basierender Auswahlkriterien zum Auswählen des Kombinationspunktes;
Zuweisen verschiedener Prioritäten zu den mindestes zwei Auswahlkriterien; und
Verwenden des Auswahlergebnisses eines Auswahlkriteriums mit einer höheren Priorität als eine Einschränkung oder Zwangsbedingung für eine Auswahl basierend auf einem Auswahlkriterium mit einer niedrigeren Priorität.
Außerdem wird die vorstehende Aufgabe durch einen Netzwerkknoten zum Auswählen eines Kombinationspunktes gelöst, an dem mindestens zwei redundante Übertragungspfade zu einem einzelnen Übertragungspfad in einem Übertragungsnetzwerk kombiniert werden, das mindestes zwei auswahlbare Kombinationspunkte aufweist, wobei der Netzwerkknoten dazu geeignet ist, mindestens zwei auf Messungen basierende Auswahlkriterien mit verschiedenen Prioritäten zum Auswählen des Kombinationspunktes zu verwenden und das Auswahlergebnis eines Auswahlkriteriums mit einer höheren Priorität als eine Einschränkung oder Zwangsbedingung für eine Auswahl basierend auf einem Auswahlkriterium mit einer niedrigeren Priorität zu verwenden.
Daher wird die Kombinationspunktposition basierend auf einer Ziel- (Goal) Funktionalität optimiert, z.B. einem preemptiven Verfahren, das derart funktioniert, dass eine optimale Lösung für ein Ziel (Goal) mit der höchsten Priorität gesucht und diese Lösung als neue Zwangsbedingung für Ziele mit niedrigerer Priorität hinzugefügt wird. Wenn die Lösung für ein Ziel mit höherer Priorität zu einem einzelnen Kombinationspunkt führt, müssen Ziele mit niedrigerer Priorität nicht mehr betrachtet werden. Ein derartiges preemptives Verfahren ist dahingehend vorteilhaft, dass es immer zu einem optimalen Wert für das Ziel mit der höchsten Priorität führt. Außerdem ist nur eine Entscheidung hinsichtlich der Prioritätsfolge der zur Verfügung stehenden verschiedenen Ziele erforderlich, es müssen jedoch keine Gewichte bestimmt werden. Daher können aufgrund der optimierten Positionierung des Kombinationspunktes kleinere Verzögerungen für MDC-Verkehr und eine effizientere Netzwerkausnutzung erhalten werden.
Vorzugsweise weisen die mindestens zwei Auswahlkriterien ein Auswahlkriterium auf, das auf gemessene Längen oder Auslastungen bzw. Lasten der mindestens zwei redundanten Übertragungspfade und/oder des einzelnen Übertragungspfades angewendet wird. Außerdem können die mindestens zwei Auswahlkriterien ein Auswahlkriterium aufweisen, das auf die gemessenen Verarbeitungsauslastungen der auswahlbaren Kombinationspunkte angewendet wird. Insbesondere können die mindestens zwei Auswahlkriterien ein erstes Kriterium zum Minimieren der maximalen Länge der mindestens zwei redundanten Übertragungspfade, ein zweites Kriterium zum Minimieren der maximalen Gesamtlänge der mindestens zwei redundanten Übertragungspfade und des einzelnen Übertragungspfades, ein drittes Kriterium zum Minimieren der maximalen Verkehrsauslastung auf den mindestens zwei redundanten Übertragungspfaden und dem einzelnen Übertragungspfad, und ein viertes Kriterium zum Minimieren der Verarbeitungsauslastung des Kombinationspunktes aufweisen. Die maximale Länge und die maximale Gesamtlänge können durch Zählen von Hops des einzelnen bzw. der redundanten Übertragungspfade bestimmt werden. Außerdem kann dem ersten Kriterium die höchste Priorität, dem zweiten Kriterium die zweithöchste Priorität, dem dritten Kriterium die dritthöchste Priorität und dem vierten Kriterium die niedrigste Priorität zugeordnet werden. Das dritte Kriterium kann durch Überwachen und Aktualisieren von Echtzeit-Verkehrsauslastungen unter Verwendung einer Mittelungsfunktion, z.B. einer exponentiellen Mittelungsfunktion, angewendet werden.
Daher spielen Auslastungsmessungen, die zum Messen sowohl von Verbindungsauslastungen, als auch von Kombinationspunktverarbeitungsauslastungen verwendet werden, bei der Auswahl des optimalen Kombinationspunktes eine herausragende Rolle. Dadurch wird der Vorteil erhalten, dass sowohl Verbindungsauslastungen, als auch Kombinationspunktverarbeitungsauslastungen durch Auswählen des optimalen Kombinationspunktes ausgeglichen werden können.
Die Auslastungsmessergebnisse können zwischen den mindestens zwei auswählbaren Kombinationspunkten in vorgegebenen Zeitintervallen wechselseitig übertragen werden. Alternativ können die Auslastungsmessergebnisse oder Auslastungsmeldungen von den mindestens zwei auswählbaren Kombinationspunkten zu einer zentralen Ressource übertragen werden, die die Auslastungsinformation in vorgegebenen Zeitintervallen an alle möglichen Kombinationspunkte verteilt. Als weitere Alternative können die Auslastungsmeldungen von den mindestens zwei auswahlbaren Kombinationspunkten in vorgegebenen Zeitintervallen ohne einen Eingriff einer zentralen Ressource direkt zu allen anderen möglichen Kombinationspunkten übertragen werden. In diesem Zusammenhang stel len Auslastungsmessergebnisse "Rohdaten" von statistischen Router-Daten dar, während eine Auslastungsmeldung bereits verarbeitete Information enthält.
Außerdem können maximale Auslastungsschwellenwerte gesetzt werden, auf die während der Auswahl des Kombinationspunktes Bezug genommen wird. Der maximale Echtzeit-Auslastungsschwellenwert kann die maximale zulässige Echtzeit-Auslastung verwendeter Verbindungen auf den mindestens zwei redundanten Übertragungspfaden definieren, und andere (Klasse x) Auslastungsschwellenwerte können die maximale zulässige Auslastung für andere Verkehrstypen (z.B. Streaming) auf dem einzelnen Übertragungspfad definieren. Außerdem kann ein maximaler Auslastungsschwellenwert zum Definieren der maximalen zulässigen Verarbeitungsauslastung im ausgewählten Kombinationspunkt bereitgestellt werden.
Ein Auswahlkriterium kann umgangen oder übersprungen werden, wenn die erforderlichen Messwerte nicht verfügbar sind.
Wenn das Auswahlverfahren nicht zu einer Auswahl eines Kombinationspunktes führt, kann ein redundanter Übertragungspfad von den mindestens zwei redundanten Übertragungspfaden verworfen werden. Schließlich kann, wenn nur ein redundanter Übertragungspfad verbleibt und das Verfahren noch immer nicht zur Auswahl eines Kombinationspunktes führt, der entsprechende Ruf eine von bisher noch nicht erwähnten Funktionen aufrufen. Beispielsweise können die möglichen Funktionen sein (1) Verwenden der verbleibenden Basisstation im aktiven Satz des laufenden Rufs als neue Serving-Basisstation (BTS), oder (2) Beibehalten des aktuellen MDC-Punktes des laufenden Rufs, oder (3) Ablehnen oder Zurückweisen des neuen Rufs (ein neuer Ruf bedeutet, dass die Verbindung noch nicht aufgebaut worden ist) als Ganzes.
Das Auswahlverfahren kann nach einer Änderung der Netzwerktopologie verwendet werden.
Der Kombinationspunkt kann ein MDC-Punkt sein, wenn das Auswahlverfahren in einem universellen Funkzugangsnetzwerk zum Bereitstellen eines Zugangs zu einem IP-basierten Netzwerk verwendet wird. In diesem Fall können die aus wählbaren Kombinationspunkte Basisstationseinrichtungen sein. Der Netzwerkknoten zum Ausführen des Auswahlverfahrens kann beispielsweise eine Basisstationseinrichtung oder eine zentrale Ressourcenmanagementeinrichtung sein.
Außerdem kann eine Kombinationspunktvaliditätsprüfungsfunktionalität angewendet werden, wobei ein zuvor ausgewählter Kombinationspunkt beibehalten wird, wenn der zuvor ausgewählte Kombinationspunkt mindestens die beiden auf einer Messung basierenden Auswahlkriterien erfüllt. Die Prüfungsfunktionalität kann derart modifiziert werden, dass mindestens ein strengeres Auswahlkriterium auf den zuvor ausgewählten Kombinationspunkt angewendet wird. Beispielsweise kann das mindestens eine strengere Auswahlkriterium 90% eines Auslastungsschwellenwertes entsprechen, der auf den zuvor ausgewählten Kombinationspunkt angewendet wird.
Außerdem kann ein Fallback-Schema für eine MDC-Auswahl bei Topologieinformationsinkonsistenz an einem oder für ein MDC-Modul bereitgestellt werden, in dem eine Topologieinkonsistenz erfasst wird, so dass Relokationen des Kombinationspunktes während der erfassten Topologieinkonsistenz verhindert werden. In diesem Fall kann beispielsweise in Antwort auf die Erfassung einer Topologieinkonsistenz eine Zeitgeberfunktion gestartet werden, wobei nach Ablauf der Zeitgeberfunktion wieder Relokationen zulässig sind.
Ein Untersatz von Knoten, die im Auswahlschritt als Kombinationspunkt ausgewählt werden können, kann z.B. basierend auf der Topologie des Übertragungsnetzwerks bestimmt werden. Diese Bestimmung kann nach jeder Netzwerktopologieänderung wiederholt werden. Der Untersatz auswählbarer Knoten kann basierend auf ihrer Anzahl von Verbindungen mit anderen Knoten ausgewählt werden, z.B. werden solche Knoten ausgewählt, die eine vorgegebene Anzahl von Verbindungen, z.B. zwei oder mehr Verbindungen, aufweisen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Nachstehend wird die vorliegende Erfindung basierend auf einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen ausführlicher beschrieben; es zeigen:
1 ein schematisches Diagramm einer Funkzugangsnetzwerktopologie, in der die vorliegenden Erfindung implementierbar ist;
2 ein Ablaufdiagramm zum Darstellen einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Auswahlverfahrens;
3 einen Algorithmus für ein erstes Auswahlkriterium gemäß der bevorzugten Ausführungsform;
4 einen Algorithmus für ein zweites Auswahlkriterium gemäß der bevorzugten Ausführungsform;
5 einen Algorithmus für ein drittes Auswahlkriterium gemäß der bevorzugten Ausführungsform;
6 einen Algorithmus für ein viertes Auswahlkriterium gemäß der bevorzugten Ausführungsform;
7 eine Tabelle zum Darstellen von Kombinationsverarbeitungsauslastungen und Echtzeit-Verarbeitungsauslastungen gemäß einem spezifischen Implementierungsbeispiel;
8 einen Algorithmus für eine Validitätsprüfungsfunktion;
9 eine Erweiterung des Ablaufdiagramms von 2, in der die Validitätsprüfungsfunktion hinzugefügt ist;
10 ein spezifisches Beispiel für den Algorithmus von 9;
11 einen Algorithmus zum Erfassen einer Topologieinformationsinkonsistenz;
12 einen Algorithmus für ein Topologieinformationsinkonsistenz-Fallback-Schema;
13 ein Beispiel einer ersten RAN-Topologie mit einem Topologie-Aggregationsschema; und
14 ein Beispiel einer zweiten RAN-Topologie mit einem Topologie-Aggregationsschema.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Nachstehend wird die bevorzugte Ausführungsform auf der Basis einer neuartigen RAN-Netzwerkarchitektur zum Bereitstellen eines Zugangs zu einem IP-Netzwerk beschrieben.
Gemäß 1 ist ein mobiles Endgerät M über drei, durch jeweilige strichpunktierte Linien dargestellte, redundante Übertragungspfade mit einem RAN verbunden. Die RAN-Architektur weist mehrere Netzwerkknoten A bis J auf, wobei die schattierten Knoten E, G und H gegenwärtig über die redundanten Übertragungspfade mit dem mobilen Endgerät M verbunden sind. Insbesondere wird der durch den fett gedruckten Kreis dargestellte Netzwerkknoten H als Serving-Basisstation verwendet, d.h. als die Basisstation, die den Datenstrom der Kernnetzwerkschnittstellen abschließt und eine RRM- (Radio Resource Management, Funkressourcenmanagement) Funktion ausführt, wie beispielsweise Scheduling, eine Leistungsregelung, usw. Die anderen schattierten Basisstationen G und E werden dagegen als Drift-Basisstationen verwendet, die nur Ressourcen und Funk-L1-Schicht-Funktionen für die jeweiligen Verbindungen zum mobilen Endgerät M bereitstellen.
In der in 1 dargestellten RAN-Topologie sind, im Gegensatz zu herkömmlichen RANs, die meisten Funktionen des herkömmlich verwendeten zentralen Controllers (RNC oder BSC) auf die Basisstationen übertragen. Insbesondere enden alle Funkschnittstellenprotokolle in den Basisstationen. Entitäten außerhalb der Basisstationen müssen eine gemeinsame Konfiguration und einige Funkressourcenfunktionen gemeinsam implementieren, oder mit Legacy-Einrichtungen, Gateways zu einem Kernnetzwerk, usw. zusammenarbeiten. Zwischen den Basisstationen ist eine Schnittstelle erforderlich, die sowohl eine Signalisierung auf der Steuerungsebene als auch Verkehr auf der Benutzerebene unterstützt. Eine vollständige Konnektivität zwischen den Entitäten kann über ein IPv6- (Internet Protocol Version 6) Transportnetzwerk unterstützt werden. Der durch eine Doppelkreislinie dargestellte Netzwerkknoten A entspricht einem RAN-Gateway (RNGW), das den IP-Zugangspunkt auf der Benutzerebene vom IP-basierten Kernnetzwerk oder von einem anderen RAN zum vorliegenden RAN darstellt. Während eines RAB- (Radio Access Bearer (Funkzugriffsträger)) Zuweisungsverfahrens sendet das RAN Transportadressen des RNGW A, an dem die Benutzerebene abgeschlossen werden soll, an das Kernnetzwerk zurück. Außerdem sind paketvermittelte und leitungsvermittelte Schnittstellen über das RNGW A verbunden. Die Hauptfunktion des RNGW A ist eine Mikro-Mobilitätsverankerungsfunktion, d.h. die Benutzerebene wird während der Relokation bzw. des Handovers von Basisstationen geschaltet, um die Mobilität vor dem IP-basierten Kernnetzwerk zu verbergen. Aufgrund dieser Funktion muss das RNGW A keinerlei Funknetzwerkschichtverarbeitungen bezüglich den Benutzerdaten ausführen, sondern es übermittelt Daten zwischen den RAN- und IP-Tunneln des IP-basierten Kernnetzwerks. Daher ist das RNGW A für die Zuordnung zwischen RAN-Tunneln und Kernnetzwerktunneln, Aufbau und Freigabe von Tunnelendpunkten, Benutzerebenenverkehrsvermittlung, Paketübermittlung, Abbildung zwischen Tunnelendpunkt-IDs und Firewall-/Sicherheitsfunktionen verantwortlich. Im RAN können mehrere RNGWs bereitgestellt werden, um eine flexible Beziehung zwischen den RNGWs und den Basisstationen zu gewährleisten.
In der in 1 dargestellten Situation ist der Netzwerkknoten F als MDC-Punkt für Verbindungen zum mobilen Endgerät M ausgewählt worden. Die gestrichelten Pfeile zeigen die MDC-Teilstrecken (Legs) zwischen den Serving- und Drift-Basisstationen H, G und E und dem MDC-Punkt F. Außerdem zeigt der gestrichelte Pfeil zwischen dem MDC-Punkt F und dem RNGW A den einzelnen Übertragungspfad, zu dem die redundanten Übertragungspfade kombiniert werden. Daher bezeichnet der Ausdruck "MDC-Teilstrecke" oder "MDC-Leg" den Pfad vom MDC-Punkt F zu einer der Drift- und Serving-Basisstationen H, G und E.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform wird ein auf Messungen basierendes Verfahren zum Auswählen des geeignetsten MDC-Punktes unter den Netzwerk knoten bereitgestellt, z.B. der Basisstationen B bis J im IP-basierten RAN. Um dies zu erreichen, wird die MDC-Punkt-Position unter Verwendung eines Goal-Programming-Verfahrens optimiert, indem z.B. zunächst die maximale MDC-Teilstreckenlänge minimiert, dann die Gesamt-Hop-Anzahl von MDC-Teilstrecken und der Pfade vom RNGW A zum MDC-Punkt minimiert, daraufhin die maximale Echtzeit-Verkehrsauslastung verwendeter Verbindungen minimiert und schließlich die MDC-Verarbeitungsauslastung an den potenziellen MDC-Punkten minimiert wird.
Der Ausdruck "Echtzeit-Verkehr" bezeichnet Pakete, die mit bestimmten verschiedenen Dienstcodepunkten markiert sind, z.B. "Expedited Forwarding" (EF), was ein Per-Hop Behavior (PHB, abschnittsweises Weiterleitungsverhalten) hoher Priorität anzeigt, um einen virtuellen Leitungsdienst hoher Qualität zu erhalten. Der Ausdruck "Hop" wird zum Bezeichnen eines Pfades zwischen zwei Netzwerkknoten verwendet, der keine wesentliche Auswirkung auf die Eigenschaften von Verkehrsflüssen hat. Daher entspricht ein Verbindungspfad zwischen zwei benachbarten Netzwerkknoten in 1 einem Hop. Das PHB ist eine extern beobachtbare Weiterleitungsbehandlung eines Aggregat-Verkehrsstroms in einem Netzwerkknoten.
Echtzeit-Verkehrsauslastungen auf allen Verbindungen werden überwacht und unter Verwendung einer exponentiellen Mittelung gemäß der folgenden Gleichung aktualisiert: rt_loadj = (1 – w)·rt_loadj–1 + w·(rt_bits/(p·link_bw)), (1)wobei rt_bits die Anzahl von über eine abgehende Verbindung übertragenen Echtzeit-Bits, link_bw die Bandbreite der abgehenden Verbindung, die beide von Router-Statistikdaten erhalten werden können, w eine exponentielle Mittelungsgewichtung und p eine Messperiode bezeichnen. Ein geeigneter Wert für p könnte z.B. 500 ms betragen. Der Wert für w ist von der gewünschten Ansprechzeit auf Änderungen in Verbindungsauslastungen abhängig, z.B. kann w = 0,5 betragen. Ein ähnlicher Mittelungsmechanismus kann auf alle anderen relevanten Verbindungsauslastungen angewendet werden.
Außerdem könnte das Verhältnis zwischen laufenden MDC-Verbindungen und der maximalen Anzahl von MDC-Verbindungen für jede Basisstation überwacht werden. Die entsprechenden Schwellenwerte können sich zwischen verschiedenen Basisstationen erheblich unterscheiden. Beispielsweise sollten Sternpunkte in der Lage sein, mehr MDC-Verbindungen zu handhaben als eine Basisstation am Ende einer Kette. Hierbei könnten an Stelle der vorstehend erwähnten exponentiellen Mittelung Momentanwerte verwendet werden.
Die Anzahl der in einer bestimmten Basisstation aktiven MDC-Verbindungen und die Verkehrsauslastungsinformation auf allen mit dieser bestimmten Basisstation direkt verknüpften Verbindungen kann periodisch, z.B. alle p ms, als Messergebnisse an andere Basisstationen übertragen werden. Um übermäßigen Verkehr zu vermeiden, könnte ein multicast-ähnliches Verfahren (z.B. ein Spanning-Tree-Algorithmus) verwendet werden. Außerdem könnte der Wert des Parameters p erhöht werden, wenn die Anzahl der Basisstationen in der RAN-Architektur zunimmt.
Alternativ könnte, wenn ein zentraler IP-Transport-Ressourcenmanager (ITRM) oder ein Bandbreiten-Broker (Bandwidth Broker) bereitgestellt wird, jede Basisstation ihre Messergebnisse nur an den ITRM übertragen. Der (in 1 nicht dargestellte) ITRM würde dann ein multicast-ähnliches Verfahren verwenden, um "Aggregat"-Auslastungsmeldungen an alle MDC-fähigen Basisstationen zu verteilen. Wenn für die Auslastungsmeldungsverteilung keine zentrale Ressource verwendet wird, kann eine beliebige Basisstation (BTS) im RAN ihre Auslastungsmeldung in vorgegebenen Intervallen direkt an alle MDC-fähigen Basisstationen (BTS) übertragen, wobei für die Übertragung ein multicast-ähnliches Verfahren verwendet werden kann. Den die Messergebnisse oder Auslastungsmeldungen enthaltenden Nachrichten sollten hinsichtlich Paketverzögerungen und -verlusten eine hohe Priorität zugewiesen werden, indem sie beispielsweise mit einem geeigneten differenzierten Dienst-Codepunkt (z.B. EF) markiert werden.
Außerdem wird vorausgesetzt, dass alle Netzwerkknoten des RAN-Netzwerks eine Übersichtsansicht (Helicopter View) der Netzwerktopologie haben. Dies kann beispielsweise erreicht werden, indem ein OSPF- (Open Shortest Path First) Routing-Protokoll verwendet wird, wie in einem Dokument von John T. Moy "OSPF: Anatomy of an Internet Routing Protocol", 3. Auflage, September 1998, ISBN 0-201-63472-4 beschrieben ist. Diesbezüglich wird darauf hingewiesen, dass nur ein einziger (der kürzeste) Pfad zwischen zwei Netzwerkknoten verwendet wird, wenn Basic-OSPF verwendet wird. Trotzdem kann durch Auswählen eines geeigneten MDC-Punktes ein Auslastungsausgleich ausgeführt werden.
Den vorstehend erwähnten Zielen (Goals) oder Auswahlkriterien zum Auswählen des geeigneten MDC-Punktes kann die folgende Prioritätsfolge zugewiesen werden. Die höchste Priorität kann dem Ziel zum Minimieren der maximalen MDC-Teilstreckenlänge zugewiesen werden. Die zweithöchste Priorität kann dem Ziel zum Minimieren der Gesamt-Hop-Anzahl von MDC-Teilstrecken und der Pfade vom RNGW A zum MDC-Punkt zugewiesen werden. Die dritthöchste Priorität kann dem Ziel zum Minimieren der maximalen Echtzeit-Verkehrsauslastung auf verwendeten Verbindungen zugewiesen werden. Schließlich kann die niedrigste Priorität dem Ziel zum Minimieren der MDC-Verarbeitungsauslastung zugewiesen werden, z.B. der Anzahl laufender Verbindungen, geteilt durch einen vorgegebenen Schwellenwert.
Außerdem kann mindestens eine der folgenden Zwangsbedingungen gesetzt werden. Die maximale Echtzeit-Verkehrsauslastung auf MDC-Teilstrecken (max_rt_load) sollte kleiner oder gleich einem Echtzeit-Schwellenwert (rt_threshold) sein. Die maximale Verkehrsauslastung einer Klasse x (Verkehrsklasse von vom RNGW übertragenen Paketen, die ebenfalls in Echtzeit gegeben sein kann) auf dem Pfad zwischen dem RNGW und dem MDC-Punkt-Kandidat (max_x_load) sollte kleiner oder gleich einem Klasse-x-Schwellenwert (x_threshold) sein. Außerdem sollte die MDC-Verarbeitungsauslastung im MDC-Punkt-Kandidat (mdc_load) kleiner als ein MDC-Schwellenwert (mdc_threshold) sein.
2 zeigt ein Ablaufdiagramm zum Darstellen einer Implementierung der Auswahlverarbeitung gemäß der bevorzugten Ausführungsform, wobei die vorstehend erwähnten Ziele und Parameter verwendet werden. Außerdem bezeichnet nachstehend die laufende Variable N die Anzahl von MDC-Punkt-Kandidaten, z.B. Basisstationen in der RAN-Architektur, und die laufende Variable M be zeichnet die Anzahl von Drift-Basisstationen, die in einer bestimmten Soft-Handover-Situation beteiligt sind.
Das separate Ablaufdiagramm im oberen rechten Abschnitt von 2 zeigt ein Verfahren zum Verteilen individueller Messergebnisse, die an einer Basisstation erhalten werden, an die anderen Basisstationen im RAN oder an den zentralen ITRM-Knoten (in 2 nicht dargestellt), nachdem eine exponentielle Mittelung mit einem Gewichtungsparameter w auf die gemessenen Verbindungsauslastungen angewendet worden ist und ein Zeitgeber abgelaufen ist. Außerdem ist unter dem vorstehend beschriebenen separaten Diagramm ein anderes separates Ablaufdiagramm dargestellt, das eine Verarbeitung darstellt, durch die, immer wenn eine neue MDC-Verbindung startet oder eine MDC-Verbindung beendet wird, die MDC-Verarbeitungsauslastung in MDC-Punkt-Kandidaten aktualisiert wird. Diese beiden Teilverarbeitungen werden kontinuierlich im Hintergrund oder parallel zum folgenden Hauptauswahlverfahren ausgeführt, das in 2 links oben startet.
Wenn eine Anfrage oder Anforderung für einen neuen Ruf oder ein anderes Triggersignal an einer Serving-Basisstation (IP BTS) ankommt, wird in Schritt 1 das erste Auswahlkriterium angewendet und die maximale MDC-Länge minimiert. Dann wird das Auswahlergebnis mit allgemeinen Zwangsbedingungen oder Grenzwerten, z.B. mit dem Echtzeit-Schwellenwert, dem Klasse-x-Schwellenwert und/oder dem MDC-Schwellenwert, verglichen. Wenn diese Zwangsbedingungen nicht erfüllt sind, wird geprüft, ob mehrere Basisstationen übrig bleiben. Wenn dies der Fall ist, wird die Basisstation mit der schlechtesten Funkverbindung zum Mobiltelefon verworfen, und das auf dem ersten Kriterium mit der höchsten Priorität basierende Auswahlverfahren wird wiederholt. Wenn nur eine einzelne Basisstation übrig bleibt und die Zwangsbedingungen noch immer nicht erfüllt sind, wird der Ruf abgewiesen – insofern er ein neuer Ruf ist. Im Fall eines laufenden Rufs wird der Ruf ohne Soft-Handover fortgesetzt (wobei sein aktueller MDC-Punkt unverändert bleibt oder die übrig gebliebende BTS als Serving-BTS dient).
Wenn allgemeine Zwangsbedingungen erfüllt sind, wird geprüft, ob durch die erste Auswahlverarbeitung ein einzelner MDC-Punkt erhalten worden ist. Wenn dies der Fall ist, wird dieser einzelne MDC-Punkt als bester oder geeigneter MDC-Punkt ausgegeben. Andernfalls wird in Schritt S2 das zweite Auswahlkrite rium mit der zweithöchsten Priorität unter Verwendung der zusätzlichen Zwangsbedingung oder des Ergebnisses der Auswahlverarbeitung von Schritt 1 angewendet.
3 zeigt ein Beispiel eines in Schritt 1 verwendbaren Algorithmus für ein Auswahlverfahren gemäß dem ersten Auswahlkriterium mit der höchsten Priorität. Zu Beginn werden minimale und maximale MDC-Hop-Anzahlen gesetzt, z.B. 100. Dann wird für jeden MDC-Punkt-Kandidat geprüft, ob die MDC-Schwellenwert-, die Klasse-x-Schwellenwert- und die Echtzeit-Schwellenwert-Zwangsbedingung erfüllt sind. Wenn dies der Fall ist, wird die maximale Hop-Anzahl auf die Hop-Anzahl des Pfads zwischen dem Kandidat und der Serving-Basisstation gesetzt, d.h. die Länge der redundanten Übertragungspfade. Dann wird für alle Drift-Basisstationen geprüft, ob die Hop-Anzahl zwischen dem Kandidat und der Drift-Basisstation größer ist als die gesetzte maximale Hop-Anzahl. Wenn dies der Fall ist, wird die Hop-Anzahl auf die Hop-Anzahl zwischen dem Kandidat und der Drift-Basisstation gesetzt. Wenn die erhaltene maximale Hop-Anzahl kleiner oder gleich der gesetzten Hop-Anzahl ist, wird die minimale Hop-Anzahl auf die erhaltene maximale Hop-Anzahl gesetzt. Wenn die erhaltene maximale Hop-Anzahl größer ist als die gesetzte minimale Hop-Anzahl, wird der Kandidat von der MDC-Punkt-Kandidatenliste gelöscht. Außerdem wird, wenn die Anfangs-Schwellenwert-Zwangsbedingungen für den aktuellen Kandidat nicht erfüllt sind, der Kandidat ebenfalls von der MDC-Punkt-Kandidatenliste gelöscht.
In Schritt 2 in 2 wird die Gesamt-Hop-Anzahl der MDC-Kandidaten minimiert, die in Schritt 1 basierend auf dem ersten Kriterium erhalten werden. Wenn als Ergebnis des zweiten Kriteriums ein einzelner MDC-Punkt erhalten wird, wird er als bester oder geeigneter MDC-Punkt ausgegeben.
4 zeigt einen Algorithmus als ein Beispiel des Auswahlverfahrens gemäß dem zweiten Kriterium mit der zweithöchsten Priorität. Zu Beginn wird eine minimale Hop-Anzahl auf einen vorgegebenen Wert gesetzt, z.B. 100. Dann wird eine Gesamt-Hop-Anzahl für alle Pfade zwischen dem Kandidaten und den Serving- und Drift-Basisstationen und zwischen dem RNGW A und dem Kandidat für jeden übrigen Kandidat bestimmt und mit der minimalen Hop-Anzahl verglichen. Wenn die erhaltene Hop-Anzahl eines Kandidaten kleiner oder gleich der mini malen Hop-Anzahl ist, wird die minimale Hop-Anzahl auf die Hop-Anzahl des Kandidaten gesetzt. Andernfalls wird der Kandidat von der Liste der übrigen MDC-Punkt-Kandidaten gelöscht.
In Schritt 3 in 2 wird das dritte Kriterium mit der dritthöchsten Priorität durch Minimieren der maximalen Echtzeit-Verkehrsauslastung für die in Schritt 2 erhaltenen MDC-Punkt-Kandidaten angewendet. Wenn das Ergebnis von Schritt 3 zu einem einzelnen MDC-Punkt führt, wird dieser einzelne MDC-Punkt als bester oder geeigneter MDC-Punkt ausgegeben. Andernfalls wird in Schritt 4 das vierte Kriterium mit der niedrigsten Priorität angewendet.
5 zeigt ein Beispiel eines in Schritt 3 verwendbaren Algorithmus. Anfangs wird ein Minimalwert für die maximale Auslastung auf einen vorgegebenen Wert, z.B. 1, gesetzt. Dann wird für jeden übrigen MDC-Punkt-Kandidat der Liste ein maximaler Auslastungswert durch Berechnen des Maximums der Echtzeit-Auslastungen in beiden Richtungen für alle redundanten Übertragungspfade zwischen den Serving- und Drift-Basisstationen und dem Kandidaten und für den einzelnen Übertragungspfad zwischen dem Kandidat und dem RNGW A erhalten. Wenn der erhaltene maximale Echtzeit-Auslastungswert des Kandidaten kleiner oder gleich dem gesetzten minimalen Auslastungswert ist, wird der minimale Auslastungswert auf den erhaltenen maximalen Echtzeit-Auslastungswert des Kandiaten gesetzt. Andernfalls wird der Kandidat von der MDC-Punkt-Kandidatenliste gelöscht.
In Schritt 4 in 2 wird schließlich das vierte Kriterium mit der niedrigsten Priorität durch Minimieren der MDC-Verarbeitungsauslastung für alle übrigen MDC-Punkt-Kandidaten angewendet.
6 zeigt ein Beispiel eines in Schritt 4 verwendbaren Algorithmus. Anfangs wird eine minimale MDC-Auslastung auf einen vorgegebenen Wert, z.B. 1, gesetzt. Dann wird für jeden übrigen Kandidaten in der MDC-Punkt-Kandidatenliste geprüft, ob die MDC-Auslastung des Kandidaten kleiner ist als die gesetzte minimale MDC-Auslastung. Wenn dies der Fall ist, wird die minimale MDC-Auslastung auf die MDC-Auslastung des Kandidaten gesetzt. Andernfalls wird der Kandidat von der MDC-Kandidatenliste gelöscht.
Wenn das Ergebnis von Schritt 4 in 2 einen einzelnen MDC-Punkt anzeigt, wird dieser einzelne MDC-Punkt als bester oder geeigneter MDC-Punkt ausgegeben. Andernfalls kann der einzelne MDC-Punkt unter den schließlich verbleibenden Kandidaten auf der MDC-Punkt-Kandidatenliste zufällig ausgewählt und als bester oder geeigneter MDC-Punkt ausgegeben werden.
Dadurch wird ein goal- oder ziel-basiertes Auswahlverfahren zum Erhalten eines einzelnen geeigneten MDC-Punktes bereitgestellt, das bei einem Aufbau eines neuen Rufs verwendet werden kann.
Falls irgendwelche Information fehlt, z.B. Verbindungsauslastungen oder ähnliche Information, kann der entsprechende Auswahlschritt, in dem die fehlende Information erforderlich ist, übersprungen werden. Wenn am Netzwerkknoten, an dem die MDC-Punkt-Auswahl ausgeführt wird, Topologieinformation fehlt, kann die Serving-Basisstation als MDC-Punkt verwendet werden. Natürlich ist auch jedes andere Auswahlverfahren möglich.
Das vorgeschlagene MDC-Punkt-Auswahlverfahren kann auch in Fällen angewendet werden, in denen die Netzwerktopologie oder der Satz aus Serving- und Drift-Basisstationen sich geändert hat.
7 zeigt eine Tabelle zum Darstellen eines Beispiels gemessener Echtzeit-Verkehrsauslastungen (Prozentanteil der Verbindungskapazität) zu benachbarten Knoten, wobei eine maximale oder Echtzeit-Verkehrsauslastung auf 80% gesetzt sein kann (in diesem Beispiel ist der gesamte Verkehr Echtzeit-Verkehr). Außerdem zeigt die Tabelle in 7 jeweilige MDC-Auslastungen jedes in der Architektur von 1 dargestellten Netzwerkknotens. Insbesondere zeigt die Tabelle von 7 Messungsinformation, die zusätzlich zur Netzwerktopologieinformation verwendet werden soll, die jeder der Basisstationen B bis J zur Verfügung steht, um die Auswahlkriterien zum Auswählen des MDC-Punktes anzuwenden.
Nachstehend wird das vorstehend beschriebene Auswahlverfahren unter Verwendung der Topologie von 1 und der Messergebnisse von 7 angewendet.
Unter Verwendung des ersten Kriteriums wird gemäß 3 der Minimalwert der maximalen MDC-Teilstreckenlänge schließlich auf drei Hops gesetzt. Daher werden die Knoten B und F die übrigen MDC-Punkt-Kandidaten in der Kandidatenliste sein. Nur diese beiden Netzwerkknoten erfüllen das Kriterium, dass die maximale Länge der MDC-Teilstrecken nicht größer ist als der Minimalwert, d.h. drei Hops.
Dann führt das zweite Kriterium gemäß dem Algorithmus in 4 zu acht Hops als Minimalwert der Gesamt-Hop-Anzahl. Die Netzwerkknoten B und F erfüllen auch dieses zweite Kriterium und verbleiben daher auf der Kandidatenliste. Infolgedessen führt das Ergebnis dieser topologie-basierten ersten und zweiten Auswahlkriterien zu einer Kandidatenliste, die die Netzwerkknoten B und F enthält.
Hinsichtlich des dritten Kriteriums wird gemäß 5 eine maximale Echtzeit-Auslastung von 60% auf der Verbindung vom Knoten B zum Knoten C erhalten. Diese Verbindung weist die Übertragungspfade beider MDC-Punkt-Kandidaten auf. Daher verbleiben weiterhin beide Kandidaten auf der Kandidatenliste.
Gemäß dem letzten, vierten Kriterium werden die individuellen MDC-Verarbeitungsauslastungen der übrigen MDC-Punkt-Kandidaten verglichen, wobei die MDC-Verarbeitungsauslastung des Kandidatenknotens F (55%) wesentlich niedriger ist als die MDC-Verarbeitungsauslastung des Kandidatenknotens B (70%). Daher wird Schritt 4 in 2 zu einem einzelnen MDC-Punkt führen, d.h. zum Netzwerkknoten F, der als bester MDC-Punkt ausgegeben wird. Dieses Ergebnis entspricht der in 1 dargestellten Situation.
Aufgrund der Tatsache, dass das vorgeschlagene Auswahlverfahren zu einem optimierten MDC-Punkt mit minimalen Auslastungswerten und Verbindungslängen führt, können geringere Verzögerungen für MDC-Verkehr und eine effizientere Netzwerkausnutzung erreicht werden. Außerdem ist das Verfahren so einfach, dass es innerhalb der Basisstationen implementiert werden kann. Wenn die er forderliche Skalierbarkeit zu einem Problem hinsichtlich größerer RAN-Topologien führt, sollte jedoch eine multicast-ähnliche Übertragung bereitgestellt werden. Außerdem ist ein Verfahren erforderlich, das dazu geeignet ist, die Messergebnisse entweder über eine zentrale Ressource oder auf eine verteilte Weise zwischen Netzwerkknoten zu verteilen, wenn z.B. Verkehrsauslastungen oder MDC-Verarbeitungsauslastungen im MDC-Punkt-Auswahlprozess verwendet werden.
Das vorstehend vorgeschlagene Verfahren und das System zum Bestimmen einer optimierten MDC-Punkt-Position können jedoch nachteilig zu einer übermäßigen Anzahl von MDC-Relokationen führen. Außerdem sind in Verbindung mit jeder MDC-Relokation aufwendige Berechnungen erforderlich. Um dieses Problem zu vermindern, kann eine Validitätsprüfungsfunktionalität eingeführt werden, um die Anzahl der MDC-Relokationen im RAN zu vermindern. Gemäß der Validitätsprüfungsfunktionalität wird der MDC-Punkt oder die MDC-Funktionalität nicht zu einer möglicherweise besseren Position verschoben, wenn der aktuelle MDC-Punkt noch gültig ist, d.h., wenn die anfänglichen oder geringfügig strengere Zwangsbedingungen erfüllt sind. Beispielsweise könnte der gesetzte maximale Auslastungsschwellenwert geringfügig vermindert werden.
Dadurch können MDC-Punkt-Berechnungen und Relokationen auf diejenigen Fälle eingeschränkt werden, in denen die Position des aktuellen MDC-Punktes die vorgegebenen Zwangsbedingungen nicht mehr erfüllt.
Die Validitätsprüfungsfunktionalität kann immer dann aktiviert werden, wenn eine Änderung im aktiven Satz von Basisstationen auftritt. Wenn die MDC-Punkt-Berechnung getriggert wird, wird zunächst die MDC-Punkt-Validitätsprüfungsfunktionalität prüfen, ob der aktuelle MDC-Punkt die Zwangsbedingungen erfüllt oder nicht. Wenn die Antwort "Ja" lautet, werden keine weiteren Berechnungen ausgeführt, und die MDC-Funktionalität wird nicht verschoben, obwohl der aktive Satz von Basisstationen aktualisiert werden müsste. In logischer Hinsicht kann die Validitätsprüfungsfunktionalität wie in 8 dargestellt aufgebaut sein. Die Weise, wie die (anfänglichen oder strengeren) Zwangsbedingungen geprüft werden, ist vom verwendeten MDC-Punkt-Auswahlverfahren abhängig.
9 zeigt eine entsprechende Erweiterung des Ablaufdiagramms von 2, gemäß der die vorstehend beschriebene Validitätsprüfungsfunktionalität hinzugefügt ist. Insbesondere wird die Validitätsprüfungsfunktionalität in Schritt 0 und in der anschließenden bedingten Verzweigungsoperation eingefügt, die nur dann ausgeführt wird, wenn der Satz von Basisstationen, z.B. IP-Basisstationen (BTS), sich geändert hat.
10 zeigt ein spezifisches Beispiel des logischen Ausdrucks von 8, wobei eine geringfügig strengere Zwangsbedingung, d.h. 90% Auslastungsschwellenwert, auf den aktuellen MDC-Punkt angewendet wird. Natürlich kann ein beliebiger anderer Prozentwert verwendet werden, um einen niedrigeren Schwellenwert und damit eine strengere Zwangsbedingung zu erhalten. Außerdem können strengere Schwellenwerte auf eine oder alle Zwangsbedingungen für die MDC-Punkt-Auswahl angewendet werden.
Im Beispiel von 7 wird nun vorausgesetzt, dass der Knoten G dem aktuellen MDC-Punkt entspricht, der zuvor ausgewählt worden ist. Mit der vorstehend erwähnten zusätzlichen Validitätsprüfungsfunktionalität würde im Beispiel von 7 an Stelle des Knotens F dieser aktuelle oder alte MDC-Punkt (Knoten G) erneut ausgewählt oder beibehalten, weil die Zwangsbedingungen weiterhin erfüllt sind. In diesem Fall war jedoch nur eine einfache Prüfung des Auslastungswertes in der MDC-Auslastungsspalte der Tabelle von 7 erforderlich. Daher wird, außer dass die Anzahl der MDC-Relokationen wesentlich vermindert wird, durch die vorgeschlagene Validitätsprüfungsfunktionalität der Rechenaufwand für die an den Basisstationen ausgeführten MDC-Punkt-Auswahlberechnungen wesentlich vermindert.
Außerdem kann in der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsform aus den folgenden Gründen ein Fallback-Schema für die MDC-Auswahl bei Topologieinformationsinkonsistenz (MSTII) bereitgestellt werden.
Bei der Auswahl eines MDC-Punktes für einen Ruf ist die korrekte RAN-Topologieinformation erforderlich. Aufgrund eines Überlastzustands oder eines Ausfalls einer Komponente könnte irgendeine Netzwerkkomponente, z.B. eine Verbindung oder ein Knoten, ihre Serving-Funktion im RAN unterbrechen und eine Änderung der RAN-Topologie verursachen. Durch die Änderung der RAN-Topologie wird dann eine Aktualisierung einer in jedem Knoten im RAN gehaltenen RAN-Topologieinformation getriggert. Für die Aktualisierung werden normalerweise ein paar Sekunden benötigt, wobei diese Zeitdauer als Konvergenzperiode bezeichnet wird. Während der Konvergenzperiode ist die RAN-Topologieinformation in verschiedenen Knoten verschieden, wobei dieser Zustand als Topologieinformationsinkonsistenz bezeichnet wird. Wenn die MDC-Punkt-Auswahl für einen Ruf mit einer inkonsistenten oder falschen RAN-Topologieinformation ausgeführt wird, wird seine zugeordnete MDC-Relokation eine inkorrekte MDC-Relokation sein, und seine zugeordnete hinzugefügte Teilstrecke wird eine inkorrekte Teilstrecke sein. Durch die inkorrekte MDC-Relokation und die inkorrekte Teilstrecke wird ein hoher, aber sinnloser zusätzlicher Verarbeitungsaufwand und Datentransport im RAN verursacht, und werden außerdem irreguläre und unsystematische RAN-Transportprobleme verursacht.
Das MSTII-Fallback-Schema ist daher dazu geeignet, das Topologieinformationsinkonsistenzproblem schon während es auftritt zu identifizieren, und die inkorrekten MDC-Relokationen und inkorrekten Hinzufügungen von Teilstrecken während der Konvergenzperiode zu verhindern. Insbesondere besteht das MSTII-Fallback-Schema aus zwei Teilschemas, einem ersten Teilschema zum Erfassen der Topologieinformationsinkonsistenz und einem zweiten Topologieinkonsistenz-Fallback-Teilschema. Das erste Teilschema bestimmt den Beginn, den anhaltenden Zustand und das Ende der Topologieinformationsinkonsistenz und zeigt diese Zustände dem zweiten Teilschema an. Das zweite Teilschema dient zum Verhindern der inkorrekten MDC-Relokationen und inkorrekten Hinzufügungen von Teilstrecken während der Konvergenzperiode gemäß den Anzeigen vom ersten Teilschema. Das erste und das zweite Teilschema können an einem MDC-Modul implementiert werden, das z.B. an einer zentralen Ressourcenmanagementeinrichtung oder an einem individuellen Netzwerkknoten, z.B. einer IP-Basisstation (BTS), angeordnet ist. In Verbindung mit der vorliegenden Beschreibung entspricht das MDC-Modul einer Abstraktion einer oder mehrerer Funktionen, die die Aufgabe oder Aufgaben vervollständigen, die mindestens mit der MDC-Punkt-Auswahl in Beziehung steht (stehen). Das MDC-Modul kann jedoch auch die Aufgaben zum Triggern der Relokation und/oder Managen des für ein Soft-Handover eines Rufs bereitgestellten aktiven BTS-Satzes abdecken. D.h., dass das MDC-Modul bei einer Anforderung zum Hinzufügen einer Funk-Teilstrecke empfehlen kann, dem aktiven BTS-Satz eine Basisstation (BTS) hinzuzufügen, oder empfehlen kann, eine Basisstation (BTS) vom aktiven Satz zu entfernen, weil dafür keine ausreichenden Netzwerkressourcen zur Verfügung stehen.
Die 11 und 12 zeigen erläuternde Algorithmen für das erste bzw. das zweite Teilschema, die als Hardwareeinheiten oder Unterroutinen implementierbar sind, die vor, während und nach einer Topologieinformationsinkonsistenz am oder für das MDC-Modul kontinuierlich laufen. Das erste erläuternde Teilschema von 11 zum Erfassen einer Topologieinformationsinkonsistenz kann dazu geeignet sein, mit einem Verbindungszustand-Routing-Protokoll, z.B. OSPF, oder einem Flooding-Schema zu arbeiten. Im Fall einer Aktualisierung der RAN-Topologie, z.B. beim Start eines Flooding-Prozesses oder beim Empfang einer Aktualisierungsmeldung von einem anderen Knoten, wird dem am eigenen Knoten angeordneten MDC-Modul ein aktueller Topologieänderungsprozess ("Topologieänderung") angezeigt, und eine am MDC-Modul bereitgestellte Zeitgeberfunktionalität wird mit einem vorgegebenen Wert, z.B. 1,5 s, gestartet, der basierend auf der spezifischen RAN-Topologie geschätzt werden kann. Dann wird, wenn der Zeitgeber abgelaufen ist, dem am eigenen Knoten angeordneten MDC-Modul eine geänderte Topologie ("Topologieänderung") angezeigt oder signalisiert. Die entsprechende Reaktion am MDC-Modul ist durch das in 12 dargestellte erläuternde zweite Teilschema definiert. Wenn dem MDC-Modul ein Topologieänderungsprozess angezeigt wird, weist es jegliche Anforderung zum Hinzufügen einer Teilstrecke zurück und unterbricht die MDC-Punkt-Auswahl für jeden Ruf oder jede Verbindung. Dann kann, wenn dem MDC-Modul eine geänderte Topologie angezeigt wird, das MDC-Modul den Satz von MDC-fähigen Knoten gemäß einem Topologie-Aggregationsschema (TAS) optional aktualisieren, woraufhin es zu einer normalen Funktion zurückkehrt und wieder seine MDC-Punkt-Auswahlfunktion ausführt. Dadurch können falsche Hinzufügungen von Teilstrecken während einer Topologiekonvergenzperiode verhindert werden.
Das TAS ist dazu geeignet, die MDC-fähigen Knoten, die möglicherweise nur einen kleinen Teilsatz aller Knoten im RAN bilden, für alle möglichen MDC-Relokationen automatisch zu setzen, wodurch die zugeordneten Ausführungszei ten von MDC-Relokationsverarbeitungen für die Rufe im RAN wesentlich vermindert werden können, während der Vorteil der Makrodiversitätskombination (MDC) beibehalten wird. Die MDC-fähigen Knoten werden gemäß der Netzwerktopologieinformation automatisch erfasst, die von der Routing-Tabelle, z.B. OSPF, oder durch einen Informationsaustausch zwischen den Knoten im RAN erhalten wird. Immer wenn die RAN-Topologie sich ändert, wird dieses Schema den Teilsatz der MDC-fähigen Knoten gemäß der neuen Topologie aktualisieren. Andere, als Zweigknoten bezeichnete Knoten, die nicht Teil des aktuellen MDC-fähigen Teilsatzes des RAN sind, können nicht als MDC-Punkte für Rufe dienen.
Durch das TAS kann schätzungsweise eine Verminderung der MDC-Rechenaufwände um mehr als 2/3 oder sogar mehr als 95% erzielt werden, während der Vorteil der Makrodiversitätskombination (MDC) erhalten bleibt.
Nachstehend werden TAS-Beispiele basierend auf in den 13 und 14 dargestellten Topologiebeispielen beschrieben. Das RAN kann als ungerichteter Graph G(N, L) beschrieben werden, wobei N den Satz aller Knoten oder Basisstationen (BTSs), z.B. IP-Router, im RAN bezeichnet und N = {N1, N2, ... Nk} ist, und L den Satz aller Verbindungen des Graphen G(N, L) bezeichnet. Dann bezeichnet M, wobei M einen Teilsatz von N darstellt, den MDC-fähigen Satz von Knoten des RAN. Immer wenn die RAN-Topologie sich, getriggert z.B. durch eine Routing-Tabellenaktualisierung, in einem in N enthaltenen Knoten Ni ändert, wird M auf einen leeren Satz zurückgesetzt. Dann wird jeder Knoten Nj mit mindestens zwei Verbindungen, die mit anderen RAN-Knoten verbunden sind, dem Satz M MDC-fähiger Knoten hinzugefügt.
Immer wenn ein Ruf aufgebaut wird oder während eines laufenden Rufs eine Teilstrecke (Leg) hinzugefügt oder entfernt wird, führt der durch den anfänglichen Ruf direkt verbundene Knoten (z.B. der Knoten E6 für den Ruf in 14, wenn das Ereignis "event2" bisher noch nicht stattgefunden hat) zum Zeitpunkt des Rufaufbaus, oder der aktuelle MDC-Punkt (z.B. der Knoten E5 für den Ruf in 14), wenn der Ruf bereits aufgebaut ist, folgende Schritte aus: (1) Aufrufen einer MDC-Punkt-Auswahlfunktion (Algorithmus) zum Bestimmen des geeigneten MDC-Punktes für den Ruf vom Satz M, und (2) Triggern einer MDC-Relokationsverarbeitung (wenn der Ruf läuft und eine MDC-Relokation erforderlich ist), oder Triggern einer MDC-Installationsverarbeitung (wenn der Ruf gerade aufgebaut wird).
13 zeigt eine mögliche Topologie eines IP-RAN gemäß einer gegenwärtig bevorzugten IP-RAN-Architektur. Im Beispiel von 13 ist der MDC-fähige Teilsatz durch M = (A, B, C, D, E, F, G, H, I, J, C2, E2) dargestellt. Wenn ein Ruf aufgebaut wird oder einem laufenden Ruf eine Teilstrecke (Leg) hinzugefügt wird oder eine Teilstrecke von einem laufenden Ruf entfernt wird, ist der geeignete MDC-Punkt einer der Knoten des Teilsatzes M. Für den in 13 dargestellten Ruf befindet sich der MDC-Punkt am Knoten E. Die Anzahl möglicher Relokationen für einen vorgegebenen Ruf wird als Anzahl aller möglichen Kombinationen zwischen einem aktuellen MDC-Punkt und seinem nächsten neuen MDC-Punkt berechnet. Beispielsweise werden in der Netzwerktopologie von 13 12 MDCfähige Knoten und insgesamt 37 Knoten bereitgestellt. Daher beträgt die Anzahl möglicher Relokationen 12 × 11/2 unter Verwendung einer Topologie-Aggregation (TAG), und 37 × 36/2 ohne Topologie-Aggregation. Daher beträgt die Anzahl möglicher MDC-Relokationen gemäß dem vorstehend erwähnten TAS-Beispiel 66, d.h. 12 × 11/2, während die Anzahl möglicher MDC-Relokationen ohne das TAS-Schema 666 betragen würde, d.h. 37 × 36/2. Daher führt das TAS-Beispiel zu einer 90%-igen Verminderung möglicher MDC-Relokationen.
14 zeigt ein zweites Topologiebeispiel, das einem zukünftigen IP-RAN-Netzwerk entsprechen kann. Der MDC-fähige Teilsatz wird durch M = (A, B, C, D, E, F, G, H, I, J, D2, E5, E6) dargestellt. Wenn ein Ruf aufgebaut wird oder einem laufenden Ruf eine Teilstrecke (Leg) hinzugefügt wird oder eine Teilstrecke von einem laufenden Ruf entfernt wird, ist der geeignete MDC-Punkt einer der Knoten des Teilsatzes M. Beispielsweise wird für den in 14 dargestellten Ruf, wenn das Ereignis "event2" stattgefunden hat, der MDC-Punkt vom Knoten E6 zum Knoten E5 verschoben. Die Anzahl möglicher MDC-Relokationen im vorstehend bschriebenen TAS-Beispiel beträgt 78, d.h. 13 × 12/2, während die Anzahl möglicher MDC-Relokationen ohne das TAS-Schema 946, d.h. 44 × 43/2, betragen würde. Daher führt das TAS-Beispiel zu einer 91,7%-igen Verminderung möglicher MDC-Relokationen.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen beschränkt, sondern kann in einer beliebigen Netzwerkumgebung verwendet werden, in der mehrere redundante Übertragungspfade an Kombinationspunkten zu einem einzelnen Übertragungspfad kombiniert sind. Außerdem ist das Verfahren nicht auf die in den vorstehend beschriebenen Schritten 1 bis 4 verwendeten spezifischen Auswahlkriterien beschränkt. In dem prioritäts-basierten Auswahlverfahren kann ein zum Erhalten eines geeigneten Kombinationspunktes geeignetes beliebiges Auswahlkriterium verwendet werden. Außerdem kann die Zuweisung der Prioritäten auf eine beliebige Weise geändert werden, die dazu geeignet ist, einen für eine bestimmte Anwendung geeigneten Kombinationspunkt zu erhalten. Daher können innerhalb des durch die beigefügten Patentansprüche definierten Schutzumfangs der Erfindung Modifikationen in den bevorzugten Ausführungsformen vorgenommen werden.

Claims

Verfahren zum Auswählen eines Kombinationspunkts, an dem zumindest zwei redundante Übertragungspfade zu einem einzelnen Übertragungspfad in einem Übertragungsnetzwerk kombiniert werden, das zumindest zwei auswahlbare Kombinationspunkte (B–J) umfasst, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: a) Nutzen zumindest zweier auf Messungen basierender Auswahlkriterien zum Auswählen des Kombinationspunkts; b) Zuweisen verschiedener Prioritäten zu den zumindest zwei Auswahlkriterien; und c) Nutzen des Auswahlergebnisses eines Auswahlkriteriums mit einer höheren Priorität als eine Einschränkung für eine Auswahl basierend auf einem Auswahlkriterium mit einer niedrigeren Priorität.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die zumindest zwei Auswahlkriterien ein Auswahlkriterium umfassen, das auf gemessene Längen oder Auslastungen der zumindest zwei redundanten Übertragungspfade und/oder des einzelnen Übertragungspfads angewendet wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die zumindest zwei Auswahlkriterien ein Auswahlkriterium umfassen, das auf gemessene Verarbeitungsauslastungen der ausgewählten Kombinationspunkte angewendet wird.
Verfahren gemäß Anspruch 2 oder 3, wobei die zumindest zwei Auswahlkriterien ein erstes Kriterium zur Minimierung der maximalen Länge der zumindest zwei redundanten Übertragungspfade, ein zweites Kriterium zur Minimierung der maximalen totalen Länge der zumindest zwei redundanten Übertragungspfade und des einzelnen Übertragungspfads, ein drittes Kriterium zur Minimierung der maximalen Verkehrsauslastung auf den zumindest zwei redundanten Übertragungspfaden und dem einzelnen Übertragungspfad, und ein viertes Kriterium zur Minimierung der Verarbeitungsauslastung des Kombinationspunkts umfassen.
Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei die maximale Länge und die maximale totale Länge durch Zählen von Hops des einzelnen bzw. der redundanten Übertragungspfade bestimmt werden.
Verfahren gemäß Anspruch 4 oder 5, des weiteren umfassend den Schritt des Zuweisens der höchsten Priorität zu dem ersten Kriterium, der zweithöchsten Priorität zu dem zweiten Kriterium, der dritthöchsten Priorität zu dem dritten Kriterium, und der niedrigsten Priorität zu dem vierten Kriterium.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei das dritte Kriterium durch Überwachen und Aktualisieren der Echtzeitverkehrsauslastungen unter Nutzung einer Mittelungsfunktion angewendet wird.
Verfahren gemäß Anspruch 7, wobei die Mittelungsfunktion eine exponentielle Mittelungsfunktion ist.
Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, weiter umfassend den Schritt des Übertragens von Auslastungsmessergebnissen oder Auslastungsberichten gegenseitig zwischen den zumindest zwei auswählbaren Kombinationspunkten (B–J) in vorbestimmten Intervallen.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, weiter umfassend den Schritt des Übertragens von Auslastungsmessergebnissen von den zumindest zwei auswahlbaren Kombinationspunkten (B–J) zu einer zentralisierten Ressource, welche die Auslastungsinformation zu allen möglichen Kombinationspunkten (B–J) in vorbestimmten Intervallen verteilen wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, weiter umfassend den Schritt des Übertragens von Auslastungsberichten von den zumindest zwei auswählbaren Kombinationspunkten (B–J) direkt zu al len anderen möglichen Kombinationspunkten (B–J) in vorbestimmten Intervallen ohne Zwischenschalten einer zentralisierte Ressource.
Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, weiter umfassend den Schritt des Festsetzens einer maximalen Auslastungsschwelle, welche während der Auswahl des Kombinationspunkts zu berücksichtigen ist.
Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei die maximale Auslastungsschwelle die maximal erlaubte Echtzeitauslastung auf genutzten Verbindungen der zumindest zwei redundanten Übertragungspfade und/oder die maximal erlaubbare Auslastung der Klasse x auf genutzten Verbindungen des einzelnen Übertragungspfads definiert.
Verfahren gemäß Anspruch 12 oder 13, wobei die maximale Auslastungsschwelle die maximal erlaubte Verarbeitungsauslastung in dem ausgewählten Kombinationspunkt definiert.
Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, weiter umfassend den Schritt des Umgehens eines Auswahlkriteriums, falls nötige Messwerte nicht verfügbar sind.
Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, weiter umfassend den Schritt des Verwerfens eines redundanten Übertragungspfads von den zumindest zwei redundanten Übertragungspfaden, falls das Verfahren nicht zu einer Auswahl eines Kombinationspunkts führt.
Verfahren gemäß Anspruch 16, weiter umfassend den Schritt des Ablehnens eines entsprechenden neuen Anrufs, wenn nur ein redundanter Übertragungspfad übrig ist und das Verfahren nicht zu einer Auswahl eines Kombinationspunkts führt.
Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Auswahlverfahren nach einer Änderung in der Netzwerktopologie genutzt wird.
Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein zuvor ausgewählter Kombinationspunkt beibehalten wird, wenn der gegenwärtige Kombinationspunkt zumindest immer noch wenigstens zwei auf Messungen basierende Auswahlkriterien erfüllt.
Verfahren gemäß Anspruch 19, wobei zumindest ein strikteres Auswahlkriterium auf den zuvor ausgewählten Kombinationspunkt angewendet wird.
Verfahren gemäß Anspruch 20, wobei das zumindest eine striktere Auswahlkriterium 90% eines Auslastungsschwellwerts entspricht, der auf die vorherigen ausgewählten Kombinationspunkte angewendet wird.
Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, weiter umfassend die Schritte des Erfassens einer Topologieinkonsistenz und des Verhinderns von Neuverteilungen des Kombinationspunkts während der erfassten Topologieinkonsistenz.
Verfahren gemäß Anspruch 22, weiter umfassend die Schritte des Startens einer Zeitgeberfunktion im Ansprechen auf den Erfassungsschritt und des Erlaubens von Neuverteilungen nach dem Ablauf der Zeitgeberfunktion.
Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Untergruppe von Knoten ausgewählt wird, die befähigt ist, als Kombinationspunkt in dem Selektionsschritt a) basierend auf der Topologie des Übertragungsnetzwerks bestimmt zu werden.
Verfahren gemäß Anspruch 24, wobei das Bestimmen nach einer Änderung in der Netzwerktopologie wiederholt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 24 oder 25, wobei die Untergruppe der befähigten Knoten basierend auf deren Anzahl von Verbindungen, die mit anderen Knoten verbinden, ausgewählt wird.
Netzwerkknoten zum Auswählen eines Kombinationspunkts, an dem zumindest zwei redundante Übertragungspfade zu einem einzelnen Übertragungspfad in einem Übertragungsnetzwerk kombiniert werden, das zumindest zwei auswählbare Kombinationspunkte (B–J) umfasst, wobei der Netzwerkknoten ausgestaltet ist, um zumindest zwei auf Messungen basierende Auswahlkriterien mit verschiedenen Prioritäten zum Auswählen des Kombinationspunkts zu nutzen, und das Auswahlergebnis eines Auswahlkriteriums höherer Priorität als eine Einschränkung für eine Auswahl basierend auf einem Auswahlkriterium niedrigerer Priorität zu nutzen.
Netzwerkknoten gemäß Anspruch 27, wobei der Kombinationspunkt ein Makrodiversitätskombinationspunkt in einem Funkzugangsnetzwerk ist, welches Zugang zu einem IP-basierten Netzwerk bereitstellt.
Netzwerkknoten gemäß Anspruch 28, wobei die auswählbaren Kombinationspunkte Basisstationsgeräte sind (B–J).
Netzwerkknoten gemäß einem der Ansprüche 27 bis 29, wobei der Netzwerkknoten ein Basisstationsgerät (B–J) ist.
Netzwerkknoten gemäß einem der Ansprüche 27 bis 29, wobei der Netzwerkknoten ein zentralisiertes Ressourcenverwaltungsgerät ist.
Netzwerkknoten gemäß einem der Ansprüche 27 bis 31, weiter umfassend eine Einrichtung zum Erfassen einer Topologieinformationsinkonsistenz und eine Einrichtung zum Verhindern von Neuverteilungen des Kombinationspunkts während der Topologieinformationsinkonsistenz.
Netzwerkknoten gemäß Anspruch 32, wobei die Erfassungseinrichtung eine Zeitgeberfunktionalität umfasst.