-
GEBIET DER
ERFINDUNG
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Mobilkommunikationen
und insbesondere unterschiedliche Merkmale und Verfahren, die verwendet
werden können
zum Einrichten und Verbessern von Kommunikationen und speziell zum
Erhöhen
des paketvermittelten Verkehrs in GPRS-Anwendungen (General-Packet-Radio-Services-Anwendungen).
Die Erfindung wird jedoch auch anwendbar sein auf andere Mobilsysteme
wie UMTS (Universal Mobile Telecommunication System).
-
HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
-
Die
Hauptanwendung der meisten Mobilfunksysteme wie dem Globalen System
für Mobilkommunikationen
(GSM) ist Fernsprechen gewesen, was typischerweise nur schaltungsvermittelte
Kommunikationen unterstützt,
bei denen garantierte "feste" Schaltungen einem
Benutzer für
die Dauer eines Rufs zugeordnet sind. Jedoch werden paketvermittelte
Anwendungen wie Facsimile-Sendungen und Kurznachrichtenaustausch
in Mobilnetzen populär. Beispiele
dieser Arten von Datenübertragungen schließen Drahtlos-Personalcomputer
ein, mobile Büros,
elektronische Geldmittelübertragung
etc.. Jene Datenanwendungen sind gekennzeichnet durch schwallartigen
oder burst-artigen Verkehr, bei dem eine große Datenmenge über ein
relativ kurzes Zeitintervall gesendet wird, gefolgt von signifikanten Zeitintervallen,
in denen wenig oder keine Daten gesendet werden.
-
Dieser
Verkehrstyp kann unter Verwendung eines schaltungsvermittelten Kanals
gesendet werden, jedoch nutzt eine solche Übertragung den Kanal nicht
in effizienter und kostensichernder Weise, da es wahrscheinlich
ist, dass es Zeiten gibt, in denen der Kanal reserviert ist aber
nicht genutzt wird. In diesem Übertragungstyp
teilt der Nutzer nicht den Kanal mit irgendjemand Anderem und er
zahlt für
die Zeit, die er verbunden ist.
-
Eine
Alternative zu diesem Übertragungstyp ist
der paketvermittelte Übertragungstyp.
Kommunikationskanäle
werden in dieser Art von System durch einige Benutzer gleichzeitig
geteilt. Dies wird erreicht durch Durchführen der Übertragung durch Senden gruppierter
Segmente der zu sendenden relevanten Daten.
-
GPRS
(General-Packet-Radio-Services bzw. Allgemeine Paketfunkdienste)
ist ein standardisierter paketvermittelter Datendienst, der in GSM-basierten Systemen
zu verwenden ist. Das GPRS und das GSM sind entworfen, um ohne Störung zu
koexistieren und GPRS ist kompatibel mit anderen Datennetzen, z.B.
IP und X.25. GPRS verwendend können Daten
zu und von der Mobilfunkausrüstung übertragen
werden, z.B. dem Mobiltelefon oder einem Drahtlos-Endgerät. GPRS
verwendend kann der Benutzer mit dem Datennetz, auf das er zugreift,
solange, wie gewünscht
in Kontakt bleiben, aber, wie oben erwähnt, teilt er den Kanal mit
anderen Nutzern, so dass er demnach nur für die Zeit zu bezahlen hat,
die er Daten überträgt. Dies
impliziert, dass es in der Zukunft viel mehr Verkehr auf den Kanälen gibt,
als bei der schaltungsvermittelten Übertragung, die überhaupt
nicht so viel und solche Art von Verkehr ermöglichen würde.
-
Wie
verstanden werden dürfte,
wird dies dem GSM-GPRS-System in der Zukunft eine hohe Bürde auferlegen,
wobei GSM von der Anzahl von Basis-Sender-Empfänger-Stationen und der Anzahl
von mit dieser Basisstation verbundenen Zellen abhängt. Jede
Basis-Sender-Empfänger-Station
kann eine Anzahl von eingerichteten Übertragungen gleichzeitig abhängig von
der verwendeten Architektur tragen.
-
RESÜMEE DER ERFINDUNG
-
Die
GPRS-Architektur verwendet die existierenden GSM-Knoten und fügt neue
hinzu zum Handhaben von Paketvermittlung, Punkt-zu-Mehrpunktdienst-Handhabung und Interworking
mit existierenden Paketdatennetzen. Die zusätzlichen Paketvermittlungsknoten
umfassen einen Gateway-GPRS-Unterstützungsknoten
(GGSN) und einen bedienenden GPRS-Unterstützungsknoten (SGSN). GGSN stellt
die Schnittstelle in Richtung externer Datennetze bereit. Der SGSN
stellt Paketrouting zu und von dem SGSN Dienstebereich bereit.
-
Das
Senden von Daten durch die Paketkanäle wird durch einen oder mehrere
Prozessoren in einer Paketsteuereinheit (PCU) in einem GSM-Basisstations-Subsystem
gehandhabt.
-
Es
sollte bemerkt werden, dass die Paketsteuereinheit (PCU) woanders
angeordnet sein kann. Sie kann beispielsweise mit der BTS (Basis-Sender-Empfänger-Station)
angeordnet sein oder kann als ein zusätzlicher Knoten existieren.
-
Es
gibt eine Grenze für
die Anzahl der Paketkanäle
(PDCH), die in einem solchen Prozessor gehandhabt werden können, welche
mit der Kenntnis eines zunehmenden Bedarfs an Verkehr offenbar geworden
ist. Dies wird in dem Fall, dass irgendeiner der RP ausfällt, hervorgehoben.
Ein heutiger RPP-Prozessor kann 256 Kanäle gleichzeitig unterstützen. Ein
RP ist ein Regionalprozessor und RPP kennzeichnet einen speziellen
Regionalprozessor.
-
Ein
typischer in dieser Art von Übertragung verwendeter
Kanal belegt einen Zeitschlitz und ist als ein 16 kb/s-Kanal konfiguriert,
der imstande ist, GPRS-Verkehr zu tragen, d.h., ein Paketdatenkanal, PDCH.
Es gibt zwei Typen von Paketdatenkanälen (PDCH), feste und bedarfsweise.
Feste PDCHs sind in einer Zelle permanent für GPRS-Verkehr zugeordnet und
können
nicht für
schaltungsvermittelten Verkehr verwendet werden, es sei denn sie
sind im Voraus festgelegt. Die bedarfsweisen PDCHs werden bedarfsweise
von den Datenverkehrsanforderungen zugewiesen. Diese Kanäle können für schaltungsvermittelten
Verkehr verwendet werden, wenn sie nicht für GPRS zugewiesen sind.
-
Es
ist demnach ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die Verkehrskapazität in Zellen-paketvermitteltem
Verkehr zu erhöhen.
-
Die
vorliegende Erfindung stellt daher ein Verfahren zum Erhöhen der
Verkehrskapazität
im Zellen-paketvermittelten Verkehr und ein Gerät mit Einrichtungen zum Erhöhen der
Verkehrskapazität
in Zellen-paketvermitteltem Verkehr bereit.
-
KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
-
Es
zeigt:
-
1 eine
beispielhafte Paketsteuereinheit (PCU) in einem GSM-Basisstations-Subsystem (BSS)
für Allgemeine
Paketfunkdienste (GPRS);
-
2 eine
Implementierung eines Basisstations-Controllers (BSC), der in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung zu verwenden ist; und
-
3 ein
Ablaufdiagramm über
eine Ausführungsform
des Verfahrens gemäß der Erfindung.
-
DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
DER ERFINDUNG
-
Jene
und andere Ziele, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung
werden von der folgenden detaillierten Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
davon, wenn betrachtet im Zusammenhang mit den Zeichnungen, leichter
verstanden, wobei:
-
In 1 eine Übersicht
eines GSM-Basisstation-Subsystems gezeigt wird, das mit GPRS zu verwenden
ist. Das gezeigte System umfasst ein GPRS-befähigtes Drahtlos-Mobilendgerät 101.
-
Das
Endgerät 101 ist
angepasst zum Senden oder Empfangen von Daten über eine GSM-BTS (Basis-Sender-Empfänger-Station) 102.
Die GPRS-Paketsteuereinheit (PCU) 103 bildet einen Übergang
zu GSS 108 (einer Gruppenvermittlung) und handhabt Daten
auf 16 kb/s-Kanälen
in einer CCD-artigen Rahmenbildung (CCD 120) bzw. Kanalkodiereinrichtung
bzw. Channel-Coding-Device) in einer Abis-Schnittstelle zwischen
der Basisstation 102 und dem Basisstations-Controller 104.
Auf der übergeordneten
Netzseite (Backbone-Seite) stellt die PCU einen Übergang zu SGSN (bedienender GPRS-Dienstknoten)
bereit und dem GGSN (Gateway-GPRS-Dienstknoten) 107 durch
2 Mb/s-Breitbandrahmenweiterleitungsverbindungen,
die Gb-Schnittstelle 108.
Der GGSN 107 stellt das Gateway zum Internet bereit.
-
Von
dem GSS 108 werden Daten zu einem MSC (Mobildienste-Vermittlungszentrum) 121 übermittelt
zum Durchführen
der Telefonschaltvermittlungsfunktionen des Systems.
-
2 zeigt
einen Basisstations-Controller (BSC) 200 in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung und das Koppeln an den SGSN 201 über das
Frame-Relay-Netz 202 und eine Vermittlungs-Endgeräteschaltung
(Exchange Terminal Circuit) (ETC) 206. Die ETC 206 ist
eine standardisierte Schnittstellenverbindungseinrichtung zu der
Gruppenvermittlung (GS bzw. Group Switch) 208.
-
Eine
Ater-Schnittstelle, die transkodierte CS-Sprache/Daten von einer
BSD/TRC 203 über eine
ETC 207 bereitstellt, wird angegeben, sowie die Abis-Schnittstelle 204,
die den BSC 200 und die Basis-Sender-Empfänger-Station
(BTS) 215 verbindet.
-
Die
Implementierung von GPRS in dem BSC 200 wird in einem Zentralprozessor
(CP) 216 und einer Paketsteuereinheit (PCU) 212 vorgenommen. Die
PCU 212 umfasst einen oder mehrere Regionalprozessoren
(RP). Der RP-Teil kann als ein einzelner RP konfiguriert sein oder,
wie in der Figur gezeigt, als ein Mehrfach-RP, der über ein
Ethernet 221 verbunden ist. Der Zweck des Mehrfach-RP ist
es, mehrere Abis-Kanäle
zu erzielen unter den existierenden Kanälen 210.
-
Die
PCU 212 ist in der Figur mit drei RP-Einheiten (Regionalprozessoreinheiten) 213–215 gezeigt,
von denen jeder einen Steuerprozessor (CP) umfasst, einen Digitalsignalprozessor
(DSP), und eine Digitalverknüpfung,
Variante 2 (dl2). Jede dl2 verbindet die Einheit mit der Substratvermittlung 211 mit
Ausnahme einer dl2 in dem RP 213, die mit dem SGNS 201 über die
Gruppenvermittlung (GS) 208 verbindet. Die angezeigte Gruppenvermittlung
ist von einem mit GSS gekennzeichneten Spezialtyp.
-
Die
RPs 213, 214, 215 sind über ein
internes Ethernet 221 miteinander verbunden, hierdurch
die Neuanordnung der Zellen zwischen den RPs unterstützend.
-
Jeder
RP handhabt einen Satz von Zellen, d.h. "Zellen" wird hier in dem Sinne verwendet, in dem
es im Stand der Technik für
Mobilzellulartelefone verwendet wird. Eine Zelle kann nur in einem
RPP zu einer gegebenen Zeit gehandhabt werden. Jeder RPP, der nur
für Abis
konfiguriert ist (RPP_Abis) wird behauptet, imstande zu sein, 256
Paketkanäle
einzurichten während
ein RPP, der Gb und Abis unterstützt,
RPP_Gb, 128 Paketkanäle
einrichten kann.
-
Die
PCU 212 ist an die CP 216 über einen seriellen Bus 219 gekoppelt
und die CP 216 ist weiter an die SRS 211 über einen
Sender-Empfänger-Handhaber
(THR bzw. Transceiver Handler) 217 und eine ETC 218 gekoppelt.
-
In
der 2 wird auch gezeigt, dass die schaltvermittelten
und die paketvermittelten Kanäle in
der Substratvermittlung 211 (SRS) für Kommunikation über die
Abis-Schnittstelle mit der BTS 220 Basis-Sender-Empfänger-Station
kombiniert sind.
-
Das
Problem ist demnach, wie oben dargelegt, dass es einen Bedarf geben
kann für
eine größere Anzahl
an Kanälen
innerhalb einiger Zellen. Da es eine Grenze in Bezug auf die Anzahl
von Paketkanälen
gibt, die ein Prozessor unterstützen
kann, kann die GPRS-Abdeckung in vielen Zellen verloren werden.
-
Es
ist nun herausgefunden worden, dass eine Neuverteilung von Zellen
zu Prozessoren mit niedriger Verkehrslast vorgenommen werden kann (d.h.,
Prozessoren, die Zellen mit hoher Verkehrsdichte unterstützen, sollten
weniger Zellen unterstützen
als ihre Peer-Prozessoren).
-
Hierzu
wird eine Information in dem Prozessor bereitgestellt zum Neuverteilen
von Zellen, wenn und falls ein Prozessor sich seinem Schwellwert
annähert.
-
Daher
wird gemäß der Erfindung,
wenn das System erfasst, dass ein Prozessor innerhalb eines gewissen
Prozentbereichs, z.B. 5% von seiner maximalen Kapazität ist (Maximalkapazität wird durch
die Anzahl von Paketkanälen
bestimmt, die der Prozessor einrichten kann), eine Kanalmanagementfunktion eingerichtet
für jeden
RP, der den vorbestimmten Prozentsatz übersteigt, um den Verkehrspegel
in jeder Zelle zu bestimmen, die durch den Prozessor unterstützt wird.
Der Verkehrspegel wird als die Anzahl von Paketkanälen gemessen,
die in einer Zelle eingerichtet sind. Siehe 3.
-
Die
Zelle mit dem niedrigsten Verkehrspegel wird mit FOR RELOCATION
bzw. für
Verschiebung (i.e. Neuzuordnung) markiert. Eingerichteter Verkehr (wenn
es welchen gibt) in der Zelle wird gepuffert und die Zelle wird
zu dem ausgewählten
Prozessor neu zugeordnet (verschoben), sobald die Verschiebung abgeschlossen
ist, wird die Datenverarbeitung wieder aufgenommen. Im Sinne der
Erfindung ist die Zelle mit dem niedrigsten Verkehrslevel die Zelle
mit den wenigsten aktivierten Paketdatenkanälen. Wenn ein Kanal verwendet
wird zum Übertragen
von Daten, kann er nur verwendet werden zum Übertragen von Daten in dieser
Zelle. Wenn die Verschiebung nicht die Last des Prozessors in zufriedenstellender
Weise komprimiert hat, d.h., dass der Prozessor noch immer innerhalb des
Schwellwertprozentsatzes seiner Maximalkapazität ist, wird das System ein
Polling (Abfragen) des Prozessors für die Zelle mit der niedrigsten
Verkehrslast fortsetzen und diese Zelle neu zuordnen (verschieben).
Beachte, dass die Zelle mit dem niedrigsten Verkehrslastlevel wenige
oder keine Kanäle
aktiviert haben kann, hierdurch die Situation nicht verbessernd.
Jedoch ist die Verschiebung einer Zelle ohne Kanäle ein Vorsorgeschritt und
kann weitere zukünftige
Verschiebungen vermeiden.
-
Eine
weitere Maßnahme
ist es, den Prozessor mit der niedrigsten Verkehrslast auszuwählen zum
Unterstützen
einer Zelle, in der GPRS aktiviert worden ist.
-
Dieser
Typ des dynamischen Zuordnens von Zellen unter den verfügbaren Prozessoren
erhöht
die GPRS-Zellenabdeckung, hierdurch einen besseren Dienst für den Benutzer
bereitstellend. Das Verfahren gemäß der Erfindung verwendend,
wird die Prozessorbelastung unter den verfügbaren Prozessoren in der PCU,
hierdurch die Nutzung einer optimalen Kapazität der PCU ermöglichend.
-
In
einem zukünftigen
Mobilsystem wie z.B. UMTS (Universal Mobile Telecommunication System)
implementiert eine PCU oder eine äquivalente Netzeinheit dieselbe
Funktionalität
wie die hier beschriebene PCU. Inhärent werden dieselben Prinzipien
und Vorteile der vorliegenden Erfindung durch das Verfahren, wenn
es auf ein solches Mobilsystem angepasst wird, erzielt.
-
Obwohl
die vorliegende Erfindung in beträchtlichen Details in Bezug
auf eine gewisse bevorzugte Version davon beschrieben worden ist,
sind andere Versionen möglich.
GPRS ist als ein Beispiel von PRS (Paketfunkdienste) verwendet worden.
Daher sollte der Schutzbereich der beiliegenden Ansprüche nicht
auf die Beschreibung der bevorzugten Versionen, die hier enthalten
ist, eingeschränkt
werden.