ES2380983B1 - Procedimiento y dispositivo para optimizar la carga de señalización en una red de comunicación celular. - Google Patents

Abstract

Procedimiento y dispositivo para optimizar la carga de señalización en una red de comunicación celular.#La invención es de aplicación en una red de comunicación celular que da servicio a terminales o dispositivos móviles y a cómo reducir la carga de señalización en dicha red introduciendo un dispositivo auxiliar que almacena los paquetes de datos con el fin de minimizar las conexiones según una regla predeterminada.

Description

Procedimiento y dispositivo para optimizar la carga de señalización en una red de comunicación celular

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La invención se refiere a un sistema, un procedimiento y un aparato para reducir la carga de señalización en una red de comunicaciones utilizando técnicas de puesta en cola de datos por paquetes.

ANTECEDENTES

Con el nivel creciente de utilización de los teléfonos inteligentes o de dispositivos móviles conectados a Internet, los usuarios finales demandan mayores volúmenes de transferencia de datos y necesitan que dichos datos se suministren tan rápido como sea posible.

La generación actual de teléfonos inteligentes (por ejemplo, i-Phone, Google Nexus One) proporciona al usuario final un gran número de aplicaciones cliente, muchas de las cuales provocan una frecuente transmisión y recepción de pequeñas cantidades de datos (por ejemplo, pronóstico meteorológico, mensajes de Facebook, etc.).

Cuando los servidores de aplicaciones envían frecuentemente pequeños paquetes en la nube (la computación en nube es una computación basada en Internet, mediante la cual los recursos compartidos, los dispositivos de almacenamiento, el software y la información se proporcionan a los ordenadores y a otros dispositivos bajo demanda, como la red de energía eléctrica) a la(s) aplicación(es) cliente del terminal, la red de acceso se ve obligada a establecer y liberar frecuentemente portadoras de acceso de radio (conocidas por su acrónimo en inglés RAB o RB, radio access bearer) que pueden entregar estos paquetes al usuario final. El establecimiento/eliminación de una conexión de radio implica una cantidad de señalización.

La mayor parte del tiempo, los dispositivos conectados a Internet permanecen en un estado inactivo, solamente enviando y recibiendo pequeñas cantidades de datos que mantienen las conexiones vivas, lo que implica realmente abrir y cerrar conexiones.

Todo lo expuesto anteriormente provoca un aumento significativo en la carga de señalización en la red de acceso de radio terrestre UMTS (UTRAN, UMTS Terrestrial Radio Access Network) o en la red de acceso de radio GSM/EDGE (GERAN, GSM/EDGE Radio Acces Network), con la consiguiente necesidad de aumentar la capacidad instalada en los elementos de red que tratan esta señalización, tales como los RNC, y de aumentar consecuentemente la inversión de capital por parte del operador de red.

Por lo tanto, es beneficioso reducir la carga de señalización sin afectar en gran medida en la experiencia del usuario.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

Según una realización de la invención, se proporciona un procedimiento para reducir la señalización de carga en una red de comunicaciones celular, tal y como se reivindica en la reivindicación 1. El procedimiento se basa en el hecho de que una proporción significativa de las conexiones establecidas con las portadoras de acceso de radio (conocidas por su acrónimo en inglés RAB) o portadoras de radio (conocidas por su acrónimo en inglés RB) se deben a la necesidad de entregar mediante descarga un pequeño número de paquetes, y estos paquetes se originan por una pluralidad de aplicaciones con requisitos de entrega en tiempo real poco rigurosos; por lo tanto, la combinación de estos paquetes permitirá reducir el número de conexiones que han de establecerse/liberarse.

Por lo tanto, la invención propone poner en cola en algún elemento de red (ya sea dentro o fuera de un Controlador de la red de radio (RNC: Radio Network Controller) el tráfico de paquetes entrante (I/B, in-bound) originado en red de los usuarios hasta que se recopile una cantidad mínima de datos para cada usuario, estableciendo después finalmente una RAB/RB para entregar los datos.

La carga de señalización en el controlador de red de radio (RNC, Radio Network Controller) se reducirá ya que sólo se establecerá o se liberará una única RAB/RB en un periodo de tiempo en lugar de hacer esto varias veces para abrir una RAB/RB cada vez que se transporte una pequeña cantidad de datos.

Tal y como se ha indicado anteriormente, el sistema y el procedimiento propuestos son transparentes para los usuarios finales con el fin minimizar el impacto en la experiencia del usuario; pueden utilizarse los siguientes criterios, o una combinación de los mismos, para iniciar el establecimiento de una RAB/RB para entregar al usuario los datos puestos en cola:

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Cantidad de datos: proceder con la configuración de la RAB/RB si los datos almacenados ocupan, por ejemplo, más de 1 kilobyte.

-

Inspección de paquetes: con el fin de no influir en la experiencia del usuario, es necesario inspeccionar los paquetes y detectar qué paquetes se han transmitido mediante aplicaciones en segundo plano y no por el

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consumidor en tiempo real. En esta inspección de paquetes debe detectarse si la aplicación es pull o push, es decir, si la transmisión de paquetes desde la red se produce por una solicitud originada por el teléfono. Una manera de detectar esto es analizar la diferencia de tiempo entre el paquete actual de la cola con su par específico de TCP/IP fuente y origen y el último par de TCP/IP originado en la UL desde el mismo equipo de usuario (conocidas por su acrónimo en inglés UE:user equipment) que tiene un par TCP/IP fuente y destino opuesto al anterior.

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Retardo máximo: proceder con la configuración de la RAB/RB si alguno de los paquetes de la cola se almacena (retarda), por ejemplo, durante más de 20 milisegundos y menos de 30 segundos. El segundo valor puede configurarse a 20 minutos.

-

Carga de señalización RNC: opcionalmente, el mecanismo puede utilizarse solamente si la carga de señalización en el RNC implicado es superior a un umbral.

-

Además de los criterios expuestos anteriormente, la configuración de la RAB/RB no se lleva a cabo en los equipos de usuario (UE, user equipment) con un perfil de QoS bajo. Dichos perfiles se establecen utilizando la THP (prioridad de tratamiento de tráfico, conocidas por su acrónimo en inglés Traffic Handling Priority) y la ARP (prioridad de asignación/retención, conocidas por su acrónimo en inglés Allocation Retention Priority), que son dos parámetros HLR del perfil de usuario suscrito.

-

Además, la puesta en cola de los datos puede aplicarse solamente a aquellos equipos de usuario [UE] que generen una gran cantidad de carga de señalización en un periodo de tiempo específico. Será necesario contar el número de conexiones generadas por cada equipo de usuario [UE] durante 10 minutos y poner en cola aquellas que superen un valor umbral de acceso fijado en 5 RAB.

Al menos uno de los criterios mencionados anteriormente se traduce en reglas que se implementan como instrucciones y comandos en el dispositivo programable; de ese modo, la carga de señalización de los controladores de red de radio [RNC] disminuirá y, por lo tanto, habrá un menor gasto de la capacidad de los controladores de red de radio [RNC].

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Para un mejor entendimiento de la presente invención, a continuación se hará referencia, solamente a modo de ejemplo, a los dibujos adjuntos, en los que:

La Figura 1 ilustra un diagrama del sistema de la invención; y

la Figura 2 ilustra un diagrama de bloques del dispositivo de reducción de carga de señalización.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE UNA REALIZACIÓN PREFERIDA

Siguiendo los signos de referencia adoptados en la Figura 1,a continuación se proporciona una descripción más detallada de una realización de la invención.

Los paquetes de datos se envían desde una red de comunicaciones hasta un equipo de usuario [UE] abriendo y cerrando conexiones entre el equipo de usuario [UE] y un controlador de red de radio [RNC] a través de un nodo B al que está conectado.

Una realización preferida de la invención se utiliza en una situación de alta congestión en el controlador de red de radio [RNC] para reducir la carga de señalización en este elemento de red. Dicha reducción se consigue implementando una serie de reglas o condiciones almacenadas en un dispositivo auxiliar incluido (1) en el controlador de red de radio [RNC] y ejecutadas por un dispositivo programable (2) de dicho dispositivo auxiliar (1), estando dotado dicho dispositivo auxiliar (1) de un bus de comunicación de datos (4) para establecer un canal de comunicación con elementos de la red, tal como el controlador de red de radio [RNC], y de medios de almacenamiento (3) para almacenar paquetes de datos que crean una cola de paquetes de datos que contienen aquellos paquetes de datos fijados para ponerse en cola según las condiciones mencionadas anteriormente.

Cuando la carga de señalización, medida como un porcentaje de carga CPU de los procesadores de señalización del controlador de red de radio [RNC], es superior a un valor umbral fijado en las especificaciones del controlador de red de radio [RNC], el dispositivo programable (2) del dispositivo auxiliar (1) lleva a cabo el siguiente procedimiento para reducir la carga de señalización.

En primer lugar, los equipos de usuario [UE] cuyos paquetes de datos están destinados a ponerse en cola para reducir la carga de señalización se identifican determinando la señalización que proviene de un nodo B de la red al que está conectado el equipo de usuario [UE].

Si el equipo de usuario [UE] genera una pluralidad de conexiones superior a un valor umbral de acceso (el valor umbral de acceso puede fijarse, por ejemplo, a 5 RAB (portadoras de acceso de radio (conocidas por su acrónimo en inglés RAB) en un periodo de10 minutos), entonces se considera que dicho equipo de usuario [UE] provoca

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directamente una alta carga de señalización, por lo que los paquetes de datos se ponen en cola mediante el dispositivo auxiliar (1) en sus medios de almacenamiento (3). Puede aplicarse la misma puesta en cola si el equipo de usuario [UE] está marcado con una baja prioridad, que se marca normalmente por un operador con los parámetros de prioridad de asignación/retención [ARP] y de prioridad de tratamiento de tráfico [THP].

Además, para aquellos equipos de usuario [UE] identificados, el controlador de red de radio [RNC] llevará a cabo una inspección de paquetes de datos. Específicamente, cuando hay paquetes de datos que provienen de una puerta de enlace - Gateway GPRS Support Node GGSN- hacia el [UE] sin ninguna conexión dedicada de radio (es decir, en estado inactivo o en Cell_PCH/URA_PCH).

Obsérvese que CELL_PCH y URA_PCH son estados [UE] definidos en la especificación 25.331 del 3GPP en los que hay conectividad entre el controlador de red de radio [RNC] y la red central [CN], acrónimo inglés de core network, pero el equipo de usuario [UE] no tiene asignado ninguna portadora de radio [RB] para transmitir o recibir datos. En cualquiera de los dos estados, al equipo de usuario [UE] se le puede asignar rápidamente una portadora de radio [RB] para la transmisión o la recepción de datos, pero un número muy limitado de recursos se utiliza en el controlador de red de radio [RNC] para mantener al equipo de usuario [UE] en un estado de este tipo.

La inspección de paquetes de datos en el controlador de red de radio [RNC] comprueba si los paquetes de datos son o no una respuesta a una solicitud directa que proviene de la solicitud del equipo de usuario [UE]. Si es así, entonces el paquete de datos no puede ponerse en cola; esto se realiza analizando los flujos TCP/IP. Incluso en caso de que la solicitud provenga de los equipos de usuario [UE], dicha solicitud puede iniciarse mediante diferentes aplicaciones (donde éstas pueden ser aplicaciones tipo push o aplicaciones tipo pull), y los paquetes de datos solicitados por algunas aplicaciones también pueden ponerse en cola; esto puede realizarse, por ejemplo, inspeccionando puertos TCP/UDP y después marcando cada tipo de aplicación con un "sí" o un "no" de puesta en cola.

Una vez que los paquetes se han identificado para los equipos de usuario [UE] y se han detectado como: inactivo, Cell_PCH o URA_PCH, entonces los paquetes de datos no se entregan y se mantienen por tanto en la cola hasta que:

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haya un valor umbral mínimo de datos y un valor umbral máximo de datos de la cantidad de datos que va a almacenarse en la cola; una vez que se sobrepasen estos valores umbral se establece la conexión con el equipo de usuario [UE] y los datos se entregan; estos valores umbral de datos están fijados normalmente en un 1 Kbyte para el valor umbral mínimo de datos y en 10 MB para el valor umbral máximo de datos.

-

o los paquetes de datos hayan estado en cola durante un periodo de tiempo, por ejemplo superior a un valor umbral mínimo de tiempo fijado en 20 ms e inferior a un valor umbral máximo de tiempo fijado en 20 minutos.

-

o haya otra aplicación que necesite abrir una conexión sin posibilidad de puesta en cola.

En otra realización de la invención, el dispositivo auxiliar (1) está integrado en el nodo servidor de soporte GPRS [SGSN, Serving GPRS Support Node].

En otra realización adicional de la invención, el dispositivo auxiliar (1) está dispuesto entre el controlador de red de radio [RNC] y la red central [CN].

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Claims (13)

1. REIVINDICACIONES

   1. Procedimiento para optimizar la carga de señalización en una red de comunicación celular, caracterizado porque comprende al menos las etapas de:

   -

   determinar, utilizando un controlador de red de radio [RNC] de la red de comunicación celular, una solicitud de paquete de datos generando una solicitud de paquetes de datos,

   -

   almacenar los paquetes de datos solicitados en un dispositivo auxiliar (1) generando una cola de paquetes de datos,

   -

   proceder con una inicialización de una portadora de acceso de radio [RAB]/portadora de radio [RB] iniciada por el dispositivo auxiliar (1) entregando el paquete de datos desde la cola hasta un equipo de usuario [UE] cuando se cumple al menos una de las siguientes condiciones:

   •

   el paquete de datos almacenado está en la cola durante un periodo de tiempo mayor que un valor umbral de tiempo,

   •

   el volumen de los datos almacenados en la cola es superior a un valor umbral de datos,

   •

   se determina que la solicitud de paquetes de datos se ha disparado por un usuario final del equipo de usuario [UE].

2. 2.

   Procedimiento según la reivindicación 1, en el que se determina que la solicitud de datos ha sido provocado por un usuario final del equipo de usuario [UE] analizando flujos TCP/IP.

3. 3.

   Procedimiento según la reivindicación 2, en el que el análisis comprende además inspeccionar unos puertos TCP/UDP utilizados para la solicitud de datos.

4. 4.

   Procedimiento según la reivindicación 3, en el que la inspección de paquetes comprende detectar si la solicitud de paquetes de datos se genera por una aplicación tipo Push.

5. 5.

   Procedimiento según la reivindicación 4, en el que la configuración de la portadora de acceso de radio [RAB]/portadora de radio [RB] se lleva a cabo cuando la aplicación es de tipo Push.

6. 6.

   Procedimiento según la reivindicación 1, en el que el almacenamiento de datos se lleva a cabo cuando el equipo de usuario [UE] genera un número de portadoras de acceso de radio [RAB] superior a un valor umbral de acceso dentro de un periodo de tiempo específico.

7. 7.

   Procedimiento según la reivindicación 1, en el que el almacenamiento de datos se realiza solamente cuando la carga de señalización en el controlador de red de radio [RNC] es superior a un valor umbral fijado en las especificaciones de controlador de red de radio [RNC].

8. 8.

   Procedimiento según la reivindicación 1, en el que el almacenamiento de datos se lleva a cabo dependiendo de la prioridad del equipo de usuario [UE].

9. 9.

   Procedimiento según la reivindicación 8, en el que la prioridad del equipo de usuario [UE] se fija por un operador utilizando los parámetros de prioridad de asignación/retención [ARP] y de prioridad de tratamiento de tráfico [THP].

10. 10.

    Dispositivo auxiliar (1) para optimizar la carga de señalización en una red de comunicación celular, caracterizado porque comprende:

    - un dispositivo programable (2) adaptado para llevar a cabo el procedimiento descrito en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9,

    - al menos un bus de comunicación de datos (4), y

    - medios de almacenamiento (3) adaptados para almacenar paquetes de datos en la cola.

11. 11.

    Dispositivo auxiliar (1) según la reivindicación 10, en el que los medios de almacenamiento (3) se seleccionan a partir del grupo que consiste en: memorias no volátiles, memorias volátiles, medios de almacenamiento (3) magnéticos y medios de almacenamiento (3) ópticos.

12. 12.

    Dispositivo (1) auxiliar según la reivindicación 10 u 11, en el que el dispositivo programable (2) es un microcontrolador.

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    OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS

    N.º solicitud: 201031574

    ESPAÑA

    Fecha de presentación de la solicitud: 27.10.2010

    Fecha de prioridad:

    INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA

    51 Int. Cl. : H04W76/02 (2009.01)

    DOCUMENTOS RELEVANTES

    Categoría

    56 Documentos citados Reivindicaciones afectadas

    X A

    US 2003021288 A1 ( HAYASHI TAKAHIRO ET AL.) 30/01/2003, figura 4, párrafos [44 -64]; figuras 7,8, párrafos [82 -97]; WO 03036883 A1 (ERICSSON TELEFON AB L M) 01/05/2003, página 3, líneas 1 -12; página 8, línea 15 – página 12, línea 24; figuras 3, 4. 1-12 1-12

    Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud

    El presente informe ha sido realizado • para todas las reivindicaciones • para las reivindicaciones nº:

    Fecha de realización del informe 04.05.2012

    Examinador B. Pérez García Página 1/4

    INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICA

    Nº de solicitud: 201031574

    Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación) H04W Bases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos de

    búsqueda utilizados) INVENES, EPODOC, WPI, INSPEC

    Informe del Estado de la Técnica Página 2/4

    OPINIÓN ESCRITA

    Nº de solicitud: 201031574

    Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 04.05.2012

    Declaración

    Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986)

    Reivindicaciones Reivindicaciones 2-12 1 SI NO

    Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986)

    Reivindicaciones Reivindicaciones 2-12 SI NO

    Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y técnico de la solicitud (Artículo 31.2 Ley 11/1986).

    Base de la Opinión.-

    La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica.

    Informe del Estado de la Técnica Página 3/4

    OPINIÓN ESCRITA

    Nº de solicitud: 201031574

    1. Documentos considerados.-

    A continuación se relacionan los documentos pertenecientes al estado de la técnica tomados en consideración para la realización de esta opinión.

    Documento

    Número Publicación o Identificación Fecha Publicación

    D01

    US 2003021288 A1 ( HAYASHI TAKAHIRO et al.) 30.01.2003

    D02

    WO 03036883 A1 (ERICSSON TELEFON AB L M) 01.05.2003

13. 2. Declaración motivada según los artículos 29.6 y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/1986, de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaración

    Se considera D01 el documento del estado de la técnica anterior más próximo al objeto de la invención.

    Siguiendo la redacción de la reivindicación 1, el documento D01 describe un procedimiento para optimizar la carga de señalización en una red de comunicación celular que se caracteriza porque comprende al menos las etapas de:

    -determinar, utilizando un controlador de red de radio RNC (30) de la red de comunicación celular (100), una solicitud (602) de paquete de datos (petición de admisión de llamada) -almacenar los paquetes de datos solicitados en un dispositivo auxiliar (buffer de datos de usuario 34, párrafo 58) generando una cola de paquetes de datos, -proceder con una inicialización de una portadora de acceso de radio (RAB)/ portadora de radio (RB) iniciada por el dispositivo auxiliar entregando el paquete de datos desde la cola hasta un equipo de usuario (UE) (mediante el controlador de admisión de llamadas 32 y el procesador de llamadas 31, ver paso 612 y párrafo 96) cuando se cumple que el paquete de datos almacenado está en la cola durante un periodo de tiempo mayor que un valor umbral de tiempo (paso 610, párrafo 95).

    Analizado D01, podemos observar que presenta el mismo problema técnico y una solución semejante a la de la solicitud. Se trata de un procedimiento que mejora el rendimiento de la red telefónica, al utilizar en el RNC un mecanismo que almacene en colas/buffers una serie de paquetes de datos/llamadas durante un cierto tiempo o hasta que se alcance cierta cantidad de paquetes para establecer la señalización de la red y enviar la información.

    No se han encontrado diferencias entre ambos documentos y por tanto, la primera reivindicación no cumple el requisito de novedad, según el Art. 6 de la Ley Española de Patentes.

    Debe aclararse que en la primera reivindicación se mencionan otras posibles formas de liberar la cola de paquetes: cuando el volumen de la cola de paquetes sea superior a un nivel umbral o bien cuando un equipo de usuario así lo solicite. Estas opciones son alternativas configurables que producen el mismo efecto técnico: optimizar la carga de señalización utilizando colas de datos por paquetes. Es más, en el documento D01 se indican el procedimiento según cuatro posibles realizaciones preferentes: según el número de llamadas conectadas, según el número de conexiones concurrentes, según el rendimiento o tasa de transferencia de la red, o según el tiempo de retardo medio.

    Las reivindicaciones 2-9 presentan características alternativas o adicionales pero que no dotan de actividad inventiva al procedimiento de la reivindicación anterior. Las reivindicaciones 2-5 dan detalles sobre la solicitud del equipo de usuario para vaciar la cola de paquetes: analizando flujos TCP/IP, puertos TCP/UDP o por aplicaciones Push. Estas opciones son derivables directamente del estado de la técnica anterior y constituyen una práctica estándar que no requiere superar un problema técnico. No se considera que tengan actividad inventiva para un experto en la materia, según el Art. 8 de la LEP.

    Las reivindicaciones 6-9 definen cuándo se realiza el almacenamiento de datos en el RNC: cuando el equipo de usuario genere un número de portadoras de acceso mayor a un umbral en un tiempo específico, cuando la carga de señalización del RNC supere un valor, o bien según la prioridad del equipo de usuario. Al igual que en el caso anterior, son condiciones extra que se añaden, en este caso para el almacenamiento de los paquetes en la cola. Añadir estos criterios en la programación del controlador de admisión de llamadas (32) del documento D01, no se considera que implique superar una dificultad técnica y por tanto, tampoco tienen actividad inventiva.

    Las reivindicaciones 10-12 especifican las características del dispositivo, se compone de elementos básicos (memorias, microcontrolador, puerto de comunicaciones...), y que permite llevar a cabo el procedimiento descrito anteriormente. Estas reivindicaciones carecen de actividad inventiva.

    En resumen, la solicitud presentada no tiene novedad para la primera reivindicación ni actividad inventiva para las reivindicaciones 2-12, según los Arts. 6 y 8 respectivamente de la Ley Española de Patentes.

    Informe del Estado de la Técnica Página 4/4