FI102932B - Pakettien lähetys tietoliikenneverkossa - Google Patents

Description

102932

Pakettien lähetys tietoliikenneverkossa

Keksinnön kohteena on menetelmä kehysten eli pakettien lähettämi-* seksi tietoliikenneverkossa sekä menetelmän toteuttava laitteisto.

Keksintö selostetaan esimerkinomaisesti matkaviestinjärjestelmän 5 yhteydessä, mutta sitä voidaan soveltaa muunkin tyyppisissä tietoliikennejärjestelmissä. Kuvio 1 esittää matkaviestinjärjestelmän keksinnön kannalta oleellisia osia. Matkaviestimet MS (Mobile Station) viestivät tukiasemien BTS1, BTS2 (Base Transceiver Station) kanssa ilmarajapinnan Um yli. Tukiasemia ohjataan tukiasemaohjaimilla BSC (Base Station Controller), jotka liit-10 tyvät matkaviestinkeskuksiin MSC (Mobile Switching Center). Tukiasemaohjaimen BSC hallitsemaa alijärjestelmää - johon sisältyy sen ohjaamat tukiasemat BTSn - kutsutaan yhteisesti tukiasema-alijärjestelmäksi BSS (Base Station Subsystem). Keskuksen MSC ja tukiasema-alijärjestelmän BSS välistä rajapintaa kutsutaan A-rajapinnaksi (A-interface). A-rajapinnan keskuksen 15 MSC puoleista matkaviestinjärjestelmän osaa kutsutaan verkkoalijärjestelmäksi NSS (Network Subsystem). Vastaavasti tukiasemaohjaimen BSC ja tukiaseman BTS välistä rajapintaa kutsutaan Abis-rajapinnaksi. Matkaviestin-keskus MSC huolehtii tulevien ja lähtevien puheluiden kytkennästä. Se suorittaa samantyyppisiä tehtäviä kuin yleisen puhelinverkon PSTN keskus. Näi-20 den lisäksi se suorittaa myös ainoastaan siirtyvälle puheluliikenteelle ominaisia toimintoja, kuten esimerkiksi tilaajien sijainninhallintaa, yhteistyössä verkon tilaajarekisterien kanssa, joita kuviossa 1 edustavat kotirekisteri HLR ja vierasrekisteri VLR. Matkaviestimen MS sijaintia ylläpidetään vierasrekisterissä VLR sijaintialueen LA (Location Area) tarkkuudella. Sijaintialueen koko yksi 25 tai useampia soluja. Kun matkaviestin MS havaitsee sijaintialueensa muuttuneen, se lähettää verkolle sijainninpäivityssanoman, jonka perusteella matkaviestimen MS uusi sijaintialue LA1, LA2 päivitetään siihen vierasrekisteriin VLR, jonka alueella matkaviestin MS on.

Tavanomainen digitaalisissa matkaviestinjärjestelmissä käytettävä 30 radioyhteys on piirikytkentäinen, mikä tarkoittaa, että tilaajalle varattuja radio-' resursseja pidetään varattuina kyseiselle yhteydelle koko puhelun ajan. Pa- kettiradiopalvelu GPRS (General Packet Radio Service) on uusi digitaalisiin matkaviestinjärjestelmiin, kuten esimerkiksi GSM-järjestelmään suunniteltu palvelu. Pakettiradiopalvelu kuvataan ETSI:n suosituksissa TC-TR-GSM 35 02.60 ja 03.60. Pakettiradiopalvelun avulla matkaviestimen MS käyttäjälle voidaan tarjota radioresursseja tehokkaasti hyödyntävä pakettimuotoinen ra-dioyhteys. Pakettikytkentäisessä yhteydessä radioresursseja varataan vain 102932 2 silloin, kun on puhetta tai dataa lähetettävänä. Puhe tai data kootaan määrämittaisiksi paketeiksi. Kun tällainen paketti on lähetetty ilmarajapinnan Um yli, eikä lähettävällä osapuolella ole välittömästi seuraavaa pakettia lähetettävä- * nään, radioresurssi voidaan vapauttaa muiden tilaajien käytettäväksi.

5 Kuvion 1 mukaiseen järjestelmään kuuluu erillinen GPRS-palvelun ohjainsolmu eli SGSN-solmu (Serving GPRS Support Node), joka ohjaa pa-kettidatapalvelun toimintaa verkon puolella. Tämä ohjaaminen sisältää mm. matkaviestimen kytkeytymiset järjestelmään ja pois siitä (Logon ja vastaavasti Logoff), matkaviestimen sijainninpäivitykset sekä datapakettien reititykset oi-10 keaan kohteeseen. Tämän hakemuksen puitteissa "data" tarkoittaa laajasti tulkittuna mitä tahansa digitaalisessa matkaviestinjärjestelmässä välitettävää informaatiota, kuten esimerkiksi digitaaliseen muotoon koodattua puhetta, tietokoneiden välistä datasiirtoa tai telefaksidataa. SGSN-solmu voi sijaita tukiaseman BTS, tukiasemaohjaimen BSC tai matkaviestinkeskuksen MSC yh-15 teydessä tai se voi sijaita niistä erillään. SGSN-solmun ja tukiasemaohjaimen BSC välistä rajapintaa kutsutaan Gb-rajapinnaksi.

Informaatiota, kuten ohjaussignalointia ja puhetta tai muuta dataa välitetään pakettiverkossa käyttämällä GPRS-kehyksiä. Kukin kehys F (Frame) käsittää nimiöosan (header) 1 ja dataosan 2. Kehykset voidaan jakaa 20 kahteen ryhmään eli tyyppiin riippuen siitä, kuljettavatko ne hyötyliikennettä käyttäjälle/käyttäjältä, vai hyötykuorman ulkopuolista signalointia, jolla välitetään ohjaussanomia verkkoelementtien välillä. Hyötyliikennettä kuljetetaan I-kehyksissä (Information Frame) ja signalointia Ul-kehyksissä (Unacknowledged Information Frame). Sekä I- että Ul-kehykset sisältävät so-•\ 25 lun tunnistekentän (Cell Id) tai jokin kehyksen reitin varrella oleva verkkoele mentti, esimerkiksi tukiasema voi lisätä tunnistekentän, josta SGSN-solmu voi päätellä, mistä solusta kehys on lähetetty, l-kehykset sisältävät sisäisen numeroinnin, jota käytetään l-kehysten uudelleen lähetykseen ja vuonohjaukseen, mutta Ul-kehyksissä tällaista numerointia ei ole.

30 Yllämainittujen ETSI:n suositusten mukaisessa pakettiradioverkossa voi esiintyä ongelmia sijainninpäivityksen yhteydessä. Tämä ongelma voi esiintyä esimerkiksi seuraavassa tilanteessa, jolloin viitataan kuvioon 2. Vaiheessa 2-1 matkaviestin MS lähettää dataa normaalissa l-kehyksessä, jonka solun tunnistekentässä on solun C1 tunniste. Oletetaan, että BSS (tai jokin 35 muu välissä oleva verkkoelementti) ei ehdi lähettää välittömästi kaikkia alhaisen prioriteetin kehyksiä, vaan tallentaa tällaiset kehykset jonoon. Vaiheessa

L

3 102932 2-2 matkaviestin MS siirtyy solusta C1 soluun C2. Vaiheessa 2-3 matkaviestin MS tiedottaa sijainninpäivityksestä lähettämällä asiasta kertovan Ul-kehyksen.

» BSS:n jonossa Ul-kehys ohittaa l-kehyksen, koska Ul-kehyksen prioriteetti on korkeampi. Tämän vuoksi vaiheessa 2-4 BSS (jolla on jonossaan vaiheessa 5 2-1 vastaanotettu l-kehys) lähettää SGSN-solmulle Ul-kehyksen, jonka matkaviestin MS lähetti vaiheessa 2-3. Tämän tiedon perusteella SGSN-solmu päättelee matkaviestimen MS siirtyneen soluun C2. Vaiheessa 2-5 SGSN-solmu lähettää matkaviestimelle osoitettua dataa D soluun C2. Vaiheessa 2-6 BSS lähettää l-kehyksen, jonka se vastaanotti vaiheessa 2-1. Tämän tiedon 10 perusteella SGSN-solmu päättelee (virheellisesti) matkaviestimen MS palanneen takaisin soluun C1. Vaiheessa 2-7 SGSN-solmu lähettää taas matkaviestimelle osoitettua dataa D. Viimeisin SGSN-solmun vastaanottama tieto matkaviestimen MS sijainnista perustuu vaiheessa 2-6 vastaanotettuun I-kehykseen, joka osoittaa matkaviestimen sijainniksi solun C1. Tämän tiedon 15 perusteella SGSN-solmu lähettää matkaviestimelle osoitettua dataa soluun C1, jossa matkaviestin MS ei kuitenkaan enää ole. Tästä aiheutuu tarpeettomia viiveitä ja verkon sekä ilmarajapinnan resurssien kulutusta, kun matkaviestintä MS ei kuitenkaan tavoiteta solusta C1 vaan sitä joudutaan hakemaan ja dataa lähettämään uudelleen, kunnes matkaviestin lopulta löytyy solusta 20 C2.

Keksinnön tavoitteena on siten kehittää menetelmä ja menetelmän toteuttava laitteisto siten, että yllä mainitut sijainninpäivitykseen liittyvät ongelmat saadaan ratkaistua. Keksinnön tavoitteet saavutetaan menetelmällä, jolle on tunnusomaista se, mitä sanotaan patenttivaatimuksen 1 tunnusmerk-25 kiosassa. Keksinnön edulliset suoritusmuodot ovat epäitsenäisten patenttivaatimusten kohteena.

Keksintö perustuu siihen, että kehyksiin sisällytetään yleinen nume-rointisekvenssi, joka kattaa sekä I- että Ul-kehykset. Tällöin vastaanottaja voi kehyksen numerosta päätellä kehysten oikean järjestyksen ja siten välttää 30 tunnetun tekniikan mukaisessa pakettiverkossa esiintyvät virheelliset sijainninpäivitykset.

Keksintöä selostetaan nyt lähemmin edullisten suoritusmuotojen yhteydessä, viitaten oheisiin piirroksiin, joista:

Kuvio 1 esittää matkaviestinjärjestelmän keksinnön kannalta oleelli-35 siä osia; ja 4 102932

Kuvio 2 on ongelmaa selvittävä signalointikaavio; ja

Kuvio 3 on keksintöä havainnollistava signalointikaavio.

Viitaten edelleen kuvioon 1, keksinnön mukaisesti kehyksiä F täydennetään yleisellä eli "globaalilla” kehysnumerolla, jota kuviossa 1 edustaa 5 viite 3. Keksinnön mukainen yleinen kehysten numerointi on edullisesti yhteyskohtainen, eli numerointi aloitetaan alusta yhteyden alussa. Kehyksen vastaanottaja, kuten SGSN-solmu ylläpitää tietoa suurimmasta kyseiseen yhteyteen kuuluvasta kehysnumerosta 3. Mikäli vastaanotetun kehyksen kehysnu-mero 3 on pienempi kuin jonkin aiemmin vastaanotetun kehyksen numero, 10 SGSN-solmu ei reagoi tällaisen kehyksen sisältämään solutietoon vaan jättää sen huomiotta.

Tätä prosessia selostetaan lähemmin kuvion 3 avulla. Vaihe 3-0 käsittää kaiken liikenteen matkaviestimen MS ja SGSN-solmun välillä ennen matkaviestimen solunvaihtoa ja sijainninpäivitystä. Viimeisin solunvaihtoa en-15 nen lähetetty kehys on numeroltaan NO ja tämä kehys osoittaa matkaviestimen MS sijaitsevan solussa C1. Vaiheessa 3-1 matkaviestin MS lähettää verkolle BSS dataa normaalissa l-kehyksessä, jonka solun tunnistekentässä on uuden solun tunniste ja kehyksen numero on N1. Kehys joutuu BSS:ssä jonoon samoin kuin kuvion 2 tapauksessa. Vaiheessa 3-2 matkaviestin MS 20 siirtyy solusta C1 soluun C2. Vaiheessa 3-3 matkaviestin MS tiedottaa sijainninpäivityksestä verkolle BSS lähettämällä Ul-kehyksen numero N2. BSS.n jonossa Ul-kehys N2 ohittaa l-kehyksen N1, jolla on alhaisempi prioriteetti, ja vaiheessa 3-4 verkko BSS lähettää Ul-kehyksen N2 SGSN-solmulle. Koska N2 on suurempi kuin suurin SGSN-solmun vastaanottama kehyksen numero 25 NO, vaiheessa 3-5 SGSN-solmu päättelee matkaviestimen MS siirtyneen soluun C2. Vaiheessa 3-6 verkko BSS lähettää l-kehyksen N1. Koska N1 on pienempi kuin suurin SGSN-solmun vastaanottama kehyksen numero N2, vaiheessa 3-7 SGSN-solmu jättää sanoman N1 sisältämän sijaintitiedon huomiotta. Vaiheessa 3-8 SGSN-solmu lähettää matkaviestimelle osoitettua 30 dataa D. Viimeisin SGSN-solmun vastaanottama tieto matkaviestimen MS sijainnista perustuu vaiheessa 3-4 vastaanotettuun Ul-kehykseen N2, joka osoittaa matkaviestimen sijainniksi solun C2. Tällöin SGSN-solmu päättelee matkaviestimen MS olevan solussa C2 ja alkaa lähettää dataa sinne. Näin vältetään tunnettuun tekniikkaan liittyviä viiveitä ja verkon sekä ilmarajapinnan 35 resurssien kulutusta.

Keksintö ratkaisee samalla myös vastaavan ongelman, joka syntyy esimerkiksi seuraavassa tilanteessa. Oletetaan, että matkaviestin MS on siir- 5 102932 tynyt solusta C1 soluun C2. Matkaviestimen vanhasta solusta C1 lähettämät tavalliset l-kehykset kokevat matkalla ylimääräistä viivettä, jolloin uudesta solusta C2 lähetetyt l-kehykset ehtivät SGSN-solmuun ennen solusta C1 lähetettyjä l-kehyksiä. Kun nämä lopulta ehtivät SGSN-solmuun , tämä päättelee 5 virheellisesti matkaviestimen siirtyneen soluun C1.

Keksinnön mukainen menetelmä voidaan toteuttaa fyysisesti siten, että kehyksiä F lähettävät verkkoelementit varustavat kehykset juoksevalla numerolla. Kehysten F numerointi kattaa sekä I- että Ul-kehykset. Matkaviestimen sijaintitietoja ylläpitävä verkkoelementti, kuten SGSN-solmu varustetaan 10 toiminnalla, joka jättää huomiotta kehyksen sisältämän sijaintitiedon, mikäli kehyksen numero on pienempi kuin jonkin aiemmin vastaanotetun, samaan yhteyteen liittyvän kehyksen numero. Keksintö ei vaadi muutoksia verkkoelementtien laitteistoon, vaan keksintö voidaan toteuttaa suhteellisen yksinkertaisesti lisäyksinä kyseisten verkkoelementtien ohjelmistoon.

15 Vaihtoehtona sille, että kehykset numeroidaan yksikäsitteisesti, voi daan ajatella, että kehysten numerot ovat esimerkiksi 8- tai 16-bittisiä, jolloin niillä voidaan osoittaa 256 tai vastaavasti 65536 kehystä ennen kuin numerointi alkaa alusta. Tässä tapauksessa, jos vaiheissa 3-5 tai 3-7 kehysten numerot poikkeavat toisistaan erittäin paljon, SGSN-solmu päättelee, että kah-20 den verrattavan kehysnumeron välillä numerointi on alkanut alusta ja lisää pienempään verrattavaan numeroon kehysnumeroiden vaihteluvälin, siis 256 tai 65536. Rajoittamalla kehysnumeroihin käytettävien bittien lukumäärää voidaan pienentää kehysnumeroista johtuvaa ylimääräistä liikennettä.

Keksinnön erään suoritusmuodon mukaan matkaviestin MS liittää 25 kehykseen tunnisteen vain sijainninpäivityksen yhteydessä (solun muuttuessa) ja tämän jälkeen tukiasema-alijärjestelmä BSS liittää kehykseen tunnisteet (esimerkiksi toistamalla samaa tunnistetta tai muodostamalla hierarkkisen alitunnisteen), kunnes matkaviestimen MS solu jälleen muuttuu ja matkaviestin muodostaa ja lähettää kehyksen tunnisteen jne. Näin minimoidaan lisätty-30 jen tunnisteiden aiheuttama ilmarajapinnan kapasiteetin kulutus. Kehysten . tunnisteiden lisääminen voidaan lopettaa, kun sijainninpäivityksestä on kulu nut aika, joka vastaa paketin maksimaalista kulkuaikaa verkossa.

Keksinnön mukaista kehysnumerointia voidaan käyttää hyväksi myös seuraavasti. SGSN-solmu havaitsee vastaanotetun tiedon perusteella, 35 että matkaviestimen MS solu on vaihtunut. Tämän jälkeen SGSN-solmu, jolla on matkaviestimen vanhaan soluun osoitettua dataa, voi osoittaa datan mat-kaviestimen uuteen soluun. Vaihtoehtoisesti SGSN-solmu voi lähettää matka- 6 102932 viestimen vanhaan soluun liittyvälle reitille käskyn, että muistissa oleva data osoitetaan matkaviestimen uuteen soluun tai tuhotaan.

f

Keksintö on selostettu matkaviestinjärjestelmän yhteydessä, mutta sitä voidaan soveltaa muunkin tyyppisissä tietoliikennejärjestelmissä. Alan 5 ammattilaiselle on muutenkin ilmeistä, että keksinnön perusajatus voidaan toteuttaa monin eri tavoin. Esimerkiksi ei ole oleellista, että kehykset numeroidaan numeroin, vaan voidaan käyttää mitä tahansa tunnistetta, joka osoittaa kehysten sekvenssin. Keksintö ja sen suoritusmuodot eivät siten rajoitu yllä kuvattuihin esimerkkeihin vaan ne voivat vaihdella patenttivaatimusten puit-10 teissä.

s

V

? s

Claims (8)

1. 7 102932
2. 1. Menetelmä kehysten (F) välittämiseksi tietoliikennejärjestelmässä lähettäjän ja vastaanottajan välillä, jossa menetelmässä: - ainakin jotkut kehykset (F) sisältävät tietoa kehyksen lähettäjän 5 (MS) sijainnista (C1, C2) ja/tai kehyksen (F) kulkemasta reitistä; ja - kehykset (F) voivat olla ainakin kahta eri tyyppiä (I, UI); tunnettu siitä, että: (i) kehysten yksilöimiseksi lähettäjä (MS) tai jokin sitä seuraava verkkoelementti vastaanottajan suuntaan (BSS) varustaa ainakin jotkut ke- 10 hykset (F) sekvenssitunnisteella (3), joka on riippumaton kehyksen tyypistä (I, UI); ja (ii) ainakin jokin kehyksen (F) vastaanottava verkkoelementti (SGSN) tarkkailee kehysten (F) sekvenssitunnistetta (3) ja päättelee virheelliseksi kehyksen (F) sisältämän sijainti- ja/tai reittitiedon (C1, C2), mikäli kyseisen ke- 15 hyksen (F) sekvenssitunniste (3) osoittaa, että kehys (F) on vanhempi kuin jokin saman verkkoelementin aiemmin vastaanottama kehys.
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sekvenssitunniste (3) lisätään kehykseen (F) vain lähettäjän (MS) sijainnin muutosten yhteydessä.
4. 3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sekvenssitunniste (3) lisätään kehykseen (F) vain kun kehyksen (F) kulkema reitti on eri kuin aiemman kehyksen kulkema reitti. J « - ; 4. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 3 mukainen menetelmä, tunnet tu siitä, että sekvenssitunnisteet (3) ovat yksikäsitteisiä kullekin yhteydelle.
5. 5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnet tu siitä, että: - sekvenssitunnisteiden (3) vaihteluväli on pienempi kuin suurin ^ mahdollinen pakettien (F) määrä yhteyden aikana; ja - mikäli vaiheessa (ii) verrattavat sekvenssitunnisteet poikkeavat toi- 30 sistaan määrällä, joka on lähellä sekvenssitunnisteiden (3) vaihteluväliä, vastaanottava verkkoelementti (SGSN) päättelee, että sekvenssitunnisteiden (3) muodostaminen on aloitettu alusta ja suorittaa vastaavan korjauksen. 8 102932
6. 6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lähettäjä (MS) liittää kehykseen (F) sekvenssitunnisteen (3) vain lähettäjän sijainnin muutosten yhteydessä ja tämän jälkeen jokin lähettä- ' jää seuraava verkkoelementti vastaanottajan suuntaan (BSS) liittää kehyk-5 seen (F) sekvenssitunnisteet (3), kunnes lähettäjän (MS) sijainti jälleen * muuttuu.
7. 7. Järjestely kehysten (F) välittämiseksi lähettäjän ja vastaanottajan välillä tietoliikennejärjestelmässä, jossa: - ainakin jotkut kehykset (F) sisältävät tietoa kehyksen lähettäjän 10 (MS) sijainnista (C1, C2) ja/tai kehyksen (F) kulkemasta reitistä; ja - kehykset (F) voivat olla ainakin kahta eri tyyppiä (I, UI); tunnettu siitä, että: (i) kehysten yksilöimiseksi lähettäjä (MS) tai jokin sitä seuraava verkkoelementti vastaanottajan suuntaan (BSS) sisältää välineet varustamaan 15 ainakin jotkut kehykset (F) sekvenssitunnisteella (3), joka on riippumaton kehyksen tyypistä (I, UI); ja (ii) ainakin jokin kehyksen (F) vastaanottava verkkoelementti (SGSN) sisältää välineet tarkkailemaan kehysten (F) sekvenssitunnistetta (3) ja päättelemään virheelliseksi kehyksen (F) sisältämän sijainti-ja/tai reittitiedon (C1,
8. 20 C2), mikäli kyseisen kehyksen (F) sekvenssitunniste (3) osoittaa, että kehys (F) on vanhempi kuin jokin saman verkkoelementin aiemmin vastaanottama kehys. » • - 9 102932