FI114890B - Lähetin-vastaanotinajureiden kuormituksen jakaminen - Google Patents

Description

114890 Lähetin-vastaanotinajureiden kuormituksen, jakaminen Delning av sändaremottagarehanterarnas belastning

KEKSINNÖN TAUSTA

1) Keksinnön ala

Keksintö liittyy menetelmään ja laitteeseen solukkoradiokommu-nikaatiojärjestelmissä käytettävien lähetin-vastaanottimien tehokkuuden parantamiseksi esittämällä kuormituksen jakamisen alueellisten prosessorilaitteiden välillä.

2) Tekniikan alan selitys

Tyypilliset puhelinkeskukset (kuten AXE) ovat yleensä rakennetut tehokkaan keskusprosessorin (CP) ympärille, jota tukee usea yksinkertainen alueellinen prosessori (RP:t). Konven-tionaalisesti keskusprosessori suorittaa monimutkaiset tehtävät, kun taas alueelliset prosessorit ovat dedikoituneet yksinkertaisiin rutiinitehtäviin (kuten skannaukseen).

E f :··: Viimeaikaiset sovellukset ovat jossakin määrin muuttaneet alueellisten prosessoreiden tehtäviä. Esimerkiksi matkaviestin-.·. nän erikoistarpeet ovat pakottaneet alueelliset prosessorit . suorittamaan monimutkaisia tehtäviä (esim. kehittyneitä si- ·;·. jaintilaskelmia) . Tämä on luonut tarpeen tehokkaammille alueel lisille prosessoreille. Alueellisten prosessoreiden uusin sukupolvi on melkoisen tehokas ja ne ovat rakennetut alan ajanmukaisen mikroprosessoriteknologian mukaisesti. Siitä huo- * · · ' * limatta useat sovellukset kärsivät sekä 'liian korkeasta' että 'liian matalasta' alueellisen prosessorin kuormituksesta.

y' KEKSINNÖN YHTEENVETO

• '...· Menetelmä solukkoradiokommunikaatiojärjestelmän keskusprosesso riin yhdistettyjen alueellisten prosessorilaitteiden me.rkit- 114890 2 tävästi tehokkaampaa käyttöä varten esittelemällä kuormituksen jakaminen alueellisten prosessorilaitteiden välillä, minkä avulla korjataan liian korkean alueellisen prosessorilaitteen kuormituksen ja liian alhaisen alueellisen prosessorilaitteen kuormituksen ongelmia.

Keksinnöllisen menetelmän mukaan kuormituksen jakaminen ainakin kahden alueellisen prosessorilaitteen välillä radio-kommunikaatiojärjestelmässä saavutetaan seuraavien vaiheiden avulla. Jokainen alueellinen prosessorilaite raportoi kuor-mitusinformaatiota, kuten huippu- ja/tai keskiarvokuormitusta, määritetyillä aikaväleillä. Kuormituksen tarkkailija (engl. load monitor) vastaanottaa nämä kuormitusinformaatioraportit alueellisilta prosessorilaitteilta ja määrittää sen, onko jonkin alueellisen prosessorin kuormitus korkea tai ylärajan ylittävä tai onko kuormitus matala tai pienempi kuin alaraja.

Jos kuormituksen tarkkailija määrittelee, että ainakin yhdellä alueellisella prosessorilaitteella on korkea kuormitus ja ainakin yhdellä alueellisella prosessorilla on matala kuormitus, niin kuormituksen tarkkailija muuttaa ainakin yhden yhteyden korkean kuormituksen alueelliselta prosessorointilaitteel-ta matalan kuormituksen alueelliselle prosessorilaitteelle.

Keksinnöllä saavutetaan useita etuja tunnettuun tekniikkaan · nähden, kuten se, että riski alueellisten prosessoreiden ylikuormituksesta tulee enemmän tai vähemmän eliminoiduksi suurimmalle osalle tukiasemien ohjaussolmuista (engl. controller nodes ).

I *

Lisäksi keksinnön myötä on saavutettavissa merkittäviä säästöjä laitekustannuksissa ja tilamaksuissa, minkä tulisi olla selvintä maaseutusovelluksissa. i

Keksintö mahdollistaa myös nykyisten ja tulevien (ja tehok- • » * kaampien) alueellisten prosessorilaitteiden yksinkertaisemman ’* sovittamisen asemiin, joissa on vanhempia alueellisia proses- 114890 3 sorilaitteita (jotka saattavat olla toiminnaltaan rajoitetut skannaukseen).

Keksintö mahdollistaa myös alueellisten prossesorilaitteiden dynaamisen käyttämisen ajoissa, niiden ollessa pystyviä käsittelemään verkossa esiintyviä outoja tilanteita.

Tunnetun tekniikan järjestelmissä lähetin-vastaanottimien joukko alueellisille prosessorilaitteille on johdotettu kiinteästi (engl. hard-wired ), jotta se sopisi keskimääräisiin olosuhteisiin 'lähes pahin tapaus' -tilanteissa alueellisessa prosessorilaitteessa. Alueelliset prosessorilaitteet kohtaavat tällaisia tilanteita vain sattumalta, mikä tarkoittaa, ettei laitteistoja ja tilaa hyödynnetä niiden parhaan potentiaalin mukaisesti.

Tässä selitetyn keksinnöllisen menetelmän avulla lähetin-vastaanottimien luklumäärä per alueellinen prosessorilaite vaihtelee dynaamisesti ajan mukaan. Todellinen lukumäärä perustuu sen hetkiseen liikenteeseen ja toimintaan ja . . ylläpitotilanteisiin (engl. maintenance situations).

I * * t ·

PIIRUSTUKISEN LYHYT SELITYS

· Keksintöä kuvataan seuraavassa yksityiskohtaisemmin viitaten ; oheistettuihin piirustuksiin, joissa: #

Kuvio 1 on toimintalohkokaavio solukkoradiokommunikaatiojärjes-telmästä, jossa keksintö on käyttökelpoinen; k I »

Kuvio 2 on toimintalohkokaavio solukkoradiokommunikaatiojärjes-Vi telmästä, jossa esitetään eri alueellisten lähetin-vastaanotti- !t>>: mien kommunikaatiokuormat; ja ... Kuvio 3 on vuokaavio keksinnön mukaisista prosessivaiheista.

» · · 114890 4

EDULLISTEN SUORITUSMUOTOJEN YKSITYISKOHTAINEN KUVAUS

Seuraavat esimerkinomaiset suoritusmuodot selitetään havainnollisuuden eikä rajoittamisen vuoksi. Viitaten kuvioon 1, useita alueellisia prosessorilaitteita 14 (RPD1, RPD2...RPDn) on yhdistetty keskusprosessoriin 15 ryhmäkytkimen 16 kautta. Alueelliset prosessorilaitteet 14 on yhdistetty useaan lähetin-vastaanottimeen (TRX:ään) 17, jotka ovat sijoitetut tukiasemasijainteihin. Yhteydet alueellisten prosessorilaittei-den 14 ja lähetin-vastaanottimien 17 välillä voivat olla PCM-linjoja standardi GSM-laitteiston mukaisesti.

Kokonaisuuden vuoksi on kuviossa 1 esitetty GSM-arkkitehtuuria, joka ympäröi keksintöön liittyviä komponetteja. Yhteyden tarjoamiseksi keksinnölliselle menetelmälle, se tullaan kuvaamaan viittaamalla GSM-järjestelmäinhän malliin CME 20 (yleiseurooppalainen digitaalinen matkapuhelinjärjestelmä). CME 20, joka perustuu AXE-teknologiaan, on Ericssonin GSM toteutus.

Solukkoradiokommunikaatiojärjestelmä, kuten GSM, voidaan ylei-• '· sesti jakaa kahteen osaan; kytkentäjärjestelmät (SS: Switching > I M · ‘ * Systems) 10 ja keksinnön kannalta mielenkiintoiset tukiasema-

I I I

·, .· järjestelmät (BSS: Base Station Systems) 12. Tukiasemajärjes- _· · telmä 12 aikaansaa ilmaliitännän (engl. air interface) useiden : matkaviestimien (MS: Mobile Station) 19 kanssa. Matkaviestimet i t · .·*: 19 ovat tilaajan käyttämiä päätelaitteita.

» ;·. Kytkentäjärjestelmä 10 ja tukiasemajärjestelmä 12 ovat edel- .;.t leen jaetut toiminnallisiin yksiköihin. Kytkentäjär jestelmä 10 » t · sisältää matkaviestinpalvelun kytkentäkeskuksen (MSC: Mobile

Services Switching Center) 11, joka on liittymä GSM:n ja i yleisen kytkentäisen puhelinverkon (PSTN: Public Switched :·’ Telephone Network) (ei esitetty) välillä.

'* Tukiasemajärjestelmä 12 sisältää alueelliset prosessorilaitteet 14, jotka aikaansaavat prosessointituen tukiaseman oh- 114890 5 jaimelle 13 ja tukiaseman (BTS: Base Transceiver Station) 18, joka on se radiolaitteisto, joka tarvitaan yhden solun palvelemiseen. Tukiasema 18 sisältää antennijärjestelmän, radiotaajuuden tehovahvistimet ja kaiken tarvittavan digitaalisen signaalinkäsittelylaitteiston, sisältäen lähetin-vastaanotti-met 17.

Tukiasemajärjestelmä 12 sisältää myös tukiasemaohjaimen (BSC: Base Sation Controller) 13, joka on se toiminnallinen yksikkö, joka ohjaa ja valvoo tukiaseman lähetin-vastaanottimia 17 ja järjestelmän radioyhteyksiä. CME 20 järjestelmässä tukiasemaohjain 13 on toteutettu AXE 10 vaihteeseen. Matkaviestimen kytkentäkeskus 11 vastaa puheluiden asetuksesta ja reitityksestä matkaviestintilaajilta. Paljon muitakin toimintoja on toteutettu matkaviestinkytkentäkeskuksessa 11, esim. oikeuksien tarkistaminen ja salaus.

Jokainen alueellinen prosessointilaite 14 käsittelee signallointia ja puhelun valvontaa (esim. paikantamista) 64 Kbit/s PCM aikavälissä aina neljälle (4) tai joissakin tapauksissa kolmelle (3) lähetin-vastaanottimelle 17 standardi ' GSM-järjestelmärakenteen alaisuudessa. Lähetin-vastaanottimien lukumäärä per alueellinen prosessorilaite voi vaihdella yhden \ ja kahdeksan välillä nykyissä ja visioiduissa GSM:n toteutuk- | j sissa (nykyisin käytetään ainoastaan kolmea tai neljää) .

; Neljän maksimi ei ole tiukka raja.

• · · ί · »

Tukiasemaohjainsovelluksissa alueellisiin prosessorilaittei-siin 14 viitataan usein lähetin-vast aanotinajureina (TRH: » » · ... Transceiver Handler), eli keksinnön otsikon mukaisesti.

* t = /·: Edellä esitettyä rakennesääntöä (eli kolmesta neljään lähe- ! tin-vastaanotinta per alueellinen prosessorilaite) on konven- tionaalisesti sovellettu kaikille asennetuille alueellisille prosessorilaitteille ilman, että olisi tarkasteltu liikennettä (esim. asetusta, poistamista ja jossakin määrin samanaikaisten 114890 6 puheluiden määrää (Erlang)). Soveltamalla tällaisia tarkasteluja tulee muutama mielenkiintoinen tekijä selväksi.

Muutamalle alueelliselle prosessorilaitteelle ylikuormitusris-ki on ilmeinen (johtaen riskiin virheellisestä puhelunvaIvon-nasta, menetettyihin puheluihin, jne.). Tämä on totta erityisesti kaupunkialueilla oleville alueellisille prosessori-laitteille, missä kaikki lähetin-vastaanottimet kuuluvat raskaskäyttöisiin kanaviin, joilla on suuri mahdollisuus samanaikaisiin liikennehuippuihin. Tällaisessa tapauksessa voi toisinaan yksi tai kaksi lähetin-vastaanotinta olla riittävä määrä per lähetin-vastaanotinajuri 14.

Toisaalta, suurelle lukumäärälle alueellisia prosessorilaittei-ta (todennäköisimmin suurimmalle osalle) riski liian pienestä kuormituksesta on ilmeinen (johtaen turhiin laitteistokustan-nuksiin ja tilaan). Tämä on erityisesti totta maaseutualueilla, missä lähetin-vastaanottimien määrät ovat suuret johtuen suurista peitettävistä alueista ennemminkin kuin liikenteen-käsittelysyistä. Tällaisissa tapauksissa maksimilukumäärä kaksikymmentä lähetin-vastaanotinta per alueellinen prosessori » . '·’ voisi esimerkiksi olla sopiva.

114890 7

Aluksi, useita lähetin-vastaanottimia on yhdistetty jokaiseen alueelliseen prosessointilaitteeseen. Viitaten kuvion 2 kuormitustilanteeseen, oletetaan ensimmäisen prosessointilaitteen RPD1 kuormitus nousevaksi, jolloinka se indikoi potentiaalisia kuormitusongelmia. Kuormitusongelmien paikantamiseksi on keskusprosessoriin 15 sisällytetty kuormituksen tarkkailija 25. Kuormituksen tarkkailija 25 sovitetaan parhaiten ohjelmisto-toteutukselle. Tämä antaa parhaat mahdollisuudet toiminnan ja tilastojen suhteen samalla kun sillä on matalat prosessoint-ivaatimukset.

Kuormituksen jakamismekanismia selitetään nyt viitaten kuvion 3 prosessivaiheisiin (jossa spesifiset arvot annetaan ainostaan esimerkinomaisesti): a) Jokainen alueellinen prosessorilaite raportoi keskiarvokuor-mituksen (ja/tai huippu-) kuluneelle ajalle, esim. 5 minuutin intervallein (vaihe 31). Esimerkiksi, signaali REP_INT voitaisiin lähettää kuormituksen tarkkkailijalle keskusprosessorissa.

I * b) Kuormituksen tarkkailija päivittää kuormituslistaa (vaihe « » . * 32), määrittää korkeimman kuormituksen lähetin-vastaanotti-, / men (vaihe 33) ja tarkistaa, onko jokin alueellinen ! *. prosessori raportoinut kuormituksen, joka on esimerkiksi yli 80% (UPPER-LIM; yläraja) (vaihe 34) . Jos yhdenkään * # f alueellisen prosessorin kuormitus ei ole ylärajalla tai sen * yli, menetelmä palautuu odottamaan lisää kuormitusraport- ;·, te ja (vaihe 31) .

* # ? I * * 5 » c) Jos alueellisen prosessorilaitteen kuormituksen havaitaan ,’· olevan ylärajalla tai sen yli, kuormituksen tarkkailija s i löytää alueellisen prosessorilaitteen, jolla on alhaisin kuormitus (vaihe 35) , ja tarkistaa, onko olemassa i » * *... alueellisia prosessorilaitteita, joidenka kuormitus on alle

t I

'·* esimerkiksi 30%. (LOWER_LIM; alaraja). Mikäli ei löydetä yhtään prosessorilaitetta, jonka kuormitus on alarajalla 114890 8 tai sen alla, menetelmä palaa odottamaan seuraavaa kuormitusraporttien sarjaa (vaihe 31).

d) Jos löydetään alueellinen prosessorilaite, jolla on alhainen kuormitus (vaihe 36) , yhden lähetin-vastaanotin yhteyden vaihto korkeimman kuormituksen alueelliselta prosessorilaitteelta alhaisimman kuormituksen alueelliselle prosessorilaitteelle valmistellaan (Tl RPDl:ltä RPD2:lle, esimerkiksi) (vaihe 37).

Jotta tehtäisiin niin pehmeä (engl. smooth) siirto kuin mahdollista, suoritetaan seuraavat toimenpiteet: (1) rapor toidun mittausdatan (engl. measurement data) (lähetin-vastaanotin yhteydelle TRX Tl) viimeaikaisten luontien (engl. generations) siirto ensimmäiseltä alueelliselta prosessori-laitteelta RPD1 toiselle alueelliselle prosessorilaitteelle RPD2 ja (2) relevantin soludatan (TRX Tl: ä varten) lataaminen keskusprosessorilta toiselle alueelliselle prosessori-laitteelle RPD2. Mittausdata raportoitaan esimerkiksi joka 0.48 sekunti ja voi sisältää dataa vastaanotetun signaalin . voimakkuudesta, vastaanotetun signaalin laadusta (esim.

bittivirheiden määrä), käytetyn lähetystehon, signaalin voimakkuuden aina kuuteen naapurisoluun saakka, informaatio-! ta koskien sitä, onko epäjatkuva lähetys/vastaanotto käyt- ·**.* össä, jne.

V ' e) Kun toinen alueellinen prosessorilaite RPD2 on valmistettu vastaanottamaan yhteys Tl hoitoonsa ensimmäiseltä j alueelliselta prosessorilaitteelta RPD1, vaihto suoritetaan (ryhmäkytkimen kautta) (vaihe 38) .

f) Vaiheet a) - d) yllä (vaiheet 33-38 kuviossa 3) toistetaan *;·’ toiseksi kuormitetuimman alueellisen prosessorin lähetin- : vastaanottimen siirtämiseksi alueelliselle prosessorille, jolla on toiseksi alhaisin kuormitus, jne.

\ 114890 9 Lähetin-vastaanotinyhteyksien vaihtoa yhdeltä alueelliselta prosessorilaitteelta 14 toiselle voidaan verrata, kun redun-tanttinen alueellinen prosessorilaite yhdistetään alueellisessa prosessorilaitteessa virheellisesti (mikä on mahdollista nykyisillä tukiasemaohjaimilla). Tässä tapauksessa liikenteen häiriön arvioidaan olevan suhteellisen pientä. Kuitenkin edellä selitetyssä tapauksessa liikennehäiriö tulee olemaan vielä pienempi (virtuaalisesti ehkä nolla) . Syy tälle on se, että kohteena oleva alueellinen prosessorilaite tullaan valmistelemaan datasiirron avulla ennen vaihtoa.

Keksintö on selitetty esimerkin avulla liittyen GSM-järjestelmään. On huomattava, että keksinnöllistä konseptia voidaan toteuttaa ja/tai soveltaa toisissa järjestelmissä. Lisäksi laitteiston ja ohjelmiston muunnokset tässä esitetystä ovat odotettavissa ilman, että ne poikkeaisivat keksinnön piiristä ja sisällöstä, kuten on määritetty oheistettujen patenttivaatimuksien avulla.

» · * I ·

Claims (11)

10 1 1 4890 Pat en11 ivaat imuks e t

1. Menetelmä kuormituksen jakamiseksi ainakin kahden alueellisen prosessorilaitteen (RPDl, RPD2) välillä radio-viestintätukiasemajärjestelmässä (12), joka sisältää alueellisia prosessorilaitteita (14), joista jokainen on useita radioyksikköyhteyksiä varten, ainakin yhden alueellisen prosessorin (RPDl), joka palvelee ensimmäistä aluetta, jolla on suuret liikennevaatimukset, ja ainakin toisen alueellisen prosessorin (RPD2), joka palvelee toista aluetta, jolla alhaiset liikennevaatimukset, tunnettu siitä, että se käsittää vaiheina: kuormitusinformaation raportoinnin jokaiselta alueelliselta prosessorilaitteelta (14) tietyin aikaintervallein; kuormituksen tarkkailijassa (25), joka vastaanottaa mainitut kuormitusinformaatioraportit jokaiselta mainituista alueellisista prosessorilaitteista (14), tapahtuvan määrittämisen, onko jollakin alueellisella prosessorilaitteella (RPDN) kor-.· *. kea kuormitus, joka ei ole pienempi kuin yläraja tai alhainen ; kuormitus, joka ei ole suurempi kuin alaraja; ja » · jos ainakin yhdellä alueellisella prosessorilaitteella • · • · (RPD2), joka palvelee mainittua toista aluetta, määritetään * > kuormituksen tarkkailijan (25) avulla olevan alhainen kuormi- '· * tus, ainakin yhden yhteyden vaihtamisen alueelliselta proses- v * sorilaitteelta (RPDl), joka palvelee mainittua ensimmäistä aluetta, alueelliselle prosessorilaitteelle (RPD2), joka palvelee mainittua toista aluetta. i

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu < · siitä, että mainittu kuormitusinformaatio sisältää keskiarvo-kuormitusinformaation tai huippukuormitusinformaation tai sekä keskiarvokuormitusinformaation että huippukuormitus-• informaation.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että jokainen alueellinen prosessorilaite (14) sisältää lukuisia lähetin-vastaanotinyksiköitä (17). 114890

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu kuormitus informaatio sisältää jokaiselle mainituista lähetin-vastaanotinyksiköistä (17) spesifisen kuormitusinformaation.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu vaihtovaihe sisältää lähetin-vastaan-otinyhteyden viimeaikaisen raportoidun mittausdatan siirtämisen korkean kuormituksen alueelliselta prosessorilaitteelta (RPDl) alhaisen kuormituksen alueelliselle prosessorilait-teelle (RPD2); ja lähetin-vastaanotinyhteyden relevantin so-ludatan lataamisen alhaisen kuormituksen alueelliselle pro-sessorilaitteelle (RPD2) tällaisen siirron pehmentämiseksi.

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu menetelmä suoritetaan GSM-solukkoradioviestintäkytkinyksikössä. , ; 7. Radioviestintätukiasemajär jestelmä, tunnettu siitä, ! että se sisältää alueellisia prosessorilaitteita (14), joista , , jokainen on useita radioyksikköyhteyksiä varten, ainakin yh- ’· ’ den toista, alhaisten liikennevaatimuksien aluetta palvelevan • I ·'· ·' alueellisen prosessorilaitteen (RPD2) , sisältäen välineet ,· kuormitusinformaation raportoimiseksi jokaiselta alueelli- ·' seita prosessorilaitteelta (14) tietyin aikaintervallein, kuormituksen tarkkailuvälineet(25), jotka vastaanottavat mai-:· nitun kuormitusinformaatioraportoinnin jokaiselta alueelli- seita prosessorilaitteelta (14) sen määrittämiseksi, onko jonkin alueellisen prosessorilaitteen (RPDN) kuormitus korkea siten, että se ei ole pienempi kuin yläraja tai alhainen siten, että se ei ole suurempi kuin alaraja, ja ; ;*; kytkinvälineet (16) ainakin yhden yhteyden vaihtamiseksi en- simmäistä aluetta palvelevalta alueelliselta prosessorilaitteelta (RPDl) yhteydeksi toiselta prosessorilaitteelta (RPD2), joka palvelee mainittua toista aluetta, siinä tapauksessa, että mainittu kuormituksen tarkkailija (25) määrittää ainakin yhden mainittua toista aluetta palvelevan alueellisen prosessorilaitteen (RPD2) kuormituksen alhaiseksi. 114890

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen radioviestintätukiasema-järjestelmä, tunnettu siitä, että mainittu kuormitus-informaatio sisältää keskiarvokuormitusinformaation tai huip-pukuormitusinformaation tai sekä keskiarvokuormitusinformaation että huippukuormitusinformaation.

9. Patenttivaatimuksen 7 mukainen radioviestintätukiasema-järjestelmä, tunnettu siitä, että jokainen alueellinen prosessorilaite (14) sisältää lukuisia lähetin-vastaanotinyksiköitä (17).

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen radioviestintätukiasema-järjestelmä, tunnettu siitä, että mainittu kuormitusin-formaatio sisältää jokaiselle mainituista lähetin-vastaanotinyksiköistä (17) spesifisen kuormitusinformaation.

11. Patenttivaatimuksen 7 mukainen radioviestintätukiasema-järjestelmä, tunnettu siitä, että mainitut kytkinvälineet . . (16) sisältävät: välineet lähetin-vastaanotinyhteyden viime- | aikaisen raportoidun mittausdatan siirtämiseksi korkean kuor mituksen alueelliselta prosessorilaitteelta (RPD1) alhaisen kuormituksen alueelliselle prosessori-lai tteelle (RPD2 ) ; ja • · välineet lähetin-vastaanotinyhteyden relevantin soludatan la-·, · taamiseksi alhaisen kuormituksen alueelliselle prosessori- : laitteelle (RPD2) tällaisen siirron pehmentämiseksi. > » • · * · * I » · » I » 114890