SE517721C2 - Metod att generera och upprätthålla önskad tjänstekvalitet för datatrafik i ett kommunikationssystem - Google Patents

Description

'20 25 30 517 721 högre datahastigheter samt nfijlighet för en användare att vara uppkopplad mot datanätet hela tiden.

I ett. GSM-nät. med. GPRS utnyttjas radiokanalerna effektivt genom att en GPRS-terminal endast använder radiokanalen dà den skall sända eller ta emot data, resten av tiden är den làter Radiokanalen PDCH tyst och andra terminaler använda kanalen.

(Packet Data Channel) soul allokeras för GPRS kan vara av tvà olika typer: Dedicerad PDCH son1 enbart kan användas för GPRS. Antalet dedicerade PDCH i varje cell bestäms av operatören beroende pà. belastning eller önskad. kapacitet. Denna typ av kanal garanterar att det alltid finns kapacitet för GPRS i en Cell; On-demand PDCH som kan frigöras för inkomande kretskopplade samtal i en belastad cell. I en sàdan kanal har kretskopplad trafik alltid företräde och GPRS-trafik kan inte alltid garanteras.

I Figur 2 visas ett exempel pà hur en uppsättning av tvà radiokanaler RFl, RF2 kan ha tidluckor allokerade för bàde Vkretskopplad cxfli paketkopplad trafik. It RFl är' tidluckorna 2,3,4 allokerade för kretskopplad trafik, dvs taltrafik. I RF2 är tidluckorna 5,6 allokerade för kretskopplad trafik, l,2,3,4 i RF 2 är allokerade för medan tidluckorna paketkopplad trafik. I RF l är dessutom tvà tidluckor 6,7 allokerade för On-demand PDCH, dvs de används vid behov för kretskopplad trafik som har förtur, men kan även användas för paketkopplad trafik om de är lediga. Slutligen är tidluckorna 0,1 i RFl allokerade för signalering.

För' att en terminal ska kunna utnyttja GPRS behöver den först genomföra en tvà-stegs procedur. Dels för att tala om för operatören att nan ämnar använda sig av GPRS, och dels för att erhàlla en IP-adress för att kunna skicka och ta emot data. Det första steget är GPRS-attach, som innebär att :nys- 10 15 20 25 30 517 721 en logisk länk skapas mellan terminalen och berörd SGSN (Serving GPRS Support Nbde). SGSN är noden som bland annat sköter transport av inkomande och utgående IP-paket till och fràn terminaler inom dess sk SGSN service area, dvs det omràde som sköts av en SGSN.

Det andra steget är PDP-Context aktivering, vilket innebär att berörd GGSN (Gateway GPRS Support Nbde) fàr veta att terminalen finns och var den finns. GGSN är noden som bland annat sköter gränssnittet för ett GPRS-nät mot externa IP- nät. En PDP-Context aktivering kan göras när som helst, exempelvis làngt före data verkligen skall skickas, eftersom en användare inte använder nàgra radioresurser sa länge han inte skickar eller tar emot data. En PDP-Context aktivering kan vara hur länge som helst, exempelvis flera dygn, helt beroende pà användarens önskemål, terminalens begränsning eller annan faktor som begränsar tiden.

Denna aktivering kan liknas vid inloggning pà ett nätverk, erhàller dynamisk, vilket gör att den därefter kan börja skicka och terminalen härmed en IP-adress, statisk eller ta emot data via IP-paket.

För att skall olika krav pà användaren sedan kunna utnyttja de datatjänster, med datahastighet och fördröjning av datapaket, som erbjuds av operatörerna sá har ett antal attribut för beskrivet i standarden GSM (GSM 02.60, GSM 03.60): tjänstekvalitet standardiserats, Prioritet (Service Precedence) är indelat i tre olika klasser som indikerar vilken prioritet en viss tjänst, och paket tillhörande den tjänsten, har. En tjänst med lägre prioritet riskerar att förlora datapaket vid överbelastning i nätverket, vilket ger att datapaket med högre prioritet har förtur i nätverket; Fördröjning (Delay) är indelat i fyra klasser som definierar vilken fördröjning som är acceptabel i nätverket; arna: 10 15 20 25 30 _ . .. .. n. a 1 -l " .n n o I .. .. - - g; 2 'Z '. - - : . o n I ~ ' ' , . n n v ' , . n u I' I u v 5 1 y i 2 i" I' - - - ' _' ',.' J. .ï- -3- H . . . - 4 Pàlitlighet (Reliability) är indelat i tre klasser som definierar sannolikhet för tappade datapaket, felaktiga datapaket, dubletter av datapaket samt datapaket i fel ordning; Högsta datahastighet (Peak Data Rate) specificerar den högsta datahastighet i nätverket som förväntas under en hel PDP-Context; Medeldatahastighet (Mean Data Rate) specificerar medeldatahastigheten som förväntas i nätverket under en hel PDP-Context. nnnocönnnsn rön UPPFINNINGEN Ett problem i mobi1telekommunikationssystem av typen GPRS är att de i GSM-standarden GPRS upprätthålla utlovad tjänstekvalitet. definierade attributen för tjänstekvalitet i inte riktigt räcker för att Ett annat problem är att det för GPRS definierade attributet för medeldatahastighet beräknas för en hel PDP-Context, vilket är hela tiden som en användare har en IP-adress tilldelad. dygn làng, vilket inte ger någon tillförlitlig indikation om Problemet är att en PDP-Context kan vara flera den verkliga medeldatahastigheten under den aktiva tiden.

Ett ändamål med föreliggande uppfinning är sàledes att lösa problemen med att det saknas medel för att upprätthålla och kontrollera iutlovad tjänstekvalitet, genonx att införa. nya operatörspecifika parametrar som ger bättre kontroll av tjänstekvalitet.

Ett annat ändamål är att àstadkomma en. mer tillförlitlig indikation pà verklig medeldatahastighet inom ett omràde eller för en viss användare. »znxa 10 15 20 25 517 721 Enligt uppfinningen definieras nya operatörsspecifika parametrar som underlättar upprätthållande och kontroll av utlovad tjänstekvalitet. Dessa parametrar innehåller exempelvis en användares minimivärden för acceptabel datahastighet, samt uppmätta värden för jämförelse mot nämnda minimivärde. Vidare finns parametrar för hur och när mätvärden skall beräknas.

Fördelar med uppfinningen är att det blir lättare att upprätthålla utlovad tjänstekvalitet med hjälp av de nya parametrarna.

En annan fördel är att det även gör det enklare att kontrollera tjänstekvalitet báde pà omràdes- och användarnivà.

Ytterligare fördelar är att en operatör fär bättre möjlighet att dimensionera ett GPRS~nätverk och styra en kanalallokeringsalgoritm bättre för att kunna leva upp till löften att garantera en viss grad av tjänstekvalitet.

Uppfinningen komer nu att beskrivas närmare med hjälp av föredragna utföringsformer och med hänvisning till bifogade ritning.

FIGURBESKRIVNING Figur 1 visar ett kommunikationssystem av känt utseende med noder och terminaler; Figur 2 visar ett exempel pà hur en uppsättning av radiokanaler kan vara allokerade; Figur 3 visar ett exempel pà ett flödesschema för användning av uppfinningen; mfvn 10 15 20 25 30 517 721 šïï=šïïí iii? 6 FÖREDRAGNA UTFönINGsz-ommn Metoden enligt uppfinningen är avsedd för ett kommunikationssystem som hanterar paketförmedlad datatransport. Ett exempel pà ett sàdant systenx är mobiletelekommunikationssystemet GSM :ned paketdatatillägget GPRS. Ett sàdant system innefattar en eller flera radionoder och en eller flera mobiler, vilka kommunicerar med varandra över en given radiokanal.

De nya parametrarna som introduceras i ett kommunikationssystem, exempelvis GPRS, beskrivs enligt följande: MAMAT (Minimum Acceptable Mean throughput during Active Time) som definierar den minsta acceptabla datahastigheten under den tiden en användare är aktiv. Denna parameter bestäms av operatören och kan sättas pà antingen användar- eller omràdesnivà, där omràdet exempelvis kan utgöras av en mobilcell eller ett LAN; MAT (Mean throughput during' Active Time) definierar datahastighetens medelvärde under den tiden en användare är aktiv. Detta kan beräknas som medelvärdet av ett antal uppmätta värden under en viss tid, här kallad den aktiva tiden; samt T-fönster vilket är det antal aktiva tider under vilket man beräknar MAT. Detta innebär att T-fönster är det antal värden för datahastighet som man medelvärdesbildar MAT över.

(MAMAT, T-fönster) som bestäms (MAT) kan olika användare ha olika MAMAT- Detta ger dà 'tvà parametrar av operatören, samt ett tredje sun beräknas. Vidare och T-fönstervärden. kan ha olika MAMAT Olika omràden, exempelvis nwbilceller, för en och samma användare, samt att MAMAT även kan vara olika för upp- respektive nedlänk för samma användare. Dessa .v n - - va- »w av» .nu- a ~ n.. www. ... 10 15 20 25 30 o .~u ..- u ~ g ul c ' . , . . .. - v - 1 '; '2 - u u: :o n n n» po v n o n nu u: n n g av . _ , f I ' ' i I '.' '..' '.. ... ... ... .- . valmöjligheter' används av operatören för att uppnà önskad tjänstekvalitet.

Den aktiva tiden T är under den tid man mäter ett MAT-värde för en användare eller omràde. Företrädesvis motsvaras den aktiva tiden T av den tiden en användare är aktiv, dvs under den tid han sänder eller tar emot data. Men den kan även definieras pà andra sätt, exempelvis som en faktor av användarens tidigare användning, eller helt enkelt bara en viss tid bestämd av operatören.

Datahastigheten som ingár i de nya parametrarna kan utgöras av antingen nyttig eller rà datahastighet. Rá datahastighet är den faktiska datahastigheten utan nàgon hänsyn tagen till bitfelshalt. Den nyttiga datahastigheten däremot kan definieras som den ráa datahastigheten multiplicerad med bitfelshalten, dvs den slutliga nyttodatan som användaren verkligen tar emot.

I och med att de nya parametrarna MAT, MAMAT och T-fönster definierats kan man pà ett bättre sätt kontrollera och upprätthålla utlovad tjänstekvalitet. Detta görs genom att en användares MAT-värde beräknas och sedan jämförs mot ett definierat MAMAT-värde. Därigenom kan man fà ett matt pá om utlovad tjänstekvalitet uppfylls.

I Figur~ 3 visas ett flödesschema för en 'utföringsforn1 av uppfinningen. Första steget 10 definierar MAMAT, andra steget 11 definierar MAT och tredje steget 12 definierar T- fönster. I fjärde steget 13 beräknas ett värde pà MAT, som kan vara för en användare eller ett helt omràde. I steget 14 MAMAT mot MAT för acc se On: MAMAT är mindre än MAT (JA) jämförs om utlovad grad av tjänstekvalité uppfylls. uppfyller systemet utlovad grad av tjänstekvalité och utför steg 16 där det kan rapporteras tillbaka att detta är fallet. Skulle sà inte vara fallet (NEJ), dvs att MAMNT är större än MAT, uppfylls inte utlovad grad av tjänstekvalité 10 15 20 25 30 517 721 och steget 15 utförs och rapporterar att detta inte är fallet. I steget 15 kan det även ingà en statisk räknare som räknas upp för varje fall där graden av tjänstekvalité inte uppfylls, för att pàvisa hur manga eller hur stor andel som inte fär utlovad kapacitet.

Ett exempel pà hur uppfinningen kan användas är när en ett MAMAT-värde till 20 kbit/s användare A och 50 kbit/s för användare B. Användare A tar operatör bestämer för sedan emot 45 kbytes som tar 15 sekunder. Användare B tar emot under tre olika tillfällen 10 kbytes under 4 sekunder, 100 kbytes sekunder. Dessa transmissioner kanske för användaren verkar under 30 sekunder samt 30 kbytes under 10 fungera bra, men vid en beräkning av MAT fär användare A ett MAT-värde pà 24 kbit/s (45/15)*8) MAT-värde pà 23,5 kbit/s (((10/4)+(l00/30)+(30/10)*8)/3)_ Vid en jämförelse av MAT mot MAMAT visar det sig dock att och användare B fär ett operatören inte uppfyller utlovad tjänstekvalitet för användare B, och därigenom behöver allokera mer kapacitet ät honom.

I exemplet ovan motsvaras parametern T-fönster av 1 för användare .A, dvs en aktiv tid. pà 15 sekunder son1 bildar dvs nædelvärde. För användare B nmtsvaras T-fönster av 3, tre aktiva tider pà 4, 30 respektive 10 sekunder som bildar medelvärde.

Vidare kan graden av tjänstekvalitet beskrivas som ett mätt pà grad av garanterad datahastighet eller annan storhet.

Detta innebär att om en operatör erbjuder 100% grad av tjänstekvalitet innebär det garanterad tjänstekvalitet till alla GPRS användare var som helst, när som helst. Om graden av tjänstekvalitet däremot är 0% innebär det att all GPRS- trafik är av typen bäst-möjlig (best-effort). Ett annat exempel är dà operatören erbjuder en grad av tjänstekvalitet pà 90% . tjänstekvalitet, medan resten av tiden erbjuds bäst-möjlig. vilket betyder att under 90% av tiden garanteras . v »uu ø-v- o- 10 15 20 25 30 u.. u-n Graden av tjänstekvalitet tillsammans med de nya parametrarna komer dä kunna användas av operatörer när nätverk skall dimensioneras. Operatören sätter dà MAMAT och T-fönster pà omràdes eller användarnivà. Att kunna sätta parametrarna pà omràdesnivà ger nöjligheten för operatören att sätta tolerans inom omràden ofta är lägre som överbelastade. Vidare införs en statisk räknare son! anger andelen eller antalet användare som har sina MKT mindre än MAMAT, eller andelen av den aktiva tiden som en användare har sin MAT mindre än MAMAT. Detta ger då operatören bättre stöd för att kunna undersöka om uppsatta mal med grad av eller om nätet behöver tjänstekvalitet uppfylls, dimensioneras om.

De nya parametrarna ger också möjligheten att införa en kanalallokeringsalgoritm som hjälper till att allokera eller avallokera GPRS-specifika tidluckor. Algoritmen har till uppgift att när ett behov uppstàr utöka eller minska antalet tidluckor som används för GPRS. Behovet kan exempelvis vara ett ökat krav pà datahastighet eller en användare som skall koppla upp ett talsamtal, att vilket har högre prioritet pà grund av det är kretskopplat och har förtur i radiokanaler av typen On-demand PDCH.

En algoritm för kanalallokering kan delas in i flera olika delar, exempelvis en del som hanterar nyankommande terminaler i omràdet, exempelvis en ny mobil som kommer in i en ny cell eller en ny användare som loggar del in pà ett nätverk, samt en som hanterar redan befintliga terminaler i omràdet.

Uppfinningen är naturligtvis inte begränsad till de ovan beskrivna och. pà ritningen visade utföringsformerna, utan kan modifieras inom ramen för de bifogade patentkraven. appliceras pá lokala ett stort TCP/IP Uppfinningen kan även (LAN), exempelvis datanät Ethernet baserade nätverk, baserat nätverk, eller ett mobilt UMTS nätverk av exempelvis .o ~ .. - va. ao.- w se. .... v r - -.u v u v-a anv. ..- .- ena-o- - u 517 721 10 typen WCDMA där mobila användare kan använda höga datahastigheter och tillhörande applikationer. Uppfinningen är även användbar i andra mobilsystem, exempelvis PDC och D-AMPS (Digital-Advanced (Personal Digital Cellular) Mbbile Phone System), och alla andra kommunikationssystem som kan bära datatrafik.

Claims (13)

»unna 10 15 20 25 30 517 721 ll PATENTKRAV

1. Metod för att generera och upprätthålla en viss önskad tjänstekvalitet för datatrafik i ett kommunikationssystem innefattande et t antal noder som kommuni cerar med terminaler, varvid kommunikation sker med paketförmedlad datatransport, k ä n n e t e c k n a d av definition av en första parameter (MAMAT) som representerar minsta acceptabla datahastighet under en viss tidsperiod (T), definition av en (MAT) andra parameter som representerar uppmätt faktisk datahastighet samt jämförelse av nämnda första parameter (MAMAT) mot nämnda andra parameter (MAT) för kontroll om utlovad tjänstekvalitet uppfylls.

2. Metod enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda tidsperiod (T) enbart motsvarar aktiv tid.

3. Metod enligt nàgot av patentkraven 1-2, k ä n n e - t e c k n a d av att mätningen för reell datahastighet (MAT) görs under ett visst antal aktiva tider (T) .

4. Metod enligt patentkrav 3, k ä n n e t e c k n a d av att mätningen utförs under antalet aktiva tidsperioder som motsvarar en tredje parameter (T-fönster) .

5. Metod enligt nàgot av patentkraven l-4, k ä n n e t e c k n a d av införandet av en statisk räknare som pàvisar hur många fall som upptäcks där nämnda första parameter (MAMAT) är större än nämnda andra parameter (MAT), vilket påvisar andelen icke uppfyllda garantier pà tjänstekvalitet.

6. Metod enligt nàgot av patentkraven 1-5, k ä n n e - t e c k n a d av att ovan nämnda parametrar (MAMAT, T- fönster) kan bestämmas unikt för varje användare.

7. Metod enligt nàgot av patentkraven 1-6, k ä n n e - t e c k n a d av att ovan nämnda parametrar (MAMAT, T- .»- -nya 10 15 517 721 ønuuna n . n on 1-1.: v nano o Q o o none . u n ~ -som u Q .ao-o u . . ..-non u 1-1. . . . v 12 fönster) även kan bestämas unikt för varje omràde inom komnnikationssystemet.

8. Metod enligt patentkrav 7, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda omràde utgörs av en cell i ett mobiltelekommunikationssystem.

9. Metod enligt patentkrav 7, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda omrâde utgörs av ett LAN.

10. Metod enligt nàgot av patentkraven 1-9, k ä n I1 e - t e c k n a d av att graden av tjänstekvalitet motsvarar den andel av tiden som fullständig tjänstekvalitet garanteras.

11. Metod enligt nàgot av patentkraven 1-10, k ä 11 n e - t e c k n a d av att nämnda parametrar används vid dimensionering av kapacitet för ett nätverk.

12. Metod enligt nàgot av patentkraven l-ll, k ä n I1 e - t e c k n a d av att nämnda kommunikationssystem utgörs av GPRS.

13. Metod enligt nàgot av patentkraven 1-11, k ä n n e - t e c k n a d av att nämnda kommunikationssystem utgörs av ett UMTS-system.