SE521381C2 - Förfarande för en tillträdesstyrfunktion för ett trådlöst datanätverk - Google Patents

Description

lO 15 20 25 30 b.) U1 521 381 2 applikationer. Exempelvis finns det en logisk koppling mellan nätverkslagren i mobilstationen och basstationen även om en applikation använder de kopplingslösa tjänsterna av internetprotokolltypen för ett trådlöst datanätverk. Det är på den här nivån som tillträdes- styrfunktionen arbetar. Tillträdesstyrfunktionen för ett trådlöst datanätverk bestämmer för varje inkommande vir- tuell kretsbegäran huruvida en tillräcklig total pool är tillgänglig för att tillfredsställa den virtuella kret- sens QoS-behov. Resurserna dediceras till en speciell virtuell krets endast då de verkligen behövs för att genomföra en dataöverföring och endast för överföringens tidsrymd.

För att utföra resursallokering måste tillträdes- styrfunktionen kunna avgöra belastningen pä varje element i nätverket sàväl som dess egna nätverkssubsystem. Detta innefattar men är ej begränsat till vilket externt nät- verk som helst sàsom ett paketdatanätverk, ett allmänt telenät, trådlösa datanätverk eller angränsande allmänna landbaserade mobila nätverk, såväl som dess egna nätverk- subsystem och basstationsubsystem. Tillträdesstyrfunk- tionen är den centrala mätkonsolideringen och besluts- punkten för att släppa in nya tjänstebegäran till nät- verket. Den här funktionen skulle kunna placeras vid vilken nod som helst i nätverket sàsom supportnoden för (GPRS), nätverksledningscentret eller mobila omkopplingscentret det allmänna paketradiotjänsten basstationen, för att nämna nägra.

I allmänhet kan belastningen pà ett speciellt ele- ment i nätverket bestämmas pà två sätt: (1) genom att titta pà ackumuleringen av de tidigare beviljade tjänste- begäran; och (2) genom att mäta den reella lasten pà nät- verket. Mätning av nätverkslasten utförs vanligtvis av en nätverksnod sàsom en allmän understödsnod eller bassta- Q lem med bestämning av lasten pà nätverken, sàsom mottagligheten för lastfluk- lO 15 20 25 30 b.) U! U. .- 521 381 3 tuationer och precisionen med att ackumulera tjänste- begäran.

Mätbaserade angreppssätt lider speciellt av följande problem. Med de här förfarandena finns det en tidsför- dröjning under vilken mätningen måste ställa in sig till som nyligen har släppts in ny trafik (dvs tjänstebegäran) i nätverket. Under den här perioden kan nätverket mottaga en ny tjänstebegäran och tillåta den här begäran med tron att det trådlösa datanätverket har tillräcklig över- skottskapacitet för att understödja begäran. Emellertid har i själva verket det trådlösa datanätverket möjligen inte tillräcklig överskottskapacitet pga tidsfördröj- ningen som är förknippad med mätningen som anpassar sig till den tidigare tillåtna tjänstebegäran.

Tillträdesstyrfunktioner för ombesörjande av QOS har undersökts i nätverk av typen asynkron överföringsmod (ATM). De här ATM-nätverken arbetar med en mycket hög hastighet Mbps) optiska fibrer. Med en sådan hög överföringshastighet kan (Asynchronous Transfer Mode) (typiskt över 150 och över pålitliga länkar med trådledning eller tillträdesstyrfunktionen vara icke-optimal genom att vara konservativ vid resursallokering och reservera mer band- bredd än vad som minst är nödvändigt för att uppnå QoS.

ATM-nätverk bär normalt en blandning av QOS-klasser inne- fattande konstant bithastighet och variabel bithastighet med fast fördröjning. De här klasserna är avsedda att användas för att sända röst eller video i vilka fördröj- ning är viktigare än leveranspålitligheten (dvs om data fördröjs kan data hellre kasseras än levereras pålitligt.

I motsats därtill har trådlösa datanätverk relativt låga överföringshastigheter, typiskt under 200 Kbps, vilka måste optimeras i hög grad. Dessutom är datapålitligheten normalt viktigare än fördröjningen i trådlösa datanät- verk. Robusta överföringslänkmetoder såsom framåtfel- korrektion och automatisk repeteringsbegäran är nöd- vändiga för att uppnå dataintegritet över den trådlösa 10 15 20 25 30 35 :in f. 521 581 4 datalänken som kan vara utsatt för höga nivåer av stör- ning.

Sammanfattningsvis tillfredsställer de befintliga tillträdesstyrfunktionerna inte tillräckligt behoven av effektiv resursreservering i trådlösa datanätverk. Så- lunda finns det ett behov av att förbättra tillträdes- styrfunktionsalgoritmerna för nätverk i allmänhet och för hybridnåtverk i synnerhet, vilka kan innefatta trådlösa komponenter som möjligen uppvisar en begränsad band- breddskapacitet eller opålitlighet pga höga störnings- nivåer.

Kort beskrivning av ritningarna En föredragen utföringsform av uppfinningen kommer nu att beskrivas endast i exemplifierande syfte med hän- visning till de vidhängande ritningarna i vilka: fig 1 är ett flödesschema för att tillåta ny trafik på ett trådlöst datanätverk enligt föreliggande uppfin- ning; fig 2 är en graf som representerar bandbreddsanvänd- ning under olika fördröjningsrestriktioner enligt före- liggande uppfinning; fig 3 är ett schema som representerar teoretisk kanalkapacitet enligt föreliggande uppfinning; och fig 4 är ett blockschema över en rekursiv estimator enligt föreliggande uppfinning.

Detalierad beskrivning av den föredragna utföringsformen I nätverk i allmänhet och i trådlösa datanätverk i synnerhet måste resurser reserveras för att förse an- vändaren med garanterade nivåer på tjänstekvaliteten (QOS). i ett trådlöst data- nätverk, bestämmer för en inkommande tjänstebegäran Tillträdesstyrfunktionen, huruvida tillräckliga resurser är tillgängliga för att tillfredsställa QoS-behovet för en inkommande tjänste- begäran Såsom fastslagits tidigare. Föreliggande uppfin- ning tillhandahåller ett förfarande för bestämning av huruvida ytterligare tjänstebegäran (dvs trafik) kan tillåtas på det trådlösa datanätverket samtidigt som 10 15 20 25 30 35 521 581 5 tjänstekvalitetsnivàer bibehålls över nätverket och, som en konsekvens, till varje användare pà nätverket.

Med hänvisning till ritningarna är fig 1 ett flödes- schema för att tillåta ny trafik (dvs tjänstebegäran) pà ett trädlöst datanätverk enligt föreliggande uppfinning.

Innan nàgon data sänds initieras tillträdesstyrfunktionen av en tjänstebegäran fràn en mobilstation som skickas till en basstation vid steg 100. I den här tjänstebegäran mäste mobilstationen specificera QOS med trafikbeskrivare såsom medelbithastighet, toppbithastighet och den begärda fördröjningen. Där finns andra parametrar såsom skurstor- lek, skurvaraktighet och pulskvot som också kan användas beroende pà vilken metod som valts för att beskriva tjänstebegäran.

Den effektiva bandbredden för den nya tjänstebegäran uppskattas med användning av QoS-parametrarna vid steg 110. Fig 2 är ett diagram som representerar bandbredds- användningen under olika fördröjningsbegränsningar enligt föreliggande uppfinning. Såsom visas i fig 2 är den effektiva bandbredden den del av bandbredden som mäste reserveras för att uppfylla QOS-behoven. Det här värdet är mellan medelbithastigheten och toppbithastigheten. Det verkliga värdet beror pà vilken fördröjning användaren önskar fràn det tràdlösa datanätverket. Fördröjnings- behoven för varje tjänstebegäran motsvarar en tjänste- klass som indikerar hur mycket fördröjning som kan tole- reras av användaren. Exempelvis kan en tjänstebegäran som tillhör GPRS-klass 1 tolerera en enhetsfördröjning för paketdata pà 0,5 s såsom visas nedan i tabell 1. En be- gäran om liten fördröjning kräver att större vikt läggs pà toppuppskattningen. Det visar sig att en enkel upp- skattning av den effektiva bandbredden är en viktad summa av medel- och toppbithastigheterna, varvid vikterna är fixa och förutbestämda för fördröjningstjänsteklassen.

Viktvàrdena kan implementeras i form av en enkel refe- renstabell för fördröjningsklassen. 10 15 20 25 30 521 381 6 Tabell 1 Klass Medel (128 95%-block. Medel (1024 95%-block oktetter) oktetter) 1 0,5 s 1,5 s 2 s 7 s 2 5 S 25 S 15 S 75 s 3 50 s 250 s 75 s 375 s Tabell l - GPRS QOS-klasser och fördröjningsbehov för medelpaketdataenheter. Åter med hänvisning till fig 1 görs tillträdes- beslutet vid steg 120 då den effektiva bandbredden för den nya tjänstebegäran uppskattas vid fig 110. Till- trädesbeslutet fastställs genom att testa huruvida det finns tillräcklig överskottskapacitet på det trådlösa datanätverket för att hysa den effektiva bandbredden för tjänstebegäran.

Fig 3 är ett schema som representerar teoretisk kanalkapacitet enligt föreliggande uppfinning. Såsom visas i fig 3 är ett av de unika kännetecknen för före- liggande uppfinning användandet av en kombination av den uppmätta lasten på nätverket 10 och den effektiva band- bredden för den nya tjänstebegäran 12 med användning av en rekursiv estimator (som diskuteras i detalj med av- seende på fig 4) med diskreta justeringar av den tillåtna trafiklasten (dvs effektiv bandbredd för den nya tjänste- begäran 12) för att åstadkomma en optimal uppskattning av den uppmätta lasten på nätverket. Överskottskapaciteten (oanvänd bandbredd) 36 ges av den teoretiska kanalkapaci- teten 34 minus uppskattningen 30 av den innevarande las- ten pà det trådlösa datanätverket för effektiv bandbredd.

Uppskattningar 30 av lasten på trådlösa datanätverks fastställs från uppmätta lastprov, med användning av en filtreringsmetod i form av den rekursiva estimatorn.

Fig 4 är ett blockschema över den rekursiva estima- torn enligt föreliggande uppfinning. Den rekursiva esti- matorn 400 har verkan av att filtrera lastproven med en större vikt àlagd de mera nyligen tagna proven och det är 10 15 20 25 30 35 521 381 7 möjligt att lägga till tillfälliga korrektioner närhelst ett hopp i lasten förväntas (dvs när ett nytt samtal släpps in eller ett samtal avslutas). Algoritmen är såsom följer: den rekursiva estimatorn 400 används för att uppskatta den innevarande använda/oanvända bandbredden; addera/subtrahera medelhastigheten som en korrektion närhelst ett samtal släpps in eller avslutas; bandbreddsbehovet för nya samtal uppskattas som en viktad summa av topp och medelhastigheter; samtal tilläts om bandbreddsbehovet för det nya sam- talet är mindre än den uppskattade oanvända bandbredden.

Parametern ”a” i den rekursiva estimatorn 400 kallas filterförstärkningen och i den föredragna utföringsformen styr den förmàgan för den rekursiva estimatorn 400 att svara pà trafiklastfluktuationer. Parametern ”a” har satts enligt de förhärskande systemförhàllandena. Värden närmare l gör den rekursiva estimatorn 400 slöare (men mindre utsatt för slumpmässiga fluktuationer) medan mindre värden gör att den rekursiva estimatorn 400 reage- rar snabbare pà nätverksförändringar. Värdet på para- metern mäste begränsas till att vara mellan 0 och 1. Pä grund av möjligheten att lägga till korrigeringar till uppskattningen är den rekursiva estimatorn 400 extremt fördelaktig under perioder då antalet kopplingar ändras snabbt Åter med hänvisning till fig 1 sänder tillträdes- (dvs under nätverksuppstart). styrfunktionen ut ett tillträdesgodkännande till mobil- stationen såsom visas i steg 150 då tillräcklig över- skottskapacitet är tillgänglig. Som svar anbringas en diskret justering av den nya bandbredden (dvs den effek- tiva bandbredden för den nya tjänstebegäran) pà den re- kursiva estimatorn 400 vid steg 160. Pà det här sättet justeras lastuppskattningen omedelbart av den rekursiva estimatorn 400 av nivån på den effektiva bandbredden för den nya tjänstebegäran. Detta görs för att undvika att ytterligare tjänstebegäran beviljas innan den rekursiva lO 15 20 25 30 35 521 381 8 estimatorn 400 har nått ett stabilt tillstànd med den nyligen tillåtna trafiken (dvs den tjänstebegäran). I det slutgiltiga steget övervakas lasten på det trådlösa data- nätverket vid steg 170 med användning av den rekursiva estimatorn 400 så att någon avvikelse från den effektiva bandbredden för den nya tjänstebegäran och den verkliga tillåtna trafiken elimineras.

Då tillräcklig överskottskapacitet inte är tillgäng- lig vid steg 120 uppskattar tillträdesstyrfunktionen bandbredden som är tillgänglig och uppskattar vad som kan tillhandahållas vid steg 130. Steg 140 fastställer om det finns någon bandbredd tillgänglig. Om det finns bandbredd tillgänglig skickar tillträdesstyrfunktionen ut ett beviljande vid steg 150 som indikerar mängden bandbredd som tjänstebegäran kan använda. Om det inte finns någon bandbredd tillgänglig vid steg 140 tas steg 180 och tillträdesstyrfunktionen avvisar tjänstebegäran och med- delar mobilstationen om avvisandet. Vid mottagande av av- visandet kan mobilstationen modifiera begäran och skicka en ny tjänstebegäran om en lägre topp-, medeldatahastig- het eller längre fördröjning kan tolereras. Om så är fal- let initierar mobilstationen en ny begäran och hela pro- ceduren startar om igen.

I den föredragna utföringsformen används en hybrid- tillträdesstyrfunktionsalgoritm för att avgöra huruvida ny trafik skall släppas in. Hybridalgoritmen har tre interna styrparametrar: (1) filterförstärkningen; (2) medelvärdesbildningsintervallet för fördröjningsövervak- ningen; och (3) en normaliserad tröskel för fördröjning.

De här parametrarna är endast interna för nätverket och kan sättas enligt de förhärskande trafikförhållandena. De här parametrarna är endast avsedda för styrning av till- trädesstyrfunktionsalgoritmen och utbytes inte mellan mobilstationen och nätvärket. Hybridtillträdesstyrfunk- tionsalgoritmen använder en kombination av den uppmätta lasten pä nätverket och fördröjningsövervakning. Hybrid- tekniken accepterar endast en tjänstebegäran om båda lO 15 20 25 30 35 521 381 9 kriterierna är acceptabla. Den uppmätta lasten på nät- verket beskrivs ovan med avseende på fig 1 till fig 2.

Fördröjningsövervakning uppskattar den normaliserade paketfördröjningen direkt snarare än att förlita sig på indirekta stockningsindikatorer såsom den uppmätta lasten på det trådlösa datanätverket. Den normaliserade fördröj- ningen härleds från förhållandet mellan uppmätt fördröj- ning och begärd QoS. Sålunda kan fördröjningsövervak- ningen detektera situationer då QoS-behov inte är upp- fyllda även om lasten på det trådlösa datanätverket är relativt låg. Fördröjningsövervakningsalgoritmen är såsom följer: 0 behåll en uppskattning av medelvärdet av de senaste PDU-fördröjningarna för det normaliserade nätverkslagret som åsamkats i varje QoS-klass; och 0 tillåt den nya tjänstebegäran så länge som de upp- skattade fördröjningarna är mindre än ett tröskelvärde i alla QOS-klasser.

I hybridtekniken är tjänstekvalitetsparametrarna fördröjning- och bithastighet. Fördröjningen är en medel- paketdataenhetsfördröjning som mobilstationen upplever då den transporterar paket genom det trådlösa datanätverket.

Varje tjänstebegäran motsvarar en tjänsteklass som indi- kerar hur stor fördröjning som kan tolereras av tjänste- begäran. Bithastigheten är en överföringshastighet för en paketdataenhet genom det trådlösa datanätverket. I hy- bridtekniken fastställer tillträdesstyrfunktionen sålunda huruvida det finns tillräcklig överskottskapacitet på det trådlösa datanätverket för att hysa tjänstebegäran och fastställer huruvida en medelpaketdataenhetsfördröjning i det trådlösa datanätverket är mindre än en specificerad fördröjning som indikeras av QoS-parametrarna i tjänste- begäran. Om båda kriterierna är tillfredsställda beviljas tjänstebegäran.

Olika förändringar, modifieringar och variationer kommer att vara uppenbara för fackmän inom området i ljuset av den föregående beskrivningen. Medan uppfin- vw. f» 10 521 581 . . . : H 10 ningen har beskrivits i samband med specifika utförings- former därav. Uppfinningen är därför enligt dess bredare aspekter ej begränsad till de specifika detaljer, repre- sentativa anordningar och illustrativa exempel som visats och beskrivits. Sålunda bör det förstås att uppfinningen inte är begränsad av den föregående beskrivningen utan omfattar alla sådana förändringar, modifieringar och variationer i enlighet med andan och omfattningen av de vidhängande kraven.

Claims (10)

10 15 20 25 30 521 381 U P A T E N T K R A V

1. l. Förfarande för att släppa in nya tjänstebegäran som har tjänstekvalitetsbehov, på ett trådlöst datanätverk som har tjänstekvalitetsparametrar innefattande: att mottaga en tjänstebegäran, som har tjänstekvalitetsbehov, fràn en mobilstation; att uppskatta en last pà det trådlösa datanätverket med användning av en rekursiv estimator för att tillhandahålla en lastuppskattning; att fastställa en effektiv bandbredd för tjänstebegäran; att fastställa att tjänstekvalitetsparametrarna för det trådlösa datanätverket uppfyller tjänstekvalitetsbehoven för tjänstebegäran; att godkänna tjänstebegäran; att lägga pà en diskret justering, baserad pà den effektiva bandbredden pà tjänstebegäran på lastuppskattningen med användning av den rekursiva estimatorn; och att övervaka lasten pà det trådlösa datanätverket med användning av den rekursiva estimatorn sà att en avvikelse fràn den effektiva bandbredden för tjänstebegäran och den tillåtna nya tjänsten elimineras.

2. Förfarande enligt patentkrav 1, varvid tjänstekvalitetsparametrarna är baserade pà en fördröjning.

3. Förfarande enligt patentkrav 2, varvid fördröjningen är en medelpaketdataenhetsfördröjning som mobilstationen upplever då den transporterar paket genom det trådlösa datanätverket.

4. Förfarande enligt patentkrav 1, varvid tjänstekvalitetsparametrarna är baserade pà en bithastighet.

5. Förfarande enlint näten “__J- pa--- tkrav 4, varvid bithastigheten är en överföringshastighet för en paketdataenhet genom det tràdlösa datanätverket. 70562 patentkrav art 34.doc; 2003~06-O3 l0 15 20 25 30 521 581 l2

6. Förfarande enligt patentkrav 1, varvid tjänstekvalitetsparametrarna är baserade på en fördröjning och en bithastighet.

7. Förfarande enligt patenkrav 6, varvid fördröjningen är en medelpaketdataenhetsfördröjning som mobilstationen upplever då den transporterar paket genom det trådlösa datanätverket och bithastigheten är en överföringshastighet för en paketdataenhet genom det trådlösa datanåtverket.

8. Förfarande enligt patentkrav 1, varvid tjänstekvalitetsbehoven för varje tjänstebegäran motsvarar en tjänsteklass som indikerar en fördröjningsstorlek som kan tolereras av tjänstebegäran.

9. Förfarande enligt patentkrav 8, varvid steget att fastställa innefattar fastställande av att det finns tillräcklig överskottskapacitet på det trådlösa datanätverket för att visa tjänstebegäran och fastställande av att en medelpaketdataenhetsfördröjning i det tràdlösa datanätverket är mindre än en specificerad fördröjning som indikeras från tjänstebegärans tjänsteklass.

10. Anordning för att tillåta ny trafik på ett trådlöst datanätverk innefattande: en mottagare för att mottaga en tjänstebegäran från en mobilstation som har en effektiv bandbredd; en sändare för att sända ett tillträdesgodkännande till mobilstationen, och en rekursiv estimator för att tillhandahålla en lastuppskattning, som är en uppskattning av en last på det trådlösa datanätverket, och för att göra en justering av lastuppskattningen baserad på den effektiva bandbredden för tjänstebegäran som svar på tillträdesgodkännandet, där den rekursiva estimatorn vidare är anordnad att övervaka lasten på det trådlösa datanätverket så att en avvikelse från den 70562 patentkrav art 34.doc; 2003-O6~O3 521 581 E effektiva bandbredden för tjànstebegäran och den tillàtna nya tjänsten elimineras. 70562 patentkrav art 34.doc; 2003~06-O3