SE521819C2 - Metod för att minska signaleringslasten vid lokalisering av mobiltelefoner - Google Patents

Description

40 _ , . . f . 521 819 2 D2: US,A 5 548 816 D3: WO,A1,97/24 898 D41 WO,Al,97/03 529 D5: WO,A1,94/07 337 D62 WO,Al,93/23965 Dokument 1 (D1)beskriver ett cellulärt kommunikationssystem där befintliga ”Location Areas” (LA) kan kompletteras med personliga LA som kan bestå av en eller flera celler. När en mobil söks skickas pagingsignaler i tur och ordning till olika LA beroende på med vilken sannolikhet mobilen anses befinna sig där genom ett sekventiellt förfarande.

Dokument 2 (D2) beskriver en metod och ett system för att lokalisera en mobil i ett cellulärt kommunikationssystem. För varje mobil tilldelas ett antal celler som utgör en virtuell ”Location Area” (LA). Sökningen av mobilen kan ske antingen genom att ett pagingmeddelande sänds ut i hela LA eller sekventiellt till cellema en och en.

Dokument 3 (D3) beskriver ett cellulärt kommunikationssystem där ett ”Location Register” (LR) som täcker ett flertal ”Location Areas” (LA) kan delas in i flera ”Logical VLR”. Vid paging sänds först ett pagingmeddelande ut i den del av LVLR där mobilen senast var aktiv.

Dokument 4 (D4) beskriver ett cellulärt kommunikationssystem där, om den mobila enheten inte kan nås med ett meddelande, en ”location confirming signal is transmitted in cells in descending order or priority in the paging area”.

Dokument 5 (D5) beskriver uppdatering av position i ett cellulärt kommunikationssystem. Enligt beskrivningen kan en ”Temporary Paging Area” (TPA) definieras om mobilen befinner sig i samma cell en viss tid. TPA kan bestå av en eller flera celler. Vid sökning av mobilen startar systemet med TPA och går sedan vidare till nästa högre nivå om mobilen inte påträffas.

I dokument 6 (D6) delar man in ett serviceområde i tre hierarkiska nivåer; location area, paging area samt service area. Sökning av mobilen startar i location area och fortsätter upp i hierarkin om den inte påträffas.

Inget av de framkomna dokumenten beskriver ett optimeringsförfarande som utnyttjar GPRS.

Sammanfattning av uppfinningen Det ovan nämnda syftet uppnås med en metod vid ett cellulärt digitalt mobiltelefonisystem för att minska signaleringslasten vid lokalisering av en godtycklig mobilstation i ett godtyckligt lokaliseringsområde (location area), varvid mobiltelefonisystemet utnyttjar GPRS for att minska paginglasten vid lokalisering av nämnda godtyckliga mobilstation, varvid nämnda 40 521 81? lokaliseringsområde delas upp i ett godtyckligt antal mindre pagingområden, samt att ett pagingmeddelande skickas ut sekventiellt i nämnda pagingområden av GPRS-styrd basstation till dess att nämnda godtyckliga mobilstation svarar på nämnda pagingmeddelande.

Genom utnyttjandet av GPRS utnyttjas radiokanalen effektivare. GPRS är speciellt avpassad för icke-realtidstjänster varför den är mycket lämplig för inter- aktiva datatj änster.

Fördelakti ga utföringsformer av uppfinningen beskrives i de osjälvständiga patentkraven.

Kortfattad beskrivning av ritningarna I det följande ges en detaljerad beskrivning av en implementering av upp- finningen med hänvisning till de åtföljande ritningama, av vilka: figur 1 avser ”paging” enligt teknikens ståndpunkt; figur 2 avser ”location update” enligt teknikens ståndpunkt; figur 3 är ett tillståndsdiagram för GPRS; figur 4 visar systemarkitekturen för GPRS enligt uppfinningen; figur 5 visar schematiskt uppdelningen av ”routing area” i ”paging areas” enligt uppfinningen.

Detaljerad beskrivning av en utfóringsform av uppfinningen Mobiltelefonisystemet enligt uppfinningen är baserat på GPRS-standarden, vilken kortfattat kommer att beskrivas med hänvisning till figurerna 3 och 4.

Därefter beskrives det uppfinningsenli ga tillvägagångssättet att dela upp en ”routing area” i ett godtyckligt antal ”paging areas”, vilka sekventiellt genomsökes av nätet för att hitta anropad mobilstation.

I framtiden kommer GSM-systemet, genom introduktionen av General Packet Radio Service (GPRS), att kunna erbjuda paketkopplade tjänster till skillnad från dagens kretskopplade tjänster. GPRS är en kostnadseffektiv tjänst i bemärkelsen att en GPRS-mobil utnyttjar radiokanalen enbart när den har data att sända eller ta emot.

GPRS är baserat på tre tillstånd ”Idle state”, ”Ready state” och ”Standby state” såsom framgår ur figur 3. I alla tillstånd kan man urskilja olika operationer för hantering av Location Management. I ”Idle state” är mobilen inte kopplad till nätet, och nätet vet inte var mobilen finns. Däremot i ”Ready state” och ”Standby state” kan mobilen ta emot paging-meddelanden och utföra uppdatering av sin position (se figur 3).

En nyhet i GPRS är att LM baseras på en klassificering av mobilerna i tre klasser beroende på vilka tillstånd mobilema befinner sig i. Alla mobiler som befinner sig i tillstånd ”Idle” är inte kopplade till GPRS LM, medan mobiler som 40 *521 819 4 befinner sig i ”Ready”- och ”Standby”-tillståndet är kopplade till GPRS LM.

Mobiler som befinner sig i ”Ready” använder sig av en LA och PA som är lika stora som en cell. I ”Ready” definierar man begreppet Cell update (CU). Alla mobiler som befinner sig i ”Standby” använder sig av LA och PA som består av flera celler. I ”Standby”-tillståndet, kallar man LA for routing area (RA) och ”Location Area Updating” för ”Routing area updating” (RAU).

I ”Idle mode” sker varken RAU (Routing Area Update), CU (Cell Update) eller paging. Nätet vet inte var mobilen finns och försöker inte heller söka den. Då mobilen befinner sig i ”Ready”-tillståndet och då den byter cell, så gör den en CU om cellerna tillhör samma Routing Area. Om den nya cellen som mobilen åker in i tillhör en annan Routing Area, så skickar mobilen en CU kombinerad med en Routing Area Update (RAU). I ”Standby mode” sker endast Routing Area Update (RAU) så fort mobilen byter Routing Area. Intressant att nämna är att ett mot- svarande tillståndsdiagram finns i nätet som håller reda på i vilket tillstånd mobilen befinner sig.

Enligt GPRS-standard så består GPRS-systemarkitektur av två nya service- noder nämligen SGSN (Support GPRS Service Norde) och GGSN (Gateway GPRS Service Node) se figur 4. Till SGSN hör en VLR (Visitor Location Register) där mobilens position finns lagrad. VLR innehåller senaste uppdaterade cellnummer och aktuell routing area samt GGSN-identitet. I HLR finns information om i vilken SGSN varje specifik mobilen befinner sig. Signaleringslasten beror på signalering som en följd av paging, RAU och CU. Detta gör att signaleringslasten i ett GPRS- system beror på storleken av Routing Area och på timertiden mellan ”Ready”- och ”Standby”-tillståndet. Signaleringslasten kan optimeras med hjälp av rätt para- metersättning av storleken på olika RA-områden och värdet på timertiden. Denna Location Management-princip kan dock förbättras ytterligare. De tjänster som GPRS kommer att erbjuda är till stor del icke-realtidstjänster (datatjänster) som tål mer fördröjning än realtidstjänster. Vid uppkopplingen av en dataförbindelse är den initiala fördröjningen (där bl a tiden för att söka en mobil ingår) inte lika kritisk som fördröjningen under själva sessionens gång. Man kan då utnyttja detta för att skapa en effektivare paging-mekanism vilket beskrives härnäst. Före- liggande uppfinning går ut på att dela upp en RA (Routing Area) i mindre PA (Paging Area)-områden och söka efter mobilen i dessa områden sekventiellt (enligt någon procedur) tills mobilen hittas. Naturligtvis vill man erhålla en så liten initial fördröjning som möjligt samtidigt som man åstadkommer en effektiv signalering.

Avvägningen mellan fördröjningen att hitta en mobil och att samtidigt åstadkomma en effektiv signalering bestäms av operatören vars konfigurering av algoritmen nedan reflekteras av vederbörandes krav på kvalitet och kapacitet i sitt nät. Den maximala storleken på en PA kan antas vara lika med RA (dvs konventionell GPRS LM). Den minsta storleken på en PA är en cell. 521 819 Ett exempel “å en uppdelning v en RA i ett antal olika PA man delar upp ett RA-område i tre stycken paging-områden, PAl, PA2 och PA3.

När nätet söker mobilen i RA så sker sökning först i PAl. Om inget svar erhålls så söks mobilen i PA2 (eller PA3) och så vidare tills mobilen hittas.

En enkel beräkning av vinsten med en sådan uppdelning enligt figur 5 åstad- kommes i det följande. Vi antar att sannolikheten att mobilen befinner sig i en cell är jämnt fördelad över alla celler. Då erhåller vi följande: 0 Enligt traditionell GPRS LM skall vi skicka ut ett paging-meddelande i alla 14 celler i figur 5. Detta ger oss totalt 14 paging-meddelanden.

Fördröjningen blir ett steg i en Sekventiell paging-process. 0 Vid en uppdelning av RA i tre PA bestående av 8, 3 respektive 3 celler fås följ ande. Medelvärdet av totala antalet skickade paging-meddelanden är 8 3 8 * _ +11* _ +14 * -3- = 9.9pagingmeddelanden 14 14 14 Den maximala fördröjningen är 3 steg i en Sekventiell pagingprocess. lvledelfördröjitingen blir 3 . . . . 1* ü + 2 * å: + 3 * i; = 1.64 steg 1 en pagmgprocessom visökeritur och ordning PA1 , PA2, PA3 Slutsatsen blir att vi tjänar 14-9.9=4.l paging-meddelanden i medel. Medel- fördröjning blir två steg om valet avseende vilken ordning man väljer PA är slump- mässigt och lika fördelat. I exemplet ovan är det en fördel att söka i PA1 först eftersom det är störst sannolikhet att hitta mobilen däri. Om vi delar upp RA- området i exemplet ovan i 14 olika PA så blir medelvärdet av det totala antalet skickade paging-meddelande =7.5 paging-meddelanden, vilket innebär en minskning med 14-7.5=6.5 paging-meddelanden. Den maximala Fördröjningen är dock hela 14 steg i en Sekventiell paging-process och medelfördröjningen blir 7.5 steg.

Föreliggande uppfinning avser således att dela upp en RA (Routing Area) i ett antal mindre områden, s k paging-områden (PA). som framgår av figur 5. Paging sker sekventiellt, dvs nätet söker efter mobilen i en PA i taget. Om mobilen inte hittas i det ena PA-området så söks mobilen i nästa och så vidare tills mobilen svarar på pagingrneddelandet.

Metoden kan delas upp i två huvuddelar som vi diskuterar nedan: 1. Uppdelning av RA i PA-områden. 40 7 a. 521 819 6 Sökproceduren.

Uppdelning av en Routing Area i Paging Area områden: En PA består av en cell eller flera celler. Cellema i en PA kan men behöver inte nödvändigtvis vara grannar med varandra.

PA-områdena kan (men behöver inte) vara olika till storlek och innehålla olika många celler. En PA kan t ex vara en delmängd av en annan PA. De olika PA-områdena kan också överlappa varandra.

För varje RA skall det finnas en möjlighet att ha en tillhörande parameter som talar om hur många PA som ingår i denna RA. Denna parameter skall kunna sättas av operatören. Till exempel så kan storleken på RA och trafiktätheten i området användas för att bestämma dessa parametrar (för varje RA). Vilka celler som skall ingå i en viss specifik PA skall också kunna bestämmas av operatören. Detta kan göras baserat på t ex en geografisk uppdelning eller beroende på trafikmängden i varje cell.

Uppdelningen kan vara baserad på samlad statistik tagen för varje mobil, olika grupperingar av mobiler eller för alla mobiler i ett visst område.

Uppdelningen kan göras - per mobil, dvs varje mobil har sin egen individuella uppdelning av varje RA (vilket dock kräver mycket minne i nätet), eller - per mobilgrupp, där användarna har delats upp i olika mobilitetsgrupper, eller - gemensamt så att den gäller alla mobiler i nätet (det troligaste).

Uppdelningen kan vara tidsberoende, dvs den kan uppdateras efter en viss tidsperiod enligt någon algoritm, eller tidskonstant.

Söknin gsprocedur Valet av vilken eller vilka PA-områden man skall söka i efter en viss mobil i de olika stegen i den sekventiella pagingproceduren kan ske antingen slumpmässigt eller enligt en prioriteringslista.

Prioriteringslistan kan sättas beroende på t ex trafikstatistik tagen från RA, PA:s och deras celler. Prioriteringslistan kan vara gemensam för alla mobiler, eller har man en för varje grupp av mobiler, eller individuell (som ovan) där det första alternativet är det troligaste vid en implemen- tering. Vidare så kan prioriteringslistan t ex vara beroende av senaste positionsuppdatering för varje mobil.

Idén med prioriteringslistan är att försöka söka mobilen i det eller de PA:s som har den eller de största sannolikheterna att finna mobilen i. Det kan vara baserat på samlad statistik tagen från varje mobil, olika grupperingar av mobiler eller alla mobiler i ett visst område. 521 8719 0 Prioriteringslistan kan uppdateras dynaniiskt (under dril.) enligt någon algoritm eller vara tidskonstant. 0 Sökningsproceduren kan ske stegvis direkt efter varandra eller med en viss tidsfördröjning mellan två på varandra återkommande sökningar. 0 Det skall var möjligt att välja mellan Sekventiell sökning och filllständig sökning.

Det ovan nämnda är endast att betrakta som en fördelaktig utföringsform, och uppfinningens skyddsomfáng begränsas endast av vad som anges i de efterföljande patentkraven.

Claims (12)

10 15 20 25 30 35 521 819 Y PATENTKRAV

1. l. Metod vid ett cellulärt digitalt mobiltelefonisystem för att minska signaleringslasten vid lokalisering av en godtycklig mobilstation i ett godtyckligt lokaliseringsområde (LA, RA) på bekostnad av tidsfördröjning vid uppkoppling av mobilstationen mot en basstation, kännetecknad av att mobiltelefonisystemet utnyttjar GPRS, där nämnda lokaliseringsområde (LA, RA) uppdelas i ett godtyckligt antal mindre paging-områden (PA), att ett pagingmeddelande skickas ut sekventiellt i nämnda paging-ornråden av en GPRS-styrd basstation till dess att nämnda godtyckliga mobilstation svarar på nämnda pagingmeddelande, att basstationen (BSS) som sänder ut nämnda pagingmeddelande styrs av en GPRS-nod (SGSN) varigenom radiokanalen utnyttjas effektivare eftersom GPRS-noden endast utnyttjar radiokanalen då den har infonnation att sända.

2. Metod enigt patentkravet l, kännetecknad av att nämnda paging- område innehåller en eller flera celler, varvid nämnda celler kan vara placerade på godtyckligt cellavstånd från varandra.

3. Metod enligt något av tidigare patentkrav, kännetecknad av att nämnda paging-oniråde (PA) kan vara en delmängd av ett annat paging-ornråde (PA) eller att nämnda paging-områden kan överlappa varandra.

4. Metod enligt något av tidigare patentkrav, kännetecknad av att nämnda celler som skall ingå i specifikt paging-område (PA) bestäms av operatör på basis av geografisk uppdelning eller beroende på trafikmängden i varje cell.

5. Metod enligt något av tidigare patentkrav, kännetecknad av att nämnda uppdelning av lokaliseringsområdet i paging-ornråden kan vara baserad på (i) samlad statistik tagen för varje mobilstation; (ii) olika grupperingar av mobilstationer; eller (iii) alla mobilstationer inom ett förutbestämt område.

6. Metod enligt patentkrav 5, kännetecknad av att nämnda uppdelning kan vara tidsberoende, dvs den förändras efter viss tidsperiod enligt algoritm.

7. Metod enligt något av tidigare patentkrav, kännetecknad av att nämnda GPRS-styrda basstation slumpmässigt söker igenom paging-ornråden (PA) ingående i nämnda lokaliseringsområde (LA, RA) efter anropad mobilstation.

8. Metod enligt något av patentkraven l - 6, kännetecknad av att nämnda GPRS-styrda basstation enligt en prioriteringslista söker igenom paging- orriråden (PA) ingående i nämnda lokaliseringsområde (LA, RA) efter anropad mobilstation.

9. Metod enligt patentkrav 8, kännetecknad av att nämnda prioriterings-lista sätts beroende på trafikstatistik tagen från nämnda lokaliseringsområde, paging-ornråden samt deras celler, varvid områden med hög trafikstatistik prioriteras. 10 521 819 ff

10. Metod enligt patentkrav 8 eller 9, kännetecknad av att nämnda prioriteringslista är baserad på Senaste positionsuppdatering för varje mobilstation.

11. Metod enligt något av patentkraven 8 - 10, kännetecknad av att nämnda prioriteringslista är baserad på samlad statistik tagen från varje mobilstation, olika grupperingar av mobilstationer eller alla mobilstationer inom ett förutbestämt område.

12. Metod enligt något av patentkraven 8 - 11, kännetecknad av att nämnda prioriteringslista kan uppdateras dynamiskt under drift enligt en algoritm.