DE69730985T2 - Verfahren und einrichtung zur leistungsverbesserung eines paketübertragungssystem - Google Patents

Verfahren und einrichtung zur leistungsverbesserung eines paketübertragungssystem Download PDF

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Technisches Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen das Gebiet der Telekommunikation und insbesondere ein Verfahren und eine Einrichtung zum Verbessern der Performance eines Paketkommunikationssystems, das ein Protokoll vom Mehrfachzugriffsreservierungstyp verwendet.
  • Beschreibung des Standes der Technik
  • Allgemein kommuniziert in einem konventionellen Mobilpaketfunkkommunikationssystem eine Basisstation (BS) mit einer Vielzahl von Mobilstationen (MSs) über einen oder mehrere gemeinsam verwendete bzw. geteilte Paketfunkkanäle. Abwärtsstreckenverbindungs- bzw. Downlink-Paketverkehr wird von der Basisstation zeitabgestimmt wodurch eine Downlink-Konkurrenzsituation zwischen Mobilstationen vermieden wird. Jedoch, damit die Mobilstationen Zugriff zu der Basisstation auf der Aufwärtsstreckenverbindung bzw. dem Uplink erhalten, konkurrieren die Mobilstationen unter Verwendung eines Zufalls-Mehrfachzugriffsprotokolls was unvermeidlich zu Konkurrenzsituation und Kollision auf dem Uplink führt.
  • Ein Protokoll vom Mehrfachzugriffstyp, welches geeignet ist zur Verwendung in einem Zeitmultiplex- bzw. TDMA-Kommunikationssystem (z. B. einem TDMA-Mobilfunksystem) ist ein Slotted-ALOHA-Mehrfachzugriffsprotokoll vom Reservierungstyp. Beispielsweise kann eine MS auf dem Uplink eine Zufallszugriffsanfragemeldung über die Luftschnittstelle zu der BS senden in Übereinstimmung mit einem konventionellen Slotted-ALOHA-Mehrfachzugriffsprotokoll. Wenn die BS die Zufallszugriffsanfragemeldung erfolgreich empfängt, ordnet sie für diese MS einen Verkehrskanal zu oder reserviert ihn und daraufhin können konkurrenzsituationsfreie Paketübertragungen zwischen dieser MS und der BS vorgenommen werden.
  • Üblicherweise, wenn eine MS keine Verkehrskanalreservierung von einer BS innerhalb einer vorbestimmten Zeitdauer empfängt, wird diese MS die Zufallszugriffsanfragemeldung neu senden. Eine Kanalreservierung kann von der BS aus einer Anzahl von Gründen nicht vorgenommen werden, wie zum Beispiel wenn die Zufallszugriffsanfragemeldung mit einer anderen Meldung auf dem Uplink kollidiert oder die Anfragemeldung während der Übertragung einen Fehler erfahren hat. Darüber hinaus kann die BS eine vorübergehende Kapazitätsüberlastung erfahren, so dass irgendwelche Zufallszugriffsanfragen, die korrekt während der Überlastungsdauer empfangen werden, nicht verarbeitet werden können.
  • Wie zuvor erwähnt, führt die Basisstation (oder irgendein anderer Knoten auf der Netzseite des Systems) die Zeitplanung der Sendungen zu unterschiedlichen Mobilstationen auf dem Downlink aus. Jedoch, wenn die Mobilstationen, für die für Downlink-Übertragung eine Zeitplanung ausgeführt wird, unterschiedliche Prioritätsebenen haben, muss die Basisstation (oder der Zeitplanungsnetzknoten) diese Übertragungen zeitlich zuordnen, während Prioritäten unterschiedlicher Mobilstationen berücksichtigt werden. Folglich führt der Bedarf an Priorisierung der Zeitplanung unterschiedlicher Downlink-Übertragungen zu variablen Verzögerungen bei der Zeitplanung von Übertragungen für individuelle Mobilstationen, insbesondere während Verkehrsstauzeiten. Diese Verzögerungen können abhängig davon, wie sehr der konkurrierende Verkehr dieselbe oder eine höhere Priorität hat, variieren. Üblicherweise werden Mobilstationen niedriger Priorität die längeren Zeitplanungsverzögerungen erfahren.
  • Der allgemeine Paketfunkdienst bzw. "General Packet Radio Service" (GPRS) ist ein neuer Paketdatendienst, der spezifiziert worden ist zur Verwendung im digitalen "Global System for Mobile Communications" (GSM). Der GPRS-Standard erfordert die Verwendung eines für Paketdaten optimierten Satzes von Kommunikationskanälen. Die für individuelle Benutzer (d. h. Mobilstationen) erforderliche Bandbreite kann durch eine Bündelfunkmehrkanaloperation bereitgestellt werden. Mit anderen Worten, Pakete können zu und von einer Mobilstation über eine Vielzahl paralleler Kanäle gesendet werden. Zwei oder mehr Prioritätsebenen werden beim Zeitplanen von Paketübertragungen verwendet (sowohl für die Aufwärtsstreckenverbindung als auch die Abwärtsstreckenverbindung). Obwohl GPRS ein neuer Dienst ist, sind die Performance Optimierungsprobleme, die mit GPRS (z. B. im GSM) einhergehen anwendbar auf andere Paketdatendienste und auch Mehrfachzugriffsreservierungssysteme. Für einen umfassenden Überblick von GSM und insbesondere GSM-Kanalressourcen-Management und Zuordnung wird Bezug genommen auf "The GSM System for Mobile Communications" by M. Mouly and M. B. Pautet, Cell & Sys., Copyright 1992 (ISBN: 2-9507190-0-7).
  • Beispielsweise, unter Bezugnahme auf den derzeitigen GPRS-Standard (GSM Technical Specification GSM 04.60, Version 0.9.1, 26 September, 1996), wird der einem Paketdatenverkehr im GPRS zugewiesene physikalische Kanal "Packet Data Channel" bzw. Paketdatenkanal (PDCH) genannt. Für eine mobilveranlasste GPRS-Paketübertragung veranlasst eine Mobilstation die Paketübertragung durch Absetzen einer Zufallszugriffsanfrage auf den PDCH-Uplink über den "Packet Random Access Channel" bzw. Zufallspaketzugriffskanal (PRACH). Der PRACH kann auch als ein Zufallszugriffssubkanal bezeichnet werden. Der MS ist es ermöglicht, den Zufallszugriffssubkanal auszuwählen, um eine Zugriffsanfrage vorzunehmen, wenn der Merker Uplink-Zustandsflag (USF), der dem Zufallszugriffssubkanal zugeordnet ist, auf "frei" gesetzt ist. Das USF, welches bestimmte Bits zu Beginn jedes auf dem Downlink gesendeten Funkkanalsteuerblocks (RLC-Block) umfasst, wird auf dem PDCH verwendet zum Ermöglichen von Multiplexierung von Uplink-Verkehr. Derzeit kann für das GPRS ein USF-Wert verwendet werden zum Kennzeichnen, dass der Zufallszugriffssubkanal "frei" ist und drei andere USF-Werte können verwendet werden zum Reservieren des Uplinks für drei unterschiedliche Mobilstationen. Als eine Alternative zur Verwendung des USF zum Bestimmen der Verfügbarkeit eines Zufallszugriffssubkanals kann die MS einen Zufallszugriffssubkanal in Übereinstimmung mit einer vorbestimmten Regel auswählen. Die GPRS-Zugriffsanfrage schließt Information ein, die die Mobilstation identifiziert und kann auch Prioritätsebeneninformation für diese Mobilstation einschließen.
  • Das Netz antwortet auf eine Zufallszugriffsanfrage durch Übertragen eines Kanalreservierungsbefehls auf den PDCH-Downlink über den "Packet Access Grant Channel" bzw. Paketzugriffserteilungskanal (PAGCH). Der Kanalreservierungsbefehl weist zukünftige Zeitschlitze der Mobilstation zu bzw. reserviert sie für Uplink-Übertragungen eines Paketes variabler Länge. Wenn das Netz nicht auf die Zufallszugriffsanfrage der MS antwortet, wird die MS wieder anfordern, aber nur nach einer vorbestimmten (oder zufälligen) Zeitdauer. Die MS sendet das Paket variabler Länge in den reservierten Zeitschlitzen. In GPRS wird das Paket auf den PDCH über den "Packet Data Traffic Channel" bzw. Paketdatenverkehrskanal (PDTCH) gesendet. Das Netz sendet eine Bestätigungsmeldung (Acknowledgment) zu der MS, wenn das vollständige Paket korrekt empfangen worden ist. Anderenfalls sendet die MS entweder das vollständige Paket oder irgendeinen Abschnitt des Paketes, bei dem Übertragungsfehler aufgetreten sind, neu.
  • Für eine beim Endgerät endende GPRS-Paketübertragung veranlasst das Netz eine Übertragung zu einer Mobilstation durch (optional) Paging bzw. Funkrufsignalisierung zu der MS, zu welcher das Paket adressiert ist. Im GPRS wird die Paging-Anfrage auf dem PDCH über dem "Packet Paging Channel" bzw. Paket-Funkruf-Kanal (PPCH) auf dem konventionellen "Paging Channel" bzw. Funkrufkanal von GSM (PCH) übertragen. Jedoch ist es nicht erforderlich, dass die adressierte Mobilstation per Paging angefunkt wird, wenn das Netz den momentanen Zellenort der Mobilstation kennt. Wenn erfolgreich per Paging angesprochen, veranlasst die Mobilstation eine Paging-Antwort durch Senden einer Paketkanalanfrage auf dem PRACH oder RACH. Das Netz antwortet mit einer Paket-Ressourcen-Zuordnungsmeldung auf dem "Packet Associated Control Channel" bzw. Zugeordneten Paketsteuerkanal (PACCH). Das Paket wird dann zu der MS über den PDTCH gesendet. Die Zeitplanung des Netzes von Paketübertragung basiert auf der momentanen Verkehrslast und der Priorität, die dem Paket erteilt wurde. Die Mobilstation sendet eine Bestätigungsmeldung zum Netz, wenn das vollständige Paket korrekt empfangen worden ist. Andernfalls sendet das Netz entweder ein vollständiges Paket oder irgendeinen Abschnitt des Paketes, bei dem ein Übertragungsfehler aufgetreten ist, neu.
  • Ein bei solchen Protokollen vom Zufallszugriffreservierungstyp erfahrenes Problem ist, dass die Mobilstationen verschiedene Paketübertragungsverzögerungen erfahren. Beispielsweise geht jeder Uplink-Paketübertragung ein Paketreservierungsprozess voraus (es sei denn, gesendete Pakete sind verknüpft). Eine MS sendet eine Zufallszugriffsanfragemeldung zum Netz, welche das Netz erfolgreich empfangen muss. Folglich gibt es eine Verzögerung bis der Zugriff erhalten werden kann. Wenn eine Kanalreservierungsmeldung nicht von der MS empfangen wird, wird die Zeitabstimmung, die dem Neusenden der Zugangsanfragemeldung zugeordnet ist, von einem unabhängigen Zeitgeber bzw. Timer gesteuert, welcher noch eine zusätzliche Verzögerung hinzufügt. Zudem, wenn die Zugriffskapazität des Netzes momentan überlastet ist, können mehr Zufallszugriffsanfragen empfangen werden, als während dieser Zeit verarbeitet werden können, was jeweilige Rückwärtszählungen anstößt, bis der nächste Zugriffsversuch vorgenommen werden kann. Jene Verzögerungen werden zusätzlich zu den der Priorisierung der Uplink-Paketübertragungen zugeordneten Verzögerungen verbunden, was zu einer Vielzahl variabler Verzögerungen führt, die beim Zugriff auf den Uplink-Kanal auftreten können.
  • Auf dem Downlink sind die Größe der momentanen Verkehrslast und der Prozess der Priorisierung der Downlink-Paketübertragungen Betrachtungen die auch zu variablen Verzögerungen führen, wenn die Kanalressourcen, die den Paketdatendienst-Übertragungen zugewiesen sind, nicht ausreichend. Als solche sind demnach sowohl Uplink- als auch Downlink-Paketverkehr Gegenstand variabler Dienstequalität (Quality of Service bzw. QoS), welche in sowohl variabler Zeitverzögerung als auch verschlechtertem Durchsatz ausgedrückt werden kann.
  • Der GPRS-Standard spezifiziert vier unterschiedliche QoS-Ebenen, welche konsequent abgebildet werden auf die unterschiedlichen Kommunikationsebenen der Luftschnittstelle. Auf den unteren beiden Ebenen (MAC-Schicht und physikalische Schicht) werden diese vier QoS-Ebenen auf vier Prioritätsebenen abgebildet. Diese vier Prioritätsebenen werden verwendet zum Priorisieren vom Zugriff zum System. Die gesamten GPRS zugeordneten PDCHs sind geteilte Ressourcen, für die von unterschiedlichen Mobilstationen abgehende oder stammende Pakete miteinander in bezug auf Zugriff konkurrieren. Der Ressourcen-Manager des Systems hat die Aufgabe, eine ausreichende Anzahl dedizierter PTCHs zuzuweisen, welche sowohl die zugeordnete Belastung handhaben können als auch die QoS-Erfordernisse für alle vier Prioritätsebenen erfüllen können. Jedoch ergibt sich ein signifikantes Problem, wenn die unteren Prioritätsebenen unterdrückt sind, weil die von den höheren Prioritätsebenen erforderliche Belastung die bereitgestellten Kanalressourcen übersteigen kann. Derzeit würde der Ressourcen-Manager entweder mehr Ressourcen zuzuweisen haben (auf Kosten der anderen Dienste) oder mit einer verschlechterten QoS arbeiten.
  • Ein Digital-Kommunikationssystem mit einer Weiterleitungsverbindung und einer Reservierungsverbindung wird in WO 96 37079 A beschrieben. Das System umfasst eine Anzahl von Digital Senderempfängern mit einem gewissen Bandbreitenbedarf. Die Senderempfänger teilen einen Zufallszugriffskanal für das Empfangen von Daten über die Rückwärtsverbindung und zum Senden von Daten über die Vorwärtsverbindung. Wenn ein Bandbreitenbedarf einen ersten Schwellwert übersteigt, wird umgeschaltet vom Zufallszugriffskanal auf einen dedizierten Kanal.
  • RESÜMEE DER ERFINDUNG
  • Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Paketdatendienst-QoS-Ebene bereitzustellen, die ähnlich der QoS-Ebene eines schaltvermittelten Dienstes ist.
  • Es ist ferner ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen ausgehandelten Bandbreitenbetrag einer Mobilstation für Paketdatendienste zu garantieren. Es ist ferner ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einer Mobilstation eine konstante Verzögerung für Paketdatendienste zu garantieren.
  • Es ist noch ferner ein Ziel der vorliegenden Erfindung, den Systemdurchsatz anzuheben und auch die Kosten für Funkendbenutzer von Paketdatendiensten von drahtgebundenen Netzen zu verringern.
  • Das Ziel der Erfindung wird erreicht durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Mobilkommunikationssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 24.
  • In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung werden das vorrangegangene und andere Ziele in einem Kommunikationssystem erreicht, das ein Protokoll von Mehrfachzugriffspaket-Reservierungstyp verwendet, durch spezielles Zuweisen der für die Paketübertragungen zu einer Mobilstation (die als "VIP-MS" bezeichnet wird) erforderlichen physikalischen Kanäle. Beispielsweise können diese speziellen zugeordneten physikalischen Kanäle eine Vielzahl von Uplink- und Downlink-Paketdatenkanäle umfassen. Die VIP-MS, der diese dedizierten Kanäle zugeordnet sind, hat die exklusive Priorität zur Verwendung von ihnen wenn erforderlich. Folglich hat die VIP-MS immer diese verhandelte Bandbreite für die Paketübertragungen verfügbar.
  • Da der VIP-MS die höchste exklusive Priorität zum Zugreifen auf diese physikalischen Kanäle (VIP-Priorität) gegeben ist, gibt es durch Zuweisen eines reservierten Zufallszugriffskanals, der für die VIP-MS dediziert ist (z. B. auf einem zugeordneten Aufwärtsstreckenkanal), die vielen und variablen von früheren Mobilstationen erfahrenen Zufallszugriffsverzögerungen nicht mehr. Da die VIP-MS immer als erstes zur Übertragung auf dem Downlink eingeplant wird und ein reservierter Zugriff für die VIP-MS auf dem Uplink zugewiesen ist, tritt nur eine konstante Verzögerungsdauer für Up-Link- und Downlink Sendungen auf. Mit anderen Worten, der VIP-MS werden sowohl eine Bandbreite für die Paketübertragungen als auch eine konstante Uplink und Downlink Verzögerung garantiert.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Ein vollständigeres Verständnis des Verfahrens und der Anordnung der vorliegenden Erfindung können erfahren werden unter Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung, wenn betrachtet in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen, in denen zeigt:
  • 1 ein vereinfachtes schematisches Blockdiagramm eines Zellularkommunikationssystems, das verwendet werden kann zum Implementieren eines Verfahrens zum Übertragen von Paketdaten mit einer VIP-Mobilstation in Übereinstimmung mit der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 2 ein Abfolgediagramm, das darlegt wie eine am Endgerät endende Datenübertragung auftreten kann in Übereinstimmung mit der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 3 ein Diagramm zum Erläutern der Downlink- und Uplink-Rahmen für Paketübertragungen zwischen einem Netz und einer VIP-MS in Übereinstimmung mit der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 4 ein Diagramm zum Erläutern wie ein normaler Burst abgebildet werden kann auf einen einzelnen Zeitschlitz in einem TDMA-Rahmen;
  • 5 ein Diagramm zum Erläutern, wie VIP-MS- und anderer Paketverkehr über den physikalischen Downlink-Kanal gesendet werden können, in Übereinstimmung mit der in 2 beschriebenen Abfolge;
  • 6 ein Abfolgediagramm, das erläutert wie eine vom Endgerät ausgehende Paket-Datenübertragung auftreten kann in Übereinstimmung mit der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
  • 7 ein Diagramm das erläutert, wie VIP-MS und anderer Paketverkehr über den physikalischen Uplink-Kanal gesendet werden können, in Übereinstimmung mit der in 6 beschriebenen Abfolge.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und ihre Vorteile werden am besten unter Bezugnahme auf 1 bis 7 der Zeichnungen verstanden, wobei gleiche Bezugszeichen verwendet wurden für gleiche und entsprechende Teile der verschiedenen Zeichnungen.
  • Im wesentlichen für ein Kommunikationssystem der vorliegenden Erfindung, das ein Protokoll vom Mehrfachzugriffspaket-Reservierungstyp verwendet, werden die für die Paketübertragungen erforderlichen physikalischen Kanäle speziell einer Mobilstation zugeordnet. Diese Mobilstation kann auch als "VIP-MS" bezeichnet werden. Für das GPRS können beispielsweise diese speziell zugeordneten physikalischen Kanäle eine Vielzahl von Uplink- und Downlink-Kanälen umfassen. Insbesondere umfasst ein PDCH im GPRS einen Uplink- und einen Downlink-Kanal und ist definiert als ein für Paketdaten dedizierter physikalischer Kanal. Die Anzahl von zugeordneten Uplink-Kanälen kann dieselbe sein wie oder unterschiedlich sein zu der Anzahl von zugeordneten Downlink-Kanälen. Die VIP-MS, der diese dedizierten Kanäle zugeordnet sind, hat das Recht, sie bedarfsweise zu benutzen. Folglich hat die VIP-MS immer die erforderliche Bandbreite für die Paketübertragungen verfügbar. Jedoch kann die unbenutzte Kapazität dieser dedizierten Kanäle von anderen Mobilstationen verwendet werden.
  • Mit anderen Worten, der VIP-MS ist die höchste exklusive Priorität zum Zugriff auf diese physikalischen Kanäle gegeben (nachstehend als "VIP-Priorität" bezeichnet). Folglich wird durch Zuweisen eines reservierten Zufallszugriffssubkanals, der dediziert ist für die VIP-MS (z. B. auf einem zugeordneten Uplink-Kanal), das vorliegende Problem der variablen Verzögerungen, die von früheren Systemen während des wahlfreien Zugriffs erfahren wurden, gelöst. Da die VIP-MS für Übertragungen auf dem Downlink zeitlich immer als erstes eingeplant wird und ein reservierter Zugriff für die VIP-MS auf dem Uplink bereitgestellt wird, werden nur eine konstante Verzögerungsdauer für den Uplink und Downlink einbezogen. Mit anderen Worten, der VIP-MS wird sowohl einer Bandbreite für die Paketübertragungen als auch eine konstante Uplink- und Downlink-Paketübertragungs-Verzögerung garantiert.
  • 1 ist ein vereinfachtes schematisches Blockdiagramm eines Telekommunikationssystems, das kann zum Implementieren eines Verfahrens zum Übertragen von Paketdaten mit einer VIP-Mobilstation in Übereinstimmung mit der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden. System 10 schließt ein Kommunikationsnetz 12 ein. Das Netz 12 schließt einen Basisstations-/Senderempfängerabschnitt 14 ein. Das Netz 12 kann ein lokales oder ein Weitbereichsnetz sein (LAN oder WAN), oder kann ein öffentliches Landmobilfunknetz sein (PLMN) wie zum Beispiel das Zellularnetz in dem GSM. Allgemein kann das Netz 12 von irgendeiner Art von Kommunikationsnetz sein, das Paketdatendienste unter Verwendung geteilter Paketdatenkanäle bereitstellt. In der (nur zum Zwecke der Erläuterung) gezeigten bevorzugten Ausführungsform ist das Netz 12 ein TDMA-Zellularmobilfunknetz.
  • Netz 12 kommuniziert mit einer VIP-MS 16 über den Basisstations-/Senderempfängerabschnitt 14 des Netzes und die Luftschnittstelle im wesentlichen unter Verwendung existierender Luftschnittstellen- und Vermittlungs-Kommunikationsprotokolle. Der VIP-MS 16 ist für Ressourcenzeitplanung und Uplink-Zufallszugriffs-Prioritätszwecke eine VIP-Priorität verliehen. Die VIP-Priorität kann eine "0" sein oder eine höchste ausschließliche Ebene an Priorität in einer typischen Zeitplanungsprioritäts-Hierarchie. Alternativ kann die VIP- Priorität eine spezielle Prioritätsebene sein, die durch den System-Ressourcen-Manager als höher als irgendeine andere kommerzielle Ebene von Zeitplanungspriorität zu berücksichtigen ist.
  • Das Netz 12 kommuniziert auch mit anderen, nicht VIP-Mobilstationen (gekennzeichnet durch ein Mobiltelefon 20) über einen zweiten Basisstations- und/oder Senderempfängerabschnitt 18 im Netz, mit Festtelefonen (z. B. Telefon 22) in einem öffentlichen Wählvermittelungstelefonnetz (PSTN) und mit Endgeräte-Arbeitsstationen (z. B. Computer-Terminals 24 und 26). Wie gezeigt erfolgen die Kommunikationen zwischen dem Endgerät 24 und dem Netz 12 über eine Drahtleitungsverbindung. Die Kommunikationen zwischen dem Endgerät 26 und dem Netz verlaufen über drahtlose Funkverbindungen über den Basisstations- und/oder Senderempfängerabschnitt 14. Folglich können Kommunikationen zu/von Telefonen 22 und Endgeräten 24 und 26, zu/von einer bzw. mehreren Mobilstationen 20 oder einer VIP-MS 16 über das Netz 12 geroutet werden.
  • 2 ist ein Abfolgediagramm, das darstellt, wie die eine beim Endgerät endende Paketdatenübertragung in Übereinstimmung mit der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stattfinden kann. Bezugnehmend auf 2 veranlasst in Übereinstimmung mit Schritt 32 in der Abfolge 30 das Netz 12 die Übertragung eines Datenpaketes zur VIP-MS 16 durch Senden einer Paket-Paging Meldung (Paket-Funkrufmeldung) über einen physikalischen Paket-Paging-Kanal auf der Abwärtsstreckenverbindung. Für das GPRS kann eine Paket-Paging-Meldung über den Downlink-Paket-Paging-Kanal (PPCH) oder den Paging Kanal (PCH) gesendet werden. Wenn das Netz die momentane Zellenposition der VIP-MS 16 kennt, braucht die Paging-Meldung nicht gesendet zu werden.
  • Bei Schritt 34 sendet VIP-MS 16 eine Kanalreservierungsanfragemeldung über einen Zufallszugriffssubkanal auf dem Uplink. Die Anfragemeldung kann anzeigen, dass VIP-MS 16 eine VIP-Priorität hat. In dem GPRS kann eine VIP-Kanalreservierungsanfragemeldung über den Uplink-PRACH oder den Uplink-Zufallszugriffskanal (RACH) gesendet werden. Alternativ kann die VIP-Priorität dem Netz bereits von einer vorangegangenen QoS-Verhandlung oder von Teilnehmerdaten bekannt sein. Besonders die QoS-Verhandlung könnte auf der Verwendung des Ressourcen-Reservierungs-Protokoll-Merkmals bzw. RSVP-Merkmals basieren, das für das Internet-Protokoll spezifiziert worden ist. Das RSVP-Merkmal ist für das Reservieren von Ressourcen in Kommunikationen über das Internet gedacht. Auch könnte beispielsweise eine Tabelle vorgesehen sein (z. B. in einer Datenbank) und verwendet werden zum Umsetzen von Anfragen nach Bandbreite und Verzögerungen, die über die Luftschnittstelle vorgenommen worden sind in Internet-Bandbreite und Verzögerungen gleicher oder größerer bzw. gleicher oder kleinerer Umfänge.
  • Als Antwort sendet bei Schritt 36 das Netz 12 eine Meldung zur Zuordnung eines dedizierten physikalischen Verkehrskanals über einen Paketzugriffsgewährungskanal oder Steuerkanal auf dem Downlink. Die Zuordnungsmeldung enthält eine Liste dedizierter Paketdatenverkehrskanäle, die für die Übertragung zu verwenden sind. Bei GPRS kann das Netz (über den Downlink) eine "Packet Resource Assignment"- bzw. Paket-Ressourcen-Zuweisungsmeldung senden für Downlink-LLC-Rahmen- bzw. Downlink-Logik-Verbindungssteuerungsrahmen-Übertragungen. Die Paketressourcen-Zuordnungsmeldung enthält die Liste der zu verwendenden dedizierten PDCHs. Bei Schritt 38 sendet das Netz 12 das Paket über die dedizierten Downlink-Paketdatenkanäle (z. B. dedizierte PDTCHs in GPRS). In Summe sollte durch Bereitstellen "garantierter Bandbreite" oder dedizierter physikalischer Kanäle für die Downlink-Paketübertragung die der Übertragung zugeordneten Ressourcen ausreichen, der VIP-MS kann eine konstante Verzögerung garantiert werden und der Downlink-Verkehr wird keinem variablen QoS unterzogen.
  • 3 ist ein Diagramm, das die Downlink- und Uplink-Rahmen für Paketübertragungen zwischen einem Netz und einem VIP-MS darlegt in Übereinstimmung mit der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Für die erläuternde Ausführungsform ist eine Reihe von TDMA-Rahmen mit acht Zeitschlitzen pro Rahmen gezeigt. Beispielsweise verwendet das GSM acht Zeitschlitze pro TDMA-Rahmen. Jedoch sollte verstanden werden, dass die Erfindung nicht dazu gedacht ist, auf eine gewisse Anzahl von Zeitschlitzen pro Rahmen eingeschränkt zu werden. Irgendeine praktikable Anzahl von TDMA-Zeitschlitzen pro Rahmen könnte verwendet werden. Wie gezeigt werden die dedizierten physikalischen Downlink-Kanäle des VIP MS als dedizierte Zeitschlitze in jedem Rahmen erkannt, welche an erster Stelle für die VIP-MS reserviert werden. Jedoch, wie unten diskutiert, können während Ruheperioden zwischen VIP-Paketen diese reservierten VIP-MS-Zeitschlitze temporär für anderen Verkehr verwendet werden. Folglich wird der Netzdurchsatz signifikant verbessert über konventionelle Systeme, weil auf die dedizierten VIP MS physikalischen Systeme für Paketdatenverkehr zu/von anderen Mobilstationen während der Ruhepausen zugegriffen werden kann.
  • Das während eines Zeitschlitzes in einem TDMA-Rahmen übermittelte Informationsformat wird "Burst" genannt. Ein "normaler Burst" wird zum Übermitteln von Information auf einen Verkehrskanal und gewissen Steuerkanälen verwendet. 4 ist ein Diagramm, das zeigt, wie ein normaler Burst auf einen einzelnen Zeitschlitz in einem TDMA-Rahmen abgebildet werden kann. Ein Zeitschlitz in aufenanderfolgenden TDMA-Rahmen wird als ein physikalischer Kanal definiert. Folglich werden eine Serie normaler Bursts (aus Information) in Zeitschlitzen übertragen, die einen physikalischen Kanal bilden.
  • 5 ist ein Diagramm, das zeigt, wie VIP-MS- und anderer Paketverkehr über den physikalischen Downlink-Kanal gesendet werden können in Übereinstimmung mit der in 2 beschriebenen Abfolge. Der zu der VIP-MS zu richtende kommende Paketverkehr wird von dem Netz (beginnend mit dem nächsten verfügbaren Zeitschlitz) über die reservierten physikalischen Downlink-Kanäle gesendet (ein Kanal ist in 5 gezeigt). Wie gezeigt sind die Paketübertragungen nicht notwendigerweise verknüpft. Folglich kann während der Ruheperioden, wenn keine VIP-MS-Pakete gesendet werden, der andere kommende Paketverkehr, der für nicht-VIP-Mobilgeräte gedacht ist über die dedizierten VIP-MS-Kanäle gesendet werden.
  • 6 ist ein Abfolgediagramm, das zeigt, wie ein von einem Endgerät ausgehenden Paketdaten-Transfer ausgeführt werden kann in Übereinstimmung mit der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Gemäß Schritt 52 in Abfolge 50 sendet die VIP-MS 16 eine VIP-Paketkanalanfragemeldung über einen reservierten Zufallszugriffssubkanal auf dem Uplink. Durch Zuordnen des reservierten Zufallszugriffssubkanals zu der VIP-MS (d. h., auf einem zugeordneten Uplink-Kanal), mit das Problem der variablen Verzögerung von Uplink-Zufallszugriff gelöst. Alternativ, aber eine weniger wünschenswerte Lösung darstellend, ist der Zufallszugriffssubkanal auf dem Uplink derart zu dimensionieren, dass Kanalzugriffskollisionen zwischen der VIP-MS und anderen Mobilstationen mit geringer Wahrscheinlichkeit auftreten werden. In GPRS kann die VIP-MS-Paketkanalanfrage über einen reservierten PRACH auf dem Uplink gesendet werden.
  • Bei Schritt 54 sendet das Netz 12 eine Zuordnungsmeldung eines dedizierten Verkehrskanals über einen Paketzugriffs-Erteilungskanal oder Steuerkanal auf dem Downlink. Die Zuweisungsmeldung enthält eine Liste dedizierter Paketdaten-Verkehrskanäle, die für die Übertragung zu verwenden sind. In GPRS kann das Netz (über den Downlink) eine Paket-Ressourcen-Zuordnungsmeldung für Downlink-Rahmenübertragungen von Logical Link Control (LLC) senden. Die Paket-Ressourcen-Zuweisungsmeldung enthält die Liste zu verwendender dedizierter PDCHs. Bei Schritt 56 sendet die VIP-MS 16 das Paket über die dedizierten Uplink-Paketdatenkanäle (z. B. dedizierte PDTCHs in GPRS).
  • 7 ist ein Diagramm, das darlegt, wie VIP-MS- und anderer Paketverkehr über den physikalischen Uplink-Kanal gesendet werden können in Übereinstimmung mit der in Figur gezeigten Abfolge. Der zu dem Netz zu richtende Paketverkehr wird von der VIP-MS (beginnend mit dem zweiten verfügbaren Zeitschlitz nach dem nächsten reservierten Zugangszeitschlitz) über reservierte physikalische Uplink-Kanäle (in 7 ist ein Kanal gezeigt) gesendet. Die Paketübertragungen können verknüpft oder unverknüpft sein. Folglich kann während der Ruhedauern, wenn keine VIP-MS-Pakete übertragen werden, der andere für das Netz bestimmte Paketverkehr über die dedizierten VIP-MS-Kanäle gesendet werden. 7 zeigt auch die Verwendung gewisser Zufallszugriffskanäle (gestreifte Zeitschlitze), die exklusiv für die VIP-MS reserviert sind, um Uplink-Zugriffskollisionen zu vermeiden.
  • Insbesondere, zusätzlich zu den Vorteilen, die der oben beschriebenen Ausführungsform zuzuschreiben sind, können die Donwnlink-Übertragungen in GPRS feinabgestimmt werden durch Zeitplanung der Donwlink-Übertragungen unter Verwendung eines kurzen Identifizierers, der "Temporary Frame Identity" vorübergehende Rahmen-Identität bzw. TFI) genannt wird, welcher Teil jedes 20-ms-Funkverbindungs-Steuerungsblocks bzw. RLC-Blocks ist. Folglich können alle solchen Blöcke einen spezifischen LLC-Rahmen und einer spezifischen Mobilstation zugeordnet werden. Auch kann eine ähnliche Priorisierungsebene auf dem Uplink unter Verwendung des "Uplink State Flag" (Uplink-Zustandsmerker bzw. USF) zum Steuern der Uplink-Übertragungszeitplanung (auch auf der 20-ms-Basis) erreicht werden. Folglich können für gewisse Mobilstationen unterschiedliche Paketdaten-Kanäle (PDCHs) geöffnet und geschlossen werden. Auf diese Weise kann die Kanalnutzung maximiert werden und die daraus erhaltene QoS ist vergleichbar mit der QoS, die mit einer konventionellen schaltungsvermittelten Verbindung erhalten wird.
  • Insbesondere, wenn eine VIP-MS (z. B. in einer Zelle angeordnet) sich in eine andere Zelle bewegt, können der MS denselben ausschließlichen Ressourcen zugeteilt werden. Diese Zuteilung kann entweder ansprechend auf die Neuvereinbarung dieser Ressourcen in der neuen Zelle durch die MS stattfinden oder derselbe Effekt kann erhalten werden aus der Signalisierung innerhalb des Netzes. Für den letzteren Fall kann während des Handovers von der einen Zelle zu der anderen (z. B., wenn die MS sich der neuen Zelle präsentiert), der Zellenaktualisierungsprozess von der MS durchgeführt werden und wenn genügend Ressourcen in der neuen Zelle verfügbar sind, kann das Netz automatisch die VIP-Ressourcen von der alten Zelle "übertragen" oder neu zuordnen. Diese automatische Neuzuordnung von Ressourcen kann beispielsweise unter Verwendung einer speziellen Signalisierungsprozedur erzielt werden wie zum Beispiel der von der für kommerzielles Handover verwendeten Art.
  • Obwohl eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens und der Anordnung der vorliegenden Erfindung in den beiliegenden Zeichnungen illustriert worden sind und in der vorangegangenen detaillierten Beschreibung beschrieben, ist es selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf die offenbarte Ausführungsform beschränkt ist, sondern einer Vielzahl von Neuanordnungen, Modifikationen und Ersetzungen unterzogen werden kann.

Claims (28)

  1. Verfahren zum Verbessern der Performance eines Mobilkommunikationssystems (10), das mindestens ein Mehrfachzugriff-Paketreservierungsprotokoll verwendet, die Schritte umfassend: Zuordnen einer exklusiven Zugriffspriorität zur Verwendung mindestens eines ersten Kanals in dem Mobilkommunikationssystem (10) zum Aufnehmen von Abwärtsstreckenverbindungs-Paketverkehr; Reservieren eines zweiten Kanals in dem Mobilkommunikationssystem (10), um ungehinderten Zugriff durch Aufwärtsstreckenverbindungs-Paketverkehr zu ermöglichen; und Zuordnen einer exklusiven Zugriffspriorität zur Verwendung von mindestens einem dritten Kanal in dem Mobilkommunikationssystem (10), zum Aufnehmen dieses Aufwärtsstreckenverbindungs-Paketverkehrs.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, das Freigeben von mindestens einem aus der Gruppe bestehend aus den ersten und dritten Kanälen für anderen Verkehr während einer Periode, wenn kein Paketverkehr aufgenommen wird, einschließend.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Mobilkommunikationssystem (10) ein TDMA-Kommunikationssystem umfasst.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Mobilkommunikationssystem (10) ein Digitalzellular-Funksystem umfasst.
  5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Mehrfachzugriff-Paketreservierungsprotokoll ein Slotted-ALOHA-Mehrfachzugriffsprotokoll ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Kanal einen ersten physikalischen Kanal umfasst.
  7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der dritte Kanal einen dritten physikalischen Kanal umfasst.
  8. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste und dritte Kanal einen physikalischen Kanal umfassen.
  9. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der zweite Kanal einen Kanal wahlfreien Zugriffs umfasst.
  10. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der zweite Kanal einen Paketkanal wahlfreien Zugriffs (PRACH) umfasst.
  11. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Kanal und dritte Kanal einen Paketdatenverkehrskanal (PDTCH) umfassen.
  12. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Schritt des Reservierens eines zweiten Kanals das Dimensionieren eines Kanals wahlfreien Zugangs derart umfasst, dass eine Rate der Kollisionen wahlfreien Zugriffs zwischen Aufwärtsstrecken-Verbindungsverkehr reduziert wird im Vergleich zu einer konventionellen Rate.
  13. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, außerdem die Schritte umfassend: Weitergeben einer Mobilstation von einer ersten Zelle zu einer zweiten Zelle; und Wiederholen der Zuordnungs- und Reservierungsschritte für die zweite Zelle.
  14. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, außerdem die Schritte umfassend: Weitergeben einer Mobilstation von einer ersten Zelle zu einer zweiten Zelle; und Neuzuordnen von dem ersten Kanal, dem zweiten Kanal und dem dritten Kanal entsprechenden Kanälen für Exklusiv-Prioritäts-Benutzung durch die Mobilstation.
  15. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste Kanal eine erste ausgehandelte Bandbreite und eine erste Verarbeitungsverzögerung hat; der zweite Kanal eine zweite Verarbeitungsverzögerung hat; der dritte Kanal eine dritte ausgehandelte Bandbreite und eine dritte Verarbeitungsverzögerung hat; und außerdem einschließend Umsetzen jeder der ersten und dritten ausgehandelten Bandbreiten in eine jeweilige zugeordnete erste und dritte Bandbreite eines leitungsgebundenen Kommunikationsnetzes; Umsetzen jeder der ersten, zweiten und dritten Verarbeitungsverzögerungen in eine jeweilige zugeordnete erste, zweite und dritte Verarbeitungsverzögerung eines drahtgebundenen Kommunikationsnetzes; und wobei das Mobilkommunikationsnetz von dem drahtgebundenen Kommunikationsnetz das Zuordnen von mindestens einem aus der Gruppe aus den ersten und dritten Bandbreiten eines drahtgebundenen Netzes anfordert und mindestens einer von den ersten, zweiten und dritten drahtgebundenen Verzögerungen zum Befördern des Paketverkehrs dazwischen.
  16. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 15, wobei das Mobilkommunikationsnetz ein GSM-Netz umfasst.
  17. Verfahren nach Anspruch 15, wobei das drahtgebundene Kommunikationsnetz ein Internet-Netz umfasst.
  18. Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Zellularpaket-Datenkommunikationssystem eine Vielzahl von geteilten bzw. gemeinsam genutzten Paketdatenzellen verwendet zum Verbessern einer erzielbaren Dienstequalität, die Schritte umfassend: simultanes Zuordnen exklusiver Zugriffspriorisierungen zur Verwendung für ein erstes Mobilendgerät (16), durch Aushandeln, einer Vielzahl von Aufwärtsstreckenverbindungs- und Abwärtsstreckenverbindungs-Paketdatenkanälen aus der Vielzahl von geteilten Paketdatenkanälen; und Freigeben der zugewiesenen Vielzahl von Aufwärtsstreckenverbindungs- und Abwärtsstreckenverbindungs-Paketdatenkanälen ansprechend auf ein Signal von mindestens einem aus der Gruppe von dem ersten Mobilendgerät und einem Netz in dem Zellularpaket-Datenkommunikationssystem, wobei dem ersten Mobilendgerät hierdurch die Verwendung der zugewiesenen Vielzahl von Aufwärtsstreckenverbindungs- und Abwärtsstreckenverbindungs-Paketdatenkanälen garantiert wird.
  19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei mindestens ein zweites Mobilendgerät auf die zugewiesene Vielzahl von Aufwärtsstreckenverbindungs- und Abwärtsstreckenverbindungs-Paketdatenkanälen während einer Verkehrsruheperiode des ersten Mobilendgerätes (16) zugreift.
  20. Verfahren nach Anspruch 18, wobei die erste Mobilstation die Vielzahl von Aufwärtsstreckenverbindungs- und Abwärtsstreckenverbindungs-Paketdatenkanälen verwendet und jeder weitere Paketdatenverkehr darauf unterbrochen wird.
  21. Verfahren nach Anspruch 18, wobei die Zeitplanung des Aufwärtsstreckenverbindungs-Paketdatenverkehrs durch ein Aufwärtsstreckenverbindungszustands-Flag gesteuert wird.
  22. Verfahren nach Anspruch 18, außerdem den Schritt des Zuordnens eines getrennt reservierten Zugriffs-Unterkanals zu dem ersten Mobilendgerät umfassend zum Vermeiden von Kollision mit Verkehr von einem Mobilendgerät, das von dem ersten Mobilendgerät abweicht, und demnach die Aufwärtsstreckenverbindungs-Verzögerungen reduzierend.
  23. Verfahren nach Anspruch 22, wobei der separat reservierte Zugriffsunterkanal einen reservierten Unterkanal wahlfreien Zugriffs umfasst.
  24. Mobilkommunikationssystem (10), das mindestens ein Mehrfachzugriffspaket-Reservierungsprotokoll verwendet, umfassend: eine erste Mobilendgerätevorrichtung (16) zum Übertragen und Empfangen von Paketverkehr, wobei die erste Mobilendgerätevorrichtung (16) einer Exklusiv-Verwendung von mindestens einem ersten Aufwärtsstrecken-Verbindungskanal und einem zweiten Abwärtsstrecken-Verbindungskanal in dem Mobilkommunikationssystem (10) zugeordnet ist; einen Zugriffskanal einer Aufwärtsstreckenverbindung des Mobilkommunikationssystems (10); und einer Reservierungsvorrichtung zum Reservieren von ungehindertem Zugriff auf den Zugriffskanal für die erste Mobilendgerätevorrichtung (16).
  25. Mobilkommunikationssystem nach Anspruch 24, außerdem ein TDMA-Kommunikationssystem umfassend.
  26. Mobilkommunikationssystem nach Anspruch 24, außerdem ein Digitalzellular-Funksystem umfassend.
  27. Mobilkommunikationssystem (10) nach Anspruch 24, wobei der Zugriffskanal einen Unterkanal wahlfreien Zugriffs umfasst.
  28. Mobilkommunikationssystem (10) nach Anspruch 24, wobei die erste Mobilendgerätevorrichtung (16) eine priorisierte Mobilstation (VIP) umfasst.
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