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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines zellularen Mobilfunknetzes,
welches durch eine Vielzahl von Zellen gebildet ist, wobei jeweils
mehrere Zellen zu einem Lokalisierungsgebiet zusammengefasst werden,
mittels dessen in das Mobilfunknetz eingebuchte Mobilfunkendgeräte in diesem
Lokalisierungsgebiet lokalisierbar und adressierbar sind, wobei
die in dem Lokalisierungsgebiet eingebuchten Mobilfunkendgeräte erfasst
werden und zum Aufbau einer Verbindung zu einem Mobilfunkendgerät ein Rundruf
von allen Zellen dieses Lokalisierungsgebietes an das Mobilfunkendgerät erfolgt,
wobei bei Verlassen des Lokalisierungsgebietes eine Lokalisierungsaktualisierung
durchgeführt
wird.
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In
heutigen Mobilfunknetzen und GSM-Netzen werden Gruppen von Zellen
zu einem Lokalisierungsgebiet, einer so genannten RoutingArea zusammengefasst,
innerhalb sich derer das mobile Endgerät bewegt, ohne dass eine Änderung
der aktuell genutzten Zelle per Lokalisierungsaktualisierung, d.
h. per LocationUpdate, an das Netz gemeldet werden muss. Diese Vorgehensweise
erfolgt aus Energiespargründen
sowie um das Signalisierungsaufkommen innerhalb der RoutingArea
möglichst
gering zu halten.
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Im
Falle eines Rundrufes, d. h. im Falle eines Pagings, wird in allen
Zellen des Lokalisierungsgebietes, d. h. in allen Zellen innerhalb
der RoutingArea, ein Paging für
das mobile Endgerät
ausgeführt,
welches sich dann aus der aktuell genutzten Zelle innerhalb des
Lokalisierungsgebietes meldet. Diese Vorgehensweise dient dem Aufbau
einer Mobilfunkverbindung zu dem Mobilfunkendgerät.
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Bei
der Größe der RoutingArea
wird ein Kompromiss zwischen der Anzahl der benötigten LocationUpdates einerseits
und der Anzahl der Zellen, in denen ein Paging stattfinden muss,
andererseits getroffen, da es grundsätzlich sinnvoll wäre, sowohl
die Anzahl der nötigen
LocationUpdates bei Verlassen eines Lokalisierungsgebietes, d. h.
bei Verlassen der RoutingArea und andererseits die Anzahl der Zellen
in denen ein Rundruf (Paging) stattfinden muss, gering zu halten.
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Nachteilig
bei dieser Festlegung von Lokalisierungsgebieten ist es, dass bei
einer Neueinrichtung einer Zelle innerhalb des zellularen Mobilfunknetzes
immer das betroffene Lokalisierungsgebiet dieser Zelle und der umliegenden
Zellen angepasst werden muss. Weiterhin nachteilig bei dieser Art
der Festlegung von Lokalisierungsgebieten ist es, dass z. B. bei
Großveranstaltungen
oder Verkehrsstockungen es zu einer sehr großen Signalisierungslast und
ggf. sogar Überlast
in einzelnen Zellen und Lokalisierungsgebieten kommen kann, während möglicherweise
ein unmittelbar angrenzendes Lokalisierungsgebiet vollkommen unbelastet
ist.
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Die
Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu überwinden
und ein Verfahren zum Betrieb eines zellularen Mobilfunknetzes der
eingangs genannten Art zu schaffen, welches eine Optimierung hinsichtlich
der Signalisierungslast, der Anzahl erforderlicher Lokalisierungsaktualisierungen
und der Anzahl der Zellen, in denen ein Paging stattfinden muss,
ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
ein Verfahren gemäß Anspruch
1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Besonders
vorteilhaft bei dem Verfahren zum Betrieb eines zellularen Mobilfunknetzes,
insbesondere eines LTE-Netzes, welches durch eine Vielzahl von Zellen
gebildet ist, wobei jeweils mehrere Zellen zu einem Lokalisierungsgebiet
zusammengefasst werden, mittels dessen in das Mobilfunknetz eingebuchte
Mobilfunkendgeräte
in diesem Lokalisierungsgebiet lokalisierbar und adressierbar sind,
wobei die in dem Lokalisierungsgebiet eingebuchten Mobilfunkendgeräte erfasst
werden und zum Aufbau einer Verbindung zu einem Mobilfunkendgerät ein Rundruf
von allen Zellen dieses Lokalisierungsgebietes an das Mobilfunkendgerät erfolgt,
wobei bei Verlassen des Lokalisierungsgebietes eine Lokalisierungsaktualisierung
durchgeführt
wird, ist es, dass die Lokalisierungsgebiete in Abhängigkeit
von Netzparametern und/oder Nutzungsparametern dynamisch gebildet
werden.
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Unter
Netzparametern und/oder Nutzungsparametern können dabei insbesondere folgende
Parameter erfasst und berücksichtigt
werden: die Größe eines
Lokalisierungsgebietes, die Anzahl der Zellen, die das Lokalisierungsgebiet
bilden, die Neueinrichtung einer oder mehrerer Zellen, d. h. die
Veränderung
und/oder Erweiterung der Netzinfrastruktur, die Anzahl der in den
einzelnen Zellen aktuell eingebuchten Mobilfunkendgeräte oder
auch die Anzahl aktuell bestehender Mobilfunkverbindungen, d. h.
die Last in dem Mobilfunknetzwerk, etc.
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Mit
der Einführung
von LongTermEvolution (LTE) wir die feste Einrichtung einer RoutingArea,
d. h. eines Lokalisierungsgebietes aufgehoben und durch eine sogenannte „TrackingArea” ersetzt,
die ebenfalls als Lokalisierungsgebiet bezeichnet wird. Dieses Lokalisierungsgebiet
(TrackingArea) zeichnet sich dadurch aus, dass es individuell für jedes
Mobilfunkendgerät
festgelegt werden kann, d. h. dass das Netz bei einer Lokalisierungsaktualisierung
(LocationUpdate) an das Mobilfunkendgerät eine ggf. spezifische Liste
von Zellen, innerhalb derer sich das Mobilfunkendgerät bewegen
kann ohne seine Position zu melden, übermittelt. Besonders vorteilhaft
ist somit die Anwendung der Erfindung bei so genannten LTE-Netzen.
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Mittels
des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist es somit möglich,
dass das Netz selbst ermitteln kann, wie eine optimierte TrackingArea
insbesondere pro Mobilfunkendgerät,
d. h. ein entsprechendes Lokalisierungsgebiet, ermittelt und festgelegt
werden kann. Auch wird hierdurch die Planung und Erweiterung der Netzinfrastruktur
erleichtert.
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Insbesondere
ist es mit der Erfindung möglich,
bei der Neueinrichtung einer Zelle diese auf einfache Art und Weise
in ein Lokalisierungsgebiet einzubinden, ohne dass das Lokalisierungsgebiet
dieser und umliegender Zellen angepasst werden muss. Eine solche,
bisher nach dem Stand der Technik erforderliche Anpassung, wird
durch das erfindungsgemäße Verfahren überflüssig.
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Des
Weiteren ist es durch das erfindungsgemäße Verfahren möglich, die
Lokalisierungsgebiete, d. h. insbesondere TrackingAreas, an dem
tatsächlichen
Bedarf zu orientieren und somit auch Änderungen und äußere Einflüssen beispielsweise
durch Großveranstaltungen,
Straßensperren,
Verkehrsstockungen oder dergleichen, automatisch Rechnung zu tragen
und durch die dynamische Bildung von Lokalisierungsgebieten in Abhängigkeit
von Netzparametern und/oder Nutzungsparametern zu berücksichtigen.
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Zur
dynamischen Ermittlung optimierter TrackingAreas kann die tatsächliche
Bewegung der Mobilfunkendgeräte
genutzt werden. Vorzugsweise werden die Lokalisierungsgebiete in
Abhängigkeit
der Wahrscheinlichkeit eines Übertritts
eines eingebuchten Mobilfunkendgerätes von einer Zelle in die
nächst
Zelle gebildet, d. h. dass insbesondere jene Zellen zu einem Lokalisierungsgebiet
zusammengefasst werden, bei denen es eine erhöhte Wahrscheinlichkeit hat,
dass diese Zellen nacheinander von einem Mobilfunkendgerät genutzt werden.
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Vorzugsweise
wird mittels statistischer Auswertungen die Wahrscheinlichkeit eines Übertritts
eines eingebuchten Mobilfunkendgerätes von einer ersten Zelle
in eine nächste
Zelle ermittelt und es wird das Lokalisierungsgebiet dynamisch gebildet,
indem die Zelle, in der momentan ein Mobilfunkendgerät eingebucht ist,
mit jenen Zellen zu einem Lokalisierungsgebiet zusammengefasst werden,
für die
die Wahrscheinlichkeit, dass das Mobilfunkendgerät in diese Zelle oder Zellen
unmittelbar oder mittelbar übertritt
ein vorgebbaren Grenzwert überschreitet.
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Bedingt
durch den Mechanismus der TrackingArea (Lokalisierungsgebiet), meldet
ein Mobilfunkendgerät
im „idle
mode”,
d. h. im Bereitschaftsbetrieb, seine aktuelle Zelle nur beim Verlassen
des Lokalisierungsgebietes, d. h. bei Verlassen der TrackingArea.
Um dennoch die Bewegungsdaten zu sammeln, bestehen verschiedene
Möglichkeiten
von denen nachfolgend zwei dargestellt werden:
Die erste Variante
ist ein stochastischer Ansatz. Bei jedem n-ten LocationUpdate (Lokalisierungsaktualisierung),
z. B. für
n = 1000, wird das Lokalisierungsgebiet, d. h. die TrackingArea,
auf die aktuelle Zelle begrenzt. Sobald dieses Mobilfunkendgerät die Zelle
verlässt,
wird erneut eine Lokalisierungsaktualisierung (LocationUpdate) durchgeführt, aus
dem die neue Zelle ermittelt werden kann. Dieses LocationUpdate
(Lokalisierungsaktualisierung) erfolgt zwingend, da durch die Beschränkung der
TrackingArea (Lokalisierungsgebiet) auf die aktuelle Zelle das Verlassen
der Zelle einem Wechsel des Lokalisierungsgebietes entspricht.
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Dadurch,
dass dieses Verfahren in Abhängigkeit
von n nur selten zutrifft, ist der Effekt auf die Batterielebensdauer
und auf die Signalisierungslast gering. Nach der Initialisierung
einer neuen Funkzelle kann n klein gewählt werden, um schneller eine
größere Menge
von signifikanten Daten zu sammeln.
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Weiterhin
kann n auch in Abhängigkeit
der verfügbaren
Daten automatisch angepasst werden, d. h. dass bei wenigen verfügbaren Daten
n kleiner gewählt
wird, wohingegen bei einer großen
Anzahl verfügbarer Daten
n groß gewählt werden
kann.
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Aus
diesem stochastischen Ansatz kann somit ermittelt werden, in welche
Zellen von einer bestimmten Zelle ausgehend überwiegend ein Übertritt
erfolgt. Aus diesen statistischen Daten kann dann die Übertrittswahrscheinlichkeit
von einer Zelle in eine bestimmte Nachbarzelle ermittelt werden.
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Eine
andere Möglichkeit
zur Ermittlung solcher Daten ist ein Zellwechsel während eines
Gesprächs. Während eines
Gesprächs
ist die jeweils aktuell genutzte Zelle im MSC bekannt. Beim MSC
handelt es sich um das MobileSwitchingCenter, d. h. die mobile Vermittlungsstelle
im Mobilfunknetz. Des Weiteren sind im MSC auch alle Übergänge von
Zelle zu Zelle bekannt, so dass auch aus diesen Daten ein Bewegungsprofil ermittelt
werden kann, d. h. dass aus diesen Daten mittels einer entsprechenden
Auswertung es ermittelbar ist, von welchen Zellen zu welchen Zellen überwiegend Übertritte
erfolgen. Auch aus diesen Daten kann somit die Wahrscheinlichkeit
eines Übertritts
von einer Zelle in eine bestimmte Nachbarzelle ermittelt werden.
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Vorzugsweise
erfolgt die Bildung der Lokalisierungsgebiete in Abhängigkeit
der aktuellen Nutzung und/oder Auslastung einzelner oder mehrerer
Zellen des Mobilfunknetzes.
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Hierdurch
ist es insbesondere möglich,
Einflüsse
wie Großveranstaltungen,
Straßensperren,
Verkehrsstauungen etc. zu berücksichtigen.
Wenn beispielsweise auf einem Messegelände oder in einem Stadion mehrere
zehntausend Personen anwesend sind, wobei das Gebiet von mehreren
Zellen abgedeckt wird, so ist es sinnvoll, diese Zellen nicht in
einem einzigen Lokalisierungsgebiet, sondern in mehreren angrenzenden Lokalisierungsgebieten
zusammenzufassen, so dass die Signalisierungslast in jedem einzelnen
Lokalisierungsgebiet (TrackingArea) relativ gering gehalten werden
kann.
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Vorzugsweise
wird ein Lokalisierungsgebiet für
jedes einzelne Mobilfunkendgerät
oder für
Gruppen von Mobilfunkendgeräten
dynamisch gebildet. Hierdurch ist eine weitere Optimierung der Signalisierungslast sowie
der Größe der Lokalisierungsgebiete
durch Zusammenfassung von Zellen zu einem solchen Lokalisierungsgebiet
möglich.
Vorzugsweise werden die Lokalisierungsgebiete durch geographisch
zusammenhängende
Zellen gebildet, so dass jeweils ein zusammenhängendes Gebiet abgedeckt werden
kann.
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Bevorzugt
wird die dynamische Bildung eines Lokalisierungsgebietes durch die
Durchführung
oder Auslösung
der Lokalisierungsaktualisierung ausgelöst. Bei Verlassen des Lokalisierungsgebietes,
d. h. beim Verlassen der TrackingArea wird automatisch ein LocationUpdate
ausgelöst.
Dieses LocationUpdate, d. h. die Lokalisierungsaktualisierung, kann
dann dazu genutzt werden, dass das neue Lokalisierungsgebiet dynamisch gebildet
wird. Hierbei kann insbesondere die zuletzt genutzte Zelle des alten
Lokalisierungsgebietes sowie die zuerst genutzte Zelle des neuen
Lokalisierungsgebietes berücksichtigt
werden, d. h. dass insbesondere die Bewegungsrichtung berücksichtigt
und ausgewertet werden kann.
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Besonders
bevorzugt werden bei der Bildung des Lokalisierungsgebietes die
zuletzt und/oder davor von den Mobilfunkendgerät genutzte/n Zelle/n berücksichtigt.
Insbesondere kann daraus eine Bewegungsrichtung des Mobilfunkendgerätes ermittelt
und berücksichtigt
werden. Hierdurch ist eine weitere Optimierung der Lokalisierungsgebiete
möglich.
So lässt
sich aus den gesammelten Daten auch eine Wahrscheinlichkeit für den Zellwechsel
in Abhängigkeit
von der aktuell genutzten Zelle und der davor genutzten Zelle oder
den davor genutzten Zellen ermitteln, um damit einer Bewegungsrichtung
Rechnung zu tragen. Beispielsweise wird auf einer Autobahn die TrackingArea
Sinnvollerweise in Richtung der Bewegung berechnet und festgelegt,
wohingegen Zellen in der anderen Fahrtrichtung nicht Bestandteil
der TrackingArea, d. h. des Lokalisierungsgebietes sein sollten.
Hierdurch ist eine weitere Optimierung der Signalisierungslast möglich, da
solche Zellen, in die sich das Mobilfunkendgerät gar nicht Sinnvollerweise
hineinbewegen kann, nicht bei einem Paging zum Aufbau eines Mobilfunkgespräches berücksichtigt
werden müssen.
Hierdurch kann eine unnötige
Signalisierung innerhalb des Mobilfunknetzes vermieden werden.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
nutzt im einfachsten Fall für
jede Zelle die Übergangswahrscheinlichkeiten
in andere Zellen, die aus den gesammelten LocationUpdate-Daten berechnet
werden.
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Löst jetzt
ein ME (Mobilfunkendgerät)
ein LocationUpdate (Lokalisierungsaktualisierung) aus, so wird für die aktuelle
Zelle ermittelt, welche anderen Zelle mit einer definierten Wahrscheinlichkeit
in der Zukunft genutzt werden; dabei wird rekursiv vorgegangen (indem
alle möglichen
Wege zu anderen Zellen mit den entsprechenden Wahrscheinlichkeiten
berechnet werden), so dass auch weitere entfernte Zellen bei entsprechender
Wahrscheinlichkeit in die Liste aufgenommen werden können.
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Diese
Liste wird nun dem ME als TrackingArea zugewiesen.
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Beispiel:
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Es
gebe die Zellen A–E
mit folgenden Übergangswahrscheinlichkeiten:
| | ...zu
Zelle A | ...zu
Zelle B | ...zu
Zelle C | ...zu
Zelle D | ...zu
Zelle E |
| von
Zelle A... | | 50% | 50% | 0 | 0 |
| von
Zelle B... | 40% | | 35% | 25% | 0 |
| von
Zelle C... | 50% | 40% | | 10% | 0 |
| von
Zelle D... | 0 | 25% | 15% | | 60% |
| von
Zelle E... | 0 | 0 | 0 | 80% | |
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Ein
LocationUpdate in Zelle A löst
folgende Berechnung aus:
- Zelle B: 50% (A → B) + (50%·40%) (A → C → B) = 70%
- Zelle C: 50% (A → C)
+ (50%·35%)
(A → B → C) = 67.5%
- Zelle D: 0% (A → D)
+ (50%·25%)
(A → B → D) + (50%·10%) (A → C → D)
+
(50%·35%·10%) (A → B → C → D) = 19.25%
- Zelle E: Zelle D·60%
= 11.55%
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Abhängig vom
der Parametrisierung werden z. B. nur Zellen berücksichtigt, die mit mehr als
15% Wahrscheinlichkeit genutzt werden; es würden somit nur die Zellen B,
C und D in die TrackingArea aufgenommen.