DE60215585T2

DE60215585T2 - Kommunikationsinfrastruktur und Verfahren zur Beschleunigung des Datenverbindungsaufbaus in Aufwärtsrichtung für Internet Zugriff über GPRS.

Info

Publication number: DE60215585T2
Application number: DE60215585T
Authority: DE
Inventors: Jeffrey C. Schaumburg Smolinske; Jyoti N. St Charles Black; Gary Round Lakes Western
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 2001-06-26
Filing date: 2002-06-03
Publication date: 2007-02-08
Anticipated expiration: 2022-06-04
Also published as: US20020196750A1; EP1271985A2; EP1271985B1; US6967942B2; DE60215585D1; CN1395431A; CA2387555C; CN1187998C; CA2387555A1; EP1271985A3

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf das Gebiet einer drahtlosen Kommunikation und im Besonderen auf eine Verringerung der Zeit, die erforderlich ist, um Uplink-Datenverbindungen aufzubauen.
Hintergrund der Erfindung
In heutigen Allgemeinen Paketfunksystemen (GPRS) handhabt, reserviert und disponiert eine Paketsteuereinheit (PCU) die Verwendung von Paketdatenressourcen, die notwendig sind, um Uplink-Paketdatenverbindungen zwischen Mobileinheiten und der Infrastruktur einzurichten. Um die Kosten eines Einsetzens dieser Systeme zu verringern, werden PCUs entfernt von den Basisstationstransceiversystemen (BTSs) angeordnet, die die drahtlosen Verbindungen zwischen den Mobileinheiten und der Infrastruktur aufrechterhalten. wenn eine Mobileinheit eine Uplink-Datenverbindung anfordert, muss die BTS, die die drahtlose Verbindung mit der Mobilstation aufrecht erhält, mit der entfernten PCU kommunizieren, um die angeforderte Verbindung aufzubauen. Somit wird der Verbindungsaufbau durch das Messaging zwischen der BTS und der PCU verzögert. Weil ein Uplink-Messaging durch das Internetprotokoll (IP) erforderlich ist, kann diese BTS-PCU-Verzögerung mehrere Male erfahren werden, während eine Internetseite auf die Mobileinheit heruntergeladen wird. Um die gesamte Datenübertragung zu beschleunigen, gibt es daher einen Bedarf an einer Kommunikationsinfrastruktur und ein Verfahren, um einen Uplink-Datenverbindungsaufbau zu beschleunigen.
Die XP002244495, ETSI TS 101 350 V8.8.0 (2001-04), 3GPP TS 03.64 V8.8.0 und der Querverweis darin: XP002244627, ETSI TS 101 344 V6.8.0 (2001-03), 3GPP TS 03.60 V6.8.0 offenbaren standardisierte Kommunikationsprotokolle, die diesbezüglich ein Verfahren für eine Kommunikationsinfrastruktur umfassen, um einen Uplink-Datenverbindungsaufbau zur Verfügung zu stellen.
Die WO-A-9948310 offenbart eine Bereitstellung eines dynamischen paketbasierten Dienstqualitätsmechanismus innerhalb eines "Übertragungstunnels", der durch einen statischen Paketdatenprotokollkontext definiert wird.
Die XP212813, IBM Technical Disclosure Bulletin (1. November 1991) offenbart Erweiterungen der Round-CRMA: Reservierungsüberabtastung, Dienstrundüberwachung und adaptiver Reservierungsschwellenwert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine logische Blockdiagrammdarstellung eines Kommunikationssystems gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein logisches Flussdiagramm von Schritten, die durch eine PCU ausgeführt werden, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 ist ein logisches Flussdiagramm von Schritten, die durch eine BTS ausgeführt werden, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Zusammenfassung der Erfindung
Um sich mit dem Bedarf an einer Kommunikationsinfrastruktur und einem Verfahren zur Beschleunigung eines Uplink-Datenverbindungsaufbaus zu befassen, stellt die vorliegende Erfindung eine Zuweisung von Uplink-Paketdatenressourcen durch BTSs zur Verfügung ohne den Bedarf zuerst mit irgendeiner PCU zu kommunizieren. Die vorliegende Erfindung bewerkstelligt dies durch eine Paketsteuereinheit (PCU) (110), durch ein Bestimmen der Zahl von für eine Uplink-Verbindung in der Kommunikationsinfrastruktur zu reservierenden Paketdatenressourcen, ein Reservieren von Paketdatenressourcen, bevor sie benötigt oder angefordert werden, und ein Bereitstellen von diesen zur Zuweisung an BTSs. Somit findet eine BTS-PCU-Kommunikation in der Periode statt, bevor eine Uplink-Verbindung benötigt wird und nachdem Uplink-Daten eingerichtet worden sind, wodurch die BTS-PCU-Verzögerung wirkungsvoll von dem Uplink-Datenverbindungsaufbau entfernt wird. Darüber hinaus stellt die vorliegende Erfindung eine Übertragung von Übertragungserlaubnisnachrichten zur Verfügung, bevor eine Uplink-Anforderung durch die Kommunikationseinheit gestellt wird, wodurch die Uplink-Datenverbindungsaufbauzeit weiter verringert wird.
Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
Die vorliegende Erfindung kann unter Bezug auf 1–3 vollständiger verstanden werden. Das Kommunikationssystem 100 ist ein System gemäß dem gut bekannten "Europäisches Institut für Telekommunikationsnormen-Partnerprojekt der dritten Generation-Digitales zellulares Telekommunikationssystem-Allgemeiner Paketfunkdienst-Standard" (hierin als "GPRS" bezeichnet).
Das System 100 umfasst die Kommunikationsinfrastruktur 101, die Kommunikationseinheit 102 und das Internet (oder private Intranet) 120. Die Kommunikationsinfrastruktur 101 umfasst die BTS 106, die Basisseitensteuerung (BSC) 108, die PCU 110 und den GPRS-Unterstützungsknoten (GSN) 112. BTSs, BSCs, PCUs und GSNs sind dem Fachmann auf dem Gebiet von drahtlosen Kommunikationen gut bekannt und werden in dem GPRS-Standard beschrieben. Somit sind die BTS 106 und die PCU 110 gut bekannte GPRS-Vorrichtungen, die unter Verwendung gut bekannter Softwaretechniken modifiziert werden, um die vorliegende Erfindung durchzuführen. Die Kommunikationseinheit 102 umfasst eine drahtlose Mobileinheit, die mit der Infrastruktur 101, im Besonderen der BTS 106, über die drahtlose Kommunikationsressource 104, gemäß dem GPRS-Standard kommuniziert. GPRS-Kommunikationseinheiten variieren bezüglich der Zeitschlitze, die jede verwenden kann, während sie mit der Infrastruktur kommuniziert. Die Kommunikationseinheit 102 verfügt daher über eine sogenannte Zeitschlitzkonfiguration, die bestimmt, welchen Zeitschlitz sie verwenden kann.
Der Betrieb eines Kommunikationssystems, gemäß der vorliegenden Erfindung, findet wie folgt statt. In ihrer grundlegenden Ausführungsform reserviert die PCU 110 der vorliegenden Erfindung Paketdatenressourcen, die für eine Uplink-Verbindung von der Kommunikationseinheit 102 zu der Kommunikationsinfrastruktur 101 benötigt werden. Die PCU 110 reserviert die Ressourcen, bevor die Kommunikationseinheit 102 die Uplink-Verbindung benötigt oder anfordert, und sendet eine Nachricht an die BTS 106, die die reservierten Paketdatenressourcen identifiziert. Die reservierten Ressourcen umfassen einen Unterkanal eines zur Verfügung stehenden Paketdatenkanals, einen Timing-Vorlauf-Index (das heißt, einen GPRS TAI) und einen Identifizierer eines temporären Flusses (das heißt, einen TPRS TFI). Die PCU 110 überträgt außerdem über die BTS 106 eine Uplink-Übertragungserlaubnisnachricht (das heißt, ein GPRS-Uplink-Zustandsflag oder USF) für den Paketdatenunterkanal. Die Uplink-Übertragungserlaubnisnachricht wird durch die Kommunikationseinheit 102 benötigt, um auf dem Uplink-Unterkanal zu übertragen (das heißt, nachdem sie dem Unterkanal zugewiesen worden ist).
Die BTS 106 empfängt über die drahtlose Kommunikationsressource 104 von der Kommunikationseinheit 102 eine Anforderung für eine Uplink-Verbindung (das heißt, eine GPRS-Direktzugriffskanalanforderung). Die BTS 106, die früher eine Nachricht empfangen hat, die die reservierten Paketdatenressourcen identifiziert, weist die reservierten Res sourcen der Kommunikationseinheit 102 zu und sendet der Kommunikationseinheit 102 eine GPRS-Sofortzuweisungsnachricht zu, die die zugewiesenen Paketdatenressourcen identifiziert. In der bevorzugten Ausführungsform sendet dann die BTS 106 der PCU 110 eine Anzeige, dass die reservierten Paketdatenressourcen zugewiesen worden sind.
Um die obige Beschreibung zu vereinfachen, wurde die PCU 110 so beschrieben, dass sie Paketdatenressourcen reserviert, die für eine einzelne Uplink-Verbindung benötigt werden. In einer zweiten Ausführungsform bestimmt die PCU 110 die Zahl von zu reservierenden Paketdatenressourcen (das heißt, die Zahl von Uplink-Verbindungen, für die Ressourcen zu reservieren sind) basierend auf einer Rate von Anzeigen, dass reservierte Paketdatenressourcen verwendet worden sind, um Uplink-Verbindungen einzurichten. Mit anderen Worten, die Uplink-Einrichtungsrate wird als ein Anzeiger eines Bedarfs an Uplinks verwendet. Je größer der berechnete Bedarf ist, desto mehr Ressourcen werden im Vorgriff reserviert. Jeder Satz von Ressourcen für einen Uplink wird so gehandhabt, wie der einzelne Satz von Ressourcen in der obigen Beschreibung gehandhabt wurde. Zusätzlich werden Paketdatenressourcen, die durch die größte Zahl von Kommunikationseinheiten verwendbar sind, zuerst reserviert. Die verschiedenen Zeitschlitzkonfigurationen der Kommunikationseinheiten, die durch das System unterstützt werden, bestimmen, welche Ressourcen durch die größte Zahl von Kommunikationseinheiten verwendbar sind.
Bezüglich der Übertragung der Uplink-Übertragungserlaubnisnachrichten überträgt die PCU 110 in einer Ausführungsform wiederholt Erlaubnisnachrichten. Für Paketdatenressourcen auf Paketdatenkanälen, die kontinuierlich über tragen (zum Beispiel auf Rundfunkträgern oder BCHs), überträgt die PCU 110 wiederholt Erlaubnisnachrichten für jeden reservierten Satz von Ressourcen basierend auf der relativen Reihenfolge einer Reservierung eines jeden der entsprechenden Sätze von Ressourcen. (Für Paketdatenressourcen auf Paketdatenkanälen, die nicht kontinuierlich übertragen, kann es sein, dass die PCU 110 die entsprechenden Erlaubnisnachrichten nicht überträgt, bis die PCU 110 eine Anzeige von der BTS empfängt, dass die reservierten Paketdatenressourcen zugewiesen worden sind.) Die relative Reihenfolge einer Reservierung bestimmt die Frequenz einer jeden wiederholten Übertragung der Erlaubnisnachricht für diesen Satz von reservierten Ressourcen. Zum Beispiel wird die Uplink-Übertragungserlaubnisnachricht für den ersten Satz von Ressourcen am häufigsten übertragen, während Nachrichten für nachfolgende Sätze immer seltener, wenn überhaupt, übertragen werden. Weil Kommunikationseinheiten die Übertragungserlaubnisnachricht für ihren zugewiesenen Unterkanal empfangen müssen, bevor sie Daten übertragen, werden die Erlaubnisnachrichten wiederholt und mit einer Frequenz übertragen, die in Beziehung zu der Wahrscheinlichkeit steht, dass eine Kommunikationseinheit schon eine Zuweisung für den entsprechenden Unterkanal empfangen hat und darauf wartet, Daten zu übertragen. Die Ausführungsform ist somit bestrebt, die Datenverbindungsaufbauverzögerung zu minimieren.
2 ist ein logisches Flussdiagramm 200 von Schritten, die durch eine PCU ausgeführt werden, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der logische Fluss beginnt (201) damit, dass die PCU die Zahl von Paketdatenressourcen bestimmt (202), die für Uplink- Verbindungen zu reservieren sind. Wie oben diskutiert, werden für diese Bestimmung eine Abschätzung eines Bedarfs an Uplinks und die bestimmten Kommunikationseinheitszeitschlitzkonfigurationen, die unterstützt werden, verwendet. Die PCU reserviert dann (203) Paketdatenressourcen, die für eine Zahl von bestimmten Uplink-Verbindungen benötigt werden, und sendet (204) Nachrichten, die die reservierten Paketdatenressourcen identifizieren, an eine BTS.
In dem Schritt 205 überträgt die PCU wiederholt, auf der oben diskutierten Art und Weise, Uplink-Übertragungserlaubnisnachrichten für die Uplinks, für die Ressourcen reserviert sind. In der bevorzugten Ausführungsform empfängt (206) die PCU, wenn reservierte Ressourcen durch die BTS zugewiesen werden, eine Anzeige, dass die bestimmten reservierten Ressourcen zugewiesen werden, um Uplink-Verbindungen einzurichten, und der logische Fluss endet (207). Diese Anzeige kann entweder eine Nachricht von der BTS sein, die anzeigt, dass die BTS die Paketdatenressourcen der Kommunikationseinheit zuwies, oder Daten, die von einer Kommunikationseinheit über die Uplink-Verbindung selbst empfangen wurden. Außerdem triggert diese Anzeige, dass reservierte Ressourcen zugewiesen werden, eine neue Bestimmung, wie in dem Schritt 202. Wenn sich der Bedarf einer Kommunikationseinheit an Uplink-Verbindungen über einem Schwellenwert befindet, reserviert die PCU wieder Ressourcen für Uplink-Verbindungen, wobei der logische Fluss des Diagramms 200 wiederholt wird.
3 ist ein logisches Flussdiagramm 300 von Schritten, die durch eine BTS ausgeführt werden, gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der logische Fluss beginnt (301) damit, dass die BTS eine Nach richt empfängt (302), die Paketdatenressourcen identifiziert, die durch die PCU reserviert wurden. Die BTS empfängt (303) außerdem eine Anforderung für eine Uplink-Verbindung von einer Kommunikationseinheit. In der Zwischenzeit zwischen den Schritten 302 und 303 kann die BTS mehrere Nachrichten empfangen, die durch die PCU reservierte Paketdatenressourcen identifizieren. Nach einem Empfangen einer Anforderung für eine Uplink-Verbindung weist die BTS der anfordernden Kommunikationseinheit für die Einrichtung eines Uplinks einen Satz von reservierten Ressourcen zu (304) und überträgt (305) eine Zuweisungsnachricht, die die zugewiesenen Paketdatenressourcen identifiziert, an die Kommunikationseinheit. Die BTS weist Ressourcen für Uplinks in der selben Reihenfolge zu, in der sie sie von der PCU empfängt, außer wenn die PCU der BTS eine Abbruchnachricht sendet, die die Reservierung bestimmter Paketdatenressourcen streicht. Nach einem Zuweisen von Ressourcen sendet (306) die BTS der PCU eine Anzeige darüber, welche Paketdatenressourcen zugewiesen worden sind, und der logische Fluss endet (307).
Die vorliegende Erfindung beschleunigt somit eine Gesamtdatenübertragung durch Verringern der Zeit, die erforderlich ist, um Uplink-Datenverbindungen aufzubauen. PCUs und BTSs müssen nicht länger Nachrichten zwischen der Kommunikationseinheitsanforderung für einen Uplink und der Zuweisung eines Uplinks austauschen. Weiterhin stellt die vorliegende Erfindung die Übertragung von Übertragungserlaubnisnachrichten, bevor eine Uplink-Anforderung durch die Kommunikationseinheit durchgeführt wird, zur Verfügung. Dies verringert die Zeit, die die Einheit auf die Übertragungserlaubnis warten muss, nachdem sie einen Uplink zuge wiesen hat. Zusammengenommen beschleunigen diese Aspekte der vorliegenden Erfindung einen Uplink-Datenverbindungsaufbau wesentlich.
Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezug auf bestimmte ihrer Ausführungsformen beschrieben worden ist, kommen dem Fachmann auf dem Gebiet verschiedene Änderungen hinsichtlich der Form und der Einzelheiten in den Sinn, die vorgenommen werden können, ohne von dem Umfang der vorliegenden Erfindung, wie in den abhängigen Ansprüchen beschrieben, abzuweichen.

Claims

Verfahren für eine Kommunikationsinfrastruktur (101) zur Beschleunigung eines Uplink-Datenverbindungsaufbaus, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Bestimmen, durch eine Paketsteuereinheit (PCU) (110) in der Kommunikationsinfrastruktur, der Zahl von für eine Uplink-Verbindung zu reservierenden Paketdatenressourcen; Reservieren, durch die PCU, der bestimmten für die Uplink-Verbindung von einer Kommunikationseinheit (102) von einer Mehrzahl von Kommunikationseinheiten zu der Kommunikationsinfrastruktur benötigten Paketdatenressourcen, die noch nicht durch die Kommunikationseinheit angefordert worden sind und die von der Kommunikationseinheit noch nicht benötigt werden, wobei die reservierten Paketdatenressourcen einen Unterkanal eines Paketdatenkanals, einen Timingvorlaufindex (TAI) und einen Identifizierer eines temporären Flusses umfassen; Senden einer Nachricht, die die reservierten Paketdatenressourcen identifiziert, durch die PCU an ein Basisstationstransceiversystem (BTS) (106); Übertragen, durch die PCU über das BTS, einer Uplink-Übertragungserlaubnisnachricht für den Paketdatenunterkanal; und Empfangen, durch die PCU, einer Anzeige von dem oder über das BTS, dass die reservierten Paketdatenressourcen zugewiesen worden sind, um die Uplink-Verbindung einzurichten.
Verfahren gemäß Anspruch 1, das weiterhin umfasst: den Schritt, nachdem die Anzeige empfangen wurde, eines Reservierens von für eine zweite Uplink-Verbindung von einer zweiten Kommunikationseinheit von der Mehrzahl von Kommunikationseinheiten an die Kommunikationsinfrastruktur benötigten Paketdatenressourcen, die noch nicht durch die zweite Kommunikationseinheit angefordert worden sind und die von der zweiten Kommunikationseinheit noch nicht benötigt werden.
Verfahren gemäß Anspruch 1, das weiterhin umfasst: den Schritt, nachdem die Anzeige empfangen wurde und wenn ein Bedarf einer Kommunikationseinheit an Uplink-Verbindungen über einem Schwellenwert liegt, eines Reservierens von für eine zweite Uplink-Verbindung von einer zweiten Kommunikationseinheit von der Mehrzahl von Kommunikationseinheiten an die Kommunikationsinfrastruktur benötigten Paketdatenressourcen, die noch nicht durch die zweite Kommunikationseinheit angefordert worden sind und die von der zweiten Kommunikationseinheit noch nicht benötigt werden.
Verfahren gemäß Anspruch 1, das weiterhin umfasst: den Schritt eines Reservierens mindestens einer zusätzlichen für zusätzliche Uplink-Verbindungen von zusätzlichen Kommunikationseinheiten von der Mehrzahl von Kommunikationseinheiten zu der Kommunikationsinfrastruktur benötigten Paket datenressource, die noch nicht durch zusätzlichen Kommunikationseinheiten angefordert worden sind und die noch nicht von den zusätzlichen Kommunikationseinheiten benötigt werden.
Verfahren gemäß Anspruch 4, das weiterhin umfasst: den Schritt eines Bestimmens der Zahl von zusätzlichen zu reservierenden Paketdatenressourcen, basierend auf einer Rate von Anzeigen, dass reservierte Paketdatenressourcen verwendet worden sind, um Uplink-Verbindungen einzurichten.
Verfahren gemäß Anspruch 4, das weiterhin umfasst: den Schritt eines wiederholten Übertragens, durch die PCU über das BTS, von Uplink-Übertragungserlaubnisnachrichten für mindestens einige der mindestens einen reservierten zusätzlichen Paketdatenressource, wobei die relative Frequenz einer Übertragung einer jeden Uplink-Übertragungserlaubnisnachricht auf der relativen Reihenfolge einer Reservierung einer jeden der entsprechenden Paketdatenressourcen basiert.
Verfahren für eine Kommunikationsinfrastruktur (101) zur Beschleunigung eines Uplink-Datenverbindungsaufbaus, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Empfangen, durch ein BTS (106) von einer PCU (110), einer Nachricht, die reservierte Paketdatenressourcen identifiziert, wobei die reservierten Paketdatenressourcen umfassen: einen Unterkanal eines Paketdatenkanals, einen Timingvorlaufindex (TAI) und einen Identifizierer eines temporären Flusses, die für eine Uplink-Verbindung von einer Kommunikationseinheit (102) zu der Kommunikationsinfra struktur benötigt werden, die durch die Kommunikationseinheit noch nicht angefordert worden ist und die von der Kommunikationseinheit noch nicht benötigt wird; Empfangen, durch das BTS von der Kommunikationseinheit, eine Anforderung für eine Uplink-Verbindung; Zuweisen, durch das BTS an die Kommunikationseinheit, der reservierten Paketdatenressourcen; und Übertragen, durch das BTS an die Kommunikationseinheit, einer Zuweisungsnachricht, die die der Kommunikationseinheit zugewiesenen Paketdatenressourcen identifiziert.
Paketsteuereinheit (PCU) (110) für eine Kommunikationsinfrastruktur (101), die eingerichtet ist, um Paketdatenressourcen für eine Uplink-Verbindung von einer Kommunikationseinheit (102) zu der Kommunikationsinfrastruktur zu reservieren, die noch nicht durch die Kommunikationseinheit angefordert worden ist und die von der Kommunikationseinheit noch nicht benötigt wird, wobei die reservierten Paketdatenressourcen einen Unterkanal eines Paketdatenkanals, einen Timingvorlaufindex (TAI) und einen Identifizierer eines temporären Flusses umfassen, die eingerichtet ist, um eine Nachricht an ein Basisstationstransceiversystem (BTS) (106) zu senden, die die reservierten Paketdatenressourcen identifiziert, die eingerichtet ist, um über das BTS eine Uplink-Übertragungserlaubnisnachricht für den mindestens einen Teil des Paketdatenkanals zu übertragen, und die eingerichtet ist, um eine Anzeige zu empfangen, dass die reservierten Paketdatenressourcen verwendet worden sind, um die Uplink-Verbindung einzurichten.
Basisstationstransceiversystem (BTS) (106) für eine Kommunikationsinfrastruktur (101), die eingerichtet ist, um von einer PCU (110) eine Nachricht zu empfangen, die reservierte Paketdatenressourcen identifiziert, wobei die reservierten Paketdatenressourcen einen Unterkanal eines Paketdatenkanals, einen Timingvorlaufindex (TAI) und einen Identifizierer eines temporären Flusses umfassen, die für eine Uplink-Verbindung von einer Kommunikationseinheit (102) zu der Kommunikationsinfrastruktur benötigt werden, die durch die Kommunikationseinheit noch nicht angefordert worden sind und durch die Kommunikationseinheit noch nicht benötigt werden, die eingerichtet ist, um von der Kommunikationseinheit eine Anforderung für eine Uplink-Verbindung zu empfangen, die eingerichtet ist, um der Kommunikationseinheit die reservierten Paketdatenressourcen zuzuweisen, und die eingerichtet ist, um eine Zuweisungsnachricht an die Kommunikationseinheit zu übertragen, die die der Kommunikationseinheit zugewiesenen Paketdatenressourcen identifiziert.