DE69732528T2

DE69732528T2 - Paketübertragung in telekommunikationsnetzwerken

Info

Publication number: DE69732528T2
Application number: DE69732528T
Authority: DE
Inventors: H. Hannu KARI; Sami Huusko
Original assignee: Nokia Oyj
Current assignee: Nokia Oyj
Priority date: 1996-11-15
Filing date: 1997-11-13
Publication date: 2006-02-16
Anticipated expiration: 2017-11-14
Also published as: AU5053098A; EP0945039B1; FI964598A0; FI964598A; US6563825B1; FI102932B; EP0945039A1; DE69732528D1; ATE289469T1; FI102932B1; WO1998023119A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung von Datenrahmen, d.h. Pakete, in einem Telekommunikationsnetzwerk, sowie eine Ausrüstung zur Implementierung des Verfahrens.
Eine Übertragung von Datenrahmen ist bspw. in den Druckschriften US-5610595, EP-A-777395 sowie EP-A-328100 diskutiert.
Die Erfindung wird auf beispielhafte Weise in Verbindung mit einem Mobilkommunikationssystem beschrieben, aber sie kann auch bei anderen Arten von Telekommunikationssystemen implementiert sein. 1 zeigt die Teile des Mobilkommunikationssystems, die zum Verständnis der Erfindung wesentlich sind. Mobilstationen MS kommunizieren mit Basissende-/Empfangsstationen BTS1 und BTS2 über eine Luftschnittstelle UM. Die Basissende-/Empfangsstationen werden durch Basisstationssteuereinrichtungen BSC gesteuert, die mit Mobilvermittlungszentren MSC verbunden sind. Ein durch eine Basisstationsteuereinrichtung BSC gesteuertes Untersystem mit den durch das System gesteuerten Basissende-/Empfangsstationen BTS wird Basisstationsuntersystem BSS genannt. Die Schnittstelle zwischen der Vermittlung MSC und dem Basisstationsuntersystem BSS wird A-Schnittstelle genannt. Der Teil des Mobilsystems, der sich auf der Seite des MSC der A-Schnittstelle befindet, wird Netzwerkuntersystem NSS genannt. Die Schnittstelle zwischen der Basisstationssteuereinrichtung BSC und der Basissende-/Empfangsstation BTS wird wiederum Abis-Schnittstelle genannt. Das Mobilvermittlungszentrum MSC verbindet eingehende und ausgehende Anrufe. Es weist ähnliche Funktionen wie eine Vermittlung eines öffentlich vermittelten Telefonnetzwerkes PSTN (Festnetz) auf. Zusätzlich dazu führt sie außerdem Funktionen durch, die nur für Mobilkommunikationen typisch sind, wie etwa ein Teilnehmerortsmanagement in Kooperation mit den Teilnehmerregistern des Netzwerks, die in 1 durch ein Heimatortsregister HLR und ein Besucherortsregister VLR repräsentiert werden. Der Standort einer Mobilstation MS wird im Besucherortsregister VLR mit der Genauigkeit eines Standortbereiches LA beibehalten. Die Größe des Standortbereichs beträgt eine oder mehr Zellen. Wenn eine Mobilstation MS wahrnimmt, dass der Standortbereich gewechselt hat, überträgt sie eine Standortauffrischungsnachricht an das Netzwerk, gemäß der der neue Standortbereich LA1, LA2 der Mobilstation MS im Besucherortsregister VLR aufgefrischt wird, in dessen Bereich sich die Mobilstation MS befindet.
Eine bei digitalen Mobilkommunikationssystemen verwendete bekannte Funkverbindung ist eine leitungsvermittelte Verbindung, was bedeutet, dass einem Teilnehmer zugewiesene Ressourcen für die betroffene Verbindung für die gesamte Dauer des Anrufs reserviert werden. Der allgemeine Paketfunkdienst GPRS (General Paket Radio Service) ist ein für digitale Mobilkommunikationssysteme wie etwa dem GSM-System entworfener neuer Dienst. Der Paketfunkdienst ist in den ETSI-Spezifikationen TC-TR-GSM 02.60 und 03.60 beschrieben. Der Paketfunkdienst ermöglich es, dem Nutzer einer Mobilstation MS eine Funkverbindung in Paketform anzubieten, die Funkressourcen effektiv verwendet. Auf einer paketvermittelten Verbindung werden Funkressourcen nur reserviert, wenn Sprache oder Daten zu senden sind. Die Sprache oder Daten werden in Paketen einer bestimmen Länge gesammelt. Wenn ein Paket wie dieses über die Luftschnittstelle UM übertragen wurde, und die übertragende Partei nicht sofort ein neues Paket zu senden hat, kann die Funkressource an andere Teilnehmer freigegeben werden.
Das System gemäß 1 umfasst einen separaten bedienenden GPRS-Stützknoten (SGSN – Serving GPRS Support Node), der den Betrieb des Paketdatendienstes auf der Netzwerkseite steuert. Die Steuerung umfasst bspw. das Ein- und Ausbuchen der Mobilstation im System, eine Standortauffrischung der Mobilstation, und eine Weiterleitung der Datenpakete an das korrekte Ziel. Bei der vorliegenden Anmeldung wird der Begriff „Daten" breit interpretiert, so dass beliebige bei einem digitalen Mobilsystem übertragene Informationen gemeint sind, bspw. in digitaler Form kodierte Sprache, eine Datenübertragung zwischen Computern oder Telefaxdaten. Ein SGSN-Knoten kann in Verbindung mit einer Basissende-/Empfangsstation BTS, einer Basisstationssteuereinrichtung BSC oder einem Mobilvermittlungszentrum MSC angeordnet sein, oder von diesen getrennt sein. Die Schnittstelle zwischen einem SGSN-Knoten und einer Basisstationssteuereinrichtung BSC wird Gb-Schnittstelle genannt.
Informationen wie etwa eine Steuerungssignalisierung und Sprache oder andere Daten werden bei dem Paketnetzwerk durch GPRS-Datenrahmen übertragen. Jeder Datenrahmen F umfasst einen Kopf 1 und einen Datenteil 2. Die Datenrahmen können in zwei Gruppen oder Arten in Abhängigkeit davon unterteilt werden, ob sie Nutzlastverkehr an den oder von dem Nutzer oder eine von der Nutzlast verschiedene Signalisierung transportieren, wobei die Signalisierung zur Übertragung von Steuernachrichten zwischen Netzwerkelementen verwendet wird. Nutzlastverkehr wird in Informationsdatenrahmen I und Signalisierung in nichtbestätigten Informationsdatenrahmen UI transportiert. Sowohl I-Datenrahmen als auch UI-Datenrahmen umfassen eine Zellen-ID, oder andernfalls kann ein Netzwerkelement wie bspw. eine auf dem Weg des Datenrahmens angeordnete Basisstation die Zellen-ID einfügen, aus der der SGSN-Knoten schließen kann, von welcher Zelle der Datenrahmen gesendet wurde. Die I-Datenrahmen umfassen eine bei der Neuübertragung von I-Datenrahmen und bei der Flusssteuerung verwendete interne Nummerierung, aber die UI-Datenrahmen weisen keine derartige Nummerierung auf.
Bei einem Paketfunknetzwerk, das den vorstehend angeführten ETSI-Spezifikationen entspricht, können Probleme bei der Standortauffrischung auftreten. Ein Problem kann bspw. bei der nachstehend angeführten Situation auftreten (es wird auf 2 Bezug genommen). Bei Schritt 2-1 überträgt die Mobilstation MS Daten in einem normalen I-Datenrahmen, wobei die Zellen-ID eine Kennung von Zelle C1 aufweist. Es sei angenommen, dass die BSS (oder ein anderes Zwischennetzwerkelement) keine Zeit hat, um alle Niederprioritätsdatenrahmen sofort zu übertragen, sondern derartige Datenrahmen in einer Warteschleife speichert. Bei Schritt 2-2 bewegt sich die Mobilstation MS von Zelle C1 zu Zelle C2. Bei Schritt 2-3 informiert die Mobilstation MS über die Standortauffrischung durch Übertragung eines diesbezüglichen UI-Datenrahmens. In einer BSS-Warteschlange umgeht ein UI-Datenrahmen einen I-Datenrahmen, da die Priorität eines UI-Datenrahmens höher ist. Bei Schritt 2-4 überträgt die BSS (mit dem in Schritt 2-1 empfangenen I-Datenrahmen in ihrer Warteschlange) konsequenterweise den UI-Datenrahmen an den SGSN-Knoten, welchen die Mobilstation MS in Schritt 2-3 sendete. Auf der Basis dieser Informationen schließt der SGSN-Knoten, dass sich die Mobilstation MS in die Zelle C2 bewegt hat. Bei Schritt 2-5 überträgt der SGSN-Knoten an die Mobilstation MS adressierte Daten D an die Zelle C2. Bei Schritt 2-6 überträgt das BSS den I-Datenrahmen, den es bei Schritt 2-1 empfing. Auf der Grundlage dieser Informationen schließt der SGSN-Knoten (fälschlicherweise), dass die Mobilstation MS in die Zelle C1 zurückgekehrt ist. Bei Schritt 2-7 überträgt der SGSN-Knoten erneut an die Mobilstation adressierte Daten D. Die durch den SGSN-Knoten zuletzt empfangenen Informationen bezüglich des Standortes der Mobilstation MS basieren auf dem bei Schritt 2-6 empfangenen I-Datenrahmen, welche angeben, dass sich die Mobilstation in Zelle C1 befindet. Auf der Grundlage dieser Informationen überträgt der SGSN-Knoten an die Mobilstation adressierte Daten an Zelle C1, wo sich die Mobilstation MS jedoch nicht mehr befindet. Dies verursacht unnötige Verzögerungen sowie eine Verwendung der Ressourcen des Netzwerks der Luftschnittstelle, da jedoch die Mobilstation MS in der Zelle C1 nicht gefunden wird. Stattdessen muss sie gesucht werden, und die Daten müssen erneut übertragen werden, bis die Mobilstation schließlich in der Zelle C2 gefunden wird.
Es ist somit die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Ausrüstung zur Implementierung des Verfahrens zur Lösung der Probleme mit der vorstehend beschriebenen Standortauffrischung zu entwickeln. Die Aufgabe der Erfindung wird mit einem Verfahren und einem System gelöst, die dadurch gekennzeichnet sind, was im Kennzeichnungsteil der unabhängigen Patentansprüche offenbart ist. Die bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen offenbart.
Die Idee der Erfindung ist, dass eine sowohl die I- als auch die UI-Datenrahmen abdeckende allgemeine Nummerierungssequenz in die Datenrahmen eingefügt wird. Folglich ist der Empfänger in der Lage, die korrekte Reihenfolge der Datenrahmen aus der Datenrahmennummer zu schließen, und sodann jegliche nicht korrekten Standortauffrischungen von bekannten Paketnetzwerken zu vermeiden.
Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit den bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
1 die Teile des Mobilkommunikationssystems, die zum Verständnis der Erfindung wesentlich sind,
2 ein das Problem darstellendes Signalisierungsdiagramm, und
3 ein die Erfindung darstellendes Signalisierungsdiagramm.
Bezüglich 1 wird erfindungsgemäß eine durch das Bezugszeichen 3 in 1 bezeichnete allgemeine oder „globale" Datenrahmennummer dem Datenrahmen F hinzugefügt. Die erfindungsgemäße allgemeine Nummerierung der Datenrahmen ist vorzugsweise verbindungsspezifisch, d.h. die Nummerierung startet zu Beginn einer Verbindung von vorne. Der den Datenrahmen empfangende Knoten wie etwa ein SGSN-Knoten behält Informationen über die größte Datenrahmennummer 3 der betroffenen Verbindung bei. Falls die Datenrahmennummer 3 des empfangenen Datenrahmens kleiner als die Nummer eines früheren empfangenen Datenrahmens ist, reagiert der SGSN-Knoten auf die Zelleninformationen über einen derartigen Datenrahmen nicht, sondern ignoriert sie.
3 beschreibt diesen Vorgang im Einzelnen. Schritt 3-0 umfasst jeden Verkehr zwischen der Mobilstation MS und dem SGSN-Knoten vor einer Übergabe zwischen den Zellen und einer Standortauffrischung der Mobilstation. Der vor der Übergabe zwischen den Zellen zuletzt übertragene Datenrahmen wird mit N0 nummeriert, wobei dieser Datenrahmen angibt, dass die Mobilstation in der Zelle C1 lokalisiert ist. Bei Schritt 3-1 überträgt die Mobilstation MS an das BSS-Netzwerk Daten in normalen I-Datenrahmen, wobei die Zellen-ID die ID einer neuen Zelle umfasst und der Datennahmen mit N1 nummeriert ist. In dem BSS enden die Datenrahmen auf dieselbe Weise wie bei 2 in einer Warteschleife. Bei Schritt 3-2 bewegt sich die Mobilstation MS von Zelle C1 zu Zelle C2. Bei Schritt 3-3 informiert die Mobilstation MS das Netzwerk BSS über die Standortauffrischung, indem die UI-Datenrahmennummer N2 gesendet wird. In der BSS-Warteschleife übersprint der UI-Datenrahmen N2 den I-Datenrahmen N1, der eine geringere Priorität aufweist, und bei Schritt 3-4 überträgt das Netzwerk BSS den UI-Datenrahmen N2 an den SGSN-Knoten. Da N2 größer als die durch den SGSN-Knoten bei Schritt 3-5 empfangene größte Datenrahmennummer N0 ist, schließt der SGSN-Knoten, dass sich die Mobilstation MS zur Zelle C2 bewegt hat. Bei Schritt 3-6 überträgt das Netzwerk BSS den I-Datenrahmen N1. Bei Schritt 3-7 ignoriert der SGSN-Knoten die in der Nachricht N1 enthaltenen Standortinformationen, da N1 kleiner als die durch den SGSN-Knoten empfangene größte Datenrahmennummer N2 ist. Bei Schritt 3-8 überträgt der SGSN-Knoten an die Mobilstation adressierte Daten D. Die letzten Informationen, die der SGSN-Knoten über den Standort der Mobilstation MS empfangen hat, basieren auf dem in Schritt 3-4 empfangenen UI-Datenrahmen N2, wo Zelle C2 als Standort der Mobilstation angegeben war. Der SGSN-Knoten schließt somit, dass die Mobilstation MS sich in der Zelle C2 befindet, und beginnt mit der Übertragung von Daten an die Zelle C2. Folglich können die Verzögerungen aus dem Stand der Technik und eine unnötige Verwendung der Netzwerk- und Luftschnittstellenressourcen vermieden werden.
Gleichzeitig löst die Erfindung ein ähnliches Problem, das bspw. bei der nachstehen beschriebenen Situation auftritt. Es sei angenommen, dass eine Mobilstation MS sich von Zelle C1 zu Zelle C2 bewegte. Die gewöhnlichen I-Datenrahmen, welche die Mobilstation MS von der alten Zelle C2 übertragen hat, erfahren eine außergewöhnliche Verzögerung auf dem Weg, und die I-Datenrahmen, die von der neuen Zelle C2 übertragen wurden, erreichen den SGSN-Knoten vor den von der Zelle C1 übertragenen I-Datenrahmen. Wenn diese Datenrahmen schließlich den SGSN-Knoten erreichen, schließt er fälschlicherweise, dass sich die Mobilstation zur Zelle C1 bewegt hat.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann physikalisch derart implementiert werden, dass die die Datenrahmen F übertragenden Netzwerkelemente die Datenrahmen mit einer fortlaufenden Nummer versehen. Die Nummerierung der Datenrahmen F deckt sowohl I- als auch UI-Datenrahmen ab. Das die Standortinformationen der Mobilstation beibehaltende Netzwerkelement wie etwa ein SGSN-Knoten wird mit einer Funktionalität versehen, welche die in dem Datenrahmen enthaltenen Standortinformationen ignoriert, falls die Datenrahmennummer kleiner als die Nummer eines vorher empfangenen und mit derselben Verbindung verknüpften Datenrahmens ist. Die Erfindung benötigt keine Wechsel bei der Netzwerkhardware und kann auf eine vernünftige einfache Weise als Hinzufügungen zu der Software der betroffenen Netzwerkelemente implementiert werden.
Eine Alternative zu einer unzweideutigen Datenrahmennummerierung ist die Verwendung bspw. von 8 oder 16-Bit-Datenrahmennummern, wodurch 256 bzw. 65536 Datenrahmen angegeben werden könnten, bevor die Nummerierung neu gestartet wird. Falls dabei die Datenrahmennummern bei den Schritten 3-5 oder 3-7 bedeutend verschieden sind, schließt der SGSN-Knoten, dass die Nummerierung zwischen zwei verglichenen grob ähnlichen Datenrahmennummern neu gestartet hat, und fügt den Variationsbereich der Datenrahmennummern, d.h. 256 oder 65536 der kleineren verglichenen Nummer hinzu. Durch Beschränken der bei den Datenrahmennummern verwendeten Anzahl von Bits kann der durch die Datenrahmennummern verursachte zusätzliche Verkehr reduziert werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung hängt die Mobilstation MS dem Datenrahmen eine ID nur bezüglich der Standortauffrischung (wenn die Zelle wechselt) an, und das Basisstationsuntersystem BSS hängt sodann die ID's dem Datenrahmen an (bspw. durch Wiederholen derselben ID oder durch Erzeugen einer hierarchischen Unter-ID), bis die Zelle der Mobilstation MS erneut wechselt, und die Mobilstation die Datenrahmen-ID erzeugt und übermittelt und so fort. Somit wird die durch die hinzugefügten ID verursachte Verwendung der Luftschnittstellenkapazität minimiert. Ein Hinzufügen von Datenrahmen-ID kann gestoppt werden, wenn die seit der Standortauffrischung verstrichene Zeit der maximalen Ausbreitungsverzögerung des Pakets im Netzwerk entspricht.
Die erfindungsgemäße Datenrahmennummerierung kann außerdem auf die nachstehend beschriebene Weise verwendet werden. Auf der Grundlage der empfangenen Informationen erfasst der SGSN-Knoten, dass die Zelle der Mobilstation MS gewechselt hat. Der an die alte Zelle der Mobilstation adressierte datenspeichernde SGSN-Knoten kann die Daten an die neue Zelle der Mobilstation richten. Alternativ kann der SGSN-Knoten eine Anweisung an den mit der alten Zelle der Mobilstation verbundenen Weg übermitteln, dass die in dem Speicher gespeicherten Daten an die neue Zelle der Mobilstation zu senden sind, oder dass sie zu vernichten sind.
Die Erfindung ist vorstehend in Verbindung mit einem Mobilkommunikationssystem beschrieben, kann aber auf andere Arten von Telekommunikationssystemen angewendet werden. Es ist dem Fachmann ersichtlich, dass die Grundidee der Erfindung auf viele verschiedene Weisen implementiert werden kann. Es ist bspw. nicht relevant, dass die Datenrahmen mit Nummern nummeriert werden, sondern es kann eine beliebige Art von Kennungen verwendet werden, welche die Sequenz der Datenrahmen angibt. Die Erfindung und ihre Ausführungsbeispiele sind nicht auf die vorstehend beschriebenen Beispiele beschränkt, sondern können innerhalb des Bereichs der Patentansprüche abgewandelt werden.

Claims

Verfahren zur Übertragung eines Datenrahmens (F) in einem Telekommunikationssystem zwischen einer Sendeeinrichtung und einer Empfangseinrichtung, wobei der Datenrahmen (F) Informationen über einen Ort (C1, C2) der Sendeeinrichtung (MS) des Datenrahmens oder eine von dem Datenrahmen (F) verwendete Route umfasst; und wobei der Datenrahmen zu einer von zumindest zwei verschiedenen Arten (I, UI) von Datenrahmen (F) gehört; dadurch gekennzeichnet, dass (i) zur Identifizierung des Datenrahmens die Sendeeinrichtung (MS) oder ein nachfolgendes Netzwerkelement in Richtung zu der Empfangseinrichtung (BSS) den Datenrahmen (F) mit einer Frequenzkennung versieht, die von der Datenrahmenart (I, UI) unabhängig ist; und (ii) zumindest ein Netzwerkelement (SGSN), das den Datenrahmen (F) empfängt, die Sequenzkennung (3) des Datenrahmens untersucht, und schließt, dass die in dem Datenrahmen enthaltenen Orts- oder Routeninformationen nicht korrekt sind, falls die Sequenzkennung (3) des Datenrahmens (F) zeigt, dass der Datenrahmen (F) älter als ein früher von demselben Netzwerkelement empfangener Datenrahmen ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sequenzkennung (3) dem Datenrahmen (F) nur hinzugefügt wird, wenn sich der Ort der Sendeeinrichtung (MS) ändert.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sequenzkennung (3) dem Datenrahmen (F) nur hinzugefügt wird, wenn sich die Route des Datenrahmens (F) von der Route des vorherigen Datenrahmens unterscheidet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sequenzkennungen (3) für jede Verbindung unzweideutig sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass: der Variationsbereich der Sequenzkennungen (3) kleiner als die größtmögliche Anzahl von Paketen (F) während einer Verbindung ist; und falls die in Schritt (ii) verglichenen Sequenzkennungen sich voneinander um ein Ausmaß unterscheiden, das dicht an dem Variationsbereich der Sequenzkennungen (3) liegt, das empfangende Netzwerkelement (SGSN) schließt, dass die Erzeugung von Sequenzkennungen (3) neuerlich gestartet wurde, und die entsprechende Korrektur durchführt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinrichtung (MS) die Sequenzkennung (3) dem Datenrahmen (F) nur anhängt, wenn sich der Ort der Sendeeinrichtung ändert, und dann ein der Sendeeinrichtung in Richtung zu der Empfangseinrichtung (BSS) folgendes Netzwerkelement die Sequenzkennungen (3) dem Datenrahmen (F) anhängt, bis sich der Ort der Sendeeinrichtung (MS) erneut ändert.
Anordnung zur Übertragung eines Datenrahmens (F) zwischen einer Sendeeinrichtung und einer Empfangseinrichtung in einem Telekommunikationssystem, wobei der Datenrahmen (F) Informationen über einen Ort (C1, C2) der Sendeeinrichtung (MS) des Datenrahmens oder eine von dem Datenrahmen (F) verwendete Route umfasst; und wobei der Datenrahmen zu einer von zumindest zwei verschiedenen Arten (I, UI) von Datenrahmen (F) gehört; gekennzeichnet durch: eine Einrichtung zum Versehen des Datenrahmens mit einer Sequenzkennung (3), unabhängig von der Datenrahmenart (I, UI), zur Identifizierung eines der Datenrahmen, der Sendeeinrichtung (MS) und eines in Richtung zu der Empfangseinrichtung (BSS) nachfolgenden Netzwerkelementes; und zumindest ein den Datenrahmen (F) empfangendes Netzwerkelement mit einer Einrichtung zur Untersuchung der Sequenzkennung (3) des Datenrahmens und zum Schließen, dass entweder die Orts- oder die Routeninformationen (C1, C2) nicht korrekt sind, die in dem Datenrahmen enthalten sind, falls die Sequenzkennung (3) zeigt, dass der Datenrahmen älter als ein früher durch das zumindest eine Netzwerkelement empfangener Datenrahmen ist.