優化移動通信系統的分組交換域服務質量的方法
2023-05-22 14:28:41
專利名稱：優化移動通信系統的分組交換域服務質量的方法
技術領域：
本申請是基於2003年1月10日提出的歐洲專利申請2002-376214，並要求其權益，所述申請結合於此作為參考。
本發明涉及移動通信系統，特別涉及一種優化移動通信系統的分組交換域服務質量的方法。
背景技術：
移動通信系統通常受標準化的限制；因此，關於該系統的更詳細的描述可特別參考由相應的標準化組織公布的相應標準。
簡言之，這種系統的一般體系結構被分成無線接入網(RAN)以及核心網絡(CN)，RAN主要負責移動臺(MS)與網絡之間的無線接口上無線資源的傳輸和管理，CN主要負責通信的交換和管理。
所述系統技術的發展主要導致第二代系統和第三代系統之間的差異。
第二代系統的典型例子是GSM(全球移動通信系統)。被GSM RAN採用的無線接入技術是基於FDMA/TDMA類型的多址接入技術(其中，FDMA表示「頻分多址」，TDMA表示「時分多址」)。GSM RAN由被稱為BSS(基站子系統)的子系統構成，GSM CN包括MSC(移動交換中心)和GMSC(網關移動交換中心)這樣的網絡單元。
最初，GSM主要用於提供基於電路交換技術的尤其是像電話服務這樣的實時服務。然後，GSM向提供基於分組交換技術的尤其是像數據轉發業務這樣的非實時服務方向發展。這種發展之所以成為可能是由於引入了GPRS(通用分組無線業務)，包括在CN中引入兩個新的網絡單元，也就是SGSN(服務GPRS支持節點)和GGSN(網關GPRS支持節點)。通過在不同用戶之間隨時共享資源，分組交換技術能更有效地使用可用資源。
第三代系統的典型例子是UMTS(通用移動電信系統)。UMTS提供第三代服務，包括高比特率的實時和非實時服務。UMTS RAN採用的無線接入技術是基於CDMA類型的多址接入技術(其中CDMA表示碼分多址)。UMTS RAN也稱為UTRAN(UMTS地面無線接入網)，UMTS CN包括有關分組交換(PS)域的網絡單元和有關電路交換(CS)域的網絡單元。
現在，GSM的進一步發展方向是提供第三代服務。這種發展的第一步相應於引入EDGE(為GSM發展增強的數據速率)，由於採用更高頻譜效率的調製技術，使無線接口上能有更高的比特率。這種發展的第二步相應於支持基於分組的實時服務。
當採用基於分組的技術時，服務質量(QoS)就成為一個重要問題。第三代系統中的QoS體系結構是在3GPP(第三代夥伴項目)發布的3GPPTS 23.107規範中定義的。這個QoS體系結構依賴於具有不同QoS屬性的不同承載業務，QoS屬性包括業務類型，最大比特率，保證的比特率，傳輸延遲，業務處理優先權，......等等。而且，對話式、流式、交互式、後臺式這四種類型的業務流之間是有區別的。根據保證的比特率和傳輸延遲，對話類型和流類型主要用於實時業務流，其QoS要求最高。
本發明尤其涉及這類系統分組交換(PS)域內服務尤其是實時服務的支持，尤其是在考慮GERAN接入技術(其中GERAN表示GSM/EDGE無線接入網)時。
圖1示出了採用GERAN接入技術和分組交換域的系統的一般體系結構。
圖2示出了考慮GERAN接入技術和分組交換域時協議的體系結構。
無線接口或MS與PS之間的接口或「Um」接口的協議層包括第一層，或物理層；第二層，或數據鏈路層，根據層級的增加依次被分成不同層MAC(媒體訪問控制)，RLC(無線鏈路控制)和LLC(邏輯鏈路控制，對於LLC層，BSS只被用來作為MS與SGSN之間的中繼功能)。
同樣，BSS與SGSN之間的接口或「Gb」接口的協議層包括第一層，或物理層；第二層，或數據鏈路層，根據層級的增加依次被分成不同層網絡服務，BSSGP(BSS GPRS協議)和LLC(邏輯鏈路控制，對於LLC層，BSS只被用來作為MS與SGSN之間的中繼功能)。
此外，還在應用層或者為像MM(流動性管理)、SM(對話管理)、......等等這樣的管理任務提供更高層協議(圖上未詳細示出)。
而且，在LLC層被，由更高層級的數據單元形成被稱為LLC幀的那些幀。在LLC幀中，這些數據單元被稱為LLC-PDU(LLC協議數據單元)數據單元。然後，LLC-PDU數據單元在RLC/MAC層被分割，以形被稱為RLC數據塊的塊。然後，在物理層將RLC數據塊置入要求的格式內，以在「Um」接口上傳輸。
在分組數據對話(packet data session)中任何適於MS的數據被傳輸之前，必須在MS和SGSN中為所述對話激活或創建PDP(分組數據協議)上下文(context)，該PDP上下文包括用於所述對話的路由選擇信息和QoS信息。
一旦所述PDP上下文被激活，MS就可傳輸數據。當MS在所述對話期間有數據要傳輸，就進入這樣一種模式(稱為分組傳遞模式)其中有為所述MS建立的TBF(臨時塊流)，也就是，在一個或多個PDCH(分組數據信道)上為所述MS分配無線資源以傳輸LLC PDU。否則，MS沒有數據要傳輸時，就處於這樣一種模式(稱為分組空閒模式)在PDCH上沒有為其分配任何資源。
在一個或多個PDCH上為MS分配無線資源的過程被稱為TBF的建立。簡言之，該過程可以是單階段存取，或雙階段存取。任何一種情況下，MS都要向網絡發送分組信道請求。單極端存取時，網絡為所述MS預留用於數據傳輸的無線資源作為響應。雙階段存取時，網絡首先為所述MS預留無線資源，以傳輸其需要的更詳細的描述，然後，為所述MS預留用於數據傳輸的無線資源。
如上所述，由於相應於EDGE的GPRS的增強，也稱為EGPRS(增強GPRS)，現在可以獲得更高的數據速率。另一種獲取更高數據速率的方法是通過多時隙操作，由此MS可被同時分配多於一個的PDCH。但是，這種獲取更高數據速率的方法通常並不被所有MS和/或所有網絡小區支持。因此，為使網絡能有效運行，需要一些機制，通過這些機制網絡可了解MS的無線接入能力，尤其包括EGPRS模式下的運行能力，和/或其多時隙類別(或MS能在其上同時運行的時隙數目)。
而且，在要求激活PDP上下文之前，MS必須運行GPRS的從屬程序，它通過該程序向網絡提供其身份及其它參數，主要是為了根據用戶的訂購檢驗其是否被授權使用GPRS服務。在這些參數中，所述MS提供其無線接入能力。
網絡必須了解MS的無線接入能力的典型交易是TBF建立程序。由於該交易是在MS和BSS之間的，已經提供特定機制使BSS了解MS的無線接入能力，這種機制尤其規定由MS依據其是否支持EGPRS而發送不同請求消息(如果MS支持EGPRS，就發送EGPRS分組信道請求消息，或者如果MS不支持EGPRS就發送(分組)信道請求消息，後一個消息依賴於在小區內是否有PBCCH(分組廣播控制信道))，或規定在由MS發送的請求消息中指示出的MS的多時隙類別。
回到需要支持如圖1所示系統的第三代服務的QoS體系結構(包括支持分組交換域內實時服務的高比特率)，在這種系統中建立承載通常是依這樣的模式來實現的，以保證在系統的不同層級上實現QoS要求，同時考慮每一層級的不同特徵。QoS體系結構所依賴的不同承載尤其包括無線承載，QoS要求必須在無線層級上被實現。
因此，考慮GERAN接入技術時，在分組交換域尤其是像實時服務這樣的服務支持需要幾個基本的功能-在MS、BSS、SGSN上支持Rel-99 GERAN標準；
-在PDP上下文的啟動時間支持Rel-99 QoS參數協商，包括與BSS的協商(在Rel-97中，QoS參數只在MS與SGSN之間協商)。BSS與SGSN之間的這種協商需要在Gb接口(在3GPP TS 08.18上定義的)上支持分組流上下文；-在BSS和SGSN上支持特定的呼叫允許控制(Call AdmissionControl)算法以保證像傳輸延遲和比特率這樣的實時約束，該支持需要在建立承載時預留資源。
圖3示出了建立承載，例如實時承載時涉及到的各種步驟。
1)R99 MS請求激活PDP上下文，其中，「請求的QoS」參數與實時承載相對應。
2)然後，SGSN可執行安全和跟蹤功能。呼叫允許控制算法被調用以檢驗要求的QoS屬性能否被實現。接著，SGSN可根據其能力和當前負荷限制請求的QoS屬性，它將根據訂購的QoS簡表限制被請求的QoS屬性。然後，SGSN請求在GGSN創建PDP上下文。
3)在GGSN執行各種功能，如果從SGSN接收到的協商的QoS與正被激活的PDP上下文不協調，GGSN甚至可捨棄來自SGSN的請求。
4)一旦確認在GGSN創建PDP上下文成功後，SGSN就請求為實時承載創建分組流上下文(Packet Flow Context，PFC)。儘管理論上可以把幾個承載集合到同一個PFC，但是最好還是為每個實時承載創建一個PFC，只把有類似QoS特徵的非實時承載集合到同一個PFC。來自SGSN的請求包含幾個強制性參數-TLL1移動臺標識符；-PF1分組流標識符(PFC標識符)；-PFT分組流時間標記(休止狀態期間PFC的壽命)；-ABQP集合BSS QoS簡表(表徵PFC的QoS參數)；5)然後，BSS運行呼叫允許控制算法以檢驗被請求的QoS屬性是否能被實現。可運行幾個功能以能夠支持被請求的QoS(例如，其它MS的再分配，MS改發向另一較少負荷的「小區」，等等)。BSS可根據其能力和當前負荷限制被請求的集合BSS QoS簡表，儘管應當儘可能避免不能實現保證比特率和傳輸延遲屬性。BSS實施資源預留以支持協商的保證比特率和傳輸延遲，同時考慮RLC模式，該模式將用來作為流模式(很有可能是RLC應答模式，因為LLC PDU會非常大例如對於視頻流來說有500個八位字節或更大)。由於無線接口的開銷，在無線接口預留的資源必須高於協商的保證比特率。
6)如果PFC創建成功的話，BSS確認PFC創建，同時向SGSN提供協商的ABQP，也就是協商的服務質量屬性。
7)假定協商的ABQP對SGSN來說是可接受的，就通過向移動臺發送接受消息以完成PDP上下文激活程序。
8)由於SGSN必須與為相應MS/PFC通告的漏洩率相一致，BSS很有可能必須要向SGSN發送流控制MS(FLOW CONTROL MS)或流控制PFC(FLOW CONTROL PFC)消息以通告漏洩率，該漏洩率大於協商的保證比特率(否則就用預設值)。MS流控制與PFC流控制之間的選擇依賴於執行，也依賴於對同一個MS是否還有其它活動的PFC。
9)SGSN確認流控制MS或流控制PFC消息。
10)由於本說明書沒有描述其的它上層協議，當開始實時對話時(本例中是下行鏈路流情況)，SGSN向BSS發送BSSGP PDU，該BSSGP PDU包含PDU壽命、QoS簡表(R97，本例情況下沒有用)、MS無線接入能力、要發送的PFI和LLC PDU。
11)BSS向MS發送LLC PDU。
發明概述這裡，本發明尤其是基於下述觀察。
從以上描述中可知，支持實時服務的重要步驟是SGSN和BSS的呼叫允許控制算法，它需要了解-MS所處的小區，以及該小區的能力(例如，它是否有EGPRS能力)；
-小區狀態(例如，負荷怎樣)；-MS能力(例如，MS是否有EGPRS能力，以及MS的多時隙類別)。
當然，如果PDP上下文要求保證的比特率，該保證的比特率在GPRS模式不能被多時隙類別1的MS支持，那麼，BSS需要了解MS是否有EGPRS能力，以及其多時隙類別；而且，BSS也需要了解要採用PFC的小區是否有EGPRS能力，以及剩餘的無線資源。
例如，考慮這種情況對於MS，PDP上下文需要64kbps的下行鏈路保證比特率，該MS位於-有EGPRS能力的小區，該小區有許多可用資源，例如可以考慮下述情況第一種情況如果MS只有GPRS能力，並且是多時隙類別4，那麼下行鏈路的無線通信能提供的最大理論吞吐量是3×20kbps＝60kbps。這種情況下，就不能提供請求的保證比特率。
第二種情況如果MS只有GPRS能力，並且是多時隙類別8，那麼下行鏈路的無線通信能提供的最大理論吞吐量是4×59.2kbps＝236.8kbps。這種情況下，就可以提供請求的保證比特率。
-在只具備GPRS能力的小區，該小區有大量可用資源，例如可以考慮下述情況第三種情況無論MS的EGPRS能力如何，只考慮GPRS多時隙類別。如果MS是GPRS多時隙類別8，那麼下行鏈路能提供的最大理論吞吐量是4×20kbps＝80kbps。但是，BSS知道由於無線通信的條件，只能得到4×15kbps＝60kbps(的吞吐量)。這種情況下，就不能提供請求的保證比特率。
因此，可以知道，根據MS的特徵和小區的特徵，BSS將對SGSN請求作出不同的應答。
在這種情形下，本發明認識到現有技術中存在下述一些問題。
在SGSN中，移動臺的所有特徵都是已知的，這是因為MS已經預先運行GPRS從屬程序。此外，SGSN並不了解小區無線通信特徵，也就不能解碼MS的無線通信特徵，例如EGPRS能力和多時隙類別。因此，可執行一個非常簡單的CAC，該CAC只根據其當前負荷並且可考慮GERAN能提供的最大理論吞吐量(8×59.2kbps＝473.6kbps)。
在BSS中，有兩種選擇-向其請求實時PFC的MS已經處於分組傳遞模式(也就是有一個為該MS建立的對於其它正在進行的對話的TBF)。這種情況下，CAC(呼叫允許控制)所需要的任何特徵典型地在BSS中已知MS服務小區，其EGPRS能力及其多時隙類別。但是有這樣一些情況，這時並不知道MS的多時隙類別(例如，只有一個上行鏈路EGPRS TBF(UL EGPRS TBF)，它是在接收到帶有原因「信令」的EGPRS分組信道請求後建立的。)。
-MS不是處於分組傳遞模式。這種情況下，如果MS幾秒鐘前是處於分組傳遞模式(也就是MS仍處於就緒狀態)，並且BSS已經存儲來自最後一次GPRS對話的MS無線接入能力，那麼就可知道MS的無線接入能力。由於CREATE BSS PFC消息是在相應於MS所在小區的BVCI(BSSGP虛擬連接標識符)上發送的，BSS就有其所需要一切。但是，在GPRS對話之後存儲MS無線接入能力並不是一個標準化程序，而且，也不能始終保證獲取MS無線接入能力(例如，GPRS對話只包括通過單狀態存取程序而創建的上行鏈路TBF；這種情況下，MS無線接入能力對BSS來說就是不可知的)。
因此，目前不能確保在接收到CREATE BSS PFC消息時BSS就可知道MS的EGPRS能力及其多時隙類別。
如本發明所實現的，解決方案可以採用標準化程序，該程序允許BSS從SGSN恢復MS無線接入能力該程序被稱為RA CAPABILITYUPDATE程序(RA能力更新程序)。當其接收到CREATE BSS PFC消息時，BSS可調用該程序，該消息對MS來說是不知道的。
但是，也如本發明所實現的，該程序會增加實時承載建立時間的延遲，這是一個時間上非常關鍵的程序，因為終端用戶的經驗依賴於這個建立時間。而且，實際上，也不能保證所有SGSN運行了該程序，也就是可能不能使用該程序。
換句話說，目前網絡通過一些機制在創建(或改進)分組流上下文時了解MS的無線接入能力，這些機制並沒有被完全優化，因而無法實現QoS要求，或者總體系統性能被降低。
本發明特別能解決以上所認識到的問題。更一般情況下，本發明能優化尤其是像這種系統分組交換域的實時服務這樣的服務支持。
本發明的目的是提供一種優化移動通信系統分組交換域服務質量的方法，其中-所述系統的核心網絡實體向所述系統的無線接入網絡實體發送為移動臺的分組對話建立或重新配置無線承載的請求，所述請求包括從包含在被所述核心網絡實體接收到的相應請求中的服務質量信息中導出的第一信息；-所述核心網絡實體向所述請求添加在其層級已知的並可與所述第一信息一起使用以在無線通信層級上實施呼叫允許控制的第二信息。
根據本發明的另一目的，所述第二信息包括表示所述移動臺無線接入能力的信息。
根據本發明的另一目的，所述無線接入能力包括支持更高數據速率的能力。
根據本發明的另一目的，所述支持更高數據速率的能力包括多時隙能力。
根據本發明的另一目的，所述支持更高數據速率的能力包括支持不同數據傳遞模式的能力。
根據本發明的另一目的，所述不同數據傳遞模式包括GPRS(通用分組無線業務)模式和EGPRS(增強通用分組無線業務)模式。
根據本發明的另一目的，所述建立或重新配置無線承載包括創建或改進分組流上下文。
根據本發明的另一目的，所述建立或重新配置無線承載的請求是在CREATE BSS PFC消息內發送的。
本發明的另一目的是實現本發明方法的分組交換域(SGSN)的核心網絡實體。
本發明另一目的是實現本發明方法的無線接入網絡實體(BSS)。
結合附圖和下述描述將使本發明的上述和其它目的更加清楚圖1是採用GERAN接入技術和分組交換域的系統的一般體系結構示意圖；圖2是採用GERAN接入技術和分組交換域的系統的協議體系結構示意圖；圖3是在該系統中建立像實時承載這樣的承載時所涉及的各種步驟的示意圖。
具體實施例方式
當考慮如上所述的GERAN接入技術和PS域時，本發明也可被解釋如下。
本發明特別提出向在3GPP TS 08.18和3GPP TS 48.018規範中定義的允許BSS創建或改進BSS分組流上下文的CREATEBSS-PFC消息內添加表示MS無線接入能力的信息。
所述表示MS無線接入能力的信息尤其包括其多時隙能力，和/或其支持EGPRS模式的能力。
更一般情況下，本發明提出一種優化移動通信系統分組交換域的服務質量的方法，其中-所述系統的核心網絡實體向所述系統的無線接入網絡實體發送為移動臺的分組對話建立或重新配置無線承載的請求，所述請求包括從包含在被所述核心網絡實體接收到的相應請求內的服務質量信息中導出的第一信息；
-所述核心網絡實體向所述請求添加在其層級已知的並可與所述第一信息一起使用以在無線通信層級上實施呼叫允許控制的第二信息。
尤其是-所述移動通信系統特別可以是GSM/EDGE系統；-所述無線接入網絡可以是GSM/EDGE BSS-所述第二信息可用於執行實時承載的CAC(呼叫允許控制)，它可以是MS的無線接入能力；-所述建立或重新配置無線承載可包括創建或改進分組流上下文；-所述建立或重新配置無線承載的所述請求可在CREATEBSS-PFC消息內發送；-所述方法可以用於在為實時承載激活PDP上下文時由SGSN啟動PFC創建程序。
本發明的目的還包括用於移動通信系統核心網絡的網絡單元(SGSN)，包括實現上述方法的任意一個方法的裝置。
所述裝置包括；-向所述系統的無線接入網絡實體發送為移動臺的分組對話建立或重新配置無線通信承載的請求的裝置，所述請求包含從被所述核心網絡實體接收到的相應請求中所包含的服務質量信息中導出的第一信息；-向所述請求添加在其層級上已知的、並且能和所述第一信息一起使用，以在無線通信層級上實現呼叫允許控制的第二信息的裝置。
本發明的目的還包括用於移動通信系統無線接入網絡(BSS)的網絡單元，所述單元包括實現上述方法的任何一種方法的裝置。
所述裝置包括從所述系統的核心網絡實體接收為移動臺的分組對話建立或重新配置無線承載的請求的裝置，所述請求包含從被所述核心網絡實體接收到的相應請求中所包含的服務質量信息中導出的第一信息，所述請求進一步包含其層級上已知的、並且能和所述第一信息一起使用，以在無線通信層級上實現呼叫允許控制的第二信息。
對於本領域技術人員來說，所述裝置的具體實施不會產生任何特殊問題，因此，對本領域技術人員來說，根據其功能不需要對所述裝置進行比上述描述更充分地公開。
權利要求
1.一種優化移動通信系統分組交換域的服務質量的方法，其中-所述系統的核心網絡實體向所述系統的無線接入網絡實體發送為移動臺的分組對話建立或重新配置無線承載的請求，所述請求包括從被所述核心網絡實體接收到的相應請求內所包含的服務質量信息中導出的第一信息；-所述核心網絡實體向所述請求添加在其層級上已知的、並且能和所述第一信息一起使用，以在無線通信層級上實現呼叫允許控制的第二信息。
2.根據權利要求1的方法，其中所述第二信息包括表示所述移動臺的無線接入能力的信息。
3.根據權利要求1的方法，其中所述無線接入能力包括支持更高數據速率的能力。
4.根據權利要求3的方法，其中所述支持更高數據速率的能力包括多時隙能力。
5.根據權利要求3的方法，其中所述支持更高數據速率的能力包括支持不同傳遞模式的能力。
6.根據權利要求5的方法，其中所述不同數據傳遞模式包括GPRS模式和EGPRS模式。
7.根據權利要求1的方法，其中所述建立或重新配置無線承載包括分組流上下文的創建或修改。
8.根據權利要求7的方法，其中所述建立或重新配置相應無線承載的請求是在CREATE BSS PFC消息發送的。
9.一種用於移動通信系統的核心網絡實體(SGSN)的網絡單元，所述單元包括實現權利要求1的方法的裝置。
10.根據權利要求9的網絡單元，其中所述裝置包括-向所述系統的無線接入網絡實體發送為移動臺的分組對話建立或重新配置無線承載的請求的裝置，所述請求包括從被所述核心網絡實體接收到的相應請求所包含的服務質量信息中導出的第一信息；-向所述請求添加在其層級上已知的、並能和所述第一信息一起使用以在無線通信層級上實現呼叫允許控制的第二信息的裝置。
11.一種用於移動通信系統的無線接入網絡實體(BSS)的網絡單元，包括實現權利要求1的方法的裝置。
12.根據權利要求11的網絡單元，其中所述裝置包括從所述系統的核心網絡實體接收為移動臺的分組對話建立或重新配置無線承載的請求的裝置，所述請求包括從被所述核心網絡實體接收到的相應請求所包含的服務質量信息中導出的第一信息，所述請求進一步包括在所述核心網絡實體層級上已知的、並且可以與所述第一信息一起使用以在無線通信層級上實現呼叫允許控制的第二信息。
全文摘要
一種優化移動通信系統分組交換域的服務質量的方法，其中所述系統的核心網絡實體向所述系統的無線接入網絡實體發送為移動臺的分組對話建立或重新配置無線承載的請求，所述請求包括從被所述核心網絡實體接收到的相應請求中所包含的服務質量信息中導出的第一信息；所述核心網絡實體向所述請求添加在其層級上已知的、並且可以與所述第一信息一起使用，以在無線通信層級上實現呼叫允許控制的第二信息。
文檔編號H04L12/54GK1520202SQ20041000017
公開日2004年8月11日 申請日期2004年1月8日 優先權日2003年1月10日
發明者V·米尼埃爾, V 米尼埃爾 申請人:埃沃柳姆公司