FI101924B

FI101924B - Matkapuhelinkeskusten välinen kanavanvaihto suurnopeusdatasiirrossa

Info

Publication number: FI101924B
Application number: FI956089A
Authority: FI
Inventors: Lauri Lahtinen
Original assignee: Nokia Telecommunications Oy
Priority date: 1995-12-18
Filing date: 1995-12-18
Publication date: 1998-09-15
Also published as: JP2000502221A; ES2214555T3; EP0868826B1; WO1997023110A1; FI101924B1; EP0868826A1; FI956089A; DE69631684T2; ATE260531T1; US6243582B1; AU1099397A; FI956089A0; CA2240718C; JP3532216B2; CA2240718A1; DE69631684D1

Description

101924

Matkapuhelinkeskusten välinen kanavanvaihto suurnopeusdatasiirrossa

Keksintö liittyy suurnopeusdatasiirron käyttöön matkapuhelinverkossa ja erityisesti kanavanvaihtoon matkapuhelinkeskusten välillä.

5 Kuvio 1 esittää solukkomaisesti toteutetun matkaviestinjärjestelmän keksinnön kannalta oleellisia osia. Matkaviestimet MS (Mobile Station) viestivät radiosoluja Cn palvelevien tukiasemien BTSn (Base Transceiver Station) kanssa. Tukiasemat liittyvät tukiaseman ohjaimien BSC (Base Station Controller) kautta matkaviestinkeskuksiin MSC (Mobile Switching Center). Yhden tu-10 kiaseman ohjaimen BSC hallitsemaa alijärjestelmää (johon sisältyy sen ohjaamat tukiasemat BTSn sekät muu ei-näytetyt matkapuhelinverkon rakenneosat) kutsutaan yhteisesti tukiasema-alijärjestelmäksi BSS (Base Station Subsystem). Keskuksen MSC ja tukiasema-alijärjestelmän BSS välistä rajapintaa kutsutaan A-rajapinnaksi (A-interface).

15 Matkaviestinkeskus MSC huolehtii tulevien ja lähtevien puheluiden kytkennästä. Se suorittaa samantyyppisiä tehtäviä kuin yleisen puhelinverkon (PSTN) keskus. Näiden lisäksi se suorittaa myös ainoastaan siirtyvälle puheluliikenteelle ominaisia toimintoja, kuten esimerkiksi tilaajien sijainninhallintaa, yhteistyössä verkon tilaajarekisterien kanssa. GSM-järjestelmässä on tilaaja-20 rekistereinä ainakin kotirekisteri HLR ja vierailijarekisteri VLR, joita ei kuviossa 1 ole esitetty.

GSM-järjestelmä on aikajakomonikäyttötyyppinen (TDMA) järjestelmä, jossa liikennöinti radiotiellä on aikajakoinen tapahtuen peräkkäin toistuvissa TDMA-kehyksissä, joista kukin muodostuu useasta aikavälistä. Kussa-25 kin aikavälissä lähetetään lyhyt informaatiopaketti radiotaajuisena purskeena, joka muodostuu joukosta moduloituja bittejä. Puhetta ja dataa siirtävien liiken-nekanavien lisäksi GSM-järjestelmässä käytetään ohjauskanavia, joilla suoritetaan merkinantoa tukiaseman ja matkaviestinten välillä.

Matkaviestinkeskusten MSCn välinen puheluliikenne välitetään esi-30 merkiksi yleisen puhelinverkon PSTN kautta. Lisäksi matkaviestinkeskusten MSCn välillä välitetään signalointitietoa ns. MAP-yhteyden kautta (Mobile Application Part). MAP-käytäntö on määritelty ETSI:n GSM-standardissa 09.02.

Kun matkaviestin MS siirtyy radiosolusta Cn toiseen, järjestelmässä 35 suoritetaan kanavanvaihto (handover). Kanavanvaihtoja voidaan erottaa useita tyyppejä, riippuen siitä, mitkä matkaviestinjärjestelmän elementit osal- 2 101924 listuvat kanavanvaihtoon. Pysyttäessä saman tukiaseman ohjaimen BSC-x alueella puhutaan tukiasemien välisestä kanavanvaihdosta. Pysyttäessä saman matkaviestinkeskuksen MSC-x alueella puhutaan keskuksen sisäisestä kanavanvaihdosta. Kun matkaviestin siirtyy ensimmäisen matkaviestinkes-5 kuksen MSC-A alueelta toisen matkaviestinkeskuksen MSC-B alueelle, puhutaan keskusten välisestä kanavanvaihdosta.

Tekniikan tason mukaisesti keskusten välinen kanavanvaihto tapahtuu seuraavasti. Kun matkaviestin MS, joka on aloittanut puhelun keskuksen MSC-A alueella, siirtyy toisen keskuksen MSC-B alueella olevaan soluun, επί 0 simmäinen matkaviestinkeskus MSC-A johtaa kohdesolun tiedoista MSC-B:n osoitteen ja muodostaa MAP-yhteyden keskukseen MSC-B. MAP-yhteydellä MSC-A välittää MSC-B:lle tiedon, mille solulle pitää varata resursseja (kuten esimerkiksi radiokanava sekä vastaavat kiinteän verkon yhteydet). Kun resurssit on varattu, varataan kanavanvaihtonumero HON (Handover Number). 15 Tiedot kanavasta ja kanavanvaihtonumerosta HON välitetään MSC-A:lle MAP-yhteydellä. Saatuaan kanavanvaihtonumeron MSC-A muodostaa sen avulla yhteyden PSTN-verkon kautta. Kun PSTN-yhteys on muodostettu, MSC-B lähettää MSC-A:lle tästä kuittauksen. Seuraavaksi MSC-A lähettää MSC-B:lle kanavanvaihtokäskyn Handover_Command, joka välitetään mat-20 kaviestimelle MS. Onnistuneen kanavanvaihdon jälkeen matkaviestin MS lähettää nousevan siirtotien (uplink) suuntaan Handover_Complete -sanoman. Tämä tieto välitetään MSC-A:lle, joka purkaa aiemmat resurssit. Handover Command on kuvattu GSM-suosituksessa 04.08, versio 4.50, kesäk. 1993, s. 184- 189.

25 Kuviossa 2 on esitetty kahden ensimmäisen matkaviestinkeskuksen MSC-A ja toisen matkaviestinkeskuksen MSC-B väliseen kanavanvaihtoon liittyviä vaiheita ja signalointisanomia. On kuitenkin huomattava, että kana-vanvaihtotilanteessa lähetetään kuvattujen sanomien lisäksi myös muita sanomia, joita ei yksinkertaisuuden vuoksi tässä näytetä. 1: MS lähettää palve-30 levälle tukiasemajärjestelmälle BSS-A naapurisolumittausten tulokset (Meas_Report). 2: BSC-A määrittää kanavanvaihdon tarpeen uuden tukiasemajärjestelmän BSS-B soluun, esim. radiotiekriteerien perusteella. 3: BSS-A lähettää palvelevalle matkaviestinkeskukselle MSC-A kanavanvaihtopyynnön Handover_Required. 4: MSC-A lähettää uudelle matkaviestinkeskukselle 35 MSC-B kanavanvaihtopyynnön Prep_Handover_Req. 5: MSC-B lähettää tukiasemajärjestelmälle BSS-B, tarkemmin sanottuna sen BSC:lle, kanavanvaihtopyynnön Handover_Request, jossa pyydetään uutta tukiasemajärjestelmää 3 101924 BSS-B antamaan pyydetty palvelu. 6: Jos resursseja on käytettävissä, BSS-B lähettää MSC-B:lle kuittaussanoman Handover_Request_Acknowledge. 7: MSC-B lähettää palvelevalle keskukselle MSC-A kuittaussanoman Prep_Handover_Resp. 8: MSC-A lähettää palvelevalle tukiasemajärjestelmäl-5 le BSS-A kanavanvaihtokäskyn Handover_Command. 9: BSS-A lähettää MS:lle kanavanvaihtokäskysanoman Handover_Command. 10: Nyt MS kykenee aloittamaan kommunikoinnin uudessa solussa tukiasemajärjestelmässä BSS-B. 11: MS lähettää BSS-B:lle kuittauksen Handover_Complete. 12: BSS-B lähettää vastaavan kuittauksen Handover_Complete MSC-B:lie. 10 13: MSC-B lähettää keskukselle MSC-A kuittaussanoman

Send_End_Signal_Req, josta MSC-A tietää MS:n siirtyneen uudelle tukiasemajärjestelmälle MSC-B:ssä. 14 - 15: Lopuksi vapautetaan puheluun varatut resurssit vanhassa tukiasemajärjestelmässä BSS-A.

Standardin mukainen GSM-yhteys ja siinä käytetty kanavanvaihto 15 käsittelee vain normaalia puhe- tai datayhteyttä, jolla yhteyttä ylläpidetään vain yhden alikanavan, kuten aikavälin kautta. Suumopeusdatasiirrossa matkaviestimelle MS, joka tarvitsee käyttäjädatan siirtoon suurempinopeuksista datansiirtoa kuin yksi liikennekanava kykenee tarjoamaan, osoitetaan kanava-tai aikavälikonfiguraatio, joka käsittää kaksi tai useampia aikavälejä samasta 20 tai eri kehyksestä samalla tai eri taajuudella ns. moniaikavälitekniikalla (multislot access). Tämän keksinnön kannalta ei ole oleellista mitä moniaikaväli-tekniikkaa käytetään. Esimerkki moniaikavälitekniikasta, johon esillä oleva keksintö hyvin soveltuu, tunnetaan saman hakijan suomalaisista patenttihakemuksista 942190 ja 942191. Näissä hakemuksissa suurinopeuksinen sig-25 naali multipleksoidaan useaan pienempinopeuksiseen kanavaan (aikaväliin), siirretään näin radiotien yli ja demultipleksoidaan vastaanottimessa takaisin yhdeksi signaaliksi. Jos tätä tekniikkaa sovelletaan yllä kuvattuun tekniikan tason mukaiseen kanavanvaihtoon, muutokset ovat seuraavat:

Vaiheessa 6 kuittaussanoma Handover_Request_Acknowledge si-30 sältää tiedon osoitetusta datanopeudesta sekä osoitettujen aikavälien kuvauksen. Vaiheessa 7 kuittaussanoma Prep_Handover_Resp sisältää GSM-standardeissa spesifioidun sisällön lisäksi tiedon osoitetusta datanopeudesta sekä osoitettujen aikavälien kuvauksen. Vaiheissa 8-9 kanavanvaihtokäsky Handover Command sisältää tiedon osoitetusta datanopeudesta sekä osoi-35 tettujen aikavälien kuvauksen. Vaiheessa 10 matkaviestin käyttää osoitettua kanavakonfiguraatiota ja datanopeutta ja osoitettuja aikavälejä.

4 101924

Yllä mainitussa patenttihakemuksessa ei kuitenkaan yksityiskohtaisesti käsitellä kuinka useampa aikaväliä käyttävällä datayhteydellä osoitettaisiin kanavanvaihdon yhteydessä kanavanvaihtonumeroita eri alikanaville.

Lisäksi suurnopeusdatasiirrossa voi kanavanvaihdon yhteydessä 5 syntyä ongelmia, jos uudessa solussa ei ole saatavilla riittävää määrää kanavia. Ongelma syntyy, jos matkaviestin on operoimassa suurella datanopeudel-la ja uusi solu ei kykene kanavanvaihdon jälkeen tarjoamaan yhtä suurta da-tanopeutta kuin edellinen solu.

Keksinnön tavoitteena on siten kehittää menetelmä matkapuhelin-10 keskusten välisen kanavanvaihdon toteuttamiseksi. Keksinnön toisena tavoitteena on kehittää menetelmä kanavanvaihtoa varten siten, että eri soluissa käytettävissä olevat resurssit voidaan osoittaa joustavasti tilaajille. Keksinnön tavoitteet saavutetaan menetelmällä, jolle on tunnusomaista se, mitä sanotaan itsenäisissä patenttivaatimuksissa. Edullisia suoritusmuotoja esitellään 15 epäitsenäisissä vaatimuksissa.

Keksintöä selostetaan nyt lähemmin edullisten suoritusmuotojen yhteydessä, viitaten oheisiin piirroksiin, joista:

Kuvio 1 esittää esittää solukkomaisesti toteutetun matkaviestinjärjes-20 telmän keksinnön kannalta oleellisia osia;

Kuvio 2 esittää keskusten välisen kanavanvaihdon eri vaiheita.

Viitaten kuvioihin 1 ja 2, rinnakkainen yhteydenmuodostus voidaan toteuttaa ainakin kahdella vaihtoehtoisella tavalla. Keksinnön ensimmäisen 25 suoritusmuodon mukaisesti voidaan toimia seuraavasti. MSC-A osoittaa MSC-B:lle vaadittavan kanavan tyypin Prepare_Handover -sanoman parametrinä (kuvion 2 vaihe 4). Tämän tiedon perusteella MSC-B voi valita eri määriä resursseja liikennetilanteesta riippuen. Resurssien varaamisen aikana MSC-B osoittaa MSC-A:Ile keskusten välillä tarvittavien piirien määrän (Circuit_Count) 30 ilmarajapinnan yli osoitettuja kanavia varten. Piirien määrä voidaan ilmoittaa edullisesti Prepare_Handover_Response -sanoman parametrina (vaihe 7). Tässä suoritusmuodossa MSC-B varaa vain yhden kanavanvaihtonumeron HON. MSC-A käyttää tätä osoitettua kanavanvaihtonumeroa HON niin monta kertaa, kuin piirien määrä (Circuit Count) osoittaa. Tekniikan tason mukaises-35 sa yhden yhteyden kanavanvaihdossa aiemmat resurssit ja kanavanvaihto-numero HON vapautettaisiin tässä vaiheessa. Keksinnön mukaisesti PSTN-yhteydet voidaan muodostaa peräkkäin siten, että seuraavan yhteyden muo- 5 101924 dostus aloitetaan vasta, kun edellisen yhteyden muodostukseen on saatu address complete -osoitus. Molemmat keskukset säilyttävät yhteyksien (alikanavien) keskinäisen järjestyksen, jotta useaan alikanavaan jaettu data osataan jälleen yhdistää oikein. Järjestys voidaan säilyttää esimerkiksi lähet-5 tämällä PSTN-yhteyden muodostuksen yhteydessä erillinen indeksi, jonka avulla alikanavien keskinäinen järjestys voidaan säilyttää.

Tämän suoritusmuodon etuna on se, että MAP-signalointiin tarvitaan hyvin vähän muutoksia. Ainoa muutos on piirien määrän (Circuit_Count) ilmoittaminen. Haittana sen sijaan on, että tämä suoritusmuoto vaatii muutok-10 siä PSTN-signalointiin, mikä käytännössä on hankalampi toteuttaa kuin vastaavat muutokset MAP-signaloinnissa.

Keksinnön edullisen suoritusmuodon mukaan kaikki muutokset voidaan rajoittaa MAP-signalointiin. Tämä saadaan aikaan poikkeamalla yllä kuvatusta suoritusmuodosta siten, että MSC-B varaa heti niin monta kanavan-15 vaihtonumeroa HON kuin matkaviestimelle on varattu radiokanavia ilmaraja-pinnan yli. Tässä suoritusmuodossa kanavanvaihtonumeroa HON voidaan suoraan käyttää indeksinä varmistamaan, että alikanavien keskinäinen järjestys säilytetään.

On mahdollista, että kanavanvaihdon yhteydessä uudessa solussa 20 matkaviestimelle ei voida osoittaa yhtä monta aikaväliä kuin niitä aiemmassa solussa oli käytössä. Vaihtoehtoisesti voi käydä niin, että puhelu on aloitettu minimimäärällä aikavälejä, mutta kanavanvaihdon yhteydessä uudessa solussa niitä voidaan osoittaa matkaviestimen pyytämä enimmäismäärä. Tällaista vaihtuvan nopeuden järjestelmää käytettäessä kanavanvaihtoa voidaan täy-25 dentää tekniikalla, joka on selostettu saman hakijan suomalaisessa patenttihakemuksessa 944487, jätetty 27.9.1994.

Kyseisen '487 hakemuksen esittämän tekniikan mukaisesti matkaviestin ilmaisee puhelunmuodostuksen alussa palvelevalle matkaviestinverkolle aiempien parametrien lisäksi vähimmäis^ ja enimmäisvaatimukset käyttäjä-30 datan siirtonopeuden suhteen, ts. kaksi uutta parametria. Palveluun kohdistuvat vaatimukset voidaan tietysti ilmaista muutenkin. Matkaviestin voi esimerkiksi ilmaista sopivan palvelun laatuluokan, jolloin sille tarjotaan vähintään tämän laatuluokan vähimmäisvaatimuksen ja enintään tämän laatuluokan enimmäisvaatimuksen mukainen datakanavan suorituskyky.

35 Seuraavissa esimerkeissä nämä vähimmäis- ja enimmäisvaatimuk set määritellään parametreillä "vaadittu palvelutaso" ja "haluttu palvelutaso", mutta vaatimukset voidaan määritellä muillakin tavoin. Haluttu palvelutaso 6 101924 määrittää datanopeuden, ts. yhden tai useamman kanavan tai aikavälin muodostaman kanavakonfiguraation, jota matkaviestin toivoo voivansa käyttää. Samanaikaisesti tämä haluttu datanopeus on myös maksimidatanopeus, joka matkaviestimelle saadaan antaa. Vaadittu palvelutaso määrittää minimida-5 tanopeuden, joka täytyy tarjota datasiirron jatkumisen varmistamiseksi. Näiden parametrien avulla palveleva matkaviestinverkko voi verkon resursseista riippuvaisesti osoittaa datapuhelulle datanopeuden, joka on halutun maksimi-datanopeuden ja vaaditun minimidatanopeuden rajoissa. Mikäli edes minimi-datanopeutta ei kyetä tarjoamaan, datapuhelu katkaistaan. Voi myös olla, että 10 matkaviestin ei jossakin tilanteessa aseta erityisiä datanopeuteen liittyviä vä-himmäispalveluvaatimuksia tai antaa vähimmäissuorituskyvyn matkaviestinverkon vapaasti valittavaksi.

Tämän tekniikan huomioon ottaminen muuttaa yllä kuvattua kanavanvaihtoa seuraavasti. Numerointi seuraa edelleen kuvion 2 yhteydessä 15 käytettyä vaiheiden numerointia. Vaiheessa 3 kanavanvaihtopyyntö voi sisältää normaalin GSM-sanoman lisäksi halutun maksimidatanopeuden DRMAX ja vaaditun minimidatanopeuden DRMIN, jotka MS on antanut datapuhelun alussa. Tukiasemaohjain BSC tai tukiasema BTS säilyttää parametreja DRMAX ja DRMIN jokaiselle alueellaan olevalle MS:lle, jolla on käynnissä 20 suurinopeuksinen datapuhelu. Vaiheessa 4 MSC-A lähettää uudelle matka-viestinkeskukselle MSC-B kanavanvaihtopyynnön Prep Handover Req, joka voi sisältää normaalin GSM-sanoman lisäksi halutut parametrit DRMAX ja DRMIN. Myös vaiheessa 5 sanoma sisältää normaalin GSM-sanoman lisäksi parametrit DRMAX ja DRMIN. BSS-B valitsee ainakin kanavanvaihdon koh-25 desoiun aikaväliresursseista riippuvaisesti aikavälikonfiguraation, joka antaa datanopeuden, joka on vähintään DRMIN ja enintään DRMAX. Uuden solun tarjoama datanopeus (aikavälikonfiguraatio) ei välttämättä ole sama kuin vanhassa solussa. Toisin sanoen datanopeus voi kasvaa tai pienentyä uudessa solussa saatavilla olevien resurssien mukaan ja parametrien DRMAX ja 30 DRMIN rajoissa. Mikäli vaadittua minimidatanopeutta DRMIN ei voida tarjota kanavanvaihtoyritys keskeytetään.

Alan ammattilaiselle on ilmeistä, että tekniikan kehittyessä keksinnön perusajatus voidaan toteuttaa monin eri tavoin. Keksintö ja sen suoritusmuodot eivät siten rajoitu yllä kuvattuihin esimerkkeihin vaan ne voivat vaihdella 35 patenttivaatimusten puitteissa.

Claims

7 101924

1. Menetelmä matkapuhelinverkon ensimmäisen matkapuhelinkeskuksen (MSC-A) ja toisen matkapuhelinkeskuksen (MSC-B) välistä kanavanvaihtoa varten suurnopeusdatasiirrossa, jossa matkaviestimelle (MS) on 5 osoitettu useita kanavia, tunnettu siitä, että menetelmässä: - ensimmäinen matkapuhelinkeskus (MSC-A) ilmoittaa toiselle matkapuhelinkeskukselle (MSC-B) ainakin yhteydellä tarvittavien kanavien minimimäärän; - toinen matkapuhelinkeskus (MSC-B) pyrkii varaamaan ainakin il-10 moitusta vastaavan minimimäärän kanavia; - toinen matkapuhelinkeskus (MSC-B) lähettää ensimmäiselle matkapuhelinkeskukselle (MSC-A) tiedon varaamistaan kanavista sekä ainakin yhden kanavanvaihtonumeron (HON); - ensimmäinen matkapuhelinkeskus (MSC-A) käyttää ainakin yhtä 15 kanavanvaihtonumeroa (HON) kanavanvaihdon suorittamiseksi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että: - toinen matkapuhelinkeskus (MSC-B) lähettää ensimmäiselle mat-20 kapuhelinkeskukselle (MSC-A) yhden kanavanvaihtonumeron (HON) sekä varaamiensa kanavien lukumäärän (Circuit_Count); ja - ensimmäinen matkapuhelinkeskus (MSC-A) käyttää samaa kanavanvaihtonumeroa (HON) kanavien lukumäärän (Circuit_Count) osoittaman määrän kertoja. 25

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että toinen matkapuhelinkeskus (MSC-B) lähettää ensimmäiselle matkapuhelinkeskukselle (MSC-A) lisäksi indeksin, jonka avulla alikanavien keskinäinen järjestys voidaan säilyttää. 30

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että toinen matkapuhelinkeskus (MSC-B) lähettää ensimmäiselle matkapuhelinkeskukselle (MSC-A) suoraan niin monta kanavanvaihtonumeroa (HON) kuin se on varannut kanavia. 35

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1 -4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että: 8 101924 - ensimmäinen matkapuhelinkeskus (MSC-A) ilmoittaa toiselle matkapuhelinkeskukselle (MSC-B) yhteydellä tarvittavien kanavien minimimäärän lisäksi yhteydellä tarvittavien kanavien enimmäismäärän; ja - toinen matkapuhelinkeskus (MSC-B) pyrkii varaamaan ilmoitusta 5 vastaavan enimmäismäärän kanavia; 9 101924