FI101926B

FI101926B - Käänteinen matkapuhelinkeskusten välinen kanavanvaihto

Info

Publication number: FI101926B
Application number: FI956356A
Authority: FI
Inventors: Lauri Lahtinen
Original assignee: Nokia Telecommunications Oy
Priority date: 1995-12-29
Filing date: 1995-12-29
Publication date: 1998-09-15
Also published as: WO1997024897A1; CA2241752A1; JPH11511919A; FI956356A; AU1099297A; EP0870409A1; FI101926B1; FI956356A0; US6169900B1

Description

101926 Käänteinen matkapuhelinkeskusten välinen kanavanvaihto

Keksintö liittyy matkaviestinjärjestelmiin ja erityisesti puhelun uudelleenmuodostukseen puhelun katkettua sekä puhelun muodostamiseen satel-liittiviestintärjestelmissä.

5 Kuvio 1 esittää solukkomaisesti toteutetun matkaviestinjärjestelmän keksinnön kannalta oleellisia osia. Matkaviestimet MS (Mobile Station) viestivät radiosoiuja 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, HO). Kanavanvaihtoja voidaan erottaa useita tyyppejä, riippuen siitä, mitkä matkaviestinjärjestelmän elementit osallistuvat kanavanvaihtoon. Pysyttäessä saman tukiaseman ohjaimen BSC alu 2 101926 eella puhutaan tukiasemien välisestä (Inter-BTS) kanavanvaihdosta. Pysyttäessä saman matkaviestinkeskuksen MSC alueella puhutaan keskuksen sisäi- * sestä (Intra-MSC tai Inter-BSC) kanavanvaihdosta. Kun matkaviestin siirtyy ensimmäisen matkaviestinkeskuksen MSC-A alueelta toisen matkaviestinkes-5 kuksen MSC-B alueelle, puhutaan keskusten välisestä (Inter-MSC) kanavanvaihdosta. Sitä keskusta, jonka alueelta puhelu on aloitettu, kutsutaan ankku-rikeskukseksi (Anchor MSC).

Kuviossa 2 on esitetty ensimmäisen matkaviestinkeskuksen MSC-A ja toisen matkaviestinkeskuksen MSC-B väliseen kanavanvaihtoon liittyviä 10 signalointisanomia. On kuitenkin huomattava, että kanavanvaihtotilanteessa lähetetään kuvattujen sanomien lisäksi myös muita sanomia, joita ei yksinkertaisuuden vuoksi tässä näytetä. 1: MS lähettää palvelevalle tukiasemajärjestelmälle BSS-A naapurisolumittausten tulokset (Meas_Report). 2: BSS-A määrittää kanavanvaihdon tarpeen uuden tukiasemajärjestelmän BSS-B so-15 luun, esim. radiotiekriteerien perusteella. 3: BSS-A lähettää palvelevalle mat-kaviestinkeskukselle MSC-A kanavanvaihtopyynnön Handover_Required. 4: MSC-A lähettää uudelle matkaviestinkeskukselle MSC-B kanavanvaihtopyynnön Prep_Handover_Req. 5: MSC-B lähettää tukiasemajärjestelmälle BSS-B, tarkemmin sanottuna sen BSCille, kanavanvaihtopyynnön Hando-20 verRequest, jossa pyydetään uutta tukiasemajärjestelmää 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 tukiasemajärjestelmälle BSS-A kanavanvaihto-25 käskyn Handover_Command. 9: BSS-A lähettää MS:lle kanavanvaihtokäs-kysanoman Handover_Command. 10: Nyt MS kykenee aloittamaan kommunikoinnin uudessa solussa tukiasemajärjestelmässä BSS-B. 11: Matkaviestin MS lähettää BSS-B:lle kuittauksen Handover_Complete. 12: BSS-B lähettää vastaavan kuittauksen HandoverComplete MSC-B:!le. 13: MSC-B 30 lähettää keskukselle MSC-A kuittaussanoman Send End SignaI Req, josta MSC-A tietää MS:n siirtyneen uudelle tukiasemajärjestelmälle MSC-B:ssä. 14 -15: Lopuksi vapautetaan puheluun varatut resurssit vanhassa tukiasemajärjestelmässä BSS-A.

Matkapuhelinverkon alueella liikkuessaan matkaviestin MS voi ka-35 dottaa yhteyden sitä palvelevaan tukiasemaan BTS. Tällaisia tilanteita varten on esimerkiksi GSM-järjestelmässä määritelty ns. puhelun uudelleenmuodostus (Call Re-establishment), joka on kuvattu esimerkiksi kirjassa Mouly- 3 101926

Pautet, 'The GSM System for Mobile Communications", ISBN 2-9507190-0-7, s. 412 - 415. GSM-järjestelmän mukainen uudelleenmuodostus jakautuu kahteen osaan. Ensimmäisen osa muistuttaa läheisesti hajapääsyproseduu-ria, ja siinä matkaviestimellä on johtava rooli. Toista osaa ohjaa matkapuhe-5 linverkko, joka palauttaa verkkohierarkian ylemmän tason yhteydet.

Ongelma syntyy silloin, kun puhelu katkeaa keskusten välisen kanavanvaihdon jälkeen. Oletetaan, että puhelu on aloitettu matkaviestinkeskuk-sen MSC-A palvelemasta solusta ja puhelun aikana matkaviestin MS on siir-10 tynyt keskuksen MSC-B alueelle. Tekniikan tason mukainen matkaviestinjärjestelmä kykenee puhelun uudelleenmuodostukseen vain alkuperäisen keskuksen MSC-A palveleman solun kautta. Jos matkapuhelinkeskus on vaihtunut puhelun aikana, eikä matkaviestin MS enää saa yhteyttä alkuperäisen keskuksen MSC-A palvelmaan soluun, puhelu katkeaa. Tilaajille on kiusallista 15 aloittaa puhelu uudestaan. Erityisen haitallista yhteyden katkeaminen on datayhteyden aikana, koska tietokoneet eivät kykene ihmisen tavoin joustavasti jatkamaan siitä tilanteesta, jossa puhelu katkesi. Esimerkiksi myyjä, joka lähettää tilausta myyntikonttoriin, ei tiedä, onnistuiko tietokone katkennen puhelun yhteydessä kirjaamaan tilauksen vai ei. Vaarana on, että sama tilaus kirja-20 taan kahdesti tai sitä ei kirjata lainkaan. Samoin pitkät datasiirrot, kuten esimerkiksi telefaksin lähetykset on tällöin yleensä aloitettava kokonaan alusta.

Analoginen ongelma on nähtävissä sellaisissa satelliitteihin perustuvissa matkaviestinjärjestelmissä, joissa käytetään GSM-järjestelmään perustuvaa verkkorakennetta. Geosynkroniset satelliitit kiertävät maata pysyen jat-25 kuvasti saman maapallon pisteen kohdalla. Tällaisten geosynkronisten satelliittien ongelmia ovat mm. pitkästä etäisyydestä aiheutuvat suuri lähetystehon tarve sekä pitkät kulkuviiveet. Matalammalla kulkevien satelliittien kohdalla eräs ongelma on se, että verkkohierarkia voi muuttua jopa puhelun aikana, kun tukiasemia vastaavat satelliit kiertävät maapalloa. Yllä kuvattua yhteyden 30 katkeamista muistuttava ongelma syntyy tällaisessa satelliittijärjestelmässä jo ! yhteyttä muodostettaessa. Satelliittijärjestelmässä ongelma syntyy siitä, että "tukiasemat" vaihtavat paikkaa. Maalle asennetun matkaviestinjärjestelmän signalointia ei siten voi sellaisenaan käyttää satelliittijärjestelmissä. Ero näkyy esimerkiksi siten, että matkaviestintä haettaessa vastaus Page_Response voi 35 tulla eri keskuksen alueelta, kuin mille Page-kutsu on lähetetty. Tullaan kuitenkin huomaamaan, että keksinnön mukainen ratkaisu yhteyden katkeami- 4 101926 sen aiheuttamaan ongelmaan on sovellettevissa satelliittijärjestelmässä yhteyden muodostamiseen.

Keksinnön tavoitteena on siten kehittää menetelmä siten, että yllä mainitut matkaviestimen ja/tai tukiaseman (eli satelliitin) liikkumisesta aiheutu-5 vat ongelmat saadaan ratkaistua. GSM-järjestelmän tapauksessa tämä tarkoittaa menetelmää katkenneen puhelun uudelleenmuodostamiseksi silloin, kun matkaviestin on puhelun aikana siirtynyt ensimmäisen keskuksen alueelta toisen keskuksen alueelle. Satelliittijärjestelmän tapauksessa tämä tarkoittaa joko matkaviestimeen päättyvän tai siitä lähtevän yhteyden muodostusta. 10 Tässä "yhteys" voi tarkoittaa yhtä hyvin tavallista puhelua, lyhytsanomaa tai lisäpalvelua.

Keksinnön tavoitteet saavutetaan menetelmällä, jolle on tunnusomaista se, mitä sanotaan itsenäisissä patenttivaatimuksissa. Edullisia suoritusmuotoja esitetään epäitsenäisissä vaatimuksissa.

15 Keksintö perustuu siihen, että matkaviestimen sijaintialuetta palvele va matkapuhelinkeskus havaitsee matkaviestimen lähettämän aloitussano-man, joka esimerkinomaisen GSM-järjestelmän tapauksessa on uudelleen-muodostuspyyntö (Re-establishment Request). Aloitussanoma sisältää matkaviestimen edellisen sijaintialueen tunnuksen Last_LAI (Last Location Area 20 Identifier). Toinen keskus MSC-B, joka havaitsee aloitussanoman määrittää edellisen sijaintialueen tunnuksen perusteella ensimmäisen matkapuhelinkeskuksen MSC-A, jonka alueelta puhelu oli aloitettu. Tämän jälkeen toinen keskus MSC-B voi muodostaa yhteyden ensimmäiseen keskukseen MSC-A. Tässä vaiheessa keskukset MSC-A ja MSC-B vaihtavat roolejaan ja mene-25 telmää jatketaan samoin kuin tavanomaisen keskusten välisen kanavanvaihdon tapauksessa.

Keksinnön mukaisen menetelmän etuna on, että sen ansiosta tavanomaista suurempaa osaa keskeytyneitä puheluita pystytään jatkamaan ilman yllä kuvattuja puhelun katkeamiseen liittyviä ongelmia. Lisäksi keksintö 30 tuottaa yksinkertaisen menetelmän, jolla tavanomaisen matkaviestinjärjestelmän, kuten GSM-järjestelmän signalontia voidaan soveltaa satelliittijärjestelmissä.

Keksintöä selostetaan nyt lähemmin edullisten suoritusmuotojen 35 yhteydessä, viitaten oheisiin piirroksiin, joista:

Kuvio 1 esittää tavanomaisen, solukkomaisesti toteutetun matkaviestinjärjestelmän keksinnön kannalta oleellisia osia; 5 101926

Kuvio 2 esittää keskusten välisessä tekniikan tason mukaisessa kanavanvaihdossa käytettäviä sanomia; ja

Kuvio 3 esittää keksinnön mukaisen puhelun uudelleenmuodostuksen yhteydessä käytettyjä sanomia.

5

Viitaten kuvioon 3, käsitellään tapaus, jossa matkaviestin MS on aloittanut puhelun ensimmäisen keskuksen MSC-A alueella ja se on siirtynyt puhelun aikana toisen keskuksen MSC-B alueelle. (Kuvioon 3 liittyvät vaiheet on varustettu heittomerkein niiden erottamiseksi kuvioon 2 liittyvistä vaiheis-10 ta.) Jos yhteys katoaa, vaiheessa 1' matkaviestin MS lähettää ja tukiasema BTS-B havaitsee aloitussanoman, joka esimerkinomaisen GSM-järjestelmän yhteydessä voi olla uudelleenmuodostuspyyntö Re-Establishment_Request. Vaiheessa 2' aloitussanoma välitetään tukiaseman ohjaimelle BSC-B ja vaiheessa 3' keskukselle MSC-B. Aloitussanoma käsittää matkaviestimen vii-15 meisimmän sijaintialueen tunnuksen Last_LAI (Last Location Area Identifier) sekä matkaviestimen tunnuksen, joka voi olla joko IMSI (International Mobile Subscriber Identity) tai TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity). Vaiheessa 4' Last_LAI:n perusteella MSC-B toteaa, että kyseinen LAI ei kuulu MSC-B:n alueelle vaan johtaa yhteyden siihen keskukseen (MSC-A), jonka 20 alueeseen Last_LAI kuuluu. Vaiheessa 5' MSC-B lähettää MSC-A:Ile Prepa-re Handover -sanoman, jonka parametrina on matkaviestimen lähettämä aloitussanoma. Vaiheessa 6' MSC-A lähettää MSC-B:lle kuittaussanoman Prepare_Handover_Ack.

Kuten huomataan, vaiheet 4' - 6' muistuttavat normaalia, kuvion 2 25 yhteydessä selostettua keskusten välistä kanavanvaihdon valmistelua, kuitenkin siten, että kanavanvaihdon käynnistää ja aluksi ankkurikeskuksena toimii toinen keskus MSC-B.

Vaiheessa 7' keskukset MSC-A ja MSC-B vaihtavat rooleja siten, että ensimmäinen keskus MSC-A toimii tästä lähtien ankkurikeskuksena. Vai-30 heessa 8' MSC-A lähettää MSC-B:lle Prepare_Handover -sanoman, minkä jälkeen toiminta jatkuu samoin kuin yllä selostetussa tavanomaisessa keskusten välisessä kanavanvaihdossa vaiheesta 5 alkaen.

Keskusten välistä MAP-käytäntöä ei tarvitse muuttaa, koska sillä voidaan jo nykyään siirtää mitä tahansa A-rajapinnan sanomia keskusten välil-35 lä. Keskusten toiminnallisuutta on täydennettävä siten, että ne huomaavat yllä kuvatut, vaiheisiin 4' - 6' liittyvät tilanteet. Tässä tapauksessa sanoma osoittaa muuta toimintaa kuin kanavanvaihtoa ja samalla keskusten täytyy kyetä kyt- 6 101926 kemään tuleva kanavanvaihtopyyntö johonkin keskuksen alueella olevaan tapahtumaan tai kytkemään vierasrekisterissä VLR oleviin tilaajatietoihin. Jos esimerkiksi MSC-A onnistuu tämän tekemään, se lähettää MSC-B:lle kuittaussanoman Prepare_Handover_Ack. Tämän jälkeen signalointikäytäntöjä 5 hallitsee MSC-A ja jos yhteydellä tarvitaan liikennekanavia, niiden varaaminen käynnistetään MSC-A:n puolelta.

Keksinnön mukaista menetelmää yhteyden muodostamiseksi voidaan soveltaa myös sellaisessa satelliittijärjestelmässä, joka käyttää GSM-järjestelmän verkkorakennetta, jolloin kuvion 2 tukiasemia BTS vastaisi satel-10 liitit, joita ei ole erikseen näytetty. Matkaviestimeen päättyvän yhteyden (kuten puhelun, lyhytsanoman tai lisäpalvelun) tapauksessa järjestelmä ei tiedä, minkä satelliitin alueelta matkaviestintä on haettava, joten matkaviestintä haetaan kaikkien satelliittien alueelta. Kun matkaviestin vastaa hakuun, se voi lähettää samanlaisen viestin kuin kuvion 3 yhteydessä on selostettu. Järjes-15 telmä voi tämän jälkeen rajoittaa yhteyden siihen satelliittiin, jonka alueella matkaviestin vastaa hakuun. Vastaavasti matkaviestimestä lähtevän yhteyden alussa matkaviestin MS voi yllä kuvatulla tavalla signaloida sijaintinsa järjestelmälle.

Keksintö on esimerkinomaisesti selostettu GSM-järjestelmän tai 20 GSM-järjestelmään perustuvan satelliittijärjestelmän yhteydessä. Alan ammattilaiselle on ilmeistä, että keksintöä voidaan soveltaa muihinkin matkaviestinjärjestelmiin. Tällöin on puhelun aloitussanoman ja kanavanvaihtoa ohjaavien sanomien kohdalla käytettävä kyseisessä järjestelmässä käytettäviä sanomia.

25 Keksintö ja sen suoritusmuodot eivät siten rajoitu yllä kuvattuihin esimerkkeihin vaan ne voivat vaihdella patenttivaatimusten puitteissa.

Claims

7 101926
1. Menetelmä yhteyden muodostamiseksi matkaviestimen (MS) ja matkaviestinjärjestelmän välillä, joka käsittää ainakin ensimmäisen keskuksen (MSC-A) ja toisen keskuksen (MSC-B), jossa menetelmässä matkaviestin 5 (MS) lähettää aloitussanoman (1'), tunnettu siitä, että menetelmässä lisäksi: - tunnistetaan aloitussanoman (1') perusteella, että matkaviestin (MS) on toisen keskuksen (MSC-B) alueella; - aloitetaan kanavanvaihto toisesta keskuksesta (MSC-B) ensimmäiseen keskukseen (MSC-A) siten, että aluksi toinen keskus (MSC-B) toimii 10 ankkurikeskuksena; ja - vaihdetaan keskusten (MSC-A, MSC-B) tehtäviä siten, että vaihdon jälkeen ensimmäinen keskus (MSC-A) toimii ankkurikeskuksena.
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 15 matkaviestimen lähettämä aloitussanoma (11) sisältää matkaviestimen (MS) viimeisimmän sijaintialueen tunnuksen (Last_LAI).
3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että matkaviestimen (MS) lähettämä aloitussanoma (1') on uudelleenmuo- 20 dostuspyyntö (Re-establisment_Request) ja että matkaviestimen (MS) todetaan olevan eri keskuksen (MSC-B) alueella, kuin se keskus (MSC-A), jonka alueelta yhteys on aloitettu, matkaviestimen (MS) lähettämän viimeisimmän sijaintialueen tunnuksen (Last_LAI) perusteella. • 25 4. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä matkaviesti meen (MS) päättyvän yhteyden muodostamiseksi satelliittiviestintäjärjestel-mässä, tunnettu siitä, että matkaviestimen lähettämää aloitussanomaa (1') edeltää ensimmäisen keskuksen (MSC-A) käynnistämä matkaviestimen (MS) haku; ja että matkaviestin (MS) vastaa hakuun siten, että vastaus sisältää 30 aloitussanoman (1'). < I • .
5. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä matkaviestimestä (MS) lähtevän yhteyden muodostamiseksi satelliittiviestintäjärjestelmässä, tunnettu siitä, että matkaviestin (MS) lähettää aloitussanoman (1‘) yhteyden 35 muodostuksen alussa. 8 101926