СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАННЕГО УСТАНОВЛЕНИЯ TBF ВОСХОДЯЩЕЙ ЛИНИИ
METHOD AND DEVICE FOR EARLY DETECTION OF UPPERLINK TBF

Область техники
Настоящее изобретение относится к области систем мобильной радиосвязи от 2.5 поколения, более конкретно к способу раннего установления TBF восходящей линии. Для упрощения раскрытия, используемые сокращения приведены в конце описания. Для простоты будет описан только вариант осуществления E(GPRS) изобретения, но те же самые выводы справедливы и для других систем 3GPP (UMTS).
Предшествующий уровень техники
На фиг. 1 показана функциональная архитектура сети GSM/EDGE TS 44.060 V.6.2.0, включающая в себя следующие функциональные блоки: SGSN, GGSN, EIR, BSS, MSC/VLR, HLR, SMS-GMSC, SMS-IWMSC, SM-SC и MS. Последний включает в себя первый функциональный блок ТЕ, соединенный со вторым функциональным блоком МТ через соединение, обозначенное опорной точкой R, обычно поддерживающее стандартный последовательный интерфейс. Блок МТ соединен с интерфейсом Um, обеспечивающим услуги пакетных данных по радиоканалам. Предусмотрены следующие интерфейсы: Um, Gi, Gp, Gb, Gn, Gf, Gs, Gr, Gd, D, E, C, связанность которых между соответствующими блоками непосредственно видна из чертежа. В частности, интерфейс Gn соединяет два узла GSN в той же самой системе PLMN, в то время как интерфейс Gp соединяет два узла GSN, принадлежащие двум разным системам PLMN. Блок BSS включает в себя множество BTS, соединенных с BSC через соответствующий интерфейс Abis (фиг. 2).
В процессе работы в интерфейсах Um и Abis различные протоколы установлены на физическом уровне, в частности протоколы MAC, RLC и LLC. Протокол RLC обеспечивает надежную радиолинию и отображает кадры LLC в физическом канале GSM. Процедуры сигнализации для доступа к радиоканалу контролируются протоколом MAC, который также управляет динамическим распределением ресурсов (запрос и предоставление). Динамическое распределение означает, что конкретный ресурс передачи, состоящий, например, из канала PDCH на физическом временном сегменте, сделан совместно используемым на основе временного разделения среди нескольких мобильных устройств MS, каждое их которых участвует в активном сеансе передачи данных или сигнализации, посредством совместно распределенного одного и того же ресурса передачи.
Поднабор процедур MAC, управляющих динамическим распределением ресурсов, обеспечивает временные соединения на физическом уровне, называемые TBF, которые включают в себя буферы памяти для вмещения очередей блоков RLC/MAC. Каждое соединение TBF обеспечивает возможность однонаправленного переноса данных и пользовательской сигнализации в сотовой ячейке между сетью и мобильной станцией MS и наоборот. Сообщения управления для установления/отмены соединения и распределения/ отмены распределения релевантных поддерживаемых физических ресурсов, например буферов TBF, рассматривают различные возможности покрытия всего спектра режимов, предусмотренных в режиме передачи пакетов подуровня RR. Для простоты здесь описан очень ограниченный спектр режимов установления/отмены соединений TBF и соответствующих рабочих режимов. Мы можем начать с установления соединения восходящей линии TBF, за которым следует передача пакетов, инициированная мобильной станцией. В этом случае мобильная станция требует назначения канала GPRS, посылая сообщение «запрос пакетного канала», включающее в себя ресурсы, запрашиваемые для передачи пакетов в сеть. В случае приема сеть отвечает сообщением «назначение пакетной восходящей линии» по каналу управления, выделяя мобильной станции ресурсы, запрошенные для передачи пакетов восходящей линии. Ресурсы включают в себя один или более каналов PDCH и значение TFI. Сеть не назначает какого-либо буфера в направлении восходящей линии (буфер находится в мобильной станции). Сеть требует просто знания количества блоков, которые мобильная станция MS намеревается передать. Теперь можно перейти к рассмотрению установления нисходящей линии соединения TBF с последующей пакетной передачей, заканчивающейся на мобильной станции. В этом случае в конце процедуры поискового вызова сеть передает мобильной станции сообщение «назначение пакетной нисходящей линии» в состоянии «готовности» по каналу управления, с приложенным списком каналов PDCH, распределенных для передачи по нисходящей линии. Буфер, соответствующий TBF нисходящей линии, целенаправленно выделяется для помещения блоков RLC/MAC, подлежащих передаче.
В большинстве случаев TBF поддерживается работоспособным только для переноса одного или более блоков протокола LLC, с непосредственной целью переноса соответствующих блоков RLC/MAC. Сеть присваивает каждому соединению TBF свой собственный временный идентификатор, называемый TFI (временный идентификатор потока). Мобильная станция должна предполагать, что значение TFI является уникальным среди TBF-конкурентов в каждом направлении, восходящей линии или нисходящей линии. Блок данных RLC/MAC идентифицируется для TBF, с которым он ассоциирован, посредством его собственного поля, где записан идентификатор TFI, и другого поля для индикации направления восходящей линии или нисходящей линии блока. Если блок RLC/MAC должен ссылаться на сообщение управления, то предусмотрено поле для индикации направления передачи сообщения и типа. В случае динамического распределения заголовок каждого блока RLC/MAC, передаваемого по каналу PDCH в направлении нисходящей линии, включает в себя дополнительное поле USF, которое используется сетью в форме флага для управления мультиплексированием с временным разделением различных мобильных станций в физическом канале PDCH в направлении восходящей линии. Теперь можно лучше определить уже упоминавшееся сообщение «назначение пакетной восходящей линии», посылаемое сетью в направлении мобильных станций, путем указания, что оно включает в себя следующее: идентификатор TFI нисходящей линии/буфер TBF, содержащий блок управления, переносящий это сообщение, список выделенных каналов PDCH (временных сегментов) и соответствующее значение USF для каждого выделенного канала. Для поля USF предусмотрено три бита, что обеспечивает возможность однозначного различения до восьми пользователей, совместно использующих временной интервал, также и в граничном случае, когда с единственным буфером TBF ассоциированы все восемь временных сегментов кадра TDMA.
Описание технической задачи
Время установки TBF в системе (E)GPRS может быть порядка нескольких сотен миллисекунд. В случае TBF восходящей линии связи это обусловлено комбинированными эффектами процедуры случайного доступа, временем появления на интерфейсе А-bis, временем двустороннего распространения между мобильной станцией и PCU и т.д.
Для чувствительных к задержке приложений реального времени время установки порядка сотен миллисекунд оказало бы значительное влияние на рабочие показатели. Например, это имеет место для приложений или VoIP по сотовой сети.
В 3GPP, группа TSG GERAN в настоящее время обсуждает возможные усовершенствования для снижения задержки в области PS, включая решения для снижения начального времени установки TBF.
Одна идея, уже обсуждавшаяся в стандартизации, представляет собой возможность разрешения «раннего установления TBF», т.е. возможности для мобильной станции запросить TBF восходящей линии даже раньше, чем некоторые действительные данные будут готовы для передачи.
Если мобильной станции разрешается открыть TBF восходящей линии заранее (т.е. прежде, чем некоторые данные будут доступны для передачи), это означает, что никакое время установки не потребуется, когда появится реальная необходимость в передаче чего-либо через восходящую линию.
Некоторые конкретные предложения того, как реализовать этот режим, уже представлены для стандартизации: см., например, GP-052038 и GP-052039 (соответственно стали G2-050396 и G2-050397)  по вопросу “Phantom TBFs”. Но такие предложения имеют некоторые серьезные недостатки. Например:
- они предусматривают определение специального типа TBF, необходимого только для этой процедуры, добавляя дополнительную сложность как для MS, так и для сети;
- они связаны с поддержкой множества TBF как в MS, так и в сети, тем самым ограничивая общую применимость решения;
- они связаны с ранним обнаружением указания сигнализации SIP мобильной станцией MS.
Цель изобретения
Ввиду описанного состояния уровня техники, целью настоящего изобретения является обеспечить альтернативное более простое решение, которое повторно использует уже доступные процедуры в стандарте и не имеет ни поддержки множества TBF, ни каких-либо других функциональных возможностей, в качестве предварительного обязательного условия.
Сущность изобретения
Изобретение достигает поставленной цели путем обеспечения способа установления TBF восходящей линии, как раскрыто в пункте 1 формулы изобретения. Дополнительные предпочтительные признаки описаны в зависимых пунктах формулы изобретения.
Способ установления TBF восходящей линии согласно изобретению включает в себя следующие этапы:
а) передача мобильной станцией в сеть сообщения запроса для установления раннего TBF восходящей линии, даже если мобильная станция  не имеет данных для передачи;
b) установление сетью раннего TBF восходящей линии к упомянутой мобильной станции;
с) планирование сетью разрешений, также называемых USF, для мобильной станции, чтобы передавать пакетные данные из упомянутого раннего TBF восходящей линии;
d) передача фиктивных пакетов из упомянутого раннего TBF восходящей линии мобильной станцией, когда обнаружены надлежащие USF и она не имеет данных для передачи;
е) передача доступных действительных пакетных данных из упомянутого раннего TBF восходящей линии мобильной станцией, когда обнаружены надлежащие USF.
В качестве альтернативы посылке фиктивных блоков управления восходящей линии, мобильная станция не передает никакого сообщения, если поддержка этой возможности указана сетью. Благодаря способу, соответствующему изобретению, TBF восходящей линии поддерживается в состоянии типа состояния ожидания, так что когда потребуется передать другие данные, мобильная станция сможет немедленно возобновить передачу, не требуя повторного открытия TBF, проходя через процедуру случайного доступа.
Согласно первому варианту осуществления изобретения, информация раннего установления TBF восходящей линии является новой «причиной», предусмотренной в сообщении «запрос пакетного канала» (EGPRS) для однофазной процедуры доступа, поясняющей, что запрос, который мобильная станция выполняет на (Р)RACH, предназначен для «раннего установления TBF восходящей линии». Конкретное указание для BSS, что запрос, выполняемый мобильной станцией, предназначен для «раннего установления TBF», может также использоваться сетью, чтобы понять, что первоначальное сообщение, переданное мобильной станцией, для открытия TBF (т.е. пустой кадр LLC), не несет никакой действительной информации. В этом случае BSS могла бы факультативно принимать решение игнорировать его локальным образом (т.е. не пересылать его к SGSN), тем самым избегая какого-либо влияния также на интерфейс Gb.
Согласно второму варианту осуществления изобретения, и с учетом того, что число комбинаций битов, все еще доступных для сигнализации причины раннего назначения TBF восходящей линии в пакете доступа, весьма снижено, раннее установление является теперь специфическим запросом для запуска “расширенного UL TBF” во втором сообщении двухфазной процедуры доступа, т.е. сообщении «запрос пакетного ресурса». Поскольку это сообщение переносится в надлежащем радиоблоке, а не в коротком пакете доступа, добавление к нему дополнительной информации совершенно не составляет проблем. Следует отметить, что хотя двухфазная процедура доступа, по существу, медленнее, чем однофазная процедура доступа, это не будет создавать никаких проблем в данном случае. Эта процедура будет использоваться намного раньше реальной потребности в передаче данных, так что не будет вводиться никаких дополнительных задержек.
Схема планировщика устанавливает необходимость в предварительном определении таких реальных случаев, когда запрашивается информация раннего установления TBF, например, как в случаях чувствительных к задержкам сценариев. Кроме этого, передача фиктивных блоков управления вместо истинных данных после планирования USF в настоящее время используется в технике.
Преимущества изобретения
Предложенное решение:
- Не вводит никакой задержки в момент, когда становятся доступными входящие данные для передачи.
- Не вводит ни дополнительных процедур в мобильной станции и в сети, ни новых типов TBF.
- Не требует какого-либо указателя возможностей в функциональных возможностях радиодоступа MS, и не требует никакой связи с какими-либо другими возможностями MS (например, mTBF или других).
- Не требует указания конкретной сетевой поддержки.
Краткое описание чертежей
Признаки изобретения, которые рассматриваются в качестве новых, изложены в деталях в формуле изобретения. Изобретение и его преимущества можно понять при обращении к последующему детальному описанию его варианта осуществления, предназначенному для рассмотрения совместно с иллюстрирующими чертежами, приведенными только в целях пояснения, но не ограничения, на которых представлено следующее:
Фиг. 1 - как уже описано, представляет систему GSM-EDGE;
Фиг. 2 - показывает блок BBS по фиг. 1, соединенный с несколькими MS, для иллюстрации сценария, в котором может быть реализовано настоящее изобретение;
Фиг. 3 и 4 показывают две диаграммы последовательности сообщений двух соответствующих вариантов осуществления способа раннего установления TBF в соответствии с настоящим изобретением.
Детальное описание варианта осуществления изобретения
Сигнал GSM/EGPRS TDMA структурирован как циклические мультикадры из 52 базовых кадров, разделенных на 12 радио блоков, плюс два Т-кадра, используемых для синхронизации, и два резервных Х-кадра. Каждый радиоблок включает в себя четыре базовых кадра. Мультикадр используется для временного мультиплексирования логических каналов GPRS и GSM. Кадры уровня LLC сегментированы в пределах радиоблоков уровня RLC/MAC. Каждый радиоблок транспортируется четырьмя последовательными нормальными пачками в мультикадре. Четыре нормальных пачки должны предполагаться перемеженными на четырех последовательных кадрах TDMA длительностью 4.615 мс. Ресурсы, необходимые для услуги GPRS, предусматривают дополнительное число логических каналов, поддерживающих перенос радиоблоков через физический канал пакетных данных (PDCH). Логические каналы GPRS имеют имена и функциональные характеристики, в значительной степени строго соответствующие именам и функциональным характеристикам традиционного GSM, хотя и относятся к пакетам.
Две базовые структуры блока RLC/MAC используются либо для переноса данных, либо для переноса сообщений управления. TS 44.060, фиг. 10.0а.2.1, показывает структуру для переноса данных EGPRS, включая заголовок RLC/MAC и блок 1 данных RLC, за которым факультативно следует блок 2 данных RLC. TS 44.060, фиг. 10.0а.3.1, показывает структуру для переноса сообщения управления, включая заголовок MAC и блок управления RLC/MAC. Различные компоненты блока RLC/MAC, переносящего блок данных GPRS RLC или блок управления RLC/MAC, должны быть скомпонованы последовательно. Каждый компонент состоит из целого числа октетов. Компоновка компонентов должна выполняться постепенно, начиная с номера 1 октета физического блока.
Фиг. 2 показывает блок BBS, соединенный с множеством блоков MS. Блок BBS включает в себя блок BSC и несколько блоков BTS. Блок BSC, в свою очередь, включает в себя блок, называемый уровнем LLC, блок физического уровня, блок TBF MANAGER (менеджер TBF) и блок планировщика. BSC соединен с блоком SGSN, показанным на чертеже, через интерфейс Gb. Уровень LLC имеет двунаправленное соединение с TBF MANAGER, который, в свою очередь, имеет двунаправленное соединение с блоком планировщика и с физическим уровнем. BSC несет ответственность за выполнение большинства операций, манипулирующих с TBF, и за обмен соответствующими сообщениями RR на интерфейсе Abis. Уровень LLC посылает на TBF MANAGER кадры LLC для буферизованных соединений нисходящей линии и принимает от TBF MANAGER кадры LLC для соединений восходящей линии. TBF MANAGER посылает на физический уровень радиоблоки RLC/MAC с ассоциированными USF, мультиплексированными для TDMA в каждом временном сегменте. Физический уровень посылает TBF MANAGER радиоблоки RLC/MAC, поступающие из соединений восходящей линии. TBF MANAGER передает на планировщик указание числа радиоблоков для передачи для каждого соединения DL_TBF и соединения UL_TBF. Планировщик, в свою очередь, включает в себя планировщик нисходящей линии и восходящей линии, обеспечивающий TBF MANAGER информацией планирования.
Целью процедуры пакетного доступа является установление TBF для поддержки переноса PDU верхнего уровня в направлении от мобильной станции к сети. Пакетный доступ должен быть выполнен на PCCCH, как определено в данном предложении, если PCCCH существует. В противном случае пакетный доступ должен быть выполнен на CCCH, как определено в 3GPP TS 44.018. Пакетный доступ может быть выполнен либо в одной фазе (статья 7.1.2), либо в двух фазах (статьи 7.1.2 и 7.1.3).
Согласно TS 44.060, раздел 7.1.2, мобильная станция должна инициировать однофазную процедуру пакетного доступа путем планирования передачи сообщений «запрос пакетного канала» по каналу PRACH, соответствующему его PCCCH_GROUP, и одновременно выходя из режима ожидания пакета. Мобильная станция должна использовать последние параметры доступа, принятые по PBCCH. Сообщения «запрос пакетного канала» посылаются по PRACH и содержат указание (причину установления) типа доступа и параметры, требуемые для указания потребности мобильной станции в радиоресурсах (частота, временной сегмент, код и т.д.). При приеме сообщения «запрос канала передачи» сеть может назначить радиоресурс по одному или более PDCH, подлежащим использованию мобильной станцией для TBF в режиме GPRS TBF. При приеме сообщения «запрос пакетного канала» EGPRS, сеть может назначить радиоресурс по одному или более PDCH, подлежащим использованию мобильной станцией для TBF в режиме EGPRS TBF или в режиме GPRS TBF. Если используется режим доступа к среде передачи с динамическим распределением, то сеть должна включать значения USF, выделенные для PDCH, в сообщение «назначение пакетной восходящей линии».
На фиг. 3 предыдущая однофазная процедура доступа модифицирована в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения, нацеленным на решение проблемы раннего установления TBF восходящей линии. Согласно фиг. 3 сообщение «запрос пакетного канала» включает в себя дополнительную причину установления, называемую «причина раннего установления», которая связана с теми ситуациями, где данное условие необходимо, например, чувствительными к задержкам приложениями реального времени. Сеть, после выделения запрошенных ресурсов PDCH мобильной станции, предрасполагает ее принимать фиктивный блок управления от мобильной станции. В альтернативном варианте сеть предрасполагает не принимать никаких сообщений, если поддержка этой возможности указана сетью. С этой целью сеть планирует моменты передачи восходящей линии путем передачи релевантных флагов USF в надлежащих сообщениях нисходящей линии, например сообщениях ACK/NACK (квитирования/негативного квитирования) восходящей линии. Мобильная станция квитирует фиктивные блоки управления для USF до тех пор, пока действительные пакетные данные не будут поступать из приложения. Согласно TS 44.060, раздел 7.1.3, если TBF установлен с использованием двухфазного доступа: на первой фазе двухфазного доступа в сотовой ячейке, снабженной PCCCH, те же самые процедуры, что и однофазного доступа, используются до тех пор, пока сеть не пошлет сообщение «назначение пакетной восходящей линии», включающее структуру выделения единственного блока или структуру выделения мультиблока, указывая двухфазный доступ мобильной станции. Структура выделения мультиблока может быть использована, только если мобильная станция имеет функциональные возможности EGPRS (т.е. сеть принимает сообщение «запрос пакетного канала» EGPRS от мобильной станции). В сообщении «назначение пакетной восходящей линии» сеть резервирует ограниченный ресурс по одному каналу PDCH к мобильной станции, где мобильная станция может передать сообщение «запрос пакетного ресурса» или, факультативно, сообщение «дополнительные возможности радиодоступа MS».
На фиг. 4 двухфазная процедура доступа модифицирована в соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения, также нацеленным на решение проблемы раннего установления TBF. Согласно фиг. 4 мобильная станция передает сообщение «запрос пакетного канала» в сеть и принимает обратно сообщение «назначение пакетной восходящей линии» с назначением запрошенного канала. Мобильная станция отвечает на сообщение «назначение пакетной восходящей линии» сообщением «запрос пакетного ресурса», включающим в себя расширенную информацию TBF восходящей линии. Сеть устанавливает TBF восходящей линии, указывающий запрашивающую мобильную станцию, и квитирует флаги USF, как на предыдущей фиг. 3.
Хотя изобретение описано с конкретной ссылкой на некоторые предпочтительные варианты осуществления, для специалистов в данной области техники должно быть понятно, что настоящее изобретение не ограничено ими и что дальнейшие вариации и модификации могут быть применены без отклонения от его объема.
Используемые сокращения
3GPP
программа партнерства в создании систем 3-го поколения
BSC
контроллер базовых станций
BSS
подсистема базовой станции
BTS
базовая приемопередающая станция
CCCH
общий канал управления
EDGE
перспективная технология мобильной радиосвязи (усовершенствованные скорости данных для GSM)
EGPRS
усовершенствованный GPRS
EIR
регистр идентичности оборудования
GERAN
сеть радиодоступа GSM/EDGE
GGSN
шлюзовой GSN
GMSC
шлюзовой MSC
GP
постоянный комитет по GERAN
GPRS
пакетная радиосвязь общего назначения
GSM
глобальная система мобильной связи
IWMSC
обеспечение межсетевого обмена
LLC
управление логическим соединением
MAC
протокол доступа к среде передачи
MS
мобильная станция
MSC
центр коммутации сообщений
MT
мобильный терминал
PBCCH
канал управления пакетной широковещательной передачей
PCCCH
пакетный общий канал управления
PDCH
канал пакетных данных
PDU
блок данных протокола
PLMN
наземная мобильная сеть общего пользования
PoC
полудуплексная связь по сотовой сети
PRACH
физический канал случайного доступа
CR
запрос изменения
RLC
управление радиосоединением
SC
центр обслуживания
SGSN
узел поддержки услуги GPRS
SMS
служба коротких сообщений
TBF
временный поток блоков
TE
оконечное оборудование
TFI
идентификатор TBF
TSG
группа технических условий
UMTS
универсальная мобильная телекоммуникационная система
USF
флаг состояния восходящей линии
VLR
регистр местоположения посетителей
VoIP
речь через IP