СПОСОБ И ПРОТОКОЛ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ПОПЫТОК ПОЛУЧЕНИЯ ДОСТУПА ДЛЯ СИСТЕМЫ СВЯЗИ
METHOD AND PROTOCOL FOR PROCESSING ATTEMPTS AT ACCESSING COMMUNICATION SYSTEM

Область техники, к которой относится изобретение.
[1] Настоящее изобретение относится к системам радиосвязи и, в частности, к управлению попытками доступа в системах связи.
Известный уровень техники
[2] Система радиосвязи (беспроводной связи) может состоять из сети доступа и множества терминалов доступа. Сеть доступа может включать в себя точки доступа, такие как узлы-В («Node B»), базовые станции или аналогичные им, позволяющие терминалам подключаться к сети доступа для связи по восходящему каналу (UL: терминал - сеть) и нисходящему каналу (DL: сеть - терминал), причем каналы связи могут быть разного типа. Терминалами доступа могут быть пользовательское оборудование/абонентские терминалы «UE», мобильные станции и т.п.).
[3] Несмотря на то что рассматриваемая ниже концепция может применяться в системах связи различного типа, для примера будет рассмотрена только универсальная система подвижной связи «UMTS». Типичная система подвижной связи «UMTS» содержит, как минимум, одну базовую сеть «CN», соединенную, как минимум, с одной наземной сетью радиодоступа «UTRAN» (наземной сетью радиодоступа универсальной системе подвижной связи «UMTS»), содержащей базовые станции «Node В», действующие в качестве точек доступа для множества абонентских терминалов «UE».
[4] На фиг.1 представлена структура протокола радиоинтерфейса в соответствии со стандартами сети радиодоступа третьего поколения 3GPP. Протокол радиоинтерфейса содержит горизонтальные уровни, имеющие физический уровень, уровень канала передачи данных и сетевой уровень, а также вертикальные плоскости, содержащие пользовательскую плоскость (U-плоскость), предназначенную для передачи пользовательских данных, и плоскость управления (С-плоскость), предназначенную для передачи управляющей информации. Пользовательская плоскость представляет собой область, обрабатывающую информацию трафика пользователя, например голосовые данные или пакеты на основе Интернет-протокола (IP). Плоскость управления представляет собой область, обрабатывающую управляющую информацию для интерфейса сети, обслуживания вызовов, управления ими и т.п.
[5] Уровни протокола на фиг.1 можно разделить на первый уровень (L1), второй уровень (L2) и третий уровень (L3) на основе трех нижних уровней стандартной модели взаимных соединений открытой системы (OSI). Первый уровень (L1), называемый физическим уровнем «PHY», предоставляет услугу по передаче информации на вышерасположенный уровень с помощью различных технологий радиопередачи. Физический уровень через транспортный канал связан с вышерасположенным уровнем, называемым уровнем управления доступом к среде «МАС». Уровень управления доступом к среде «МАС» и физический уровень обмениваются данными через транспортный канал. Второй уровень (L2) содержит уровень управления доступом к среде «МАС», уровень управления радиоканалом «RLC», уровень управления многоадресной и (или) широковещательной передачей данных «ВМС» и уровень протокола сходимости пакетных данных «PDCP». Уровень управления доступом к среде «МАС» выполняет отображение между логическими каналами и транспортными каналами и предоставляет услуги по перераспределению параметров уровня управления доступом к среде «МАС» с целью распределения и перераспределения радиоресурсов. Уровень управления доступом к среде «МАС» через логический канал соединяется с вышерасположенным уровнем, называемым уровнем управления радиоканалом «RLC». В зависимости от вида передаваемой информации предусмотрены различные логические каналы.
[6] Уровень управления доступом к среде «МАС» соединяется с физическим уровнем с помощью транспортных каналов и может быть разделен на подуровень «МАС-b», подуровень «МАС-d», подуровень «MAC-c/sh», подуровень «МАС-hs» и подуровень «МАС-m» в соответствии с типом управляемого транспортного канала. Подуровень «МАС-b» управляет широковещательным каналом «ВСН», представляющим собой транспортный канал, по которому осуществляется широковещательная передача системной информации. Подуровень «МАС-c/sh» управляет общим транспортным каналом, таким как канал прямого доступа «FACH» или нисходящий совместно используемый канал «DSCH», который совместно используется множеством терминалов, или восходящий канал случайного доступа «RACH». Подуровень «МАС-m» может обрабатывать данные мультимедийного широковещательного/многоадресного обслуживания «MBMS». Подуровень «МАС-d» управляет выделенным каналом «DCH», представляющим собой транспортный канал, выделенный для конкретного терминала. Подуровень «МАС-d» расположен в обслуживающем контроллере радиосети «SRNC», управляющем соответствующим терминалом, и один подуровень «МАС-d» имеется также в каждом терминале.
[7] Уровень управления радиоканалом «RLC» в зависимости от режима работы уровня управления радиоканалом «RLC» поддерживает надежную передачу данных и выполняет функции сегментации и конкатенации (последовательного соединения) множества блоков служебных данных уровня управления радиоканалом (далее блоков служебных данных «RLC SDU»), передаваемых с вышерасположенного уровня. Когда уровень управления радиоканалом «RLC» принимает блоки служебных данных «RLC SDU» с вышерасположенного уровня, уровень управления радиоканалом «RLC» регулирует размер каждого блока служебных данных «RLC SDU» соответствующим способом в зависимости от производительности обработки и затем создает блоки данных с добавлением к ним информации заголовка. Затем созданные блоки данных, называемые блоками протокольных данных - «PDU», передаются на уровень управления доступом к среде «МАС» через логический канал. Уровень управления радиоканалом «RLC» включает в себя буфер уровня управления радиоканалом «RLC» для хранения блоков служебных данных уровня управления радиоканалом - «RLC SDU» и/или блоков протокольных данных уровня управления радиоканалом - «RLC РDU» объема обработки и затем создает определенные блоки данных с добавлением к ним данных заголовка.
[8] Уровень управления широковещательной/многоадресной передачей «ВМС» планирует передачу широковещательных сообщений для ячейки (называемых далее «CB-сообщениями»), принимаемых из базовой сети, и осуществляет широковещательную передачу «CB-сообщений» на терминалы «UE», находящиеся в конкретной ячейке или в ячейках.
[9] Уровень протокола сходимости пакетных данных «PDCP» является вышерасположенным уровнем для уровня управления радиоканалом «RLC» и позволяет осуществлять эффективную передачу данных с использованием сетевого протокола (такого как «IPv4» или «IPv6») по радиоинтерфейсу с относительно узкой полосой пропускания. Чтобы достичь этого, уровень протокола сходимости пакетных данных «PDCP» выполняет функцию уменьшения необходимой управляющей информации, используемой в проводной сети, то есть выполняется функция, называемая сжатием заголовка.
[10] Уровень управления ресурсами радиосвязи «RRC» расположен в самой нижней части уровня L3 и определен только в плоскости управления. Уровень управления ресурсами радиосвязи «RRС» осуществляет управление транспортными каналами и физическими каналами в отношении настройки, реконфигурации и освобождения или отмены радиоканалов «RB». Обслуживание радиоканала относится к услуге, предоставляемой вторым уровнем L2 для передачи данных между терминалом и наземной сетью радиодоступа «UTRAN». В общем случае, настройка радиоканала (RB) относится к регулированию уровней протоколов и характеристик каналов, необходимых для поставки конкретных услуг, а также заданию соответствующих параметров и способов работы. Кроме того, уровень управления ресурсами радиосвязи «RRC» занимается мобильностью пользователя внутри сети радиодоступа «RAN», а также дополнительными услугами, например услугами определения местоположения.
[11] Установление соединения между пользователем «UЕ» (абонентским терминалом) и радиосетью в существующих системах беспроводной связи, таких как универсальная система подвижной связи «UMTS», выполняется по каналу случайного доступа «RACH» в соответствии со следующими процедурами. Момент времени, в который терминал «UE» может начать процедуру случайного доступа, определяется в зависимости от класса услуг доступа «ASC», предоставляющего попыткам доступа уровень приоритета. Процедура случайного доступа делится на две фазы - фазу попытки доступа и фазу передачи сообщения о причине установления соединения, причем вторая фаза выполняется после успешного выполнения доступа. Когда причина установления соединения декодирована сетью, то в зависимости от запроса и наличия радиоресурсов сеть принимает решение принять, установить соединение или отклонить его.
[12] В общем случае процедура, при которой терминал «UE» посылает первое сообщение в сеть, называется первоначальным доступом. Для этого используется общий восходящий канал, называемый каналом случайного доступа «RACH». Во всех случаях [системы GSM (глобальная система подвижной связи) и UMTS (универсальная система подвижной связи)] выполнение первоначального доступа начинается с терминала «UE» с помощью сообщения с запросом на соединение, содержащего причину запроса, и ответа из сети, в котором указывается распределение радиоресурсов для данной причины, указанной в запросе.
[13] Имеется несколько причин, называемых причинами установления соединения, для отправки сообщения с запросом на соединение. В следующем списке приведено несколько примеров таких причин, оговоренных в универсальной системе подвижной связи «UMTS»:
[14] Исходящий диалоговый вызов
[15] Исходящий потоковый вызов
[16] Исходящий интерактивный вызов
[17] Исходящий фоновый вызов
[18] Исходящий вызов для абонированного трафика
[19] Входящий диалоговый вызов
[20] Входящий потоковый вызов
[21] Входящий интерактивный вызов
[22] Входящий фоновый вызов
[23] Аварийный вызов
[24] Повторный выбор ячейки в режиме «inter-RAT» (переход от одной технологии радиодоступа к другой)
[25] Порядок смены ячейки в режиме «inter-RAT»
[26] Регистрация, разъединение
[27] Исходящая сигнализация с высоким приоритетом
[28] Исходящая сигнализация с низким приоритетом
[29] Повторное установление соединения
[30] Входящая сигнализация с высоким приоритетом
[31] Входящая сигнализация с низким приоритетом
[32] Что касается определения приведенных выше терминов, то исходящий вызов означает, что абонентский терминал «UE» желает установить соединение (например, соединение для речевого общения), входящий вызов - что абонентский терминал «UE» отвечает на персональный радиовызов (пейджинговый вызов); а регистрация - что пользователь хочет зарегистрироваться только для того, чтобы обновить данные о местоположении.
[33] Для отправки информации через радиоинтерфейс используется процедура случайного радиодоступа по физическому каналу. Передача информации по физическому каналу с использованием процедуры случайного радиодоступа выполняется под управлением протокола вышерасположенного уровня, который выполняет несколько важных функций, связанных с приоритетом и контролем нагрузки. Указанные процедуры различны для радиосистем «GSM» и «UMTS». Описание процедуры случайного радиодоступа в системе «GSM» можно найти в публикации The GSM System for Mobile Communications (Система GSM для подвижной связи), авторы М.Mouly и М.В.Pautet, 1992 г. Поскольку представленная инновация связана с улучшением и развитием системы «UMTS», ниже более подробно описывается технология широкополосного множественного доступа с кодовым разделением каналов (W-CDMA).
[34] В процедуре случайного радиодоступа по физическому каналу системы «UMTS» терминал «UE» произвольно выбирает ресурс доступа и передает в сеть преамбульную часть процедуры случайного доступа канала случайного доступа «RACH». Преамбула представляет собой короткий сигнал, отправляемый перед передачей сообщения с запросом на соединение с каналом случайного доступа «RACH-соединение». Терминал «UE» многократно передает преамбулу, каждый раз увеличивая мощность передачи, при этом преамбула передается до тех пор, пока по каналу индикатора приема «АIСН» терминал не примет индикатор приема «АI», указывающий на обнаружение преамбулы сетью. При приеме индикатора приема «АI» терминал «UE» прекращает передачу преамбулы и отправляет блок сообщения с уровнем мощности, равным уровню мощности передачи преамбулы в данный момент времени, плюс смещение, сигнал о котором выдается сетью. При таком выполнении процедуры случайного доступа нет необходимости в процедуре плавного изменения мощности для всего сообщения. Указанная процедура плавного изменения мощности вызвала бы большие взаимные помехи в случае неудачной отправки сообщений, причем она была бы менее эффективной из-за большей задержки, поскольку требуется больше времени для декодирования сообщения, прежде чем может быть выдан сигнал подтверждения, что сообщение принято успешно.
[35] Основной характеристикой канала случайного доступа «RACH» является то, что этот канал создается на конкурентной основе, это означает, что из-за одновременного доступа нескольких пользователей могут возникнуть конфликты, так что первоначальное сообщение доступа не может быть декодировано сетью. Терминал «UE» может начать передачу данных по каналу случайного доступа (и преамбул, и сообщения) только в начале слота доступа. Таким образом, этот тип способа доступа представляет собой подход к решению проблемы по типу тактированного ALOHA (протокол для спутниковой и наземной радиопередачи) с быстрой индикацией приема.
[36] На фиг.2 представлен пример временной диаграммы (т.е. слотов доступа), связанной с передачей по каналу случайного доступа, а на фиг.3 представлены примеры приема абонентским терминалом слота доступа по нисходящему каналу индикатора приема «AICH» и приема абонентским терминалом слота доступа по восходящему физическому каналу случайного доступа «PRACH».
[37] Ось времени для обоих каналов, и канал «RACH», и канал «AICH», делится на временные интервалы, называемые слотами доступа. Имеется 15 слотов доступа на каждые два кадра [длительность одного кадра составляет 10 мс или 38400 чипов (элементарных кодовых посылок/сигналов)], и они отделены друг от друга на 1,33 мс (5120 чипов). Сетью выдается сообщение о том, какие имеются слоты доступа для передачи по каналу случайного доступа, а также какое смещение по времени имеется в рабочем режиме между каналами «RACH» и «AICH», между двумя последовательными преамбулами и между последней преамбулой и сообщением. Если синхронизация передачи по каналу индикатора приема «AICH» производится по значению 0 и 1, то она передается соответственно 3 и 4 слота доступа после передачи последнего слота доступа для преамбулы.
[38] Что касается формата преамбулы, каждая преамбула состоит из 4096 чипов, что составляет последовательность из 256 повторений кодов Адамара длиной 16. Коды Адамара рассматриваются в качестве сигнатуры преамбулы. Имеется 16 различных сигнатур, сигнатура выбирается произвольно (из доступных наборов сигнатур на основе «ASC» (класс услуг доступа) и повторяется 256 раз для каждой передачи преамбулы.
[39] На фиг.4 показан пример структуры (формат) канала индикатора приема «AICH». Канал индикатора приема «AICH» состоит из повторяющейся последовательности из 15 последовательных слотов доступа, каждый из которых имеет длину в 40 битовых интервалов (5120 чипов). Каждый слот доступа состоит из двух частей: индикатора приема «AI», состоящего из 32 реально значимых сигналов а0, …, а31, и части длительностью 1024 чипа, где передача отключена.
[40] Когда сеть обнаруживает передачу преамбулы канала случайного доступа «RACH» в слоте доступа канала случайного доступа «RACH» с определенной сигнатурой, она повторяет эту сигнатуру в соответствующем слоте доступа канала индикатора приема «AICH». Это означает, что код Адамара, используемый в качестве сигнатуры в преамбуле канала случайного доступа «RACH», модулируется на часть с индикатором приема «AI» канала индикатора приема «AICH». Индикатор приема, соответствующий этой сигнатуре, может принимать значения +1, -1 и 0 в зависимости от того, дается ли определенной сигнатуре подтверждение приема (положительное квитирование), неподтверждение приема (отрицательное квитирование) или никакого подтверждения.
[41] Положительная полярность сигнатуры указывает на то, что преамбула принята, и можно отправлять сообщение. Отрицательная полярность сигнатуры указывает на то, что преамбула принята, и процедура плавного изменения мощности будет остановлена, но сообщение не будет отправлено. Отрицательное квитирование используется, когда в сети существует ситуация перегрузки и, следовательно, переданное сообщение в данный момент не может быть обработано. В этом случае попытку осуществления доступа терминал «UE» должен повторить несколько позднее.
[42] Для управления передачами по каналу случайного доступа сеть принимает решение, разрешить ли мобильной станции использование ресурса радиодоступа, главным образом, в зависимости от класса доступа, к которому принадлежит терминал «UE». Заданный уровень приоритета определяется классом доступа «AC», данные о котором хранятся на SIM-карте терминала «UE».
[43] Далее будет дано описание определенного аспекта управления доступом. В зависимости от цели управления доступом при определенных обстоятельствах желательно оберегать пользователей терминалов «UE» от попыток осуществления доступа (в том числе от попыток аварийного вызова) или ответа на страницы в отдельных зонах сети наземной связи общего назначения «PLMN». Такие ситуации могут возникать в аварийных состояниях, или когда возникли неполадки в одной из двух или более близкорасположенных сетей наземной связи общего назначения «PLMN». Широковещательные сообщения должны быть доступны поочередно во всех ячейках с указанием класса (классов) подписчиков, доступ которых в сеть запрещен. Использование данной возможности позволяет оператору сети предотвратить перегрузку канала доступа при критических условиях. Не предполагается, что управление доступом будет использоваться при нормальных условиях эксплуатации.
[44] На фиг.5 приведены примеры типов классов доступа «AC» и соответствующих им услуг доступа «AS», каждая из которых содержит информационный элемент «IE».
[45] При выделении каналов все терминалы «UE» являются членами одной из десяти произвольно назначенных совокупностей мобильных телефонов, определяемых классами доступа от 0 до 9. Номер совокупности для данного терминала «UE» может храниться на SIM-карте (модуле идентификации абонента) или в USIM-карте (универсальный модуль идентификации абонента). Кроме того, терминалы «UE» могут быть членами одной или более из пяти отдельных категорий (классы доступа с 11 до 15), которые также могут храниться на SIM-карте или в USIM-карте. Они могут быть назначены отдельным пользователям с наивысшим приоритетом следующим образом. (Указанная нумерация не определяет порядок приоритетов):
[46] Класс 15 - персонал, работающий с сетью наземной связи общего назначения «PLMN»;
[47] Класс 14 - аварийные службы;
[48] Класс 13 - коммунальные службы (т.е. поставщики воды и газа);
[49] Класс 12 - службы безопасности;
[50] Класс 11 - для использования в сети наземной связи общего назначения «PLMN»;
[51] При работе, если терминал «UE» входит, как минимум, в один класс доступа, соответствующий разрешенным классам в соответствии с информацией, полученной через радиоинтерфейс, и класс доступа применим к обслуживающей сети, то попытки доступа разрешены. Иначе попытки доступа не разрешаются.
[52] Классы доступа применяются следующим образом:
[53] Классы 0-9 - домашняя и гостевые сети наземной связи общего назначения «PLMN»;
[54] Классы 11 и 15 - только домашняя сеть наземной связи общего назначения «PLMN»;
[55] Классы 12, 13, 13 - только домашняя сеть наземной связи общего назначения «PLMN» и гостевые сети наземной связи общего назначения «PLMN» только страны проживания.
[56]
[57]
[58] Любое число этих классов может быть запрещено одновременно.
[59] В случае аварийных вызовов на терминал UE через радиоинтерфейс передается также дополнительный управляющий бит, известный как класс доступа 10. Таким способом осуществляется индикация, разрешен ли сетевой доступ для аварийных вызовов терминалам «UE» с классами доступа с 0 по 9 или без международного идентификатора абонента мобильной связи (идентификатора «IMSI»). Для терминалов «UE» с классами доступа с 11 по 15 аварийные вызовы не разрешены, если и класс доступа 10, и релевантные классы доступа (с 11 по 15) запрещены. В ином случае аварийные вызовы могут быть разрешены.
[60] В системе подвижной связи «UMTS» классы доступа «АС» отображаются в классы услуг доступа «ASC». Определено восемь разных уровней приоритета (от «ASC 0» до «ASC 7»), причем наивысшему приоритету соответствует уровень 0.
[61] Для отображения классов доступа в классы услуг доступа классы доступа следует применять только при первоначальном доступе, т.е. при отправке сообщения «Запрос на RRC-соединение» («RRC CONNECTION REQUEST») (запрос на установление соединения между уровнями управления ресурсами радиосвязи «RRC»). Отображение между классом доступа «AC» и классом услуг доступа «ASC» должно указываться отображением информационного элемента AC-в-ASC в блоке системной информации типа 5. Соответствие между классами доступа «AC» и классами услуг доступа «ASC» показано на фиг.5.
th
th
[62] В таблице на фиг.5 n-й информационный элемент «n IE» обозначает номер «i» класса услуг доступа «ASC» в диапазоне 0-7, сопоставленный с соответствующим номером класса доступа «AC». Если класс услуг доступа «ASC», указываемый информационным элементом «n IE», не определен, поведение терминала «UE» техническими условиями не оговаривается.
[63] При случайном доступе следует применять параметры, подразумеваемые соответствующим классом услуг доступа «ASC». В случае, когда терминал «UE» входит в несколько классов доступа «AC», следует выбрать класс услуг доступа «ASC» для наивысшего номера класса доступа «AC». В режиме соединения класс доступа «AC» применять не следует.
[64] Класс услуг доступа «ASC» состоит из подмножества сигнатур преамбулы канала случайного доступа «RACH» и слотов доступа, которые разрешается использовать для данной попытки доступа и значения сохраняемости передачи, соответствующего вероятности Pν<1, чтобы осуществить попытку передачи. Другим механизмом управления передачей со случайным доступом является механизм контроля нагрузки, позволяющий уменьшить нагрузку входящего трафика, когда вероятность конфликтов высока или когда мало радиоресурсов.
[65] На фиг.6 и 7 показана блок-схема процедуры управления доступом.
max
BOI
BOImax
BOImin
[66] 1. Существующие спецификации предусматривают множество параметров управления передачей по каналу случайного доступа «RACH», которые сохраняются и обновляются терминалом «UE» на основе системной информации, передаваемой сетью в режиме широковещания. В число параметров управления передачей по каналу случайного доступа «RACH» входят физический канал случайного доступа «PRACH», класс услуг доступа «ASC», максимальное число циклов плавного изменения преамбулы М, диапазон интервалов отсрочки передачи для таймера Т, выраженный в виде номеров временных интервалов N и N передачи длительностью 10 мс, применимых при получении по каналу индикатора приема «AICH» сигнала неподтверждения приема (отрицательного квитирования) (S201).
[67] 2. Терминал «UE» отображает назначенный класс доступа «AC» на класс услуг доступа «ASC», а значение счетчика М устанавливается в нуль (S203, S205, S207).
max
[68] 3. Значение счетчика М увеличивается на единицу (S209). Далее терминал «UE» определяет, превышает ли значение счетчика М, отражающее число попыток передачи, максимальное число разрешенных попыток передачи М по каналу случайного доступа «RACH» (S211). Если это так, то терминал «UE» воспринимает передачу как неудачную (S212).
max
[69] 4. Однако если значение М не больше максимального числа разрешенных попыток передачи М по каналу случайного доступа «RACH», то терминал «UE» обновляет параметры управления передачей по каналу случайного доступа «RACH» (S213). На следующем шаге устанавливается 10 мс на таймере Т2 (S215). Терминал «UE» принимает решение, предпринимать ли попытку передачи, на основе значения сохраняемости передачи Pi, связанной с классом услуг доступа «ASC», выбранным терминалом «UE». В частности, генерируется случайное число Ri в диапазоне от 0 до 1 (S217). Если случайное число Ri не больше значения сохраняемости передачи Pi, то терминал «UE» осуществляет попытку передачи вдобавок назначенным ресурсам канала случайного доступа «RACH», в ином случае терминал «UE» ждет, пока не истечет время 10 мс таймера T2, и выполняет процедуру шага 4 повторно (S219, S220, S221).
BOImax
BOImin
BOI
BOI
[70] 5. При передаче одной попытки доступа терминал «UE» определяет, отвечает ли сеть сигналом подтверждения приема «ACK» (положительного квитирования), сигналом неподтверждения приема «NACK» (отрицательного квитирования), или не выдает никакого ответа (S223). Если от сети не получено никакого ответа после истечения времени таймера T2, процедура выполняется снова, начиная с шага 3 (S224). Если принят сигнал «NACK», означающий отсутствие подтверждения сетью приема передачи (часто из-за конфликтов), то терминал «UE» ждет, пока истечет время таймера T2, затем генерирует значение отсрочки передачи N, случайным образом выбираемое между максимальным и минимальным значениями числа интервалов отсрочки передачи N и N, связанными с физическим каналом случайного доступа «PRACH», назначенным терминалу «UE» (S225). Затем терминал «UE» ждет в течение времени отсрочки T, равного 10 мс интервалам отсрочки передачи N, перед выполнением процесса снова (S226). Если принимается сигнал «ACK», означающий подтверждение сетью приема передачи с терминала «UE», то терминал «UE» начинает передачу сообщения (S227).
[71] Фиг.8 иллюстрирует пример процедуры установления канала сигнализации. После подтверждения приема преамбул управления мощностью физического канала случайного доступа «PRACH» может быть передано сообщение с запросом на «RRC-соединение» (S81). Это сообщение содержит причину запроса соединения.
[72] В зависимости от причины запроса радиосеть принимает решение, касающееся вида ресурсов, чтобы зарезервировать их, и выполняет синхронизацию и установление канала сигнализации между определенными узлами радиосети (например, базовой станцией «Node В» и обслуживающим контроллером радиосети «RNC») (S82). Когда радиосеть готова, она посылает на терминал UЕ сообщение об установлении соединения («Connection Setup»), передающее информацию о радиоресурсах, предназначенных для использования (S83). Терминал «UE» подтверждает установление соединения посредством отправки сообщения о завершении установления соединения («Connection Setup Complete) (S84). После установления соединения терминал «UE» отправляет сообщение о начальной прямой передаче («Initial Direct Transfer), содержащее большой объем информации, например идентификатор терминала «UE», сведения о текущем местоположении терминала и типе запрошенной транзакции (S85). Затем терминал «UE» и сеть аутентифицируют друг друга и устанавливают связь в безопасном режиме (S86). Информация о действительном установлении связи передается в сообщении об установлении управления соединением («Саll Control Setup) (S87). Это сообщение идентифицирует транзакцию и указывает требования к качеству обслуживания (QoS). После приема этого сообщения сеть начинает операции по назначению ресурсов радиоканала путем проверки, достаточно ли имеющихся ресурсов для удовлетворения запрошенного качества обслуживания «QoS». Если достаточно, то ресурсы радиоканала назначаются в соответствии с запросом. Если нет, то сеть может выбрать, продолжать ли назначение ресурсов, исходя из более низкого качества обслуживания (QoS), или она может выбрать поставить запрос в очередь до тех пор, пока радиоресурсы не станут доступными, или отклонить запрос на соединение (S88, S89).
Сущность изобретения
Техническая проблема
[73] Автор настоящего изобретения считает, что известные технические решения могут быть усовершенствованы. В частности, одной из проблем, требующих решения, является задержка, связанная с процедурой случайного доступа, а также уровень помех из-за сигнализации, передаваемой по сети при установлении соединения.
[74] Например, когда прием попытки доступа подтвержден сетью, можно передавать информационное сообщение, содержащее причину запроса на соединение. Если терминал «UE» находится в зоне плохого покрытия восходящего канала связи, то сеть может не принять указанное сообщение и может не отправить ответ. В этом случае терминалу «UE» необходимо повторно передать данное сообщение несколько раз, и это может оказать значительное вклад в задержку установления соединения, а также оказывать влияние на уровень помех в сети.
Техническое решение
[75] Схема управления попытками доступа в системах связи реализуется посредством определения вероятности доступа для передачи по каналу случайного доступа «RACH», как функции уровня приоритета попыток доступа и цели (целей) создания (т.е. основания для выбора случайного доступа, причины выбора канала случайного доступа «RACH», причины выбора случайного доступа и т.д.).
[76]
Краткое описание чертежей
[77] На фиг.1 представлена структура протокола радиоинтерфейса в соответствии со стандартами сети радиодоступа третьего поколения 3GPP.
[78] На фиг.2 представлен пример временной диаграммы (т.е. слоты доступа), относящейся к передаче по каналу случайного доступа.
[79] На фиг.3 представлены примеры приема терминалом «UE» слота доступа по нисходящему каналу индикатора приема «AICH», а также приема терминалом «UE» слота доступа по восходящему физическому каналу случайного доступа «PRACH».
[80] На фиг.4 показан пример структуры канала индикатора приема «AICH».
[81] На фиг.5 представлен пример типов классов доступа «АС» и соответствующих им классов услуг доступа «ASC», которые содержат информационный элемент «IE».
[82] На фиг.6 и 7 показаны типовые блок-схемы процедуры управления доступом.
[83] На фиг.8 представлен пример процедуры установления канала сигнализации.
[84] Фиг.9 иллюстрирует процедуру установления соединения в соответствии с известным техническим решением.
[85] На фиг.10 показан пример процедуры установления соединения в соответствии с настоящим изобретением.
Примеры осуществления изобретения
[86] Один из аспектов настоящего изобретения заключается в понимании авторами настоящего изобретения недостатков известных технических решений, указанных выше. На основе такого понимания и было разработано настоящее изобретение.
[87] Хотя последующее описание будет относиться к оптимизированным процедурам канала случайного доступа «RACH» для системы UMTS только с целью упрощения пояснения, очевидно, что особенности настоящего изобретения предназначены для применения к различным способам связи и системам, которые также смогут получить выгоды от применения отдельных возможностей настоящего изобретения.
[88] Одним из аспектов изобретения является предложение уровней приоритета для разрешенных попыток доступа в зависимости от класса доступа (АС) и цели (целей) создания канала в применении к каналу случайного доступа «RACH».
[89] Следует заметить, что цель (цели) создания для канала случайного доступа «RACH» можно определить другими терминами и фразами, такими как: причина случайного доступа, причина для канала случайного доступа «RACH», причина установления связи, основание для случайного доступа и т.д. Однако следует четко понимать, что такие формулировки и другая терминология применяются только для примера и могут уточняться (или изменяться) в результате уже проходящих или будущих обсуждений в области стандартизации.
[90] Другим аспектом изобретения является определение цели (целей) создания для канала случайного доступа «RACH» из первой фазы попытки доступа с учетом различных комбинаций распределения ресурсов доступа в частотном домене, во временном домене, в кодовом домене или их сочетаний. Назначение ресурсов для разрешенной попытки доступа можно выполнять несколькими способами, наиболее подходящими в зависимости от прикладной системы или цели (целей) создания канала случайного доступа «RACH» и типа передаваемых данных или частных требований.
[91] Изобретение может быть внедрено в любой стационарной или беспроводной сети для оптимизации задержки случайного доступа и уменьшения уровня помех, связанных с сигнализацией.
[92] Как и в известных технических решениях, все терминалы «UE» входят в произвольно назначенные совокупности мобильных телефонов, обозначенные как классы доступа «AC». Номер совокупности может храниться в терминале «UE» (например, в SIM-карте или в USIM-карте). Если терминал «UE» входит, по крайней мере, в один класс доступа «AC», соответствующий допустимым классам, информация о которых предоставлена сетью, попытки доступа разрешаются, в ином случае попытки доступа не разрешаются.
[93] Уравнение (1):
[94] Допустимая попытка доступа = f(класс услуг доступа).
[95] В настоящем изобретении терминал «UE» определяет, когда начать попытки доступа, в зависимости от вероятности передачи на основе класса услуг доступа, а также ресурсов доступа, назначенных для соответствующей цели (целей) создания канала случайного доступа «RACH», как это сообщено сетью.
[96] Уравнение (2):
[97] Вероятность передачи данных о доступе = f(класс услуг доступа, цели создания для канала RACH).
[98] Частная цель (цели) создания для канала случайного доступа «RACH», по которым терминал UE запрашивает доступ, определяет, когда терминалу «UE» дается разрешение на использование ресурсов доступа. Распределение ресурсов доступа будет выполняться с учетом различных комбинаций радиоресурсов в частотном домене, во временном домене, в кодовом домене и их сочетаний.
[99] Уравнение (3):
[100] Распределение радиоресурсов доступа = f(время и (или) частота и (или) код и (или) …).
[101] Уравнение (4):
[102] Разрешенный ресурс доступа = f(Цели создания для канала RACH).
[103] Ресурсы доступа для канала случайного доступа «RACH» должны быть разделены среди нескольких целей создания с различными приоритетами. Заметьте, что цели создания для канала случайного доступа «RACH» могут быть разделены по различным целям создания для групп канала случайного доступа «RACH» в зависимости от типа передаваемых данных, таких как класс трафика (обычный, фоновый, интерактивный, потоковый); управление мобильностью (обновление данных о зоне местоположения и т.д.); отчет об измерениях и т.п.
[104] Каждая цель создания для канала случайного доступа «RACH» отражает приоритет передачи попытки доступа так, чтобы определенные типы причин имели более высокую вероятность в качестве основания для получения доступа, чем другие. Распределение ресурсов допуска может быть фиксированным или зависеть от распределения нагрузки с учетом возможной причины установления соединения. Распределение нагрузки может осуществляться различными способами, например следующими:
[105] Случайное распределение
[106] При случайном распределении ресурсы допуска распределяются для любой цели создания для канала случайного доступа «RACH» произвольно. В таком случае может возникнуть перегрузка по ресурсам доступа для одной из целей создания канала случайного доступа «RACH» в процессе распределении ресурсов для других целей, так как для одной из целей для канала случайного доступа «RACH» может быть назначено намного больше ресурсов доступа в течение некоторого периода времени, в то время как другие цели для канала случайного доступа «RACH» остаются без назначенных им ресурсов доступа. Однако благодаря случайному выбору каждая цель создания для канала случайного доступа «RACH» в среднем получает свою долю нагрузки.
[107] Равномерное распределение
[108] При равномерном распределении ресурсы доступа делятся равномерно среди доступных целей для канала случайного доступа «RACH» упорядоченным образом. Ресурсы доступа распределяются в зависимости от маршрутов. Назначение ресурсов для первой цели для канала случайного доступа «RACH» выбирается произвольно из списка целей создания для канала случайного доступа «RACH». Для следующих назначений ресурсов выбор производится в циклическом порядке. Когда для цели канала случайного доступа «RACH» назначены ресурсы доступа, эта цель канала случайного доступа «RACH» перемещается в конец списка.
[109] Взвешенное распределение
[110] Взвешенное распределение является вариантом равномерного распределения. В случае взвешенного распределения можно назначать вес каждой цели канала случайного доступа «RACH» в списке так, что если одна сеть или один оператор хочет распределить вдвое больше ресурсов доступа для одной цели канала случайного доступа «RACH», чем для другой, эта цель канала случайного доступа «RACH» получает вес, равный двум. В таком случае сеть или оператор сети может принять во внимание пропускную способность сети и объем ресурсов доступа для любой цели создания канала случайного доступа «RACH».
[111] Конфигурацию распределения нагрузки следует определять по конкретным требованиям. Например, взвешенное распределение следует использовать:
[112] - если некоторые из целей канала случайного доступа «RACH» требуют для их обработки больше времени, чем другие;
[113] - чтобы разрешить доступ для некоторых целей канала случайного доступа «RACH» при запрещении доступа другим; и (или)
[114] - чтобы контролировать наличие радиоресурсов, выделенных для определенных услуг.
[115] Однако если пропускная способность равно важна для всех целей канала случайного доступа «RACH», то достаточно равномерного распределения.
[116] Соответственно, ресурсы доступа, в рамках которых терминал «UE» пытается получить доступ, указывают на цель (цели) создания для канала случайного доступа «RACH». В этом случае настоящее изобретение решает проблемы известных технических решений.
[117] Нет необходимости в передаче или повторной передаче сообщений, в которых передаются сведения о цели создания канала случайного доступа «RACH», следовательно: число сигнальных сообщений уменьшается, также как уменьшается уровень помех, связанных повторными передачами.
[118] Кроме того, вероятность конфликтов уменьшается на величину, равную 1/число целей канала случайного доступа «RACH», так как цели канала случайного доступа «RACH», для которых терминал «UE» запрашивает доступ, определяют, когда терминалу «UE» дается разрешение на использование ресурсов доступа.
[119] Таким образом, общая задержка доступа уменьшается по сравнению с известным техническим решением.
[120] На фиг.9 представлена процедура установления соединения в соответствии с известным техническим решением, а на фиг.10 представлен пример осуществления процедуры установления соединения в соответствии с настоящим изобретением.
[121] Как показано на фиг.9, процедура установления соединения в соответствии с известным техническим решением требует обмена несколькими сообщениями между мобильным терминалом («UE»: абонентским оборудованием) и радиосетью. Процедура установления соединения делится на две фазы.
[122] В первой фазе терминал «UE» определяет вероятность случайного доступа в зависимости от класса услуг доступа (S91). После этого в сеть отправляется сообщение, информирующее о процедуре попытки доступа (S92). Если попытка доступа успешна, сеть отвечает отправкой сообщения, сообщающего об этом терминалу этому терминалу «UE» (S94). Можно отметить, что может потребоваться несколько повторных попыток доступа, которые должны повторяться, пока попытка доступа не завершится успешно. В указанных нескольких попытках доступа определяется новая вероятность случайного доступа для каждого повторения (S93).
[123] Во второй фазе после приема сообщения из сети, информирующего об успешной попытке доступа, терминал «UE» передает другое сообщение, содержащее цель (цели) создания для канала случайного доступа «RACH» (т.е. причину или цель установления соединения) (S95). После надлежащего приема сеть отправляет сигнал подтверждения приема (квитирование) назад на терминал «UE» (S97). Здесь может оказаться необходимой повторная отправка цели (целей) создания канала случайного доступа «RACH» до тех пор, пока из сети не будет принят нужный сигнал подтверждения (квитирования) (S96).
[124] После завершения первой и второй фаз для установления соединения выполняются аутентификация (отождествление пользователя) установления канала связи и контроль безопасности (S98).
[125] Как показано на фиг.10, процедура установления соединения в соответствии с настоящим изобретением требует обмена минимальным количеством сообщений между мобильным терминалом «UE» и сетью. В настоящем изобретении нет необходимости во второй фазе, предусмотренной в известном техническом решении.
[126] Терминал «UE» определяет вероятность случайного доступа в зависимости от класса услуг доступа и целей создания канала случайного доступа «RACH» RACH (S101). После этого в сеть отправляется сообщение, свидетельствующее о процедуре попытки доступа (S102). Если попытка доступа удачна, сеть отвечает отправкой сообщения, свидетельствующего об этом, терминалу «UE» (S104). Можно отметить, что может потребоваться выполнить несколько повторных попыток доступа, пока попытка не завершится успешно. В указанных нескольких попытках доступа новая вероятность случайного доступа определяется для каждого повторения (S103).
[127] После этого для установления соединения выполняются аутентификация (отождествление пользователей) установления канала связи и контроль безопасности (S104, S105).
[128] До сих пор описывался пример схемы для улучшенных попыток доступа для систем мобильной связи. Однако концепция и особенности настоящего изобретения не ограничены беспроводными системами: они применимы к любым системам связи, в которых для ресурсов связи используется протокол доступа.
[129] Вероятность передачи доступа рассчитывается в зависимости от класса услуг доступа, а также целей канала случайного доступа «RACH» (например, причины случайного доступа, причины создания канала случайного доступа «RACH» и т.п.). Причина для установления соединения определяется из первой фазы попытки доступа с учетом различных сочетаний распределения ресурсов доступа. Конкретная цель создания канала случайного доступа «RACH», для которой терминал «UE» запрашивает доступ, определяет, когда терминалу «UE» дается разрешение на использование ресурсов доступа.
[130] Настоящее изобретение может в результате привести к уменьшению задержек случайного доступа, уменьшению вероятности конфликтов, уменьшению количества сигнальных сообщений, уменьшению уровня помех, вызываемых передачей сообщений о причине установления соединения в известном техническом решении, и т.п.
[131] Минимизация задержки установления соединения в сети может быть дополнительно достигнута посредством улучшения рабочей зоны и уменьшения числа повторных передач.
[132] В настоящем изобретении предлагается способ обработки сетью попыток доступа, включающий в себя следующие шаги: назначение ресурсов доступа в зависимости, как минимум, от одной из причин случайного доступа в связи с классами услуг доступа; передача информации о назначенных ресурсах доступа; и выдача разрешения, как минимум, одному терминалу на выполнение попыток доступа с использованием назначенных ресурсов доступа.
[133] Способ может дополнительно содержать следующие шаги: извлечение причины случайного доступа из преамбулы пакета данных доступа, принятого от терминала. Шаг извлечения может дополнительно содержать следующие шаги: используемые радиоресурсы делятся между несколькими причинами случайного доступа или группами случайного доступа с различными приоритетами. Шаг назначения может включать в себя назначение ресурсов доступа в фиксированном или динамическом режиме. Динамическое назначение ресурсов может быть основано на распределении нагрузки. Распределение нагрузки можно выполнять с учетом причин случайного доступа. Распределение нагрузки может выполняться, как минимум, в одной из групп, включающих случайное распределение, равномерное распределение и взвешенное распределение. Сеть может быть осведомлена о том, как резервировать надлежащие ресурсы для информационного канала (канала трафика) в зависимости от причины случайного доступа. Причина случайного доступа может быть извлечена из первой фазы попытки доступа с учетом различных сочетаний распределения ресурсов доступа в частотном домене, во временном домене или в обоих доменах. Назначение ресурсов доступа может также зависеть от типа передаваемых данных.
[134] Кроме того, в настоящем изобретении предлагается способ обработки терминалом попыток доступа, включающий в себя следующие шаги: прием из сети параметров о попытках доступа; прием информации о ресурсах радиодоступа для каждой причины случайного доступа; и осуществление попытки случайного доступа в зависимости от класса услуг доступа и причины случайного доступа.
[135] Шаг осуществления попытки случайного доступа может выполняться в заданном оконном интервале времени, если используется временное мультиплексирование. Шаг осуществления попытки доступа может включать в себя: передачу преамбулы в пакете данных доступа, связанной с причиной случайного доступа. Класс услуг доступа может использоваться для определения попытки случайного доступа, а причина случайного доступа используется, чтобы определить, какие ресурсы доступа должны использоваться.
[136] Кроме того, в настоящем изобретении предлагается стек протокола радиоинтерфейса (группа сетевых устройств протокола радиоинтерфейса), содержащий: протокольный модуль, предназначенный для определения вероятности передачи доступа как функции уровня приоритета попыток доступа и причины случайного доступа, и чтобы выполнять аутентификацию установления линии связи и контроля безопасности на основе указанного определения.
[137] Уровень приоритета можно определить в виде класса услуг доступа, указывающего номер случайно назначенной совокупности сотовых телефонов. Причина случайного доступа может определяться в виде цели для канала случайного доступа «RACH». Стек протокола, в котором функции могут быть реализованы в мобильном терминале. Шаг извлечения может содержать следующие шаги: прием из сети параметров, характеризующих попытки доступа; и прием информации о ресурсах радиодоступа для каждой причины случайного доступа. Протокольный модуль может быть реализован в сетевом модуле. Шаг извлечения может содержать следующие шаги: назначение ресурсов доступа в зависимости, как минимум, от причины доступа в связи с классами услуг доступа; и передачу на мобильный терминал информации о назначенных ресурсах доступа.
[138] Следует заметить, что возможности настоящего изобретения связаны, как минимум, со стандартом 3GPP. К настоящему изобретению имеют отношение определенные соответствующие части спецификации 3GPP, например 22.011 (= GSM 02.11), 25.321, 25.331, связанные с протоколом управления доступом к среде (MAC) V6.50 и соответствующие их разделы, а также различные разрабатываемые усовершенствования. Указанные стандарты являются частью вариантов осуществления настоящего изобретения и составляют часть настоящего описания, введенную в него в форме ссылок.
[139] В данном описании рассмотрены различные иллюстративные варианты осуществления настоящего изобретения. Область действия настоящей формулы изобретения охватывает различные модификации и эквивалентные решения иллюстративных вариантов осуществления настоящего изобретения, рассмотренных в данном описании. Таким образом, изложенная ниже формула изобретения предусматривает разумно расширенную интерпретацию, благодаря которой она охватывает модификации, эквивалентные структуры и технические детали, которые соответствуют духу и области действия раскрытого в ней настоящего изобретения.