DE60218573T2

DE60218573T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Mehrfachsendung

Info

Publication number: DE60218573T2
Application number: DE60218573T
Authority: DE
Inventors: Jarno Rajahalme
Original assignee: Nokia Inc
Current assignee: Nokia Inc
Priority date: 2001-06-28
Filing date: 2002-06-12
Publication date: 2007-06-28
Anticipated expiration: 2022-06-13
Also published as: EP1271842A2; FI20011392A0; EP1271842B1; FI20011392A7; DE60218573D1; US20030007499A1; US7447156B2; FI20011392L; EP1271842A3

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft Kommunikationssysteme und insbesondere Mechanismen für eine Multicast-Bereitstellung zur Optimierung der Nutzung von Funkressourcen.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Bei bestehenden Verfahren einer Multicast-Bereitstellung, d.h. die Bereitstellung, wo die Übertragung einer einzelnen Protocol Data Unit (PDU) eine Gruppe von einem oder mehreren Zielen erreicht, über Luftschnittstellen wird das Broadcasting auf der Funkverbindung verwendet, um einseitig alle Empfänger zu erreichen, die zu der Zelle gehören, z.B. um alle Mobilstationen zu erreichen, die sich im Bereich einer Basisstation befinden. Die Übermittlung einer Kommunikationsnachricht kann zum Beispiel eine Wettervorhersage, eine Verkehrsmeldung oder eine Werbung sein.
Bei dem Broadcasting an die gesamte Zellenfläche wird viel Energie verwendet, was wiederum zahlreiche Cross-Channel-Interferenzen verursacht. Außerdem ist in der Regel eine widerstandsfähige Kanalkodierung erforderlich, um den vollständigen Versorgungsbereich der Zelle zu erreichen, weil es in der Regel keine Möglichkeit einer Rückmeldung für die Empfänger gibt, um verlorene Funkrahmen anzugeben.
Andererseits wäre es in Situation, in denen es nur einen oder wenige Empfänger auf der Zellenfläche gibt, billiger und ressourceneffizienter, die Informationen individuell an die Empfänger zu senden, indem dedizierte Kanäle verwendet werden. Die Übertragung durch Punkt-zu-Punkt- Verbindung kann als eine Übertragung einer einzelnen Protocol Data Unit PDU an ein einzelnes Ziel beschrieben werden.
Andere Funksysteme übertragen jedoch jeglichen Datenverkehr auf Teilnehmerebene auf dedizierten Kanälen. Derartige Systeme verschwenden Funkressourcen, falls dieselben Informationen getrennt an zahlreiche Teilnehmer auf der Zellenfläche geschickt werden. Außerdem können nicht alle Teilnehmer bedient werden, wenn die Anzahl der Gruppenmitglieder auf der Zellenfläche größer ist als die Anzahl der verfügbaren dedizierten Kanäle.
WO 99/16277 A1 offenbart ein Verfahren zum Multicasting in einem Funknetz. Das Funknetz umfasst mindestens eine Basisstation und mehrere mobile Terminals. In dem Verfahren wird mindestens eine Broadcastnachricht als Multicast-Nachricht abgefasst, ein Token, das benötigt wird, um die Informationen der Multicast-Nachricht wiederherzustellen, wird an eine ausgewählte erste Gruppe von mobilen Terminals übermittelt, und das übermittelte Token wird bei der Gruppe von mobilen Terminals verwendet, um den Empfang und die Wiederherstellung der Multicast-Nachrichten zu ermöglichen.
Einer der Nachteile in Verbindung mit den oben erwähnten Anordnungen besteht daher darin, dass auf gemeinsamen Kanälen basierende Systeme das Funkwellenspektrum verschwenden, falls die Anzahl der Gruppenmitglieder auf der Zellenfläche gering ist, während auf dedizierten Kanälen basierende Systeme das Funkwellenspektrum verschwenden, falls die Anzahl der Gruppenmitglieder auf der Zellenfläche hoch ist.
KURZE OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, ein neues Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bereitzustellen, um das obige Problem zu lösen. Die Aufgaben der Erfindung werden durch das Verfahren und den Router erfüllt, die durch das gekennzeichnet sind, was in den Nebenansprüchen angegeben ist. Die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
Die Erfindung gründet auf der Vorstellung der Bereitstellung einer Gruppenkommunikation entweder durch dedizierte oder durch gemeinsame Funkkanäle oder durch eine Kombination daraus, die auf den Informationen von Schicht 2 und Schicht 3 des Funknetzes beruht. Die Erfindung beruht ebenfalls auf der Voraussetzung, dass die Mitgliedschaft der Gruppenkommunikation bekannt ist, wenn Funkressourcen für die Gruppenkommunikationsübertragung zugewiesen werden.
Ein Vorteil des Verfahrens und der Anordnung der Erfindung besteht in einer auf Funkressourcen optimierten Multicast-Bereitstellung.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Im Folgenden soll die Erfindung detaillierter beschrieben werden mit Hilfe von bevorzugten Ausführungsformen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen, von denen
1 eine Systemstruktur eines Kommunikationssystems gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung veranschaulicht und
2 ein Ablaufdiagramm eines Entscheidungsprozesses zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
1 veranschaulicht eine logische Struktur eines Kommunikationssystems gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung. Die Netzstruktur umfasst einen Radio Access Router 1-2, mit dem ein Funksender 1-4, z.B. in einer Basisstation, verbunden ist. Der Radio Access Router umfasst ein Funksteuerungselement 1-6 und ein Access Router-Element 1-8. Das Funksteuerungselement befindet sich auf der Schicht 2, der Sicherungsschicht. Das Element bietet die Verwaltung von Funkressourcen für Teilnehmer, für UE1- (User Equipment (Teilnehmergerät)), UE2- und UE3-Empfänger. Das Element besitzt die Informationen z.B. über Funkentfernungen von Antennen von Empfängern, wer sich auf der Fläche einer Zelle befindet und welche Leistung für den Sender erforderlich ist, um Daten an Empfänger zu senden. Das Access Router-Element kann als ein Access Server definiert werden, der mobile Verbindungen mit Datennetzen und lokalen Firmennetzen liefert. Der Access Router ist ein Element der IP (Internet Protocol)-Schicht auf der Schicht 3, der eine Teilnehmerschnittstelle für einen Teilnehmer liefert.
Verschiedene Netze 1-10, die die Multicast-Funktion unterstützen, können mit dem Radio Access Router verbunden werden. Diese Netze können Netze wie ein TETRA (Terrestrial Trunked Radio)-Netzwerk, ein GPRS (General Packet Radio Service)-Netzwerk, ein UMTS (Universal Mobile Telecommunications System)-Netzwerk und ein IP (Internet Protocol)-Netzwerk umfassen, Betreffend die Erfindung werden der Betrieb und die Struktur dieser Paketvermittlungsnetze nur in dem Maß beschrieben, in dem es zu dem Verständnis der Senkung der Funkressourcennutzung gemäß der Erfindung und ihrer Ausführungsformen beiträgt.
2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Entscheidungsprozesses gemäß der Erfindung. Darin werden Kosten für verschiedene Verfahren, entweder die Nutzung von dedizierten oder die Nutzung von gemeinsamen Funkkanälen oder die Nutzung einer Kombination daraus zum Senden von Multicast-Paketen berechnet. In Schritt 2-2 empfängt der Access Router ein Multicast-Paket. Um ein optimales Kommunikationsverfahren in Bezug auf die Nutzung von Funkressourcen auszuwählen, werden Kostenberechnungen angestellt. Diese Berechnungen können Berechnungen umfassen in Abhängigkeit z.B. von der Funkentfernung der Empfänger, die zu der Zelle gehören, und/oder der Signalstärke, die benötigt wird, um Empfänger zu erreichen, und/oder Informationen über Gruppenmitgliedschaft, die spezifisch sind für die Mobilstationen.
In Schritt 2-4 gibt der Router Kosten für die Cell Broadcast-Bereitstellung des Multicast-Pakets an. Diese Kosten können als CB bezeichnet werden. In Schritt 2-6 gibt der Router Kosten für die individuelle Bereitstellung an jedes aktive Mitglied einer Multicast-Gruppe an. Diese Kosten können als ID bezeichnet werden.
Nach diesen Schritten werden in Schritt 2-8 die beiden oben genannten Kosten verglichen. Falls es billiger wäre, das Multicast-Paket an jedes aktive Mitglied unter Verwendung dedizierter Kanäle zu senden, erfolgt dies in Schritt 2-10. Falls die Broadcast-Bereitstellung billiger ist, wird das Multicast-Paket an die gesamte Zelle unter Nutzung des Cell Broadcast-Kanals und -Verfahrens gesendet. In einer Ausführungsform der Erfindung besteht eine weitere Alternative, das Multicast-Paket zu übermitteln, darin, das Paket an einige der Multicast-Gruppenmitglieder unter Nutzung des Cell Broadcast-Kanals und an einige der Gruppenmitglieder unter Nutzung dedizierter Kanäle zu senden. Die letztere Alternative kann zum Beispiel in dem Fall am preisgünstigsten oder am angemessensten sein, wenn das Broadcast der preisgünstigste Weg wäre, um das Multicast-Paket zu übermitteln, wenn jedoch einige (> 0) der Gruppenmitglieder aus irgendeinem Grund das Broadcast nicht empfangen können. Anders gesagt wird eine Multicast-Gruppe als Untergruppen gehandhabt, an die das Multicast-Paket unter Nutzung verschiedener Verfahren übermittelt wird.
Wenn ein Datenübertragungsblock, ein Datagramm oder ein Paket an die Gruppe übermittelt werden muss, findet der Radio Access Router die Anzahl der Gruppenmitglieder auf der jeweiligen Fläche und die Positionen (funkweise) jedes Mitglieds heraus. Aufgrund dieser Informationen, d.h. der Informationen des Funksteuerungselements und des Access Router-Elements, trifft der Radio Access Router eine Entscheidung, auf welcher Art von zu verwendenden Leitungen oder Radio Bearers die Informationen mit ausreichender Genauigkeit, z.B. Bitfehlerrate, gesendet werden soll, während die Nutzung von Funkressourcen für diese Übermittlung minimiert wird.
Zusätzlich zum Herausfinden des optimalen Wegs der Durchführung einer Multicast-Bereitstellung soll die Mitgliedschaft der Gruppenkommunikation bekannt sein, wenn Funkressourcen für die Bereitstellung der Gruppenkommunikation zugewiesen werden. Bei auf IP basierenden Gruppenkommunikationen bedeutet dies, dass die Informationen über IP-Multicasting-Gruppenmitgliedschaft bei der Entität in dem Funknetz, die die Funkressourcen verwaltet, zur Verfügung stehen sollten. In anderen Zellularnetzen ist dies nicht der Fall, da die Funkressourcenverwaltung in dem Funkzugangsnetz RAN verwaltet wird, während die Multicasting-Gruppenmitgliedschaft nur außerhalb des Funkzugangsnetzes bekannt sein kann. Wird der Dienst der Netzwerkschicht, d.h. der IP-Schicht, von dem Funkzugangsnetz selbst erbracht, wird es möglich, Informationen über die Multicasting-Gruppenmitgliedschaft zu betrachten, wenn Funkressourcen für die Bereitstellung der Gruppenkommunikation verwaltet werden.
Die Erfindung kann auf verschiedene Wege durchgeführt werden. Der erste Router in dem Funkzugangsnetz kann Informationen über terminalspezifische Gruppenmitgliedschaft aufrechterhalten, zum Beispiel basierend auf den Gruppenmitgliedschaftsprotokollen der IP-Schicht. Beispiele für die Protokolle sind IGMP (Internet Group Management Protocol), das von IP-Hosts verwendet wird, um ihre Multicast-Gruppenmitgliedschaften an einen benachbarten Multicast-Router zu melden bei Internet-Protokoll Version 4 (IPv4) und MLD (Multicast Listener Discovery) bei Internet-Protokoll Version 6 (Ipv6).
Der Gruppenkommunikationsdienst könnte auch auf der Schicht 2 erfolgen, und die Informationen über Gruppenmitgliedschaft könnten dem Funkzugangsnetz auch ohne die in das Funkzugangsnetz integrierte IP-Schicht zur Verfügung stehen.
Durch die Verwendung der teilnehmergerätspezifischen Funkinformationen, wie z.B. Signalstärke, und teilnehmergerätspezifischen Informationen über Gruppenmitgliedschaft kann das Funkzugangsnetz den optimalen Weg der Nutzung von Funkressourcen, der Bereitstellung von Multicasting-Informationen an die Gruppenmitglieder auf der Zellenfläche festlegen. Die Alternativen umfassen die Nutzung dedizierter Kanäle bei einer kleinen Anzahl von Gruppenmitgliedern auf der Zellenfläche und eines gemeinsamen Kanals bei einer größeren Anzahl von Gruppenmitgliedern auf der Zellenfläche, oder eine Kombination hieraus.
Ein Vorteil des Verfahrens der Erfindung und ihrer Ausführungsformen liegt darin, dass das Verfahren den Umfang des Funkspektrums minimiert, das für eine unbegrenzte Anzahl von Gruppenmitgliedern, die zu derselben Zelle gehören, verwendet werden muss. In Fällen, in denen die Anzahl der Gruppenmitglieder auf der Zellenfläche größer ist als die Anzahl der verfügbaren dedizierten Kanäle oder in denen es nur wenige Teilnehmer auf der Zellenfläche gibt, können somit Funkressourcen gespart werden. Wenn es nur ein Mitglied auf der Zellenfläche gibt, wird aufgrund des Gruppenkommunikationsdienstes kein weiteres Funkspektrum benutzt. Durch das Verfahren der Erfindung und ihre Ausführungsformen werden ebenfalls Cross-Channel-Interferenzen minimiert, es wird weniger Energie verbraucht und die Verwendung von wirksamerer Kanalkodierung ermöglicht, wenn es für die Empfänger keine Möglichkeit einer Rückmeldung gibt, um verlorene Funkrahmen auf dem Broadcast anzugeben.
Es ist für einen Fachmann offensichtlich, dass mit fortschreitender Technik der Erfindungsgedanke auf verschiedene Arten ausgeführt werden kann. Die Erfindung und ihre Ausführungsformen sind nicht auf die oben beschriebenen Beispiele beschränkt, sondern können innerhalb des Schutzbereichs der Ansprüche variieren.

Claims

Verfahren zur Bereitstellung eines Multicast-Datenpakets für mindestens ein Mitglied einer Multicast-Gruppe über einen Radio Access Router, der die Funkresourcen in einem Kommunikationssystem steuert, wobei das Verfahren den Eingang (2-2) eines Multicast-Pakets umfasst, das für mindestens einen Empfänger in einer Multicast-Gruppe bereitgestellt werden soll; umfassend folgende Schritte: – Festlegen (2-4) der Erstkosten der Bereitstellung des Multicast-Datenpakets als eine Multicast-Bereitstellung an jedes aktive Empfängermitglied der Multicast-Gruppe; – Festlegen (2-6) der Zweitkosten der Bereitstellung des Multicast-Datenpakets als eine einzelne Bereitstellung an jedes aktive Empfängermitglied der Multicast-Gruppe; – Vergleichen (2-8) der Erst- und der Zweitkosten; dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren des Weiteren folgenden Schritt umfasst: – Bereitstellen (2-10), auf der Grundlage eines Vergleichsergebnisses, des Multicast-Datenpakets unter Anwendung des preisgünstigsten anwendbaren Verfahrens aus einer vorgegebenen Reihe von Bereitstellungsverfahren, wobei die vorgegebene Reihe von Bereitstellungsverfahren Folgendes umfasst: a) das Senden (2-10) des Multicast-Datenpakets an jedes aktive Mitglied der Multicast-Gruppe unter Verwendung eines oder mehrerer dedizierter Kanäle, falls die Erstkosten höher sind als die Zweitkosten; b) das Senden (2-12) des Multicast-Datenpakets an jedes aktive Mitglied der Multicast-Gruppe unter Verwendung eines Cell Broadcast Channels, falls die Zweitkosten höher sind als die Erstkosten.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene Reihe von Bereitstellungsverfahren des Weiteren Folgendes umfasst: c) das Senden des Multicast-Datenpakets an einige Mitglieder der Multicast-Gruppe unter Verwendung des Cell Broadcast Channels und an einige Gruppenmitglieder unter Verwendung dedizierter Kanäle.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Festlegen (2-8) der Kosten das Berechnen der Kosten aufgrund eines oder mehrerer der folgenden Parameter umfasst: Funkentfernung des/der Empfänger(s), Signalstärke von dem/den Empfänger(n) zum Radio Access Router und Informationen über die Gruppenmitgliedschaft des/der Empfänger (s).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch das Überprüfen der Bereitstellung des Cell Broadcast, je nach der Funkentfernung des/der Empfänger(s).
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Überprüfen das Optimieren der Übertragungsleistung umfasst, die bei der Bereitstellung des Cell Broadcast verwendet wird.
Radio Access Router (1-8) zum Bereitstellen eines Multicast-Datenpakets für mindestens ein Mitglied einer Multicast-Gruppe über ein Kommunikationssystem, wobei der Router so konfiguriert ist, dass er ein Multicast-Datenpaket empfängt (2-2), das mindestens einem Empfänger in einer Multicast-Gruppe bereitgestellt werden soll, wobei – der Router für das Festlegen (2-4) der Erstkosten der Bereitstellung des Multicast-Datenpakets als eine Multicast-Bereitstellung an jedes aktive Empfängermitglied in einer Multicast-Gruppe konfiguriert ist; – der Router für das Festlegen (2-6) der Zweitkosten der Bereitstellung des Multicast-Datenpakets als eine einzelne Bereitstellung an jedes aktive Empfängermitglied in der Multicast-Gruppe konfiguriert ist; – der Router für das Vergleichen (2-8) der Erst- und der Zweitkosten konfiguriert ist; und dadurch gekennzeichnet, dass der Router konfiguriert ist für das Bereitstellen (2-10), auf der Grundlage eines Vergleichsergebnisses, des Multicast-Datenpakets unter Anwendung des preisgünstigsten anwendbaren Verfahrens aus einer vorgegebenen Reihe von Bereitstellungsverfahren, wobei die vorgegebene Reihe von Bereitstellungsverfahren Folgendes umfasst a) falls die Erstkosten höher sind als die Zweitkosten, ist der Router für das Senden (2-10) des Multicast-Datenpakets an jedes aktive Empfängermitglied der Multicast-Gruppe unter Verwendung eines oder mehrerer dedizierter Kanäle konfiguriert; b) falls die Zweitkosten höher sind als die Erstkosten, ist der Router für das Senden des Multicast-Datenpakets an jedes aktive Empfängermitglied der Multicast-Gruppe unter Verwendung des Cell Broadcast Channels konfiguriert;
Radio Access Router nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene Reihe von Bereitstellungsverfahren des Weiteren Folgendes umfasst: c) das Senden des Multicast-Datenpakets an einige Mitglieder der Multicast-Gruppe unter Verwendung des Cell Broadcast Channels und an einige Gruppenmitglieder unter Verwendung dedizierter Kanäle.