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HINTERGRUND
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1. GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegenden Erfindung betrifft mobile Telekommunikationen und insbesondere
das Wechseln von Kanälen
für die Übertragung
von paketvermittelten Daten.
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2. VERWANDTER
SACHSTAND UND ANDERE BETRACHTUNGEN
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Anfänglich wurden
kommerzielle mobile oder zellulare Telekommunikationssysteme vorwiegend
für Sprachanrufe,
z.B. leitungsvermittelte Verbindungen, verwendet. In den jüngsten vergangenen
Jahren sind jedoch zellulare Telekommunikationssysteme auch für die Übertragung
von Daten (paketvermittelte Daten) verwendet worden, wobei das Benutzergerät andere
Ausbildungen als ein Mobiltelefon annimmt. Zum Beispiel kann ein
Benutzergerät,
wie mobile Laptops, Daten über
drahtlose Strecken senden und durch ein zellulares Telekommunikationssystem
an verdrahtete Computernetze, wie beispielsweise das Internet.
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Zellulare
Telekommunikationssysteme verwenden eine drahtlose Strecke (z.B.
eine Luftschnittstelle) zwischen der (mobilen) Benutzergeräteeinheit
und einer Basisstation (BS). Die Basisstation weist Sender und Empfänger für Funkverbindungen
mit zahlreichen Benutzergeräteeinheiten
auf. Eine oder mehrere Basisstationen sind (z.B. über Landleitungen
oder Mikrowellen) mit einem Funknetz-Controller (Radio Network Controller;
RNC) verbunden und werden von diesem verwaltet [auch bekannt in
einigen Netzen als ein Basisstations-Controller (BSC)]. Der Funknetz-Controller
ist wiederum über
Steuerknoten mit einem Kerntelekommunikationsnetz verbunden.
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Steuerknoten
können
verschiedene Ausbildungen annehmen, in der Abhängigkeit von den Typen von Diensten
oder Netzen, mit denen die Steuerknoten verbunden sind. Zum Verbinden
mit verbindungsorientierten, leitungsvermittelten Netzen, wie PSTN
und ISDN, kann der Steuerknoten ein Mobilvermittlungszentrum (Mobile
Switching Center; MSC) sein. Zur Verbindung mit paketvermittelten
Datendiensten, wie beispielsweise dem Internet (zum Beispiel) kann
der Steuerknoten ein Gateway Daten-Unterstutzungsknoten (Gateway Data Support
Node) sein, durch den eine Verbindung mit den verdrahteten Datennetzen
hergestellt wird, und vielleicht mit einem oder mehreren bedienenden
Knoten, Beispiele eines bestimmten Paketdatendienstes, genannt der
General Paket Service (GPRS) [vorgesehen in Europa in dem Kontext
des Global System for Mobile communications (GSM)] sind durch die
folgenden Anmeldungen bereitgestellt: Patentanmeldung WO 9957925,
eingereicht am 30. April 1998 mit dem Titel "Dynamic Allocation of Paket Data Channels"; Patentanmeldung
WO 9957924, eingereicht am 30. April 1998 mit dem Titel "Allocation of Channels
for Packet Data Services";
und Patentanmeldung Wo 9859505, eingereicht am 4. Juni 1998 mit
dem Titel "Data
Packet Radio Service with Enhanced Mobility Management".
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Mobiltelekonununikationssysteme
der dritten Generation verwenden typischerweise sowohl gemeinsame
Kanäle
als auch speziell vorgesehene Kanäle. Die gemeinsamen Kanäle werden
zwischen mehreren Benutzer gemeinsam verwendet; ein speziell vorgesehener
Kanal wird nur einem Benutzer zu einer Zeit zugeordnet. Gemeinsame
Kanäle
können
gemeinsame Steuerkanäle
(wobei Beispiele davon Verbindungsanforderungskanäle (RACH)
und Netzbroadcast-Kanäle
(BPCH) sind) und gemeinsame Verkehrskanäle einschließen. In
einem breitbandigen Code-Division-Multiple-Access (W-CDMA) Mobilkommunikationssystem
weisen die gemeinsamen Kanäle
eine Leistungssteuerung mit einer offenen Schleife sowie einen geringen
Durchsatz auf, aber die speziell vorgesehenen Kanäle weisen
eine Leistungssteuerung mit geschlossener Schleife (wodurch ein
hoher Durchsatz erlaubt wird).
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Die
US 5673259 offenbart ein
System und ein Verfahren, mit dem eine Umschaltung zwischen einem gemeinsamen
Kanal und eine speziell vorgesehenen Kanal in Übereinstimmung mit den Bandbreitenbedarf bestimmt
wird.
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Wie
voranstehend angegeben können
paketvermittelte Datendienste den Internet-Dienst einschließen. Im
Hinblick auf eine Internet-Verbindung hat das Übertragungs-Steuerprotokoll/Internet-Protokoll (TCP/IP)
eine breite Akzeptanz gewonnen. Obwohl sie gewöhnlicherweise zusammenarbeiten
sind das Internet-Protokoll (IP) und das Übertragungs-Steuerprotokoll
(TCP) tatsächlich
getrennte Protokolle, wobei das TCP auf einer höheren Ebene (Transportebene)
als das IP (auf der Netzebene) ist.
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Es
gibt zahlreiche Implementierungen des TCP, jeweils mit unterschiedlichen
Charakteristiken, wobei die Arena Implementierung vielleicht die
gebräuchlichste
ist. Im Allgemeinen unterstützt
TCP einen weiteren Bereich von Protokollen der oberen Schicht (ULPs).
Ein ULF kann kontinuierliche Ströme
von Daten durch TCP senden. Das TCP bricht die Ströme (Streams)
in verkapselte Segmente auf, wobei jedes Segment eine geeignete
Adressierungs- und Steuerinformation einschließt. TCP übergibt die Segmente an die
Netzschicht (z.B. das IP).
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Die
IP-Schicht schließt
die TPC-Segmente in IP-Pakete oder Internet-Datagrammen ein. Das
Internet-Datagramm erlaubt eine Lenkung an Quellen- und Ziel-TCPs
in anderen Netzen. Somit dient das IP z.B. zum Zusammenbauen von
IP-Datagrammen und um eine Lenkung der IP-Datagrammen zwischen IP-Adressen
(z.B. zwischen Hosts), die in dem IP-Datagramm-Header eingeschlossen
sind, zu ermöglichen.
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TCP
stellt eine Zuverlässigkeit
bereit, die das IP nicht hat. Insbesondere führt das TCP ein Segmentierungs-
und Wiederzusammenaufbau-Funktionen eines Datagrammes auf, um Rahmengrößen und
Datenstrecken Schicht-Protokolle anzupassen. Insbesondere führt TCP
zusätzlich
Funktionen aus, wie die Adressierung innerhalb eines Hosts, wie
Neuübertragung
von verlorenen Paketen, und die Flusssteuerung. Allgemeine Konzepte,
die TCP/IP zugrunde liegen, lassen sich aus zahlreichen Veröffentlichungen
verstehen, einschließlich
Freemann, Telecommunication System Engineering, Third Generation,
John Wiley and Sons; Inc., (1996) W. R. Stevens, TCP/IP Illustrated,
Volume I: The Protocols (Addison-Wesley, 1994).
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Da
TCP dafür
ausgelegt war, um gut auf dem Internet zu arbeiten, ist TCP sehr
vorsichtig einen Stau bzw. eine Blockierung von Paketen zu vermeiden.
Das heißt,
TCP zielt darauf ab es zu vermeiden mehr Pakete auf eine Strecke
zu legen, als das Netz behandeln kann, weniger einem Paketverlustergebnis
in dem Netz. Diesbezüglich
startet auf eine Initiierung einer Session hin TCP bei einer spezifizierten
Paketsenderate und dann erhöhe
es (in der sogenannten "Langsamstart"-Phase) schnell (z.B.
exponentiell) die Paketsenderate, um so zu testen, welche Rate die
Strecke aufnehmen kann. Im Hinblick auf eine derartige schnelle
Erhöhung in
der Paketsenderate wird TCP hier als ein Beispiel eines Protokolls
mit einer schnellen Übertragungsrampe (einem
schnellen Hochlaufen der Übertragung)
angeführt.
Wenn es aber auftritt (z.B. in der Langsamstart-Phase), dass eine
kleine Anzahl von Paketen verloren geht oder startverzögert wird,
halbiert TCP entweder seine Paketsenderate oder unterbricht seine
Paketsenderate auf Null (in Abhängigkeit
von der Implementierung). Dennoch beschäftigt sich TCP noch mit der
Erreichung der maximal möglichen
Bandbreite und deshalb verwendet TCP nach der Reduktion in der Paketsenderate
eine vorsichtige Technik, um den Durchsatz wieder anzuheben. Die
vorsichtige Technik kann z.B. eine lineare (anstelle einer exponentiellen)
Erhöhung
in der Paketsenderate sein, was in einer sogenannten "Stauvermeidungs-"Phase auftritt.
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Somit
betrachtet TCP einen Paketverlust als ein Zeichen eines Staus. Ein
Paketverlust tritt typischerweise eher auf gemeinsamen Verkehrskanälen auf,
wo eine gemeinsame Veränderung
einer kleinen Bandbreite vorgenommen wird und im Durchschnitt eine
Verzögerung
größer ist.
Um mit dem wahrgenommenen Stau, der durch einen Paketverlust angezeigt
wird, fertig zu werden reduziert TCP die Paketsenderate, was eine
immense Verringerung des Paketdurchsatzes verursacht.
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Was
deshalb benötigt
wird und was eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ist eine
Technik zum Ausgleichen der Betrachtungen eines Paketempfangs und
eines Durchsatzes in einem mobilen Telekommunikationssystem, bei
dem paketvermittelte Daten TCP-Pakete einschließen.
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KURZZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Ein
Mobiltelekommunikationssystem umfasst wenigstens Einen Knoten, durch
den eine paketvermittelte Datensession zwischen einer Benutzergeräteeinheit
und einem Datennetz hergestellt wird. Um eine hohe Paketdurchsatzrate
aufrechtzuerhalten stellt der Knoten fest, ob die Session eine sich
schnell beschleunigende hohe Paketübertragungsrate aufweist. Wenn
dem so ist, dann hat der Knoten die Option Kanäle oder Kanaltypen für die Session
in Übereinstimmung
mit der Bedingung umzuschalten, z.B. die Session von einem gemeinsamen
Verkehrskanal auf einen speziell vorgesehenen Verkehrskanal oder
von einem speziell vorgesehenen Verkehrskanal mit einer ersten Übertragungsrate
auf einen speziell vorgesehenen Verkehrskanal mit einer zweiten Übertragungsrate
umzuschalten. Die Umschaltung auf einen speziell vorgesehenen Verkehrskanal
oder einen speziell vorgesehenen Verkehrskanal mit höherer Rate
stellt eine größere Möglichkeit
für die Session
dar, um mit einer hohen Paketübertragungsrate
weiterzumachen, und zwar mit einer geringeren Wahrscheinlichkeit
eines Paketverlustes. Der Knoten führt seine Bestimmung durch,
das die Session Pakete eines Protokolls mit einer schnellen Übertragungsrampe
beinhaltet, und zwar in einer frühen
Stufe der Session.
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Durch
Erfassen einer sich schnell beschleunigenden hohen Paketübernagungsrate
kann die Erfindung die Verwendung eines Protokolls mit einer schnellen Übertragungsrampe,
wie beispielsweise dem Übertragungs-Steuerprotokoll
(TCP) sicherstellen. In einer illustrierten Ausführungsform der Erfindung wird
angenommen, dass eine Session von einem Protokoll mit einer schnellen Übertragungsrampe
ist, wenn dessen Übertragungsrate
so erscheint, dass sie in einer Langsamstart-Phase ist.
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Verschiedene
Techniken können
verwendet werden, um zu erfassen, ob eine Session ein schnelles Übernagungs-Rampenprotokoll
aufweist. Zum Beispiel kann eine Signatur eines schnellen Übertragungs-Rampenprotokolls
ein vorgegebenes Muster von Intervallzeitlängen zwischen Empfangszeiten
von Paketen sein. Insbesondere leitet eine Sequenz von lang-kurz-lang-kurz
Intervallen oder Spalten zwischen Paketempfangszeiten für TCP auf
und auf eine Erfassung hin zeigt dies die Existenz des Protokolls
mit der schnellen Übertragungsrampe
auf. In Übereinstimmung
mit einer anderen beispielhaften Technik bestimmt die Erfindung,
wenn der Durchsatz der Pakete eine Paketgeschwindigkeitsschwelle
in einer frühen
Stufe der Session erreicht, und vergleicht dann eine Ableitung der
Paketübertragungsrate
bei der Paketgeschwindigkeitsschwelle mit einem vorgegebenen Beschleunigungsschwellwert.
Wenn die Ableitung der Paketübertragungsrate
bei der Paketgeschwindigkeitsschwelle gleich zu der vorgegebenen
Beschleunigungsschwelle ist oder diese übersteigt, sollte gefolgert
werden, dass die Session ein Protokoll (z.B. TCP) mit einer schnellen Übertragungsrampe
verwendet.
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In
der dargestellten Ausführungsform
ist der Knoten ein Funknetz-Steuerknoten eines breitbandigen Code-Division-Multiple-Access-Telekommunikationsnetzes.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
voranstehenden und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung
ergeben sich näher aus
der folgenden genaueren Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen,
wie in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt, in denen Bezugszeichen
auf die gleichen Teile überall
in den verschiedenen Ansichten verweisen. Die Zeichnungen sind nicht
notwendigerweise im Maßstab
gezeigt, wobei das Hauptaugenmerk auf die Illustration der Prinzipien
der Erfindung gerichtet ist.
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In
den Zeichnungen zeigen:
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1 eine
schematische Ansicht einer Ausführungsform
eines Telekommunikationssystems, das die vorliegenden Erfindung
verwendet,
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2 eine
diagrammartige Ansicht von Funktionalitäten, die in einer mobilen Benutzergeräteeinheit vorgesehen
sind, die an dem Telekommunikationssystem der 1 teilnimmt;
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3 eine
schematische Ansicht von Hardwarekomponenten, die in der mobilen
Benutzergeräteeinheit
der 2 enthalten sind;
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4 eine
schematische Ansicht eines Funknetz-Controllers (RNC) Knotens in Übereinstimmung
mit einer Ausführungsform
der Erfindung;
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4A eine
schematische Ansicht einer Paketeingabe-/ausgabe-Einheit in Übereinstimmung
mit einer Ausführungsform
der Erfindung zum Einbau in dem Funknetz-Controller (RNC) Knoten
der 4;
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4B eine
schematische Ansicht einer Paketeingabe-/ausgabe-Einheit in Übereinstimmung
mit einer anderen Ausführungsform
der Erfindung zum Einbau in dem Funknetz-Controller (RNC) Knoten
der 4;
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5 eine
schematische Ansicht eines Basisstations-(BS)-Knotens in Übereinstimmung
mit einer Ausführungsform
der Erfindung;
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6 ein
Flussdiagramm, welches allgemeine Schritte zeigt, die durch den
Knoten in 4 in Verbindung mit einem Umschaltbetrieb
des Kanal-Typs ausgeführt
werden;
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6A und 6B Flussdiagrammen,
die alternative Techniken zum Ausführen eines Klassifizierungsschritts
des Umschaltbetriebs des Kanal-Typs der 6 zeigen;
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7 einen
Graph, der eine Langsamstart-Phase einer Session mit einer Kollisionsvermeidungsphase
einer Session verknüpft;
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8 einen
Graph, der den Datenpaket-Übertragungsdurchsatz über der
Zeit für
eine TCP Session mit einer Durchsatzverringerung durch die Bedienperson,
bedingt durch einen Paketverlust, zeigt;
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9A und 9B Graphen,
die eine Technik zum Qualifizieren von Datenpaketsessions darstellt.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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In
der folgenden Beschreibung sind für die Zwecke der Erläuterung
und nicht zur Beschränkung
spezifische Details aufgeführt,
wie beispielsweise bestimmte Architekturen, Schnittstellen, Techniken
etc., um ein gründliches
Verständnis
der vorliegenden Erfindung bereitzustellen. Jedoch wird Durchschnittsfachleuten
in dem technischen Gebiet ersichtlich sein, dass die vorliegende
Erfindung in anderen Ausführungsformen
praktisch umgesetzt werden kann, die von diesen spezifischen Details
abweichen. In anderen Fällen
werden ausführliche
Beschreibungen von altbekannten Einrichtungen, Schaltungen und Verfahren
weggelassen, um so die Beschreibung der vorliegenden Erfindung nicht
mit unnötigen
Details zu belasten.
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1 zeigt
ein Telekommunikationsnetz 18, bei dem eine Benutzergeräteeinheit 20 mit
einer oder mehreren Basisstationen 22 über eine Luftschnittstelle
(z.B. eine Funkschnittstelle) 23 kommuniziert. Basisstationen 22 sind über terrestrische
Leitungen (oder Mikrowellen) mit einem Funknetz-Controller (Radio
Network Controller; RNC) 24 verbunden [der auch als ein
Basisstations-Controller (BSG) in einigen Netzen bekannt ist]. Der
Funknetz-Controller (RNC) 24 ist wiederum über einen
Steuerknoten, der als das Mobilvermittlungszentrum 26 bekannt
ist, mit leitungsvermittelnden Telefonnetzen (PSTN/ISDN) verbunden,
die mit der Wolke 28 dargestellt sind. Zusätzlich ist
der Funknetz-Controller (RNC) 24 mit dem bedienenden GPRS
Unterstützungsknoten
(SGSN) 25 und über
ein Backbone-Netz 27 mit einem Gateway-GPRS-Unterstützungsknoten (GGSN) 30 verbunden,
durch die eine Verbindung mit paketvermittelten Netzen (z.B. dem
Internet, X.25 externen Netzen) hergestellt wird, die durch die
Wolke 32 dargestellt sind.
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Der
Gateway-GPRS-Unterstützungsknoten
(GGSN) 30 stellt die Schnittstelle in Richtung auf die
externen IP Paketnetze und X.25 Netze bereit. Der Gateway-GPRS-Unterstützungsknoten
(GGSN) 30 übersetzt Datenformate,
Signalisierungsprotokolle und Adresseninformation, um eine Kommunikation
zwischen den unterschiedlichen Netzen zu erlauben. Das Backbone-Netz 27 ist
ein Netz eines Internetprotokolls (IP). Der bedienende GPRS-Unterstützungsknoten
(SGSN) 25 stellt eine Paketweglenkung zu und von einem SGSN-Dienstgebiet
bereit und bedient GPRS-Teilnehmer, die physikalisch innerhalb des
SGSN-Dienstgebiets angeordnet sind. Der bedienende GPRS-Unterstützungsknoten
(SGSN) 25 stellt Funktionen wie eine Authentifizierung,
Chiffrierung, eine Mobilitäts-Verwaltung,
eine Abrechnung von Daten, und eine Verwaltung der logischen Strecke
in Richtung auf die Benutzergeräteeinheit
bereit. Ein GPRS-Teilnehmer kann durch irgendein SGSN in dem Netz
in Abhängigkeit
von dem Ort bedient werden. Der GPRS-Verkehr wird von dem bedienenden
GPRS-Unterstützungsknoten
(SGSN) 25 an den Basisstations-Controller (BSC) 24 und über die
Basisstationen (BS) 22 zu der Benutzergeräteeinheit 20 gelenkt.
Die Funktionalität
des bedienenden GPRS-Unterstützungsknotens
(SGSN) 25 und des Gateway-GPRS-Unterstützungsknotens (GGSN) 30 kann
in dem gleichen Knoten kombiniert werden, oder kann in getrennten
Knoten existieren, wie in 1 gezeigt.
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Wie
Durchschnittsfachleute in dem technischen Gebiet verstehen werden,
wenn die Benutzergeräteeinheit 20 an
einer Mobil-Telefonverbindung teilnimmt, wird Signalisierungsinformation
und Rahmen der Benutzerinformation von der Benutzergeräteeinheit 20 über die
Luftschnittstelle 23 auf speziell vorgesehenen Funkkanälen an eine
oder mehrere der Basisstationen 22 übertragen. Die Basisstationen
weisen Funk-Sender/Empfänger
auf, die Funksignale, die an der Verbindung oder der Session beteiligt
sind, Senden und Empfangen. Für
eine Information auf dem Uplink (aufwärts gerichtete Strecke) von
der Benutzergeräteeinheit 20 in Richtung
auf die andere Gegenstelle hin, die an der Verbindung beteiligt
ist, wandeln die Basisstationen die über Funk-gesammelte Information
in digitale Signale um, die an den Funknetz-Controller (RNC) 24 weitergeleitet
werden. Der Funknetz-Controller (RNC) 24 koordiniert eine
Teilnahme der mehreren Basisstationen 22, die an der Verbindung
oder Session beteiligt sein können,
da die Benutzergeräteeinheit 20 sich
geographisch bewegen kann und ein mit Handover relativ zu den Basisstationen 22 auftreten
kann. Auf dem Uplink sucht der Funknetz-Controller (RNC) 24 Rahmen
mit Benutzerinformation aus einer oder mehreren Basisstationen 22 heraus,
um eine Verbindung zwischen der Benutzergeräteeinheit 20 und der
anderen Gegenstelle herzustellen, unabhängig davon, ob die Partei in
dem PSTN/ISDN 28 oder auf den paketvermittelten Netzen
(z.B. dem Internet) 32 ist.
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Ein
Typ einer Benutzergeräteeinheit 20,
mit der die vorliegende Erfindung besonders nützlich ist, ist ein Computer
mit einem mobilen Abschluss, wie beispielsweise ein Laptop-Computer.
Eine illustrative Ausführungsform
einer geeigneten Benutzergeräteeinheit 20 für die vorliegende
Erfindung ist in 2 vorgesehen. Wie in 2 gezeigt
weist die Benutzergeräteeinheit 20 die
folgenden funktionalen Einheiten auf, die für die vorliegende Erfindung
relevant sind: eine Mobilabschlusseinheit (MT) 40; einen
Terminaladapter (TA) 42; ein Terminalgerät 44;
und einen Satz 46 von Anwendungen. Während jede von diesen Einheiten
nachstehend beschrieben werden, sei darauf hingewiesen, dass die
Erfindung nicht auf die Benutzergeräteeinheiten beschränkt ist,
die die gleiche physikalische Trennung zwischen funktionalen Einheiten
aufweisen, und dass die vorliegende Erfindung in einer anderen als
der beschriebenen funktionalen Konfiguration implementiert werden
kann.
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Die
Mobilabschlusseinheit (MT) 40, die manchmal als das Mobilgerät (ME; Mobile
Equipment) bezeichnet wird, enthält
den Funk-Sender/Empfänger
TX/RX 60 (mit der Antenne 61) und einer Kommunikationssteuerung 62 in
Richtung auf das Netz 18 hin, z.B. den Aufbau und die Freigabe
von Funkverbindungen, ein Handover, etc. Die Mobilabschlusseinheit
(MT) 40 kann ein standardmäßiges Mobiltaschentelefon (z.B.
ein GSM-Telefon) oder eine Telefonkarte innerhalb einer Benutzergeräteeinheit 20 sein.
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Der
Terminaladapter (TA) 42 arbeitet als eine Anpassung zwischen
der Mobilabschlusseinheit (MT) 40 und den Anwendungen in
dem Satz 46 von Anwendungen. Der Terminaladapter (TA) 42 wird
typischerweise als ein Modem realisiert, das auf einer PCMCIA (Personal
Computer Memory Card International Association) Karte implementiert
ist, die in einen Schlitz eines Terminalgeräts 44 eingefügt wird.
Der Terminaladapter (TA) 42 weist eine CPU 63,
sowie ein RAM 64 und eine MT-Schnittstelle (I/F) 65 auf.
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Das
Terminalgerät 44 ist
normalerweise ein kleiner Computer (oder eine Computerplattform)
und umfasst an sich sowohl Hardware als auch Software. Das Terminalgerät 44 weist
somit typische Aspekte einer Computerplattform, z.B. eines Prozessors,
ein Betriebssystem und eine Middleware (Internet-Protokoll-Einheiten, zum Beispiel) auf,
die kollektiv mit dem Bezugszeichen 70 in 2 dargestellt
sind. Zusätzlich
weist das Terminalgerät 44 eine
Steuerlogik 72 (die von dem Prozessor ausgefürt wird)
zum Steuern des Terminaladapters (TA) 42 auf. Die Steuerlogik 72 führt den
Aufbau und die Freigabe von Anrufen zu und von dem Netz 18 aus.
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Wie
in 2 gezeigt, umfasst der Satz 46 von Anwendungen,
die für
die beispielhafte Ausführungsform
dargestellt sind, einen Internet-Browser 80; ein Dateitransferprogramm
(FTP) 82; ein E-Mail-Programm 84;
und einen Sprachdienst 86.
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Jede
Anwendung in dem Satz 46 ist normalerweise ein Programm,
welches durch den Prozessor des Terminalgeräts 44 ausgeführt wird
und das mit dem Benutzer über
z.B. Dateneingabeeinrichtungen, wie beispielsweise einer Tastatur
und/oder einer Maus und Ausgabe- oder Anzeigeeinrichtungen in Wechselwirkung steht.
Diese Anwendungen laufen typischerweise auf einem Personalcomputer
(mit oder ohne einen Funkzugriff). Die Anwendungen in dem Satz 46 verbinden
eine Anzahl von Anwendungsprogrammierschnittstellen (Application
Programming Interfaces; APIs) in Richtung auf das Terminalgerät 44 hin.
Eine oder mehrere von diesen APIs ist für Kommunikationen mit dem Netz 18 geeignet.
Beispiele von APIs sind Unix BSD Socket, WinSock oder mehr telekommunikationsspezifische
APIs, wie die Microsoft Intel Telefonie API, AT&T, und Novell TSAPI oder OnTheMoveMobile
API. Obwohl der Satz 46 von Anwendungen in 2 als
eine Einheit getrennt von dem Terminalgerät 44 dargestellt wird,
sollte somit es sich von selbst verstehen, dass der Satz 46 von
Anwendungen auf dem Terminalgerät 44 ausgeführt wird,
wenn das Terminalgerät 44 ein
allgemeiner Computer ist, wobei die Anwendungen, die unter Verwendung
der APIs ausgeführt
werden, durch das Terminalgerät 44 angeboten
werden.
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3 zeigt,
wie die funktionalen Einheiten der Mobilstation, wie in 2 dargestellt,
auf Hardware-Komponenten der Mobilstation 20 abgebildet
werden. Im Wesentlichen zeigt 3 das Terminalgerät 44, wobei
eine Mobilabschlusseinheit (MT) 40 und ein Terminaladapter
(TA) 42 Karten sind, die in Kartenschlitzen angeordnet
sind. Der Terminaladapter (TA) 42 ist mit der Zentralverarbeitungseinheit
(CPU) 100 über
einen Bus 102 verbunden. Die Mobilabschlusseinheit (MT)
ist mit der MT-Schnittstelle 65 des Terminaladapters (TA) 42 über ein
Kabel verbunden.
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Speicher
des Terminalgeräts 44,
insbesondere ein Nur-Lese-Speicher (ROM) 104 und ein Speicher 106 mit
wahlfreiem Zugriff (RAM) sind ebenfalls mit der Zentralverarbeitungseinheit
(CPU) 100 über
einen Bus 102 verbunden. In dem RAM 106 werden
die TA-Steuerlogik 62, der Satz 46 von Anwendungen,
und der TCP/IP Stapel 108 gespeichert.
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Das
Terminalgerät 44 ist
mit einem Benutzer über
eine Eingabeeinrichtung (Eingabeeinrichtungen) 110 und
einer Ausgabeeinrichtung (Ausgabeeinrichtungen) 112 gekoppelt,
jeweils verbunden über
jeweilige geeignete Schnittstellen 120 und 122 mit
dem Bus 102. Die Eingabeeinrichtung (Eingabeeinrichtungen) 110 kann
(können)
eine Tastatur und/oder eine Maus zum Beispiel sein, während die
Ausgabeeinrichtung (Ausgabeeinrichtungen) 112 die Form
einer Anzeigeeinrichtung, beispielsweise eines LCD-Anzeigefelds,
annehmen kann (können).
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Weitere
Details eines beispielhaften Funknetz-Controllers (RNC) 24 sind
in 4 so gezeigt, dass sie eine Vermittlungsstelle 240 umfasst.
Die Vermittlungsstelle 240, die durch die RMC-Steuereinheit 242 gesteuert
wird, weist eine Vielzahl von Ports auf, die mit verschiedenen Einheiten
und Schnittstellen des Funknetz-Controllers (RNC) 24 verbunden
sind. Die RNC-Steuereinheit 242 ist mit jedem Element des Funknetz-Controllers
(RNC) 24 verbunden, einschließlich einer Timingeinheit 241,
einer Diversity-Handover-Einheit (DHU) 245;
und einer Eingabe/Ausgabe-Einheit 247. Der Funknetz-Controller
(RNC) 24 ist mit einem Signalisierungsnetz über eine
Signalisierungsschnittstelle 243 verbunden. Die Schnittstellen,
die mit Ports der Vermittlungsstelle 240 verbunden sind,
umfassen eine Dienstknoten-Schnittstelleneinheit 244; eine
RNC I/F-Einheit 246; und Basisstations-Schnittstelleneinheiten 248.
Die Dienstknoten-Schnittstelleneinheit 244 ist
mit dem geeigneten Mobilvermittlungszentrum 26 und dem
GPRS-Steuerknoten 30 verbunden.
Die RNC-Schnittstelleneinheit 246 ist über eine Inter-RNC-Transportstrecke 232 mit
anderen (nicht dargestellten) Funknetz-Controllern (RNCs) 24 verbunden.
Basisstations-Schnittstelleneinheiten 248 sind
mit den Basisstationen (BS) 22 verbunden, die durch den
Funknetz-Controller
(RNC) 24 bedient werden. Die Eingabe/Ausgabe-Einheit 247 ist
mit geeigneten Kernports der Vermittlungsstelle (des Schalten) 240 verbunden.
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Im
Allgemeinen werden Verkehrsdatenpakete, die in den Funknetz-Controller
(RNC) 24 eintreten, in der Eingabe/Ausgabe-Einheit 247 in
Bezug auf aktive Sessions gepuffert oder in einer Warteschlange
eingereiht, und von der Eingabe/Ausgabe-Einheit 247 werden
sie zurück
an die Vermittlungsstelle 240 gesendet, um eine Weglenkung
von Funknetz-Controller (RNC) 24 auf die jeweiligen Kanäle, die
den aktiven Sessions zugewiesen sind, vorzunehmen. Verkehrsdatenpakete
werden somit in der Eingabe/Ausgabe-Einheit 247 unabhängig davon
gepuffert, ob die Datenpakete TCP/IP-Pakete sind. Verkehrsdatenpakete
auf der Route durch den Funknetz-Controller (RNC) 24 von
der Benutzergeräteeinheit 20 zu
den paketvermittelten Netzen 32 werden in der Eingabe/Ausgabe-Einheit 247 in
eine Warteschlange eingereiht, sowie Verkehrdatenpakete, wie durch
den Funknetz-Controller (RNC) 24 von dem paketvermittelten
Netzen 32 zu der Benutzergeräteeinheit 20 übertragen
werden.
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Wie
mit näheren
Einzelheiten in 4A gezeigt umfasst die Eingabe/Ausgabe-Einheit 247 eine
Kanal-Umschalteinheit 300 (eine Kanal-Vermittlungseinheit 300)
und einen Prozessor, der hier als ein Paketempfangsraten-Analysator 301 bekannt
ist. ATM-Zellen von der Vermittlungsstelle 240 werden an
einen geeigneten von mehreren Puffern 304a –304n in der Eingabe/Ausgabe-Einheit 247 angewendet.
Der Puffer 304a wird für eine erste
aktive Session verwendet; der Puffer 304n wird
für eine
n-te aktive Session verwendet, wobei aus 4A ersichtlich
ist, dass nicht dargestellte Puffer a + 1 bis n – 1 ebenfalls für jeweilige
Sessions a + 1 bis n – 1
vorgesehen sind. Der Paketempfangsraten-Analysator 301 ist
verbunden, um die Empfangsrate von Datenpaketen in jedem der Ein-Puffer 304 zu
analysieren und um Schaltsteuerinformation an eine geeignete der Schaltsteuereinheiten 307a –307n anzulegen. Die Schaltsteuereinheiten 307a –307n steuern eine Demultiplexierung von
Datenpaketen (über
jeweilige Demultiplexer 308) heraus von den Puffern 304.
Die Multiplexer 308 werden durch Schaltsteuereinheiten 307 gesteuert,
um Datenpakete entweder an jeweilige Ausgabepuffer 301 eines
gemeinsamen Kanals oder an jeweilige Ausgangspuffer 312 eines
speziell vorgesehenen Kanals anzulegen. Somit steuern die Schaltsteuereinheiten 307x Multiplexer 308x (x
= a, ... n) zur Weglenkung von Datenpaketen an einen Ausgabepuffer 310x eines gemeinsamen Kanals oder an einen
Ausgabepuffer 312x eines speziell
vorgesehenen Kanals. Die Puffer 304 und 310, 312 sind
FIFO-Puffer. Die Ausgänge
der Puffer 312x werden an die Vermittlungsstelle 240 angelegt.
Die Ausgänge
der Puffer 310x werden an die Eingänge des Demultiplexers 315 angelegt.
Unter der Überwachung
der Schaltsteuerung 307cc verzweigt
der Demultiplexer 315 Datenpakete auf einen gemeinsamen
Port der Vermittlungsstelle 240. Somit umfasst der Paketempfangsraten-Analysator 301,
die Schaltsteuereinheiten 307, die Multiplexer 308,
den Multiplexer 315 und die Puffer 310 und 312,
die Kanalschalteinheit 300. In der Kanalschalteinheit 300 arbeiten
der Paketempfangsraten-Analysator 301 und die verschiedenen
Schaltsteuerungen unter der Überwachung
eines nicht dargestellten Master-Controllers, der z.B. einen Betrieb
hinsichtlich der Ablaufsteuerung steuert und koordiniert.
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Der
Paketempfangsraten-Analysator 301 hat einen Zugriff auf
verschiedene wichtige Datenteile zum Ausführen seiner Operationen. In
dieser Hinsicht zeigt 4A einen Paketempfangsraten-Analysator 301,
sowie er mit einer Schwellwertbibliothek 320 und einem
Speicher 322 zum Speichern von Schwellwerten verbunden
ist. Obwohl Speicher 320 und 322 als getrennte
Speicher in 4A gezeigt sind, sei darauf
hingewiesen, dass die Werte in dem gleichen Speicher gespeichert
werden können,
oder sogar intern innerhalb des Paketempfangsraten-Analysators 301 gespeichert
werden können.
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Eine
beispielhafte Basisstation (BS) 22 ist in 5 so
gezeigt, dass sie eine Vermittlungsstelle 260 umfasst.
Die Vermittlungsstelle 260, die durch die Basisstations-Steuereinheit 262 gesteuert
wird, weist eine Vielzahl von Ports auf. Wenigstens einer und typischerweise
mehrere Ports (Tore) der Vermittlungsstelle 260 sind mit
jeweiligen Sender/Empfänger
(Tx/Rx) Boards 264 verbunden. Sender/Empfänger (Tx/Rx)
Boards 264 sind mit Antennen verbunden, die in der Zelle
angeordnet sind, die von der Basisstation (BS) 22 bedient
wird. Die Steuereinheit 262 ist auch mit Ports der Vermittlungsstelle 260 verbunden,
genauso wie dies ein Terminalboard 266 ist. Durch das Terminalboard 266 kommuniziert
die Basisstation (BS) 22 mit ihrem Funknetz-Controller
(RNC) 24, wobei die Strecke 225 zwischen einer
geeigneten Basisstations-Schnittstelleneinheit 248 des Funknetz-Controllers
(RNC) 24 (siehe 4) und dem Terminalboard 266 verbunden
ist.
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Die
bestimmten beispielhaften Ausführungsformen
des Funknetz-Controllers (RNC) 24, der in 4 gezeigt
ist, und der Basisstation (BS) 22, die in 5 gezeigt
ist, sind zufällig
ATM-gestützte
Knoten. In dieser Hinsicht sind beide Vermittlungsstellen 240 des
Funknetz-Controllers (RNC) 24 und der Vermittlungsstelle 260 der
Basisstation (BS) 22 in den dargestellten beispielhaften
Ausführungsformen
ATM-Vermittlungsstellen, durch die ATM-Zellen gerichtet werden.
Weitere Information bezüglich
einer beispielhaften ATM-Vermittlungsstelle wird von der United
States Patentanmeldung mit der Seriennummer 08/188101, mit der Titel "Asynchronous Transfer
Mode Switch", eingereicht
am 8. November 1998, die hier durch Bezugnahme Teil der vorliegenden
Anmeldung ist, bereitgestellt. Weitere Information bezüglich der
Einrichtungen, die mit Ports einer beispielhaften ATM-Vermittlungsstelle
verbunden sind, wird durch die United States Patentanmeldung mit
der Seriennummer 09/188097, mit dem Titel "Centralized Queuing For ATM Node", eingereicht am
9. November 1998, die ebenfalls hier durch Bezugnahme Teil der vorliegenden
Anmeldung ist, bereitgestellt. Jedoch sei darauf hingewiesen, dass
die vorliegende Erfindung nicht auf die bestimmten Architekturen
des beispielhaften Funknetz-Controllers (RNC) 24 und der
Basisstation (BS) 22, die gezeigt sind, und auch nicht
auf die Verwendung von ATM-Vermittlungsstellen beschränkt ist,
sondern dass andere Architekturen und Datentransfer-Techniken innerhalb
des Umfangs und des Grundgedankens der vorliegenden Erfindung verwendet
werden können.
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Die
bestimmten beispielhaften Ausführungsformen
des in 4 gezeigten Funknetz-Controllers (RNC) 24 und
der in 5 gezeigten Basisstation (BS) 22 sind
zufällig
Knoten für
ein Breitband-Codeteilungs-Mehrfachzugriff-(W-CDMA;
Wideband Code Division Multiple Access)- Telekommunikationsnetz. In W-CDMA wird
die zwischen einer Basisstation und einer bestimmten Mobilstation übertragene
Information durch einen mathematischen Code (wie Kanalisierungs-
und Verscrambelungs-Codes) moduliert, um sie von Information von
anderen Mobilstationen, die die gleiche Funkfrequenz verwenden,
zu unterscheiden. Zusätzlich
wird bei CDMA Mobilkommunikationen auf dem Downlink (abwärts gerichtete
Strecke) typischerweise das gleiche Basisbandsignal mit geeigneten
Codes von mehreren Basisstationen mit einer überlappenden Abdeckung gesendet.
Somit werden in CDMA die individuellen Funkstrecken auf Grundlage
von Codes unterschieden. Auf dem Uplink (aufwärts gerichtete Strecke) werden
Benutzerdaten, die in Rahmen von der Mobilstation für die mobile
Verbindung gesendet werden, in mehreren Basisstationen empfangen.
Diese Verwendung von Funkkanälen
zwischen mehreren Basisstationen und einer Mobilstation in einem
CDMA-Schema, wie voranstehend zusammengefasst, wird als "soft Handover" (weiche Übergabe)
bezeichnet. Verschiedene Aspekte von CDMA sind in Garg, Vijay K.
et al, Apptications of CDMA in Wireless/Personal Communications,
Prentice Hall (1997) aufgeführt.
Jedoch sei darauf hingewiesen, dass der Kontext eines W-CDMA Telekommunikationsnetzes
lediglich illustrativ ist und dass die Erfindung in anderen Typen
von Telekommunikationsnetzen genauso verwendet werden kann, wie
beispielsweise in TDMA und FDMA.
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Im
Betrieb wird angenommen, dass die Benutzergeräteeinheit 20 eben
eine Datenpaket-Transaktionssession
begonnen hat und, dass die Session wenigstens anfänglich einen
gemeinsamen Verkehrskanal verwendet. In dem Funknetz-Controller
(RNC) 24 werden alle Datenpakete durch die Vermittlungsstelle 240 an eine
Eingabe/Ausgabe-Einheit 247 unter Verwendung von herkömmlichen
Weglenkungs-Techniken gelenkt. Eine Lenkung von Verkehrsdaten-Paketen
an die Eingabe/Ausgabe-Einheit 247 des
Funknetz-Controllers (RNC) 24 tritt unabhängig davon
auf, ob die Pakete gerade auf dem Downlink (von den paketvermittelten
Netzen 322 zu der Benutzergeräteeinheit 20) oder
auf dem Uplink (von der Benutzergeräteeinheit zu den paketvermittelten
Netzen 32) gesendet werden. Der Betrieb eines beispielhaften
Modes der Eingabe/Ausgabe-Einheit 247 wird nun in Verbindung
mit 6 im Kontext einer Behandlung sowohl von TCP-Datenpaketen
als auch nicht-TCP-Datenpaketen beschrieben. Die folgende Diskussion
ist generisch im Hinblick sowohl auf Uplink- als auch Downlink-Datenpaket Übertragungen.
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Wie
mit dem Schritt 6-1 angedeutet, die Vermittlungsstelle 240 verzweigt
die Verkehrsdatenpakete an einen geeigneten der Ein-Puffer 304 in
der Eingangs-/Ausgangs-Einheit 247, d.h. an den bestimmten
Ein-Puffer 304, der die Session für die Benutzergeräteeinheit 20 behandelt.
Der Paketempfangsraten-Analysator 301 überwacht
das Füllen
der Datenpakete in die ein Puffer 304 für jede Session und bestimmt
eine Paketankunftszeit für
Datenpakete für
jede Session in dem Schritt 6-2.
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Auf
Grundlage von jüngsten
Paketankunftszeiten, die im Schritt 6-2 berichtet werden,
klassifiziert der Paketempfangsraten-Analysator 301 die
Datenpakete, die die Session bilden, sodass sie schnelle Übertragungs-Rampenprotokoll
(z.B. TCP) Pakete sind oder nicht. Der Paketempfangsraten-Analysator 301 kann
diese Klassifizierung unter Verwendung von irgendwelchen von mehreren
Techniken ausführen,
wobei zwei davon nachstehend unter Bezugnahme auf die 6A und 6B beschrieben
werden. Wenn der Paketempfangsraten-Analysator 301 bestimmt,
dass aus ihrer Langsamstart-Charakteristik eine Session wahrscheinlich ein
Schnellübetragungs-Rampenprotokoll
verwendet, sendet der Paketempfangsraten-Analysator 301 ein Signal an
die geeignete Umschall-Steuerung 307 für diese Session. Wenn zum Beispiel für die Session,
die Datenpakete aufweist, die den Puffer 304 auffüllen, von
dem Paketempfangsraten-Analysator 301 bestimmt
wird, dass sie eine TCP-Session ist, dann informiert der Paketempfangsraten-Analysator 301 die
Umschall-Steuereinheit 307a entsprechend.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass am Anfang der Datenpaket-Session ein
gemeinsamer Verkehrskanal zugeordnet wurde. Wenn ein gemeinsamer
Verkehrskanal für
die Datenpaket-Session verwendet wird, dann werden die Datenpakete,
die von dem Ein-Puffer 304 für die Session ausgegeben werden, über den
Multiplexer 308 an einen gemeinsamen Kanal Aus-Puffer 310 für den bestimmten
gemeinsamen Kanal, der gerade für die
Datenpakekt-Session verwendet wird, gelenkt und von dem gemeinsamen
Kanal Ausgabe-Puffer über
den Demultiplexer 315 an einen gemeinsamen Port (Tor) der
Vermittlungsstelle 240.
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Im
Schritt 6-3 stellt die Umschalt-Steuereinheit 307 für eine Session
fest, ob es, in Bezug auf die Session, die sie behandelt, es nun
wünschenswert
ist, den Kanal für
die Datenpakete zu ändern
oder umzuschalten. Die Bestimmung bzw. Feststellung des Schritt 6-3 kann
das Ändern
oder Umschalten der Datenpakete von einem gemeinsamen Verkehrskanal
auf einen speziell vorgesehenen Verkehrskanal, oder sogar von einem
speziell vorgesehenen Verkehrskanal mit einer ersten Rate auf einen
speziell vorgesehenen Verkehrskanal einer zweiten Rate beinhalten.
Mehrere Faktoren können
bei der Bestimmung/Feststellung des Schritts 6-3 beteiligt
sein. Ein primärer
Faktor bei der Bestimmung des Schritts 6-3 ist die Klassifikation
der Datenpakete der Session durch den Paketempfangsraten-Analysator 302,
wie voranstehend in Verbindung mit dem Schritt 6-2 beschrieben
wurde. Sekundäre
Faktoren können
zum Beispiel einschließen,
ob irgendwelche zusätzlichen speziell
vorgesehenen Verkehrskanäle
verfügbar
sind, und die Last auf dem gemeinsamen Kanal. Zusätzlich kann
die Priorität
des Teilnehmers, der im Besitz der Benutzergeräteeinheit 20 ist,
berücksichtigt
werden, da das Teilnahmeübereinkommen
mit dem Teilnehmer den Teilnehmer für eine bevorzugt Behandlung
für eine derartige
Kanal-Typ-Umschaltung berechtigen kann.
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Wenn
im Schritt 6-3 bestimmt wird, dass eine Kanal-Typ-Umschaltung
nicht aktiviert werden soll, wird im Schritt 6-4 bestimmt,
ob die Session beendet wird. Wenn die Session nicht beendet wird,
dann geht die Verarbeitung über
den Empfang von Datenpaketen durch eine Schleife zurück zum Schritt 6-2 für eine wiederholte Überwachung
der Paketempfangsrate der Datenpakete. Wenn die Session nicht endet,
endet die Verarbeitung der Datenpakete für die Datenpaket-Transaktionssession,
wie mit dem Schritt 6-5 reflektiert.
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Wenn
im Schritt 6-3 bestimmt wird, dass eine Kanal-Typ-Umschaltung
aktiviert werden soll, wird eine Kanal-Typ-Umschaltung im Schritt 6-6 auftreten.
Unter der Annahme, dass die Session voranstehend einen gemeinsamen
Kanal verwendet hatte, wird im Schritt 6-6 ein speziell
zugewiesener Kanal der Datenpaket-Transaktionssession zugeordnet.
In Verbindung mit der Kanal-Typ-Umschaltung wird zusätzlich die
Weglenkung von Datenpaketen der Session von dem gemeinsamen Kanal
(CC) Ausgabe-Puffer
auf den speziell vorgesehenen Kanal (TC) Ausgabe-Puffer für den zugeordneten
speziell vorgesehenen Kanal geändert.
Eine derartige Weglenkungs-Umschaltung von Paketen wird in 4 durch
die Schaltsteuereinheit 307 dargestellt, die den Multiplexer 308 so
steuert, dass die Datenpakete an den speziell vorgesehenen Kanal
(DC) Ausgabe-Puffer 312 anstelle des Ausgabe-Puffers 310 mit
einem gemeinsamen Kanal (CC) gelenkt werden.
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In
einer Ausbildung der Erfindung gibt es keine weitere Überwachung
der Paketempfangsrate für
den Zweck einer Kanal-Typ-Umschaltung, sobald die Datenpaket-Transaktionssession
einen speziell vorgesehenen Verkehrskanal ergriffen hat. Ein derartiger
Modus, mit einer permanenten Zurückweisung
einer Zuweisung des speziell vorgesehenen Verkehrskanals wird durch
die ausgezogene Linie reflektiert, die so gezeigt ist, dass sie
den Schritt 6-6 mit dem Schritt 6-5 der 6 verbindet.
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In
einem anderen Modus, der als der Modus mit den besten Anstrengungen
bekannten ist (Best Efforts Mode), belegt die Datenpaket-Transaktionssession
nicht permanent den speziell zugewiesenen Verkehrskanal und kann
in der Tat zurück
auf einen gemeinsamen Verkehrskanal gehen. Dieser Modus, bei dem
der speziell zugewiesene Verkehrskanal nur vorübergehend oder bedingt der
Datenpaket-Transaktionssession
zugewiesen wird, wird mit der gestrichelten Linie reflektiert, die
so dargestellt ist, dass sie den Schritt 6-6 und den Schritt 6-4 in 6 verbindet.
In diesem zweiten Modus wird die Paketempfangsrate der Datenpaket-Transaktionssession
kontinuierlich überwacht.
Wenn ferner danach bestimmt wird, dass die Paketempfangsrate etwas
abgesunken ist, oder im Schritt 6-3, dass andere Faktoren
nicht mehr rechtfertigen, dass die Datenpaket-Transaktionssession
auf dem speziell zugewiesenen Verkehrskanal bleibt, wird die Kanal-Typ-Umschaltung
im Schritt 6-6 ausgeführt.
In Verbindung mit dem Betriebsverhalten der Kanal-Typ-Umschaltung
an diesem Punkt, verliert die Datenpaket-Transaktionssession ihren speziell zugewiesenen
Verkehrskanal und wird auf einen der gemeinsamen Verkehrskanäle umgeleitet.
Im Wesentlichen ist das Betriebsverhalten des Schritts 6-6 an
diesem Punkt im Wesentlichen das Entgegengesetzte Verhalten eines
Wechsels von dem gemeinsamen Verkehrskanal auf den speziell vorgesehenen
Verkehrskanal, wie voranstehend beschrieben.
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Wie
voranstehend erwähnt
führt in
dem Schritt 6-2 der 6 der Paketempfangsraten-Analysator 301 die
Klassifizierung der Datenpakete, die die Session bilden, als Schnellübertragungs-Rampenprotokoll
(z.B. TCP) Pakete oder nicht aus. Eine erste Technik für eine Klassifizierung
stützt
sich auf die Tatsache, dass in TCP dann, wenn ein Sender ein erstes
Paket gesendet hat, der Absender darauf wartet, bis der Absender
eine Bestätigung
empfängt,
dass das erste Paket empfangen worden ist, wonach der Sender zwei
weitere Pakete direkt nacheinander (d.h. unmittelbar aufeinander
folgend, ohne auf eine Bestätigung
zu warten) sendet. Dann sendet der Sender für jede empfangene Bestätigung zwei
weitere Pakete. Wenn dies der Fall ist, gibt es auf eine Untersuchung
der Empfangszeiten von Paketen in dem Funknetz-Controller (RNC) 24 für eine TCP/IP Session
ein Muster, bei dem jeder zweite Zeitspalt zwischen zwei Paketen "kurz" ist, während der
Zeitspalt zwischen anderen Paketen "lang" ist.
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Die
Schritte, die bei dieser ersten Technik der Klassifizierung beteiligt
sind, sind in 6A als Unterschritte des Schritts 6-2 der 6 dargestellt,
und insbesondere als Schritte 6-2A-1 bis 6-2A-6.
Im Unterschritt 6-2A-1 bemerkt der Paketempfangsraten-Analysator 301 die
Paketankunftszeiten für
ein Fenster von jüngsten Paketen
in der Session. Dann, wie mit dem Schritt 6-2A-2 dargestellt,
bestimmt der Paketempfangsraten-Analysator 301, ob es eine
Sequenz von lang-kurz-lang-kurz Zeitspalten oder Intervalle zwischen
Ankunftszeiten von aufeinander folgenden Paketen vorhanden ist.
Wenn die Sequenz eine lang-kurz-lang-kurz Sequenz ist, dann erkennt
(wie mit dem Schritt 6-2A-3 gezeigt) der Paketempfangsraten-Analysator 301,
dass eine TCP Langsamstart-Phase vorsich geht und klassifiziert
die Session so, dass sie ein Schnellübertragungs-Rampenprotokoll
aufweist. Wenn andererseits der Paketempfangsraten-Analysator 301 eine
lang-lang-lang-lang Sequenz von Spalten oder Intervallen zwischen
Ankunftszeiten von aufeinander folgenden Paketen bestimmt (Schritt 6-2A-4),
dann klassifiziert der Paketempfangsraten-Analysator 301 die
Session so, dass sie nicht ein Schnellübertragungs-Rampenprotokoll (z.B. eine lineare Vergrößerungsphase)
aufweist. Andere Sequenzen mit einem Mix von mehreren aufeinander
folgenden kurzen oder langen Einheiten, zeigen einen Stau in dem Netz
(z.B. in dem Router) an, wie mit dem Schritt 6-2A-5 reflektiert.
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Tabelle
1 zeigt ein Beispiel einer Session, die unter Verwendung der Technik
der 6A so klassifiziert werden kann, das sie ein Schnellübertragungs-Rampenprotokoll
aufweist. In der Tabelle 1 sei besonders auf die Empfangszeit (2.
Spalte) für
die Sequenz von Paketen und die relative Lange des Zeitintervalls
zwischen den Empfangszeiten für
aufeinander folgende Pakete hingewiesen. Aus Tabelle 1 lässt sich
ersehen, dass das Zeitintervall zwischen dem ersten und zweiten
Paket (73) relativ lang ist; das Zeitintervall zwischen
dem zweiten und dritten Paktet (4) ist relativ kurz; das
Zeitintervall zwischen dem zweiten und dritten Paket (69)
ist relativ lang; das Zeitintervall zwischen dem dritten und vierten
Paket (4) ist relativ kurz; usw., wobei eine lang-kurz-lang-kurz
Sequenz bereitgestellt wird.
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Die
Differenz zwischen einem "langen" Zeitintervall und
einem "kurzen" Zeitintervall hängt von
den Differenzen in der Bandbreite auf den zwei Strecken ab, d.h.
(1) der Strecke von dem Sender zu dem RNC/BS und (2)
die Strecke von dem RNC/BS zu der Mobilstation (z.B. der Luftschnittstelle
[AIF]). Werte zum Bestimmen von "lang" und "kurz" können für irgendeine
gegebene Situation in Abhängigkeit
von der Bandbreite der Strecken und der Paketgröße berechnet werden.
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Ein
Graph der Empfangszeit über
der Paketzahl für
die Session der Tabelle 1 ist in 9A gezeigt
und illustriert insbesondere eine Session, für die die Sender-RNC/BS Strecke
beträchtlich
schneller als die RNC/BS-Mobilsstrecke ist. Im Hinblick auf eine
derartige Bandbreitendifferenz erscheint die Graphlinie der 9A mehr
oder weniger so, dass sie ein stufenartiges Muster aufweist. Sogar
mit einem derartigen stufenartigen Muster weist die Graphlinie der 9A noch
eine höhere
durchschnittliche Ableitung als in dem linearen Erhöhungsfall
(z.B. kein Schnellübertragungs-Rampenprotokoll)
auf. Wenn aber die Sandbreite der Luftschnittstelle (RNC/BS-Mobilsstrecke)
sich ändert,
dann ändert
sich auch die Kurvenform eines derartigen Graphs. Wenn zum Beispiel
die Luftschnittstellen-Bandbreite nahe zu derjenigen der Netzstrecke
wird (d.h. Sender-RNC/BS Strecke), dann wird die Sequenznummer exponentiell über der
Zeit ansteigen. Die Tabelle 2 zeigt beispielhafte Daten für eine Situation,
bei der die Luftschnittstellen-Bandbreite nahe zu derjenigen der Netzstrecke
ist, und dies ist in 9B graphisch aufgezeichnet.
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Eine
zweite beispielhafte Technik für
den Klassifizierungsschritt 6-2 der 6, die durch
den Paketempfangsraten-Analysator 301 ausgeführt wird,
ist in 6B dargestellt und umfasst die
Unterschritte mit den Nummern 6-2B-1 bis 6-2B-4.
Im Unterschritt 6-2B-1 notiert der Paketempfangsraten-Analysator 301 die
Paketankunftszeiten für
ein Fenster von jüngsten
Paketen in der Session. Somit erfasst der Paketempfangsraten-Analysator 301 zunächst, wie
mit dem Schritt 6-2B-2 dargestellt, ob der Paketdurchsatz
einen vorgegebenen Geschwindigkeitsschwellwert erreicht, der in
dem Speicher 322 gespeichert ist. Dann bestimmt der Paketempfangsraten-Analysator 301,
im Schritt 6-2B-3, eine Datenpaketankunfts-Beschleunigung
beider vorgegebenen Geschwindigkeitsschwelle. Ferner, wie mit dem
Schritt 6-2B-4 dargestellt, vergleicht der Paketempfangsraten-Analysator 301 die
Datenpaketankunfts-Beschleunigung
bei der vorgegebenen Geschwindigkeitsschwelle mit einem vorgegebenen Beschleunigungsschwetlwert,
der ebenfalls in dem Speicher 322 gespeichert ist. Wenn
die Datenpaketankunfts-Beschleunigung bei der vorgegebenen Geschwindigkeitsschwelle gleich
wie die vorgegebenen Beschleunigungsschwelle ist oder diese übersteigt,
dann zieht der Paketempfangsraten-Analysator 301 die Schlussfolgerung,
dass die Session ein Schnellübertragungs-Rampenprotokoll einschließt.
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Die
Unterschritte der 6B werden ebenfalls unter Bezugnahme
auf 7 illustriert. In 7 wird eine
Stauvermeidungsphase des Betriebs mit der Linie y2(x)
reflektiert, während
eine Langsamstart-Phase
des Betriebs mit der Linie y1(x) dargestellt
ist. Es sei darauf hingewiesen, dass in der Langsamstart-Phase die Paketübertragungsrate
schnell zunimmt (z.B. exponentiell), während in der Stauvermeidungsphase
die Paketübernagungsrate
viel kleiner ist. In dem bestimmten Beispiel, das in 7 gezeigt
ist, beinhaltet der Schritt 6-2B-2 eine Erfassung, wann
die Datenpaket-Übertragungsrate
eine vorgegebene Geschwindigkeitsschwelle von 25 kbits/Sekunde auf
einem 32 kbit/s Kanal, mit yp gezeigt, in 7 erreicht.
Der Schritt 6-2B-3 beinhaltet die Durchführung der
Ableitung der Datenpaket-Übertragungsrate
bei der vorgegebenen Geschwindigkeitsschwelle, z.B. dass die Steigung
(Δy/Δx) der Datenpaket-Übertragungsrate
bei yp genommen wird. Der Schritt 6-2B-4 beinhaltet
das Vergleichen der Ableitung der Datenpaket-Übertragungsrate bei der vorgegebenen
Geschwindigkeitsschwelle mit einer vorgegebenen Beschleunigungs-Schwelle.
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Aus 7 ist
ersichtlich, dass (bei yp) die Ableitung
der Linie y1(x) signifikant größer als
die Ableitung der Leitung y2(x) ist, d.h.
y1(x)' >> y2(x)'. Mit anderen Worten,
bei der vorgegebenen Geschwindigkeitsschwelle ist die Ableitung
der Langsamstart-Phase beträchtlich
größer als
die Ableitung der Stauvermeidungsphase. Für die Zwecke einer Abgrenzung
einer Langsamstart-Phase von einer Stauvermeidungsphase bestimmt
der Paketempfangsraten-Analysator 301, dass eine Langsamstart-Phase
vor sich geht, wenn die Ableitung der Datenpaket-Übernagungsrate
bei der vorgegebenen Geschwindigkeitsschwelle über der vorgegebenen Beschleunigung
ist. In einem Beispielszenarium, bei dem die vorgegebene Geschwindigkeitsschwelle 25 kbits/Sekunde
auf einem 32 kbit/s Kanal ist, kann die vorgegebene Beschleunigungsschwelle
ein Paket pro 115 ms zum Beispiel sein. In diesem Beispielszenarium
wird die vorgegebene Beschleunigungsschwelle in der Mitte eines
bestimmten Bereichs eingestellt, wobei sich der bestimmte Bereich
von einer abgeschätzten
durchschnittlichen Ableitung, wenn TCP in einem Langsamstart ist
(z.B. ein Paket pro 83 ms), bis zu etwas weniger als die doppelte
abgeschätzte
durchschnittliche Ableitung mit TCP (z.B. ein Paket pro 150 ms,
was relativ gut die lineare Erhöhung
anzeigt) erstreckt.
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Die
Erfindung umfasst eine Vielfalt von Techniken zum Klassifizieren
der Paketempfangsrate, nicht lediglich die spezifischen Beispiele,
die in 6A und 6B dargestellt
sind. Zum Beispiel können
die Paketempfangsratendaten in Verbindung mit einem Kurvenanpassungsbetrieb
verwendet werden, um sicherzustellen, ob die ermittelten Daten zu
einem oder mehreren gespeicherten Mustern der Paketempfangsraten,
die TCP Sessions anzeigen, passen. Da es zahlreiche Versionen von
TCP gibt, kann der Paketempfangsraten-Analysator 301 verfügbare entsprechende
Information für
jede von mehreren Versionen haben. Diesbezüglich zeigt 4,
für eine
alternative Ausführungsform,
einen Paketempfangsraten-Analysator 301, der auf eine Schwellwertbibliothek 320 zum
Zugreifen auf Schwellwerte (z.B. Geschwindigkeitsschwellen und Beschleunigungsschwellen)
für unterschiedliche Versionen
von TCP zugreift. Alternativ kann der Paketempfangsraten-Analysator 301 die
Datenpaket-Transaktionssession
so klassifizieren, dass sie eine TCP Session ist, wenn die Paketempfangsrate
wenigstens exponentiell über
der Zeit ansteigt. Alternative Vorgehensweisen zum Ableiten der
TCP Charakteristik der Datenpakete der Session sind somit innerhalb
des Umfangs der Erfindung, da es zahlreiche Vorgehensweisen gibt,
um die Signatur einer TCP Paketübertragungsrate
festzustellen.
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Somit
baut der Funknetz-Controller (RNC) 24 den Kanaltyp, wie
voranstehend beschrieben, auf und schaltet dieses um. Durchschnittsfachleute
in dem technischen Gebiet werden erkennen, dass die Basisstation (BS) 22 eine
Abbildung von Ressourcen von dem Verkehrskanal (entweder dem gemeinsamen
oder dem speziell vorgesehenen) auf die Funkkanäle, die an der Session beteiligt
sind, ausführt
(z.B. die Funkübertragung und
den Empfang steuert). Die Abbildung von Ressourcen an der Basisstation
(BS) 22 wird in Übereinstimmung
mit herkömmlichen
Techniken ausgeführt.
Es sei natürlich
darauf hingewiesen, dass die Benutzergeräteeinheit 20 unter
Verwendung von Steuerkanälen
darüber
informiert werden muss, dass die Benutzergeräteeinheit 20 von einem
Kanaltyp auf einen anderen (z.B. von einem gemeinsamen Verkehrskanal
auf einen speziell vorgesehenen Verkehrskanal) umschalten soll,
bei weiterer Betrachtung der vorliegenden Erfindung.
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Wenn
somit, in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung, eine Benutzergeräteeinheit 20 mit ihrem
TCP/IP Stapel 108 an einer Datenpaket-Transaktionssession
beteiligt ist, bei der sie Datenpakete (z.B. in Bezug auf das Internet)
mit einem Schnellübertragungs-Rampenprotokoll
(z.B. TCP) entweder sendet oder empfängt, es eine Möglichkeit
gibt die Session einem speziell vorgesehenen Verkehrskanal anstelle
einem gemeinsamen Verkehrskanal zuzuordnen. Indem die Umschaltung
des Kanaltyps von einem gemeinsamen Verkehrskanal auf einen speziell
vorgesehenen Verkehrskanal veranlasst wird, stellt der Funknetz-Controller (RNC) 24 der
Datenpaket-Transaktionssession eine größere Möglichkeit für einen Paketempfang (z.B.
eine geringere Wahrscheinlichkeit eines Paketverlusts) und dadurch
eine fortgesetzte höhere
Rate eines Paketdurchsatzes für
die Session bereit. Während
ein gemeinsamer Verkehrskanal eine niedrige Bitrate und demzufolge
einen niedrigen Durchsatz aufweist, weist ein speziell vorgesehener
Verkehrskanal eine hohe Bitrate (im Bereich von 32 Kbits/s des 2
Mbits/s) Sogar noch höhere
Kanalraten können
in einem W-CDMA System verwendet werden, bei dem eine höhere Chiprate
verwendet wird.
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Die
Vorteile der vorliegenden Erfindung, die eine fortgesetzte hohe
Rate eines Paketdurchsatzes einschließt, werden der in 8 dargestellten
herkömmlichen
Situation gegenübergestellt.
Der Graph der 8 zeigt eine TCP Session, die
auf einen gemeinsamen Verkehrskanal beschränkt ist. Wie in dem Liniensegment 8-1 in 8 gezeigt,
wird zunächst
die Übertragung
von Datenpaketen für
die Session zugelassen, um schnell in einer charakteristischen TCP
Weise anzusteigen. Wenn jedoch die Paketübertragungsrate den Punkt erreicht,
der mit der gestrichelten Linie (bezeichnet mit "Verlust") in 8 angedeutet
ist, dann wird ein Paketverlust erfasst. In Übereinstimmung mit herkömmlichen
Techniken verursacht die Tatsache des Paketverlusts eine Verringerung
(z.B. eine Halbierung) in der TCP Übertragungsrate, wie mit dem
Liniensegment 8-2 in 8 angedeutet
ist. Danach, wie mit dem Liniensegment 8-3 in 8 gezeigt,
wird die TCP Paketübertragungsrate
wieder erhöht,
aber dieses Mal bei einer viel geringeren Rate (z.B. einem linearen
Anstieg, anstelle eines exponentiellen). Eine derartige Erhöhung wird
fortgesetzt, bis ein anderer Paketverlust angetroffen wird, oder
(wie mit dem Liniensegment 8-4 gezeigt) die Session beendet
wird.
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Die
vorliegende Erfindung leitet in vorteilhafter Weise eine TCP Paketsession
bei einer frühen
Zeit in der Session ab, entsprechend zu dem Liniensegment 8-1 in 8.
Im Gegensatz zum dem Szenarium der 8 erlaubt
jedoch die Umschaltung der vorliegenden Erfindung von einem gemeinsamen
Verkehrskanal auf einen speziell vorgesehenen Verkehrskanal, dass
die Session einen Graph mehr wie 7 aufweist.
Der Zeitpunkt der Umschaltung von Kanaltypen ist somit wichtig,
um so Ressourcen des Telekommunikationssystems nicht zu verschwenden.
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Eine
andere Ausführungsform
der Eingabe/Ausgabe-Einheit 247' ist in 4B dargestellt.
Die Ausführungsform
der 4B ist im Allgemeinen ähnlich zu der Ausführungsform
der 4A, ist aber spezifisch strukturiert, um den Wechsel
oder die Umschaltung der Datenpakete von einem speziell vorgesehenen
Verkehrskanal mit einer ersten Rate auf einen speziell vorgesehenen
Verkehrskanal mit einer zweiten Rate in Verbindung mit dem Schritt 6-3 zu
ermöglichen.
Diesbezüglich
erlaubt die Eingabe/Ausgabe-Einheit 247' der 4B für die n-te
Session eine Umschaltung auf oder zwischen entweder einem speziell
vorgesehenen Kanal mit einer ersten Rate oder einem speziell vorgesehenen
Kanal mit einer zweiten Rate. Insbesondere erlaubt die Schaltsteuereinheit 307n , dass die Datenpakete der n-ten Session
auf entweder den Ausgangspuffer 370n des
gemeinsamen Kanals, den Ausgangspuffer 312n des
speziell vorgesehenen Kanals mit der ersten Rate, oder auf den Ausgangspuffer 313n des speziell vorgesehenen Kanals mit
der zweiten Rate angewendet wird. Somit erlaubt die vorliegende
Erfindung einen Wechsel oder eine Umschaltung zwischen speziell
vorgesehenen Kanälen
mit unterschiedlichen Übertragungsraten.
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Wenn
im Allgemeinen eine Kanaltyp-Umschaltung nicht Charakteristiken
von TCP berücksichtigt,
können
einige der Datenströme
von dem Kernnetz zu der Benutzergeräteeinheit 20 auf gemeinsamen
Verkehrskanälen
für eine
lange Zeit liegen, bevor irgendeine Umschaltung auf einen speziell
vorgesehenen Verkehrskanal vorgenommen wird. Wenn ein derartiges
allgemeines Szenarium verfolgt wird, werden Timeouts für die TCP
Pakete vorhanden sein, mit dem Ergebnis, dass TCP denken wird, dass
ein Stau auf der Strecke vorhanden ist. Wenn eine Kanaltyp-Umschaltung
schließlich
durchgeführt
wird, hat somit TCP das Sendefenster viel kleiner gemacht, mit einem
sehr geringen Durchsatz als Folge davon, obwohl an diesem Punkt
es einen riesigen speziell vorgesehenen Verkehrskanal zur Verwendung
haben könnte.
Ein derartiger vorsichtiger Stau-Verhinderungsansatz führt somit
zu einer sehr schlechten Verwendung des speziell vorgesehenen Verkehrskanals.
Ein TCP Strom von Daten, der eine halbe Rate aufweist, oder der
auf Null gestützt
ist, kann Minuten brauchen, um zum Beispiel 128 kbits/Sekunde zu
erreichen. Eine derartige Verschwendung von Ressourcen des speziell
vorgesehenen Verkehrskanals wird durch die vorliegende Erfindung
vermieden, da die vorliegende Erfindung die Kanaltyp-Umschaltungsentscheidung
bei einer frühen
Möglichkeit
durch Auswerten der Paketempfangsrate beim Beginn einer Session
durchführt.
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Somit
verfolgt die vorliegende Erfindung, wie voranstehend erläutert, Benutzerströme (Ströme von Datenpaketen
in einer Session) und erfasst prompt, wenn der Strom der Beginn
einer TCP Session ist. Wenn der Strom der Beginn einer TCP Session
ist wird, wenn überhaupt
möglich,
die Session schnell einem speziell vorgesehenen Verkehrskanal angewiesen,
so dass TCP keine Timeouts (Auszeiten) beim Beginn der Session haben
wird.
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Die
Prinzipien der Erfindung sind auch anwendbar für einen Strom, der eine Bitrate
erreicht hat, die dabei ist die maximale Kapazität von seinem gegenwärtig angewiesenen
Verkehrskanal (z.B. 32 Kbits/s) zu erreichen. Für einen derartigen Strom führt die
Erfindung eine schnelle Bestimmung aus, ob der Strom mit einer größeren Bitrate
versehen werden soll. Das Timing der Bestimmung ist wichtig, da
weniger Pakete verloren gehen, wenn die Bestimmung verzögert wird.
Wenn Pakete verloren werden, wird die letztere Bereitstellung einer
Erhöhung
in der Bitrate nicht bald ausgenutzt werden, wie voranstehend erläutert.
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Die
Erfindung ist nicht auf irgendein bestimmtes Protokoll oder sogar
die Verwendung eines Protokolls beschränkt, da die Beschleunigungs-abhängige Analyse,
die durch den Paketempfangsraten-Analysator 301 ausgeführt wird,
verwendet werden kann, um allgemein eine Paketempfangbeschleunigung
zu erfassen, und angewendet werden kann, um zu bestimmen, wann eine
gute Zeit ist eine Kanalumschaltung oder eine Kanaltyp-Umschaltung
auszuführen.
Ferner kann die Erfindung, unabhängig
von dem bestimmten Protokoll, verwendet werden, um zu bestimmen,
wann eine sich ändernde
Bitrate auf einem speziell vorgesehenen Kanal eine Kanalumschaltung
rechtfertigt (z.B. auf einen gemeinsamen Kanal oder einen anderen
für die
Rate speziell vorgesehen Kanal [dargestellt wenigstens teilweise
in Verbindung mit 4B]).
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Während die
Erfindung in Verbindung mit denjenigen Einzelheiten beschrieben
worden ist, die gegenwärtig
als die praktischste und bevorzugte Ausführungsform angesehen werden,
sei darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf die offenbarte
Ausführungsform
beschränkt
ist, sondern im Gegenteil es beabsichtigt ist, verschiedene Modifikationen
und äquivalente
Anordnungen abzudecken, die innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche enthalten
sind.
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