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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Mobile
Einrichtungen könnten
Anwendungen, Protokollstapel sowie eine für die Herstellung einer drahtlosen
Verbindung mit einem Mobilkommunikationsnetz ausgelegte Modemeinheit
umfassen, wobei alle besagten Entitäten auf einem Verarbeitungssystem
ablaufen können.
Die Modemeinheit könnte
genauso gut auf einem anderen Verarbeitungsbetriebsmittel als die
Anwendungen installiert sein. Darüber hinaus könnte für die Modemeinheit
ein erstes Betriebssystem und für
die Anwendungen ein anderes Betriebssystem verwendet werden. Es
wird erwartet, dass in der Zukunft mehr und mehr Benutzerendgeräte verfügbar sein
werden, die keine proprietäre
Modemeinheit umfassen. Statt dessen umfassen die besagten Benutzerendgeräte eine
physische Schnittstelle zum Herstellen einer Verbindung zwischen
dem Benutzerendgerät
und einer externen Modemeinheit, wobei die externe Modemeinheit
für das
Aufbauen einer drahtlosen Verbindung mit dem Mobilkommunikationsnetz
verantwortlich sein wird. Darüber
hinaus werden Telefone verfügbar
sein, bei denen ein zusätzliches
Verarbeitungsbetriebsmittel und/oder ein zusätzliches Betriebssystem, z.B.
Symbian, zum Ausführen
der Anwendungen vorgesehen sind. Solche Telefone werden häufig als
Smart-Phones bezeichnet.
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Um
in einem System QoS sicherzustellen und Paketflüsse zu optimieren, ist eine
Verbindung zwischen den verschiedenen Protokollschichten notwendig,
insbesondere, wenn drahtlose Strecken verwendet werden. Protokolle
und Anwendungen höherer
Schichten müssen
gemäß der zugrundeliegenden (drahtlosen)
Strecke und gemäß dem tatsächlichen Status
der Netzwerkverbindung (Bandbreitenverzögerung, Bitfehlerrate (BER)
...) abgestimmt werden. Deshalb müssen Messungen und Parameter
aus den unteren Schichten (GPRS-Stapel, UMTS-Stapel ...) zu einem
QoS-Verwaltungssystem höherer
Schichten und/oder zu Protokoll-/Anwendungsoptimierern höherer Schichten
transportiert werden. Diese stellen Protokolle, Anwendungen und
Paketflüsse
höherer Schichten
durch Verwendung dieser Messungen und Parameter ein.
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Während es
in einem eingebetteten System relativ leicht ist, diese vertikale
Verbindung zwischen den verschiedenen Schichten zu realisieren,
wird es in einem verteilten System schwieriger. In einem verteilten
System enthält
das Modem die Informationen, die das auf der Anwendungseinheit residierende QoS-Verwaltungssystem
benötigt.
Verteilte Systeme sind (anders als eingebettete Systeme) gut standardisiert
und werden durch wohlbekannte Spezifikationen definiert. Der Transfer
von Messungen und Parametern von einem (drahtlosen) Modem zu der
Anwendungseinheit ist jedoch nicht Teil dieser Spezifikationen.
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Aus
US 2003/0145119 ist
ein System zur Bereitstellung drahtloser Datendienste mit einem
drahtlosen Modem bekannt.
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KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
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Eine
Aufgabe der Erfindung ist die Verbesserung der Flusssteuerung in
verteilten Benutzergeräten,
die eine Modemeinheit und mindestens eine Anwendungseinheit umfassen.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung ist der Transport von Messungsdaten
von einem (drahtlosen) Modem zu einer Anwendungseinheit mit den
folgenden Schlüsselmerkmalen:
- – Der
Transfer der Daten sollte von der Schnittstelle (seriell, IRDA,
Bluetooth, ...) zwischen der Anwendungseinheit und dem Modem unabhängig sein.
- – Es
sollten keine Änderungen
an dem Standard-AT-Befehlssatz (notwendig für die Kommunikation zwischen
einer Anwendungseinheit, z.B. einem Computer, und einem Modem) erforderlich sein.
- – Es
sollten keine Änderungen
an dem notwendigen Modemtreiber erforderlich sein.
- – Es
sollten keine Änderungen
an den Betriebssystemtreibern erforderlich sein.
- – Es
sollten keine Änderungen
an dem PPP-(Punkt-zu-Punkt-Verbindungs)-Stapel
erforderlich sein.
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Diese
Aufgaben der Erfindung werden durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen
werden durch die anhängigen Ansprüche gezeigt.
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Im
folgenden werden die folgenden Definitionen von Begriffen angewandt:
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Verteiltes System:
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Verteiltes
System ist eine Kombination einer Anwendungseinheit und mindestens
eines Modems. Beispiele für
ein verteiltes System sind Smart-Phones und Notebooks (Laptops),
die mit mindestens einem Modem kombiniert werden.
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Eingebettetes System:
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In
einem eingebetteten System wird der Prozessor (und die DSP) für die Anwendungen
und Protokolle höherer
Schichten und die (drahtlosen) Kommunikationsstapel (z.B. GPRS)
verwendet. Das klassische eingebettete System bei der Mobilkommunikation
ist ein Mobiltelefon.
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Anwendungseinheit:
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In
einem verteilten System ist die Anwendungseinheit die Hart- und Softwareumgebung,
in der die Anwendungen ablaufen. Sie besitzt mindestens einen Prozessor,
Speicher und ein Betriebssystem. Der TCP/UDP/IP-Stapel läuft auch
auf der Anwendungseinheit ab, die Stapel für die (mobile) Kommunikation
(d.h. GSM/GPRS) laufen jedoch auf einem (externen) Modem ab und
deshalb nicht auf dem Prozessor der Anwendungseinheit. Kann für Kommunikationszwecke
auf verschiedene Arten von Modems zugreifen.
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Modem:
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Ein
Modem ist ein System, das Hardware und Software (hauptsächlich den
Kommunikationsstapel) enthält
und wird für
(mobile) Kommunikation verwendet. Bei einem verteilten System führt das
Modem keine Anwendungen aus.
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Schnittstelle:
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Die
Schnittstelle verbindet das Modem mit der Anwendungseinheit. Schnittstellen
können
z.B. eine USB-Schnittstelle, eine serielle Schnittstelle, eine IRDA-Schnittstelle,
eine Bluetooth-Schnittstelle sein.
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Eine
Anwendungseinheit gemäß Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung umfasst mindestens eine Anwendung, wobei
die mindestens eine Anwendung dafür ausgelegt ist, Datenverkehr für drahtlose
Kommunikation mit mindestens einem Protokollstapel auszutauschen.
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Der
mindestens eine Protokollstapel ist für den Transfer von Datenverkehr
zwischen mindestens einer der Anwendungen und mindestens einer physischen
Schnittstelle ausgelegt. Die mindestens eine physische Schnittstelle
ist für
das Senden von Datenverkehr und von Flusssteuerinformationen zwischen der
Anwendungseinheit und einer Modemeinheit ausgelegt.
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Die
Anwendungseinheit ist über
mindestens eine physische Schnittstelle mit der Modemeinheit verbunden,
wobei sowohl Aufwärtsstreckenverkehr als
auch Abwärtsstreckenverkehr
in bezug auf die Anwendungen über
die mindestens eine physische Schnittstelle übertragen werden. Gemäß der Erfindung
können
Flusssteuerinformationen über
die mindestens eine physische Schnittstelle übertragen werden. Die Datenverkehrs-
und Flusssteuerinformationen könnten
z.B. in einem gemultiplexten Modus über die mindestens eine physische
Schnittstelle übertragen
werden. Als Alternative könnten
die Flusssteuerinformationen z.B. über an dere physische Schnittstellen
als der Datenverkehr übertragen werden.
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Bei
vorbekannten Lösungen
kannte die Anwendungseinheit die Flussparameter auf der Modemeinheit
nicht und die Modemeinheit kannte die Anwendungen und Flussparameter
auf der Anwendungseinheit nicht. Die Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung ermöglichen
einen Austausch von Flusssteuerinformationen zwischen der Anwendungseinheit
und der Modemeinheit. Auf beiden dieser Einheiten sind die Flusssteuerinformationen
hilfreich dabei, die verfügbaren
Betriebsmittel und die verfügbare
Bandbreite der drahtlosen Verbindung so effizient wie möglich auszunutzen.
Jede der Einheiten wird über
den Gesamtsystemzustand informiert und kann entsprechend reagieren.
Als Folge wird die Gesamtleistung des Systems vergrößert. Es
wird eine sanfte Anpassung der Steuereinstellungen des Systems erzielt
und die QoS-Anforderungen der Anwendungen können zu einem Grad erfüllt werden, der
bisher nicht möglich
war.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung wird die mindestens eine physische Schnittstelle als mindestens
eine serielle Schnittstelle, insbesondere mindestens als Schnittstelle
des Typs RS232, IrDA, Bluetooth, USB, PCMCIA und/oder UART realisiert
oder umfasst solche. Eine serielle Schnittstelle ergibt ausreichend
Bandbreite zum Senden sowohl von anwendungsbezogenem Datenverkehr
als auch von Flusssteuerinformationen zwischen der Modemeinheit
und der Anwendungseinheit.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung umfassen die Flusssteuerinformationen folgendes: QoS-Profile
der Anwendungen, tatsächliche
Parameter, die den tatsächlichen
Zustand des Datenflusses auf der Anwendungseinheit und/oder der
Modemeinheit angeben, und/oder vorhergesagte Parameter, die einen zukünftigen
Zustand des Datenflusses auf der Anwendungseinheit und/oder der
Modemeinheit angeben. Auf der Anwendungseinheit können die
Anwendungen und ihre QoS-Anforderungen bekannt sein. Durch Senden dieser
QoS-Profile zu der Modemeinheit und entsprechendes Einstellen der
Parameter der Modemeinheit kann der Gesamtdatenfluss des verteilten Systems
optimiert werden und die QoS-Anforderungen der Anwendungen können so
weit wie möglich erfüllt werden.
Weiterhin könnten
tatsächliche
Parameter, die die tatsächliche
Flusssituation des Systems angeben, auf der Anwendungseinheit und/oder der
Modemeinheit gesammelt werden. Um den Gesamtdatenfluss in einem
verteilten System zu optimieren, muss jede der Einheiten den Datenfluss
auf den abgesetzten Einheiten kennen, weil es dadurch möglich wird,
die Parameter der eigenen Einheit gemäß dem Gesamtdatenfluss des
Systems einzustellen. Auf der Modemeinheit gesammelte Flussparameter
und QoS-Parameter könnten
z.B. als Teil der Flusssteuerinformationen der Anwendungseinheit zugeführt werden.
Die Einstellungen auf der Anwendungseinheit können dann entsprechend angepasst werden.
Umgekehrt könnte
die Anwendungseinheit die Modemeinheit über diese Arten von Datenverkehr, über Pufferfüllstände und
andere Flussparameter informieren. Der Austausch von Flussparametern hilft
dabei, geeignete Steuereinstellungen zur Verbesserung des Gesamtdatenflusses
zu finden. Sowohl die Modemeinheit als auch die Anwendungseinheit
erhalten ein vollständiges
Bild und deshalb wird die Entscheidungsfindung verbessert. Durch
Prädiktionsverfahren
könnten
aus den tatsächlichen
Flussparametern Parameter abgeleitet werden, die einen zukünftigen
Systemzustand anzeigen. Die Prädiktionen
könnten
z.B. das Auftreten von Stau, Zellenneuauswahlen, plötzlichen Änderungen
der verfügbaren Bandbreite
usw. antizipieren. Durch Vorhersage des Systemverhaltens in der
nahen Zukunft wird eine sanfte Steuerung der Einstellungen des Systems
erreicht. Um die Anwendungseinheit über Prädiktionen, die auf der Modemeinheit berechnet
wurden, zu informieren, werden die Prädiktionen als Teil der Flusssteuerinformationen
zu der Anwendungseinheit gesendet. Umgekehrt könnten die Anwendungseinheit ihre
Prädiktionen
der Modemeinheit zuführen.
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Gemäß einer
anderen bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung umfassen die Flusssteuerinformationen Steuereinstellungen,
die dafür
ausgelegt sind, den Datenfluss auf der Anwendungseinheit und/oder
der Modemeinheit zu steuern. Zum Beispiel können seitens der Modemeinheit
Steuereinstellungen für
das gesamte System erzeugt werden. Die Steuereinstellungen umfassen
Steuereinstellungen für
Entitäten
auf der Anwendungseinheit, die als Teil der Flusssteuerinformationen
von der Modemeinheit zu der Anwendungseinheit gesendet werden müssen. Immer
dann, wenn Steuereinstellungen für
eine Entität
auf einer abgesetzten Einheit erzeugt werden, müssen die Steuereinstellungen
als Teil der Flusssteuerinformationen über die mindestens eine physische
Schnittstelle übertragen
werden.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist die Anwendungseinheit dafür ausgelegt, von der Modemeinheit
Steuereinstellungen für die
Anwendungen, Steuereinstellungen für die Protokollstapel und/oder
Steuereinstellungen für
Puffer zu empfangen. Die Steuereinstellungen können als Teil der Flusssteuerinformationen übertragen
werden.
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Gemäß einer
anderen bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist die Anwendungseinheit dafür ausgelegt, zu der Modemeinheit
folgendes zu senden: Informationen über die Anwendungen, QoS-Profile der Anwendungen,
Informationen über die
von den Anwendungen verwendeten Protokolle, Arten des Datenverkehrs,
Bandbreite pro Verkehrstyp, Maximalpuffergrößen und/oder Puffer füllstände. Die
Informationen werden als Teil der Flusssteuerinformationen übertragen.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist die Anwendungseinheit dafür
ausgelegt, folgendes zu der Modemeinheit zu senden: Prädiktionen
in bezug auf Zellenneuauswahlen, Prädiktionen in bezug auf Durchsatz,
Prädiktionen
in bezug auf Bitfehlerrate, Prädiktionen
in bezug auf das Codierungsverfahren, Prädiktionen in bezug auf die
einseitige Verzögerung
und/oder Prädiktionen
in bezug auf die Gesamtlaufzeit, wobei die Prädiktionen als Teil der Flusssteuerinformationen übertragen
werden. Prädiktionen,
die auf der Anwendungseinheit berechnet werden müssen, könnten der Modemeinheit zugeführt werden,
weil beispielsweise möglicherweise
die Einstellungen des Übertragungsprotokollstapels
entsprechend eingestellt werden müssen. Wegen der geringen Übertragungsverzögerung sind die
Prädiktionen
immer noch wertvoll, wenn sie an der Modemeinheit ankommen. Falls
das Verarbeitungssystem der Modemeinheit zur Durchführung von
Berechnungen verwendet wird, z.B. um Zellenneuauswahlen vorherzusagen,
könnten
die mit der Modemeinheit verbundenen Anwendungseinheiten benachrichtigt
werden. In beiden Fällen
werden die Prädiktionen
als Teil der Flusssteuerinformationen über die mindestens eine physische
Schnittstelle übertragen.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform wird
eine Menge virtueller Schnittstellen verwendet, um eine oder mehrere
Datenverbindungen über
die mindestens eine physische Schnittstelle aufzubauen, aufrechtzuerhalten
und abzuschließen. Über die
mindestens eine physische Schnittstelle müssen sehr viele verschiedene
Datenströme übertragen
werden, wobei die Datenströme
völlig
unterschiedliche Eigenschaften aufweisen könnten und wobei den Datenströmen unterschiedliche
Prioritäten
zugewiesen sein könnten.
Ein Teil der Datenströme
könnte
aus verschiedenen Arten von Anwendungen stammen, andere könnten Flusssteuerinformationen
enthalten usw. Die Datenströme
werden verschiedenen virtuellen Schnittstellen zugeführt. Dies
ermöglicht
eine Unterscheidung zwischen den Datenströmen und die Verarbeitung jeder
der Datenströme
gemäß seiner Priorität und seinen
spezifischen Bedürfnissen.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung wird eine permanente Verbindung mit hoher Priorität zwischen
der Anwendungseinheit und der Modemeinheit aufgebaut, wobei die
Flusssteuerinformationen über
die Verbindung mit hoher Priorität übertragen
werden.
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Wenn
gemessene Daten, QoS-Parameter, Prädiktionen und Steuereinstellungen
zwischen der Modemeinheit und der Anwendungseinheit übertragen
werden, darf die Übertragungsverzögerung nicht zu
hoch sein. Andernfalls sind die Flusssteuerinformationen bereits
veraltet, wenn sie empfangen werden. Aus diesem Grund muss dem Flusssteuerkanal eine
hohe Priorität
zugewiesen werden.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform ist
die mindestens eine physische Schnittstelle dafür ausgelegt, den Datenverkehr
und die Flusssteuerinformationen in einem gemultiplexten Modus zwischen
der Anwendungseinheit und der Modemeinheit zu übertragen. Die durch die mindestens
eine physische Schnittstelle bereitgestellte Übertragungsbandbreite muss
gemeinsam von verschiedenen Datenströmen benutzt werden. Durch Übertragen
von Daten verschiedener Datenströme
in einem gemultiplexten Modus können
mehrere verschiedene Datenströme
gleichzeitig übertragen
werden, wobei die Datenströme
einander nicht stören.
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Bei
einer anderen bevorzugten Ausführungsform
umfasst die Anwendungseinheit mindestens zwei physische Schnittstellen,
wobei die Flusssteuerinformationen über andere physische Schnittstellen als
der Datenverkehr übertragen
werden.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung umfasst die Anwendungseinheit ein erstes Kommunikations-Handler-Modul,
das dafür ausgelegt
ist, Datenverkehr zwischen funktionalen Entitäten der Anwendungseinheit und
der Modemeinheit zu koordinieren und zu priorisieren. Der erste
Kommunikations-Handler kann z.B. vielfältige Dienste bereitstellen,
die die Zuteilung, Administration und den Abschluss von Verbindungen über die mindestens
eine physische Schnittstelle betreffen. Er kann den Datenströmen, die über die
mindestens eine physische Schnittstelle zu übertragen sind, Prioritäten zuweisen,
um sicherzustellen, dass die wichtigsten Datenströme auch
dann übertragen
werden, wenn die verfügbare
Bandbreite nicht ausreicht, um allen Verkehr zu führen.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung umfasst die Anwendungseinheit ein erstes Controllermodul,
das dafür
ausgelegt ist, mindestens auf der Anwendungseinheit gesammelte Flusssteuerinformationen
und/oder über die
mindestens eine physische Schnittstelle empfangene Flusssteuerinformationen
zu empfangen und aus den Eingaben Steuereinstellungen so abzuleiten,
dass der Gesamtdatenfluss optimiert wird. Dem ersten Controllermodul
könnten
z.B. Flusssteuerinformationen aus der Anwendungseinheit, aus der Modemeinheit
oder aus beiden Einheiten zugeführt werden.
Das erste Controllermodul könnte
z.B. die QoS-Profile der Anwendungen, den tatsächlichen Zustand des Datenflusses
in dem Benutzergerät
und Prädiktionen,
die durchgeführt
wurden, kennen. Das erste Controllermodul ist für die Entscheidungsfindung
verantwortlich, d.h. es muss Steuer einstellungen aus den bekannten
Informationen ableiten. Die Aufgabe besteht darin, beliebige Parameter
auf der Anwendungseinheit, auf der Modemeinheit oder auf beiden
Einheiten so einzustellen, dass der Gesamtdatenfluss auf dem verteilten
System optimiert wird. Es wird versucht, die verfügbaren Betriebsmittel
so zu benutzen, dass die Anforderungen der verschiedenen Arten von
Datenverkehr so weit wie möglich erfüllt werden
können.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung kann das erste Controllermodul als primärer Controller
wirken, der ein zweites Controllermodul auf der Modemeinheit steuert.
Falls ein erstes Controllermodul auf der Anwendungseinheit und ein
zweiter Controller auf der Modemeinheit existieren, könnte es
vorteilhaft sein, einen der beiden Controllermodule als primären Controller
auszuwählen,
der für
die Erzeugung der Steuereinstellungen für das gesamte System oder mindestens
für Teile
des gesamten Systems verantwortlich ist. Wenn eine zentrale Instanz für die Entscheidung über die
Steuereinstellungen verantwortlich ist, wird ein kohärenter und
gut koordinierter Satz Steuereinstellungen erzeugt. Es könnte vorteilhaft
sein, das erste Controllermodul der Anwendungseinheit als primären Controller
auszuwählen,
weil möglicherweise
auf der Anwendungseinheit viel mehr Speicher und Rechenleistung
als auf der Modemeinheit verfügbar
ist.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung kann das erste Controllermodul als sekundärer Controller
wirken, der durch ein zweites Controllermodul auf der Modemeinheit
gesteuert wird. Das zweite Controllermodul auf der Modemeinheit
könnte
genauso gut als ein primärer
Controller ausgewählt
werden. In diesem Fall könnte
das erste Controllermodul auf der Anwendungseinheit als der Slave
des zweiten Controllermoduls wirken.
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Insbesondere
wenn zwei oder mehr Anwendungseinheiten mit einer Modemeinheit verbunden sind,
ist es vorteilhaft, das zweite Controllermodul auf der Modemeinheit
als primären
Controller einzurichten.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung umfasst die Anwendungseinheit mindestens ein Protokolloptimierermodul,
das dafür
ausgelegt ist, auf die Einstellungen entsprechender Protokollstapel
vorzugsweise gemäß Steuereinstellungen
zuzugreifen.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung umfasst die Anwendungseinheit ein erstes QoS-Paketprozessormodul,
das dafür
ausgelegt ist, den Datenverkehr zwischen mindestens einem der Protokollstapel
und der mindestens einen physischen Schnittstelle zu überwachen
und/oder zu modifizieren. Bevor Datenverkehr einer beliebigen der
auf der Anwendungseinheit installierten Anwendungen über die
mindestens eine physische Schnittstelle zu der Modemeinheit weitergeleitet
werden kann, muss der Datenverkehr den ersten QoS-Paketprozessor
durchlaufen. Dadurch entsteht eine Gelegenheit zur Überwachung
des Datenverkehrs, und unbekannte Typen von Datenverkehr können durch das
QoS-Verwaltungssystem erkannt und berücksichtigt werden. Darüber hinaus
kann das erste QoS-Paketprozessormodul bestimmte Datenströme aktiv
modifizieren, indem Datenpakete zurückerhalten oder sogar verworfen
werden. Das erste QoS-Paketprozessormodul
könnte
Steuereinstellungen von einer jeweiligen Primärsteuerung erhalten, gleichgültig, ob
die Primärsteuerung
sich auf der Anwendungseinheit oder der Modemeinheit befindet.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung umfassen die Protokollstapel WAP-, TCP-, WTCP-, UDP-,
UDP-Lite- und/oder RTP/RTCP-Protokoll-Stapel.
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Eine
Modemeinheit für
Mobilkommunikation gemäß Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung umfasst eine Rundsendeeinrichtung, die
dafür ausgelegt
ist, eine drahtlose Verbindung für
Mobilkommunikation einzurichten. Die Modemeinheit umfasst ferner
mindestens einen Übertragungsprotokollstapel,
der dafür
ausgelegt ist, Datenverkehr zwischen der Rundsendeeinrichtung und
mindestens einer physischen Schnittstelle zu transferieren. Die mindestens
eine physische Schnittstelle ist dafür ausgelegt, Datenverkehr sowie
Flusssteuerinformationen zwischen der Modemeinheit und mindestens
einer Anwendungseinheit zu übertragen.
Gemäß Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung ermöglicht
die Modemeinheit einen Austausch von Flusssteuerinformationen zwischen
der mindestens einen Anwendungseinheit und der Modemeinheit. Insbesondere
könnte
z.B. die Modemeinheit über
den Datenfluss auf der Anwendungseinheit informiert werden und könnte z.B.
mindestens eine Anwendungseinheit über ihren tatsächlichen
Status informieren. Durch Austausch von Flusssteuerinformationen
wird die Gesamtsteuerung des Systems verbessert. Es wird eine reibungslose
Anpassung der Steuereinstellungen des Systems erzielt und die QoS-Anforderungen
der Anwendungen können
zu einem Grad erfüllt werden,
der bisher nicht möglich
war.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist die Modemeinheit dafür ausgelegt, zumindest einer
der Anwendungseinheiten folgendes zu senden: Parameter der Funkverbindung,
Signalstärke
der drahtlosen Verbindung, Parameter des Übertragungsprotokollstapels,
verfügbare
Bandbreite, maximale Puffergrößen, Pufferfüllstände, Informationen über PDP-Kontexte und/oder
Funkbetriebsmittelverwaltungsinformationen. Die Informationen werden
als Teil der Flusssteuerinformationen gesendet.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung ist die Modemeinheit dafür ausgelegt, von mindestens
einer der Anwendungseinheiten folgendes zu empfangen: Informationen über die
Anwendungen, QoS-Profile der Anwendungen, Informationen über die
von den Anwendungen verwendeten Protokolle, Typen von Datenverkehr,
Bandbreite pro Verkehrstyp, maximale Puffergrößen und/oder Puffer-Füllstände. Die
Informationen werden als Teil der Flusssteuerinformationen gesendet.
Somit können
die Steuereinstellungen auf der Modemeinheit z.B. auf die QoS-Anforderungen der
zu übertragenden
Datenströme
eingestellt werden.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung ist die Modemeinheit dafür ausgelegt, von mindestens
einer der Anwendungseinheiten folgendes zu empfangen: Steuereinstellungen
für den Übertragungsprotokollstapel,
Steuereinstellungen für PDP-Kontexte und/oder
Steuereinstellungen für
Puffer. Die Steuereinstellungen werden als Teil der Flusssteuerinformationen
gesendet.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung werden die Anwendungs-QoS-Profile durch folgendes
berücksichtigt:
Einstellung von PDP-Kontexten, Einstellung von PDP-Subkontexten, und/oder
Einstellung oder Modifikation von GGSN-Filterregeln. Ein Kontext
des Paketdatenprotokolls (PDP) ermöglicht die Definition der Übertragungseigenschaften
für eine
bestimmte Art von Datenverkehr. Mittels eines PDP-Kontexts ist es
möglich,
die Übertragungsparameter
des Übertragungsprotokollstapels
sowie die Übertragungseigenschaften
der drahtlosen Verbindung bis herauf zu dem GGSN (Gateway-GPRS-Unterstützungsknoten)
des Mobilkommunikationsnetzes zu spezifizieren.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung umfasst die Modemeinheit ein zweites QoS-Paketprozessormodul,
das dafür
ausgelegt ist, den Datenverkehr zwischen der mindestens einen physischen
Schnittstelle und dem Übertragungsprotokollstapel
zu überwachen
und/oder zu modifizieren. Zusätzlich
zu durch Anwendungen auf der Anwendungseinheit erzeugtem Datenverkehr
könnte
das zweite QoS-Paketprozessormodul außerdem Verkehr erkennen, der
aus Anwendungen auf der Modemeinheit entsteht, und kann Bandbreiten
und QoS-Anforderungen des Datenverkehrs identifizieren. Steuereinstellungen
können
dann so gewählt werden,
dass die jeweiligen Anforderungen der Anwendung (einschließlich derjenigen
auf der Modemeinheit) so weit wie möglich erfüllt werden.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung umfasst die Modemeinheit einen Befehls-Interpreter, der
dafür ausgelegt
ist, Nachrichten und/oder Befehle, die von mindestens einer der
Anwendungseinheiten ausgegeben werden, insbesondere zum Empfangen
und Verarbeiten von Initialisierungsnachrichten zu empfangen und
zu verarbeiten. Der Befehls-Interpreter überwacht den Datenverkehr, der über die
mindestens eine physische Schnittstelle zu der Modemeinheit gesendet
wird. Wenn in dem Datenverkehr ein bestimmter Befehl erkannt wird, wird
der Befehl interpretiert und die entsprechenden Aktionen werden
ausgeführt.
Die von dem Befehls-Interpreter bereitgestellten Dienste sind insbesondere
nützlich,
falls eine Anwendung auf einer beliebigen der Anwendungseinheiten
beabsichtigt, Daten über
die Funkschnittstelle zu senden, obwohl die Entitäten auf
der Modemeinheit noch nicht initialisiert wurden. In diesem Fall
sendet die jeweilige Anwendungseinheit Initialisierungsnachrichten über die mindestens
eine physische Schnittstelle. Auf der Modemeinheit erkennt der Befehls-Interpreter
die Initialisierungsnachrichten. Der Befehls-Interpreter könnte eine
Initialisierung der erforderlichen Entitäten veranlassen und das Modem
kann dann mit dem Übertragen
von Daten über
die drahtlose Verbindung beginnen. Somit ermöglicht der Befehls-Interpreter
eine Ferninitialisierung von Entitäten auf der Modemeinheit.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist der Übertragungsprotokollstapel
ein Stapel für:
GPRS/GSM, GPRS/EDGE, CDMA, UMTS, wireless LAN, Bluetooth und/oder
HiperLan. Die Erfindung ist jedoch auf keinerlei Weise auf irgendwelche
der erwähnten Übertragungsprotokolle beschränkt.
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Ein
Benutzergerät
könnte
wie oben beschrieben mindestens eine Anwendungseinheit und eine Modemeinheit
umfassen, wobei die Einheiten über mindestens
eine physische Schnittstelle verbunden sind. Datenverkehr sowie
Flusssteuerinformationen werden über
die mindestens eine physische Schnittstelle zwischen mindestens
einer der Anwendungseinheiten und der Modemeinheit übertragen.
Durch Austauschen von Flusssteuerinformationen zwischen der Modemeinheit
und der einen oder den mehreren Anwendungseinheiten können die
Einheiten enger zueinandergebracht werden. Gemessene Daten und Prädiktionen
werden von verschiedenen Teilen des Systems gesammelt und die Anwendungseinheiten
könnten
z.B. die Modemeinheit über die
QoS-Profile der verschiedenen Anwendungen informieren. Aus diesen
Eingaben werden Steuereinstellungen für das gesamte System abgeleitet
und die Steuereinstellungen werden zu den verschiedenen Entitäten verteilt.
Folglich verschmelzen die Modemeinheit und die eine oder die mehreren
Anwendungseinheiten und arbeiten zusammen als ein System.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung werden die Modemeinheit und mindestens eine der Anwendungseinheiten
als eine eingebettete mobile Einrichtung, vorzugsweise als Smartphones,
implementiert. Innerhalb der eingebetteten Einrichtung könnten die
Anwendungseinheit und die Modemeinheit z.B. auf verschiedenen Verarbeitungssystemen
ablaufen. Auf der Modemeinheit könnte
ein erstes Betriebssystem verwendet werden, während auf der Anwendungseinheit
ein anderes Betriebssystem, z.B. Symbian, verwendet werden könnte, das sich
besser für
die jeweiligen Anwendungen eignet.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
wird die Modemeinheit als separate Einrichtung implementiert, vorzugsweise
als CF-Karte, als PCMCIA-Karte oder als Teil eines Mobiltelefons. Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird mindestens eine der Anwendungseinheiten als separate
Einrichtung implementiert, vorzugsweise als Laptop, als mobiles
Endgerät
oder als PDA. Ein Benutzerendgerät
muss nicht unbedingt eine Modemeinheit umfassen. Statt dessen könnte es
mindestens eine physische Schnittstelle zum Herstellen einer Verbindung
mit einer externen Modemeinheit umfassen.
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Die
Module gemäß Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung können
teilweise oder vollständig
durch geeignete Software realisiert oder unterstützt werden, die auf einer beliebigen
Art von Datenträger
gespeichert oder anderweitig bereitgestellt werden kann und die
in oder durch eine beliebige geeignete Datenverarbeitungseinheit
ausgeführt
werden kann.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Weitere
Aufgaben und viele der einhergehenden Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden durch Bezugnahme auf die folgende ausführliche
Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ohne weiteres
ersichtlich und werden besser verständlich.
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1 zeigt
eine Anwendungseinheit, die Teil eines Benutzergeräts zur Mobilkommunikation
ist, zusammen mit einem Teil einer Modemeinheit;
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2 zeigt
eine Modemeinheit, die Teil eines Benutzergeräts für Mobilkommunikation ist, zusammen
mit einem Teil der Anwendungseinheit von 1;
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3 zeigt
die Protokollschichten, die zum Senden von Daten in einem gemultiplexten
Modus über
die physische Schnittstelle verwendet werden können;
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4 zeigt
die Struktur des zum Flusssteuerinformationstransfer von einem Modem
zu einer Anwendungseinheit gemäß einer
alternativen Ausführungsform
verwendeten Systems;
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5 zeigt
Implementierungsvarianten für den
Anwendungseinheit-Kollektor;
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6 zeigt
ein IP-Paket für
Messungstransfer unter Verwendung einer proprietären Protokollerweiterung; und
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7 zeigt
ein UDP/IP-Paket zum Messungstransfer unter Verwendung einer proprietären Protokollerweiterung.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
DER ERFINDUNG
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1 und 2 zeigen
ein Benutzergerät für Mobilkommunikation,
das eine Anwendungseinheit 1 und eine Modemeinheit 2 umfasst.
Die Anwendungseinheit 1 und die Modemeinheit 2 sind über eine
physische Schnittstelle 3 verbunden. Auf der Anwendungs einheit 1 könnten mehrere
Benutzeranwendungen ablaufen. In dem in 1 gezeigten
Beispiel umfassen die Anwendungen E-Mail 4, einen Web-Browser 5,
DSR (Digital Surveillence Recorder), Push2Talk 6, Video
Conference 7, MMS (Multimedia Messaging Service), IM (Instant
Messaging) usw. Die Anwendungseinheit 1 könnte ferner
Transportprotokollstapel mit Protokollschichten umfassen, wie z.B.
RTP/RTCP (Real Time Transport Protocol, Real Time Transport Control
Protocol), RSVP (Resource Reservation Protocol), WSP (Wireless Session
Protocol), UDP (User Datagram Protocol), UD-PLite TCP (Transmission
Control Protocol), WTCP (Wireless profiled TCP), WAP (Wireless Application
Protocol) usw. Die Transportprotokollstapel transformieren die Nutzdaten
der verschiedenen Anwendungen in Pakete des IP (Internet-Protokoll). Die anwendungsbezogenen
Daten und insbesondere die IP-Pakete werden über die physische Schnittstelle 3 mit
der Modemeinheit 2 ausgetauscht. Die physische Schnittstelle 3 könnte z.B.
gemäß einem
der Standards RS232, USB (Universal Serial Bus), Bluetooth, IrDA
(Infrared Data Association), PCMCIA usw. oder UART (Universal Asynchronous
Receiver – Transmitter)
realisiert werden.
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Die
Modemeinheit 2 wird als separate Einheit implementiert.
Die Modemeinheit 2 ist für das Herstellen und Aufrechterhalten
einer drahtlosen Verbindung mit einem Mobilkommunikationsnetz verantwortlich.
Für diesen
Zweck umfasst die Modemeinheit 2 mindestens einen Übertragungsprotokollstapel 8.
Der Übertragungsprotokollstapel 8 könnte z.B.
ein GPRS/GSM-Stapel, ein GPRS/EDGE-Stapel oder ein Stapel für ein zukünftiges Übertragungsprotokoll wie
etwa UMTS sein. IP-Pakete, die aus der Anwendungseinheit 1 über die
physische Schnittstelle 3 empfangen werden, werden zu dem Übertragungsprotokollstapel 8 transferiert.
Umgekehrt werden über
die drahtlose Verbindung empfangene Daten dem Übertragungsprotokollstapel 8 zugeführt und werden über die
physische Schnittstelle 3 zu der Anwendungseinheit 1 geroutet.
Die Modemeinheit 2 könnte
ferner interne Anwendungen 9 und entsprechende Protokollstapel
umfassen, die dafür
ausgelegt sind, Datenverkehr mit dem Übertragungsprotokollstapel 8 auszutauschen.
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Bei
dem in 1 und 2 gezeigten Aufbau werden die
Anwendungseinheit 1 und die Modemeinheit 2 als
separate Einheiten realisiert. Zum Beispiel könnte die Anwendungseinheit 1 auf
einer ersten CPU (oder einem ersten DSP) ablaufen, wobei ein erstes
Betriebssystem verwendet wird, während die
Modemeinheit 2 auf einer zweiten CPU (oder einem zweiten
DSP) ablaufen könnte,
wobei ein zweites Betriebssystem verwendet wird. Ein solcher Aufbau
könnte
sich zum Beispiel auf einem so genannten Smartphone befinden, wobei
ein eigenes Betriebssystem wie etwa z.B. Symbian auf der Anwendungseinheit
des Smartphone installiert sein könnte. Für die Endbenutzer sehen diese
Einrichtungen genauso wie Mobiltelefoneinrichtungen aus, obwohl
die Anwendungseinheit und die Modemeinheit als separate Einheiten
implementiert sind. Die Anwendungseinheit 1 und die Modemeinheit 2 könnten genauso gut
auf verschiedenen mobilen Endgeräten
implementiert werden. Zum Beispiel könnte eine mobile Einrichtung
wie etwa ein Telefon als Modem für
eine zweite Einrichtung wie etwa z.B. ein Laptop oder ein PDA (persönlichen
digitalen Assistenten) verwendet werden, wobei Anwendungen wie E-Mail,
Web-Browser, VoIP-Client, Video-Anwendungen usw. seitens der zweiten
Einrichtung ausgeführt
werden. Das Mobiltelefon umfasst die Modemeinheit und die zweite Einrichtung
wirkt als Anwendungseinheit. Als Alternative könnte die Modemeinheit 1 ein
eigenes Harwareelement sein, wie etwa eine CF-Karte (Compact Flash),
eine PCMCIA-Karte oder dergleichen.
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Im
folgenden werden die Struktur und Funktionalität eines QoS-Verwaltungssystems für die oben erwähnte Art
von Benutzergeräten
beschrieben. Es muss erwähnt
werden, dass die Erfindung auch verwendet werden kann, wenn zwei
oder mehr Anwendungseinheiten mit einer Modemeinheit verbunden sind.
Weiterhin könnte
die mindestens eine Anwendungseinheit mit zwei oder mehr verschiedenen
Modemeinheiten verbunden sein, die verschiedene Übertragungsstandards unterstützen.
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Die
seitens der Anwendungseinheit 1 ablaufenden Anwendungen
werden von verschiedenen Drittfirmen bereitgestellt. Ein Teil dieser
Anwendungen (zum Beispiel E-Mail 4 und der Web-Browser 5) ist
sich möglicherweise
nicht über
das QoS-Verwaltungssystem bewusst.
-
Andere
Anwendungen, wie DSR, Push2Talk 6, Video Conference 7,
MMS und IM könnten
sich über
das QoS-Verwaltungssystem bewusst sein. Für diese Anwendungen ist der
externe Anwendungs-Manager 10 sichtbar. Die Anwendungen,
die sich über
das QoS-Verwaltungssystem
bewusst sind, registrieren sich (11) bei dem externen Anwendungsmanager 10 und
leiten ihre jeweiligen QoS-Anforderungen
zu dem externen Anwendungsmanager 10 weiter. Die QoS-Anforderungen
der Anwendungen werden gewöhnlich über QoS-Klassen spezifiziert. Im
allgemeinen werden vier grundlegende QoS-Klassen verwendet, die
von dem 3GPP (Partnerschaftsprojekt für die 3. Generation) definiert
worden sind, obwohl auch andere Klassifikationen verwendet werden
könnten.
-
Die Konversationsklasse
-
Verkehr
der Konversationsklasse ist sehr verzögerungsempfindlich, und Transferverzögerung und
Zeitvarianz zwischen Paketen müssen
unter einem bestimmten Wert bleiben, damit die menschli che Wahrnehmung
die Qualität
der Verbindung annimmt. Für
Verkehr der Konversationsklasse ist es höchst wichtig, dass Daten rechtzeitig
abgeliefert werden. Die Bitfehlerrate (BER) des Datenverkehrs ist
nicht so kritisch. Beispiele für
Verkehr der Konversationsklasse wären IP-Telefonie und Video-Telefonie.
In dem Beispiel von 1 gehört Datenverkehr der Anwendung
Video Conference 7 zu der Konversationsklasse.
-
Die Streaming-Klasse
-
Verkehr
der Streaming-Klasse umfasst einseitigen Echtzeitverkehr. Für Verkehr
der Streaming-Klasse ist nicht unbedingt eine niedrige Transferverzögerung erforderlich,
aber die Verzögerungsschwankung
in dem Echtzeit-Datenstrom sollte begrenzt sein. In 1 gehört Datenverkehr
der Anwendung Push2Talk 6 zu der Streaming-Klasse.
-
Die interaktive Klasse
-
Verkehr
dieser Klasse könnte
z.B. aus einer Anwendung stammen, bei der ein Benutzer Daten interaktiv
mit einem Gegenüber
austauscht, bei dem es sich entweder um einen anderen Benutzer oder
ein Computersystem handeln könnte.
Die Antwort auf eine Anforderung wird im allgemeinen innerhalb einer
bestimmten Zeitgrenze erwartet. Obwohl die Transferverzögerung höher als
im Fall von Verkehr der Konversationsklasse sein kann, ist die Gesamtlaufzeit
(RTT) ein Schlüsselparameter.
Verkehr der interaktiven Klasse sollte eine niedrige BER zeigen. Beispiele
für diese
Art von Verkehr wären
Web-Browsing oder Telnet. In dem Beispiel von 1 gehört Datenverkehr
der Anwendung IM zu der interaktiven Klasse.
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Die Hintergrundklasse
-
Für Datenverkehr
der Hintergrundklasse ist niedrige Verzögerung oder kurze Ablieferzeit
kein Problem, aber die Bitfehlerrate (BER) muss niedrig sein. Datenverkehr
dieser Klasse wird gewöhnlich von
einem Computer empfangen. E-Mail-Verkehr ist ein typisches Beispiel
für diese
Art von Verkehr. Folglich gehört
Datenverkehr der Anwendung E-Mail 4 in 1 zu
der Hintergrundklasse.
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Für mindestens
bestimmte der Anwendungen, die sich über das QoS-Verwaltungssystem
bewusst sind, könnten
so genannte Anwendungsoptimierer installiert werden. In 1 umfassen
die Anwendungen DSR, Push2Talk 6, Video Conference 7, MMS
und IM entsprechende Anwendungsoptimierer 12–16.
Wenn eine Anwendung beabsichtigt, Daten zu senden, könnte der
entsprechende Anwendungsoptimierer die Art und Weise der Erzeugung
der Daten auf den Gesamtdatenfluss einstellen, auf die verfügbare Bandbreite,
auf die Eigenschaften der drahtlosen Verbindung usw. Insbesondere
könnten
die Anwendungsoptimierer 12–16 das Timing, die
Verpackung von Daten und die Anzahl der Anwendungsrahmen pro Datenpaket
beeinflussen, wobei die QoS-Profile der Anwendungen berücksichtigt
werden. Während
der Initialisierung registrieren sich die Anwendungsoptimierer 12–16 bei
dem externen Anwendungsmanager 10. Während des Betriebes könnten die
Anwendungsoptimierer 12–16 Steuerinformationen 12 von
der externen Hauptsteuerung 18 empfangen, wobei die Steuerinformationen 17 Steuereinstellungen
für die
Anwendungsoptimierer 12–16 umfassen.
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Als
nächstes
initialisiert der externe Anwendungsmanager 10 (19)
den externen Protokollmanager 20. Der externe Protokollmanager 20 wird über die
auf der Anwendungseinheit 1 ablaufenden Anwendungen, über die
von den Anwendungen verwendeten Trans portprotokolle und über die
jeweiligen QoS-Profile des Datenverkehrs der Anwendungen informiert.
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Für mindestens
einen Teil der Transportprotokollstapel könnten sogenannte Protokolloptimierer installiert
sein. In 1 sind Protokolloptimierer 21–25 gezeigt,
die den Transportprotokollstapeln RTP/RTCP, WSP, USP, USP-Lite und
TCP entsprechen. Der externe Protokollmanager 20 initialisiert (26)
die Protokolloptimierer 21–25 gemäß den QoS-Profilen
der Anwendungen. Jeder der Protokolloptimierer 21–25 ist
dafür verantwortlich,
dynamisch auf die Eigenschaften seines entsprechenden Transportprotokollstapels
zuzugreifen und diese einzustellen. Die Einstellung erfolgt gemäß den entsprechenden
Anwendungs-QoS-Anforderungen
gemäß dem Gesamtdatenfluss
und gemäß gemessenen
oder vorhergesagten Systemparametern.
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Als
nächstes
initialisiert (27) der externe Protokollmanager 20 die
externe Hauptsteuerung 18 und transferiert die Steuerung
der Protokolloptimierer 21–25 zu der externen
Hauptsteuerung 18. Später empfangen
sowohl die Protokolloptimierer 21–25 als auch der externe
Protokollmanager 20 ihre jeweiligen Steuereinstellungen 28 von
der externen Hauptsteuerung 18.
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Während des
Betriebes könnten Änderungen
des Aufbaus des Systems und des von den Anwendungen erzeugten Datenverkehrs
auftreten, und folglich könnte
eine Neuinitialisierung des externen Anwendungsmanagers 10,
der Anwendungsoptimierer 12–16, des externen
Protokollmanagers 20 und/oder der Protokolloptimierer 21-25 notwendig werden.
Die Neuinitialisierungen können
entweder durch die Anwendungen selbst oder durch die externe Hauptsteuerung 18 veranlasst
werden.
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Die
Anwendungseinheit 1 und die Modemeinheit 2 kommunizieren über die
physische Schnittstelle 3. Zusätzlich zu Aufwärtsstrecken-
und Abwärtsstrecken-Datenverkehr
in bezug auf verschiedene Anwendungen werden außerdem Flusssteuerinformationen
zwischen der Anwendungseinheit 1 und der Modemeinheit 2 übertragen.
Die Flusssteuerinformationen könnten
z.B. gemessene Parameter, die den tatsächlichen Systemzustand angeben,
Prädiktionen,
die einen zukünftigen
Systemzustand angeben und Informationen in bezug auf die Konfiguration
des Systems umfassen. Die Flusssteuerinformationen könnten auch
Steuereinstellungen für
Entitäten
auf der Anwendungseinheit 1 und auf der Modemeinheit 2 umfassen.
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Die über die
physische Schnittstelle 3 übertragenen verschiedenen Datenströme sollten
separat und gemäß ihren
jeweiligen Prioritäten
gehandhabt werden. Auf der Anwendungseinheit 1 und auf
der Modemeinheit 2 werden mehrere virtuelle Schnittstellen 29–32 und 33–36 vorgesehen
und die virtuellen Schnittstellen können zum Aufbauen eines oder mehrerer
virtueller Kanäle
zwischen der Anwendungseinheit 1 und der Modemeinheit 2 verwendet werden.
Gemäß einer
ersten Ausführungsform
wird jeder der virtuellen Schnittstellen dergestalt eine entsprechende
physische Schnittstelle zugewiesen, dass eine eindeutige Entsprechung
zwischen den virtuellen Schnittstellen und den physischen Schnittstellen
hergestellt wird. Wenn nur eine physische Schnittstelle verfügbar ist
oder wenn weniger physische Schnittstellen als virtuelle Schnittstellen
verfügbar
sind, können
die Datenströme
als Alternative in einem gemultiplexten Modus übertragen werden. Bei dieser
Ausführungsform
wird sowohl auf der Anwendungseinheit 1 als auch auf der
Modemeinheit 2 ein Multiplex-Protokoll 37 implementiert.
Das Multiplex-Protokoll 37 ist dafür ausgelegt, mehrere separate
virtuelle Schnittstellen bereitzustellen. Das Multiplex-Protokoll 37 ermöglicht ein paralleles
Senden mehrerer Datenströme über verschiedene
virtuelle Kanäle,
wobei den Datenströmen
zugewiesene Prioritäten
berücksichtigt
werden. Folglich kann die Übertragung
von Verkehr mit niedrigerer Priorität von Verkehr mit höherer Priorität unterbrochen
werden. Das Multiplexen wird durch eine MUX-Steuerung 38 auf der Anwendungseinheit 1 und
durch eine MUX-Steuerung 39 auf
der Modemeinheit 2 gesteuert. Die MUX-Steuerungen 38, 39 sind
für das
Aufbauen und Abbauen virtueller Kanäle zwischen den virtuellen Schnittstellen
verantwortlich.
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Zum
Senden von Daten über
die physische Schnittstelle 3 in einen Multiplex-Modus
könnte
zusammen mit bestimmten Erweiterungen die PPP-Suite (Punkt-zu-Punkt-Protokoll)
verwendet werden. Die Erweiterungen ermöglichen virtuelle serielle
Leitungen und Verkehrspriorisierung. Eine ausführliche Beschreibung der PPP-Protokollsuite findet sich
in der Schrift IETF RFC 1661.
-
Als
Alternative kann die PPP-Protokollsuite ohne die erwähnten Erweiterungen
mit einem der durch das ETSI (europäisches Telekommunikationsnormeninstitut)
definierten Multiplexprotokolle kombiniert werden. Technische Spezifikationen
der Multiplexprotokolle finden sich in ETSI, 3GPP TS 07.0 10 und
27.0 10. Gemäß einer
dritten Alternative könnten die
Anwendungseinheit 1 und die Modemeinheit 2 durch
eine IP-Verbindung verbunden werden.
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Im
folgenden wird die Initialisierung der Schnittstelleneinrichtung
beschrieben. Die externe Hauptsteuerung 18 adressiert die
MUX-Steuerung 38 und teilt eine virtuelle Schnittstelle
zur Herstellung einer schnellen QoSM-Verbindung zwischen der Anwendungseinheit 1 und
der Modemeinheit 2 zu. Als nächstes initialisiert (40)
die externe Hauptsteuerung 18 den Comm-Handler 41 und
die schnelle QoSM-Verbindung 42. Der Comm-Handler 41 ist
für die
Abwicklung der Kommunikation zwischen Entitäten des QoS-Verwaltungssystems,
die sich auf der Anwendungseinheit 1 befinden, und Entitäten, die sich
auf der Modemeinheit 2 befinden, verantwortlich. Im Fall
von Stau muss der Comm-Handler 41 über die Prioritäten der
verschiedenen Datenströme entscheiden.
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Die
schnelle QoSM-Verbindung 42 ist ein schneller Kommunikationskanal,
der für
das Übertragen
von Flusssteuerinformationen zwischen der Anwendungseinheit 1 und
der Modemeinheit 2 ausgelegt ist. Die schnelle QoSM-Verbindung 42 wird
permanent auf einem Kanal der Schnittstelle aufgebaut. Flusssteuerinformationen,
insbesondere gemessene Daten, Steuereinstellungen und Prädiktionen,
müssen
mit niedriger Verzögerung übertragen
werden. Aus diesem Grund wird der schnellen QoSM-Verbindung 42 eine
der höchsten
verfügbaren
Prioritäten zugewiesen.
-
Als
nächstes
gibt der Comm-Handler 41 der Anwendungseinheit Befehle
zum Herauffahren einer Hauptsteuerung 43 und eines Comm-Handlers 44 seitens
der Modemeinheit 2 aus. Die Befehle werden über die
schnelle QoSM-Verbindung 42 zu der Modemeinheit 2 gesendet.
Dort werden die Befehle durch einen AT-Befehlsinterpreter 45 detektiert
und interpretiert. Gemäß den Befehlen
wird die Hauptsteuerung 43 initialisiert (46).
Dann initialisiert (47) die Hauptsteuerung 43 den
Comm-Handler 44 der Modemeinheit. Zwischen dem Comm-Handler 41 der Anwendungseinheit
und dem Comm-Handler 44 der Modemeinheit wird eine Verbindung
hergestellt. Sobald diese Verbindung verfügbar ist, informiert der Comm-Handler 41 die
externe Hauptsteuerung 18.
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Die
externe Hauptsteuerung 18 kann nun Flusssteuerinformationen über die
Datenstrecke 48 zu dem Comm-Handler 41 weiterleiten.
Von dem Comm-Handler 41 aus werden die Flusssteuerinformationen über die
schnelle QoSM-Verbindung 42 zu dem Comm-Handler 44 gesendet.
Der Comm-Handler 44 leitet die Flusssteuerinformationen über die Datenstrecke 49 zu
der Hauptsteuerung 43 weiter. In der entgegengesetzten
Richtung kann die Hauptsteuerung 43 Flusssteuerinformationen über die
Datenstrecke 49, die schnelle QoSM-Verbindung 42 und
die Datenstrecke 48 zu der externen Hauptsteuerung 18 senden.
Die externe Hauptsteuerung 18 und die Hauptsteuerung 43 können nun
alle Arten von Flusssteuerinformationen austauschen, darunter QoS-Profile,
gemessene Parameter, Statistiken, Prädiktionen, Steuereinstellungen
usw.
-
Zuerst
wird die Hauptsteuerung 43 als Primärsteuerung installiert, die
die externe Hauptsteuerung 18 steuert. Die externe Hauptsteuerung 18 wirkt als
Sekundärsteuerung
(Slawe). Die externe Hauptsteuerung und die Hauptsteuerung 43 tauschen
Informationen über
ihre jeweiligen Fähigkeiten
und über
die Konfiguration der Anwendungseinheit 1 und der Modemeinheit 2 aus.
Dann muss die Hauptsteuerung 43 entscheiden, ob es günstig ist,
die Primärsteuerung
des QoS-Verwaltungssystems an die externe Hauptsteuerung 18 abzugeben
oder nicht. Die CPU der Anwendungseinheit 1 könnte im
Hinblick auf Verarbeitungsleistung und Speicher viel mehr Betriebsmittel
aufweisen und die CPU der Modemeinheit würde von bestimmten ihrer Aufgaben
entlastet. Wenn jedoch zwei oder mehr Anwendungseinheiten mit der
Modemeinheit verbunden sind, wirkt die Hauptsteuerung 43 höchstwahrscheinlich
weiter als Primärsteuerung
und steuert die Aufgaben der externen Hauptsteuerungen.
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Die
primäre
Hauptsteuerung ist für
das Aufbauen des gesamten QoS-Verwaltungssystems verantwortlich.
Sie muss entscheiden, wie die erforderlichen Funktionalitäten an die
Entitäten
des verteilten QoS-Verwaltungssystems zu verteilen sind. Dann werden
die jeweiligen Entitäten
entsprechend initialisiert. Zum Beispiel muss die primäre Hauptsteuerung entscheiden,
ob ein Zustandsprädiktor
auf der Anwendungseinheit 1, auf der Modem einheit 2 oder
auf beiden Einheiten initialisiert werden soll. Die Zustandsprädiktoren
könnten
komplexe Algorithmen zum Ableiten der jeweiligen Prädiktionen
verwenden und folglich verlangen die Zustandsprädiktoren viel Rechenleistung.
Aus diesem Grund wäre
es vorteilhaft, wenn die Modemeinheit 2 einen Teil der
Berechnungen einem auf der Anwendungseinheit 1 ablaufenden
externen Zustandsprädiktor überlässt.
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Bei
dem Aufbau von 1 und 2 umfasst
die Modemeinheit 2 einen Zustandsprädiktor 50 und die
Anwendungseinheit 1 einen externen Zustandsprädiktor 51.
Der Zustandsprädiktor 50 auf
der Modemeinheit 2 wird durch die Hauptsteuerung 43 initialisiert
(52).
-
Der
Zustandsprädiktor 50 empfängt (53)
gemessene Daten und Systemparameter. Die Prädiktionen des Zustandsprädiktors 50 werden
aus gemessenen Daten und Systemparametern abgeleitet, die den tatsächlichen
Zustand des Systems angeben. Der Zustandsprädiktor 50 umfasst
eine Vielzahl verschiedener Zustandsprädiktormodule. Zum Beispiel könnte der
Zustandsprädiktor 50 folgendes
umfassen: ein Zustandsprädiktormodul 54,
das für
die Vorhersage von Einweg-Verzögerung,
Gesamtlaufzeit (RTT) und Durchsatz ausgelegt ist, ein Zustandsprädiktormodul 54,
das für
die Vorhersage des Codierungsschemas und der BER (Bitfehlerrate)
ausgelegt ist, und ein Zustandsprädiktormodul 56, das
für die Vorhersage
von Zellenneuauswahlen ausgelegt ist. Während einer Zellenneuauswahl
wird die Datenübertragung
für einen
Zeitraum in der Größenordnung von
Sekunden unterbrochen, und deshalb sollte die Hauptsteuerung 43 über Zellenneuauswahlen
informiert werden. Die Prädiktionen
des Zustandsprädiktors 50 werden
der Hauptsteuerung 43 zugeführt (57). Ähnlich wird
der externe Zustandsprädiktor 51 durch
die externe Hauptsteuerung 18 initialisiert (58). Der
externe Zustandsprädiktor 51 empfängt (59) gemessene
Daten und Systemparameter. Er umfasst Zustandsprädiktormodule 60, 61 und 62,
die dafür ausgelegt
sind, vielfältige
verschiedene Prädiktionen abzuleiten.
Die Prädiktionen
werden der externen Hauptsteuerung 18 zugeführt (63).
-
Ferner
initialisiert (64) die externe Hauptsteuerung 18 einen
externen QoS-Paketprozessor 65. Der externe QoS-Paketprozessor 65 ist
für das Erkennen
und Verfolgen verschiedener Arten von Datenverkehr zwischen den
Transportprotokollstapeln und der Schnittstelleneinrichtung verantwortlich. Zu
diesem Zweck überwacht
er sowohl den Aufwärtsstrecken-
als auch den Abwärtsstreckenverkehr.
Der externe QoS-Paketprozessor 65 erkennt die Bandbreiten
und die QoS-Profile der verschiedenen Arten von Datenverkehr.
-
Auf
der Anwendungseinheit 1 könnten Anwendungen existieren,
die sich nicht über
das QoS-Verwaltungssystem bewusst sind. Zum Beispiel könnten die
Anwendungen E-Mail 4 und Web-Browser 5 von 1 zu
der Gruppe von Anwendungen gehören,
die sich nicht über
das QoS-Verwaltungssystem bewusst sind. Wenn eine der Anwendungen beginnt,
Datenverkehr zu senden, erkennt der externe QoS-Paketprozessor 65 diese
neue Art von Datenverkehr. Immer dann, wenn eine neue Art von Datenverkehr
erkannt wird, identifiziert der externe QoS-Paketprozessor 65 diesen
Verkehr, die Bandbreite und das QoS-Profil des Verkehrs und identifiziert
die Anwendung, die den Verkehr erzeugt hat. Zusätzlich kann der externe QoS-Paketprozessor 65 den
Fluss von Datenpaketen modifizieren. Zu diesem Zweck kann der externe
QoS-Paketprozessor 65 IP-Pakete bestimmter Datenströme zurückhalten
und puffern, wobei Datenpakete von geringer Bedeutung sogar verworfen
werden können.
Der externe QoS-Paketprozessor 65 empfängt Steuereinstellungen 66 von
der externen Hauptsteuerung 18, die angeben, wie die Filter
und Puffer einzurichten sind.
-
Ferner
initialisiert (67) die externe Hauptsteuerung 18 einen
externen Kollektor 68 auf der Anwendungseinheit 1.
Der externe Kollektor 68 ist für das Sammeln von Informationen
von verschiedenen Entitäten
der Anwendungseinheit 1 verantwortlich. Zum Beispiel empfängt (69)
der externe Kollektor 68 Informationen, darunter die Arten
von Verkehr, die aktuelle Bandbreite pro Verkehrstyp, die maximalen Puffergrößen, derzeitige
Füllstände verschiedener Puffer
usw. von dem externen QoS-Paketprozessor 65.
Weiterhin könnte
der externe Kollektor 68 Rückmeldeinformationen 70 von
den Transportprotokollstapeln, z.B. von dem RTP/RTCP-Protokollstapel, empfangen.
Der externe Kollektor 68 führt die gesammelten Informationen
dem externen Zustandsprädiktor 51 und
der externen Hauptsteuerung 18 zu (59, 71). Ähnlich könnte die
Modemeinheit 2 einen Kollektor 72 umfassen, der
für das
Sammeln von Informationen von den Entitäten der Modemeinheit 2 verantwortlich
ist.
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Zusätzlich zu
den auf der Anwendungseinheit 1 ablaufenden Anwendungen
könnten
interne Anwendungen 9 und die entsprechenden Protokolle auf
der Modemeinheit 2 installiert sein. Die internen Anwendungen
und Protokolle, die in 2 angegeben sind, könnten zusätzlich folgendes
umfassen: einen Anwendungsmanager, einen Protokollmanager, Anwendungsoptimierer
und/oder Protokolloptimierer. Die Entitäten sind Teil des QoS-Verwaltungssystems. Sie
werden durch die Hauptsteuerung 43 initialisiert (73)
und empfangen Steuereinstellungen 74 von der Hauptsteuerung 43.
-
Neben
dem externen QoS-Prozessor 65 auf der Anwendungseinheit 1 könnte die
Modemeinheit 2 auch einen QoS-Paketprozessor 75 umfassen,
der durch die Hauptsteuerung 43 initialisiert (76)
wird. Der QoS-Paketprozessor 75 überwacht den Aufwärtsstrecken- und Abwärtsstrecken-Verkehr.
Darüber
hinaus könnte
er den ihn durchlaufenden Datenverkehr modifizieren. Datenpakete
könnten
gepuffert werden, bevor sie zu dem Übertragungsprotokollstapel 8 weitergeleitet
werden, oder könnten
sogar verworfen werden.
-
Insbesondere
erkennt und analysiert der QoS-Paketprozessor 75 Datenverkehr,
der aus den internen Anwendungen 9 entsteht. Informationen über verschiedene
Arten von Datenverkehr und ihre jeweiligen Bandbreiten werden zu
dem Kollektor 72 weitergeleitet (77). Die primäre Hauptsteuerung,
z.B. die Hauptsteuerung 43, verarbeitet die von dem externen
QoS-Paketprozessor 65 und durch den QoS-Paketprozessor 65 bereitgestellten
Informationen. Auf der Basis dieser Informationen entscheidet die
primäre
Hauptsteuerung, ob die Gesamt-QoS verbessert werden kann, indem
ein anderer PDP-Kontext, ein PDP-Subkontext oder eine neue Filterliste
für den
GGSN (Gateway-GPRS-Unterstützungsknoten)
eingerichtet wird. PDP-Kontexte und PDP-Subkontexte erlauben die
Definition der Übertragungseigenschaften
für eine
bestimmte Art von Datenverkehr. Die primäre Hauptsteuerung könnte die
Mobilitäts-/Funkbetriebsmittelverwaltung 79 anweisen
(78), einen PDP-Kontext
oder einen PDP-Subkontext einzurichten oder zu modifizieren. Die
Parameter der PDP-Kontexte und PDP-Subkontexte werden gemäß den QoS-Anforderungen
des jeweiligen Verkehrs gewählt.
Wenn der jeweilige PDP-Kontext oder PDP-Subkontext aktiviert wurde, weist
die primäre
Hauptsteuerung den QoS-Paketprozessor 75 an
(80), diesen PDP-Kontext oder PDP-Subkontext für die weitere Übertragung
bestimmter Arten von Datenverkehr zu verwenden.
-
Der Übertragungsprotokollstapel 8 könnte z.B.
ein GPRS/GSM-Stapel,
ein GPRS/EDGE-Stapel, ein UMTS-Stapel oder ein Hiper-Lan-Stapel oder ein
WLAN-Stapel sein. In der Zukunft könnten andere Übertragungsprotokollstapel
verwendet werden, die zu künftige Übertragungsprotokolle
betreffen. Im Fall eines GPRS/GSM- oder eines GPRS/EDGE-Stapels ist
die oberste Schicht des Stapels eine Schicht des SNDCP (Subnetz-abhängiges Konvergenzprotokoll). Im
Fall eines UMTS-Stapels ist die oberste Schicht eine Schicht des
PDCP (Paketdaten-Konvergenzprotokolls).
Die nachfolgende Schicht, die LLC (logische Streckensteuerung) ist
für die
Segmentierung der IP-Pakete in für Übertragung
geeignete Datenblöcke verantwortlich.
Für diesen
Zweck umfasst die LLC einen LLC-Puffer 81. Die Datenblöcke werden
zu einer Schicht der RLC (Funkstreckensteuerung), die einen RLC-Puffer 82 umfasst,
weitergeleitet. Die Datenblöcke
werden der physischen Schicht L1 zugeführt, die die niedrigste Schicht
des Übertragungsprotokollstapels 8 ist.
Die Hauptsteuerung 43 kann einen LLC-Manager 84 initialisieren
(83) der Teil des QoS-Verwaltungssystems ist. Der LLC-Manager 84 kann
verschiedene Parameter der LLC setzen, LLC-Blöcke löschen oder LLC-Blöcke umordnen. Ähnlich kann
die Hauptsteuerung 43 einen RLC-Manager 86, der
für das
Zugreifen auf die Einstellungen der RLC und für das Modifizieren der RLC-Datenblöcke ausgelegt
ist, initialisieren (85).
-
Die
Steuereinstellungen des Übertragungsprotokollstapels 8 können durch
einen Stapelmanager 88, der durch die Hauptsteuerung 43 initialisiert (89)
und gesteuert (90) wird, dynamisch angepaßt (87)
werden. Es bestehen vielfältige
Möglichkeiten, wie
der Stapelmanager 88 dies erreichen kann: Der Stapelmanager 88 kann
z.B. die Mobilitäts-/Funkbetriebsmittelverwaltung 79 so
beeinflussen (91), dass eine Zellenneuauswahl entweder
eingeleitet oder verzögert
wird. Ferner könnte
er den RLC-Puffer 82 zurücksetzen und/oder gewählte PDU
(Protokolldateneinheiten) in dem RLC-Puffer 82 löschen. Außerdem könnte der
Stapelmanager 88 bei der Administration von PDP-Kontexten
und PDP-Subkontexten beteiligt sein. Ferner könnte der Stapelmanager 88 beim
Ein richten der Filterregeln des GGSN gemäß den QoS-Anforderungen des
jeweiligen Verkehrs beteiligt sein. Durch Setzen des RLC-Modus könnte der Stapelmanager 88 spezifizieren,
ob ein bestätigter oder
ein unbestätigter
Modus für
die Datenübertragung
verwendet werden soll, und wie die Ablieferung defekter RLC-Blöcke gehandhabt
werden soll.
-
Die
Mobilitäts-/Funkbetriebsmittelverwaltung 79 ist
für die
Mobilitätsverwaltung,
für Autorisierung und
für das
Herstellen und Beenden einer drahtlosen Verbindung verantwortlich.
Außerdem
ist sie für
die Ausführung
von Zellenneuauswahlen, d.h. zum Umschalten von einer Basisstation
zu einer angrenzenden Basisstation, verantwortlich. Die Mobilitäts-/Funkbetriebsmittelverwaltung
wird angewiesen, PDP-Kontexte und PDP-Subkontexte mit geeigneten Attributen
für alle
Arten von Datenverkehr sowie Filterlisten für den GGSN einzurichten.
-
Nachdem
der Kollektor 72 seitens der Modemeinheit 2 initialisiert
(92) wurde, beginnt er mit dem Sammeln von Informationen
von verschiedenen Entitäten
auf der Modemeinheit 2. Zum Beispiel könnten aus der physischen Schicht
L1 Informationen in bezug auf die Signalleistung und die verfügbare Bandbreite
der drahtlosen Verbindung erhalten (93) werden. Der Kollektor 72 könnte ferner
Informationen von der RLC (94), der LLC (95),
von dem SNDCP/PDCP (96), von dem QoS-Paketprozessor 75 (77)
und von den internen Anwendungen 9 (97) sammeln.
Die gesammelten Daten werden dem Zustandsprädiktor 50 sowie der
Hauptsteuerung 43 zugeführt
(53, 98). Zwischen dem externen Kollektor 68 der
Anwendungseinheit und dem Kollektor 72 der Modemeinheit
könnte
eine direkte Kommunikation hergestellt werden und gesammelte Daten
könnten über die
schnelle QoSM-Verbindung 42 ausgetauscht werden.
-
Während des
Betriebs empfängt
die jeweilige Primärsteuerung
Flussparameter von dem externen Kollektor 68 der Anwendungseinheit
und von dem Kollektor 72 der Modemeinheit. Ferner werden der
jeweiligen Primärsteuerung
Prädiktionen
aus dem Zustandsprädiktor 50 und
aus dem externen Zustandsprädiktor 51 zugeführt. Die
Primärsteuerung ist
für das
Treffen von Entscheidungen verantwortlich und für das Bestimmen der Steuereinstellungen
für das
gesamte System gemäß vordefinierten
Strategien. Das Ziel besteht darin, die Steuereinstellungen reibungslos
an die Anforderungen der verschiedenen Datenströme anzupassen. Falls die externe
Hauptsteuerung 18 als die Primärsteuerung ausgewählt wird,
werden durch den Kollektor 72 und den Zustandsprädiktor 50 bereitgestellte
Flussparameter und Prädiktionen über die
schnelle QoSM-Verbindung 42 und die Datenstrecke 48 zu
der externen Hauptsteuerung 18 gesendet. Für die Modemeinheit 2 bestimmte
Steuereinstellungen werden über
die Datenstrecke 48 und die schnelle QoSM-Verbindung 42 zu
den Entitäten
auf der Modemeinheit 2 gesendet. Die Hauptsteuerung 43,
die als Sekundärsteuerung
wirkt, könnte
für das
verteilen der Steuereinstellungen auf der Modemeinheit 2 verantwortlich
sein.
-
Falls
die Hauptsteuerung 43 als die Primärsteuerung ausgewählt wird,
werden Flussparameter und Prädiktionen,
die durch den externen Kollektor 68 und den externen Zustandsprädiktor 51 bereitgestellt
werden, über
die schnelle QoSM-Verbindung 42 und die Datenstrecke 49 zu
der Hauptsteuerung 43 gesendet. Steuereinstellungen für die Anwendungseinheit 1 werden über die
Datenstrecke 49 und die schnelle QoSM-Verbindung 42 zu
den Entitäten
auf der Anwendungseinheit 1 gesendet. In diesem Fall wirkt
die externe Hauptsteuerung 18 als Slave der Hauptsteuerung 43.
Die externe Hauptsteuerung 18 könnte für das Verteilen der Steuereinstellungen
auf der Anwendungseinheit 1 verantwortlich sein.
-
Es
muss erwähnt
werden, dass das QoS-Verwaltungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung
nicht jedes einzelne der in 1 und 2 gezeigten
Module umfassen muss. Ein QoS-Verwaltungssystem
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung könnte
genauso gut eine Teilmenge der oben erwähnten Module umfassen.
-
3 zeigt
die Schichten des Transportprotokollstapels zusammen mit den Schichten
eines Multiplex-Protokolls, das zum Senden von Daten über die
physische Schnittstelle 3 verwendet wird. Zum Beispiel
könnten
Benutzerdaten 99, die Teil eines Echtzeit-Datenverkehrs
sind, auf der Anwendungseinheit 1 erzeugt werden. Es wird
ein Kopfteil 100 für
Nutzinformationen zu den Benutzerdaten 99 hinzugefügt und die
erhaltenen Nutzinformationen 101 werden zu einem entsprechenden
Transportprotokollstapel 102 weitergeleitet. In 3 umfasst
der Transportprotokollstapel 102 Protokollschichten für RTP, UDP
und IP. Der Transportprotokollstapel 102 führt der
Schnittstelleneinrichtung IP-Pakete zu. Zum Aufbauen einer Verbindung
zwischen der Anwendungseinheit 1 und der Modemeinheit 2 könnten Protokolle
der PPP-Protokollsuite auf beiden Einheiten verwendet (103, 104)
werden. Als Alternative oder zusätzlich
könnten
durch einen Comm-Handler 105 auf der Anwendungseinheit 1 und
durch einen Comm-Handler 106 auf der Modemeinheit 2 bereitgestellte
Dienste verwendet werden.
-
Um
die Übertragung
mehrerer Datenströme über die
physische Schnittstelle 3 zu erlauben, wird auf der Anwendungseinheit 1 und
auf der Modemeinheit 2 ein Multiplex-Protokoll implementiert.
Zum Beispiel könnte
ein Multiplex-Protokoll gemäß einem
der Standards 3GPP 27.0, 10 oder 7.0 10 verwendet werden. Auf der
Anwendungseinheit 1 stellt das Multiplex-Protokoll 107 eine Menge
virtueller Schnittstellen 108, 109 bereit. Folglich
werden die virtuellen Schnittstellen 111, 112 durch
das Multiplex-Protokoll 110 auf
der Modemeinheit 2 bereitgestellt. Die virtuellen Schnittstellen
können
zum Aufbauen virtueller Kanäle
zwischen der Anwendungseinheit 1 und der Modemeinheit 2 verwendet
werden. Dann können IP-Pakete
von der Anwendungseinheit 1 zu der Modemeinheit 2 und
umgekehrt über
die physische Schicht 113 übertragen werden. Zusätzlich zu
Benutzerdaten könnten über die
physische Schicht 113 zwischen dem Comm-Handlern 105 und 106 Benutzerdaten,
Nachrichten und Befehle übertragen
werden. Der AT-Befehls-Interpreter 114 dient zum Aufbauen
und Modifizieren der virtuellen Schnittstellen.
-
Alternative Ausführungsform
-
4 zeigt
eine alternative Struktur und die entsprechenden Komponenten, die
für den
Transfer der Messungen, d.h. Flusssteuerdaten, von der Modem- zu
der Anwendungseinheit verwendet werden. Es wurden die üblichen
Abkürzungen
für Protokollstapel
für das
OSI-Referenzmodell verwendet. L1 bedeutet z.B. Schicht 1 oder physische
Schicht. Die Modifikationen an dem üblichen Modell werden im folgenden
erläutert.
Insbesondere werden die folgenden Komponenten benutzt und gezeigt:
-
Sub-Kollektor:
-
Der
Sub-Kollektor befindet sich im Modem. Er sammelt alle Messungen
und Parameter aus dem (drahtlosen) Stapel, die von der Hauptsteuerung (oder
der Entscheidungsvorrichtung) angefordert werden, so lange sie durch
den Stapel unterstützt werden.
Er baut das IP-Paket auf, indem die Messungen und Parameter zu der
Anwendungseinheit transportiert werden.
-
Absender:
-
Der
Absender befindet sich auch im Modem. Er ist für das Senden der IP-Pakete
(die die Messungen enthalten) zu der Anwendungseinheit verantwortlich.
Dieser Mechanismus wird nachfolgend ausführlicher beschrieben.
-
Medien-Erfassung:
-
Die
Medien-Erfassung ist für
das Erkennen verantwortlich, welche Modemeinheit gerade mit der Anwendungseinheit
verbunden ist, ob dieses Modem im Moment benutzbar ist und welche
Parameter durch das Modem unterstützt werden.
-
Zustandsprädiktor:
-
Der
Zustandsprädiktor
ist dazu fähig,
die zukünftige
Entwicklung von netzwerkbezogenen Parametern vorherzusagen. Die
Prädiktionen
basieren auf Messungen aus den (drahtlosen) Stapeln. Der SP erhält die Messungen
von dem AU-Kollektor.
-
Hauptsteuerung/Entscheidungsvorrichtung:
-
Die
Hauptsteuerung (Entscheidungsvorrichtung) ist für das Treffen von Entscheidungen
verantwortlich. Auf der Basis der (aus dem AU-Kollektor bereitgestellten)
Messungen aus den drahtlosen Stapeln, der (durch den SP bereitgestellten)
Prädiktionen
und des (durch die Medien-Erfassung bereitgestellten) Status des
Modems entscheidet sie, welche Strategien, Anpassungen und Paketflussoptimierungen
in diesem Moment durchgeführt
werden sollten.
-
AU-Kollektor:
-
Der
AU-Kollektor (Anwendungseinheit-Kollektor) ruft die IP-Pakete aus dem Paketfluss
ab und extrahiert die Messungen. Außerdem baut er die IP-Pakete
auf, die zum Anfordern von Messungen von den Modems benutzt werden
(siehe unten).
-
Abhängig von
den Merkmalen des IP-Stapels (insbesondere ob ein RAW-IP-Socket
existiert oder nicht) sind drei verschiedene Implementierungsvarianten
möglich
(siehe 5).
-
Variante A:
-
Der
QoS-Paketprozessor wird implementiert. In diesem Fall werden die
Messungen in einem IP-Paket mit einer proprietären Transportprotokollerweiterung
transportiert. Alle IP-Pakete müssen
das QoS-PP durchlaufen und können
deshalb leicht die Messungspakete an den AU-Kollektor geben und
die AU-Kollektorpakete
in den Paketfluss zu dem Modem einsetzen.
-
Ein
Beispiel für
die proprietäre
Transportprotokollerweiterung wird nachfolgend gegeben. 6 zeigt
ein IP-Paket, das die proprietäre
Transportprotokollerweiterung verwendet, wobei übliche Abkürzungen für IP-Pakete verwendet werden.
-
Das
Paket enthält
einen Standardkopfteil des IP (Version 4). In dem Protokollfeld
wird "254" verwendet (offen
für experimentelle
Verwendung).
-
Die
ersten 4 Bit der Erweiterung sind für eine Protokollnummer mit
der Bezeichnung "fgProt" reserviert. Der
Mechanismus kann auch zum Transport anderer Informationselemente
verwendet werden. Der Messungstransport hat die Protokollnummer
1 (bitcodiert).
-
Die
zweiten 4 Bit sind für
die Protokollversion reserviert. Jedes Protokoll kann Änderungen
in der Zukunft benötigen.
Im Moment besitzt das Messungsprotokoll Version 1 (bitcodiert).
-
Die
Nutzinformationen können
mehrere Messungsblöcke
enthalten. Die ersten 8 Bit aller Blöcke zeigen die Art der Messung,
die zweiten 8 Bit zeigen die Länge
dieses Messungsblocks, gefolgt durch die Messungen selbst. Jede
Messung besitzt ihre eigene Struktur.
-
Ein Beispiel:
-
Für GPRS-Zellenneuauswahl-Prädiktionen werden
die Signalstärken
der versorgenden Zelle und der Nachbarzellen transferiert. Die Messungen werden
in einem bestimmten Zeitintervall genommen. Die Messungszeichenkette
wird das folgende Format aufweisen (ohne die Zwischenräume, Zwischenräume sind
nur als Hilfe für
das Auge vorgesehen):
"S
71 72 N 71 72 57 86 73 87 78 89"
-
Dies
bedeutet:
Versorgende Zelle: C1 ARFCN 71 Signalstärke –72 dbm
Versorgende
Zelle: C2 ARFCN 71 Signalstärke –72 dbm
Nachbarzelle:
02 ARFCN 57 Signalstärke –86 dbm
Nachbarzelle:
02 ARFCN 73 Signalstärke –87 dbm
Nachbarzelle:
02 ARFCN 78 Signalstärke –89 dbm
-
C1
und C2 sind die in der GSM/GPRS-Spezifikation spezifizierten Signalstärken. ARFCN
ist die ID-Nummer der Zelle.
-
Die
Art dieser Messung wird in einer Liste spezifiziert.
-
Wieder
mit Bezug auf die Figur, in der die proprietäre Erweiterung gezeigt ist,
werden die folgenden Felder die folgenden Attribute aufweisen:
FgProt:
1 (bitcodiert)
Vers: 1 (bitcodiert)
Art der Messung: 6
(in Bit codiert, d.h. 256 verschiedene Messungen möglich)
Länge der
Messung: 22 (Messungszeichenkette benötigt 22 Byte (siehe unten),
codiert auf Bit, maximale Länge
256 Byte)
Messung: S7172N7172578673877889 (hex-codiert, jedes
Vorzeichen benötigt
ein Byte)
-
Variante B:
-
Das
QoS-PP ist nicht implementiert. Der IP-Stapel stellt kein RAW-IP-Socket
und keine Schnittstelle bereit. In diesem Fall dient das UDP-Protokol
als Transportprotokoll für
die Messungen. Ein spezieller (gewöhnlich unbenutzter) Port wird
geöffnet
und von dem AU-Kollektor benutzt. Der AU-Kollektor wirkt wie eine
unabhängige
Anwendung. Messungen und Anforderungen werden als ein proprietäres Format
in einem UDP/IP-Paket verpackt.
-
Ein
Beispiel für
das proprietäre
Format in einem UDP/IP-Paket wird nachfolgend angegeben. 7 zeigt
ein UDP/IP-Paket für
Messungstransfer.
-
7 zeigt
einen Standardkopfteil des IP (Version 4) und einen Standard-UDP-Kopfteil.
Die Prüfsumme
wird nicht benutzt (Null). Quellen- und Zielport werden auf dem
niedrigsten ver fügbaren Port
des folgenden (nicht zugewiesenen) Bereichs gesetzt: 43191–44320.
-
Die
proprietäre
Erweiterung für
den Transport der Messungen entspricht der mit Variante A erläuterten.
-
Variante C:
-
Das
QoS-PP wird nicht implementiert. Der IP-Stapel stellt einen direkten
oder RAW-IP-Socket als Schnittstelle bereit. In diesem Fall wird
dieselbe Einkapselung wie in Variante A verwendet. Das proprietäre Transportprotokoll
verbindet direkt mit der IP-Schicht. ähnlich könnte TCP-Socket
(nicht gezeigt) als Schnittstelle verwendet werden.
-
Messungsanforderung und Messungstransport
-
Die
Messungsanforderungen werden von dem AU-Kollektor zu dem Absender
in dem Modem gesendet. Messungen werden von dem Absender in dem
Modem zu dem AU-Kollektor gesendet. In beiden Fällen wird derselbe Mechanismus
verwendet. Die Messungsanforderung und die Messungen werden in ein
IP-Paket mit einem proprietären
Transportprotokoll (AU-Kollektorimplementierung, Varianten A und
C, siehe oben) oder als proprietäre
Nutzinformationen in einem UDP/IP-Paket mit einem speziellen Quellen-
und Zielport (AU-Kollektorimplementierung B, siehe oben) eingekapselt.
Es müssen
zwei Fälle unterschieden
werden:
- 1. Es wird eine aktive PPP-Verbindung
zwischen der Anwendungseinheit und dem Modem hergestellt (das heißt, das
Modem wird benutzt und eine IP-Verbindung mit dem Netzwerk existiert).
oder - 2. Das Modem befindet sich im Leerlaufmodus. Es
ist keine PPP-Verbindung aktiv und keine IP-Verbindung zu dem Netzwerk
läuft ab.
-
Fall 1: Eingangs-Pakettransport
-
In
diesem Fall wird das Modem tatsächlich zum
Transport von IP-Paketen
unter Verwendung des Modems über
ein (drahtloses) Netzwerk verwendet. Dies heißt, dass dieser Modemverbindung
eine IP-Adresse zugewiesen wurde. Der Absender in dem Modem erzeugt
IP-Pakete mit dieser zugewiesenen IP-Adresse als Ziel- oder Empfänger-IP-Adresse;
andernfalls würden
sie gelöscht
werden. Als Absender- oder Quellen-IP-Adresse wird die nächst höhere IP-Adresse
verwendet, wenn der Absender in dem Modem ein IP-Paket zu der Anwendungseinheit sendet.
Der AU-Kollektor verwendet die zugewiesene IP-Adresse der Modemverbindung
als Quellenadresse beim Senden von IP-Paketen zu dem Modem und setzt
die nächst
höchste
IP-Adresse als Zieladresse. Bei der ersten Messungsanforderung von
dem AU-Kollektor wird das Nutzinformationsformat definiert (Implementierungsvariante
A, B, C, siehe oben), damit das Modem weiß, welche Variante zu verwenden
ist. ANMERKUNG: Wenn die IP-Adresse in der Anwendungseinheit mit
.254 endet, ist die nächst höchste IP-Adresse
NICHT .255 (Rundsendeadresse), sondern .1!
-
Fall 2: Pakettransport im Leerlaufmodus
-
In
einem Leerlaufmodus wird dem IP-Stapel in der Anwendungseinheit
für diese
Modemverbindung keine IP-Adresse zugewiesen. Es ist keine PPP-Verbindung
aktiv. Wenn der AU-Kollektor Messungen von dem Modem im Leerlaufmodus
erhalten möchte,
baut er unter Verwendung einer sehr speziellen Zeichenkette als
Einwählnummer
(z.B. **3*4*6**# oder **f*g*m**#), die aus dem Absender in dem Modem
als seine eigene Nummer erkannt wird, eine PPP-Verbindung zu dem
Modem auf. Die IP-Adresse für
diese Verbindung wird auf die folgende Weise zugewiesen: Der AU-Kollektor
verwendet in dem PAP (Passwort-Authentifizierungsprotokoll, Teil
der PPP-Initiierung)
als Benutzername eine gewünschte
IP-Adresse für
sich selbst (es kann sein, dass andere IP-Adressen in der Anwendungseinheit bereits
definiert sind und die IP-Adresse dieser Verbindung muss eindeutig
sein). Das Modem weist diese IP-Adresse
bei der Aushandlung des IPCP (IP-Controllprotokolls) (die Teil der
PPP-Aushandlung ist) dem IP-Stapel der Anwendungseinheit für diese
Modemverbindung zu. Wieder verwendet der Absender die nächst höchste IP
für sich
selbst.
-
ANMERKUNG:
Wenn die IP-Adresse in der Anwendungseinheit mit .254 endet, ist
die nächst höchste IP-Adresse
NICHT .255 (Rundsendeadresse), sondern .1!
-
Sollte
das Modem zum Verbinden mit einem drahtlosen Netzwerk verwendet
werden, wird diese PPP-Verbindung ersetzt und das System schaltet
auf den Betrieb für
Fall 1 um.
-
Mehrdimensionale Entscheidungsmatrix
-
Die
Hauptsteuerung 18 (siehe 1) oder die
Entscheidungsvorrichtung (siehe 4) verwenden
jeweils eine mehrdimensionale Entscheidungsmatrix zur Optimierung
des dynamischen Paketflusses oder des Protokolls. Optimierung und
Anpassung des dynamischen Paketflusses oder Protokolls sind effizienter
als ein statischer Ansatz. Dynamische Optimierung und Anpassung
verwendet Eingangsparameter und Ereignisse, die die Qualität oder das
Verhalten der zugrundeliegenden Strecke beschreiben, z.B.:
- – Verfügbare Bandbreite
- – Verwendetes
Codierungsverfahren (das Codierungsverfahren kann während der
Verbindung insbesondere mit dem Mobil-EDGE-Standard häufig geändert werden)
- – Verwendete
Zeitschlitze, die sehr variieren
- – Bitfehlerrate
- – Zellenneuauswahl
- – Vorübergehender
Verlust der Abdeckung
- – RLC-Pufferstatus
(im allgemeinen Datenstreckenschichtstapel des OSI-Referenzmodells
für Mobilkommunikation)
- – usw.
-
Bestimmte
dieser Eingangsparameter können
Prädiktionen
sein (die aus einem Zustandsprädiktor
kommen), und andere aktuelle "Echtzeit"-Messungen. Im folgenden
ist der Unterschied zwischen vorhergesagten und gemessenen Eingangsparametern
nicht wichtig.
-
Unter
Verwendung dieser Eingangsparameter als Eingabe muss die Entscheidungsvorrichtung eine
Entscheidung treffen, ob eine Aktion getriggert oder bestimmte (Protokoll-)Parameter
geändert
werden sollen und welche Protokollparameter auf welchen Wert geändert werden
müssen.
Protokollparameter bedeuten in diesem Kontext Parameter der Schichten
4 (Transportschicht) bis 7 (Anwendungsschicht) des OSI-Referenzmodells
für Mobilkommunikation,
d.h. die höheren
Schichten. Beispiele für Protokollparameter
oder Aktionen sind:
- – Größe erzeugter Pakete
- – Anzahl
der in einer Gruppe gesendeten Pakete
- – Häufigkeit
der Paketerzeugung
- – Start/Stop
von Neuübertragungstimer(n)
- – Triggern
der Übertragung
eines Pakets
- – Triggern
der Neuübertragung
eines Paketes
- – Länge des
Neuübertragungs-Timers
- – Vorwärtsfehlerkorrektur
- – usw.
-
Nicht
alle Aktionen sind in jedem Zeitintervall verfügbar, weil sie von dem aktuellen
Status des Protokolls oder Paketflusses in den höheren Schichten des OSI-Referenzmodells
abhängen.
Es wäre
sinnlos, zum Beispiel ein neues Paket auszusenden, wenn sich der
Protokollstapel der höheren
Schichten in dem Zustand befindet, auf eine ankommende Bestätigung für zuvor
gesendete Pakete zu warten.
-
Das
Ziel der Entscheidungsvorrichtung ist das Finden des optimalen Protokollverhaltens
höherer
Schichten für
die aktuelle (Netzwerk-)Situation. Es wäre in bezug auf Zeit und Prozessorkapazität zu aufwendig,
wenn die Entscheidungsvorrichtung eine tiefe Analyse der aktuellen
Situation durchführen müsste. Die
Verwendung von 4 oder 5 Eingangsparametern, die die Netzwerksituation
beschreiben, und die Kenntnis aller möglichen Zustände des
Protokollstapels höherer
Schichten führen
leicht zu Tausenden theoretischen Situationen. Damit der Entscheidungsfortschritt
schnell wird, ohne Genauigkeit der Entscheidungen zu verlieren,
wird eine mehrdimensionale Entscheidungsmatrix verwendet.
-
Zuallererst
wird eine Liste aller verfügbaren Aktionen
für den
Protokollstapel höherer
Schichten erzeugt. Die Entscheidungsvorrichtung kann nicht frei
jede beliebige Aktion aus dieser Liste auswählen. Welche Aktion ausgewählt werden
muss, hängt
sehr von dem Zustand des Protokollstapels höherer Schichten oder anders
ausgedrückt
von zuvor unternommenen Aktionen ab. Für jeden Protokollstapelzustand
höherer
Schichten wird deshalb ei ne Gruppe möglicher Aktionen erzeugt (die
typischerweise bis zu 4 Aktionen umfassen kann).
-
Z.B.
können
beim Senden eines TCP/IP-Pakets die folgenden Zustände angetroffen
werden:
- 1. Zustand: Warten auf Bestätigung,
Neuübertragungstimer
nicht abgelaufen,
- 2. Zustand: IP-Paket gesendet, Neuübertragungstimer abgelaufen,
- 3. Zustand: Bestätigung
empfangen.
- 4. Zustand: Start der Übertragung
aller IP-Pakete (z.B. für
ein MMS)
- 5. Zustand: Ende der Übertragung
aller IP-Pakete.
-
Dies
ist eine Dimension der Matrix, wobei (hier) dieser ersten Dimension
5 Werte zugeordnet werden.
-
Die
Gruppe von Aktionen für
Zustand 3 ist z.B.:
- a) nichts ändern, ein
Paket mit derselben Paketlänge
und derselben Gruppengröße (z.B.
zwei Pakete auf einmal) wie zuvor senden,
- b) halbieren der Länge
von Paketen,
- c) verdoppeln der Länge
von Paketen,
- d) vergrößern der
Gruppengröße um ein
Paket,
- e) verkleinern der Gruppengröße um ein
Paket,
- f) nichts senden, warten.
-
Nun
werden die Eingangsparameter für
die Entscheidungsvorrichtung analysiert. Sie werden auf die Eingangsparameter
reduziert, die für
den Optimierungs- und Anpassungsprozeß für dieses Protokoll höherer Schichten
am wichtigsten sind.
-
Für das obige
TCP/IP-Beispiel sind diese:
- – Prädiktion
einer Zellenneuauswahl,
- – RLC-Pufferstatus
und
- – verfügbare Bandbreite.
-
Dies
führt zu
drei weiteren Dimensionen der Matrix, wodurch die Matrix vierdimensional
wird.
-
Für die Parameter "RLC-Pufferstatus" und "verfügbare Bandbreite" wird eine Anzahl
von Intervallen (typischerweise 3 oder 4) definiert. Das Ereignis,
dass ein Eingangsparameter in ein definiertes Intervall fällt, wird
als Eingabe für
die mehrdimensionale Entscheidungsmatrix genommen, was zu ca. 4 Eingangswerten
für die
letzten drei Dimensionen der Matrix führt.
-
Alles
in allem gibt es einige Hundert Eingangsparameterkombinationen für die Matrix.
Für jede
Eingangsparameterkombination wird eine einzige Aktion definiert.
-
Ein
Punkt in der Matrix wird somit durch einen Protokollzustand höherer Schichten
und die Intervalle für
die wichtigsten Eingangsparameter beschrieben. Mit diesem Matrixpunkt
ist eine Aktion assoziiert, die die Entscheidungsvorrichtung triggern muss.
-
Eine
Aktionsänderung
wird nur betrachtet, wenn eine Eingangswertänderung für die Matrix empfangen wird.
Der neue Eingangsparametersatz markiert einen neuen Punkt in der
Matrix. Mit diesem Punkt kann eine Aktion assoziiert sein, die durch
die Entscheidungsvorrichtung getriggert werden sollte. Es kann jedoch "leere" Punkte in der Matrix
geben, bei denen keine Aktion von der Entscheidungsvorrichtung gefordert
wird, wenn dieser Punkt erreicht wird.
-
Die
beschriebenen Ausführungsformen
werden in jeder Hinsicht nicht als einschränkend, sondern als beispielhaft
betrachtet. Der Schutzumfang der Erfindungen werden deshalb durch
die angefügten
Ansprüche
und nicht durch die obige Beschreibung angegeben. Alle Änderungen,
die in die Bedeutung und den Äquivalenzbereich
der Ansprüche
kommen, sind in ihren Schutzumfang aufzunehmen.