EP1794940A1 - Method for network load shaping in a mobile radio network - Google Patents

Abstract

The invention relates to a method for network load shaping in a mobile radio network (10), whereby data packets in a packet data stream (25) are classified according to a leaky bucket classification system and optionally delayed in a network device (14-1, 16-1) within the mobile radio core network (12), in order to smooth bursts and hence to reduce loss probabilities and the occurrence of delays in the forwarding of data packets from a data source (27), over the mobile radio network (10), to a mobile radio terminal (24) in a simple and economical manner.

Description

Beschreibungdescription

Verfahren zur Netzlastformung in einem MobilfunknetzMethod for network load shaping in a mobile radio network

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Netzlastformung in einem Mobilfunknetz, insbesondere einem GPRS- oder UMTS-Netz.The invention relates to a method for network load shaping in a mobile radio network, in particular a GPRS or UMTS network.

In GPRS- und UMTS-Netzen erfolgt die Übertragung von Daten paketorientiert, d.h. in Form von Datenpaketen, die einen Da- tenfluss zwischen einer Datenquelle und einem Mobilfunkendge- rät bilden. Anders als in früheren, leitungsorientierten Net¬ zen (z.B. GSM-Netzen) steht dem Datenfluss in paketorientier¬ ten Netzen keine exklusive Verbindung mit fest vorgegebener und reservierter Bandbreite mehr zur Verfügung. Vielmehr wer- den die Datenpakete einer Vielzahl von Paketdatenflüssen über gleiche Verbindungswege geleitet. Somit konkurrieren die Da^¬ tenflüsse untereinander um die an den jeweiligen Netzwerkein¬ richtungen verfügbaren Bandbreiten.In GPRS and UMTS networks, the transmission of data takes place packet-oriented, ie in the form of data packets which form a data flow between a data source and a mobile radio terminal. Unlike in earlier, line-oriented networks (eg GSM networks), the data flow in packet-oriented networks is no longer available with an exclusive connection with fixed and reserved bandwidth. Rather, the data packets of a plurality of packet data flows are routed over the same connection paths. Thus compete Since ^¬ tenflüsse among themselves for the respective directions Netzwerkein¬ available bandwidths.

Als „Datenfluss" wird hier ein Ensemble von Datenpaketen an^¬ gesehen, das zwischen einem Sender und einem Empfänger über ein Netz zu übermitteln ist. Hierbei kann es sich etwa um die Übertragung von Daten zwischen einem Server und einem Client handeln, bspw. zur Emailübertragung. Ein Datenfluss kann aber auch ein „Datenstrom" sein, bei dem es neben der vollständi¬ gen Übermittlung der Daten auch auf die Datenrate am Empfän¬ ger ankommt, bspw. für Telephonie- oder Videoanwendungen („Streaming Media") .As "data flow" is seen an ensemble of data packets to ^¬ here, which is to transmit between a transmitter and a receiver over a network. This may be such as to obtain the transfer of data between a server and a client, for example. For email transmission A data flow can, however, also be a "data stream" in which not only the complete transmission of the data but also the data rate at the receiver arrives, for example for telephony or video applications ("streaming media").

Das weltweite Internet basiert ebenfalls auf dem Prinzip der paketvermittelten Datenübertragung. Aus diesem Bereich sind auch die Probleme bekannt, die sich aus der gemeinsamen Über¬ tragung von Datenflüssen ergeben. Weder einzelne Datenflüsse, noch die für Backbone- oder Kernnetze typischen aggregierten Datenflüsse, die aus der Zusammenfassung bzw. Aggregation mehrerer Datenflüsse hervorgehen, weisen einen kontinuierlichen oder wenigstens annähernd kontinuier¬ lichen Verlauf in der Datenübertragungsrate auf, wenn sie an einem bestimmten Punkt im Netz analysiert werden. Vielmehr zeigen solche Datenflüsse eine für den Internet-Datenverkehr geradezu charakteristische Unregelmäßigkeit in den Datenüber^¬ tragungsraten, die als "Burstiness" bezeichnet wird. Ein ein^¬ zelner "Burst" zeichnet sich dabei durch eine gegenüber einem Durchschnitt sprunghaft und deutlich erhöhte Paket- bzw. Da^¬ tenübertragungsrate aus, die nur für kurze Zeit andauert.The worldwide Internet is also based on the principle of packet-switched data transmission. From this area, the problems arising from the common transmission of data flows are also known. Neither individual data flows, nor the aggregated data flows typical for backbone or core networks, which result from the aggregation or aggregation of multiple data flows, show a continuous or at least approximately continuous course in the data transmission rate, if they are analyzed at a certain point in the network. Rather, such data flows show a transmission rates for Internet traffic almost characteristic irregularity in the data ^¬ which is called the "burstiness". A one ^¬ of individual "burst" distinguishes itself by against an average erratic and significantly increased packet or Da ^¬ tenübertragungsrate, which lasts only for a short time.

Burstiness führt zur Überlastung von Netzwerkeinrichtungen, die die Vielzahl eintreffender Pakete nicht mehr bewältigen können. Somit besteht eine erhöhte Verlustwahrscheinlichkeit von Datenpaketen, da Datenpakete verworfen werden („Packet Loss") , wenn in der betroffenen Einrichtung, bspw. einem Rou¬ ter, keine Zwischenspeicher vorliegen oder diese bereits vollständig mit weiterzuleitenden Datenpaketen belegt sind.Burstiness leads to overloading of network devices that can no longer handle the large number of incoming packets. Thus, there is an increased loss probability of data packets since data packets are rejected ("packet loss") if there are no intermediate stores in the device concerned, for example a router, or if these are already completely occupied by data packets to be forwarded.

Weiterhin führt die Überlastung auch zur Verzögerung von Da- tenpaketen („Delay") , wenn diese im Zwischenspeicher langeFurthermore, the overload also leads to the delay of data packets ("delay"), if they are in the cache for a long time

Zeit gehalten werden müssen. Verzögerte Datenpakete gelangen auch verzögert zum Empfänger. Je nach Art der übertragenen Daten kann eine übermäßige Verzögerung die Anwendung, die diese Daten verarbeitet, wesentlich stören. Dies gilt etwa für die Übertragung von Gesprächsdaten über das InternetTime must be kept. Delayed data packets also arrive at the receiver with a delay. Depending on the type of data being transmitted, excessive delay can significantly disrupt the application that processes this data. This applies, for example, to the transmission of call data over the Internet

(„Voice over IP") , wo spätestens eine Verzögerung von 300 ms von dem Hörenden als lästig empfunden wird. Deshalb verwerfen üblicherweise Telephonie-Anwendungen Datenpakete, die mit ei^¬ ner entsprechenden Verzögerung eintreffen. Bei massiver Über- lastung einer Netzwerkeinrichtung zwischen Sender und Empfän¬ ger bricht die Gesprächsverbindung schließlich zusammen.( "Voice over IP") where at least a delay of 300 ms of the listener perceived as annoying. This is why usually telephony applications discard data packets arrive corresponding with ei ^¬ ner delay. In massive overloading a network device between the transmitter and Empfän¬ ger breaks the call connection finally together.

Die einfachste Möglichkeit, trotz "Burstiness" eine zuverläs^¬ sige Weiterleitung aller Datenpakete im Internet zu gewähr- leisten, d.h. Loss & Delay zu verringern, besteht darin, alle betroffenen Netzwerkeinrichtungen mit Weiterleitungskapazitä- ten auszurüsten, die es erlauben, auch die während Bursts auftretenden maximalen (Peak-) Datenraten zu behandeln. Aller¬ dings ist dieses sogenannte "Over-Provisioning" teuer, da die Peak-Datenraten in der Regel sehr viel höher sind als die ü- ber längere Zeiträume gemittelten Datenraten. Somit müssen leistungsfähig dimensionierte Netzwerkeinrichtungen bereitge¬ stellt werden, deren Kapazitäten jedoch den größten Teil der Zeit (wenn gerade keine Bursts zu verarbeiten sind) nicht ge^¬ nutzt werden.The easiest way despite "burstiness" a reliabil ^¬ sige forwarding afford all data packets on the Internet warranties, ie Loss & Delay decrease is all affected network devices with Weiterleitungskapazitä- th equip that allow, even during bursts to treat occurring maximum (peak) data rates. However, this so-called "over-provisioning" is expensive because the peak data rates are usually much higher than the data averaged over longer periods of time. Thus have powerful sized network devices bereitge¬ provides are their capacities but most of the time (when processing just no bursts are) not ge ^¬ be used.

Für Router oder vergleichbare Weiterleitungs-Netzwerkeinrich- tungen werden daher zusätzliche Mechanismen zur Bewältigung von Bursts bereitgestellt. Diese basieren üblicherweise auf der Verwendung eines Zwischenspeichers, in dem Datenpakete, die zu einem Burst gehören, temporär zwischengespeichert wer- den. Ein solcher Zwischenspeicher kann bspw. pro physikali¬ sche Verbindung der Einrichtung zu benachbarten Einrichtungen im Netzwerk eingerichtet sein. Nach einer bestimmten Verzöge¬ rungszeit werden die zwischengespeicherten Pakete weiterge^¬ leitet. Der Burst ist damit verschwunden, d.h. die resultie- rende Datenübertragungsrate entspricht im Ergebnis eher einer durchschnittlichen Übertragungsrate pro Datenfluss.For routers or comparable forwarding network devices, therefore, additional mechanisms for handling bursts are provided. These are usually based on the use of a cache in which data packets belonging to a burst are temporarily buffered. Such a buffer may, for example, be set up per physical connection of the device to neighboring devices in the network. After a certain delay time Verzöge¬ the cached packages weiterge ^¬ be forwarded. As a result, the burst has disappeared, ie the resulting data transmission rate corresponds more to an average transmission rate per data flow.

Solche Netzwerkeinrichtungen können dann etwa dazu ausgebil¬ det sein, spezielle Kennzeichnungen von Datenpaketen zu er- fassen, auszuwerten und die Datenpakete entsprechend derSuch network devices can then be designed, for example, to detect and evaluate specific identifications of data packets and to transmit the data packets in accordance with the

Kennzeichnung zu behandeln. Hierzu muss dem Sender bekannt sein, welche Kennzeichnung zu welcher Behandlung führt, damit er die zu versendenden Daten entsprechend den Anforderungen der Anwendung wählen kann, welche die Daten anfordert. Ein Beispiel hierfür ist der so genannte DiffServ („Differentiated Services") -Mechanismus .To treat labeling. For this, the sender must know which label leads to which treatment, so that he can select the data to be sent according to the requirements of the application requesting the data. An example of this is the so-called DiffServ ("Differentiated Services") mechanism.

Andere Mechanismen zur Überlaststeuerung betreffen Vereinba¬ rungen, welche die Endpunkte eines Datenflusses miteinander aushandeln. Die Vereinbarung betrifft insbesondere die Daten¬ rate und u.U. auch den Weg des Datenflusses durch das Netz. Eine Verkehrssteuerung im Netz ("Traffic Policing") überwacht bzw. erzwingt die Einhaltung der Vereinbarung. Ein Beispiel hierfür ist der RSVP („ReSerVation Protocol") -Mechanismus .Other mechanisms for overload control relate to agreements that negotiate the endpoints of a data flow with each other. The agreement relates in particular to the data rate and possibly also the path of the data flow through the network. A traffic control in the network ("Traffic Policing") monitors or enforces compliance with the agreement. An example of this is the RSVP ("ReSerVation Protocol") mechanism.

Die Weiterleitung von Datenpaketen in Netzwerkeinrichtungen erfordert somit im Grundsatz stets mindestens zwei Schritte, nämlich den der Klassifikation eines ankommenden Datenpaketes und den der Behandlung des Datenpaketes gemäß einem Klassifi^¬ kationsergebnis .The forwarding of data packets in network devices thus requires in principle always at least two steps, namely the classification of an incoming data packet and the treatment of the data packet according to a Klassifi ^¬ cation result.

Die Klassifikation kann hierbei darin bestehen, dass die Zu¬ gehörigkeit des Datenpaketes zu einer bestimmten Klasse (bei^¬ spielsweise einer DiffServ-Klasse) oder zu einem bestimmten Datenfluss (etwa einem RSVP-Datenfluss) bestimmt wird.The classification may be that the Zu¬ belonging to the data packet to a particular class (for example ^¬ a DiffServ class) or to a specific data flow (such as a RSVP data flow) is determined.

In Zuordnung zu der Netzwerkeinrichtung sind Behandlungsvor¬ schriften abgelegt, die für jedes mögliche Klassifikationser¬ gebnis die Behandlung des Datenpaketes spezifizieren. Ein entsprechendes Behandlungsmodul kann beispielsweise ein Da^¬ tenpaket unmittelbar für die Weiterleitung freigeben, so dass dieses Paket in eine Ausgangsqueue der Netzwerkeinrichtung eingestellt wird und gemäß den vorhandenen, physikalischen Datenübertragungskapazitäten weitergeleitet wird. In Reaktion auf ein anderes Klassifikationsergebnis kann das Behandlungs^¬ modul das Datenpaket in dem oben erwähnten Zwischenspeicher, der ebenfalls in Form einer Queue bzw. Warteschlange ausge^¬ bildet sein kann, Zwischenspeichern. Nach einer gewissen Ver¬ zögerungszeit wird das gespeicherte Datenpaket ausgelesen und erneut demselben oder einem weiteren Klassifizierungsmecha^¬ nismus zugeführt. In einer Netzwerkeinrichtung können mehrere Klassifizierungs- und Behandlungseinrichtungen hintereinander oder auch geschachtelt vorliegen.In association with the network device, treatment instructions are stored which specify the treatment of the data packet for each possible classification result. A corresponding treatment module can, for example, a Da ^¬ tenpaket release immediately for forwarding, so that this packet in an output queue of the network device is set, and is forwarded in accordance with the existing physical data transmission capacity. In response to another classification result, the treatment module can ^¬ the data packet in the above-mentioned buffer to be also in the form of a queue or queue ^¬ forms can be, caching. After a certain delay time Ver¬ the stored data packet is read out and supplied to the same again or another Klassifizierungsmecha ^¬ mechanism. In a network device, a plurality of classification and treatment devices can be present one behind the other or else nested.

Klassifizierung und Behandlung von Datenpaketen in Netzwerk¬ einrichtungen kann auch unabhängig von den Datenquellen bzw. -senken in den Einrichtungen eines Netzes erfolgen. Man spricht hier von Netzlastformung ("Traffic Shaping"), die vom Netzbetreiber mit dem Ziel durchgeführt wird, die Peak-Daten- raten und Burstlängen zu begrenzen, die in am Netz ankommen¬ den Datenflüssen auftreten.Classification and treatment of data packets in network devices can also be carried out independently of the data sources or sinks in the facilities of a network. This is referred to as network load shaping ("Traffic Shaping"), which is carried out by the network operator with the aim of generating the peak data limit and burst lengths that occur in data arriving at the network.

Zwar ist es durch Anwendung der oben beschriebenen Verfahren prinzipiell möglich, die Burstiness des Internet-Verkehrs zu behandeln. Der Preis hierfür besteht jedoch in zunehmender Komplexität der Netzwerkeinrichtungen und ggf. auch der End¬ einrichtungen. In diesem Spannungsfeld müssen sich Lösungs¬ vorschläge bewähren. Von diesen gibt es eine Vielfalt, wie sie durch die fast unübersehbare Fülle an umfangreichen Fach^¬ büchern zum Thema Bandbreitenmanagement im Internet dokumen^¬ tiert ist, und die auch an der Anzahl der entsprechenden Ar¬ beitsgruppen des Standardisierungsgremiums für das Internet, der IETF („Internet Engineering Task Force") abzulesen ist. Offenbar ist bisher keine für alle Anwendungen und Netzwerk¬ einrichtungen gleichermaßen optimale Lösung gefunden worden.Although it is in principle possible to treat the burstiness of Internet traffic by using the methods described above. However, the price for this exists in increasing complexity of the network devices and possibly also of the end devices. In this field of tension solution proposals must prove themselves. Of these, there are a variety as books by the almost incalculable wealth of extensive trade ^¬ on bandwidth management on the Internet documented ^¬ is collapsible, and the beitsgruppen also on the number of corresponding Ar¬ the standards body for the Internet, the IETF ( " Internet Engineering Task Force "). Apparently so far no optimal solution has been found for all applications and network devices.

Die beschriebenen Probleme stellen sich auch in GPRS- und UMTS-Netzen, da hier Datenflüsse von Datenquellen aus dem allgemeinen Internet auf Mobilfunkendgeräte herunter geladen werden können.The described problems also arise in GPRS and UMTS networks, since here data flows from data sources can be downloaded from the general Internet to mobile radio terminals.

Um für Mobilfunkendgeräte eine verbesserte Datenempfangsqua^¬ lität bereitzustellen, hat man sich bisher überwiegend auf die Luftschnittstelle konzentriert, d.h. den Übergang vom Mo^¬ bilfunknetz zum Endgerät, da die entlang des Weges von der Datenquelle zur Datensenke im Endgerät zur Verfügung stehende Bandbreite jedenfalls an dieser Stelle am stärksten einge^¬ schränkt ist.In order for mobile stations improved Datenempfangsqua ^¬ formality provide, it has so far mainly focused on the air interface, ie the transition from Mo ^¬ bilfunknetz to the terminal, since the standing along the path from the data source to the data sink in the terminal available bandwidth at any rate at this point is restricted most is ^¬.

Um Loss & Delay an der Luftschnittstelle möglichst zu vermei^¬ den, ist die „GPRS Flow Control" gemäß der 3GPP TS 08.18 be^¬ kannt. Die GPRS Flow Control schützt den der Luftschnittstel^¬ le vorgelagerten Zwischenspeicher bzw. Puffer in der BSC/PCU. An dieser Stelle reduziert sich die Übertragungskapazität auf die Bandbreite, die auf der Luftschnittstelle tatsächlich zur Verfügung steht. Die GPRS Flow Control regelt den Verkehr pro Zelle („BVC Flow Control") und pro Teilnehmer („MS Flow Control", vgl. die Fig. 8.1 in der TS 08.18) .To Loss & Delay at the air interface as possible vermei ^¬, is the "GPRS Flow Control" known according to the 3GPP TS 08.18 be ^¬. The GPRS flow control protects the air interface of ^¬ le upstream cache or buffer in the BSC / PCU. At this point, the transmission capacity is reduced to the bandwidth that is actually available on the air interface.The GPRS Flow Control regulates the traffic per Cell ("BVC Flow Control") and per subscriber ("MS Flow Control", see Fig. 8.1 in TS 08.18).

Für die Flusskontrolle wird ein Algorithmus verwendet (Fig. 8.2), bei dem der Füllstand des Puffers bzw. Buckets und die Leak-Rate (Abflussrate) in der BSC auf dem SGSN simu^¬ liert werden. Die Größe des Buckets und die Leak-Rate werden dem SGSN von der BSC mitgeteilt. Im Falle von Überlast werden die Datenpakete im SGSN zwischengespeichert bzw. gepuffert, was die Priorisierung des Transports nach 3GPP-QoS-Prinzipien ermöglicht.For flow control, an algorithm is used (Fig. 8.2), in which the filling level of the buffer or buckets and the leak rate (outflow rate) in the BSC to the SGSN simu ^¬ be profiled. The size of the bucket and the leak rate are reported to the SGSN by the BSC. In the event of an overload, the data packets are cached or buffered in the SGSN, allowing the transport to be prioritized according to 3GPP QoS principles.

Aus der Veröffentlichung von H. Jiang, C. Dovrolis, "Source- Level IP Packet Bursts: Causes and Effects", Proceedings of the 2003 ACM SIGCOMM Conference on Internet measurement, ist bekannt, dass zumindest eine wesentliche Ursache von Bursts in der Generierung des Datenflusses an der Datenquelle liegt. Hier führen Mechanismen wie beispielsweise die UDP-Nachrich- tensegmentierung und das Aneinanderreihen mehrerer Transfers innerhalb einer stehenden TCP-Verbindung dazu, dass von derIt is known from the publication by H. Jiang, C. Dovrolis, "Source-Level IP Packet Bursts: Causes and Effects", Proceedings of the 2003 ACM SIGCOMM Conference on Internet Measurement, that at least one of the major causes of bursts is the generation of the Data flow at the data source. Here, mechanisms such as UDP message segmentation and stringing together multiple transfers within a standing TCP connection will cause the

Datenquelle in kurzer Zeit eine große Anzahl von Datenpaketen ausgesendet wird, die die durchschnittliche Datenrate bei weitem übersteigt.Data source in a short time a large number of data packets is sent, which exceeds the average data rate by far.

Eine wesentliche Aussage der Veröffentlichung ist weiter, dass das Vorhandensein von derartigen "Source Level IP Packet Bursts" in einzelnen Datenflüssen einen wesentlichen Einfluss auch auf aggregierten Datenverkehr hat. Dementsprechend wird empfohlen, Datenquellen derart zu konfigurieren, dass derar- tige Packet-Bursts auch schon in einzelnen Datenflüssen nicht auftreten.An important statement of the publication is further that the presence of such source-level IP packet bursts in individual data flows has a significant impact on aggregated data traffic. Accordingly, it is recommended to configure data sources in such a way that such packet bursts do not even occur in individual data flows.

In diese Richtung zielt ein Verfahren zur Netzlastformung für UMTS/GRPS-Netze, das aus der 3GPP TS 23.107 bekannt ist. Hier wird eine maximale Bitrate ("maximum bitrate") definiert als eine maximale Anzahl von Bits, die über einen Netzeintritts^¬ punkt („Service Access Point", SAP) in das Mobilfunknetz wäh- rend einer bestimmten Zeitspanne eintreten, geteilt durch diese Zeitspanne. Ein Datenverkehr geht zu dieser maximalen Datenrate konform, wenn er gemäß einem Token-Bucket-Algo- rithmus gebildet ist, wobei die Token-Rate gleich der maxima- len Bitrate und die Bucket-Size bzw. -große gleich der maxi^¬ malen SDU („Service Data Unit") -Größe ist (vgl. etwa Abschnitt 6.4.3.1 in der TS 23.107) .A method for network load shaping for UMTS / GRPS networks, known from 3GPP TS 23.107, aims in this direction. Here, a maximum bit rate ( "Maximum bitrate") is defined as a maximum number of bits, the currency through a network entry point ^¬ ( "Service Access Point", SAP) in the mobile radio network for a certain period of time, divided by that period. A data traffic goes to this maximum data rate compliant when a token bucket algo- rithm is formed according to, wherein the token rate is equal to or -large the maximum bit rate and the bucket size is equal to the maxi ^¬ paint SDU ( "Service Data Unit") size (see, for example, section 6.4.3.1 in TS 23.107).

Die Maximum Bitrate ist der einzige Parameter zur Regelung der Bitrate, der für die QoS-Klassen "Interactive" und "Back- ground" in der TS 23.107 spezifiziert wird. Der Zweck besteht hier darin, eine maximale Bitrate für Datenflüsse an den Grenzen des Mobilfunknetzes zu definieren. Insbesondere geht es um die Begrenzung der Datenrate von Seiten der Applikati- on, wie den die beiden Verkehrsklassen betreffenden Passagen im Abschnitt 6.4.3.2 der TS 23.107 zu entnehmen ist.The maximum bitrate is the only bit rate control parameter specified for the QoS classes "Interactive" and "Back- ground" in TS 23.107. The purpose here is to define a maximum bit rate for data flows at the boundaries of the mobile network. In particular, it concerns the limitation of the data rate on the part of the application, as can be seen from the passages relating to the two classes of traffic in Section 6.4.3.2 of TS 23.107.

Der Verkehr müsste also idealer Weise durch ein Datenfluss- Behandlungsmodul nahe der Datenquelle geformt werden. Hierzu schlägt die TS 23.107 einen "Conditioner" auf der Eingangs¬ seite eines Gateways vor, vgl. Fig. 3 der TS 23.107.The traffic would thus ideally have to be shaped by a data flow handling module near the data source. For this purpose, TS 23.107 proposes a "conditioner" on the input side of a gateway, cf. Fig. 3 of the TS 23.107.

Allerdings ist eine derartige Netzlastformung bisher kaum verbreitet. Für typische Applikationen wie beispielsweise Web-Browsing oder Email-Download werden von den Betreibern von Mailservern oder Webservern keine maximalen Bitraten vor¬ gesehen. Allgemein haben die Betreiber von Datenquellen ir¬ gendwo im Internet auch keinen Anlass, aufgrund der Anforde^¬ rungen von Mobilfunknetz-Betreibern flächendeckend entspre- chende Bandbreitenbeschränkungen einzuführen.However, such network load-shaping has hardly been widespread so far. For typical applications such as web browsing or e-mail download, the operators of mail servers or web servers do not anticipate maximum bit rates. In general, the operators of data sources have ir¬ loose in the Internet also no reason because of Anforde ^¬ conclusions introduce nationwide corresponding bandwidth limitations of mobile network operators.

Somit kann eine Architektur, wie sie in der Fig. 3 der TS 23.107 angedeutet ist, nur in Ausnahmefällen zu einer Verrin¬ gerung der Burstiness im Kernnetz und Funk-Zugangsnetz (Radio Access Network", RAN) eines Mobilfunkbetreibers führen, wenn beispielsweise die Datenquelle zum Mobilfunknetz gehört oder der Betreiber des Netzwerkes eine entsprechende Vereinbarung mit dem Datenanbieter getroffen hat.Thus, an architecture, as indicated in FIG. 3 of TS 23.107, can lead only in exceptional cases to a reduction of the burstiness in the core network and radio access network (RAN) of a mobile radio operator, if, for example, the data source belongs to the mobile network or the operator of the network has made a corresponding agreement with the data provider.

Somit besteht die Aufgabe der Erfindung darin, Verlustwahr- scheinlichkeiten und das Auftreten von Verzögerungen bei der Weiterleitung von Datenpaketen von einer Datenquelle über ein Mobilfunknetz zu einem Mobilfunkendgerät auf einfache und kostengünstige Weise zu vermindern, sowie entsprechend ausge^¬ rüstete Netzknoten vorzuschlagen.Thus, the object of the invention is to probabilities Verlustwahr- and to suggest the occurrence of delays in the forwarding of data packets from a data source via a mobile radio network to a mobile radio terminal in a simple and cost-effective manner to reduce, and correspondingly ^¬ upgraded network nodes.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Netzwerkeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst.This object is achieved by a method having the features of claim 1 and a network device having the features of claim 12.

Wie oben geschildert, hat sich das Bandbreitenmanagement inAs outlined above, bandwidth management has evolved into

Bezug auf Mobilfunknetze bisher auf die Übertragung von Daten über die Luftschnittstelle konzentriert, wie dies beispiels^¬ weise bei der GPRS Flow Control gemäß TS 08.18, aber auch der Netzlastformung gemäß TS 23.107 der Fall ist (vgl. in der dortigen Fig. 3 den "Conditioner" an der Grenze des Funk- Zugangsnetzwerkes (RAN) zum Mobilfunkendgerät) . Auf der ande^¬ ren Seite wird in dem oben erwähnten Artikel von Jiang & Dov- rolis mitgeteilt, man solle sich zum Glätten von Datenverkehr auf die Datenquelle konzentrieren, wie dies auch der TS 23.107 zu entnehmen ist.Reference far focused on mobile networks to transmit data over the air interface, as example ^¬, in the GPRS flow control according to TS 18.08, as well as the network load shaping according to TS 23107 is the case (see. There in FIG. 3 the "Conditioner "at the border of the radio access network (RAN) to the mobile terminal). On the walls ^¬ ren side is notified in the above-mentioned article by Jiang & DOV ROLIS, you should concentrate to smooth traffic on the data source, as can be seen 23.107 and the TS.

Eine wesentliche Idee der Erfindung besteht darin, sich von diesem hergebrachten Denken zu lösen und die Netzwerkeinrich¬ tungen im Inneren des Kernnetzes in die Betrachtung mit ein- zubeziehen.An essential idea of the invention is to break away from this conventional approach and to include the network devices inside the core network in the consideration.

Zur Erläuterung wird in der Fig. 1 ein stark schematisiertes GPRS-Netz mit den Komponenten des Kernnetzes GGSN und SGSN und der Komponente des Funk-Zugangsnetzes BSC/PCU gezeigt.For explanation, FIG. 1 shows a highly schematized GPRS network with the components of the core network GGSN and SGSN and the component of the radio access network BSC / PCU.

Für einen von einer Datenquelle (Server) ausgehenden Daten- fluss stehen im allgemeinen Internet sowie bei Eintritt in das Mobilfunk-Kernnetz über die Gi-Schnittstelle am GGSN zu¬ nächst noch einige 10 Mbit/s an Bandbreite zur Verfügung. Diese Bandbreite genügt, um bspw. Bewegtbilder im Rahmen ei¬ ner Videotelephonie-Session zu übertragen; derartige Daten- flüsse werden typischerweise mit 2 Mbit/s gesendet. Dies ist deutlich weniger als die verfügbare Kapazität (jedenfalls für einen einzelnen derartigen Datenfluss), so dass auch für etwa in dem Strom auftretende Bursts genügend Bandbreite zur Ver^¬ fügung steht.For a data flow originating from a data source (server), the Internet is generally available as well as on entry into The wireless core network via the Gi interface at GGSN zu¬ next still some 10 Mbit / s bandwidth available. This bandwidth is sufficient, for example, to transmit moving pictures in the context of a video telephony session; Such data flows are typically sent at 2 Mbit / s. This is significantly less (at least for a single such data flow) so that bandwidth is available as the available capacity, for example occurring in the current bursts enough to Ver ^¬ addition.

Im Kernnetz wird der Datenfluss über die Gn-Schnittstelle an dasjenige SGSN weitergeleitet, welches für die Betreuung des Mobilfunkendgerätes (MS) zuständig ist, das den Zielpunkt des Datenflusses darstellt. Obwohl auch an der Gn-Schnittstelle noch große Bandbreiten zur Verfügung stehen, können hier be¬ reits Probleme durch die Burstiness eines oder mehrerer Da^¬ tenflüsse auftreten, da die Gn-Schnittstelle bzw. das (in Downlink-, d.h. zum Endgerät weisender Richtung) nachgelager¬ te SGSN ein Aggregationspunkt ist, an dem zahlreiche Daten- flüsse zusammentreffen.In the core network, the data flow is forwarded via the Gn interface to that SGSN which is responsible for the care of the mobile radio terminal (MS), which represents the destination point of the data flow. Although still large bandwidths are also available on the Gn interface, be¬ already problems here by the burstiness of one or more As ^¬ tenflüsse occur because the Gn interface or the (in downlink, ie pointing to the terminal direction) downstream SGSN is an aggregation point where numerous data flows converge.

Bei der Weiterleitung eines Datenflusses aus dem Kernnetz in das Funk-Zugangsnetz reduziert sich die verfügbare Bandbreite deutlich auf typischerweise 2 Mbit/s. Weiterhin ist die Luft- schnittsteile Abis/Um zwischen Funk-Zugangsnetz und Mobil- funkendgerät ein Punkt, an dem Bursts zu erhöhter Verlust^¬ wahrscheinlichkeit und/oder Verzögerungen im Paketdatentrans^¬ port führen. An dieser Stelle reduziert sich nämlich im all¬ gemeinen die für die Übertragung von einem oder mehreren Da- tenflüssen verfügbare Bandbreite deutlich, beispielsweise von den ursprünglich einigen 10 Mbit/s auf unter 1 Mbit/s.When forwarding a data flow from the core network into the radio access network, the available bandwidth is reduced significantly to typically 2 Mbit / s. Further, the air-cut parts Abis / To switch between radio access network and mobile radio terminal, a point on the probability bursts to increased loss ^¬ and / or delays in packet data Trans ^¬ lead port. Namely, at this point, the available bandwidth for the transmission of one or more data flows is generally reduced significantly, for example from the originally 10 Mbit / s to less than 1 Mbit / s.

Die Burstiness des Paketdatenverkehrs kann aber nicht nur an der Luftschnittstelle, sondern auch an den weiteren, oben ge- nannten Schnittstellen bzw. Punkten im Mobilfunknetz dazu führen, dass die Zwischenspeicher bzw. Puffer im GGSN, SGSN, BSC/PCU durch einen in einem Datenfluss auftretenden Burst überlastet werden und Datenpakete dieses oder anderer Daten^¬ flüsse verzögert werden oder verworfen werden müssen.However, the burstiness of the packet data traffic can lead not only to the air interface, but also to the other, above-mentioned interfaces or points in the mobile radio network, in that the buffers or buffers in the GGSN, SGSN, BSC / PCU by one in a data flow occurring burst be overloaded and data packets of this or other data ^¬ flows to be delayed or discarded.

Von daher wird verständlich, dass auch die GPRS Flow Control das Problem des Loss & Delay beim Empfang von Datenflüssen in Endgeräten nicht löst:It is therefore understandable that the GPRS Flow Control does not solve the problem of loss & delay when receiving data flows in terminals:

1. Die GPRS Flow Control schützt den Engpass an der Luft^¬ schnittstelle, nicht aber die Kollisions- und Aggregations- punkte am Gn-Interface. Auch im Kernnetz oder an der Grenze zum Funk-Zugangsnetz bestehen Aggregationspunkte, insbesonde^¬ re benachbart der Gb- bzw. Gn-Schnittstelle. Ferner wird auch an der Gb-Schnittstelle die verfügbare Bandbreite pro Daten- fluss verringert.1. The GPRS flow control protects the bottleneck in air ^¬ interface, but not the collision and aggregation points on Gn interface. Also, in the core network or at the border of the radio access network consisting of aggregation points, insbesonde ^¬ re adjacent the Gb and Gn interface. Furthermore, the available bandwidth per data flow is also reduced at the Gb interface.

2. Ist die Kapazität des Buckets auf dem SGSN nicht ausge^¬ schöpft, erlaubt die Spezifikation es dem SGSN, die Datenpa^¬ kete mit unbegrenzter Rate zur BSC zu senden. Erst wenn das Bücket aufgebraucht ist, begrenzt die Token Rate den Durch- fluss in Richtung BSC. Da in der Praxis die Größen des Bu^¬ ckets sowohl für die BVC Flow Control als auch für die MS Flow Control durchaus im Bereich 50 Kbyte oder darüber liegen können, passieren kurzfristige Bursts den SGSN ungehindert.2. If the capacity of the bucket scoops on the SGSN not be ^¬, the specification allows the SGSN, the Datenpa ^¬ kete with unlimited rate to the BSC to send. Only when the bucket is used up, the token rate restricts the flow towards the BSC. In practice, since the sizes of the Bu ^¬ ckets both the BVC flow control as well as for MS Flow Control well within 50 Kbytes or above can, short-term bursts the SGSN pass unhindered.

Dies liegt daran, dass die Bucket-Size sich direkt auf die Glättung von Bursts auswirkt. Ankommende Datenpakete, deren aufsummierte Gesamtlänge die Bucket-Size nicht übersteigt, werden unmittelbar weitergeleitet. Ein aus einer Vielzahl von Paketen bestehender Burst wird also nicht abgefangen, wenn seine Gesamtlänge unter der Bucket-Size bleibt. Ein derarti^¬ ger Burst passiert die Netzwerkeinrichtung unverändert.This is because the bucket size directly affects the smoothing of bursts. Incoming data packets whose accumulated total length does not exceed the bucket size are forwarded immediately. Thus, a burst consisting of a plurality of packets will not be intercepted if its total length remains below the bucket size. A derarti ^¬ ger burst happens, the network device unchanged.

Die GPRS Flow Control bietet damit auch für den Bereich zwi^¬ schen SGSN und BSC, das Gb-Interface, keinen ausreichenden Schutz. Kritischer Punkt ist hier vor allem der SGSN-seitige Ausgang der NSVCs („Network Service Virtual Circuits") zur BSC über das Gb-Interface. An dieser Stelle wird die Band- breite auf 64 kBit/s bis maximal 2 Mbit/s (Frame Relay) redu^¬ ziert. Zudem wird hier der Verkehr zu mehreren Mobilfunkzel¬ len zusammengefasst, es kann also zur gegenseitigen Behinde^¬ rung einzelner Verkehrsdatenflüsse kommen.The GPRS flow control, it also offers for the area Zvi ^¬ rule SGSN and BSC, the Gb interface does not provide sufficient protection. The critical point here is the SGSN-side output of the NSVCs ("Network Service Virtual Circuits") to the BSC via the Gb interface. broad s ed to 64 kbit / up to 2 Mbit / s (Frame Relay) ^¬ redu. In addition, the traffic is summarized len several Mobilfunkzel¬ here, so it can for mutual Behinde ^¬ tion of individual traffic flows come.

Somit sollte ein geeignetes Verfahren zur Netzlastformung ein Bandbreitenmanagement im Kernnetz verwirklichen, um Verlust^¬ wahrscheinlichkeiten und Verzögerung von Datenpaketen für ei¬ nen Datenfluss zwischen einer intern oder extern zum Mobil- funknetz gelegenen Datenquelle zu einem mit dem Mobilfunknetz verbundenen Mobilfunkendgerät wesentlich senken zu können.Thus, a suitable method for network load shaping should implement bandwidth management in the core network in order to be able to significantly reduce loss ^¬ likelihoods and delay of data packets for a data flow between a data source located internally or externally to the mobile radio network to a mobile radio terminal connected to the mobile radio network.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, die Datenrate eines Da^¬ tenflusses innerhalb des Kernnetzes auf eine maximale Daten- rate zu begrenzen. Der überschüssige Verkehr wird in angemes^¬ senem Umfang, d.h. im Umfang der zu erwartenden Bursts, zwi¬ schengespeichert.According to the invention the data rate is proposed a ^¬ Since tenflusses to limit within the core network to a maximum data rate. The excess traffic, ie, temporarily stored in zwi¬ appro ^¬ senem scope the extent of the expected burst.

Hierzu wird in einer Netzwerkeinrichtung des Kernnetzes ein Klassifikationsschema zu implementieren, das auf Basis eines Leaky-Bucket-Algorithmus gebildet ist. Solche Algorithmen werden verbreitet für Klassifikationen und Behandlungen von Datenflüssen eingesetzt, somit kann auf vorhandene Algorith^¬ men und Implementierungen bzw. SW-Module für diesen Algorith- mus zurückgegriffen werden und die Umsetzung des Verfahrens gestaltet sich besonders einfach.For this purpose, a classification scheme to be implemented in a network device of the core network, which is formed on the basis of a leaky-bucket algorithm. Such algorithms are widely used for classifications and treatments used by data flows, thus existing algorithmic ^¬ men and implementations or software modules to resort to these algorithms mechanism and the implementation of the process is particularly simple.

Grundlegende Parameter eines solchen Algorithmus sind stets eine Leak-Rate, die erfindungsgemäß einer vorgegebenen maxi- malen Datenrate entspricht, und eine maximale Bucket-Size.Basic parameters of such an algorithm are always a leak rate, which according to the invention corresponds to a predetermined maximum data rate, and a maximum bucket size.

Die Bucket-Size des erfindungsgemäßen Leaky-Bucket-Algorith¬ mus sollte genügend groß sein, um den Datenverlust gering zu halten. Auf jeden Fall muss deutlich mehr als ein Paket ge¬ speichert werden können.The bucket size of the leaky bucket algorithm according to the invention should be sufficiently large to minimize data loss. In any case, significantly more than one parcel must be able to be stored.

Der gemäß der TS 08.18 zu verwendende Token-Bucket-Algorith- mus sieht eine Bucket-Size von der Größe mindestens einer Fa^¬ The according to the TS 08/18 to use token bucket algorithms mus sees a bucket size of the size of at least one company ^¬

ll ketdateneinheit ("Package Data Unit", PDU) vor. Die typische Bucket-Size soll jedoch ausreichend sein, um den Datenfluss zu einem Mobilfunkendgerät für einen Zeitraum von 1 Sekunde zwischenzuspeichern. Als konkrete, typische Bucket-Size wer- den ca. 8.8 kByte genannt, vgl. Abschnitt 8.2.3.6. Wie oben angemerkt, kann die Bucket-Size aber auch durchaus bis zu 50 kByte groß werden.ll package data unit (PDU). However, the typical bucket size should be sufficient to buffer the data flow to a mobile station for a period of 1 second. A concrete, typical bucket size is called approx. 8.8 kByte, cf. Section 8.2.3.6. As noted above, however, the bucket size may well grow up to 50 kbytes.

In einem weiteren Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Bedingung geprüft, ob bei der Weiterleitung einesIn a further step of the method according to the invention, the condition is checked whether in the forwarding of a

Datenpaketes aus einer Reihe aufeinander folgender Datenpake^¬ te eines Paketdatenflusses die durch die maximale Datenrate vorgegebene Bandbreite für die Übermittlung des Paketdaten^¬ flusses überschritten würde. Ist dies der Fall, wird ergän- zend geprüft, ob die Gesamtlänge der Datenpakete die maximale Bucket-Size überschreiten würde. Sind beide Bedingungen er¬ füllt, wird das Paket verzögert.Data packet from a series of successive ^{Datenpake ¬} te a packet data flow which would be exceeded by the maximum data rate predetermined bandwidth for the transmission of the packet data ^¬ flow. If this is the case, it is additionally checked whether the total length of the data packets would exceed the maximum bucket size. If both conditions are fulfilled, the packet is delayed.

Bei einem Algorithmus mit relativ großer Bucket-Size, wie bei der GPRS Flow Control gem. TS 08.18, wird die maximale Daten^¬ rate nur über relativ lange Zeiträume eingehalten, da ein Burst mit einem Gesamtdatenumfang kleiner oder gleich der ma¬ ximalen Bucket-Size nicht geglättet wird. Mit der sehr klei^¬ nen Bucket-Size gemäß der Erfindung können Bursts die Netz- Werkeinrichtungen im Kernnetz nicht passieren.In the case of an algorithm with a relatively large bucket size, as in GPRS Flow Control acc. TS 08.18 is the maximum data rate ^¬ only over relatively long periods observed because a burst is not smoothed with a total amount of data less than or equal to the ma¬ imum bucket size. With the very klei ^¬ NEN bucket size according to the invention can not pass the power plant equipment in the core network bursts.

Bei einem herkömmlichen Token-Bucket-Verfahren muss kontinu¬ ierlich geprüft werden, ob ein momentaner Bucket-Counter, entsprechend einem momentanen "Füllstand" des Buckets, die maximale Bucket-Size überschreitet.In a conventional token-bucket method, it must be continuously checked whether a current bucket counter, corresponding to a current "fill level" of the bucket, exceeds the maximum bucket size.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens liegen demge^¬ genüber in der einfachen Implementierung. Im Gegensatz zu ei¬ ner lückenlosen Flusskontrolle wird außerdem wenig CPU- Kapazität benötigt. In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst der Paketdatenfluss insbesondere diejeni^¬ gen Paketdaten, die einer logischen Verbindung zwischen dem Mobilfunkendgerät und der Netzwerkeinrichtung zugeordnet sind, insbesondere in einem PDP-Kontext. Die logische Verbin^¬ dung betrifft also Daten eines bestimmten Datentyps, die von einer Datenquelle zum Mobilfunkendgerät übermittelt werden.The advantages of this process are demge ^¬ genüber in the simple implementation. In contrast to a gapless flow control, in addition, little CPU capacity is required. In an advantageous embodiment of the method the packet data flow in particular diejeni comprises ^¬ gen packet data associated with a logical link between the mobile station and the network device, in particular in a PDP context. The logical Verbin ^¬ dung therefore relates to data of a specific data type to be transmitted from a data source to the mobile terminal.

Besonders einfach und damit vorteilhaft kann das erfindungs- gemäße Verfahren im SGSN und/oder GGSN des Kernnetzes eines GPRS/UMTS-Mobilfunknetzes implementiert werden, da in diesen jeweils der aktuelle Parametersatz für momentan aktivierte PDP-Kontexte vorhanden ist. Auf diesen kann somit in einfa^¬ cher Weise zugegriffen werden, um den Wert der maximalen Da- tenrate bzw. "Maximum Bitrate" für den zu behandelnden Daten- fluss auszulesen.The method according to the invention can be implemented particularly simply and thus advantageously in the SGSN and / or GGSN of the core network of a GPRS / UMTS mobile radio network since the current parameter set for currently activated PDP contexts is present in each of these. These can thus simp ^¬ cher way be accessed tenrate by the value of the maximum DA or "maximum bit rate" for the treated data flow reading.

Die maximale Datenrate ist Bestandteil der PDP-Kontextpara- meter. Der Zugriff auf die Datenpakete ist bis auf LLC-Ebene über die Header-Informationen der Datenpakete möglich. Dieser Wert kann dann der Leak-Rate des erfindungsgemäß verwendeten Leaky-Bucket-Algorithmus zugewiesen werden.The maximum data rate is part of the PDP context parameters. Access to the data packets is possible up to the LLC level via the header information of the data packets. This value can then be assigned to the leak rate of the leaky bucket algorithm used according to the invention.

Eine Kombination des erfindungsgemäßen Verfahrens mit der Flusskontrolle gemäß TS 08.18 in einem SGSN ist ohne weiteres möglich. Hierzu wird bevorzugt das erfindungsgemäße Verfahren der Flusskontrolle nachgelagert. Insbesondere wird die maxi^¬ male Senderate von MSC- und BVC Flow Control im SGSN auf die maximale Datenrate beschränkt.A combination of the method according to the invention with the flow control according to TS 08.18 in a SGSN is readily possible. For this purpose, the inventive method of flow control is preferably downstream. In particular, the maxi ^¬ male transmission rate of MSC and BVC flow control is limited in the SGSN to the maximum data rate.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der über¬ schüssige Verkehr pro Paketdatenfluss in einem Zwischenspei^¬ cher bzw. Warteschlangenspeicher zwischengespeichert. Dieser weist einen Speicherplatz von genügender Größe auf, so dass Datenpakete in einem Umfang zwischengespeichert werden kön^¬ nen, wie er durch typische im Kernnetz auftretende Bursts be^¬ stimmt ist. Hierbei sind insbesondere Source-Level-Bursts zu berücksichtigen, die durch die Datenquelle des Paketdaten- flusss verursacht werden. Ist der Zwischenspeicher gefüllt, werden weitere, überschüssige Datenpakete verworfen.In a further preferred embodiment, the excess traffic per packet data flow is temporarily stored in an intermediate ^memory or queue memory. This has a space of sufficient size, so that data packets are buffered to an extent Kings ^¬ nen, as it be by typical occurring in the core network bursts ^¬ true. Here, in particular, source-level bursts are too that is caused by the data source of the packet data flow. If the buffer is filled, further, excess data packets are discarded.

Weitere Merkmale, Zweckmäßigkeiten und Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die wesentlichen Aspekte erfindungs¬ gemäß ausgebildeter Netzwerkeinrichtungen ergeben sich aus den erfindungsgemäßen Verfahren.Other features, advantages and advantages emerge from the dependent claims. The essential aspects of inventive network devices result from the methods according to the invention.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Aus^¬ führungsbeispiels weiter erläutert. Hierfür sind Figuren bei^¬ gefügt, von denen zeigt:The invention will be further explained below with reference to a preferred ^exemplary embodiment. For this purpose, figures are attached to ^¬ , of which shows:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der verfügbaren Band- breiten an wichtigen Schnittstellen bzw. Referenzpunkten in einem GPRS-Netz,1 shows a schematic representation of the available bandwidths at important interfaces or reference points in a GPRS network,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines GPRS-Netzes mit erfindungsgemäß weiterentwickeltem SGSN und GGSN,2 is a schematic representation of a GPRS network with inventively enhanced SGSN and GGSN,

Fig. 3 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines erfin¬ dungsgemäßen Ratenbegrenzungs-Algorithmus zur Konformitäts^¬ prüfung,3 is a flow diagram illustrating an inventive rate limiting algorithm for conformity testing ^¬.,

Fig. 4 ein funktionales Blockschaltbild der erfindungswesent^¬ lichen Komponenten eines SGSN/GGSN aus der Figur 2.Fig. 4 is a functional block diagram of the components of a union erfindungswesent ^¬ SGSN / GGSN from the Figure 2.

In der Fig. 2 sind in schematisierter Form Netzwerkeinrich¬ tungen bzw. Netzelemente eines GPRS-Mobilfunknetzwerkes 10 gezeigt. Das Kernnetz 12 des Mobilfunknetzes 10 umfasst zwei GGSNs 14-1 und 14-2 sowie zwei SGSNs 16-1 und 16-2. Ferner liegt im Kernnetz 12 ein Gateway 18 vor, welches Funktionen einer Datenfluss-Formung gem. der TS 23.107 erfüllt und wei¬ ter unten genauer beschrieben wird. Das Funk-Zugangsnetz 20 des Mobilfunknetzes 10 umfasst eine BSC/PCU 22. Ein Mobil- funkendgerät 24 empfängt über das Mobilfunknetz 10 im Rahmen eines Datenflusses 25 Daten von einer über ein externes Pa^¬ ketdatennetz 26 angebundenen externen Datenquelle 27.FIG. 2 shows in a schematized form network devices or network elements of a GPRS mobile radio network 10. The core network 12 of the mobile network 10 includes two GGSNs 14-1 and 14-2 and two SGSNs 16-1 and 16-2. Furthermore, there is a gateway 18 in the core network 12, which functions according to a data flow shaping. TS 23.107 is fulfilled and will be described in more detail below. The radio access network 20 of the mobile radio network 10 comprises a BSC / PCU 22. A mobile radio terminal 24 receives via the mobile radio network 10 in the frame a data flow from an external data 25 a Pa ^¬ ketdatennetz 26 connected external data source 27th

Der Datenfluss 25 betrifft dabei Daten, die im Rahmen eines für das Endgerät 24 im GGSN 14-1 und SGSN 16-1 aktivierten PDP-Kontextes übermittelt werden. Hierbei handelt es sich um TCP-Pakete, die von einer Anwendung, nämlich einem Web¬ Browser auf dem Endgerät 24 verwendet werden, um eine Website darzustellen. Als Beispiele könnten natürlich genauso gut an- dere Datenservices herangezogen werden, bspw. Email-Download oder dergleichen Download-Dienste.Data flow 25 relates to data that is transmitted as part of a PDP context activated for terminal 24 in GGSN 14-1 and SGSN 16-1. These are TCP packets that are used by an application, namely a Web browser on the terminal 24, to display a website. As an example, other data services could of course be used as well, for example email download or similar download services.

Paketdatenflüsse wie der Fluss 25 sind mittels durchgezogener Pfeile dargestellt. Schnittstellen bzw. Referenzpunkte zwi- sehen den Netzwerkeinrichtungen und an den Netzgrenzen sind mit den Bezeichnungen "Gi", "Gn", usw. versehen, wie sie dem Fachmann aus den 3GPP UMTS/GPRS-Spezifikationen bekannt sind.Packet data flows such as flow 25 are shown by solid arrows. Interfaces or reference points between the network devices and at the network boundaries are provided with the designations "Gi", "Gn", etc., as known to those skilled in the 3GPP UMTS / GPRS specifications.

Der Datenfluss 25 wird in Reaktion auf eine vom Endgerät 24 stammende Anforderung im Datenserver 27 erzeugt und von dort mit einer Datenrate an das Mobilfunknetz 10 gesendet, die von den Konfiguration des Servers 27 abhängt. In dem hier ge¬ schilderten Beispiel betrage die Datenrate 10 Mbit/s. Es kön^¬ nen Bursts auftreten, bei denen die Datenrate für einige 10 Millisekunden bis einige 100 Millisekunden auf mehrere 10 Mbit/s ansteigt.The data flow 25 is generated in response to a request originating from the terminal 24 in the data server 27 and sent from there to the mobile radio network 10 at a data rate which depends on the configuration of the server 27. In the example described here, the data rate would be 10 Mbit / s. It Kings ^¬ nen bursts occur in which the data rate of some 10 milliseconds to several 100 milliseconds to several 10 Mbit / s increases.

Bei Eintritt in das Netz 10 an der durch das Gateway 18 ver^¬ körperten Gi-Schnittstelle ist diese Datenrate in ihrem zeit- liehen Verlauf durch die Gegebenheiten des externen Netzes 26 modifiziert. So ist es denkbar, dass zusätzliche Bursts in dem Datenfluss auftreten.Upon entry into the network 10 at the körperten ver through the gateway 18 ^¬ Gi interface is modified this data rate in their time course borrowed by the conditions of the external network 26th So it is conceivable that additional bursts occur in the data flow.

Das Gateway 18 ist gemäß der Spezifikation TS 23.107 gebil- det, um die Datenrate des Datenflusses 25 an die Gegebenhei^¬ ten des Mobilfunknetzes 10 anzupassen, konkret an die verfüg^¬ baren Bandbreiten im Kernnetz 12 und Funk-Zugangsnetz 20. Das Gateway 18 könnte auch als Teil des GGSNs 14-1 implementiert sein, ist hier jedoch als eigenständige Einheit gezeichnet, um zu verdeutlichen, dass die Netzlastformung gem. der TS 23.107 an der Außenseite des Mobilfunknetzes 10 stattfin- det. Gemäß der TS 23.107 sind weitere Einheiten zur Netzlast^¬ formung, bezogen auf den Weg des Downlink-Datenflusses 25 zum Endgerät 24, erst wieder in der BSC/PCU 22 vorgesehen, um den Datenfluss an die Bandbreitenkapazität über die Luftschnitt^¬ stelle anzupassen.The gateway 18 is the specification TS det according 23.107 gebil- to the data rate of data flow 25 of the mobile network 10 th adapt to the Gegebenhei ^¬, specifically cash to the availa- ^¬ bandwidth in the core network 12 and radio access network 20. The Gateway 18 could also be implemented as part of GGSN 14-1, but here is drawn as a standalone entity to make it clear that network load-shaping in accordance with FIG. the TS 23.107 on the outside of the mobile network 10 takes place. According to the TS 23.107 further units for network load ^¬ are shaping, with respect to the path of the downlink data flow 25 is provided to the terminal 24, again only in the BSC / PCU 22 to the flow of data to the bandwidth capacity over the air interface ^¬ point adapt.

Im GGSN 14-1 wird der Datenfluss 25 (ggf. zusammen mit weite^¬ ren Datenflüssen, die nicht extra eingezeichnet sind) über eine Netzwerk-Schnittstelleneinheit 28 in Richtung auf das SGSN 16-1 ausgegeben. Die Schnittstelleneinheit 28-1 arbeitet in bekannter Weise, um den Datenfluss 25 an die Gn-Schnitt- stelle anzupassen.In the GGSN 14-1, the data flow 25 (possibly together with ^further data flows, which are not drawn in extra) is output via a network interface unit 28 in the direction of the SGSN 16-1. The interface unit 28-1 operates in a known manner to adapt the data flow 25 to the Gn interface.

Die Schnittstelleneinheit 29 im SGSN 16-1 stellt einen Aggre^¬ gationspunkt dar. Wie in dem Beispiel der Fig. 2 gezeigt, werden hier Datenflüsse der GGSNs 14-1 und 14-2 zusammenge^¬ führt. Tritt nun nur in einem der in der Einheit 29 zusammen- gefassten Datenflüsse ein Burst auf, kann das den aggregier- ten Datenfluss empfindlich stören, wie in der Publikation von Jiang & Dovrolis gezeigt.The interface unit 29 in the SGSN 16-1 provides a gensets ^¬ gationspunkt. As shown in the example of FIG. 2, are here data flows of the GGSNs leads 14-1 and 14-2 together quantitative ^¬. If a burst only occurs in one of the data flows combined in unit 29, this can severely disrupt the aggregated data flow, as shown in the publication by Jiang & Dovrolis.

Gleiches gilt in dem Beispiel der Fig. 2 eingangsseitig an der BSC/PCU 22, wo Datenflüsse der SGSNs 16-1 und 16-2 in der empfangenden Schnittstelleneinheit 31 aggregiert werden.The same applies in the example of FIG. 2 on the input side to the BSC / PCU 22, where data flows of the SGSNs 16-1 and 16-2 are aggregated in the receiving interface unit 31.

Zwar sind die Schnittstelleneinheiten 29 und 31 zum Empfang von aggregierten Datenflüssen jeweils mit einer Durch¬ schnitts-Bandbreite bzw. -datenübertragungsrate ausgebildet. Tritt jedoch in einer dieser Datenflüsse ein Burst auf, wird u. U. die Kapazität der Eingangsqueue bzw. -warteschlange der Einheit überfordert, so dass Pakete massiv verzögert oder gar verworfen werden müssen. Um das Auftreten von Loss und Delay in Datenflüssen wie dem Datenfluss 25 beim Durchgang durch das Mobilfunknetz 10 zu verhindern, sind die den Aggregationspunkten vorgelagerten Schnittstelleneinheiten 28-1, 28-2 und 30-1, 30-2 erfindungs- gemäß weitergebildet, um das Auftreten von Bursts in den Da^¬ tenflüssen zuverlässig zu verhindern.Although the interface units 29 and 31 for receiving aggregated data flows are each formed with an average bandwidth or data transmission rate. However, if a burst occurs in one of these data flows, u. For example, the capacity of the unit's inbound queue or queue may be overwhelmed, causing packets to be massively delayed or discarded. In order to prevent the occurrence of loss and delay in data flows such as the data flow 25 when passing through the mobile radio network 10, the interface units 28-1, 28-2 and 30-1, 30-2 upstream of the aggregation points are further developed in accordance with the invention occurrence of bursts in the Da ^¬ tenflüssen reliably prevent.

Zur genaueren Erläuterung sind in der Fig. 3 erfindungswe¬ sentliche Komponenten der Schnittstelleneinheit 28-1 darge- stellt. Der Aufbau der Einheiten 28-2, 30-1 und 30-2 ent^¬ spricht demjenigen der Einheit 28-1.For a more detailed explanation, FIG. 3 shows components of the interface unit 28-1 that are essential to the invention. The construction of the units 28-2, 30-1 and 30-2 ent ^¬ speaks to that of the unit 28-1.

Die Schnittstelleneinheit 28-1 verfügt zunächst über eine Eingangswarteschlange bzw. Eingangsqueue 32. In diese werden Datenpakete 34 des Paketdatenflusses 25 vom Server 26 sowieThe interface unit 28-1 initially has an input queue or input queue 32. In this data packets 34 of the packet data flow 25 from the server 26 and

Pakete weiterer Datenflüsse eingereiht, die zur Weiterleitung vom GGSN 14-1 über die Gn-Schnittstelle an das SGSN 16-1 be^¬ stimmt sind. Einige der Datenpakete 34 sind in der Fig. 3 schematisch dargestellt.Packed in packets of other data flows, which are for transmission from the GGSN 14-1 via the Gn interface to the SGSN 16-1 be ^¬ true. Some of the data packets 34 are shown schematically in FIG.

Zur Klassifizierung der in der Eingangsqueue 32 befindlichen Datenpakete 34 ist ein Klassifikationsmodul 36 implementiert. Zur Durchführung der Klassifizierung greift das Modul 36 auf einen Konstantenspeicher 38 zu, wie unten genauer beschrieben werden wird. Das Klassifizierungsergebnis wird an ein Behand^¬ lungsmodul 40 übergeben. Das Modul 40 ist ausgebildet, um in Abhängigkeit vom Klassifikationsergebnis ggf. zwischenzuspei^¬ chernde Datenpakete 34 in einem Zwischenspeicher 42 zu spei¬ chern, die zwischengespeicherten Pakete aus dem Speicher 42 wieder zu entnehmen, und nach der Zwischenspeicherung zurück in die Eingangsqueue 32 einzustellen. Nicht zwischenzuspei^¬ chernde Pakete werden vom Behandlungsmodul auf das Format der Gn-Schnittstelle angepasst und in eine Ausgangsqueue 44 ge^¬ stellt, aus der die an das SGSN 16-1 weiterzuleitenden Pakete 34 entnommen und nach Maßgabe der physikalischen Kapazität der Verbindung zwischen GGSN 14-1 und SGSN 16-1 weitergelei¬ tet werden. Die Funktionsweise des Klassifikationsmoduls 36 wird anhand der Schritte Sl bis SlO des Flussdiagramms der Fig. 4 be^¬ schrieben. Im Schritt Sl wird überprüft, ob mindestens ein Datenpaket 34 in der Eingangswarteschlange 32 vorliegt. Ist das der Fall, wird durch das Klassifikationsmodul 36 (gemäß dem FIFO-Prinzip) die Länge des ersten in der Queue vorlie¬ genden Paketes 34 bestimmt. Hierzu wird die Länge L(p) der Paketdateneinheit ("Packet Data Unit", PDU) in der LLC("Logical Link Control") -Protokollschicht des zu klassifi^¬ zierenden Paketes p bestimmt.To classify the data packets 34 located in the input queue 32, a classification module 36 is implemented. To perform the classification, the module 36 accesses a constant memory 38, as will be described in greater detail below. The classification result is passed to a treatmen ^¬ development module 40th The module 40 is configured to adjust, depending on the classification result optionally zwischenzuspei ^¬ chernde data packets 34 in a buffer 42 to spei¬ manuals to remove the buffered packets from the memory 42 again, and after intermediate storage back to the inbound queue 32nd Not zwischenzuspei ^¬ chernde packets are adjusted by the processing module to the format of the Gn interface and ge in an output queue 44 provides ^¬ from which removed the forwarded packets to the SGSN 34 and 16-1 according to the physical capacity of the link between GGSN 14 1 and SGSN 16-1 weitergelei¬ tet. The operation of the classification module 36 is written with reference to the steps Sl to SIO of the flowchart of Fig. 4 be ^¬. In step S1, it is checked whether at least one data packet 34 is present in the input queue 32. If this is the case, the classification module (according to the FIFO principle) determines the length of the first packet 34 present in the queue. To this end, the length L (p) is determined the packet data unit ( "Packet Data Unit" PDU) in the LLC ( "Logical Link Control") protocol layer of the classifi to ^¬ ornamental package p.

Mit L(p) wird in Schritt S2 ein Vorhersagewert des so genann^¬ ten "Bucket-Counters" B* ermittelt. Dieser berechnet sich als die Summe der Längen des letzten sowie des nunmehr zu behan¬ delnden Paketes abzüglich der gewünschten, maximalen Bitrate, multipliziert mit der Zeit, die seit dem Versenden des vo^¬ rausgegangenen Paketes vergangen ist.With L (p), a predicted value of the thus genann ^¬ is ten in step S2 "Bucket-Counters" B * determined. This is calculated as the sum of the lengths of the last and the now to behan¬ delnden packet minus the desired maximum bit rate multiplied by the time which has elapsed since the sending of the vo ^¬ out previous packet.

Dieser Vorhersagewert wird im Schritt S3 mit der in SchrittThis predictive value is determined in step S3 with the in step

51 ermittelten Länge des Paketes L(p) verglichen. Ist der Vorhersagewert B* kleiner, würde die Weiterleitung des Pake^¬ tes p mit der maximalen Bitrate R konform gehen. Somit kann das Paket p weitergeleitet werden.51 determined length of the packet L (p) compared. If the prediction value B * is smaller, the forwarding of the packet p would ^correspond to the maximum bit rate R. Thus, the packet p can be forwarded.

Hierzu wird in einem Schritt S4-A1 (Alternative 1) ein ent^¬ sprechendes Klassifikationsergebnis „PDU weiterleiten" an das Behandlungsmodul 40 übergeben. Außerdem wird der im SchrittFor this, a ent ^¬ speaking classification result "forward PDU" is passed to the processing module 40 in a step S4-A1 (Alternative 1). In addition, in step

52 verwendete Algorithmus für die Klassifizierung des nächs- ten Paketes vorbereitet, in dem der Bucket-Count auf die Län^¬ ge des soeben klassifizierten Paketes gesetzt und der Zeit^¬ punkt des Versendens des letzten Paketes auf den momentanen Zeitpunkt gesetzt wird.52 used algorithm for the classification of the next packet prepared in which the bucket count is set to the Län ^¬ ge of the just classified package and the time ^¬ point of sending the last packet is set to the current time.

Ergibt sich andererseits im Schritt S3, dass das Versenden des zu klassifizierenden Paketes zu einem Überschreiten der maximalen Bitrate R führen würde, wird in einem Schritt S4-A2 ein entsprechendes Klassifizierungsergebnis „PDU verzögern" an das Behandlungsmodul 40 übergeben, und ein Aktualisieren der Parameter B und T_p unterbleibt.If, on the other hand, it is found in step S3 that the sending of the packet to be classified would result in exceeding the maximum bit rate R, in step S4-A2 a corresponding classification result "delay PDU" passed to the treatment module 40, and an update of the parameters B and T _{p is} omitted.

Um im Schritt S2 den Wert des Bucket-Count B* zu bestimmen, greift das Klassifikationsmodul 36 auf den Konstantenspeicher 38 (vgl. Fig. 3) zu, in dem der Wert der maximalen Datenrate bzw. "maximum bitrate" R gespeichert ist. Die maximale Bu- cket-Size des im Klassifikationsmodul 36 implementierten Bu- cket braucht nicht gespeichert zu werden, da eine Ermittlung und Auswertung der Bedingung, ob bei Übermittlung des jeweils zu klassifizierenden Paketes ein Überschreiten der Bucket- Size erfolgen würde, nicht durchgeführt werden muss. Die Imp^¬ lementierung des erfindungsgemäßen Leaky-Bucket-Mechanismus ist gegenüber Token-Bucket-Algorithmen, etwa gemäß der TSIn order to determine the value of the bucket count B * in step S2, the classification module 36 accesses the constant memory 38 (see Fig. 3) in which the value of the maximum data rate or maximum bitrate R is stored. The maximum bucket size of the bucket implemented in the classification module 36 does not need to be stored since a determination and evaluation of the condition as to whether the bucket size would be exceeded when transmitting the respective packet to be classified need not be performed , The Imp ^¬ lementierung of the leaky bucket mechanism of the invention is compared with token bucket algorithms, such as the TS

23.107, vereinfacht. Damit verringern sich die zur Klassifi^¬ zierung der Pakete im Modul 36 erforderlichen CPU-Bearbei¬ tungszeiten.23.107, simplified. Thereby reducing the to classifi cation ^¬ the packets in the module 36 required CPU Bearbei¬ processing times.

Das Klassifikationsmodul 36 ist zum Auslesen des Wertes derThe classification module 36 is for reading out the value of

Maximum Bitrate desjenigen aktivierten PDP-Kontext-Parameter- satzes, der dem Endgerät 24 und dem Paketdatenfluss 25 zuge^¬ ordnet ist, aus einem PDP-Kontextspeicher (nicht gezeigt) des GGSNs 14-1 und zur Abspeicherung dieses Wertes im Konstanten- Speicher als konstanter Parameter für die Leak-Rate R des er¬ findungsgemäßen Algorithmus ausgebildet.Maximum Bitrate activated of that PDP context parameter set, which is the terminal 24 and the packet data flow is assigned 25 supplied ^¬ (not shown) from a PDP Context of the memory 14-1 and GGSNs for storing this value in the memory as a constant of constants Parameters for the leak rate R of er¬ inventive algorithm formed.

Erhält das Behandlungsmodul 40 vom Klassifikationsmodul 36 das Klassifikationsergebnis "PDU weiterleiten", so entnimmt das Behandlungsmodul 40 das erste Paket 34 aus der Queue 32 und leitet dieses in Richtung SGSN 16-1 (vgl. Fig. 2) weiter.If the treatment module 40 receives the classification result "forward PDU" from the classification module 36, then the treatment module 40 removes the first packet 34 from the queue 32 and forwards it in the direction SGSN 16-1 (see FIG.

Erhält das Behandlungsmodul 40 das Klassifikationsergebnis "PDU verzögern", so entnimmt das Modul 40 das zu behandelnde Paket der Queue 32 und speichert dieses im ZwischenspeicherIf the treatment module 40 receives the "PDU delay" classification result, the module 40 removes the packet to be treated from the queue 32 and stores it in the buffer

42. Gleichzeitig wird im Behandlungsmodul 40 ein Timer (nicht gezeigt) gestartet. Nach Ablauf des Timers entnimmt das Be- handlungsmodul 40 das zwischengespeicherte Paket dem Zwi^¬ schenspeicher 42 und stellt das Paket zurück in die Eingangs^¬ queue 32. Der Wert des im Modul 40 ablaufenden Timers kann sich beispielsweise aus der im Konstantenspeicher 38 gespei- cherten Konstanten R (maximale Datenrate) ergeben, indem mit Hilfe von R und der Länge des Paketes ein Verzögerungszeit^¬ raum berechnet wird. Auf diese Weise wird ein Paket nach sei^¬ ner Verzögerung erneut der Klassifizierung durch das Modul 36 zugeführt und wird dann entweder weitergeleitet oder erneut verzögert.42. At the same time, a timer (not shown) is started in the treatment module 40. At the end of the timer, the Action module 40 the cached packet the Zwi ^¬ schenspeicher 42 and puts the packet back into the input ^¬ queue 32. The value of running in the module 40 timer may, for example, from the stored in the constant memory 38 constant R (maximum data rate) result by with the help of R and the length of the packet a delay time ^¬ space is calculated. In this way, a packet is supplied to delay was ^¬ ner again the classification by the module 36 and is then either transmitted or delayed again.

Die Bucket-Size für die Token- bzw. Leaky-Bucket-Algorithmen, die auf dem Gateway 18 und in der Schnittstelleneinheit 28-1 implementiert sind, können unterschiedliche Werte annehmen, da beide Einheiten unterschiedlichen Zwecken dienen. Das Ga¬ teway 18 skaliert den Datenfluss 25 in Bezug auf die Quality- of-Service-Anforderung des für den Datenfluss 25 in Anspruch genommenen Trägerdienstes (Bearer-Service) im Mobilfunknetz 10. Die ausgangsseitig im GGSN 14-1 implementierte Schnitt- Stelleneinheit 28-1 dient der Vermeidung von Paketverlusten und -Verzögerungen aufgrund der insbesondere im Kernnetz 12 vorliegenden Aggregationspunkte.The bucket size for the toe or leaky bucket algorithms implemented on the gateway 18 and in the interface unit 28-1 may assume different values, since both units serve different purposes. The gateway 18 scales the data flow 25 with respect to the quality of service request of the carrier service (bearer service) used for the data flow 25 in the mobile radio network 10. The interface unit 28 implemented on the output side in the GGSN 14-1 -1 serves to avoid packet losses and delays due to the aggregation points present in particular in the core network 12.

Demgegenüber soll die maximale Datenrate (d.h. die Maximum Bitrate) pro PDP-Kontext an allen Punkten gleich sein, unab^¬ hängig von der Netzkonfiguration. Wäre die maximale Datenrate an einem Punkt kleiner als die im PDP-Kontext angegebene Ma^¬ ximum Bitrate, könnte die Maximum Bitrate nicht mehr gewähr^¬ leistet werden.In contrast to the maximum data rate (ie, the maximum bit rate) per PDP context at all points be equal, inde ^¬ pendent of the network configuration. If the maximum data rate at a point less than the specified in the PDP context Ma ^¬ ximum bit rate, maximum bit rate guarantees ^¬ could not perform better.

Der Datenfluss 25 wird im SGSN 16-1 weiterhin einer GPRS- Flusskontrolle gemäß der TS 08.18 unterworfen (nicht ge^¬ zeigt) . Hierbei wird auf die Leistungsfähigkeit des Puffers für die Luftschnittstelle in der BSC 22 abgestellt. Aller- dings findet eine Bursts ausschaltende Netzlastformung nicht statt, da die Flusskontrolle gemäß der TS 08.18 eine Bucket- Size bis zu etwa 50 kByte oder darüber hinaus vorsieht. Durch die entsprechend den Schnittstelleneinheiten 28-1 und 28-2 ausgebildete Einheiten 30-1 und 30-2 wird der Aggregati^¬ onspunkt in der BSC/PCU 22 geschützt. In der BSC 22 wird der Datenfluss 25 schließlich einer weiteren Formung gemäß der TS 23.107 unterzogen (nicht gezeigt) . Dadurch wird sicherge^¬ stellt, dass der über die Luftschnittstelle Abis/Um an das Endgerät 24 übermittelte Datenfluss 25 konform zu dem in An^¬ spruch genommenen GPRS-Bearerservice gebildet ist.The data flow 25 is subjected to the SGSN 16-1 continues to be one GPRS flow control according to the TS 18.08 (not shown ge ^¬). Here, the performance of the buffer for the air interface in the BSC 22 is turned off. However, there is no burst-switching network load-shaping because the flow control according to TS 08.18 provides a bucket size of up to about 50 kbytes or more. By formed corresponding to the interface units 28-1 and 28-2 units 30-1 and 30-2 of the aggregati ^¬ is onspunkt in the BSC / PCU protected 22nd In the BSC 22, the data flow 25 is finally subjected to a further shaping according to the TS 23.107 (not shown). This provides, that is / To transmitted to the terminal 24 data flow 25 formed over the air interface Abis conform to the demanding taken in An ^¬ GPRS Bearerservice sicherge ^¬.

Der Konstantenspeicher 38 in der Fig. 3 kann ein Speicher sein, auf dem die Parameterwerte für aktivierte PDP-Kontexte abgelegt sind.The constant memory 38 in FIG. 3 may be a memory on which the parameter values for activated PDP contexts are stored.

Statt wie in dem hier geschilderten Beispiel jeweils aufInstead, as in the example described here on each

Netzwerk-Schnittstelleneinheiten, kann das erfindungsgemäße Verfahren auch auf eigenständigen Einheiten der Netzknoten im Mobilfunknetzwerk implementiert sein. Die erfindungsgemäß weiterentwickelten Schnittstelleneinheiten (im Beispiel der Fig. 2 die Einheiten 28-1, 28-2, 30-1, 30-2) sind jeweils in Bezug auf Downlink-Datenflüsse vor zu schützenden Aggregati^¬ onspunkten oder Punkten, an denen die verfügbare Bandbreite sich verringert, angeordnet. Allgemein sind die Stellen im Mobilfunknetz, an denen Datenflüsse erfindungsgemäß zu be- grenzen bzw. glätten sind, so zu wählen, dass zwischen dieser Stelle und den zu schützenden Aggregationspunkten keine wei¬ teren Bursts entstehen können.Network interface units, the inventive method can also be implemented on stand-alone units of network nodes in the mobile network. The inventively further developed interface units (in the example of FIG. 2, the units 28-1, 28-2, 30-1, 30-2) are respectively in relation to downlink data flows to be protected aggregation ^¬ points or points at which the available Bandwidth decreases, arranged. In general, the points in the mobile radio network at which data flows are to be delimited or smoothed according to the invention should be selected such that no further bursts can arise between this point and the aggregation points to be protected.

Das hier dargestellte Ausführungsbeispiel stellt nur eine zweckmäßige Ausführungsform der Erfindung dar. Darüber hinaus sind im Geltungsbereich der Erfindung, der ausschließlich durch die nachfolgenden Ansprüche angegeben wird, durch fach¬ männisches Handeln noch viele weitere Ausführungsformen denk¬ bar. The exemplary embodiment illustrated here represents only one expedient embodiment of the invention. Moreover, within the scope of the invention, which is indicated exclusively by the following claims, many further embodiments are conceivable by professional action.

Claims

Patentansprüche claims

1. Verfahren zur Netzlastformung in einem Mobilfunknetz (10), insbesondere einem GPRS- oder UMTS-Netz, wobei das Mobilfunknetz (10) ein Funk-Zugangsnetz (20) und ein Kernnetz (12) aufweist und ein Paketdatenfluss (25) von mindestens einer DatenquelleA method for network load shaping in a mobile radio network (10), in particular a GPRS or UMTS network, wherein the mobile radio network (10) has a radio access network (20) and a core network (12) and a packet data flow (25) of at least one Data Source

(27) zu einem Mobilfunkendgerät (24) über mindestens eine(27) to a mobile station (24) via at least one

Netzwerkeinrichtung (14-1, 16-1) im Kernnetz (12) und das Funk-Zugangsnetz (20) weitergeleitet wird, in der Netzwerkeinrichtung (14-1, 16-1) Datenpakete (34) des Paketdatenflusses (25) anhand eines vorgegebenen Klas^¬ sifikationsschemas klassifiziert werden, als Klassifikationsschema ein Leaky-Bucket-Algorithmus eingesetzt wird, wobei eine Leak-Rate (R) einer vorgegebe^¬ nen maximalen Datenrate entspricht, die Klassifizierung derart durchgeführt wird, dass für solche Datenpakete von einer Reihe aufeinander folgender Datenpakete (34) des Paketdatenflusses (25), bei deren Weiterleitung die durch die maximale Datenrate vorgegebene Bandbreite für die Übermittlung des Paketdatenflusses (25) überschritten würde, jeweils ein vorbestimmtes Klassifika^¬ tionsergebnis erhalten wird (S3) , jedes klassifizierte Datenpaket (34) in der Netzwerkein- richtung (14-1, 16-1) entsprechend dem Klassifikationser¬ gebnis behandelt wird, wobei in Abhängigkeit von dem vor^¬ bestimmten Klassifikationsergebnis das entsprechende Da^¬ tenpaket (34) in der Weiterleitung verzögert wird (S4-A2), so dass bei der Übermittlung des Paketdatenflusses (25) von der Netzwerkeinrichtung (14-1, 16-1) zum Mobilfunkend¬ gerät (24) die vorgegebene maximale Datenrate eingehalten wird.Network device (14-1, 16-1) in the core network (12) and the radio access network (20) is forwarded, in the network device (14-1, 16-1) data packets (34) of the packet data flow (25) based on a predetermined Klas ^¬ sifikationsschemas are classified, is used as a classification scheme a leaky bucket, wherein a leak rate (R) corresponds to a pre give ^¬ NEN maximum data rate, the classification is carried out such that successive of such data packets from a series of consecutive data packets ( 34) of the packet data flow (25), the forwarding of which would be exceeded by the maximum data rate bandwidth for the transmission of the packet data flow (25), in each case a predetermined Klassifika ^¬ tion result is obtained (S3), each classified data packet (34) in the networks - Direction (14-1, 16-1) is treated according to the Klassifikationser¬ result, wherein, depending on the before ^¬ certain Klassifikatio is delayed nsergebnis the corresponding Da ^¬ tenpaket (34) in the forwarding (S4-A2), so that during the transmission of the packet data flow (25) from the network device (14-1, 16-1) comes to Mobilfunkend¬ (24) predetermined maximum data rate is maintained.

2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass2. Method according to claim 1, characterized in that

Klassifizierung und Behandlung der Datenpakete (34), bezogen auf den Paketdatenfluss (25) , in der oder jeder Netzwerkein- richtung (14-1, 16-1) derart vor einem Aggregationspunkt und/oder einem Punkt im Kernnetz (12) oder Funk-Zugangsnetz (20), an dem die für den Paketdatenfluss (25) maximal verfüg^¬ bare Bandbreite reduziert wird, erfolgt, dass zwischen der Netzwerkeinrichtung (14-1, 16-1) und dem Aggregationspunkt oder dem Punkt verringerter Bandbreite keine neuen Bursts entstehen können.Classifying and handling the data packets (34) related to the packet data flow (25) in the or each network direction (14-1, 16-1) (20) on which the availa- maximum for the packet data flow (25) ^¬ bare bandwidth is reduced in such a way in front of a aggregation point and / or a point in the core network (12) or radio access network takes place in that no new bursts can arise between the network device (14-1, 16-1) and the aggregation point or the point of reduced bandwidth.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass3. The method of claim 1 or 2, wherein a

Klassifizierung und Behandlung der Datenpakete (34) in der oder jeder Netzwerkeinrichtung (14-1, 16-1) erfolgt, die, be¬ zogen auf den Paketdatenfluss (25) , vor der Gn- oder der Gb- Schnittstelle liegt.Classification and handling of the data packets (34) takes place in the or each network device (14-1, 16-1) which, in relation to the packet data flow (25), lies before the Gn or the Gb interface.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die maximale Datenrate gemäß der Maximum Bitrate der 3GPP- Spezifikation TS 23.107 für die Verkehrsklassen 'Interactive' und 'Background' gebildet ist.4. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the maximum data rate according to the maximum bit rate of the 3GPP specification TS 23.107 for the traffic classes 'Interactive' and 'Background' is formed.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Paketdatenfluss (25) diejenigen Paketdaten umfasst, die einer logischen Verbindung zwischen dem Mobilfunkendgerät (24) und der Netzwerkeinrichtung (14-1, 16-1) zugeordnet sind, insbesondere einem PDP-Kontext.5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the packet data flow (25) comprises those packet data, which are associated with a logical connection between the mobile station (24) and the network device (14-1, 16-1), in particular a PDP Context.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass6. Method according to one of claims 3 to 5, characterized in that a

Klassifizierung und Behandlung der Datenpakete (34) in einem SGSN (16-1) oder GGSN (14-1) ist.Classifying and handling the data packets (34) in a SGSN (16-1) or GGSN (14-1).

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass auf den aktivierten PDP-Context-Parametersatz zugegriffen wird, der dem Paketdatenfluss (25) zugeordnet ist, um den Wert der Maximum Bitrate auszulesen und diesen Wert der Leak- Rate (R) zuzuweisen.Method according to claim 5 or 6, characterized in that access is made to the activated PDP Context parameter set associated with the packet data flow (25) in order to access the Read out the value of the maximum bit rate and assign this value to the leak rate (R).

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass im Funk-Zugangsnetz (20) und/oder an der mobilfunknetz- externen Datenquelle (27) eine Netzlastformung gemäß der 3GPP-Spezifikation TS 23.107 und/oder im Kernnetz vor der Gb-Schnittstelle eine Flusskontrolle ge- maß der 3GPP-Spezifikation TS 08.18 durchgeführt wird.8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that in the radio access network (20) and / or on the mobile radio network external data source (27) a network load shaping according to the 3GPP specification TS 23.107 and / or in the core network before the Gb interface a flow control measure according to the 3GPP specification TS 08.18 is performed.

9. Verfahren nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Datenpakete (34) des Paketdatenflusses (25) im SGSN (16- 1) im Anschluss an die Flusskontrolle gemäß der 3GPP-9. The method according to claim 8, wherein the data packets (34) of the packet data flow (25) in the SGSN (16-1) are connected to the flow control according to the 3GPP protocol.

Spezifikation TS 08.18 klassifiziert und weitergeleitet oder verzögert werden.Specification TS 08.18 classified and forwarded or delayed.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die verzögerten Datenpakete (34) zwischengespeichert werden, wobei ein Zwischenspeicher (42) mit einem bestimmten Speicher¬ platz vorgegeben ist, - Datenpakete (34), für deren Zwischenspeicherung der ver¬ fügbare Speicherplatz im Zwischenspeicher (42) nicht aus¬ reicht, verworfen werden, und der Speicherplatz so vorgegeben ist, dass Datenpakete in einem Umfang zwischengespeichert werden können, der durch die im Kernnetz (12) auftretenden Bursts bestimmt ist.10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the delayed data packets (34) are cached, wherein a buffer (42) is specified with a certain Speicher¬ space - data packets (34), for their temporary storage ver¬ available storage space in the intermediate memory (42) are not sufficient, are discarded, and the memory space is predetermined so that data packets can be cached to an extent that is determined by the bursts occurring in the core network (12).

11. Netzwerkeinrichtung (14-1, 16-1) für ein Kernnetz (12) eines Mobilfunknetzes (10), insbesondere GPRS- oder UMTS- Netz, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorher- gehenden Ansprüche, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h ein Klassifikationsmodul (36) , auf dem ein Klassifikations^¬ schema auf Basis eines Leaky-Bucket-Algorithmus implementiert ist, zum Klassifizieren der von einer Datenquelle (27) in der Netzwerkeinrichtung (14-1) ankommenden Datenpakete (34) eines Paketdatenflusses (25) zu einem mit dem Mobilfunknetz (10) verbundenen Mobilfunkendgerät (24), wobei eine Leak-Rate (R) einer vorgegebenen maximalen Datenrate entspricht, einen Konstantenspeicher (38) zum Speichern vorgegebener Kon¬ stanten für das Klassifikationsschema, und ein Behandlungsmodul (40) zum Behandeln der klassifizierten Datenpakete (34) entsprechend einem jeweiligen Klassifikati^¬ onsergebnis, wobei das Klassifikationsmodul (36) dazu ausgebildet ist, zur Ausführung des Klassifikationsschemas den Wert der Konstanten aus dem Konstantenspeicher (38) auszulesen, anhand der Kon¬ stanten und auf jeweils ein bestimmtes Datenpaket bezogener Daten das Klassifikationsergebnis zu bestimmen und dieses an das Behandlungsmodul (40 ) zu übergeben.11. Network device (14-1, 16-1) for a core network (12) of a mobile radio network (10), in particular GPRS or UMTS network, for carrying out the method according to one of the preceding claims, characterized by a classification module (36) on which a classification ^¬ scheme is implemented based on a leaky bucket, for classifying the incoming from a data source (27) in the network device (14-1) data packets (34) of a packet data flow (25) to a mobile radio terminal (24) connected to the mobile radio network (10), a leak rate (R) corresponding to a predetermined maximum data rate, a constant memory (38) for storing predetermined constants for the classification scheme, and a treatment module (40) for treating the classified data packets (34) corresponding to a respective Klassifikati ^¬ onsergebnis, wherein the classification module (36) is adapted for performing read out the value of the constants from the constant memory (38) of the classification scheme, the Kon¬ based constants and optimized for a specific Data package related data to determine the classification result and this to the treatment module (40) to hand over.

12. Netzwerkeinrichtung nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Netzwerkeinrichtung ein SGSN (16-1) oder ein GGSN (14-1) ist.12. Network device according to claim 11, characterized in that the network device is an SGSN (16-1) or a GGSN (14-1).

13. Netzwerkeinrichtung nach einem der Ansprüche 11 oder 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Klassifikationsmodul (36) zum Auslesen des Wertes der Ma^¬ ximum Bitrate des aktivierten PDP-Context-Parametersatzes, der dem Paketdatenfluss zugeordnet ist, aus einem PDP- Kontextspeicher der Netzwerkeinrichtung und zur Abspeicherung dieses Wertes im Konstantenspeicher (38) als Konstante für die Leak-Rate (R) ausgebildet ist. 13. The network device according to any one of claims 11 or 12, characterized in that the classification module (36) of the network device for reading out the value of Ma ^¬ ximum bit rate of the activated PDP context parameter set that is assigned to the packet data flow, from a PDP context storage and for storing this value in the constant memory (38) as a constant for the leak rate (R) is formed.