FI100081B - Henkilökohtainen tietoliikennejärjestelmä - Google Patents

Description

T00081

Henkilökohtainen tietoliikennejärjestelmä

Keksinnön kohteena on kiinteään verkkoon perustuva henkilökohtainen tietoliikennejärjestelmä PCS), jossa on 5 matkaviestinjärjestelmään perustuva liitäntäverkko paikalliskeskuksen alla.

Erilaisia solukkoradiojärjestelmiä, jotka mahdollistavat henkilökohtaisen langattoman tiedonsiirron, on ollut jo pitkään käytössä. Eräs tällainen matkaviestinjär-10 jestelmä on eurooppalainen digitaalinen matkaviestinjärjestelmä GSM (Global System for Mobile Communications). Tämän lisäksi on kehittelyn alla uuden sukupolven järjestelmiä, joiden toivotaan edelleen laajentavan henkilökohtaisen langattoman viestinnän mahdollisuuksia. Eräs täl-15 lainen standardoinnin alla oleva järjestelmä on Personal Communication System (PCS) Yhdysvalloissa. Nykyisten oletusten mukaan tulee olemaan kaksi PCS-verkkotyyppiä; perinteiset overlay-tyyppiset verkot ja kiinteät ISDN- ja PSTN-tyyppiset verkot. Radiorajapinnalle tulee olemaan lu-20 kuisia vaihtoehtoja, joista yksi on GSM-pohjainen PCS1900 (1900 MOz taajuusalueella toimiva GSM-järjestelmä).

Olemassa olevan matkaviestinjärjestelmästandardin (kuten GSM tai DCS1800) modifiointi PCS-overlay -verkoksi (kuten PCS1900) on suhteellisen suoraviivainen prosessi. 25 Ongelmallisempia sen sijaan ovat kiinteän ISDN- ja PSTN-verkon tyyppiset PCS-verkot, joissa käytetään matkavies-tinkeskuksen sijasta normaalia kiinteän verkon paikalliskeskusta (LE), jolloin tällainen ISDN/PSTN-pohjainen verkko ei suoraan sovi esimerkiksi GSM-verkkoarkkitehtuuriin.

. 30 Matkaviestinkeskus on GSM-pohjäisessä overlay-verkossa verkon keskeinen yksikkö, mutta ISDN/PSTN-pohjaisessa verkossa paikalliskeskuksella LE ei ole lainkaan matkaviestinverkkoa tukevia ominaisuuksia. Tulevaisuudessa paikalliskeskuksen LE voidaan olettaa sisältävän pienen joukon 35 yleisiä ominaisuuksia, jotka tukevat matkaviestinliitäntä- 100081 2 verkkojen kytkentää (puheluun liittymätön signalointi, jonkin tyyppinen handover-kytkennän tuki) mutta ne eivät välttämättä ole kovin käyttökelpoisia esimerkiksi PCS1900-järjestelmän tarpeisiin.

5 Eräs ratkaisu tähän ongelmaan on esitetty julkai sussa "Switching and signalling generic requirements for network access services to personal communication services (PCS) provider, GR-2801-CORE, Issue 1, December 1993, Bellcore, Bell Communications Research, erityisesti luku 10 1, sivut 1-10, kappale 2, sivut 1-26 sekä kappale 3, sivut 133-137. Tässä Bellcore-tyyppisessä verkossa radiorajapinta on wireless access communication system WACS (Bellcore TR INS-001313), joka on kytketty kiinteän verkon paikalliskeskukseen. Paikalliskeskukseen on liitetty älyverkko, 15 joka tarjoaa paikalliskeskukselle access-verkon liikkuvuu-denhallintaa tarvittavan palvelulogiikan, tietokannat ja operaatiot. Toisin sanoen älyverkko AIN (Advanced Intelligent Network) tarjoaa keskitetysti tilaajatietokantapalve-lut, sijainninhallinnan, autentikoinnin, pääsynhallinnan, 20 jne. Puhelunohjauksen perustoiminteet ovat ISDN-paikallis-keskuksessa, josta puhelunohjaus voi käynnistää älyverkko-operaatioita ennalta määrättyjen liipaisimien (trigger) mukaisesti standardin AIN-rajapinnan kautta. Bellcoren : järjestelmä tukee myös handoveria, jota Bellcore kutsuu 25 nimellä Automatic Link Transfer (ALT). ALT:n tarkoituksena on varmistaa palvelun jatkuvuus PCS-käyttäjälle kun sig-naalinvoimakkuus vaihtelee vastatun puhelun aikana. Sig-naalinvoimakkuus voi vaihdella esimerkiksi jos PCS-käyttä-jä liikkuu tai jos radioympäristön olosuhteet muuttuvat. 30 ALT:n tarkoituksena on mahdollistaa olemassa olevaan vastatun puhelun jatkuminen keskeytyksettä ja ilman, että PCS-käyttäjän tarvitsee ryhtyä toimenpiteisiin ALT:n suorittamiseksi tai tietää, että ALT on tapahtunut. Yllä mainitun julkaisun luvussa 3, sivuilla 133-138 kuvataan ALT-35 proseduuri, jossa handoverin "ankkuripisteenä" on paikal- tl 100081 3 liskeskus. Toisin sanoen suoritettaessa ALT vanhalta tukiasemajärjestelmältä (IPS/RPCU) uudelle tukiasemajärjestelmälle (IPS/RPCU) puretaan keskuksessa kytkentä vanhaan tukiasemajärjestelmään ja muodostetaan kytkentä uuteen 5 tukiasemajärjestelmään. Tällöin kiinteän verkon paikalliskeskus on kytkentöjen ja signaloinnin ankkuri. Tällainen paikalliskeskusta ankkurina käyttävä handover on mahdollinen uusissa kansallisissa ISDN-keskuksissa, joissa on vaadittavia ominaisuuksia. Tällaista handover-ratkaisua ei 10 kuitenkaan voida pitää hyvänä tapana edetä ainakaan PCS-järjestelmien alkuvaiheessa, koska pääosa olemassa olevista kiinteän verkon keskuksista on vanhempaa tyyppiä eikä näin ollen voida taata sellaisten keskusten saatavuutta, joissa on tarvittavat ominaisuudet. Lisäksi ongelmia aihe-15 uttaa se, että handoverin yhteyksien ankkuripisteenä on liittymäverkon standardin, kuten GSM, kanssa yhteensopimaton verkkoelementti.

Esillä olevan keksinnön päämääränä tietoliikennejärjestelmä, jossa liitäntäverkkona toimivan radioverkon 20 ohjaus mahdollisimman pitkälle kiinteän paikalliskeskuksen ominaisuuksista riippumaton.

Tämä saavutetaan tietoliikennejärjestelmällä, joka käsittää kiinteän verkon paikalliskeskuksen, matkaviestimiä, tukiasemajärjestelmiä, jotka muodostavat matkavies-25 timille langattoman liitäntäverkon paikalliskeskukseen, kunkin tukiasemajärjestelmän sisältäessä tukiasemaohjaimen ja tukiasemia. Järjestelmälle on tunnusomaista, että sijainninhallinta, radioresurssien hallinta ja/tai handhoverien ohjaus on kahden tai useamman tukiasemajär-30 jestelmän ryhmässä sijoitettu keskitetysti yhteen päätu-kiasemaohjaimeen, joka kontrolloi ryhmän muita tukiasemaohjaimia.

Keksinnössä ylin radiotietä kontrolloiva verkkoelementti on tukiasemaohjain. Monissa sovelluksissa tukiase-35 maohjain saattaa kuitenkin olla liian pieni yksikkö esi- 100081 4 merkiksi sijainninhallintaa, radioresurssien hallintaa ja/tai handoverien ohjausta varten. Keksinnössä nämä toiminnot keskitetään tukiasemaohjainryhmässä yhdelle päätu-kiasemaohjaimelle, joka kontrolloi ryhmän muita tukiase-5 mia, joilta toiminnot puuttuvat.

Keksinnölle vaihtoehtoisia toteutuksia olisivat olleet mm. erillisen tukiasemia kontrolloivan laitteen rakentaminen tai radiotien hallintaan liittyvien toimintojen toteuttaminen älyverkon palvelunohjauspisteessä. Vii-10 meksi mainitun vaihtoehdon ongelmana on se, että toteutettavat toiminnot ovat hyvin radiotiespesifisiä, jolloin niiden toteuttaminen yleisessä älyverkossa ei ole järkevää vaan on luontevampaa, että tukiasemaohjainten valmistaja valmistaa myös niitä kotrolloivan yksikön. Erilliseen tu-15 kiasemaohjäimiä kotrolloivaan laitteeseen verrattuna keksintö tarjoaa alemmat toteutuskustannukset ja signalointi-kustannukset, koska yksi tukiasemaohjain kontrolloi itseään. Keksintö mahdollistaa myös verkon yksittäisten "orja-tukiasemaohjaimien" muuttamisen myöhemmin itsenäisiksi, 20 kun niiden kuormitus tätä vaatii.

Keksintöä selitetään seuraavassa ensisijaisten suoritusmuotojen avulla viitaten oheisiin piirroksiin, joissa kuvio 1 on lohkokaavio, joka havainnollistaa keksinnön mukaista ISDN-pohjäistä PCS-verkkoa, 25 kuvio 2 on lohkokaavio, joka havainnollistaa matka- viestinkeskuksen toimintojen jakamista toiminnallisiin yksiköihin ja niiden allokoimista eri verkkoelementeille, Keksinnön perusperiaatteita voidaan soveltaa minkä tahansa langattoman liityntäverkon (access network) liit-30 tämiseen kiinteän verkon paikalliskeskukseen ja älyverkkoon. Keksinnön ensisijaisissa suoritusmuodoissa liityntäverkko on GSM-järjestelmään perustuva radiojärjestelmä, kuten PCS1900. Toisin sanoen liityntäverkko modifioidaan GSM-matkaviestinjärjestelmästä tai sen 1800 MHz versiosta 35 DCS1800. GSM-järjestelmän yksityiskohtien osalta viitataan n 100081 5 ETSI GSM -suosituksiin sekä kirjaan "The GSM System for Mobile Communications", M. Mouly & M. Pautet, Palaiseau, France, 1992, ISBN:2-9507190-0-0-7.

Kuvion 1 lohkokaavio havainnollistaa kiinteään 5 verkkoon PCS1900-verkon verkkoelementtejä. Liityntäverkko PCS1900 käsittävät tukiasemajärjestelmät BSS, joihin kuhunkin kuuluu yksi tukiasemaohjain BSC sekä useita tukiasemia BTS. Tukiasemat BTS kommunikoivat radiorajapinnan yli henkilökohtaisten asemien PS (matkaviestinten) kanssa. 10 Matkaviestimen PS ja tukiaseman BTS välinen radiorajapinta sekä tukiaseman BTS ja tukiasemaohjaimen BSC välinen rajapinta on samanlainen kuin tavanomaisessa overlay-tyyppi-sessä PCS1900-järjestelmässä eikä niitä käsitellä tässä yhteydessä tarkemmin. Tavanomaisesta GSM-pohjäisestä ver-15 kosta poiketen tukiasemaohjaimia BSC ei kuitenkaan ole kytketty matkaviestinkeskukseen MSC vaan kiinteän verkon, kuten ISDN tai PSTN-paikalliskeskukseen LE. Keksinnön ensisijaisissa suoritusmuodoissa paikalliskeskus on ISDN-keskus. Paikalliskeskus LE puolestaan liittyy älyverkon 20 AIN (Advanced Intelligent Network) palvelunohjauspistee- seen SCP standardin älyverkkoliitännän kautta. Joissakin tapauksissa älyverkko on tarpeeton. Tällöin saattaa itse paikalliskeskus sisältää enemmän älykkäitä toimintoja. Edelleen paikalliskeskus LE liittyy normaaliin tapaan mui-25 hin ISDN-verkon paikalliskeskuksiin LE tai kaukokeskuksiin TX.

Tällainen kiinteään verkkoon pohjautuva PCS-verkko ei siten suoraan sovi GSM-arkkitehtuuriin, koska siinä ei ole lainkaan matkaviestinkeskusta MSC. Tavanomaisessa 30 overlay-tyyppisessä matkaviestinverkossa matkaviestinkes- kus MSC on verkon keskeinen yksikkö, mutta kiinteän verkon paikalliskeskus ei tue täyttä MSC toiminnallisuutta. Tämän vuoksi esillä olevassa keksinnössä matkaviestinkeskuksen toiminnot jaetaan toiminnallisiin yksiköihin, jotka sijoi-35 tetaan puhelunohjausta lukuunottamatta tukiasemaohjaimeen 100081 6 BSC. Lisäksi älyverkon AIN avulla toteutetaan GSM-järjestelmän kotirekisteriä HLR vastaava toiminto sekä ainakin osa vierailijarekisteriä vastaavasta toiminnosta.

Seuraavassa kuvataan kuvioon 2 viitaten eräs esi-5 merkki alkuperäisten matkaviestinverkon toimintojen jakamisesta toiminnallisiin yksiköihin, joita allokoida uudelleen ISDN-pohjaisen PCS-verkon fyysisille verkkoelementeille. Toiminnallisesti yksikköjen nimet päättyvät kaikki kirjaimeen F (funktio), jotta tehtäisiin ero toiminnallis-10 ten yksiköiden ja fyysisten verkkoelementtien (BSC, SCP, LE ...), joihin ne voi olla sijoitettu, välillä. Seuraavassa kuvataan lyhyesti kutakin toiminnallista yksikköä.

BSCF (Base Station Controller Function) vastaa normaalia BSC-toiminnallisuutta GSM-verkossa.

15 BSCF+ (Base Station Controller Function Additions) - jakaa BSCFsitä tulevan A-rajapinnan siten, että puhelunohjaus menee LEF:lle ja muu signalointi RSCF:lle - suorittaa handoveriin (HO) liittyvät kytkentäope-raatiot toimien ankkurina kytkennöille 20 - muuntaa GSM-pohjäisen puhelunohjauksen ISDN-puhe- lunohjaukseksi - sisältää erilaisia mahdollisia sovitintoimintoja (interworking) LEF (local exchange function) sisältää standardit 25 ISDN-paikalliskeskuksen LE toiminnot (oletuksena National ISDN3). LEF saattaa myös tukea puheluun liittymätöntä (NCA) signalointia tukiasemajärjestelmästä BSS palvelun ohjaussolmuun SCP. Keksinnön ensisijaisessa suoritusmuodossa ei ehdoteta mitään muutoksia standardiin LEF-funkti-30 oon, koska ISDN-pohjaisen PCS1900-järjestelmän tulisi toimimaan minkä tahansa standardin kiinteän verkon ISDN-paikalliskeskuksen LE alla.

RSCF (radio system control function) huolehtii monista matkaviestinkeskuksen MSC tehtävistä. Se kontrolloi 35 radioresursseja (generoi esim. assignment- ja handover n 100081 7 request -käskyt ja kontrolloi handoveria tukiasemaohjaimien BSC tai paikalliskeskusten LE välillä. RSCF on lisäksi rajayksikkö GSM:n A-rajapinnan protokollien ja MAP-proto-kollien välissä.

5 HOF (handover decision function). Tämä yksikkö on erotettu RSCFtstä jotta annettaisiin mahdollisuus ohjata handover-prosessia vielä korkeammalta tasolta. Kuitenkin ainoastaan korkean tason päätökset, kuten ylikuormituksen kontrollointi, tehdään HOFissä. Varsinaisen handoverin HO 10 suorittaa BSCF+ ja sitä ohjaa RSCF.

VLRF (visitor location register function) on perinteinen VLR jaettuna kahteen osaan: VRL1F ja VRL2F. VLR:n ylempi osa VLR2F on sijoitettu älyverkon palvelunohjaus-pisteeseen SCP ja alempi osa VLR1F on sijoitettu liityntä-15 verkkoon, tarkemmin tukiasemaohjaimeen. Tällä hetkellä edullisimmalta näyttävän jaon mukaan alempi VLR1F huolehtii autentikoinnista, sijainninhallinnasta, väliaikaisesta tunnisteesta, jne., ja ylempi VLR2F huolehtii palvelunoh-jauksesta ja muista käyttäjän profiiliin liittyvistä asi-20 öistä.

SCF (service control function) on standardi kiinteän verkon palvelunohjausfunktio SCF, joka tuottaa standardit älyverkkopalvelut (A1N). Sillä on lisäksi kyky tehdä sijaintikyselyitä HLRF:ään (vastaa gateway-MSC -tilannet-25 ta), paikallisia sijaintikyselyitä VRLF:ään, toimia yhteistyössä VRLF:n kanssa AIN-kyselyihin vastaamiseksi, jne.

HLRF (home location register function) on GSM:n mukainen kotirekisteri. Lisäksi älyverkkoon kuuluu EIRF 30 (equipment identification register function) ja mahdolli sesti SMS-GIWF (short message service gateway - interworking function), joita ei kuitenkaan tässä ole tarpeen selostaa tarkemmin.

Keksinnön perusperiaatteen mukaisesti esimerkiksi 35 sijainninhallintaan, radioresurssien hallintaan ja hando- 8 100081 verien ohjaus pyritään allokoimaan keskitetysti yhteen päätukiasemaohjaimeen, joka kotrolloi yhtä tai useampaa muuta tukiasemaohjainta, "orjaa". Kuviossa 2 on esitetty kolme BSCtä, joista BSC1 on pää-BSC ja BSC2 ja BSC3 orja- 5 BSCeitä.

On huomattava, että ainoastaan toiminnalliset yksiköt BSCF, BSCF+ ja LEF käsittelevät varsinaisia puhe/da-tayhteyksiä. Nämä toiminnalliset yksiköt, jotka ovat toiminnallisen mallin alaosassa, ovat sidotut reitittämään 10 yhteyksiä (yhteysketju: BSCF, BSCF+, LEF). Tämän vuoksi jokaisen BSCn tulee sisältää BSCF- ja BSCF+-yksiköt. Puhelunohjauksen eli LEF-yksikön tulee sisältyä paikalliskeskukseen LE.

Muut toiminnalliset yksiköt käsittelevät ainoastaan 15 signalointia ja tämän vuoksi niiden allokointi on vapaan- pi.

Keksinnön ensisijaisessa suoritusmuodossa nämä muut toiminnalliset yksiköt jaetaan verkkoelementteihin kuvion 2 mukaisesti: SCP sisältää SCF ja VLR2F-yksiköt; päätu-20 kiasemaohjain BSC1 sisältää pääsynhallinnan AM (access manager), joka sisältää RSCF-, HOF- ja VLRlF-yksiköt. Vaihtoehtoisesti koko VLRF voi sijaita BSCsssä tai SCP:ssä. Myös tukiasemaohjaimet BSC2 ja BSC3 on kytketty signalointiyhteyksillä 11 pää-tukiasemaohjaimen BSC1 pää-25 synhallinnan AM kontrollin alaisuuteen.

Keksinnön ensisijaisessa suoritusmuodossa on lisäksi uusi vaihtoehtoinen signalointitie 10, joka ohittaa paikalliskeskuksen LE tukiasemaohjaimen BSC ja palvelunoh-jauspisteen SCP välillä. Tämä tekee BSC ja HLR välisen 30 signaloinnin yksinkertaisemmaksi. Signalointirajapintoja LE-BSC ja SCP-BSC kutsutaan C-rajapinnoiksi. C-rajapinnan signalointi voi käyttää ISDN-verkon puheluun liittymätöntä signalointia tai vaihtoehtoisesti voidaan käyttää Signalling System NRO 7 (SS7) verkkoa tukiasemaohjaimen BSC ja 35 älyverkon AIN väliseen signalointiin, joka liittyy PCS- il 100081 9 toimintoihin.

Oheiset kuviot ja niihin liittyvä selitys on tarkoitettu vain havainnollistamaan esillä olevaa keksintöä. Vaikka keksintö on selitetty viitaten tiettyihin suoritus-5 muotoihin, on kuitenkin ymmärrettävä, että selitys on tehty vain esimerkkitarkoituksessa ja siihen voidaan tehdä muutoksia ja modifikaatioita poikkeamatta oheisten patenttivaatimusten määrittelemän keksinnön hengestä ja suoja-piiristä.

Claims (4)

100081

1. Tietoliikennejärjestelmä, joka käsittää kiinteän verkon paikalliskeskuksen (LE), 5 matkaviestimiä (PS), tukiasemajärjestelmiä (BSC,BTS), jotka muodostavat matkaviestimille langattoman liitäntäverkon paikalliskeskukseen, kunkin tukiasemajärjestelmän sisältäessä tukiasemaohjaimen ja tukiasemia, 10 tunnettu siitä, että sijainninhallinta, radioresurssien hallinta ja/tai handoverien ohjaus (VLR1F, RSCF, HOF) on kahden tai useamman tukiasemajärjestelmän ryhmässä sijoitettu keskitetysti yhteen päätukiasemaohjaimeen (BSC1), joka kontrolloi ryh-15 män muita tukiasemaohjaimia (BSC2,BSC3).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tietoliikennejärjestelmä, tunnettu siitä, että GSM-pohjäisen vierailijarekisterin toiminnot on kokonaisuudessaan sijoitettu päätukiasemaohjaimeen.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tietoliikennejär jestelmä, tunnettu siitä, että järjestelmä käsittää älyverkon (AIN,SCP), jolla on älyverkkoliitäntä paikalliskeskukseen, ja että GSM-pohjäisen vierailijarekisterin toiminnot on osaksi (VLR1F) sijoitettu päätukiasema-25 ohjaimeen (BSC1) ja osaksi (VLR2F) älyverkkoon (SCP).

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tietoliikennejärjestelmä, tunnettu siitä, että paikalliskeskus on ISDN-keskus. 100081