FI103457B - Menetelmä pakettivälitteiseen tiedonsiirtoon - Google Patents

Description

103457

Menetelmä pakettivälitteiseen tiedonsiirtoon

Keksinnön tausta

Keksintö liittyy puheluiden pakettikytkentäiseen välittämiseen ja erityisesti puheluiden pakettikytkentäiseen välittämiseen tietoliikenneverkon ja 5 tukiasemien välisillä yhteysjohdoilla tukiasemilta verkon suuntaan radiopuhe-linjärjestelmässä, jossa yksittäinen puhelu välitetään tasaisin väliajoin tietopaketteina ja jossa radiotien kantoaaltoa käytetään aikajaetusti.

Useimmissa digitaalisissa radiopuhelinjärjestelmissä radiotien kantoaalto jaetaan usealle käyttäjälle käyttäen esimerkiksi aikajakoista TDMA-10 menetelmää (Time Division Multiple Access) tai koodijakoista CDMA-menetelmää (Code Division Multiple Access). Yhteistä näille menetelmille on se, että jokaiselle puhelulle varataan oma kanava ja puhelu jaetaan tietyn mittaisiin puhelupaketteihin, jotka siirretään omassa kanavassaan radiotien kantoaallolla peräkkäin lähetettävissä kehyksissä. Yksi kehys koostuu useasta 15 eri kanavasta ja yhden kehyksen lähetyksen kestoaika on vakio. TDMA-menetelmässä, jossa kehys koostuu ajallisesti peräkkäisistä aikakanavista, yhteen puheluun liittyviä paketteja vastaanotetaan tukiasemalla kehyksen lähetyksen kestoajan välein.

Verkkoinfrastruktuurin yhteysjohdoilla puhelun välitys hoidetaan 20 useimmiten piirikytkentäisellä järjestelmällä, jolloin signaloinnille ja jokaiselle puhelulle varataan oma siirtokanava, usein jopa oma kanava puhelun molempiin suuntiin. Piirikytketyssä järjestelmässä kanava pidetään varattuna, vaikkei mitään siirrettäisikään, jolloin 64 kbit/s nopeuksisella siirtoyhteydellä hyötysuhde on huono. Lisäksi piirikytkentäisessä järjestelmässä verkon kapasiteetti 25 loppuu jyrkästi kuormituksen kasvaessa, kun taas pakettivälitteisessä verkossa kuormituksen kasvu näkyy siirtonopeuden hidastumisena ja yhteyden laadun heikkenemisenä.

Tunnetuissa pakettikytkentäisissä verkossa paketteja yleensä lä-; hetetään eteenpäin niiden saapumis- ja/tai generointijärjestyksessä. Tällöin 30 paketit voivat joutua jonottamaan verkkosolmussa, jos edellisen paketin lähetys on vielä kesken. Ennakoimaton ja vaihtelevan mittainen jonottaminen aiheuttaa pakettien siirtoaikojen vaihtelua ja maksimisiirtoviiveen kasvua. Erityisen haitallista pakettien siirtoaikojen vaihtelu on puheen siirrossa, koska puheen laatu kärsii siirtoaikojen vaihtelusta. Lisäksi puheenvälityksessä on tär-35 keää että maksimiviiveet ovat lyhyitä.

2 103457

Jos pakettikytkentäinen verkkosolmu vastaanottaa paketteja hitaammalta siirtokanavalta ja lähettää niitä nopeammalle siirtokanavalle, menetetään osa nopeamman siirtokanavan eduista mahdolliseen edellisen paketin lähettämisen loppumisen odotteluun. Kuitenkin erityisesti puhepuhelupa-5 ketteja pitäisi pystyä lähettämään välittömästi niiden vastaanoton jälkeen edelleen, jotta pakettien siirtoaika ei vaihtelisi eri pituisten odotusaikojen takia ja odotusaikojen aiheuttama maksimiviive olisi mahdollisimman lyhyt hyvälaatuisen puheenvälityksen takaamiseksi.

Eräs tapa poistaa edellä mainitut ongelmat eli pakettien siirtoviivei-10 den vaihtelu odottelun seurauksena ja maksimiviiveiden pituuden kasvu, on pakettien siirtäminen emuloimalla piirikytkentää eli varaamalla niille oma kanava tai kanavat. Tämän ratkaisun ongelmat ovat samat kuin piirikytketyssä ratkaisussa eli kapasiteettia varataan, vaikkei sitä tarvittaisikaan ja kuormituksen kasvaessa kapasiteetti loppuu jyrkästi.

15 Toinen vaihtoehto pakettien siirtoviiveiden tasaamiseksi pakettivä litteisessä verkossa on puskuroida vastaanottopäässä riittävän monta pakettia, jotta mahdolliset siirtoviiveen vaihtelut voidaan tasoittaa. Ongelmana on, että puheen reaaliaikainen siirto ei salli suurta puskurointia, esimerkiksi viran-omaispuheluissa viiveen tulee olla alle 400 millisekuntia. Internetissä puhetta 20 välittävät ohjelmistot käyttävät suurta puskurointia, sillä siellä puheensiirron parin sekunnin viive ei haittaa mitään. Koska reaaliaikaista puhetta siirtävässä järjestelmässä puheen läpimenoajan tulee olla mahdollisimman nopea, täytyy puskurin olla mahdollisimman lyhyt, jolloin puskurointiin ei voida luottaa siirto-viiveiden tasaajana. Lisäksi puskurointi kasvattaa pakettien siirtoajan maksimi-r 25 viivettä.

Keksinnön lyhyt selostus Tämän keksinnön tarkoituksena on tarjota käyttöön menetelmä ja verkkosolmu, joiden avulla voidaan pienentää puhelupakettien maksimiviivettä ja siirtoaikojen vaihtelua. Tämä päämäärä saavutetaan keksinnön mukaisella 30 pakettivälitteisellä tiedonsiirtomenetelmällä, jossa erotetaan tiedonsiirtoverkon signalointitietoa sisältävät ohjauspaketit puhelupaketeista ja jolle on tunnusomaista, että ylläpidetään tietoa puhelupakettien saapumistahdista, lasketaan seuraavaksi lähetysvuorossa olevan ohjauspaketin lähetyksen kestoaika, lasketaan väliaika seuraavan puhelupaketin vastaanottoon, verrataan kestoaikaa 35 väliaikaan, ja mikäli kestoaika on lyhyempi tai yhtä pitkä kuin väliaika, lähetetään ohjauspaketti, ja mikäli kestoaika on pidempi kuin väliaika, laitetaan ohja- 3 103457 uspaketti lähetysjonoon, odotetaan mainittua puhelupakettia ja lähetetään se seuraavaksi olennaisesti välittömästi edelleen.

Olennaisesti välittömällä tarkoitetaan sitä, että paketti lähetetään eteenpäin heti, kun paketin vastaanotossa suoritettavat tarpeelliset toimeen-5 piteet on tehty, jotta paketti olisi valmis lähetettäväksi edelleen. Tällaisia toimenpiteitä ovat mm. sen tunnistaminen, onko kyse puhelupaketista, mahdollisesti osoitteen tarkistaminen, sekä paketin vastaanottaminen kokonaan ennen lähettämistä, jos paketti vastaanotetaan hitaammalta nopeudelta kuin mille se lähetetään.

10 Tämän keksinnön kohteena on lisäksi verkkosolmu, jota voidaan hyödyntää keksinnön mukaisessa menetelmässä. Keksinnön mukaiselle pakettivälitteisen tiedonsiirtoverkon verkkosolmulle, johon tulee ainakin yksi tulosuunnan kanava ja josta lähtee ainakin yksi lähtösuunnan kanava, joka solmu käsittää vastaanottovälineitä pakettien vastaanottamiseksi, lähetysvälineitä 15 pakettien lähettämiseksi kohdeosoitetta kohti ja puskurin vastaanotettujen pakettien puskuroimiseksi, ja jossa vastaanottovälineet on sovitettu erottamaan tiedonsiirtoverkon signalointitietoa sisältävät ohjauspaketit puhelupaketeista, on tunnusomaista, että solmu käsittää lisäksi muistivälineet puhelupakettien saapumistahdin ilmaisevan tiedon säilyttämiseksi, aikalaskurin väliajan laske-20 miseksi seuraavan puhelupaketin vastaanottoon, laskentavälineet seuraavaksi lähetysvuorossa olevan ohjauspaketin lähetyksen kestoajan laskemiseksi, vertailuvälineet väliajan ja kestoajan vertaamiseksi toisiinsa, ja lähetysjärjes-tysohjaimen ohjauspakettien laittamiseksi puskuriin lähetysjonoon ja mainitun seuraavan puhelupaketin lähettämiseksi seuraavaksi, mikäli kestoaika on pi-1 25 dempi kuin väliaika.

Keksintö perustuu siihen, että ennen ohjauspaketin lähettämistä varmistetaan, että se ehditään lähettää ennen kuin seuraava puhelupaketti on vastaanotettu. Näin huolehditaan siitä, että vastaanotettu puhelupaketti pystytään lähettämään heti vastaanottamisen jälkeen eteenpäin.

30 Keksinnön mukaisen menetelmän ja verkkosolmun etuna on se, että samaa siirtokanavaa voidaan käyttää sekä puhelupakettien että signalointia sisältävien ohjauspakettien siirtoon siten, että reaaliaikaisen puheensiirron laatu pysyy hyvänä, koska puhelupaketeilla on aina viiveetön pääsy siirtokanavalle. Näin siirtokapasiteetti saadaan hyödynnettyä tehokkaasti eikä puhe-35 lunvälitykseen synny haitallista ylimääräistä vaihtelevan pituista viivettä järjestelmän sisäisen signaloinnin takia.

4 103457

Eräässä keksinnön edullisessa suoritusmuodossa ohjauspaketit lähetetään prioriteetin mukaisessa järjestyksessä. Tästä on se etu, että tärkeät ohjauspaketit saadaan mahdollisimman nopeasti perille.

Lisäksi keksinnön eräässä edullisessa suoritusmuodossa, jota voi-5 daan käyttää silloin, kun lähtökanavia on useita, ohjauspaketteja ei lähetetä tiettyä kanavaa pitkin, vaan kullekin ohjauspaketille etsitään lähtökanavaa, jolla se ehditään lähettää. Näin ohjauspaketit saadaan mahdollisimman nopeasti lähtemään.

Keksinnön mukaisen menetelmän ja verkkosolmun edulliset suori-10 tusmuodot ilmenevät oheisista epäitsenäisistä patenttivaatimuksista 2-5 ja 7-9.

Kuvioluettelo

Keksintöä selostetaan nyt lähemmin edullisten suoritusmuotojen yhteydessä, viitaten oheisiin piirustuksiin, joista kuvio 1 esittää lohkokaaviota TETRA-järjestelmän mukaisesta tie-15 donsiirtoverkosta, kuvio 2 esittää vuokaavion keksinnön mukaisen menetelmän ensimmäisestä edullisesta suoritusmuodosta, kuvio 3 esittää vuokaavion keksinnön mukaisen menetelmän toisesta edullisesta suoritusmuodosta, ja 20 kuvio 4 esittää lohkokaavion keksinnön mukaisen verkkosolmun ensimmäisestä edullisesta suoritusmuodosta.

Keksinnön yksityiskohtainen selostus * Keksintöä selostetaan seuraavassa esimerkinomaisesti olettaen tietoliikenneverkko pakettikytkentäiseksi verkoksi, joka on suunniteltu toimi-25 maan ETSIn (European Telecommunications Standards Institute) määrittelemän TETRA-standardin (Trans-European Trunked Radio) mukaisen digitaalisen radioverkon siirtoverkkona. TETRA-standardissa määritellään radiorajapinta ja muita liitäntärajapintoja, esimerkiksi liitäntärajapinta toiseen TETRA-verkkoon. Siirtoverkon sisäistä rakennetta ei ole kuitenkaan standardoitu. 30 Keksintö ei kuitenkaan rajoitu radioverkkoihin tai muihin langattomiin verkkoihin, vaan alan ammattilaiselle on itsestään selvää, miten keksintöä voidaan soveltaa muilla tiedonsiirtojärjestelmillä sekä langattomaan tiedonsiirtoon perustuvissa verkoissa että kiinteissä verkoissa.

Kuviossa 1 on esitetty yksi esimerkki TETRA-siirtoverkon raken-35 teestä. Matkaviestin MS (Mobile Subscriber) on yhteydessä tukiasemaan BS

5 103457 radioteitse Air. TETRA-standardin mukainen radiorajapinta Air perustuu nelikanavaiseen aikajakokanavoituun kantoaaltoon, jonka kaistanleveys on 25 kHz. Kantoaallolla lähetetään siten perättäisiä kehyksiä, joissa kussakin kehyksessä on neljä aikaväliä eli aikakanavaa sekä uplink- että downlink-5 suuntaan. Yleensä jokaiselle tiedonsiirtoyhteydelle varataan oma aikavälinsä, mutta TETRA-standardi mahdollistaa useammankin aikavälin varaamisen yhdelle yhteydelle. TETRA-standardia noudattavassa järjestelmässä yhden TDMA-kehyksen lähettäminen kestää noin 60 ms, joten kullekin aikavälille on varattu aikaa noin 15 ms. Yhdellä tukiasemalla voi olla montakin kantoaaltoa. 10 Jokainen tukiasema BS (Base Station) on kytketty yhteysjohdolla johonkin kiinteän siirtoverkon TETRA-keskuksista DXT (Digital Exchange for TETRA). TETRA-keskukset DXT on kytketty kiinteällä yhteydellä toisiin keskuksiin DXT ja TETRA-solmukeskukseen DXTc (Digital Central Exchange for TETRA), joka on keskus, johon on kytketty muita keskuksia DXT ja/tai muita 15 solmukeskuksia DXTc vaihtoehtoisten liikennereittien aikaansaamiseksi. Lii-täntärajapinta toiseen TETRA-verkkoon on sijoitettu tässä esimerkissä solmu-keskukseen DXTc, mutta se voi sijaita myös muissa keskuksissa DXT. Standardin määrittelemät ulkoiset liitäntärajapinnat yleiseen puhelinverkkoon PSTN (Public Switched Telephone Network), digitaaliseen monipalveluverkkoon 20 ISDN (Integrated Services Digital Network), yritysvaihteeseen PABX (Private Automatic Branch Exchange) ja pakettivälitteiseen dataverkkoon PDN (Packet Data Network) on tässä esimerkissä sijoitettu yhteen keskukseen DXT, mutta ne voivat olla vaikka joka keskuksessa. TETRA-siirtoverkko käsittää myös muita liitäntärajapintoja ja oheislaitteita, joita ei ole kuviossa esitetty. Näitä 25 ovat esimerkiksi verkonhallintajärjestelmät ja käyttöpaikkajärjestelmät.

Kuviossa 2 esitetään vuokaavio keksinnön mukaisen menetelmän ensimmäisestä edullisesta suoritusmuodosta. Tekniikan tason mukaisesti pa-kettityypit erotellaan toisistaan niissä olevan tunnistetiedon perusteella. Tässä tapauksessa erotellaan signalointitietoa sisältävät ohjauspaketit puhelupake-30 teista puhelupakettien lähettämiseksi olennaisesti välittömästi edelleen. Erottelu tehdään esimerkiksi paketissa olevan tunnistetiedon perusteella. Tunnistetieto mm. kertoo sen, mihin tiedonsiirtoyhteyteen paketti kuuluu ja sen avulla paketti esimerkiksi reititetään.

Menetelmässä ylläpidetään tietoa puhelupakettien saapumistah-35 dista eli siitä, kuinka pitkän ajan kuluttua vastaanotetun puhelupaketin jälkeen seuraava puhelupaketti on vastaanotettu. Saapumistahti riippuu lähettävän 6 103457 verkkosolmun tahdistuksesta ja kuormituksesta tai kantoaallon kanavien vara-ustilanteesta. Saapumistahtia on selitetty tarkemmin kuvion 3 yhteydessä. Vastaanotettuna pakettina pidetään pakettia, joka on valmis lähetettäväksi. Siten vastaanottoon kuluva aika ja mahdollisesti tarpeellinen paketin käsittely 5 on huomioitu saapumistahdissa. Esimerkki tarpeellisesta paketin käsittelystä on tukiasemalla tapahtuva radiotieltä vastaanotetun paketin muuttaminen siirtoverkossa siirrettäväksi paketiksi. Saapumistahti TETRA-standardia noudattavassa järjestelmässä yhden kantoaallon tukiasemalla BS on noin 15 millisekuntia, jos kaikki aikavälit ovat varatut ja esimerkiksi kahden aikavälin ollessa 10 varattu puhelupakettien vastaanotto noudattaa syklisesti saapumistahtia, jossa puhelupaketteja vastaanotetaan vuorotellen noin 15 ms ja noin 45 ms väliajoin. Vastaavasti tämän tukiaseman lähettämiä paketteja vastaanotetaan TETRA-keskuksessa DXT samassa tahdissa.

Kun vastaanotetaan ohjauspaketti (kohta 20), tarkistetaan, onko 15 ohjauspaketteja jonossa (kohta 21). Jos jonoa ei ole, lasketaan ohjauspaketin lähetyksen kestoaika (kohta 22). Se pystytään laskemaan, koska tiedetään paketin koko ja siirtokanavan nopeus. Kohdan 22 jälkeen lasketaan väliaika seuraavan puhelupaketin vastaanottoon (kohta 23). Se saadaan selville, koska tiedetään puhelupakettien saapumistahti ja se, kauanko aikaa on jäljellä 20 seuraavan puhelupaketin vastaanottoon. Kun nämä ajat on saatu selville, vertaillaan niitä. Jos lähetyksen kestoaika on lyhyempi tai yhtä pitkä kuin väliaika (kohta 24), lähetetään ohjauspaketti (kohta 25). Sen jälkeen tarkistetaan, onko ohjauspakettijono tyhjä (kohta 26). Jos ohjauspaketin vastaanoton ja lähetyksen välisenä aikana (kohdat 20 - 25) on vastaanotettu uusi ohjauspaketti, 25 jono ei ole tyhjä. Tällöin haetaan jonossa ensimmäisenä oleva paketti (kohta 29) ja palataan kohtaan 22 eli lasketaan jonosta haetun ohjauspaketin lähetyksen kestoaika ja jatketaan siitä edellä kuvatulla tavalla. Jos kohdassa 26 ohjauspakettijono on tyhjä, jäädään odottamaan seuraavaa pakettia.

Jos kohdassa 24 ohjauspaketin lähetyksen kestoaika on pidempi 30 kuin väliaika seuraavan puhelupaketin vastaanottoon, laitetaan ohjauspaketti jonoon (kohta 27). Näin varmistetaan, että puhelupaketti saadaan lähetettyä ilman esteitä. Ohjauspaketin jonoon laittamisen jälkeen odotetaan, kunnes puhelupaketti on lähetetty (kohta 28) ja haetaan ohjauspakettijonon ensimmäinen paketti (kohta 29) ja palataan kohtaan 22, jossa lasketaan ohjauspa-35 ketin lähetyksen kestoaika. Jos aikana, joka kuluu ohjauspaketin vastaanotosta siihen, kun jonon ensimmäinen paketti haetaan (kohdat 20, 21, 23, 24, 7 103457 27, 28 ja 29), tulee muita ohjauspaketteja, laitetaan myös ne ohjauspakettijo-noon, josta ensimmäisessä edullisessa suoritusmuodossa lähetetään paketteja niiden saapumisjärjestyksessä. Mikäli ohjauspaketit on varustettu erilaisilla prioriteeteilla, laitetaan ne prioriteettinsä mukaiseen paikkaan jonossa, kuiten-5 kin siten, että saman prioriteetin ohjauspaketit ovat saapumisjärjestyksessä. Prioriteetilla varustettuja ohjauspaketteja ei myöskään ole välttämätöntä laittaa puskurissa prioriteetin mukaiseen jonoon, vaan paketteja voidaan poimia prioriteetin mukaisesti lähetettäväksi jonosta. Prioriteettien avulla saadaan kiireel-lisemmät ohjaussanomat lähetetyksi vähemmän tärkeitä ohjaussanomia no-10 peammin.

Jos ohjauspakettia vastaanotettaessa kohdassa 20 muita ohjaus-paketteja on jo jonossa tai parhaillaan lähetetään joko puhelu- tai ohjauspakettia, laitetaan ohjauspaketti jonoon (kohta 27). Jos ohjauspaketti joutui jonoon sen vuoksi, että toista ohjauspakettia parhaillaan lähetettiin, haetaan se 15 jonosta (kohta 29), kun edellisen ohjauspaketin lähettämisen jälkeen tarkistetaan kohdassa 26, onko jono tyhjä. Jos ohjauspaketti joutui jonoon sen vuoksi, että parhaillaan lähetettiin puhelupakettia, odotetaan kunnes puhelupaketti on lähetetty (kohta 28), jonka jälkeen haetaan ohjauspaketti lähetettäväksi (kohta 29) ja palataan kohtaan 22. Jos ohjauspaketti joutui jonoon sen vuoksi, että 20 muita ohjauspaketteja oli jo jonossa, haetaan se vuorollaan lähetettäväksi (kohta 26), kun edeltävän ohjauspaketin lähettämisen (kohta 25) jälkeen tarkistetaan, onko ohjauspakettijono tyhjä (kohta 26). Menetelmä huolehtii siten siitä, että ohjauspakettijonoon ei jää paketteja.

Kuviossa 3 esitetään vuokaavio keksinnön mukaisen menetelmän 25 toisesta edullisesta suoritusmuodosta. Se eroaa ensimmäisestä edullisesta suoritusmuodosta vain ohjauspakettijonon purkamisessa eli kohdat 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27 ja 28 ovat samanlaiset.

Kun vastaanotetaan ohjauspaketti (kohta 20), tarkistetaan, onko ohjauspaketteja jonossa (kohta 21). Jos jonoa ei ole, lasketaan ohjauspaketin ; 30 lähetyksen kestoaika (kohta 22), lasketaan väliaika seuraavan puhelupaketin vastaanottoon (kohta 23) ja vertaillaan näitä aikoja kuten aiemmin kuvion 2 yhteydessä on selitetty. Jos lähetyksen kestoaika on lyhyempi tai yhtä pitkä kuin väliaika (kohta 24), lähetetään ohjauspaketti (kohta 25). Sen jälkeen tarkistetaan, onko ohjauspakettijono tyhjä (kohta 26). Jos ohjauspakettijono on 35 tyhjä, jäädään odottamaan seuraavaa pakettia. Jos tämän ohjauspaketin vastaanoton ja lähetyksen välisenä aikana (kohdat 20 - 25) on vastaanotettu uusi 8 103457 ohjauspaketti, jono ei ole tyhjä. Tällöin lasketaan väliaika seuraavan puhelu-paketin vastaanottoon (kohta 23’). Se saadaan selville, koska tiedetään puhe-lupakettien saapumistahti ja se, kauanko aikaa on jäljellä ennen seuraavaa puhelupaketin vastaanottoa. Sen jälkeen jonosta etsitään saapumisjärjestyk-5 sessä ensimmäinen ohjauspaketti, joka ehditään lähettää väliaikana (kohta 30). Jos sellainen ohjauspaketti löytyi (kohta 31), haetaan se ohjauspakettijo-nosta ja lähetetään (kohta 32). Sen jälkeen palataan kohtaan 26, jossa tarkistetaan, onko ohjauspakettijono tyhjä ja jatketaan vastauksesta riippuen edellä esitetyllä tavalla.

10 Jos kohdassa 31 jonosta ei löytynyt yhtään ohjauspakettia, jota olisi väliaikana ehditty lähettää, odotetaan, kunnes seuraava puhelupaketti on lähetetty (kohta 28) ja jatketaan sen jälkeen kohdasta 23’ eli laskemalla väliaika seuraavan puhelupaketin vastaanottoon.

Jos kohdassa 24 ohjauspaketin lähetyksen kestoaika on pidempi 15 kuin väliaika seuraavan puhelupaketin vastaanottoon, laitetaan ohjauspaketti jonoon (kohta 27). Näin varmistetaan, että puhelupaketti saadaan lähetettyä ilman esteitä. Ohjauspaketin jonoon laittamisen jälkeen odotetaan, kunnes puhelupaketti on lähetetty (kohta 28) ja jatketaan sen jälkeen kohdasta 23’ eli laskemalla väliaika seuraavan puhelupaketin vastaanottoon. Jos aikana, joka 20 kuluu ohjauspaketin vastaanotosta siihen, kun jonon ensimmäinen paketti haetaan (kohdat 20, 21, 22, 23, 24, 27, 28, 23’, 30, 31 ja 32), tulee muita ohjauspaketteja, laitetaan myös ne ohjauspakettijonoon.

Jos ohjauspakettia vastaanotettaessa kohdassa 20 muita ohjaus-paketteja on jo jonossa tai parhaillaan lähetetään joko puhelu- tai ohjauspa-: 25 kettia, laitetaan ohjauspaketti jonoon (kohta 27). Jos ohjauspaketti joutui jo noon sen vuoksi, että toista ohjauspakettia parhaillaan lähetettiin, haetaan se mahdollisesti jonosta ja lähetetään (kohta 32), kun edellisen ohjauspaketin lähettämisen jälkeen tarkistetaan kohdassa 26, onko jono tyhjä, lasketaan väliaika seuraavan puhelupaketin vastaanottoon (kohta 23’) ja etsitään jonosta • 30 ensimmäinen ohjauspaketti, joka ehditään lähettää (kohta 30). Jos ohjauspa ketti joutui jonoon sen vuoksi, että parhaillaan lähetettiin puhelupakettia, odotetaan kunnes puhelupaketti on lähetetty (kohta 28) ja jatketaan sen jälkeen kohdasta 23' eli laskemalla väliaika seuraavan puhelupaketin vastaanottoon. Jos ohjauspaketti joutui jonoon sen vuoksi, että muita ohjauspaketteja oli jo 35 jonossa, haetaan se vuorollaan lähetettäväksi (kohta 26), kun edeltävän ohjauspaketin lähettämisen (kohta 25) jälkeen tarkistetaan, onko ohjauspakettijono 9 103457 tyhjä (kohta 26) ja jatketaan sen jälkeen kohdasta 23’ eli laskemalla väliaika seuraavan puhelupaketin vastaanottoon. Menetelmä huolehtii siten siitä, että ohjauspakettijonoon ei jää paketteja.

Tilanteessa, jossa on useita siirtokanavia, joita pitkin paketteja lä-5 hetetään, voidaan aiemmin mainittua puhelupakettien saapumistahtia ylläpitää kanavakohtaisesti, jos samaan puheluun tai muuhun tiedonsiirtoyhteyteen kuuluvat paketit lähetetään aina samalla siirtokanavalla. Tällöin ohjauspakettien lähettämisen nopeuttamiseksi voidaan etsiä se kanava, jota pitkin ohjaus-paketit ehditään lähettää. Silloin ensin lasketaan ohjauspaketin lähetyksen 10 kestoaika kuten edellä on kuvioiden 2 ja 3 yhteydessä selitetty. Sen jälkeen voidaan esimerkiksi viitaten kuvion 2 selitykseen käydä kanavat yksi kerrallaan läpi etsien kanavaa, jossa väliaika seuraavan puhelupaketin vastaanottoon on vähintään yhtä suuri kuin ohjauspaketin lähetyksen kestoaika. Jos tällainen kanava löytyy, lähetetään ohjauspaketti sillä. Jos kaikki kanavat käydään läpi 15 eikä sellaista kanavaa löydy, jossa väliaika puhelupaketin vastaanottoon on vähintään yhtä suuri kuin ohjauspaketin lähetyksen kestoaika, laitetaan ohjauspaketti jonoon odottamaan seuraavan puhelupaketin lähettämistä. Ja kun jollakin kanavalla on lähetetty puhelupaketti, aletaan ohjauspakettijonoa purkaa läpikäymällä kanavia yksi kerrallaan. Tästä on se hyöty, että ohjauspa-20 ketteja saadaan lähtemään nopeammin kuin tilanteessa, jossa ohjauspaketit lähetetään tiettyä kanavaa pitkin.

Viitaten kuvioissa 2 ja 3 ja niiden selityksen yhteydessä esitettyihin pakettien erilaiseen kohteluun sen mukaan, ovatko paketit puhelu- vai ohjaus-paketteja, vastaava jako voitaisiin tehdä myös erottamalla puhetta sisältävät 25 puhepaketit muista paketeista, jolloin puhepaketteja kohdeltaisiin kuten kuvioiden 2 ja 3 yhteydessä puhelupaketteja, ts. vain puhepaketeille taattaisiin välitön lähettäminen vastaanoton jälkeen. Silloin sekä ohjauspaketit että dataa sisältävät puhelupaketit saisivat edellä kuvioiden 2 ja 3 selityksen yhteydessä esitetyn ohjauspaketin kohtelun eli niitä lähetettäisiin silloin, kun niitä ehdittäi-: 30 siin lähettää puhepakettien välissä. Paketit voidaan jakaa myös ohjaus-, pu he- ja datapaketteihin, jolloin puhepaketteja kohdeltaisiin puhelupakettien tavoin ja datapaketeilla olisi etuoikeus ohjauspaketteihin nähden, ts. niiden prioriteetti olisi korkeampi. On myös mahdollista, että yleensä jaetaan paketit ohjauspaketteihin ja puhelupaketteihin, mutta ruuhkatilanteessa puhelupaketit 35 jaetaan erikseen puhepaketteihin ja datapaketteihin, jolloin eri tyyppisiä paketteja voidaan kohdella eri lailla. Mikäli verkossa siirretään reaaliaikaista ku- 10 103457 vaa, voidaan kuvapaketit rinnastaa puhepaketeiksi ja kohdella niitä samalla tavalla.

Kuviossa 4 havainnollistetaan keksinnön mukaista verkkosolmua, jota selostetaan esimerkinomaisesti ajatellen verkkosolmun olevan TETRA-5 standardin mukaisen järjestelmän tukiasema BS. Solmu voi olla mikä tahansa muukin verkkosolmu, joka sisältää ainakin sen verran älykkyyttä, että se ei lähetä vastaanottamiaan paketteja takaisin samaan suuntaan. Keksinnön mukaisen solmun ei tarvitse tehdä paketille mitään, sen täytyy vain vastaanottaa paketteja tietyssä tahdissa ja välittää niitä eteenpäin. Havainnollisuuden vuok-10 si kuviossa 4 verkkosolmuun BS tulee yksi tulokanava, joka on yksi radiotien kantoaalto ja siitä lähtee yksi lähtökanava. Keksinnön mukaisen verkkosolmun lähtö- ja tulokanavien lukumäärän ainoa rajoitus on, että verkkosolmussa on vähintään yksi tulo-ja yksi lähtökanava. Mitään ylärajaa kanavien lukumäärälle ei ole eikä myöskään vaatimuksia käytettävälle siirtotielle. Verkkosolmu BS 15 käsittää lisäksi siirtoyksikön TU pakettien lähettämiseksi verkkoon. Siirtoyksik-kö TU voi myös vastaanottaa paketteja verkolta. Verkkosolmu BS käsittää myös vastaanottoyksikön RU pakettien vastaanottamiseksi siirtotieltä, tässä tapauksessa radiotieltä, jossa paketteja lähetetään kantoaallolla ja pakettien muokkaamiseksi sellaisiksi, että ne ovat valmiita siirrettäväksi verkon siirtotiel-20 lä. Vastaanottoyksikkö RU voi myös lähettää paketteja kantoaallolla. Vastaanottoyksikkö RU on sovitettu erottamaan toisistaan tiedonsiirtoverkon verkkoelementtien välistä signalointitietoa sisältävät ohjauspaketit ja puhelupaketit. Se voi erottaa paketit toisistaan paketissa olevan tunnistetiedon perusteella tai se . voi käyttää erotteluun jotain muuta perustetta, esimerkiksi tietoa siitä, että tie- 25 tyin aikajaksoin kantoaallolla lähetetään signalointia. Keksinnön mukaisen verkkosolmun vastaanottoyksikkö voi myös vastaanottaa paketteja muilta verkkosolmuilta tai toisilta verkoilta ja eikä sen välttämättä tarvitse muokata paketteja.

Verkkosolmu käsittää aikalaskurin TC, joka laskee, kuinka paljon on : 30 aikaa jäljellä siihen, kun seuraava puhelupaketti on vastaanotettu. Tätä aikaa kutsutaan väliajaksi. Väliajan laskemiseksi aikalaskurin tarvitsee tietää pakettien saapumistahti, joka on edullisesti tallennettu aikalaskuriin TC. Saapumis-tahtitiedot voidaan tallentaa myös muualle ja muulla tavoin, esimerkiksi verkkosolmun BS muistiin. Se, mitä saapumistahdilla ja vastaanotetulla paketilla 35 tarkoitetaan, on selitetty aiemmin kuvion 2 yhteydessä. Aikalaskuri TC käy läpi saapumistahtia edullisesti syklisesti, jolloin tulokanavan muuttuva varaus- tai 11 103457 kuormitustilanne voidaan huomioida. Saapumistani voi olla myös vakio. Yhden syklin pituudeksi on edullista esimerkiksi TDMA-menetelmää käyttävissä järjestelmissä asettaa kehyksen kestoaika, sillä pakettien saapumistahti ainakin tukiasemassa noudattaa aikakanavien varaustilannetta. Radiotielle on 5 esimerkiksi TETRA-standardin mukaisessa järjestelmässä kullekin paketille varattu aikaa noin 15 ms, joten kaikkien radiotien aikavälien ollessa varattuja on pakettien saapumistahti tukiasemassa noin 15 ms. Kun pakettien hyöty-kuormat ovat radiotiellä 274 bittiä ja 432 bittiä ja siirtoverkossa tarvittava tunnistetieto voidaan esittää esimerkiksi 56 bitillä, ovat pakettien koot 330 bittiä ja 10 488 bittiä. Jos oletetaan pakettien kooksi 488 bittiä, kestää 64 kbit/s siirtokanavalla yhden puhelupaketin lähettäminen noin 7,6 ms, jolloin ohjauspakettien lähettämiseen jää aikaa noin 7,4 ms ennen seuraavan puhelupaketin vastaanottoa. Mikäli jokin aikaväli vapautetaan, muuttuu saapumistahti kuviossa 4 esitetyn mukaiseksi eli yhden välin pituus on noin 30 ms ja muiden noin 15 15 ms. Tällöin ohjauspakettien lähettämiseen jää yhdessä kohtaa sykliä enemmän aikaa.

Saapumistahtitietoa voidaan esimerkiksi CDMA-menetelmässä soveltaa siten, että kehyksen kestoajan mittainen sykli muodostuu ajasta, jolloin tulee peräkkäisten puhelupakettien vuo, jonka jälkeen syklin loppuaika voi-20 daan käyttää ohjauspakettien lähettämiseen. Puhelupakettien vuon ajallinen pituus riippuu radiotien kanavien varaustilanteesta.

Verkkosolmu käsittää myös ohjausyksikön CU, joka huolehtii verkkosolmun resurssien hallinnasta. Ohjausyksikkö CU voi myös huolehtia verk-: kosolmun konfiguraatiosta ja toimia verkkosolmun liitäntänä verkonhallintajär- 25 jestelmään. Lähettämistä odottavien ohjauspakettien puskuroimiseksi ohjausyksikkö CU käsittää puskurin BUF. Puskuri BUF voi olla verkkosolmussa muissakin yksiköissä tai omana erillisenä moduulina. Ohjausyksikkö CU ohjaa pakettien lähettämistä siirtoyksikön TU kautta siten, että ohjauspaketteja lähetetään ainoastaan silloin, kun ne ehditään lähettää kokonaan ennen seu-; 30 raavan puhelupaketin vastaanottoa. Tämän vuoksi ohjausyksikkö CU laskee seuraavana lähetysvuorossa olevan ohjauspaketin lähetyksen kestoajan, tarkistaa verkkosolmussa olevalta aikalaskurilta TC väliajan seuraavan puhelu-paketin vastaanottoon ja vertailee näitä aikoja. Jos ohjauspaketti ehditään lähettää niin, ettei se hidasta puhelupaketin lähettämistä eli väliaika on suurempi 35 kuin kestoaika, ohjausyksikkö CU antaa ohjauspaketin lähetysyksikölle TU lähetettäväksi. Muussa tapauksessa ohjausyksikkö CU laittaa ohjauspaketin 12 103457 puskuriin BUF odottamaan sitä, että seuraava puhelupaketti on vastaanotettu ja lähetetty. Puhelupaketin lähettämisen jälkeen ohjausyksikkö CU voi hakea jonossa olevan ohjauspaketin ja huolehtia siitä, että siirtoyksikkö TU lähettää ohjauspaketin, mikäli se ehditään lähettää ennen seuraavan puhelupaketin 5 vastaanottoa. Ohjausyksikkö CU voi hakea jonossa olevia ohjauspaketteja saapumisjärjestyksessä, prioriteettijärjestyksessä tai etsiä sieltä ensimmäistä, joka ehditään lähettää ennen seuraavan puhelupaketin lähettämistä. Ohjausyksikkö CU voi myös laittaa ohjauspaketteja niiden prioriteetin mukaiseen paikkaan puskurissa olevaan lähetysjonoon. Prioriteeteilla voidaan varmistaa, 10 että tärkeät ohjauspaketit saadaan lähetettyä mahdollisimman nopeasti.

Keksinnön mukainen verkkosolmun ohjausyksikkö CU voi myös toimia verkkosolmun BS liitäntänä verkonhallintajärjestelmään. Ohjausyksikkö CU voi korvata saapumistahdin verkonhallintajärjestelmältä vastaanottamallaan uudella saapumistahdilla. Saapumistahti on edullista päivittää aina kun 15 tulokanavan varaustilanne muuttuu, esimerkiksi radiotien aikaväli vapautetaan tai varataan. Näin varmistetaan se, että verkkosolmu ei turhaan hidasta ohjauspaketin lähettämistä odottamalla tietyn aikavälin pakettia, jos sellaista ei ole. Verkkosolmu voi itsekin hallita tulokanavan varaustilannetta ja tahdistusta, jolloin verkkosolmun ohjausyksikkö CU huolehtii siitä, että aina varaustilanteen 20 muuttuessa saapumistahti päivitetään. Verkkosolmun tulokanavien varaustilannetta voidaan hallita myös muissa verkkoelementeissä, esimerkiksi tukiasemaohjaimessa. Silloin tieto uudesta saapumistahdista saadaan sieltä.

Keksinnön mukaisen verkkosolmun generoimia ohjauspaketteja kohdellaan kuten vastaanotettuja ohjauspaketteja eli niitä lähetetään vain sil-! 25 loin, kun ne ehditään lähettää ennen seuraavan puhelupaketin vastaanottoa.

Ohjausyksikön CU tehtäviä varten verkkosolmu voi myös käsittää erillisiä välineitä, kuten esimerkiksi käsittelyvälineitä saapumistahtitiedon tallentamiseksi ja ohjauspakettien puskuriin asettamiseksi. Edellä kuvatut tehtävät voidaan myös jakaa eri lailla verkkosolmun eri elementtien kesken, esi-r 30 merkiksi ohjausyksikkö CU voisi huolehtia pakettien erottelusta ohjaus- ja pu- helupaketteihin.

Oheiset kuviot ja niihin liittyvä selitys on tarkoitettu vain havainnollistamaan esillä olevaa keksintöä ja sitä, kuinka sitä voidaan soveltaa matkaviestinjärjestelmään. Alan ammattilaiselle tulevat olemaan ilmeisiä erilaiset 35 keksinnön variaatiot ja muunnelmat ilman, että poiketaan oheisissa patenttivaatimuksissa esitetyn keksinnön suojapiiristä ja hengestä.

Claims (9)

13 103457

1. Menetelmä pakettivälitteiseen tiedonsiirtoon tiedonsiirtoverkossa, joka käsittää ainakin yhden verkkosolmun pakettien vastaanottamiseksi ja lähettämiseksi, jossa verkkosolmussa erotetaan tiedonsiirtoverkon signalointi- 5 tietoa sisältävät ohjauspaketit puhelupaketeista, tunnettu siitä, että menetelmä käsittää seuraavat vaiheet: a) ylläpidetään tietoa puhelupakettien saapumistahdista, b) lasketaan seuraavaksi lähetysvuorossa olevan ohjauspaketin lähetyksen kestoaika (22), 10 c) lasketaan väliaika seuraavan puhelupaketin vastaanottoon (23), d) verrataan kestoaikaa väliaikaan (24), ja mikäli kestoaika on lyhyempi tai yhtä pitkä kuin väliaika, lähetetään ohjauspaketti (25), ja mikäli kestoaika on pidempi kuin väliaika, laitetaan ohjauspaketti lä- 15 hetysjonoon (27), odotetaan kunnes mainittu puhelupaketti on vastaanotettu ja lähetetään se seuraavaksi olennaisesti välittömästi edelleen.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ohjauspaketti laitetaan ohjauspaketissa olevan prioriteetin määräämään paikkaan lähetysjonossa siten, että korkeamman prioriteetin ohjauspaketit 20 ohittavat alemman prioriteetin ohjauspaketit lähetysjonossa ja saman prioriteetin ohjauspaketit laitetaan saapumisjärjestyksen mukaiseen järjestykseen.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainitun puhelupaketin lähettämisen jälkeen e) haetaan ohjauspakettien lähetysjonon ensimmäinen paketti (29), 25 f) lasketaan ohjauspaketin lähetyksen kestoaika (22), g) lasketaan väliaika seuraavan puhelupaketin vastaanottoon (23), h) verrataan kestoaikaa väliaikaan (24), ja mikäli kestoaika on pidempi kuin väliaika, laitetaan ohjauspaketti takaisin paikalleen lähetysjonoon (27), ja V 30 mikäli kestoaika on lyhyempi tai yhtä pitkä kuin väliaika, lähetetään ohjauspaketti (25), tarkistetaan, onko lähetysjonossa ohjauspaketteja (26) ja mikäli lähetysjonossa on paketteja, toistetaan menetelmän vaiheita lähtien vaiheesta e), jossa haetaan ohjauspakettien lähetysjonon ensimmäinen paketti.

4. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainitun puhelupaketin lähettämisen jälkeen 14 103457 e) lasketaan väliaika seuraavan puhelupaketin vastaanottoon (23’), f) haetaan ohjauspakettien lähetysjonosta ensimmäinen paketti, joka ehditään lähettää väliaikana (30), g) lähetetään ohjauspaketti (32), 5 h) tarkistetaan, onko lähetysjonossa ohjauspaketteja (26), ja mai nitun tarkistuksen tuloksena, mikäli lähetysjonossa on paketteja, toistetaan menetelmän vaiheita lähtien vaiheesta e), jossa lasketaan väliaika seuraavan puhelupaketin vastaanottoon.

5. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lähetetään samaan tiedonsiirtoyhteyteen kuuluvat puhelupaketit samaa kanavaa pitkin silloin, kun verkkosolmusta lähtee vähintään kaksi kanavaa, 15 ylläpidetään tietoja puhelupakettien saapumistahdista jokaiselle käytettävissä olevalle lähtösuunnan kanavalle erikseen, lasketaan väliaika seuraavan puhelupaketin vastaanottoon kanavakohtaisesti, verrataan vastaanotetun ohjauspaketin kestoaikaa vuorotellen ku-20 hunkin väliaikaan, kunnes löytyy kestoaikaa pidempi tai yhtä suuri väliaika, jolloin ohjauspaketti lähetetään tällä kanavalla, tai kestoaikaa on verrattu jokaiseen väliaikaan, jonka jälkeen ohjauspaketti laitetaan lähetysjonoon.

6. Pakettivälitteisen tiedonsiirtoverkon verkkosolmu, johon tulee ainakin yksi tulosuunnan kanava ja josta lähtee ainakin yksi lähtösuunnan kana-25 va, joka solmu käsittää vastaanottovälineitä (RU) pakettien vastaanottamiseksi, lähetysvälineitä (TU) pakettien lähettämiseksi kohdeosoitetta kohti ja puskurin (BUF) vastaanotettujen pakettien puskuroimiseksi, ja jossa vastaanottoväli-neet (RU) on sovitettu erottamaan tiedonsiirtoverkon signalointitietoa sisältävät ohjauspaketit puhelupaketeista, tunnettu siitä, että solmu käsittää lisäksi 30 muistivälineet (TC) puhelupakettien saapumistahdin ilmaisevan tie don säilyttämiseksi, aikalaskurin (TC) väliajan laskemiseksi seuraavan puhelupaketin vastaanottoon, laskentavälineet (CU) seuraavaksi lähetysvuorossa olevan ohjaus-35 paketin lähetyksen kestoajan laskemiseksi, vertailuvälineet (CU) väliajan ja kestoajan vertaamiseksi toisiinsa, ja 15 103457 lähetysjärjestysohjaimen (CU) ohjauspakettien laittamiseksi puskuriin lähetysjonoon ja mainitun seuraavan puhelupaketin lähettämiseksi seuraa-vaksi, mikäli kestoaika on pidempi kuin väliaika.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen verkkosolmu, tunnettu sii-5 tä, että muistivälineet (TC) on sovitettu päivittämään saapumistahti vasteena tiedonsiirtoverkolta vastaanotettuun uuteen saapumistahtiin.

8. Patenttivaatimuksen 6 tai 7 mukainen verkkosolmu, tunnettu siitä, että lähetysjärjestysohjain (CU) on sovitettu laittamaan solmussa vastaanotetut ohjauspaketit kussakin paketissa olevan prioriteetin mukaiseen 10 paikkaan puskurissa (BUF) olevaan lähetysjonoon.

9. Patenttivaatimuksen 6, 7 tai 8 mukainen verkkosolmu, tunnettu siitä, että lähetysjärjestysohjain (CU) on sovitettu hakemaan ohjauspaketti lä-hetysjonosta vasteena mainitun seuraavan puhelupaketin lähettämiselle, ja 15 lähetysvälineet (TU) on sovitettu lähettämään ohjauspaketti, mikäli väliaika seuraavan puhelupaketin vastaanottoon on pidempi tai yhtä pitkä kuin ohjauspaketin lähetyksen kestoaika. 16 103457