NO325563B1 - Telekommunikasjonssystem - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte ved et digitalt mobiltelefonsystem for å redusere signallasten ved lokalisering av mobilstasjoner.

I et mobiltelefonsystem er det veldig viktig at nettverket har muligheten til å lokalisere mobilstasjonene for å koble til innkomne oppringninger til den, eller etablere dataforbindelser med den. Stedshåndtering (LM) (Location Management) er navnet til prosedyren som gjør det mulig for nettverket å opprettholde en kontroll på hvor i nettverket en mobilstasjon er. Vi må ikke glemme at mobiltelefonene er mobile i dette systemet, som derfor gjør problemet kompli-sert. Prosedyren for stedshåndtering krever signalering over radio, som betyr at en bestemt del av kapasiteten i et mobilsystem trengs for denne type signalering. På grunn av dette må stedshåndtering være optimalisert slik at de ekstremt begrensede radioressursene kan anvendes til tale og datatrafikk.

Strategien for stedshåndtering er et kompromiss mellom signalering ved oppkobling respektiv nedlastning. Signalering ved nedlastning utføres ved "oppkalling" (søk), som er en signalmelding som nettverket sender for å søke etter en mobil i et begrenset område, såkalt oppkallingsområde (PA). Et PA består av en eller flere celler. Oppkoblingssignalet utgjøres av meldinger fra mobilen som av og til informerer nettverket hvor den er. Oppdatering av posisjonen til mobilen utføres ved endring av "stedsområde" (LA) og prosedyren kalles "stedsområde oppdatering" (LU). Signallasten er avhengig av signalering for "oppkalling" og signalering for stedsoppdatering. Fig. 1 viser oppkallingsmeldinger som sendes til alle cellene i en PA, hvor fig. 2 viser LU meldinger som mobilen sender for å informere nettverket om sin posisjon.

Nettverket må i tillegg omfatte et register for informasjon om i hvilket LA mobilen er, et såkalt stedsregister (LR). Formålet med foreliggende oppfinnelse er å optimalisere stedshåndtering ved å anvende GPRS-standard slik at radioressursene kan anvendes på en så effektivt måte som mulig.

For å finne ut om kjent teknikk viser en optimali-sering av stedshåndtering, ble en forundersøkelse utført, hvor de følgende dokumentene ble funnet: Dl: US,A 5 590 398

D2: US,A 5 548 816

D3: WO,Al,97/24 898

D4: WO,Al,97/03 529

D5: WO,Al,94/07 337

D6: WO,Al,93/23 965

Dokument 1 (Dl) omtaler et mobilkommunikasjonssystem hvor eksisterende "stedsområder" (LA) kan kompletteres med personlig LA som kan bestå av en eller flere celler. Når det søkes for en mobil, sendes oppkallingssignaler i en korrekt orden til ulike LA avhengig av hvor stor muligheten er for at mobilen er der, ved en sekvensiell prosedyre.

Dokument 2 (D2) omtaler en fremgangsmåte og et system for å lokalisere en mobil i et mobi1kommunikasjonssystem. Til hver mobil er et antall celler allokert som består av et virtuelt "stedsområde" (LA). Søket for mobilen kan utføres enten ved en oppkallingsmelding som sendes i hele LA, eller sekvensielt til cellene en etter en.

Dokument 3 (D3) omtaler et mobilkommunikasjonssystem hvor et "stedsregister" (LR) som dekker flere "stedsområder" kan oppdeles i flere "logiske VLR". Ved oppkalling sendes først en oppkallingsmelding i den delen av LVLR hvor mobilen sist var aktiv.

Dokument 4 (D4) omtaler et mobilkommunikasjonssystem hvor, hvis mobilenheten ikke kan nås med en melding, et "stedsbekreftende signal sendes til cellene i stigende orden eller prioritet i oppkallingsområdet".

Dokument 5 (D5) omtaler oppdatering av posisjonen i et mobilkommunikasjonssystem. I følge beskrivelsen kan et "midlertidig oppkallingsområde" (TPA) bli definert hvis mobilen er i den samme cellen i et bestemt tidsrom. TPA kan bestå av en eller flere celler. Ved søk for mobilen starter systemet med TPA og fortsetter deretter til det neste høyere nivået hvis mobilen ikke blir funnet.

I dokument 6 (D6) er et leverandørområde dividert inn i tre hierarkiske nivåer; stedsområde, oppkallingsområde og leverandørområde. Søk for mobilen starter i stedsområdet og fortsetter opp i hierarkiet hvis den ikke blir funnet.

Ingen av de fremtrukne dokumentene beskriver en opti-maliseringsprosedyre som anvender GPRS.

Det ovenfor nevnte formålet oppnås ved en fremgangsmåte ved et digitalt mobiltelefonsystem for å redusere signallasten ved lokalisering av en mobilstasjon i et stedsområde (LA, RA) på bekostning av tidsforsinkelse når mobilstasjonen er tilkoblet basestasjonen, hvori mobiltelefonsystemet anvender GPRS-teknologi,

karaktisert ved

at stedsområdet (LA,RA) er oppdelt i et antall mindre oppkallingsområder (PA),

at en oppkallingsmelding sendes sekvensielt til nevnte oppkallingsområde av en GPRS-kontrollert basestasjon inntil den ene mobilstasjonen reagerer på oppkallingsmeldingen, og

at den GPRS-kontrollerte basestasjonen søker tilfeldig igjennom oppkallingsområdene (PA) i nevnte stedsområdet (RA) for nevnte mobilstasjonen.

Ved anvendelse av GPRS anvendes radiokanalen mer effektivt. GPRS er spesielt tilpasset til ikke nåtids tjenester og følgelig passer den veldig godt for inter-aktive datatjenester.

Foretrukne utførelser av oppfinnelsen er omtalt i de vedlagte patentkravene.

I det følgende er en detaljert beskrivelse av en implementering av oppfinnelsen gitt med henvisning til de vedlagte tegningene, hvori: Figur 1 vedrører "oppkalling" ifølge kjent teknikk. Figur 2 vedrører "stedsoppdatering" ifølge kjent teknikk.

Figur 3 viser et tilstandsdiagram for GPRS.

Figur 4 viser systemstrukturen for GPRS ifølge oppfinnelsen. Figur 5 viser skjematisk oppdeling av ruteområde i "oppkallingsområdene" i følge oppfinnelsen.

Mobiltelefonsystemet ifølge oppfinnelsen er basert på GPRS-standard, som kort skal forklares med henvisning til figurene 3 og 4. Etter det er prosedyren, ifølge oppfinnelsen, for å oppdele et "ruteområder" til kun et antall "oppkallingsområder" som blir sekvensielt søkt gjennom av nettverket for å finne den oppkalte mobilstasjonen forklart.

I fremtiden vil GSM-systemet, ved introduksjon av General Packet Radio Service (GPRS), være i en posisjon til å tilby pakkesvitsjetjenester i kontrast til dagens kretssvitsjetjenester. GPRS er en kosteffektiv tjeneste på den måten at en GPRS mobil anvender radiokanalen kun når den har data som skal sendes eller mottas.

GPRS er basert på'tre tilstander "uvirksom tilstand", "klar tilstand" og "standby-tilstand", som det kan ses i fig. 3. I alle tilstandene vises det ulike operasjoner for å håndtere stedshåndtering. I "uvirksom tilstand" er mobilen ikke koblet til nettverket, og nettverket vet ikke hvor mobilen er. På den andre side, i "klar tilstand" eller "standby-tilstand", kan mobilen motta oppkallingsmeldinger eller utføre oppdateringer av sin posisjon (se fig. 3) .

Et nytt trekk ved GPRS er at LM er basert på en klassifikasjon av mobilene i tre klasser, avhengig av hvilken tilstand mobilene er i. Alle mobilene som er i tilstanden "uvirksom" er ikke koblet til GPRS LM, hvorved mobiler som er i "klar" og "standby" tilstander er koblet til GPRS LM. Mobiler som er i "klar" gjør bruk av en LA og PA som er likeså stor som en celle. I "klar" er konseptet celleoppdatering (CU) definert. Alle mobiler som er i "standby" gjør bruk av LA og PA som består av flere celler. I "standby" tilstand, kalles LA ruteområdet (RA), og "stedsområdeoppdatering" kalles "ruteområdeoppdatering"

(RAU).

I "uvirksom modus" utføres verken RAU (Routing Area Update), CU (Cell Update) eller oppkalling. Nettverket vet ikke hvor mobilen er, og forsøker heller ikke å søke etter. Når mobilen er i "klar" tilstand, og når den endrer celle, utfører den en CU hvis cellene tilhører samme ruteområde. Hvis den nye cellen, som mobilen beveges inn i, tilhører et annet ruteområde, sender mobilen en CU kombinert ved en ruteområdeoppdatering (RAU). I "standby modus" utføres kun ruteområdeoppdatering (RAU) så snart mobilen endrer ruteområdet. Av interesse er det å nevne at et korresponderende statusdiagram eksisterer i nettverket som opprettholder en sjekk i hvilket status mobilen er i.

Ifølge GPRS-standeren, består GPRS-system strukturen av to nye tjenestenoder, nemlig SGSN (Support GPRS Service Node) og GGSN (Gateway GPRS Service Node), se figur 4. Til SGSN tilhører en VLR (Visitor Location Register) hvor posisjonen til mobilen lagres. VLR inneholder de sist oppdaterte cellenumrene og nåværende ruteområde og GGSN-identitet. I HLR er der informasjon om i hvilken SGSN hver spesifikk mobil er. Signallasten er avhengig av signalering som en konsekvens av oppkallingen, RAU og CU. Dette vil ha som en konsekvens at signallasten i et GPRS-system er avhengig av størrelsen til ruteområdet og på tidsskala tiden mellom "klar" og "standby-tilstand". Signallasten kan optimaliseres ved hjelp av de rette parametrene som setter størrelsen på ulike RA-områder og verdien til tidsskala tiden. Dette stedshåndteringsprinsippet kan imidlertid bli videre forbedret. Tjenestene som GPRS vil tilby er til en stor grad ikke-nåtids-tjenester (datatjenester) som kan tåle mer forsinkelser enn nåtids-tjenester. Ved oppsett av en dataforbindelse er initiel forsinkelse (hvor blant annet tiden for å søke for en mobil er inkludert) ikke så kritisk som forsinkelse ved kjøring av selve sesjonen. Det vil deretter være mulig å anvende dette for å frembringe en mer effektiv oppkallingsmekanisme, som skal beskrives etterpå. Ideen bak foreliggende oppfinnelse er å oppdele et RA (Ruteområde) i mindre PA (oppkallingsområder) og å søke for mobilen i disse områdene sekvensielt (ifølge noen prose-dyrer) inntil mobilen er funnet. Selvfølgelig ønsker en et så lite initial forsinkelse som mulig, samtidig som en oppnår en effektiv signalering. Reguleringen mellom forsinkelsen for å finne en mobil og samtidig oppnå en effektiv signalering bestemmes av operatøren hvis konfi-gurasjon av algoritmen nedenfor reflekteres av hans/hennes krav vedrørende kvalitet og kapasitet i hans/hennes nett-verk. Den maksimale størrelsen til en PA kan antas å være lik til RA (dvs. konvensjonell GPRS LM). Den minste størrelsen til en PA er en celle.

Et eksempel på oppdeling av en RA til et antall ulike PA (se figur 5) er at en RA er dividert inn i tre oppkallingsområder, PAI, PA2 og PA3. Når nettverket søker etter mobilen i RA, utfører søk først i PAI. Hvis det ikke oppnås en respons, blir mobilen søkt etter i PA2 (eller PA3) og så videre, inntil mobilen er funnet.

En enkel beregning for forsterkning av en slik oppdeling ifølge figur 5 er oppnådd i det følgende. Vi antar at sannsynligheten for at mobilen er i en celle er likt distribuert over alle cellene. Vi vil deretter ha det følgende: Ifølge tradisjonell GPRS LM skal vi sende en oppkallingsmelding i alle 14 celler i figur 5. Dette vil resultere i 14 oppkallingsmeldinger til sammen. Forsinkelsen vil være et trinn i en sekvensiell oppkallingsprosess.

Ved oppdeling av en RA i tre PA bestående av 8, 3 respektiv 3 celler oppnås det følgende. Gjennomsnittet av det totale antallet overførte overføringsmeldinger er

8x(8/14)+llx(3/14)+14x(3/14)=9.9 oppkallingsmeldinger

Den maksimale forsinkelsen er 3 trinn i en sekvensiell oppkallingsprosess. Den gjennomsnittlige forsinkelsen er

lx(8/14)+2(3/14)+3x(3/14)=l,64 trinn i en oppkallingsprosess hvis vi søker i orden PAI, PA2, PA3.

Konklusjonen er at vi vil oppnå 14-9,9 = 4,1 oppkallingsmeldinger som et gjennomsnitt. Den gjennomsnittlige forsinkelsen vil være 2 trinn hvis utvelgelsen vedrørende hvilken orden PA utvelges er vilkårlig og likt fordelt. I eksemplet ovenfor er det fordel å søke i PAI først p.g.a. at sannsynligheten er større for å finne mobilen i denne. Hvis vi oppdeler RA- områdene i eksemplet ovenfor i 14 ulike PA, blir gjennomsnittet til det totalt antall overførte oppkallingsmeldinger = 7,5 oppkallingsmeldinger, som frembringer er reduksjon av 14-7,5 =6,5 oppkallingsmeldinger. Den maksimale forsinkelsen er imidlertid så mye som 14 trinn i en sekvensiell oppkallingsprosess og den gjennomsnittlige forsinkelsen vil være 7,5 trinn.

Foreliggende oppfinnelse vedrører følgelig oppdeling

av et RA (ruteområde) til et antall mindre områder, såkalte oppkallingsområder (PA), som kan ses i figur 5. Oppkalling utføres sekvensiell, dvs. nettverket søker etter mobilen i en PA omgangen. Hvis mobilen ikke finnes i et PA-område søkes det etter mobilen i det neste og slik fortsetter det inntil mobilen reagerer på oppkallingsmeldingen.

Fremgangsmåten kan oppdeles i to hoveddeler som vi vil omtale nedenfor:

1. Oppdeling av RA i PA-områder.

2. Søkeprosessen.

Oppdeling av et ruteområde i oppkallingsområder.

En PA består av en eller flere celler. Cellene i en PA kan, men må ikke nødvendigvis, være nærliggende til hverandre. PA-områdene kan (men trenger ikke) være av ulike størrelser og romme et ulikt antall celler. En PA kan for eksempel være et undersett av en annen PA. De ulike PA kan også overlappe hverandre. For hver RA skal det være mulig-het for å ha et tilhørende parameter som forteller hvor mange PA som er omfattet i denne RA. Dette parameteret skal være mulig å sette av operatøren. For eksempel kan størrelsen til en RA og trafikktettheten i område anvendes for å bestemme disse parameterene (for hver RA). Hvilke celler som skal inkluderes i et bestemt spesifikt PA skal også være mulig å bestemme av operatøren. Dette kan utføres, basert på, for eksempel en geografisk oppdeling eller avhengig av trafikken som oppstår i hver celle.

Oppdelingen kan være basert på innsamling av statistikk utført for hver mobil, ulike grupperinger av mobiler, eller for alle mobilene i et bestemt område. Oppdelingen kan utføres per mobil, dvs. hver mobil har sin egen individuell oppdeling av hver RA (som imidlertid krever mye minne i nettverket), eller per mobilgruppe, hvor brukerne er blitt oppdelt i ulike mobilgrupper, eller i felles, slik at det vedrører alle mobilene i nettverket (det mest sannsynlige). Oppdelingen kan være tidsavhengig, dvs. den kan oppdateres etter en bestemt tidsperiode ifølge noen algoritmer, eller en tidskonstant.

Søkeprosedyrer.

Utvelgelsen av hvilke PA hvor i det skal søkes for etter en bestemt mobil i de ulike trinnene i den sekvensi-elle oppkallingsprosedyren kan utføres enten tilfeldig eller ifølge en prioritetsliste. Prioritetslisten kan være bestemt avhengig av, for eksempel trafikkstatistikk tatt fra RA, PA, eller deres celler. Prioritetslisten kan være felles for alle mobilene, eller en kan ha en for hver gruppe mobiler, eller individuelt (som ovenfor), hvor det første alternativet er det mest sannsynlige ved en implementering. Videre kan prioritetslisten for eksempel være avhengig av den siste posisjonsoppdateringen for hver mobil. Ideen med prioritetslisten er å forsøke å søke for mobilen i den eller de PA hvori der er størst sannsynlig-het/mulighet for å finne mobilen. Det kan være basert på innsamlet statistikk, tatt fra hver mobil, ulike grupperinger av mobiler, eller alle mobilene i et bestemt område. Prioritetslisten kan oppdateres dynamisk (i drift) ifølge noen algoritmer, eller være tidskonstant. Søksprosedyren kan utføres trinnvis direkte etter hverandre, eller med en bestemt tidsforsinkelse, mellom to etter hverandre gjentak-ende søk. Det skal være mulig å velge mellom sekvensiell søk og fullstendig søk.

Det ovenfor nevnte må bare betraktes som en fore-trukket utførelse, og omfanget av beskyttelsen for oppfinnelsen er kun begrenset av hva som fremkommer i de etterfølgende patentkravene.

Claims (7)

1. Fremgangsmåte ved et digitalt mobiltelefonsystem for å redusere signallasten ved lokalisering av en mobilstasjon i et stedsområde (LA, RA) på bekostning av tidsforsinkelse når mobilstasjonen er tilkoblet basestasjonen, hvori mobiltelefonsystemet anvender GPRS-teknologi, karaktisert ved at stedsområdet (LA,RA) er oppdelt i et antall mindre oppkallingsområder (PA), at en oppkallingsmelding sendes sekvensielt til nevnte oppkallingsområde av en GPRS-kontrollert basestasjon inntil den ene mobilstasjonen reagerer på oppkallingsmeldingen, og at den GPRS-kontrollerte basestasjonen søker tilfeldig igjennom oppkallingsområdene (PA) i nevnte stedsområdet (RA) for nevnte mobilstasjonen.

2. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1, karakterisert ved at basestasjonen (BSS) som sender oppkallingsmeldingen kontrolleres av en GPRS-node (SGSN), hvori radiokanalen anvendes mer effektivt p.g.a. at GPRS-noden kun anvender radiokanalen når den har informasjon å sende.

3. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1 eller 2, karakterisert ved at oppkallingsområde omfatter en eller flere celler, hvorved cellene kan ordnes en celleavstand fra hverandre.

4. Fremgangsmåte i samsvar med et av de foregående kravene, karakterisert ved at oppkallingsområdet (PA) kan være et undersett av et annet oppkallingsområde (PA), eller at oppkallingsområdene kan overlappe hverandre.

5. Fremgangsmåte i samsvar med et av de foregående kravene, karakterisert ved at cellene som skal omfattes i et spesifikt oppkallingsområde, (PA) blir bestemt av en operatør på basis av geografisk oppdeling, eller avhengig av trafikkmengden i hver celle.

6. Fremgangsmåte i samsvar med et av de foregående kravene, karakterisert ved at oppdelingen av stedsområde i oppkallingsområder kan baseres på (i) innsamlet statistikk for hver mobilstasjon; (ii) ulike grupperinger av mobilstasjoner; eller (iii) alle mobil-stas jonene i et forhåndsdefinert område.

7. Fremgangsmåte i samsvar med krav 6, karakterisert ved at oppdelingen kan være tidsavhengig, det vil si at den endres etter en bestemt tidsperiode ifølge av algoritme.