DE10310522A1 - Procedures to transfer interruption free data e.g. for Bluetooth communication network, constructing a connection between a base station and a mobile station and transferring data if connection parameter is met - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum unterbrechungsfreien Übertragen von Daten zwischen einer Mobilstation und einer ersten und/oder einer zweiten Basisstation in einem Bluetooth- Kommunikationsnetz mit jeweils einer Applikationsschicht, jeweils einer Protokoll-Schicht, jeweils einer Verbindungsschicht und jeweils einer physikalischen Schicht.The invention relates to a method for uninterrupted transmission of data between a mobile station and a first and / or a second base station in a Bluetooth communication network with one application layer each, one protocol layer each, one connection layer each and one physical layer each.
In Mobilfunknetzen, die zellular mit jeweils einer Basisstation pro Zelle aufgebaut sind, können Mobilstationen in dem Netz angerufen werden, ohne dass der Anrufer ihren genauen Standort, d.h. ihre aktuelle Mobilfunknetzzelle kennt. Außerdem können Mobilstationen von einer Zelle des Netzes in eine andere Zelle wechseln. Diese Möglichkeit wird als "Roaming" bzw. "Handover" bezeichnet. Unter "Roaming" versteht man die räumliche Bewegung eines mobilen Endgerätes aus einer Funkzelle in eine andere, ohne dass währenddessen eine aktive Verbindung (Sprach- oder Datenverbindung) besteht. "Handover" ist ein Wechsel der Funkzelle während einer aktiven Verbindung. Beim Handover wird also eine neue physikalische Verbindung hergestellt, eine bisher bestehende, alte physikalische Verbindung wird kurz danach abgebaut.In cellular networks, the cellular Mobile stations can be built with one base station per cell be called on the network without the caller knowing their exact Location, i.e. knows their current cell network cell. In addition, mobile stations switch from one cell of the network to another cell. This possibility is called "roaming" or "handover". "Roaming" means that spatial Movement of a mobile device from one radio cell to another without an active connection (Voice or data connection) exists. "Handover" is a change of radio cell during an active one Connection. The handover therefore creates a new physical connection established, an existing, old physical connection will be dismantled shortly afterwards.
Die Möglichkeit von Roaming und Handover wird in dem Bluetooth- Standard in seiner aktuellen Version 1.1 nicht beschrieben, sondern wird den Netzwerkausrüstern überlassen.The possibility of roaming and handover will not in the Bluetooth standard in its current version 1.1 described, but is left to the network suppliers.
Zwei miteinander verbundene Stationen bilden ein Piconet, in welchem eine Station (Master) der anderen (Slave) logisch übergeordnet ist. Daneben ist auch die Vernetzung von mehreren Piconets in der Art möglich, dass eine Station gleichzeitig mit mehreren anderen verbunden ist. Mehrere Piconets bilden ein Scatternet. Dabei hat jedes Piconet nur eine Master-Station, aber eine Slave-Station kann mehreren Piconets angehören.Two interconnected stations form a piconet in which one station (master) of the other (Slave) logically higher is. In addition, the networking of several piconets is also possible possible, that one station is connected to several others at the same time. Several piconets form a scatternet. Every piconet has only one master station, but one slave station can have multiple piconets belong.
Derartige Scatternet- Strukturen eines Bluetooth- Kommunikationsnetzes sind u.a. aus WO0197448 bekannt, wo ein ad-hoc- Netz aufgebaut wird, das aus mehreren, neu gebildeten Teilnetzen besteht, bei denen die Anzahl der Einzelverbindungen minimiert wird, so dass zwischen einer ersten und einer zweiten Station eine optimierte Verbindung entsteht.Such scatternet structures of a Bluetooth communication network include known from WO0197448, where an ad hoc network is built up, consisting of several newly formed ones Subnets exist in which the number of individual connections is minimized, so that between a first and a second Station an optimized connection is created.
Ferner ist aus WO0069186 ein Kommunikationssystem bekannt, das aus einer Anzahl von lokalen Funknetzen, z.B. Pico- Netzen zusammengesetzt ist. Die lokalen Funknetze sind nicht zueinander synchronisiert, und es wird eine Funkschnittstelle eingesetzt, die keinen Broadcast- Kanal aufweist, z.B. eine Bluetooth- Funkschnittstelle. In der Grundausstattung des Systems ist eine Steuerungseinheit mit jedem lokalen Funknetz verbunden. Über die Funkeinheiten kann über die jeweiligen Funkknoten eine Verbindung zu der Steuerungseinheit eingerichtet und aufrechterhalten werden. Den Funkeinheiten ist außerdem Roaming, Handover, die Durchführung von Messungen und schnelle Verbindungsaufbauten in dem System möglich.Furthermore, WO0069186 is a communication system known which consists of a number of local radio networks, e.g. Pico Networks is composed. The local radio networks are not related to each other synchronized, and a radio interface is used, the has no broadcast channel, e.g. a Bluetooth radio interface. A control unit is included in the basic configuration of the system connected to any local radio network. About the radio units can over the each radio node set up a connection to the control unit and be maintained. The radio units are also roaming, Handover, the implementation of measurements and fast connection setups possible in the system.
Bei den bekannten Systemen besteht jedoch die Gefahr, dass der Aufbau eines zweiten Piconets für das Handover der Verbindung einer Mobilstation an eine zweite Basisstation nicht schnell genug erfolgt und dadurch die Verbindung zu der Mobilstation unterbrochen wird.In the known systems however, there is a risk of building a second piconet for the handover the connection of a mobile station to a second base station takes place quickly enough and thereby the connection to the mobile station is interrupted becomes.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Durchführung von Handover in einem Bluetooth Mehrzellenfunksystem anzugeben, das eine größere Sicherheit der Verbindung zu der Mobilstation gewährleistet.The object of the invention is a Procedure for implementation by handover in a Bluetooth multi-cell radio system, that a greater security the connection to the mobile station guaranteed.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.This object is achieved by the Method according to claim 1 solved. Preferred embodiments the invention are the subject of the dependent claims.
Wesentliches Element des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es, dass zusätzlich zu der normalen Verbindung der Mobilstation zu einer ersten Bluetooth-Basisstation eine weitere (Hilfs-) Verbindung zu einer zweiten Bluetooth- Basisstation aufgebaut wird, auf die bei Bedarf ein schneller Wechsel (Handover) erfolgen kann. Damit ist sichergestellt, dass die Verbindung bei Erreichen der Reichweitengrenze der ersten Basisstation nicht abreißt, sondern auf die zweite Basisstation übergeht.Essential element of the method according to the invention is it that additionally to the normal connection of the mobile station to a first Bluetooth base station Another (auxiliary) connection to a second Bluetooth base station established to which a quick change (handover) takes place if necessary can. This ensures that the connection when reached does not break the range limit of the first base station, but passes to the second base station.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum unterbrechungsfreien Übertragen von Daten zwischen einer Mobilstation und einer ersten und/oder einer zweiten Basisstation in einem Bluetooth- Kommunikationsnetz mit jeweils einer Applikationsschicht, jeweils einer Protokoll-Schicht, jeweils einer Verbindungsschicht und jeweils einer physikalischen Schicht, umfasst die Schritte: Aufbauen einer ersten Verbindung zwischen der ersten Basisstation und der Mobilstation, Aufbauen einer zweiten Verbindung zwischen der zweiten Basisstation und der Mobilstation, wobei die Daten von der Mobilstation zu der ersten Basisstation übertragen werden, wenn wenigstens ein Verbindungsparameter, der insbesondere der Verbindungsqualität entspricht, in einem vorgegebenen Wertebereich liegt, und die Daten von der Mobilstation zu der zweiten Basisstation übertragen werden, wenn der wenigstens eine Verbindungsparameter außerhalb des vorgegebenen Wertebereichs liegt.The method according to the invention for uninterrupted transmission of data between a mobile station and a first and / or a second base station in a Bluetooth communication network with one application layer each, one protocol layer each, one connection layer each and one physical layer each, comprises the steps: establishing a first connection between the first base station and the mobile station, building a second Connection between the second base station and the mobile station, the data being transmitted from the mobile station to the first base station if at least one connection parameter, in particular the connection quality corresponds, lies in a predetermined value range, and the data are transmitted from the mobile station to the second base station, if the at least one connection parameter lies outside the specified value range.
Vorzugsweise umfassen die erste und die zweite Verbindung jeweils eine asynchrone Verbindung für eine Übertragung von Daten und eine synchrone Verbindung für eine Übertragung von Sprachdaten.Preferably the first and the second connection is an asynchronous connection for a transmission of data and a synchronous connection for a transmission of voice data.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird von der ersten asynchronen Verbindung zu der zweiten asynchronen Verbindung in Abhängigkeit von einem ersten Verbindungsparameter gewechselt.In a further preferred embodiment the invention is from the first asynchronous connection to the second asynchronous connection depending on a first connection parameter changed.
Insbesondere wird von der ersten synchronen Verbindung zu der zweiten synchronen Verbindung in Abhängigkeit von einem zweiten Verbindungsparameter gewechselt.In particular, the first synchronous connection becomes the second synchronous connection change depending on a second connection parameter.
Vorzugsweise erfolgt das Aufbauen der zweiten asynchronen Verbindung zwischen der zweiten Basisstation und der Mobilstation durch eine Page-Anfrage der Mobilstation.The assembly is preferably carried out the second asynchronous connection between the second base station and the mobile station by a page request from the mobile station.
Alternativ kann das Aufbauen der zweiten asynchronen Verbindung zwischen der zweiten Basisstation und der Mobilstation jedoch auch durch eine Anweisung einer Netzzentrale erfolgen.Alternatively, building the second asynchronous connection between the second base station and the mobile station, however, also by an instruction from a network center respectively.
Vorzugsweise entspricht der erste und/oder der zweite Verbindungsparameter der Verbindungsqualität, beide können unabhängig voneinander oder gemeinsam durch die Netzzentrale gesetzt werden.The first preferably corresponds and / or the second connection parameter of the connection quality, both can independently from each other or together by the network center.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die logische Zuordnung zwischen den Applikationsschichten der Mobilstation und der ersten und/oder einer zweiten Basisstation beim Wechseln von der ersten Verbindung zu der zweiten Verbindung aufrechterhalten wird.It is particularly advantageous if the logical assignment between the application layers of the mobile station and the first and / or a second base station when changing is maintained from the first connection to the second connection.
Um Strom zu sparen, wird vorzugsweise die zweite Verbindung bis zu dem Wechsel in einem Ruhezustand (Park-Mode) gehalten.To save electricity, is preferred the second connection until the change in an idle state (park mode) held.
Ein Vorteil der Erfindung ist es, dass die Verbindung bei Erreichen der Reichweitengrenze der ersten Basisstation schnell umgeschaltet werden kann.An advantage of the invention is that the connection when the range limit of the first is reached Base station can be switched quickly.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen, bei der Bezug genommen wird auf die beigefügten Zeichnungen.Other features and advantages of Invention emerge from the following description of preferred Embodiments, reference is made to the accompanying drawings.
Ein Mehrzellen-Funksystem nach dem
Bluetooth- Standard, wie es in
Die einzelnen Basisstationen
Der Aufbau der Verbindungen zwischen
der Mobilstation und eine Basisstationen wird im folgenden mit Bezug
auf
Die Mobilstation
Diese erste Verbindung
Ist außerdem noch eine Sprachverbindung gewünscht, so
wird zusätzlich
eine synchrone Verbindung (Synchronous Connection-Oriented Link, SCO
Link) eingerichtet. Über
die synchrone Verbindung werden zwischen der Mobilstation
Um die Sicherheit der ersten Verbindung
zu erhöhen
und zu vermeiden, dass die Verbindung abreißt und die Mobilstation dann
erst wieder einen neuen, zeitraubenden Verbindungsaufbau beginnen muss,
wird erfindungsgemäß von der
Mobilstation eine zweite Verbindung
Die zweite Verbindung
Da über die zweite Verbindung zunächst keine Datenübertragung stattfindet und somit keine permanent aktive Verbindung benötigt wird, kann sie in einen Ruhezustand (Park Mode) geschaltet werden, um den Stromverbrauch der Mobilstation zu minimieren.Since there is no connection via the second connection data transfer takes place and therefore no permanently active connection is required, it can be switched to an idle state (Park Mode) to minimize the power consumption of the mobile station.
Die Mobilstation
Solange die Verbindungsqualität der ersten Verbindung
Bereits während der Kommunikation über die
erste Verbindung
Sobald ein Handover notwendig wird,
z.B. weil die Verbindungsqualität
unter ein zulässiges Maß sinkt,
wird der Datenaustausch von der ersten Verbindung
In
In
Erfindungsgemäß ist zusätzlich in der Software eine
Handover- Steuereinheit implementiert. Sie setzt sich aus einem
Handover- Protokoll
Die Auswahl der neuen Basisstation
für die zweite
Verbindung kann auf verschiedene Arten erfolgen:
Bei einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung sucht die Mobilstation
In a first embodiment of the invention, the mobile station searches
Bei einer zweiten Basisstation verbindet
sich die Mobilstation
Im folgenden wird Durchführung eines
Handover zwischen der Mobilstation
Zunächst besteht eine erste Verbindung
zwischen der Mobilstation
- 1. Die Handover-Steuereinheit
13d und15 der Mobilstation7 stellt fest, dass die Verbindungsqualität der ersten Verbindung2 in einen kritischen Bereich gerät, so dass ein Handover erforderlich ist. - 2. Das Handover-Protokoll
13d der Mobilstation7 sendet der Handover-Steuerungseinheit9 der Netzzentrale8 eine Nachricht, die einen Handover auf die Basisstation5 , zu welcher die zweite Verbindung3 bereits besteht, ankündigt. - 3. Die L2CAP-Verbindung wird sowohl auf der Seite der Mobilstation
7 als auch auf der Seite der Basisstation4 blockiert. Alle noch nicht über die Luftschnittstelle übertragenen Daten-Pakete werden versendet, neue Daten-Pakete werden nicht mehr bearbeitet und werden in der L2CAP Sende-Warteschlange eingereiht. Somit ist sichergestellt, dass keine Daten-Pakete durch das Handover verloren gehen. - 4. Die im Ruhezustand befindliche zweite Verbindung wird aktiviert
und in den aktiven Modus geschaltet. Diese Aufgabe kann sowohl die
Basisstation
5 als auch die Mobilstation7 erledigen. Zum Aktivieren wird ein Bluetooth- Standardbefehl (HCl_Exit_Park_Mode) verwendet. Sowohl die Mobilstation7 als auch die Basisstation5 erhalten daraufhin die HCl- Mitteilung "Mode Change Event" von ihrer jeweiligen Bluetooth- Hardware17 . - 5. Anschließend
werden in der Mobilstation
7 die internen Datenstrukturen in der L2CAP- Schicht14 derart geändert, dass die logischen Kanäle nun nicht mehr über die erste Verbindung2 laufen, sondern über die zweite Verbindung3 . Dadurch findet ein Handover zwischen erster und zweiter Verbindung2 und3 statt, also zwischen Basisstation4 und5 . Die alte zweite Verbindung3 wird nun als erste Verbindung (über Basisstation5 ) geführt, und die alte erste Verbindung2 ist die neue zweite Verbindung (über Basisstation4 ). Für die zweite Verbindung muss allerdings eine neue Basisstation gefunden werden, da die Verbindung zu der Basisstation4 ja bekanntlich keine ausreichende Qualität mehr bietet (siehe Punkt9 unten). - 6. Zeitgleich übergibt
die erste Basisstation
4 den logischen L2CAP- Kanal inklusive der Sende-Warteschlange an die Basisstation5 . Die Kommunikation zwischen erster Basisstation4 und zweiter Basisstation5 findet über die zentrale Steuereinheit8 statt. - 7. Besteht außerdem
eine synchrone Verbindung für
die Sprachübertragung
(SCO Link) zwischen der Mobilstation
7 und der Basisstation4 , so wird diese abgebaut und anschließend sofort über die neue Basisstation5 wieder aufgebaut. Die logischen Verknüpfungen zu der synchronen Verbindung werden ebenfalls von der ersten an die zweite Basisstation übergeben, so dass Sprach-Applikationen, wie z.B. das Cordless Telephony Profile (CTP), ungestört weiterlaufen. - 8. Die Blockade der L2CAP-Verbindung wird nun in der Mobilstation
7 und in der neuen Basisstation5 aufgehoben. Zwischen der Mobilstation7 und der neuen Basisstation5 besteht nun eine vollwertige Verbindung, über die Daten und Sprache übertragen werden können. - 9. Anschließend
beendet die Handover Verbindungs-Steuereinheit der Mobilstation
7 die Verbindung zur ersten Basisstation4 und baut eine neue "Aux Link"-Verbindung zu einer geeigneten zweiten Basisstation auf, z.B. zu BS3.
- 1. The handover control unit
13d and15 the mobile station7 notes that the connection quality of the first connection2 gets into a critical area, so a handover is required. - 2. The handover protocol
13d the mobile station7 sends the handover control unit9 the network center8th a message that is a handover to the base station5 to which the second connection3 already exists, announces. - 3. The L2CAP connection is both on the side of the mobile station
7 as well as on the base station side4 blocked. All data packets that have not yet been transmitted via the air interface are sent, new data packets are no longer processed and are placed in the L2CAP send queue. This ensures that no data packets are lost due to the handover. - 4. The second connection, which is idle, is activated and switched to active mode on. This task can be done by both the base station
5 as well as the mobile station7 take care of. A standard Bluetooth command (HCl_Exit_Park_Mode) is used for activation. Both the mobile station7 as well as the base station5 will then receive the HCl message "Mode Change Event" from their respective Bluetooth hardware17 , - 5. Then be in the mobile station
7 the internal data structures in the L2CAP layer14 changed so that the logical channels are no longer on the first connection2 run, but over the second connection3 , This creates a handover between the first and second connection2 and3 instead of between the base station4 and5 , The old second connection3 is now the first connection (via base station5 ) led, and the old first connection2 is the new second connection (via base station4 ). However, a new base station must be found for the second connection, since the connection to the base station4 yes, as is well known, no longer offers sufficient quality (see point9 below). - 6. The first base station transfers at the same time
4 the logical L2CAP channel including the send queue to the base station5 , Communication between the first base station4 and second base station5 takes place via the central control unit8th instead of. - 7. There is also a synchronous connection for voice transmission (SCO Link) between the mobile station
7 and the base station4 , it is dismantled and then immediately via the new base station5 rebuilt. The logical links to the synchronous connection are also transferred from the first to the second base station, so that voice applications, such as the Cordless Telephony Profile (CTP), continue to run undisturbed. - 8. The blockage of the L2CAP connection is now in the mobile station
7 and in the new base station5 canceled. Between the mobile station7 and the new base station5 there is now a full connection through which data and voice can be transmitted. - 9. The handover connection control unit of the mobile station then ends
7 the connection to the first base station4 and establishes a new "Aux Link" connection to a suitable second base station, for example to BS3.
Das entsprechende erfindungsgemäße Verfahren
lässt sich
in einer bevorzugten Ausführungsform
wie in
In dem folgenden Schritt 21 wird
ein relevanter Verbindungsparameter permanent überwacht. Dies ist insbesondere
die Verbindungsqualität,
aber es kann auch von außen
(z.B. durch die Netzzentrale
Sobald sich der Verbindungsparameter ändert, zweigt das Verfahren nach Schritt 21 zu Schritt 22 ab, in welchem die Daten-/Sprachübertragung von der ersten auf die zweite Verbindung wechselt, d.h. von R-ACL und eventuell R-SCO auf A-ACL und A-SCO.As soon as the connection parameter changes, branches the method from step 21 to step 22, in which the data / voice transmission from the first to the second connection, i.e. by R-ACL and possibly R-SCO on A-ACL and A-SCO.
In dem folgenden Schritt 23 wird dann die zweite Verbindung A-ACL und A-SCO, über die Daten bereits übertragen werden, zur ersten Verbindung "erklärt", und das Verfahren springt an eine Stelle zwischen Schritt 19 und Schritt 20 zurück, an der wieder eine zweite Verbindung zur Absicherung der Kommunikation über die erste Verbindung aufgebaut wird.In the following step 23 then the second connection A-ACL and A-SCO, over which data is already transmitted are "explained" to the first connection, and the procedure jumps back to a point between step 19 and step 20 at which again a second connection to secure communication via the first connection is established.
Solange jedoch in Schritt 21 keine Veranlassung zu einem Handover besteht, springt die Prozedur nach der Abfrage des Verbindungsparameters zu Schritt 24, bei dem geprüft wird, ob auch die Hilfsverbindung "Aux-Link" noch eine ausreichende Qualität hat. Ist dies der Fall, so springt das Verfahren zurück an eine Stelle vor Schritt 21, und die Abfolge der Prüfung der Verbindungsqualität bei der Hauptverbindung und bei der Hilfsverbindung beginnt von vorn.As long as none in step 21 If there is any reason for a handover, the procedure repeats the query of the connection parameter to step 24, in which the test is carried out, whether the auxiliary connection "Aux-Link" is still sufficient Quality. If this is the case, the method jumps back to a point before step 21, and the sequence of the test the connection quality for the main connection and the auxiliary connection starts from front.
Wird jedoch in Schritt 24 festgestellt, dass die Verbindungsqualität bei der Hilfsverbindung nicht mehr ausreicht, so wird diese in Schritt 25 abgebaut. Anschließend kehrt das Verfahren wieder zurück vor den Schritt 20, in welchem eine neue Hilfsverbindung aufgebaut wird.However, if it is determined in step 24 that the connection quality If the auxiliary connection is no longer sufficient, this will be done in step 25 dismantled. Subsequently the process returns before step 20, in which a new auxiliary connection is established becomes.
- 11
- Bluetooth- KommunikationsnetzBluetooth communication network
- 22
- erste Root-Verbindungfirst Root Connection
- 33
- erste Aux-Verbindungfirst Aux connection
- 44
- erste Basisstationfirst base station
- 55
- zweite Basisstationsecond base station
- 66
- dritte Basisstationthird base station
- 77
- Mobilstationmobile station
- 88th
- NetzzentralstationNetwork Central Station
- 99
- Handover- Steuerunghandover control
- 1010
- zweite Root-Verbindungsecond Root Connection
- 1111
- zweite Aux-Verbindungsecond Aux connection
- 1212
- Applikationsschichtapplication layer
- 1313
-
Protokollschicht,
13a SDP,13b TCS,13c RFCOMM,13d Handover-Protocol layer,13a SDP,13b TCS,13c RFCOMM,13d handover - Steuerungcontrol
- 1414
- L2CAP-SchichtL2CAP layer
- 1515
- Steuerschicht für Handovercontrol layer for handover
- 1616
- Schnittstelle zwischen Software und Hardwareinterface between software and hardware
- 1717
- Hardwarehardware
- 1818
- Zusatzverbindung zwischen Handover- Steuerschicht und Handover-additional connection between handover control layer and handover
-
Steuerung
13d control13d - 1919
- Aufbau einer Root-Verbindung zwischen Mobilstation und erster Basisstationconstruction a root connection between the mobile station and the first base station
- 2020
- Aufbau einer Aux-Verbindung zwischen Mobilstation und zweiter Basisstationconstruction an aux connection between the mobile station and the second base station
- 2121
- Abfrage, ob Qualität von Root-Verbindung ausreichend istQuery, whether quality of root connection is sufficient
- 2222
- Wechsel von Root- auf Aux-Verbindungchange from root to aux connection
- 2323
- Umwidmung von Aux-Verbindung zur neuen Root-Verbindungreclassification from aux connection to new root connection
- 2424
- Abfrage, ob Qualität von Aux-Verbindung ausreichend istQuery, whether quality of aux connection is sufficient
- 2525
- Abbau der Aux-Verbindungreduction the aux connection
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