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1. Gebiet
der Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft die drahtlose Kommunikation und insbesondere
ein System zum Vorbereiten von Datensitzungen für ein drahtloses Netz.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Zu
drahtlosen Kommunikationssystemen zählen u.a. herkömmliche
zellulare Telefonsysteme, die eine Anzahl von Zellenstandorten oder
Basisstationen umfassen, welche geographisch verteilt sind und die Übertragung
und den Empfang sprachbasierter Kommunikationssignale zu und von
zellularen Telefonen unterstützen,
wobei die zellularen Telefone oft mobile Einheiten oder drahtlose
Einheiten genannt werden, jedoch in Wirklichkeit auch stationär bzw. ortsfest
sein können.
Jeder Zellenstandort handhabt die Sprachkommunikation im Bereich
einer spezifischen Region, die Zelle genannt wird, und der Gesamtabdeckungsbereich
des zellularen Telefonsystems ist durch die Vereinigung der Zellen
aller Zellenstandorte definiert, wobei sich die Abdeckungsbereiche
für nahegelegene
Zellenstandorte zu einem gewissen Grade überlappen, um (sofern möglich) für eine zusammenhängende Kommunikationsabdeckung
innerhalb der Außengrenzen
des Abdeckungsbereichs des Systems zu sorgen.
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Wenn
eine drahtlose Einheit aktiv ist, empfängt sie über die Vorwärtsübertragungsstrecke
Signale von (mindestens) einem Zellenstandort bzw. einer Basisstation
und überträgt über die
Rückwärtsübertragungsstrecke
Signale an diese(n). Jeder aktiven drahtlosen Einheit werden ein
Vorwärtsübertragungsstreckenkanal,
auf dem sie ihre Signale über die
Vorwärtsübertragungsstrecke
empfängt,
und ein Rückwärtsübertragungsstreckenkanal,
auf dem sie ihre Signale über
die Rückwärtsübertra gungsstrecke überträgt, zugewiesen.
Es gibt viele verschiedene Schemata zum Definieren drahtloser Kanäle für ein zellulares
Telefonsystem, darunter die Schemata TDMA (Zeitmultiplex-Mehrfachzugriff),
FDMA (Frequenzmultiplex-Mehrfachzugriff) und CDMA (Codemultiplex-Mehrfachzugriff).
Bei der CDMA-Kommunikation multipliziert man die Basisbanddaten,
die zwischen der Basisstation und der drahtlosen Einheit übertragen
werden, mit einer Spreizsequenz, wie etwa einem Pseudozufallscode
(PN-Code, engl. „pseudo
noise"), bei welchem
es sich um eine Binärfolge
handelt, die zufällig
zu sein scheint, aber von der beabsichtigten empfangenden Station
oder Einheit reproduziert werden kann. Somit unterscheiden sich
verschiedene drahtlose Kanäle
durch verschiedene Spreizsequenzen, die benutzt werden, um verschiedene
sprachbasierte Datenströme
zu kodieren, die daraufhin bei einer oder mehreren verschiedenen Trägerfrequenzen
moduliert werden können,
um gleichzeitig übertragen
zu werden. Ein Empfänger kann
aus einem empfangenen Signal einen spezifischen sprachbasierten
Datenstrom zurückgewinnen, indem
er die geeignete Spreizsequenz benutzt, um das empfangene Signal
zu dekodieren.
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Aufgrund
der verzögerungsintoleranten
Natur von Sprachkommunikation erfolgt die Übertragung und der Empfang
durch drahtlose Einheiten bei herkömmlichen zellularen Systemen über kanalvermittelte Übertragungsstrecken,
die Teil eines kanalvermittelten Pfads zwischen der drahtlosen Einheit und
einem weiteren Gerät,
wie etwa einem Festnetztelefon, sind. Bei einem kanalvermittelten
Pfad handelt es sich um einen dedizierten, zwischen der drahtlosen
Einheit und einem weiteren Gerät
aufgebauten Kommunikationspfad, der eine vergleichsweise feste Bandbreite
aufweist. Da den Benutzern Pfade mit relativ kontinuierlichem Durchsatz
zugeordnet sind, gibt es keine merklichen Verzögerungen bei der Übertragung.
Sprachbasierte Systeme stützen
sich also dedizierte kanalvermittelte Übertragungsstrecken, die kontinuierliche
Datenströme
mit leidlich gleichbleibenden Bitraten bereitstellen, um eine nicht akzeptable
Dienstgüte
zu vermeiden.
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Im
Kontext der Kommunikation zwischen der drahtlosen Einheit und der
Basisstation handelt es sich bei einem kanalvermittelten Pfad um
einen dedizierten, zwischen der drahtlosen Einheit und der Basisstation
aufgebauten Kommunikationspfad. Eine kanalvermittelte Übertragungsstrecke
weist außerdem
eine vergleichsweise feste Bandbreitenmenge auf, und sie kann einen
Abschnitt eines kanalvermittelten Pfades zwischen der drahtlosen
Einheit und einem weiteren Gerät
darstellen. Während
die drahtlose Einheit die kanalvermittelte Übertragungsstrecke benutzt,
kann diese Übertragungsstrecke
von keiner anderen drahtlosen Einheit benutzt werden. Die kanalvermittelte Übertragungsstrecke
wird für
die Dauer des Anrufes aufrechterhalten, und obgleich die drahtlose
Einheit an andere Basisstationen weitergereicht werden kann, wird
eine kanalvermittelte Übertragungsstrecke
(ein dedizierter drahtloser Kanal) zwischen der drahtlosen Einheit
und der Basisstation aufrechterhalten, um den Anruf zu bedienen.
Im Allgemeinen ist es erforderlich, dass jeder drahtlosen Einheit
eine kanalvermittelte Übertragungsstrecke auf
der Vorwärtsübertragungsstrecke
und eine kanalvermittelte Übertragungsstrecke
auf der Rückwärtsübertragungsstrecke
zugewiesen wird.
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Herkömmliche
Datenanwendungen sind für gewöhnlich burstartig
und, im Unterschied zur Sprachkommunikation, vergleichsweise verzögerungstolerant.
Ein Datenblock wird gesendet, worauf sich Inaktivität anschließt, und
solange die Daten nicht verfälscht
werden, kann eine kurze Verzögerung,
zum Beispiel im Sekundenbereich, akzeptabel sein. Somit stellt die
Kanalvermittlung bzw. das Verwenden kanalvermittelter Übertragungsstrecken
zum Übertragen
von Daten eine ineffiziente Nutzung der Netzressourcen dar. Die
Datenübertragung
stützt sich auf
die Paketvermittlung, um die Netzressourcen effizienter zu nutzen.
Bei Paketvermittlungsnetzen, wie etwa bei Frame-Relay, asynchronem
Transfermodus (ATM) und Internet-Protokoll (IP), werden Netzressourcen
gemeinsam genutzt, statt einem speziellen Benutzer dediziert zugeordnet
zu werden. Zum Beispiel kann das Paketvermittlungsnetz einen einzelnen
paketvermittelten Pfad benutzen, um Pakete mit Daten von unterschiedlichen
Nutzern über das
Paketvermittlungsnetz weiterzuleiten. Ein Datenpaket („Paket") ist eine endliche
Menge von Daten, die ein festgelegtes Protokoll und eine festgelegte Organisation
aufweisen. Basierend auf einer im Paketkopf enthaltenen eindeutigen
Adresse wird das Paket über
das Paketvermittlungsnetz weitergeleitet, um die Paketnachricht
im Rumpf des Datenpakets auszuliefern. Somit können Datenpakete mit unterschiedlichen
Bestimmungsorten ein und denselben paketvermittelten Pfad gemeinsam
nutzen.
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Drahtlose
Kommunikationssysteme entwickeln sich aus herkömmlichen Sprachsystemen heraus
und stellen ein breites Spektrum drahtloser Anwendungen bereit.
Zum Beispiel werden einige zellulare Kommunikationssysteme, wie
etwa Systeme nach IS-95B-Standard oder nach einem der Breitband-CDMA-Standards,
etwa dem CDMA2000- und dem WCDMA-Standard, oder nach den derzeit
in Entwicklung befindlichen TDMA-Paketdatenstandards, drahtlose
Einheiten unterstützen,
die außer nur
sprachbasierte Signale auch weitere Signale übertragen und empfangen. Um
eine effiziente drahtlose Datenkommunikation mit Paketdatennetzen
herzustellen, nutzen drahtlose Kommunikationssysteme die von Natur
aus burstartige und verzögerungstolerante
Beschaffenheit von Datenverkehr dazu aus, drahtlose Ressourcen,
wie etwa drahtlose Kanäle, effizienter
zu benutzen. Dementsprechend werden zellulare Systeme der nächsten Generation
paketvermittelte Übertragungsstrecken
zwischen drahtlosen Einheiten und Basisstationen benutzen, um mit einem
Paketdatennetz (PDN), wie etwa dem Internet, paketver mittelte Verbindungen
aufzubauen, die Paketdatendienste, wie etwa World Wide Web (WWW), benutzen.
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1 zeigt
ein allgemeines Blockdiagramm eines drahtlosen Kommunikationssystems 100 mit Zugang
zu einem öffentlichen
Fernsprechwählnetz 102 (Festnetz)
und einem Paketdatennetz 104. Das drahtlose System umfasst
eine Menge aus zusammengeschalteten Mobilvermittlungsstellen (MSC, engl. „mobile
switching center") 106,
die jeweils eine Anzahl von Zellenstandorten 108 unterstützen. Eine drahtlose
Einheit 110 kann mit einem weiteren Gerät, wie etwa einer drahtlosen
Einheit 110 oder einem Festnetzendgerät im Festnetz 102,
einen Sprachanruf aufbauen, wobei sie eine kanalvermittelte Übertragungsstrecke
zwischen der drahtlosen Einheit und der Basisstation als Teil des
kanalvermittelten Pfades benutzt. Zum Beispiel kann eine kanalvermittelte Übertragungsstrecke
auf einem drahtlosen Kanal, wie etwa einem Vorwärtsverkehrskanal, zwischen der
drahtlosen Einheit 110 und der Basisstation 108 eingerichtet
sein. Wenn die drahtlose Einheit einen Sprachanruf tätigt, wird
für die
Vorwärtsübertragungsstrecke
und die Rückwärtsübertragungsstrecke
zwischen der drahtlosen Einheit 110 und der Basisstation 108 eine
kanalvermittelte Übertragungsstrecke
eingerichtet. Bei aktuellen zellularen CDMA-Systemen wird zwischen
dem Zellenstandort 108 und der drahtlosen Einheit 110 auf
der Vorwärtsübertragungsstrecke
ein Vorwärts-Basiscodekanal
und auf der Rückwärtsübertragungsstrecke
ein Rückwärts-Basiscodekanal
aufgebaut. Während
der Dauer des Anrufs wird ein Basiskanal (kanalvermittelte Übertragungsstrecke)
aufrechterhalten, der Sprache, kanalvermittelte Daten und/oder Paketdaten
befördern
kann. Die Auswahl- und Verteilungseinheit (SDU, engl. „selection
and distribution unit") 111 routet
den Sprachverkehr mit hoher Priorität von der kanalvermittelten Übertragungsstrecke
an die MSC 106.
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Die
drahtlosen Einheiten 110 kommunizieren mit Paket datennetzen 104,
indem sie mit dem PDN 104 über das drahtlose Netz paketvermittelte
Verbindungen aufbauen. Mehrfache paketvermittelte Verbindungen nutzen
gemeinsam drahtlose Netzressourcen, um einen paktvermittelten Pfad
zwischen den drahtlosen Einheiten 110 und dem PDN 104 aufzubauen.
Eine paketvermittelte Übertragungsstrecke zwischen
den drahtlosen Einheiten 110 und der Basisstation 108 wird
von einem Burstverwaltungssystem aufgebaut, das die gemeinsame Nutzung
verfügbarer
drahtloser Ressourcen, wie zum Beispiel drahtloser Kanäle, von
vielfachen paketvermittelten Verbindungen koordiniert. Bei aktuellen
zellularen CDMA-Systemen können
der Basiskanal und/oder ein oder mehrere Hilfskanäle vorübergehend
an paketvermittelte Verbindungen zugewiesen werden, um die paketvermittelte Übertragungsstrecke
auszubilden. Die Auswahl- und Verteilungseinheit (SDU) 111 routet
den Paketdatenverkehr mit niedrigerer Priorität von der paketvermittelten Übertragungsstrecke
zu einer Datenübergangsfunktion
(IWF, engl. „interworking
function") 112.
Die IWF 112 stellt die Schnittstelle zwischen dem drahtlosen
System und dem PDN 104, wie zum Beispiel dem Internet,
bereit.
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Zur Übertragung
von Paketdaten über
die paketvermittelte Übertragungsstrecke
in der Richtung von der drahtlosen Einheit 110 zum PDN 104 fordert
die drahtlose Einheit 110 drahtlose Ressourcen, wie zum
Beispiel Hilfscodekanäle,
an, um die paketvermittelte Verbindung zu unterstützen. Zur Übertragung
von Paketdaten in der Richtung vom PDN 104 zu der drahtlosen
Einheit 110 fordert die IWF 112 drahtlose Ressourcen
für die
paketvermittelte Verbindung an. Das Burstverwaltungssystem stellt die
Burstanforderungen sortiert zusammen und weist der paketvermittelten
Verbindung vorübergehend
die verfügbaren
drahtlosen Ressourcen zu. Das Burstverwaltungssystem benutzt berichtete
oder gemessene Informationen über
die Funkumwelt, um Entscheidungen bezüglich Burstzuteilungsstrategie, Burstgröße und -dauer
zu treffen. Dabei nutzt das Burstverwaltungssystem die verzögerungstolerante Beschaffenheit
von Daten aus, um die drahtlosen Ressourcen effizienter zu benutzen
und/oder dafür zu
sorgen, dass genügend
drahtlose Ressourcen verbleiben, um den Sprachverkehr mit höherer Priorität zu behandeln.
Nachdem die vorübergehende Zuteilung
der drahtlosen Ressourcen ausgelaufen ist, muss die paketvermittelte
Verbindung erneut drahtlose Ressourcen anfordern, um Paketdaten übertragen
zu können.
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Damit
die drahtlose Einheit 110 mit einem Gerät in dem PDN 104 kommunizieren
kann, gibt es eine Reihe von Regeln, die es dem drahtlosen Netz und
dem Gerät
im PDN ermöglichen,
einander zu verstehen. Diese Regeln nennt man Protokolle. Aufgrund
der großen
Menge an Aufgaben, die zu lösen sind,
damit zwischen Geräten
Kommunikation stattfindet, werden Schichtenprotokolle benutzt, die
die Lösung
dieser Aufgaben unter den Schichten im Protokoll aufteilen. Jede
Schicht arbeitet unabhängig und
löst bestimmte
Aufgaben, um die Kommunikation zwischen den Geräten zu ermöglichen. Zuunterst befindet
sich die Bitübertragungsschicht,
die ein physikalisches Medium bzw. physikalische Medien zwischen
der drahtlosen Einheit 110 und dem Gerät im PDN 104 umfasst,
wie zum Beispiel drahtlose Kanäle,
verdrillte Doppeladern, optische Kabel und/oder Koaxialkabel. Auf
der Bitübertragungsschicht
nehmen die Informationssignale einfach die Form von Bits an. Die
Fehlerkorrektur der über
die Bitübertragungsschicht
gesendeten Kommunikationssignale wird von der Sicherungsschicht
ausgeführt,
zum Beispiel: Punkt-zu-Punkt-Protokoll (PPP), asynchroner Transfermodus
(ATM) und Frame-Relay, welche die über die Bitübertragungsschicht gesendeten
Informationen in Rahmen gruppieren. Um Adressen für die übertragenen
Informationen zu formatieren und sicherzustellen, dass die Informationen
zum korrekten Bestimmungsort gelangen, wird eine Vermittlungsschicht,
wie zum Beispiel Internet-Protokoll (IP), für das Routing von Datenpaketen
benutzt. Eine Transportschicht, wie zum Beispiel Übertragungssteuerungsprotokoll
(TCP, engl. „transport
control protocol")
wird benutzt, um eine Datensitzung zwischen zwei Geräten aufzubauen
und zu ermitteln, ob unterwegs Datenpakete verloren gehen. Die Transportschicht
sorgt außerdem
für die
Wiederherstellung nach einer unterbrochenen Transport- oder Datensitzung.
Bei der Datenkommunikation wird die Transportschicht an den Endpunkten
der Kommunikation ausgeführt,
und die Informationen von den Endpunktgeräten werden zur Übertragung
nach unten an die niedrigeren Schichten weitergereicht. Jede Schicht hat
eine Schnittstelle mit der Schicht unmittelbar unter ihr, und die
tieferen Schichten führen
einen Dienst für
die darüberliegenden
Schichten aus. Die Schnittstellen zwischen den Schichten sind genau
definiert und stellen ein spezifisches Format für die zwischen den Schichten
gesendeten Informationen bereit.
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Im
Kontext der Kommunikation zwischen der drahtlosen Einheit 110 und
dem Paketdatennetz 104 sind zusätzliche Aufgaben zu lösen, wie
etwa die Übertragung
von Datenpaketen über
die drahtlosen Kanäle.
Ein RLP-Protokoll (engl. „radio
link protocol") löst Aufgaben
im Zusammenhang mit der Übertragung
von Datenpaketen über
die drahtlosen Kanäle. Wenn
eine drahtlose Einheit 110 die Herstellung einer Paketdatenverbindung
oder eines Anrufes anfordert, wird in der IWF 112 eine
Sicherungsschichtverbindung, wie zum Beispiel eine PPP-Übertragungsstrecke,
erstellt. Die Sicherungsschichtverbindung kann mit dem PPP Link
Control Protocol (LCP) gesteuert werden, das im Request for Comment
(RFC) 1661 der Arbeitsgruppe zur technischen Ausgestaltung des Internets
(IETF, engl. „Internet
Engineering Task Force")
definiert wird. Die Sicherungsschicht verwaltet den Datenfluss,
der das übertragende
Gerät verlässt, und
führt auf
Seite des empfangenden Geräts
eine Fehlerkorrektur für
die Datenpakete aus. Somit agiert die Sicherungsschichtverbindung
als Schnittstelle zwischen dem drahtlosen Kommunikationssystem und
dem PDN 104.
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Die
Paketdatenkommunikation im Internet wird von Verkehr dominiert,
der mittels TCP/IP transportiert wird, wobei Daten mittels Datensitzungen,
die TCP-Sitzungen oder -Verbindungen genannt werden, im Anforderungs-/Antwort-Stil übertragen
werden. Bevor die drahtlose Einheit 110 eine Datensitzung
aufbauen kann, muss die Sicherungsschichtverbindung aufgebaut werden.
Nachdem die Sicherungsschichtverbindung aufgebaut worden ist, kann ein
anforderndes Gerät,
wie zum Beispiel die drahtlose Einheit 110, versuchen,
eine TCP-Sitzung
mit einem antwortenden Gerät,
wie zum Beispiel einem Webserver im PDN 104, aufzubauen.
Wenn beispielsweise ein Benutzer eine Webseite anfordert, die eingebettete
Bilder enthält,
sind typischerweise etliche TCP-Sitzungen erforderlich, um mittels TCP/IP
Informationen zwischen der drahtlosen Einheit 110 und dem
Webseitenserver zu übertragen. Aktuell
müssen
all diese TCP-Sitzungen einzeln vorbereitet bzw. aufgebaut werden,
bevor Daten oder Informationen übertragen
werden können.
Weitere Hintergrundinformationen zu TCP/IP lassen sich in TCP/IP
Illustrated, Vol. 1, W. R. Stevens, Addison-Wesley, 1994, finden.
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2 zeigt
Pakete, die über
eine von einem Benutzer initiierte TCP-Sitzung ausgetauscht werden.
Die fetten Pfeile zeigen Datentransfer an, während dünne Pfeile Synchronisations-
oder Bestätigungspakete
zeigen. Der Aufbau der TCP-Sitzung erfolgt, wie nachstehend beschrieben
wird, mittels eines Drei-Wege-Handshakes zwischen dem Benutzer,
zum Beispiel der drahtlosen Einheit 110, und dem Netzwerkgerät, zum Beispiel
einem Server. Um die von einem Benutzer initiierte TCP-Sitzung vorzubereiten,
sendet der Benutzer eine Anforderung an das Netzwerkgerät, um eine
TCP-Sitzung mit dem Netzwerkgerät
zu öffnen.
Das anfängliche
Anforderungspaket enthält
abgesehen von Informationen im Kopf, die zum Aufbauen der TCP-Sitzung
benutzt werden, wie etwa einer Folgenummer und eines Synchronisationsflags (SYN),
welches gesetzt wird, um anzuzeigen, dass sich die TCP-Sitzung im
Synchronisationsvorgang befindet, keinerlei Daten.
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Das
Netzwerkgerät
antwortet, indem es ein Antwortpaket sendet, um die anfängliche
Anforderung des Clients zu bestätigen.
Das Netzwerkgerät setzt
bei der Antwort auf die anfängliche
Anforderung des Benutzers ein Bestätigungsflag (ACK) im Kopf des
Antwortpakets, addiert eins auf die Folgenummer des Benutzers und
trägt die
modifizierte Folgenummer in ein Bestätigungsfeld des Antwortpakets ein.
Das SYN-Flag wird gesetzt, um anzuzeigen, dass die Synchronisation
noch nicht abgeschlossen ist. Wenn der Benutzer das Antwortpaket
von dem Netzwerkgerät
empfängt,
bestätigt
er die Antwort des Netzwerkgeräts
mit einem Bestätigungspaket.
Beim Bestätigen
des Antwortpakets addiert der Benutzer eins auf die Folgenummer
des Netzwerkgeräts
und trägt
diese Folgenummer in ein Bestätigungsfeld
des Bestätigungspakets
ein. Der Benutzer setzt das ACK-Flag, aber das SYN-Flag ist nicht
mehr gesetzt. Nach diesem Drei-Wege-Handshake fahren Netzwerkgerät und Benutzer
damit fort, einander ihre jeweiligen Übertragungen zu bestätigen, aber
jetzt können
Daten übertragen
werden.
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Die
Umlaufzeit (RTT, engl. „round
trip time") zum
Aufbauen der TCP-Sitzung ist die Menge an Zeit, die benötigt wird,
um das Anforderungspaket zu senden und das Antwortpaket zu empfangen.
Da typischerweise mit jeder TCP-Sitzung eine TCP-Sitzungsvorbereitung
verbunden ist, kann ein häufiges Vorbereiten
und Abbrechen von TCP-Sitzungen den Datendurchsatz nachteilig beeinflussen.
Für relativ kleine
Pakete des Anforderungs-/Antwort-Typs muss die paketvermittelte
Verbindung dennoch Ressourcen anfordern und diese zugeteilt bekommen,
und weitere Daten können
nicht gesendet werden, bevor die Datensitzung vorbereitet worden
ist. Wenn die TCP-Sitzung mit drahtloser Kommunikation kombiniert
wird, nimmt die RTT zu, und zwar wegen der Verzögerung, die mit dem Senden
der Vorbereitungspakete für
die Datensitzung über
die paketvermittelte Übertragungsstrecke
zwischen dem drahtlosen Benutzer 110 und der Basisstation 108 verbunden
ist. Die zusätzliche
Verzögerung
entsteht, weil das Burstverwaltungssystem Anforderungen von drahtlosen Ressourcen
empfangen und diese vorübergehend zuteilen
muss, um die Vorbereitungspakete über die paketvermittelte Übertragungsstrecke
zwischen dem drahtlosen Benutzer 110 und der Basisstation 108 zu senden
und zu empfangen. Die gesteigerte RTT kann den Durchsatz und die
Datenrate drosseln. Zum Beispiel kann in der drahtlosen Umgebung,
wo die TCP-Vorbereitungsdauer 280 ms oder mehr betragen
kann, die Vorbereitungsdauer die Dauer des Datenbursts bei weitem überschreiten.
Ein solches Ergebnis trägt
für die
meisten Benutzer zu einer gesteigerten Verzögerung bei und degradiert die
Gesamtdatenrate und den Gesamtdurchsatz der Datenkommunikation in
dem drahtlosen Netz.
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WO
99 17579 zielt auf ein Verfahren ab, bei welchem ein Teilnehmersuchruf
an eine Mobilstation abgesetzt wird, um in einem Mobiltelefonnetz,
das eine kanalvermittelte Verbindung und eine paketvermittelte Verbindung
unterstützt,
eine paketvermittelte Verbindung aufzubauen. Unter Bezugnahme auf 1 bis 3 erkennt
in Schritt 2-1 ein
Gatewayknoten (GGSN), dass Paketdaten an eine Mobilstation geliefert
werden. Der GGSN baut über
ein öffentliches
Fernsprechwählnetz
(Festnetz) einen Anruf in ein Heimatnetz vom GSM-Typ der Mobilstation
auf. In Schritt 2-2 werden bei der Heimatdatei (HLR, engl. „home location
register") Teilnehmerinformationen abgefragt,
und in Schritt 2-3 fragt die HLR bei der Besucherdatei (VLR, engl. „visitor
location register")
den Aufenthaltsort des Teilnehmers ab. In Schritt 2-4 wird der Aufenthaltsort
des Teilnehmers an eine Gateway-MSC (GMSC) übertragen. In Schritt 2-5 sendet die
GMSC eine Anforderung zum Vorbereiten eines Anrufes an eine Aufenthalts-MSC,
die in Schritt 2-6 die Anforde rung zum Vorbereiten eines Anrufes
an ein Basisstationssystem (BSS) weiterleitet.
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US 5,553,019 zielt ab auf
ein analoges zellulares Funktelefonsystem zum Kommunizieren analoger
Sprachnachrichten über
Funkkanäle
zu und von einer oder mehreren mobilen Spracheinheiten und außerdem zum
Kommunizieren von Benutzerdaten über
einen oder mehrere der Funkkanäle.
Unter Bezugnahme auf
2 sendet und empfängt die
Teilnehmereinheit (SU, engl. „subscriber
unit")
1 FM-Sprechfunksignale
6 von
einem der Sprachsendeempfänger
32,
33 der
Basisstation (BS)
30. Die Basisstationssteuerung (BSC,
engl. „base
site controller")
35 besitzt
die Funktion, die Sprachsendeempfänger
32,
33 zu
steuern und über
eine Mobilvermittlungsstelle (MSC)
44 Sprachnachrichten
an das Festnetz
44 zu senden und zu empfangen. Die BSC
35 besitzt
außerdem
die Funktion, einen oder mehrere CDPD-Sendeempfänger
34 zu steuern,
um Paketdatenübertragungen
6 an
das mobile Datensystem (MDS)
5 zu senden und von diesem
zu empfangen.
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KURZDARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
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Ein
Verfahren und eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
werden in den unabhängigen
Ansprüchen
dargelegt, an welche der Leser nun verwiesen wird. Bevorzugte Merkmale
werden in den abhängigen
Ansprüchen
dargelegt.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein drahtloses Kommunikationssystem,
welches eine kanalvermittelte Übertragungsstrecke
zwischen einer drahtlosen Einheit und einer Basisstation benutzt,
um in einem Paketdatennetz eine Datensitzung mit einem Netzwerkgerät aufzubauen.
Nachdem die Datensitzung aufgebaut worden ist, kann sie unter Verwendung
einer paketvermittelten Übertragungsstrecke zwischen
der drahtlosen Einheit und der Basisstation fortgeführt werden.
Dadurch, dass das System zum Senden von Datensitzungsvorbereitungspaketen
die kanalvermittelte Übertragungsstrecke
benutzt, umgeht es die Verzögerungen,
die beim Senden der Vorbereitungspakete über die paketvermittelte Übertragungsstrecke
zwischen der drahtlosen Einheit und der Basisstation mit dem Anfordern
von und dem Erhalten von Zuteilungen von drahtlosen Ressourcen verbunden
sind. Durch Verringern der mit dem Aufbauen der Datensitzung verbundenen
Verzögerung werden
die Datenrate und der Durchsatz zwischen dem drahtlosen Kommunikationssystem
und dem Paketdatennetz verbessert. Zum Beispiel wird bei einem beispielhaften
CDMA-System eine kanalvermittelte Übertragungsstrecke aufgebaut,
die primären Verkehr
(wie etwa Sprache) und sekundären
Verkehr befördert.
Die Vorbereitungspakete für
die Datensitzung können
als sekundärer
Verkehr direkt auf der kanalvermittelten Übertragungsstrecke gesendet werden,
wodurch die Verzögerungen,
die mit dem Senden der Vorbereitungspakete über eine paketvermittelte Übertragungsstrecke
verbunden sind, umgangen werden. Auf diese Weise kann die mit dem Aufbauen
der Datensitzung verbundene Umlaufzeit (RTT, engl. „round
trip time") herabgesetzt
werden, um die Gesamtdatenrate und den Durchsatz durch das drahtlose
Netz zu dem Paketdatennetz zu verbessern.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Andere
Gesichtspunkte und Vorteile der vorliegenden Erfindung können durch
Lektüre
der folgenden detaillierten Beschreibung und unter Bezugnahme auf
die Zeichnungen erschlossen werden. Es zeigen:
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1 ein
allgemeines Blockdiagramm eines drahtlosen Kommunikationssystems
mit Zugang zum öffentlichen
Fernsprechwählnetz
(Festnetz) und einem Paketdatennetz (PDN),
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2 Datenpakete,
die in einer TCP-Sitzung ausge tauscht werden,
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3 ein
drahtloses System, bei welchem das System zum Vorbereiten von Datensitzungen
gemäß den Grundsätzen der
vorliegenden Erfindung benutzt wird,
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4a bis 4d Beispiele
für Verkehrsrahmen,
die über
eine kanalvermittelte Übertragungsstrecke,
die gemäß den Grundsätzen der
vorliegenden Erfindung Datensitzungsvorbereitungspakete befördert, gesendet
werden könnten,
-
5a bis 5d weitere
Beispiele für
Verkehrsrahmen, welche über
eine kanalvermittelte Übertragungsstrecke
gesendet werden könnten,
die gemäß den Grundsätzen der
vorliegenden Erfindung Datensitzungsvorbereitungspakete befördert, und
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6 die
Auswahl- und Verteilungseinheit (SDU), die in dem System aus 3 benutzt
wird.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG
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Zu
pädagogischen
Zwecken wird die Erfindung unter Bezugnahme auf ein Ausführungsbeispiel eines
drahtlosen Kommunikationssystems beschrieben, welches sowohl zu
Paketdatennetzen als auch zu Sprachnetzen Zugang bietet. Das System
zum Vorbereiten von Datensitzungen verbessert die Leistung und den
Datendurchsatz zwischen einer drahtlosen Einheit und einem Paketdatennetz,
zum Beispiel dem Internet, indem eine kanalvermittelte Übertragungsstrecke
zwischen einer drahtlosen Einheit und einer Basisstation benutzt
wird, um Vorbereitungsinformationen für eine Datensitzung mit dem Paketdatennetz
bereitzustellen, wodurch die mit dem Senden der Vorbereitungsinformationen über eine paketvermittelte Übertragungsstrecke
verbundene Vorbereitungsdauer herabgesetzt wird. Nachdem die Datensitzung
aufgebaut worden ist, benutzt sie die paketvermittelte Übertra gungsstrecke.
Somit werden gemäß Gesichtspunkten
der vorliegenden Erfindung Datenpakete, die zum Aufbauen einer Datensitzung benutzt
werden, nicht so behandelt wie die Paketdaten, die während der
Datensitzung über
die paketvermittelte Übertragungsstrecke
gesendet werden. Stattdessen werden die Vorbereitungspakete für die Datensitzung über eine
aufgebaute kanalvermittelte Übertragungsstrecke
gesendet, um die Datensitzung vorzubereiten. Die Datenpakete für die aufgebaute Datensitzung
können
vorbehaltlich der Verzögerungen
der Burstverwaltung über
die paketvermittelte Übertragungsstrecke
laufen.
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Falls
als Transportprotokoll für
das Paketdatennetz TCP/IP benutzt wird, ist mit jeder TCP-Sitzung
die TCP-Vorbereitungs-
bzw. Umlaufzeit (RTT) verbunden. Wenn die TCP-Sitzung mit einer
drahtlosen Architektur kombiniert wird, kann die Verzögerung,
die aufgrund des Sendens der Vorbereitungspakete über einen
paketvermittelten Pfad, gekoppelt mit den erforderlichen häufigen Vorbereitungen,
mit der Burstverwaltung verbunden ist, den Durchsatz und die Datenrate
zwischen der drahtlosen Einheit und dem PDN herabsetzen. Zum Beispiel
kann aufgrund der Zeitdauer, die zum Senden der Vorbereitungspakete über die
paketvermittelte Übertragungsstrecke
benötigt
wird, durch Verwendung der paketvermittelten Übertragungsstrecke zum Senden
der Vorbereitungspakete, welche vergleichsweise kleine Datenmengen
aufweisen, die effektive Datenrate herabgesetzt werden.
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3 zeigt
eine Architektur eines drahtlosen Netzes 120, wie etwa
eine IS-634-Architektur, wobei es sich um ein zellulares Kommunikationsnetz
handelt, das Zugang zum Festnetz 120 und dem Paketdatennetz 104,
zum Beispiel dem Internet, hat. Die Netzarchitektur 120 kann
gleichzeitig Sprachverbindungen und paketvermittelte Datenverbindungen
unterstützen.
Zum Beispiel kann zwischen einer drahtlosen Einheit 122 und
einer Fest netzeinheit 130 über eine Basisstation 124,
die Auswahl- und Verteilungseinheit (SDU) 126, die MSC 128 und
das Festnetz 102 ein kanalvermittelter Pfad aufgebaut werden,
der Sprachverkehr befördert.
Alternativ dazu kann ein kanalvermittelter Pfad über die Basisstation 124,
die SDU 126, die MSC 128 und die Basisstation 134 zwischen
der drahtlosen Einheit 122 und einer drahtlosen Einheit 132 aufgebaut
werden. Als Bestandteil des kanalvermittelten Pfads wird zwischen
der drahtlosen Einheit 122 und der Basisstation 124 eine
kanalvermittelte Übertragungsstrecke
aufgebaut. Eine paketvermittelte Übertragungsstrecke zwischen
der drahtlosen Einheit 122 und der Basisstation 124 kann dieselben
und/oder andere als die für
die kanalvermittelte Übertragungsstrecke
zwischen der drahtlosen Einheit 122 und der Basisstation 124 benutzten drahtlosen
Kanäle
benutzen, um eine Paketdatenverbindung zwischen der drahtlosen Einheit 122 und dem
Gerät im
PDN 104 zu unterstützen.
Die paketvermittelte Übertragungsstrecke
ist Bestandteil eines paketvermittelten Pfads zwischen der drahtlosen
Einheit 122 und einem Gerät im PDN 126, der über die Basisstation 124 und
die IWF 140 ins PDN 104 verläuft. Mehrfache drahtlose Einheiten
können
drahtlose Kanäle
und andere Systemressourcen gemeinsam nutzen, um mehrfache paketvermittelte
Verbindungen über
den paketvermittelten Pfad zu dem Gerät im PDN 104 zu unterstützen.
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Bei
der Basisstation 124 weist das Burstverwaltungssystem drahtlose
Ressourcen für
den Transport von Paketdatenbursts einer paketvermittelten Verbindung
zwischen der Basisstation 124 und der drahtlosen Einheit 122 vorübergehend
zu. Die drahtlosen Ressourcen können
einen drahtlosen Kanal bzw. drahtlose Kanäle umfassen, der/die als bereits
bestehende kanalvermittelte Übertragungsstrecke
zur Basisstation 124 benutzt wird/werden. Alternativ dazu
kann es sich bei den drahtlosen Ressourcen für die paketvermittelte Verbindung
um einen anderen drahtlosen Kanal/andere drahtlose Kanäle handeln,
der/die zwischen der drahtlosen Einheit 122 und der Basisstation 124 vorübergehend
zugewiesen und aufgebaut wird/werden. Das Burstverwaltungssystem
kann an anderen zentralen Stellen auftreten, wie etwa bei der SDU 126 oder
der MSC 128, oder verteilt über mehrere Stellen in der
Architektur 120, wie etwa die Basisstation 124,
die SDU 126 und/oder die MSC 128. Im Allgemeinen
ist das Burstverwaltungssystem verantwortlich für Zuweisungen und Ressourcenverbrauch
für paketvermittelte
Verbindungen über
die paketvermittelte Übertragungsstrecke
zwischen den drahtlosen Einheiten und der Basisstation sowie für die Koordination
der Ressourcen, die den verschiedenen Basisstationen zugeteilt werden.
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Ein
Basiscodekanal/Basiscodekanäle
(kanalvermittelte Übertragungsstrecke)
kann/können
zu Anfang aufgebaut und beim Senden von Datenpaketen in einer Paketdatensitzung
benutzt werden. In der Tat kann das Burstverwaltungssystem die Basiskanäle vorübergehend
zuteilen, um die Datensitzung aufzubauen, aber in diesem Falle wird
die kanalvermittelte Übertragungsstrecke
insofern als Teil einer paketvermittelten Übertragungsstrecke benutzt,
als die paketvermittelte Verbindung die drahtlosen Ressourcen zum
Senden der Datenpakete anfordern und zugeteilt bekommen muss. Somit
werden die Datensitzungsvorbereitungspakete auf dieselbe Weise wie die
während
der Datensitzung gesendeten Paketdaten behandelt, welche in der
Regel von dem Burstverwaltungssystem verzögert werden. Durch die Zeitdauer,
die zum Aufbauen des Abschnitts der paketvermittelten Übertragungsstrecke,
der die paketvermittelte Verbindung unterstützt, zum Beispiel zum Aufbauen
einer Gruppe vorübergehend
zugewiesener Hilfskanäle,
benötigt
wird, kann die Verzögerung weiter
gesteigert werden. Indem die Datensitzungsvorbereitungspakete anders
als die während
der Datensitzung gesendeten Datenpakete behandelt werden, zum Beispiel
als verzögerungsintoleranter
Verkehr mit höherer
Priorität,
lassen sich die Daten rate und der Durchsatz des Systems verbessern.
Hierbei können
die Vorbereitungspakete für
die Datensitzung über
die kanalvermittelte Übertragungsstrecke
gesendet werden, um die Datensitzung vorzubereiten, und die Datenpakete
für die
aufgebaute Datensitzung können,
vorbehaltlich der Verzögerungen
der Burstverwaltung, über
den paketvermittelten Pfad laufen.
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Falls
die drahtlose Einheit 122 einen Sprechweg aufgebaut hat,
lässt sich
die Vorbereitungsdauer für
die Datensitzung herabsetzen, indem die Vorbereitungsinformationen,
zum Beispiel die TCP-Vorbereitungspakete, als sekundärer Verkehr
in den Rahmen des Sprechwegs über
die bereits aufgebaute kanalvermittelte Übertragungsstrecke gesendet
werden. Somit wird die mit dem Anfordern und Erhalten von Zuteilungen
von drahtlosen Ressourcen zum Vorbereiten einer Datensitzung verbundene
Verzögerung
herabgesetzt. Obgleich die Synchronisations- oder Bestätigungs-(Vorbereitungs-)Pakete
wenig Daten befördern,
sind diese Pakete notwendig, bevor irgendwelche weitere Paketdatenkommunikation
in der Datensitzung erfolgen kann. Anstatt zuzulassen, dass solche
Pakete um eine im Vergleich zu ihrer Größe unverhältnismäßig große Zeitdauer verzögert werden,
können
Pakete dieses Typs direkt über
eine kanalvermittelte Übertragungsstrecke
gesendet werden, ohne dabei nennenswerte Auswirkungen auf die Dienstgüte (QoS,
engl. „quality
of service") der
Informationen auf der kanalvermittelten Übertragungsstrecke zu haben,
wenn die Vorbereitungspakete mit anderen Informationen auf der kanalvermittelten Übertragungsstrecke
multiplexiert werden.
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Abschnitte
des Systems zum Vorbereiten von Datensitzungen können in der drahtlosen Einheit 122 und
der SDU 126 implementiert werden, wobei Datensitzungsvorbereitungspakete
in die kanalvermittelte Übertragungsstrecke
eingefügt
bzw. aus dieser extrahiert werden, um das Burstverwaltungssystem
zu umgehen, welches die paket vermittelte Übertragungsstrecke auf drahtlosen
Ressourcen implementiert. In der drahtlosen Einheit 122 kann
das System zum Vorbereiten von Datensitzungen ermitteln, ob ein
Datenpaket zum Vorbereiten einer Datensitzung dient. Wenn die drahtlose
Einheit 122 die Datenpakete empfängt, kann sie bestimmte Flags
oder Bits in dem Datenpaket und/oder dem empfangenen Verkehrsrahmen
auf der kanalvermittelten Übertragungsstrecke
von der Basisstation 124 untersuchen, um zu ermitteln,
ob die Datenpakete zum Vorbereiten einer Datensitzung dienen. Falls
die Datenpakete zum Vorbereiten einer Datensitzung dienen, kann
die drahtlose Einheit 122 die Vorbereitungspakete aus der
kanalvermittelten Übertragungsstrecke
extrahieren. Wenn die drahtlose Einheit 122 das Datenpaket überträgt, kann
sie bestimmte Flags und/oder Bits des Datenpakets untersuchen, die
anzeigen, dass das Paket zur Vorbereitung einer Datensitzung dient, und/oder
bestimmte Flags und/oder Bits des Datenpakets und/oder des Verkehrsrahmens
setzen, um anzuzeigen, dass das Paket zur Vorbereitung einer Datensitzung
dient, um an die Basisstation 124 übertragen zu werden. Die drahtlose
Einheit 122 fügt
das Vorbereitungspaket dann direkt in die kanalvermittelte Übertragungsstrecke
zur Basisstation 124 ein.
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Bei
der SDU 126 ermittelt das System zum Vorbereiten von Datensitzungen
ebenfalls, ob ein Datenpaket zum Vorbereiten einer Datensitzung dient.
Falls die SDU 126 die Datenpakete an die drahtlose 122 senden
soll, kann sie bestimmte, dem Datenpaket und/oder Verkehrsrahmen
zugeordnete Bits und/oder Flags untersuchen. Falls das Datenpaket
zur Vorbereitung einer Datensitzung dient, kann die SDU 126 bestimmte
Flags und/oder Bits setzen, die dem Datenpaket und/oder Verkehrsrahmen
zugeordnet sind, und das Datenpaket zur Übertragung über die der drahtlosen Einheit 122 dediziert
zugeordnete kanalvermittelte Übertragungsstrecke
direkt an die Basisstation 124 weiterleiten. Falls die
SDU ein Datenpaket von der dediziert der drahtlosen Einheit 122 zugeordneten
ka nalvermittelten Übertragungsstrecke
empfängt,
kann die SDU 126 bestimmte Flags und/oder Bits des Datenpakets
und/oder des Verkehrsrahmens untersuchen, um zu ermitteln, ob das
Datenpaket der Vorbereitung einer Datensitzung dient. Falls ja,
extrahiert die SDU 126 das Datenpaket aus dem kanalvermittelten
Pfad, um es an das PDN 104 weiterzuleiten. Bei alternativen
Ausführungsformen
können
Abschnitte des Systems zum Vorbereiten von Datensitzungen über das
drahtlose Netz verteilt sein oder an einer zentralen Stelle gehandhabt
werden.
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Bei
dieser Ausführungsform
werden einer drahtlosen Einheit 122 zu Anfang eine kanalvermittelte
Vorwärtsübertragungsstrecke
(Vorwärts-Basiscodekanal)
als Teil eines kanalvermittelten Vorwärtspfads und eine kanalvermittelte
Rückwärtsübertragungsstrecke
(Rückwärts-Basiscodekanal) als
Teil eines kanalvermittelten Rückwärtspfads
zugewiesen. Typischerweise werden die Basiscodekanäle Sprachverkehr
befördern,
aber diese aufgebauten kanalvermittelten Übertragungsstrecken können benutzt
werden, um die Datensitzungsvorbereitungspakete zu senden. Eine
paketvermittelte Verbindung kann die vorübergehende Zuweisung von drahtlosen Ressourcen
einschließlich
der Basiscodekanäle
und Hilfskanäle
anfordern, um höhere Übertragungsraten zu
erzielen. Die Dauer eines derartigen Bursts aus Hilfskanälen wird
von dem Burstverwaltungssystem festgelegt. Die Maximalanzahl von
Hilfskanälen
und die Dauer, die zu einer beliebigen Zeit für einen Burst zugeteilt werden
kann, hängt
von der Verfügbarkeit von
Funkressourcen, der Sendeleistung, der Menge der HF-Streckenverluste
zwischen der drahtlosen Einheit 122 und den Zellenstandorten 124 und
von der Anzahl konkurrierender Datendienstbenutzer ab. Falls am
Ende eines Bursts bei einem Knoten immer noch aufgestaute Daten
vorliegen, kann dieser Knoten die Fortsetzung des Bursts (d.h.,
eine Neuzuweisung von Hilfskanälen)
anfordern. Es kann bevorzugt sein, die Fortsetzung von Bursts zu
begrenzen, um eine faire gemeinsame Nutzung von Ressourcen durch
mehrfache Knoten zu fördern,
Leistungs- und Störleistungsüberlasten
abzuwenden und Paketverzögerungen
und Blockierungen zu vermindern. Die verfügbaren HF-Ressourcen und der individuelle Bedarf ändern sich
in dieser Umgebung dynamisch. Datendienstbenutzer mit unterschiedlichen
Prioritätsstufen
und unterschiedlichen Anforderungen an die Dienstgüte (QoS)
können
durch das Burstverwaltungssystem unterschiedlich behandelt werden.
Sie können
bei der Zuweisung zu Anfang und bei den Fortsetzungen mit Priorität behandelt
werden, und es kann ihnen mehr Bandbreite zugewiesen werden.
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Aktuelle
zellulare Kommunikationssysteme bieten die Fähigkeit, primären Verkehr,
zum Beispiel Sprache, und sekundären
Verkehr, zum Beispiel Daten, gleichzeitig zu senden, indem der primäre und der
sekundäre
Verkehr auf die kanalvermittelte Übertragungsstrecke multiplexiert
werden, beispielsweise in Verkehrsrahmen über den Basiskanal. Bei aktuellen
CDMA-Systemen handelt es sich bei dem Verkehrsrahmen um ein Intervall
von 20 ms Länge
auf dem Basiskanal, das Informationen zwischen der drahtlosen Einheit
und der Basisstation befördert. Zum
Beispiel kann ein Verkehrsrahmen nach der amerikanischen Norm ANSI
J-STD-008 für
CDMA sekundären
Verkehr für
die Multiplexoptionen 1 und 2 befördern. 4a bis 4d zeigen
jeweils diverse Formate zum Übertragen
von sekundärem
Verkehr in einem CDMA-Verkehrsrahmen für die Multiplexoption 1, bei
welcher eine Bitrate von 9,6 KBit/s sowohl im Dim-and-Burst-Modus
als auch im Blank-and-Burst-Modus benutzt wird. Dim-and-Burst beschreibt
in diesem Kontext einen Rahmen, in welchem primärer Verkehr mit sekundärem Verkehr
oder sekundärem
Verkehr und Signalisierungsverkehr multiplexiert wird. Blank-and-Burst
bedeutet in diesem Kontext die Präemption des primären Verkehrs in
einem Verkehrsrahmen mit sekundärem
Verkehr. 5a bis 5f zeigen
jeweils diverse Formate zum Übertragen
von sekundärem
Verkehr in einem CDMA-Verkehrsrahmen für die Multiplexoption 2, bei welcher
eine Bitrate von 14,4 KBit/s und von 7,2 KBit/s sowohl im Dim-and-Burst-Modus
als auch im Blank-and-Burst-Modus benutzt wird.
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Wo
Sprache und Daten nicht gleichzeitig unterstützt werden, kann eine kanalvermittelte Übertragungsstrecke
zwischen der drahtlosen Einheit 122 und der Basisstation 124 aufgebaut
werden. Falls eine kanalvermittelte Übertragungsstrecke aufgebaut werden
muss, wird zu Anfang eine Zeitdauer zum Vorbereiten der drahtlosen Übertragungsstrecke
benötigt.
Somit kann die kanalvermittelte Übertragungsstrecke,
die eine paketvermittelte Verbindung unterstützen wird, nachdem sie aufgebaut
worden ist, während
der gesamten Dauer der Paketdatenverbindung (zum Beispiel solange
die PPP-Übertragungsstrecke
aufgebaut ist) bestehen bleiben. Das System zum Vorbereiten von
Datensitzungen kann dafür
sorgen, dass Datensitzungsvorbereitungspakete über die kanalvermittelte Übertragungsstrecke
befördert werden.
Die kanalvermittelte Übertragungsstrecke kann
zusätzlich
zu den Vorbereitungspaketen für
die Paketdatenverbindung einen Abschnitt der Paketdaten befördern. Somit
kann das System zum Vorbereiten von Datensitzungen feststellen oder
davon in Kenntnis gesetzt werden, dass die kanalvermittelte Übertragungsstrecke
Datenpakete einer Paketdatenverbindung befördern soll, und das System
zum Vorbereiten von Datensitzungen bestimmt, welche Datenpakete
dem Vorbereiten einer Datensitzung dienen, um dafür zu sorgen,
dass die Vorbereitungspakete eine paketvermittelte Übertragungsstrecke
umgehen.
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Wenn
die Beförderungskapazität für Datenpakete
der kanalvermittelten Übertragungsstrecke ausgeschöpft ist,
werden bei bestimmten Ausführungsformen
die überschüssigen Datenpakete
für die Paketdatenverbindung über die
paketvermittelte Übertragungsstrecke
gesendet, aber die Datensitzungsvorbereitungspakete werden an die
kanalvermittelte Übertragungsstrecke
geleitet. Bei anderen Anwendungsfällen, zum Beispiel bei einer
drahtlosen Netzarchitektur, die TDMA benutzt und Paketdaten unter stützt, kann
ein Burstverwaltungsschema basierend auf der Systemlast und der
Funkumwelt drahtlose Ressourcen, wie zum Beispiel Zeitschlitze bei
unterschiedlichen Frequenzen, dynamisch an eine paketvermittelte
Verbindung zuweisen. Überdies
kann eine kanalvermittelte Übertragungsstrecke,
wie zum Beispiel ein Basiskanal, ein dedizierter Zeitschlitz oder
ein multiplexierter Abschnitt eines Zeitschlitzes, benutzt werden,
um Vorbereitungspakete für
die Datensitzungen auf der paketvermittelten Verbindung zu senden.
Nachdem ermittelt worden ist, dass sich Datenpakete für eine Paketdatenverbindung
auf dem kanalvermittelten Pfad befinden, werden die Datensitzungsvorbereitungspakete
an die IWF 140 geroutet.
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Bei
dieser Ausführungsform
verarbeitet die SDU 126 die Verkehrsrahmen auf dem kanalvermittelten
Pfad zu und von der Basisstation 124 und implementiert
die in 4a bis 4d und 5a bis 5f gezeigten
Multiplexoptionen. Somit wäre
in dieser speziellen Ausführungsform
die SDU 126 dafür
verantwortlich, einen Abschnitt des Systems zum Vorbereiten von
Datensitzungen dadurch zu implementieren, dass sie ermittelt, dass
Vorbereitungspakete für
eine Datensitzung über
den kanalvermittelten Pfad gesendet werden, indem sie beispielsweise bestimmte
Bits und/oder Flags in dem Verkehrsrahmen und/oder dem Datenpaket
untersucht, wie zum Beispiel das ACK- und/oder das SYN-Flag. Wenn
es sich bei den Datenpaketen um Vorbereitungspakete handelt, die
an die PDN 104 gesendet werden, extrahiert bei dieser Ausführungsform
die SDU 126 aus dem kanalvermittelten Pfad die Datensitzungsvorbereitungspakete
aus den Verkehrsrahmen, die über die
kanalvermittelte Übertragungsstrecke
gesendet werden, und sendet die Datenpakete an die IWF 140 (an
das PDN 104). Die SDU 126 kann bei diesem Vorgang
bestimmte Flags und/oder Bits setzen. Wenn es sich bei den Datenpaketen
um Vorbereitungspakete handelt, die an die drahtlose Einheit 122 gesendet
werden, kann die SDU 126 die Datensitzungsvorberei tungspakete
von der IWF 140 in den kanalvermittelten Pfad zur Basisstation 124 einfügen (damit
sie über
die kanalvermittelte Übertragungsstrecke
an die drahtlose Einheit 122 gesendet werden). Die SDU 126 kann
bei diesem Vorgang bestimmte Flags und/oder Bits des Verkehrsrahmens und/oder
des Datenpakets setzen.
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Abschnitte
des Systems zum Vorbereiten von Datensitzungen werden in der drahtlosen
Einheit 122 dergestalt implementiert, dass Datenpakete
zum Vorbereiten von Datensitzungen auf einer kanalvermittelten Übertragungsstrecke übertragen/empfangen
werden. Die drahtlose Einheit 122 ermittelt, ob auf der
kanalvermittelten Vorwärtsübertragungsstrecke
empfangene und/oder über
die kanalvermittelte Rückwärtsübertragungsstrecke
zu übertragende
Datenpakete zur Vorbereitung von Datensitzungen dienen. Die drahtlose
Einheit 122 kann dies Ermitteln, indem sie bestimmte Bits
und/oder Flags in den Datenpaketen und/oder den auf dem kanalvermittelten Pfad
empfangenen Verkehrsrahmen untersucht. Für zu übertragende Datensitzungsvorbereitungspakete sollte
die drahtlose Einheit 122 dergestalt programmiert/beschaltet
werden, dass Datensitzungsvorbereitungspakete direkt in die kanalvermittelte
Rückwärtsübertragungsstrecke
eingefügt
werden. Datensitzungsvorbereitungspakete könnten immer an einer bestimmten
Stelle platziert werden, die auf der kanalvermittelten Übertragungsstrecke
für Datensitzungsvorbereitungspakete
reserviert ist. Bei alternativen Ausführungsformen oder unterschiedlichen
Architekturen könnte
das System zum Vorbereiten von Datensitzungen auf unterschiedliche
Weisen oder an anderen Stellen implementiert werden, wie zum Beispiel
an einer zentralen Stelle in der Basisstation 124, der
SDU 126, der IWF 140 oder der MSC 128,
oder verteilt über
verschiedene Stellen innerhalb des Systems.
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Bei
der Ausführungsform
aus 3 ist die SDU 126 mit den Basisstationen 124 und 134 verbunden.
Die Basissta tion 124 umfasst die Basis-Sendeempfangsstationen
(BTS, engl. „base
transceiver station") 142a/b,
und die Basisstation 134 umfasst die BTS 144a/b.
Die BTS 142a/b sowie 144a/b umfassen die CDMA-Funkausrüstung. Über eine
Transportschnittstelle 136, die beispielsweise mittels
ATM oder anderen Protokollen in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung Verkehrsrahmen
zwischen der SDU 126 und den BS 142a/b und 144a/b
transportiert, ist jede einzelne BTS 142a/b und 144a/b
mit der SDU 126 verbunden. Die Transportschnittstelle 136 kann in
beiden Richtungen Informationen des Basisverkehrskanals (eine kanalvermittelte Übertragungsstrecke)
befördern,
wodurch die Verkehrsschnittstelle 136 einen Abschnitt des
kanalvermittelten Pfads für die
drahtlose Einheit 122 zwischen der Basisstation 124 und
der SDU 126 handhabt. Die Verkehrsschnittstelle 136 befördert außerdem die
Informationen von vorübergehend
zugeteilten Hilfsverkehrskanälen
(paketvermittelte Übertragungsstrecke).
Somit handhabt die Verkehrsschnittstelle 136 den Abschnitt
des paketvermittelten Pfads zwischen der Basisstation 124 und
der SDU 126. Der Basiskanal kann auch vorübergehend
zugeteilt werden, um sekundären
Verkehr als Teil einer paketvermittelten Übertragungsstrecke zwischen
der drahtlosen Einheit 122 und der Basisstation 124 zu
befördern.
Zwischen der Basisstation 124 und der SDU 126 können virtuelle
Verbindungswege gemäß ATM (asynchroner
Transfermodus) benutzt werden, um Informationen zu oder von den
kanalvermittelten Übertragungsstrecken
und den paketvermittelten Übertragungsstrecken
zu befördern.
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Die
BTS 142 agiert als Zwischenstation zwischen der SDU 126 und
der mobilen Einheit 122. Die BTS 142 entfernt
und verarbeitet den IS-634-Kopf aus jedem einzelnen Vorwärtsverkehrsrahmen
und übergibt
anschließend
den Informationsabschnitt des Rahmens zur drahtlosen Übertragung
an das Modem. Außerdem
versieht die BTS 142 jeden Rückwärtsverkehrsrahmen mit einem
IS-634-Kopf und leitet den Rahmen an die SDU 126 weiter.
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Beide
Basisstationen 124 und 134 umfassen außerdem jeweils
eine Basisstationssteuerung (BSC, engl. „base station controller") 146 bzw. 148. Die
BSC 146 ermittelt auf Basis des aktuellen Zustands der
Funkressourcen, wann Paketdatenbursts mit hoher Rate zugelassen
werden und wie lange diese dauern. Die BSC 146 extrahiert
aus Zugriffskanalnachrichten funkbezogene Informationen, wie etwa
Pilotsignalmessungen, um die Verkehrskanalzuweisung zu erleichtern.
Die verbleibenden Informationen werden über die Schnittstelle 150 an
die MSC 128 weitergegeben. Somit werden bei dieser Ausführungsform
wesentliche Bestandteile des Burstverwaltungssystems in der BSC 146 implementiert.
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Die
MSC 128 ist dafür
verantwortlich, eine Anruf- und Verbindungssteuerung zu implementieren,
die mehrfache Dienste je drahtloser Einheit, einschließlich gleichzeitiger
Sprach- und Paketdatenanrufe, unterstützt. Die MSC 128 ist
das Zentrum aller Sprachkommunikation. Anforderungen von Sprachverbindungen
lassen sich in Anforderungen von eingehenden und in Anforderungen
von ausgehenden Anrufen/Verbindungen unterteilen, die jeweils als drahtlos
terminierte bzw. drahtlos gestartete Anrufe bezeichnet werden. Um
einen Sprachanruf zu starten, löst
die MSC 128 abgehende Dienste für den Anruf aus und interagiert
mit den passenden Elementen des drahtlosen Netzes, um die Dienste
aufzurufen. Die MSC routet die Verbindung von derjenigen Basisstation 124,
die derzeit die mobile Einheit 122, welche den Anruf gestartet
hat, bedient, durch eine ATM-Schnittstelle an den korrekten Rahmenselektor auf
der SDU 126. Für
die Terminierung von Sprachanrufen ordnet die MSC 128 einen
Weg, der einer eingehenden Verbindung vom Festnetz 102 zugewiesen
wurde, einem Rahmenselektor auf der SDU 126 zu und routet
die Verbindung zwischen der SDU 126 und der aktuellen Basisstation 124 durch
eine ATM-Schnittstelle. Für
Paketdaten muss die drahtlose Einheit 122 zuerst einen
Anruf starten, um eine PPP- Verbindung
aufzubauen. Nachdem die PPP-Verbindung oder -Übertragungsstrecke aufgebaut
worden ist, kann über
das drahtlose Netz eine Datensitzung, wie zum Beispiel eine TCP-Sitzung, aufgebaut
werden. Mobil terminierte Paketdatenanrufe oder -verbindungen können ebenfalls
benutzt werden, um Paketdatenanwendungen zu unterstützen. Somit
kann die MSC 128 benutzt werden, um zwischen der drahtlosen
Einheit 122 und der SDU 126 kanalvermittelte Pfade
aufzubauen, die von dem System zum Vorbereiten von Datensitzungen
benutzt werden können.
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Die
SDU 126 empfängt
und verarbeitet die Verkehrsrahmen und stellt den Sprachverkehr über die
Schnittstelle 138 an die MSC 128 bereit, und die Informationen
zur Vorbereitung der Datensitzung werden als sekundärer Datenverkehr übertragen
und über
eine Schnittstelle 142 an die IWF 140 bereitgestellt. 6 zeigt
eine Ausführungsform
eines Protokollstapels für
die SDU 126 zum Verarbeiten von Verkehrsrahmen. Der Backhaul-Rahmen-Handler 160 terminiert
die ATM-Schnittstelle 136 und verarbeitet die Paketköpfe des
Datenverkehrs. In Vorwärtsrichtung
repliziert eine Rahmenselektions-/-verteilungsfunktion 162 ein
und denselben Vorwärtsrahmen
an die BTS 142a/b und 144a/b. In Rückwärtsrichtung wird
basierend auf Qualitätsinformationen über Rückwärtsrahmen
der beste Rückwärtsrahmen über die
aktiven Transportschnittstellenverbindungen ausgewählt. Die
Multiplexteilschicht 164 implementiert die diversen Multiplexoptionen.
Bei dieser Ausführungsform
könnte
die Multiplexteilschicht 164 die Informationen zum Vorbereiten
der Datensitzung als sekundären
Verkehr zur Verwendung beim Vorbereiten einer Datensitzung in den
kanalvermittelten Pfad einfügen
bzw. aus diesem extrahieren und dadurch die Notwendigkeit umgehen,
verfügbare
Ressourcen anfordern und auf diese warten zu müssen, um Datensitzungsvorbereitungspakete 124 über die
paketvermittelte Übertragungsstrecke
zwischen der drahtlosen Einheit 122 und der Basisstation 124 zu
senden.
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Ein
Verkehrs-Handler 168 routet den Sprachverkehr über die
Schnittstelle 138 durch einen Vocoder 170 an die
MSC 128 und routet die Datenpakete über die Schnittstelle 142 durch
eine RLP-Protokollschicht (engl. „radio link protocol") 172 an
die IWF 140. Der Vocoder 170 verarbeitet die Sprachsignale,
und das RLP-Protokoll 172 verarbeitet die Datenpakete,
um Fehler bei der Übertragung zu
verringern. Zum Beispiel stellt RLP einen Mechanismus bereit, der
Datenpakete erneut überträgt, um dafür zu sorgen,
dass die Datenpakete korrekt empfangen werden. Wo gleichzeitig Sprache
und Daten unterstützt
werden, kann die Multiplexschicht 164 Informationen zur
Vorbereitung von Datensitzungen als sekundären Verkehr in den Rahmen des
Sprechwegs einfügen,
und der Verkehrs-Handler 168 routet die Informationen zur
Vorbereitung von Datensitzungen über
die Schnittstelle 142 zu/von der IWF 140. Die
diverse, für
die SDU 126 beschriebene Funktionalität kann abhängig von der Implementierung
kompaktiert, erweitert, verändert
und/oder an andere Stellen in der Architektur 120 verteilt
werden. Zum Beispiel könnten
einige oder alle Funktionen der SDU 126 in der MSC 128,
der IWF 140 und/oder den Basisstationen 124 und 134 ausgeführt werden. Überdies
können
Funktionen, die für
andere Stellen beschrieben wurden, von der SDU 126 oder
anderen Teilen der Architektur 120 ausgeführt werden.
Zum Beispiel können
bestimmte Burstverwaltungsfunktionen, die an den Basisstationen 124 und 134 ausgeführt werden,
in der MSC 128 und/oder der SDU 126 ausgeführt werden.
-
Die
IWF 140 ist der Mittler zwischen der SDU 126 und
dem PDN 104 oder dem Festnetz 102, aber in dieser
Ausführungsform
wird die IWF 140 nur für Paketdatendienste
herangezogen. Die IWF 140 ist über einen Router (nicht gezeigt),
zum Beispiel einen Internet-Protokoll-Router (IP-Router), mit dem PDN 104,
zum Beispiel dem Internet, verbunden. Die IWF 140 kann
als Leitung für die
paketvermittelten Verbindungen ins PDN 104 dienen. Die
Schnittstelle 143 kann Paketdatenströme auf einer ATM-Übertragungsstrecke
oder -Schnittstelle zwischen der IWF 140 und der SDU 126 befördern. Andere
Schnittstellen sind möglich,
wie etwa E1/T1. Die IWF 140 tauscht Nachrichten mit der
SDU 126 aus, um den Datenfluss zwischen diesen zu steuern,
und die IWF 140 ist für
das Zuweisen von IP-Adressen verantwortlich. Somit wird bei dem
TCP-Beispiel das bzw. werden die TCP-Vorbereitungspaket(e) von der IWF 140 an
das PDN 104 bereitgestellt, nachdem es/sie von der SDU 140 aus
dem kanalvermittelten Pfad extrahiert bzw. multiplexiert wurde(n).
Das/die TCP-Vorbereitungsantwortpaket(e) wird/werden von dem PDN 104 an
die IWF 140 bereitgestellt, und wenn die SDU 126 ermittelt,
dass die Datenpakete zum Vorbereiten einer Datensitzung dienen,
multiplexiert sie das/die TCP-Vorbereitungspaket(e) in den passenden
kanalvermittelten Pfad zwischen der SDU 126 und der drahtlosen
Einheit 122 bzw. fügt
es/sie dort ein. Datenpakete für
die Datensitzung können, nachdem
die Datensitzung über
den kanalvermittelten Pfad zwischen der drahtlosen Einheit 122 und
der SDU 126 aufgebaut worden ist, für die paketvermittelte Verbindung über einen
paketvermittelten Pfad zwischen der drahtlosen Einheit 122 und
der IWF 140 befördert
werden.
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Wenn
eine drahtlose Einheit 122 eine paketvermittelte Verbindung über das
drahtlose Netz zwischen der drahtlosen Einheit 122 und
dem PDN 104 anfordert und versucht, sich am drahtlosen
Netz anzumelden, wird in der IWF 140 eine Sicherungsschichtverbindung,
wie etwa eine PPP-Verbindung, erstellt. Die Sicherungsschichtverbindung
kann mit dem PPP Link Control Protocol (LCP) kontrolliert werden,
das in dem Request for Comment (RFC) 1661 der Arbeitsgruppe zur
technischen Ausgestaltung des Internets (IETF, engl. „Internet
Engineering Task Force")
definiert wird. Die Sicherungsschichtverbindung muss aufgebaut werden,
bevor eine TCP/IP- Sitzung
aufgebaut werden kann. Die TCP-Verbindung arbeitet auf der PPP-Verbindung.
-
Bei
einer Ausführungsform
weist die Sicherungsschicht zwei Zustände auf: geschlossen und offen.
Der offene Zustand weist zwei Unterzustände auf: aktiv und schlafend.
Die Sicherungsschichtverbindung der IWF 140 befindet sich
im aktiven Zustand, wenn die Verkehrsverbindung auf der SDU als „ein" signalisiert wird.
Wenn die Verkehrsverbindung „aus" ist und die Sicherungsschichtverbindung „offen" ist, befindet sich
die Sicherungsschichtverbindung im schlafenden Zustand. Im offenen
Zustand signalisiert die SDU 126 der IWF (oder der Sicherungsschichtverbindung),
dass der Status der Verkehrsverbindung von der IWF 140 an
die SDU 126 bereitgestellt werden soll. Wenn die SDU 126 zur
Annahme weiterer Paketdaten bereit ist, sendet sie eine Nachricht „Verkehrsverbindung
an" an die IWF 140.
Die IWF 140 wird daraufhin die Pakete/Rahmen in ihrem Puffer
(nicht gezeigt) an die SDU 126 weiterleiten, bis die IWF 140 eine
Nachricht „Verkehrsverbindung aus" von der SDU 126 empfängt. Nachdem
die IWF 140 die Nachricht „Verkehrsverbindung aus" empfangen hat, ist
die Sicherungsschichtverbindung immer noch offen, wird aber als
schlafend gekennzeichnet. Der Datenfluss von der SDU 126 zu
der IWF 140 wird bei dieser Ausführungsform nicht gesteuert.
Um die Sicherungsschichtverbindung zu schließen, schließt die IWF 140 die
Sicherungsschichtverbindung, wenn sie dazu von der SDU 126 angewiesen
wird. Außerdem
initiiert die IWF 140 das Schließen der aktiven Sicherungsschichtverbindung,
wenn sie von der mobilen Einheit 122 eine Abschlussanforderung
empfängt.
Dies geschieht, wenn die mobile Einheit 122 die PPP-Übertragungsstrecke kontrolliert
schließt, beispielsweise
vor dem Ausschalten.
-
Zusätzlich zu
den Ausführungsformen
aus 3 und 6 kann das System zum Vorbereiten von
Datensitzungen gemäß den Grundsätzen der vorliegenden
Erfindung zusam men mit anderen Netzarchitekturen und/oder Protokollen
benutzt werden, um, verglichen mit dem beschriebenen System und
den beschriebenen Konfigurationen, analoge Funktionen auszuführen, bei
welchen Komponenten weggelassen und/oder hinzugefügt wurden
und/oder Abwandlungen oder Abschnitte des beschriebenen Systems
benutzt werden. Zum Beispiel wird das System zum Vorbereiten von
Datensitzungen unter besonderer Bezugnahme auf eine zelluläre Netzarchitektur,
die CDMA benutzt, beschrieben, jedoch können andere Netzarchitekturen
benutzt werden, die andere Mehrfachzugriffsmethoden benutzen, wie zum
Beispiel TDMA. Außerdem
wurde eine spezifische Ausführungsform
beschrieben, bei welcher Datensitzungsvorbereitungspakete über kanalvermittelte
Vorwärts-
und Rückwärtsübertragungsstrecken geroutet
werden, jedoch können
Ausführungsformen des
Systems zum Vorbereiten von Datensitzungen auf den Vorwärts- und
Rückwärtsübertragungsstrecken
und bei anderen Abschnitten des kanalvermittelten Pfads für eine drahtlose
Einheit benutzt werden. Überdies
wird das System zum Vorbereiten von Datensitzungen unter Bezugnahme
auf eine drahtlose Einheit beschrieben, die eine Datensitzung mit
einem Gerät
im PDN startet, aber wie der Fachmann mit dem Vorteil dieser Offenbarung
versteht, kann eine Ausführungsform
des Systems zum Vorbereiten von Datensitzungen benutzt werden, um
eine Datensitzung vorzubereiten, die an der drahtlosen Einheit terminiert
wird.
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Es
versteht sich, dass andere Notationen, Bezüge und Kennzeichnungen der
diversen Architekturblöcke
benutzt werden können.
Zum Beispiel wurde das System zum Vorbereiten von Datensitzungen
in einer speziellen Netzarchitekturkonfiguration beschrieben, aber
es versteht sich, dass das System zum Vorbereiten von Datensitzungen
sowie Abschnitte davon zentral sein können oder über ein drahtloses System verteilt
und an verschiedenen Stellen implementiert sein können, um
die Datenrate und/oder den Durchsatz zu verbessern. Das System zum
Vorbereiten von Datensitzungen oder Abschnitte davon können in
anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen, softwaregesteuerten
Verarbeitungsschaltungen, Firmware und anderen Anordnungen diskreter
Komponenten realisiert werden, wie der Durchschnittsfachmann mit
dem Vorteil dieser Offenbarung versteht. Die vorangegangene Beschreibung
dient lediglich dazu, die Anwendung der Grundsätze der vorliegenden Erfindung
zu veranschaulichen. Der Fachmann wird ohne weiteres erkennen, dass
diese und diverse andere Modifikationen, Anordnungen und Verfahren
an der vorliegenden Erfindung ausgeführt werden können, ohne streng
den hier erläuterten
und beschriebenen Ausführungsbeispielen
zu folgen, und ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung
abzuweichen, der von den Ansprüchen
definiert wird.