FI114132B

FI114132B - Tiedonsiirron laatutason tukeminen langattomassa tiedonsiirrossa

Info

Publication number: FI114132B
Application number: FI980191A
Authority: FI
Inventors: Jouni Mikkonen; Juha Ala-Laurila
Original assignee: Nokia Corp
Priority date: 1998-01-28
Filing date: 1998-01-28
Publication date: 2004-08-13
Also published as: EP2109267B1; EP1057305A2; DE69941770D1; FI980191A; AU2166599A; ATE451772T1; EP2770680A1; WO1999039480A3; FI980191A0; EP2109267A1; EP1057305B1; US6501741B1; WO1999039480A2

Description

1 11413?

Tiedonsiirron laatutason tukeminen langattomassa tiedonsiirrossa

Nyt esillä oleva keksintö kohdistuu oheisen patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukaiseen menetelmään tiedonsiirron laatutason tukemi-5 seksi langattomassa Internet-protokollan mukaisessa tiedonsiirtoyhteydessä, oheisen patenttivaatimuksen 8 johdanto-osan mukaiseen järjestelmään ja oheisen patenttivaatimuksen 14 johdanto-osan mukaiseen langattomaan viestimeen.

10 Kansainvälinen standardointijärjestö ISO (International Standardisation Organisation) on kehittänyt ns. OSI-mallin (Open System Interconnection) kuvaamaan tiedonsiirron jakamista eri kerroksiin. Kerrokset ovat ylhäältä alaspäin lueteltuina sovelluskerros (Application layer), esitystapakerros (Presentation layer), istuntokerros (Session Layer), kuljetus-15 kerros (Transport layer), verkkokerros (Network layer), siirtoyhteyskerros (Data link layer) ja fyysinen kerros (Physical layer). Tämän selityksen kannalta keskeisimmät kerrokset ovat fyysinen kerros, siirtoyhteyskerros ja sovelluskerros.

20 Euroopan telealan standardointi-instituutti ETSI on laatinut langattoman lähiverkon standardin (ETS 300 652) HIPERLAN Type 1 (High PErfor-mance Radio Local Area Network) sovellettavaksi esim. lyhyiden etäisyyksien langattomissa lähiverkoissa, kuten toimistojen langattomissa : lähiverkoissa. Tämän standardin mukaisessa lähiverkossa voi olla liit- 25 tyneenä useita laitteita, jotka kommunikoivat samalla tiedonsiirtokana-·[·[· valla käyttäen pakettivälitteistä tiedonsiirtoa. Standardissa määritellään mainitun OSI-mallin kaksi alinta kerrosta: fyysinen kerros ja siirtoyhteyskerros.

30 Euroopan telehallintojen yhteistyöelin CEPT (Conference of European . . Post and Telephone Administrations) on laatinut standardin TR 22-05, jossa on varattu taajuusalue 5,15GHz—5,3GHz Hiperlan-standardin mukaista tiedonsiirtoa varten. Tämä taajuusalue on jaettu viiteen kana-0 vaan, joista kullekin on varattu n. 23,5 MHz:n kaistanleveys. Kuvassa 35 1a on esitetty eräs pelkistetty esimerkki tällaisesta Hiperlan-standardin mukaisesta lähiverkosta. Se koostuu päätesolmuista 101a, 101b, 101c, !: 101 d, välittäjäsolmusta 102 ja yhdyskäytäväsolmusta 103. Päätesolmut : ·' 101a—101 d voivat kommunikoida suoraan keskenään, tai ne voivat 2 114132 kommunikoida välittäjäsolmun 102 kautta, jos päätesolmujen 101a— 101 d välillä ei esim. liian suuresta etäisyydestä tai radiosignaaleja vaimentavista esteistä johtuen ole suoraa radioyhteyttä. Välittäjäsolmun 102 kautta päätesolmut 101a—101 d voivat lisäksi olla yhteydessä yh-5 dyskäytäväsolmuun 103, joka on yhdistetty esim. langalliseen lähiverkkoon 104 tai Internet-verkkoon. Tällöin päätesolmu 101a—101 d voi tarvittaessa toimia Internet-päätelaitteena.

Kuvassa 1b on esitetty Hiperlan-standardin mukaisen tiedonsiirtopake-10 tin rakennetta. Ensimmäisenä on otsikkokenttä Header, joka lähetetään pienemmällä bittinopeudella (LBR, low bit rate), kuin muut kentät, ja joka sisältää mm. paketin osoiteinformaation ja paketin pituuden. Seu-raavaksi on synkronointikenttä vastaanottimen synkronoimiseksi paketin tietokenttiin DB(1), DB(2)..... DB(m), joissa on varsinainen siirret- 15 tävä informaatio. Yhdessä paketissa voi olla korkeintaan 47 tieto-kenttää. Kukin paketti voi olla osoitettu joko yhdelle vastaanottajalle (unicast packet) tai useammalle vastaanottajalle (multicast packet). Kolmantena pakettityyppinä Hiperlan-standardissa määritetään kuit-tauspaketti (ACK, acknowledgement), jolla paketin vastaanottaja ilmoit-20 taa paketin vastaanoton onnistumisesta, jolloin lähettäjä tietää, onko tarve lähettää paketti uudelleen. Reaaliaikaista tiedonsiirtoa edellyttä-vissä paketeissa voidaan määritellä, ettei paketin vastaanottoa kuitata, koska uudelleenlähetettynä paketin sisältämä informaatio voisi olla ’ . vanhentunutta. Tällaisia paketteja ovat esim. audiosovellusten paketit.

25 Toisaalta voidaan joillekin reaaliaikaisille sovelluksille, joissa on suu-remmat laatuvaatimukset, kuten videosovellukset, määritellä rajoitettu • pakettien kuittaus, jolloin kuittaus lähetetään useammalle paketille yh- * * · .: ·' della sanomalla. Ei-reaaliaikaisuutta edellyttäviin paketteihin voidaan määritellä lähetettäväksi kuittaus jokaisen paketin vastaanoton jälkeen.

Y: 30 Lähetys ja vastaanotto suoritetaan samalla kanavalla ilman ulkoista ; . synkronointia. Lähettävän solmun vastaanottimella kuunnellaan kana- vaa tietty aika ja mikäli kanavalla ei tämän ajan kuluessa havaita liiken-·;·' nettä, oletetaan, että kanava on vapaa ja aloitetaan lähetys. Mikäli ka- ;Y: 35 navalla kuitenkin havaitaan liikennettä, vastaanotin synkronoidaan tä-hän lähetykseen. Lähetyksen päätyttyä odotellaan mahdollista kuittaus- * · sanomaa ja sen jälkeen voidaan aloittaa kanavan saannin yritys. Useampi solmu voi kuitenkin olla odottamassa lähetysvuoroa, jolloin voi 3 114132 syntyä tilanteita, että useampi päätelaite yrittää lähettää samanaikaisesti. Tämä voidaan ratkaista esim. siten, että solmuille annetaan eri prioriteetteja, jolloin matalamman prioriteetin solmu odottaa pidemmän ajan lähetyksen päättymisen jälkeen, ennen kuin se aloittaa lähetyksen, 5 jos kanavalla ei tämän ajan kuluessa havaita liikennettä.

Termiä ''Internet" käytetään yleisesti kuvaamaan tietoresurssia, josta tietoa voidaan hakea tietojen käsittelylaitteesta, kuten henkilökohtaisesta tietokoneesta (PC, personal computer). Tietojenkäsittelylaite on tie-10 donsiirtoyhteydessä modeemin välityksellä televerkkoon. Tämä informaatioresurssi on maailmanlaajuisesti jakautunut käsittäen useita tallennuspaikkoja, jotka ovat myös tiedonsiirtoyhteydessä televerkkoon. Internet on tehty toimivaksi määrittelemällä tietyt tietoliikennestandardit ja protokollat, kuten TCP (transfer control protocol), UDP (user data-15 gram protocol) ja IP (Internet protocol), joita käytetään tiedonsiirron ohjaamiseksi lukuisten Internetin osien välillä. TCP ja UDP käsittelevät tiedonsiirtovirheiden estämistä ja korjaamista Internetissä siirrettävälle tiedolle, IP käsittelee tiedon rakennetta ja reititystä. Nykyisin käytössä olevat Internet-protokollan versiot ovat IPv4 ja IPv6.

20 TCP/IP (Transmission Control Protocol/lnternet Protocol) yhteyskäytän-tö on muodostunut avoimien tietojärjestelmien voimakkaan yleistymisen ansiosta yleisesti käytettäväksi protokollaksi, jolla erikokoiset ja merkki-‘ . set tietokoneet voivat keskustella keskenään. TCP/IP-tuki on nykyään 25 tarjolla lähes jokaiseen käyttöjärjestelmään. TCP/IP:n verkkokerrospro-tokolla IP, Internet Protocol, on tarkoitettu yhdyskäytävien (Gateway) eli ·:·: reitittimien (Router) reititettäväksi. Reititys tapahtuu nelitavuisten IP- : osoitteiden ja reititystaulukoiden avulla. Internet protokollan ansiosta TCP/IP:tä käyttävät tietokoneet voivat siirtää sanomia reititinverkossa V: 30 vaikka maapallon toiselle puolelle.

; . Etenkin teollistuneet maat hyvin kattava Internet on valtava reititinverk ko, joka käyttää TCP/IP yhteyskäytäntöä. Alunperin vain tieteellisessä käytössä olleen Internetin suuri käyttäjäryhmä on nykyisin yritykset, :T: 35 jotka ostavat palvelunsa kaupallisilta yhteystarjoajilta. Internetissä on :*·.· jokaisella koneella oma yksilöivä IP-osoitteensa. IP-osoite on Internet- protokollaversiossa IPv4 32-bittinen eli nelitavuinen luku, joka jaetaan kahtia organisaatiokohtaiseksi verkko-osoitteeksi ja verkkokohtaiseksi 4 114132 laiteosoitteeksi. Osoitteiden käsittelyn helpottamiseksi on otettu käyttöön desimaalinen ns. pistenotaatiojärjestelmä, jossa osoitteet ilmoitetaan pisteillä erotetuilla 8-bitin luvuilla (oktetti). Yksi oktetti on luku 0—255. Tämä osoitemekanismi on vielä jaettu kolmeen eri luokkaan 5 (ABC), jotka mahdollistavat eripituiset verkko- ja laiteosoitteet.

Internetin suosion kasvu on saanut aikaan myös sen, että lnternet-sa-nomien tietopaketeissa osoitekenttien pituus ei enää riitä kaikissa tilanteissa kaikkien käytössä olevien osoitteiden ilmaisemiseen. Tämä on 10 eräs syy siihen, että on kehitetty Internet -protokollaversio IPv6. Tässä protokollaversiossa osoitekenttien pituutta on lisätty 128:aan bittiin, mikä käytännössä tarkoittaa sitä, että kaikille Internet-verkkoon liitettäville laitteille on varattavissa yksilöllinen osoite. Kuvassa 2 on esitetty Inter-net-sanomien tietopaketin kentät.

15

Otsikkokenttä koostuu seuraavista osista:

Version 4-bittinen IP-versio (=6)

Prio. 4-bittinen prioriteetti, 20 Flow label 24-bittinen tunnistin, joka identifioi sovellustason yhteyden, ....: Payload length 16-bittinen kokonaisluku, joka ilmoittaa hyöty- kuorman pituuden eli otsikon jälkeisen paketin * I * ' . pituuden tavuissa, 25 Next header 8-bittinen tieto, joka määrittelee IPv6-otsikkoa välittömästi seuraavan otsikon, • Y Top limit 8-bittinen kokonaislukulaskuri, jota pienennetään v : yhdellä jokaisen laitteen (node) kohdalla, joka lä hettää paketin eteenpäin, paketti hylätään, jos : Y: 30 arvo pienenee nollaksi,

Source address alkuperäisen paketin lähettäjän 128-bittinen osoite,

Destination address aiotun vastaanottajan 128-bittinen osoite.

* · : Y: 35 Otsikkokentän jälkeen on hyötykuormakenttä (payload), eli varsinainen siirrettävä informaatio.

5 114132

Fyysisesti Internet muodostuu hierarkisesti järjestetyistä tiedonsiirtoverkoista, esimerkiksi lähiverkoista (LAN, local area network), alueellisista televerkoista ja kansainvälisistä televerkoista. Nämä tiedonsiirtoverkot on kytketty sisäisesti ja ulkoisesti ns. reitittimillä, jotka lähettävät 5 tietoa lähettävästä päätelaitteesta tai tiedonsiirtoketjussa edeltävältä reitittimeltä ja reitittävät tiedon vastaanottavaan päätelaitteeseen tai tiedonsiirtoketjussa seuraavana olevalle reitittimelle.

Kuvassa 3 on esitetty lähettävän päätelaitteen (SH, source host) ja 10 vastaanottavan päätelaitteen (DH, destination host) kytkentää Internetiin vastaavien lähiverkkojen LAN ja reitittimien R kautta.

Näistä lähettävästä päätelaitteesta ja vastaanottavasta päätelaitteesta käytetään jatkossa tässä selityksessä myös yhteistä nimitystä Internet-15 päätelaite. Internet-päätelaitteet voivat tyypillisesti toimia sekä lähettävänä päätelaitteena SH että vastaanottavana päätelaitteena DH.

Internet-verkkoon lähiverkon LAN välityksellä kytketyllä Internet-pääte-laitteella on joko pysyvästi määritetty Internet-osoite tai osoite on dy-20 naaminen, lähiverkon palvelimen muodostama osoite (esimerkiksi käyttämällä dynaamista päätelaitteen konfigurointiprotokollaa (DHCP, dynamic host configuration protocol)). Siinä tapauksessa, että Internet-...# päätelaite on modeemilla kytketty televerkkoon, telepäätelaitteen on ‘ ! pyydettävä Internet-osoitetta Internet-palvelun tarjoajalta, johon Inter- 25 net-päätelaite on rekisteröity. Tämä tehdään esim. pisteestä pisteeseen protokollan (PPP, point-to-point protocol) mukaisesti, joka on muodos-v.: tettu Internet-protokollatason yläpuolelle. Kummassakin tapauksessa ·* Internetissä siirrettävä tieto reititetään Internet-päätelaitteeseen mah dollisesti useiden tiedonsiirtoverkkojen ja reitittimien kautta jostakin , Y: 30 etäpäätteestä, käyttämällä määritettyä Internet-osoitetta.

*«· IP määrittelee tiedonsiirron lähetyksen paketteina ("datagrams"). Tämä pakettitiedonsiirto on yksi Internetin suosion syy, koska se mahdollistaa purskeisen lähetyksen, joka ei vaadi jatkuvaa puhelinyhteyden päällä-35 oloa ja mahdollistaa useiden Internet-päätelaitteiden kytkeytymisen samaan puhelinyhteyteen. Kun reititin vastaanottaa paketin, jossa on kohdeosoite, reititin reitittää paketin eteenpäin, mikäli reitittimen puskurimuistissa on vapaata kapasiteettia ja ainakin yksi vapaa puhelinlinja.

6 114132

Jos muistikapasiteettia ei ole riittävästi tai vapaata puhelinlinjaa ei ole sillä hetkellä saatavissa, paketti hylätään ja lähettävän Internet-pääte-laitteen tai edeltävän reitittimen täytyy yrittää uudelleenlähetystä myöhemmin. Yleisesti Internet ei tue aikakriittistä tiedonsiirtoa, ja Internet-5 protokollan tarjoama parhaan yrityksen menetelmä (best effort) on riittävä.

Internet-protokollan mukaisessa pakettien välityksessä voidaan paketit lähettää suoraan vastaanottajalle vain silloin, kun sekä lähettäjän että 10 vastaanottajan osoitteen verkko-osat ovat samat. Muussa tapauksessa paketit lähetetään reitittimelle, joka huolehtii pakettien lähettämisestä edelleen, joko seuraavalle reitittimelle, tai vastaanottajalle, jos vastaanottaja on reitittimen verkossa. Jokaisessa reitittimessä kukin reitittimeen saapuva paketti siirretään em. OSI-mallin mukaisesta siirtoyhte-15 yskerroksesta verkkokerrokseen, jossa paketeista tutkitaan otsikkokenttä ja siinä olevien osoitetietojen perusteella tehdään päätös, minne paketti lähetetään. Lähetystä varten paketit siirretään takaisin siirtoyhteyskerroksen paketeiksi. Koska Internet-protokolla on luonteeltaan yhteydetön protokolla, on edellä esitetyt toimenpiteet suoritettava jokai-20 selle reitittimeen saapuvalle paketille. Jos siirtoyhteyskerros on nopea, esimerkiksi ATM:n mukainen (Asynchronous Transfer Mode), pakettien käsittely muodostaa merkittävän osan siirtoon käytetystä ajasta. Tällöin ..... siirtolinjan koko siirtokapasiteettia ei saada tehokkaasti hyödynnettyä.

' ! Tämän tilanteen korjaamiseksi on mm. Ipsilon Networks kehittänyt kyt- 25 kentä-ratkaisun. Tässä ratkaisussa pyritään havaitsemaan aikaa vievät tiedonsiirtovirtaukset ja kytkemään ne suoraan siirtoyhteyskerroksella.

• · > * * « · : Ipsilon Networksin kytkentäratkaisu muodostuu kytkimistä ja niiden toimintaa ohjaavista ohjaimista. Kun ohjain havaitsee jossakin Internet-30 protokollaliikenteessä jatkuvan tiedonsiirtovirtauksen, ohjain pyytää lä-hettäjää merkitsemään kyseisen tiedonsiirtovirtauksen paketit virtaus-tunnuksella, eli avaamaan ns. virtuaalikanavan tätä tiedonsiirtovirtausta varten. Jos vastaanottaja on tehnyt saman havainnon, myös se pyytää • tiedonsiirtovirtauksen erottamista omalle virtuaalikanavalleen. Tämän 35 jälkeen tämä lähettäjän ja vastaanottajan välissä oleva ohjain voi pai-kallisesti ohjata oman kytkimensä kytkemään näiden kahden virtuaalikanavan välisen liikenteen suoraan. Koska esitetty kytkentä-ratkaisu perustuu muodostuvien tiedonsiirtovirtausten merkitsemiseen, on siinä 7 114132 jokaiselle tunnukselle määritetty aikaraja, jonka kuluttua tunnuksesta luovutaan, jos sen merkitsemällä kanavalla ei enää ole liikennettä. Tämä vähentää samanaikaisesti tarvittavien erilaisten tunnusten määrää.

Tässä ratkaisussa kytkentä tehdään kolmen solmun välisen liikenteen 5 perusteella ja kytkentäpyynnön tekee lähettäjä ja/tai vastaanottaja. Kytkentä pienentää lähinnä tiedonsiirron viivettä verrattuna reititykseen.

Tämä kytkentäratkaisu pyrkii ainoastaan nopeuttamaan Internet-proto-kollan mukaisten pakettien reititystä ja tämä kytkentäratkaisu edellyttää 10 kolmen solmun osallistumista kytkentään. Tässä ratkaisussa ei ole kiinnitetty huomiota palvelun laatutasoon sinänsä.

Pakettimuotoinen tiedonsiirto tehostaa tiedonsiirtokanavan käyttöastetta yleisesti, ei ainoastaan tiedon saamiseksi Internetistä. Esi-15 merkiksi pakettitiedonsiirtoa voidaan käyttää sovelluksissa, kuten ää-nipuheluissa, videoneuvotteluissa ja muissa eri standardien mukaisissa tiedonsiirroissa. Kuitenkin jotkut näistä sovelluksista ovat aikakriittisiä. Esimerkiksi reaaliaikaisessa äänipuhelussa Internet-protokollan tarjoama parhaan yrityksen palvelutaso voi aiheuttaa merkittäviä 20 viiveitä äänisignaalin lähetyksessä ja siirrossa, mikä vaikuttaa vastaanotetun äänisignaalin ymmärtämiseen niin, että esimerkiksi puhees-ta on vaikea tai mahdoton saada selvää. Lisäksi viive (paketin lähetyk-sestä vastaanottoon kuluva aika) voi vaihdella äänisignaalin lähetyksen ’ ; aikana riippuen mm. tiedonsiirtoverkon kuormituksesta ja siirtovirheiden 25 vaihteluista. Sama pätee myös reaaliaikaisen videosignaalin ► · lähettämiseen. Voi olla myös tilanteita, joissa Internetin käyttäjät eivät v.: halua niin suuria viiveitä kuin monissa tilanteissa esiintyy tiedon saami- .: : sessa Internetistä.

Y: 30 Internet Engineering Task Force (IETF) on organisaatio, joka käsittelee T: Internet-arkkitehtuurin kehittämistä ja operointia Internetissä. IETF on tällä hetkellä kehittämässä uutta protokollaa, joka tarjoaa Internet-pää-

M M I

telaitteelle mahdollisuuden pyytää haluamaansa palvelutasoa valitta-vissa olevista määritetyistä palvelutasoista (QoS, quality of service).

:Y: 35 Tämä protokolla tunnetaan resurssinvarausprotokollana (RSVP,

resource reservation protocol), ja se on esitetty standardiehdotuksessa "Resource Reservation Protocol (RSVP) - Version 1 Functional Specification", Braden, R., Zhang, L., Berson, S., Herzog. S., Jämin, S., RFC

8 114132 2205, September 1997 (saatavana osoitteesta http://www.isi.edu/ div7/rsvp/pub.html). Internet-päätelaite käyttää RSVP-protokollaa pyytäessään tiettyä palvelutasoa QoS Internet-verkosta sen sovelluksen tiedonsiirtovirran perusteella, jonka Internet-päätelaite haluaa vas-5 taanottaa joltakin etäpäätelaitteelta. RSVP-protokolla siirtää pyynnön verkon läpi käyttämällä jokaista reititintä, jota verkko käyttää tiedonsiirtovirran siirtämiseksi vastaanottavaan Internet-päätelaitteeseen. Jokaisessa reitittimessä RSVP-protokolla yrittää tehdä resurssin-varauksen kyseiselle tiedonsiirtovirralle. RSVP-protokolla yrittää myös 10 tehdä resurssinvarauksen tiedonsiirtovirralle vastaanottavassa ja lähettävässä Internet-päätelaitteessa.

Resurssinvarauksen tekemiseksi jossakin solmussa, joka voi olla joko reititin tai Internet-päätelaite, RSVP-protokolla kommunikoi kahden pai-15 kahisen päätösmodulin kanssa: pääsynvarmistusmoduli ja menettelyta-pamoduli. Pääsynvarmistusmoduli päättelee, onko solmulla riittävästi resursseja pyydetyn palvelutason aikaansaamiseksi. Menettelytapa-moduli päättelee, onko käyttäjällä pääsyoikeutta varauksen tekemiseksi. Jos jompikumpi tarkistus epäonnistuu, RSVP-protokolla palauttaa 20 virheilmoituksen pyynnön muodostaneelle sovellukselle. Jos molemmat testit onnistuvat, RSVP-protokolla asettaa parametrit paketin luokituk-seen ja paketin aikataulutukseen lähettävässä Internet-päätelaitteessa * :.t halutun palvelutason saavuttamiseksi. Paketin luokitus päättelee kaikil- * . le paketeille palvelutasoluokan, ja aikataulutus ohjaa pakettien lähetys- * · · * · [..* 25 tä luvatun palvelutason saavuttamiseksi kaikissa tiedonsiirtovirroissa.

I » • Y RSVP-protokolla toimii Internet-protokollan päällä sekä IPv4:ssä ja * * · Y ·* IPv6:ssa. Erityisesti RSVP-protokolla on suunniteltu hyödyntämään ny kyisen Internetin reititysalgoritmien vahvoja piirteitä. RSVP-protokolla ei Y: 30 suorita itse reititystä, sen sijaan se käyttää alemman tason reititysproto-Y: kollia sen päättelemiseen, minne varauspyynnöt tulisi siirtää. Koska reititys muuttaa reittejä Internet-verkon topologian muutoksiin sopeutumiseksi, RSVP-protokolla sovittaa resurssien varauksensa uusiin • · ·: reitteihin tarvittaessa.

:T: 35

Televerkot ja Internet ovat kaksi merkittävää maailmanlaajuista tie- • · donsiirtoverkkoa, joihin kytkeytymistä ja käyttöä langattomilla telepäätelaitteilla kehitetään. Esimerkiksi solukkoverkot mahdollistavat kytkey- 9 114132 tymisen langattomalla telepäätelaitteella televerkkoon ja tarjoavat korkean palvelun laatutason piirikytkentäisellä teknologialla. Näitä solukkoverkkoja ja muita matkaviestinverkkoja voidaan käyttää hyväksi myös Internet-verkkoon kytkeytymisessä ja multimediapalveluiden hyödyn-5 tämisessä. Piirikytkentäisen järjestelmän epäkohtana on kuitenkin mm. se, että yhteys langattomasta telepäätelaitteesta langattomaan tiedonsiirtoverkkoon on päällä koko yhteyden ajan, mikä kuluttaa langattoman tiedonsiirtoverkon kapasiteettia ja rajoittaa samanaikaisten yhteyksien määrää.

10

Tunnetun tekniikan mukaisissa ratkaisuissa langattomia pakettivälitteisiä tiedonsiirtoyhteyksiä varten ei tueta palvelun laatutason aikaansaamista. Tämän johdosta Internet-yhteisössä on alettu kehittää Inter-net-päätelaitteen liikkuvuutta ja palvelun laatutason aikaansaamista 15 tukevia ratkaisuja Internet-protokollaversioon IPv6.

Radiolinkeissä tyypillisesti tietoa siirretään kanavassa, joka on tietty taajuusalue. Yhdessä järjestelmässä voi samanaikaisesti olla käytettävissä useampia kanavia. Lisäksi kahdensuuntaisessa, samanaikaises-20 sa tiedonsiirrossa (Full duplex) on erillinen lähetys- ja vastaanottoka-nava, jolloin esim. tukiasema lähettää lähetyskanavalla päätelaitteelle ,,.,: ja päätelaite lähettää vastaanottokanavalla tukiasemalle. Radiolinkeissä • · ... ongelmana on se, että radiotie on rajallinen resurssi, mikä rajoittaa mm.

** ! radiolinkille varattavissa olevaa kaistanleveyttä, tiedonsiirrossa käytet- 25 tävää kanavan leveyttä ja/tai kanavien lukumäärää sekä käytettävissä olevaa tiedonsiirtonopeutta. Radiotie on altis häiriöille, kuten monitie-.v etenemisen aiheuttamalle vastaanotetun signaali vääristymiselle, joka aiheutuu siitä, että sama signaali saapuu vastaanottajalle eri reittejä pitkin eri aikaisesti. Häiriöiden vaikutuksen pinenentämiseksi on osa tie-:V: 30 donsiirtokapasiteetista käytettävä virheenkorjaustiedon lähettämiseen

* I

pakettien mukana ja halutun virhetodennäköisyystason saavuttaminen • . saattaa edellyttää useita pakettien uudelleenlähetyksiä, mikä vähentää |ti* radiolinkin kapasiteettia.

f ·

» · I

35 Sellaisissa radiolinkeissä, joissa yhdellä kanavalla lähetetään useita tiedonsiirtovirtauksia, näiden eri tiedonsiirtovirtausten paketteja lähetetään ajallisesti lomiteltuina. Lähetysjärjestykseen voidaan vaikuttaa priorisoimalla eri tiedonsiirtovirtausten paketteja, jolloin korkeamman pri- 10 114132 oriteetin virtauksen paketteja lähetetään useammin kuin alemman virtauksen paketteja. Tällaisia ovat esim. reaaliaikaisen sovelluksen paketit, jotka vielä pyritään tekemään mahdollisimman lyhyiksi. Toisaalta usein matalamman prioriteetin sovelluksien paketit ovat huomattavasti 5 pidempiä kuin korkeamman prioriteetin paketit. Tunnetun tekniikan mukaisissa järjestelmissä tällainen pitkä paketti estää muiden pakettien lähetyksen niin pitkäksi ajaksi kuin pakettia lähetetään. Tämä voi aiheuttaa merkittäviä viiveitä korkeamman prioriteetinkin pakettien lähetykseen ja huonontaa palvelun laatutasoa.

10

Nyt esillä olevan keksinnön eräänä tarkoituksena on aikaansaada menetelmä joustavaksi palvelun laatutason määrittämiseksi langattomassa Internet-yhteydessä. Keksinnön mukaiselle menetelmälle on pääasiassa tunnusomaista se, mitä on esitetty oheisen patenttivaatimuksen 1 15 tunnusmerkkiosassa. Nyt esillä olevan keksinnön mukaiselle järjestelmälle on pääasiassa tunnusomaista se, mitä on esitetty oheisen patenttivaatimuksen 8 tunnusmerkkiosassa. Tämän keksinnön mukaiselle langattomalle viestimelle on pääasiassa tunnusomaista vielä se, mitä on esitetty oheisen patenttivaatimuksen 14 tunnusmerkkiosassa.

20 Keksintö perustuu siihen ajatukseen, että Internet-yhteyden muodostamisessa määritellään yhteydelle tarvittava palvelun laatutaso, jonka perusteella langattomassa tiedonsiirtoverkossa yhteys pyritään muo- • · ... dostamaan asetetun laatutason mukaisilla parametreillä.

• · I < I f 25 Nyt esillä olevalla keksinnöllä saavutetaan merkittäviä etuja tunnetun tekniikan mukaisiin ratkaisuihin verrattuna. Keksinnön mukaisella me- .v netelmällä muodostetussa langattomassa yhteydessä palvelun laatu- ‘ taso saavutetaan luotettavammin ja lisäksi koko langattoman tiedonsiir toverkon kapasiteetti saadaan tehokkaammin hyödynnettyä, koska joil- : V; 30 lakin yhteyksillä riittää sellainen laatutaso, joka kuluttaa vähemmän tie- I · donsiirtoverkon kapasiteettia. Toisaalta uudelleen lähetyksiä tarvitaan vähemmän sellaisissa yhteyksissä, joissa tiedonsiirron virheettömyy- * * * * · ‘ / delle ei ole asetettu suuria vaatimuksia, esim. siirrettäessä puhetta tai ’ videota Internet-verkon ja langattoman telepäätelaitteen välillä. Tällöin 35 jää enemmän kapasiteettia sellaisille sovelluksille, joissa esim. tiedon-siirron virheettömyys on tärkeää, kuten siirrettäessä tiedostoja. Tie-donsiirtovirtauksia tutkitaan keskitetysti Internet-protokollatasolla ja havaittuun tiedonsiirtovirtaukseen liitetään radiorajapinnan palvelun laatu- 11 114132 parametrit. Nämä parametrit saadaan edullisesti ennakkoon määritetystä, radiorajapintariippuvasta tietokannasta. Tässä keskitetyssä palvelun laatutason määrityksessä tarvitaan vain kaksi osapuolta ja voidaan paremmin tutkia aktiivisia tiedonsiirtovirtoja ja niille määritettyjä 5 palvelun laatutasoja, ennen kuin uudelle tiedonsiirtovirralle asetetaan palvelun laatutaso. Tällöin uudet yhteydet eivät heikennä olemassa olevien yhteyksien palvelun laatutasoa.

Erään etuna vielä voidaan mainita se, että yhden tiedonsiirtovirran pa-10 kettia ei tarvitse lähettää yhtenä pakettina, vaan se voidaan jakaa pienemmiksi osiksi, joihin liitetään keksinnön mukaisesti radiovirtauksen tunniste, jonka perusteella vastaanottaja pystyy erottamaan eri virtauksiin kuuluvat paketit ja niiden osat toisistaan. Tällöin yhden pitkän paketin osien väliin voidaan lähettää korkeampaa laatutasoa tarvitse-15 van virtauksen paketti. Lisäksi uudelleenlähetysten määrää saadaan pienennettyä, koska virheet esiintyvät tyypillisesti purskeina, jolloin pitkän paketin kaikki osat eivät välttämättä ole virheellisiä ja näitä ei tarvitse lähettää uudelleen.

20 Keksintöä selostetaan seuraavassa tarkemmin viitaten samalla oheisiin piirustuksiin, joissa: ·:··: Kuva 1a esittää pelkistetysti erästä esimerkkiä Hiperlan-standardin ·*:*· mukaisesta lähiverkosta, 25 ,··. Kuva 1b esittää Hiperlan-standardin mukaisen tiedonsiirtopaketin ra- kennetta,

Kuva 2 esittää Internet-protokollaversion IPv6 paketin rakennetta, 30 v.: Kuva 3 esittää pelkistettynä kaaviona lähettävän ja vastaanottavan v : päätelaitteen kytkeytymistä Internet-verkon kautta, ,···, Kuva4 esittää pelkistettynä kaaviona langattoman Internet-pääte- 35 laitteen kytkeytymistä Internet-verkkoon, • *.'*j Kuva 5 esittää pakettivälitteistä tiedonsiirtoa langattoman viestimen ja Internet-verkon välillä GSM-solukkoverkon kautta, 114132

Kuva 6 esittää erästä esimerkkiä radiovirtaustunnuksen luomisesta havaittaessa tiedonsiirtovirtaus langattomassa tiedonsiirtoverkossa, ja 5

Kuvat 7a ja 7b esittävät eräitä esimerkkejä pakettien lähetyssekvens-seistä tunnetun tekniikan mukaisesti ja keksinnön mukaisella radiovirtaustunnuksella lähetettäessä.

10 Seuraavassa keksintöä selostetaan käyttämällä GSM-solukkoverkkoa esimerkkinä langattomasta tiedonsiirtoverkosta ja GSM-järjestelmän langatonta viestintä langattomana Internet-päätelaitteena, mutta keksintöä voidaan soveltaa myös muissa langattomissa tiedonsiirtoverkoissa ja langattomissa telepäätelaitteissa, joissa on mahdollisuus pakettivälit-15 teiseen tiedonsiirtoon. Tällainen langaton viestin 1 voi olla muodostettu myös tietokoneesta, esim. kannettavasta tietokoneesta, johon on kytketty langaton tiedonsiirtolaite, kuten radiomodeemi.

Tietovirtauksella tässä selityksessä tarkoitetaan samaan yhtey-20 teen/sovellukseen kuuluvien tietopakettien siirtoa. Vastaavasti langaton tietovirtaus tarkoittaa samaan yhteyteen/sovellukseen kuuluvien tietopakettien siirtoa langattomasii, edullisesti radiotien välityksellä, jolloin ·:··: käytetään myös nimitystä radiovirtaus. Paketit voivat olla esim. Internet- ;’j*; protokollan mukaisia paketteja tai GSM-solukkoverkon GPRS-paket-25 teja. GPRS-pakettivälitysjärjestelmässä on siirtoyhteystasolla mahdol-.··. lista olla 14 samanaikaista yhteyttä yhdessä päätelaitteessa Γ! (langattomassa viestimessä). GPRS-pakettivälityksessä on paketit tällä hetkellä mahdollista priorisoida neljään eri tasoon. Tälle prioriteetti- i i * ' tiedolle varattu paketin kenttä voidaan muuttaa tämän keksinnön mu-30 kaiseksi radiovirtaustunnukselle varatuksi kentäksi. Mikäli halutaan v.: muodostaa tarvittaessa vähintään yhtä monta radiovirtausta kuin sa- v: : manaikaisten yhteyksien määrä, varataan radiovirtaustunnukselle vas- ....: taava määrä bittejä. Prioriteettikentän lisäksi tarvitaan tällöin kaksi li- säbittiä.

35 v ·' Kukin yhteys voi liittyä yhteen sovellukseen, mutta samaan sovelluk- :/·; seen voi liittyä useampikin kuin yksi yhteys. Näiden samaan sovelluk seen kuuluvien eri yhteyksien tiedonsiirtovirtaukset voidaan identifioida 13 114132 pakettien otsikkokentässä olevista lähettäjän ja vastaanottajan osoite-ja porttitiedoista.

Kuvassa 4 on esitetty pelkistettynä kaaviona langattoman Internet-5 päätelaitteen kytkeytymistä Internet-verkkoon. Järjestelmä koostuu langattomasta viestimestä 1, radioverkosta 2 ja ydinverkosta 3. Radioverkko käsittää toiminnot tiedonsiirron aikaansaamiseksi langattoman viestimen 1 ja ydinverkon 3 välille sekä langattomien resurssien hallitsemiseksi, langattomien tietovirtausten (wireless data flows, radio 10 flows) muodostamiseksi ja purkamiseksi, yhteyden siirtämiseksi oh-jainasemalta toiselle (handover) ja mahdollisesti myös pakettien kom-pressoimiseksi esim. IPv6-standardin mukaan. Tässä esimerkissä radioverkon toiminnallisia osia ovat yhteysasema 4, 4' (AP, Access Point) ja yhteysaseman ohjain 5 (APC, Access Point Controller). Yhteys-15 aseman 4 ja langattoman viestimen 1 välille muodostetaan radioyhteys, jossa siirretään mm. yhteyden muodostamisessa tarvittavia signaaleita ja yhteyden aikana informaatiota, kuten Internet-sovelluksen tietopaketteja. Yhteysaseman ohjain 5 kontrolloi yhtä tai useampaa yhteys-asemaa 4, 4‘ ja niiden kautta muodostettuja yhteyksiä langattomiin 20 viestimiin 1. Radioverkossa 2 voi olla useita yhteysaseman ohjaimia 5, 5', 5". GSM-solukkoverkossa yhteysasemana 4, 4' on tukiasema ja yhteysaseman ohjaimena 5, 5', 5" tukiasemaohjain.

• ·

Ydinverkko muodostuu Internet-verkossa langallisesti yhteydessä ole-25 vista solmuista, kuten reitittimistä ja langallisista Internet-päätelaitteista.

* ·

Ydinverkko voidaan jakaa ns. toimialueisiin (domain). Näillä toimialu-eilla on palvelintietokone tai vastaava reititin, jonka avulla toimialue voi olla tiedonsiirtoyhteydessä muihin toimialueisiin Internet-verkossa.

30 Toimialueella olevat Internet-päätelaitteet on puolestaan kytketty toimi- • · • v alueen reitittimeen. Kuvan 4 ydinverkossa on esitetty kaksi tällaista v ‘ toimialuetta 6, 6', jotka on tarkoitettu palvelemaan langattomia viestimiä 1. Näillä toimialueilla 6, 6‘ on liikkuvan toimialueen reitittimet 7, 7' (MD-router), jotka ohjaavat toimialueeseen 6, 6' yhdistettyjä yhteysaseman 35 ohjaimia 5, 5‘, 5". Liikkuvuus on Internet-protokollan versiossa 6 ai-ν' : kaansaatu lisäämällä protokollaan tiedonvälitysmenetelmä, jolla toimi- alueet voivat välittää tietoa toimialuetta vaihtaneesta langattomasta In-ternet-päätelaitteesta. Tästä tiedonvälitysmenetelmästä käytetään 14 11413? tässä selityksessä nimitystä kotivälittäjä (Home Agent). Internet-proto-kollan standardiversiossa 6 IPV 6 on tarkemmin kuvattu tämän kotivälit-täjän toimintaa ja johon tässä yhteydessä viitataan. Liikkuvan toimialueen reititin 7, 7' sisältää dynaamisen päätelaitteen konfigurointiprotokol-5 lan version 6 DHCPv6 toiminnalliset ominaisuudet ja langattoman viestimen 1 liikkuvuuden seurannan liikkuvaan toimialueeseen 6, 6' liittyneiden yhteysaseman ohjaimien 5, 5\ 5" välillä. Mainittakoon, että liikkuvan toimialueen reitittimen 7, 7' ja yhteysaseman ohjaimen 5, 5', 5" välillä voi joissakin toimialueissa olla yksi tai useampi tavanomainen 10 reititin, vaikka oheisessa kuvassa 4 näitä mahdollisia reitittimiä ei ole esitetty. Liikkuvan toimialueen reititintä 7, 7" vastaava elementti GSM-soluverkossa, jossa on käytössä pakettivälitteinen sanomanvälitys GPRS (General Packet Radio Service), GPRS-tukisolmu SGSN (Serving GPRS Support Node). Koti välittäjää vastaava elementti maini-15 tussa GSM-solukkoverkossa on GPRS-tukisolmujen yhdysväylä GGSN (Gateway GPRS Support Node).

Tässä selityksessä esimerkkinä käytettävä verkkoarkkitehtuuri antaa yleiskuvan siitä, miten palvelun laatutaso voidaan määrittää kaistarajoi-20 tetuissa radioverkoissa liityttäessä Internet-verkkoon. Tässä arkkitehtuurissa on kaksi liityntärajapintaa: radiorajapinta ja radioverkko-ydin-verkkorajapinta. Radiorajapinta muodostuu siis langattoman viestimen ·:··: 1 ja yhteysaseman 4, 4' väliseen liikennöintiin. Radioverkko-ydinverkko- rajapinta muodostuu vastaavasti yhteysasemaohjaimien 5, 5', 5" ja liik-25 kuvan toimialueen reitittimien 7, 7" välisestä liitynnästä.

Langattoman viestimen 1 käyttäjä voi käyttää Internet-verkkoa esim.

;!;* siten, että langattomassa viestimessä 1 käynnistetään tähän tarkoituk seen suunniteltu sovellusohjelma, kuten selainohjelma (Browser). So-30 vellusohjelmassa langattoman viestimen käyttäjä asettaa kohdeosoit- • · Λ: teeksi haluamansa Internet-palvelimen tai Internet-päätelaitteen osoit- v : teen, esimerkiksi sen palvelun tarjoajan Internet-palvelimen osoitteen, jonka kanssa langattoman viestimen käyttäjä on tehnyt sopimuksen In-.···. ternet-palveluiden käyttämisestä. Kuten jo aikaisemmin tässä selityk- "* 35 sessä on esitetty, tämä Internet-osoite voidaan ilmoittaa neliosaisena v : oktettinumerosarjana tai voidaan käyttää tekstimuotoisia osoitteita, jol- ·/· loin palvelimessa oleva nimipalvelin (domain name server) muuttaa tekstimuotoisen osoitteen Internet-protokollan mukaiseksi lukusarjaksi.

15 114132

Kuvassa 5 on kaaviona esitetty tilanne, jossa langaton viestin 1 on kytketty Internet-verkkoon digitaalisen solukkoverkon välityksellä käyttäen pakettivälitteistä tiedonsiirtoa GPRS. Langaton viestin 1 kommunikoi 5 yhteysaseman 4 kanssa jollakin järjestelmälle varatun taajuusalueen kanavalla. Tämä yhteysasema 4 on GSM-solukkoverkossa tukiasemajärjestelmän (BSS, Base Station Subsystem) tukiasema (BTS, Base Tranceiver Station). Yksi yhteysasema 4 muodostaa solukkoverkon yhden solun radiorajapinnan. Yhteysasema 4 toimii langattoman viesti-10 men 1 ja yhteysaseman ohjaimen 5 välillä siirrettävän informaation vä-littimenä. Yhteysaseman ohjaimen keskeisenä tehtävänä on kanavien hallinta radiorajapinnassa ja yhteyden siirto yhdeltä yhteysasemalta 4 toiselle yhteysasemalle 4' tilanteessa, jossa langaton viestin 1 liikkuu solusta toiseen.

15

Kuvataan seuraavaksi tiedonsiirtoa toisesta Internet-päätelaitteesta langattomaan viestimeen 1. Langattoman viestimen 1 Internet-sovellus, johon informaatio lopulta siirretään, lähettää edellä esitetyn osoitteen lähettävän Internet-päätelaitteen määrittämiseksi. Tiedonsiirto suorite-20 taan GPRS-standardin mukaisesti matkviestimestä 1 GSM-solukko-verkkoon. GSM-solukkoverkko muuttaa pakettisanoman Internet-proto-kollan mukaiseksi sanomaksi ja välittää sen Internet-verkkoon. Sovel-·:··· luksessa muodostettu informaatio siirretään langattomaan viestimeen 1

Internet-protokollan mukaisesti Internet-verkon kautta sinänsä tunne-25 tusti reitittämällä GSM-solukkoverkkoon, jossa informaatio muunnetaan solukkoverkon pakettivälitysmekanismien mukaiseksi, tässä tapauk-sessa GPRS-verkon paketeiksi. Informaatio välitetään edelleen yh-teysaseman ohjaimen 5 kautta yhteysasemalle 4 ja edelleen langatto-* maan viestimeen 1, jossa vastaanotettu sanoma välitetään sovellus- 30 tasolle sovelluksen käsiteltäväksi.

T: Seuraavassa kuvataan keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mu- kaista menetelmää radiovirtauksen tunnuksen muodostamiseksi langat-... toman viestimen 1 ja yhteysaseman 4, 4' välisessä tiedonsiirrossa. So- ".·’ 35 velluksena on langattoman viestimen 1 Internet-sovellus, josta lähete-v:’: tään Internet-protokollan mukaista informaatiota Internet-verkkoon.

Tässä selityksessä ei tarkemmin kuvata langattoman viestimen 1 ja matkaviestinverkon välistä pakettien muodostusta, joka voi vaihdella eri 16 11413? matkaviestinverkoissa ja on alan asiantuntijan sinänsä tuntemaa tekniikkaa. Kuvassa 6 on esitetty periaatteellisena kaaviona tätä radio-virtaustunnuksen muodostusta langattoman viestimen 1 ja yhteys-aseman ohjaimen 5 väliseen tiedonsiirtoon. Kaikki tiedonsiirto on pa-5 kettipohjaista ja reititetään Internet-protokollan mukaisesti. Langattoman viestimen radiovirtauksen välittäjä (MRFA, Mobile Terminal Radio Flow Agent), joka on toteutettu edullisesti langattoman viestimen 1 sovellusohjelmistossa, alkaa lähettää radiovirtauksen informaatiopaketteja, joissa käytetään oletusvirtaustunnusta (Default Flow ID). Yhteys-10 asemalla 4 yhteysaseman radiovirtauksen välittäjä (ARFA, Access Point Radio Flow Agent) välittää virtauksen eteenpäin yhteysaseman ohjaimelle 5. Yhteysaseman ohjaimessa 5 reititinmatriisi (RM, Router Matrix) (ei esitetty) välittää virtauksen virtauksenhallintalohkolle (RFM, Radio Flow Manager). Yhteysaseman ohjain 5 havaitsee, että tämä 15 virtaus on sellainen, jolle pyritään muodostamaan radiovirtaustunnus tietyn palvelun laatutason aikaansaamiseksi (lohko 601 kuvassa 6). Yhteysaseman ohjain 5 selvittää, onko sillä hetkellä riittävästi resursseja käytettäväksi tiedonsiirrossa langattoman viestimen 1 ja yhteys-aseman 4 välillä, jotta haluttu palvelun laatutaso kyseiselle virtaukselle 20 FID voitaisiin saavuttaa (lohko 602). Mikäli resursseja on riittävästi vapaana, valitsee virtauksenhallintalohko RFM virtaukselle uuden virtaus-tunnuksen välitettäväksi yhteysaseman 4 kautta langattoman viestimen ·:··; 1 radiovirtauksen välittäjälle MRFA. Virtaustunnuksen valinnassa käyte- tään TCP/IP-portteja ja/tai lähettävän Internet-päätelaitteen ja vas-25 taanottavan Internet-päätelaitteen osoitteita. Tämä virtaustunnus on * · ... esimerkiksi 20 bittinen tieto, joka välitetään langattomaan viestimeen 1 :1;1 yhteysaseman 4 kautta. Kuvassa 6 tämä vaihe on merkitty nuolella 603

• I

ja vaikka se on yhdistetty suoraan yhteysaseman ohjaimesta 5 langat-; tomaan viestimeen 1 käytännön sovelluksissa se välitetään fyysisesti 30 yhteysaseman 4 kautta. Langattomassa viestimessä 1 käsitellään tämä ,v saapunut virtaustunnus ja langaton viestin 1 muodostaa tämän perus- T: teella lyhyemmän virtaustunnuksen, tässä sovellusesimerkissä 8 bitti- sen virtaustunnuksen, jolloin yhdessä langattomassa viestimessä 1 * · t...t voidaan samanaikaisesti käyttää 256 eri virtaustunnusta eri Internet- ·;·’ 35 sovelluksia varten.

t ·» 1 · • »·

• I

17 11413?

Yhteysaseman ohjain 5 välittää saman virtaustunnuksen myös yhteys-asemalle 4 (nuoli 604), lisäksi tässä voidaan välittää tieto siitä, minkälaista palvelun laatutasoa tälle virtaukselle halutaan.

5 Langattomassa viestimessä 1 muodostettu lyhyempi virtaustunnus, jota tässä selityksessä jatkossa nimitetään radiovirtaustunnukseksi (RFID,

Radio Flow ID), välitetään langattomasta viestimestä 1 langattoman viestimen radiorajapinnan MT/RP kautta yhteysasemalle 4. Kuten tunnettua, kullakin solukkoverkon langattomalla viestimellä on oma laite-10 tunnuksensa tai vastaava yksilöllinen tunnus, jonka perusteella solukkojärjestelmän langattomat viestimet voidaan erotella toisistaan. Langattoman viestimen radiorajapinta MT/RP käsittää sinänsä tunnetusti mm. radiolähetin/vastaanottimen (ei esitetty) sekä koo-daus/dekoodausvälineet (ei esitetty), mutta tämän radiorajapinnan 15 yksityiskohtaisempi käsittely ei tässä yhteydessä ole tarpeen. Tämä langattoman viestimen tunnus MSID (Mobile Station ID), joka GSM-jär-jestelmässä on edullisesti kansainvälinen laitetunnus IMEI (International Mobile Equipment Identity), välitetään langattomalta viestimeltä 1 yhteysasemalle 4 lähetettävien sanomien lähetyksen yh-20 teydessä (nuolet 605 ja 606). Yhteysasemalla 4 on nyt selvillä virtauksen tunnus FID, radiovirtauksen tunnus RFID sekä langattoman viestimen tunnus MSID. Yhteysasema 4 pystyy tämän jälkeen langattomasta ·:··: viestimestä tulevien radiovirtaustunnusten RFID ja langattoman viesti- men tunnuksen MSID perusteella yhdistämään virtauksen alkuperäi-...: 25 seen laajempaan virtaustunnukseen FID. Yhteysasema 4 lähettää ··., kuittaussanoman langattomalle viestimelle 1 (nuolet 607 ja 608) ja yh- teysaseman ohjaimelle 5 (nuoli 609). Tämän jälkeen myös langaton viestin lähettää kuittauksen yhteysaseman ohjaimelle 5 (nuoli 610).

’·* * Tämän jälkeen langattoman viestimen 1 ja yhteysaseman ohjaimen 5 30 välillä on haluttua palvelun laatutasoa vastaava yhteys (tätä esittää X: lohko 611).

t ·

Yhteysaseman ohjaimelle 5 voi tulla myös Internet-verkosta tietovirtaus, * » joka on osoitettu langattoman viestimen 1 Internet-sovellukseen. Tällöin 35 yhteysaseman ohjain 5 havaitsee, että tälle virtaukselle voidaan mää-v : rittää virtaustunnus, jolloin yhteysaseman ohjain 5 tutkii virtaukselle halutun palvelutason ja selvittää, onko riittävästi resursseja käytettävissä halutun palvelutason saavuttamiseksi ja ylläpitämiseksi. Tässä 18 114132 yhteysaseman ohjain 5 huomioi myös muut sillä hetkellä aktiivisena olevat radiovirtaukset ja selvittää, voidaanko haluttu palvelutaso antaa tälle virtaukselle vaarantamatta aktiivisten virtausten palvelutasoa. Mikäli palvelutaso on saavutettavissa, suoritetaan edellä esitetty signa-5 lointi, jolla radiovirtaukselle määritetään mm. virtaustunnus.

Siinä tilanteessa, että radiotiellä ei ole käytettävissä riittävästi resursseja halutun palvelun laatutason saavuttamiseksi, voidaan toimia esim. siten, että radiovirtausta jatketaan alemmalla laatutasolla, esimerkiksi 10 parhaan yrityksen (best effort) mukaisella lähetyksellä, jolloin tästä voidaan informoida virtauksen lähettänyttä Internet-päätelaitetta. Tarvittaessa voidaan tiedustella käyttäjältä, siirretäänkö informaatiota haluttua palvelun laatutasoa alemmasta tasosta huolimatta, vai keskeytetäänkö informaation siirto.

15

Toisesta Internet-päätelaitteesta lähetetty Internet-protokollan mukainen informaatio välitetään normaaleja Internet-protokollan mekanismeja käyttäen solukkoverkkoon. Solukkoverkossa sanoma muunnetaan solukkoverkon pakettivälitysmekanismeja vastaavaksi sanomaksi ja väli-20 tetään se yhteysaseman ohjaimelle 5. Yhteysaseman ohjain 5 liittää sanomaan virtaustunnuksen FID ja lähettää sanoman edelleen yhteys-asemalle 4. Yhteysasemalla 4 tutkitaan tämän virtaustunnuksen FID :··: perusteella se, mikä on sitä vastaava radiovirtaustunnus RFID ja mat- kaviestintunnus MSID. Tämän jälkeen yhteysasemassa 4 virtaustunnus 25 FID poistetaan ja sen tilalle liitetään radiovirtaustunnus RFID. Tällä ta- * · voin voidaan vähentää pakettien mukana siirrettävää informaatiota :*;* (tässä esimerkissä 20 -8 = 12 bittiä), mikä vähentää radioverkon kuormitusta ja mahdollistaa radioverkon tehokkaamman hyödyntämi-·*’ : sen. Tätä on havainnollistettu vielä oheisessa kuvassa 7a, joissa on 30 neljä lähetysjonoa 701, 702, 703, 704, joissa on radiovirtausten paket-,0 teja. Kunkin jonon paketteihin on esimerkinomaisesti merkitty sen yh- ;T: teyden numero (1—7), johon paketti kuuluu. Näistä jonoista yhteys- aseman ohjain 5, 51, 5" valitsee kulloinkin lähetettävän paketin ennalta ... määrättyjen kriteerien perusteella. Tunnettua tekniikkaa esittää en- *:*’ 35 simmäinen lähetyssekvenssi 705, jossa lähetysjärjestys määräytyy lä-v": hinnä jonolle asetetun prioriteetin perusteella. Prioriteettijärjestys on tässä esimerkissä seuraava: korkein prioriteetti ensimmäisellä jonolla 701, seuraavaksi toisella jonolla 702, kolmannella jonolla 703 ja alin 19 114132 prioriteetti neljännellä jonolla 704. Otsikkokenttiä on kuvattu H-kirjaimilla kussakin paketissa.

Keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaista informaation siir-5 toa esittää toinen lähetyssekvenssi 706. Tässä tilanteessa jonojen 701 —704 lähetysjärjestys määräytyy jonoa vastaavalle radiovirtaukselle asetetun palvelun laatutason mukaisesti siten, että korkein laatutaso on asetettu ensimmäiselle jonolle 701, seuraavaksi korkein toiselle jonolle 702, tämän jälkeen tulee kolmas jono 703 ja alin palvelun laatutaso on 10 asetettu neljännelle jonolle 704. Radiovirtaustunnukset on merkitty tähän toiseen lähetyssekvenssiin 706 viitenumerolla 707.

Langaton viestin 1 vastaanottaa tämän lähetyssekvenssin mukaisesti lähetetyn pakettisanoman ja välittää siinä olevan informaation vastaa-15 valle sovellukselle. Langattomassa viestimessä 1 on myös kytkentä-taulukko tai vastaava, jossa on tieto siitä, mitä sovellusta tietty radio-virtaustunnus RFID vastaa. Myös lähetys langattomasta viestimestä 1 Internet-verkkoon suoritetaan samaa periaatetta noudattaen käänteisesti.

20

Pakettien lähetyssekvenssin muodostuksessa voidaan huomioida mm. jonojen 701—704 lukumäärä, virheiden aiheuttamat uudelleenlähetys-·...: tarpeet, tilastollinen multipleksaus kiinteän mittaisille paketeille, pyrki- mys keskimääräisen viiveen pienentämiseen ja kanavan mahdollisiin- * · · 25 man tehokas hyödyntäminen.

• ·

Palvelun laatutason QoS määrittämisessä voidaan käyttää hyväksi In-·* ternet-sanomassa tulevan sovelluksen otsikkokentässä olevia tietoja, v : Tällä hetkellä ollaan kehittämässä standardia sille, kuinka nämä palve- 30 lun laatutasot voitaisiin esittää ja mitä ne olisivat. Joka tapauksessa In- X*: ternet-protokollan mukaisessa sanomassa on otsikkokentässä tieto so- T: velluksen tyypistä, joka voi olla esim. audiosovellus, videosovellus, X; datasovellus tai näiden yhdistelmä. Tällaisilla erityyppisillä sovelluksilla ... on erilaiset vaatimukset. Esimerkiksi audio- ja videosovelluksien reaa- 35 liaikaisuus yleensä edellyttää sitä, että paketit on toimitettava tietyn v:’: vasteajan kuluessa vastaanottajalle tai muuten paketit on hylättävä.

:\i Sen sijaan datasiirrossa, esimerkiksi siirrettäessä ohjelmatiedostoja on tärkeää tiedonsiirron virheettömyys, ei niinkään reaaliaikaisuus. Nykyi- 20 114132 sin tunnetuissa menetelmissä ja solukkoverkoissa suunnitteluvaiheessa määritetään tiedonsiirron virhetodennäköisyys, jonka perusteella voidaan valita virheenkorjausalgoritmit ja asettaa esim. maksimi uudelleenlähetysten määrä. Kaikki paketti-informaatio siirretään samo-5 jen kriteerien mukaisesti. Jos jokin paketti siirretään virheellisesti, lähetetään se uudelleen. Näitä uudelleenlähetyksiä suoritetaan joko niin kauan, että paketti saadaan oikein vastaanotettua, tai mikäli paketille on määritetty vasteaika, paketti hylätään, jos sitä ei saada oikein vastaanotettua määritellyn ajan kuluessa, tai maksimi uudelleenlähetysten 10 määrä ylittyy. Koska audio- ja videosovelluksissa riittäisi jopa osittain virheellisesti vastaanotettu informaatio, kuormittaa tämä uudelleenlähetys turhaan radioverkkoa. Lisäkuormitus toisaalta vähentää muiden sovellusten käytettävissä olevia radioresursseja ja näin ollen vaikuttaa myös muiden sovellusten saamaan palvelutasoon. Virheiden havait-15 semiseen ja korjaukseen on kehitetty useita menetelmiä, jotka ovat alan asiantuntijan tuntemaa tekniikkaa, joten niiden tarkempi käsittely tässä yhteydessä ei ole tarpeen. Mainittakoon vielä se, että virheiden paljastus- ja korjausalgoritmien virheenpaljastus- ja virheenkorjauskyvyn lisääminen lisää tiedonsiirtotarvetta. Nämä vastakkaiset vaatimukset 20 asettavat rajan sille, kuinka tehokas algoritmi valitaan, ettei tiedonsiirto tarpeettomasti hidastuisi.

: Keksinnön mukaista menetelmää käytettäessä voidaan määritellä eri palvelutasoja, joilla on erilaiset vaatimukset. Esimerkiksi audio- ja vi- < · · 25 deopaketeille voidaan määritellä huonompi virhetodennäköisyysvaati-mus kuin datapaketeille. Toisaalta reaaliaikavaatimuksesta johtuen voi- * daan audio- ja videopaketeille määritellä korkeampi prioriteetti kuin da-tapaketeille. Tällöin datapaketit lähetetään hitaammassa tahdissa, mikäli radioverkko on kuormitettu. Palvelun laatutasoa kuvaavia kriteerejä 30 voivat lisäksi olla mm. vasteaika, jonka kuluessa paketti on vastaan-V: otettava tai muuten se hylätään. Näitä eri kriteerejä yhdistämällä saa- T: daan useita erilaisia palvelutasoja ja palvelutason määrityksissä voi- ( ’ . daan käyttää myös muita kuin edellä mainittuja kriteerejä.

• · »1* * · ·;· 35 Nämä palvelutasot ja niitä vastaavat tutkittavat otsikkokentän bitit on :T: esimerkiksi taulukoitu yhteysaseman ohjaimella 5, jolloin tutkimalla näitä otsikkokentän bittejä, yhteysaseman ohjain 5 hakee taulukosta » · sitä vastaavan laatutason. Näille laatutasoille on yhteysaseman ohjai- 114132 21 mella 5 tallennettuna tieto kunkin laatutason erityisvaatimuksista, joista edellä mainittiin mm. virhetodennäköisyys, prioriteetti ja vasteaika.

Nämä palvelun laatutasomääritykset välitetään yhteysaseman ohjai-5 meitä 5 yhteysasemalle 4, joka näiden perusteella suorittaa mm. lähetettävänä olevien pakettien lähetysjärjestyksen määrittämisen. Samanaikaisesti voi yhden yhteysaseman 4 välitettävänä olla useita Internet-sovelluksia. Näille eri sovelluksille muodostetaan sopivimmin kullekin oma jono, johon paketteja siirretään lähetystä varten. Näiden eri jonois-10 sa olevien pakettien välillä yhteysasema 4 kulloinkin valitsee kulloinkin lähettävän paketin.

Keksinnön mukaisen radiovirtaustunnuksen avulla voidaan parantaa järjestelmän hyötysuhdetta myös siten, että pitkien pakettien lähetys 15 voidaan jakaa osiin siten, että osien välissä tarvittaessa lähetetään yksi tai useampi korkeamman palvelun laatutason paketti. Nämä osat voivat olla esim. aikajakoisessa radiolinkissä yksi aikajakso. Tunnetun tekniikan mukaisissa järjestelmissä koko paketti on siirrettävä peräkkäisissä aikajaksoissa, koska vastaanottaja ei muuten pysty tunnistamaan sitä, 20 mihin virtaukseen paketin osa kuuluu. Keksinnön mukaisessa järjestelmässä paketin osat voidaan tunnistaa radiovirtaustunnuksen perusteella. Tämä tilanne on esitetty oheisessa kuvassa 7b, jossa on esitetty : neljä jonoa. Kussakin jonossa on yksi tai useampi paketti lähetettävänä.

Tunnetun tekniikan mukaista lähetystä esittää ensimmäinen lähetys-

I · I

25 sekvenssi 705 ja keksinnön mukaisesti radiovirtaustunnuksella varustettujen pakettien lähetystä esittää toinen lähetyssekvenssi 706. Tällöin ei myöskään tarvita niin monen aikajakson kestävää uudelleenlähetys-tä, koska koko paketin uudelleenlähetyksen sijasta vain virheellisesti vastaanotettu paketin osa tai -osat lähetetään uudelleen.

30 V: Keksinnön mukaista palvelun laatutason määritystä voidaan käyttää i myös muissa pakettivälitteisissä tiedonsiirtoprotokollissa ja tietoverkois- sa. Lisäksi keksintöä voidaan soveltaa lnternet-verkoista tunnettujen reititysten lisäksi Internet-verkkoihin kehitetyissä kytkentäratkaisuissa, ‘l*’ 35 joissa reitittimessä tutkitaan tietovirtauksista niiden välinen reitti ja suoritetaan kytkentä laitteistotasolla.

* < · » » 22 114132

Edellä kuvattu menetelmä palvelun laatutasoa tukevaksi menetelmäksi soveltuu käytettäväksi myös yhdessä Internetin resurssinvarausproto-kollan RSVP kanssa. Tällöin tiedonsiirtovirtauksia tarkkailevassa yhteysaseman ohjaimessa 5, 51, 5" voidaan huomioida myös tiedon-5 siirtovirtauksessa oleva tieto lähettävän osapuolen esittämästä palvelun laatutasosta. Yhteysaseman ohjaimeen 5, 51, 5" muodostettu vir-tauksenhallintalohko RFM tallentaa päätelaitteen haluaman palvelun laatutason parametrit ja selvittää sen, onko haluttu palvelun laatutaso saavutettavissa. Mikäli haluttu palvelun laatutaso on saavutettavissa, 10 voidaan kyseiselle tiedonsiirtovirtaukselle asettaa haluttua palvelun laatutasoa vastaavat parametrit.

Keksintöä ei ole rajoitettu ainoastaan edellä esitettyihin suoritusmuotoihin, vaan sitä voidaan muunnella oheisten patenttivaatimusten puit-15 teissä.

* » · » · i * t • · » · » ·

Claims

114132

1. Menetelmä palvelun laatutason (QoS) tukemiseksi radioverkkoon tiedonsiirtoyhteydessä olevan langattoman päätelaitteen (1) ja tietover- 5 kon (LN) välisessä pakettivälitteisessä tiedonsiirrossa, jossa tiedonsiirtoa langattoman päätelaitteen (1) ja radioverkon (2) välillä ohjataan ainakin yhdellä yhteysaseman ohjaimella (5, 5', 5"), ja jossa menetelmässä langattoman päätelaitteen (1) ja yhteysaseman ohjaimen (5, 5', 5") välillä siirretään tietoa radiovirtauksissa, määritetään ainakin yhdelle 10 radiovirtaukselle radiovirtaustunnus (RFID), ja radiovirtaukselle määritetään palvelun laatutaso (QoS), tunnettu siitä, että menetelmässä palvelun laatutaso (QoS) määritetään keskitetysti.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 15 palvelun laatutaso (QoS) määritetään yhteysaseman ohjaimella (5, 5', 5").

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että palvelun laatutason (QoS) määrityksessä käytetään siirrettävien 20 pakettien sisältöä, sopivimmin pakettien otsikkokentän (H) sisältöä.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tiedonsiirto jaetaan ainakin verkkokerrokseen ja fyysiseen kerrokseen, jolloin menetelmässä tiedonsiirto suoritetaan verkkokerroksen paket- ! 25 teinä, joista muodostetaan fyysisen kerroksen paketteja siirrettäväksi radiovirtauksena, ja että palvelun laatutaso (QoS) määritetään verkko-kerroksen pakettien sisällön perusteella. * · * · ♦ V

·* 5. Jonkin patenttivaatimuksen 1—4 mukainen menetelmä, tunnettu 30 siitä, että radiovirtauksen paketit muodostetaan Internet-protokollan : · mukaisista paketeista. • · • ♦

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1—5 mukainen menetelmä, tunnettu : siitä, että radiovirtauksen paketteja siirretään radioverkossa (2) GPRS- :···: 35 paketteina.

7. Jonkin patenttivaatimuksen 1—6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmässä 114132 siirretään useita eri radiovirtauksia pakettimuotoisena tiedonsiirtona langattoman päätelaitteen (1) ja radioverkon (2) välillä, ja yhden radiovirtauksen pakettien välissä lähetetään toisen radiovir-tauksen paketti. 5

8. Järjestelmä palvelun laatutason (QoS) tukemiseksi pakettivälitteisessä tiedonsiirrossa radioverkossa (2), joka järjestelmä käsittää: ainakin yhden radioverkkoon (2) tiedonsiirtoyhteydessä olevan langattoman päätelaitteen (1), 10. välineet (7, 103, GGSN) tiedon siirtämiseksi radioverkon (2) ja tie toverkon (3, LN) välillä, välineet (5, 5', 5") tiedonsiirron ohjaamiseksi langattoman päätelaitteen (1) ja radioverkon (2) välillä, ja välineet (4, 4', 102) tiedon siirtämiseksi langattoman päätelaitteen 15 (1) ja yhteysaseman ohjaimen (5, 5', 5") välillä radiovirtauksissa, välineet (5, 5', 5", 103, RFM) radiovirtaustunnuksen (RFID) määrittämiseksi ainakin yhdelle radiovirtaukselle, ja välineet (5, 5', 5") palvelun laatutason (QoS) määrittämiseksi radiovirtaukselle, 20 tunnettu siitä, että välineet (5, 5', 5") palvelun laatutason (QoS) määrittämiseksi radiovirtaukselle käsittävät välineet (5, 5', 5", 103) palvelun laatutason (QoS) määrittämiseksi keskitetysti. « « φ

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että * . 25 välineet (5, 5', 5", 103) palvelun laatutason (QoS) määrittämiseksi keskitetysti käsittävät yhteysaseman ohjaimen (5, 5', 5").

• ; 10. Patenttivaatimuksen 8 tai 9 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, v : että se käsittää välineet (RFM) palvelun laatutason (QoS) määrittämi- 30 seksi siirrettävien pakettien sisällön, sopivimmin pakettien otsikko-kentän (H) sisällön perusteella.

11. Patenttivaatimuksen 8, 9 tai 10 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että se käsittää välineet (7, 103) radiovirtauksen pakettien muo-*·:*’ 35 dostamiseksi Internet-protokollan mukaisista paketeista. • · 11413?

12. Jonkin patenttivaatimuksen 8—11 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että se käsittää välineet (GGSN, SGSN) tiedonsiirron suorittamiseksi radioverkossa (2) GPRS-paketteina.

13. Jonkin patenttivaatimuksen 8—12 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että se käsittää: välineet ainakin ensimmäisen ja toisen radiovirtauksen siirtämiseksi pakettimuotoisena tiedonsiirtona langattoman päätelaitteen (1) ja radioverkon (2) välillä, ja 10. välineet (5, 5', 5") toisen radiovirtauksen paketin lähettämiseksi ensimmäisen radiovirtauksen pakettien välissä.

14. Langaton viestin (1), joka käsittää välineet tiedon siirtämiseksi radioverkkoon (2), jossa on: 15. välineet (7, 103, GGSN) tiedon siirtämiseksi radioverkon (2) ja tie toverkon (3, LN) välillä, välineet (5, 5', 5") tiedonsiirron ohjaamiseksi langattoman viestimen (1) ja radioverkon (2) välillä, ja välineet (4, 4', 102) tiedon siirtämiseksi langattoman viestimen (1) 20 ja yhteysaseman ohjaimen (5, 5', 5") välillä radiovirtauksissa, välineet (MRFA) ainakin yhden radiovirtauksen radiovirtaustunnuk-sen (RFID) muodostamiseksi, ja - välineet (MRFA) mainitun radiovirtauksen radiovirtaustunnuksen (RFID) liittämiseksi langattomasta viestimestä (1) lähetettäviin ! 25 mainitun radiovirtauksen paketteihin, tunnettu siitä, että langaton viestin (1) käsittää lisäksi välineet (5, 5', • ; 5", 103) palvelun laatutasoon (QoS) liittyvän informaation lähettämiseksi radioverkkoon (2) palvelun laatutason (QoS) määrittämi-seksi mainitulle radiovirtaukselle keskitetysti mainitussa 30 radioverkossa (2). 114132