Verbeterd telecommunicatienetwerk en cellulair eindapparaat en schakelaar daarbij toegepast.
De huidige uitvinding heeft betrekking op een verbeterd telecommunicatienetwerk.
De huidige telecommunicatiemarkt is zoals bekend opgebouwd rond drie succesvolle telecommunicatienetwerken en de ermee geassocieerde diensten, namelijk de vaste telefonie, de cellulaire telefonie en het internet.
Elk van deze drie bekende telecommunicatienetwerken is gebaseerd op een speciaal voor dat netwerk aangelegde infrastructuur, waarbij de infrastructuur voor elk netwerk in hoofdzaak bestaat uit vijf onderdelen, met name:
- eindapparaten voor de eindgebruikers, zoals telefoons voor vaste telefonie, cellulaire telefoons, zoals GSM's, persoonlijke computer en dergelijke;
- schakelaars voor vaste telefonie en voor cellulaire telefonie en routers voor het internet;
- transmissie-infrastructuur tussen de schakelaars of routers;
- een toegangsnetwerk dat de verbinding vormt tussen de laatste schakelaar en de gebruiker, dat voor internet en telefonie typisch bestaat uit gevlochten paren, coaxiale kabel, optische vezel of radio, welk toegangsnetwerk eventueel actieve componenten voor onder andere multiplexering van meerdere kanalen op één fysische drager omvat en dat voor cellulaire telefonie bestaat uit een radioverbinding over cellulaire base stations en opnieuw eventueel actieve componenten voor onder andere multiplexering; en,
een intelligentie in de vorm van functionaliteiten, zoals onder meer facturatie en diensten met toegevoegde waarde zoals doorschakelen, terugbellen en dergelijke meer.
Er bestaat een markt voor elk van deze drie bekende telecommunicatienetwerken en hun geassocieerde diensten, waarbij de vaste telefonie voornamelijk gebruikt wordt voor spraak aan hoge kwaliteit met een relatief lage kost, terwijl de cellulaire telefonie eerder geschikt is voor mobiele spraak aan een hogere kostprijs maar vaak met een lagere kwaliteit en terwijl internet eerder van toepassing is voor toegang tot informatie en diensten die op het internet worden aangeboden.
Een nadeel van zulke afzonderlijke netwerken is dat de ontwikkeling en het onderhoud van drie parallelle netwerken een dure zaak is voor de operatoren die deze netwerken uitbaten.
Een ander nadeel is dat het gebruik van afzonderlijke netwerken evenmin praktisch is voor de eindgebruiker, die voor elk netwerk een apart abonnement, een apart en specifiek eindapparaat, en dergelijke nodig heeft.
Het internet protocol (IP) wordt gezien als de technologie bij uitstek die een belangrijke rol zal spelen bij de convergentie van de drie telecommunicatienetwerken. IP wordt vaak voorgesteld als de unieke technologie die al onze telecommunicatienoden zal kunnen lenigen.
Inderdaad, de wereld van het internet zet vandaag de eerste stappen in de richting van convergentie met de introductie van internettelefonie of IP-telefonie of zogenaamde "voice over IP" (VoIP). Internettelefonie is een stap in de richting van convergentie van internet en telefoniediensten, zelfs met inbegrip van mobiele telefoniediensten met internettelefonie over draadloze lokale netwerken.
De oplossingen voor internettelefonie die vandaag in ontwikkeling zijn, hergebruiken bepaalde bestaande onderdelen van de internetinfrastructuur, namelijk de transmissiefaciliteiten; de faciliteiten voor routering en de voornoemde lokale lus.
Naast het hergebruik van bestaande internet infrastructuur vragen de huidige oplossingen voor internettelefonie echter ook de introductie van nieuwe infrastructuur, die specifiek is voor de internettelefonie en die zowel specifieke hardware als specifieke software betreft, die samenwerkt met bepaalde specifieke hardware of software eindapparaten die minstens één van de internet telefonie standaarden ondersteunt, zoals H.323, SIP (Session Initiation Protocol), MGCP (Media Gateway Control Protocol), en dergelijke, en met specifieke intelligentie voor oproepbeheer, met andere woorden voor het tot stand brengen, onderhouden en afbreken van een verbinding en specifieke intelligentie voor authenticatie; encryptie;
"roaming"; "interfacing" naar de bestaande netwerken, zoals "gateways" naar een vast telefonie netwerk,...; diensten met toegevoegde waarde zoals doorschakelen, wisselgesprek, en dergelijke; taxatie en facturatie.
De huidige uitvoeringswijzen en voorstellen voor inte.rnettelefonie leiden dus niet tot convergentie op de gebieden van eindapparatuur en intelligentie zodat nog steeds aparte eindapparatuur en intelligentie noodzakelijk is.
De huidige uitvinding heeft tot doel aan één of meer van de voornoemde en andere nadelen een oplossing te bieden.
Hiertoe betreft de uitvinding een verbeterd telecommunicatienetwerk dat in hoofdzaak bestaat uit eindapparaten, schakelaars of routers, toegangsnetwerken tussen eindapparaten en schakelaars of routers, een transmissie-infrastructuur die de schakelaars of routers onderling met elkaar kan verbinden, waarbij één of meer schakelaars cellulaire schakelaars zijn van een cellulair netwerk en één of meer eindapparaten cellulaire eindapparaten zijn van een cellulair netwerk die voorzien zijn van een radio-interface en intelligentie waarmee zij over een toegangsnetwerk een radioverbinding met een cellulaire schakelaar kunnen tot stand brengen,
daardoor gekenmerkt dat één of meer schakelaars en één of meer cellulaire eindapparaten zijn voorzien van een internetinterface die toelaat dat een betreffend cellulair eindapparaat via internet met een betreffende schakelaar wordt verbonden om via de voornoemde transmissie-infrastructuur en toegangsnetwerk een telecommunicatieverbinding met een ander eindapparaat tot stand te kunnen brengen.
Aldus bekomt men een hybride netwerk waarbij men voor een telecommunicatieverbinding tussen een cellulair eindapparaat en een ander eindapparaat, al dan niet cellulair, niet langer beperkt is tot de klassieke dure verbinding over het cellulaire radio-interface, maar dat deze telecommunicatie tevens via een goedkopere internetverbinding tot stand kan worden gebracht.
Bij voorkeur wordt de intelligentie die in het cellulaire netwerk wordt gebruikt, meer speciaal in de cellulaire eindapparaten en/of in de cellulaire schakelaars, tevens minstens gedeeltelijk gebruikt bij de verbinding over het internet tussen een cellulair eindapparaat en een schakelaar.
Meer speciaal wordt bij voorkeur de intelligentie die in het cellulaire netwerk wordt gebruikt voor het oproepbeheer, met andere woorden voor het tot stand brengen, het in stand houden en het afbreken van een verbinding met een ander eindapparaat, tevens gebruikt voor het oproepbeheer en dus het tot stand brengen, in stand houden en afbreken van de verbinding over het internet.
Meer speciaal nog wordt de intelligentie die in het cellulaire netwerk wordt gebruikt voor één of meer functionaliteiten van het cellulaire netwerk ook gebruikt voor gelijksoortige functionaliteiten bij gebruik van het internet, namelijk:
- intelligentie voor het mobiliteitsbeheer voor de identificatie, authenticatie en lokalisatie binnen het netwerk;
- intelligentie voor broncodering, waarbij het spraaksignaal digitaal wordt gecodeerd en gecomprimeerd en bij ontvangst terug wordt omgezet naar een analoog spraaksignaal;
- intelligentie voor encryptie of versleuteling van de gezonden boodschappen om deze onherkenbaar te maken voor derden en decryptie of ontcijfering met een gepaste sleutel van de ontvangen boodschappen;
- intelligentie voor de zogenaamde "handover" die bij verplaatsingen langs de cellen van het cellulair netwerk zorgt voor het overschakelen van één cel van het netwerk naar een volgende cel van het netwerk zonder dat daarbij de communicatie wordt onderbroken;
- intelligentie voor de zogenaamde "roaming" die aan een abonnee van een cellulair netwerk de mogelijkheid biedt om overal op dat netwerk en op andere netwerken waarmee een "roaming" overeenkomst bestaat, te kunnen bellen en gebeld te worden;
- intelligentie voor interfacing naar bestaande netwerken, bijvoorbeeld via zogenaamde "gateways" naar een vast telefonienetwerk of dergelijke;
- intelligentie met betrekking tot diensten met toegevoegde waarde zoals doorschakelen, wisselgebruik, en dergelijke;
- intelligentie voor taxatie en facturatie van de communicatie.
In tegenstelling tot de huidige standaarden voor internettelefonie (H.323, SIP,...) vraagt deze hybride oplossing bijgevolg geen introductie van nieuwe intelligentie in eindapparatuur en netwerk. Mits beperkte wijzigingen kan de intelligentie van bestaande eindapparatuur en netwerken herbruikt worden.
De hier beschreven uitvinding maakt het dus mogelijk om een stap verder te gaan op de weg naar een geïntegreerde infrastructuur door internettelefonie aan te bieden op een platform waarin niet alleen schakelaars/routers, transmissie-infrastructuur en lokale lus van bestaande infrastructuur worden hergebruikt, maar ook de eindapparatuur en de intelligentie van cellulaire netwerken.
Een dergelijk verbeterd netwerk volgens de uitvinding kan de basis leveren voor spraakdiensten, maar ook voor datadiensten.
Deze uitvinding, die uitmondt in een hybride IP-cellulair netwerk, laat hergebruik toe van de cellulaire communicatie-protocols, meer speciaal vanaf laag 3 en hoger, terwijl de internet-infrastructuur, meer speciaal de lagen 1 tot en met 3, gebruikt wordt voor transparant transport van de gegevens behorende bij die communicatieprotocols, evenals voor transport van gebruikersgegevens.
Dit hergebruik van cellulaire intelligentie leidt tot goedkope geïntegreerde eindapparaten die toegang geven tot het cellulaire netwerk, zowel over de standaard radio interfaces, als over het internet.
Daarnaast leidt het tot een efficiënter en intenser gebruik van de kern van het cellulaire netwerk, doordat er, naast de cellulaire radiotoegang die duur is wegens de beperkte beschikbaarheid van radiospectrum, ook een goedkopere internettoegang beschikbaar is.
De uitvinding heeft tevens betrekking op een cellulair eindapparaat en op een cellulaire schakelaar die geschikt zijn om gebruikt te kunnen worden in een verbeterd communicatienetwerk zoals hiervoor beschreven.
Met het inzicht de kenmerken van de uitvinding beter aan te tonen, is hierna, als voorbeeld zonder enig beperkend karakter, een voorkeurdragende uitvoeringsvorm beschreven van een verbeterd telecommunicatienetwerk volgens de uitvinding, met verwijzing naar de bijgaande tekeningen, waarin:
figuur 1 schematisch een verbeterd telecommunicatienetwerk volgens de uitvinding weergeeft; figuur 2 een telecommunicatieverbinding weergeeft die via het internet wordt gerealiseerd met een netwerk zoals weergegeven in figuur 1; figuren 3 en 4 een variante weergeeft van figuur 2; figuur 5 schematisch een geografische spreiding weergeeft van een telecommunicatienetwerk volgens de uitvinding.
In figuur 1 is een vereenvoudigd verbeterd telecommunicatienetwerk 1 volgens de uitvinding weergegeven dat in dit geval, bij wijze van voorbeeld uitsluitend is gebaseerd op de telefoniedienst aangeboden via de GSM cellulaire standaard.
Het is echter duidelijk dat de uitvinding ook toegepast kan worden op andere diensten, zoals video-communicatie, en op andere types van cellulaire netwerken, zoals UMTS
(universal mobile telecommunications system), CDMA (code division multiple acces) en dergelijke.
In wat volgt, wordt voornamelijk gebruik gemaakt van in de telecommunicatie gebruikelijke Engelstalige termen en hun bijhorende afkortingen die voor de vakman duidelijk zijn en die meer in detail worden beschreven in het referentiewerk getiteld "Mobile radio networks, networking and protocols" van de auteur Bernhard H. Walke, uitgegeven in 1999 door John Wiley and Sons Ltd, onder het nummer ISBN 0-471-975958 en in de GSM-standaarden van het "European Telecommunication Standards Institute" (ETSI).
Het netwerk 1 van figuur 1 bestaat uit een GSM cellulair netwerk dat zoals bekend in hoofdzaak is opgebouwd uit eindapparaten 2A-2B in de vorm van zogenaamde "mobile stations" (MS), bijvoorbeeld in de vorm van GSM-toestellen; uit cellulaire schakelaars 3A-3B in de vorm van zogenaamde "mobile-servives switching centers" (MSC) die onderling met elkaar zijn verbonden door middel van een transmissieinfrastructuur 4; en uit zogeheten "base station systems" (BSS) 5A-5B die de toegangsnetwerken verzorgen tussen de eindapparaten 2 (MS) en de schakelaars 3 (MSC).
De schakelaars 3 (MSC) zijn voorzien van een zekere intelligentie 6 in de vorm van software of dergelijke die onder meer gebruikt wordt voor het realiseren van de verbindingen tussen de schakelaars 3 (MSC) en de "base station systems" 5 (BSS). De intelligentie 6 is geïntegreerd in de hardware/software van de schakelaar 3
(MSC), of in de randapparatuur 3' van de schakelaar 3 (MSC) die in figuur 1 in streeplijn is weergegeven en die onder andere databanken zoals VLR en HLR, taxatiesystemen, intelligente netwerk servers die voorzien zijn in Camel, en dergelijke bevat.
Iedere schakelaar 3 (MSC) groepeert een aantal base station systems 5 (BSS) die elk op hun beurt een aantal basisstations 7 of zogenaamde "base tranceiver stations"
(BTS) bevatten in de vorm van antennestations die via een centrale zogenaamde "base station controller" 8 (BSC) in verbinding staan met een voornoemde cellulaire schakelaar 3
(MSC) en die ieder een geografisch gebied of cel van het cellulaire netwerk bestrijken en zodanig geografisch zijn verspreid dat, door overlapping van de cellen, een volledige dekking van een grondgebied bekomen kan worden.
De cellulaire eindapparaten 2 (MS) zijn zoals bekend voorzien van een radio-interface 9 en van een intelligentie
10 in de vorm van software of dergelijke die toelaat dat er een radioverbinding 11 tot stand kan worden gebracht en onderhouden worden tussen een betreffend cellulair eindapparaat 2 (MS) en een naburige schakelaar 3 (MSC) en dit over een base station system 5 (BSS).
Volgens de uitvinding zijn de cellulaire eindapparaten 2 bijkomend uitgerust met een internet-interface 12, de zogenaamde "mobile station internet interface" (MSII) en zijn de schakelaars 3 (MSC) gekoppeld aan een bijkomende internet-interface 13, of zogenaamde "mobile-services switching center internet-interface" (MSCII), waarbij de intelligentie 10 van het eindapparaat 2 het mogelijk maakt om via een internettoegang 15' over het internet 14 een verbinding 15 tot stand te brengen tussen het betreffende eindapparaat 2 (MS) en de schakelaar 3 (MSC) en dit via de internet-interface 12-13 van beide toestellen 2-3.
De internet-interface 12 (MSII) van de eindapparaten 2 (MS) levert onder andere de diensten op fysische laag 1 en op de datalink laag 2, waarlangs een verbinding tussen het eindapparaat 2 (MS) en het internet 14 gerealiseerd kan worden. In een typische uitvoering kan dit deel van de internet-interface 12 (MSII) de vorm aannemen van een ethernet-interface over een gevlochten paar of van een draadloze LAN-interface.
De internet-interface 13 (MSCII) van de schakelaar 3 (MSC) levert op analoge wij ze diensten voor de lagen 1 en 2 van het internet 14. In een typische uitvoering zal de interface 13 (MSCII) gebaseerd worden op een 34 of 155 megabits per seconde (Mbps) verbinding en kan de interface uitgevoerd zijn als een afzonderlijk toestel of als een toestel dat is geïntegreerd in de betreffende schakelaar 3 (MSC) en dat is verbonden met de schakelaar 3 (MSC) via een connectie 16 over een standaard A-interface, zoals gedefinieerd in de GSM-standaard GSM 03.02.
Het gebruik van dergelijk telecommunicatienetwerk 1 is als volgt.
Wanneer de gebruiker van een eerste cellulair eindapparaat 2A (MS) een gesprek wenst te voeren met een gebruiker van een tweede cellulair eindapparaat 2B (MS), kan dit gebeuren door contact te leggen met het cellulaire netwerk via de klassieke radio-verbinding 11 of naar keuze via een internetverbinding 15 met de dichtstbijzijnde schakelaar 3A
(MSC). De communicatie verloopt dan verder via de transport-infrastructuur 4 en een schakelaar 3B (MSC) in de nabijheid van de opgeroepen gebruiker en zo tot aan het tweede eindapparaat 2B (MS), hetzij via een klassieke radio-verbinding 11, hetzij via een internetverbinding 15.
Om communicatie tussen eindapparaat 2 (MS) en schakelaar 3
(MSC) over het internet 14 mogelijk te maken, moeten er, buiten het feit dat het eindapparaat 2 (MS) en de schakelaar 3 (MSC) met internet-interfaces 12 (MSII) en 13
(MSCII) dienen uitgerust te zijn, nog een aantal beperkte aanpassingen gemaakt te worden aan de standaard GSM eindapparaten 2 (MS) en -schakelaars 3 (MSC). Deze aanpassingen betreffen voornamelijk de volgende functionaliteiten:
- de transmissie van spraak;
- de transmissie van signalisatie;
het mobiliteitsbeheer (Mobility Management);
de oproepcontrole (Call Control);
encryptie/decryptie;
taxatie;
gebruik binnen bedrijfsgebouwen;
de uitbreiding naar datatoepassingen; en
handovers.
Hierna gaan we dieper in op elk van de voornoemde functionaliteiten.
Een eerste soort aanpassingen heeft betrekking op de transmissie van spraak.
De transmissie van spraak over de radioverbinding 11 gebeurt op de volgende bekende wijze:
- de microfoon geïntegreerd in het oproepende eindapparaat 2A (MS) genereert een analoog spraaksignaal dat digitaal wordt gecodeerd en gecomprimeerd, wat broncodering wordt genoemd;
- daarna wordt de broncode door zogenaamde kanaalcodering aangepast voor transmissie over een onbetrouwbaar radiokanaal, waarbij bits worden toegevoegd die toelaten om transmissiefouten te detecteren en eventueel te corrigeren;
- "interleaving" of vermenging van bits vindt plaats, wat erop neerkomt dat opeenvolgende bits uit de kanaalcode verdeeld worden over verschillende pakketjes die elk tijdens een korte uitbarsting (in het Engèls "burst") over het radio-interface 9 verzonden worden, waarbij door de verdeling van opeenvolgende bits over verschillende radio-bursts de schade bij het verlies van de gegevens van één burst beperkt wordt;
na vermenging wordt de resulterende bitstroom geëncrypteerd om de confidentialiteit van de gesprekken te kunnen garanderen; en,
voor de transmissie vindt er een radio formattering plaats waarbij de bitstroom afgeleverd door de encryptie-module wordt verdeeld in pakketjes van 57 bits en waarbij twee van dergelijke pakketjes worden gecombineerd met een 26 bits training sequentie, met 3 bits om het begin van het pakket aan te duiden, met 3 bits om het einde van het pakket aan te duiden en met nog twee controle bits om een elementair pakket van
148 bits voor burst-transmissie over het radiokanaal.
Dezelfde bewerkingen als hiervoor beschreven, worden natuurlijk ook toegepast op inkomende spraaksignalen in het opgeroepen eindapparaat 2B (MS), maar dan in omgekeerde volgorde:
- decryptie;
- ontmenging;
- decoderen van de kanaalcode;
- decoderen van de broncode (digitaal naar analoog omzetting); en,
- aflevering van het analoge signaal aan de luidspreker van het eindapparaat 2B.
Voor de transmissie van spraak over het internet 14 dienen de volgende aanpassingen gemaakt te worden aan de eindapparaten 2 (MS):
- in een typische uitvoering kan de kanaalcodering achterwege gelaten worden in geval van transmissie over het internet 14, aangezien de extra bits een te zware belasting met zich meebrengen voor gebruik op het internet en deze extra bits minder noodzakelijk <EMI ID=1.1>
- de radio-formatering wordt vervangen door een internet-formattering, waarbij de bitstroom, afgeleverd door de encryptie, wordt verdeeld in pakketjes die typisch 10 tot 20 milliseconden spraak coderen en waarbij deze pakketjes worden opgenomen in zogenaamde "RTP-messages" (real time transport protocol), die opgenomen worden in zogenaamde "UDPsegmenten" (user datagram protocol), die getransporteerd worden door "IP-datagrammen" .
Aan de zijde van de schakelaars 3 (MSC) dienen de volgende aanpassingen voorzien te worden:
- er dient een internet-formattering voorzien te worden voor de implementatie van de RTP/UDP/IP stacks;
- het brongecodeerde signaal wordt niet omgezet in een analoog spraaksignaal, maar in een 64 kilobits per seconde (kbps) digitaal spraaksignaal compatibel met het A-interface zoals gedefinieerd in de standaard GSM
03.02.
Een tweede soort aanpassingen heeft betrekking op het mobiliteitsbeheer en op de oproepcontrole die beide vervat zijn in de GSM standaard voor transmissie van signalisatie, meer speciaal alle andere signalen dan deze die betrekking hebben op spraak en die nodig zijn bij een communicatie over een cellulair netwerk, meer in het bijzonder een GSMnetwerk.
De GSM standaard kent meer bepaald een drielagig protocol referentiemodel dat gedefinieerd is in de ETSI standaard documenten GSM 04.07 en GSM 04.08, namelijk:
- een bovenste laag voor het oproepbeheer of zogenaamd "Call Management" (CM);
- een middelste laag voor het mobiliteitsbeheer of het zogenaamd "Mobility Management" (MM); en,
- een onderste laag voor het beheer van radiomiddelen of het zogenaamd "Radio Resource Management" (RRM).
De laag voor het oproepbeheer of "Call Management" (CM) bevat zelf drie sublagen, namelijk:
- een sublaag voor oproepcontrole of zogenaamde "Call Control" (CC) die gebruikt wordt voor het tot stand brengen, het onderhouden en het beëindigen van circuit-gebaseerde oproepen;
- een sublaag voor berichtdiensten (SMS); en,
- een sublaag voor diensten met toegevoegde waarde of zogenaamde "Supplementary services", waarvan, voor het hier besproken voorbeeld met betrekking tot telefoniediensten, enkel de sublaag voor oproepcontrole of "Call Control" (CC) verder van belang is.
Bij het vervangen van het radio-interface 9 door het internet-interface 12 (MSII), wordt de voornoemde RRM-laag niet langer gebruikt en wordt ze vervangen door het beheer van zogenaamde TCP-verbindingen over het internet 14, en door het beheer van de verzending van zogenaamde UDPsegmenten (User Datagram Protocol) over het internet 14.
Over het internet 14 worden de lagen voor het mobiliteitsbeheer (MM) en voor de oproepcontrole (CC) gebruikt, zoals in standaard GSM-netwerken.
Hiervoor zijn wel enkele aanpassingen van de functionaliteiten binnen deze twee lagen noodzakelijk.
Deze aanpassingen worden hierna meer in detail besproken in twee afzonderlijke rubrieken.
Een eerste rubriek heeft betrekking op de aanpassingen in de laag voor mobiliteitsbeheer (MM).
Telkens een cellulair eindapparaat 2A (MS) een verbinding maakt met het internet 14, moet dit eindapparaat 2A (MS) de mogelijkheid hebben om zichzelf te identificeren, te authentiseren en te lokaliseren om duidelijk te maken waar het zich bevindt op het netwerk.
Zodra de verbinding met het internet 14 gemaakt is, zal het cellulair eindapparaat 2A (MS) het initiatief nemen om zichzelf te identificeren bij de dichtstbijzijnde schakelaar 3A (MSC) op het internet 14.
De dichtstbijzijnde schakelaar 3A (MSC) kan gevonden worden door toepassing van één van de methodes gedefinieerd in de ITU-aanbeveling H.510 (Mobiliteit voor multimedia systemen en diensten op basis van H.323).
Eén van deze methodes is gebaseerd op "multicast" waarbij een verzoek met een korte TTL ("Time To Live") wordt verzonden naar het groepsadres van een groep servers en waarbij, door de waarde van de TTL te vergroten, men kan zoeken in steeds groter wordende cirkels.
Volgens een alternatieve methode kan men DNS (Domain Name System)-gebaseerde technieken gebruiken, zoals toegepast door de operatoren van "inhoud afleverende netwerken" of zogeheten "Content Distribution Networks" (CDNs) om de dichtstbijzijnde "streaming media" server te identificeren. Zulke technieken worden beschreven in de publicatie "Computernetwerken , een top-down benadering" door James F. Kurose en Keith W. Ross, 2003 Pearson Education Benelux, ISNB 90 4030 08060.
Eens de dichtstbijzijnde schakelaar 3A (MSC) gevonden is, kunnen de procedures uit de GSM-laag voor mobiliteitsbeheer
(MM) worden toegepast, met name:
- registratie kan gebeuren door de "IMSI Attach"procedure te laten lopen waardoor het eindapparaat 2A
(MS) als beschikbaar op het netwerk wordt geïdentificeerd;
- voor authentificatie kan de schakelaar 3A (MSC), eens de schakelaar 3A weet dat het cellulaire eindapparaat 2A (MS) beschikbaar is, een procedure voor authentisering opstarten, op basis, enerzijds, van de gegevens in de SIM van het eindapparaat 2A (MS) en, anderzijds, van gegevens in het zogenaamde "Home Location Register" (HLR) zoals gedefinieerd in de ETSI-standaard GSM 01.02 en waarin de gegevens van de abonnee van het eindapparaat 2A (MS) zijn opgeslagen bij de operator waar de abonnee bij aangesloten is;
na het authentiseren, kan de schakelaar 3A (MSC) een tijdelijk nummer of zogenaamde "temporary mobile subscriber identity" (TMSI) toekennen aan het cellulaire eindapparaat 2A (MS), welk nummer lokaal gebruikt wordt om de identiteit van de mobiele gebruiker confidentieel te houden in daaropvolgende communicaties; en,
vernieuwing van de locatie-informatie "Location update").
Voor wat betreft de laatste procedure voor vernieuwing van de locatie-update zal er een verschil zijn tussen een GSMradioverbinding en een internetverbinding.
Volgens de standaard GSM-procedure:
- wordt de locatie van het cellulaire eindapparaat 2A
(MS) opgeslagen in de SIM onder de vorm van een zogenaamde "location area identity" (LAI);
- wordt, wanneer het cellulaire eindapparaat 2A (MS) aangeschakeld wordt in een nieuwe locatie, de lokale LAI omgeroepen door het basisstation 7 (BTS) op het zogenaamde "broadcast control channel" (BCCH)); en wordt door het eindapparaat 2A (MS) de uitgezonden LAI vergeleken met de LAI in de SIM, waarbij, wanneer beide verschillend zijn, het eindapparaat 2A (MS) de procedure start voor het vernieuwen van de lokatieinformatie.
Wanneer het cellulaire eindapparaat 2A (MS) wordt verbonden via het internet 14, wordt er geen omroep van de lokale LAI ontvangen, zodat de standaard GSM-procedure niet volledig kan worden toegepast.
Om dit probleem op te lossen, wordt volgens de uitvinding het cellulaire eindapparaat 2 (MS) uitgerust met het zogenaamde "dynamic host control protocol" (DHCP) en wordt het concept van LAI uitgebreid tot internetadressen.
De uitbreiding van het concept van LAI naar internetadressen vereist, zowel een aanpassing aan de zijde van het cellulaire eindapparaat 2A (MS) met een implementatie van een nieuw type LAI in de SIM, als aan de zijde van het netwerk met een implementatie van het nieuwe type LAI in het zogenaamde "visitor location register"
(VLR) en het reeds genoemde "home location register" (HLR), waarbij het VLR een databank is die geassocieerd is aan elke cellulaire schakelaar 3 (MSC) en die gebruikt wordt voor het beheer van de GSM-abonnees die zich op een bepaald ogenblik in het gebied van de schakelaar 3 bevinden en bij deze schakelaar 3 zijn geregistreerd.
In het geval van een internetverbinding 15 wordt de locatie-update als volgt gerealiseerd:
- bij het maken van een verbinding tussen het cellulaire eindapparaat 2A (MS) en het internet 14, via kabel of draadloos, krijgt het eindapparaat 2A (MS) een internetadres van de lokale DHCP-server die een onderdeel kan zijn van een LAN-infrastructuur of het eigendom kan zijn van een internet aanbieder;
- het cellulaire eindapparaat 2A (MS) vergelijkt het verkregen internetadres met de LAI opgeslagen in de SIM;
- wanneer het verkregen adres verschilt van de LAI opgeslagen in de SIM, start het eindapparaat 2A (MS) de voornoemde procedure voor vernieuwing van de lokatie-informatie.
In de bovenstaande methode wordt er verondersteld dat het aan het cellulaire eindapparaat 2A (MS) toegekende adres een publiek internetadres is uit het adresbereik dat toegekend is aan een bedrijf of aan een internetaanbieder.
Indien echter niet publieke internetadressen worden gebruikt met zogenaamde "network address translation" (NAT) is bijkomend een poortnummer onderdeel van het adres dat nodig is om het eindapparaat 2A (MS) te localiseren.
In het vervolg van deze bespreking wordt er voor de eenvoud verondersteld dat het eindapparaat 2A (MS) beschikt over een publiek internetadres. Communicatiespecialisten zullen echter begrijpen dat deze uitvinding ook gerealiseerd kan worden met niet publieke internetadressen en NAT, waarbij hiervoor wordt verwezen naar specifieke oplossingen die daartoe worden ontwikkeld door firmabedrijven zoals Ridgeway Systems. Dergelijke specifieke oplossingen zoals beschreven in het Ridgeway patent CN1444815T vallen buiten het domein van deze uitvinding.
Indien het cellulaire eindapparaat 2A (MS) verbonden wordt met een datanetwerk dat zich achter een firewall bevindt, moet een oplossing worden uitgewerkt voor het passeren van de firewall. In een typische configuratie staat een firewall niet toe dat pakketten van buiten het beschermde netwerk naar binnen gaan, tenzij ze geassocieerd zijn met een verbinding die opgezet werd van binnen het beschermde netwerk. Dergelijke typische configuratie belet dat van buiten het beschermde netwerk een oproep gemaakt wordt naar een eindapparaat 2A (MS) binnen het beschermde netwerk. Opnieuw worden specifieke oplossingen daartoe uitgewerkt door firma's, zoals Ridgeway Systems, zoals eveneens beschreven, in het voornoemde Ridgeway patent CN1444815T. Hierna veronderstellen we voor de eenvoud dat het eindapparaat 2A (MS) zich niet achter een firewall bevindt.
Communicatiespecialisten zullen echter begrijpen dat de uitvinding ook gerealiseerd kan worden indien een firewall wel aanwezig is.
Een tweede rubriek heeft betrekking op de aanpassingen in de laag voor het oproepbeheer of "call control" (CC).
De uitwisseling van boodschappen tussen cellulair eindapparaat 2 (MS) en cellulaire schakelaar 3 (MSC) vindt plaats over het internet 14 op dezelfde klassieke manier als die uitwisseling zou plaats vinden over een cellulaire radioverbinding 11, behalve dan dat de boodschappen met betrekking tot toekenning van een radiokanaal vervangen worden door het tot stand brengen van een TCP/IPverbinding voor de signalisatie, namelijk door de volgende stappen zoals deze die uitvoerig beschreven zijn in het voornoemde referentiewerk "Mobile radio networks, networking and protocols" van B. H.
Walcke:
- dienstaanvraag door het eindapparaat 2 (MS) in het geval van uitgaande oproep vanuit het MS of paging en paging antwoord in het geval van oproep naar het MS;
- aanvraag voor authentiseren;
- antwoord op vraag voor authentiseren;
- commando om over te gaan tot vercijfering (ciphering);
- doorvoeren van vercijfering;
- tot stand brengen van verbinding;
- bevestigen van oproep;
- toekenningscommando;
- toekenning doorgevoerd;
- alarmering;
- verbinding; en
- bevestiging van verbinding.
Aan de hand van figuur 2 gaan we nu dieper in op het tot stand brengen van een uitgaande oproep vanaf een eerste cellulair eindapparaat 2A (MS) dat via het internet 14 verbonden is met een eerste schakelaar 3A van een eerste publiek netwerk of zogenaamd "public land mobile netwerk"
(PLMN).
De oproep vanaf het eerste eindapparaat 2A kan gericht zijn aan:
- een gebruiker van het vaste telefonienetwerk, waarbij in.dat geval de schakelaar 3A (MSC) gebruik maakt van het zogenaamde "gateway MSC" (GMSC) van het GSMnetwerk om de oproep door te schakelen naar het vaste telefonienetnetwerk;
- een tweede cellulair eindapparaat 2B (MS) dat via een klassieke GSM-radioverbinding 11 op dat ogenblik geregistreerd is bij een tweede cellulaire schakelaar 3B (MSC) van een tweede publiek netwerk (PLMN); of
- een tweede cellulair eindapparaat 2B (MS) dat via het internet 14 met zulke tweede schakelaar 3B verbonden is en dat bij deze tweede schakelaar 3B van een tweede publiek netwerk is geregistreerd in een databank of zogeheten "visitor location register" (VLR) 18 van de betreffende schakelaar 3B.
Bij wijze van voorbeeld wordt hierna het laatste geval meer in detail beschreven, waarbij een oproep dient tot stand gebracht te worden tussen een eerste oproepend cellulair eindapparaat 2A (MS) en een tweede opgeroepen cellulair eindapparaat 2B (MS) die beide via het internet 14 zijn verbonden met een schakelaar.3A, respectievelijk 3B.
Zoals bekend, zijn de identificatiegegevens van het tweede eindapparaat 2B opgeslagen in een databank, het zogenaamd "home location register" HLR 17, bij de operator van het publiek thuisnetwerk (PLMN) bij wie de gebruiker van dit eindapparaat 2B is geabonneerd, welk thuisnetwerk verschillend kan zijn van de voornoemde eerste twee publieke netwerken.
In het geval van figuur 2 wordt weergegeven hoe een oproep tot stand wordt gebracht in een klassiek GSM-netwerk zonder enige aanpassingen behalve dan de toegang via het internet
14, waarbij volle lijnen duiden op uitwisseling van spraak en signalisatie, terwijl streeplijnen duiden op uitwisseling van signalisatie alleen.
Het tot stand brengen van de oproep gebeurt als volgt:
- de oproeper kiest met het eerste cellulair eindapparaat 2A (MS) het MSISDN nummer van het tweede eindapparaat 2B (MS) van de opgeroepene;
- de signalisatie voor het tot stand brengen van een verbinding wordt over het internet 14 gezonden naar de eerste cellulaire schakelaar 3A (MSC);
- deze eerste schakelaar 3A (MSC) leest de landcode en de nationale bestemmingscode (National Destination Code) binnen het MSISDN, waarbij, op basis van deze informatie, het de operator kent bij wie het tweede cellulair eindapparaat 2B van de opgeroepene geabonneerd is, en stuurt de signalisatie door naar het publieke thuisnetwerk van deze operator, meer speciaal naar het betreffende "home location register" HLR 17 van deze operator, en dit over een transmissieinfrastructuur 4 die over een SS7 (signalling system) netwerk het eerste publiek netwerk (PLMN) met het thuisnetwerk (PLMN) van de opgeroepene verbindt over een intermediaire cellulaire schakelaar 3C (MSC) van het thuisnetwerk van het eindapparaat 2B die toegang geeft tot het HLR 17;
het HLR 17 weet waar de opgeroepen abonnee zich op dat ogenblik bevindt en vraagt aan het "visitor location register" VLR 18 van de tweede schakelaar 3B (MS) om een "mobile station roaming number (MSRN) dat een geografische betekenis bezit en een nummer is dat enkel gekend is binnen het GSM netwerk en dus niet gekend is bij de eindgebruiker;
op basis van het verkregen MSRN zendt de intermediaire cellulaire schakelaar 3C (MSC) de signalisatie verder door naar de tweede schakelaar 3B via een transportinfrastructuur 4 met een SS7-netwerk dat het thuisnetwerk van de opgeroepene verbindt met de schakelaar 2B van het tweede publieke netwerk;
de tweede schakelaar 3B brengt een standaard TCP/IPverbinding via het internet 14 tot stand met het opgeroepen eindapparaat 2B op basis van kennis van het internetadres van het opgeroepen tweede eindapparaat 2B dat opgeslagen is in het voornoemde "visitor location register" VLR 18;
de oproepcontrole (Call Control CC) in het opgeroepen tweede eindapparaat 2B (MS) start de standaard GSMuitwisseling van boodschappen met de schakelaar 3B en, wanneer de oproep aanvaard wordt door het opgeroepen tweede eindapparaat 2B (MS), informeert de tweede schakelaar 3B de eerste schakelaar 3A hiervan, waarbij deze laatste het oproepende eerste eindapparaat 2A alarmeert;
op dat ogenblik kunnen de beide cellulaire eindapparaten 2A en 2B de uitwisseling van spraakinformatie beginnen, waarbij tussen de eindapparaten 2A en 2B (MS) en de respectievelijke schakelaars 3A en 3B (MSC) de spraak wordt gedragen door RTP/UDP/IP-pakketten, terwijl tussen de schakelaars 3A en 3C (MSC) de spraak via de gebruikelijke mobiele netwerken en hun interconnecties wordt overgebracht zoals bij een standaard oproep tussen cellulaire eindapparaten 2A en 2B (MS).
Als er geen veranderingen aangebracht worden aan het tot stand brengen van oproepen en de routering in de GSM netwerken zal transport van het spraaksignaal gebeuren zoals hiervoor beschreven, waarbij in dat geval het internet enkel wordt gebruikt om de flessenhals van de schaarse en dure radiotoegang op te lossen.
Net zoals de implementatie van de huidige GSM netwerken lijdt bovenstaande implementatie onder het zogenaamde trombone-effect waarbij de verbinding steeds over het thuisnetwerk dient te geschieden, niettegenstaande de oproeper en de opgeroepene zich misschien op korte afstand van elkaar bevinden en in eenzelfde netwerk en waarbij bijgevolg, wanneer het thuisnetwerk zich op een ander continent bevindt, de oproep naar het andere continent zal gerouteerd worden en vervolgens naar de plaats waar de opgeroepene zich bevindt.
Toekomstige ontwikkelingen op basis van CAMEL dat een intelligent netwerk is dat voorzien is voor de zogenaamde generatie 2.5 van GSM en een basis vormt voor de derde generatie cellulaire communicatie in de vorm van het zogenaamde "universal mobile telecommunications system"
(UMTS) die de opvolger is van de tweede generatie GSM, zullen helpen om het trombone-effect te voorkomen, waarbij enkel nog de signalisatie het trombone-effect zal ondergaan.
Dit wordt geïllustreerd aan de hand van figuur 3, waarbij in dit geval, via de in streeplijn weergegeven weg van de signalisatie, het internetadres van het opgeroepen tweede cellulair eindapparaat 2B (MS) wordt opgevraagd en doorgegeven aan de schakelaar 3A (MSC) van de oproeper", terwijl vanaf dat ogenblik deze schakelaar 3A de signalisatie en spraak via de in het vet weergegeven weg direct over het internet 14 naar het tweede opgeroepen eindapparaat 2B verstuurt, gebruik makend van RTP/UDP/IP.
Het eerste cellulaire oproepende eindapparaat 2A (MS) zendt de spraak niet rechtstreeks naar het tweede opgeroepen cellulaire eindapparaat 2B (MS), maar over de schakelaar 3A waar de oproeper is geregistreerd. De reden hiervoor is dat de spraak versleuteld is, waarbij de beide eindapparaten 2A en 2B elk hun eigen sleutel gebruiken die slechts gekend is binnen de schakelaar 3 waar ze geregistreerd zijn. In het geval van figuur 3 moet die sleutel via signalisatie doorgegeven worden aan het VLR 19 behorend bij de schakelaar 3A (MSC) van de oproeper, zodat deze schakelaar 3A rechtstreeks over het internet 14 kan communiceren met het tweede opgeroepen eindapparaat 2B.
Bij de uitwisseling van spraak en signalisatie tussen de cellulaire eindapparaten 2A en 2B wordt in de eerste schakelaar 3A van de oproeper een decryptie/encryptie doorgevoerd, zodat elk eindapparaat 2 (MS) zijn eigen versleuteling kan handhaven op basis van de sleutel in zijn SIM.
De overgang van de huidige situatie tweede generatie GSM volgens figuur 2 naar de volgende generatie cellulaire communicatie volgens figuur 3 kan geleidelijk plaatsvinden. Telefonie over het internet vraagt inderdaad de beschikbaarheid van een internet dat voldoet aan bepaalde kwaliteitseisen op gebied van beschikbare bandbreedte, vertraging en verlies van cellen. Bij de introductie van de oplossingen gebaseerd op de hier voorgestelde uitvinding kan de transmissie van spraak over het internet beperkt worden tot de lokale delen, bijvoorbeeld van het oproepende eindapparaat 2A (MS) naar de betreffende schakelaar 3A
(MSC) en van de schakelaar 3B (MSC) van de opgeroepene naar het betreffende eindapparaat 2B (MS). Eens grotere delen van het internet voldoen aan de kwaliteitseisen, wordt geleidelijke migratie naar de situatie van figuur 3 mogelijk.
Zoals duidelijk wordt uit de bespreking van het tot stand brengen van een oproep, speelt het "internet interface" 12
(MSII) van het eindapparaat 2 de rol van zowel cliënt als server, waarbij, bij het maken van een uitgaande oproep het "internet interface" 12 (MSII) de rol speelt van cliënt die het initiatief neemt om een TCP/IP verbinding op te zetten met de dichtstbijzijnde schakelaar 3 (MSC), terwijl bij het ontvangen van een binnenkomende oproep het "internet interface" 12 de rol speelt van server die gedurig luistert naar binnenkomende aanvragen om een TCP/IP-verbinding op te stellen.
Een derde soort aanpassingen heeft betrekking op de versleuteling van de communicatie.
Zoals bekend gebruikt het radiogedeelte van de GSMstandaard een synchrone communicatie die over de radiointerface 9 verloopt. In die synchrone communicatie wordt een hiërarchie van frames, multiframes, superframes en hyperframes gebruikt. Transmissie van een hyperframe duurt 3h 28min 53s 760ms, waarbij frames binnen een hyperframe worden genummerd van 0 tot 2.715.647 en het frame-nummer als teller wordt gebruikt bij de versleuteling of encryptie van signalisatie en spraak en de lange looptijd van de teller van nagenoeg drie en een half uur een zeer hoge graad van beveiliging garandeert.
Als een cellulair eindapparaat 2 (MS) en een schakelaar 3
(MSC) communiceren over het internet 14, wordt de zaak echter anders, aangezien de communicatie dan asynchroon verloopt en de voornoemde teller gebaseerd op het framenummer niet langer beschikbaar is.
Volgens de uitvinding wordt voorzien in een aanpassing die erin bestaat een nieuwe teller met een periode van ongeveer drie en een half uur te definiëren waarbinnen geteld wordt van nul tot ongeveer 2715647.
Bij communicatie over het internet 14 moet een dergelijke teller gegenereerd worden, zowel op niveau van het eindapparaat 2 (MS), als op het niveau van de schakelaar 3
(MSC), meer speciaal in de betreffende internet-interfaces 12 en 13. Het 16-bit volgnummer van de RTP-berichten kan gebruikt worden als onderdeel van de oplossing, evenals het
32-bit volgnummer van de TCP-segmenten.
Een vierde soort aanpassingen heeft betrekking op taxatie en facturatie van de communicatie.
Bij communicatie over het internet wordt het gebruik van het schaarse GSM-spectrum vermeden. Oproepen over het internet zouden derhalve aan een lager tarief aangerekend moeten worden dan vergelijkbare oproepen over het radiointerface 12.
Hierbij stelt zich echter het probleem dat de oproeper niet weet of de opgeroepene bereikbaar is via het goedkopere tarief van het internet of via het duurdere GSM-tarief, zodat hij niet op voorhand kan inschatten wat de communicatie hem zal kosten.
Om dit probleem op te lossen stelt de uitvinding voor om twee nummers toe te kennen aan elk eindapparaat (MS), namelijk het standaard MSISDN zoals het gebruikt wordt in GSM netwerken en een tweede nummer. In een typische uitvoering kan dit tweede nummer ofwel een overgedragen geografisch nummer zijn dat overgedragen wordt van een vaste netwerk operator naar een mobiele netwerk operator, ofwel een nieuw geografisch nummer.
Als de oproeper het tweede nummer kiest, kan hij enkel een oproep tot stand brengen, indien het opgeroepen eindapparaat 2B (MS) verbonden is via het internet. Als de oproeper het MSISDN kiest, betaalt hij een hoger bedrag, maar dan wordt de oproep in alle gevallen tot stand gebracht, hetzij via het internet, hetzij via een cellulair basisstation 7, waar de opgeroepene zich ook moge bevinden.
In alle gevallen kan het opgeroepen eindapparaat 2B (MS) beslissen om oproepen op zijn tweede nummer door te sturen naar zijn MSISDN-nummer. In dat geval betaalt de opgeroepene de extra kosten voor de cellulaire terminatie.
Een vijfde soort aanpassingen heeft betrekking op communicatie in bedrijfsgebouwen.
Zoals hierboven beschreven worden alle oproepen gerouteerd over op zijn minst één schakelaar 3 (MSC) van het publieke mobiele netwerk.
Binnen een bedrijfsgebouw willen de gebruikers elkaar echter ook kunnen bellen zonder een netwerkoperator te betalen.
Om dit mogelijk te maken, kan een bedrijf investeren in een PABX ("private automatic branch exchange") die, zoals weergegeven in figuur 4, de vorm kan aannemen van een privé-schakelaar 20 of privé-MSC (P-MSC) die zich in de bedrijfsgebouwen bevindt en die gezien moet worden als een privé-extensie van het publieke mobiele netwerk, waarbij aan deze privé-schakelaar 20 (P-PSC) een "private visitor location register" 21 (P-VLR) is geassocieerd.
Een belangrijk verschil met een publieke schakelaar (MSC) is dat er geen Base Station System (BSS) 5 verbonden is aan zulke privéschakelaar (P-MSC) en dat deze privé-schakelaar
(P-MSC) interne oproepen over de al dan niet draadloze bedrijfs-LAN stuurt, terwijl externe oproepen over het internet 14 of over een vaste verbinding met de dichtstbijzijnde publieke schakelaar 3 (MSC) worden gestuurd.
Een zesde soort aanpassingen heeft betrekking op uitbreiding van de communicatie naar data.
Zoals bekend, is GPRS (general packet radio service) gebaseerd op de introductie van drie nieuwe elementen in de GSM architectuur, namelijk SGSN (serving GPRS support node), GGSN (gateway GPRS support node) en GR (GPRS registers).
Een eindapparaat 2 (MS) dat GPRS gebruikt, communiceert over de SGSN die een rol speelt die gelijkaardig is aan die van een cellulaire schakelaar 3 (MSC), maar dan voor pakket-data in plaats van voor telefonie.
Net zoals een schakelaar 3 (MSC) uitgerust kan worden met een internet-interface 13 om communicatie met een eindapparaat 2 (MS) over het internet mogelijk te maken, kan volgens de uitvinding ook het SGSN uitgerust worden met een internet-interface.
De introductie van een dergelijk internet-interface stelt mobiele gebruikers in staat om de GPRS-dienst te gebruiken via het internet. Het voordeel is dat de SIM gebruikt kan worden voor authentiseren, encryptie en dergelijke.
Een zevende en laatste soort aanpassingen heeft betrekking op handovers.
Figuur 5 toont een verbeterd telecommunicatienetwerk 1 volgens de uitvinding dat een cellulair netwerk bevat met overlappende cellen 22 die een bepaalde geografische zone bedekken.
De cellen 22 geven het bereik weer van een voornoemd besisstation 7 (BTS) van een "base station system" 5 (BSS) waarbinnen een cellulair eindapparaat 2 via een radioverbinding 11 over het betreffende "base station system" 5 (BSS) in verbinding kan komen met de dichtstbijzijnde schakelaar 3 (MSC).
Het telecommunicatienetwerk 1 bevat in dit geval tevens een toegangspunt tot een draadloze LAN-interface waarvan het bereik is weergegeven door de cirkel 23 via dewelke een eindapparaat 2 een internetverbinding 15 over het internet
14 kan tot stand brengen.
Wanneer een gebruiker zich met zijn eindapparaat 2 in de voornoemde zone verplaatst, bijvoorbeeld volgens' het traject T dat is aangeduid in figuur 5, dan zal hij zich tijdens opeenvolgende tijdstippen in andere cellen 22 bevinden en zal bij gebruik van zijn eindapparaat 2, de verbinding achtereenvolgens over verschillende cellen 22 verlopen.
In het punt A bijvoorbeeld zal de communicatie via cel 22A verlopen, terwijl in punt B de communicatie langs cel 22B verloopt en in het punt C in de overlappende zone tussen de cellen 22A en 22B, een keuze mogelijk is om de communicatie via één van de betreffende cellen 22A of 22B te laten verlopen.
In het punt D dat zich in het bereik bevindt van cel 22B en in het bereik 23 van de draadloze LAN-interface, is een communicatie mogelijk, ofwel via een radioverbinding, ofwel via het internet 14.
Het mechanisme dat de overgang van één cel naar een andere cel of van een radioverbinding naar een internetverbinding of omgekeerd regelt, wordt handover genoemd.
<EMI ID=2.1>
verplaatsing van het punt A naar het punt B, geschiedt als volgt:
- het eindapparaat 2 (MS) meet doorlopend het signaalniveau en de kwaliteit van het gebruikte kanaal in cel 22 A, en meet doorlopend het signaalniveau van de naburige cellen 22B, ...;
- het eindapparaat 2 (MS) zendt doorlopend meetrapporten <EMI ID=3.1>
"base station controller" 8A (BSC) van het betreffende "base station system" 5A;
- op basis van meetresultaten wordt door de "base station controller" 8A (BSC) een aanvraag voor <EMI ID=4.1> gezonden naar de schakelaar 3 (MSC);
de beslissing om de handover door te voeren wordt genomen door de schakelaar 3 (MSC) op basis van de informatie meegegeven in het "handover_required"bericht, op basis van beschikbaarheid van kanalen in de nieuwe cel 22B, op basis van interferentieniveaus in de nieuwe cel 22B en nog andere netwerkcriteria,
de schakelaar 3 (MSC) initieert de handover door een
<EMI ID=5.1>
noodzakelijke capaciteit wordt gereserveerd in de nieuwe cel 22B;
de nieuwe cel 22B reserveert de noodzakelijke capaciteit en antwoordt met een
<EMI ID=6.1>
hetzelfde bericht doorzendt naar het eindapparaat 2
(MS) ;
het eindapparaat 2 (MS) schakelt over naar de nieuwe cel 22B en zendt een "handover_complete"-bericht naar de schakelaar 2 (MSC) via de nieuwe cel 22B;
de schakelaar 3 (MSC) zendt uiteindelijk een "clear command"-bericht naar de oude cel 22A die
<EMI ID=7.1>
Bij een verplaatsing van het punt B naar D zal het eindapparaat 2 (MS) in het bereik 23 van de draadloze LAN terecht komen.
Aangezien de cellulaire frequenties schaars zijn, wordt volgens de uitvinding het eindapparaat 2 (MS) geprogrammeerd om over te schakelen van het cellulaire "base station system" 5B van de cel 22B naar de draadloze LAN.
Hiertoe zijn de interfaces 12-13 van de cellulaire eindapparaten 2 (MS) en van de schakelaars 3 (MSC) voorzien van middelen die toelaten de meest geschikte verbinding te kiezen tussen mogelijke radioverbindingen 11 met één of meer cellen 22 en mogelijke draadloze internetverbindingen
15 met één of meer LAN-interfaces.
Deze voornoemde middelen kunnen bijvoorbeeld worden gevormd door het feit dat het cellulair eindapparaat 2 (MS) voorzien is om via de draadloze LAN-interfaces een testsignaal uit te zenden naar de internet-interfaces 13
(MSCII) van de schakelaars 3 en om de testsignalen die door deze interfaces worden teruggezonden te ontvangen en te vergelijken om het meest geschikte signaal te kunnen bepalen.
Dit kan op de volgende wijze gebeuren:
- bij het detecteren van de draadloze LAN binnen het bereik 23, brengt het eindapparaat 2 (MS) een verbinding met het internet 14 tot stand;
- onmiddellijk daarna wordt een TCP/IP verbinding met het internet-interface 13 (MSCII) van de dichtstbijzijnde schakelaar 3 (MSC) tot stand gebracht;
- het eindapparaat 2 (MS) zendt een testpatroon over het internet 14 naar het internet-interface 13 (MSCII) dat het testpatroon terugzendt om het eindapparaat 2 (MS) toe te laten om vertraging en kwaliteit (aantal bitfouten) van de verbinding 15 over het internet 14 te meten;
<EMI ID=8.1>
bericht naar de "base station controller" 8B (BSC) rapporteert het eindapparaat 2 (MS) ook over de kwaliteit van de verbinding 15 over het internet 14, bijvoorbeeld onder vorm van een samengestelde kwaliteitsparameter gecodeerd in 6 bits, verzonden in het veld RXLEV NCELL N dat in een standaard GSMnetwerk het signaalniveau van één van de naburige cellen 22 bevat, waarbij het "measurement_report"bericht verder vermeldt dat de meting een verbinding
15 over het internet 14 betreft en het geeft de identificatie door van de internet-interface 13
(MSCII) waarmee het eindapparaat 2 (MS) verbonden is over het internet 14;
- de "base station controller" 8B (BSC) ontvangt het meetrapport en is geprogrammeerd om een <EMI ID=9.1>
schakelaar 3 (MSC) indien een internetalternatief bestaat en indien de kwaliteit van dat alternatief
<EMI ID=10.1>
bericht vermeldt dat het doel van de handover een verbinding 15 over het internet 14 is, alsook de kwaliteit van de internetverbinding 15 en de identificatie van het internet-interface 13 (MSCII) waarmee de verbinding 15 over het internet 14 tot stand gebracht moet worden.
<EMI ID=11.1>
netwerkinformatie beschikbaar in de schakelaar 3 (MSC), onder andere met betrekking tot de beschikbaarheid van capaciteit op de verbinding 16 tussen de internet-interface 13 (MSCII) en de daarmee verbonden schakelaar 3 (MSC), beslist de schakelaar 3
(MSC) over de handover, waarbij, indien het internetalternatief valabel is, de schakelaar 3 (MSC)
<EMI ID=12.1>
internet-interface 13 (MSCII) waarmee de verbinding gemaakt moet worden en waarbij dit internet-interface
13 (MSCII) dan de nodige capaciteit reserveert en een
<EMI ID=13.1>
terugzendt;
vervolgens zendt de schakelaar 3 (MSC) een
<EMI ID=14.1>
(MS) via het cellulaire "base station system" 5B (BSS) en voert het eindapparaat 2 (MS) de handover uit en
<EMI ID=15.1>
internetverbinding 15 en begint met zenden en ontvangen over de internetverbinding 15;
de schakelaar 3 (MSC) sluit de operatie af door het zenden van een "clear command"-bericht aan het "base station system" 5B (BSS) die de capaciteit die gebruikt werd voor het eindapparaat 2 (MS) vrijmaakt
<EMI ID=16.1>
Na het voltooien van de handover wordt de informatie betreffende de locatie vernieuwd door de volgende stappen:
- na het voltooien van de handover wordt het internetadres van het eindapparaat 2 (MS) dat door een DHCP-server was toegekend en was opgeslagen in de internet-interface 12 (MSII) van het eindapparaat 2, vergeleken met de LAI opgeslagen in de SIM;
indien het internetadres verschilt van de LAI in de SIM, start het eindapparaat 2 (MS) de procedure op voor vernieuwing van de locatie-informatie, zoals hiervoor reeds beschreven;
na het vernieuwen van de locatie-informatie is het telecommunicatienetwerk 1 in staat om oproepen naar het eindapparaat 2 (MS) tot stand te brengen via het internet 14.
Zolang het eindapparaat 2 (MS) verbonden is via het internet 14 gaat het door met meten van de kwaliteit van de verbinding 15 over het internet 14 en gaat het door met verzenden van kwaliteitsrapporten naar het internetinterface 13 (MSCII) van de schakelaar 3 (MSC). Bij het verlaten van het gebied 23 gedekt door de draadloze LAN zal de kwaliteit van de internetverbinding 15 achteruit gaan en zal het internet-interface 13 (MSCII) beslissen om een "handover_required" bericht te zenden aan de schakelaar 3
(MSC), zodat er terug overgegaan kan worden op een cellulair base station system 5B.
Om dit mogelijk te maken moet het internet-interface 13 (MSCII) van de schakelaar 3
(MSC) de handover-gerelateerde protocollen van een standaard "base station system" 5 (BSS) ondersteunen, namelijk:
- interpretatie van de meetrapporten verzonden door het eindapparaat 2 (MS); <EMI ID=17.1> genereren en te verzenden naar een schakelaar 3 (MSC);
ontvangen van "clear-command" vanwege de schakelaar 3
(MSC); en
<EMI ID=18.1>
(MSC) .
Het is duidelijk dat een analoge procedure kan gevolgd worden wanneer bijvoorbeeld het eindapparaat 2A tijdens een radioverbinding 11, bijvoorbeeld over de cel 22B, wordt verbonden met een vaste internet toegang 15" in plaats van met een draadloze internettoegang.
Verder is het duidelijk dat de uitvinding niet enkel beperkt is tot eindapparaten 2 die via een cellulaire toegangsnetwerk een verbinding kunnen tot stand brengen, maar ook betrekking heeft op een netwerk met eindapparaten 2 die via om het even welk type van toegangsnetwerk toegang tot het netwerk kunnen krijgen.
De huidige uitvinding is geenszins beperkt tot de als voorbeeld beschreven en in de figuren weergegeven uitvoeringsvormen, doch een verbeterd telecommunicatienetwerk volgens de uitvinding kan in allerlei vormen worden verwezenlijkt zonder buiten het kader van de uitvinding te treden.