DE10034687A1 - Verfahren und Übertragungseinrichtung für ein Kommunikations-system zum Übertragen von Daten mittels eines Punkt-zu-Punkt-Protokolls (SCTP) - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Übertragen von Daten zwischen zwei Kommunikationssystem-Einrichtungen (MSC(B), HLR(A)) mittels eines Punkt-zu-Punkt-Protokolls (SCTP). Für die Punkt-zu-Punkt-Verbindung wird insbesondere ein SCTP-Protokoll als Übertragungsprotokoll verwendet. DOLLAR A Um die Belastung von Stationen bei der Verwaltung von Punkt-zu-Punkt-Verbindungen zu reduzieren, wird vorgeschlagen, die Verbindung der beiden Kommunikationssystem-Einrichtungen (MSC(B), HLR(A)) über zumindest eine Übertragungseinrichtung (SCTP-TP) aufzubauen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Übertragen von Daten mittels eines Punkt-zu-Punkt-Protokolls (SCTP) mit den ober­ begrifflichen Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw. eine Über­ tragungseinrichtung eines Kommunikationssystems mit Einrich­ tungen zum Durchführen des Verfahrens.

In Funk-Kommunikationssystemen werden Informationen (bei­ spielsweise Sprache, Bildinformationen oder andere Daten) mit Hilfe von elektromagnetischen Wellen über eine Funkschnitt­ stelle zwischen sendender und empfangender Station (Basissta­ tion bzw. Teilnehmerstation) übertragen. Das Abstrahlen der elektromagnetischen Wellen erfolgt dabei mit Trägerfrequen­ zen, die in dem für das jeweilige System vorgesehenen Fre­ quenzband liegen. Beim GSM (Global System for Mobile Communi­ cation) liegen die Trägerfrequenzen bei 900, 1800 bzw. 1900 MHz. Für zukünftige Mobilfunksysteme mit CDMA- oder TD/CDMA- Übertragungsverfahren über die Funkschnittstelle, beispiels­ weise das UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) oder andere Systeme der 3. Generation sind Frequenzen im Fre­ quenzband von ca. 2000 MHz vorgesehen.

Zum Koordinieren und Steuern des Austauschs von Daten jegli­ cher Art zwischen einzelnen Stationen, Einrichtungen und/oder Instanzen der Kommunikationssysteme sind bzw. werden Proto­ kolle definiert. Beispielsweise ist das sogenannte "Stream Control Transmission Protocol" (SCTP) ein einfaches Trans­ port-Protokoll, das gegenwärtig bei der "Internet Engineering Task Force" (IETF) spezifiziert wird. Es dient hauptsächlich dem Transport von Signalisierungs-Nachrichten, wobei sein Einsatz nicht auf dieses Szenario beschränkt ist.

Das SCTP-Protokoll ist allerdings ein reines Punkt-zu-Punkt Protokoll, d. h. je zwei Einrichtungen wie Knoten, die über das SCTP-Protokoll miteinander kommunizieren wollen, um z. B. Signalisierungs-Nachrichten auszutauschen, müssen eine soge­ nannte SCTP-Assoziation bzw. SCTP-Verbindung aufbauen.

Dieses führt zu dem Problem, dass ein Knoten, der mit sehr vielen anderen Knoten über das SCTP-Protokoll kommunizieren muss, zu jedem dieser anderen Knoten eine SCTP-Assoziation aufbauen muss.

Ein solcher Knoten ist im Mobilfunk z. B. das Heimatregister (HLR), das alle dienstebezogenen Daten eines mobilen Teilneh­ mers verwaltet. Außerdem kommuniziert das Heimatregister im Laufe der Zeit mit allen Mobilvermittlungsstellen (MSC) und Besucherregistern (VLR), in deren Bereich sich einer der bei diesem Heimatregister registrierten Teilnehmer aufhält bzw. aufgehalten hat. Dies kann bereits nach heutigen Erfahrungs­ werten die Kommunikation mit mehreren tausend Mobilvermitt­ lungsstellen und Besucherregistern nach sich ziehen. Da das SCTP-Protokoll ein reines Punkt-zu-Punkt-Protokoll ist, muss jeder Knoten, wie z. B. ein solches Heimatregister, zu jedem seiner Partner je eine SCTP-Assoziation aufbauen, also beim Heimatregister u. U. insgesamt mehrere tausend SCTP- Assoziationen aufbauen.

Dies hat mehrere Nachteile zur Folge:

• 1. Der Knoten muss eine sehr große Anzahl von SCTP- Assoziationen verwalten bzw. aufbauen. Ein weiterer Verwal­ tungsaufwand kann im Knoten dadurch entstehen, dass inaktiv gewordene SCTP-Assoziationen erkannt und abgebaut werden müssen bzw. neue SCTP-Assoziationen zu neuen Partnern dyna­ misch aufgebaut werden müssen.
• 2. Im allgemeinen werden nur relativ wenige Nachrichten über eine SCTP-Assoziation ausgetauscht, wodurch sich diese im sogenannten "Slow Start"- bzw. Langsamstart-Zustand befin­ det, was eine entsprechende Verzögerung mit sich bringen kann, da die SCTP-Assoziation nur passiv bereitgehalten wird. Im ungünstigsten Fall hätte eine SCTP-Assoziation zu einem Kommunikationspartner kurz vor einem neuen Nachrich­ tenaustausch abgebaut werden können.
• 3. Der Knoten muss jeden seiner Kommunikationspartner explizit kennen bzw. kennen lernen, um eine Punkt-zu-Punkt- Assoziation wie eine SCTP-Assoziation zu ihm aufbauen zu können. Dies führt entweder zu einem entsprechenden Admini­ strations- bzw. Verwaltungsaufwand, d. h. der Knoten lernt seinen Partner per Administration kennen, oder zu anderen Belastungen, wie höherem Signalisierungsverkehr oder größe­ rer Verzögerung. Z. B. könnte der Knoten per Rufnummersigna­ lisierung (DNS: Domain Name System) die IP-Adresse (IP: In­ ternet-Protokoll), die er zum Aufbau der SCTP-Assoziation zu seinem neuen Partner benötigt, herausfinden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Belastung von Stationen bei der Verwaltung von Punkt-zu-Punkt-Verbindungen zu reduzieren.

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw. die Übertragungseinrichtung eines Kom­ munikationssystems gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen.

Die Einführung von zwischengeschalteten Übertragungseinrich­ tungen in Punkt-zu-Punkt-Verbindungen bietet insbesondere die folgenden Vorteile:

Die Anzahl der von Netzeinrichtungen bzw. Knoten zu verwal­ tenden SCTP-Assoziationen kann in sehr hohem Maße reduziert werden. Auch wird die Dynamik durch die niedrigere Anzahl an direkt kommunizierenden Partnern verringert.

Durch die Zusammenfassung/Aggregierung vieler Nachrichten und/oder Daten auf eine relativ geringe Anzahl von SCTP- Assoziationen kann ein kontinuierlicher Nachrichtenstrom ge­ währleistet werden.

Da sich die Übertragungseinrichtungen bzw. Übertragungspunkte in üblichen Szenarien an der Netzgrenze der betroffenen Netzeinrichtung befinden werden, ist eine Stabilität der di­ rekten Partner der betroffenen Netzeinrichtung gegeben. Diese kommuniziert in der Regel nur mit einer gut überschaubaren und einfach verwaltbaren Anzahl von Übertragungspunkten und Netzeinrichtungen. Eine solche Konfiguration ist insbesondere am Netzrand auch aus Sicherheitsaspekten vorteilhaft, da dort ein Firewall eingerichtet werden kann und von fremden Rech­ nern aus für die SCTP-Assoziation zudem ein Zugang in das Netz hinein verhindert werden kann.

Ein Ausführungsbeispiel wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Netzeinrichtungen in zwei Mobilfunknetzen, zwischen denen SCTP-Verbindungen bestehen,

Fig. 2 eine Baumstruktur der Anbindung von Kommunikations­ partnern an eine Netzeinrichtung und

Fig. 3 ein Schema zur Verarbeitung von Nachrichten an ei­ nem Übertragungspunkt.

In Fig. 1 sind zwei Mobilfunksysteme A und B in einer Situa­ tion dargestellt, bei der sich eine mobile Teilnehmerstation MS(A) des ersten Mobilfunksystems A bei einer Basisstation BS(B) des zweiten Mobilfunksystems B anmeldet. Nach einer entsprechenden Meldung der Basisstation BS(B) baut die ihr zugeordnete Mobilvermittlungsstelle MSC(B) des zweiten Mobilfunksystems B eine Verbindung zu dem Besucherregister VLR(B) des zweiten Mobilfunksystems B und zu dem Heimatregister HLR(A) der rufenden Teilnehmerstation MS(A) auf. Da die Teil­ nehmerstation dem fremden ersten Mobilfunksystem A angehört, ist sie in dessen Heimatregister HLR(A) registriert. Erst nach dem Austausch von teilnehmer-spezifischen Daten, die z. B. betreffen, wo die Abrechnung entstehender Kosten erfol­ gen soll, gibt die Mobilvermittlungsstelle MCS(B) den Aufbau einer von der Teilnehmerstation MS(A) angeforderten Verbin­ dung frei.

Die Kommunikation zwischen der Mobilvermittlungsstelle MSC(B) und dem Heimatregister HLR(A) erfolgt dabei über eine Punkt- zu-Punkt-Verbindung, hier z. B. unter Steuerung des SCTP- Protokolls (SCTP: Simple Control Transfer Protocol) als Über­ tragungsprotokoll. Die in Fig. 1 abgebildeten Doppelpfeile beziehen sich dabei auf solche SCTP-Assoziationen. Die für die Kommunikation zwischen diesen beiden Einrichtungen aufge­ baute Assoziation bleibt vorteilhafterweise bestehen oder in einem passiven Zustand bereitgehalten, da ein späterer erneu­ ter Bedarf absehbar ist und so die langwierige erneute Ein­ richtung einer entsprechenden Assoziation vermieden werden kann.

Vorteilhafterweise wird diese Verbindung bzw. hier SCTP- Assoziation nun aber nicht direkt zwischen der Mobilvermitt­ lungsstelle MSC(B) und dem Heimatregister HLR(A) aufgebaut, sondern über zwischengeschaltete Übertragungspunkte bzw. SCTP-Transfer-Punkte, die in Fig. 1 mit SCTP-TP gekennzeich­ net sind.

Dies reduziert den Aufwand, der mit der Einrichtung, Verwal­ tung und Steuerung solcher SCTP-Assoziationen verbunden ist, da diese Funktionen weitestgehend in die Übertragungspunkte ausgelagert werden können. Die betroffenen Einrichtungen, hier die Mobilvermittlungsstelle MSC(B) und das Heimatregi­ ster HLR(A) müssen nur noch mit einer oder einigen wenigen Einrichtungen kommunizieren, die diese Funktionen dann über­ nehmen.

Wie ersichtlich, können die Übertragungspunkte an beliebigen Punkten eingerichtet sein. Bevorzugt werden Übertragungspunk­ te an den Außen-Schnittstellen bzw. Netzwerkgrenzen der Mo­ bilfunknetze eingerichtet, jedoch können auch fremde Übertra­ gungspunkte außerhalb oder innerhalb der direkt betroffenen Kommunikationssysteme in die Verbindung einbezogen werden. Im Extremfall können die Übertragungspunkte sogar Bestandteil einer bestehenden Netzeinrichtung sein. Als Übertragungspunkt kann somit z. B. eine entsprechende Funktionalität, die in ei­ ner bestehenden Einrichtung bereitgestellt wird, oder auch eine vollkommen eigenständige Einrichtung verstanden werden, womit auch die Bezeichnung Übertragungseinrichtung wählbar ist.

Wenn eine Mobilvermittlungsstelle MSC(B) und/oder ein Besu­ cherregister VLR(B) mit einem Heimatregister HLR(A) des eige­ nen oder eines fremden Kommunikationsnetzes kommunizieren muss, so kann es als nächsten "SCTP-Knoten" einen SCTP- Transfer-Punkt bzw. SCTP-Übertragungspunkt analog heutiger Mechanismen anhand der Adresse der Teilnehmerstation MS(A) in deren Heimatnetz A bestimmen. Damit kann auch bestimmt wer­ den, über welchen SCTP-Übertragungspunkt die Nachricht zum Heimatregister HLR(A) geroutet bzw. geleitet werden muss.

Da sich der SCTP-Übertragungspunkt im selben (besuchten zwei­ ten) Mobilfunknetz B befindet, muss zwischen diesen auch kei­ ne neue SCTP-Assoziation aufgebaut werden. Dies u. a. auch deshalb, weil man die SCTP-Übertragungspunkte und das Routen über diese als längerfristig stabil ansehen kann. Insbesonde­ re verursacht die Einführung eines neuen Heimatregisters HLR(A) im ersten Mobilfunknetz A keinerlei administrativen oder sonstigen Aufwand im zweiten Mobilfunknetz B, was eine weitere vorteilhafte Eigenschaft ist.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, kann die Struktur von SCTP- Assoziationen von einem Knoten A - hier der MSC(B) - aus ge­ sehen, baumartig aufgebaut sein. Im dargestellten Fall liegen zwischen Knoten A bzw. der Mobilvermittlungsstelle MSC(B) und seinem Kommunikationspartner, dem Heimatregister HLR(A), meh­ rere SCTP-Übertragungspunkte.

Während bei direkten Punkt-zu-Punkt-Assoziationen eine Viel­ zahl von Verbindungen dynamisch einzurichten, zu verwalten und zu steuern wäre, wird die Anzahl der SCTP-Assoziationen wie bei Knoten A deutlich verringert. Im Extremfall kann die Reduzierung bis zu einer Assoziation herab erfolgen, wenn ei­ ne bestimmte Einrichtung nur noch mit einem einzigen Übertra­ gungspunkt kommuniziert. Wie ersichtlich, kann auch vorgese­ hen werden, dass eine Einrichtung nicht nur noch über Über­ tragungspunkte mit anderen Einrichtungen kommuniziert, son­ dern auch weiterhin direkte Verbindungen aufbauen kann.

Vorteilhafterweise werden beim vorstehend beschriebenen Aus­ führungsbeispiel SCTP-Übertragungspunkte verwendet. Ein SCTP- Übertragungspunkt ist insbesondere ein Knoten, der beim Empfang einer SCTP-Nachricht oder eines Datencontainers ("Da­ ta Chunks") innerhalb einer SCTP-Nachricht über eine SCTP- Assoziation entscheiden kann, ob sie für ihn bestimmt ist oder nicht. Im Falle, dass sie nicht für ihn bestimmt ist, kann der Übertragungspunkt diese Information mittels einer neuen SCTP-Nachricht über eine andere SCTP-Assoziation an ei­ nen nachfolgenden SCTP-Knoten weiterleiten, wie dies auch aus Fig. 3 ersichtlich ist.

In diesem Beispiel empfängt der SCTP-Übertragungspunkt eine SCTP-Nachricht, die einen Kopfabschnitt (Header) und zwei In­ formationseinheiten, "Data Chunk 1" und "Data Chunk 2" ge­ nannt, enthält. Diese Informationseinheiten ("Data Chunks") sind Container innerhalb einer SCTP-Nachricht, die Nutzinfor­ mationen enthalten. Eine einzelne SCTP-Nachricht kann einen oder mehrere solcher Container umfassen.

Die dargestellte SCTP-Nachricht wird an eine Funktion inner­ halb des SCTP-Übertragungspunktes weitergeleitet, die hier als Entscheidungseinrichtung bezeichnet wird. Die Entschei­ dungseinrichtung kann aufgrund von Informationselementen in­ nerhalb der Nachricht, insbesondere innerhalb von deren Kopfabschnitt, Entscheidungen treffen, wie die empfangenen Daten zu verarbeiten sind.

Insbesondere kann die Entscheidungseinrichtung bestimmen, ob die gesamte SCTP-Nachricht für den vorliegenden SCTP- Übertragungspunkt bzw. eine direkt mit diesem kommunizierende Einrichtung bestimmt ist oder nicht. Gegebenenfalls wird die gesamte SCTP-Nachricht weitergeleitet.

Weiterhin kann die Entscheidungseinrichtung bestimmen, ob einzelne Informationseinheiten innerhalb einer SCTP-Nachricht für sie oder den vorliegenden SCTP-Übertragungspunkt bzw. ei­ ne direkt mit diesem kommunizierende Einrichtung bestimmt ist oder nicht. Dabei ist auch eine Mischsituation möglich, bei der einzelne Anteile einer Nachricht für eine eigene Einrich­ tung und dieselben Anteile oder andere Anteile für andere Einrichtungen bestimmt sind. Gegebenenfalls werden also auch nur einzelne Anteile individuell mit neuen oder angepassten SCTP-Nachrichten weitergeleitet. Diese Unterscheidung kann z. B. aufgrund von Informationen innerhalb eines Containers geschehen. Hierbei kann der weitergeleitete Container segmen­ tiert oder aber mit anderen Containern gemultiplext in einer neuen SCTP-Nachricht transportiert werden. Dadurch kann die volle Flexibilität des SCTP-Protokolls genutzt werden.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel kommt die Entscheidungs­ einrichtung zu dem Schluß, dass der empfangene erste Contai­ ner "Data Chunk 1" weitergeleitet werden muss, während der empfangene zweite Container "Data Chunk 2" von dem SCTP- Übertragungspunkt oder einer damit kommunizierenden Einrich­ tung selber verarbeitet werden muss.

Claims (11)

1. Verfahren zum Übertragen von Daten zwischen zwei Kommuni­ kationssystem-Einrichtungen (MSC(B), HLR(A)) mittels eines Punkt-zu-Punkt-Protokolls (SCTP), bei dem die beiden Kommuni­ kationssystem-Einrichtungen (MSC(B), HLR(A)) eine Verbindung über zumindest eine eigenständige Übertragungseinrichtung (SCTP-TP) verwenden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem für die Punkt-zu-Punkt-Verbindung ein SCTP-Protokoll als Übertragungsprotokoll verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem zwischen den beiden Kommunikationssystem-Einrichtungen (MSC(B), HLR(A)) und der zumindest einen Übertragungseinrich­ tung (SCTP-TP) Assoziationen, insbesondere SCTP-Assoziationen aufgebaut werden, die später bestehen bleiben und/oder in ei­ nem passiven Zustand bereitgehalten werden.

4. Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, bei dem Funktionen bezüglich Einrichtung, Verwaltung und/oder Steue­ rung von Verbindungen, insbesondere von SCTP-Assoziationen in die Übertragungseinrichtung (SCTP-TP) ausgelagert werden.

5. Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, bei dem zumindest eine Übertragungseinrichtung (SCTP-TP) aus Sicht zumindest einer der Kommunikationssystem-Einrichtungen (MSC(B), HLR(A)) baumartig aufgebaut ist.

6. Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, bei dem die zumindest eine Übertragungseinrichtung (SCTP-TP) eine Entscheidungseinrichtung aufweist, die beim Empfang von einer Nachricht und/oder von Daten ("Data Chunks") entscheiden kann, ob sie ganz und/oder teilweise für die Übertragungsein­ richtung (SCTP-TP) bestimmt ist/sind oder nicht.

7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Nachricht und/oder die Daten ganz oder teilweise an eine weitere Übertragungseinrichtung (SCTP-TP) oder die Ziel- Kommunikationssystem-Einrichtung (HLR(A)) weitergeleitet wer­ den.

8. Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, bei dem die zumindest eine Übertragungseinrichtung (SCTP-TP) eine Nachricht und/oder Daten von einer Kommunikationssystem- Einrichtung (MSC(B)) mit einer Nachricht und/oder Daten von einer anderen Kommunikationssystem-Einrichtung mit gleicher Ziel-Kommunikationssystem-Einrichtung (HLR(A)) und/oder glei­ cher nächster Übertragungseinrichtung (SCTP-TP) vor der Wei­ terleitung mischt.

9. Übertragungseinrichtung (SCTP-TP) für ein Kommunikations­ system (A, B), insbesondere zum Durchführen eines Verfahrens nach einem vorstehenden Anspruch, die zwischen zwei mittels eines Punkt-zu-Punkt-Protokolls (SCTP) miteinander kommuni­ zierende Kommunikationssystem-Einrichtungen (MSC(B), HLR(A)) zwischengeschaltet ist.

10. Übertragungseinrichtung (SCTP-TP) nach Anspruch 9, die im Kommunikationssystem (B, A) einer der beiden Kommuni­ kationssystem-Einrichtungen (MSC(B), HLR(A)) oder einer unab­ hängigen Einrichtung dazwischen angeordnet ist.

11. Übertragungseinrichtung nach Anspruch 9 oder 10, die aus Sicht zumindest einer der Kommunikationssystem- Einrichtungen (MSC(B), HLR(A)) Element eines baumartigen Auf­ baus ist.