DE10034687A1 - Verfahren und Übertragungseinrichtung für ein Kommunikations-system zum Übertragen von Daten mittels eines Punkt-zu-Punkt-Protokolls (SCTP) - Google Patents
Verfahren und Übertragungseinrichtung für ein Kommunikations-system zum Übertragen von Daten mittels eines Punkt-zu-Punkt-Protokolls (SCTP)Info
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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.
Priority Applications (2)
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