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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mobilfunk-Kommunikationsgerät mit integriertem Teilnehmer-Identitätsmodul (iSIM) und Zähler zur datenbegrenzten Kommunikation über ein Mobilfunknetzwerk sowie ein entsprechendes Verfahren dazu.
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Mobilfunk-Kommunikationsgeräte mit einer oder mehreren SIM-Karten werden zunehmend im loT (Internet-of-Things, Internet der Dinge) Bereich genutzt, um Maschinen zu vernetzen. Solche Geräte ermöglichen es, nicht nur Maschinen, sondern allgemein physische und virtuelle Gegenstände miteinander zu vernetzen und sie durch Kommunikation untereinander zusammenarbeiten zu lassen. Mit Technologien des „Internets der Dinge“ implementierte Funktionen erlauben die Interaktion zwischen dem Menschen und hierüber vernetzten beliebigen elektronischen Systemen sowie zwischen den Systemen an sich. Ziel des Internets der Dinge ist es, automatisch relevante Informationen aus der realen Welt zu erfassen, miteinander zu verknüpfen und im Netzwerk verfügbar zu machen. Hierzu werden vermehrt Kommunikationsnetze gemäß der 5G-Systemarchitektur eingesetzt, wie beispielsweise in der Spezifikation 3GPP TS 23.501 skizziert.
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Im Bereich der Industrieautomation und bei loT-Kommunikation wird eine günstige und ressourcenschonende Datenübertragung mehr und mehr zu einer Grundbedingung. Bei der loT-Kommunikation sind eine große Menge an Daten, welche den verschiedenen Sensoren und Aktoren zugeordnet sind, zum Netzwerk hin und umgekehrt zu übertragen. Die Kosten einer solchen Datenübertragung sollten dabei jedoch nicht ein vorgesehenes Budget sprengen. Es besteht daher ein Bedarf an einer kostentransparenten Datenübertragung der Messdaten zum Netzwerk hin, um dort eine Auswertung dieser Daten von vielen loT-Geräten vornehmen zu können und basierend auf diesen Daten entsprechende Steuerbefehle zu erzeugen.
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Die Druckschrift
EP 3 742 666 A1 betrifft ein Verfahren und System zur Optimierung des Leistungsverbrauchs von loT-Geräten für USIM-Fernverwaltung. Ein Teilnehmeridentifikationsmodul 1, insbesondere eine USIM, UICC, eUICC, ist mit einer Kommunikationseinrichtung (UE) 2 verbunden (siehe
1), welche typischerweise ein loT-Gerät ist. Das loT-Gerät führt Messungen durch und meldet diese Messungen regelmäßig an einen Server 4 über ein Mobiltelefon-Netzwerk 5.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Konzept für eine kosten- und ressourcentransparente Datenübertragung zu schaffen, welches bei der Kommunikation von Mensch-zu-Mensch, Mensch-zu-Maschine und/oder Maschine-zu-Maschine eine Kommunikation mit hoher Kosten- und Ressourcentransparenz sicherstellt.
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Insbesondere ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Mobilfunk-Kommunikationsgerät bereitzustellen, das entsprechend einer Prepaid Datenübertragung eine kosten- und ressourcentransparente Datenübertragung ins Netzwerk und in umgekehrter Richtung ermöglicht, insbesondere unter Nutzung von Netzwerk-Slices einer 5G-Systemarchitektur.
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Mit Kosten ist hiermit ein Aufwand oder eine Komplexität an Ressourcen gemeint, welche für die Übertragung bereitgestellt werden müssen. Kostentransparenz bedeutet, dass der Nutzer den Überblick über die bereitzustellenden Ressourcen hat.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die im Folgenden vorgestellten Mobilfunk-Kommunikationsgeräte und Kommunikationssysteme können von verschiedener Art sein. Die einzelnen beschriebenen Elemente können durch Software- oder Hardwarekomponenten realisiert sein und können durch verschiedene Technologien hergestellt werden. Die einzelnen Komponenten können zum Beispiel Mikroprozessoren, Halbleiterchips, ASICs, Signalprozessoren, elektrooptische Schaltungen, integrierte elektrische Schaltungen und/oder passive Bauelemente umfassen.
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Die im Folgenden vorgestellten Mobilfunk-Kommunikationsgeräte und MobilfunkNetzwerke können verschiedene Technologien und Netzwerkstandards umfassen, beispielsweise entsprechend der 5G Systemarchitektur. Die 5G Systemarchitektur umfasst das Konzept des Network-Slicing, das heißt das Aufteilen des Kommunikationsnetzwerks in einzelne Stücke bzw. Slices oder Subnetzwerke. Network Slicing ist dabei eine Form der virtuellen Netzwerkarchitektur, bei der Netzwerkarchitekturen in virtuelle Elemente partitioniert werden, die (auch über Software) miteinander verknüpft werden können. Durch das Konzept des Netzwerk-Slicing können mehrere virtuelle Netzwerke auf einer gemeinsamen physischen Infrastruktur erstellt werden. Die virtuellen Netzwerke können dann an die spezifischen Anforderungen von Anwendungen, Diensten, Geräten, Kunden oder Betreibern angepasst werden. Dabei umfasst jedes virtuelle Netzwerk (Netzwerk-Slice) einen unabhängigen Satz logischer Netzwerkfunktionen, die die Anforderungen des jeweiligen Anwendungsfalls unterstützen.
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Jeder dieser virtuellen Netzwerke bzw. Netzwerk-Slices stellt Ressourcen und Netzwerktopologie für einen bestimmten Dienst und Verkehr bereit, der das entsprechende Segment nutzt. So können Funktionen wie Geschwindigkeit, Kapazität, Konnektivität und Abdeckung zugewiesen werden, um die besonderen Anforderungen eines jeden Anwendungsfalls zu erfüllen, jedoch können auch funktionale Komponenten über verschiedene Netzwerk-Slices hinweg gemeinsam genutzt werden. Dazu kann jede Netzwerk-Slice Managementfähigkeiten erhalten, die je nach Anwendungsfall vom Netzbetreiber bzw. Anwender gesteuert werden können. Die Netzwerk-Slices können unabhängig verwaltet und orchestriert werden.
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Die im folgenden beschriebenen Mobilfunknetzwerke können auf 5G-Netzen entsprechend der 5G-Systemarchitektur basieren. Das serviceorientierte 5G-Netzwerk unterstützt sehr unterschiedliche Dienste mit sehr unterschiedlichen Leistungsanforderungen. So unterstützt 5G beispielweise die drei verschiedenen Servicekategorien Enhanced Mobile Broadband (eMBB), massive Maschinentypkommunikation (mMTC, auch bekannt als loT, das heißt Internet of Things) und ultra-zuverlässige Kommunikation mit niedriger Latenz (UR-LLC).
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Die im Folgenden beschriebenen Mobilfunk-Kommunikationsgeräte umfassen eine Mobilfunk-Kommunikationsschnittstelle oder einfach als Kommunikationsschnittstelle bezeichnet, welche eine Vielzahl von Aufgaben ausführt. Eine solche Kommunikationsschnittstelle kann beispielsweise einen Prozessor umfassen, der für die beschriebene Ausführung der Aufgaben verantwortlich ist. Der Begriff „Prozessor“ bezeichnet dabei jedes Gerät, das zur Verarbeitung bestimmter Aufgaben (oder Blöcke oder Schritte) verwendet werden kann. Ein Prozessor kann ein Einzelprozessor oder ein Mehrkernprozessor sein oder kann einen Satz von Prozessoren enthalten oder kann Mittel zur Verarbeitung enthalten. Ein Prozessor kann Software oder Firmware oder Anwendungen usw. verarbeiten.
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Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung ein Mobilfunk-Kommunikationsgerät zur datenbegrenzten Kommunikation über ein Mobilfunknetzwerk, wobei das Mobilfunknetzwerk eine Netzwerkidentifikation aufweist, mit folgenden Merkmalen: einer Mobilfunk-Kommunikationsschnittstelle zur Kommunikation mit dem Mobilfunknetzwerk, wobei die Kommunikationsschnittstelle ein integriertes Teilnehmer-Identitätsmodul, iSIM: Integrated Subscriber Identity, aufweist, wobei das integrierte Teilnehmer-Identitätsmodul als ein eingebetteter integrierter Schaltkreis implementiert ist und eine Mobilfunk-Teilnehmerkennung zusammen mit der Netzwerkidentifikation und einer Netzwerkadresse des Mobilfunknetzwerks fest speichert, wobei die Mobilfunk-Teilnehmerkennung das integrierte Teilnehmer-Identitätsmodul in dem Mobilfunknetzwerk identifiziert; einem Datenspeicher; einem Sensor, welcher ausgebildet ist, einen Datenwert einer physikalischen Größe zu vorbestimmten Zeitpunkten zu erfassen und in dem Datenspeicher zu speichern; wobei die Mobilfunk-Kommunikationsschnittstelle ausgebildet ist, den zu einem vorbestimmten Zeitpunkt erfassten Datenwert aus dem Datenspeicher auszulesen, die Mobilfunk-Teilnehmerkennung, die Netzidentifikation und die Netzwerkadresse des Mobilfunknetzwerks aus dem integrierten Teilnehmer-Identitätsmodul auszulesen und die Mobilfunk-Teilnehmerkennung zusammen mit der Netzidentifikation, der Netzwerkadresse des Mobilfunknetzwerks und dem ausgelesenen aktuellen Datenwert an die Netzwerkadresse des Mobilfunknetzwerks auszusenden; einem Zähler, welcher ausgebildet ist, einen Zählerstand des Zählers ausgehend von einem anfänglichen Zählerstand bei jeder Aussendung des Datenwertes durch die Kommunikationsschnittstelle um einen Zählerdekrement zu verringern; einer Spannungsversorgung, welche ausgebildet ist, das integrierte Teilnehmer-Identitätsmodul mit elektrischer Spannung zu versorgen; und einer Steuerung, welche ausgebildet ist, das integrierte Teilnehmer-Identitätsmodul bei Erreichen eines Zählerschwellwertes durch den Zählerstand von der Spannungsversorgung dauerhaft zu trennen, um das das integrierte Teilnehmer-Identitätsmodul zu deaktivieren.
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Ein solches Mobilfunk-Kommunikationsgerät sorgt aufgrund der Deaktivierung des integrierten Teilnehmer-Identitätsmoduls bei Erreichen des Zählerschwellwerts für eine kosten- und ressourcentransparente Datenübertragung, welche bei der Kommunikation von Mensch-zu-Mensch, Mensch-zu-Maschine und/oder Maschine-zu-Maschine eine Kommunikation mit hoher Kosten- und Ressourcentransparenz sicherstellt. Wenn eine gewisse Anzahl von Datenübertragungen erreicht ist, wird die iSIM deaktiviert, so dass keine weiteren Kosten entstehen. Damit kann eine Prepaid Datenübertragung ins Netzwerk und in umgekehrter Richtung realisiert werden. Das Kommunikationsgerät eignet sich insbesondere bei Nutzung von Netzwerk-Slices einer 5G-Systemarchitektur, wie weiter unten näher beschrieben.
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In einer beispielhaften Ausführungsform des Mobilfunk-Kommunikationsgeräts weist das integrierte Teilnehmer-Identitätsmodul einen Spannungsversorgungsanschluss auf, welcher über eine thermisch zerstörbare Sicherung mit der Spannungsversorgung verbunden ist, wobei die Steuerung ausgebildet ist, die thermisch zerstörbare Sicherung mit einem elektrischen Strom zu beschicken und dadurch die thermisch zerstörbare Sicherung thermisch zu zerstören, um das das integrierte Teilnehmer-Identitätsmodul dauerhaft zu deaktivieren.
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Diese Sicherheitsmaßnahmen sorgen dafür, dass bei Erreichen des Zählerschwellwerts das Teilnehmer-Identitätsmodul nicht weiter genutzt werden kann, so dass keine weiteren Kosten entstehen. Der Nutzer kann damit das Kommunikationsgerät so lange nutzen bis ein vorhandenes Guthaben aufgebraucht ist, das mit dem Zählerschwellwert assoziiert ist. Damit hat der Nutzer die volle Kostentransparenz seiner installierten loT-Kommunikationsgeräte jederzeit im Blick, ohne dass es zu unvorhergesehenen Kosten kommt.
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In einer beispielhaften Ausführungsform des Mobilfunk-Kommunikationsgeräts ist die Steuerung ausgebildet, die thermisch zerstörbare Sicherung ansprechend auf das Erreichen des Zählerschwellwertes durch den Zählerstand mit dem elektrischen Strom zu beschicken und dadurch die Mobilfunk-Kommunikationsschnittstelle mit dem integrierten Teilnehmer-Identitätsmodul dauerhaft zu deaktivieren.
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Damit wird der technische Vorteil erzielt, dass das Mobilfunk-Kommunikationsgerät bei Erreichen des Zählerschwellwerts sich von selbst deaktiviert, indem es die thermische Schmelzsicherung durch einen elektrischen Strom thermisch zerstört. Ab diesem Zeitpunkt entstehen keine weiteren Kosten, so dass der Nutzer über die volle Kostentransparenz verfügen kann. Möchte der Nutzer das Kommunikationsgerät trotzdem weiter nutzen, so kann er den Zählerstand wieder auf seinen Anfangswert zurücksetzen und die thermische Sicherung austauschen oder aber das Kommunikationsgerät als Ganzes ersetzen.
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In einer beispielhaften Ausführungsform des Mobilfunk-Kommunikationsgeräts ist der anfängliche Zählerstand des Zählers in dem Zähler fest gespeichert.
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Damit wird der technische Vorteil erreicht, dass der anfängliche Zählerstand vordefiniert ist und beispielsweise einem Guthaben zugeordnet sein kann beziehungsweise einem Datenvolumen, welches angibt, wie viele Übertragungen von Daten mit dem Kommunikationsgerät durchgeführt werden können. Der Nutzer weiß damit, wie viele Übertragungen von Daten er mit dem Kommunikationsgerät vornehmen kann, bevor die iSIM deaktiviert wird.
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In einer beispielhaften Ausführungsform des Mobilfunk-Kommunikationsgeräts ist die Mobilfunk-Kommunikationsschnittstelle ausgebildet, den jeweils ausgesendeten Datenwert aus dem Speicher zu löschen.
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Dies bietet den technischen Vorteil, dass sich die Aufzeichnungsdauer für die Sensor-Daten erhöht, wenn der jeweils ausgesendeten Datenwerte nach jeder Übertragung aus dem Speicher wieder gelöscht wird, so dass keine unnötigen Daten, die bereits übertragen wurden, in dem Datenspeicher gespeichert werden.
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In einer beispielhaften Ausführungsform des Mobilfunk-Kommunikationsgeräts ist die Steuerung ausgebildet, die Kommunikationsschnittstelle zum Aussenden des jeweils erfassten Datenwertes zwischen zwei aufeinanderfolgenden vorbestimmten Zeitpunkten anzusteuern, und wobei die Mobilfunk-Kommunikationsschnittstelle ansprechend auf die Ansteuerung durch die Steuerung ausgebildet ist, den jeweils erfassten Datenwert auszusenden.
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Damit wird der technische Vorteil erreicht, dass das Kommunikationsgerät besonders effizient arbeitet, wenn es wechselseitig Daten aufzeichnet, also zu den vorbestimmten Zeitpunkten, und die Daten dann zum Netzwerk sendet, wenn gerade keine Aufzeichnung stattfindet, das heißt zwischen zwei aufeinanderfolgenden vorbestimmten Zeitpunkten.
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Die Leistungsfähigkeit der Kommunikationsschnittstelle kann damit optimal ausgenutzt werden, da die zu verarbeitenden Tätigkeiten über die Zeit verteilt werden.
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In einer beispielhaften Ausführungsform des Mobilfunk-Kommunikationsgeräts ist der Sensor ein Temperatursensor, und die physikalische Größe ist eine Temperatur.
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Damit wird der technische Vorteil erreicht, dass sich Temperaturwerte effizient zum Netzwerk übertragen lassen.
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In einer beispielhaften Ausführungsform des Mobilfunk-Kommunikationsgeräts ist die Mobilfunk-Teilnehmerkennung eine IMSI (International Mobile Subscriber Identity).
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Damit wird der technische Vorteil erreicht, dass die ausgesendeten Daten im Netzwerk anhand der IMSI dem entsprechenden Mobilfunk-Kommunikationsgerät zugeordnet werden können, so dass jederzeit bekannt ist, woher die aufgezeichneten Daten stammen. Die IMSI (International Mobile Subscriber Identity) ist eine eindeutige Mobilfunk-Teilnehmerkennung, die nicht mehrfach vergeben wird und erlaubt damit eine eindeutige Identifizierung der Daten.
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In einer beispielhaften Ausführungsform des Mobilfunk-Kommunikationsgeräts ist das Mobilfunknetzwerk ein Subnetzwerk eines 5G-Mobilfunknetzwerks, ist das Mobilfunk-Kommunikationsgerät ein loT-Kommunikationsgerät, wobei die Mobilfunk-Teilnehmerkennung in dem integrierten Teilnehmer-Identitätsmodul unter Verwendung eines öffentlichen kryptographischen Schlüssels kryptographisch verschlüsselt gespeichert ist, wobei der öffentliche kryptographische Schlüssel dem Mobilfunknetzwerk zugeordnet ist, und wobei die Mobilfunk-Kommunikationsschnittstelle ausgebildet ist, die kryptographisch verschlüsselte Mobilfunk-Teilnehmerkennung auszusenden.
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Dies bietet den technischen Vorteil, dass sich das Mobilfunk-Kommunikationsgerät mit der iSIM in 5G Kommunikationsnetzen, insbesondere Netzwerk-Slices einsetzen lässt, und aufgrund des Zählers jederzeit Transparenz der Kosten beziehungsweise der Anzahl der Datenübertragungen oder der noch möglichen Anzahl der Datenübertragungen gewährleistet. Die Vorteile der 5G Systemarchitektur können somit ausgenutzt werden, das heißt die virtuelle Netzwerkarchitektur auf einer gemeinsamen physischen Infrastruktur, die spezifische Anpassung an Anforderungen von Anwendungen, Diensten, Geräten, Kunden oder Betreibern, die Unterstützung von logischen Netzwerkfunktionen, die anwendungsspezifische Zuweisung von Funktionen wie Geschwindigkeit, Kapazität, Konnektivität und Netzabdeckung, um die besonderen Anforderungen eines jeden Anwendungsfalls zu erfüllen, die gemeinsame Nutzung von funktionalen Komponenten über verschiedene Netzwerk-Slices hinweg, etc. Aufgrund der zählerbasierten Übertragung der Daten erhält der Nutzer jederzeit die volle Kosten- und Ressourcentransparenz.
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Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur datenbegrenzten Kommunikation eines Mobilfunk-Kommunikationsgeräts über ein Mobilfunknetzwerk, wobei das Mobilfunknetzwerk eine Netzwerkidentifikation aufweist, und wobei das Mobilfunk-Kommunikationsgerät eine Mobilfunk-Kommunikationsschnittstelle zur Kommunikation mit dem Mobilfunknetzwerk aufweist, wobei die Mobilfunk-Kommunikationsschnittstelle ein integriertes Teilnehmer-Identitätsmodul, iSIM: Integrated Subscriber Identity, aufweist, wobei das integrierte Teilnehmer-Identitätsmodul als ein eingebetteter integrierter Schaltkreis implementiert ist und eine Mobilfunk-Teilnehmerkennung zusammen mit der Netzwerkidentifikation und einer Netzwerkadresse des Mobilfunknetzwerks fest speichert, wobei die Mobilfunk-Teilnehmerkennung das integrierte Teilnehmer-Identitätsmodul in dem Mobilfunknetzwerk identifiziert; wobei das Mobilfunk-Kommunikationsgerät ferner einen Datenspeicher, einen Sensor, einen Zähler und eine Spannungsversorgung aufweist, welche ausgebildet ist, das integrierte Teilnehmer-Identitätsmodul mit elektrischer Spannung zu versorgen; wobei das Verfahren die folgende Schritte umfasst: Erfassen eines Datenwerts einer physikalischen Größe zu vorbestimmten Zeitpunkten durch den Sensor und Speichern des Datenwerts in dem Datenspeicher; Auslesen des zu einem vorbestimmten Zeitpunkt erfassten Datenwerts aus dem Datenspeicher und Auslesen der Mobilfunk-Teilnehmerkennung, der Netzidentifikation und der Netzwerkadresse des Mobilfunknetzwerks aus dem integrierten Teilnehmer-Identitätsmodul; und Aussenden der Mobilfunk-Teilnehmerkennung zusammen mit der Netzidentifikation, der Netzwerkadresse des Mobilfunknetzwerks und dem ausgelesenen aktuellen Datenwert an die Netzwerkadresse des Mobilfunknetzwerks durch die Mobilfunk-Kommunikationsschnittstelle; Verringern eines Zählerstands des Zählers ausgehend von einem anfänglichen Zählerstand bei jeder Aussendung des Datenwertes durch die Kommunikationsschnittstelle um einen Zählerdekrement durch den Zähler; Dauerhaftes Trennen des integrierten Teilnehmer-Identitätsmoduls von der Spannungsversorgung bei Erreichen eines Zählerschwellwertes durch den Zählerstand, um das das integrierte Teilnehmer-Identitätsmodul zu deaktivieren.
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Ein solches Verfahren sorgt aufgrund der Deaktivierung des integrierten Teilnehmer-Identitätsmoduls bei Erreichen des Zählerschwellwerts für eine kosten- und ressourcentransparente Datenübertragung, welche bei der Kommunikation von Mensch-zu-Mensch, Mensch-zu-Maschine und/oder Maschine-zu-Maschine eine Kommunikation mit hoher Kosten- und Ressourcentransparenz sicherstellt. Wenn eine gewisse Anzahl von Datenübertragungen erreicht ist, wird die iSIM deaktiviert, so dass keine weiteren Kosten entstehen. Damit kann eine Prepaid Datenübertragung ins Netzwerk und in umgekehrter Richtung realisiert werden. Das Verfahren eignet sich insbesondere bei Nutzung von Netzwerk-Slices einer 5G-Systemarchitektur, wie weiter unten näher beschrieben.
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Weitere Ausführungsbeispiele werden Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Mobilfunkkommunikationssystems 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform mit einem Mobilfunk-Kommunikationsgerät 130 mit integriertem Teilnehmer-Identitätsmodul 150 und einem Zähler 170 zur datenbegrenzten Kommunikation gemäß der Offenbarung;
- 2 eine schematische Darstellung eines Mobilfunkkommunikationssystems 200 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform mit einem Mobilfunk-Kommunikationsgerät 130 mit integriertem Teilnehmer-Identitätsmodul 150, einem Zähler 170 und einer thermisch zerstörbaren Sicherung 192 zur datenbegrenzten Kommunikation gemäß der Offenbarung;
- 3 eine schematische Darstellung eines Mobilfunk-Kommunikationsgeräts 130 mit iSIM 150 und Zähler 170 zur datenbegrenzten Kommunikation gemäß der Offenbarung in einem 5G Kommunikationssystem 300 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform entsprechend der Spezifikation 3GPP TS 23.501;
- 4 eine schematische Darstellung eines Verfahrens 400 zur datenbegrenzten Mobilfunk-Kommunikation mittels integriertem Teilnehmer-Identitätsmodul 150 und Zähler 170 gemäß der Offenbarung.
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In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil hiervon bilden und in denen als Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeführt werden kann. Es versteht sich, dass auch andere Ausführungsformen genutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Konzept der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einem beschränkenden Sinne zu verstehen. Ferner versteht es sich, dass die Merkmale der verschiedenen hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch etwas anderes angegeben ist.
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Die Aspekte und Ausführungsformen werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen sich im Allgemeinen auf gleiche Elemente beziehen. In der folgenden Beschreibung werden zu Erläuterungszwecken zahlreiche spezifische Details dargelegt, um ein eingehendes Verständnis von einem oder mehreren Aspekten der Erfindung zu vermitteln. Für einen Fachmann kann es jedoch offensichtlich sein, dass ein oder mehrere Aspekte oder Ausführungsformen mit einem geringeren Grad der spezifischen Details ausgeführt werden können. In anderen Fällen werden bekannte Strukturen und Elemente in schematischer Form dargestellt, um das Beschreiben von einem oder mehreren Aspekten oder Ausführungsformen zu erleichtern. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen genutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Konzept der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Wenngleich ein bestimmtes Merkmal oder ein bestimmter Aspekt einer Ausführungsform bezüglich nur einer von mehreren Implementierungen offenbart worden sein mag, kann außerdem ein derartiges Merkmal oder ein derartiger Aspekt mit einem oder mehreren anderen Merkmalen oder Aspekten der anderen Implementierungen kombiniert werden, wie für eine gegebene oder bestimmte Anwendung erwünscht und vorteilhaft sein kann. Weiterhin sollen in dem Ausmaß, in dem die Ausdrücke „enthalten“, „haben“, „mit“ oder andere Varianten davon entweder in der ausführlichen Beschreibung oder den Ansprüchen verwendet werden, solche Ausdrücke auf eine Weise ähnlich dem Ausdruck „umfassen“ einschließend sein. Die Ausdrücke „gekoppelt“ und „verbunden“ können zusammen mit Ableitungen davon verwendet worden sein. Es versteht sich, dass derartige Ausdrücke dazu verwendet werden, um anzugeben, dass zwei Elemente unabhängig davon miteinander kooperieren oder interagieren, ob sie in direktem physischem oder elektrischem Kontakt stehen oder nicht in direktem Kontakt miteinander stehen. Außerdem ist der Ausdruck „beispielhaft“ lediglich als ein Beispiel aufzufassen anstatt der Bezeichnung für das Beste oder Optimale. Die folgende Beschreibung ist deshalb nicht in einem einschränkenden Sinne zu verstehen.
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Im Folgenden werden Netzwerkzugangs-Entitäten, Mobilfunk-Kommunikationsgeräte und Funktionen von solchen Netzwerkzugangs-Entitäten und Mobilfunk-Kommunikationsgeräten beschrieben. Die Netzwerkzugangs-Entität stellt den Zugang und die Mobilitätsverwaltung im Mobilfunknetzwerk sicher. Über die Netzwerkzugangs-Entität können sich Mobilfunk-Kommunikationsgeräte mit ihrer Mobilfunk-Teilnehmerkennung, zum Beispiel UE ID oder IMSI im Mobilfunknetzwerk registrieren und erhalten die Erlaubnis, eine Kommunikationsverbindung aufzubauen. Beispielsweise kann die Netzwerkzugangs-Entität im 5G Netzwerk eine AMF (Access and Mobility Management Function) sein, um Zugangs- und Mobilitätsmanagement Funktionen bereitzustellen. Die AMF verwaltet die Zugangs- und Mobilitätssteuerung und kann auch eine Netzwerk-Slice Auswahlfunktionalität umfassen. Im 4G Netzwerk kann die Netzwerkzugangs-Entität auch eine MME (Mobilitäts-Management Entität) sein. Diese stellt die Funktionen des Paging zum Aufbau von Anrufen und allgemein Kommunikationsverbindungen sowie Signalisierung für Kontrollzwecke bereit. Die Netzwerkzugangs-Entität verbindet das Kernnetzwerk mit dem Zugangsnetzwerk und verwaltet die Aufenthaltsorte aller Mobilfunk-Kommunikationsgeräte in den ihr angeschlossenen Funkzellen.
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Die Netzwerkzugangs-Entität baut ferner zu einem Mobilfunk-Kommunikationsgerät eine Sicherheitsbeziehung auf, um dann im Mobilfunk-Kommunikationsgerät und in der Netzwerkanwendungsfunktion (NAF) der Netzwerkzugangsfunktion Sicherheitselemente, zum Beispiel Schlüssel, installieren zu können, zum Beispiel über die Netzwerk-Protokolle Diameter und Hypertext Transfer Protocol (http).
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Mobilfunkkommunikationssystems 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform mit einem Mobilfunk-Kommunikationsgerät 130 mit integriertem Teilnehmer-Identitätsmodul 150 und einem Zähler 170 zur datenbegrenzten Kommunikation gemäß der Offenbarung.
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Das Mobilfunk-Kommunikationsgerät 130 dient zur datenbegrenzten Kommunikation über ein Mobilfunknetzwerk 110 mit einer Netzwerkidentifikation 111.
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Das Mobilfunk-Kommunikationsgerät 130 weist eine Mobilfunk-Kommunikationsschnittstelle 140 auf zur Kommunikation mit dem Mobilfunknetzwerk 110. Die Kommunikationsschnittstelle 140 weist ein integriertes Teilnehmer-Identitätsmodul ( iSIM: Integrated Subscriber Identity) 150 auf, welches als ein eingebetteter integrierter Schaltkreis implementiert ist, und eine Mobilfunk-Teilnehmerkennung 113 zusammen mit der Netzwerkidentifikation 111 und einer Netzwerkadresse 112 des Mobilfunknetzwerks 110 fest speichert. Dabei identifiziert die Mobilfunk-Teilnehmerkennung 113 das integrierte Teilnehmer-Identitätsmodul 150 in dem Mobilfunknetzwerk 110.
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Das Mobilfunk-Kommunikationsgerät 130 weist ferner einen Datenspeicher 180 auf sowie einen Sensor 160, der ausgebildet ist, einen Datenwert 162 einer physikalischen Größe 161 zu vorbestimmten Zeitpunkten zu erfassen und in dem Datenspeicher 180 zu speichern.
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Die Mobilfunk-Kommunikationsschnittstelle 140 ist ausgebildet, den zu einem vorbestimmten Zeitpunkt erfassten Datenwert 114 aus dem Datenspeicher 180 auszulesen, die erste Mobilfunk-Teilnehmerkennung 113, die erste Netzidentifikation 111 und die Netzwerkadresse 112 des Mobilfunknetzwerks 110 aus dem integrierten Teilnehmer-Identitätsmodul 150 auszulesen und die Mobilfunk-Teilnehmerkennung 113 zusammen mit der Netzidentifikation 111, der Netzwerkadresse 112 des Mobilfunknetzwerks 110 und dem ausgelesenen aktuellen Datenwert 114 an die Netzwerkadresse 112 des Mobilfunknetzwerks 110 auszusenden.
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Das Mobilfunk-Kommunikationsgerät 130 weist einen Zähler 170 auf, welcher ausgebildet ist, einen Zählerstand des Zählers 170 ausgehend von einem anfänglichen Zählerstand bei jeder Aussendung des Datenwertes 114 durch die Kommunikationsschnittstelle 140 um einen Zählerdekrement zu verringern.
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Das Mobilfunk-Kommunikationsgerät 130 weist eine Spannungsversorgung 190 auf, welche ausgebildet ist, das integrierte Teilnehmer-Identitätsmodul 150 mit elektrischer Spannung zu versorgen.
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Das Mobilfunk-Kommunikationsgerät 130 weist eine Steuerung 120 auf, welche ausgebildet ist, das integrierte Teilnehmer-Identitätsmodul 150 bei Erreichen eines Zählerschwellwertes durch den Zählerstand von der Spannungsversorgung 190 dauerhaft zu trennen, um das das integrierte Teilnehmer-Identitätsmodul 150 zu deaktivieren.
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Das Mobilfunk-Kommunikationsgerät 130 sorgt aufgrund der Deaktivierung des integrierten Teilnehmer-Identitätsmoduls 150 bei Erreichen des Zählerschwellwerts für eine kosten- und ressourcentransparente Datenübertragung, welche bei der Kommunikation von Mensch-zu-Mensch, Mensch-zu-Maschine und/oder Maschine-zu-Maschine eine Kommunikation mit hoher Kosten- und Ressourcentransparenz sicherstellt.
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Wenn eine gewisse Anzahl von Datenübertragungen erreicht ist, wird die iSIM 150 durch die Steuerung 120 deaktiviert, so dass keine weiteren Kosten oder Aufwände entstehen. Damit kann eine Prepaid Datenübertragung ins Netzwerk 110 und in umgekehrter Richtung realisiert werden. Das Kommunikationsgerät 130 eignet sich insbesondere bei Nutzung von Netzwerk-Slices einer 5G-Systemarchitektur, wie zu 3 näher beschrieben.
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Das Mobilfunknetzwerk 110 ist durch seine Netzwerkidentifikation (ID1) 111 identifiziert und kann über seine Netzwerkadresse 112 angesprochen werden. Beispielsweise ist in dem Mobilfunknetzwerk 110 eine Netzwerkzugangsentität vorhanden, welche den Zugang zu dem Mobilfunknetzwerk 110 regelt. Das Mobilfunknetzwerk 110 kann dann über die Netzwerkadresse dieser Netzwerkzugangsentität angesprochen beziehungsweise erreicht werden. Diese Netzwerkzugangsentität kennt die Netzwerkidentifikation 111 des Mobilfunknetzwerks 110 und kann einen Zugang zu dem Mobilfunknetzwerk 110 managen.
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Die Netzwerkzugangsentität für das Mobilfunknetzwerk 110 kann beispielsweise eine RAN (Radio Access Network) - Entität sein, wie zum Beispiel eine Basisstation oder eine Funkzugangsentität oder eine AMF (Access and Mobility Management Function)-Entität im 5G Netzwerk, wie unten zu 3 näher beschrieben.
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Das Kommunikationssystem 100 ist hier nur beispielhaft dargestellt. Es kann auch weitere Mobilfunknetzwerke umfassen, die ähnlich zu dem hier dargestellten Netzwerk 110 aufgebaut sein können. Ferner können auch zusätzlich oder anstelle des Mobilfunknetzwerks 110 Netzwerke mit anderen Funkzugangstechnologien implementiert sein, beispielsweise WLAN bzw. WiFi-Netzwerke. Auch weitere Mobilfunk-Kommunikationsgeräte 130 können sich in dem Kommunikationssystem 100 aufhalten und kommunizieren.
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Auch das Mobilfunk-Kommunikationsgerät 130 kann neben dem in 1 dargestellten integrierten Teilnehmer-Identitätsmodul 150 weitere solche Teilnehmer-Identitätsmodule umfassen, beispielsweise kann es sich um Module für den Zugang in andere Mobilfunknetzwerke, beispielsweise anhand anderer Netzwerkzugangstechnologien handeln.
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Die feste Speicherung bedeutet, dass die Mobilfunk-Teilnehmerkennung 113 zusammen mit der Netzwerkidentifikation 111 und der Netzwerkadresse 112 des Mobilfunknetzwerks 110 auch bei Abschalten der Stromversorgung in dem integrierten Teilnehmer-Identitätsmodul 150 gespeichert sind.
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Die Mobilfunk-Teilnehmerkennung 113 ist beispielsweise eine Kennung des Teilnehmers in dem Mobilfunknetzwerk 110, zum Beispiel eine IMSI (International Mobile Subscriber Identity, das heißt eine Nummer zur eindeutigen Identifizierung von Netzteilnehmern in dem Mobilfunknetzwerk 110. Die Mobilfunk-Teilnehmerkennung 113 kann Parameter umfassen zum Identifizieren und Authentifizieren des Teilnehmers im Mobilfunknetzwerk 110.
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Die Daten 114 können dabei dem Teilnehmer-Identitätsmodul 150 zugeordnet sein. Beispielsweise können die Daten 114 solche Daten sein, die nicht mehr im Teilnehmer-Identitätsmodul 150 gespeichert werden können und daher in den Datenspeicher 180 ausgelagert werden. Dabei kann es sich beispielsweise um Messwerte handeln, welche von dem Teilnehmer-Identitätsmodul 150 gemessen wurden, zum Beispiel aufgezeichnete Bilder oder Sprachdaten, oder Temperaturwerte, Druckwerte, Pegelwerte, Stromstärken, Spannungswerte, etc. Durch das Speichern der Daten 114 im Datenspeicher 180 sind diese bei einer Störung des Teilnehmer-Identitätsmoduls 150 nicht betroffen.
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Das Mobilfunk-Kommunikationsgerät 130 kann ferner einen Aktor oder eine Schnittstelle zu einem Aktor umfassen, welche(r) ausgebildet ist, einen Steuerbefehl zur Ansteuerung des Aktors aus den Daten 114 in dem Datenspeicher 180 abzuleiten oder auszulesen und an den Aktor oder die Schnittstelle zu dem Aktor weiterzuleiten, um den Aktor entsprechend zu bewegen.
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Der Aktor kann beispielsweise eine Maschinenkomponente sein, welche durch die Daten 114 angesteuert werden kann. Der Aktor kann zum Beispiel ein Haushaltsgerät sein, das im automatisierten Haus beziehungsweise Zuhause über die Daten 114 angesteuert werden kann. Alternativ kann der Aktor beispielsweise ein Lautsprecher oder eine Vibrationseinrichtung des Mobilfunk-Kommunikationsgeräts 130 sein, welche(r) über die Daten 114 angesteuert und aktiviert werden kann.
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Das Mobilfunknetzwerk 110 kann beispielsweise ein Subnetzwerk oder Slice eines 5G-Mobilfunknetzwerks sein, wie zum Beispiel zu 3 näher beschrieben.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines Mobilfunkkommunikationssystems 200 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform mit einem Mobilfunk-Kommunikationsgerät 130 mit integriertem Teilnehmer-Identitätsmodul 150, einem Zähler 170 und einer thermisch zerstörbaren Sicherung 192 zur datenbegrenzten Kommunikation gemäß der Offenbarung. Das Kommunikationsgerät 130 entspricht dem oben zu 1 beschriebenen Kommunikationsgerät 130, wobei zusätzlich eine thermisch zerstörbare Sicherung 192 an einem Spannungsversorgungsanschluss 191 der iSIM 150 implementiert ist.
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Das integrierte Teilnehmer-Identitätsmodul 150 weist einen Spannungsversorgungsanschluss 191 auf, welcher über eine thermisch zerstörbare Sicherung 192 mit der Spannungsversorgung 190 verbunden ist. Die Steuerung 120 ist ausgebildet, die thermisch zerstörbare Sicherung 192 mit einem elektrischen Strom 121 zu beschicken und dadurch die thermisch zerstörbare Sicherung 192 thermisch zu zerstören, um das das integrierte Teilnehmer-Identitätsmodul 150 dauerhaft zu deaktivieren. Die thermisch zerstörbare Sicherung 192 kann beispielsweise als Schmelzsicherung implementiert sein.
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Die Steuerung 120 kann die thermisch zerstörbare Sicherung 192 ansprechend auf das Erreichen des Zählerschwellwertes durch den Zählerstand mit dem elektrischen Strom 121 beschicken und dadurch die Mobilfunk-Kommunikationsschnittstelle 140 mit dem integrierten Teilnehmer-Identitätsmodul 150 dauerhaft deaktivieren.
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Damit kann sich das Mobilfunk-Kommunikationsgerät bei Erreichen des Zählerschwellwerts von selbst deaktivieren, indem es die thermische Schmelzsicherung 192 durch einen elektrischen Strom 121 thermisch zerstört. Ab diesem Zeitpunkt entstehen keine weiteren Kosten, so dass der Nutzer jederzeit über die volle Kostentransparenz verfügen kann. Möchte der Nutzer das Kommunikationsgerät 130 trotzdem weiter nutzen, so kann er den Zählerstand wieder auf seinen Anfangswert zurücksetzen und die Sicherung 192 austauschen oder er kann das ganze Kommunikationsgerät 130 austauschen.
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Der anfängliche Zählerstand des Zählers 170 kann beispielsweise in dem Zähler 170 fest gespeichert sein.
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Damit kann der anfängliche Zählerstand vordefiniert sein und beispielsweise einem Guthaben oder Datenvolumen zugeordnet sein, welches angibt, wie viele Übertragungen von Daten 114 mit dem Kommunikationsgerät 130 durchgeführt werden können. Der Nutzer weiß damit, wie viele Übertragungen von Daten 114 er mit dem Kommunikationsgerät 130 vornehmen kann, bevor die iSIM 150 deaktiviert wird.
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Die Mobilfunk-Kommunikationsschnittstelle 140 kann den jeweils ausgesendeten Datenwert 114 aus dem Speicher 180 löschen.
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Damit kann sich die Aufzeichnungsdauer für die Sensor-Daten erhöhen, da die jeweils ausgesendeten Datenwerte nach jeder Übertragung aus dem Speicher 180 wieder gelöscht werden, so dass keine unnötigen Daten, die bereits übertragen wurden, in dem Datenspeicher 180 gespeichert werden.
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Die Steuerung 120 kann ausgebildet sein, die Mobilfunk-Kommunikationsschnittstelle 140 zum Aussenden des jeweils erfassten Datenwertes 114 zwischen zwei aufeinanderfolgenden vorbestimmten Zeitpunkten anzusteuern. Die Mobilfunk-Kommunikationsschnittstelle 140 kann ansprechend auf die Ansteuerung durch die Steuerung 120, den jeweils erfassten Datenwert 114 aussenden.
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Damit kann das Kommunikationsgerät 130 besonders effizient arbeitet, wenn es wechselseitig Daten aufzeichnet, also zu den vorbestimmten Zeitpunkten, und die Daten dann zum Netzwerk 110 sendet, wenn gerade keine Aufzeichnung stattfindet, das heißt zwischen zwei aufeinanderfolgenden vorbestimmten Zeitpunkten.
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Der Sensor 160 kann beispielsweise ein Temperatursensor sein, und die physikalische Größe 161 eine Temperatur.
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Die Mobilfunk-Teilnehmerkennung 113 ist beispielsweise eine IMSI, das heißt eine Nummer zur eindeutigen Identifizierung von Netzteilnehmern in dem Mobilfunknetzwerk 110. Die Mobilfunk-Teilnehmerkennung 113 kann Parameter umfassen zum Identifizieren und Authentifizieren des Teilnehmers im Mobilfunknetzwerk 110.
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Das Mobilfunknetzwerk 110 kann ein Subnetzwerk eines 5G-Mobilfunknetzwerks sein, wie unten zu 3 näher beschrieben. Das Mobilfunk-Kommunikationsgerät 130 kann ein loT-Kommunikationsgerät sein. Die Mobilfunk-Teilnehmerkennung 113 kann in dem integrierten Teilnehmer-Identitätsmodul 150 unter Verwendung eines öffentlichen kryptographischen Schlüssels kryptographisch verschlüsselt gespeichert sein. Dabei kann der öffentliche kryptographische Schlüssel dem Mobilfunknetzwerk 110 zugeordnet sein. Die Mobilfunk-Kommunikationsschnittstelle 140 kann ausgebildet sein, die kryptographisch verschlüsselte Mobilfunk-Teilnehmerkennung 113 auszusenden.
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Damit lässt sich das Mobilfunk-Kommunikationsgerät 130 mit der iSIM 150 in 5G Kommunikationsnetzen, insbesondere Netzwerk-Slices einsetzen, wie beispielsweise unten zu 3 dargestellt, und gewährleistet aufgrund des Zählers 170 jederzeit Transparenz der Kosten beziehungsweise der Anzahl der Datenübertragungen oder der noch möglichen Anzahl der Datenübertragungen.
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Die Vorteile der 5G Systemarchitektur 300, wie zu 3 näher beschrieben, können somit ausgenutzt werden, das heißt die virtuelle Netzwerkarchitektur auf einer gemeinsamen physischen Infrastruktur, die spezifische Anpassung an Anforderungen von Anwendungen, Diensten, Geräten, Kunden oder Betreibern, die Unterstützung von logischen Netzwerkfunktionen, die anwendungsspezifische Zuweisung von Funktionen wie Geschwindigkeit, Kapazität, Konnektivität und Netzabdeckung, um die besonderen Anforderungen eines jeden Anwendungsfalls zu erfüllen, die gemeinsame Nutzung von funktionalen Komponenten über verschiedene Netzwerk-Slices hinweg, etc. Aufgrund der zählerbasierten Übertragung der Daten 114 erhält der Nutzer jederzeit die volle Kosten- und Ressourcentransparenz.
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3 zeigt eine schematische Darstellung eines Mobilfunk-Kommunikationsgeräts 130 mit iSIM 150 und Zähler 170 zur datenbegrenzten Kommunikation gemäß der Offenbarung in einem 5G Kommunikationssystem 300 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform entsprechend der Spezifikation 3GPP TS 23.501. In 3 sind schematisch die verschiedenen Blöcke dargestellt, welche ein solches 5G Kommunikationssystem 300 umfasst.
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Das Mobilfunk-Kommunikationsgerät 130 entspricht dem User Equipment (UE) bzw. Client Terminal, welches durch den Teilnehmer bedient werden kann, um eine Kommunikation im 5G Netzwerk zu initiieren, das heißt eine Kommunikation zu starten (mobile originating, MO) oder anzunehmen (mobile terminating, MT). Das Mobilfunk-Kommunikationsgerät 130 kann auch ohne Nutzerinteraktion eine Kommunikation initiieren, zum Beispiel kann es ein Maschinenterminal sein, zum Beispiel für ein Auto, eine Maschine, einen Roboter oder ein sonstiges Gerät.
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Die (R)AN ((Radio) Access Network) Entität 331 stellt das (Funk-) Zugangsnetz dar, mit dem das Mobilfunk-Kommunikationsgerät 130 Zugang zum 5G Kommunikationsnetz erhält. Die Schnittstelle zwischen Mobilfunk-Kommunikationsgerät 130 und (R)AN kann eine Luftschnittstelle sein, wenn es sich bei dem Zugangsnetz 331 um ein Funknetz handelt oder kann kabelgebunden sein, wenn das Zugangsnetz 331 ein drahtgebundenes Netz ist.
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Die AMF (Access and Mobility Management Function) Entität 340 stellt die Zugangs- und Mobilitätsmanagement Funktion dar. Damit wird die Zugangs- und Mobilitätssteuerung verwaltet. Die AMF 340 kann auch Netzwerkslice Auswahlfunktionalität umfassen. Bei drahtlosem Zugang wird die Mobilitätsverwaltung üblicherweise nicht benötigt.
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Die SMF (Session Management Function) Entität 341 stellt die SitzungsverwaltungsFunktion dar. Die SMF Entität 341 setzt Sitzungen auf und verwaltet diese entsprechend der Netzwerk Policy bzw. Netzwerkplanung.
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Die UPF (User Plane Function) Entität 332 stellt die User Plane Funktion dar. Solche User Plane Funktionen können in verschiedenen Konfigurationen und Orten angewendet werden, entsprechend dem Diensttyp.
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Die PCF (Policy Control Function) Entität 342 stellt die Policy (bzw. Planungs-) Steuerungs- Funktion dar. Die PCF Entität 342 stellt damit ein Policy-Framework bereit, welches Network Slicing, Roaming und Mobilitätsmanagement beinhaltet. Dies entspricht der Funktionalität einer PCRF in 4G-Systemen.
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Die UDM (Unified Data Management) Entität 352 stellt ein gemeinsames Datenmanagement zur Verfügung. Mit diesem Datenmanagement werden Teilnehmerdaten und -profile gespeichert. Dies entspricht der Funktionalität eines HSS in 4G-Systemen, kann jedoch sowohl für den mobilen als auch den drahtgebundenen Zugang im NG Core Netz genutzt werden.
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Die Kommunikationsschnittstelle 140 kann zum Beispiel die Daten 114 zusammen mit den Netzparametern 111, 112, 113, wie oben zu den 1 bis 2 beschrieben, zum Block UDM 352 übertragen. So können zum Beispiel Messwerte oder Messparameter, welche von dem Mobilfunk-Kommunikationsgerät 130 aufgenommen wurden, im Netzwerk 300 abgelegt werden.
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Das DN (Data Network) 333 stellt das Datennetzwerk zur Verfügung, über welches Daten übertragen werden, zum Beispiel von einem Mobilfunk-Kommunikationsgerät 130 zu einem anderen Mobilfunk-Kommunikationsgerät 130 bzw. UE. So können beispielsweise zwei Maschinenterminals 130, wie oben zu den 1 bis 2 beschrieben, über das Datennetzwerk 333 miteinander kommunizieren.
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Über das DN 333 können somit die Daten 114 von dem Mobilfunk-Kommunikationsgerät 130 zu einem anderen Mobilfunk-Kommunikationsgerät bzw. anderen UE übertragen werden.
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Die AUSF (Authentication Server Function) Entität 351 stellt Authentifizierungsfunktionalität zur Verfügung, mit der sich der Teilnehmer bzw. das Mobilfunk-Kommunikationsgerät 130 im Netzwerk anmelden kann. Das integrierte Teilnehmer-Identitätsmodul 150 kann sich beispielsweise über den Block AUSF 351 im 5G-Netzwerk 300 authentifizieren.
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Die AF (Application Function) Entität 351 stellt Anwendungsfunktionen zur Verfügung, mit denen bestimmte Dienste ausgeführt werden können, zum Beispiel Dienste, welche von dem integrierten Teilnehmer-Identitätsmodul 150 aufgesetzt oder genutzt werden.
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Die NSSF (Network Slice Selection Function) Entität 350 stellt Funktionen zur Verfügung, um bestimmte Netzwerk-Slices auszuwählen. So kann zum Beispiel das integrierte Teilnehmer-Identitätsmodul 150 einen ersten Slice oder einen zweiten Slice im 5G Kommunikationssystem 300 auswählen und darüber kommunizieren beziehungsweise ihre Daten 114 dorthin übertragen.
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Das in 3 dargestellte 5G Kommunikationssystem 300 entspricht der 5G Systemarchitektur entsprechend der Spezifikation 3GPP TS 23.501 und stellt die Struktur des NG (NextGeneration)-Netzwerks dar, welches aus Netzwerkfunktionen (NFs) und Referenzpunkten besteht, welche die NFs verbinden. In der Spezifikation 3GPP TS 23.501 ist das Endgerät jedoch nur allgemein mit UE (User Equipment) bezeichnet ohne die hier in 3 dargestellte spezielle Ausführungsform mit integriertem Teilnehmeridentitätsmodul iSIM 150 und Zähler 170. Das Mobilfunk-Kommunikationsgerät 130 bzw. UE ist entweder mit einem Funkzugangsnetz (Radio Access Network, RAN) 331 oder einem Zugangsnetz (Access Network, AN) 331 verbunden. Außerdem ist das Mobilfunk-Kommunikationsgerät 130 bzw. UE mit der Zugangs- und Mobilitätsfunktion (AMF) 340 verbunden. Das RAN 331 stellt eine Basisstation dar, die neue RAT (Radio Access Technology, Funkzugangstechnologie) und weiterentwickelte LTE Technologien verwendet, während das AN 331 eine allgemeine Basisstation mit Nicht-3GPP Zugang, zum Beispiel WiFi darstellt. Das NextGeneration-Kernnetzwerk bzw. das in 4 dargestellte 5G Kommunikationssystem 300 besteht aus verschiedenen Netzwerkfunktionen (NFs). In 3 gibt es sieben NextGeneration Kern-NFs, nämlich (1) AMF 340, (2) Sitzungsverwaltungsfunktion (SMF) 341, (3) Richtlinienkontrollfunktion (PCF) 342, (4) Anwendungsfunktion (AF) 343, (5) Authentifizierungsserverfunktion (AUSF) 351, (6) Benutzer-Ebenenfunktion (UPF) 332 und (7) Benutzerdatenverwaltung (UDM) 352. Die integrierten Teilnehmer-Identitätsmodule 150, 160 können einen oder mehrere Netzwerkfunktionen daraus auswählen, um die Kommunikation zu initiieren.
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Die Netzwerkfunktion (NF) stellt die von 3GPP übernommene Verarbeitungsfunktion in NextGen bzw. NG dar. Sie hat sowohl funktionelles Verhalten und dient gleichzeitig als Schnittstelle. Eine NF kann entweder auf einer dedizierten Hardware als Netzwerkelement implementiert werden oder als Software-Instanz auf einer dedizierten Hardware laufen oder als virtualisierte Funktion instanziiert auf einer geeigneten Plattform, z. B. einer Cloud-Infrastruktur implementiert werden.
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Die AMF 340 bzw. AMF Entität 340 bietet UE-basierte Authentifizierung, Autorisierung, Mobilitätsmanagement, etc. Ein Mobilfunk-Kommunikationsgerät 130 ist zum Beispiel mit einer einzigen AMF 340 verbunden, da die AMF 340 unabhängig von der Zugriffstechnologie ist. Das heißt, auch ein Mobilfunk-Kommunikationsgerät 130 mit Multiple-Access-Technologien braucht nur mit einer einzigen AMF 340 verbunden sein.
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Diese AMF 340 bildet beispielsweise eine Netzwerkentität mit Netzwerkidentifikation 111 und Netzwerkadresse 112, wie oben zu den 1 bis 2 beschrieben, und ist dafür zuständig, die Nachrichten bzw. Kommunikationsanfragen des integrierten Teilnehmer-Identitätsmoduls 150 der Mobilfunk-Kommunikationsschnittstelle 140 zu terminieren bzw. zu beantworten, um eine Kommunikation des integrierten Teilnehmer-Identitätsmoduls 150 in dem Mobilfunknetzwerk 110 zu initiieren.
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Die AMF 340 kann ferner die Nachrichten bzw. Kommunikationsanfragen des integrierten Teilnehmer-Identitätsmoduls 150 der Mobilfunk-Kommunikationsschnittstelle 140 verarbeiten und zu einem zweiten Mobilfunknetzwerk weiterleiten, zum Beispiel einer zweiten Netzwerk-Slice des Kommunikationssystems 300, um beispielsweise eine Kommunikation des integrierten Teilnehmer-Identitätsmoduls 150 in einem zweiten Netzwerk-Slice zu initiieren.
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Die SMF 341 bzw. SMF Entität 341 ist für die Sitzungsverwaltung zuständig und weist dem Mobilfunk-Kommunikationsgerät 130 eine oder mehrere IP-Adressen zu. Außerdem wählt die SMF 341 die UPF 332 aus und steuert die UPF 332 bzgl. des Datentransfers, zum Beispiel für den Transfer der Daten 114. Wenn ein Mobilfunk-Kommunikationsgerät 130 mehrere Sitzungen hat, können verschiedene SMFs 341 jeder Sitzung zugeordnet sein, um sie einzeln zu steuern und möglicherweise mehrere Funktionalitäten pro Sitzung bereitzustellen.
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Die AF 343 bzw. AF Entität 343 bietet Informationen über den Paketfluss und stellt sie der PCF 342 bereit, die für die Policy-Steuerung verantwortlich ist, um so den Quality of Service (QoS) zu gewährleisten. Basierend auf diesen Informationen bestimmt PCF 342 die Richtlinien über Mobilität und Sitzungsverwaltung, damit die AMF 340 und die SMF 341 ordnungsgemäß funktionieren.
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Die AUSF 351 bzw. AUSF Entität 351 speichert Daten für die Authentifizierung des Mobilfunk-Kommunikationsgeräts 130, während die UDM 352 Abonnementdaten bzw. Teilnehmerdaten des Mobilfunk-Kommunikationsgeräts 130 speichert. Das Datennetzwerk DN 333, das nicht Teil des NG Core Netzwerks 300 ist, sorgt für den Internet-Zugang und die Betreiberdienste.
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Die Referenzpunktdarstellung der Architektur kann verwendet werden, um detaillierte Nachrichtenabläufe in der Next Generation (NG) Standardisierung darzustellen. Der Referenzpunkt N1 301 ist definiert als Übertragungssignalisierung zwischen dem Mobilfunk-Kommunikationsgerät 130 und der AMF 340. Die Bezugspunkte für die Verbindung zwischen dem AN 331 und der AMF 340 und zwischen dem AN 331 und der UPF 332 sind als N2 302 bzw. N3 303 definiert. Es gibt keinen Referenzpunkt zwischen dem AN 331 und der SMF 341, aber es gibt einen Bezugspunkt, N11 311, zwischen der AMF 340 und der SMF 341. Dies bedeutet, dass die SMF 341 von der AMF 340 gesteuert wird. N4 304 wird von der SMF 341 und der UPF 332 verwendet, damit die UPF 332 mit dem erzeugten Steuersignal von der SMF 341 eingestellt werden kann, und die UPF 332 kann ihren Status an die SMF 341 melden. N9 309 ist der Bezugspunkt für die Verbindung zwischen verschiedenen UPFs 332 und N14 314 ist der Bezugspunkt zwischen jeweils verschiedenen AMFs 340. N15 315 und N7 307 sind definiert, damit die PCF 342 ihre Richtlinien auf die AMF 340 bzw. die SMF 341 anwenden kann. N12 312 ist erforderlich, damit die AMF 340 die Authentifizierung des Mobilfunk-Kommunikationsgeräts 130 durchführen kann. N8, 308 und N10, 310 sind definiert, weil die Abonnementdaten des Mobilfunk-Kommunikationsgeräts 130 von der AMF 340 und der SMF 341 benötigt werden.
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Das Next Generation Netzwerk 300 zielt darauf ab, eine Trennung von Benutzer- und Steuerungs- bzw. Kontrollebene zu realisieren. Die Benutzerebene überträgt den Benutzerdatenverkehr, während die Steuerungsebene die Signalisierung im Netzwerk überträgt. In 3 befindet sich die UPF 332 in der Benutzerebene und alle anderen Netzwerkfunktionen, das heißt AMF 340, SMF 341, PCF 342, AF 343, AUSF 351 und UDM 352 befinden sich in der Steuerungsebene. Die Trennung der Benutzer- und Steuerungsebene garantiert die unabhängige Skalierung der Ressourcen jeder Netzwerkebene. Die Trennung erlaubt auch das Bereitstellen von UPFs 332 in einer verteilten Art und Weise separat von den Funktionen der Steuerungsebene.
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Die NG Architektur 300 besteht aus modularisierten Funktionen. Zum Beispiel sind die AMF 340 und die SMF 341 unabhängige Funktionen in der Steuerungsebene. Getrennte AMF 340 und SMF 341 erlauben unabhängige Entwicklung und Skalierung. Andere Steuerungsebenen Funktionen wie die PCF 342 und die AUSF 351 können auch getrennt werden. Das in 4 dargestellte modularisierte Funktionsdesign ermöglicht dem Next Generation Netzwerk 300 auch ein flexibles Unterstützen verschiedenster Dienste.
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Jede Netzwerkfunktion interagiert direkt mit einer anderen NF. In der Steuerungsebene sind eine Reihe von Interaktionen zwischen zwei NFs als Service definiert, so dass ihre Wiederverwendung möglich ist. Dieser Service ermöglicht die Unterstützung von Modularität. Die Benutzerebene unterstützt Interaktionen wie zum Beispiel das Weiterleiten von Operationen zwischen verschiedenen UPFs 332.
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Das Next Generation Netzwerk 300 unterstützt das Roaming, das heißt die Fähigkeit eines Mobilfunknetz-Teilnehmers, in einem anderen Mobilfunknetzwerk als seinem Heimnetzwerk selbsttätig Anrufe zu empfangen oder zu tätigen, Daten zu schicken und zu empfangen oder Zugriff auf andere Mobilfunknetzdienste zu haben. Es gibt zwei Arten von Anwendungsszenarien, zum einen Home Routed (HR), zum anderen Lokaler Ausbruch (LBO, „local breakout“). So kann das Kommunikationsgerät 130 auch seine Daten 114 unter Nutzung der oben beschriebenen Funktionalitäten über ein besuchtes Mobilfunknetzwerk zu seinem Heimatnetzwerk senden.
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4 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens 400 zur datenbegrenzten Mobilfunk-Kommunikation mittels integriertem Teilnehmer-Identitätsmodul 150 und Zähler 170 gemäß der Offenbarung.
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Das Verfahren 400 dient zur datenbegrenzten Kommunikation eines Mobilfunk-Kommunikationsgeräts 130, wie zum Beispiel in den 1 bis 3 gezeigt, über ein Mobilfunknetzwerk 110. Das Mobilfunknetzwerk 110 weist eine Netzwerkidentifikation 111 auf. Das Mobilfunk-Kommunikationsgerät 130 weist eine Mobilfunk-Kommunikationsschnittstelle 140 zur Kommunikation mit dem Mobilfunknetzwerk 110 auf, welche ein integriertes Teilnehmer-Identitätsmodul, iSIM: Integrated Subscriber Identity, 150 aufweist. Das integrierte Teilnehmer-Identitätsmodul 150 ist als ein eingebetteter integrierter Schaltkreis implementiert und speichert eine Mobilfunk-Teilnehmerkennung 113 fest zusammen mit der Netzwerkidentifikation 111 und einer Netzwerkadresse 112 des Mobilfunknetzwerks 110, wie oben zu den 1 bis 3 beschrieben.
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Die Mobilfunk-Teilnehmerkennung 113 identifiziert das integrierte Teilnehmer-Identitätsmodul 150 in dem Mobilfunknetzwerk 110. Das Mobilfunk-Kommunikationsgerät 130 weist ferner einen Datenspeicher 180, einen Sensor 160, einen Zähler 170 und eine Spannungsversorgung 190 auf, welche ausgebildet ist, das integrierte Teilnehmer-Identitätsmodul 150 mit elektrischer Spannung zu versorgen, wie oben zu den 1 bis 3 beschrieben.
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Das Verfahren 400 umfasst die folgende Schritte: Erfassen 401 eines Datenwerts einer physikalischen Größe zu vorbestimmten Zeitpunkten durch den Sensor und Speichern 402 des Datenwerts in dem Datenspeicher 180, wie oben zu den 1 bis 3 beschrieben;
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Auslesen 403 des zu einem vorbestimmten Zeitpunkt erfassten Datenwerts aus dem Datenspeicher 180 und Auslesen 404 der ersten Mobilfunk-Teilnehmerkennung 113, der ersten Netzidentifikation 111 und der Netzwerkadresse 112 des Mobilfunknetzwerks 110 aus dem integrierten Teilnehmer-Identitätsmodul 150; und Aussenden 405 der Mobilfunk-Teilnehmerkennung 113 zusammen mit der Netzidentifikation 111, der Netzwerkadresse 112 des Mobilfunknetzwerks 110 und dem ausgelesenen aktuellen Datenwert an die Netzwerkadresse 112 des Mobilfunknetzwerks 110 durch die Mobilfunk-Kommunikationsschnittstelle 140, wie oben zu den 1 bis 3 beschrieben;
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Verringern 406 eines Zählerstands des Zählers ausgehend von einem anfänglichen Zählerstand bei jeder Aussendung des Datenwertes durch die Kommunikationsschnittstelle 140 um einen Zählerdekrement durch den Zähler, wie oben zu den 1 bis 3 beschrieben;
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Dauerhaftes Trennen 407 des integrierten Teilnehmer-Identitätsmoduls von der Spannungsversorgung bei Erreichen eines Zählerschwellwertes durch den Zählerstand, um das das integrierte Teilnehmer-Identitätsmodul zu deaktivieren, wie oben zu den 1 bis 3 beschrieben.
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Diese Schritte entsprechen beispielsweise den Funktionalitäten wie oben zu den 1 bis 3 beschrieben.
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Ein Aspekt der Erfindung umfasst auch ein Computerprogrammprodukt, das direkt in den internen Speicher eines digitalen Computers geladen werden kann und Softwarecodeabschnitte umfasst, mit denen das zu 4 beschriebene Verfahren 400 oder die zu den 1 bis 3 beschriebenen Vorgänge ausgeführt werden können, wenn das Produkt auf einem Computer läuft. Das Computerprogrammprodukt kann auf einem computergeeigneten nicht-transitorischen Medium gespeichert sein und computerlesbare Programmittel umfassen, die einen Computer veranlassen, das Verfahren 400 auszuführen oder die Netzkomponenten der in den 1 bis 3 beschriebenen Kommunikationsnetze zu implementieren beziehungsweise zu steuern.
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Der Computer kann ein PC sein, beispielsweise ein PC eines Computernetzwerks. Der Computer kann als ein Chip, ein ASIC, ein Mikroprozessor oder ein Signalprozessor realisiert sein und in einem Computernetzwerk, beispielsweise in einem Kommunikationsnetz wie in den 1 bis 3 beschrieben, angeordnet sein.
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Es ist selbstverständlich, dass die Merkmale der verschiedenen beispielhaft hierin beschriebenen Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, außer wenn spezifisch anderweitig angegeben. Wie in der Beschreibung und den Zeichnungen dargestellt müssen einzelne Elemente, die in Verbindung stehend dargestellt wurden, nicht direkt miteinander in Verbindung stehen; Zwischenelemente können zwischen den verbundenen Elementen vorgesehen sein. Ferner ist es selbstverständlich, dass Ausführungsformen der Erfindung in einzelnen Schaltungen, teilweise integrierten Schaltungen oder vollständig integrierten Schaltungen oder Programmiermitteln implementiert sein können. Der Begriff „beispielsweise“ ist lediglich als ein Beispiel gemeint und nicht als das Beste oder Optimale. Es wurden bestimmte Ausführungsformen hierin veranschaulicht und beschrieben, doch für den Fachmann ist es offensichtlich, dass eine Vielzahl von alternativen und/oder gleichartigen Implementierungen anstelle der gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen verwirklicht werden können, ohne vom Konzept der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
