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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die
Fähigkeit,
Teilnehmern Telekommunikationsdienste bereitzustellen, welche im
Vergleich zu Kabel und anderen Festnetztechnologien relativ preiswert
sind, wird immer wichtiger. Ferner hat die zunehmende Verwendung
mobiler Anwendungen zu einem starken Fokus auf die Entwicklung drahtloser Systeme
geführt,
welche in der Lage sind, große
Datenmengen mit relativ hohen Geschwindigkeiten zu übermitteln.
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Bei
der Entwicklung mobiler drahtloser Breitbandnetze ist es ein aktuelles
Thema, wie eine Mobilgerätübergabe
(mobile handover) für
eine Mobilstation anzugehen ist, um zwischen einer bedienenden Netzzugangsstation
und einer Zielnetzzugangsstation mit geringer Latenz und/oder geringem
Paketverlust umzuschalten.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNG
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Gesichtspunkte,
Merkmale und Vorteile der Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung
der Erfindung unter Bezugnahme auf die angehängte Zeichnung offenkundig,
bei welcher gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen und
bei welcher:
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1 ein
Blockdiagramm eines drahtlosen Netzwerks gemäß einer beispielhaften Implementierung
für verschiedene
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung ist;
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2 ein
Nachrichtensequenzdiagramm ist, welches einen Mobilgerätübergabeprozeß gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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3 ein
Nachrichtensequenzdiagramm ist, welches einen Mobilgerätübergabeprozeß gemäß einer
anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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4 ein
Blockdiagramm ist, welches eine beispielhafte Netzzugangsstationsvorrichtung
gemäß verschiedenen
Gesichtspunkten der Erfindung zeigt; und
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5 ein
Blockdiagramm ist, welches einen beispielhaften Netzwerkdienstknoten
gemäß verschiedenen
Gesichtspunkten der vorliegenden Erfindung zeigt.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Während die
folgende ausführliche
Beschreibung beispielhafte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung in bezug auf drahtlose Netzwerke beschreibt,
welche eine OFDM-Modulation
(orthogonal frequency division multiplexing modulation) einsetzen,
sind die Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung nicht darauf beschränkt und können beispielsweise unter Verwendung
anderer Modulations- und/oder Codierverfahren implementiert werden,
wo diese geeignet anwendbar sind. Während beispielhafte Ausführungsformen
in bezug auf eine Übergabe
(handover) für
mobile drahtlose MANs (wireless metropolitan area networks, WMANs)
beschrieben werden, ist die Erfindung ferner nicht darauf beschränkt und
kann auf andere Typen drahtloser Netzwerke angewandt werden, wobei ähnliche
Vorteile erzielt werden können.
Derartige Netzwerke umfassen insbesondere, falls anwendbar, drahtlose
LANs (wireless local area networks, WLANs), drahtlose PANs (wirelss
personal area networks, WPANs) und/oder drahtlose WANs (wirelss wide
area networks, WWANs), wie etwa zellulare Netzwerke und dergleichen.
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Die
folgenden erfinderischen Ausführungsformen
können
in verschiedenen Anwendungen, einschließlich Sendern und Empfängern eines
Funksystems, verwendet werden, obwohl die vorliegende Erfindung
in dieser Hinsicht nicht eingeschränkt ist. Funksysteme, welche
insbesondere innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung
fallen, umfassen Netzwerkschnittstellenkarten (NICs), Netzadapter,
Mobilstationen, Basisstationen, Zugangspunkte (APs), Netzkoppler,
Brücken,
Sternkoppler und Router, sind jedoch nicht darauf beschränkt. Weiterhin
können
die Funksysteme, welche innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung
liegen, zellulare Funktelefonsysteme, Satellitensysteme, persönliche Kommunikationssysteme
(PCS), Sprechfunksysteme und Zweiwege-Pager sowie Computervorrichtungen,
welche Funksysteme umfassen, wie beispielsweise Personal-Computer
(PCs) und verwandte Peripheriegeräte, persönliche digitale Assistenten (PDAs),
persönliches
Computer-Zubehör,
und alle bestehenden und zukünftig
aufkommenden Systeme umfassen, welche ihrer Natur nach verwandt
sein können
und auf welche die Prinzipien der erfinderischen Ausführungsformen
geeignet angewandt werden können.
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Unter
Bezugnahme auf 1 kann ein drahtloses Kommunikationsnetzwerk 100 gemäß verschiedenen
erfinderischen Ausführungsformen
jedes drahtlose System sein, welches in der Lage ist, einen Netzzugang
für verschiedene
Teilnehmer, einschließlich
mobiler Teilnehmer, zu unterstützen.
Beispielsweise kann bei einer Ausführungsform das Netzwerk 100 ein
drahtloses Breitbandnetzwerk sein, wie beispielsweise diejenigen,
die von verschiedenen 802.16-Standards in Betracht gezogen werden, welche
durch das Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE)
für feste
und mobile Teilnehmer spezifiziert sind, obwohl die erfinderischen
Ausführungsformen
in dieser Hinsicht nicht eingeschränkt sind.
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Bei
einer Ausführungsform
kann das Netzwerk 100 ein Kernnetzwerk 110 und
mindestens zwei Netzzugangsstationen 132, 134, 136, 138 umfassen, welche
eine Verbindung zwischen festen und/oder mobilen Teilnehmerstationen
(nicht gezeigt) und dem Kernnetzwerk 110 erleichtern.
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Das
Kernnetzwerk 110 kann verschiedene drahtgestützte und/oder
drahtlose Vorrichtungen (z. B. mit Hardware und/oder Software) aufweisen,
welche es Teilnehmern ermöglichen,
mit anderen Teilnehmern, Servern und/oder verschiedenen anderen Host-Netzwerken
zu kommunizieren, wie beispielsweise mit einem zellularen Netzwerk
(beispielsweise einem 3G Netzwerk), mit dem öffentlichen Telefonnetz (public
switched telephone network, PSTN) und/oder mit paketvermittelten
Netzwerken (packet switched networks), wie beispielsweise mit drahtgestützten oder
drahtlosen Internet-Protokoll Netzwerken. Bei einer Ausführungsform
kann das Kernnetzwerk einen oder mehrere Dienstknoten 112 bis 118 aufweisen
(in nachfolgenden nicht beschränkenden Ausführungsformen
als Funknetzdienstknoten (radio network service nodes, RNSNs) bezeichnet),
um die Netzzugangsstationen 132, 134, 136, 138 mit
dem Kernnetzwerk 110 zu verbinden.
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Die
Netzzugangsstationen 132, 134, 136, 138 (in
den nicht einschränkenden
beispielhaften Ausführungsformen
hier auch als Zugangspunkte (APs) oder Basisstationen bezeichnet)
können
eine beliebige Komponente oder Kombination aus Komponenten zum Bereitstellen
eines Überdie-Luft-(over-the-air,
OTA)-Verbindungszugangs zwischen dem Kernnetzwerk 110 und
den Teilnehmerstationen sein. Bei bestimmten Ausführungsformen
können
die APs 132, 134, 136, 138 mit
Teilnehmern unter Verwendung von OFDM-Verfahren (orthogonal frequency
division multiplexing) und/oder mit OFDMA-Verfahren (orthogonal
frequency division multiple access) kommunizieren, obwohl die erfinderischen
Ausführungsformen
in dieser Hinsicht nicht eingeschränkt sind.
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Um
mitzuhelfen, minimale Dienstgüte
(service level) zu erzielen, kann das Kernnetzwerk 110 konfiguriert
werden, mit den APs 132, 134, 136, 138 unter
Verwendung von Multi-Protocol Label Switching (MPLS) zu kommunizieren.
MPLS ist eine Initiative der Internet Engineering Task Force (IETF), welche
Layer-2-Informationen über
Netzwerkverbindungen (z. B. Bandbreite, Latenz, Auslastung) in den Layer
3 (IP) innerhalb eines bestimmten autonomen Systems – oder Internet-Dienstanbieters
(ISP) – integriert,
um einen Austausch von IP-Paketen zu vereinfachen und zu verbessern.
Wenn Pakete in ein MPLS-basiertes Netzwerk eintreten, geben ihnen
Label-Edge-Router (LERs) ein Label (Kennung). Diese Labels können nicht
nur Informationen auf der Grundlage des Leitwegtabelleneintrags
(routing table entry) (z. B. Ziel, Bandbreite, Verzögerung und
andere Maße)
enthalten, sondern können
auch das IP-Kopffeld (Quell-IP-Adresse), Informationen über die
Layer-4-Socket-Nummer und/oder unterschiedliche Dienstgüten (levels
of service) bezeichnen. Sobald diese Klassifizierung vollständig und
abgebildet ist, können
verschiedene Pakete entsprechenden Labeled-Switch-Pfaden (LSPs)
oder Tunneln zugeordnet werden, wobei Label-Switch-Router (LSRs) die
Pakete mit Ausgangs-Labeln
versehen.
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Die
APs 132, 134, 136, 138 können autonome
Einheiten mit herkömmlichen
Basisstationsarchitekturen sein, oder sie können unter Verwendung einer
Kombination aus Architekturen implementiert sein, wie beispielsweise
eines Zugangspunkt-Controllers (access point controller, APC) in
Verbindung mit einem oder mehreren separaten Zugangspunktsendeempfängern (access
point transceivers, APTs) (z. B. der AP 132, wie in 1 gezeigt)
oder als ein IP-Router, welcher mit einem Mobilitätsagenten
(z. B. einem mobilen IPv4-Fremdagenten (mobile IPv4 foreign agent,
MIPv4FA)) zusammen angeordnet ist. Bei einer Ausführungsform
können
die APs 132, 134, 136 eine 802.16-kompatible
Basisstation zusätzlich zu
einem LER umfassen. Weiterhin kann jeder RNSN nach Bedarf einen
MIP-Fremdagenten plus andere Dienste aufweisen, beispielsweise einen
Funkruf-Gruppenkoordinationspunkt (paging group coordination point)
nach 802.16. Wie in 1 dargestellt, können die
LERs in Netzwerk 100 mit den APs und/oder den RNSNs integriert
sein und sind folglich nicht getrennt gezeigt.
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Dementsprechend
können
voreingerichtete (pre-provisioned) MPLS-Tunnel verwendet werden, um
QoS-fähige
Verkehrs-gestaltete Pfade (QoS-aware traffic engineered paths) zwischen
den APs und den RNSNs des Netzwerks 100 bereitzustellen,
wie in 1 gezeigt ist.
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Für Mobileinsatzsituationen
können
die APs 132, 134, 136 geographisch angeordnet
werden, um einer Mobilteilnehmerstation (beispielsweise einer MSS
(mobile subscriber station)) bei ihrer Bewegung durch die verschiedenen
Bereiche, welche von dem Netzwerk 100 abgedeckt werden,
eine überlappende Hochfrequenz-(HF)-Verbindungsabdeckung
bereitzustellen.
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Eine
MSS, welche sich zwischen geographischen Bereichen in dem Netzwerk 100 bewegt,
beispielsweise zwischen einem Bereich, welcher von dem AP 132 abgedeckt
wird, und einem Bereich, welcher von dem AP 134 abgedeckt
wird, kann eine physische (PHY) Verbindungsübergabe (physical link handover)
zwischen ihrem gegenwärtig
bedienenden AP (z. B. dem AP 132) und einem AP erfordern,
welcher sich näher
an dem Bereich befindet, in welchen sich die MSS hinein bewegt (z.
B. dem Ziel-AP 134). Eine signifikante Einschränkung für die Übergabe kann
die zeitliche Verzögerung
(oder Latenz) sein, welche beim Vollenden der PHY-Layer-Übergabe
erfahren wird. Gemäß den verschiedenen
erfinderischen Ausführungsformen
kann die Übergabe
ohne signifikante Verzögerung
(d. h. Latenz) und/oder ohne signifikanten Paketverlust geschehen.
Sogar in dem Fall, in welchem die PHY-Layer-Verbindungsumschaltung eine gewisse
Latenz erfährt,
kann es sein, daß die
Layer-3-Sitzung nicht unterbrochen wird; dies bedeutet, daß beispielsweise
die IP-Verbindungen zwischen einer MSS und ihrem entsprechenden
Host fortgesetzt werden.
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Unter
Bezugnahme auf 2 kann ein Verfahren 200 für eine Mobilgerätübergabe
(mobile handover) in einem MPLS-basierten Netzwerk im allgemeinen
Multicast-Pakete 242 von dem RNSN 240, welcher
den AP steuert, der die MSS gegenwärtig bedient (z. B. den bedienenden
AP 220), sowohl an den bedienenden AP 220 als
auch an den einen oder die mehreren APs aufweisen, auf welche die
MSS die Verbindung umschalten kann (d. h. der/die Ziel-AP(s) 230).
Falls der/die Ziel-AP(s) 230 nicht mit dem bedienenden
RNSN 240 des bedienenden AP 220 verbunden ist/sind,
kann der Multicast-Verkehr durch einen/mehrere RNSN(s) geleitet
werden, welcher/welche dem/den Ziel-AP(s) dient/dienen, wie weiter
unten unter Verweis auf 3 diskutiert werden wird.
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Bei
einer Ausführungsform
kann der Multicast 242 durch einen L2-Trigger eingeleitet
werden, welcher von der MSS 210 gesendet wird, obwohl alternativ
der bedienende AP 220 oder eine andere Netzwerkeinheit
die Verbindungsumschaltung einleiten und/oder ihre Notwendigkeit
anzeigen kann. Das Multicasting 242 macht Pakete allen
Ziel-APs 240 verfügbar,
mit welchen sich die MSS 210 möglicherweise bei der Übergabe
verbinden wird, wodurch es Paketen ermöglicht wird, die MSS 210 unabhängig davon,
wo sie verbunden ist, und ohne signifikante Unterbrechung oder Verzögerung im
Paketfluß zu
erreichen.
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Wie
hier verwendet, sind für
die folgenden Begriffe die folgenden Definitionen vorgesehen. Ein „Layer-2-Trigger" (oder L2-Trigger)
ist eine Layer-2-Nachricht von der MSS (z. B. eine MAC-Nachricht, wie beispielsweise
MOB-HO-IND oder MOB-MSSHO-REQ), welche angibt, daß die MSS beabsichtigt
oder bereit ist, eine Übergabe
einzuleiten.
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„Multicasting" oder ein „Multicast" können entweder
einen wahren Multicast bezeichnen, bei welchem eine Multicast-Gruppe
voreingerichtet ist und verwendet wird, oder es kann ein mehrfacher Unicast
(einschließlich
einem Bicast) sein, bei welchem ein Router Pakete auf jedem von
mindestens zwei Unicast-Flüssen
einfach dupliziert. Der „bedienende
AP" ist der AP,
mit welchem die MSS zu Beginn der Übergabe verbunden ist. Der „Ziel-AP" ist der eine oder
sind die mehreren APs, mit welchen die MSS an dem Ende der Übergabe
verbunden sein kann. Da es mehrere Ziel-APs geben kann, kann die Anzahl
der Zweige (legs) des Multicasts unbestimmt sein. Die potentiell
unbestimmte Natur der Ziel-APs bedeutet, daß ein Voreinrichten (preprovisioning)
von Multicast-Gruppen Schwierigkeiten bereiten könnte, was der Grund dafür ist, warum
man wünschen
könnte,
einfach einen mehrfachen Unicast statt eines wahren Multicasts zu
verwenden. Beispielsweise könnte
die Zeit, welche benötigt
wird, um Multicast-Gruppen dynamisch einzurichten und aufzulösen, die
Zeit übersteigen,
welche für
das Ablaufen von Übergaben
erforderlich ist, was beispielsweise einige zehn Millisekunden sein
kann.
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Mit
den erfinderischen Ausführungsformen für die hier
diskutierte mobile Verbindungsumschaltung (mobile handoff) kann
die Übergabe
beinahe verlustfrei sein, weil keine (oder sehr wenige) Pakete während der Übergabe
verloren gehen. Es wird davon ausgegangen, daß die Übergabe eine geringe Latenz
erfährt,
weil der Multicast eingerichtet wird, bevor die tatsächliche Übergabe
auftritt, und folglich werden Pakete der MSS voraus gesendet, so
daß die Pakete
dort sind, wenn sie sich mit einem Ziel-AP verbindet.
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Bei
einer Ausführungsform
kann eine L2- oder ein anderer Typ einer Triggernachricht von der MSS 210 an
den bedienenden AP 220 gesendet werden 212, um
ihren Wunsch nach einer Verbindungsumschaltung anzuzeigen. Die Triggernachricht
kann einen Bezeichner oder Namen für jeden Ziel-AP 230 aufweisen,
mit welchem die MSS 210 sich verbinden kann, obwohl die
erfinderischen Ausführungsformen in
dieser Hinsicht nicht eingeschränkt
sind. Der bedienende AP 220 kann dann den RNSN 240,
beispielsweise über
eine spezifische Nachricht oder durch Signalisierungs- oder Steuerungs-Bits,
von der bevorstehenden Übergabe
einschließlich
der potentiellen Ziel-APs 230 benachrichtigen 222.
Bei anderen Ausführungsformen
kann der RNSN 240 von einer bevorstehenden Übergabe
unmittelbar von der MSS 210 (z. B. ohne Interaktion von
dem bedienenden AP 220) oder von dem bedienenden AP 220 ohne
Interaktion oder Nachrichten von der MSS 210 benachrichtigt
werden.
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Der
RNSN 240 oder eine andere Netzwerkeinheit kann auch bestimmen,
ob eine Inter-RNSN-Übergabeverfahrensweise
nötig ist
(Inter-RNSN-Übergabe
wird nachfolgend unter Verweis auf 3 diskutiert
werden).
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Der
RNSN 240 sendet dann die Pakete für die MSS 210 mit
einem Multicast 242 oder, im Fall eines einzelnen Ziel-APs,
mit einem Bicast sowohl an den bedienenden AP 220 als auch
an den Ziel-AP 230, wodurch der ursprüngliche Fluß (flow) an den bedienenden
AP 220 aufrechterhalten wird bei gleichzeitigem oder beinahe
gleichzeitigem Weiterleiten derselben (z. B. duplizierte Pakete)
an alle Ziel-APs.
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Wenn
die MSS 210 durch Verbinden mit dem Ziel-AP 230 erneut
in das Netzwerk eintritt 214, kann der RNSN 240 informiert
werden 232, daß die Übergabe
abgeschlossen ist, indem beispielsweise von dem Ziel-AP 230 (welcher
nun zu dem bedienenden AP wird) eine Nachricht „Verbindungsumschaltung beendet" oder eine andere
Angabe an den RNSN 240 gesendet wird. Der RNSN 240 kann
die Verbindungsbeziehung (binding relationship) der MSS von dem
bedienenden AP 220 zu dem Ziel-AP 230 beispielsweise
in einer Klassifizier-Nachschlagtabelle (classifier lookup table)
abändern,
welche von dem RNSN 240 unterhalten wird.
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Der
Multicast-Ansatz ist für
den Fall gut geeignet, bei welchem es mehrere potentielle Ziel-APs gibt,
wie bei der tatsächlichen
802.16e-Nachricht MOB-MSSHO-REQ. Unter der Annahme, daß beispielsweise
die anfängliche
Anforderung zur Verbindungsumschaltung in der Form einer MOB-MSSHO-REQ
Nachricht erfolgen könnte,
ist es dann ziemlich wahrscheinlich (und tatsächlich wird es erwartet, obwohl
es nicht erforderlich ist), daß es
eine nachfolgende Anforderung gibt, beispielsweise in der Form von
einem MOB-HO-IND, welche nur einen einzelnen Ziel-AP angeben kann.
Dementsprechend ist es möglich,
daß eine
nachfolgende Netzwerkmodifizierungsnachricht 222 von dem
bedienenden AP 220 an den RNSN 240 erfolgt, welche
diese zweite Veränderung
anzeigt, wonach der RNSN 240 seine Klassifizierertabelle
aktualisieren könnte,
um nur Pakete an den bedienenden AP 220 und den (nun einzelnen) Ziel-AP 230 weiterzuleiten.
Folglich können
die Benachrichtigungssequenzen, welche in 2 und 3 gezeigt
sind, eine zusätzliche
Benachrichtigung (nicht gezeigt) aufweisen, und sie sind nicht dazu
vorgesehen, die erfinderischen Ausführungsformen auf eine bestimmte
Implementierung oder Optimierung einzuschränken.
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Während des
Multicastings an die Ziel-APs 230 kann es wünschenswert
sein, Pakete zu Puffern, welche an dem Ziel-AP 230 empfangen
werden, entweder bis die MSS 210 sich mit dem Ziel-AP 230 verbindet
oder bis die MSS 210 sich mit einem anderen Ziel-AP verbindet.
Die Verfahren zum Puffern dieser Pakete können spezifisch für die Implementierung sein,
wobei beispielsweise der akzeptable potentielle Verlust von Paketen,
die Pufferkapazität
in den Netzwerkknoten und der Deoptimierungsfaktor bei Auftreten
von zu vielen Paketduplikaten betrachtet werden. Bei verschiedenen
Ausführungsformen
kann eine Pufferregel zum Puffern an den Ziel-APs verwendet werden,
um zu behandeln, was mit Paketen getan werden soll, welche von einem
RNSN kommend für eine
MSS bestimmt sind, wovon der Ziel-AP jedoch nichts weiß. Einige
mögliche Überlegungen
werden nachfolgend diskutiert.
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Es
wird angenommen, daß die
Zeit, welche von einem Paket gebraucht wird, um von dem RNSN zu
einem Ziel-AP zu gelangen, als seine „Transitzeit" definiert wird und
daß die
Zeit, welche von der MSS gebraucht wird, um sich physisch zu trennen
und erneut zu verbinden, als die „Unterbrechungszeit" definiert wird.
Ein Paketverlust kann für
den Fall auftreten, daß der
Ziel-AP konfiguriert
ist, für
eine „unbekannte" MSS bestimmte Pakete
zu verwerfen, welche als eine Folge des Multicastings von einem RNSN
angekommen sind, wenn die Transitzeit kleiner ist als die Unterbrechungszeit.
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Als
Alternative könnte
der Ziel-AP diese Pakete für
eine Zeitdauer Puffern, wie vorstehend beschrieben. Jedoch ist die
Erwägung
anzustellen, wie lange diese Pakete gepuffert werden müssen. Falls beispielsweise
die Pufferzeit zu kurz ist, kann dies gleichbedeutend mit einem
Verwerfen (dropping) von Paketen sein, was zu einem Paketverlust
führen kann,
wie zuvor erwähnt.
Falls im Gegensatz dazu die Pufferzeit zu lang ist, können eventuell
drei Dinge auftreten: (i) die Pufferkapazität des Ziel-AP reicht nicht
aus; (ii) der Ziel-AP kann Pakete Puffern, welche bereits von der
MSS empfangen wurden (folglich kann es viele Duplikate geben, wenn
sie gesendet werden, nachdem die MSS sich erneut verbunden hat);
und (iii) Echtzeit-Pakete
können
veraltet sein (ein Echtzeit-Paket ist ein Paket, welches in angemessener
Zeit das Ziel erreichen muß,
sonst ist es nicht verwendbar, beispielsweise muß ein Voice-over-IP-(VoIP)-Paket das Ziel pünktlich
erreichen, um in der Konversation verwendet zu werden, wenn es benötigt wird).
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Dementsprechend
ist bei bevorzugten Implementierungen der Ziel-AP konfiguriert,
diese Pakete für
eine nicht zu lange Weile zu Puffern. Der Betrag der Pufferzeit
könnte
folglich ein Parameter sein, welcher bereitgestellt wird und beispielsweise
auf einer langsam variierenden Basis veränderbar ist. Bei einer Ausführungsform
kann die Pufferzeit so eingestellt werden, daß sie ein Schwellwert ist,
welcher größer als
die durchschnittliche Unterbrechungszeit ist. Ein Zielwert für diesen
Parameter könnte
beispielsweise drei Standardabweichungen über der durchschnittlichen
Unterbrechungszeit eingestellt werden. Dies würde einige Duplikatpakete jedoch auch
eine relativ verlustfreie Übergabe
für die
große Mehrheit
der MSS bereitstellen. Die Pufferzeit kann von verschiedenen Implementierungsalgorithmen eingestellt
werden (beispielsweise nach Ermessen eines Netzwerkarchitekten oder
eines Verwaltungsprogramms), um ein erwünschtes Leistungsvermögen zu optimieren.
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Ein
alternativer Ansatz kann die Verwendung eines heuristischen Pufferns
sein. Für
ein heuristisches Puffer kann der RNSN mit jedem AP ein Protokoll
verwenden, um ihnen zu ermöglichen,
daß sie den
Empfangszustand jedes Pakets an der MSS wissen. Beispielsweise kann
der RNSN konfiguriert werden, daß er einen zusätzlichen
Kopf (header) oder eine zusätzliche
Signalisierung zu jedem Paket hinzufügt, der/die eine Sequenznummer
enthält.
Weiterhin kann der RNSN eine Kopfkompression ausführen, z.
B. eine robuste Kopfkompression (Robust Header Compression, ROHC),
um gleichzeitig die Effizienz des Zugangsnetzwerks zu erhöhen. Zusätzliche
Protokollnachrichten, wie beispielsweise eine Verwendung von Bestätigungen
(ACKs), könnten
einem RNSN ein Wissen darüber
ermöglichen,
daß jedes
Paket an die MSS gelangt ist.
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Unter
Verwendung dieses Ansatzes könnte statt
der Ziel-APs ein RNSN die meisten Pakete Puffern (wieder unter Verwendung
einiger Pufferregeln), weil der RNSN oft eine zustandsgesteuerte High-End-Netzwerk-Box
(stateful and high-end network box) ist, welche in der Lage ist,
komplexere Verfahrensweisen auszuführen, wie beispielsweise Prüfen von
Echtzeit-Protokollpaketen und Verwerfen von denjenigen, welche veraltet
sind, und vorzugsweise Verwerfen von TCP-Paketen, da sie wiederholt übertragen
werden können,
wenn dies nötig
werden sollte. Der RNSN kann dann nur ein paar Pakete auf einmal
an jeden Ziel-AP senden, wobei diejenigen wenigen Pakete die nächsten sind,
welche die MSS höchstwahrscheinlich
benötigen
wird, sobald sie erneut verbunden ist. Dieser Ansatz kann garantiert verlustfrei
sein (soweit es die Unterbrechungszeit gestattet) und ist sehr effizient,
jedoch komplexer. Dieser Ansatz kann weiterhin ein zuverlässiges Multicast-Protokoll
von dem RNSN an die APs mit einigen zusätzlichen Steuerungsnachrichten
erfordern, welche beispielsweise dem RNSN gestatten, den/die anderen
AP(s) zu informieren, daß die
MSS woanders verbunden wurde und daß sie alle zuvor gesendeten Pakete
verwerfen können
oder daß die
MSS noch mit dem bedienenden AP kommuniziert, so daß der/die Ziel-AP(s)
die ersten N Pakete verwerfen kann/können, welche bereits gesendet
wurden.
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Unter
Bezugnahme auf 3 ist ein Verfahren 300 zum
Kommunizieren in einem drahtlosen Netzwerk mit einer Inter-RNSN-Verbindungsumschaltung ähnlich zu
dem, welches hinsichtlich der 2 diskutiert
wurde. Folglich sind ähnliche
Bezugszeichen dazu vorgesehen, ähnliche
Ereignisse/Einrichtungen zu bezeichnen, und es werden nur die zusätzlichen
Unterschiede ausführlich
diskutiert. Die Verfahrensweise der Inter-RNSN-Verbindungsumschaltung 300 kann
verwendet werden, wenn festgestellt wird, daß ein oder mehrere Ziel-APs 330, welche
beispielsweise in der Anforderung der Verbindungsumschaltung 312 spezifiziert
sind, keinen unmittelbaren MPLS-Pfad mit dem RNSN (dem bedienenden
RNSN 340) eingerichtet haben, welcher den AP 320 bedient,
welcher gegenwärtig
die MSS 310 bedient. Dies kann bei dem vorhergehenden Beispiel der 1 bei
dem AP 136 beobachtet werden, welcher unmittelbar mit dem
RNSN 112 keinen MPLS-Tunnel eingerichtet hat.
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Wenn
dementsprechend der bedienende AP 320 den bedienenden RNSN 340 über die
bevorstehende Übergabe
benachrichtigt 322, kann der bedienende RNSN 340 bestimmen,
ob eine Inter-RNSN-Übergabeverfahrensweise
nötig ist.
Falls es eine Intra-RNSN-Übergabe
ist, kann dann die Verfahrensweise verwendet werden, welche unter
Verweis auf die 2 beschrieben ist. Falls der
bedienende RNSN 340 bestimmt, daß es eine Inter-RNSN-Verbindungsumschaltung
ist, wird eine Netzwerkmodifizierungsnachricht (vorzugsweise mit der
MSS und den Ziel-APs als Eingangsparameter, obwohl dies nicht erforderlich
ist) an den Ziel-RNSN 350 weitergeleitet 341,
welcher ein RNSN ist, welcher den Ziel-AP 330 bedient.
Auf dem Ziel-RNSN 350 kann
eine Verbindungsbeziehung (binding relationsship) der MSS und der
APs erzeugt werden.
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Die
für die
MSS 310 bestimmten Pakete können mm von dem bedienenden
RNSN 340 sowohl an den bedienenden AP 320 als
auch an den Ziel-RNSN 350 gesendet werden 342 (beispielsweise über MPLS-Tunnel
zwischen dem bedienenden RNSN 340 und dem Ziel-RNSN 350).
Der Ziel-RNSN 350 kann diese Pakete dann zu dem Ziel-AP 330 weiterleiten.
Folglich können
sowohl der bedienende AP 320 als auch der Ziel-AP 330 die
Pakete für
die MSS im Wesentlichen gleichzeitig empfangen, sogar obwohl die
jeweiligen APs zu verschiedenen RNSNs gehören.
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Falls
der Übergabe-Trigger
mehrere möglich Ziel-APs
anzeigt, wobei manche zu dem bedienenden RNSN 340 gehören und
manche zu dem Ziel-RNSN 340 gehören, ist es möglich, daß sowohl der
bedienende als auch der Ziel-RNSN 340, 350 oder
einer davon einen Multicast oder einen mehrfachen Unicast an die
verschiedenen Ziel-APs 330 ausführen. Wie zuvor, ist das Puffer
der Pakete durch die RNSNs und/oder die Ziel-APs spezifisch für die Implementierung
und kann, falls überhaupt,
auf verschiedenen Wegen ausgeführt
werden.
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Wenn
die MSS 310 an dem Ziel-AP 330 erneut in das Netzwerk
eintritt 314, kann der Ziel-AP 330 den Ziel-RNSN 350 (jetzt
der bedienende RNSN) über
den Wiedereintritt in das Netzwerk beispielsweise über eine
Paketsignalisierung oder über
eine Verbindungsumschaltung-beendet-Nachricht, welche die ID der MSS trägt, benachrichtigen 332.
Der Ziel-RNSN 350 kann wiederum den bedienenden RNSN 340 über die
abgeschlossene Verbindungsumschaltung durch eine Signalisierung
oder eine Nachricht, welche die ID der MSS aufweisen kann, benachrichtigen 352.
Eine Benachrichtigung über eine
abgeschlossene Verbindungsumschaltung 352 kann verwendet
werden, um den bedienenden RNSN 330 dahingehend zu triggern,
daß er
sich von seinem MSS-Kontext befreit und das Multicasting beendet.
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Unter
Bezugnahme auf 4 kann eine Vorrichtung 400 zur
Verwendung in einem drahtlosen Netzwerk eine Verarbeitungsschaltung 450 aufweisen,
welche eine Logik aufweist (beispielsweise einen Schaltkomplex,
einen Prozessor und eine Software oder eine Kombination davon),
um empfangene Anforderungen einer Verbindungsumschaltung zu verarbeiten,
Netzwerkmodifizierungsnachrichten und/oder Pufferpakete, welche
für eine
MSS bestimmt sind, während
der Verbindungsumschaltung zu erzeugen, wie bei einem oder bei mehreren
der vorstehend beschriebenen Prozesse. Bei bestimmten Ausführungsformen
kann die Vorrichtung 400 im allgemeinen eine Hochfrequenz-(HF)-Schnittstelle 410 und
einen Basisband- und einen Medienzugangssteuerungs-(medium access
control, MAC)-Prozessorabschnitt 450 aufweisen.
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Bei
einer beispielhaften Ausführungsform kann
die HF-Schnittstelle 410 eine beliebige Komponente oder
Kombination von Komponenten sein, welche dazu eingerichtet sind,
Multicarrier-modulierte Signale (z. B. OFDM) zu senden und zu empfangen, obwohl
die erfinderischen Ausführungsformen
nicht auf ein bestimmtes Modulationsschema beschränkt sind.
Die HF-Schnittstelle 410 kann beispielsweise einen Empfänger 412,
einen Sender 414 und einen Frequenz-Synthesizer 416 aufweisen.
Die Schnittstelle 410 kann auch Vorspannungssteuerungen,
einen Kristalloszillator und/oder eine oder mehrere Antennen 418, 419 aufweisen,
falls erwünscht.
Weiterhin kann die HF-Schnittstelle 510 alternativ oder
zusätzlich,
je nach Wunsch, externe spannungsgesteuerte Oszillatoren (VCOs),
akustische Oberflächenwellenfilter,
Zwischenfrequenz-(IF)-Filter und/oder Hochfrequenz-(RF)-Filter verwenden.
Es sind in der Technik verschiedene HF-Schnittstellen und ihre Betriebweisen
bekannt, und eine Beschreibung derselben wird deshalb ausgelassen.
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Bei
manchen Ausführungsformen
kann die Schnittstelle 410 so konfiguriert werden, daß sie mit einer
oder mehreren IEEE-Standards nach 802.16 kompatibel ist, welche
für drahtlose
Breitbandnetzwerke in Betracht kommen, obwohl die Ausführungsformen
in dieser Hinsicht nicht eingeschränkt sind.
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Der
Verarbeitungsabschnitt 450 kann mit der HF-Schnittstelle 410 kommunizieren,
um empfangene/übertragene
Signale zu verarbeiten, und kann beispielsweise einen Analog/Digital-Wandler 452 zum Umwandeln
von Empfangssignalen (down converting), einen Digital/Analog-Wandler 454 zum
Umwandeln von Signalen zur Übertragung
(up converting) und einen Basisbandprozessor 456 zum Verarbeiten der
jeweils empfangenen/übertragenen
Signale auf der physischen (PHY) Verbindungsschicht (physical link
layer) aufweisen. Der Verarbeitungsabschnitt 450 kann auch
eine Verarbeitungsschaltung 459 für eine Verarbeitung der Medienzugriffssteuerungs-(MAC)/Datenverbindungsschicht
aufweisen oder umfassen.
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Bei
bestimmten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung kann die MAC-Verarbeitungsschaltung 459 ein
Merkmal eines Verbindungsumschaltungsmanagers aufweisen, welches,
wie zuvor beschrieben, in Verbindung mit einem zusätzlichen Schaltkomplex,
wie beispielsweise dem Pufferspeicher 458, zum Verarbeiten
und zum Erzeugen von Verbindungsumschaltungsnachrichten und/oder
Puffer von Multicast-Paketen fungieren kann. Alternativ oder zusätzlich kann
sich eine Basisbandverarbeitungsschaltung 456 an der Verarbeitung
für bestimmte
dieser Funktionen beteiligen oder diese Prozesse unabhängig von
der MAC-Verarbeitungsschaltung 459 durchführen. Falls
erwünscht,
kann auch eine MAC- und PHY-Verarbeitung in einer einzelnen Schaltung
integriert werden. Die Vorrichtung 400 kann auch eine Stationsverwaltungseinheit 460 aufweisen
oder damit verbunden sein, welche die Steuerung/Nachverfolgung der
mobilen Verbindungsumschaltungen, der Dienstqualitäts-(QoS)-Attribute und/oder
anderer Merkmale steuern oder dabei helfen kann. Eine zusätzliche
Vorrichtung 400 kann einen MPLS-Label-Edge-Router 470 oder
eine andere MPLS-Vorrichtung aufweisen oder damit verbunden sein,
um MPLS-Tunnel mit Dienstknoten, wie beispielsweise den zuvor diskutierten
RNSNs, zu erleichtern.
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Die
Vorrichtung 400 kann beispielsweise eine drahtlose Basisstation
oder ein drahtloser AP, ein drahtloser Router und/oder ein Netzwerkadapter für Computervorrichtungen
sein. Dementsprechend können
die zuvor beschriebenen Funktionen und/oder spezifischen Konfigurationen
der Vorrichtung 400, wie geeigneterweise erwünscht, eingeschlossen
oder weggelassen werden.
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Ausführungsformen
der Vorrichtung 400 können
unter Verwendung von Architekturen mit Einzeleingang und Einzelausgang
(Single Input Single Output, SISO) implementiert werden. Wie in 4 gezeigt,
können
jedoch bestimmte bevorzugte Implementierungen Architekturen mit
mehreren Eingängen und
mehreren Ausgängen
(Multiple Input Multiple Output, MIMO) mit mehreren Antennen (z.
B. 418, 419) zur Übertragung und/oder zum Empfang
verwenden. Weiterhin können
Ausführungsformen
der Erfindung ein Multiplexen mit Codeteilung auf mehrfache Träger (multi-carrier
code division multiplexing, MC-CDMA) ein Multiplexen mit unmittelbarer
Sequenzcodeteilung auf mehrfache Träger (multi-carrier direct sequence
code division multiplexing, MC-DS-CDMA) für einen OTA-Verbindungszugang oder
jedes andere vorhandene oder zukünftig
entstehende Modulations- oder Multiplexschema einsetzen, welches
mit den Merkmalen der erfinderischen Ausführungsformen kompatibel ist.
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Unter
Bezugnahme auf 5, kann eine beispielhafte Ausführungsform
eines Netzwerkdienstknotens 500 zur Verwendung in einem
MPLS-basierten Netzwerk, welches einen Einsatz von Mobilstationen
unterstützt,
eine beliebige logische Netzwerkeinheit sein, welche eine Schaltkomplex-
und/oder Verarbeitungslogik 510 und/oder die Schnittstellen 515, 520 zum
Verbinden eines Funkbereichsnetzes (radio area network, RAN) mit
dem Betreiber-IP-Kernnetzwerk,
mit einem Anwendungsdiensteanbieter-(ASP)-Netzwerk und/oder mit
anderen Dienstnetzwerken aufweist, wie beispielsweise mit IP-Multimedia-Subsystemen
(IMS), entfernten Unternehmens-Intranets, PSTNs und mit dem Internet.
Die Logik 510 kann konfiguriert werden, um eine Wolke (cloud)
von APs über
ein hybrides drahtgestütztes/drahtloses
Rückkanalnetzwerk
(backhaul network) zu verwalten, und sie kann für die Funkbetriebsmittelverwaltung
(radio resource management, RRM) sowie für eine Datenweiterleitung verantwortlich
sein, und sie stellt eine Verbindung zu Back-End-Netzwerken her.
Funktionen, wie beispielsweise QoS, Mobilität und Sicherheit, können auch
als ein Netzwerk aus verwalteten APs kooperativ verwaltet werden.
Die Logik 510 kann RAN-spezifische, zentrale Funktionen
beherbergen, wie beispielsweise Funkrufgruppen (paging groups) und Makro-Mobilitätsagenten,
für welche
ein mobiler IP-(MIP)-Fremdagent (FA) und dergleichen ein Beispiel
ist. Der Knoten 500 kann auf einer Netzwerk-Infrastrukturplattform,
wie beispielsweise einem Paketdatennetzkoppler (packet data gateway,
PDG) in Netzwerken nach dem Third Generation Partnership Project
(3GPP) für
eine zellulare Telephonie der dritten Generation oder als Paketdaten-Dienstknoten (PDSN)
in einem 3GOO2-Netzwerk oder als eine selbstständige Router-Plattform bereitgestellt
werden, obwohl die erfinderischen Ausführungsformen in dieser Hinsicht
nicht eingeschränkt
sind.
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Der
Dienstknoten 500 kann weiterhin eine oder mehrere Nachschlagtabellen 540 oder
einen anderen Speicher zum Speichern der Verbindungsbeziehungen
zwischen APs, MSSs und/oder anderen Dienstknoten aufweisen. Weiterhin
kann der Dienstknoten 500 in Abhängigkeit von der Implementierung
einen oder mehrere Speicher 530 zum Puffern von MSS-Paketen
während
einer mobilen Verbindungsumschaltung aufweisen, wie vorstehend diskutiert
worden ist.
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Die
Komponenten und Merkmale der Vorrichtung 400 und/oder des
Dienstknotens 500 können
unter Verwendung einer beliebigen Kombination eines diskreten Schaltkomplexes,
anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreise (ASICs), Logikgattern
und/oder einzelner Chip-Architekturen implementiert werden. Weiterhin
können
die Merkmale der Vorrichtung 400 unter Verwendung von Mikro-Controllern,
programmierbaren Logikmatrizen und/oder Mikroprozessoren oder jeder
Kombination derselben implementiert werden, wo dies geeignet ist
(welche gemeinsam oder einzeln als „Logik" bezeichnet werden).
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Es
sollte ersichtlich sein, daß die
beispielhafte Vorrichtung 400 und/oder der Knoten 500,
welche in den Blockdiagrammen der 4 bzw. 5 gezeigt
werden, nur ein funktional beschreibendes Beispiel der vielen potentiellen
Implementierungen repräsentieren.
Dementsprechend folgt aus einer Teilung, einem Weglassen oder einer
Einbeziehung der Blockfunktionen, welche in den begleitenden Figuren dargestellt
sind, nicht, daß die
Hardware-Komponenten, die Schaltungen, die Software und/oder die
Elemente zum Implementieren dieser Funktionen notwendigerweise geteilt,
weggelassen oder bei Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung eingeschlossen sind.
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Außer es steht
im Widerspruch zu den physikalischen Möglichkeiten, wird ins Auge
gefaßt,
daß die
hier beschriebenen Verfahren: (i) in einer beliebigen Sequenz und/oder
in jeder Kombination durchgeführt
werden können;
und (ii) die Komponenten der jeweiligen Ausführungsformen in einer beliebigen Weise
kombiniert werden können.
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Obwohl
beispielhafte Ausführungsformen dieser
neuartigen Erfindung vorstehend beschrieben wurden, sind viele Variationen
und Modifikationen möglich,
ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Dementsprechend
werden die erfinderischen Ausführungsformen
von der oben stehenden, spezifischen Offenbarung nicht eingeschränkt, sondern
sollten statt dessen nur von dem Schutzumfang der angefügten Ansprüche und
ihrer gesetzlichen Äquivalente
beschränkt
sein.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Es
werden Verfahren und Vorrichtungen zum Kommunizieren in einem drahtlosen
Netzwerk unter Verwendung von Multi-Protocol Label Switching (MPLS)
offenbart. Ein Netzwerkdienstknoten ist dazu konfiguriert, identische
Pakete im wesentlichen gleichzeitig jeweils an eine bedienende Netzzugangsstation
und an eine oder mehrere Zielnetzzugangsstationen über mindestens
zwei jeweilige MPLS-Tunnel als Antwort auf eine Triggernachricht für eine Verbindungsumschaltung
zu senden. Es werden auch zusätzliche
Ausführungsformen
und Variationen offenbart.