DE60002205T2

DE60002205T2 - Auswahl eines mobilen agenten in einem zugriffsnetz

Info

Publication number: DE60002205T2
Application number: DE60002205T
Authority: DE
Inventors: Ahti Muhonen; Jonne Soininen
Original assignee: Nokia Oyj
Current assignee: Nokia Oyj
Priority date: 1999-06-07
Filing date: 2000-06-06
Publication date: 2003-12-11
Anticipated expiration: 2020-06-07
Also published as: WO2000076234A1; FI991297A; EP1192820A1; CN100581296C; EP1192820B1; CA2376403C; JP2003501972A; AU5079700A; ATE237910T1; FI108983B; FI991297A0; BR0011372A; BR0011372B1; DE60002205D1; CA2376403A1; JP3373501B2; ES2195898T3; CN1606378A; US6980801B1; CN1231079C

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Auswahl eines Mobilitätsmittels zum Routen von Verkehr einer höheren Protokollschicht, wie von Verkehr eines Internet- Protokolls in einem Zugangsnetz.

Hintergrund der Erfindung

Mobilkommunikationssysteme beziehen sich im Allgemeinen auf ein beliebiges Telekommunikationssystem, das eine Funkkommunikation erlaubt, wenn sich Benutzer im Servicebereich des Systems bewegen. Ein typisches Mobilkommunikationssystem ist das Public Land Mobile Network (PLMN). Oft ist das Mobilkommunikationsnetz ein Zugangsnetz, das einem Benutzer einen drahtlosen Zugang zu externen Netzen, Hosts, oder Services bietet, die von bestimmten Serviceprovidern angeboten werden.
Der General Packet Radio Service GPRS ist ein neuer Service im GSM-System (Global System For Mobile Communication). Ein Subnetz umfasst eine Vielzahl von Paketdaten-Serviceknoten SN, die hier als Serving-GPRS-Support-Knoten SGSN bezeichnet werden. Jeder SGSN ist mit dem GSM- Mobilkommunikationsnetz verbunden (typischerweise mit einer Basisstationssteuereinrichtung BSC oder einer Basisstation BTS in einem Basisstationssystem), so dass der SGSN einen Paketservice für Mobildatenanschlüsse über mehrere Basisstationen, das heißt, Zellen bereitstellen kann. Das Zwischenmobilkommunikationsnetz stellt einen Funkzugang und eine paketvermittelte Datenübertragung zwischen dem SGSN und Mobildatenanschlüssen bereit. Verschiedene Subnetze sind wiederum mit einem externen Datennetz, beispielsweise einem öffentlichen Datennetz PSPDN, über GPRS-Gateway- Support-Knoten GGSN verbunden. Der GPRS-Service ermöglicht dann die Bereitstellung einer Paketdatenübertragung zwischen Mobildatenanschlüssen und externen Datennetzen, wenn das GSM-Netz als Funkzugangsnetz RAN fungiert.
Mobilsysteme der dritten Generation, wie das Universal Mobile Communications System (UMTS) und Future Public Land Mobile Telecommunications System (FPLMTS), das dann in IMT- 2000 (International Mobile Telecommunication 2000) umbenannt wurde, werden gegenwärtig entwickelt. In der UMTS-Architektur besteht ein terrestrisches UMTS- Funkzugangsnetz UTRAN aus einem Satz von Funkzugangsnetzen RAN (die auch Funkzugangssubsystem RNS genannt werden), die mit dem Kernnetz (CN) verbunden sind. Jedes RAN ist für die Ressourcen seines Satzes an Zellen verantwortlich. Für jede Verbindung zwischen einer Mobilstation MS und dem UTRAN ist ein RAN ein bedienendes bzw. Service-RAN. Ein RAN besteht aus einer Funknetzsteuereinrichtung RNC und einer Vielzahl von Basisstationen BTS. Ein Kernnetz, das das UMTS- Funkzugangsnetz verwenden wird, ist GPRS.
Eines der Hauptziele bei der Entwicklung von Mobilkommunikationsnetzen ist die Bereitstellung eines LP- (Internetprotokoll) Service mit einem Standard-IP-Backbone- Netzwerk, das eine Kombination aus einem mobilen IP und einer mobilen Netzmobilitätsverwaltung in dem Mobilnetz verwenden würde. Das grundlegende IP-Konzept unterstützt nicht die Mobilität des Benutzers; IP-Adressen sind für Netzschnittstellen in Abhängigkeit ihres physikalischen Orts zugewiesen. Tatsächlich ist das erste Feld einer IP- Adresse (die NETID) allen Schnittstellen gemeinsam, die mit dem gleichen Internet-Subnetz verbunden sind. Dieses Schema verhindert, dass der Benutzer (der mobile Host) seine Adresse behält, während er sich über verschiedene Internet- Subnetze bewegt, das heißt, während der Änderung der physikalischen Schnittstelle.
Zur Verbesserung der Mobilität im Internet wurde ein Mobile-IP-Protokoll für die IP-Version 4 durch die Internet Enineering Task Force (IETF) im Standard RFC2002 eingeführt. Ein mobiles bzw. Mobile-IP ermöglicht das Routen von IP-Datagrammen zu mobilen Hosts unabhängig vom Zugangspunkt im Subnetz. Das Mobile-IP-Protokoll führt die folgenden neuen funktionellen oder hierarchischen Objekte ein.
"Mobile Node MN (Mobilknoten)" (der auch Mobile Host MH genannt wird) bezieht sich auf einen Host, der seinen Zugangspunkt von einem Netz oder Subnetz zu einem anderen ändert. Ein Mobilknoten kann seinen Ort ohne Änderung seiner IP-Adresse ändern; er kann die Kommunikation mit anderen Internet-Knoten an einem beliebigen Ort unter Verwendung seiner (konstanten) IP-Adresse fortsetzen. "Mobilstation (MS)" ist ein Mobilknoten mit einer Luftschnittstelle zum Netz. "Tunnel" ist der von einem Datagramm verfolgte Weg, wenn es eingekapselt ist. Das eingekapselte Datagramm wird zu einem bekannten Entkapselungsmittel geroutet, das das Datagramm entkapselt und dann korrekt an seinen endgültigen Bestimmungsort liefert. Jeder Mobilknoten ist mit einem Home Agent über einen eindeutigen Tunnel verbunden, der durch einen Tunnelidentifizierer identifiziert wird, der für ein gegebenes Foreign Agent/Home Agent-Paar eindeutig ist.
"Home Network (eigenes Netz)" ist das IP-Netz, zu dem ein Benutzer logisch gehört. Physikalisch kann es beispielsweise ein über einen Router mit dem Internet verbundenes lokales Netz sein. "Home Address (lokale Adresse)" ist eine Adresse, die einem Mobilknoten für einen ausgedehnten Zeitabschnitt zugewiesen ist. Sie kann ungeachtet davon unverändert bleiben, ob der MN mit dem Internet verbunden ist. Alternativ dazu kann sie aus einem Adresspool zugewiesen werden.
"Mobility Agent (Mobilitätsmittel)" ist entweder ein Home Agent oder ein Foreign Agent. "Home Agent HA" ist ein Route-Objekt eines lokalen Netzes des Mobilknotens, der Pakete zur Zufuhr zum Mobilknoten tunnelt, wenn dieser von seinem lokalen Netz entfernt ist, und aktuelle Ortsinformationen für den Mobilknoten aufbewahrt. Er tunnelt Datagramme zur Zufuhr zu einem Mobilknoten und enttunnelt optional Datagramme für diesen, wenn der Mobilknoten von seinem lokalen. Netz entfernt ist. "Foreign Agent FA" bezieht sich auf ein Route-Objekt im Besuchernetz des Mobilknotens, der Route-Services für den Mobilknoten bereitstellt, während dieser registriert ist, wodurch einem Mobilknoten die Verwendung seiner lokalen Netzadresse ermöglicht wird. Der Foreign Agent enttunnelt Pakete und führt sie dem Mobilknoten zu, die durch den Home Agent des Mobilknotens getunnelt wurden. Für von einem Mobilknoten gesendete Datagramme kann der Foreign Agent als Vorgaberouter für registrierte Mobilknoten dienen.
Inder RFC2002 ist eine "Care-of-Address" (COA) als Endpunkt eines Tunnels zu einem Mobilknoten für zum Mobilknoten weitergeleitete Datagramme definiert, während er von seinem lokalen Netz entfernt ist. Das Protokoll kann zwei verschiedene Arten von Care-of-Adressen verwenden: Eine "Care-of-Adresse des Foreign Agent" ist eine von einem Foreign Agent vergebene Adresse, mit der der Mobilknoten registriert ist, und eine "colokalisierte Care-of-Adresse" ist eine extern erhaltene lokale Adresse, die der Mobilknoten im Netz bekommen hat. Ein MN kann mehrere COAs gleichzeitig haben. Eine COA eines MN ist in seinem HA registriert. Die Liste von COAs wird aktualisiert, wenn der Mobilknoten Anzeigen von Foreign Agents empfängt. Läuft eine Anzeige ab, sollte ihr Eintrag oder ihre Einträge von der Liste gelöscht werden. Ein Foreign Agent kann mehr als eine COA in seinen Anzeigen bereitstellen. "Mobility Binding" ist die Verknüpfung einer lokalen Adresse mit einer Care-of-Adresse zusammen mit der verbleibenden Lebensdauer dieser Verknüpfung. Ein MN registriert seine COA in seinem HA durch senden eines Registration Request. Der HA antwortet mit einem Registration Reply und nimmt eine Bindung für den MN auf.

Ein einzelnes grundlegendes

Mobilitätsverarbeitungsverfahren, das ein Roaming zwischen allen Zugangsnetztypen ermöglicht, würde es dem Benutzer erlauben, sich bequem zwischen festen und mobilen Netzen, zwischen öffentlich und privaten Netzen sowie zwischen PLMNs mit unterschiedlichen Zugangstechniken zu bewegen. Daher werden Verfahren auch in Mobilkommunikationssystemen wie UMTS und GPRS entwickelt, die die Mobile-IP- Funktionalität unterstützen, wie es aus der Patentanmeldung WO-A-9843446 bekannt ist.
Es ist erwünscht, dass das Mobile-IP als Überlagerung des UMTS/GPRS-Netzes implementiert wird, während die Abwärtskompatibilität mit vorhandenen Systemen beibehalten wird, wobei minimale Modifikationen in den GPRS-Standards und Netzen in. Kauf genommen werden, deren Betreiber MIP nicht unterstützen möchten. Fig. 1 zeigt die Minimalkonfiguration für einen GPRS-Betreiber, der den Mobile-IP-Service anbieten möchte. Die aktuelle GPRS- Struktur wird beibehalten und die Mobilität im PLMN bereitgestellt, während MIP dem Benutzer das Roaming zwischen anderen Systemen wie LANs und UMTS ohne den Verlust einer laufenden Sitzung ermöglicht. In Fig. 1 sind die Foreign Agents FA an GGSNs platziert. Eventuell haben nicht alle GGSNs FAs. Der SGSN und der GGSN können auch zusammen angeordnet sein. Ein FA in einem PLMN reicht zum Anbieten des MIP-Service aus, aber aus Kapazitäts- und Effizienzgründen kann mehr als ein FA erwünscht sein. Das heißt, dass die MS den Aufbau eines PDP-Kontext mit einem GGSN anfordern muss, der die FA-Funktionalität anbietet. Während des Aufbaus des PDP-Kontext wird die MS über Netzparameter des FA informiert, beispielsweise über die Care-of-Adresse.
Das Problem besteht darin, zu wissen, ob der SGSN einen verbundenen GGSN mit Foreign Agent FA-Möglichkeiten hat, und eine PDP-Adresse zum korrekten mehrerer FAs zu öffnen, wie dem nächstliegenden.
Gleiche Probleme können bei einer Mobilitätsverwaltung und dem Routen auf einer Systemstufe auftreten, die der Mobilitätsverwaltung eines Zugangsnetzes überlagert ist. Diese verschiedenen Überlagerungsmobilitätsverwaltungen werden hier allgemein als Makromobilitätsverwaltung bezeichnet.

Kurzzusammenfassung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorstehend beschriebenen Probleme zu lösen oder zu vermindern.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren, ein System und einen Zugangsknoten gelöst, die durch das in den beigefügten unabhängigen Patentansprüchen Offenbarte charakterisiert sind. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den beigefügten abhängigen Patentansprüchen offenbart.
Erfindungsgemäß überprüft ein Unterstützungsknoten, oder allgemeiner jeder Zugangsknoten, vorzugsweise während einer Zugangs- bzw. Anschlussprozedur einer Mobilstation, ob die betreffende Mobilstation eine Makromobilitätsfähigkeit hat, das heißt, ob ein mögliches Erfordernis eines Mobilitätsobjekts oder einer Makromobilitätsfähigkeit angenommen werden kann. Ein Mobilitätsobjekt kann ein beliebiges Objekt sein, das einen Zugangspunkt auf der Makromobilitätsstufe bereitstellt, wie ein Mobilitätsmittel bzw. Mobilitäts-Agent in der Mobilitätsverwaltung vom Mobile-IP-Typ. Gibt es keine Mobilitätsfähigkeit, wird eine normale Zugangsprozedur durchgeführt. Gibt es aber eine Makromobilitätsfähigkeit, wählt der Zugangsknoten ein geeignetes Mobilitätsobjekt für die Mobilstation aus und sendet die Identität des ausgewählten Mobilitätsobjekts zur Mobilstation zusammen mit einer Zugangskontexterrichtung. Die Zugangskontexterrichtung kann beispielsweise die Erzeugung eines Paketprotokoll- (PDP-) Kontext sein, und der Zugangsknoten kann die Mobilstationen zum Initiieren einer Aktivierung eines Paketprotokoll- (PDP-) Kontext im System auffordern. Die Mobilitätsobjektidentität wird vorzugsweise in der PDP-Kontextaktivierungsaufforderung gesendet, so dass keine extra Nachricht erforderlich ist. Es können auch andere Mobilitätsobjektattribute zur Mobilstation gesendet werden. Ist die Mobilstation tatsächlich an der Verwendung der Makromobilität interessiert, führt sie eine PDP-Kontextaktivierung unmittelbar durch, so dass eine Verbindung mit dem ausgewählten Mobilitätsobjekt aufgebaut wird.
Im bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Makromobilitätsverwaltung eine Mobilitätsverwaltung vom Mobile-IP-Typ. Ein typisches Merkmal des Mobility Agent im Mobile-IP besteht darin, dass er periodisch Agent- Anzeigenachrichten zu den Mobilknoten zur Angabe seines Service bzw. seiner Dienste überträgt. Die Mobilknoten verwenden diese Anzeigen zur Bestimmung des aktuellen Zugangspunkts zum Internet. Die zum ausgewählten Mobility Agent errichtete Verbindung ermöglicht den Empfang der vom ausgewählten Mobility Agent gesendeten Agent- Anzeigenachrichten durch den Mobilknoten, und damit kann der Mobilknoten eine Standard-Mobile-IP-Registrierung initiieren.
Ist in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung die Mobilstation nicht an der Verwendung der Makromobilität interessiert, da sie beispielsweise im Moment keinen zugehörigen Mobilknoten hat (beispielsweise keine Anwendung oder eine Einrichtung, die Mobile-IP verwendet), kann sie die PDP-Aktivierungsaufforderung ignorieren. Die Mobilstation kann ferner die empfangenen Mobilitätsobjektinformationen für eine spätere Verwendung speichern. Möchte die Mobilstation später eine Registrierung entsprechend der spezifischen Makromobilitätsverwaltung durchführen, kann sie die gespeicherten Informationen verwenden.
Die Auswahl des Mobilitätsobjekts kann auf einem beliebigen geeigneten Kriterium basieren. Beispielsweise kann ein mit dem nächstliegenden Gateway-Knoten verknüpftes Mobilitätsobjekt zum Optimieren des Route-Vorgangs des Makroschichtverkehrs ausgewählt werden. Ein anderes Kriterium kann die aktuelle Belastung der Mobilitätsobjekte sein, so dass das Mobilitätsobjekt mit einer geringen Verkehrsbelastung gegenüber stark belasteten Mobility Agents bevorzugt wird, um den Verkehr im Netz zu verteilen. Die Auswahl kann auf Mobilitätsobjektdaten beruhen, die im Zugangsknoten gespeichert sind, oder auf Information oder einen Vorrangsbefehl, der von einem anderen Netzelement empfangen wird, oder auf einer Kombination daraus.
Die Überprüfung der Makromobilitätsfähigkeit kann auf in einer Teilnehmerdatendank gespeicherten Teilnehmerdaten oder auf Informationen beruhen, die von der Mobilstation bei der Zugangsprozedur bereitgestellt werden. Beispielsweise kann die Mobilstation die Mobile-IP- Fähigkeit in der Zugangsanforderung beispielsweise mittels einer Mobilstationteilnehmerkennzeichnung angeben. Als weiteres Beispiel kann die Mobile-IP-Fähigkeit durch Befragung einer lokalen Teilnehmerdatenbank überprüft werden. Im Allgemeinen beinhaltet die Überprüfung alle Maßnahmen, die die Mobile-IP-Fähigkeit der Mobilstation dem Zugangsknoten angeben.
Ein Vorteil der Erfindung liegt darin, dass die Mobilstation die Mobility Agents zuvor nicht kennen muss, sondern über einen geeigneten informiert wird, wenn es auf das Netz zugreift. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die neue erfinderische Funktionalität am Zugangsknoten die Erfassung des Erfordernisses eines Mobilitätsobjekts, die Auswahl des optimalsten Mobilitätsobjekts in jedem Teil des Netzes und dessen Änderung ermöglicht, ohne dass eine Nicht-Standard- Signalisierung oder Prozedur in anderen Elementen des Paketfunknetzes oder auf der Mobile-IP-Stufe erforderlich ist. Die optimale Auswahl des Mobilitätsobjekts kann ferner in einem optimaleren Route-Vorgang resultieren, der die Einsparung von Übertragungsmobilitätsobjektressourcen ermöglicht, deren effektivere Verwendung im Paketfunksystem ermöglicht, und möglicherweise auch die Verbindung schneller macht, da der Verbindungsarm zwischen dem Zugangsknoten und dem Mobilitätsobjekt kürzer ist.

Kurzbeschreibung der Zeichnung

Im Folgendem wird die Erfindung ausführlicher anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine GPRS-Netzarchitektur,
Fig. 2 ein Signalisierungsdiagramm, das das erfindungsgemäße Verfahren veranschaulicht, und
Fig. 3 ein Ablaufdiagramm, das die Funktion eines Unterstützungsknotens veranschaulicht.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung

Die Erfindung kann bei beliebigen Paketmoduskommunikationen angewendet werden, die eine Makromobilitätsverwaltung erfordern, die die Mobilitätsverwaltung eines Zugangsnetzes überlagert. Die Erfindung ist insbesondere für die Unterstützung einer Mobile-IP-Mobilitätsverwaltung in einem Zugangsnetz geeignet. Das Zugangsnetz kann ein beliebiges Zugangsnetz sein, wie ein Funkzugangsnetz. Die Erfindung kann insbesondere vorzugsweise für die Bereitstellung eines allgemeinen Paketfunkservice GPRS in einem paneuropäischen digitalen Mobilkommunikationssystem GSM (Global System for Mobile Communication) oder in entsprechenden Mobilkommunikationssystemen verwendet werden, wie DCS1800 und PCS (Personal Communication System) oder in Mobilsystemen der dritten Generation (3G) wie UMTS, das einen Paketfunkdienst vom GPRS-Typ implementiert. Im folgenden werden die bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung bezüglich eines GPRS-Paketfunknetzes beschrieben, das durch den GPRS-Service und das 3G- oder GSM-System gebildet wird, ohne die Erfindung auf dieses bestimmte Paketzugangssystem zu beschränken.
In Fig. 1 ist eine GPRS-Architektur gezeigt, die einen 3G- Funkzugang (wie UMTS) oder 2G-Funkzugang (wie GSM) verwendet. Die GPRS-Infrastruktur umfasst Unterstützungsknoten, wie einen GPRS-Gateway-Support-Knoten (GGSN) und einen GPRS-Serving-Support-Knoten (SGSN). Die Hauptfunktionen der GGSN-Knoten beinhalten eine. Interaktion mit einem externen Datennetz. Der GGSN aktualisiert ein Ortsverzeichnis unter Verwendung von durch die SGSN's zugeführten Routing-Informationen über einen MS-Weg und routet das eingekapselte externe Datennetzprotokollpaket über das GPRS-Backbone-Netz zum SGSN, der die MS gegenwärtig bedient. Er entkapselt und leitet auch externe Datennetzpakete zu den geeigneten Datennetzen weiter und handhabt die Abrechnung des Datenverkehrs.
Die Hauptfunktionen des SGSN sind die Erfassung neuer GPRS- Mobilstationen in seinem Servicebereich, die Verarbeitung des Prozesses der Registrierung der neuen Mobilstationen zusammen mit den GPRS-Registern, das Senden/Empfangen von Datenpaketen zu/von dem GPRS-MS und das Aufbewahren eines Datensatzes des Orts der Mobilstationen im Servicebereich. Die Teilnehmerinformationen sind in einem GPRS-Register (HLR) gespeichert, wo die Abbildung zwischen einer Mobilstationidentität (wie MS-ISDN oder IMSI) und der PSPDN-Adresse gespeichert ist. Das GPRS-Register dient als Datenbank, anhand der die SGSNs abfragen, ob eine MS in ihrem Bereich sich am GPRS-Netz beteiligen darf.
Die GPRS-Gateway-Suport-Knoten GGSN verbinden ein GPRS-Netz eines Betreibers mit externen Systemen, wie anderen Betreiber-GPRS-Systemen, mit Datennetzen 11, wie einem IP- Netz (Internet) oder X.25-Netz, und Service-Zentren. Feste Hosts 14 können mit dem Datennetz 11 beispielsweise über ein lokales Netz LAN und einen Router 15 verbunden sein. Ein Border-Gateway BG liefert einen Zugang zu einem Zwischenbetreiber-GPRS-Backbone-Netz 12. Der GGSN kann auch direkt mit einem Netz einer Privatfirma oder einem Host verbunden sein. Der GGSN enthält GPRS-Teilnehmer-PDP- Adressen und Route-Informationen, das heißt, SGSN- Adressen. Route-Informationen werden zum Tunneln von Protokolldateneinheiten PDU vom Datennetz 11 zum aktuellen Vermittlungspunkt des MS, das heißt, zum Service-SGSN getunnelt. Die Funktionalitäten von SGSN und GGSN können im gleichen physikalischen Knoten verbunden sein (SGSN + GGSN).
Das Standortverzeichnis HLR des GSM-Netzes enthält GPRS- Teilnehmerdaten und Route-Informationen und bildet die Teilnehmer-IMSI auf eines oder mehrere Paare des PDP-Typs und der PDP-Adresse ab. Das HLR bildet auch jedes PDP-Typ- und PDP-Adressen-Paar auf einen GGSN-Knoten ab. Der SGSN hat eine Gr-Schnittstelle mit dem HLR (eine direkte Signalisierungsverbindung oder eine über ein internes Backbone-Netz 13). Das HLR einer MS im Roaming-Betrieb und sein Service-SGSN können sich in verschiedenen Mobilkommunikationsnetzen befinden.
Das Intra-Betreiber-Backbone-Netz 13, das eine SGSN- und GGSN-Einrichtung eines Betreibers verbindet, kann beispielsweise mittels eines lokalen Netzes implementiert werden, wie eines IP-Netzes. Ein GPRS-Netz eines Betreibers kann auch ohne das Intra-Betreiber-Backbone-Netz implementiert sein, beispielsweise durch die Bereitstellung aller Funktionen auf einem Computer.
Der Netzanschluss liefert die Mittel zur Verbindung eines Benutzers mit einem Telekommunikationsnetz zur Verwendung der Dienste bzw. Services und/oder von Einrichtungen dieses Netzes. Ein Anschlussprotokoll stellt einen definierten Satz von Prozeduren dar, der dem Benutzer die Verwendung der Services und/oder Einrichtungen des Netzes ermöglicht. Der SGSN, der auf der gleichen hierarchischen Stufe wie das mobile Vermittlungszentrum MSC steht, verfolgt die Orte der individuellen Mobilstationen und führt Sicherheitsfunktionen und eine Anschlusssteuerung durch. Die GPRS-Sicherheitsfunktionalität ist äquivalent der vorhandenen GSM-Sicherheit. Der SGSN führt eine Beglaubigung und Verschlüsselungseinstellprozeduren beruhend auf den gleiche Algorithmen, Codes und Kriterien wie das vorhandene GSM-System durch. GPRS verwendet einen für die Paketdatenübertragung optimierten Verschlüsselungsalgorithmus.
Zum Zugreifen auf den GPRS-Service soll eine Mobilstation dem Netz ihr Vorhandensein durch die Durchführung eines GPRS-Anschlussvorgangs mitteilen. Dieser Vorgang errichtet eine logische Verbindung zwischen der MS und dem SGSN und macht die MS für SMS über GPRS, für Paging über den SGSN und für die Benachrichtigung über ankommende GPRS-Daten verfügbar. Schließt sich die MS an das GPRS-Netz an, das heißt, in einer GPRS-Anschlussprozedur, erzeugt der SGSN insbesondere einen Mobilitätsverwaltungskontext (MM- Kontext), und eine logische Verbindung LLC (Logical Link Control) wird zwischen der MS und dem SGSN in einer Protokollschicht errichtet. MM-Kontexte werden im SGSN und der MS gespeichert. Der MM-Kontext des SGSN kann Teilnehmerdaten enthalten, wie die Teilnehmer IMSI, TLLI und Orts- und Route-Informationen, usw.
Zum Senden und Empfangen von GPRS-Daten soll die MS die Paketdatenadresse aktivieren, die sie verwenden möchte, indem sie eine PDP-Aktivierungsprozedur anfordert. Dieser Vorgang macht die MS im entsprechenden GGSN bekannt und die Zusammenarbeit mit externen Datennetzen kann beginnen. Insbesondere wird einer oder werden mehrere PDP-Kontexte in der MS, dem GGSN und SGSN erzeugt und im Service-SGSN in Verbindung mit dem MM-Kontext gespeichert. Der PDP-Kontext definiert verschiedene Datenübertragungsparameter, wie den PDP-Typ (beispielsweise X.25 oder IP), die PDP-Adresse (beispielsweise IP-Adresse), die Dienstqualität QoS und den NSAPI (Netzservice-Zugangspunktidentifizierer). Die MS aktiviert den PDU-Kontext mit einer bestimmten Nachricht, Activate PDP Context Request, in dem sie Informationen über die TLLI, den PDP-Typ, die PDP-Adresse, die erforderliche QoS und die NSAPI und optional den Zugangspunktnamen APN mitteilt. Der SGSN sendet eine Create-PDP-Context-Nachricht zum SGSN, der den PDP-Kontext erzeugt und ihn zum SGSN sendet. Der SGSN sendet den PDP-Kontext zur MS in einer Activate-PDP-Context-Response-Nachricht, und eine virtuelle Verbindung oder ein virtueller Link zwischen der MS und dem GGSN wird errichtet. Infolgedessen leitet der SGSN alle Datenpakete von der MS zum GGSN weiter, und der GGSN leitet zum SGSN alle vom externen Netz empfangenen und für die MS adressierten Datenpakete weiter. Der PDP-Kontext wird in der MS, dem SGSN und dem GGSN gespeichert. Führt die MS einen Roaming-Vorgang in dem Bereich eines neuen SGSN durch, fordert der neue SGSN die MM- und PDP-Kontexte vom alten SGSN an.
Fig. 1 zeigt die Implementierung von Mobile-IP in der GPRS/3G-Umgebung.
Die MS kann ein Laptop-Computer (PC) sein, der mit einem Mobiltelefon verbunden ist, das eine Paketfunkübertragung ermöglicht. Alternativ dazu kann die MS eine integrierte Kombination eines kleinen Computers und eines Paketfunktelefons sein, die ähnlich aussieht wie die Nokia Communicator 9000-Reihe. Weitere Ausführungsbeispiele der MS enthalten verschiedene Pager, eine Fernsteuerung, Überwachungs- und/oder Datenerfassungseinrichtungen, usw. Der Benutzer einer Mobilstation MS registriert sich für einen speziellen Mobile-IP-Service. Die Teilnehmerinformationen werden im Standortverzeichnis HLR zusammen mit der lokalen IP-Adresse des Benutzers gespeichert.
In Fig. 1 befinden sich Foreign Agents FA an GGSNs (sind in diesen integriert). Eine Alternative ist, dass der SGSN und der GGSN zusammen angeordnet sind, und die FAs an SGSN + GGSNs angeordnet sind. Es kann mehr als einen SGSN und GGSN in einem Netz geben. Es müssen nicht alle GGSNs FAs haben. Jeder FA hat eine IP-Adresse im Internet und im betreibereigenen privaten GPRS/3G-Backbone-Netz. Das heißt, die IP-Adresse des FA sieht so aus, dass IP-Pakete mit dem Ziel dieser Adresse im Internet zu dem GGSN geroutet werden, der mit dem FA verknüpft ist. Verlässt der MN sein lokales Subnetz und registriert sich in einem neuen FA, kann er beruhend auf seiner lokalen IP-Adresse alleine nicht länger erreicht werden, sondern ihm muss eine Adresse zugewiesen werden, die zum besuchten Netz gehört, die Care- of-Adresse (COA) genannt wird. Die Care-of-Adresse identifiziert positiv den momentan Ort des mobilen Terminals und kann 1) die IP-Adresse des FA, der zum besuchten Netz gehört, oder 2) eine IP-Adresse sein, die direkt vom mobilen Terminal über ein Autokonfigurationsverfahren vom lokalen IP-Adressraum erhalten wird, wobei in diesem Fall der Ausdruck colokalisierte Care-of-Adresse verwendet wird. Beim Registrieren in einem neuen FA und erhalten einer COA registriert sich der MN dann an einem Home Agent HA in seinem lokalen Netz und informiert diesen über seine COA. In Fig. 1 befindet sich ein Home Agent HA im Datennetz 11, das das lokale Netz des Mobilknotens MN ist, der mit der Mobilstation MS verbunden ist. Eine zweiter Host 14, der mit dem MN kommunizieren möchte, muss wissen, dass sich der MN bewegt hat; er sendet einfach IP-Pakete, die mit der lokalen IP-Adresse des MN adressiert sind. Diese Pakete werden über einen normalen IP-Route-Vorgang zum lokalen Netz des MN geroutet, wo sie vom HA abgefangen werden. Der HA verkapselt jedes solche Paket in einem anderen IP-Paket, das die COA des MN enthält, da diese Pakete so dem FA zugeführt werden (dieser Vorgang wird Tunneling genannt). Der FA leitet das IP-Paket zum GGSN weiter. Der GGSN leitet das IP-Paket (das für die Übertragung über das GPRS- Backbone-Netz verkapselt sein kann) zum Service-SGSN weiter, der das IP-Paket zur MS/zum MN weiterleitet: Pakete vom MN zum zweiten Host 14 müssen nicht unbedingt getunnelt werden; der MN kann sie einfach zum GGSN senden, der die Pakete zum zweiten Host 14 ohne Abfangen durch den FA oder HA direkt weiterleitet.
Erfindungsgemäß wählt der SGSN demnach den Mobility Agent aus und gibt ihn der Mobilstation während des GPRS- Anschlusses an. Nachstehend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Fig. 1, 2, 3 und 4 beschrieben.
Nun wird auf Fig. 1 Bezug genommen. Das lokale Netz der Mobilstation MS ist das GPRS/3G-Netz 1. Der Benutzer der Mobilstation MS nimmt an einem bestimmten Mobile-IP-Service teil, und eine IP-Anwendung in der MS oder einem separaten Datenanschluss stellt einen Mobilknoten MN in der Mobile- IP-Kommunikation dar.
Nun wird angenommen, dass sich die MS/der MN im Servicebereich eines anderen GPRS/3G-Netzes 2 befindet, das von einem Unterstützungsknoten SGSN2 bedient wird. Der MS- Teil hört Funkrundsendenachrichten ab, die Informationen über Funkparameter, eine Netz- und Zellenidentität, usw. enthalten, sowie beispielsweise Informationen über ein verfügbares Kernnetz, Serviceanbieter, Servicemöglichkeiten, usw. Dann sendet die MS eine GPRS- Anschlussanforderung zum SGSN2, wie es in Schritt 1 in Fig. 2 gezeigt ist. Der SGSN2 erzeugt einen Mobilitätsverwaltungskontext (MM-Kontext), und eine logische Verbindung LLC (Logical Link Control) wird zwischen der MS und dem SGSN auf einer Protokollschicht errichtet. MN-Kontexte werden im SGSN und der MS gespeichert. Der MM-Kontext des SGSN kann Teilnehmerdaten, wie die Teilnehmer-IMSI, TLLI und Orts- und Route- Informationen, usw. enthalten. Die Beglaubigungs-, Verschlüsselungs- und Ortsaktualisierungsprozeduren, sowie eine Abfrage des HLR der MS/des MN zum Erhalten der Teilnehmerdaten kann typischerweise in der Erzeugung des MM-Kontext wie in Schritt 2 gezeigt enthalten sein. Bei den bevorzugten Ausführungsbeispielen entsprechend die in den Schritten 1 und 2 enthaltenen Prozeduren dem grundlegenden GPRS-Anschluss, der in den aktuellen GPRS/UMTS- Spezifikationen definiert ist.
Während der GPRS-Anschlussprozedur, vorzugsweise nach der Erzeugung des MM-Kontext führt der SGSN2 die Mobile-IP- Fähigkeitsüberprüfung und die FA-Auswahlprozedur gemäß der Erfindung in Schritt 3 aus.
Die Überprüfungs- und Auswahlprozedur gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 3 gezeigt.
In Schritt 31 überprüft der SGSN2, ob die MS/der MN eine Mobile-IP-Fähigkeit hat. Beispielsweise kann der SGSN2 überprüfen, ob die aus dem HLR erhaltenen Teilnehmerdaten angeben, dass die Mobilstation MS an einem speziellen Mobile-IP-Service teilnimmt. Alternativ dazu oder zusätzlich kann der SGSN2 überprüfen, ob das Mobile- Station-Classmark-Information-Element, das in der Anschlussanforderungsnachricht von der MS empfangen wird, angibt, dass die MS die Mobile-IP-Fähigkeit hat. Das Mobile-Station-Classmark-Information-Element wird zur Angabe der allgemeinen Eigenschaften der Mobilstationseinrichtung für das Netz zum Beeinflussen der Art und Weise verwendet, wie das Netz den Betrieb der Mobilstation handhabt. Ist die Mobile-IP-Fähigkeit in der Teilnehmerklassifizierung enthalten, kann dies bei der Erfindung verwendet werden. Die Erkennung der Mobile-IP- Fähigkeit kann aber auch auf beliebigen Informationen beruhen, die von der MS, einem anderen Netzelement (wie dem HLR) empfangen werden oder lokal im SGSN2 gespeichert sind.
Wird die Mobile-IP-Fähigkeit der MS in Schritt 31 herausgefunden, wählt der SGSN2 einen geeigneten Foreign Agent (FA) für die MS in Schritt 32 aus. Die Auswahl des Mobile-Agents kann auf einem beliebigen geeigneten Kriterium beruhen. Beispielsweise kann die Adresse des mit dem nächstliegendem GGSN verbundenen FA, das heißt, ein FA2 am GGSN2, im SGSN2 für Auswahlzwecke gespeichert sein. In diesem Fall kann der SGSN2 immer den FA2 auswählen. Normalerweise liefert dieser Ansatz auch den optimalsten Route-Vorgang, das heißt, er minimiert die Länge des Route- Wegs durch das Netz. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung beruht die Auswahl auf der Verkehrsbelastung an den Foreign Agents FA1 und FA2. Die Verkehrsbelastung kann durch das Betriebs- und Wartungszentrum AMC des Netzes (nicht gezeigt) überwacht und dem SGSN2 mitgeteilt werden. Der SGSN2 kann den FA2 auswählen, wenn die Verkehrslast am FA2 unter einem vorbestimmten Schwellenwert liegt, und einen anderen FA mit einer geringeren Verkehrslast auswählen, wenn die Verkehrslast am FA2 den Schwellenwert überschreitet. Der Fachmann erkennt auch andere Kriterien in Abhängigkeit von den Systemparametern, die bei der Auswahl zu berücksichtigen sind. Es ist auch möglich, dass ein anderes Netzelement, wie das OMC dem SGSN die Auswahl eines bestimmten FA beispielsweise beruhend auf den vorstehend angeführten Kriterien befiehlt.
Nach der Auswahl des FA sendet der SGSN2 der MS eine Request-PDP-Context-Activation-Nachricht, die die MS zum initiieren der Aktivierung eines PDP-Kontexts auffordert. Gemäß dem bevorzugtem Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält die Anforderungsnachricht die IP-Adresse des FA und Informationen, dass die Adresse eine FA-Adresse ist. Die FA-Lnformationen können in der Request-PDP-Context- Activation-Nachricht durch die Verwendung des angebotenen PDP-Adressinformationsfeldes aufgenommen werden. Im angebotenen PDP-Kontextadressinformationsfeld, wie es gegenwärtig definiert ist, gibt es unbelegte Bits, die die Informationen tragen könnten, dass die PDP-Adresse im Feld ein FA-Adresse ist. Es kann aber auch ein beliebiges anderes Informationsfeld, ein zusätzliches Informationsfeld, eine andere Nachricht oder eine dedizierte Nachricht zum Tragen der FA-Informationen gemäß der Erfindung verwendet werden. Ein weiteres Beispiel vorhandener Nachrichten, die für diesen Zweck verwendet werden könnten, ist die GPRS-Anschlussbestätigung. Außerdem kann der exakte Punkt während der GPRS-Anschlussprozedur, wenn die IP-Fähigkeitsüberprüfung und FA-Auswahl ausgeführt werden, vom in Fig. 2 gezeigten Punkt verschieden sein, ohne von den Grundprinzipien der Erfindung abzuweichen.
Wird in Schritt 31 keine Mobile-IP-Fähigkeit gefunden, beendet der SGSN2 die GPRS-Anschlussprozedur wie in den aktuellen GPRS/UMTS-Spezifikationen definiert (Schritt 34).
Gemäß Fig. 2 sendet der SGSN die Request-PDP-Context Activation-Nachricht wie vorstehend beschrieben (Schritt 4). Ist die MS wirklich zur Verwendung von Mobile-IP bereit (beispielsweise hat die MS einen Laptop-Computer mit verbundener Mobile-IP Application Software), sendet die MS sofort die Acitvate-PDP-Context-Request-Nachricht zum SGSN2, die die FA-Adresse im angeforderten PDP-Adressenfeld enthält. Der SGSN2 erzeugt einen PDP-Kontext im GGSN/FA2 durch das Senden einer Create-PDP-Context-Anforderung zum GGSN/FA2 (Schritt 6 in Fig. 2). Der GGSN/FA2 erzeugt den PDP-Kontext für die MS/den MN und gibt eine Create-PDP- Context-Antwort an den SGSN2 zurück (Schritt 7 in Fig. 2). Der SGSN2 errichtet den PDP-Kontext für die MS/den MN und antwortet der MS/dem MN mit der Activate-PDP-Context- Accept-Nachricht (Schritt 8 in Fig. 2). Somit wurde eine virtuelle Verbindung zwischen der MS/dem MN und dem GGSN/FA2 errichtet.
Alle vorherigen Prozeduren wurden lediglich in der GPRS/3G- Schicht ausgeführt. Die darüber liegende Mobile-IP-Schicht und daher der MS-Teil der MS/des MN müssen nicht um die erfindungsgemäße Auswahl des FA wissen. Allerdings kann der MN aufgrund der zum GGSN/FA2 errichteten Verbindung die Agent-Anzeigenachrichten empfangen, die vom FA2 entsprechend dem Mobile-IP-Protokoll rund gesendet werden. Die Agent-Anzeigenachricht kann auch die Care-of-Adresse COA enthalten, oder der MN kann die COA entsprechend dem MIP-Standard erhalten. Der Mobilknoten MN registriert dann eine COA in seinem Home Agent HA entsprechend dem MIP- Standard (Schritt 10 in Fig. 2). In Abhängigkeit von seinem Anschlussverfahren registriert sich die MS entweder direkt in ihrem HA oder über den FA2, der die Registrierung dem HA weiterleitet. Danach wird das Mobile-IP-Tunneln zwischen dem HA und dem GGSN/FA2 entsprechend dem Mobile-IP-Standard errichtet.
Infolge dessen kann die Auswahl des korrekten FA und die Foreign Agent-Anzeige unter Verwendung von Standard- GPRS/3G-Prozeduren und Nachrichten als Standard-Mobile-IP- Prozeduren und Nachrichten überall sonst außer im SGSN2 und möglicherweise in der MS errichtet werden. Für den SGSN2 sind auch lediglich untergeordnete Modifikationen erforderlich.
Die Beschreibung veranschaulicht lediglich bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung. Die Erfindung ist aber nicht auf diese Beispiele beschränkt, sondern kann innerhalb des Schutzbereichs der beigefügten Patentansprüche variieren.

Claims

1. Verfahren zur Angabe eines Makromobilitätsobjekts in einem Zugangssystem mit einer Vielzahl von Mobilstationen (MS), Zugangsknoten (SGN1, SGN2) und zumindest einem Mobilitätsobjekt (FA1) zur Bereitstellung von Makromobilitäts-Verwaltungsdiensten für die Mobilstationen (MS/MN), während sie im Zugangssystem registriert sind, mit den Schritten:

Initiieren einer Anschlussprozedur zu einem der Zugangsknoten durch eine Mobilstation, gekennzeichnet durch die weiteren Schritte:

Reagieren auf die Mobilstation mit IP-Fähigkeit durch

Initiieren einer Auswahl eines Makromobilitätsobjekts für die Mobilstation am Zugangsknoten, und

Senden der Identität des ausgewählten Makromobilitätsobjekts zu der Mobilstation in Verbindung mit einer Zugangskontexterrichtung.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den Schritt des Sendens einer Anforderung zum Initiieren der Aktivierung eines Paketprotokollkontext für die Mobilstation im Zugangssystem zu der Mobilstation.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch den Schritt des Überprüfens als Antwort auf die Initiierung der Anschlussprozedur am Zugangsknoten, ob die Mobilstation eine Makromobilitätsfähigkeit hat.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, gekennzeichnet durch den Schritt des Sendens der Identität des ausgewählten Mobilitätsobjekts zu der Mobilstation in der Anforderung.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch den Schritt des Initiierens einer Aktivierung des Paketprotokollkontext durch die Mobilstation mit einem assoziierten Mobilknoten zum Aufbau einer Verbindung mit dem ausgewählten Mobilitätsobjekt, wenn eine Registrierung gemäß der Makromobilitätsverwaltung gewünscht ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Makromobilitätsverwaltung eine Mobilitätsverwaltung vom Mobile-IP-Typ ist, und das Verfahren den Schritt des Sendens einer Agent- Advertisement-Nachricht von dem ausgewählten Mobilitätsagent zu dem Mobilknoten über die Verbindung umfasst, wobei die Agent-Advertisement-Nachricht dem Mobilknoten die Initiierung einer Mobile-IP-Registrierung ermöglicht.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch den Schritt des Überprüfens der Makromobilitätsfähigkeit der Mobilstation auf der Grundlage von in einer Teilnehmerdatenbank gespeicherten Teilnehmerdaten oder durch die Mobilstation in der Anschlussprozedur bereitgestellten Informationen.

6. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Makromobilitätsfähigkeit durch Betriebsklasseninformationen der Mobilstation angezeigt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das ausgewählte Mobilitätsobjekt ein mit einem der Gateway-Knoten in dem Paketzugangsnetz assoziierter fremder Agent ist.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Identität eine Mobilobjektadresse (FA1, FA2) enthält.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugangssystem ein Funksystem wie GPRS oder UMTS ist.

12. Paketzugangssystem mit

einer Vielzahl von Mobilstationen (MS), wobei zumindest manche Mobilstationen eine Makroschichtmobilität unterstützen, wie Mobile IP,

Zugangsknoten,

zumindest einem Mobilitätsobjekt (FA1) zur Bereitstellung von Makromobilitätsverwaltungsdiensten,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Zugangsknoten auf die Mobilstation (MS/MN) mit der Makromobilitätsfähigkeit ansprechen, um

eine Auswahl eines Makromobilitätsobjekts (FA1, FA2) für die Mobilstation (MS/MN) zu initiieren, und

eine Identität des ausgewählten Makromobilitätsobjekts (FA1, FA2) zur Mobilstation (MS/MN) zu senden.

13. System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugangsknoten auf die Mobilstation (MS/MN) mit der Makromobilitätsfähigkeit zum Initiieren einer Aktivierung eines Paketprotokollkontext für die Mobilstation in dem Zugangssystem ansprechen.

14. System nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugangsknoten auf eine von einer Mobilstation empfangene Anschlussforderung zur Überprüfung ansprechen, ob die Mobilstation eine Makromobilitätsfähigkeit hat.

15. System nach Anspruch 12, 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass L5 der Zugangsknoten die Identität des ausgewählten Mobilitätsobjekts (FA1, FA2) zur Mobilstation in der Anforderung sendet.

16. System nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Mobilstation, wenn sie einen assoziierten Mobilknoten hat und eine Makromobilitätsregistrierung wünscht, zur Initiierung einer Aktivierung des Paketprotokollkontext zum Aufbau einer Verbindung mit dem ausgewählten Mobilitätsobjekt (FA1, FA2) entsprechend der Identität eingerichtet ist.

17. System nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugangsknoten zur Überprüfung der Makromobilitätsfähigkeit der Mobilstation (MS/MN) auf der Grundlage von in einer Teilnehmerdatenbank gespeicherten Teilnehmerdaten oder durch die Mobilstation in der Anschlussprozedur bereitgestellten Informationen eingerichtet sind.

18. Zugangsknoten für ein Paketzugangssystem mit einer Vielzahl von Mobilstationen (MS), wobei zumindest einige Mobilstationen (MS/MN) eine Makromobilität unterstützen, Zugangsknoten (SGSN1, SGSN2), die die Mobilstationen in jeweiligen Abschnitten (RAN1, RAN2) des Paketzugangssystems bedienen, und zumindest zwei Makromobilitätsobjekten (FA1, FA2) zur Bereitstellung von Makromobilitätsverwaltungsdiensten für die Mobilstationen (MS/MN), während sie im Zugangssystem registriert sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Zugangsknoten umfasst

eine Einrichtung, die auf die Mobilstation (MS/MN) mit der Makromobilitätsfähigkeit anspricht, um

am Zugangsknoten ein Makromobilitätsobjekt (FA1, FA2) für die Mobilstation (MS/MN) auszuwählen, und

eine Identität des ausgewählten Makromobilitätsobjekts (FA1, FA2) zur Mobilstation (MS/MN) in Verbindung mit einer Zugangskontexterrichtung zu senden.

19. Zugangsknoten nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Überprüfung, ob eine auf das System über den Zugangsknoten (SGSN2) zugreifende Mobilstation (MS/MN) eine Makromobilitätsfähigkeit hat.