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Diese
Erfindung betrifft im Allgemeinen ein Verfahren, eine Vorrichtung
und ein System, um Kommunikation zwischen Netzen zu ermöglichen. Insbesondere
betrifft diese Erfindung ein Verfahren, eine Vorrichtung und ein
System und ein Verfahren, um Kommunikation zwischen Paketdatennetzen
der zweiten Generation und der dritten Generation zu ermöglichen.
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Es
gibt viele Arten von öffentlichen
Landfunknetzen (PLMNs), z. B. einen globalen Standard für mobile
Kommunikation (GSM), ein digitales Zellensystem für mobile
Kommunikation (DCS 1800) und ein persönliches Kommunikationssystem
(PCS). Diese Netze bieten Mobilfunk-Teilnehmern, die zwischen einzelnen
Zellen der Mobilfunknetze wechseln, einen großen Bereich von Diensten und
Einrichtungen. Diese Netze unterstützen leitungsvermittelte Kommunikation.
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Der
globale paketvermittelte Funkdienst (GPRS) wurde entwickelt, um
paketvermittelte Kommunikation zu unterstützen. GPRS wird in Systemen der
zweiten Generation unterstützt,
z. B. GSM-Systeme
der zweiten Generation.
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Ein
universelles Mobilfunk-Telekommunikationssystem (UMTS) wird gegenwärtig innerhalb
des 3rd Generation Partnership Project (3GPP), das ein regionsübergreifendes
kooperatives Projekt zur Entwicklung eines Standards der dritten
Generation ist, das in so vielen Regionen der Welt wie möglich angenommen
werden kann, standardisiert. Das UMTS wird auf den Erfolg des GSM-Systems
aufbauen.
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Das
UMTS wird sowohl leitungsvermittelte Datenkommunikation als auch
paketvermittelte Kommunikation unterstützen. Damit wird das UMTS nützlich zum
schnellen und effizienten Austausch von Sprach- und Nichtsprachdaten
sein.
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1 zeigt
ein beispielhaftes Netz, das leitungsvermittelte und paketvermittelte
Kommunikation unterstützt.
In 1 kommuniziert eine mobile Station (MS) mit einem
oder mehr öffentlichen
Landfunknetzen (PLMNs). Ein erstes Netz (PLMN1) wird als das Heimat-PLMN
(HPLMN) angesehen und enthält
eine Heimatdatei (HLR), das Teilnehmerdaten für Teilnehmer des Netzes enthält. Das
HPLMN enthält außerdem eine
Gateway-GPRS-Paketvermittlungsstelle (GGSN), um paketvermittelte
Kommunikation zu ermöglichen.
PLMN2 und PLMN3 werden als Gast-PLMNs angesehen. Jedes PLMN außer dem HPLMN
enthält
eine oder mehr Mobilvermittlungseinrichtungen (MSCs), um Leitungsvermittlung
für die Mobilstation
und eine oder mehr Besucherdateien (VLRs) zum Speichern von Daten über Teilnehmer anderer
Netze, die im Netz zu Gast sein können, durchzuführen. Die
PLMNs enthalten außerdem
versorgende GPRS-Vermittlungsstellen (SGSNs) zum Unterstützen von
paketvermittelter Kommunikation.
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Die
HLR von PLMN1 kommuniziert mit VLR1, VLR2 und VLR3 zum Aktualisieren
von Teilnehmerinformationen, z. B. wenn ein Teilnehmer in einem
Bereich zu Gast ist, der von einer dieser VLRs versorgt wird. Die
VLRs kommunizieren außerdem miteinander.
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Die
SGSNs befinden sich auf derselben hierarchischen Ebene im Netz wie
die MSC/VLRs und funktionieren in einer ähnlichen Weise wie die VLRs, aber
für paketvermittelte
Kommunikation. Die SGSNs verfolgen den Standort des GPRS-Benutzers,
führen
Sicherheitsfunktionen aus und handhaben die Zugangssteuerung. Die
SGSNs kommunizieren mit der HLR, um Teilnehmerprofile zu erhalten. Die
SGSNs kommunizieren außerdem
miteinander und die SGSN von PLMN3 kommuniziert mit dem Basisstationssubsystem
(BSS), welches wiederum mit der MSC, die mit VLR2 verbunden ist,
und mit der MS kommuniziert.
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Die
GGSN ist der Verbindungspunkt für
Paketdaten zwischen dem GPRS-Netz und dem öffentlichen Datennetz. Die
GGSN ist über
einen Internet-Protokoll-(IP)-Backbone mit den SGSNs verbunden.
Benutzerdaten, z. B. von einem GPRS-Endgerät zum Internet, werden verkapselt über den IP-Backbone gesendet.
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Um
Bereichswechsel zwischen GPRS- und UMTS-Paketdatennetzen zu ermöglichen,
sind Signalisierung zwischen den Netzen und Weiterleitung von Benutzerdaten
erforderlich. Die Netzarchitekturen für GPRS und UMTS sind jedoch
verschieden, wodurch Interaktion zwischen den Netzen schwierig ist.
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In
einem GPRS-Netz der zweiten Generation wird Kommunikation von Knoten
zu Knoten durchgeführt,
wie in 2 dargestellt. GPRS-Vermittlungsstellen der zweiten
Generation (2G-GSNs), z. B. GGSNs und SGSNs, kommunizieren miteinander
unter Verwendung eines GPRS-Tunnel-Protokolls (GTP), das z. B. beschrieben
ist in „GPRS
Tunnelling Protocol (GTP) across the Gn and Gp Interface", GSM 09.60 Ver.
6.7.0 Ausgabe 1997, Entwurf ETSI EN 301 347 v6.7.0 (Juli 2000).
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In
einem UMTS-Netz der dritten Generation wird Kommunikation in zwei
verschiedenen Ebenen durchgeführt,
wie in 3 dargestellt. In 3 kommunizieren
Server von GSN der dritten Generation (3G-GSN) miteinander unter
Verwendung eines GPRS-Tunnel-Steuerprotokolls (GTP-C) und die 3G-GSN-Gateways kommunizieren
auch miteinander unter Verwendung eines GPRS-Tunnel-Benutzerprotokolls
(GTP-U). Die 3G-GSN-Gateways kommunizieren außerdem mit den 3G-GSN-Servern
unter Verwendung eines Gateway-Steuerprotokolls (GCP). Die 3G-GSN-Gateways
und -Server können GGSNs
und/oder SGSNs sein.
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Probleme
treten auf, wenn ein GPRS-Knoten der zweiten Generation (2G-GSN)
versucht, mit einem UMTS-Knoten der dritten Generation (3G-GSN) zusammenzuwirken,
weil die 2G-GSN-Knoten und die 3G-GSN-Knoten verschiedene Arten
von Protokollen unterstützen.
Wie in 4 dargestellt, tunnelt das GTP, das für Kommunikation
zwischen 2G-GSN-Knoten verwendet wird, sowohl Benutzer- als auch
Steuerdaten, während
das GTP-C, das für Kommunikation
zwischen 3G-GSN-Servern verwendet wird, nur Steuerdaten tunnelt,
und das GTP-U, das für
Kommunikation zwischen 3G-GSN-Gateways verwendet wird, nur Benutzerdaten
tunnelt. Es gibt kein Protokoll, mit dem der 2G-GSN mit einem 3G-GSN-Server
oder 3G-GSN-Gateway kommunizieren kann. Außerdem kann das GTP nur einen Knoten
adressieren, während
der 3G-GSN-Server und der 3G-GSN-Gateway in zwei verschiedenen Knoten
angeordnet sind.
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Gegenwärtig gibt
es keine Vorkehrung, die es einem 2G-GSN-Knoten gestattet, mit dem 3G-GSN-Server oder einem
3G-GSN-Gateway zusammenzuwirken.
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US-5793771
zeigt ein System und ein Verfahren für Protokollübersetzung. Genauer ausgeführt, betrifft
dieses Dokument einen Gateway innerhalb einer Telekommunikationsnetz-Umgebung
zur Bereitstellung von Protokollübersetzung
zwischen CCITT SS7 (einem verbindungslosen Protokoll) und einem
verbindungsorientierten Protokoll wie NSPP und TCP. Für eingehenden
Dienst übersetzt
der Kommunikations-Gateway von dem Nicht-SS7-Protokoll und gibt
eine Antwort zurück,
die von dem Nicht-SS7-Protokoll
zu SS7 übersetzt.
Der Kommunikations-Gateway enthält
ein SS7-Modul, das mehrere Signalisierungsverbindungen verwaltet, über die SS7-Anfragen
und Antworten gesendet werden. Dieses Dokument bildet den Oberbegriff
von Anspruch 1.
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Daher
besteht ein Bedarf nach einer Technik, die gestattet, dass 2G-GSNs
mit 3G-GSN-Servern und 3G-GSN-Gateways zusammenwirken, um Bereichswechsel
zwischen GPRS- und UMTS-Netzen zu gestatten.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Es
ist daher eine Aufgabe der Erfindung, Zusammenwirken von verschiedenen
Netzen wie GPRS-Netzen
der zweiten Generation und UMTS-Netzen der dritten Generation zu
gestatten. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, Bereichswechsel
eines Teilnehmers zwischen verschiedenen Netzen zu gestatten.
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Nach
beispielhaften Ausführungsformen werden
diese und andere Aufgaben erreicht durch ein Verfahren, eine Vorrichtung
und ein System für Kommunikation
zwischen einem ersten Netz, in dem Steuerfunktionen und Benutzerfunktionen
in einem ersten Knoten kombiniert sind, und einem zweiten Netz,
in dem Benutzerfunktionen in einem zweiten Knoten implementiert
sind und Steuerfunktionen in einem dritten Knoten implementiert
sind. Es erfolgt eine Feststellung, ob empfangene Daten Steuerdaten
enthalten. Wenn ja, werden Steuerdaten aus den Daten extrahiert
und an einen dritten Knoten weitergeleitet. Die Steuerdaten werden
für Betriebsmittelsteuerung
verwendet. Die Extrahierung und Weiterleitung können in dem ersten, zweiten
oder dritten Knoten oder an jeder Stelle dazwischen ausgeführt werden.
Wenn die empfangenen Daten keine Steuerdaten enthalten, werden Steuerdaten
an dem dritten Knoten hinzugefügt
und an den zweiten Knoten weitergeleitet. Das erste Netz kann ein
Paketdatennetz der zweiten Generation sein, z. B. ein Netz des globalen
paketvermittelten Funkdiensts (GPRS), und das zweite Netz kann ein
Paketdatennetz der dritten Generation sein, z. B. ein Netz des universellen
Mobilfunk-Telekommunikationssystems
(UMTS).
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
Merkmale, Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden ersichtlich
durch Lesen dieser Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen,
in denen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Elemente beziehen
und in denen:
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1 ein
beispielhaftes Netz zeigt, das leitungsvermittelte und paketvermittelte
Kommunikation unterstützt;
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2 eine
beispielhafte GPRS-Kommunikationsarchitektur der zweiten Generation
zeigt;
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3 eine
beispielhafte UMTS-Kommunikationsarchitektur der dritten Generation
zeigt;
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4 ein
Problem zeigt, das auftritt, wenn eine Interaktion zwischen UMTS-
und GPRS-Netzen versucht wird;
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5A und 5B beispielhafte
Systeme für
Kommunikation zwischen einem GPRS-Netz der zweiten Generation und
einem UMTS-Netz der dritten Generation zeigen; und
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6 einen
GTP-Kopf zeigt; und
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7 ein
Verfahren für
Kommunikation zwischen einem GPRS-Netz der zweiten Generation und
einem UMTS-Netz der dritten Generation zeigt.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG
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Das
Folgende beschreibt beispielhafte Ausführungsformen von Verfahren
und Vorrichtungen, die es ermöglichen,
dass verschiedene Netze miteinander kommunizieren. Kommunikation
wird ermöglicht
durch Verwendung eines Protokollteilers zum Trennen von Benutzerdaten
und Steuerdaten.
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5A und 5B zeigen
beispiellafte Systeme zur Ermöglichung
von Kommunikation zwischen einem Netz der zweiten Generation und
einem Netz der dritten Generation.
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In 5A ist
Kommunikation in der Richtung von dem 2G-GSN-Knoten zu dem 3G-GSN-Gateway dargestellt,
während
in 5B Kommunikation in der Richtung vom 3G-GSN-Gateway
zu dem 2G-GSN dargestellt ist.
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Bezug
nehmend auf 5A, extrahiert ein GTP-Protokollteiler,
wenn Steuerdaten von einem 2G-GSN-Knoten
zu dem 3G-GSN-Gateway übertragen
werden, die Steuerdaten aus dem GTP-Tunnel und sendet sie an den
3G-GSN-Server. In 5A ist der GTP-Protokollteiler
in dem 3G-GSN-Gateway enthalten. Der 3G-GSN-Gateway verarbeitet
die Benutzerdaten von dem 2G-GSN-Knoten, als ob er ein 2G-GGSN wäre. Der
3G-GSN-Server verarbeitet die Steuerdaten, und Betriebsmittelsteuerung
erfolgt unter Verwendung eines Steuerprotokolls, z. B. ein Gateway-Steuerprotokoll
(GCP), in einer Server-Gateway-Regelschleife.
Betriebsmittelsteuerung ist eine in einem 3G-SGSN-Server implementierte Funktion,
die prüft,
ob ausreichend Betriebsmittel in Form von Festplatten- und ZE-Speicherplatz
vorhanden ist, bevor einem Benutzer gestattet wird, auf den Server
zuzugreifen. Sind keine Betriebsmittel mehr vorhanden, wird dem
Benutzer der Zugriff auf den Server verweigert. Es ist ersichtlich,
dass viele Formen von GCP verwendet werden können, z. B. H.248, XCP oder
Internet Engineering Task Force (IETF) MEGACO.
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Zur
Unterscheidung zwischen Steuerdaten und Benutzerdaten in den Daten,
die an der Protokollteiler-Funktionalität in dem 3G-GSN-Gateway empfangen
werden, sind zwei Felder in dem GTP-Kopf in jedem Paket vorgesehen: ein
Versionsnummerfeld und ein Nachrichtentypfeld. Das Versionsnummerfeld
kann die Bits 6-8 in Oktett 1 des GTP-Kopfes sein, wie in GSM 09.60
Ver. 6.7.0 (das oben angeführt
wurde und hierin ausdrücklich
durch Literaturhinweis eingefügt
ist) beschrieben. Ein Wert 0 im Versionsnummerfeld korrespondiert
vorteilhaft mit dem GTP, und andere Werte können verwendet werden, um andere
GTP-Versionen, z. B. ein Protokoll, in dem Steuerdaten und Benutzerdaten
integriert sind, anzugeben. Das Nachrichtentypfeld im GTP-Kopf gibt
an, ob das GTP-Paket eine Steuernachricht oder Benutzerdaten ist.
Das Nachrichtentypfeld kann Oktett 2 des GTP-Kopfes sein und hat vorzugsweise
einen vorbestimmten Wert, z. B. 255 (in dezimal) für Benutzerdatenpakete,
und andere Werte geben Steuerdatenpakete an.
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6 zeigt
eine Übersicht
eines GTP-Kopfes, der zwanzig Oktette einschließlich der oben beschriebenen
Versionsnummer- und Nachrichtentypfelder enthält sowie mehrere andere Felder
einschließlich
einer Zahl von Reserve-1-Bits, einer Flag-SNN, einer Länge, die
die Länge
der GTP-Nachricht
in Oktetten angibt, einer Folgenummer, die eine Transaktionsidentität für Signalisierungsnachrichten
ist, und einer zunehmenden Folgenummer für getunnelte Originalpakete
(d. h. die in dem GTP-Tunnel getunnelte Nutzlast), eines Flusslabels,
das einen GTP-Fluss eindeutig identifiziert, eines Tunnel-Identifizierers
(TID). Es ist ersichtlich, dass 6 nur eine
von vielen Konfigurationen des GTP-Kopfes, die verwendet werden
können,
darstellt.
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Die
GTP-Protokollteiler-Funktionalität
ermöglicht
zusammen mit der Server-Gateway-Regelschleife
Kommunikation zwischen einer traditionellen GPRS-Netzarchitektur
und einer UMTS-Server-Gateway-Netzarchitektur.
Es ist von Vorteil, dass alle Schnittstellen anwendbaren Standards
entsprechen.
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Steuerungssignalisierung
in der entgegengesetzten Richtung, d. h. von dem 3G-GSN-Netz zum
2G-GSN-Netz, ist einfacher, wie in 5B dargestellt.
Der 3G-GSN-Server sendet GTP-C-Nachrichten an den 3G-GSN-Gateway,
welcher sie zu GTP umwandelt und sie an den 2G-GSN-Knoten weiterleitet.
Ein Befehl in der GTP-C-Verbindung von dem GTP-Teiler, z. B. in
dem 3G-GSN-Gateway, resultiert in einem neuen Befehl in der GCP-Verbindung
zurück
zu dem 3G-GSN-Gateway.
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Ein
Ereignis in dem 3G-GSN-Gateway, ausgelöst durch z. B. ein eingehendes
GTP-Steuerpaket wie in 5B, löst eine GCP-Benachrichtigung
aus, die an den 3G-GSN-Server zu senden ist. Der 3G-GSN-Server sendet
dann GTP-C-Pakete an den 3G-GSN-Gateway, welcher sie in GTP-Pakete
umwandelt und sie an den 2G-GSN-Knoten weiterleitet.
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Durch
Implementierung des GTP-Protokollteilers und einer Server-Gateway-Regelschleife
in den 3G-GSN-Gateway wird vollständige Integration in das GPRS-Netz
der zweiten Generation möglich. Der
GTP-Protokollteiler kann in ein 3G-GSN-Gateway implementiert werden.
Der Benutzerverkehr wird in dem 3G-GSN-Gateway verarbeitet und der
Steuerverkehr wird an den und von dem korrespondierenden 3G-GSN-Server
weitergeleitet. Daher werden keine zusätzlichen Protokolle für den Server
benötigt. Außerdem benötigt der
Netzbetreiber keine zusätzliche
Ausrüstung,
damit das UTMS-Netz mit GPRS zusammenwirkt. Mit dem Umwandler ist
der Betreiber in der Lage, UMTS in einem begrenzten Bereich einzuführen, ohne
die 2G-GSN-Knoten zu beeinträchtigen. Kommunikation
zwischen traditioneller Netzarchitektur und einer Server-Gateway-Architektur
ist möglich, und
das IP-Adressenproblem bei der Kommunikation dieser Architekturen
ist gelöst.
Traditionelle kombinierte Knoten (2G-GSN) müssen nicht nachgerüstet werden,
um mit Server-Gateway-Knoten (3G-GSN) zu kommunizieren.
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Der
3G-GSN-Gateway fungiert für
Zuführungs-Kommunikation,
d. h. für
Verkehr von einem 3G-SGSN-Gateway
zu einem 2G-SGSN-Knoten, wie ein 2G-SGSN-Knoten. Der Wegführungsverkehr
ist jedoch auch möglich,
z. B. wenn der 2G-GSN-Knoten eine GPRS-GGSN ist. In einem derartigen
Fall für Wegführungsverkehr
gelangen die GTP immer noch zum 3G-GSN-Gateway, aber der 3G-GSN-Gateway fungiert
wie ein 2G-SGSN.
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Obwohl
der GTP-Protokollteiler oben als in dem 3G-GSN-Gateway befindlich
beschrieben wurde, kann er physikalisch in einem separaten Gehäuse oder
Knoten angeordnet sein. Hinsichtlich der Hardware kann der GTP-Teiler
in einer integrierten Schaltung wie eine frei programmierbare Logikanordnung
(FPGA) oder eine andere anwendungsspezifische integrierte Schaltung
(ASIC) implementiert sein, montiert auf einer gedruckten Leiterplatte,
die vorzugsweise bereits eine existierende Schnittstellenkarte in
dem Knoten ist.
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7 zeigt
ein beispielhaftes Verfahren für Kommunikation
zwischen verschiedenen Netzen. Das Verfahren beginnt bei Schritt 700,
wo durch Detektion des GTP-Kopfes eine Bestimmung erfolgt, ob an
dem Protokollteiler empfangene Daten Steuerdaten enthalten. Wenn
die empfangenen Daten Steuerdaten enthalten, werden die Steuerdaten
in Schritt 710 von den empfangenen Daten getrennt und in Schritt 720 an den
3G-GSN-Server weitergeleitet. Der 3G-GSN-Server überträgt dann in den Schritten 730–760 Befehle
für Betriebsmittelsteuerung über das
GCP an den 3G-GSN-Gateway. Wenn in Schritt 700 bestimmt
wird, dass die empfangenen Daten keine Steuerdaten enthalten, verarbeitet
der 3G-GSN-Gateway einfach das Paket und leitet es in Schritt 770 weiter.
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Es
ist für
Durchschnittsfachleute ersichtlich, dass diese Erfindung in anderen
bestimmten Formen ausgeführt
werden kann, ohne ihren grundlegenden Charakter zu verlassen. Die
oben beschriebenen Ausführungsformen
sollten daher in jeder Hinsicht als veranschaulichend und nicht
als einschränkend angesehen
werden.