DE60034319T2 - System und Verfahren zur Realzeitdatenübertragung - Google Patents

System und Verfahren zur Realzeitdatenübertragung

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DE60034319T2
DE60034319T2 DE2000634319 DE60034319T DE60034319T2 DE 60034319 T2 DE60034319 T2 DE 60034319T2 DE 2000634319 DE2000634319 DE 2000634319 DE 60034319 T DE60034319 T DE 60034319T DE 60034319 T2 DE60034319 T2 DE 60034319T2
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Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft Echtzeit-Datenübertragungssysteme und -verfahren.
  • Allgemeiner Stand der Technik
  • Die Struktur von Telefonnetzen, die die Architektur der industriellen Fokusgruppe des Internet-Protokolls der dritten Generation (3G IP) und die Architektur des Partnerschaftsprojekts der dritten Generation (3G PP) verwenden, ist dergestalt, daß jeglicher Voice-Over-Internet-Protokoll-Verkehr (VoIP) eine relativ lange Route in dem Netz durchläuft. Wie zum Beispiel in 1 gezeigt, nimmt also VoIP-Verkehr, der an einer Mobilstation (T1) 2 eingeleitet wird und für eine Zielstation (T2) 14 bestimmt ist, die folgende Route: beginnend von der Mobilstation 2 wird Verkehr durch eine Funknetzsteuerung (RNC) 4 zu einem versorgenden Unterstützungsknoten des GPRS (Allgemeinen Paketfunksystems) SGSN 6 geleitet. Von dort aus wird das Signal durch einen Gateway-GPRS-Unterstützungsknoten (GGSN) 8 zu einem Media-Gateway (MGW) 12 geleitet, um mit einem öffentlichen Fernsprechwählnetz (PSTN) zusammenzuarbeiten, wird getroffen oder wenn Transcodierung erforderlich ist, woraufhin das Ziel des Zieltelefons (T2) 14 erreicht wird.
  • Die Verkehrsabwicklung unter Verwendung des oben skizzierten Weges kann sehr ineffizient sein.
  • Bisher besteht keine Koordination zwischen der Auswahl des GGSN und dem VoIP-Media-Gateway (MGW). Die Bestimmung des GGSN (beim Aufbauen des PDP-Trägers) und die Wahl des MGW (die durch Verbindungssteuerung auf Anwendungsebene bestimmt wird) sind zwei unabhängige Prozeduren. Da der Verkehr jedoch durch diese beiden Punkte laufen muß, können der bestimmte GGSN und das bestimmte MGW zu einer suboptimalen Verkehrsroute führen. Dazu käme es zum Beispiel, wenn die Mobilstation (MS), der GGSN und das MGW ein Dreieck bilden.
  • Im öffentlichen Landmobilnetz (PLMN) (z.B. dem Netz des Mobiltelefonbetreibers) muß Verkehr durch eine erste Schnittstelle In-ps zwischen der RNC 4 und dem SGSN 6, eine zweite Schnittstelle Gn zwischen dem SGSN 6 und dem GGSN 8 durchlaufen. Folglich erhielt der Kopfteil jedes Signalpakets den folgenden Protokollstapel bzw. die folgende Reihe von Codes. Echtzeit-Transportprotokoll/Benutzerdatagramm-Protokoll/Internet-Protokoll/GPRS-Tunnelungsprotokoll/Benutzerdatagramm-Protokoll/Internet-Protokoll/L1,2 (RTP/UDP/IP/GTP/UDP/L1,2). Das Ergebnis ist, daß für Echtzeit- oder Voice-Dienste die Betriebsmittelbenutzung gering ist (etwa 25%).
  • Dieses Problem wird durch eine neue Mobiltelefonsystemarchitektur überwunden, die auch in der am selben Datum vom selben Anmelder eingereichten gleichzeitig anhängigen Patentanmeldung beschrieben wird. Das Problem bei diesem System besteht darin, daß neue Protokolle eingeführt werden müssen.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines verbesserten Echtzeit-Datenübertragungssystems, bei dem das Protokoll-Overhead reduziert ist.
  • Kurzfassung der Erfindung
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Echtzeit-Datenübertragungssystem für Aufwärtsstrecken- und Abwärtsstreckenübertragungen zwischen einer Mobilstation und einer Zielstation bereitgestellt, wobei die Mobilstation in der Aufwärtsstreckenübertragung zu dem Nutzinformationsdatenstrom hinzufügt, indem sie einen Kopfteil erzeugt, der ihre eigene Identität und eine Zielidentität enthält, um die Nutzinformationen in dem Datenstrom zu begleiten, wobei eine Funknetzsteuerung beim Empfang des Datenstroms eine Tunnelidentität zu dem Datenstrom hinzufügt, die aus einem Verbindungssteuerserver erhalten wird, um den Datenstrom zu identifizieren, und dann den Datenstrom direkt zu einem Media-Gateway leitet, wobei das Media-Gateway in der Abwärtsstreckenübertragung einen Datenstrom empfängt, der einen Kopfteil umfaßt, der die Mobilstationsidentität und eine Mobilstations-Portidentität enthält, die aus dem versorgenden allgemeinen Paketfunksystem-Unterstützungsknoten SGSN erhalten wird, wobei das Media-Gateway wirkt, um sowohl die Mobilstationsidentität als auch die Mobilstations-Portidentität in dem Kopfteil mit der Adresse der Funknetzsteuerung, der Portidentität der Funknetzsteuerung und einer Tunnelidentität zum Identifizieren des Datenstroms zu ersetzen, die alle aus dem Verbindungssteuerserver erhalten werden, und dann den Datenstrom direkt zu der Funknetzsteuerung zu leiten, und die Funknetzsteuerung wirkt, um die Funknetzsteuerungsadresse in dem Kopfteil mit der Mobilstationsidentität und der Mobilstations-Portidentität zu ersetzen, die beide aus dem Verbindungssteuerserver über den SGSN erhalten werden, und auf die empfangene Tunnelidentität zu reagieren, um den Datenstrom zu identifizieren, und dann den Datenstrom zu einem entsprechenden Funküberbringer zu leiten, der die Funknetzsteuerung mit der Mobilstation verbindet.
  • Die vorliegende Erfindung liefert ferner ein Echtzeit-Datenübertragungsverfahren in einem Netz mit einer Mobilstation, einer Funknetzsteuerung, einem Media-Gateway, einer Zielstation und einem Verbindungssteuerserver, wobei der Durchgang eines Datenstroms, der einen Kopfteil und einen Nutzinformationsteil enthält, zwischen der Mobilstation und der Zielstation durch den Inhalt des Kopfteils geregelt wird, wobei das Verfahren folgendes umfaßt: in der Aufwärtsstreckenübertragung von der Mobilstation zu der Zielstation den Schritt des Hinzufügens der Identitäten beider Stationen zu dem Kopfteil des von der Mobilstation zu der Funknetzsteuerung gesendeten Datenstroms, den Schritt des Hinzufügens einer aus dem Verbindungssteuerserver erhaltenen Tunnelidentität zu dem Kopfteil des durch die Funknetzsteuerung gehenden Datenstroms, den Schritt des Weiterleitens des Datenstroms von der Funknetzsteuerung zu dem Media-Gateway und in der Abwärtsstreckenübertragung von der Zielstation zu der Mobilstation den Schritt des Hinzufügens der Mobilstationsidentität und der Portidentität der Mobilstation, die beide aus dem Verbindungssteuerserver erhalten werden, zu dem Kopfteil des von der Zielstation kommenden Datenstroms, den Schritt des Ersetzens der Mobilstationsidentität und der Portidentität der Mobilstation in dem Kopfteil des Datenstroms mit der Funknetzsteuerungsadresse, der Portidentität der Funknetzsteuerung und einer Tunnelidentität für den Datenstrom, die alle aus dem Verbindungssteuerserver erhalten werden, während der Datenstrom das Media-Gateway durchläuft, den Schritt des Weiterleitens des Datenstroms zu der Funknetzsteuerung, den Schritt des Ersetzens der Funknetzsteuerungsadresse und der Portidentität der Funknetzsteuerung in dem Kopfteil des Datenstroms mit der Mobilstationsidentität und der Portidentität der Mobilstation, die beide über den SGSN aus dem Verbindungssteuerserver erhalten werden, während der Datenstrom die Funknetzsteuerung durchläuft, und den Schritt des Leitens des Datenstroms zu der Mobilstation.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Es wird nun als Beispiel mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen in Diagrammform ein die vorliegende Erfindung realisierendes Telefonnetz beschrieben. Es zeigen:
  • 1 ein Blockschaltbild der Hauptkomponenten eines existierenden Netzes;
  • 2 ein Blockschaltbild eines in der gleichzeitig anhängigen Patentanmeldung beschriebenen Netzes, wobei die physischen Verbindungen zwischen den Hauptkomponenten des Netzes gezeigt sind;
  • 3 ein Blockschaltbild der logischen Verbindung zwischen den Hauptkomponenten des Netzes von 2;
  • 4 ein Blockschaltbild eines lokal mit PSTN zusammenarbeitenden Verbindungsaufbau-Szenarios;
  • 5 ein Blockschaltbild eines aus der Ferne mit PSTN zusammenarbeitenden Verbindungsaufbau-Szenarios;
  • 6 ein Blockschaltbild der Aufwärtsstrecken-Verkehrsabwicklung;
  • 7 ein Blockschaltbild der Abwärtsstrecken-Verkehrsabwicklung in einem lokalen Media-Gateway;
  • 8 ein Blockschaltbild der Abwärtsstrecken-Verkehrsabwicklung in einer Funknetzsteuerung;
  • 9 ein Blockschaltbild der Abwärtsstrecken-Verkehrsabwicklung unter Verwendung eines auf Portnummern basierenden Schemas in der Funknetzsteuerung; und
  • 10 ein Blockschaltbild der zwei Wege für Voice- Dienst in einem universellen Mobiltelefonsystem UMTS.
  • Das in 2 gezeigte Netz der gleichzeitig anhängigen Patentanmeldung enthält einen Kern bzw. eine Wolke 20 des PLMN-Internet-Protokolls (IP). Dieser Kern 20 wird durch eine Funknetzsteuerung (RNC) bzw. ein Funkzugangsnetz (RAN) 24 zu einer Mobilstation 22 übermittelt. Der PLMN-IP-Kern 20 ist durch ein Media-Gateway mit Zeitmultiplex-Echtzeittransportprotokoll (TDM-RTP) MGW 28 an das öffentliche Telekommunikationswählnetz (PSTN) bzw. diensteintegrierte digitale Netz (ISDN) 26 angekoppelt.
  • Der PLMN-IP-Kern 20 wird durch zwei Routen mit einem Internet-Protokoll-IP-Backbone-Netz 30 verbunden. Eine erste Route umfaßt ein Echtzeit-Transportprotokoll-Echtzeit-Transportprotokoll-Media-Gateway (RTP-RTP-MGW) 32 während die zweite Route einen SGSN 34, einen GGSN 36 umfaßt. Eine Media-Gateway-Steuerung 40 steuert die Routen.
  • Es ist also ersichtlich, daß Voice-Internet-Protokoll-Verkehr nun den IP-Backbone 30 erreichen kann, indem weniger Kopfteilinhalt auftritt.
  • 3 zeigt die logischen Verbindungen zwischen den in 2 gezeigten Komponenten, wobei Steuerverbindungen mit gestrichelten Linien, Media-Verbindungen in einer einzigen durchgezogenen Linie und Media- und Steuerverbindungen in parallelen Linien (eine dick und eine dünn) gezeigt sind.
  • Die Schnittstellen zwischen den Einheiten sind wie folgt. Gx ist die Schnittstelle zwischen der RNC 24 und dem MGW 28, Gy ist die Schnittstelle zwischen der RNC 24 und dem MGW 32. Iu-ps ist die Schnittstelle zwischen der RNC 24 und dem SGSN 34. Gn ist die Schnittstelle zwischen dem SGSN 34 und dem GGSN 36 und Gi ist die Schnittstelle zwischen dem GGSN 36 und dem IP-Backbone 30.
  • Da die MGW 28 und 32 durch den PLMN-IP-Kern 20 mit der RNC 24 verbunden werden, ist ersichtlich, daß jedes MGW mit einer beliebigen RNC in einer einzigen Verwaltungs-(Mobilbetreiber)-Domäne kommunizieren kann.
  • Es ist erkennbar, daß der VoIP-Fluß eines der MGW 28, 32 durchläuft, das mit dem PLMN-IP-Kernnetz 20 verbunden ist. Wenn der Verbindungsverkehr sofort zu dem PSTN/ISDN-Netz geht, wird ein RTP-PSTN-Gateway verwendet. Wenn Verkehr zu einem anderen Internet-Protokoll-Endpunkt geht, der ein PSTN/ISDN-Gateway umfassen kann, sollte andernfalls das RTP-RTP-GW 32 verwendet werden. Beide Arten von MGW 28 und 32 können Transcodierungsfunktionen durchführen.
  • Das MGW für jeden VoIP-Fluß ist der Ankerpunkt während jeder Kommunikationssitzung. Das gewählte MGW kann den VoIP-Fluß von einer RNC 24 unter der Kontrolle der MGC 40, die selbst Anweisungen möglicherweise über den GGSN 36 von dem GSN 34 empfängt, auf eine andere in dem selben System umschalten.
  • Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
  • Um das in 2 dargestellte System zu betreiben, ist es notwendig, vielfältige neue Prozeduren zu implementieren.
  • Um eine beliebige Verbindung zwischen einer Mobilstation und ihrem Ziel aufzubauen, muß ein Überbringeraufbau sowie ein Verbindungsaufbau implementiert werden, wie nun beschrieben werden wird.
  • Überbringeraufbau
  • Der Überbringer des Internet-Protokolls (IP) muß als eine erste Phase eine Datensitzung zum Transfer von Paketen von Daten aufbauen, und somit wird ein Paketdatensteuerungs-PDP-Kontext auf die normale Weise für GRPS aufgebaut. Der Kontext kann gegebenenfalls mit Attributen für Dienstgüte (QoS) für die Signalisierung von Diensten assoziiert werden.
  • Nach der ersten Phase einer Verbindungsaufbauprozedur wird insbesondere für den VoIP-Media-Verkehr (dies kann durch einen speziellen PDP-Typ angezeigt werden) ein neuer oder modifizierter Überbringer (PDP-Kontext) erforderlich. Diese Art von Überbringer wird einer anderen Behandlung als normal unterzogen. Weder der SGSN 34 noch der GGSN 36 müssen tatsächlich Betriebsmittel für ihn zuteilen, da der tatsächliche Media-Weg direkt zwischen der RNC 24 und einem der beiden MGW 28, 32 verlaufen wird. SGSN 34 und GGSN 36 müssen nur Steuerfunktionalität durchführen. Wie normal werden zwei Tunnel-ID (TID), d.h. Identitäten des GPRS-Tunnelungsprotokolls, zugeteilt.
  • Nach dem Empfang der PDP-Kontextaufbauanforderung für VoIP-Media-Verkehr instruiert der SGSN 34 die MGC 40 und die MGC instruiert die MGW 28 oder 32, Betriebsmittel zwischen dem zu verwendenden lokalen MGW und der RNC 24 zu reservieren.
  • Die Abwicklung des Verkehrs in diesem Überbringer wird später durch den SGSN 34 instruiert und gesteuert, nachdem die Verbindungsaufbauprozedur abgeschlossen wurde.
  • Verbindungsaufbau
  • Die Verbindungsaufbauprozeduren in bezug auf Routingentscheidungen unterscheidet sich von den normalen oder standardmäßigen VoIP-Verbindungssteuerprozeduren, da sie immer dafür wirken werden, ein lokales MGW in den Verbindungs-(Verkehrs-)Weg zu bringen. Die Verbindungs-Routing-Richtlinie wird nachfolgend unter Berücksich tigung zweier möglicher Szenarien beschrieben.
  • Das erste Verbindungsaufbauszenario umfaßt Zusammenarbeit mit dem PSTN/ISDN-Netz 26 und ist in 4 dargestellt. Beim Aufbauen der Verbindungsprozedur müssen die folgenden Informationen erhalten werden:
    • (a) die Internet-Protokoll-Adresse IP1 der Mobilstation 22;
    • (b) die Internet-Protokolladresse IP2 des gewählten Media-Gateway 28;
    • (c) die Portnummer des Benutzerdatagramm-Protokolls (UDP) Port1 für Abwärtsstrecken-Media-Verkehr an der Mobilstation 22;
    • (d) die UDP-Portnummer Port2 des Aufwärtsstrecken-Media-Verkehrs an dem Gateway 28; und
    • (e) das Verbindungsleitungsglied (trunk-id) der Verbindungsleitung, die das Gateway 28 mit dem PSTN/ISDN-Netz 22 verbindet.
  • Wenn eine Verbindung von der Mobilstation 22 eingeleitet wird, werden die folgenden höheren Prozeduren und allgemeinen implementiert.
  • Die Mobilstation 22 leitet eine Verbindungsanforderung in Richtung des CC-(Verbindungssteuer-)Servers 38 ein, die die Nummer des angerufenen Teilnehmers und seine IP-Adresse (IP1) enthält.
  • Der CC-Server 38 analysiert die Nummer des angerufenen Teilnehmers und identifiziert, wenn lokale Zusammenarbeit mit dem PSTN/ISDN-Netz 22 entschieden wird, ein Gateway 28 (IP2) zum Beispiel auf der Basis von Lastausgleich bzw. Kapazität bzw. unterstütztem Codec.
  • Der CC-Server 38 spricht mit der Station 22 und der Media-Gateway-Steuerung (MGC) 40, die das identifizierte Gateway 28 steuert, um Mediaweg unter Verwendung von für das verwendete Verbindungssignalisierungsprotokoll spezifischen Nachrichten aufzubauen, und folglich würde der Media-Weg das Gateway 28, die Portnummern port1 und port2 und die TDM-Verbindungsleitungsnummer (trunk-id) enthalten.
  • Wenn die Verbindung an der Mobilstation 22 abgeschlossen wird, werden die folgenden höheren und allgemeinen Prozeduren implementiert:
    Eine Verbindungsanforderung von dem PSTN/ISDN-Netz 22 erreicht den CC-Server 38 über ein (nicht gezeigtes) Signalisierungs-Gateway, einschließlich der Nummer des angerufenen Teilnehmers.
  • Der CC-Server 38 analysiert die Nummer des angerufenen Teilnehmers und bildet sie aus den lokal in dem CC-Server 38 verfügbaren Daten auf die IP-Adresse (IP1) der Mobilstation 22 ab.
  • Außerdem identifiziert der CC-Server 38 die Adresse (IP2) des Gateway 28 zum Beispiel auf der Basis von Lastausgleich bzw. Kapazität bzw. unterstütztem Codec.
  • Der CC-Server 38 spricht mit der Mobilstation 22 und der (das identifizierte Media-Gateway 28 steuernden) Gateway-Steuerung 40, um Mediaweg unter Verwendung von für das verwendete Verbindungssignalisierungsprotokoll spezifischen Nachrichten aufzubauen, und folglich würde der Media-Weg das gewählte Gateway 28 enthalten und die Portnummern Port1 und Port2 würden bestimmt.
  • Bei dem zweiten Verbindungsaufbauszenario erfolgt abgesetzte Zusammenarbeit mit dem PSTN/ISDN-Netz 22, wie in 5 dargestellt. In diesem Fall ist das zweite Gateway 28 zusammen mit seinem eigenen Server 39 für Verbindungssteuerung (CC) beteiligt.
  • Beim Aufbau der Verbindungsprozedur (einschließlich Verbindungsrouting) müssen die folgenden Informationen erhalten werden:
    • (a) die Internet-Protokoll-Adresse IP3 der Mobilstation 22;
    • (b) die Internet-Protokoll-Adresse IP4 des lokalen RTP-RTP-Media-Gateway 32;
    • (c) die Internet-Protokoll-Adresse IP5 des abgesetzten Gateway 28;
    • (d) die UDP-Portnummer (port3) für Abwärtsstreckenverkehrs-Medien an der Mobilstation 22;
    • (e) die UDP-Portnummer (port4) für den Aufwärtsstreckenmedienverkehr an dem Gateway 32;
    • (f) die UDP-Portnummer (port5) für den Aufwärtsstreckenmedienverkehr an dem abgesetzten Gateway 28; und
    • (g) die UDP-Portnummer (port6) für den Abwärtsstreckenmedienverkehr von dem Netz 26 zu dem ersten oder lokalen Gateway 32.
  • Für den Fall, daß die Mobilstation 22 die Verbindung einleitet, werden die folgenden höheren und allgemeinen Prozeduren implementiert:
    Die Mobilstation 22 leitet eine Verbindungsanforderung in Richtung des CC-(Verbindungssteuer-)Servers 38 ein, einschließlich der Nummer des angerufenen Teilnehmers und seiner IP-Adresse (IP3).
  • Der CC-Server 38 analysiert dann die Nummer des angerufenen Teilnehmers, um zu sehen, ob lokale Zusammenarbeit mit dem PSTN-Netz 26 erforderlich ist. Wenn nicht, identifiziert der lokale CC-Server 38 ein lokales Gateway 32 (mit der Adresse IP4).
  • Der lokale CC-Server 38 kontaktiert einen weiteren (abgesetzten) CC-Server 39, der ein abgesetztes Gateway 28 und seine IP-Adresse IP5 identifiziert.
  • Der lokale CC-Server 38 spricht mit der Station 22 und der (das lokale Gateway 32 steuernden) Media-Gateway-Steuerung 40 unter Verwendung von für das verwendete Verbindungssignalisierungsprotokoll spezifischen Nachrichten, und folglich würde der Media-Weg das lokale Gateway 32 enthalten, und die Portnummern port3 und port4 würden bestimmt.
  • Der lokale CC-Server 38 spricht mit dem abgesetzten CC-Server 39 unter Verwendung von für das verwendete Verbindungssignalisierungsprotokoll spezifischen Nachrichten, und folglich werden die Portnummern port5 und port6 bestimmt.
  • Für den Fall, daß eine Mobilstation 22 die Verbindung abschließt, werden die folgenden höheren und allgemeinen Prozeduren implementiert:
    Die Verbindungsanforderung von einem abgesetzten CC-Server 39 erreicht den lokalen CC-Server 38 über eine IP-Verbindung, einschließlich der Nummer des angerufenen Teilnehmers.
  • Der lokale CC-Server 38 analysiert die Nummer des angerufenen Teilnehmers und bildet sie auf die IP-Adresse (IP3) der Mobilstation ab.
  • Der lokale CC-Server 38 identifiziert eine lokale Gateway-Adresse IP4 zum Beispiel auf der Basis von Lastausgleich bzw. Kapazität bzw. unterstütztem Codec.
  • Der lokale CC-Server 38 spricht mit dem abgesetzten CC-Server 39 unter Verwendung von für das verwendete Verbindungssignalisierungsprotokoll spezifischen Nachrichten und folglich werden die IP-Adresse IP5 des abgesetzten Gateway 28, die Portnummer port5 und die Portnummer port6 bestimmt.
  • Der lokale CC-Server 38 spricht mit der Mobilstation 22, der (das lokale Gateway 32 steuernden) Media-Gateway-Steuerung 40 unter Verwendung von für das verwendete Verbindungssignalisierungsprotokoll spezifischen Nachrichten, und folglich würde der Media-Weg das lokale Gateway 32 enthalten, und die Portnummern port3 und port4 werden bestimmt.
  • Nach der obigen Verbindungsaufbauprozedur wird die Route der Verbindung (der Media-Weg) bestimmt (der durch die IP-Adressen verschiedener Gateways und Portnummern widergespiegelt wird). Dann informiert der (lokale) CC-Server 38 den GGSN 36 und den SGSN 34 über diese Details (die Transportadressen) des Media-Flusses, die dann die RNC 24 und das lokale Gateway 28 instruieren, die beteiligt sind, um Verkehr direkt über das PLMN-IP-CN (Kernnetz) 20 zu transportieren, das zwischen der RNC 24 und dem lokalen Media-Gateway 32 liegt.
  • Wie oben beschrieben, können die VoIP-Medien nun direkt über den PLMN-IP-Kern 20 zwischen dem Media-Gateway und der RNC 24 transportiert werden, ohne den SGSN 34 und den GGSN 36 zu durchlaufen. Die Vorteile dieser Anordnung bestehen darin, daß eine kleinere Anzahl von Elementen vorliegt, die die Media-Ströme durchlaufen müssen, und der Media-Transport zwischen dem Media-Gateway und der RNC 24 über einen kürzeren Protokollstapel erfolgen und somit zu einem verringerten Protokoll-Overhead führen kann.
  • Um den Transport des Verkehrs zu optimieren, werden nun zwei unabhängige Verfahren beschrieben.
  • Das erste Verfahren umfaßt Datenstromidentifikation auf der Basis der GPRS-Tunnelungsprotokollidentifikation (GTP-TID) und arbeitet wie folgt.
  • Nachdem er informiert wurde über den hergestellten VoIP-Verkehrsweg (Transportadressen), identifiziert der SGSN 34 die beiden TID (GTP-Tunnel-ID), die dem Aufwärtsstrecken- und Abwärtsstreckenverkehrsweg für die hergestellte VoIP-Sitzung entsprechen. Dann kann der SGSN 34 die RNC 24 und das (lokale) MGW (über die Media-Gateway-Steuerung) steuern, um den Media-Verkehr speziell auf eine optimierte Weise abzuwickeln, die nachfolgend beschrieben wird.
  • Für Aufwärtsstreckenverkehrsabwicklung informiert der SGSN 34 die RNC 24, über die GTP-TID, die die Tunnel-ID für den Aufwärtsstreckenverkehr der VoIP-Sitzung ist. Die diese TID erhaltende RNC 24 kann dann den Verkehr abwickeln, der von einem bestimmten RAB ankommt, das mit der TID assoziiert ist. Die Verkehrsabwicklung für dieses RAB ist wie folgt (siehe 6).
  • Ein VoIP-Paket 50 kommt an der RNC von der Mobilstation 22 über einen Knoten B wie normal an. Für jedes Paket entfernt die RNC 24 die L1- und L2-Kopfteile und erhält das Benutzerebenen-IP-Paket. Dieses Benutzerebenen-IP-Paket wird unter Verwendung eines normalen IP-Routing-Schemas zu dem lokalen MGW 28 geroutet (folglich wird die Schnittstelle von L1- und L2-Kopfteilen über Gx verwendet).
  • Die Abwärtsstreckenverkehrsabwicklung muß an dem lokalen Media-Gateway und in der RNC 24 geschehen. Zur Verkehrsabwicklung an dem Media-Gateway instruiert der SGSN 34 über den GGSN 36 das lokale Gateway, die folgenden Aktionen durchzuführen:
    Wenn das lokale Media-Gateway ein TDM-RTP-MGW ist, muß die Verbindung zwischen der TDM-Verbindungsleitung und (IP1, port1) wie in 7a gezeigt auf (IPRNC, port-x) umgeschaltet werden. Die Portnummer port-x wird durch das lokale MGW oder beliebige andere Mittel bestimmt, vorausgesetzt keine konfliktierende Benutzung.
  • Wenn das lokale Media-Gateway ein RTP-RTP-MGW ist, muß die Verbindung zwischen dem ankommenden RTP-Strom an dem MGW und (IP1, port1) wie in 7(b) gezeigt auf (IPRND, port-x) umgeschaltet werden. Die Portnummer port-x wird durch das lokale MGW oder beliebige andere Mittel bestimmt, vorausgesetzt keine konfliktierende Benutzung.
  • Der SGSN 34 informiert das lokale MGW dann mit der TID, die die Tunnel-ID für den Abwärtsstreckenverkehr der VoIP-Sitzung ist. Das lokale MGW fügt diese TID dann in jedes Paket des Abwärtsstrecken-Echtzeit-Tranportprotokolls (RTP) dieser Verbindung ein. Die TID (4 Byte) kann als ein erweitertes RTP-Kopfteilfeld unter Verwendung eines existierenden RTP-Kopfteilfelds eingefügt werden. Das RTP nach erweitertem oder wiederverwendetem Kopfteil wird als RTP+ bezeichnet.
  • In der RNC 24 wird der Abwärtsstreckenverkehr folgendermaßen abgewickelt (siehe 8):
    Der SGGN 34 informiert die RNC 24 mit der TID, die die Tunnel-ID für den Abwärtsstreckenverkehr der VoIP-Sitzung ist und der Zieltransportadresse (IP1, port1). Die RNC 24 behält diese Abbildung zur späteren Verwendung.
  • Für jedes von dem lokalen Media-Gateway kommende RTP+/UDP/IP-Paket wird die durch das Gateway eingefügte TID geprüft und auf eine Zieltransportadresse (IP1, port1) abgebildet. Dann wird das TID-Feld entfernt oder ein ordnungsgemäßer Wert gesetzt, wenn das RTP wiederverwendet wird (somit wird das ursprüngliche RTP-Paket wiederhergestellt). Die Zielportnummer des Benutzerdatagramm-Protokolls (UDP) wird mit port1 ersetzt und die IP-Zieladresse auf IP1 gesetzt. Das neue RTP/UDP/IP-Paket wird in ein RAB abgelegt, das mit der TID assoziiert ist.
  • Das zweite Schema umfaßt Stream-Identifikation auf der Basis der Portnummer und arbeitet wie folgt:
    Nachdem er über den hergestellten VoIP-Verkehrsweg (Transportadressen) informiert wurde, kann der SGSN 34 die RNC 24 und das lokale Media-Gateway (über eine Gateway-Steuerung) steuern, um den Media-Verkehr speziell auf eine optimierte Weise abzuwickeln. Die Aufwärtsstreckenverkehrsabwicklung ist genau wie bei dem ersten Schema (unter Verwendung von TID zur Stream-Identifikation), aber die Abwärtsstreckenabwicklung ist verschieden.
  • Die Abwärtsstreckenverkehrsabwicklung muß an dem lokalen Gateway (MGW) und in der RNC 24 erfolgen, die folgendermaßen implementiert wird:
    Für die Abwicklung an dem lokalen Media-Gateway instruiert der SGSN 34 über den GGSN 36 das lokale Gateway folgendermaßen:
    Wenn das lokale Media-Gateway ein TDM-RTP-MGW ist, wird die Verbindung zwischen der TDM-Verbindungsleitung und (IP1, port1) wie in 7(a) gezeigt auf (IPRNC, port-x) umgeschaltet. Die Portnummer port-x wird durch den SGSN 34 bereitgestellt.
  • Wenn das lokale Media-Gateway ein RTP-RTP-MGW ist, wird die Verbindung zwischen dem ankommenden RTP-Strom an dem Media-Gateway und (IP1, port1) wie in 7(b) gezeigt auf (IPRNC, port-x) umgeschaltet. Die Portnummer port-x wird durch den SGSN 34 oder den GGSN 36 bereitgestellt.
  • In der RNC 24 wird der Abwärtsstreckenverkehr folgendermaßen abgewickelt (siehe 9):
    Der SGSN 34 gibt der RNC 24 die folgenden Informationen: die TID, die die Tunnel-ID für den Abwärtsstreckenverkehr der VoIP-Sitzung ist, die Zieltransportadresse (IP1, port1) und die durch den SGSN 34 für diese VoIP-Sitzung zugewiesene Portnummer port-x. Die RNC 24 behält diese Informationen zur späteren Verwendung.
  • Für jedes von dem lokalen Media-Gateway kommende RTP/UDP/IP-Paket wird die UDP-Portnummer (port-x) geprüft und auf eine Zieltransportadresse (IP1, port1) abgebildet. Die UDP-Zielportnummer wird mit port1 ersetzt und die IP-Zieladresse auf IP1 gesetzt. Das neue RTP/UDP/IP-Paket wird dann in eine mit der TID assoziiertes RAB abgelegt.
  • Die aktuelle Architektur zur Unterstützung von VoIP in einem universellen Mobiltelefonsystem (UMTS) besteht darin, eine VoIP-Dienstdomäne einer UMTS-PS-Domäne zu überlagern (siehe 10). Die VoIP-Dienstdomäne enthält mehrere Komponenten, darunter eine CSCF (Verbindungszustandssteuerungsfunktion) bzw. Signalisierungs-Gateway.
  • Die CSCF liefert Verbindungssteuerfunktionalität und Ergänzungsmerkmale (z.B. Verbindungsweiterschaltung, Anklopfen und Mehrwegeverbindung).
  • Die CSCF liefert Funktionen wie Adressierungsübersetzung, Zulassungssteuerung, wie etwa Erlaubnis zum Abschließen von Verbindungen und Setzen von Bandbreitenbegrenzungen, Verwaltung und Steuerung von Gateways und Verbindungssignalisierung, Verbindungsverwaltung, Meldungen und Protokollierung.
  • Das Signalisierungs-Gateway stellt Signalisierungszusammenarbeit und eine Schnittstelle zu dem PST/ISTN-Netz bereit.
  • Das Media-Gateway liefert viele Dienste, darunter Protokoll- und Media-Übersetzung. Diese Entität führt bidirektionale Synchron/Asynchron-Umsetzung (TDM zu Paket) und Signalisierungszusammenarbeit-Funktionen durch, darunter Verwaltung der Steuerungsschnittstelle (SS7) bzw. Verbindung.
  • An den Kombinationen und Anordnungen der Elemente, die oben beschrieben und in den Zeichnungen gezeigt wurden, können Änderungen vorgenommen werden, wobei es sich versteht, daß Änderungen an der offengelegten Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne von dem in den folgenden Ansprüchen definierten Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.

Claims (3)

  1. Echtzeit-Datenübertragungssystem für Aufwärtsstrecken- und Abwärtsstreckenübertragungen zwischen einer Mobilstation (22) und einer Zielstation, wobei die Mobilstation in der Aufwärtsstreckenübertragung zu dem Nutzinformationsdatenstrom hinzufügt, indem sie einen Kopfteil erzeugt, der ihre eigene Identität (IP1) und eine Zielidentität (IP2) enthält, um die Nutzinformationen in dem Datenstrom zu begleiten, wobei eine Funknetzsteuerung (24) beim Empfang des Datenstroms eine Tunnelidentität (TID) zu dem Datenstrom hinzufügt, die aus einem Verbindungssteuerserver (38) erhalten wird, um den Datenstrom zu identifizieren, und dann den Datenstrom direkt zu einem Media-Gateway (28) leitet, wobei das Media-Gateway (28) in der Abwärtsstreckenübertragung einen Datenstrom empfängt, der einen Kopfteil umfaßt, der die Mobilstationsidentität (IP1) und eine Mobilstations-Portidentität (port1) enthält, die aus dem versorgenden allgemeinen Paketfunksystem-Unterstützungsknoten SGSN (34) erhalten wird, wobei das Media-Gateway wirkt, um sowohl die Mobilstationsidentität (IP1) als auch die Mobilstations-Portidentität (port1) in dem Kopfteil mit der Adresse (IPRNC) der Funknetzsteuerung, der Portidentität (portx) der Funknetzsteuerung und einer Tunnelidentität (TID) zum Identifizieren des Datenstroms zu ersetzen, die alle aus dem Verbindungssteuerserver (38) erhalten werden, und dann den Datenstrom direkt zu der Funknetzsteuerung (RNC) zu leiten, und die Funknetzsteuerung (24) wirkt, um die Funknetzsteuerungsadresse (IPRNC) in dem Kopfteil mit der Mobilstationsidentität (IP1) und der Mobilstations-Portidentität (port1) zu ersetzen, die beide aus dem Verbindungssteuerserver über den SGSN (34) erhalten werden, und auf die empfangene Tunnelidentität (TID) zu reagieren, um den Datenstrom zu identifizieren, und dann den Datenstrom zu einem entsprechenden Funküberbringer zu leiten, der die Funknetzsteuerung (24) mit der Mobilstation (22) verbindet.
  2. Echtzeit-Datenübertragungsverfahren in einem Netz mit einer Mobilstation (22), einer Funknetzsteuerung (26), einem Media-Gateway (28), einer Zielstation und einem Verbindungssteuerserver (38), wobei der Durchgang eines Datenstroms, der einen Kopfteil und einen Nutzinformationsteil enthält, zwischen der Mobilstation und der Zielstation durch den Inhalt des Kopfteils geregelt wird, wobei das Verfahren folgendes umfaßt: in der Aufwärtsstreckenübertragung von der Mobilstation (22) zu der Zielstation den Schritt des Hinzufügens der Identitäten (IP1, IP2) beider Stationen zu dem Kopfteil des von der Mobilstation zu der Funknetzsteuerung gesendeten Datenstroms, den Schritt des Hinzufügens einer aus dem Verbindungssteuerserver (38) erhaltenen Tunnelidentität (TID) zu dem Kopfteil des durch die Funknetzsteuerung gehenden Datenstroms, den Schritt des Weiterleitens des Datenstroms von der Funknetzsteuerung (24) zu dem Media-Gateway (28) und in der Abwärtsstreckenübertragung von der Zielstation zu der Mobilstation den Schritt des Hinzufügens der Mobilstationsidentität (IP1) und der Mobilstations-Portidentität (port1) der Mobilstation, die beide aus dem Verbindungssteuerserver (38) erhalten werden, zu dem Kopfteil des von der Zielstation kommenden Datenstroms, den Schritt des Ersetzens der Mobilstationsidentität (IP1) und der Mobilstations-Portidentität (port1) der Mobilstation in dem Kopfteil des Datenstroms mit der Funknetzsteuerungsadresse (IPRNC), der Portidentität (portx) der Funknetzsteuerung und einer Tunnelidentität (TID) für den Datenstrom, die alle aus dem Verbindungssteuerserver (38) erhalten werden, während der Datenstrom das Media-Gateway (28) durchläuft, den Schritt des Weiterleitens des Datenstroms zu der Funknetzsteuerung (28), den Schritt des Ersetzens der Funknetzsteuerungsadresse (IPRNC) und der Portidentität (portx) der Funknetzsteuerung in dem Kopfteil des Datenstroms mit der Mobilstationsidentität (IP1) und der Portidentität (port1) der Mobilstation, die beide über den SGSN (34) aus dem Verbindungssteuerserver (38) erhalten werden, während der Datenstrom die Funknetzsteuerung (24) durchläuft, und den Schritt des Leitens des Datenstroms zu der Mobilstation (22).
  3. Verfahren nach Anspruch 2, mit dem Schritt des Bewirkens, daß die Funknetzsteuerung (24) auf die aus dem Verbindungssteuerserver enthaltene Tunnelidentität (TID) reagiert, um den empfangenen Datenstrom zu identifizieren und den Datenstrom auf einem entsprechenden Funküberbringer zu leiten, der die Funknetzsteuerung (24) mit der Mobilstation (22) verbindet.
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