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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verbesserung
der Zugangsnetzauswahl im Kontext von Zugangsnetzen mit diskontinuierlicher
Flächendeckung.
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Zugangsnetze
mit diskontinuierlicher Flächendeckung
sind Funkzugangsnetze, die im Gegensatz zu herkömmlichen Funkzugangsnetzen
der zweiten oder dritten Generation wie GSM- oder UMTS-Netzen keine durchgehende
Funkabdeckung bieten. Solche Zugangsnetze mit diskontinuierlicher Flächendeckung
bestehen aus Funkabdeckungsinseln, die sehr hohe Bitraten und Funkzellen
mit geringer Leistung unterstützen.
Solche Netzwerke werden gemeinhin als Zugangsnetze der vierten Generation bezeichnet.
Sie eignen sich am besten zur Bereitstellung von Video- und Audio-Streamingdiensten
und für
den schnellen Download oder Upload großer Datenmengen.
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Die
Funkabdeckungsinseln sind gleichwohl durch Zonen ohne Funkabdeckung
voneinander getrennt, so daß die übliche Übergabe
von einer Zelle zu einer anderen mit gängigen Techniken nicht zu bewerkstelligen
ist.
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Eine übliche Technik
zur Übergabe
von Anrufen von einem ersten Mobilfunknetz an ein zweites Mobilfunknetz
wird in der US-Patentanmeldung US2001/0036830 beschrieben.
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Dieses
Dokument sieht eine Lösung
vor, mit der vermieden wird, daß Daten,
die im besagten ersten Mobilfunknetz bereits an ein erstes Endgerät gesendet
wurden und noch immer auf die Bestätigung auf der RLP-Schicht
warten, bei der Zellenübergabe verlorengehen.
Zu diesem Zweck wird die RLP-Schicht an das zweite Mobilfunknetz übergeben,
aber es wird weiterhin der RLP-Sendepuffer des ersten Mobilfunknetzes
verwendet.
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Wenn überdies
mehrere Funkzugangsnetze in ein und demselben Gebiet nebeneinander
betrieben werden, besteht eine vorteilhafte Eigenschaft darin, das
Funkzugangsnetz auszuwählen,
das am besten geeignet ist, einen vom Teilnehmer gewünschten Dienst
bereitzustellen, und bei dieser Auswahl beispielsweise die Fähigkeiten
der verschiedenen Zugangsnetze, ihre Verfügbarkeit und die Wünsche des Teilnehmers
beziehungsweise Netzbetreibers zu berücksichtigen.
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Das
einfachste Verfahren zur Auswahl eines solchen Netzwerks wäre, ein
zentrales Steuerungs- bzw. Umschaltelement vorzusehen, das allen
möglichen
Zugangsnetzen übergeordnet
ist und die Auswahl oder den Wechsel des Zugangsnetzes auslöst.
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Dennoch
sollte ein solches zentrales Steuerungs- bzw. Vermittlungselement
im Kontext von Zugangsnetzen mit diskontinuierlicher Flächendeckung oder
im Kontext einer Koexistenz von Zugangsnetzen mit kontinuierlicher
und diskontinuierlicher Flächendeckung
Techniken zur Zwischenspeicherung (Caching-Techniken) unterstützen können, was
in Funkzugangsnetzen mit diskontinuierlicher Flächendeckung zwingend notwendig
ist. In der Tat können schnelle
Zwischenspeicher (Caches) auf den verschiedenen Ebenen der Architektur
des Zugangsnetzes mit diskontinuierlicher Flächendeckung während der
Zeitspanne, in der sich das Endgerät in einem Bereich ohne Netzabdeckung
befindet, mit Daten gefüllt
werden. Diese zwischengespeicherten Daten sollten mit einer Verzögerung übermittelt
werden, nachdem das Endgerät
eine neue Netzabdeckungszone erreicht hat. Wenn zu diesem Zeitpunkt
ein anderes Zugangsnetz für
den Teilnehmer ausgewählt wird,
können
alle zwischengespeicherten Daten verlorengehen, sofern keine geeigneten
Maßnahmen getroffen
werden, und das macht eine einfache Netzauswahl mit einem unterbrechungsfreien
Dienst unvereinbar.
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Eine
bekannte Lösung
wäre es,
daß der Content-Server
diese Daten erneut übermittelt,
wenn am Endgerät
das Verlorengehen von Daten erkannt wird. Ein geeignetes Neuübermittlungsprotokoll
wie z.B. TCP würde
dann die Neuübermittlung
der fehlenden Daten veranlassen. Allerdings rufen solche Neuübermittlungen
lange Latenzzeiten hervor, wobei beispielsweise TCP nicht für lange
Latenzzeiten geeignet ist und einen beträchtlichen Overhead bedingt.
Dies ist für
Streamingdienste nicht geeignet, bei denen sich lange Neuübermittlungen
wegen des hohen Durchsatzes der zu übermittelnden Daten verbieten.
Außerdem
sind Neuübermittlungsprotokolle wie
TCP nicht für
heterogene Netze geeignet, d.h. für solche Netze, in denen sowohl
Festnetz- als auch Funkverbindungen genutzt werden.
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Eine
besondere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur
Bewerkstelligung einer Zugangsnetzauswahl im Kontext von Zugangsnetzen mit
diskontinuierlicher Flächendeckung
vorzusehen.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Einheit des Funkzugangsnetzes
vorzusehen, die das Verfahren unterstützt.
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ZUSAMMENFASSENDE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Diese
und weitere Aufgaben, die nachstehend aufgezeigt werden, werden
durch ein Verfahren gelöst,
mit dem ein anderes Zugangsnetz ausgewählt werden kann, wenn Daten
von einem Content-Server in einer Betriebsumgebung mit mehreren Zugangsnetzen,
das Zugangsnetze mit diskontinuierlicher Flächendeckung gemäß Anspruch
1, einen Zugangscontroller gemäß dem unabhängigen Anspruch
und ein Multicast-Element gemäß dem unabhängigen Anspruch
beinhaltet, an ein Endgerät übermittelt
werden.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung besteht das Verfahren darin, eine von einem Netzauswahl-Controller
stammende Anforderung zu detektieren, von einem Funkzugangsnetz
mit diskontinuierlicher Flächendeckung
auf ein anderes Zugangsnetz umzuschalten und anschließend eine
Meldung an einen Zugangscontroller des Funkzugangsnetzes mit diskontinuierlicher
Flächendeckung
zu senden, beinhaltend zwischengespeicherte Daten, die für ein Endgerät bestimmt
sind und in einem Cache-Speicher des Zugangscontrollers zwischengespeichert sind,
und diese zwischengespeicherten Daten an das neu ausgewählte Zugangsnetz
weiterzuleiten.
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Das
Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung bietet den Vorteil, daß es eine unterbrechungsfreie
Bereitstellung von Diensten ermöglicht, ohne
daß verlorengegangene
zwischengespeicherte Daten erneut übertragen zu werden brauchen.
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Das
Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung bietet ferner den Vorteil, daß es kontinuierliche Streamingdienste
im Kontext von heterogenen Zugangsnetzen mit kontinuierlicher/diskontinuierlicher
Flächendeckung
unterstützt,
die eine Zugangsnetzauswahl unterstützen.
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Weitere
vorteilhafte Eigenschaften der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Weitere
Eigenschaften und Vorteile der Erfindung werden beim Lesen der folgenden
Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
deutlich werden, die anhand von Darstellungen, die nicht als Einschränkung der
Allgemeingültigkeit
zu verstehen sind, sowie anhand der beigefügten Zeichnungen gegeben wird,
von denen
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1 eine
erste Implementierung der Zugangsnetzauswahl gemäß der vorliegenden Erfindung
im Kontext von Zugangsnetzen mit gemischter kontinuierlicher/diskontinuierlicher
Flächendeckung zeigt
und
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2 eine
zweite Implementierung der Zugangsnetzauswahl gemäß der vorliegenden
Erfindung im Kontext von Zugangsnetzen mit gemischter kontinuierlicher/diskontinuierlicher
Flächendeckung zeigt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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1 zeigt
eine erste Implementierung der Zugangsnetzauswahl gemäß der vorliegenden
Erfindung im Kontext von Zugangsnetzen mit gemischter kontinuierlicher/diskontinuierlicher
Flächendeckung. 1 veranschaulicht
ein Beispiel für
eine Netzwerkarchitektur, in der ein Funkzugangsnetz der vierten Generation
und ein Vorgänger-Zugangsnetz
nebeneinander betrieben werden, und in welcher die vorliegende Erfindung
implementiert werden kann.
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Die
Architektur des Gesamtsystems beinhaltet einen Content-Server 11,
einen Home-Agent 12, der die Mobil-IP-Funktionalität unterstützt, einen Zugangsnetzauswahl-Controller 13 sowie
zwei mögliche
Zugangsnetze, nämlich
ein erstes Funkzugangsnetz mit diskontinuierlicher Flächendeckung,
beinhaltend Zugangscontroller 141, 142 und Funkzugangspunkte 161, 162, 163 sowie
ein zweites 3G-Funkzugangsnetz 164, das eine kontinuierliche
Funkabdeckung der Bereiche bietet, die von den Funkzugangspunkten 161,
..., 163 abgedeckt werden. Zusätzlich beinhaltet das Kommunikationsnetz
ein IP-Netzwerk 15 und ein Endgerät 17.
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Der
Content-Server 11, der Home-Agent 12, die Zugangscontroller 141, 142,
die Funkzugangspunkte 161, ..., 163 und das 3G-Funkzugangsnetz 164 sind
mit dem IP-Netzwerk 15 verbunden. Das Endgerät 17 ist
von den Funkzugangspunkten 161, ..., 163 und vom
3G-Funkzugangsnetz 164 über
zwei Funkschnittstellen zugänglich.
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Was
das Funkzugangsnetz mit diskontinuierlicher Flächendeckung betrifft, so definiert
jedes Paar (Zugangscontroller, Funkzugangspunkt) (141, 161), (141, 162)
(142, 163) eine Zone, in der Funkabdeckung gegeben
ist. Im nachstehend beschriebenen Beispiel liegt eine diskontinuierliche
Funkabdeckung vor, so daß Bereiche
verbleiben, in denen keine Funkabdeckung zwischen zwei Funkabdeckungszonen
(141, 161), (141, 162) (142, 163)
gegeben ist. Für
den Fachmann wird ersichtlich sein, daß die vorliegende Erfindung
auch auf Betriebsumgebungen aus gemischten Netzen mit kontinuierlicher
und diskontinuierlicher Flächendeckung
anwendbar ist.
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Das
Endgerät 17 befindet
sich im Funkabdeckungsbereich (141, 162) sowie
im Bereich der Funkabdeckung des 3G-Funkzugangsnetzes. In dieser Ausführungsform
wird gleichwohl davon ausgegangen, daß das Endgerät 17 gegenwärtig über das Funkzugangsnetz
(141, 162) mit diskontinuierlicher Flächendeckung
mit dem Content-Server 11 verbunden ist.
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Der
Zugangsnetzauswahl-Controller 13 hat die Aufgabe, das zur
Versorgung des Endgeräts 17 am
besten geeignete Funkzugangsnetz zu detektieren und den Wechsel
des Zugangsnetzes auszulösen,
von dem das Endgerät
versorgt wird.
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Das
Kriterium für
den Wechsel des Zugangsnetzes kann beispielsweise der Fall sein,
daß das Endgerät 17,
das gegenwärtig
von einem Funkzugangsnetz mit diskontinuierlicher Flächendeckung versorgt
wird, nicht über
genügend
Daten in seinem Endgeräte-Cache
verfügt,
so daß es
vorteilhaft ist, zu einem 3G-Vorgängernetz als Zugangsnetz zu
wechseln, das eine kontinuierliche Flächendeckung bietet. Andere
Kriterien für
den Wechsel des Zugangsnetzes können
beispielsweise von Präferenzen
des Benutzers bzw. des Netzbetreibers oder von benötigten Diensttypen
abhängen.
Solche Kriterien sind dem Fachmann bekannt und liegen nicht im Geltungsbereich
der vorliegenden Erfindung.
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Der
Zugangsnetzauswahl-Controller 13 kann mit dem 3G-Zugangsnetz 164 kommunizieren,
um auf die Controller 141, 142 des Funkzugangsnetzes mit
diskontinuierlicher Flächendeckung
sowie auf den Home-Agent 12 zuzugreifen, damit diese jeweiligen
Einheiten über
die Notwendigkeit zum Wechseln des Zugangsnetzes für die Versorgung
des Endgeräts 17 informiert
werden.
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Die
Zugangscontroller 141, 142 beinhalten einen ersten
Teil, der jeweils einen Fremd-Agent enthält, der vom Home-Agent im Kontext
des Mobil-IP adressiert wird. Beim Senden von Daten nutzt der Content-Server 11 zum
Identifizieren des Endgeräts 17 eine
einmalige IP-Adresse.
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Die
Zugangscontroller 141, 142 enthalten zusätzlich einen
Cache-Speicher zum Speichern empfangener Daten, die nicht sofort
an das Endgerät 17 weitergeleitet
werden können,
weil sich das Endgerät 17 gegenwärtig in
einer Zone ohne Funkabdeckung bewegt, oder weil diese Daten vorweg
gesendet wurden, um auf die Controller 141, 142 zuzugreifen.
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Die
nicht sofort verwendeten Daten müssen in
einem geeigneten Cache-Speicher gespeichert werden, der groß genug
sein sollte, um zu gewährleisten,
daß alle
Daten, die während
der Zeitspanne, in der sich das Endgerät 17 nicht im Bereich
einer Funkabdeckung befindet, im Cache-Speicher zur Verfügung stehen.
Der Cache-Speicher sollte beispielsweise unter Zugrundelegung von
Parametern wie dem mittleren Datendurchsatz auf der Verbindung zwischen
dem Zugangscontroller 141, 142 und den Funkzugangspunkten 161,
..., 163 oder der mittleren Zeitspanne, in der sich das
Endgerät 17 nicht im
Bereich einer Funkabdeckung befindet, dimensioniert sein.
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Anschließend werden
die im Cache-Speicher abgelegten Daten an den Funkzugangspunkt 162 weitergeleitet,
in dessen Abdeckungsbereich sich das Endgerät 17 gegenwärtig befindet
(Pfeil C in 1).
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Sollte
nun eine Meldung vom Zugangsnetzauswahl-Controller 13 signalisieren,
daß das
Endgerät 17 nicht
mehr vom Funkzugangsnetz (141, 162) mit diskontinuierlicher
Funkabdeckung, sondern vom 3G-Funkzugangsnetz 164 versorgt
werden sollte, folgen die vom Content-Server 11 gesendeten
Daten gemäß der vorliegenden
Erfindung folgendem Pfad:
Content-Server 11 – Home-Agent 12 (Pfeil
A in 1), dann
Home-Agent 12 – Fremd-Agent
des Zugangscontrollers 141 (Pfeil B in 1),
und anschließend
Cache-Speicher
von Zugangscontroller 141 – 3G-Funkzugangsnetz 164 (Pfeil
C' in 1).
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Dieser
Mechanismus versetzt ihn in die Lage, zuerst über Pfeil C' die zwischengespeicherten Daten zu
senden, die vom Content-Server 11 am Zugangscontroller 141 empfangen
wurden, aber nicht sofort an das Endgerät 17 weitergeleitet
wurden, und anschließend
die vom Content-Server 11 empfangenen neuen Daten weiterzuleiten,
nachdem der Wechsel des Zugangsnetzes erfolgt ist. Da die zwischengespeicherten
Daten sowie die neuen Daten den Cache-Speicher des Zugangscontrollers 141 durchlaufen,
ist am Endgerät 17 ein
kontinuierlicher Datenstrom gewährleistet.
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Für den Fachmann
wird ersichtlich sein, daß das
3G-Zugangsnetz,
das in 1 zur Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung
verwendet wurde, auch ein beliebiger anderer Typ eines kabel- oder funkgestützten Zugangsnetzes
sein kann.
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2 zeigt
eine zweite Implementierung der Zugangsnetzauswahl gemäß der vorliegenden Erfindung
im Kontext von Zugangsnetzen mit gemischter kontinuierlicher/diskontinuierlicher
Flächendeckung.
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Die
Architektur des Gesamtsystems beinhaltet einen Content-Server 11,
ein Multicast-Element 12 (anstelle des Home-Agents 12 in 1),
einen Zugangsnetzauswahl-Controller 13 und zwei mögliche Zugangsnetze,
nämlich
ein erstes Funkzugangsnetz mit diskontinuierlicher Flächendeckung,
beinhaltend Zugangscontroller 141, 142 und Funkzugangspunkte 161, 162, 163 sowie
ein zweites 3G-Funkzugangsnetz 164, das eine kontinuierliche
Funkabdeckung der Bereiche bietet, die von den Funkzugangspunkten 161,
..., 163 abgedeckt werden. Zusätzlich beinhaltet das Kommunikationsnetz
ein IP-Netzwerk 15 und ein Endgerät 17.
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Der
Content-Server 11, das Multicast-Element 12, die
Zugangscontroller 141, 142, die Funkzugangspunkte 161,
..., 163 und das 3G-Funkzugangsnetz 164 sind mit
dem IP-Netzwerk 15 verbunden. Das Endgerät 17 ist
von den Funkzugangspunkten 161, ..., 163 und vom
3G-Funkzugangsnetz 164 über zwei
Funkschnittstellen zugänglich.
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Das
Endgerät 17 befindet
sich im Funkabdeckungsbereich (141, 162) sowie
im Bereich der Funkabdeckung des 3G-Funkzugangsnetzes. In dieser Ausführungsform
wird gleichwohl davon ausgegangen, daß das Endgerät 17 gegenwärtig über das Funkzugangsnetz
(141, 162) mit diskontinuierlicher Flächendeckung
mit dem Content-Server 11 verbunden ist.
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Der
Zugangsnetzauswahl-Controller 13 hat die Aufgabe, das zur
Versorgung des Endgeräts 17 am
besten geeignete Funkzugangsnetz zu detektieren und den Wechsel
des Zugangsnetzes auszulösen,
von dem das Endgerät 17 versorgt
wird. Das Kriterium für
den Wechsel des Zugangsnetzes kann beispielsweise der Fall sein,
daß das
Endgerät 17,
das gegenwärtig
von einem Funkzugangsnetz mit diskontinuierlicher Flächendeckung
versorgt wird, nicht über
genügend
Daten in seinem Endgeräte-Cache verfügt, so daß es vorteilhaft
ist, zu einem 3G-Vorgängernetz
als Zugangsnetz zu wechseln, das eine kontinuierliche Flächendeckung
bietet.
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Der
Zugangsnetzauswahl-Controller 13 kann mit dem 3G-Zugangsnetz 164 kommunizieren,
um auf die Controller 141, 142 des Zugangsnetzes
mit diskontinuierlicher Flächendeckung
sowie auf das Multicast-Element 12 zuzugreifen.
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Das
Multicast-Element 12 ist ein zentrales Element im Kommunikationsnetz,
das die Übertragung
von Daten vom Content-Server 11 zum
Endgerät 17 steuert.
Das Multicast-Element 12 ist außerdem an der ordnungsgemäßen Durchführung der Modifikation
des Zugangsnetzes beteiligt.
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Die
Zugangscontroller 141, 142 beinhalten einen ersten
Teil, der Steuerungsfunktionen enthält, auf die vom Multicast-Element 12 oder
vom Zugangsnetzauswahl-Controller 13 zugegriffen werden
kann. Zusätzlich
enthalten die Zugangscontroller 141, 142 einen
Cache-Speicher zum Speichern empfangener Daten, die nicht sofort
an das Endgerät 17 weitergeleitet
werden können.
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Anschließend werden
die im Cache-Speicher abgelegten Daten an den Funkzugangspunkt 162 weitergeleitet,
in dessen Abdeckungsbereich sich das Endgerät 17 gegenwärtig befindet
(Pfeil F in 2).
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Sollte
nun eine Meldung vom Zugangsnetzauswahl-Controller 13 signalisieren,
daß das
Endgerät 17 nicht
mehr vom Funkzugangsnetz mit diskontinuierlicher Funkabdeckung,
sondern vom 3G-Funkzugangsnetz versorgt werden sollte, so werden
gemäß der vorliegenden
Erfindung die folgenden Schritte ausgeführt:
Das Multicast-Element 12 fragt
zunächst
den versorgenden Zugangscontroller 141 nach Daten, die
in seinem Cache-Speicher abgelegt sind (Pfeil E in 2),
damit keine Daten verlorengehen, die bereits vom Content-Server 11 gesendet,
aber noch nicht vom Endgerät 17 empfangen
wurden. Diese Daten werden zurück
an das Multicast-Element 12 gesendet (Pfeil F' in 2).
Danach sendet das Multicast-Element 12 diese Daten an das
3G-Zugangsnetz 164.
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Ein
Vorteil der vorliegenden Ausführungsform
im Vergleich zur ersten, in 1 veranschaulichten
Ausführungsform
besteht darin, daß die
Zugangscontroller 141, 142 des Funkzugangsnetzes mit
diskontinuierlicher Flächendeckung
eine geringere Komplexität
aufweisen, da sie während
der gesamten Zeitspanne, die das Endgerät 17 unter der Steuerung
des 3G-Funkzugangsnetzes 164 verbringt,
nicht weiterhin als Fixpunkt für
die Datenübermittlung
dienen müssen.
In der vorliegenden Ausführungsform
hat das Multicast-Element 12 im Gegenteil die Aufgabe,
nach zwischengespeicherten Daten zu fragen, die im Zugangscontroller 141, 142 abgelegt sind,
und die Übermittlung
dieser Cache-Daten zu veranlassen, bevor die Daten empfangen werden, nachdem
der Wechsel des Zugangsnetzes stattgefunden hat.
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Für den Fachmann
wird ersichtlich sein, daß der
Wechsel des Zugangsnetzes von einem 3G-Zugangsnetz zu einem Zugangsnetz
mit diskontinuierlicher Flächendeckung
auch nach dem Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung bewerkstelligt werden kann.