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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegenden Erfindung betrifft die Aushandlung der Einrichtung
von leitungsvermittelten Gesprächsträgern in
Kommunikationsnetzen, beispielsweise welche Träger zum Führen von Echtzeitsprach- und
-bildinformationen verwendet werden können.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Digitale
zellulare Telefonnetze haben traditionellerweise auf leitungsvermittelten
Kanälen
zum Fähren
von Benutzerverkehr wie Sprachkommunikation beruht. Ein leitungsvermittelter
Kanal wird durch die Zuteilung von einem Schlitz pro Rahmen in einem gegebenen
TDMA-Kanal gebildet. Während
leitungsvermittelte Sitzungen sich als adäquat für Sprachanrufe erwiesen haben,
stellen sie keinen wirksamen Mechanismus zur Übertragung von großen Datenmengen,
die in ihrer Natur „burstartig" ist, bereit. Beispielsweise
ist es wahrscheinlich, dass die Einrichtung einer leitungsvermittelten
Sitzung zum Herunterladen einer Webseite von einem Webserver darin resultiert,
dass die Verbindung für
beträchtliche
Zeitdauern im Ruhezustand ist und überladen ist, wenn Daten zu übertragen
sind.
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Zur
Erleichterung von schnellen Datenübertragungen an mobile Endgeräte werden
paketvermittelte Datendienste in digitale zellulare Telefonnetze eingeführt. Beispielsweise
wird der allgemeine Paketfunkdienst (GPRS) zur Zeit in viele GSM-Netze eingeführt. Anders
als leitungsvermittelte Verbindungen belegt eine GPRS-Sitzung (als
ein PDP-Kontext bezeichnet) für
einen gegebenen Benutzer nicht notwendigerweise einen Schlitz pro
Rahmen in einem gegebenen TDMA-Kanal. Vielmehr werden Schlitze nur
verwendet, wenn der Benutzer Daten zum Senden oder Empfangen hat.
Wenn kein Verkehr zu übertragen
ist, werden dem Benutzer keine Schlitze zugeteilt. Ist eine große Datenmenge
zu übertragen, können dem
Benutzer ein oder mehr Schlitze pro Rahmen zugeteilt werden.
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GPRS
wird in künftigen
Netzen der dritten Generation wie 3G-Netze, die auf CDMA anstelle
von TDMA beruhen, verfügbar
sein. 3G-Netze werden jedoch weiterhin leitungsvermittelte Dienste
zumindest für
die voraussehbare Zukunft bereitstellen, obwohl diese Sitzungen
nicht notwendigerweise von Ende zu Ende sein werden. Vielmehr werden
die Verbindungen zwischen mobilen Endgeräten und den Netzen leitungsvermittelt
sein, wobei Daten innerhalb von und zwischen Netzen über paketvermittelte
Netze hoher Kapazität
(die über
ausreichend Bandbreite zur Handhabung von Echtzeitverkehr verfügen) geleitet
werden.
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Es
ist vorstellbar, dass die paketvermittelte (Zugangs-)Domäne in der
Zukunft imstande sein wird, Echtzeitinformationsströme zu führen, die
beispielsweise zu Sprach- und Bildtelefonie in Beziehung stehen.
Gegenwärtig
ist die Übertragungszuverlässigkeit
von GPRS nicht ausreichend, um Benutzer mit Telefoniediensten in
der Qualität,
die sie erwarten, zu versehen, daraus ergibt sich die fortgesetzte
Bereitstellung von leitungsvermittelten Diensten (die Bereitstellung
von leitungsvermittelten Diensten wird wahrscheinlich auch erforderlich
sein, weil es notwendig sein wird, ältere mobile Endgeräte, die
nicht GPRS-fähig
sind, weiterhin zu versorgen).
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Zur
Erleichterung der Bereitstellung von Multimediadiensten über die
paketvermittelte „Domäne" hat das 3rd Generation Partnership Project (3GPP), das
für die
3G-Standards verantwortlich ist, ein so genanntes IP-Multimedia-Kernnetz-Teilsystem
(IMS) entwickelt. Das IMS kommuniziert mit dem GPRS-Kernnetz und enthält alle
Elemente, die zur Bereitstellung von IP-basierten Multimediadiensten verwendet
werden. Das grundlegende Protokoll für Multimediadienste ist das
IETF-Sitzungseinleitungsprotokoll (SIP). Das SIP ermöglicht es
für die
anrufende Partei, eine paketvermittelte Sitzung mit einer angerufenen
Partei einzurichten (unter Verwendung von so genannten SIP-Benutzeragenten,
UAs, die in den Benutzer-Endgeräten installiert
sind), obwohl die anrufende Partei vor der Einleitung des Gesprächs die
aktuelle IP-Adresse
der angerufenen Partei nicht kennt. Das SIP stellt weitere Funktionalität einschließlich der
Aushandlung von Sitzungsparametern (z. B. Dienstqualität und Codierer/Decodierer) bereit.
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1 zeigt
schematisch ein 3G-Netz, das einem mobilen Endgerät leitungsvermittelte
(CS) und paketvermittelte (PS) Zugangsnetze bereitstellt. Die Figur
zeigt einen Anruf der von dem mobilen Endgerät eingeleitet wird, über sein
leitungsvemitteltes Zugangsnetz zu einem PC, der nur Zugang zu einem paketvermittelten
Netz hat. Die Sitzung wird durch das Wählen einer Telefonnummer vom
mobilen Endgerät
initiiert, d. h. dies beinhaltet keinen Austausch von SIP-Signalisierung
zwischen dem Heimatnetz und dem mobilen Endgerät, und SIP-URLs können nicht über die
CS-Domäne übertragen
werden. Dem Ziel-Endgerät
muss eine Standard-Telefonnummer zugeordnet sein, damit eine derartige
Sitzung eingerichtet werden kann. Übersetzung zwischen leitungsvermittelten
und paketvermittelten Daten erfolgt durch ein Interworking-Gateway
(GW), wobei das GW die paketvermittelte Sitzung zum PC unter Verwendung
von SIP-Signalisierung herstellt. Unter der Annahme, dass das vom
PC verwendete paketvermittelte Netz eine ausreichende Bandbreite
aufweist (z. B. ist das Netz ein Breitbandnetz), wird die Verbindung
den Benutzern ein ausreichendes Qualitätsniveau für Sprache und Bild bieten.
In diesem Szenarium wird das IMS des Netzes des Heimoperators nicht
verwendet.
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Neben
dem Erfordernis, dass dem Ziel-Endgerät eine Telefonnummer zugeordnet
sein muss, besteht ein weiterer Nachteil der Architektur von 1 darin,
dass das Ziel-Endgerät
nicht notwendigerweise wissen wird, dass ein konventioneller Träger unter
Verwendung eines CS-Zugangsnetzes eingerichtet wurde. Jeder Versuch
durch das Ziel-Endgerät,
zusätzliche
(nicht konventionelle) PS-Träger einzurichten,
wird fehlschlagen, weil das Gateway diesen Dienst nicht bereitstellen
kann. Außerdem wird
jeder Versuch durch das initiierende Endgerät, einen (nicht konventionellen)
PS-Träger
einzurichten, fehlschlagen, weil das Ziel-Endgerät nicht imstande sein wird,
die Einrichtungsanforderung mit dem existierenden konventionellen
Träger
zu assoziieren.
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2 zeigt
ein alternatives Szenarium, in dem eine Verbindung zwischen dem
mobilen Endgerät
und dem PC unter Verwendung des PS-Zugangsnetzes, das dem mobilen
Endgerät
verfügbar
ist, hergestellt wird. Die Verbindung wird unter Verwendung eines
SIP-Servers des IMS hergestellt. Aufgrund der begrenzten Bandbreite
des PS-Zugangsnetzes, das für
das mobile Endgerät
verfügbar
ist, ist es unwahrscheinlich, dass die Sitzung eine ausreichende
Qualität
zur Handhabung von Echtzeitsprach- und -bilddaten aufweisen wird.
Ein separater CS-Träger
sollte für
diesen Zweck eingerichtet werden. Dies ist unter Umständen jedoch
nicht einfach, wenn das initiierende oder terminierende Endgerät nur die
SIP-URL des Peer-Endgeräts
und nicht seine Telefonnummer kennt.
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Es
ist wahrscheinlich, dass Benutzer es vorziehen werden, leitungsvermittelte
und paketvermittelte Anrufe unter Verwendung einer gemeinsamen Signalisierungsschnittstelle
einzuleiten und zu empfangen. Gemäß den gegenwärtigen Vorschlägen würde ein
Benutzer jedoch eine paketvermittelte Verbindung unter Verwendung
von SIP einleiten und empfangen, um beispielsweise eine paketvermittelte Verbindung
einzuleiten, würde
der Benutzer die SIP-Adresse der angerufenen Partei eingeben (z.
B. john@example.org), während
er eine leitungsvermittelte Verbindung unter Verwendung des DTAP- Protokolls einleiten
und empfangen würde,
beispielsweise würde
ein Benutzer zum Einleiten einer derartigen Verbindung die Telefonnummer
der angerufenen Partei (z. B. 012345...) wählen. Netzbetreiber würden auch
vorziehen, eine gemeinsame Signalisierungsschnittstelle zu verwenden,
weil dies die Migration von leitungsvermittelten Diensten in die
paketvermittelte Domäne
erleichtern würde,
wenn diese Domäne ausreichend
entwickelt ist, um die erforderlichen Dienste bereitzustellen.
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US2003/0027569 offenbart
einen Mechanismus, der es zulässt,
dass Endbenutzer auf IP-Multimedia-Teilsystem-Dienste
unter Verwendung eines leitungsvermittelten Zugangsnetzes zugreifen.
Ein funktionales Element, das als ein „iMSC" bezeichnet wird, wird in das Kernnetz
eingeführt,
um Interworking (d. h. Übersetzung)
zwischen dem IMS und den leitungsvermittelten Domänen zu erleichtern.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Nach
einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren
zum Herstellen einer Verbindung zwischen ersten und zweiten Knoten
eines Kommunikationssystems bereitgestellt, wobei die Verbindung
sich über
ein leitungsvermitteltes Zugangsnetz, das für den ersten Knoten verfügbar ist, und
ein paketvermitteltes Hintergrundnetz erstreckt, wobei die Netze
durch mindestens ein Mediengateway verbunden sind, wobei das Verfahren
durch die folgenden Schritte gekennzeichnet ist:
- 1)
Senden einer Verbindungseinleitungsnachricht von dem ersten Knoten über einen
Steuerknoten über
ein paketvermitteltes Zugangsnetz, das für den ersten Knoten verfügbar ist,
an den zweiten Knoten;
- 2) Einholen der Identität
einer Mediengateway-Steuerfunktion, die dieses Mediengateway steuert,
das die leitungsvermittelte Verbindung für den ersten Knoten terminieren
wird und das das einzige Mediengateway an der einleitenden Seite der
Verbindung sein wird, an dem Steuerknoten von einem Heimatteilnehmerserver;
und
- 3) Verwenden der an dem Steuerknoten empfangenen Identität zum Herstellen
einer leitungsvermittelten Verbindung zwischen dem ersten Knoten
und dem Mediengateway. Vorzugsweise umfasst das Verfahren die folgenden
weiteren Schritte:
- 4) Senden einer leitungsvermittelten Zugangsnummer, die mit
der identifizierten Mediengateway-Steuerfunktion assoziiert ist,
von dem Steuerknoten über
das paketvermittelte Zugangsnetz an den ersten Knoten;
- 5) Anrufen der Zugangsnummer von dem ersten Knoten und, als
Teil der Prozedur zum Herstellen der Verbindung, Kommunizieren der
Identität
des zum Terminieren der Verbindung ausgewählten Mediengateways an die
Mediengateway-Steuerfunktion;
- 6) Terminieren der leitungsvermittelten Verbindung an dem ausgewählten Mediengateway;
und
- 7) Senden einer Aktualisierungsnachricht von dem ersten Knoten über das
paketvermittelte Zugangsnetz an den zweiten Knoten, wobei die Mediengateway-Steuerfunktion
eine IP-Adresse des ausgewählten
Mediengateways in die Aktualisierungsnachricht inkorporiert.
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In
einem typischen Szenarium ist das zum Aufbauen der Sitzung verwendete
Protokoll SIP und ist der Steuerknoten ein Versorgungsverbindungszustand-Steuerfunktion-(S-CSCF)-Knoten,
der sich innerhalb des IP-Multimedia-Teilsystems (IMS) befindet.
Die Verbindungseinleitungsnachricht ist eine SIP-INVITE-Nachricht,
die von dem Versorgungsverbindungszustand-Steuerfunktionsknoten
nach der Identifizierung der Mediengateway-Steuerfunktion durch
die Versorgungsverbindungszustand-Steuerfunktion über die Mediengateway-Steuerfunktion
an den zweiten Knoten gesandt wird. Vorzugsweise ist die Aktualisierungsnachricht
eine SIP-UPDATE-Nachricht.
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Der
Schritt der Signalisierung einer Zugangsnummer an den ersten Knoten
kann umfassen, nach dem Empfang der Verbindungseinleitungsnachricht
an der Mediengateway-Steuerfunktion eine SIP-REFER-Nachricht, die die Zugangsnummer
enthält,
von der Mediengateway-Steuerfunktion über die Versorgungsverbindungszustand-Steuerfunktion
an den ersten Knoten zu senden. Vorzugsweise wird der Schritt des
Anrufen der Zugangsnummer von dem ersten Knoten automatisch an dem
ersten Knoten nach dem Empfang der SIP-REFER-Nachricht an diesem
Knoten ausgeführt.
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Normalerweise
sind die ersten und zweiten Knoten beide an jeweilige leitungsvermittelte
und paketvermittelte Zugangsnetze angeschaltet, wobei das Verfahren
umfasst, die Schritte 2) bis 6) für den zweiten Knoten auszuführen, um
eine leitungsvermittelte Verbindung zwischen dem zweiten Knoten
und einem für
diesen Knoten ausgewählten
Mediengateway an der terminierenden Seite herzustellen, und den
Schritt 7) auszuführen,
um der einleitenden Seite die IP-Adresse dieses Mediengateways zu
signalisieren. In einer alternativen Architektur hat der zweite Knoten
nur Zugang zu einem paketvermittelten Zugangsnetz und das Mediengateway
tauscht Pakete direkt mit dem zweiten Knoten aus.
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Es
wird erwartet, dass einer oder beide der ersten und zweiten Knoten
Benutzerendgeräte
sind. Eines der Endgeräte
kann ein Server wie ein Webserver sein.
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Vorzugsweise
umfasst der Schritt der Identifizierung einer Mediengateway-Steuerfunktion
an dem Steuerknoten, von einem Heimatteilnehmerserver entweder die
Identität
der Vermittlungseinrichtung, an der der erste Knoten gegenwärtig angeschaltet
ist, oder die Identität
der Mediengateway-Steuerfunktion zu empfangen. Die Identitätsinformation
kann automatisch von dem Heimatteilnehmerserver nach der SIP-Registrierung des
ersten Knotens gesandt werden.
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Vorzugsweise
ist das Kommunikationssystem ein zellulares Funkkommunikationssystem
und wird die Identität
der Mediengateway-Steuerfunktion an dem S-SCSF als Reaktion auf
eine Anforderung empfangen, die von dem Steuerknoten an den Heimatteilnehmerserver
gesandt wird, wobei die Anforderung durch den Empfang der Verbindungseinleitungsnachricht
ausgelöst
wird. Noch mehr vorzuziehen ist, dass der Heimatteilnehmerserver
Mobilvermittlungseinrichtungs-Positionsdaten für Teilnehmer von einer Heimatdatei
empfängt.
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Vorzugsweise
wird die Herstellung der Verbindung zu dem Mediengateway von einer
Mobilvermittlungseinrichtung gesteuert, wobei die Mobilvermittlungseinrichtung
eine Initialisierungsnachricht an die Mediengateway-Steuerfunktion
sendet und diese Nachricht die Identität des ausgewählten Mediengateways
enthält.
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Nach
einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren
zum Operieren einer Versorgungsverbindungszustands-Steuerfunktion
eines IP-Multimedia-Teilsystems bereitgestellt, wobei das Verfahren
durch die folgenden Schritte gekennzeichnet ist:
Empfangen
einer SIP-INVITE-Nachricht von einem Kundenendgerät über ein
paketvermitteltes Zugangsnetz, wobei das INVITE so identifiziert
wird, dass es die Herstellung einer leitungsvermittelten Verbindung
von dem Kundenendgerät
erfordert;
Senden einer Anforderung an einem Heimatteilnehmerserver,
um eine Mediengateway-Steuerfunktion zu
identifizieren, die dieses Mediengateway steuert, das ausgewählt werden
wird, um die leitungsvermittelte Verbindung von dem Kundenendgerät zu terminieren,
und das das einzige Mediengateway an der einleitenden Seite der
Verbindung sein wird; und
Weiterleiten einer SIP-Nachricht
von der Mediengateway-Steuerfunktion an das Kundenendgerät, wobei die
SIP-Nachricht eine Nummer enthält,
die mit der Mediengateway-Steuerfunktion assoziiert ist und die das
Kundenendgerät
anrufen sollte, um die leitungsvermittelte Verbindung herzustellen.
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1 zeigt
eine Sitzung, die zwischen zwei Peer-Knoten eines Telekommunikationssystems über leitungsvermittelte
und paketvermittelte Zugangsnetze hergestellt ist;
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2 zeigt
eine Sitzung, die zwischen zwei Peer-Knoten eines Telekommunikationssystems über jeweilige
paketvermittelte Zugangsnetze hergestellt ist;
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3 zeigt
detailliert eine Architektur zum Ermöglichen, dass eine paketvermittelte
Sitzung zwischen mobilen Peer-Endgeräten unter Verwendung von SIP
hergestellt wird;
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4 zeigt
bestimmte funktionale Komponenten, die bei der Herstellung einer
leitungsvermittelten Verbindung zwischen zwei Benutzerendgeräten beteiligt
sind; und
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5 und 6 zeigen
Signalisierung, die mit der Einrichtung einer Sitzung, die sich
zumindest teilweise über
ein leitungsvermitteltes Netz erstreckt, unter Verwendung eines
paketvermittelten Netzes zum Ausführen der Einrichtungssignalisierung
assoziiert ist.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON BESTIMMTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Typische
Verbindungssitzungs-Szenarien in bestehenden und vorgeschlagenen
Telekommunikationsnetzen wurden oben unter Bezugnahme auf die 1 und 2 beschrieben.
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3 zeigt
schematisch ein typisches Szenarium, in dem der Benutzer eines mobilen
Endgeräts
oder einer „Benutzerausrüstung" (UE-A) 1 ein Teilnehmer
eines zellularen 3G-Telefonnetzes 2 (das Heimatnetz des
Teilnehmers) ist. Die UE-A 1 ist ein Doppelmodus-Endgerät, z. B.
wie in 3GPP Release 5 (Doppel-CS-IMS/PS) spezifiziert.
Der Teilnehmer, der die UE-A verwendet, ist im Heimatnetz 2 durch eine
eindeutige Teilnehmerkennung (z. B. die internationale Mobilteilnehmerkennung,
IMSI) identifiziert, und das Netz wird als das „Heimatnetz" des Teilnehmen bezeichnet.
Das Heimatnetz umfasst ein Kernnetz 3 eines allgemeinen
Paketfunkdienstes (GPRS) und ein leitungsvermitteltes Kernnetz 4.
Beide Kernnetze 3, 4 nutzen ein gemeinsames UMTS-Funkzugangsnetz
(UTRAN) 5. Zusätzlich oder
als Alternative zum UTRAN kann eine UE über ein GERAN (GSM/EDGE-Funkzugangsnetz)
mit den Kernnetzen kommunizieren.
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Innerhalb
des GPRS-Netzes 3 können
zwei Knoten, die für
die UE-A 1 relevant sind, identifiziert werden. Dies sind
der versorgende GPRS-Unterstützungsknoten
(SDSN) 6 und der Gateway-GPRS-Unterstützungsknoten (GGSN) 7.
Die Rolle des SGSN besteht in der Pflege von Teilnehmerdaten – Kennungen
und Adressen – und
in der Verfolgung der Position der UE-A 1 innerhalb des
Netzes. Die Rolle des GGSN 7 besteht in der Pflege von
Teilnehmerinformationen und zugeteilten IP-Adressen und in der Verfolgung
des SGSN, dem die UE-A zugeordnet ist. Der GGSN 7 ist an
ein IP-Backbone-Netz 8 gekoppelt (der SGSN ist außerdem an
das IP-Netz 8 gekoppelt, obwohl diese Sitzung nicht in
der Figur dargestellt ist – Kommunikation
zwischen Knoten des GPRS-Netzes einschließlich des GGSN und des SGSN
sowie zwischen Gateway-Knoten des UTRAN und des GPRS-Netzes erfolgt über das
IP-Netz 8). Wenn die UE-A 1 eingeschaltet wird, „schließt" sie sich selbst an
den GGSN an, und ein PDP-Kontext wird zwischen der UE-A 1 und
dem GGSN 7 hergestellt. Dieser Kontext stellt eine „Leitung" zum Transportieren von
Daten von der UE-A 1 zum GGSN 7 bereit. Dieser
Prozess beinhaltet die Zuteilung einer IP-Adresse zu der UE-A 1.
Normalerweise ist der Leitwegpräfixteil
der Adresse ein Leitwegpräfix,
der dem GGSN 7 zugeteilt ist und diesen eindeutig identifiziert.
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In 3 ist
außerdem
ein IP-Multimedia-Kernnetz-Teilsystem (IMS) 9 dargestellt,
das sämtliche
erforderlichen Elemente zur Bereitstellung von IP-basierten Multimediadiensten
in der paketvermittelten Domäne
enthält
und das mit mobilen Endgeräten
kommuniziert. Die von dem IMS 9 bereitgestellte Funktionalität ist durch
3GPP festgelegt. Das IMS 9 besteht aus einem Satz von Knoten,
die untereinander und mit Knoten außerhalb des IMS über das IP-Backbone-Netz 8 kommunizieren
(diese Sitzungen sind nicht in der Figur dargestellt). In der IMS 9 sind
eine Proxy-Verbindungszustand-Steuerfiunktions-(P-CSCF)-Knoten 10 und
ein versorgender Verbindungszustand-Steuerfunktions-(S-CSCF)-Knoten 11 dargestellt.
Es wird hier angenommen, dass das IMS im Besitz des Betreibers des
Heimnetzes 2 ist (obwohl dies nicht der Fall sein muss).
Im Fall eines besuchenden Teilnehmers gehören das UTRAN und die Kernnetze
natürlich
einem „besuchten" Netz. Die P-CSCF
gehört
auch dem besuchten Netz, während
die S-CSCF und der
HSS (Heimatteilnehmerserver) sich in dem Heimatnetz befinden werden.
Ein Teilnehmer wird innerhalb des IMS durch eine IMPI (private IP-Multimedia-Kennung)
identifiziert, die eine eindeutige Beziehung zur IMS-Teilnahme hat.
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Die
S-CSCF 11 führt
die Sitzungssteuerungsdienste für
die UE aus und hält
einen Sitzungsstatus aufrecht, wie von dem Heimatnetzbetreiber für die Unterstützung von
Diensten erforderlich. Die Hauptfunktion, die von der S-CSCF 11 während einer Sitzung
durchgeführt
wird, ist die Führung
von ein- und ausgehenden
Verbindungseinrichtungsanforderungen. Die von der P-CSCF 10 durchgeführte Hauptfunktion
besteht darin, SIP-Nachrichten zwischen der UE-A 1 und
dem IMS 9 des Heimatnetzes 2 zu leiten.
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Nach
dem GPRS-Anschluss durch die UE-A 1 muss die UE-A die Kennung
(d. h. IP-Adresse) der P-CSCF, die sie verwenden sollte, „entdecken". Dies wird unter
Verwendung von einem der folgenden Mechanismen durchgeführt:
- 1. Nutzung von DHCP, um die UE-A mit dem Domänennamen
einer Proxy-CSCF und der Adresse eines Domänennamenservers (DNS), der
imstande ist, den Proxy-CSCF-Namen aufzulesen, zu versehen.
- 2. Übertragung
einer Proxy-CSCF-Adresse innerhalb der PDP-Kontextaktivierungs-Signalisierung an
die UE-A (diese zweite Alternative wird für Endgeräte verwendet, die DHCP nicht
unterstützen).
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Die
UE-A 1 benachrichtigt dann die S-CSCF 11 über ihre
gegenwärtige
Position, d. h. die durch den GGSN zugeteilte IP-Adresse, über die
P-CSCF 10 (dieser Prozess erfordert die Authentifizierung
der UE 1 gegenüber
der S-CSCF und umgekehrt und nutzt die eindeutige Teilnehmerkennung).
Die S-CSCF 11 stellt diese Informationen dem Heimatteilnehmerserver 12 zur
Verfügung,
der verwendet wird, um anschließende
eingehende Anrufe zur UE-A 1 zu leiten.
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In 3 ist
eine UE-B 13 dargestellt, die zu einem Teilnehmer gehört, der
nachstehend als der Teilnehmer B bezeichnet wird. Die UE-B 13 ist
an ihrem eigenen Heimatnetz 14 angeschlossen. Dieses Netz 14 spiegelt
das von der UE-A 1 verwendete Heimatnetz 2, und
entsprechende Zahlen mit einem nachgestellten „b" werden zur Kennzeichnung der Komponenten
des Netzes 14 verwendet. In der folgenden Diskussion wird
angenommen, dass die UE-A 1 oder der „Teilnehmer A" eine Multimediaverbindung
mit der UE-B 13 oder dem „Teilnehmer B" unter Verwendung
der paketvermittelten Domäne herstellen
möchte.
Die UE 1 sendet zuerst eine SIP-INVITE-Nachricht an den
P-CSCF-Knoten 10. Die INVITE-Nachricht enthält eine
SIP-Adresse der UE-B 13 (z. B. john@example.org) sowie
eine Identifikation des benötigten
Dienstes. Der P-CSCF-Knoten 10 leitet die INVITE-Nachricht
weiter an den S-CSCF-Knoten 11.
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Die
S-CSCF 11 überprüft die Rechte
der UE-A 1 (oder vielmehr des Teilnehmers, der die UE-A 1 verwendet)
zur Nutzung des angeforderten Dienstes, der in der INVITE-Nachricht
angegeben ist. Die S-CSCF 11 muss
dann die IP-Adresse der UE-B 13 identifizieren. Sie führt dies
durch Verwendung der Nachschlagetabelle aus, die SIP-Adressen auf IP-Adressen
abbildet. Für
eine gegebene SIP-Adresse stellt die Tabelle die IP-Adresse des „Heimatnetzes" des korrespondierenden
Teilnehmen bereit. Die identifizierte IP-Adresse wird verwendet,
um die INVITE-Nachricht an die S-CSCF 11b im Heimat-IMS-Netz 9b des
Teilnehmers B weiterzuleiten. Die S-CSCF 11b identifiziert
unter Verwendung der in der INVITE-Nachricht enthaltenen SIP-Adresse
die aktuelle IP-Adresse der UE-B 13 und leitet die INVITE-Nachricht an diese
Adresse weiter. Nach Empfang der INVITE-Nachricht und unter der
Voraussetzung, dass die UE-B 13 den Anruf annimmt, wird
eine OK-Nachricht an die UE-A 1 zurückgesandt. Normalerweise wird
diese Nachricht über
die zwei S-CSCFs 11, 11b gesandt. Zur Bestätigung,
dass die OK-Nachricht richtig von der UE-A 1 empfangen
wurde, wird diese UE nach Empfang der Nachricht eine ACK-Nachricht
an die Peer-UE-B 13 zurücksenden. Wenn
die UE-B 13 nicht innerhalb einer vorbestimmten Zeitperiode
eine ACK-Nachricht empfängt, überträgt sie die
OK-Nachricht erneut.
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Neben
seiner Verwendung zur Einrichtung von PS-Sitzungen zwischen mobilen
Endgeräten kann
das SIP auch verwendet werden, um PS-Sitzungen zwischen mobilen
und festen Endgeräten oder
nur zwischen festen Endgeräten
herzustellen. Beispielsweise kann das SIP verwendet werden, um eine
PS-Sitzung zwischen
einem mobilen Teilnehmer und einem festen Endgerät, das über eine Breitbandsitzung zum
Internet verfügt,
herzustellen.
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Wie
oben erwähnt,
kann die Qualität
der paketvermittelten „Verbindungen" zwischen den UEs 1, 13 und
den jeweiligen UTRANSs derart sein, dass diese Verbindungen nicht
zum Transport von Echtzeit-Konversationsdaten
wie Sprache und Bilddaten, die mit einem Anruf assoziiert sind,
zwischen den zwei Peer-UEs und einem festen Endgerät geeignet sind.
Daher kann es erforderlich sein, eine leitungsvermittelte Verbindung
zwischen der oder jeder UE 1, 13 und ihrem leitungsvermittelten
Kernnetz 4, 4b herzustellen.
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4 zeigt
eine Reihe von funktionalen Komponenten, die an der zu beschreibenden CS-Verbindungsherstellungsprozedur
beteiligt sind. Dies berücksichtigt
nur die einleitende Seite des Netzes, aber es wird anerkannt werden,
dass die terminierende Seite analog ist. In der Figur sind Signalisierungsverbindungen
mit durchgezogenen Linien dargestellt und Sprachinformationsverbindungen
sind mit gestrichelten Linien dargestellt. Die UE-A 1 ist
an eine MSC 15 des Zugangsnetzes angeschlossen. Die MSC
steuert die Einrichtung von leitungsvermittelten Verbindungen zwischen
der UE-A 1 und einem Mediengateway (MGw) 16 über ein
Basisstations-Teilsystem (BSS) oder einer Funknetzsteuerung 19.
Das MGw 16 stellt Interworking zwischen der leitungsvermittelten
Seite und der IP-Seite, die das IP-Backbone-Netz 8 umfasst, bereit.
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Die
MSC 15 implementiert Funktionalität zur Steuerung des MGw 16 über eine
geeignete Schnittstelle (H.248). Das MGw hat eine weitere Steuerungsschnittstelle
zu einer Mediengateway-Steuerfunktion
(MGCF) 18, wobei die MGCF eine Schnittstelle zwischen dem
traditionellen SS7-Signalisierungsnetz
(an das die MSC gekoppelt ist) und dem IMS 9 bereitstellt.
SIP-Signalisierung wird zwischen der MGCF 18 und der S-CSCF 11 ausgetauscht.
Sowohl die S-CSCF 11 als auch die MSC 15 verfügen über Schnittstellen
zum HLR/HSS 12. Zur Vereinfachung zeigt 4 nicht
die Verbindungen zwischen der UE-A und der S-CSCF über das
PS-Netz und das IMS. Während
die MGCF und die MSC in 4 als separate Elemente dargestellt
sind, können
sie in der Praxis kombiniert sein. Und während umgekehrt die HLR und
der HSS kombiniert dargestellt sind, können sie als separate Elemente
implementiert werden.
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Es
wird angenommen, dass die UEs über eine
laufende PS-Domänensitzung
mit den IMSs ihrer jeweiligen Heimatnetze verfügen und dass die UEs in den
jeweiligen IMS-Domänen
registriert sind. Wenn die UE-A betrachtet wird, hat der SIP-Benutzeragent
(UA), der an der UE ausgeführt
wird, bereits seinen IMS-SIP-Server (der normalerweise die S-CSCF
des Heimatnetzes sein wird, aber auch eine P-CSCF eines besuchten
Netzes sein könnte)
darüber
informiert, z. B. während
der Registrierung, dass konventionelle Träger nicht über die PS-Domäne eingerichtet
werden sollten und dass der SIP-UA die CS-Domäne für derartige Träger verwenden
wird (diese Anforderung kann eine Standardeinstellung für die UE-A
sein). Die PS-Domäne
und der SIP-Server werden trotzdem verwendet, um Signalisierung zur
Einrichtung der Konversationsträger über die CS-Domäne zu befördern. Es
versteht sich, dass das Erfordernis, dass Konversationsträger über die CS-Domäne eingerichtet
werden sollen, dem SIP-Server bereits bekannt ist (z. B. könnte es
eine für
den Teilnehmer definierte „Eigenschaft" sein), oder der
SIP-Server kann über
das Erfordernis durch ein besuchtes Netz, das von der UE-A als ihr
Zugangsnetz verwendet wird, informiert werden, wodurch die Notwendigkeit
vermieden wird, dass die SIP-UA dies explizit an den SIP-Server
signalisiert.
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Vom
Blickpunkt der Netzbetriebseffizienz ist es wichtig, dass das zum
Terminieren des leitungsvermittelten Anrufs ausgewählte Mediengateway (MGw)
sich so nahe wie möglich
an der RNC/BSS des Funkzugangsnetzes befindet, d. h. innerhalb des Versorgungsgebiets
der steuernden MSC, und dass nur ein physikalisches MGw an der einleitenden
Seite und nur ein physikalisches MGw an der terminierenden Seite
vorhanden sind. Dies ist das in 4 dargestellte
Szenarium. Nach den gegenwärtigen
Prozeduren ist die MSC das Element, das das MGw auswählt, das
den leitungsvermittelten Anruf terminieren wird. Diese Auswahl wird
nicht ausgeführt,
bevor das einleitende Endgerät,
in diesem Fall die UE-A, den CS-Anruf einleitet. Es ist daher wichtig,
dass die S-CSCF teilweise die Wahl des MGw vorhersieht, indem sie
diejenige MGCF auswählt,
die denselben Satz von MGws steuern kann, der von der MSC ausgewählt werden
kann (eine einzelne MGCF kann nicht sämtliche MGws im Netz des Betreibers
steuern; normalerweise steuert eine MGCF denselben Satz von MGws
wie eine einzelne MSC). Wenn dies nicht der Fall wäre und die
S-CSCF, die eine MGCF auswählt,
nicht die Kontrolle über
dasselbe MGw hätte,
würde ein
weiteres MGw in den Verbindungspfad aufgenommen werden. Bei der
Berücksichtigung
dieses Problems ist es wichtig zu beachten, dass Erweiterungen zu
den CS-Domänenprotokollen
und der Architektur nicht zulässig
sind, weil die CS-Domäne bereits
genutzt wird. Erweiterungen zu den IMS-Protokollen und der Architektur sind
zulässig,
weil sie noch nicht genutzt werden.
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Die 5 und 6 zeigen
Signalisierung, die mit der Einrichtung einer CS-Verbindung zum Führen von
Sprache, Bild usw. assoziiert ist (es ist zu beachten, dass einige
irrelevante Nachrichten wie die 200 OK-Antwort für die SIP-UPDATE-Anforderung
nicht in der Sequenz dargestellt sind). Dabei wird angenommen, dass
die einleitenden und terminierenden UEs bereits bei ihren jeweiligen
Heimatzugangsnetzen und bei ihren jeweiligen SIP-Netzen registriert
sind. Die UE-A initiiert die Verbindungseinrichtungsprozedur, indem
sie eine SIP-INVITE-Nachricht an die zuständige S-CSCF sendet. Diese
INVITE-Nachricht enthält
die SIP-Adresse der Ziel-UE-B, in diesem Fall „sip:john@example.org", sowie eine Angabe,
dass der Benutzer die Einrichtung einer Sprachverbindung anfordert.
Die S-CSCF weiß,
dass Sprachverbindungen für
diesen einleitenden Teilnehmer über
das CS-Netz hergestellt
werden sollen.
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Die
S-CSCF muss die MGCF identifizieren, die für das MGw verantwortlich ist,
das von der MSC zum Terminieren der CS-Verbindung ausgewählt werden
wird. Es gibt zwei alternative Mittel, um dies zu erreichen:
- a) Pull-Modell: Für jede an der S-CSCF empfangene
SIP-INVITE-Anforderung fragt die S-CSCF die Identität der versorgenden MSC oder
die korrespondierende MGCF-Adresse beim HSS ab. Diese Lösung hat
den Nachteil, dass die Verbindungseinrichtung weiter verzögert wird
und die Kapazität
der S-CSCF und des
HSS durch zusätzliche
Abfragen weiter reduziert werden.
- b) Push-Modell: Bei der SIP-Registrierung sendet der HSS die
Identität
der versorgenden MSC oder die korrespondierende MGCF-Adresse an
die S-CSCF. Sollte ein Wechsel dieser versorgenden MSC vorkommen, überträgt der HSS
die Identität der
neuen versorgenden MSC oder die korrespondierende MGCF-Adresse an
die S-CSCF. Dies ist die bevorzugte Lösung.
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Nach
der Identifizierung der MGCF ist die S-CSCF imstande, die SIP-INVITE-Anforderung
an diese MGCF zu leiten.
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Das
MGw an jeder Seite muss die Zieladresse des anderen MGw, an das
(Sprach-)Pakete gesandt werden sollen, kennen. Dies könnte realisiert werden,
indem die Quellen-IP-Adresse (zur Verwendung als die Zieladresse
durch die empfangende Seite) im SDP der INVITE-Nachricht aufgenommen
wird. Bei der hier beschriebenen Prozedur wird die Quellen-IP-Adresse
(die dem MGw an der einleitenden Seite zugeteilt wurde) jedoch erst
einige Zeit nach dem Empfang des INVITE an der S-CSCF (der MGCF)
bekannt sein. Um eine Verzögerung
des Einrichtungsprozesses zu vermeiden, fügt die UE-A eine IP-Nulladresse
(0.0.0.0) in das SDP der INVITE-Anforderung ein, und die UE-B fügt eine
IP-Nulladresse (0.0.0.0) in das SDP der Antwort des SIP 183 ein.
Die tatsächlichen
IP-Adressen, an die Medienpakete gesandt werden müssen, werden
später
ausgetauscht (SIP-UPDATE-Anforderung), nachdem das MGw ausgewählt wurde.
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Die
MGCF reagiert auf den Empfang der INVITE-Nachricht durch Reservieren
einer Telefonnummer für
den CS-Anruf. Diese Nummer wird aus einer Gruppe von Nummern ausgewählt, die
der MGCF vorher zugeteilt wurden. Die MGCF sendet eine SIP-REFER-Nachricht
an die UE-A über
die S-CSCF, wobei
die UE-A darauf hingewiesen wird, eine in der Nachricht angegebene
Telefonnummer anzurufen. Der Empfang dieser Nachricht an der UE-A
bewirkt automatisch, dass die UE-A einen Anruf an die angegebene
Nummer einleitet. Durch Verwendung des trägerunabhängigen Verbindungssteuerungs-(BICC)-Protokolls
(zwischen der MSC und der MGCF) ist es möglich, eine rückwärtsgerichtete
Trägereinrichtung
durchzuführen,
bei der die MSC das MGw vor der Signalisierung an die MGCF auswählt. Die
MSC nimmt die MGw-Identität
(BCU-Id) in die BICC-IAM-Nachricht auf. Dies gestattet es der MGCF,
dasselbe MGw wie die MSC auszuwählen.
Die MGCF assoziiert den eingehenden CS-Anruf mit dem SIP-Anruf und
beantwortet den CS-Anruf, indem sie eine CONNECT-Nachricht an die
UE-A zurückleitet.
Die MGCF reserviert eine IP-Terminierung von dem MGw.
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Die
einleitende UE sendet nach dem Empfang der CONNECT-Nachricht eine
SIP-UPDATE-Nachricht
an die terminierende UE. Die MGCF modifiziert das SDP in der UPDATE-Nachricht
zur Aufnahme der tatsächlichen
MGw-IP-Adresse und Portnummer, bevor sie es an die Ziel-UE über die MGCF
der terminierenden Seite weiterleitet. Diese MGCF identifiziert
die IP-Zieladresse und informiert das assoziierte MGw. Nach Empfang
des OK des SIP 200 für
das INVITE von der UE der terminierenden Seite weist die MGCF der
terminierenden Seite das assoziierte MGw an, den SIP-Abschnitt und
den CS-Abschnitt
durchzuschalten. Die OK-Nachricht wird an die UE-A weitergeleitet
und eine SIP-Antwort wird an die UE-B zurückgeleitet. Die Benutzer können dann
mit der Sprachkonversation beginnen.
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Es
ist ersichtlich, dass eine analoge Prozedur an der terminierenden
Seite ausgeführt
wird, die darin resultiert, dass die MGCF an der einleitenden Seite über die
IP-Adresse des an der terminierenden Seite ausgewählten MGw
informiert wird.
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Für Fachleute
ist es ersichtlich, dass verschiedene Abwandlungen an der obigen
Beschreibung vorgenommen werden können, ohne den Rahmen der vorliegenden
Erfindung zu verlassen. In einer derartigen Abwandlung kann die
Rückrufnummer von
der MGCF an die UE-A in der Sitzungsverlaufsnachricht des SIP 183 übertragen
werden. Am terminierenden Ende kann die Rückrufnummer in dem INVITE an
die terminierende UE an die UE-B kommuniziert werden. Diese Prozedur
erfordert nicht die Verwendung von REFER-Nachrichten.