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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf einen Handover
zwischen heterogenen Netzwerken. Insbesondere bezieht sich die vorliegende
Erfindung auf ein Handover-Verfahren zur Verbesserung des Verzögerungs-
und Paketverlustes, die häufig
auftreten können,
wenn ein Mobilknoten (MN) einen Handover von einem WLAN (Drahtloses
Nahbereichsnetzwerk) zu einem UMTS-Netzwerk (UMTS – Universal Mobile Telecommunication
System) ausführt.
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Beschreibung des Standes der
Technik
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Die
Mobile (Internet Protocol (IP)) Working Group of Internet Engineering
Task Force (IETF), eine internationale Normungsorganisation, schlägt ein Vorregistrierungs-Handover-Verfahren
als eines der Verfahren vor, die in der Lage sind, eine geringe
Verzögerung
während
des Handovers zu unterstützen.
Das Vorregistrierungs-Handover-Verfahren bezieht sich auf ein Verfahren,
bei dem ein Mobilknoten (MN) einen L3-(Network-Layer-)Handover vor
dem Abschluss eines L2-(Link-Layer-)Handovers
mit Hilfe eines Netzwerkes ausführt.
Wie er hier bezeichnet wird, bezieht sich der L2-Handover auf einen
Vorgang des Wechselns eines Foreign Agents (FA), auf den der MN
zugreift, und der L3-Handover bezieht sich auf einen Vorgang der
Registrierung einer IP-Adresse des MN in einem Home Agent (HA).
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1 zeigt
ein Signalgebungsdiagramm das einen herkömmlichen Vorregistrierungs-Handover-Vorgang
darstellt. Unter Bezugnahme auf 1 wünscht es
ein MN 110 den Vorregistrierungs-Handover von einem alten
FA (oFA) 120 zu einem neuen FA (nFA) 130 auszuführen.
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Bevor
der Vorregistrierungs-Handover ausgeführt wird, sendet der oFA eine
Agent-Solicitation-Nachricht
in Schritt 101, um Informationen über den nFA anzufordern. Bei
Empfang der Agent-Solicitation-Nachricht vom oFA 120, sendet
der nFA 130 in Schritt 102 eine Agent-Advertisement-Nachricht,
die Informationen über den
nFA 130 enthält,
zurück
zum oFA 120. Der MN 110 bezieht Informationen über den
nFA 130 durch die Agent-Advertisement-Nachricht.
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Wenn
anschließen
in Schritt 107 der MN 110 oder der oFA 120 einen
L2-Trigger (Trigger-Auslöser) empfängt, wird
der Handover am MN 110 oder am oFA 120 ausgelöst (initiiert).
Insbesondere wenn der MN 110 einen L2-Trigger in Schritt 107 empfängt, wird
der Handover durch den MN 110 ausgelöst. Bei Empfang des L2-Triggers
sendet der MN eine Proxy-Agent-Solicitation-Nachricht zum oFA 120 in
Schritt 103. Bei Empfang der Proxy-Agent-Solicitation-Nachricht
sendet der oFA 120 in Schritt 104 eine Proxy-Agent-Advertisement-Nachricht
zum MN 110 in Erwiderung darauf. Wenn der oFA 120 den
L2-Trigger in Schritt 107a empfängt, wird der Handover jedoch
durch den oFA 120 ausgelöst. Das heißt, bei Empfang des L2-Triggers
sendet der oFA 120 in Schritt 104 eine Proxy-Agent-Advertisement-Nachricht zum MN 110.
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Bei
Empfang der Proxy-Agent-Advertisement-Nachricht sendet der MN 110 in
Schritt 105 eine Registrierungsanforderungs-Nachricht zum
nFA 130 über
den oFA 120 in Schritt 105, da er noch nicht mit
dem nFA verbunden ist. Bei Empfang der Registrierungsanforderungs-Nachricht
registriert der nFA 130 in Schritt 106 den MN 110 in
einem HA 140 durch den Mobil-IP-Registriervorgang, der
der L3-Handover
ist. Wenn der HA 140 in Schritt 108 eine Registrierungsantwort-Nachricht dem MN 110 über den
nFA 130 und den oFA 120 zustellt, wird der L2-Handover in Schritt 109 initiiert.
Der L2-Handover gestattet es dem MN 110, auf das Netzwerk über den
nFA 130 anstelle des oFA 120 zuzugreifen.
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Das
vorangegangene Vorregistrierungs-Handover-Schema trennt den L2-Handover und den
L3-Handover und führt
zunächst
den L3-Handover (d. h. den Mobil-IP-Registrierungsvorgang) aus,
der eine lange Handover-Verzögerung
ver ursachen kann und dadurch zu einer Verringerung der gesamten
Handover-Verzögerung beitragen
kann.
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Das
Vorregistrierungs-Handover-Schema, das auf der Basis einer Mobil-IP
arbeitet, ist nicht flexibel, wenn es auf eine WLAN-UMTS-Interworking-Konfiguration
angewendet wird, und muss angepasst werden, um einen tatsächlichen
Handover-Vorgang in WLAN- und UMTS-Netzwerken auszuführen, wie
auch die Anforderungen der Netzwerke erfüllen. Das heißt, während eines
WLAN-UMTS-Interworkings
enthält
der Mobil-IP-Registriervorgang einen Authentifizierungsvorgang,
wohingegen das herkömmliche
Handover-Schema lediglich die mobilitätsbezogene Registrierungssignalgebung
beinhaltet, jedoch nichts bezüglich
des Authentifizierungsvorgangs vorschlägt. Dies bewirkt ein beträchtliches
Verzögerungs-
und Paketverlustproblem während
eines tatsächlichen
Handovers zwischen den WLAN- und UMTS-Netzwerken.
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Was
demzufolge benötigt
wird, sind ein System und ein Verfahren, die in der Lage sind, einen
schnellen, nahtlosen Handover während
eines WLAN-UMTS-Interworkings
bereitzustellen.
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US 2004/0033805 A1 beschreibt
eine Technik zum Ausführen
eines nahtlosen Handovers eines Mobilendgerätebenutzers von einem drahtlosen
Telefonnetzwerk zu einem drahtlosen LAN. Der Mobilendgerätebenutzer
kann einen Handover von einem ersten Funkzugangsknoten zu einem
zweiten Funkzugangsknoten in einem Kommunikationsnetzwerk auslösen, indem
er eine derartige Anfrage an einen der beiden Knoten macht. Die
Anfrage, die durch den Mobilendgerätebenutzer erfolgt, löst im Netzwerk
einen Befehl aus, um den Mobilendgerätebenutzer neu zuzuordnen (Handover).
In Erwiderung des Befehls wird der Mobilendgerätebenutzer dem zweiten Funkzugangsknoten
zugewiesen und vom ersten Funkzugangsknoten getrennt. Das Kommunikationsnetzwerk
enthält
einen RNC, einen SGSN, einen GGSN, ein HLR und ein IWE.
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"Low Latency Handoffs
in Mobile IPv4",
IETF No. 9, Juni 2004 beschreibt, wie ein Mobilknoten IP-Layer-Handovers
zwischen Teilnetzen ausführen
kann, die von unterschiedlichen Foreign Agents unterhalten werden.
In bestimmten Fällen
kann die Latenz, die bei diesen Handovers beteiligt ist, über dem
Schwellenwert liegen, der für
die Unterstützung
der verzögerungsempfindlichen
oder in Echtzeit arbeitenden Dienste erforderlich ist. Zwei Verfahren
sind dargestellt, um Mobil-IP-Handovers
mit einer geringen Latenz zu erreichen. Darüber hinaus ist eine Kombination
dieser beiden Verfahren beschrieben. Die Techniken sind beschrieben, um
eine größere Unterstützung für Echtzeitdienste
in einem mobilen IPv4-Netzwerk
zu gestatten, indem die Zeitperiode minimiert wird, in der ein Mobilknoten
nicht in der Lage ist, IP-Pakete infolge der Verzögerung des Mobil-IP-Registriervorganges
zu senden oder zu empfangen.
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ÜBERSICHT ÜBER DIE ERFINDUNG
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Das
Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes
Verfahren und System zum Ausführen
eines Handovers eines Endgerätes
anzugeben, das mit einem drahtlosen Nahbereichsnetzwerk verbunden
ist.
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Dieses
Ziel wird durch die Erfindung erreicht, wie sie in den unabhängigen Ansprüchen beansprucht ist.
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Ausführungsformen
sind in den abhängigen
Ansprüchen
beschrieben.
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Aspekte
der vorliegenden Erfindung geben ein System und ein Verfahren an,
die in der Lage sind, einen schnellen, nahtlosen Handover während eines
WLAN-UTMS-Interworkings
bereitzustellen.
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Ein
weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung gibt ein System und ein
Verfahren zum Ausführen
von Vorregistrierungs- und Vor-Authentifizierungs-Prozessen vor
dem Auftreten eines Handovers an, um das Verzögerungsproblem zu lösen, das
während
einer Handovers von einem WLAN-Netzwerk zu einem UMTS-Netzwerk auftritt.
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Ein
weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung gibt ein System und ein
Verfahren zum Verringern des Paketverlustes während des Handovers an, bei
dem ein Schema verwendet wird, das Pakete puffert, die einem MN
während
einer Handover-Periode zugestellt werden, und dann die gepufferten
Pakete dem MN bei Abschluss des Handovers zustellt.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Ausführen eines
Handovers eines Endgerätes
(UE), das mit einem drahtlosen lokalen Netzwerk (WLAN) verbunden
ist, zu einem Mobilkommunikations-Netzwerk in einem Interworking-System
zwischen dem WLAN und dem Mobilkommunikations-Netzwerk angegeben, das einen Gateway
GPRS Support Node (GGSN) und einen Serving GPRS Support Node (SGSN)
enthält.
Das Verfahren umfasst das Empfangen einer Vorregistrierungs-Anforderungsnachricht
durch den SGSN, die eine Heim-IP-Adresse und eine internationale
Mobilfunk-Teilnehmerkennung (IMSI) des UE enthält, vom UE über das WLAN, wenn das UE einen
Handover in Erwiderung eines Sicherungsschicht-Auslösers bestimmt,
während
es mit dem WLAN unter Verwendung einer ersten temporären IP-Adresse
kommuniziert. Das Verfahren umfasst weiterhin das Durchführen von
Prozessen der Authentifizierungs-Vektorerzeugung,
der Authentifizierung für
das UE und der Verschlüsselungsschlüssel-Verteilung
auf Basis der IMSI zwischen dem UE und dem SGSN. Das Verfahren umfasst
zudem das Erzeugen einer zweiten temporären IP-Adresse durch den GGSN,
die durch das UE in dem Mobilkommunikations-Netzwerk zu verwenden
ist, und Senden einer ersten Nachricht zum Anfordern von Registrierung
der zweiten temporären IP-Adresse
zu einem Home Agent (HA) des UE. Das Verfahren umfasst weiterhin
das Empfangen einer zweiten Nachricht, die Registrierung der zweiten
temporären
IP-Adresse anzeigt, durch den GGSN vom HA des UE und Senden einer
dritten Nachricht, die den Abschluss von Vor-Authentifizierung für das UE und Registrierung
der zweiten IP-Adresse anzeigt, zum UE über das WLAN. Das Verfahren
beinhaltet zudem das Senden einer vierten Nachricht durch das UE,
die Abschluss von Vorregistrierungs-Handover für das UE anzeigt, zum HA des
UE, wenn der Handover des UE zum Mobilkommunikations-Netzwerk abgeschlossen
ist.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum
Ausführen
eines Handover eines Endgerätes
(UE), das mit einem drahtlosen lokalen Netzwerk (WLAN) verbunden
ist, zu einem Mobilkommunikations-Netzwerk durch einen Gateway GPRS
Support Node (GGSN) in einem Interworking-System zwischen dem WLAN
und dem Mobilkommunikations-Netzwerk angegeben, das den GGSN und einen
Serving GPRS Support Node (SGSN) enthält. Das Verfahren umfasst das
Durchführen
von Prozessen der Authentifizierung für das UE und der Verschlüsselungsschlüssel-Verteilung
zwischen dem UE und dem SGSN auf der Basis einer internationalen
Mobilfunk-Teilnehmerkennung (IMSI) des UE, nachdem das UE einen
Handover in Erwiderung eines Sicherungsschicht-Auslösers bestimmt
hat, während
es mit dem WLAN unter Verwendung einer ersten temporären IP-Adresse
kommuniziert. Das Verfahren umfasst weiterhin das Erzeugen einer
zweiten temporären
IP-Adresse durch das UE, die im Mobilkommunikations-Netzwerk zu verwenden
ist, und das Senden einer ersten Nachricht zum Anfordern von Registrierung
der zweiten temporären IP-Adresse
zu einem Home Agent (HA) des UE. Das Verfahren umfasst weiterhin
das Senden einer dritten Nachricht, die den Abschluss der Vor-Authentifizierung
für das
UE und die Registrierung der zweiten temporären IP-Adresse anzeigt, zum
UE über
das WLAN, bei Empfang einer zweiten Nachricht, die die Registrierung der
zweiten temporären
IP-Adresse anzeigt, vom HA des UE, so dass das UE einen Handover
zum Mobilkommunikations-Netzwerk ausführt.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Mobilkommunikationssystem
angegeben, das ein Endgerät
(UE) enthält,
das mit einem drahtlosen lokalen Netzwerk (WLAN) durch ein Interworking-Verfahren
zwischen einem Mobilkommunikations-Netzwerk und dem WLAN verbunden
ist. Das System enthält
weiterhin einen Serving GPRS Support Node (SGSN), der eine Vorregistrierungs-Anforderungsnachricht,
die eine Heim-IP-Adresse und eine internationale Mobilfunk-Teilnehmerkennung
(IMSI) des UE enthält,
vom UE über
das WLAN empfängt,
wenn das UE in Reaktion auf einen Sicherungsschicht-Auslöser einen Handover
bestimmt, während
es unter Verwendung einer ersten temporären IP-Adresse mit dem WLAN
kommuniziert und Prozesse der Authentifizierungs-Vektorerzeugung, der Authentifizierung
für das
UE und der Verschlüsselungsschlüssel-Verteilung
mit dem UE auf der Basis der IMSI ausführt. Das System enthält zudem
einen Gateway GPRS Support Node (GGSN), der eine zweite temporäre IP-Adresse
erzeugt, die vom UE im Mobilkommunikations-Netzwerk zu verwenden
ist, eine erste Nachricht zum Anfordern von Registrierung der zweiten temporären IP-Adresse
sendet, eine zweite Nachricht empfängt, die Registrierung der
zweiten temporären
IP-Adresse anzeigt, und eine dritte Nachricht, die Abschluss von
Vor-Authentifizierung für
das UE und Registrierung der zweiten temporären IP-Adresse anzeigt, zu
dem UE über
das WLAN sendet. Das System enthält
weiterhin einen Home Agent (HA), der nach Empfangen der ersten Nachricht
von dem GGSN die zweite temporäre
IP-Adresse registriert und in Reaktion auf die erste Nachricht die
zweite Nachricht zu dem GGSN sendet. Das UE führt einen Handover zum Mobilkommunikations-Netzwerk
bei Empfang der dritten Nachricht aus und sendet eine vierte Nachricht,
die Abschluss von Vorregistrierungs-Handover für das Endgerät anzeigt zum
HA.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
obigen und anderen Ziele, beispielhaften Merkmale und Vorteile der
vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung
in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen besser verständlich.
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1 zeigt
ein Signalgebungsdiagramm, das einen herkömmlichen Vorregistrierungs-Vorgang
darstellt;
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2 ist
ein Blockschaltbild, das eine Netzwerk-Interworking-Konfiguration
gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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3 zeigt
ein Signalgebungsdiagramm, das den Gesamtbetrieb darstellt, bei
dem ein UE einen Vorregistrierungs-Handover von einem WLAN-Netzwerk
zu einem UMTS-Netzwerk ausführt,
gemäß einer
ersten beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung; und
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4 zeigt
ein Signalgebungsdiagramm, das den Gesamtbetrieb darstellt, bei
dem ein UE einen Vorregistrierungs-Handover von einem WLAN-Netzwerk
zu einem UMTS-Netzwerk ausführt,
gemäß einer
zweiten beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Es
versteht sich, dass sich in den Zeichnungen ähnliche Bezugszeichen auf ähnliche
Elemente, Merkmale und Strukturen beziehen.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die
Gegenstände,
die in dieser Beschreibung beispielhaft ausgeführt sind, sind gegeben, um
bei einem umfassenden Verständnis
bestimmter beispielhafter Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung hilfreich zu sein, die unter Bezugnahme
auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben sind. Demzufolge wird der
Fachmann erkennen, das unterschiedliche Änderungen und Modifikationen
der beispielhaften Ausführungsformen,
die hier beschrieben sind, vorgenommen werden können, ohne vom Geltungsbereich
der beanspruchten Erfindung abzuweichen. Auf Erläuterungen hinlänglich bekannter
Funktionen und Konstruktionen wird aus Gründen der Klarheit und Prägnanz verzichtet.
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2 ist
ein Blockschaltbild, das eine Netzwerk-Interworking-Konfiguration
gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt. Unter Bezugnahme auf 2 enthält ein Zugangsnetzwerk
(AN) 210 eines WLAN, das mit dem Internet/Intranet 220 verbunden
ist, einen Zugangspunkt (AP) 202, der drahtlos mit einem
Mobilendgerät 201 verbunden
werden kann (im folgenden als Endgerät (UE) bezeichnet, das mit
einem UMTS-Netzwerk verbunden werden kann), und einen WLAN-Agent 203,
der den AP 202 verwaltet. Das WLAN-AN 210 ist
mit einem UMTS-Kernnetzwerk 230 über ein WLAN-Zugangs-Gateway (WAG) 204 verbunden.
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Ein
UMTS-Netzwerk 250 enthält
ein UTRAN (Ultimate Radio Access Network) 207, das. drahtlos
mit dem UE 201 verbunden werden kann, einen SGSN (Serving
GPRS Support Node) 208, einen GGSN (Gateway GPRS Support
Node)/FA (Foreign Agent) 209, ein PDG (Packet Data Gateway)/FA 212 und
einen AAA-Server (AAA – Authorization,
Authentication, Accounting) 211. Das UTRAN 207 enthält einen
Node-B, der direkt drahtlos mit dem UE 210 verbunden werden
kann, und einen RNC (Radio Network Controller), der die Funkressourcen
des UE 201 steuert.
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Der
PDG/FA 212 hat eine WLAN-bezügliche FA-Funktion, und der
GGSN/FA 209 hat eine UTMS-bezügliche FA-Funktion. Ein Home
Agent (HA) 215 ist mit den FA- Funktionen des PDG/FA 212 und
des GGSN/FA 209 über
ein externes PDN (Packet Data Network)/Internet 240 verbunden.
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Das
UE 201 kann mit dem WLAN-AN 210 oder dem UMTS-Netzwerk 250 über den
AP 202 oder das UTRAN 207 kommunizieren. Das UE 201 kann
jeweils mit dem WLAN-AN 210 oder dem UMTS-Netzwerk 250 kommunizieren.
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Bei
einer Interworking-Konfiguration zwischen dem WLAN-AN 210 und
dem UMTS-Netzwerk 250 führt,
sofern das UE 201, das momentan mit dem WLAN-AN 210 verbunden
ist, einen Handover zum UMTS-Netzwerk 250 ausführt, eine
bei spielhafte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung eine UMTS-Authentifizierung und eine PDP-Kontexterzeugung
(PDP – Packet
Data Protocol) durch das WLAN-AN 210 vor dem Handover aus,
wodurch ein nahtloser Handover ermöglicht wird. Das heißt, um sich
dem Problem der Handover-Verzögerung
zuzuwenden, führt
eine beispielhafte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung Authentifizierungs- und Registrierprozesse
vor dem Abschluss des L2-Handovers aus, wobei die Authentifizierungs-
und Registrierprozesse für
eine lange Handover-Verzögerung
verantwortlich sind.
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Unter
Bezugnahme auf die folgende Tabelle 1 erfolgt nun eine Beschreibung
eines Verfahrens zum Verwalten einer Adress-Verwaltungstabelle im
HA 215 gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, verwaltet, um die Mobilität des UE
201 während. eines
Handovers zu unterstützen,
der HA
215 weiterhin ein "Next-IP-Adressen"-Feld zum Speichern der nächsten IP-Adresswerte in einer
Adress-Verwaltungstabelle, die in Tabelle 1 gezeigt ist, während er
ein "Current-IP-Adress"-Feld verwaltet,
das auf ein "Home-IP-Adress"-Feld des UE mit
Hilfe der Mobil-IP abgebildet wird. Das heißt, der HA
215 registriert
zuvor im "Next-IP-Adress"-Feld eine IP-Adresse,
die von einem neuen FA angewiesen werden soll, zu dem sich das UE
210 bewegt.
Home-IP-Adresse | Current-IP-Adresse | Next-IP-Adresse |
IPMNI | IPC | IPN1 |
IPMNI | IPC2 | IPN2 |
... | ... | ... |
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Unter
Bezugnahme auf Tabelle 1 ist das "Next-IP-Adress"-Feld in der Adressverwaltungstabelle
im allgemeinen Fall nicht gefüllt;
das "Next-IP-Adress"-Feld ist nur dann
gefüllt,
wenn sich das UE 201 in einer Handover-Situation befindet.
Hat das "Next-IP-Adress"-Feld einen speziellen
Adresswert, puffert der HA 215 die Pakete, die dem UE 201 zugestellt
werden, wodurch bestimmt wird, dass sich das UE 201 in
der Handover-Situation befindet. Ist der Vorregistrierungs-Handover
für den
UE 201 abgeschlossen, wird ein Adresswert im "Next-IP-Adresss"-Feld mit einem Adresswert
im "Current-IP-Adress"-Feld ersetzt und
das "Next-IP-Adress"-Feld gelöscht. Die
gepufferten Pakete werden anschließend zum UE 201 unter
Verwendung des Adresswertes im "Current-IP-Adress"-Feld weitergeleitet.
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Wenn
beispielsweise ein UE 201 mit einer Home-IP-Adresse "IPMN1" eine Handover-Anfrage
erzeugt, sucht der HA 215 die Adressverwaltungstabelle
ab, um einen Adresswert "IPN1" im "Next-IP-Adress"-Feld für das UE 201 mit "IPMN1" zu lesen. Anschließend puffert
der HA 215 Pakete, die einer Adresse "IPC1" zugestellt werden,
im "Current-IP-Adress"-Feld, wodurch bestimmt
wird, dass eine neue IP-Adresse,
die das UE 201 nach dem Handover verwenden wird "IPN1" ist. Mit anderen
Worten bestimmt der HA 215, dass das "Next-IP-Adress"-Feld nicht gelöscht ist. Ist der Vorregistrierungs-Handover
für das
UE 201 abgeschlossen, wird ein Adresswert im "Current-IP-Adress"-Feld durch einen
Adresswert "IPN1" im "Next-IP-Adress"-Feld ersetzt und
das "Next-IP-Adress"-Feld bleibt "Null". Die gepufferten
Pakete werden dann zu der Adresse "IPN1", dem Handover-Ziel,
weitergeleitet.
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Es
folgt nun eine detaillierte Beschreibung der IP-Adressen des UE 201 und
der Signalgebungsnachrichten, die verwendet werden, wenn das UE 201 einen
Handover vom WLAN-AN 210 zum UMTS-Netzwerk ausführt, gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Die
möglichen
IP-Adressen für
das UE 210 beinhalten eine Heim-IP-Adresse "IPUE", einen temporäre IP-Adresse "IPUMTS", die vom UE 201 im
UMTS-Netzwerk 250 nach dem Handover vom WLAN-AN 210 zum UMTS-Netzwerk 250 verwendet
wird, und eine temporäre
IP-Adresse "IPWLAN",
die vom UE 201 im WLAN-AN 210 vor dem Handover
verwendet wird.
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Als
nächstes
werden neu hinzugefügte
Signalgebungs-Nachrichten im Detail beschrieben.
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Eine
Vorregistrierungs-Anforderungsnachricht wird von einem Endgerät einem
FA (neuen FA) eines Netzwerkes zugestellt, zu dem es sich für den Vorregistrierungs-Handover bewegen
wird. Bei einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung entspricht der neue FA dem GGSN/FA 209 des UMTS-Netzwerks 250.
Bei Empfang der Vorregistrierungs-Anforderungsnachricht stellt der
neue GGSN/FA 209 eine Authentifizierungs-Anforderungsnachricht
dem SGSN 208 zu, um die Vor-Authentifizierung anzufordern.
Die Authentifizierungs-Anforderungsnachricht
enthält
eine IPUE und eine internationale Mobilfunk-Teilnehmerkennung
(IMSI) des UE 201. Eine Vorregistrierungs-Antwortnachricht
kennzeichnet den Abschluss des Vorregistrierungs-Handovers vom neuen
GGSN/FA 209 zum UE 201 und enthält eine
IPUMTS.
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Eine
Vorregistrierungs-Abschlussnachricht enthält eine IPUE oder
einer IPUMTS des UE 201 und versorgt den
HA 215 mit Informationen, die kennzeichnen, dass sich das
UE 201 zum UMTS-Netzwerk 260 bewegt hat, so dass
der HA 215 das "Current-IP-Adress"-Feld entsprechend
der IPUE mit der IPUMTS in
seiner Adressverwaltungstabelle aktualisieren kann.
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Wenn
die Vor-Authentifizierung für
das UE 210 abgeschlossen ist, wird eine PDP-Adressanforderungsnachricht
vom SGSN 208 verwendet, um die IMSI des UE 201 oder
die IPUE dem GGSN/FA 209 zuzustellen,
um einen Adresswert IPUMTS anzufragen, der
als vorübergehende
Adresse des UE 201 im UMTS-Netzwerk 250 verwendet
werden soll. Eine PDP-Adressantwortnachricht wird vom GGSN/FA 209 verwendet,
um eine PDP-Adresse dem SGSN 208 zuzustellen, wobei die
PDP- Adresse für das UE 201 erzeugt
wird, von dem eine Anfrage nach der IPUMTS empfangen
wurde.
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Eine
Vorregistrierungs-Aktualisierungsanforderungsnachricht wird von
einem neuen GGSN/FA 209 verwendet, um die IPUE und
die IPUMTS seinem HA 215 bei Empfang
der Vorregistrierungs-Antwortnachricht vom SGSN 208 zuzustellen,
um die Aktualisierung des "Next-IP-Adress"-Feldes entsprechend
der IPUE in der Adressverwaltungstabelle
mit der IPUMTS anzufragen. Weiterhin wird
eine Vorregistrierungs-Aktualisierungsantwortnachricht vom HA 215 verwendet,
um einen Abschluss der Aktualisierung bei Empfang der Vorregistrierungs-Antwortnachricht
zu kennzeichnen, und dem GGSN/FA 209 zugestellt.
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Wenn
sich das UE 201, das ordnungsgemäß mit dem WLAN-AN 210 verbunden
ist, zum UMTS-Netzwerk 250 bewegt, verfügt das UMTS-Netzwerk 250 über keinen
Knoten, der in der Lage ist, als WLAN-Agent 203 zu arbeiten.
Somit dient der SGSN 208 des UMTS-Netzwerks 250 als
Ersatz für
den WLAN-Agent 203. Das heißt, das UE 201 führt Vor-Authentifizierungs-
und Vorregistrierungs-Prozesse durch den SGSN 208 aus und
führt den
Handover auf der Basis von Informationen aus, die vom SGSN 208 durch
die Prozesse bezogen werden.
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Es
folgt nun eine Beschreibung beispielhafter Vor-Authentifizierungs-
und Vorregistrierungs-Prozesse, bei denen ein Mobilendgerät einen
Handover vom WLAN-AN 210 zum
UMTS-Netzwerk 250 ausführt.
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Erste beispielhafte Ausführungsform
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Bei
einer ersten beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung führt
ein UE 201 einen Vorregistrierungs-Handover-Prozess zum
gemeinsamen Ausführen
der Authentifizierung, der IP-Adressen-Zuordnung und -Registrierung
durch eine Vorregistrierungs-Anforderungsnachricht aus.
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3 zeigt
ein Signalgebungsdiagramm, das den Gesamtbetrieb darstellt, in dem
ein UE 201 einen Vorregistrierungs-Handover von einem WLAN-AN 210 zu
einem UMTS-Netzwerk 250 ausführt, gemäß einer ersten beispielhaften
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Unter Bezugnahme auf 3 wird
ein Paketaustausch zwischen einem WLAN-AN 210 und einem
HA 215 in Schritt 300 ausgeführt. Wenn ein UE 201 in
Schritt 302 bestimmt, dass der Handover in Erwiderung eines
L2-Triggers erfolgt, stellt das UE 201 eine Vorregistrierungs-Anforderungsnachricht
zur Anforderung einer Vor-Authentifizierung und einer Vorregistrierung einem
SGSN 208 über
einen GGSN/FA 209 eines UMTS-Netzwerkes 250 durch
ein WLAN-AN 210 in Schritt 304 zu. Hier enthält die Vorregistrierungs-Anforderungsnachricht
Informationen, wie etwa eine IPUE und eine IMSI
des UE 201, und das WLAN-AN 210 hält Adressinformationen
des GGSN/FA 209, der Zellen des UMTS-Netzwerks 250 verwaltet,
zu dem sich das UE 201 bewegen soll.
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In
Schritt 306 führt
der SGSN 208 Prozesse der Authentifizierungs-Vektorerzeugung,
der Endgeräte-Authentifizierung
und der Verschlüsselungsschlüssel-Verteilung
durch UMTS-AKA (AKA – Authenticitation und
Key Agreement) auf der Basis der IMSI aus, die von der Vorregistrierungs-Anforderungsnachricht
zugeführt
wird. Der UMTS-AKA-Prozess kann in zwei mögliche Prozesse klassifiziert
werden: ein Prozess, der kein UTRAN 207 enthält, und
einen weiteren Prozess, der das UTRAN 207 enthält.
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Beim
UMTS-AKA-Prozess, der das UTRAN 207 nicht enthält, richtet
das UE 201 keine Funkverbindung vor dem Handover ein, wodurch
die Verschlüsselungsschlüssel-Werte,
die nach Abschluss der wechselseitigen Authentifizierung zwischen
dem UE 201 und dem SGSN 208 erzeugt werden, nicht
dem UTRAN (d. h. dem RNC) 207 zugestellt werden. Beim UMTS-AKA-Prozess,
der das UTRAN 207 enthält,
wird eine Funkverbindung zwischen dem SGNS 208 und dem
UTRAN 207 vor dem Beginn des UMTS-AKA-Prozesses eingerichtet,
so dass die Verschlüsselungsschlüssel-Werte,
die nach dem Abschluss der wechselseitigen Authentifizierung zwischen
dem UE 201 und dem SGNS 208 erzeugt werden, dem
UTRAN (das heißt
dem RNC) 207 zugestellt werden.
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Nach
dem Abschluss des Endgeräte-Authentifizierungs-Prozesses
durch den Vor-Authentifizierungs-Prozess
stellt der SGSN 208 eine PDP- Adressanforderungsnachricht, die eine
IPUE oder eine IMSI des UE 201 enthält, dem
GGSN/FA 209 in Schritt 308 zu, um eine PDP-Adresse
IPUMTS anzufordern, die nach dem Handover
verwendet werden soll. Der Prozess der Anforderung einer neuen PDP-Adresse
für das
UE 201 wird automatisch durch den SGSN 208 nach
Abschluss des UMTS-AKA-Prozesses ausgeführt.
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Bei
Empfang der PDP-Adressanforderungsnachricht erzeugt der GGSN/FA 209 eine
IPUMTS für
das UE 201 und stellt die IPUMTS dem
SGSN 208 unter Verwendung einer PDP-Adressantwortnachricht
in Schritt 310 zu. Der SGSN 208 stellt die PDP-Adressantwortnachricht
dem GGSN/FA 209 zu.
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In
Schritt 312 stellt der GGSN/FA 209 die IPUMTS und die IPUE dem
HA 215 unter Verwendung einer Vorregistrierungs-Aktualisierungsanforderungsnachricht
zu.
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Bei
Empfang der Vorregistrierungs-Aktualisierungsanforderungsnachricht
aktualisiert der HA 215 seine Adressverwaltungstabelle
durch Registrieren der IPUMTS in einem "Next-IP-Adress"-Feld für das UE 201 und sendet
das Aktualisierungsergebnis zum GGSN/FA 209 unter Verwendung
einer Vorregistrierungs-Aktualisierungsantwortnachricht
in Schritt 314. Das heißt, ein "Current-IP-Adress"-Feld
und das "Next-IP-Adress"-Feld für die IPUE in der Adressverwaltungstabelle werden
auf IPWLAN bzw. IPUMTS eingestellt.
In Schritt 316 puffert der HA 215 Pakete, die
für ein
UE 210 bestimmt sind, mit der IPWLAN.
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Bei
Empfang der Vorregistrierungs-Aktualisierungsantwortnachricht sendet
der GGSN/FA 209 in Schritt 318 eine Vorregistrierungs-Antwortnachricht
zum UE 201 über
das WLAN-AN 210, um das UE 201 über den
Abschluss der Vor-Authentifizierungs-
und Vorregistrierungs-Prozesse zu informieren. Die Vorregistrierungs-Anwortnachricht
enthält
die IPUMTS. In Schritt 320 führt das
UE 201 eine Lösung
vom WLAN-AN 210 durch einen AP 202 aus und führt anschließend den
L2-Handover zum UMTS-Netzwerk 250 aus (UE-Bewegung).
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Nach
der Bewegung zum UMTS-Netzwerk 250 führt das UE 201 einen
UMTS-Anfüge-Prozess
in Schritt 322 aus. Wenn Verschlüsselungsschlüssel-Werte
für die
zuvor eingerichtete Funkverbindung zwischen dem SGSN 208 und
dem UTRAN 207 dem UTRAN 207 zugestellt werden,
kann der AKA-Prozess vollständig vom
UMTS-Anfüge-Prozess
fortfallen. Wenn jedoch lediglich die Authentifizierungsvektor-Erzeugung/-Verteilung
und die wechselseitige Authentifizierung zwischen dem UE 201 und
dem SGSN 208 ohne einer zuvor eingerichteten Funkverbindung
zwischen dem SGSN 208 und dem UTRAN 207 ausgeführt werden,
kann der AKA-Prozess des Zustellens von Verschlüsselungsschlüsseln vom
SGSN 208 zum UTRAN 207 im UMTS-Anfüge-Prozess
enthalten sein.
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In
Schritt 324 erzeugt, d. h. aktiviert das UE 201 einen
PDP-Kontext für
die Datensendung. Da das UE 201 zuvor der PDP-Adresse IPUMTS durch die Vor Authentifizierungs- und
Vorregistrierungs-Prozesse zugeordnet wurde, verwendet es die intakte
IPUMTS beim PDP-Kontext-Aktivierungs-Prozess
von Schritt 324.
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In
Schritt 326 stellt die UE 201 eine Vorregistrierungs-Abschlussnachricht,
die die IPUE oder die IPUMTS enthält, dem
HA 215 zu. Bei Empfang der Vorregistrierungs-Abschlussnachricht
aktualisiert der HA 215 seine Adressverwaltungstabelle
unter Verwendung der IPUE oder der IPUMTS. Das heißt, der HA 215 stellt
die IPUMTS, die zuvor im "Next-IP-Adress"-Feld registriert
wurde, als einen Adresswert im "Current-IP-Adress"-Feld ein und führt eine "Null"-Verarbeitung am "Next-IP-Adress"-Feld aus, wodurch
ein Mobil-IP-Registriervorgang abgeschlossen wird. In Schritt 328 stoppt
der HA 215 die Paketpufferung, die während des Handovers ausgeführt wurde.
In Schritt 330 leitet der HA 215 die gepufferten
Pakete zum UE 201 weiter. In Schritt 332 werden
Pakete zwischen dem UE 201 mit der IPUMTS und
dem HA 215 ausgetauscht.
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Wie
es oben erläutert
wurde, werden gemäß der ersten
beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung die Pakete, die während des Handovers des UE 201 erzeugt
werden, allesamt im HA 215 gepuffert und anschließend zum
UE 201 mit der IPUMTS nach dem
Abschluss des Handovers des UE 201 gesendet, wodurch ein
Paketverlust beim Handover-Prozess verringert wird.
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Zweite beispielhafte Ausführungsform
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Bei
einer zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung führt
ein UE 201 zunächst
einen Vor-Authentifizierungs-Prozess durch Vor-Authentifizierungs-Anforderungs-/Antwortnachrichten aus,
und führt
anschließend
einen Vorregistrierungs-Prozess durch Vorregistrierungs-Anforderungs-/Antwortnachrichten
nach Abschluss des Vor-Authentifizierungs-Prozesses aus.
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4 zeigt
ein Signalgebungsdiagramm, das einen Gesamtbetrieb darstellt, bei
dem ein UE 201 einen Vorregistrierungs-Handover von einem
WLAN-AN 210 zu einem UMTS-Netzwerk 250 ausführt, gemäß einer
zweiten beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Unter Bezugnahme auf 4 wird
in Schritt 400 eine Paketaustausch zwischen einem UE 201,
mit einer IPWLAN, die sich in einem WLAN-AN 210 befindet,
und einem HA 215 in Schritt 400 ausgeführt. Wenn
das UE 201 in Schritt 402 bestimmt, dass der Handover
in Erwiderung eines L2-Triggers
erfolgt, stellt das UE 201 eine Vor-Authentifizierungs-Anforderungsnachricht
zum Anfordern einer Vor-Authentifizierung einem SGSN 208 über das
WLAN-AN 210 und einen GGSN/FA 209 in Schritt 409 zu.
Die Vor-Authentifizierungs-Anforderungsnachricht
enthält
eine IPUE und eine IMSI des UE 201,
und das WLAN-AN 210 hält
Adressinformationen des GGSN/FA 209, der Zellen des UMTS-Netzwerks 250 verwaltet 250,
zu dem sich das UE 201 bewegen soll.
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Bei
Schritt 406 führt
der SGSN 208 Prozesse einer Authentifizierungs-Vektorerzeugung,
einer Endgeräte-Authentifizierung
und einer Verschlüsselungsschlüssel-Verteilung
durch die UMTS-AKA auf der Basis der IMSI aus, die von der Vor-Authentifizierungs-Anforderungsnachricht
zugestellt wird. Der UMTS-AKA-Prozess kann
in zwei mögliche
Prozesse unterteilt werden: einen Prozess, der kein UTRAN 207 enthält und einen
weiteren Prozess, der das UTRAN 207 enthält.
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Beim
UMTS-AKA-Prozess, der das UTRAN 207 nicht enthält, richtet
das UE 201 keine Funkverbindung vor dem Handover ein, wodurch
die Verschlüsselungsschlüssel-Werte,
die nach Abschluss der wechselseitigen Authentifizierung zwischen
dem UE 201 und dem SGSN 208 erzeugt werden, nicht
dem UTRAN (d. h. dem RNC) 207 zugestellt werden. Beim UMTS-AKA-Prozess,
der das UTRAN 207 enthält,
wird jedoch eine Funkverbindung zwischen dem SGNS 208 und
dem UTRAN 207 vor dem Beginn des UMTS-AKA-Prozesses eingerichtet,
so dass die Verschlüsselungsschlüssel-Werte,
die nach dem Abschluss der wechselseitigen Authentifizierung zwischen
dem UE 201 und dem SGNS 208 erzeugt werden, dem
UTRAN (das heißt
dem RNC) 207 zugestellt werden.
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Nach
dem Abschluss des Endgeräte-Authentifizierungs-Prozesses
für das
UE 201 durch den Vor-Authentifizierungs-Prozess, stellt
der SGSN 208 eine Vor-Authentifizierungs-Antwortnachricht,
die den Abschluss des Vor-Authentifizierungs-Prozesses kennzeichnet, dem UE 201 über den
GGSN/FA 209 und das WLAN-AN 210 in Schritt 408 zu.
Im Gegensatz zur ersten beispielhaften Ausführungsform führt die
zweite beispielhafte Ausführungsform
den Authentifizierungs-Prozess für
das UE durch, wodurch eine mögliche
Handover-Verzögerung
infolge eines Authentifizierungs-Fehlschlages verhindert wird.
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Wenn
die wechselseitigen Authentifizierungs- und Schlüsselverteilungs-Prozesse zwischen
dem UE 201 und dem SGSN 208 abgeschlossen sind,
stellt das UE 201 eine Vorregistrierungs-Anforderungsnachricht zum
Anfordern der Vorregistrierung für
das UMTS-Netzwerk 250 dem GGSN/FA 209 in Schritt 410 zu.
Die Vorregistrierungs-Anforderungsnachricht enthält eine Heimadresse IPUE des UE 201. Bei Empfang der Vorregistrierungs-Anforderungsnachricht
erzeugt der GGSN/FA 209 eine PDP-Adresse IPUMTS,
die für
einen Mobil-IP-Handover des UE 201 verwendet werden soll,
und sendet die IPUMTS und die IPUE zum HA 215 unter Verwendung einer
Vorregistrierungs-Aktualisierungsanforderungsnachricht zum Anfordern
einer Aktualisierung der Adressverwaltungstabelle in Schritt 412.
Da die zweite beispielhafte Ausführungsform
durch eine separate Vorregistrierungs-Anforderung durch ein UE nach Abschluss
des UMTS-AKA-Prozesses ausgeführt
wird, wird die Vorregistrierungs-Anforderungsnachricht direkt dem
GGSN/FA 209 zugestellt, der eine neue PDP-Adresse IPUMTS für
das UE erzeugen wird.
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Bei
Empfang der Vorregistrierungs-Aktualisierungsanforderungsnachricht
sucht der HA 215 seine Adressverwaltungstabelle nach einem "Next-IP-Adress"-Feld für die IPUE ab, und registriert die IPUMTS im
gesuchten "Next-IP-Adress"-Feld, wodurch die
Vorregistrierung bewerkstelligt wird. Infolgedessen werden ein "Current- IP-Adress"-Feld und das "Next-IP-Adress"-Feld für die IPUE in der Adressverwaltungstabelle auf IPWLAN bzw. IPUMTS eingestellt.
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Anschließend puffert
der HA 215 in Schritt 414 sämtliche Pakete, die für IPWLAN bestimmt sind, beginnend zu einem Zeitpunkt,
zu dem das "Next-IP-Adress"-Feld in der Adressverwaltungstabelle
aktualisiert wurde. In Schritt 416 sendet der HA 215 eine
Vorregistrierungs-Aktualisierungsantwortnachrichtzum GGSN/FA 209,
die den Abschluss der Aktualisierung der Adressverwaltungstabelle
und den Beginn der Pufferung kennzeichnet.
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Bei
Empfang der Vorregistrierungs-Aktualisierungsantwortnachricht sendet
der GGSN/FA 209 in Schritt 418 eine Vorregistrierungs-Antwortnachricht
zum UE 201 über
das WLAN-AN 210, um das UE 201 über den
Abschluss des Vorregistrierungs-Prozesses zu informieren. Die Vorregistrierungs-Antwortnachricht
enthält
die IPUMTS. Das UE 201 führt bei
Schritt 420 eine Trennung vom WLAN-AN 210 durch
einen AP 202 aus und führt
anschließend
den L2-Handover zum UMTS-Netzwerk 250 in
Schritt 422 aus.
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Als
nächstes
führt das
UE 201 einen UMTS-Anfüge-Prozess
in Schritt 424 aus. Wenn Verschlüsselungsschlüssel-Werte
für die
zuvor eingerichtete Funkverbindung zwischen dem SGSN 208 und
dem UTRAN 207 dem UTRAN 207 zugestellt werden,
kann der AKA-Prozess vollständig
aus dem UMTS-Anfüge-Prozess fortfallen.
Wenn jedoch lediglich die Authentifizierungsvektor-Erzeugung/-Verteilung
und die wechselseitige Authentifizierung zwischen dem UE 201 und
dem SGSN 208 ohne eine zuvor eingerichteten Funkverbindung zwischen
dem SGSN 208 und dem UTRAN 207 ausgeführt werden,
kann der AKA-Prozess des Zustellens von Verschlüsselungsschlüsseln vom
SGSN 208 zum UTRAN 207 im UMTS-Anfüge-Prozess enthalten
sein.
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In
Schritt 426 erzeugt, d. h. aktiviert, das UE 201 einen
PDP-Kontext für
die Datensendung. Da das UE 201 zuvor der PDP-Adresse IPUMTS durch die Vor-Authentifizierungs- und Vorregistrierungs-Prozesse
zugeordnet wurde, verwendet es die intakte IPUMTS beim
PDP-Kontext-Aktivierungs-Prozess.
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In
Schritt 428 stellt die UE 201 eine Vorregistrierungs-Abschlussnachricht,
die die IPUE oder die IPUMTS enthält, dem
HA 215 zu. Bei Empfang der Vorregistrierungs-Abschlussnachricht
sucht der HA 215 seine Adressverwaltungstabelle nach einem "Next-IP-Adress"-Feld für die IPUMTS oder die IPUE ab,
stellt die IPUMTS, die zuvor im gesuchten "Next-IP-Adress"-Feld registriert
war, als einen Adresswert im "Current-IP-Adress"-Feld ein und führt eine "Null"-Verarbeitung am "Next-IP-Adress"-Feld aus, wodurch
ein Mobil-IP-Registrier-Prozess abgeschlossen ist. Als nächstes stoppt
der HA 215 die Paketpufferung, die während des Handovers des UE 210 ausgeführt wurde,
und leitet die gepufferten Pakete zum UE 201 in Schritt 430 weiter.
In Schritt 432 werden Pakete zwischen dem UE 201 mit
der IPUMTS und dem HA 215 ausgetauscht.
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Wie
es aus der vorangegangenen Beschreibung zu verstehen ist, können beispielhafte
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung Vor-Authentifizierungs- und Vorregistrierungs-Prozesse
während
einer Handovers zwischen heterogenen Netzwerken aus WLAN- und UMTS-Netzwerken
ausführen
wodurch eine Verringerung der Verzögerung maximiert wird, die
durch die Authentifizierungs- und Registrierungs-Prozesse verursacht
werden können,
nachdem sich eine UE bewegt. Darüber
hinaus können
die beispielhaften Ausführungsformen
empfangene Pakete, die für
ein UE bestimmt sind, während
einer Handover-Periode Puffern und anschließend die gepufferten Pakete
zum UE nach Abschluss des Handovers weiterleiten, wodurch zu einer Verringerung
des Paketverlustes beigetragen wird, der während eines Handovers auftreten
kann. Darüber
hinaus können
die beispielhaften Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung einen schnellen, nahtlosen Handover während des
Interworkings zwischen einem WLAN-Netzwerk und einem UMTS-Netzwerk
ermöglichen,
wodurch die Kontinuität
eines Dienstes sichergestellt ist.
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Wenngleich
die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte bevorzugte
Ausführungsformen
derselben dargestellt und erläutert
wurde, wird der Fachmann verstehen, das unterschiedliche Änd0erungen
in Form und Detail vorgenommen werden können, ohne vom Geltungsbereich
der vorliegenden Erfindung abzuweichen, wie er mit den abhängigen Ansprüchen definiert
ist.