DE69817145T2 - Integriertes System der schnurlosen Telekommunikation und eines lokalen Netz - Google Patents

Integriertes System der schnurlosen Telekommunikation und eines lokalen Netz Download PDF

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Integrieren eines drahtlosen LAN mit Mobiltelekommunikationen und insbesondere für eine integrierte Datenkarte mit drahtlosem LAN und Telekommunikation. Auch betrifft die Erfindung ein Netzsystem mit mindestens einem Endgerät und Mitteln zum Einschalten an das Netzsystem.
  • Der Benutzer eines tragbaren Computers oder kleinen mobilen Datenendgeräts kann durch verschiedene Systeme mit einem LAN (Local Area Network – Ortsnetz) verbunden sein. Das LAN kann eine drahtlose Verbindung mit einer drahtlosen LAN-Schnur und einer Antenne bereitstellen. Als Alternative kann Zugang über einen Telefon-Wähldienst unter Benutzung von beispielsweise einer Telekommunikations-Datenkarte und eines Mobilfunkgeräts oder einer integrierten Karte für den Benutzer bereitgestellt werden, wenn er sich außerhalb des Bereichs des drahtlosen LAN befindet. Diese Systeme bieten dem Benutzer ein Maß an Flexibilität, erfordern jedoch, daß sich der Benutzer jedesmal, wenn die Zugriffsweise (oder Schnittstelle) geändert wird, in das LAN einlogt.
  • Es besteht ein Bedarf an Netzzugriffssystemen, die flexibel sind und trotzdem nur minimale Hardware erfordern, da dies das Gewicht und die Kosten steigert.
  • Aus US-Patent US-A-4692918 ist bekannt, ein Netzsystem mit einem Netz, einem Endgerät für Telekommunikation, Mitteln zum Verbinden des Endgeräts mit dem Netz über zwei Schnittstellen, Mitteln zum Umschalten der Netzverbindung zwischen einer Schnittstelle und der anderen, einem Netz-Proxy und einem Endgerät-Proxy bereitzustellen, wobei die Proxys zum Umleiten von Datenpaketen auf der Sicherungsschicht geeignet sind und bereitgestellt werden, um ein nahtloses Umschalten zwischen einer Schnittstelle und der anderen zu unterstützen.
  • Gegenüber der Offenbarung von US-A-4692918 ist die vorliegende Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß das Endgerät für drahtlose Telekommunikation geeignet ist und daß eine Schnittstelle von den zwei Schnittstellen eine drahtlose LAN-Schnittstelle und eine Schnittstelle eine Schnittstelle für Zellulardaten ist, wobei das Endgerät eine Sicherungsschichtadresse aufweist, die vom Endgerät ungeachtet der verbindenden Schnittstelle benutzt wird.
  • So bietet die Erfindung ein einfaches, wirkungsvolles und leicht gebautes Verfahren und eine Vorrichtung zum Anschließen an ein Netz bereit. Die Erfindung ermöglicht dem Benutzer, mit dem Netz verbunden zu bleiben, während er in einem Gebäude einherläuft und während er vom Gebäude entfernt ist. Die Erfindung schaltet nahtlos zwischen den zwei Verbindungen um und ermöglicht die Verwendung einer einzigen Karte zur Durchführung beider Funktionen. Die Verwendung einer einzigen Karte weist zusätzliche Nutzen hinsichtlich der Stromerfordernisse und Batterielebensdauer auf.
  • Die Erfindung bietet einen Mechanismus, der zwischen den Kommunikationsschnittstellen umschaltet, ohne die Kommunikationsprotokolle der höheren Schichten zu beeinflussen, entweder im mobilen Endgerät oder im Netz. Zu den oberen Protokollschichten hin bietet die Erfindung eine einzelne Netzschnittstelle ungeachtet der bestimmten Verbindungsart.
  • Der Netz-Proxy und der Endgeräte-Proxy sind Funktionsblöcke in der Netzarchitektur, die die nahtlose Umschaltung unterstützen. Die Proxys können auf jede bestimmte Kombination von Netz und Endgerät zugeschnitten sein.
  • Ausführungsformen der Erfindung sind hiernach beschrieben, unter Bezugnahme auf die nachfolgenden Figuren, wobei:
  • 1 eine Netzkonfiguration im Umriß zeigt.
  • Die Informationen bezüglich der Fähigkeiten des Netzes sind in einem Netz-Proxy gespeichert. Die Informationen bezüglich der Fähigkeiten eines Endgeräts 10 sind in einem Endgeräte-Proxy gespeichert. Das Endgerät kann sich unter Verwendung herkömmlicher drahtloser LAN-Verbindung, unter Verwendung der kombinierten Karte für Daten und drahtloses LAN 11, der Antenne 12 und 14 und des Zugriffspunkts 16 für das drahtlose LAN anschalten. Sobald es angeschaltet ist, kann das Endgerät mit anderen Vorrichtungen am Netz über einen Ethernet-Backbone 1 kommunizieren. Als Alternative kann sich das Endgerät an das Netz unter Verwendung eines Telefon-Wähldienstes, über die Datenkarte 11 und das Zellularfunktelefon anschalten. Der Wähldienst ermöglicht dem Endgerät, sich in das Netz unter Verwendung der Zellularfunk- und öffentlichen Wählnetztelefondienste 15, 17 und 18 über einen Wähl-Server 19 einzuloggen.
  • Für die oberen Protokollschichten des Endgeräts erscheint die kombinierte Karte 11 als einzige LAN-Schnittstelle, ungeachtet dessen, ob das Endgerät gegenwärtig über das drahtlose LAN oder das Zellularfunk-Datennetz verbunden ist. Es bedeutet, daß keine Protokolle der höheren Schichten ihr Verhalten verändern müssen oder sich der Bewegung der mobilen Endgeräte bewußt sein müssen. In den nachfolgenden Beispielen wird als Beispiel ein Ethernet-Netzsystem benutzt, auf dem TCP/IP abläuft.
  • Der Umschaltemechanismus ist dafür verantwortlich, die Bewegung des mobilen Endgeräts vor den höheren Protokollschichten zu verbergen. Wenn das mobile Endgerät über die Schnittstelle des drahtlosen LAN kommuniziert, überträgt die Anwendung Pakete (einschließlich von Adressenauflösungsanforderungen) wie normal.
  • Der Umschaltemechanismus kommuniziert mit der Schnittstelle des drahtlosen LAN und der Zellularfunk-Datenschnittstelle, um die gegenwärtige Signalstärke der zwei Schnittstellen festzustellen. Die Entscheidung zum Umschalten kann auf Grundlage einer Anzahl von Faktoren getroffen werden. Eine Möglichkeit besteht darin, daß, wenn die Signalstärke des drahtlosen LAN unter einen gegebenen Schwellwert abfällt, die Umschaltefunktion die Zellularfunk-Datenschnittstelle aktiviert und dann die drahtlose LAN-Schnittstelle deaktiviert. Auch können Umschaltungsentscheidungen auf Grundlage gemessener Fehlerraten, Bandbreite oder Kosten getroffen werden.
  • Wenn sich der Umschaltemechanismus entscheidet, eine Umschaltung durchzuführen, sind zwei Szenarios möglich: (1) Umschalten von der drahtlosen LAN-Schnittstelle zur Zellularfunk-Datenschnittstelle oder (2) Umschalten von der Zellularfunk-Datenschnittstelle zur drahtlosen LAN-Schnittstelle. Die durch die Umschaltungsfunktion in beiden Fällen durchgeführten Funktionen werden hiernach beschrieben:
  • 1) Wechseln vom drahtlosen LAN zum Zellularfunk-Datennetz
  • Anfangs aktiviert die Umschaltefunktion die Zellularfunk-Datenschnittstelle, meldet sich beim Zellularfunk-Datennetz an und erstellt eine Wählverbindung zur konfigurierten Adresse des Wähl-Servers. Während des Wählvorgangs informiert der Wähl-Server das Mobilfunk-Endgerät über die IP-Adresse, die es für diese Schnittstelle benutzen sollte. Die Umschaltefunktion muß dann eine Mobilfunk-IP-Nachricht zum Netztelefon senden, die die gegenwärtig aktive IP-Adresse des Mobilfunk-Endgeräts anzeigt. Vom Netz-Proxy wird dann eine unangeforderte ARP-Nachricht über sein IP-Unternetz gesendet, die besagt, daß für die Heimadresse des Mobilfunk-Endgeräts bestimmter Verkehr zum Heimagenten gesendet werden sollte. Der Netz-Proxy empfängt daher die für das Mobilfunk-Endgerät bestimmten Daten, die dann in einem IP-Kopfteil mit der Wählschnittstellen-IP-Adresse verkapselt und über den Wähl-Server zum Mobilfunk-Endgerät übertragen wird. Wenn die integrierte Karte das IP-Paket empfängt, muß sie den äußeren Kopfteil abwerfen und das Paket zu den höheren Protokollschichten weitergeben. Das bedeutet, daß die oberen Protokollschichten immer Verkehr mit der IP-Adresse des drahtlosen LAN senden und empfangen werden. Wenn die drahtlose LAN-Schnittstelle wieder aktiviert wird, muß die Karte eine unangeforderte ARP zu dem Netz übertragen, die die IP- und MAC-Adressen des drahtlosen LAN enthält.
  • An dieser Stelle sollte die drahtlose LAN-Schnittstelle auf der Karte deaktiviert werden. Von den oberen Schichten des Protokollstapels des Mobilfunk-Endgeräts ankommender Verkehr wird nunmehr über die Zellularfunk-Datenschnittstelle weitergeleitet. Die Protokolle der oberen Schicht werden immer noch annehmen, daß das Mobilfunk-Endgerät an ein LAN angeschlossen ist, und daher ARP-Anforderungen für im selben Teilnetz wie das drahtlose LAN residente Endgeräte erstellen. Über die Wählverbindung von der Zellularfunk-Datenschnittstelle sind keine MAC-Adressen erforderlich, da dies eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung zum Wähl-Server ist. Die höheren Protokollschichten erwarten jedoch eine Antwort. Es kann den folgenden alternativen Ansätzen gefolgt werden, um eine Antwort für die höheren Schichten bereitzustellen, so daß sie weiterhin Datenverkehr zur Karte für die Übertragung weiterleiten.
    • – Von der Umschaltefunktion wird die ARP-Anforderung eingefangen und eine ARP-Antwort mit einer MAC-Leeradresse erzeugt, die zu den Protokollen der höheren Schicht weitergeleitet wird. Damit können die oberen Protokollschichten den in einer Warteschlange eingereihten Verkehr auf zeitgerechte Weise weiterleiten. Die ARP-Anforderung kann dann verworfen werden.
    • – Eine Alternative besteht darin, die gefälschte ARP-Antwort immer noch zu den höheren Schichten weiterzuleiten, aber die ARP-Anforderung in eine Warteschlange einzureihen, so daß, wenn die Umschaltefunktion wieder die drahtlose LAN-Schnittstelle aktiviert, alle in die Warteschlange eingereihten ARP-Anforderungen übertragen werden können.
  • Die Antworten würden dann zu den Protokollen der oberen Schicht weitergeleitet werden, um den ARP-Cachespeicher mit der gefälschten MAC-Adresse zu überschreiben.
    • – Eine Alternative besteht darin, die gefälschte ARP-Antwort zu den Protokollen der höheren Schicht zu senden, aber die ARP-Anforderungen auch zum Wähl-Server weiterzuleiten. Sie sollten dann vom Wähl-Server über das örtliche Teilnetz weitergeleitet werden, um eine Antwort zu erhalten. Wenn der Wähl-Server eine Antwort empfängt, sollte er sie zum Mobilfunk-Endgerät weiterleiten. In diesem Fall sollte die integrierte Karte die ARP-Antwort zu den höheren Protokollschichten weiterleiten, um die ARP-Umsetzungsinformationen zu aktualisieren. Dieser Ansatz weist den Vorteil auf, daß wenn das Mobilfunk-Endgerät zum drahtlosen LAN zurückwechselt, es bereits die richtigen ARP-Informationen enthält.
  • Verkehr vom Mobilfunk-Endgerät läuft zum übrigen Netz über die Zellularfunk-Datenschnittstelle. Für das Mobilfunk-Endgerät bestimmter Verkehr wird vom Wähl-Server empfangen und zum Mobilfunk-Endgerät weitergeleitet.
  • 2) Wechseln vom Zellularfunk-Datennetz zum drahtlosen LAN
  • Wenn die Umschaltefunktion die Entscheidung trifft, zur drahtlosen LAN-Schnittstelle zu wechseln, sollte diese Schnittstelle wieder aktiviert werden. Wenn die drahtlose LAN-Schnittstelle aktiv ist, muß das Mobilfunk-Endgerät eine unangeforderte ARP-Nachricht senden, die seine gegenwärtige IP-Adresse und MAC-Adresse anzeigt. Auch muß es eine Nachricht zum Heimagenten senden, die anzeigt, daß er nunmehr über die drahtlose LAN-Schnittstelle verbunden ist und was seine gegenwärtige IP- und MAC-Adresse ist. Vom Netz-Proxy sollte dann eine unangeforderte ARP rundgesendet werden, die die gegenwärtige IP-Adresse und MAC-Adresse des Mobilfunk-Endgeräts angibt. Dann sollte die Umschaltefunktion die aus den obigen Alternativen gewählte notwendige örtliche Funktion zur Wiedergewinnung der ARP auslösen. Zu diesem Zeitpunkt sollte die Zellularfunk-Datenschnittstelle deaktiviert werden. Verkehr vom Mobilfunk-Endgerät fließt dann über den drahtlosen Zugriffspunkt zum übrigen Teilnetz. Von anderen Hosts ankommender Verkehr wird vom drahtlosen LAN-Zugriffspunkt zum Mobilfunk-Endgerät weitergeleitet.
  • Der Zugriffspunkt des drahtlosen LAN und der Wähl-Server können in eine einzige Vorrichtung integriert sein, in der auch der Netz-Proxy implementiert ist. In diesem Fall wird der gesamte Verkehr zu und von anderen Hosts immer über dieselbe Vorrichtung geleitet ungeachtet dessen, ob das drahtlose LAN oder die Zellularfunk-Datenschnittstelle der integrierten Karte aktiv ist. Das bedeutet, daß wenn die aktive Schnittstelle wechselt, keine weiteren unangeforderten ARP über das Netz übertragen werden müssen. Wenn in diesem Fall die Umschaltefunktion sich entscheidet, die aktive Schnittstelle zu wechseln, sendet sie eine Nachricht zu der integrierten drahtlosen Weiterleitungsvorrichtung, die die neue aktive Schnittstelle anzeigt. Diese integrierte Weiterleitungsvorrichtung ist dann für die Weiterleitung des Verkehrs über diese neue Schnittstelle verantwortlich. Dies ist insofern nützlich, daß das übrige Netz nicht weiß, welche Schnittstelle auf der integrierten Karte gegenwärtig aktiv ist. Auch bedeutet dies, daß der Verkehr einen optimalen Weg zum Mobilfunk-Endgerät folgt und nicht über mehrere Netzvorrichtungen weitergeleitet werden muß. Auch wird er durch die Komplexität der Umschaltefunktion verringert, da kein Mobilfunk-IP in der Karte implementiert werden muß.
  • Die nachfolgenden Proxys benutzen das höchste bevorzugte Netz, das eine annehmbare Signalstärke aufweist. Wenn ein mehr bevorzugtes Netz wieder zur Verfügung steht, wechselt der Proxy zu diesem zurück. Wenn das gegenwärtig benutzte Netz unannehmbar wird und keine höheren bevorzugten Netze verfügbar sind, wechselt der Proxy zum nächstniedrigeren bevorzugten Netz, wenn dieses zur Verfügung steht.
  • Endgeräte-Proxy
  • wenn er mit dem drahtlosen LAN verbunden ist während die Signalstärke des drahtlosen LAN größer als ein annehmbarer Pegel ist
    fortlaufende Erfassung der Signalstärke des drahtlosen LAN und Anlegen einer Glättungsfunktion zum Beseitigen von vorübergehenden Signalstärkeschwankungen fortlaufendes Erfassen der Wählnetz-Signalstärke und Anlegen einer Glättungsfunktion zum Beseitigen von vorübergehenden Signalstärkeschwankungen
    Weiterleiten jeglicher von den höheren Schichten des Endgeräts empfangener Daten über die drahtlose LAN-Schnittstelle
    Weiterleiten von von der drahtlosen LAN-Schnittstelle empfangenen Daten zu den höheren Schichten des Endgeräts
    wenn die Signalstärke des drahtlosen LAN unter einem annehmbaren Pegel liegt
    Senden eines Weiterschaltungssignals zum Netz-Proxy, das anzeigt, daß das Endgerät von einem drahtlosen LAN zu einer Wählverbindung wechselt
    Erstellen einer Wählverbindung zum Netz-Proxy
    wenn die Wähl-Verbindung erstellt ist, Deaktivieren der drahtlosen LAN-Schnittstelle, wenn er mit der Wähl-Schnittstelle verbunden ist
    während die Signalstärke des drahtlosen LAN unter einem annehmbaren Pegel liegt und die Wählnetz-Signalstärke über einem annehmbaren Pegel liegt (NB wenn dies die einzigen zwei verfügbaren Netze sind, kann eine Signalstärke über Null annehmbar sein)
    fortlaufendes Erfassen der Signalstärke des drahtlosen LAN und Anlegen einer Glättungsfunktion zum Beseitigen von vorübergehenden Signalstärkeschwankungen
    fortlaufendes Erfassen der Wählnetz-Signalstärke und Anlegen einer Glättungsfunktion zum Beseitigen von vorübergehenden Signalstärkeschwankungen
    Weitergeben aller von den höheren Schichten des Endgeräts empfangenen Daten über Wählschnittstelle einschließlich von Adressenauflösungsanforderungen Weitergeben von von der Wählnetzschnittstelle empfangenen Daten zu den höheren Schichten des Endgeräts einschließlich von Adressenauflösungsantworten
    wenn die Signalstärke des drahtlosen LAN über einem annehmbaren Pegel liegt
    Senden eines Weiterschaltungssignals zum Netz-Proxy, das anzeigt, daß das Endgerät von einer Wählverbindung zu einer drahtlosen LAN-Verbindung wechselt Aktivieren der drahtlosen LAN-Schnittstelle Abbrechen der Wählverbindung zum Netz-Proxy wenn die Signalstärken sowohl des drahtlosen LAN als auch des Wählnetzes unter einem annehmbaren Pegel liegen
    Informieren der höheren Schichten, daß keine Netze gegenwärtig verfügbar sind
    Informieren des Netz-Proxys, daß keine Netze gegenwärtig verfügbar sind
    Abbrechen der Wählverbindung
  • Netz-Proxy (für drahtlose LAN-Brücke, Wähl-Server und Mobilitätsunterstützung)
  • wenn der Proxy Daten für das Endgerät × empfängt wenn das Endgerät × über das drahtlose LAN erreichbar ist
    Weiterleiten von Daten über die drahtlose LAN-Schnittstelle zum Endgerät
    ansonsten, wenn das Endgerät × über die Wählschnittstelle erreichbar ist
    Weiterleiten von Daten über die Wählschnittstelle zum Endgerät
    ansonsten, wenn das Endgerät nicht über irgendein Netz erreichbar ist
    den Sender des Pakets darüber informieren, daß das Endgerät nicht erreichbar ist
    wenn der Proxy Daten vom Endgerät × empfängt
    Weiterleiten der Daten zum Ziel
    wenn der Proxy eine Weiterschaltungsanforderung vom Endgerät × empfängt
    wenn das Endgerät zu einer Wählverbindung wechselt Endgerät zur Liste der gegenwärtigen Wähl-Endgeräte hinzufügen
    wenn die Wählverbindung aktiv ist und das Endgerät vorher mit einer drahtlosen LAN-Schnittstelle verbunden war
    Entfernen des Endgeräts aus der Liste gegenwärtiger drahtloser LAN-Endgeräte
    wenn das Endgerät zu einer drahtlosen LAN-Verbindung wechselt
    das Endgerät zu der Liste gegenwärtiger drahtloser LAN-Endgeräte hinzufügen
    Entfernen des Endgeräts aus der Liste gegenwärtiger Wähl-Endgeräte

Claims (3)

  1. Netzsystem mit einem Netz, einem Endgerät für Telekommunikation, Mitteln zum Verbinden des Endgeräts mit dem Netz über zwei Schnittstellen, Mitteln zum Umschalten der Netzverbindung zwischen einer Schnittstelle und der anderen, einem Netz-Proxy und einem Endgeräte-Proxy, wobei die Proxys zum Umleiten von Datenpaketen auf der Sicherungsschicht geeignet sind und bereitgestellt werden, um ein nahtloses Umschalten zwischen einer Schnittstelle und der anderen zu unterstützen, dadurch gekennzeichnet, daß das Endgerät für drahtlose Telekommunikation geeignet ist und daß eine Schnittstelle von den zwei Schnittstellen eine drahtlose LAN-Schnittstelle und eine Schnittstelle eine Schnittstelle für Zellularfunkdaten ist, wobei das Endgerät eine Sicherungsschichtadresse aufweist, die vom Endgerät ungeachtet der verbindenden Schnittstelle benutzt wird.
  2. Netzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Netz-Proxy das Umschalten vor anderen mit dem Netz verbundenen Vorrichtungen verbirgt.
  3. Netzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Endgeräte-Proxy das Umschalten vor höheren Schichten im Endgerät verbirgt.
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