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Diese Erfindung bezieht sich auf
Telekommunikationssysteme, und insbesondere auf Telekommunikationssysteme,
die sowohl Sprache als auch Daten übertragen können.
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Telekommunikationssysteme wurden
zur Übertragung
von vielen verschiedenen Typen von Nachrichtenübertragung entwickelt. Für die Zwecke der
vorliegenden Erfindung können
diese in zwei verschiedene grundlegende Typen von Telefoniesystemen
untergliedert werden, die als "leitungsvermittelt" und "paketvermittelt" bekannt sind.
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In einem leitungsvermittelten System
wird zu Beginn des Anrufs eine Verbindung zwischen der Quelle und
dem Ziel aufgebaut und für
die Dauer des Anrufs für
die ausschließliche
Verwendung für
diesen Anruf reserviert. Die reservierten Ressourcen können eine
vollständige
physikalische Telefonleitung sein, aber für die meisten Teile des Systems
ist es wahrscheinlich ein Zeitschlitz in einem Zeitmultiplexsystem
und/oder ein zugeordneter Teil des Spektrums in einem (Funk)Frequenzmultiplexsystem
oder einem (optischen) Wellenlängenmultiplexsystem.
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In einem paketvermittelten System
werden aus Daten, die von einem Punkt zu einem anderen übertragen
werden sollen, kurze Elemente gebildet (die als Pakete bekannt sind),
die jeweils separat bearbeitet werden, und entsprechend der Verfügbarkeit der
Netzwerkressourcen zum Übertragungszeitpunkt des
einzelnen Pakets weitergeleitet werden. Dies ermöglicht, dass eine große Anzahl
einzelner Datennachrichten gleichzeitig über jeden einzelnen Zweig des
Netzwerks übertragen
wird, indem Pakete von verschiedenen Anrufen in dem Zweig verschachtelt werden.
Es ist auch möglich,
verschiedene Teile der Daten (d. h. verschiedene Pakete) durch verschiedene
Teile des Netzwerkes zu leiten, wenn keine ausreichende Kapazität auf irgend
einem Übertragungsweg
für die
ganze Nachricht vorhanden ist. Jedes Datenpaket trägt einen
individuellen Kopf für
die Signalisierung, der das Ziel des Paketes anzeigt, sodass das
Paket an jedem Knoten in Richtung seines letztendlichen Ziels geleitet
werden kann. Er trägt
auch eine Nummer in der Reihenfolge, um seine Position in dem ganzen
Paket anzugeben, sodass die empfangende Partei die Pakete am Ende
des Empfangs in der richtigen Reihenfolge wieder zusammensetzen kann,
und feststellen kann, ob irgendwelche Pakete nicht angekommen sind.
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Es existieren verschiedene Protokolle,
wie etwa "TCP/IP" (Transport Control
Protocol/Internet Protocol), das in 11 dargestellt
ist, die die Köpfe zeigt,
die in den einzelnen Paketen zu finden sind. Der Internet-Protokoll(IP)-Kopf 110 (typischerweise 20
Byte) definiert das Ziel, die Quelle und das zu verwendende Übertragungsprotokoll.
Darauf folgen weitere Informationen des Kopfes 111 entsprechend dem
angezeigten Übertragungsprotokoll,
das in diesem Fall "TCP" (Transmission Control
Protocol) ist. Dies umfasst weitere 20 Byte, die die Informationen enthalten,
welches Übertragungsprotokoll
verwendet werden soll – zum
Beispiel SMTP (Small Message Transfer Protocol), FTP (File Transfer
Protocol) oder HTTP (Hyper Text Transfer Protocol). Weitere Kopfinformationen 112,
die für
das angezeigte Protokoll spezifisch sind, folgen. Der Rest des Paketes
umfasst die zu übertragenden
Informationen, die als "Nutzdaten" 115 bekannt
sind.
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Es ist z. B. aus der internationalen
Patentanmeldung WO95/31060 und dem US-Patent 5729544 bekannt, eine
leitungsvermittelte oder eine paketvermittelte Leitweglenkung für eine paketisierte
Nachricht je nach dem in dem TCP-Kopf angegebenen Nachrichtenübertragungsprotokoll 111 auszuwählen. Dies
ermöglicht,
dass kurze Nachrichten, die das "SMTP-Protokoll" verwenden, paketvermittelt
werden, wogegen längere
Nachrichten, wie etwa große Rechnerdateien,
die das FTP-Protokoll verwenden, über einen leitungsvermittelten
Leitweg gesendet werden können.
Der größere Verarbeitungsaufwand für den Aufbau
einer leitungsvermittelten Verbindung im Gegensatz zu dem Aufwand,
der für
die Übertragung
einzelner Pakete erforderlich ist, ist durch die Tatsache, dass
die Datenverarbeitung für
eine leitungsvermittelte Verbindung nur einmal durchgeführt werden
muss, ein Grundaufwand.
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Diese Anordnung berücksichtigt
jedoch nicht den zu übertragenden
Informationsinhalt. Bestimmte Typen von Informationsinhalt sind
inhärent
besser für Leitungsvermittlung
und andere besser für
Paketvermittlung geeignet. Insbesondere können diese Informationen in
zwei Hauptklassen unterteilt werden, auf die sich hier als "verzögerungsintoleranter" Datenverkehr und "beschädigungsintoleranter" Datenverkehr bezogen
wird.
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Traditionelle Sprachtelefonie ist "verzögerungsintolerant". Diese Klasse schließt auch
Datenverkehr wie etwa Live-Videoverbindungen usw. ein. Für solche
Anrufe ist wichtig, dass die Zeit, die der Datenverkehr braucht,
um von der Quelle zum Ziel zu laufen, konstant und so kurz wie möglich bleibt.
Diese Anforderung ist wichtiger als die Vollständigkeit der Daten. In einem
digitalisierten Sprachsignal gibt es z. B. aus der Sicht des Zuhörers beträchtliche
Redundanz in dem Signal, folglich kann der Verlust von etwas digitaler
Information in dem Sprachsignal toleriert werden, wobei immer noch
eine ausreichende Signalqualität
am Empfängerende
bereitgestellt wird. Eine Verzögerung
in der Übertragung
kann jedoch sehr ablenkend sein und die Konversation schwierig machen,
insbesondere, wenn sie nicht konstant ist.
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Im Gegensatz dazu können digitale
Daten, die Text, numerische Daten, Grafiken usw. darstellen, mit
beträchtlichen
Schwankungen der Zeitdauer übertragen
werden, die verschiedene Teile der Daten brauchen, um von der Quelle
zum Ziel zu gelangen. In manchen Fällen können verschiedene Teile des
Signals um so stark verschiedene Zeitdauern verzögert sein, dass die Daten nicht
in der gleichen Reihenfolge ankommen, in der sie gesendet wurden,
aber die Originaldaten können
rekonstruiert werden, wenn die Reihenfolge bestimmt werden kann,
in der sie gesendet wurden. Dies wird erreicht, indem jedes Paket
mit einer Positionsangabe markiert wird, die seine Position in der
Reihenfolge angibt. Bei solchen Übertragungen
ist die Vollständigkeit
der Daten wichtiger als die Zeit, die sie brauchen, um zu ihrem
Ziel zu gelangen, deshalb wird sich in dieser Beschreibung darauf als "beschädigungsintolerant" bezogen.
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Beschädigungsintolerante Daten werden vorzugsweise
mit einem paketvermittelten System übermittelt. Dieses System überträgt jedes
Paket als eine unabhängige
Einheit und die Verläßlichkeit
der Daten bekommt gegenüber
der Geschwindigkeit Priorität,
deshalb ist der Verlust eines einzelnen Pakets unwahrscheinlich.
Wenn ein solcher Verlust auftritt, kann er durch eine Lücke in der
Reihenfolge der Positionsangaben festgestellt werden, und seine
erneute Übermittlung
kann angefragt werden.
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Paketvermittlung ist jedoch für verzögerungsintolerante
Anrufe ungeeignet. Dies liegt erstens daran, dass es keine Sicherheit
gibt, dass das Paket denselben Leitweg nimmt und deshalb die gleiche
Zeit braucht. Solcher Datenverkehr hat darüber hinaus tendenziell eine
kontinuierlichere Natur, was schlecht zu der intermittierenden Natur
eines paketvermittelten Systems passt. Die Aufteilung des Anrufs
in Pakete (die erfordert, dass jedes Paket seinen eigenen Adresskopf
hat) fügt
zu dem Anruf eine erhebliche Menge an Verwaltungsdaten hinzu. Dies
addiert sich auch zum Verarbeitungsoverhead hinzu, der erforderlich
ist, um jedes Paket durch das System zu leiten. Für solche
Arten von Anrufdatenverkehr ist das leitungsvermittelte Punkt-zu-Punkt-System der herkömmlichen
Telefonie geeigneter, weil in einem solchen System die Ressourcen
während
der Dauer des Anrufs von Anschluß zu Anschluß reserviert
sind.
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Ein leitungsvermitteltes System kann
keine effektive paketvermittelte Übertragung ohne Verbindung
anbieten. Ebenso ist es für
paketbasierte Systeme schwierig, verzögerungsintolerante Anwendungen
mit der gleichen Qualität
des Dienstes zu unterstützen,
wie sie traditionelle leitungsvermittelte Telefoniesysteme bereitstellen.
Aus der Perspektive eines Netzwerkbetreibers ist es effektiver,
beschädigungsintolerante
(verzögerungstolerante)
Anrufe mit einem paketvermittelten System und verzögerungsintolerante
Anrufe mit einem leitungsvermittelten System weiterzuleiten. Ein
einzelner Benutzer kann jedoch wünschen,
einen Anschluss für
beide Übertragungstypen
zu nutzen. Das bereits diskutierte System nach dem Stand der Technik
unterscheidet nur zwischen Protokollen, die allgemein für große Dateien
verwendet werden (wie etwa HTTP und FTP), und denen für kleine
Dateien (SMTP). Diese beziehen sich nicht auf den Informationsinhalt
dieser Dateien. Insbesondere ist es möglich, ein Sprachsignal oder
einen anderen verzögerungsintoleranten Strom
von Bits zum Beispiel auf einem Rechner zu erzeugen und ihn als
einen Datenstrom mit einem Anschluss für Daten zu übertragen. Ein besonderes Beispiel
ist die Verwendung des "Internet" zur Übertragung
von Sprach- und Videonachrichten. Wenn das Kommunikationssystem
solche Daten wie einen herkömmlichen
Datenanruf behandelt, kann die am entfernten Ende wahrgenommene
Sprach- und Videoqualität
darunter leiden, dass die Daten paketvermittelt statt leitungsvermittelt
wur den. Umgekehrt ist die Verarbeitung von Daten mit einem leitungsvermittelten
System sowohl bezüglich
der Ressourcen ineffizient als auch weniger zuverlässig als
Paketvermittlung.
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Es ist aus der Sicht des Benutzers
wünschenswert,
alle Arten von Datenverkehr, ob verzögerungsintolerant oder beschädigungsintolerant, über dasselbe
System übertragen
zu können.
Dies ermöglicht
zum Beispiel, dass eine Sprachnachricht von unterstützendem
Text (Daten) begleitet wird.
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Es ermöglicht dem Benutzer ebenso,
denselben Kommunikationsanschluss für alle Arten von Datenverkehr
zu benutzen, was zum Beispiel die Notwendigkeit zweier separater
Anschlüsse
vermeidet. Die wahrgenommene Qualität eines verzögerungsintoleranten
Anrufs kann schwerwiegend verschlechtert werden, wenn ein solcher
Anruf paketvermittelt wird und umgekehrt.
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Derzeit gibt es Vorschläge, um zu
ermöglichen,
dass verzögerungsintolerante
Anwendungen über.
Internet-Protokolle laufen. Eine solche Anwendung ist "Sprache über IP" (VoIP, Voice over
IP), die ein Protokoll verwendet, das als "Benutzerdatagrammprotokoll" (UDP, User Datagram
Protocol) bekannt ist, das in 12 dargestellt
ist. Dieses verwendet denselben IP-Kopf 110 am Anfang,
wie mit Bezug auf 11 diskutiert
wird, aber in diesem Fall folgt ihm ein UDP-Kopf 113 von
fünf Byte.
Darauf können
andere Kopfinformationen 114 folgen, die die Art und Weise
steuern, auf die die Nutzdaten 115 behandelt werden sollen.
Dies weicht von den TCP-Protokollen 112 (11) ab, die anzeigen, wie die Daten formatiert
wurden (z. B. komprimiert). Die Kopfinformationen 114 zeigen
die Priorität
des Paketes an. Es kann ein "Reservierungsprotokoll" (RSVP, Reservation
Protocol) enthalten sein, das die Reservierung von Pufferplatz im
IP-Router bewirkt und die Pakete priorisiert, sodass sie zuerst
bearbeitet werden. Um übermäßigen Datenstau
und Verzögerung
zu vermeiden, ist auch ein "Echtzeitprotokoll" (RTP, Real Time Protocol)
vorgeschlagen worden. Dieses enthält einen "Zeitstempel" und zeigt an, dass jedes Paket, das
dieses Protokoll trägt,
ohne Verarbeitung verworfen werden soll, wenn es am Ziel später als
ein vorher festgelegter Zeitraum nach dem Zeitpunkt ankommt, der
von dem Zeitstempel angezeigt wird. Die kombinierte Verwendung der
zwei Protokolle ermöglicht, dass
das Gleichgewicht zwischen der Verzögerung und der Intaktheit in
einem paketvermittelten System verändert werden kann, um für eine verzögerungsintolerante
Nachricht geeigneter zu sein. Beschädigungsintolerante UDP-Nachrichten, bei
denen die Intaktheit Priorität
vor der Geschwindigkeit hat, sind nicht betroffen, da sie diese
Protokolle nicht enthalten.
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Obwohl die Verwendung dieser Protokolle die
Erzeugung übermäßiger Verzögerung eines Sprachsignals
oder anderer verzögerungsintoleranter
Signale vermeidet, erfordert sie signifikanten zusätzlichen
Verarbeitungsmehraufwand und verursacht im Vergleich zur Verwendung
eines leitungsvermittelten Systems etwas Qualitätsverschlechterung. Es ist
deshalb wünschenswert,
solche Anrufe über
ein leitungsvermitteltes System zu übertragen, wenn ein solches
System für
die ganze oder Teile der Verbindung von Anschluss zu Anschluss verfügbar ist.
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Nach der Erfindung wird ein Verfahren
zur Auswahl der Leitweglenkung für
einen Anruf zwischen einem Anschluss und einem paketvermittelten Gateway
zur Verfügung
gestellt, sodass der Anruf von einem paketvermittelten System oder
von einem leitungsvermittelten System zu oder von dem Gateway weitergeleitet
wird, dadurch ge kennzeichnet, dass die Anwesenheit oder die Abwesenheit
eines Datenprotokolls erkannt wird, das für einen beschädigungsintoleranten
Anruftyp oder einen verzögerungsintoleranten
Anruftyp spezifisch ist, und die Leitweglenkung zwischen dem Gateway
und dem Anschluss so ausgewählt
wird, dass ein beschädigungsintoleranter
Anruf von einem paketvermittelten System und ein verzögerungsintoleranter
Anruf von einem leitungsvermittelten System weitergeleitet wird.
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Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung wird
eine Vorrichtung zur Leitweglenkung von Anrufen zwischen einem Anschluss
und einem Paketvermittlungsgateway zur Verfügung gestellt, wobei die Vorrichtung
durch eine Einrichtung zur Erkennung der Anwesenheit oder Abwesenheit
eines Datenprotokolls gekennzeichnet ist, das für einen beschädigungsintoleranten
Anruftyp oder einen verzögerungsintoleranten
Anruftyp spezifisch ist und das in einem Datenpaket des Anrufs enthalten
ist, und durch eine Einrichtung für die Leitweglenkung des Anrufs
zwischen dem Gateway und dem Anschluss, derart, dass ein beschädigungsintoleranter
Anruf von einem paketvermittelten System weitergeleitet wird und
ein verzögerungsintoleranter
Anruf von einem leitungsvermittelten System von und zu dem Gateway
weitergeleitet wird.
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Übertragungen,
die über
das paketvermittelte System empfangen werden, die aber für die Leitungsvermittlung
geeignet sind, können
deshalb über einen
leitungsvermittelten Leitweg gesendet werden, wenn einer vorhanden
ist. Diese Leitweglenkung verringert sowohl die Komplexität, die in
den Routern des paketvermittelten Systems gebraucht wird, als sie
auch den Umfang des Verwaltungsaufwands verringert, der erforderlich
wäre, wenn
die Sitzung über den
paketvermittelten Leitweg aufgebaut wäre. Insbesondere erfordert
in einem Anruf mit Mobilfunkpaketen jedes Paket eine separate Anfrage,
um die mobile Einheit zu lokalisieren, wobei es dabei keine kontinuierliche
Aktualisierung des Ortes gibt, wie es sie bei einem leitungsvermittelten
Mobilfunkanruf gibt.
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Vorzugsweise umfasst das Verfahren
den Schritt des Abfangens der paketisierten Daten bezüglich des
Aufbaus des Anrufs, der feststellt, ob eines der erwähnten Protokolle
in dem paketbasierten Anruf enthalten ist, und wenn es enthalten
ist, den Anruf von einem paketvermittelten System an ein leitungsvermitteltes
System vermittelt. Wenn ein Paket, das von dem Gateway mit Paketvermittlung über ein leitungsvermitteltes
System empfangen wird, für
die Weiterübertragung
an ein anderes Ziel bestimmt ist, das von dem selben leitungsvermittelten
System bedient wird, kann der Anruf an das Ziel umgeleitet werden,
ohne dass es durch das Paketvermittlungsgateway läuft, was
den Anruf folglich vollständig
leitungsvermittelt macht.
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Das Gateway kann in der Lage sein,
den Typ des Zielanschlusses festzustellen, an den der Anruf übertragen
werden soll, und eine erste Betriebsart, bei der die Protokolle
in der Übertragung
belassen werden, oder einer zweiten Betriebsart, bei der die Protokolle
entfernt werden, dem Typ des Ziels entsprechend auszuwählen.
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Das Ziel eines Anrufs kann aus dem
Adresskopf des ersten Pakets eines Anrufs bestimmt werden, sodass
eine Vermittlungsleitung zwischen dem Gateway und dem Ziel geöffnet werden
kann, und nachfolgende Pakete mit dem selben Kopf dann ebenso über die
selbe Leitung geleitet werden können,
die bis zum Ende der Nachricht aufrechterhalten wird.
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Die Vorrichtung kann einen Teil eines
Telekommunikationsanschlusses bilden, oder einen Teil des Paketvermittlungsgateways
selbst.
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Die Erfindung kann einen Teil einer
vorgeschlagenen Verbesserung des Mobilfunksystems, das als GSM (Global
System for Mobile Telephony) bekannt ist, das dazu eingerichtet
wird, sowohl Sprachsignale als auch Daten zu unterstützen. Bei dieser
vorgeschlagenen Verbesserung werden Signale, die von der stationären Funkbasisstation über die "Funkschnittstelle" von der mobilen
Einheit empfangen werden, durch die mobile Einheit für das Betriebssystem
der Basisstation gekennzeichnet und werden je nachdem, ob sie herkömmliche
digitalisierte Telefonsignale oder "mobile-IP"(Internet Protokoll)-Daten sind, übertragen.
Wenn sie Telefonsignale sind, werden sie über herkömmliche leitungsvermittelte
Mobilfunksysteme übertragen.
Wenn die Datensignale mit dem Internetprotokoll übertragen werden, werden sie
mittels eines paketvermittelten Systems weitergeleitet, speziell
mittels des vorgeschlagenen Allgemeinen Paketfunksystems (GPRS,
General Packet Radio System). Ebenso können Sprachanrufe, die für einen
mobilen Knoten bestimmt sind, einen anderen Leitweg zur Basisstation
nehmen, als den, der von den paketbasierten Anrufen genommen wird.
Dies ermöglicht
dem GSM-Netzwerk, sowohl paketbasierte als auch leitungsvermittelte
Daten effizient zu übertragen,
indem sie über
einen geeigneten Transportmechanismus gesendet werden. Einige Ressourcen
werden unter beiden Mechanismen aufgeteilt, sowohl die Funkschnittstelle als
auch die Steuerung der Basisstelle (Base Site Controller), und beide
Mechanismen können
das Heimatstandortregister (Home Location Register) abfragen, das
die Informationen über
das Profil und die Identität
des Teilnehmers enthält.
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Eine bevorzugte Ausführung der
Erfindung führt
in dem System einen Gatewayknoten ein. Dieser Gatewayknoten fängt die
Codes über
den Aufbau in einem Paket ab, und stellt fest, ob ein RTP- oder RSVP-Protokoll
vorhanden ist. Wenn eines dieser Protokolle in einem Paket vorhanden
ist, dann schaltet der Gatewayknoten von dem pa ketbasierten GPRS
auf das leitungsvermittelte GSM-System um, was ermöglicht,
dass Sprachanrufe über
das leitungsvermittelte System übertragen
werden.
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Der Gatewayknoten ermöglicht die
Verwendung des leitungsvermittelten GSM-Systems, wenn VoIP verwendet
wird, was folglich die Notwendigkeit beseitigt, RSVP- und RTP-Protokolle
in dem GPRS-System
zu unterstützen,
und ermöglicht,
dass der verzögerungsintolerante
Anruf in dem GSM-Teil des Leitwegs des Anrufs leitungsvermittelt
wird.
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Indem diese Brücke zwischen den zwei Systemen
bereitgestellt wird, kann der GSM-Betreiber nun normale leitungsvermittelte
Sprache, Daten (sowohl leitungsvermittelte, als auch paketvermittelte) und
VoIP mit minimalen Modifikationenen des Netzwerkes unterstützen.
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Eine Ausführung der Erfindung wird nun
mit Bezug auf die Zeichnungen im Anhang weiter beschrieben, in denen
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1 ein
herkömmliches
leitungsvermitteltes Telefonnetzwerk schematisch darstellt,
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2 ein
typisches paketvermitteltes Datennetzwerk schematisch darstellt,
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3 ein
GSM-Mobilfunknetzwerk schematisch darstellt,
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4 ein
allgemeines Paketfunksystem (GPRS, General Packet Radio System)
schematisch darstellt,
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5 die
existierende Schnittstelle zwischen dem GSM-Mobilfunksystem und den allgemeinen
Mobilfunksystem (GPRS, General Packet Radio System)- Netzwerken
schematisch derstellt,
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6 eine
Modifikation der Schnittstelle in 5 nach
der Erfindung schematisch darstellt,
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7 eine
schematische Darstellung der funktionalen Elemente des Gatewayknotens 60 in 6 ist, und
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die 8, 9 und 10 Flussdiagramme sind, die die Betriebsweise
des Gateways und der zugeordneten Netzwerkelemente zeigt. Genauer
gesagt zeigt
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8 die
Schritte des Prozesses zur Handhabung der Paketdaten, die von dem
Gatewayknoten 60 in dem Paketdatennetzwerk 52 empfangen
werden.
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9 zeigt
den Prozess, der ausgeführt wird,
wenn der Gatewayknoten 60 Paketdaten von dem Signalisierungsknoten
des Gateways 51 empfängt.
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10 zeigt
den Prozess, der von dem Gatewayknoten ausgeführt wird, wenn Paketdaten von
der Mobilfunkvermittlungszentrale 28 empfangen werden.
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Die 11 und 12 zeigen die Protokolle
des Paketkopfes für
IP/TCP und IP/UDP, und sind schon diskutiert worden.
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1 zeigt
ein vereinfachtes leitungsvermitteltes Telefonsystem. Ein Telefonhandgerät 1 ist
mit einer analogen Verbindung 31 an eine di gitale lokale Vermittlung
(DLE, Digital Local Exchange) und über ein digitales Netzwerk 32 mit
einer digitalen Hauptvermittlungseinheit (DMSU, Digital Main Switching Unit) 3 verbunden,
die die Verbindung 33 zu einer anderen Telefonleitung über den
Betreiber der anderen Leitung (OLO, Other Line Operator) 4 bereitstellt.
Typischerweise verläuft
die Verbindung 33 zu der anderen Leitung über eine
andere DMSU, DLE und ein Handgerät
(nicht gezeigt). In dem Spezialfall, bei dem beide Handgeräte, die
an dem Anruf beteiligt sind, an die selbe DLE angeschlossen sind,
oder an verschiedene DLEs, die an die selbe DMSU angeschlossen sind,
kann die Verbindung auf einer geeigneten Ebene hergestellt werden,
ohne über
höhere Ebenen
in dieser Hierarchie zu gehen. An die DMSU 3 ist außerdem eine
weitere digitale lokale Vermittlung 5 angeschlossen, die
eine Plattform für
Mehrwertdienste (VASP, Value Added Service Platform) 6 bedient.
Diese unterstützt
Funktionen wie etwa Nummernumwertung, indem die DSMU 3 angewiesen wird,
einen Anruf entsprechend eines Nummernumwertungsprogramms in der
VASP 6 umzuwerten und zu leiten.
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In dieser traditionellen leitungsvermittelten Architektur
wird eine spezielle Leitung 32, 33 usw. zwischen
der DLE 2 (die an das erste Handgerät 1 angeschlossen
ist) und der DLE 2, das an das zweite Handgerät angeschlossen
ist, über
die dazwischen liegende DMSU 3 bereitgestellt. Die "Leitung" kann typischerweise
einen Zeitschlitz im Zeitmultiplex umfassen. Wie in 1 gezeigt ist, kann das leitungsvermittelte
System auch andere Typen von Handgeräten unterstützen, wie etwa schnurlose Telefone
(d. h. ein Handgerät 7,
das über
eine Funkverbindung 32 mit einer Basisstation 8 verbunden
ist), die an eine Telefonleitung 31a angeschlossen sind,
oder ein Rechnerterminal 10, das über ein Modem 11 an
die Telefonleitung 31b angeschlossen ist. Das Modem 11 übersetzt
die digitalen Informationen, die von dem Rechnerterminal 10 erzeugt
werden, in Audiosignale, die für
die Übertragung
zu der DLE 2 über
die analoge Verbindung geeignet sind. An der DLE 2 werden alle
Analogsignale einschließlich
Signalen, die digitale Informationen wie etwa von dem Modem 11 darstellen,
zur Übertragung über das
Kernnetzwerk digitalisiert.
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Obwohl das traditionelle Telefonnetzwerk durch
die Verwendung eines Modems für
die Übertragung
von rechnererzeugten Pulsen benutzt werden kann, ist es für solchen
Gebrauch nicht optimiert. Das traditionelle Telefonnetzwerk enthält nun eine
Anzahl von Merkmalen zur Optimierung der Übertragung von Sprachsignalen.
Die Töne,
die von Rechnermodems und Faxgeräten
erzeugt werden, müssen über ein
solches Netzwerk übertragen
werden. Sie müssen
deshalb im selben Band von 300 bis 4.000 Hz wie menschliche Sprache
liegen, um zu ermöglichen, dass
sie übertragen
werden und nicht von der Abtastrate von 8 kHz beschädigt werden,
die im Allgemeinen für
die Digitalisierung von Sprache verwendet wird. Darüber hinaus
werden nun Systeme entwickelt, um nicht sprachähnliche hörbare Störungen aus Sprachsignalen zu
entfernen, was die Übertragung
von Daten über
Sprachleitungen sogar noch schwieriger machen wird.
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Wenn es für die Übertragung von Rechnerdaten
verwendet wird, ist ein weiteres Problem für das Telefonnetzwerk, dass
Rechnerdaten tendenziell in diskontinuierlicher Form übertragen
werden, was für
paketvermittelte Verfahren besser geeignet ist. Während des
Anrufs müssen
jedoch in einem leitungsvermittelten System die Leitungen 32 und 33 offen
gehalten werden. Darüber
hinaus erfordern die Sprachanrufe, für die ein leitungsvermittelter
Anruf optimiert ist, nur eine relativ geringe Bandbreite, die erfordert,
dass Daten mit einer relativ geringen Rate übertragen werden, wenn sie über ein
für Sprache optimiertes
System laufen. Paketvermittelte Systeme haben im allgemeinen eine
hohe Bandbreite und können
mit viel höheren,
schnelleren Datenraten übertragen.
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2 ist
ein Schema, das ein Netzwerk für Paketdaten
nach der IPv4(Internet Protocol version 4)-Norm zeigt. Wie in der
leitungsvermittelten Anordnung in 1 hat
der Benutzer 10 eine feste analoge Zugangsleitung 31 zu
der digitalen lokalen Vermittlung 2. Der Benutzer kann
den Internetserver 12a anrufen. Die DLE behandelt den Anruf
normal, das heißt,
wie er einen normalen Anruf behandeln würde, indem er die analogen
Signale von dem Modem digitalisiert. Diese digitalen Daten werden
nun in dem PSTN-Internetknoten 12a paketisiert. Dies teilt
die Datennachricht in eine Anzahl einzelner Pakete, wobei jedem
ein Adresskopf voransteht, der das letztendliche Ziel der Nachricht
angibt. (Jedes Paket braucht diese Adresse, da die Pakete einzeln übertragen
werden). Jedes Paket wird dann nacheinander zu einem Router 13 übertragen,
der unter den gegebenen geographischen und topologischen Betrachtungen
und Betrachtungen bezüglich
der Netzwerkkapazität
den geeignetsten Leitweg für
das letztendliche Ziel auswählt.
Nicht alle Pakete werden notwendigerweise über den über den selben Leitweg gesendet.
Jedes Paket wird von einem Router zum nächsten weitergegeben (13, 14, 15).
Jeder Router entscheidet für
jedes Paket, das er empfängt,
je nach dem Adresskopf in dem Paket und den Informationen, die in
seinen Leitwegtabellen gespeichert sind, wie etwa die aktuelle Kapazität der Verbindungen
zu anderen Routern, wohin er es als nächstes schickt. Die Pakete
können
an ein Terminal 19b geleitet werden, das an eine Internetstandleitung
angeschlossen ist, das die paketisierten Daten direkt verarbeiten kann.
Alternativ können
die Pakete an einen anderen PSTN-Knoten 12b geleitet werden,
der das Paket in das PCM-Format konvertiert, damit sie als ein normaler
digitalisierter Sprachanruf an eine digitale lokale Vermittlung
(DLE) 18 geleitet werden kann, die den Zielanschluss 19a bedient.
In diesem Fall muss das digitale Format in der DLE 18 wie
bei Sprache in ein analoges Format zurückkonvertiert werden, und wird an
den Anschluss 19a gesendet. Am Anschluss 19a konvertiert
das Modem die analogen Signale zurück in digitale, und das Paket
wird einschließlich
seiner IP-Adresse verarbeitet. Wenn ein Paket nicht ankommt oder
nicht gepuffert werden kann, kann es erforderlich sein, seine erneute Übertragung
auf Peerto-Peer-Ebene über
höhere
Protokolle, wie etwa das schon erwähnte Übertragungssteuerungsprotokoll (TCP,
Transmission Control Protocol) anzufordern.
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3 zeigt
eine typische Mobilfunkarchitektur. Mobile Anschlüsse, die
entweder für
Sprache (20) oder Daten (21) konfiguriert sind,
können
in Funkkommunikation mit der Basisempfänger-/-senderstation 22 stehen,
die eine Verbindung zu einer Basisstationssteuerung (BSC, Base Site
Controller) 23 bereitstellt. Die Basisstationssteuerung 23 steuert die
Funkschnittstelle 30 zu dem mobilen Anschlüssen 20 und 21 und
hat eine feste Verbindung 29 zu einer Mobilfunkvermittlungszentrale 24,
die "Mobilfunkvermittlungszentrale
für Besucher" (VMSC, Visitor Mobile
Switching Centre). Der Mobilfunkvermittlungszentrale 24 ist
ein Besucheraufenthaltsregister (VLR, Visitor Location Register) 25 zugeordnet.
Das Register 25 speichert Daten, die sich auf die Mobilfunkhandgeräte beziehen,
die aktuell von der Mobilfunkvermittlungszentrale 24 bedient
werden. Die VLR 25 empfängt
Daten von einem Heimatstandortregister (HLR) 26, das einen
permanenten Speicher mit Daten hat, die jedem Benutzer zugeordnet
sind, der bei dem HLR 26 registriert ist. Diese Daten werden
an ein VLR 25 übertragen,
wenn die MSC 24 den Kontakt zu dem jeweiligen Mobilfunkhandgerät 20 aufbaut.
Die Kommunikation zwischen dem HLR 26 und dem VLR 25 wird über ein
Anfrageprotokoll abgewickelt, das als Mobilfunkanfrageschnittstelle (MAP,
Mobile Application Part)
27 bekannt ist. Die Verbindungen
zu anderen Betreibern und anderen Netzwerken werden mit Gateway-MSCs
(GMSCs) 28 ausgeführt,
um Anrufe von Mobilfunk zum Festnetz- und von Mobilfunk zu anderem
Mobilfunk zu ermöglichen.
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Wegen des begrenzten Umfangs verfügbarer Funkressourcen
und wegen der Tatsache, dass der Anschluss mobil ist, kann das Netzwerk
die Zuordnung der Kanäle
zu den Anschlüssen
wegen Stau im Durchfluss ändern
müssen,
oder weil sich der Anschluss aus der Reichweite eines Senders entfernt. Ein
solcher erzwungener Wechsel der Kanäle wird Übergabe (Handover) genannt. Übergabeanordnungen
für paketbasierte
Systeme und leitungsvermittelte Systeme unterscheiden sich leicht.
Bei paketbasierten Systemen können
Verzögerungen
bei der Übergabe
auftreten, wobei der Anwendung irgendeine Unterbrechung des "Kontaktes" nicht bewußt wird, vorausgesetzt,
dass alle Pakete ihr letztendliches Ziel erreichen. Für Sprache
und andere verzögerungsintolerante
Anwendungen müssen
solche Unterbrechungen bei einem unmerklichen Minimum gehalten werden,
sodass die Übergabe
nahtlos erscheint.
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Bei der Übertragung einer Datennachricht löst jedes
Paket, das zu der mobilen Einheit übertragen wird, den Aufbau
eines kurzen Mobilfunkanrufs einschließlich dem erforderlichen Funkruf
und anderen Funktionen aus, die erforderlich sind, um den aktuellen
Aufenthaltsort der mobilen Einheit einzurichten. (In den meisten
Fällen
wird dies natürlich
der selbe Aufenthaltsort wie für
das vorhergehende Paket der Nachricht sein). Der Anruf wird nach
jedem Paket abgebrochen, sodass für ein weiteres zu übertragendes
Paket ein neuer Anruf aufgebaut werden muss. Dies fügt der Übertragung
jedes Paketes Verzögerungszeit
hinzu, gibt aber die Ressourcen zwischen den Paketen frei. Das zweite
Paket kann auf einem Kanal, der von dem des ersten verschiedenen
ist, übertragen
werden, und wenn die mobile Einheit sich seit dem vorangehenden
Paket bewegt hat, baut der Aktualisierungsprozess für das neue
Paket am neuen Aufenthaltsort automatisch einen Anruf auf. Im Gegensatz
dazu muss bei einem leitungsvermittelten Anruf die Übergabe
zwischen den Aufenthaltsorten zum Ermöglichen der Kontinuität der Verbindung
so verwaltet werden, dass der Kontakt mit der zweiten Basisstation
aufgebaut ist, bevor er von der ersten verloren wird.
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Wie in 4 gezeigt
ermöglicht
das Mobile Internetprotokoll Version 4 (MIPv4, Mobile Internet Protocol
version 4) die Umleitung von Paketen, die die ursprüngliche
IP-Adressen einkapseln. Es basiert auf "semi-dauerhaften" Fällen
von Mobilität,
bei denen sich ein Anschluss 34 nur zwischen Sitzungen von
einem Ort zu einem anderen bewegen kann, damit keine Übergaben
und Ressourcenverwaltungssteuerung erforderlich sind. Dies wird
von einem "Heimatagenten" 12b ausgeführt, der
der Ziel-DLE 18a zugeordnet ist (die durch die Adresse
definiert ist). Der Heimatagent 12b ordnet dem Anschluss 34 eine
temporäre "Versorgungsadresse" (CoA, Care of Adress)
eines besuchten Servers 12c zu, und arrangiert, dass die
Pakete, die bei dem Heimatagenten 12b ankommen, zu diesem "Fremdserver" 12c weitergeleitet
werden. Wenn das Paket bei dem Fremdserver 12c ankommt,
wird der Kopf entfernt, und das Paket wird zu dem Anschluss 34 heruntergeschickt. Es
ist klar, dass es einen direkteren Leitweg zwischen dem sendenden
Knoten 12a und dem empfangenden "Fremdknoten" 12c als über den Heimatknoten 12b geben
kann: der sendende Knoten und der Fremdknoten (12a und 12c)
können
sogar ein und derselbe sein, wenn die Anschlüsse 10 und 21 aktuell von
derselben DLE bedient werden. Dies kann in "Posaunen" resultieren: das Aufbauen eines unnötig geschalteten
Pfades von Anschluss zu Anschluss über einen benutzerspezifischen
Zwischenpunkt (Server 12b im vorliegenden Fall). Um dies
zu vermeiden, kann der Heimatagent 12b dazu eingerichtet werden,
die aktuelle "Versorgungsadresse" an den (sendenden)
Korrespondentenknoten 12a auf den Empfang des ersten Paketes
hin zurückzusenden. Dies
erlaubt, dass nachfolgende Pakete am ursprünglichen Korrespondentenknoten 12a mit
der CoA eingekapselt werden, und vermeidet das Erfordernis, die
Pakete (anders als das erste) über
den Heimatagenten 12b zu senden.
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Wenn sich der Anschluss 34 in
den Bereich eines neuen Fremdagenten 12c bewegt, wird auf
Anfrage des Anschlusses 21 eine neue CoA zugeordnet. Er
tut dies, indem er ein "Anzeigesignal" analysiert, das
von dem Fremdagenten 12c ausgesendet wird. Wenn das Signal
von dem abweicht, mit dem der Anschlusses 34 aktuell registriert
ist, fragt der Anschluss 34 bei dem Fremdagenten 12c automatisch eine
neue CoA an, der sie an seinen Heimatagenten 12b zurückgibt.
Das Anzeigesignal wird mit einer maximalen Frequenz von 1 Hz verbreitet,
wobei bis zu 3 aufeinanderfolgende Fehler erlaubt sind, bevor eine Entscheidung
getroffen wird (also werden bis zu 3 Sekunden benötigt, bevor
eine Registrierung erfolgreich ausgeführt ist).
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Während
sich der mobile Anschluss 34 bei dem Heimatagenten 12b befindet
bleibt seine IP-Adresse in dem oben dargestellten Szenario unverändert und
er empfängt
und sendet Pakete wie normalerweise. Wenn sich der Anschluss in
einem Netzwerk dann außerhalb
dieses Bereiches zu einem anderen "Fremdagenten" 12c bewegt, registriert sich
die mobile Einheit 34 in diesem Netzwerk 18b, um
eine CoA zu erhalten, die dem Heimatagenten 12b gemeldet
wird. Wenn die Registrierung einmal durchgeführt wurde, kann der Anschluss 34 Pakete empfangen
(entweder über
den Heimatagenten 12b weitergeleitet oder umgeleitet, um "Posaunen", wie oben beschrieben,
zu vermeiden), als ob er in seinem Heimatnetzwerk 18a wäre.
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Die Übertragung von Paketen von
einem mobilen Anschluss ist einfacher als der Empfang durch einen
solchen Anschluss, da alle Router jede IP-Adresse erkennen können, deshalb
hat jeder Router 12b, 12c, der den Anschluss aktuell
bedient, die Fähigkeit,
den Anruf in Richtung des richtigen Ziels zu senden.
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GPRS verwendet einen Mechanismus,
der dem von Mobilem IP ähnlich
ist, tatsächlich
aber ein überlagertes
Netzwerk auf dem leitungsvermittelten GSM-Mechanismus ist, wie in 5 gezeugt ist. Es besteht
aus zwei speziellen GPRS-IP-Routern 50 und 51 und
einem Backbone-Netzwerk 52. Der im Dienst stehende Knoten
für die
GPRS-Unterstützung (SGSN,
Serving GPRS Support Node) 20 ist über eine Steuerung am Basisstandort 23 mit
der mobilen Einheit 21 verbunden, auf die gleiche Weise,
wie der VSMC 24 verbunden ist. Der im Dienst stehende Knoten
für die
GPRS-Unterstützung 50 enthält die Identität des Anschlusses
in seinen Leitwegtabellen, die eingesetzt werden, wenn der Anschluss 21 sich im
Netzwerk registriert. Der zweite Knoten, der als Gatewayknoten für die GPRS-Unterstützung (GGSN, Gateway
GPRS Support Node) 51 bekannt ist, enthält die Identität der SGSN,
um die Köpfe
von irgendwelchen Paketen einzukapseln, die von anderen Datenpaket-Netzwerken
(OPDN, Other Packet Data Networks) 52 für den Anschluss 21 ankommen
(gekennzeichnet durch die IP-Adresse des Anschlusses). Er führt im wesentlichen
Funktionen analog zu denen der Heimatagent-/Fremdagent-Router des Mobilen
IP 12a, 12b und 12c aus, wie oben beschrieben
wurde.
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5 zeigt
auch die Zuordnung zwischen dem GSM-Mobilfunksystem und dem Allgmeinen Paketfunkdienst
(GPRS, General Packet Radio Service). In diesem System wird Nachrichten,
die an das Paketsystem 50 gesendet werden, und denen, die
an das lei tungsvermittelte System 24 gesendet werden, eine
unterschiedliche Identiät
gegeben. Dem Register der Heimatstandorte 26 werden von
dem VMSC 24 Informationen über das Protokoll der Mobilen
Anfrageschnittstelle (MAP; Mobile Application Part) 27 gesendet,
um das HLR von dem Standort der mobilen Einheit zu informieren.
Jede Änderung
des Standortes für
den Paketmechanismus wird direkt zwischen dem SGSN 50 und
dem GGSN 51 aktualisiert.
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Die Einführung des GPRS-Mechanismus stellt
eine verbindungslose Unterstützung
für die
Datenübertragung
bereit, die die Ressourcen nur dann zuteilt, wenn es etwas zu übertragen
gibt. Sie stellt auch auf Anfrage variable Bandbreite zur Verfügung (Ressourcenerlaubnis),
bis zu 76,8 kBit/s. Es ist im wesentlichen ein verbindungsloses überlagertes Netzwerk,
das auf dem Internet-Protokoll basiert, das sich das Netzwerk aus
Basisstationen und Steuerungen 22 und 23 und das
GSM-Netzwerk 24, 25 und 28 teilen. Es
ist mit den GSM-Knoten
(VMSC 24 und HLR 26) über das dem MAP-Protokoll 27 verbunden. Optionale
Verbindungen zwischen den Knoten VMSC 24 und SGSN 50 berücksichtigen
etwas Gemeinsamkeit zwischen den zwei Systemen, und optimieren Funktionen,
die darin wiederholt werden können,
wie etwa die Aktualisierung des Standortes und Funkrufe. Der GPRS-Vorschlag
erfordert nicht, dass das GPRS-Netzwerk
eine Verbindung zwischen dem Gateway-GPRS (GGSN) 51 und
dem HLR 26 aufweist, (die vom Netzwerk ausgelöste Überwachung des
Kontextes ermöglichen
würde).
Wenn eine solche Überwachung
nicht bereitgestellt wird, wird ein Paket, das bei dem GPRS-Netzwerk ankommt,
wenn der Anschluss noch nicht registriert ist, einfach verworfen.
Auf die Verbindung ausgerichtete Sprache und Daten, die über ein
Leitungsverbindungssystem 4 empfangen werden, würden die
allgemeine GSM-Fähigkeit 24, 25 und 28 verwenden.
Verbindungslose Daten, die über
ein Datenpaket-Netzwerk 52 emp fangen werden, würden die
GPRS-Fähigkeit nutzen.
Sicherheits- und Mobilitätsprozeduren
werden in dem SGSN 50 und dem VMSC 24 ausgeführt, und
jede erforderliche zusätzliche
Information würde durch
weitere Interaktion mit dem HLR 26 zur Verfügung gestellt.
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GPRS stellt einen effizienten Transportmechanismus
für Dateien
und Nachrichtendatentypen zu Verfügung, nur indem die Ressourcen über die Funkschnittstelle
zugeteilt werden, wenn sie gebraucht werden. Dies liefert das theoretische
Potential, mehr Benutzer zu versorgen, oder von den Ressourcen gleichmäßigeren
Gebrauch zu machen, und so weitere Einnahmen zu erzeugen. Im Effekt
hat der GSM-Betreiber
nun zwei Subnetzwerke in einem, ein Netzwerk speziell für Pakete
(GPRS) 50, 51 und 52, und ein Netzwerk
speziell für
Leitungsvermittlung (traditionelles GSM) 24, 25, 28 und 29,
die sich Einrichtungen wie etwa das Netzwerk von Basisstationen 22 und 23 und
das Heimatstandortregister HLR 26 teilen.
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Derzeit wird an der Übertragung
von Sprachanrufen über
das Internet entwickelt. Dies ist wegen der Einführung eines "ReSerVierungs-Protokolls" (RSVP, ReSerVation
Protocol) möglich,
das die Ressourcen ähnlich
denen, die bei einem leitungsvermittelten Anruf verwendet werden,
reserviert. Es gibt auch andere Internetprotokolle in "Stimme über IP"("Voice over IP")-Anrufen, wie etwa das "RTP"-Protokoll. Das RTP-Protokoll
versieht ein einzelnes Paket mit einem Zeitstempel, um dem Empfängeranschluss
zu ermöglichen,
zu entscheiden, es zu verwerfen, wenn die Übertragung um mehr als eine
vorgegebene Zeit verzögert
ist, wodurch ermöglicht
wird, dass spätere
Pakete schneller verarbeitet werden. Jedes dieser Protokolle kann
zur Erkennung eines Sprachanrufs verwendet werden, aber das RSVP-Protokoll
wird bevorzugt, weil die IP-Router das RSVP-Protokoll schon erkennen
müssen,
um Ressourcen zu reservieren. Sie müssen das RTP- Protokoll nicht erkennen,
da es nur von den Anschlüssen verwendet
wird. (Die Router können
dazu eingerichtet sein, beide Protokolle als eine Prüfung zu
erkennen, um den Missbrauch des Systems durch die Übertragung
von RSVP-Protokollen ohne RTP-Protokolle zu verhindern, wodurch
das Gleichgewicht zwischen Verzögerungsintoleranz
und Beschädigungsintoleranz
aufgebaut wird.)
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Ein paketbasiertes System ist für die Übertragung
von Sprache inhärent
ineffektiv. Die Erfindung erlaubt, dass Sprache an ein leitungsvermitteltes
System vermittelt wird, wenn der Zugang zu sowohl einem leitungsvermittelten
System (effektiv für Sprache)
und einem paketvermittelten System (effektiv für Daten) möglich ist.
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Die 6 und 7 stellen die Erfindung dar,
die eine Schnittstelle in dem oben beschriebenen System bereitstellt,
um zu ermöglichen,
dass solche Sprachanrufe zwischen dem Internet und einem leitungsvermittelten
Anschluss vermittelt werden. 6 zeigt
eine Modifikation des Systems, das in 5 gezeigt
ist, nach der Erfindung, bei der ein Gatewayknoten 60 in
den Gatewayknoten zur GPRS-Unterstützung (GGSN, GPRS Gateway Support
Node) 51 eingesetzt ist, und 7 stellt
die funktionalen Elemente des Gatewayknotens 60 dar, der
in 6 gezeigt ist. Dieser
Knoten 60 stellt den Zugang zu einer Brücke 61 zwischen dem
Datenpaket-Netzwerk zur Verfügung 50, 51 und 52 und
dem Mobilfunkvermittlungssystem 24 und 28 zur
Verfügung.
Bei Anrufen mit Datenpaketen, die an den Mobilfunknutzer 20 und 21 übertragen
werden, erkennt der Gatewayknoten 60 die Anfrage nach Reservierung
von Ressourcen (unter Verwendung des RSVP-Protokolls), was einen sprachähnlichen
verzögerungsintoleranten
Anruf über
das Internet anzeigt. Wenn dieses Protokoll von dem Gatewayknoten 60 erkannt
wird, wird der Anruf zur Übertragung über den
festen Teil des Mobilfunksprachnetzwerks
28 an die Gateway-Mobilfunkvermittlungszentrale
(GMSC) 28 über
die Brückenverbindung 61 übertragen.
Das HLR wird abgefragt und der Anruf wie bei einem "normalen" leitungsvermittelten
Anruf aufgebaut, seien es leitungsvermittelte Daten oder Sprache über das
Internet. Der Anruf wird dann an die VMSC 24 weitergeleitet,
dann zum BSC 23, zum BTS 22 und schließlich zum
Handgerät 21.
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Die Kopfprotokolle können für den Empfang durch
ein Mobilfunk-Datenhandgerät 21,
auf dem Sprache über
IP (VoIP, Voice over IP) läuft,
beibehalten werden, wie es bei einer paketvermittelten Nachricht üblich ist.
Alternativ kann die Erfindung der Vorrichtung ermöglichen,
direkt an einen normalen Sprachanschluss 20 zu übertragen.
In diesem Fall ist der Gatewayknoten 60, der den Zieltyp
erkennt, dazu eingerichtet, die Köpfe der Pakete einschließlich der IP-Adresse zu entfernen
(nachdem sie verwendet wurden, um das Ziel zu bestimmen), und die
Sprachkodierung bei der BSC 23 aufzurufen. Dadurch kann sie
die Sprachnachricht in einem Form übertragen, die der Sprachanschluss 20 verarbeiten
kann.
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Für
einen von dem Anschluss stammenden Datenanruf, der RSVP verwendet,
wird ein Datenanruf erzeugt, der das RSVP-Protokoll einkapselt.
Die Steuerung der Leitweglenkung kann von dem Anschluss 21,
der Basisstation 23 oder dem Gatewayknoten 60 ausgeführt werden.
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Wenn die Leitweglenkung von dem Anschluss 21 ausgeführt wird,
sendet der Anschluss 21 den Anruf an die BSC 23 als
ob es ein normaler leitungsvermittelter Anruf wäre, der mit der Punktcodeadresse
(Point Code Address) des Gatewayknotens (Nummer im Verzeichnis oder Äquivalentes)
nach der ITU-Norm E.164 an den Gatewayknoten 60 gesendet
werden soll. Die BSC leitet den Anruf als einen normalen leitungsvermittelten
Anruf an die VMSC 24 und folglich an die GMSC 28 und
den Gatewayknoten 60 weiter. Der Gatewayknoten 60 übersetzt
die Punktcodeadresse in die IP-Adresse des GGSN. Das Paket wird
dann an das GGSN weitergeleitet. Das GGSN entfernt diesen eingekapselten
IP-Kopf, was die beabsichtigte IP-Adresse des Ziels sichtbar werden
läßt. Das
GGSN sendet das Paket dann in das IP-Netzwerk 52, damit es wie normal
weitergeleitet und verarbeitet wird. Die Beziehung zwischen GGSN
und GN wird der Leitwegtabelle des GGSN hinzugefügt, um weitere Pakete weiterzuleiten,
wenn sie ankommen. Indem der mobilen Einheit 21 die Entscheidungsgewalt
darüber
gegeben wird, wohin das Paket gesendet wird, wird jegliche Notwendigkeit
von zusätzlicher
Funktionalität
in der BSC 23, der VMSC 24, der SGSN 50 und
der GGSN 51 beseitigt.
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Alternativ kann die BSC 23 selbst
dazu eingerichtet werden, die RSVP-Protokolle zu erkennen und Pakete
abzufangen, die sie enthalten, und sie dann als einen leitungsvermittelten
Anruf über
die VMSC 24 statt über
den Gatewayknoten 50 zu dem Gatewayknoten 60 weiterzuleiten.
Dies ermöglicht die
Verwendung von standardmäßigen mobilen
Datenanschlüssen,
die Pakete übertragen,
die das RSVP-Protokoll
enthalten, erfordert aber die Modifikation der Netzwerkinfrastruktur
auf der Ebene des BSC.
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In einer dritten möglichen
Anordnung ist der Gatewayknoten 60 dazu eingerichtet, Pakete
abzufangen, die über
das Paketnetzwerk (SGSN 50) empfangen werden, und die Basisstation
anzuweisen, jedes nachfolgende Paket von der selben Quelle über das
leitungsvermittelte Netzwerk (24, 28) umzuleiten. Dies
konzentriert die zusätzliche
Funktionalität
in dem Gatewayknoten 60, (in dem sich auch die Funktionalität für den Rückwegpfad
befindet), und ist kompatibel mit standardmäßigen VoIP-Anschlüssen und Basisstandortsteuerungen,
er fordert aber, dass der Gatewayknoten das Paket dekompiliert, um
die ursprünglichen
Adressdaten zu lesen. Es wird außerdem angemerkt, dass der
Gatewayknoten 60 einen Anruf nicht über einen leitungsvermittelten
Leitweg 29, 24, 28, 61 umleiten
kann, bis wenigstens ein Paket über
den paketvermittelten Leitweg 50, 51 übertragen
wurde.
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7 ist
ein schematisches Diagramm, das die Beziehungen zwischen den verschiedenen
funktionalen Elementen des Gatewayknotens 60 im Detail
zeigt. Der gezeigte Gatewayknoten 60 enthält die Einrichtungen,
um die paketvermittelten Sprachanrufe, die von einem Anschluss 21 über das
SGSN empfangen werden, wie oben beschrieben wurde, als auch von
anderen Netzwerken 52 ankommende paketvermittelte Sprachanrufe
umzuleiten.
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Wie bei prozessorbasierter Technik üblich können die
verschiedenen funktionalen Elemente als Software auf einem Rechner
für allgemeine
Zwecke ausgeführt
werden. Darüber
hinaus treten bestimmte Funktionen an mehr als einer Stelle in dem
System auf und werden nicht notwendigerweise in getrennten physikalischen
Elementen ausgeführt.
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Der Gatewayknoten 60 kann
paketisierte Signale von oder zu dem Paketdatennetzwerk 52 (6) handhaben, und sie, wie
es angemessen ist, entweder an den Gatewayknoten zur Unterstützung 51 und
dann über
das paketvermittelte System 50 oder an die Mobilfunkvermittlungszentrale
leiten. Er kann die Signale von dem Gatewayknoten zur Unterstützung 51 und
von der Mobilfunkvermittlungszentrale 28 auch in das Paketdatennetzwerk 52 speisen.
-
Paketsignale, die von dem Paketdatennetzwerk 52 ankommen,
laufen an einem Eingang 70 in dem Gatewayknoten und werden
zuerst von einem Kopferkennungselement 71 untersucht. Pakete,
die das RSVP-Protokoll
tragen, werden von dem Kopferkennungselement erkannt, das ein Leitweglenkungselement 72 steuert,
um jedes Paket mit diesem Protokoll zu einem Ausgang 73 umzuleiten.
Pakete, die das RSVP-Protokoll nicht enthalten, werden zu einem
Ausgang 74 umgeleitet, wo sie zur Übertragung auf die bei GPRS übliche Weise
in den Gatewayknoten für
die GPRS-Unterstützung 51 gespeist
werden.
-
Pakete, die an den Ausgang 73 weitergeleitet
werden, werden als nächstes
von einem Adressüberwachungselement 75 überwacht.
Das Adressüberwachungselement 75 liest
die Adresse des ersten Paketes und kapselt den Kopf mit dem Punktcode der
nächsten
GMSC 28 ein. Die GSMC kann dann wie bei einem normalen
leitungsvermittelten Anruf das HLR 26 abfragen. Das Paket
am Anfang kann Informationen bezüglich
der Fähigkeiten
der Ausstattung des Anschlusses enthalten, die verwendet werden
können,
um zu erkennen, ob der Zielanschluss ein Sprachanschluss 20 oder
ein Datenanschluss 21 ist. Alternativ kann der Adressüberwacher 75 solche Informationen
aus der HLR 26 abfragen, wobei er die Identität der Ausstattung
(EIN, Equipment Identity) verwendet, die der Zieladresse (Benutzernummer) im
HLR 26 entspricht. Wenn für die Ausrüstung des Anschlusses von dem
Adressüberwacher 75 bestimmt
wird, dass auf ihm eine sprachfähige
Anwendung läuft
(wie etwa VoIP), oder wenn es einen leitungsvermittelten Datenaufbau
benötigt,
markiert der Adressüberwacher 75 den
Aufbau als "Daten", und der Aufbau
wird wie für
normale leitungsvermittelte GSM-Datenanrufe eingerichetet. Wenn
auf der Ausrüstung
des Anschlusses nur traditionelle GSM-Sprachanwendungen laufen, dann markiert
der Adressüberwacher 75 den
Aufbau als "Sprache" und veranlasst,
dass die Kopfinformationen von einer Kopfentfernungseinheit 77 vor
der Übertragung
ent fernt wird. In diesem Fall ist das Paket dann an der BSC 23 wie
für einen
normalen GSM-Sprachanruf sprachkodiert.
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Für
die nachfolgenden Pakete an die selbe Adresse ist keine weitere
Interaktion mit dem HLR 26 erforderlich. Die Adresse wird
von dem Adressüberwacher 75 erkannt,
und die Pakete werden über
die leitungsvermittelte Verbindung übertragen, die schon aufgebaut
wurde, wobei die Kopfinformationen beibehalten oder entfernt werden,
je nachdem, was erforderlich ist.
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Der in 7 gezeigte
Gatewayknoten 60 ist auch dazu eingerichtet, von der Gateway-Mobilfunkvermittlungszentrale 28 ankommende
Pakete zu bearbeiten. Auf den Empfang der Pakete von dem GSMC hin übersetzt
der Gatewayknoten 60 den Punktcode des Gatewayknotens in
einer Übersetzungseinheit 76 in
den des GGSN 51, und setzt diese Adresse in den Kopf. Er
kopiert die Informationen in einen Cache, um eine schnellere Übersetzung
zu ermöglichen.
Das GGSN 51 empfängt
das Paket, entfernt den eingekapselten Kopf, erkennt die ursprüngliche
IP-Adresse des Ziels, die von dem Anschluss gesendet wurde, und
leitet sie an das IP-Netzwerk weiter, damit es entsprechend weitergeleitet
wird.
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Wenn ein Paket an ein Ziel adressiert
ist, das von der selben Mobilfunkvermittlungszentrale 28 bedient
wird, wenn es angekommen ist, überträgt ein Adressüberwachungselement 75a eine
Anweisung an ein zweites Leitweglenkungselement 78, das
Paket zu der Mobilfunkvermittlungszentrale 28 zurückzuleiten.
Wenn dies das erste solche Paket ist, erfordert dies unter den Anweisungen
des ersten Adressüberwachers 75 die
Erzeugung einer leitungsvermittelten Verbindung zum Ziel, und, wenn
angemessen, auch das Entfernen der Kopfinformationen in der Kopfentfernungseinheit 77.
Der Adressüberwacher
75a kann
auch eine Umleitungseinheit 79 dazu veranlassen, die Mobilfunkvermittlungszentrale 28 anzuweisen,
eine direkte Verbindung von der Leitung, aus der das Paket ankam,
zu der Leitung, zu der das Paket geleitet werden soll, aufzubauen.
Dies vermeidet, dass nachfolgende Pakete auf dieser bestimmten Verbindung "posaunt" werden, das heißt, dass
sie von der Mobilfunkvermittlungszentrale 28 zu dem Gatewayknoten 61 geleitet
werden, nur um dann zu der Mo- bilfunkvermittlungszentrale 28 zurückgeleitet zu
werden. Diese Umleitungsfunktion kann nur ausgeführt werden, wenn der Adressüberwacher 75 den Zielanschluss
als einen erkennt, der kein Entfernen der Kopfinformationen erfordert,
da Pakete, für
die ein solches Entfernen erforderlich ist, nach wie vor über die
Kopfentfernungseinheit 77 laufen müssen.
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Die Arbeitsweise der Erfindung wird
nun im Detail beschrieben. Zuerst werden die Standard-Internetprotokollköpfe beschreiben,
die verwendet werden, wenn ein Sprachanruf über das Internet übertragen
wird. Zwei Protokolle sind für
die Verwendung bei Sprachübertragungen über das
Internet vorgesehen, um die Probleme zu verringern, die durch die
paketvermittelte Natur des Systems verursacht werden. Erstens wird
ein Reservierungsprotokoll (RSVP, Reservation Protocol) bereitgestellt.
Dieses zeigt dem paketvermittelten Netzwerk an, dass ein Leitweg
für die
Verwendung bei diesem Anruf identifiziert werden soll, so dass alle
Pakete den selben Leitweg nehmen. Typischerweise ergibt dies nur
eine Priorität
für solche
Anrufe, statt dass ihnen eine absolute Reservierung gegeben wird.
Trotzdem stellt dies jedoch sicher, dass alle Pakete über den
selben Leitweg geleitet werden und deshalb ähnliche Verzögerung haben.
Zweitens gibt es einen Zeitstempel oder "Echtzeitprotokoll" (RTP, Real Time Protocol). Dieses sorgt dafür, dass
irgend ein vorgegebenes Paket am Anschluss verworfen werden soll,
wenn nicht innerhalb eines bestimmten be grenzten Zeitrahmens übertragen
wurde. Für
einen Sprachanruf ist dies akzeptabel, da der Verlust eines bestimmten
Paketes viel weniger wichtig ist als bei einem normalen Datenanruf, bei
dem alle Pakete empfangen werden müssen, wenn die Daten nicht
beschädigt
werden sollen. Beide Protokolle können parallel verwendet werden,
um sicherzustellen, dass ein Sprachsignal mit geeigneter Qualität innerhalb
der angegebenen Verzögerungsbedingungen über das
Paketnetzwerk übertragen werden
kann. In der vorliegenden Ausführung
wird das RSVP-Protokoll verwendet.
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In der in 6 gezeigten Anordnung liest der Gatewayknoten 60 die
einzelnen ankommenden Pakete, die über ein anderes paketvermitteltes
Netzwerk 52 empfangen werden, untersucht sie nach RSVP-Protokollen und leitet
solche Pakete an eine leitungsvermittelte Verbindung in dem leitungsvermittelten
Teil des Mobilfunknetzwerks. Das erste Paket eines solchen Anrufs
veranlasst das Heimatstandortregister 26, das Ziel 21 des
Anrufs zu erkennen, und öffnet
eine vermittelte Leitung einschließlich einem Funkkanal zwischen
dem Gateway-MSC 28 und dem Benutzer 21. Alle nachfolgenden
Pakete mit dem selben Kopf werden dann ebenso über die selbe Leitung geleitet,
die bis zum Ende der Nachricht aufrechterhalten wird, das entweder
durch ein vorher festgelegtes "Ende"-Protokoll oder durch
die Abwesenheit von irgendwelchen Paketen in einem Zeitraum von
vorher festgelegter Dauer erkannt wird.
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Wenn ein Paket von dem Paketdatennetzwerk 52 (Schritt 80)
empfangen wird, wie in 8 gezeigt
ist, liest der Gatewayknoten 60 zuallererst die Kopfinformationen
(Schritt 81) und erkennt, ob das RSVP-Protokoll vorhanden ist. Wenn es nicht
vorhanden ist, dann wird das Paket wie in dem herkömmlichen
GSM/GPRS-System zu dem GPRS-Knoten 50 übertragen
(Schritt 83).
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Wenn das relevante Protokoll erkannt
wird, wird das Paket zu dem Adressüberwacher 75 geleitet,
der die Adressinformation in dem Kopf liest (Schritt 84).
Er leitet das Paket dann zu der Mobilfunkvermittlungszentrale 28 weiter.
Dann ordnet er die Beziehung in dem Gatewayknoten 60 zu,
sodass jegliche weiteren Pakete, die für diese Adresse ankommen, automatisch
an die Leitungen vermittelt werden, die dem "Anruf" zugeordnet sind. Die GMSC 28 verarbeitet
den Anruf, als ob er ein leitungsvermittelter Anruf wäre (entweder
Daten oder Sprache).
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Die Information über den Typ der Anwendung und
die Verarbeitungsmöglichkeiten,
die an dem Anschluss laufen, ist in dem Paket am Anfang und in der
Identität
des Anschlusses, die in dem HLR gespeichert ist, verfügbar. Hier
wird der Anruf als Daten (keine Änderungen
der Kopfinformationen erforderlich, das heißt, für Anschlüsse, an denen VoIP läuft) oder
Sprache (Kopfinformationen werden entfernt und die Sprache in der
BSC kodiert) klassifiziert.
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Wenn die leitungsvermittelte Verbindung
einmal aufgebaut wurde (Schritt 86) und die Seriennummer
der Ausrüstung
am Ziel (ESN, Equipment Serial Number) von dem Heimatstandortregister 26 abgerufen
wurde (Schritt 87), wird die ESN des Ziels gespeichert.
Dies ermöglicht,
dass für
nachfolgende Pakete die Entscheidung (Schritt 88) getroffen
wird, ob die Kopfinformationen entfernt werden sollen (Schritt 89),
ohne sich weiter auf das Heimatstandortregister 26 zu beziehen.
Für von
dem Anschluss stammende Pakete kann der Anschluss 21 entsprechend
der Anwesenheit oder Anderem des RSVP-Protokolls bestimmen, ob die Anfrage
nach einem leitungsvermittelten oder einem paketvermittelten Mechanismus besteht.
Alternativ kann die Steuerung des Basisstandorts 23 für Datenanrufe
einge richtet sein, die über
einen leitungsvermittelten Leitweg geleitet werden sollen, wenn
das RSVP-Protkoll erkannt wird. 9 stellt
eine dritte Möglichkeit
dar, die von dem Gatewayknoten 60 ausgeführt wird,
wenn Paketinformationen von einem Anschluss 21 über die
GMSC 28 empfangen werden, was dem Gatewayknoten selbst ermöglicht,
eine leitungsvermittelte Verbindung von dem Anschluss zu dem Gatewayknoten 60 aufzubauen.
Dies erlaubt die Verwendung von herkömmlichen Anschlüssen und
Mobilfunkinfrastruktur.
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Wenn das Paket von dem SGSN 50 empfangen
wird (Schritt 91), werden die Kopfinformationen von einer
Kopferkennungseinheit 71a gelesen (Schritt 92),
und die nächstgelegene
GGSN-Adresse 51 wird hinzugefügt (Übersetzer 76). Das
Paket wird dann an das GGSN 51 weitergeleitet, das seine
eigene GGSN-Adresse entfernt, und das Paket dann auf normale Weise
zum richtigen Ziel-Paketdatennetzwerk 52 überträgt (Schritt 94).
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Wenn die Kopferkennungseinheit 71a jedoch erkennt,
dass es eine RSVP-Anfrage gibt (Schritt 93), liest sie
die IP-Adresse des Ursprungs aus dem IP-Kopf. Mit dieser Information
fragt sie das Äquivalent
des MSISDN (Verzeichnisnummer) des Ursprungsanschlusses aus dem
HLR 26 ab, wobei sie die IP-Adresse des Ursprungs verwendet,
und das Paket mit der Adresse einkapselt. Dies ermöglicht den
Elementen 23, 24 und 28 des leitungsvermittelten
Systems, einen Anruf zu verarbeiten, der so aufgebaut ist, als ob
er ein normaler leitungsvermittelter GSM-Anruf wäre (Schritt 95). Das
Paket am Anfang wird dann über
das GGSN 51 auf normale Weise weitergeleitet, aber die
nachfolgenden Pakete kommen über
die Brückenverbindung 61 von
dem leitungsvermittelten Leitweg an, und werden behandelt, wie nun mit
Bezug auf 10 beschrieben
wird.
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10 stellt
die Funktionsweise des Gatewayknotens 60 nach dem Empfang
eines Paketes von der Gateway-Mobilfunkvermittlungszentrale 28 dar.
Es ist klar, dass jedes Paket, das über diesen Leitweg empfangen
wird, einen Teil einer verzögerungsintoleranten
leitungsvermittelten Nachricht bildet. Dies sind die einzigen Typen
von Paketen, die über
die das leitungsvermittelte System und die Verbindung 61 geleitet
werden, nachdem sie (von dem gerade mit Bezug auf 9 diskutierten Prozess) als Reaktion
auf das Paket am Anfang der Nachricht oder von der BSC 23 oder
dem Anschluss 21 umgeleitet wurden. Wenn einmal ein Paket über die
Verbindung 61 empfangen wurde (Schritt 101), liest
der zweite Adressüberwacher 75a die
Adresse aus den Kopfinformationen in dem Paket (Schritt 102).
Wenn die Adresse, an die ein Paket gerichtet ist, aktuell nicht
von der selben Mobilfunkvermittlungszentrale 28 bedient
wird, wie die, mit der der Gatewayknoten eine Verbindung über die
Brückenverbindung 61 hat, wird
das Paket einfach an das Paketdatennetzwerk 52 übertragen
(Schritt 104). Wenn jedoch die selbe Mobilfunkvermittlungszentrale 28 die
Adresse bedient, dann wird der Anruf zu der Mobilfunkvermittlungszentrale 28 zurückgeleitet.
Wie mit den Paketen, die von dem Paketdatennetzwerk 52 empfangen wurden,
wird eine Anzahl von Prozessen vor der weiteren Übertragung des Paketes ausgeführt. Wenn diese
Schritte die selben wie in 8 sind,
werden dieselben Referenznummern verwendet. Zuerst ruft der Adressüberwacher 75 die
Seriennummer des Zielanschlusses aus dem Heimatstandortregister 26 ab
(Schritt 87). Wenn diese Seriennummer der eines Sprachanschlusses
entspricht (Schritt 88), werden die Kopfinformationen von
der Kopfentfernungseinheit 77 entfernt (Schritt 89)
und das Paket wird dann zu der Mobilfunkvermittlungszentrale 28 zur
weiteren Übertragung
an den Sprachanschluss 20 übertragen (Schritt 90).
Für nachfolgende
Pakete ist es ebenfalls erforderlich, die Kopfinformationen zu entfernen,
und es ist folglich erforderlich, dass sie von den Prozessen der
Schritte 101, 102, 103, 87, 88, 89 und 90 bearbeitet
werden. Als eine Alternative kann der Gatewayknoten 60 dazu
eingerichtet werden, zu ermöglichen,
dass die Kopfinformationen von allen Paketen an ein vorgegebenes
Ziel auf Anweisung des HLR 26 entfernt werden.
-
Wenn die Seriennummer als nicht zu
einem Sprachanschluss gehörig
erkannt wird, kann der Gatewayknoten die GMSC 28 mittels
der Mobilfunkanfrageschnittstelle 27 anweisen, den Anruf
direkt zu der mobilen Zieleinheit 21 zu leiten (Schritt 105).
Dies macht den Anruf vollständig
leitungsvermittelt, und vermeidet das "Posaunen" des Anrufs (das heißt, Leitweglenkung eines Signals über die
Brückenverbindung 61,
nur damit der Knoten 60 ihn wieder über die selbe Brückenverbindung 61 zurücküberträgt). Das
erste Paket wird dann an die Mobilfunkvermittlungszentrale 28 für die weitere Übertragung
an den Datenanschluss 212 zurückübertragen (Schritte 105 und 90).
Nachfolgende Pakete beziehen den Gatewayknoten 60 jedoch
nicht ein, da die Mobilfunkvermittlungszentrale 28 angewiesen
ist (Schritt 105), ihn direkt zum Zielanschluss zu leiten.