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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Umleiten einer Verbindung,
die über
einige, Kontextinformationen über
die Verbindung haltende Hauptnetzelemente geleitet wird.
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Hintergrund
der Erfindung
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Telekommunikationsnetze
können
in leitungsvermittelte Netze und paketvermittelte Netze eingeteilt werden.
In leitungsvermittelten Netzen wird vor Beginn der Übertragung
eine Leitung für
die Kommunikation zugewiesen. Ein Beispiel einer den Benutzern A
und B zugewiesenen Leitung ist in 1 gezeigt,
die die zugewiesene Leitung zeigt, die nur von diesen Benutzern
verwendet werden kann. Informationen über den Empfänger der
gesendeten Informationen ist einfach in die Leitungskennung aufgenommen.
Der Hauptnachteil dieses Vermittlungsverfahrens ist, dass die Leitung
reserviert ist, auch wenn gar keine zu sendenden Informationen vorhanden
sind.
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In
verbindungslosen paketvermittelten Netzen ist das Übertragungsmedium
allen Benutzern gemein. Die Informationen werden in Paketen gesendet,
und alle Pakete enthalten Informationen über ihr Ziel. Es besteht keine
Notwendigkeit, für
die Kommunikation vor dem Beginn der Übertragung Übertragungsmittel zuzuweisen.
Es werden keine Pakete übertragen,
wenn es keine zu sendenden Informationen gibt. So wird die Netzkapazität nicht umsonst
belegt. Beruhend auf den in dem Paket enthaltenen Informationen über das
Ziel leitet jedes Netzelement das Paket zu dem nächsten Netzelement. Die möglichen
Leitwege für
die von Benutzer A zu Benutzer B gesendeten Pakete sind in 2 gezeigt.
Im Grunde laufen nicht alle von Endgerät A zu Endgerät B gesendeten
Pakete notwendigerweise über
denselben Leitweg.
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In
verbindungsorientierten paketvermittelten Verfahren ist ein Verfahren
zum Aufbau virtueller Leitungen bekannt. Eine virtuelle Leitung
umfasst vorbestimmte Zweige zwischen Netzelementen, und jedes Paket in
einer Verbindung wird entlang desselben Leitwegs geleitet. So werden
die Informationen wie in leitungsvermittelten Netzen gemäß 1 geleitet,
jedoch die Kommunikationskapazität
nicht (umsonst) belegt, wenn es nichts zu senden gibt. Jedes Paket
enthält
Informationen über
seine virtuelle Leitung und jedes Netzelement hält Kontextinformationen, die
angeben, wohin ein Paket mit einer bekannten virtuellen Leitung
zu leiten ist, und welche Kennung auf dem nächsten Zweig zu verwenden ist.
Ein Beispiel eines Verfahrens, das virtuelle Leitungen verwendet,
ist das bekannte ATM- (Asynchroner Transfermodus) Verfahren.
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Es
ist auch bekannt, dass die Verfahren der virtuellen Leitung und
verbindungslosen Paketvermittlung ohne virtuelle Leitungen kombiniert
werden können.
In einem derartigen Verfahren gibt es einige Netzelemente, über die
alle Pakete geleitet werden. Ein Beispiel eines derartigen Verfahrens
ist in 3 gezeigt. In 3 wird eine
virtuelle Leitung, die durch die Netzelemente 12 und 22 läuft, zwischen
dem Sender A und einem Netzelement 31 zugewiesen. Das Netzelement 32 hält Kontextinformationen
für die
Verbindung und weiß, dass die
Pakete auf dieser virtuellen Leitung für den mit einem Netzelement 53 verbundenen
Empfänger
B bestimmt sind. Zwischen den Netzelementen 32 und 52 wird
ein verbindungsloses paketvermitteltes Netz verwendet, und Pakete
vom Element 32 können
entlang verschiedener Leitwege zum Element 52 geleitet
werden. Trotzdem werden alle Pakete durch die Netzelemente 12, 22, 32 und 53 geleitet,
die somit eine virtuelle Leitung zwischen den Endgeräten A und
B bilden. Es ist beachtenswert, dass A keine Verbindung zu B aufbauen
könnte,
wenn beispielsweise das Netzelement 32 nicht die erforderlichen
Kontextinformationen bezüglich
der Verbindung halten würde.
Diese Informationen hält
beispielsweise das Netzelement 31 nicht. Deshalb müssen alle Datenpakete
der Verbindung über
das Netzelement 32, sowie auch über die Elemente A, 12, 22, 53 und
B geleitet werden, die die Hauptnetzelemente der Verbindung sind.
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Ein
Beispiel eines virtuelle Leitungen verwendenden Systems ist der
von der ETSI (European Telecommunications Standards Institute) festgesetzte
General Packet Radio Service GPRS. Die Grundstruktur des GPRS-Netzes
ist in 4 gezeigt. Die gezeigten Elemente sind ein Serving
GPRS Support-Knoten (SGSN1, SGSN2), ein Gateway GPRS Support-Knoten
(GGSN1, GGSN2) und das BSS ("Base
Station Subsystem" bzw.
Basisstation-Subsystem) bestehend aus einer Basistation-Steuereinrichtung
(BSC1, BSC2) und vielen Basis-Sende/Empfangsstationen (BTS11, BTS12,
BTS21, BTS22). Verbindungen zu anderen Netzen (nicht gezeigt), wie
dem Internet oder einem X.25-Netz, werden über den GGSN hergestellt. Außerdem enthält das Netz
ein Heimatstandortregister ("Home
Location Register" HLR),
in dem beispielsweise Informationen über die genutzten Dienste festgehalten
werden.
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Befindet
sich eine Mobilstation MS in einer Zelle, wird grundsätzlich jedes
für die
MS bestimmte oder von ihr gesendete Paket durch dieselbe BTS, dieselbe
BSC, denselben SGSN und denselben GGSN übertragen. Die MS kann keine
Verbindung zu dem GGSN aufbauen, wenn der verwendete SGSN keine
Kontextinformationen für
diese MS enthält.
Die Mobilstation MS befindet sich in Zelle ZELLE11 und kommuniziert
mit einer BTS, BTS11, über
die Luftschnittstelle Um. Zwischen der BTS und dem SGSN ist eine
virtuelle Leitung aufgebaut, und alle Pakete werden entlang des
selben Leitwegs übertragen.
In dem verbindungslosen paketvermittelten, das Internetprotokoll
(IP) zwischen dem SGSN und dem GGSN verwendenden Netz kann die Übertragung
verschiedener Pakete verschiedene Leitwege verwenden.
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Die
Verbindung zwischen der Mobilstation MS und dem SGSN wird eindeutig
durch einen Leitwegbereich ("Routing
Area") RA und die
vorübergehende
logische Verknüpfungsidentität ("Temporary Logical
Link Identity" TLLI)
identifiziert. Ein Leitwegbereich besteht aus einer oder mehreren
Zellen und wird in der GPRS-Mobilitätsverwaltung
als Standortinformationen für
Mobilstationen in einem sogenannten Bereitschaftszustand verwendet,
in dem die Mobilstation keine aktiven Verbindungen hat. Die TLLI
identifiziert die Verbindung eindeutig innerhalb eines Leitwegbereich.
Eine Mobilstation kann viele gleichzeitige Verbindungen unter Verwendung
verschiedener Protokolle, beispielsweise X.25 und IP, haben. Verbindungen,
die unterschiedliche Protokolle verwenden, werden unter Verwendung
einer Netzschichtdienstzugangspunktidentität ("Network Layer Service Access Point Identity") NSAPI unterschieden.
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Die
Anwendungsschicht in der MS sendet der SNDCP-Schicht eine PDP PDU
("Packet Data Protocol Packet
Data Unit" bzw.
Paketdatenprotokoll-Paketdateneinheit), die beispielsweise ein IP-Paket
sein kann. In der SNDCP Schicht ist die PDU in ein SNDCP-Paket eingeschlossen,
in dessen Header die NSAPI angezeigt ist, und das entstandene SNDCP-Paket
wird zu einer LLC-Schicht gesendet. Die Verknüpfungsschichtidentität TLLI ist
in den LLC-Header eingeschlossen. Die LLC-Rahmen werden über die
Luftschnittstelle Um durch die RLC ("Radio Link Control" bzw. Funkverbindungssteuerung) und
zwischen dem BSC und dem SGSN durch das BSSGP ("Base Station Subsystem GPRS Protocol" bzw. Basisstation-Subsystem-GPRS-Protokoll) übertragen.
Für Downlink-Pakete überprüft das BSS
die in dem BSSGP Header angezeigte Zellenidentität und leitet die Zellen zu
der passenden BTS. Für
die Uplink-Pakete nimmt die BSC in den BSSGP-Header die auf der Quellen-BTS
beruhende Zellenidentität
der Mobilstation MS auf.
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Zwischen
SGSN und GGSN wird die Verknüpfung
durch die SGSN- und die GGSN-Adressen und eine Tunnelkennung TID
identifiziert, die die Verbindung in dem GGSN und in dem SGSN identifiziert.
Auf der Verknüpfung
zwischen dem SGSN und dem GGSN wird das GTP ("GPRS Tunneling Protocol" bzw. GPRS-Tunnelprotokoll)
verwendet.
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GPRS
ist ein System, bei dem eine Art virtuelle Verbindung zwischen einer
MS und einem GGSN verwendet wird. Diese Verbindung besteht aus zwei
separaten Verknüpfungen,
der MS-SGSN-Verknüpfung
und der SGSN-GGSN-Verknüpfung. Die
MS und der GGSN können
nicht mit einander kommunizieren, wenn sie nicht einen die Kontextinformationen
für diese
MS enthaltenden SGSN verwenden. Daher ist der SGSN ein Hauptnetzelement.
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Das
Leiten von Paketen in dem GPRS-Netz ist in der Signalisierungsdarstellung
in
5 gezeigt. In der Figur ist das Leiten von sowohl
von der Mobilstation abgehenden (MO) als auch von an der Mobilstation ankommenden
(MT) Paketen gezeigt. Das Leiten von MO-Paketen wird zuerst untersucht. Die
MS sendet dem BSS ein die TLLI, die NSAPI und die Nutzerdaten enthaltendes
Datenpaket. Auf der Verknüpfung
zwischen MS und SGSN wird das SNDCP- ("Subnetwork Dependent Convergence Protocol" bzw. Subnetzabhängiges Zusammenführungsprotokoll)
Protokoll auf dem LLC- ("Logic
Link Control" bzw.
Logische Verknüpfungssteuerung)
Protokoll verwendet. In einer einfachen Implementation verwendet
eine BSC immer denselben SGSN, und daher besteht ihre Funktion im
Leiten der Pakete zwischen vielen BTS und einem SGSN. In einer komplizierten
Implementation ist die BSC mit einer Vielzahl SGSNs verbunden und
ihre Leitwegfunktion verwendet auch die TLLI. In einer derartigen
Implementation sind die MS, die BTS, die BSC, der SGSN und der GGSN die
Hauptnetzelemente der Verbindung, die alle zum Leiten der zu der
Verbindung gehörenden
Pakete erforderlichen Kontextinformationen halten. In dem BSS sind
diese Informationen in einer Nachschlagetabelle gespeichert. Ein
Beispiel einer möglichen
Nachschlagetabelle ist im Folgenden gezeigt:
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Entsprechend
der vorstehenden Nachschlagetabelle werden beispielsweise vom SGSN1
empfangene Pakete mit TLLI=11 zum BTS11 zur Übertragung über die Luftschnittstelle Um
in Zelle ZELLE11 weitergeleitet.
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Jeder
SGSN hält
Kontextinformationen über
jede Mobilstation, die er bearbeitet. Gemäß GPRS können die Kontextinformationen
in einen Mobilitätsverwaltungs-("Mobility Management", MM) und den Paketdatenprotokoll-(PDP) Kontextteil
eingeteilt werden. Grundsätzlich
gibt der Mobilitätsverwaltungsteil
an, wo die Mobilstation sich befindet und in welchem Zustand (Ruhezustand,
Bereitschaft, Bereit) sie ist, und ist allen verschiedenen, verschiedene
Protokolle verwendenden Paketdatendiensten gemein. Der Paketdatenprotokollteil gibt
die für
den in Frage stehenden Dienst spezifischen Informationen an und
umfasst beispielsweise Leitweginformationen und eine verwendete
PDP-(Paketdatenprotokoll)
Adresse. Basierend auf den Kontextinformationen bildet der SGSN
die in der Verknüpfung
zwischen SGSN und der MS verwendeten Kennungen TLLI und NSRPI auf
die GGSN-Adresse und die die Verbindung zwischen dem SGSN und dem
GGSN identifizierende Tunnelkennung TID ab. Der GGSN sendet dann
das Datenpaket PDP PDU (PDP =Paketdatenprotokoll, PDU =Paketdateneinheit)
zu dem externen Paketdatennetz.
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Für an der
Mobilstation ankommende Pakete empfängt der GGSN ein von dem externen
Paketdatennetz (PDN) an die MS gesendetes Paket. Der GGSN weiß, welcher
SGSN die Verbindungen der MS bearbeitet, und kennt die Kennung TID,
die die Verbindung in dem SGSN identifiziert. Das Paket wird zu
dem die MS bearbeitenden SGSN gesendet und der SGSN entnimmt der
TID die TLLI, die NSAPI, die Leitwegbereichskennung ("Routing Area Identification") RAI und schließlich und
endlich die Zellenkennung CELLID. Damit kann der SGSN das Paket
zu dem richtigen BSS senden. Unter Verwendung der TLLI, des Leitwegbereichs und
der Zellenkennung kann das BSS das Paket zu der richtigen MS übertragen.
Eine NSAPI ist in der MS erforderlich, um zwischen verschiedenen
Paketdatenprotokollen unterscheiden zu können.
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Das
Problem mit dem vorstehend beschriebenen Leitwegverfahren ist seine
Starrheit, wenn ein Hauptnetzelement in der Verbindung geändert werden
muss. Im Fall von GPRS ist ein SGSN ein Hauptnetzelement in der
Verbindung zwischen der MS und dem GGSN. Er wird normalerweise nur
geändert,
wenn die MS sich in das Empfangsgebiet eines anderen SGSN bewegt,
was als Zwischen-SGSN-Leitwegbereichaktualisierung bekannt ist.
Es kann aus vielen Gründen
erforderlich sein, ein Hauptnetzelement in der Verbindung zu ändern, beispielsweise
wenn ein Netzelement kaputt geht, ein neues Netzelement eingerichtet
wird, wenn ein Netzelement aus Betriebs- und Wartungsgründen stillgelegt
werden muss, oder wenn die Verkehrslast in einem Netzelement zu
hoch ist. Im Stand der Technik kann die Änderung eines Hauptnetzelements
nicht ohne eine Unterbrechung aller laufenden Verbindungen erfolgen.
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Im
GPRS muss zur Änderung
des SGSN, über
den der Verkehr von und zu einem Leitwegbereich geleitet wird, das
Netz umgestaltet werden und alle Verbindungen von Mobilstationen
in diesem Leitwegbereich zu den Gateway GPRS Support-Knoten GGSN
müssen
neu aufgebaut werden. In der Praxis müssen sich die MS wieder mit
dem GPRS verbinden und ihre PDP-Kontexte reaktivieren. Dies verursacht
unnötige
Last in allen Netzelementen und in dem Übertragungsnetz, insbesondere
hinsichtlich der begrenzten Kommunikationsbandbreite der Luftschnittstelle
Um.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Probleme zu lösen oder
zumindest zu verringern. Diese Aufgabe wird durch die Verwendung
einer Lösung
gemäß der in
Patentanspruch 1 definierten Erfindung erreicht.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
Grundidee der Erfindung besteht in der Änderung eines Hauptnetzelements
in einer Verbindung ohne Unterbrechung des Verkehrs.
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In
dem Umleitvorgang werden erfindungsgemäß die Kontextinformationen
nur in den Netzelementen geändert,
die die Änderung
des Leitwegs betrifft, anstatt bestehende Verbindungen aufzulösen und
eine neue aufzubauen. Alle erforderlichen Kontextinformationen über die
bestehenden Verbindungen müssen
in das in die Verbindung eingeführte
neue Hauptnetzelement geladen werden. Außerdem müssen andere Netzelemente, die
die Verbindung bearbeiten, informiert werden, dass sich eines der
Netzelemente der Verbindung geändert
hat.
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Die
Erfindung wird vorteilhaft bei einem Zwischen-SGSN-Umleiten in einem
GPRS-Netz verwirklicht. Der Vorgang kann für die Endstationen transparent
gemacht werden. Während
des Vorgangs wird vorzugsweise ein SGSN-Kontext vorteilhafterweise
von dem alten SGSN in den neuen SGSN geladen. Das BSS ist angewiesen,
die von der Mobilstation abgehenden Pakete zu dem neuen SGSN zu
leiten. Der GGSN wird über die
neue SGSN-Adresse informiert, die für das Leiten der in der Mobilstation
ankommenden Pakete erforderlich ist.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnung
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Die
Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beiliegende
Zeichnung näher
beschrieben.
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Es
zeigen:
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1 eine
leitungsvermittelte Verbindung,
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2 eine
paketvermittelte Verbindung,
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3 eine
Verbindung mit einer Kombination aus einer virtuellen Leitung und
einem verbindungslosen, paketvermittelten Teil,
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4 die
Topologie des GPRS-Netzes,
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5 das
Leiten eines Pakets in dem GPRS-Netz,
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6 eine
virtuelle Verbindung in dem GPRS-Netz,
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7 eine
geänderte
virtuelle Verbindung in dem GPRS-Netz,
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8 den
Informationsfluss bei dem Umleitvorgang gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung, und
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9 den
Informationsfluss gemäß einem
anderen Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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Ausführliche
Beschreibung der Erfindung
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Das
Leiten von Paketen von und zu einer MS vor und nach dem Umleiten
der Verbindung und die zur Durchführung des Umleitens erforderlichen
Informationsaktualisierungen werden nun mit Hilfe der 6 und 7 beschrieben.
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6 zeigt
eine Verbindung zwischen einem Mobilfunkbenutzer und dem unter Verwendung
des IP-Protokolls
mit dem Internet verbundenen Hostcomputer HOST. Die IP-Adresse von
HOST ist 222.222.222.222. Die Mobilstation MS mit der IP-Adresse
333.333.333.333 verwendet eine zum Leitwegbereich RA1 (nicht gezeigt)
gehörende
Basisstation BTS11.
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Die
MS sendet dem HOST ein IP-Paket P1 über das GPRS-Netz. Das IP-Paket
wird zuerst in ein SNDCP-Paket (d.h. ein Datenpaket entsprechend
dem SNDCP-Protokoll) eingeschlossen, und dann in einen LLC-Rahmen,
der die die Verknüpfung
zwischen dem SGSN und der MS eindeutig innerhalb des Leitwegbereichs
identifizierende TLLI-Kennung
TLLI1 und die das verwendete Protokoll angebende NSAPI-Kennung NSAPI1
enthält.
Der LLC-Rahmen wird dann zur BTS11 gesendet.
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Die
BTS11 ist mit einer Basisstationssteuereinrichtung BSC1 verbunden.
Alle von der MS gesendeten Pakete werden über die BSC1 geleitet. Wenn
die BSC das Paket von einer BTS empfängt, fügt sie dem Paket die Zellenkennung
CELLID11 der von der BTS abgedeckten Zelle hinzu. Die BSC1 hält Informationen über genau
den SGSN, zu dem die Pakete geschickt werden sollen. In diesem Fall
werden alle von dem RA1 kommenden Pakete zu dem SGSN1 gesendet.
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Der
SGSN1 enthält
genauere Kontextinformationen über
jede von ihm bearbeitete Verbindung. Er hält Informationen über den
Standort der Mobilstation innerhalb der Genauigkeit eines Leitwegbereichs
(wenn die Mobilstation in einem Stand-By- bzw. Bereitschaftszustand
ist) oder einer Zelle (wenn die Mobilstation im Bereit-Zustand ist).
Wenn er einen LLC-Rahmen von der BSC empfängt, identifiziert der SGSN
die Mobilstation, die das Paket gesendet hat. Die Identifikation
beruht auf der in dem Paket eingeschlossenen Zellenkennung CELLID11
und der TLLI-Information. Mit Hilfe dieser Informationen, der in
dem Paket eingeschlossenen NSAPI-Kennung und den die Mobilstation
betreffenden SGSN-Kontextinformationen entscheidet der SGSN, dass das
in dem SNDCP-Paket eingeschlossene Nutzerdatenpaket zum GGSN2 gesendet
werden muss. Die Kontextinformationen enthalten auch die für diese
MS die Verknüpfung
zwischen dem SGSN1 und dem GGSN2 identifizierende TID-Kennung TID1.
Der SGSN1 erzeugt ein das Nutzerdatenpaket, die Adresse des GGSN2 und
die TID enthaltendes GTP- ("GPRS
Tunneling Protocol" bzw.
GPRS-Tunnelprotokoll) Paket und sendet es zum GGSN2.
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Wenn
er das GTP-Paket empfängt,
weiß der
GGSN2 beruhend auf der TID-Kennung und den GGSN-Kontextinformationen,
welches MS das Paket gesendet hat. Der GGSN2 sendet dann das IP-Paket
zu dem externen Paketdatennetz.
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Wenn
HOST antwortet, sendet er ein für
die IP Adresse 333.333.333.333 der MS bestimmtes (in der Mobilstation
ankommendes) Paket P2. Beruhend auf der IP-Adresse der MS wird das
IP-Paket zuerst zu dem GGSN2 geleitet. Beruhend auf den GGSN-Kontextinformationen
weiß der
GGSN2 dann, dass die Adresse zu der MS gehört, dass die MS vom SGSN1 bearbeitet
wird, und dass die Verbindung zwischen dem GGSN2 und der MS in dem
SGSN durch die Kennung TID1 identifiziert ist. Hierauf sendet der
GGSN2 dem SGSN2 ein das vom HOST gesendete IP-Paket P2 und die TID-Kennung
TID1 enthaltendes GTP-Paket.
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In
dem SGSN1 wird die TID-Kennung des GTP-Pakets zur Herleitung des
Leitwegbereichs RA1, der Zellenkennung CELLID11, von TLLI1 und NSAPI1
verwendet. Wenn die Zellenkennung der Zelle, in der sich die Mobilstation
befindet, nicht leicht erkennbar ist, wird die MS in allen Zellen
des Leitwegbereichs gerufen. NSAPI1 und TLLI1 sind zusammen mit
den Nutzerdaten in einem LLC-Rahmen
eingeschlossen, der dann durch die richtige BSC zu der MS gesendet
wird. Die richtige BSC ist aus der Zellenkennung CELLID11 abgeleitet,
die dem BSC in dem Header des BSSGP-Protokolls angezeigt wird. Die
BSC leitet den Rahmen über die
BTS11 zu der MS weiter und die MS holt das IP-Paket aus dem LLC-Rahmen.
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An
diesem Punkt wird das Erfordernis bemerkt, die Verkehrslast von
SGSN1 zu vermindern. Das Erfordernis kann entstehen, wenn beispielsweise
eine SGSN-Fehlfunktion
bemerkt wird und der SGSN aus Betriebs- und Wartungsgründen stillgelegt
werden muss oder wenn die Verkehrslast in einem Netzelement zu hoch
ist. Ersatzweise kann, wenn ein neuer SGSN eingerichtet wird, einiges
von der vorher von SGSN1 bearbeiteten Verkehrslast in den neuen
SGSN verschoben werden.
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Die
O&M- ("Operation- & Maintainance"- bzw. Betriebs-
und Wartungs-) Funktion entscheidet wie viele Verbindungen (o.a.
MSs) oder Leitwegbereiche zur Bearbeitung durch einen anderen SGSN
verschoben werden. Zum Minimieren der Änderungen in dem System ist
es von Vorteil, den ganzen GPRS-Verkehr von einem oder mehreren
Leitwegbereichen zu verschieben. In unserem Beispiel werden alle
Verbindungen von Leitwegbereich RA1 zum SGSN2 verschoben. Dieses
Beispiel ist auch gültig,
wenn die Verbindungen lediglich einer Liste von MS von Leitwegbereich
RA1 zum RA2 übertragen
werden. Um das zu erreichen, müssen
die sich auf die MS im RA1 beziehenden SGSN-Kontextinformationen
in den neuen SGSN SGSN2 geladen werden. Außerdem muss die BSC informiert
werden, dass die Pakete vom Leitwegbereich RA1 von nun an zu SGSN2 gesendet
werden sollen. Damit er in der Mobilstation ankommende Pakete über den
richtigen SGSN leiten kann, muss der GGSN über die neue SGSN-Adresse (SGSN2) informiert
werden. Die TID-Kennung TID1 bleibt dieselbe.
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Nach
dem Umleitvorgang werden sowohl in der Mobilstation ankommende,
als auch von der Mobilstation abgehende Pakete über den SGSN2 geleitet. Das
Leiten von Paketen zwischen der MS und dem HOST nach dem Umleitvorgang
ist in 7 gezeigt.
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Nun
wollen wir den Leitweg eines von der MS zu dem HOST gesendeten IP-Pakets
P3 verfolgen. Verglichen mit den vor dem Umleitvorgang ausgeführten Funktionen
gibt es keine Änderungen
in den Funktionen der Mobilstation MS und der Basisstation BTS11.
Die MS sendet immer noch die TLLI, die NSAPI und die Nutzerdaten
enthaltende LLC-Pakete. Die BSC1 fügt wie zuvor die Zellenkennung
CELLID in den Header des BSSGP-Pakets ein, das es erstellt, aber
sendet das Paket nun an den neuen SGSN SGSN2. Die einzige Änderung
in der BSC-Funktion ist daher die neue SGSN-Adresse SGSN2, zu der die Pakete nun
gesendet werden.
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SGSN2
empfängt
das Paket und bildet mit Hilfe der geladenen Kontextinformationen
die TLLI-Kennung und die NSAPI auf die GGSN-Kennung GGSN2 und die
Tunnelkennung TID TID1 ab. Dann sendet er dem GGSN2 ein die Nutzerdaten
und die TID enthaltendes GTP-Paket.
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Der
GGSN2 verwendet, wie zuvor, die TID-Kennung zur Identifizierung
der Teilnehmerkennung IMSI und der IP-Adresse 333.333.333.333 der MS. Dann
wird das in das GTP-Paket
eingeschlossene und die Nutzerdaten, die Zieladresse 222.222.222.222
und die IP-Adresse 333.333.333.333 des Senders enthaltende IP-Paket
P3 zu seinem Ziel gesendet, d.h. zum HOST. Für von der Mobilstation abgehendende
Pakete ist die GGSN-Funktion so genau die gleiche wie vor dem Umleitvorgang.
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Während der
HOST der MS unter Verwendung der IP-Adresse 333.333.333.333 der
Mobilstation ein in der Mobilstation ankommendes Paket P4 sendet,
wird das Paket wie zuvor zuerst zum GGSN2 geleitet. Der GGSN2 verwendet
nun die IP-Adresse zum Identifizieren der MS-Kennung IMSI, der TID
und der SGSN-Kennung SGSN2 entsprechend den Änderungen in dem GGSN-Kontext.
Der GGSN sendet dem SGSN SGSN2 ein das empfangene IP-Paket und die
TID-Kennung TID1 enthaltendes GTP-Paket.
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Der
SGSN2 empfängt
das GTP-Paket und entsprechend der geladenen SGSN-Kontextinformationen bildet
er die TID-Kennung
TID1 auf den Leitwegbereich RA1, auf die Zellenkennung CELLID11,
auf die TLLI1 und auf die NSAPI1 ab. Die TLLI1, NSAPI1 und CELLID11
sind zusammen mit den Nutzerdaten in einen LLC-Rahmen enthalten,
der dann zu der richtigen BSC gesendet wird.
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Die
BSC empfängt
den LLC-Rahmen und leitet das Paket auf der TLLI-Kennung TLLI1 in
dem Paket beruhend über
die BTS11 zu der MS weiter. Wieder gibt es keine Änderungen
in den Funktionen der BTS11 und der MS im Vergleich zu ihren Funktionen
vor dem Umleitvorgang.
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Der
für den
Umleitvorgang erforderliche Informationsfluss kann auf verschiedene
Arten bearbeitet werden. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung
wird die Verkehrslast reibungslos zu dem neuen SGSN verschoben.
Der Informationsfluss in diesem Ausführungsbeispiel ist in 8 ausgeführt. In
diesem Beispiel wird der Verkehr aus dem Leitwegbereich RA1 zu einem
neuen SGSN SGSN2 zur dortigen Bearbeitung übertragen.
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Eine
O&M informiert
den SGSN1 und den SGSN2 durch die Sendung einer Mitteilung I1a bzw.
I1b, dass vorher durch den SGSN1 bearbeiteter Verkehr des Leitwegbereichs
RA1 zur Bearbeitung durch SGSN2 verschoben wird. Dann informiert
die O&M das BSS
durch die Sendung einer Mitteilung I2, dass der gesamte von der
Mobilstation abgehende (MO) Verkehr von dem RA1 zu dem SGSN2 geleitet
werden soll. Von diesem Punkt an werden die MO Pakete durch den
SGSN2 geleitet. Falls erforderlich, kann der SGSN1 die MS durch die
Sendung einer Mitteilung, beispielsweise indem er sie ruft, zwingen
Uplink-Pakete zu erzeugen. Der neue SGSN empfängt von der MS MS1 ein Paket
I3, das aus einer Zelle vom RA1 kommt und eine lokale, dem SGSN2
unbekannte TLLI verwendet. Der SGSN2 erkennt den alten SGSN (SGSN1)
auf Basis der Zellenkennung. Der SGSN2 fordert die die MS betreffenden
Kontextinformationen vom SGSN1 an, indem er beispielsweise die SGSN-Kontextanforderungsmitteilung
I4 auf eine der Zwischen-SGSN-Leitwegbereichaktualisierung ähnliche
Weise verwendet.
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Nach
Empfang des angeforderten Kontextes (Mitteilung I5, SGSN-Kontextantwort)
kann der SGSN2 Sicherheitsfunktionen, wie Authentifizierung und Zuweisung
einer neuen TLLI durchführen.
SGSN2 informiert den(die) entsprechende(n) GGSN über die neue SGSN-Adresse zur
Verwendung bei der Weiterleitung von Paketen unter Verwendung des
PDP-Kontextaktualisierungsanfragevorgangs I6. Danach beginnt der
SGSN2 einen Standortaktualisierungsvorgang durch das Senden von
Mitteilung I7 zu dem HLR. Als Antwort auf Mitteilung I7 sendet das
HLR die Teilnehmerdaten von den MS im RA1 in Mitteilung I8 zum SGSN2.
Falls erforderlich führt
es auch den Standortaktualisierungsvorgang gegenüber MSC/VLR durch. Zusätzlich sendet
das HLR eine Lösche-Standort-Mitteilung I9 an
den alten SGSN SGSN1 zum Informieren vom SGSN1, dass er nun seine
MS1 betreffenden Kontextinformationen löschen kann. Dies erfolgt vorzugsweise
mit einer bestimmten Verzögerung,
weil vielleicht noch einige Datenpakete auf ihrem Weg von dem GGSN
zu dem alten SGSN sind. Die MS muss also über die neue TLLI (falls zugewiesen)
informiert werden. Der alte SGSN kann nun mit der Weiterleitung
von in dem alten SGSN gespeicherten und von der MS1 noch nicht bestätigten Datenpaketen I10
zu dem neuen SGSN beginnen. Die Daten können mit einem Hinweis über den
Sendezeitpunkt verbunden werden, so dass der SGSN2 weiß, wann
die mögliche
erneute Übertragung
ausgeführt
werden soll.
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Es
sollte beachtet werden, dass die Mitteilungen I4 bis I10 den im
Zwischen-SGSN-Leitwegbereichaktualisierungsverfahren
verwendeten Mitteilungen sehr ähnlich
sind, und dass ihre Reihenfolge geändert werden kann. Deshalb
erfordert die Implementation dieser Erfindung keine größeren Änderungen
in dem Netz.
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Wenn
der Verkehr vom SGSN2 bearbeitet wird, informiert der SGSN2 die
O&M in der Mitteilung
I11, dass die Verbindungen nun umgeleitet sind. Die virtuellen Verbindungen
vom SGSN1 zu den Zellen des Leitwegbereichs können gestrichen werden. Die
O&M kann schließlich die
Mitteilungen 12a und 12b senden, die dem SGSN1
und dem BSS befehlen, die virtuellen Leitungen aufzulösen. Zusätzlich müssen die
benachbarten GPRS Support-Knoten informiert werden, dass der Leitwegbereich
nun von einem neuen SGSN SGSN2 bearbeitet wird. Dies kann beispielsweise über die
O&M geschehen.
Dies ist allerdings nicht erforderlich, wenn die SGSN-Adresse aus
der TLLI-Kodierung abgeleitet werden kann.
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In
einem anderen Ausführungsbeispiel
der Erfindung werden die SGSN-Kontextinformationen vor der wirklichen Änderung
eines SGSN zu dem neuen SGSN verschoben. Der Informationsfluss ist
in 9 beschrieben. Der Vorgang der Änderung
des einen Leitwegbereich bearbeitenden SGSN wird von der O&M durch das Informieren
von dem SGSN1 und den SGSN2 über
das Umleiten begonnen. Das kann beispielsweise durch das Senden
einer Mitteilung J1 an den SGSN2 erfolgen. Als Antwort auf J1 fragt
der SGSN2 die Kontextinformationen von dem SGSN1 durch das Senden
einer Mitteilung J2 ab. Der SGSN1 stellt die abgefragten Informationen
in Mitteilung J3 bereit, die vorteilhafterweise in einer einzigen
Mitteilung Kontexte aller Verbindungen umfasst, die zur Bearbeitung
durch SGSN2 verschoben werden müssen.
Der SGSN2 speichert die Informationen in einer schlafenden Datenbank
und an diesem Punkt geht der gesamte Verkehr wie zuvor durch den
SGSN1. Der SGSN1 leitet alle Änderungen
in den SGSN-Kontexten
bezüglich
dieser Mobilstationen (und ihrer Verbindungen) weiter, die zum SGSN2
verschoben werden, damit die schlafende Datenbank aktualisiert bleibt.
In einem anderen Ausführungsbeispiel
werden die Änderungen
in dem SGSN-Kontext lokal im SGSN1 gespeichert, bis sie vom SGSN2
ausdrücklich
angefordert werden. Dieses Ausführungsbeispiel
minimiert die erforderliche Nachrichtenübermittlung.
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Das
tatsächliche
Umleiten kann stattfinden, wenn die schlafende Datenbank alle SGSN-Kontextinformationen
bezüglich
der Mobilstationen gespeichert hat, die dabei sind, zur Bearbeitung
durch den SGSN2 verschoben zu werden. Zuerst muss die virtuelle
Verbindung zwischen dem BSS und dem SGSN2 aufgebaut werden. Dies
geschieht durch das Senden einer Mitteilung J5 an das BSS, die dem
BSS die erforderlichen Informationen gibt, die es zur Änderung
seiner Leitwegtabelle braucht. Zweitens wird dem (den) GGSN eine PDP-Kontextanforderungsmitteilung
J6 gesendet, die den GGSN über
die Liste der MS informiert, für
die die SGSN-Adresse geändert
werden muss. In einem alternativen Ausführungsbeispiel können diese
Informationen in dem GGSN vorübergehend
in einer schlafenden Datenbank gespeichert werden. Drittens wird
dem HLR eine Mitteilung 'Standortaktualisierung' J7 gesendet, die
das HLR über
die neue SGSN-Adresse der Mobilstationen in dem Leitwegbereich informiert.
Die Mitteilungen J6 und J7 werden bestätigt (nicht gezeigt). An diesem Punkt
kann der SGSN2 die O&M
informieren, dass alle Netzelemente die erforderlichen Kontextinformationen halten
(Mitteilung J8).
-
Die
O&M sendet dem
BSS eine Mitteilung J9, die das BSS anweist, das Leiten der von
einer bestimmten Liste von der MS kommenden Rahmen zum SGSN2 zu
beginnen. Auf ähnliche
Weise wird dem SGSN1 eine Mitteilung J10 gesendet, die anweist,
dass die zur Bearbeitung durch SGSN2 verschobenen Kontextinformationen
für die
Mobilstationen nun gelöscht
werden können,
nachdem schließlich
die letzte Aktualisierung gesendet wurde.
-
Für alle beiden
vorhergehenden Ausführungsbeispiele
kann der neue SGSN SGSN2 entweder die LLC-Verknüpfung wiederherstellen (wie
es in einer normalen Zwischen-SGSN-Leitwegaktualisierung geschieht) oder
die Verknüpfung
trotz der Änderung
beibehalten. Wenn die LLC-Verknüpfung
wiederhergestellt wird, muss der SGSN2 die MS informieren. Dies
kann beispielsweise durch die Durchführung eines Authentifizierungsvorgangs
oder das Senden einer ausdrücklichen
Mitteilung (ähnlich
der Leitwegbereichaktualisierungsantwortmitteilung) geschehen, die
die TLLI, PLMN- ("Public
Land Mobile Network" bzw. Öffentliches Landmobilfunknetz)
unterstützte
Mobilstationfähigkeiten,
eine LLC-Bestätigung und
Fehlerparameter enthält. Die
MS soll über
eine TLLI- und LLC-Bestätigungen
enthaltende Mitteilung antworten.
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Wenn
die LLC Verknüpfung
beibehalten wird, müssen
einige zusätzliche
Informationen in der von SGSN1 zu SGSN2 gesendeten Mitteilung J5
oder J3 enthalten sein. Diese Informationen sind:
- – die Zellenkennung
der Zelle, in der sich die MS augenblicklich befindet, damit der
SGSN2 die unbestätigten
Pakete direkt an das BSS senden kann (wenn der Dienst es nicht erfordert,
dass die Reihenfolge der Pakete eingehalten bleibt)
- – Informationen über Verschlüsselung
- – Informationen über Kompression
- – Informationen über die
bestätigten
Rahmen, wenn eine bestätigte Übertragung
verwendet wird.
-
Der
Verkehr von und zu einem einzelnen Leitwegbereich RA1 kann in einigen
Situationen von zwei verschiedenen SGSN bearbeitet werden. Während des
Vorgangs kann es geschehen, dass eine Mobilstation MS2 in Leitwegbereich
RA1, der zur Bearbeitung durch den SGSN2 verschoben wird, sich in
einen anderen Leitwegbereich RA2 bewegt, der von einem dritten SGSN
SGSN3 bearbeitet wird. In diesem Fall leitet SGSN3 auf Grundlage
des alten Leitwegbereichs RA1 die Adresse des die Kontextinformationen
für die
Mobilstation enthaltenden SGSNs her. Dies kann auf einer internen
Tabelle in SGSN3 beruhend oder optional über einen Domainnamendienst
("Domain Name Server" DNS) erfolgen. Wenn
er herausfindet, dass der RA1 von dem SGSN1 bearbeitet wird, fordert
er die Kontextinformationen vom SGSN1 an, der nicht länger für das in
Frage stehende Mobilstation zuständig
ist, und deshalb nicht alle benötigten
Informationen besitzt. In diesem Fall kann der SGSN1 die Anforderung
zu SGSN2 weiterleiten, der die Mobilstation augenblicklich bearbeitet.
Der SGSN2 kann auf die Anforderung direkt an den SGSN3 oder über den
SGSN1 antworten.
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Ersatzweise
kann der SGSN1 SGSN3 eine Fehlermeldung senden. Als Reaktion auf
den Empfang der Fehlermeldung fragt der SGSN3 nach der IMSI der
Mobilstation und befragt das HLR mit dem IMSI-Schlüssel. Als
Antwort gibt das HLR die neue SGSN-Adresse SGSN2 der Mobilstation
zurück.
-
Noch
einer andere mögliche
Lösung
ist, in die TLLI-Kodierung
eine digitale Signatur einzuschließen, die es jedem anderen SGSN
erlaubt herauszufinden, welcher SGSN eine gegebene TLLI zugewiesen
hat. Der Vorteil dieses Ausführungsbeispiels
ist, das der SGSN den alten Leitwegbereich nicht überprüfen muss.
Andererseits ist die Neuzuweisung einer TLLI verpflichtend.
-
Ein
anderes Problem, das von der Situation, dass zwei SGSN einen einzigen
Leitwegbereich bearbeiten, verursacht wird, besteht darin, dass
eine einzelne TLLI nicht zweimal innerhalb eines einzigen Leitwegbereichs
zugewiesen werden sollte. Es muss gesagt werden, das die Wahrscheinlichkeit
einer Doppelzuweisung gering ist. Deshalb kann zumindest in einigen
Fällen
die Situation einer doppelt zugewiesenen TLLI gehandhabt werden,
indem man sie als einen Fehlerzustand definiert, der zu einer Neuzuweisung
von TLLI für
die beiden die gleiche TLLI teilende MS führt. Das Problem kann beispielsweise
auch durch das Einschließen
eines Zeitstempels in die TLLI-Kodierung
gelöst
werden. In diesem Fall würde
die TLLI zwei Teile umfassen, den von dem SGSN zugewiesenen Code
und die Zeit der Zuweisung. Eine einzelne TLLI würde nur dann doppelt zugewiesen
werden, wenn zwei SGSN den gleichen Kode gleichzeitig zuweisen würden. Eine
andere mögliche
Lösung
ist, in die TLLI eine Kennung einzuschließen, die den SGSN, der die
TLLI zugewiesen hat, identifiziert. Die Kennung kann beispielsweise
bei jedem achten SGSN wiederverwendet werden, wodurch die Zahl der
für die
Kodierung der Kennung benötigten
Bits auf drei vermindert wird.
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In
dem Umleitvorgang kann eine unterschiedliche Anzahl von Verbindungen
umgeleitet werden. In Bezug auf GPRS kann das Umleiten beispielsweise
für eine
Verbindung oder eine Vielzahl von Verbindungen einer Mobilstation
erfolgen. In diesem Fall müsste
das BSS jedoch auch die TLLI und schließlich auch die NSAPI-Kennung
aller Pakete untersuchen, um die Pakete zu dem richtigen SGSN leiten
zu können.
Eine andere Möglichkeit
ist, die Verbindungen von oder zu einer einzelnen Mobilstation oder
einer Vielzahl von Mobilstationen innerhalb eines Leitwegbereichs
umzuleiten. In diesem Fall muss man bei der Bearbeitung der Mobilitätsverwaltung
in einer Situation vorsichtig sein, in der ein Verkehr eines Leitwegbereichs
von zwei oder mehreren SGSN bearbeitet wird. Eine dritte Alternative
ist, den gesamten Verkehr von und zu einem Leitwegbereich, einer
Vielzahl von Leitwegbereichen oder den gesamten von einem SGSN bearbeiteten
Verkehr umzuleiten. In diesen letztgenannten Situationen kann keine
Unordnung wegen Situationen auftreten, in denen einige SGSN den
Verkehr von und zu einem einzigen Leitwegbereich bearbeiten.
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Die
Verwendung der Erfindung ist nicht auf die vorstehend genannten
Fälle beschränkt, in
denen die Verbindungen von einem SGSN zu einem anderen weitergereicht
werden, sondern die Erfindung kann für jedes ähnliche Hauptnetzelemente umfassende
Netz implementiert werden. Zum Beispiel kann der GGSN auf ähnliche
Weise während
einer Verbindung geändert
werden.
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Die
Erfindung verbessert die Netzzuverlässigkeit dadurch, dass sie
die Umleitung von Verbindungen einfacher machbar macht. Daher kann
eine geringere Zuverlässigkeit
eines einzelnen Netzelements akzeptiert werden und die Menge der
Verdoppelung von Bauteilen vermindert werden. Ferner können Netzelemente
mit geringerer Verkehrskapazität
verwendet werden, weil die mögliche
lokale Überlastung
auf andere Netzelemente in der Nachbarschaft verteilt werden kann.
Ferner sind Betriebs- und Wartungsaufgaben leichter durchführbar. Diese
Gesichtspunkte haben einen wichtigen Einfluss auf die Kosten der
Netzelemente und folglich auch auf die Kosten des gesamten Netzes.