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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft einen GPRS-Typ eines Paketfunknetzwerks und insbesondere
die Reduzierung der Signalisierungslast darin, während eine Mobilstation die
Routing-Bereiche wechselt. Ein Paketfunknetzwerk des Standes der
Technik ist in der WO-A2-9528063 offenbart.
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Ein
General Packet Radio Service (GPRS) ist ein neuer Dienst in dem
GSM. Es ist eines der Sachen, die im GSM (Globales System für Mobilkommunikation)
in der Phase 2+ in dem ETSI (Europäisches Institut für Telekommunikationsstandards) standardisiert
wurde. Die GPRS Betriebsumgebung enthält einen oder mehrere Unternetzwerk(Subnetzwerk)-Dienstbereiche,
welche mit Hilfe eines GPRS-Backbone-Netzwerks verbunden sind. Ein Unternetzwerk
umfasst eine Anzahl von Paketdatendienstknoten, welche hierin GPRS-Unterstützungsknoten
(oder Agenten) bezeichnet werden, und jeder ist mit dem GSM-Mobilnetzwerk
verbunden, so dass er Paketdatendienste für Mobildatenendgeräte durch mehrere
Basisstationen, z.B. Zellen, bereitstellen kann. Ein dazwischen
liegendes Mobilnetzwerk stellt leitungsvermittelte oder paketvermittelte Übertragungen
zwischen einem Unterstützungsknoten
und den Mobildatenendgeräten
bereit. Andere Unternetzwerke werden wiederum mit einem externen
Datennetzwerk, beispielsweise mit einem öffentlichen vermittelten Paketdatennetzwerk
(PSPDN), verbunden. Der GPRS-Dienst kann daher zum Bewirken von Übertragung
von Paketdaten zwischen Mobildatenendgeräten und externen Datennetzwerken
verwendet werden, wobei das GSM als ein Zugangsnetzwerk arbeitet.
Eine der Merkmale des GPRS-Dienstnetzwerks ist,
dass es beinahe unabhängig
von dem GSM-Netzwerk arbeitet. Eine der Anforderungen, die an den GPRS-Dienst
gesetzt ist, ist, dass er zusammen mit unterschiedlichen Typen von
externen PSPDN-Netzwerken, so wie das Internet und X.25 Netzwerke,
arbeiten muss. Mit anderen Worten sollten der GPRS-Dienst und das
GSM-Netzwerk fähig
sein, alle Benutzer zu bedienen, ungeachtet von dem Typ des Datennetzwerks,
zu welchen diese mit Hilfe des GSM-Netzwerks verbunden werden möchten. Das heißt, dass
das GSM-Netzwerk und der GPRS-Dienst unterschiedliche Netzwerkadressierungsverfahren
und Datenpaketformate unterstützten
und verarbeiten müssen.
Das Verarbeiten der Datenpakete umfasst auch ein Weiterleiten von
Paketen in einem Paketfunknetzwerk. Ferner sollten Benutzer in der
Lage sein, sich von deren Heimat-GPRS-Netzwerk in ein besuchtes
GPRS-Netzwerk einzuwählen.
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1A stellt
eine typische Anordnung in einem GPRS Netzwerk dar. Die Architektur
von GPRS Netzwerke ist nicht so ausgereift wie die der GSM Netzwerke.
Alle GPRS Begriffe sollen daher eher beschreibend als einschränkend verstanden
werden. Eine typische Mobilstation, die ein Mobildatenendgerät bildet,
die aus einer Mobilstation MS in einem Mobilnetzwerk und einem tragbaren
Rechner PS besteht, der mit der Datenschnittstelle der MS verbunden
ist. Die Mobilstation kann zum Beispiel Nokia 2110 sein, die von
Nokia Mobiltelefone Ltd., Finnland hergestellt wird. Mit Hilfe einer
zellularen PCMCIA-Datenkarte vom Nokiatyp, die von Nokia Mobiltelefone
Ltd. hergestellt wird, kann die Mobilstation mit jedem tragbaren
persönlichen
Rechner PC verbunden werden, welcher einen PCMCIA Karteneinschub
aufweist. Die PCMCIA Karte stellt daher dem PC einen Zugangspunkt
bereit, der das Protokoll der Telekommunikationsanwendung unterstützt, die
in dem PC verwendet wird, wie beispielsweise das CCITT X.25 oder
das Internet Protokoll IP. Wahlweise kann die Mobilstation einen
Zugangspunkt direkt bereitstellen, der das Protokoll unterstützt, welches
von der PC Anwendung verwendet wird. Ferner können eine Mobilstation 3 und
ein PC 4 integriert werden, um eine einzelne Einheit zu
bilden, in welcher die Anwendung mit einem Zugangspunkt bereitgestellt
ist, welcher das Protokoll unterstützt, das von ihr verwendet
wird. Ein Beispiel einer solchen Mobilstation mit einem integrierten
Rechner ist ein Nokia Communicator 9000, das von Nokia Mobiltelefone
Ltd., Finnland hergestellt wird.
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Netzwerkelemente
BSC und MSC sind bisher von einem typischen GSM Netzwerk bekannt.
Die Anordnung in 1A umfasst einen getrennten
bedienenden GPRS Unterstützungsknoten
(SGSN). Der Unterstützungsknoten
steuert bestimmte Arbeitschritte des Paketfunkdienstes auf der Netzwerkseite.
Die Arbeitsschritte schließen
Einloggen in und Ausloggen aus dem System durch die Mobilstationen,
Aktualisieren der Weiterleitungsbereiche durch die Mobilstationen
MS und Weiterleitung der Datenpakete an die richtigen Bestimmungsorte
ein. In der vorliegenden Anmeldung sollte der Begriff ,Daten' im weitesten Sinne
verstanden werden, dass er irgendeine Information bezeichnet, die
an/von einem Endgerät
in einem digitalen Kommunikationssystem übertragen wird. Die Information
kann Sprache, die in digitaler Form kodiert ist, Datenübertragungen
zwischen zwei Rechnern, Telefaxdaten, kurze Abschnitte von Programmcode,
usw. umfassen. Information außerhalb
der Datenübertragung
so wie Teilnehmerdaten und betreffende Anfragen, Aktualisierungen des
Routing-Bereichs etc. wird Signalisierung genannt. Der SGSN Knoten
kann an der Basisstation, an dem Steuergerät BSC der Basisstation oder
an dem Mobilvermittlungszentrum MSC gelegen sein oder er kann von
allen diesen Elementen getrennt werden. Die Schnittstelle zwischen
dem SGSN Knoten und dem Steuergerät der Basisstation BSC wird eine
GB Schnittstelle genannt. Ein Bereich, der mit Hilfe eines Steuergerät der Basisstation
BSC verwaltet wird, wird ein Basisstation-Subsystem(Untersystem) BSS genannt.
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Das
dazwischen liegende Mobilnetzwerk stellt paketvermittelte Datenübertragungen
zwischen einem Unterstützungsknoten
und einer Ausrüstung des
Mobildatenendgeräts
bereit. Andere Unternetzwerke werden wiederum mit einem externen
Netzwerk, zum Beispiel mit einem PSPDN durch einen bestimmten GPRS-Gateway-Unterstützungsknoten GGSN
verbunden. Übertragungen
von Datenpakete zwischen Mobildatenendgeräten und externen Datennetzwerken
werden daher mit Hilfe des GPRS Dienstes verwirklicht, wobei das
GSM Netzwerk als ein Zugangsnetzwerk arbeitet bzw. funktioniert.
Anderenfalls kann der Gateway-Knoten durch einen Router ersetzt
werden.
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In 1A umfasst
das mit dem GSM Netzwerk verbundene GPRS Netzwerk eine Anzahl von bedienenden
GPRS Unterstützungsknoten
SGSN und einen Gateway-GPRS-Unterstützungsknoten GGSN.
Die unterschiedlichen Unterstützungsknoten SGSN
und GGSN sind miteinander mit Hilfe eines Intra-Betreiber-Basisnetzwerk
(intra-operator backbone network) verbunden. Es ist zu verstehen,
dass ein GPRS Netzwerk eine Anzahl von Unterstützungsknoten SGSN und Gateway-Knoten
GGSN umfassen kann.
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Jeder
Unterstützungsknoten
verwaltet einen Paketdatendienst in dem Bereich von einem oder mehreren
Knoten in einem zellularen Paketfunknetzwerk. Um dieses zu erzielen,
wird jeder Unterstützungsknoten
SGSN mit einem bestimmten lokalen Teil des GSM Systems verbunden,
typischerweise mit einem Mobilvermittlungszentrum, es kann aber
in manchen Situationen bevorzugt sein, diesen direkt mit einem Basisstation-Subsystem
BS zu verbinden, z.B. mit einem Steuergerät der Basisstation BSC oder
eine Basisstation BTS zu verbinden. Eine Mobilstation MS in einer
Zelle kommuniziert mit einer Basisstation BTS über eine Funkschnittstelle
und ferner durch ein Mobilnetzwerk mit dem Unterstützungsknoten
SGSN mit dem Dienstbereich, zu welchem die Zelle gehört. Prinzipiell überträgt das Mobilnetzwerk Pakete
nur zwischen beide dem Unterstützungsknoten
SGSN und der Mobilstation MS. Zu diesem Zwecke kann das Mobilnetzwerk
entweder eine leitungsvermittelte Verbindung oder eine paketvermittelte Übertragung
von Datenpaketen zwischen eine Mobilstation MS und einem bedienenden
Unterstützungsknoten
SGSN anbieten. Ein Beispiel einer leitungsvermittelten Verbindung
zwischen einer Mobilstation und einem Agenten ist in
FI934115 dargestellt, die als WO95/08900
veröffentlicht
ist. Ein Beispiel von paketvermittelten Übertragungen von Daten zwischen einer
Mobilstation MS und einem Agenten ist in
FI9340314 publiziert als WO95/202803
dargestellt. Es soll jedoch verstanden werden, dass ein Mobilnetzwerk
nur eine physikalische Verbindung zwischen eine Mobilstation MS
und einem Unterstützungsknoten
SGSN bereitstellt, und dass dessen genaue Arbeitsweise und Struktur
nicht relevant für
die Erfindung sind.
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Ein
Intra-Betreiber-Basisnetzwerk 11, das einen SGSN und GGSN
eines Betreibers miteinander verbindet, kann beispielsweise mithilfe
eines Lokalbereichnetzwerks (local area network) implementiert werden.
Es soll verstanden werden, dass ein GPRS Netzwerk eines Betreibers
auch ohne ein Intra-Betreiber-Basisnetzwerk durch beispielsweise
das Implementieren aller Merkmale in einem einzelnen Rechner implementiert
werden kann, aber dieses wird keine Veränderungen in den Prinzipien
des Setups des Anrufes gemäß der vorliegenden
Erfindung verursachen.
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Ein
GPRS Gateway-Knoten verbindet ein GPRS Netzwerk eines Betreibers
mit einem GPRS Netzwerk eines anderen Betreibers und mit Datennetzwerke,
wie beispielsweise ein Intra-Betreiber-Basisnetzwerk 12 oder
ein IP Netzwerk. Eine Verbindungsfunktion IWF kann zwischen dem
Gateway-Knoten GGSN und andere Netzwerk angeordnet werden, aber üblicherweise
ist der GGSN in simultaner Weise die IWF. Das Intra-Betreiber-Basisnetzwerk 12 ist
eines durch welches der Gateway-Knoten GGSN von unterschiedlichen
Betreibern mit einem anderen kommunizieren kann. Die Kommunikation
ist notwendig um GPRS Weiterleitung bzw. Roaming zwischen unterschiedlichen
Netzwerken zu unterstützen.
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Der
Gateway-Knoten GGSN wird ebenfalls zum Speichern der Standortinformation
der GPRS Mobilstationen verwendet. Der GGSN leitet ebenfalls bei
der Mobilstation ankommende (mobile-terminated) (MT) Datenpakete
weiter. Der GGSN schließt ebenfalls
eine Datenbank ein, die die Netzwerkadresse der Mobilstation in
einem IP Netzwerk oder einem X.25 Netzwerk (oder gleichzeitig in
mehr als ein Netzwerk) mit der Kennung der Mobilstation in einem GPS
Netzwerk verknüpft.
Wenn die Mobilstation von einer Zelle zu einer anderen innerhalb
eines Bereichs eines Unterstützungsknotens
SGSN weitergeleitet wird, ist ein Aktualisieren des Routing-Bereichs
nur in dem Unterstützungsknoten
SGSN notwendig, und der Gateway-Knoten GGSN benötigt es über den Wechsel des Routing-Bereichs
informiert zu werden. Wenn die Mobilstation von einer Zelle eines
Unterstützungsknoten
SGSN zu einer Zelle eines anderen SGSN innerhalb des Bereichs desselben
oder eines anderen Betreibers wandert, wird ebenfalls ein Aktualisieren
in dem (Heim) Gateway-Knoten GGSN durchgeführt, um die Kennung des neuen,
besuchten Unterstützungsknoten
und die Kennung der Mobilstation zu speichern.
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Eine
Heimatdatei (Home Location Register) HLR wird ebenfalls verwendet,
um Teilnehmer am Anfang einer GPRS Verbindung bzw. Sitzung zu authentifizieren.
Sie enthält
eine Definition zwischen einer PDP (Paketdaten Protokoll) Adresse
(Adressen) eines Betreibers und der IMSI (Internationale Mobilteilnehmeridentität) eines
Teilnehmers. In einem GSM Netzwerk wird ein Teilnehmer auf der Basis
der IMSI identifiziert. In 1A wird
die HLR durch SS7 (Signalisierungssystem 7) beispielsweise
mit einem Mobilvermittlungszentrum und einem Intra-Betreiber-Basisnetzwerk
verbunden. Zwischen dem SS7 Signalisierungssystem und dem Intra-Betreiber-Basisnetzwerk
kann es eine direkte Verbindung oder ein SS7 Gateway-Knoten geben.
Im Prinzip kann die HLR paketvermittelte Nachrichten mit einem GPRS Knoten
austauschen. Das Kommunikationsverfahren der HLR und deren Verbindung
mit dem GPRS Netzwerk sind jedoch nicht wesentlich für diese
Erfindung.
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Wenn
Paketdaten an eine Mobilstation gesendet werden, werden die Daten
an das richtige GSM Netzwerk durch den Gateway-Knoten GGSN an den
Unterstützungsknoten
SGSN weitergeleitet, in welchem der Standort der Mobilstation bekannt
ist. Falls sich die Mobilstation im Bereitschaft-Modus befindet,
ist ihr Standort mit der Genauigkeit eines Routing-Bereichs (RA)
bekannt. Dementsprechend falls die Mobilstation bereit ist, ist
ihr Standort mit der Genauigkeit einer Zelle bekannt.
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1B zeigt
Signalisierungsnachrichten, die mit dem Aufrechterhalten des Routing-Bereichs
verknüpft
sind. Der Klarheit halber ist die 1B sehr vereinfacht
und zeigt nur die wesentlichsten Nachrichten. Reservierungen und
Freigaben von Ressourcen, die einem Fachmann bekannt sind, werden
beispielsweise nicht gezeigt.
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Im
Schritt 1-1 meldet sich eine Mobilstation MS in dem Netzwerk
an und sendet an das Netzwerk eine Routing-Bereich-Aktualisierungsnachricht,
welche an einen Knoten SGSN1 weitergeleitet
wird. Im Schritt 1-2 leitet der SGSN1 die
Nachricht an die Heimatdatei HLR weiter. In den Schritten 1-2 und 1-4 werden
entsprechende Bestätigungen
an den Knoten SGSN1 und an die Mobilstation
MS gesendet. An der waagerechten unterbrochenen Linie in 1B bewegt
sich die Mobilstation MS von einem Bereich des Knoten SGSN1 zu einem
Bereich eines Knoten SGSN2. Die Schritte 1-5 bis 1-8 entsprechen
den Schritten 1-1 bis 1-4 mit der Ausnahme, dass
zu dieser Zeit die Routing-Bereich-Aktualisierungsnachricht durch
den Knoten SGSN2 durchgereicht wird. Zusätzlich im Schritt 1-9 sendet
die Heimatdatei HLR ein Routing-Bereich-Abbrechen
an den Knoten SGSN1, welcher die Daten auf der Mobilstation von ihrem
Register löscht.
Die Annahme in 1B ist, dass die Mobilstation
MS innerhalb des Bereichs ihres Heimatnetzwerks wandert. Sollte
die Mobilstation MS zu einem besuchten Netzwerk (z.B. Netzwerk 1) wandern,
sollte die Routing-Bereich-Aktualisierung ferner durch den Gateway-Knoten GGSN an das
Heimatnetzwerk (ähnlich
dem Netzwerk 2) weitergeleitet werden.
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Ein
Problem mit der oben erwähnten
Anordnung des Standes der Technik ist die große Signalisierungslast, die
auf einer Seite zwischen dem Unterstützungsknoten SGSN und dem Gateway-Knoten GGSN
und auf der anderen Seite zwischen dem Unterstützungsknoten SGSN und der Heimatdatei
HLR erzeugt wird. Insbesondere es wird mehr Signalisierungslast
erzeugt, wenn der Unterstützungsknoten SGSN
einen kleinen Dienstbereich aufweist. In diesem Fall verursacht
eine wandernde Mobilstation mehr Signalisierung in dem Netzwerk
(Routing-Bereich-Aktualisierungen).
Jede Zeit wenn sich eine Mobilstation MS von einem Bereich eines
alten Unterstützungsknoten
(z.B. SGSN1) zu einem Bereich eines neuen Unterstützungsknoten
(z.B. SGSN2) bewegt, sendet sie eine Routing-Bereich-Aktualisierungsnachricht
an das Netzwerk. Dieses erzeugt Signalisierung zwischen dem Gateway-Knoten
GGSN und beiden Unterstützungsknoten
SGSN. Das Problem ist am größten, wenn
die Mobilstation innerhalb des Bereichs eines anderen Netzwerks
als ihr eigenes Netzwerk wandert, da Information über ein Wechsel
in einem Routing-Bereich den ganzen Weg an das Heimatnetzwerk der
Mobilstation weitergeleitet werden muss.
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Ferner
schlagen GPRS Empfehlungen vor, dass Information über den
Standort einer Mobilstation MS immer in der Heimatdatei HLR aufrechterhalten
werden soll. Es ist klar, dass fortlaufende Aktualisierungen des
Standortes von allen Mobilstationen in dem Netzwerk in einem Netzwerkelement
(Heimatdatei) unangemessene Last in dem Netzwerkelement verursacht.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Es
ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Anordnung
zum Implementieren des Verfahrens bereitzustellen, so dass die oben
genannten Probleme betreffend die große Signalisierungslast und
die Last in der Heimatdatei HLR gelöst werden. Die Aufgaben der
Erfindung werden durch ein Verfahren und eine Anordnung, die durch
das beschrieben wird, welches in den unabhängigen Ansprüchen offenbart
wird. Die bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen offenbart.
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Die
Erfindung basiert vor allem auf der Beobachtung, dass ein SGSN Knoten,
der fähig
ist, eine große
Anzahl von Nachrichten in einem umfangreichen Bereich handzuhaben,
mit Hilfe von konventioneller Technologie schwer zu implementieren
ist. Mit anderen Worten stellt die konventionelle Technologie eine
knappe Skalierbarkeit eines SGSN Knoten bereit.
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Die
Erfindung basiert ebenfalls auf einem Ergänzen der Funktionalität des Unterstützungsknoten SGSM
in der folgenden Weise. Ein Unterstützungsknoten gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung weist eine Vielzahl von IP Adressen auf, die für Datenübertragungen
und zum Handhaben von gegebenen Routing-Bereichen vorgesehen sind.
Ein Unterstützungsknoten
der Erfindung benötigt
(wie es ein üblicher
Unterstützungsknoten
macht) nur eine SS7 Adresse und eine Steueradresse IP (nachstehend
auch IP1). Interne Steuerfunktionen eines Unterstützungsknoten
der Erfindung verwalten die Beweglichkeit einer Mobilstation und
halten Information über
die IP Adresse der Datenübertragung aufrecht,
welche jede Mobilstation zu jeder besonderen Zeit bedient. Information über ein
Wechsel der IP Adressen in dem Bereich desselben Unterstützungsknoten,
wird an den Gateway-Knoten GGSN weitergeleitet aber nicht an die
Heimatdatei HLR. Information über
die Bewegung einer Mobilstation wird an die Heimatdatei weitergeleitet,
nur im Falle dass der Unterstützungsknoten,
der die Mobilstation bedient, wechselt.
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Eine
Anwendung der Erfindung ist, dass IP Adressen von Datenübertragungen
eine gegeben Anzahl von aktiven Verbindungen handhaben, sind aber
nicht an einen gegebenen Bereich gebunden. In diesem Fall wird ein
Aktualisieren des Standortes an dem Gateway-Knoten überhaupt
nicht mehr notwendig sein, um einen internen Routing-Bereich des
Unterstützungsknoten
zu aktualisieren. Die Struktur des Unterstützungsknotens und die Verteilung
der Aufgaben zwischen unterschiedliche Teile in dieser Interpretation
bleiben sonst gleich.
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Ein
Vorteil der Erfindung ist die signifikante Verringerung des Signalisierungsbedarfs
und der Last in der Heimatdatei HLR. Ein anderer Vorteil ist, dass
ein Unterstützungsknoten
sehr gut skaliert werden kann, z.B. seine Kapazität kann flexibel
durch Erhöhen
von Blöcken
oder Modulen erhöht
werden, die die Datenübertragung
bedienen. Eine bestimmte IP Adresse (nachfolgend auch IP2, IP2', IP2'' usw.) zur Datenübertragung ist für jedes
Datenübertragungsmodul
gegeben. Gute Skalierbarkeit stellt erneut den Vorteil bereit, dass
die Netzwerkplanung vereinfacht wird, da mit steigendem Verkehr
die Netzwerkarchitektur nicht verändert werden muss (z.B. Erhöhen der Unterstützungsknoten),
aber die Kapazität
der vorliegenden Unterstützungsknoten
kann flexibel erhöht werden.
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Einige
Vorteile der Erfindung, so wie gute Skalierbarkeit, werden in einfacher
Weise durch modulare Implementierung eines Unterstützungsknoten erreicht.
Mit anderen Worten das Teil, das die Datenübertragung bedient, beinhaltet
ein getrenntes Modul und der Unterstützungsknoten umfasst über Installation
des Mechanischen, Elektrischen und Software Einrichtungen für mehrere
Modulinstallationen. Die Veränderungen,
die in andere Netzwerkelemente notwendig sind, sind minimal oder
es werden gar keine Veränderungen
benötigt.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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Im
Folgenden wird die Erfindung in Verbindung mit bevorzugten Ausführungsformen beschrieben,
mit Bezug auf die angehängte
Zeichnung, in welche
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1A eine
Architektur eines Paketnetzwerks des Standes der Technik darstellt;
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1B ein
Aktualisieren des Routingbereichs des Standes der Technik auf einem
allgemeinen Niveau darstellt;
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2 Signalisieren
betreffend Aufrechterhaltung des Routingbereichs gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung zeigt, wenn der Unterstützungsknoten Wechsel einer
Mobilstation bedient;
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3 internes
Signalisieren in einem Unterstützungsknoten
zeigt, wenn der Routingbereich einer Mobilstation und das Datenübertragungsmodul, das
die Mobilstation bedient, innerhalb desselben Unterstützungsknotens
wechseln;
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4 einen
Aktivierungsvorgang eines PDP Kontextes zeigt, der durch einen Gateway-Knoten
initiiert wird, wenn er ein Datenpaket empfangen hat, das an eine
Mobilstation adressiert ist; und
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5 ein
Blockdiagramm ist, das eine bevorzugte Implementierung eines Unterstützungsknotens
der Erfindung darstellt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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2 zeigt
ein Aktualisieren des Routingbereichs zwischen zwei Unterstützungsknoten
SGSN gemäß der Erfindung.
In 2 bezeichnet GTP Datenübertragungsdienste und MAP
Signalisierungsdienste. Andere interne Blöcke des Unterstützungsknoten
sind in Verbindung mit 5 in Detail beschrieben. Im
Schritt 2-0 sendet eine Mobilstation MS eine Aktualisierungsabfrage
des Routingbereichs an einen neuen Unterstützungsknoten SGSN. Der SGSN
Knoten weist zu seiner Verfügung
eine Liste von Paaren von Routingbereichen auf, welche die Korrelation
zwischen den IP Adressen des bestimmten und anderer Knotens und
dem Routingbereich. Der SGSN kennt die Routing-Bereiche seiner eigenen
Datenübertragungsmodule
IP-adressenspezifisch. Der SGSN ist fähig, die IP Adressenpaare und Routingbereiche
anderer SGSN Knoten auf zwei Arten zu sehen: der SGSN sieht die Routingbereiche anderer
SGSN Knoten, die entweder mit deren Steuerungs-IP-Adressen oder
direkt mit den IP Adressen der Datenübertragungsmodule verknüpft sind. 2 zeigt
ein Signalisieren, welches die letztere Weise (das letztere Modus)
verwendet. Der Vorteil dieser Weise ist, dass die Daten direkt an
die richtige Adresse weitergeleitet werden. Nachrichten, die mit
der Erzeugung, Anpassung und Beseitigung von Tunnel verknüpft sind,
müssen über eine
IP Adresse der Datenübertragung
gesendet werden. Der neue Unterstützungsknoten leitet die IP
Adresse des alten Unterstützungsknotens
auf der Basis der alten Routingbereichskennung her, die durch die
Mobilstation (Nachricht 2-0) gesendet wird.
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Im
Schritt 2-1 sendet der neue SGSN eine Nachricht SGSN CONTEXT
REQUEST an den alten SGSN Knoten, die fordert, PDP Kontextdaten
zu senden. Dieses wird im Schritt 2-2 ausgeführt. Im
Schritt 2-3 sendet der neue SGSN an den Gateway-Knoten GGSN
so viele UPDATE PDP CONTEXT REQUEST Nachrichten wie es aktive Verbindungen
gibt, die mit der Mobilstation verknüpft sind. Die Anzahl wird mit
n bezeichnet. Als Parameter enthalten die Nachrichten mindestens
TID (Tunnelkennung), QoS (Dienstqualität) und IP2. Das letztere ist
die IP Adresse, welche die bestimmte Mobilstation für die Datenübertragung verwendet.
Im Schritt 2-4 antwortet der GGSN durch Senden von n Bestätigungen.
In den Schritten 2-5 und 2-6 sendet der alte SGSN
(dessen Speicher Daten enthält,
die die Mobilstation MS adressieren) die Daten, welche die Mobilstation
adressiert, an den neuen SGSN Knoten. (Die Schritte 2-5 und 2-6 können ebenfalls
simultan oder versetzt zu den Schritten 2-3 und 2-4 geschehen).
Im Schritt 2-7 sendet der neue SGSN Knoten eine Aktualisierungsnachricht des
Routingbereichs UPDATE GPRS LOCATION an die Heimatdatei HLR, deren
Parameter die IMSI der Mobilstation, die Adresse des SGSN Knotens
in dem SS7 System und die IP1 Adresse des SGSN Knotens, z.B. die
IP Adresse über
welche das Signalisieren an die Mobilstation stattfindet, enthalten.
Im Schritt 2-8 hebt die HLR die Teilnehmerdaten auf der Mobilstation
von dem alten SGSN Knoten auf. Der Schritt 2-9 ist die
entsprechende Bestätigung.
Im Schritt 2-10 sendet die HLR Daten über die Mobilstation in einer
INSERT SUBSCRIBER DATA Nachricht. Die Schritte 2-11 bis 2-15 sind
Meldungen über
die Annahme und Bestätigung
von vorher gesendeten Nachrichten.
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3 zeigt
ein Aktualisieren des Routingbereichs innerhalb eines SGSN Knotens
der Erfindung, wenn die IP2 Adresse, die eine Mobilstation bedient, wechselt.
Im Schritt 3-1 informiert das neue Datenübertragungsmodul,
dass es zum Empfang von Paketen von dem alten Datenübertragungsmodul
bereit ist. Eine Datenübertragung
findet im Schritt 3-4 statt. Schließlich in den Schritten 3-7 und 3-8 werden
Datenübertragungsverbindungen
mit dem neuen Datenübertragungsmodul
aufgebaut und von dem alten freigegeben. Ein wesentlicher zwischen
den 2 und 3 ist, dass im Fall der 3 ein
Aktualisieren des Routingbereichs nicht an die Heimatdatei HLR weitergeleitet
wird, wenn sich der Routingbereich innerhalb des Bereichs desselben
SGSN Knotens ändert.
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4 zeigt
eine Kontextaktivierungsprozedur, die durch den Gateway-Knoten GGSN
initiiert wird. In diesem Fall umfasst der Speicher des Gateway-Knotens
Daten, die an eine Mobilstation adressiert sind, aber er weist keinen
aktiven PDP Kontext auf, der mit der Mobilstation verknüpft ist.
Im Schritt 4-1 fragt der GGSN die Heimatdatei nach Routing-Daten
ab, welche die Heimatdatei im Schritt 4-2 zurückgibt.
Im Schritt 4-3 informiert der GGSN den Unterstützungsknoten
SGSN, dass Daten in der Mobilstation ankommen und bittet den Unterstützungsknoten,
den PDP Kontext zu aktivieren. Im Schritt 4-5 bittet der
SGSN die Mobilstation eine PDP Kontextaktivierungsanfrage zu senden,
welche sie im Schritt 4-6 durchführt. Im Schritt 4-7 bittet
der Unterstützungsknoten
SGSN den Gateway-Knoten GGSN einen PDP Kontext für die Mobilstation in seinem Speicher
zu erzeugen, welches der GGSN im Schritt 4-8 bestätigt. Im
Schritt 4-9 informiert der SGSN die Mobilstation über die
Annahme der Kontextaktivierung.
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5 zeigt
das Blockdiagramm eines SGSN Knotens gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung. Der SGSN Knoten umfasst drei Hauptblöcke: SS7
Signalisierungsdienste (für
das SS7 Gateway) 51, SGSN Registrierungsdienste 52 und
Daten-Übertragungs/Transport-Schichtdienste 53.
Die Blöcke 51 und 52 entsprechen
zusammen Block GTP/IP1 in dem Signalisierungsdiagramm, Block 53 entspricht Block
GTP/IP2. Die Aufteilung zwischen den Blöcken 51 und 52 ist
für die
Erfindung nicht wesentlich; sie können derselbe Block sein, d.h.
Modul. Im Gegensatz dazu, es ist wesentlich, dass mehr als ein Übertragungs/Signalisierungsblöcke 53 vorhanden
sein können.
Mit anderen Worten, der Unterstützungsknoten
umfasst mindestens die mechanischen, elektrischen und Software Schnittstellen
oder Einrichtungen zum Unterstützen
einer Vielzahl von Blöcken, d.h.
Module 53, wobei jedes Modul 53 seine bestimmte
IP Adresse aufweist. Das heißt,
dass wenn sich der Verkehr erhöht,
kann die Datenübertragungskapazität des Unterstützungsknotens
auf einfache Weise erhöht
werden.
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Mittels
Block 51 weist der SGSN Knoten eine gemeinsame SS7 Schnittstelle
mit der Heimatdatei HLR und den Mobilvermittlungszentren MSC/VLR auf.
Block 51 ist für
die Ausführung
der Protokolle, die in 5 gezeigt sind, zuständig. Diese
Protokolle sind einem Fachmann aus den ITU-T Empfehlungen bekannt.
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Block 52 umfasst
Teilnehmerregistrierungsdienste 54 und eine Besucherdatenbank 55.
Die letztere wird zum Speichern der Teilnehmerdaten, aktiven PDP
Kontextdaten und IP3 Adressen, die die Mobilstation bedient (Kennung
bzw. Identität
des Blocks 53) verwendet.
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Block 53 implementiert
die Daten-Übertragungs/Transportschichtdienste
des SGSN Knotens. In dem Beispiel in 5 implementiert
der Block 53 folgende Aufgabe oder Protokolle:
GMM
= GPRS Mobilitätsverwaltung
SM
= Sitzungsverwalter
GSMS = GPRS Textkurznachrichtendienst
LLC
= logische Verbindungsteuerung, OSI-Modell Verbindungsschicht
BSSGP
= BSS GPRS Protokoll
GTP = GPRS Tunellprotokoll
SNDCP
= Unternetzwerk Abhängiger
Konvergenzprotokoll
UDP/IP = Benutzer Datagrammprotokoll/Internet Protokoll
L1
= Schicht 1, Schnittstelle der 1-sten Schicht eines OSI Modells
mit z.B. einem lokalen Bereichsnetzwerk
NS/FR = Netzwerkdienste/Rahmenweiterleitung
zum Weiterleiten von Datenpaketen an andere Netzwerkelemente.
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Die
ersten drei Protokolle bilden zusammen die RIL-3 Schicht-(Funkschnittstellenschicht
3)Protokolle zwischen einer Mobilstation und einem Unterstützungsknoten
SGSN aus. All diese Aufgaben und Protokollen sind per se von dem
konventionellen GPRS Netzwerk und SGSN Knoten bekannt. Die Neuheit
ist, einen SGSN Knoten zu erzeugen, wobei Blöcke oder Module 53,
die für
Datenübertragung vorgesehen
sind, verdoppelt werden können,
wenn der Verkehr steigt, so dass jeder Datenübertragungsblock eine bestimmte
IP Adresse für
Datenübertragung
(IP2, IP2' usw.)
aufweist.
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5 zeigt
die interne Struktur des Unterstützungsknoten
der Erfindung. Die Wirkung der Erfindung auf eine Netzwerkarchitektur
kann daran erkannt werden, dass der Unterstützungsknoten der Erfindung
fähig ist,
einen signifikant größeren geographischen
Bereich als ein konventioneller Unterstützungsknoten zu bedienen. In 1A könnte ein SGSN
gemäß der Erfindung
beispielsweise die Aufgaben der Knoten SGSN1 und SGSN2 durchführen, in
solch einer Weise, dass beide konventionellen Unterstützungsknoten
durch ein Datenübertragungsmodul 53 des
Unterstützungsknoten
gemäß der Erfindung
ersetzt werden könnten.
Die Standards definieren keine Anzahl von Basisstationssystemen,
welche mit einem Unterstützungsknoten
verbunden werden können.
Dies ist hauptsächlich
von der Kapazität
des Unterstützungsknoten
abhängig,
welcher mittels der Erfindung signifikant verbessert werden kann.
In 1A bedient der SGSN3 drei Basisstationssteuergeräte BSC.
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Die
Erfindung wurde exemplarisch anhand eines GSM/GPRS Netzwerks beschrieben,
ist aber jedoch nicht darin begrenzt. Der Unterstützungsknoten
der Erfindung kann ein SGSN Knoten eines GPRS Netzwerks sein, kann
aber ebenso das sein, was als ein PDAN (Paketdaten Zugangsnetzwerk) Knoten
der dritten Mobilsystemgeneration bekannt ist.