ES2237154T3 - Identificacion de una estacion movil en una red de radiocomunicaciones por paquetes. - Google Patents
Identificacion de una estacion movil en una red de radiocomunicaciones por paquetes.Info
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Abstract
Método de asignación de una identidad temporal (TLLI) en una red celular a una estación móvil (MS) por parte de un primer elemento de red (SGSN, BSC, RNC) el cual tiene un identificador propio, caracterizado porque la identidad temporal (TLLI) comprende por lo menos parte de un identificador (NEI) que indica el primer elemento de red.
Description
Identificación de una estación móvil en una red
de radiocomunicaciones por paquetes.
La presente invención se refiere en general a
redes de radiocomunicaciones por paquetes, y en particular al
soporte de la movilidad en redes de radiocomunicaciones por
paquetes.
El servicio general de radiocomunicaciones por
paquetes GPRS es un servicio nuevo en el sistema GSM, y es uno de
los objetivos de la tarea de normalización de la fase 2+ GSM en el
ETSI (Instituto Europeo de Normas de Telecomunicación). El entorno
operativo GPRS comprende una o más áreas de servicio de subred, las
cuales están interconectadas por una red troncal GPRS. Una subred
comprende una serie de nodos de servicio SN de datos por paquetes,
a los que se hace referencia en la presente solicitud como nodos de
soporte de servicio GPRS SGSN, cada uno de los cuales está
conectado a la red de comunicaciones móviles GSM (típicamente a
sistemas de estaciones base) de tal manera que puede proporcionar
un servicio por paquetes para terminales móviles de datos a través
de varias estaciones base, es decir, células. La red intermedia de
comunicaciones móviles proporciona una transmisión de datos por
conmutación de paquetes entre un nodo de soporte y terminales de
datos móviles. A su vez, diferentes subredes están conectadas a una
red de datos externa, por ejemplo, a una red pública conmutada de
datos PSPDN, a través de nodos de soporte de la pasarela GPRS GGSN.
De este modo el servicio GPRS permite proporcionar una transmisión
de datos por paquetes entre terminales de datos móviles y redes de
datos externas cuando la red GSM funciona como una red de
acceso.
La Figura 1A ilustra una red de
radiocomunicaciones por paquetes GPRS implementada en el sistema
GSM. La estructura básica del sistema GSM comprende dos elementos:
un sistema de estaciones base BSS y un subsistema de red NSS. El
BSS y las estaciones móviles MS se comunican a través de enlaces de
radiocomunicaciones. En el sistema de estaciones base BSS, a cada
célula le presta servicio una estación base BTS. Una serie de
estaciones base están conectadas a un controlador de estaciones
base BSC, el cual controla las radiofrecuencias y canales usados
por la BTS. Los controladores de estaciones base BSC están
conectados a un centro de conmutación de servicios móviles MSC. En
lo que a una descripción más detallada del sistema GSM se refiere,
se hace referencia a las recomendaciones ETSI/GSM y a la
publicación The GSM System for Mobile Communications, de M.
Mouly y M. Pautet, Palaiseau, Francia, 1992,
ISBN:2-957190-07-7.
En el sistema mostrado en la Figura 1, el sistema
GPRS conectado a la red GSM comprende una red GPRS, la cual a su
vez comprende dos nodos de soporte de servicio GPRS (SGSN) y un
nodo de soporte de la pasarela GPRS (GGSN). Los diferentes nodos de
soporte SGSN y GGSN están interconectados por medio de una red
troncal dentro del mismo operador. En una red GPRS se puede disponer
de un número cualquiera de nodos de soporte de servicio y nodos de
soporte de pasarela.
El nodo de soporte de servicio GPRS SGSN es un
nodo que presta servicio a una estación móvil MS. Cada nodo de
soporte SGSN controla un servicio de datos por paquetes dentro del
área de una o más células en una red celular de radiocomunicaciones
por paquetes, y por esta razón, cada nodo de soporte SGSN está
conectado (a través de una interfaz Gb) a un elemento local
determinado del sistema GSM. Esta conexión se establece típicamente
con el sistema de estaciones base BSS, es decir, con controladores
de estaciones base BSC o con una estación base BTS. Una estación
móvil MS ubicada en una célula se comunica con una estación base
BTS a través de una interfaz de radiocomunicaciones y
adicionalmente con el nodo de soporte SGSN en el área de servicio a
la cual pertenece la célula a través de la red de comunicaciones
móviles. En principio, la red de comunicaciones móviles entre el
nodo de soporte SGSN y la estación móvil MS únicamente retransmite
paquetes entre estos dos elementos. Para conseguir esta situación,
la red de comunicaciones móviles proporciona una transmisión de
paquetes de datos por conmutación de paquetes entre la estación
móvil MS y el nodo de soporte de servicio SGSN. Se debe indicar que
la red de comunicaciones móviles solamente proporciona una conexión
física entre la estación móvil MS y el nodo de soporte SGSN, y por
lo tanto su función y estructura exactas no son significativas con
respecto a la invención. El SGSN está provisto también de una
interfaz de señalización Gs (por ejemplo, una conexión de
señalización SS7) con el registro de posiciones de visitantes VLR de
la red de comunicaciones móviles y/o con el centro de conmutación
de servicios móviles. El SGSN puede transmitir información de
ubicación al MSC/VLR y/o recibir solicitudes de búsqueda de un
abonado GPRS desde el MSC/VLR.
Cuando la MS se conecta a la red GPRS, es decir,
en un procedimiento de conexión al GPRS, el SGSN crea un contexto
de gestión de movilidad (MM) que contiene, por ejemplo, información
relacionada con la movilidad y seguridad de la MS. En relación con
un procedimiento de activación PDP, el SGSN crea un contexto PDP
(protocolo de datos por paquetes) el cual se usa con fines
relacionados con el encaminamiento dentro de la red GPRS con el
GGSN que usa el abonado GPRS.
El nodo de soporte de la pasarela GPRS GGSN
conecta una red GPRS del operador con sistemas GPRS de otros
operadores con sistemas GPRS y con redes de datos 11 - 12, tales
como una red troncal entre operadores, una red IP (Internet) o una
red X.25. El GGSN incluye direcciones PDP de abonados GPRS e
información de encaminamiento, es decir, direcciones SGSN. La
información de encaminamiento se usa para disponer en túneles
unidades de datos de protocolo PDU desde la red 11 de datos al
punto de conmutación actual de la MS, es decir, al SGSN de servicio.
Las funcionalidades del SGSN y el GGSN pueden estar integradas en
un nodo físico.
Un registro de posiciones base HLR de la red GSM
contiene datos de abonados GPRS e información de encaminamiento y
establece una correspondencia de la IMSI de abonado con uno o más
pares del tipo de PDP y la dirección PDP. El HLR establece también
una correspondencia de cada par de tipo de PDP y dirección PDP con
uno o más GGSN. El SGSN tiene una interfaz Gr con el HLR (una
conexión de señalización directa o una conexión a través de una red
troncal interna 13). El HLR de una MS itinerante puede estar en una
red de comunicaciones móviles diferente con respecto al SGSN de
servicio.
Una red troncal 13 dentro del mismo operador, la
cual interconecta los equipos SGSN y GGSN de un operador, se puede
implementar, por ejemplo, por medio de una red local, tal como una
red IP. Debería observarse que una red GPRS de un operador también
se puede implementar sin la red troncal dentro del mismo operador,
por ejemplo, proporcionando todas las características en un
ordenador.
Una red troncal entre operadores es una red a
través de la cual se pueden comunicar entre sí nodos de soporte de
pasarela GGSN de diferentes operadores.
La Figura 1B ilustra capas de protocolo del nivel
de señalización entre una MS y un SGSN. En el sistema GPRS, se han
definido estructuras de protocolos por capas, conocidas como nivel
de transmisión y nivel de señalización, para transmitir información
de usuario y señalización. Un nivel de transmisión presenta una
estructura de protocolos por capas que proporciona una transmisión
de información de usuario junto con procedimientos de control de
transmisión de datos relacionados con la misma (por ejemplo,
control de flujo, detección de errores, corrección de errores y
recuperación de errores). Un nivel de señalización consta de
protocolos los cuales se usan para controlar y soportar las
funciones del nivel de transmisión, tales como el control del acceso
a la red GPRS (Conexión y Desconexión) y el control de la
trayectoria de encaminamiento de la conexión de red establecida con
vistas a soportar movilidad de usuario. Las capas de protocolo del
nivel de transmisión son idénticas a las correspondientes a la
Figura 2 hasta la capa de protocolo SNDCP, por encima de la cual
hay un protocolo de la red troncal GPRS (por ejemplo, el Protocolo
de Internet IP) entre la MS y el GGSN (en lugar del protocolo
L3MM). Las capas de protocolo ilustradas en la Figura 1B son:
- La Gestión de Movilidad de la Capa 3 (L3MM):
este protocolo soporta la funcionalidad de gestión de la movilidad,
por ejemplo, Conexión a GPRS, Desconexión de GPRS, seguridad,
actualización del área de encaminamiento, actualización del área de
ubicación, activación de un contexto PDP, y desactivación de un
contexto PDP.
- El Protocolo de Convergencia Dependiente de la
Subred (SNDCP) soporta la transmisión de unidades de datos de
protocolo (N-PDU) de una capa de red entre una MS y
un SGSN. La capa SNDCP gestiona, por ejemplo, el cifrado y la
compresión de unidades N-PDU.
- El Control de Enlace Lógico (LLC): esta capa
proporciona un enlace lógico muy fiable. El LLC es independiente
con respecto a los protocolos de interfaz de radiocomunicaciones
que se mencionan posteriormente.
- La Retransmisión LLC: esta función retransmite
unidades de datos de protocolo (PDU) LLC entre una interfaz
MS-BSS (Um) y una interfaz BSS-SGSN
(Gb).
- El Protocolo GPRS del Subsistema de Estaciones
Base (BSSGP): esta capa transmite información de encaminamiento e
información relacionada con la QoS entre un BSS y un SGSS.
- La Retransmisión de Tramas, la cual se usa a
través de la interfaz Gb. Entre el SGSN y el BSS se establece una
conexión semipermanente a la cual se multiplexan unidades PDU LLC
de varios abonados.
- El Control de Enlace de Radiocomunicaciones
(RLC): esta capa proporciona un enlace fiable independiente con
respecto a las soluciones de radiocomunicaciones.
- El Control de Acceso al Medio (MAC): éste
elemento controla la señalización de acceso (solicitud y concesión)
relacionada con un canal de radiocomunicaciones y el
establecimiento de la correspondencia de tramas LLC sobre un canal
GSM físico.
Con respecto a la invención, las capas de
protocolo más interesantes son el LCC y la L3MM. La función de la
capa LLC se puede describir de la manera siguiente: la capa LLC
funciona por encima de la capa RLC en la arquitectura de referencia
y establece un enlace lógico entre la MS y su SGSN de servicio. Con
respecto a la función del LCC, los requisitos más importantes son
una gestión fiable de la retransmisión de tramas LCC y el soporte
del direccionamiento punto a punto y punto a multipunto.
Un punto de acceso al servicio (SAP) de la capa
de enlace lógico es un punto en el que la capa LLC proporciona
servicios para los protocolos de la capa 3 (la capa SNDCP en la
Figura 1B). El enlace de la capa LLC se identifica con un
identificador de conexión de enlace de datos (DLCI), el cual se
transmite en el campo de dirección de cada trama LLC. El DLCI
consta de dos elementos: Un Identificador de Punto de Acceso al
Servicio (SAPI) y una Identidad Temporal de Enlace Lógico TLLI.
Cuando se requiera una expresión más general de una TLLI, se usará
la expresión "identidad temporal".
Cuando un usuario se conecta a una red GPRS, se
establece un enlace lógico entre la MS y el SGSN. De este modo, se
puede decir que la MS tiene una llamada en curso. Este enlace
lógico presenta una ruta entre la MS y el SGSN, indicada con el
identificador TLLI. De este modo, el TLLI es un identificador
temporal, el cual es asignado por el SGSN para un cierto enlace
lógico y una cierta IMSI. El SGSN envía el TLLI a la MS en relación
con el establecimiento de un enlace lógico, y se usa como
identificador en la transmisión posterior de señalización y de
datos a través de este enlace lógico.
La transmisión de datos a través de un enlace
lógico se efectúa tal como se explica a continuación. Los datos a
transmitir hacia o desde una MS se procesan con una función SNDCP y
se transmiten hacia la capa LLC. La capa LLC inserta los datos en
el campo de información de tramas LLC. El campo de dirección de una
trama incluye, por ejemplo, un TLLI. La capa LLC retransmite los
datos hacia el RLC, el cual elimina la información innecesaria y
segmenta los datos para obtener un formato compatible con el MAC.
La capa MAC activa procesos de recursos de radiocomunicaciones para
obtener un camino de tráfico de radiocomunicaciones con vistas a la
transmisión. Una unidad MAC correspondiente en el otro lado del
camino de tráfico de radiocomunicaciones recibe los datos y los
retransmite en sentido ascendente hacia la capa LLC. Finalmente, los
datos se transmiten desde la capa LLC hacia el SNDCP, en el que los
datos de usuario se restablecen completamente y se retransmiten a
la siguiente capa de protocolo.
Tres estados MM diferentes de la MS son típicos
de la gestión de movilidad (MM) de un abonado GPRS: estado de
reposo, estado de espera y estado preparado. Cada estado representa
un cierto nivel de funcionalidad e información, el cual ha sido
asignado a la MS y el SGSN. En el SGSN y la MS se almacenan
conjuntos de información relacionados con estos estados,
denominados contextos MM. El contexto del SGSN contiene datos de
abonado, tales como la IMSI de abonado, la TLLI e información de
ubicación y encaminamiento, etcétera.
En los estados de espera y preparado la MS está
conectada a la red GPRS. En la red GPRS, se ha creado un contexto
MM dinámico para la MS, y se establece un enlace lógico LLC
(Control de Enlace Lógico) entre la MS y el SGSN en una capa de
protocolo. El estado preparado es el estado de transmisión de datos
real en el que la MS puede transmitir y recibir datos de usuario.
La MS conmuta del estado de espera al estado preparado bien cuando
la red GPRS busca la MS o bien cuando la MS inicia la transmisión
de datos o la señalización. La MS puede permanecer en el estado
preparado (durante un periodo fijado con un temporizador) incluso
cuando no se transmiten datos de usuario o no se realiza ninguna
señalización.
En los estados de espera y preparado, la MS
también tiene uno o más contextos PDP (Protocolo de Datos por
Paquetes), los cuales se almacenan en el SGSN de servicio en
relación con el contexto MM. El contexto PDP define diferentes
parámetros de transmisión de datos, tales como el tipo de PDP (por
ejemplo, X.25 ó IP), la dirección PDP (por ejemplo, una dirección
X.121), la calidad de servicio QoS y la NSAPI. La MS activa el
contexto PDU con un mensaje específico, Solicitud de Activación de
Contexto PDP, en el que proporciona información sobre la TLLI, el
tipo de PDP, la dirección PDP, la QoS y la NSAPI requeridas. Cuando
la MS se desplaza de forma itinerante al área de un SGSN nuevo, el
SGSN nuevo solicita contextos MM y PDP del SGSN antiguo.
Con vistas a la gestión de la movilidad, se han
definido áreas de encaminamiento lógicas para la red GPRS. Un área
de encaminamiento (RA) es un área definida por un operador, que
comprende una o más células. Habitualmente, un SGSN presta servicio
a varias áreas de encaminamiento. Un área de encaminamiento se usa
para determinar la ubicación de la MS en el estado de espera. Si no
se conoce la ubicación de la MS en términos de una célula
específica, se inicia la señalización con una búsqueda GPRS dentro
de un área de encaminamiento RA. En otras palabras, un área de
búsqueda es normalmente también un área de encaminamiento en un
sistema GPRS, y un área de ubicación en un sistema GSM actual.
La MS realiza un procedimiento de actualización
de área de encaminamiento con vistas a soportar la movilidad de un
enlace lógico por conmutación de paquetes. En el estado preparado,
la MS inicia el procedimiento cuando se selecciona una célula
nueva, cuando cambia el área de encaminamiento o cuando expira un
temporizador de actualización de un área de encaminamiento cíclica.
La red de radiocomunicaciones (PLMN) está dispuesta para transmitir
una cantidad suficiente de información del sistema hacia la MS de
manera que pueda detectar cuándo esta última entra en una célula
nueva o un área de encaminamiento RA nueva y para determinar cuándo
debe efectuar actualizaciones de áreas de encaminamiento cíclicas.
La MS detecta que ha entrado en una célula nueva comparando
cíclicamente la identidad de célula (ID de Célula) que está
almacenada en su contexto MM con la identidad de célula que se
recibe desde la red. De forma correspondiente, la MS detecta que ha
entrado en un área de encaminamiento RA nueva comparando el
identificador de área de encaminamiento almacenado en su contexto
MM con el identificador de área de encaminamiento recibido desde la
red. Cuando la MS selecciona una célula nueva, almacena la
identidad de célula y el área de encaminamiento en su contexto
MM.
Todos los procedimientos descritos anteriormente
(por ejemplo, conexión, desconexión, actualización de área de
encaminamiento y activación/desactivación del contexto PDP) para
crear y actualizar contextos MM y PDP y establecer un enlace lógico
son procedimientos activados por la MS. No obstante, en relación
con una actualización de área de encaminamiento, la MS efectúa una
actualización al área de encaminamiento nueva sin poder concluir,
basándose en la información de área de encaminamiento difundida por
células, si el SGSN que presta servicio a la célula nueva es el
mismo que el SGSN que prestaba servicio a la célula antigua.
Basándose en la información del área de encaminamiento antigua
transmitida por la MS en un mensaje de actualización, el SGSN nuevo
detecta que hay una actualización de área de encaminamiento en
curso entre dos nodos SGSN y activa la interrogación necesaria para
el SGSN antiguo con vistas a crear contextos MM y PDP nuevos para
la MS en relación con el SGSN nuevo. Como el SGSN ha cambiado,
debería volverse a establecer el enlace lógico entre la MS y el
SGSN nuevo.
La Figura 2, la cual es originalmente la Figura
17 de la Recomendación del ETSI GSM 03.60 (versión 6.0.0), es un
diagrama de señalización que ilustra (principalmente) un
procedimiento de conexión de la técnica anterior. El primer nodo de
soporte SGSN y el primer centro de conmutación móvil MSC/VLR de la
estación móvil se denominan "antiguos" y los actuales se
denominan "nuevos". En la etapa 2-1, la MS
envía una SOLICITUD DE CONEXIÓN. Las etapas 2-2 a
2-5 no son necesarias para entender la invención y
dichas etapas no se describirán. En la etapa 2-6a,
el nodo nuevo, SGSN2, envía un mensaje ACTUALIZACIÓN DE LA UBICACIÓN
hacia el HLR, el cual en la etapa 2-6b envía una
ANULACIÓN DE LA UBICACIÓN hacia el SGSN1 antiguo. En la etapa
2-6c, el SGSN1 antiguo confirma la recepción
(=ACK). En la etapa 2-6d, el SGSN2 nuevo recibe los
datos del abonado en un mensaje INSERCIÓN DE DATOS DE ABONADO y en
la etapa 2-6e confirma su recepción. En la etapa
2-6f, el SGSN2 nuevo recibe desde el HLR una
confirmación de recepción a la actualización de ubicación enviada
en la etapa 2-6a.
En la etapa 2-7a, el SGSN2 nuevo
envía una SOLICITUD DE ACTUALIZACIÓN DE UBICACIÓN hacia el MSC/VLR
nuevo. Las etapas 2-7b a 2-7g se
corresponden con las etapas 2-6a a
2-6f. En la etapa 2-7h, el SGSN2
nuevo recibe desde el MSC nuevo una confirmación de recepción a la
actualización de ubicación enviada en la etapa
2-7a. En la etapa 2-8, el SGSN2
nuevo informa a la MS que la SOLICITUD DE CONEXIÓN enviada en la
etapa 2-1 ha sido aceptada. Las etapas restantes no
son relevantes para la invención y las mismas no se
describirán.
La Figura 3, la cual es originalmente la Figura
26 de la Recomendación del ETSI GSM 03.60 (versión 6.0.0), es un
diagrama de señalización que ilustra (principalmente) un
procedimiento de actualización de área de encaminamiento de la
técnica anterior. En un procedimiento de actualización de área de
encaminamiento entre nodos SGSN, el SGSN de servicio cambia y se
debería informar a la MS de dicho cambio de manera que dicha MS
pueda iniciar un procedimiento local o un procedimiento de red para
actualizar un enlace lógico. En la siguiente descripción, los
números de referencia se refieren a mensajes o acontecimientos
mostrados en la Figura 3.
3-1. La MS envía una solicitud de
actualización de área de encaminamiento al SGSN2 nuevo. Este
mensaje incluye la identidad temporal de enlace lógico TLLI, la
identidad de célula de la célula nueva id_de_Célula, el
identificador de área de encaminamiento del área de encaminamiento
antigua id_de_RA, y el identificador de área de encaminamiento del
área de encaminamiento nueva id_de_RA. Si va a disminuir la carga
en la interfaz de radiocomunicaciones, la identidad de célula
id_de_Célula no se añade hasta que esté en el sistema de estaciones
base BSS.
3-2. El SGSN2 nuevo detecta que
el área de encaminamiento antigua pertenece a otro SGSN, al cual se
hará referencia como nodo antiguo, SGSN1. Como consecuencia, el
SGSN2 nuevo solicita contextos MM y PDP para la MS en cuestión del
SGSN1 antiguo. Todos los contextos pueden ser solicitados al mismo
tiempo, o el contexto MM y cada contexto PDP puede ser solicitado
en mensajes diferentes. La solicitud(es) incluye por lo
menos el identificador de área de encaminamiento id_de_RA del área
de encaminamiento antigua y el TLLI. En respuesta, el SGSN1 antiguo
envía un contexto MM, contextos PDP y posiblemente tripletes de
parámetros de autorización. Si no se reconoce la MS en el SGSN1
antiguo, dicho SGSN1 antiguo responde con un mensaje de error
adecuado. El SGSN1 antiguo almacena la dirección del SGSN2 nuevo
hasta que se haya eliminado el contexto MM antiguo de manera que se
pueden retransmitir paquetes de datos desde el SGSN1 antiguo hacia
el SGSN2 nuevo.
3-3. El SGSN2 nuevo envía un
mensaje "Solicitud de Modificación de Contexto PDP" que
incluye, por ejemplo, una dirección de SGSN nueva, hacia los GGSN
pertinentes. Los GGSN actualizan sus campos de contexto PDP y en
respuesta envían un mensaje "Respuesta de Modificación de
Contexto PDP".
3-4. El SGSN2 nuevo informa al
HLR del cambio del SGSN enviando un mensaje "Actualización de
Ubicación" que incluye una dirección de SGSN nueva y una
IMSI.
3-5. El HLR elimina el contexto
MM del SGSN1 antiguo enviándole un mensaje "Anulación de
Ubicación" que incluye una IMSI. El SGSN1 antiguo elimina los
contextos MM y PDP y confirma dicha operación enviando un mensaje
"Confirmación de Anulación de Ubicación".
3-6. El HLR envía un mensaje
"Inserción de Datos de Abonado" que incluye una IMSI y datos
de abonado GPRS hacia el SGSN2 nuevo. El SGSN2 nuevo confirma su
recepción enviando un mensaje "Confirmación de Recepción de
Inserción de Datos de Abonado".
3-7. El HLR confirma la
actualización de la ubicación enviando un mensaje "Confirmación
de Actualización de Ubicación" hacia el SGSN.
3-8. Si el abonado es también un
abonado GSM (conectado con IMSI), se debe actualizar la asociación
entre el SGSN y el VLR. La dirección del VLR se deduce a partir de
la información RA. El SGSN nuevo transmite un mensaje "Solicitud
de Actualización de Ubicación" que incluye, por ejemplo, una
dirección SGSN y una IMSI, hacia el VLR. El VLR almacena la
dirección SGSN y confirma su recepción enviando un mensaje
"Aceptación de Actualización de Ubicación".
3-9. El SGSN2 confirma la
presencia de la MS en el área de encaminamiento RA nueva. Si no
existen restricciones para el registro de la MS en relación con la
RA nueva, el SGSN crea contextos MM y PDP para la MS. Se establecerá
un enlace lógico entre el SGSN nuevo y la MS. El SGSN2 nuevo
responde a la MS con un mensaje "Aceptación de Actualización del
Área de Encaminamiento" que incluye, por ejemplo, una TLLI
nueva. Este mensaje comunica a la MS que la red ha conseguido
efectuar la actualización.
3-10. La MS confirma la recepción
de la TLLI nueva con un mensaje "Actualización del Área de
Encaminamiento Completa".
La asignación del TLLI se describe también, por
ejemplo, en el documento
EP-A-0859531.
Los procedimientos descritos anteriormente para
asignar los identificadores TLLI, realizar las actualizaciones de
áreas de encaminamiento/ubicación y buscar la estación móvil se
basan en varios años de experiencia con sistemas GSM, y se ha
observado que resultan satisfactorios. No obstante, estos
procedimientos se fundamentan en la consideración de que el
identificador de los nodos SGSN se puede obtener a partir de las
identidades de las células a las que presta servicio. Es posible
que en el futuro esta consideración ya no sea válida. Por ejemplo,
un área de búsqueda podría ser gestionada por varios elementos de
red, tales como nodos SGSN. Alternativamente, un elemento de red
podría prestar servicio a muchas áreas de búsqueda. Este escenario
presenta dos problemas, a saber:
Cuando la estación móvil cambia su área de
búsqueda, puede que el elemento de red nuevo de soporte tenga
problemas con la determinación del elemento de red antiguo de
soporte basándose en el identificador de área de búsqueda. Existe
también el riesgo de que dos elementos de red de soporte asignen el
mismo TLLI a dos estaciones móviles diferentes.
Es un objetivo de la invención reducir al mínimo
los problemas y desventajas que resultan del método de asignación
de identidad temporal (TLLI/TMSI) de la técnica anterior. Este
objetivo se alcanza con el método según la reivindicación 1, el
elemento de red según la reivindicación 9, la red celular según la
reivindicación 12, la estación móvil según la reivindicación 15, y
el controlador de estaciones de radiocomunicaciones según la
reivindicación 18.
La idea básica de la invención es que el elemento
de red que asigna la identidad temporal codifica su propio
identificador, o parte del mismo, en la identidad temporal. Por
ejemplo, si la longitud del TLLI es 32 bits se pueden usar unos
pocos bits (por ejemplo, 3, 4 ó 5) para identificar el elemento de
red que asigna el TLLI, con lo cual 8, 16 ó 32 elementos de red,
respectivamente, podrían soportar una única área de
encaminamiento/búsqueda/ubicación.
El TLLI según la invención es usado, por ejemplo,
por un BSC/RNC para determinar el elemento de red al cual debería
enviar los paquetes dirigidos a una cierta estación móvil. También
es usado por cualquier elemento de red que reciba una estación
móvil desconocida para determinar la identidad del elemento de red
que soporta en ese momento la estación móvil en cuestión.
Además de resolver los problemas anteriores, la
invención proporciona una forma sencilla y eficaz para que un
subsistema de estaciones base (BSS) que preste servicio a la
estación móvil realice un seguimiento de qué elemento de red
soporta en ese momento la estación móvil en cuestión. Esto es
especialmente útil si un BSS está conectado a muchos elementos de
red.
A continuación, se describirá más detalladamente
la invención por medio de formas de realización preferidas haciendo
referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales
la Figura 1A ilustra la arquitectura de red
GPRS;
la Figura 1B ilustra capas de protocolo del nivel
de señalización entre una MS y un SGSN;
la Figura 2 es un diagrama de señalización que
ilustra un procedimiento de conexión;
la Figura 3 es un diagrama de señalización que
ilustra un procedimiento de actualización de área de
encaminamiento; y
la Figura 4 ilustra el concepto de un servidor de
nombres de dominio en relación con un sistema de
radiocomunicaciones por paquetes.
La presente invención se puede aplicar a sistemas
de radiocomunicaciones por paquetes de varios tipos. La invención
se puede usar de forma especial preferentemente para proporcionar
un servicio general de radiocomunicaciones por paquetes GPRS en el
sistema digital de comunicaciones móviles paneuropeo GSM (Sistema
Global para Comunicaciones Móviles) o en sistemas de comunicaciones
móviles correspondientes, tales como el DCS1800 y el PCS (Sistema de
Comunicación Personal), o en un sistema más avanzado, tal como el
UMTS (Sistema de Telecomunicaciones Móviles Universales). A
continuación, se describirán las formas de realización preferidas
de la invención por medio de una red de radiocomunicaciones por
paquetes GPRS formada por el servicio GPRS y el sistema GSM sin
limitar la invención a este sistema específico de
radiocomunicaciones por paquetes. Por ejemplo, en sistemas de
tercera generación tales como el UMTS, en lugar de un BSC se puede
usar un controlador de red de radiocomunicaciones RNC,
etcétera.
Cuando la MS detecta una célula nueva o un área
de encaminamiento RA nueva, esto significa uno de entre cuatro
casos posibles: 1) se requiere una actualización de célula; 2) se
requiere una actualización de área de encaminamiento; 3) se
requiere una actualización combinada de un área de encaminamiento y
un área de ubicación, ó 4) no se requiere ninguna operación (la MS
está en el modo de espera y la RA no cambia). En los tres primeros
casos, la MS selecciona una célula nueva localmente y almacena la
identidad de la célula en su contexto MM.
Según la invención, el procedimiento de conexión
mostrado en la Figura 2 se modifica de manera que en la etapa
2-8 el mensaje ACEPTACIÓN DE CONEXIÓN comprende la
identidad temporal de la invención (por ejemplo, TLLI) la cual
indica (es decir, comprende por lo menos parte de) el identificador
del SGSN que asignó la identidad temporal. En el caso de la Fig. 2,
la TLLI comprende parte del identificador de SGSN2. Para explicarlo
de forma más precisa, el procedimiento de conexión en sí mismo no
se modifica, sino que la identidad temporal enviada comprende por
lo menos una parte de la identidad del elemento de red que asignó
la identidad temporal.
En la etapa 3-1 de la Figura 3
puede verse el uso de la identidad temporal/TLLI de la invención.
Como la Solicitud de Actualización de Área de Encaminamiento indica
en la codificación de la TLLI la identidad del nodo SGSN (SGSN1) que
asignó la TLLI, el SGSN2 nuevo puede deducir la dirección correcta
del SGSN usando la identidad del área de encaminamiento antigua
junto con la codificación de la TLLI, típicamente usando una
funcionalidad de base de datos. En la TLLI, un código hace
referencia a un nodo exclusivo para el área de encaminamiento en
cues-
tión.
tión.
Se realiza una actualización de célula cuando la
MS entra en una célula nueva dentro del área de encaminamiento RA
actual y está en el estado PREPARADO. Si la RA ha cambiado, en
lugar de la actualización de célula se efectúa una actualización de
área de encaminamiento.
El procedimiento de actualización de células se
efectúa como un procedimiento implícito en el nivel LLC, lo cual
significa que para enviar información sobre el cruce hacia el SGSN
se usan información LLC y tramas de control normales. En la
transmisión hacia el SGSN, la identidad de célula se añade a los
paquetes BSSGB para todas las tramas LLC en el sistema de
estaciones base de la red. El SGSN registra el cruce de la MS, y
cualquier otro tráfico hacia la MS se encamina a través de una
célula nueva. En una actualización de célula sencilla el SGSN no
cambia, y no aparecerán los problemas superados por la
invención.
Naturalmente, el SGSN también puede usar otra
secuencia de señalización adecuada para iniciar el establecimiento
de un enlace lógico en la capa LLC o en otra capa de protocolo.
Según la invención, la TLLI de la estación móvil
indica el elemento de red que asignó la TLLI. En el ejemplo de la
Figura 3, la TLLI indica el SGSN1 antiguo. Evidentemente, no basta
con entre 3 y 5 bits para indicar de forma inequívoca un número
elevado de nodos SGSN. No obstante, estos 3 a 5 bits se pueden
reutilizar de una manera algo similar a un patrón de reutilización
de frecuencia como el usado en el sistema GSM, con lo cual la
combinación del área de encaminamiento del sistema GPRS y la
codificación de la TLLI de la invención puede determinar de forma
inequívoca un nodo SGSN.
En la etapa 2-2 el SGSN2 nuevo
conoce la identidad del SGSN1 nuevo incluso si existe una relación
mutua múltiple entre áreas de encaminamiento y nodos SGSN. Esto es
debido a que la estación móvil MS ha enviado en la SOLICITUD DE
CONEXIÓN 2-1, la TLLI antigua y la RAI. Si la MS no
envía la TLLI antigua, en este caso en la etapa 2-3
la MS debería ser identificada.
Es posible que no exista ninguna relación
biunívoca entre el área de búsqueda y el área del BSC (o el RNC).
Según una forma de realización preferida de la invención, la TLLI
comprende dos identificadores, uno que indica el área de búsqueda y
el otro que indica el BSC/RNC.
La identidad temporal o TLLI según la invención
se puede vincular a un elemento de red específico por medio de una
base de datos adecuada. Como alternativa, un elemento de red A que
recibe una TLLI puede obtener el elemento de red B correspondiente
usando el identificador de área de encaminamiento asociado a la
TLLI, lo cual le permite enviar cierta señalización (tal como un
mensaje de actualización de ubicación) al elemento de red B. El
elemento de red B responderá directamente si es que él mismo
gestiona la estación móvil, o reenviará la señalización al elemento
de red correcto.
No se pone de manifiesto de forma inmediata cómo
puede enviar la señalización el elemento de red A hacia el elemento
de red B, ya que puede que A únicamente conozca de 3 a 5 bits del
identificador de B. Existen por lo menos tres soluciones a este
problema: 1) A conoce el identificador de elemento de red NEI y la
identidad de área de encaminamiento RAI, los cuales identifican a B.
Una de las implementaciones prácticas consistiría en interrogar a
un servidor de nombres de dominio DNS usando una clave tal como
"rai.nei@operator.gprs" (ver Figura 2). 2) El NEI no es
usado por el SGSN nuevo. Por el contrario, tal como en los sistemas
de la técnica anterior, se usa el área de encaminamiento RA para
obtener el SGSN antiguo. La diferencia con respecto a sistemas de la
técnica anterior es que puede que la MS no esté registrada en este
nodo SGSN (es decir, asociada a la RAI antigua por medio de una
funcionalidad de base de datos) sino en otro. En este caso, el SGSN
antiguo puede reenviar la solicitud hacia el SGSN válido. De forma
más general, en lugar de recuperar la dirección válida a partir de
una base de datos, la solicitud se envía a una entidad la cual
puede encontrar la dirección válida (usando la RAI antigua y la
TLLI) y reenviar la solicitud hacia el SGSN antiguo que gestiona la
MS. La respuesta podría ser enviada por el SGSN3 hacia el SGSN1
directamente o a través de otra entidad (SGSN2). Finalmente 3) se
puede usar una combinación de 1 y 2, en cuyo caso el NEI forma
parte de la TLLI aunque el SGSN (por ejemplo, de un fabricante
diferente) no puede usarlo. En este caso, la dirección del SGSN
antiguo almacenada en el servidor de nombres de dominio se puede
sustituir por una dirección de nodo que use el NEI y la RAI (o la
LAI).
La Figura 4 ilustra el concepto de un servidor de
nombres de dominio DNS en relación con un sistema de
radiocomunicaciones por paquetes, tal como el GPRS. En la etapa
4-1, una MS envía una Solicitud de Actualización de
Área de Encaminamiento al SGSN2 ("el SGSN nuevo"). Esta
solicitud comprende el Índice de Área de Encaminamiento RAI antiguo
de la MS y la TLLI según la invención. En la etapa
4-2, el SGSN2 envía dichos elementos a un servidor
de nombres de dominio DNS. Juntos forman una combinación
inequívoca, y en la etapa 4-3 el DNS puede devolver
la dirección del SGSN1 ("SGSN antiguo"). En las etapas
4-4 y 4-5, el SGSN2 nuevo puede
recuperar el contexto del SGSN a partir del SGSN1 antiguo.
En un área de búsqueda determinada, se puede
buscar una estación móvil con identidades diferentes si la misma
está registrada en más de un elemento de red. No obstante, sería
más sencillo si la estación móvil prestara atención a solamente una
identidad en el canal de búsqueda. De este modo, según otra forma
de realización preferida de la invención se usa una identidad
temporal extendida o TLLI. La identidad temporal extendida o TLLI
comprende hasta tres identificadores de la forma siguiente:
el primer octeto: un identificador de elemento de
red exclusivo para el área de búsqueda;
el segundo octeto: un identificador de elemento
de red exclusivo para el RNC/BSC;
los octetos restantes: una identidad de
búsqueda.
(NB: es solamente por comodidad que los tres
identificadores se muestran como octetos completos). La identidad
de búsqueda puede ser un número seudoaleatorio coordinado por la
red. Puede ser asignada por el BSS/RNC o por un elemento de red
principal independiente. Por ejemplo, para cada área de
encaminamiento RA un único SGSN asignaría todas las identidades de
búsqueda válidas en dicha RA. Los otros nodos SGSN deberían
solicitar la identidad de búsqueda de su SGSN principal. Debería
ser exclusiva para cada estación móvil de manera que para buscar
una estación móvil registrada en el área de búsqueda en cuestión,
sea suficiente con usar dicha identidad de búsqueda. Cuando se
busca una estación móvil que todavía no está registrada en el área
de búsqueda, el uso de la TLLI extendida reduce el riesgo de
colisión. Para la transmisión de enlace ascendente y la
señalización de la gestión de movilidad, la estación móvil debería
usar la identidad extendida. El NEI que es único para el área de
búsqueda debería identificar de forma inequívoca el SGSN. En otras
palabras, entre 3 y 5 bits pueden identificar entre 2^{3} y
2^{5} nodos SGSN.
No siempre es necesario, en particular en la
transferencia de enlace ascendente o en la búsqueda, que el primer
octeto de la identidad temporal extendida comprenda el
identificador completo de elemento de red exclusivo del área de
búsqueda. Preferentemente, para la transferencia de enlace
descendente en la búsqueda se usa únicamente parte de la identidad
temporal. Otra forma de expresar esto, es que la TLLI siga siendo
la identidad de búsqueda pero que el NEI esté asociado a la
misma.
El NEI de la invención se puede usar de la forma
siguiente. Para la transferencia de enlace descendente, el SGSN que
recibe un paquete MT conoce la identidad de la MS y la célula en la
que está ubicada. Por esta razón, los paquetes de enlace
descendente se pueden encaminar hacia la MS sin el NEI de la
invención. No obstante, los paquetes de enlace ascendente son
enviados por una MS hacia un BSC, el cual puede estar conectado a
muchos nodos SGSN. De este modo, la MS debe enviar el NEI en cada
paquete para posibilitar que el BSC encamine el paquete hacia el
SGSN correcto.
Según otra forma de realización preferida, el BSC
mantiene un contexto para la MS, en el cual se indican el SGSN
relevante. No obstante, cuando la célula o área de encaminamiento
de la MS cambia, también puede cambiar el BSC que presta servicio a
la MS. Por esta razón, la MS debería insertar el NEI en cada paquete
después de un cambio de célula/área de encaminamiento. El primer
paquete enviado después de un cambio de célula/área de
encaminamiento debería ser un mensaje de señalización, tal como una
actualización de área de encaminamiento, o puede ser un paquete de
datos de usuario normal el cual se puede usar en un sistema GPRS
para indicar una actualización de célula implícita.
Puede que exista el requerimiento de que un
cambio de área de encaminamiento deba dar como resultado un cambio
del BSC. En tal caso, cuando el área de encaminamiento cambia
también puede cambiar el SGSN. Actualmente, el SGSN nuevo obtiene
la dirección del SGSN antiguo basándose en la RAI antigua. No
obstante, esto no es posible si varios nodos SGSN prestan servicio
a una única RA. Por esta razón, la MS debería incluir el NEI en un
mensaje de Actualización de RA de manera que el SGSN nuevo pueda
encontrar el SGSN antiguo basándose en la RAI antigua y el NEI.
En sistemas de telecomunicaciones futuros, tales
como el CDMA de banda ancha, se prevé que un RNC mantenga un
contexto para cada MS. No obstante, para permitir una planificación
flexible de la red, la frontera del área de búsqueda podría ser
diferente con respecto a una frontera de área RNC. Por ejemplo, dos
(o más) nodos RNC (RNC1 y RNC2, no mostrados) podrían prestar
servicio a una única área de búsqueda pero la MS posee un contexto
en RNC1 aunque está ubicada en el área de RNC2 en la que va a ser
buscada. En este caso, la estación móvil debería incluir el NEI del
RNC en la respuesta de búsqueda. Basándose en el NEI del RNC, el
RNC2 sabe que la MS posee un contexto en RNC1, y RNC2 debería
recuperar el contexto de RNC1.
Además, cuando dos (o más) nodos RNC prestan
servicio a una única área de búsqueda y la MS realiza una
actualización de área de búsqueda a un área de búsqueda nueva, esta
nueva área de búsqueda podría ser gestionada por un RNC nuevo. Para
permitir que el RNC nuevo determine el RNC antiguo, la MS debería
incluir el NEI del RNC en el mensaje de actualización del área de
búsqueda.
Si una red GPRS está conectada a una red de
radiocomunicaciones usando nodos RNC, durante la actualización de
la RA se deberían enviar tanto el NEI como el NEI del RNC.
La normalización del sistema GPRS no es todavía
definitiva. El estado actual del sistema GPRS se describe en las
recomendaciones aceptadas GSM 03.60 versión 6.1.0 y el LLC se
describe en la GSM 04.64, versión 6.1.0 del Instituto Europeo de
Normas de Telecomunicaciones (ETSI), incorporándose dichas
recomendaciones en la presente memoria a título de referencia.
La descripción ilustra únicamente unas formas de
realización preferidas de la invención. No obstante, la invención
no se limita a estos ejemplos, sino que puede variar dentro del
alcance de las reivindicaciones adjuntas.
Claims (19)
1. Método de asignación de una identidad temporal
(TLLI) en una red celular a una estación móvil (MS) por parte de un
primer elemento de red (SGSN, BSC, RNC) el cual tiene un
identificador propio, caracterizado porque la identidad
temporal (TLLI) comprende por lo menos parte de un identificador
(NEI) que indica el primer elemento de red.
2. Método según la reivindicación 1,
caracterizado porque la red celular comprende una pluralidad
de áreas de búsqueda.
3. Método según la reivindicación 2,
caracterizado porque la identidad temporal comprende también
una identidad de búsqueda que es exclusiva para cada combinación de
una estación móvil y un área de búsqueda.
4. Método según la reivindicación 2 ó 3,
caracterizado porque el identificador (NEI) del primer
elemento de red junto con un identificador (RAI) del área de
búsqueda en la que se asignó dicha identidad temporal identifica de
forma exclusiva el primer elemento de red.
5. Método según cualquiera de las
reivindicaciones 2 a 4, caracterizado porque
cada área de búsqueda tiene un elemento de red
principal asociado para asignar una identidad de búsqueda a cada
una de entre varias estaciones móviles en el área de búsqueda;
y
el primer elemento de red, antes de asignar la
identidad temporal a un área de búsqueda, solicita de dicho
elemento de red principal en el área de búsqueda en cuestión una
identidad de búsqueda para la estación móvil.
6. Método según cualquiera de las
reivindicaciones 2 a 5, caracterizado porque cada área de
búsqueda está conectada a una pluralidad de elementos de red, y
porque la red celular usa dicha identidad temporal para encaminar
tráfico de enlace ascendente hacia el elemento de red que presta
servicio en ese momento a la estación móvil (MS).
7. Método según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque después de
un cambio a un área de búsqueda nueva por parte de la estación
móvil (MS), un elemento de red en el que está registrada la estación
móvil usa dicha identidad temporal y el identificador del área de
búsqueda nueva para obtener un identificador de un elemento de red
que prestaba servicio a la estación móvil antes de dicho
cambio.
8. Método según cualquiera de las
reivindicaciones 3 a 7, caracterizado porque para buscar la
estación móvil en primer lugar se usa únicamente dicha identidad de
búsqueda, y porque para la señalización se usa la identidad
temporal total.
9. Elemento de red adaptado para asignar una
identidad temporal (TLLI) a una estación móvil (MS),
caracterizado porque dicha identidad temporal comprende por
lo menos una parte de un identificador (NEI) que indica dicho
elemento de red.
10. Elemento de red según la reivindicación 9,
caracterizado porque está adaptado para usar dicha identidad
temporal (TLLI) y el identificador del área de búsqueda en la que
está ubicada la estación móvil (MS) con vistas a obtener un
identificador de otro elemento de red el cual prestaba servicio a la
estación móvil antes que el elemento de red actual.
11. Elemento de red según la reivindicación 9 ó
10, caracterizado porque dicha identidad temporal comprende
también una identidad de búsqueda la cual es exclusiva para cada
combinación de una estación móvil (MS) y un área de búsqueda.
12. Red celular que comprende una estación móvil
(MS) y un primer elemento de red adaptado para asignar una
identidad temporal (TLLI) a la estación móvil, caracterizada
porque el primer elemento de red es un elemento de red según una
cualquiera de las reivindicaciones 9 a 11.
13. Red celular según la reivindicación 12,
caracterizada por un elemento de base de datos, el cual está
adaptado, para:
- recibir una consulta que comprende dicha por lo
menos parte del identificador del elemento de red que asigna la
identidad temporal e información referente a la ubicación en la que
estaba asignada la identidad temporal, tal como un identificador de
área de búsqueda; y
- determinar de forma inequívoca, basándose en
dicha consulta, una dirección del elemento de red que asignó la
identidad temporal.
14. Red celular según la reivindicación 13,
caracterizada porque el elemento de base de datos (DNS) está
adaptado además para enviar una consulta a otro elemento de red que
almacena en ese momento un contexto correspondiente a la estación
móvil (MS) en cuestión.
15. Estación móvil (MS) para una red celular, que
está adaptada para usar una identidad temporal (TLLI) asignada por
un elemento de red, caracterizada porque dicha identidad
temporal comprende por lo menos una parte del identificador del
elemento de red (SGSN) que ha asignado la identidad temporal.
16. Estación móvil (MS) según la reivindicación
15, caracterizada porque está adaptada para usar la
identidad temporal en relación con por lo menos uno de los
siguientes procedimientos:
- actualización de célula,
- actualización de área de encaminamiento,
- actualización de área de ubicación,
- actualización de área de búsqueda, y
- respuesta de búsqueda.
17. Estación móvil (MS) según la reivindicación
15 ó 16, caracterizada porque está adaptada para:
usar una parte del identificador del elemento de
red (SGSN) que asigna la identidad temporal para la transferencia
de datos; y para
usar el identificador en su totalidad para la
señalización.
18. Controlador de estaciones de
radiocomunicaciones para una red celular, adaptado para encaminar
paquetes de datos que comprenden una identidad temporal asignada a
una estación móvil (MS), caracterizado porque:
la identidad temporal comprende por lo menos
parte de un identificador (NEI) que indica un primer elemento de
red que asignó la identidad temporal; y
el controlador de estaciones de
radiocomunicaciones está adaptado para usar dicha por lo menos
parte del identificador para encaminar paquetes de datos hacia
dicho primer elemento de red que presta servicio en ese momento a la
estación móvil.
19. Controlador de estaciones de
radiocomunicaciones según la reivindicación 18,
caracterizado porque comprende, para cada una de entre varias
estaciones móviles, un contexto para almacenar temporalmente un
identificador del elemento de red que presta servicio en ese
momento a la estación móvil.
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