FI122938B - Menetelmä ja laite IPv6 siirtoyhteyskerrosadaptaation toteuttamiseksi langattomassa kanavassa - Google Patents

Description

Menetelmä ja laite IPv6-siirtoyhteyskerrosadaptaation toteuttamiseksi langattomassa kanavassa

Ala

Keksintö liittyy Internet Protocol -version 6 kommunikointiin langat-5 toman verkon kautta.

Tausta

Nykyaikaisissa kommunikointi- ja tietoverkoissa tiedonvälitys ohjelmien ja tietokoneiden välillä on elintärkeää. Erilaiset ohjelmat, tietokoneet ja prosessorit vaihtavat dataa ilman ihmisen väliintuloa. Sellaista kommunikaatio-10 ta kutsutaan koneelta-koneelle-kommunikoinniksi (M2M). Eri ympäristöissä käytetään eri tietoverkkoja ja protokollia. Siirtokontrolliprotokolla (Transmission Control Protocol, TCP) ja Internet-protokolla (Internet Protocol, IP) ovat perusprotokollia Internetissä käytävässä kommunikaatiossa. TCP huolehtii paketteina välitettävän tiedon kokoamisesta ja purkamisesta ja luotettavuudesta. IP 15 käsittelee kehykset ja osoitteet, jotta paketit menevät oikeaan kohteeseen. TCP/IP:n yläpuolella voidaan käyttää eri sovellusprotokollia, esimerkiksi asia-kas/serveriprotokollina.

Heikkotehoinen langaton tietoverkko, kuten IEEE 802.15.4 -pohjainen sulautettu ja sensoriverkko, on esimerkki tietoverkkoteknologiasta, jossa 20 käytetään paljon M2M-kommunikaatiota. Sellaiset tietoverkot käyttävät energiaa tehokkaasti ja piiriteknologia on halpaa. Siksi teknologia on siirtymässä nopeasti sulautettuihin laitteisiin esimerkiksi automaatioon, mittauksiin, seuraamiseen ja ohjaukseen. Viime aikoina näiden tietoverkkojen käyttö rakennuksissa ja muissa ympäristöissä on lisääntynyt.

25 Sulautettuun verkkoon kuuluvat laitteet saattavat joutua kommuni-

O

^ koimaan esimerkiksi Internetissä olevan serverin kanssa. Siksi laitteet on va- o rustettu välineillä, joilla voi kommunikoida Internetin ylitse. Solukkojärjestelmiä, “ kuten GSM-matkapuhelinjärjestelmä (Global system for Mobile Communicati- g on), käytetään laajasti koneelta-koneelle-kommunikaatiossa sovelluksissa ku- 30 ten koneiden etävalvonta, automaattinen mittausinfrastruktuuri ja varojen hai- O) ^ linta. M2M-järjestelmissä laitteisiin saattaa kuulua solukkojärjestelmämodeemi o M2M-palvelukommunikaatiota varten. GPRS (General packet radio service) - ° modeemi on esimerkki modeemista. Vaikka jotkin M2M-ohjelmat käyttävätkin SMS-palvelua (Lyhytviestipalvelu, Short Message Service) kommunikointiin, se 35 on hyvin rajoitettu ratkaisu. Suurin osa ohjelmista vaatii IP-yhteyden, joten ne 2 käyttävät IP:tä (Internet Protocol) GPRS:n kautta. Vastaavia yhteyksiä käytetään muun tyyppisissä solukkojärjestelmissä, jotka perustuvat CDMA:han (koodijakomonikäyttö, Code division multiple access), tai kolmannen sukupolven (3G) -järjestelmiin kuten UMTS (Universal Mobile Telecommunications 5 System) tai LTE (Long Term Evolution).

Nykyisessä, yhä laajasti käytetyssä Internet-protokollassa IPv4 on huonona puolena se, että osoitetila on rajoitettu, koska se käyttää osoitteissa 32 bittiä. Koneelta-koneelle-sovelluksissa monitoroidaan usein hyvin suuria määriä laitteita, joiden on oltava halpoja ja jotka ovat yleensä paristokäyttöisiä. 10 IPv6 (Internet protokolla versio 6) on selvästi tarpeellinen, jotta voidaan käsitellä suuria määriä nodeja, koska sen osoitejärjestelmä on ylivoimainen. IPv6 käyttää osoitteisiin 128 bittiä.

Nykyinen ratkaisu mahdollistaa GSM-laitteiden IP-käyttö GPRS:ää hyödyntäen aiheuttaa suuria ongelmia M2M-teollisuudelle ja puhelinyhtiöope-15 raattoreille. GPRS on monimutkainen, varaa yhtäjaksoisesti resursseja GSM-verkosta, on liian kallis ja vaatii liikaa tehoa M2M-laitteilta, jotka ovat heikkotehoisessa langattomassa verkossa. Vaikka GPRS:n kautta kulkevaa IP-dataa voitaisiin tiivistää ja tehostaa, suurin osa GPRS:ään liittyvistä ongelmista jäisi vielä ilman ratkaisua.

20 Lyhyt kuvaus

Keksinnön erään piirteen mukaan esitetään laite, käsittäen prosessorin; muistin käsittäen tietokoneohjelmakoodin, joka on konfiguroitu, prosessorin kanssa, aikaansaamaan laitteen suorittamaan ainakin: lähettämään ja vastaanottamaan 6LoWPAN-kehyksiä langattoman telekommunikaatiojärjes-25 telmän signalointikanavalla IPv6-linkkikerroksen adaptaation suorittamiseksi £ kanavan ylitse.

^ Keksinnön erään toisen piirteen mukaisesti esitetään laite, käsittäen 9 prosessorin; muistin, jossa on tietokoneohjelmakoodi joka on konfiguroitu, pro- ” sessorin kanssa, aikaansaamaan laitteen suorittamaan ainakin: lähettämään ja

c 30 vastaanottamaan 6LoWPAN-kehyksiä, päättelemään vastaanotetun 6L0WPAN

CL

-kehyksen lähettäjän osoitteen; päättelemään vastaanotetun 6L0WPAN- £! kehyksen luokan lähettäjän osoitteen perusteella; ja ohjaamaan eri luokan ke- ? hykset eri reitittimille, o

Keksinnön erään toisen piirteen mukaisesti esitetään tilaajaidenti- 1 teettimoduli konfiguroitu asetettavaksi solukkojärjestelmän liikkuvaan laittee- 3 seen ja käsittäen prosessorin; muistin, jossa on tietokoneohjelmakoodi joka on konfiguroitu, prosessorin kanssa, aikaansaamaan tilaajaidentiteettimodulin suorittamaan ainakin: ohjaamaan 6LoWPAN-kehysten lähetystä ja vastaanottoa langattoman telekommunikaatiojärjestelmän signalointikanavalla IPv6-5 linkkikerroksen adaptaation suorittamiseksi kanavan ylitse.

Keksinnön erään toisen piirteen mukaisesti esitetään menetelmä, käsittäen 6LowPAN-kehysten lähetys ja vastaanotto langattoman telekommunikaatiojärjestelmän signalointikanavalla IPv6-linkkikerroksen adaptaation suorittamiseksi kanavan ylitse.

10 Kuvioluettelo

Esillä olevan keksinnön toteutusmuotoja kuvataan seuraavassa esimerkinomaisesti viitaten oheisiin kuvioihin, joissa kuvio 1 kuvaa esimerkkiä järjestelmästä, johon keksintöä voidaan soveltaa; 15 kuvio 2 kuvaa esimerkkiä protokollapinosta; kuvio 3 kuvaa USSD-kehystä; ja kuvio 4 kuvaa esimerkkiä 6LoWPAN-kehyksiä kuljettavien USSD- viestien kulusta; kuvio 5 kuvaa esimerkkiä liikkuvan laitteen tilakoneesta; ja 20 kuviot 6, 7, 8A ja 8B kuvaavat esimerkkejä laitteista.

Toteutusmuotojen kuvaus

Seuraavat toteutusmuodot ovat esimerkinomaisia. Vaikka selitys voi viitata “yhteen” toteutusmuotoon tai “joihinkin” toteutusmuotoihin, useissa kohdissa tämä ei välttämättä tarkoita, että viittaukset kohdistuisivat samaan toteu-25 tusmuotoon tai -muotoihin, tai että piirre soveltuu vain yhteen toteutusmuotoon.

O

^ Eri toteutusmuotojen yksittäisiä piirteitä voidaan yhdistää, jotta saadaan muita o toteutusmuotoja.

” Kuvio 1 esittää esimerkkiä verkkotopologiasta, johon keksinnön to- g teutusmuotoja voidaan soveltaa. Kuvion 1 esimerkkiverkkotopologia käsittää

CL

30 koneelta-koneelle-kommunikointilaitteen 112. Laite on säädetty ottamaan yh-^ teyden Internetiin 100 solukkoverkon kautta, tässä esimerkissä GSM-pohjaisen LT) o verkon 130 kautta. GSM-pohjainen verkko voi olla GSM-verkko tai GSM- ° verkon evoluutio kuten UMTS tai LTE.

GSM-pohjainen verkko 130 käsittää matkapuhelinkeskuksen MSC 35 110. MSC vastaa kytkennöistä, kutsumisesta, päätelaitteen sijainnin rekiste- 4 röinnistä, kanavanvaihdon hallinnasta, tilaajien laskutustietojen koostamisesta, taajuusallokoinnin hallinnasta ja monista muista solukkoverkon palveluista. Koosta riippuen verkolla voi olla yksi tai useampi MSC.

Verkko 130 käsittää lisäksi kotipaikkarekisterin (HLR) 106, joka si-5 sältää pysyvän tilaajarekisterin, eli esimerkiksi seuraavat tiedot: kansainvälinen matkaviestintilaajan tunnus (IMSI), matkaviestintilaajan kansainvälinen ISDN-numero (MSISDN), tunnisteavain, ja mikäli radiojärjestelmä tukee GPRS:ää, pakettidataprotokolla (PDP) -osoite.

Verkkoon 130 kuuluva vierailijapaikkarekisteri (VLR) 108 sisältää 10 päätelaitteiden kulkutiedot matkapuhelinkeskuksen 110 alueella. Vierailijapaikkarekisteri 108 sisältää melkein samat tiedot kuin kotipaikkarekisteri 106, mutta vierailijarekisteri 108 säilyttää tietoja vain väliaikaisesti.

Kuvion 1 verkkoelementit ovat toimivia entiteettejä, joiden fyysinen toteutus voi vaihdella. Yleensä matkapuhelinkeskus 110 ja vierailijapaikkare-15 kisteri 108 muodostavat yhden fyysisen laitteen, ja kotipaikkarekisteri 106 saattaa muodostaa toisen fyysisen laitteen. Elementtien fyysinen toteutus ei kuitenkaan ole olennaista keksinnön toteutusmuotoihin liittyen.

Verkon 130 elementit ovat yhteyksissä toisiinsa. Eräässä toteutus-muodossa yhteyksien toteuttamisessa käytetään GSM Mobile Application Part 20 MAP:ia 122, joka toimii verkkokomponenttien yleisenä väylänä.

Koneelta-koneelle-kommunikaatiolaite 112 on yleensä yhteydessä 124 solukkoverkon MSC:hen 110 tukiaseman tai eNodeB:n (ei kuviossa) välityksellä. Eräässä toteutusmuodossa tukiaseman ja MSC:n välillä voi olla tukiasemaohjain (Base Station Controller, BSC) tai radioverkko-ohjain (Radio 25 Network Controller, RNC). MSC kuitenkin hallitsee laitteen 112 ja verkkojen välistä yhteyttä.

o Eräässä toteutusmuodossa laite 112 on erillinen M2M-laite, joka

CVJ

kommunikoi Internetin kanssa. Eräässä toteutusmuodossa laite 112 voi toimia

•'sT

° reitittimenä sensoriverkolle 116, joka koostuu noodeista 114 ja linkeistä 126

CO

30 noodien välillä.

| Sensoriverkko 116 voi olla IEEE 802.15.4 -standardin, jossa IEEE

σ> tarkoittaa Institute of Electrical and Electronic Engineers, mukainen heikkote-

<M

hoinen langaton verkko. Eräässä toteutusmuodossa verkko on IPv6 sensori- ? verkko. Tämä tarkoittaa, että radiorajapinnat 126 noodien 114 välillä hyödyntä- ™ 35 vät IPv6:a. Eräässä toteutusmuodossa kommunikaatio toteutuu Internet stan dardin IETF RFC 4944 mukaisesti, jossa IETF RFC tarkoittaa Internet En- 5 gineering Task Force Request for Comments. IETF RFC 4944:ää voidaan joskus kutsua 6LoWPAN:ksi (IPv6 over Low Power Wireless Personal Area Networks).

Eräässä toteutusmuodossa radiorajapinnat 126 voidaan toteuttaa 5 käyttäen IEEE 802.15.4:tä ZigBeen, Bluetoothin tai Bluetooth Ultra Low Powe-rin (ULP), heikkotehoisan paikallisverkon (Low Power Wireless Local Area Network), sovelluskohtaisen heikkotehoisen radion, solukkoradiojärjestelmän tai minkä tahansa muun heikkotehoiseen lähetykseen sopivan järjestelmän kanssa. Heikkotehoisessa langattomassa verkossa voidaan käyttää useampaa 10 radiorajapintaa kuin yhtä, ja rajapinnat saattavat olla yhteensopimattomia toistensa kanssa.

Jos laite 112 toimii heikkotehoisen langattoman verkon reitittimenä, laite voi hyödyntää eri radiorajapintoja kommunikoidessaan langattoman verkon ja solukkoverkon 130 kanssa.

15 Eräässä toteutusmuodossa M2M-kommunikaatio 124, joka käyttää hyväkseen IPv6:a laitteen 112 ja Internetin välissä, toteutetaan käyttäen sen solukkoverkon signaalikanavia, johon laite on yhteydessä.

Kuvion 1 esimerkkitoteutusmuodossa, jossa laite 112 on yhteydessä GSM-pohjaiseen verkkoon 130, M2M-kommunikaatio 124, joka hyödyntää 20 Ipv6:a, on toteutettu Unstructured Supplementary Service Dataa (USSD) käyttämällä. IPv6-yhteys voi toteutua lähettämällä ja vastaanottamalla USSD-palveluviestejä, jotka koostuvat IETF RFC 4944 -kehyksistä. USSD-palveluviesteissä olevat IETF RFC 4944 tai 6L0WPAN -kehykset kuljettavat IPv6 protokollaa laitteen 112 ja Internetin välillä. Ehdotetussa ratkaisussa on 25 monia hyötyjä verrattuna tunnetun tekniikan mukaiseen ratkaisuun, jossa IP toteutuu GPRS:n kautta. Esimerkiksi USSD:n latenssi on paljon pienempi ver-5 rattuna GPRS:n tai SMS:n käynnistysaikoihin. Lisäksi on yksinkertaisempaa

CV

toteuttaa 6L0WPAN USSD:n kautta kuin täysi IP-pino GPRS:n kautta. Sen ^ ohella virrankulutus on pienempi USSD:n nopean käytön ja laitteiden pidempi- 30 en lepoaikojen ansiosta. Myös USSD:n solukkoradion kantavuus on parempi I kuin GPRS:n.

σ> Eräässä toteutuksessa laite 112, joka lähettää IPv6:a USSD:n kaut-

CV

ta, sisältää pienen osajoukon GSM-standardeja USSD-viestintään liittyen, ? USSD:n kautta kulkevan 6LoWPAN-linkkikerrossovituksen ja 6L0WPAN- ™ 35 protokollapinon.

6 USSD-palvelua käytetään tavallisesti lähettämään lyhyitä tekstipohjaisia viestejä, jotka voivat olla operaattorien määrittelemiä. Tavanomainen USSD-viestien käyttö liittyy prepaid-tilaajiin ja puhelujen ohjaamiseen.

GSM-pohjaisissa järjestelmissä USSD hyödyntää GSM-5 viestityskanavia datan lähetyksessä. Jos mobiililaite on valmiustilassa, datan välittämiseen käytetään SDCCH:ta (stand-alone dedicated control channel). Kun mobiililaite, jolla on aktiivinen yhteys verkkoon (kuten puhelu), datan välitykseen käytetään FACCH:ta (fast associated control channel).

USSD-palvelu tarjoaa puoliduplex-yhteyden mobiililaitteen ja ver-10 kossa olevan sovelluksen välille. Joko mobiililaite tai verkkosovellus voi aloittaa USSD-yhteyden, ja vain yksi sessio kerrallaan voi olla auki. USSD on ses-siopohjainen, välitön (ei puskurointia) ja luotettava. USSD voidaan myös ohjata takaisin palvelua käyttävän mobiililaitteen kotiverkkoon (HLR). Sen ansiosta on mahdollista tarjota samat palvelut vaikka mobiililaitteet käyttäisivätkin vierasta 15 verkkoa.

Solukkoverkossa 130 yksikkö nimeltä USSD Portti 104 käsittelee tausta-USSD-sovellukset. Porttia voidaan myös kutsua nimellä USSD palvelukeskus (Service Center). Tavallisesti USSD-sovellukset päätetään yksikössä, joka on yhdistetty suoraan USSD porttiin.

20 Eräässä toteutuksessa tausta-arkkitehtuuri on paljon joustavampi edellä mainittuun verrattuna. Kuvion 1 esimerkissä yksi tai useampi IPv6-reititin 102 toimii USSD-sovelluksena USSD-palvelussa olevalle 6LoWPAN:lle. IPv6-reitittimet on säädetty ohjaamaan 118 liikenne toisille IPv6-servereille, jotka voivat sijaita missä tahansa Internetissä 100. Jokainen IPv6-reititin 102 25 on säädetty kommunikoimaan 120 USSD Portin kanssa sen tukemaa protokol-laa käyttäen, esimerkiksi SMPP (Short Message Peer to Peer) tai CIMD o (Computer Interface to Message Distribution).

4 Seuraavassa tutkitaan erästä suoritusmuotoa kuvioiden 2 ja 3 yh- ^ teydessä. Kuvio 2 esittää protokollapinoa laitteesta 112 IPv6-reitittimeen 102.

^ 30 Kuvio 3 esittää kuinka 6LoWPAN-kehys voidaan kuljettaa USSD-viestin hyötyjä kuormassa (USSD String).

σ> Laitteen 112 pino sisältää GSM-kommunikaatiokerroksen kokonaan

CM

tai osajoukkona, joka tukee USSD:tä. GSM-kerroksen päällä on tuki USSD:lle, o 5 6LoWPAN-soveltuvuuskerrokselle, IPv6:lle ja lisäksi UPD:lle (User Datagram ^ 35 Protocol), jota käytetään Internet-kommunikoinnissa. On huomattava, että 7 muutakin liikennettä kuten TCP:tä ja mitä tahansa sovellusprotokollaa voidaan myös hyödyntää.

MSC 110, VLR 108, HLR 106 ja USSD Portti 104 kommunikoivat käyttäen MAP:a. Kuvion 2 esimerkissä USSD Portti 104 ja IPv6-reititin 102 5 kommunikoivat CIMD:tä käyttäen.

Kuten yllä on sanottu, USSD on puoliduplex signalointikanava, jota käytetään normaalisti tekstiviestien lähettämiseen mobiililaitteesta operaattori-sovellukseen tai päinvastoin. Joko mobiililaite tai verkkosovellus voi aloittaa USSD-session, ja vain yksi sessio voi olla auki kerrallaan.

10 Kuten kuvio 3 esittää USSD-kehys voi käsittää USSD-otsikon 302, 6LoWPAN-otsikon 304, UDP-otsikon 306 ja UDP-hyötykuorman (USSD string) 308. USSD-otsikko koostuu Data Coding Schemestä (DCS), mahdollisesta Service Codesta (SC) mobiililaitteen aloittamalle USSDJIe ja mahdollisesta Network Equipment Indicatorista (NEI) verkon aloittamalle USSDJIe. USSD-15 hyötykuormaa (USSD String) käytetään normaalisti kuljettamaan 7-bittistä ASCII-tekstiä. USSD stringin koko voi vaihdella 133 ja 160 oktetin välillä viestistä riippuen.

Eräässä toteutusmuodossa 6LoWPANia käytetään kuljettamaan IPv6:a luontaisesti USSD:n kautta. LoWPAN-soveltuvuuskerros asetetaan suo-20 raan USSD stringiin. GSM-pohjaisissa verkoissa USSD String lähetetään Data Coding Schemeä (DCS) ja 8-bitin koodausta (bit3 = 0, bit2 = 1) käyttäen. Täten DCS-oletusasetus sekä mobiililaitteen että verkon aloittamalle USSDJIe on 11110101 = 0xF5. Jotkin GSM-verkot tai -modeemit sallivat kuitenkin vain 0xF0-DCS-koodin (oletus 7-bitin koodaus). Sellaisissa tapauksissa binäärida-25 tan kuljettamiseen USSD-stringissä voidaan käyttää Base64-koodausta.

Kun mobiililaite aloittaa USSD:n, sen täytyy osoittaa USSD-5 palveluluokka alkuviestissä muodossa ”*SC*ATTRIBUTE#”, jossa SC on ko-

(M

^ konaisluku, josta tunnistetaan USSD-sovellus, jolle viesti on reititettävä, ja jos- ^ sa ATTRIBUTE# on optionaalinen viestin saavalle USSD-sovellukselle lähetet- ^ 30 tävä arvo. Keksinnön eräässä toteutusmuodossa tiettyä SC-arvoa käytetään | tunnistamaan 6L0WPAN USSD-palvelun kautta. ATTRIBUTE-arvoa ei käytetä.

σ> Edullisesti, annettu SC-arvo on peräisin mobiililaitteen HLR SC-tilasta. Eräässä

(M

toteutusmuodossa 6LoWPAN:ia USSD-taustan yli isännöidään mobiililaitteen ^ kotiverkossa. GSM-terminologiassa kotiverkkoa merkitään HPLMN:llä (Home ^ 35 Public Land Mobile Network). Rajoittamaton esimerkki annetusta SC-arvosta on *123#.

8

Palattaessa kuvioon 3 USSD-otsikko 302 kuljettaa kaiken tarvittavan USSD-tiedon, kuten DCS ja SC. Tämän otsikon pituus vaihtelee, täten hyötykuorman koko vaihtelee viestityypistä riippuen. 6L0WPAN otsikko 304 tulee heti USSD-otsikon jälkeen. Otsikon ensimmäinen tavu osoittaa LoWPAN-5 kehyksen tyypin. Eräässä toteutusmuodossa ensimmäinen tavu voi osoittaa kahta tyyppiä: Tyhjä ja Lisää-Dataa. Nämä tyypit selitetään alla. LoWPAN-otsikko tiivistää IPv6:n, ja kuviossa 3 koko IPv6-otsikko on tiivistetty. Jos olisi muita IPv6-kenttiä, ne seuraisivat heti LoWPAN-otsikon 304 jälkeen. Seuraa-vaksi tulee UDP-otsikko 306, ja lopuksi hyötykuorma (USSD String) 308. On 10 huomattava, että UDP:tä käytetään tässä vain esimerkkinä. Myös muita protokollia voidaan käyttää.

Kun laite 112 toimii ’6L0WPAN over USSD’ -isäntänä, isännän osoittamiseen käytetään IPv6 auto-konfiguraatiota, joka kokoaa 128-bittisen IPv6-osoitteen IPv6-reitittimen 102 ja isäntälaitteen 112 rajapintatunnistimen 15 tiedottamasta 64-bittisestä etuliitteestä (yleensä alle 64 bittiä täytemerkkien lisäksi). Eräässä toteutusmuodossa isäntälaitteen 112 rajapintatunnistin muodostuu isäntälaitteen 112 15-numeroisesta GSM SIM-kortin MSISDN-numerosta. Se saadaan aikaan koodaamalla 15 MSISDN-numeroa 4-bittiseksi paketiksi etumerkittömiä kokonaislukuja (4x15=60 bittiä) plus 4 bittiä 0-20 täytemerkkiä, jotta saadaan 64 bittiä. Ennen automaattista konfiguraatiota isäntälaite 112 voi valinnanvaraisesti lähettää Router Solicitation (RS) -viestin IPv6-reitittimelle, mistä seuraa Router Advertisement (RA) takaisin sisältäen 64-bittisen etuliitteen. Tämä askel on kuitenkin tarpeeton isännille ja se voidaan jättää välistä, jos niillä ei ole tarvetta tietää omaa IPv6-osoitettaan, sillä 25 6L0WPAN kompressio jättää pakettien etuliitetiedon huomiotta joka tapauksessa.

C\J

o Tutkitaan esimerkkiä osoitteen muodostamisesta (MSISDN -> 64-bit

CM

4 IID): ° MSISDN on muotoa: 000358501234567 00 30 MSISDN desimaalijärjestelmässä: 0-0-0-3-5-8-5-0-1-2-3-4-5-6-7 1 MSISDN binäärijärjestelmässä: 0000-0000-0000-0011-0101-1000- o> 0101 -0000-0001 -0010-0011 -0100-0101 -0110-0111

CM

lisäksi 4 bittiä täytemerkkejä 0000 ^ Jokainen desimaaliluku muutettuna 4-bittiseen binääriarvoon, ketju- ^ 35 tettuna 4 bitin 0-täytemerkin kanssa 64-bittiseksi binääriarvoksi.

9

Kun laite 112 toimii ’6L0WPAN over USSD’- reitittimenä, joka hoitaa takanaan olevan IPv6-verkon, osoite saadaan samalla tavalla kuin isännälle. Reitittimenä toimiva laite 112 konfiguroi ensin automaattisesti oman GSM-rajapintansa käyttäen RS/RA:ta (Router Solicitation/Router Advertisement) ja 5 rakentaa sitten sen osoitteen MSISDN:stä. Lisäksi routerina toimivan laitteen 112 täytyy hankkia oma 64-bitin etuliite (tai etuliitteet) mainostaakseen niitä paikallisilla rajapinnoilla. Se saadaan aikaan käyttäen esimerkiksi DHCPv6:a (Dynamic Host Configuration Protocol for IPv6), joka sitten pyytää yhtä tai useampaa etuliitettä IPv6-reitittimeltä 102. Reitittimenä toimiva toimiva laite 10 112 käyttää näitä määrättyjä etuliitteitä omien paikallisten rajapintojen kanssa ja suorittaa normaalia IPv6-reitittämistä verkkojen välillä. Tässä konfiguraatios-sa reititin ei pysty tiivistämään IPv6:n välitettyjen pakettien osoitekenttäetuliitettä, mutta pystyy tiivistämään omat lähtevät paketit normaalisti.

Koska USSD sallii vain yhden istunnon yhdelle MS:lle kerrallaan ja 15 istunto on puoliduplex, virtauskontrollia täytyy hallita, jotta IPv6-pakettien lähetys molempiin suuntiin olisi mahdollista. Eräässä toteutusmuodossa virtaus-kontrolli toteutetaan ilman ylimääräistä overheadia. Ratkaisuna esitetään Li-sää-Dataa-indikaattorin ja aikakatkaisun konseptit. Lisää-Dataa-indikaattori kertoo vastaavalle päätepisteelle, että lähettäjällä on viestejä välitysjonossa, eli 20 lisää paketteja on odottamassa lähetystä ja että päätepisteen pitäisi lähettää vastausviesti välittömästi (tyhjän hyötykuorman kanssa, mikäli sillä puolella ei ole odottamassa yhtään dataa). Tämän ansiosta voidaan lähettää monia IPv6-paketteja nopeasti sarjassa. Lisää-Dataa-indikaatio saadaan aikaan käyttämällä DCS-koodia 0x05 oletuksena käytettävän 0xF5:n sijaan. Joissakin GSM-25 verkoissa DCS-koodit voivat olla rajoitettuja. Siitä syystä joissakin keksinnön toteutusmuodoissa Lisää-Dataa-indikaatio toteutetaan käyttämällä eri 0 6LoWPAN-otsikon lähetysarvoa (ensimmäinen tavu kuvion 3 otsikossa 304)

CM

^ kuin oletuksena. Jos Lisää-Dataa-indikaation seurauksena täytyy palauttaa ^ tyhjä paketti, kehykseen pannaan yksi tyhjä tavu 0x0, joka vastaa erityistä 30 koodia 6LoWPAN:ssa ja jätetään huomiotta (USSD ei salli täysin tyhjiä vieste- 1 jä).

ο. Jotta virtauskontrolli olisi tehokasta, määritellään aikakatkaisu. Aika-

CM

katkaisu määrittelee ajan, joka täytyy odottaa ennen tyhjän kehyksen lähettä- ? mistä, mikäli Lisää-Dataa-indikaattoria ei lähetetä, tai joka täytyy odottaa en- ^ 35 nen istunnon lopettamista, mikäli uutta dataa ei ole lähetetty sinä aikana.

Eräässä toteutusmuodossa tämän USSD-linkkikerrossoveltuvuuden toteutus 10 saattaa vaatia joitakin virhekoodeja, jotka koodataan erityisinä 6L0WPAN-lähetysarvoina. Muut IPv6-virheet lähetetään normaalisti tavallisina ICMPv6-virheviesteinä.

Joko mobiililaite tai verkko voi aloittaa USSD-liikenteen. Keksinnön 5 toteutusmuotojen puitteissa sekä mobiililaitteen että verkon aloittamaa liikennettä kohdellaan samalla tavalla, vaikka toteutuksessa voi olla pieniä eroja.

Kuviossa 4 näkyy 6LoWPAN-kehyksiä kuljettavien USSD-viestien virta mobiililaitteen aloittamassa tapauksessa. Verkon aloittama tapaus on samankaltainen mutta erisuuntainen. Mobiililaite 112 aloittaa USSD-istunnon lä-10 hettäessään ensimmäisen Invoke Request -viestin 404 tiettyä SC-koodia käyttäen. GSM verkkoelementit 104-110 käsittelevät viestin ja toimittavat sen perille IPv6-reitittimelle 102. Tässä esimerkissä mobiililaitteella 112 on kaksi IPv6-viestiä odottamassa jonossaan 402, joten se asettaa Lisää-Dataa -merkin viestissä 404 lähettäessään ensimmäistä viestiä. IPv6-reititin 102 havaitsee 15 Lisää-Dataa -indikaattorin ja vastaa välittömästi Tyhjä-viestillä 406, jotta mobiililaite 112 pääsee takaisin hallintaan.

Mobiililaite 112 jatkaa lähettämällä välittömästi toisen IPv6-viestin 408 Continue Request -viestissä 410 ilman Lisää-Dataa-merkkiä. IPv6-reititin odottaa sitten IPv6-viestiä TIMEOUT-ajan verran lähettääkseen takaisin mobii-20 lilaitteelle. Tässä esimerkissä IPv6-viesti saapuu 412 TIMEOUT-ajan sisällä ja lähetetään takaisin Response-viestissä 414. Lopuksi mobiililaite 112 odottaa TIMEOUT 416 verran sekunteja ennen kuin lähettää Release-indikaattorin 418 verkolle.

Eräässä toteutusmuodossa virtauksenhallinta 6LoWPAN:lle saa-25 daan aikaan USSD:n kautta pitämällä yksinkertaista tilakonetta molemmissa USSD:n päätepisteissä jokaisen aktiivisen istunnon yhteydessä. Kuvio 5 näytit tää mobiililaitteen 112 tilakoneen jota käytetään käsittelemään mobiililaitteen ^ aloittamia USSD-istuntoja. IPv6-reitittimen tilakone on samankaltainen.

^ Mobiililaite 112 käynnistyy IDLE-tilassa 502. Kun mobiililaitteella 112 30 on IPv6-paketti lähetettävänään 504, se menee SEND REQUEST -tilaan 506, I jossa se asettaa Lisää Dataa -lipun, jos sillä on useampi kuin yksi IPv6-paketti σ> odottamassa jonossaan 508.

C\l

Mobiililaite 112 menee sitten OUTGOING IDLE -tilaan 510 odotta-

O

ς essaan Vastausta tai TIMEOUT:ia. Vastaanottaessaan saapuvan vastauksen ™ 35 512 mobiililaite 112 siirtyy PROCESS RESPONSE -tilaan 514, jossa se lähet tää saapuvan viestin (jos se kelpaa) IPv6-pinoon. Seuraavaksi mobiililaite 112 11 palaa OUTGOING IDLE -tilaan. Siitä mobiililaite 112 voi lähettää toisen lähtevän IPv6-paketin 516, TIMEOUT voi seurata jos ei ole aktiviteettia 518 tai verkko 520 voi vapauttaa istunnon.

Eräässä toteutusmuodossa tarvitaan fragmentaatiota, sillä IPv6 vaa-5 tii vähintään 1280 tavun välitettävän yksikön ja USSD:n hyötykuormat ovat enintään 160 tavua. Tämä saadaan aikaan käyttämällä 6L0WPAN fragmentaa-tio-otsikkoa, joka jakaa isommat IPv6-paketit fragmentteihin ja kokoaa ne uudestaan USSD-linkin toisella puolella.

Voidaan olettaa, että M2M-laitteiden määrä kasvaa tulevaisuudes-10 sa. Ennustettu M2M-laitteiden valtava määrä luo suuren määrän liikennettä. Tavallisesti yhden USSD-sovelluksen täytyisi käsitellä kaikki USSD-liikenne Service Codelleen, jolloin siitä voisi mahdollisesti tulla pullonkaula. Eräässä keksinnön toteutusmuodossa liikenne voidaan jakaa osiin ja saavuttaa parempi suoritustaso reitittämällä. Tämä saadaan aikaan käyttämällä MSISDN-15 suodatusta USSD-portissa 104, joka segmentoi MSISDN-numeron lohkoihin, joista kukin osoitetaan eri IPv6-reitittimelle 102. Esimerkiksi eri operaattoreiden MSISDN-numeroavaruudet voidaan jakaa eri lohkoihin. Täten USSD-portti tai jokin toinen USSD-kehyksiä vastaanottava verkkoelementti määrittelee lähettäjän MSISDN:n ja luokittelee kehyksen tiettyyn kategoriaan MSISDN:n perus-20 teella. Kehys voidaan lähettää kategoriaa palvelevalle reitittimelle. USSD-portti voidaan konfiguroida suorittamaan segmentointi automaattisesti mobiili-aloitteiselle USSD-liikenteelle.

Eräässä toteutusmuodossa IPv6-reitittimet voivat olla yhteydessä suoraan USSD-porttiin kunkin MSISDN-osan kohdalla. ’6L0WPAN over USSD’ 25 tilakone voidaan toteuttaa IPv6-reitittimessä, vaikka se voidaan toteuttaa myös USSD-portissa. Kun lähtevät 6LoWPAN-kehykset saavuttavat IPv6-reitittimen, 5 ne laajennetaan. IPv6:n lähdeosoitteella on IPv6-reitittimen etuliite. Täten vies-

C\J

4 tin vastaus menee automaattisesti takaisin saman IPv6-reitittimen läpi.

° Kuvio 6 esittää esimerkkiä laitteesta. Laite 112 sisältää kommuni- 00 30 kaatiorajapinnan 502, esimerkiksi GSM-lähetinvastaanottimen. Lisäksi laite £ sisältää sovellusprosessorin, joka on konfiguroitu suorittamaan ohjelmistoso- σ> velluksia. Eräässä toteutusmuodossa laite sisältää älykortin, kuten tilaaja iden- titeettimodulin (subscriber identity module, SIM) 500. GSM-pohjaisissa järjes- o 5 telmissä SIM-kortti tai vastaava älykortti on poistettavissa oleva kortti, joka tar- ™ 35 joaa tilaajahenkilöllisyyden. SIM-kortit ja vastaavat älykortit sisältävät proses sorin ja muistin, joka voi olla sekä vain-luku- tai kirjoitus-ja-luku-muistia. Erääs- 12 sä toteutusmuodossa ylläkuvattu ’6L0WPAN over USSD’ pinotoiminnallisuus on sisällytetty SIM:iin 500.

SIM-kortin 6LoWPAN-pino käyttää GSM-lähetinvastaanotinta 502 sen normaalin rajapinnan läpi. Pääsyn pinoon tarjoaa socket application prog-5 ramming interface (API) kuten puhelut sovellusprosesseilta 504 joko multi-pleksattuna normaalilla SIM-korttirajapinnalla, tai käyttämällä yhtä vapaista liittimistä SIM-kortilla kuten universal asynchronous receiver/transmitter (UART) tai Inter-Integrated Circuit (l2C). Tämä toteutusmuoto on täydellinen läpimurto M2M:ssä, sillä se sallii erittäin yksinkertaiset ja halvat M2M-10 modeemit, ja ’6L0WPAN over USSD’-toiminnallisuuden sisällyttäminen SIM-korttiin sallii tekniikan helpon sisällyttämisen olemassa oleviin GSM-modeemeihin vain vaihtamalla SIM-korttia.

Kuvio 7 esittää toista esimerkkiä laitteesta. Laite 112 sisältää prosessorin 702, muistin 704, kommunikaatiorajapinnan 706 kuten GSM-15 lähetinvastaanotin, SIM-lukijan 710 johon SIM voidaan asettaa, ja valinnanvaraisesti käyttäjärajapinnan 708. Käyttäjärajapinta voi koostua kaiuttimesta, näytöstä, näppäimistöstä ja mikrofonista. Jos kyseessä on M2M-laite, se ei välttämättä tarvitse käyttäjärajapintaa lainkaan. Laite voi sisältää muitakin komponentteja kuten sensoreita ja muita rajapintoja. Tässä toteutusmuodossa yllä-20 kuvattu 6L0WPAN USSD-pinon yli toteutuu prosessorissa 702 ja muistissa 704.

Laite 112 viittaa kannettavaan laskentalaitteeseen. Sellaisiin lasken-talaitteisiin kuuluvat langattomat kommunikaatiolaitteet, jotka toimivat joko SIM-moduulin kanssa tai ilman, sisältäen mutta ei rajoitettuna seuraaviin laite-25 tyyppeihin: matkapuhelin, älypuhelin, henkilökohtainen digitaalinen avustaja (Personal Digital Assistant, PDA), kuuloke. Langaton yhteys voidaan toteuttaa o langattoman lähetinvastaanottimen avulla, joka toimii GSM:n (Global System

CM

^ for Mobile Communications), WCDMA:n (Wideband Code Division Multiple ^ Access), WLAN:in (Wireless Local Area Network), Bluetoothin ® tai minkä ta- 30 hansa muun standardin tai epästandardin langattoman kommunikaation mu-£ kaisesti.

05 Kuvio 8A esittää toista esimerkkiä laitteesta. Tässä esimerkissä laite

CM

voi olla IPv6-reititin. Laite 102 sisältää prosessorin 800, muistin 802 ja kommu-

O

^ nikaatiorajapinnan 804. Kommunikaatiorajapinta 804 voi tarjota laitteelle yh- ^ 35 teyden solukkojärjestelmän USSD porttiin 104, HLR:ään 106 ja MSC:hen 110, ja mahdollistaa laitteen välittää ja vastaanottaa 6L0WPAN kehyksiä prosesso- 13 rin hallinnan alaisena langattoman telekommunikaatiojärjestelmän signalointi-kanavan kautta tarjotakseen IPv6-linkkikerrosadaptaation kanavan yli. GSM-pohjaisessa järjestelmässä laite on konfiguroitu välittämään ja vastaanottamaan 6LoWPAN-kehyksiä sisältäviä Unstructured Suplementary Service Data 5 -palveluviestejä (USSD).

Kuvio 8B esittää toista esimerkkiä laitteesta. Tässä esimerkissä laite voi olla USSD-reititin. Laite 104 sisältää prosessorin 810, muistin 812, ensimmäisen kommunikointirajapinnan 814 ja toisen kommunikointirajapinnan 816. Ensimmäinen kommunikointirajapinta 814 voi tarjota laitteelle yhteyden soluk-10 kojärjestelmän HLR:ään 106 ja MSC:hen 110 esimerkiksi GSM MAP:a käyttäen. Toinen kommunikaatiorajapinta 816 voi tarjota laitteelle yhteyden yhteen tai useampaan IPv6-reitittimeen 102 käyttäen sopivaa protokollaa kuten esimerkiksi SMPP (Short Message Peer to Peer) tai CIMD (Computer Interface to Message Distribution). Käytännössä ensimmäinen ja toinen rajapinta voidaan 15 yhdistää yhdeksi yksiköksi.

Kuvion 8B laite voidaan konfiguroida vastaanottamaan 6L0WPAN -kehys toiselta verkkoelementiltä kuten HLR 106. Laite voidaan konfiguroida määrittelemään kehyksen lähettäjä ja määrittelemään vastaanotetun 6LoWPAN-kehyksen kategoria lähettäjän osoitteen perusteella. Laite voidaan 20 edelleen konfiguroida lähettämään edelleen eri kategorioiden kehykset eri reitittimille.

Laitteet kuvioissa 6, 7, 8A ja 8B voidaan toteuttaa elektronisena digitaalisena tietokoneena, joka voi sisältää työmuistia (RAM), keskusyksikön (CPU) ja järjestelmäkellon. CPU voi sisältää joukon rekistereitä, aritmeettisen 25 logiikkayksikön ja hallintayksikön. Hallintayksikköä hallitsee CPU:lta RAM:lle siirretty sovelluskäskyjen sarja. Hallintayksikkö voi sisältää jonkin verran mik-o rokäskyjä perusoperaatioille. Mikrokäskyjen toteutus voi vaihdella CPU:n mal-

<M

^ lista riippuen. Sovelluskäskyt voidaan koodata ohjelmointikielellä, joka voi olla ° korkean tason ohjelmointikieli kuten C tai Java ja niin edelleen, tai alhaisen 0 30 tason ohjelmointikieli kuten konekieli tai assembler. Elektronisella digitaalisella 1 tietokoneella voi myös olla käyttöjärjestelmä, joka voi tarjota järjestelmäpalve- cd luita sovelluskäskyjen mukaisesti kirjoitetulle ohjelmalle.

Eräs toteutusmuoto tarjoaa tietokoneohjelman, joka on sisällytetty ? jakovälineeseen, joka ohjelma koostuu ohjelmistokäskyistä, jotka laitteeseen ^ 35 ladattuna aikaansaavat laitteessa ylläkuvatun ’6L0WPAN over USSD’- toiminnallisuuden.

14

Tietokoneohjelma voi olla lähdekoodimuodossa, objektikoodi-muodossa tai jossakin välimuodossa, se voi olla tallennettuna jonkin kaltaiselle välittäjälle, joka voi olla mikä tahansa kokonaisuus tai laite kykenevä välittämään ohjelman. Tällaisiin välittäjiin kuuluvat esimerkiksi tallenneväline, tieto-5 konemuisti, vain-luku-muisti ja sovelluksenjakopaketti. Riippuen tarvittavasta prosessointikyvystä tietokoneohjelma voidaan suorittaa yhdessä elektronisessa ohjaimessa tai se voidaan jakaa ohjainjoukon kesken.

Alan ammattimiehelle on selvää, että teknologian kehittyessä keksinnöllinen ajatus voidaan toteuttaa monin tavoin. Keksintöjä sen toteutus-10 muodot eivät ole rajoittuneet yllä kuvattuihin esimerkkeihin vaan niitä voidaan muunnella vaatimusten puitteissa.

CVI

o

(M

o 00

X

en

CL

O)

(M

h-· in o δ

(M

Claims (20)

1. Laite, käsittäen prosessorin; muistin käsittäen tietokoneohjelmakoodin, joka on konfiguroitu, pro-5 sessorin (504) kanssa, aikaansaamaan laitteen suorittamaan ainakin: lähettämään ja vastaanottamaan 6LoWPAN-kehyksiä langattoman telekommunikaatiojärjestelmän (130) signalointikanavalla (124) IPv6-linkkikerroksen adaptaation suorittamiseksi kanavan ylitse.

2. Vaatimuksen 1 mukainen laite, edelleen konfiguroitu lähettämään ja vastaanottamaan Unstructured Supplementary Service Data (USSD) -palveluviestejä jotka käsittävät 6L0WPAN kehyksiä.

3. Vaatimuksen 1 mukainen laite, edelleen konfiguroitu lähettämään 15 ja vastaanottamaan USSD-kehyksiä, jotka käsittävät USSD-otsikon, 6L0WPAN -otsikon, User Datagram Protocol (UDP)-otsikon ja UDP-hyötykuorman.

4. Vaatimuksen 3 mukainen laite, jossa kehys käsittää indikaattorin liittyen onko kehyksen lähettäjällä viestejä lähetysjonossaan. 20

5. Vaatimuksen 3 mukainen laite, edelleen konfiguroitu lähettämään ja vastaanottamaan USSD-kehyksiä, jotka käsittävät indikaattorina erityisen Data Coding Scheme -koodin.

6. Vaatimuksen 3 mukainen laite, edelleen konfiguroitu lähettämään CVJ ς ja vastaanottamaan USSD-kehyksiä, joissa 6LoWPAN-otsikko käsittää indi- ^ kaattorin. o

” 7. Vaatimuksen 4 mukainen laite, edelleen konfiguroitu lähettämään c 30 vastaus vastaanotettuun viestiin ilman viiveitä jos vastaanotettu viesti ilmaisee CL että lähettäjällä on viestejä lähetysjonossa. (M I'- m

° 8. Vaatimuksen 1 mukainen laite, edelleen konfiguroitu tallettamaan o matkaviestintilaajan ISDN-numero (MSISDN) joka käsittää 15 numeromerkkiä; generoimaan sovitintunnisteen laitteen IPv6-osoitteelle koodaamalla MSISDN:n 15 numeromerkkiä nelibittisenä pakattuna etumerkittömänä kokonaislukuna ja lisäämällä neljä bittiä O-täytemerkkejä.

9. Laite, käsittäen prosessorin (810); muistin (812), jossa on tietokoneohjelmakoodi joka on konfiguroitu, prosessorin kanssa, aikaansaamaan laitteen suorittamaan ainakin: lähettämään ja vastaanottamaan 6LoWPAN-kehyksiä, 10 päättelemään vastaanotetun 6LoWPAN-kehyksen lähettäjän osoit teen; päättelemään vastaanotetun 6LoWPAN-kehyksen luokan lähettäjän osoitteen perusteella; ja ohjaamaan eri luokan kehykset eri reitittimille. 15

10. Tilaajaidentiteettimoduli (500) konfiguroitu asetettavaksi solukkojärjestelmän liikkuvaan laitteeseen ja käsittäen prosessorin; muistin, jossa on tietokoneohjelmakoodi joka on konfiguroitu, pro-20 sessorin kanssa, aikaansaamaan tilaajaidentiteettimodulin suorittamaan ainakin: ohjaamaan 6LoWPAN-kehysten lähetystä ja vastaanottoa langattoman telekommunikaatiojärjestelmän signalointikanavalla IPv6-linkkikerroksen adaptaation suorittamiseksi kanavan ylitse. 25

11. Menetelmä, käsittäen CvJ 5 6LoWPAN-kehysten lähetys ja vastaanotto langattoman telekom- (M ^ munikaatiojärjestelmän (130) signalointikanavalla (124) IPv6-linkkikerroksen ° adaptaation suorittamiseksi kanavan ylitse. 00 ^ 30

12. Vaatimuksen 11 mukainen menetelmä, edelleen käsittäen o) 6LoWPAN-kehyksiä käsittävien Unstructured Supplementary Servi ce ce Data (USSD) -palveluviestien lähetys ja vastaanotto. o δ ^ 35

13. Vaatimuksen 11 mukainen menetelmä, edelleen käsittäen USSD-otsikon, 6LoWPAN-otsikon, User Datagram Protocol (UDP) -otsikon ja UDP-hyötykuorman käsittävien USSD-kehysten lähetys ja vastaanotto.

14. Vaatimuksen 11 mukainen menetelmä, jossa kehys käsittää in dikaattorin liittyen onko kehyksen lähettäjällä viestejä lähetysjonossaan.

15. Vaatimuksen 14 mukainen menetelmä, edelleen käsittäen USSD-kehysten lähetys ja vastaanotto, jotka kehykset käsittävät in- 10 dikaattorina erityisen Data Coding Scheme -koodin.

16. Vaatimuksen 14 mukainen menetelmä, edelleen käsittäen USSD-kehysten lähetys ja vastaanotto, joissa kehyksissä 6LoWPAN-otsikko käsittää indikaattorin. 15

17. Vaatimuksen 11 mukainen menetelmä, edelleen käsittäen vastauksen lähetys vastaanotettuun viestiin ilman viiveitä jos vastaanotettu viesti ilmaisee että lähettäjällä on viestejä lähetysjonossa.

18. Vaatimuksen 11 mukainen menetelmä, edelleen käsittäen matkaviestintilaajan ISDN-numeron (MSISDN) tallennus, joka numero käsittää 15 numeromerkkiä; sovitintunnisteen generointi laitteen IPv6-osoitteelle koodaamalla MSISDN:n 15 numeromerkkiä nelibittisenä pakattuna etumerkittömänä koko-25 naislukuna ja lisäämällä neljä bittiä O-täytemerkkejä. (M

19. Vaatimuksen 12 mukainen menetelmä, edelleen käsittäen (M vastaanotetun 6LoWPAN-kehyksen luokan päätteleminen lähettäjän ° osoitteen perusteella 00 -- 30

20. Vaatimuksen 16 mukainen menetelmä, edelleen käsittäen a eri luokan kehysten ohjaaminen eri reitittimille. (M I'-- m o δ (M