SE519474C2 - Metod att sända data över ett cellulärt mobilradiokommunikationssystem - Google Patents

Description

. H n '. ' ' r u .. n ~' ' “ I f »v . | .., H. ..: @;m-- . .. , _ ¿...

' ' I i .- 2 UMTS kommer att stödja blandade tjänster, vilket innebär allt fràn Internetaccess till multimediakonferens.

Med utgångspunkt fràn den högkonjunktur som fast Internetaccess har för närvarande, är det rimligt att anta att mobil Internetaccess kommer att bli lika populär.

Dessutom, om man tar med i beräkningen utvecklingen av IP- telefoni under det senaste àret och det faktum att videostandarder som H.323, se ITU-T, ”ITU-T Recommendation H 323", för IP-nät, är det mycket möjligt att ett IP-baserat nät är International Telecommunications Union, utvecklas den mest framtidssäkra lösningen för UMTS.

Vid konstruktion av publika mobila nät måste man komma ihàg att radioresurser är knappa och att mobila nät är dyra att hälla i drift. systemoperatörer att ha hjälpmedel för att debitera Det är därför nödvändigt för användare för tjänster som de använder. Inom en nära framtid är det tveksamt om detta krav kan uppfyllas av nät baserade pà ”Mobila IP”-protokollet. Operatörer som har stora investeringar i GSM- och GPRS-system kan, emellertid, återanvända delar av dessa system för att komplettera bristerna i IP-nät.

GSM och dess framtida paketdatatjänst, GPRS, har ett avancerat system för: - auktorisering och verifiering av användare/terminaler, inkluderande nyckeldistribution; - kryptering över radio, inkluderande nyckeldistribution; - abonnentinformationshantering; och 20 30 . 1,. . . .- u .- :~ 5- « . .. . . j ,., . ., , _ g' hI-:U H..... .

I v . u' .;' ' 3 n. H - generering av CDR (Charging Data Record, samtalsdata) SGSN och HLR, genom VLR-funktionen i MSC, och också genom andra databaser.

GPRS-stamnätet är, emellertid, inte optimalt, beroende på dess många successiva protokollskikt, vilket resulterar i stora fördröjningar och stor overhead.

Internet-protokollet är enkelt, flexibelt och optimerat för att transportera data genom nät. Förbättrat ”mobilt IP", kan det dvs den mobila med för att hantera mobilitet, användas som ett kärnnät för mobila system, användaren kan få direkt access till Internet utan att passera genom ett extra nät, som till exempel GPRS- stamnätet. Emellertid saknar IP stöd för abonnenthantering och debitering. Verifiering och kryptering stöds för att garantera integritet och sekretess, men nyckeldistribution, som ej är standardiserad, är fortfarande ett problem. Den föreliggande uppfinningen erbjuder en lösning på säkerhetsproblemet, och ger möjlighet till ett såväl effektivt som säkert kärnnät för mobila användare.

UMTS håller för närvarande på att standardiseras och dess kärnnät kommer att, i en inledningsfas, GPRS-kärnnätet. baseras på Fördelar med den föreliggande uppfinningen inkluderar dess förmåga att på ett mera effektivt sätt använda det fasta nätet, när GPRS-stamnätet, i ett senare skede, ersättes av ett rent IP-nät för transport av användardata under säkra förhållanden.

Ett mål med den föreliggande uppfinningen är att möjlighet till ett nät (GSM/GPRS) med funktionalitet 20 25 30 35 519 4 avseende distribution av nycklar för auktorisering, autenticering och kryptering, abonnentinformationshantering och CDR-generering, kombinerad med Internet-protokollet för transport av data och hantering av makromobilitet, för att kärnnät för mobila skapa ett såväl effektivt, som säkert, användare.

Ytterligare ett mål med den föreliggande uppfinningen är att ge möjlighet till ett nät som àteranvänder delar av GSM/GPRS-nätet för att komplettera funktionen hos IP-nät.

Ytterligare ett màl med den föreliggande uppfinningen är att ge möjlighet till ett nät i vilket GPRS-SGSN àteranvänds för att hantera uppsättandet av kommunikation i lägre skikt.

Ett annat màl med den föreliggande uppfinningen är att ge möjlighet till ett nät (GSM/GPRS) med funktion som avser distribution av nycklar för auktorisering, autenticering och kryptering, abonnentinformationshantering och CDR- generering i vilket ”Hemma Agent” för ”Mobile IP” samarbetar med HLR för att förbättra säkerheten.

Enligt en första aspekt av den föreliggande uppfinningen ges möjlighet till ett cellulärt mobilradiotransmissionssystem för överföring av tal- och datatrafik som har ett markbundet radioaccessnät som länkar ett flertal mobila terminaler till ett fast kärnnät via ett flertal basstationer, karakteriserat av att IP används för leverans av databaserade tjänster.

Nämnda markbundna radioaccessnät kan vara ett UTRAN.

Systemet kan inkludera första och ett andra markbundna och nämnda första markbundna radioaccessnät kan vara ett UTRAN. radioaccessnät, 20 30 vf; .; -I »u _ _ '__~ ' :v « ; u . ß i» v .. , v . , i e . 'v Nämnda andra markbundna radioaccessnät kan vara ett GSM/GPRS-radioaccessnät.

Nämnda UTRAN kan vara länkat till nämnda fasta kärnnät via en SGSN.

Nämnda SGSN kan vara anpassad att kommunicera med ett HLR .

Nämnda GSM/GPRS-radioaccessnät kan vara länkat till ett N-ISDN-kärnnät via en MSC som har ett VLR, MSC. och en G- Nämnda GSM/GPRS-radioaccessnät kan vara länkat till Internet via en SGSN och en GGSN.

Nämnda MSC och nämnda SGSN kan vara anpassade att kommunicera med HLR:er.

Systemet kan vara anpassat att använda både UMTS och GSM/GPRS, och ett UTRAN kan vara anslutet till ett A- gränssnitt via en IWUA.

Ett UTRAN kan vara anslutet till ett Gb-gränssnitt via en IWUgb .

Ett UTRAN, baserat pà IP, kan vara anslutet till ett IP-baserat Gbu-gränssnitt via en IWUQN.

Nämnda SGSN s funktioner kan inkludera: - utförande av verifiering och andra procedurer som tillåter tt en mobil terminal fär tillträde till QJ ett tjänsteomràde; 20 25 30 35 - n» v u i. _. .. 1 .

I . . - » ._ , , , , , . f . . .. u n n u - » - » .i ,. n. h... , 0 v a » . k v . ' fl 1 U . 6 - sändning och mottagning av datapaket till/fràn en mobil GPRS-terminal; - upprätthållande av en registrering av en mobil terminals position inom ett tjänsteomràde; - dirigering av datapaket mellan GPRS-operatörer; och - produktion av dataregistreringar för debitering.

Nämnda GGSN:s funktioner kan inkludera: - dirigering av datapaket mellan GPRS-operatörer; - dirigering av mobilterminerade datapaket till en lämplig SGSN; - tillhandahållande av en gateway mellan GPRS-nät och externa datanät, inkluderande IP och X.25; - inkapsling och borttagande av inkapsling av protokollpaket med användardata; och - produktion av dataregistreringar för debitering.

Systemet kan anpassas att använda IP över kärn- och accessnät för leverans av databaserade tjänster.

Systemet kan anpassas att sända data över nämnda kärnnät med användning av ”Mobile IP”. (11 Systemet kan anpassas att sända ata över nämnda kärnnät med användning av ”Mobile IPV6”. 20 25 30 35 519 474 g,jf¿1j¿=._l_,= 7 Nämnda SGSN kan anpassas att hantera uppkopplingar för kommunikation i lägre skikt.

En mobil terminal kan tilldelas en ”care of”-adress för mottagning av data.

Enligt en andra aspekt av den föreliggande uppfinningen anordnas för, i ett cellulärt mobilradiotransmissionssystem för överföring av tal- och datatrafik och som har ett markbundet radioaccessnät som länkar ett flertal mobila terminaler till ett fast kärnnät via ett flertal basstationer, en metod att sända data, karakteriserad av att IP används för leverans av databaserade tjänster.

UTRAN kan användas för radioaccess mellan mobila terminaler och basstationer.

Både UTRAN och GSM/GPRS kan användas för radioaccess mellan mobila terminaler och basstationer.

IP kan användas över kärn~ och accessnät för leverans av databaserade tjänster.

Data kan sändas över nämnda kärnnät med användning av ”Mobile IP”.

Data kan sändas över nämnda kärnnät med användning av ”Mobile IPV6”.

En mobil terminal kan tilldelas en ”care of”-adress för mottagning av data.

En mobil terminal kan, dä den anländer till ett UTRAN, lyssna pà broadcastmeddelanden fràn nämnda UTRAN som innehåller information om: 10 20 25 30 35 519 474;:§¿; 8 - f - - ~ . - radioparametrar; - nät- och cellidentitet; - tillgängliga kärnnät; ~ tillgängliga tjänsteleverantörer; och - tjänstemöjligheter; och nämnda mobila terminal kan sända en registreringsbegäran som inkluderar följande parametrar: - mobil terminalidentitet; och - önskad tjänsteleverantör.

Nämnda UTRAN kan vidarebefordra nämnda registreringsbegäran till en SGSN.

Nämnda SGSN kan samla in data fràn nämnda mobila terminals HLR, och nämnda SGSN kan verifiera nämnda mobila terminal.

All information som sänds över nämnda radioaccessnät kan krypteras med användning av krypteringsnycklar som erhålles från nämnda HLR.

Ett slumptal kan sändas till en mobil terminal, och nämnda mobila terminal kan härleda en krypteringsnyckel fràn nämnda slumptal med hjälp av en algoritm lagrad i nämnda mobila terminal, och därigenom undvika sändning av kr"pteringsnycklar över n mnda radioaccessnät. 20 30 519 4 7 4 'alj 9 1.. 'i Nämnda mobila terminal kan kontakta en DHCP-server och därifrån erhàlla en ”care of”-adress.

Nämnda mobila terminal kan kontakta en Hemma Agent och registrera sin ”care of”-adress.

Nämnda Hemma Agent kan kontakta nämnda HLR och verifiera att nämnda mobila terminal är korrekt registrerad, och erhàlla nycklar som behövs för IPsec- autenticering och "security payload encapsulation”.

Nämnda SGSN kan kontakta nämnda HLR via ett internationellt SS7-nät.

Nämnda SGSN kan kontakta nämnda HLR genom att tunnla MAP-protokollmeddelanden genom Internet.

Utförandeformer av uppfinningen kommer nu att beskrivas, med hjälp av exempel, med referens till de bifogade figurerna i vilka: den Figur l illustrerar, i schematisk form, grundläggande GSM-arkitekturen i ett GSM-system.

Figur 2 visar en översikt av den logiska GPRS- strukturen.

Figur 3 illustrerar, i schematisk form, GPRS- protokollarkitekturen, med GPRS-stamnätet skuggat.

Figur 4 illustrerar, i schematisk form, den generella UMTS-arkitekturen med referenspunkterna löpande identifierade i UMTS.

Figur 5 illustrerar användningen av IP för tjänsteöverföring end~to-end. 10 20 25 30 5-19 4J7fi:ï:ï;:n?"åšH l0 Figur 6 illustrerar ett scenario med ”Mobile IP”-stöd för mobilitet inom UTRAN, och modifierade SGSN:er för att hantera abonnentdata etc.

Figur 7 illustrerar ett scenario med ”Mobile IP” som stöder roaming i främmande nät.

Figur 8 illustrerar ett utvecklingsscenario för UMTS.

En förteckning över förkortningar som används i denna patentspecifikation visas nedan för att underlätta förståelsen av den föreliggande uppfinningen.

AN AUC BSS CN DHCP ETSI GGSN GPRS GTP GSM Acessnät (Access Network) Autenticeringscentral (Authentication Centre) Base Sub System Kärnnät (Core Network) Dynamic Host Control Protocol European Telecommunication Standardisation Institute Gateway GPRS Support Node General Packet Radio Service GPRS Tunnelling Protocol Global System for Mobile communication 20 30 35 HA HLR SP IP IWU MS MSC MT PLMN PSTN QOS SGSN SIM 519 474 mn a. ll Hemma Agent (Home Agent) Home Location Register Tjänsteleverantör (Service Provider) Internet-protokoll (Internet Protocol) Interworking Unit Mobil station (Mobile Station) Växelcentral för mobila tjänster (Mobile Services Switching Center) Mobil terminering (Mobile Termination) Public Land Mobile Network Publikt, (kopplat) telefonnät (Public Switched Telephone Network) Quality of Service Service GPRS Support Node Subscriber Identity Module T änsteleverantor 4 .J (Service Provider) 10 15 20 30 519 474 12 » . - . ..

TCP Transport Control Protocol UDP User Datagram Protocol UE Användarutrustning (User Equipment) UMTS Universal Mobile Telecommunications System UTRAN UMTS Terrestrial Radio Access Network VLR Visitor Location Register UMTS, den tredje generationens cellulära system som för närvarande specificeras av ETSI, är det första cellulära system som kommer att optimeras för omfattande användning av datatjänster blandat med tal. En lösning är att använda IP-protokollet för överföring av tjänster över kärn- och accessnät. Användning av ett kärnnät med ”Mobile IP” möjliggör roaming mellan radioaccessnät pà ett direkt sätt. Emellertid är radioresurser knappa, och publika cellulära system är dyra att driva, och därför är det av stor vikt att användare kan bli vederbörligen debiterade för de tjänster de använder. I den närmaste framtiden är det nät. tveksamt om detta krav kan uppfyllas av ”Mobile IP”- Istället kan delar av GSM/GPRS behöva återanvändas för att komplettera funktionen hos IP-nät.

Den föreliggande uppfinningen avser ett nätscenario i vilket UMTS-kärnnätet baseras pà ett ”Mobile IPv6”, som stöder roaming, och möjligen också basbyte, mellan UTRAN:er. Eftersom GSM/GPRS-systemet redan har åtskilliga nyckelfunktioner som behövs för att hantera mobila användare, - abonnentdata; 20 30 519 474 13 - accesskontroll; - nycklar för kryptering över radio; och - debiteringsinformation; kan GPRS SGSN-noden, med fördel, återanvändas för att hantera uppsättningen av kommunikation i lägre skikt, inkluderande verifiering och kontroll av abonnentprofiler etc. En lyckad uppkoppling i lägre skikt erfordras för att erhålla en ”Mobile IP”. för distribution av auktoriserings~ och krypteringsnycklar ”care of”-adress för Mekanismerna i GSM/GPRS kan också användas för att distribuera nycklar för IPsec-protokollet.

Exempel som beskriver hur ”Mobile IP” och GPRS- kärnnätet kan arbeta med ett UMTS-radioaccessnät presenteras senare i denna specifikation. Men för att underlätta en riktig förståelse av den föreliggande uppfinningen, kommer en kort introduktion till de delar av GSM, GPRS, UMTS och IP som är relevanta för den föreliggande uppfinningen att presenteras nedan.

GSM är ett digitalt, cellulärt system, i första hand framtaget och använt för talkommunikation, se M.Mouly, M.B.Pautet, 1992. Några datatjänster och ett stort antal ”The GSM System for Mobile Communications", tilläggstjänster är standardiserade. GSM-nätet är uppbyggt av BSS:er (Base Sub Systems), MSC/VLR:er (Mobile Services Switching Centre/Visitor Location Register), HLR:er, och några andra databaser och tjänstenoder, så som visas i Figur l. BSS innehåller basstationstransceivrar och styrenheter för basstationer. Varje terminal är utrustad med ett SIM-kort, som är ett smartkort som, bland annat, innehåller användarens identitet. 10 20 25 30 n . f.. , - N u .. ., H ,, 1 .» .ß n , f; a » »» u v; u u », L .o i f; | . ,-.» ,. . u f. ». .f =a.. _-. n» | i., ~ > . »u . n 1 ,-. n i 1 ' ß v f. H .- m »m M 14 MSC:n är hjärtat i GSM-systemet. Dess funktionaliteter inkluderar: - kopplingsfunktion (switching); I detektering av nya mobila terminaler i sitt tjänsteomràde, och utförande av autenticerings- och auktoriseringsprocedurer med dessa terminaler; - insamling av information om användare frán deras HLR och lagring av informationen i ett VLR; - registrering av positionsuppdateringar och lagring av dem i VLR; - assistans när basbyte äger rum mellan MCR:er; och - skapande av registrering för debitering.

Ofta är VLR integrerad i MSC. Gateway-MSC (G-MSC) är en MSC med tilläggsfunktion för att hantera trafik till och fràn det fasta nätet. För inkommande trafik fràgar G-MSC HLR om vägvalsinformation till användarens aktuella MSC.

MSC kommunicerar med databaser som HLR, och EIR (Equipment Identity Register) via ett SS7-baserat signalsystem kallat MAP (Mobile Application Part).

HLR lagrar identitet och användardata för alla abonnenter som tillhör området för den G-MSC som avses.

IMSI (International Mobile Subscriber Number) I telefonnumret, tjänsteprofil etc. lagras permanent i HLR.

För vägvalsdirigering av inkommande trafik lagras 10 20 25 30 35 519 474.š'_jf¿ajj¿=._n_.f ».jj¿=j'š_ 15 användarens aktuella VLR och information för vidarebefordran temporärt. Autenticerings- och krypteringsnycklar som hämtas i AUC (Authentication Center), finns också tillgängliga fràn HLR.

Autenticering och auktorisering av terminalen äger rum varje gang en förbindelse kopplas upp, dvs för varje anrop.

Autenticeringsproceduren baseras pá autenticerings~ algoritmen, vilken är lagrad i SIM-kortet och i AUC. AUC plockar upp ett slumptal från vilket algoritmen skapar verifieringsnyckeln.

HLR OCh VLR, Slumptalet och nyckeln förs sedan till som sänder slumptalet till den mobila terminalen. SIM-kortet använder slumptalet för att producera nyckeln, som sänds tillbaka till nätet via terminalen. En jämförelse av nyckeln som mottagits frán terminalen och den som härrör fràn AUC:n kommer att Visa om terminalen är den förväntade. Samma metod används för att ge terminalen krypteringsnyckeln, men en annan algoritm används. Detta har den fördelen att krypteringsnyckeln aldrig sänds över radio, där den lätt kan fångas upp av vem som helst. Dessa algoritmer är inte kända någonstans utanför hemmanätet. Pà terminalsidan är algoritmerna inneslutna i SIM-kortet och är varken tillgängliga för terminalen, eller för användaren.

GPRS V5.2.0 ”GPRS Service Description; se ETSI GSM 03.60 Stage 2", december 1997, i stor utsträckning, IP-teknik, (General Packet Radio Service), är en paketförmedlingstjänst som, baseras pà en kombination av GSM-infrastruktur, och ett set av nya funktioner. Figur 2 visar en översikt av den logiska GPRS-arkitekturen. Den främsta fördelen med GPRS är att den begränsade radioresursen endast används när det finns data att sända. Det finns tvà slag av stödnoder i SGSN:s stamnätet; (Service GPRS Support Node) huvudfunktioner är att: 20 25 30 35 -1 11- 1 u 1. =- 11 v: -1 ~1 1 u 1. .a ø 1 11 1 1 11 1 «1 u H 1 I vv =.v r ~- v 1 1 11 1. v 4 ~ 1 =-- 11 1 111 1 nu - 1 1 1 1 2 1 z f 1 11 . 1 1 1 1 1- 1 1 1. 1. K. H 7111 -\ 1 16 - utföra autenticering och andra procedurer för att làta nya terminaler ansluta sig till dess tjänsteomräde; - sända/ta emot datapaket till/fràn GPRS-mobilen; - upprätthålla en registrering av mobilens position inom sitt tjänsteomràde; - vägvalsdirigera datapaket från en GPRS- operatör till en annan; och - producera dataregistreringar för debiterings- och faktureringssystemet.

SGSN kommunicerar med HLR, EIR, SMS-centrat etc via en GPRS-version av MAP.

Huvudfunktioner i GGSN är att: - dirigera datapaket fràn en GPRS-operatör till en annan ,' - dirigera mobilterminerade datapaket till en lämplig SGSN där mobilen för närvarande finns; - tjänstgöra som en gateway mellan ett GPRS-nät och externa datanät (IP, X.25 etc); - hantera inkapsling och borttagning av inkapsling för protokollpaket med användardata vid kommunikation med externa datanät; och - producera dataregistreringar för debitering till debiterings~ och faktureringssystemet. 20 30 a -f | u f ., . Q, ., ,, z :_ :i I »V ~. c \ z_, i x 1 519 474 17 GPRS-tunnlingsprotokollet, GTP, se ETSI Draft TS GSM 09.60 V5.0.Ü, ”GPRS GTP across the Gn and Gp Interface", jan. 1998, användardatapaket mellan SGSN och GGSN. Detta gör det som är specifikt för GPRS, tunnlar möjligt för nätet att stödja överföring av flera paketdataprotokoll, även om ett protokoll ej stöds av alla SGSN. GTP transporterar också signaldata för mobilitetshantering mellan noderna. Som visas i Figur 3, är GTP placerat ovanpå transport-IP- och UDP-skikten i protokollstacken. Genom att använda ett icke standardiserat protokoll för att överföra användardata, blir det förmodligen svárare för användare att göra nàgot som skadar systemet. Ä andra sidan gör det det omöjligt att använda standard-IP-tunnlingsmekanismer utan speciallösningar för GTP. Ett exempel är framtida resursreserveringsprotokoll som förmodligen kommer att arbeta i kombination med standard ”IP~in-IP”-tunnling.

UMTS-systemet, som för närvarande håller pà att specificeras i ETSI, baseras pà ett nytt UMTS markbundet (UMTS Terrestrial Radio Access Network; och befintliga, men utvecklade, kärnnät(CN), IP, GSM/GPRS CN, eller ATM, se ETSI Draft UMTS 23.01 ”General UMTS Architecture", IWU radioaccessnät UTRAN) som t.ex.

VO.2.0 (ïnterworking Units) januari 1998. anpassar de olika CN:erna till IU- gränssnittet, om sä erfordras. UTRAN och CN kan utvecklas oberoende av varandra, medan IWU följer utvecklingen av CN mellan och AN för att säkra förbindelse (interconnection) dessa delar. För flexibilitet består användarutrustningen av olika moduler, av vilka en är en UMTS-version av SIM- kortet i GSM, USIM. En generell översikt över de logiska modulerna och referenspunkterna visas i Figur 4.

UTRAN kommer förmodligen att fä ett internt mobiladministrationssystem, vilket betyder att, för vägvalet, behöver CN endast hälla reda pà det UTRAN i 15 20 30 I. N. . u n -v .. v v» »u » n 14 u . . .i - n - » u. . 1 u» n» f. n. U..- » . . i. . . - » q . v. 18 vilken den mobila terminalen finns. CN måste hantera administration av abonnentinformations, grundläggande anropshantering, sökningsinitiering (paging initiation), (service feature analysis), säkerhetsfràgor, Utvecklade versioner av GSM och GPRS CN förutses för initieringsfasen av UMTS, se ETSI Draft, UMTS 23.20 VO.2.0, ”Evolution of the GSM platform towards UMTS", november 1997. tjänsteanalys debitering etc.

I första hand kommer IWU att ha att göra med översättning av protokollmeddelanden och nätparametrar i de fall där protokollen i CN och i UTRAN är olika. Om CN inte stöder den funktion som erfordras för ett UMTS CN, kommer IWU att innehålla information som erfordras för att förbättra CN. Valet av protokoll över In-gränssnittet har ännu ej gjorts.

Internetprotokollet, IP, är konstruerat att dirigera IP-paket över nät och nätgränser pà ett flexibelt och effektivt sätt. Pà grund av dess popularitet har många tjänster utvecklats att köras ovanpà IP-protokollet. Idag är det inte ovanligt att implementera virtuella IP-nät inom ATM, eller IP, vilket skapar andra nät, baserade pà t.ex. extra säkerhet, men också inför extra overhead och bearbetningstid. GPRS-stamnätet är ett exempel pà ett sådant nät. Om man tar hänsyn till att UMTS inte kommer att införas förrän är 2002, behövs endast IPV6 behandlas här, se Huitema, ”IPv6, the New Internet Protocol", Prentice Hall PTR, USA, 1996.

”Mobile IPv6”, se D.B.Johnson, C.Perkins, ”Mobility Support in IPv6”, Internet-draft, mars 1998, är projekterad att handla om ”makro”-mobilhantering, dvs förflyttningarna av mobila noder mellan olika IP-delnät, Vägval i Internet baseras pä fasta IP-adresser, som beror pà det delnät genom vilket terminalen är ansluten till Internet. När den är 15 20 25 30 35 519 474.:=:::=&_f -:ï;=ïï«:~ a - l9 ansluten till ett främmande nät, behöver den mobila noden en tillfällig adress som använder prefixet för det ”besökta” för att kunna ta emot nätet, en ”care of”-adress, paket.

Sammanfattningsvis arbetar ”Mobile IPv6” sä som beskrivs nedan: 1. När en mobil nod anländer till ett främmande delnät, skaffar det en ”care of”-adress med användning av IPv6-adressautokonfigurering_ 2. Den mobila noden registrerar sin ”care of"-adress hos en router i sitt hemmanät, vilken tjänstgör som nodens Hemma Agent (HA). Hemma Agenten använder ”proxy Neighbour Discovery” för att fànga upp IPV6-paketen adresserade till den mobila nodens hemma-adress.

Paketen tunnlas sedan till den mobila nodens ”care of”-adress med användning av IPv6-inkapsling. Detta betyder att den mobila noden alltid kan adresseras genom sin hemma-adress, oberoende av i vilket delnät den rör sig. anländer 3. När paket, som tunnlas från Hemma Agenten, till den mobila noden, sänder den omedelbart ett meddelande som inkluderar dess aktuella ”care of”- adress, till den kommunicerande noden. Efter att ha mottagit ett sädant paket, kommer den kommunicerande noden att sända paket direkt till ”care of”-adressen.

Pá detta sätt stöder ”Mobile IPv6” i sig optimerat vägval, vilket minimerar belastningen pà hemmanätet.

Vid byte av ”care of”~adress, sänder den mobila noden sin nya ”care of”-adress till sin Hemma Agent och alla andra noder med vilka den kommunicerar. 20 25 30 35 519 474 « « » . . _ ...a :v Traditionellt har telekommunikationssystem utvecklats med ett slag av överföring för en, eller nägra fà, specifika och väl specificerade tjänster som behöver stöd av nätet. GSM är ett exempel pà detta slag av system där time-to-market för nya tjänster är alltför läng för att vara konkurrenskraftig.

UMTS skall stödja blandade tjänster, tillhandahàlles av tredje part, tjänster som etc, och nya tjänster mäste vara lätta och snabba att implementera. En möjlig lösning är att använda IP som ett gemensamt format för att leverera tjänster end-to-end. Detta betyder inte nödvändigtvis att IP-routingmekanismerna mäste utnyttjas i alla de olika näten. Till exempel mäste UTRAN hantera mikro-mobilitet, vilket inkluderar täta och snabba förflyttningar mellan basstationer, vilket ”Mobile IP” ej är konstruerat att hantera. Istället kan för IP-skiktet anordnas en punkt- till-punkt-förbindelse mellan IWU och den mobila terminalen, medan UTRAN hanterar de förbindelser som ändras därunder.

De viktigaste fördelarna med detta tillvägagångssätt är att, idag, ett överflöd av tjänster och information finns tillgänglig pà Internet. Att ha direkt Internet- access fràn mobila terminaler underlättar för fasta och mobila nät att konvergera pà en tjänstenivá.

I Figur 5 mappas end-to-end-IP-skiktet pá UMTS- arkitekturen. IWU:n ger möjlighet till samverkan (interworking) mellan de lägre skikten i kärnnätet och accessnätet. till ett system som lätt kan Som tidigare har beskrivits ger UMTS UTRAN, sammans med GS /GPRS-kärnnät, hantera mobila användare och ger möjlighet till förbindelser med stor bandbredd över radiogränssnittet. Det 15 20 25 30 35 519 474§.I=f¿fl§ï,,f' =ÉI§=II;.§" 21 « . - . . w nödvändiga infrastrukturstödet som gör det möjligt för en systemoperatör att tjäna pà att driva ett sàdant nät finns ocksà. Emellertid är varken GSM eller GPRS konstruerade för stora trafikvolymer, och GPRS-stamnätet är ganska ineffektivt beroende pà stor overhead. Å andra sidan ger IP en enkel och flexibel metod för att transportera data genom nät. Förbättrad med ”Mobile IP", som är optimerad för roaming mellan delnät, är IP en intressant UMTS-kärnnätskandidat. Tyvärr är dess stöd för abonnenthantering och debitering klent.

Lät oss titta pá hur olika element valda fràn IP, GPRS och UMTS kan verka tillsammans för att stödja mobilitet.

Làt oss först titta pá det fall som illustreras i Figur 6, där terminalen är kvar inom sitt hemma-IP-nät: l. Den mobila terminalen anländer till ett nytt UTRAN och lyssnar pà broadcastmeddelandena, vilka innehåller information om radioparametrar, nät och cellidentitet, etc, och också information om tillgängliga kärnnät, tjänsteleverantörer, tjänstemöjligheter etc. 2. Den mobila terminalen sänder en registreringsbegäran som inkluderar parametrar som t ex. identitet, önskad tjänsteleverantör etc. 3. UTRAN vidarebefordrar registreringsbegäran till SGSN, som behandlar den. 4. SGSN kontaktar HLR för den mobila terminalen för att samla in data för att utföra en verifieringsprocedur.

När terminalen väl nar identifierats och befunnits vara tillåten i det föreliggande UTRAN:et, kan all U'| information över radiogränssnittet krypteras. 15 20 25 30 35 519 474 ='ï;¿::f;.;" 22 Krypteringsnycklar erhålles från HLR. Ett slumptal sänds till mobilen som kan beräkna nyckeln med en algoritm som finns lagrad i terminalen. På detta sätt sänds ej nyckeln över radiogränssnittet.

I detta skede registreras terminalen också i UTRAN tillsammans med positionsdata och radiospecifik information.

Nu kan terminalen starta kommunikation över IP- skiktet. Terminalen lyssnar på ”routertillkännagivandemeddelanden” och påkallar närmaste DHCP-server, se R.Droms, ”Dynamic host Configuration Protocol", RFC 2131, mars 1997, för att erhålla konfigureringsparametrar och en ”care of”- adress. Det förutsättes att endast ”stateful" (dvs kommunikationslänk upprätthålles även mellan transaktionerna) adresskonfigurering kommer att användas, eftersom det ger ett bättre stöd för registrering av terminalerna än ”stateless” (ingen kommunikationslänk upprätthålles mellan transaktionerna). Logiskt är IP~funktionen inkluderad i SGSN:en, där hela enheten kallas SGSN, och HLR- registreringarna inkluderar ”care of”-adressen för den mobila terminalen.

Den mobila terminalen kommer då att kontakta sin Hemma Agent för att registrera sin nya ”care of”-adress enligt standardiserat ”Mobile IP”.

Hemma Agenten måste acceptera, eller förkasta, registreringen av en ”care of”-adress. Innan beslut tas, kontaktar Hemma Agenten HLR (via ett nytt gränssnitt) för att erhålla information om att denna terminal är vederbörligen registrerad. Dessutom erhålles från HLR de nycklar som behövs för IPsec~ N N 519 474 23 verifieringsheadern och/eller "encapsulation security payload”, se R.Atkinson, "Security Architecture for RFC 1825, 1995. mobila terminalen kan hämta sina nycklar fràn the Internet Protocol", aug. Den information pà sin USIM pà samma sätt som i GSM- systemet. lO. Medan terminalen ansluts och sänder data, produceras poster för debiteringsdata av SGSN. System för debitering och kundhantering, som redan finns i drift för GSM, kan lätt användas för UMTS.

I Figur 7 visas den mobila terminalen ”roaming” i ett främmande nät. Proceduren för registrering i detta nät är mycket lik hemmanätsfallet, den enda skillnaden är att den besökta SGSN:en kontaktar HLR i terminalens hemmanät, antingen via det internationella SS7-nätet, eller genom att tunnla MAP-protokollmeddelanden genom Internet. Den mobila terminalen registrerar sig med samma Hemma Agent, som tidigare.

ETSI-gruppen SMGl2 arbetar med UMTS-arkitektur och utvecklingsscenarier, se ETSI Draft UMTS 23.30. En idé inbyggd i den föreliggande uppfinningen för utveckling visas i Figur 8. Det mest direkta sättet att implementera UMTS i ett redan befintligt GPRS-nät är att ansluta UTRAN till Gb-gränssnittet via IWUQ, Om, emellertid, UTRAN:et är baserat pà IP, skall ett nytt IP-baserat gränssnitt, Gbu, öppnas vid SGSN:en, vilket kräver en IWUQ, I den föreliggande uppfinningen transformeras SGSN till en IWU för ett kärnnät baserat direkt pà standard-IP och ”Mobile IP”.

Figur 8 visar ett cellulärt mobilsystem anpassat för överföring av data och som startat genom användning av GSM/GPRS, och följaktligen har uppdaterats för att driva N Ä N ä 519 24 UMTS. länkas en GSM BSS till en MSC via ett A- gränssnitt, och ett UTRAN länkas till MSC via en IWUA och A-gränssnittet. GSM BSS länkas också via ISUP till en G-MSC och åter via ISUP till ett N-ISDN-kärnnät. GSM BSS länkas Som framgår, också via ett Gb-gränssnitt till en SGSN och därifrån via IP till en GGSN. GGSN:en kan anslutas till Internet via IP, t.ex. X 25. och till andra datanät, Dä systemet uppgraderas, kan GSM BSS-länkarna dirigeras, till en början, via SGSN:en, ett Gbu-gränssnitt och en IWUQN till en IWUR (SGSN) ”Mobile IP”-nät, ett senare skede direkt via en IWU@,till IWU@moch därifrån till IWUp(SGSN) ”Mobile IP”-nät. Dà till Internet och ett och i till Internet och ett systemet uppgraderas kan UTRAN:et drivas som del av ett system som har full UMTS-funktion och vägvalsdirigeras direkt till IWUn%SGSN) ”Mobile IP”-nät. och därifrån till Internet och ett UMTS, den tredje generationens cellulära system, som för närvande specificeras av ETSI, är det första cellulära mobilsystem som optimeras för omfattande användning av datatjänster blandat med tal. Den föreliggande uppfinningen föreslår användning IP-protokollet för överföring av tjänster över kärn- och accessnät. Användning av ett ”Mobile IP”-kärnnät möjliggör roaming mellan UTRAN:er pà ett direkt sätt. Emellertid är radioresurser knappa, och publika cellulära system är dyra att driva, och följaktligen är det mycket viktigt att användare vederbörligen kan debiteras för de tjänster de använder. I den närmast framtiden är det tveksamt om detta krav kan (”Mobile-”) IP-nät.

GSM/GPRS àteranvändas för att komplettera funktionen hos IP-nät. uppfyllas genom Istället kan delar av I denna specifikation presenteras ett nätscenario där UMTS-kärnnätet baseras pá ”Mobile IPv6”, som stöder roaming, och möjligen handover, mellan UTRAN:er. Eftersom 10 519 474 25 . . . . »- GSM/GPRS-systemet redan har flera nyckelfunktioner för att hantera mobila användare, t.ex. abonnentdata, accesskontroll, nycklar för kryptering över radio, debiteringsinformation, bör GPRS SGSN-noden àteranvändas för att hantera uppsättningen av kommunikation i lägre skikt, för att erhålla en inkluderande verifiering och kontroll av abonnenter ”care of”-adress för ”Mobile IP”.

Mekanismerna för distribution av auktorisations- och krypteringsnycklar i GSM/GPRS kan också utnyttjas för distribution av nycklar för IPsec-protokollet.

Claims (1)

1. 20 ß 30 35 519 474 3.6 . « « - - I PATENTKRAV Ett cellulärt mobilradiotransmissionssystem, för överföring av tal- och datatrafik som har ett markbundet radioaccessnät som länkar ett flertal mobila terminaler (TE) till ett fast kärnnät via ett flertal basstationer (BTS), k ä n n e t e c k n a t av att IP används för leverans av databaserade tjänster att nämnda system inkluderar första och andra markbundna radioaccessnät, och av att nämnda första markbundna radioaccessnät är ett UTRAN och att nämnda andra markbundna radioaccessnät är ett GSM/GPRS- radioaccessnät och att nämnda UTRAN länkas till nämnda fasta kärnnät via en SGSN vilken är anordnad att kommunicera med ett HLR och att nämnda GSM/GPRS- radioaccessnät länkas till ett N-ISDN-kärnnät via en MSC som har ett VLR, och en G-MSC samt till Internet via en SGSN och en GGSN och att nämnda MSC och nämnda SGSN är anordnade att kommunicera med HLR:er varvid systemet är anpassat att arbeta med bàde UMTS och GSM/GPRS, och av att ett UTRAN är anslutet till ett A- gränssnitt (A) via en IWUA. Ett cellulärt mobilradiotransmissionssystem, enligt patentkrav l, k ä n n e t e c k n a t av att ett UTRAN är anslutet till ett Gb-gränssnitt (Gb) via en IWUQ, Ett cellulärt mobilradiotransmissionssystem, enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k n a t av att ett UTRAN, baserat pà IP, är anslutet till ett IP-baserat Gbu-gränssnitt (Gbu) via en IWUQN. Ett cellulärt mobilradiotransmissionssystem, enligt nàgot av patentkraven 1 till 3, k ä n n e t e c k n a t av att nämnda SGSN:s funktioner inkluderar: 20 25 30 35 519 474 2? .m v- - utförande av verifiering och andra procedurer som tilláter en mobil terminal (TE) att fä tillträde till ett tjänsteomràde; - sändning och mottagning av datapaket till/fràn en mobil GPRS-terminal; - upprätthållande av en registrering av en mobil terminals position inom ett tjänsteomràde; - dirigering av datapaket mellan GPRS-operatörer; och - produktion av dataregistreringar för debitering. Ett cellulärt mobilradiotransmissionssystem, enligt nágot av patentkraven 1 till 4, k ä n n e t e c k n a t av att nämnda GGSN:s funktioner inkluderar: - dirigering av datapaket mellan GPRS-operatörer; - dirigering av mobilterminerade datapaket till en lämplig SGSN; - tillhandahållande av en gateway mellan GPRS-nät och externa datanät, inkluderande IP och X.25; - inkapsling och borttagande av inkapsling av protokollpaket med användardata; och - produktion av dataregistreringar för debitering. Ett cellulärt mobilradiotransmissionssystem, enligt nagot av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a t av att systemet är anpassat att använda IP, över 10 20 25 30 35 10. ll. 519 474 :ur . . , . . E . » - I ~ " kärn- och accessnät, för leverans av databaserade tjänster. Ett cellulärt mobilradiotransmissionssystem, enligt nagot av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a t av att systemet är anpassat att sända data över nämnda kärnnät med användning av protokollet ”Mobile IP” . Ett cellulärt mobilradiotransmissionssystem, enligt patentkrav 7, k ä n n e t e c k n a t av att systemet är anpassat att sända data över nämnda kärnnät med användning av protokollet ”Mobile IPV6”. Ett cellulärt mobilradiotransmissionssystem, enligt nagot av patentkraven l till 8, k ä n n e t e c k n a t av att nämnda SGSN är anpassad att hantera uppkoppling av kommunikation i lägre skikt. Ett cellulärt mobilradiotransmissionssystem, enligt nàgot av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a t av att en mobil terminal tilldelas en ”care of”- adress för mottagning av data. I ett cellulärt mobilradiotransmissionssystem, för sändning av tal- och datatrafik och som har ett markbundet radioaccessnät som länkar ett flertal mobila terminaler till ett fast kärnnät via ett flertal basstationer, en metod att sända data, e t e c k n a d av att IP används för leverans av databaserade tjänster. att bade UTRAN och GSM/GPRS används för radioaccess mellan mobila terminaler (TE) och basstationer (BTS); k ä n n 10 15 20 25 W B 12. 13. 14. 519 474 49 att IP används över kärn- och accessnät för leverans av databaserade tjänster. att data sänds över nämnda kärnnät med användning av protokollet ”Mobile IP”. En metod, enligt patentkrav ll, k ä n n e t e c k n a d av att data sänds över nämnda kärnnät med användning av protokollet ”Mobile IPV6”. En metod, enligt nàgot av patentkraven ll till 12, k ä n n e t e c k n a d av att en mobil terminal tilldelas en ”care of”~adress för mottagning av data. En metod, enligt nàgot av patentkraven ll till 13, k ä n n e t e c k n a d av att en mobil terminal, vid ankomst i ett UTRAN, lyssnar pà broadcastmeddelanden sända av nämnda UTRAN och som innehåller information om: - radioparametrar; - nät- och cellidentitet; - tillgängliga kärnnät; - tillgängliga tjänsteleverantörer; och - tjänstemöjligheter; och av att nämnda mobila terminal sänder en registreringsbegäran som inkluderar följande parametrar: - mobil terminalidentitet; och 10 20 30 15. 16. 17. 18. 19. 20. . fl ' r .. ... . - É-'__' . .. . - - .. .ill , ,. . f ' f,."..' i. -1 ~§' I « , t - ~ i, , m I' _ . . - - 30 - önskad tjänsteleverantör. En metod, enligt patentkrav 14, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda UTRAN vidarebefordrar nämnda registreringsbegäran till en SGSN . En metod, enligt patentkrav 15, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda SGSN samlar in data fràn nämnda mobila terminals HLR och av att nämnda SGSN verifierar nämnda mobila terminal. En metod, enligt patentkrav 16, k ä n n e t e c k n a d av att all information som sänds över nämnda radioaccessnät krypteras med användning av krypteringsnycklar som erhålles frän nämnda HLR. En metod, enligt patentkrav 17, k ä n n e t e c k n a d av att ett slumptal sänds till en mobil terminal, och av att nämnda mobila terminal härleder en krypteringsnyckel fràn nämnda slumptal med hjälp av en algoritm som finns lagrad i nämnda mobila terminal, och därigenom undviker att sända krypteringsnycklar över nämnda radioaccessnät. En metod, enligt patentkrav 18, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda mobila terminal kontaktar en DHCP-server och därifrån erhàller en ”care of”-adress. En metod, enligt patentkrav 19, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda mobila terminal kontaktar en Hemma Agent och registrerar sin ”care of”-adress. 21. 22. 23. 519 474 31 En metod, enligt patentkrav 20, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda Hemma Agent kontaktar nämnda HLR och verifierar att nämnda mobila terminal är korrekt registrerad och erhàller nycklar som behövs för IPsec-autenticering och ”security payload encapsulation”. En metod, enligt patentkrav 21, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda SGSN kontaktar nämnda HLR via ett internationellt SS7-nät. En metod, enligt patentkrav 22, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda SGSN kontaktar nämnda HLR genom att tunnla MAP-protokollmeddelanden genom Internet.