WO2002025877A1

WO2002025877A1 - Verfahren zum betreiben eines zugangsnetzes für ein mobilfunksystem

Info

Publication number: WO2002025877A1
Application number: PCT/DE2001/003637
Authority: WO
Inventors: Jürgen Gerstner; Stephan Hauth; Jochen Metzler
Original assignee: Siemens Aktiengesellschaft
Priority date: 2000-09-22
Filing date: 2001-09-20
Publication date: 2002-03-28
Also published as: US20040057428A1; DE10047131B4; DE10047131A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben eines Zugangsnetzes für ein Mobilfunksystem. Für ein Endgerät (UE) bestimmte Daten werden zwischen zwei Knoten (GW, ANN; ANN, T) des Zugangsnetzes (AN) in IPv6-Paketen übertragen. Dabei wird das Flow-Label-Feld eines IPv6-Paketes zum Übertragen einer Angabe verwendet, anhand derer der das Paket empfangende Knoten (ANN; T) unter mehreren Wegen (RB), auf denen das Paket weiterleitbar ist, eine Auswahl trifft.

Description

Beschreibung

VERFAHREN ZUM BETREIBEN EINES ZUGANGSNETZES FÜR EIN MOBILFUNKSYSTEM

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Zugangsnetzes für ein Mobilfunksystem, bei dem für ein Endgerät bestimmte Daten zwischen zwei Knoten des Zugangsnetzes in IP-Paketen übertragen werden.

Ein Zugangsnetzwerk bildet die Brücke zwischen einzelnen mobilen Endgeräten und einem Stammnetzwerk oder Gore Network, in dem Informationen einer Vielzahl von Verbindungen zwischen mobilen Endgeräten oder zwischen einem mobilen Endgerät und einer anderen Datenquelle oder -senke wie z.B. dem Internet leitungsgebunden übertragen werden.

Die Zugangsnetzwerke der Mobilfunksysteme der dritten Generation wie etwa des UMTS-Systems basieren auf der ATM-Netzwerk- technologie. Auf dieser Technologie bauen Protokollsysteme auf, die für die verschiedenen Typen von Knoten innerhalb des Zugangsnetzes und je nachdem, ob eine verbindungsorientierte Übertragung, d.h. im wesentlichen Sprachübertragung, oder eine paketorientierte Übertragung, also im wesentlichen Über- tragung von Datendiensten, vorliegt, unterschiedlich sind.

Bekannte Zugangsnetzwerke haben Knoten unterschiedlicher Art auf einer Mehrzahl von hierarchischen Ebenen. Eine oberste Ebene bilden sogenannte Access Network Gateways oder kurz Ga- teways, die jeweils die Schnittstelle zum Stammnetzwerk bilden. Auf einer nächstniedrigeren Stufe angesiedelte Knoten werden als Netzzugangsknoten (Access Network Nodes) bezeichnet. Knoten der untersten hierarchischen Ebene, die direkt per Funk mit den Endgeräten kommunizieren, werden als Trans- ceiver bezeichnet. Jedem Transceiver steht eine bestimmte

Zahl von Signalträgern zur Verfügung, die je nach von einem c cυ hj tv> ¹ P¹

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Cn o Cn o cn o Lπ

dass das Traffic-Class-Feld nicht vom Transportnetzwerk ver^¬ ändert wird.

Bei der Angabe kann es sich um eine Kennung eines Endgerätes oder eines für das Endgerät bestimmten Datenflusses handeln. Solange ein Endgerät nur einen einzigen Datenfluss unterhält, besteht zwischen den zwei Alternativen kein Unterschied. Moderne Mobilfunkendgeräte wie insbesondere UMTS-Endgeräte werden jedoch in der Lage sein, eine Mehrzahl von Datendiensten, wie z.B. Sprachtelefonie, Telefax, Internetzugriff etc. gleichzeitig zu betreiben bzw. im Laufe einer bestehenden Verbindung den genutzten Dienst zu wechseln oder zusätzliche Dienste in Anspruch zu nehmen. In diesem Fall ist es für den von jedem dieser Dienste verursachten Datenfluss sinnvoll, ihm eine eigene Kennung zuzuordnen, um dem empfangenden Knoten die Zuordnung empfangener Daten zu den einzelnen Diensten zu ermöglichen. Ein solches Verfahren eignet sich besonders für die Übertragung von einem Gateway-Knoten des Zugangsnet- zes an einen Knoten auf einer niedrigeren Hierarchiestufe des Zugangsnetzes wie etwa einen Netzzugangsknoten.

Eine alternative Möglichkeit ist, dass die Angabe eine Kennung eines für die Funkübertragung an das Endgerät zu verwendenden Signalträgers ist. Diese Variante eignet sich beson- ders für die Übertragung an einen Transceiver des Zugangsnetzes .

Selbstverständlich können beide Varianten gleichzeitig auf den verschiedenen Hierarchiestufen eines gleichen Zugangsnet- zes eingesetzt werden.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der beigefügten Beschreibung eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm eines Zugangsnetzwerks, in dem das erfindungsgemäße Verfahren anwendbar ist; co ω ro ro P¹

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ceiver-Knotens T über diesen zum Endgerät UE übertragenen Signalisierungsinstanzen RLC (Radio Link Control) und MAC (Medium Access Control) veranschaulicht.

Um insbesondere im Falle der Sprachübertragung eine zeitlich korrekte Aufeinanderfolge der Pakete bei der Funkübertragung an das Endgerät UE zu gewährleisten, kann eine Konvergenzschicht CL in der Kommunikation zwischen Netzzugangsknoten und Transceiver-Knoten erforderlich sein.

Im folgenden wird im einzelnen auf den Aufbau und die Durchführung eines Datenflusses zwischen Gateway GW und einem Endgerät UE eingegangen. Dabei wird zunächst nur der Transport in Downlink-Richtung betrachtet, die Gegenrichtung wird spä- ter diskutiert.

Der Bedarf nach Einrichtung eines neuen Datenflusses kann sich dadurch ergeben, dass das Endgerät UE eine diesbezügliche Anforderung an das Zugangsnetzwerk richtet, oder dass der Gateway GW Daten zur Weiterleitung an ein Endgerät UE empfängt, zu dem bislang kein Datenfluss existiert. Im einen wie im anderen Falle empfängt der Netzzugangsknoten ANN eine Sig- nalisierungsnachricht, die die Identität des betreffenden Endgeräts UE, z.B. dessen Rufnummer oder seine IMSI, und die benötigte Dienstklasse angibt.

Der in Fig. 3 gezeigte Netzzugangsknoten ANN verfügt über ein Verzeichnis V, in dem zu allen aktuell über ihn laufenden Datenflüssen jeweils eine Kennung, als GN-Kennung bezeichnet, für den Verkehr mit dem ihm zugeordneten Gateway GW und eine als NT-Kennung bezeichnete Kennung für den Verkehr mit den zugeordneten Transceivern T in Verbindung mit den Identitäten der zugehörigen Endgeräte gespeichert sind. Die GN-Kennungen setzen sich jeweils aus einem die Dienstklasse des Datenflus- ses bezeichnenden ersten Teil und einem willkürlich gewählten zweiten Teil zusammen. Um eine GN-Kennung für den neu einzurichtenden Datenfluss zu erzeugen, wählt der Netzzugangskno- ten ANN einen zweiten Teil, der in Kombination mit der für den Datenfluss verlangten Dienstklasse im Verkehr zwischen ihm und dem Gateway GW noch nicht vergeben ist. In Verbindung mit einer anderen Dienstklasse oder zwischen anderen Knoten kann der gleiche zweite Teil bereits für einen Datenfluss vergeben sein, ohne dass dies die Eindeutigkeit der so gebildeten Kennung beeinträchtigt.

Die ausgewählte GN-Kennung wird an den Gateway-Knoten GW ü- bermittelt und dort in einer Tabelle in Verbindung mit der Identität des Endgeräts aufgezeichnet.

Gemäß einer in Fig. 4 gezeigten ersten Variante ist am Gateway-Knoten GW für jeden an ihn angeschlossenen Netzzugangs- knoten ANN eine solche Tabelle Tab eingerichtet.

Auf der Ebene des Gateway-Knotens GW müssen die GN-Kennungen nicht eindeutig sein, da der Gateway-Knoten GW bei von einer Mehrzahl von verschiedenen Netzzugangsknoten ANN identisch vergebenen GN-Kennungen anhand der Tabelle Tab, in der er zu einer gegebenen Endgeräteidentität die GN-Kennung findet, den Netzzugangsknoten ANN erkennen kann, an den ein mit der Identität gekennzeichnetes, vom Stamrαnetzwerk empfangenes Paket übertragen werden muss. Man mag sich diese Tabellen Tab je- weils als individuelle Speicherelemente oder als begrenzte Regionen innerhalb eines größeren Speicherbausteins vorstellen. Im einen wie im anderen Falle erlaubt der Ort, an dem eine gegebene Endgeräteidentität und die zugehörige Kennung gespeichert sind, dem Gateway GW den Rückschluß auf den Netz- zugangsknoten ANN, an den das Paket, mit der gefundenen GN- Kennung versehen, weitergeleitet werden muss.

Selbstverständlich kann der Gateway-Knoten einer in Fig. 5 gezeigten zweiten Variante zufolge anstelle der mehreren Ta- bellen eine einheitliche Tabelle Tab' führen, deren Einträge jeweils eine Endgeräteidentität, die zugeordnete GN-Kennung und die Adresse AI, A2, ... des Netzzugangsknoten ANN ent- hält, der die Kennung für einen Datenfluß des Endgeräts ver^¬ geben hat und an den das Paket weiterzuleiten ist.

Zusätzlich ordnet der Netzzugangsknoten ANN dem Endgerät UE einen Transceiver-Knoten T, über den das Endgerät UE per Funk erreichbar ist, an diesem Transceiver-Knoten T einen freien Signalträger. Auch die Adresse dieses Ziel-Transceivers ist in dem Verzeichnis V des Netzzugangsknotens ANN gespeichert. Die Kombination von zugeordnetem Transceiver T, Signalträger und ggf. Funktionseinheit definiert einen Weg für die Weiter^¬ leitung des Datenpakets.

Der Netzzugangsknoten ANN wählt nun eine in der Kommunikation mit dem zugeordneten Transceiver T bislang noch freie NT- Kennung und speichert sie in seinem Verzeichnis V in Verbindung mit der Identität des Endgeräts.

Die NT-Kennungen bezeichnen jeweils umkehrbar eindeutig einen der verschiedenen dem Transceiver T zur Verfügung stehenden Signalträger.

Wenn ein mit einer vollständigen Adressinformation gekennzeichnetes Datenpaket vom Stammnetzwerk NW den Gateway-Knoten GW erreicht, so ermittelt dieser anhand seiner Tabellen die dieser Adressinformation zugehörige GN-Kennung und den Netzzugangsknoten ANN, der diese Kennung vergeben hat. Er trägt die GN-Kennung in das Flow-Label-Feld und ggf. in das Type- of-Service-Feld eines IPv6-Paketes ein, mit dem er die empfangenen Daten an den ermittelten Netzzugangsknoten ANN wei- terleitet. Durch diese GN-Kennung ist der Weg des Datenpakets durch das Zugangsnetz bereits vollständig festgelegt; und die im Stammnetzwerk verwendete Adresse des Empfänger-Endgeräts UE wird für die weitere Vermittlung des Pakets nicht mehr benötigt .

Der Netzzugangsknoten ANN empfängt das Paket und ermittelt anhand seines Verzeichnisses den oder die Transceiver T, an den/die das Paket weitergeleitet werden muss, und die NT- Kennung desjenigen Signalträgers, den der jeweilige Transcei^¬ ver T verwenden muss, damit das Paket vom Empfänger-Endgerät korrekt empfangen werden kann. Der Netzzugangsknoten ANN er- zeugt ein neues IPvβ-Paket mit den für das Endgerät UE bestimmten Daten als Nutzlast, das als Empfängeradresse die IP- Adresse(n) des/der Transceiver (s) T enthält, in dessen/deren Funkreichweite sich das Endgerät UE befindet, und dessen Flow-Label-Feld die NT-Kennung, d.h. die Bezeichnung des Sig- nalträgers enthält, über den das Endgerät UE Daten zu empfangen erwartet. Mehr als die Angabe des Signalträgers ist auf dieser Stufe der Übertragung des Pakets nicht mehr notwendig, um seine korrekte Weiterleitung an das Endgerät UE zu gewährleisten.

Bei der obigen Beschreibung wurde davon ausgegangen, dass der Netzzugangsknoten eine GN-Kennung vergibt und diese dem Gateway-Knoten mitteilt. Selbstverständlich kann die GN-Kennung alternativ auch vom Gateway-Knoten vergeben und dann an den Netzzugangsknoten übermittelt werden. Genauso kann auch jede NT-Kennung vom Transceiver T festgelegt und an den Netzzugangsknoten ANN übermittelt werden.

Bislang wurde nur der Fall der Downlink-Übertragung vom Gate- way GW zum Transceiver T betrachtet. Mit geringfügigen Anpassungen ist das gleiche Verfahren auch für die Übertragung in Gegenrichtung anwendbar. Dabei können Kennungen für einen gleichen Datenfluß in Uplink und Downlink unabhängig voneinander und unterschiedlich vergeben werden.

In analoger Weise wie oben für den Downlink beschrieben, werden eine TN-Kennung für die Übertragung von Transceiver T zum Netzzugangsknoten ANN und eine NG-Kennung für die Übertragung von Netzzugangsknoten zum Gateway GN festgelegt. Jedes an- schließend vom Endgerät UE gesendete Datenpaket wird vom

Transceiver T mit einer dem vom Endgerät UE verwendeten Signalträger entsprechenden TN-Kennung in einem an den Netzzu- gangsknoten ANN adressierten IPvβ-Paket gesendet. Der Netzzu^¬ gangsknoten bestimmt in seinem Verzeichnis die dem Transcei^¬ ver T und der TN-Kennung zugeordnete NG-Kennung, und sendet ein neues Paket an den Gateway, in dem die TN-Kennung durch die NG-Kennung ersetzt ist. Der Gateway GW stellt anhand sei^¬ ner Tabelle (n) die Identität des Empfänger-Endgeräts UE ^x fest und leitet das Paket seinerseits entsprechend dieser Identität weiter.

Wie man sieht, erlaubt das beschriebene Verfahren die Verwendung einer einheitlichen Transport-Infrastruktur im gesamten Zugangsnetzwerk bis hin zum Transceiver. Die gesamte Datenübertragung kann mit standardisierten IETF-Protokollen erfolgen, wodurch Kosten reduziert und die Verfügbarkeit von Kom- ponenten verbessert sowie ihre Weiterentwicklung vereinfacht wird.

Entsprechende Vorteile können durch eine vereinfachte Variante des Verfahrens erzielt werden, bei der lediglich das Flow- Label-Feld eines IPv6-Paketes für die Kennung verwendet wird. Die einzige Beschränkung, die sich aus dieser Vereinfachung ergibt, ist, dass ein Netzzugangsknoten entsprechend der Länge des Flow-Label-Felds von 20 bit nicht mehr als 2²⁰ gleichzeitig aktive Datenflüsse versorgen kann. Durch eine geeigne- te geographische Struktur des Netzes kann die Zahl von Endgeräten im Bereich eines Netzzugangsknotens leicht klein genug gehalten werden, um sicherzustellen, dass die Zahl von 2²⁰ Datenflüssen nicht überschritten wird.

Wenn es notwendig ist, an einem Knoten mehr Datenflüsse zu handhaben als die unter Nutzung des Flow-Label-Feldes möglichen 2²⁰ oder die bei gleichzeitiger Nutzung des Traffic- Class-Feldes mögliche noch größere Zahl, so kann man diesem Knoten mehrere Netzwerkadressen zuordnen und die Auswertung der Kennung jeweils unter Mitheranziehen der Netzwerkadresse vornehmen. Als Beispiel wird der Fall betrachtet, dass dem Gateway GW zwei Netzwerkadressen AI, A2 zugeordnet sind. Die oben be^¬ schriebenen Tabellen des Gateways sind für jede Adresse je einmal vorhanden, oder alternativ existiert eine Tabelle, in der zu jeder Endgeräteidentität zusätzlich zu der zugeordneten GN- und/oder NG-Kennung eine zugeordnete Adresse des Gateways eingetragen ist. Wenn dieser Gateway ein mit einer Endgeräteidentität versehenes Paket vom Stammnetzwerk NW empfängt, so leitet er es an den anhand dieser Identität in der/den Tabelle (n) ermittelten Netzzugangsknoten ANN weiter, wobei er dem an den Netzzugangsknoten gesendeten Paket als Absenderadresse diejenige Adresse hinzufügt, die er im entsprechenden Eintrag der Tabelle vorfindet. Die Verzeichnisse des Netzzugangsknotens ANN enthalten in entsprechender Weise für jeden Eintrag eines Datenflusses eine Angabe der Absenderadresse, die es dem Netzzugangsknoten ermöglicht, zwei mit der gleichen GN-Kennung an ihn gesendete, für verschiedene Datenflüsse bestimmte Pakete zu unterscheiden, ihnen jeweils die korrekte NT-Kennung zuzuordnen und sie weiterzuleiten. Umgekehrt kann ein Netzzugangsknoten beim Uplink zu diesem Gateway GW Pakete mit einer gleichen Kennung an jeweils unterschiedliche Adressen des Gateways als Empfängeradressen senden, wobei dieser gleichen Kennung je nach Empfängeradresse unterschiedliche Empfängerendgeräte zugeordnet sein kön- nen.

Selbstverständlich können auch einem Netzzugangsknoten mehrere Adressen zugeteilt werden; in diesem Falle muss die Verarbeitung der von diesem Knoten gesendeten Datenpakete im Gate- way GW oder den angeschlossenen Transceivern T anhand von differenzierten Tabellen abhängig von der Absenderadresse durchgeführt werden.

Eine nach Absenderadressen differenzierte Verarbeitung der Datenpakete erlaubt übrigens auch eine flexiblere Struktur des Zugangsnetzes: anstelle eines Netzes mit reiner Baumstruktur, wo jeder Knoten an genau einen Knoten der nächsthö- o P¹ P¹ o Cn o Cπ

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren ' zum Betreiben eines Zugangsnetzes für ein Mo^¬ bilfunksystem, bei dem für ein Endgerät (UE) bestimmte Daten zwischen zwei Knoten (GW, ANN; ANN, T) des Zugangs^¬ netzes (AN) in IP-Paketen übertragen werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Pakete IPvβ-Pakete sind und dass das Flow-Label-Feld eines IPvβ-Paketes zum Übertragen ei^¬ ner Angabe verwendet wird, anhand derer der das Paket empfangende Knoten (ANN; T) unter mehreren Wegen, auf denen das Paket weiterleitbar ist, eine Auswahl trifft.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Angabe sich ferner über das Traffic-Class-Feld der IPvβ-Pakete erstreckt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass dennoch der Inhalt des Traf ic-Class-Feldes bei der Festlegung einer Dienstqualität berücksichtigt wird, mit der Daten an einen in der Angabe bezeichneten Signalträger (RB) übermittelt werden.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswahl ferner unter Be- rücksichtigung einer Quell- und/oder Zieladresse der IPvβ-Pakete erfolgt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Angabe eine Kennung eines Endgerätes (UE) oder eines für das Endgerät bestimmten Datenflusses ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass es für die Übertragung zwischen einem Gateway-Knoten (GW) des Zugangsnetzes und einem Knoten (ANN) auf einer niedrigeren Hierarchiestufe des Zugangsnetzes (AN) eingesetzt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Angabe eine Kennung eines für die Funkübertragung an das Endgerät (UE) zu verwendenden Signal- trägers (RB) ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Übertragung an einen Transceiver-Knoten (T) des Zugangsnetzes (AN) eingesetzt wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kennung bei der Einrichtung des Datenflusses vergeben wird.