WO2003030467A2 - Mpls-datenübertragung in paketorientierten mobilfunknetzen - Google Patents

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WO2003030467A2
WO2003030467A2 PCT/DE2002/003594 DE0203594W WO03030467A2 WO 2003030467 A2 WO2003030467 A2 WO 2003030467A2 DE 0203594 W DE0203594 W DE 0203594W WO 03030467 A2 WO03030467 A2 WO 03030467A2
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Jochen Grimminger
Hans-Peter Huth
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L45/00—Routing or path finding of packets in data switching networks
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L45/00—Routing or path finding of packets in data switching networks
    • H04L45/50—Routing or path finding of packets in data switching networks using label swapping, e.g. multi-protocol label switch [MPLS]
    • H—ELECTRICITY
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    • H04W8/00—Network data management
    • H04W8/26—Network addressing or numbering for mobility support
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    • H04W88/00—Devices specially adapted for wireless communication networks, e.g. terminals, base stations or access point devices
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W88/00—Devices specially adapted for wireless communication networks, e.g. terminals, base stations or access point devices
    • H04W88/14—Backbone network devices

Definitions

  • the data transmission will not only be limited to the transmission of voice information, but other services, such as those used for. B. are offered on the Internet, used wirelessly.
  • connection orientation is at least between the terminal and the base station.
  • the backbone networks often have a packet-oriented structure.
  • the entire frequency range is not required, since data is only transmitted at discrete points in time and there is often a long period between the individual, actual information transmissions. So a large part of the bandwidth is wasted.
  • Packet-oriented networks have the advantage that only the required bandwidth is used by packets. The data stream is broken down into small packets. The disadvantage of this approach, however, is that it may not be sufficient if there is a greater need
  • Bandwidth is available. This leads to a considerable loss of quality, especially in voice transmissions, which is reflected in poor sound quality. Quality management is necessary for such networks. It is also necessary for the data packets to be routed faster through the network. Fast switches and routers are required to achieve this.
  • access networks for mobile networks will also be IP-based in the future, ie there is an IP-based transport network between the base stations and the transition to the core network.
  • te RAN Radio Access Network
  • Terminal devices initially connect via an air interface to a base station BS which terminates the air interface. Then the data of the terminal device MH are routed through an access router AR. As a rule, the interconnected access routers form the radio access network.
  • the AR ensures that it is forwarded to the radio access server (RAS) or other routers. Due to the different topologies of the networks, a protocol tunnel is often set up between the terminal MH and the access router RAS or between AR and RAS.
  • RAS radio access server
  • a protocol tunnel is always present when a first transmission protocol is encapsulated in a second transmission protocol.
  • the protocol tunnel offers a number of advantages.
  • Non-IP-based data e.g. compressed or encrypted IP packets or voice data
  • Known methods use tunnels either from the terminal MH to the RAS or from the access router AR to the RAS.
  • Different technologies can be used, e.g. B. PPP, IP-in-IP.
  • the Multiprotocol Label Switching (MPLS, IETF Proposed Standard, [RFC 3031]) can also be used with advantage as tunnel technology.
  • MPLS Multiprotocol Label Switching
  • Previous approaches to the use of MPLS assume that MPLS is used inside the network, i. H. in the mobile network between access router AR and RAS. However, there is no fixed assignment of end devices MH to MPLS paths. If the terminal device MH changes from router ARx to router ARy during operation, it must log on to the access router again (authenticate). The problem now is to provide a simple and quick recognition of a terminal device MH. It should be taken into account here that the IP address of the terminal device MH can also change when changing the access router and the layer two ID or layer 2 address (e.g. the MAC address) of a terminal device MH at the RAS is no longer visible.
  • the layer two ID or layer 2 address e.g. the MAC address
  • the packets are tunneled either to the remote router or directly to the end device.
  • IP networks a disadvantage of the IP networks is that there is a very large overhead. This is primarily determined by the packets and their headers.
  • the object of the present invention is to provide the fastest possible network with a low 0-head.
  • the end devices are mobile end devices.
  • MPLS networks With MPLS networks, a packet moves from one router to the next. Each router makes an independent decision regarding the forwarding. That is, every router analyzes the header of the packet, and every router goes through Program with the router algorithm. Each router chooses a new route depending on the result of the router algorithm. The next route is therefore selected in two steps. The first step partitions the entire set of possible packets into a set of equivalent classes (FEC).
  • FEC equivalent classes
  • the second step maps each FEC onto a route.
  • the forwarding decision no distinction is made between packets belonging to the same FEC. Different packets belonging to the same FEC cannot be distinguished.
  • the present invention differs in this. To be able to use labels as addresses, there must be a clear assignment to an FEC. This means that an FEC u can only hold one label. This label is only assigned to a target address.
  • Different packets are considered to be packets that have a different destination or origin address.
  • a path and thus the equivalence class must be unique. This means that an equivalence class stands for a unique source and target end device or entity.
  • the FEC to which a packet is assigned is encoded as a short value called a label. If a package is sent to the next route, the label is also sent. The following routers do not analyze the other contents of the packet. Only the label is checked. The label is used as an index for a table from which the next route and the next label can be found.
  • the old label is replaced by the new label and the package is forwarded to the next route.
  • forwarding is only controlled by the labels. This has a number of advantages. So the routers only have to have low capabilities. You just have to be able to analyze the label and check in a table which route is assigned to this label in order to achieve this to replace the old label with a new label. Furthermore, a high throughput can be achieved through these simple tasks. Further advantages can be found in [RFC 3031].
  • a label is a short, locally significant identifier that has a fixed length to identify an FEC.
  • the label serves to represent an FEC to which the package is assigned. In the basic use of the FEC, it is assigned on the basis of the destination addresses of the network layer. However, the original use of the FEC is not encoding the network address. It is at this point that the present invention makes a difference.
  • the unique assignment of the label to a unique path means that a network address is encoded.
  • the routers In order to ensure that the routers assign the packets to the same equivalence classes, the routers must regularly exchange information that shows which packets are assigned to a label. It is also important that the same labels are not used by different routers, as long as this makes it impossible to clearly identify the previous router. It should also be noted that up-streams and down-streams are treated differently. So they do not necessarily have the same labels.
  • the decision to bind a certain label to a certain equivalency class is made by the router, which is the down-stream in relation to this binding. The router that is downstream then informs the router that is upstream of this binding. This information can e.g. B. transmitted as piggyback information on other packets.
  • MPLS supports a hierarchy, with the processing of the packets provided with labels is completely independent of the level of the hierarchy.
  • a package that has no label can be considered a package whose stack is empty. The use of the stack becomes clear when one speaks of the tunneling of the packages. Such tunneling can be found in document [RFC 3031].
  • Packets are tunneled whenever they pass through a network path that lies between two routers, which network path in turn comprises a series of routers. Has z. For example, if an explicit path is specified that includes the routers R1 to R4, and if there is a path between the router R1 and R2 that includes the routers R1, R1.2, R1.3, the router will add another label Rl pushed onto the stack.
  • the routers R1, R1.2, R1.3 now work on this new second element. As soon as the packet arrives at router R2, the top element is popped off the stack. It becomes problematic when there is no label on the stack. With the normal MPLS architecture, the network address (usually the IP address) is analyzed to determine an equivalence class. This situation must not occur when using the present invention. For this it is necessary that the paths are clearly defined in advance. MPLS offers two types of route selection. One route selection defines the route at the starting point. The individual routers that must be traversed are determined. It is an explicit route. With hop-by-hop routes, the routers are not explicitly specified, so that each router can use its tables to determine which of the following routers should be. The present invention can be operated with both route selection options.
  • the end devices generally mobile cell phones or other portable devices, represent the entities described.
  • a label is assigned to these entities or end devices.
  • These labels are assigned when you first log into the system. This is usually done at a central location the device is mapped to the newly assigned address. This can be an HLR or a central router.
  • a central system assigns the dynamic addresses to the terminal.
  • it can be a central router through which communication takes place. Every access router is connected to this central router.
  • the RAS must know the assignment of the label to the end device.
  • this packet including the labels
  • this outer header can be implemented using various known tunnel protocols (IP-in-IP, PPPoE, GRE, MPLS, etc.) if no MPLS is used in the core network or transport network.
  • the inner header is thus an MPLS label that is uniquely assigned to the terminal or to the session established by the device.
  • the RAS is also familiar with this label from known signaling methods.
  • the data marked in this way with MPLS are then - if necessary per section again (hop-by-hop) - packed into another packet, i. H. tunneled.
  • the simplest and most efficient method is to use MPLS again to label the package with a second label.
  • the prerequisite is that the transport network supports MPLS.
  • the main advantages of the method are less overhead than with an IP tunnel, since the header is only 4 bytes for an MPLS header compared to 40 bytes for IPv4. There is also independence from the transmission medium and from higher protocols.
  • a long-term label is assigned to each end device.
  • Information that is addressed to this label is always forwarded to a home router.
  • This router also takes over the forwarding to another router if the end device is not in the area of the home router. If the end device registers with such a third-party router, the home router will inform about it and tunnel the packets to the third-party router.
  • the terminal can unpack the packets itself, i.e. H. de-tunnel, or the access router does this work for the end device. So that the end device is able to unpack the information packages, it is advantageous that it can manage several labels.
  • the end device should always have this option if it uses a long-term label as the address. In this case, the tunnel can be set up right up to the end device.
  • MPLS offers the possibility that the labels are arranged on a stack. As far as a complete MPLS network is concerned, the labels of the individual tunneled networks can be stored on the stack. The address of the end device is always at the bottom.
  • FIG. 1 shows a transport network with a central router, which registers the movements of the mobile terminal and forwards the packets to the corresponding access routers, the packets each being tunneled;
  • Figure 2 ' shows a transport network according to Figure 1, wherein the terminal has logged on to another access router, whereupon the central router, the has been informed of the change in the access router, labels the packets with a different label and directs them on a different route;
  • FIG. 3 shows a decentralized transport network, the packets also being tunneled and MPLS also being used as a protocol throughout the network;
  • FIG. 4 shows a decentralized transport network according to FIG. 3, the terminal device having moved to another access router, the original router forwarding the packet.
  • Figure 1 shows a transport network 10, which consists of a central router 16 and access routers 15 a to c.
  • the access routers are in turn connected to base stations 14, which convert the signals from the terminals 13 into electrical signals in order to then feed them into the transport network 10.
  • the central router 16 manages the assignment of the labels to the individual end devices. This can be done dynamically, ie when registering a device, or statically. With the static assignment, a label is assigned to a device over a long period of time.
  • the static assignment has the advantage that the routers do not always have to be reconfigured. In a central network like this one, however, this is less problematic since all information is distributed via a central router.
  • the database of this central router can thus quickly determine which label 12 has been assigned to the terminal 13.
  • the information is transferred through the label stacking.
  • a further label is assigned to the information package 11.
  • This label is changed by the respective routers of the sub-network. It can thus be seen that the label 17 first has the value 1 and is then set to the value 2 by the central router.
  • the figures only show the information flow in one direction, namely from the access router 15a to the access router 15b or 15c. It can be seen in FIG. 2 that the terminal has moved to another base station. This base station is connected to the access router 15c.
  • the central router has become aware of this spatial change and has thus assigned another equivalent class to label 1.
  • This equivalence class is the class with the label 3.
  • FIG. 3 shows a decentralized network that has no central router. It only consists of access routers. With such a network, however, a long-term label has to be assigned in order to avoid permanent reconfiguration of the routers.
  • a home router is assigned to a terminal. If the end device is not in its reception area, this takes over the forwarding or tunneling of the information packets.
  • label stacking is used in an MPLS network.
  • FIG. 4 shows the forwarding of the packet to router 15d, label 2 being replaced by label 3. In a pure MPLS network, label stacking can also be dispensed with if the routers are configured accordingly. Hop-by-hop is then used in this network.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur paketorientierten Übertragung von Informationen zwischen Endgeräten, die über drahtlose Verbindungen mit Basisstationen mit einem Transportnetz verbunden sind, wobei das Transportnetz Router umfasst. Der Informationsaustausch zwischen den Endgeräten und den Routern erfolgt auf Basis von MPLS, indem jedem Endgerät ein eindeutiges MPLS-Label zugeordnet wird. Hierbei tunneln die Router die Informationspakete, wobei entweder MPLS oder andere Protokolle als Tunnelprotokoll verwendet werden. Bei der Verwendung von MPLS spricht man auch von Labelstacking.

Description

Beschreibung
MPLS-Datenübertragung in paketorientierten Mobilfunknetzen
Durch die Einführung von paketorientierten Technologien wie UMTS und GPRS ist zu erwarten/' dass die Datenübertragung in Zukunft vermehrt drahtlos erfolgen wird. Hierbei wird sich die Datenübertragung nicht nur auf die Übertragung von Sprachinformationen beschränken lassen, sondern es werden ver- mehrt andere Dienste, wie sie z. B. im Internet angeboten werden, drahtlos genutzt.
Momentan sind die meisten Mobilfunknetze verbindungsorien- tiert aufgebaut. Diese Verbindungsorientierung liegt zumindest zwischen dem Endgerät und der Basisstation vor. Die Backbone-Netze weisen hingegen oftmals eine paketorientierte Struktur auf. Gerade bei Sprach- und Datenübertragungen wird jedoch nicht der ganze Frequenzbereich benötigt, da eine Datenübertragung nur zu diskreten Zeitpunkten erfolgt und oftmals ein großer Zeitraum zwischen den einzelnen, tatsächli- chen Informationsübertragungen liegt. Somit wird ein Großteil der Bandbreite verschenkt. Paketorientierte Netzwerke haben den Vorteil, dass lediglich die benötigte Bandbreite durch Pakete verbraucht wird. Der Datenstrom wird hierbei in kleine Pakete zerlegt. Nachteilig ist jedoch bei diesem Ansatz, dass unter Umständen bei einem größeren Bedarf nicht genügend
Bandbreite vorhanden ist. Dies führt gerade bei Sprachübertragungen zu einem erheblichen Qualitätsverlust, der sich in einer schlechten Tonqualität widerspiegelt. Ein Qualitätsmanagement ist für solche Netzwerke notwendig. Weiterhin ist es notwendig, dass die Datenpakete schneller durch das Netzwerk geleitet werden. Um dies zu erreichen, sind schnelle Switches und Router gefragt.
Um in Zukunft auch dem vermehrten Datenaufkommen bei kabellosen Teilnehmern gerecht zu werden, werden Zugangsnetze für Mobilfunknetze in Zukunft auch IP-basiert sein, d. h. zwischen den Basisstationen und dem Übergang in das Core- Netzwerk liegt ein IP-basiertes Transportnetz, das so genann- te RAN (Radio Access Network) . Endgeräte verbinden sich über eine Luftschnittstelle zunächst mit einer Basisstation BS welche die Luftschnittstelle terminiert. Sodann werden die Daten des Endgerätes MH durch einen Zugangsrouter AR gerou- tet. In der Regel bilden die miteinander verbundenen Zugangsrouter das Radio-Access-Netzwerk. Der AR sorgt für die Weiterleitung an den Radio-Access-Server (RAS) oder weitere Router. Aufgrund der unterschiedlichen Topologien der Netzwerke wird oftmals ein Protokolltunnel zwischen Endgerät MH und Zugangsrouter RAS bzw. zwischen AR und RAS aufgebaut. Ein Protokolltunnel liegt immer dann vor, wenn ein erstes Übertragungsprotokoll in einem zweiten Übertragungsprotokoll gekapselt ist. Man spricht vom Einpacken der Pakete eines ersten Übertragungsprotokolls in die Pakete des zweiten Übertragungsprotokolls. Dies ist z. B. immer dann notwendig, wenn auf einem Netzwerk-Segment das erste Übertragungsprotokoll nicht unterstützt wird. In diesem Netzwerksegment muss dann das Paket mit Hilfe des zweiten Übertragungsprotokolls gerou- tet werden. Durch den Protokolltunnel sind eine Reihe von Vorteilen gegeben.
So können alle Daten am Zugangsrouter eindeutig und ohne großen Aufwand einem Endgerät zugeordnet werden, da die Netzwerkadressen bekannt sind. Für- das Endgerät kann im Transportnetz RAN Mobilität mit beliebigen Mitteln transparent unterstützt werden. Dieser Vorteil basiert darauf, dass die Pakete nicht verändert werden und somit die Art und Form des Transportes durch die Topolo- gie des Netzwerkes bestimmt werden können, ohne dass eine Veränderung der Nutzdaten zu befürchten ist.
Nicht IP-basierte Daten (z. B. komprimierte oder verschlüsselte IP-Pakete oder Sprachdaten) können einfach über das Transportnetz RAN zu entsprechenden Umsetzern am Rand des Transportnetzes RAN geführt werden, sofern die verwendete Tunneltechnologie den Transport von Datenpaketen anderer Protokolle als IP unterstützt. Bekannte Verfahren benutzen Tunnel entweder vom Endgerät MH bis zum RAS oder vom Zugangsrouter AR zum RAS. Dabei können unterschiedliche Technologien zum Einsatz kommen, z. B. PPP, IP-in-IP.
Auf Grund des simplen Aufbaus und der hohen Performance kann auch das Multiprotocol Label Switching (MPLS, IETF Proposed Standard, [RFC 3031] ) mit Vorteil als Tunneltechnologie eingesetzt werden. Bisherige Ansätze zur Verwendung von MPLS gehen von einer Nutzung von MPLS im Netzinneren aus, d. h. im Mobilfunknetz zwischen Zugangsrouter AR und RAS. Eine feste Zuordnung von Endgeräten MH zu MPLS-Pfaden besteht hingegen nicht. Wechselt das Endgerät MH im laufenden Betrieb von Router ARx zu Router ARy, so muss es sich erneut beim Zugangsrouter anmelden (authentifizieren) . Das Problem besteht nun darin, eine einfache und schnelle Erkennung eines Endgerätes MH bereitzustellen. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass sich die IP-Adresse des Endgerätes MH beim Zugangsrouter-Wechsel ebenfalls ändern kann und die Schicht-Zwei-ID bzw. Layer-2- Adresse (z. B. die MAC-Adresse) eines Endgerätes MH am RAS nicht mehr sichtbar ist.
Eine mögliche Lösung dieses Problems ist in [RFC 2002] be- schrieben. Das Problem bei IP-Netzen ist, dass eine Berücksichtigung von mobilen Endgeräten beim Entwurf dieses Protokolls nicht vorgesehen war. Würde man einem mobilen Endgerät eine statische IP-Adresse zuordnen, so würden die Routen, die von den einzelnen Routern festgelegt werden, permanent geän- dert werden müssen, da sich das Endgerät während der Bewegung immer in neuen Teil-Netzwerken anmeldet. Dies würde zu einem permanenten Umschalten der Router führen und somit zu einer hohen Netzlast. Eine solche Möglichkeit ist nicht vorteilhaft. Verwendet man hingegen dynamische Adressen, so kann es zu Übertragungsproblemen kommen, wenn das Endgerät die dynamischen Adressen ändert. Das Problem wird dadurch gelöst, dass einem mobilen Endgerät eine Langzeit-IP-Adresse zugeordnet wird. Diese Langzeit- Adresse ist einem bestimmten Heimat-Router bekannt. Dieser Router heißt Home-Agent. Somit werden alle Datenpakete zu diesem Router gesendet, der dann die Pakete an das Endgerät weiterleitet.' Solange ein Endgerät im Bereich des Heimat- Routers aktiv ist, erfolgt- der Datenaustausch nach den bekannten Verfahren. Falls ein Endgerät den Bereich des Heimat- Routers verlässt, so erhält es eine neue IP-Adresse von einem Fern-Router (Foreign-Agent) . Diese neue IP-Adresse wird dem Heimat-Router mitgeteilt, der nun alle Pakete, die bei ihm für dieses Endgerät ankommen, tunnelt. Das heißt, er packt die bisherigen Pakete in ein neues Paket, das mit der neuen IP-Adresse versehen ist. Die Antwortpakete können über be- kannte Routen geleitet werden, ohne dabei über den Heimat- Router geleitet zu werden.
Das Tunneln der Pakete erfolgt entweder bis zum Fern-Router oder direkt bis zum Endgerät.
Nachteilig bei den IP-Netzen ist jedoch, dass ein sehr großer Overhead vorhanden ist. Dieser wird vornehmlich durch die Pakete und ihre Header bestimmt. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein möglichst schnelles Netz mit geringem 0- verhead bereitzustellen.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren und Vorrichtungen, die durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gekennzeichnet sind, insbesondere durch die Vergabe eines oder mehrerer eindeutiger MPLS-Labels an das Endgerät, um dieses anhand der eindeutigen MPLS-Labels zu adressieren. In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei den Endgeräten um mobile Endgeräte. Es ist jedoch auch möglich, stationäre- Endgeräte durch die MPLS-Labels zu adressieren. Bei MPLS Netzen wandert ein Paket von einem Router zum nächs- ten. Jeder Router trifft eine unabhängige Entscheidung hinsichtlich des Weiterleitens. Das heißt, jeder Router analysiert den Header des Paketes, und jeder Router durchläuft ein Programm mit dem Router-Algorithmus . Jeder Router wählt eine neue Route in Abhängigkeit des Ergebnisses des Router- Algorithmus . Die Auswahl der nächsten Route erfolgt somit in zwei Schritten. Der erste Schritt partitioniert die gesamte Menge der möglichen Pakete in eine Menge von äquivalenten Klassen (FEC) . Der zweite Schritt bildet jede FEC auf eine Route ab. Was die Entscheidung der Weiterleitung angeht, wird keine Unterscheidung zwischen den Paketen gemacht, die der gleichen FEC angehören. Unterschiedliche Pakete, die der gleichen FEC angehören, können nicht unterschieden werden. Hierin unterscheidet sich die vorliegende Erfindung. Um Labels als Adressen verwenden zu können, muss eine eindeutige Zuordnung zu einer FEC bestehen. Das heißt, eine FEC u fasst immer nur ein Label. Dieses Label wird nur einer Zieladresse zugeordnet.
Als unterschiedliche Pakete betrachtet man die Pakete, die eine unterschiedliche Ziel- oder Ursprungsadresse aufweisen. Um jedoch MPLS für die vorliegende Erfindung verwenden zu können, muss ein Pfad und somit die Äquivalenzklasse eindeu- tig sein. Das heißt, eine Äquivalenzklasse steht für ein eindeutiges Quell- und Ziel-Endgerät bzw. Entity. In einem MPLS- Netz erfolgt die Zuordnung zu einer FEC nur einmal, nämlich dann, wenn das Paket in das Netzwerk eintritt. Die FEC, der ein Paket zugeordnet ist, ist als kurzer Wert codiert, der als Label bezeichnet wird. Wenn ein Paket zur nächsten Route gesendet wird, so wird das Label mitgesandt. Bei den folgenden Routern wird keinerlei Analyse der weiteren Inhalte des Paketes vorgenommen. Es wird lediglich das Label überprüft. Das Label wird als Index für eine Tabelle verwendet, aus der die nächste Route und das nächste Label entnommen werden können. Das alte Label wird durch das neue Label ersetzt und das Paket wird weitergeleitet in die nächste Route. In einem MPLS-Netz wird das Weiterleiten nur durch die Labels gesteuert. Dies hat eine Reihe von Vorteilen. So müssen die Router nur geringe Fähigkeiten haben. Sie müssen lediglich in der Lage sein, das Label zu analysieren und in einer Tabelle zu überprüfen, welche Route diesem Label zugeordnet ist, um das alte Label durch ein neues Label zu ersetzen. Weiterhin kann durch diese einfachen Aufgaben ein hoher Durchsatz realisiert werden. Weitere Vorteile können der [RFC 3031] entnommen werden.
Im Folgenden werden einige Grundsätze definiert. Ein Label ist ein kurzer, örtlich signifikanter Bezeichner, der eine feste Länge aufweist, um eine FEC zu identifizieren. Das Label dient zur Repräsentation einer FEC, der das Paket zuge- ordnet ist. In der grundsätzlichen Verwendung der FEC wird diese auf der Grundlage der Zieladressen des Netzwerk-Layers zugeordnet. Es handelt sich jedoch in der ursprünglichen Verwendung der FEC nicht um eine Kodierung der Netzwerkadresse. Genau an diesem Punkt macht die vorliegende Erfindung einen Unterschied. Durch die eindeutige Zuordnung des Labels zu einem eindeutigen Pfad handelt es sich um eine Kodierung einer Netzwerkadresse .
Um sicherzustellen, dass die Router die Pakete denselben Äquivalenzklassen zuordnen, müssen die Router regelmäßig Informationen austauschen, aus denen ersichtlich ist, welche Pakete einem Label zugeordnet werden. Weiterhin ist es wichtig, dass nicht dieselben Labels von unterschiedlichen Routern verwandt werden, soweit hierdurch eine eindeutige Iden- tifikation des vorhergehenden Routers unmöglich wird. Weiterhin ist darauf hinzuweisen, dass Up-Streams und Down-Streams unterschiedlich behandelt werden. So weisen diese nicht unbedingt dieselben Labels auf. In der MPLS-Architektur wird die Entscheidung, ein bestimmtes Label an eine bestimmte Äquiva- lenzklasse zu binden, durch den Router vorgenommen, der Down- Stream in Bezug zu dieser Bindung ist. Der Router, der Down- Stream ist, informiert dann den Router, der Up-Stream ist, von dieser Bindung. Diese Information kann z. B. als Huckepackinformation auf anderen Paketen übertragen werden.
In einer weiteren Ausgestaltung unterstützt MPLS eine Hierarchie, wobei das Bearbeiten der mit Labein versehenen Pakete vollständig unabhängig von dem Level der Hierarchie ist. Ein Paket, das keinen Label aufweist, kann als Paket betrachtet werden, dessen Stack leer ist. Die Verwendung des Stacks wird deutlich, wenn man vom Tunneln der Pakete spricht. Ein sol- ches Tunneln kann dem Dokument [RFC 3031] entnommen werden. Pakete werden immer dann getunnelt, wenn sie durch einen Netzwerkpfad geführt werden, der zwischen zwei Routern liegt, wobei dieser Netzwerkpfad wiederum eine Reihe von Routern umfasst. Wurde z. B. ein expliziter Pfad vorgegeben, der die Router Rl bis R4 umfasst, und liegt zwischen dem Router Rl und R2 ein Pfad, der die Router Rl.l, R1.2, R1.3 umfasst, so wird ein weiteres Label durch den Router Rl auf den Stack ge- pusht. Die Router Rl.l, Rl.2, Rl .3 arbeiten nun auf diesem neuen zweiten Element. Sobald das Paket bei Router R2 an- kommt, wird das oberste Element vom Stack gepoppt. Problematisch wird es, wenn kein Label auf dem Stack ist. Bei der normalen MPLS-Architektur wird die Netzwerkadresse (im Normalfall die IP-Adresse) analysiert, um eine Äquivalenzklasse zu bestimmen. Bei der Verwendung der vorliegenden Erfindung darf diese Situation nicht auftreten. Hierfür ist es notwendig, dass die Pfade im Vorfeld eindeutig festgelegt werden. MPLS bietet zwei Arten der Routenauswahl. Die eine Routenauswahl legt die Route bereits am Startpunkt fest. Es werden die einzelnen Router bestimmt, die durchlaufen werden müssen. Es handelt sich hierbei um ein explizites Routen. Beim hop-by- hop-Routen werden die Router nicht explizit festgelegt, so- dass jeder Router anhand seiner Tabellen festlegen kann, welches der nachfolgende Router sein soll. Die vorliegende Erfindung kann mit beiden Möglichkeiten der Routenauswahl be- trieben werden.
Die Endgeräte, in der Regel mobile Handys oder andere tragbare Geräte, stellen die beschriebenen Entities dar. Diesen Entities bzw. Endgeräten wird ein Label zugeordnet.
Diese Labels werden beim ersten Einbuchen in das System vergeben. Hierbei wird in der Regel an einer zentralen Stelle die Abbildung des Gerätes auf die neu zugeteilte Adresse vorgenommen. Hierbei kann es sich um einen HLR oder auch um einen zentralen Router handeln.
Grundsätzlich sind zwei Systeme zu unterscheiden. Beim ersten System wird ein zentrales System verwendet, dass eine Zuordnung der dynamischen Adressen zum Endgerät vornimmt. So kann es sich zum Beispiel um einen zentralen Router handeln, über den die Kommunikation erfolgt. Jeder Zugangsrouter ist mit diesem zentralen Router verbunden.
Der RAS muss die Zuordnung Label zum Endgerät kennen. Um derart gekennzeichnete Datenpakete durch das Transportnetz schicken (bzw. routen) zu können, ist es nötig, im Transportnetz dieses Paket einschließlich der Labels mit einem so ge- nannten äußeren Header zu versehen, welcher lokal im Transportnetz routbar ist. Man nennt dies Tunneln. Dieser äußere Header kann prinzipiell durch verschiedene bekannte Tunnelprotokolle (IP-in-IP, PPPoE, GRE, MPLS usw.) realisiert werden, wenn im Core-Netzwerk bzw. Transportnetz kein MPLS ein- gesetzt wird.
Somit ist der innere Header ein MPLS-Label, das eindeutig dem Endgerät bzw. der von dem Gerät aufgebauten Sitzung zugeordnet ist. Dieses Label kennt auch der RAS durch bekannte Sig- nalisierungsmethoden. Die derart mit MPLS markierten Daten werden dann - soweit nötig pro Teilstrecke erneut (Hop-by- Hop) - in ein anderes Paket eingepackt, d. h. getunnelt.
Die einfachste und effizienteste Methode ist allerdings die erneute Verwendung von MPLS, um das Paket mit einem zweiten Label zu versehen. In diesem Falle spricht man von Labelsta- cking. Voraussetzung ist jedoch, dass das Transport-Netz MPLS unterstützt.
Die wesentlichen Vorteile des Verfahrens sind weniger Overhead als bei einem IP-Tunnel, da der Header lediglich 4 Bytes bei einem MPLS-Header gegenüber 40 Bytes bei IPv4 ausmacht . Weiterhin ist eine Unabhängigkeit vom Übertragungsmedium und von höheren Protokollen gegeben.
In einem weiteren Ansatz wird jedem Endgerät ein langfristi- ges Label zugeordnet. Informationen, die an dieses Label gerichtet sind, werden grundsätzlich an einen Heimat-Router weitergeleitet. Dieser Router übernimmt ebenfalls das Weiterleiten an einen anderen Router, wenn das Endgerät sich nicht im Bereich des Heimat-Routers befindet. Sollte sich das End- gerät bei einem solchen fremden Router anmelden, so wird der Heimat-Router darüber informieren und tunnelt die Pakete an den fremden Router.
Je nach Ausgestaltungsform des Endgerätes kann dieses die Pakete selber auspacken, d. h. de-tunneln, oder der Zugangsrou- ter übernimmt diese Arbeit für das Endgerät. Damit das Endgerät in der Lage ist, die Informationspakete auszupacken, ist es vorteilhaft, dass es mehrere Labels verwalten kann. Diese Möglichkeit sollte das Endgerät immer dann haben, wenn es ein langfristig zugeordnetes Label als Adresse verwendet. In die- sem Falle kann der Tunnel direkt bis zum Endgerät aufgebaut werden. MPLS bietet die Möglichkeit dass die Labels auf einem Stack angeordnet sind. Soweit es sich um ein vollständiges MPLS-Netzwerk handelt, können die Labels der einzelnen getun- nelten Netze auf dem Stack abgelegt werden. Die Adresse des Endgerätes liegt dabei immer ganz unten.
Im Folgenden werden anhand der Figuren Ausführungsbeispiele beschrieben. Es zeigt:
Figur 1 ein Transportnetzwerk mit einem zentralen Router, der die Bewegungen des mobilen Endgerätes registriert und die Pakete an die entsprechenden Zugangsrouter leitet, wobei die Pakete jeweils getunnelt werden; Figur 2 ' ein Transportnetzwerk nach Figur 1, wobei sich das Endgerät an einem anderen Zugangsrouter angemeldet hat, worauf der zentrale Router, der vom Wechsel des Zugangsrouters in Kenntnis gesetzt wurde, die Pakete mit einem anderen Label versieht und sie auf eine andere Route lenkt; Figur 3 zeigt ein dezentrales Transportnetzwerk, wobei die Pakete ebenfalls getunnelt werden und ebenfalls MPLS als Protokoll durchgängig im Netzwerk angewandt wird; Figur 4 zeigt ein dezentrales Transportnetzwerk nach Figur 3, wobei sich das Endgerät zu einem anderen Zugangsrouter bewegt hat, wobei der ursprüngliche Router das Paket weiterleitet.
Figur 1 zeigt ein Transportnetzwerk 10, das aus einem zentralen Router 16 und Zugangsroutern 15 a bis c besteht. Die Zu- gangsrouter sind wiederum mit Basisstationen 14 verbunden, die die Signale der Endgeräte 13 in elektrische Signale umwandeln, um diese dann in das Transportnetzwerk 10 einzuspeisen. Der zentrale Router 16 verwaltet die Zuordnung der Labels zu den einzelnen Endgeräten. Dies kann dynamisch, d. h. bei der Anmeldung eines Endgeräts, oder statisch erfolgen. Bei der statischen Zuordnung wird einem Endgerät über einen langen Zeitraum ein Label zugeordnet. Die statische Zuordnung hat den Vorteil, dass die Router nicht immer neu konfiguriert werden müssen. In einem zentralen Netz, wie dem vorliegenden, ist dies jedoch weniger problematisch, da alle Informationen über einen zentralen Router verteilt werden. Über die Datenbank dieses zentralen Routers kann somit schnell ermittelt werden, welches Label 12 dem Endgerät 13 zugeordnet wurde. Durch die Verwendung eines MPLS-Netzwerkes werden die Infor- mationen durch das Labelstacking übertragen. Hierbei wird dem Informationspaket 11 ein weiteres Label zugeordnet. Dieses Label wird von den jeweiligen Routern des Sub-Netzwerkes verändert. So ist erkennbar, dass das Label 17 erst den Wert 1 hat, um dann durch den zentralen Router auf den Wert 2 ge- setzt zu werden. Die Figuren zeigen jedoch nur den Informati- onsfluss in eine Richtung, nämlich vom Zugangsrouter 15a zum Zugangsrouter 15b bzw. 15c. In der Figur 2 ist zu erkennen, dass sich das Endgerät zu einer anderen Basisstation bewegt hat. Diese Basisstation ist mit dem Zugangsrouter 15c verbunden. Der zentrale Router hat von dieser räumlichen Veränderung Kenntnis erhalten und somit dem Label 1 eine andere Äquivalenzklasse zugeordnet. Bei dieser Äquivalenzklasse handelt es sich um die Klasse mit dem Label 3. Auch hier wiederum erfolgt Labelstacking bzw. das Tunneln des Paketes.
Die Figur 3 zeigt ein dezentrales Netzwerk, das keinen zentralen Router aufweist. Es besteht lediglich aus Zugangsrou- tern. Bei einem solchen Netzwerk muss jedoch ein langfristiges Label vergeben werden, um ein permanentes Neukonfigurie- ren der Router zu vermeiden. Einem Endgerät wird hierbei ein Heimat-Router zugeordnet. Dieser übernimmt, falls sich das Endgerät nicht in seinem Empfangsbereich befindet, das Weiterleiten bzw. Tunneln der Informationspakete. Auch hierbei wird wiederum in einem MPLS-Netzwerk Labelstacking angewandt. Figur 4 zeigt die Weiterleitung des Pakets an den Router 15d, wobei das Label 2 durch das Label 3 ersetzt wird. In einem reinen MPLS-Netzwerk kann auch auf das Labelstacking verzichtet werden, wenn die Router entsprechend konfiguriert sind. In diesem Netzwerk wird dann Hop-by-Hop angewendet.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur paketorientierten Übertragung von Informationen an ein Endgerät, wobei dem Endgerät mindestens ein MPLS-Label zugeordnet ist, das eine eindeutige Adressierung des Endgerätes zumindest auf einem Netzwerksegment zum Endgerät erlaubt, wobei auf diesem Netzwerksegment die Informationen mit dem MPLS-Label versehen werden und an das Endgerät weitergeleitet werden.
2. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Endgeräte über drahtlose Verbindungen unter Verwendung von Basisstationen mit einem Transportnetz verbunden sind, wobei das Transportnetz Router umfasst, - bei dem der Informationsaustausch zwischen den Endgeräten und den Routern auf Basis von MPLS erfolgt, indem jedem Endgerät ein eindeutiges MPLS-Label zugeordnet wird, anhand dessen ein eindeutiger Pfad zum Endgerät ausgewählt werden kann, - bei dem, soweit notwendig, die Router die Informationspake- te tunneln, wobei entweder MPLS oder andere Protokolle als Tunnelprotokoll verwendet werden.
3. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass Tunneln in MPLS mit Hilfe von Labelsta- cking realisiert wird.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Router, die die Pakete Tunneln, Mittel aufweisen, die ein Abbilden der Ziel- adresse eines Endgerätes, das in Form eines Labels definiert ist, auf eine Adresse oder einen Pfad des Tunnelprotokolls ermöglichen.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Endgerät einem ersten Heimat-Router langfristig und eindeutig mit einem Label zugeordnet ist und der erste Router Kenntnis davon er- hält, wenn sich das Endgerät bei einem zweiten Router anmeldet, wobei der erste Router die Informationspakete, die auf Grund des Labels an das Endgerät gerichtet sind, tunnelt, um diese dann an den zweiten Zugangsrouter weiterzusenden, der wiederum die Informationspakete an das Endgerät weiterleitet.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Routen über Router erfolgt, die die Zuordnung der Labels zu den Endgeräten verwalten und ständig updaten, wobei der Informationsaustausch über die Zugangsrouter durch Tunneln der Informationspakete erfolgt.
7. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch dadurch ge- kennzeichnet, dass die Labels dynamisch in Abhängigkeit vom
Zugangsrouter zugeordnet werden.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Endgerät Mittel aufweist, um das getunnelte Paket zu entpacken, wobei das Endgerät vorzugsweise mehrere Labels verwalten kann.
9. Zugangsrouter für ein Mobilfunknetz, dadurch gekennzeichnet, dass MPLS zur Übertragung von Informationen mit den Endgeräten verwendet wird, wobei jedes Endgerät durch ein eindeutiges Label gekennzeichnet ist, anhand dessen ein eindeutiger Pfad zum Endgerät bestimmt werden kann.
10. Zugangsrouter nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass ein Informationspaket getunnelt wird und an einen zweiten Zugangsrouter gesendet wird, wenn sich das Endgerät beim ersten Zugansgrouter abgemeldet hat und beim zweiten angemeldet hat.
11. Zugangsrouter nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zugangsrouter, der das getunnelte Informationspaket empfängt, das Paket entweder entpackt und an das Endgerät weiterleitet oder, soweit das Endgerät in der Lage ist, das getunnelte Paket zu entpacken, direkt an das Endgerät weiterleitet.
12. Zugangsrouter nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Tabellen, aus denen ersichtlich ist, welche Labels auf welche Zieladressen des Tunnelprotokolls abzubilden sind, wobei ein Routen anhand dieser veränderbaren Tabelleninformationen erfolgt.
13. Endgerät, dadurch gekennzeichnet, dass es MPLS unterstützt, indem ein eindeutiges Label zur Adressierung des Endgerätes verwendet wird.
14. Endgerät nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorhanden sind, ein getunneltes Informationspaket zu entpacken, wobei das Endgerät in der Lage sein muss, ein zweites Label zu verwalten, das eine zweite Adresse darstellt.
15. Endgerät nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um ein mobiles Endgerät handelt.
16. Endgerät nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Gewicht und Format, die einen mobilen Einsatz ermöglichen.
17. Endgerät nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch ge- kennzeichnet, dass es sich um ein Mobilfunkgerät in Form eines Handys oder PDAs handelt.
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