DE10307259A1

DE10307259A1 - Verfahren und System, das Roaming zwischen verschiedenen drahtlosen Netzwerken erlaubt

Info

Publication number: DE10307259A1
Application number: DE10307259A
Authority: DE
Inventors: Shiao-Li Tsao; Chia-Ching Lin
Original assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Current assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority date: 2002-06-19
Filing date: 2003-02-20
Publication date: 2004-02-05
Anticipated expiration: 2023-02-21
Also published as: US20040192295A1; US7151931B2; DE10307259B4; TWI235578B

Abstract

Ein Verfahren und System, die Roaming zwischen verschiedenen drahtlosen Netzwerken erlauben. Eine mobile Vorrichtung, die low- und high-tier drahtlose Netzwerkstandards unterstützt, ist angepasst, zwischen einem low-tier drahtlosen Netzwerk und einem high-tier drahtlosen Netzwerk mit einer geringeren Bandbreite, aber mehr Mobilität als das low-tier drahtlose Netzwerk zu roamen. Durch einen virtuellen GPRS Unterstützungsknoten werden eine Vielzahl von Datenpaketen und Steuersignalen zwischen low- und high-tier drahtlosen Netzwerken geliefert.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft drahtlose Kommunikation und insbesondere ein Verfahren und ein System, die Roaming zwischen verschiedenen drahtlosen Netzwerken erlauben, in denen eine Vielzahl von Datenpaketen und Steuersignalen durch einen virtuellen GPRS Unterstützungsknoten zwischen low- und high-tier drahtlosen Netzwerken geliefert werden.
Beschreibung vom Stand der Technik
Eine Anzahl von drahtlosen Netzwerktechnologien wurden in den letzten Jahren vorgeschlagen. Neue Funkzugriffstechnologien und drahtlose Netzwerkstandards wurden ebenfalls entwickelt. Es wird angenommen, dass viele Standards in der gleichen Umgebung für zukünftige drahtlose Kommunikationssysteme gleichzeitig vorhanden sein werden. Das Erlauben von nahtlosem Roaming zwischen verschiedenen Netzwerken wird in vielen Standardumgebungen immer wichtiger werden. Verschiedene Funkzugriffsnetzwerke weisen ihre eigenen Eigenschaften auf. High-tier Systeme wie der allgemeine Paketfunkdienst (GPRS) und ein universelles mobiles Telekommunikationssystem (UMTS) stellen eine hohe Mobilität mit geringerer Datenübertragungsbandbreite bereit. Andererseits stellen low-tier Systeme wie das drahtlose lokale Netzwerk (drahtloses LAN, WLAN) eine hohe Datenbandbreite, aber mit einer geringeren Mobilität bereit.
1 zeigt zwei verschiedene drahtlose Netzwerke 100 und 200, die herkömmlich verbunden sind. Das drahtlose Netzwerk 100 ist hier ein GPRS Netzwerk, das als ein Beispiel eines high-tier Systems verwendet wird. Das drahtlose Netzwerk 200 ist ein WLAN, das als ein Beispiel eines low-tier Systems verwendet wird. Wie in 1 gezeigt, enthält das GPRS Netzwerk 100 drei Basisstationsysteme (BSSs) 104a~104c, drei bedienende GPRS Unterstützungsknoten (SGSNs) 106a~106c, einen Gateway GPRS Unterstützungsknoten (GGSN) 108a, einen Domänen-Name Server (DNS) 110 und einen dynamischen Hostkonfigurationsprotokoll (DHCP) Server 112. BSSs 104a~104c können drahtlose Signale in Daten umwandeln. 102a~102c sind Zellen von BSSs 104a~104c. Die Zellen 102a~102c decken normalerweise 500 Meter bis 30 km ab. SGSNs 106a~106c geben Datenpakete weiter und regulieren Mobilitäts-Management (GMM) und Session-Management (SM) und managen verschiedene Routingbereiche (RAs) und Mobilstationen (MSs). GGSN 108a ist eine Schnittstelle zwischen dem GPRS Netzwerk 100 und einem externen Netzwerk wie das Internet 300.
Für eine enthaltene Erläuterung des WLAN, wird im Folgenden ein Beispiel gegeben. Wie in 1 gezeigt, enthält der WLAN 200 Zugriffspunkte, deren Zellen 202a~202i sind, zwei Router 206a und 206b, einen Gateway 208, einen DNS 210 und einen DHCP Server 212. Die Zellen 202a~202i decken normalerweise 100 Meter bis 300 Meter ab. Weil die Reichweite der Zellen in dem WLAN geringer ist als den Zellen in dem GPRS Netzwerk, wird der WLAN normalerweise in einem „hot spot" Bereich wie einem Gebäude, einer Station oder einem Flughafen eingebaut. Ebenso enthält ein „hot spot" Bereich mit eingebautem WLAN oft verschiedene Zugriffspunkte. Es gibt mehrere Zugänge für Dualmodusvorrichtungen, um Datenkommunikation in vielen Netzwerken zu ermöglichen. In dem einfachsten Zugang werden zwei Netzwerke unabhängig verwendet. 2 zeigt dieses Beispiel. Die Topologie des Netzwerks in 2 ist die gleiche wie in 1. Die gestrichelte Linie A in 2 zeigt den Roamingweg der mobilen Vorrichtung 40, die den GPRS Standard und WLAN Standard unterstützt. Die mobile Vorrichtung 40 ist bei Punkt A1 bei dem GPRS Netzwerk 100 angemeldet und beginnt, durch das Internet 300 auf einen Fern-Host 42 zuzugreifen. Dann können Pakete zwischen der mobilen Vorrichtung 40 und dem Fern-Host 42 geliefert werden. Während die mobile Vorrichtung detektiert, dass das Signal von dem WLAN 200 stärker wird als des Vorherigen (GPRS Netzwerk 100) wie bei Punkt A2, stoppt es den Service von dem GPRS Netzwerk 100 und meldet sich bei dem neue Netzwerk (WLAN 200) an. In diesem Zugang werden alle der gegenwärtigen Verbindungen und aller Service unterbrochen, weil jedes Netzwerk seine eigene Netzwerkplanung, Routing, IP Adresse und Konfigurationen aufweist.
3 zeigt einen anderen Zugang, der einen mobiles IP einführt, um ununterbrochenen IP Service während des Roamings zu unterstützen. Die Topologie des Netzwerks in 3 ist beinahe die gleiche wie in 2. Der Unterschied ist, dass mobile IP Vorrichtungen 46a und 46b in 3 zugefügt sind. Dieser Zugang stellt einen ununterbrochenen IP Service bereit. Dieser Zugang erfordert jedoch das Einbauen mobiler IP Vorrichtungen 46a und 46b wie Homeagenten und Fremdagenten in beiden Netzwerken. Weil die mobile Vorrichtung 40 eine Rückkehrregistrierung (an das GPRS Netzwerk 100) erfordert, wird Paketlaufzeit und -verlust ebenfalls ein Problem während der Zeitdauer von Handovern sein. Dieser Zugang leidet zudem unter Triangle Routing zwischen dem GPRS Netzwerk 100 und dem WLAN 200, wenn mobile IP Vorrichtungen nicht die Wegoptimierung (unter Bezugnahme auf die gestrichelte Line C in 3) unterstützen.
Ein weiterer Zugang ist es, low-tier Systeme als ein lokales Funkzugriffsnetzwerk unter einem high-tier System dienen zu lassen. Um eine low-tier Basisstation mit einem high-tier Kernnetzwerk zu verbinden, ist ein Emulator notwendig. 4 zeigt eine Verbindung einer WLAN Basisstation zu einem GPRS System. Wie in 4 gezeigt, enthält das GPRS System drei Basisstationsysteme (BSSs) 104a~104c, drei bedienende GPRS Unterstützungsknoten (SGSNs) 106a~105c, einen Gateway GPRS Unterstützungsknoten (GGSN) 108a, einen Domänen-Name Server (DNS) 110, Zugriffspunkte, deren Zellen 402a~402i sind, einen BSS Emulator 404 und einen SGSN Emulator 406. Jede WLAN Basisstation (Zugriffspunkt) kann als eine GPRS Basisstation durch den BSS Emulator 404 oder ein SGSN durch den SGSN Emulator 406 angesehen werden. Der Vorteil dieses Zugangs ist, dass kein mobiler IP erforderlich ist. Alles Paketrouting und -weiterleiten werden durch das GPRS Kernnetzwerk verarbeitet. Paketverlust und -laufzeit werden beträchtlich reduziert. Diesem Zugang mangelt es jedoch an Flexibilität, weil die zwei Netzwerke fest verbunden sind. Die Betreiber der zwei Netzwerke müssen die gleichen sein, um große Informationsmengen auszutauschen. Ein anderer Nachteil dieses Zugangs ist, dass der GGSN der einzige Punktzugriff auf das Internet sein wird. Pakete durch zwei Netzwerke müssen zuerst dem GGSN folgen, wobei ein Engpass erzeugt wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und ein System bereitzustellen, die Roaming zwischen verschiedenen drahtlosen Netzwerken erlauben. Durch einen virtuellen GPRS Unterstützungsknoten werden eine Vielzahl von Datenpaketen und Steuersignalen zwischen low- und high-tier drahtlosen Netzwerken geliefert, um ein nahtloses Roaming zwischen zwei verschiedenen drahtlosen Netzwerken für eine mobile Vorrichtung bereitzustellen, sodass die zwei Netzwerke unabhängig betrieben werden können. Ebenso durchqueren Pakete zum Roaming den Knoten ohne durch den mobilen IP durch das Internet verarbeitet zu werden. Die Auslegung reduziert Paketverlust und -Laufzeit.
Demgemäß stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren bereit, das Roaming zwischen verschiedenen drahtlosen Netzwerken erlaubt. Die Erfindung offenbart eine mobile Vorrichtung, die low- und high-tier drahtlose Netzwerkstandards unterstützt, die angepasst ist, zwischen einem low- und high-tier drahtlosen Netzwerk mit geringerer Bandbreite, aber mehr Mobilität als das low-tier drahtlose Netzwerk durch einen virtuellen GPRS Unterstützungsknoten zu roamen, wobei eine Vielzahl von Datenpaketen und Steuersignalen zwischen low- und high-tier Netzwerken geliefert werden.
Zudem stellt die vorliegende Erfindung ebenfalls ein System bereit, das Roaming zwischen verschiedenen drahtlosen Netzwerken erlaubt. Das System enthält low- und high-tier Netzwerke, eine mobile Vorrichtung und einen virtuellen GPRS Unterstützungsknoten. Das high-tier drahtlose Netzwerk weist eine geringere Bandbreite, aber mehr Mobilität als das low-tier drahtlose Netzwerk auf. Die mobile Vorrichtung unterstützt low- und high-tier drahtlose Netzwerkstandards. Eine Vielzahl von Datenpaketen und Steuersignalen werden bei dem virtuellen GPRS Unterstützungsknoten zwischen low- und high-tier drahtlosen Netzwerken geliefert, wenn die mobile Vorrichtung zwischen den low- und high-tier drahtlosen Netzwerken roamt.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Für ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung wird auf eine detaillierte Beschreibung Bezug genommen, die in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen zu lesen ist, in denen:
1 zeigt zwei verschiedene drahtlose Netzwerke, die gemäß dem Stand der Technik verbunden sind;
2 zeigt ein Beispiel des einfachsten Zugangs, das Roaming zwischen den in 1 gezeigten Netzwerken erlaubt;
3 zeigte einen weiteren Zugang, der mobile IP in die in 1 gezeigten Netzwerke einführt;
4 zeigt einen weiteren Zugang, der WLAN Basisstationen mit einem GPRS System verbindet;
5 zeigt eine Gesamtarchitektur, in der zwei verschiedene drahtlose Netzwerke mit dem Internet gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung verbunden sind;
6 zeigt die Verfahren zum Roaming von dem GPRS Netzwerk zu dem WLAN gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
7 zeigt Verfahren, in denen sich die mobile Vorrichtung von einer WLAN Basisstation zu einer anderen nach den Verfahren in 6 bewegt;
8a zeigt Verfahren, in denen sich die mobile Vorrichtung von dem WLAN zu dem GPRS Netzwerk bewegt und zu dem ursprünglichen Routingbereich (RA) nach den Verfahren in 6 zurückkehrt;
8b zeigt Verfahren, in denen sich die mobile Vorrichtung von dem WLAN zu dem GPRS Netzwerk bewegt und zu einem neuen Routingbereich nach den Verfahren in 6 zurückkehrt;
9 zeigt eine Gesamtarchitektur, in der zwei verschiedene drahtlose Netzwerke mit dem Internet gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung verbunden sind;
10a zeigt die Verfahren zum Roaming von dem WLAN zu dem GPRS Netzwerk gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ; 10b zeigt die Verfahren zum Roaming von dem WLAN zu dem GPRS Netzwerk, das nicht den VGSN unterstützt, gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
11 zeigt Verfahren, in denen sich die mobile Vorrichtung von einem RA zu einem anderen RA nach den Verfahren in 10a bewegt; und
12 zeigt Verfahren für einen neuen Host, der eine Verbindung mit der mobilen Vorrichtung nach den Verfahren in 10a initialisiert.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
5 zeigt eine Gesamtarchitektur, in der zwei verschiedene drahtlose Netzwerke 500 und 600 mit dem Internet 700 gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung verbunden sind. Das drahtlose Netzwerk 500 ist hier ein GPRS Netzwerk, das als ein Beispiel eines high-tier Systems verwendet wird. Das drahtlose Netzwerk 600 ist ein WLAN, das als ein Beispiel eines low-tier Systems verwendet wird.
Für eine enthaltene Erläuterung eines GPRS Netzwerks ist im Folgenden ein Beispiel gegeben. Wie in 5 gezeigt, enthält das GPRS Netzwerk 500 drei Basisstationsysteme (BSSs) 504a~504c, drei bedienende GPRS Unterstützungsknoten (SGSNs) 506a~506c, einen Gateway GPRS Unterstützungsknoten (GGSN) 508a und einen Domänen-Name Server (DNS) 510. BSSs 504a~504c können drahtlose Signale in Daten umwandeln. 502a~502c sind Zellen von BSSs 504a~504c. Die Zellen 502a~502c decken normalerweise 500 Meter bis 30 km ab. SGSNs 506a~506c geben Datenpakete weiter und regulieren Mobilitäts-Management (GMM) und Session-Management (SM) und managen verschiedene Routingbereiche (RAs) und Mobilstationen (MSs). GGSN 508a ist eine Schnittstelle zwischen dem GPRS Netzwerk 500 und einem externen Netzwerk wie das Internet 700.
Im Folgenden ist ein Beispiel für eine enthaltene Erläuterung des WLAN gegeben. Wie in 5 gezeigt, enthält der WLAN 60 Zugriffspunkte AP1~AP2, deren Zellen 602a~602i sind, zwei Router 606a und 606b, einen Gateway 608, einen DNS 610 und einen DHCP Server 612. Die Zellen 602a~602i decken normalerweise 100 Meter bis 300 Meter ab.
Ein neuer logischer Knoten, der virtueller GPRS Unterstützungsknoten (VGSN) 84 genannt wird, ist in 5 dargestellt. Die logische Entität kann entweder als ein separater Knoten implementiert werden oder mit einem Gateway in WLAN oder SGSN oder GGSN Knoten integriert sein. Zwei drahtlose Netzwerke werden getrennt gemanagt, d. h. die zwei Netzwerke können von zwei verschiedenen Betreibern betrieben werden. Nur ein VGSN 84 ist zwischen zwei Systeme eingeführt, wenn zwei Netzwerke einen nahtlosen Roamingservice bereitstellen müssen. Die Situation ist für einen „hot spot" Bereich wie Flughäfen und Stationen völlig normal.
Die mobile Vorrichtung 80 kann ein Mobiltelefon oder PDA sein. Die gestrichelte Linie B in 5 zeigt den Roamingweg der mobilen Vorrichtung 80, die den GPRS Standard und den WLAN Standard unterstützt. Die mobile Vorrichtung 80 meldet sich bei dem GPRS Netzwerk 500 bei Punkt B1 an und beginnt, auf einen Fern-Host 82 durch das Internet 700 zuzugreifen. Dann können Pakete zwischen der mobilen Vorrichtung 80 und dem Fern-Host 82 geliefert werden. Wenn die mobile Vorrichtung 80 detektiert, dass das Signal von dem WLAN 600 stärker wird als des Vorherigen (GPRS Netzwerk 500) wie bei Punkt B2, kann sie zu dem WLAN 600 handovern, um mit einer höheren Geschwindigkeit zuzugreifen, wenn die zwei Netzwerke 500 und 600 eine Roaming-Übereinkunft aufweisen. Unter der Voraussetzung, dass die IP Adresse, die der mobilen Vorrichtung 80 (oder Mobilstation (MS)) zugewiesen ist, sich nicht während der ganzen Datenservicezeitdauer in den verschiedenen Netzwerken ändert, wenn sich die mobile Vorrichtung 80 zu dem WLAN 600 bewegt, werden die Eingangspakete, die ursprünglich von dem GPRS Netzwerk 500 an die mobile Vorrichtung 80 sind, durch den VGSN 84 an den WLAN 600 gesendet und enden bei der mobilen Vorrichtung 80. Die Ausgangspakete der mobilen Vorrichtung 80 können dem WLAN 600 direkt folgen. Die detaillierten Verfahren werden in Verbindung mit 6~8 beschrieben.
6 zeigt die Verfahren zum Roaming von dem GPRS Netzwerk mit dem WLAN gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung: Schritt S61 bis S63 sind normale GPRS Anmelde- bzw. Attach- und Paketdatenprotokoll (PDP) Kontextaktivierungsverfahren. Gemäß den GPRS Spezifikationen errichtet das GPRS Anmelde- bzw. Attach-Verfahren ein Mobilitätsmanagementkontext bei dem SGSN 506a, um den Ort der mobilen Vorrichtung 80 zu identifizieren (S61-1 und S61-2). Wenn Datenpakete zwischen der mobilen Vorrichtung 80 und dem Host 82 geliefert werden, wird ein PDP Kontext aktiviert. Das PDP Kontextaktivierungsverfahren errichtet Routinginformationen in dem SGSN 506a und dem GGSN 508a, um einen korrekten Routingpfad zwischen der mobilen Vorrichtung 80 und dem Host 82 durch das GPRS Netzwerk 500 aufrecht zu erhalten. Der PDP Inhalt enthält Qos Profile, Zugriffsinformationen und eine IP Adresse des GGSN 508a. Der PDP Inhalt wird abgelöst, wenn die mobile Vorrichtung 80 aufhört, durch das GPRS Netzwerk 500 bedient zu werden. Das Wahlverfahren für GGSNs wird bei dem PDP Kontextaktivierungsverfahren erreicht. Bei anderen Tätigkeiten, wenn die mobile Vorrichtung 80 die PDP Kontextanfrage empfängt, wählt ein Betreiber des GPRS Systems einen GGSN für die mobile Vorrichtung gemäß einem Zugriffspunktnamen (APN) der mobilen Vorrichtung oder anderen Auswahlwegen. Die Bedienungsbeziehung zwischen dem gewählten GGSN und der mobilen Vorrichtung 80 besteht, bis der PDP Inhalt deaktiviert wird. Nach dem Aufbauen der Verbindung können Datenpakete zwischen der mobilen Vorrichtung 80 und dem Host 82 geliefert werden (S63).
Bei Schritt S64 stellt die mobile Vorrichtung 80 fest, dass der WLAN 600 verfügbar ist und initialisiert ein Handover auf einen Zugriffspunkt AP1 des WLAN 600, um mit höherer Geschwindigkeit zuzugreifen. Schritt S64 führt Handover-Verfahren durch.
Bei Schritt S65 ersucht die mobile Vorrichtung 80 die VGSN Adresse, um folgende Verfahren durchzuführen. Ein Beispiel, um die VGSN Adresse in der WLAN Umgebung zu lösen ist, die Verwendung von einem DHCP (dynamisches Hostkonfigurationsprotokoll). Bei Schritt S65-1 wird ein Signal gesendet, um die VGSN 84 Adresse in dem WLAN 600 zu erfragen. Bei Schritt S65-2 antwortet VGSN 84 der mobilen Vorrichtung 84 mit seiner IP Adresse und die mobile Vorrichtung 80 empfängt sie.
Nachdem die mobile Vorrichtung 80 die IP Adresse vom VGSN 84 erhalten hat, sendet die mobile Vorrichtung 80 ein Routingbereich-Update (RA Update) an den VGSN 84 unter Verwendung der IP Adresse, die ursprünglich in dem GPRS Netzwerk 500 verwendet wird (S66).
Bei Schritt S67 sendet der VGSN 84 eine Standard-Update PDP Kontextanfrage an den GGSN 508a, um den GGSN 508a zu ersuchen, seine SGSN Adresse-in-Gebrauch zu ändern. Bei diesem Punkt simuliert der VGSN 84 einen SGSN in dem GPRS Netzwerk 500. Wenn GGSN 508a die PDP Kontextanfrage von dem VGSN 84 empfängt, detektiert er, dass sich die mobile Vorrichtung 80 zu der WLAN Umgebung bewegt. Der VGSN 84 ersetzt den ursprünglichen SGSN 506a zeitweise. Pakete für die mobile Vorrichtung 80 werden zu dem VGSN 84 anstelle des ursprünglichen SGSN 506a geleitet.
Weil sich die mobile Vorrichtung 80 zu dem GPRS Netzwerk 500 zurück bewegen kann, können in dem ursprünglichen SGSN 506a gespeicherte Daten nicht gelöscht werden, auch wenn sie sich zeitweise zu dem WLAN 600 bewegt. Der GGSN 508a sendet einen neuen Paketdatenprotokoll/Mobilitätsmanagementkontextbereitschaftbefehl an den ursprünglichen SGSN 506a. Die Benachrichtigung ersucht den ursprünglichen SGSN 506a, den PDP Kontext zu halten, bis die mobile Vorrichtung 80 zu dem GPRS Netzwerk zurückkehrt oder getrennt wird.
Nach dem gesamten Roamingverfahren sendet die mobile Vorrichtung 80 Pakete unter Verwendung der IP Adresse aus, die ursprünglich in dem GPRS Netzwerk 500 verwendet wird. Pakete von der mobilen Vorrichtung 80 zu dem Host 82 des Internets 700 können durch den Zugriffspunkt AP1 des WLAN 600 gesendet werden, wenn der Gateway 608 des WLAN 600 nicht diese GPRS IP Adressen durchfiltert (S69-1). Wenn der Gateway 608 des WLAN 600 Durch- bzw. Ingressfiltern auf eine Nicht-WLAN-Adresse anwendet, werden Pakete an den VGSN 84 zu dem Internet 700 geleitet.
Pakete von dem Host 82 an die mobile Vorrichtung 80 werden an den GGSN 508a des GPRS Netzwerks 500 basierend auf IP Routing weitergeleitet. Der GGSN 508a detektiert dann, dass sich die mobile Vorrichtung 80 zu dem VGSN 84 bewegt und tunnelt Pakete zu dem VGSN 84. Schließlich werden die Pakete von dem VGSN 84 zu dem Zugriffspunkt AP1 (S69-2) geliefert.
Nach einem GPRS Handover zur WLAN Umgebung kann sich die Vorrichtung zu einer anderen WLAN Zelle bewegen oder zu dem GPRS Netzwerk zurückkehren.
7 zeigt Verfahren, in denen sich die mobile Vorrichtung 80 von einer WLAN Basisstation zu einer anderen bewegt. Nach Schritt S69-2 bewegt sich die mobile Vorrichtung 80 von der Zelle 602a des Zugriffspunkts AP1 zu der Zelle 602b des Zugriffspunkts AP2. Deshalb findet bei Schritt 71 ein Handover-Verfahren für die mobile Vorrichtung 80 von dem Zugriffspunkt AP1 zu dem Zugriffspunkt AP2 statt. Die mobile Vorrichtung sendet die Pakete unter Verwendung der IP Adresse aus, die ursprünglich in dem GPRS Netzwerk 500 verwendet wird. Pakete von der mobilen Vorrichtung 80 an den Host 82 des Internets 700 können durch den Zugriffspunkt AP2 des WLAN 600 gesendet werden (S72-1). Pakete von dem Host 82 an die mobile Vorrichtung 80 werden an den GGSN 508a des GPRS Netzwerks 500 basierend auf IP Routing geleitet. Der GGSN 508a detektiert dann, dass sich die mobile Vorrichtung 80 zu dem VGSN 84 bewegt und tunnelt Pakete zu dem VGSN 84. Schließlich werden die Pakete von dem VGSN 84 zu dem Zugriffspunkt AP2 geliefert (S72-2).
8a zeigt Verfahren, in denen sich die mobile Vorrichtung 80 von dem WLAN Netzwerk zu dem GPRS Netzwerk bewegt und zu dem ursprünglichen Routingberech (RA) zurückkehrt. Nach Schritt S69-2 bewegt sich die mobile Vorrichtung 80 von der Zelle 602a des Zugriffpunkts AP1 zu dem GPRS Netzwerk 500 und kehrt zu dem ursprünglichen RA zurück, der durch den SGSN 506a gesteuert wird.
Weil der PDP Kontext in dem SGSN 506a gepuffert bzw. zwischengespeichert wird, dass sich die mobile Vorrichtung 80 zuerst aus dem WLAN 600 bewegt, schließen die Handover-Verfahren den alten SGSN 506a ein. Deshalb finden bei Schritt 81 Handover-Verfahren für die mobile Vorrichtung 80 von dem Zugriffspunkt AP1 zu dem SGSN 506a statt.
Die mobile Vorrichtung 80 beginnt dann ein normales RA-Update-Verfahren (S82). Sie aktualisiert nur den SGSN in Gebrauch in dem GGSN 508a. Pakete, die von dem Host 82 an die mobile Vorrichtung 80 gehen, werden zuerst zu dem GGSN 508a geliefert. Die Pakete, die von dem GGSN 508a geliefert werden, werden an den SGSN anstelle des VGSN 82 geleitet (S83).
8b zeigt Verfahren, in denen sich die mobile Vorrichtung 80 von dem WLAN Netzwerk zu dem GPRS Netzwerk bewegt und zu einem neuen Routingbereich (RA) zurückkehrt. Nach Schritt S69-2 bewegt sich die mobile Vorrichtung 80 von der Zelle 602a des Zugriffspunkts AP1 zu dem GPRS Netzwerk 500 und kehrt zu einem neuen RA zurück, der durch einen neuen SGSN 506b gesteuert wird. Bei Schritt 85 findet deshalb ein Handover-Verfahren für die mobile Vorrichtung 80 von dem Zugriffspunkt AP1 zu dem SGSN 506b statt. Die mobile Vorrichtung 80 beginnt dann ein normales RA Update-Verfahren (S86), wobei nur der SGSN in Gebrauch in dem GGSN 508a aktualisiert wird. Pakete werden dann zwischen der mobilen Vorrichtung 80 und dem Host 82 unter Verwendung der ursprünglichen IP Adresse geliefert, die in dem GPRS Netzwerk 500 verwendet wird (S87).
9 zeigt eine Gesamtarchitektur, in der zwei verschiedene drahtlose Netzwerke mit dem Internet gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung verbunden sind. Die Topologie des Netzwerks in 9 ist fast die gleiche wie in 5. Der Unterschied ist, dass die gestrichelte Linie C in 9 den Roamingweg der mobilen Vorrichtung 80 zeigt, die den GPRS und WLAN Standard unterstützt. Die mobile Vorrichtung 80 meldet sich bei Punkt C1 bei dem WLAN 600 an und beginnt, durch das Internet 700 auf einen Fern-Host 82 zuzugreifen. Dann können Pakete zwischen der mobilen Vorrichtung 80 und dem Fern-Host 82 geliefert werden. Wenn die mobile Vorrichtung 80 detektiert, dass das Signal von dem GPRS Netzwerk 500 stärker wird als des Vorherigen (WLAN 600) wie bei Punkt C2, kann sie zu dem GPRS Netzwerk 500 handovern, wenn die zwei Netzwerke 500 und 600 eine Roaming-Übereinkunft haben. Wir setzen voraus, dass die IP Adresse, die der mobilen Vorrichtung 80 (oder Mobilstation (MS)) zugewiesen ist, sich nicht während der ganzen Datenservicezeitdauer in den verschiedenen Netzwerken ändert. Wenn sich die mobile Vorrichtung 80 zu dem GPRS Netzwerk 500 bewegt, werden die Eingangspakete, die ursprünglich von dem WLAN 600 für die mobile Vorrichtung 80 sind, durch den VGSN 84 zu dem GPRS Netzwerk 500 gesendet und enden bei der mobilen Vorrichtung 80.
Die Ausgangspakete der mobilen Vorrichtung 80 können dem GPRS Netzwerk 500 direkt folgen. Die detaillierten Verfahren werden in Verbindung mit 10~11 beschrieben.
10a zeigt die Verfahren zum Roaming von dem WLAN zu dem GPRS Netzwerk gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung .
Bei Schritt S91 meldet sich die mobile Vorrichtung 80 bei dem WLAN 600 an und, beginnt, auf einen Fern-Host 82 durch das Internet 700 und den Zugriffspunkt AP 1 des WLAN 600 zuzugreifen.
Bei Schritt S92 detektiert die mobile Vorrichtung 80, dass das Signal, das von dem GPRS Netzwerk 500 empfangen wird, stärker ist als des WLAN 600 und initiiert einen Handover zu dem GPRS Netzwerk. Schritt S92 führt Handover-Verfahren durch.
Wenn sich die mobile Vorrichtung 80 bereits bei dem GPRS Netzerk 500 angemeldet hat und in dem gleichen RA ist, kann sie den Service beginnen und direkt in Schritt S95 eintreten. Wenn die mobile Vorrichtung 80 das erste Mal direkt bei dem GPRS Netzwerk 500 angemeldet ist, führt sie normale GPRS Anmelde- bzw. Attach- und Paketdatenprotokoll (PDP) Kontextaktivierungs-Verfahren durch (Schritt von S93 bis S94) und kann dann den Service beginnen.
Gemäß den GPRS Spezifikationen errichtet das GPRS-Anmelde- bzw. Attachverfahren ein Mobilitätsmanagementkontext bei dem SGSN 506a, um den Ort der mobilen Vorrichtung 80 zu identifizieren (S93-1 und S93-2). Wenn Datenpakete zwischen der mobilen Vorrichtung 80 und dem Host 82 geliefert werden, wird ein PDP Kontext aktiviert.
In dem Anmelde- bzw. Attachverfahren verwendet die mobile Vorrichtung 80 den VGSN 84 als ihr Zugriffspunktnetzwerk (APN), um eine Initialisierung einer WLAN IP Adresse zu ersuchen, die in dem WLAN 600 von dem SGSN 506a verwendet wird. Während des PDP Kontextaktivierungsverfahrens verwendet die mobile Vorrichtung 80 die WLAN IP Adresse, um den PDP Kontext zu ersuchen (S94-1). Wenn der VGSN 84 detektiert, dass der IP eine WLAN IP Adresse ist und das Sicherungsverfahren durchlaufen ist, antwortet er der mobilen Vorrichtung 80 mit der gleichen WLAN IP Adresse (S94-2). Die mobile Vorrichtung 80 kann die gleiche IP Adresse verwenden, die in dem WLAN 600 verwendet wird.
Bei Schritt S95 simuliert der VGSN 84 den GGSN in dem GPRS Netzwerk 500. Der SGSN 506a sendet Pakete an den VGSN 84 und der VGSN 84 sendet Pakete an den SGSN 506a. Sowohl Eingangs- als auch Ausgangspakete folgen dem gleichen Pfad. Die Pakete von dem Host 82 des Internets 700 an die mobile Vorrichtung 80 erreichen zuerst den WLAN 600. Durch den Gateway 608 des WLAN 660 werden die Pakete an den VGSN 84 gesendet. Die von dem VGSN 84 empfangenen Pakete werden dann durch den SGSN 506a zu der mobilen Vorrichtung 80 gesendet. Ebenso erreichen die Pakete von der mobilen Vorrichtung 80 an den Host 82 des Internets 700 zuerst das GPRS 500. Durch den SGSN 506a werden die Pakete an den VGSN 84 gesendet. Die von dem VGSN 84 empfangenen Pakete werden zu dem Host 82 des Internets 700 durch den Gateway 608 des WLAN 600 gesendet.
l0b zeigt die Verfahren zum Roaming von dem WLAN zu dem GPRS Netzwerk, die nicht den VGSN unterstützen, gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Unter Berücksichtigung der mobilen Vorrichtung, die von dem WLAN zu dem GPRS Netzwerk roamt, die nicht den VGSN unterstützen, antwortet nach dem vorstehenden Schritt S94-1, der GGSN 508a auf die PDP Kontextanfrage der mobilen Vorrichtung 80 mit einer neuen GPRS IP Adresse (S104). In diesem Fall kann die mobile Vorrichtung 80 nicht die gleiche WLAN IP Adresse erhalten und muss die neue GPRS 1P Adresse verwenden, um auf das Internet 700 zuzugreifen und Pakete mit dessen Host 82 auszutauschen (S 105).
11 zeigt Verfahren, in denen sich die mobile Vorrichtung von einem RA zu einem anderen RA nach den Verfahren in 10a bewegt. Nach Schritt S95 bewegt sich die mobile Vorrichtung 80 von dem RA zu dem neuen RA. Die mobile Vorrichtung 80 bewegt sich von dem RA zu einem neuen RA in zwei Situationen. In der ersten Situation werden der neue RA und der ursprüngliche RA durch den gleichen SGSN gesteuert. In dieser Situation initiiert die mobile Vorrichtung ein Standard RA Update Verfahren. Sie führt keine zusätzliche Änderung in den Routingpfad ein. Das Verfahren in dieser Situation ist deshalb nicht in 11 gezeigt.
In der zweiten Situation werden der neue RA und der ursprüngliche RA durch zwei SGSNs gesteuert, wobei ein Update des gegenwärtigen SGSN 506a in Gebrauch in dem VGSN 84 erforderlich ist. Bei Schritt 5111 findet ein Handover zwischen der mobilen Vorrichtung 80 und dem SGSN 506b statt. Die mobile Vorrichtung 80 sendet dann eine Standard RA Update Benachrichtigung an den SGSN 506a und beginnt, ein normales Inter RA Update Verfahren (Schritte S112-1 bis S112-4). Weil der VGSN 84 hier den GGSN in dem GPRS Netzwerk 500 simuliert, muss der GGSN 84 die neue SGSN Adresse aktualisieren. Dann werden Pakete zwischen der mobilen Vorrichtung 80 und dem Host 82 unter Verwendung der ursprünglichen IP Adresse geliefert, die in dem GPRS Netzwerk 500 verwendet wird (S113).
12 zeigt Verfahren, in denen ein neuer Host eine Verbindung mit der mobilen Vorrichtung nach den Verfahren in 10a initialisiert. Für einen WLAN Benutzer wie die mobile Vorrichtung 80, die in dem GPRS Netzwerk 500 angeordnet ist, initialisiert ein neuer Host 86 in dem Internet 700 einen Zugriff auf die mobile Vorrichtung 80 durch ihre GPRS Adresse. Die Pakete von dem neuen Host 86 an die mobile Vorrichtung 80 werden zuerst von dem GGSN gehandhabt werden. Weil der ursprüngliche PDP Kontext, der in dem SGSN 506a aufrecht erhalten wird und der VGSN 84 zum WLAN Roaming mit Ausnahme des GPRS Service sind, muss ein neuer PDP zugewiesen werden, um die neue GPRS Verbindung handzuhaben. Mit anderen Worten, die vorliegende Erfindung verwendet getrennte PDP Kontexte, um sowohl eine WLAN Adresse im WLAN zum GPRS Roaming Service als auch eine GPRS Adresse für einen GPRS Service handzuhaben.
Nach den Verfahren in 12 empfängt der VGSN 84 eine Anfrage von dem Host 86 (S121-1). Der VGSN 84 ersucht dann die mobile Vorrichtung 80, einen neuen PDP Kontext zu aktivieren (S121-2). Während des PDP Kontext Aktivierungsverfahrens verwendet die mobile Vorrichtung 80 den GGSN 508a als sein Zugriffspunktnetzwerk (APN), um den SGSN 506a zu informieren. Nachdem der SGSN 506a die Anfrage empfangen hat, sendet der SGSN 506a ihn an den VGSN 84 (S122-1). Nachdem der VGSN 84 die Anfrage empfangen hat, sendet der VGSN 84 eine Antwort, die eine neue GPRS Adresse enthält, an die mobile Vorrichtung 84. (S122-2).
Der Vorteil des Verfahrens und des Systems der vorliegenden Erfindung, die Roaming zwischen verschiedenen drahtlosen Netzwerken durch einen virtuellen GPRS Unterstützungsknoten erlauben ist, dass durch den virtuellen GPRS Untertsützungsknoten eine Vielzahl von Datenpaketen und Steuersignalen zwischen low-tier und high-tier drahtlosen Netzwerken geliefert werden, um ein nahtloses Roaming zwischen zwei verschiedenen drahtlosen Netzwerken fiir eine mobile Vorrichtung bereitzustellen, sodass die zwei Netzwerke unabhängig betrieben werden können. Ebenso folgen Pakete zum Roaming von Benutzern dem Knoten, ohne durch mobile IP durch das Internet verarbeitet zu werden. Die Auslegung reduziert Paketverlustund -Laufzeit.
Das high-tier drahtlose Netzwerk der vorliegenden Erfindung ist nicht auf das in den Ausführungsformen veranschaulichte GPRS Netzwerk eingeschränkt. Das high-tier drahtlose Netzwerk kann ein universelles mobiles Telekommunikationssystem (UMPTS) Netzwerk oder ein anderes 3G Netzwerk mit geringerer Bandbreite, aber mehr Mobilität als das low-tier Netzwerk sein.
Während die Erfindung beispielhaft und mittels bevorzugter Ausführungsformen beschrieben wurde, sollte klar sein, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen eingeschränkt ist. Es ist im Gegenteil beabsichtigt, verschiedene Modifikationen und ähnliche Anordnungen (die dem Fachmann klar ein werden) abzudecken. Deshalb sollte dem Schutzumfang der anhängenden Ansprüche die breiteste Interpretation zugestanden werden, um alle derartigen Modifikation und ähnliche Anordnungen einzuschließen.

Claims

Verfahren, das Roaming zwischen verschiedenen drahtlosen Netzwerken für eine mobile Vorrichtung erlaubt, die low- und high-tier drahtlose Netzwerkstandards unterstützt und die angepasst ist, zwischen einem low-tier Netzwerk und einem high-tier Netzwerk mit einer geringeren Bandbreite, aber mehr Mobilität als das low-tier drahtlose Netzwerk zu roamen, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass: durch einen virtuellen GPRS Unterstützungsknoten (VGSN) eine Vielzahl von Datenpaketen und Steuersignalen zwischen low- und high-tier drahtlosen Netzwerken geliefert werden.
Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem das low-tier drahtlose Netzwerk ein drahtloses lokales Netzwerk (WLAN) ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem das high-tier drahtlose Netzwerk ein allgemeines Paketfunkdienst (GPRS) Netzwerk ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem das high-tier drahtlose Netzwerk ein universelles mobiles Telekommunikationssystem (UMTS) Netzwerk ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem die mobile Vorrichtung ein Mobiltelefon ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem die mobile Vorrichtung ein PDA (personal digital assistant) ist.
Verfahren, das Roaming zwischen verschiedenen drahtlosen Netzwerken für eine mobile Vorrichtung erlaubt, die einen ersten drahtlosen Netzwerkstandard und einen zweiten drahtlosen Netzwerkwerkstandard unterstützt und die angepasst ist, zwischen einem ersten drahtlosen Netzwerk und einem zweiten drahtlosen Netzwerk zu roamen, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Verbinden, um eine bidirektionale Kommunikation zwischen der mobilen Vorrichtung und einem Host durch das erste drahtlose Netzwerk zu errichten und eine Vielzahl von Datenpakten zwischen der mobilen Vorrichtung und dem Host durch das erste drahtlose Netzwerk zu liefern; Roamen der mobilen Vorrichtung von dem ersten drahtlosen Netzwerk zu dem zweiten drahtlosen Netzwerk; und bidirektionales Kommunizieren durch einen virtuellen GPRS Unterstützungsknoten, um eine Vielzahl von Datenpaketen zwischen low-tier und high-tier Netzwerken zu liefern.
Verfahren gemäß Anspruch 7, bei dem das erste drahtlose Netzwerk eine geringere Bandbreite, aber mehr Mobilität als das zweite drahtlose Netzwerk aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 8, das weiterhin nach dem Roaming Liefern einer Vielzahl von Steuersignalen umfasst, um eine Verbindung zwischen der mobilen Vorrichtung und dem ersten drahtlosen Netzwerk durch einen virtuellen GPRS Unterstützungsknoten aufrecht zu erhalten.
Verfahren gemäß Anspruch 9, enthaltend weiterhin die Schritte: Zurückkehren, wobei die mobile Vorrichtung von dem zweiten drahtlosen Netzwerk zu einem Routingbereich des ersten drahtlosen Netzwerks roamt, wobei der Routingbereich der gleiche ist, wie der ursprüngliche Routingbereich, der die mobile Vorrichtung vor dem Roaming kostete; und Wiederherstellen der Verbindung zwischen der mobilen Vorrichtung und dem ersten drahtlosen Netzwerk unter Verwendung von ursprünglichen Routinginformationen und Benachrichtigen des virtuellen GPRS Unterstützungsknotens, die Lieferung von Datenpaketen zu stoppen.
Verfahren gemäß Anspruch 9, enthaltend weiterhin die Schritte: Zurückkehren, wobei die mobile Vorrichtung von dem zweiten drahtlosen Netzwerk zu einem neuen Routingbereich des ersten drahtlosen Netzwerks roamt, wobei der neue Routingbereich unterschiedlich zu dem ursprünglichen Routingbereich ist, der die mobile Vorrichtung vor dem Roaming kostet; und neu starten, um eine Verbindung zwischen der mobilen Vorrichtung und dem ersten drahtlosen Netzwerk unter Verwendung von ursprünglichen Routinginformationen zu errichten, die von einem bedienenden GPRS Unterstützungsknoten (SGSN) des ursprünglichen Routingbereichs erhalten wird, Benachrichtigen des SGSN des neuen Routingbereichs, die Lieferung der Datenpakete handzuhaben und Benachrichtigen des virtuellen GPRS Unterstützungsknotens, die Lieferung der Datenpakete zu stoppen.
Verfahren gemäß Anspruch 8, das weiterhin Liefern einer Vielzahl von Steuersignalen zur Aufrechterhaltung einer Verbindung zwischen der mobilen Vorrichtung und dem ersten drahtlosen Netzwerk durch einen virtuellen GPRS Unterstützungsknoten umfasst, wenn die mobile Vorrichtung zwischen verschiedenen Knoten des zweiten drahtlosen Netzwerks roamt.
Verfahren gemäß Anspruch 8, bei dem das erste drahtlose Netzwerk ein allgemeines Paketfunkdienst (GPRS) Netzwerk ist.
Verfahren gemäß Anspruch 8, bei dem das erste drahtlose Netzwerk ein universelles mobiles Telekommunikationssystem (UMTS) Netzwerk ist.
Verfahren gemäß Anspruch 8, bei dem das zweite drahtlose Netzwerk ein drahtloses lokales Netzwerk (WLAN) ist.
Verfahren gemäß Anspruch 7, bei dem das erste drahtlose Netzwerk eine größere Bandbreite, aber geringere Mobilität als das zweite drahtlose Netzwerk aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 16, das weiterhin nach Verarbeitung eines Standardregisterverfahrens des zweiten drahtlosen Netzwerks und Lieferung eines Steuersignals zu einem ursprünglichen Knoten, der das erste drahtlose Netzwerk hostet, in dem die mobile Vorrichtung vor dem Roaming angeordnet war, Benachrichtigen des ursprünglichen Knoten von dem Ausgang der mobilen Vorrichtung von dem ersten Netzwerk durch einen virtuellen GPRS Unterstützungsknoten umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 16, das weiterhin die Schritte umfasst: Zurückkehren, wobei die mobile Vorrichtung von dem zweiten drahtlosen Netzwerk zu dem ersten drahtlosen Netzwerk roamt, Registrieren, um ein Standardregisterverfahren des ersten drahtlosen Netzwerks zu verarbeiten.
Verfahren gemäß Anspruch 16, das weiterhin Verarbeiten eines Standardroamingverfahrens des zweiten drahtlosen Netzwerks umfasst, wenn die mobile Vorrichtung zwischen verschiedenen Routingbereichen des zweiten drahtlosen Netzwerks roamt.
Verfahren gemäß Anspruch 16, bei dem das zweite drahtlose Netzwerk ein allgemeines Paketfunkdienst (GPRS) Netzwerk ist.
Verfahren gemäß Anspruch 16, bei dem das zweite drahtlose Netzwerk ein universelles mobiles Telekommunikationssystem (UMTS) Netzwerk ist.
Verfahren gemäß Anspruch 16, bei dem das erste drahtlose Netzwerk ein drahtloses lokales Netzwerk (WLAN) ist.
Verfahren gemäß Anspruch 7, bei dem die mobile Vorrichtung ein Mobiltelefon ist.
Verfahren gemäß Anspruch 7, bei dem die mobile Vorrichtung ein PDA ist.
System, das Roaming zwischen verschiedenen drahtlosen Netzwerken erlaubt, enthaltend: ein low-tier drahtloses Netzwerk; ein high-tier drahtloses Netzwerk, mit geringerer Bandbreite, aber mehr Mobilität als das low-tier drahtlose Netzwerk; eine mobile Vorrichtung, die low- und high-tier drahtlose Netzwerkstandards unterstützt; und einen virtuellen GPRS Unterstützungsknoten zur Lieferung einer Vielzahl von Datenpaketen und Steuersignalen zwischen low- und high-tier drahtlosen Netzwerken, wenn die mobile Vorrichtung zwischen den low- und high-tier drahtlosen Netzwerken roamt.
System gemäß Anspruch 25, bei dem das drahtlose low-tier Netzwerk ein drahtloses lokales Netzwerk (WLAN) ist.
Verfahren gemäß Anspruch 25, bei dem das high-tier drahtlose Netzwerk ein allgemeines Paketfunkdienst (GPRS) Netzwerk ist.
Verfahren gemäß Anspruch 25, bei dem das high-tier drahtlose Netzwerk ein universelles mobiles Telekommunikationssystem (UMTS) Netzwerk ist.
System gemäß Anspruch 25, bei dem die mobile Vorrichtung ein Mobiltelefon ist.
System gemäß Anspruch 25, bei dem die mobile Vorrichtung ein PDA ist.