Bei vielen Kommunikationsnetzen werden Endeinrichtungen un
terschiedlicher Art, wie z. B. zum Übertragen von Sprach-,
Video-, Fax-, Datei-, Programm- und/oder Meßdaten, in zuneh
mendem Maße drahtlos an das Kommunikationsnetz gekoppelt. Ei
ne Verbindung zwischen derartigen, mobilen Endeinrichtungen
und dem Kommunikationsnetz wird dabei in der Regel über soge
nannte Basisstationen aufgebaut, die über Luftschnittstellen
mit den mobilen Endeinrichtungen zu koppeln sind. Unter dem
Begriff Kommunikationsnetz sollen im folgenden unter anderem
Netze zur Sprach-, Video- und/oder Datenkommunikation wie
z. B. ISDN-Netze, PIS-Netze, Mobilfunk-Netze, LAN- (Local Area
Network), WAN- (Wide Area Network) oder MAN-Netze
(Metropolitan Area Networks), verstanden werden.
Der Bereich um eine Basisstation, in dem eine drahtlose Ver
bindung mit einer Endeinrichtung über diese Basisstation in
vorgegebener Qualität möglich ist, wird auch als Funkzelle
dieser Basisstation bezeichnet. Um einen größeren Bereich mit
Verbindungsmöglichkeiten zu versorgen, sind in der Regel meh
rere Basisstationen so über den zu versorgenden Bereich ver
teilt, daß ihre Funkzellen ein flächendeckendes bzw. raumfül
lendes Netz bilden. Je nach räumlicher Ausdehnung der Funk
zellen klassifiziert man diese als Pico-, Mikro- oder Makro-
Funkzellen. Verläßt eine mobile Endeinrichtung, die über eine
erste Basisstation mit einem Kommunikationsnetz verbunden
ist, die Funkzelle dieser ersten Basisstation und gelangt in
die Funkzelle einer benachbarten Basisstation, so ist die be
stehende Verbindung von der ersten Basisstation an die be
nachbarte Basisstation zu übergeben. Eine derartige Verbin
dungsübergabe wird häufig auch als "Connection Handover" be
zeichnet. Ein wesentliches Problem besteht dabei darin, wäh
rend der Verbindungsübergabe eine verlustfreie Datenübertra
gung zu gewährleisten und eine Unterbrechung der Datenüber
tragung nach Möglichkeit zu vermeiden.
Bei bekannten Verfahren wird eine Verbindungsübergabe von da
zu vorgesehenen, zentralen Steuereinrichtungen des Kommunika
tionsnetzes, wie z. B. einem Mobilfunkvermittlungszentrum,
das, vom englischsprachigen Ausdruck "Mobile Services Swit
ching Center" abgeleitet, auch MSC genannt wird, gesteuert.
Hierbei müssen die am Wechsel beteiligten Basisstationen In
formationen über einen Wechsel der Funkzelle zusammen mit In
formationen zur Verbindungsverwaltung mit der zentralen Steu
ereinrichtung austauschen, die daraufhin ein Umleiten der zur
Endeinrichtung zu übertragenden Daten von der die Verbindung
abgebenden zu der die Verbindung übernehmenden Basisstation
veranlaßt.
Verfahren dieser Art sind beispielsweise in "Verbesserte Han
dover-Algorithmen für das Mobilfunksystem GSM" von M. Junius,
ITG Fachbericht 135, VDE Verlag, 1995, beschrieben.
Ein weiteres derartiges Verfahren ist aus der Druckschrift
US 5432843 bekannt. Hierbei werden die für eine Verbindungs
übergabe in Frage kommende Basisstationen von einer separaten
Basisstationssteuerung jeweils dazu veranlaßt, ein Funksignal
der betreffenden mobilen Endeinrichtung zu messen. Abhängig
von den Meßergebnissen wird durch die Basisstationssteuerung
anschließend eine Liste bevorzugter Basisstationen generiert,
die zu einem Mobilfunkvermittlungszentrum übertragen wird.
Aus dieser Liste selektiert das Mobilfunkvermittlungszentrum
eine Basisstation und veranlaßt schließlich die Verbindungs
übergabe zu dieser Basisstation.
Der notwendige Informationsaustausch mit der zentralen Steu
ereinrichtung verzögert im allgemeinen die Reaktion auf eine
Anforderung zur Verbindungsübergabe. Um eine bestehende Ver
bindung ohne Unterbrechung der Datenübertragung zu übergeben,
ist daher im allgemeinen erheblicher Aufwand erforderlich,
insbesondere in Funknetzen mit kleineren Funkzellen (Pico-
und Micro-Funkzellen), in denen bestehende Verbindungen mit
unter in sehr kurzen Zeitabständen zu übergeben sind. Solange
sich eine mobile Endeinrichung im Überlappungsbereich von
Funkzellen mehrerer Basisstationen befindet, kann außerdem
ein oft als Ping-Pong bezeichneter Effekt auftreten, bei dem
eine Verbindung zwischen diesen Basisstationen mitunter mehr
mals hin- und herspringt, was häufig zu einer sehr starken
Belastung oder auch Überlastung der zentralen Steuereinrich
tung führt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur
einfachen Übergabe einer von einer mobilen Endeinrichtung
über eine erste Basisstation verlaufenden Verbindung in ein
Kommunikationsnetz von der ersten Basisstation an eine zweite
Basisstation anzugeben.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Verfahren
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 oder durch ein Ver
fahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 2.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Un
teransprüchen angegeben.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Verbindungs
übergabe im wesentlichen von den an der Verbindung beteilig
ten Basisstationen, d. h. dezentral, gesteuert, womit die Not
wendigkeit einer zentralen Steuereinrichtung entfällt. Ein
Vorteil einer solchen dezentralen Steuerung besteht unter an
derem darin, daß sie unabhängig von der Größe des Kommunika
tionsnetzes ist und sich somit problemlos in einer Vielzahl
von Kommunikationsnetzen ganz unterschiedlicher Größen anwen
den läßt. Bei einer zentral verwalteten Verbindungsübergabe
steigt dagegen die Belastung der zentralen Steuereinrichtung
mit der Anzahl der zu verwaltenden Verbindungen an, so daß
z. B. bei Erweiterungen eines Kommunikationsnetzes oft auch
eine Neudimensionierung der zentralen Steuereinrichtung er
forderlich ist.
Eine erste Basisstation, über die eine Verbindung von einer
mobilen Endeinrichtung in ein Kommunikationsnetz zu einer
zweiten Endeinrichtung aufgebaut wird, veranlaßt erfindungs
gemäß eine Übermittlung von Adressierungsinformation, die ei
ne Gruppe von der ersten Basisstation benachbarten Basissta
tionen identifiziert, an die zweite Endeinrichtung oder an
einen an der Weitergabe von an die mobile Endeinrichtung zu
übertragenden Daten beteiligten Netzknoten des Kommunikati
onsnetzes. Letzterer wird in diesem Zusammenhang oft als
Proxy bezeichnet. Anhand dieser Adressierungsinformation sen
det die zweite Endeinrichtung bzw. der Netzknoten die an die
mobile Endeinrichtung zu übertragenden Daten, außer an die
erste Basisstation auch an diese Gruppe der identifizierten,
benachbarten Basisstationen. Falls die mobile Endeinrichtung
nun die Funkzelle der ersten Basisstation verläßt und in die
Funkzelle einer der benachbarten Basisstationen gelangt, lie
gen bei dieser die an die mobile Endeinrichtung zu übertra
genden Daten ebenfalls abrufbereit vor. Damit kann die Daten
übertragung zur mobilen Endeinrichtung bei der Verbindungs
übergabe an die benachbarte Basisstation üblicherweise ohne
Unterbrechung fortgesetzt werden.
Bei der Übergabe der Verbindung an die benachbarte Basissta
tion, d. h. dem Abbau der Verbindung über die erste Basissta
tion und Aufbau über die benachbarte Basisstation, wiederholt
sich der oben beschriebene Vorgang für die die Verbindung
aufbauende Basisstation. D. h. diese Basisstation veranlaßt
nun ihrerseits eine Übermittlung von Adressierungsinformati
on, die eine Gruppe von zu ihr selbst benachbarten Basissta
tionen identifiziert, an die zweite Endeinrichtung bzw. den
Netzknoten, worauf die an die mobile Endeinrichtung zu sen
denden Daten nun an diese aktuelle Gruppe von benachbarten
Basisstationen anstatt an die ursprüngliche Gruppe gesendet
werden. Weitere Verbindungswechsel verlaufen völlig analog,
so daß auch bei allen eventuell folgenden Verbindungswechseln
Unterbrechungen der Datenübertragung im allgemeinen vermieden
werden können.
Da eine Verbindungsübergabe ohne Unterbrechung einer Daten
übertragung bei einem erfindungsgemaßen Verfahren nur gerin
gen Aufwand erfordert, können Verbindungen auch in kurzen
Zeitabständen übergeben werden, was insbesondere in Funknet
zen mit kleineren Funkzellen (Pico- und Micro-Funkzellen) von
Vorteil ist.
Um auch für sich schnell bewegende, in kurzer Zeit mehrere
Funkzellen durchquerende mobile Endeinrichtungen eine unter
brechungsfreie Verbindungsübergabe zu ermöglichen, kann bei
einem erfindungsgemäßen Verfahren die Gruppe der zu einer Ba
sisstation benachbarten Basisstationen um weiter entfernte
Nachbarn erweitert werden, zu welchen dann ebenfalls die zur
mobilen Endeinrichtung zu übertragenden Daten gesendet wer
den. Auf diese Weise vergrößert sich der Bereich, der durch
Basisstationen versorgt wird, bei denen die zur mobilen
Endeinrichtung zu übertragenden Daten bereits ohne zusätzli
che Anforderung vorliegen und damit die Strecke, die eine mo
bile Endeinrichtung während der Zeit zurücklegen kann, die
eine Aktualisierung der Gruppe der benachbarten Basisstatio
nen benötigt. Basisstationen können gegebenenfalls so ausge
staltet sein, daß ein Bestimmen der Bewegungsrichtung
und/oder Bewegungsgeschwindigkeit der mobilen Endeinrichtung
möglich ist. Beispielsweise kann durch Messung der Zeitspanne
zwischen zwei Handover-Vorgängen die Bewegungsgeschwindigkeit
und aus der räumlichen Anordnung von einer eine Verbindung
übergebenden Basisstation zu einer die Verbindung übernehmen
den Basisstation die Bewegungsrichtung abgeschätzt werden. In
einem solchen Fall kann die Auswahl der in die Gruppe der be
nachbarten Basisstationen aufzunehmenden Basisstationen auch
abhängig von dieser Bewegungsrichtung und/oder Bewegungsge
schwindigkeit erfolgen; beispielsweise indem in Richtung die
ser Bewegung - abhängig von der Bewegungsgeschwindigkeit -
weiter entfernt liegende Basisstationen in diese Gruppe auf
genommen werden als in anderen Richtungen.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren läßt sich mit einer Vielzahl
von Luftschnittstellen zwischen mobiler Endeinrichtung und
Basisstation realisieren bzw. kombinieren. Vorteilhafte Aus
führungsformen ergeben sich insbesondere mit Luftschnittstel
len gemäß den ETSI-Standard-Definitionen DECT (Digital Enhan
ced Cordless Telecommunications), DCS (Digital Cellular Sy
stem) oder GSM (Global System for Mobile Communication) oder
einer Luftschnittstelle gemäß der zur Standardisierung vorge
schlagenen UMTS-Definition (Universal Mobile Telecommunicati
on System); ferner mit Luftschnittstellen gemäß der ARI-
Standard-Definition PHS(Personal Handyphone System).
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemä
ßen Verfahrens können die zwischen mobiler Endeinrichtung und
Kommunikationsnetz zu übertragenden Daten zumindest strecken
weise innerhalb von Datenpaketen übertragen werden, die mit
mindestens einer ein Übertragungsziel angebenden Adressie
rungsinformation versehen sind. Derartige Datenpakete können
beispielsweise mittels standardisierter Übertragungsprotokol
le, wie den in Datennetzen häufig verwendeten TCP/IP-, IPX-
oder X.25-Protokollen, übertragen werden.
Weiterhin können den Basisstationen und/oder der Endeinrich
tung jeweils eindeutige Netzadressen gemäß einem im Kommuni
kationsnetz verwendeten Übertragungsprotokoll zugeordnet wer
den, die eine direkte Adressierung der Basisstationen bzw.
der Endeinrichtung von Netzknoten des Kommunikationsnetzes
oder anderen Endeinrichtungen aus ermöglichen. Die Basissta
tionen bzw. die Endeinrichtung können so als Netzknoten in
das Kommunikationsnetz integriert werden. Dadurch können die
an die Gruppe der benachbarten Basisstationen bzw. die
Endeinrichtung zu übertragenden Daten innerhalb von an ihr
jeweiliges Übertragungsziel adressierten Datenpaketen, unter
Ausnutzung der Vermittlungseigenschaften des Kommunikations
netzes, übermittelt werden.
Sofern das zugrunde liegende Übertragungsprotokoll diese Mög
lichkeit vorsieht, können Datenpakete auch mit Gruppenadres
sen versehen werden. Diese geben jeweils mehrere Zieladressen
an, zu denen ein Datenpaket vom Kommunikationsnetz zu über
tragen ist. Um Datenpakete von einer zweiten Endeinrichtung
oder einem Netzknoten zur Gruppe der benachbarten Basissta
tionen zu senden, genügt es in diesem Fall, alle Netzadressen
der zu dieser Gruppe gehörenden Basisstationen in einer Grup
penadresse zusammenzufassen und den zu sendenden Datenpaketen
beizufügen. Das Kommunikationsnetz übernimmt dann den weite
ren Transport zu den einzelnen Basisstationen. Eine entspre
chende Funktionalität kann beispielsweise durch Verwendung
des sogenannten IPv6-Übertragungsprotokolls, das Gruppena
dressierung bereits vorsieht, oder des IPv4-
Übertragungsprotokolls, dessen sogenannte Broadcast-Option
geeignet zu modifizieren ist, bereitgestellt werden. "IP"
steht hier und im folgenden für "Internet Protocol" und "v6"
bzw. "v4" für Version 6 bzw. für Version 4 dieses Übertra
gungsprotokolls.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbei
spiels unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung näher
erläutert.
Dabei zeigen
Fig. 1 bis 3 ein Kommunikationssystem mit einer mobilen
Endeinrichtung, die jeweils über eine Basisstation mit einer
zweiten Endeinrichtung verbunden ist, mit unterschiedlichen
Verbindungswegen.
In den Fig. 1 bis 3 ist jeweils ein Kommunikationssystem
dargestellt, das sich aus einem Kommunikationsnetz KN, mit
zugehörigen Basisstationen BS1, . . ., BS4 und einer mobilen
Endeinrichtung EE1, z. B. einem Mobiltelefon nach GSM-Standard
oder einem Schnurlos-Telefon nach DECT-Standard, die drahtlos
über wechselnde Basisstationen mit einer an das Kommunikati
onsnetz KN angekoppelten, zweiten Endeinrichtung EE2 verbun
den ist, zusammensetzt. Die Funkzelllen FZ1, . . ., FZ4 der Ba
sisstationen BS1, . . ., BS4 bilden ein flächendeckendes Fun
knetz. Die Anzahl, Form und Anordnung der Funkzellen
FZ1, . . ., FZ4 ist dabei lediglich als Idealisierung anzusehen,
die der Vereinfachung der folgenden Beschreibung dient.
Die Datenübertragung im Kommunikationsnetz KN basiert in die
sem Ausführungsbeispiel auf einem paketvermittelnden IPv6-
Übertragungsprotokoll, welches die Möglichkeit einer Grup
penadressierung (multicast option) von Datenpaketen vorsieht.
Den Basisstationen BS1, . . ., BS4 und der zweiten Endeinrichtung
EE2 sind dabei jeweils eindeutige Netzadressen, z. B. IP-
Adressen, zugeordnet, über die sie wie Netzknoten des Kommu
nikationsnetzes KN adressierbar sind.
In Fig. 1 befindet sich die mobile Endeinrichtung EE1 in der
Funkzelle FZ2 der Basisstation BS2. Im Zuge des Aufbaus einer
Verbindung über die Basisstation BS2 und das Kommunikations
netz KN zur zweiten Endeinrichtung EE2, werden dieser von der
Basisstation BS2 die Netzadressen der Basisstation BS2 und
der ihr benachbarten Basisstationen BS1 und BS3 übermittelt.
Die zweite Endeinrichtung EE2 faßt daraufhin die empfangenen
Netzadressen zu einer Gruppenadresse (multicast address) zu
sammen, die jeweils Datenpaketen DAT beigefügt wird, inner
halb derer die an die mobile Endeinrichtung EE1 im Rahmen der
Verbindung zu übermittelnden Daten übertragen werden. Gemäß
IPv6-Übertragungsprotokoll werden die mit der Gruppenadresse
adressierten Datenpakete DAT nun vom Kommunikationsnetz KN
parallel an die Basisstationen BS1, BS2 und BS3 übertragen.
Von der die Verbindung tragenden Basisstation BS2 werden die
Daten schließlich drahtlos zur mobilen Endeinrichtung EE1
weitergegeben. Die von den benachbarten Basisstationen BS1
und BS3 empfangenen Datenpakete DAT werden dagegen verworfen,
solange die Daten von der Basisstation BS2 an die mobile
Endeinrichtung EE1 weitergegeben werden.
Falls die Basisstation BS2 - wie in der Praxis meist der Fall
- von mehr als zwei banachbarten Basisstationen umgeben ist,
oder aus einem der oben erwähnten Gründe auch weiter entfern
te Nachbarn zu berücksichtigen sind, ist die im Ausführungs
beispiel aus BS1 und 3S3 bestehende Gruppe der zu BS2 benach
barten Basisstationen um weitere Gruppenmitglieder zu ergän
zen. Entsprechendes gilt auch für eine weiter unten noch nä
herer erläuterte Gruppe von zur Basisstation BS3 benachbarten
Basisstationen.
Verläßt die mobile Endeinrichtung EE1 die Funkzelle FZ2 und
gelangt in die benachbarte Funkzelle FZ3, wird die Verbindung
über die Basisstation BS2 abgebaut und über die Basisstation
BS3 aufgebaut. Dieser Vorgang wird von der mobilen Endein
richtung EE1 ausgelöst, während diese sich im Überlappungsbe
reich beider Funkzellen FZ2 und FZ3 befindet und ist zeitlich
so abgestimmt, daß im Normalbetrieb keine Verbindungsunter
brechung auftritt.
Fig. 2 zeigt den Zustand unmittelbar nach dem Wechsel der mo
bilen Endeinrichtung EE1 in die benachbarte Funkzelle FZ3.
Während die Datenpakete DAT weiterhin die Basisstationen BS1,
BS2 und BS3 gesendet werden, ist die mobile Endeinrichtung
EE1 inzwischen über die Basisstation BS3 mit der zweiten
Endeinrichtung EE2 verbunden und empfängt nun über diese Ba
sisstation BS3 die an sie zu übertragenden Daten. Da diese
Daten während der Verbindungsübergabe sowohl bei der die Ver
bindung übergebenden Basisstation BS2 als auch parallel bei
der die Verbindung übernehmenden Basisstation BS3 abrufbar
vorliegen, kann die Übertragung dieser Daten zur mobilen
Endeinrichtung EE1 bei der Verbindungsübergabe üblicherweise
ohne Unterbrechung fortgesetzt werden. Ohne die parallele
Übermittlung der Daten an die am Wechsel beteiligten Basis
stationen BS2 und BS3, müßte erst ein Umleiten der Daten zu
der die Verbindung aufbauenden Basisstation BS3 angefordert
und dann deren Ankunft abgewartet werden, was die Datenüber
tragung oder den Prozeß der Verbindungsübergabe verzögern
würde könnte.
Eine unterbrechungfreie Datenübertragung in umgekehrter Rich
tung, d. h. von der mobilen Endeinrichtung EE1 zur zweiten
Endeinrichtung EE2, erfordert lediglich den von der mobilen
Endeinrichtung EE1 ausgehenden Datenstrom mit dem Verbin
dungswechsel von der die Verbindung übergebenden Basisstation
BS2 zu der die Verbindung übernehmenden Basisstation BS3 zu
lenken.
Beim Aufbau der Verbindung über die Basisstation BS3 sendet
diese ihrerseits die Netzadressen AI der Basisstationen BS3,
BS2 und BS4 zur zweiten Endeinrichtung EE2. Diese faßt die
empfangenen Netzadressen AI zu einer neuen Gruppenadresse zu
sammen, die wiederum den Datenpaketen DAT beigefügt wird.
Fig. 3 zeigt, wie die Datenpakete DAT daraufhin vom Kommunika
tionsnetz KN parallel an die Basisstationen BS2, BS3 und BS4
übertragen werden. Die an die mobile Endeinrichtung EE1 zu
übertragenden Daten liegen damit, außer bei der die Verbin
dung tragenden Basisstation BS3, auch bei allen ihr benach
barten Basisstationen BS2 und BS4 abrufbar vor, so daß auch
bei einem eventuell folgenden Wechsel der mobilen Endeinrich
tung EE1 in eine angrenzende Funkzelle (FZ2 oder FZ4), eine
Unterbrechung der Datenübertragung im allgemeinen vermieden
werden kann.