DE60130293T2

DE60130293T2 - Bereitstellung von Dienstqualität in einem mobilen Telekommunikationsnetz

Info

Publication number: DE60130293T2
Application number: DE60130293T
Authority: DE
Inventors: Xiaobao X. Swindon Chen
Original assignee: Lucent Technologies Inc
Current assignee: Nokia of America Corp
Priority date: 2000-08-21
Filing date: 2001-05-14
Publication date: 2008-05-29
Anticipated expiration: 2021-05-15
Also published as: JP2002141950A; EP1182824A2; EP1182824B1; GB0020581D0; GB2366481A; JP4695305B2; US6829483B2; US20020022486A1; EP1182824A3; CA2350302A1; DE60130293D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zum Betreiben eines Mobiltelekommunikationsnetzes, besonders ein Verfahren zum Adressieren von für ein mobiles Endgerät in einem Fremdnetz bestimmten Paketen.
In Telekommunikationsnetzen der dritten Generation wie beispielsweise GPRS (General Packet Radio Service) und EDGE (Enhanced Data-rate for GSM Evolution) wird, wenn sich ein mobiles Endgerät in ein Fremdnetz bewegt, die Netzkonnektivität wahlweise durch Verwendung des mobilen Internetprotokolls (Mobile IP) aufrechterhalten. Im Heimatnetz wird ein Heimatagent (HA – Home Agent) hergestellt, der die Standortinformationen des Mobilgeräts durch Verwendung von Binding Updates (verbindlichen Aktualisierungen), d.h. die Registrierung von durch den mobilen Knoten zum HA gesendeten Informationen, unterhält.
Mobiles IP weist zwei Betriebsarten auf. Die erste ist in der 1 dargestellt; ein mobiles Endgerät ist gegenwärtig in einem anderen Netz als seinem Heimatnetz als mobiler Knoten (MN – Mobile Node) 14 angeschlossen. Der MN 14 kommuniziert mit einem korrespondierenden Knoten (CN – Correspondent Node) 12. Im Heimatnetz wird vom CN 12 ein Heimatagent 16 hergestellt und im Fremdnetz wird ein Fremdagent (FA – Foreign Agent) 18 hergestellt. Vom FA 18 wird eine einmalige IP-Adresse für das besuchende Mobilgerät zugeteilt, eine Gastadresse (COA – Care of Address), und diese Adresse wird in einer verbindlichen Aktualisierung zum HA 16 gesendet.
Pakete für das Mobilgerät werden vom HA 16 verkapselt und entlang dem Tunnel 20 zum FA 18 zur Übertragung zum MN 14 getunnelt. In einer solchen Verkapselung wird jedem Paket ein zusätzlicher IP-Kopfteil einschließlich der COA des MN 14 zugefügt. Dies wird als FA-COA Betriebsweise bezeichnet.
In der zweiten (nicht dargestellten) Betriebsweise gibt es keinen FA, dem MN 14 wird eine einmalige COA zugeteilt und verkapselte Pakete werden vom HA 16 direkt zum MN 14 getunnelt; dies wird als CO-COA-Betriebsweise (Colocated Care of Address – ortsgleiche Gastadresse) bezeichnet.
In beiden Betriebsweisen FA-COA und CO-COA erzeugt die Verkapselung zusätzliche Kopfteile und es können möglicherweise nur kleine Nutzlasten benutzt werden, mit dem Ergebnis einer ineffizienten Übertragung und ineffizienten Verwendung kostspieliger System- und Netzressourcen wie beispielsweise Funkverbindungen. Weiterhin wird durch Verkapselung die Flußkennung verborgen und so wird die Differenzierung von Dienstklassen ebenfalls außer Kraft gesetzt, so daß QoS-Bereitstellungsmechanismen (Quality of Service-Dienstgüte) wie beispielsweise RSVP (Resource reSerVation Protocol – Ressourcen-Buchungsprotokoll) Int Serve geändert werden müssen.
Die Nachteile einer Verkapselung können durch Verwendung des Mobile-IP-Verfahrens Non Encapsulation (Nichtverkapselung) vermieden werden, so wie es in der am 30. August 2000 veröffentlichten Patentanmeldung der Anmelderin EP 1 032 178 A1 mit dem Titel "Nonencapsulation Mobile IP" (Mobiles IP mit Nichtverkapselung) aufgeführt ist. In diesem Verfahren wird die aktuelle COA des mobilen Knotens als zieladresse benutzt und die ursprüngliche Ursprungsadresse, d.h. die CN-Adresse wird aufrechterhalten. Bei FA-COA-Betrieb wird dadurch ein Kopfteil mit einer Länge von mindestens 20 Byte gelöscht und ein Kopfteil von nur 2 Byte eingeführt; bei CO-COA-Betriebsweise wird kein Kopfteil eingeführt. Ein Nachteil besteht jedoch darin, daß solche Pakete durch irgendeine Firewall oder Ausgangsfilterung im Heimatnetz zurückgewiesen werden können, da sie eine andere Ursprungsadresse als die Heimatnetzadresse aufweisen.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens zur Paketadressierung, das die oben aufgeührten Nachteile überwindet und die Bereitstellung von QoS erlaubt.
Auf die folgenden zwei Schriften wird als Hintergrund Bezug genommen: Die Schrift von Terzis A et al. mit dem Titel "A simple QoS signaling protocol for mobile hosts in the integrated services Internet" (Ein einfaches QoS-Signalisierungsprotokoll für mobile Hosts im Internet mit integrierten Diensten), Infocom 1999, Eighteenth Annual Joint Conference Of The IEEE Computer And Communications Societies, Proceedings, IEEE New York, NY, USA 21.-25. März 1999, Piscataway, NJ, USA, IEEE, US, Bd. 3, 21. März 1999 (1999-03-21), Seiten 1011-1018, ISBN: 0-7803-5417-6, und die Schrift von Singh E et al. mit dem Titel "Rat: a quick (and dirty?) push for mobility support" (RAT: ein schneller (und schmutziger?) Vorschub für Mobilitätsunterstützung), Proceedings Of WMCSA9, 2^nd IEEE Workshop On Mobile Computing Systems And Applications, New Orleans, LA, USA, 25. Februar 1999 (1999-02-25)-26. Februar 1999 (1999-02-26) Seiten 32-40.
Aus der oben erwähnten Schrift von Terzis et al. ist es bekannt, ein Verfahren zur Bereitstellung von Dienstgüte in einem Mobiltelekommunikationssystem der dritten Generation bereitzustellen, in dem Pakete an einen mobilen Knoten adressiert sind, der einen korrespondierenden Knoten in einem Heimatnetz aufweist und der gegenwärtig einem Fremdnetz zugeordnet ist, mit folgenden Schritten:
Herstellen eines Heimatagenten in dem Heimatnetz und Zuordnen einer Gastadresse im Fremdnetz für das mobile Endgerät;
Senden einer Dienstgüte-Anfragenachricht vom korrespondierenden Knoten zum Heimatnetz;
Senden der Dienstgüte-Anfragenachricht vom Heimatnetz zum mobilen Knoten;
Senden einer Dienstgüte-Antwortnachricht vom mobilen Knoten zum Heimatnetz über denselben Weg wie die Anfragenachricht; und
Senden einer Dienstgüte-Antwortnachricht vom Heimatnetz zum korrespondierenden Knoten nur nach Empfang der Dienstgüteantwortnachricht vom mobilen Knoten.
Gegenüber der Offenbarung der oben erwähnten Schrift von Terzis et al. ist die vorliegende Erfindung durch das Verfahren mit dem weiteren folgenden Schritt gekennzeichnet:
im Heimatnetz, Ändern des Kopfteils jedes für das mobile Endgerät bestimmten Pakets durch Ersetzen der Ursprungsadresse durch die Heimatagentenadresse und der Zieladresse durch die Gastadresse, wobei der Kopfteil weiterhin einen Kennungscode des korrespondierenden Knotens und einen Kennungscode des mobilen Knotens enthält.
Die Erfindung wird nur beispielsweise unter Bezugnahme auf 2 bis 4 beschrieben, in denen:
2a die in FA COA-Betriebsweise wirkende Erfindung darstellt;
2b die in COCOA-Betriebsweise wirkende Erfindung darstellt;
3a ein Paketkopfteilformat des Standes der Technik darstellt;
3b ein Paketkopfteilformat gemäß der Erfindung darstellt; und
4 eine RSVP-Sitzung darstellt.
In der 2a, die der 1 ähnlich ist, weist ein mobiles Endgerät M 28 einen FA 30 auf, weist der CN 24 einen HA 26 auf; die Figur stellt die FA COA- Betriebsweise dar. In der 2b ist die Betriebsweise CO-COA und es gibt daher keinen FA und die Pakete laufen direkt zum MN 28.
Es ist ersichtlich, daß im Vergleich mit der 1 die 2a und 2b keinen Tunnel vom HA 26 entweder zum FA 30 oder dem MN 28 aufweisen. Der Grund dafür besteht darin, daß in der erfinderischen Anordnung die Pakete nicht verkapselt sind und daher kein Tunnel benötigt wird. Ein geeigneter Name und Akronym für das erfinderische Verfahren ist NEMIP (Non-Encapsulation Mobile Internet Protocol – mobiles Internetprotokoll ohne Verkapselung).
In der 3a weist ein herkömmlich an ein Mobilgerät in einem Fremdnetz adressiertes Paket 30 eine Ursprungsadresse 32, die IP-Adresse des CN 24 auf; und als Zieladresse 34 die Heimatadresse des MN 28; die 3a zeigt auch die Nutzlast 38 und andere Felder 36.
In der 3b ist in einem erfindungsgemäßen Kopfteil die Ursprungsadresse 32 die Adresse des HA 26 und die Zieladresse 34 ist die COA vom MN 28. Der Kopfteil enthält zwei neue Felder 40, 42 mit jeweiligen Kennungen (ID – identifiers) für CN 24 und MN 28.
Wenn das Netz wie in 2a dargestellt in FA COA wirkt, wird das umadressierte Paket vom FA 30 empfangen und die MN-ID 42 wird vom FA zum Unterscheiden der verschiedenen mobilen Knoten benutzt, die diesen FA gleichzeitig benutzen, und das Paket wird zum MN 28 geleitet.
Wenn das umadressierte Paket vom FA 30 (für FA COA-Betriebsweise, 2a) oder vom MN 28 (für CO-COA-Betriebsweise, 2b) empfangen wird, wird die CNID 40 vom FA oder dem MN zur Wiedergewinnung der ursprünglichen Ursprungsadrese, d.h. der Adresse des CN 24 benutzt; vom FA 30 oder dem MN 28 wird dann die Prüfsumme des Pakets neuberechnet und es an einer Anwendung abgegeben.
Nunmehr die CNID 40 betrachtend wird diese einmalige Kennung vom HA 26 zugeteilt, sobald ein an die Adresse des Mobilgeräts adressiertes Paket erkannt wird. Vom HA 26 wird ein Eintrag zu einer Adressenzuordnungstabelle von CNID und CN hinzugefügt, die vom HA 26 unterhalten wird. Dann sendet der HA 26 die CNID zuzüglich der IP-Adresse des korrespondierenden CN zum FA 30 (FA COA-Betriebsweise) oder zum MN 28 (CO-COA-Betriebsweise); es kann entweder eine Registrierungsantwortnachricht oder eine getrennte CNID-Benachrichtigungsnachricht benutzt werden.
Wenn die CNID vom FA 30 oder vom MN 28 empfangen wird, wird ein Eintrag zu einer CNID-CN-IP-Adressenzuordnungstabelle zugefügt, die vom FA oder vom MN unterhalten wird.
Informationen über MN und MN ID werden auf ähnliche Weise ausgetauscht.
So wie jedes für den MN 28 bestimmte Paket am HA 26 ankommt, wird vom HA in der CNID- und CN-Adressenzuordnungstabelle nachgeschaut, um die der Ursprungsadresse des Pakets entsprechende CNID zu finden; vom HA wird dann die ursprüngliche Ursprungsadresse durch die HA-Adresse ersetzt, und die Zieladresse durch die COA des MN 28. Vom HA 26 werden ein CNID-Feld 40 und ein MN-ID-Feld 42 zugefügt, die Paketprüfsumme eingestellt und das Paket abgesendet.
Wenn das Paket am FA 30 oder MN 28 ankommt, wird in der CNID-CN-Tabelle nachgeschlagen und die Ursprungsadresse des HA 26 wird durch die wirkliche Adresse des CN 24 ersetzt und die Zieladresse wird durch die Heimatadresse des Mobilgeräts ersetzt. Für FA COA- Betriebsweise wird wie oben erläutert in der MNID-MN-Tabelle nachgeschlagen. Die Prüfsumme wird eingestellt und das Paket wird an den MN 28 (für FA COA-Betriebsweise) oder an eine Anwendung (für CO-COA-Betriebsweise) abgegeben.
Die CNID- und MNID-Formate können sehr kurz und einfach sein, so daß die zusätzlichen Felder die Kopfteillänge nicht wesentlich vergrößern.
Durch das Verfahren der erfindungsgemäßen Paketbenennung für ein Mobilgerät in einem Fremdnetz wird der Vorteil kürzerer Kopfteile und höherer Nutzlasten wie bei der in der oben angeführten Patentanmeldung EP 1 032 178 A1 aufgeführten Erfindung bewahrt. Da die HA-Adresse als Ursprungsadresse benutzt wird, können die durch Ausgangsfilterung verursachten Probleme durch Verwendung einer anderen Ursprungsadresse als der Heimatnetzadresse vermieden werden. Da die Zieladresse vor Ablieferung eines Pakets wiederhergestellt wird, muß eine Anwendung, an die das Paket abgegeben wird, nicht umkonfiguriert werden und so werden ärgerliche Stopps und Wiederstarts der Anwendung vermieden.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß nur die Ursprungs- und Zieladressen des Kopfteils geändert werden; alle sonstigen Informationen bleiben unverändert einschließlich der Informationen, die die Verkehrsflüsse vom HA 26 zur gegenwärtigen COA des MN 28 identifizieren. Es ist daher möglich, eine standardmäßige QoS-Anordnung wie beispielsweise RSVP ohne Abänderungen anzunehmen, um QoS-Dienste für das Mobilgerät bereitzustellen.
Es wird nunmehr eine QoS-Sitzung unter Verwendung von RSVP als Beispiel beschrieben.
In der 4 sind der CN 24 und HA 26 dem Heimatnetz 50 zugeordnet und der MN 28 und FA 30 sind einem Fremdnetz 52 zugeordnet. Die RSVP-Sitzung wird als in der Figur als Abschnitt 1 und Abschnitt 2 gezeigte zwei Teile aufgebaut; der Abschnitt 1 wirkt zwischen dem CN 24 und dem HA 26 und der Abschnitt 2 wirkt zwischen dem HA 26 und MN 28.
Der Abschnitt 1 wird als normale RSVP-Sitzung in einer nichtmobilen Umgebung aufgebaut, wobei eine Wegnachicht vom CN 24 zum HA 26 gesendet wird; in der erfinderischen Anordnung besteht der Unterschied darin, daß die RESV-Rücknachricht vom HA 26 zum CN 24 nicht vor Abschluß des Abschnitts 2 eingeleitet wird.
Abschnitt 2 deckt den MN 28 ab und wird dynamisch angepaßt, so wie sich das Mobilgerät von einem Netz zu einem anderen bewegt.
Wenn der HA 26 die PATH-Nachricht vom CN 28 empfängt, bei der die Ursprungs- und Zieladresse der CN 24 und die Heimatadresse der MN 28 ist, wird das Paket vom HA 26 abgefangen und eine PATH-Nachricht über einen RSVP-Proxy-Server durch Umadressierung des Pakets wie oben beschrieben abgeändert oder neu erzeugt. Das Paket durchläuft eine Anzahl von Knoten oder Netzroutern und es sind zwei Router 54, 56 dargestellt. Die PATH-Nachricht ist eine Ende-Ende-Nachricht. Der Proxy-Server kann an den HA 26 angeschlossen sein oder eine getrennte Instanz sein.
Im Fremdnetz 52 wird von einem fremden Proxy-Server oder seiner Entsprechung im MN 28 oder FA 30 in Abhängigkeit von der Betriebsweise eine RESV-Nachricht mit der COA-Adresse des MN 28 als Ursprungsadresse und der Zieladresse des HA vorbereitet; die Nachricht enthält Flußkennungsinformationen wie beispielsweise Protokoll-ID wie auch Ursprungs-/Zielanschlußnummern, und wird abgeliefert. Die RESV-Nachricht wird abschnittsweise durch die gleichen Server 54, 56 wie die PATH-Nachricht geleitet, aber in der umgekehrten Richtung; die Ursprungs- und Zieladressen für jeden Abschnitt werden von den Routern 54, 56 zutreffend geändert.
Wenn die RESV-Nachricht vom HA 26 oder einer Entsprechung wie beispielsweise einem Heimatnetz-Proxy-Server empfangen wird, wird die RESV-Nachricht mit der Heimatadresse des MN 28 als Ursprungsadresse und dem CN 24 als Zieladresse abgeändert oder neu erzeugt; d.h. der Abschnitt 2 wird vollendet. Die RESV-Nachricht des Abschnitts 1 wird nunmehr auf herkömmliche Weise gesendet.
Wenn der CN 24 oder der Proxy-Server des Heimatnetzes die RESV-Nachricht empfängt, kann, sofern angefordert, eine RESV-Bestätigungsnachricht zur Bestätigung der gesamten RESV-Sitzung gesendet werden.
Wenn die Betriebsweise FA COA ist, um flußspezifische Identität zu garantieren, und diese Dienstklassendifferenzierung für den Abschnitt 2 der RSVP-Sitzung, ist Anschlußkonfliktvermeidungskontrolle notwendig; dies kann durch ein beliebiges herkömmliches Verfahren erreicht werden.

Claims

Verfahren zur Bereitstellung von Dienstgüte in einem Mobiltelekommunikationssystem der dritten Generation, in dem Pakete an einen Mobilknoten (28) adressiert sind, der einen korrespondierenden Knoten (24) in einem Heimatnetz (50) aufweist und der gegenwärtig einem Fremdnetz (52) zugeordnet ist, mit folgenden Schritten: Herstellen eines Heimatagenten (26) in dem Heimatnetz (50) und Zuordnen einer Gastadresse im Fremdnetz für das mobile Endgerät (22); Senden einer Dienstgüte-Anfragenachricht vom korrespondierenden Knoten (24) zum Heimatnetz (50); Senden der Dienstgüte-Anfragenachricht vom Heimatnetz (50) zum mobilen Knoten (28); Senden einer Dienstgüte-Antwortnachricht vom mobilen Knoten (28) zum Heimatnetz (50) über denselben Weg wie die Anfragenachricht; und Senden einer Dienstgüte-Antwortnachricht vom Heimatnetz (50) zum korrespondierenden Knoten (24) nur nach Empfang der Dienstgüteantwortnachricht vom mobilen Knoten, gekennzeichnet dadurch, daß das Verfahren den folgenden weiteren Schritt umfaßt: im Heimatnetz, Ändern des Kopfteils jedes für das mobile Endgerät (22) bestimmten Pakets durch Ersetzen der Ursprungsadresse (32) durch die Heimatagentenadresse und der Zieladresse (34) durch die Gastadresse, wobei der Kopfteil weiterhin einen Kennungscode des korrespondierenden Knotens (40) und einen Kennungscode des mobilen Knotens (42) enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, in dem die Anfragenachricht durch Ende-Ende-Adressierung gesendet wird und die Antwortnachricht durch Sprung-Sprung-Adressierung gesendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in dem die Gastadresse den gegenwärtigen Standort des mobilen Knotens (28) darstellt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, in dem die Gastadresse die Adresse eines Fremdagenten (30) im Fremdnetz (52) ist.
Verfahren nach einem beliebigen vorhergehenden Anspruch mit den weiteren Schritten der Bewahrens einer Aufzeichnung des korrespondierenden Knotens (24) und der Kennungscodes des korrespondierenden Knotens (40) durch den Heimatagenten (26) und Senden einer Kopie der Aufzeichnung zur Gastadresse, an der diese Informationen ebenfalls gespeichert sind.
Verfahren nach Anspruch 3, in dem, wenn ein Paket an der Gastadresse ankommt, das Ziel die gespeicherten Informationen überprüft und den Kennungscode des korrespondierenden Knotens (40) im Kopfteil durch die Heimatadresse des korrespondierenden Knotens ersetzt.
Verfahren nach einem beliebigen vorhergehenden Anspruch mit den weiteren Schritten des Bewahrens einer Aufzeichnung des mobilen Knotens (24) und des Kennungscodes des mobilen Knotens (42) durch den Heimatagenten (26) und Senden einer Kopie der Aufzeichnung zur Gastadresse, an der diese Informationen ebenfalls gespeichert sind.
Verfahren nach Anspruch 5, in dem, wenn die Zieladresse in der Gastadresse der Fremdagent (30) ist, der Fremdagent die gespeicherten Informationen überprüft und den Kennungscode des mobilen Knotens im Kopfteil durch die Heimatadresse des mobilen Knotens ersetzt.
Verfahren nach einem beliebigen vorhergehenden Anspruch, in dem die Dienstgüte das Resource reSerVation Protocol benutzt.