-
GEBIET DER ERFINDUNG
-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Telekommunikationssysteme.
Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein neues
und verbessertes Verfahren und ein System zum Implementieren einer
Signalisierungsträgerverbindung
in einem verteilten Funkzugangsnetz.
-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
In
den aktuellen Spezifikationen der Mobilnetze der dritten Generation
(auch als UMTS bezeichnet), verwendet das System dieselbe wohlbekannte
Architektur, die von allen Hauptsystemen der zweiten Generation
verwendet wurden. Ein Blockdiagramm der Systemarchitektur des aktuellen UMTS-Netzes
ist in 1 dargestellt. Die UMTS-Netzarchitektur weist
das Kernnetz (CN), das UMTS terrestrische Funkzugangsnetz (UTRAN)
und das Teilnehmergerät
(UE) auf. Das Kernnetz ist ferner mit den externen Netzen, d. h.
dem Internet, PLMN, PSTN und/oder ISDN verbunden.
-
Das
GSM Phase 1/2 Kernnetz umfasst ein Netzvermittlungs-Subsystem (NSS, engl.:
Network Switching Subsystem). Das NSS umfasst ferner die folgenden
funktionalen Einheiten: Mobilvermittlungsstelle (MSC; engl.: Mobile
Switching Center), Besucherregister (VLR, engl.: Visitor Location
Register), Heimatregister (HLR, engl.: Home Location Register),
Authentifizierungsstelle (AC, engl.: Authentication Center), Geräteidentitäts-Register
(EIR, engl.: Equipment Identity Register). Die GSM Phase 2+ Erweiterungen
zu dem GSM Phase 1/2 CN sind bedienender GPRS (allgemeiner Paketfunkdienst,
engl.: General Packet Radio Service) Unterstützungsknoten (SGSN, engl.:
Support Node), Gateway GPRS Unterstützungsknoten (GGSN) und CAMEL
Dienstumgebung. Das wichtigste neue Merkmal, das mit GPRS eingeführt wurde,
ist die Paketvermittlung (PS, engl.: Packet Switching), die die
Kapazität
des Netzes verbessert. Für
UMTS werden nur geringe Modifikationen zu dem GSM Phase 2+ Kernnetz
benötigt.
Zum Beispiel die Zuteilung der Codeumsetzer-(TC)-Funktion für Sprachkomprimierung.
-
Die
UTRAN-Architektur umfasst verschiedene Funknetz-Subsysteme (RNS). Das RNS ist wiederum
in Funknetzsteuerungen (RNC) und verschiedene Basisstationen (BTS,
auch als B-Knoten in den 3GPP Spezifikationen bezeichnet) aufgeteilt.
-
In
dieser Architektur gibt es mehrere unterschiedliche Verbindungen
zwischen den Netzelementen. Die Iu-Schnittstelle verbindet CN mit UTRAN.
Die Iur-Schnittstelle ermöglicht
den Austausch von Signalisierungsinformation zwischen zwei RNC.
Das Signalisierungsprotokoll über
der Iur-Schnittstelle wird als Funknetz-Subsystem-Anwendungsteil
(RNSAP) bezeichnet. Der RNSAP endet an beiden Enden der Iur-Schnittstelle
durch eine RNC. Die Iub-Schnittstelle verbindet eine RNC und einen
Knoten B. Die Iub-Schnittstelle ermöglicht der RNC und dem Knoten
B über
Funkressourcen zu verhandeln, zum Beispiel, Zellen, die durch den
Knoten B gesteuert werden, hinzuzufügen und zu löschen, um
die Kommunikation einer zugewiesenen Verbindung zwischen DE und
S-RNC zu unterstützen,
Information, die für
die Steuerung der Übertragungs-(engl.:
Broadcast) und Funkruf-(engl.: Paging)kanäle verwendet wird, und Information,
die zwischen den Übertragungs-
und Funkrufkanälen übertragen
werden soll, zu unterstützen.
Ein Knoten B kann eine oder mehrere Zellen bedienen. Das UE ist mit
dem Knoten B durch die Uu-Funkschnittstelle verbunden. Das UE umfasst
ferner ein Teilnehmeridentitäts-Modul
(USIM) und eine Mobilausstattung (ME). Diese sind durch die Cu-Schnittstelle verbunden. Verbindungen
mit externen Netzen werden durch das Gateway MSC (in Richtung leitungsvermittelter
Netze) oder GGSN (in Richtung paketvermittelter Netze) hergestellt.
-
2 stellt
ferner eine aktuelle GERAN Architektur dar. GERAN (GSM/EDGE Funkzugangsnetz)
ist ein erweitertes GSM Funkzugangsnetz. Erweitert bedeutet hier,
dass GERAN das EDGE als eine Funktechnologie verwendet. EDGE ermöglicht die
Verwendung von UMTS Diensten mit 800/900/ 1800/1900 MHz Frequenzbändern. GERAN
bietet die Möglichkeit,
die gesamten Vorteile von GPRS (allgemeines Paketfunksystem) auszunutzen.
Das Basisstationssubsystem (BSS) von GERAN ist mit dem GSM Kernnetz
durch Gb-(zwischen BSS und einem GSM SGSN) und A-(zwischen einem BSS und einem GSM MSC)Schnittstellen
verbunden. Das BSS ist ferner mit dem UMTS-Netz durch die Schnittstelen Iu-ps
(zwischen einem BSS und einem 3G SGSN) und Iu-cs (zwischen einem
BSS und einem 3G MSC) verbunden. Das BSS ist ferner mit dem RNC
von UTRAN oder mit anderen BSS durch eine Iur-g Schnittstelle verbunden.
Das BSS weist eine Basisstationsteuerung (BSDC) und Basis-Sende-Empfänger-Stationen (BTS) auf.
Bei dem GERAN wird die Luftschnittstelle zwischen BTS und Mobilstation/Teilnehmergerät (MS) Um
genannt. Ein IP RAN (Internetprotokoll Funkzugangsnetz) ist eine
RAN Architektur, die vollständig
optimiert ist, IP-Verkehr
zu tragen. Bei dieser Konfiguration ist die Aufteilung von Funktionalitäten zwischen
Netzelementen fundamental neu definiert, um zu den Bedürfnissen
des IP-Verkehrs
zu passen. Dies ist unterscheidet sich deutlich von der einfachen
Verwendungen von IP als eine Transportlösung mit den existierenden
Netzarchitekturen, wie bspw. auf GSM (Globales System für Mobilkommunikation)
und CDMA (Codemultiplex, engl.: Code Division Multiple Access),
basierenden Funkzugangsnetzen.
-
IP
ist derzeit die am besten zukunftstaugliche Technologie, die beispiellose
Rationalisierungseffekte bietet und die Möglichkeit, gerade über die
Industrie hinweg zu integrieren; fest, drahtlos und mobil.
-
Zukünftige Netze
werden mehrere Funkzugangstechnologien enthalten, wie bspw. GSM,
Bluetooth, IEEE 802.11a/b, BRAN HL2 und WCDMA. Das IP RAN wird eine
gemeinsame Basis bieten, um alle diese Technologien zu einem einzigen
RAN zusammenzubinden. Dies wird das Verwenden von Diensten nahtlos über das
RAN hinweg ermöglichen.
-
Die
Vorteile von IP und IP-fähigen
Funkzugangsnetzen (IP RAN) können
klar gesehen werden und sie können
wie folgt zusammengefasst werden. Der primäre Treiber für die gesteigerte
Verwendung von IP wird von den Fähigkeiten
des Betreibers abgeleitet, neue und einfach anpassbare Dienste über der de
Facto Diensterzeugungsumgebung, dem Internet, zu erzeugen. Zweitens,
da der Inhalt in dem Internetprotokoll ausgedrückt wird, macht die native
Unterstützung
für IP
Netze optimaler für
diese Form von Verkehr und die Einsparungen betrieblicher und finanzieller
Aufwendungen sind über
das gesamte Netz beträchtlich.
Drittens integriert IP verschiedene Zugangs- und Transporttechnologien
und Standards, einschließlich
fest, drahtlos und mobil, in gemeinsame Diensterzeugungs- und Liefernetze.
-
Um
die effizienteste RAN-Architektur zu erhalten, welche auf der Verwendungen
der guten Eigenschaften von IP basiert, muss manche Funktionalität zwischen
Netzelementen verlagert werden. Bei der revolutionärsten Architektur
haben wir kein Netzelement mehr, das allgemein als eine BSC (Basisstationsteuerung)
oder RNC (Funknetzsteuerung) bekannt ist, obwohl diese Funktionalität in dem
RAN erhalten bleiben muss. Allerdings werden in evolutionären Architekturen
die RNC und BSC immer noch verwendet.
-
Mehrfachverbindungsvereinigung
(engl.: macrodiversity combining) oder Soft-Übergabe (engl.: soft handover)
ist eine spezifische Funktion der CDMA Technologie. Da die IP RAN
Architektur sehr große
RAN Gateways ermöglicht,
kann der Ort des Mehrfachverbindungsvereinigers nicht länger für alle BTS
(Basis Sende-Empfänger
Stationen) im RAN zentralisiert sein. Daher wurde in einem Ausführungsbeispiel
das IP RAN ausgewählt,
um manche RNC Funktionalität
in den BTS anzuordnen, um zu ermöglichen,
dass Soft-Übergabe
und zugehörige
Signalisierung entlang des kürzesten
Pfades geschehen kann, wodurch eine minimale Verzögerung und Signalisierungslast
an den Teilen des Netzes produziert wird, wo dies nicht notwendig
ist.
-
Bezugnehmend
auf die obige Stand der Technik Beschreibung kann gesagt werden,
dass das IP RAN durch Implementieren des größten Teils der RNC (oder BSC)
Funktionalität
in dem BTS (IP BTS) realisiert wird. Nur das Paging, grundlegendes
O&M (Betrieb
und Instandhaltung, engl.: Operation and Maintenance) und Konfigurationen,
Aufenthaltsberechnungsfunktionen und gemeinsames Funkressourcenmanagement
kann in getrennten Servern außerhalb
der BTS-Stelle implementiert sein.
-
Bei
der verteilten Architektur von IP RAN, ist die Anzahl von BSC/RNC
die mit dem benachbarten RAN und dem Kernnetz CN verbunden werden
müssen
um ungefähr
hundertmal höher
als im normalen Fall. Die Konsequenz ist, dass die CN und RAN/BSS-Ausstattung diese
Situation wegen der Beschränkungen
bei der Implementierung der Konfigurationen benachbarter RNC/BSC
nicht handhaben können.
Zum Beispiel wird die Handhabung der externen Adressierung der unterschiedlichen
Einheiten und die Verwendung von Kennungen (in 3G Netzen wird eine
Kennung einem UE zugewiesen, das eine existierende Signalisierungsverbindung
mit dem Funkzugangsnetz hat) sehr kompliziert.
-
Der
Stand der Technik schließt "Wireless interworking
architectures to support mobile IP over ATM", Jain R. et al., Global Telecommunications
Conference 1997, IEEE Vol. 3, 3. November 1997 mit ein, wobei darin
drahtlose Interworking Architekturen offenbart sind.
-
Folglich
gibt es einen steigenden Bedarf für eine logische oder virtuelle
Netzeinheit, die die sehr komplizierte externe Adressierung genauso
handhaben kann, wie die Verwendung vorübergehender Kennungen, die
dem Teilnehmergerät
zugewiesen werden. Es existiert auch der klare Bedarf für ein Gateway-artiges Netzelement,
welches das verteilte Funkzugangssteuerelement verstecken bzw. verbergen
kann, d. h. die verteilten Funktionalitäten der RNC/BSC von dem CN
oder dem Nachbarfunknetz aus gesehen.
-
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Konsequenterweise
betrifft die vorliegende Erfindung ein neues und verbessertes Verfahren
und ein System zum Implementieren einer Signalisierungsträgerverbindung
zwischen einem Kernnetz und/oder Funkzugangsnetz des Nachbarfunknetzes und
einer Basisstation oder einer Anzahl von Basisstationen, welches
im Wesentlichen eine oder mehrere der Begrenzungen und der Nachteile
des betroffenen Standes der Technik umgeht.
-
Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen virtuellen Funkzugangsnetz-Zugangsserver
(RNAS) bereitzustellen, der in der Lage ist, als eine Interworking- Einheit zwischen
den Basisstationen und anderen Funkzugangselementen als auch dem
Kernnetz betrieben zu werden. Speziell im Unterschied zu dem vorliegenden
Szenario des Funkzugangsnetzes, bei welchem die Funktionalitäten der RNC
und BSC in den getrennten Elementen implementiert wurden und wodurch
die Anzahl von Netzelementen wesentlich vergrößert wird, die logisch mit dem
Kernnetz und/oder anderen Funkzugangsnetzen verbunden werden müssen, ist
die vorliegende Erfindung konstruiert, die Menge dieser Elemente
zu verringern. Dies macht es leichter, das verteilte Funknetz zu
verwenden und zu managen.
-
Dies
wird durch ein Verfahren zum Implementieren einer Signalisierungsträgerverbindung
in einem verteilten Funkzugangsnetz erreicht. In diesem Zusammenhang
bedeutet das verteilte Funkzugangsnetz die Situation, in welcher
das Funkzugangsnetz auf IP (Internet Protokoll) basiert. Diese Anordnung
wird durch Implementieren der Funktionalitäten der Funksteuerelemente,
z. B. RNC oder BSC, in den Basisstationen erreicht. Diese Art von Struktur
kann logisch als ein Teil-Funkzugangsnetz (RAN)
gesehen werden, sogar dann, wenn bestimmte Funktionalitäten, z.
B. Paging, grundlegende O&M Funktionen
und Konfigurationen, Aufenthaltsberechnung und gemeinsames Funkressourcenmanagement
(CRRM, engl.: Common Radio Resource Management) außerhalb
der Basisstationen erhalten werden können. Bei manchen Ausführungsbeispielen
ist es möglich,
diese Funktionen in den Basisstationen oder sogar in den eindeutigen
Servern zu implementieren, die als gleich zu den Basisstationen hinsichtlich
Adressierung betrachtet werden können.
-
In Übereinstimmung
mit der Erfindung umfasst das Verfahren die Schritte: Erzeugen einer
ersten Schnittstelleninstanz zwischen einer Interworking-Einheit
und einem Kernnetz und/oder einem Nachbarfunkzugangsnetz, Erzeugen
einer zweiten Schnittstelleninstanz zwischen der Interworking-Einheit
und einem Satz Basisstationen, Zuweisen einer vorübergehenden
Kennungsinformation zu einem Teilnehmergerät, das eine Verbindung mit
der Basisstation hat und Abbilden des Signalisierungsverkehrs zwischen
der ersten und zweiten Schnittstelleninstanz in der Interworking-Einheit,
wobei das Abbilden Signalisierungsverkehr von der ersten Schnittstelleninstanz
zu der zweiten Schnittstelleninstanz auf Grundlage der vorübergehenden
Kennungsinformation zuweist. Der Zweck dieser Lösung ist es, ein Interworking
(Zusammenarbeiten) zwischen dem Kernnetz und den Funkzugangssteuerfunktionen
in den Basisstationen als auch ein Interworking zwischen den benachbarten
Funksteuerfunktionen und den Funkzugangssteuerfunktionen in den
Basisstationen zu realisieren.
-
In Übereinstimmung
mit einem Aspekt bezieht sich die Erfindung auf ein System zum Implementieren
eines verteilten Funkzugangsnetzes, das einen Satz Basisstationen
umfasst und wenigstens eines der folgenden Netze: ein Kernnetz und
ein Nachbarfunkzugangsnetz. Dieses Netz kann als ein anderes Funkzugangsnetz
gesehen werden, welches für
das Teilnehmergerät
verfügbar
ist. Ferner wird die Verbindung zwischen dem Satz Basisstationen
und dem Nachbarfunknetz zum Beispiel bei den Standortwechsel- und Übergabevorgängen zwischen diesen
zwei Funknetzen benötigt.
-
In Übereinstimmung
mit der Erfindung umfasst das System ferner eine Interworking-Einheit zum
Verbinden des Kernnetzes mit dem Satz Basisstationen und mit wenigstens
einem der Netze, wobei die Interworking-Einheit umfasst: eine erste
Schnittstelleninstanz zwischen der Interworking-Einheit und wenigstens
einem der Netze, eine zweite Schnittstelleninstanz zwischen der
Interworking-Einheit und dem Satz Basisstationen und eine Abbildungseinheit, zum
Abbilden des Signalisierungsverkehrs zwischen der ersten und zweiten
Schnittstelleninstanz, wobei das Abbilden den Signalisierungsverkehr
von der ersten Schnittstelleninstanz zu der zweiten Schnittstelleninstanz
zuweist, auf Grundlage einer vorübergehenden
Kennungsinformation, die einem Teilnehmergerät zugewiesen ist, das eine
Verbindung zu einer Basisstation hat. Folglich kann eine Signalisierungsträgerverbindung
für ein
Teilnehmergerät
durch die erste und zweite Schnittstelleninstanz erzeugt werden.
-
In Übereinstimmung
mit einem weiteren Aspekt bezieht sich die Erfindung auf eine Interworking-Einheit,
die mit einem Kernnetz und/oder Nachbarfunkzugangsnetz und mit einem
Satz Basisstationen in einem verteilten Funkzugangsnetz verbunden ist.
In Übereinstimmung
mit der Erfindung umfasst die Interworking-Einheit eine erste Schnittstelleninstanz
zwischen der Interworking-Einheit und dem Kernnetz oder dem Nachbarfunkzugangsnetz.
Die Interworking-Einheit umfasst ferner eine zweite Schnittstelleninstanz
zwischen der Interworking-Einheit und einem Satz Basisstationen,
der mit einer Funkzugangssteuerung ausgestattet ist. Zusätzlich zu
diesen Schnittstellen umfasst die Interworking-Einheit eine Abbildungseinheit
zum Abbilden des Signalisierungsverkehrs zwischen der ersten und
zweiten Schnittstelleninstanz, wobei das Abbilden den Signalisierungsverkehr
von der ersten Schnittstelleninstanz zu der zweiten Schnittstelleninstanz
zuweist, auf Grundlage einer vorübergehenden Kennungsinformation,
die einem Teilnehmergerät
zugewiesen ist, das eine Verbindung zu einer Basisstation hat, wobei
die Interworking-Einheit als eine logische Funknetzsteuerung wirkt.
-
Dank
der vorliegenden Erfindung sehen das Kernnetz und das Nachbarfunkzugangsnetz,
d. h. RNC/BSC einen Satz von IP BTS als einen logischen Funkzugangsnetz-Zugangsserver,
RNAS. Weiter wird wegen der Erfindung das RNAS adressiert und die
Signalisierungsverbindung endet dort und es versteckt die große Anzahl
von Basisstationen, IP BTS, vor den externen Netzen und es kümmert sich
um die notwendigen Parameter und die Signalisierungsübersetzung.
Allerdings bewahrt die Erfindung immer das Merkmal, dass dasselbe
Signalisierungsprotokoll, das in den Schnittstellen verwendet wird,
auch innerhalb des IP RAN verwendet werden kann, d. h. in den Schnittstellen
zwischen RNAS und IP BST.
-
Ferner
stellt die Erfindung einen einfachen Weg bereit, ein verteiltes
Funkzugangsnetz zu managen, d. h. das IP basierte Funkzugangsnetz,
bei welchem die Funktionalitäten
der RNC und/oder BSC in den Basisstationen implementiert ist. Daher
bedeutet es, Dank der Erfindung, weder eine große Konfigurationsarbeit noch
gibt es Probleme beim Definieren der Adressen und beim Aktualisieren
der neuen Netzstruktur, eine neue Basisstation hinzuzufügen oder
einen Knoten B, wie er inden UMTS (universales Mobiltelekommunikationssystem,
engl.: Universal Mobile Telecommunication System) Spezifikationen genannt
wird. Das Hinzufügen
eines neuen IP BTS erfordert keine Konfigurationsänderungen
in so vielen Netzelementen, wie es ohne Verwendung der Erfindung
der Fall wäre.
-
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
Die
beigefügten
Zeichnungen, welche angefügt
sind, um ein tieferes Verständnis
der Erfindung zu ermöglichen
und die einen Teil dieses Anmeldungstextes bilden, veranschaulichen
Ausführungsbeispiele
der Erfindung und helfen zusammen mit der Beschreibung, die Prinzipien
der Erfindung zu erklären.
In den Zeichnungen:
-
ist 1 ein
Blockdiagramm, das ein Beispiel des Stand der Technik Szenarios
bezüglich
des vorhandenen Mobilnetzes veranschaulicht;
-
ist 2 ein
Blockdiagramm, das ein Beispiel des Stand der Technik Szenarios
bezüglich
des vorhandenen Mobilnetzes veranschaulicht;
-
ist 3 ein
Blockdiagramm, das die Gesamtarchitektur eines verteilten Funkzugangsnetzes beschreibt;
-
ist 4 ein
Blockdiagramm eines Ausführungsbeispieles
der vorliegenden Erfindung;
-
ist 5 ein
Blockdiagramm einer Interworking-Einheit von 4;
-
beschreibt 6 die
Adressstruktur in Übereinstimmung
mit einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung; und
-
beschreibt 7 die
logischen Elemente und Verbindungen in einem Ausführungsbeispiel
von 4.
-
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER
AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
-
Es
wird nun detailliert auf die Ausführungsbeispiele der vorliegenden
Erfindung Bezug genommen, wobei Beispiele von diesen in den beigefügten Zeichnungen
veranschaulicht sind.
-
Die
IP RAN logischen Einheiten werden als Nächstes unter Bezugnahme auf 3 beschrieben. Jede
logische Einheit ist durch Auflisten der Funktionen beschrieben,
die sie ausführt
und durch die Beziehung zu den anderen logischen Einheiten. Einige dieser
Funktionen betreffen nur die Unterstützung der GSM/EDGE Funkschnittstelle
und manche nur die Unterstützung
der UTRAN FDD (Frequenzduplex, engl.: Frequency Division Duplex)
Funkschnittstelle.
-
Das
CS (leitungsvermitteltes) Gateway CSGW ist ein logisches Element,
das für
das Interworking der IP RAN in Richtung der A-Schnittstelle und
der ATM basierten Iu-CS Schnittstelle verwendet wird. Es ist aus
zwei logischen Funktionen zusammengesetzt, d. h. Media-Gateway MGW
und A-Server (ASE). Das MGW wird für die Benutzerebene verwendet,
die zwischen der A-Schnittstelle und dem Iu-CS arbeitet, zu dem
IP basierten Teil des Kernnetzes CN. Das MGW führt auch die Codeumwandlung durch.
Der A-Server kümmert
sich um die Anpassung des BSSAP Rel'97 Protokolls an ein BSSAP/IP Protokoll
(Basisstation Subsystem Anwendungsteil, BSSAP). Die Übersetzung
der Adressen ist ebenfalls erforderlich. Das CSGW wird durch den
RNAS gesteuert und das CSGW agiert als ein Mikromobilitäts-Ankerpunkt
für die
A- und Iu-CS-Schnittstelle und benötigt für diese Funktion nicht das
RNGW. Das CSGW kümmert
sich um das Steuerebene-Interworking [GSM], d. h. Übersetzung
von BSSAP nach BSSAP/IP.
-
Das
RAN Gateway RNGW ist der IP Benutzerebene-Zugangspunkt von dem Kernnetz
CN zu dem verteilten Funkzugangsnetz IP RAN. Während des Funkzugangsträger-Zuweisungsvorgangs,
gibt das RAN Transportadresse(n) an das CN zurück, die das RNGW besitzt, wo
die Benutzerebene enden soll. Bei manchen Ausführungsbeispielen wird nur die
Iu-PS-Schnittstelle durch das RNGW verbunden. Die Hauptfunktion
des RNGW ist die Benutzerebenevermittlung während der Netzübergabe,
um die Mobilität
vor dem CN zu verstecken. Aufgrund dieser Funktion besteht kein
Bedarf, irgendeine Funknetzschichtverarbeitung auf den Benutzerdaten
auszuführen,
sondern sie leitet Daten zwischen den RAN- und CN IP-Tunneln weiter.
Das RNGW wurde mit einem oder mehreren RNAS verbunden, welcher ein RNGW auswählt, wenn
es erforderlich ist, einen RAB (Funkzugangsträger, engl.: Radio Access Bearer)
für einen
Benutzer aufzubauen. Es soll für
ein RNAS möglich
sein, mehr als ein RNGW für
den RAB eines UE zu verwenden.
-
Der
RAN Zugangsserver RNAS agiert als ein Signalisierungs-Gateway zwischen
RAN und CN. Es hat die folgenden Funktionen. Es unterscheidet die Steuerebene-Nachrichten
der Iu- und A-Schnittstelle und
leitet diese weiter. Er kann auch Paging-Serverfunktionen haben, d. h. der RNAS
beobachtet den UE RRC (Funkressourcensteuerung, engl.: Radio Resource
Control) Status und Aufenthalt, verarbeitet die Leerlaufmodus-Pagingnachrichten
und andere verbindungslose Nachrichten von den Kernnetz CN und leitet
sie an das IP BTS weiter, das die Zelle steuert, an die die Nachricht
gerichtet ist. Der RNAS ist auch ein Mikromobilitäts-Steuerpunkt,
d. h. er wählt
die Gateways RNGW, CSGW auch während
der Neuzuweisung des IP BTS aus und steuert sie.
-
Das
RNAS hat genauer gesagt die folgenden Funktionen: RANAP (RAN Anwendungsteil)
[GSM: und BSSAP] Verbindungsabbau, -aufbau und -lösen der
Signalisierungsverbindungen, Unterscheidung verbindungsloser Nachrichten,
Verarbeiten von RANAP verbindungsloser Protokollnachrichten; bei
Benutzerebenensteuerung: Auswahl der RNGW-/CSGW-Einheit, Initialisierung
und Steuerung der CSGW-/RNGW-Einheit für die UE-Verbindungen, auch
während
der IP BTS Neuzuweisung, Steuerebenanker (Funktion wird nur benötigt, wenn UCF
(UE Steuerfunktion) nicht in dem RNAS enthalten ist), Neuausrichten
der Signalisierungsverbindung im Falle der UCF Neuzuweisung; beim
Paging: Speichern von Information der existierenden Funkressourcen-Steuer-(RRC)-Verbindung,
Weiterleiten der Leerlaufmodus-Pagingnachrichten an die relevanten
Einheiten, Neustart- und Überlaststeuerung,
Management der Neustart- und Überlastnachrichten
zu/von dem CN; und beim RNGW/CSGW Management: Management der logischen
Ressourcen der RNGW/CSGW (Adressen usw.)
-
Die
Funktionen des O&M
Servers (OMS) sind ähnlich
zu den Funktionen der OMU (Betriebs- und Unterhaltungseinheit) in
BSC und der NEMU in RNC. Er ist mit jedem Netzelement im IP RAN
verbunden. Der gemeinsame Ressourcen-Managementserver CRMS agiert
als ein Richtlinienmanager für
den Zugang zu den Zellen und den Funkträgerressourcen innerhalb des
IP RAN, indem er die Funkressourcen-Managementalgorithmen ausführt. CRMS ist
auch mit einem anderen Funkzugangsnetz als IP RAN verbunden, was
dynamisches Intersystem Funkressourcenmanagement (RRM) ermöglicht.
Ein CRMS sammelt Information über
den Zellstatus in einem Bereich und priorisiert, darauf basierend,
eine Übergabe-Kandidatenliste
und verändert
im OMS die RAN Konfigurationsparameter. Zusätzlich kann CRMS auf die Konfigurations-
und Leistungsüberwachungs-Datenbanken
im OMS zugreifen.
-
Die
bedienende Mobilaufenthaltsstelle führt die MS (oder UE) Positionierungsfunktionen
im IP RAN aus. Sie steuert die Aufenthaltsmesseinheit in dem IP
BTS und stellt Hilfsdaten für
das UE basierte Positionieren den anderen Netzelementen bereit.
Ein SMLC kann das Bedürfnis
haben, während
seines Betriebs ein anderes SMLC zu kontaktieren, um einige LMU-Mess- oder Hilfsdaten
zu erhalten. SMLC unterstützt
verschiedene Positionierungsverfahren und zugehörige Positionierungsalgorithmen.
-
Beim
Ausführungsbeispiel
von 3 unterstützt
das verteilte Funkzugangsnetz IP RAN wenigstens die folgenden Schnittstellen,
die für
das Zusammenarbeiten mit anderen Funkzugangsnetzen und Kernnetzen
benötigt
werden. Unterstützte
Schnittstellen zwischen dem verteilten Funkzugangsnetz IP RAN und
Kernnetz CN sind die folgenden.
-
Iu-PS,
3GPP Rel. 4, für
die Verbindung zu der Paketdomain des Kernnetzes. Alle Dienste,
die von der Iu-PS Schnittstelle angeboten werden, werden unterstützt. Die
Iu-PS Schnittstelle kann sowohl mit GERAN als auch mit der UTRAN/FDD
Funkschnittstelle verwendet werden; Iu-PS ist durch die 25.41x Reihe
der technischen 3GPP UMTS Spezifikation spezifiziert. Iu-CS, 3GPP
Rel. 4, für
die Verbindung mit der leitungsvermittelten Domain des Kernnetzes
CN. Alle Dienste, die von der Iu-CS Schnittstelle angeboten werden,
werden unterstützt.
Die Iu-CS Schnittstelle kann sowohl mit GERAN als auch mit derUTRAN/FDD
Schnittstelle verwendet werden. Iu-CS ist durch die 25.41x Reihe der technischen 3GPP
UMTS Spezifikation spezifiziert. Iu-CB (nicht in der Figur gezeigt),
3GPP Release 1999, für
die Verbindung zu der Zellübertragungsdomain
des Kernnetzes. Iu-CB ist durch die technische 25.419, 3GPP UMTS
Spezifikation spezifiziert. Gb, 3GPP Release 4 (Gb über IP)
für die
Verbindung zu dem 2G SGSN. Es wird von der GERAN Funkschnittstelle
verwendet. A, 3GPP Release 1999 (inklusive GSM Rel'97) für die Verbindung
mit der 2G MSC. Es wird von der GERAN Funkschnittstelle verwendet.
-
Wie
oben erwähnt
wurde, sind im IP RAN die meisten Funktionen der zentralisierten
Funknetzsteuerung (RNC und BSC) in die Basisstation, IP BTS, verlagert.
Insbesondere sind alle Funkprotokolle in die Basisstation verlagert.
Einheiten außerhalb der
Basisstation werden benötigt,
um gemeinsame Konfigurations- und RR (Funkressourcen) Funktionen
auszuführen
oder das Interworking mit anderen Funkzugangsnetzen, Gateways zu
dem CN und Mikromobilitäts-Ankerpunkt. Es muss
auch angemerkt werden, dass diese Basisstationen IP BTS Mehrfunkträgerauswahl,
Lastenteilung und die automatische Netzparametrisierung für die bestmögliche Luftschnittstellenleistung
für GSM/EDGE,
TDMA/EDGE, CDMA, WCDAM und WLAN basierten Funkzugangsnetze unterstützen können. Die
Iur-ähnliche
Schnittstelle Iur' wird
zwischen den Basisstationen BS benötigt, die sowohl die Steuerebenensignalisierung
als auch Benutzerebenenverkehr unterstützen. Die volle Konnektivität unter
den Einheiten wird über
das IPv6 Transportnetz unterstützt.
Es sollte angemerkt werden, dass die meisten dieser Einheiten (SMLC,
OMS, CRMS und/oder RNAS) auch als eine physikalische Vorrichtung
ausgeführt
sein können.
-
Wie
in 4 gezeigt ist, umfasst das System in Übereinstimmung
mit einem Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung eine Interworking-Einheit IWU, um die verteilte
Struktur des IP RAN vor dem Kernnetz und vor den Nachbar-RAN zu
verbergen. Die Interworking-Einheit IWU ist mit den ersten Schnittstelleninstanzen
Iu, Iur und Iur-g zu dem Kernnetz CN und mit dem RNC und BSC entsprechend verbunden.
Folglich wird die Interworking-Einheit IWU von dem CN und anderen
RAN als eine BSC (für GSM)
oder RNC (für
WCDMA) bezüglich
der externen Adressierung und Kennungen "gesehen". Ferner ist die Interworking-Einheit
IWU mit dem Satz Basis-Sende-Empfängerstationen IP BTS mit den
zweiten Schnittstelleninstanzen Iu' und Iur' verbunden. Bei einem vorteilhaften
Ausführungsbeispiel
der Erfindung werden diese zweiten Schnittstelleninstanzen unter
Verwendung des IP-Protokolls
(IPv6 oder Ipv4) implementiert.
-
Die
Interworking-Einheit IWU wird hierin als eine Signalisierungs-Interworking-Einheit
für die Steuerebenenverarbeitung
und Adressübersetzung angesehen.
Die Interworking-Einheit kann auch als Funknetz-Zugangsserver RNAS
bezeichnet werden. Allerdings sollte bemerkt werden, dass der RNAS
im IP RAN mehr Funktionen hat, wie oben beschrieben wurde, als das
Signalisierungs-Interworking. Folglich wird die Signalisierungsträgerverbindung
für ein
Teilnehmergerät
UE, das eine Verbindung mit einem der IP BTS hat, durch die ersten
und zweiten Schnittstelleninstanzen Iu, Iur, Iur-g; Iu', Iur' erzeugt.
-
7 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung mit Blick auf das logische Element und
die Verbindungen. Bezugnehmend auf 4 und 7 bewahrt
bei einer einfachen Realisierung der vorliegenden Erfindung der
RNAS die Natur der Iu-Schnittstelle zwischen dem RNAS (oder der
Interworking-Einheit IWU) und dem Kernnetz CN und Iur-(oder Iur-g)Schnittstelle
zwischen den Nachbarfunknetzen. Allerdings kann die Optimierung
der Signalisierung zu Änderungen
in der Schnittstelle vom RNAS zum IP BTS führen. Instanz bedeutet in diesem
Zusammenhang, dass Signalisierung, z. B. Iu- und Iur-Signalisierung,
die an dem RNAS endet, Nachrichten normalerweise transparent weiterleitet, obwohl
sie in manchen Fällen
sogar notwendige Verarbeitung und Parameterübersetzungen ausführt und in
bestimmten Fällen
auch Nachrichtenübersetzungen.
Dies bedeutet, dass insbesondere für jedes UE zwei unabhängige Instanzen
des Signalisierungsträgers
existieren, eine vom CN/BSC/RNC zu dem RNAS und die andere von dem
RNAS zu der IP BTS und RNAS kümmert
sich um die Abbildung zwischen diesen zweien. Diese Signalisierungsträger wurden in 7 mit
dicken Linien beschrieben. Konsequenterweise sieht RNC/BSC einen
Satz von IP BTS als einen logischen RNAS.
-
5 zeigt
ein Blockdiagramm der Interworking-Einheit IWU in Übereinstimmung
mit einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Die Interworking-Einheit ist ein wesentliches
Element in der Netzstruktur der vorliegenden Erfindung. Die Interworking-Einheit
IWU umfasst zwei Schnittstellen für die ersten und zweiten Schnittstelleninstanzen
Iu, Iur; Iu', Iur'. In diesem Zusammenhang
kann eine Schnittstelle als gemeinsame Grenze zwischen Teilen eines Systems, über welche
Kommunikation stattfindet, definiert werden. Ferner umfasst die
Interworking-Einheit die Abbildungseinheit MU, die sich um die in
der Interworking-Einheit endende Signalisierung kümmert. Die
Abbildungseinheit MU enthält
ferner eine Transportadresseneinheit TAE, die die Transportadressen
von der Form, die in der ersten Schnittstelleninstanz Iu, Iur verwendet
wird, in die Form, die in der zweiten Schnittstelleninstanz Iu', Iur' und umgekehrt verwendet, übersetzt,
und eine Protokolleinheit PE, die die Protokolle von der ersten
Schnittstelleninstanz Iu, Iur in die Protokolle der zweiten Schnittstelleninstanz
Iu', Iur' und umgekehrt übersetzt.
-
Allerdings
kann in Übereinstimmung
mit einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung dasselbe Signalisierungsprotokoll, das
zwischen dem Kernnetz CN und der Interworking-Einheit IWU verwendet
wird, auch innerhalb des IP RAN verwendet werden. Dies hängt von
der Lösung
der Basis-Sende-Empfänger-Stationen
IP BTS ab und kann von Fall zu Fall konfiguriert werden. Auch der
Signalisierungsverkehr kann transparent durch die Interworking-Einheit
IWU zwischen den ersten und zweiten Schnittstelleninstanzen Iu,
Iur; Iu', Iur' übertragen werden. In diesem
Fall verarbeitet die Abbildungseinheit MU nicht die Nachrichten
oder Protokolle.
-
In
folgenden Abschnitt wird eine detaillierte Betriebsbeschreibung
der Interworking-Einheit IWU unter Bezugnahme auf 5–7 beschrieben.
-
Bei
dem Benutzerebenenaufbau, bei der Anfrage von dem Kernnetz CN oder
dem Nachbarfunkzugangsnetz RAN an das IP RAN, endet die Nachricht
in der Interworking-Einheit IWU. Die Interworking-Einheit führt eine
Transportadressübersetzung aus.
Dies basiert auf der Tatsache, dass auch in der Benutzerebene zwei
logische Tunnel existieren, d. h. von dem CN/BSC/RNC zu dem Gateway (RNGW/CSGW)
und von dem Gateway zu der IP BTS. Das Gateway wird von dem RNAS
(wie oben beschrieben) gesteuert und es schließt die Benutzerebene ab. Im
Falle des Iur-Interworking, d. h. in der Schnittstelle zwischen
der Interworking-Einheit und dem Nachbarfunkzugangsnetz, sollte
es auch möglich
sein, eine direkte Benutzerebene zu der IP BTS zu haben.
-
Die
Nachrichten (Paging-, O&M-Nachrichten),
die nicht in der Teilnehmergerät
UE spezifischen Verbindungssignalisierung transportiert werden,
können
die Verarbeitung und bestimmte Aktionen in dem RNAS erfordern. Allerdings
steht dies nicht im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung
und wird nicht detaillierter beschrieben.
-
Bestimmte
Prozeduren, d. h. RANA (RAN Anwendungsteil) SRNC (bedienende RNC)
Neuzuweisung und/oder BSSAP (Basisstation-Subsystemanwendungsteil) Übergabe
kann auch weiter in der externen Schnittstelle zwischen dem Funkzugangsnetz-Zugangsserver RNAS
und dem Kernnetz CN verwendet werden, um den für eine Verbindung verwendeten
RNAS zu ändern
(und konsequenterweise die IP BTS), aber diese können auch nur zwischen dem
RNAS und der IP BTS verwendet werden, um die IP BTS neu zuzuweisen
oder zu übergeben.
Dies ist für
das Kernnetz CN nicht sichtbar. Bei einer Änderung von diesem kann die
IP BTS die Neuzuweisungs- oder Übergabeprozedur
auslösen
und der RNAS entscheidet, ob nur die IP BTS neu zugewiesen wird
oder ob das Kernnetz CN für
eine RNAS Neuzuweisung mit einbezogen wird. Wie weiter unten erwähnt wird,
kann auch für
die Neuzuweisung eine Optimierung zu dem Bedarf führen, ein
neues Verfahren für
die RNAS IP BTS Neuzuweisung zu konstruieren, das sich von der RANAP
oder BSSAP Neuzuweisung unterscheidet.
-
Bei
3G Netzen werden die Kennungen einem Teilnehmergerät UE zugewiesen,
das eine existierende Signalisierungsverbindung mit dem Funkzugangsnetz
(Funkressourcen-Steuer-(RRC)-Verbindung)
hat. Die Kennungen (u-RNTI (UTRAN vorübergehende Funknetz Kennung)
und G-RNTI (GERAN vorübergehende
Funknetzkennung)) werden aus zwei Teilen gebildet: SRNC ID, die
die Netzelemente kennzeichnet, die die RRC Verbindung auf der UTRAN
Seite abschließen,
die den Funkressourcenkontext des UE gespeichert hat, und die die
Signalisierungsverbindung zu dem Kernnetz CN abschließt. Dies
ist die RNC (WCDMA) oder BSC (GERAN) und s-RNTI, das das UE innerhalb
der Zelle des Knotens B kennzeichnet, der von der RNC/BSC gehandhabt wird.
-
Bei
dem verteilten Funkzugangssystem in Übereinstimmung mit der vorliegenden
Erfindung weist jede IP BTS die RNTI mit folgendem Format (6)
zu: der SRNC ID Teil der RNTI kennzeichnet den RNAS (IWU oder logische
RNC/BSC aus der Sicht des Kernnetzes CN), das mit der IP BTS verknüpft ist,
wo der UE RR Kontext gespeichert ist, erste nn Bits der s-RNTI kennzeichnen
die Basisstation IP BTS in dem logischen Bereich des RNAS (mit anderen
Worten, die IP BTS wird durch die SRNC ID + erste nn Bits der s-RNTI
gekennzeichnet) und letzte Bits der s-RNTI kennzeichnen das Teilnehmergerät UE innerhalb
der Basisstation IP BTS. Diese Verwendung von RNTI ist kompatibel
mit dem Kernnetz CN, aber es erlaubt auch die Adressierung innerhalb
des IP RAN.
-
Es
auch möglich,
dass manche Nachrichten, die sich auf bestimmte Prozeduren bzw.
Vorgänge beziehen,
transparent getunnelt werden, ohne, dass sie in dem RNAS dekodiert
werden. Insbesondere können
die Nachrichten, die gesendet werden, nachdem die Signalisierungsverbindung
für ein
UE erzeugt wurde (verbindungsorientierte Nachrichten), getunnelt
werden, ohne, dass es nötig
ist, dass sie in dem RNAS oder in der Interworking-Einheit gelesen werden,
während
nur die Nachricht dekodiert werden müssen, die gesendet wurden,
um die Signalisierungsverbindung aufzubauen, oder alle Nachrichten, die
ohne Signalisierungsverbindung gesendet wurden.
-
In
dieser Anwendung kann das Nachbarfunkzugangsnetz jedes andere Funkzugangsnetz sein
und kann unter Verwendung irgendwelcher Zugangstechniken implementiert
werden, obwohl die dargestellten Beispiele die UMTS und GSM Zugangsnetze
betreffen. Die ersten Schnittstelleninstanzen Iu, Iur, Iur-g, A,
Iu-PS, Iu-CS und Gb, die in der Beschreibung der Erfindung dargestellt
wurden, können
auch andere als die dargestellten sein. Die Verbindungen von dem
RNAS zu dem Kernnetz und anderen Zugangsnetzen können zum Beispiel durch asynchronen Übertragungsmodus
(ATM) oder IP Protokolle implementiert werden. Im Allgemeinen können diese
Schnittstellen leitungs- oder
paketvermittelt sein. Wenn das Kernnetz CN das Internetprotokoll
für die Übertragung
verwendet, ist es sinnvoll, dasselbe Protokoll durch das gesamte
Netz und auch bei den ersten Schnittstelleninstanzen zu verwenden.
-
Für den Fachmann
ist es offensichtlich, dass mit dem Technologiefortschritt die Grundidee
der Erfindung auf verschiedenen Wegen implementiert werden kann.
Die Erfindung und ihre Ausführungsbeispiele
sind folglich nicht auf die oben beschrieben Beispiele beschränkt, sondern
sie können
innerhalb des Schutzbereiches der Ansprüche variieren.