ES2278629T3 - Metodo, aparato y sistema para habilitar la comunicacion entre redes de datos de paquetes de segunda generacion y de tercera generacion. - Google Patents
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Abstract
Un método para permitir la comunicación entre una primera red, en la que las funciones de control y las funciones de usuario están combinadas en un primer nodo (2G-GSN), y una segunda red, en la que las funciones de usuario y las funciones de control están implementadas por separado en nodos segundo y tercero, respectivamente, caracterizado porque el primer nodo (2G-GSN) es un nodo de soporte del Servicio Global de Paquetes de Radio (GPRS) de segunda generación, el segundo nodo (pasarela 3G-GSN) es una pasarela de nodo de soporte GPRS de tercera generación y el tercer nodo (servidor 3G-GSN) es un servidor nodo de soporte GPRS de tercera generación, proporcionándose además un separador de protocolos GTP (protocolo de tunelado GPRS), constando el método de los pasos de: S recibir una comunicación en el separador de protocolos GTP; determinar si la comunicación recibida contiene datos de control (700); S si la comunicación recibida contiene datos de control, separar los datos de control (710)de la comunicación recibida; y pasar los datos de control al tercer nodo (servidor 3G-GSN) (720).
Description
Método, aparato y sistema para habilitar la
comunicación entre redes de datos de paquetes de segunda generación
y de tercera generación.
Esta invención versa grosso modo acerca
de un método, un aparato y un sistema para habilitar la
comunicación entre redes. Más en concreto, esta invención versa
acerca de un método, un aparato y un sistema y método para habilitar
la comunicación entre redes de datos de paquetes de segunda
generación y de tercera generación.
Hay muchos tipos de Redes Móviles Públicas
Terrestres (Public Land Mobile Networks, PLMNs), por ejemplo,
el Sistema Global para Comunicaciones Móviles (Global System for
Mobile Communications, GSM), el Sistema Celular Digital para
Comunicaciones Móviles (Digital Cellular System for Mobile
Communications, DCS 1800) y el Sistema Personal de
Comunicaciones (Personal Communication System, PCS). Estas
redes proporcionan una amplia gama de servicios y prestaciones a los
abonados móviles que se desplazan entre celdas individuales de las
redes móviles de comunicaciones por radio. Estas redes dan soporte a
la comunicación por conmutación de circuitos.
El Servicio Global de Paquetes de Radio
(Global Packet Radio Service, GPRS) se ha desarrollado para
dar soporte a la comunicación por conmutación de paquetes. El GPRS
está soportado en sistemas de segunda generación, por ejemplo, en
los sistemas GSM de segunda generación.
En la actualidad se está normalizando un Sistema
Universal de Telecomunicaciones Móviles (Universal Mobile
Telecommunications System, UMTS) dentro del Proyecto de
Asociación para Telefonía de 3ª Generación (3^{rd}
Generation Partnership Project, 3GPP), que es un proyecto de
cooperación multizona para desarrollar una norma de tercera
generación que pueda ser aceptada en tantas zonas del mundo como
resulte posible. El UMTS se basará en el éxito del sistema GSM.
El UMTS soportará tanto las comunicaciones de
datos por conmutación de circuitos como las comunicaciones por
conmutación de paquetes. De este modo, el UMTS será útil para
intercambiar datos de voz y de cosas distintas a la voz de forma
rápida y eficiente.
La Fig. 1 ilustra una red modélica que soporta
las comunicaciones por conmutación de circuitos y por conmutación de
paquetes. En la Fig. 1, una estación móvil (mobile station,
MS) se comunica con una o más Redes Móviles Públicas Terrestres
(PLMNs). Se considera a una primera red (PLMN1) la PLMN Base
(Home PLMN, HPLMN), e incluye un Registro de Ubicaciones
Locales (Home Location Register, HLR) que contiene datos de
abonado para los abonados a la red. El HPLMN también incluye un Nodo
GPRS de Soporte a Pasarelas (Gateway GPRS Support Node, GGSN)
para permitir la comunicación mediante conmutación de paquetes. Se
considera que PLMN2 y PLMN3 son PLMNs huéspedes. Cada PLMN que no
sea la HPLMN incluye uno o más Centros Móviles de Conmutación
(Mobile Switching Centers, MSCs) para efectuar la conmutación de
circuitos para la estación móvil y uno o más Registros de
Ubicaciones de Visitantes (Visitor Location Registers, VLRs)
para almacenar datos referentes a abonados a otras redes que pueden
estar moviéndose por la red. Los PLMNs incluyen también Nodos GPRS
de Soporte a Servidores (Serving GPRS Support Nodes, SGSNs)
para dar soporte a la comunicación mediante conmutación de
paquetes.
El HLR de la PLMN1 se comunica con VLR1, VLR2 y
VLR3 para actualizar la información de abonados, por ejemplo cuando
un abonado se desplaza por una zona a la que presta servicio uno de
estos VLRs. Los VLRs también se comunican entre sí.
Los SGSNs están en el mismo nivel jerárquico de
la red que los MSC/VLRs y funcionan de forma similar a los VLRs,
pero para la comunicación mediante conmutación de paquetes. Los
SGSNs efectúan seguimiento de la ubicación del usuario de GPRS,
realizan funciones de seguridad y gestionan el control de accesos.
Los SGSNs se comunican con el HLR para obtener perfiles de usuario.
Los SGSNs también se comunican entre sí, y el SGSN de la PLMN3 se
comunica con el subsistema de la estación base (base station
subsystem, BSS), que, a su vez, se comunica con el MSC conectado
al VLR2 y con la MS.
El GGSN es el punto de interconexión para
paquetes de datos entre la red de GPRS y la red pública de datos.
El GGSN está conectado a los SGSNs por medio de un troncal de
protocolo de internet (Internet Protocol, IP). Los datos de
usuario, que llegan a Internet procedentes, por ejemplo, de un
terminal de GPRS, se envían encapsulados por el troncal IP.
Para lograr la viabilidad de los desplazamientos
entre redes de paquetes de datos GPRS y UMTS, resulta imprescindible
el envío de señales entre las redes y el paso de datos de usuario.
Sin embargo, las arquitecturas de red de GPRS y UMTS son diferentes,
lo que dificulta la interacción entre las redes.
En una red GPRS de segunda generación, la
comunicación se efectúa de nodo a nodo, como se muestra en la Fig.
2. Los nodos de soporte GRPS de segunda generación (second
generation GPRS support nodes, 2G-GSNs), por
ejemplo los GGSNs y los SGSNs, se comunican entre sí empleando un
protocolo de tunelado GPRS (GPRS tunnelling protocol, GTP)
descrito, por ejemplo, en "GPRS Tunnelling Protocol (GTP) across
the Gn and Gp Interface" [Protocolo de tunelado GPRS (GPT) a
través de la interfaz Gn y Gp], GSM 09.60 ver. 6.7.0 hecho público
en 1997, Anteproyecto ETSI EN 301 347 v6.7.0 (julio de 2000).
En una red UMTS de tercera generación, la
comunicación se efectúa en dos planos diferentes, como se muestra
en la Fig. 3. En la Fig. 3, servidores de tercera generación GSN
(third generation GSN, 3G-GSN) se comunican
entre sí empleando un protocolo de control de tunelado GPRS (GPRS
tunnelling control protocol, GTP-C), y las
puertas de acceso 3G-GSN se comunican también entre
sí empleando un protocolo de usuario de tunelado GPRS (GPRS
tunnelling user protocol, GTP-U). Las puertas de
acceso 3G-GSN también se comunican con los
servidores 3G-GSN utilizando un protocolo de control
de pasarelas (gateway control protocol, GCP). Las pasarelas y
los servidores 3G-GSN pueden ser GGSNs y/o
SGSNs.
Surgen problemas cuando un nodo GPRS de segunda
generación (2G-GSN) intenta interactuar con un nodo
UMTS de tercera generación (3G-GSN), porque los
nodos 2G-GSN y los nodos 3G-GSN
soportan tipos de protocolos diferentes. Como se ve en la Fig. 4,
el GTP usado para la comunicación entre nodos 2G-GSN
traspasa tanto datos de usuario como de control, mientras que el
GTP-C empleado para la comunicación entre nodos
3G-GSN traspasa únicamente datos de control, y el
GTP-U empleado para la comunicación entre pasarelas
3G-GSN traspasa únicamente datos de usuario. No
existe protocolo por el que los nodos 2G-GSN puedan
comunicarse con un servidor 3G-GSN o con una
pasarela 3G-GSN. Además, el GTP puede entablar
contacto con un único nodo, mientras que el servidor
3G-GSN y la pasarela 3G-GSN están
colocados en dos nodos diferentes.
En la actualidad, no hay nada previsto que
permita que un nodo 2G-GSN se relacione con un
servidor 3G-GSN o con una pasarela
3G-GSN.
El documento US-5793771 muestra
un sistema y un método para traducción de protocolos. De manera más
específica, este documento tiene que ver con una pasarela dentro de
un entorno de redes de telecomunicaciones para proporcionar una
traducción de protocolos entre CCITT SS7 (un protocolo sin
conexiones) y un protocolo orientado a conexiones, como el NSPP y
el TCP. Para el servicio en el sentido de entrada, la pasarela de
comunicaciones traduce del protocolo que no es SS7 y devuelve una
respuesta que traduce del protocolo que no es SS7 al SS7. La
pasarela de comunicaciones incluye un módulo SS7, que gestiona
múltiples enlaces de señalización por los que se envían las
consultas y respuestas SS7. Este documento forma el preámbulo de la
reivindicación 1.
Por lo tanto, existe una necesidad de una
técnica que permita que los nodos 2G-GSN se
relacionen con servidores 3G-GSN y pasarelas
3G-GSN para permitir el desplazamiento entre redes
GPRS y UMTS.
Por lo tanto, es un objeto de la invención
permitir la interacción de redes diferentes, como las redes GPRS de
segunda generación y las UMTS de tercera generación. Es un objeto
adicional de la invención permitir el desplazamiento de un abonado
entre redes diferentes.
De acuerdo con ejemplos de realización
modélicos, estos y otros objetos se logran mediante un método,
aparato y sistema para establecer una comunicación entre una
primera red, en la que las funciones de control y las funciones de
usuario se combinan en un primer nodo, y una segunda red, en la que
las funciones de usuario se implementan en un segundo nodo y en la
que las funciones de control se implementan en un tercer nodo. Se
determina si los datos recibidos incluyen datos de control. En caso
afirmativo, los datos de control se extraen de los datos y se pasan
al tercer nodo. Los datos de control se usan para la gestión de
recursos. La extracción y paso puede realizarse en el primer,
segundo o tercer nodo o en cualquier lugar intermedio. Si los datos
recibidos no contienen datos de control, se añaden datos de control
al tercer nodo y se pasan al segundo nodo. La primera red puede ser
una red de segunda generación de paquetes de datos, por ejemplo una
red del Servicio Global de Paquetes de Radio (GPRS), y la segunda
red puede ser una red de paquetes de datos de tercera generación,
por ejemplo, una red del Sistema Universal de Telecomunicaciones
Móviles (UMTS).
Las características, objetos y ventajas de la
invención resultarán evidentes leyendo esta descripción en conjunto
con los dibujos adjuntos, en los que números de referencia homólogos
se refieren a elementos semejantes, y en los que:
la Fig. 1 ilustra una red modélica que soporta
comunicaciones conmutadas por circuitos y conmutadas por
paquetes;
la Fig. 2 ilustra una arquitectura modélica de
comunicaciones GPRS de segunda generación;
la Fig. 3 ilustra una arquitectura modélica de
comunicaciones UMTS de tercera generación;
la Fig. 4 ilustra un problema que se da cuando
se intenta establecer una relación entre redes UMTS y GPRS;
las Figuras 5A y 5B ilustran sistemas modélicos
para establecer una comunicación entre una red GPRS de segunda
generación y una red UMTS de tercera generación;
la Fig. 6 ilustra una cabecera de GTP; y
la Fig. 7 ilustra un método para establecer una
comunicación entre una red GPRS de segunda generación y una red UMTS
de tercera generación.
Lo que sigue describe ejemplos de realización
modélicos de métodos y aparatos que permiten que se comuniquen entre
sí redes diferentes. La comunicación se hace posible mediante el
empleo de un separador de protocolos para separar los datos de
usuario de los datos de control.
Las Figuras 5A y 5B ilustran sistemas modélicos
para permitir la comunicación entre una red de segunda generación y
una red de tercera generación.
En la Fig. 5A, se muestra una comunicación en la
dirección procedente del nodo 2G-GSN a la pasarela
3G-GSN, mientras que en la Fig. 5B, se muestra una
comunicación en la dirección procedente de la pasarela
3G-GSN al nodo 2G-GSN.
Haciendo referencia a la Fig. 5A, cuando los
datos de control se transfieren del nodo 2G-GSN a la
pasarela 3G-GSN, un separador de protocolos de GTP
extrae los datos de control procedentes del túnel de GTP y los envía
al servidor 3G-GSN. En la Fig. 5A, el separador de
protocolos está incluido en la pasarela 3G-GSN. La
pasarela 3G-GSN procesa los datos de usuario
procedentes del nodo 2G-GSN como si fuese un
2G-GGSN. El servidor 3G-GSN procesa
los datos de control, y la gestión de recursos se realiza utilizando
un protocolo de control, por ejemplo un protocolo de control de
pasarelas (GCP), en un bucle de control
servidor-pasarela. La gestión de recursos es una
función implementada en un servidor 3G-SGSN que
comprueba que haya recursos suficientes en términos de disco duro y
de espacio de memoria de la CPU (central processing unit,
unidad central de proceso) antes de permitir que un usuario se
conecte al servidor. Si no quedan recursos, al usuario se le
denegará el acceso al servidor. Se observará que pueden usarse
muchas formas de GCP, por ejemplo H.248, XCP, o el Control de
Pasarela de Medios (Media Gateway Control, MEGACO) del Grupo
de Trabajo de Ingeniería de Internet (Internet Engineering Task
Force, IETF).
Para distinguir entre los datos de control y los
datos de usuario en los datos recibidos en la funcionalidad del
separador de protocolos en la pasarela 3G-GSN,
existen dos campos en la cabecera de GTP en cada paquete: un campo
de número de versión, y un campo de tipo de mensaje. El campo de
número de versión puede consistir en los bits
6-8 del octeto 1 de la cabecera de GTP, como se
describe en GSM 09.60, ver. 6.7.0 (que fue citado más arriba y que
se incorpora aquí de forma expresa a modo de referencia). Un valor
de 0 en el campo de número de versión corresponde ventajosamente al
GTP, y pueden usarse otros valores para indicar otras versiones de
GTP, por ejemplo un protocolo en el que los datos de control y los
datos de usuario estén integrados. El campo de tipo de mensaje en
la cabecera del GTP indica si el paquete de GTP es un mensaje de
control o datos de usuario. El campo de tipo de mensaje puede ser
el octeto 2 de la cabecera del GTP y, preferiblemente, tiene un
valor predefinido, por ejemplo 255 (en decimal), para paquetes de
datos, y otros valores indican paquetes de datos de control.
La Fig. 6 es un bosquejo de una cabecera de GTP
que incluye veinte octetos, incluyendo los campos de número de
versión y de tipo de mensaje, recién descritos, y varios campos más,
incluyendo un número de campos de reserva de 1 bit cada uno,
un indicador SNN, una longitud que indica la longitud en octetos del
mensaje GTP, un número de secuencia que es una identidad de
transacción para señalar mensajes, y un número secuencial creciente
para paquetes originales traspasados (o sea, la carga útil pasada
por el túnel del GTP), una etiqueta de flujo que identifica de
forma inequívoca un flujo de GTP, un identificador de túnel
(atunera identifier, TID). Se observará que la Fig. 6
representa únicamente una de muchas configuraciones de cabecera de
GTP que pueden emplearse.
La funcionalidad del separador de protocolos de
GTP, junto con el bucle de control del
servidor-pasarela, permite la comunicación entre
una arquitectura tradicional de red GPRS y una arquitectura de red
UMTS servidor-pasarela. Ventajosamente, todas las
interfaces se atienen a las normas aplicables.
La señalización de control en la dirección
opuesta, o sea, desde la red 3G-GSN a la red
2G-GSN, es más simple, como se ilustra en la Fig.
5B. El servidor 3G-GSN envía mensajes de
GTP-C a la pasarela 3G-GSN, que los
convierte a GTP y los pasa al nodo 2G-GSN. Una
orden en el enlace GTP-C al servidor
3G-GSN procedente desde el separador de GTP, por
ejemplo en la pasarela 3G-GSN, da por resultado una
nueva orden en el enlace de GCP que es devuelta a la pasarela
3G-GSN.
Un evento en la pasarela 3G-GSN,
precipitado, por ejemplo, por un paquete de control de GTP, como en
la Fig. 5B, desencadena una notificación de GCP que ha de enviarse
al servidor 3G-GSN. Acto seguido, el servidor
3G-GSN envía paquetes GTP-C a la
pasarela 3G-GSN, que los convierte en paquetes de
GTP y los pasa al nodo 2G-GSN.
Al implementar el separador de protocolos de GTP
y un bucle de control servidor-pasarela en la
pasarela 3G-GSN, se hace posible la plena
integración con la red GPRS de segunda generación. El separador de
protocolos de GTP puede implementarse en una pasarela
3G-GSN. El tráfico de usuario es procesado dentro de
la puerta del acceso 3G-GSN, y el tráfico de
control se pasa y se recibe del correspondiente servidor
3G-GSN. Por lo tanto, no hacen falta protocolos
adicionales para el servidor. Además, el operador de la red no
requiere equipo adicional para hacer que la red UMTS establezca una
relación con la de GPRS. El convertidor permite que el operador
introduzca el UMTS en una zona limitada sin afectar a los nodos
2G-GSN. Queda habilitada la comunicación entre la
arquitectura de red tradicional y una arquitectura
servidor-pasarela, y se resuelve el problema de la
dirección IP cuando estas arquitecturas entran en comunicación. No
es preciso que los nodos tradicionales combinados
(2G-GSN) se actualicen para que se comuniquen con
nodos servidor-pasarela
(3G-GSN).
La pasarela 3G-GSN actúa como
nodo 2G-SGSN para la comunicación en sentido subida,
o sea, para el tráfico procedente de una pasarela
3G-SGSN a un nodo 2G-SGSN. Sin
embargo, el tráfico en sentido bajada también se posibilita, por
ejemplo, cuando el nodo 2G-GSN es un GGSN GPRS. En
tal caso, para el tráfico de bajada, el GTP sigue yendo a la
pasarela 3G-GSN, pero la pasarela
3G-GSN actúa como un 2G-SGSN.
Aunque se ha descrito con anterioridad que está
situado en la pasarela 3G-GSN, el separador de
protocolos de GTP puede estar ubicado físicamente en una caja o
nodo aparte. En términos de maquinaria, el separador de GTP puede
implementarse en un circuito integrado, como un sistema de puertos
por campos programables (field programmable gate array, FPGA)
u otro circuito integrado específico de aplicación (application
specific integrated circuit, ASIC), montado en una placa de
circuito impreso, que preferiblemente esté en una placa ya existente
de interfaz en el nodo.
La Fig. 7 ilustra un método modélico para
establecer una comunicación entre redes diferentes. El método
comienza en el paso 700, en el que se realiza una determinación de
si los datos recibidos en el separador de protocolos contienen
datos de control mediante la detección de la cabecera del GTP. Si
los datos recibidos contienen datos de control, los datos de control
se separan de los datos recibidos en el paso 710 y se pasan al
servidor 3G-GSN en el paso 720. Acto seguido, el
servidor 3G-GSN transmite órdenes para la gestión de
recursos a la pasarela 3G-GSN por medio del GCP en
los pasos 730-760. Si, en el paso 700, se determina
que los datos recibidos no contienen datos de control, la pasarela
3G-GSN simplemente procesa el paquete y lo pasa en
el paso 770.
Las personas con una destreza ordinaria dentro
de la especialidad se percatarán de que esta invención puede ser
objeto de otros ejemplos de realización en otras formas específicas
sin apartarse de su carácter esencial. Los ejemplos de realización
descritos más arriba deberían considerarse, por lo tanto, en todo
sentido ilustrativos y no restrictivos.
Claims (10)
1. Un método para permitir la
comunicación entre una primera red, en la que las funciones de
control y las funciones de usuario están combinadas en un primer
nodo (2G-GSN), y una segunda red, en la que las
funciones de usuario y las funciones de control están implementadas
por separado en nodos segundo y tercero, respectivamente,
caracterizado porque
el primer nodo (2G-GSN) es un
nodo de soporte del Servicio Global de Paquetes de Radio (GPRS) de
segunda generación,
el segundo nodo (pasarela
3G-GSN) es una pasarela de nodo de soporte GPRS de
tercera generación y
el tercer nodo (servidor 3G-GSN)
es un servidor nodo de soporte GPRS de tercera generación,
proporcionándose además un separador de protocolos GTP (protocolo de
tunelado GPRS), constando el método de los pasos de:
- S
- recibir una comunicación en el separador de protocolos GTP; determinar si la comunicación recibida contiene datos de control (700);
- S
- si la comunicación recibida contiene datos de control, separar los datos de control (710) de la comunicación recibida; y pasar los datos de control al tercer nodo (servidor 3G-GSN) (720).
2. El método de la reivindicación 1, en
el que si la comunicación recibida no contiene datos de control
(770), la comunicación recibida, tratándose de datos de usuario, se
pasa al segundo nodo (pasarela 3G-GSN).
3. El método, en conformidad con la
reivindicación 1, en el que los datos de control pasados al tercer
nodo (servidor 3G-GSN) para su tratamiento y la
gestión de recursos (730-750) conllevan la
utilización de un protocolo de control de pasarelas (GCP).
4. El método de la reivindicación 1, en
el que se realiza una determinación (700) de si los datos recibidos
del primer nodo (2G-GSN) en el separador de
protocolos contienen datos de control detectando la cabecera del GTP
(protocolo de tunelado GPRS).
5. El método de la reivindicación 1, en
el que el separador de protocolos se ubique en el segundo nodo
(pasarela 3G-GSN).
6. El método de la reivindicación 1, en
el que el separador de protocolos se ubique en un nodo aparte.
7. El método de la reivindicación 1, en
el que la primera red sea una red del Servicio Global de Paquetes de
Radio (GPRS) de segunda generación, y la segunda red sea una red del
Sistema Universal de Telecomunicaciones Móviles (UMTS) de tercera
generación.
8. El método de la reivindicación 7, en
el que cuando los datos de control se transfieran del primer nodo
(2G-GSN) al segundo nodo (servidor
3G-GSN), el separador de GTP (protocolo de tunelado
GPRS) extraiga los datos de control del túnel GTP y los envíe al
tercer nodo (servidor 3G-GSN).
9. El método de la reivindicación 3 y de
la 7, en el que, a la hora de enviar señales de la segunda red a la
primera red, se envíe una notificación GCP al tercer nodo (servidor
3G-GSN), el tercer nodo (servidor
3G-GSN) envíe mensajes de GTP-C
(protocolo de control de tunelado GPRS) al segundo nodo (pasarela
3G-GSN), que convierte los mensajes a GTP (protocolo
de tunelado GPRS) y pasa los mensajes al primer nodo
(2G-GSN).
10. El método de la reivindicación 1, en
el que el primer nodo sea un Nodo GPRS de Soporte a Servidores
(SGSN) o un Nodo GPRS de Soporte a Pasarelas (GGSN).
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