DE69925453T2

DE69925453T2 - Mobiles IP ohne Einkapselung

Info

Publication number: DE69925453T2
Application number: DE69925453T
Authority: DE
Inventors: Xiaobao Swindon Chen; Andrea Swidon Paparella; Ioannis Chippenham Kriaras
Original assignee: Lucent Technologies Inc
Current assignee: Nokia of America Corp
Priority date: 1999-02-26
Filing date: 1999-02-26
Publication date: 2006-05-11
Anticipated expiration: 2019-02-27
Also published as: AU731290B2; JP3545986B2; AU1847900A; DE69925453D1; EP1032178A1; BR0000376A; CA2298271A1; KR100355752B1; EP1032178B1; CN1264977A; ES2243032T3; US6842456B1; KR20000076718A; JP2000253068A

Description

Erfindungsgebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft dem Internet-Protokoll entsprechende und zwischen Host-Endgeräten in Netzen gesendete Pakete und insbesondere die Aufrechterhaltung der Netzkonnektivität zwischen den Host-Endgeräten, wenn sich ein Host-Endgerät von einem Netz in ein anderes bewegt.
Stand der Technik
Gegenwärtige IP-Technologie (Internet Protokoll) und Mobilfunk-IP-Technologie ermöglicht einem Host-Endgerät oder Host-Knoten, der normalerweise in einem bestimmten Netz angeschlossen ist (dem 'Heimat'-Netz des Knotens), um sich zeitweilig in ein unterschiedliches Netz (ein 'Fremd'-Netz) einzuschalten und immer noch an das Host-Endgerät auf seiner Adresse im Heimatnetz gesendete IP-Pakete oder -Nachrichten zu empfangen. Ein solches Host-Endgerät, das seinen Netzanschlußpunkt ändert, ist als ein Mobilfunkknoten bekannt. Um noch IP-Pakete im Fremdnetz zu empfangen muß sich der Mobilfunkknoten bei einem sogenannten 'Heimatagenten' in seinem Heimatnetz anmelden. Durch Registrieren bei seinem Heimatagenten stellt der Mobilfunkknoten dem Heimatagenten eine 'Gastadresse' zur Verfügung, wo er im Fremdnetz adressiert werden kann. Der Heimatagent überwacht dann den Verkehr im Heimatnetz und wenn der Heimatagent ein IP-Paket identifiziert, das eine der Heimatadresse des Mobilfunkknotens im Heimatnetz entsprechende Zieladresse führt, fängt er das IP-Paket ab. Vom Heimatagenten wird dann das IP-Paket 'neu verpackt' und zum Knoten einer Gastadresse im Fremdnetz gesendet.
Die Gastadresse kann eine ortsgleiche Gastadresse oder eine Gastadresse eines Fremdagenten sein.
Das Verfahren zum Leiten eines für eine Adresse im Heimatnetz bestimmten IP-Pakets zu einer Gastadresse im Fremdnetz ist bei Mobilfunk-IP als 'Tunneln' bekannt. Beim Tunneln des IP-Pakets zu der Gastadresse ist es wichtig, daß gewisse Informationen betreffs des ursprünglichen IP-Pakets im neuverpackten IP-Paket beibehalten werden. Beispielsweise muß der Mobilfunkknoten an der Gastadresse gleichzeitig mit der Aufrechterhaltung der ursprünglichen Nutzlast (bzw. des Informationsteils) des IP-Pakets noch in der Lage sein im neuverpackten IP-Paket die Ursprungsadresse zu erkennen, von der aus das IP-Paket ursprünglich gesendet wurde, und die Heimatadresse des Mobilfunkknotens im Heimatnetz.
Bei einem im Mobilfunk-IP bekannten Verfahren zum Tunneln eines IP-Pakets zu einer Gastadresse eines Mobilfunkknotens, wird das ursprüngliche IP-Paket als die IP-Paketnutzlast in ein neues IP-Paket eingekapselt. Das heißt das ursprüngliche IP-Paket wird ohne jede Änderung seines Inhalts als die Nutzlast (bzw. der Informationsteil) des neuen IP-Pakets aufgenommen. Die Gastadresse wird dem neuen IP-Paket als die neue Zieladresse hinzugefügt und die Ursprungsadresse des neuen IP-Pakets wird als der Heimatagent identifiziert. Bei Empfang entfernt der Mobilfunkknoten an der Gastadresse die 'Verpackung' des neuen IP-Pakets, um das ursprüngliche IP-Paket wiederzugewinnen.
Dieses Verfahren leidet an einer Anzahl von Nachteilen. Ein Nachteil besteht darin, daß das neuverpackte IP-Paket länger als das ursprüngliche IP-Paket ist. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß das neuverpackte IP-Paket die Unterstützung von Dienstgütevorkehrungen entsprechend bestehender IP-Dienstgütestandards nicht erleichtert.
Jedem IP-Paket sind Flußidentifikationsinformationen zugeordnet und im IP-Paket enthalten, die die mit der IP-Paketübertragung verbundene Dienstgüte kennzeichnen. Diese Flußidentifikationsinformationen sind an festen Stellen im IP-Paket vorhanden, wo sie von QoS-fähigen (quality of service – Dienstgüte) Leitweglenkungs-/Vermittlungselementen lokalisiert werden können, die in Abhängigkeit davon arbeiten können. Bei dem Tunnelungsverfahren mit Einkapselung stehen jedoch die im IP-Paket vom Urheber des IP-Pakets eingeschlossenen Flußidentifikationsinformationen zwischen dem Heimatagenten und der Gastadresse nicht zur Verfügung.
Das Grundproblem bei diesem Einkapselungsverfahren bei herkömmlichem Mobilfunk-IP (von denen eines als IP-in-IP-Einkapselung bekannt ist) besteht darin, daß es die wirkliche Ursprungsadresse (d.h. die Adresse des Korrespondenzknotens) und die wirkliche Zieladresse (d.h. die Heimatadresse des Mobilfunkknotens) wie auch die Protokoll-ID in den IP-Paketen vom Heimatagenten zum Mobilfunkknoten fernhält. Zusätzlich wird durch Einkapselungs-Mobilfunk-IP auch die Nutzlast-Infrastruktur geändert (der ursprüngliche IP-Kopfteil wird zu einem Teil der Nutzlast) und die Flußunterscheidung schlägt fehl, wenn Router nicht dementsprechend geändert werden, damit sie die Modifikationen oder Änderungen erkennen können. Änderungen oder selbst leichte Modifikationen von Routern, erfordern häufig einen großen Aufwand an Umkonstruktion und Austausch aller bestehenden Router. Dadurch wird die Steuerung und Verwaltung der Netze viel komplizierter. Auch können dadurch viele Probleme hinsichtlich Sicherheitskontrolle und Interoperabilität verursacht werden.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Tunnelungsverfahren bereitzustellen, bei dem die in dem von der Quelle übertragenen ursprünglichen IP-Paket enthaltenen Flußidentifikationsinformationen während der gesamten Wegeleitung des IP-Pakets zu der Gastadresse des Mobilfunkknotens verfügbar sein können.
Eine Arbeit von Perkins C. E. mit dem Titel „Mobile IP" (Mobilfunk-IP) IEEE Communications Magazine, Band 35, Nr. 5, 1. Mai 1997 (1997-05-01), Seiten 84–86, 91–99, XP000657114 ISSN: 0163-6804 und eine Arbeit von Singh R et al. mit dem Titel „RAT: a quick (and dirty?) push for mobility support" (RAT: ein schneller (und schmutziger?) Vorstoß für Mobilitätsunterstützung), Proceedings WMCSA'99, Second IEEE Workshop on Mobile Computing Systems and Applications, Proceedings of WMCSA99: 2^nd IEEE Workshop on Mobile Computing Systems and Applications, New Orleans, LA, USA, 25.–26. Februar 1999, Seiten 32–40, XP002115363 1999, Los Alamitos, CA, USA, IEEE Comput. Soc., USA ISBN: 0-7695-0025-0 bieten Hintergrundmaterial und beziehen sich auf Mobilfunk-IP.
Aus der oben erwähnten Arbeit von Perkins ist es bekannt, ein Verfahren zum Leiten eines IP-Pakets (Internet Protocoll) zu einem Mobilfunkknoten bereitzustellen, wobei der Mobilfunkknoten eine Heimatadresse in einem Heimatnetz aufweist und zeitweilig in einem Fremdnetz mit einem Fremdagenten anschließbar ist, wobei das IP-Paket einen Kopfteil mit der Zieladresse aufweist, zu der das IP-Paket zu senden ist, mit dem Schritt des Empfangens im Heimatnetz des IP-Pakets mit einer Zieladresse entsprechend der Heimatadresse des Mobilfunkknotens.
Kurze Beschreibung der Erfindung
Gegenüber der Offenbarung der oben erwähnten Arbeit von Perkins ist die vorliegende Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren die Schritte des Abänderns des IP-Pakets durch Entfernen der Heimatadresse des Mobilfunkknotens aus dem Kopfteil des IP-Pakets und Ersetzen derselben durch die Fremdagenten-Gastadresse und Anhängen einer Mobilfunkknotenkennung an das IP-Paket und Übertragen des abgeänderten IP-Pakets umfaßt.
So bietet die Erfindung ein neues vorteilhaftes Verfahren von Nichteinkapselungs-Mobilfunk-IP (NEMIP – non-encapsulation mobile IP) zum Tunneln von IP-Paketen entsprechend bestehender Mobilfunk-IP-Standards.
Durch das Verfahren werden die notwendigen Leitweginformationen aufrechterhalten, damit an einen Mobilfunkknoten an einem Heimatnetz adressierte IP-Pakete zu der gegenwärtigen Gastadresse des Mobilfunkknotens in einem Fremdnetz weitergeleitet werden können, aber zur gleichen Zeit die vom Urheber des IP-Pakets angeforderten Flußidentifikationen für alle Leitwegvermittlungen zwischen dem Heimatnetz und dem Fremdnetz wie auch zwischen dem (als Korrespondenzknoten bekannten) Urheber und dem Heimatnetz sichtbar gehalten.
Vorteilhafterweise ermöglicht die vorliegende Erfindung die Identifikation der Flußidentifikationsinformationen, ohne daß irgendwelche Änderungen an den Leitwegvermittlungen durchgeführt werden müssen. Die Nichteinkapselungs-Mobilfunk-IP-Pakete können von standardmäßigen Leitwegvermittlungen geleitet werden.
Vorteilhafterweise wird durch die vorliegende Erfindung ein Tunnelverfahren bereitgestellt, bei dem die Einfachheit des Kopfteils des ursprünglichen IP-Pakets aufrechterhalten wird und die Länge des neuen IP-Pakets minimiert wird. Dies steht in positivem Gegensatz zu Verfahren des Standes der Technik, wo die Länge des IP-Pakets bedeutend vergrößert wird. So bietet die Erfindung einen einfacheren und kürzeren (halben) Verarbeitungsaufwand als herkömmliche Verfahren. Sie ist daher besser für die Verbindung über eine Funkstrecke in einem zellularen/drahtlosen Netz geeignet.
Durch das Nichteinkapselungs-Mobilfunk-IP-Verfahren der vorliegenden Erfindung wird auch der Übertragungswirkungsgrad erhöht. Dies ist von besonderer Bedeutung bei Echtzeit-Multimediaanwendungen wie beispielsweise Ton und Video, die gewöhnlicherweise kurze aber schnelle Datenpakete aufweisen. Es werden dadurch die Besorgnisse betreffs der Verwendung von Mobilfunk-IP zum Unterstützen von drahtlosen/mobilen Multimediadiensten drastisch vermindert.
Darüber hinaus läßt sich das erfindungsgemäße Nichteinkapselungs-Mobilfunk-IP aufgrund der einfacherern und unkomplizierteren IP-Pakettunnelung leichter als standardmäßige Verkapselungsverfahren von IPv4 auf IPv6 anpassen, um Dienstgüte (QoS – quality of service) zu unterstützen.
Das Verfahren nach Anspruch 1 umfaßt weiterhin vorzugsweise den Schritt des Zuteilens einer einmaligen Mobilfunkknotenkennung zu jedem Mobilfunkknoten im Fremdnetz. Der Schritt des Zuteilens der einmaligen Mobilfunkknotenkennung kann durch den Fremdagenten ausgeführt werden. Das Verfahren kann weiterhin den Schritt des Benachrichtigens des Heimatnetzes über die dem Mobilfunkknoten im Fremdnetz zugeteilte einmalige Mobilfunkknotenkennung umfassen.
Das Verfahren kann weiterhin den Schritt des Speicherns der Heimatadresse des Mobilfunkknotens mit der Mobilfunkknotenkennung im Fremdnetz umfassen.
Das Verfahren kann weiterhin den Schritt des Empfangens des abgeänderten IP-Pakets in dem Fremdagenten und Abändern des IP-Pakets durch Entfernen der Adresse des Fremdagenten aus dem Kopfteil des IP-Pakets und Ersetzen desselben durch die Heimatadresse des Mobilfunkknotens; Weiterleiten des IP-Paktes zum Mobilfunkknoten in dem Fremdnetz umfassen.
Das Verfahren kann weiterhin den Schritt des Vergleichens der einmaligen Mobilfunkknotenkennung des empfangenen abgeänderten IP-Pakets mit der gespeicherten Mobilfunkknotenkennung umfassen, wobei die Schritte des Entfernens und Weiterleitens als Reaktion auf eine Übereinstimmung ausgeführt werden.
Eine Mehrzahl von Mobilfunkknoten können zeitweilig im Fremdnetz angeschlossen sein, wobei eine Mehrzahl von Mobilfunkknotenkennungen in der Heimatadresse des Mobilfunkknotens gespeichert sind.
Das Verfahren kann weiterhin den Schritt des Speicherns der Heimatadresse des Mobilfunkknotens mit der zeitweiligen Adresse des Mobilfunkknotens in dem Heimatnetz umfassen, wobei der Schritt des Empfangens des IP-Pakets weiterhin das Vergleichen der Zieladresse mit der gespeicherten Heimatadresse umfaßt. Eine Mehrzahl von Heimatadressen kann zusammen mit einer entsprechenden Mehrzahl von zeitweiligen Adressen gespeichert sein.
Der Kopfteil des IP-Pakets kann weiterhin die Ursprungsadresse umfassen, von der aus das IP-Paket ursprünglich gesendet wurde.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird auch ein mobiles IP-System mit einem Heimatnetz, einem Fremdnetz und einem Mobilfunkknoten bereitgestellt, der eine Heimatadresse in dem Heimatnetz aufweist und zeitweilig in dem Fremdnetz mit einem Fremdagenten anschließbar ist, wobei das Heimatnetz des Mobilfunkknotens einen Heimatagenten zum Empfangen eines IP-Pakets mit einer Zieladresse entsprechend der Heimatadresse des Mobilfunkknotens aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß als Reaktion auf ein solches IP-Paket das IP-Paket durch folgende Schritte abgeändert werden kann: Entfernen der Heimatadresse des Mobilfunkknotens aus dem IP-Paket und Ersetzen derselben durch die Gastadresse des Fremdagenten; und Anhängen einer einmaligen Mobilfunkknotenkennung an das IP-Paket.
Der Fremdagent kann Mittel zum Speichern der einmaligen Mobilfunkknotenkennung mit der Heimatadresse des Mobilfunkknotens umfassen.
Der Heimatagent enthält Mittel zum Speichern der einmaligen Mobilfunkknotenkennung mit der Heimatadresse des Mobilfunkknotens und der Gastadresse des Fremdagenten.
Der Fremdagent kann die einmalige Mobilfunkknotenkennung dem Mobilfunkknoten zuteilen.
Kurze Beschreibung der Figuren
1 zeigt einen Netzaufbau mit einem Heimatnetz, einem Korrespondenznetz und einem Fremdnetz;
2(a) bis 2(c) zeigen das Standardformat eines IP-Pakets;
3 zeigt schematisch einen Speicher eines Heimatagenten des Heimatnetzes;
4(a) zeigt ein durch das Korrespondenznetz aufgebautes IP-Paket zur Übertragung zu einem Mobilfunkknoten im Heimatnetz und
4(b) zeigt die Modifikation dieses IP-Pakets zur Umleitung desselben zum Fremdnetz gemäß dem Stand der Technik;
5(a) zeigt ein vom Korrespondenzknoten aufgebautes IP-Paket zur Übertragung zu einem Mobilknoten im Heimatnetz und
5(b) zeigt die Modifikation dieses IP-Pakets zur Umleitung derselben zum Fremdnetz gemäß einer beschriebenen Ausführungsform;
6 zeigt den Netzaufbau der 1, in dem das Fremdnetz einen Fremdagenten enthält;
7(a) zeigt ein durch den Korrespondenzknoten aufgebautes IP-Paket zur Übertragung zu einem Mobilfunkknoten im Heimatnetz, und
7(b) zeigt die Modifikation dieses IP-Pakets zur Umleitung derselben zum Fremdnetz gemäß der vorliegenden Erfindung, wenn das Fremdnetz einen Fremdagenten enthält;
8 zeigt schematisch einen Speicher des Fremdagenten der 6; und
9 zeigt schematisch einen modifizierten Speicher des Heimatagenten der 6.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Bezugnehmend auf 1 ist dort ein typischer Netzaufbau dargestellt. Ein Mobilfunkknoten MN 8, zu dem ein IP-Paket gesendet werden soll, befindet sich normalerweise in einem Heimatnetz 2. Der Mobilfunkknoten MN 8 befindet sich normalerweise an einer bestimmten Adresse im Heimatnetz 2. Diese Adresse ist nicht unbedingt eine statische IP-Adresse: der Mobilfunkknoten kann sich an einer beliebigen physikalischen Stelle im Netz befinden, aber eine bestimmte IP-Adresse ist mit dem Mobilfunkknoten selbst (anstatt dem physikalischen Anschlußpunkt) verbunden. Das Heimatnetz kann physikalisch die Umgebung eines kleinen Büros oder eine Anzahl von Ländern überspannen.
Der Mobilfunkknoten MN 8 kann mit dem Heimatnetz 2 durch ein drahtloses LAN, eine Infrarotstrecke, eine drahtlose Telefonstrecke oder über eine direkte Ethernet- oder Tokenring-Netzverbindung verbunden sein. Der Begriff Mobilfunkknoten bedeutet nicht, daß der Knoten über eine drahtlose Strecke mit dem Netz verbunden ist: statt dessen bedeutet er, daß sich der Mobilfunkknoten außerhalb des Heimatnetzes 2 in ein Fremdnetz wie beispielsweise das Fremdnetz 6 der 1 bewegen kann, wie ausführlicher hiernach besprochen wird.
Auch zeigt die Anordnung von der 1 ein Korrespondenznetz 4 mit einem Korrespondenzknoten CN 10. Für Darstellungszwecke der vorliegenden Erfindung wird angenommen, daß der Korrespondenzknoten CN 10 des Korrespondenznetzes ein IP-Paket zum Mobilfunkknoten 8 des Heimatnetzes 2 sendet. Der Korrespondenzknoten kann sich auch in einem Fremdnetz befinden, das heißt einem vom Heimatnetz 2 unabhängigen und unterschiedlichen Netz. Der Begriff Fremdnetz ist jedoch dafür reserviert, sich auf ein Netz zu beziehen, das als Host für einen Mobilfunkknoten dient, der normalerweise in einem anderen Netz (seinem Heimatnetz) resident ist. Für die Zwecke des vorliegenden beispielhaften Beispiels hat sich der Mobilfunkknoten 8 des Heimatnetzes 2 in das Fremdnetz 6 bewegt. So wird der Mobilfunkknoten MN 8 im Heimatnetz 2 gestrichelt dargestellt, um anzuzeigen, daß er normalerweise hier gegenwärtig ist und wird im Fremdnetz FN 6 durchgezogen dargestellt, um anzuzeigen, daß er zeitweilig im Fremdnetz 6 gegenwärtig ist.
Die Begriffe Korrespondenzknoten und Korrespondenznetz sind dafür reserviert, Kommunikationspartner des Mobilfunkknotens 8 zu beschreiben. Ein Korrespondenzknoten ist ein Knoten (der ein anderer Mobilfunkknoten sein kann), mit dem ein Mobilfunkknoten gegenwärtig kommuniziert: entweder ein IP-Paket empfängt oder ein IP-Paket überträgt. Mit dem Begriff Korrespondenznetz wird auf das Netz Bezug genommen mit dem der Korrespondenzknoten verbunden ist. Es versteht sich, daß der Mobilfunkknoten mit einem Korrespondenzknoten in seinem eigenen Heimatnetz kommunizieren kann und das Korrespondenznetz daher das Heimatnetz selbst sein kann.
Wie aus 1 ersichtlich und wie weiter hiernach besprochen wird, enthält das Heimatnetz 2 weiterhin einen Heimatagenten 12.
Es wird nunmehr ein kurzes Beispiel der 'normalen' Kommunikation zwischen dem Korrespondenzknoten CN 10 und dem Mobilfunkknoten MN gegeben, wenn der Mobilfunkknoten MN normalerweise im Heimatnetz resident ist. Bezugnehmend auf 2(a) ist dort der allgemeine Aufbau des vom Korrespondenzknoten CN 10 zum Mobilfunkknoten MN 8 gesendeten IP-Pakets 14 dargestellt.
Ein zwischen Netzen übertragenes und allgemein mit der Bezugsziffer 14 bezeichnetes und in der 2(a) dargestelltes IP-Paket umfaßt einen IP-Kopfteil 30 und eine IP-Nutzlast 22. Die IP-Nutzlast 22 ist der Informationsteil des an den Mobilfunkknoten 8 abzuliefernden IP-Pakets. Die Teile des IP-Pakets, die für die gegenwärtige Besprechung relevant sind, sind in 2(b) und 2(c) dargestellt. Der in 2(b) dargestellte IP-Kopf 30 enthält einen Ursprungsadressenteil 16, einen Zieladressenteil 18 und einen Protokoll-ID-Teil 20. Der IP-Kopfteil 30 enthält andere Felder, die in der 2(b) nicht dargestellt sind, da sie für die gegenwärtige Erläuterung nicht relevant sind.
Bezugnehmend auf 2(c) enthält die IP-Nutzlast 32 eine Ursprungsanschlußnummer 34 und eine Zielanschlußnummer 36. Die IP-Nutzlast enthält wiederum andere Felder, die für die Zwecke der gegenwärtigen Erläuterung nicht relevant sind.
Die Ursprungsadresse 16 ist die IP-Adresse des Host-Endgeräts (Korrespondenzknoten), von dem aus das IP-Paket gesendet wird, und die Zieladresse 18 ist die IP-Adresse des Host-Endgeräts (Mobilfunkknoten), zu dem das IP-Paket gesendet werden soll. Die Ursprungsanschlußnummer 34 ist die von einer Anwendung an dem mit dem IP-Paket 14 verbundenen Korrespondenzknoten 10 benutzte Anschlußnummer. Die Zielanschlußnummer ist die Anschlußnummer, die von einer Anwendung des Mobilfunkknotens 8 benutzt wird, zu dem das IP-Paket gesendet wird. Zusätzlich zu anderen Verwendungen ist die Protokoll-ID 20 eine der Anzeigen der bei der Übertragung des IP-Pakets von den Ursprungsanwendungen zu den Zielanwendungen zu unterstützenden Dienstgüte. Ein Fachmann wird erkennen, daß die Ziel- und Ursprungsadressen durch Leitwegvermittlungen zwischen dem Korrespondenzknoten und dem Mobilfunkknoten im Heimatnetz benutzt werden, um das IP-Paket zu seinem Ziel zu leiten.
Wenn die Router oder Leitwegvermittlungen Dienstgüte (QoS – quality of service) unterstützen wird bei einigen QoS-Kontrollvorkehrungen wie beispielsweise RSVP und Intserve die Protokoll-ID 20 zusammen mit den Ursprungs- und Zieladressen 16 und 18 zuzüglich der Kommunikationsanschlußnummern von Endanwendungen (d.h. der Ursprungsanschlußnummer 34 und der Zielanschlußnummer 36) zum Differenzieren von Flüssen und zur Auferlegung der notwendigen QoS-Kontrolle benutzt.
Die den Datenverkehrsflüssen an den Zwischenroutern auferlegte QoS-Kontrolle ist systemabhängig. Beispielsweise kann sie die sogenannte WFQ (Weighted Fair Queuing) oder CBQ (Classed Based Queuing) sein. Sie sind nicht standard- und herstellerspezifisch sondern gewöhnlich unabhängig von der Protokoll-ID des eigentlichen Benutzers.
Der Standard IntSer/RSVP des IETF ist für die Bereitstellung einer QoS-Spezifikation und eines Zeichengabemechanismus aber nicht eines QoS-Kontrollmechanismus definiert. IntServe/RSVP ist unabhängig von den eigentlichen QoS-Kontrollmechanismen wie beispielsweise WFQ, CBQ usw.
Der Zustand, auf Grundlage dessen QoS-Kontrolle durchgeführt wird, wird in den Leitwegvermittlungen vor der Datenübertragung mittels des spezifischen Dienstgüte-Zeichengabeprotokolls, z.B. RSVP, aufgesetzt.
Es wird nunmehr ein bekannter Weg zum Leiten eines IP-Pakets von dem Korrespondenzknoten zu dem Mobilfunkknoten MN 8, wenn er sich an eine Stelle im Fremdnetz bewegt hat beschrieben. Wenn sich der Mobilfunkknoten MN 8 in ein Fremdnetz bewegt muß er sich bei dem Heimatagenten HA 12 des Heimatnetzes anmelden, um weiterhin seine IP-Pakete zu empfangen, wenn er im Fremdnetz resident ist. Dies kann dadurch erreicht werden, daß der Mobilfunkknoten eine Registrierungsnachricht zum Heimatagenten HA 12 sendet, nachdem er eine Position im Fremdnetz eingenommen hat. Man kann davon ausgehen, dass ein Mobilfunkknoten Position im Fremdnetz eingenommen hat, sobald er sich an das Fremdnetz angeschlossen hat und ihm eine Gastadresse zugeteilt worden ist.
Bezugnehmend auf die 3 enthält der Heimatagent HA 12 einen allgemein mit der Bezugsziffer 24 bezeichneten Speicher bzw. Nachschlagetabelle. In einer Spalte des Speichers speichert der Heimatagent HA 12 die Adressen der normalerweise im Heimatnetz befindlichen Mobilfunkknoten, die sich beim Heimatagenten als zeitweilig in einem Fremdnetz resident angemeldet haben. In einer weiteren Spalte 28 des Speichers 24 speichert der Heimatagent die Gastadresse, zu der sich der Mobilfunkknoten im Fremdnetz bewegt hat, wie auch andere zugehörige Zustände wie beispielsweise SPI (Security Parameter Index – Sicherheitsparameterindex).
Das Verfahren, mit dem der Heimatagent die gegenwärtige Gastadresse des Mobilknotens und seine Heimatadresse (d.h. die Mobilfunkknotenadresse im Heimatnetz) aufzeichnet, ist gewöhnlich implementierungsabhängig. Durch die vorliegende Erfindung werden unterschiedliche Ansätze zum Erreichen der Standortkenntnis eines Mobilfunkknotens am Heimatagenten nicht ausgeschlossen.
Es wird nunmehr die Funktionsweise des Heimatagenten beim Leiten des IP-Pakets von dem Korrespondenzknoten zum Mobilfunkknoten im Fremdnetz gemäß einem gegenwärtig bekannten Verfahren beschrieben.
Vom Korrespondenzknoten CN 10 wird ein IP-Paket mit einem identischen Format wie dem in 2(a) gezeigten aufgebaut. Das so aufgebaute IP-Paket vom Korrespondenzknoten ist durch das IP-Paket 50 in der 4(a) dargestellt, und enthält eine Ursprungsadresse 60, die die Korrespondenzknotenadresse identifiziert, eine Zieladresse 62, die die Heimatadresse des Mobilfunkknotens im Heimatnetz identifiziert, und eine nominell als Protokoll 'A' bezeichnete Protokoll-ID 66.
In dem in der 1 gezeigten Beispiel wird dem Mobilfunkknoten 8, nachdem er sich in das Fremdnetz 6 bewegt hat, eine eigene einmalige Gastadresse zugewiesen und er wird direkt beim Heimatagenten 12 im Heimatnetz angemeldet. Dies ist als CO-COA-Arbeitsmodus (co-located care-of address – ortsgleiche Gastadresse) bekannt. Hiernach wird unter Bezugnahme auf 6 ein alternativer Arbeitsmodus beschrieben, der als FA-COA (foreign agent care-of address – Fremdagenten-Gastadresse) bekannt ist. Die Art und Weise auf die sich der Mobilfunkknoten beim Heimatagenten anmelden kann, ist im Mobilfunk-IP wohlbekannt und ist für die vorliegende Erfindung nicht relevant und wird deshalb hier nicht besprochen.
Das durch den Korrespondenzknoten aufgebaute IP-Paket ist identisch, ganz gleich ob der Mobilfunkknoten in seinem Heimatnetz 2 oder im Fremdnetz 6 positioniert ist, da der Korrespondenzknoten keine Kenntnis über die Bewegung des Mobilfunkknotens besitzen muß. Mobilfunk-IP mit Leitwegoptimierung erfordert, daß der Korrespondenzknoten den aktuellen Standort des Mobilfunkknotens kennt.
Nachdem sich der Mobilfunkknoten unter Verwendung seiner gegenwärtigen Gastadresse bei einem Heimatagenten anmeldet, wird der Heimatagent annehmen, daß sich ein Mobilfunkknoten in einem Fremdnetz befindet und beginnen, die für die Heimatadresse dieses Mobilfunkknotens bestimmten IP-Pakete 50 abzufangen und diese IP-Pakete zu der gegenwärtigen Gastadresse des Mobilfunkknotens zu tunneln.
Der Heimatagent überwacht alle in das Heimatnetz kommenden IP-Pakete, um zu sehen, ob die Zieladresse im Heimatnetz (der Teil 62 der IP-Kopfteilfelder 52) mit einer der in Spalte 26 des Speichers 24 des Heimatagenten gespeicherten Heimatadressen des Mobilfunkknotens übereinstimmt.
Wenn eine Übereinstimmung erkannt wird erstellt der Heimatagent ein neues IP-Paket, das in 4(b) dargestellt ist. Das ursprüngliche IP-Paket vom Korrespondenzknoten einschließlich der Zieladresse, Ursprungsadresse, Protokoll-ID und anderen IP-Kopfteilfeldern und Nutzlast wird dazu benutzt, einen Teil der Nutzlast des neuen IP-Pakets zu bilden. Das heißt, das ursprüngliche IP-Paket wird überhaupt nicht vom Heimatagenten verarbeitet sondern einfach vollständig unverändert als Nutzlast 32 des neuen IP-Pakets 30 aufgenommen.
Dann fügt der Heimatagent dem neuen IP-Paket 30 eine Zieladresse 36, Ursprungsadresse 38 und Protokoll-ID 40 hinzu.
Die Zieladresse 36 ist die Adresse im Fremdnetz, wohin das IP-Paket gesendet werden soll, das heißt die Gastadresse des Mobilfunkknotens MN 8. Die Ursprungsadresse 38 ist die Adresse des Heimatagenten, von dem aus das neue IP-Paket 30 gesendet wird, das heißt des Heimatagenten.
Die Heimatagenten-Protokoll-ID ist die vom Heimatagenten selbst bestimmte Protokoll-ID. Vom Heimatagenten wird stets die gleiche Protokoll-ID am neuen IP-Paket angebracht, ungeachtet der vom Korrespondenzknoten im ursprünglichen IP-Paket eingeschlossenen Protokoll-ID 20, da der Heimatagent sich nicht die Protokoll-ID 20 des ursprünglichen IP-Pakets 14 anschaut. Die Protokoll-ID 40 wird nominell als Protokoll 'X' bezeichnet. Bei der herkömmlichen IP-in-IP-Einkapselung im IP-Mobilfunk wird die Protokoll-ID stets vom Heimatagenten auf „1" geändert. So sind die „wirklichen" Ursprungs- und Zieladressen (60 bzw. 62 der 4(a)) in die Nutzlast des neuen IP-Pakets verlegt worden und die anderen notwendigen Flußidentifikationsinformationen wie beispielsweise Ursprungs- und Zielanschlußnummern in der ursprünglichen IP-Nutzlast sind ebenfalls in der Nutzlast des neuen IP-Pakets verpackt worden.
So ist die ursprüngliche Identität eines Flusses von Korrespondenzknoten zum Mobilfunkknoten verloren gegangen und Dienstgüte versagt, wenn das IP-Paket vom Heimatagenten zum Fremdnetz geleitet wird.
Das IP-Paket 30 wird dann vom Heimatagenten gesendet und so geleitet, daß es bei der Gastadresse des Mobilfunkknotens im Fremdnetz ankommt. Sobald das IP-Paket 30 an der Gastadresse ankommt werden die Außenschichten des neuen IP-Pakets 30 vom Mobilfunkknoten abgestreift, um das ursprüngliche IP-Paket 50 freizulegen.
Man kann daher erkennen, daß bei dieser bekannten Anordnung die erforderlichen Flußidentifikationsinformationen einschließlich der Protokoll-ID im ursprünglichen IP-Paket vom Heimatagenten verdeckt werden und daher für die Leitwegvermittlungen (bzw. IP-Router) für die QoS-Bereitstellung zwischen dem Heimatagenten und der Gastadresse der Mobilfunkknoten unerkennbar werden.
Es wird nunmehr die Leitweglenkung eines IP-Pakets vom Korrespondenzknoten zur Gastadresse des Mobilfunkknotens gemäß einer alternativen bevorzugten Implementierung beschrieben. Bei dem Verfahren gemäß dieser alternativen bevorzugten Implementierung bleiben die Flußidentifikations- und Differenzierungsinformationen wie beispielsweise die ursprüngliche Ursprungsadresse, die ursprüngliche Ursprungs- und Zielanspruchsnummer und die Ursprungs-Protokoll-ID, die vom Korrespondenzknoten in das ursprüngliche IP-Paket gelegt worden sind, unverändert und stehen daher vorteilhafterweise für alle Leitwegvermittlungen zwischen dem Korrespondenzknoten und der Gastadresse des Mobilfunkknotens zur Verfügung.
Vom Korrespondenzknoten wird das IP-Paket 50 genau wie zuvor in 5(a) gezeigt aufgebaut. Bei Ankunft im Heimatnetz bestimmt der Heimatagent 12, ob der Mobilfunkknoten, an den das IP-Paket adressiert ist, als in ein Fremdnetz gezogen registriert worden ist, indem er den Inhalt seines Speichers 24 wie zuvor überprüft. Bei Erkennung der Zieladresse in seiner Speicherspalte 26 wird das IP-Paket vom Heimatagenten abgefangen.
Bei dieser Implementierung wird das IP-Paket 14 vom Heimatagenten HA angepaßt, indem er die Zieladresse 62 des Mobilfunkknotens 8 im Heimatnetz 2 entfernt und durch die Zieladresse (d.h. die Gastadresse) des Mobilfunkknotens MN 8 im Fremdnetz 6 ersetzt. Das neue IP-Paket 42 umfaßt daher die Nutzlast 63 des ursprünglichen IP-Pakets 50, die Ursprungadresse 60 des ursprünglichen IP-Pakets 50 und die Ursprungs-Protokoll-ID 66 des ursprünglichen IP-Pakets 50. Die Zieladresse 62 des ursprünglichen IP-Pakets wird durch die neue Zieladresse 41 (Gastadresse) ersetzt. Der Fachmann wird natürlich verstehen, daß es notwendig sein könnte, jede im ursprünglichen IP-Paket 50 vorgesehene Fehlerkontrolle angesichts der Änderung der Zieladresse abzuändern. Das so aufgebaute neue IP-Paket wird zu der Gastadresse im Fremdnetz gesendet. Der Mobilfunkknoten empfängt daher das ursprüngliche IP-Paket mit der Ursprungsadresse des Korrespondenzknotens und der ursprünglichen Ursprungsprotokoll-ID sowie allen anderen ursprünglichen Flußidentifikationsinformationen: man kann erkennen, daß, da die Nutzlast unverändert bleibt, die Ursprungs- und Zielanschlußnummern an den selben Stellen im IP-Paket wie zuvor zur Verfügung stehen.
Die Flußidentifikationsinformationen werden daher ungeachtet der Bewegung des Mobilfunkknotens als das IP-Paket von denselben Korrespondenzknoten mit den gleichen QoS-Erfordernissen an die Router zwischen dem Heimatagenten und der Gastadresse sowie zwischen dem Korrespondenzknoten und dem Heimatagenten erkannt. Vorteilhafterweise ist das durch den Heimatagenten gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaute neue IP-Paket 42 bei dieser Anordnung (Arbeitsmodus mit ortsgleicher Gastadresse) von derselben Länge wie das vom Korrespondenzknoten bereitgestellte ursprüngliche IP-Paket.
Bezugnehmend auf 6 ist dort ein alternativer Netzaufbau von dem der 1 dargestellt. Dieser Netzaufbau ist der gleiche wie der der 1, nur ist das Fremdnetz 6 mit einem Fremdagenten 7 versehen.
Bei dieser Anordnung meldet sich der Mobilfunkknoten beim Fremdagenten an, wenn er im Fremdnetz positioniert ist. Die Registrierung des Mobilfunkknotens beim Fremdagenten findet gemäß dem standardmäßigen Mobilfunk-IP statt. Der Mobilfunkknoten weiß, daß das Fremdnetz einen Fremdagenten aufweist, entweder indem der Fremdagent seine Gegenwart rundsendet oder indem der Mobilfunkknoten eine Bestätigung seiner Gegenwart vom Fremdagenten anfordert.
Sobald der Mobilfunkknoten über die Existenz des Fremdagenten Bescheid weiß, registriert er sich gemäß dem standardmäßigen Mobilfunk-IP beim Fremdagenten. Der Fremdagent selbst besitzt einen Speicher oder eine Nachschlagetabelle. Bezugnehmend auf die 8 weist der Speicher 70 des Fremdagenten eine Spalte 74 zum Speichern der eigentlichen Heimat-IP-Adresse eines zeitweilig im Fremdnetz angeschlossenen Mobilfunkknotens auf. Zusätzlich wird vom Fremdagenten jedem bei ihm registrierten Mobilfunkknoten eine einmalige Mobilfunkknotenkennung (MNID – mobile node identifier) zugeteilt, die zur Unterscheidung zwischen vielen beim Fremdagenten registrierten Mobilfunkknoten benutzt werden kann. Der Speicher 70 des Fremdagenten weist eine zusätzliche Spalte 72 auf, in der die der Heimatadresse jedes Mobilfunkknotens zugeordnete einmalige Mobilfunkkennung (MNID) gespeichert ist.
Sobald sich ein Mobilfunkknoten beim Fremdagenten angemeldet hat und die MNID zugeteilt worden ist, liefert der Fremdagent auf Grundlage der Heimatadresse des Mobilfunkknotens die Registrierungsanforderung des Mobilfunkknotens an den Heimatagenten, mittels derer der Heimatagent über die gegenwärtige Gastadresse des Mobilfunkknotens und die MNID des Mobilfunkknotens benachrichtigt wird.
Dann speichert der Heimatagent in seinem Speicher 24 die Adresse des Fremdagenten als die Adresse des Mobilfunkknotens im Fremdnetz und speichert auch bei einer solchen Adresse die zusätzlich vom Fremdagenten übermittelte einmalige Mobilfunkknotenkennung. Der Speicher 24 des Heimatagenten ist daher modifiziert, um die MNID in einer weiteren Spalte 29 wie in 9 gezeigt zu speichern.
Vom Korrespondenzknoten wird das IP-Paket 50 genau wie zuvor wie in 7(a) dargestellt aufgebaut. Bei Ankunft im Heimatnetz bestimmt der Heimatagent 12, ob der Mobilfunkknoten, an den das IP-Paket adressiert ist, als in ein Fremdnetz gezogen registriert ist, indem er den Inhalt seines Speichers 24 wie zuvor überprüft. Bei Erkennung der Zieladresse in seiner Speicherspalte 26 wird vom Heimatagenten das IP-Paket abgefangen.
Bei dieser Implementierung wird das IP-Paket 14 vom Heimatagenten HA angepaßt, indem er die Zieladresse 62 des Mobilfunkknotens 8 im Heimatnetz entfernt und durch die Zieladresse (d.h. die Gastadresse des Fremdagenten) des Mobilfunkknotens MN 8 im Fremdnetz 6 ersetzt. Diese Zieladresse wird die Adresse des Fremdagenten im Fremdnetz sein und nicht die eigentliche Adresse, an der der Mobilfunkknoten gegenwärtig angeschlossen ist. So umfaßt das neue IP-Paket 42 die Nutzlast 63 des ursprünglichen IP-Pakets 50, die Ursprungsadresse 60 des ursprünglichen IP-Pakets 50 und die Protokoll-ID des ursprünglichen IP-Pakets 50. Die Zieladresse 62 des ursprünglichen IP-Pakets ist durch die neue Zieladresse 41 (Gastadresse des Fremdagenten) ersetzt.
Zusätzlich wird vom Heimatagenten die Mobilfunkknotenkennung für den Mobilfunkknoten als Extrafeld 43 an die Nachricht 42 angehängt. Bei Nichteinkapselungs-Mobilfunk-IP ist es von wesentlicher Bedeutung, daß, wenn das IP-Paket zu einem Fremdagenten in einem Fremdnetz umgeleitet wird, eine einmalige Kennung für den Mobilfunkknoten eingeschlossen wird. Die Zieladresse 41 ist die Adresse des Fremdagenten und nicht die Adresse des Mobilfunkknotens. Ohne die Mobilfunkknotenkennung kann der Fremdagent nicht unterscheiden, für welchen Mobilfunkknoten das IP-Paket bestimmt ist.
Das so aufgebaute neue IP-Paket 42 wird zu der Gastadresse des Fremdagenten im Fremdnetz gesendet. Vom Fremdagenten wird das IP-Paket empfangen und daraus die Mobilfunkknotenkennung wiedergewonnen, die im IP-Paket 42 enthalten ist. Der Fremdagent vergleicht die Mobilfunkknotenkennung im IP-Paket mit den Mobilfunkknotenkennungen in der Spalte 72 seines Speichers und ruft die Heimatadresse des Mobilfunkknotens aus der Spalte 74 ab. Vom Fremdagenten wird die Zieladresse (die Gastadresse des Fremdagenten) im IP-Paket durch die Heimatadresse des Mobilfunkknotens ersetzt und die Nachricht zum Mobilfunkknoten im Fremdnetz weitergeleitet.
Durch das beschriebene Verfahren wird eine ortsunabhängige Konnektivität für Endgeräte bereitgestellt, die sich frei über unterschiedliche Internet-Protokoll-Bereiche bewegen können und dabei die richtigen Flußidentifikationsinformationen für Dienstgütevorkehrungen über die Netzknoten hinweg (d.h. die Internet-Protokoll-Router) aufrechterhalten.

Claims

Verfahren zum Leiten eines IP-Pakets (50, 42) (internet protocol) zu einem Mobilfunkknoten (8), wobei der Mobilfunkknoten eine Heimatadresse in einem Heimatnetz (2) aufweist und zeitweilig in einem Fremdnetz (6) mit einem Fremdagenten (7) anschließbar ist, wobei das IP-Paket einen Kopfteil mit der Zieladresse aufweist, zu der das IP-Paket (42) zu senden ist, mit dem Schritt des Empfangens im Heimatnetz des IP-Pakets mit einer Zieladresse (62) entsprechend der Heimatadresse des Mobilfunkknotens; dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren die Schritte des Abänderns des IP-Pakets durch Entfernen der Heimatadresse (62) des Mobilfunkknotens aus dem Kopfteil des IP-Pakets und Ersetzen derselben durch die Fremdagenten-Gastadresse (41) und Anhängen einer Mobilfunkknotenkennung (MNID, 43) (mobile node identifier) an das IP-Paket und Übertragen des abgeänderten IP-Pakets (42) umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin mit dem Schritt des Zuteilens einer einmaligen Mobilfunkknotenkennung (MNID) zu jedem Mobilfunkknoten im Fremdnetz (6).
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Schritt des Zuteilens der einmaligen Mobilfunkknotenkennung (MNID) durch den Fremdagenten (7) ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, weiterhin mit dem Schritt des Benachrichtigens des Heimatnetzes (2) über die dem Mobilfunkknoten (8) im Fremdnetz (6) zugeteilte einmalige Mobilfunkknotenkennung (MNID).
Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 2 bis 4, weiterhin mit dem Schritt des Speicherns (70) der Heimatadresse des Mobilfunkknotens mit der Mobilfunkknotenkennung im Fremdnetz (6).
Verfahren nach Anspruch 5, weiterhin mit dem Schritt des Empfangens des abgeänderten IP-Pakets (42) in dem Fremdagenten (7) und Abänderns des IP-Pakets durch Entfernen der Adresse des Fremdagenten aus dem Kopfteil des IP-Pakets und Ersetzen derselben durch die Heimatadresse des Mobilfunkknotens; Weiterleiten des IP-Pakets zum Mobilfunkknoten (8) in dem Fremdnetz (6).
Verfahren nach Anspruch 6, weiterhin mit dem Schritt des Vergleichens der einmaligen Mobilfunknotenkennung (MNID, 43) des empfangenen abgeänderten IP-Pakets (42) mit der gespeicherten Mobilfunkknotenkennung (72), wobei die Schritte des Entfernens und Weiterleitens als Reaktion auf eine Übereinstimmung ausgeführt werden.
Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 5 bis 7, wobei eine Mehrzahl von Mobilfunkknoten zeitweilig im Fremdnetz (6) angeschlossen sind und wobei eine Mehrzahl von Mobilfunkknotenkennungen (72) mit der Heimatadresse (74) des Mobilfunkknotens gespeichert sind (70).
Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 8, weiterhin mit dem Schritt des Speicherns (24) der Heimatadresse (26) des Mobilfunkknotens mit der zeitweiligen Adresse (28) des Mobilfunkknotens in dem Fremdnetz, wobei der Schritt des Empfangens des IP-Pakets weiterhin das Vergleichen der Zieladresse mit der gespeicherten Heimatadresse umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei eine Mehrzahl von Heimatadressen zusammen mit einer entsprechenden Mehrzahl von zeitweiligen Adressen gespeichert sind (24).
Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Kopfteil des IP-Pakets weiterhin die Ursprungsadresse (60) umfaßt, von der aus das IP-Paket ursprünglich gesendet wurde.
Mobiles IP-System mit einem Heimatnetz (2), einem Fremdnetz (6) und einem Mobilfunkknoten (8), der eine Heimatadresse in dem Heimatnetz aufweist und zeitweilig in dem Fremdnetz mit einem Fremdagenten (7) anschließbar ist, wobei das Heimatnetz (2) des Mobilfunkknotens einen Heimatagenten (12) zum Empfangen eines IP-Pakets (50) mit einer Zieladresse (62) entsprechend der Heimatadresse des Mobilfunkknotens aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß er als Reaktion auf ein solches IP-Paket das IP-Paket durch folgende Schritte abändern kann: Entfernen der Heimatadresse (62) des Mobilfunkknotens aus dem IP-Paket und Ersetzen desselben durch die Gastadresse (41) des Fremdagenten; und Anhängen einer einmaligen Mobilfunkknotenkennung (MNID, 43) an das IP-Paket.
Mobiles IP-System nach Anspruch 12, wobei der Fremdagent (7) Mittel (70) zum Speichern der einmaligen Mobilfunkknotenkennung (43, 72) mit der Heimatadresse des Mobilfunkknotens (62, 64) umfaßt.
Mobiles IP-System nach Anspruch 12 oder Anspruch 13, wobei der Heimatagent (12) Mittel (24) zum Speichern der einmaligen Mobilfunkknotenkennung (MNID, 29) mit der Heimatadresse des Mobilfunk knotens (26, 62) und der Gastadresse des Fremdagenten (28, 41) umfaßt.
Mobiles IP-System nach einem beliebigen der Ansprüche 10 bis 15, wobei der Fremdagent (7) die einmalige Mobilfunkknotenkennung dem Mobilfunkknoten (8) zuteilen kann.