EP1493254A2 - Verfahren zur übertragung von informationen über ip-netzwerke - Google Patents

Verfahren zur übertragung von informationen über ip-netzwerke

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Publication number
EP1493254A2
EP1493254A2 EP03722363A EP03722363A EP1493254A2 EP 1493254 A2 EP1493254 A2 EP 1493254A2 EP 03722363 A EP03722363 A EP 03722363A EP 03722363 A EP03722363 A EP 03722363A EP 1493254 A2 EP1493254 A2 EP 1493254A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
gprs
terminal
network
information
tunnel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP03722363A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ramin Mirbaha
Vahid Mirbaha
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
fg microtec GmbH
Original Assignee
fg microtec GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by fg microtec GmbH filed Critical fg microtec GmbH
Publication of EP1493254A2 publication Critical patent/EP1493254A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W76/00—Connection management
    • H04W76/10—Connection setup
    • H04W76/12—Setup of transport tunnels
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W80/00—Wireless network protocols or protocol adaptations to wireless operation
    • H04W80/04—Network layer protocols, e.g. mobile IP [Internet Protocol]
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W84/00—Network topologies
    • H04W84/02—Hierarchically pre-organised networks, e.g. paging networks, cellular networks, WLAN [Wireless Local Area Network] or WLL [Wireless Local Loop]
    • H04W84/04—Large scale networks; Deep hierarchical networks
    • H04W84/042—Public Land Mobile systems, e.g. cellular systems
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W84/00—Network topologies
    • H04W84/02—Hierarchically pre-organised networks, e.g. paging networks, cellular networks, WLAN [Wireless Local Area Network] or WLL [Wireless Local Loop]
    • H04W84/10—Small scale networks; Flat hierarchical networks
    • H04W84/12—WLAN [Wireless Local Area Networks]
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W92/00—Interfaces specially adapted for wireless communication networks
    • H04W92/02—Inter-networking arrangements

Definitions

  • the invention relates to a method for the transmission of information via IP networks.
  • a method for transmitting information through mobile devices such as mobile telephones or PDAs, which, among other things, have access to conventional radio networks such as GSM or UMTS. If these devices work in a pure IP-based network, such as UMTS or ireless LAN, it makes sense to take up existing standards, on the one hand to achieve a simple transition to existing technologies and on the other hand to enable the user to use them easily.
  • GPRS for GSM and UMTS enable a packet-oriented network based on UMTS and GSM on the last mile.
  • the advantage of the so-called packet-oriented domains is their compatibility with each other and with the Internet.
  • IP-based networks There are a number of applications that have been specially developed for IP-based networks. This approach shows that GPRS will be a very important part of new UMTS networks. Due to the limitations of UMTS in very busy areas such as For example, in the area of a company or university, UMTS will not meet all requirements. So it will be almost impossible for a provider to do all tasks with one UMTS-GSM network to solve. In such areas, e.g. B. Wireless LAN (IEEE802.11 (x), ETSI Hiperlan) are moving in to relieve the UMTS infrastructure. In such a mixed architecture it is important that communication between the different domains is possible.
  • the object of the invention is to provide a method and a device that allow interoperability, regardless of the type of network in which the mobile user is located.
  • the invention consists of two components.
  • One component is arranged on the mobile terminal, information being embedded in IP packets in accordance with the GPRS standard in order to transmit it through an IP tunnel to the second component of the invention.
  • This second component is an IP Serving GPRS Support Node (IP-SGSN) in the IP network, which receives the packets from the tunnel and unpacks them.
  • IP-SGSN IP Serving GPRS Support Node
  • B to send to another GSN, which in turn is responsible for other mobile devices or via which a connection to the Internet is made possible (GGSN).
  • the second component thus has the form of a conventional SGSN for additional GSNs, whereby it is to be regarded as the end of a tunnel in the direction of the mobile terminal.
  • packets of another protocol are packed into an IP packet, so that a complete packet, in this case GPRS packet, can be found in the data area of the IP packet.
  • IP network in particular a wireless LAN and / or a Hiperlan Network
  • IP network a preferably mobile terminal that is connected to the IP network so that IP packets can be exchanged.
  • IP Serving GPRS Support Node in the IP network, a tunnel based on IP packets being built when the connection between the terminal and the IP Serving GPRS Support Node is initialized, the tunneling GPRS information.
  • information is transmitted through the tunnel.
  • the IP Serving GPRS Support Node is connected to other Serving GPRS Support Nodes, Gateway GPRS, Support Nodes and other GPRS Service Nodes (e.g. for SMS) via an IP network, whereby the IP SGSN provides the information depending on the direction of communication unpacked and / or repacked to send the information to the other GPRS service nodes, or packed to send the information through the tunnel to the terminal.
  • connection When the connection is initialized, it is checked whether the mobile terminal may have access to a GPRS network, known security checks taking place based on the GPRS mode. This authentication is also achieved by transmission of tunneled information.
  • a corresponding module as described below, is part of the software. However, it is also conceivable that the software intervenes in the existing authentication methods on the mobile end devices, so that no separate module is required.
  • a broadcast message is preferably sent in order to find an IP serving GPRS support node in the IP network through which a tunnel is established.
  • an HLR service which is based both on the IP address of the terminal and on other GPRS-typical information (which is stored on the mobile terminal, for example in the form of a Subscriber Identity Module -SIM- authorization) and / or localization of the terminal is permitted.
  • Such an HLR service has the task of determining or storing where a mobile terminal is and to whom it or which telephone number is assigned.
  • the network provider uses the HLR service to assign user and / or device-specific rights, which due to the special nature of this method can also be used in non-GSM / UMTS networks.
  • a handover can take place both at the IP level and at the GPRS level.
  • the form of the handover takes place depending on the network in which the end device is located or which network types are switched. If the mobile device z. B. remain in the area of a wireless network, the hand over is preferably carried out on an IP basis. If, on the other hand, the domains are changed, the handover can be based on GPRS.
  • this application uses a mechanism that predicts the future development of the connection quality of the various network types.
  • the hand over is optimized in time from one network type to another.
  • the information is encrypted.
  • Ipsec is used at the IP level.
  • other encryption methods it is also conceivable to use other encryption methods. Several methods can also be used in parallel.
  • a device is part of the invention, which is arranged in the IP network and takes over the function of an IP SGSN there.
  • This is a device for providing GPRS services in an IP network, with means that enable a known functionality of a serving GPRS support node in a GPRS and / or UMTS network.
  • This complete compatibility with known SGSN or GGSN (Gateway GSN) enables communication with existing networks without any great technical effort.
  • the special feature of the device is that it communicates with the preferably mobile terminals on the basis of an IP tunnel, GPRS packets being transmitted through the IP tunnel.
  • the IP SGSN can be used in any IP-based network. It is designed in such a way that it can establish connections to SGSN's, GGSN's, HLR's, CGF's in the UMTS / GSM home network. Seen from the UMTS network, it is therefore a normal "3G" SGSN, as specified in the 3GPP documents.
  • the IP SGSN can route different services to different servers. (e.g. Internet and e-mail to the "local" proxy and mail server, or other GPRS services to GGSN of the UMTS / GSM provider).
  • servers e.g. Internet and e-mail to the "local" proxy and mail server, or other GPRS services to GGSN of the UMTS / GSM provider.
  • the specific HLR and CGF are not essential
  • HLR in the IP based network. He has a list of everyone
  • HLRs from UMTS / GSM providers that have concluded a roaming agreement with each other.
  • the IP SGSN asks the adapted HLR instead of another.
  • the adapted HLR decides whether the packet should be sent from the IP SGSN to an HLR, and if so, which one.
  • the provider can also manage its own subscriber list in the customized HLR. Furthermore, the provider can use this HLR
  • the adapted CGF also works transparently like a well-known CGF, but in the IP-based network. This makes it possible to collect information that enables the user to calculate the costs or fees. Instead of establishing a connection to a conventional CFG, the IP SGSN establishes a connection to the adapted CGF. The CGF modified in this way can forward the information to the provider or carry out its own calculations.
  • the device has means that provide gateway functionality, in particular the routing of information into other networks.
  • gateway functionality in particular the routing of information into other networks.
  • it is an IP-GGSN.
  • Corresponding systems are known from the other networks.
  • the device can also take over the functionality of an HLR. It should be mentioned here in particular that means are available which allow the mapping of an IP address in an HLR. Furthermore, means are available that allow hand over at the different protocol levels and protocols, as well as means that enable encryption. Other components of the device are means that can receive broadcast messages from a terminal in order to set up a GPRS tunnel connection. After receiving such a packet, a response is sent to the mobile terminal, from which the mobile terminal can see that an IP SGSN is in the network.
  • Another component of the invention is a terminal that is able to communicate with the IP SGSN through a tunnel connection.
  • conventional end devices such as PDAs or mobile telephones, do not have such functionalities. Rather, it is necessary to adapt the software and possibly the hardware in order to enable such communication.
  • these modified end devices have means that enable an exchange of information via GPRS through an IP tunnel. The prerequisite is, of course, that an appropriate IP SGSN is available for communication.
  • the device is a device that supports several radio standards.
  • the device can preferably support both wireless LAN and UMTS or GSM / GPRS.
  • IP networks Because of the use in IP networks, known methods for address conversion should be implemented. This allows greater flexibility when used in networks that e.g. B. support different IP versions. Address conversion should be allowed, especially from IPv4 to IPv ⁇ and vice versa, and NAT or masking of addresses.
  • means are available which allow the information to be encrypted. Encryption options have already been discussed above. Especially during initialization, it is important that means are available that enable authentication in the GPRS network. One access the HLR is preferably carried out here. This approach makes it possible to clearly assign costs.
  • a software layer is available which enables the described functionality, which preferably has access to an IP stack. By tapping or redirecting the information in the IP stack that is used in GPRS or. UMTS terminals are available, a simple implementation can be done.
  • Another component of the invention is software that implements the functionality described on a conventional terminal. It should be noted that the protection should also extend to a data carrier with such software.
  • Fig. 1 shows a mobile terminal that supports 3 bands, namely UMTS, GSM and WLAN, which are each used in different domains, the mobile terminal being connected to SGSN via base stations, which in turn establish the connection to different domains via GGSN;
  • Fig. 2 shows a hierarchy starting with terminals (UE) via base stations (UTRAN), (serving) radio network controller, SGSN, GGSN, and HLR
  • FIG. 3 shows a logical architecture of a (UMTS) GPRS network
  • Fig. 4 user levels for GPRS over GSM
  • Fig. 5 user levels for GPRS over UMTS
  • Fig. 6 user levels for GPRS over IP
  • Fig. 7 control levels for GPRS over GSM
  • Fig. 8 control levels for GPRS over UMTS
  • Fig. 9 control levels for GPRS over IP
  • Fig. 10 Structure of the software module, which is arranged on a mobile terminal.
  • Fig. 1 shows a mobile terminal that supports 3 bands, namely UMTS, GSM and WLAN, which are each used in different domains.
  • the mobile device moves through the networks, roaming via GPRS.
  • appropriate gateways GGSN
  • the IP SGSN (fm SGSN) according to the invention, which communicates with the terminal device via an IP tunnel, is used in the network in which the WLAN is used.
  • the information is transported via the SGSN and GGSN.
  • the hierarchy starts with a terminal (UE), which is connected to SGSN, GGSN by radio via base stations (UTRAN), via a serving) radio network controller (SRNC).
  • UE terminal
  • GGSN gateways
  • SRNC radio network controller
  • the SGSN and GGSN have access to the HLR.
  • the radio network controller has the task of distributing the bandwidth and frequencies or timeslots.
  • FIG. 3 shows a logical architecture of a GPRS network, as is known from [13]. From this it can be seen that the network essentially consists of the SGSN and the GGSN, which on the one hand control the connection of the mobile end devices in the domains and on the other hand enable the connection to other networks. There can be several GGSNs in a network that are connected to each other.
  • the SMS-GMSC and SMS-IWMSC are units that are used for SMS exchange. Further details can be found in [13].
  • FIGS. 4, 5 and 6 show the user levels of the known GPRS via GSM / UMTS protocol and of the GPRS protocol tunneled via IP.
  • the tunneled protocol GTP-U in FIG. 6 is used both between the GGSN and between the terminal. This is used to transport the IP packets. Only the GTP-U protocol on a UDP / IP layer is used. In contrast to UMTS, there is no need for base stations that additionally communicate with the end device via the Packet Data Convergence Protocol. There is therefore a direct tunnel to the terminal.
  • the literature [20] For further details, reference is made to the literature [20].
  • FIGS 7, 8 and 9 show the differences at the control level.
  • RANAP Protocoll
  • This protocol encapsulates and transports Information and signals at higher levels.
  • the levels below RANAP are described in [14].
  • SCCP should be used to transport RANAP information. This should conform to the ITU-T white book.
  • the present invention is essentially based on one
  • Both the client and the server must support GPRS over IP.
  • the client's modules support a number of new standards such as (3GPP specs, IETF RFCs) or drafts, which are not part of the IP stack, but are based on it.
  • the modular approach has the advantage that simple adaptation is possible.
  • the structure of the client can be seen in FIG. 10.
  • the authenticator is responsible for the management of various information such as passwords, public and private keys, certificates and USIM. It also includes authentication methods. For GPRS over IP based networks, authentication according to the GSM and UMTS standards as disclosed in [10] and [25] is necessary.
  • the security agent is responsible for the security and integrity of the connection. It uses encryption methods and packet-based filters and firewall mechanisms. For GPRS over IP based networks, IPSec should be supported with IKE (Internet Key Exchange, [28]).
  • IKE Internet Key Exchange
  • the tunnel manager is responsible for tunnel management and handover of tunnel endpoints.
  • GTP ([22]) should be supported for GPRS over IP based networks.
  • the address converter has the task of address conversion, usually from Ipv4 to Ipv6 ([30]) and vice versa. This is necessary because the stacks of the end devices only support version 4. Older networks are also geared towards the older versions. In contrast, newer networks, such as UMTS, will be based on the newer versions. In particular, if handover takes place between the different networks, conversion is necessary. Support for masking or address translation is also of interest ([29]).
  • GSM 01.61 General Packet Radio Service (GPRS); GPRS ciphering algorithm requirements
  • GSM 03.40 Technical Realization of the Short Message
  • SMS Point-to-poin
  • PP Point-to-poin
  • GSM 04.08 Mobile radio interface layer 3 specification
  • GSM 04.60 General Packet Radio Service (GPRS);
  • MS Mobile Station
  • BSS Base Station System
  • MS-SGSN Mobile Station - Serving GPRS Support Node
  • Logical Link Control (LLC) layer specification [6] GSM 04.65, General Packet Radio Service (GPRS);
  • MS Mobile Station
  • GSM Global System for Mobile communications
  • GPRS General Packet Radio Service
  • BSS Station System
  • GSM Global System for Mobile communications
  • GPRS General Packet Radio Service
  • BSS Station System
  • SMS Message Service
  • 3GPP TS 29.060 v4.2.0 General Packet Radio Service (GPRS); GPRS Tunneling Protocol (GTP) across the Gn and Gp interface
  • GPRS General Packet Radio Service
  • GTP GPRS Tunneling Protocol
  • PLMN Public Land Mobile Network
  • PS Switched

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)
  • Data Exchanges In Wide-Area Networks (AREA)

Abstract

Abstrakt betrachtet besteht die Erfindung aus 3 Komponenten. Die eine Komponente ist auf dem mobilen Endgerät angeordnet, wobei Informationen, die dem GPRS-Standard entsprechen, in IP-Pakete gebettet werden, um sie durch einen IP-tunnel zu dem zweiten Bestandteil der Erfindung zu übermitteln. Bei diesem zweiten Bestandteil handelt es sich um einen IP Serving GPRS Support Node (IP-SGSN) im IP-Netzwerk, der die Pakete aus dem Tunnel empfängt und sie entpackt, um sie dann z.B. an einen weiteren GSN zu schicken, der wiederum verantwortlich für andere mobile Endgeräte ist oder über den eine Verbindung mit dem Internet ermöglicht wird (GGSN). Die zweite Komponente hat somit für weitere GSN nach aussen die Form eines herkömmlichen SGSN, wobei sie in Richtung des mobilen Endgerätes als Ende eines Tunnels zu betrachten ist.

Description

Verfahren zur Übertragung von Informationen über IP-Netzwerke
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung von Informationen über IP-Netzwerke. Insbesondere ein Verfahren zur Übertragung von Informationen durch mobile Endgeräte, wie mobile Telefone oder PDAs, die unter anderem einen Zugang zu herkömmlichen Funknetzwerken wie GSM oder UMTS besitzen. Sollten diese Geräte in einem reinen IP basierten Netzwerk arbeiten, wie UMTS oder ireless LAN, so ist es sinnvoll, bestehende Standards aufzugreifen, um einerseits einen einfachen Übergang zu vorhanden Technologien zu erreichen und andererseits dem Benutzer eine leichte Anwendung zu ermöglichen .
GPRS für GSM und UMTS ermöglichen ein paketorientiertes Netzwerk auf der Basis von UMTS und GSM auf der letzten Meile. Die Vorteile der so genannten paketorientierten Domänen ist ihre Kompatibilität untereinander sowie mit dem Internet. So gibt es eine Reihe von Anwendungen, die speziell für IP basierte Netzwerke entwickelt wurden. Aus diesem Ansatz heraus ergibt sich, dass GPRS ein sehr wichtiger Bestandteil von neuen UMTS Netzwerken sein wird. Aufgrund der Beschränkungen von UMTS in sehr stark frequentierten Bereichen wie z. B. in der Umgebung eines Unternehmens oder einer Universität wird UMTS nicht allen Ansprüchen gerecht werden. So wird es für einen Provider nahezu unmöglich sein, alle Aufgaben mit einem UMTS-GSM Netzwerk zu lösen. In solchen Bereichen wird z. B. Wireless LAN (IEEE802.11 (x) , ETSI Hiperlan) Einzug halten um die UMTS Infrastruktur zu entlasten. In einer solchen gemischten Architektur ist es wichtig, dass eine Kommunikation zwischen den unterschiedlichen Domänen möglich ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, die eine Interoperabilität erlauben, unabhängig davon, in welchem Typ von Netzwerk sich der mobile Benutzer befindet.
Diese Aufgabe wird durch die Erfindungen gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet .
Abstrakt betrachtet besteht die Erfindung aus 2 Komponenten. Die eine Komponente ist auf dem mobilen Endgerät angeordnet, wobei Informationen dem GPRS-Standard entsprechend in IP- Pakete gebettet werden, um sie durch einen IP-Tunnel zu dem zweiten Bestandteil der Erfindung zu übermitteln. Bei diesem zweiten Bestandteil handelt es sich um einen IP Serving GPRS Support Node (IP-SGSN) im IP-Netzwerk, der die Pakete aus dem Tunnel empfängt und sie entpackt, um sie dann z. B. an einen weiteren GSN zu schicken, der wiederum verantwortlich für andere mobile Endgeräte ist oder über den eine Verbindung mit dem Internet ermöglicht wird (GGSN) . Die zweite Komponente hat somit für weitere GSN nach außen die Form eines herkömmlichen SGSN, wobei sie in Richtung des mobilen Endgerätes als Ende eines Tunnels zu betrachten ist. Beim Tunneln von Informationen werden Pakete eines anderen Protokolls in ein IP Paket eingepackt, sodass im Datenbereich des IP-Paketes ein vollständiges, in diesem Falle GPRS-, Paket anzutreffen ist.
Im Einzelnen handelt es sich um ein Verfahren zur Übertragung von Informationen mittels GPRS in einem IP-Netzwerk, insbesondere einem Wireless LAN und/oder einem Hiperlan- Netzwerk, mit einem vorzugsweise mobilen Endgerät, das mit dem IP-Netzwerk in Verbindung steht, so dass IP-Pakete ausgetauscht werden können. Ein weiterer Bestandteil der Erfindung ist ein IP Serving GPRS Support Node im IP-Netzwerk, wobei beim Initialisieren der Verbindung zwischen dem Endgerät und dem IP Serving GPRS Support Node ein Tunnel auf der Basis von IP-Paketen aufgebaut wird, der GPRS-Informationen tunnelt. Die Übertragung von Informationen erfolgt im Folgenden durch den Tunnel. Der IP Serving GPRS Support Node ist über ein IP- Netzwerk mit weiteren Serving GPRS Support Nodes, Gateway GPRS, Support Nodes sowie anderen GPRS Service Nodes (z. B. für SMS) verbunden, wobei der IP SGSN die Informationen je nach Richtung der Kommunikation auspackt und/oder umpackt, um die Informationen den weiteren GPRS Service Nodes zu senden, oder einpackt, um die Informationen durch den Tunnel zum Endgerät zu senden.
Aufgrund der Besonderheit dieses Verfahrens muss auf herkömmlichen mobilen Endgeräten eine weitere Software installiert werden, die für den Benutzer transparent das Ein- und Auspacken von Informationen übernimmt. Weiterhin ist diese Software so ausgebildet, dass sie versucht, einen IP SGSN zu finden, sobald sie Kontakt zu einem IP-Netzwerk herstellen kann. Diese Software ist so ausgebildet, dass getunnelte GPRS- Informationen aus- und eingepackt werden.
Beim Initialisieren der Verbindung wird überprüft, ob das mobile Endgerät Zugriff auf ein GPRS-Netzwerk haben darf, wobei bekannte Sicherheitsüberprüfungen basierend auf dem GPRS Modus stattfinden. Diese Authentifizierung wird ebenfalls durch Übertragung von getunnelten Informationen erreicht. Ein entsprechendes Modul, wie es weiter unten beschrieben wird ist Bestandteil der Software. Es ist jedoch auch denkbar, dass die Software in die bestehenden Authentifizierungsverfahren auf dem mobilen Endgeräten eingreift, sodass es keines separaten Moduls bedarf. Zum Aufbau einer Verbindung wird vorzugsweise eine Broadcast- Nachricht gesendet, um einen IP Serving GPRS Support Node im IP-Netzwerk zu finden, durch den ein Tunnel aufgebaut wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann weiterhin ein HLR- Dienst vorhanden sein, der sowohl auf der Grundlage der IP- Adresse des Endgerätes als auch auf anderen GPRS typischen Informationen (die auf dem mobilen Endgerät z. B. in Form einer Subscriber Identity Module -SIM- vorliegen) eine Authorisierung und/oder Lokalisierung des Endgerätes erlaubt. Ein solcher HLR-Dienst hat die Aufgabe festzustellen bzw. zu speichern, wo sich ein mobiles Endgerät befindet und wem dieses bzw. welcher Telefonnummer dieses zugeordnet ist. Außerdem vergibt der Netzwerkanbieter mittels des HLR Dienstes Benutzer- und/oder Geräte-spezifische Rechte, die aufgrund der Besonderheit dieses Verfahrens auch in nicht-GSM/UMTS Netzen genutzt werden kann .
Gerade bei mobilen Netzwerken ist es von Bedeutung, wie ein hand over zwischen den Basisstationen erfolgen kann. Ein solcher hand over erfolgt immer dann, wenn das mobile Endgerät aus dem Empfangsbereich einer Basisstation in den Empfangsbereich einer anderen Basisstation kommt. In der bevorzugten Ausführungsform kann ein hand over sowohl auf IP- Ebene als auch auf GPRS-Ebene erfolgen. Die Form des hand overs erfolgt in Abhängigkeit davon, in welchem Netzwerk sich das Endgerät befindet bzw. zwischen welchen Netzwerktypen gewechselt wird. Sollte das mobile Endgerät z. B. im Bereich eines Wireless-Netzwerk bleiben, so erfolgt der hand over vorzugsweise auf IP-Basis. Sollte hingegen ein Wechsel der Domänen erfolgen, so kann das hand over auf der Basis von GPRS erfolgen. Als Besonderheit nutzt diese Anwendung einen Mechanismus, der die zukünftige Entwicklung der Verbindungsqualität der verschiedenen Netzwerktypen voraussagt. Aufgrund dieser Voraussage wird das hand over von einem Netzwerktyp zum anderen zeitlich optimiert. Bei mobilen und drahtlosen Kommunikationen ist es von Vorteil, wenn die Informationen verschlüsselt werden. In der bevorzugten Ausführungsform wird Ipsec auf IP-Ebene verwendet. Es ist jedoch auch denkbar andere Verschlüsselungsverfahren anzuwenden. Mehrere Verfahren können auch parallel eingesetzt werden.
Wie bereits oben ausgeführt wurde, ist neben dem Verfahren eine Vorrichtung Bestandteil der Erfindung, die im IP-Netzwerk angeordnet ist und dort die Funktion eines IP SGSN übernimmt. Hierbei handelt es sich um eine Vorrichtung zur Bereitstellung von GPRS Diensten in einem IP-Netzwerk, mit Mitteln die eine bekannte Funktionalität eines Serving GPRS Support Node in einem GPRS-und/oder UMTS-Netzwerk ermöglichen. Durch diese vollständige Kompatibilität zu bekannten SGSN bzw. GGSN (Gateway GSN) erfolgt eine Kommunikation mit bestehenden Netzwerken ohne großen technischen Aufwand. Die Besonderheit der Vorrichtung liegt jedoch darin, dass mit den vorzugsweise mobilen Endgeräten auf der Basis eines IP-Tunnels kommuniziert wird, wobei durch den IP-Tunnel GPRS-Pakete übertragen werden.
Wie bereits oben beschrieben wurde, kann der IP SGSN in jedem IP basierten Netzwerk eingesetzt werden. Er ist so ausgebildet, dass er Verbindungen zu SGSN's, GGSN's, HLR's, CGF' s in das UMTS/GSM-Heimatnetzwerk aufbauen kann. Vom UMTS- Netzwerk gesehen, handelt es sich somit um einen normalen "3G"-SGSN, wie er in den 3GPP-Dokumenten spezifiziert wurde.
In Verbindung mit dem angepassten HLR-Service kann der IP SGSN unterschiedliche Dienste zu unterschiedlichen Servern routen . (z. B. Internet und E-mail zum "local" proxy- und Mail-server, oder andere GPRS Services zu GGSN des UMTS/GSM-Providers) .
Der spezifische HLR und CGF sind keine wesentlichen
Bestandteile für "GPRS über ein IP basiertes Netzwerk" . Sie ermöglichen vielmehr weitere Funktionalitäten, die der Netzwerkprovider seinen Kunden anbieten möchte. Der angepasste HLR arbeitet wie ein bekannter transparenter
HLR im IP basierten Netzwerk. Er besitzt eine Liste aller
Halter, die ein Roaming ermöglichen. Hierbei handelt es sich um HLRs von UMTS/GSM-Providern, die ein Roamingabkommen miteinander abgeschlossen haben. Somit fragt der IP SGSN den angepassten HLR anstatt eines anderen. Der angepasste HLR entscheidet, ob das Paket vom IP SGSN zu einem HLR geschickt werden soll, und wenn ja zu welchem. Der Provider kann ebenfalls seine eigene subscriber list im angepassten HLR verwalten. Weiterhin kann der Provider in diesem HLR eine
Liste verwalten, in dem die angebotenen Dienste, die dem
Benutzer zur Verfügung stehen, abgespeichert sind.
Der angepasste CGF arbeitet ebenfalls transparent wie ein bekannter CGF jedoch im IP basierten Netzwerk. Hierdurch ist es möglich, Informationen zu sammeln, die eine Berechnung der Kosten bzw. Gebühren für den Benutzer ermöglichen. Anstatt einer Verbindung zu einem herkömmlichen CFG aufzubauen, baut der IP SGSN eine Verbindung zum angepassten CGF auf. Der so modifizierte CGF kann die Informationen weiterleiten an den Provider oder eigene Berechnungen vornehmen.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung Mittel auf, die eine Gatewayfunktionalität bereitstellen, insbesondere das Routen von Informationen in andere Netzwerke. In diesem Fall handelt sich um ein IP-GGSN. Entsprechende Systeme sind aus den anderen Netzwerken bekannt.
Wie bereits oben ausgeführt wurde, kann die Vorrichtung ebenfalls die Funktionalität eines HLR übernehmen. Hierbei ist insbesondere zu erwähnen, dass Mittel vorhanden sind, die das Abbilden einer IP-Adresse in einem HLR erlauben. Weiterhin sind sowohl Mittel vorhanden, die ein hand over auf den unterschiedlichen Protokollebenen und Protokollen ermöglichen, sowie Mittel, die eine Verschlüsselung ermöglichen. Weitere Bestandteile der Vorrichtung sind Mittel, die Broadcast-Nachrichten eines Endgerätes empfangen können, um hierdurch eine GPRS-Tunnelverbindung aufzubauen. Nach dem Empfang eines solchen Paketes wird eine Antwort an das mobile Endgerät gesendet, aus der das mobile Endgerät entnehmen kann, dass sich ein IP SGSN im Netzwerk befindet.
Ein weiterer Bestandteil der Erfindung ist ein Endgerät, das in der Lage ist, mit dem IP SGSN durch eine Tunnelverbindung zu kommunizieren. Herkömmliche Endgeräte, wie PDAs oder mobile Telefone, weisen solche Funktionalitäten jedoch nicht auf. Vielmehr bedarf es einer Anpassung der Software und ggf. der Hardware, um eine solche Kommunikation zu ermöglichen. Im Wesentlichen weisen diese modifizierten Endgeräte Mittel auf, die einen Austausch von Informationen über GPRS durch einen IP-Tunnel ermöglichen. Voraussetzung ist natürlich, dass ein entsprechender IP SGSN zur Kommunikation bereitsteht.
In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich um ein Gerät, das mehrere Funkstandards unterstützt. So kann das Gerät vorzugsweise sowohl Wireless Lan als auch UMTS oder GSM/GPRS unterstützen.
Aufgrund des Einsatzes in IP-Netzwerken sollten bekannte Verfahren zur Adresskonvertierung implementiert sein. Dies erlaubt eine höhere Flexibilität beim Einsatz in Netzwerken, die z. B. unterschiedliche IP-Versionen unterstützen. So sollte Adresskonvertierung erlaubt sein, insbesondere von Ipv4 nach IPvβ und umgekehrt sowie NAT bzw. Maskieren von Adressen.
Weiterhin sind in der bevorzugten Ausführungsform Mittel vorhanden, die eine Verschlüsselung der Informationen erlauben. Möglichkeiten der Verschlüsselung wurden bereits oben diskutiert. Gerade bei der Initialisierung ist es wichtig, dass Mittel vorhanden sind, die eine Authentifizierung im GPRS-Netzwerk ermöglichen. Ein Zugriff auf das HLR wird hierbei vorzugsweise vorgenommen. Durch diesen Ansatz ist es möglich, Kosten eindeutig zuzuordnen.
In der bevorzugten Ausführungsform ist ein Softwarelayer vorhanden, der die beschriebene Funktionalität ermöglicht, wobei dieser vorzugsweise einen Zugriff auf einen IP-Stack besitzt. Durch das Abgreifen bzw. Umleiten der Informationen im IP-Stack, der bei GPRS-bzw. UMTS-Endgeräten vorhanden ist, kann eine einfache Implementierung erfolgen.
Ein weiterer Bestandteil der Erfindung ist eine Software, die die beschriebene Funktionalität auf einem herkömmlichen Endgerät implementiert. Es sei darauf hingewiesen, dass sich der Schutz ebenfalls auf einen Datenträger mit einer solchen Software erstrecken soll.
Durch diesen Ansatz erreicht man, dass man neue Netzwerk Arten einfach in bestehende Netze integriert. Die Funktionalität der bekannten Netzwerke kann weiterhin genutzt werden, wobei auf neue Technologien zurückgegriffen werden kann, die durch die neuen Netzwerken bereitgestellt werden.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in den Figuren schematisch dargestellt sind. Gleiche Bezugsziffern in den einzelnen Figuren bezeichnen dabei gleiche Elemente. Im Einzelnen zeigt:
Fig. 1 ein mobiles Endgerät, das 3 Bänder unterstützt, nämlich UMTS, GSM und WLAN, die jeweils in unterschiedlichen Domänen verwendet werden, wobei das mobile Endgerät über Basisstationen mit SGSN verbunden ist, die über GGSN wiederum die Verbindung zu unterschiedlichen Domänen herstellen; Fig. 2 eine Hierarchie beginnend mit Endgeräten (UE) über Basisstationen (UTRAN) , (Serving) Radio-Network Controller, SGSN, GGSN, sowie HLR
Fig. 3 eine logische Architektur eines (UMTS) GPRS- Netzwerkes;
Fig. 4 Anwenderebenen für GPRS über GSM;
Fig. 5 Anwenderebenen für GPRS über UMTS;
Fig. 6 Anwenderebenen für GPRS über IP;
Fig. 7 Kontrollebenen für GPRS über GSM;
Fig. 8 Kontrollebenen für GPRS über UMTS;
Fig. 9 Kontrollebenen für GPRS über IP;
Fig. 10 Struktur des Softwaremoduls, das auf einem mobilen Endgerät angeordnet ist.
Fig. 1 zeigt ein mobiles Endgerät, das 3 Bänder unterstützt, nämlich UMTS, GSM und WLAN, die jeweils in unterschiedlichen Domänen verwendet werden. Das mobile Endgerät bewegt sich durch die Netzwerke, wobei ein Roaming über GPRS stattfindet. Um dies zu gewährleisten, müssen entsprechende Gateways (GGSN) eingesetzt werden, die die Verbindung zwischen den Netzwerken herstellen. Im Netzwerk, in dem das WLAN eingesetzt wird, kommt das erfindungsgemäße IP SGSN (fm SGSN) zum Einsatz, das über einen IP-Tunnel mit dem Endgerät kommuniziert. Für die weitere Kommunikation werden die Informationen über die SGSN und GGSN transportiert.
Fig. 2 zeigt eine Hierarchie, wie sie in bekannten (UMTS) Netzwerken anzutreffen ist. Details hierzu können in der Literatur [13] gefunden werden. Die Hierarchie beginnt mit einem Endgerät (UE) , das per Funk über Basisstationen (UTRAN) , über einen Serving) Radio-Network Controller (SRNC) mit SGSN, GGSN verbunden ist. Die SGSN und GGSN haben Zugriff auf das HLR. Der Radio Network Controller hat die Aufgabe, die Bandbreite und Frequenzen bzw. Timeslots zu verteilen.
Die Figur 3 zeigt eine logische Architektur eines GPRS- Netzwerkes, wie es aus [13] bekannt ist. Hieraus ist ersichtlich, dass das Netzwerk im Wesentlichen aus den SGSN und den GGSN aufgebaut ist, die einerseits die Verbindung der mobilen Endgeräte in den Domänen kontrollieren und andererseits die Verbindung zu anderen Netzwerken ermöglichen. In einem Netzwerk können mehrere GGSN vorhanden sein, die miteinander verbunden sind. Die SMS-GMSC und SMS-IWMSC sind Einheiten, die für den SMS-Austausch eingesetzt werden. Weitere Details können [13] entnommen werden.
Die Figuren 4, 5 und 6 zeigen die Benutzerebenen des bekannten GPRS über GSM/UMTS-Protokolls und des über IP getunnelten GPRS-Protokolls. In diesem Zusammenhang wird auf die Literatur [13] verwiesen. Es wird deutlich, dass das getunnelte Protokoll GTP-U in Figur 6. sowohl zwischen dem GGSN als auch zwischen dem Endgerät verwendet wird. Dies dient dazu, die IP- Pakete zu transportieren. Es wird lediglich das GTP-U- Protokoll auf einer UDP/IP-Schicht verwendet. Im Gegensatz zu UMTS bedarf es keiner Basisstationen, die zusätzlich über das Packet Data Convergence Protocol mit dem Endgerät kommuniziert. Es ist somit ein direkter Tunnel zum Endgerät gegeben. Für weitere Details wird auf die Literatur [20] verwiesen.
Die Figuren 7 , 8 und 9 zeigen die Unterschiede auf der Kontrollebene.
Als weitere Ebene wird Radio Access Network Application
Protocoll (RANAP) eingesetzt, wie es in [20] beschrieben wurde. Dieses Protokoll kapselt und transportiert Informationen und Signale auf höheren Ebenen. Die Ebenen unterhalb von RANAP werden in [14] beschrieben. Für den Transport von RANAP-Informationen sollte SCCP eingesetzt werden. Dies sollte konform sein mit dem ITU-T white book.
Die vorliegende Erfindung basiert im Wesentlichen auf einem
Server und einem Client. Sowohl der Client als auch das Server müssen GPRS über IP unterstützen.
Die Module des Clients unterstützen eine Reihe von neuen Standards wie (3GPP specs, IETF RFCs) oder Entwürfe (Drafts) , die nicht Teil des IP-Stacks sind, sondern auf ihm aufbauen. Der modulare Ansatz hat den Vorteil, dass eine einfache Anpassung möglich ist.
Die Struktur des Clients kann der Figur 10 entnommen werden.
Der Authenticator ist verantwortlich für das Management von unterschiedlichen Informationen wie Passwörtern, öffentlichen und privaten Schlüsseln, Zertifikaten und USIM. Er umfasst ebenfalls Verfahren zur Authentifizierung. Für GPRS über IP basierte Netzwerke ist die Authentifizierung gemäß den GSM- und UMTS-Standards, wie sie in [10] und [25] offenbart werden, notwendig.
Der Sicherheitsagent ist verantwortlich für die Sicherheit und Integrität der Verbindung. Er verwendet Verschlüsselungsmethoden und paketbasierte Filter und Firewall-Mechanismen. Für GPRS über IP basierte Netzwerke sollte IPSec mit IKE (Internet Key Exchange, [28]) unterstützt werden.
Neben den beiden Modulen gibt es weitere Module nämlich den Tunnel-Manager und den Adresskonverter.
Der Tunnelmanager ist verantwortlich für das Tunnelmanagement und das Handover von Tunnelendpunkten. Für GPRS über IP basierte Netzwerke sollte GTP ([22]) unterstützt werden. Der Adressenkonverter hat die Aufgabe der Adresskonvertierung, in der Regel von Ipv4 zu Ipv6 ([30]) und umgekehrt. Dies ist deswegen notwendig, weil die Stacks der Endgeräte nur die Version 4 unterstützen. Ältere Netzwerke sind ebenfalls auf die älteren Versionen ausgerichtet. Hingegen werden neuere Netzwerke, wie UMTS, auf den neueren Versionen basieren. Insbesondere dann, wenn hand over zwischen den unterschiedlichen Netzwerken erfolgt, ist eine Konvertierung notwendig. Die Unterstützung der Maskierung bzw. Adressenübersetzung ist ebenfalls von Interesse ([29]).
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[28] RFC 2409, The Internet Key Exchange (IKE)
[29] RFC 3022, Traditional IP Network Address Translator
[30] RFC 3089, A SOCKS-based IPv6/IPv4 Gateway Mechanism

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Übertragung von Informationen mittels GPRS in einem IP-Netzwerk, insbesondere einem Wireless LAN und/oder einem Hiperlan Netzwerk, mit einem vorzugsweise mobilen Endgerät, das mit dem IP-Netzwerk in Verbindung steht, so dass IP-Pakete ausgetauscht werden können, mit einem IP Serving GPRS Support Node im IP-Netzwerk, - wobei beim Initialisieren der Verbindung zwischen dem Endgerät und dem IP Serving GPRS Support Node ein Tunnel auf der Basis von IP-Paketen aufgebaut wird, der GPRS- Informationen tunnelt,
- wobei die Übertragung von Informationen durch den Tunnel erfolgt,
- wobei der IP Serving GPRS Support Node über ein Netzwerk mit weiteren Serving GPRS Support Nodes verbunden ist, und die Informationen je nach Richtung der Kommunikation auspackt und/oder umpackt, um die Informationen den weiteren Serving GPRS Support Nodes zu senden, oder einpackt um die Informationen durch den Tunnel zum Endgerät zu senden.
2. Verfahren nach dem vorhergehenden Verfahrensanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem mobilen Endgerät eine Software installiert ist, die getunnelte GPRS- Informationen auspackt.
3. Verfahren nach dem vorhergehenden Verfahrensanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass beim Initialisieren der Verbindung überprüft wird, ob das mobile Endgerät Zugriff auf ein GPRS-Netzwerk haben darf, wobei bekannte Sicherheitsüberprüfungen basierend auf dem GPRS-Modus stattfinden.
. Verfahren nach dem vorhergehenden Verfahrensanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass durch Broadcast-Nachrichten ein IP Serving GPRS Support Node im IP-Netzwerk gesucht wird, um einen Tunnel aufzubauen.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein HLR-Dienst vorhanden ist, der sowohl auf der Grundlage der IP-Adresse des Endgerätes als auch auf den Adressinformationen von GPRS eine Bestimmung und/oder Lokalisierung des Endgerätes erlaubt
6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein hand over sowohl auf IP-Ebene als auch auf GPRS-Ebene erfolgen kann, in Abhängigkeit davon, in welchem Netzwerk sich das Endgerät befindet.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verschlüsselung auf GPRS- und/oder IP-Ebene, vorzugsweise durch ipsec, erfolgt.
8. Vorrichtung zur Bereitstellung von GPRS-Diensten in einem IP-Netzwerk, mit Mitteln, die eine Funktionalität eines Serving GPRS Support Node in einem GPRS und/oder UMTS ermöglichen, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorhanden sind, die eine Kommunikation über GPRS durch einen IP-Tunnel mit einem Endgerät erlauben.
9. Vorrichtung nach dem vorherigen Vorrichtungsanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorhanden sind, die eine Gatewayfunktionalität erlauben, insbesondere das Routen von Informationen in andere Netzwerke.
10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorhanden sind, die das Abbilden einer IP-Adresse in einem HLR erlauben.
11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorhanden sind, durch die ein hand over sowohl auf IP-Ebene als auch auf GPRS-Ebene erfolgen kann, in Abhängigkeit davon, in welchem Netzwerk sich das Endgerät befindet .
12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
Mittel vorhanden sind, die eine Verschlüsselung auf GPRS- und/oder IP-Ebene, vorzugsweise durch ipsec, ermöglichen.
13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorhanden sind, die Broadcast-Nachrichten eines Endgerätes empfangen können, um hierdurch eine GPRS- Tunnelverbindung aufzubauen.
14. Endgerät mit Mitteln zur Kommunikation in einen IP- Netzwerk, insbesondere ein mobiles Endgerät, gekennzeichnet durch Mittel, die einen Austausch von Informationen über GPRS durch einen IP-Tunnel ermöglichen.
15. Endgerät nach dem vorherigen Endgeräteanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Endgerät sowohl Wireless Lan als auch UMTS und/oder GSM unterstützt.
16. Endgerät nach einem oder mehreren der vorherigen Endgeräteansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorhanden sind, die eine Adresskonvertierung erlauben, insbesondere von Ipv4 nach IPv6 und umgekehrt sowie NAT und/oder Maskieren.
17. Endgerät nach einem oder mehreren der vorherigen Endgeräteansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorhanden sind, die eine Verschlüsselung der getunnelten Informationen ermöglichen bzw. die Tunnelpakete selber verschlüsseln, wobei vorzugsweise Ipsec eingesetzt wird.
18. Endgerät nach einem oder mehreren der vorherigen Endgeräteansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorhanden sind, die eine Authentifizierung im GPRS- Netzwerk ermöglichen.
19. Endgerät nach einem oder mehreren der vorherigen Geräteansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Softwarelayer vorhanden ist, der die beschriebene Funktionalität ermöglicht, wobei dieser vorzugsweise einen Zugriff auf eine IP-Stack besitzt.
20. Software für Endgerät in einem IP Netzwerk, insbesondere ein mobiles Endgerät wie PDA oder ein mobiles Telefon, dadurch gekennzeichnet, dass ein Prozess implementiert wird, der einen Austausch von Informationen über GPRS durch einen IP-Tunnel ermöglicht.
21. Datenträger mit einer Datenstruktur, die in ein Endgerät geladen werden kann, wobei die Datenstruktur die Software nach dem vorhergehenden Anspruch umfasst.
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