WO2004039113A2 - Nachrichtenübertragungssystem und verfahren zur nutzung von sim-karten über fernzugriff für kostengünstige verbindungen zwischen fest- und mobilfunknetzen - Google Patents

Nachrichtenübertragungssystem und verfahren zur nutzung von sim-karten über fernzugriff für kostengünstige verbindungen zwischen fest- und mobilfunknetzen Download PDF

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WO2004039113A2
WO2004039113A2 PCT/EP2003/010130 EP0310130W WO2004039113A2 WO 2004039113 A2 WO2004039113 A2 WO 2004039113A2 EP 0310130 W EP0310130 W EP 0310130W WO 2004039113 A2 WO2004039113 A2 WO 2004039113A2
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WO
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sim
sim card
network
server
cards
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Jürgen KRAUSE
Wolfgang Peter
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VIERLING ELECTRONICS GmbH and CO KG
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Ceased legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W24/00—Supervisory, monitoring or testing arrangements

Definitions

  • the invention relates primarily to a message transmission system for using SIM cards via remote access (preamble of claim 1). Furthermore, the invention relates to a method for using SIM cards via remote access (claim 4).
  • SIM card Subscriber Identity Module
  • GSM mobile radio network Global System for Mobile Communication
  • An identification key is stored on the SIM card for authentication of the mobile radio subscriber, the identification key also being known to the switching center (MSC Mobile Switching Center, stored there in the "Home Location Register").
  • the authentication process is based on a comparison of computing results that are determined in parallel in the SIM card and in the exchange. During the authentication, the mobile station receives a random number from the exchange and calculates this number and that on the chip card
  • the simulated "mobile radio subscriber" In order to gain access to the mobile network for test purposes, it is often necessary to simulate a mobile station.
  • the simulated "mobile radio subscriber" must be known to the real network, the SIM card with the corresponding identification key being necessary for the simulation.
  • the roaming tests also use the identification key to check whether the services subscribed to by a mobile subscriber in his home network or in his home location are also available in the visited network or location. It is also of interest to know the quality with which the services offered in the GSM mobile radio network are available. Since the network functions and services are to be tested in a way that a subscriber actually uses them, they are tested from the subscriber interfaces.
  • the participant interfaces at the air interface are important, i.e.
  • test modules In order to be able to carry out tests in an efficient manner as centrally as possible from a single location via existing data networks
  • the subscriber mobile stations being equipped with a subscriber identification module which identifies the subscriber and whose data are at least partially stored in at least one database of a switching system.
  • the mobile station is equipped with an adapter module which can be selectively connected to one of a plurality of SIM cards, so that the respectively connected SIM card is emulated in the mobile station provided with the adapter module.
  • a central SIM server for receiving the SIM cards and a centrally arranged control device are provided which control the selection and connection of the SIM cards with the mobile station containing the adapter module.
  • the spatially distributed different test modules at least partially contain mobile stations provided with adapter modules and the SIM server, the control device and the test modules are connected via a data network connecting the switching systems. At least some of the spatially distributed test modules contain software that simulates a mobile station and has access to the SIM card in the SIM server. Several tests can also be carried out simultaneously by the control unit, several of the spatially distributed mobile stations provided with adapter modules accessing the SIM server in certain test modules.
  • the SIM server can also be connected directly to the control device instead of via the data network, or the SIM server and control device form a unit.
  • the SIM server can also be constructed from modular units, each of the units being able to hold a multiplicity of SIM cards, for example up to 568 SIM cards, and the modular units are jointly controlled by the control device.
  • the control device In the same in DE 198 31 929 Cl described method is selectively each of the spatially distributed mobile stations equipped with an adapter module. at least virtually connected to one of the SIM cards in the SIM server, so that each selected mobile station emulates the respectively connected SIM card, and certain spatially distributed test modules are controlled by these mobile stations provided with adapter modules via the data network.
  • one of the spatially distributed test modules is selectively assigned to one of the spatially distributed mobile stations equipped with an adapter module, and the connection or assignment is made by the centrally arranged control device. This makes it possible to check availability, the services made available continuously and to change these tests independently and if necessary to adapt to the changed requirements.
  • a method is known from DE 195 25 276 C1 in which at least one mobile station and a switching center as well as the authentication sequence between the mobile station and the switching center in a real mobile radio network, bypassing the use of real SIM Maps are simulated.
  • location update sequence in which the location information of the mobile station is updated, a cell change of the mobile station between the simulated distribution center and a real switching center is simulated, so that the current, real switching center has already calculated authentication data from the preceding, simulated switching center (Authentication Sets) queries which of these can now be specified as desired.
  • the simulation sets So at the so-called A-interface, which connects the radio base stations of the individual cells with the higher-level switching centers. The protocol and data sequences between the simulated mobile station and real or simulated base stations are thus simulated.
  • DE 199 10 385 AI discloses a method and a radio communication network for securing a subscriber identity module (SIM card) arranged in a mobile station.
  • SIM card subscriber identity module
  • On the network side based on the fact that the mobile station side updates the support of the subscriber when the service area changes to a radio communication network is initiated and data of the subscriber stored in a previously responsible subscriber data base are deleted on the network side, an additional paging message is sent to mobile stations in the old coverage area.
  • the network checks whether another mobile station is still active and responds to the "paging" with the same subscriber ID as that of the authorized subscriber , If this is the case, the evaluation of the received subscriber identifier provides an indication of at least one other mobile station that is active without authorization with the same subscriber identity module. Furthermore, provision can be made for location information about the mobile subscriber to be sent from the mobile station together with the subscriber identifier when the paging message is answered and to be evaluated on the network side. This results in secure protection against unauthorized access (cloning) to the subscriber identity module reserved solely for the card user.
  • WO 02/19664 discloses a method and a device for remote-controlled access to SIM cards using a central SIM server, a SIM card interface and a router.
  • a SIM card can be used simultaneously in different applications and the application can be located locally or remotely. Any transmission path that guarantees a delay time of ⁇ 10 ms can be used (condition of the ATR: answer to reset).
  • the SIM card can be read by several users and all messages are exchanged 1: 1 between the SIM card and the application.
  • the physical presence of the SIM card is also passed on. When a timeout occurs the SIM card is simulated. Every detail of the SIM card is provided identically to the application. The assignment of the SIM cards to the target application and choice of the physical transmission medium is not specified.
  • the application concerns the simultaneous transfer from a SIM card to different applications (e.g. data, voice, fax, ).
  • the SIM cards must be kept in sufficient numbers or simulated at each measuring location. By simulating the SIM cards, the total number of SIM cards can be kept low. However, insufficient attention is paid to the fact that the control of the information to be transmitted by means of a central SIM server with a simulated SIM card on site is generally time-critical. For example, the ATR (answer to reset) command usually has to be used in mobile radio networks can be answered within 10 ms. For this reason, in practice there is no communication system for using SIM cards via remote access, in which transmission routes with a network-internal delay time in the range of seconds can be used. This is particularly important because the telecommunications industry is to be seen as an extremely progressive, development-friendly industry that very quickly picks up improvements and simplifications and puts them into practice.
  • the invention is compared to the known
  • the purpose of the message transmission system and method for using SIM cards via remote access is to provide such a message transmission system and a method therefor which enable the use of transmission links with a network-internal delay time in the range of seconds.
  • the SIM server has a SIM card array with at least rows of SIM cards and a device for SIM management with a SIM multiplexer connected downstream of the SIM card array, the SIM server is connected via a transmission network to a decentralized device which has a SIM card emulator and a SIM card interface and for A profile data record for simulating the SIM card is stored in the memory of the SIM card emulator and only the authentication is transmitted over the transmission network.
  • the device according to the invention has the advantage that, in a surprisingly simple and inexpensive manner, the high administrative outlay in the case of distributed installations of GSM modules and the time-consuming maintenance processes which occur each time the SIM card is changed can be avoided by the SIM card being replaced by a Emulation is replaced.
  • all functions can be simulated locally by the emulation.
  • the information required for this, such as the content of the phone book, the SMS memory and the menu functions to be integrated, are stored in a local profile data record.
  • the GSM ALGORITHM used for authentication (GSM11.11 chapter 7.2) is carried out by the transmission network via the SIM server directly from the SIM card of the SIM card array specified by the management software.
  • this object is achieved in that only the authentication takes place via an online connection between the decentralized device and the Sim server, while all the other data in the decentralized device can be simulated.
  • the method according to the invention has the advantage that the amount of data to be transmitted for the SIM card emulation is minimized and that the requirements placed on the transmission network with regard to data rate and delay times are considerably reduced compared to transparent transmission of all SIM cards. Furthermore, when using the described method, protocol elements and Data transmission networks with far lower transmission quality can be used without restricting the function. Finally, the security conditions of the SIM are complied with in all respects, preferably through the transparent transfer of the authentication data between SIM emulation and physical SIM card.
  • the SIM card array has further SIM cards arranged in columns and between the transmission network and the SIM server there is at least one Ro ⁇ ter which is connected to the device for SIM management and with the SIM card. Card array is connected.
  • This development of the invention has the advantage that the optimal transmission network for the respective application can be selected by using routers without having to change the system design.
  • routers for internal communication are preferably connected to one another via a local network.
  • This configuration has the advantage of any scalability of the system.
  • time-critical telegrams such as ATR (answer to reset) are generated in the decentralized device.
  • ATR answer to reset
  • FIG. 1 shows an embodiment of the invention
  • FIG. 2 the SIM server according to the invention in detail
  • FIG. 3 the decentralized device according to the invention in detail.
  • FIG. 1 shows an embodiment for the topology of the message transmission system according to the invention and FIG. 2 and FIG. 3 Details of a SIM server SS according to the invention and a decentralized device DE for using SIM cards via remote access.
  • the SIM server SS comprises a SIM card array SKA with at least rows of SIM cards SK and a device for SIM management ESV with a SIM multiplexer connected downstream of the SIM card array SKA.
  • the SIM server SS Via a transmission network ÜN, the SIM server SS is connected to a decentralized device DE, which has a SIM card emulator SKE and a SIM card interface SKS.
  • DE decentralized device
  • SKE SIM card emulator
  • SKS SIM card interface
  • the system can be scaled to any size simply by configuring the transmission network and defining the LAN addresses.
  • both the SIM server SS and the decentralized device DE are connected to the transmission network ÜN.
  • the optimal transmission network ÜN can be selected for the respective application without having to change the system design.
  • any number of external GSM terminal devices 1 can log in specifically to different GSM user accounts represented by SIM cards SK stored in the SIM card array SKA.
  • the components are central administration software of the SIM administration ESV (SIM assignment management), central SIM card array SKA with connection to the transmission network ÜN (SIM server SS), transmission network ÜN, decentralized probe (SIM -Card emulator SKE) and decentralized GSM application GSMA functionally fused together.
  • the tasks of the central administration software are: - Interface for the administration of the SIM cards SK,
  • the tasks of the SIM card array SKA with connection to the transmission network ÜN are:
  • SIM interface in the transmission network ÜN, transparent forwarding of the TO protocol elements for each SIM card SK of the SIM card array SKA, - forwarding of the physical information "SIM card available"
  • the structure of the SIM multiplexer ensures:
  • SIM assignment management that a SIM card SK is only used in one application (SIM assignment management),
  • SIM emulation that the amount of data to be transferred is minimized (SIM emulation), - that the requirements placed on the transmission network ÜN with regard to data rate and delay times - compared to a transparent transfer of all SIM cards - are significantly reduced,
  • the main requirements for the TSO transmission network are:
  • the tasks of the SIM card emulator SKE are:
  • the SIM card emulator SKE transmits the parameter TC2 in the ATR string.
  • the message transmission system forms the basis for a large number of user-specific variants.
  • GSM application GSMA Mobile calls.
  • GSM application GSMA includes: - Requesting a SIM card SK via the management software of the SIM
  • Application-specific function e.g. least cost routing against roaming charges, time-dependent or alternative routing, call detail records, management access via ISDN or intranet (IP), call distribution on 2 SIM cards per GSM (4 SIM cards optional)).
  • the message transmission system according to the invention and the method according to the invention enable SIM roaming and the termination of calls from the fixed network to the mobile radio network via GSM gateways.
  • any SIM card SK can be made via an online connection . be copied to the SIM server SS.
  • the decentralized unit DE then works with this "copied" SIM card SK, as if it were available locally, so that the cheapest connection (SIM card) can always be selected. Since charges are also incurred for the online connection, namely for SIM authentication, depending on the charge model, the costs for roaming cannot be saved 100%.
  • the SIM cards SK should be kept centrally for better maintainability of the systems.
  • the SIM card SK must be removed from the actual system, whereby according to the invention there is always a clear assignment and any transmission link can be used which guarantees a delay time of ⁇ 25 s.
  • the message transmission system according to the invention is scalable in every version and is therefore suitable both in smaller network networks and for use in large call volumes, such as leasf cost routing and carrier applications.
  • the SIM server SS according to the invention can also be used advantageously for taking the mobile phone number to another provider (number portability).
  • the SIM card emulator SKE can be integrated into a PC using a plug-in card; the configuration can be carried out via PC Windows program and a convenient SMS transmission from the PC; remote access for remote maintenance, configuration and download are provided on the PC, so that an IP connection or monitoring, management and configuration can also be carried out via remote maintenance; Mpbilfunkkanal phenomenon formed with different occupancy strategies and voice guidance for users are provided, etc.

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Abstract

Verfahren unter Benutzung zentraler SIM-Server und simulierter SIM-Karten zur Messung der Netzqualität in regelmässigen Abständen sind bekannt. Zuwenig Beachtung findet jedoch, dass die Steuerung der zu übertragenden Informationen mittels zentralem SIM-Server bei simulierter SIM-Karte vor Ort in der Regel zeitkritisch ist. Um ein Nachrichtenübertragungssystem zur Nutzung von SIM-Karten über Fernzugriff derart auszugestalten, dass die Nutzung von Übertragungsstrecken mit einer netzinternen Verzögerungszeit im Sekundenbereich möglich ist, umfasst erfindungsgemäss der SIM-Server ein SIM-Karten-Array mit zumindest in Zeilen angeordnete Sim-Karten und eine Einrichtung zur SIM-Verwaltung mit einem dem SIM-Karten-Array nachgeschalteten SIM-Multiplexer. Der SIM-Server steht über ein Übertragungsnetzwerk mit einer dezentralen Einrichtung in Verbindung, welche einen SIM-Karten Emulator und eine SIM-Karten Schnittstelle aufweist. Zum Fernzugriff der dezentralen Einrichtung im Speicher des SIM-Karten Emulators ist ein Profildatensatz zur SIM-Karten-Nachbildung abgelegt und nur die Authentisierung wird über das Übertragungsnetzwerks übertragen. Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Nachrichtenübertragungssysteme.

Description

"Nachrichtenübertragungssystem und Verfahren zur Nutzung von SIM- Karten über Fernzugriff für kostengünstige Verbindungen zwischen Fest- und Mobilfunknetzen"
Die Erfindung betrifft in erster Linie, ein Nachrichtenübertragungssystem zur Nutzung von SIM-Karten über Fernzugriff (Oberbegriff des Patentanspruchs 1). Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Nutzung von SIM- Karten über Femzugriff (Patentanspruch 4).
Es ist es bekannt, dass zur Nutzung von Mobilstationen im GSM- Mobilfunknetz (Global System for Mobile Communication) eine sogenannte SIM-Karte (Subscriber Identity Module = Teilnehmeridentitätsmodul) notwendig ist, die den Zugriff auf die entsprechenden Netze ermöglicht. Zur Authentisierung des Mobilfunkteilnehmers ist auf der SIM-Karte ein Identifikationskey gespeichert, wobei der Identifikationskey auch der Vermittlungsstelle (MSC Mobile Switching Center, dort abgelegt im "Home Location Register") bekannt ist. Das Authentikationsverfahren beruht auf einem Vergleich von Rechenergebnissen, die parallel in der SIM-Karte und in der Vermittlungsstelle ermittelt werden. Während der Authentisierung bekommt die Mobilstation von der Vermittlungsstelle eine Zufallszahl gesendet und berechnet aus dieser Zahl und dem auf der Chipkarte
« gespeicherten Identifizierungskey nach einem festgelegten Algorithmus einen Zahlenwert. Bei Gleichheit der Ergebnisse ist die Teilnehmerauthentität gewährleistet. Jede Authentikation führt zu einer neuen Berechnung unter Anwendung einer neuen Eingabegröße, wodurch Fehlgebühren durch Manipulationen ausgeschlossen werden.
BESTATIGUNGSKOPIE Für den Fall, dass das Teilnehmeridentitätsmodul "geknackt" wird, haben Dritte die Möglichkeit eines unberechtigten "Klonens" (SIM-card cloning), was dazu f hrt, dass der Unberechtigte Sprach- und Datenverbindungen mit der nachgeahmten Karte auf Kosten des Karteninhabers nutzen kann.
Um für Testzwecke Zugang zum Mobilfunknetz zu erhalten, ist es oft notwendig, eine Mobilstation zu simulieren. Der simulierte "Mobilfunkteilnehmer" muss dem realen Netz bekannt sein, wobei zur Simulation die SIM-Karte mit dem entsprechenden Identifizierungskey notwendig ist. Auch im Rahmen der Roamingtests wird auf Grundlage des Identifizierungskeys geprüft, ob die von einem Mobilfunkteilnehmer in seinem Heimatnetz, bzw. in seiner Heimatlokation, abonnierten Dienste im besuchten Netz, bzw. Lokation, auch verfügbar sind. Weiterhin ist es auch von Interesse, mit welcher Qualität die im GSM- Mobilfunknetz angebotenen Dienste verfügbar sind. Da die Netzfunktionen und Dienste in einer Art getestet werden sollen, wie ein Teilnehmer sie tatsächlich benutzt, werden diese von den Teilnehmerschnittstellen aus getestet. Wichtig sind dabei die Teilnehmerschnittstellen an der Luftschnittstelle, d.h. zur Mobilstation, und am Festnetz für herkömmliche, analoge und ISDN-Teilnehmeranschlüsse (Integrated Services Digital Network) sowie Tests der internen Schnittstellen des GSM- Mobilfunknetzes, wie z.B. die' sog. A-Schnittstelle am MSC. Um die volle Verfügbarkeit der Dienste der eigenen und der „roamenden" Mobilfunkteilnehmer jederzeit sicherzustellen, muss also in jeder Location mit jedem SIM getestet werden, was wiederum in jeder Location eine große Anzahl SIMS notwendig macht.
Um Tests in effizienter Weise möglichst zentral von einem einzigen Ört aus über bereits existierende Datennetze durchführen zu können, ist beispielsweise aus der DE 198 31 929 C-l eine Testanordnung zur Prüfung der Übertragungswege mittels sogenannter Testmodule bekannt, wobei die Teilnehmer-Mobilstationen mit einem den Teilnehmer identifizierenden Subscriber Identification Module ausgerüstet sind, dessen Daten in mindestens einer Datenbank eines Vermittlungssystems zumindest teilweise gespeichert sind. Die Mobilstation ist statt der SIM-Karte mit einem Adaptermodul ausgestattet, das selektiv mit jeweils einem von einer Mehrzahl von SIM-Karten verbindbar ist, so dass die jeweils verbundene SIM-Karte in der mit dem Adaptermodul versehenen Mobilstation emuliert wird. Weiterhin sind ein zentraler SIM-Server zur Aufnahme der SIM-Karten und eine zentral angeordnete Steuereinrichtung vorgesehen, welche die Auswahl und Verbindung der SIM-Karten mit der das Adaptermodul enthaltenden Mobilstation steuert. Die räumlich verteilten unterschiedlichen Testmodule enthalten zumindest teilweise mit Adaptermodulen versehene Mobilstationen und der SIM-Server, die Steuereinrichtung und die Testmodule sind über ein die Vermittlungssysteme verbindendes Datennetz verbunden. Zumindest ein Teil der räumlich verteilten Testmodule enthält Software, die eine Mobilstation simuliert und auf die SIM-Karte im SIM-Server Zugriff hat. Es sind auch gleichzeitig mehrere Tests durch die Steuereinheit durchführbar, wobei mehrere der räumlich verteilten, mit Adaptermodulen versehenen Mobilstationen in bestimmten Testmodulen auf den SIM-Server zugreifen. Es kann auch der SIM-Server statt über das Datennetz unmittelbar mit der Steuereinrichtung verbunden sein oder SIM-Server und Steuereinrichtung bilden eine Einheit. Der SIM-Server kann auch aus modularen Einheiten aufgebaut werden, wobei jede der Einheiten eine Vielzahl von SIM-Karten, beispielweise bis zu 568 SIM-Karten, aufnehmen kann, und die modularen Einheiten werden gemeinsam von der Steuereinrichtung gesteuert. Bei dem in der DE 198 31 929 Cl ebenfalls beschriebenen Verfahren wird selektiv jede der mit einen Adaptermodul ausgerüsteten, räumlich verteilten Mobilstationen . mit jeweils einer der SIM-Karten im SIM-Server zumindest virtuell verbunden, so dass jede selektierte Mobilstation die jeweils verbundene SIM-Karte emuliert, und bestimmte räumlich verteilte Testmodule werden von diesen mit Adaptermodulen versehenen Mobilstationen über das Datennetz angesteuert. Dabei wird selektiv jeweils eines der räumlich verteilten Testmodule einem der mit einen Adaptermodul ausgerüsteten, räumlich verteilten Mobilstationen zugeordnet und die Verbindung bzw. Zuordnung erfolgt durch die zentral angeordnete Steuereinrichtung. Dadurch ist es möglich, die Verfügbarkeit, der zur Verfügung gestellten Dienste ständig zu überprüfen sowie diese Tests ständig zu ändern und, wenn erforderlich, den geänderten Anforderungen anzupassen.
Um die Tests von Roaming-Beziehungen zu vereinfachen, ist aus der DE 195 25 276 Cl ein Verfahren bekannt, bei dem in einem realen Mobilfunknetz zumindest eine Mobilstation und eine Vermittlungsstelle sowie die Authentisierungssequenz zwischen der Mobilstation und der Vermittlungsstelle unter Umgehung des Einsatzes realer SIM-Karten simuliert werden. Weiterhin wird bei der Standortaktualisierung (Location Update Sequenz), bei der die Ortsinformation der Mobilstation aktualisiert wird, ein Zellenwechsel der Mobilstation zwischen der simulierten Veπnittlungsstelle und einer realen Vermittlungsstelle simuliert, so dass die aktuelle, reale Vermittlungsstelle von der vorhergehenden, simulierten Vermittlungsstelle bereits errechnete Authentisierungsdaten (Authentication Sets) abfragt, welche dieser nun beliebig 'vorgegeben werden können. Dadurch kann die Authentisierungssequenz simuliert werden, so dass nachfolgende Tests im Wirknetz vereinfacht werden. Die Simulation setzt also an der sogenannten A-Schnittstelle auf, welche die Funk-Feststationen der einzelnen Zellen mit den hierarisch höher liegenden Vermittlungsstellen verbindet. Es werden also die Protokoll- und Datensequenzen zwischen simulierter Mobilstation und realen bzw. simulierten Feststationen simuliert.
Um zu ermöglichen, dass für Tests in GSM-Netzen am Messort die SIM-Karte physikalisch nicht vorhanden sein muss, ist es aus der DE 100 11 986 AI bekannt, die SIM-Karte zu simulieren und dadurch SIM-Karte und Mobilteil räumlich zu trennen. Dabei ist keine Begrenzung der räumlichen Trennung erforderlich, eine beliebige Zuordnung der SIM-Karten zu beliebigen Mobilteilen und umgekehrt ist möglich und es kann eine Standarddatenübertragungstechnologie benutzt werden. Vorzugsweise werden alle Informationen oder nur die funktionsrelevanten Information von der SIM-Karte zum Mobilteil und umgekehrt übertragen. Die Nachbildung der nicht funktionsrelevanten Information lokal zur SIM-Karte und die Nachbildung der nicht funktionsrelevanten Information lokal zum Mobilteil sowie die Steuerung der Verbindung SIM-Karte und Mobilteil erfolgt durch externes Equipment. In dieser Konfiguration wird das Mobilteil mit den Daten der SIM-Karte versorgt und das Mobilteil reagiert so, wie wenn die SIM-Karte stecken würde. Das Mobilteil kann nun alle erforderlichen Tests durchführen, so dass die SIM-Karten nur in der Anzahl vorhanden sein müssen, welche für die Tests minimal notwendig sind.
Weiterhin ist aus der DE 199 10 385 AI ein Verfahren und ein Funk-Kommunikationsnetz zur Sicherung eines in einer Mobilstation angeordneten Teilnehmeridentitätsmoduls (SIM-Karte) bekannt. Dabei wird netzseitig, ausgehend davon, dass mobilstationsseitig eine Aktualisierung der Betreuung des Teilnehmers bei einem Wechsel des Versorgungsgebiets in einem Funk-Kommunikatiönsnetz initiiert wird und netzseitig in einer bisher zuständigen Teilnehmerdätenbasis gespeicherte Daten des Teilnehmers gelöscht werden, eine Funkrufhachricht zusätzlich in das alte Versorgungsgebiet zu Mobilstationen ausgesendet. Durch die zusätzliche Funkrufhachricht (Paging) in das alte Versorgungsgebiet, in dem sich der mobile Teilnehmer aber gar nicht mehr aufhält, prüft das Netz, ob eine weitere Mobilstation noch aktiv ist und auf das "Paging" mit derselben Teilnehmerkennung wie die des berechtigten Teilnehmers antwortet. Ist dies der Fall, liefert die Auswertung der empfangenen Teilnehmerkennung einen Hinweis auf zumindest eine weitere unberechtigterweise mit dem gleichen Teilnehmeridentitätsmodul aktive Mobilstation. Weiterhin kann vorgesehen werden, dass eine Ortsinformation über den mobilen Teilnehmer bei Beantwortung der Funkrufnachricht von der Mobilstation zusammen mit der Teilnehmerkennung gesendet und netzseitig ausgewertet wird. Damit ergibt sich ein sicherer Schutz gegen das unberechtigte Zugreifen (cloning) auf das allein dem Kartennutzer vorbehaltene Teilnehmeridentitätsmodul.
Schließlich ist aus der WO 02/19664 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum femgesteuerten Zugriff auf SIM-Karten unter Benutzung eines zentralen SIM-Servers, einer SIM-Kartenschnittstelle und eines routers bekannt. Dabei kann eine SIM-Karte gleichzeitig in verschiedenen Anwendungen genutzt werden und die Anwendung kann hierbei lokal aber auch entfernt angesiedelt werden. Verwendet werden kann jede Übertragungsstrecke, die eine Verzogerungszeit von < 10 ms garantiert (Bedingung des ATR: answer to reset). Die SIM-Karte kann von mehreren Benutzem gelesen werden und alle Meldungen werden 1 :1 zwischen SIM-Karte und Anwendung ausgetauscht. Neben der logischen Simulation der SIM-Karte wird auch die physikalische Anwesenheit der SIM-Karte weitergegeben. Beim Auftreten eines Timeouts wird das Ziehen der SIM-Karte simuliert. Die SIM-Karte wird in jeder Einzelheit identisch der Applikation bereit gestellt. Die Zuordnung der SIM- Karten zur Zielanwendung und Wahl des physikalischen Übertragungsmediums wird nicht spezifiziert. Die Anwendung betrifft die gleichzeitige Weitergabe von einer SIM-Karte an verschiedene Applikationen (z.B. Daten, Voice, Fax , ....).
Wie die vorstehende Würdigung des Standes der Technik aufzeigt, sind für unterschiedliche Anwendungsfälle entsprechend ausgestaltete Verfahren unter Benutzung zentraler SIM-Server und simulierter SIM-Karten bekannt. Die Qualität eines Netzes kann nur gewährleistet werden, wenn in regelmäßigen Abständen Messungen der Netzqualität stattfinden. Für GSM- Netze sind dies insbesondere Tests der Übergänge in andere Netze, der Roamingfunktion, der verfügbaren Netzdienste (FAX, VOICE, DATA (CSD), HSCD, GPRS) und deren Kombinationen. GSM-Provider bzw. UMTS-Provider (UMTS Universal Mobile Telephone Service) schließen Roamingverträge mit vielen anderen weltweit operierenden Providern ab. Damit die Abrechnung und die Funktion überprüft werden kann, muss in jedem GSM-Netz oder UMTS-Netz mindestens eine SIM-Karte jedes Roamingpartners für Tests verfügbar sein. Soll die entsprechende Funktion an verschiedenen Orten innerhalb des GSM-Netzes oder UMTS-Netzes verifiziert werden, müssen die SIM-Karten in entsprechend hoher Zahl an jedem Messstandort vorgehalten bzw. simuliert werden. Durch die Simulation der SIM-Karten kann zwar die Gesamtanzahl der SIM-Karten gering gehalten werden. Zuwenig Beachtung findet jedoch, dass die Steuerung der zu übertragenden Informationen mittels zentralem SIM-Server bei simulierter SIM-Karte vor Ort in der Regel zeitkritisch ist. Beispielsweise muss in Mobilfunknetzwerken der ATR-Befehl (answer to reset) in der Regel innerhalb von 10 ms beantwortet werden. Deshalb fehlt in der Praxis ein Nachrichtenübertragungssystem zur Nutzung von SIM-Karten über Fernzugriff, bei welcher Übertragungsstrecken mit einer netzintemen Verzögerungszeit im Sekundenbereich benutzt werden können. Besonders bedeutsam ist dies, weil die Telekommunikations-Industrie als äußerst fortschrittliche, eritwicklungsfreudige Industrie anzusehen ist, die sehr schnell Verbesserangen und Vereinfachungen aufgreift und in die Tat umsetzt.
Der Erfindung liegt gegenüber den bekannten
Nachrichtenübertragungssystem und Verfahren zur Nutzung von SIM-Karten über Fernzugriff die Aufgabe zugrunde, ein solches Nachrichtenübertragungssystem und ein Verfahren hierzu zur Verfügung zu stellen, welches die Nutzung von Übertragungsstrecken mit einer netzintemen Verzögerungszeit im Sekundenbereich ermöglicht.
Diese Aufgabe wird, ausgehend von einem Nachrichtenübertragungssystem zur Nutzung von SIM-Karten über Femzugriff mit den Merkmalen im Oberbegriff des Patentanspruchs 1, dadurch gelöst, dass der SIM-Server ein SIM-Karten-Array mit zumindest in Zeilen angeordnete Sim-Karten und eine Einrichtung zur SIM- Verwaltung mit einem dem SIM-Karten-Array nachgeschalteten SIM-Multiplexer umfasst, dass der SIM-Server über ein Übertragungsnetzwerk mit einer dezentralen Einrichtung in Verbindung steht, welche einen SIM-Karten Emulator und eine SIM-Karten Schnittstelle aufweist und dass zum Femzugriff der dezentralen Einrichtung im Speicher des SIM-Karten Emulators ein Profildatensatz zur SIM-Karten-Nachbildung abgelegt ist und nur die Authentisierung über das Übertragungsnetzwerks übertragen wird. Die erfindungsgemäße Einrichtung weist den Vorteil auf, dass auf überraschend einfache und kostengünstige Art und Weise der bei verteilten Installationen von GSM-Modulen hohe Verwaltungsaufwand und die bei jedem Wechsel der SIM-Karte anfallenden aufwendigen Wartungsvorgänge vermieden werden können, indem die SIM-Karte durch eine Emulation ersetzt wird. Hierbei können mit Ausnahme des Authentisierungsalgorithmus alle Funktionen lokal durch die Emulation nachgebildet werden. Die hierzu notwendigen Informationen wie z.B. Inhalt des Telefonbuchs, der SMS- Speicher und einzubindende Menüfunktionen werden in einem lokalen Profildatensatz abgelegt. Der für die Authentisierung eingesetzte GSM ALGORITHM (GSM11.11 Kapitel 7.2) wird mittels des Übertragungsnetzwerks über den SIM-Server direkt von , der durch die Verwaltuhgssoftware festgelegten SIM-Karte des SIM-Karten-Arrays durchgeführt.
Weiterhin wird diese Aufgabe, ausgehend von einem Verfahren zur Nutzung von SIM-Karten über Fernzugriff nach Patentanspruch 4, dadurch gelöst, dass über eine online-Verbindung zwischen dezentraler Einrichtung und Sim- Server nur die Authentisierung erfolgt, während alle anderen Daten in der dezentralen Einrichtung simuliert werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist den Vorteil auf, dass die für die SIM- Karten Emulation zu übertragende Datenmenge minimiert ist und dass die an das Übertragungsnetzwerk gestellten Anforderungen bezüglich Datenrate und Verzögerungszeiten gegenüber einer transparenten Weitergabe aller SIM- Karten erheblich herabgesetzt sind. Weiterhin können bei Anwendung des beschriebenen Verfahrens Protokollelemente und auch Datenübertragungsnetzwerke mit weit geringerer Übertragungsqualität ohne Einschränkung der Funktion verwendet werden. Schließlich sind die Sicherheitsbedingungen des SIM in jeder Hinsicht eingehalten, vorzugsweise durch die transparente Weitergäbe der Authentisierungsdaten zwischen SIM- Emulation und physikalischer SIM-Karte.
In Weiterbildung der Erfindung weist, gemäß Patentanspruch 2, das SIM- Karten-Array weitere in Spalten angeordnete Sim-Karten auf und zwischen Übertragungsnetzwerk und SIM-Server ist mindestens ein Roμter angeordnet, welcher mit der Einrichtung zur SIM- Verwaltung und mit dem SIM-Karten- Array verbunden ist.
Diese Weiterbildung der Erfindung weist den Vorteil auf, dass durch den Einsatz von Routem das für die jeweilige Anwendung optimale Übertragungsnetzwerk gewählt werden kann, ohne dass das Systemdesign verändert werden muß.
Vorzugsweise sind, gemäß Patentanspruch 3, mehrere Router für die interne Kommunikation über ein lokales Netzwerk miteinander verbunden sind. -
Diese Ausgestaltung weist den Vorteil einer beliebigen Skalierbarkeit des Systems auf.
In Weiterbildung der Erfindung werden, gemäß Patentanspruch 5, zeitkritische Telegramme, wie beispielsweise ATR (answer to reset), in der dezentralen Einrichtung erzeugt. Mit dieser Weiterbildung wird der Schutz vor Einflussnahme Dritter weiter verbessert, da nur die Authentisierungsdaten über das Netzwerk übertragen werden. Diese sind implizit geschützt, so dass bei einer Verfälschung dieser Daten eine Authentisierung nicht möglich ist. . .
Weitere Vorteile und Einzelheiten lassen sich der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung entnehmen. In der Zeichnung zeigt:
FIG. 1 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Nachrichtenüber-tragungssystems zur Nutzung von SIM- Karten über Femzugriff,
FIG. 2 den erfindungsgemäßen SIM-Server im Detail und
FIG. 3 die erfindungsgemäße dezentrale Einrichtung im Detail.
FIG. 1 zeigt eine Ausführungsform für die Topologie des erfindungsgemäßen Nachrichtenübertragungssystems und FIG. 2 sowie FIG. 3 Details eines erfmdungsgemäßeii SIM-Servers SS und einer dezentralen Einrichtung DE zur Nutzung von SIM-Karten über Femzugriff.
Der SIM-Server SS umfasst ein SIM-Karten-Array SKA mit zumindest in Zeilen angeordnete Sim-Karten SK und eine Einrichtung zur SIM- Verwaltung ESV mit einem dem SIM-Karten-Array SKA nachgeschalteten SIM-Multiplexer. Über ein' Übertragungsnetzwerk ÜN steht der SIM-Server SS mit einer dezentralen Einrichtung DE in Verbindung, welche einen SIM- Karten Emulator SKE und eine SIM-Karten Schnittstelle SKS aufweist. Zum Femzugriff der dezentralen Einrichtung (DE) ist im Speicher des SIM-Karten Emulators (SKE) ein Profildatensatz zur SIM-Karten-Nachbildung abgelegt und es wird nur die Authentisierung über das Übertragungsnetzwerks ÜN übertragen.
Durch die Verwendung eines LAN als internes Kommunikationsmedium kann alleine durch Konfiguration des Übertragungsnetzwerks ÜN und Festlegung der LAN-Adressen das System beliebig skaliert werden. Infolge des Einsatzes von Routern R werden sowohl der SIM-Server SS als auch das dezentrale Einrichtung DE an das Übertragungsnetzwerk ÜN angebunden. Auf diese Weise kann das für die jeweilige Anwendung optimale Übertragungsnetzwerk ÜN gewählt werden, ohne das Systemdesign verändern zu müssen. Gesteuert über die Verwaltungssoftware in der SIM- Verwaltung ESV können so beliebig viele externe GSM-Endeinrichtungen l gezielt auf verschiedene - durch im SIM-Karten-Array SKA hinterlegte SIM- Karten SK repräsentierte - GSM-Benutzerkonten einbuchen.
Beim erfindungsgemäßen Nachrichtenübertragungssystem sind die Komponenten zentrale Verwaltungs-Software der SIM- Verwaltung ESV (SIM-Assignment-Management), zentrales SIM-Karten-Array SKA mit Anbindung an das Übertragungsnetzwerk ÜN (SIM-Server SS), Übertragungsnetzwerk ÜN, dezentrale Probe (SIM-Karten Emulator SKE) und dezentrale GSM-Applikation GSMA funktionsmäßig miteinander verschmolzen. Die Aufgaben der zentralen Verwaltungs-Software sind: - Oberfläche für die Verwaltung der SIM-Karten SK,
- Datenbank zur Speicherung der SIM-Karten Informationen,
- Zuweisung einer SIM-Karte SK auf Anfrage einer Applikation, - Regelmäßige Überprüfung auf Verfügbarkeit der SIM-Karten SK im SIM- Karten-Array SKA; Weiterleitung dieser Information an die Applikation,
- Sperrung der zugewiesenen SIM-Karten SK gegenüber anderen Applikationen, - Realisierung verschiedener Algorithmen für die Vergabe der SIM-Karten SK an die Applikationen durch:
- Zufall,
- Simulation bewegter SIM-Karten,
- Round Robin, - ereignisgesteuert, insbesondere durch Zeit- oder Geldkontingent.
Durch die Verwendung eines LAN für die interne Kommunikation wird dabei eine Skalierbarkeit des Systems ermöglicht.
Die Aufgaben des SIM-Karten-Array SKA mit Anbindung an das Übertragungsnetzwerk ÜN sind:
Bereitstellung des SIM-Interface im Übertragungsnetzwerk ÜN, Transparente Weitergabe der TO-Protokollelemente für jede SIM- Karte SK des SIM-Karten-Array SKA, - Weitergabe der physikalischen Information „SIM-Karte verfügbar"
Insbesondere wird durch die Struktur des SIM-Multiplexers gewährleistet:
- dass das System beliebig skalierbar ist,
- dass eine SIM-Karte SK nur in einer Applikation verwendet wird (SIM- Assignment-Management),
- dass die zu übertragende Datenmenge minimiert (SIM-Emulation), - dass die an das Übertragungsnetzwerk ÜN gestellten Anforderungen bezüglich Datenrate und Verzögerungszeiten - gegenüber einer transparenten Weitergabe aller SIM-Karten - erheblich herabgesetzt sind,
- dass für Protokollelemente auch Datenüberträgungsnetzwerke mit weit geringerer Übertragungsqualität ohne Einschränkung der Funktion verwendet werden können,
- dass die Sicherheitsbedingungen des SIM in jeder Hinsicht eingehalten sind (transparente Weitergabe der Authentisierungsdaten zwischen SIM- Karten Emulator SKE und physikalischer- SIM-Karte SK).
Die wesentlichen Anforderungen an das Übertragungsnetzwerk ÜN sind:
- netzinteme Verzögerungszeit < 25 s,
- Datendurchsatz > 1200 baud.
Bei Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens muss das Übertragungsnetzwerk ÜN lediglich die Timeoutzeit des T=0 Protokolls einhalten (1 s bis 25,5 s). Bei einer transparenten Weitergabe der T=0- Protokollelemente, wie beim Stand der Technik, muss die netzinteme Verzögerungszeit < 10 ms (ISO 7816 3.2.b) sein. Diese Forderung kann von einigen. Übertragungsmedien nicht eingehalten werden, wie z.B. GPRS, HSCSD oder CSD. Deshalb kann das erfindungsgemäßen Verfahren im Gegensatz zum transparenten Verfahren nach dem Stand der Technik für nahezu alle bekannten Übertragungsmedien (z.B. auch Wählverbindungen) eingesetzt werden.
Die Aufgaben des SIM-Karten Emulator SKE sind:
- Emulation der SIM-Karte für folgende Protokollelemente nach Vorgaben in lokalem Profildatensatz. Folgende Kommandos werden emuliert: ATR (answer to reset, wird <10 ms nach dem Reset gesendet), SELECT, STATUS, READ_BLNARY, UPDATE, BLNARY, READ RECORD, UPDATE_RECORD, SEEK, INCREASE,
VERIFY_CHV, CHANGE_CHV, DISABLE_CHV, ENABLE_CHV, UNBLOCK _CHV, LNVALIDATE, REHABILITATE, SLEEP,
TERMINAL JPROFILE, ENVELOPE, FETCH, TERMINAL RESPONSE.
- Emulation der physikalischen Parameter (GSM 11.11, Kapitel 5; ATR, Baudrate, Klasse der SIM-Karte). In dem ATR-String überträgt der SIM- Kartenemulator SKE unter anderem den Parameter TC2. Dieser
Parameter legt nach IS07816 3.5.a die work waiting time fest: work waiting time = 960*TC2* 1/9600 s; TC2 kann im Bereich von 10 bis 255 gewählt werden. -> work waiting time = 1 s bis 25,5 s.
- Emulation des Filesystems der SIM-Karte SK (GSM 11.11, Kapitel 6; Telefonbuch, SMS-Speicherplätze).
- Emulation des SIM-Karten Application Interface (GSM 11.11, Kapitel 11, erweiterte Menüeinträge, ...).
- Weitergabe der Authentisierungsaufforderung (RUN_GSM_ÄLGORITHM) über das Übertragungsnetzwerk ÜN an das SIM-Karten-Array SKA.
Weitergabe der Antwort auf die Authentisierungsaufforderung an das GSM-Modul GSM. Das erfindungsgemäße Nachrichtenübertragungssystem bildet die Basis für eine Vielzahl von anwenderspezifischen Varianten. Angefangen von
Mobilbüros, Firmen mit Außendienst bis hin zu Unternehmen mit
Fahrzeugflotte, Filialen etc. Aber auch für Carrier wie nationale und internationale Verbindungsnetzbetreiber, Teilnehmemetzbetreiber,
Prepaid-Card-Betreiber etc. bietet das erfindungsgemäße
Nachrichtenübertragungssystem eine kostengünstigere Terminierung von
Mobilfunkgesprächen. Dabei werden unterschiedlichste Mobilfunknetze durch die GSM- Applikation GSMA unterstützt, welche umfasst: - Anforderung einer SIM-Karte SK über die Verwaltungssoftware der SIM-
Verwaltung ESV,
- Weitergabe der SIM-Kartenkennung an den SIM-Karten Emulator SKE,
- Start der eigentlichen GSM- Applikation,
, - Abschalten des GSM-Moduls GSM, wenn „SIM-Karte nicht verfügbar" von der Verwaltungssoftware gemeldet wird,
- Applikationsspezifische Funktion (z.B. Least Cost Routing gegen Roaming-Gebühren, zeitabhängiges oder alternatives Routing, Call Detail Records, Management-Zugang über ISDN oder Intranet (IP), Rufverteilung auf 2 SIM-Karten pro GSM (4 SIM-Karten optional)).
Das erfindungsgemäße Nachrichtenübertragungssystem bzw. das erfindungsgemäße Verfahren ermöglichen das SIM-Roaming und die Terminierung von Gesprächen aus dem Festnetz ins Mobilfunknetz über GSM-Gateways. Vorzugsweise durch die Verwendung von Mobilfunk- Equipment mit zwei SIM-Karten (z.B. GPRS und GSM) kann über eine Online- Verbindung eine beliebige SIM-Karte SK aus. dem SIM-Server SS kopiert werden. Die dezentrale Einheit DE arbeitet dann mit dieser "kopierten" SIM-Karte SK, wie wenn sie lokal vorhanden wäre, so dass immer die kostengünstigste Verbindung (SIM-Karte) gewählt werden kann. Da auch für die Online- Verbindung, nämlich für die SIM-Authisierung, Gebühren anfallen, können - je nach Gebührenmodell - die Kosten für Roaming nicht zu 100% eingespart werden. Die SIM-Karten SK sollen zur besseren Wartbarkeit der Systeme zentral gehalten werden. Hierzu muss die SIM-Karte SK vom eigentlichen System abgesetzt werden, wobei erfindungsgemäß eine eindeutige Zuordnung immer gegeben ist und es kann jede Übertragungsstrecke verwendet werden, die eine Verzögerungszeit von < 25 s garantiert. Insbesondere ist das erfindungsgemäße Nachrichtenübertragungssystem in jeder Version skalierbar und somit sowohl in kleineren Verbundnetzwerken als auch für den Einsatz bei großem Gesprächsvolumen, wie Leasf-Cost-Routing und Carrier-Applikationen, geeignet. Schließlich kann der erfindungsgemäße SIM-Server, SS auch für die Mitnahme der Mobilfunkruf ummer zu einem anderen Provider (number portabilty) in vorteilhafter Weise genutzt werden.
Alle dargestellten und beschriebenen Ausführungsmöglichkeiten, sowie alle in der Beschreibung und/oder der Zeichnung offenbarten neuen Einzelmerkmale und ihre Kombination untereinander, sind erfindungswesentlich. Beispielsweise kann die Integration des SIM-Karten Emulators SKE in einem PC über Einsteckkarte erfolgen; die Konfiguration über PC-Windowsprogramm und ein komfortabler SMS-Versand vom PC aus durchgeführt werden; am PC ein Remotezugang für Fernwartung, -konfiguration und Download vorgesehen werden, so dass auch eine IP-Anbindung oder eine Überwachung, Management und Konfiguration über Fernwartung durchgeführt werden kann; Mpbilfunkkanalgruppen mit unterschiedlichen Belegungsstrategien gebildet und Sprachführung für Benutzer vorgesehen werden usw.

Claims

Patentansprüche
1. Nachrichtenübertragungssystem zur Nutzung von SIM-Karten (SK) über Fernzugriff mit einem zentral angeordneten SIM-Server (SS) und logischer Simulation der SIM-Karte (SK) im Funkmodul (GSM), dadurch gekennzeichnet, dass der SIM-Server (SS) ein SIM-Karten- Array (SKA) mit zumindest in Zeilen angeordnete Sim-Karten (SK) und eine Einrichtung zur SIM- Verwaltung (ESV) mit einem dem SIM- Karten-Array (SKA) nachgeschalteten SIM-Multiplexer umfasst, dass der SIM-Server (SS) über ein Übertragungsnetzwerk (ÜN) mit einer dezentralen Einrichtung (DE) in Verbindung steht, welche einen SIM- Karten Emulator (SKE) und eine SIM-Karten Schnittstelle (SKS) aufweist und dass zum Fernzugriff der dezentralen Einrichtung (DE) im Speicher des SIM-Karten Emulators (SKE) ein Profildatensatz zur SIM-Karten-Nachbildung abgelegt ist und nur die Authentisierung über das Übertragungsnetzwerks (ÜN) übertragen wird.
2. Nachrichtenübertragungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das SIM-Karten-Array (SKA) weitere in Spalten angeordnete Sim-Karten (SK) aufweist und dass zwischen Übertragungsnetzwerk (ÜN) und SIM-Server (SS) mindestens ein Router (R) angeordnet ist, welcher mit der Einrichtung zur SIM-
Verwaltung (ESV) und mit dem SIM-Karten-Array (SKA) verbunden ist.
3. Nachrichtenübertragungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Router (R) für die interne Kommunikation über ein lokales Netzwerk (LAN) miteinander verbunden sind.
4. Verfahren zur Nutzung von SIM-Karten über Femzugriff nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass über eine online- Verbindung zwischen dezentraler Einrichtung (DE) und Sim- Server (SS) nur die Authentisierung erfolgt, während alle anderen Daten in der dezentralen Einrichtung (DE) simuliert werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zeitkritische Telegramme, wie beispielsweise ATR (answer to reset), in der dezentralen Einrichtung (DE) erzeugt werden.
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