Способ и сеть мобильной дистанционной радиосвязи для передачи пакетных данных

Способ и сеть мобильной дистанционной радиосвязи для передачи пакетных данных

Реферат

Изобретение относится к способу для сети мобильной дистанционной радиосвязи для передачи пакетных данных между двумя мобильными терминалами связи. В сетях для мобильной связи имеется много элементов сети, которые задействованы при передаче речевых данных, мультимедийных данных или других полезных данных. Современная архитектура пригодных для передачи пакетных данных сетей мобильной радиосвязи, как, например, в сетях GPRS и/или UMTS отличается между прочим тем, что имеется центральная переходная точка в случае GPRS-сети, например, так называемая GGSN, которая обеспечивает привязку к сети пакетных данных, как, например, к Интернету. Между мобильным терминалом связи и центральной переходной точкой туннелируют данные абонентов, чтобы поддержать мобильность мобильного терминала связи. Определенной пространственной области, так называемой Routing Area (область трассировки или маршрутизации), присвоен в соответствие точно один управляющий узел сети, в случае GPRS-сети так называемый SGSN, который контролирует мобильность мобильного терминала связи. Относительно построения и обслуживания логических соединений, как, например, PDP-контекстов, сети оптимизированы для так называемых служб клиент-сервер. При этом виде связи в принципе многие абоненты или, соответственно, клиенты коммуницируют из любых мест, например, в виде звезды с центральным сервером, согласованным с поступающей нагрузкой. Другой особенностью является сильно асимметричная характеристика трафика. Имеет место слишком малый поток сообщений от абонента или, соответственно, клиента к серверу, наоборот сравнительно большой поток сообщений от сервера к абоненту. Обычный сценарий при этом, например, поток данных между мобильным терминалом связи и целью, которая лежит вне собственно сети мобильной дистанционной радиосвязи, то есть за центральной переходной точкой, как, например, хост в Интернете или WAP-GM.

Согласно этому сети мобильной радиосвязи не являются пригодными для применений, которые посылают данные от одного мобильного терминала связи к другому мобильному терминалу связи. Подобные прямые передачи данных от одного пользователя к другому пользователю обозначают как передачу "между равноправными узлами" ("peer-to-peer") или, соответственно, как Р2Р-передачу. В настоящее время, в частности, в Интернете обозначился, однако, сверхпропорциональный рост поступления данных именно при так называемых Р2Р-службах. Ярким примером являются, например, обменные биржи для музыкальных и видеоклипов, которые основаны на прямом обмене данными между пользователями.

При возрастающем объеме функций мобильных терминалов связи, как, например, цифровые камеры, МР3-плееры или мультимедийные карты, также у мобильных пользователей или, соответственно, в случае так называемых мобильных подписчиков следует ожидать подобного поведения пользователей. В противоположность к простым текстовым сообщениям и вызывным звуковым сигналам, которые могут хорошо рассылаться посредством так называемой службы коротких сообщений Short Message Service, то есть SMS, при этом поступление данных, вызванное пересылкой, например, звуковых файлов или файлов неподвижных изображений или потоков данных, будет экспоненциально расти. С точки зрения оператора сети тем самым со временем будет все более привлекательным при подобном сценарии маршрутизировать данные по возможности напрямую и тем самым с экономией расходов.

Тем самым задачей настоящего изобретения является лучшая поддержка так называемых одноуровневых служб Р2Р в сетях мобильной радиосвязи, в частности в сетях GPRS или, соответственно, UMTS, и оптимизация маршрутизации пакетных данных в особенно часто встречающихся ситуациях.

Эта задача решается способом согласно пункту 1 формулы изобретения и сетью мобильной радиосвязи согласно пункту 4 формулы изобретения. Дальнейшие предпочтительные формы реализации приведены в зависимых пунктах формулы изобретения.

Согласно пункту 1 формулы изобретения в распоряжение предоставляется способ для управления обмена данными между мобильными абонентами в пакетно-ориентированной сети мобильной радиосвязи, причем

- каждый абонент в зависимости от своего соответствующего местопребывания в сети мобильной радиосвязи обслуживается в определенном управляющем узле сети (SGSN) сети мобильной радиосвязи,

- соединения от мобильного терминала/к мобильному терминалу связи мобильного абонента внутри сети мобильной радиосвязи управляются посредством соответствующего управляющего узла сети,

при котором

- в управляющем узле сети запоминают адресный регистр со всеми адресами, присвоенными мобильным абонентам, обслуживаемым управляющим узлом сети,

- в управляющем узле сети из приходящих пакетов данных считывают присвоенный пакетам данных целевой адрес и посредством функции поиска сравнивают с адресным регистром,

- при наличии целевого адреса в адресном регистре пакеты данных внутри сети мобильной радиосвязи обрабатывают и направляют дальше исключительно посредством управляющего узла сети,

- при отсутствии целевого адреса в адресном регистре пакеты данных передают от управляющего узла сети для дальнейшей обработки к другому узлу сети (GGSN) сети мобильной радиосвязи.

Как уже упомянуто, является известным, что абонентские пакеты данных, которые проходят сеть мобильной радиосвязи прозрачно, то есть туннелированно, становятся видимыми только после центральной переходной точки, в случае GPRS-сети, например, после GGSN, то есть после конечной туннельной точки. Исходя из этой центральной переходной точки пакеты данных затем посредством обычной маршрутизации транспортируют к соответственно указанному целевому адресу. Первым мобильным терминалом связи, например, пакет данных туннелируют через блок контроля, в случае UMTS-сети, например, через дистанционный сетевой контроллер Radio Network Controller (RNC), управляющий узел сети, как, например, SGSN до центральной переходной точки, как, например, GGSN. В центральной переходной точке затем приходящий пакет данных расформировывают или, соответственно, декапсулируют и затем маршрутизируют. Если в случае целевого адреса речь идет о другом втором мобильном терминале связи, то пакет данных маршрутизируют к тому центральному узлу связи, который обслуживает туннель ко второму мобильному терминалу связи. Там пакет данных снова формируют в пакеты или, соответственно, инкапсулируют и, наконец, туннелируют через управляющий узел сети, как, например, SGSN и блок контроля, как, например, дистанционный сетевой контроллер Radio Network Controller (RNC) к целевому адресу, то есть ко второму мобильному терминалу связи.

Обмен мультимедийными содержаниями между двумя мобильными терминалами связи мог до сих пор происходить, например, через так называемые мультимедийные службы сообщений Multimedia Message Service (MMS). В случае этой службы имеется так называемый центр мультимедийных служб сообщений Multimedia Message Service Center (MMSC), который служит при применении так называемого принципа промежуточного хранения в качестве промежуточной памяти. В этой службе пакеты данных, которые должны пересылаться от одного мобильного терминала связи к другому мобильному терминалу связи, в общем случае через пространственно далеко удаленные узлы сети, даже если мобильные терминалы связи лежат по месту близко друг к другу. Следствиями являются ненужно высокие латентные времена задержки, а также ненужная нагрузка сети, где иначе могли бы транспортироваться дополнительные пакеты данных.

Преимуществом настоящего изобретения является теперь то, что маршрутизация этих пакетов данных оптимизируется, если мобильные терминалы связи, обменивающиеся данными, лежат по месту близко друг к другу и поэтому обслуживаются тем же самым управляющим узлом сети, в случае GPRS-сети, например, тем же самым SGSN. За счет предусмотренной согласно изобретению в управляющем узле сети функции поиска распознают релевантные пакеты данных и в обход дальнейшего узла сети, как в случае GPRS-сети, например, узла GGSN, обрабатывают исключительно посредством управляющего узла сети, как, например, SGSN. Заметная доля потока данных между двумя мобильными терминалами связи вызывается пользователями, которые пространственно находятся возле друг друга, как, например, при обмене вызывными звуковыми сигналами, логотипами или данными МР3 между друзьями или знакомыми. Согласно изобретению в этих случаях поток данных в так называемой магистрали сети мобильной радиосвязи, как, например, в GPRS-магистрали между SGSN и GGSN, сильно уменьшается. Всегда, если пакет данных снабжен целевым адресом, который отложен в адресном регистре управляющего узла сети, это распознается соответствующей изобретению функцией поиска и распознанный тем самым в качестве релевантного пакет данных согласно изобретению только еще обрабатывают и передают дальше управляющим узлом сети. Обход через другие узлы сети тем самым согласно изобретению избегается. Если целевого адреса нет в адресном регистре, то пакет данных передают от управляющего узла сети к следующему узлу сети, как, например, к GGSN в сети GPRS, который проявляет себя ответственным за направление пакета данных по его целевому адресу.

В особенно предпочтительной форме выполнения способа, соответствующего изобретению, в качестве адресного регистра выбирают так называемую таблицу хеширования с хеш-функцией, чтобы иметь возможность быстро решать, должен ли поступающий IP пакет передаваться дальше локально или через GGSN. Таблица хеширования состоит из списка записей, которые содержат только двоичное значение "1" или "0". Классификационный критерий, то есть адреса в таблице, вычисляют непосредственно посредством хеш-функции. Это происходит путем преобразования IP адреса в его 32-битное или, соответственно, 128-битное значение, с которым можно непосредственно обращаться к таблице. Если тест с целевым адресом поступающего на SGSN IP пакета дает, например, значение "1", то это сигнализирует наличие локальной цели, то есть партнер по связи зарегистрирован на том же SGSN, что и отправитель IP пакета, и тогда дальнейшую передачу IP пакета согласно изобретению обрабатывает исключительно SGSN. Если тест дает значение "0", то IP пакет должен направляться через GGSN. Таблица во время обработки PDP контекста актуализируется. Для этого при каждом формировании или, соответственно, сокращении или модификации контекста IP адрес соответствующего абонента в таблице устанавливают на соответствующее значение, то есть, например, на "1" для "имеется локально" и "0" для "не имеется".

Предпочтительно в качестве сети мобильной радиосвязи выбирают GPRS- или UMTS-сеть.

Кроме того, настоящее изобретение охватывает сеть мобильной радиосвязи с по крайней мере одним управляющим узлом сети, в котором мобильные абоненты сети мобильной радиосвязи обслуживаются в зависимости от их актуального местонахождения и соединения от терминала/к терминалу связи мобильного абонента, обслуживаемого в управляющем узле сети, управляются внутри сети мобильной радиосвязи, причем в управляющем узле сети предусмотрена функция фильтрации, с помощью которой поступающие пакеты данных отфильтровывают в зависимости от соответственно указанного в пакетах данных целевого адреса.

Предпочтительно в управляющем узле сети предусмотрена таблица, в которой все обслуживаемые управляющим узлом сети абоненты внесены в список с соответствующими присвоенными абонентам адресами. С помощью этой таблицы предпочтительно посредством функции фильтрации может производиться сравнение указанного в пакете данных целевого адреса с внесенными в таблице, соответственно присвоенными абонентам адресами.

В особенно предпочтительной форме выполнения сети мобильной радиосвязи, соответствующей изобретению, в управляющем узле сети предусмотрена функция маршрутизации, с помощью которой выбранные пакеты данных с целевым адресом могут направляться к этому целевому адресу в обход других узлов сети.

В особенно предпочтительной форме выполнения сети мобильной радиосвязи, соответствующей изобретению, в управляющем узле сети функция фильтрации и функция маршрутизации связаны между собой таким образом, что отфильтрованные с помощью функции фильтрации в зависимости от указанного в пакетах данных целевого адреса пакеты данных могут передаваться дальше в обход других узлов сети с помощью функции маршрутизации к соответствующему целевому адресу. Это означает, что если целевой адрес приходящего в управляющий узел сети пакета данных имеется в адресном регистре управляющего узла сети и это распознается с помощью функции фильтрации управляющего узла сети, то этот пакет данных посредством предусмотренной в управляющем узле сети функции маршрутизации направляется непосредственно в обход других узлов сети, как, например, узла GGSN в сети GPRS к целевому адресу. Тем самым могут экономиться время и расходы.

Согласно изобретению тем самым так называемые службы одного уровня Peer-to-Peer или, соответственно, службы Р2Р поддерживаются по аналогии с разработками в Интернете также в сети мобильной радиосвязи. Посредством изобретения как оператор, так и мобильный абонент, которые обслуживаются тем же самым управляющим узлом сети, могут выигрывать от географической близости. Для оператора получается более низкая нагрузка в сети между SGSN и GGSN, для мобильного абонента меньшие латентные времена и поэтому более низкие тарифы.

Дальнейшие преимущества поясняются на основе чертежа, который показывает схематическое представление формы выполнения соответствующего изобретению способа на примере GPRS-сети.

На чертеже представлена форма выполнения соответствующего изобретению способа на примере GPRS-сети. В настоящем примере от GPRS-сети представлены дистанционный сетевой контроллер Radio Network Controller RNC-A, который является ответственным за доступ к сети мобильного абонента А с его мобильным терминалом связи MS A, управляющий узел SGSN, который вследствие пространственной близости обслуживает как мобильного абонента А с его мобильным терминалом MS А, так и находящегося поблизости другого мобильного абонента В с его мобильным терминалом MS В, GGSN, который в настоящем случае как для А, так и для В служит в качестве центральной переходной точки для привязки к сети пакетных данных, в стандартах обозначаемой как логическая опорная точка Gi, и второй дистанционный сетевой контроллер Radio Network Controller RNC-B, который является ответственным за доступ к сети мобильного абонента В. Теперь мобильный абонент А хотел бы с помощью своего мобильного терминала связи MS A произвести соединение к мобильному абоненту В или, соответственно, к его мобильному терминалу связи MS В и передать по нему пакеты данных. Исходящий от абонента А или, соответственно, его терминала MS А пакет данных содержит целевой адрес, а именно в представленном случае адрес абонента В или, соответственно, его MS В. Является известным, что показано на чертеже штриховой линией, что пакет данных от MS А туннелируют через дистанционный сетевой контроллер Radio Network Controller RNC-A, SGSN к GGSN. В RNC-A пакет данных инкапсулируют в соответствующий IP-туннель. Это означает, что пакет данных обрабатывают прозрачно вплоть до GGSN. При логическом рассмотрении пакет данных расформировывают, то есть декапсулируют только после GGSN, а именно в опорной точке Gi и оттуда с помощью отложенного в пакете данных целевого адреса маршрутизируют или, соответственно, направляют именно к этому целевому адресу. Это означает в настоящем случае, когда целевой адресат, а именно абонент В, находится по месту вблизи абонента А, что исходя из опорной точки Gi пакет данных теперь посылают обратно к тому же самому узлу GGSN, там снова формируют в пакет, то есть инкапсулируют и направляют оттуда к тому же SGSN, который обслуживает как абонента А, так и В. От SGSN тогда пакет данных направляют к RNC-B и, наконец, к MS В. Участок между SGSN и GGSN, а также между GGSN и, например, внешним маршрутизатором, который подключен в опорной точке Gi, при этом проходится дважды, что является ненужным для желаемого процесса, а именно посылки пакета данных от А к В. Согласно изобретению SGSN располагает теперь адресной таблицей, функцией поиска и функцией маршрутизации. В таблице каждому обслуживаемому в SGSN абоненту присваивают приписанный ему во время создания PDP-контекста IP-адрес. Таблица выполнена при этом таким образом, что посредством функции поиска и целевого адреса, отложенного в приходящем пакете данных, можно очень быстро установить, содержится ли целевой адрес в таблице или нет. Если целевой адрес абонента В содержится в таблице, как это имеет место в настоящем примере, то функция поиска считывает идентификацию интерфейса, обозначающую физическую связь сетевого контроллера RNC-B, обслуживающего абонента В, и пакет данных посылается прямо через этот интерфейс к RNC-B. За счет обработки пакетов данных на интерфейсе к сети радиодоступа GGSN обходят. Таким образом оценивающая целевые адреса функция поиска или, соответственно, фильтрации узла SGSN в соединении с адресным регистром или, соответственно, таблицей всех обслуживаемых к соответствующему моменту времени этим SGSN абонентов или, соответственно, их IP адресов позволяет производить оптимизированную маршрутизацию для подлежащих посылке пакетов данных между всеми абонентами, обслуживаемыми к соответствующему моменту времени этим SGSN.

1. Способ управления обменом данными между мобильными абонентами (А, В) в пакетно-ориентированной сети мобильной связи, в которой каждый абонент (А, В) в зависимости от своего текущего местонахождения в сети мобильной связи обслуживается в определенном управляющем сетевом узле (SGSN) сети мобильной связи, и соединения от мобильного терминала и к мобильному терминалу связи мобильного абонента (А, В) внутри сети мобильной связи управляются с помощью соответствующего управляющего сетевого узла (SGSN), заключающийся в том, что в управляющем сетевом узле (SGSN) сохраняют адресный регистр со всеми адресами, присвоенными мобильным абонентам (А, В), обслуживаемым управляющим сетевым узлом (SGSN), в управляющем сетевом узле (SGSN) из поступающих пакетов данных считывают присвоенный пакетам данных целевой адрес и посредством функции поиска сравнивают с адресным регистром, при наличии целевого адреса в адресном регистре пакеты данных внутри сети мобильной связи обрабатывают и передают дальше исключительно посредством управляющего сетевого узла (SGSN), при отсутствии целевого адреса в адресном регистре пакеты данных направляют от управляющего сетевого узла (SGSN) для дальнейшей обработки к другому сетевому узлу (GGSN) сети мобильной связи.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве адресного регистра выбирают таблицу хеширования с хеш-функцией.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве сети мобильной связи выбирают GPRS- или UMTS-сеть.

4. Сеть мобильной радиосвязи с, по меньшей мере, одним управляющим сетевым узлом (SGSN), в котором мобильные абоненты (А, В) сети мобильной радиосвязи обслуживаются в зависимости от их текущего местонахождения, и соединения от терминала и к терминалу связи мобильного абонента (А, В), обслуживаемого в управляющем сетевом узле (SGSN), управляются внутри сети мобильной радиосвязи, отличающаяся тем, что в управляющем сетевом узле (SGSN) предусмотрена функция фильтрации, с помощью которой поступающие пакеты данных отфильтровывают в зависимости от соответственно указанного в пакетах данных целевого адреса.

5. Сеть мобильной радиосвязи по п.4, отличающаяся тем, что в управляющем сетевом узле (SGSN) предусмотрена таблица, в которую введены все обслуживаемые управляющим сетевым узлом (SGSN) абоненты (А, В) с соответствующими, присвоенными абонентам адресами.

6. Сеть мобильной радиосвязи по п.5, отличающаяся тем, что посредством функции фильтрации выполняется сравнение указанного в пакете данных целевого адреса с внесенными в таблицу адресами, соответственно присвоенными абонентам.

7. Сеть мобильной радиосвязи по любому из пп.4-6, отличающаяся тем, что в управляющем сетевом узле (SGSN) предусмотрена функция маршрутизации, с помощью которой выбранные пакеты данных с целевым адресом могут направляться на этот целевой адрес в обход других сетевых узлов.

8. Сеть мобильной радиосвязи по п.7, отличающаяся тем, что в управляющем сетевом узле (SGSN) функция фильтрации и функция маршрутизации связаны между собой таким образом, что отфильтрованные с помощью функции фильтрации в зависимости от указанного в пакетах данных целевого адреса пакеты данных передают дальше с помощью функции маршрутизации в обход других сетевых узлов на соответствующий целевой адрес.

9. Сеть мобильной радиосвязи по любому из пп.4-6, отличающаяся тем, что в управляющем сетевом узле (SGSN) функция фильтрации и функция маршрутизации связаны между собой таким образом, что отфильтрованные с помощью функции фильтрации в зависимости от указанного в пакетах данных целевого адреса пакеты данных передают дальше с помощью функции маршрутизации в обход других сетевых узлов на соответствующий целевой адрес.