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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren für einen medienunabhängigen Handover
in einem Kommunikationsnetzwerk, ein entsprechendes Computerprogrammprodukt
sowie eine geeignete Endeinrichtung für ein Kommunikationsnetzwerk, welches
eine medienunabhängige
Handover-Funktion bereitstellt sowie ein entsprechendes Kommunikationsnetzwerk.
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Beispielsweise
der aktuelle IEEE 802.21 Standard dient dem medienunabhängigen Handover für Netzwerke
und bietet die Möglichkeit,
einen Handover eines anderen Netzwerkes zu erfassen oder einen eigenen
Handover zu initiieren. Als Handover bezeichnet man unter Anderem
einen Vorgang in einem (drahtlosen) Kommunikationsnetzwerk, bei
dem ein Endgerät,
zum Beispiel eine mobile Station während eines Gesprächs oder
einer Datenverbindung von einer Funkzelle in eine andere Funkzelle
wechselt. Im US-amerikanischen Sprachgebrauch wird Handover auch
als Hand-off bezeichnet.
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Während eines
Gesprächs
oder einer Datenverbindung kann es notwendig sein, ein Gespräch oder
eine Datenverbindung von einer Funkzelle in eine andere Funkzelle
zu übergeben.
Der Grund dafür
ist meist, dass sich ein mobiles Endgerät aus einem Versorgungsgebiet
bzw. einer Sendereichweite einer aktuellen Funkzelle herausbewegt.
Auch die Qualität
des Funkkanals oder organisatorische Gründe wie beispielsweise eine Überlastung
einer Funkzelle, können
einen Handover bzw. eine Übergabe erforderlich
machen. Denkbar ist auch ein Übergang von
einer ersten Netzwerkart, wie z. B. WLAN, zu einer anderen Netzwerkart,
wie zum Beispiel WiMax oder GSM, wobei in der Regel eine Datenverbindung zum
Internet beibehalten wird.
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Es
ist bei einem entsprechenden Handover insbesondere gewünscht, die Übergabe
während
der bestehenden Datenverbindung mit dem Internet nahtlos zu gestalten,
sodass beispielsweise der Benutzer des jeweiligen mobilen Endgerätes keinerlei Störungen im
Datenverkehr wahrnimmt.
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Die
Funktionalität
des medienunabhängigen Handovers
(MIH = Media Independent Handover) wird meist durch sogenannte MIH-Server in dem Kommunikationsnetzwerk
implementiert. Damit ausgehend von einem Endgerät eine Übergabe von einem ersten zu
einem zweiten Netzwerk oder in eine andere Funkzelle erfolgen kann,
muss der jeweiligen Endeinrichtung die Netzwerkadresse des MIH-Servers
bekannt sein.
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Es
wurde daher vorgeschlagen, auf Basis des DHCP-Protokolls (Dynamic
Host Configuration Protocol) eine Ermittlung der MIH-Serveradresse
zuzulassen. Das DHCP-Protokoll ermöglicht mit Hilfe eines entsprechenden
Servers die dynamische Zuweisung von IP-Adressen und weiterer Konfigurationsparameter
an Teilnehmer in einem Netzwerk. Allerdings erfordert diese Erweiterung
im DHCP-Protokoll eine Modifikation oder Funktionalitätserweiterung der
jeweiligen Teilnehmerendeinrichtungen oder der verwendeten Router.
Da die meisten der jeweiligen Teilnehmerendeinrichtungen und verwendeten DSL-Router
auf der Teilnehmerseite als Legacy Devices gelten, ist deren Modifikation
oder Update, um ein Zuspielen der MIH-Serveradressen über das
erweiterte DHCP-Protokoll zuzulassen, praktisch unmöglich.
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In
verbreiteten Anwendungssituationen liegt auf Teilnehmerseite ein
Router mit einem DHCP-Server und einer NAPT(Network Adress Port
Translation)-Funktion vor, bei der eine Umsetzung von IP-Adressen
und Portnummern stattfindet. Ferner liegt teilnehmerseitig in der
Regel eine Endeinrichtung, wie beispielsweise ein PC vor.
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Auf
der Zugangsnetzwerkseite, die von dem Netzwerkbetreiber unterhalten
und kontrolliert wird, liegen Netzwerk-Layer-Einrichtungen vor, wie beispielsweise
ein DSLAM (Digital Subscriber Line Access Multiplexer). DSLAMs stehen
an dem Ort, an dem die Teilnehmeranschlussleitungen zusammenlaufen
und weisen in der Regel eine Reihe von Line Cards, eine Netzwerkschnittstelle
und eine Taktzuführung
auf. Ferner unterliegt der MIH-Server auf der Zugangsnetzwerkseite
ausschließlich
der Kontrolle des Netzbetreibers. Die Schwierigkeit besteht allerdings
darin, eine medienunabhängige
Handover-Funktionalität bereitzustellen,
wenn die teilnehmerseitigen Einrichtungen z. B. um die erweiterte DHCP-Funktion
zur Ausfindigmachung der MIH-Serveradresse vom Netzbetreiber nicht
modifiziert werden können.
In der Regel ist dies z. B. der Fall, wenn Ethernet-Services direkt
den Endteilnehmern bereitgestellt werden und die Ethernet-Netzwerkkarte
der Teilnehmer-PCs als teilnehmerseitiger Netzabschluss dient. Eine
entsprechende LAN-Netzwerkkarte kann üblicherweise nicht einem Update
unterzogen werden, sodass eine IEEE 802.21 MIH-Funktionalität geschaffen werden kann, sofern
die Adresse des zugangsnetzseitigen MIH-Servers nur mittels einer
modifizierten DHCP-Prozedur erkannt werden kann.
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Rahman,
A. et al., "Transport
of Media Independent Handover Messages over IP", MIPSHOP Working Group [online], Feb.
2007, [recherchiert am 17.09.2007], im Internet:
http://tools.ietf.org/id/draft-rahmann-mipshop-mih-transport-02.txt offenbart
ein Verfahren für einen
medienunabhängigen
Handover in einem Kommunikationsnetzwerk, wobei ein Mobility Manager
ein Endgerät
bei der Durchführung
eines nahtlosen Handovers zwischen zellularer, WLAN- und WMAN-Zugriffstechnologie
unterstützt.
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Aus
Gupta, V., IEEE 802.21 Media Independent Handover, IEEE 802.21 session
#15 in San Diego [online], Juli 2006, [recherchiert am 17.09.2007, im
Internet:
http://www.ieee802.org/21/Tutorials/802%2021-IEEE-Tutorial.ppt
ist
ein Verfahren für
einen medienunabhängigen Handover
in einem Kommunikationsnetzwerk bekannt, wobei eine MIH-Funktion
nach IEEE 802.21 einen Handover von UMTS über WiMAX zu WLAN unterstützt.
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Aus
Lin, J. C.; Rangarajan, S., "LIHP:
A Low Latency Layer-3 Handoff Scheme for 802.11 Wireless Networks" in: International
Symposium an a World of Wireless, Mobile and Multimedia Networks, 2006,
ISBN: 0-7695-2593-8, Juni 2006 ist ein Verfahren für ein Handover
von Mobilstationen zwischen Access-Routern eines WLANs bekannt, wobei den Mobilstationen
durch einen Access Gateway feste IP-Adressen zugeteilt werden. Diese
festen IP-Adressen werden in einer Standorttabelle des Access-Gateways
verwaltet, welches des Access-Routern übergeordnet ist. Somit wird
ein nahtloses Handover der Mobilstationen ermöglicht.
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Es
ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
und Vorrichtungen zu schaffen, die den Betrieb von medienunabhängigen Handovers
in Kommunikationsnetzwerken gestatten, ohne bereits vorhandene Router
oder Endeinrichtungen grundlegend zu modifizieren.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
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Demgemäß ist ein
Verfahren für
einen medienunabhängigen
Handover in einem Kommunikationsnetzwerk vorgesehen, wobei eine Übergabe-Serverinformation
eines Übergabeservers
für den
medienunabhängigen
Handover von einer Endeinrichtung durch eine inverse Netzwerkadresssuche
für eine öffentliche
Netzwerkadresse der Endeinrichtung ermittelt wird.
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Gemäß diesem
Verfahren wird eine inverse Adresssuche durchgeführt, wodurch der anfragenden
Endeinrichtung Informationen zu dem Übergabeserver bzw. MIH-Server übertragen
werden, ohne dass DHCP-Prozeduren vollzogen werden müssen. Die
jeweilige Endeinrichtung erhält
beispielsweise eine öffentliche
Netzwerkadresse und verwendet die Funktionalität eines im Kommunikationsnetzwerk vorgesehenen
Nameservers, wie beispielsweise einem DNS-Server, der die Namen
zugehöriger
Netzwerkadressen von Netzwerkeinrichtungen bereithält und optional
für jede
Netzwerkadresse weitere Informationseinträge vorhält. Durch die Anfrage einer
inversen Adresssuche, was auch als Reverse Look-up bezeichnet wird,
werden der anfragenden Endeinrichtung ihre eigenen Namen und Informationseinträge über den
ihrer Netzwerkadresse zugeordneten Übergabeserver übertragen.
Somit können
mit diesen Informationen, insbesondere durch Kenntnis der Netzwerkadresse
des MIH-Servers, auf der Teilnehmerseite problemlos nahtlose Handovers
vollzogen werden.
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Vorzugsweise
wird das Kommunikationsnetzwerk nach einem IEEE 802.21 Protokoll
betrieben, welches internetbasiert mit TCP/IP arbeitet. Der jeweilige
Informationseintrag mit Übergabeserver-Informationen
kann ein SRV Resource Record und/oder ein NAPTR Record sein. Mittels
SRV Resource Records kann über
das DNS erkannt werden, welche internetprotokollbasierten Dienste
beispielsweise in einer Domain vorliegen. Dies kann insbesondere
der MIH-Server sein. Protokolle wie SIP (Session Initiation Protocol),
welches ein Netzprotokoll zum Aufbau einer Kommunikationssitzung
zwischen zwei Teilnehmern dient und in der IP-Telefonie häufig angewandt
wird, erfordern z. B. SRV Records. NAPTR Records liefern ebenfalls
weitere Informationen, die Aufschluss über DNS-Namen und -Adressen
geben, wie z. B. die Netzwerkadresse des MIH-Servers.
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Die
jeweilige öffentliche
Netzwerkadresse der Endeinrichtung kann z. B. zunächst von
einem STUN-Server übermittelt
werden. Dabei steht STUN für
Simple Traversal of UDP (User Datagram Protocol) Through NATS (Network
Adress Translator Service). Dieses STUN-Protokoll ermöglicht einem
Teilnehmer, der über
einen NAT-Router mit dem Internet verbunden ist, seine zuge hörige öffentliche
Netzwerkadresse festzustellen. Ein NAT-Router setzt IP-Adressen in lokale Adressen
auf der jeweiligen Teilnehmerseite um. Bei SIP-Telefonen ermöglicht das
STUN-Protokoll beispielsweise die Ermittlung der gültigen IP-Adresse des SIP-Telefons.
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Das
vorgeschlagene Verfahren eignet sich insbesondere bei Kommunikationsnetzen,
die als DSL, WLAN, GSM, UMTS oder WiMax-Netzwerken ausgebildet sind.
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Die
Erfindung schafft ferner ein Computerprogrammprodukt, welches auf
einer programmgesteuerten Netzwerkeinrichtung in einem Kommunikationsnetzwerk
die Durchführung
eines entsprechenden Verfahrens einen medienunabhängigen Handover
in dem Kommunikationsnetzwerk veranlasst.
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Das
Computerprogrammprodukt kann beispielsweise mittels Software-Update
der Teilnehmerendeinrichtungen, wie PDAs, Mobiltelefone, VOIP-Einrichtungen
oder Notebook-Computern implementiert werden.
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Die
Erfindung schafft ferner eine Endeinrichtung für ein Kommunikationsnetzwerk
gemäß Anspruch
11.
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Die
Endeinrichtung eignet sich insbesondere zur Ausführung eines entsprechenden
Verfahrens zur Ermittlung der Übergabe-Serverinformationen.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind
Gegenstand der Unteransprüche
sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen
und unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.
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Es
zeigen dabei:
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1:
eine schematische Darstellung der Abläufe bei einem Verfahren für einen
medienunabhängigen
Handover;
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2:
eine schematische Abfolge von Verfahrensschritte bei der Durchführung des
Verfahrens; und
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3:
ein schematisches Anwendungsbeispiel des Verfahrens für einen
medienunabhängigen Handover
mit einer Endeinrichtung in Kommunikationsnetzwerken.
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In
den Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elementen mit denselben
Bezugszeichen versehen worden, sofern nichts anderes angegeben ist.
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Die 1 zeigt
beispielhaft ein Kommunikationsnetzwerk 1, welches internetprotokollbasiert
aufgebaut sein kann. Dabei ist eine Endeinrichtung 2, beispielsweise
als Notebook mit einer WLAN(Wireless Local Area Network)-Karte und
einem entsprechenden WLAN-Router 3 dargestellt. Durch das
Oval 6 ist somit das teilnehmerseitige Teilnehmernetzwerk dargestellt,
dessen Hardwareeinrichtungen in der Regel nicht von dem Netzzugangsprovider
modifiziert werden können.
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Das
jeweilige Zugangsnetz, welches auf dem Internet basiert, hat einen
STUN-Server 4 sowie eine Implementierung des Domain Name
Systems (DNS), welches hier mit dem Bezugszeichen 5, beispielsweise
als DNS-Server, angedeutet ist.
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Es
ist z. B denkbar, dass ein nahtloser Handover von einem Zugangsprovider
zu einem zweiten erfolgen soll. Dazu ist es notwendig, die IP-Adresse des
für die
Teilnehmerendeinrichtung 2 zuständigen MIH-Servers (hier nicht
dargestellt) im Kommunikationsnetzwerk 1 ausfindig zu machen.
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In
der 2 sind die wesentlichen Verfahrensschritte zum
Ermitteln der Netzwerkadresse des Übergabeservers bzw. MIH-Servers angegeben.
In einem ersten Schritt S1 kontaktiert die Endeinrichtung 2 über den
Router 3 den STUN-Server 4 und fragt die ihr zugewiesene öffentliche
Netzwerkadresse ab. Die Verbindung zwischen dem Notebook 2 und dem
NAT-Server 3 ist über
den Pfeil 7 dargestellt, und die Verbindung zwischen dem
NAT-Server 3 und dem STUN-Server 4 mittels des
Pfeils 8. Der NAT-Server 3 dient hier als Bindeglied
zwischen der eigentlich anfragenden Teilnehmerendeinrichtung, dem
Notebook 2 und dem IP-basierten Netzwerk 1. Dabei übernimmt
der NAT-Router die Umsetzung der im Internet 1 geltenden
IP-Netzwerkadressen auf lokale Netzwerkadressen innerhalb des Teilnehmernetzwerkes 6.
Der STUN-Server 4 ermöglicht
es schließlich
dem Notebook 2, seine zugewiesene IP-Netzwerkadresse zur
Kenntnis zu bringen.
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Im
Schritt S2 ist der Endeinrichtung bzw. dem Notebook 2 somit
die von dem NAT-Router 3 verwendete öffentliche IP-Adresse bekannt,
sodass im Schritt S2 ein DNS-Server 5 kontaktiert und angefragt
wird, welcher daraufhin eine inverse Adresssuche auf Basis der übermittelten
Netzwerkadresse, die dem Teilnehmer 2 zugeordnet ist, im
DNS durchführt.
Der DNS-Server 5 führt demnach
ein Reverse Look-up anhand der öffentlichen
IP-Adresse des Notebooks 2 bzw. des NAT-Routers 3 durch
und findet den Namenseintrag. Denkbar ist auch, dass SRV- oder NAPTR-Einträge zu der öffentlichen
IP-Adresse gefunden werden.
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Im
Schritt S3 übermittelt
der DNS-Server 5 über
den NAT-Router 3 der
Endeinrichtung 2 die entsprechenden SRV Records, die insbesondere
Informationseinträge über den
MIH-Server des Netzwerkes 1 aufweisen. Somit sind MIH-Server-Informationen
bzw. Übergabe-Serverinformationen
für den
zuständigen
MIH-Server an die
Teilnehmerendeinrichtung übermittelt
worden. Dies ist über
die Pfeile 7 und 9 in der 1 illustriert.
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Mittels
SRV-Resource Records kann über das
DNS im IP-basierten
Kommunikationsnetz übermittelt
werden, welche IP-basierten
Dienste in der jeweiligen Domain angeboten werden. Dies betrifft
insbesondere die MIH-Funktionalität für einen nahtlosen medienunabhängigen Handover,
der z. B. von der End einrichtung 2 initiiert werden kann.
Ein typischer RSV-Eintrag
bzw. RSV Resource Record liefert Informationen über den Service, also den Dienst,
das benutzte Protokoll und die Domain, die TCP oder UDP-Portnummer
und insbesondere den Server, welcher den Dienst bereitstellt.
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Für ein Verfahren
zum medienunabhängigen Handover
ist insbesondere der Eintrag über
den MIH-Server von Bedeutung. Anstelle oder zusammen mit dem SRV
Record kann auch ein NAPTR Resource Record an die anfragende Endeinrichtung 2 übermittelt
werden, wobei NAPTR für
Naming Authority Point Resource Record steht. Der NAPTR-Eintrag
liefert ebenfalls die Namen und Adressen von Servern und weiteren
Informationen. In dem NAPTR Record ist beispielsweise auch angegeben,
welches Protokoll von dem im Record verzeichneten Server verwendet
wird sowie auch Priorisierungsdaten. Durch Kenntnis des NAPTR Records
zu seiner IP-Adresse erfährt
die Endeinrichtung 2 somit auch die für den Handover notwendigen
Informationen über
den Übergabeserver
bzw. MIH-Server und dabei insbesondere dessen IP-Adresse.
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Der
Einsatz neuerer und schwierig auf der Teilnehmerseite 6 zu
implementierenden DHCP-Protokollerweiterungen sind gemäß dem vorgeschlagenen
Verfahren nicht notwendig.
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In
der 3 ist ein Anwendungsbeispiel für das Verfahren für einen
medienunabhängigen
Handover schematisch erläutert.
Die 3 zeigt eine mobile Einrichtung, wie einen PDA 2 (Personal
Digital Assistant) als Endeinrichtung, welche geographische Bereiche
verschiedener drahtloser Kommunikationsnetzwerke 10, 11, 12 durchläuft.
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In
einem ersten Zeitraum ist beispielsweise der PDA 2 über ein
GSM- oder UMTS-Netzwerk 10 an das Internet 1 gekoppelt.
Zu einem späteren
Zeitpunkt hat sich der Standort des PDAs 2' verändert, weil beispielsweise
der Benutzer in den Bereich eines WiMax-Netzes 11 eingedrungen
ist. In dieser Situation ist der PDA 2' über ein WiMax-Netzwerk 11 an das
Internet 1 gekoppelt. Wiederum später, beispielsweise beim Aufenthalt
in der Nähe
eines WLAN-Hotspots, ist der PDA 2'' über ein
WLAN-Netzwerk 12 an das
Internet 1 gekoppelt. In dem GSM- oder UMTS-Netzwerk 10 ist
beispielhaft eine Transponderstation 13 dargestellt. Ebenso
zeigt das WiMax-Netzwerk 11 eine entsprechende Funkstation 14,
und für
das WLAN-Netzwerk 12 ist schematisch ein WLAN-Router 15 dargestellt.
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Die
Internet-Infrastruktur 1 sieht mindestens einen DNS-Server 5 vor
und eine MIH-Server 16, der den eigentlichen Ablauf der
Handover zwischen den verschiedenen Netzwerkarten koordiniert. Damit
der PDA beim Übergang
vom Standort 2 zum Standort 2' einen nahtlosen Handover zwischen
dem GSM- oder UMTS-Netz zu dem WiMax-Netzwerk 11 schaffen kann,
muss dieser zunächst
den Standort bzw. die IP-Adresse des zugehörigen MIH-Servers 16 kennen.
Dies erfolgt beispielsweise mittels der in 2 dargestellten
Verfahrensschritte, nämlich
zunächst eine
Abfrage seiner öffentlichen
IP-Adresse und anschließend
durch das Anstoßen
einer inversen Adresssuche auf Basis seiner eigenen IP-Adresse bei
dem DNS-Server 5 im Internet 1. Dies liefert beispielsweise
die seiner öffentlichen
IP-Adresse zugeordneten SRV Records oder in NAPTR-Records zurück, die
die Netzwerkadresse des zugehörigen MIH-Servers 16 enthalten.
Wird dann der Bedarf eines Netzübergangs
bzw. eines Handovers bei bestehender Internetverbindung erkannt,
können
die MIH-Prozeduren gemäß beispielsweise
der IEEE 802.21 Standardvorgaben erfolgen.
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Eine ähnliche
Prozedur ist möglich
beim Übergang
des Standortes 2' im
WiMax-Einflussbereich zum WLAN 12, also am Standort 2''. Ein großer Vorteil besteht darin,
dass konventionell eingesetzte Teilnehmerendeinrichtungen oder beispielsweise verbreitete
NAT-Router, die zunächst
nicht für
den IEEE 802.21 Standard vorgesehen sind, dennoch medienunabhängige Handover
initiieren und vollziehen lassen können.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
lässt sich selbstverständlich nicht
nur bei den dargestellten Einrichtungen verwenden, son dern immer
dann, wenn beispielsweise IP-basierte Anwendungen eingesetzt werden.
Durch die inverse Adressauflösung eines
Nameservers erhält
die jeweilige Teilnehmerendeinrichtung immer die notwendigen Daten,
um Handover- bzw. die entsprechenden MIH-Server anzustoßen. Sobald
die Netzwerkadresse des MIH-Servers bekannt ist, können die
weiteren Schritte zum Übergeben
der aktuellen Internetverbindung bzw. Datenverbindung zum Internet
an das alternative Netzwerk vorgenommen werden.
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Dazu
werden in der Regel zunächst
die vorhandenen Netzwerke erfasst und das günstigste für die aktuelle Datenverbindung
ausgewählt.
In einem weiteren Schritt wird dann die Internetprotokollverbindung
in dem neu gewählten
Netzwerk vorbereitet und schließlich
der Handover vollzogen, indem der Datenübertragungskontext und die
Datenpakete auf die neue Internetverbindung übergeben werden. Das vorgeschlagene
Verfahren eignet sich nicht nur bei heterogenen vertikalen Handovers
auf andere Netze, sondern kann auch innerhalb eines einzelnen Netzwerkes,
beispielsweise mit einer eingangs genannten zellulären Struktur
von Funkzellen angewendet werden.