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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft zellulare Mobilkommunikationsnetzwerke mit unlizenzierten
Funkzugangsnetzwerken. Die Erfindung hat eine spezifische Bedeutung
für ein
Funkrufen innerhalb eines Abdeckungsgebietes eines unlizenzierten
Funkzugangsnetzwerkes.
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Hintergrundstand der Technik
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In
jeglichem zellularen Mobilkommunikationssystem, wie zum Beispiel
einem GSM-Netzwerk, wird eine Mobilitätsverwaltung, d.h. der Ort
von Teilnehmern oder mobilen Stationen, auf unterschiedlichen Schichten
gehandhabt. Bei der obersten Schicht halten die Heimatort-Register
(HLR) Daten darüber,
in welchem Teil eines Netzwerkes ein Mobilteilnehmer umherwandert
und bei welchem Besucherort-Register (VLR) der Mobilteilnehmer gegenwärtig registriert
ist. Besucherorts-Register
(VLR) halten Daten darüber,
in welchem Ortsbereich (LA) ein Mobilteilnehmer sich gegenwärtig befindet.
Ein Ortsbereich wird von einer mobilen Vermittlungsstelle (MSC)
und einer Anzahl von Basisstations-Steuergeräten (BSC) gesteuert und in
mehrere Zellen unterteilt, die das Abdeckungsgebiet von Basisstations-Sendern/Empfängern (BTS)
darstellen. Das Ortsgebiet wird in jede Zelle von der Basis-Sender/Empfänger-Station
BTS ausgestrahlt. Eine wandernde Mobilstation ist daher in der Lage,
zu detektieren, wenn diese sich von einem Ortsgebiet zu dem nächsten bewegt
und kann das Besucherorts-Register VLR informieren. Falls sich jedoch
die Mobilstation einfach von einer Zelle zu einer anderen innerhalb desselben
Ortsgebietes bewegt, wird das Besucherortsgebiet nicht informiert.
Dies bedeutet, dass, um eine Mobilstation innerhalb des Netzwerkes
zu lokalisieren, das Kernnetzwerk lediglich weiß, in welchem Ortsgebiet das
Mobile sich befindet und muss das Mobiltelefon in allen Zellen innerhalb
dieses Ortsgebietes Funkrufen.
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Konventionelle
zellulare Netzwerke können durch
Hinzufügen
von Zugangsnetzwerken erweitert werden, die eine Schnittstelle für unlizenzierten
Funk mit niedriger Leistung verwenden, um mit Mobilstationen zu
kommunizieren. Diese Zugangsnetzwerke sind gestaltet, zusammen mit
den Kernelementen eines öffentlichen
Standardmobilnetzwerkes verwendet zu werden und bestehen im Wesentlichen
aus Einsteck-Sender/Empfängern
für unlizenzierten
Funk mit niedriger Leistung oder Zugangspunkten, von denen jeder
gestaltet ist, eine unlizenzierte Funkverbindung mit einer Mobilstation
MS und einem Steuergerät
oder Schnittstellenknoten aufzubauen, die die unlizenzierten Funksenderempfänger mit
dem Mobilkernnetzwerk verbinden. Geeignete Formate für unlizenzierten
Funk umfassen digital-verbesserte,
drahtlose Telekommunikation (DECT – digital enhanced cordless
telecommunications), drahtloses LAN und Bluetooth. Ein angepasster,
mobiler Handapparat, der in der Lage ist, über sowohl die Standardluftschnittstelle
(z.B. die Um-Schnittstelle) und die Schnittstelle für unlizenzierten
Funk zu arbeiten, bedeutet, dass der Teilnehmer lediglich ein Telefon
für alle
Umgebungen benötigt.
Das Zugangsnetzwerk ist derart konstruiert, dass die Kernelemente,
wie zum Beispiel die Mobilvermittlungsstellen MSC, des öffentlichen
Mobilnetzwerkes den Schnittstellenknoten als ein herkömmliches
Basisstations-Steuergerät BSC
ansehen. Ein derartiges Zugangsnetzwerk und die Mobilstation zur
Verwendung mit diesem Zugangsnetzwerk sind in der Europäischen Patentanmeldung
Nr.
EP-1 207 708 offenbart.
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Die
niedrige Leistung und ein resultierender niedriger Bereich der Schnittstelle
für unlizenzierten Funk
bedeutet, dass mehrere derartiger Zugangsnetzwerke in relativ naher
Umgebung bereitgestellt werden können,
zum Beispiel ein Zugangsnetzwerk pro Etage eines Bürogebäudes oder
in einem Privathaushalt. Die Verbindung zwischen den Sendern/Empfängern für unlizenzierten
Funk und dem zugeordneten Steuergerät wird vorzugsweise durch ein
festes Breitbandnetzwerk bereitgestellt. Vorzugsweise verwendet
eine Kommunikation über
dieses Netzwerk das Internetprotokoll IP, das die Installation des
Zugangsnetzwerkes weit erleichtert, was es einem Teilnehmer erlaubt,
einen Sender/Empfänger
für unlizenzierten
Funk in seinem eigenen Haushalt einzustecken und selbst diesen temporär an einen
alternativen Ort zu bewegen und folglich einen Zugriffspunkt für unlizenzierten
Funk selbst zu installieren. Die Kombination der kleinen Größe der Zugangspunkt-Abdeckungsgebiete
und die Erleichterung, mit der diese installiert und bewegt werden
können,
bedeutet, dass jedes Zugangspunkt-Steuergerät eine sehr große, jedoch
häufig
wechselnde Anzahl von Zellen im Vergleich zu dem äquivalenten
Basisstations-Steuergerät
eines herkömmlichen
zellularen Netzwerkes steuert. Wenn folglich eine Mobilstation, die
irgendwo in dem Zugangsnetzwerk für unlizenzierten Funk umherwandert,
von dem Kernnetzwerk gerufen werden muss, ist die Signal gebende
Last auf dem Zugangspunkt-Steuergerät sehr hoch, aufgrund der großen Anzahl
von Zellen und beteiligten Zugangspunkten.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Im
Lichte der obigen Probleme ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung
ein Zugangsnetzwerk für unlizenzierten
Funk bereitzustellen, das in der Lage ist, eine Mobilstation in
Reaktion auf ein Funkrufsignal von dem Kernnetzwerk ohne übermäßige, Signalgebende
Last zu lokalisieren.
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Dieses
und weitere Ziele werden in einem Zugangsnetzwerk für unlizenzierten
Funk erzielt und in einem Verfahren, das in dem Gleichen ausgeführt wird,
gemäß den angehängten Ansprüchen.
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Insbesondere
ist das Zugangsnetzwerk für unlizenzierten
Funk mit einem Kernnetzwerkteil eines lizenzierten zellularen Mobilnetzwerkes
verbunden und umfasst ein Zugangssteuergerät, das mit dem Kernnetzwerk
verbunden ist und ein Fest- Breitband-Netzwerk,
das mit dem Zugangssteuergerät verbunden
ist und eine Vielzahl von Zugangspunkten aufweist. Jeder Zugangspunkt
definiert ein Minizellen-Abdeckungsgebiet und unterstützt eine
Schnittstelle für
unlizenzierten Funk, die eine Kommunikation zwischen Mobilstationen
erlaubt, die innerhalb einer jeweiligen Minizelle lokalisiert sind
und dem Zugangssteuergerät.
Gemäß der Erfindung
ist das Zugangssteuergerät
mit einem oder mehreren Ortsgebieten in dem zellularen Mobilnetzwerk
für lizenzierten
Funk verknüpft
und umfasst eine Datenbank zum Speichern der Identifikation von
Mobilstationen in Zusammenhang mit Adressinformation über das Fest-Breitband-Netzwerk
oder zumindest einem Zugangspunkt für jede mobile Station. Das
Zugangssteuergerät
ist ebenso angepasst, die gespeicherten Identifikationsdaten zu
löschen,
wenn eine Kommunikation zwischen der Mobilstation und dem Zugangsnetzwerk
für unlizenzierten
Funk abbricht.
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Die
Bereitstellung einer Datenbank zum Verknüpfen der Identifikation der
Mobilstation mit einer Breitband-Netzwerkadresse
oder dem Zugangspunkt, über
den die Mobilstation mit dem Zugangsnetzwerk kommuniziert, stellt
im Wesentlichen eine Zwischenschicht einer Mobilitätsverwaltung
bereit. In dieser Weise kann das Zugangsnetzwerk aktiv Nachrichten
von dem Kernnetzwerk zu einer spezifischen Adresse, einem Zugangspunkt
oder einer Gruppe von Zugangspunkten weiterleiten, um die Menge
eines Signalgebens zu und von den Zugangspunkten zu verringern.
Darüber
hinaus wird durch ein Zulassen, dass die gesamte Registrierung und
Löschung von
Information von dem Zugangssteuergerät gesteuert wird, die Datenbank
ohne die Beteiligung des Kernnetzwerkes aktualisiert.
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Die
Zugangspunkte können
entweder getrennte Einheiten umfassen, die in der Lage sind, eine
Verbindung mit dem Zugangssteuergerät aufzubauen, selbst wenn keine
Mobilstation in seinem Abdeckungsgebiet lokalisiert ist oder können im
Wesentlichen transparente Zugangspunkte oder Knoten zu dem Breitbandnetzwerk
sein, die einfach Nachrichten zwischen einer Mobilstation und dem
Zugangssteuergerät
weiterleiten, während
die Umwandlung zwischen der Schnittstelle für unlizenzierten Funk und dem
Fest-Breitband-Netzwerk bereitgestellt wird. In diesem letzteren
Fall werden Mobilstationen einer Netzwerkadresse auf dem Breitbandnetzwerk
zugeordnet, da die Zugangspunkte nicht als getrennte Einheiten von
dem Zugangssteuergerät erkannt
werden.
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Vorzugsweise
ist das Zugangssteuergerät angepasst,
von dem Kernnetzwerkteil eine Funkrufnachricht zu empfangen, die
die Identifikation einer Mobilstation enthält, die in dem zugeordneten
Ortsgebiet lokalisiert ist, um die Netzwerkadresse oder einen Zugangspunkt
zu identifizieren, der mit der identifizierten Mobilstation verknüpft ist
und die Funkrufnachricht lediglich an den identifizierten Zugangspunkt
oder die Punkte zu übertragen.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführung
der Erfindung ist das Netzwerksteuergerät angepasst, von einer Mobilstation
eine Nachricht zu empfangen, die Identifikationsdaten für die Mobilstation
registriert und die neuen Identifikationsdaten in der Datenbank in
Zusammenhang mit Information zu speichern, die einen Zugangspunkt
betrifft, der mit der Mobilstation kommuniziert. Ähnlich ist
das Zugangssteuergerät angepasst,
die Identifikationsdaten zu löschen,
wenn die Mobilstation nicht länger
mit diesem kommuniziert. Dies kann auf Empfang einer Nachricht von dem
Zugangspunkt hin empfangen, dass die Mobilstation nicht länger mit
dem Zugangspunkt kommuniziert. Alternativ kann das Zugangssteuergerät die Verbindung überwachen,
die mit einer Mobilstation aufgebaut ist und bestimmen, wenn diese
Verbindung nicht mehr aufrechterhalten wird.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere
Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden
Beschreibung der bevorzugten Ausführungen ersichtlich, die mittels eines
Beispiels unter Bezug auf die begleitenden Zeichnungen gegeben werden.
In den Figuren:
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1 bildet
schematische Teile eines GSM-Netzwerkes ab, das modifiziert ist,
um ein Zugangsnetzwerk für
unlizenzierten Funk einzuschließen,
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2 bildet
schematisch das System von Ortsgebieten in dem modifizierten GSM-Netzwerk aus 1 ab,
und
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3 stellt
schematisch das unlizenzierte Zugangsnetzwerk gemäß der vorliegenden
Erfindung für
eine erste Ausführungsform
dar, und
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4 stellt
schematisch das unlizenzierte Zugangsnetzwerk gemäß der vorliegenden
Erfindung für
eine zweite Ausführungsform
dar, wobei das Zugangsnetzwerk für
unlizenzierten Funk transparente Zugangspunkte aufweist.
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Detaillierte Beschreibung
der Zeichnungen
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1 stellt
schematisch Teile eines herkömmlichen
GSM-Netzwerkes dar.
Dieses Netzwerk wird im Wesentlichen in einem Kernnetzwerkteil 20 und
einen Zugangsteil 10 unterteilt. Die Elemente des Kernnetzwerkes,
das in der Figur dargestellt ist, umfassen die Mobilvermittlungsstellen
oder MSC's 202,
die zu einem Heimatort-Register HLR 201 und einem Besucherort-Register VLR 204 zugeordnet sind.
Die Funktion und Struktur dieser herkömmlichen GSM-Architekturelemente
sind den auf dem Gebiet tätigen
Fachleuten bekannt und werden hier nicht in weiterem Detail beschrieben.
Das Kernnetzwerk unterstützt
ebenso den Allgemeinpaket-Funkdienst (GPRS – General Packet Radio Service)
und zu diesem Zweck sind bedienende GPRS-Unterstützungsknoten (SGSN – serving
GPRS support nodes) 203 dargestellt. Obwohl in der Figur
nicht dargestellt, ist es für
die auf dem Gebiet tätigen
Fachleute selbstverständlich,
dass der Kernnetzwerkteil Zugang zu anderen Mobilen- und Festleitungsnetzwerken
umfassen kann, wie zum Beispiel ISDN und PSTN-Netzwerke, Paket-
und Leitungs-vermittelte Paketdatennetzwerke, wie zum Beispiel Intranets,
Extranets und das Internet durch einen oder mehrere Schnittstellenkonten
(gateway nodes).
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Der
Zugangsteil besteht im Wesentlichen aus Basistationsuntersystemen
BSS 10, von denen eins in 1 dargestellt
ist, die über
definierte, fixierte Standard-A- und
Gb-Schnittstellen mit MSCs 202 und SGSNs 203 jeweils
in dem Kernnetzwerkteil 20 kommunizieren. Jedes Basisstationsuntersystem GSS 10 umfasst
ein Basisstations-Steuergerät BSC 103,
das mit einer oder mehrerer Basis-Sender/Empfänger-Stationen BTS 101 über die
definierte Abis - Luftschnittstelle 102 kommuniziert.
Die Basis-Sender/Empfänger-Stationen 101 kommunizieren
mit Mobilendgeräten
MS 1 über
die GSM-Standard-Um-Funkluftschnittstelle. Es ist selbstverständlich,
dass während
die BTS 101 und das BSC 103 als eine einzelne
Einheit in dem BSS 10 bildend abgebildet sind, das BSC 103 oft
getrennt von den BTSs 101 ist und sogar an der Mobildienstvermittlungsstelle MSC 202 lokalisiert
sein kann. Die physikalische Teilung, die in 1 abgebildet
ist, dient dazu, zwischen den Teilen des Netzwerkes zu unterscheiden,
die den Zugangsnetzwerkteil 10 aufbauen und jenen, die
den Kernnetzwerkteil 20 bilden.
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Zusätzlich zu
dem Standardzugangsnetzwerkteil, der von den BSS's 10 bereitgestellt wird, umfasst
das in 1 abgebildete Netzwerk weiter einen modifizierten
Zugangsnetzwerkteil 30, der in der niedrigeren Hälfte der Figur
gezeigt ist. Hiernach wird dieser als ein Zugangsnetzwerkteil für unlizenzierten Funk 30 beschrieben.
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Die
Komponenten, die diesen Zugangsnetzwerkteil für unlizenzierten Funk 30 aufbauen,
ermöglichen
es ebenso dem Mobilendgerät 1,
auf den GSM-Kernnetzwerkteil zuzugreifen und dadurch auf andere
Kommunikationsnetzwerke über
eine Schnittstelle für
unlizenzierten Funk X, die in 1 durch den
bi-direktionalen Pfeil 31 dargestellt ist. Mit unlizenziertem
Funk ist jedes Funkprotokoll gemeint, das nicht erfordert, dass
der Betreiber, der das Mobilnetzwerk betreibt, eine Lizenz von der
ordnungsgemäßen Genehmigungsbehörde erhalten
hat. Im Allgemeinen müssen
derartige Technologien für
unlizenzierten Funk mit einer niedrigen Leistung sein und daher
von begrenzter Reichweite im Vergleich zu lizenzierten Mobilfunkdiensten.
Das bedeutet, dass die Batterielebensdauer von Endgeräten größer ist.
Da darüber hinaus
der Bereich des unlizenzierten Funks ein Breitbandfunk sein kann,
wird so eine verbesserte Sprachqualität bereitgestellt. Die Funkschnittstelle kann
jedes geeignete Protokoll für
unlizenzierten Funk verwenden, zum Beispiel ein drahtloses LAN-Protokoll
oder digital-verbesserte
drahtlose Telekommunikation (DECT). Vorzugsweise wird jedoch Bluetooth
verwendet, das eine hohe Bandbreite und einen niedrigen Leistungsverbrauch
als herkömmlicher, öffentlicher
Mobilnetzwerkfunk aufweist.
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Der
Bluetooth-Standard spezifiziert eine digitale Zweiwegefunkverbindung
für kurz
reichweitige Verbindungen zwischen unterschiedlichen Geräten. Die
Geräte
sind mit einem Sender/Empfänger
ausgerüstet,
der in einem Frequenzband um 2.45GHz sendet und empfängt. Dieses
Band ist global mit einiger Veränderung
der Bandbreite in Abhängigkeit
des Landes verfügbar.
Zusätzlich
zu Daten- sind bis zu drei Sprachkanäle verfügbar. Jedes Gerät hat eine einmalige
48-Bit-Adresse von dem IEEE 802-Standard. Eine eingebaute Verschlüsselung
und Verifizierung ist ebenso verfügbar.
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Das
Element des Festzugangsnetzwerkteils 30, das angepasst
ist, über
die Bluetooth-Schnittstelle zu kommunizieren, wird als eine lokale
oder Heim-Basisstation (HBS 301) bezeichnet. Dieses Element
handhabt Funkverbindungsprotokolle mit dem Mobilendgerät MS 1 und
enthält
Funksender/Empfänger,
die eine Zelle in ähnlicher
Weise wie der Betrieb eines herkömmlichen
GSM-Basisstations-Senders/Empfängers
BTS 101. Die Heimbasisstation HBS 301 wird von
einem Heimbasisstations-Steuergerät HBSC 303 gesteuert,
das mit einer Mobildienstvermittlungsstelle MSC 202 über die GSM-Standard-A-Schnittstelle und
ebenso mit einem bedienenden GPRS-Unterstützungsknoten SGSN 203 über eine
Standard-Gb-Schnittstelle
kommuniziert, falls in dem Kernnetzwerkteil verfügbar. Die Schnittstelle zwischen
der Heimbasisstation HBS 301 und ihrem Heimbasisstations-Steuergerät HBSC 303 wird
als eine Y-Schnittstelle bezeichnet. Das Heimbasisstations-Steuergerät HBSC 303 stellt
die Verbindung zwischen dem MSC 202 oder SGSN 203 und
dem Mobilendgerät 1 bereit.
Die gemeinsame Funktion der Heimbasisstation HBS 301 und
das Heimbasisstations-Steuergerätes
HBSC 303 emuliert den Betrieb der BSS 10 zu dem
SGSN 203 und MSC 202. Wenn mit anderen Worten
von den Elementen des Kernnetzwerkes 20 gesehen, wie zum Beispiel
der Mobildienstvermittlungsstelle (MSC) 202 und dem bedienenden
GPRS-Unterstützungsknoten (SGSN) 203,
sieht der Festzugangsnetzwerkteil 30, der von den Heimbasisstationen
HBS 301 und dem Heimbasisstations-Steuergerät HBSC 303 gebildet wird,
wie ein herkömmlicher
Zugangsnetzwerkteil 10 aus.
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Die
Anwendungen, die auf dem Mobilendgerät MS 1 auf den öffentlichen
Mobilnetzwerkfunkschnittstellen laufen, laufen ebenso auf Bluetooth-Funk
zwischen dem Mobilendgerät 1 und
der Heimbasisstation HBS 301.
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Die
Schnittstelle zwischen der Heimbasisstation HBS 301 und
dem Heimbasisstations-Steuergerät
HBSC 303, die in 1 als Y
bezeichnet wird, wird vorzugsweise von einer festen Verbindung bereitgestellt.
Die Heimbasisstation 301 ist vorgesehen, ein kleines Gerät zu sein,
das ein Teilnehmer erwerben kann und an einem gewünschten
Ort, wie zum Beispiel dem Haushalt oder einer Büroumgebung installieren kann,
um einen festen Zugang zu dem Mobilnetzwerk zu erhalten. Jedoch
könnten
diese ebenso von Betreibern in Verkehrs-Hotspots installiert werden.
Um die Installationskosten auf dem Teil des Betreibers zu reduzieren,
nutzt die Schnittstelle zwischen der Heimbasisstation 301 und
dem Heimbasisstations-Steuergerät 303,
die in 1 als Schnittstelle Y bezeichnet wird, daher vorzugsweise
eine bereits bestehende Verbindung, die von einem Festnetzwerk 302 bereitgestellt
wird. Vorzugsweise ist dieses Netzwerk ein Paket-vermitteltes Breitbandnetzwerk.
Geeignete Netzwerke können
diejenigen umfassen, die auf ADSL, Ethernet, LMDS oder Ähnlichem
basieren. Heimverbindungen zu derartigen Netzwerken sind zunehmend
für Teilnehmer
verfügbar.
Obwohl in 1 nicht gezeigt, wird die Heimbasisstation
HBS 301 mit einem Netzwerkendgerät verbunden, das einen Zugang
zu dem Festnetzwerk 302 ergibt, während das Heimbasisstations-Steuergerät HBSC 303 mit
einem Randrouter ER des Netzwerkes 302 verbunden werden
kann, der ebenso das Festnetzwerk 302 mit anderen Netzwerken
verbindet, wie zum Beispiel Intranets oder dem Internet. IP wird
zur Kommunikation zwischen der Heimbasisstation HBS 301 und
einem Heimbasisstations-Steuergerät HBSC 303 über das
Festnetzwerk 302 verwendet, um den Transport von Daten
unabhängig
von dem Netzwerktyp zu machen. Die Verbindung zwischen der Heimbasisstation
HBS 301 und dem Heimbasisstations-Steuergerätes HBSC 303 ist
vorzugsweise immer offen, so dass diese Verbindung immer ohne die
Notwendigkeit zum Reservieren eines Kanals verfügbar ist. Während das Festnetzwerk 302 vorzugsweise
ein IP-basiertes Netzwerk ist, können ebenso
ATM-basierte Netzwerke verwendet werden. Insbesondere, wenn DSL-Technologien
in diesem Netzwerk verwendet werden, können diese direkt auf der ATM- Schicht verwendet
werden, da diese auf ATM basieren. Natürlicherweise kann ein ATM-basiertes
Netzwerk ebenso verwendet werden, IP zu transportieren, das als
eine Basisschicht dient.
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Die
Heimbasisstation HBS
301 wird durch Einstecken von dieser
in einen Anschluss eines geeigneten Modems installiert, wie zum
Beispiel ein ADSL- oder CATV-Modem, um auf das Festnetzwerk
302 zuzugreifen.
Der Anschluss ist in Kontakt mit einem Intranet, das entweder auf
der IP-Schicht überbrückt oder
weitergeleitet wird (bridged or routed). Daher werden Standardprotokolle,
wie zum Beispiel IP, DHCP, DNS und Ähnliches verwendet. Die Heimbasisstation
HBS
301, die mit dem Modem verbunden ist, verwendet diese
Standardprotokolle und Funktionen, um eine Verbindung mit einem
Heimbasisstations-Steuergerät
HBSC
303 aufzubauen. Ein Anmeldeverfahren für eine Heimbasisstation
301,
die sich zum ersten Mal verbindet oder mit einem Heimbasisstations-Steuergerät HBSC
303 neu
verbindet, ist zum Beispiel in der Europäischen Patentanmeldung Nr.
EP-A-1 207 708 beschrieben.
Vor einem Aufbauen einer Sprech- oder Datenverbindung zwischen dem
Heimbasisstations-Steuergerät
HBSC
303 und einer Heimbasisstation HBS
301 wird
eine statische TCP-Verbindung zwischen diesen Elementen über das
Festbreitbandnetzwerk
302 aufgebaut.
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Die
Basisstation 101 und 301 in dem sowohl herkömmlichen
Zugangsnetzwerkteil 10 als auch dem Zugangsnetzwerkteil
für unlizenzierten
Funk 30 definieren ein Abdeckungsgebiet, das in 1 jeweils
durch hexagonale Zellen 104, 304 abgebildet ist.
Während
die relativen Abmessungen dieser Zelle in der Figur nicht genau
sind, ist es nichtsdestotrotz klar, dass die Zellenabdeckung eines
herkömmlichen BTS 101 weit
größer als
die Minizelle ist, die von einer Heimbasisstation HBS 301 mit
verhältnismäßig niedriger
Leistung erzeugt wird. Eine Minizelle weist einen Durchmesser von
ungefähr
50 bis 200 m auf.
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Das
GSM-Netzwerk ist in mehrere Ortsgebiete LA unterteilt, die gemeinsam
geografisch getrennt sind. Eine vereinfachte logische Struktur eines erweiterten
GSM-Netzwerkes, die die Ortsgebiete zeigt, ist in 2 dargestellt.
Vier Ortsbereiche LA1, LA2, LA3 und LA4 sind in 2 dargestellt.
Eine Mobildienst-Vermittlungsstelle MSC 202 steuert ein Ortsgebiet
LA und ist mit einem zugeordneten Besucherorts-Register 204 verbunden. Alle
Basisstations-Steuergeräte
BSCs 103, die mit der Mobildienstvermittlungsstelle MSC 202 verbunden
sind, werden diesem Ortsgebiet LA zugeordnet. Dies ist ebenso für alle Basisstations-Sender/Empfänger BTS 101 gültig, die
mit jedem Basisstations-Steuergerät BSC 103 verknüpft sind,
obwohl diese aus Gründen
der Klarheit nicht in 2 dargestellt sind. Während einige Mobildienst-Vermittlungsstellen
MSC 202 mehr als ein Ortsgebiet LA versorgen können, sind
Ortsgebiete nicht zwischen Mobildienst-Vermittlungsstellen MSC 202 aufgeteilt.
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Die
Mobilvermittlungsstelle MSC 202 im Ortsgebiet LA4 steuert
ebenso ein Heimbasisstations-Steuergerät HBSC 303. Jedoch
wird dem Heimbasisstations-Steuergerät HBSC 303 und allen Heimbasisstationen
HBS 301, die von diesem Heimbasisstations-Steuergerät HBSC 303 gesteuert
werden, ein getrenntes, einmaliges Ortsgebiet LA70 zugeordnet.
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Das
Besucherorts-Register VLR 204, das mit jeder Mobildienst-Vermittlungsstelle
MSC 202 verbunden ist, enthält Information über die
Mobilstationen MS 1, die in den Ortsgebieten innerhalb
der Steuerung der zugeordneten Mobilvermittlungsstelle MSC 202 lokalisiert
sind. Diese Basisstations-Sender/Empfänger BTS 101 in jedem
Ortsgebiet senden das Ortsgebiet an Mobiltelefone innerhalb der
Zelle 104. Ein Mobiltelefon, das innerhalb des Netzwerkes wandert,
ist daher in der Lage, zu detektieren, in welchem Ortsgebiet sich
dieses befindet. Wenn eine Mobilstation 1 sich von einer
Zelle in einem Ortsgebiet zu einer Zelle in einem unterschiedlichen
Ortsgebiet bewegt, sendet diese eine Ortsgebiet-Aktualisierungsnachricht
an das Kernnetzwerk. Die Information die diesem Mobiltelefon entspricht,
wird dann in dem entsprechenden Besucherorts-Register VLR 204 aktualisiert.
Falls das Besucherorts-Register VLR 204 unterschiedlich
zu dem letzten Besucherorts-Register ist, bei dem die Mobilstation
registriert war, wird diese Information ebenso in dem Heimatort-Register HLR 201 aktualisiert.
Wenn das Kernnetzwerk eine Mobilstation lokalisieren muss, wird
die Ortsgebietinformation von dem gegenwärtigen Besucherorts-Register VLR 204 erhalten
und eine Funkrufnachricht wird dann an die relevanten Basisstations-Steuergeräte BSC 103 in
Abhängigkeit
davon gesendet, wie ein Funkrufen in dem Kernnetzwerk gehandhabt wird.
Falls zum Beispiel ein globales Funkrufen ausgeführt wird, wird die Funkrufnachricht
an alle Basisstations-Steuergeräte
BSC 103 gesendet. Alternativ kann ein Funkrufen an die
Mobilvermittlungsstelle MSC 202 adressiert sein, die das
identifizierte Ortsgebiet steuert, die wiederum diese Funkrufnachricht an
alle Zellen 104 (d.h. alle Basisstations-Sender/Empfänger BTS 101)
innerhalb dieses Ortsgebietes weiterleitet.
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Auf
der Ebene des Kernnetzwerkes 20 wird dem gleichen Verfahren
gefolgt, wenn eine Mobilstation in dem Abdeckungsgebiet eines Zugangspunktes
für unlizenzierten
Funk oder eine Heimbasisstation HBS 301 wandert. Alle Heimbasisstationen
HBS 301, die zu dem gleichen Zugangsnetzwerk gehören, d.h.
alle Heimbasisstationen HBS 301, die mit dem gleichen Zugangspunkt-Steuergerät oder Heimbasisstations-Steuergerät HBSC 303 verbunden
sind, werden dem gleichen Ortsgebiet oder einer Gruppe von Ortsgebieten
zugeordnet. Eine Ortsgebiets-Aktualisierungsnachricht wird daher
an das Kernnetzwerk von der Mobilstation MS 1 gesendet,
wenn die Mobilstation zunächst
eine Minizelle 304 betritt. Das Funkrufen der Mobilstation
ist ebenso identisch von der Kernnetzwerkseite aus. Die Funkrufnachricht
wird an das Heimbasisstations-Steuergerät HBSC 303 gesendet.
Jedoch hört an
diesem Punkt die Ähnlichkeit mit
einem herkömmlichen,
zellularen GSM-Netzwerk auf. Es wird auf 3 Bezug
genommen, die das Zugangsnetzwerk für unlizenzierten Funk 30 und
insbesondere das Heimbasisstations-Steuergerät 303 in größerem Detail
darstellt.
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Das
in 3 abgebildete Zugangsnetzwerk für unlizenzierten
Funk umfasst ein Heimbasisstations-Steuergerät HBSC 303, das mit
einem Festbreitbandnetzwerk 302 mit zwei Zugangspunkten
oder Heimbasisstationen HBS1 und HBS2 301 verbunden ist.
Drei mobile Stationen MS1–MS3 1 sind
in den Minizellen 304 des Heimbasisstations-Steuergerätes HBS 301 lokalisiert.
Das Heimbasisstations-Steuergerät
HBSC 303 ist mit einer Mobildienst-Vermittlungsstelle MSC 202 verknüpft, die
wiederum Zugang zu einem Besucherorts-Register VLR 204 hat. Die
verbleibenden Elemente eines herkömmlichen zellularen Kernnetzwerkes 20 werden
aus der Figur ausgelassen. Die Heimbasisstation HBSC 303 in 3 umfasst
eine Datenbank 3031 die in der Figur schematisch als eine
Tabelle dargestellt ist. Diese Datenbank 3031 enthält Identifikationsinformation
für alle
Mobilstationen, die in dem Abdeckungsgebiet des Zugangsnetzwerkes
für unlizenzierten
Funk 30 arbeiten. Die Identifikationsinformation ist vorzugsweise
die Internationale Mobilteilnehmeridentität IMSI. In jedem Fall muss
die Identifikationsinformation die gleiche oder zumindest anzeigend
für die
Identifikation sein, die in dem Kernnetzwerk 20 für jede Mobilstation
MS 1 verwendet wird. Diese Information wird herkömmlicher
Weise von einer Mobilstation 1 an eine Basisstation signalisiert,
wenn sich diese innerhalb der jeweiligen Zelle befindet. In dieser
Datenbank 3031 wird die Mobilstations-Identifikationsinformation mit der Identifikation
des Zugangspunktes oder der Heimbasisstation HBS 301 verbunden,
die die Minizelle 304 steuert, in der die Mobilstation
gegenwärtig
lokalisiert ist. Diese Heimbasisstations-Identifikation kann ein Identifikator
sein, der diese Heimbasisstation HBS 301 zugeordnet ist
oder kann die Netzwerkadresse der Heimbasisstation HBS auf dem Festbreitbandnetzwerk 302 anzeigen. Mittels
eines Beispiels ist die Mobilstation MS 1 in der Minizelle
einer Heimbasisstation 1 lokalisiert. Folglich wird die
IMSI dieser Mobilstation MS 1 auf die Identifikation einer
Heimbasisstation 1 HBS1 in der Heimbasisstations-Steuergerätebank 3031 abgebildet. Genauso
wird die IMSI einer Mobilstation MS2 auf die Heimbasisstation HBS1
abgebildet und die IMSI einer Mobilstation MS3 wird auf die Heimbasisstation HBS2
abgebildet.
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In
dieser Weise ist das Heimbasisstations-Steuergerät HBSC 303 auf Empfangen
einer Funkrufnachricht von dem Kernnetzwerk 20 hin in der Lage,
den gegenwärtigen
Ort der Mobilstation MS 1 aus der Datenbank 3031 abzurufen
und die Funkrufnachricht lediglich an die relevante Heimbasisstation HBS 301 zu
senden. Die Funkrufnachricht wird über eine aufgebaute, statische
TCP-Verbindung zwischen dem Heimbasisstations-Steuergerät HBSC 303 und
der Heimbasisstation HBS 301 übertragen. Als ein Ergebnis
der kleinen Größe der Abdeckungsgebiete
jeder Heimbasisstation HBS 301 kann die Anzahl von Minizellen
unter der Kontrolle eines einzelnen Heimbasisstations-Steuergerätes HBSC 303 Tausende
betragen. Darüber
hinaus kann diese Anzahl sich konstant als eine Folge der Erleichterung ändern, mit
der die Heimbasisstationen HBS 301 hinzugefügt werden
können
oder von dem Zugangsnetzwerk für
unlizenzierten Funk 30 entfernt werden können.
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Ein
Ermöglichen
des Heimbasisstations-Steuergerätes
HBSC 303, Funkrufnachrichten zu der bestimmten Heimbasisstation
HBS 301 weiterzuleiten, die in Kontakt mit einer Mobilstation
MS 1 ist, bedeutet daher, dass der Betrag eines Signalgebens,
das ansonsten zwischen dem Heimbasisstations-Steuergerät HBSC 303 und
allen Heimbasisstationen HBS 301 erforderlich wäre, bedeutend
verringert wird.
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Vorzugsweise
leitet das Heimbasisstations-Steuergerät HBSC 303 nicht einfach
die Funkrufnachricht von dem Kernnetzwerk zu der vorgesehenen Heimbasisstation
HBS weiter, sondern adressiert stattdessen die Mobilstation selbst.
Dies vermeidet, dass die Funkrufnachricht in dem Heimbasisstations-HBS-301-Abdeckungsgebiet
ausgesendet wird und verringert den beteiligten Signal gebenden
Verkehr weiter.
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Die
Heimbasisstations-Steuergerätedatenbank 3031 wird
in der folgenden Weise aktualisiert. Wenn eine Mobilstation MS 1 in
dem Abdeckungsgebiet oder der Minizelle 304 eine Heimbasisstation HBS 301 erscheint
und autorisiert ist, ihre Dienste zu verwenden, wird die Identifikation
der Mobilstation MS 1 oder die IMSI an die Heimbasisstation
HBS 301 über
die Schnittstelle X für
unlizenzierten Funk gesendet. Die Mobilstationsidentifikation IMSI
wird dann an das Heimbasisstations-Steuergerät HBSC 303 gesendet,
wo diese in der Datenbank 3031 in Verknüpfung mit Information über die
Heimbasisstation HBS 301 gespeichert wird. Es wird erwähnt, dass während die
Datenbank, die in 3 dargestellt ist, den Mobilstationsidentifikator
und den Heimbasisstationsidentifikator als zwei Sätze von
Daten zeigen, dieses lediglich eine mögliche Konfiguration ist. Eine weitere
Option wäre
es, die Mobilstationsidentifikationsinformation an einer spezifischen
Adresse, einem Ort oder einem Feld zu speichern, das mit der Heimbasisstation
HBS 301 verknüpft
ist.
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Wenn
die Mobilstation MS 1 das Abdeckungsgebiet der Heimbasisstation
HBS 301 verlässt oder
ausgeschaltet wird, während
sich dieses in dem Abdeckungsgebiet befindet, informiert die Heimbasisstation
HBS 301 das Heimbasisstations-Steuergerät HBSC 303, dass die
Mobilstation nicht länger
erreichbar ist und die Mobilstationsidentifizierungsinformation
wird in der Heimbasisstations-Steuergerätedatenbank 3031 aktualisiert.
Alternativ muss die Heimbasisstation nicht aktiv die Beendigung
einer Kommunikation mit der Mobilstation signalisieren, stattdessen
kann die statische TCP-Verbindung zwischen der Heimbasisstation
und dem Heimbasisstations-Steuergerät fallengelassen
werden. Wie zuvor erläutert,
wird eine Kommunikation zwischen der Heimbasisstation HBS 301 und
dem Heimbasisstations-Steuergerät
HBSC 303 über
eine statische TCP/IP-Verbindung durchgeführt. Diese Verbindung benötigt einen
Austausch von Am-Leben-Erhaltungsnachrichten, um die Verbindung
am Leben zu erhalten. Wenn eine Mobilstation MS 1 ausgeschaltet
wird oder das Abdeckungsgebiet einer Heimbasisstation HBS 301 verlassen
hat, hat die Heimbasisstation HBS 301 keinen Grund, die
statische TCP-Verbindung
aufrechtzuerhalten, da keine weiteren Nachrichten von der Mobilstation
MS 1 empfangen werden. Das Heimbasisstations-Steuergerät HBSC 303 erkennt,
dass keine weiteren Am-Leben-Erhaltungsnachrichten von der Heimbasisstation
HBS 301 empfangen werden, ohne die statische TCP-Verbindung aufrechtzuerhalten
und kann folglich die Adress- und Identifikationsdaten entfernen,
die sich auf die Mobilstation MS an dieser Heimbasisstation HBS 301 beziehen.
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In
einer alternativen Ausführung
speichert die Datenbank 3031 den Mobilstationsidentifikator und
die Zugangspunktadresse nicht auf einer eins-zu-eins Basis, sondern
verknüpft
eher Mobilstationsidentifikatoren mit einer Gruppe von Zugangspunkten 301.
Diese Zugangspunkte 301 könnten zum Beispiel zusammengeklumpt
sein (clustered) und daher in einem relativ kleinem geografischen
Gebiet vorliegen. In dieser Weise würde das Heimbasisstations-Steuergerät HBSC 303 eine
Funkrufnachricht, die von dem Kernnetzwerk 20 empfangen
wird, lediglich an eine spezifische Gruppe von Minizellen weiterleiten.
Diese Anordnung weist den Vorteil auf, dass die Datenbank in mehrere
Abschnitte fragmentiert werden könnte,
wobei jeder Abschnitt einem spezifischen geografischen Gebiet oder
möglicherweise
einem spezifischen Teilnehmer gewidmet wird. Die Aktualisierungsverfahren,
die oben beschrieben sind, würden
dann lediglich notwendig sein, wenn eine Mobilstation MS 1 sich
aus dem Abdeckungsgebiet eines Klumpens (clusters) von Heimbasisstationen 301 herausbewegt.
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Die
obige Beschreibung eines Zugangsnetzwerkes für unlizenzierten Funk umfasst
Heimbasisstationen HBS 301, die als Endpunkte in dem Zugangsnetzwerk 30 funktionieren,
aktiv eine Verbindung mit dem Heimbasisstations-Steuergerät HBSC 303 aufbauen
und aufrechterhalten. In einer alternativen Ausführungsform des Zugangsnetzwerkes 30 jedoch
sind die Heimbasisstationen HBS 301 einfach transparente
Zugangspunkte für
eine mobile Station MS, die eine Schnittstelle für unlizenzierten Funk zu dem
Festbreitbandnetzwerk 302 ohne spezifische Funktionalität verwendet,
die das Zugangsnetzwerk für
unlizenzierten Funk 30 betrifft. Mit dieser Anordnung wird
die Mobilstation MS mit der notwendigen Funktionalität versorgt,
um direkt mit dem Heimbasisstations-Steuergerät HBSC 303 über eine
Schnittstelle für
unlizenzierten Funk und dem Breitbandnetzwerk über den Zugangspunkt zu kommunizieren. Demgemäß baut die
Mobilstation MS selbst eine statische TCP-Verbindung mit dem Heimbasisstations-Steuergerät HBSC über das
Festbreitbandnetzwerk 302 auf. Darüber hinaus gibt es, bis eine
derartige Verbindung aufgebaut ist, keine Kommunikation zwischen
dem Zugangspunkt 301 und dem Heimbasisstations-Steuergerät HBSC 303.
Das Heimbasisstations-Steuergerät
HBSC 303 enthält
keine Information über
den Zugangspunkt 301.
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Wenn
das Zugangsnetzwerk für
unlizenzierten Funk diese Form annimmt, muss die Heimbasisstations-Steuerdatenbank 3031 mit
Information aktualisiert werden, die lediglich die Mobilstation
MS 1 betrifft. Diese Information umfasst die Identifikation
oder die IMSI der Mobilstation sowie eine Festbreitbandnetzwerkadresse, über die
die Mobilstation kommuniziert. Diese Ausführungsform ist in 4 dargestellt.
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4 zeigt
die gleichen Elemente wie 3 mit der
Ausnahme, dass Zugangspunkte AP 301' Heimbasisstationen HBS 301 ersetzen.
Die verbleibenden Elemente sind die gleichen wie in 3 und eine
detaillierte Beschreibung dieser Elemente wird hier nicht gegeben.
Mit dieser Modifikation in dem Zugangsnetzwerk für unlizenzierten Funk 30 enthält die Heimbasisstations-Steuergerätedatenbank 3031 nun Information,
die eine Mobilstation MS 1 identifiziert, die mit dem Zugangsnetzwerk
(IMSI) verbunden ist sowie die Netzwerk- oder IP-Adresse (IPaddr)
dieser Mobilstation in dem Festbreitbandnetzwerk. In der Figur sind
eine Mobilstation MS1 und eine Mobilstation MS2 unterschiedlicher
IP-Adressen zugewiesen worden, nämlich
IPaddr1 und IPaddr2, obwohl diese mit dem Heimbasisstations-Steuergerät über den
gleichen Zugangspunkt AP1 kommunizieren. Es ist jedoch selbstverständlich,
dass die tatsächliche
Netzwerkadresse für
beide Mobilstationen die gleiche sein kann, jedoch dass dann die
Identifikation jeder Mobilstation verwendet wird, um eine spezifische Mobilstation
zu adressieren.
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In
dieser Ausführungsform
enthält
die Heimbasisstations-Steuergerätedatenbank 3031 lediglich Daten über diejenigen
Mobilstationen, die innerhalb des Abdeckungsgebietes des Zugangsnetzwerkes für unlizenzierten
Funk 3 aktiv sind. Jede Mobilstations-MS-Identität wird mit
der zugeordneten Netzwerkadresse gespeichert, wenn die Mobilstation
einen Kontakt mit dem Heimbasisstations-Steuergerät HBSC 301 aufbaut.
Im Gegensatz zu einer Heimbasisstation 301 ist ein transparenter
Zugangspunkt 301' nicht
in der Lage, zu detektieren, wenn eine Mobilstation MS 1 ihr
Abdeckungsgebiet verlassen hat oder wenn eine Mobilstation ausgeschaltet
wird, noch ist dieser in der Lage, unabhängig mit dem Heimbasisstations-Steuergerät HBSC 303 zu
kommunizieren. Aus diesem Grund wird ein Signal-gebender Mechanismus
zwischen der Mobilstation MS 1 und dem Heimbasisstations-Steuergerät HBSC 303 verwendet,
der anzeigt, dass die Verbindung zwischen diesen zwei lebendig ist.
Wenn das Heimbasisstations-Steuergerät HBSC 303 bestimmt,
dass eine Am-Leben- Erhaltungsnachricht
nicht von der Mobilstation 1 innerhalb eines bestimmten
Zeitraumes oder in Reaktion auf eine andere Nachricht empfangen
worden ist, löscht
diese den entsprechenden Eintrag in der Datenbank 3031.
Wie zuvor unter Bezug auf 3 beschrieben,
kann dieses Benachrichtigen ein Teil des Benachrichtigens sein,
das erforderlich ist, die statische TCP-Verbindung zwischen der
mobilen Station und dem Heimbasisstations-Steuergerät am Leben
zu erhalten.
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Die
obige detaillierte Beschreibung einer Zellenverwaltung hat sich
lediglich auf GSM-Netzwerke als herkömmliche, öffentliche Mobilnetzwerke bezogen.
Es ist jedoch für
die auf dem Gebiet tätigen Fachleute
selbstverständlich,
dass die obige Beschreibung ebenso andere herkömmliche, öffentliche Mobilnetzwerke betrifft,
wie zum Beispiel UMTS oder CDMA2000.