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Hintergrund der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bereitstellung
von Diensten von einem Server über
ein Mobil/Drahtlos-Kommunikationsnetzwerk mithilfe der Cache-Technologie.
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Eine
Netzwerk-Cache-Technologie kann in diskontinuierlichen Netzwerken
mit Zonen ohne Netzwerkversorgung verwendet werden. Die Servicekontinuität ist in
solchen Netzwerken garantiert unter der Bedingung, dass das Endgerät einen
großen
Cache-Speicher umfasst, der vorab derart mit genügend Daten gefüllt wird,
dass diese Daten übergangslos
abgespielt werden können,
während
sich das Endgerät
außerhalb
des Netzwerkversorgungsbereichs befindet.
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Eine
Folge hiervon ist, dass Netzwerke mit Cache-Technologie lange Verzögerungen
bei der Übertragung
aufweisen können.
Standardprotokolle (Protokolle auf der Transportschicht oder höheren Schichten)
zwischen Endgerät
und Server unterstützen
diese Verzögerungen
eventuell nicht, was dramatische Folgen haben kann wie beispielsweise
die Änderung
des Anwendungsverhaltens (z. B. Stoppen der laufenden Kommunikation),
oder die Netzwerkschnittstelle wird von der Anwendung als nicht
vorhanden angesehen.
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Eine
Lösung
zu diesem Problem besteht in der Einführung eines Netzwerk-Proxy
im Zugangsknoten des Netzwerks unter Verwendung der Cache-Technologie
und des Abschlusses der Kommunikationsprotokolle am Zugangsknoten
zur Simulierung der Standardzustellung an die Netzwerkseite.
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Diese
Lösung
hat dennoch den Nachteil, dass keine IP-Konnektivität von Ende zu Ende mehr bereitgestellt
werden kann, da die IP-Transportschicht und höhere Schichten am Zugangsknoten abgeschlossen
werden und nicht mehr im Endgerät.
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Ein
weiterer Nachteil ist, dass die Komplexität des Zugangsknotens durch
diese Verarbeitung erheblich größer wird.
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Die
Patentschriften
EP 1331 791 und
US 2003/0154300 beschreiben
verschiedene Verfahren, bei denen Caching-Technologien in Verbindung
mit einem Funkkommunikationsnetzwerk verwendet werden. In
EP 1331 791 wird die Handhabung
von Cache-Informationen an verschiedenen Proxys im Kontext des Netzwerkwechsels
beschrieben, die dazu führt,
dass bei einem Mobil-Endgerät, das nacheinander
mit verschiedenen Proxys verbunden ist, die für dieses Endgerät bestimmten
Informationen in den Cache-Speichern verschiedener Proxys gespeichert
werden. In
US 2003/0154300 wird
ein Verfahren zum Senden von MMS über ein Funkkommunikationsnetzwerk
beschrieben, wobei eine Nachricht, die eine Adresse des abzurufenden
MMS enthält,
an das Endgerät
gesendet wird, für
das diese Nachricht bestimmt ist.
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US 2005/0053034 beschreibt
einen nahtlosen Netzwerkwechsel, der es einem Mobilknoten ermöglicht,
eine Verbindung unterbrechungsfrei fortzusetzen, während er
sich innerhalb eines drahtlosen Overlay-Netzwerks bewegt, das mehrere
sich eventuell überlagernde
Schichten von Drahtlosnetzwerken mit verschiedenen Technologien
umfasst.
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Keines
dieser Dokumente berücksichtigt
die IP-Konnektivität von Ende
zu Ende.
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Eine
konkrete Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung
eines Verfahrens, das eine IP-Konnektivität von Ende
zu Ende auch in Netzwerken ga rantiert, die Cache-Technologie mit
hohen Übertragungsverzögerungen
verwenden.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines entsprechenden
Zugangsknotens eines solchen Netzwerks mit Cache-Technologie und
Endgerät.
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Zusammenfassung dieser Erfindung
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Diese
und weitere unten aufgeführte
Aufgaben werden gelöst
durch ein Verfahren zum Senden von Benutzerdaten in einem Mehrfachträger-Funkkommunikationssystem
gemäß Anspruch
1 und ein Endgerät
gemäß Anspruch
6. Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird die Nutzlast am Zugangsknoten aus der Nachricht extrahiert,
in einem Speicher abgelegt und durch eine Kennung, die auf den Speicherort verweist,
ersetzt. Die geänderte
Nachricht wird mithilfe einer eigenen langsamen Verbindung an ein
Endgerät
weitergeleitet. Unabhängig
hiervon lädt
das Endgerät
die Nutzlast bei Bedarf über
eine Hochgeschwindigkeits-Datenverbindung herunter. Das Verfahren
gemäß der vorliegenden
Erfindung bietet den Vorteil, dass es die IP-Konnektivität von Ende
zu Ende sicherstellt, da der vollständige Nachrichtenkopf für die Konnektivität verzögerungsfrei über eine eigene
langsame Verbindung (z.B. GSM/GPRS oder UMTS) an das Endgerät übertragen
wird. Die Nutzlast kann dagegen von dem Speicherort heruntergeladen
werden, wenn der Cache-Status des Endgeräts dies erfordert und/oder
wenn eine Hochgeschwindigkeitsverbindung möglich ist, während sich das
Endgerät
im Versorgungsbereich des diskontinuierlichen Netzwerks befindet.
Die Netzwerkseite wird daher von dem Cache-Mechanismus, der an der anderen Seite
der Funkschnittstelle verwendet wird, nicht beeinträchtigt.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass sie den
Zugangsknoten des Netzwerks, der mit der Cache-Technologie arbeitet,
vereinfacht, da dieser keine Proxy-Funktionalität zum Abschließen des
Kommunikationsprotokolls mehr erfordert.
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Weitere
vorteilhafte Eigenschaften der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen definiert.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung werden bei der Lektüre der folgenden
Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform, die nicht als einschränkende Darstellung
zu verstehen ist, sowie aus den beigefügten Zeichnungen deutlich,
für die gilt:
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1 zeigt
die Kommunikation zwischen einem Zugangsknoten und einem Endgerät mithilfe des
Verfahrens der vorliegenden Erfindung;
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2 zeigt
eine Sequenz von Nachrichten, die zwischen einem Zugangsknoten und
einem Endgerät
ausgetauscht werden zur Durchführung
des Verfahrens gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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3 zeigt
ein erstes Verfahren zum Abrufen von Cache-Informationen durch das
Endgerät
bei einem Netzwerkwechsel, wenn das Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet wird;
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4 zeigt
ein zweites Verfahren zum Abrufen von Cache-Informationen durch
das Endgerät
bei einem Netzwerkwechsel, wenn das Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet wird.
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Ausführliche Beschreibung der Erfindung
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1 zeigt
die Kommunikation zwischen einem Zugangsknoten und einem Endgerät mithilfe des
Verfahrens gemäß der vorliegenden
Erfindung. Das Endgerät 11 umfasst
die unteren Schichten 111, eine Cache-Schicht 112 und die oberen
Schichten 113 mit einer Anwendungsschicht. Der Zugangsknoten 12 (z.
B. eine drahtlose Zugangssteuerung („Wireless Access Control ler", WAC) gemäß der Definition
des WIMAX Forums) umfasst ein Nutzlast-Extraktionsmodul 121,
einen Cache-Speicher 122 und ein
Nutzlast-Verweismodul 123. Der Server 13 ist so angepasst,
dass er dem Endgerät 11 beispielsweise Streaming-Dienste
bereitstellt, die von Ende-zu-Ende-Protokollen unterstützt werden.
Sowohl das Endgerät 11 als
auch der Zugangspunkt 12 unterstützen Verbindungen unter Verwendung
eines eigenen Funkkommunikationsnetzwerks wie beispielsweise GSM/GPRS/EDGE
oder UMTS mit Verbindungen mit relativ niedriger Bitrate. Diese
Verbindungen ermöglichen
dem Endgerät 11 eine
kontinuierliche Versorgung bei niedriger Bitrate. Andererseits sind
sowohl das Endgerät 11 als
auch der Zugangsknoten 12 so angepasst, dass sie Hochgeschwindigkeitsverbindungen
mit hoher Datenrate einrichten, wenn sich das Endgerät 11 auf
eine spezifische „Versorgungsinsel" begibt, wo solche
Hochgeschwindigkeitsverbindungen möglich sind. Solche Versorgungsinseln sind
normalerweise nicht zusammenhängend,
sodass für
solche Hochgeschwindigkeitsverbindungen nur eine diskontinuierliche
Versorgung verfügbar
ist. Die Verwendung solcher diskontinuierlicher Versorgungsnetzwerke
mit sehr hoher Datenrate ist vorzugsweise vorteilhaft für, jedoch
nicht begrenzt auf Anwendungen wie beispielsweise Video-Streaming.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung und zum Garantieren einer IP-Konnektivität von Ende
zu Ende auch im Rahmen von Zugangsnetzwerken mit diskontinuierlichem
Versorgungsbereich extrahiert der Zugangsknoten 12 die
Nutzlast aus den empfangenen Paketen am Nutzlast-Extraktionsmodul 121 und speichert
die Nutzlast im Cache-Speicher 122. Zusätzlich ändert der Zugangsknoten das
empfangene Paket durch Einbeziehen eines Hinweises auf die Nutzlastposition
in das Paket, sodass das Endgerät 11 die
am Zugangsknoten 12 gespeicherte Nutzlast gezielt abrufen
kann. Bevorzugt werden die geänderten
Pakete über
das eigene Funkkommunikationsnetzwerk mit einer niedrigen Bitrate
an das Endgerät 11 weitergeleitet.
Dies garantiert, dass die vom TCP/IP UDP/IP-Protokoll gesteuerten Übertragungsverzögerungen
berücksichtigt
werden. Die Nutzlast auf dieser Seite bleibt im Cache-Speicher 122 des Zugangsknotens,
bis das Endgerät 11 eine
Hochgeschwindigkeitsverbindung mit hoher Datenrate einrichten und
die Nutzlast mithilfe des im geänderten Paket
enthaltenen Hinweises auf die Nutzlast mit hoher Bitrate herunter
laden kann.
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2 zeigt
die Sequenz der zwischen dem Zugangsknoten 12 und einem
Endgerät 11 ausgetauschten
Nachrichten zur Durchführung
des Verfahrens gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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In
einem ersten Schritt 21 öffnet das Endgerät 11 eine
Verbindung mit dem Cache-Speicher des Zugangspunkts, um zu signalisieren,
dass es einen Dienst nutzen möchte,
der die Cache-Funktionalität erfordert.
Der Zugangsknoten bestätigt
anschließend die
Verfügbarkeit
des Cache-Speichers gegenüber dem
Endgerät 11.
Dieser Schritt ist allerdings nicht zwingend erforderlich, und es
lassen sich andere Mechanismen denken zur Prüfung, ob der Cache-Speicher
am Zugangsknoten verfügbar
ist.
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In
einem zweiten Schritt 22 öffnet das Endgerät 11 eine
Session an einem Server 13. Diese Session kann einen Streaming-Dienst
anfordern oder einen anderen Dienst, der bevorzugt eine große Bandbreite
erfordert.
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In
einem dritten Schritt 23, nach dem Herunterladen der Daten
für den
angeforderten Dienst vom Server, extrahiert der Zugangsknoten die
Daten aus den Rah men, in denen sie enthalten sind, und speichert
sie in dem Cache-Speicher, mit dem das Endgerät eine Verbindung eingerichtet
hat. Anschließend ändert der
Zugangsknoten des Weiteren den Rahmen und fügt ihm ein Kennzeichen hinzu,
das bevorzugt einen Zeiger umfasst, der auf die Position verweist,
an der die aus dem Rahmen extrahierten Nutzlastdaten gespeichert
wurden. Der geänderte
Rahmen wird anschließend
vom Zugangsknoten an das Endgerät
gesendet.
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Diese
drei Schritte 21, ..., 23 können für den Teil zwischen dem Server
und dem Zugangsknoten bevorzugt über
ein IP-Netzwerk ausgeführt
werden und für
den Teil zwischen dem Zugangsknoten und dem Endgerät über ein
eigenes Funknetzwerk (z. B. ein GSM-basiertes oder ein UMTS-basiertes
Netzwerk). Der Typ des Netzwerks stellt jedoch keine Einschränkung des
Verfahrens dar, das Verfahren gemäß der Erfindung kann auch implementiert
werden, wenn andere Typen von Netzwerken zwischen dem Server und
dem Zugangspunkt sowie zwischen dem Zugangspunkt und dem Endgerät zur Verfügung stehen.
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Weitere
Schritte 24 betreffen das Abrufen der Nutzlastdaten am
Endgerät,
sie werden bevorzugt ausgeführt,
wenn sich das Endgerät
in den Bereich eines Hot Spot oder einer Hot Zone bewegt, der bzw.
die eine große
Bandbreite und hohe Downlink-Datenraten ermöglicht (beispielsweise eine
WIMAX Hot Zone oder ein anderer Hot Spot eines Netzwerks der 4.
Generation).
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Zum
Abrufen der Nutzlast sendet das Endgerät mithilfe der Kennzeichen,
die es aus den empfangenen geänderten
Rahmen gespeichert hat, eine Cache-Anforderung an den Zugangsknoten.
Der Zugangsknoten verwendet die Kennzeichen als Zeiger auf den dem
Endgerät
zugeordneten Cache-Speicher und extrahiert die gespeicherten Nutzlastdaten von
den in den Kennzeichen angegebenen Positionen. Anschließend werden
die Nutzlastdaten in Rahmen verkapselt und mit hoher Geschwindigkeit über das
WIMAX-Netzwerk bzw. ein anderes Netzwerk der 4. Generation an das
Endgerät übertragen.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung werden auch geeignete Verfahren bereitgestellt zum Abrufen der
Cache-Daten bei
einem am Endgerät
durchgeführten
Netzwerkwechsel. Zwei bevorzugte Ausführungsformen sind im Folgenden
beschrieben.
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3 zeigt
ein erstes Verfahren zum Abrufen von Cache-Informationen durch das
Endgerät
bei einem Netzwerkwechsel, wenn das Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet wird. 3 zeigt
einen Kernteil eines Netzwerks, der einen Home-Agent 31 gemäß der Mobile
IP Terminologie umfasst und einen Zugangsteil des Netzwerks, der zwei
Zugangsknoten 321, 322 umfasst sowie ein Endgerät 33,
das den Versorgungsbereich von Zugangsknoten 322 verlassen
hat, um in den Versorgungsbereich von Zugangsknoten 321 einzudringen. Beide
Zugangsknoten umfassen einen Cache-Speicher mit der Funktionalität zum Speichern
von Nutzlastdaten, die gemäß dem Verfahren
der vorliegenden Erfindung aus den empfangenen Rahmen extrahiert
wurden. Nach dem Erkennen des Netzwerkwechsels am Home-Agent 31 sendet
der Home-Agent 31 eine Aufforderung an den Zugangsknoten 322,
den Inhalt seines Cache-Speichers bezüglich des Endgeräts 33 an
den Zugangsknoten 321 zu senden. Anschließend werden
die gesamten für
das Endgerät
bestimmten Nutzlastdaten in dem Zugangsknoten lokalisiert, an den
das Mobil-Endgerät übergeben
wurde. Wenn gute Funkvoraussetzungen gegeben sind, fordert das Endgerät 33 die
Nutzlastdaten von dem Versorgungs-Zugangsknoten 321, dem
es zugeordnet ist, an. Konkret umfasst das Endgerät 33 Mittel
zum Empfangen einer geänderten Nachricht
vom Zugangsknoten 321, wobei diese Nachricht keine Nutzlast
umfasst. Das Endgerät 33 umfasst
des Weiteren Mittel zum Erkennen eines Kennzeichens in der Nachricht,
das die Position der fehlenden Nutzlast in einem Cache-Speicher
des Zugangsknotens 321 angibt, sowie Mittel zum Herunterladen
der Nutzlast von der ermittelten Position des Cache-Speichers, sobald
geeignete Funkvoraussetzungen festgestellt wurden.
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4 zeigt
ein zweites Verfahren zum Abrufen von Cache-Informationen durch
das Endgerät
bei einem Netzwerkwechsel, wenn das Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet wird. 4 zeigt
einen Netzwerkteil, der einen Home-Agent 41 gemäß der Terminologie
des Mobile IP-Protokolls umfasst, zwei Zugangsknoten 421, 422 sowie
ein Endgerät 43,
das den Versorgungsbereich von Zugangsknoten 421 verlassen
hat, um in den Versorgungsbereich von Zugangsknoten 422 einzudringen.
Beide Zugangsknoten 421, 422 umfassen einen Cache-Speicher
mit der Funktionalität
zum Speichern von Nutzlastdaten, die gemäß dem Verfahren der vorliegenden
Erfindung aus den empfangenen Rahmen extrahiert wurden. Nutzlastdaten werden
im Cache-Speicher
des Zugangsknotens erstellt und gespeichert, und sie bleiben während der gesamten
Dauer der Ortsveränderung
des Endgeräts
an dieser Position gespeichert. Nach zahlreichen Netzwerkwechseln
können
die Nutzlastdaten für
das gleiche Endgerät 43 auf
zahlreiche Zugangsknoten 421, 422 verteilt sein.
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Wenn
gute Funkvoraussetzungen gegeben sind, ruft das Endgerät 43 die
angeforderten Cache-Zeilen an der richtigen Position im Cache-Speicher
des Zugangsknotens 421 oder des Zugangsknotens 422 ab;
hierbei wird die „Zugangsknotenadresse" verwendet, die von
dem Versorgungs-Zugangsknoten 422 im Kennzeichen der entsprechenden „Ende-zu-Ende"-Nachricht empfangen
wurde.
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Diese
Informationen sind Teil des Kontexts, der bei der Durchführung des
Netzwerkwechsels vom Zugangsknoten 421 an den Zugangsknoten 422 übertragen
wurde. In dieser Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird beim Netzwerkwechsel nur der Kontext
vom Zugangsknoten 421 an den Zugangsknoten 422 übertragen,
nicht jedoch die Cache-Zeilen, die im Cache-Speicher des Zugangsknotens 421 verbleiben.
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Konkret
umfasst das Endgerät 43 Mittel
zum Empfangen einer geänderten
Nachricht vom Zugangsknoten 422, wobei die Nachricht keine
Nutzlast umfasst. Das Endgerät 43 umfasst
des Weiteren Mittel zum Erkennen eines Kennzeichens in der Nachricht,
das die Position der fehlenden Nutzlast in einem Cache-Speicher
des Zugangsknotens 421 und des Zugangsknotens 422 angibt,
sowie Mittel zum Herunterladen der Nutzlast von den ermittelten
Positionen des Cache-Speichers, sobald geeignete Funkvoraussetzungen
festgestellt wurden.
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Der
Vorteil dieser Ausführungsform
besteht im Vermeiden der Übertragung
von Nutzlastdaten zwischen verschiedenen Zugangsknoten nach einem Netzwerkwechsel
des Endgeräts.
Dies verkürzt
die für
den Netzwerkwechsel erforderliche Zeit.
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1
- 113
- Höhere Schichten
- 112
- Cache-Speicher
- 111
- Niedrigere
Schichten (TCP, ...)
Hohe Geschwindigkeit, diskontinuierlich
Kontinuierliche
Versorgung
Ende-zu-Ende-Protokolle
- 122
- Cache-Speicher
- 121
- Nutzlast-Extraktion
- 123
- Nutzlastverweis
Streaming-Dienst
-
2
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- Zugangsknoten
(z. B. WAC)
Endgerät
Server
Offene
Verbindung mit Cache-Speicher
OK
Offene Session 1
OK
Kopfdaten
und Kennzeichen
Vollständige
Nachricht
Anw. -Nutzlast
Kopfdaten
Cache-Anforderungen
(Kennzeichen)
Cache-Inhalt
Bereich mit sehr hoher
Geschwindigkeit
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3
- 31
- HA
- 321
- Zugangsknoten
Cache-Speicher
Kontextaustausch bei Netzwerkwechsel (einschließlich Cache-Zeilen)
- 322
- Zugangsknoten
Cache-Speicher
Nicht-Echtzeit (NRT)
- 33
- Endgerät
-
4
- 41
- HA
NRT
- 421
- Zugangsknoten
Cache-Speicher
Kontextaustausch bei Netzwerkwechsel (keine
Cache-Zeilen)
- 422
- Zugangsknoten
Cache-Speicher
NRT
- 43
- Endgerät