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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Paketdatenübertragung zwischen festen
Netzwerkelementen, wie etwa einer Mobilvermittlung, einer Basisstationssteuerung
und Basisstationen, in einem Mobilkommunikationssystem. Die Erfindung
betrifft auch feste Netzwerkelemente eines Mobilkommunikationssystems,
die ein derartiges Verfahren anwenden.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die
Einführung
digitaler Mobilkommunikationssysteme wie etwa des paneuropäischen Mobiltelefonsystems
GSM kennzeichnet einen Durchbruch, wenn es um die Absicht geht,
mobile Datenübertragungen
in öffentlichen
zellularen Netzwerken zu unterstützen.
Da GSM vollständig
digital ist und allgemeine Grundsätze von ISDN („Integrated
Services Data Network":
Diensteintegrierendes digitales Fernmeldenetz) einsetzt, ist GSM
von Natur aus zum Übertragen
von Daten fähig.
Für den
Teilnehmer stellt GSM kein dediziertes Datenübertragungsnetzwerk dar, sondern
ein Zugangsnetzwerk. In anderen Worten ist eine Datenübertragung über GSM
dazu vorgesehen, einen Zugang in dedizierte Datennetzwerke zu ermöglichen.
Die aktuellen GSM-Empfehlungen spezifizieren nur schaltungsvermittelte
Datendienste in einem zellularen Netzwerk. Dies bedeutet, dass eine
schaltungsvermittelte Verbindung für eine Datenübertragung
in einem Mobilkommunikationsnetzwerk reserviert wird und Funkressourcen
während
der gesamten Datensitzung zugewiesen bleiben, auch während stiller
Zeiträume,
wenn überhaupt keine
Kommunikation stattfindet. Da ein kennzeichnendes Merkmal einer
Datenkommunikation darin besteht, dass Daten in Bursts gesendet
werden, ist eine schaltungsvermittelte Übermittlung für den Teilnehmer
teuer bzw. aufwendig und verschwendet Kanalkapazität in der
Netzwerkinfrastruktur. Es besteht daher ein Erfordernis für verbindungslose
(nicht schaltungsvermittelte) Paketdatendienste in der GSM-Netzwerkinfrastruktur.
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Die
Architektur eines herkömmlichen
Paketdatennetzwerks kann als ein einzelnes virtuelles Netzwerk betrachtet
werden, das aus einer Vielzahl an kleinen, miteinander in Verbindung
stehenden Netzwerken besteht. Jedes Endgerät, z. B. ein Computer, ist
mit einem dieser lokalen Netzwerke, d. h. Paketknoten, verbunden,
die zum Übertragen
von Datenpaketen über
andere Knoten zu einem Empfänger
fähig sind.
Jedes Datenpaket wird gesondert geroutet bzw. geleitet, d. h. der
Knotencomputer sucht in einem Paket-Nachrichtenkopf nach der Adresse
des Empfängers
und leitet das Datenpaket unter Verwendung eines internen Routing-Algorithmus
an den nächsten
Knoten weiter.
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Es
gibt verschiedene dedizierte paketvermittelte Funknetzwerke. Es
ist jedoch schwierig, in derartigen Netzwerken verwendete Lösungen auf
bereits standardisierte und sogar eingerichtete GSM-Netzwerke anzuwenden,
ohne erhebliche Veränderungen
bei Standard-Betrieb
und -Konfiguration des Netzwerks vorzunehmen, und ohne erhebliche wirtschaftliche
Investitionen zu tätigen.
Es wurden keine wirkungsvollen Lösungen
zum Bereitstellen einer verbindungslosen paketvermittelten Datenübermittlung
in einem festen Netzwerk des GSM-Systems oder
eines entsprechenden Mobilkommunikationssystems vorgelegt.
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Die
EP-A-0522773 lehrt, ein paketvermitteltes Übertragungssystem zwischen
den Zellenstandorten und den digitalen Vermittlungen bereitzustellen, um
eine flexible Vermittlung einer Übertragungsverbindung
während
einer weichen Weiterreichung zu ermöglichen.
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Das
Dokument TDOC SMGL 238/93, J. Hämäläinen et
al.: „Packet
data over GSM network" offenbart
ein Konzept zum Senden von Daten in Paketen über das GSM-Netzwerk unter
Verwendung von Verkehrskanälen.
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Die
US-A-5168498 offenbart ein Mobilkommunikationsnetzwerk mit einem
paketvermittelten Übertragungsnetzwerk.
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OFFENBARUNG
DER ERFINDUNG
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Eine
Aufgabe der Erfindung besteht in einem Verfahren zum Implementieren
einer verbindungslosen Knoten-zu-Knoten-Paketdatenübertragung zwischen Netzwerkelementen
in einem festen Netzwerk des GSM-Systems oder eines entsprechenden
digitalen Mobilkommunikationssystems ohne erhebliche Abweichungen
von Standard-Konfiguration und -Betrieb des Netzwerks und mit so
geringen wirtschaftlichen Investitionen wie möglich.
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Dies
wird mit Hilfe eines Verfahrens erreicht, wie es in Patentanspruch
1 definiert ist.
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Die
Erfindung basiert auf einer Verwendung von in Mobilkommunikationsnetzwerken
vorhandenen Signalisierungsprotokollen und -systemen zur paketvermittelten
Datenübertragung
zwischen festen Netzwerkelementen in Mobilkommunikationssystemen.
In einem GSM-Netzwerk wird eine Signalisierung beispielsweise unter
Verwendung von Protokollen des CCITT-Signalisierungssystems Nr.
7 an der A-Schnittstelle durchgeführt. Diese (nachstehend als SS7
bezeichneten) Protokolle arbeiten genau auf einem Knoten-zu-Knoten-Prinzip, d. h. stellen
eine Übertragung
von Nachrichten von Knoten zu Knoten bereit. Zusätzlich wird an der keine SS7-Signalisierungsstrecken
aufweisenden Abis-Schnittstelle
ein ähnliches
verbindungsloses LAPD („Link
Access Protocol" bzw.
Sicherungsschichtprotokoll für
den D-Kanal) verwendet. Demzufolge ist es gemäß der Erfindung möglich, eine
Knoten-zu-Knoten-Paketdatenübertragung
in einem digitalen Mobilkommunikationsnetzwerk aufzubauen, indem
Netzwerkelemente als Paketknoten verwendet werden, und indem Signalisierungsprotokolle
und -systeme zwischen diesen, wie etwa SS7 und LAPD, zur Übertragung
von Datenpaketen verwendet werden. Nur Einrichtungen zum Verarbeiten
ankommender und abgehender Datenpakete werden in den Netzwerkelementen
eingeführt.
Normale Signalisierungsnachrichten des Mobilkommunikationsnetzwerks
werden zur Paketdatenübertragung
verwendet, welche Nachrichten nur mit einem neuen Bezeichner versehen
werden, der angibt, dass die Nachricht Paketdaten enthält, damit Paketdatennachrichten
statt an eine normale Verarbeitung von Signalisierungsnachrichten
an die Paketdatenverarbeitungseinrichtungen weitergeleitet werden
können.
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Mit
Hilfe der Erfindung wird eine verbindungslose (nicht schaltungsvermittelte)
Paketdatenübertragung
in einem festen Netzwerk eines Mobilkommunikationssystems ohne die Notwendigkeit
bereitgestellt, den normalen Betrieb und die normale Konfiguration
des Netzwerks überhaupt
zu verändern,
und daher ohne hohe Investitionskosten. Eine verbindungslose Paketdatenübertragung
ermöglicht eine
verbesserte Nutzung der Kanalkapazität des Netzwerks und andererseits
ein Übertragungsverfahren,
das für
den Teilnehmer vorteilhafter ist. Dank der Erfindung kann eine Gebührenerfassung
für eine
Datenübertragung
auf der Anzahl von übertragenen
Datenpaketen basieren. Aus diesem Grund ist eine Abrechnung einfach
einzurichten. Einer der Knoten entlang des Datenpfads untersucht
die Quelladresse sowie die Paketlänge und überträgt die Informationen an ein
Abrechnungszentrum.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
Erfindung wird im Folgenden mit Hilfe bevorzugter Ausführungsbeispiele
unter Bezugnahme auf die zugehörigen
Zeichnungen beschrieben, bei denen zeigen:
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1 ein Mobilkommunikationsnetzwerk
gemäß der Erfindung
und die Schnittstelle zu Datennetzwerken,
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2 einen an der Abis-Schnittstelle
verwendeten LAPD-Rahmen,
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3 ein Multiplexen mehrerer
Anwendungsteil-Protokolle
in eine LAPD-Strecke an der Abis-Schnittstelle,
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4 einen Schicht-3-Rahmen
an der Abis-Schnittstelle,
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5A und 5B das grundlegende Format einer MTP-Nachrichtensignaleinheit,
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6 ein Multiplexen mehrerer
Anwendungsteil-Protokolle
in eine MTP-Strecke an der A-Schnittstelle,
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7 einen Protokollstapel
einer Knoten-zu-Knoten-Verbindung,
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8 ein zwischen einer Basisstationssteuerung
und einem Paketverarbeitungscomputer verwendetes Datenpaketformat,
und
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9 ein zwischen einer Basisstation
und einer Basisstationssteuerung verwendetes Datenpaketformat.
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BEVORZUGTE
AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung ist geeignet, um in allen Mobilkommunikationssystemen
verwendet zu werden, die ein verbindungsloses Signalisierungsprotokoll
des CCITT-Signalisierungssystems
Nr. 7 (SS7) oder dergleichen verwenden. Es ist besonders wünschenswert,
die Erfindung im paneuropäischen
digitalen Mobilkommunikationssystem GSM und in entsprechenden digitalen
Systemen wie etwa DCS1800 und PCN zu verwenden. Die bevorzugten
Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden nachstehend als im GSM-System implementiert
beschrieben, sind aber jedoch nicht darauf beschränkt.
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Was
die genaue Konfiguration und den genauen Betrieb des GSM-Systems
betrifft, wird Bezug genommen auf die ETSI-Empfehlungen bezüglich GSM wie auch auf das
Buch „The
GSM System for Mobile Communications", M. Mouly & M. Pautet, Palaiseau, Frankreich,
ISBN: 2-9507190-0-7.
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1 zeigt schematisch einen
Teil eines zellularen GSM-Funksystems. Der von einem zellularen Funksystem abgedeckte
Bereich ist in Funkzellen unterteilt. Basisstationssysteme BSS (von
denen nur 2 in der Figur gezeigt sind) werden mittels digitaler Übertragungsstrecken 9 mit
einer Mobilvermittlung MSC 10 verbunden. Jedes Basisstationssystem
BSS weist eine Basisstationssteuerung BSC auf, mit der ferner mittels
digitaler Übertragungsstrecken 8 eine Basisstation
oder mehrere Basisstationen BTS verbunden sind. Der Funkabdeckungsbereich
bzw. das Sendegebiet einer Basisstation BTS bildet typischerweise
eine Funkzelle. Eine vorbestimmte Anzahl an RF-Trägerfrequenzen
ist jeder Basisstation BTS1 bis BTS4 zugewiesen. Ein Signal des
GSM-Systems besteht aus TDMA-Rahmen, von denen jeder vorzugsweise
8 Zeitschlitze enthält,
mittels derer logische Kanäle übermittelt
werden. Die logischen Kanäle
enthalten Verkehrskanäle
zur Herstellung von Rufen (Sprache und Daten) mit Mobilfunkstationen
MS3 innerhalb der Zelle und Steuerkanäle zur Signalisierung mit den
Mobilfunkstationen MS3 (Mobilstationen) innerhalb der Zelle. Eine
Sprachverbindung, eine gemäß V.110
ratenangepasste 64-kbit/s-Vollduplex-Datenverbindung oder eine 9,6/4,8/2,4-kbit/s-Datenverbindung
kann auf den Verkehrskanälen
hergestellt werden. Ein Verkehrskanal kann auch als ein 12-kbit/s-Datenkanal
konfiguriert werden, falls ein Übertragungsprotokoll
RLP („Radio Link
Protocol": Funkstreckenprotokoll)
nicht verwendet wird.
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Im
GSM-Netzwerk ist eine Datenübertragung
gegenwärtig
auf einem schaltungsvermittelten Kanal eingerichtet, der für jede Mobilstation
MS3 nach Bedarf dediziert bzw. reserviert wird. In anderen Worten
wird jedem schaltungsvermittelten Datenübertragungskanal für die gesamte
Datensitzung ein Verkehrskanal auf einem Funkpfad 7 und
ein Übertragungskanal
auf den digitalen Übertragungsstrecken 8 und 9 zugewiesen.
An beiden Enden der Datenverbindung wird typischerweise ein Spezial-Verbindungsadapter
zum Anpassen einer Datenverbindung an Endgeräten und/oder für andere Übertragungsverbindungen/Übertragungssysteme
benötigt. Ein
mit einer Mobilstation MS3 in Zusammenhang stehender Verbindungsadapter
wird im Allgemeinen Abschlussadapter genannt, und ein Verbindungsadapter
am Netzwerkende wird Zusammenarbeitsfunktion IWF genannt. Im Allgemeinen
ist eine derartige Zusammenarbeitsfunktion in der Mobilvermittlung MSC
des GSM-Mobilkommunikationsnetzwerks angeordnet.
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In
den GSM-Empfehlungen können
drei unterschiedliche Schnittstellen unterschieden werden, d. h.
eine Funkschnittstelle über
dem Funkpfad 7, eine Abis-Schnittstelle zwischen einer Basisstation BTS
und einer Basisstationssteuerung BSC sowie eine A-Schnittstelle
zwischen einer Basisstationssteuerung BSC und einer Mobilvermittlung
MSC. Die A-Schnittstelle wird auch auf digitale Verbindungen 11 zwischen
zwei Mobilvermittlungen MSC angewandt. Eine Signalisierung an der
A-Schnittstelle des GSM-Netzwerks wird mittels eines Protokolls
des CCITT-Signalisierungssystems Nr. 7 durchgeführt. Dieses Protokoll läuft auf
einem Knoten-zu-Knoten-Prinzip ab, d. h. stellt eine Datenübertragung
in Knoten-zu-Knoten-Nachrichten
bereit. Das LAPD („Link
Access Protocol" bzw.
Sicherungsschichtprotokoll für
den D-Kanal) wird an der Abis-Schnittstelle verwendet.
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Gemäß der Erfindung
ist es möglich,
eine Knoten-zu-Knoten-Paketübertragung
im festen Teil eines Mobilkommunikationsnetzwerks auf die gleiche Art
und Weise wie in Paketdatennetzwerken aufzubauen, indem die Netzwerkelemente
wie etwa die Basisstationen BTS, die Basisstationssteuerungen BSC
und die Mobilvermittlungen MSC als Paketknoten implementiert werden,
und indem zur Übertragung
der Datenpakete Signalisierungsstrecken zwischen diesen verwendet
werden, wie etwa SS7- und LAPD-Strecken.
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Mit
Hilfe der Erfindung kann eine Mobilstation MS3, die gemäß 1 beispielsweise aus einer Mobilfunkstation 3 und
einem daran angeschlossenen entfernten Arbeitsplatzsystem 4 (z.
B. einem Personalcomputer PC) besteht, ein Datenpaket mittels eines
neuen Zugangsverfahrens, das für
eine Paketdatenübertragung
geeignet ist und einen Funkkanal nur während der für die Übertragung des Datenpakets
benötigten
Zeit verwendet, an eine Basisstation BTS4 senden. Die Erfindung
ist unabhängig
davon, welches Zugangsverfahren an der Funkschnittstelle 7 zwischen
der Mobilstation MS3 und der Basisstation BTS verwendet wird, da
sich die Erfindung vornehmlich darauf bezieht, eine Paketübertragung
zwischen festen Netzwerkelementen zu implementieren. Die Basisstation
BTS4 überträgt das von
der Mobilstation MS3 empfangene Datenpaket an eine Basisstationssteuerung
BSC, welche das Datenpaket an eine Mobilvermittelung MSC weiterleitet.
Das Datenpaket wird in jedem Knoten basierend auf einer Zieladresse
in einem Paket-Nachrichtenkopf
geroutet bzw. geleitet, und jedes Paket wird unabhängig geroutet.
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Beim
gemäß 1 gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist der Mobilvermittlung MSC zusätzlich ein nachstehend als AGENT19
bezeichneter Computer 19 zur Verarbeitung von Datenpaketen
zugeordnet. Der AGENT19 ist ein Datendienstzentrum, zu dem alle
Datenpakete von den sich innerhalb seines Dienstbereichs befindenden
Mobilstationen MS3 geroutet werden. Der AGENT19 begleitet auch eine
Aufenthaltsortaktualisierung der Mobilstationen MS3 unter Verwendung von
Datendiensten, wie es nachstehend ausführlicher erläutert wird.
Eine Adressierung und ein Routing der Datenpakete zwischen der Basisstationssteuerung
BSC, der Mobilvermittlung MSC und dem AGENT19 wird mittels Standard-SS7-Vorgängen auf einer
MTP3- („Message
Transfer Part":
Nachrichtentransferteil) Ebene durchgeführt. Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung basiert ein Routing von der Basisstationssteuerung
BSC an die Mobilstation MS3 auf der Identität bzw. Kennung der Mobilstation
MS, wie nachstehend erläutert
wird. Wie vorstehend bereits erwähnt
wurde ist das Routing der Datenpakete von der Mobilstation MS ziemlich
geradlinig bzw. direkt, da die Datenpakete immer an das Dienstzentrum
AGENT19 geroutet werden, das den Bereich versorgt bzw. bedient.
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Das
Datendienstzentrum AGENT19 ist beim gemäß 1 gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung mittels eines herkömmlichen Routers 18 an
externe Datennetzwerke wie etwa ein WAN („Wide Area Network": Weitverkehrsnetzwerk) angeschlossen.
Das Dienstzentrum AGENT19 bildet daher eine Schnittstelle zwischen
der MSC10 und den externen Datennetzwerken WAN. Die Schnittstelle
zwischen der Mobilvermittlung MSC10 und dem daran angeschlossenen
Dienstzentrum AGENT19 ist für
die Erfindung ebenso wie das verwendete Protokoll nicht wesentlich
und wird üblicherweise
vom Hersteller der Mobilvermittlung MSC abhängen. Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird jedoch eine für
diesen Zweck zugewiesene direkte Datenstrecke zwischen der MSC10 und
dem Datendienstzentrum AGENT19 und ein herstellerspezifisches Protokoll
verwendet. Eine alternative Lösung
besteht darin, dass das Datendienstzentrum 19 ein Vermittlungsknoten
im SS7- Signalisierungsnetzwerk
ist, beispielsweise ähnlich
der Mobilvermittlung MSC oder der Basisstationssteuerung BSC.
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Es
ist ebenso möglich,
jeden der Knoten, d. h. jedes der Netzwerkelemente, des Mobilkommunikationsnetzwerks
mit einem externen Netzwerk wie etwa einem WAN zu verbinden. Dies
wird durch Verbinden eines Datendienstzentrums (beispielsweise ähnlich zu
AGENT19) mit dem Knoten bewirkt, über den das Gateway bzw. der
Zugang zum externen Netzwerk bereitgestellt ist. Der AGENT19 könnte daher
wahlweise mit der Basisstationssteuerung BSC oder sogar mit der
Basisstation BTS verbunden sein.
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Beim
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung sei angenommen, dass an jede Mobilvermittlung MSC
ein Datendienstzentrum AGENT angeschlossen ist. Falls der Netzwerkbetreiber
jedoch nur ein Datendienstzentrum AGENT im gesamten Netzwerk verwenden
will, das an eine der Mobilvermittlungen angeschlossen ist, muss
zwischen den Mobilvermittlungen eine spezielle zentralisierende
Routingfunktion verwendet werden. Das an der Schnittstelle zwischen
zwei Mobilvermittlungen MSC verwendete Protokoll ist das MTP, d.
h. das gleiche Protokoll wie an der Schnittstelle zwischen der Mobilvermittlung MSC
und der Basisstationssteuerung BSC verwendet wird. Das Routing von
Datenpaketen von einer Mobilvermittlung MSC in Richtung eines zentralisierten
Datendienstzentrums AGENT, das an eine andere Mobilvermittlung MSC
angeschlossen ist, wird daher auf dem gleichen Prinzip durchgeführt wie
das Routing von der Basisstationssteuerung BSC an die Mobilvermittlung
MSC. Die zum Routing verwendete Adressierung basiert auf einem Zielpunktcode,
wobei jede Mobilvermittlung MSC und jedes Datendienstzentrum AGENT
zum Identifizieren des in Frage stehenden Netzwerkelements einen
im Mobilkommunikationsnetzwerk eindeutigen Punktcode aufweisen. Die
das Datenpaket übertragende
Mobilvermittlung MSC (Relay-MSC) weist eine Paketverarbeitungseinheit
auf, die die zum Weiterleiten der Datenpakete benötigten Vorgänge versorgt.
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Im
Folgenden werden die Protokolle ausführlicher untersucht, die beim
gemäß 1 gezeigten bevorzugten
Ausführungsbeispiel
an unterschiedlichen Schnittstellen, d. h. der Funkschnittstelle 7 (MS-BTS-Schnittstelle),
der BTS-BSC-Schnittstelle 8 und der BSC-MSC-Schnittstelle 9,
verwendet werden.
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Funkschnittstelle
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Wie
vorstehend erwähnt
ist die Erfindung unabhängig
vom zur Paketübertragung
an der Funkschnittstelle 7 verwendeten Zugangsverfahren.
Zur Klarstellung des Konzepts wird jedoch ein Beispiel einer derartigen
Medienzugangssteuerung angegeben. Es sei bei allen Protokollen angenommen,
dass die Medienzugangssteuerung zwischen einer Mobilstation MS und
einer Basisstation BTS durchgeführt wird,
wodurch keine Beteiligung der anderen Netzwerkelemente, d. h. der
Knoten, erforderlich ist.
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Es
ist möglich,
mehrere Verkehrskanäle
oder sogar einen Träger
einzig und allein für
eine Paketdatenübertragung
zuzuweisen. In diesem Fall können Uplink-
und Downlink-Kanäle verwendet
werden. Von einer Mobilstation auf einem Uplink- bzw. Aufwärtsstreckenkanal übertragene
Paketdaten können
wahlweise unverzüglich
an einen Downlink- bzw. Abwärtsstreckenkanal
weitergeleitet werden. Dies könnte
die Mobilstation MS über
die Richtigkeit des übertragenen
Datenpakets versichern. Das Zugangsverfahren kann jedes Aloha-basierte
Medienzugangssteuerverfahren sein. Alle Mobilstationen versuchen,
einen Zugang auf einen Verkehrskanal zu erhalten. Dieser Mechanismus
könnte
einige Modifikationen der unteren Schichten des GSM-Systems erforderlich
machen, aber er könnte
auch mit Hilfe einer Standard-Verkehrskanalstruktur bereitgestellt werden,
weshalb nur eine neue Medienzugangssteuerung zu implementiert werden
braucht.
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BTS-BSC-Schnittstellenvorgänge
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Das
Signalisierungsstreckenprotokoll über der Abis-Schnittstelle ist
das LAPD, welches ein Verbindungsprotokoll vom HDLC- („High Level
Data Link Control":
Hochschicht-Datenverbindungssteuerung) Typ ist. Zusätzlich zu
den Eigenschaften des HDLC-Protokolls umfasst das LAPD eine Verwaltung bzw.
Handhabung vieler gleichzeitiger Verbindungen. Das LAPD stellt eine
zuverlässige Übermittlung über eine
direkte Verbindung zwischen zwei Knoten bereit.
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2 zeigt das Format eines
LAPD-Rahmens. Die Länge
des LAPD-Rahmens der Abis-Schnittstelle ist auf 264 Oktette begrenzt,
die 260 Oktette für
höherschichtige
Informationen aufweisen. Eine Fluss- bzw. Ablaufsteuerungsnummerierung
basiert auf Modulo 128 und der Informationsfluss ist kontinuierlich.
Daher wird keine Datenratenbegrenzung erfasst. Dienste werden in
verbindungsorientierte und verbindungslose Dienste unterteilt. Ein
verbindungsloser Dienst wird hauptsächlich zum Übertragen von Verwaltungsinformationen
verwendet. Für
die Erfindung ist ein verbindungsloses Protokoll das interessanteste,
da es perfekt für
eine verbindungslose Paketdatenübertragung
passt. Dies erfordert nur eine kleine zusätzliche Definition für den LAPD-Rahmen.
Derzeit können
Sendeempfänger TRX
und andere Einheiten der Basisstation BTS entweder eine gemeinsame
physikalische Verbindung zu der Basisstationssteuerung BSC aufweisen,
oder jeder Sendeempfänger
kann eine physikalische Verbindung für sich selbst haben. Die Adressierung
von Signalisierungspaketen an einen Sendeempfänger TRX und andere Einheiten
einer Basisstation erfolgt durch Verwendung eines Endgeräte-Endpunktbezeichner-
(TEI: "Terminal
Endpoint Identifier")
Felds des LAPD-Rahmens. Folglich hat jeder Sendeempfänger und
jede andere Einheit ihren eigenen TEI. Für einen TEI-Wert können mit Hilfe eines Dienstzugangspunktbezeichner(SAPI: "Service Access Point Identifier") Felds des LAPD-Rahmens unterschiedliche
logische Strecken definiert werden. Gegenwärtig sind drei logische Strecken
für jeden
TEI-Wert definiert:
- – Funksignalisierungsstrecke
(RSL) zum Unterstützen
von Verkehrsverwaltungsvorgängen, SAPI
= 0
- – Kurznachrichtendienst,
SAPI = 3
- – Betriebs-
und Wartungsstrecke (OML) zum Unterstützen von Netzwerkverwaltungsvorgängen, SAPI
= 62
- – Schicht-2-Verwaltungsstrecke
(L2ML) für Schicht-2-Verwaltungsnachrichten,
SAPI = 63.
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Für eine Paketdatenübertragung
gemäß der Erfindung
wird eine neue logische Strecke und ein neuer entsprechender SAPI-Wert
reserviert:
- – Paketdatenstrecke (PDL) für Paketdatenübertragungsvorgänge, SAPI
= x (z. B. SAPI = 5).
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Außerdem ist
es möglich,
dass eine gesonderte physikalische Paketdatenübertragung (oder sogar mehrere
Verbindungen) für
jeden Basisstationssendeempfänger
TRX mit Paketkanälen
an der Funkschnittstelle 7 existiert.
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Eine
weitere Möglichkeit
besteht darin, dass eine gemeinsame physikalische Verbindung zu
der Funksignalisierungsstrecke RSL und der Paketdatenstrecke PDL
existiert, falls die Menge an Paketdatenverkehr gering ist. Die
Verwendung unterschiedlicher SAPI-Werte macht es möglich, der
Funksignalisierungsstrecke RSL und der Paketdatenstrecke PDL unterschiedliche
Prioritäten
zu geben, wenn eine gemeinsame physikalische Verbindung verwendet
wird.
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3 zeigt ein Multiplexen
bzw. einen Mehrfachbetrieb unterschiedlicher Anwendungsteil- (AP: "Application Part") Protokolle in einer
LAPD-Strecke der Abis-Schnittstelle. 3 zeigt eine Basisstation BTS
und eine Basisstationssteuerung BSC, die mittels einer physikalischen
Verbindung 31 miteinander verbunden sind. Die Basisstation
BTS ist mit einer Einrichtung 32 und die Basisstationssteuerung
BSC mit einer Einrichtung 33 zum Herstellen einer LAPD-Protokoll-LAPD-Strecke
zwischen der Basisstation BTS und der Basisstationssteuerung BSC über die
physikalische Verbindung 31 versehen. Für die Erfindung weist die Basisstation
BTS und die Basisstationssteuerung BSC jeweils eine Paketverarbeitungseinrichtung 36 und 37 auf,
d. h. einen Paketanwendungsteil (Paket-AP), der die von einer Paketübertragung
gemäß der Erfindung
benötigten
Paketverarbeitungsmaßnahmen
ergreift. Andere Anwendungsteile AP, wie etwa eine Signalisierung
unter Verwendung einer LAPD-Protokoll-Übertragung, werden allgemein
mit Blöcken 34 und 35 bezeichnet. Diese
Blöcke
sind für
die Erfindung von keinerlei Bedeutung und sie werden nachfolgend
nicht näher
erörtert.
In der Übertragungsrichtung
fügt die
Paketverarbeitungseinrichtung 36 oder 37 das zu
sendende Datenpaket in ein Informationsfeld eines LAPD-Rahmens ein,
wie es gemäß 5A gezeigt ist, und fügt einen
die Paketdatenübertragung
anzeigenden Bezeichner in ein SAPI-Feld ein. Der aufgebaute LAPD-Protokollrahmen
wird an die LAPD-Einrichtung 32 oder 33 eines übertragenden
Netzwerkelements, d. h. eines Knotens, angelegt, um den LAPD-Rahmen
gemäß dem LAPD-Protokoll
an die LAPD-Einrichtung 32 oder 33 eines
empfangenden Netzwerkelements, d. h. eines Knotens, weiterzuleiten.
In der Uplink- bzw. Aufwärtsstreckenrichtung
leitet die BSC das Paket an die MSC/das Dienstzentrum AGENT 19 weiter.
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In
der Downlink- bzw. Abwärtsstreckenrichtung
wählt die
Paketverarbeitungseinrichtung 37 der BSC den Verkehrskanal
aus, auf dem das Paket von der Basisstation BTS an die Mobilstation
MS übertragen
wird. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung sei angenommen, dass die Mobilstationen MS in Gruppen
unterteilt sind, von denen jede immer den gleichen physikalischen
Paketdatenkanal in einer Zelle verwendet. Um den Energieverbrauch
der Mobilstation MS zu reduzieren, kann dieser Kanal weiter in Blöcke unterteilt
werden, wobei jede MS einen der Blöcke überwacht, um die von der Basisstation
BTS gesendeten Datenpakete zu überwachen.
Der Kanal und der Block innerhalb des Kanals werden mittels einer
Mobilstationskennung IMSI bestimmt. Die Basisstationssteuerung BSC
sendet die Kanalnummer und die Gruppennummer in einer Schicht-3-Nachricht
der Abis-Schnittstelle
an die Basisstation BTS, welche Nachricht gemäß 4 dargestellt ist. Dieser Rahmen enthält im Datenteil
ein höherschichtiges
Datenpaket, dessen Übertragung zwischen
der Mobilstation MS und der MSC/dem AGENT19 erfolgt. Dieses Datenpaket
kann z. B. vom gemäß 8 und 9 gezeigten Typ sein, in welchem Fall
es auch den Nachrichtenkopfteil dieser enthält. Das Nachrichtenkopf- bzw.
Headerfeld des Abis-Schnittstellen- Rahmens gemäß 4 hängt vom
auf der Funkschnittstelle verwendeten Medienzugangssteuerungsverfahren
ab. Ist der Kanal nicht in Untergruppen unterteilt, besteht kein
Erfordernis für
das Gruppennummernfeld im Nachrichtenkopffeld. Ein Nachrichtentypfeld
kann auch weggelassen werden, falls nur eine Art von Nachrichten übertragen wird.
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BSC-MSC-Schnittstellenvorgänge
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Die
für eine
gemeinsame Kanalsignalisierung an der A-Schnittstelle verwendeten SS7-Protokolle
sind Nachrichtentransferteil (MTP: „Message Transfer Part") und Signalisierungs-Verbindungssteuerungsteil
(SCCP: „Signalling
Connection Control Part").
Diese Protokolle können
für eine
verbindungslose Paketdatenübertragung
gemäß dem Knoten-zu-Knoten-Prinzip
verwendet werden. Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung
wird die Paketdatenübertragung
auf der MTP-Ebene implementiert.
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Der
MTP ist ein niedrigeres Protokoll, das für eine physikalische Datenstrecke,
eine Signalisierungsdatenstrecke und Signalisierungsnetzwerkfunktionen
(Signalisierungsnachrichtenverarbeitung und Signalisierungsnetzwerkverwaltung)
sorgt. Der MTP ist in den CCITT-Rotbuch-Empfehlungen Q.702 bis Q.704
und Q.707 definiert. Die Übertragung
wird mit der Datenrate von 64 kbit/s über eine physikalische Strecke
(MTP1) durchgeführt.
Signalisierungsstreckenfunktionen (MTP2) erledigen die Funktionen und
Vorgänge
in Bezug auf die Übermittlung
von Nachrichten über
eine einzelne Strecke; einschließlich einer Abgrenzung von
Signaleinheiten, Fehlerkorrektur und Ablauf- bzw. Sequenzsteuerung.
Daher sollten die über
der Strecke übertragenen
Daten frei von Fehlern sein. Der MTP3 stellt die Signalisierungsnetzwerk-Verwaltungsfunktionen
und die Signalisierungsnachrichten-Verarbeitungsfunktionen bereit.
Die tatsächliche Übermittlung
von Nachrichten wird mittels der MTP-Ebene 3 durchgeführt. Die
Ebene 3 des MTP weist drei Hauptfunktionen auf: Unterscheidung
von zu einem lokalen Teilnehmerteil gehörenden Nachrichten, Routing
von Nachrichten und Verteilung von Nachrichten an die geeigneten
Teilnehmerteile. Eine Nachrichtensignaleinheit (MSU: "Message Signal Unit") hat eine variable
Länge,
maximal 272 Oktette an der A-Schnittstelle,
einschließlich
8 Oktetten für
den Nachrichtenkopf bzw. Header. Die vom MTP für höhere Ebenen erzeugten Dienste sind
MTP-TRANSFER, MTP-PAUSE und MTP-RESUME.
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Die
Struktur einer MTP-Signaleinheit ist gemäß 5A und 5B dargestellt.
Die wichtigsten Felder sind ein Längenindikator (Länge eines
Signalisierungsinformationsfelds in einer Signalisierungseinheit),
ein Dienstinformationsoktett (das zum Anzeigen eines bestimmten
Teilnehmerteils verwendet wird) und ein Signalisierungsinformationsfeld
(das eigentliche höherschichtige
Signalisierungsinformationen transportiert). Das Signalisierungsinformationsfeld
besteht aus einem Routing-Label bzw. -Kennsatz und höherschichtigen
Daten. Der Routing-Label bzw. -Kennsatz wird für Routingnachrichten-Signaleinheiten
verwendet. Das Routing basiert auf einem Zielpunktcode, der im gesamten
nationalen Telekommunikationsbereich durchwegs eindeutig ist. Die MTP-basierte
Nachrichtenübermittlung
ist ein verbindungsloser Dienst vom Datagramm-Typ, d. h. jede Nachrichtensignaleinheit
wird unabhängig
von anderen geroutet.
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Das
Knoten-zu-Knoten-Paketübertragungssystem
gemäß der Erfindung
wird oben auf einen MTP-Protokollstapel aufgesetzt. Dies ermöglicht, dass
an der Abis- und der A-Schnittstelle
die gleiche Paketgröße verwendet
wird. Zusätzlich
wird die Menge an Header-Informationen minimiert, da kein SCCP verwendet
wird. Die Implementierung ist jedoch nicht auf den MTP beschränkt, sondern
es ist auch möglich,
ein Paketübertragungssystem
gemäß der Erfindung
auf den SCCP aufzusetzen, wie es später erläutert wird. Funktionen auf
der MTP-Ebene 3 werden zur Paketübermittlung gemäß der Erfindung
zwischen einer Mobilvermittlung MSC und einer Basisstationssteuerung
BSC verwendet. Ein neuer Wert wird in einem Dienstinformationsoktett-
(SIO:" Service Information
Octett") Feld der
MTP-Nachrichtensignaleinheit
gemäß 5A als ein Bezeichner für die Paketdatenübertragung
bestimmt, mit Hilfe welchen Bezeichners die Paketdatenrahmen von den
anderen MTP-Rahmen unterschieden werden können.
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6 zeigt eine Basisstationssteuerung BSC
und eine Mobilvermittlung MSC, die mittels einer physikalischen
Verbindung 61 miteinander verbunden sind. Die Basisstationssteuerung
BSC und die Mobilvermittlung MSC weisen jeweils eine Einrichtung 62 und 63 zum
Durchführen
einer MTP-Protokoll-Nachrichtenübermittlung über die
physikalische Verbindung 61 auf. Für die Erfindung weist die Basisstationssteuerung
BSC und die Mobilvermittlung MSC jeweils eine Paketverarbeitungseinrichtung 37 und 64 auf,
d. h. einen Paketanwendungsteil (Paket-AP), der die von der Paketübertragung
gemäß der Erfindung
benötigte
Paketverarbeitung durchführt.
Andere Anwendungsteile AP wie etwa eine Signalisierung unter Verwendung
einer MTP-Protokoll-Übertragung
sind allgemein mit Blöcken 35 und 65 bezeichnet.
Diese Blöcke
sind für
die Erfindung von keinerlei Bedeutung und werden in diesem Zusammenhang
nicht ausführlicher
erörtert. In
der Übertragungsrichtung
fügt die
Paketverarbeitungseinrichtung 37 oder 64 das zu übertragende
Datenpaket in ein Signalisierungsinformationsfeld (SIF: „Signalling
Information Field")
eines MTP-Rahmens gemäß 5A ein, und fügt einen
Bezeichner für
die Paketdatenübermittlung
in das SIO-Feld ein. Der aufgebaute MTP-Protokollrahmen wird an
die MTP-Einrichtung 62 oder 63 eines übertragenden
Netzwerkelements, d. h. eines Knotens, angelegt, die den Rahmen
gemäß dem MTP-Protokoll
an die MTP-Einrichtung 62 oder 63 eines empfangenden
Netzwerkelements, d. h. eines Knotens, weiterleitet. Die MTP-Einrichtung 62 oder 63 des
empfangenden Knotens analysiert das SIO-Feld des empfangenen MTP-Rahmens
und leiten die Pakete, in denen das SIO den Paketdatenübermittlungsbezeichner
enthält,
an die Paketdatenverarbeitungseinrichtung 37 oder 64 des Netzwerkelements
weiter. Die Paketdatenverarbeitungseinrichtung 37 oder 64 untersucht
das SIF-Feld des Rahmens und extrahiert das Datenpaket zur weiteren
Verarbeitung. In der Uplink-Richtung überträgt die MSC das Paket an das
Datendienstzentrum AGENT19 oder eine andere Mobilvermittlung MSC. In
der Downlink-Richtung überträgt die BSC
die Daten auf die vorstehend beschriebene Art und Weise an die Basisstation.
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Eine
Paketdatenübertragung
gemäß der Erfindung
an der A-Schnittstelle
kann durch Verwendung des Signalisierungs- und Verbindungssteuerungsteil- (SCCP)
Protokolls anstelle des MTP-Protokolls durchgeführt werden. Der SCCP verwendet vom
MTP erzeugte Dienste. Der SCCP ist in den CCITT-Rotbuch-Empfehlungen
Q.711 bis Q.714 definiert. Der SCCP erzeugt für den MTP zusätzliche Funktionen,
die verbindungslose und verbindungsorientierte Netzwerkdienste abdecken.
Die interessanteste Alternative besteht darin, einen verbindungslosen
Dienst für
eine Paketübertragung
zu verwenden. Es gibt zwei Klassen von verbindungslosen Diensten:
Klasse 0 und Klasse 1. Klasse 0 enthält keine Sequenzsteuerinformationen,
aber Klasse 1 schon. Die Sequenzsteuerinformationen ermöglichen
einen Empfang einer Vielzahl von Paketen in Übertragungsreihenfolge. Im
GSM-System ist jedoch nur Klasse 0 in Verwendung. Die Länge einer
verbindungslosen NSDU („Network
Signalling Data Unit": Netzwerksignalisierungsdateneinheit)
beträgt
32 Oktette. Diese Alternative ermöglicht eine Verwendung einer
Signalisierungsstrecke nur bei Bedarf, und ein Multiplexen bzw.
ein Mehrfachbetrieb mehrerer Verbindungen auf der gleichen Strecke
kann leicht eingerichtet werden. Es ist möglich, die vorstehend in Verbindung
mit dem MTP-Protokoll beschriebene Paketdatenübertragung durch Verwendung
einer SCCP-Schicht oben auf dem MTP durchzuführen. Das Paketformat ist jedoch
kleiner und erfordert eine Implementierung von Fragmentierungsfunktionen.
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Eine
Knoten-zu-Knoten-Verbindung bei einer Paketdatenübertragung gemäß der Erfindung
kann auf Systemebene mit Hilfe eines Protokollstapels gemäß 7 beschrieben werden. Zwischen
einer Mobilstation MS und einem Paket-Handler bzw. einer Paket-Verarbeitungsvorrichtung 36 einer
Basisstation BTS existieren Einrichtungen 71 und 72,
die eine Medienzugangssteuerung des Funkpfads 7 durchführen. Zwischen
dem Paket-Handler 36 der Basisstation BTS und dem Paket-Handler 37 der
Basisstationssteuerung existiert eine LAPD-Protokoll-Verbindung,
wie sie in Verbindung mit 3 beschrieben wird.
Dementsprechend gibt es zwischen dem Paket-Handler 37 der
Basisstationssteuerung BSC und dem Paket-Handler 64 einer
Mobilvermittlung MSC das MTP-Protokoll implementierende Einrichtungen 62 und 63,
wie sie in Verbindung mit 6 erläutert werden.
Andererseits kommuniziert der Paket-Handler 64 der Mobilvermittlung
MSC mit einem Paketdienstzentrum AGENT19, das die Pakete wiederum an
ein externes Datennetzwerk WAN weiterleitet. Eine Funktion des Paket-Handlers der Basisstation BTS
besteht darin, die in einem LAPD-Protokoll-Übertragungsrahmen zu übertragenden
Paketdaten an das zwischen der Basisstation und der Mobilstation
verwendete Medienzugangssteuerungsverfahren MAC und an das Paketdatenübertragungsprotokoll
anzupassen. Dementsprechend besteht eine Aufgabe des Paketdaten-Handlers
der Basisstationssteuerung BSC darin, die zwischen der Basisstation
und der Basisstationssteuerung in LAPD-Protokoll-Übertragungsrahmen
zu übermittelnden
Paketdaten an MTP-Signalisierungsprotokoll-Übertragungsrahmen
anzupassen, die zwischen der Basisstation und der Mobilstation verwendet
werden, und umgekehrt.
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Das
zwischen der Basisstationssteuerung BSC und dem mit der Mobilvermittlung
MSC verbundenen Datendienstzentrum AGENT19 verwendete Paketformat
ist gemäß 8 gezeigt. Das Paket enthält einen
Zellenbezeichner ID, einen Mobilstationsbezeichner MS-ID, Steuerungsdaten
STEUERUNG und einen Teilnehmerdatenblock DATEN.
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An
den Abis- und Funkschnittstellen wird das Paketformat vom gemäß 7 gezeigten Format reduziert.
Die Basisstationssteuerung BSC verwendet das Zellenidentifikationsfeld
Zell-ID zum Übertragen des
Pakets an die korrekte Basisstation BTS. Das Zell-ID-Feld wird in
der Basisstationssteuerung BSC entfernt, um die Menge an über den
Funkpfad zu übertragenden
zusätzlichen
Header-Informationen zu reduzieren.
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Auf
diese Weise wird das Paketformat wie gemäß 9 gezeigt sein. Bei einer an einer Mobilstation
MS beginnenden Paketübertragung überträgt die Mobilstation
MS das gemäß 9 gezeigte Paket über den
Funkpfad und eine Basisstation BTS überträgt es an eine Basisstationssteuerung
BSC. In der Basisstationssteuerung BSC fügt eine Paketverarbeitungseinrichtung 37 das
Zell-ID-Feld an
das Paket an.
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Die
Figuren und die sich darauf beziehende Beschreibung sind nur zur
Veranschaulichung der Erfindung vorgesehen. Was die Details betrifft,
kann die Erfindung innerhalb des Umfangs der zugehörigen Ansprüche variieren.