DE69434896T2 - Zugriffsverfahren auf ein drahtloses lokales ad-hoc Netzwerk über ein zellulares Weitbereichnetzwerk mit Koppelung des LAN-MAC-Paketkopfes. - Google Patents

Zugriffsverfahren auf ein drahtloses lokales ad-hoc Netzwerk über ein zellulares Weitbereichnetzwerk mit Koppelung des LAN-MAC-Paketkopfes. Download PDF

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Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein die Datenkommunikation und speziell drahtlose Netzwerke. Insbesondere befasst sich die Erfindung damit, für mobile Computer mit Modems für zellulare Telefonsysteme die Möglichkeit zu schaffen, verschiedene Klassen von Datenkommunikationsdiensten sowie Sprachdienst zu empfangen und an drahtlosen lokalen Netzwerken (LAN) teilnehmen zu können.
  • In der folgenden Beschreibung werden die nachstehend aufgeführten Akronyme verwendet. AKRONYME
    CC Cell Controller
    ISDN Integrated Services Digital Network
    LAN Local Area Network
    LLC Logical Link Control
    MAC Media Access Control
    MDSC Mobile Data Service Controller
    MTSO Mobile Telephone Service Office
    PC Personalcomputer
    PHYS physikalisch
    PSTN Public Switched Telephone Network (öffentliches Telefonnetz)
    MS mobile Station
    WAB Wide Area Bridge
    WAN Wide Area Network (Weitbereichsnetzwerk)
    WS Workstation
    NM Network Manager
    NC Network Controller
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Den stärksten Wachstumsbereich bei PCs (und bald auch bei WSs) bilden portable Systeme, von denen Prognosen zufolge bis 1995 jährlich mehr als 25 Millionen Einheiten hergestellt werden. Der Begriff Portabilität schließt generell die uneingeschränkte Nutzung ein und verschiedene Anbieter haben bereits damit begonnen, Produkte für den drahtlosen Zugriff auf LAN zu entwickeln. Diese Produkte arbeiten sowohl auf Hochfrequenz- als auch auf Infrarotbasis und dienen in Gebäuden der Bereitstellung einer drahtlosen Breitbandverbindung zu einem Backbone-LAN, wodurch die tragbaren Geräte weiterhin am Datenverkehr auf LAN-Basis teilnehmen können.
  • Client-Server- und Peer-to-Peer-Anwendungen, die für PCs und WSs in großem Umfang zur Verfügung stehen, sind unter der Voraussetzung geschrieben, dass der PC oder die WS Zugriff auf einen aus einer kleinen Anzahl Kommunikations-Protokollstacks hat, die ihrerseits mit einer aus einer kleinen Anzahl physikalischer Schichten zusammenarbeiten. Die Standardisierung in diesem Bereich verläuft bisher sehr erfolgreich und die Endbenutzer haben sich daran gewöhnt, in Folie eingeschweißte Softwarepakete mit Netzwerkanwendungen zu kaufen und diese auf ihren PCs zu installieren.
  • Es erscheint gleichermaßen wünschenswert, dass die tragbaren Geräte nach dem verlassen des Gebäudes immer noch auf das LAN zugreifen können. Die für die Weitbereichskommunikation am leichtesten zugänglichen Netze sind öffentliche Telefonnetze. Der wichtigste Dienst, der im Telefonnetz für PC-Daten angeboten wird, ist eine serielle Leitungsverbindung, die für den PC immer noch eine Beschränkung darstellt. Schließt man ein 2400-Baud-Modem an ein zellulares Telefon an, erhält man eine mobile serielle Leitungsverbindung, aber die Qualität des Dienstes ist extrem schlecht. In naher Zukunft werden zellulare und schnurlose Telefonsysteme Bandbreiten um 8 kBit/s bieten, die bis zum Jahr 2000 auf den Wert des ISDN-Basisdienstes von 144 kBit/s (RACE UMTS) ansteigen werden. (Private drahtlose Weitbereichsnetze wie ARDIS bieten auch Computernetzkonnektivität. Jedoch sind die verfügbaren Protokolle hauptsächlich für den Anschluss von Mainframes (LU6.2) relevant und es ist aus ökonomischen Gründen unwahrscheinlich, dass sich die Bandbreiten dieser Netze in derselben Weise verbessern wie dies von den Bandbreiten digitaler zellularer Funksysteme erwartet wird.)
  • Das US-Patent 5,105,197, erteilt an Clagett, beschreibt ein Verfahren und ein System zur Bereitstellung des mobilen Zugriffs auf die Übergabe von Nachrichten in das bestehende öffentliche Kommunikationsnetz. Ein tragbarer Handapparat und ein Transceiver haben jeweils Speicherkapazität und einen Prozessor zur Digitalisierung und zeitlichen Komprimierung von Nachrichten, die der Bediener in den Handapparat eingegeben hat. Auf eine Anweisung des Handapparat-Bedieners wird die gespeicherte Nachricht an einen fest installierten Transceiver mit Speicherkapazität gesendet. Bei der Kommunikation sind beide Transceiver durch geeignete Handshake-Protokolle aufeinander synchronisiert. Der fest installierte Transceiver ist mit dem öffentlichen Telefonnetz verbunden und übergibt die im fest installierten Speicher abgelegte Nachricht an den Speicher eines Sprachnachrichtendienstes im öffentlichen Telefonnetz. Die auf diese Weise gespeicherte Nachricht wird entweder geliefert wie bei einem Rückrufdienst (Call Completion Service) oder vom Empfänger abgerufen wie bei einem Voicemail-Dienst. In beiden Fällen wird das Signal aus dem VMS-Speicher (VMS = voice mail service) bearbeitet, um es aus der digitalen in die analoge Form umzuwandeln und gleichzeitig eine zeitliche Dekomprimierung bzw. Expansion durchzuführen. Die Informationen über Empfänger, Verarbeitungsverfahren und Gebühren sind Bestandteil der ursprünglichen Nachricht im Transceiver des Handapparats. Der fest installierte Transceiver kann Beacon-Signale (Orientierungssignale) bereitstellen, um dessen Ortung durch den tragbaren Handapparat und Transceiver zu erleichtern.
  • Das US-Patent 4,901,340, erteilt an Parker et al., beschreibt ein Verfahren, mit dessen Hilfe ein umherreisender Teilnehmer in einem zellularen Mobilfunksystem (Cellular Mobile Radiotelephone, CMR), der sich in einem fremden Versorgungsgebiet (d. h. in einem Gebiet außerhalb seines heimatlichen Versorgungsgebietes) befindet, automatisch Anrufe erhält, die in seinem heimatlichen Versorgungsbereich an sein MID (Mobile Information Device) gerichtet wurden. Ein Roaming-Prozessor ist über ein Kabel oder ein LAN mit einem Schalter verbunden, der einem fremden MTSO zugeordnet ist, und der Prozessor ist vorzugsweise über ein privates Datennetz mit einem Schalter verbunden, der dem heimatlichen MTSO des Teilnehmers zugeordnet ist. In dem Roaming-Prozessor befindet sich ein Programm, welches erkennt, dass bei dem fremden Schalter ein vorbestimmter Code eingegangen ist, der anzeigt, dass Anrufe an das MID des Gastteilnehmers gerichtet wurden, die an das fremde MTSO weiterzuleiten sind. Nach der „Validierung" des Gastteilnehmers und der Durchführung bestimmter Verwaltungsaufgaben durch die Software wird dem Gastteilnehmer eine zeitweilige Telefonnummer (Temporary Directory Number, TDN) für die Verwendung in dem fremden Versorgungsbereich zugewiesen. Der FMR-Prozessor weist dann den Schalter des heimatlichen MTSO des Teilnehmers an, die Anrufe an die TDN weiterzuleiten, die im heimatlichen MTSO an das MID des Teilnehmers gerichtet sind. Die Anrufe werden daraufhin über das öffentliche Telefonnetz vom heimatlichen MTSO des Teilnehmers an das fremde MTSO weitergeleitet.
  • Das US-Patent 4,807,222, erteilt an Amitay, beschreibt ein sehr leistungsfähiges Hochgeschwindigkeits-LAN, in dem jeder Benutzer einer separaten Gruppe, die aus einem oder mehreren Netzwerkbenutzern besteht, drahtlos über Funkfrequenzen oder Infrarot mit einer zugeordneten Regional Bus Interface Unit (RBIU) kommuniziert, die sich in der Nähe der Gruppe befindet. Um Informationssignale zu senden, ist jede RBIU des Netzwerkes an einen seriellen Hochgeschwindigkeitsbus oder an einen parallelen Bus mit niedrigerer Geschwindigkeit eines Netzwerkes in Form eines offenen Rings angeschlossen, wohingegen der Empfang von Informationssignalen über den bzw. die seriellen Hochgeschwindigkeitsbus(se) erfolgt. Die Benutzer können verschiedene Kommunikationsprotokolle wie z.B. CSMA/CD, S-Aloha (slotted Aloha) usw. nutzen, um mit den zugeordneten RBIUs sehr effizient zu kommunizieren, da hierbei, im Vergleich zur Dauer von Übertragungsrahmen, die auf dem Bus verwendet werden, nur kurze Wege auftreten.
  • In IBM TDB, Bd. 34, Nr. 4A, Sept. 1991, S. 243–244, wird ein Softwaresystem beschrieben, das Benutzern von Laptop-Computern den Blick auf ein einzelnes kohärentes System anstelle einer Ansammlung unzusammenhängender Teile ermöglicht. Das System umfasst den Laptop-Computer des Benutzers, die Laptop- oder Desktop-Computer anderer Benutzer, Datei-Server und andere Vorrichtungen in der näheren Umgebung wie Drucker und Fax-Geräte. Die beschriebene Software bietet einen beständigen Überblick über alle Dateien, eine vollständige Anzeige aller verfügbaren Computer und Vorrichtungen sowie ein einfaches Verfahren für die Kommunikation mit in der Nähe befindlichen Computern und Vorrichtungen.
  • In der dem Stand der Technik entsprechenden Veröffentlichung „Intelligent Network Application for Mobile Radio Systems", International Switching Symposium (190), Bd. 6, c10, S. 199–204, XP002260628, werden die allgemeinen Vorrichtungen, d. h. Hardware- und Softwaresteuerelemente beschrieben, d. h. mobile Computer mit Modem (MS), Cell Controller (CC), Mobile Telephone Service Offices (MTSO), Mobile Data Service Controller (MDSC), welche die Kommunikation in einem drahtlosen WAN, wie z.B. einem WAN auf GSM-Basis, nutzen und steuern. Aus der Veröffentlichung geht auch hervor, dass auch Daten übertragen werden können, bei denen es sich nicht um Sprachdaten handelt. Leider ist in der Veröffentlichung kein Hinweis darauf enthalten, wie die LAN-Funktionalität zwischen den drahtlos kommunizierenden PCs oder von einem mobilen zu einem fest installierten PC in einem Unternehmens-LAN realisiert werden soll.
  • Die Veröffentlichung „LAN/WAN Interworking" von Les Clyne in Computer Networks And ISDN Systems, North Holland Publishing, Amsterdam, 01.09.1988, Bd. 16, S. 34–39, XP619547, gibt einen Überblick über das Zusammenwirken von LAN und WAN auf der Basis drahtgebundener WAN-Kommunikation. Leider enthält die Veröffentlichung keinen direkten Bezug auf die speziellen Probleme im Zusammenhang mit drahtlosen WAN-Aspekten (z.B. GSM). Daher wird auch nicht beschrieben, wie die LAN-Funktionalität zwischen drahtlos kommunizierenden PCs oder von einem mobilen PC zu einem fest installierten PC in einem Unternehmens-LAN realisiert werden soll.
  • „UMTS – Mobile communications beyond the year 2000", Electronics and Communication Engineering Journal, London, 01.10.1992, 4(5), S. 331–340, XP323716, gibt einen Überblick über die allgemeinen Anforderungen sowie Architektur- und Systemoptionen bei der mobilen Kommunikation und weist auf die zukünftige Notwendigkeit hin, die Infrastrukturen von drahtlosen WAN-Netzen und fest installierten Netzen zu integrieren, um eine „persönliche Kommunikation" auf höherem Niveau zu ermöglichen. Aber außer der Erwähnung einiger grundlegender Anforderungen an eine derartige Integration findet sich wiederum kein weiterführender Hinweis darauf, wie die LAN-Funktionalität zwischen drahtlos kommunizierenden PCs oder von einem mobilen PC zu einem fest installierten PC in einem Unternehmens-LAN realisiert werden soll.
  • In dem Buch „GSM System for Mobile Communications" von M. Mouly und M. B. Pautet, ISBN 2-9507190-0-7, 1992, wird in den Kapiteln 3 und 5 ein Verfahren zur Übertragung von Daten über ein GSM-System, ein zellulares Telefonsystem, beschrieben. In diesem System werden Fragmente von MAC-Rahmen über eine drahtlose Verbindung von einem Quellcomputer an einen Cell Controller übertragen. Dann werden die Fragmente der MAC-Rahmen an ein Mobile Services Switch Centre (MSC) weitergeleitet. Leider bietet dieses Verfahren keine LAN-Funktionen in einem drahtlosen zellularen Telefonsystem.
  • AUFGABEN DER ERFINDUNG
  • Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung von LAN-Kommunikation über ein zellulares Telefonsystem zwischen tragbaren Computern, die mit Modems ausgestattet sind, die für das zellulare Telefonsystem geeignet sind, sowie zwischen tragbaren Computern und Unternehmens-LANs.
  • Obwohl die LAN-Kommunikation als wichtige Dienstleistung angesehen wird, um die zukünftige zellulare Telefonsysteme erweitert werden sollten, ist es außerdem wünschenswert, andere Kommunikationsverfahren zu unterstützen, die üblicherweise von PCs genutzt werden. Dazu gehören die serielle Kommunikation, Faksimile der CCITT-Gruppen 3 und 4 sowie ISDN. Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Unterstützung einer Reihe von Datendiensten für tragbare Computer zu ermöglichen, die mit einem Modem für zellulare Telefonsysteme ausgestattet sind.
  • BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung für mit einem Modem für zellulare Telefonsysteme ausgestattete mobile Computer beschrieben, mit denen diesen mobilen Computern verschiedene Klassen von Datenkommunikationsdiensten sowie Sprachdienst und die Teilnahme an drahtlosen lokalen Netzwerken zur Verfügung stehen. Diese LANs können aus real existierenden LANs in Unternehmen oder aus anderen mobilen Computern bestehen. Auf diese Weise können mobile Computer weit verbreitete Client-Server-Anwendungen nutzen und außerdem mit Hilfe des zellularen Telefonsystems lokale drahtlose ad-hoc-Netzwerke bilden.
  • Die Erfindung ist in den Ansprüchen 1 bis 18 dargelegt.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist ein Diagramm der Struktur eines zellularen Telefonsystems.
  • 2 ist ein Diagramm der Struktur des Zugriffs auf ein zellulares LAN.
  • 3 ist ein Blockdiagramm mit Einzelheiten der Struktur des in 2 allgemein dargestellten MDSC.
  • 4 ist ein Blockdiagramm der in 2 allgemein dargestellten WAB.
  • 5 ist ein Diagramm eines drahtlosen MAC-Rahmens.
  • 6 ist ein Flussdiagramm eines MDSC-Managers für eingehende Verbindungen, der in 3 allgemein dargestellt ist.
  • 7 ist ein Flussdiagramm eines MDSC-Managers für ausgehende Verbindungen, der in 3 allgemein dargestellt ist.
  • 8 ist ein Flussdiagramm für ein MAC-Relais des MDSC für eingehende Verbindungen, das in 3 allgemein dargestellt ist.
  • 9 ist ein Flussdiagramm für ein MAC-Relais des MDSC für ausgehende Verbindungen, das in 3 allgemein dargestellt ist.
  • 10 ist ein Flussdiagramm eines MDSC-Schatten-PC für eingehende Verbindungen, der in 3 allgemein dargestellt ist.
  • 11 ist ein Flussdiagramm eines MDSC-Schatten-PC für ausgehende Verbindungen, der in 3 allgemein dargestellt ist.
  • 12 ist ein Flussdiagramm eines MDSC-Datenstrom-Managers für eingehende Verbindungen, der in 3 allgemein dargestellt ist.
  • 13 ist ein Flussdiagramm eines MDSC-Datenstrom-Managers für ausgehende Verbindungen, der in 3 allgemein dargestellt ist.
  • 14 ist ein Flussdiagramm über die Art und Weise, in der eine Verbindung zu einer entfernten WAB über einen MDSC-Datenstrom-Manager für ausgehende Verbindungen aufgebaut wird.
  • 15 ist ein Flussdiagramm für ein MAC-Relais der WAB für ausgehende Verbindungen, das in 4 allgemein dargestellt ist.
  • 16 ist ein Flussdiagramm für ein MAC-Relais der WAB für eingehende Verbindungen, das in 4 allgemein dargestellt ist.
  • 17 ist ein Flussdiagramm für ein Pseudo-LAN der WAB für ausgehende Verbindungen, das in 4 allgemein dargestellt ist.
  • 18 ist ein Flussdiagramm für ein Pseudo-LAN der WAB, das in 4 allgemein dargestellt ist.
  • 19 ist ein Flussdiagramm eines WAB-Datenstrom-Managers für ausgehende Verbindungen, der in 4 allgemein dargestellt ist.
  • 20 ist ein Flussdiagramm eines WAB-Datenstrom-Managers für eingehende Verbindungen, der in 4 allgemein dargestellt ist.
  • 21 ist ein Flussdiagramm über die Art und Weise, in der eine Verbindung zu einem entfernten MDSC über einen WAB-Datenstrom-Manager für ausgehende Verbindungen aufgebaut wird.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSART
  • Zunächst muss die grundlegende Funktion eines (digitalen) zellularen Telefonsystems beschrieben werden, das in 1 dargestellt ist. Das System besteht aus den Zellorten 2, 4, 6, 8 und 10, in denen sich die HF-Antennen 12, 14, 16, 18, 20, 22 und 24 mit der HF-Elektronik zum Senden und Empfangen von Signalen befinden. Außerdem sind die Steuerstellen 26 und 28 vorhanden, die als Mobile Telephone Service Office (MTSO) bezeichnet werden. Jede Antenne deckt ein Gebiet ab, das üblicherweise als Zelle bezeichnet wird. Bei gegenwärtig in den USA existierenden analogen zellularen Systemen beträgt der Zellendurchmesser etwa 3 Meilen. Bei zukünftigen digitalen Systemen kann der Zellendurchmesser auch nur 1000–1200 Fuß betragen. In einigen Fällen kann die Zelle auch eine Intelligenz zur Steuerung umfassen, um den Benutzern Kanäle zuzuweisen, den Zugriff und die Gebührenberechnung zu steuern usw. In anderen Fällen ist die Steuerfunktion der Zelle im MTSO zentralisiert. Leitungen mit hoher Bandbreite übertragen die Signale zwischen den Zellorten und dem MTSO.
  • Ein einzelnes MTSO steuert mehrere Zellen und könnte auch die Steuerung für eine ganze Stadt übernehmen. Außer den Steuerfunktionen für die Zellen stellt das MTSO die Verbindung zum öffentlichen Telefonnetz 30 für die Kömmunikation mit Standard-Telefonanlagen wie zum Beispiel einer Nebenstellenanlage (Private Branch Exchange, PBX) 32 bereit. Es führt Signalisierungsoperationen für die in seinen Zellen befindlichen Mobiltelefone durch, um Anrufe aufzubauen und zu beenden. Das MTSO ist auch dafür verantwortlich, dem Roaming-Systemmanager mitzuteilen, welche Mobiltelefone sich in seinen Zellen befinden. Der Roaming-Manager kann diese Informationen dann dazu verwenden, Mobiltelefone im gesamten Netz zu lokalisieren.
  • Die vorliegende Erfindung ist insbesondere auf digitale zellulare Telefonsysteme anwendbar. Sie funktioniert prinzipiell auch in analogen Systemen; die Bandbreiten in diesen Systemen sind jedoch für einen sinnvollen Einsatz zu gering. Wichtig ist, darauf hinzuweisen, dass in einem digitalen zellularen System die MTSOs 26 und 28 jeweils einen schnellen Paketvermittlungsschalter enthalten. Dieser Schalter dient dazu, Pakete von (Sprach-)Daten zwischen den verschiedenen Zellen 2, 4, 6, 8 und 10 und dem öffentlichen Telefonnetz 30 auszutauschen. Die Erfindung setzt voraus, dass das zellulare System folgende Eigenfunktionalitäten bereitstellt:
    • 1. Steuerung des Medienzugriffs, Registrierung, Zuweisung von Kanälen/Bandbreiten und die drahtlose Übertragung von Paketen einschließlich der Fehlerprüfung und -korrektur sowie der Quittierung von Paketen. Dies sind Basisfunktionen, die bereits für die Sprachübertragung erforderlich sind.
    • 2. Erkennung von Dienstklassen, sodass ein PC signalisieren kann, dass er eine Datendienstklasse nutzen möchte. Es können sehr viele solcher Klassen vorhanden sein: a. Serielle Verbindung b. ISDN-Verbindung c. Faksimile der CCITT-Gruppe 3 d. LANs nach IEEE 802.x e. Appletalk-LAN f. usw.
  • Eine gegebene MS kann eine oder mehrere Dienstklassen einschließlich des Sprachdienstes gleichzeitig nutzen, da sie in jedem Paket die erforderliche Dienstklasse angeben kann. Die Dienstklasse kann den Medienzugriff, die Gebührenberechnung und verschiedene andere Funktionen beeinflussen, jedoch insbesondere vom MTSO-Schalter dazu verwendet werden, um Daten zwischen den Zellen und einer Gruppe von Funktionen mit dem Namen „Mobile Data Service Controller" (MDSC) zu routen. Für jede einzelne Dienstklasse oder Gruppe von Klassen muss ein entsprechender MDSC mit den Funktionen vorhanden sein, die zur Implementierung der betreffenden Dienstklasse erforderlich sind.
  • Ein zellulares System (siehe 2) wird für ein drahtloses Weitbereichs-LAN eingesetzt, das über das MTSO 43 hauptsächlich Punkt-zu-Punkt-Verbindungen zwischen mobilen PCs 39 oder mobilen Stationen (MS) 40 und einem MDSC 42 bereitstellt. Der MDSC 42 ist verantwortlich für die Instanzierung des lokalen LAN und die Bereitstellung der Weitbereichsüberbrückung zu den entfernten LANs. Die vorliegende Erfindung befasst sich hauptsächlich mit einem MDSC 42 für die Unterstützung von LANs nach IEEE. Der MDSC 42 kommuniziert über ein Weitbereichsnetzwerk (WAN) oder ein öffentliches Telefonnetz 45 entweder mit einem anderen MDSC oder mit einer Wide Area Bridge (WAB) 46. Die WAB 46 sorgt für die Überbrückung zwischen dem WAN 44 und einem Unternehmens-LAN 48. Wird das WAN 44 durch ISDN gebildet, handelt es sich bei der WAB 46 effektiv um die LAN-ISDN-Bridge, die in einem Artikel mit dem Titel „LAN/ISDN Interconnect via Frame Relay" von Dieter Jäpel et al., Proceedings of the IEEE Global Telecommunications Conference, S. 1791–1797, 28. Nov. bis 1. Dez. 1998, beschrieben ist.
  • Die MS 40 ist ein PC, der mit einem Modem ausgestattet ist, das die Schichten MAC und PHYS der drahtlosen Verbindung bereitstellt. Jede MS 40 ist durch zwei Telefonnummern gekennzeichnet. Eine Telefonnummer wird für Sprachdienste und die andere für Datendienste verwendet. Eine oder beide können für die Gebührenberechnung verwendet werden und beide müssen durch den Roaming-Manager des zellularen Systems überwacht werden. Die MS 40 hat auch eine MAC-Adresse, die für die LAN-Adressierung verwendet wird.
  • Der MDSC eines LAN ähnelt in vieler Hinsicht der Funktion der Basisstation in einem herkömmlichen Zugriffssystem für drahtlose LANs und stellt viele derselben Dienste bereit. Er muss jedoch auch zusätzliche Dienste bereitstellen, da sein Backbone-Netz kein LAN, sondern ein oder möglicherweise mehrere unterschiedliche WANs sind. Wie in 3 gezeigt, erweitert der LAN-MDSC 42 die Funktionen des MTSO, indem er die folgenden neuen Funktionen bereitstellt:
    • 1. Link-Manager 52: Diese Funktion verwaltet jede Kommunikationssitzung, die über die drahtlose Verbindung stattfindet. Bei eingehenden Daten empfängt sie einen Datenstrom von einem MTSO-Schalter 54 und setzt die drahtlos übertragenen MAC-Rahmen wieder zusammen, um einen LAN-tauglichen MAC-Rahmen zu erzeugen. Bei ausgehenden Daten teilt sie den MAC-Rahmen des LAN in drahtlose MAC-Rahmenfragmente auf und übergibt diese drahtlosen Rahmen an den MTSO-Schalter. Dieser Bereich des MDSC kann außerdem weitere Datendienste bereitstellen wie Komprimierung und Verschlüsselung sowie eine sicherere Form der Zugriffssteuerung als die, die vom Cell Controller durchgeführt wird.
    • 2. MAC-Relais 56: Diese Funktion leitet die LAN-tauglichen MAC-Rahmen an zwei Gruppen von PCs weiter, die von einem Network Manager (NM) und einem Network Controller (NC) gesteuert werden: a. Mobile Stationen MS 58 in Zellen, die von demselben MTSO 54 gesteuert werden. In diesem Fall werden die LAN-tauglichen MAC-Rahmen einfach zur Funktion des Verbindungsmanagers für ausgehende Verbindungen zurückgeleitet und über den MTSO-Schalter an die entsprechende Zelle und dann über die drahtlose Verbindung 60 an die Ziel-MS 58 übergeben. Diese lokalen MAC-Rahmen können auch über einen Schatten-PC im MDSC weitergeleitet werden, wenn die beiden MSs weitere Unterstützung benötigen. b. Fest installierte oder mobile Systeme, die über das WAN mit dem MDSC verbunden sind. Dies können andere MSs in einem anderen MTSO sein oder PCs, die an ein reales LAN in einem Unternehmen angeschlossen sind. In diesem Fall können die LAN-tauglichen MAC-Rahmen an so genannte „Schatten-PCs" 62 (siehe unten) weitergeleitet werden, die spezialisierte Dienste zur Unterstützung des WAN-Verkehrs 68 bereitstellen.
  • Einige der empfangenen drahtlosen MAC-Rahmen sind Steuernachrichten für Steuerfunktionen der drahtlosen Verbindung wie zum Beispiel Registrierung, Bandbreitenanforderungen usw., für Steuerfunktionen des WAN wie zum Beispiel die Anforderung zum Aufbau eines Anrufes, Telefonnummern, Kapazitätsanforderungen usw. oder für die Netzwerksteuerung oder Netzwerkverwaltungsfunktionen des MTSO-„LAN". Die MAC-Relaisfunktion kann jeden Rahmen überprüfen, um festzustellen, ob es sich um eine Steuernachricht handelt, und diese dann entsprechend weiterleiten. Die MAC-Relaisfunktion fungiert im Wesentlichen als herkömmliche MAC-Bridge.
    • 3. Schatten-PCs 62: Dies sind virtuelle Systeme, die auf der einen Seite mit dem MAC-Relais und auf der anderen Seite mit einer Datenstrom-Manager-Funktion 64 verbunden sind. Diese Funktion stellt verschiedene Dienste im Zusammenhang mit dem Transport von MAC-Rahmen zwischen dem MAC-Relais im MDSC und dem MAC-Relais in der WAB bereit. Diese Funktion bildet außerdem die Plattform für die Bereitstellung lokaler virtueller PC-Dienste, wodurch der MDSC die Leistungsfähigkeit oder den Funktionsumfang der MSs verbessern kann. Zu diesen Diensten gehören: a. Telefonbuchverwaltung für jede MS. Im MTSO ist pro MS ein Schatten-PC vorhanden. b. Umwandlung zwischen LAN-tauglichen. MAC-Rahmen und MAC-Rahmen, die für das WAN 68 geeignet sind. c. Unterbrechungs-/Wiederaufnahmefunktionen oder Ersatzfunktionen für die MS, wenn sie vorübergehend keinen Kontakt mit der Zelle hat. d. Benutzerspezifische Mehrwertdienste können hier hinzugefügt werden. Zum Beispiel könnte dies die Unterstützung für einen „Benutzerkontext" sein, der aus einer Zusammenstellung von Daten und Anwendungen besteht, die der Benutzer aktiv nutzt und die die Speicher- oder Rechenkapazität der MS übersteigen und auf die der Zugriff über das WAN eine zu große Verzögerung zur Folge hätte. Dieser Benutzerkontext muss dem Benutzer von MTSO zu MTSO folgen. Der MDSC stellt der MS dann die Speicher- und Rechendienste in einem Client-Server-Modell zur Verfügung. Der Schatten-PC kann auch lokale Umwandlungsdienste bereitstellen, um z.B. Displays an den MSs zu unterstützen, die sich von denen unterscheiden, die die entfernten Dienste erwarten. e. Austausch von Steuernachrichten mit der WAB, zum Beispiel, um die WAB zu benachrichtigen, dass sich die MS des Schatten-PC gerade zu einem neuen MTSO mit einer anderen Telefonnummer bewegt.
  • Der Schatten-PC enthält bestimmte Statusinformationen zu jeder MS. Wenn die MS zwischen zwei MTSOs übergeben werden muss, muss diese Statusinformation an den übernehmenden MDSC übertragen werden.
    • 4. Datenstrom-Manager 64: Es kann vorkommen, dass mehrere MSs an einem bestimmten MTSO über dieselbe WAB mit mehreren anderen PCs kommunizieren möchten. Diese Funktion fasst die Datenströme zwischen diesen MSs und der WAB zu einem einzigen Datenstrom zusammen, der durch die WAB geleitet wird.
    • 5. WAN-Schnittstelle 66: Sie führt eine WAN-spezifische Signalisierung zum Aufbau von Anrufen usw. durch und übergibt und erhält WAN-Rahmen über die verschiedenen Verbindungen. Der Datenstrom-Manager ist für die Lebensdauer der zum WAN aufgebauten Verbindungen verantwortlich, sodass eine Verbindung aufgehoben wird, wenn während eines bestimmten Zeitraums kein Datenverkehr über diese Verbindung stattfindet. Beim Auftreten eines neuen Verkehrsaufkommens für diese Verbindung muss die WAN-Schnittstelle diese Verbindung wieder aufbauen.
  • Die WAB 46 (2) stellt Wählverbindungen zwischen dem Unternehmens-LAN 48 und einem oder mehreren MTSOs zur Verfügung, von denen jedes aus der Sicht des Unternehmens-LAN effektiv ein entferntes LAN oder ein Weitbereichs-LAN ist. (Zu beachten ist, dass die WABs 46 auch über das WAN 44 eine Verbindung zu Unternehmens-LANs aufbauen können.) Die Hauptfunktionen der WAB 46 sind in 4 dargestellt. Es sind folgende Funktionen:
    • 1. LAN-Schnittstelle 70: Dies ist der LAN-Adapter und Gerätetreiber.
    • 2. MAC-Relaisfunktion 72, die effektiv eine Half-Bridge zwischen dem Unternehmens-LAN und den „Pseudo-LANs" ist und die von einem Network Manager (NM) und einem Network Controller (NC) gesteuert wird.
    • 3. Jedes Pseudo-LAN 74 repräsentiert eine Verbindung zu einem MTSO und führt im Auftrag der WAB 46 verschiedene Funktionen für das Weitbereichs-LAN aus. Dazu gehören: a. LAN-Ersatz: Das Pseudo-LAN fungiert in der Netzwerkverwaltung und anderen globalen Funktionen als Ersatz für das Weitbereichs-LAN. b. Telefonbuch-Manager: Das Pseudo-LAN verwaltet das Telefonbuch der mobilen Stationen, die mit dieser WAB in einem MTSO verbunden sind.
    • 4. Datenstrom-Manager 76: Wie auch im MDSC werden alle Sitzungen zwischen den Unternehmens-PCs und MSs in einem gegebenen MTSO durch einen gemeinsamen WAN-Kanal geleitet.
    • 5. WAN-Schnittstelle 78: Die WAN-Schnittstelle 78 führt Signalisierungsfunktionen und andere Funktionen aus, die erforderlich sind, um Verbindungen über ein oder mehrere WANs 80 zum gewünschten MTSO und zu den gewünschten MSs herzustellen. Diese Schnittstelle umfasst außerdem eine Verbindung zu einem öffentlichen Telefonnetz 82, die wie unten beschrieben dazu dient, eine MS in dem zellularen Netz zu lokalisieren.
  • Arbeitsweise des drahtlosen Weitbereichs-LAN
  • Endpunkt-zu-Endpunkt-Protokoll
  • Aus 2 ist zu erkennen, dass die von der MS 40 stammenden Daten entweder
    • 1. an eine MS 47 in demselben MTSO 43 oder
    • 2. an MS in einem anderen MTSO oder an einen fest installierten Host gesendet werden können, der an ein Unternehmens-LAN 48 angeschlossen ist.
  • (Der umgekehrte Datenfluss wird natürlich ebenfalls in allen Fällen unterstützt.) Im ersten Fall (Kommunikation innerhalb desselben MTSO) verläuft der Datenfluss wie folgt:
    • 1. Der Protokollstack der Quelle MS 40 erzeugt einen LLC-Rahmen nach IEEE 802.2, der gekapselt wird, um ihn z.B. in einen LAN-tauglichen MAC-Rahmen nach IEEE 802.3 umzuwandeln.
    • 2. Die Quelle MS 40 zerlegt den LAN-tauglichen MAC-Rahmen in der MAC-Schicht der drahtlosen Verbindung, kapselt ihn, um ihn in drahtlose MAC-Rahmen umzuwandeln, und trägt die Adresse des LAN-MDSC als Ziel ein.
    • 3. Die Quelle MS 40 sendet gemäß ihrem Protokoll die drahtlosen MAC-Rahmen über die drahtlose Verbindung.
    • 4. Ein CC 41 empfängt das drahtlose Signal und demoduliert es, um den drahtlosen MAC-Rahmen zu extrahieren.
    • 5. Der CC 41 übergibt die drahtlosen MAC-Rahmen an den MTSO-Schalter 54 (3).
    • 6. Der MTSO-Schalter 54 leitet die drahtlosen MAC-Rahmen an den LAN-MDSC 42 weiter(je nach Art des angegebenen Dienstes).
    • 7. Der Link-Manager 52 des MDSC (3) entfernt die MAC-Kapseln für drahtlose Verbindungen von den drahtlosen MAC-Rahmen und setzt den LAN-tauglichen MAC-Rahmen wieder zusammen.
    • 8. Das MAC-Relais 56 (3) überprüft den MAC-Rahmen und stellt fest, dass sich die MAC-Zieladresse in diesem MTSO befindet (je nach den Telefonbucheinträgen). Das MAC-Relais 56 gibt den LAN-tauglichen MAC-Rahmen an den Link-Manager 52 zurück (3).
    • 9. Der Link-Manager 52 zerlegt den LAN-tauglichen MAC-Rahmen, kapselt ihn, um ihn in drahtlose MAC-Rahmen umzuwandeln, und trägt die Adresse des entsprechenden CC als Ziel ein.
    • 10. Der Link-Manager 52 gibt den drahtlosen MAC-Rahmen über den MTSO-Schalter 54 an den entsprechenden CC 55 weiter (3).
    • 11. Der CC 55 sendet gemäß seinem Protokoll die drahtlosen MAC-Rahmen über die drahtlose Verbindung 60 (3).
    • 12. Die empfangende MS 58 (3) entfernt die MAC-Kapseln für drahtlose Verbindungen von den drahtlosen MAC-Rahmen und setzt den LAN-tauglichen MAC-Rahmen wieder zusammen.
    • 13. Der empfangene LAN-taugliche MAC-Rahmen wird an die LLC-Schicht des Protokollstacks der MS übergeben.
  • Hierbei handelt es sich um einen symmetrischen Fall.
  • Der zweite Fall ist komplizierter und asymmetrisch und wird anhand der 2 und 3 beschrieben. Zunächst wird der Fall betrachtet, bei dem eine MS 40 eine Sitzung mit einer weiteren MS 47 oder mit einem entfernten fest installierten Host starten möchte.
    • 1. Der Protokollstack der Quelle MS 40 erzeugt einen LLC-Rahmen nach IEEE 802.2 und kapselt ihn, um ihn z.B. in einen LAN-tauglichen MAC-Rahmen nach IEEE 802.3 umzuwandeln.
    • 2. Die Quelle MS 40 zerlegt den LAN-tauglichen MAC-Rahmen in der MAC-Schicht der drahtlosen Verbindung und kapselt ihn, um ihn in drahtlose MAC-Rahmen umzuwandeln.
    • 3. Die Quelle MS 40 sendet gemäß ihrem Protokoll die drahtlosen MAC-Rahmen über die drahtlose Verbindung.
    • 4. Der CC 55 empfängt das drahtlose Signal und demoduliert es, um den drahtlosen MAC-Rahmen zu extrahieren.
    • 5. Der CC 55 übergibt die drahtlosen MAC-Rahmen an den MTSO-Schalter 54.
    • 6. Der MTSO-Schalter 54 leitet die drahtlosen MAC-Rahmen an den LAN-MDSC 50 weiter (je nach ihren Dienstklassen).
    • 7. Der Link-Manager 52 des MDSC entfernt die MAC-Kapseln für drahtlose Verbindungen von den drahtlosen MAC-Rahmen und setzt den LAN-tauglichen MAC-Rahmen wieder zusammen.
    • 8. Das MAC-Relais 56 überprüft den MAC-Rahmen und stellt fest, dass sich die MAC-Zieladresse NICHT in diesem MTSO 43 befindet (je nach den Telefonbucheinträgen).
    • 9. Das MAC-Relais leitet den LAN-Rahmen an den Schatten-PC 62 der MS weiter.
    • 10. Der Schatten-PC 62 sieht in seinem Telefonbuch nach und findet die entsprechende Telefonnummer (zur Herkunft der Telefonbucheinträge siehe nachfolgende Erläuterungen). Die entsprechende Telefonnummer ist: a. die Telefonnummer einer anderen MS oder b. die Telefonnummer der WAB, die das Gateway zum gewünschten fest installierten Host bildet. In beiden Fällen kann der Schatten-PC 62 die Telefonnummer zum Aufbau einer Verbindung zu entweder dem MTSO oder der WAB verwenden, welche die MAC-Zieladresse enthält. (In einigen WANs besteht der Adressierungsmechanismus möglicherweise nicht aus einer Telefonnummer; das Prinzip gilt jedoch auch dann.)
    • 11. Zuerst jedoch fragt der Schatten-PC 62 den Datenstrom-Manager 64 ab, um zu ermitteln, ob bereits eine Verbindung zu der gewünschten Telefonnummer besteht.
    • 12. Besteht eine solche Verbindung, kann der Schatten-PC 62 damit beginnen, LAN-taugliche MAC-Rahmen an den entsprechenden Datenstrom im Datenstrom-Manager 64 zu übergeben.
    • 13. Besteht keine solche Verbindung, kann der Schatten-PC 62 die entsprechenden Daten für den Aufbau eines Anrufs an die WAN-Schnittstelle 66 weitergeben, die Verbindung aufbauen und dann damit beginnen, die LAN-tauglichen MAC-Rahmen an den neuen Datenstrom im Datenstrom-Manager 64 zu übergeben.
    • 14. Die WAB 46 (4) kann nun Informationen über die MS aus dem Telefonbuch hinzufügen. Gemäß der Beschreibung in der vorliegenden Erfindung existiert das MTSO als (Ethernet-)LAN nach IEEE 802.3. In diesem Fall erzeugt die WAB 46 einen neuen „Port"-Eintrag für das MTSO (wenn es sich um eine neue Verbindung handelt) und fügt die MAC-Adresse der MS hinzu. Das MTSO könnte auch in Form eines (Token-Ring-)LAN nach IEEE 802.5 vorliegen, mit einer Ringnummer, die durch die WAB zugewiesen wird.
    • 15. Der Datenstrom-Manager 76 kann jetzt die LAN-tauglichen MAC-Rahmen für das WAN 68 kapseln und sie an das entfernte MTSO oder die entfernte WAB übergeben.
    • 16. Am entfernten MTSO bzw. an der entfernten WAB werden die Kapseln der WAN-Rahmen entfernt und die WAN-Rahmen dann zur MAC-Relaisfunktion weitergeleitet, die ihre Telefonbuchinformationen dazu verwendet, um die LAN-tauglichen MAC-Rahmen zum Endziel zu routen. Die WAB kann außerdem Umwandlungen der LAN-tauglichen MAC-Rahmen bezüglich Quellen-Routing bzw. Transparenz der Bridge durchführen.
    • 17. Die WAB 68 kann eine Filterfunktion ausführen, um den Zugriff von nicht berechtigten MSs auszuschließen. Sie kann davon ausgehen, dass die MS von den MTSO bzw. MDSC authentifiziert wurde.
  • Nachdem die Verbindung zwischen dem MTSO und dem entfernten MTSO bzw. der WAB aufgebaut wurde, können die entfernte MS bzw. der entfernte fest installierte Host der Ursprungs-MS auch antworten.
  • Wenn der MDSC eine Verbindung zu einer WAB aufbauen muss, die das Gateway zu einer bestimmten MAC-Adresse bildet, benötigt er eine Telefonnummer (oder deren Äquivalent für das jeweilige WAN). Im Prinzip könnte man sich einen weltweiten Telefonbuchdienst vorstellen, in dem der MDSC nach dieser Nummer suchen könnte. Das wirft jedoch mehrere Probleme auf:
    • 1. Größe: Es gibt heute etwa 100 Millionen PCs weltweit und deren Zahl wächst weiter. Es ist ein erheblicher Aufwand erforderlich, um die Daten für ein derartiges Telefonbuch zusammenzutragen. Ein globales Telefonbuch erfordert außerdem mehr Rechenleistung für die Suche.
    • 2. Sicherheit: Ein derartiges Telefonbuch wäre eine Einladung für Hacker. Es erscheint unwahrscheinlich, dass Unternehmen ihre WAB-Zugriffsnummern in einem globalen Telefonbuch veröffentlichen lassen wollen.
  • Eine weitere Möglichkeit besteht darin, jede MS während der Zeit, in der sie berechtigt ist, auf das zellulare Netz zuzugreifen, einem oder mehreren bestimmten Telefonbüchern zuzuordnen. Jedem Unternehmen könnte ein Mittel zur Verfügung gestellt werden, um sein eigenes Telefonbuch zu verwalten. Wenn ein MDSC im Auftrag einer MS eine Verbindung aufbauen muss, könnte er in den Telefonbüchern suchen, für welche die MS eine Berechtigung besitzt. Obwohl dies besser beherrschbar erscheint, ist darin in geringerem Umfang immer noch das Problem des globalen Telefonbuchdienstes enthalten.
  • Eine dritte Möglichkeit besteht darin, dass in jeder MS eine bestimmte Gruppe von WAB-Telefonnummern enthalten ist, für welche die MS durch das bzw: die Unternehmen eine Berechtigung erhielt, sowie die zugeordneten MAC-Adressen fest installierter Hosts. Während des Registrierungsverfahrens wird dieses Telefonbuch durch die MS an deren Schatten-PC des MDSC gesendet und dieses Telefonbuch ist Teil der Statusinformationen, die während einer Übergabe zwischen MTSOs übertragen werden. Die MS muss auch in der Lage sein, das im MDSC zwischengespeicherte Telefonbuch zu aktualisieren. Dadurch wird die Beherrschung des Problems der MS auferlegt und Sicherheitsbelange werden berücksichtigt, indem die Daten während der Übermittlung an den Schatten-PC (der Schatten-PC ist ein vertrauenswürdiger Host) verschlüsselt werden.
  • Wenn das MTSO eine Verbindung zu einer MS in einem anderen MTSO aufbauen muss, benötigt es Hilfe vom zellularen Netz. Exakt dasselbe gilt, wenn eine WAB einen Kontakt zu einer MS aufbauen muss, deren Ort unbekannt ist. In beiden Fällen ruft das MTSO oder die WAB die Datentelefonnummer der MS im öffentlichen Telefonnetz an. Der Roaming-Manager des zellularen Systems lokalisiert das MTSO, zu dem die gewünschte MS gehört, um den Anruf zu vervollständigen. Wenn der Anruf an das MTSO, zu dem die MS gehört, abgeschlossen ist, erkennt das MTSO, dass es sich um eine Telefonnummer für einen Datendienst handelt, zu dem die Verbindung über ein WAN hergestellt werden muss (möglicherweise einschließlich eines öffentlichen Telefonnetzes). Das MTSO beantwortet den Anruf im Auftrag der MS und sendet seine Telefonnummern oder andere Zugriffsnummern für ein oder mehrere WANs zurück, mit denen es verbunden ist. Die WAB erfasst diese Informationen, wählt ein WAN aus, mit dem sie ebenfalls verbunden ist und stellt eine Verbindung zum LAN-MDSC des MTSO her.
  • Netzwerkverwaltung
  • Siehe die 2–4. Eine MS, die von einem Weitbereichs-LAN aus mit einem oder mehreren Unternehmens-LANs verbunden ist, ist Mitglied jedes einzelnen dieser LANs. Die Pseudo-LAN-Funktionen 74 in jeder WAB 46 informieren den LAN-Manager des Unternehmens-LAN im Auftrag aller MSs in jedem angeschlossenen Weitbereichs-LAN (oder MTSO). Zu beachten ist, dass eine MS Verbindungen zu mehreren WABs aufbauen und dadurch Mitglied mehrerer Unternehmens-LANs werden kann. Sie kann daher mehreren Netzwerk-Managern bekannt sein, was zu Verwirrung führen kann, wenn die Unternehmens-LANs noch über Backbone-Datennetze separat integriert sind. Dieselbe MS könnte in mehr als einem Teil der Unternehmensnetze erscheinen!
  • Mobilität
  • Es sind mehrere Mobilitätsfälle zu berücksichtigen:
    • 1. Eine MS 40 kommuniziert mit einer anderen MS 47 in demselben MTSO 43 und bewegt sich zwischen den Zellen im Einzugsbereich desselben MTSO 43.
    • 2. Eine MS 40 kommuniziert mit einer anderen MS 47 in demselben MTSO 43 und bewegt sich zu einer Zelle im Einzugsbereich eines anderen MTSO (nicht dargestellt).
    • 3. Eine MS 40 kommuniziert mit einem Unternehmens-LAN 48 und bewegt sich zu einer Zelle im Einzugsbereich eines anderen MTSO (nicht dargestellt).
    • 4. Eine MS bewegt sich zwischen einer Unternehmensumgebung, in der sie einen lokalen drahtlosen Zugriff auf das LAN hat, und einer entfernten Umgebung, in der sie einen drahtlosen Weitbereichszugriff hat.
  • Mit der möglichen Ausnahme des letzten Falles unterstützt die Erfindung die unterbrechungsfreie Mobilität der MS, die lediglich potenziellen Zeitlimitüberschreitungen unterliegt, wenn der Übergabeprozess zu lange dauert. Das Problem der Zeitlimitüberschreitung wird vermieden, wenn die Schatten-PCs eine Unterbrechungs-/Wiederaufnahmefunktion zur Verfügung stellen. Unterbrechungsfreie Mobilität bedeutet, dass das entfernte unbewegliche System keine Kenntnis von der Bewegung der MS haben muss und insbesondere keine Änderungen der MS-Adresse erfordert. Das liegt daran, dass die MS nie mit anderen Systemen direkt, sondern nur über Zwischensysteme wie MDSC und WAB kommuniziert. Diese Objekte können zusammenwirken, um die Bewegung der MS gegenüber den fest installierten Systemen zu verbergen. Der letzte Fall kann, wie bereits oben erwähnt, eine Ausnahme von diesem Prinzip darstellen (siehe nachfolgende Erläuterungen).
  • Im Fall 1 bestehen die einzigen erforderlichen Aktionen darin, dass die MS durch das MTSO fehlerfrei von einem CC an den nächsten übergeben wird und die Telefonbuchinformationen des MDSC aktualisiert werden, sodass das MAC-Relais die Pakete korrekt für den MTSO-Schalter adressieren kann. Im Fall 2 muss das neue MTSO aktiv Kontakt mit dem vorherigen MTSO aufnehmen und es über die neuen Besitzverhältnisse informieren. Anschließend muss das neue MTSO Folgendes tun:
    • 1. über das WAN eine Verbindung zwischen den beiden MDSCs aufbauen,
    • 2. die Statusinformationen des Schatten-PC übertragen,
    • 3. die Telefonbuchinformationen in beiden MDSCs aktualisieren,
    • 4. mit der Weiterleitung von Rahmen zwischen den beiden MTSOs beginnen.
  • Auch bei einem Sprachdienst ist das MTSO wahrscheinlich imstande, eine unmittelbar bevorstehende Übergabe voraussagen zu können, und kann somit diese Prozesse starten, bevor die MS das bisherige MTSO verlässt. Im ungünstigsten Fall muss das vorherige MTSO den Roaming-Manager aufrufen, um zu bestimmen, wohin sich die MS bewegt hat. Keine MS hat Kenntnis von der Änderung der „LAN"-Konfiguration.
  • Im Fall 3 kommuniziert die MS bereits über das WAN. Der Wechsel des MTSO hat zur Folge, dass die WAB ihre Verbindung über das WAN zum neuen MTSO ändern muss und dass die MTSOs die Kommunikation wie im Fall 2 übergeben müssen. Der WAN-Wechsel könnte ausgelöst werden entweder durch eines der MTSOs, welche die Verbindung über das WAN zur WAB aufbauen, oder durch die WAB, die vom vorherigen MTSO über die Änderung informiert wird. Wiederum hat keine der MSs Kenntnis von der Änderung der „LAN"-Konfiguration.
  • Im Fall 4 ist vorgesehen, dass die MS mit einem drahtlosen Modem ausgestattet ist, das sowohl als zellulares Modem (in Freien) als auch als Modem für den drahtlosen LAN-Zugriff (im Gebäude) fungieren kann. Für diese Betriebsarten hat das Modem eine gemeinsame MAC-Adresse und einen gemeinsamen Gerätetreiber. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erläuterung wird angenommen, dass sich die Einzugsbereiche des zellularen Telefonsystems und des drahtlosen LAN überlappen. Somit wird die Kommunikation nicht unterbrochen, wenn sich die MS von der Outdoor-Umgebung zur Indoor-Umgebung bewegt, und es kommt der Punkt, an dem sich das Modem für den drahtlosen LAN-Zugriff bei der Indoor-Zelle registrieren kann. Die MS wird dann von einer Basisstation für den drahtlosen LAN-Zugriff übernommen und ist über die Bridge-Funktion der Basisstation für alle Mitglieder des Unternehmens-LAN sichtbar. Wenn das zellulare Modem der MS jetzt das MTSO darüber informiert, dass es die Weitbereichsverbindung abschaltet, kann der MDSC die WAB informieren. Die WAB kann dann alle Nachrichten in der Warteschlange zur Basisstation umleiten und die MS aus dem Telefonbuch der WAB streichen. Der MDSC kann damit beginnen, alle zwischengespeicherten Informationen im Benutzerkontext auf die entsprechenden Hosts (sofern vorhanden) zurückzuschreiben. Der MDSC kann außerdem die WAB über alle von der MS aufgebauten Verbindungen informieren. Die WAB kann diese Informationen dann verwenden, um alle Sitzungen außerhalb des eigenen Unternehmens-LAN wieder aufzubauen.
  • Die MS hat jetzt eine Grenze zwischen dem zellularen Netz und dem Unternehmens-LAN überquert. Jetzt kann die Kommunikation mit Systemen im Unternehmens-LAN „direkt" stattfinden, vorausgesetzt, dass das System für den drahtlosen LAN-Zugriff die unterbrechungsfreie Übergabe unterstützt (in diesem Fall zwischen der WAB und der Basisstation). Die unterbrechungsfreie Übergabe in Systemen für den drahtlosen LAN-Zugriff ist Gegenstand einer ähnlichen Offenlegung (weitere Information demnächst an dieser Stelle). Die Kommunikation mit Systemen in anderen Unternehmens-LANs mit MS in demselben MTSO und in anderen MTSOs muss über die WAB insgesamt neu eingerichtet werden.
  • Bewegt sich eine MS von der Indoor- zur Outdoor-Umgebung, muss dieser gesamte Prozess in umgekehrter Reihenfolge ablaufen.
  • Mobile Station
  • Die MS kann in beliebiger Form eines mobilen oder entfernten Datensystems vorliegen, einschließlich tragbarer Computer, Faksimilegeräten, Telemetriesystemen usw. Die MS enthält ein Modem oder ist mit einem Modem verbunden, welches das drahtlose Protokoll ausführen kann, und die MS hat einen Gerätetreiber, der die Schnittstelle zwischen dem Modem und den verschiedenen Datendiensten bildet, welche die MS benötigen könnte, einschließlich der LAN-Protokollstacks. Das Modem kann eine geringfügig abgewandelte Variante des Modems. sein, das für ein mobiles Telefon verwendet wird. Das Modem kann auch einen Telefonhandapparat für Sprachdienste umfassen.
  • Cell Controller und MTSO
  • Cell Controller und MTSO sind mit Ausnahme des Folgenden nicht Bestandteil der vorliegenden Erfindung:
    • 1. Der MTSO-Schalter muss angepasst werden, um die verschiedenen Klassen von Datendiensten erkennen zu können.
    • 2. Der MTSO-Schalter muss für jede Klasse von Datendiensten einen oder mehrere Ports zur Verfügung stellen.
    • 3. Das MTSO muss für die Klassen von Datendiensten entsprechende Dienste für die Gebührenberechnung pro Paket zur Verfügung stellen.
    • 4. Das MTSO muss bestimmte Aktionen ausführen, wenn es über das öffentliche Telefonnetz einen Anruf an die Datentelefonnummer einer MS erhält.
  • MDSC
  • Der MDSC ist eine Gruppe von Funktionen, die einerseits einem Port des MTSO-Schalters und andererseits einem oder mehreren WANs zugeordnet sind. Für jede Klasse von Datendiensten muss ein separater MDSC vorhanden sein. Der MDSC kann in das MTSO selbst integriert sein, da es sich hierbei um einen Computer handelt, oder der MDSC könnte ein separater Universalcomputer sein. Abgesehen von den Verbindungen zum MTSO-Schalter und zu den WANs handelt es sich bei allen MDSC-Funktionen um Softwarefunktionen.
  • WAB
  • Die WAB ist eine Gruppe von Funktionen, mit denen einerseits das Unternehmens-LAN und andererseits eines oder mehrere WANs und das öffentliche Telefonnetz versehen sind. Die WAB ist ein Universalcomputer, der unter Umständen auf diese Anwendung zugeschnitten ist. Abgesehen von den Verbindungen zum Unternehmens-LAN, zu den WANs und zum öffentlichen Telefonnetz handelt es sich bei allen WAB-Funktionen um Softwarefunktionen.
  • Arbeitsweise
  • Zur weiteren Veranschaulichung der Erfindung wird die Arbeitsweise ihrer verschiedenen Komponenten im Folgenden detailliert beschrieben. Diese Beschreibung stützt sich auf die 5–21. Diese Figuren zeigen die Funktionen, mit denen die Erfindung implementiert wird, als diskrete Module. Diese Module können auf einem oder mehreren Computern im MDSC 42 (3) und in der WAB 46 (4) ausgeführt werden.
  • Arbeitsweise des Mobile Data Service Controller
  • 5 zeigt, dass der Gerätetreiber des Netzwerkadapters in der MS 40 einen MAC-Rahmen 90 nach IEEE 802 in der Form erzeugen kann, als würde er über Ethernet oder Token Ring übertragen werden. Da im Allgemeinen die Fehlerraten in drahtlosen Verbindungen viel höher als in drahtgebundenen LANs sind, ist es bevorzugt, diesen Rahmen in kleinere extrahierte Pakete 92 zu unterteilen und dadurch die Fehlerwahrscheinlichkeit bei der Übertragung eines gegebenen drahtlosen MAC-Rahmens 96 zu reduzieren. Der MAC-Rahmen 90 wird in kleine Fragmente von z.B. 400 Bytes unterteilt und jedes dieser Fragmente wird – zu einem drahtlosen MAC-Rahmen 94 – mit einem Rahmen versehen, indem für die MS 40 (2) und den CC 2 (1) kurze Kennungen für Quelle (SA) bzw. Ziel (DA) hinzugefügt werden. Darin eingeschlossen ist auch ein TYP-Feld, das die Art des Dienstes angibt, der von diesem Rahmen angefordert wird, sowie ein ZÄHLER-Feld, das die Anzahl der zu übertragenden Fragmente und die Position dieses Fragments in der Sequenz angibt, und ein CRC-Feld (CRC = Cyclic Redundancy Check, zyklische Blockprüfung) zur Fehlererkennung. Der Einsatz fortgeschrittenerer Systeme zur Vorwärtsfehlerkorrektur ist ebenfalls möglich. Der resultierende drahtlose MAC-Rahmen 96 kann dann von der MS 40 über die drahtlose Verbindung 60 (3) zum CC 2 übertragen werden. Der ursprüngliche MAC-Rahmen 90 wird auf diese Weise vollständig übertragen, bevor mit einem neuen MAC-Rahmen 90 begonnen wird. Ein exakt äquivalenter Prozess wird bei der Übertragung vom CC 40 zur MS 2 verwendet.
  • 6 zeigt die Verarbeitung eines eingehenden drahtlosen MAC-Rahmens 96 durch den Link-Manager 52 für eingehende Verbindungen des MDSC 42 (3). (Zu beachten ist, dass in der Beschreibung im Weiteren der Begriff „eingehend" zur Bezeichnung einer Übertragung verwendet wird, die bei einer MS 40 beginnt und in Richtung eines entfernten Systems (Remote System, RS) 50 verläuft, das in der Regel mit einer entfernten WAB 46 verbunden ist. Analog dazu bezeichnet „ausgehend" eine Übertragung auf einem Weg, der bei einem RS 50 beginnt, das mit einer WAB 46 verbunden ist, und in Richtung einer MS 40 verläuft. Dies sind allgemeine Angaben zur Flussrichtung und Ausnahmen davon sind in der Beschreibung angegeben.) In diesem Stadium wurde der drahtlose MAC-Rahmen 96 vom CC 2 empfangen, der im DA des MAC-Rahmens angegeben ist, und anhand des TYP-Feldes durch den MTSO-Schalter 54 zum MDSC 42 weitergeleitet. Im Block 100 empfängt der MDSC-Link-Manager 52 für eingehende Verbindungen den drahtlosen MAC-Rahmen. Im Entscheidungsblock 102 überprüft der Link-Manager 52, ob bereits mit dem Aufbau einer Verbindungsstruktur für diese MS 40 begonnen wurde. Im Block 104 wird eine neue Verbindungsstruktur angelegt, wenn noch keine vorhanden ist.
  • Im Block 106 wird die Kapsel entfernt, die dem extrahierten Fragment 92 des MAC-Rahmens 90 hinzugefügt wurde, und das extrahierte Fragment 92 wird an die Verbindungsstruktur angehängt. Im Entscheidungsblock 108 wird der Zähler im drahtlosen MAC-Rahmen überprüft, um zu bestimmen, ob der MAC-Rahmen 90 vollständig übertragen wurde. Bei vollständigem Zähler besteht die Verbindungsstruktur jetzt aus dem vollständigen MAC-Rahmen 90 und kann im Block 110 an das MAC-Relais 56 für eingehende Verbindungen übergeben werden. Andernfalls wartet der Link-Manager 52 auf weitere drahtlose MAC-Rahmen 96, um die Verbindungsstruktur zu vervollständigen, indem er zu Block 100 zurückkehrt. Durch diesen Prozess wird die in der MS 40 vorgenommene und in 5 dargestellte Fragmentierung umgekehrt und ein MAC-Rahmen nach IEEE 802 wiederhergestellt, der für die direkte Übertragung in einem LAN geeignet ist.
  • 7 zeigt die Version für ausgehende Verbindungen von 6, bei welcher der Prozess für ausgehende drahtlose Übertragungen zur MS 40 im Wesentlichen in umgekehrter Reihenfolge stattfindet. Zu beachten ist, dass die Verbindungsstrukturen seriell zur MS 40 übertragen werden. Wird eine neue Verbindungsstruktur empfangen, während eine vorherige Verbindungsstruktur noch aktiv ist, wartet der Link-Manager für ausgehende Verbindungen, bis die Übertragung der vorherigen Verbindungsstruktur abgeschlossen ist. Im Block 120 wird der vom MAC-Relais für ausgehende Verbindungen kommende MAC-Rahmen (9) empfangen. Im Block 122 wird dann eine neue Verbindungsstruktur für das mobile Zielsystem angelegt. Danach wird im Entscheidungsblock 124 bestimmt, ob für die betreffende mobile Station bereits eine aktive Verbindungsstruktur vorhanden ist. Wenn das der Fall ist, geht das System im Block 126 für eine vorbestimmte Zeitdauer in einen Wartezustand. Ist keine Verbindungsstruktur vorhanden, wird im Block 128 eine Verbindungsstruktur erzeugt. Im Block 130 wird der drahtlose MAC-Rahmen dann über das MTSO an die mobile Zielstation übertragen. Im Entscheidungsblock 132 wird dann bestimmt, ob die Verbindungsstruktur leer ist. Bei nicht leerer Struktur findet eine Rückkehr zum Block 128 statt. Bei leerer Struktur erfolgt eine Rückkehr zum Block 120.
  • 8 zeigt die Verarbeitung des MAC-Rahmens 90 durch das MSDC-MAC-Relais 56 für eingehende Verbindungen. Im Block 140 wird der vom Link-Manager 52 für eingehende Verbindungen kommende MAC-Rahmen 90 empfangen. Im Entscheidungsblock 142 fragt das MAC-Relais 56 seine Netzwerkverwaltungstabellen 53 ab, um zu bestimmen, ob die durch die Quelladresse (SA) des MAC-Rahmens 90 angegebene MS 40 authentifiziert worden ist. Wenn nicht, führt das MAC-Relais für eingehende Verbindungen im Block 144 einen Authentifizierungsalgorithmus aus und kehrt zu Block 142 zurück. Die Sicherheit dieses Systems kann durch Verschlüsseln der MAC-Rahmen für die Übertragung oder durch andere bekannte Mittel beliebig erhöht werden. Gleichermaßen kann die Komprimierung bzw. Dekomprimierung von MAC-Rahmen 90 in das MAC-Relais 56 leicht integriert werden.
  • Als nächstes überprüft das MAC-Relais 56 für eingehende Verbindungen im Entscheidungsblock 146 den Header des MAC-Rahmens 90, um zu bestimmen, ob es sich um einen Steuerrahmen handelt. Wenn ja, wird dieser im Block 148 an die Netzwerksteuerung 53 weitergeleitet. Dieser Mechanismus ermöglicht der MS 40, Informationen wie zB. Routen an den MSDC 42 zu übergeben, die für das Funktionieren der Erfindung benötigt werden. Im Entscheidungsblock 150 sucht das MAC-Relais für eingehende Verbindungen in seiner Netzwerkverwaltungstabelle 53 für lokale MS 40 nach der im MAC-Rahmen 90 angegebenen Zieladresse. Wird eine übereinstimmende Adresse gefunden, kann der MAC-Rahmen 40 im Block 152 einfach zum MSDC-Link-Manager für ausgehende Verbindungen umgeleitet werden, um zur Ziel-MS 40 übertragen zu werden. Diese Funktion, die eine Schlüsselfunktion der vorliegenden Erfindung bildet, ermöglicht dem MSDC, virtuelle LANs unter dem MS 40 anzulegen, die innerhalb der Zellen operieren, die von einem einzelnen MTSO kontrolliert werden. Die mobilen Stationen MS 40 können einen Netzwerkbetrieb mit Hilfe von LAN-Protokollen so durchführen, als seien sie über drahtgebundene LANs miteinander verbunden. Ist das Ziel keine lokale MS 40, wird der MAC-Rahmen 90 im Block 154 an den MDSC-Schatten-PC 62 für eingehende Verbindungen übergeben.
  • Das MDSC-MAC-Relais 56 für ausgehende Verbindungen führt eine ähnliche Gruppe von Funktionen wie in 9 dargestellt aus. Hierbei wird der vom MDSC-Schatten-PC 62 für ausgehende Verbindungen kommende MAC-Rahmen 90 im Block 160 empfangen. Wieder prüft das MAC-Relais 56 im Entscheidungsblock 162, ob es sich um einen Steuerrahmen handelt. Wenn ja, wird der Steuerrahmen im Block 164 an die Netzwerksteuerung weitergeleitet. Im Entscheidungsblock 166 prüft das MAC-Relais 56, ob die Ziel-MS 40 tatsächlich in seinen Netwerkverwaltungstabellen 53 verzeichnet ist. Es gibt eine Reihe von Gründen, aus denen ein Rahmen für eine MS 40 empfangen worden sein könnte, die nicht verzeichnet ist:
    • – Die Ziel-MS 40 hält sich in einer der Zellen 2, 4, 6 oder 8 auf, die von diesem MDSC 42 unterstützt werden, befindet sich seit einiger Zeit im Leerlaufzustand und das MAC-Relais 56 hat ihre Registrierung gelöscht.
    • – Die Ziel-MS 40 hielt sich in einer der Zellen 2, 4, 6 oder 8 auf, hat sich jedoch gerade in eine Zelle bewegt, die von einem anderen MDSC 42 unterstützt wird. Der aktuelle MDSC 42 hat möglicherweise Kenntnis davon, da die Ziel-MS 40 oder der neue MDSC 42 ihn über die Änderung informiert haben oder weil er zuvor erfolglos versucht hat, auf die Ziel-MS 40 zuzugreifen. Wenn der MDSC 42 bemerkt, dass die Ziel-MS 40 sich zu einem neuen MDSC 42 bewegt hat, benachrichtigt er die entfernte WAB 46. Da jedoch der Prozess möglicherweise nicht atomar ist, kann es vorkommen, dass die entfernte WAB nach wie vor versucht, am alten MDSC 42 auf die Ziel-MS 40 zuzugreifen.
    • – Der Zugriff auf die Ziel-MS 40 über einen beliebigen MDSC 42 ist nicht mehr möglich. Sie ist eventuell abgeschaltet oder befindet sich nicht mehr in den Einzugsbereichen des zellularen Systems.
  • Ist die Ziel-MS 40 nicht verzeichnet und der aktuelle MDSC 42 kennt keinen neuen MDSC 42 für sie, versucht der aktuelle MDSC 42 im Block 168, auf die MS 40 zuzugreifen. Möglicherweise schlägt dies fehlt, woraufhin der MDSC eine Fehlermeldung an die Quell-WAB (hier nicht dargestellt) zurückgibt. Ist die Ziel-MS 40 nicht verzeichnet und der aktuelle MDSC 42 kennt einen neuen MDSC 42 für sie, gibt der aktuelle MDSC 42 den MAC-Rahmen 92 zusammen mit der Netzwerkadresse des neuen MDSC 42 (hier nicht dargestellt) an die Quell-WAB zurück. Ist die Ziel-MS 40 verzeichnet, übergibt das MAC-Relais 56 im Block 170 den MAC-Rahmen 90 an den MDSC-Link-Manager 52 für ausgehende Verbindungen.
  • 10 zeigt einige Funktionen, die durch den MDSC-Schatten-PC 62 für eingehende Verbindungen durchgeführt werden können. Im Block 180 wird der vom MDSC-MAC-Relais 56 für eingehende Verbindungen kommende MAC-Rahmen empfangen. Im Entscheidungsblock 182 überprüft der Schatten-PC 62 die Zieladresse des MAC-Rahmens 90, um zu bestimmen, ob die Adresse einem vorhandenen Schatten-PC 62 entspricht. Wenn nicht, richtet der Schatten-PC 62 eine Anforderung an den MDSC-Datenstrom-Manager 64 für ausgehende Verbindungen, um eine Verbindung zu der Zieladresse aufzubauen (siehe 14).
  • Wenn die Zieladresse des MAC-Rahmens 90 die Adresse eines lokalen Schatten-PC 62 ist, prüft der Schatten-PC 62 für eingehende Verbindungen im Entscheidungsblock 186, ob dies die Adresse eines Proxy für einen entfernten PC oder ein anderes Computersystem ist. Dies ist ein weiteres Schlüsselmerkmal der Erfindung, bei dem der lokale Schatten-PC 62 als Proxy für ein RC 50 und für die lokale MS 40 fungieren kann. Diese Funktion kann viele Merkmale unterstützen, die nützlich für den Einsatz mobiler Computer sind, zum Beispiel:
    • – Der Schatten-PC 62 fungiert als Proxy für die MS 40, sodass, wenn wegen eines Ausfalls der drahtlosen Verbindung vorübergehend keine Verbindung zur MS 40 besteht, das RC 50 weiterhin die wesentlichen Netzwerkantworten empfängt und dadurch die Verbindung aufrechterhält.
    • – Der Schatten-PC 62 fungiert als virtuelles Terminal für eine dialogorientierte Anwendung, die auf dem RC 50 läuft, und reduziert die über die drahtlose Verbindung zu übertragenden Daten, indem er nur die Inhalte der auf dem Bildschirm angezeigten Felder extrahiert.
    • – Der Schatten-PC 62 fungiert als virtuelles Terminal oder als virtueller Client für eine dialogorientierte Anwendung oder eine Anwendung auf RPC-Basis, die auf dem RC 50 läuft, und stellt der MS 40 ein nachrichtenbasiertes Protokoll zur Verfügung, was vorteilhaft für den Einsatz mobiler Computer ist.
    • – Der Schatten-PC 62 führt Umwandlungen zwischen unterschiedlichen Bildschirmformaten des RC 50 und der MC 40 durch. (Die MC 40 hat möglicherweise eine sehr begrenzte oder in manchen Fällen gar keine Anzeigekapazität und der Schatten-PC 62 muss die Umwandlung z.B. in ein Sprach-Ausgangssignal durchführen.)
  • Wenn alternativ dazu der Schatten-PC 62 kein Proxy für ein RC 50 ist, muss es sich bei ihm um eine lokale Anwendung handeln und der MAC-Rahmen wird im Block 188 lokal verarbeitet. Dies veranschaulicht ein weiteres Schlüsselmerkmal der Erfindung, bei dem der MDSC 42 die MS 40 in die Lage versetzt, mit Anwendungen, die im MDSC 42 unterstützt werden, in einer Client-Server-Konfiguration zu arbeiten. Diese Anwendungen können für die Zwecke der mobilen elektronischen Datenverarbeitung robust ausgelegt und in dem zellularen Telefonsystem an allen MDSC 42 allgemein zur Verfügung gestellt werden. Dadurch kann die MS 40 überall in dem zellularen System auf dieselbe Anwendung zugreifen und die Nutzung der Anwendung unter den verschiedenen MDSCs 42 von einem auf den anderen übertragen.
  • Im Block 190 kehrt der MDSC-Datenstrom-Manager 64 für ausgehende Verbindungen zurück, nachdem er erfolgreich die Verbindung zum RC 50 aufgebaut hat, und der Schatten-PC 62 legt einen neuen Proxy für das RC 50 an.
  • Wenn im Block 192 die Zieladresse des MAC-Rahmens 90 tatsächlich auf ein RC 50 zutrifft, bereitet sich der Schatten-PC 62 für eingehende Verbindungen darauf vor, die Adresse im WAN 44 zu übertragen. Diese lokalen Umwandlungen können jede der oben aufgeführten Funktionen umfassen, bei denen der Schatten-PC 62 als Proxy für die MS 40 und das RS 50 fungiert.
  • Der abschließende Verarbeitungsschritt des Schatten-PC 62 im Block 194 besteht darin, den MAC-Rahmen 90 für den Transport im angegebenen Weitbereichsnetzwerk 44 vorzubereiten. Der Schatten-PC 62 kann aus der Zieladresse und den Netzwerkverwaltungstabellen 53 die Art des jeweiligen WAN 44 bestimmen, das einen gegebenen MAC-Rahmen 90 transportieren wird, und die Kapselung des MAC-Rahmens 90 mit dem entsprechenden Header und Trailer durchführen. Im Block 196 wird der resultierende WAN-Rahmen dann zwecks Übertragung auf dem WAN 44 an den Datenstrom-Manager 64 für eingehende Verbindungen übergeben.
  • 11 zeigt die Funktionen des MDSC-Schatten-PC 62 für ausgehende Verbindungen, die die Funktionen des MDSC-Schatten-PC 62 für eingehende Verbindungen ergänzen. Der Schatten-PC 62 für ausgehende Verbindungen kann MAC-Rahmen 90 auf zwei verschiedenen Wegen empfangen:
    • 1. im Block 200 von einem RC 50 über den Datenstrom-Manager 64 für ausgehende Verbindungen oder
    • 2. im Block 202 von einer lokalen Anwendung im Block 188 (10).
  • Die vom Datenstrom-Manager 64 ankommenden MAC-Rahmen 90 werden als WAN-Rahmen gekapselt und die Kapselung muss im Block 204 in Umkehrung der im Block 194 (siehe 9) durchgeführten Operation entfernt werden. Im Block 206 kann der Schatten-PC 62 für ausgehende Verbindungen lokale Umwandlungen durchführen, wie dies im Falle des Schatten-PC 62 für eingehende Verbindungen im Block 192 geschieht. Die umgewandelten MAC Rahmen 90 werden dann im Block 208 an das MDSC-MAC-Relais für ausgehende Verbindungen übergeben.
  • 12 zeigt im Block 210 den Empfang von WAN-Rahmen am MDSC-Datenstrom-Manager 64 für eingehende Verbindungen, wobei im Block 212 Routing-Tabellen nach dem Ziel durchsucht werden. Die Inline-Funktion des Datenstrom-Managers 64 im Block 214 dient dazu, eingehende WAN-Rahmen auf dem entsprechenden Datenstrom in Warteschlangen einzuordnen, damit sie über ein WAN 44 übertragen werden können. Wenn der WAN-Rahmen den Anfang der Datenstrom-Warteschlange erreicht, wird er im Block 216 aus der Warteschlange an die WAN-Schnittstelle 66 übertragen.
  • Der MDSC-Datenstrom-Manager 64 hat außerdem wichtige Verwaltungsfunktionen. Er ist für den Aufbau der entfernten Verbindungen (siehe 14 und die nachfolgende Beschreibung) verantwortlich. Er ist des Weiteren verantwortlich für die Verwaltung der Länge der Datenstrom-Warteschlange, um eine Obergrenze für die Latenzzeit bei der Endpunkt-zu-Endpunkt-Übertragung zwischen der MS 40 und dem RC 50 einzuhalten. Dies ist wichtig, da viele LAN-Protokolle Zeitgeber für die Erkennung von Fehlerzuständen enthalten. Wenn der Datenstrom-Manager 64 feststellt, dass eine bestimmte Datenstrom-Warteschlange zu lang ist, kann er:
    • 1. zusätzliche Bandbreite vom WAN 44 anfordern oder
    • 2. über dasselbe WAN 44 oder über ein WAN mit einer größeren Bandbreite eine weitere Verbindung parallel zur bereits vorhandenen Verbindung aufbauen.
  • 13 zeigt die Arbeitsweise des entsprechenden MDSC-Datenstrom-Managers 64 für ausgehende Verbindungen. Hierbei werden die WAN-Rahmen im Block 220 von der WAN Schnittstelle 66 empfangen. Der Datenstrom-Manager 64 kann die MAC-Zieladresse überprüfen und in den Entscheidungsblöcken 222 und 226 bestimmen, ob der gekapselte MAC-Rahmen:
    • 1. an einen Schatten-PC 62 oder
    • 2. direkt an eine lokale MS 40 adressiert ist.
  • Wird die Zieladresse in keiner dieser Gruppen gefunden, sendet der Datenstrom-Manager 64 im Block 228 eine Fehlermeldung an die enfernte WAB 46. Andernfalls wird der WAN-Rahmen im Block 224 an den Schatten-PC 62 für ausgehende Verbindungen weitergeleitet oder die Kapselung wird im Block 230 entfernt und der MAC-Rahmen im Block 232 direkt an die lokale MS 40 weitergeleitet.
  • 14 zeigt die Funktionen im Datenstrom-Manager 64, der die Verbindungen zur entfernten WAB 64 aufbaut. Im Block 240 empfängt der Datenstrom-Manager 64 vom Schatten-PC 62 eine Anforderung zum Aufbau einer Verbindung zu der Zieladresse eines MAC-Rahmens 90, den der Schatten-PC 62 empfangen hat. Der Datenstrom-Manager durchsucht die Netzwerkverwaltungstabellen 53 nach einer Route zur Zieladresse. Diese Route könnte eine bekannte oder öffentliche Route sein oder sie könnte bereits zuvor (Schritte 148 oder 162) durch die MS 40 bzw. das RC 50 zur Verfügung gestellt worden sein. Wird im Entscheidungsblock 242 keine Route zur Zieladresse gefunden, sendet der Datenstrom-Manager 64 im Block 244 eine Fehlermeldung an den Schatten-PC 62. Wird im Entscheidungsblock 242 eine Route zur Zieladresse gefunden, prüft der Datenstrom-Manager 64 im Entscheidungsblock 246, ob es für diese Route bereits einen Datenstrom gibt. Wenn kein Datenstrom vorhanden ist, verwendet der Datenstrom-Manager die mitgelieferten Routeninformationen, um im Block 248 eine Verbindung zur entfernten WAB 46 aufzubauen und ordnet dieser Route im Block 250 einen neuen Datenstrom zu. Zu diesem Zeitpunkt ist der Datenstrom bereit zur Aufnahme von WAN-Rahmen für das Ziel und die Steuerung wird im Block 252 an den Schatten-PC 62 zurückgegeben.
  • Arbeitsweise der Wide Area Bridge
  • 15 zeigt das WAB-MAC-Relais 72 für ausgehende Verbindungen der WAB 46 (4). Im Block 260 empfängt das MAC-Relais 72 von der LAN-Schnittstelle 70 einen MAC-Rahmen 90. Die LAN-Schnittstelle ist dafür verantwortlich, die MAC-Rahmen 90 im Unternehmens-LAN auf Übereinstimmung mit entfernten MAC-Adressen zu prüfen, die der WAB 46 bekannt sind, wie dies auch in einer herkömmlichen Bridge geschieht. Die WAB-Netzwerkverwaltungstabellen 71 in der WAB 46 enthalten Einträge für alle entfernten Netzwerkknoten, zu denen gegenwärtig eine Verbindung besteht. Im Entscheidungsblock 262 prüft das MAC-Relais, ob die Quelle RC 50 berechtigt ist, Rahmen in das (öffentliche) WAN 80 zu senden, und sendet im Block 264 eine Ablehnung, wenn das RC 50 dazu nicht berechtigt ist. Das MAC-Relais prüft dann im Entscheidungsblock 266, ob der MAC-Rahmen ein Steuerrahmen ist, und übergibt ihn, wenn dies der Fall ist, im Block 268 an die Netzwerksteuerung 71. Durch diesen Mechanismus kann ein RC 50 Routeninformationen für mobile Stationen MS 40 eintragen oder aktualisieren, auf die es zugreifen möchte. Ist der MAC-Rahmen kein Steuerrahmen, wird er im Block 270 an das Pseudo-LAN 74 der WAB übergeben.
  • 16 zeigt das WAB-MAC-Relais 72 für eingehende Verbindungen. Hierbei werden im Block 280 vom Pseudo-LAN 74 kommende MAC-Rahmen 90 empfangen und im Entscheidungsblock 282 daraufhin überprüft, ob die Quelle MS 40 berechtigt ist, auf das Unternehmens-LAN zuzugreifen. Ist die MS 40 dazu nicht berechtigt, sendet das MAC-Relais 72 im Block 284 eine Ablehnung an den Datenstrom-Manager 64 des entfernten MDSC. Ist die MS 40 dazu berechtigt, prüft das MAC-Relais im Entscheidungsblock 286, ob es sich um einen Steuerrahmen handelt. Ist dies der Fall, wird der MAC-Rahmen 90 im Block 288 an die Netzwerksteuerung 71 übergeben. Wenn nicht, wird der MAC-Rahmen 90 im Block 290 an die LAN-Schnittstelle übergeben, um an die Zieladresse übertragen zu werden.
  • Das WAB-Pseudo-LAN 71 ist in der Hinsicht, dass es im Auftrag der LAN-Knoten im MDSC als Proxy für die RS 50 fungieren kann, das Gegenstück zum Schatten-PC des MDSC. Die Fähigkeit, im MDSC ein virtuelles LAN einzurichten, ist ein Schlüsselelement der vorliegenden Erfindung. Das Pseudo-LAN unterstützt jedoch keine Anwendungen, da diese entweder auf den RCs 50 oder in den Schatten-PCs 62 im MDSC laufen.
  • 17 zeigt das WAB-Pseudo-LAN 74 für ausgehende Verbindungen. Dieses empfängt im Block 300 die vom WAB-MAC-Relais 72 für ausgehende Verbindungen kommenden MAC-Rahmen 90. Im Entscheidungsblock 302 wird die Zieladresse des MAC-Rahmens 90 dahingehend überprüft, ob für das Ziel bereits ein Pseudo-LAN existiert, d. h.: hat diese WAB 46 bereits Verbindungen zu mobilen Stationen MS 40 an demselben MDSC 42? Wenn noch kein Pseudo-LAN 74 vorhanden ist, werden im Entscheidungsblock 304 die Netzwerkverwaltungstabellen dahingehend überprüft, ob bereits eine Route zu der Zieladresse bekannt ist. Ist keine Route bekannt, sendet das Pseudo-LAN 74 im Block 306 eine Ablehnung an die Quelladresse. Ist eine Route bekannt, sendet das Pseudo-LAN 74 im Block 308 eine Anforderung an den Datenstrom-Manager 76 der WAB, um eine Verbindung zur Ziel-MS 40 aufzubauen. Wenn entweder das Pseudo-LAN 74, wie im Entscheidungsblock 302 festgestellt, bereits existiert oder der Datenstrom-Manager 76 im Block 310 erfolgreich eine Verbindung aufbaut, wird der MAC-Rahmen 90 im Block 312 wie in Schritt 194 der 10 für die WAN-Übertragung gekapselt. Im Block 314 wird der WAN-Rahmen dann an den Datenstrom-Manager 76 für ausgehende Verbindungen übergeben.
  • 18 zeigt das WAB-Pseudo-LAN 74 für eingehende Verbindungen. Im Block 320 werden die vom WAB-Datenstrom-Manager 76 für eingehende Verbindungen kommenden WAN-Rahmen empfangen, und im Block 322 wird die WAN-Kapselung entfernt, um den MAC-Rahmen 90 zu extrahieren. Im Entscheidungsblock 324 wird die Zieladresse geprüft und wenn die Adresse nicht bekannt ist, sendet das Pseudo-LAN 74 im Block 326 eine Ablehnung an den Datenstrom-Manager 64 des MDSC. Ist die Zieladresse bekannt, wird im Block 328 der MAC-Rahmen 90 an das WAB-MAC-Relais 72 für eingehende Verbindungen übergeben.
  • Die 19 und 20 zeigen die WAB-Datenstrom-Manager 76 für eingehende bzw. ausgehende Verbindungen. Ihre Inline-Funktionen entsprechen exakt denen der MDSC-Datenstrom-Manager 64 für eingehende bzw. ausgehende Verbindungen (siehe die Beschreibungen für die 12 und 13). Die WAB-Datenstrom-Manager 76 haben Verwaltungsfunktionen, die denen der MDSC-Datenstrom-Manager 64 ähneln, aber der Aufbau von Verbindungen zu entfernten MS 40 weist eine zusätzliche Komplikation auf, da der Ort der MS 40 und somit die Route zu deren Host MDSC 42 eventuell nicht bekannt ist.
  • 19 ist ein Flussdiagramm des WAB-Datenstrom-Managers für ausgehende Verbindungen. Im Block 330 wird ein WAN-Rahmen empfangen, der vom WAB-Pseudo-LAN für ausgehende Verbindungen (7) kommt. Im Block 322 wird die Routing-Tabelle nach der Zieladresse des WAN-Rahmens durchsucht. Im Block 334 wird der WAN-Rahmen dann auf der entfernten Verbindung in die Warteschlange gestellt und im Block 336 an die WAN-Schnittstelle übergeben.
  • 20 ist ein Flussdiagramm des WAB-Datenstrom-Managers für eingehende Verbindungen. Im Block 340 wird ein von der WAN-Schnittstelle kommender WAN-Rahmen empfangen. Im Block 342 wird der WAN-Rahmen dann aus der Warteschlange genommen. Im Block 344 wird die Routing-Tabelle nach dem Ziel-MAC-Relais des WAN-Rahmens durchsucht und im Block 346 wird der MAC-Rahmen an das entsprechende Pseudo-LAN (18) übergeben.
  • 21 zeigt ein Verfahren, mit dem der WAB-Datenstrom-Manager 76 versuchen kann, für ausgehende Verbindungen die Verbindung zu einer entfernten MS 40 aufzubauen. Zuerst wird im Entscheidungsblock 350 die Zieladresse geprüft, um zu bestimmen, ob für diese Route ein Datenstrom existiert. Wenn der Datenstrom existiert, wird das neue Pseudo-LAN im Block 362 einfach auf dem vorhandenen Datenstrom abgebildet. Existiert kein solcher Datenstrom, werden die Netzwerkverwaltungstabellen 71 nach möglichen Routen zur Zieladresse durchsucht. Diese Tabellen werden bei jedem erfolgreichen Zugriff auf die MS 40 aktualisiert und können eine oder mehrere Routen zu einer gegebenen MS 40 enthalten. Der Datenstrom-Manager 76 kann einen oder mehrere verschiedene Algorithmen zur Auswahl einer Route nutzen, zum Beispiel:
    • 1. die zuletzt verwendete Route,
    • 2. die am häufigsten gefundene Route,
    • 3. eine als bevorzugt markierte Route, z.B. zu einem Heimatstandort.
  • Im Block 352 nutzt er diese Route, um den Kontakt zu einem entfernten MDSC 42 herzustellen und eine Anforderung an den Schatten-PC 62 zu senden oder im Entscheidungsblock 354 direkt auf die Zieladresse zuzugreifen. Verläuft der Versuch erfolgreich, kann der Datenstrom-Manager 76 im Block 356 einen neuen Datenstrom für diese Verbindung erzeugen und ihn im Block 362 auf dem Pseudo-LAN abbilden. Verläuft der Versuch nicht erfolgreich, kann der entfernte MDSC 42 im Entscheidungsblock 358 bestimmen, ob eine alternative Route existiert, und der Datenstrom-Manager 76 kann es erneut auf dieser Route versuchen (oder er wählt eine alternative Route, die er aus den Netzwerkverwaltungstabellen 71 entnommen hat), indem er zum Block 352 zurückkehrt. Wenn der Datenstrom-Manager alle in Betracht kommenden Routen ausprobiert hat und keine Verbindung zu der Zieladresse aufbauen konnte, sendet er im Block 360 eine Ablehnung an die Quelladresse.

Claims (18)

  1. Verfahren zum Übertragen von Daten von einem Quellcomputer über ein zellulares Telefonsystem, wobei das Verfahren durch folgende Schritte gekennzeichnet ist: a. Zerlegen eines LAN-MAC-Rahmens (90) in MAC-Rahmen (94) für drahtlose Übertragung; b. Übertragen der drahtlosen MAC-Rahmen (94) über eine drahtlose Verbindung von einem Quellcomputer (40), das mit einem zellularen drahtlosen Modem ausgestattet ist, an einen Cell Controller (41) (CC); c. Transportieren der drahtlosen MAC-Rahmen (94) vom CC (41) zu einer Schalterfunktion (54) in einem Mobile Telephone Service Office (43) (MTSO); d. Routen der drahtlosen MAC-Rahmen (94) durch die Schalterfunktion (54) zu einem Mobile Data Service Controller (42) (MDSC); und e. Wiederherstellen des LAN-MAC-Rahmens (90) im MDSC (42) aus den nacheinander empfangenen drahtlosen MAC-Rahmen (94).
  2. Verfahren zum Empfangen von Daten in einem Zielcomputer über ein zellulares Telefonsystem, wobei das Verfahren durch folgende Schritte gekennzeichnet ist: a. Empfangen eines LAN-MAC-Rahmens (90) in einem Mobile Data Service Controller (42) (MDSC); b. Zerlegen des LAN-MAC-Rahmens (90) in MAC-Rahmen (94) für drahtlose Übertragung; c. Routen der drahtlosen MAC-Rahmen (94) durch eine Schalterfunktion (54) in einem Mobile Data Service Office (43) (MTSO); d. Transportieren der drahtlosen MAC-Rahmen (94) von einem Schalter (54) im MTSO zu einem Cell Controller (41) (CC); e. Übertragen der drahtlosen MAC-Rahmen (94) über eine drahtlose Verbindung vom CC (41) zu einem Zielcomputer (39, 47), der mit einem zellularen drahtlosen Modem ausgestattet ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, das folgende Schritte einschließt: a. Erkennen (150) aus einer MAC-Zieladresse in dem LAN-MAC-Rahmen (90), dass es sich bei einem Zielcomputer um einen anderen, mit einem zellularen drahtlosen Modem ausgestatteten Computer in derselben Zelle oder in einer anderen Zelle, die von demselben MTSO (43) kontrolliert wird, handelt; und b. Weiterleiten (152) des LAN-MAC-Rahmens zum Zielcomputer.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, das folgende Schritte einschließt: a. Erkennen (150) aus einer MAC-Zieladresse in dem LAN-MAC-Rahmen (90), dass sich ein Zielcomputer nicht in derselben Zelle bzw. nicht in einer anderen Zelle, die von demselben MTSO (43) kontrolliert wird, befindet; und b. Weiterleiten (152) des LAN-MAC-Rahmens (90) zu einem Schnittstellenmodul (66, 78) eines Weitbereichsnetzwerkes.
  5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, das folgende Schritte einschließt: a. Erkennen (150) aus einer MAC-Zieladresse in dem LAN-MAC-Rahmen (90), dass sich ein Zielcomputer nicht in derselben Zelle bzw. nicht in einer anderen Zelle, die von demselben MTSO (43) kontrolliert wird, befindet; und b. Weiterleiten (154) des LAN-MAC-Rahmens (90) zu einem Schatten-PC (62) im MDSC (42).
  6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem der Schatten-PC (62) einen Quellcomputer (40) unterstützt, der mit einem zellularen drahtlosen Modem ausgestattet ist und der an einer LAN-Kommunikation über das zellulare Telefonsystem mit mindestens einem weiteren Computer (47), welcher an ein entferntes LAN angeschlossen ist, teilnimmt.
  7. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem das Schnittstellenmodul (66, 78) des Weitbereichnetzwerkes ein Gateway in ein paketvermitteltes Datennetz (45) ist, wobei das Verfahren den folgenden Schritt einschließt: a. Routen (160, 164) des LAN-MAC-Rahmens (90) durch das Weitbereichsnetzwerk (44) in das Gateway-Netzwerk zu einem LAN, das den Zielcomputer (50) enthält.
  8. Verfahren nach Anspruch 4 oder 7, das den folgenden Schritt einschließt: a. Zusammenführen des LAN-MAC-Rahmens (90) und eines weiteren MAC-Rahmens, der MAC-Zieladressen in einem gemeinsamen entfernten LAN enthält, zu einem gemeinsamen Datenstrom durch das Weitbereichsnetzwerk (44).
  9. Verfahren nach Anspruch 4, 7 oder 8, bei dem das Schnittstellenmodul (66, 78) des Weitbereichsnetzwerkes eine Half-Bridge ist, die an ein verbindungsorientiertes Datennetz angeschlossen ist, wobei das Verfahren den folgenden Schritt einschließt: a. Verwenden einer Adresse oder einer Kennung, die zuvor vom Quellcomputer bereitgestellt wurden, zur Einrichtung einer Verbindung durch das Weitbereichsnetzwerk (44) zu einer. ähnlichen Half-Bridge, die an ein LAN angeschlossen ist, das den Zielcomputer enthält.
  10. Verfahren nach Anspruch 4 oder 7 bis 9, das die folgenden Schritte einschließt: a. Routen (160, 164) des LAN-MAC-Rahmens (90) durch das Weitbereichsnetzwerk (44) in das Gateway zu einem LAN, das den Zielcomputer (50) enthält; und b. Zusammenführen des LAN-MAC-Rahmens (90) und eines weiteren MAC-Rahmens, der die MAC-Zieladressen in einem gemeinsamen entfernten LAN enthält, zu einem gemeinsamen Datenstrom durch das Weitbereichsnetzwerk (44).
  11. Verfahren nach Anspruch 4 oder 7 bis 10, bei dem das Schnittstellenmodul (66, 78) des Weitbereichsnetzwerkes eine Half-Bridge ist, die an ein verbindungsorientiertes Datennetz angeschlossen ist, wobei das Verfahren den folgenden Schritt einschließt: a. Verwenden einer Adresse oder einer Kennung (46), die zuvor vom Quellcomputer bereitgestellt wurden, zur Einrichtung einer Verbindung zu einer ähnlichen Half-Bridge, die an einen anderen MDSC (42) angeschlossen ist, der mit dem Zielcomputer über ein anderes Zellulartelefon-MTSO (43) und einen anderen CC (41) kommuniziert.
  12. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem ein weiterer Computer, der mit einem zellularen drahtlosen Modem (47) ausgestattet ist, den MDSC (43) zum Zeitpunkt der Registrierung über die Zuordnung zwischen LAN-MAC-Adressen, die er nutzen möchte, und einer Kennung informiert, bei der es sich um eine Adresse oder Kennnummer von Half-Bridges zwischen verbindungsorientierten Datennetzen und den LANs handelt, welche diese LAN-MAC-Adressen enthalten.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die Kennung eine oder mehrere LAN-Adressen angibt, die zu mit zellularen drahtlosen Modems ausgestatteten Computern gehören.
  14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, bei dem die Kennung eine Netzwerkadresse oder Telefonnummer ist.
  15. Verfahren nach Anspruch 3, 4 oder 12, bei dem ein zweiter Computer (39), der mit einem drahtlosen Modem ausgestattet ist, über ein zellulares Telefonsystem eine LAN-Kommunikation mit einem anderen Computer (40) einrichtet und durchführt, wobei der andere Computer (40) mit einem drahtlosen Modem ausgestattet ist und sich in derselben oder in einer anderen Zelle, die von demselben MTSO (43) oder einem anderen MTSO kontrolliert wird, befindet.
  16. Verfahren nach Anspruch 4 oder 7 bis 9, bei dem ein zweiter Computer (47), der mit einem drahtlosen Modem ausgestattet ist, über ein zellulares Telefonsystem eine LAN-Kommunikation mit einem anderen Computer (50) einrichtet und durchführt, wobei der andere Computer (50) an ein entferntes LAN angeschlossen ist.
  17. Vorrichtung für das Übertragen von Daten von einem Quellcomputer über ein zellulares Telefonsystem, die gekennzeichnet ist durch: a. Mittel (40) zum Zerlegen eines LAN-MAC-Rahmens (90) in MAC-Rahmen (94) für drahtlose Übertragung; b. Mittel (52) zum Übertragen von drahtlosen MAC-Rahmen (94) über eine drahtlose Verbindung von einem Quellcomputer, der mit einem zellularen drahtlosen Modem (40) ausgestattet ist, zu einem Cell Controller (41) (CC); c. Mittel zum Transportieren der drahtlosen MAC-Rahmen (94) vom CC (41) zu einer Schalterfunktion (54) in einem Mobile Telephone Service Office (43) (MTSO); d. Mittel zum Routen der drahtlosen MAC-Rahmen (94) durch die Schalterfunktion zu einem Mobile Data Service Controller (42) (MDSC); und e. Mittel zum Wiederherstellen des LAN-MAC-Rahmens (90) im MDSC (42) aus den nacheinander empfangenen drahtlosen MAC-Rahmen (94).
  18. Vorrichtung zum Empfangen von Daten in einem Zielcomputer über ein zellulares Telefonsystem, die gekennzeichnet ist durch: a. Mittel (52) zum Empfangen eines LAN-MAC-Rahmens (90) in einem Mobile Data Service Controller (42) (MDSC); b. Mittel (52) zum Zerlegen des LAN-MAC-Rahmens (90) in MAC-Rahmen (94) für drahtlose Übertragung; c. Mittel zum Routen der drahtlosen MAC-Rahmen (94) durch eine Schalterfunktion (54) in einem Mobile Telephone Service Office (43) (MTSO); d. Mittel zum Transportieren der drahtlosen MAC-Rahmen (94) von einem Schalter (54) im MTSO (43) zu einem Cell Controller (41) (CC); und e. Mittel (52) zum Empfangen der drahtlosen MAC-Rahmen (94) über eine drahtlose Verbindung vom CC (41) in einem Zielcomputer (39, 40), der mit einem zellularen drahtlosen Modem ausgestattet ist.
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