DE10210742A1 - Netzoptimierte Nutzung von End-to-End Protokollen - Google Patents

Abstract

Bei einem Verfahren zur Übertragung von Daten zwischen einer Quelle und einem Endgerät über ein Kommunikationsnetz unter Verwendung eines paketorientierten Protokolls und eines Protokollwandlers, der das paketorientierte Protokoll wandelt, wobei das paketorientierte Protokoll im Protokollwandler terminiert und das Kommunikationsnetz einen mit dem Endgerät verbundenen leitungs- oder kanalvermittelnden ersten Bereich sowie einen mit dem ersten Bereich verbundenen paketvermittelnden zweiten Bereich aufweist, ist der Protokollwandler im ersten leitungsvermittelnden Bereich oder in der Schnittstelle zwischen erstem und zweitem Bereich des Kommunikationsnetzes angeordnet.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur netzoptimierten Nutzung von End-to-End Protokollen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
• Der Term End-to-End bei entsprechenden Protokollen zur Datenübertragung suggeriert, daß das Protokoll von einer Quelle bis zum Endgerät (End-User) geführt wird. Am Beispiel des TCP/IP-Protokolls, wie es im Internet verwendet wird, wird in der Praxis das Protokoll bis zum Browser, der sich auf dem Endgerät, beispielsweise einen PC, befindet, geführt und endet dort.
• Genauer, zur Übertragung von Daten zwischen beispielsweise dem Browser eines Endgeräts und einer Internetanwendung werden im allgemeinen zwei Bereiche eines Netzes verwendet. So ist das Endgerät über eine geschaltete Leitung eines ersten Verbindungsbereichs (circuit switching) mit einem zweiten Verbindungsbereich verbunden, in dem eine Packetvermittlung (packet switching) durchgeführt wird. In dem zweiten Verbindungsbereich sind die zu übertragenden Daten in Pakete angeordnet, wobei jedes Paket ein Kopfteil (Header) mit paketspezifischer Information (Headerinformation) wie Adresse des Empfängers sowie des Absenders, Paketnummer etc. aufweist. An der Schnittstelle zum leitungs- oder kanalverbundenen ersten Verbindungsbereich werden diese Pakete transparent auf den geschalteten Kanal bzw. die Leitung umgesetzt und unverändert an den Browser übertragen, der diese einzelnen Pakete zusammensetzt und die darzustellende Information generiert.
• Dies hat zur Folge, daß der Anschluß des Endgeräts in der "last mile" möglichst breitbandig ausgelegt werden muß, da eine große Datenmenge zwischen dem Browser des Endgeräts und der packetvermittelten zweiten Verbindungsebene transportiert werden muß. Für leitungsgebundene Anschlüsse werden daher schnelle Technologien wie ADSL für die "letzte Meile" verwendet.
• Für mobile Anwendungen im Mobilfunkbereich ist jedoch der Datendurchsatz auf der Funkstrecke aus physikalischen Gründen begrenzt und die Bandbreite kann schon aus Kostengründen nicht "beliebig" erweitert werden. Ferner sind im TCP/IP-Protokoll die für den Funkverkehr typischen gestörten Übertragungskanäle nicht vorgesehen.
• Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Datenübertragung für End-to-End-Applikationen für ein Endgerät über ein Datenübertragungsnetz zu schaffen, das eine Anbindung an ein Protokoll eines Netzes, beispielsweise ein TCT/IP-Protokoll, mit einem an das Netz optimierten Datenverkehr zwischen Endgerät und Netz ermöglicht.
• Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Verfahrens nach Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
• Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Übertragung von Daten zwischen einer Quelle und einem Endgerät über ein Kommunikationsnetz unter Verwendung eines paketorientierten Protokolls und eines Protokollwandlers, der das paketorientierten Protokolls wandelt, wobei das paketorientierte Protokoll im Protokollwandler terminiert und das Kommunikationsnetz einen mit dem Endgerät verbundenen leitungs- oder kanalvermittelnden ersten Bereich sowie einen mit dem ersten Bereich verbundenen paketvermittelnden zweiten Bereich aufweist, ist der Protokollwandler im ersten leitungsvermittelnden Bereich oder in der Schnittstelle zwischen ersten und zweiten Bereich des Kommunikationsnetzes angeordnet.
• In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Protokollwandler im Einwahlknoten des Kommunikationsnetzes angeordnet, der für das Endgerät zuständig ist.
• Im Fall einer Anbindung des Endgeräts an das Kommunikationsnetz über ein Mobilfunksystem ist in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Protokollwandler im Radio Access Network, beispielsweise in einer zugehörigen Basisstation BS (oder BSC), im Base Station Center (BSC) oder im Core, beispielsweise der zugehörigen Mobilvermittlungsstelle MSC, des Mobilfunksystems angeordnet.
• Zur Verminderung der an das Endgerät zu übertragenden Daten entfernt der Protokollwandler zur Weiterübertragung der Daten an das Endgerät vorzugsweise zumindest teilweise oder vollständig die paketspezifischen Informationen der Pakete.
• Vorzugsweise faßt der Protokollwandler eine Vielzahl von Paketen zu einem Block zusammen und überträgt diesen Block weiter an das Endgerät. Insbesondere kann ein Block alle zusammengehörigen Pakete einer Informationseinheit aufweisen, wobei zur Blockbildung die Pakete einer Informationseinheit im Protokollwandler zwischengespeichert werden, bis das letzte Paket der Informationseinheit im Protokollwandler eingetroffen ist. Im Fall des Internet kann eine Informationseinheit beispielsweise durch eine zu übertragende Webseite gebildet werden.
• In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform paßt der Protokollwandler die an das Endgerät zu übertragenden Daten an das Anzeigeformat des Endgeräts an.
• Vorzugsweise wird das paketorientierte Protokoll durch das TCP/IP Protokoll gebildet, wobei der Protokollwandler durch einen Browser gebildet werden kann.
• Ferner kann die Datenübertragung zwischen dem Protokollwandler und dem Endgerät mit einer sicheren Infrastruktur durchgeführt werden.
• Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen erläutert.
• Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung der Anbindung eines Nutzers an ein Kommunikationsnetz mit bekannter Anordnung des Browsers im Endgerät des Nutzers,
• Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung der bekannten Anbindung eines Endgeräts an ein Kommunikationsnetz mit erstem und zweitem Verbindungsbereich,
• Fig. 3 zeigt eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anbindung eines Endgeräts,
• Fig. 4 zeigt die Anordnung des Protokollwandlers im ersten Einwahlknoten eines Festnetzes, und
• Fig. 5 zeigt die Anordnung des Protokollwandlers im Fall der Anbindung des Endgeräts an das Kommunikationsnetz über ein Mobilfunknetz.
• Fig. 1 zeigt eine bekannte Anbindung eines Endgeräts PC über ein Protokoll TCP/IP an einen Serviceprovider SP zur Erstellung einer Anbindung an das Internet INT. Ein Browser PW ist üblicherweise im Endgerät PC angeordnet, so daß das Protokoll TCP/IP im Endgerät PC terminiert. Das Endgerät PC weist ferner die üblichen Komponenten wie Display D, Tastatur T und Maus M auf, die PC-spezifische Protokolle ungleich dem TCP/IP-Protokoll benutzen.
• Fig. 2 zeigt die derzeit übliche Anbindung eines Endgeräts EG, das nicht notwendigerweise eine Personalcomputer PC sein muß, an ein Kommunikationsnetz K. Diese Kommunikationsnetz K weist einen ersten Bereich CS auf, in der eine leitungs- bzw. kanalgeschaltete Vermittlung erfolgt. Mit anderen Worten, das Endgerät ist als einziges Endgerät über eine fest zugewiesene Leitung L (oder Kanal) mit einer Schnittstelle S des Kommunikationsnetzes K verbunden. An dieser Schnittstelle S erfolgt der Übergang zum zweiten Bereich PS der paketvermittelten Verbindung, hier symbolisiert durch die Vielzahl der Leitungen L1-N. In dem paketvermittelnden Bereich PS weisen Informationspakte PK, die für das Endgerät EG bestimmt sind, jeweils Header Hd auf, in denen verschiedene paketspezifische Informationen, wie beispielsweise Empfangsadresse, Sendeadresse, Paketnummer etc., angeordnet sind. Diese Art der Paketvermittlung von Daten ist bekannt, und braucht hier nicht weiter erläutert werden. Die Datenpakete passieren transparent mit ihrem gesamten Overhead die Schnittstelle S zwischen paketvermittelndem Bereich PS und leitungsgeschaltetem Bereich CS und werden auf die zum Endgerät führende Leitung L geschaltet. In Endgerät EG wird durch einen im Endgerät angeordneten Protokollwandler PW, hier einen Browser, die in den Paketen Pk angeordneten Informationen zur Darstellung oder Ausgabe auf dem Endgerät gewandelt.
• Fig. 3 zeigt eine erste bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Der Protokollwandler PW ist hier direkt in der Schnittstelle zwischen den beiden Ebenen CS und PS des Kommunikationsnetzes K angeordnet. Zur Verminderung der zum Endgerät EG zu übertragenden Daten werden im Protokollwandler PW zumindest Teile der paketspezifischen Headerinformation der Pakete Pk entfernt, da auf der geschalteten Leitung K keine Adreßinformation mehr benötigt wird. Ferner wird beispielsweise durch einen im Protokollwandler PW angeordneten Zwischenspeicher (nicht dargestellt) gesorgt, daß die an das Endgerät EG zu übermittelnden Pakete Pk' in der richtigen Reihenfolge übermittelt werden, damit die Daten beispielsweise zum Aufbau einer Webseite in der richtigen Reihenfolge an das Endgerät gelangen.
• Ferner kann auch der Zwischenspeicher so ausgelegt sein, daß der Dateninhalt der Pakete Pk zwischengespeichert wird, bis ein vollständiger Datenblock, beispielsweise einer kompletten Web-Seite, an das Endgerät EG übertragen werden kann. Es ist auch möglich, die vom Overhead befreiten Pakete in der richtigen Reihenfolge zu einem Block vorgegebener Länge zwischenzuspeichern und dann zu übertragen, wenn der Block gefüllt ist. Eine derartige Blocklänge kann beispielsweise den Dateninhalt von 1000 Paketen umfassen. Im Protokollwandler kann weiterhin bereits eine Anpassung der an das Endgerät zu übertragenden Information an das Ausgabeformat der Anzeige des Endgeräts erfolgen. Hat also beispielsweise die Anzeige des Endgeräts ein Format von 3-Zoll und die Daten werden in einem 17-Zoll-Format geliefert, so kann der Protokollwandler bereits ein entsprechende Formatanpassung vornehmen, was die zu übertragende Datenrate weiter vermindert.
• Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Es sei KN der erste Einwahlknoten in ein Kommunikationsnetz K. Über diesen Einwahlknoten KN haben Teilnehmer T1, T32 und T3 sowie ein Endgerät EG Zugriff auf das Kommunikationsnetz K. Zur Verminderung der zu übertragenden Daten auf der geschalteten Verbindung L zwischen Endgerät EG und Einwahlknoten KN, ist der Protokollwandler PW im Einwahlknoten KN angeordnet.
• Fig. 5 zeigt die Situation einer Anbindung des Endgeräts EG an das Kommunikationsnetz K über ein Mobilfunksystem. Das Endgerät EG hat hier die Funktionalität einer Mobilstation, die entsprechend ihrer örtlichen Position in kanalvermittelter Verbindung mit einer Basisstation BS1, BS2 oder BS3 steht. Diese Basisstationen BS1, BS2 und BS3 werden von einer Mobilvermittlungsstelle MSC an das Kommunikationsnetz K mit den Ebenen CS und PS weitervermittelt. Nun kann der Protokollwandler in der Schnittstelle zwischen der paketvermittelnden Ebene PS und der kanalverbundenen Ebene CS, in der Mobilvermittlungsstelle MSC oder in den Basisstationen BS1, Bs2 und Bs3 angeordnet sein.
• In den oben geschilderten Fällen handelt es sich bei dem Kommunikationsnetz vorzugsweise um das Internet mit dem TCT/IP Protokoll.
• Durch die Wahl eines geeigneten Protokolls, das nicht TCP/IP entspricht, für die Datenübertragung zwischen dem Endgerät EG und dem Protokollwandler PW sind erhebliche Einsparungen an übertragenen Datenmengen, Latenzzeiten, Betriebsenergie und Sicherheitsrisiken möglich, wie dies aus der folgenden Erläuterung ersichtlich wird.
Minderung an Datenmengen
• Durch die Nutzung eines einfacheren Protokolls als TCP/IP ist der Traffic (= Datenmenge) zwischen Browser und Ein- und Ausgabegeräte beim Endnutzer nur ein Bruchteil des Verkehrs via TCP/IP, insbesondere wenn die Leitung zu den Ein- und Ausgabegeräte ungestört ist und ausschließlich für diese Geräte genutzt wird. So können der gesamte Overhead für die Header und alle Maßnahmen zur Fehlersicherung, wie sie auf der TCP- IP-Strecke nötig sind, entfallen.
Minderung an Latenzzeiten
• Selbst im Falle von gestörten Verbindungen, wie beim Funk, ergeben sich erhebliche Verbesserung der Latenzzeiten, da Übertragungsmechanismen, die für die Drahtübertragung, geeignet aber für Funk z. B. wegen Fading Effekten ungeeignet sind, ohne jegliche Nachteile der Nutzung einer Applikation entfallen können (so die Thematik "sliding window" bei TCP-IP).
Minderung an Betriebsenergie beim Endgerät
• Da der Browser Rechnerleistung erfordert, ist es für mobile Endgeräte - insbesondere mit Funk-Interface - sehr vorteilhaft, wenn die Energie für den Browser nicht im Endgerät selbst bereitgestellt werden muß. Zusätzlich verringert sich die Sendeleistung beträchtlich, da die zu übertragende Datenmenge erheblich geringer ist.
Minderung an Sicherheitsrisiken
• Wie die derzeitigen Bestrebungen deutlich zeigen, ist die Gewährung von Sicherheit (AAA) im Zusammenhang mit mobiler IP keineswegs trivial. Die (AAA) Problematik vereinfacht sich, wenn ein Betreiber den TCP-IP Browser in seinen Hoheits- und damit Sicherheitsbereich verlagert und seine eigene sichere Infrastruktur inklusive Funkstrecke mit seinen eigenen AAA Maßnahmen, beispielsweise im Sinn eines Firewalls oder Virenschutz nutzt.
Höhere Flexibilität
• Außerdem ist ein Betreiber nicht mehr gebunden, ein sog. End- to-End Protokoll zum Endnutzer (Teilnehmer) transportieren zu müssen, sondern kann nach anderen Gesichtspunkten den IP-Verkehr flexibel terminieren, so z. B. um alle WWW-Zugriffe zu zentralisieren und ggf. zu koordinieren. Ferner kann der Protokollwandler direkt eine Anpassung der Daten an das Endgerät vornehmen, was insbesondere bei einer Anbindung über ein Mobilfunksystem wichtig ist, um einerseits die an das Endgerät zu übertragende Datenmenge möglichst klein zu halten und andererseits das Mobilteil von Rechenoperationen zu entlasten.

Claims (10)

1. Verfahren zur Übertragung von Daten zwischen einer Quelle und einem Endgerät (EG) über ein Kommunikationsnetz (K) unter Verwendung eines paketorientierten Protokolls und eines Protokollwandlers (PW), der das paketorientierte Protokoll wandelt, wobei das paketorientierte Protokoll im Protokollwandler (PW) terminiert und das Kommunikationsnetz (K) einen mit dem Endgerät (EG) verbundenen leitungs- oder kanalvermittelnden ersten Bereich (CS) sowie einen mit dem ersten Bereich (CS) verbundenen paketvermittelnden zweiten Bereich (PS) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Protokollwandler (PW) im ersten leitungsvermittelnden Bereich (EG) oder in der Schnittstelle zwischen ersten und zweiten Bereich (CS, PS) des Kommunikationsnetzes (K) angeordnet ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kommunikationsnetz (K) mindestens einen Einwahlknoten (KN) aufweist und der Protokollwandler (PW) in dem für das Endgeräts (EG) zuständigen Einwahlknoten (KN) angeordnet ist

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Protokollwandler (PW) im Fall einer Anbindung des Endgeräts (EG) an das Kommunikationsnetz (K) über ein Mobilfunksystem der Protokollwandler (PW) in einer zugehörigen Basisstation (BS1, BS2, BS3) oder der Mobilvermittlungsstelle (MSC) angeordnet ist.

4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Protokollwandler (PW) zur Weiterübertragung der Daten an das Endgerät die paketspezifischen Daten der übertragenen Pakete (Pk) entfernt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Protokollwandler (PW) eine Vielzahl von Paketen (Pk) zu einem Block zusammenfaßt und diesen an das Endgerät (EG) weiter überträgt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Block alle zusammengehörigen Pakete einer Informationseinheit aufweist, wobei zur Blockbildung die Pakete einer Informationseinheit zwischengespeichert werden, bis das letzte Paket der Informationseinheit im Protokollwandler (PW) eingetroffen ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Prokollwandler (PW) die an das Endgerät (EG) zu übertragenden Daten an das Anzeigeformat des Endgeräts (EG) anpaßt.

8. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das paketorientierte Protokoll durch das TCP/IP Protokoll gebildet wird.

9. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenübertragung zwischen dem Protokollwandler (PW) und dem Endgerät (EG) mit einer sicheren Infrastruktur durchgeführt wird.

10. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Protokollwandler (PW) durch einen Browser gebildet wird.