Beschreibung Verfahren und Mobilfunktelekommunikationsnetz zur Übertragung von Paketdaten Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren für ein Mo- bilfunktelekommunikationsnetz zur Übertragung von Paketdaten zwischen zwei mobilen Kommunikationsendgeräten. In Netzwerken für mobile Kommunikation gibt es mehrere Netzelemente, die bei der Übertragung von Sprachdaten, Multimedia-Daten oder anderen Nutzdaten involviert sind. Die gegenwärtige Architek- tur von zur Übertragung von Paketdaten geeigneten Mobilfunk- Kommunikationsnetzen, wie beispielsweise in GPRS-und/oder UMTS-Netzen ist unter anderem dadurch gekennzeichnet, dass es einen zentralen Übergangspunkt, im Falle eines GPRS-Netzes beispielsweise einen sogenannten GGSN, der eine Anbindung an ein Paketdatennetz, wie beispielsweise das Internet gewähr- leistet gibt. Zwischen einem mobilen Kommunikationsendgerät und dem zentralen Übergangspunkt werden Teilnehmerdaten ge- tunnelt, um die Mobilität des mobilen Kommunikationsendgerä- tes zu unterstützen. Einem bestimmten räumlichen Gebiet, ei- ner sogenannten Routing Area ist genau ein Steuernetzknoten zugeordnet, im Falle eines GPRS-Netzes ein sogenannter SGSN, der die Mobilität eines mobilen Kommunikationsendgerätes kon- trolliert. Hinsichtlich Aufbau und Behandlung von logischen Verbindungen, wie beispielsweise PDP-Kontexten, sind die Net- ze für sogenannte Client-Server-Dienste optimiert. Bei dieser Art der Kommunikation kommunizieren grundsätzlich mehrere Teilnehmer bzw. Clients von beliebigen Orten aus, beispiels- weise sternförmig mit einem zentralen, der auflaufenden Last angepassten Server. Ein weiteres Kennzeichen ist die stark asymmetrische Verkehrscharakteristik. Es kommt zu sehr wenig Verkehr vom Teilnehmer bzw. Client zum Server, umgekehrt vom

Server zum Teilnehmer erfolgt vergleichsweise viel Verkehr.

Ein gewohntes Szenario ist dabei beispielsweise ein Daten- Verkehr zwischen einem mobilen Kommunikationsendgerät und ei- nem Ziel, das außerhalb des eigentlichen Mobilfunktelekommu- nikationsnetzes, das heißt hinter dem zentralen Übergangs- punkt liegt, wie beispielsweise ein Host im Internet oder ein WAP-GW.

Demnach sind Mobilfunk-Kommunikationsnetze nicht für Anwen- dungen geeignet, die Daten von einem mobilen Kommunikations- endgerät zu einem anderen mobilen Kommunikationsendgerät schicken. Man bezeichnet eine derartige direkte Datenübertra- gung von einem Nutzer zu einem anderen Nutzer als Peer-to- Peer"-bzw-P2P-Übertragung. Gegenwärtig wird insbesondere im Internet jedoch ein überproportionales Wachstum im Datenauf- kommen gerade bei den sogenannten P2P-Diensten verzeichnet.

Ein anzuführendes Beispiel sind beispielsweise die Tauschbör- sen für Musik-und Videöclips, die auf dem direkten Datenaus- tausch zwischen Nutzern beruhen.

Bei einem steigenden Funktionsumfang von mobilen Kommunikati- onsendgeräten, wie beispielsweise von Digital-Kameras, MP3- Players oder Multimedia-Cards, ist auch bei den mobilen Nut- zern bzw. den sogenannten mobilen Subscribern, ein ähnliches Nutzerverhalten zu erwarten. Im Gegensatz zu einfachen Text- Nachrichten und Klingeltönen, die sich gut mittels eines so- genannten Short Message Service, d. h. einer SMS verschicken lassen, wird dabei das durch das Versenden von beispielsweise Audio-, Still Picture-Dateien oder Datenströmen verursachte Datenaufkommen exponentiell wachsen. Aus Sicht eines Netz- betreibers wird es somit zunehmend attraktiv, Daten bei einem derartigen Szenario möglichst direkt und damit kostensparend zu routen.

Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, soge- nannte P2P-Dienste in Mobilfunk-Kommunikationsnetzen, insbe- sondere in GPRS-bzw. UMTS-Netzen besser zu unterstützen und in besonders häufig auftretenden Situationen das Routing von Paketdaten zu optimieren.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und durch ein Mobilfunk-Kommunikationsnetz gemäß Anspruch 4. Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteran- sprüchen aufgeführt.

Gemäß Anspruch 1 wird ein Verfahren zur Steuerung eines Da- tenaustausches zwischen mobilen Teilnehmern in einem paket- orientierten Mobilfunk-Kommunikationsnetz bereitgestellt, wo- bei - jeder Teilnehmer in Abhängigkeit von seinem jeweils ak- tuellen Aufenthaltsort in dem Mobilfunk- Kommunikationsnetz in einem bestimmten Steuernetzknoten (SGSN) des Mobilfunk-Kommunikationsnetzes verwaltet wird, - Verbindungen von/zu einem mobilen Kommunikationsendge- rät des mobilen Teilnehmers innerhalb des Mobilfunk- Kommunikationsnetzes durch den entsprechenden Steuer- netzknoten gesteuert werden, bei dem - in dem Steuernetzknoten ein Adressenregister mit allen den von dem Steuernetzknoten verwalteten mobilen Teil- nehmern zugeordneten Adressen gespeichert wird, - in dem Steuernetzknoten aus ankommenden Datenpaketen eine den Datenpaketen zugeordnete Zieladresse ausgele- sen und mittels einer Suchfunktion mit dem Adressenre- gister verglichen wird,

bei Vorhandensein der Zieladresse in dem Adressenregis- ter die Datenpakete innerhalb des Mobilfunk- Kommunikationsnetzes ausschließlich durch den Steuer- netzknoten behandelt und weitergeleitet werden, bei Fehlen der Zieladresse in dem Adressenregister die Datenpakete von dem Steuernetzkonten zur Weiterbehand- lung an einen weiteren Netzknoten (GGSN) des Mobilfunk- Kommunikationsnetzes geleitet werden.

Bekannt ist, wie bereits erwähnt, dass Teilnehmer- Datenpakete, die das Mobilfunk-Kommunikationsnetz transpa- rent, also getunnelt, durchlaufen erst hinter dem zentralen Übergangspunkt, im Falle eines GPRS-Netzes beispielsweise hinter dem GGSN, d. h. hinter dem Tunnelendpunkt sichtbar wer- den. Von diesem zentralen Übergangspunkt aus, werden dann die Datenpakete mittels eines konventionellen Routings zu einer entsprechend angegebenen Zieladresse transportiert. Von einem ersten mobilen Kommunikationsendgerät wird beispielsweise ein Datenpaket über eine Kontrolleinheit, im Falle eines UMTS- Netzes beispielsweise über einen Radio Network Controller (RNC), einen Steuernetzknoten, wie beispielsweise einen SGSN bis zu dem zentralen Übergangspunkt, wie beispielsweise einem GGSN getunnelt. Im zentralen Übergangsknoten wird dann das ankommende Datenpaket ausgepackt bzw. dekapsuliert und an- schließend geroutet. Handelt es sich bei der Zieladresse um ein anderes zweites mobiles Kommunikationsendgerät, so wird das Datenpaket zu demjenigen zentralen Übergangsknoten gerou- tet, der einen Tunnel zu dem zweiten mobilen Kommunikations- endgerät verwaltet. Dort wird das Datenpaket wieder einge- packt bzw. enkapsuliert und schließlich über einen Steuer- netzknoten, wie beispielsweise einen SGSN, und eine Kontroll- einheit, wie beispielsweise einen Radio Network Controller

(RNC) zu der Zieladresse, d. h. zu dem zweiten mobilen Kommu- nikationsendgerät getunnelt.

Ein Austausch von Multimedia-Inhalten zwischen zwei mobilen Kommunikationsendgeräten konnte bislang beispielsweise über einen sogenannten Multimedia Message Service (MMS) laufen.

Bei diesem Dienst gibt es ein sogenanntes Multimedia Message Service Center (MMSC), welches bei Anwendung des sogenannten "store-and-forward"-Prinzips als Zwischenspeicher fungiert.

Bei diesem Dienst werden die Datenpakete, die von einem mobi- len Kommunikationsendgerät zu einem anderen mobilen Kommuni- kationsendgerät gesendet werden sollen, im Allgemeinen über räumlich weit entfernte Netzknoten geleitet, selbst wenn die mobilen Kommunikationsendgeräte örtlich nahe beieinander lie- gen. Die Folge sind unnötig hohe Latenzzeiten sowie eine un- nötige Belastung des Netzes, wo sonst zusätzliche Paketdaten transportiert werden könnten.

Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist es nun, dass, wenn die Daten austauschenden mobilen Kommunikationsendgeräte ört- lich nahe beieinander liegen und von daher durch denselben Steuernetzknoten, im Falle eines GPRS-Netzes beispielsweise durch denselben SGSN verwaltet werden, das Routing dieser Da- tenpakete optimiert wird. Durch die im Steuernetzknoten er- findungsgemäß vorgesehene Suchfunktion werden relevante Da- tenpakete erkannt und unter Umgehung eines weiteren Netzkno- tens, wie im Falle eines GPRS-Netzes beispielsweise eines GGSNs, ausschließlich durch den Steuernetzknoten, wie bei- spielsweise den SGSN, behandelt. Ein signifikanter Anteil des Datenverkehrs zwischen zwei mobilen Kommunikationsendgeräten wird durch Nutzer hervorgerufen, die räumlich beieinander sind, wie beispielsweise beim Austausch von Klingeltönen, Lo- gos oder MP3-Daten zwischen Freunden oder Bekannten. Erfin-

dungsgemäß wird in diesen Fällen der Datenverkehr im soge- nannten backbone des Mobilfunk-Kommunikationsnetz, wie bei- spielsweise im GPRS-backbone zwischen einem SGSN und einem GGSN stark reduziert. Immer wenn ein Datenpaket mit einer Zieladresse versehen ist, die in dem Adressenregister des Steuernetzknoten abgelegt ist, wird dies durch die erfin- dungsgemäße Suchfunktion erkannt und das somit als relevant erkannte Datenpaket wird erfindungsgemäß nur noch durch den Steuernetzknoten behandelt und weitergeleitet. Ein Umweg über einen weiteren Netzknoten wird damit erfindungsgemäß vermie- den. Ist die Zieladresse nicht in dem Adressenregister des Steuernetzknoten vorhanden, so wird das Datenpaket von dem Steuernetzknoten zu einem weiteren Netzknoten des'Netzes wei- tergeleitet, wie beispielsweise zu einem GGSN in einem GPRS- Netz, der sich dann verantwortlich dafür zeigt, das Datenpa- ket zu seiner Zieladresse zu leiten.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfin- dungsgemäßen Verfahrens wird als Adressenregister eine soge- nannte Hashing-Tabelle mit einer Hash-Funktion gewählt, um möglichst schnell entscheiden zu können, ob ein ankommendes IP-Paket lokal oder über den GGSN weitergeleitet werden soll.

Die Hashing-Tabelle besteht aus einer Liste von Einträgen, die nur einen Binärwert"1"oder"0"enthalten. Das Ordnungs- kriterium, d. h. die Adresse in der Tabelle wird direkt über die Hash-Funktion berechnet. Dies erfolgt durch Umsetzung der IP Adresse in ihren 32-bzw. 128 bit-Wert, mit dem direkt auf die Tabelle zugegriffen werden kann. Ergibt der Test mit der Zieladresse eines am SGSN ankommenden IP Paketes beispiels- weise den Wert l", so signalisiert dies das Vorliegen eines lokalen Ziels, d. h. der Kommunikationspartner ist am selben SGSN angemeldet wie der Absender des IP Paketes und erfin- dungsgemäß behandelt dann ausschließlich der SGSN das Weiter-

leiten des IP Paketes. Ergibt der Test den Wert"0", so muss das IP Paket über den GGSN geleitet werden. Die Tabelle wird während der PDP Kontext Behandlung aktualisiert. Hierzu wird bei jedem Kontextauf-bzw. abbau oder-modifikation die IP Adresse des jeweiligen Teilnehmers in der Tabelle auf den je- weiligen Wert gesetzt, das heißt beispielsweise auf"1"für "lokal vorhanden"und"0"für"nicht vorhanden".

Vorzugsweise wird als Mobilfunk-Kommunikationsnetz ein GPRS- oder ein UMTS-Netz gewählt.

Ferner umfasst die vorliegende Erfindung ein Mobilfunk- Kommunikationsnetz mit mindestens einem Steuernetzknoten, in welchem mobile Teilnehmer des Mobilfunk-Kommunikationsnetzes in Abhängigkeit von deren aktuellem Aufenthaltsort verwaltet und Verbindungen von/zu einem Kommunikationsendgerät eines in dem Steuernetzknoten verwalteten mobilen Teilnehmers inner- halb des Mobilfunk-Kommunikationsnetzes gesteuert werden, wo- bei in dem Steuernetzknoten eine Filterfunktion vorgesehen ist, mit deren Hilfe ankommende Datenpakete in Abhängigkeit einer in den Datenpaketen jeweils angegebenen Zieladresse ausgefiltert werden.

Vorzugsweise ist in dem Steuernetzknoten eine Tabelle vorge- sehen, in welcher alle von dem Steuernetzknoten verwaltete Teilnehmer mit den Teilnehmern entsprechend zugeordneten Ad- ressen verzeichnet sind. Anhand dieser Tabelle ist vorzugs- weise durch die Filterfunktion ein Vergleich einer in einem Datenpaket angegebenen Zieladresse mit den in der Tabelle verzeichneten, den Teilnehmern entsprechend zugeordneten Ad- ressen durchführbar.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfin- dungsgemäßen Mobilfunk-Kommunikationsnetzes ist in dem Steu- ernetzknoten eine Routing-Funktion vorgesehen, mit deren Hil- fe ausgewählte Datenpakete mit einer Zieladresse unter Umge- hung anderer Netzknoten zu dieser Zieladresse geleitet werden können.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfin- dungsgemäßen Mobilfunk-Kommunikationsnetzes sind in dem Steu- ernetzknoten die Filterfunktion und die Routingfunktion der- art gekoppelt, dass die durch die Filterfunktion in Abhängig- keit einer in den Datenpaketen jeweils angegebenen Zieladres- se ausgefilterten Datenpakete durch die Routingfunktion unter Umgehung anderer Netzknoten zu der jeweiligen Zieladresse weitergeleitet werden können. Das bedeutet, dass wenn die Zieladresse eines in dem Steuernetzknoten ankommenden Daten- paketes in dem Adressenregister des Steuernetzknotens vorhan- den ist und dies demnach durch die Filterfunktion des Steuer- netzknotens erkannt wird, so wird dieses Datenpaket mittels der in dem Steuernetzknoten vorgesehenen Routing-Funktion un- mittelbar unter Umgehung anderer Netzknoten, wie beispiels- weise eines GGSNs in einem GPRS-Netz, zu der Zieladresse ge- leitet. Damit können Zeit und Kosten eingespart werden.

Erfindungsgemäß werden somit sogenannte Peer-to-Peer-Dienste bzw. P2P-Dienste in Analogie zur Entwicklung im Internet auch in einem Mobilfunk-Kommunikationsnetz unterstützt. Mittels der Erfindung können sowohl der Operator als auch Mobilfunk- teilnehmer, die von demselben Steuernetzknoten verwaltet wer- den, von der geographischen Nähe profitieren. Für einen Ope- rator ergibt sich eine niedrigere Last im Netz zwischen dem SGSN und dem GGSN, für einen Mobilfunkteilnehmer niedrigere Latenzzeiten und demnach niedrigere Gebühren.

Weitere Vorteile werden anhand der folgenden Figur aufge- zeigt. Es zeigt Fig. 1 Schematische Darstellung einer Ausführungsform des er- findungsgemäßen Verfahrens am Beispiel eines GPRS-Netzes In Figur 1 ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens am Beispiel eines GPRS-Netzes dargestellt. Von dem GPRS-Netz ist im vorliegenden Beispiel ein Radio Network Controller RNC-A, der für den Netzzugang eines Mobilfunkteil- nehmers A mit dessen mobilem Kommunikationsendgerät MS A zu- ständig ist, ein Steuerknoten SGSN, der aufgrund örtlicher Nähe sowohl den Mobilfunkteilnehmer A mit dessen mobilem Kom- munikationsendgerät MS A sowie einen in der Nähe befindlichen weiteren Mobilfunkteilnehmer B mit dessen mobilem Endgerät MS B verwaltet, ein GGSN, der im vorliegenden Fall sowohl für A als auch für B als zentraler Übergangspunkt zur Anbindung an ein Paketdatennetz dient, in den Standards als logischer Re- ferenzpunkt Gi bezeichnet und ein zweiter Radio Network Cont- roller RNC-B, der für den Netzzugang des Teilnehmers B zu- ständig ist, dargestellt. Ein Mobilfunkeilnehmer A möchte nun mittels seines mobilen Kommunikationsendgerätes MS A eine Verbindung zu einem Mobilfunkteilnehmer B bzw. zu dessen mo- bilen Kommunikationsendgerät MS B aufbauen und darüber Daten- pakete senden. Ein von A bzw. von MS A ausgehendes Datenpaket beinhaltet eine Zieladresse, nämlich in dem dargestellten Fall die Adresse des Teilnehmers B bzw. von MS B. Bekannt ist es nun, was in Figur 1 durch die gestrichelte Linie angedeu- tet ist, dass das Datenpaket von der MS A über den Radio Net- work Controller RNC-A, den SGSN zu dem GGSN getunnelt wird.

Im RNC-A wird das Datenpaket in einen entsprechenden IP- Tunnel enkapsuliert. Das bedeutet, dass das Datenpaket bis

zum GGSN transparent behandelt wird. Logisch gesehen erst hinter dem GGSN, nämlich in dem Referenzpunkt Gi wird das Da- tenpaket ausgepackt, d. h. dekapsuliert und von dort anhand der in dem Datenpaket hinterlegten Zieladresse eben zu dieser Zieladresse geroutet bzw. geleitet. Das bedeutet im vorlie- genden Fall, wo sich der Zieladressat, nämlich der Teilnehmer B örtlich nahe bei dem Teilnehmer A befindet, dass ausgehend von dem Referenzpunkt Gi das Datenpaket nun wieder zurückge- sendet wird zu demselben GGSN, dort wieder verpackt, d. h. en- kapsuliert wird und von dort zu demselben SGSN, der sowohl A wie auch B verwaltet, geleitet wird. Von dem SGSN wird das Datenpaket dann zu RNC-B und letztlich zu MS B geleitet. Die Strecke zwischen SGSN und GGSN sowie zwischen GGSN und bei- spielsweise einem externen Router, der am Referenzpunkt Gi angeschlossen ist, wird dabei jeweils zweimal durchlaufen, was für den angestrebten Vorgang, nämlich das Schicken eines Datenpaketes von A zu B unnötig ist. Erfindungsgemäß verfügt nun der SGSN über eine Adressentabelle, eine Suchfunktion und eine Routingfunktion. In der Tabelle wird jedem in dem SGSN verwalteten Teilnehmer die ihm während des Aufbaus eines PDP- Kontextes zugewiesene IP-Adresse zugeordnet. Die Tabelle ist dabei so aufgebaut, dass mittels der Suchfunktion und der in dem ankommenden Datenpaket hinterlegten Zieladresse sehr schnell festgestellt werden kann, ob die Zieladresse in der Tabelle enthalten ist oder nicht. Ist die Zieladresse des Teilnehmers B in der Tabelle enthalten, wie dies in dem vor- liegenden Beispiel der Fall ist, so liest die Suchfunktion die den physikalischen Link bezeichnende Interface-Kennung des den Teilnehmers B behandelnden RNC-B aus, und das Daten- paket wird direkt über dieses Interface zum RNC-B geschickt.

Durch die Behandlung der Datenpakete an der Schnittstelle zum Radio Access Netz wird der GGSN umgangen. Auf diese Weise er- möglicht die die Zieladressen bewertende Such-bzw. Filter-

funktion des SGSN in Verbindung mit dem Adressenregister bzw. der Tabelle aller zum jeweiligen Zeitpunkt von diesem SGSN verwalteten Teilnehmer bzw. deren IP Adressen ein optimiertes Routing für die zu sendenden Datenpakete zwischen allen zum jeweiligen Zeitpunkt von diesem SGSN verwalteten Teilnehmern.