(12) OPIS PATENTOWY (19) PL

R Z E C Z PO SPO L IT A PO LSKA Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (21) Numer zgłoszenia: 315123 (2) Data zgłoszenia: 07.06.1995 (86)Data i numer zgłoszenia międzynarodowego: 07.06.1995, PCT/EP95/02186 (87) Data i numer publikacji zgłoszenia międzynarodowego: 09.05.1996, WO96/13924, PCT Gazette nr 21/96 (11) 177380 (13) B1 (51) IntCl6: H04L 12/56 H04L 29/06 H04Q 7/20 (54) System transmisji danych sterujących w sieciach transmisji danych (30) Pierwszeństwo: 31.10.1994, DE, P4438522.6 (73) Uprawniony z patentu: International Business Machines Corporation, Armonk, US (43)Zgłoszenie ogłoszono: 14.10.1996 BUP 21/96 (72) Twórca wynalazku: Ludger Schäfers, Hirschberg, DE (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 30.11.1999 WUP 11/99 (74) Pełnomocnik: Muszyński Andrzej, POLSERVICE PL 177380 B1 (51) 1. System transmisji danych sterujących w sieciach transmisji danych zawierający poziom aplikacji, poprzez który komunikuje się każdy abonent sieciowy i który to poziom jest niezależny od określonych sieci fizycznych i poziom sieciowy, do którego należy protokół sieciowy i który to poziom jest niezależny od sieci fizycznych, znamienny tym, że zawiera jednostkę integracji sieci (28), która integruje co najmniej dwie różne sieci fizyczne (24, 25) i pozwala tym sieciom prezentować się wobec poziomu sieciowego (27) jako jedna sieć fizyczna, i interfejs sieciowy (23), który jest umieszczony między jednostką integracji sieci (28) a poziomem sieciowym (27). F ig. 3

System transmisji danych sterujących w sieciach transmisji danych Zastrzeżenia patentowe 1. System transmisji danych sterujących w sieciach transmisji danych zawierający poziom aplikacji, poprzez który komunikuje się każdy abonent sieciowy i który to poziom jest niezależny od określonych sieci fizycznych i poziom sieciowy, do którego należy protokół sieciowy i który to poziom jest niezależny od sieci fizycznych, znamienny tym, że zawiera jednostkę integracji sieci (28), która integruje co najmniej dwie różne sieci fizyczne (24, 25) i pozwala tym sieciom prezentować się wobec poziomu sieciowego (27) jako jedna sieć fizyczny i interfejs sieciowy (23), który jest umieszczony między jednostką integracji sieci (28) a poziomem sieciowym (27). 2. System według zastrz. 1, znamienny tym, że jednostka integracji sieci (28) jest zorganizowana na poziomie sieciowym (27). 3. System według zastrz. 1, znamienny tym, że jednostka integracji sieci (28) dostarcza atrybutów sieciowych, które czynią możliwym adresowanie abonenta sieciowego poprzez różne sieci fizyczne (24, 25). 4. System według zastrz. 3, znamienny tym, że modyfikacja atrybutu sieciowego zachodzi automatycznie za pomocą administratora atrybutów sieciowych (31), który działa zgodnie z protokołem zarządzania atrybutami i dokonuje, po przejściu od jednej sieci do innej, translacji atrybutu(ów). 5. System według zastrz. 1, znamienny tym, że jednostka integracji sieci (28) jest realizowana jako program komputerowy. 6. System według zastrz. 1, znamienny tym, że ruchomy abonent sieciowy (21) komunikuje się poprzez co najmniej dwie, różne sieci komórkowe (24, 25) z abonentami sieciowymi w sieciach komórkowych i w sieciach stałych, zgodnie z potrzebami. 7. System według zastrz. 6, znamienny tym, że komunikacja między sieciami komórkowymi i sieciami stałymi zachodzi poprzez stację pośredniczącą. 8. System według zastrz. 1, znamienny tym, że protokół poziomu sieciowego (27) jest protokołem internetowym. 9. System według zastrz. 8, znamienny tym, że programy użytkownika po stronie abonenta sieci stałej (22) adresują abonenta ruchomego przy użyciu pojedynczego adresu protokołu internetowego (23). 10. System według zastrz. 9, znamienny tym, że adres protokołu internetowego (23) jest niezależny od sieci fizycznej, poprzez którą przemieszcza się ruchomy abonent sieciowy (21). * * * Przedmiotem wynalazku jest system transmisji danych sterujących w sieciach transmisji danych, zwłaszcza w sieciach komórkowych lub w stacjonarnych sieciach wielokomputero wych. W ostatnich latach, równolegle z rozwojem tradycyjnych sieci komórkowych do przesyłania mowy, nastąpił postęp w rozwoju znacznie zróżnicowanych sieci komórkowych do transmisji danych w ruchu. Znaczenie tych sieci uświadamia fakt, że kilku dostawców usług sieciowych udostępnia już sieci międzykontynentalne. Jednakże w sieciach tych zauważa się do pewnego stopnia znaczne różnice pod względem leżącej u ich podstaw technologii oraz struktury opłat i obszaru geograficznego, który pokrywają. Poza tym, abonent lub użytkownik sieci często wymaga specyficznych interfejsów dla poszczególnych programów użytkowych. Z powodu istniejącej różnorodnej infrastruktury komórkowej i ze względu na to, że ruchliwość dzisiejszych użytkowników często wymusza przekraczanie przez nich obszaru pokrycia

177 380 3 przez jedną sieć komórkową i wchodzenie w zakres działania innej, konieczne staje się równoczesne współdziałanie z różnorodnymi sieciami przesyłania danych. Znane są systemy transmisji, które pozwalają tylko na specyficznie zdefiniowaną komunikację z pojedynczą siecią fizyczną. W najprostszym przykładzie taki system składa się z wysoce wyspecjalizowanego interfejsu programów aplikacyjnych (API), natomiast w najbardziej złożonym przypadku systemy te dostarczają dla użytkownika standardowych protokołów transmisji danych. Istotą systemy transmisji danych sterujących w sieciach transmisji danych, według wynalazku, zawierającego poziom aplikacji, poprzez który komunikuje się każdy abonent sieciowy i który to poziom jest niezależny od określonych sieci fizycznych i poziom sieciowy, do którego należy protokół sieciowy i który to poziom jest niezależny od sieci fizycznych, jest to, że zawiera jednostkę integracji sieci, która integruje co najmniej dwie różne sieci fizyczne i pozwala tym sieciom prezentować się wobec poziomu sieciowego, jako jedna sieć fizyczna, i interfejs sieciowy, który jest umieszczony między jednostką integracji sieci a poziomem sieciowym. Korzystnie jednostka integracji sieci jest zorganizowana na poziomie sieciowym. Korzystnie jednostka integracji sieci dostarcza atrybutów sieciowych, które czynią możliwym adresowanie abonenta sieciowego poprzez różne sieci fizyczne. Korzystnie modyfikacja atrybutu sieciowego zachodzi automatycznie za pomocą administratora atrybutów sieciowych, który działa zgodnie z protokołem zarządzania atrybutami i dokonuje, po przejściu od jednej sieci do innej, translacji atrybutu(ów). Korzystnie jednostka integracji sieci jest realizowana jako program komputerowy. Korzystnie ruchomy abonent sieciowy komunikuje się poprzez co najmniej dwie, różne sieci komórkowe z abonentami sieciowymi w sieciach komórkowych i w sieciach stałych, zgodnie z potrzebami. Korzystnie komunikacja między sieciami komórkowymi i sieciami stałymi zachodzi poprzez stację pośredniczącą. Korzystnie protokół poziomu sieciowego jest protokołem internetowym. Korzystnie programy użytkownika po stronie abonenta sieci stałej adresują abonenta ruchomego przy użyciu pojedynczego adresu protokołu internetowego. Korzystnie adres protokołu internetowego jest niezależny od sieci fizycznej, poprzez którą przemieszcza się ruchomy abonent sieciowy. Zaletą systemu według wynalazku jest to, że korzystając z pojedynczego standardowego protokołu dokonuje integracji różnorodnych sieci fizycznych. Rozwiązanie według wynalazku umożliwia także użytkownikom swobodny wybór między najbardziej różnorodnymi sieciami i to przy tak małych wydatkach na cele techniczne, jak to jest tylko możliwe oraz z minimalnymi kosztami początkowymi zarówno na wyposażenie, jak i na koszty operacyjne. Pozwala to reagować użytkownikowi na ograniczone pokrycie obszarów geograficznych oraz swobodne poruszanie się z uwzględnieniem warunków opłat. Ponadto zmiana przez abonenta jednej sieci ruchomej na drugą jest całkowicie niezauważona przez użytkowników sieci stacjonarnej lub innego abonenta sieci ruchomej. Sposób transmisji danych sterujących, według wynalazku, wyjaśniono w oparciu o przykład wykonania przedstawiony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia w postaci blokowej znaną integrację sieci wraz z typowym urządzeniem, fig. 2 - znaną zmianę sieci, to jest przejście z sieci do sieci, fig. 3 - przedstawia w postaci blokowej komunikację między aplikacją w jednostce ruchomej a aplikacją w sieci stacjonarnej według wynalazku, a fig. 4 - strukturę i zasadę funkcjonowania jednostki integracji sieci według wynalazku. Figura 1 przedstawia w postaci blokowej znaną integrację sieci w oparciu o protokół internetowy, zgodnie ze znanym stanem techniki. Protokół ten jest standardem w otwartej komunikacji danych i tworzy podstawę ogólnoświatowej sieci wymiany danych, to jest Internetu. Dzięki tej definicji można lepiej zrozumieć i opisywać różne procesy występujące w sieciach transmisji danych. W tym celu najpierw zostanie omówiona pierwotna idea protokołu internetowego. Rozpatrywana zasada adresowania tkwi w adresach internetowych 4, które składają się z 4 bajtów

4 177 380 i tworzy się je z adresu sieci i adresu węzła. Wartość części adresu 4, dotycząca sieci i węzła, może być zdefiniowana poprzez maski sieciowe. Takie adresy typowo reprezentowane poprzez czteroczłonową liczbę dziesiętną, na przykład 19.123.6.1, w której każdy element reprezentuje bajt w postaci dziesiętnej. Każdemu interfejsowi sieciowemu, reprezentowanemu tu poprzez linię przerywaną, przypisuje się unikatowy adres internetowy IP 4. Ogólnie komputer przechowuje kilka interfejsów sieciowych tego rodzaju, na przykład jeden interfejs do komunikacji poprzez sieć typu Token ring 5 i jeden do komunikacji z siecią typu Ethernet 6. Figura 1 przedstawia sytuacje z dwoma takimi interfejsami 7 i 8. Sieci 5 i 6 w każdym przypadku, tak samo jak ich interfejsy 7 i 8, są częścią poziomu fizycznego, obejmującego odpowiedni protokół łącza. Interfejs sieci Token ring 7 może mieć swój adres, na przykład 19.123.6.1, a interfejs sieci Ethernet może mieć adres 19.123.7.6, przy czym w każdym przypadku pierwsze trzy bajty reprezentują adres sieciowy, a adres węzła głównego zawiera tylko ostatni bajt. Podczas adresowania innego komputera, w oparciu o zgodne adresy sieciowe, poziom sieciowy 3, to jest poziom protokołu komunikacyjnego sieci internetowej (IP) decyduje, który interfejs sieciowy ma być wybrany. W przypadku komputera z adresem 19.123.6.128, poziom IP wybiera interfejs sieci Token ring, ponieważ adresy sieciowe interfejsu sieci Token ring i komputera, który ma być zaadresowany, są zgodne. Przykład ten wyjaśnia, że w każdym przypadku adresy internetowe reprezentują fizyczne topologie łączy komputerowych, to jest wraz ze zmianą fizycznych łączy komputera, na przykład ze zmianą sieci Token ring 5 na sieć Ethernet 6, jej adres IP ulega zmianie. Ta wymagana zmiana adresu IP jest niezależna od tego czy poziom sieciowy 3 jest w stanie zarządzać tablicami marszrut, które kierują przepływem danych IP poprzez trzeci komputer, gdy zachodzi taka konieczność. Poziomy aplikacji w każdym przypadku łączą się poprzez odpowiadające im poziomy sieciowe 3. Poprzez te poziomy, łączy się indywidualnych użytkowników sieciowych z urządzeniami transmisyjnymi. Teraz, w oparciu o figurę 2, zostanie przedstawione przemieszczanie się abonenta sieciowego z jednej sieci fizycznej do innej, zgodnie z aktualnym stanem techniki. W tej strukturze, strona stała posiada wiele interfejsów sieciowych 11, 12, zwłaszcza jeden interfejs dla każdej uczestniczącej sieci fizycznej 13, 14. Każdy z tych interfejsów posiada własny adres IP 15 i inicjuje powstanie protokołu IP dla dokładnie jednej sieci fizycznej 13, 14. W celu lepszego opisania niezbędnych procesów, należy założyć, że korzysta się z interfejsu MOBITEX 11 wraz z adresem IP 19.18.71.1 oraz z interfejsu MODACOM 12 z adresem 19.18.72.1. Dla tych adresów 15, ich pierwsze trzy człony reprezentują w każdym przykładzie adres sieciowy. Dla uzyskania łączności poprzez sieć MOBITEX 13 z użyciem jednostki ruchomej, ruchomy interfejs powinien posiadać adres IP 19.18.71.10. W odniesieniu do mechanizmu adresowania, jak opisano powyżej, łączność między aplikacją w sieci stacjonarnej i ruchomym terminalem danych zachodzić będzie poprzez interfejs MOBITEX 11, ponieważ adres sieciowy jest zgodny z adresem ruchomym IP w pierwszych trzech z czterech jego członów. Po zmianie sieci z MOBITEX 13 na sieć MODACOM 14 należy wykonać działanie po stronie stacjonarnej tak, żeby łączność od tego czasu realizować poprzez interfejs MODACOM 12. Zgodnie z zasadami adresowania według protokołu internetowego 3 można to osiągnąć poprzez zmianę adresu IP jednostki ruchomej. Pociąga to jednak tę konsekwencję, że zmienia się identyfikacja jednostki ruchomej w sensie protokołu internetowego 3, to znaczy, że dla łączności z jednostką ruchomą aplikacje w sieci stałej muszą używać innego adresu IP, który pasuje do interfejsu MODACOM 12 zgodnie z poprzednim wykonaniem, np. do adresu 19.18.72.10. W tym przypadku zmiana sieci 13, 14 nie jest już dłużej niezauważalna dla aplikacji w sieci stałej lub dla innych abonentów sieci ruchomych. Figura 3 przedstawia w postaci blokowej system według wynalazku do łączności jednej aplikacji ruchomego abonenta sieciowego 21 z aplikacją w sieci stałej 22 poprzez jednostkę integracji sieci 28. W oparciu o fig. 3 staną się zrozumiałe możliwości niezauważalnej, automatycznej zmiany obszaru ruchowego różnych sieci 24 i 25. W tym celu zakłada się, że ruchomy abonent sieciowy 21 może być na bieżąco osiągany przez ruchomą sieć MODACOM 25, 26. Interfejs sieciowy 23 po stronie stałej 22 będzie mieć adres IP

177 380 5 19.18.70.10, a abonent sieciowy 21 będzie mieć adres IP 19.18.70.65, gdzie w każdym przykładzie pierwsze trzy bajty reprezentują adres sieciowy tak, że po zaadresowaniu abonenta sieciowego 21, poziom IP 27 przekazuje dane, które mają być transmitowane wraz z informacją adresową IP 23 do interfejsu sieciowego. W tym miejscu, w przeciwieństwie do zwykłego interfejsu sieciowego nie zachodzi bezpośrednie połączenie z pojedynczą siecią fizyczną 24, 25 lub 26, lecz raczej w kroku początkowym wybiera się sieć fizyczną, poprzez którą można osiągnąć abonenta sieciowego 21. W tym przypadku jest to sieć MODACOM 26. Tak się dzieje dopóki nie nastąpi drugi krok, w którym zachodzi łączenie z wybraną siecią fizyczną 24, 25. W następstwie tego, w przypadku sieci MODACOM 25, określona zostaje specyficzna informacja adresowa M ODACOM lub atrybuty sieciowe, to jest identyfikator łącza logicznego (LLI), adres X25 radiowej sieciowej stacji przejściowej (RNG) razem ze specyficzną informacją autentyczności MODACOM i wraz z tymi parametrami połączeniowymi, zachodzi komunikacja poprzez sieć MODACOM 25. Dokonywaniem wyboru aktywnej sieci fizycznej dla każdego ruchomego abonenta sieciowego 21 można sterować w różny sposób. W najprostszym przypadku może to robić administrator systemu, który wprowadza, z poziomu jednej sieci fizycznej, zmiany w drugiej, poprzez wejście do plików konfiguracyjnych lub podobnych procedur. Jednakże z uwagi na wyraźnie określone transakcje wymagane przez administratora, zaleca się odmienną procedurę. Podstawą tej procedury jest minimalny protokół między interfejsami sieciowymi po stronach stałej i ruchomej. W tym celu, kiedy włączy się jednostkę lub po aktywizacji rozpatrywanych jednostek komunikacyjnych, na przykład modemu komórkowego MODACOM 26, modemu komórkowego MOBITEX lub telefonu GSM, abonent sieciowy 21 automatycznie komunikuje się z interfejsem sieciowym 23 po stronie stałej 22, aby określić, poprzez którą sieć fizyczną 24, 25 oraz w jaki sposób ma to być osiągnięte. Jeśli abonent sieciowy 21, powinien w pewnej chwili opuścić obszar pokrycia sieci MODACOM 25, na przykład w Niemczech i przemieścić się do obszaru pokrywanego przez sieć MOBITEX 24, na przykład w Holandii, to jest to całkowicie niezauważalne dla aplikacji po stronie abonenta sieciowego 21, jak też po stronie stałej 22. Wykaże się to poniżej w trakcie omawiania procedur i protokołów. W kroku początkowym, użytkownik ruchomego abonenta sieciowego 21 uaktywnia swoją jednostkę komórkową 26 MODACOM oraz odpowiedni interfejs sieciowy 28. Po zaktywizowaniu interfejsu sieciowego 23 po stronie abonenta sieciowego 21, uruchamia się minimalny protokół sterujący w interfejsie sieciowym 23 po stronie stałej 22, za pomocą którego informuje się interfejs sieciowy 28 po stronie stałej 22 o zmianie sieci fizycznej 24, 25. Jest sprawą krytyczną, aby adresy IP uczestniczących tutaj interfejsów sieciowych 23, a zwłaszcza tego umiejscowionego po stronie ruchomej nie zmieniły się w żaden sposób, tym samym zmiana sieci fizycznej 24, 25 pozostawać będzie całkowicie niewidzialna dla protokołów IP 27 i wszystkich poziomów (warstw) leżących poza tą siecią. Figura 4 przedstawia strukturę i zasadę funkcjonowania jednostki integracji sieci 28. Dlatego też, jeszcze raz zakłada się, że abonent sieciowy 21 ma adres IP 19.18.70.65 i można ją osiągnąć w danym czasie poprzez sieć MODACOM 25. Informacje te podaje się w jednostce integracji sieci 28 w formie atrybutu sieciowego. W sieci aktywnej wraz z tą informacją przekazuje się również inne atrybuty, takie jak informacja adresowa dla wszystkich sieci fizycznych, w których faktycznie zarejestrowano danego abonenta sieciowego 21. Odpowiednio do przydziału atrybutów, sterowanie przepływem 32 przekazuje dane sterujące IP poprzez fizyczną sieć MODACOM do abonenta sieciowego 21, używając przy tym atrybuty adresowe MODACOM do specyficznego adresowania MODACOM. Jeśli abonent sieciowy 21 opuszcza obszar pokryty poprzez sieć MODACOM lub przechodzi z innej przyczyny do sieci MOBITEX, to potwierdzenie autentyczności 33 można osiągnąć przy wykorzystaniu jednostki integracji sieci 28 po pierwszej próbie połączenia się poprzez użycie hasła. Po próbie potwierdzenia autentyczności zakończonej sukcesem, administrator atrybutów 31 modyfikuje poszczególne atrybuty sieciowe w taki sposób, że wyznacza się sieć MOBITEX jako aktywną sieć fizyczną wraz z właściwą informacją adresową.

6 177 380 Po tym, sterowanie przepływem 32 przekazuje dane sterujące IP odpowiednio poprzez sieć MOBITEX. Jeśli abonent sieciowy 21 powinien przejść do obszaru nie pokrytego żadną siecią, to sterowanie przepływem 32 informuje o tym administratora atrybutów 31 poprzez odpowiednie potwierdzenie zwrotne sieci fizycznej tak, że sieć aktywna pozostaje niezdefiniowana i sterowanie przepływem 32 całkowicie uniemożliwia przepływ danych sterujących IP do abonenta sieciowego 21. W podobny sposób sterowanie przepływem 32 ma możliwość, po przekroczeniu okresu pasywnego abonenta sieciowego 21, nieuznawania go za jednostkę aktywną dopóki nie zostanie wykonane nowe potwierdzenie autentyczności. Moduły adapterowe służą do adaptacji sterowania przepływem 32, do różnych sieci fizycznych, czyniąc dostępnym jednolity interfejs wewnętrzny pod prąd, to znaczy zwykle w kierunku od abonenta do stacji bazowej i używając jednakże specyficznych interfejsów API sieci fizycznych zgodnie z prądem, to znaczy zwykle w kierunku od stacji bazowej do abonenta.

177 380 Fig. 3 Fig. 4

177 380 F ig. 1 Fig. 2 Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz. Cena 2,00 zł.