JP5795265B2 - ローカルブレイクアウト用のリンク層スイッチング - Google Patents

Description

本発明は、以下に限定されるわけではないが、ユニバーサル・モバイル・コミュニケーションズ・システム（ＵＭＴＳ）又はロングターム・エボリューション（ＬＴＥ）又はローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）ネットワークなどのパケット交換ネットワークにセルラアクセスネットワークを介してアクセスできるようにするための方法、装置、及びコンピュータプログラム製品に関する。

第３世代パートナーシッププロジェクト（３ＧＰＰ）内、並びに通信事業者及びメーカー団体では、ホーム基地局、ホームＮｏｄｅＢ、フェムトｅＮｏｄｅＢ（ｅＮＢ）、又はその他のあらゆる種類のホームアクセス装置（以下、「ＨＮＢ」と呼ぶ）の話題が広く議論されるようになってきた。ＨＮＢを自宅及びオフィスに導入すると、加入者が建物内で自身の既存のハンドセットを使用したときにカバレッジが大幅に改善され、ブロードバンド無線性能が大幅に増す。さらに、インターネットプロトコル（ＩＰ）ベースのアーキテクチャにより、事実上あらゆる環境においてブロードバンドインターネットサービスを展開して管理できるようになる。

現在の標準化活動では、３Ｇ及びＬＴＥを背景とするフェムト基地局の展開シナリオが、メーカー及び通信事業者の大きな関心を集めている。３ＧＰＰ標準化活動の現状では、いくつかの作業部会によってＨＮＢの展開が認められ、このようなＨＮＢの展開に関する要件を掌握するための公式文書が起草されている。

３ＧＰＰ仕様書ＴＳ ２２．２２０には、ホームベースのネットワークにおけるローカルＩＰアクセスについての記載があり、通信事業者のコアネットワークを介した通常のＩＰベースのサービスに加え、ＨＮＢからホームベースのネットワークへの又はインターネットへのローカルＩＰブレイクアウト（ＬＢＯ）が提案されている。ＩＰトラフィックのローカルブレイクアウト（「経路最適化」とも呼ばれる）を可能にすることで、エンドツーエンドの経路を短縮すること、及び（もともと高品質のサービスを提供している）比較的高価なＩＰ基幹回線上の負荷を低減することの両方が可能になる。

ローカルＩＰアクセスは、ＨＮＢ内でユーザのローカルＩＰトラフィックを差別化することを目的としており、このためホームベースのネットワークに接続されたＩＰ装置へ／からのローカルＩＰトラフィックが最短経路で転送されて、ホームベースのネットワークの外部を通過しない（すなわち、イントラネットトラフィックのままである）ようになる。さらに、インターネットへのローカルＩＰアクセストラフィックは、必ずしも通信事業者の進化型パケットコア（ＥＰＣ）を通過するとは限らず、すなわちインターネットトラフィックは、基地局にとってローカルなゲートウェイを介してインターネットとの間で転送又は受信され、通信事業者のコアノードを通過する必要はない。

現在の３ＧＰＰ仕様及び寄稿書では、ホームベースのネットワーク又はインターネットへのローカルブレイクアウトを実施するために、汎用パケット無線サービス（ＧＰＲＳ）ゲートウェイサポートノード（ＧＧＳＮ）又は別の種類のゲートウェイ機能をＨＮＢに統合することを提案している。しかしながら、ローカルＩＰアクセスのためのローカルゲートウェイをＨＮＢに実装するには、（トンネリング、課金、ホームエージェントなどの）多くのゲートウェイ機能を組み込む必要があるため、複雑性及び処理負荷が増し、無線アクセスネットワーク（ＲＡＮ）とコアネットワークとの間の合意済みの分割が反故になる。さらに、ゲートウェイ装置は、３ＧＰＰが規定するベアラサービスに／からユーザトラフィックをルーティングするためにＩＰルックアップを実行するＩＰルータとしてモデル化されている。従って、ＨＮＢ内のＧＧＳＮ様のＩＰルータ機能でローカルブレイクアウトを行った場合、あらゆる種類のＨＮＢ間ハンドオーバによってＧＧＳＮが変更され、従ってセル再選択手順を使用する必要があるという不都合が生じる。言換すれば、ＨＮＢ内のローカルゲートウェイ機能をＩＰルータとしてモデル化すると、サービスを受ける側の（ユーザ装置（ＵＥ）などの）端末装置を現在のＨＮＢに接続したときにしかＩＰモビリティ及びセッション継続性が機能しないように制限されるようになる。これにより、例えばローカルエリア内の複数のセル又は基地局を通じてローカルＩＰアクセスを行うことができるオフィス又はキャンパス内などのローカルエリアのシナリオでは深刻な制限が生じるようになる。

とりわけ、基地局装置内に単純化したゲートウェイ機能を提供し、インターフェイスの変更を最小限に抑えてゲートウェイ管理をローカルに処理できるようにすることが本発明の目的である。

この目的は、
・端末固有のコネクション型ポイントツーポイントリンクを設けて、セルラアクセスネットワークを介してパケット交換ネットワークにアクセスできるようにするための無線インターフェイス手段と、
・前記端末固有のコネクション型ポイントツーポイントリンクをリンク層レベルでパケット交換ネットワークにスイッチして、前記アクセスのための接続点が前記パケット交換ネットワーク内に位置するようにするためのリンク層処理手段と、
・前記パケット交換ネットワークのための端末固有の終端点を提供するためのネットワークインターフェイス手段と、
を含む装置により達成される。

さらに、上記目的は、
・端末装置とセルラ基地局装置との間に端末固有のコネクション型ポイントツーポイントリンクを設けて、セルラアクセスネットワークを介してパケット交換ネットワークにアクセスできるようにするステップと、
・前記セルラ基地局装置における前記端末固有のコネクション型ポイントツーポイントリンクをリンク層レベルで前記パケット交換ネットワークにスイッチして、前記端末装置のための接続点が前記パケット交換ネットワーク内に位置するようにするステップと、
・前記パケット交換ネットワークのための端末固有の終端点を前記セルラ基地局装置に提供するステップと、
を含む方法により達成される。

また、上記目的は、いずれのソフトウェア制御の装置であってもよいコンピュータ装置上で実行されたときに上記方法ステップを引き起こすためのコード手段を含むコンピュータプログラム製品により達成される。このコンピュータプログラム製品は、ネットワークシステムからダウンロードできる、又はコンピュータ可読記憶媒体上に記憶されるソフトウェアルーチンとすることができる。

従って、（ＨＮＢなどの）基地局装置に（Ｌ２スイッチなどの）リンク層スイッチ手段又は機能を設けた場合、このアーキテクチャでは、ルーティングプロトコルを実行したりルータ通知などを行ったりする必要が全くないので、ゲートウェイ又はルータ機能と比較してアーキテクチャを大幅に単純化することができる。アップリンク方向では、基地局装置は、（ローカルアクセスネットワークなどの）パケット交換ネットワーク内の基地局装置のネットワークインターフェイスにローカルアクセストラフィックを直接転送するだけである。基地局装置では、トンネリングプロトコルもその他の種類のトンネリング手順も全く必要ない。提案するスイッチ手段又は機能はリンク層のブリッジ機能とみなすことができるため、物理的な基地局装置からルーティング又はルータ機能を分離して外部ノードへ移せるようになるとともに、（ＬＡＮなどの）同じパケット交換ネットワークに複数の基地局装置を接続できるようになる。端末装置は、同じサブネットに接続された全ての基地局装置のローカルアクセスサービスに同じネットワークアドレスを使用することができる。このことは、同じサブネット内で基地局間ハンドオーバを行う際に、セッション継続性のあるモビリティを単純にリンク層で処理できることを意味する。

提案するパケット交換ネットワークへのアクセスリンクとポイントツーポイント無線リンクとの間の単純なリンク層スイッチ又はブリッジ機能により、基地局装置での（Ｌ３処理などの）ネットワーク層の処理を省略することができるので、基地局装置で必要とされる処理能力が少なくて済む。

リンク層処理手段は、ハンドオーバに関連するセッション継続性をリンク層レベルで処理するように構成することができる。

さらに、ユーザのダウンリンクトラフィックを、対応する端末固有のコネクション型ポイントツーポイントリンクへ無線インターフェイス手段を介して転送するためにネットワーク層プロトコルルックアップを行うためのネットワーク層処理手段を提供することができる。

これに加えて、或いはこれとは別に、ユーザのダウンリンクトラフィックをパケット交換ネットワークから対応する端末固有のコネクション型ポイントツーポイントリンクへ転送する決定を、割り当てられた端末固有のリンク層アドレスから導出するようにリンク層処理手段を構成することができる。

装置は、受信したアクセストラフィックを、ネットワークインターフェイス手段を介してパケット交換ネットワークへ直接転送するようにさらに構成することができる。

無線送信のスケジューリングは、リンク層のフレーム情報を使用することにより無線インターフェイス手段によって行うことができる。

また、受信したリンク層ヘッダに基づいてリンク層処理手段のためのスイッチング情報を導出するためのヘッダ処理手段を提供することもできる。

特定の例では、ネットワークインターフェイス手段を、パケット交換ネットワークへの端末固有のイーサネット（登録商標）インターフェイスをエミュレートするように構成することができる。

リンク層処理手段は、リンク層レベルでリンク層アドレスに基づいて、ユーザトラフィックの端末固有のコネクション型ポイントツーポイントリンクへのマッピングを行うようにさらに構成することができる。

また、マークの付いたネットワーク層ユーザパケットを対応するリンク層サービスにマッピングすること、及びアプリケーション層のヘッダ圧縮及び暗号化を実行することの少なくとも一方のためにネットワーク層処理手段を提供することができる。より具体的には、ネットワーク層処理手段を、アプリケーション層アドレスをリンク層アドレスにマッピングすることに基づいて、端末固有のコネクション型ポイントツーポイントリンクにトラフィックを転送するための決定を導出するように構成することができる。

その他の有利な変更点については従属クレームで定義する。

添付図面を参照しながら、本発明を実施形態に基づいてより詳細に説明する。

いくつかの実施形態による、リンク層スイッチ機能を含むＨＮＢを有する概略的なネットワークアーキテクチャを示す図である。 第１の実施形態による、関連するネットワーク要素のより詳細なアーキテクチャを示す図である。 第２の実施形態による、関連するネットワーク要素のより詳細なアーキテクチャを示す図である。 第１の実施形態による、ブリッジ機能の概略ブロック図である。 第２の実施形態による、ブリッジ機能の概略ブロック図である。 第３の実施形態による、ソフトウェアベースの実施構成の概略ブロック図である。

以下、限定的ではなく例示的なＬＴＥネットワークアーキテクチャに基づいて本発明の実施形態を説明する。

図１は、建物内などの加入者の家庭環境においてゲートウェイ機能を低減し、通信事業者のコアネットワーク（ＣＮ）６００、ＩＰネットワーク５００、及びアクセスルータ（ＡＲ）３０を含むホームベースのＬＡＮ３００に接続された少なくとも１つのＨＮＢ２０を含む概略的なネットワークアーキテクチャを示している。ＨＮＢ２０は、ＩＰトラフィックを、ＣＮ６００を介さずにＩＰネットワーク５００又はＬＡＮ３００に直接スイッチするためのＩＰスイッチ（ＩＰ−ＳＷ）２２０を含む。従って、ＩＰスイッチ２２０は、ローカルＩＰトラフィック（Ｌ−ＩＰ−Ｔ）とその他のＩＰトラフィック（ＩＰ−Ｔ）とのＬＢＯのためのゲートウェイ機能を提供するように機能する。ＩＰトラフィックは、無線インターフェイスを介してＨＮＢ２０に無線接続されたＵＥ１０で発生し又は終了することができる。

ＨＮＢ２０内の３ＧＰＰ仕様の無線インターフェイスは、ＵＥ固有のコネクション型ポイントツーポイントリンク（すなわち、ベアラサービス）に基づいてユーザプレーンに作用し、すなわちＵＥ１０とＨＮＢ２０の間の無線リンクは、同報送信に対応することができない。

無線インターフェイスを介したコネクション型ポイントツーポイントリンクにより、ＵＥ１０の制御下で近隣探索機能を実行することはできない。このため、ＵＥ１０のサービングＨＮＢ２０が、ＬＡＮ３００及びＩＰネットワーク５００へのインターフェイスを含み、これがＬＡＮ３００及びＩＰネットワーク５００からのＵＥ１０の終端点を提供する。

従って、いくつかの実施形態によれば、従来のゲートウェイソリューションの場合のように、ローカルＩＰアクセス（又はＬＢＯ）サービスのためにＨＮＢ２０内に完全なＩＰルータ機能を実現する代わりに、ＨＮＢ２０のゲートウェイ機能を単純化して、ＬＡＮ３００（ホームベースのネットワーク）又はＩＰネットワーク５００と、無線インターフェイスを介したＵＥ固有のポイントツーポイントリンク（ベアラサービス）との間のユーザＩＰトラフィックのスイッチ又はブリッジ機能として動作するようにすることができる。このスイッチ又はブリッジ機能は、ＩＰ認識機能とすることができ、すなわち、このＩＰスイッチ２２０により提供される機能が、ＬＡＮ３００及びＩＰネットワーク５００への「ＵＥプロキシ」として振る舞うことにより、ＵＥ１０がＩＰアドレスを割り当てるのを支援して近隣探索機能をサポートするだけでなく、ＵＥ１０に対するリンク層モビリティを透過的に実行してローカルＩＰアクセスサービスエリア内で何らかのＩＰモビリティ機構を使用する必要性を排除すべく機能するようにすることもできる。

開放型システム間相互接続参照モデル（ＯＳＩモデル）によれば、ネットワークアーキテクチャは７つの層に分割され、上位から下位へ、アプリケーション層、プレゼンテーション層、セッション層、トランスポート層、ネットワーク層、リンク層（又はデータリンク層）、及び物理層というように指定されている。層とは、上位の層にサービスを提供して下位の層からサービスを受ける概念上同様の機能の集合とみなすことができる。例えば、ネットワークを越えてエラーのない通信を提供する層は、その上位のアプリケーションが必要とするパスを提供する一方で、次の下位層を呼び出して、パスの内容を構成するパケットを送受信する。

本実施形態では、リンク層（「Ｌ２」とも呼ぶ）レベルとネットワーク層（「Ｌ３」とも呼ぶ）レベルを区別する。ネットワーク層は、送信元から宛先へ１又はそれ以上のネットワークを介して可変長のデータシーケンスを転送する機能的及び手順的手段を提供する一方で、トランスポート層により要求されるサービス品質を維持する。ネットワーク層は、ネットワークルーティング機能を実行するとともに、断片化及び再構築を実行して配信エラーを報告することもできる。ルータはこの層で動作し、拡張されたネットワークを通じてデータを送信してインターネットを可能にする。ネットワーク層プロトコルすなわちＬ３プロトコルの周知例にはインターネットプロトコル（ＩＰ）がある。このプロトコルは、エンドシステムから入口ルータへ、ルータからルータへ、及び出口ルータから宛先エンドシステムへ一度に１ホップずつデータのコネクションレス型転送を行うことを管理する。このプロトコルは、ネクストホップへの信頼性の高い配信に関与することはなく、エラーのあるパケットを検出してこれらを破棄又は訂正できるようにすることにのみ関与する。ネクストホップの媒体がパケットを現在の長さで受け入れることができない場合、ＩＰが、媒体が受け入れできる十分に小さなパケットにパケットを断片化する役割を担う。

（データ）リンク層（Ｌ２）は、ネットワークエンティティ間でデータを転送するための、及び物理層（「Ｌ１」とも呼ばれる）で発生し得るエラーを検出して、可能な場合これを訂正するための機能的及び手順的手段を提供する。元来、この層は、電話システムの広域媒体に典型的なポイントツーポイント媒体及びポイントツーマルチポイント媒体を対象としていた。コネクション型広域ネットワーク（ＷＡＮ）のデータリンクプロトコルは、フレーミングに加え、エラーを検出して訂正することができる。これらのプロトコルは、送信レートを制御することもできる。さらに、ＬＡＮは、フレームベースのコンピュータネットワーキング技術群であるイーサネット（登録商標）仕様に基づく。この名前は、「エーテル」の物理的概念に由来する。イーサネット（登録商標）では、媒体アクセス制御（ＭＡＣ）層におけるネットワークアクセス手段を通じて、ＯＳＩネットワーキングモデルの物理層のための数多くのワイヤリング及びシグナリング規格が定められるとともに、共通アドレッシングフォーマットが定められる。イーサネット（登録商標）は、ＩＥＥＥ ８０２．３として標準化されている。

提案するＩＰスイッチ２２０をＨＮＢ２０のユーザプレーンインターフェイス内に提供し、ＬＡＮ３００及びＩＰネットワーク５００の立場から見た（Ｌ２スイッチなどの）リンク層スイッチとして実現することができる。このことは、ＵＥ１０又はＨＮＢ２０の立場からすれば、これらのローカルＩＰ接続点が、ＨＮＢ２０から見た外部ネクストホップルータ内に配置されることを意味する。ホーム又はローカルエリアネットワーク（オフィス、キャンパスなど）としてのＬＡＮ３００では、このネクストホップルータを、別個のデジタル加入者回線（ＤＳＬ）ルータボックス内などに設けられた、外部ネットワークへのデフォルトゲートウェイとすることができる。或いは、ＩＰネットワーク５００の場合、これをインターネットサービスプロバイダ（ＩＳＰ）ネットワーク内の最も近いＩＰルータとすることができる。

ＩＰ認識ブリッジ又はスイッチ機能をＩＰスイッチ２２０内で実現する場合、ＨＮＢ２０は、無線インターフェイスを介して対応するＵＥ固有のベアラサービス（すなわち、ポイントツーポイントリンク）へユーザのダウンリンクトラフィックを転送するためにＩＰルックアップを実行することができる。ＩＰ認識ブリッジ又はスイッチ機能を実現するための別の代替例として、ＩＰスイッチ２２０を無線Ｌ２スイッチとしてモデル化することができる。この場合、以下で説明するように、ユーザのローカルＩＰトラフィックをＬＡＮ３００又はＩＰネットワーク５００から対応するＵＥ固有のベアラサービスへ転送する決定を、（イーサネット（登録商標）ＭＡＣアドレスなどの）ＵＥ固有のリンク層アドレスに基づいて行うことができる。

従って、提案するＨＮＢ２０内のＩＰスイッチ２２０は、ＩＰルーティングプロトコルを実行したりルータ通知などを行ったりする必要がないという利点をもたらす。アップリンク方向では、ＨＮＢ２０は、ＬＡＮ３００又はＩＰネットワーク５００内の自己のネットワークインターフェイスへローカルＩＰアクセストラフィックを単純に直接転送し、いずれのトンネリングプロトコル又はその他のＩＰトンネリングも必要としない。

ＬＡＮ３００又はＩＰネットワーク５００内に（プロキシモバイルＩＰ内のホームエージェントなどの）いずれのモビリティエージェントノードも必要とすることなく、同じローカルエリアに接続された複数のＨＮＢ又はその他の種類の基地局間のＩＰセッション継続性をサポートするローカルＩＰアクセスサービスから、ＩＰスイッチ２２０を含む提案するＨＮＢ２０の利点を認識することができる。

図２は、ホームベースのＬＡＮ３００又はＩＰネットワーク５００へのＬＢＯ動作に関与するネットワーク要素のプロトコル関連アーキテクチャの概略ブロック図である。図２のブロック図は、上記ＯＳＩモデルに基づくものであり、上位のプロトコル層に関する構成要素を下位のプロトコルレベルに関する構成要素の上に示している。

図２の処理ブロック間の関係から推測できるように、ＵＥ１０、及びＬＡＮ３００又はＩＰネットワーク５００又はこれらの背後にあるコレスポンデントノード（ＣｏＮ）４０は、最上位のプロトコルレベル（アプリケーションプロトコル）で互いに直接通信し、下位のプロトコルレベルは、この直接通信のための様々なレベル及び種類のサポートを提供する。関連するその他のネットワーク要素、すなわちＨＮＢ２０及びアクセスルータ３０への及びこれらの間の下位レベルの通信が存在する。ＨＮＢ２０とＵＥ１０の間にはポイントツーポイント無線リンクが提供され、ＨＮＢ２０とアクセスルータ３０の間には同報アクセスリンクが確立される。

ＵＥ１０におけるプロトコルスタックは、上位から下位へ、エンドツーエンドアプリケーション１２、端末制御機能１４、無線リソース制御（ＲＲＣ）機能１５、ＩＰバージョン４（ＩＰｖ４）及び／又はＩＰバージョン６（ＩＰｖ６）機能１６、パケットデータ制御プロトコル（ＰＤＣＰ）機能１１、無線リンク制御（ＲＬＣ）及び／又はＭＡＣ機能１７、及び無線（Ｌ１）機能１８を含む。

ＨＮＢ２０は、上位から下位へ、分離した基地局無線インターフェイス部分と基地局ネットワークインターフェイス部分とを接続する基地局制御機能２２を含む。基地局無線インターフェイス部分は、上位から下位へ、ＲＲＣ機能２５、ブリッジ機能２２３、ＰＤＣＰ機能２１、ＲＬＣ／ＭＡＣ機能２７、及び無線Ｌ１機能２８を含む。基地局ネットワークインターフェイス部分は、上位から下位へ、ユーザデータグラムプロトコル（ＵＤＰ）及び／又は送信制御プロトコル（ＴＣＰ）及び／又はシンプルコンピュータテレフォニープロトコル（ＳＣＴＰ）機能２４を含む。

第１の実施形態によれば、ブリッジ機能２３４が、リンク層スイッチ又はブリッジ機能を提供することにより、基地局無線インターフェイス部分と基地局ネットワークインターフェイス部分とをブリッジする。また、基地局ネットワークインターフェイス部分は、ＩＰｖ４／ＩＰｖ６及び／又はインターネット制御メッセージプロトコル（ＩＣＭＰ）機能２６、データリンク層機能２９、及び物理層機能２１０も含む。アクセスルータ３０におけるプロトコルスタックは、アクセスルータ制御機能３２、ＵＤＰ／ＴＣＰ／ＳＣＴＰ機能３４、ＩＰｖ４／ＩＰｖ６／ＩＣＭＰ機能３３、ＩＰルーティング及び転送機能３６、及び両インターフェイス側にそれぞれのデータリンク層及び物理層機能３９、３８、及び３５、３１０を含む。

最後に、コレスポンデントノード４０は、ＵＥ１０におけるそれぞれのエンドツーエンドアプリケーション機能１２と通信するエンドツーエンドアプリケーション機能４２、ＩＰｖ４／ＩＰｖ６機能４６、データリンク層機能４９、及び物理層機能４８を含む。

説明を簡潔にするために、上記の全てのプロトコル機能の処理及び目的の詳細については省略する。

図２の第１の実施形態では、ポイントツーポイント無線リンクの無線インターフェイスが、ＩＰサービスの途切れないモビリティ及びサービス品質を最小限の待ち時間でサポートするように設計された進化型パケットシステム（ＥＰＳ）ベアラモデルに従うと仮定する。かつてのネットワークアーキテクチャと比較すると、無線ネットワークコントローラ（ＲＮＣ）がデータパスから削除され、この機能がＨＮＢ２０内に組み込まれて、遅延を低減しネットワーク性能を最適化する。

ＨＮＢ２０は、同報通信対応媒体としてＬＡＮ３００又はＩＰネットワーク５００に物理的に接続する。無線インターフェイス部分の無線リンクとネットワークインターフェイス部分のアクセスリンクとの間のブリッジ機能２３２は、サービスを受ける側のＵＥにローカルＩＰアクセスサービスを提供するための最低限の３ＧＰＰ標準ゲートウェイ機能セットを実装するように構成することができる。ローカルＩＰアクセスサービスのためのＥＰＳベアラ処理は、ＵＥが要求する修正済みのパケットデータネットワーク接続手順を用いてアクセスポイントプロトコルを介して処理できるので、これらのローカルゲートウェイ機能は、ＨＮＢ２０内の仮想ゲートウェイ機能とみなすことができる。

従って、第１の実施形態では、無線インターフェイスを介してポイントツーポイント無線リンクを使用する点を除き、ＨＮＢ２０内のローカルゲートウェイ機能を、単純な無線ＬＡＮ（ＷＬＡＮ）アクセスポイントに類似する無線Ｌ２スイッチとして実現することができる。従って、ローカルゲートウェイ機能をリンク層すなわちＬ２装置として実現して、１又はそれ以上のＨＮＢを、ホームイーサネット（登録商標）ＬＡＮなどのＬ２スイッチされたネットワークで構成される１つのＩＰサブネットに接続できるようにすることができる。

ＨＮＢ２０内の仮想ローカルゲートウェイは、アクセスルータ３０へのアクセスリンクとＵＥ１０へのポイントツーポイント無線リンクとの間の単純なリンク層すなわちＬ２ブリッジ又はスイッチ機能を提供する。従って、ブリッジ機能２３２内のネットワーク層すなわちＬ３処理を省略することができるので、ブリッジ機能２３２がＨＮＢ２０内で必要とする処理能力が少なくて済む。このソリューションにより、ローカルＩＰアクセスに専用ＥＰＳベアラを使用してＵＥ１０内で通常の３ＧＰＰ ＩＰスタックを実現できるようになる。さらに、提案するＨＮＢ２０をＬＡＮ３００に接続するために「市販の」アクセスルータ３０を修正する必要はない。デフォルトゲートウェイとしてのアクセスルータ３０は、ＬＡＮ３００内でパケットルーティング及び近隣探索を行うための標準アクセスルータとして振る舞う。

提案する縮小したローカルゲートウェイ機能では、１つのアクセスルータが、同じリンクに接続された複数のＨＮＢにサービスを提供することができる。現在では、これらのＨＮＢ間のＨＮＢ間ハンドオーバをリンク層（Ｌ２）で処理することができ、伝送問題には安価なＬ２スイッチを使用することができる。これには、既存のアーキテクチャを使用できるという理由で利点がある。ブリッジ機能２３２を使用して、ＵＥ１０、ＨＮＢ２０、及びアクセスルータ３０の間の無線リンク及びアクセスリンクをともに接続し、ＷＬＡＮアクセスポイントに類似するアクセスルータ３０へのイーサネット（登録商標）接続をエミュレートすることができる。

一例として、Ｏｐｅｎ Ｂａｓｅ Ｓｔａｔｉｏｎ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ Ｉｎｉｔｉａｔｉｖｅ（ＯＢＳＡＩ）対応製品を使用してＨＮＢ２０を実現することができる。関与する基地局は、提案するブリッジ機能２３２、２３４を実現できるようにするためのリンク層（Ｌ２）スイッチ伝送インターフェイスを含むだけでよい。

図３は、第２の実施形態による、図２と同様のプロトコルアーキテクチャの概略ブロック図である。ここでは、ＨＮＢ２０のローカルゲートウェイを無線ＩＰ認識Ｌ２スイッチとして構成して、上位層におけるユーザトラフィックを認知するより知的なＬ２装置を提供する。しかしながら、別個のアクセスルータ３０におけるネットワーク層（Ｌ３）とリンク層（Ｌ２）との間の機能分割を明確にすることで、Ｌ２スイッチされたネットワークで構成される１つのＩＰサブネットに（ＨＮＢなどの）１又はそれ以上のアクセスポイントを接続することが依然として可能となる。

図３から推測できるように、現在、ブリッジ機能２３４はＩＰｖ４／ＩＰｖ６／ＩＣＭＰ機能２６に接続しており、これが次にリンク層のデータリンク層機能２９に接続する。これにより、上位層におけるユーザトラフィックを認知できるようになる。

ここでも、ＨＮＢ２０をＬＡＮ３００に接続するために「市販の」アクセスルータ３０を修正する必要はない。ＵＥ１０がポイントツーポイント無線リンクを介して近隣探索手順を実行する必要がない場合、ＨＮＢ２０は、ＵＥ１０のアクセスルータ３０へのイーサネット（登録商標）接続をプロキシすることができる。無線リンク及びアクセスリンクは、異なるリンク層アドレス指定スキームを使用することができ、これにより無線リンクを介してイーサネット（登録商標）フレームを送信する必要がないという利点が得られる。さらに、ＨＮＢ２０のイーサネット（登録商標）ＭＡＣアドレスにマップされるＵＥ固有のＩＰアドレスに基づいて、アクセスリンクから無線リンクへ転送を行う決定を制御できることにより、中間にあるＬ２スイッチで必要とされる転送テーブルの入力が少なくて済む。

この場合も、ＯＢＳＡＩ対応製品を使用して、第２の実施形態によるＨＮＢ２０を実現することができる。対応する基地局は、基地局のアクセスリンクに統合されたＬ２スイッチ伝送インターフェイスを含むことができる。

以下、図４及び図５に基づき、第１及び第２の実施形態のブリッジ機能についてより詳細に説明する。

図４は、第１の実施形態によるＨＮＢ２０のブリッジ機能２３２により提供される機能の概略ブロック図である。図示の無線インターフェイス（ＲＩ）機能２０２及びネットワークインターフェイス（ＮＩ）機能２０６は、ＨＮＢ２０の基地局無線インターフェイス部分及び基地局ネットワークインターフェイス部分を相互接続するブリッジ機能２３２の同じ部分に対応する。また、ブリッジ機能２３２は、リンク層すなわちＬ２処理機能（Ｌ２−Ｐ）２０４及びリンク層すなわちＬ２ヘッダ処理機能（Ｌ２−ＨＰ）２０５を含む。無線インターフェイス機能２０２は、Ｌ２パケットの境界（リンク層フレーム）を検出するように構成され、従って無線インターフェイスを介して送信を行うためにスケジューリングアルゴリズム内でこの情報を使用することができる。

ブリッジ又はスイッチ機能を実現するために、Ｌ２ヘッダ処理機能２０５は、Ｌ２ヘッダを抽出して、ブリッジングに無線Ｌ２スイッチ機能を提供するように処理する。ネットワークインターフェイス機能２０６は、ＬＡＮ３００へのＵＥイーサネット（登録商標）インターフェイスをエミュレートするように機能するのに対し、無線インターフェイス機能２０２は、ポイントツーポイント無線リンクを介してイーサネット（登録商標）フレームを除去することができる。レイヤ２処理機能２０４は、Ｌ２ヘッダ処理機能２０５によって提供されたリンク層アドレスに基づいて、ＬＢＯのためにユーザトラフィックをＥＰＳベアラサービスにマッピングする。また、ＨＮＢ２０のＵＥ１０へのプロキシ機能を、Ｌ２処理機能２０４がイーサネット（登録商標）ＭＡＣアドレスなどのＵＥ固有のリンク層アドレス（ＬＬＡ）をネットワークインターフェイス機能２０６に割り当てることによって実現できるため、Ｌ２処理機能２０４でのブリッジ決定においてＩＰルックアップを行う必要がない。

また、無線インターフェイス機能２０２又はＬ２処理機能２０４を、ＵＥ近隣探索手順を同報通信機能でフィルタ処理するように構成することができる。同様に、ポイントツーポイント無線リンクを介してＩＣＭＰ同報メッセージをフィルタ処理することができる。

ＨＮＢ２０及びＵＥ１０から見たネクストホップルータが複数のルータホップの背後に位置する場合、提案するブリッジ機能２３２の導入による変更では、ネットワーク制御による高速／シームレスなハンドオーバにおけるＬ２からＬ３への相互作用（現在のＩＣＭＰｖ６に対するＮＥＴＬＭＭ拡張など）に新規のローカルＩＰモビリティプロトコルが必要となる場合がある。

図５は、第２の実施形態によるブリッジ機能２３４において提供される個々の機能の概略ブロック図である。

図４に関連して説明した機能に加え、ネットワーク層（Ｌ３）処理機能（Ｌ３−Ｐ）２０７が提供されるとともに、ヘッダ処理機能がＬ２及びＬ３ヘッダ処理機能（Ｌ２／３−ＨＰ）２０８に拡張されている。

強化されたヘッダ処理機能２０８及びＬ３処理機能２０７は、ブリッジ機能におけるＬ３認知を可能にして、ユーザのＤｉｆｆｓｅｒｖ（すなわち、差別化したサービス）マークが付いたパケットを無線インターフェイス内の対応するリンク層サービス（ＥＰＳベアラなど）にマップし、及び／又はＰＤＣＰプロトコルに基づいてＩＰヘッダの圧縮及び暗号化を行うように提供される。さらに、ＰＤＣＰ機能２１、及びＨＮＢ２０の無線リンク関連スタックのＲＬＣ／ＭＡＣ機能２７にＩＰパケットの境界を認識させることができ、無線インターフェイスを介して送信を行うために、（ボイス・オーバーＩＰ（ＶｏＩＰ）の検出などの）サービスフローが、この情報をスケジューリングアルゴリズム内で使用することができる。

第２の実施形態によるＨＮＢ２０は、（ＮＥＴＬＭＭなどのための）ローカルＩＰモビリティの拡張を実現することができ、これをＵＥ１０から隠すことができる。ＨＮＢ２０は、Ｌ３処理機能２０７及び／又はＬ２／３ヘッダ処理機能２０８における対応する機能によりＩＰｖ４／ｖ６の相互作用をさらに実現することができる。これにより、ローカルＩＰアドレスがＵＥ１０に見えるので、ＵＥ１０におけるＩＰスタックに標準ＥＰＳベアラモデルを使用できるという利点が得られる。

強化されたＬ２／３ヘッダ処理機能２０８を提供して、ＵＥ１０とアクセスルータ３０との間でヘッダ圧縮を実施することができる。

ＬＡＮ３００では、アクセスリンクにおいて（イーサネット（登録商標）ＭＡＣアドレスなどの）ＬＬＡを使用してユーザのＩＰトラフィックを伝送すると考えられるので、Ｌ２処理機能２０４によるアクセスリンクから無線ポイントツーポイントリンクへの転送の決定をＩＰルックアップに基づいて行うことができるが、これにはＨＮＢ２０における部分的ＩＰルータスタックの実現が必要となる場合がある。

この場合も、ＨＮＢ２０及びＵＥ１０から見たネクストホップルータが複数のルータホップの背後に位置する場合、ネットワーク制御による高速／シームレスなハンドオーバにおけるＬ２からＬ３への相互作用に新規のローカルＩＰモビリティプロトコルが必要となる場合がある。

図６は、第３の実施形態による代替のソフトウェアベースの実施構成の概略ブロック図である。処理ユニット４１０を含むあらゆる基地局タイプのネットワークエンティティ４００において必要な機能を実現することができ、この処理ユニット４１０は、メモリ４１２に記憶された制御プログラムのソフトウェアルーチンに基づいて制御を行う制御ユニットを含むいずれのプロセッサ又はコンピュータ装置であってもよい。制御プログラムは、コンピュータ可読媒体上に個別に記憶することもできる。図２〜図５に関して説明した、上述したソフトウェアルーチンとして実現できる装置固有の機能の処理ステップを実行するために、メモリ４１２からプログラムコード命令をフェッチして、これを処理ユニット４１０の制御ユニットにロードする。これらの処理ステップは入力データＤＩに基づいて実行することができ、またこれらの処理ステップにより出力データＤＯを生成することができる。ＨＮＢ２０を介したアップリンクトラフィックの場合、入力データＤＩは、ＵＥ１０からポイントツーポイント無線リンクを介して受信するＩＰトラフィックに対応し、出力データＤＯは、同報アクセスリンクを介して送信されるＬＢＯ ＩＰトラフィックに対応することができる。ダウンリンクトラフィックでは状況が逆になる。

従って、ＨＮＢ２０の上記第１及び第２の実施形態の機能をＨＮＢ２０又はその他の対応する基地局のそれぞれのエンティティ又はアクセス装置エンティティのコンピュータ装置又はデータプロセッサ上で実行した場合、これらの機能を、それぞれのエンティティ又は機能の処理及び／又はシグナリング手順の各個々のステップを引き起こすためのコード手段を含むコンピュータプログラム製品として実現することができる。

要約すれば、本発明は、セルラアクセスネットワークを介してパケット交換ネットワークにアクセスできるようにするための方法、装置、及びコンピュータプログラム製品に関し、（ＵＥなどの）端末装置と（ＨＮＢ２０などの）セルラ基地局装置との間に端末固有のコネクション型ポイントツーポイントリンクを設け、セルラ基地局装置において端末固有のコネクション型ポイントツーポイントリンクをリンク層レベルでパケット交換ネットワークにスイッチして、端末装置のための接続点がパケット交換ネットワーク内に位置するようにする。さらに、パケット交換ネットワークのための端末固有の終端点をセルラ基地局装置に提供する。

本発明をあらゆるサービス及びネットワーク環境に容易に拡張して、端末装置からパケット交換ネットワークの同報アクセスリンクへの無線リンクのブリッジに基地局タイプの装置又はアクセス装置を使用できるようになることが明らかである。提案する実施形態は、無線ネットワーク内に展開されるあらゆる基地局装置に関連して実施することができる。従って、添付の特許請求の範囲内で実施形態を変更することができる。

１０ ユーザ装置（ＵＥ）
２０ ホーム基地局（ＨＮＢ）
３０ アクセスルータ
２２０ ＩＰスイッチ
３００ ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）
５００ ＩＰネットワーク
６００ コアネットワーク（ＣＮ）

Claims (20)

1. ・端末固有のコネクション型ポイントツーポイントリンクを設けて、ローカルパケット交換ネットワーク（３００、５００）にアクセスできるようにするための無線インターフェイス手段（２０２）と、
   ・前記端末固有のコネクション型ポイントツーポイントリンクをリンク層レベルでパケット交換ネットワークにスイッチして、前記アクセスのための接続点が前記ローカルパケット交換ネットワーク（３００、５００）内に位置するようにするためのリンク層処理手段（２０４）と、
   ・前記ローカルパケット交換ネットワーク（３００、５００）のための端末固有の終端点を提供するためのネットワークインターフェイス手段（２０６）と、
   を含むことを特徴とする装置。
2. 前記リンク層処理手段（２０４）が、ハンドオーバ関連のセッション継続性を前記リンク層レベルで処理するように構成される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. ユーザのダウンリンクトラフィックを、前記無線インターフェイス手段（２０２）を介して対応する端末固有のコネクション型ポイントツーポイントリンクに転送するためにプロトコルルックアップを実行するためのネットワーク層処理手段（２０７）をさらに含む、
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の装置。
4. 前記リンク層処理手段（２０４）が、ユーザのダウンリンクトラフィックを前記ローカルパケット交換ネットワーク（３００、５００）から対応する端末固有のコネクション型ポイントツーポイントリンクへ転送する決定を、割り当てられた端末固有のリンク層アドレスから導出するように構成される、
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の装置。
5. 前記装置が、受信したアクセストラフィックを、前記ネットワークインターフェイス手段（２０５）を介して前記ローカルパケット交換ネットワーク（３００、５００）に直接転送するように構成される、
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の装置。
6. 前記無線インターフェイス手段（２０２）が、リンク層のフレーム情報を使用して無線送信をスケジュールするように構成される、
   ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の装置。
7. 前記リンク層処理手段（２０４）のためのスイッチング情報を、受信したリンク層ヘッダに基づいて導出するためのヘッダ処理手段（２０５）をさらに含む、
   ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の装置。
8. 前記ネットワークインターフェイス手段（２０６）が、前記ローカルパケット交換ネットワーク（３００、５００）への端末固有のイーサネット（登録商標）インターフェイスをエミュレートするように構成される、
   ことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の装置。
9. 前記リンク層処理手段（２０４）が、前記端末固有のコネクション型ポイントツーポイントリンクへのユーザトラフィックのマッピングを前記リンク層レベルでリンク層アドレスに基づいて実行するように構成される、
   ことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の装置。
10. マークの付いたユーザパケットを対応するリンク層サービスにマッピングすること、及びアプリケーション層のヘッダ圧縮及び暗号化を実行することの少なくとも一方を行うためのネットワーク層処理手段（２０７）をさらに含む、
    ことを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の装置。
11. 前記ネットワーク層処理手段（２０７）が、アプリケーション層アドレスをリンク層アドレスにマッピングすることに基づいて、前記端末固有のコネクション型ポイントツーポイントリンクにトラフィックを転送するための決定を導出するように構成される、
    ことを特徴とする請求項１０に記載の装置。
12. ・端末装置（１０）とセルラ基地局装置（２０）との間に端末固有のコネクション型ポイントツーポイントリンクを設けて、前記セルラ基地局装置（２０）が位置しているローカルパケット交換ネットワーク（３００、５００）にアクセスできるようにするステップと、
    ・前記セルラ基地局装置（２０）において前記端末固有のコネクション型ポイントツーポイントリンクをリンク層レベルで前記ローカルパケット交換ネットワークにスイッチして、前記端末装置（１０）のための接続点が前記ローカルパケット交換ネットワーク（３００、５００）内に位置するようにするステップと、
    ・前記パケット交換ネットワーク（３００、５００）のための端末固有の終端点を前記ローカルセルラ基地局装置（２０）に提供するステップと、
    を含むことを特徴とする方法。
13. アプリケーション層のルータ機能を、前記基地局装置（２０）から前記ローカルパケット交換ネットワーク（３００、５００）の外部ノードに分離するステップをさらに含む、ことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
14. ハンドオーバ関連のセッション継続性を前記リンク層レベルで処理するステップをさらに含む、
    ことを特徴とする請求項１２又は請求項１３に記載の方法。
15. ユーザのダウンリンクトラフィックを対応する端末固有のコネクション型ポイントツーポイントリンクに転送するために、アプリケーション層プロトコルルックアップを実行するステップをさらに含む、
    ことを特徴とする請求項１２から請求項１４のいずれか１項に記載の方法。
16. 前記基地局装置（２０）において端末固有のリンク層アドレスを割り当て、前記割り当てた端末固有のリンク層アドレスから、ユーザのダウンリンクトラフィックを転送する決定を導出するステップをさらに含む、
    ことを特徴とする請求項１２から請求項１５のいずれか１項に記載の方法。
17. 前記基地局装置（２０）において、前記ローカルパケット交換ネットワーク（３００、５００）への端末固有のイーサネット（登録商標）インターフェイスをエミュレートするステップをさらに含む、
    ことを特徴とする請求項１２から請求項１６のいずれか１項に記載の方法。
18. 前記基地局装置（２０）において、前記リンク層レベルでリンク層アドレスに基づいて、前記端末固有のコネクション型ポイントツーポイントリンクにユーザトラフィックをマッピングするステップをさらに含む、
    ことを特徴とする請求項１２から請求項１７のいずれか１項に記載の方法。
19. 前記基地局装置（２０）において、マークの付いたアプリケーション層ユーザパケットを対応するリンク層サービスにマッピングするステップをさらに含む、
    ことを特徴とする請求項１２から請求項１８のいずれか１項に記載の方法。
20. コンピュータ装置上で実行された場合、請求項１２から請求項１９のいずれか１項に記載のステップを引き起こすためのコードを含む、
    ことを特徴とするコンピュータプログラム。

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