JP2005073256A - データ通信ネットワークシステムおよびその構成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 既存のネットワーク構成に低コストで実装でき、かつ、堅牢なネットワーキングを可能にするネットワークシステムおよびその構成方法を提供する。
【解決手段】 コアネットワークと端末との間の通信を可能にするネットワークシステムにおいて、ネットワーク資源およびデータ伝送の管理を行う少なくとも１つの中央コンピュータは、端末の機能やサービスを管理するＲサーバと基地局に接続されたＵサーバとに分離され、各Ｕサーバは端末の通信を管理するために１つの主Ｒサーバに関係づけられ、さらに望ましくは１以上の副Ｒサーバに関係づけられている。
【選択図】 図１

Description

本発明はデータ通信ネットワークシステムに係り、たとえばＵＭＴＳ（Universal Mobile Telecommunications System：汎用移動通信システム）におけるネットワークシステムおよびその構成方法に関する。

移動通信の分野において、ネットワーク構成技術は着実に改善されつつある。以下、現在進行中の第３世代（３Ｇ）標準であるＵＭＴＳの実装を取り上げ、ネットワーク構成法について説明する。

ＵＭＴＳネットワークは、本質的に次のコンポーネントからなる。まず、最下位レベルは端末、すなわちユーザ装置（ＵＥ：User Equipment）によって表現される。ユーザ装置としては、たとえば移動電話（携帯電話）があるが、その他ＰＤＡ（Personal Digital Assistants）のような多機能通信装置あるいは同様の装置であってもよい。ユーザ端末ＵＥは、ＵＴＲＡＮ（UTMS Terrestrial Radio Access Network）と通信する。ＵＴＲＡＮはＵＭＴＳの一部分であり、無線ネットワークとして記述される。

ＵＴＲＡＮは、送受信設備、信号符号化、および、エリア内でのアクティブな端末装置を管理する設備からなる。ＵＴＲＡＮは、基地局（ノードＢと呼ばれる。）あるいは送受信基地局（ＢＴＳ：Base Transceiver Station）と無線制御装置（ＲＮＣ：Radio Network Controller）とを含む複数のサブシステムに分割される。通信するユーザの管理や信号の受信に加えて、ＵＴＲＡＮは受信データをコアネットワーク（ＣＮ：Core Network）へ送信する。コアネットワークでは、ＵＭＴＳネットワーク内部のユーザへのデータ送信、および、外部参加者、たとえば固定電話網の加入者、へのデータが送信される。

ＵＴＲＡＮの拡張性はＵＴＲＡＮの機能的分離に基づいている。この拡張機能は、ＩＰＲＡＮ（Internet Protocol based Radio Access Network）と呼ばれる。ＩＰＲＡＮ技法では、中央コンピュータ、たとえば３ＧＰＰ（Third Generation Partnership Project）−Ｒ９９アーキテクチャで使用されるような無線制御装置ＲＮＣは、１以上のＲサーバ（ここでは無線制御サーバＲＣＳ）と、いくつかのＵサーバ（ここではユーザプレーンサーバＵＰＳ）と、に分割される。ここで、無線制御サーバＲＣＳはユーザ装置ＵＥに関係するすべての機能を制御し、ユーザプレーンサーバＵＰＳは基地局（すなわち無線セル）に関係するすべての機能を制御する。１以上の無線制御装置ＲＣＳは、ユーザ装置ＵＥまたはＵＥのユーザにサービスを提供するために、１以上のＵＰＳの制御および／または監視を行う。無線制御サーバＲＣＳは制御および／または監視プレーン（制御プレーン：ＣＰ）を定義し、ユーザプレーンサーバＵＰＳはコアネットワークＣＮと共にユーザプレーンＵＰを定義する。

このようなＲＮＣの機能を制御プレーンとユーザプレーンとに分離して移動通信網の自由度および拡張性を向上させようとする技術は、たとえばＮＥＣ技報第５６巻（非特許文献１）に開示されている。

ＮＥＣ技報第５６巻Ｎｏ．５／２００３（第１４１ページ、「IP based UTRANの開発」の項を参照）

堅牢性（robustness）を向上させること、および負荷を分散させるために、ＲＣＳとＵＰＳとの間にｍ対ｎの関係を設定する場合がある。この場合、１つのＲＣＳは、ｎ個のＵＰＳを制御および／または監視し、１つのＵＰＳはｍ個のＲＣＳによって制御および／または監視されうる。

しかしながら、このような方法は、ネットワークの堅牢性を向上させるものの、現状のＵＭＴＳシステムで実現することができない。ここでは、次のような事実が問題となる。すなわち、コアネットワークＣＮは、たとえばロケーションエリアやルーティングエリアのようなエリアアイデンティティ概念に従って動作し、これらエリアは、基地局（ノードＢ）の位置にそれぞれ対応した地理的なエリアに固定的な仕方で結び付いている。通常のＲ９９アーキテクチャでは、ノードＢはＲＮＣに静的に関係づけられており、このことはＲＮＣが静的に地理的エリアに関係づけられていることを意味する。

もしコアネットワークＣＮが、たとえばＣＮサービスのためにＵＥを呼び出そうとすると、通常、そのＵＥが位置するロケーションエリアを知る。これによって、コアネットワークＣＮはそのＵＥを１以上のＲＮＣに直接関連づけ、そのＲＮＣに対してページングメッセージを送付することができる。

これに対して、ＩＰＲＡＮ内におけるｍ対ｎのＲＣＳ−ＵＰＳ関係においては、ＲＣＳは地理的エリアに直接リンクしていない。コアネットワークＣＮにおける制御プレーンＣＰは地理的エリアによって定義されるので、コアネットワークＣＮは、そのＵＥに対して決定される任意の種類の通信、たとえばページング、ＣＳコール、ＰＳコネクション等を確立するために、どのＲＣＳを使用すべきかを、どうやっても知ることができない。すなわち、コアネットワークＣＮは、このＲＣＳによって制御されるｎ個のＵＰＳに接続された基地局によってカバーされる地理的エリアがどれかを知らない。よって、コアネットワークＣＮが任意のＲＣＳを使用することができるという前提を採用することはできない。

したがって、ｍ対ｎのＲＣＳ−ＵＰＳ関係のコンセプトは、コアネットワークＣＮおよびＣＮ−ＵＴＲＡＮプロトコルにおける構造的な変化を要求する。このことは、技術的に大がかりでありコスト集約的である。

本発明の目的は、既存のネットワーク構成に低コストで実装でき、かつ、堅牢なネットワーキングを可能にするネットワークシステムおよびその構成方法を提供することにある。

上述した従来の課題は、請求項１および１４に記載した特徴を有するシステムおよびネットワーク構成方法により解決される。

本発明によれば、端末の通信を制御するために、各Ｕサーバが主Ｒサーバに関係づけられるようにネットワークが構成される。

すなわち、請求項１によれば、コアネットワークと、前記コアネットワークと少なくとも１つの端末との間の通信を可能にする少なくとも１つの部分ネットワークと、を含むネットワークにおけるデータ通信ネットワークシステムにおいて、前記少なくとも１つの部分ネットワークのネットワーク資源およびデータ伝送の管理を行う少なくとも１つの中央コンピュータを有する少なくとも２つのサブシステムを有し、前記中央コンピュータは、前記少なくとも１つの端末の機能および／またはサービスを管理する少なくとも１つのＲサーバと、前記サブシステムにより要求される機能を管理する少なくとも１つのＵサーバと、に分離され、Ｕサーバの各々は、前記端末の通信を管理するために、１つのＲサーバを主Ｒサーバとして当該Ｒサーバに関係づけられている。

また、請求項１４によれば、コアネットワークと、前記コアネットワークと少なくとも１つの端末との間の通信を可能にする少なくとも１つの部分ネットワークと、を有するネットワークの構成方法において、前記少なくとも１つの部分ネットワークは、そのネットワーク資源およびデータ伝送の管理を行う少なくとも１つの中央コンピュータを有する少なくとも２つのサブシステムを有し、前記中央コンピュータを、前記少なくとも１つの端末の機能および／またはサービスを管理する少なくとも１つのＲサーバと、前記サブシステムにより要求される機能を管理する少なくとも１つのＵサーバと、に分離し、前記Ｕサーバの各々が前記少なくとも１つの端末の通信を管理するために１つのＲサーバを主Ｒサーバとして当該Ｒサーバに関係づけられる。

本発明によれば、コアネットワークと少なくとも１つの端末との間の通信を可能にする部分ネットワークの構成要素である中央コンピュータをＲサーバとＵサーバとに分割することにより、堅牢なネットワーキングを達成できる。しかしながら、これだけでは、既存の地理的に固定されたサブシステムへの実装がほとんど不可能である。本発明によれば、さらに、ＲサーバはＵサーバに関して地理的に独立して指定される必要があり、かつ、Ｒサーバは、堅牢なネットワーキングおよび既存システムへの低コスト実装の両方を達成するために、コアネットワークに対して地理的に区別可能である必要がある。この目標は、各Ｕサーバを１つの主Ｒサーバに関係づけることにより、非常に容易に、かつ、技術的に非常に洗練された方法で実現される。

この主Ｒサーバは標準のＲサーバであり、サブシステムのエリア内、すなわちＵサーバにより制御される基地局の到達範囲内、に位置する全ての端末と通信するために使用される。このことは、コアネットワークにとっては、端末終端コネクションに関するＲサーバが主Ｒサーバとして関係するすべてのＵサーバによりカバーされる地理的エリアにリンクされる、ことを意味する。ＵＭＴＳネットワーク内では、ＲサーバはＲＣＳであり、ＵサーバはＵＰＳである。このようなエリアはＲＣＳエリアと呼ばれ、３ＧＰＰ Ｒ９９ーＵＴＲＡＮアーキテクチャにおけるＲＮＣエリアに対応する。

本発明による設計はネットワークにとってきわめて有利である。すなわち、Ｒサーバが過負荷あるいは故障により機能しなくなった場合、その主Ｒサーバと同じネットワークエリアをカバーする他のＲサーバによりデータ伝送が実行されるからである。

特に望ましくは、主Ｒサーバを用いてサブシステム内の端末の通信の全てを制御する。そうすることで、上述したすべての効果を全ネットワーク内で得ることができる。

図１（Ａ）は本発明の一実施形態による移動通信システムの機能的構成を示す概略的ブロック図であり、（Ｂ）は本実施形態におけるＵサーバとＲサーバとの関係を示す模式的なブロック図である。

図１に例示するように、無線制御装置ＲＮＣは、ｍ個のＲサーバＲＳ₁〜ＲＳ_mと、ｎ個のＵサーバＵＳ₁〜ＵＳ_nと、これらＲサーバおよびＵサーバを図１（Ｂ）に示す関係で接続するスイッチネットワークと、を有する。なお、ｍ、ｎはいずれも正の整数である。後述するように、各Ｕサーバは１つの主Ｒサーバと少なくとも１つの副Ｒサーバとに関係づけられている。

スイッチネットワークはコアネットワークＣＮに接続され、各Ｕサーバは無線送受信を行う論理的なノードであるノードＢに接続されている。ノードＢは、具体的には、上述した無線基地局である。無線制御装置ＲＮＣは、上述したように無線リソースの管理やノードＢの制御等を実行し、たとえば移動端末ＭＴ（ユーザ装置ＵＥ）のハンドオーバ制御などが行われる。

本実施形態によれば、図１（Ｂ）に示すように、各Ｕサーバは、主Ｒサーバに加えて、少なくとも１つの副Ｒサーバと関連づけられている。副Ｒサーバは、主Ｒサーバが故障するかあるいは過負荷状態によってサービス提供ができなくなったとき、その主Ｒサーバの機能を引き継ぐことができる。このような堅牢な設計は、あるＲサーバが故障によって機能しなくなったとしても当該主Ｒサーバと同じネットワークエリアをカバーする他のＲサーバによってデータ伝送を実行することができるので、きわめて有利となる。さらに、データトラフィックが過度に増大しても、過負荷状態のＲサーバは、一時的に、同じネットワークエリアをカバーする他のＲサーバによって補助されるために、増大したデータトラフィックのバランスをとることが可能となる。したがって、Ｒサーバに障害が発生したとしても、端末へのサービス提供を確保することができる。あるいは、１個あるいは複数個のＵサーバが複数の副Ｒサーバに関係づけられない別の構成を選択することも可能である。

主Ｒサーバと副Ｒサーバとがネットワークの同じ部分をカバーするように構成することも可能であり、これは非常に有利なやり方である。ＵＭＴＳネットワークでは、たとえばネットワークのいくつかの部分が主ＲＣＳ（主Ｒサーバ）によってカバーされる地理的エリアとなることがありうる。２個以上の副Ｒサーバが一緒になって主Ｒサーバによってカバーされるネットワーク部分をカバーするという別の設計も可能であろう。この場合には、各副Ｒサーバが主Ｒサーバによってカバーされるネットワーク部分の一部をカバーするということになる。

システム資源の特に有効な利用法として、あるＵサーバの主Ｒサーバが他のＵサーバの副Ｒサーバとして関係づけられることも可能である。このことは、Ｒサーバが主Ｒサーバとして機能するか副Ｒサーバとして機能するかに関係なくＲサーバの技術的設計が同じで独立していることを意味している。あるいは、ＲサーバがＵサーバに副Ｒサーバとしてのみ関係づけられてもよい。このことは、このＲサーバが任意のＵサーバの主Ｒサーバとして関係づけられないことを意味している。このように、主Ｒサーバのみのバックアップのために、あるいは、流入データ量が著しく増大したときの多量のデータを処理するためにＲサーバが設けられているので、ネットワークの堅牢性はよりいっそう増大する。

設計の容易性に関しては、コアネットワークが通信を確立するとき、このＲサーバが主Ｒサーバとして機能すべきかあるいは副Ｒサーバとして機能すべきかを定義し、当該Ｒサーバへ情報を送信するように構成することが望ましい。これが特によく生じるのは、コアネットワーク（たとえばＣＮ）が端末終端通信を確立するような、あるいは、サービスエリアブロードキャスト（ＳＡＢ：Service Area Broadcast）を実行するようなＲサーバに関する手順を開始するときである。ここで、通信は、コネクション型あるいはパケット型通信でありうる。この情報は、たとえばそれぞれの機能および／またはそれぞれのサービスに必要なＲサーバエリアに関する情報でありうる。このような情報としては、ＵＴＭＳネットワークにおける３ＧＰＰ−Ｒ９９アーキテクチャで定義されたＲＮＣ識別子（ＲＮＣ−ＩＤ）を用いることができる。このやり方は、識別子を新たに必要としないので、既存の３ＧＰＰプロトコルおよび実装に与える影響を最小限にできるであろう。この場合、たとえば、定義されたＲＣＳのＲＮＣ−ＩＤの有無は、当該ＲＣＳが主ＲＣＳとして動作することを意味する。このＲＣＳに関係しないＲＮＣ−ＩＤが存在することは、このＲＣＳは、関係する主ＲＣＳに対する副ＲＣＳとして動作することを意味する。

きわめて堅牢な設計のフレームワークによれば、副Ｒサーバは、もし主Ｒサーバが機能していないならば、当該主Ｒサーバの機能を引き継ぐことができる。ここでは、主Ｒサーバの処理能力は、たとえばその主Ｒサーバの過負荷あるいは異常によって影響されるかもしれない。この場合、副Ｒサーバは、関係する機能の一部を代替するか、あるいは、当該主Ｒサーバのすべての機能を置き換えてもよい。そうすることで、ネットワークは連続して機能することができ、その堅牢性は向上する。ここで、コアネットワークは、異常を起こした主Ｒサーバに関係づけられた副Ｒサーバの１つをランダムに選択することができ、この選択された副Ｒサーバが当該主Ｒサーバの機能の全体を、あるいは、その一部を引き継ぐことができる。ただし、主Ｒサーバの機能を引き継ぐ副Ｒサーバは、別の選択方法によって決定することも可能である。

好ましい実施形態では、どのＲサーバを主ＲサーバとするかをＵサーバが選択する。この方法は、Ｒサーバの選択を開始する手続が端末（ＵＥ）によって開始される場合に特に有利である。

これとは別に、あるいは、これに加えて、どのＲサーバを主Ｒサーバするかをコアネットワークが選択することも可能である。この方法は、Ｒサーバの選択を開始する手続がネットワーク内で端末により終端される場合に特に有利である。

きわめて容易な構成としては、Ｒサーバおよび／またはコアネットワークの間の相互動作機能を使用することができる。この場合、コアネットワークは、定義された主Ｒサーバに対する副Ｒサーバとして、どのＲサーバが動作するかを知る必要がない。この相互動作機能（ＩＷＦ：Inter-working function）は、Ｒサーバの主要なおよび副次的な役割を隠すために存在する。ＩＷＦは、この方法を既存のＵＭＴＳネットワークに、特に既存のコアネットワークＣＮ構造に、統合するためにきわめて有利である。

次に非常に有利な設計思想を具体的に説明するが、それは上述した実施形態の展開および／または補足として見なされるべきである。

また、本発明によるネットワーク構成方法のそれぞれのステップを実現するネットワークは、本発明に属するものと見なされるべきである。

「機能分離に基づく移行アーキテクチャ"Evolved Architecture based on Functional Separation"」（以下、ＩＰＲＡＮという。）は、３ＧＰＰによりＵＴＲＡＮの移行のためのネットワークアーキテクチャ候補として考えられている（３ＧＰＰ ＴＲ ２５．８９７の"Evolution of UTRAN"を参照）。

一般的に、ＩＰＲＡＮは、３ＧＰＰ Ｒ９９アーキテクチャ（３ＧＰＰ ＴＳ ２５．４０１参照）における無線制御装置ＲＮＣを１または２以上の無線制御サーバ（ＲＣＳ）と複数のユーザプレーンサーバ（ＵＰＳ）とに分離することを提案している。ＲＣＳは全てのユーザ装置（ＵＥ）関連機能の処理にあたり、ＵＰＳは全ての無線セル関連機能の処理にあたる。ＲＣＳは、ＵＰＳを制御しユーザ装置ＵＥへ（最終的にはそのＵＥを使用するユーザへ）サービスを提供する。ＲＣＳはコアネットワークに対し制御プレーンＣＰを終端し、ＵＰＳはコアネットワークに対しユーザプレーンＵＰを終端する。

「発明が解決しようとする課題」の項でも説明したが、堅牢性を向上させ負荷を分散させるために、ＲＣＳとＵＰＳとの間に、１つのＲＣＳはｎ個のＵＰＳを制御し１つのＵＰＳはｍ個のＲＣＳによって制御されうるというｍ対ｎの関係を設定する。しかしながら、このような関係は現在のＵＭＴＳ手順で取り扱うことができないので、その実装は現実的でない。問題は主に次の事実、すなわち、コアネットワークＣＮは、エリアアイデンティティ概念（ロケーションエリア、ルーティングエリア、サービスエリアなど）に従って動作し、これらエリアはノードＢの位置にそれぞれ対応した地理的なエリアに関係づけている、という事実に関連している。

Ｒ９９アーキテクチャでは、ノードＢはＲＮＣに静的に関係づけられており、このことはＲＮＣが静的に地理的エリアに関係づけられていることを意味する。もしコアネットワークＣＮが、たとえばＣＳサービスのためにＵＥを呼び出そうとすると、通常、そのＵＥが位置するロケーションエリアを知って、それをページングメッセージの送付先である１つあるいは１組のＲＮＣに直接マッピングする。

ＩＰＲＡＮでは、一般的なｍ対ｎのＲＣＳ−ＵＰＳ関係において、ＲＣＳは地理的エリアに直接関係付けられていない。ＲＣＳはコアネットワークＣＮに対し制御プレーンＣＰを終端するので、コアネットワークＣＮは、任意のＵＥ終端通信（ページング、ＣＳコール、ＰＳセッションなど）に対して、どのＲＣＳを使用すべきかを知ることができない。また、コアネットワークＣＮが任意のＲＣＳを使用することができると仮定することもできない。ＲＣＳが制御するｎ個のＵＰＳに接続するノードＢの「地理的なサービス可能範囲」を知ることができないからである。したがって、ｍ対ｎのＲＣＳ−ＵＰＳ関係の一般的コンセプトは、コアネットワークＣＮおよびＣＮ−ＵＴＲＡＮ手順における構造的な変化、すなわち、この関係の利点に対し多大な代償をもたらす。

本発明の特徴は、複数のＲＣＳを選択する際の担当ＲＣＳの識別にある。提案されたスキームは既存のプロトコルに対する影響を最小限にする。既存のエリアコンセプトを用いてこのスキームを実装することが可能である。本発明の鍵となるアイデアは、次に示す事項の各々あるいは任意の組み合わせである。

１）ＲＣＳの役割
主ＲＣＳ： 各ＵＰＳはただ１つの主ＲＣＳを有する。主ＲＣＳは、当該ＵＰＳの制御下にある全てのノードＢのセル（ＵＰＳエリア）に位置するＵＥと通信するために使用されるデフォルトＲＣＳである。コアネットワークＣＮからみると、ＵＥ終端通信に対して、ＲＣＳは、それが“主”ＲＣＳであるところの全てのＵＰＳによってカバーされる地理的エリアに関係づけられる。以下、これを「ＲＣＳエリア」という。ＲＣＳエリアは、３ＧＰＰ Ｒ９９アーキテクチャにおけるＲＮＣエリアと等価である。

副ＲＣＳ： 各ＵＰＳは０あるいは１以上の“副”ＲＣＳを有する。“副”ＲＣＳは、“主”ＲＣＳが利用不可能（ダウンあるいは過負荷状態）にあるとき、当該ＵＰＳエリアに位置するＵＥと通信するためにのみ使用される。

上記において、“主”および“副”はＲＣＳの役割を示し、ＲＣＳの異なる種類を示すものではない。１つのＲＣＳはあるＵＰＳに対しては“主”であり、かつ、他のＵＰＳに対しては“副”であるかもしれない。

ＲＣＳ選択は、ＲＣＳ選択を起動する手続がＵＥによって開始される場合にはＵＰＳによって実行される。

ＲＣＳ選択は、ＲＣＳ選択を起動する手続がＵＥで終端される場合にはコアネットワークＣＮによって実行される。

２） ある主ＲＣＳに対して副ＲＣＳとして動作するＲＣＳは、この主ＲＣＳの全ＲＣＳエリアをカバーすべきである。ただし、別のカバレッジ構成も可能である。たとえば、複数の副ＲＣＳが主ＲＣＳの全エリアをカバーし、複数の副ＲＣＳが当該主ＲＣＳエリアのそれぞれの部分をカバーする、という構成も可能である。

３） コアネットワークＣＮが、たとえばＵＥ終端通信を開始する目的で、あるいは、サービスエリアブロードキャスト（ＳＡＢ）の目的で、あるＲＣＳに対して手続を開始するとき、コアネットワークＣＮはその手続により必要とされるＲＣＳエリアについての情報を伝達する。ＲＣＳは、この情報を用いて、自身に対して主ＲＣＳあるいは副ＲＣＳのいずれの動作が要求されているか知る。

この主／副ＲＣＳの要求を示す情報としては、３ＧＰＰ−Ｒ９９ （３ＧＰＰ ＴＳ ２５．４１３）で定義されたＲＮＣ識別子（ＲＮＣ−ＩＤ）を用いることができる。このやり方は、識別子を新たに必要としないので、現在の３ＧＰＰプロトコルおよび実装に与える影響を最小限にできる。

一例として、ＲＣＳに関連するＲＮＣ−ＩＤが無いこと、あるいは、有ることは、当該ＲＣＳが“主”ＲＣＳとして動作するように要求されていることを意味する。このＲＣＳに関係しないＲＮＣ−ＩＤが存在することは、このＲＣＳは、ＲＮＣ−ＩＤに関連するＲＣＳに対する“副”の役割を要求されていることを意味する。

４） コアネットワークＣＮは、任意の特定ＲＣＳに対する“副”として作用することができるＲＣＳがどれであるかを知る必要がある。ＲＣＳ／ＵＰＳ ＵＴＲＡＮアーキテクチャを意識しないＣＮインフラストラクチャでは、インターワーキング機能（ＩＷＦ）がＲＣＳと当該ＣＮとの間で使用され、ＲＣＳに対して“主”と“副”の役割の存在の“隠す”ことができる。

５） 主ＲＣＳが故障あるいは過負荷状態になった時、副ＲＣＳは主ＲＣＳの負荷を共有する適切な機構を使用する。この負荷分散を保証する方法は、（１以上のＲＣＳが利用可能であるとき）不具合のあるＲＣＳのＵＰＳおよびＣＮが副ＲＣＳをランダムに選択することである。他の方法も可能である。

６） 最後に、ＲＣＳは、“副”の役割だけを有し、“主”の役割を持たないことが可能である。これは、バックアップを目的とする場合、たとえば堅牢性を増大させる、あるいはピーク負荷状況を処理可能にするという場合に行われる。

上述した本発明の新たな特徴の効果および従来技術より優れている点は、次の通りである。

本発明によれば、主要な利点を維持しつつｍ対ｎＲＣＳ−ＵＰＳ関係を実装することができる。主要な利点としては、次のものがある。ただし、これらに限定されるものではない。

ＲＣＳ障害によるトラフィック引継：ＲＣＳが機能しなくなると、当該障害RCSのカバーエリアを受け持つ他のＲＣＳがサービスを提供することができる。

ＲＣＳ負荷バランス：ＲＣＳが一時的に過負荷になると、当該障害RCSのカバーエリアを受け持つ他のＲＣＳがサービスを提供することができる。

ｍ対ｎＲＣＳ−ＵＰＳ関係は、堅牢性と、ＲＣＳによりカバーされるエリアのサービス利用可能性とを増大させる。ｍ対ｎＲＣＳ−ＵＰＳ関係を用いることで、冗長性がｍ対ｎＲＣＳ−ＵＰＳ関係に組み込まれ各ノードに実装する必要がないために、実装コストおよびノードの複雑化を低減することができる。ＲＮＣのＲＣＳ／ＵＰＳ分離とｍ対ｎＲＣＳ−ＵＰＳ関係とは３ＧＰＰで既に定義された概念である。

本発明の内容を有利な方法で設計し強化するためのいくつかの可能性がある。この線に沿って本発明によるネットワーク構成方法の一実施例の説明も行われる。

図１（Ａ）に例示されるように、本発明の一実施例による方法は、移動通信の分野、すなわち第３世代標準３ＧＰＰにおけるＵＭＴＳに適用される。ＵＭＴＳネットワークは、ユーザ装置ＵＥである端末（ＭＴ）を含む。本実施例では、これらは移動電話（携帯電話）である。ＵＥは、ＵＭＴＳネットワークの一部分である無線ネットワークＵＴＲＡＮと通信する。

ＵＴＲＡＮは、ノードＢと呼ばれる基地局と無線制御装置ＲＮＣとを含むサブシステムに分割される。通信するユーザの管理や信号の受信に加えて、受信データをコアネットワークＣＮへ送信することもＵＴＲＡＮの仕事である。コアネットワークでは、ＵＭＴＳネットワーク内部ユーザへのデータ送信あるいは固定電話網の外部ユーザへのデータ送信が行われる。

本実施例によるＵＴＲＡＮ解決手段の場合、ＵＴＲＡＮは機能的に分割される。以下、これをＩＰＲＡＮという。ＩＰＲＡＮ技法では、サブシステムに属す中央コンピュータＲＮＣは、無線制御サーバＲＣＳと呼ばれるいくつかのＲサーバＲＳ₁〜ＲＳ_mと、ユーザプレーンサーバＵＰＳと呼ばれるいくつかのＵサーバＵＳ₁〜ＵＳ_nと、に分離される。無線制御サーバＲＣＳはユーザ装置ＵＥに関連するすべての機能を監視、制御し、ユーザプレーンサーバＵＰＳはネットワークの部分である基地局に接続されたすべての機能を取り仕切る。無線制御装置ＲＣＳは、ユーザ装置ＵＥまたはＵＥのユーザにサービスを提供するために、ユーザプレーンサーバＵＰＳを制御する。

堅牢性を向上させ負荷を分散させるために、ＲＣＳとＵＰＳとの間にｍ対ｎの関係が設けられる。１つのＲＣＳはｎ個のＵＰＳを制御し、１つのＵＰＳはｍ個のＲＣＳによって制御されうる。本実施例では、ｍはｎより小さい。ただし、ｍはｎより大きいことも可能である。

ｍ対ｎのＲＣＳ−ＵＰＳ関係を有するＩＰＲＡＮにおいて、ＲＣＳは地理的エリアに直接リンクしていない。ＲＣＳはコアネットワークＣＮに対する制御プレーンＣＰを終端するので、コアネットワークＣＮは、任意のＵＥに向けたＣＳコールを確立するために、どのＲＣＳを使用すべきかを知らない。さらに、コアネットワークＣＮは、ＲＣＳによって制御されるｎ個のＵＰＳに接続されたノードＢ（基地局）によってカバーされる地理的エリアがどれかを知らない。

本実施例によれば、各ＵＰＳは正常な主ＲＣＳに関係づけられ、基地局の無線到達範囲内にあるＵＥの通信を管理する。主ＲＣＳは標準のＲＣＳであり、ＵＰＳによって管理される基地局の無線到達範囲内にある全てのＵＥと通信するために使用される。コアネットワークＣＮにとって、このことは、ＵＥ終端接続のためのＲＣＳが、そのＲＣＳが主ＲＣＳとして関係する全てのＵＰＳによってカバーされる地理的エリアに関係づけられている、ことを意味する。ＲＣＳは常に同様に指定されるので、あるＵＰＳに関しては主ＲＣＳであり、同時に他のいくつかのＵＰＳに関しては副ＲＣＳである。このことは、きわめて容易な、そして技術的な観点からは簡単な実装が可能であることを意味する。

上述した地理的エリアは、既に述べたようにＲＣＳエリアと呼ばれ、３ＧＰＰ Ｒ９９−ＵＴＲＡＮアーキテクチャにおけるＲＮＣエリアに等しい。この実施例によれば、過負荷状態あるいは異常状態によるＲＣＳの障害発生時にきわめて有利である。なぜならば、主ＲＣＳは、基地局、すなわち無線セル、の到達範囲にある全てのＵＥの全通信を管理するが、障害発生時には、当該データ通信がその主ＲＣＳと同じネットワークエリアをカバーする他のＲＣＳによって実行されうるからである。

各ＵＰＳは、主ＲＣＳに加えて、副ＲＣＳに関係づけられる。副ＲＣＳは、主ＲＣＳが故障や過負荷によりアクセスできなくなると、その主ＲＣＳの機能を引き継ぐ。本実施例では、主および副ＲＣＳはネットワークの同じ部分をカバーする。ネットワークのその部分は、ＵＴＭＳネットワークでは、主ＲＣＳによりカバーされる地理的エリアである。あるＵＰＳの主ＲＣＳを他のＵＰＳの副ＲＣＳとして関係づけることにより、システム資源をきわめて有効に利用することができる。

通信を確立すると、コアネットワークＣＮは、ＲＣＳに対して主ＲＣＳあるいは副ＲＣＳのいずれとして動作すべきかを定義する情報を送信する。この情報送信は、コアネットワークＣＮが、たとえばＵＥ終端通信の設定あるいはサービスエリアブロードキャスト（ＳＡＢ）の実行のようなＲＣＳに関する手順を開始するときに実行される。この情報は、当該機能およびサービスのために必要されるＲＣＳエリアについての情報である。ここでは、３ＧＰＰ−Ｒ９９標準で定義されたＲＮＣ識別子（ＲＮＣ−ＩＤ）が用いられる。このやり方は、識別子を新たに必要としないので、現在の３ＧＰＰプロトコルおよび実装に与える影響を最小限にできる。本実施例において、定義されたＲＣＳのＲＮＣ−ＩＤが存在すると、それは当該ＲＣＳが主ＲＣＳとして動作するはずであることを意味する。この特定のＲＣＳに関係しないＲＮＣ−ＩＤが存在すると、それは当該ＲＣＳが当該主ＲＣＳの副ＲＣＳとして動作することを意味する。

副ＲＣＳは、主ＲＣＳがダウンしたときに当該主ＲＣＳの機能を引き継ぐ。この機能引き継ぎは、主ＲＣＳに過負荷あるいは故障が生じた場合に生じる。こうして、副ＲＣＳは主ＲＣＳ（Ｒサーバ）の全機能を置き換える。こうすることで、ネットワークの連続的な動作を保証することができ、ネットワークの堅牢性を向上させることができる。

主ＲＣＳ（主Ｒサーバ）としてどのＲＣＳを選択するかは、ＲＣＳ選択を起動する手続がＵＥによって開始される場合にはＵＰＳにより行われ、さらに、ＲＣＳ選択を起動する手続がネットワーク内でＵＥ終端される場合にはコアネットワークによりsわれる。

また、コアネットワークは定義された主ＲＣＳに対してどのＲＣＳが副ＲＣＳであるかを知らないので、Ｒサーバおよび／またはコアネットワーク間での相互動作機能ＩＷＦが使用される。

なお、上述した実施形態および実施例の設計変更や改良などは本発明の技術的範囲に属するものである。また、上記実施形態および実施例は特許請求の範囲に記載された請求項の一例であり、請求項をこれら実施形態および実施例に限定解釈すべきではない。

（Ａ）は本発明の一実施形態による移動通信システムの機能的構成を示す概略的ブロック図であり、（Ｂ）は本実施形態におけるＵサーバとＲサーバとの関係を示す模式的なブロック図である。

符号の説明

ＲＮＣ 無線制御装置
ＲＳ₁〜ＲＳ_m Ｒサーバ（無線制御サーバＲＣＳ）
ＵＳ₁〜ＵＳ_n Ｕサーバ（ユーザプレーンサーバＵＰＳ）
Ｂ ノード（基地局）
ＭＴ 移動局（ユーザ装置ＵＥ）

Claims (22)

1. コアネットワークと、前記コアネットワークと少なくとも１つの端末との間の通信を可能にする少なくとも１つの部分ネットワークと、を含むネットワークにおけるデータ通信ネットワークシステムにおいて、
   前記少なくとも１つの部分ネットワークのネットワーク資源およびデータ伝送の管理を行う少なくとも１つの中央コンピュータからなる少なくとも２つのサブシステムを有し、
   前記中央コンピュータは、前記少なくとも１つの端末の機能および／またはサービスを管理する少なくとも１つのＲサーバと、前記サブシステムにより要求される機能を管理する少なくとも１つのＵサーバと、に分離され、
   前記Ｕサーバの各々は、前記端末の通信を管理するために、１つのＲサーバを主Ｒサーバとして当該Ｒサーバに関係づけられていることを特徴とするデータ通信ネットワークシステム。
2. 前記主Ｒサーバは、前記サブシステムが管理する端末の全ての通信を制御することを特徴とする請求項１に記載のデータ通信ネットワークシステム。
3. 各Ｕサーバは、前記主Ｒサーバに加えて、少なくとも１つの副サーバに関係づけられていることを特徴とする請求項１または２に記載のデータ通信ネットワークシステム。
4. 前記主Ｒサーバおよび前記副サーバは、前記ネットワークの同一部分をカバーすることを特徴とする請求項３に記載のデータ通信ネットワークシステム。
5. あるＵサーバの主Ｒサーバは、他のＵサーバの副Ｒサーバとして当該他のＵサーバに関係づけられていることを特徴とする請求項３または４に記載のデータ通信ネットワークシステム。
6. あるＲサーバは、複数のＵサーバの副Ｒサーバとしてのみ当該Ｕサーバに関係づけられていることを特徴とする請求項３または４に記載のデータ通信ネットワークシステム。
7. 前記コアネットワークは、通信を確立する際に、Ｒサーバが主あるいは副のいずれのＲサーバとして動作すべきかを定義する情報を当該Ｒサーバへ送信することを特徴とする請求項３から６のいずれかに記載のデータ通信ネットワークシステム。
8. 前記副Ｒサーバは、主Ｒサーバが動作不可能である場合、当該主Ｒサーバの機能を引き継ぐことを特徴とする請求項３から７のいずれかに記載のデータ通信ネットワークシステム。
9. 前記ＵサーバがＲサーバを主Ｒサーバとして選択することを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載のデータ通信ネットワークシステム。
10. 前記コアネットワークがＲサーバを主Ｒサーバとして選択することを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載のデータ通信ネットワークシステム。
11. 前記Ｒサーバとコアサーバとの間で相互動作機能が使用されることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載のデータ通信ネットワークシステム。
12. 前記データは、ＵＭＴＳ（Universal Mobile Telecommunications System：汎用移動通信システム）におけるデータであることを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載のデータ通信ネットワークシステム。
13. 前記中央コンピュータは、ｍ個のＲサーバとｎ個のＵサーバとからなり、ｍ対ｎ関係となることを特徴とする請求項１２に記載のデータ通信ネットワークシステム。
14. コアネットワークと、前記コアネットワークと少なくとも１つの端末との間の通信を可能にする少なくとも１つの部分ネットワークと、を有するネットワークの構成方法において、
    前記少なくとも１つの部分ネットワークは、そのネットワーク資源およびデータ伝送の管理を行う少なくとも１つの中央コンピュータからなる少なくとも２つのサブシステムを有し、
    前記中央コンピュータを、前記少なくとも１つの端末の機能および／またはサービスを管理する少なくとも１つのＲサーバと、前記サブシステムにより要求される機能を管理する少なくとも１つのＵサーバと、に分離し、
    前記Ｕサーバの各々が、前記端末の通信を管理するために、１つのＲサーバを主Ｒサーバとして当該Ｒサーバに関係づけられる、
    ことを特徴とするネットワーク構成方法。
15. 前記主Ｒサーバは、前記サブシステムが管理する端末の全ての通信を制御することを特徴とする請求項１４に記載のネットワーク構成方法。
16. 各Ｕサーバは、前記主Ｒサーバに加えて、少なくとも１つの副サーバに関係づけられていることを特徴とする請求項１４または１５に記載のネットワーク構成方法。
17. 前記コアネットワークは、通信を確立する際に、Ｒサーバが主あるいは副のいずれのＲサーバとして動作すべきかを定義する情報を当該Ｒサーバへ送信することを特徴とする請求項１６に記載のネットワーク構成方法。
18. 前記副Ｒサーバは、前記主Ｒサーバが動作不可能である場合、当該主Ｒサーバの機能を引き継ぐことを特徴とする請求項１６または１７に記載のネットワーク構成方法。
19. 前記ＵサーバがＲサーバを主Ｒサーバとして選択することを特徴とする請求項１４から１８のいずれかに記載のネットワーク構成方法。
20. 前記コアネットワークがＲサーバを主Ｒサーバとして選択することを特徴とする請求項１４から１９のいずれかに記載のネットワーク構成方法。
21. 前記Ｒサーバとコアサーバとの間で相互動作機能が使用されることを特徴とする請求項１４から２０のいずれかに記載のネットワーク構成方法。
22. 前記データは、ＵＭＴＳ（Universal Mobile Telecommunications System：汎用移動通信システム）におけるデータであることを特徴とする請求項１４から２１のいずれかに記載のネットワーク構成方法。
    
    

Images