JP2005252502A - 移動通信システム及びそのリソース制御方法並びに無線回線制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 無線回線制御装置（ＲＮＣ）をコントロールプレーン制御部（ＲＣＳ）とユーザプレーン制御部（ＵＰＳ）とに分離した構成において、ＲＣＳ及びＵＰＳ内のリソースの有効活用を図って、スケラビリティに富んだシステム構築が可能な移動通信システムを得る。
【解決手段】 複数のＵＰＳ１４，１５間のＭＡＣ−ｄ／ＲＬＣリソース１４１，１５１を、負荷状況に応じてシェアし合うことにより、リソースの有効利用が可能となり、特定のＵＰＳのリソースが不足しても、他のＵＰＳのリソースを代用することができ、システムの柔軟性が図れる。また、ＲＣＳ１３内の移動体及びＲＡＢ制御部１３１というリソースも、負荷状況に応じてシェアし合うことで、同様に有効利用ができるという効果がある。
【選択図】 図２

Description

本発明は移動通信システム及びそのリソース制御方法並びに無線回線制御装置に関し、特にＷ−ＣＤＭＡ（Wideband Code Multiple Access ）方式の移動通信システムにおけるリソースの有効利用に関するものである。

移動通信システムにおけるＷ−ＣＤＭＡ通信システムの機能ブロック図を図８に示す。交換機ネットワークであるコアネットワーク（ＣＮ）１の配下には、無線回線制御装置（ＲＮＣ：Radio Network Control ）２，３が設けられている。ＲＮＣ２には、例えば２つのＮｏｄｅ Ｂ４，５が接続されており、またＲＮＣ３には、２つのＮｏｄｅ Ｂ６，７が接続されている。Ｎｏｄｅ Ｂ４〜７は無線送信受信を行う論理的なノードを意味し、具体的には、無線基地局である。各Ｎｏｄｅ Ｂ４〜７はセル８〜１１をそれぞれカバーするものであり、移動機（ＵＥ）１２と無線インタフェースを介して接続されている。

ＲＮＣ２は“Ｍｏｂｉｌｉｔｙ ＲＡＢ Ｃｏｎｔｒｏｌ ＆ ＭＡＣ−ｄ／ＲＬＣ”と称される機能部２１と、“Ｃｅｌｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ ＆ ＭＡＣ−ｃ”と称される機能部２２とを有しており、前者の機能部２１は、移動及び無線ベアラ制御機能と、データリンクレイヤを構成するＭＡＣ−ｄ（Media Access Control-dedicated）及びＲＬＣ（Radio Link Control）の２つのサブレイヤ機能とを有している。後者の機能部２２は、セル制御機能と、データリンクレイヤのサブレイヤを構成するＭＡＣ−ｃ（Media Access Control-common ）機能とを有しており、これらはセル８，９にそれぞれ対応づけられている。なお、ＲＮＣ３についても同様である。

以上の構成については、３ＧＰＰ（Third Generation Partnership Project）により規定されているが、更に、このシステムを発展させた構成として“Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆ ＵＴＲＡＮ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ”が、同じく３ＧＰＰにより定められている（非特許文献１参照）。なお、ＵＴＲＡＮは“Universal Mobile Telecommunication System (UMTS) Terrestrial Radio Access Network ”の略称である。図９は本アーキテクチャの機能ブロック図であり、図８と同等部分は同一符号により示している。

本アーキテクチャにおいては、図８に示したＲＮＣ２，３の機能をユーザデータの転送制御をなすユーザプレーンと、シグナリングの転送制御をなすコントロールプレーンとが分離できることに着目して、コントロールプレーンを制御するためのＲＣＳ（Radio Control Server）１３と、ユーザプレーンを制御するためのＵＰＳ（User Plane Server ）１４，１５とに分離した構成となっている。

本例では、コアネットワーク１の配下に一台のＲＣＳ１３があり、ＵＰＳが複数台（図では、簡単化のために、１４，１５の２台）が設けられている。ＲＣＳ１３はセルコントロール部１３２と、移動体及びＲＡＢ（無線アクセスベアラ）制御部１３１とから構成されている。ＵＰＳ１４は、セルに密着したＭＡＣ−ｃ部１４２と、ＭＡＣ―ｄ／ＲＬＣ部１４１とからなり、同じくＵＰＳ１５はＭＡＣ−ｃ部１５２と、ＭＡＣ−ｄ／ＲＬＣ部１５１とからなる。これらＭＡＣ−ｃ部及びＭＡＣ−ｄ／ＲＬＣ部は、ＲＮＣのプロトコルアーキテクチャのデータリンクレイヤのサブレイヤを構成することは、図８のアーキテクチャと同じである。

ＵＰＳ１４，１５におけるセルに密着したＭＡＣ−ｃ部１４２，１５２は、Ｎｏｄｅ Ｂ、セルと一対一の関係にあり、ＵＰＳ１４はＮｏｄｅ Ｂ４（セル８）及びＮｏｄｅ Ｂ５（セル９）に対応し、ＵＰＳ１５はＮｏｄｅ Ｂ６（セル１０）及びＮｏｄｅ Ｂ７（セル１１）に対応する。また、ＲＣＳ１３内のセルコントロール部１３２もセル毎に存在する（図９では、簡単化のために、セルコントロール部は２つのみを示している）。図９において、Ｉｕ−ｂはＮｏｄｅ ＢとＵＰＳ間のインタフェース、Ｉｕ−ｉはＵＰＳとＲＣＳとの間のインタフェース、Ｉｕ−ｃはＲＣＳとコアネットワークとのインタフェース、Ｉｕ−ｕはＵＰＳとコアネットワークとの間のインタフェースを、それぞれ示している。
３ＧＰＰ ＴＲ２５．８９７ ＶＯ．３．０（２００３−０８）

図９に示したアーキテクチャにおいては、図８のＲＮＣを、コントロールプレーン制御のためのＲＣＳと、ユーザプレーン制御のためのＵＰＳとに分離し、ユーザデータ量に応じてＵＰＳを複数個設けることで、ユーザデータ量に柔軟に対応できるようになっている。しかしながら、あるＵＰＳ内のＭＡＣ−ｄ／ＲＬＣリソースの使用量が増大したとき、他のＵＰＳ内のＭＡＣ−ｄ／ＲＬＣリソースの使用量が少くても、少ない他のＵＰＳ内のリソースを代用するようにはなっていない。ＵＰＳを複数個設けたシステム構成としたにもかかわらず、特定のＵＰＳでリソースが余っていたり不足したりしている場合に、ＵＰＳ間でリソースを分散するようになっていないので、ユーザデータ量に柔軟に対応するには不充分であり、ＵＰＳ内リソースの有効活用が望まれる。

更に、ＲＣＳ１３についても同様である。すなわちＲＣＳ内には、移動体及びＲＡＢ制御部１３１が複数設けられているが、ある一つの移動体及びＲＡＢ制御部が過負荷状態にあっても、他の移動体及びＲＡＢ制御部に負荷分散をなすという考えはとられていない。従って、ＲＣＳ内のリソースの有効利用も望まれる。

本発明の目的は、無線回線制御装置（ＲＮＣ）をコントロールプレーン制御部（ＲＣＳ）とユーザプレーン制御部（ＵＰＳ）とに分離した構成において、ＲＣＳ及びＵＰＳ内のリソースの有効活用を図って、スケラビリティに富んだシステム構築が可能な移動通信システム及びリソース制御方法並びにそれに用いる無線回線制御装置を提供することである。

本発明による移動通信システムは、無線基地局と交換機ネットワークとの間に設けられた無線回線制御装置が、コントロールプレーン制御手段とユーザプレーン制御手段とに分離されてなる移動通信システムであって、複数の前記ユーザプレーン制御手段のリソース使用状況に応じて、前記ユーザプレーン制御手段を選択制御するリソース選択制御手段を含むことを特徴とする。

本発明による無線基地局と交換機ネットワークとの間に設けられ、コントロールプレーン制御手段とユーザプレーン制御手段とを有する無線回線制御装置であって、前記コントロールプレーン制御手段内の複数のリソースの各使用状況に応じて、リソースの選択制御をなすリソース選択制御手段を含むことを特徴とする。

本発明によるリソース制御方法は、無線基地局と交換機ネットワークとの間に設けられた無線回線制御装置が、コントロールプレーン制御手段とユーザプレーン制御手段とに分離されてなる移動通信システムにおけるリソース制御方法であって、複数の前記ユーザプレーン制御手段のリソース使用状況に応じて、前記ユーザプレーン制御手段を選択制御するステップを含むことを特徴とする。

本発明によれば、複数のＵＰＳ間のＭＡＣ−ｄ／ＲＬＣリソースを、負荷状況に応じてシェアし合うことにより、リソースの有効利用が可能となり、特定のＵＰＳのリソースが不足しても、他のＵＰＳのリソースを代用することができ、システムの柔軟性が図れるという効果がある。また、ＲＣＳ内の移動体及びＲＡＢ制御部というリソースも、同様に有効利用ができるという効果がある。

以下に、図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明の実施の形態を説明するシステム構築図であり、図９と同等部分は同一符号により示している。本実施の形態では、システム構成は図９のそれと同じであるが、ＲＣＳ１３において、コアネットワーク１からのユーザデータの転送をなす際に、複数のＵＰＳから１つを選択する場合、各ＵＰＳから報告を受けている最新の負荷状況（ＵＰＳ使用率）を元に、使用率が低いＵＰＳを選択する機能が付加されている。

いま、ＵＰＳ内のＭＡＣ−ｄ／ＲＬＣ部１４１，１５１はセルにくくりつけられた関係ではないために、例えば、Ｎｏｄｅ Ｂ５（＃２）からは、ＵＰＳ１４（＃１）のＭＡＣ−ｃ１４２経由で、ＵＰＳ１４（＃１）のＭＡＣ−ｄ／ＲＬＣ１４１や、あるいはＵＰＳ１５（＃２）のＭＡＣ−ｄ／ＲＬＣ１５１に、ユーザデータやシグナリングの転送をなすことができる。

図１には、Ｎｏｄｅ Ｂ５（＃２）からＵＰＳ１４（＃１）のＭＡＣ−ｃ１４２経由で、ＵＰＳ１４（＃１）のＭＡＣ−ｄ／ＲＬＣ１４１へユーザデータの転送（Ｕプレーンルート１０２）及びシグナリングの転送（Ｃプレーンルート１０１）を行っている様子を示している。また、図２には、Ｎｏｄｅ Ｂ５（＃２）からＵＰＳ１４（＃１）のＭＡＣ−ｃ１４２経由で、ＵＰＳ１５（＃２）のＭＡＣ−ｄ／ＲＬＣ１５１へユーザデータの転送（Ｕプレーンルート１０４）及びシグナリングの転送（Ｃプレーンルート１０３）を行っている様子を示す。

ＲＣＳ１３におけるＵＰＳ選択機能について、図３を用いて説明する。ＲＣＳは各ＵＰＳに対してＵＰＳ使用率（負荷状況）を測定するよう要求する（ステップＳ１，Ｓ３）。各ＵＰＳはこの要求に対する確認応答を返す（ステップＳ２，Ｓ４）。各ＵＰＳはこの要求により使用率に変化が生じた段階でＲＣＳへ報告する。

例えば、図４に示す如く、使用率を２５％刻みで閾値を設けておき、使用率が閾値を超えた場合、下回った場合に、ＲＣＳへ報告する（ステップＳ５，Ｓ６）。ＲＣＳでは、複数のＵＰＳから１つを選択するに際して、各ＵＰＳからの最新使用率を元に選択するが、図５に示す如く、使用率が一番低いＵＰＳが複数存在する場合には、それ等を交互に選択する。このようなＵＰＳ選択ロジックをロードバランシングと称するものとする。

図６はＲＣＳがこのロードバランシングを行う場合の動作シーケンス図である。このとき、セル＃２に存在するＵＥ１２に対して、コアネットワーク１からパケット伝送を行うものとする。先ず、コアネットワーク１からＲＡＮＡＰ（Radio Access Network Application Part ）プロトコルに準拠した“RAB ASSIGNMENT REQUEST”（ＲＡＢ設定要求）がＲＣＳ１３内のMobility & RAB Control部１３１へ送出される（ステップＳ１１）。この要求には、コアネットワーク１側のパケット交換機能を有するＳＧＳＮ（Serving GPRS Support Node ）のＩＰアドレス及びＧＴＰ（GPRS Tunneling Protocol ）ＳＮ（Sequence Number ）が含まれる。なお、ＧＴＰはユーザパケット転送用のトンネリング機能を実現するためのプロトコルであり、ＳＮはこのプロトコルのＲＬＣメッセージの番号である。

ＲＣＳ１３はこの要求を受けて先述したロードバランシングによるＵＰＳの選択処理を行う（ステップＳ１２）。このとき、ＵＰＳ＃２が選択されるものとすると（ステップＳ１３）、ＲＣＳはＵＰＳ＃２に対してＲＡＢ設定要求を発生する（ステップＳ１４）。この要求には、ＳＧＳＮのＧＴＰ ＳＮが含まれている。

ここで、ＲＣＳ１３におけるロードバランシングにより選択されたＵＰＳ＃２と、ＵＥ１２が存在するセル＃２に対応するＵＰＳ＃１との間で、いわゆるバインディングが必要となる。そのために、ＵＰＳ＃２と＃１との間でＩＰアドレス及びＴＥＩＤ（Tunnel Endpoint Identifier）のネゴシエーションを行って、ユーザプレーン導通の際に、ＵＰＳ＃２のＭＡＣ−ｄ／ＲＬＣ１５１とＵＰＳ＃１のＭＡＣ−ｃ１４２との間の導通をなすようにする（図２参照）。なお、ＴＥＩＤの詳細は３ＧＰＰのＴＳ２５．４１３に開示されている。

そこで、ＵＰＳ＃２からＵＰＳ＃１へＢｉｎｄｉｎｇ要求が生成される（ステップＳ１５）。この要求には、ＵＰＳＰ＃２のＩＰアドレス及びＴＥＩＤが含まれる。ＵＰＳ＃１はこの要求を受けて、Ｂｉｎｄｉｎｇ結果をＵＰＳ＃２へ返す（ステップＳ１６）。このＢｉｎｄｉｎｇ結果には、ＵＰＳ＃１のＩＰアドレス及びＴＥＩＤが含まれる。これによりＵＰＳ間のバインディングが可能となる。

その後、ＵＰＳ＃２はＲＡＢ設定を行い（ステップＳ１７）、ＲＡＢ設定応答をＲＣＳ１３へ送出する（ステップＳ１８）。このＲＡＢ応答には、ＵＰＳ＃２のＩＰアドレス及びＧＴＰ ＳＮが含まれる。ＲＣＳ１３はＲＡＮＡＰに準拠したRAB ASSIGNMENT RESPONSE メッセージを、コアネットワーク１のＳＧＳＮへ返送する。このメッセージには、ＵＰＳ＃２のＩＰアドレス及びＧＴＰ ＳＮが含まれる。こうして、ユーザデータの伝送が、コアネットワーク１のＳＧＳＮからＵＰＳ＃２のＭＡＣ−ｄ／ＲＬＣ１５１及びＵＰＳ＃１のＭＡＣ−ｃ１４２を経由して、ＵＥ１２に対して行われる。

なお、シグナリングについては、ＲＣＳ１３内の移動体及びＲＡＢ制御部１３１を介することが必要であるので、ＵＰＳ＃２のＭＡＣ−ｄ／ＲＬＣ１５１及びＲＣＳ１３の移動体及びＲＡＢ制御部１３１の両者を経由して、コアネットワーク１へ転送される。

次に、本発明の他の実施の形態について説明する。本例におけるシステム構成も図９と同等（すなわち図１，２と同一）であるが、ＲＣＳ１３内の複数の移動体及びＲＡＢ制御部１３１の１つを選択するのに、使用率（負荷状況）が低いものを選ぶようになっている。このロードバランシングの機能は、ＲＣＳ１３内のセルコントロール部１３２において行われるものとする。

いま、ＲＣＳ内の移動体及びＲＡＢ制御部１３１はセルにくくりつけにはなっていないので、移動体及びＲＡＢ制御部１３１からは、ＵＰＳ＃１やＵＰＳ＃２にシグナリングの転送を行うことができる（図１のＣプレーンルート１０１や、図２のＣプレーンルート１０３参照）。従って、ＲＣＳ内のセルコントロール部１３２において、図３〜図５にて説明したロードバランシングの手順に沿って、使用する移動体及びＲＡＢ制御部の１つを決定する。このときの動作シーケンスを図７に示す。

図７を参照すると、ＲＲＣ（Radio Resource Control）プロトコルに準拠した“RRC CONNECTION REQUEST”（無線コネクション接続要求）により、移動機であるＵＥ１２が、ＵＰＳ＃１のＭＡＣ−ｃ１４２を介して、最初にアクセスしてきたとする（ステップＳ２１、Ｓ２２）。ＲＣＳ１３内のセルコントロール部１３２は、ロードバランシングにより移動体及びＲＡＢ制御部の１つを選択する（ステップＳ２３、Ｓ２４）。この選択した移動体及びＲＡＢ制御部（＃１とする）に対して、セルコントロール部１３２は無線コネクション接続要求を送出する（ステップＳ２５）。移動体及びＲＡＢ制御部＃１は無線コネクション接続設定を、ＵＥ１２との間で行う（ステップＳ２６〜Ｓ２８）。

本発明の実施の形態における一つの動作状態を説明するシステム構成図である。 本発明の実施の形態における他の動作状態を説明するシステム構成図である。 本発明の実施の形態におけるＲＣＳのＵＰＳ使用率の測定手順を示す図である。 本発明の実施の形態における各ＵＰＳの使用率の報告タイミングを示す図である。 本発明の実施の形態におけるＲＣＳのロードバランシング（負荷分散）のためのＵＰＳ選択例を説明する図である。 本発明の一実施の形態の動作シーケンス図である。 本発明の他の実施の形態の動作シーケンス図である。 Ｗ−ＣＤＭＡ移動通信システムの構成を示す図である。 Ｗ−ＣＤＭＡ移動通信システムの他の構成を示す図である。

符号の説明

１ コアネットワーク（ＣＮ）
４〜７ Ｎｏｄｅ Ｂ（無線基地局）
８〜１１ セル
１２ 移動機（ＵＥ）
１３ ＲＣＳ
１４，１５ ＵＰＳ
１３１ 移動体及びＲＡＢ制御部
１３２ セル制御部
１４１，１５１ ＭＡＣ−ｄ／ＲＬＣ
１４２，１５２ ＭＡＣ−ｃ

Claims (16)

1. 無線基地局と交換機ネットワークとの間に設けられた無線回線制御装置が、コントロールプレーン制御手段とユーザプレーン制御手段とに分離されてなる移動通信システムであって、
   複数の前記ユーザプレーン制御手段のリソース使用状況に応じて、前記ユーザプレーン制御手段を選択制御するリソース選択制御手段を含むことを特徴とする移動通信システム。
2. 前記リソース選択制御手段は、複数の前記ユーザプレーン制御手段のリソース使用状況の報告を受け、最新のリソース使用状況に応じて選択制御をなすことを特徴とする請求項１記載の移動通信システム。
3. 前記リソース選択制御手段は、複数の前記ユーザプレーン制御手段の各リソースの使用状況がバランスするように選択制御をなすことを特徴とする請求項２記載の移動通信システム。
4. 前記リソース選択制御手段は前記コントロールプレーン制御手段に設けられており、前記リソースは前記ユーザプレーン制御部のデータリンクレイヤ機能部であることを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の移動通信システム。
5. 無線基地局と交換機ネットワークとの間に設けられ、コントロールプレーン制御手段とユーザプレーン制御手段とを有する無線回線制御装置であって、
   前記コントロールプレーン制御手段内の複数のリソースの各使用状況に応じて、リソースの選択制御をなすリソース選択制御手段を含むことを特徴とする無線回線制御装置。
6. 前記リソース選択制御手段は、複数の前記リソースの各使用状況の報告を受け、最新のリソース使用状況に応じて選択制御をなすことを特徴とする請求項５記載の無線回線制御装置。
7. 前記リソース選択制御手段は、複数の前記リソースの使用状況がバランスするように選択制御をなすことを特徴とする請求項６記載の無線回線制御装置。
8. 前記リソースは移動体及び無線アクセスベアラ制御機能部であることを特徴とする請求項５〜７いずれか記載の無線回線制御装置。
9. 無線基地局と交換機ネットワークとの間に設けられた無線回線制御装置が、コントロールプレーン制御手段とユーザプレーン制御手段とに分離されてなる移動通信システムにおけるリソース制御方法であって、
   複数の前記ユーザプレーン制御手段のリソース使用状況に応じて、前記ユーザプレーン制御手段を選択制御するステップを含むことを特徴とするリソース制御方法。
10. 前記ステップは、複数の前記ユーザプレーン制御手段のリソース使用状況の報告を受け、最新のリソース使用状況に応じて選択制御をなすことを特徴とする請求項９記載のリソース制御方法。
11. 前記ステップは、複数の前記ユーザプレーン制御手段の各リソースの使用状況がバランスするように選択制御をなすことを特徴とする請求項１０記載のリソース制御方法。
12. 前記ステップは、前記コントロールプレーン制御手段において実行され、前記リソースは前記ユーザプレーン制御部のデータリンクレイヤ機能部であることを特徴とする請求項９〜１１ずれか記載のリソース制御方法。
13. 無線基地局と交換機ネットワークとの間に設けられ、コントロールプレーン制御手段とユーザプレーン制御手段とを有する無線回線制御装置におけるリソース制御方法であって、
    前記コントロールプレーン制御手段内の複数のリソースの各使用状況に応じて、リソースの選択制御をなすステップを含むことを特徴とするリソース制御方法。
14. 前記ステップは、複数の前記リソースの各使用状況の報告を受け、最新のリソース使用状況に応じて選択制御をなすことを特徴とする請求項１３記載のリソース制御方法。
15. 前記ステップは、複数の前記リソースの使用状況がバランスするように選択制御をなすことを特徴とする請求項１４記載のリソース制御方法。
16. 前記リソースは移動体及び無線アクセスベアラ制御機能部であることを特徴とする請求項１３〜１５いずれか記載のリソース制御方法。
    

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