JP2006203580A - 通信制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】 階層化ＭＩＰを適用して、ＷＬＡＮインターワークネットワーク内のＦＡによって端末がＷＬＡＮ内の移動を検知し、ＰＤＧのＧＦＡ（Gateway FA）がＷＬＡＮ内の端末移動制御処理を担当し、ＰＤＮ内のＨＡで３ＧＰＰとＷＬＡＮ間の端末移動制御処理を担当して、ＷＬＡＮのサブネット内の端末移動検知を実現するとともにＨＡの端末移動制御処理の処理負担を軽減すること。
【解決手段】 階層化ＭＩＰを適用して、ＷＬＡＮ１０６内のＦＡ１０６ａにより無線通信端末１１１がＷＬＡＮ１０６内の移動の検知を行い、ＰＤＧ１０２１のＧＦＡ１０２１ａがＷＬＡＮ１０６内の端末移動制御処理を担当し、ＰＤＮ１０３内のＨＡ１０３ａで３ＧＰＰとＷＬＡＮ間の端末移動制御処理を担当して、ＷＬＡＮ１０６内の端末移動検知を実現するとともにＨＡ１０３ａの端末移動制御処理の処理負担を軽減する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、通信制御システムに関し、３ＧＰＰシステムとＷＬＡＮ等の異種網間を移動する無線通信端末同士の通信を制御する通信制御システムに関する。

３ＧＰＰ（3rd Generation Partnership Project）システムとＷＬＡＮ（Wireless LAN）等の異種網間を移動する無線通信端末同士の接続を制御する異種網間移動制御システムが提案されている（例えば、非特許文献１）。

３ＧＰＰシステムとＷＬＡＮに代表される異種網間のシームレス接続を提供するためのベースとなるネットワークシステムの構成例を図５に示す。

図５のネットワークシステム５００は、３ＧＰＰのＧＰＲＳ（General Packet Radio Service）コアネットワーク５０１、ＷＬＡＮインターワークネットワーク５０２、パケットデータネットワーク（Packet Data Network 、以下、ＰＤＮという）５０３の３つのネットワークから構成される。

ＧＰＲＳコアネットワーク５０１は、３ＧＰＰ ＨＬＲ（Home Location Register）／ＡＡＡ（Authentication,Authorizationand Accounting）サーバ５０１１、ＳＧＳＮ（Serving GPRS Support Node）５０１２、ＧＧＳＮ（Gateway GPRS Support Node ）５０１３からなる。

ＷＬＡＮインターワークネットワーク５０２は、パケットデータゲートウェイ（Packet Data Gateway、以下、ＰＤＧという）５０２１及びＷＬＡＮアクセスゲートウェイ（WLAN Access Gateway、以下、ＷＡＧという）５０２２からなる。なお、ＧＰＲＳコアネットワーク５０１とＷＬＡＮインターワークネットワーク５０２を合わせて３ＧＰＰホームネットワーク（図中の二重線で囲んだ部分）と呼ぶ。

また、図５において、ＧＰＲＳコアネットワーク５０１にはＲＮＣ（Radio Network Controller）５０４が接続され、ＲＮＣ５０４には無線基地局装置（Base Transceiver Station）である第１ＢＴＳ５０５と第２ＢＴＳ５０６が接続され、ＷＬＡＮインターワークネットワーク５０２にはＷＬＡＮ５０７が接続され、ＷＬＡＮ５０７はＷＬＡＮインターワークネットワーク５０２を介してＩＳＰ（Internet Services Provider）５０８が接続され、ＰＤＮ５０３及びＩＳＰ５０８にはインターネット５０９が接続されている。

また、図５において、第１ＢＴＳ５０５と第２ＢＴＳ５０６は、それぞれ無線エリアＡ１，Ａ２内を移動する３ＧＰＰ対応の無線通信端末５１０の無線接続を管理し、ＷＬＡＮ５０７は、無線エリアＢを移動するＷＬＡＮ対応の無線通信端末５１１の無線接続を管理するものとする。

図５のネットワークシステム５００において使用されるＩＰアドレスは、リモートＩＰアドレスとローカルＩＰアドレスの２つがある。リモートＩＰアドレスは、無線通信端末５１１に付与されるＩＰアドレスであり、ＰＤＮのアドレス体系に基づいている。ローカルＩＰアドレスは、ＩＰパケットがＷＬＡＮ５０７内を転送されるために無線通信端末５１１に付与されるＩＰアドレスであり、ＷＬＡＮのアドレス体系に基づいている。

ネットワークシステム５００において、ＷＬＡＮインターワークネットワーク５０２、ＷＬＡＮ５０７、無線通信端末５１０，５１１の間でＩＰパケットが転送されるとき、リモートＩＰアドレスを持ったＩＰパケットは、ローカルＩＰアドレスを用いてＩＰカプセル化が行われて運ばれる。無線通信端末５１１は、ＷＬＡＮ５０７からＩＰパケットを受信すると、ローカルＩＰアドレスを用いてカプセル化を解いて、リモートＩＰアドレスによる受信処理を行う。無線通信端末５１１がパケットを送信するときは、その逆を行う。

次に、上記図５のネットワークシステム５００において、モバイルＩＰを用いた３ＧＰＰホームネットワークとＷＬＡＮ間のシームレス接続動作について、図７を参照して説明する。

図７において、ＰＤＮ５０３内にホームエージェント（Home Agent、以下、ＨＡという）５０３ａを配置し、ＧＧＳＮ５０１３内とＰＤＧ５０２１内にフォーリンエージェント（Foreign Agent、以下、ＦＡという）５０１３ａ，５０２１ａを配置し、無線通信端末５１０，５１１にはモバイルＩＰクライアント（ＭＩＰクライアント）５１０ａ，５１１ａを配置している。

これらＦＡ５０１３ａとＰＤＮ５０３のＨＡ５０３ａ間にはＭＩＰ（Mobil IP）のＣａｒｅ ｏｆ Ａｄｄｒｅｓｓ（気付けアドレス、以下、ＣｏＡという）によるトンネルが張られる。したがって、無線通信端末５１１とＰＤＧ５０２１間にはローカルＩＰアドレスによるトンネルＴ３が確立され、ＰＤＧ５０２１のＦＡ５０２１ａとＰＤＮ５０３のＨＡ５０３ａ間にはＭＩＰのＣｏＡによるトンネルＴ２が確立されている。これらのトンネルＴ２，Ｔ３の中をリモートＩＰアドレスのヘッダを持ったＩＰパケットが転送されることになる。

一方、３ＧＰＰ側において、無線通信端末５１０とＧＧＳＮ５０１３間には３ＧＰＰによるトンネルＴ４が確立され、ＧＧＳＮ５０１３のＦＡ５０１３ａとＰＤＮ５０３のＨＡ５０３ａ間にはＭＩＰのＣｏＡによるトンネルＴ１が確立される。これらのトンネルＴ１，Ｔ４の中をリモートＩＰアドレスのヘッダを持ったＩＰパケットが転送される。

以上の構成を前提として、具体的な動作を以下に説明する。

（１）無線通信端末５１０，５１１のＨＡ５０３ａへの登録動作
まず、無線通信端末５１０，５１１が下位レイヤの接続が確立したことを検出する。３ＧＰＰエリアの場合、ＧＧＳＮ５０１３−無線通信端末５１０間のＧＰＲＳ接続が確立したときであり、ＷＬＡＮインターワークネットワーク５０２の場合はＰＤＧ５０２１−無線通信端末５１１間のトンネルＴ３が張られたときである。

次に、ＧＧＳＮ５０１３のＦＡ５０１３ａは、ＧＧＳＮ５０１３と無線通信端末５１０間でＧＰＲＳ接続が確立されたことを検知すると、ＨＡ５０３ａに無線通信端末５１０のＣｏＡを通知する。また、ＰＤＧ５０２１のＦＡ５０２１ａは、ＰＤＧ５０２１と無線通信端末５１１間のローカルＩＰトンネルＴ３が確立されたことを検知すると、ＨＡ５０３ａに無線通信端末５１１のＣｏＡを通知する。このＨＡ５０３ａへの登録処理は、ＭＩＰの移動制御処理の一部である。

この登録動作により、ＰＤＮ５０３内のＨＡ５０３ａでは、無線通信端末５１０のＣｏＡ及びＧＧＳＮ５０１３のＩＰアドレスと、無線通信端末５１１のＣｏＡ及びＰＤＧ５０２１のＩＰアドレスとを対応付けるバインディングテーブルが設定される。

（２）３ＧＰＰ側の転送処理
ＣＮ（Correspondent Node）である無線通信端末５１１から無線通信端末５１０へのＩＰパケットを３ＧＰＰ経由で転送する方式を説明する。この場合、ＧＧＳＮ５０１３がＦＡ５０１３ａとして動作する。

ＣＮ（無線通信端末５１１）が無線通信端末５１０のホームＩＰアドレス(リモートＩＰアドレス)を宛先アドレス(ＤＳフィールド)、自ＣＮのＩＰアドレスを送信元アドレス(ＳＳフィールド)に格納したＩＰパケットをＰＤＧ５０２１のＦＡ５０２１ａに送出する。

ＰＤＮ５０３内のＨＡ５０３ａがＰＤＧ５０２１のＦＡ５０２１ａから送信されたＩＰパケットを受信する。ＨＡ５０３ａは、先の登録動作で作成したバインディングテーブルを参照して、ＩＰパケットの宛先となっている無線通信端末５１０に対応するＧＧＳＮ５０１３のＩＰアドレスを検索する。ＨＡ５０３ａは、ＧＧＳＮ５０１３のＩＰアドレスがテーブルから見つかると、そのＧＧＳＮ５０１３に対して、ＩＰパケットを転送する。この時、ＨＡ５０３ａは、転送するＩＰパケットの宛先アドレス（ＤＳフィールド）には、そのＧＧＳＮ５０１３のＩＰアドレスを格納し、送信元アドレス（ＳＳフィールド）には、自ＨＡ５０３ａのＩＰアドレスを用いてＣＮ（無線通信端末５１１）から受信したＩＰパケットをカプセル化して格納したＩＰパケットをＧＧＳＮ５０１３に転送する。

次に、ＧＧＳＮ５０１３のＦＡ５０１３ａがカプセル化されたＩＰパケットをＨＡ５０３ａから受信する。ＧＧＳＮ５０１３はカプセル化を解除し、元のＣＮ（無線通信端末５１１）から送信されたＩＰパケットを抽出して、ＳＧＳＮ５０１２へＩＰパケットを転送する。次に、ＳＧＳＮ５０１２は、ＧＧＳＮ５０１３から受信したＩＰパケットをＧＰＲＳプロトコルを用いてをＲＮＣ５０４に送出する。ＲＮＣ５０４は、ＳＧＳＮ５０１２から受信したＩＰパケットをＰＤＣＰ（Packet Data Convergence Protocol）を用いて変換し、第１ＢＴＳ５０５を介して無線通信端末５１０に伝送する。無線通信端末５１０は、第１ＢＴＳ５０５から受信したＩＰパケットのＰＤＣＰを解除してＩＰパケットを復元する。

（３）ＷＬＡＮ側の転送処理
ＣＮである無線通信端末５１０から無線通信端末５１１へのＩＰパケットがＷＬＡＮ経由で転送される方式を説明する。この場合、ＰＤＧ５０２１がＦＡ５０２１ａとして動作する。

まず、ＣＮ（無線通信端末５１０）が無線通信端末５１１のホームＩＰアドレス(リモートＩＰアドレス)を宛先アドレス(ＤＳフィールド)に格納し、自ＣＮ（無線通信端末５１０）のＩＰアドレスを送信元アドレス(ＳＳフィールド)に格納したＩＰパケットをＧＧＳＮ５０１３のＦＡ５０１３ａに送出する。

ＰＤＮ５０３内のＨＡ５０３ａがＧＧＳＮ５０１３のＦＡ５０１３ａから送信されたＩＰパケットを受信する。ＨＡ５０３ａは、先の登録動作で作成したバインディングテーブルを参照し、ＩＰパケットの宛先となっている無線通信端末５１１に対応するＰＤＧ５０２１のＩＰアドレスを検索する。ＨＡ５０３ａは、ＰＤＧ５０２１のＩＰアドレスがテーブルから見つかると、宛先アドレス（ＤＳフィールド）にそのＰＤＧ５０３のＩＰアドレスを格納し、送信元アドレス（ＳＳフィールド）に自ＨＡ５０３ａのＩＰアドレスを用いてＣＮ（無線通信端末５１０）から受信したＩＰパケットをカプセル化して格納したＩＰパケットをＰＤＧ５０２１に送出する。

ＰＤＧ５０２１は、カプセル化されたＩＰパケットをＨＡ５０３ａから受信する。ＰＤＧ５０２１は、カプセル化を解除し、元のＣＮ（無線通信端末５１０）から送信されたＩＰパケットを抽出する。さらに、ＰＤＧ５０２１は、宛先アドレス（ＤＳフィールド）に無線通信端末５１１のローカルＩＰアドレスを格納し、送信元アドレス（ＳＳフィールド）に自ＰＤＧ５０２１のＩＰアドレスを用いてそのＩＰパケットを再びカプセル化して格納したＩＰパケットをＷＡＧ５０２２及びＷＬＡＮ５０７を介して無線通信端末５１１に送出する。

ローカルＩＰアドレスは、ＷＬＡＮインターワークネットワーク５０２内でルーティング可能であるため、ローカルＩＰアドレスを用いてカプセル化されたＩＰパケットはＷＡＧ５０２２とＷＬＡＮ５０７によって中継され、無線通信端末５１１まで伝送される。
WLAN-GPRS integration for next-generation mobile data networks, IEEE Wireless Communications, vol. 9, no. 5, October 2002, pp. 112 - 124

しかしながら、上記従来のモバイルＩＰを用いた３ＧＰＰホームネットワークとＷＬＡＮ間のシームレス接続動作においては、以下のような問題がある。

従来のシームレス接続のネットワークシステムでは、３ＧＰＰとＷＬＡＮ間の端末移動については対応できるが、ＷＬＡＮ内での端末移動（すなわちサブネット間移動）については次の理由により対応ができていない。

無線通信端末がサブネット間移動を検知する仕組みが、従来のシームレス接続のためのネットワークシステムには規定されておらず、移動検知ができない。

そのため、一般的にモバイルＩＰによる移動検知の仕組みは、ＦＡが自身のサブネットを無線通信端末に広告することにより無線通信端末がサブネットを移動したことを検知する方法である。しかしながら、上記従来のシステムにおけるＰＤＧのＦＡは、ＷＬＡＮの外に存在するため、ＷＬＡＮ内のサブネットを意識できず、無線通信端末の移動にともなうサブネットの変化を無線通信端末に広告することができない。

ＰＤＧのＦＡが無線通信端末の移動を検知する仕組みがなんらかの方法でできたとしても、移動検知後に無線通信端末はＰＤＧとの間でローカルＩＰによるトンネルを確立する必要がある。そのためには移動検知処理とローカルＩＰトンネル確立処理とが連動する必要があるが、その連動の仕組み（無線通信端末の内部処理）が現状のシームレス接続のネットワークシステムでは規定されていない。

仮に、移動検知の仕組みとトンネル確立の仕組みが導入され、ＷＬＡＮ内の端末移動が可能となった場合、従来のシームレス接続のネットワークシステムでは、移動の登録がＨＡに集中する。つまり、３ＧＰＰ−ＷＬＡＮ間の移動及びＷＬＡＮ内の端末移動に伴う移動制御の両方がＨＡに集中することになる。このことは、ＨＡにとっては処理負荷が大きくなる。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、階層化ＭＩＰを適用して、ＷＬＡＮインターワークネットワーク内のＦＡによって端末がＷＬＡＮ内の移動を検知し、ＰＤＧのＧＦＡ（Gateway FA）がＷＬＡＮ内の端末移動制御処理を担当し、ＰＤＮ内のＨＡで３ＧＰＰとＷＬＡＮ間の端末移動制御処理を担当するようにして、ＷＬＡＮのサブネット内の端末移動検知を実現するとともにＨＡの端末移動制御処理の処理負担を軽減する通信制御システムを提供することを目的とする。

本発明の通信制御システムは、モバイルＩＰを用いた３ＧＰＰネットワーク及びＷＬＡＮを移動する無線通信装置と、パケットデータネットワークとの間でＩＰパケットの送受信を制御する通信制御システムであって、前記ＷＬＡＮ側に設置するパケットデータゲートウェイ装置内にゲートウェイフォーリンエージェント装置を設置し、前記ＷＬＡＮ内のサブネット毎にフォーリンエージェント装置を設置し、前記移動する無線通信装置内にモバイルＩＰクライアント装置を設置し、前記モバイルＩＰクライアント装置は、前記ＷＬＡＮ内のフォーリンエージェント装置が広告するサブネットアドレスと、すでに保持している既存のサブネットアドレスを比較することにより自装置のサブネット間移動を検知する移動検知処理手段を備える構成を採る。

この構成によれば、ＷＬＡＮのサブネット間で無線通信装置が移動した場合でも、無線通信装置は移動を検知することができる。

本発明の通信制御システムは、請求項１記載の通信制御システムにおいて、前記無線通信装置は、ローカルＩＰアドレスにより前記パケットデータゲートウェイ装置との間でトンネルを確立するトンネル確立処理手段を備え、前記無線通信装置のモバイルＩＰクライアント装置は、前記ローカルＩＰアドレスによるトンネル確立後、前記移動検知処理手段による移動検知に応じて自装置の位置登録処理を前記ゲートウェイフォーリンエージェント装置に対して行う構成を採る。

この構成によれば、ゲートウェイフォーリンエージェント装置はＷＬＡＮ内の無線通信装置の移動制御処理を担当することができ、ホームエージェント装置におけるＷＬＡＮと３ＧＰＰ間の移動制御処理と処理を分担することができ、移動制御処理の負荷分散を行うことができる。

本発明の通信制御システムは、請求項２記載の通信制御システムにおいて、前記無線通信装置のモバイルＩＰクライアント装置は、モバイルＩＰのＣｏ−ＬｏｃａｔｅｄＭｏｄｅを適用してすでに前記パケットデータゲートウェイ装置との間で確立しているローカルＩＰトンネルをモバイルＩＰのＣｏ−ＬｏｃａｔｅｄＭｏｄｅ用トンネルとして使用するトンネル統合化処理手段を備え、前記ゲートウェイフォーリンエージェントは、前記ローカルＩＰトンネルをモバイルＩＰ用のトンネルとして使用するトンネル統合化処理手段を備える構成を採る。

この構成によれば、無線通信装置とパケットデータゲートウェイ装置との間のローカルＩＰのトンネルとフォーリンエージェント装置とパケットデータゲートウェイ装置のゲートウェイフォーリンエージェント装置との間のモバイルＩＰ用のトンネルを統合することができ、パケットオーバヘッドの削減及びスループットの向上を実現することができる。

本発明の通信制御システムは、請求項２記載の通信制御システムにおいて、前記無線通信装置は、前記ローカルＩＰトンネル確立時に取得した前記パケットデータゲートウェイ装置のＩＰアドレスを保持しておき、前記無線通信装置のモバイルＩＰクライアント装置は、前記パケットデータゲートウェイ装置のＩＰアドレスを用いてゲートウェイフォーリンエージェント装置に対して自装置の位置登録処理を行う構成を採る。

この構成によれば、モバイルＩＰ処理としてのゲートウェイフォーリンエージェント装置のＩＰアドレス検知処理を動作させる必要がなくなり、処理遅延の削減を実現することができる。

本発明によれば、モバイルＩＰを用いた３ＧＰＰネットワークとＷＬＡＮ間のシームレス接続において、ＷＬＡＮのサブネット間の端末移動検知を実現するとともに、トンネル数の削減によりシステムのオーバヘッドを減少させることができ、ホームエージェント装置の端末移動制御処理の処理負担を軽減することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本実施の形態に係る３ＧＰＰシステムとＷＬＡＮの異種網間のシームレス接続を提供するネットワークシステムの全体構成を示す図である。

図１のネットワークシステム１００は、３ＧＰＰのＧＰＲＳコアネットワーク１０１、ＷＬＡＮインターワークネットワーク１０２、パケットデータネットワーク（以下、ＰＤＮという）１０３の３つのネットワークから構成される。

ＧＰＲＳコアネットワーク１０１は、３ＧＰＰ ＨＬＲ／ＡＡＡサーバ１０１１、ＳＧＳＮ１０１２、ＧＧＳＮ１０１３及びＲＮＣ１０１４からなる。

ＷＬＡＮインターワークネットワーク１０２は、パケットデータゲートウェイ（以下、ＰＤＧという）１０２１及びＷＬＡＮアクセスゲートウェイ（以下、ＷＡＧという）１０２２からなる。なお、ＧＰＲＳコアネットワーク１０１とＷＬＡＮインターワークネットワーク１０２を合わせて３ＧＰＰホームネットワーク（図中の二重線で囲んだ部分）と呼ぶ。

また、図１において、ＲＮＣ１０１４には無線基地局装置である第１ＢＴＳ１０４と第２ＢＴＳ１０５が接続され、ＷＬＡＮインターワークネットワーク１０２にはＷＬＡＮ１０６が接続され、ＷＬＡＮ１０６はＷＬＡＮインターワークネットワーク１０２を介してＩＳＰ１０７が接続され、ＰＤＮ１０３及びＩＳＰ１０７にはインターネット１０８が接続されている。

また、図１において、第１ＢＴＳ１０４と第２ＢＴＳ１０５は、それぞれ無線エリアＡ１，Ａ２内を移動する３ＧＰＰ対応の無線通信端末１１０の無線接続を管理し、ＷＬＡＮ１０６は、無線エリア（以下、サブネットという）Ｂを移動するＷＬＡＮ対応の無線通信端末１１１の無線接続を管理するものとする。なお、図中では、無線通信端末１１１が無線エリアＢ内で移動する場合を示している。

次に、図１の各部の機能を説明する。

３ＧＰＰ ＨＬＲ／ＡＡＡサーバ１０１１は、３ＧＰＰ加入者が所有する無線通信端末１１０の位置登録、認証情報及び加入データを管理する装置である。ＳＧＳＮ１０１２は、３ＧＰＰホームネットワークにおける無線通信端末位置の把握、ＩＰパケット転送及びモビリティ制御を行う装置である。ＧＧＳＮ１０１３は、３ＧＰＰにおいてＰＤＮ１０３とのインターワークを行い、ＩＰパケットの転送ルートを行う装置である。

ＰＤＧ１０２１は、ＰＤＮ１０３とのインターワークを行うゲートウェイ装置であり、基本的に以下のような機能を含んでいる。

ＷＬＡＮ−３ＧＰＰ接続ユーザ（無線通信端末１１０，１１１）のルーティング情報の設定機能、ＰＤＮ１０３から受信するＷＬＡＮ−３ＧＰＰ接続ユーザへのパケットデータのルーティング又はＰＤＮ１０３に送信するＷＬＡＮ−３ＧＰＰ接続ユーザからのパケットデータのルーティング機能、アドレス変換とマッピングを実行する機能、ＩＰパケットのカプセル化とカプセル解除を実行する機能、３ＧＰＰ ＨＬＲ／ＡＡＡサーバ１０１１により下された判断に応じて要求されたＷ−ＡＰＮ（WLAN access point name）を受理又は拒絶する機能、必要な場合に別のＰＤＧに向けたトンネル確立要求を転送する機能、無線通信端末のリモートＩＰアドレスの割り当てを許容する機能、外部ＩＰネットワークのアドレス割り当て使用時に外部ＩＰネットワークにより無線通信端末に分配された無線通信端末のリモートＩＰアドレスを中継する機能、無線通信端末のローカルＩＰアドレスと無線通信端末のリモートＩＰアドレスの結合を実行する機能、無線通信端末のリモートＩＰアドレスと無線通信端末のローカルＩＰアドレスを解くための手続きを提供する機能等である。

ＷＡＧ１０２２は、ＷＬＡＮインターワークネットワーク１０２へのデータをルーティング又はＷＬＡＮインターワークネットワーク１０２からのデータをルーティングするゲートウェイ装置であり、以下の機能を含んでいる。

ＰＤＧへのＩＰパケットのルーティング又はＰＤＧからのＩＰパケットのルーティングを行う機能、ＷＬＡＮへのＩＰパケットのルーティング又はＷＬＡＮからのＩＰパケットのルーティングを行う機能、トンネル毎に、例えば、オペレータ間決済のために使用されるボリュームカウント（バイト・カウント）と経過時間等のアカウンティング情報の収集を実行する機能等である。

そして、本実施の形態のネットワークシステム１００の従来と異なる構成の特徴として、ＰＤＧ１０２１にＧＦＡ１０２１ａ、ＧＧＳＮ１０１３にＧＦＡ（Gateway Foreign Agent ）１０１３ａ、ＰＤＮ１０３（あるいは３ＧＰＰホームネットワーク）にＨＡ(Home Agent)１０３ａ、ＷＬＡＮ１０６にサブネット毎にＦＡ（Foreign Agent ）１０６ａ，１０６ｂ、そして無線通信端末１１０，１１１にはＣｏ−ＬｏｃａｔｅｄＭｏｄｅによるモバイルＩＰクライアント（以下、ＭＩＰクライアントという）１１０ａ，１１１ａを設置する。なお、ＧＦＡ１０２１ａは、ＨＡ１０３ａとの間にモバイルＩＰで使用するトンネルＴ３が確立されているが、このことは、本発明には関係しない。

上記図１のネットワークシステム１００において、もし本発明の無線通信装置とパケットデータゲートウェイ装置との間のローカルＩＰトンネルとフォーリンエージェント装置とパケットデータゲートウェイ装置のゲートウェイフォーリンエージェント装置との間のモバイルＩＰ用のトンネルを統合する機能がない場合のシステム構成例を図６に示す。図６において、ＰＤＧ６０２１と無線通信端末６６６の間にはローカルＩＰトンネルＴ１が確立されており、無線通信端末６６６が新たなＦＡ６０６ａの配下に移動すると無線通信端末６６６は新たなローカルＩＰトンネルＴ２が確立される。一方、ＦＡ６０６ｂとＰＤＧ６０２１のＧＦＡ６０２１ａとの間にもモバイルＩＰとしてのトンネルＴ３が確立され、ＦＡ６０６ａとＰＤＧ６０２１のＧＦＡ６０２１ａとの間にトンネルＴ４が確立される。すなわち、トンネルＴ１とＴ３、トンネルＴ２とＴ４と示すように、トンネルが２重に確立されることになり、パケットヘッダのオーバヘッドやスループットの低下を招く。

ところが、本発明の無線通信装置とパケットデータゲートウェイ装置との間のローカルＩＰトンネルとフォーリンエージェント装置とパケットデータゲートウェイ装置のゲートウェイフォーリンエージェント装置との間のモバイルＩＰ用のトンネルを統合する機能によると、無線通信端末１１１のＭＩＰクライアント１１１ａにモバイルＩＰのＣｏ−ＬｏｃａｔｅｄＭｏｄｅを適用してすでにＰＤＧ１０２１との間で確立しているローカルＩＰトンネルをモバイルＩＰのＣｏ−ＬｏｃａｔｅｄＭｏｄｅ用トンネルとして使用するトンネル統合化処理機能を持たせ、ＧＦＡ１０２１ａにローカルＩＰトンネルをモバイルＩＰ用のトンネルとして使用するトンネル統合化処理機能を持たせることにより、本実施の形態のネットワークシステム１００に示したようにトンネルを統合して１本に集約することができる。

これにより、トンネルによるオーバヘッドが削減される。トンネルの統合化のためには、ＷＬＡＮ１０６により割り当てられたＩＰアドレスが、ローカルＩＰアドレスになり、かつモバイルＩＰのＣｏＡとみなすトンネル統合化処理機能をＧＦＡ１０２１ａ、ＭＩＰクライアント１１１ａが持つ。

ＧＦＡ１０２１ａは、ある一定エリアのＦＡをまとめる機能を持つ。言い換えれば、ＧＦＡ１０２１ａが管理するサブネットＢ内の端末移動は、無線通信端末１１１のＭＩＰクライアント１１１ａがＧＦＡ１０２１ａに移動登録をすればＧＦＡ１０２１ａが無線通信端末１１１あてのＩＰパケットのルーティングを行う。これによりＷＬＡＮ１０６内の移動追随はＧＦＡ１０２１ａが対応する。

一方、ＨＡ１０３ａは、３ＧＰＰとＷＬＡＮ間の移動の場合に、ＨＡ１０３ａに位置登録が行われることにより、３ＧＰＰ側あるいはＷＬＡＮ側へのＩＰパケットの振り分けを行うことになる。すなわち、ＧＦＡを適用することにより、３ＧＰＰ−ＷＬＡＮ間の移動はＨＡ１０３ａが振り分け処理を行い、ＷＬＡＮ内の移動はＧＦＡ１０２１ａが振り分け処理を行うという負荷分散を実現することができるようになる。

無線通信端末１１１のＭＩＰクライアント１１１ａがＧＦＡ１０２１ａに位置登録するためには、ＧＦＡ１０２１ａのＩＰアドレスを知る必要がある。モバイルＩＰ処理の中にはＧＦＡのＩＰアドレスを知る処理は含まれているが、本実施の形態のネットワークシステム１００の場合、モバイルＩＰの処理前のローカルＩＰトンネル確立のために、ＧＦＡ１０２１ａ、すなわちＰＤＧ１０２１のＩＰアドレスを知る必要がある。したがって、モバイルＩＰ処理中でＧＦＡ１０２１ａ（ＰＤＧ１０２１）のＩＰアドレスを知るための処理を削除し、ローカルＩＰトンネル確立のためのＰＤＧ１０２１のＩＰアドレス取得処理で代用する。

なお、本実施の形態のネットワークシステム１００において、無線通信端末１１１の移動検知については、ＷＬＡＮ１０６のサブネット毎に設置したＦＡ１０６ａ，１０６ｂにより無線通信端末１１１が移動を検知できる仕組みを提示した。しかしながら、例えば、サブネット毎にＤＨＣＰ（Dynamic Host Configuration Protocol ）サーバを設置し、無線通信端末１１１は無線コネクションが新たに接続した場合に、そのＤＨＣＰサーバからＩＰアドレスを付与され、そのＩＰアドレスが以前のＩＰアドレスと異なっていればサブネット間の移動が行われたと認識する方法をとってもよい。

次に、無線通信端末１１１内部の構成について、図２に示すブロック図を参照して説明する。

図２において、無線通信端末１１１は、ＷＬＡＮ無線コネクション確立処理部２０１、認証処理部２０２、ローカルＩＰ取得処理部２０３、ＰＤＧアドレス解決処理部２０４、トンネル確立処理部２０５、ＭＩＰクライアント処理部２０６（ＭＩＰクライアント１１１ａ）、ユーザデータ送受信処理部２０７、ＩＰアドレスデータベース２０８及びトンネル統合化処理部２０９から構成される。

ＷＬＡＮ無線コネクション確立処理部２０１は、ＷＬＡＮ１０６における無線ｂのコネクションを確立するための処理を行う。ＷＬＡＮ無線コネクション確立処理部２０１は、無線コネクションが確立後、認証処理部２０２を起動する。

認証処理部２０２は、ＥＡＰ（Extensible Authentication Protocol：認証プロトコル）などによる無線通信端末とネットワークの相互認証処理を行う。認証処理部２０２は、認証後、ローカルＩＰ取得処理部２０３を起動する。

ローカルＩＰ取得処理部２０３は、無線通信端末１１１自身のローカルＩＰアドレスを上記方法によりＷＬＡＮ１０６から取得する。そして、ＰＤＧアドレス解決処理部２０４を起動する。

ＰＤＧアドレス解決処理部２０４は、ローカルＩＰトンネルの終端点であるＰＤＧ１０２１のＩＰアドレスを、例えばＤＮＳ（Domain Name System）により取得し、そのＰＤＧ１０２１のＩＰアドレスをデータとしてＩＰアドレスデータベース２０８に保持しておく。ＰＤＧアドレス解決処理部２０４は、アドレス解決処理後、トンネル確立処理部２０５を起動する。

トンネル確立処理部２０５は、ローカルＩＰトンネルをＰＤＧ１０２１との間で確立する。トンネル確立処理部２０５は、トンネル確立処理後、ＭＩＰクライアント処理部２０６を起動する。

ＭＩＰクライアント処理部２０６は、ＦＡ（１０６ａ、あるいは１０６ｂ）からのサブネットアドレスの広告を受信してサブネット間の移動検知を行い、トンネル統合化処理部２０９からローカルＩＰトンネルをモバイルＩＰ用トンネルとして使用することの通知を受けると、ＰＤＧアドレス解決処理部２０４により保持されたＰＤＧ１０２１のＩＰアドレスデータベース２０８にアクセスしてＰＤＧ１０２１（ＧＦＡ１０２１ａ）のＩＰアドレスを取得し、そのＰＤＧ１０２１のＧＦＡ１０２１ａに対して自無線通信端末１１１の位置登録を行う。このＭＩＰクライアント処理部２０６による位置登録処理終了後、ユーザデータ送受信処理部２０７は、ＰＤＧ１０２１との間でＩＰパケット送受信処理が可能になる。

トンネル統合化処理部２０９は、無線通信端末１１１とＰＤＧ１０２１との間で確立されたローカルＩＰトンネルをモバイルＩＰトンネルとして使用することを、ＭＩＰクライアント処理部２０６へ通知する。通知する契機は、無線通信端末１１１の電源が入った時にＭＩＰクライアント処理部２０６に設定してもよいし、ローカルＩＰトンネルが確立した時にＭＩＰクライアント処理部２０６に通知してもよい。この時の設定・通知方法は限定しない。

次に、ＰＤＧ１０２１の内部の構成について、図３に示すブロック図を参照して説明する。

図３において、ＰＤＧ１０２１は、トンネル確立処理部３０１、ＧＦＡ処理部３０２（ＧＦＡ１０２１ａ）、トンネル統合化処理部３０３及びユーザデータ送受信処理部３０４から構成される。

トンネル確立処理部３０１は、ローカルＩＰトンネルを無線通信端末１１１との間で確立する。トンネル確立処理部３０１は、トンネル確立処理後、ＧＦＡ処理部３０２を起動する。

ＧＦＡ処理部３０２は、位置登録パケットを終端させ、トンネル統合化処理部３０３からの指示により、新たなモバイルＩＰトンネルを作成せずに、ローカルＩＰトンネルを使用し、そのローカルＩＰトンネルとリモートＩＰアドレスとの対応付けを行うようにルーティングテーブルをアップデートする。このＧＦＡ処理部３０２による位置登録処理終了後、ユーザデータ送受信処理部３０４は、無線通信端末１１１との間でＩＰパケット送受信処理が可能になる。

トンネル統合化処理部３０３は、無線通信端末１１１とＰＤＧ１０２１との間で確立されたローカルＩＰトンネルをモバイルＩＰトンネルとして使用することを、ＧＦＡ処理部３０２へ通知する。通知する契機は、ＰＤＧ１０２１の電源が入った時にＧＦＡ処理部３０２に設定してもよいし、ローカルＩＰトンネルが確立した時にＧＦＡ処理部３０２に通知してもよい。この時の設定・通知方法は限定しない。

次に、本実施の形態のネットワークシステム１００の動作について、図４に示すシーケンス図を参照して説明する。このシーケンス図は、ＷＬＡＮ１０６のサブネットＢ内で無線通信端末１１１が移動した場合の動作を示している。

最初、無線通信端末１１１とＰＤＧ１０２１のＧＦＡ１０２１ａ間にトンネルＴ１（図１参照）が確立されており、ユーザデータの上り（無線通信端末１１１からＧＦＡ１０２１ａ方向）／下り（ＧＦＡ１０２１ａから無線通信端末１１１方向）転送が行われているものとする（ステップＳ４０１）。

次に、無線通信端末１１１がサブネットＢを移動することにより、一旦ＷＬＡＮ１０６との無線コネクションが切断される（ステップＳ４０２）。次に、無線通信端末１１１のＷＬＡＮ無線コネクション確立処理部２０１とＷＬＡＮ１０６のＡＰ（Access Point）間で新たに無線用コネクションが確立される（ＷＬＡＮ Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ Ｓｅｔｕｐ）（ステップＳ４０３）。

次に、無線通信端末１１１の認証処理部２０２とＷＬＡＮ１０６及び３ＧＰＰ網がＥＡＰにより相互認証した（ステップＳ４０４）後、ＷＬＡＮ１０６側から無線通信端末１１１に上記ＤＨＣＰサーバを用いた方法によりローカルＩＰアドレスが付与される（ステップＳ４０５）。無線通信端末１１１は、ＷＬＡＮ１０６のＦＡ１０６ｂからのサブネットアドレスの広告を受信してサブネット間移動を行ったかどうかを検知する（ステップＳ４０６）。

次に、無線通信端末１１１のＰＤＧアドレス解決処理部２０４は、ＤＮＳ等を用いて３ＧＰＰ ＨＬＲ／ＡＡＡサーバ１０１１よりＰＤＧ１０２１（ＧＦＡ１０２１ａ）のＩＰアドレスを取得してＩＰアドレスデータベース２０８に保持する（ステップＳ４０７）。次に、無線通信端末１１１のトンネル確立処理部２０５は、ステップＳ４０５で付与されたローカルＩＰアドレスによりＰＤＧ１０２１（ＧＦＡ１０２１ａ）との間でローカルＩＰトンネルＴ２（図１参照）を確立する（ステップＳ４０８）。

次に、無線通信端末１１１のＭＩＰクライアント処理部２０６（ＭＩＰクライアント１１１ａ）は、モバイルＩＰのトンネルを新たに確立しないでローカルＩＰトンネルを使用する判断を行い（ステップＳ４０９）、ステップＳ４０７で取得したＰＤＧ１０２１（ＧＦＡ１０２１ａ）のＩＰアドレスに対して、ＭＩＰの位置登録処理を行って位置登録要求（ＭＩＰ ＲｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎＲｅｑｕｅｓｔ）をＰＤＧ１０２１のＧＦＡ１０２１ａに送出する（ステップ４１０）。ＰＤＧ１０２１のＧＦＡ１０２１ａは、新たなモバイルＩＰトンネルを確立しないでローカルＩＰトンネルを用いて無線通信端末１１１からの位置登録要求に応じてルーティングテーブルをアップデートし（ステップＳ４１１）、新たな方路へのパケット振り分けを行なえるようになる。ここで、ＰＤＧ１０２１のＧＦＡ１０２１ａは、位置登録要求応答（ＭＩＰ ＲｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎＲｅｐｌｙ）を無線通信端末１１１に返送する（ステップＳ４１２）。

以上の処理により、無線通信端末１１１のユーザデータ送受信部２０７は、ローカルＩＰトンネルＴ２を介してＰＤＧ１０２１との間でＩＰパケット送受信処理が可能になる（ステップＳ４１３）。ＰＤＮ１０３における無線通信端末１１１あての下りのＩＰパケットは、その宛先アドレス（ＤＳフィールド）には無線通信端末１１１のリモートＩＰアドレスが格納され、送信元アドレス(ＳＳフィールド)には無線通信端末１１０のＩＰアドレスが格納されてＨＡ１０３ａまで到達する。

そして、下りのＩＰパケットを受信したＨＡ１０３ａは、そのＩＰパケットの宛先アドレス（無線通信端末１１１のリモートＩＰアドレス）を見て、ＷＬＡＮ１０６側のＰＤＧ１０２１のＧＦＡ１０２１ａに送信する（ステップＳ４１４）。

そのＩＰパケットを受信したＰＤＧ１０２１は、宛先ＩＰアドレスを見て、対応する無線通信端末１１１のローカルＩＰアドレスでＩＰパケットをカプセル化し、ＷＬＡＮ１０６側に送信する。ＷＬＡＮ１０６内では、そのＰＤＧ１０２１から受信したＩＰパケットのローカルＩＰアドレスでルーティングされて無線通信端末１１１に到達する。

一方、無線通信端末１１１は上りのＩＰパケットを送信する場合、そのＩＰパケットをローカルＩＰアドレスによりカプセル化してＰＤＧ１０２１へ転送する（宛先ローカルＩＰアドレスはＰＤＧ１０２１のＩＰアドレス）。ＷＬＡＮ１０６内では、無線通信端末１１１から受信したＩＰパケットのローカルＩＰアドレスにより転送され、ＰＤＧ１０２１に到達する。

そのＩＰパケットを受信したＰＤＧ１０２１は、ローカルＩＰアドレスのヘッダを解き、ＰＤＧ１０２１のＧＦＡ１０２１ａはそのＩＰパケット（リモートＩＰアドレスのヘッダのみのパケット）をリモートＩＰアドレスによりルーティングして宛先の無線通信端末１１０へ転送していく（ステップＳ４１５）。すなわち、上りのユーザデータは、必ずしもＰＤＮ１０３のＨＡ１０３ａを通過する必要はない。

以上のように、本実施の形態のネットワークシステムでは、階層化ＭＩＰを適用し、ＰＤＧにＧＦＡ、ＷＬＡＮ内にＦＡを設置する（基本的にサブネット単位にＦＡを設置）することより、ＷＬＡＮのサブネット間で無線通信端末が移動した場合は、ＦＡの広告により無線通信端末は移動したことを検知することができる。

また、本実施の形態のネットワークシステムでは、無線通信端末は移動したことをＨＡではなくＧＦＡへ通知することによりローカルＩＰトンネルとモバイルＩＰトンネルを統合可能とし、ＧＦＡはある一定エリア（サブネット）のＦＡをまとめる機能を持つようにした。ＧＦＡは、ルーティングテーブルをアップデートし、端末移動先へＩＰパケットを転送できるようにした。これにより、ＧＦＡはＷＬＡＮ内の移動制御処理を担当し、ＨＡはＷＬＡＮと３ＧＰＰ間の移動制御処理を担当することになり、移動制御処理の負荷分散を行うことができる。

また、無線通信端末は移動通知をＧＦＡに送信するため、ＧＦＡ（ＰＤＧ）のＩＰアドレスを知る必要がある。通常は、ＭＩＰ処理中でＧＦＡアドレスを知る仕組みがあるが、本実施の形態のネットワークシステムでは、ＷＬＡＮ−３ＧＰＰインターワーキングの仕組みの中でＧＦＡ（ＰＤＧ）のアドレスをすでに知る仕組みがあるため、それを用いるようにした。これにより、改めてＭＩＰ処理としてＧＦＡのＩＰアドレスを知る処理を省くことができ、処理遅延の削減を図ることができる。

なお、本実施の形態のネットワークシステムでは、ＷＬＡＮ内の端末移動に関して示したものであり、ＧＧＳＮにＧＦＡを設置した場合を示したが、これに限定するものではない。また、本実施の形態のネットワークシステムでは、無線通信端末がサブネット間の移動を検知する方法として、ＦＡを用いた方法を示したが、この方法に限定するものではない。また、本実施の形態のネットワークシステムでは、モバイルＩＰ動作の一例を示したが、本発明の適用はこの動作に限定するものではない。

本発明に係る通信制御システムは、モバイルＩＰを用いた３ＧＰＰホームネットワークとＷＬＡＮ間のシームレス接続において、ＷＬＡＮのサブネット内の端末移動検知を実現するとともにホームエージェント装置の端末移動制御処理の処理負担を軽減することである。

本発明の実施の形態に係るネットワークシステムの構成を示すブロック図 本実施の形態に係る無線通信端末の構成を示すブロック図 本実施の形態に係るＰＤＧの構成を示すブロック図 本実施の形態に係るネットワークシステムの動作を説明するためのシーケンス図 従来のネットワークシステムの構成を示すブロック図 本実施の形態に係るトンネル統合化機能を持たないネットワークシステムの構成を示すブロック図 従来のネットワークシステムの動作を示すブロック図

符号の説明

１００ ネットワークシステム
１０１ ＧＰＲＳコアネットワーク
１０２ ＷＬＡＮインターワークネットワーク
１０３ ＰＤＮ
１０３ａ ＨＡ
１０４ 第１ＢＴＳ
１０５ 第２ＢＴＳ
１０６ ＷＬＡＮ
１０６ａ、１０６ｂ ＦＡ
１０７ ＩＳＰ
１０８ インターネット
１１０、１１１ 無線通信端末
１１０ａ、１１１ａ ＭＩＰクライアント
１０１１ ３ＧＰＰ ＨＬＲ／ＡＡＡサーバ
１０１２ ＳＧＳＮ
１０１３ ＧＧＳＮ
１０１３ａ、１０２１ａ ＧＦＡ
１０１４ ＲＮＣ
１０２１ ＰＤＧ
１０２２ ＷＡＧ
２０１ ＷＬＡＮ無線コネクション確立処理部
２０２ 認証処理部
２０３ ローカルＩＰ取得処理部
２０４ ＰＤＧアドレス解決処理部
２０５、３０１ トンネル確立処理部
２０６ ＭＩＰクライアント処理部
２０７、３０４ ユーザデータ送受信部
２０８ ＩＰアドレスデータベース
２０９、３０３ トンネル統合化処理部
３０２ ＧＦＡ処理部

Claims (4)

1. モバイルＩＰを用いた３ＧＰＰのネットワーク及びＷＬＡＮを移動する無線通信装置と、パケットデータネットワークとの間でＩＰパケットの送受信を制御する通信制御システムであって、
   前記ＷＬＡＮ側に設置するパケットデータゲートウェイ装置内にゲートウェイフォーリンエージェント装置を設置し、前記ＷＬＡＮ内のサブネット毎にフォーリンエージェント装置を設置し、
   前記移動する無線通信装置内にモバイルＩＰクライアント装置を設置し、前記モバイルＩＰクライアント装置は、前記ＷＬＡＮ内のフォーリンエージェント装置が広告するサブネットアドレスと、すでに保持している既存のサブネットアドレスを比較することにより自装置のサブネット間移動を検知する移動検知処理手段を備えることを特徴とする通信制御システム。
2. 前記無線通信装置は、ローカルＩＰアドレスにより前記パケットデータゲートウェイ装置との間でトンネルを確立するトンネル確立処理手段を備え、
   前記無線通信装置のモバイルＩＰクライアント装置は、前記ローカルＩＰアドレスによるトンネル確立後、前記移動検知処理手段による移動検知に応じて自装置の位置登録処理を前記ゲートウェイフォーリンエージェント装置に対して行うことを特徴とする請求項１記載の通信制御システム。
3. 前記無線通信装置のモバイルＩＰクライアント装置は、モバイルＩＰのＣｏ−ＬｏｃａｔｅｄＭｏｄｅを適用してすでに前記パケットデータゲートウェイ装置との間で確立しているローカルＩＰのトンネルをモバイルＩＰのＣｏ−ＬｏｃａｔｅｄＭｏｄｅ用トンネルとして使用するトンネル統合化処理手段を備え、
   前記ゲートウェイフォーリンエージェントは、前記ローカルＩＰのトンネルをモバイルＩＰ用のトンネルとして使用するトンネル統合化処理手段を備えることを特徴とする請求項２記載の通信制御システム。
4. 前記無線通信装置は、前記ローカルＩＰのトンネル確立時に取得した前記パケットデータゲートウェイ装置のＩＰアドレスを保持しておき、
   前記無線通信装置のモバイルＩＰクライアント装置は、前記パケットデータゲートウェイ装置のＩＰアドレスを用いてゲートウェイフォーリンエージェント装置に対して自装置の位置登録処理を行うことを特徴とする請求項２記載の通信制御システム。

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