JP2007089223A - ワイヤレスネットワークのパケットサーバおよびパケットサーバで用いられる方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ユーザ接続を確立する際に、遅延を減らすワイヤレスシステム、あるいは汎用パケット無線システムを提供することである。その為、ＱｏＳ（Quality of service）ネゴシエーションが、移動局と無線システムとの間のサービスを提供するために様々な可変のＱｏＳをサポートする。
【解決手段】（Ａ） 移動局をワイヤレスデータネットワークに接続するステップと、（Ｂ） 前記ワイヤレスデータネットワークとの可変クオリティオブサービスのネゴシエーションを実行するステップとを有することを特徴とする移動局で使用される方法。
【選択図】図４

Description

本発明は、通信システムに関し、特にパケット通信システムに関する。

無線通信システムが発展するにつれて、移動交換器センター（mobile switching center,ＭＳＣ）とその基地局との間の通信は、トランスポートメカニズムに基づいたインターネットプロトコール（Internet Protocol,ＩＰ）に移行しつつある。本明細書においては、用語「ワイヤレスシステム」とは、例えばＣＤＭＡ（code division multiple access）、ＧＳＭ（Global System for Mobile Communications）とＵＭＴＳ（Universal Mobile Telecommunications System）を指す。かくして、「プッシュサービス」が例えばＵＭＴＳで利用可能なものとして考えられている。プッシュサービスにおいては、ユーザはインターネットウェブサイトに入りユーザが送りたいデータと時間のプロファイルを決める。その条件が満足されると、メッセージは自動的にユーザ機器（user's equipment，ＵＥ、本明細書においては移動局（mobile station，ＭＳ）とも称する）にプッシュされる（流される、押し出される）。

ＵＭＴＳを例に説明を続ける。技術仕様（Technical Specification,ＴＳ）２３．０６０では、パケットデータプロトコール（ＰＤＰ）コンテキスト（例えば、３Ｇ ＴＳ２３．０６０Ｖ３．４．０（２０００−０７）３ＧＰＰ汎用パケット無線サービス（General Packet Radio Service，ＧＰＲＳ）、サービス記述書、ステージ２（リリース９９））においては、ＭＳは対称的なトラフィッククラス（ＭＳ（移動局）からＧＰＲＳへのアップリンクとＧＰＲＳからＭＳへのダウンリンク）を必要としている。かくして、上記のＴＳ２３．０６０の仕様書に記載されたクオリティオブサービス（Quality of Service、ＱｏＳ）情報要素（information element，ＩＥ）により、ＰＤＰコンテキスト活性化手順においては、ＭＳ（移動局）のみが１つのトラフィッククラス（アップリンクとダウンリンクの両方をカバーする）を得るためにネゴシエートすることが許されている。さらにまた、ＧＰＲＳが特定のＱｏＳリクエストを満足するため、十分な資源を有していない場合には、ＭＳは別のＱｏＳリクエストを別のＰＤＰコンテキスト活性化手順を介して再度トライしなければならない。このような再トライは、ユーザが所望している適宜のＱｏＳでもってＰＤＰコンテキストを設定する際に不必要な遅延を引き起こすことになる。

本発明の目的は、ユーザ接続を確立する際に、遅延を減らすワイヤレスシステム、あるいは汎用パケット無線システムを提供することである。その為、ＱｏＳ（Quality of service）ネゴシエーションが、移動局と無線システムとの間のサービスを提供するために様々な可変のＱｏＳをサポートする。

本発明の一実施例によれば、ＵＭＴＳコアネットワークが下級（格下げ可能な、ｄｏｗｎｇｒａｄｅａｂｌｅ）ＱｏＳのネゴシエーションをサポートする。特に、新たなＱｏＳ ＩＥが、複数のトラフィッククラスが優先順位に従って指定されるようにして、下級ＱｏＳ要件を指定する。この特徴により、ＱｏＳネゴシエーションを再トライするためにＭＳに必要なことは、ネットワークにより否定された元のＱｏＳリクエストである。本発明の他の実施例によれば、ＵＭＴＳコアネットワークは、上級の（格上げ可能な、ｕｐｇｒａｄｅａｂｌｅ）ＱｏＳネゴシエーションをサポートする。特に新たなＱｏＳ ＩＥが複数のトラフィッククラスが優先順位に従って特定されるようにして上級のＱｏＳ要件をサポートするよう規定される。

本発明によるＵＭＴＳネットワーク２００を図１に示す。本発明の技術的概念以外は図１に示した要素は、既知のものであり、詳細な説明は割愛する。例えば、ＵＭＴＳネットワーク２００は無線アクセスネットワーク（radio access network，ＲＡＮ）を有する。本明細書においては「ＵＭＴＳ地上波無線アクセスネットワーク」（UMTS Terrestrial Radio Access Network，ＵＴＲＡＮ））とコアネットワーク（core network，ＣＮ）とも称する。

コアネットワーク（ＣＮ）は、バックボーンネットワーク（図示せず）に接続されている。バックボーンネットワークは、他のエンドポイントへのアクセスを提供するために、インターネットと公衆交換電話ネットワーク（public switched telephone network，ＰＳＴＮ）とを有する。ＲＡＮは、移動局（ＭＳ）２０５（本明細書においては無線エンドポイントと称する）とノードＢ２１０と無線ネットワークコントローラ（ＲＮＣ）２１５とを有する。（ＵＭＴＳは用語「ノードＢ」を用いるが、これは本明細書では基地局とも称する。）コアネットワーク（ＣＮ）は、サービス中のＧＰＲＳサポートノード（ＳＧＳＮ）２２０とゲートウェイＧＰＲＳサポートノード（ＧＧＳＮ）２２５と素子２３０とを有し、この素子２３０が、ゲートキーパー（ＧＫ）（ＩＴＵ Ｈ．３２３の素子）とＩＰ／ＰＳＴＮゲートウェイ（ＧＷ）（Ｈ．３２３とＰＳＴＮとの間の変換用）を有する。

同図には単一のブロック素子として示しているが、ＵＭＴＳネットワーク２００の素子は、蓄積プログラム制御型（stored-program-control）のプロセッサーとメモリと適宜のインターフェースカード（図示せず）とを有する。本明細書において用語「パケットサーバ」とは、ＵＭＴＳネットワーク２００の上記の素子、例えばＳＧＳＮ２２０，ＭＳ２０５のうちの１つであるパケットプロセッサとも称する。本発明の技術的概念は、従来のプログラム技術を用いて実現できるが詳細な説明は割愛する。

本発明の実施例を説明する前に、従来技術に係るクオリティオブサービス（ＱｏＳ）情報要素（ＩＥ）とパケットデータプロトコール（ＰＤＰ）コンテキスト活性化手順をそれぞれ図２，３を参照して説明する。（より詳細な情報は、上記の標準ＴＳ２３．０６０仕様書および３Ｇ技術仕様書（ＴＳ）２３．１０７Ｖ３．３．０、"Technical Specification Group Services and System Aspects; QoS Concept and Architecture; (Release 1999)" 第３世代のパートナーシッププロジェクト（3^ｒｄ Generation Partnership Project，３ＧＰＰ）を参照のこと。）本発明の概念以外は、本明細書の記述は公知のＵＭＴＳ情報フィールドとメッセージフローを用いているが、これについては詳述しない。

図２のＱｏＳ ＩＥ３００に示すように、ＱｏＳ ＩＥが符号化、即ちフォーマット化される。ＱｏＳ ＩＥ３００は、１３オクテット（１オクテットは８ビット）の長さを有し、ＰＤＰコンテキストに対し、ＱｏＳパラメータを指定する。最初の２つのオクテット、即ち第１、第２オクテットが、情報要素（ここでは、ＱｏＳ ＩＥ）の種類とその長さを規定する。第３オクテットは、２個のスペアビットとを有し、遅延クラスと信頼性クラス（それぞれ３ビットずつ）を通信する。第４オクテットは、ピークスループットと優先クラス（precedence class）とスペアビットとを有する。第５オクテットは、平均スループットと３個のスペアビットとを有する。

第６オクテットは、トラフィッククラス（会話型（conversatinal）、ストリーミング型(streaming、一方向型), 双方向型（interactive）、バックグラウンド(backgound)）と分配命令（ＵＭＴＳベアラーがインシーケンスのサービスデータユニット（service data units，ＳＤＵ）とＳＤＵ分配を提供するか否か）とエラーのＳＤＵの分配を搬送する。誤ったものとして検出されたＳＤＵは、分配されるかあるいは廃棄される。ＳＤＵは、ペイロードを含むパケットであるため第７オクテットは、最大ＳＤＵサイズを搬送する。第８と第９のオクテットは、それぞれアップリンク方向とダウンリンク方向に対する最大ビットレートを搬送する。第１０オクテットは、残留ビットエラーレート（bit error rate，ＢＥＲ）（これは分配されたＳＤＵ内にある未検出のビットエラーレートを示す）とＳＤＵエラーレート（これは失われたりあるいはエラーとして検出されたＳＤＵの一部を示す）を搬送する。第１１オクテットは、伝播遅延とトラフィック処理優先を搬送する。最後に、第１２、１３オクテットは、それぞれアップリンクとダウンリンクに対する保証されたビットレートを搬送する。

上記したように、ＱｏＳ ＩＥがＰＤＰコンテキストのＱｏＳパラメータを指定する。ＰＤＰコンテキストの活性化を行うための従来のメッセージフローを図３に示す。ＭＳ２０５（図１の）と、ＲＮＣ２１５（従来公知の）の間の「アタッチ手順」が実行された後、ＭＳ２０５はＳＧＳＮ２２０に上記のＱｏＳ ＩＥを含む「ＰＤＰ（packet data protocol）コンテキスト活性化」リクエストメセージを送信する。(ＰＤＰコンテキスト活性化手順の間他のメッセージが図１に示された様々なパケットサーバ間で通信されるが、これらは説明を明瞭にするために省かれている。例えば、無線アクセスベアラ（radio access bearer，ＲＡＢ）の設定が行われる。さらにまた、エラー状態に遭遇することがある。例えば、ＳＧＳＮはある条件下では、ＰＤＰコンテキスト活性化リクエストを拒否することがある。更なる情報が上記の標準ＴＳ２３．０６０Ｖ３．４．０に見出すことができる。

これに応答して、ＳＧＳＮ２２０は「ＰＤＰコンテキスト生成」リクエストメッセージをＧＧＳＮ２２５に送る。ＧＧＳＮ２２５は、受領確認として「ＰＤＰコンテキスト生成」応答メッセージでもって応答する。「ＰＤＰコンテキスト生成」応答メッセージを受領すると、ＳＧＳＮ２２０は「ＰＤＰコンテキスト活性化」応答メッセージをＭＳ２０５に送る。

図２のＱｏＳ ＩＥ３００から分かるように、１種類のトラフィッククラスのみがネゴシエートされる。そのため移動局と無線システムとの間にサービスを与えるために、移動局による非対称のトラフィッククラスネゴシエーションをサポートするために、本発明の修正したＱｏＳ ＩＥ４００を図４に示す。ＱｏＳ ＩＥ４００の最初の４個のオクテットは、ＱｏＳ ＩＥ３００の最初の４個のオクテットに類似している。第５オクテットにおいては、前の「スペア」ビットは次のように定義される。
−Ｔビット − 非対称トラフィッククラスを示す（それ以外はクリアされる）ためのセットバリュー（例えば、ビット値が論理１として認識される）
−Ｒビット − ＳＤＵエラーレート、残留ＢＥＲ、転送遅延、（それ以外はクリアされる）の非対称ニーズ（アップリンク／ダウンリンク）を示すセットバリュー
−Ｄビット − 下級（downgradable）ＱｏＳクラス、（それ以外の場合クリアされる）を示すセットバリュー

Ｔビットが設定されると、これは非対称トラフィッククラスがネゴシエートされるべきであること（およびＩＥ中の第１６オクテットの存在）を示す。これはトラフィッククラス分配命令、トラフィッククラス用のアップリンク要件とは異なるエラー状態のＳＤＵの分配（第６オクテット）と分配命令とエラー状態ＳＤＵの分配（第１６オクテット）に関するダウンリンク要件となる。Ｒビットが設定されるとこれは第１７と第１８オクテットの存在を示し、これにより残留ＢＥＲの差と、ＳＥＵエラー比率と、アップリンク方向とダウンリンク方向の伝送遅延をサポートすることが可能となる。図に示すように、Ｒビットはプッシュサービスで用いられ、ダウンリンクはストリーム（ストリーミング）トラフィッククラスであるのに対し、アップリンクは双方向トラフィッククラスである。（明らかに第２オクテットで通信されるＩＥの長さはＤビット、Ｔビット、Ｒビットの値に依存する。かくして、様々な種類の非対称ニーズが、従来のＱｏＳ ＩＥ３００で規定されたビットレートだけでなくＱｏＳ ＩＥ４００により満たすことができる。

さらにまた、ＱｏＳ ＩＥ４００は、Ｄビットで示されるような更なる特徴（下級ＱｏＳクラス）を与える。これにより、より早いＰＤＰコンテキストの設定時間が可能となるが、その理由はＱｏＳネゴシエーションにおける再トライの回数を減らすからである。Ｄビットをコンプリメントするために、さらに別のトラフィッククラスが規定される、あるいは既存のトラフィッククラスの組合せが規定される。図２のＱｏＳ ＩＥ３００から分かるようにトラフィッククラスフィールドは、３ビットの長さを有する、即ち８個の異なる値をサポートできる、そのうちの４個が特定のタイプのトラフィッククラスを搬送する、即ち、会話型、ストリーミング、双方向、バックグラウンド。

同図に示すように、さらに余分のトラフィッククラスの組合せが図５の表に示されたＤビットと共に使用するために規定される。 （明らかに下級ＱｏＳを図４に示すＩＥを例に用いた場合には、図５の下記するトラフィッククラスフィールド値がそれぞれオクテット６，１６のダウンリンク方向とアップリンク方向に対し、別個のトラフィッククラスフィールドで用いられる。しかし、図２に示すＩＥを修正する例に用いた場合には、１個のトラフィックフィールド（オクテット６）とオクテット５のビット８のみがＤビットを表すために用いられる。）例えば、現在のトラフィッククラス（会話型、ストリーミング型、双方向型、バックグラウンド型）が、ビット値００１，０１０，０１１，１００により定義される。さらにまた、Ｄビットを例えば１の値に設定すると、１０１のトラフィッククラスビット値は、ストリーミングトラフィッククラスを最初に、そしてリクエストに失敗すると双方向トラフィッククラスとする要求を意味し、１１０のトラフィッククラスビット値は、双方向トラフィッククラスを最初に、そしてリクエストに失敗するとバックグラウンドトラフィッククラスを最初にする要求を意味する。複数のトラフィククラス（特定の優先順位により許可されるべき）が単一のＱｏＳ ＩＥで要求される。

かくして、ネットワークがこの種類のＱｏＳ ＩＥを受領すると、ネットワークは最初に要求された第１のトラフィッククラスを与えるために十分な資源が利用可能であるかをチェックし、利用可能でない場合には直ちに要求された第２のトラフィッククラスを与えるために十分な資源があるか否かがチェックされる。例えば、これはＭＳによるリクエストの拒絶および後続の更なるＱｏＳ ＩＥの送信を必要とすることなく行われる。他の実現の可能性として、例えばＤビットが設定されると更なるオクテットが第１４オクテットとして挿入される（後続のオクテットをさらにプッシュダウンする、例えばＱｏＳ ＩＥ４００の第１８オクテットが第１９オクテットとなる）。そして、更なる別のトラフィッククラスあるいはトラフィッククラスの組合せを規定するためである。

一実施例として、３つの別のトラフィッククラスの組合わせも所定のビットパターンで定義することができる。第１のストリーミングリクエスト、これが否定された場合には双方向リクエストで、さらにこれが否定された場合には、バックグランドリクエスト等である（図５を参照のこと）。別法として、Ｄビット、Ｔビット、Ｒビットが設定されると、ＳＧＳＮは所定の加入プロファイルをチェックして、ＲＡＢ設定手順を実行する前に（ここでは詳述しない）、上級化（upgradable）ＲＡＢ割当てリクエストメッセージを占有する（populate）ために関連情報を得る。この後者のアプローチは、図４のＱｏＳ ＩＥ４００の余分のオクテットの数を減らすことができる。かくしてＱｏＳ ＩＥを上級化することにより受け入れ可能なＱｏＳが第１のＰＤＰコンテキスト活性化手順上でネゴシエートできるような確立を増やすような余分な情報が搬送される。

特定のトラフィッククラスあるいは別のトラフィッククラスの選択は、例えばリクエストを初期化する際にユーザにより実行される。例えば、ユーザがストリーミング型（高コスト）あるいは双方向型（低コスト）のいずれかをサポートするようなサービスに加入申し込みすると、ユーザはＭＳ内のサービスプロファイルあるいは優先スクリーン（図示せず）上で所定のフィールドを設定することにより、誰が最初にトライするかを指定することができる。ＭＳがその後ＰＤＰコンテキスト活性化手順を実行すると（電源を入れたときにサービスプロファイルが登録を規定した場合にはＭＳの電源入力時に）、Ｄビットが設定され、適宜のトラフィッククラス値がＱｏＳ ＩＥ４００に挿入され、ストリーミングトラフィッククラスが最初に要求され、（ストリーミングが利用できない場合には）双方向トラフィッククラスを要求する。

１個のＱｏＳ ＩＥ内で複数のトラフィッククラスのうちのいずれか１つを得るために、ネゴシエートする機能をさらに拡張して「上級ＱｏＳ」を与えるようにすることができる。これを図６，７に示す。図６は、ＱｏＳ ＩＥ５００を示し、第３オクテットの第８ビットを用いて上級ビット即ちＵビットを示す。例えば、ＭＳ（あるいはＵＥ）がハンドオフを実行するときには、ＭＳは双方向トラフィッククラスからストリーミングトラフィッククラスへのＱｏＳの上級化を望む。この事象の場合、ビットＵはＱｏＳを上級化するためのリクエストを示すよう設定される。トラフィッククラス内の要求された変化は、トラフィッククラスフィールド値で搬送される。（ＱｏＳ ＩＥ５００のコンテキストにおいては、トラフィッククラスフィールド値はダウンリンクトラフィッククラス（第６オクテット）あるいはアップリンクトラフィッククラス（第１６オクテット）のいずれかで用いられる。）図７は、Ｕビットが設定されたときに使用されるための関連するトラフィッククラスフィールド値を示す。

図４のＱｏＳ ＩＥ４００を用いたＰＤＰコンテキスト活性化手順を図８に示す。ＱｏＳ ＩＥ４００を含む以外はＰＤＰコンテキスト活性化手順は、図３の手順に類似し詳細な説明は割愛する。

図９において、本発明により用いられる代表的なパケットサーバのブロック図を示す。パケットサーバ６０５は蓄積プログラム制御型のプロセッサアーキテクチャであり、プロセッサ６５０とメモリ６６０（上記の修正されたＰＤＰコンテキスト活性化手順サポート非対称ＱｏＳに従って通信するプログラムインストラクションとデータを記憶する）とパス６６６により表されるパケット通信設備（トランシーバとエアーインターフェース）に結合される通信インターフェース６６５とを含む。

上記の説明は本発明の単なる一実施例であり、様々な変形例を用いて本発明を実施することができるが、これはいずれも本発明の範囲内に入る。例えば、本発明の技術的概念は、ＰＤＰコンテキスト活性化手順を例に説明したが、変更したＱｏＳも他の手順、例えばアップデートＰＤＰコンテキストシステム間インターＳＧＳＮ変化、ＳＲＮＳリロケーション手順（ＴＳ２３．０６０Ｖ３．４．０）とＲＡＢ割当てメッセージにも適用可能である。さらに本発明は、ＵＭＴＳを例に説明したが、本発明の技術的概念はどのような無線システムにも適用可能である。

特許請求の範囲の発明の要件の後に括弧で記載した番号がある場合は、本発明の一実施例の対応関係を示すものであって、本発明の範囲を限定するものと解釈すべきではない。

本発明を具体化するＵＭＴＳネットワークを表す図である。 従来技術に係るＱｏＳ ＩＥを表す図である。 従来技術に係るＰＤＰ活性化手順を表す図である。 本発明によるＱｏＳ ＩＥを表す図である。 下級クオリティオブサービスをサポートするマッピング表を表す図である。 本発明による別のＱｏＳ ＩＥを表す図である。 上級クオリティオブサービスをサポートするマッピング表を表す図である。 本発明によるＱｏＳ ＩＥを搬送するＰＤＰ活性化手順を表す図である。 本発明により用いられるパケットサーバの詳細ブロック図である。

符号の説明

２００ ＵＭＴＳネットワーク
２０５ 移動局（ＭＳ）
２１０ ノードＢ
２１５ 無線ネットワークコントローラ（ＲＮＣ）
２２０ サービス中のＧＰＲＳサポートノード（ＳＧＳＮ）
２２５ ゲートウェイＧＰＲＳサポートノード（ＧＧＳＮ）
２３０ 素子
６０５ パケットサーバ
６５０ プロセッサ
６５１，６６６ パス
６６０ メモリ
６６５ 通信インターフェース

Claims (5)

1. ワイヤレスネットワークの第１パケットサーバ（６０５）で用いられる方法であって、パケットサーバは前記ネットワーク内の任意のパケットプロセッサであり、前記方法は、
   （Ａ）少なくとも１つのサービスを移動局に提供するために、前記第１パケットサーバが第２パケットサーバ（６６６）とメッセージを交換するステップを含み、
   前記ステップ（Ａ）は、
   （Ａ１）複数のトラフィッククラスの選択を優先順位に従って要求することを表す前記メッセージ内のクオリティオブサービスクラスフィールド（４００）を含むクオリティオブサービス情報要素を含む、メッセージを、前記第２パケットサーバに送信するステップを含み、第１のトラフィッククラスの選択を許可するために資源を利用できない場合には、前記ネットワークは、更なる送信を必要とすることなく第２のトラフィッククラスの選択のために利用可能な十分な資源があるか否かをチェックする
   ことを特徴とする方法。
2. 前記クオリティオブサービスクラスフィールド（４００）は、格下げ可能なクオリティオブサービスを要求することを表し、前記複数のトラフィッククラスは、優先順位に従って要求されることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記クオリティオブサービスクラスフィールド（５００）は、格上げ可能なクオリティオブサービスを要求することを表すことを特徴とする請求項１記載の方法。
4. 前記ステップ（Ａ）は、
   （Ａ２）可変のＱｏＳ要件をサポートする活性化パケットデータプロトコル（ＰＤＰ）コンテキスト手順を用いるステップを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
5. ワイヤレスネットワークのパケットサーバ（６０５）であって、
   （Ａ）少なくとも１つのサービスを移動局に提供するために第２パケットサーバとメッセージを交換するトランシーバを有し、
   （Ｂ）優先順位に従う複数のトラフィッククラスに対する要求を搬送する少なくとも１つのトラフィッククラスフィールドを含むクオリティオブサービス情報要素を含む、メッセージを、前記第２パケットサーバに送信するプロセッサ（６５０）をさらに有し、複数のトラフィッククラスに対する前記要求における第１のトラフィッククラスの選択を許可するために資源を利用できない場合には、前記ネットワークは、更なる送信を必要とすることなく第２のトラフィッククラスの選択のために利用可能な十分な資源があるか否かをチェックすることを特徴とする、パケットサーバ。
   

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