JP2008060649A - 無線ネットワークと通信端末とのデータ通信方法 - Google Patents

無線ネットワークと通信端末とのデータ通信方法 Download PDF

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Abstract

【課題】本発明は無線ネットワークと通信端末とのデータ通信方法に関し、単一の基地局よりも効率的に無線リソースの使用をスケジューリングすることができる無線ネットワークと通信端末とのデータ通信方法を提供することを目的としている。
【解決手段】無線ネットワーク10と、PC11に接続される複数の通信端末12,13とがデータ通信を行なうシステムにおいて、前記複数の通信端末のうちの1台はSIMカードが装着された親端末12、残りの端末を子端末13とし、親端末12と子端末13はインタフェースを介してPC11と接続され、親端末12と子端末13に無線ネットワーク10側からIMSI番号を与え、親端末12と子端末13と無線ネットワーク10との間でデータ通信を行なうように構成する。
【選択図】図1

Description

本発明は無線ネットワークと通信端末とのデータ通信方法に関し、更に詳しくは通信端末と無線ネットワークの接続技術に関する。
従来のIMT−2000(W−CDMA)システムにおける通信は、通信端末に装着されたSIM(Subscriber Identity Module)カードに記録された、カード毎に一意であるIMSI(International Mobile Subscriber Identity)番号を用いて無線ネットワーク内のユーザ識別に用いている。逆に、IMSI番号がないと無線ネットワークに端末を登録することができず、通信が実施できない。ここで、SIMカードは、携帯電話会社が発行する契約者情報を記録したIDカードであり、SIMの差し替えにより複数の端末を同じ契約者扱いで利用することができるようになっている。
通常、端末に内蔵する無線デバイスは、一つの無線リンクセットしか通信が行えず、一つの無線リンクセットで通信が可能な通信速度は、IMT−2000システムでは数Mbps程度である。
従来のこの種のシステムとしては、通信端末は2つのUSIMカードをそれぞれ挿入可能なソケットを備え、そのソケットへのUSIMカードの装着が検知されると、そのソケット内のUSIMカードの活性化処理ができ、またこの活性化の後にこのUSIMカードから位置登録情報を読み出して通信端末の位置登録を可能にしたものが知られている(例えば特許文献1参照)。
特開2002−218536号公報(段落0017〜0018、図2〜図4)
近年の携帯電話の市場では、機能、性能、デザインにおいて常に通信端末の進化が見られる。そのために、多くの携帯電話ユーザは数年以内で通信端末の買い替えを行ない、より進化した通信端末を手にしたいという要求がある。IMT−2000(W−CDMA)システムにおいては、SIMカードによりユーザを識別するために、SIMカードを旧端末から新端末に差し替えるだけで、端末の機種交換が可能である。
従って、多くのユーザは旧端末から新端末に差し替えるだけで、端末の機種交換が可能である。従って、多くのユーザは端末の買い替えと同時に、古い端末が手元に残るといった現象が発生する。しかしながら、古い通信端末はSIMカードが挿入されていないために、通信を行なうことができない通信端末がユーザの手元に増えることになる。
また、移動体通信システムにおいて、基地局の収容能力を超えた通信速度を得る方法を考えると、複数の基地局(セル)を接続して、異なるデータをそれぞれの基地局から同時に送受信することで通信速度を倍増する方法が考えられる。しかしながら、このような技術は一つの端末に複数の無線機を搭載することと等しく、端末の小型化や製造コストを考えると非常に効率が悪い。
また、セル方式の移動体通信システムにおいては、該当端末の属する基地局の他端末収容状況により、割り当てられる帯域が制限され、混雑時には希望の通信速度を得ることができない。
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、不要になった端末の有効利用を図り、同等の能力を持つ通信端末を複数台並列に接続して、なおかつ代表する一つの端末(親端末)で通信を制御することで、簡易かつ低コストで高速無線通信を実現し、複数の基地局と接続することで、単一の基地局よりも効率的に無線リソースの使用をスケジューリングすることができる無線ネットワークと通信端末とのデータ通信方法を提供することを目的としている。
(1)請求項1記載の発明は、無線ネットワークと、PCに接続される複数の通信端末とがデータ通信を行なうシステムにおいて、前記複数の通信端末のうちの1台はSIMカードが装着された親端末、残りの端末を子端末とし、親端末と子端末はインタフェースを介してPCと接続され、親端末と子端末に無線ネットワーク側からIMSI番号を与え、親端末及び子端末と無線ネットワークとの間でデータ通信を行なうようにしたことを特徴とする。
(2)請求項2記載の発明は、親端末に電源が入ると、親端末は位置登録を行ない、親端末に接続されたPCが通信の準備が完了すると、PC上で起動された通信アプリケーションの指示により親端末は子端末のIMSI番号の取得と子端末の監視及びPCへの報告を行なうことを特徴とする。
(3)請求項3記載の発明は、並列接続された通信端末から無線ネットワークに接続して、複数の物理チャネルを確保することを特徴とする。
(4)請求項4記載の発明は、前記子端末に、一定時間後にIMSI番号の状態を開放する機能を持たせたことを特徴とする。
(5)請求項5記載の発明は、前記無線ネットワークは、IMT−2000(W−CDMA)システムであることを特徴とする。
(1)請求項1記載の発明によれば、PCでSIMカードが挿入された通信端末と、SIMカードが挿入されていない子端末との間を制御し、親端末に限らず子端末にも無線ネットワーク側からIMSI番号を与えることにより、親端末及び子端末と無線ネットワークとの間でデータ通信を行なうことが可能となる。
(2)請求項2記載の発明によれば、親端末は子端末のIMSI番号を取得することができるようになる。
(3)請求項3記載の発明によれば、端末側で複数の物理チャネルを確保することができるようになる。
(4)請求項4記載の発明によれば、子端末に一定時間後にIMSI番号の状態を開放する機能を持たせることにより、IMSI番号が枯渇するのを防止することができる。
(5)請求項5記載の発明によれば、前記無線ネットワークとしてIMT−2000(W−CDM)システムを用いることができる。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態例を詳細に説明する。
図1は本発明のネットワーク構成例を示すブロック図である。図において、10はIMT−2000無線ネットワーク(以下IMT−2000システムという)である。IMT−2000システム10において、1は無線アンテナ、2は無線アンテナ1と接続される無線基地局(以下基地局と略す)、3は基地局2と接続される基地局制御局である。なお、本実施の形態例においてはIMT−2000システムを例としているが、本発明はこのシステムに限るものではない。
11はPC(パーソナルコンピュータ:約してパソコン)、12は該PC11と接続される親端末、13は同じくPC11と接続される子端末である。ここで、親端末とは内部にSIMカードが装着された端末であり、子端末とは内部にSIMカードが装着されていない端末である。20はIMT−2000システム10と接続される交換機、21は該交換機20と接続されるゲートウェイ(GW)、25は該GW21と接続されるインターネットである。
親端末12は、基本となる無線通信機能は従来の端末と全く同じであり、単独でも無線ネットワークに接続して通信が可能である。子端末13は、基本となる無線通信機能は従来の端末と同じであるが、SIMカードが装着されていないためにIMSI番号を持たず、単独では通信ができない。ここで、IMSI番号とは最大15桁の番号で、国を識別できる3桁のMMS番号、事業者を識別できる2桁のMNC番号、移動無線機を識別できる最大10桁のMSIN番号(図5参照)からなる。
図2はPCと通信端末の接続と端末間の通信形態を示す図である。図1と同一のものは、同一の符号を付して示す。PC11において、11aはユーザアプリケーション、11bは通信アプリケーションである。12は親端末、13は子端末、15はこれら通信端末12,13とPC11間を接続するUSBインタフェースである。図中、実線で示す矢印は制御信号(APLレイヤ)、破線で示す矢印はユーザ信号(パケット(TCP/IP,UDP)レイヤ)である。
一般に、IMT−2000システムを用いてPCでデータ通信を行なう場合、通信端末(例えば携帯電話)とPCを、USBインタフェース15を介して接続する。本発明では、その際に、親端末12が必ず一つ含まれ、子端末13は複数台接続できるものとする。また、親端末12と子端末13では、APL(アプリケーション)レイヤでの通信を用いてPC11を中継した制御メッセージの送受信を行ない、IMSI番号や発信先などの情報の送受信や、親端末12から子端末13への指示などを行なう。
また、それぞれの端末は無線ネットワークと独立に通信を行ない、ユーザデータはIPレイヤにてPC11上で統合(下り通信)若しくは分配(上り通信)され、ユーザに受け渡しされる。図3はPCに接続された複数の通信端末の通信動作を示す図である。図2と同一のものは、同一の符号を付して示す。破線の矢印はユーザデータ(パケット)、実線の矢印は制御信号である。図3に示すように、PC11に接続された複数の通信端末12,13がそれぞれ無線ネットワークに接続して通信を行なうことで、従来よりも端末台数倍大きな通信速度を得ることができる。
本発明によれば、PCでSIMカードが装着された通信端末と、SIMカードが挿入されていない子端末との間を制御し、親端末に限らず子端末にも無線ネットワーク側からIMSI番号を与えることにより、親端末及び子端末と無線ネットワークとの間でデータ通信を行なうことが可能となる。
図4は予約MSIN(Mobil Subscriber Identification Number)番号と親MSIN番号との関係を示す図である。IMT−2000システムでは、無線ネットワーク内の通信端末識別のためにユニークな識別番号としてIMSI番号を用いている。図では、予約MSIN番号と、番号状態と、親MSIN番号と寿命とが記載されている。予約MSIN番号は10桁の番号よりなり、番号状態は“使用中”と“未使用”とを示し、親端末との関係で子端末になる場合には、その該当する親MSIN番号が記載される。寿命は、子端末に付与される寿命を示すものである。
例えば予約MSIN番号が“8000000000”の子端末の場合、番号状態は“使用中”であり、その子端末の親端末のMSIN番号が“1233498776”である。この子端末の寿命は“9877”である。即ち、使用中の子端末は該当する親端末と親MSIN番号とで結ばれる。ここで、子端末に寿命を付与するのは、IMSIを持たない通信端末が長くMSINを保持することによるIMSI番号が枯渇するのを防止するためである。寿命を示すデータは、一定の時間毎に順次減算されていき、0になった時点でIMSI番号を開放する(詳細後述)。
図5はIMSIとMSINの関係を示す図である。前述したように、IMSI番号は最大15桁の番号で、国を識別できる3桁のMMS番号、事業者を識別できる2桁のMNC(Mobile Network Code)番号、移動通信端末を識別できる最大10桁のMSIN番号からなる。このうち、MSIN番号は事業者により自由に通信端末に対して割り当てることができる。
例えば、10桁のMSIN番号の場合、10桁目が“8”の数字(8000000000〜8999999999)を、無線ネットワーク側から発行するIMSI(MSINを含む)のために予約する。事業者がSIMカードを発行する際は、前述の10桁目が“8”の数字以外のMSIN番号をカード内に記録してユーザに提供する。無線システム側は、MSIN番号の10桁目を参照して、そのIMSI番号がSIMカードによるものか、無線ネットワーク側から発行したものかを判別することができる。
図6はIMSI番号取得のためのノード間シーケンスを示す図である。図では、PCと、親端末と、3台の子端末(#1〜#3)と、基地局と、基地局制御局と、GW間の信号のやりとりを示している。無線ネットワーク側(例えばIMT−2000システム側)で管理するIMSI番号はGWに接続されたデータベース(DB)22(図1参照)で管理される。それぞれの予約されたIMSI番号は、IMSI番号状態、リンクする親端末のIMSI番号、該当IMSI番号の寿命のパラメータを持つ(図4参照)。IMSI番号の状態は“未使用”と“使用中”に区別される。
以下の手順で親端末からの要求でGWはIMSI番号を払い出す。なお、親端末からの要求は基地局制御局を経由して、制御プロトコル(端末−無線ネットワーク間プロトコル)にてメッセージを送受信する。先ず、親端末に電源が入ると(S1)、親端末は従来技術の手順で位置登録を行なう。位置登録は制御プロトコル(端末−無線ネットワーク間プロトコル)にて基地局、基地局制御局を中継してホームエージェントサーバ(HA)23で実施される(シーケンス1.1,1.2)。
親端末に接続されたPC側では、通信アプリケーションが起動されると(S2)、PC上で駆動された通信アプリケーションの指示により、親端末に「端末監視開始要求メッセージ」が送信される(シーケンス2.1)。このメッセージの受信を契機に、親端末は、子端末のIMSI番号の取得、子端末の監視及びPCへの報告を行なう。この場合において、PCから発信される「端末監視開始要求」メッセージには、PCに接続された通信端末の情報(台数や能力情報)が含まれる。
親端末は、受信した「端末監視要求」メッセージの情報を元に、各子端末のためのIMSI番号取得処理を次のように行なう。なお、以降の追加された制御メッセージはRRC(無線リソース制御)プロトコルに追加されたものである。親端末はGWに対して「IMSI番号取得要求」メッセージを送信する(シーケンス3.1)。「IMSI番号取得要求」メッセージには、親端末のIMSI番号と、IMSI番号の取得が必要な子端末の台数が含まれる。
GWでは、以下の手順でDBからIMSI番号を払い出す(S3)。
1.親端末から子端末用のIMSI番号を要求されると、DBから「未使用」のIMSI番号を検索する。
2.IMSI番号に空きがあると、そのIMSI番号の状態を「使用中」に変更して親端末に通知する。
3.そして、DBの払い出したIMSI番号に親端末のIMSI番号を記録する(図4参照)。
4.IMSI番号に空きがない場合には、取得不可のメッセージを返す。
上記の手順でIMSI番号を払い出すと、GWは「IMSI番号取得応答」メッセージを親端末に返す(シーケンス3.2)。なお、「IMSI番号取得応答」メッセージには、払い出されたIMSI番号とそれぞれの番号の寿命が含まれる(図4参照)。
IMSI番号を取得できた親端末は、「IMSI番号通知」メッセージにて各子端末に対して、GWからIMSI番号を通知する(シーケンス4.1)。シーケンス4.1は親端末から子端末#1への通知である。子端末#2についてもIMSI番号を通知し(シーケンス4.1)、子端末#3についてもIMSI番号を通知する(シーケンス4.1)。IMSI番号を通知された各子端末は、それぞれ従来技術の位置登録手順にて位置登録を実施する(シーケンス5.1,5.2)。
位置登録が完了すると、親端末に対して「IMSI番号通知応答」メッセージを通知し、位置登録の完了を通知する(シーケンス4.2)。この親端末へのメッセージ通知は、それぞれの子端末から親端末に対して通知される。親端末は、「位置登録完了通知」メッセージを何れかの子端末から受信すると、PCに対して「端末状態報告」メッセージを送信して、該当する子端末が通信準備ができたことを通知する(シーケンス2.2,2.3,2.4)。
親端末は、子端末の状態が変化する度に同様にPCに「端末状態報告」メッセージにて子端末の通信可能状態を通知する。以上の手順が終了すると、PCに接続された子端末はIMSI番号を取得し、位置登録が完了しているので、通信を開始することが可能な状態となっている。なお、親端末を含め、一つの端末でも位置登録が完了すれば、PCは通信可能な端末を使って通信を開始することができる。
この実施の形態例によれば、親端末は子端末のIMSI番号を取得することができるようになる。また、端末側では複数の物理チャネルを確保することができるようになる。
図7は本発明における複数端末からの発信シーケンスを示す図である。この実施の形態例では、以下に示す方法で複数台接続した通信端末により無線通信を行なう。この例では、図に示すように親端末と#1〜#3の子端末は既に位置登録が完了しているものとする(S1)。親端末が接続されたPCにおいて、ユーザが通信アプリケーションの通信開始コマンドを実行すると(S2)、PCから親端末へ「通信開始要求」メッセージが送信される(シーケンス1.1)。
「通信開始要求」メッセージには、通信する相手の宛先と、通信を行なう端末の情報(子端末番号等)、通信サービス種別等が含まれる。親端末は、通信開始要求を受信すると、各子端末に通信開始要求を転送する(シーケンス2.1〜2.3)。親端末及び子端末は、通信開始要求受信後に、IMT−2000システムで規定された従来の手順の発信シーケンスに基づき(S3)、保持しているIMSI番号を用いて無線ネットワークに接続し、相手先との通信を確立する(シーケンス3.1,3.2)。親端末はPCに対して通信開始応答を通知する(シーケンス1.2)。
子端末#1は、基地局に対して接続要求を行なう(シーケンス4.1)。これにより、基地局制御局と子端末#1との間で従来の発信手順が行われる(S5)。PC側では、データ通信を開始する(S4)。子端末#1の接続が完了すると、親端末に通知され(シーケンス4.2)、親端末はPCに接続完了を通知する(シーケンス5.1)。接続完了の通知は、親端末の場合は「通信開始応答」メッセージにて(シーケンス番号1.2)、子端末の場合は、前記した子端末の状態が変更されたことによる「端末状態報告」メッセージにて(シーケンス5.1,5.2)通知される。
PCは最初に受信した接続完了の通知を契機に接続が完了した端末を通じてデータ通信を開始する。他の端末の接続が完了すると、その端末でもユーザデータの送受信が開始される(S6)。各子端末は電波状況に応じて、親端末の制御の下、接続・切断を繰り返すことが可能である。ただし、親端末の接続が切断された場合には、付随する全ての子端末の接続をネットワークより切断する。
本発明では、以下の方法で不正なIMSI番号を使った無線ネットワークへの接続(発信)を防ぐようになっている。本発明では、IMSI番号がネットワーク側から動的に割り当てられる。SIMカードといったハードウェアで固定のIDとは異なり、ハッキンキング等を用いて、不正に取得されたIMSI番号を使用されることが考えられる。IMSI番号は、加入者情報や課金、電話番号とのリンク等に使われることから、不正なIMSI番号で通信が行われることを防止する必要がある。
無線ネットワーク側から発行されるIMSI番号が管理されるDB22では、払い出されたIMSI番号にそれぞれ親端末のIMSI番号(SIMカードによる)が記録されている(図4参照)。子端末から接続要求が発信された場合に、無線ネットワーク側発行IMSI番号を管理するGW21にて、子端末にIMSI番号の正当性をチェックする。
図8はIMSI番号の正当性チェックの手順を示す図である。従来のIMT−2000システムにおける無線ネットワーク接続手順に、基地局制御局からGWへIMSI番号の確認要求を行なう手順を追加する。GWでの方法は、接続要求を送信した子端末が所属する親端末のIMSI番号が無線ネットワーク上で通信中であることを確認することで実施される。
親端末が通信中でない場合には、GWにてIMSI番号無効として確認結果応答を基地局制御局に返し、基地局制御局は端末からの接続要求をリジェクトする。以下、図8のシーケンスについて説明する。子端末#1に接続要求があると(S1)、該子端末は基地局制御局に対して無線リンク接続要求を行なう(S2)。この無線リンク接続要求を受けた基地局制御局では、GWに対してIMSI番号確認要求を行ない(S3)、GWからIMSI番号確認結果を(OK,NG)を受ける(S4)。
その後、基地局と基地局制御局間で無線リンク設定手順が行われる(S5)。次に、基地局制御局では、子端末に対して無線リンク接続応答を返し(S6)、該子端末から無線リンク接続完了を受ける(S7)。この後、子端末と基地局制御局間でユーザ回線設定手順が実行される(S8)。
次に、IMSIが発行されてから一定時間が経つとIMSI番号を開放する機能について説明する。無線ネットワーク側発行IMSI番号は、用意する数にもよるが、限りある資源である。また、本発明では、子端末の待ち受け中、つまり通信を行なっていない状態でもIMSI番号を確保していることがあるため、無用にIMSI番号を長時間保持してしまい、IMSI番号の枯渇のおそれがある。
そのため、IMSI番号を管理するDB22(図1参照)にてIMSI番号の寿命を設定し、払い出されてから一定時間後に強制的に開放する。寿命判定の手順を以下に示す。
1.周期的にDB内の「使用中」状態である全てのIMSI番号の寿命を減算する。
2.減算した結果、ゼロとなったIMSI番号は開放対象のIMSI番号とする。
寿命到達による開放対象となったIMSI番号は、子端末が所属する親端末へ、GW側から、該当する子端末のIMSI番号の開放の通知を行ない、DB上のIMSI番号状態を「未使用」に変更する。また親端末においても、一定時間通信を行なわない場合には、子端末のIMSI番号の開放を行なう(以上、図4参照)。
この実施の形態例によれば、子端末に一定時間後にIMSI番号の状態を開放する機能を持たせることにより、IMSI番号が枯渇するのを防止することができる。
上述の実施の形態例では、無線ネットワークとしてIMT−2000システムを用いた場合を例にとったが、本発明はこれに限るものではなく、その他の無線ネットワークを用いることができる。
本発明のネットワーク構成例を示すブロック図である。 PCと携帯端末の接続と端末間の通信形態を示す図である。 PCに接続された複数の通信端末の通信動作を示す図である。 予約MSIN番号と親MSIN番号の関係を示す図である。 IMSIとMSINの関係を示す図である。 IMSI番号取得のためのノード間シーケンスを示す図である。 本発明における複数端末からの発信シーケンスを示す図である。 IMSI番号の正当性チェック手順を示す図である。
符号の説明
1 無線アンテナ
2 基地局
3 基地局制御局
10 IMT−2000システム
11 PC
12 親端末
13 子端末
20 交換機
21 GW
22 DB
25 インターネット

Claims (5)

  1. 無線ネットワークと、PCに接続される複数の通信端末とがデータ通信を行なうシステムにおいて、
    前記複数の通信端末のうちの1台はSIMカードが装着された親端末、残りの端末を子端末とし、
    親端末と子端末はインタフェースを介してPCと接続され、
    親端末と子端末に無線ネットワーク側からIMSI番号を与え、
    親端末と子端末と無線ネットワークとの間でデータ通信を行なう、
    ようにしたことを特徴とする無線ネットワークと通信端末とのデータ通信方法。
  2. 親端末に電源が入ると、親端末は位置登録を行ない、
    親端末に接続されたPCが通信の準備が完了すると、PC上で起動された通信アプリケーションの指示により親端末は子端末のIMSI番号の取得と子端末の監視及びPCへの報告を行なうことを特徴とする請求項1記載の無線ネットワークと通信端末とのデータ通信方法。
  3. 並列接続された通信端末から無線ネットワークに接続して、複数の物理チャネルを確保することを特徴とする請求項2記載の無線ネットワークと通信端末とのデータ通信方法。
  4. 前記子端末に、一定時間後にIMSI番号の状態を開放する機能を持たせたことを特徴とする請求項3記載の無線ネットワークと通信端末とのデータ通信方法。
  5. 前記無線ネットワークは、IMT−2000(W−CDMA)システムであることを特徴とする請求項1乃至4の何れかに記載の無線ネットワークと通信端末とのデータ通信方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2013011558A1 (ja) * 2011-07-19 2015-02-23 富士通株式会社 システム、電子装置、通信方法及び通信プログラム

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