JP2008536372A - パケット無線通信システム、通信方法及び通信装置 - Google Patents
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Abstract
Description
このアーキテクチャは、以下のように、4つの主要なネットワーク要素を含む。
・外部ネットワーク
図1は、本発明の例示的な実施の形態に基づくシステムアーキテクチャを示している。図1に示すように、コアネットワークは、例えば、3GPP等の既存の電気通信規格に基づくコアネットワークコンポーネント及び不特定の又は専用の規格に基づいて動作するコアネットワークコンポーネント4を含む。コアネットワークコンポーネントは、インターネットプロトコルトランスポートプレーン8によって接続され、これを介して、データがネットワーク要素間で通信される。コアネットワークコンポーネントは、ユーザと通信し、外部ネットワーク10と無線アクセスネットワーク12、14、16との間で、固定回線メディアを介して、データをシグナリングする。第1の無線アクセスネットワーク12は、既存の3GPPアクセスネットワーク規格に基づいて動作し、後述するように、モバイルユーザ機器に対する汎用地上波無線アクセスネットワーク(Universal Terrestrial Radio Access Network:UTRAN)インタフェースを司るために、無線ネットワークコントローラRNC及びノードBを備える。一方、第2の無線アクセスネットワーク14は、RANLTE等の発展型の3GPPアクセスネットワーク規格に基づいて動作する。第3の無線アクセスネットワーク16は、WiFiとも呼ばれるIEEE802.11B等の無線ローカルエリアネットワークに基づいて動作する。通信制御、リソース割当及び移動管理は、パケットサービス制御サブシステム20によって制御される。
以下に、アーキテクチャに含まれる4つの参照点を示す。
・移動性管理
・リソース割当及びアクセス
・呼出許可
・負荷平均化
・サービス品質実現
一方、非アクセス部分22は、パケットコアネットワーク4を制御し、特定の通信セッションのためにアクティブ化する必要がある適切なパケットデータプロトコルコンテキスト及びその通信セッションを提供するために確立する必要がある適切なベアラを特定する。したがって、非アクセス部分参照点I2は、シグナリング及びインタラクションを特定し、PDPコンテキストにパケットデータポリシを強制し、パケットベアラ選択を実行する。
この章では、アクセスネットワーク、パケットコアネットワーク及びパケットサービス制御ネットワーク/サブシステムのアーキテクチャ的役割を上述した3つの主要な機能に関連して分析する。
発展型のアクセスネットワークの一般的な傾向は、以下の側面に反映される。
例えば、xDSL、802.16e、MIMO、OFDM等、より効率的でより高速なアクセスを実現する新たな無線及び有線技術が利用可能になっている。発展型のアクセスネットワークは、これらの新たに出現したアクセス技術を考慮し、これらのアクセス技術を既存の3GPPアクセスネットワークに統合する必要がある。無線アクセスプロトコルスタック及び手続きの設計及び機能的な分担は、これらの新技術がもたらす効率及び性能の向上を損なうものであってはならない。
3GPPオペレータからのサービスアクセス可能性及び連続性を最大化するために、非3GPPに基づくアクセス技術及びネットワークは、3GPPオペレータのサービスのための、重要な相補的なカバレッジであると考えなくてはならない。したがって、効率的で、柔軟で、信頼でき、オペレータにより制御された、これらのネットワークとの相互運用、移動性、ローミングをサポートする必要がある。この相補的なカバレッジの典型的な具体例は、3GPPで定義されているWLAN相互運用機能である。既存の及び将来の無線/有線アクセス技術のために、この概念の更なる強化及び拡張を検討する必要がある。
メディアコンテンツに関してサービスを提供する従来の概念に加えて、アクセスネットワークは、3GPPオペレータ及び非3GPPオペレータの両方が定義するサービスにアクセスするための「トランスポートサービス」を提供する重要な技術となる。これは、3GPPオペレータの制御の下で行われる。この発展型のアクセスサービスの直接の結果の1つは、ベアラサービスアクセス制御及び課金機能の再考である。更に、この「アクセスサービス提供」は、3GPPオペレータが制御するアクセスの汎用的なフレームワークの下で、3GPP及び非3GPPの両方が定義するアクセスに適用するべきである。
リリース5までは、無線アクセス制御及び無線リソース管理は、UTRANのRNC内に集中化されている。制御及びトランスポート効率を改善し、高速で、よりスペクトル効率が高い無線アクセス技術に対応するために、RNCの機能と、ノードBの機能との関係を再考する必要がある。リリース6では、HSPDA/HSUPAのサポートは、例えば、ノードB内にてパケットスケジューリングを行う等、既に、主要な無線リソース制御機能の幾つかを必要とする。このように、無線アクセス及びリソース管理をノードBにローカル化することは、特に、発展型の3GPP無線アクセスネットワークインフラストラクチャにおける制御及びトランスポート遅延時間の削減等、制御及びトランスポート効率、並びに関連する性能を改善する重要な側面の1つと考えられる。また、これは、バックホールリンクによって引き起こされる性能のボトルネックの排除、並びに初期費用(Capex)及び運用経費(Opex)の両方の削減にも有益である。
例えばノードB等の無線アクセスネットワークのエッジに無線アクセス及びリソース制御機能をローカル化することの利益に加えて、例えば、無線設定、構成/再構成、維持及び解放等の制御機能のより効率的な管理の問題は、エンドユーザが知覚する総合的なサービス品質(例えば、呼出セットアップ時間)及び複雑性、並びに無線アクセスネットワークの導入及び運用コスト(Capex及びOpex)に直接的に影響するため、検討する必要がある。
IPベースのトラヒックの管理及びトランスポートにおけるリソースの使用効率は、回線交換トラヒックに比べて低いため、無線アクセスネットワークは、IPトラヒック、特に、トランスポート効率及びエンドツーエンドQoSの両方にとって負の作用を有する短いペイロード及び比較的大きいプロトコルオーバヘッドを特徴とするリアルタイムのIPトラヒックをサポートするように適応化及び最適化する必要がある。
発展型の3GPPパケットコアネットワークの開発では、以下の問題を考慮する必要がある。
パケットコアネットワークは、例えば、UMTSセッション管理、ユーザ契約、認証、承認、位置管理、移動性管理、課金、異種のアクセスネットワーク(3GPP、3GPPアクセスネットワーク、固定及びモバイルコンバージェンス)と、外部ネットワーク(例えば、インターネット3GPP及び非3GPP PLMN等)との間での相互運用等、多くの重要な機能の「アンカポイント」として機能する。これらの処理の複雑性は、総合的に高いエンドツーエンド制御、トランスポート効率及び性能を実現し、ネットワークの導入及び運用のコストを削減するための障害となっている。発展型のパケットコアネットワークアーキテクチャにおける制御及びトランスポート機能の両方を更に最適化するために対策を講じる必要がある。例えば、システムスケーラビリティ及び総合的なシステム効率及び性能を向上させるために、セッション毎のベアラ管理及びQoS管理を改善する必要がある。
既存の3GPPパケットコアネットワーク(SGSN/GGSNベース)インフラストラクチャを評価し、中間的ネットワーク要素の数、オープンインタフェースの数及び参照点の数を削減することの必要性及び利点、並びに影響を調査する必要がある。これは、制御及びトランスポートの効率及び性能を向上させ、Capex及びOpexの両方を削減できるという点で有益であると予見される。
パケットコアネットワークは、異種のアクセス技術に亘る相互運用、アクセス及び移動性制御のアンカポイントとして機能する。パケットコアネットワークは、3GPPオペレータの集中制御により、アクセス選択、セキュリティ、移動性、QoS等に関して、異種のアクセスネットワークへの及び異種のアクセスネットワークからのIPトラヒックの制御及び管理をサポートできる必要がある。
パケットコアネットワークが提供する、出入りするIPトラヒックのための制御及びトラヒックポイントは、可能な限り少ない方がよい。IPプロトコルに関連する伝送及び処理オーバヘッドを減少させる潜在的な複雑さを考慮し、例えば、ヘッダ圧縮等のIP性能最適化機能は、コアネットワーク内で行われ、これにより、無線アクセスネットワークにおける複雑性とコストが削減され、総合的なエンドツーエンド性能が改善される。
既存のUMTS制御機能の多くは、IPv4及びIPv6に固有の機能である。例えば、UMTSセッション管理(PDPコンテキスト及びTFT処理)は、どのバージョンのIPプロトコルが使用されているかに依存している。このため、UMTS CNベアラは、後に、基底にあるIPトランスポートネットワーク内でカプセル化されるが、UMTS CNベアラは、IPv4及びIPv6トラヒックの何れかのみしか搬送することができない。これにより、IPベースのサービスアクセスの柔軟性が制限され、制御及び管理する機能の複雑性が高まり、スケーラビリティが損なわれる。
3GPP PLMNにIPv6ネットワーク要素を含むIPv6ベースのサービスが徐々に導入されることは必然的である。ここで、全てではないが大部分の現在の3GPP PLMNは、IPv4に基づいて動作している。既存の3GPPシステムアーキテクチャは、IPv4及びIPv6の両方をサポートするように設計されているが、IPv4に基づく3GPPネットワーク及びサービスと、IPv6に基づく3GPPネットワーク及びサービスとの間での、3GPPにおける有効で影響が小さい(低コストで、障害が生じない動作/サービス)移行メカニズムに関する分析及び研究は十分になされていない。IETFの幾つかのワーキンググループは、この課題の重要な基準として用いるべき様々な技術を開発している。
発展型の3GPPアーキテクチャ及び改善されたシステム機能は、IPベースのサービスをより効率的にサポートすることが期待される。既存のシステムと相互運用可能である発展型のシステムを開発する際には、当面の間、オペレータが定義したポリシに基づいて、適切なパケットコア及びアクセスネットワークに亘って、IPトラヒックを指示する際にオペレータによって制御される最大限の柔軟性が実現されるように、慎重に検討する必要がある。
固定ネットワーク、非3GPPにより定義されたPLMN及び無線ネットワークとの効率的で信頼できる相互運用がサポートされる必要がある。この相互運用性は、固定ネットワーク、非3GPP PLMN及び無線ネットワークが、発展型の3GPPシステムにとって「外部」のネットワークであるという点で、上述した異種のアクセス技術のためのマルチアクセスサポートとは異なる。これらの相互運用機能は、3GPP PLMNゲートウェイ内で実現される。
パケットサービス制御サブシステムは、例えば、セキュリティ(認証、承認、ユーザデータ/情報保全、プライバシー等)、IPベースのセッション管理(例えば、IPマルチメディアセッション)、QoSのためのポリシ制御、移動性、アクセス選択及びリソースアクセス制御等、サービスの制御及び管理を提供する。パケットサービス制御サブシステムは、アクセスネットワーク及びパケットコアネットワークの両方から動作上独立しているが、パケットコアネットワーク及びアクセスネットワーク内における動作に対する直接の制御を実行することができる。
アクセスネットワーク及びパケットコアネットワークの両方のための発展型のシステムアーキテクチャでは、オペレータが、自らのポリシに基づいて、ネットワークリソース割当及びアクセス、QoS、3GPPにより定義されたネットワーク間及び3GPPにより定義されたネットワークと、非3GPPにより定義されたネットワークとに亘るハンドオーバ及び移動性、ローミング、ホームPLMN、訪問先のPLMN及びサードパーティのサービスプロバイダの何れかによって提供されたサービスへのローミング状況及び非ローミング状況におけるサービスアクセス認証等について、有効な制御を提供することができることを期待される。
これは、IT業界で要求されることが多い、新しいサービスの速やかで、より効果的な導入を可能にするという利点を有し、IPベースのサービスのためのデファクトスタンダード(広く普及し使用されている規格)を短期間で導入することができる。
IPベースのサービスの制御及び管理に対する、3GPPオペレータ及びISPオペレータの両方からの多くの共通の要求のために、発展型のパケットサービス制御サブシステムでは、適用可能であれば、拡張されたSIP、AAA、IPSec、ポリシフレームワーク、QoSフレームワーク/NSIS、IP移動度管理(モバイルIP)等、IETFで定義されている既存のIPプロトコルの再利用を考慮する必要がある。これにより、導入のための作業及び時間が削減され、非3GPPに固有のサービス制御との統合が容易になる。
図6、図7、図8及び図9は、パケットデータ通信ベアラへのアクセスを確立し、制御するために、共通のパケットデータプロトコルコンテキストを確立するように動作する図1〜図5に示すパケット無線通信システムの動作を説明する図である。後述するように、パケットデータ通信ベアラは、2つ以上のモバイルユーザ機器によって共有される共通の通信ベアラであってもよく、及び/又は異なるインターネットプロトコルバージョンに基づいて動作する異なる通信セッションが共通の通信ベアラを使用してもよい。
図6に示す構成例における第1及び第2のモバイルユーザ機器UEa、UEbでは、共有された共通のPDPコンテキストを用いてGPRSネットワーク1を介して通信するために2つの可能なシナリオがある。1つの具体例を図7に示す。図7では、ゲートウェイサポートノード6は、第1及び第2のユーザ機器UEa、UEbのそれぞれのために個別のGPRSトンネルプロトコル(GPRS Tunnelling Protocol:GTP)ベアラGTP_Ua、GTP_Ubを確立する。図7に示すように、第1及び第2のユーザ機器UEa、UEbは、共通のPDPコンテキストを共有するが、インターネットプロトコルパケットは、別々のGTPベアラを介してGPRSネットワークに亘って通信される。インターネットプロトコルパケットが、無線アクセスベアラ(Radio Access Bearer:RAB)を介する通信のためにRNC60に到達すると、個別のGTPであるGTP_Ua、GTP_Ubは、対応する無線アクセスベアラRABa、RABbにマッピングされる。したがって、各無線アクセスベアラ及び第1及び第2のユーザ機器UEa、UEbのために確立されたGTPは、異なるサービス品質QoSa、QoSbを特定できる。このように、無線アクセスベアラとGTPとの間には、一対一のマッピングが成立する。すなわち、図7は、異なるGPRSベアラを用いる共通のPDPコンテキストの具体例である。
図9は、共通のGPRSベアラを介するインターネットパケットの通信に異なるサービス品質を提供できる構成の具体例を示している。例えば、ある通信セッションは、ウェブブラウズに基づいてインターネットパケットを通信でき、他の通信セッションは、ボイスオーバインターネットプロトコルに基づいてインターネットパケットを通信できる。この技術に基づき、IETFインターネットプロトコル規格が提供する個別のサービス品質(QoS)クラスを、GPRSコアネットワークに亘る通信のための適切なサービス品質にマッピングすることによって、異なるサービス品質が実現される。インターネットプロトコル規格v6、v4の分野で周知のように、IETF規格が提供する異なるサービスQoSは、最優先転送(Expedited Forwarding:EF)、相対的優先転送(Assured Forwarding:AF)及びベストエフォート(Best Effort:BE)の3つのカテゴリを有している。図9に示すように、第1又は第2のユーザ機器UEa、UEbの何れかに通信されているインターネットパケットIPa220、IPb224はゲートウェイサポートノード6が受け取る。各インターネットパケットIPa220、IPb224のそれぞれのヘッダには、異なるサービスQoSが示されている。図9に示す具体例では、第1のユーザ機器IPa220に宛てられている第1のインターネットパケットに固有のサービスQoSは、EFであり、第2のユーザ機器IPb224に宛てられている第2のインターネットパケットに固有のサービスQoSは、AFである。ゲートウェイサポートノード6は、コアネットワークを介するRNCへの通信のために、異なるサービスQoSであるEF及びAFを、サービスQoSa、QoSbの適切な品質にマッピングするように動作するGTPフィルタを形成する。GTP_Uによって提供されるサービス品質QoSa、QoSbは、IETF規格に基づくEF及びAFと同じであってもよく、これに代わるサービス品質クラスの代替であってもよい。第1及び第2のインターネットパケットIPa220、IPb224は、トランスポートIP層を介してRNCに通信される。
Claims (9)
- モバイルユーザ機器に及び/又はモバイルユーザ機器からインターネットパケットを通信するパケット無線通信システムにおいて、
それぞれがインターネットプロトコルトランスポートプレーンを用いてインターネットパケットを通信するネットワーク通信要素を含む複数のパケットデータネットワークと、該ネットワーク通信要素を用いて、該パケットデータネットワークによって確立された通信ベアラを介してインターネットパケットをルーティングする共通のゲートウェイサポートノードとを有するコアネットワークと、
上記モバイルユーザ機器に及び/又は該モバイルユーザ機器からインターネットプロトコルパケットを通信するために、上記インターネットプロトコルトランスポートプレーンによって、上記パケットデータネットワークのコアネットワークコンポーネントに接続され、それぞれが、該モバイルユーザ機器に及び/又は該モバイルユーザ機器からインターネットパケットを通信するための無線アクセスベアラを提供する複数の無線アクセスネットワークと、
上記無線アクセスベアラを介するインターネットパケットの通信を制御するアクセスネットワーク部分と、上記パケットデータネットワークのネットワーク通信要素を用いて、上記通信ベアラを介するインターネットパケットの通信を制御する非アクセスネットワーク部分とを含むパケットサービス制御サブシステムとを備え、
上記複数のパケットデータネットワークの少なくとも1つは、他のパケットデータネットワークとは異なる電気通信規格に基づいて動作することを特徴とするパケット無線通信システム。 - 上記共通のゲートウェイサポートノードは、上記パケットデータ通信ネットワーク及び上記無線アクセスネットワークを介して、共通のパケット通信ベアラを確立し、該共通のパケット通信ベアラは、複数の異なるインターネットプロトコルを用いて、上記モバイルユーザ機器に及び/又は上記モバイルユーザ機器からインターネットパケットを通信することを特徴とする請求項1記載のパケット無線通信システム。
- 上記共通のゲートウェイサポートノードは、上記ネットワーク通信要素と協働して、上記共通のパケットデータ通信ベアラを介して通信されるインターネットパケットのリソース割当制御及び接続を提供する共通のパケットデータプロトコルコンテキストを確立することを特徴とする請求項2記載のパケット無線通信システム。
- 上記共通のパケットデータ通信ベアラは、2つ以上のモバイルユーザ機器によって共有されることを特徴とする請求項2又は3記載のパケット無線通信システム。
- 上記少なくとも1つの無線アクセスネットワークは、他の無線アクセスネットワークとは異なる電気通信規格に基づいて動作することを特徴とする請求項1乃至4何れか1項記載のパケット無線通信システム。
- それぞれがインターネットプロトコルトランスポートプレーンを用いてインターネットパケットを通信するネットワーク通信要素を含む複数のパケットデータネットワークと、共通のゲートウェイサポートノードとを有するコアネットワークと、該インターネットプロトコルトランスポートプレーンによって該パケットデータネットワークに接続された複数の無線アクセスネットワークと、パケットサービス制御サブシステムとを備えるパケット無線通信システムを用いて、モバイルユーザ機器に及び/又はモバイルユーザ機器からインターネットパケットを通信する通信方法において、
上記ネットワーク通信要素を用いて、上記パケットデータネットワークのトランスポートプレーンを介して通信ベアラを確立するステップと、
上記確立された通信ベアラを介して、インターネットパケットをルーティングするステップと、
上記インターネットプロトコルトランスポートプレーンによって上記パケットデータネットワークのコアネットワークコンポーネントに接続された上記複数の無線アクセスネットワークを用いて無線アクセスベアラを提供するステップと、
上記無線アクセスベアラを介して、上記モバイルユーザ機器に及び/又は上記モバイルユーザ機器からインターネットパケットを通信するステップと、
上記パケットサービス制御サブシステムのアクセスネットワーク部分を用いて、上記無線アクセスベアラを介するインターネットパケットの通信を制御するステップと、
上記パケットサービス制御サブシステムの非アクセスネットワーク部分を用いて、上記通信ベアラを介するインターネットパケットの通信を制御するステップとを有し、
上記複数のパケットデータネットワークの少なくとも1つは、他のパケットデータネットワークとは異なる電気通信規格に基づいて動作することを特徴とする通信方法。 - それぞれがインターネットプロトコルトランスポートプレーンを用いてインターネットパケットを通信するネットワーク通信要素を含む複数のパケットデータネットワークと、共通のゲートウェイサポートノードとを有するコアネットワークと、該インターネットプロトコルトランスポートプレーンによって該パケットデータネットワークに接続された複数の無線アクセスネットワークと、パケットサービス制御サブシステムとを備えるパケット無線通信システムを用いて、モバイルユーザ機器に及び/又はモバイルユーザ機器からインターネットパケットを通信する通信装置において、
上記ネットワーク通信要素を用いて、上記パケットデータネットワークのトランスポートプレーンを介して通信ベアラを確立する確立手段と、
上記確立された通信ベアラを介して、インターネットパケットをルーティングするルーティング手段と、
上記インターネットプロトコルトランスポートプレーンによって上記パケットデータネットワークのコアネットワークコンポーネントに接続された上記複数の無線アクセスネットワークを用いて無線アクセスベアラを提供する提供手段と、
上記無線アクセスベアラを介して、上記モバイルユーザ機器に及び/又は該モバイルユーザ機器からインターネットパケットを通信する通信手段と、
上記パケットサービス制御サブシステムのアクセスネットワーク部分を用いて、上記無線アクセスベアラを介するインターネットパケットの通信を制御する第1の制御手段と、
上記パケットサービス制御サブシステムの非アクセスネットワーク部分を用いて、上記通信ベアラを介するインターネットパケットの通信を制御する第2の制御手段とを備え、
上記複数のパケットデータネットワークの少なくとも1つは、他のパケットデータネットワークとは異なる電気通信規格に基づいて動作することを特徴とする通信装置。 - 添付の図面を参照して明細書に実質的に説明するパケット無線通信システム。
- 添付の図面を参照して明細書に実質的に説明する、コアネットワークを介して、モバイルユーザ機器に及び/又はモバイルユーザ機器からインターネットパケットを通信する通信方法。
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