JP2010226468A

JP2010226468A - ハンドオーバ制御システム、アクセスルータおよびハンドオーバ制御方法

Info

Publication number: JP2010226468A
Application number: JP2009072118A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Usui; 健臼井; Yoshinori Kitatsuji; 佳憲北辻
Original assignee: KDDI Corp
Current assignee: KDDI Corp
Priority date: 2009-03-24
Filing date: 2009-03-24
Publication date: 2010-10-07
Anticipated expiration: 2029-03-24
Also published as: JP5191935B2

Abstract

【課題】移動元のアクセスネットワークの使用帯域の輻輳状況に応じて、ＭＮのハンドオーバ方式を切り替えることによって、ＭＮを移動元のアクセスネットワークから素早く離脱させ、移動元アクセスネットワークに接続しているＭＮの数を減らし、アクセスネットワークの輻輳状況を改善する。
【解決手段】複数のアクセスルータ（ＰＭＡＧ１０１、ＮＭＡＧ１０２）と、移動ユーザ端末が在圏する移動元アクセスネットワークのリソースを監視するＰＣＲＦ（リソース制御サーバ）１０４と、を備え、ＰＣＲＦ（リソース制御サーバ）１０４は、移動元アクセスネットワークに一定値以上の輻輳が生じた場合、ＭＮ（移動ユーザ端末）１０３からＰｒｅｄｉｃｔｉｖｅ方式のハンドオーバを実施する旨の通知があったときに、移動元のアクセスネットワークを管理するアクセスルータ（ＰＭＡＧ１０１）に対して、Ｒｅａｃｔｉｖｅ方式のハンドオーバを行なう指示を与える。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数のアクセスネットワーク間で行なわれる移動ユーザ端末のハンドオーバ方式を制御するハンドオーバ制御システム、アクセスルータおよびハンドオーバ制御方法に関する。

近年、公衆回線交換サービスを提供する多くの固定・移動通信事業者は、次世代ネットワークとして標準化が進められているＮＧＮ（Next Generation Network）のアーキテクチャに基づく固定・移動網の統合に向けて、インターネットサービスとの融合も容易なＩＰベースネットワークへの移行を進めている。ＮＧＮの中核技術であるＩＭＳ（IP Multimedia Subsystem）では、ＱｏＳ・ポリシー制御を実施するために、リソース制御サーバとなるＰＣＲＦ（Policy and Charging Rules Function）を用いる。

現在３ＧＰＰ、３ＧＰＰ２、ＩＴＵ−Ｔでは、ＳＩＰ（Session Initiation Protocol）サーバ（非特許文献３）などのＡＦ（Application Function）に相当するＰ−ＣＳＣＦ（Proxy Call Session Control Function）からＰＣＲＦに対してネットワーク資源要求などを行なうポリシー制御の手順が規定されている。さらに、ＰＣＲＦからトランスポートのエッジルータであるＡＧＷ（Access Gateway）に対して、ユーザからのメディアトラフィックを制御するためのポート開放・閉鎖やポリシー設定などを行なう手順が規定されている。

一方、ユーザ端末が移動した際、ユーザの通信を可能な限り継続させる技術として、ハンドオーバ技術がＩＥＴＦを中心に標準化されている。しかし、現在、ＩＭＳのポリシー制御アーキテクチャを活用し、ＩＰモビリティプロトコルであるＦＰＭＩＰ（Fast Proxy MIP）において有効なリソース制御を、どのように実施するかについての具体的な方法は提案されていない。

IETF draft-ietf-mipshop-pfmipv6-01.txt 3GPP TS 23.203 V8.4.0 "3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Services and System Aspects; Policy and charging control architecture (Release 8)" IETF RFC3261 "Session Initiation Protocol" IETF RFC5213 "Proxy Mobile IP"

しかしながら、従来技術では、ＩＭＳにおいては、ＰＣＲＦというリソース制御サーバを用いて、ユーザがアプリケーションを利用し始める際、ＳＩＰによる発呼に基づき、そのアプリケーションのトラフィックに対して、ＱｏＳクラスを割り当てる手法が提案されている（非特許文献３）。

一方、高速ハンドオーバ技術として、ＦＰＭＩＰが定義されている。図３は、ＦＰＭＩＰの概要を示す図である。ＦＰＭＩＰでは、ＬＭＡ（Location Management Agent）１００と、ＰＭＡＧ（Previous Mobile Access Gateway）１０１と、ＮＭＡＧ（Next Mobile Access Gateway ）１０２と、ＭＮ（Mobile Node）１０３とから構成されている。このＦＰＭＩＰは、ＰＭＩＰプロトコル（非特許文献４）を拡張している。

ＰＭＩＰ（Proxy MIP）では、ＭＮは、ハンドオーバを実施するための機能をもつ必要がなく、ＭＮが接続するＭＡＧ（Mobile Access Gateway）がＭＮの移動を管理する。ＭＮは、ＭＡＧに接続すると、ＭＡＧはその情報をＬＭＡに通知し、ＬＭＡとＭＡＧ間でトンネルを確立する。ＭＮが他のＭＡＧへ移動した際には、移動先のＭＡＧがＬＭＡに新たにＭＮが接続してきたことを通知し、トンネルを確立する。この後、ＬＭＡは移動元ＭＡＧとのトンネルを棄却する。

一方、ＦＰＭＩＰでは、ＭＮが移動した際、移動元のＭＡＧから移動先のＭＡＧ間にトラフィック転送用のトンネルを確立する。この後、移動先ＭＡＧがＬＭＡにＭＮの移動を通知し、ＬＭＡと新たにトラフィック転送用のトンネルを確立するまで、ＭＮ宛のトラフィックを、ＭＡＧ間のトンネル経由で転送する。

図４および図５は、ＦＰＭＩＰにおけるハンドオーバのシーケンスを示す図である。図４では、Ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅ方式のハンドオーバのシーケンスを示している。図４に示すＰｒｅｄｉｃｔｉｖｅ方式のハンドオーバは、無線アクセスネットワークがＭＮの移動を検知できることを前提としたハンドオーバである。ＭＮの移動先ＭＡＧにＭＮの移動を通知し、あらかじめＭＮが移動先ＭＡＧに接続する前に、移動元ＭＡＧ、移動先ＭＡＧ間にトラフィック転送用のトンネルを確立しておく方法である。

図５では、Ｒｅａｃｔｉｖｅ方式のハンドオーバのシーケンスを示している。図５に示すＲｅａｃｔｉｖｅ方式のハンドオーバは、無線アクセスネットワークがＭＮの移動を検知することを想定とせず、ＭＮが移動先ＭＡＧに接続してから、移動元ＭＡＧと移動先ＭＡＧでトンネルを確立する。ＭＡＧ間のトンネルは、移動元ＭＡＧのほうからトンネルを棄却し、ＭＮはその後ＬＭＡと移動先ＭＡＧ間でＰＭＩＰにより形成されたトンネルを用いてトラフィックの送受信を行なうようになる。

ハンドオーバを実行する際、移動元無線アクセスネットワークの使用帯域が輻輳しつつある状況では、高速にＭＮにハンドオーバを実行させ、多くのＭＮを他の無線アクセスネットワークにハンドオーバさせることが望ましい。Ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅ方式のハンドオーバでは、ＭＮが移動をする前に、ＦＰＭＩＰによるハンドオーバの際トラフィックを転送するＭＡＧ間のトンネルを事前に確立する処理を実行するため、Ｒｅａｃｔｉｖｅ方式のハンドオーバを実行する場合と比較して、ＭＮが移動元アクセスネットワークから離脱するまで時間がかかるという問題がある。Ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅ方式のハンドオーバを実行した場合、ＭＮはパケットロスが少なくハンドオーバを実行することが可能となるが、移動元無線アクセスネットワークに位置する時間は長くなる傾向がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、移動元のアクセスネットワークの輻輳状況に応じて、ＭＮのハンドオーバ方式を切り替えることによって、ＭＮを移動元のアクセスネットワークから素早く離脱させ、アクセスネットワークの輻輳状況を改善することができるハンドオーバ制御システム、アクセスルータおよびハンドオーバ制御方法を提供することを目的とする。

（１）上記の目的を達成するために、本発明は、以下のような手段を講じた。すなわち、本発明のハンドオーバ制御システムは、複数のアクセスネットワーク間で行なわれる移動ユーザ端末のハンドオーバを制御するハンドオーバ制御システムであって、アクセスネットワークを管理する複数のアクセスルータと、移動ユーザ端末が在圏する移動元アクセスネットワークの帯域使用量を監視する制御サーバと、を備え、前記制御サーバは、予め定められた条件が満たされた場合、前記移動ユーザ端末からＰｒｅｄｉｃｔｉｖｅ方式のハンドオーバを実施する旨の通知があったときに、移動元のアクセスネットワークを管理するアクセスルータに対して、Ｒｅａｃｔｉｖｅ方式のハンドオーバを行なう指示を与えることを特徴としている。

このように、予め定められた条件が満たされた場合、前記移動ユーザ端末からＰｒｅｄｉｃｔｉｖｅ方式のハンドオーバを実施する旨の通知があったときに、移動元のアクセスネットワークを管理するアクセスルータに対して、Ｒｅａｃｔｉｖｅ方式のハンドオーバを行なう指示を与えるので、移動ユーザ端末は、アクセスルータ間のトンネルが確立されることを待つことなく、ハンドオーバを実施することができる。これにより、移動ユーザ端末を素早く移動元アクセスネットワークから離脱させることができる。

（２）また、本発明のハンドオーバ制御システムにおいて、前記制御サーバは、移動元のアクセスネットワークの使用帯域において、一定値以上の輻輳が生じた場合、移動元のアクセスネットワークを管理するアクセスルータに対して、Ｒｅａｃｔｉｖｅ方式のハンドオーバを行なう指示を与えることを特徴としている。

このように、移動元のアクセスネットワークにおいて、一定値以上の輻輳が生じた場合、移動元のアクセスネットワークを管理するアクセスルータに対して、Ｒｅａｃｔｉｖｅ方式のハンドオーバを行なう指示を与えるので、輻輳しつつある状況のアクセスネットワークから移動ユーザ端末を素早くハンドオーバさせ、アクセスネットワークの輻輳状況を緩和させることができる。

（３）また、本発明のアクセスルータは、複数のアクセスネットワーク間で行なわれる移動ユーザ端末のハンドオーバを制御するハンドオーバ制御システムに適用されるアクセスルータであって、移動ユーザ端末が在圏する移動元アクセスネットワークの帯域使用量を監視する制御サーバからの通知に応じて、Ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅ方式のハンドオーバからＲｅａｃｔｉｖｅ方式のハンドオーバに切り替えて、移動ユーザ端末にハンドオーバを実施させることを特徴としている。

（４）また、本発明のハンドオーバ制御方法は、複数のアクセスネットワーク間で行なわれる移動ユーザ端末のハンドオーバを制御するハンドオーバ制御方法であって、制御サーバにおいて、移動ユーザ端末が在圏する移動元アクセスネットワークの帯域使用量を監視するステップと、前記監視の結果、移動元のアクセスネットワークの帯域使用量において、一定値以上の輻輳が生じた場合、前記移動ユーザ端末からＰｒｅｄｉｃｔｉｖｅ方式のハンドオーバを実施する旨の通知があったときに、移動元のアクセスネットワークを管理するアクセスルータに対して、Ｒｅａｃｔｉｖｅ方式のハンドオーバを行なう指示を与えるステップと、移動元アクセスルータにおいて、前記制御サーバからの通知に応じて、Ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅ方式のハンドオーバからＲｅａｃｔｉｖｅ方式のハンドオーバに切り替えて、移動ユーザ端末にハンドオーバを実施させるステップと、を少なくとも含むことを特徴としている。

このように、移動元のアクセスネットワークに輻輳が生じた場合、前記移動ユーザ端末からＰｒｅｄｉｃｔｉｖｅ方式のハンドオーバを実施する旨の通知があったときに、移動元のアクセスネットワークを管理するアクセスルータに対して、Ｒｅａｃｔｉｖｅ方式のハンドオーバを行なう指示を与えるので、移動ユーザ端末は、アクセスルータ間のトンネルが確立されることを待つことなく、ハンドオーバを実施することができる。これにより、移動ユーザ端末を素早く移動元アクセスネットワークから離脱させることができる。その結果、アクセスネットワークの輻輳状況を緩和させることができる。

本発明によれば、予め定められた条件が満たされた場合、前記移動ユーザ端末からＰｒｅｄｉｃｔｉｖｅ方式のハンドオーバを実施する旨の通知があったときに、移動元のアクセスネットワークを管理するアクセスルータに対して、Ｒｅａｃｔｉｖｅ方式のハンドオーバを行なう指示を与えるので、移動ユーザ端末は、アクセスルータ間のトンネルが確立されることを待つことなく、ハンドオーバを実施することができる。これにより、移動ユーザ端末を素早く移動元アクセスネットワークから離脱させることができる。

本実施形態に係るハンドオーバ制御システムの概略構成を示す図である。本実施形態に係るハンドオーバ制御システムの動作を示すシーケンスチャートである。ＦＰＭＩＰの概要を示す図である。ＦＰＭＩＰにおけるハンドオーバのシーケンスを示す図である。ＦＰＭＩＰにおけるハンドオーバのシーケンスを示す図である。

［用語の定義］
ＭＮ（Mobile Node）は、移動ユーザ端末を意味する。
ＭＮ−ＩＤ（MN Identifier）は、ＭＮを一意に示すＩＤである。
ＭＮ−ＩＩＤ（MN Interface Identifier）は、ＭＮのＩＦを示すＩＤである。
ＣＮ（Corresponding Node）は、移動ユーザ端末の通信相手である。
ＭＡＧ（Mobile Access Gateway）は、アクセスルータである。
ＰＭＡＧ／ＮＭＡＧ（Previous MAG/Next MAG）は、移動元ＭＡＧおよび移動先ＭＡＧである。
ＬＭＡ（Location Management Agent）は、移動管理のアンカーである。
ＰＣＲＦ（Policy and Changing Rule Function）は、ポリシー制御サーバである。
ＡＮ／ＡＰ（Access Network/Access Point）は、ユーザがアタッチするＡＮ／ＡＰである。
Ｐ−ＡＮ／Ｎ−ＡＮ（Previous AN/Next AN）は、移動元アクセスネットワークおよび移動先アクセスネットワークである。

３ＧＰＰでは、移動ユーザ端末（Mobile Node：以下、「ＭＮ」と呼称する。）の通信にリソース制御を実施し、ＱｏＳを提供する手続きが標準化されている（非特許文献１）。一方、ＩＰＭｏｂｉｌｉｔｙを高速に実現するプロトコルとして、ＦａｓｔＰｒｏｘｙＭｏｂｉｌｅＩＰプロトコル（以下、「ＦＰＭＩＰ」と呼称する。）が検討されている（非特許文献２）。ＦＰＭＩＰでは、ＩＰ層以下の２層の機能を活用し、移動先ネットワークにＭＮのハンドオーバより先にＭＮがハンドオーバすることを通知し高速に処理を進めるＰｒｅｄｉｃｔｉｖｅ方式と、ＭＮが移動先ネットワークに接続してからハンドオーバの処理を進めるＲｅａｃｔｉｖｅ方式がある。Ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅ方式は、Ｒｅａｃｔｉｖｅ方式より一般的に高速なハンドオーバを実施できるため、通信事業者においては利用を検討されている。

本実施形態では、ＭＮがハンドオーバする際、ＰＣＲＦ（リソース制御サーバ）に問い合わせを行ない、移動元アクセスネットワークの状況に応じて、ＦＰＭＩＰにおいてＰｒｅｄｉｃｔｉｖｅ方式、Ｒｅａｃｔｉｖｅ方式のどちらでハンドオーバを実施するか制御する。

図１は、本実施形態に係るハンドオーバ制御システムの概略構成を示す図である。ハンドオーバ制御システムは、ＬＭＡ（Location Management Agent）１００と、ＰＭＡＧ（Previous Mobile Access Gateway）１０１と、ＮＭＡＧ（Next Mobile Access Gateway ）１０２と、ＭＮ（Mobile Node）１０３と、ＰＣＲＦ（リソース制御サーバ）１０４と、から構成されている。

図１に示すように、ＭＡＧ（ＰＭＡＧ１０１、ＮＭＡＧ１０２）は、ＭＮ１０３がコアネットワークに接続する際のエッジルータとなるコアネットワーク上に分散配置される。ＰＣＲＦ（リソース制御サーバ）１０４は、ＭＮ１０３がＭＡＧ（ＰＭＡＧ１０１）に接続した際、リソース制御を実施する。ＰＣＲＦ（リソース制御サーバ）１０４は、各ＭＡＧ（ＰＭＡＧ１０１、ＮＭＡＧ１０２）配下の無線アクセスネットワークの利用率を計測している。

ＰＣＲＦ（リソース制御サーバ）１０４は、ＭＮ１０３がハンドオーバする際、Ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅ方式からＲｅａｃｔｉｖｅ方式にハンドオーバを切り替えるべきかどうか判定し、ＭＡＧ（ＰＭＡＧ１０１）に通知する。

このハンドオーバ制御システムは、ＦＰＭＩＰにより、ＭＮ１０３が、Ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅ方式のハンドオーバする際、ＩＭＳのポリシー制御・受付け制御サーバであるＰＣＲＦ（リソース制御サーバ）１０４が、移動元無線アクセスネットワーク（Ｐ−ＡＮ）のリソースを監視する。そして、移動元無線アクセスネットワーク（Ｐ−ＡＮ）が輻輳しつつあるような状況では、ＭＮが素早く移動先アクセスネットワーク（Ｎ−ＡＮ）に接続するようにする。

具体的には、ＭＮ１０３が、Ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅ方式のハンドオーバを実施するとＰＣＲＦ（リソース制御サーバ）１０４に通知した際、ＰＣＲＦ（リソース制御サーバ）１０４は、ＰＭＡＧ１０１に対して、Ｒｅａｃｔｉｖｅ方式のハンドオーバを実施するように通知する。

図２は、本実施形態に係るハンドオーバ制御システムの動作を示すシーケンスチャートである。ＭＮはＰ−ＡＮに対して、Ｒｅｐｏｒｔとして「MN ID，New AP ID」を送信する。Ｐ−ＡＮはＰＭＡＧに対してＨＯＩｎｉｔｉａｔｅとして、「MN ID，New AP ID」を送信する。ＰＭＡＧはＮＭＡＧに対して、「MN ID，MN-HoA，MN IID，LMA Address」を送信する。ＮＭＡＧはＰＣＲＦに対して、「MN ID，PMAG, NMAG」を送信する。ＰＣＲＦは、ＮＭＡＧに対して「Handover change」を送信する。ＮＭＡＧはＰＭＡＧに対して、「MN ID，Handover change」を送信する。これにより、ハンドオーバが、Ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅ方式からＲｅａｃｔｉｖｅ方式に切り替えられる。従って、ＰＭＡＧとＮＭＡＧとの間では、「HI(F or U flag), HAck」はやり取りされず、また、データの送受信も行なわれない（トンネルが確立しない）。

ＰＭＡＧはＭＮにＤｅｔａｃｈを実施し、ＭＮはＰＭＡＧからＮＭＡＧに接続される。ＭＮとＮＭＡＧとが接続すると、ＮＭＡＧは、ＰＣＲＦに対して、「MN ID，PMAG, NMAG」を送信する。ＰＣＲＦはＮＭＡＧに対して「Accept(Reject)」を送信する。ＮＭＡＧはＰＭＡＧに対して、「HI(MN ID), HAck」を送信する。ＰＭＡＧはＮＭＡＧに対して、「MN ID，MN-HoA，MN IID，LMA」を送信する。そして、ＰＭＡＧとＮＭＡＧとの間でデータのやり取りが行われる。これにより、Ｒｅａｃｔｉｖｅ方式が実行される。

以上説明したように、本実施形態によれば、移動元アクセスネットワークの輻輳状況に応じ、ＭＮのハンドオーバの方式をＰｒｅｄｉｃｔｉｖｅ方式から、Ｒｅａｃｔｉｖｅ方式に切り替える。これにより、ＭＮはＭＡＧ間のトンネルが確立されることを待つことなく、ハンドオーバを実施することができ、素早く移動元アクセスネットワークから離脱することができる。ハンドオーバを切り替えることで、輻輳しつつある状況のアクセスネットワークからＭＮを素早くハンドオーバさせ、アクセスネットワークの輻輳状況を緩和させることができる。

確かにＲｅａｃｔｉｖｅハンドオーバを実施することで、ハンドオーバ時のパケットロスは増えてしまうが、ＭＮのハンドオーバを素早く実行させることで、輻輳している無線アクセスネットワークを利用しているＭＮの数を速く減少させることができる。一般的に、Ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅ方式とＲｅａｃｔｉｖｅ方式のハンドオーバ時間の差は数秒程度であり、ＭＮに対する影響は小さい。また、結果的に、無線アクセスネットワークの輻輳により、その無線アクセスネットワークを利用し続けているＭＮがトラフィックの送受信を行なえなくなってしまうような現象を防ぐことができる。

１００ＬＭＡ
１０１ＰＭＡＧ
１０２ＮＭＡＧ
１０３ＭＮ
１０４ＰＣＲＦ（リソース制御サーバ）

Claims

複数のアクセスネットワーク間で行なわれる移動ユーザ端末のハンドオーバを制御するハンドオーバ制御システムであって、
アクセスネットワークを管理する複数のアクセスルータと、
移動ユーザ端末が在圏する移動元アクセスネットワークの帯域使用量を監視する制御サーバと、を備え、
前記制御サーバは、予め定められた条件が満たされた場合、前記移動ユーザ端末からＰｒｅｄｉｃｔｉｖｅ方式のハンドオーバを実施する旨の通知があったときに、移動元のアクセスネットワークを管理するアクセスルータに対して、Ｒｅａｃｔｉｖｅ方式のハンドオーバを行なう指示を与えることを特徴とするハンドオーバ制御システム。
前記制御サーバは、移動元のアクセスネットワークの帯域使用量において、一定値以上の輻輳が生じた場合、移動元のアクセスネットワークを管理するアクセスルータに対して、Ｒｅａｃｔｉｖｅ方式のハンドオーバを行なう指示を与えることを特徴とする請求項１記載のハンドオーバ制御システム。
複数のアクセスネットワーク間で行なわれる移動ユーザ端末のハンドオーバを制御するハンドオーバ制御システムに適用されるアクセスルータであって、
移動ユーザ端末が在圏する移動元アクセスネットワークの帯域使用量を監視する制御サーバからの通知に応じて、Ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅ方式のハンドオーバからＲｅａｃｔｉｖｅ方式のハンドオーバに切り替えて、移動ユーザ端末にハンドオーバを実施させることを特徴とするアクセスルータ。
複数のアクセスネットワーク間で行なわれる移動ユーザ端末のハンドオーバを制御するハンドオーバ制御方法であって、
制御サーバにおいて、移動ユーザ端末が在圏する移動元アクセスネットワークの帯域使用量を監視するステップと、
前記監視の結果、移動元のアクセスネットワークの帯域使用量において、一定値以上の輻輳が生じた場合、前記移動ユーザ端末からＰｒｅｄｉｃｔｉｖｅ方式のハンドオーバを実施する旨の通知があったときに、移動元のアクセスネットワークを管理するアクセスルータに対して、Ｒｅａｃｔｉｖｅ方式のハンドオーバを行なう指示を与えるステップと、
移動元アクセスルータにおいて、前記制御サーバからの通知に応じて、Ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅ方式のハンドオーバからＲｅａｃｔｉｖｅ方式のハンドオーバに切り替えて、移動ユーザ端末にハンドオーバを実施させるステップと、を少なくとも含むことを特徴とするハンドオーバ制御方法。