JP2011172267A

JP2011172267A - 移動通信方法

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Publication number: JP2011172267A
Application number: JP2011100484A
Authority: JP
Inventors: Takashi Morita; 崇森田; Itsuma Tanaka; 威津馬田中; Kazuteru Takita; 和輝滝田
Original assignee: NTT Docomo Inc
Current assignee: NTT Docomo Inc
Priority date: 2011-04-28
Filing date: 2011-04-28
Publication date: 2011-09-01

Abstract

【課題】旧SGSNと新SGSNとの間で確実にベアラ引き継ぎ処理が行われて、サービス中断といった事態を未然に防止すること。
【解決手段】旧SGSNの管理エリアから新SGSNの管理エリアへ移動した端末１から、新SGSNが位置更新メッセージを受信し、位置更新メッセージを受信した新SGSNが、通信路情報を引継ぐためのGTPv2信号を、旧SGSNに対して送信し、前記端末用のベアラとして、GGSNと旧SGSNとの間にベアラが確立されている場合、新SGSNに対してGTPv2信号でGTPv1にフォールバックさせるためのエラーを通知し、旧SGSNからGTPv2信号でエラー通知を受けた新SGSNが、プロトコル種別をGTPv1に変更して、再び変更後のプロトコル種別にて旧SGSNに対して通信路情報を引き継ぐためのプロトコル信号を送信する。
【選択図】図６

Description

本発明は、移動後の端末を配下とする新SGSN(Serving GPRS Support Node)が移動前の端末を配下とする旧SGSNからベアラ情報の引き継ぎを行うための移動通信方法及びパケットアクセス制御用の交換局に関する。

現状の3GPP仕様では、端末がIdle時のSGSN跨りの位置登録処理において、Preservation状態にあるベアラを旧SGSNから新SGSNへ引き継ぐ処理が規定されている（非特許文献１）。ベアラの種別としてGPRSユーザ用のPDPコンテキストとEPSユーザ用のEPSコンテキストがあり、各々GTPv1（GTPプロトコル、バージョン１）信号及びGTPv2（GTPプロトコル、バージョン２）信号でのみ引き継ぐ事が現状の3GPP仕様として規定されている（非特許文献２、３）。

図８（Ａ）（Ｂ）は旧SGSNから新SGSNへベアラ情報を引き継ぐための手順を示しており、同図（Ａ）は第２のプロトコル信号となるGTPv1信号を用いて論理的な通信路情報であるベアラ情報（PDPコンテキスト）を引き継ぐ場合、同図（Ｂ）は第１のプロトコル信号であるGTPv２信号を用いてベアラ情報（EPSコンテキスト）を引き継ぐ場合を示している。

図８（Ａ）に示されるように、端末UEがIdle時のSGSN跨りの移動により、端末UEが新SGSNへ位置更新メッセージを送信すると、新SGSNが旧SGSNに対して旧側で確立しているGPRSベアラ情報の引継ぎを行う。そのために、新SGSNは旧SGSNにGTPv1信号を用いてベアラ情報を要求する。旧SGSNは新SGSNからGTPv1信号受信時に現在確立しているGPRSベアラのベアラ情報を応答信号に設定して返信する。新SGSNは旧SGSNからの応答信号に設定されたベアラ情報を基にベアラ情報を引き継ぎ、ベアラ情報（PDPコンテキスト）を基にして新SGSNとGGSNとの間にGPRSベアラを確立する。

また、図８（Ｂ）に示されるように、旧SGSNがS-GWとの間に確立しているEPSベアラを引き継ぐ場合、新SGSNは旧SGSNにGTPv2信号を用いてベアラ情報を要求する。旧SGSNは新SGSNからGTPv2信号受信時に現在確立しているEPSアラのベアラ情報（EPSコンテキスト）を応答信号に設定して返信する。新SGSNは応答信号に設定されたベアラ情報を基に新SGSNとS-GWとの間に新たなEPSベアラを確立する。

ところで、UMTSとEPSの相互運用を実現するために、UTRAN(W-CDMA/HSPA)対応端末をEPCネットワークに接続するSGSNは、GTPv１信号及びGTPv2信号の両方に対応している。そのため、旧SGSNからベアラ情報を引き継ぐ場合は、予め決められたGTPv１信号又はGTPv2信号のいずれかを用いてベアラ情報を要求する。

3GPP TS23.060 (version8.7.0) 3GPP TS29.060 (version8.10.0) 3GPP TS29.274 (version8.4.0)

ところが、現在の仕様では、GTPv2信号にはEPSベアラ情報しか設定できず、GPRSベアラ情報は設定できない。また、逆にGTPv1信号にはGPRSベアラ情報しか設定できず、EPSベアラ情報は設定できない状況である。このため、旧SGSNが両方のプロトコル（GTPv1及びGTPv2）をサポートしていて、旧SGSNで保持するベアラ情報と新SGSNから受信したGTP信号のバージョンとが適合しない場合は、ベアラ情報の引き継ぎができない事態に陥る可能性がある。たとえば、図８（Ａ）において、旧SGSNがGTPv1及びGTPv2をサポートしており、GPRSユーザに対してGPRSベアラを確立していたところに、新SGSNからGTPv2信号でベアラ情報引継ぎ要求を受信すると、旧SGSNは引き継ぐべきGPRSベアラ情報を信号に設定できないためにエラーを返し、GPRSユーザに対するサービスが中断される問題が生じる。

なお、非特許文献３の7.10章に、図９に示されるように、GTPv1のみをサポートする旧SGSNが、新SGSNからGTPv2信号を受信した場合に、GTPv1にフォールバック（Fallback）して再トライする規定があるが、旧SGSNがGTPv1及びGTPv2の両方に対応可能である場合には、上述した問題が発生する。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、旧SGSNと新SGSNとの間で確実にベアラ引き継ぎ処理が行われて、サービス中断といった事態を招くことのない移動通信方法及び交換局を提供することを目的とする。

本発明の一つの側面では、第１の交換局の管理エリアから第２の交換局の管理エリアへ移動した端末から、前記第２の交換局が位置更新メッセージを受信する工程と、前記位置更新メッセージを受信した前記第２の交換局が、通信路情報を引継ぐための第１のプロトコル信号を、前記第１の交換局に対して送信する工程と、前記端末用のベアラとして、前記第１の交換局及び外部ＩＰネットワークに接続されるＧＧＳＮと前記第１の交換局との間にベアラが確立されている場合、前記第２の交換局に対して前記第１のプロトコル信号で第２のプロトコルにフォールバックさせるためのエラーを通知する工程と、前記第１の交換局から第１のプロトコル信号でエラー通知を受けた前記第２の交換局が、プロトコル種別を前記第２のプロトコルに変更して、再び変更後のプロトコル種別にて第１の交換局に対して通信路情報を引き継ぐためのプロトコル信号を送信する工程と、を具備したことを特徴とする。

これにより、第１の交換局は端末用に現時点で確立している論理的な通信路のプロトコル種別を把握するので、第２の交換局に対してスムーズにフォールバックを促すことができる。

本発明によれば、旧SGSNと新SGSNとの間で確実にベアラ引き継ぎ処理が行われて、サービス中断といった事態を未然に防止することができる。

実施の形態１における移動通信ネットワークの構成を示す図実施の形態１において用いられるGTPv2信号のパラメータ構成の概念図実施の形態１において新SGSNが旧SGSNからベアラ引き継ぎ手順を示す図図３に示すベアラ引き継ぎに対応したシーケンス図実施の形態２においてベアラ引き継ぎを行う手順を示す図（Ａ）図５に示すベアラ引き継ぎに対応したシーケンス図、（Ｂ）非特許文献３に規定されたベアラ引き継ぎ過程でのフォールバックを示すシーケンス図実施の形態２のベアラ引継ぎ手順の一部を変形したシーケンス図旧SGSNから新SGSNへベアラ情報を引き継ぐための手順を示す図非サポートプロトコル信号に対するフォールバック機能を説明する図

以下、本発明の一実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１は移動通信ネットワークの構成を示す図であり、コアネットワーク部は主にパケットコア部を図示している。移動通信ネットワークは、移動端末１と無線波を介して通信する無線アクセスネットワーク２と、接続処理やユーザデータの転送を行うコアネットワーク３とを含んで構成されている。

本実施の形態は、移動端末１としてUMTS/GPRS対応の端末及びLTE対応の端末を対象としている。無線アクセスネットワーク２は、移動端末１と無線通信可能なＵＴＲＡＮ（ＵＭＴＳ無線アクセスネットワーク）又はＧＥＲＡＮ（ＧＳＭ／ＥＤＧＥ無線アクセスネットワーク）で構成されている。

無線アクセスネットワーク２は、セル毎に設置された無線基地局１１と、複数の無線基地局１１を制御する基地局制御装置１２とを含んで構成される。無線基地局１１は、UMTSではノードBと呼ばれるが、BTS（Base Transceiver Station）と呼んでも良い。基地局制御装置１２は、複数の無線基地局１１を制御し、無線チャネルの端末１への割り当てや切り替えの制御を行う。基地局制御装置１２は、無線制御装置（RNC: Radio Network Controller）又はBSC(Base Station Controller)とも呼ばれる。

コアネットワーク３は、SGSN１３Ａ〜１３Ｃ、GGSN１４、S-GW１５、P-GW１６、HSS１７といった機能要素を含んで構成されている。

SGSN１３Ａ〜１３Ｃは、パケット交換ドメインにアクセスしている端末１の位置を把握し、GGSN１４と無線アクセスネットワーク２の間でユーザトラフィックの転送を制御する。また、パケット転送プロトコルによってIPパケットをルーティング・転送すると共に、移動通信に必要なモビリティ管理及びセッション管理（ベアラ制御）を行う。

本実施の形態では、SGSN１３Ａ、１３Ｂは、Ｓ３／Ｓ４インターフェース（GTPプロトコル、バージョン２）を具備している。Ｓ３／Ｓ４インターフェースを備えたSGSNは、UMTSとEPSの相互運用を実現するために機能拡張された機能要素である。SGSN１３Ａ、１３Ｂに備えたＳ４インターフェースがGTPv2信号を用いたS-GW１５との間のセッション管理（EPSベアラ制御）、ユーザパケットの転送の役割を担っている。図１では、GTPプロトコル、バージョン２をサポートしているSGSN１３Ａ、１３ＢについてS4-SGSNと表記している。SGSN１３Ａ、１３Ｂは、Gn/Gpインターフェース（GTPプロトコル、バージョン１）も具備している。SGSN１３Ａ、１３Ｂは、UMTS/GPRSパケットコアのGGSN１４とはGTPv1信号を用いて接続し、GPRSベアラを確立することができる。SGSN１３Ｃは、Ｓ３／Ｓ４インターフェースを備えず、Gn/Gpインターフェース（GTPプロトコル、バージョン１）のみを備える機能要素である。図１では、GTPプロトコル、バージョン１のみをサポートしているSGSN１３ＣについてGn/Gp-SGSNと表記している。

GGSN１４は、端末１からの接続要求に応じて、UMTS/GPRSパケットコアと外部IPネットワークとの接続を制御する機能要素である。GGSN１４は、SGSN１３Ｃと共にUMTS/GPRSパケットコアを構成している。

S-GW１５は、無線アクセスネットワーク２とEPCとの間のUプレーンを接続し、ユーザパケットのルーティング・転送機能を提供する。端末１はSGSN１３Ａ、１３ＢがS-GW１５との間に確立したEPSベアラを経由してIPパケットを転送する。P-GW１６は、外部IPネットワークとの接続点の役割を担い、ユーザパケットを外部IPネットワークとの間で転送する。EPCネットワークは、S4-SGSN１３Ａ、１３Ｂ、S-GW１５、P-GW１６及び図示していないMME（Mobility Management Entity)等の機能要素で構成される。HSS１７は、加入者情報を管理する加入者サーバである。HSS１７に登録される加入者情報はユーザＩＤで検索可能で、ベアラ情報を含んでいる。

図２は、本実施の形態において用いられるGTPv2信号のパラメータ構成の概念図である。同図に示すように、ユーザＩＤ２０、プロトコル種別２１、信号名２２、既存パラメータ２３及び追加パラメータ２４を含んで構成されている。ユーザＩＤ２０は位置更新メッセージを通知してきた端末１のユーザを識別するための情報である。プロトコル種別２１には「GTPv1」又は「GTPv2」が設定される。信号名２２にはベアラ情報を要求する場合に「Context Request」が設定され、ベアラ情報を返す場合には「Context Response」が設定される。既存パラメータ２３は、プロトコル種別２１に設定された「GTPv2」として現在の仕様で定められている各種パラメータＡ、Ｂ、・・・が設定される。既存パラメータ２３には、GTPv2のパラメータとしてEPSベアラ情報２３ａを設定可能に構成されている。追加パラメータ２４にはGTPv2以外のプロトコルであるGTPv1で扱われるGPRSベアラ情報（PDP Context）が設定されるように構成されている。なお、図２に示すGTPv2信号のパラメータ構成は、信号名２２＝「Context Response」であるので、プロトコル種別の異なるベアラ情報を設定する追加パラメータ２４が付加されているが、ベアラ情報を要求する「Context Request」には追加パラメータ２４は付加されない。

このように、本実施の形態では、GTPv2のパラメータ構成に、プロトコルバージョンの異なるGTPv1で扱われるGPRSベアラ情報（PDP Context）を追加パラメータ２４として設けている。これにより、GTPv2信号に対してプロトコルバージョンの異なるベアラ情報（GPRSベアラ情報）を設定可能になった。

次に、以上のように構成された本実施の形態の動作について説明する。
図３は新SGSNが旧SGSNからベアラ引き継ぎを行う手順を示しており、図４は図３に示すベアラ引き継ぎに対応したシーケンスである。図３における新SGSNは図１に示す一方のS4-SGSN１３Ａであり、旧SGSNは図１に示すもう一方のS4-SGSN１３Ｂであるものとして説明する。すなわち、旧SGSN（１３Ｂ）と新SGSN（１３Ａ）は、いずれもGTPv1にもGTPv2にも対応しているSGSNである。

図３に示すように、既に第１の交換局となる旧SGSN（１３Ｂ）はパケット交換ドメインにアクセスしている端末１のユーザデータをコアネットワーク上でパケット転送するためのベアラとしてGGSN１４との間にGPRSベアラを確立している。端末１がIdle状態でユーザデータが発生していないために、GPRSベアラを維持したまま無線リソースを解放したPreservation状態にあるものとする（Ｓ１）。

図４に示すように、Preservation状態において、端末１が旧SGSN（１３Ｂ）の管理エリアから第２の交換局となる新SGSN（１３Ａ）の管理エリアへ移動した時に（Ｓ２）、端末１は移動先の無線アクセスネットワーク２経由で新SGSN（１３Ａ）へ位置更新メッセージを通知する（Ｓ３）。新SGSN（１３Ａ）は端末１から位置更新メッセージを受け取ると、旧SGSN（１３Ｂ）に対してベアラ情報要求をGTPv2信号で送信する（Ｓ１１）。このとき、新SGSN（１３Ａ）は、ベアラ情報要求を行うためのプロトコルとして一律にGTPv2信号を用いることとする。

旧SGSN（１３Ｂ）は、ベアラ情報要求（GTPv2)を受け取った時点で、GPRSベアラが確立している。すなわち、旧SGSN（１３Ｂ）で保持するベアラ情報がGTPv1によるGPRSベアラであるのに対して、ベアラ情報要求のプロトコルがGTPv2であり適合していない。前述の非特許文献２の仕様のままでは、GTPv2信号のEPSベアラ情報２３ａに別プロトコルのGPRSベアラ情報を設定できないためにエラーを返していた。本実施の形態では、GTPv2信号のパラメータ構成（図２）の中に別プロトコルのGPRSベアラ情報を設定可能な追加パラメータ２４を設けており、この時点でエラーは返さないこととしている。すなわち、旧SGSN（１３Ｂ）は、新SGSN（１３Ａ）からGTPv2信号を用いてベアラ情報要求を受け取ると、GTPv2信号のプロトコル種別２１からプロトコル種別を判断する（Ｓ１２）。プロトコル種別がGTPv2であれば、上記した前提条件から旧SGSN（１３Ｂ）はGTPv2をサポートしているので、処理継続と判断する（Ｓ１３）。

処理継続と判断した旧SGSN（１３Ｂ）は、GTPv2信号のユーザＩＤ２０から端末ユーザを識別し、当該SGSN（１３Ｂ）のデータベースに保持している加入者情報から該当端末ユーザに対して現在確立しているベアラ情報を検索してベアラ情報を取得し（Ｓ１４）、ベアラ情報種別を判定する（Ｓ１５）。すなわち、当該ユーザの端末１に対して現在確立しているベアラがGPRSベアラであるのかEPSベアラであるのか判断する。上記前提より、GPRSベアラであると判断できる。検索された現在確立中のベアラ情報が別プロトコルのGPRSベアラ情報であれば、エラーを返さずに当該GPRSベアラ情報を、GTPv2信号のパラメータ構成中の追加パラメータ２４に設定する。このようにして、追加パラメータ２４にGPRSベアラ情報が設定されたGTPv2信号が応答として新SGSN（１３Ａ）へ送信される（Ｓ１６）。

新SGSN（１３Ａ）は、旧SGSN（１３Ｂ）から通知されたGTPv2信号からベアラ情報を取り出す。このとき、図２に示されるようにGTPv2信号の追加パラメータ２４にPDP Contextが設定されていれば、当該PDP ContextにしたがってGTPv1によりGGSN１４との間に端末１のためのGPRSベアラを確立する（Ｓ１７）。そして、端末１に対してＯＫを返す。

以上説明したように、本実施の形態は、GTPv2信号に別プロトコルのGPRSベアラのパラメータを追加可能に構成し、GTPv2信号でベアラ情報の引継ぎ要求を受けた旧SGSNがGTP信号受信時に確立しているベアラとGTP信号とが適合しない場合はGTPv2信号の追加パラメータ２４に保持しているベアラ情報を設定するようにした。その結果、旧SGSNにおいてGTP信号受信時に確立しているベアラとGTP信号とが適合しない場合に別プロトコルへフォールバックする機能が働かなくても、旧SGSNと新SGSNとの間で確実にベアラ引き継ぎ処理が行われて、サービス中断といった事態を未然に防止できる。

（実施の形態２）
本実施の形態は、図１に示された移動通信ネットワークと同一構成の移動通信ネットワークを前提として説明する。図２に示すGTPv2信号のパラメータ構成中の追加パラメータ２４は必須ではない。

本実施の形態は、旧SGSNがGTPv2によりベアラ引継ぎ要求するGTPv2信号受信時に、当該端末ユーザに関して旧SGSN内に保持している現在確立中のベアラ情報種別を判定し、GTPv2信号でベアラ引継ぎ要求を受けているにも関わらずベアラ種別がGPRSであれば、GTPv2エラーとしてプロトコルを指定した「Fallback to GTPv1」を返す。

図５及び図６を参照して本実施の形態の動作について説明する。
図５は新SGSNが旧SGSNからベアラ引き継ぎを行う手順を示しており、図６（Ａ）は図５に示すベアラ引き継ぎに対応したシーケンスである。図５における新SGSNは図１に示す一方のS4-SGSN１３Ａであり、旧SGSNは図１に示すもう一方のS4-SGSN１３Ｂであるものとして説明する。すなわち、旧SGSN（１３Ｂ）と新SGSN（１３Ａ）は、いずれもGTPv1にもGTPv2にも対応している。

上記実施の形態と同様の過程を経て、新SGSN（１３Ａ）は端末１から位置更新メッセージを受け取ると、旧SGSN（１３Ｂ）に対してGTPv2信号にてベアラ情報要求を送信する（Ｓ１１）。新SGSN（１３Ａ）は、ベアラ情報要求を行うためのプロトコルとして一律にGTPv2信号を用いる。

図６（Ａ）に示されるように、端末１から位置更新メッセージを受け取った新SGSN（１３Ａ）がベアラ情報要求を送信するところ（Ｓ１１）から、旧SGSN（１３Ｂ）がベアラ情報種別判定するところ（Ｓ１５）までは、上述した実施の形態１と同様である。主にＳ１５以降の手順について説明する。旧SGSN（１３Ｂ）は、ベアラ情報を取得し（Ｓ１４）、ベアラ情報種別を判定した結果（Ｓ１５）、上記前提より、GPRSベアラであると判断できる。旧SGSN（１３Ｂ）は、GTPv1へフォールバックすることを明示したGTPv2エラー「Fallback to GTPv1」を新SGSN（１３Ａ）へ送信する（Ｓ２１）。

新SGSN（１３Ａ）は、旧SGSN（１３Ｂ）からGTPv2エラーを受信すると、GTPv2エラー判定を実施して、エラー内容を判定する（Ｓ２２）。「Fallback to GTPv1」がエラー内容であるので、プロトコルをGTPv2からGTPv１へフォールバックし、GTPv１信号を用いてベアラ情報要求を旧SGSN（１３Ｂ）へ送信する（Ｓ２３）。

この結果、旧SGSN（１３Ｂ）はGTPv１信号に現在確立しているGPRSベアラ情報(PDP Context)を設定して新SGSN（１３Ａ）へ応答できることとなる（Ｓ２４）。

図６（Ｂ）に、非特許文献３（3GPP TS29.274(version8.4.0)の7.10章）に規定されたフォールバック機能のシーケンスを比較例として示す。同図に示すように、旧SGSNがベアラ情報要求を受けてプロトコル判定するステップまでは同じだが、仕様書の規定では、旧SGSNがGTPv2に対応していないため、その時点でエラー送信と判断し、旧SGSNのサポートしているGTPv1信号でエラーを返している。このため、本実施の形態２に示すような柔軟な対応が困難である。

このように本実施の形態２は、ベアラ情報要求を受けた旧SGSNが現在確立しているベアラ情報種別まで判定して、適切なフォールバックがなされるようにGTPv2エラーを返すので、GTPv2エラーを受けた新SGSNは確実にベアラ情報を受け取れるプロトコルに切り替えることができ、旧SGSNと新SGSNとの間で確実にベアラ引き継ぎ処理が行われて、サービス中断といった事態を未然に防止できる。

なお、上記実施の形態２では、旧SGSNがベアラ情報種別を判定してGTPv2エラーにフォールバック先のプロトコル種別を設定しているが、GTPv2エラーのエラー内容をどのように定めるかは適宜変更可能である。

例えば、図７に示すように、ベアラ情報種別判定まで（Ｓ１１〜Ｓ１５）は、図６（Ａ）に示すシーケンスと同じであるが、エラー内容は指定しないGTPv2エラーを新SGSNへ応答するようにしても良い（Ｓ３１）。新SGSNはGTPv2エラーが帰ってくれば、べアラ情報要求に用いるプロトコルを別のプロトコルであるGTPv1信号にフォールバックし（Ｓ３２）、GTPv1信号にてべアラ情報要求を出し直す（Ｓ３３）。

このようにすれば、新SGSNからGTPv2エラーを受信したときにエラー内容を判定する処理を排除することができる。

本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能である。

１移動端末
２無線アクセスネットワーク
３コアネットワーク
１１無線基地局
１２基地局制御装置
１３Ａ〜１３Ｃ SGSN
１４ GGSN
１５ S-GW
１６ P-GW
１７ HSS

Claims

第１の交換局の管理エリアから第２の交換局の管理エリアへ移動した端末から、前記第２の交換局が位置更新メッセージを受信する工程と、
前記位置更新メッセージを受信した前記第２の交換局が、通信路情報を引継ぐための第１のプロトコル信号を、前記第１の交換局に対して送信する工程と、
前記端末用のベアラとして、前記第１の交換局及び外部ＩＰネットワークに接続されるＧＧＳＮと前記第１の交換局との間にベアラが確立されている場合、前記第２の交換局に対して前記第１のプロトコル信号で第２のプロトコルにフォールバックさせるためのエラーを通知する工程と、
前記第１の交換局から第１のプロトコル信号でエラー通知を受けた前記第２の交換局が、プロトコル種別を前記第２のプロトコルに変更して、再び変更後のプロトコル種別にて第１の交換局に対して通信路情報を引き継ぐためのプロトコル信号を送信する工程と、
を具備したことを特徴とする移動通信方法。