JP2013530581A - Ｌｔｅ／ｅｐｃネットワークにおけるｍｍｅの障害を処理する方法 - Google Patents

Abstract

ＬＴＥ／ＥＰＣ（Long Term Evolution/Evolved Packet Core）ネットワークまたはＥＰＳ（Evolved Packet System）におけるＭＭＥ（モビリティ管理エンティティ）の障害を処理する方法を提供する。複数のＵＥ（ユーザ機器）が第１のＭＭＥにアタッチされ、該第１のＭＭＥは、該第１のＭＭＥにアタッチされたＵＥを表す第１のコンテキスト情報を保存し、前記ＵＥは、複数のｅＮＢ（evolved NodeB）の１つに接続され、該ｅＮＢは、前記第１のＭＭＥおよび少なくとも１つの近隣のＭＭＥと通信可能であり、前記ＵＥは、前記ｅＮＢを介して、前記第１のＭＭＥおよび前記少なくとも１つの近隣のＭＭＥと通信可能である。該方法は、前記第１のＭＭＥの障害を検出するステップと、前記障害の検出によってトリガされて、前記第１のＭＭＥにアタッチされたＵＥに関連する情報を収集するステップと、収集された情報を用いて、前記近隣のＭＭＥの１つまたは複数において前記第１のコンテキスト情報の少なくとも一部を復元するステップと、復元された第１のコンテキスト情報を用いて、前記近隣のＭＭＥの前記１つまたは複数とのネットワーク内論理コネクションを再確立するステップとを備えたことを特徴とする。

Description

本発明は、ＬＴＥ／ＥＰＣ（Long Term Evolution/Evolved Packet Core）ネットワークまたはＥＰＳ（Evolved Packet System）におけるＭＭＥ（Mobility Management Entity, モビリティ管理エンティティ）の障害を処理する方法に関する。複数のＵＥ（User Equipment, ユーザ機器）が第１のＭＭＥにアタッチされる。該第１のＭＭＥは、該第１のＭＭＥにアタッチされたＵＥを表す第１のコンテキスト情報を保存する。前記ＵＥは、無線リンクを介して複数のｅＮＢ（evolved NodeB）の１つに接続される。該ｅＮＢは、前記第１のＭＭＥおよび少なくとも１つの近隣のＭＭＥと通信可能である。前記ＵＥは、前記ｅＮＢを介して、前記第１のＭＭＥおよび前記少なくとも１つの近隣のＭＭＥと通信可能である。

３ＧＰＰのＬＴＥ／ＥＰＣワイヤレス通信標準において、ＭＭＥ（モビリティ管理エンティティ）は、アクセスネットワークのための主要な制御ノードである。ＭＭＥは、アイドルモードＵＥ（ユーザ機器）のトラッキング・ページング等の重要な手順を処理し、ユーザ認証やベアラ起動／停止のような他の重要な手順において、他のコアネットワークエンティティとやり取りする。ＭＭＥは、同時に数百万に及ぶＵＥを処理する場合がある。ＬＴＥ／ＥＰＣネットワークには一般に複数のＭＭＥが存在する。

通常動作中、各ＵＥ（アクティブであるか、またはアイドルモードにある）は、あるＭＭＥにアタッチされる。各ＭＭＥは、アタッチされたＵＥおよびそれらのコネクションを表すコンテキスト情報を保存する。ＵＥは、ｅＮＢ（evolved NodeB）を介してＭＭＥと通信可能であり、逆も同様である。ＵＥとｅＮＢとの間の通信は一般に無線リンクを介して実行される。ｅＮＢは、ＩＰ（Internet Protocol）ベースの有線リンクを介してＭＭＥおよび他のコアネットワークエンティティに接続される。

ＭＭＥは中央のネットワークエンティティであるので、ＭＭＥの障害を処理するシナリオが３ＧＰＰ標準に規定されている。関連する標準は以下の通りである。
[1] 3GPP TS 24.301 Non-Access-Stratum (NAS) protocol for Evolved Packet System (EPS);
[2] 3GPP TS 23.402 Architecture enhancements for non-3GPP accesses;
[3] 3GPP TS 23.007 Restoration Procedures;
[4] 3GPP TS 23.401 General Packet Radio Service (GPRS) enhancements for Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN) access;
[5] 3GPP TS 24.302 Access to the 3GPP Evolved Packet Core (EPC) via non-3GPP access networks.

３ＧＰＰ標準に規定された手順におけるＭＭＥ障害シナリオを図１に示す。図１のダイヤグラムは、本出願の優先日において有効な標準を参照している。図１は、ＭＭＥ障害後に到着する着信ＩＭＳ（IP Multimedia Subsystem, ＩＰマルチメディアサブシステム）呼の例に関する。ＭＭＥ障害時に、ＭＭＥは、アタッチされたＵＥのコンテキスト情報を喪失する。

ステップ１で、ＭＭＥが障害後に再起動する。ＭＭＥの再起動後、Ｓ−ＧＷ（Serving Gateway, サービングゲートウェイ）は、ＧＴＰ（GPRS Tunneling Protocol）エコーメッセージ内のインクリメントされたＭＭＥ再起動カウンタによって、ＭＭＥの再起動を検出する（ステップ２）。Ｓ−ＧＷは、このＭＭＥ上で前に処理されたＵＥに関連するすべてのリソースを削除する。リソースの削除は、ＰＤＮ−ＧＷ（Packet Data Network Gateway, パケットデータネットワークゲートウェイ）まで直接には伝搬しない。すなわち、割り当てられたＩＰ（Internet Protocol）アドレスおよびＰＤＮ−ＧＷ内のＳ５／Ｓ８（ＬＴＥ／ＥＰＣネットワークのインタフェース）トンネルコンフィグレーションは依然として有効である。

ステップ３で、呼確立のためのＩＭＳシグナリングがＰＤＮ−ＧＷに到着する。（ステップ３に由来する）データパケットがＳ−ＧＷに到着し、未知の情報、例えば、ＧＴＰ ＴＥＩＤ（Tunnel Endpoint Identifier, トンネルエンドポイント識別子）またはその等価物のゆえに破棄される（ステップ４）。Ｓ−ＧＷは、ＰＤＮ−ＧＷへ拒否メッセージを送信し（ステップ５ａ）、ＰＤＮ−ＧＷは、それを受信すると、関連するＩＰアドレスにリンクされたすべてのリソースを削除する（ステップ５ｂ）。ＳＩＰ（Session Initiation Protocol）シグナリングメッセージの喪失は、ＩＭＳにおけるエラー状況につながる（ステップ６）。これらのステップを実行することにより、無効なコンフィグレーションが削除され、次のＩＭＳ呼が新たなコネクションを確立することになる。

２０１１年２月／３月に、復元手順がオプションの機能により拡張された。現在は、Ｓ−ＧＷは必ずしもすべてのリソースを削除しない。ＩＭＳ呼の際に、コアネットワーク内修復プロセスが開始される。

復元手順が呼要求の遅延に重大な影響を及ぼすのが、既知の障害処理の欠点である。前バージョンの標準では、最初の呼要求は破棄される。呼は新たに開始されなければならないが、これは時間を浪費し、ユーザエクスペリエンスが悪化する。現バージョンの標準では、呼要求は一般に成功するが、コンテキスト情報の復元を実行しなければならないため、大幅に遅延することがある。

したがって、本発明の目的は、ＬＴＥ／ＥＰＣネットワークにおけるＭＭＥ障害を処理する頭書のような方法において、ＵＥ（アクティブであるか、またはアイドルモードにある）に対する影響を低減できるような改良およびさらなる展開を行うことである。

本発明によれば、上記の目的は、請求項１の構成を備えた方法によって達成される。この請求項に記載の通り、本方法は、前記第１のＭＭＥの障害を検出するステップと、前記障害の検出によってトリガされて、前記第１のＭＭＥにアタッチされたＵＥに関連する情報を収集するステップと、収集された情報を用いて、前記近隣のＭＭＥの１つまたは複数において前記第１のコンテキスト情報の少なくとも一部を復元するステップと、復元された第１のコンテキスト情報を用いて、前記近隣のＭＭＥの前記１つまたは複数とのネットワーク内論理コネクションを再確立するステップとを備えたことを特徴とする。

本発明によって初めて認識されたこととして、上記の従来の解決法の主な欠点は、事後的な手法の結果として生じる。というのは、従来の解決法は、障害を起こしたＭＭＥの再起動を待機するからである。本発明によれば、事前的手法が使用される。ＭＭＥの障害が検出されるとすぐに、後の段階でのサービス中断を回避するために、ＭＭＥ再配置および喪失した状態の復元がトリガされる。

本発明は、ＬＴＥネットワークが少なくとも２つのＭＭＥを含むことを仮定する。これはほとんどのＬＴＥネットワークにおいて成り立つので、この仮定は現実的な制限とはならない。一般性を失うことなく、障害を起こしたＭＭＥを以下「第１のＭＭＥ」と呼ぶ。１つまたは複数の近隣のＭＭＥは、第１のＭＭＥの障害時に第１のＭＭＥと置き換わる。近隣のＭＭＥは、同じサービスエリアおよび／またはサービスプールのＭＭＥである。第１のＭＭＥに保存されるコンテキスト情報を以下、第１のコンテキスト情報と呼ぶ。なお、第１のＭＭＥはＬＴＥネットワーク内の特別のＭＭＥではないと理解すべきである。「第１のＭＭＥ」は、障害を起こしつつある、または障害を起こした、任意のＭＭＥであることが可能である。また、障害は、「サービス停止」の各状態であってもよいと理解すべきである。例えば、障害は、ハードウェア故障、ソフトウェアハングアップ、あるいは計画された保守の結果として起こり得る。その他の障害状況も可能であり、それらは当業者には明らかであろう。

本発明によれば、ＭＭＥの健全性状態が直接または間接に監視される。ＭＭＥの障害が検出されると、第１のＭＭＥにアタッチされたＵＥに関連する情報の収集がトリガされる。この情報は、ＵＥのコンテキスト情報の復元に使用可能な各データを含んでもよい。次のステップで、収集された情報を用いて、第１のコンテキスト情報の少なくとも一部が、前記近隣のＭＭＥの１つまたは複数において復元される。復元されたコンテキスト情報を用いて、前記近隣のＭＭＥの前記１つまたは複数とのネットワーク内部論理コネクションが再確立される。影響されるＵＥに対するＭＭＥ再配置を実行してもよい。

本発明の好ましい実施形態によれば、障害を検出するステップは、ＵＥの通信路に関与するネットワークエンティティによって実行されてもよい。このようなネットワークエンティティは、ＵＥが現在リンクされているｅＮＢであってもよい。また、ネットワークエンティティは、ＵＥが現在進行中の通信を実行しているＳ−ＧＷからなってもよい。しかし、ＭＭＥに通信可能にリンクされている他のｅＮＢやＳ−ＧＷがＭＭＥの状態を監視してもよい。また、近隣のＭＭＥが、ＭＭＥの状態を監視するネットワークエンティティであってもよい。ほとんどのＬＴＥ／ＥＰＣネットワークは、Ｏ＆Ｍ（Operation and Maintenance, 運用・保守）システムも含む。このシステムが、本実施形態による監視ネットワークエンティティであってもよい。

障害の検出は、監督エンティティからのフィードバックに基づいてもよく、定期的なキープアライブ／エコーメッセージおよびそれらの応答に基づいてもよく、明示的シグナリングに基づいてもよく、またはネットワークエンティティの分析の結果に基づいてもよい。ネットワークに既に存在する多様な情報が使用可能である。

本発明の別の好ましい実施形態によれば、情報を収集するステップは、ＵＥが現在登録されているＳ−ＧＷ（サービングゲートウェイ）へ追加的シグナリングメッセージを送信することを含む。この追加的シグナリングメッセージは、ＵＥコンテキスト更新要求（UE context update request）またはアクセスベアラ更新要求（Update access bearer request）を含んでもよい。好ましくは、追加的シグナリングメッセージは、既存のインタフェース上で送信される。本実施形態は、アクティブモードＵＥで、すなわち、通信が進行中のＵＥで使用可能である。Ｓ−ＧＷはＭＭＥによって制御される。ＭＭＥの障害により、制御エンティティが喪失する。しかし、Ｓ−ＧＷは、ＭＭＥなしで、進行中のコネクションを処理可能である。Ｓ−ＧＷは、新たなＭＭＥで使用可能なコンテキスト情報を保存している。Ｓ−ＳＧＷから取得される情報は、ＵＥのＳ１ベアラ情報を回復するために使用可能である。本発明の本実施形態を用いて、ＭＭＥ再配置は、ユーザプレーンに影響を及ぼさずに実行可能である。

追加的シグナリングメッセージを使用する際に、追加的シグナリングメッセージは、アクティブモードＵＥのセットに対して送信されてもよい。ＵＥのセットは、Ｓ−ＧＷが同じであるとか、ハンドオフが迫っているとかのような共通の因子を有するＵＥによって形成されてもよい。ＵＥのセットは、セット識別子、例えばコネクションセットＩＤによって識別されてもよい。好ましくは、識別子は一意識別子である。

本発明の別の好ましい実施形態によれば、情報を収集するステップは、前記第１のＭＭＥの障害によって影響されるｅＮＢおよび／またはアイドルモードＵＥへページングシグナリングを送信することを含む。本実施形態は、特にアイドルモードＵＥに関して使用されてもよい。ページングシグナリングは、近隣のＭＭＥによって生成されてもよい。ページングシグナリングは、アドレス指定されたｅＮＢによって受信される。このｅＮＢは、このｅＮＢへの無線リンクを有するＵＥへページングシグナリングを転送してもよい。ページングシグナリングは、ｅＮＢ自体によって生成されてもよい。ｅＮＢによって生成されたページングシグナリングは、ＭＭＥ障害によって影響される可能性のある他のｅＮＢへ送信されてもよい。

好ましくは、ページングシグナリングは、障害を起こした第１のＭＭＥに関する情報を含む。この情報を用いて、ＵＥまたはｅＮＢは、ＵＥがＭＭＥの障害によって影響されるかどうかを評価することができる。

有利な態様として、ページングシグナリングは、一括ページングシグナリング、すなわち、複数のＵＥおよび／または複数のｅＮＢにアドレス指定されたページングシグナリングを含む。一括ページングを使用すると、トラフィックが大幅に低減される。というのは、それぞれのＵＥおよび／またはｅＮＢがページングシグナリングによって個別にアドレス指定される必要がないからである。

ページングは、近隣のＭＭＥの１つによって、または、前記第１のＭＭＥの障害を検出したｅＮＢによって開始されてもよい。近隣のＭＭＥがページングシグナリングを送信する場合、重複ページングを避けるために、そのイベントについて他の近隣のＭＭＥに通知してもよい。重複ページングが生じた場合、ＵＥまたはｅＮＢは、最初のページングシグナリングを処理し、重複分を破棄してもよい。また、フィルタで重複ページングを除去してもよい。

システムの過負荷を避けるため、ページングシグナリングおよび／または該ページングシグナリングへの応答は、時間的に拡散されてもよく、および／または、ＵＥおよび／またはｅＮＢの特定のグループごとに実行されてもよい。これは、あるエリア（例えばトラッキングエリア）内のｅＮＢのみにページングシグナリングが送信されることや、ある優先度メトリックを有するＵＥがアドレス指定されることを含んでもよい。他のグループ化の方法も可能である。別法として、またはこれに加えて、ページングシグナリングまたはページングへの応答は、ある遅延を伴って送信されてもよい。この遅延はランダム化してもよい。

復元の結果として生じるネットワークトラフィックをさらに低減するため、ページングシグナリングに対する個々のＵＥの応答がｅＮＢによって集約され、集約応答としてそれぞれのＭＭＥへ送信されてもよい。１つ以上の共通の集約基準を満たし、所定期限内に受信される相異なるＵＥからの応答が集約されてもよい。適当な集約基準の例として、新たなＭＭＥが共通であることやサービスが同一であることが挙げられる。集約は、複数の応答を、各応答の情報を含む１つの応答にまとめる。応答の集約により、送信しなければならない応答の個数をかなり低減することができる。

これに加えて、または別法として、ＭＭＥでｅＮＢから受信される応答が集約され、集約応答としてＨＳＳ（Home Subscriber Server, ホーム加入者サーバ）へ送信されてもよい。これは、応答の個数をさらに低減する可能性がある。ＭＭＥにおける集約は、「通常の」応答および／または集約応答を集約してもよい。

ネットワーク内コネクションを再確立するステップの後、再確立された論理コネクションにより、ＵＥが近隣のＭＭＥの１つに再アタッチされてもよい。該ＵＥの再アタッチは、ｅＮＢから受信されるページングシグナリングによってトリガされてもよい。このために、特定の再アタッチフラグがページングシグナリングに追加されてもよい。しかし、ＵＥの再アタッチは、ＵＥからのサービス要求メッセージによって開始されてもよい。このサービス要求は失敗し、ＴＡＵ（Tracking Area Update, トラッキングエリア更新）を引き起こす。この再アタッチの間接的方法は、ＬＴＥ／ＥＰＣネットワークで一般的に使用されている方法を使用する。コアネットワーク内コネクションはすでに確立されているので、この再アタッチはかなり迅速に実行可能である。

本発明による方法に関して、負荷分散方式を実行してもよい。これは、ネットワークまたはネットワークの一部の過負荷を回避する可能性がある。負荷分散方式は、特に、ＭＭＥの障害によって影響されるＵＥを処理する新たなＭＭＥを選択する際に実行可能である。

要約すれば、本発明による方法は、ＭＭＥが障害を起こす前から存在していたコネクションを事前的に再確立する。障害の継続時間は本方法に影響を及ぼさない。障害が検出されるとすぐに、復元および再配置が開始される。障害ＭＭＥによって影響されるＵＥに対するＭＭＥ選択の際に、それぞれのＭＭＥにおける負荷に基づいて、影響されるＵＥを再配分および再アタッチするために負荷分散動作が実行されてもよい。

本発明をより良く理解するため、好ましい実施形態に関していくつかの主な特徴を列挙する。

１．無線アクセスネットワークおよびコアネットワーク内のノード間の事前的な回復メカニズムを通じて、ＭＭＥ障害の場合に３ＧＰＰネットワーク（ＥＰＳ、ＬＴＥ／ＥＰＣネットワーク等）におけるサービス連続性を保証する解決法が提供される。

２．ＭＭＥ障害検出が、Ｓ１−ＭＭＥを用いてＯ＆Ｍ、ｅＮＢによって、Ｓ１０を用いて近隣のＭＭＥによって、またはＳ１１を用いてＳ−ＧＷによって直接に、実行される。

３．ｅＮＢのセットが、ＭＭＥ障害によって影響されるアイドルモードＵＥの一括ページングを実行するようにトリガされる。障害ＭＭＥの情報が、ページングメッセージ内の識別子として、および過負荷回避に関連する情報（例えばランダム化データ）として使用される。

４．ＭＭＥのセットが、ＭＭＥ障害によって影響されるアイドルモードＵＥの一括ページングをトリガする。これにより、障害を起こしたＭＭＥを示し、過負荷回避のための標識を提供する。

５．近隣の障害を最初に検出したＭＭＥが直ちに一括ページングを開始し、重複ページングを避けるために、そのイベントについて近隣のＭＭＥ（例えば、同じサービスエリア／プールのすべてのＭＭＥ）に通知する。

６．ＭＭＥの障害を検出した後、Ｏ＆Ｍが、同じく重複ページングを避けるために、どのＴＡ（Tracking Area, トラッキングエリア）および／またはどのＵＥのグループをページングすべきかを近隣のＭＭＥに通知し各ＭＭＥに示す。

７．ｅＮＢが、同じＵＥに対するすべての重複するページングメッセージをフィルタリングして除去する。

８．特定のＭＭＥ／ｅＮＢの過負荷は、所定期間にわたるランダム化に基づくＵＥのスケジュールされたページングおよび／またはＵＥからのスケジュールされた応答によって回避される。

９．特定のＭＭＥ／ｅＮＢの過負荷は、さまざまなメトリック（例えば、アクセスクラス、加入契約、ＵＥの一意ＩＤ）に基づいて優先順位付けされたＵＥのページングおよび／またはＵＥからの応答によって回避される。

１０．ｅＮＢがＴＡＵ要求を抑え、および／または、ＭＭＥが位置更新要求および／またはサービス要求作成／更新を抑えて、これらの要求を集約し、ネットワーク／関連インタフェースに対するシグナリング負荷および受信端（すなわち、ＴＡＵ要求の場合はＭＭＥ、位置更新要求の場合はＨＳＳ、サービス要求作成／更新の場合はＳ／Ｐ−ＧＷ）での処理負荷を最小化する。

１１．ＭＭＥ障害の後、それぞれの影響されるアクティブモードＵＥに対して、ｅＮＢが、選択されたＭＭＥをトリガし、既存のインタフェース上の追加的シグナリングメッセージ（例えば、ＵＥコンテキスト更新要求、アクセスベアラ更新要求）を用いて、ＵＥのＳ１ベアラ情報を（Ｓ−ＧＷおよび他のネットワーク要素から）回復させる。ここで、ＭＭＥ再配置は、ユーザプレーンに影響を及ぼさずに実行される。

１２．ＵＥのＳ１ベアラ情報の回復は、共通の因子（例えば、Ｓ−ＧＷが同じである、または、ハンドオフが迫っている）を有するアクティブモードＵＥのセットに対して実行され、一意識別子（例えばコネクションセットＩＤ）によって識別される。

本発明により考え出された解決法の背後にある主な考え方は、後の段階でのサービス中断を回避するために、ＭＭＥ再配置および喪失した状態の復元を事前にトリガすることである。特に、技術革新は以下の場合を含む。
・アイドルモードＵＥに対して：「スケジュールされた一括ページング」を通じて、すべての影響されたアイドルモードＵＥをトリガして、ネットワークに再アタッチさせる。
・アクティブモードＵＥに対して：進行中の通信を進行させ、スケジュールされた形で（例えば、高優先度のＵＥを先に）ＵＥをトリガして、トラッキングエリア更新を実行させる。

両方のメカニズムとも、結果として、ＵＥに対する新たなＭＭＥの選択およびそのコンテキストの復元を事前的な形で行うことになる。

いくつかのサポートメカニズムも考慮される。これらのメカニズムは以下のことに関する。
ｉ）ＭＭＥ障害検出
ｉｉ）アイドルモードにあるすべての影響されたＵＥの一括ページング
ａ．ＭＭＥ開始ページング（Ｓ１ＡＰ（Ｓ１インタフェース、アプリケーションパート）およびＲＲＣ（Radio Resource Control）上）
ｂ．ｅＮＢ開始ページング（ＲＲＣ上、ＰＣＣＨ（Paging Control Channel）チャネルまたはＢＣＣＨ（Broadcast Channel）チャネルを用いて）
ｉｉｉ）過負荷回避
ａ．ＭＭＥ、ｅＮＢ、ＵＥにおいて、またはこれら３つの組合せにおいてページングおよび応答をスケジューリングすることにより、ＭＭＥの限られた容量（例えば、毎秒処理すべきＴＡＵ要求の最大数）に対処する
ｂ．一括ＴＡ更新手順
ｉｖ）アクティブモードにある影響されたＵＥに対するｅＮＢ開始ＭＭＥ復元

提案する解決法の方式は、以下のことを特徴とする。
１．早期の、したがって事前的なＭＭＥ復元（すなわち、即時サービス開始のサポート、障害ＭＭＥの再起動や、次にＵＥがトリガするアクションの待機は不要）
２．負荷分散および過負荷回避を考慮しながら、無線インタフェースおよび／またはＳ１−ＡＰインタフェース上（ページングメッセージ内の識別子としてのＭＭＥ情報に基づいて）でのすべての影響されたＵＥの一括ページング
３．対応するＭＭＥの障害後であっても、ＥＣＭ接続されたＵＥに対する進行中のコネクションを保守（すなわち、サービス中断なし）

ＭＭＥ障害の検出は以下のようにして実現可能である。
・Ｏ＆Ｍからの明示的介入／通知によって
・Ｏ＆Ｍは、以下のように障害を検出する。ｉ）ＭＭＥ上の監督ＳＷデーモンからのフィードバックに基づいて、ｉｉ）定期的なキープアライブ／エコーメッセージおよび応答に基づいて、ｉｉｉ）ＭＭＥがクラッシュする直前にＯ＆Ｍへアラームを直接送信させることにより（これは部分的障害の場合に非常に可能性が高い）、またはｉｖ）ｅＮＢ、Ｓ−ＧＷ、Ｐ−ＧＷ等のような他のネットワーク要素からの関連情報（例えばハンドオーバー発生）を分析することによって。
・Ｓ１−ＭＭＥを用いて（すなわち、ＲＦＣ４９６０にあるようなＳＣＴＰプロトコルのキープアライブメッセージを用いて）ｅＮＢによって直接に。
・Ｓ１０プロトコル手段を用いて近隣のＭＭＥによって直接に（例えば、ＧＴＰ−Ｃのエコーメッセージを用いて、または、ＭＭＥがクラッシュする直前に１つまたは複数の近隣のＭＭＥへアラームを直接送信させることにより。後者は、他のＭＭＥ等に通知する）。
・Ｓ１１プロトコル手段を用いてＳ−ＧＷによって直接に（例えば、ＧＴＰ−Ｃのエコーメッセージを用いて、分析のためにＯ＆Ｍに関連情報を提供することにより）。

提案する解決法の方式は、以下のことを特徴とする。
１．早期の、したがって事前的なＭＭＥ復元（すなわち、即時サービス開始のサポート、障害ＭＭＥの再起動や、次にＵＥがトリガするアクションの待機は不要）
２．負荷分散および過負荷回避を考慮しながら、無線インタフェースおよび／またはＳ１−ＡＰインタフェース上（ページングメッセージ内の識別子としてのＭＭＥ情報に基づいて）でのすべての影響されたＵＥの一括ページング
３．対応するＭＭＥの障害後であっても、ＥＣＭ接続されたＵＥに対する進行中のコネクションを保守（すなわち、サービス中断なし）

本発明による方法は、ＭＭＥ復元を処理するための事前的な解決法を提示する。例えば、提案する方法は、ｅＮＢ、ＭＭＥ、Ｏ＆Ｍ、ＵＥに統合可能である。

本発明を好ましい態様で実施するにはいくつもの可能性がある。このためには、一方で請求項１に従属する諸請求項を参照しつつ、他方で図面により例示された本発明の好ましい実施形態についての以下の説明を参照されたい。図面を用いて本発明の好ましい実施形態を説明する際には、本発明の教示による好ましい実施形態一般およびその変形例について説明する。

当技術分野で既知の（３ＧＰＰ標準に規定された）ＭＭＥ障害シナリオを例示する図である。 ｅＮＢ開始ページングを用いた本発明の第１の実施形態を例示する図である。 ＭＭＥ開始ページングを用いた本発明の第２の実施形態を例示する図である。 ＭＭＥ障害後に、稼働ＭＭＥにＵＥを再配分するためのアイドルモードシグナリングを例示する信号フローチャートである。 ＭＭＥ障害により影響されており接続モードにあるＵＥに対するｅＮＢ開始ＭＭＥ復元による、本発明の第３の実施形態を例示する信号フローチャートである。

図２は、アイドルモードにある影響されたＵＥに対する（Ｌ２無線チャネル上での）ｅＮＢ開始ページングによる、本発明の第１の実施形態を示している。提案する手順は、特定のＭＭＥによってサービスされているすべてのＵＥのページングを可能にするページング手順におけるある拡張に基づく（すなわち、「一括」ページングは、ＭＭＥ情報（これはＧＵＴＩの主要部分である）を識別子として使用することを特徴とする）。

ステップの詳細は以下の通りである。
１．ＭＭＥ１が障害を起こす。
２．ＭＭＥ１へのＳ１−ＭＭＥコネクションを有するすべてのｅＮＢが障害を検出する。
３．ＭＭＥ障害を検出したすべてのｅＮＢが、障害ＭＭＥの識別と過負荷回避のための標識（例えばランダム化時間間隔）を用いて、障害ＭＭＥによってサービスされているすべてのアイドルモードＵＥの一括ページングを開始する。
４．再アタッチの間、ｅＮＢが、依然として動作中のＭＭＥにＵＥを再配分する。

ページングへの応答としてＵＥによって開始されるサービス要求手順の結果、間接的に再アタッチが以下のシーケンスで行われる。
１．ＵＥがｅＮＢへSERVICE REQUEST（サービス要求）メッセージを送信する。
２．もともと割り当てられていたＭＭＥの障害により、ｅＮＢは、原因「loadBalancingTAURequired」を用いて、ＲＲＣコネクションを解放することによって、ＵＥを別のＭＭＥに再配分する必要がある。
３．ＵＥは、ＲＲＣコネクションを再確立した後、ＴＡＵを実行する。
４．（新たな）ＭＭＥが、原因＃９（「ＵＥ識別を導出できない」）によって応答する。これにより、ＵＥは、EMM-DEREGISTEREDに導かれ、そこから再アタッチすることができる。

このようなメカニズムは、原則として、多数のＵＥをトリガして同時に再アタッチさせる。しかし、新たに選択されたＭＭＥにおける過負荷を避けるために、再アタッチ試行は時間的に拡散すべきである。これは、「過負荷回避」のセクションで説明するさまざまなメカニズムによって実現可能である。

上記のサービス要求に基づく手順に対する別法として、ＵＥは、ＭＭＥ障害（ページングメッセージ内のフラグにより示される）の結果としてページングメッセージを受信した後にネットワークに再アタッチしてもよい。これは、文献［４］の第５．３．２節に記載されているようなアタッチ手順に従う。

図３は、アイドルモードにある影響されたＵＥに対する（Ｓ１−ＡＰインタフェース上での）ＭＭＥ開始ページングによる、本発明の第２の実施形態に関する。本実施形態では、ＭＭＥ障害が近隣のＭＭＥによって検出され、ＵＥのページングは、影響されたＭＭＥの近隣にあるＭＭＥ（例えば、同じサービスエリア（「プール」）内の別のＭＭＥ）によって開始される。ここで、ＭＭＥ ＡがＭＭＥ Ｂの近隣のＭＭＥであるとは、両方のＭＭＥが少なくとも１つの共通のトラッキングエリアを有する場合をいう。図３に模式的に図示したように、この解決法のステップは以下の通りである。
１．ＭＭＥ１が障害を起こす。
２．１つまたは複数の近隣のＭＭＥまたはＳ−ＧＷが（例えば、ＧＴＰエコーメッセージに基づいて）障害を検出する。
３．ＭＭＥ障害を検出した近隣のＭＭＥが、障害ＭＭＥの識別と過負荷回避のための標識（例えばランダム化時間間隔）を用いて、Ｓ１−ＡＰ上で（アイドルモードＵＥをアドレス指定して）一括ページングを開始し、対応するＵＥをトリガして、ネットワークに再アタッチさせる（例えば、２３．４０１の第５．３．５節にあるような「load balancing TAU required」を示す）。
４．ＵＥがネットワークに再アタッチする。

この解決法では、重複ページングが、完全には回避されないとしても、最小化されるべきである。これは以下のさまざまな方法によって実現可能である。１）近隣のＭＭＥがＭＭＥ障害を検出した場合、当該近隣のＭＭＥは、直ちにページングを開始し、自己の近隣のＭＭＥに対して、関連するＵＥをすでにページングしたのでそれらのＭＭＥからはページングの必要がないことを通知する。このメカニズムは、ＭＭＥが、障害ＭＭＥをカバーすることができるＭＭＥのプールに関する事前知識を有することを仮定する。２）Ｏ＆ＭがＭＭＥ障害を検出して近隣のＭＭＥに通知する場合、Ｏ＆Ｍは、どのトラッキングエリアをページングすべきかを各ＭＭＥに明示する。３）ｅＮＢが、単一のＵＥへの（相異なるＭＭＥに由来する）重複したページングメッセージをフィルタリングして除去する。

重複ページングを不可避的に受信する場合、ＵＥは単に、最初のページングメッセージを考慮し、後続のものを破棄する。

負荷分散のため、関連するｅＮＢは、（障害ＭＭＥを除いて）ＭＭＥ負荷分散方式を実行することにより、（例えば、２３．４０１の第４．３．７．３節に従って）すべてのＵＥが同じＭＭＥに接続することのないようにする。

ｅＮＢによる（障害ＭＭＥを除く）ＭＭＥ関連の負荷分散方式に加えて、過負荷回避のため、一般的に（すなわち、ｅＮＢに対しても）過負荷回避に寄与する以下のメカニズムを提案する。

ＭＭＥまたはｅＮＢにおける一括ページングは、ある優先度メトリック（例えばアクセスクラス）に基づいて、または所定のランダム化時間を用いてランダム化された形で、特定のＵＥのグループごとに実行することができる。

ＵＥからの応答は、（新たなＵＥの機能に基づいて）ＵＥの一意識別子（例えば、ＩＭＳＩ、Ｓ−ＴＭＳＩ等）、ＵＥで利用可能な加入契約情報等を入力値とするハッシュ関数に従って、ランダム化された形で、ある時間間隔にわたって実行することができる。

上記の２つのメカニズムは合わせて実行可能である。

図４は、ＭＭＥ障害後に、稼働ＭＭＥにＵＥを再配分するためのアイドルモードシグナリングに関する。ＭＭＥが毎秒処理可能なトラッキングエリア更新の最大数に関する制約の下で、ＭＭＥ復元の場合に以下のことを提案する。ＨＳＳへの複数の位置更新および／またはＳ／Ｐ−ＧＷへのサービス作成／更新要求を集約するために、ｅＮＢもＴＡＵ要求を抑えることが可能であり、および／または、ＭＭＥがＨＳＳへのＴＡＵ要求および位置更新要求を抑える（図４参照）。例えば、ＭＭＥは、所定のタイムアウトまたはある個数のＴＡＵ要求が到着すること（またはその両方）を待機してから、ＨＳＳへの位置更新を一括して行う。通常、ＴＡＵ要求の場合、ＵＥは、ＴＡＵ受付メッセージが受信されるべき期間としてタイムアウト（文献［５］では１５ｓ）を設定する。１５ｓは十分に長いが、必要であれば、ＭＭＥ障害のような特定のイベント後のＴＡＵの場合にはタイムアウトが増大する可能性がある。

以下、位置更新要求メッセージを例として用いて、ネットワークが上記の一括シグナリング処理から得る利点について説明する。ＴＳ２９．２７２のセクション５．２．１．１に規定されているように、以下は位置更新要求メッセージにおける関連する情報要素である（Ｍ：必須（Mandatory）、Ｏ：オプション（Optional）、Ｃ：条件付き（Condiitonal））。
ＩＭＳＩ（Ｍ）
Supported Features（サポートされる機能、Ｏ）
Terminal Information（端末情報、Ｏ）
ULR Flags（ＵＬＲフラグ、Ｍ）
Visited PLMN Id M（在圏ＰＬＭＮ Ｉｄ Ｍ、Ｍ）
RAT Type（ＲＡＴタイプ、Ｍ）

処理されるべき多くの要求間で異なるのはＩＭＳＩおよび端末情報だけである。すなわち、メッセージ内容はかなり圧縮することができる。さらに、多くのメッセージのパラメータを解析する手間も最小限まで低減されるので、復元にかかる時間が大幅に低減される。

図５は、ＭＭＥ障害により影響されており接続モードにあるＵＥに対するｅＮＢ開始ＭＭＥ復元による、本発明の第３の実施形態に関する。接続モードにありＭＭＥ障害により影響されているＵＥに関して、目標は、ＵＥの進行中のセッションに影響を及ぼさずに、さまざまなネットワークエンティティ（例えば、Ｓ−ＧＷ、Ｐ−ＧＷ、ｅＮＢ等）にわたって分散した当該ＵＥのコンテキスト情報（障害ＭＭＥで利用可能であったもの）を取得することである。従来技術の解決法は、高い復元力のあるＭＭＥのノード／データベースの実現において、すべての情報を二重化／ミラーリングすることである。したがって、ＭＭＥが障害を起こすと、ＵＥコンテキスト情報はこれらのミラーから即時に回復可能である。しかし、これには高いコストが伴う。また、大規模な災害（例えば地震）に対処するためには、この解決法は、地理的分散によってさらに増強されなければならない。これに対して、本明細書で説明する解決法は、よりインテリジェントで協調的なネットワーク要素の動作に基づいている。これは比較的簡易で、したがって安価なＭＭＥの実現を可能にする。

特に、（サービングＭＭＥの障害後に）新たに選択されたＭＭＥは、ｅＮＢ（ステップ１）およびサービングＧＷ（ステップ３）に対する状態情報を回復する。新たなＭＭＥによって（ステップ３で）サービングＧＷから回復される状態情報は、次のようなＵＥごとのベアラ情報を含む。
・ＩＭＳＩ
・ＭＥ識別
・ＭＳＩＳＤＮ
・Ｓ１１／Ｓ４に対するＳ−ＧＷ ＴＥＩＤ（制御プレーン）
・Ｓ１１／Ｓ４に対するＳ−ＧＷ ＩＰアドレス（制御プレーン）
・最新既知セルＩｄ
・最新既知セルＩｄ有効期間
・使用中のＡＰＮ
・ＥＰＳ ＰＤＮ課金特性
・使用中のＰ−ＧＷアドレス（制御プレーン）
・Ｓ５／Ｓ８に対するＰ−ＧＷ ＴＥＩＤ（制御プレーン）
・使用中のＰ−ＧＷアドレス（ユーザプレーン）
・アップリンクトラフィックに対するＰ−ＧＷ ＧＲＥキー（ユーザプレーン）
・Ｓ５／Ｓ８に対するＳ−ＧＷ ＩＰアドレス（制御プレーン）
・Ｓ５／Ｓ８に対するＳ−ＧＷ ＴＥＩＤ（制御プレーン）
・使用中のＳ−ＧＷアドレス（ユーザプレーン）
・ダウンリンクトラフィックに対するＳ−ＧＷ ＧＲＥキー（ユーザプレーン）
・デフォルトベアラ
・ＴＦＴ
・Ｓ１−ｕ、Ｓ１２およびＳ４に対するＳ−ＧＷ ＩＰアドレス（ユーザプレーン）
・Ｓ１−ｕ、Ｓ１２およびＳ４に対するＳ−ＧＷ ＴＥＩＤ（ユーザプレーン）
・Ｓ１−ｕに対するｅＮｏｄｅＢ ＩＰアドレス
・Ｓ１−ｕに対するｅＮｏｄｅＢ ＴＥＩＤ
・Ｓ１２に対するＲＮＣ ＩＰアドレス
・Ｓ１２に対するＲＮＣ ＴＥＩＤ
・Ｓ４に対するＳＧＳＮ ＩＰアドレス（ユーザプレーン）
・Ｓ４に対するＳＧＳＮ ＴＥＩＤ（ユーザプレーン）
・ＥＰＳベアラＱｏＳ
・課金Ｉｄ

新たなＭＭＥによって（ステップ１で）ｅＮＢから回復される状態情報は、ＵＥごとに以下を含む。
・選択されたネットワーク
・ＥＰＳベアラ情報（ｅＮｏｄｅＢのＴＥＩＤおよびアドレス）
・ＡＭＢＲ

ＵＥごとのＥＰＳベアラ情報は多くのＵＥに対して交換されなければならないので、ｅＮＢ／Ｓ−ＧＷとＭＭＥとの間の情報交換（ステップ１〜４）もまた、一括シグナリングにより実現可能である（すなわち、ＵＥごとのＥＰＳベアラ情報は、単一のシグナリング交換に集約可能である）。

提案する解決法のフローチャートを図５に示す。メカニズムは、障害ＭＭＥによってサービスされていたトラッキングエリア内にある各ｅＮＢによって適用される。これは、障害ＭＭＥに登録していた接続モードのＵＥのみに関連する。なお、ｅＮＢは、これらのＵＥを容易に選別することができる。この解決法のステップは以下の通りである。

０．ｅＮＢがＭＭＥ障害を検出し、動作中の残りのＭＭＥのうちから新たなＭＭＥを選択する。新ＭＭＥを選択する際には負荷分散が考慮される。ＭＭＥ選択は、個別のアクティブＵＥごとに実行することも可能であり、また、共通の因子（例えば、同じＳ−ＧＷが割り当てられている、ハンドオフが迫っている）を有し、ローカルに割り当てられた一意識別子（例えば、文献［３］によるコネクションセットＩＤ）によって定義されたアクティブＵＥのセットに対して実行することも可能である。ＵＥ間または形成されたＵＥのセット間の優先順位付けを考慮してもよい。すなわち、直観的には、ハンドオフが迫っているＵＥは他のＵＥよりも優先されるべきである。

１．ｅＮＢは、ＵＥコンテキスト更新を要求している選択されたＭＭＥへＵＥのＳ１ベアラ情報を送信する。提供されるコンテキストとしては、ＵＥのＩＭＳＩ、対応するＳ−ＧＷ、更新理由（すなわち、ＭＭＥ Ｘの障害）等が挙げられる。更新要求は、（前ステップで言及したように）形成されたＵＥのセットごとに一括で実行することも可能である。

２．次に、ＭＭＥは、ＵＥのＳ１ベアラ情報を問い合わせている対応するＳ−ＧＷへ、アクセスベアラ更新要求を送信する。続いて、ＭＭＥは、ＵＥを、一意的かつローカルに識別された相異なるグループにグループ化して、形成されたＵＥのグループごとにベアラ更新要求を一括で送信することも可能である。

３．これに応じて、Ｓ−ＧＷは、アクセスベアラ更新応答を送信する。ここで、対応するＰ−ＧＷに関する情報も含めることができる。

４．確認として、新たに選択されたＭＭＥは、Ｓ１ ＵＥコンテキスト更新応答によりｅＮＢに応答する。

５．ＵＥは、ＭＭＥ障害を（例えば、旧ＧＵＴＩを用いて新たなＰＤＮコネクションを開始する試行に続くエラーメッセージに基づいて）検出するか、または、ＴＡＵを実行するよう（例えば、ＲＲＣ ｃｏｎｎｅｃｔシグナリングメッセージでｅＮＢにより）トリガされると、トラッキングエリア更新を送信する。その後、ＭＭＥ再配置が、ユーザプレーンに影響を及ぼさずに行われる。

なお、上記のフローにおいて、ＴＡＵ要求は、接続モードにあるそれぞれのＵＥに対して処理されているが、図４で説明したのと同じ一括シグナリング処理も適用可能である。

上記の説明および添付図面の記載に基づいて、当業者は本発明の多くの変形例および他の実施形態に想到し得るであろう。したがって、本発明は、開示した具体的実施形態に限定されるものではなく、変形例および他の実施形態も、添付の特許請求の範囲内に含まれるものと解すべきである。本明細書では特定の用語を用いているが、それらは総称的・説明的意味でのみ用いられており、限定を目的としたものではない。

Claims (17)

1. ＬＴＥ／ＥＰＣ（Long Term Evolution/Evolved Packet Core）ネットワークまたはＥＰＳ（Evolved Packet System）におけるＭＭＥ（モビリティ管理エンティティ）の障害を処理する方法において、
   複数のＵＥ（ユーザ機器）が第１のＭＭＥにアタッチされ、
   該第１のＭＭＥは、該第１のＭＭＥにアタッチされたＵＥを表す第１のコンテキスト情報を保存し、
   前記ＵＥは、複数のｅＮＢ（evolved NodeB）の１つに接続され、
   該ｅＮＢは、前記第１のＭＭＥおよび少なくとも１つの近隣のＭＭＥと通信可能であり、前記ＵＥは、前記ｅＮＢを介して、前記第１のＭＭＥおよび前記少なくとも１つの近隣のＭＭＥと通信可能であり、
   該方法が、
   前記第１のＭＭＥの障害を検出するステップと、
   前記障害の検出によってトリガされて、前記第１のＭＭＥにアタッチされたＵＥに関連する情報を収集するステップと、
   収集された情報を用いて、前記近隣のＭＭＥの１つまたは複数において前記第１のコンテキスト情報の少なくとも一部を復元するステップと、
   復元された第１のコンテキスト情報を用いて、前記近隣のＭＭＥの前記１つまたは複数とのネットワーク内論理コネクションを再確立するステップと
   を備えたことを特徴とする、ＬＴＥ／ＥＰＣネットワークまたはＥＰＳにおけるＭＭＥの障害を処理する方法。
2. 前記障害を検出するステップが、ｅＮＢによって、前記近隣のＭＭＥの１つによって、Ｓ−ＧＷ（サービングゲートウェイ）によって、またはＯ＆Ｍ（運用・保守）システムによって実行されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記障害を検出するステップが、監督エンティティからのフィードバックに基づいて、定期的なキープアライブ／エコーメッセージおよびそれらの応答に基づいて、明示的シグナリングに基づいて、または、ネットワークエンティティの分析の結果に基づいていることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 前記情報を収集するステップは、ＵＥが現在登録されているＳ−ＧＷ（サービングゲートウェイ）へ追加的シグナリングメッセージを送信することを含み、該追加的シグナリングメッセージが、好ましくは、ＵＥコンテキスト更新要求またはアクセスベアラ更新要求を含むことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記追加的シグナリングメッセージが、アクティブモードＵＥのセットに対して送信され、ＵＥの１つのセット内のＵＥは共通の因子を有し、ＵＥの１つのセット内のＵＥは好ましくはセット識別子によって識別されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 前記情報を収集するステップは、前記第１のＭＭＥの障害によって影響されるｅＮＢおよび／またはアイドルモードＵＥへページングシグナリングを送信することを含み、該ページングシグナリングが、好ましくは、前記障害を起こした第１のＭＭＥに関する情報を含むことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記ページングシグナリングが、一括ページングシグナリング、すなわち、複数のアイドルモードＵＥおよび／または複数のｅＮＢにアドレス指定されたページングシグナリングを含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. ページングが、近隣のＭＭＥの１つによって、または、前記第１のＭＭＥの障害を検出したｅＮＢによって開始されることを特徴とする請求項６または７に記載の方法。
9. ページングシグナリングを送信する近隣のＭＭＥが、重複ページングを避けるために、そのイベントについて他の近隣のＭＭＥに通知することを特徴とする請求項８に記載の方法。
10. 前記Ｏ＆Ｍが、重複ページングを避けるために、どのトラッキングエリアおよび／またはどのＵＥのグループをページングすべきかを近隣のＭＭＥに通知し各ＭＭＥに示すことを特徴とする請求項２および８または９に記載の方法。
11. ページングシグナリングおよび／または該ページングシグナリングへの応答が、時間的に拡散され、および／または、ＵＥおよび／またはｅＮＢの特定のグループごとに実行されることを特徴とする請求項６ないし１０のいずれか１項に記載の方法。
12. 前記ページングシグナリングに対する個々のＵＥの応答がｅＮＢによって集約され、集約応答としてそれぞれのＭＭＥへ送信されることを特徴とする請求項６ないし１１のいずれか１項に記載の方法。
13. ＭＭＥでｅＮＢから受信される応答が集約され、集約応答としてＨＳＳ（ホーム加入者サーバ）へ送信されることを特徴とする請求項６ないし１２のいずれか１項に記載の方法。
14. 前記ネットワーク内コネクションを再確立するステップの後、再確立された論理コネクションにより、ＵＥが近隣のＭＭＥの１つに再アタッチされることを特徴とする請求項１ないし１３のいずれか１項に記載の方法。
15. 前記ＵＥの再アタッチが、前記ｅＮＢから受信される前記ページングシグナリングによってトリガされることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
16. 前記ＵＥの再アタッチが、前記ＵＥからのサービス要求メッセージによって開始され、該サービス要求が失敗し、ＴＡＵ（トラッキングエリア更新）を引き起こすことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
17. ネットワークまたはネットワークの一部の過負荷を避けるために、負荷分散方式が実行されることを特徴とする請求項１ないし１６のいずれか１項に記載の方法。

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