JP2015530840A - ヘテロジニアス・ネットワークのためのユーザ・プレーン・ハンドオーバ - Google Patents

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Abstract

ユーザ機器(2)を第1の基地局(1)から第2の基地局(5)にハンドオーバする方法であって、前記第1の基地局(1)が、制御プレーンのためのモビリティ管理エンティティと、ユーザ・プレーンのためのサービング・ゲートウェイとに接続され、無線アクセス・ベアラごとのユーザ・プレーン無線プロトコル・スタック(3)と制御プレーン無線プロトコル・スタック(4)とをユーザ機器(2)に提供し、前記第2の基地局(5)が、第1の基地局(1)の制御の下のセルによって覆われたセルを制御し、制御プレーンのためのモビリティ管理エンティティとユーザ・プレーンのためのサービング・ゲートウェイとに接続され、前記方法は、− 対応するユーザ・プレーン・トラフィックが前記第2の基地局のユーザ・プレーン無線プロトコル・スタック(3)によってユーザ機器(2)に送出されるように、少なくとも無線アクセス・ベアラのためにユーザ・プレーン(3)無線プロトコル・スタックを前記第2の基地局(5)に再配置するステップと、− ユーザ機器が、無線アクセス・ベアラのユーザ・プレーン・アップリンク・データを第2の基地局にのみ、および制御プレーン・アップリンク・データを第1の基地局にのみ送るように、再配置に従って無線リソース制御接続を介してユーザ機器(2)を再構成するステップと、− 第2の基地局からのユーザ・プレーン(3)を更新し、第1の基地局からモビリティ管理エンティティの方への制御プレーン(4)を変わらないままにするために、モビリティ管理エンティティによってサービング・ゲートウェイの方への少なくとも無線アクセス・ベアラのユーザ・プレーン切替を実行するステップとを含む、方法。

Description

本発明は、ロング・ターム・エボリューション(LTE)・システム内のプロトコル・スタック・アーキテクチャに関する。
セルラ・ネットワーク内にスモール・セルを配備するとネットワーク容量を高める効果があることが知られている。したがって、広帯域サービスを促進し、トラフィック増加に応じるために、キロメートルからメートルに至るまでの範囲の様々なセル・サイズを含む様々な無線ネットワーク配備が存在している。
具体的には、セルラ・ネットワークは、それぞれ、マクロ・セルと呼ばれる大きいアンブレラ・セルで覆われた複数の組のスモール・セルを含む。マイクロ・セル、ピコ・セル、およびフェムト・セルを含むスモール・セルは、従来、都市/郊外区域および都市中心部などの高密度トラフィック環境に配備されている。
結果として、所与の区域の高密度トラフィックをサポートするために、異なる周波数の多数のスモール・セルが配備され、それにより、周波数間ヘテロジニアス・ネットワークがもたらされることになる。例えば、マクロ・セル・オーバレイ・ネットワーク層と比較してスモール・セル層でより高い周波数を使用することにより、スモール・セル・トラフィックでは高データ・レートが可能になる。
しかしながら、スモール・セル・ネットワーキングの最も困難な問題の1つはハンドオーバ管理であり、より一般的には、マクロ・セルとスモール・セルとの間のモビリティ管理である。実際、スモール・セル配備が高密度になるほど、移動局がセルを横切って移動する頻度が多くなり、その結果、ハンドオーバ要求が多くなる。それゆえに、スモール・セルによって取り扱われる高いデータ・レートの利益のために、移動局は、マクロ・セルとスモール・セルとの間の非常に頻繁な重いハンドオーバ機構を経験するように制約され、それが、サービスの品質の低下(すなわち、通信品質の劣化、一時的中断、データ損失、潜在的なサービス低下のリスク)、およびより速い移動局の電力消費をもたらす。特に、このサービス品質劣化は、スモール・セル配備が高密度になるにつれて一層厳しくなる。
本発明の目的は、スモール・セルがマクロ・セル・ネットワークによって覆われる場合の高密度スモール・セル・ネットワークのネットワーク・サービス品質を高めることである。
本発明の別の目的は、周波数間ヘテロジニアス・ネットワーク内の、特に、複数のスモール・セルを覆う大きいセル(マクロ・セル)内のハンドオーバ機構を増強し、この環境においてハンドオーバをよりシームレスにすることである。
本発明の別の目的は、所与のマクロ・セルに属するスモール・セルのハンドオーバ・シグナリング負荷を緩和することである。
本発明の別の目的は、ユーザ機器をマクロ・セルの制御プレーンが取り扱ったままにしながらより高いデータ・レートから利益を得るためにスモール・セルを介してユーザ・プレーン・トラフィックを送出する方法を提供することである。
様々な実施形態は、上記の問題の1つまたは複数の影響に対処することに関する。下記は、様々な実施形態のいくつかの態様の基本的理解を与えるために実施形態の簡単化した概要を提供する。この概要はこれらの様々な実施形態の網羅的な概観ではない。この概要は、決定的な要素の手掛かりを識別すること、またはこれらの様々な実施形態の範囲を正確に概説することを意図していない。その唯一の目的は、後で論じるより詳細な説明の前置きとして簡単化した形態でいくつかの概念を提示することである。
様々な実施形態は、ユーザ機器を第1の基地局から第2の基地局にハンドオーバする方法に関し、前記第1の基地局は、制御プレーンのためのモビリティ管理エンティティと、ユーザ・プレーンのためのサービング・ゲートウェイとに接続され、無線アクセス・ベアラごとのユーザ・プレーン無線プロトコル・スタックと制御プレーン無線プロトコル・スタックとをユーザ機器に提供し、前記第2の基地局は、第1の基地局の制御の下のセルによって覆われたセルを制御し、制御プレーンのためのモビリティ管理エンティティとユーザ・プレーンのためのサービング・ゲートウェイとに接続され、前記方法は、
− 対応するユーザ・プレーン・トラフィックが前記第2の基地局のユーザ・プレーン無線プロトコル・スタックによってユーザ機器に送出されるように、少なくとも無線アクセス・ベアラのためにユーザ・プレーン無線プロトコル・スタックを前記第2の基地局に再配置するステップと、
− ユーザ機器が、無線アクセス・ベアラのユーザ・プレーン・アップリンク・データを第2の基地局にのみ、および制御プレーン・アップリンク・データを第1の基地局にのみ送るように、再配置に従って無線リソース制御接続を介してユーザ機器を再構成するステップと、
− 第2の基地局からのユーザ・プレーンを更新し、第1の基地局からモビリティ管理エンティティの方への制御プレーンを変わらないままにするために、モビリティ管理エンティティによってサービング・ゲートウェイの方への少なくとも無線アクセス・ベアラのユーザ・プレーン切替を実行するステップと
を含む、方法。
広い態様によれば、モバイル管理エンティティは、第1の基地局を無線アクセス・ネットワーク・アンカとして保持する。
様々な実施形態は、さらに、ユーザ機器を第1の基地局から第2の基地局にハンドオーバする通信システムに関し、前記第1の基地局は、制御プレーンのためのモビリティ管理エンティティと、ユーザ・プレーンのためのサービング・ゲートウェイとに接続され、無線アクセス・ベアラごとのユーザ・プレーン無線プロトコル・スタックと制御プレーン無線プロトコル・スタックとをユーザ機器に提供し、前記第2の基地局は、第1の基地局の制御の下のセルによって覆われたセルを制御し、制御プレーンのためのモビリティ管理エンティティとユーザ・プレーンのためのサービング・ゲートウェイとに接続され、前記第1の基地局は、
− 対応するユーザ・プレーン・トラフィックが前記第2の基地局のユーザ・プレーン無線プロトコル・スタックによってユーザ機器に送出されるように、少なくとも無線アクセス・ベアラのためにユーザ・プレーン無線プロトコル・スタックを前記第2の基地局に再配置し、
− ユーザ機器が、無線アクセス・ベアラのユーザ・プレーン・アップリンク・データを第2の基地局にのみ、および制御プレーン・アップリンク・データを第1の基地局にのみ送るように、再配置に従って無線リソース制御接続を介してユーザ機器を再構成し、
− 第2の基地局からのユーザ・プレーンを、第1の基地局からモビリティ管理エンティティの方への制御プレーンを変わらないままにするために、モビリティ管理エンティティによってサービング・ゲートウェイの方への少なくとも無線アクセス・ベアラのユーザ・プレーン切替を実行する
ように構成される、通信システム。
様々な実施形態は様々な変更および代替形態の余地があるが、本発明の特定の実施形態が例として図面に示される。しかしながら、特定の実施形態の本明細書の説明は、様々な実施形態を、開示する特定の形態に限定することを意図していないことが理解されるべきである。
そのような実際の実施形態の開発において、システム関連およびビジネス関連の制約条件の遵守などの開発者固有の目標を達成するために実施態様固有の判断をしなければならないことが当然理解されよう。そのような開発努力は時間がかかることがあるが、それにもかかわらず、この開示の利益を有する当業者にとって型通りの理解であり得ることが理解されよう。
本発明の目的、利点、および他の特徴は、以下の開示および特許請求の範囲からより明らかになるであろう。好適な実施形態の以下の非限定的な説明は、例証のためにのみ添付図面に関連して与えられる。
先行技術による、ユーザ・プレーンおよび制御プレーンのための無線プロトコル・アーキテクチャを示す概略図である。 1つの実施形態による、ユーザ・プレーンおよび制御プレーンのための無線プロトコル・アーキテクチャを示す概略図である。 1つの実施形態によるハンドオーバ手順を示す概略図である。 1つの実施形態による2つのネットワーク基地局間の対話を示す概略図である。
ユーザ機器(UE)という用語は、LTEもしくはLTE−A、または両方をサポートする任意のユーザ・デバイス(移動局、加入者局、移動端末、ユーザ端末、または無線デバイスとしても知られている)を意味することが意図される。
マクロ・セルを制御するeNodeB(またはベース・トランシーバ・システム、基地局、もしくはアクセス・ポイントとしても知られている、進化型ノードBを表すeNB)は、今後、マクロeNodeB(またはマクロ基地局)と呼ぶ。同様に、スモール・セル(マイクロ・セル、ピコ・セル、またはフェムト・セル)を制御するeNodeBは、スモールeNodeB(small eNodeB)またはスモール基地局(それぞれ、マイクロeNodeB、ピコeNodeB、フェムトeNodeB)と呼ぶ。
図1を参照すると、マクロeNodeB1が、S1制御プレーン(S1−C)とS1ユーザ・プレーン(S1−U)とに分割されている3GPP規定S1インタフェースによってコア・ネットワークに接続されることが示されている。eNodeB1は、S1−MMEインタフェースとも呼ばれるS1−Cによってモビリティ管理エンティティ(MME)に、およびS1−Uインタフェースによってサービング・ゲートウェイ(S−GW)に接続する(MMEおよびS−GWは図3に示される)。その上、マクロeNodeB1は、LTE無線インタフェースUuを介して、ユーザ・プレーン3および制御プレーン4をUE2に提供する。
LTEネットワーク内で、eNodeBは3GPP規定X2インタフェースによって相互接続される。
UE2とマクロeNodeB1との間の無線インタフェース・プロトコルの層は、開放型システム間相互接続(OSI)モデルに基づく。
実際には、UE2のデータ・トラフィックの搬送(すなわち、ユーザ・データ伝送)を担当するユーザ・プレーン3は、マクロeNodeB1に配置されるE−RAB(EUTRAN無線アクセス・ベアラ)ごとの無線プロトコル・スタックに依拠する。この無線プロトコル・スタックは、パケット・データ収束プロトコル(PDCP)層、無線リンク制御(RLC)層、メディア・アクセス制御(MAC)層、および物理(PHY)層を含む。
制御情報を搬送すること(シグナリングとしても知られる)によって制御機構を担当する制御プレーン4は、マクロeNodeB1に配置される無線プロトコル・スタックに基づく。この無線プロトコル・スタックは、パケット・データ収束プロトコル(PDCP)層、無線リンク制御(RLC)層、メディア・アクセス制御(MAC)層、および物理(PHY)層を含む。
無線アクセス・ベアラは、ユーザ機器2とマクロeNodeB1との間の単一データ・ストリームまたはフローに対応する論理チャネルまたは接続(パケット・データ接続、音声接続、または映像接続など)である。
特に、図1に示されるような先行技術によれば、ユーザ・プレーン3の無線プロトコル・スタックおよび制御プレーン4の無線プロトコル・スタックは両方ともマクロeNodeB1に常駐する。
次に図2を参照すると、制御プレーン4の無線プロトコル・スタックおよびユーザ・プレーン3の無線プロトコル・スタックは、2つのeNodeB、すなわち、サービング・マクロeNodeB1およびサービング・ユーザ・プレーン・スモールeNodeB5の間で分割される。制御プレーン4スタックはサービング・マクロeNodeB1に配置されたままである。実際には、EUTRAN無線アクセス・ベアラ(E−RAB)の一部またはすべてのためのユーザ・プレーン3スタックはスモールeNodeB5に再配置され(すなわち、転送され)、それにより、スモールeNodeB5においてE−RABの一部またはすべてのためのユーザ・プレーン3の最終場所がもたらされる(他のE−RABのユーザ・プレーン・スタックは、もしあれば、マクロeNB1に残る)。
ユーザ・プレーン・スタックがマクロeNodeB1からスモールeNodeB5に配置換えになるとは、このプレーンの機能をスモールeNodeB5の対応するユーザ・プレーン・スタックに委譲または転送することを意味するものである。
言い換えれば、関係するE−RABのPDCP、RLC、MAC、およびPHYユーザ・プレーン・エンティティはすべて再配置されてスモールeNodeB5に入り、一方、制御プレーン4の(および選択されないE−RABのユーザ・プレーン・スタックの)PDCP、RLC、MACエンティティはマクロeNodeB1に残る。
図2のプロトコル・アーキテクチャは、マクロ・セルによって取り扱われるUE2が、マクロ・セルで覆われたスモール・セル(すなわち、潜在的なハンドオーバ・ターゲット・スモール・セル)のカバレッジ(またはカバレッジ縁部)の下にある(またはその方に移動する)場合、このUEのE−RABの一部またはすべてがスモールeNodeB5に再配置され、一方、制御プレーン4はマクロeNodeB1に保持されることに基づく。
その目的のために、3GPP規定X2インタフェース(今後、「X2データ・ハンドオーバ」と呼ぶ)に基づくハンドオーバ手順が、図3に示すように、採用される。このX2データ・ハンドオーバにより、図1の構成(先行技術)から図2の構成(一部またはすべてのE−RABに対して2つのセルの間で制御プレーン4およびユーザ・プレーン3が分割されている)に移動することができる。
「X2データ・ハンドオーバ」は、一部またはすべてのE−RABのデータ・ベアラのみ(すなわちユーザ・プレーン・トラフィック)をスモールeNodeB5に転送し、一方、シグナリング無線ベアラ(すなわち、制御プレーン・トラフィック)をマクロ・セルに保持する。
実際には、「X2データ・ハンドオーバ」は以下のステップを含む。
− 対応するユーザ・プレーン・トラフィックがスモールeNodeB5のユーザ・プレーン3によってユーザ機器2に送出されるように、一部またはすべてのE−RABのユーザ・プレーン3(すなわち、データ・ベアラ情報)をサービング・マクロeNodeB1からスモールeNodeB5にX2データ・ハンドオーバ要求/応答メッセージによって再配置するステップ(図3のステップ32〜33)。この目的のために、X2構成メッセージおよび/または情報要素が、図4に提示されるように、ユーザ・プレーン構成および動作のためのマクロeNodeB1順序性(macro eNodeB 1 ordering)変更および更新を可能にするために導入される。特に、X2メッセージ(図4のX2−U構成および更新メッセージなど)は、スモールeNodeB5に配置されるユーザ・プレーン・エンティティの構成および動作の更新を、マクロeNodeB1から制御し、再配置を実行するように設計される。
− UE2が、選択されたERABのユーザ・プレーン・アップリンク・データをスモールeNodeB5にのみ、および制御プレーン・アップリンク・データをマクロeNodeB1にのみ送るように、再配置に従ってUE2のRRC(無線リソース制御)接続を介した再構成を行うステップ(図3のステップ33〜34)。
− S1−Uのみを更新し、eNodeB1とMMEの間に残るS1制御プレーン(すなわち、S1−MME)を変わらないままにする、MMEを介した「S1−U切替」(S1−U切替要求/応答メッセージ)を実行するステップ(図3のステップ35〜36)。
− スモールeNodeB5からSGWの方への関係するERABのユーザ・プレーン切替を実現するためにMMEとSGWとの間で「経路切替」を実行するステップ(図3のステップ37〜38)。
これが意味するところは、MMEが、S1−MME終端のための無線アクセス・ネットワーク・アンカとしてマクロeNodeB1を保持し、一方、関係するE−RABに関してスモールeNodeB5とSGWとの間でユーザ・プレーンを直接切り替えるために、データ経路切替要求をSGWの方に(適切なデータで)発出する(図3のステップ37〜38)ことである。
X2データ・ハンドオーバは、ユーザ・プレーン3の関係するPDCP、RLC、MACエンティティだけでなくUEコンテキスト(セキュリティ情報などの)の一部またはすべてをスモールeNodeB5に再配置する。
再配置が初期に行われると仮定すると、UE2は、新しいスモール・セルへの同期に関連する中断時間を避けることができる。その上、制御プレーン・スタックがマクロeNB1に残っているので、RRCによるUEへの必要な再構成(ハンドオーバ)メッセージの送出は迅速で信頼でき、それはハンドオーバをほとんどシームレスにするのに大幅に寄与する。
同様に、UEが移動してスモール・セルを出てマクロ・セルに戻る場合、同じ「X2データ・ハンドオーバ」法を、ほとんど中断なしに、制御プレーン・アンカをマクロeNodeB1で変わらないままにして、ほとんどシームレスで使用することができる。
1つの実施形態では、ユーザ・プレーン・ベアラのすべてではなく一部がスモール・セルのみによって転送される。これは、ユーザ・プレーン・ベアラの一部がマクロeNodeB1に残っていることを意味する。この柔軟性により、マクロeNodeB1は、スモールeNodeB5への転送されるユーザ・プレーン・ベアラの選択を制御することができるはずである。
有利には、上述のプロトコル・アーキテクチャは、マクロeNodeB1とスモールeNodeB5との間でUEの制御プレーンを再配置する必要なしに、ユーザ・プレーンのすべてまたは一部をマクロ・セルとスモール・セルとの間で行ったり来たり切り替えることができるようにし、それゆえに、ほとんどシームレスのハンドオーバ手順(中断時間の減少)が保証される。これは、スモール・セルの高密度配備をもっているが、スモール・セル層の連続的なカバレッジをもたないヘテロジニアス・ネットワークを横切ってUEが移動するという広範囲に及ぶシナリオを考慮すると、性能強化目標に関して特に重要である。それゆえに、本発明により、UEは、スモール・セルでのユーザ・データの高いデータ・レートとともに、制御プレーン・モビリティ性能を劣化させないことから利益を得ることができる。
上述の方法の別の利点は、周波数間ヘテロジニアス・ネットワークにおけるスモール・セルの高密度化を容易にしながら、周波数間ヘテロジニアス・ネットワークでのシームレスで円滑なハンドオーバ実行を保証し、それがサービスのよりよいネットワーク品質をもたらすことである。
上述のプロトコル・アーキテクチャの実施態様およびその実施は、周波数間ヘテロジニアス・ネットワークにおけるスモール・セル高度化のために制御/ユーザ・プレーン分割を変更することによって新しい手順を使用する利点を提供する。
上述の方法によれば、UEは、マクロeNodeB1からの制御されたシグナリングと、より高品質のサービスを提供するスモールeNodeB5からのサービスとを受けることができる。それによって、マクロ・セル・カバレッジ内のどこでも、ユーザは安定で高品質(広帯域)のサービスを享受する。
上述の実施形態は、1つを超えるより小さいサイズのセル(例えば、ピコ・セルまたはフェムト・セル)を覆う他のセル(例えば、マイクロ・セル)に同様に適用することができることに留意されるべきである。
上述のプロトコル・アーキテクチャは、現在の3GPPリリースに好適であることも留意されるべきである。

Claims (6)

  1. ユーザ機器(2)を第1の基地局(1)から第2の基地局(5)にハンドオーバする方法であって、前記第1の基地局(1)が、制御プレーンのためのモビリティ管理エンティティと、ユーザ・プレーンのためのサービング・ゲートウェイとに接続され、無線アクセス・ベアラごとのユーザ・プレーン無線プロトコル・スタック(3)と制御プレーン無線プロトコル・スタック(4)とを前記ユーザ機器(2)に提供し、前記第2の基地局(5)が、前記第1の基地局(1)の制御の下のセルによって覆われたセルを制御し、前記制御プレーンのための前記モビリティ管理エンティティと前記ユーザ・プレーンのための前記サービング・ゲートウェイとに接続され、前記方法が、
    − 対応するユーザ・プレーン・トラフィックが前記第2の基地局の前記ユーザ・プレーン無線プロトコル・スタック(3)によって前記ユーザ機器(2)に送出されるように、少なくとも無線アクセス・ベアラのために前記ユーザ・プレーン(3)無線プロトコル・スタックを前記第2の基地局(5)に再配置するステップと、
    − 前記ユーザ機器が、前記無線アクセス・ベアラのユーザ・プレーン・アップリンク・データを前記第2の基地局にのみ、および制御プレーン・アップリンク・データを前記第1の基地局にのみ送るように、前記再配置に従って無線リソース制御接続を介して前記ユーザ機器(2)を再構成するステップと、
    − 前記第2の基地局からの前記ユーザ・プレーン(3)を更新し、前記第1の基地局から前記モビリティ管理エンティティの方への前記制御プレーン(4)を変わらないままにするために、前記モビリティ管理エンティティによって前記サービング・ゲートウェイの方への前記少なくとも無線アクセス・ベアラのユーザ・プレーン切替を実行するステップと
    を含む、方法。
  2. 前記モバイル管理エンティティが、前記第1の基地局(1)を無線アクセス・ネットワーク・アンカとして保持する、請求項1に記載の方法。
  3. 前記ユーザ・プレーン(3)無線プロトコル・スタックが3GPP規定X2インタフェースによって再配置される、請求項1または2に記載の方法。
  4. 前記第2の基地局から前記サービング・ゲートウェイの方への前記ユーザ・プレーン切替が、前記3GPP規定S1インタフェースによって実行される、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の方法。
  5. ユーザ機器(2)を第1の基地局(1)から第2の基地局(5)にハンドオーバする通信システムであって、前記第1の基地局(1)が、制御プレーンのためのモビリティ管理エンティティと、ユーザ・プレーンのためのサービング・ゲートウェイとに接続され、無線アクセス・ベアラごとのユーザ・プレーン無線プロトコル・スタック(3)と制御プレーン無線プロトコル・スタック(4)とを前記ユーザ機器(2)に提供し、前記第2の基地局(5)が、前記第1の基地局(1)の制御の下のセルによって覆われたセルを制御し、前記制御プレーンのための前記モビリティ管理エンティティと前記ユーザ・プレーンのための前記サービング・ゲートウェイとに接続され、前記第1の基地局(1)が、
    − 対応するユーザ・プレーン・トラフィックが前記第2の基地局の前記ユーザ・プレーン無線プロトコル・スタック(3)によって前記ユーザ機器(2)に送出されるように、少なくとも無線アクセス・ベアラのために前記ユーザ・プレーン(3)無線プロトコル・スタックを前記第2の基地局(5)に再配置し、
    − 前記ユーザ機器が、前記無線アクセス・ベアラのユーザ・プレーン・アップリンク・データを前記第2の基地局にのみ、および制御プレーン・アップリンク・データを前記第1の基地局にのみ送るように、前記再配置に従って無線リソース制御接続を介して前記ユーザ機器(2)を再構成し、
    − 前記第2の基地局からの前記ユーザ・プレーン(3)を更新し、前記第1の基地局から前記モビリティ管理エンティティの方への前記制御プレーン(4)を変わらないままにするために、前記モビリティ管理エンティティによって前記サービング・ゲートウェイの方への前記少なくとも無線アクセス・ベアラのユーザ・プレーン切替を実行するように構成される、通信システム。
  6. 前記モバイル管理エンティティが、前記第1の基地局(1)を無線アクセス・ネットワーク・アンカとして保持する、請求項5に記載の通信システム。
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