JP2021057789A - 通信システム及び通信制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】端末にＩＰアドレスを割り当てるノードが複数存在する場合でも、コアネットワーク装置と複数の端末との間で安定して通信できる通信システムを提供する。【解決手段】通信システムは、ゲートウェイ装置とコアネットワーク装置とを備える。コアネットワーク装置は、複数の第１処理ノードを有する。第１処理ノードは、複数の端末に任意の第１のＩＰアドレスを割り当て、第１のＩＰアドレスを用いて複数の端末との間でゲートウェイ装置を介して複数の第１の通信経路を確立する。ゲートウェイ装置は、複数の第１処理ノードにより複数の端末に割り当てられた複数の第１のＩＰアドレスを複数の異なる第２のＩＰアドレスに変換し、第１の通信経路におけるゲートウェイ装置と端末との間の区間を、第２のＩＰアドレスを用いた第２の通信経路に更新する。【選択図】図１

Description

本発明は、通信システム及び通信制御方法に関する。

従来、ＬＴＥ通信システムにおいて、ＬＴＥネットワークにおいて使用されるＩＰアドレスをＰＧＷ（PDN Gateway（Packet Data Network Gateway））によって割り当てられる。ＰＧＷによるＩＰアドレスについては、例えば特許文献１において記載されている。

特開２０１７−１５２７５４号公報

従来のＰＧＷによるＩＰアドレスの割り当てでは、１つのＰＧＷが独自に任意のＩＰアドレスを端末に割り当てる。しかし、ＬＴＥ通信システムが複数のＰＧＷを有する場合、複数のＰＧＷにおいて連携するような動作を行うことは考慮されておらず、各ＰＧＷが独自にＩＰアドレスを決定する。そのため、複数のＰＧＷが同一のＩＰアドレスを割り当てることがある。この場合、ＰＧＷよりも端末側に配置された通信装置（例えばｅＮＢ（ｅＮｏｄｅＢ）、その他の通信装置）は、ＩＰアドレスを用いて複数の端末の識別を必要とする処理を行うことが困難である。したがって、複数のＰＧＷが存在する場合には、ＥＰＣ（Evolved Packet Core）装置と端末との通信に支障が発生し得る。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、端末にＩＰアドレスを割り当てるノードが複数存在する場合でも、コアネットワーク装置と複数の端末との間で安定して通信できる通信システム及び通信制御方法を提供する。

本発明の一態様は、３ＧＰＰ（Third Generation Partnership Project）ネットワークにおいて複数の端末と通信するゲートウェイ装置と、前記３ＧＰＰネットワークにおける通信を管理するコアネットワーク装置と、を備える通信システムであって、前記コアネットワーク装置は、複数の第１処理ノードを有し、前記第１処理ノードは、複数の前記端末に任意の第１のＩＰアドレスを割り当て、前記第１のＩＰアドレスを用いて複数の前記端末との間で前記ゲートウェイ装置を介して複数の第１の通信経路を確立し、前記ゲートウェイ装置は、複数の前記第１処理ノードにより複数の前記端末に割り当てられた複数の前記第１のＩＰアドレスを取得し、複数の前記第１のＩＰアドレスを複数の異なる第２のＩＰアドレスに変換し、前記第１の通信経路における前記ゲートウェイ装置と前記端末との間の区間を、前記第２のＩＰアドレスを用いた第２の通信経路に更新する、通信システムである。

本発明の一態様は、３ＧＰＰネットワークにおいて複数の端末と通信するゲートウェイ装置と、前記３ＧＰＰネットワークにおける通信を管理するコアネットワーク装置と、が連携して通信を制御する通信制御方法であって、前記コアネットワーク装置は、複数の前記端末に、重複し得る任意の第１のＩＰアドレスを割り当て、前記第１のＩＰアドレスを用いて複数の前記端末との間で前記ゲートウェイ装置を介して複数の第１の通信経路を確立し、前記ゲートウェイ装置は、複数の前記端末に割り当てられた複数の前記第１のＩＰアドレスを取得し、複数の前記第１のＩＰアドレスを複数の異なる第２のＩＰアドレスに変換し、前記第１の通信経路における前記ゲートウェイ装置と前記端末との間の区間を、前記第２のＩＰアドレスを用いた第２の通信経路に更新する、通信制御方法である。

本発明によれば、端末にＩＰアドレスを割り当てるノードが複数存在する場合でも、コアネットワーク装置と複数の端末との間で安定して通信できる。

第１の実施形態におけるＬＴＥ通信システムの構成例を示すブロック図 ゲートウェイが保持するアドレス変換テーブルの一例を示す図 第１の実施形態におけるＬＴＥ通信システムの動作例を示すシーケンス図 ＬＴＥ通信システムによるベアラ確立時の動作例を示すシーケンス図 第２の実施形態におけるＬＴＥ通信システムの構成例を示すブロック図 第２の実施形態におけるＬＴＥ通信システムの動作例を示すシーケンス図

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態におけるＬＴＥ通信システム５の概略構成例を示す図である。ＬＴＥ通信システム５は、端末１０Ａと、ゲートウェイ３０Ａと、ＥＰＣ装置５０と、を有する。ゲートウェイ３０Ａは、処理部３１、記憶部３２、及び通信部３３を備える。ＥＰＣ装置５０は、ＰＧＷ５１、ＳＧＷ５３、ＭＭＥ（Mobility Management Entity）５４、及びＨＳＳ（Home Subscriber Server）５５を備える。ＬＴＥ通信システム５は、非３ＧＰＰ端末をＬＴＥネットワークに収容する。

端末１０Ａは、非３ＧＰＰネットワークＮ１を介して、ゲートウェイ３０Ａと通信する。非３ＧＰＰネットワークＮ１は、３ＧＰＰの規格に準拠していないネットワークであり、ＬＡＮ（例えば無線ＬＡＮ、有線ＬＡＮ）、インターネット、等を含んでよい。端末１０Ａは、非３ＧＰＰ端末である。非３ＧＰＰ端末は、例えば、非３ＧＰＰネットワークＮ１を介して他の通信装置と通信する端末でよい。端末１０Ａは、ユーザによって所持される。端末１０Ａは、複数存在する。

ゲートウェイ３０Ａは、ゲートウェイ３０Ａの配下の端末１０Ａを管理し、端末１０ＡとＥＰＣ装置５０との間で行われる通信を中継する。ゲートウェイ３０Ａは、ゲートウェイ３０Ａ毎に、配下にある複数の端末１０Ａを管理してよい。ゲートウェイ３０Ａは、例えば、屋外に設置されてもよいし、ビル毎に設置されてもよい。ゲートウェイ３０Ａは、複数存在してよい。複数のゲートウェイ３０Ａの配下それぞれに、１つ以上の端末１０Ａが存在してよい。従来のＬＴＥ通信システムは多数分散された基地局（ｅＮＢ）を管理するメカニズムを有するが、このメカ二ズムを、非３ＧＰＰアクセスを収容するＬＴＥ通信システム５にも活用する。

ゲートウェイ３０Ａは、ＬＴＥ通信を行うためのＥＰＣ装置５０にゲートウェイ３０Ａ配下の端末１０Ａを収容する基地局として動作してよい。ゲートウェイ３０Ａは、ｅＰＤＧ（enhanced Packet DataGateway）の機能の一部を有してよい。ただし、ｅＰＤＧと異なり、ゲートウェイ３０Ａは、ＥＰＣ装置５０のＰＧＷ５１やＨＳＳ５５とは直接接続されず、ＥＰＣ装置５０のＭＭＥ５４及びＳＧＷ５３と連携して、制御データ及びユーザデータの中継機能、等を実現する。

ゲートウェイ３０Ａは、ＬＴＥ通信に係るデータの中継処理を行う。ゲートウェイ３０Ａは、端末１０Ａからの通信データ（例えば制御データ又はユーザデータ）をＳＧＷ５３、ＰＧＷ５１、ＳＧｉ（ＥＰＣ上位のネットワーク）、等に中継し、又は、ＳＧＷ５３、ＰＧＷ５１、ＳＧｉからの通信データを、端末１０Ａに中継する。この場合、ゲートウェイ３０Ａは、端末１０Ａ及びＭＭＥ５４との間で制御データを中継してよい。また、ゲートウェイ３０Ａは、端末１０Ａ及びＳＧＷ５３との間でユーザデータを中継してよい。

ゲートウェイ３０Ａの処理部３１は、プロセッサ（例えばＣＰＵ（Central Processing Unit））がメモリに保持されたプログラムを実行することで、各種機能を実現する。処理部３１は、ゲートウェイ３０Ａの各部の動作を統括する。処理部３１は、通信部３３を介して、制御データやユーザデータを中継する。

ゲートウェイ３０Ａの記憶部３２は、例えばＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）や各種ストレージ（例えばＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive））を有してよく、各種情報、データ、プログラムを保持する。

ゲートウェイ３０Ａの通信部３３は、端末１０ＡやＥＰＣ装置５０との間で通信（有線通信又は無線通信）する。

図１に示すように、ゲートウェイ３０Ａは、非３ＧＰＰ端末としての端末１０Ａと通信し、３ＧＰＰ端末と通信しない。したがって、ゲートウェイ３０Ａは、３ＧＰＰ端末と通信するための通信インタフェースを有しなくてよい。なお、ゲートウェイ３０Ａは、３ＧＰＰ端末と通信する機能を有してもよい。また、ゲートウェイ３０Ａと端末１０Ａとの間には、非３ＧＰＰネットワークＮ１における通信を管理するＡＰ（Access Point）が配置されてもよい。

ゲートウェイ３０Ａは、数的分散や地理的分散が可能である。ゲートウェイ３０ＡとＥＰＣ装置５０との間のインタフェースには、ＬＴＥ通信システムの一般的な基地局としてのｅＮＢを収容する場合と同一のＳ１インタフェースを用いてよい。この場合、Ｓ１インタフェースが有するメッセージ群のうち、Ｓ１ＡＰ（S1 Application Protocol）のハンドオーバーに係るメッセージを省略したインタフェースを用いることができる。

ＥＰＣ装置５０は、ＬＴＥのコアネットワークに配置される装置であり、ＬＴＥプロトコルに従って、ゲートウェイ３０Ａと通信する。ＥＰＣ装置５０のＰＧＷ５１、ＳＧＷ５３、ＭＭＥ５４、及びＨＳＳ５５の各ノードは、論理ノードでもよいし、物理ノードでもよい。つまり、１つの装置（サーバ）に機能が集約されてもよいし、複数の個別の装置（サーバ）に機能が分散されてもよい。また、ＥＰＣ装置５０は、ＰＣＲＦ（Policy and Charging Rule Function）のノードを備えてよい。なお、ＥＰＣ装置５０は、この構成には限定されず、他の付随的な要素を含むことができる。

ＭＭＥ５４とＨＳＳ５５とは、ＰＣＲＦとともに、制御データであるＣプレーンデータを処理する。ＳＧＷ５３及びＰＧＷ５１は、ユーザデータであるＵプレーンデータを処理する。したがって、例えば、外部ネットワーク（ＥＰＣ装置５０よりも上流側）から端末１０ＡへのＵプレーンデータつまりＵプレーンのトラフィックは、外部ネットワークからＥＰＣ装置５０に到達すると、ＰＧＷ５１、ＳＧＷ５３、及びゲートウェイ３０Ａを介して、端末１０Ａへ伝送される。

ＭＭＥ５４は、移動制御などを提供するノードであり、位置登録、ページング、ハンドオーバー等の移動制御を行う。

ＨＳＳ５５は、ＬＴＥにおける加入者管理データベースを有するノードであり、加入者の契約情報、認証情報、位置情報等の管理を行う。ＭＭＥ５４は、ＨＳＳ５５から通知される認証情報に基づき、ユーザ認証を実施する。

ＳＧＷ５３は、ゲートウェイ３０Ａに接続され、非３ＧＰＰアクセスを収容し、端末１０ＡやＰＧＷ５１へデータを伝送するゲートウェイである。

ＰＧＷ５１は、外部ネットワーク（ＰＤＮ）との接続点において、端末１０ＡへのＩＰアドレスの割り当てやパケット転送等を行うゲートウェイである。ＰＧＷ５１は、ＰＣＲＦと連携することで、ＰＣＲＦが有するポリシ（ポリシ制御情報）に従って、動作してよい。ＰＧＷ５１は、ＰＣＲＦが有するポリシに従って、各ベアラを介して通信される通信量や通信速度を制御してよい。

また、ＰＧＷ５１は、ＭＭＥ５４と連携して、ベアラ（データの通信経路）の確立又は削除を行う。ＰＧＷ５１によるベアラ確立の詳細については、後述する。

ＰＣＲＦは、ユーザデータ転送のＱｏＳ（Quality of Service；パケットの優先転送等、通信の品質の制御）及び課金の為の制御を行うノードである。ＰＣＲＦが決定したＱｏＳ値は、ＰＧＷ５１に通知される。ＰＧＷ５１は、通知されたＱｏＳ値に従って、Ｕプレーンデータに対してＱｏＳ制御を実施する。ＱｏＳ値は、例えば、ポリシの制御情報に含まれる設定値でよい。

ＥＰＣ装置５０は、処理部、記憶部、通信部、を有する。ＥＰＣ装置５０の各ノードが論理ノードである場合には、１つの装置に処理部、記憶部、及び通信部が設けられてよい。ＥＰＣ装置５０の各ノードが物理ノードである場合、各ノードに処理部、記憶部、及び通信部が設けられてよい。

ＥＰＣ装置５０の処理部は、プロセッサ（例えばＣＰＵ）がメモリに保持されたプログラムを実行することで、各種機能を実現する。ＥＰＣ装置５０の記憶部は、例えばＲＯＭやＲＡＭや各種ストレージ（例えばＨＤＤ、ＳＳＤ）を有してよく、各種情報、データ、プログラムを保持する。ＥＰＣ装置５０の通信部は、ゲートウェイ３０Ａや外部ネットワークにおける各種装置との間で通信（有線通信又は無線通信）する。ＥＰＣ装置５０による通信は、ＬＴＥ通信を含む。ＬＴＥ通信は、ＶｏＬＴＥ通信を含んでよい。

次に、ベアラの確立の詳細について説明する。

本実施形態では、複数のＰＧＷ５１のそれぞれが、複数の端末１０Ａのそれぞれとの間で、複数の異なるベアラを確立する。複数のＰＧＷ５１は、同一のＥＰＣ装置５０が備える複数のＰＧＷ５１でもよいし（図１参照）、異なるＥＰＣ装置５０が備える複数のＰＧＷ５１でもよい。この場合、ＰＧＷ５１は、ベアラ毎に、つまりベアラの終端に位置する端末１０Ａ毎に、任意のＩＰアドレスを割り当てる。同一のＰＧＷ５１により割り当てられるＩＰアドレスは、異なるＩＰアドレスとなる。

ここで、各ＰＧＷ５１は、他のＰＧＷ５１と連携しておらず、他のＰＧＷ５１が割り当てるＩＰアドレスやＩＰアドレスの範囲を感知していない。そのため、それぞれのＰＧＷ５１が割り当てるそれぞれのＩＰアドレスは、重複し得る。複数のＰＧＷ５１と複数の端末１０Ａとの間の通信を、同一のゲートウェイ３０Ａが中継し得る。非３ＧＰＰネットワークＮ１では、ＩＰアドレスにより通信先を判断するので、ゲートウェイ３０Ａは、同一のＩＰアドレスが割り当てられた場合、複数の端末１０Ａを識別できず、複数の端末１０Ａとの間で通信することが困難となる。これに対し、ゲートウェイ３０Ａは、端末１０Ａに割り当てられたＩＰアドレスの少なくとも一部を変換し、ＥＰＣ装置５０（例えばＰＧＷ５１）と端末１０Ａとの間のベアラを介した通信を可能とする。この場合、ＥＰＣ装置５０と端末１０Ａとの間のベアラを介した通信の一部を、ＩＰアドレスを用いた通信に変更できる。

図２は、アドレス変換テーブルＴＢ１の一例を示す図である。アドレス変換テーブルＴＢ１は、ゲートウェイ３０Ａの記憶部３２が記憶する。アドレス変換テーブルＴＢ１には、ベアラを識別するベアラＩＤと、ベアラＩＤで識別されるベアラで用いる複数のＩＰアドレスと、が格納される。ベアラＩＤは、例えば、Ｅ−ＲＡＢ ＩＤ又はＴＥＩＤでよい。複数のＩＰアドレスは、第１ＩＰアドレス及び第２ＩＰアドレスを含む。第１ＩＰアドレス及び第２ＩＰアドレスは、いずれのＩＰアドレスが変換前のものでも変換後のものでもよい。第２ＩＰアドレスの各々は、それぞれ重複のない識別情報となる。

例えば、ゲートウェイ３０Ａと端末１０Ａとが接続されてベアラが確立されると、アドレス変換テーブルＴＢ１へ情報の追加（レコードの追加）が行われてよい。また、ゲートウェイ３０Ａと端末１０Ａとの接続が解除されてベアラの確立が解除されると、アドレス変換テーブルＴＢ１から情報の削除（レコードの削除）が行われてよい。

図３は、ＬＴＥ通信システム５の動作例を示すシーケンス図である。

ＥＰＣ装置５０のＰＧＷ５１は、端末１０Ａとの間でゲートウェイ３０Ａを介してベアラを確立する（Ｓ１１）。ここでは、複数の異なるＰＧＷ５１が、複数の異なる端末１０Ａとの間で、ゲートウェイ３０Ａを介して、複数の異なるベアラを確立する。各ＰＧＷ５１は、各ベアラに対応する各端末１０Ａに、それぞれ初期ＩＰアドレスとしての第１ＩＰアドレスを割り当てる。ここでは、１つのベアラに対して１つの第１ＩＰアドレスが割り当てられる。

具体的には、図４に示すように、端末１０Ａは、端末１０Ａの電源が投入されると、ゲートウェイ３０Ａを介して、ＥＰＣ装置５０のＭＭＥ５４へＥＰＣ装置５０への接続要求（Attach Request（PDN Connectivity Request））を送信する（Ｓ１１１）。ＭＭＥ５４は、ＳＧＷ５３を介してセッション生成要求（Create Session Request）をＰＧＷ５１へ送信する（Ｓ１１２）。ＰＧＷ５１は、動的ＩＰアドレス割当機能により、プールされたＩＰアドレスから第１ＩＰアドレス（例えば「１.２.３.４」）を決定する（Ｓ１１３）。ＰＧＷ５１は、ＳＧＷ５３を介して、第１ＩＰアドレスを含むセッション生成応答（Create Session Response）をＭＭＥ５４へ送信する（Ｓ１１４）。ＭＭＥ５４は、ゲートウェイ３０Ａを介して、第１ＩＰアドレスを含むＥＰＣ装置５０からの接続応答（Attach Accept）を端末１０Ａへ送信する（Ｓ１１５）。これにより、端末１０Ａは、ベアラに対応する第１ＩＰアドレスを取得可能である（Ｓ１１６）。

図３に戻り、ゲートウェイ３０Ａは、各ベアラに対応する各端末１０Ａの第１ＩＰアドレスの情報を取得する（Ｓ１２）。例えば、ゲートウェイ３０Ａの処理部３１は、通信部３３を介してベアラを確立するために中継される第１ＩＰアドレスを取得してよい。また、処理部３１は、通信部３３を介して端末１０Ａから通知される第１ＩＰアドレスを取得してよい。第１ＩＰアドレスは、重複し得る。

ゲートウェイ３０Ａの処理部３１は、端末１０Ａに割り当てられるＩＰアドレスを再割り当てする（Ｓ１３）。この場合、処理部３１は、アドレス変換テーブルＴＢ１を参照し、既にアドレス変換テーブルＴＢ１に登録された第２ＩＰアドレスと重複しないように、Ｓ１２で取得された第１ＩＰアドレスに対応する第２ＩＰアドレスを決定する。処理部３１は、この第１ＩＰアドレスと第２ＩＰアドレスとを、ベアラＩＤとともにアドレス変換テーブルＴＢ１に登録する。

なお、第２ＩＰアドレスは、端末１０Ａとゲートウェイ３０Ａとの間で通信するためのＩＰアドレスとなる。よって、第２ＩＰアドレスは、非３ＧＰＰネットワークＮ１を介する通信において用いられる。また、第１ＩＰアドレスは、３ＧＰＰネットワークＮ２（例えばＬＴＥネットワーク）を介する通信において用いられる。

ゲートウェイ３０Ａの通信部３３は、決定された第２ＩＰアドレスを端末１０Ａに通知する（Ｓ１４）。この端末１０Ａは、第１ＩＰアドレスが第２ＩＰアドレスに変換されるベアラの終端に位置する端末１０Ａである。

端末１０Ａは、ゲートウェイ３０Ａとの間で第２ＩＰアドレスを用いた通信セッションを確立する（Ｓ１５）。この通信セッションは、Ｓ１１において確立されたベアラの一部が変更（端末１０ＡのＩＰアドレスが変更）されたものに相当する。

これにより、ゲートウェイ３０Ａと複数の端末１０Ａとの間では、重複のない第２ＩＰアドレスを用いた複数の通信セッションが確立される。また、ゲートウェイ３０Ａと複数のＰＧＷ５１との間では、重複し得る第１ＩＰアドレスを用いて通信するが、重複し得る第１ＩＰアドレスに対応する異なるベアラＩＤにより、通信を識別可能である。

端末１０Ａ及びゲートウェイ３０Ａは、第２ＩＰアドレスを用いて確立された通信セッションを介して通信する（Ｓ１６）。ゲートウェイ３０Ａ及びＥＰＣ装置５０は、第１ＩＰアドレスを用いて確立されたベアラを介して通信する（Ｓ１７）。この場合、ＰＧＷ５１から端末１０Ａへデータを通信する場合、ゲートウェイ３０Ａにより第１ＩＰアドレスから第２ＩＰアドレスに変換されて、通信される。また、端末１０ＡからＰＧＷ５１へデータを通信する場合、ゲートウェイ３０Ａにより第２ＩＰアドレスから第１ＩＰアドレスに変換されて、通信される。

このように、ＬＴＥ通信システム５は、例えば、ＥＰＣ装置５０と端末１０Ａとの間でベアラを確立する際に、ゲートウェイ３０Ａが各ベアラの初期ＩＰアドレス（第１ＩＰアドレス）の情報を収集、登録、保持する。ゲートウェイ３０Ａは、新たに確立された新規ベアラに対して、他のベアラと重複のない第２ＩＰアドレスを決定する。ゲートウェイ３０Ａは、第２ＩＰアドレスを端末１０Ａに通知し、この第２ＩＰアドレスを用いる通信セッションを確立する。以降、パケットの転送に際して、端末１０Ａとゲートウェイ３０Ａとの間では第２ＩＰアドレスを用いることができ、ゲートウェイ３０ＡとＥＰＣ装置５０との間では初期ＩＰアドレス（第１ＩＰアドレス）を用いることができる。このようにして、ＬＴＥ通信システム５は、複数の端末１０Ａを収容するゲートウェイ３０Ａにおいて、容易に第１ＩＰアドレスが重複する通信を管理できる。したがって、重複して第１ＩＰアドレスが割り当てられた場合でも、後に第１ＩＰアドレスが割り当てられた通信が不能となることを抑制できる。

（変形例）
本実施形態では、第１ＩＰアドレスの内容に関わらず第２ＩＰアドレスに変換することを主に例示した。この代わりに、第１ＩＰアドレスが重複する場合に限って、第２ＩＰアドレスへの変換を行ってもよい。

この場合、図３のＳ１３，Ｓ１４は、以下のような動作となってよい。例えば、ゲートウェイ３０Ａの処理部３１は、アドレス変換テーブルＴＢ１を参照し、Ｓ１２で取得された第１ＩＰアドレスが、既にアドレス変換テーブルＴＢ１に記録されているか否かを判定する。

Ｓ１２で取得された第１ＩＰアドレスがアドレス変換テーブルＴＢ１に既に記録されていない場合、つまり第１ＩＰアドレスが重複する場合、処理部３１は、前述のＳ１３と同様に、端末１０Ａに割り当てられるＩＰアドレスを再割り当てする。つまり、処理部３１は、アドレス変換テーブルＴＢ１を参照し、既にアドレス変換テーブルＴＢ１に登録された第２ＩＰアドレスと重複しないように、Ｓ１２で取得された第１ＩＰアドレスに対応する第２ＩＰアドレスを決定する。処理部３１は、この第１ＩＰアドレスと第２ＩＰアドレスとを、ベアラＩＤとともにアドレス変換テーブルＴＢ１に登録する。通信部３３は、決定された第２ＩＰアドレスを端末１０Ａに通知する。

一方、Ｓ１２で取得された第１ＩＰアドレスがアドレス変換テーブルＴＢ１に記録されていない場合、つまり第１ＩＰアドレスが重複してしない場合、処理部３１は、端末１０Ａに割り当てられるＩＰアドレスを再割り当てしない。つまり、第１ＩＰアドレスに対応する第２ＩＰアドレスを決定せず、アドレス変換テーブルＴＢ１に登録しない。よって、通信部３３は、第２ＩＰアドレスを端末１０Ａに通知せず、端末１０Ａとの間で第２ＩＰアドレスを用いた通信セッションの確立を行わない。この場合、ＥＰＣ装置５０と端末１０Ａとの間では、ゲートウェイ３０Ａを介してベアラＩＤ又は第１ＩＰアドレスを用いた通信が行われる。

このように、変形例のＬＴＥ通信システム５は、ゲートウェイ３０Ａは、既に使用されている（アドレス変換テーブルＴＢ１に登録されている）第１ＩＰアドレスを取得した場合には第２ＩＰアドレスへの変換を行い、使用されていない第１ＩＰアドレスを取得した場合には第２ＩＰアドレスへの変換を行わない。これにより、ゲートウェイ３０Ａは、重複時に限りアドレス変換を行うようにできるので、ＩＰアドレスによって通信識別を可能にしつつ、アドレス変換に係る処理負荷を低減できる。

（第２の実施形態）
第１の実施形態では、非３ＧＰＰ端末としての端末と通信を行うゲートウェイがＩＰアドレスの重複を解消することについて説明した。第２の実施形態では、３ＧＰＰ端末としての端末と通信を行うゲートウェイが、端末に割り当てられるＩＰアドレスの重複を解消することについて説明する。なお、第２の実施形態において、第１の実施形態と同様の事項については、説明を省略又は簡略化する。

図５は、第２の実施形態におけるＬＴＥ通信システム５Ｂの概略構成例を示す図である。ＬＴＥ通信システム５Ｂは、端末１０Ｂと、ゲートウェイ３０Ｂと、ＥＰＣ装置５０と、を有する。図５のＬＴＥ通信システム５Ｂにおいて、図１に示したＬＴＥ通信システム５と同様の構成については、その説明を省略又は簡略化する。

端末１０Ｂは、３ＧＰＰネットワークＮ２を介して、ゲートウェイ３０Ｂと通信する。３ＧＰＰネットワークＮ２は、３ＧＰＰの規格に準拠したネットワークであり、ＬＴＥネットワーク、その他の３ＧＰＰネットワークを含んでよい。端末１０Ｂは、３ＧＰＰ端末であり、ＵＥ（User Equipment）に相当する。３ＧＰＰ端末は、例えば、３ＧＰＰネットワークＮ２を介して他の通信装置と通信する端末でよい。端末１０Ｂは、ユーザによって所持される。端末１０Ｂは、複数存在する。

ゲートウェイ３０Ｂは、ゲートウェイ３０Ｂの配下の端末１０Ｂを管理し、端末１０ＢとＥＰＣ装置５０との間で行われる通信を中継する。ゲートウェイ３０Ｂは、例えば、屋外に設置されてもよいし、ビル毎に設置されてもよい。ゲートウェイ３０Ｂは、複数存在してよい。複数のゲートウェイ３０Ｂの配下それぞれに、１つ以上の端末１０Ｂが存在してよい。ゲートウェイ３０Ｂは、多数分散され得る基地局としてのｅＮＢである。ゲートウェイ３０Ｂは、図１のゲートウェイ３０Ａと同様に、処理部３１、記憶部３２、及び通信部３３を備える。

図５に示すように、ゲートウェイ３０Ｂは、３ＧＰＰ端末としての端末１０Ｂと通信し、非３ＧＰＰ端末と通信しない。したがって、ゲートウェイ３０Ｂは、非３ＧＰＰ端末と通信するための通信インタフェースを有しなくてよい。なお、ゲートウェイ３０Ｂは、非３ＧＰＰ端末と通信する機能を有してもよい。

次に、ベアラの確立の詳細について説明する。

本実施形態では、複数のＰＧＷ５１のそれぞれが、複数の端末１０Ｂのそれぞれとの間で、複数の異なるベアラを確立する。複数のＰＧＷ５１は、同一のＥＰＣ装置５０が備える複数のＰＧＷ５１でもよいし（図５参照）、異なるＥＰＣ装置５０が備える複数のＰＧＷ５１でもよい。この場合、ＰＧＷ５１は、ベアラ毎に、つまりベアラの終端に位置する端末１０Ｂ毎に、任意のＩＰアドレスを割り当てる。同一のＰＧＷ５１により割り当てられるＩＰアドレスは、異なるＩＰアドレスとなる。

一方、第１の実施形態で説明したように、それぞれのＰＧＷ５１が割り当てるそれぞれのＩＰアドレスは、重複し得る。複数のＰＧＷ５１と複数の端末１０Ｂとの間の通信を、同一のゲートウェイ３０Ｂが中継し得る。３ＧＰＰネットワークＮ２では、ベアラＩＤを用いて通信可能であるが、ＩＰアドレスを用いて通信することも可能である。３ＧＰＰネットワークＮ２においてＩＰアドレスを用いて通信することで、通信を高速化し易くなり、汎用のハードウェア（チップ等）を用いることが可能となり、コストを削減できる。３ＧＰＰネットワークＮ２においてＩＰアドレスを用いて通信する場合、ＩＰアドレスにより通信先を判断するので、ゲートウェイ３０Ｂは、同一のＩＰアドレスが割り当てられた場合、複数の端末１０Ｂを識別できず、複数の端末１０Ｂとの間で通信することが困難となる。これに対し、ゲートウェイ３０Ｂは、端末１０Ｂに割り当てられたＩＰアドレスの少なくとも一部を変換し、ＥＰＣ装置５０（例えばＰＧＷ５１）と端末１０Ｂとの間のベアラを介した通信の一部を、ＩＰアドレスを用いた通信に変更できる。

本実施形態のアドレス変換テーブルは、第１の実施形態で示したアドレス変換テーブルＴＢ１と同じでよいので、詳細な説明を省略する。

図６は、ＬＴＥ通信システム５Ｂの動作例を示すシーケンス図である。

ＥＰＣ装置５０のＰＧＷ５１は、端末１０Ｂとの間でゲートウェイ３０Ｂを介してベアラを確立する（Ｓ２１）。ここでは、複数の異なるＰＧＷ５１が、複数の異なる端末１０Ｂとの間で、ゲートウェイ３０Ｂを介して、複数の異なるベアラを確立する。各ＰＧＷ５１は、各ベアラに対応する各端末１０Ｂに、それぞれ初期ＩＰアドレスとしての第１ＩＰアドレスを割り当てる。ＰＧＷ５１による第１ＩＰアドレスの取得方法は、第１の実施形態と同様でよく、例えば図４で説明した方法でよい。

ゲートウェイ３０Ｂは、各ベアラに対応する各端末１０Ｂの第１ＩＰアドレスの情報を取得する（Ｓ２２）。例えば、ゲートウェイ３０Ｂによる第１ＩＰアドレスの取得方法は、第１の実施形態と同様でよい。

ゲートウェイ３０Ｂの処理部３１は、端末１０Ｂに割り当てられるＩＰアドレスを再割り当てする（Ｓ２３）。例えば、ゲートウェイ３０ＢによるＩＰアドレスの再割り当て方法は、第１の実施形態と同様でよい。

ゲートウェイ３０Ｂの通信部３３は、決定された第２ＩＰアドレスを端末１０Ｂに通知する（Ｓ２４）。この端末１０Ｂは、第１ＩＰアドレスが第２ＩＰアドレスに変換されるベアラの終端に位置する端末１０Ｂである。

端末１０Ｂは、ゲートウェイ３０Ｂとの間で第２ＩＰアドレスを用いた通信セッションを確立する（Ｓ２５）。この通信セッションは、Ｓ２１において確立されたベアラの一部が変更（端末１０ＢのＩＰアドレスが変更）されたものに相当する。

これにより、ゲートウェイ３０Ｂと複数の端末１０Ｂとの間では、重複のない第２ＩＰアドレスを用いた複数の通信セッションが確立される。また、ゲートウェイ３０Ｂと複数のＰＧＷ５１との間では、重複し得る第１ＩＰアドレスを用いて通信するが、重複し得る第１ＩＰアドレスに対応する異なるベアラＩＤにより、通信を識別可能である。

端末１０Ｂ及びゲートウェイ３０Ｂは、第２ＩＰアドレスを用いて確立された通信セッションを介して通信する（Ｓ２６）。ゲートウェイ３０Ｂ及びＥＰＣ装置５０は、第１ＩＰアドレスを用いて確立されたベアラを介して通信する（Ｓ２７）。この場合、ＰＧＷ５１から端末１０Ｂへデータを通信する場合、ゲートウェイ３０Ｂにより第１ＩＰアドレスから第２ＩＰアドレスに変換されて、通信される。また、端末１０ＢからＰＧＷ５１へデータを通信する場合、ゲートウェイ３０Ｂにより第２ＩＰアドレスから第１ＩＰアドレスに変換されて、通信される。

このように、ＬＴＥ通信システム５Ｂは、例えば、ＥＰＣ装置５０と端末１０Ｂとの間でベアラを確立する際に、ゲートウェイ３０Ｂが各ベアラの初期ＩＰアドレスの情報を収集、登録、保持する。ゲートウェイ３０Ｂは、新たに確立された新規ベアラに対して、他のベアラと重複のない第２ＩＰアドレスを決定する。ゲートウェイ３０Ｂは、第２ＩＰアドレスを端末１０Ｂに通知し、この第２ＩＰアドレスを用いる通信セッションを確立する。以降、パケットの転送に際して、端末１０Ｂとゲートウェイ３０Ｂとの間では第２ＩＰアドレスを用いることができ、ゲートウェイ３０ＢとＥＰＣ装置５０との間では当初のＩＰアドレス（第１ＩＰアドレス）を用いることができる。このようにして、ＬＴＥ通信システム５Ｂは、複数の端末１０Ｂを収容するゲートウェイ３０Ｂにおいて、容易に第１ＩＰアドレスが重複する通信を管理できる。また、ゲートウェイ３０Ｂは、ＩＰ通信を行うための汎用のハードウェアを用いて構成可能である。ベアラＩＤを用いる場合よりもＩＰ通信の処理の方が高速化できる。

なお、本実施形態においても、第１の実施形態の変形例と同様に、第１ＩＰアドレスが重複する場合に限って、第２ＩＰアドレスへの変換を行ってもよい。

以上、図面を参照しながら各種の実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した各種の実施形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。

上記実施形態では、端末１０Ａを扱うＬＴＥ通信システム５と端末１０Ｂを扱うＬＴＥ通信システム５Ｂとを分けて説明したが、ＬＴＥ通信システムにおいて端末１０Ａ及び端末１０Ｂの双方を扱ってもよい。

上記実施形態では、ゲートウェイ３０Ａ，３０ＢがＥＰＣ装置５０と別体であることを例示したが、ＥＰＣ装置５０がゲートウェイ３０Ａ，３０Ｂを含んでもよい。または、ＥＰＣ装置５０がゲートウェイ３０Ａ，３０Ｂの機能を有してもよい。

以上のように、ＬＴＥ通信システム５は、３ＧＰＰネットワークＮ２において複数の端末１０Ａと通信するゲートウェイ３０Ａと、３ＧＰＰネットワークＮ２における通信を管理するＥＰＣ装置５０と、を備える。ＥＰＣ装置５０は、複数のＰＧＷ５１を有する。ＰＧＷ５１は、複数の端末１０Ａに任意の第１のＩＰアドレスを割り当て、第１のＩＰアドレスを用いて複数の端末１０Ａとの間でゲートウェイ３０Ａを介して複数のベアラを確立する。ゲートウェイ３０Ａは、複数のＰＧＷ５１により複数の端末１０Ａに割り当てられた複数の第１のＩＰアドレスを取得し、複数の第１のＩＰアドレスを複数の異なる第２のＩＰアドレスに変換し、ベアラにおけるゲートウェイ３０Ａと端末１０Ａとの間の区間を、第２のＩＰアドレスを用いた通信セッションに更新する。

また、ＬＴＥ通信システム５Ｂは、３ＧＰＰネットワークＮ２において複数の端末１０Ｂと通信するゲートウェイ３０Ｂと、３ＧＰＰネットワークＮ２における通信を管理するＥＰＣ装置５０と、を備える。ＥＰＣ装置５０は、複数のＰＧＷ５１を有する。ＰＧＷ５１は、複数の端末１０Ｂに任意の第１のＩＰアドレスを割り当て、第１のＩＰアドレスを用いて複数の端末１０Ｂとの間でゲートウェイ３０Ｂを介して複数のベアラを確立する。ゲートウェイ３０Ｂは、複数のＰＧＷ５１により複数の端末１０Ｂに割り当てられた複数の第１のＩＰアドレスを取得し、複数の第１のＩＰアドレスを複数の異なる第２のＩＰアドレスに変換し、ベアラにおけるゲートウェイ３０Ｂと端末１０Ｂとの間の区間を、第２のＩＰアドレスを用いた通信セッションに更新する。

なお、ＬＴＥ通信システム５は、通信システムの一例である。端末１０Ａ，１０Ｂは、端末の一例である。ゲートウェイ３０Ａ，３０Ｂは、ゲートウェイ装置の一例である。ＥＰＣ装置５０は、コアネットワーク装置の一例である。ＰＧＷ５１は、第１処理ノードの一例である。ベアラは、第１の通信経路の一例である。通信セッションは、第２の通信経路の一例である。

これにより、ＬＴＥ通信システム５は、複数のＰＧＷ５１を有しても、複数のＰＧＷ５１において連携して動作する。そのため、ＬＴＥ通信システム５は、複数のＰＧＷ５１が同一の第１ＩＰアドレスを割り当てても、重複し得る複数の第１ＩＰアドレスから、重複しない第２ＩＰアドレスを取得できる。よって、ＰＧＷ５１よりも端末１０Ａ側に配置されたゲートウェイ３０Ａは、ＩＰアドレスを用いて複数の端末１０Ａの識別を識別でき、ＥＰＣ装置５０と端末１０Ａとの間の通信の劣化を抑制できる。したがって、ＬＴＥ通信システム５は、複数のＰＧＷ５１が存在する場合でも、ＥＰＣ装置５０と複数の端末１０Ａとの間で安定して通信できる。

また、ＬＴＥ通信システム５Ｂは、複数のＰＧＷ５１を有しても、複数のＰＧＷ５１において連携して動作する。そのため、ＬＴＥ通信システム５Ｂは、複数のＰＧＷ５１が同一の第１ＩＰアドレスを割り当てても、重複し得る複数の第１ＩＰアドレスから、重複しない第２ＩＰアドレスを取得できる。よって、ＰＧＷ５１よりも端末１０Ｂ側に配置されたゲートウェイ３０Ｂは、ＩＰアドレスを用いて複数の端末１０Ｂの識別を識別でき、ＥＰＣ装置５０と端末１０Ｂとの間の通信の劣化を抑制できる。したがって、ＬＴＥ通信システム５Ｂは、複数のＰＧＷ５１が存在する場合でも、ＥＰＣ装置５０と複数の端末１０Ｂとの間で安定して通信できる。

また、ゲートウェイ３０Ａは、第１ＩＰアドレスと第２ＩＰアドレスとの変換を行ってよい。ゲートウェイ３０Ａは、端末１０Ａとの間で、第２ＩＰアドレスを用いた通信セッションを介して通信してよい。ゲートウェイ３０Ａは、ＥＰＣ装置５０との間で、第１ＩＰアドレスを用いたベアラを介して通信してよい。

また、ゲートウェイ３０Ｂは、第１ＩＰアドレスと第２ＩＰアドレスとの変換を行ってよい。ゲートウェイ３０Ｂは、端末１０Ｂとの間で、第２ＩＰアドレスを用いた通信セッションを介して通信してよい。ゲートウェイ３０Ｂは、ＥＰＣ装置５０との間で、第１ＩＰアドレスを用いたベアラを介して通信してよい。

これにより、ＬＴＥ通信システム５は、ゲートウェイ３０Ａと端末１０Ａとの間では、重複しない第２ＩＰアドレスを用いて通信し、ゲートウェイ３０ＡとＥＰＣ装置５０との間では、重複し得る第１ＩＰアドレスを用いて通信できる。第１ＩＰアドレスが重複しても、ゲートウェイ３０ＡとＥＰＣ装置５０との間ではベアラＩＤによって通信を一意に識別可能である。よって、ゲートウェイ３０Ａは、第１ＩＰアドレスが重複しても、ＥＰＣ装置１０と端末１０Ａとの間の通信を中継可能である。

また、ＬＴＥ通信システム５Ｂは、ゲートウェイ３０Ｂと端末１０Ｂとの間では、重複しない第２ＩＰアドレスを用いて通信し、ゲートウェイ３０ＢとＥＰＣ装置５０との間では、重複し得る第１ＩＰアドレスを用いて通信できる。第１ＩＰアドレスが重複しても、ゲートウェイ３０ＢとＥＰＣ装置５０との間ではベアラＩＤによって通信を一意に識別可能である。よって、ゲートウェイ３０Ｂは、第１ＩＰアドレスが重複しても、ＥＰＣ装置１０と端末１０Ｂとの間の通信を中継可能である。

また、ゲートウェイ３０Ａは、複数の第１ＩＰアドレスに同一のＩＰアドレスが含まれるか否かを判定してよい。ゲートウェイ３０Ａは、同一のＩＰアドレスが含まれる場合、同一のＩＰアドレスである複数の第１ＩＰアドレスを、複数の異なる第２ＩＰアドレスに変換してよい。

また、ゲートウェイ３０Ｂは、複数の第１ＩＰアドレスに同一のＩＰアドレスが含まれるか否かを判定してよい。ゲートウェイ３０Ｂは、同一のＩＰアドレスが含まれる場合、同一のＩＰアドレスである複数の第１ＩＰアドレスを、複数の異なる第２ＩＰアドレスに変換してよい。

これにより、ＬＴＥ通信システム５，５Ｂは、第１ＩＰアドレスが重複して割り当てられた場合に限って、第２ＩＰアドレスへの変換を行うので、ＩＰアドレスによって通信識別を可能にしつつ、アドレス変換に係る処理負荷を低減できる。

また、端末は、非３ＧＰＰネットワークＮ１に配置された端末１０Ａ（非３ＧＰＰ端末の一例）を含んでよい。ゲートウェイ３０Ａは、端末１０Ａを３ＧＰＰネットワークＮ２に収容してよい。

これにより、ＬＴＥ通信システム５は、非３ＧＰＰネットワークＮ１で用いられる端末１０Ａ（例えばＷｉｆｉ（登録商標）端末）を３ＧＰＰネットワークＮ２において用い、複数のＰＧＷ５１が存在する場合でも、ＥＰＣ装置５０と複数の端末１０Ａとの間で安定して通信できる。

また、端末は、３ＧＰＰネットワークＮ２に配置された端末１０Ｂ（３ＧＰＰ端末の一例）を含んでよい。

これにより、ＬＴＥ通信システム５Ｂは、３ＧＰＰネットワークＮ２で用いられる端末１０Ｂ（例えばＬＴＥ端末）を用い、複数のＰＧＷ５１が存在する場合でも、ＥＰＣ装置５０と複数の端末１０Ｂとの間で安定して通信できる。

また、ゲートウェイ３０Ｂは、ｅＮｏｄｅＢとして動作し、Ｓ１インタフェースを介してＥＰＣ装置５０と通信してよい。

これにより、ＬＴＥ通信システム５Ｂは、ＬＴＥ通信において通常用いるｅＮＢに上記実施形態の通信を適用でき、複数のＰＧＷ５１が存在しても、ＥＰＣ装置５０と複数の端末１０Ｂとの間で安定して通信できる。

本発明は、端末にＩＰアドレスを割り当てるノードが複数存在する場合でも、コアネットワーク装置と複数の端末との間で安定して通信できる通信システム及び通信制御方法等に有用である。

５，５Ｂ ＬＴＥ通信システム
１０Ａ，１０Ｂ 端末
３０Ａ，３０Ｂ ゲートウェイ
３１ 処理部
３２ 記憶部
３３ 通信部
５０ ＥＰＣ装置
５１ ＰＧＷ
５３ ＳＧＷ
５４ ＭＭＥ
５５ ＨＳＳ
Ｎ１ 非３ＧＰＰネットワーク
Ｎ２ ３ＧＰＰネットワーク
ＴＢ１ アドレス変換テーブル

Claims (7)

1. ３ＧＰＰ（Third Generation Partnership Project）ネットワークにおいて複数の端末と通信するゲートウェイ装置と、前記３ＧＰＰネットワークにおける通信を管理するコアネットワーク装置と、を備える通信システムであって、
   前記コアネットワーク装置は、複数の第１処理ノードを有し、
   前記第１処理ノードは、複数の前記端末に任意の第１のＩＰアドレスを割り当て、前記第１のＩＰアドレスを用いて複数の前記端末との間で前記ゲートウェイ装置を介して複数の第１の通信経路を確立し、
   前記ゲートウェイ装置は、
   複数の前記第１処理ノードにより複数の前記端末に割り当てられた複数の前記第１のＩＰアドレスを取得し、
   複数の前記第１のＩＰアドレスを複数の異なる第２のＩＰアドレスに変換し、
   前記第１の通信経路における前記ゲートウェイ装置と前記端末との間の区間を、前記第２のＩＰアドレスを用いた第２の通信経路に更新する、
   通信システム。
2. 前記ゲートウェイ装置は、
   前記第１のＩＰアドレスと前記第２のＩＰアドレスとの変換を行い、
   前記端末との間で、前記第２のＩＰアドレスを用いた前記第２の通信経路を介して通信し、
   前記コアネットワーク装置との間で、前記第１のＩＰアドレスを用いた前記第１の通信経路を介して通信する、
   請求項１に記載の通信システム。
3. 前記ゲートウェイ装置は、
   複数の前記第１のＩＰアドレスに同一のＩＰアドレスが含まれるか否かを判定し、
   前記同一のＩＰアドレスが含まれる場合、前記同一のＩＰアドレスである複数の前記第１のＩＰアドレスを、複数の異なる前記第２のＩＰアドレスに変換する、
   請求項１又は２に記載の通信システム。
4. 前記端末は、非３ＧＰＰネットワークに配置された非３ＧＰＰ端末を含み、
   前記ゲートウェイ装置は、前記非３ＧＰＰ端末を前記３ＧＰＰネットワークに収容する、
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の通信システム。
5. 前記端末は、前記３ＧＰＰネットワークに配置された３ＧＰＰ端末を含む、
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の通信システム。
6. 前記ゲートウェイ装置は、ｅＮｏｄｅＢとして動作し、Ｓ１インタフェースを介して前記コアネットワーク装置と通信する、
   請求項５に記載の通信システム。
7. ３ＧＰＰネットワークにおいて複数の端末と通信するゲートウェイ装置と、前記３ＧＰＰネットワークにおける通信を管理するコアネットワーク装置と、が連携して通信を制御する通信制御方法であって、
   前記コアネットワーク装置は、
   複数の前記端末に、重複し得る任意の第１のＩＰアドレスを割り当て、
   前記第１のＩＰアドレスを用いて複数の前記端末との間で前記ゲートウェイ装置を介して複数の第１の通信経路を確立し、
   前記ゲートウェイ装置は、
   複数の前記端末に割り当てられた複数の前記第１のＩＰアドレスを取得し、
   複数の前記第１のＩＰアドレスを複数の異なる第２のＩＰアドレスに変換し、
   前記第１の通信経路における前記ゲートウェイ装置と前記端末との間の区間を、前記第２のＩＰアドレスを用いた第２の通信経路に更新する、
   通信制御方法。

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