JP4933528B2 - パケット無線通信システム、通信方法及び通信装置 - Google Patents
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Description
このアーキテクチャは、以下のように、4つの主要なネットワーク要素を含む。
・パケットサービス制御サブシステム(packet service control sub-system)
・外部ネットワーク
上述したシステムアーキテクチャには、4つの参照点がある。
・モビリティ管理
・リソース割当及びアクセス
・呼許可(Call admission)
・負荷分散(Load balancing)
・サービス品質実装(Quality of service implementation)
一方、非アクセス部22は、特定の通信セッションに対して起動しなければならない適切なパケットデータプロトコルコンテキスト及びその通信セッションに提供しなければならない適切なベアラを識別する効果があるように、コアネットワーク要素4を制御する。したがって、非アクセス部参照点I2は、シグナリング及びインタラクションを指定して、PDPコンテキストのパケットデータポリシ及びパケットベアラ選択を実行する。
この章では、アクセス網、パケットコアネットワーク及びパケットサービス制御ネットワーク/サブシステム(Packet Service Control networks/subsystems)のアーキテクチャ上の役割を上述した3つの主要な機能に関連して解析する。
次世代アクセス網(evolved access networks)の一般的な傾向は、以下の側面に反映される。
より効率的で、より高速なアクセスを実現する新たな無線及び有線技術、例えばxDSL、802.16e、MIMO、OFDM等が利用可能になっている。次世代アクセス網で、これらの新たに出現したアクセス技術及びそれらを既存の3GPPアクセス網に統合することを考慮しなければならない。無線アクセスプロトコルスタック及び手順の設計及び機能分割は、これらの新技術がもたらす効率及び性能の向上を損なうものであってはならない。
3GPPオペレータからのサービスアクセス可能性及び連続性を最大化するために、それらの非3GPP定義のアクセス技術及びネットワークは、3GPPオペレータのサービスの重要な相補的有効範囲として考えなくてはならない。したがって、効率的で、柔軟で、信頼でき、オペレータ制御の網間接続、モビリティ、それらのネットワークでのローミングが、サポートされなければならない。この相補的有効範囲の典型的な具体例は、3GPPで定義されているようなWLAN網間接続機能(WLAN Interworking functions)である。既存の及び将来の無線/有線アクセス技術に対して、この概念の更なる強化及び拡張を考えなければならない。
メディアコンテンツに関するサービスを提供する従来の概念に加えて、アクセス網は、3GPPオペレータ及び非3GPPオペレータ定義のサービスにアクセスする「転送サービス(transport services)」を提供する重要な手段となる必要がある。これは、3GPPオペレータの管理下で行われる。この次世代アクセスサービスの直接の結果の1つは、ベアラサービスアクセス制御及び課金機能の再考である。更に、この「アクセスサービス提供」は、3GPPオペレータ制御のアクセスの一般的なフレームワークの下で、3GPP及び非3GPP定義のアクセスの両方に適用しなければならない。
リリース5までは、無線アクセス制御及び無線リソース管理は、UTRANのRNC内に集中化されている。制御及び転送効率を改善し、高速で、スペクトル効率が高い無線アクセス技術に対応するために、RNCの機能対ノードBの機能を再考する必要がある。リリース6では、HSPDA/HSUPAのサポートは、主要な無線リソース制御機能の幾つか、例えば、ノードB内に位置するパケットスケジューリングを既に必要とする。このノードBに基づく無線アクセス及びリソース管理の局在化は、次世代3GPP無線アクセス網インフラストラクチャにおける制御及び転送効率、関連した性能を向上させる、特に、制御及び転送のレーテンシを削減する重要な尺度の1つとなると理解される。また、これは、バックホールリンク(backhaul links)によって起こる性能のボトルネックの排除し、設備投資(Capex)及び運用費用(Opex)の両方の削減にも有益である。
無線アクセス網の非常に端、例えばノードBに無線アクセス及びリソース制御機能を配置することの利益に加えて、制御機能、例えば無線設定、構成/再構成、維持及び解放のより効率的な管理の問題は、無線アクセス網の配備及び運用の両方に関連したコスト(Capex及びOpex)だけではなく、エンドユーザが感じる全体的なサービス品質(例えば呼設定時間)及び複雑性に直接的に影響するために、考える必要がある。
IPに基づくトラヒックの管理及び転送における効率及びリソースの使用は、回線交換トラヒックに比べて相対的に低いため、無線アクセス網は、IPトラヒック、特に、転送効率及びエンドツーエンドQoSの両方に悪い影響を及ぼす短いペイロード及び比較的大きいプロトコルオーバヘッドを特徴とするリアルタイムのIPトラヒックをサポートするように適応及び最適化する必要がある。
3GPPパケットコアネットワークの進化では、以下の問題を考慮する必要がある。
パケットコアネットワークは、多くの重要な機能、例えば、UMTSセッション管理、ユーザ契約、認証、承認、位置管理、モビリティ管理、課金、異種のアクセス網(3GPP及び非3GPP定義のアクセス網、固定及び移動の集合)と外部ネットワーク(例えば、インターネット、3GPP及び非3GPP PLMN)間の網間接続等の「アンカポイント」として機能する。これらの動作の複雑性は、全体的に高いエンドツーエンド制御及び転送効率及び性能を達成し、ネットワークを展開し、運用するコストを削減する際の障害の一因となっている。次世代パケットコアネットワークアーキテクチャにおける制御及び転送の機能の両方を更に最適化する手段(Measures)を講じる必要がある。例えば、システム拡張性及び汎用システムの効率及び性能を向上させるために、セッション毎のベアラ管理及びQoS管理を更に進化させる必要がある。
既存の3GPPパケットコアネットワーク(SGSN/GGSNベース)インフラストラクチャを評価し、中間ネットワーク要素の数、オープンインタフェース及び参照点の数を削減することの影響だけではなく、それらの必要性及び利点を研究する必要がある。これは、Capex及びOpexの両方の削減だけではなく、制御及び転送の効率及び性能を向上させるという点で有益であると予見される。
パケットコアネットワークは、異種のアクセス技術に亘る網間接続、選択、アクセス及びモビリティ制御のアンカポイントとして機能する。パケットコアネットワークは、アクセス網選択、セキュリティ、モビリティ、QoS等に関する3GPPオペレータの集中制御により、異種のアクセス網への及び異種のアクセス網からのIPトラヒックの制御及び管理をサポートできる必要がある。
パケットコアネットワークは、入力及び出力IPトラヒックの両方に対してできるだけ少ない数の制御及びトラヒックポイントを提示しなければならない。IPプロトコルに関連する伝送及び処理オーバヘッドを減少させる潜在的な複雑さを考慮して、IP性能最適化機能、例えばヘッダ圧縮は、無線アクセス網の複雑性及びコストを削減し、全体的なエンドツーエンド性能を向上させるためには、コアネットワーク内に存在することが好ましい。
既存のUMTS制御機能の多くは、IPv4及びIPv6に固有の機能である。例えば、UMTSセッション管理(PDPコンテキスト及びTFT動作)は、どのバージョンのIPプロトコルが使用されているかに依存する。この結果、UMTS CNベアラは、後に、基本的なIP転送ネットワーク内に含まれる(encapsulated)が、UMTS CNベアラは、IPv4トラヒック又はIPv6トラヒックだけしか搬送することができない。これにより、IPに基づくサービスのアクセスの柔軟性が制限され、制御及び管理の機能の複雑性が高まり、拡張性が損なわれる。
3GPP PLMNに、IPv6に基づくサービス、IPv6ネットワーク要素さえも徐々に導入されることは必然的である。現在の3GPP PLMNの全てではないが大部分は、IPv4に基づいて動作する。既存の3GPPシステムアーキテクチャは、IPv4及びIPv6の両方をサポートするように設計されているが、IPv4に基づく3GPPネットワーク及びサービスと、IPv6に基づく3GPPネットワーク及びサービスとの間の有効で影響が小さい(低コストで、途切れることがない動作/サービス)移行機構について、3GPPの解析及び研究が欠落している。IETFの幾つかのワーキンググループは、この課題の重要な基準として用いるべき様々な技術を開発している。
次世代3GPPアーキテクチャ及び改善されたシステム機能は、IPに基づくサービスをより効率的にサポートすることが期待されている。次世代システムを既存のシステムと相互運用可能にする際には、注意深い検討が必要であり、一方、オペレータ定義のポリシに基づいて、適切なパケットコア及びアクセス網に亘って、IPトラヒックを指示する際には、オペレータによって制御される最大限の柔軟性を考慮に入れる必要がある。
効率的で信頼できる網間接続は、固定網、非3GPP定義のPLMN及び無線ネットワークによってサポートされる必要がある。この網間接続は、固定網、非3GPP PLMN及び無線ネットワークが、次世代3GPPシステムに対して「外部」のネットワークである上述した異種のアクセス技術用のマルチアクセスサポート(multi-access support)とは異なる。これらの網間接続機能は、3GPP PLMNゲートウェイ内に存在する。
パケットサービス制御サブシステムは、サービスの制御及び管理、例えば、セキュリティ(認証及び承認、ユーザデータ/情報の保全(integrity)、プライバシー等)、IPに基づくセッション管理(例えば、IPマルチメディアセッション)、QoSのポリシ制御、モビリティ、アクセス網選択及びリソースアクセス制御等を提供する。パケットサービス制御サブシステムは、アクセス網及びパケットコアネットワークの両方から動作上独立しているが、パケットコアネットワーク及びアクセス網内の動作に対して直接制御を実行することができる。
アクセス網及びパケットコアネットワークの両方に対する次世代システムアーキテクチャでは、オペレータが、ネットワークリソース割当及びアクセス上のかれらのポリシに基づいて、3GPP及び非3GPP定義のネットワークに亘るだけではなく、3GPP定義のネットワーク間のQoS、ハンドオーバ及びモビリティと、サードパーティサービスプロバイダだけではなく、ホームPLMN、訪問先PLMNの両方によって提供されるサービスに対するローミング及び非ローミング状態の両方におけるローミング、サービスアクセス認証とを効率的に制御できることが期待される。
これは、多くの場合IT業界で見られるように、新しいサービスの速やかで、より効率的な導入を可能にするという利点を有し、IPに基づくサービスのデファクトスタンダード(広く認められ、使用されている規格)を短期間で施行することができる。
IPに基づくサービスの制御及び管理に対する3GPPオペレータ及びISPオペレータの両方からの多くの共通した要求に起因して、次世代パケットサービス制御サブシステムでは、適用可能であれば、IETF、例えば、拡張されたSIP、AAA、IPSec、ポリシフレームワーク、QoSフレームワーク/NSIS、IP移動度管理(モバイルIP)で定義されているような既存のIPプロトコルの再利用を考慮する必要がある。これにより、作業及び時間の量が削減され、非3GPP固有のサービス制御との統合が容易になる。
図6、図7、図8及び図9は、図1〜図5に示すパケット無線通信システムの動作の具体例を示す図であり、この動作は、パケットデータ通信ベアラ(packet data communications bearer)に対するアクセスを確立し、制御する共通パケットデータプロトコルコンテキスト(common packet data protocol context)を確立する。後述するように、パケットデータ通信ベアラは、2つ以上の移動ユーザ機器によって共有される共通パケット通信ベアラ(common communications bearer)であってもよく、及び/又は異なるインターネットプロトコルバージョンに基づいて動作し、ベアラを用いるその異なる通信セッションであってもよい。
図6に示す構成例における第1及び第2の移動ユーザ機器UEa、UEbでは、共有された共通PDPコンテキストを用い、GPRSネットワークを介して通信するために、2つの可能なシナリオがある。1つの具体例を図7に示す。図7では、ゲートウェイサポートノード6は、第1及び第2の移動ユーザ機器UEa、UEb用の別々のGPRSトンネルプロトコル(GPRS Tunnelling Protocol:GTP)ベアラGTP_Ua、GTP_Ubを確立する。図7に示すように、第1及び第2の移動ユーザ機器UEa、UEbは、共通PDPコンテキストを共有するが、インターネットプロトコルパケットは、別々のGTPベアラGTP_Ua、GTP_Ubを介し、GPRSネットワークに亘って通信される。インターネットプロトコルパケットが、無線アクセスベアラ(Radio Access Bearer:RAB)を介して通信するRNC+60に到達したとき、別々のGTPベアラGTP_Ua、GTP_Ubは、対応する無線アクセスベアラRABa、RABbにマッピングされる。したがって、無線アクセスベアラRABa、RABbのそれぞれ及び第1及び第2の移動ユーザ機器UEa、UEb用に確立されたGTPベアラGTP_Ua、GTP_Ubは、異なるサービス品質QoSa、QoSbを指定することができる。このように、無線アクセスベアラとGTPベアラ間には、一対一のマッピングが存在する。したがって、図7は、異なるGPRSベアラを用いるが、共通PDPコンテキストを用いる具体例である。
図9は、共通GPRSベアラを介するインターネットパケットの通信に異なるサービス品質を提供することができる構成の具体例を示している。例えば、ある通信セッションは、ウェブブラウズに基づくインターネットパケットを通信し、一方、他の通信セッションは、ボイスオーバインターネットプロトコルに基づくインターネットパケットを通信することができる。本発明に基づき、IETFインターネットプロトコル規格(IETF internet protocol standard)に規定されているディファレンシャルサービス(differential service)のサービス品質(QoS)クラスを、GPRSのコアネットワーク(GPRS core network)に亘る通信の適切なサービス品質にマッピングすることによって、サービス品質を異ならさせることができる。インターネットプロトコル規格v6、v4に規定されているように、IETFインターネットプロトコル規格に規定されているディファレンシャルサービスのQoSは、優先転送(Expedited Forwarding:EF)、帯域保証転送(Assured Forwarding:AF)及びベストエフォート(Best Effort:BE)の3つのカテゴリを有している。図9に示すように、第1又は第2の移動ユーザ機器UEa、UEbに通信するインターネットパケットIPa220、IPb224は、ゲートウェイサポートノード6で受信される。インターネットパケットIPa220、IPb224のそれぞれのヘッダには、ディファレンシャルサービスのQoSが示されている。図9に示す具体例では、第1のユーザ機器宛のインターネットパケットIPa220用のディファレンシャルサービスのQoSは、EFであり、第2の移動ユーザ機器宛のインターネットパケットIPb224用のディファレンシャルサービスのQoSは、AFである。ゲートウェイサポートノード6は、ディファレンシャルサービスのQoSであるEF及びAFを、コアネットワークを亘るRNC+60への通信に対する適切なサービス品質QoSa、QoSbにマッピングするGTPフィルタ(GTP filter)を形成する。GTPベアラGTP_Uによって提供されるサービス品質QoSa、QoSbは、IETF規格に基づくサービス品質EF、AFと同じであってもよく、あるいは、サービス品質クラスにおける他のディファレンシャルサービスのサービス品質であってもよい。第1及び第2のインターネットパケットIPa220、IPb224は、IPトランスポート層246を介してRNC+60に通信される。
Claims (7)
- 1つ以上の移動ユーザ機器に/からインターネットパケットを通信するパケット無線通信システムにおいて、
インターネットプロトコル転送プレーンを用いてインターネットパケットを通信するネットワーク通信要素をそれぞれ含む複数のパケットデータ網と、該ネットワーク通信要素を用いて、該パケットデータ網によって確立された少なくとも1つのパケットデータ通信ベアラを介して、インターネットパケットを上記1つ以上の移動ユーザ機器にルーティングする共通のゲートウェイサポートノードとを有するコアネットワークと、
上記インターネットプロトコル転送プレーンによって上記パケットデータ網の上記ネットワーク通信要素に接続されており、該1つ以上の移動ユーザ機器に/からインターネットパケットを通信する無線アクセスベアラをそれぞれ提供する、該1つ以上の移動ユーザ機器に/からインターネットプロトコルパケットを通信する複数の無線アクセス網と、
上記無線アクセスベアラを介してインターネットパケットを通信する無線アクセス網の選択を制御する網アクセス部と、上記1つ以上の移動ユーザ機器への/からのインターネットパケットの通信に対応した通信セッションをサポートするのに適したパケットデータ通信ベアラを起動することによって、該パケットデータ網のネットワーク通信要素を用いて、該パケットデータ通信ベアラを介するインターネットパケットの通信を制御する網非アクセス部とを含むパケットサービス制御サブシステム機能とを備え、
上記複数のパケットデータ網のうちの少なくとも1つは、他のパケットデータ網とは異なる電気通信規格に基づいて動作することを特徴とするパケット無線通信システム。 - 上記共通のゲートウェイサポートノードは、上記パケットデータ網及び上記無線アクセス網を介して、共通パケットデータ通信ベアラを確立し、該共通パケットデータ通信ベアラは、複数の異なるインターネットプロトコルを用いて、上記1つ以上の移動ユーザ機器に/からインターネットパケットを通信することを特徴とする請求項1記載のパケット無線通信システム。
- 上記共通のゲートウェイサポートノードは、上記ネットワーク通信要素と協働して、リソース割当制御を行うとともに、上記共通パケットデータ通信ベアラを介して通信されるインターネットパケットの接続を行う共通パケットデータプロトコルコンテキストを確立することを特徴とする請求項2記載のパケット無線通信システム。
- 上記共通パケットデータ通信ベアラは、2つ以上の移動ユーザ機器によって共有されることを特徴とする請求項2又は3記載のパケット無線通信システム。
- 上記少なくとも1つの無線アクセス網は、他の無線アクセス網とは異なる電気通信規格に基づいて動作することを特徴とする請求項1乃至4何れか1項記載のパケット無線通信システム。
- パケット無線通信システムを用いて、1つ以上の移動ユーザ機器に/からインターネットパケットを通信する通信方法において、
上記パケット無線通信システムは、コアネットワークと、複数の無線アクセス網と、パケットサービス制御サブシステム機能とを備え、該コアネットワークは、インターネットプロトコル転送プレーンを用いてインターネットパケットを通信するネットワーク通信要素をそれぞれ含む複数のパケットデータ網と、共通のゲートウェイサポートノードとを有し、該複数の無線アクセス網は、該インターネットプロトコル転送プレーンによって該パケットデータ網に接続されており、
上記ネットワーク通信要素を用いて、上記パケットデータ網のインターネットプロトコル転送プレーンを介してパケットデータ通信ベアラを確立するステップと、
上記確立されたパケットデータ通信ベアラのうちの少なくとも1つを介して、インターネットパケットをルーティングするステップと、
上記インターネットプロトコル転送プレーンによって上記パケットデータ網の上記ネットワーク通信要素に接続された上記複数の無線アクセス網を用いて、無線アクセスベアラを提供するステップと、
上記無線アクセスベアラを介して、上記1つ以上の移動ユーザ機器に/からインターネットパケットを通信するステップと、
上記パケットサービス制御サブシステム機能の網アクセス部を用いて、上記無線アクセスベアラを介してインターネットパケットを通信する無線アクセス網の選択を制御するステップと、
上記1つ以上の移動ユーザ機器への/からのインターネットパケットの通信に対応した通信セッションをサポートするのに適したパケットデータ通信ベアラを起動することによって、上記パケットサービス制御サブシステム機能の網非アクセス部を用いて、上記パケットデータ通信ベアラを介するインターネットパケットの通信を制御するステップとを有し、
上記複数のパケットデータ網のうちの少なくとも1つは、他のパケットデータ網とは異なる電気通信規格に基づいて動作することを特徴とする通信方法。 - 請求項1記載のパケット無線通信システム用の、複数の移動ユーザ機器に/からインターネットパケットを通信する装置において、
上記パケット無線通信システムは、コアネットワークと、複数の無線アクセス網と、パケットサービス制御サブシステム機能とを備え、該コアネットワークは、インターネットプロトコル転送プレーンを用いてインターネットパケットを通信するネットワーク通信要素をそれぞれ含む複数のパケットデータ網と、共通のゲートウェイサポートノードとを有し、該複数の無線アクセス網は、該インターネットプロトコル転送プレーンによって該パケットデータ網に接続されており、
上記パケット無線通信システムは、
上記ネットワーク通信要素を用いて、上記パケットデータ網のインターネットプロトコル転送プレーンを介してパケットデータ通信ベアラを確立する手段と、
上記確立されたパケットデータ通信ベアラのうちの少なくとも1つを介して、インターネットパケットをルーティングする手段と、
上記インターネットプロトコル転送プレーンによって上記パケットデータ網の上記ネットワーク通信要素に接続された上記複数の無線アクセス網を用いて、無線アクセスベアラを提供する手段と、
上記無線アクセスベアラを介して、1つ以上の移動ユーザ機器に/からインターネットパケットを通信する手段とを備え、
当該装置は、
上記パケットサービス制御サブシステム機能の網アクセス部を用いて、上記無線アクセスベアラを介してインターネットパケットを通信する無線アクセス網の選択を制御する手段と、
上記1つ以上の移動ユーザ機器への/からのインターネットパケットの通信に対応した通信セッションをサポートするのに適したパケットデータ通信ベアラを起動することによって、上記パケットサービス制御サブシステム機能の網非アクセス部を用いて、上記パケットデータ通信ベアラを介するインターネットパケットの通信を制御する手段とを備え、
上記複数のパケットデータ網のうちの少なくとも1つは、他のパケットデータ網とは異なる電気通信規格に基づいて動作することを特徴とする通信装置。
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