JP5121107B2 - Gsm/umts用のパラレルコアネットワーク - Google Patents
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Description
【発明の分野】
本発明は、パケット交換ネットワークのための改良型ネットワークアーキテクチャに関する。
【0002】
【発明の背景】
第2世代(2G)無線カバレージとも呼ばれるGSM(Global System for Mobile Communications)無線カバレージは今日、極めて広範囲にわたっている。第3世代(3G)無線カバレージとも呼ばれるUMTS(Universal System for Mobile Telecommunication)の導入時に、UMTS無線カバレージは都市エリアに限定されると予想される。したがってUMTS無線カバレージはより広範なGSM無線カバレージエリアの一部をカバーするだけとなる。UMTSカバレージエリア内でさえ、UMTS無線カバレージは連続すると予想できない。例えば、UMTSに使用される周波数はGSM用の周波数より高く、ビル内部への周波数突き抜けはGSMほど優れていない。その結果、全UMTSカバレージエリア内でUMTSカバレージから外れる小さいポケット(ビル内部などの)が発生する。したがって、これらポケットではGSM無線カバレージしか使用できない。
【0003】
デュアルモードGSMとUMTS移動体端末(移動体端末はUMTSではユーザ装置(UE)と呼ばれる)は2つの無線アクセスシステムのいずれかを用いて通信できる。UMTS無線リンクを介して通信するデュアルモード移動体端末がUMTSカバレージの圏外に出てGSMカバレージのみのエリアに移動すると、GSM無線リンクを介して通信を継続することは期待できるが、その結果、サービスは低下する。同様に、UMTSカバレージを備えたエリアに移動するGSM無線カバレージだけのエリア内のデュアルモード移動体端末はUMTS無線リンクに切り替えてサービスを向上させることを予期できる。
【0004】
したがって、デュアルモード移動体端末が無線アクセスエリア内で移動するにつれて、無線アクセスのタイプの変化が使用可能な無線アクセスシステムが変化するにつれて予期できる。移動体端末が無線アクセスエリア間を移動する時、ルーティングエリアの更新が実行されて必要なサポートネットワークに特定の無線アクセスタイプに関連するルーティングエリア内の移動局の新しい位置を通知する。2つの無線アクセスシステム間の切り替えは追加のシグナリングを伴い、2つのシステム間の遷移の際の停止を引き起こすことがある。追加のシグナリングおよび停止の影響はネットワークアーキテクチャと選択されたプロトコルに依存する。
【0005】
さらに、3G動作モードで動作している移動体端末が3Gカバレージの圏外に移動した場合、その結果、2Gコアネットワークとの通信の確立時にサービスが低下する。
【0006】
本発明の目的は、パケット交換ネットワークのための改良型ネットワークアーキテクチャを提供することである。
【0007】
【発明の概要】
本発明によれば、無線アクセスネットワークによって同じ機能を有する少なくとも2つのコアネットワークに接続されるロケーションエリアを含み、無線アクセスネットワークがロケーションエリア内の各端末からのパケット伝送を少なくとも2つのコアネットワークの1つにスイッチする(選択的に接続する)パケット交換ネットワークアーキテクチャを提供できる。
【0008】
無線アクセスネットワークは、それぞれのコアネットワークの容量に応じて各端末からのパケット伝送を少なくとも2つのコアネットワークの1つにスイッチすることができる。
【0009】
コアネットワークは、VLRを含むMSCを含むことができ、それぞれのコアネットワークの容量がVLRの容量によって決定される。
【0010】
本発明によれば、パケット交換移動体ネットワーク内で資源を割り当てる方法であって、ロケーションエリアに少なくとも2つのコアネットワーク資源を割り当て、ロケーションエリア内の各移動体ユーザをコアネットワーク資源の1つに関連付け、ロケーションエリア内の移動体ユーザからのパケット伝送を関連するコアネットワーク資源の1つにスイッチする方法も提供することができる。
本発明について添付図面を参照しながら以下に例示的に説明する。
【0011】
【好ましい実施形態の説明】
以下、第3世代(3G)移動体システムと第2世代(2G)移動体システムとの特定の非限定的な配備の例を参照しながら本発明について説明する。具体例では、2GシステムはGSM/GPRSシステムで、3GシステムはUMTSシステムである。ただし、本発明はそのような特定の実施形態に限定されない。
【0012】
図1はGSM無線アクセスエリア内でUMTSによって提供されると予想されるカバレージを示す。網掛け部分はGSMカバレージのみのエリアを表す。網掛けでない部分はGSMとUMTSカバレージのエリアを表す。したがって、エリア2の全体がGSMカバレージを提供される。エリア2内のより小さいエリア4はGSMカバレージに加えてUMTSカバレージを備えるよう企図される。ただし、参照番号6で示すポケットがUMTSカバレージエリア4内に存在するので、ポケット6内にはGSMカバレージしか提供されない。
【0013】
図1に示す無線カバレージをサポートする本提案のネットワークアーキテクチャを図2に示す。GSM無線アクセスエリアとUMTS無線アクセスエリアは、各々異なるSGSN(serving GPRS support node)と異なる移動体交換局(MSC)にサービスされる、別個のロケーションエリアを有する独立したシステムとみなす。SGSNはそれぞれの無線システムにサポートノードを提供してパケット交換通信をサポートする。
【0014】
図2を参照すると、GSM無線アクセスエリアがLA1で示される第1のロケーションエリア200によって定義され、UMTS無線アクセスエリアがLA2で示される第2のロケーションエリア202によって定義されている。第2のロケーションエリアは図1に示すように実際には第1のロケーションエリアと一致する。
【0015】
第1のロケーションエリアLA1はGSM/GPRS BSS204に関連し、GSM/GPRS無線アクセスシステムに無線アクセスネットワークを提供する。BSS204はAインタフェース206とGbインタフェース208とを介して2Gコアネットワーク214に接続されている。第2のロケーションエリアLA2はUTRAN210に関連し、UMTS無線アクセスシステムに無線アクセスネットワークを提供する。UTRAN210はIuインタフェース216とインタフェース218とを介して3Gコアネットワーク212に接続されている。
【0016】
2Gコアネットワークは2G MSC220と、統合2Gビジタロケーションレジスタ(VLR)222と、2G SGSN224とを含む。2G MSCはAインタフェース206を介してBSS204に接続されている。2G SGSNはGbインタフェース208を介してBSS204に接続されている。MSC220はマップBインタフェース234を介してその統合2G VLRに接続されている。
【0017】
3Gコアネットワークは3G MSC226と、統合3G VLR228と、3G SGSN230とを含む。3G MSC226はIuインタフェース216を介してUTRAN210に接続されている。3G SGSN230はインタフェース218を介してUTRAN210に接続されている。3G MSC226はマップBインタフェース232を介して統合3G VLR228に接続されている。
【0018】
2Gおよび3Gコアネットワーク214と212の各々は当然他の機能ブロックも含む。ただし、それらの機能は本発明の実施態様には関連せず、当業者には明らかであるので図2には示していない。
【0019】
図1から分かるように、ロケーションエリアLA2は実際にはロケーションエリアLA1と同じ地理的エリアの一部である。移動体端末がロケーションエリアLA2内にある場合、ロケーションエリアLA1内にもあることになる。ただし、ネットワークアーキテクチャの観点からは、ロケーションエリア2はロケーションエリア1とは異なるエリアとして扱われる。
【0020】
移動局がロケーションエリアLA2内で移動する時、図1のポケットによって示す3Gカバレージに入ったりそこから出たりする。図2のネットワークアーキテクチャでは、移動体端末がエリアLA2内の3Gカバレージに入りまたはそこから出るたびに、ルーティングエリア更新を実行しなければならず、3Gカバレージが失われると、デュアルモード移動体端末が2Gモードで継続しなければならず、その結果、サービスが低下する。
【0021】
このことの1つの欠点は、2G MSCが64kビット/秒技術を用いて実施される一方、3G MSCはそれよりはるかに高いビットレートをサポートするという点である。3G機能を有する移動体端末が3G無線アクセスネットワークから2G無線アクセスネットワークに切り替えなければならない時には、サービスが結果的に低下する。2Gコアネットワークのインフラストラクチャを拡張して既存のMSCをより高い仕様のバージョンと交換することは当然実行不可能である。
【0022】
したがって、3Gコアネットワーク内に新しいMSCと統合VLRとを提供して移動体端末の3G機能をサポートすることが必要である。
要するに、図2のネットワークアーキテクチャによって無線アクセスネットワークを容量一杯まで使用して3G機能を有する移動体端末をサポートすることはできない。
【0023】
既存の2Gインフラストラクチャを用いて3G移動体端末の先進の能力の改善された利用を提供するために提案する新しいネットワークアーキテクチャが図3に示されている。図3では、図2に示す要素に対応する要素を識別するために図2と同様の参照番号が使用されている。
【0024】
図3のネットワークアーキテクチャでは、図2の2つの別個のロケーションエリアは「重畳」されて共通のロケーションエリアを形成する。図3を参照すると、共通ロケーションエリアにはLA3のラベルが付けられ、参照番号300で示される。3Gカバレージエリアに対応するロケーションエリアLA2も別個に定義される。共通ロケーションエリアLA3は2Gセルから構成されるが、ネットワークアーキテクチャによって3G機能を有するこれらのセル内の移動体端末は、以下でさらに詳述するように、3G機能を有するコアネットワークに接続することができる。
【0025】
ロケーションエリアLA2は図2のように3Gセルからなり、3G機能を有するロケーションエリアLA2内の移動体端末がUTRAN210無線アクセスネットワークを介して以前と同様に3Gコアネットワーク212に接続することを可能にする。
【0026】
図2の2G BSS204は図3の実施態様では変更されており、したがって、図3の2G BSSは参照番号302で示されている。2G BSS302は、2G BSS302を3Gコアネットワーク内の3G MSCに接続するA’のラベルが付き参照番号306で示される追加のAインタフェースを備える。2G BSS 302も、2G BSS302を3Gコアネットワーク内の3G SGSNに接続するGb’のラベルが付き参照番号304で示される追加のGbインタフェースを備える。
【0027】
図3の新しいネットワークアーキテクチャによれば、BSS302はパケット伝送を結合されたロケーションエリアLA3 300内の移動体から2Gコアネットワークまたは3Gコアネットワークに向ける。同様に、逆方向にBSS302はパケット伝送を2Gまたは3Gコアネットワークから結合されたロケーションエリアLA3内の移動体端末に向ける。
【0028】
図3に示すネットワークアーキテクチャの実施態様によれば、BSS302を含む無線アクセスネットワークはパケット伝送を結合されたロケーションエリアから2Gコアネットワークまたは3Gコアネットワークのいずれか1つに切り替える。
【0029】
BSS302を含む無線アクセスネットワークはいくつかの要因に応じて移動体端末からのパケット伝送を2つのコアネットワークのそれぞれ1つにスイッチすることができる。例えば、パケット伝送はパケットが発呼された移動体端末のタイプ、パケットが発呼された移動局の能力、またはロケーションエリアLA3内で移動体端末が接続する2Gセルに応じて切り替えることができる。
【0030】
交換機能を有する無線アクセスネットワークは結合されたロケーションエリアを実施する改良型ネットワークアーキテクチャの好ましい実施態様ではあるが、その他の実施態様も可能である。例えば、3G機能を含むように2Gコアネットワークを変更して、2Gと3G機能とを選択するために何らかの制御機構を2Gコアネットワーク内に追加して図2の標準BSS204を使用することができる。この実施態様は2Gコアネットワークに変更を加える必要があるので、図3に示す実施態様より好ましくない。
【0031】
ロケーションエリアLA1とLA2との「重畳」を実施可能にする技術的特徴は、2つのロケーションエリア内のユーザ端末をコアネットワーク内の2Gおよび3G機能の両方に接続する単一の無線アクセスネットワーク(BSS302)を提供することである。
【0032】
さらに、図3のネットワークアーキテクチャをロケーションエリアが一部だけ重なるネットワークアーキテクチャに拡張することができる。すなわち、上記の2G/3Gシナリオでは、3Gロケーションエリアは2Gロケーションエリアと完全に重なり、2Gロケーションエリアは3Gロケーションエリアより大きい。すなわち、3Gロケーションエリアは2Gロケーションエリアと完全に一致する。ただし、ロケーションエリアの「重畳」という原理をこの特性を示さないロケーションエリアに拡張してもよい。
【0033】
さらに、ロケーションエリアの「重畳」という原理を3つ以上のロケーションエリアに拡張でき、3つ以上のコアネットワークに拡張することもできる。例えば、将来、BSS302によって提供される無線アクセスネットワークは第4世代(4G)コアネットワークへの切り替える追加機能を有していてもよい。
【0034】
さらに、このネットワークアクセスアーキテクチャを提供することは、BSSを無線アクセスネットワークとして使用することに限定されない。この技法はUTRAN210などの他の無線アクセスネットワークにも容易に適用できる。UTRAN210はBSS302に加えて交換機能を備えることができ、例えば、3Gコアネットワークに加えて4Gコアネットワークを備えることができる。UTRANは3Gコアネットワーク212と2Gコアネットワーク214との間で切り替える交換機能を提供することもできる。
【0035】
図3のネットワークアーキテクチャ内ではBSS302はロケーションエリアLA2に提供された2Gコアネットワーク214と3Gコアネットワーク212との間で切り替えるが、このために別の3Gコアネットワークを提供してもよい。
【0036】
無線アクセスネットワークを用いてパケット伝送をロケーションエリアLA3から2つの異なるコアネットワークの1つに切り替えるという原理はさらにより一般的に適用可能である。3Gの導入で、移動体端末はデュアル機能すなわち3G無線サービスが利用可能でないときに3G端末の代わりに2G端末として動作する能力を有する可能性が高い。切り替え可能な無線アクセスネットワークを使用することで、2Gロケーションエリア内にある3G機能を有する移動体端末を3Gコアネットワークに切り替えることができる。こうして3G機能を有する移動体端末は2Gロケーションエリアに接続されている3G機能であっても3G機能の一部を使用することができる。
【0037】
このように、パケット伝送を異なる機能のコアネットワークに切り替えることができる無線アクセスネットワークの原理は、多数のロケーションエリアの重畳に依存せず、より一般的に単一のロケーションエリア内で複数の動作モードを有する移動体端末に適用される。
【0038】
図3を再度参照すると、ロケーションエリアLA1およびLA2を含むロケーションエリアLA3 300は2つのロケーションエリアの重畳による単一の地理的エリアと考えられることがわかる。したがって、単一のロケーションエリア識別子を用いて共通のロケーションエリアLA3を識別できる。ただし、共通のロケーションエリア識別子が使用された場合には、共通ロケーションエリア300内の移動体端末は通信が確立されるコアネットワークの1つ1つを区別することはできないであろう。
【0039】
他の変形形態によれば、共通のロケーションエリア300のためのロケーションエリア識別子は2Gコアネットワークと3Gコアネットワークとを区別するコアネットワーク識別子フィールドを備える。
【0040】
図4(a)および4(b)を参照すると、それぞれ2Gおよび3Gコアネットワークによって送信されるロケーションエリア識別子の実施態様が示されている。好ましくは、ロケーションエリア識別子は16ビットのシーケンスである。この改良形態によれば、2Gコアネットワークと3Gコアネットワークとを区別するコアネットワーク識別子フィールドは16ビットロケーションエリア識別子の第1ビットである。このシーケンスの第1ビットは0または1にセットされて2Gまたは3Gを示す。すなわち、ロケーションエリア識別子が発信されるコアネットワークがこのビットをセットする。ロケーションエリア識別子(LAI)を含むロケーション識別子の残り15ビットは同一である。したがって、ロケーションエリア識別子のコアネットワーク識別子フィールドはコアネットワークへのポインタである。
【0041】
図4(a)を参照すると、2Gコアネットワークによって生成されたロケーションエリア識別子402は0にセットされた第1ビット404と、ロケーションエリア識別LAI406とを有する。図4(b)を参照すると、3Gコアネットワークによって生成されたロケーションエリア識別子403は1にセットされた第1ビットと、ロケーションエリア識別子値LAI410とを有する。
【0042】
ロケーションLA3内の移動体端末は2Gまたは3G機能を有することができる。3G機能を有する移動体端末は第1ビット位置のビット0を無視することができる。これらの移動局は好ましくはデュアルモード機能を有するので、適当なロケーションエリア識別子を有する無線アクセスネットワークからのすべての同報メッセージはこれらの端末によって受信される。これはこれらの端末が2G、3Gコアネットワークを問わずすべての同報メッセージを受信するからである。2G機能しか有さない移動局はロケーションエリア識別子の第1ビットを読み出して、2Gコアネットワーク内で発信されたことを示すビットがセットされた同報メッセージだけを読み出す。
【0043】
当然ながら、共通ロケーションエリア内の3G端末は、2G機能を有さない場合、ビットがロケーションエリア識別子の第1ビットを読み出して、同報メッセージが3Gコアネットワーク内で発信されたことを示すようにビットがセットされていることを確認する必要がある。
【0044】
この好ましい実施例では、ロケーションエリア識別子は16ビットのシーケンスで、コアネットワーク識別子フィールドは1ビットであるが、これは実施態様によって変えてもよい。ロケーションエリア識別子は任意のビット数で、コアネットワーク識別子フィールドは任意のビット数でよい。代替形態では、コアネットワーク識別子は一定の範囲内にあるロケーションエリア識別子値によって決定できる。
【0045】
当然ながら、ロケーションエリアから3つ以上のコアネットワークがアクセス可能である場合、コアネットワーク識別子によって適当な値の範囲を提供することができる。
【0046】
コアネットワーク識別子の使用は、単一のロケーションエリアが異なる機能のいくつかのコアネットワークによってアクセス可能である前述の構成でも有利である。
【0047】
図3の好ましい実施態様を参照してすでに述べた、交換機能を有する無線アクセスネットワークの別の有用な実施態様を以下に図5を参照しながら説明する。図5では、図2に示す要素に対応する要素を識別するために図2と同様の参照番号が使用されている。
【0048】
図5を参照すると、図2の2Gネットワークアーキテクチャが変更されて第2の2Gコアネットワーク514が導入される。図2のBSS302で表される無線アクセスネットワークは図5のネットワークアーキテクチャではさらに以下に詳述するBSS302の交換機能と同様の交換機能を有するBSS500を含む無線アクセスネットワークに置き換えられている。
【0049】
第2の2Gコアネットワーク514は、2G MSC520と、統合2G VLR522と、2G SGSN524とを含む。2G MSC520はA’のラベルが付いた第2のAインタフェース506を介してBSS500に接続されている。2G SGSN524はGb’のラベルが付いた第2のGbインタフェース508を介してBSS500に接続されている。MSC520はマップBインタフェース534を介して統合2G VLR522に接続されている。
【0050】
この実施態様では、BSS500の交換機能を用いて負荷を2つの2Gコアネットワーク214および514に分散している。これはBSS500が単一のコアネットワークよりも大きいアーラン容量を有する場合に特に有利である。コアネットワークを2重化することでBSS500はその容量の限度付近で動作することができる。
【0051】
図3のネットワークアーキテクチャ内で2G機能と3G機能とを区別するロケーションエリア識別子内にコアネットワーク識別子フィールドを含むための上記の技法を図5のネットワークアーキテクチャ内で使用してそれぞれの2Gコアネットワークを区別することができる。こうしてロケーションエリアLA1内の移動体端末はロケーションエリア識別子の第1ビットを用いて2つのコアネットワーク214と514とを区別し、登録先コアネットワークに関連する同報メッセージを読み出すことができる。
【0052】
より一般的には、移動体端末がBSS500を介したコアネットワークへのランダムアクセス要求によってロケーションエリアLA1内にその存在を登録すると、BSS500はこの要求を2つのコアネットワーク214および514の1つに転送する。
【0053】
ランダムアクセス要求を確認して、適当なコアネットワークは移動体端末にすべての将来のパケット伝送で使用する識別子を提供する。この識別子は移動体端末によってすべてのパケット伝送に含まれ、パケット伝送を適当なコアネットワークに向けるためにBSS500によって使用される。
【0054】
図5のネットワークアーキテクチャは図3のネットワークアーキテクチャと組み合わせることができるので、2Gおよび3Gコアネットワークの各々が負荷を分散するための2重化パラレルネットワークを備えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 GSMカバレージエリア内のUMTS無線カバレージの不統一な性質を示す図である。
【図2】 本提案の既存2G環境での3Gサービスの導入のためのネットワークアーキテクチャを示す図である。
【図3】 本提案の既存2G環境での3Gサービスの導入のための修正されたネットワークアーキテクチャを示す図である。
【図4】 (a)および(b)は、共通のロケーションエリアをサービスするコアネットワークを区別するロケーションエリア識別子を示す図である。
【図5】 同じ機能のパラレルコアネットワーク資源を用いて単一のロケーションエリアをサポートするネットワークアーキテクチャを示す図である。
Claims (3)
- 無線アクセスネットワークによって同じ機能を有する少なくとも2つのコアネットワークに接続される共通ロケーションエリアを含み、無線アクセスネットワークが前記共通ロケーションエリア内の各端末からのパケット伝送をそれぞれのコアネットワークの容量に応じて前記少なくとも2つのコアネットワークのそれぞれ1つにスイッチするパケット交換ネットワークアーキテクチャであって、
それぞれの端末が、前記端末がコアネットワーク識別子フィールドを含むロケーションエリア識別子を受信することによって、スイッチされる前記同じ機能を有する少なくとも2つのコアネットワークを区別し、前記端末の伝送にコアネットワーク識別子を含む、パケット交換ネットワークアーキテクチャ。 - パケット交換移動体ネットワーク内で資源を割り当てる方法であって、共通ロケーションエリアに同じ機能を有する少なくとも2つのコアネットワーク資源を割り当てるステップ、パケット伝送を前記ロケーションエリア内のそれぞれの移動体ユーザ端末からそれぞれのコアネットワークの容量に応じたコアネットワークのそれぞれ1つにスイッチするステップとを含み、
それぞれの端末が、前記端末がコアネットワーク識別子フィールドを含むロケーションエリア識別子を受信することによって、スイッチされる前記同じ機能を有する少なくとも2つのコアネットワークを区別し、前記端末の伝送にコアネットワーク識別子を含む、方法。 - 各コアネットワークがVLRを含むMSCを含み、それぞれのコアネットワークの容量がVLRの容量によって決定される、請求項1に記載のパケット交換ネットワークアーキテクチャ。
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