JP5260414B2

JP5260414B2 - 通信システム及びゲートウェイ

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Publication number: JP5260414B2
Application number: JP2009134653A
Authority: JP
Inventors: 克彦恒原; 正矢野
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Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2009-06-04
Filing date: 2009-06-04
Publication date: 2013-08-14
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Description

本発明は、通信システム及びゲートウェイに係り、特に、通信システムを用いたデータ伝送において、通信品質の保証が必要なデータ伝送を行う際の通信品質の制御を行う通信システム及びゲートウェイに関する。

ブロードバンドネットワークの拡大に伴い、大容量データのダウンロードやＷｅｂ閲覧等に代表される従来のデータ通信サービスに加え、音声、映像ストリーミング、ネットワークを介しての業務用アプリケーション等の新しいサービスへの需要が高まっている。これら新しいサービスでは、安定した品質でのサービスが実現されるために、通信速度やデータの伝送遅延及び当該遅延のジッタなどの、いわゆる通信品質を一定の品質に保証することが要求される。
通信品質を保証するためには、データ伝送に関与する全ての通信路において、当該データ通信のための帯域を確保する必要がある。したがって、通信品質を保証する通信を行う際には、例えば特許文献１で開示されているように、通信開始前に帯域の確保が可能か不可能かの判定を行い、可能な場合は通信を開始し、不可能な場合は通信を開始しない、との処理が行われる。

特開２００３−５１８４６号公報

前記の動作を、本発明が対象とするネットワークの構成（図１５）に即して、従来のネットワーク動作フロー（図１６）を用いて説明する。
図１５でアクセスネットワーク１は端末の利用者がネットワークに接続するためのアクセスシステムとして利用され、例えば無線ネットワークや光ネットワークにより構成される。バックボーンネットワーク２は、アクセスネットワークとインターネット８やサービスの提供を行うサーバ９を接続し、例えばＩＰネットワークにより構成される。端末３、４、５は、各端末のユーザがアクセスネットワーク１に接続するための装置であり、例えばセルラ端末や無線ＬＡＮ端末等で構成される。セッション管理サーバ６は、端末がサービスやアプリケーションを実行するために必要な、呼制御やシグナリング等の通信の管理や制御を行うサーバであり、例えばＳＩＰサーバ等により構成される。ユーザ情報管理サーバ７は、アクセスネットワーク１に接続している端末ユーザの加入者情報等を保持、管理しており、例えばＵＭＴＳ（ＵｎｉｖｅｒｓａｌＭｏｂｉｌｅＴｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓＳｙｓｔｅｍ）におけるホーム・ロケーション・レジスタ（ＨＬＲ）に対応する。
以下では、端末５がアクセス網１、ゲートウェイ１００、バックボーンネットワーク２を介して、サーバ９に接続し、通信品質（以下ＱｏＳと呼ぶ）の保証が必要なサービスを利用する場合のネットワークの動作フローを、図１６を用いて説明する。
端末５は、セッション管理サーバ６に対して、ＱｏＳ保証された通信の接続を要求する（図１６のステップ９００）。端末５からの要求を受けたセッション管理サーバ６は、ゲートウェイ１００に対して、ＱｏＳ保証通信の接続を要求する（図１６のステップ９０１）。要求を受けたゲートウェイ１００はユーザ情報管理サーバ７との間で、端末５が、前記セッション管理サーバ６から要求のあったＱｏＳ保証通信を接続することができるか否かを、例えば契約情報等を用いて確認する（図１６のステップ９０２）。ここで、ゲートウェイ１００の構成及び動作は後述する。確認の結果、端末５が前記ＱｏＳ保証通信を接続することが可能な場合、ゲートウェイ１００は端末５との間で、アクセスネットワーク１において、ＱｏＳが保証された通信を接続する（図１６のステップ９０３）。ここで、ＱｏＳ保証された通信の接続方法としては、アクセスネットワーク１の方式に応じて、予め標準仕様で定められた方法が用いられる。なお、図１６では簡単のため省略しているが、ステップ９０２での確認の結果、端末５が前記ＱｏＳ保証通信を接続することが不可能な場合、ゲートウェイ１００はその旨をセッション管理サーバ６に回答し、処理は終了する。

次にゲートウェイ１００は、バックボーンネットワーク２を介して、サーバ９との間でＱｏＳ保証通信が接続可能か否かの判定を行う（図１６のステップ９０４）。ここで、判定の方法としては、例えば図１７に示すような帯域幅を用いた判定が用いられる。図１７で帯域８００はゲートウェイ１００がバックボーンネットワーク２を介してサーバ９との間で利用可能な全帯域を表し、帯域８０１は帯域８００のうちベストエフォート通信用に割当てられた帯域を表し、帯域８０２は帯域８００のうちＱｏＳ保証通信用に割当てられた帯域を表す。ここで端末３、端末４が、ＱｏＳ保証通信用帯域幅８０２のうち、それぞれ帯域８０３と８０４を既に使用している場合を考える。この状態で端末５が新たにＱｏＳ保証通信用帯域として８０５を要求した場合、図１７に示すように、帯域８０３、８０４、８０５の合計が帯域８０２を超える。すなわち、ＱｏＳ保証通信用帯域が不足する。従ってこの場合、端末５をＱｏＳ保証通信用帯域に収容することができない判定が行われる。この場合、図１６に示すように、ゲートウェイ１００とサーバ９の間ではＱｏＳ保証通信の接続が失敗する。すなわち、端末５がステップ９００で要求したＱｏＳ保証通信は、ゲートウェイ１００とサーバ９の間では実現が不可能となる。

この場合ゲートウェイ１００は、ステップ９０３で接続したアクセスネットワーク側のＱｏＳ保証通信を切断し（図１６のステップ９０５）、セッション管理サーバ６に対して、ＱｏＳが保証された通信が接続不可能であったことを回答する（ステップ９０６）。回答を受けたセッション管理サーバ６は端末５に対して、要求されたＱｏＳ保証通信が接続不可能であったことを回答する（ステップ９０７）。
なお、図１６では簡単化のため省略しているが、ステップ９０４においてゲートウェイ１００とサーバ９の間でＱｏＳ保証通信が接続可能であった場合は、ゲートウェイ１００はセッション管理サーバ６に、セッション管理サーバ６は端末５に、それぞれＱｏＳ保証通信が接続できたことを回答する。
上記のネットワークの動作フローを実現するゲートウェイ１００の構成例及び動作を図１８と図１９を用いて説明する。
ゲートウェイ制御部１０３は、セッション管理サーバ６からの要求（図１６のステップ９０１）に対応して、アクセスネットワーク接続制御部１０４に対して、端末５とゲートウェイ１００の間のＱｏＳ保証通信の接続を指示する。アクセスネットワーク制御部１０４は、ユーザ情報管理サーバとの間でユーザ情報の確認を行う（図１６のステップ９０２、図１９のステップ２００）。また、アクセスネットワーク接続制御部１０４はユーザ情報の確認結果に応じて、ゲートウェイ１００と端末５の間で、アクセスネットワーク１を介したＱｏＳ保証通信の接続を行い（図１６のステップ９０３、図１９のステップ２０１）、ゲートウェイ制御部１０３に結果を報告する。

次にゲートウェイ制御部１０３は、バックボーンネットワーク接続制御部１０５に対して、ゲートウェイ１００とサーバ９の間のＱｏＳ保証通信の接続を指示する。バックボーンネットワーク接続制御部１０５は、図１７で説明した方法を用いて帯域の判定を行う（図１９のステップ２０２）。更にバックボーンネットワーク接続制御部１０５は、前記判定結果に応じて、ゲートウェイ１００とサーバ９の間で、バックボーンネットワーク２を介したＱｏＳ保証通信の接続を行い（図１６のステップ９０４、図１９のステップ２０３）、ゲートウェイ制御部１０３に結果を報告する。
バックボーンネットワーク２を介したＱｏＳ保証通信の接続が成功した場合（図１６では簡単のため省略）、ゲートウェイ制御部１０３はセッション管理サーバ６に対して、ＱｏＳ保証通信の接続が成功したことを回答する。更にゲートウェイ制御部１０３は、通信種別保持部１０６に、バックボーンネットワーク２における端末５の通信は、ＱｏＳ保証通信であることを示すフラグを設定する。通信種別保持部１０６の構成の例を図２０に示す。図２０は端末の識別子であるＩＤ（ＵＥ０、ＵＥ１など）と、当該端末のバックボーンネットワークでの通信種別を表すフラグ（Ｂ０、Ｂ１など）で構成される。ここでＩＤとしては、端末固有の識別番号を用いても良いし、例えばＩＰアドレスやポート番号等の組み合わせを用いても良い。

一方、バックボーンネットワーク２を介したＱｏＳ保証通信の接続が失敗した場合（図１６のステップ９０４）、ゲートウェイ制御部１０３はアクセスネットワーク接続制御部１０４に対して、アクセスネットワーク１を介して端末５とゲートウェイ１００の間で接続されているＱｏＳ保証通信の切断を指示する。アクセスネットワーク接続制御部１０４は、前記指示に従って、端末５とのＱｏＳ保障通信を切断する（図１６のステップ９０５、図１９のステップ２０４）。ここで、ＱｏＳ保証通信の切断方法としては、アクセスネットワーク１の方式に応じて、予め標準仕様で定められた方法が用いられる。次にゲートウェイ制御部１０３はセッション管理サーバ６に対して、ＱｏＳ保証通信の接続が失敗したことを回答する（図１６のステップ９０６）。
パケット転送部１０７は、アクセスネットワークインタフェース１０２を介して、アクセスネットワーク１から入力されてくる、各端末が送信したパケットを、通信種別１０６に記された通信種別に従って、バックボーンネットワーク２に転送する。また、パケット転送部１０７は、バックボーンネットワークインタフェース１０１を介してバックボーンネットワーク２から入力されるパケットを、アクセスネットワークインタフェース１０２を介してアクセスネットワーク１に転送する。

上述の方法では、アクセスネットワークでＱｏＳ保証通信が接続可能であっても、バックボーンネットワークでＱｏＳ保証通信が接続できない場合、ゲートウェイ１００はアクセスネットワーク側のＱｏＳ保証通信を切断する（図１９のステップ２０４）。このため、端末はサーバへ接続することができない。すなわち、従来の方法では、バックボーンネットワークでＱｏＳ保証通信用の帯域が不足する状況においては、端末はＱｏＳ保証された通信を必要とするサービスを全く受けられなくなる課題が存在する。
本発明は、以上の点に鑑み、バックボーンネットワークでＱｏＳ保証通信用の帯域が不足する状況においても、端末はＱｏＳ保証された通信を必要とするサービスを開始できる通信システム及びゲートウェイ装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明では、端末からの要求と比較してバックボーンネットワークにおけるＱｏＳ保証通信用帯域が不足する場合、ゲートウェイは、当該端末を一時的にバックボーンネットワークのベストエフォート通信で収容し、ＱｏＳ保証通信用帯域の不足が解消した時点で、当該端末をベストエフォート通信からＱｏＳ保証通信に収容しなおす制御を行う。

本発明の第１の解決手段によると、
端末がゲートウェイを介してサーバに接続する通信システムにおいて、
前記ゲートウェイと前記サーバ間での通信品質が保証された通信のための第１の帯域と、ベストエフォート通信のための第２の帯域が予め定められ、
前記端末が前記サーバとの間で通信品質が保証された通信を行う際に、前記ゲートウェイが前記サーバとの間の前記第１帯域が、該通信品質が保証された通信を行うのに不足する場合は、前記端末と前記サーバとの通信において前記ゲートウェイと前記サーバとの間でベストエフォート通信を行う通信システムが提供される。
また、他の解決手段では、上述の通信システムにおいて、
前記端末は基地局と無線通信し、該端末が該基地局と前記ゲートウェイを介して前記サーバに接続する通信システムであって、
前記ゲートウェイは前記サーバとの間でベストエフォート通信を行うと、前記ゲートウェイは前記端末と前記基地局の無線区間での優先度を上昇させる。

本発明の第２の解決手段によると、
端末がゲートウェイを介してサーバに接続し、前記ゲートウェイと前記サーバ間で通信品質が保証された通信のための第１の帯域と、ベストエフォート通信のための第２の帯域が予め定められた通信システムにおける前記ゲートウェイであって、
前記ゲートウェイは、
前記端末が前記サーバとの間で通信品質が保証された通信を行う際に、前記ゲートウェイと前記サーバとの間の前記第１帯域が、該通信品質が保証された通信を行うのに不足する場合は、前記端末と前記サーバとの通信において前記ゲートウェイと前記サーバとの間でベストエフォート通信を行う前記ゲートウェイが提供される。
また、他の解決手段では、上述のゲートウェイにおいて、
前記通信システムは、前記端末が基地局と無線通信し、該端末が該基地局と前記ゲートウェイを介してサーバに接続する通信システムであり、
前記ゲートウェイは前記サーバとの間でベストエフォート通信を行うと、前記ゲートウェイは前記端末と前記基地局の無線区間での優先度を上昇させる。

本発明により、バックボーンネットワークでＱｏＳ保証通信用の帯域が不足する状況においても、端末はＱｏＳ保証された通信を必要とするサービスを開始することができる。

本発明の第一の実施の形態のネットワーク動作フロー。ＱｏＳ保証通信接続の失敗事由の消滅の第一例の説明図。ＱｏＳ保証通信接続の失敗事由の消滅の第二例の説明図。本発明の第一の実施の形態のゲートウェイの構成。本発明の第一の実施の形態のゲートウェイの動作フロー。接続状況管理部の例の説明図。第一の実施の形態のゲートウェイによる帯域監視の動作フローの第一例の説明図。第一の実施の形態のゲートウェイによる帯域監視の動作フローの第二例の説明図。本発明の第二の実施の形態のネットワークの構成。本発明の第二の実施の形態のネットワーク動作フロー。本発明の第二の実施の形態のゲートウェイの構成。本発明の第二の実施の形態のゲートウェイの動作フロー。第二の実施の形態のゲートウェイによる帯域監視の動作フローの第一例の説明図。第二の実施の形態のゲートウェイによる帯域監視の動作フローの第二例の説明図。本発明が対象とするネットワークの構成。従来のＱｏＳ保証通信開始時のネットワーク動作フロー。帯域管理方法の一例の説明図。従来のゲートウェイの構成。従来のゲートウェイの動作フロー。通信種別保持部の例の説明図。

１．第１の実施の形態
図１５に、通信システムの構成図を示す。通信システムの構成は上述の通りである。
本発明の第一の実施の形態のネットワークの動作フローを、図１を用いて説明する。図１において、図１６の上述の動作フローと同一のステップには同一の番号を付し、説明は省略する。ステップ９０４で、ゲートウェイ１００とサーバ９の間のＱｏＳ保証通信の接続が失敗すると、ゲートウェイ１００はサーバ９との間でベストエフォート通信を接続する（ステップ９２０）。次にゲートウェイ１００はセッション管理サーバ６に対して、ＱｏＳ保証通信が接続可能であったことを回答する。回答を受けたセッション管理サーバ６は端末５に対して、要求されたＱｏＳ保証通信が接続可能であったことを回答する。ここでは、接続可能と回答することで、従来のように通信が切断されることを防いでいるが、これ以外の方法でもよい。

一方、ゲートウェイ１００は、ステップ９０４のＱｏＳ保証通信の接続が失敗した事由の消滅を監視する（ステップ９２３）。ここでステップ９０４のＱｏＳ保証通信の接続が失敗した事由の消滅の例としては、例えば図２に示す状況がある。図２で図１７と同一の要素に対しては同一の符号を付している。図２では図１７と比較して、端末４が使用中のＱｏＳ保証用帯域８０４が消滅している。これは端末４のＱｏＳ保証通信が終了したことにより、端末４が使用していた帯域８０４が開放されたことを意味する。この結果、ＱｏＳ保証通信用帯域８０２には空きが発生する。この空きが、端末５が要求するＱｏＳ保証通信用帯域８０５より大きな場合は、端末５は当該帯域を使用してＱｏＳ保証通信を行うことができる。すなわち、これはステップ９０４でＱｏＳ保証通信の接続が失敗した事由が消滅したことを意味する。また、ステップ９０４でＱｏＳ保証通信の接続が失敗した事由の消滅の別な例としては、例えば図３に示す状況がある。図３で図１７と同一の要素に対しては同一の符号を付している。図３では図１７と比較して、ＱｏＳ保証通信用帯域とベストエフォート通信用帯域の境界が８１０から８２０に変化し、ＱｏＳ保証通信用帯域が拡大している。このように、使用されている帯域の状況に応じて、ＱｏＳ保証通信用帯域とベストエフォート通信用帯域の配分を変更することにより、ＱｏＳ保証通信用帯域８１２には空きが発生する。この空きが、端末５が要求するＱｏＳ保証通信用帯域８０５より大きな場合は、端末５は当該帯域を使用してＱｏＳ保証通信を行うことができる。すなわち、これはステップ９０４でＱｏＳ保証通信の接続が失敗した事由が消滅したことを意味する。

ここでＱｏＳ保証通信用帯域とベストエフォート通信用帯域の境界は、例えば各端末が要求するＱｏＳ保証通信用帯域の合計が、ＱｏＳ保証通信用帯域を超えた際に、境界８１０から境界８２０に変化させれば良い。或いは、前記境界は、例えば各端末が要求するＱｏＳ保証通信用帯域の合計とＱｏＳ保証通信用帯域の差が予め定められた閾値を越えた際に、境界８１０から境界８２０に変化させれば良い。
また、ＱｏＳ保証通信用帯域とベストエフォート通信用帯域の境界の変化分（すなわち境界８２０と境界８１０の差分）は、例えば予め定められた値とすればよい。或いは、前記変化分は、例えば、変化前のベストエフォート通信用帯域に予め定められた係数を乗じた値とすればよい。なお、各帯域の情報は、ゲートウェイ１００に記憶されることができる。
上記のように、ステップ９０４でＱｏＳ保証通信の接続が失敗した事由が消滅した場合（ステップ９２３）、ゲートウェイ１００はサーバ９との間でＱｏＳ保証通信を接続する（ステップ９２４）。また、ゲートウェイ１００は、ステップ９２０においてサーバ９との間で接続したベストエフォート通信を切断する（ステップ９２５）。
以上のネットワークの動作により、ステップ９０４においてゲートウェイ１００とサーバ９との間のＱｏＳ保証通信が接続不可能な場合においても、端末５は一時的にサーバ９との間で、アクセスネットワーク１でのＱｏＳ保証通信とバックボーンネットワーク２でのベストエフォート通信を接続することにより、サービスを開始することが可能となる。更に、ゲートウェイ１００とサーバ９との間のＱｏＳ保証通信が接続不可能であった事由が消滅した場合は、バックボーンネットワーク２での通信がベストエフォート通信からＱｏＳ保証通信に移行される。これにより、端末５はサーバ９までの全区間においてＱｏＳ保証通信を接続することができ、ＱｏＳ保証されたサービスを受けることが可能となる。

次に、前記のネットワーク動作フローを実現するゲートウェイ１００の構成及び動作を図４と図５を用いて説明する。
図４及び図５において、それぞれ図１８及び図１９と同一の構成要素には同一の符号を付しており、説明は省略する。バックボーンネットワーク２を介したＱｏＳ保証通信の接続が失敗した場合（図１のステップ９０４、図５のステップ２０２）、ゲートウェイ制御部１０３はバックボーンネットワーク接続制御部１１０に対して、サーバ９との間でバックボーンネットワーク２を介したベストエフォート通信の接続を指示する。バックボーンネットワーク接続制御部１１０は、ゲートウェイ１００とサーバ９の間で、バックボーンネットワーク２を介したベストエフォート通信の接続を行う（図１のステップ９２０、図５のステップ２１０）。
また、バックボーンネットワーク接続制御部１１０は接続状況管理部１２０に対して、端末５はＱｏＳ保証通信の接続待ちであることを登録する（図５のステップ２２０）。接続状況管理部１２０の例を図６に示す。図６に示すように、接続状況管理部１２０では、ＱｏＳ保証通信の接続を待っている端末のＩＤ（ＵＥ０、ＵＥ１、ＵＥ２．．．）と、当該端末が要求する帯域幅（ＢＷ０、ＢＷ１、ＢＷ２．．．）が対応付けられて登録されている。なお、図６の例では示していないが、上記帯域幅の他に、ＱｏＳ保証通信の接続待ちであることを示すフラグ、ＱｏＳ保証通信の接続待ちとなった時刻、当該端末の優先度、サービスの優先度、アクセスネットワーク１で使用している帯域幅、などの情報も対応付けて登録しても良い。

また、バックボーンネットワーク接続制御部１１０は帯域監視部１３０に対して、バックボーンネットワーク側の帯域の監視の開始を指示する（図５のステップ２３０）。帯域監視部１３０の動作は後述する。
最後に、バックボーンネットワーク接続制御部１１０はゲートウェイ制御部１０３に対して、ゲートウェイ１００とサーバ９の間で、バックボーンネットワーク２を介したベストエフォート通信の接続を行ったことを報告する。
ゲートウェイ制御部１０３は上記報告を受けた後、接続種別管理テーブル（通信種別保持部）１０６に、バックボーンネットワーク２における端末５の通信は、ベストエフォート通信であることを示すフラグ（又は情報）を、端末５のＩＤに対応して設定する。
バックボーンネットワーク接続制御部１１０と帯域監視部１３０による帯域監視の動作フローの第一例を図７に示す。

図７の例は図２で述べたＱｏＳ保証通信接続の失敗事由の消滅の第一例を実現するための動作フローである。帯域監視部１２０はバックボーンネットワーク２におけるＱｏＳ保証通信用帯域の使用状況を監視する。ここで監視の方法としては、例えば一定時間毎にＱｏＳ保証通信用帯域の使用状況を取得すればよい。また、帯域監視部１３０は、監視の結果、バックボーンネットワーク２におけるＱｏＳ保証通信用帯域の空きが増えた場合は、当該空いたＱｏＳ保証通信用帯域を用いて、新たな端末がＱｏＳ保証通信可能か否かの判定を行う（図７のステップ３００）。空きが不十分であり、新たな端末をＱｏＳ保証通信に追加できない場合は、再度ＱｏＳ保証通信用帯域の使用状況の監視を継続する。一方、空きが十分であり、新たな端末をＱｏＳ保証通信に追加可能な場合は、当該結果をバックボーンネットワーク接続制御部１１０に報告する。
バックボーンネットワーク接続制御部１１０は、帯域監視部１３０からの上記報告を受け、ベストエフォート通信からＱｏＳ保証通信へ移行する端末の決定を行う（図７のステップ３０１）。ここで移行する端末の決定方法としては、例えば接続状況管理部１２０に登録されている端末の中からランダムに選択すればよい。或いは接続状況管理部１２０に登録されている端末のうち、接続状況管理部１２０に登録された時刻が最も古い端末を選択してもよい。或いは接続状況管理部１２０に登録されている端末のうち、端末の優先度が最も高い端末を選択してもよい。優先度は、一例としてステップ９０２で契約情報に基づき設定されることができる。或いは接続状況管理部１２０に登録されている端末のうち、サービスの優先度が最も高い端末を選択してもよい。或いは接続状況管理部１２０に登録されている端末の中から、アクセスネットワーク１で使用している帯域幅に応じて選択しても良い。またバックボーンネットワーク接続制御部１１０は、選択された端末をベストエフォート通信からＱｏＳ保証通信へ移行する。

次にバックボーンネットワーク接続制御部１１０は、上記の方法で決定されたベストエフォート通信からＱｏＳ保証通信へ移行する端末を、ゲートウェイ制御部１０３へ報告する。報告を受けたゲートウェイ制御部１０３は、通信種別保持部１０６に記載されている当該端末の通信種別を、ベストエフォート通信からＱｏＳ保証通信に書き変える（図７のステップ３０２）。
また、バックボーンネットワーク接続制御部１１０は、ベストエフォート通信からＱｏＳ保証通信へ移行した端末を、接続状況管理部１２０から削除する（図７のステップ３０３）。
また、バックボーンネットワーク接続制御部１１０は、接続状況管理部１２０に、ＱｏＳ保証通信の接続を待っている端末が存在するか否かの判定を行う。存在しない場合は、帯域監視を完了する。存在する場合は、バックボーンネットワーク接続制御部１１０は帯域監視部１３０に対して、バックボーンネットワーク側の帯域の監視の開始を再度指示し（図７のステップ２３０）、前記の帯域監視の動作フローを繰り返す。

バックボーンネットワーク接続制御部１１０と帯域監視部１３０による帯域監視の動作フローの第二例を図８に示す。
図８の例は図３で述べたＱｏＳ保証通信接続の失敗事由の消滅の第二例を実現する際の動作フローである。図８において、図７と同一のステップには同一の符号を付している。バックボーンネットワーク接続制御部１１０は、バックボーンネットワークのＱｏＳ保証通信用帯域の調整を行う（図８のステップ３１０）。ここでＱｏＳ保証通信用帯域の調整方法としては、例えばＲＳＶＰのような帯域予約プロトコルを用いて、図３に示したようにＱｏＳ保証通信用帯域を増やせばよい。また、図３の例ではＱｏＳ保証通信用帯域が増加した分だけ、ベストエフォート通信用帯域を減少させることにより、全帯域８００を一定としているが、ＱｏＳ保証通信用帯域のみを増加させ、その分だけ全帯域８００が増加しても良い。図８のステップ３００以外の動作フローは図７と同一であり、説明は省略する。

２．第２の実施の形態
本発明の第二の実施の形態が対象とするネットワークの構成を図９に示す。
図９において、図１５のネットワーク構成と同一の構成要素には同一の番号を付し、説明は省略する。図９はアクセスネットワーク１がモバイルシステムの場合を示している。基地局２１及び２２と、端末２３、２４及び２５の間は無線区間３０で接続されている。ここで無線区間で使用される無線方式としては、例えばＬＴＥ（ＬｏｎｇＴｅｒｍＥｖｏｌｕｔｉｏｎ）やＷｉＭＡＸ（ＷｏｒｌｄｗｉｄｅＩｎｔｅｒｏｐｅｒａｂｉｌｉｔｙｆｏｒＭｉｃｒｏｗａｖｅＡｃｃｅｓｓ）、無線ＬＡＮ等を用いればよい。
本発明の第二の実施の形態のネットワークの動作フローを図１０を用いて説明する。
図１０において、図１の動作フローと同一のステップには同一の番号を付し、説明は省略する。以下では、端末２５が基地局２２、アクセスネットワーク１、ゲートウェイ１５０及びバックボーンネットワーク２を介して、サーバ９に接続する場合について説明する。ゲートウェイ１５０がサーバ９との間で、バックボーンネットワーク２を介してベストエフォート通信を接続（ステップ９２０）後、ゲートウェイ１５０は基地局２２との間で、無線区間３０における端末２５の優先度を上昇させる処理を行う（ステップ９５０）。ここで優先度を上昇させる方法としては、アクセスネットワーク１がＩＰネットワークで構成されている場合は、例えばＩＰヘッダ内のＴＯＳフィールド、或いはＤＳＣＰフィールドに格納されている値を、より優先度の高い値に書き変えることにより実現すればよい。
ここで、優先度の上昇量としては、例えば予め定められた値だけ優先度を上昇させれば良い。或いは、バックボーンネットワーク２におけるベストエフォート通信（ステップ９２０で接続した通信）で、端末２５が実現している通信品質に基いて、優先度の上昇量を決めれば良い。具体的には例えば、前記通信品質が良い場合は優先度の上昇量を少なくし、逆に前記通信品質が低い場合は優先度の上昇量を多くする。

以下、ステップ９２１からステップ９２５までの動作は図１と同様である。ゲートウェイ１５０とサーバ９の間のベストエフォート通信が切断された（ステップ９２５）後、ゲートウェイ１５０は基地局２２との間で、無線区間３０における端末２５の優先度を下降させる処理を行う（ステップ９５１）。ここで優先度を下降させる方法は、ステップ９５０で優先度を上昇させる際に用いる方法と同様の方法を用いればよい。また、下降後の優先度は、例えばステップ９５０で無線区間優先度を上昇させる前の優先度と同一にすればよい。
以上のネットワークの動作により、ゲートウェイ１５０とサーバ９の間がベストエフォート通信であっても、アクセスネットワーク１での端末５の優先度が上昇することにより、端末２５とサーバ９の間の通信を可能な限りＱｏＳ保証通信に近づけることができる。また、ゲートウェイ１５０とサーバ９の間でＱｏＳ保証通信が接続された後は、アクセスネットワーク１での端末５の優先度を下降させることにより、端末２５とサーバ９の間の通信をＱｏＳ保証通信としつつ、無線区間で端末５が使用する通信資源を削減することにより、無線区間の効率を向上させることができる。

次に、前記ネットワークの動作フローを実現するゲートウェイ１５０の構成及び動作を図１１と図１２を用いて説明する。図１１及び図１２において、それぞれ図４及び図５と同一の構成要素には同一の符号を付している。ゲートウェイ１５０は、優先度調整部１４１をさらに有する。図５のステップ２００からステップ２３０までを実現するためのゲートウェイ１５０の構成及び動作は、図４及び図５と同一である。
ゲートウェイ１５０は、バックボーンネットワーク側の帯域監視を開始（ステップ２３０）後、無線区間の優先度を上昇させるステップ２４０（図１０のステップ９５０に対応）を実施する。ステップ２４０実現のために、図１１のアクセスネットワーク接続制御部１４０は優先度調整部１４１に、ゲートウェイ１５０から端末２５に対して送信されるパケットを特定するための情報と、当該パケットに対する上昇後の無線区間での優先度を通知する。ここでゲートウェイ１５０から端末２５に対して送信されるパケットを特定するための情報としては、アクセスネットワーク１がＩＰネットワークの場合、端末２５のＩＰアドレス（宛先ＩＰアドレス）、当該パケットの送信元のＩＰアドレス（送信元ＩＰアドレス）等を用いればよい。また、無線区間での優先度としては、アクセスネットワーク１がＩＰネットワークの場合はＴＯＳフィールド、或いはＤＳＣＰフィールドに格納する値を通知すればよい。
優先度調整部１４１は、パケット転送部１０７でバックボーンネットワークインタフェース１０１からアクセスネットワークインタフェース１０２へ転送されるパケットの中から、端末２５に対して送信されるパケットを特定するための情報を用いて、端末２５に送信されるパケットを選定する。次に優先度調整部１４１は当該選定されたパケットの無線区間の優先度を、前記アクセスネットワーク接続制御部１４０から通知され無線区間での優先度に書き変える。

次に、本実施の形態におけるバックボーンネットワーク接続制御部１１０と帯域監視部１３０による帯域監視の動作フローの第一例を図１３に示す。図１３で図７と同一のステップには同一の番号を付してあり、説明は省略する。図１３と図７の違いは、無線区間の優先度の下降を行うステップ３２０が存在することである。
ステップ３０３において、バックボーンネットワーク接続制御部１１０は、ベストエフォート通信からＱｏＳ保証通信へ移行した端末を、接続状況管理部１２０から削除すると共に、バックボーンネットワーク接続制御部１１０はステップ３０３の処理が完了したことをゲートウェイ制御部１０３に通知する。通知を受けたゲートウェイ制御部１０３は、アクセスネットワーク接続制御部１４０に、端末２５のバックボーンネットワークでの通信がＱｏＳ保証通信に移行したことを通知する。通知を受けたアクセスネットワーク制御部１４０は、優先度調整部１４１に、ゲートウェイ１５０から端末２５に対して送信されるパケットを特定するための情報と、当該パケットに対する下降後の無線区間での優先度を通知する。以下、前記図１２のステップ２４０を実現する際と同様の動作により、無線区間の優先度の下降を行うステップ３２０が実現される。

次に、本実施の形態におけるバックボーンネットワーク接続制御部１１０と帯域監視部１３０による帯域監視の動作フローの第二例を図１４に示す。図１４で図８と同一のステップには同一の番号を付してあり、説明は省略する。図１４と図８の違いは、無線区間の優先度の下降を行うステップ３２０が存在することである。ステップ３２０の実現方法は、前記図１３の説明と同様である。

本発明は、例えば、ＱｏＳ通信を行う通信システムに利用可能である。

１…アクセスネットワーク
２…バックボーンネットワーク
３、４、５、２３、２４、２５…端末
６…セッション管理サーバ
７…ユーザ情報管理サーバ
８…インターネット
９…サーバ
２１、２２…基地局
３０…無線区間
１００、１５０…ゲートウェイ
１０１…バックボーンネットワークインタフェース
１０２…アクセスネットワークインタフェース
１０３…ゲートウェイ制御部
１０４、１４０…アクセスネットワーク接続制御部
１０５、１１０…バックボーンネットワーク接続制御部
１０６…通信種別保持部
１０７…パケット転送部
１２０…接続状況管理部
１３０…帯域監視部
１４１…優先度調整部
２００…ユーザ情報確認
２０１…アクセスネットワーク側ＱｏＳ保証通信接続
２０２…ＱｏＳ保証通信用帯域判定
２０３…バックボーンネットワーク側ＱｏＳ保証通信接続
２０４…アクセスネットワーク側ＱｏＳ保証通信切断
２１０…バックボーンネットワーク側ベストエフォート通信接続
２２０…接続状況管理部に追加
２３０…バックボーンネットワーク側帯域監視開始
２４０…無線区間の優先度上昇
３００…ＱｏＳ保証通信への端末追加可能判定
３０１…ベストエフォート通信からＱｏＳ保証通信へ移行する端末の決定
３０２…当該端末の通信をベストエフォート通信からＱｏＳ保証通信へ移行
３０３…当該端末を接続状況管理部から削除
３０４…接続状況管理部に端末が残っているか判定
３１０…バックボーンネットワークのＱｏＳ保証通信用帯域の調整
３２０…無線区間の優先度下降
８００…全帯域
８０１、８１１…ベストエフォート通信用帯域
８０２、８１２…ＱｏＳ保証通信用帯域
８０３、８０４、８０５…使用中のＱｏＳ保証通信用帯域
９００…ＱｏＳ保証通信接続要求
９０１…ＱｏＳ保証通信要求
９０２…ユーザ情報確認
９０３…ＱｏＳ保証アクセス通信接続
９０４…ＱｏＳ保証通信接続→失敗
９０５…ＱｏＳ保証アクセス通信切断
９０６…ＱｏＳ保証通信回答（割当不可）
９０７…ＱｏＳ保証通信接続回答（接続不可）
９２０…ベストエフォート通信接続
９２１…ＱｏＳ保証通信回答（割当可能）
９２２…ＱｏＳ保証通信接続回答（接続可能）
９２３…ＱｏＳ保証通信接続の失敗事由消滅
９２４…ＱｏＳ保証通信接続
９２５…ベストエフォート通信切断
９５０…無線区間優先度上昇
９５１…無線区間優先度下降

Claims

端末がゲートウェイを介してサーバに接続し、通信品質が保証された通信の要求に対して前記ゲートウェイと前記サーバ間の通信品質が保証された通信の接続がされないと、前記端末と前記ゲートウェイ間の通信を切断する通信システムにおいて、
前記ゲートウェイと前記サーバ間での通信品質が保証された通信のための第１の帯域と、ベストエフォート通信のための第２の帯域が予め定められ、
前記端末が前記サーバとの間で通信品質が保証された通信を行う際に、前記ゲートウェイが前記サーバとの間の前記第１の帯域が、該通信品質が保証された通信を行うのに不足する場合は、前記端末と前記サーバとの通信において前記ゲートウェイと前記サーバとの間でベストエフォート通信を行い、
前記ゲートウェイは、前記端末と前記サーバとの通信において該ゲートウェイと前記サーバとの間でベストエフォート通信接続をすると、通信品質が保証された通信の接続可能であることを、通信品質が保証された通信の要求の送信元であるセッション管理サーバ又は前記端末に送信することで、前記端末と前記ゲートウェイ間の通信の切断を回避し、前記端末と前記サーバの通信を確保する通信システム。
請求項１に記載の通信システムにおいて、
前記ゲートウェイは、前記端末と前記サーバとの通信において該ゲートウェイと前記サーバとの間でベストエフォート通信接続をすると、該ゲートウェイと該サーバ間での通信品質が保証された他の通信の帯域を監視し、
前記端末と前記サーバとの通信について、前記ゲートウェイと該サーバとの間で通信品質が保証された通信を行うための通信資源の不足が解消された場合は、前記ゲートウェイは、前記サーバとの間の前記ベストエフォート通信を終了し、前記端末と前記サーバとの通信において前記ゲートウェイと前記サーバとの間で通信品質が保証された通信を行うことを特徴とする通信システム。
請求項１に記載の通信システムにおいて、
前記ゲートウェイは、前記サーバとの間で通信品質が保証された通信を行うための第１の帯域を増加することにより、前記ゲートウェイが前記サーバとの間で通信品質が保証された通信を行うための通信資源の不足を解消することを特徴とする通信システム。
請求項２に記載の通信システムにおいて、
前記ゲートウェイは、前記端末と前記サーバとの通信において該ゲートウェイと前記サーバとの間でベストエフォート通信接続をすると、該端末の識別子と、通信品質が保証された通信をするための要求帯域幅とを対応して記憶し、
該要求帯域幅と前記第１の帯域のうちの空き帯域とに基づいて前記ゲートウェイが前記サーバとの間で通信品質が保証された通信を行うための通信資源の不足が解消されたと判断した場合、前記ゲートウェイは、記憶された複数の端末の中のひとつを選択して、選択された端末と前記サーバとの通信についてゲートウェイと前記サーバ間のベストエフォート通信を通信品質が保証された通信に切り替える通信システム。
請求項４に記載の通信システムにおいて、
前記ゲートウェイは、前記端末の識別子に対応して、要求帯域幅を記憶した時刻又はベストエフォート通信の接続をした時刻を記憶し、
前記ゲートウェイは、記憶された複数の前記端末の中から、該時刻が最も古い前記端末を選択する通信システム。
請求項４に記載の通信システムにおいて、
前記ゲートウェイは、前記端末の識別子に対応して、該端末の優先度又は該端末が利用するサービスの優先度を記憶し、
前記ゲートウェイは、記憶された複数の前記端末の中から、該優先度に従い前記端末を選択する通信システム。
請求項４に記載の通信システムにおいて、
前記ゲートウェイは、前記ゲートウェイと前記端末間の帯域幅を測定して、前記端末の識別子に対応して記憶し、
前記ゲートウェイは、記憶された複数の前記端末の中から、該帯域幅に従い前記端末を選択する通信システム。
端末が基地局と無線通信し、該端末が該基地局とゲートウェイを介してサーバに接続する通信システムであって、
前記ゲートウェイと前記サーバ間での通信品質が保証された通信のための第１の帯域と、ベストエフォート通信のための第２の帯域が予め定められ、
前記端末が前記サーバとの間で通信品質が保証された通信を行う際に、前記ゲートウェイが前記サーバとの間の前記第１の帯域が、該通信品質が保証された通信を行うのに不足する場合は、前記端末と前記サーバとの通信において前記ゲートウェイと前記サーバとの間でベストエフォート通信を行い、
前記ゲートウェイは前記サーバとの間でベストエフォート通信を行うと、前記ゲートウェイは前記端末と前記基地局の無線区間での優先度を上昇させる通信システム。
請求項８に記載の通信システムにおいて、
前記ゲートウェイは、前記端末と前記サーバ間の通信に関するパケットを前記サーバから受信すると、該パケット内の無線区間での優先度情報を、上昇された優先度に従い書き換えて前記基地局へ出力する通信システム。
請求項８に記載の通信システムにおいて、
前記ゲートウェイは、前記サーバとの間のベストエフォート通信を終了し、前記サーバとの間で通信品質が保証された通信を行うと、前記端末と前記基地局の無線通信の優先度を下降させることを特徴とする通信システム。
請求項８に記載の通信システムにおいて、
前記ゲートウェイは、前記端末の前記ベストエフォート通信の通信品質を示す値が予め定められた基準値より良い場合は、無線通信の優先度の上昇量を第１の上昇量にし、前記端末の前記ベストエフォート通信の通信品質を示す値が予め定められた基準値より悪い場合は、無線通信の優先度の上昇量を、前記第１の上昇量より大きい第２の上昇量にすることを特徴とする通信システム。
端末が基地局と無線通信し、該端末が該基地局とゲートウェイを介してサーバに接続し、前記ゲートウェイと前記サーバ間で通信品質が保証された通信のための第１の帯域と、ベストエフォート通信のための第２の帯域が予め定められた通信システムにおける前記ゲートウェイであって、
前記ゲートウェイは、
前記端末が前記サーバとの間で通信品質が保証された通信を行う際に、前記ゲートウェイと前記サーバとの間の前記第１の帯域が、該通信品質が保証された通信を行うのに不足する場合は、前記端末と前記サーバとの通信において前記ゲートウェイと前記サーバとの間でベストエフォート通信を行い、
前記ゲートウェイは前記サーバとの間でベストエフォート通信を行うと、前記ゲートウェイは前記端末と前記基地局の無線区間での優先度を上昇させる前記ゲートウェイ。