JP5501619B2 - 移動体加入者セッションにおいてワイヤレス・データ・トランザクションを削減するための軽量通信プロトコル - Google Patents

Description

本発明は、一般的には、移動体通信ネットワークに関し、更に特定すれば、移動体加入者セッションにおいて無線データ・トランザクションの回数を削減するための軽量通信プロトコルに関するものである。

近年、ＳＩＰ（セッション開始プロトコル）が通信プロトコルとしてその普及が非常に増大している。ＳＩＰは、ワールド・ワイド・ウェブが用いる基礎的プロトコルであるＨＴＴＰ（ハイパー・テキスト転送プロトコル）を模範とし、ＨＴＴＰがウェブに旋風を巻き起こしたのと同様に、電気通信に旋風を巻き起こすことが、広く期待されている。ＳＩＰは、駆動要求によって、アクセスに依存せず包括的な、緩慢で柔軟性のあるプロトコルが作成される、有線ブロードバンドの世界にその起源を有する。このプロトコルの柔軟性のために、標準的な本体(bodies)がユーザ終点上において通信プロトコルとしてＳＩＰを選択し始めている。しかしながら、帯域幅要件およびトランザクション速度は、強調されていない。

移動体ネットワークは、２Ｇ規格から３Ｇ規格への変換および移動がなされつつある。３Ｇによって、移動体終点に対する高速データ・アクセスが可能となり、多くのマルチメディア・サービスへの門戸を開放することができる。しかしながら、３Ｇが高速データ・アクセスを提供するとは言え、かなり加入過剰(oversubscribed)となっている。即ち、ユーザ／チャネル比が非常に高い（有線ネットワークにおいて通例５であるのと比較して、市場によっては１００よりも高い場合もある）。重度な加入過剰は、主に、移動体アクセス・ネットワークをセットアップする際における起動コスト(startup cost)が高いことが原因となっている。この高い加入過剰のために、移動体ユーザが利用可能な有効帯域幅、およびネットワーク・スループットが著しく低下する。

一例として、ＶＩＭ（音声インスタント・メッセージング）の典型的なＳＩＰコール・フローについてこれより説明する。典型的なＶＩＭセッション・セットアップおよびインスタント・メッセージ配信に対して、帯域幅要件およびトランザクション交換率は定量化されている。

ＳＩＰクライアントは、ＳＩＰ登録機関／サーバに到達したい場合、これに登録しなければならない。登録は、設定時間（例えば、１時間）だけ有効であり、登録の中にはクライアントのネットワーク・アドレスが含まれている。いずれの時点においても、クライアントがそのネットワーク・アドレスを変更した場合（例えば、ローミングの結果）、その登録機関に登録し直さなければならない。

図１は、ＳＩＰクライアントがＳＩＰ登録機関またはサーバに登録する際の典型的なコール・フローを示す。この手続が呼び出されるのは、移動体ネットワーク・アドレスにおいて１回でも変更が行われたとき、またはいずれかの設定時間期間が終了した後の内、どちらかが最初に発生したときである。以下に示す登録手続におけるトランザクション例は、１ＫＢを必要とする。

一旦登録を実行すると、ＳＩＰクライアントはネットワークを通じてメッセージを送信および受信することができる。図２は、ＳＩＰクライアントがＶＩＭメッセージを発信する際のコール・フローの一例を示す。この例では、ＳＩＰコール・フローは、１つのＶＩＭメッセージを配信するために、合計５．２５Ｋバイトおよび９回のＳＩＰトランザクションを要する。

ＳＩＰアプリケーション・サーバのシャーシ(chassis)に最大限負荷をかけるとすると、通例、２０，０００個のメディア・ポートに応対することができる。標準的な加入過剰モデルを用いると、このような構成は２，０００，０００人までの加入者に応対することができる。加入者当たりのトラフィックが０．０２アーラン、そして個々のメッセージが平均１０秒とすると、ＳＩＰアプリケーション・サーバが処理するＶＩＭメッセージの総数は、毎日２４，０００，０００、即ち、毎時１，０００，０００となる。ＶＩＭ当たり９回ＳＩＰメッセージを送るＳＩＰコール・フローの結果を用いると、このような構成では、総帯域幅５．２５ＧバイトのＳＩＰメッセージ・データ（オーバーヘッド）を利用して、毎時９，０００，０００回のＳＩＰトランザクションが生ずることになる。これらの数値は、移動体ネットワークにおいて、移動体端末にＳＩＰを拡張することは効率的でなく、したがって、このような環境ではスループットを高めるための改良が望ましいことを示す。

本発明の１つ以上の実施形態によれば、ワイヤレス通信システムにおいてアプリケーション・サーバと移動体加入者との間においてワイヤレス・トランザクションの回数を削減するための方法およびシステムを提供する。通信システムは、アプリケーション・サーバを通じてネットワーク・デバイスと通信する複数のワイヤレス移動体加入者を含む。移動体加入者の各々は、軽量クライアントを含み、アプリケーション・サーバは、移動体加入者毎にエリアスを含む。移動体加入者とネットワーク・デバイスとの間のセッション毎に、アプリケーション・サーバは、所与のプロトコルにしたがって、移動体加入者上に位置するクライアントにおいて処理することを意図したネットワーク・デバイスからの通信を受信する。システムは、移動体加入者上の軽量クライアントとアプリケーション・サーバ上にある移動体加入者毎のエリアスとの間において、通信の処理を分散させて、軽量クライアントが実行する処理、および移動体加入者とアプリケーション・サーバとの間におけるワイヤレス・トランザクションの回数を削減する。

本発明のこれらおよびその他の特徴や利点は、以下の詳細な説明から容易に明らかとなろう。以下の詳細な説明では、本発明の実施形態について、発明の最良の態様を例示しつつ、示しかつ説明する。認められて当然であろうが、本発明は、他の実施形態および異なる実施形態も可能であり、その詳細の一部は、種々の態様において修正が可能なこともあり、全て本発明から逸脱することにはならない。したがって、図面および説明は、性質上、例示として見なされるのであって、制限的または限定的な意味で捕らえてはならない。本願の範囲は、特許請求の範囲において示すものとする。

図３は、本発明の１つ以上の実施形態によるワイヤレス通信システム１０を示す。このシステムは、複数の移動体加入者１２（移動デバイスまたは移動ノードとしても知られている）を含む。移動体加入者１２は、セルラ・フォン、ＰＤＡ（パーソナル・ディジタル・アシスタント）、モデムを有する移動体ＰＣ（パーソナル・コンピュータ）、およびその他の移動体計算デバイスのような、ワイヤレス・ネットワークと通信することができる、適したデバイスであればいずれでもよい。移動体加入者は、複数の基地局１４を通じて、ワイヤレス・ネットワークと通信する。基地局１４は、ディジタル・データを無線信号に、そしてその逆に変換することから、ネットワークと移動体加入者１２との間でインターフェースとして作用する。基地局１４の各々は、通例、関連する無線タワーまたはアンテナを有し、無線リンクを用いて種々の移動体加入者１２と通信する。即ち、基地局１４は、順方向信号の集合の変調および送信によって、種々の移動体加入者１２と通信することができ、一方基地局１４は、ワイヤレス・ネットワーク活動（例えば、電話呼、ウェブ閲覧セッション、インタラクティブ・ゲーム等）に関与する種々の移動体加入者１２からの逆方向信号の集合を受信し復調する。

ネットワーク１６は、（好ましくは、そのエッジ付近に）１つ以上のアプリケーション・サーバ１８を含み、アプリケーション・サーバ１８は、移動体加入者１２およびネットワーク・リソース２０を相互接続するために用いられる。ネットワーク・リソース２０とは、ネットワーク・サーバやメディア・サーバのような、その他のネットワーク・デバイスとすることができる。アプリケーション・サーバ１８は、他のネットワーク・デバイス２０と通信して、例えば、インスタント・メッセージング、プッシュ・ツー・トーク・サービス(push-to-talk service)、インタラクティブ・ゲーム、音楽ストリーミングおよびビデオ・ストリーミング、ならびに音声会議、ビデオ会議、およびウェブ会議を含む、多種多様なアプリケーションおよびサービスへのアクセスを移動体加入者１２に提供する。

従来のシステムでは、アプリケーション・サーバおよびその他のネットワーク・デバイスは、ＳＩＰをセッション制御メカニズムとして用いて、移動体加入者と通信する。これら従来のシステムでは、各移動体加入者がＳＩＰクライアントを含み、他のＳＩＰデバイスと通信することが可能となっている。本発明の種々の実施形態によれば、例えば図４に示すように、各移動体加入者１２のＳＩＰ機能性を、移動体加入者１２とアプリケーション・サーバ１８との間で分散させる。即ち、軽いＭＭ（マルチメディア）クライアント３０を移動体加入者１２上に実装して、ＳＩＰアプリケーション・サーバ１８に実装した加入者の画像３２、即ち、エリアスと通信する。軽いクライアント３０および加入者エリアス３２を合わせて、外部世界（即ち、移動体加入者との通信セッションの最中である、ネットワークにおける他のデバイス）に対する移動体加入者のＳＩＰ終点機能が完成する。移動体加入者のＳＩＰ機能性を移動体加入者１２とアプリケーション・サーバ１８との間で分散することにより、移動体加入者１２およびアプリケーション・サーバ１８は、軽量プロトコルを用いて通信することが可能となり、アプリケーション・サーバ１８と移動体加入者１２との間におけるワイヤレス・トランザクションの回数を大幅に削減することができる。

軽いクライアント３０は、例えば、移動体電話の間で普及しているＪ２ＭＥ（MIDP2.0, JSR135)規格を含む、種々の規格を用いて、移動体加入者１２内に実装することもできる。

ＳＩＰクライアントの機能性を移動体加入者１２とアプリケーション・サーバ１８との間で分散させることによって、多数の利点を得ることができる。無線で送信するＳＩＰメッセージの数を削減することによって、スループットが向上する。加えて、軽いＭＭクライアント３０は、中核となるアプリケーションに特定のコードのみを用いることが好ましく、ＳＩＰスタックを必要としないことが好ましいので、移動体加入者１２上におけるフットプリントが小さくなる。更に、ＭＭクライアント３０が必要とするＣＰＵサイクル数も減少する。何故なら、ＳＩＰ機能の多くまたは殆どを、アプリケーション・サーバ１８に位置するそのクローン３２に委託するからである。また、移動体加入者上における処理が減少することにより、移動体加入者が消費する電力も削減され、これによってデバイスのバッテリを再充電する間、時間間隔が延長する。加えて、必須でない機能を中核ネットワークに委託することによって、アプリケーション・サーバ１８の高帯域幅処理アーキテクチャを活用することができる。

図５は、図２の先行技術のコール・フローと比較するために提供する、本発明の１つ以上の実施形態によるＶＩＭコール・フローの一例を示す。図示のように、図５のコール・フローでは、移動体加入者とアプリケーション・サーバとの間には、２回のワイヤレス・トランザクションだけがあればよく、ＶＩＭメッセージを１回配信するために９回のトランザクションが必要となる図２のコール・フローとは異なる。

ＭＭクライアントは、アプリケーション・サーバへのアクセスに、リアル・タイム・トランスポート・プロトコル（ＲＴＰ）を用いることができる。スループットを高めるために、フレーム・サイズを大きくして、ＲＴＰパケット化の間隔を広くして用いることもできる。一例として、８ｋｂｐｓの符号化装置を用いる場合、１４００バイトのフレーム・サイズで、１秒より大きい音声データを搬送することができる。このような方式は、同じ１秒の音声データのために５０パケットを生成する標準的な２０ミリ秒パケット化率に対して、非常に効率的であると言うことができる。

移動体加入者１２上のＭＭクライアント３０とＳＩＰアプリケーション・サーバ１８におけるそのＳＩＰエリアス３２との間で用いられる軽量通信プロトコルは、コンパクトであり、好ましくは、拡張可能である。これは、３Ｇおよびその他のワイヤレス・データ・ネットワークのアプリケーション・スループットを大幅に高めることができる。軽量通信プロトコルＰＤＵ（プロトコル・データ単位）に可能な全体的な構造の１つを図６に示す。バージョン番号から始まり、その後にアプリケーションＩＤ等が続く固定長フィールドを収容する８ビット・ヘッダを用いることができる。Total Lenは、ＰＤＵの全長を表し、２バイト幅とすることができる。OpCodeは、２バイト幅とすることができ、制御命令、例えば、先のコール・フローに示す「メッセージ」を搬送する。多くの（例えば、６４，０００個の）異なる種類のオペコード(opcode)を定義することができる。２バイト・フィールドのLenは、OpCodeと関連のあるデータの長さを示す。Dataは、lenに続く、可変サイズのデータ・フィールドである。このフィールドのシンタックスは、オペコードに依存することができる。

本発明の１つ以上の実施形態によるＭＭクライアント３０は、クライアント３０をネットワークからダウンロードすることにより、移動体加入者１２上にインストールすることができる。あるいは、システム・ユーザが購入する移動体加入者１２上に、ソフトウェアを予めインストールしておくこともできる。一旦移動体加入者１２がクライアント・アプリケーション３０を有したなら、ＭＭクライアント３０の呼び出し毎に、好ましくは最初に関連するポータルをチェックして、最新バージョンのソフトウェアを有するか否か調べるように、システムを任意に構成することができる。最新バージョンでない場合、ポータルは、クライアントに、ソフトウェアを新バージョンに更新するように警告することができる。

以上、本願において記載した種々の例は、ＳＩＰプロトコルの使用に言及したが、本発明は、いずれの特定の標準的プロトコルと共に用いることにも限定されず、例えば、H.323プロトコルを含む、種々の通信プロトコルと共に用いることができることは言うまでもない。

ＭＭクライアント３０、加入者エリアス３２、および関連するプロセスは、好ましくは、ソフトウェアで実施し、したがって、好適な実施態様の１つは、それぞれのデバイスのランダム・アクセス・メモリ内に位置するコード・モジュールにおける命令（プログラム・コード）の集合と同様である。命令集合は、要求されるまで、別のコンピュータ・メモリ、例えば、ハード・ディスク・ドライブ、またはリムーバブル・メモリに格納しておいてもよく、あるいはインターネットまたはその他の何らかのコンピュータ・ネットワークを経由してダウンロードすることもできる。加えて、記載した種々の方法は、ソフトウェアによって選択的に活性化または構成変更できるデバイスに実装すると便利であるが、このような方法は、ハードウェア、ファームウェア、または指定した方法ステップを実行するように構築した、特殊性の高い装置においても実行可能であることも、当業者には認められよう。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明の主旨および範囲から逸脱することなく、修正が可能なことは明白なはずである。

以下に明記する方法の請求項において、ステップに付番されていたり、あるいはステップが文字によって指定されているが、ステップが出てくる特定の順序に必ず限定されると見なさないこととする。

図１は、先行技術にしたがって、ＳＩＰクライアントがＳＩＰ登録機関／サーバに登録する際のコール・フローの一例を示す。 図２は、先行技術にしたがって、ＳＩＰ移動体がＶＩＭメッセージを発信する際のコール・フローの一例を示す。 図３は、本発明の１つ以上の実施形態による移動体通信システムを示す。 図４は、本発明の１つ以上の実施形態による、移動体加入者とアプリケーション・サーバとの間におけるＳＩＰクライアント機能性の分散を示す。 図５は、本発明の１つ以上の実施形態にしたがってＳＩＰ移動体がＶＩＭメッセージを発信する際のコール・フローの一例を示す。 図６は、本発明の１つ以上の実施形態による、移動体デバイス・クライアントとＳＩＰアプリケーション・サーバにあるそのＳＩＰエリアスとの間における軽量通信プロトコルの全体的構造を示す。

Claims (20)

1. 通信セッションを用いて移動体加入者デバイスがネットワーク・デバイスからのリソースについてアプリケーション・サーバを通じてワイヤレス通信するワイヤレス通信システムにおける方法であって、
   前記移動体加入者デバイス上に備わるセッション開始プロトコル（ＳＩＰ）クライアントに対して意図された前記ネットワーク・デバイスからの通信を、前記アプリケーション・サーバにおいて受信するステップと、
   前記アプリケーション・サーバ上の加入者エリアスにおいて、前記移動体加入者デバイス上に備わる前記セッション開始プロトコル（ＳＩＰ）クライアントに対して意図された前記通信の処理を行うステップであって、前記アプリケーション・サーバ上の前記加入者エリアスが、前記アプリケーション・サーバ上で前記移動体加入者デバイスについてのＳＩＰクライアント機能を実行することを含む、ステップと、
   前記加入者エリアスにおける１又はそれ以上の通信の前記処理について、前記加入者エリアスから前記移動体加入者デバイス上に設けられた軽量クライアントに対してワイヤレス通信を送信するステップと、
   前記加入者エリアスにおいて、前記軽量クライアントからのワイヤレス通信を、前記加入者エリアスに分散されたＳＩＰクライアント機能を実行するための制御命令と共に受信するステップと、
   を備えている、方法。
2. 請求項１記載の方法において、前記ワイヤレス通信システムが３Ｇネットワークである、方法。
3. 請求項１記載の方法において、前記移動体加入者デバイスのセッション開始プロトコル（ＳＩＰ）クライアント機能を前記軽量クライアントと前記加入者エリアスとの間で分散して、前記ネットワーク・デバイスに対するＳＩＰエンドポイントを形成する、方法。
4. 請求項１記載の方法において、前記ネットワーク・デバイスが、ネットワーク・サーバまたはメディア・サーバを備えている、方法。
5. 請求項１記載の方法において、前記移動体加入者デバイスには、セルラ・フォン、パーソナル・ディジタル・アシスタント、またはモバイル・パーソナル・コンピュータが含まれる、方法。
6. 請求項１記載の方法において、更に、前記システムから前記移動体加入者デバイスの各々において前記軽量クライアントをダウンロードするステップを含む、方法。
7. 請求項１記載の方法において、前記ネットワーク・デバイスが、前記移動体加入者デバイスに、前記セッションにおいてアプリケーションまたはサービスへのアクセスを提供し、前記アプリケーションまたはサービスには、インスタント・メッセージング、プッシュ・ツー・トーク・サービス、インタラクティブ・ゲーム、音楽ストリーミング、ビデオ・ストリーミング、音声会議、ビデオ会議、またはウェブ会議が含まれる、方法。
8. 複数の移動体加入者デバイスと通信をし、また、ネットワーク・デバイスと通信をするためのワイヤレス通信システムであって、前記移動体加入者デバイスの少なくとも１つが、軽量クライアントを含んでおり、通信セッションが移動体加入者デバイス及びネットワーク・デバイス間で形成され、該システムが、
   アプリケーション・サーバであって、複数の移動体加入者デバイスと通信するための当該アプリケーション・サーバ上のインターフェイス、および前記ネットワーク内のデバイスと通信するためのインターフェイスを備えたアプリケーション・サーバを備えており、
   該アプリケーション・サーバが、各軽量クライアントについての加入者エリアスを含み、また、該加入者エリアスが、前記アプリケーション・サーバ上の前記移動体加入者デバイスについてのセッション開始プロトコル（ＳＩＰ）機能を含んでおり、
   移動体加入者デバイスとネットワーク・デバイスとの間におけるセッション毎に、
   前記アプリケーション・サーバが、前記移動体加入者デバイス上に備わるクライアント対して意図された、前記ネットワーク・デバイスからの通信を受信し、
   前記加入者エリアスが、前記クライアント対して意図された前記通信の少なくとも１つの処理を行い、前記軽量クライアントにワイヤレス通信を送信し、
   前記加入者エリアスが、ワイヤレス通信を前記加入者エリアスに対して分散されたＳＩＰクライアント機能を実施する制御命令と共に前記軽量クライアントから受信するように構成される、ワイヤレス通信システム。
9. 請求項８記載のシステムにおいて、前記ワイヤレス通信システムが３Ｇネットワークである、システム。
10. 請求項８記載のシステムにおいて、各移動体加入者デバイスについてのセッション開始プロトコル（ＳＩＰ）クライアント機能を、前記軽量クライアントと前記加入者エリアスとの間で分散して、前記ネットワーク・デバイスへＳＩＰエンドポイントを形成する、システム。
11. 請求項８記載のシステムにおいて、前記ネットワーク・デバイスがネットワーク・サーバまたはメディア・サーバを備えている、システム。
12. 請求項８記載のシステムにおいて、前記移動体加入者デバイスには、セルラ・フォン、パーソナル・ディジタル・アシスタント、またはモバイル・パーソナル・コンピュータが含まれる、システム。
13. 請求項８記載のシステムにおいて、前記軽量クライアントが前記移動体加入者デバイスのうちの少なくとも１つにダウンロードされる、システム。
14. 請求項８記載のシステムにおいて、前記ネットワーク・デバイスが、前記移動体加入者デバイスに、前記セッションにおいてアプリケーションまたはサービスへのアクセスを提供し、前記アプリケーションまたはサービスには、インスタント・メッセージング、プッシュ・ツー・トーク・サービス、インタラクティブ・ゲーム、音楽ストリーミング、ビデオ・ストリーミング、音声会議、ビデオ会議、またはウェブ会議が含まれる、システム。
15. コンピュータ可読媒体であって、コンピュータにより実行される際に、該コンピュータに、
    アプリケーション・サーバと通信して移動体加入者デバイス上に備わるセッション開始プロトコル（ＳＩＰ）クライアントに対して意図された、ネットワーク・デバイスからの通信を、前記アプリケーション・サーバにおいて受信させ、
    前記アプリケーション・サーバ上の加入者エリアスにおいて、前記移動体加入者デバイス上に備わる前記セッション開始プロトコル（ＳＩＰ）クライアントに対して意図された前記通信の処理を行わせ、ここで、前記アプリケーション・サーバ上の前記加入者エリアスが、前記アプリケーション・サーバ上の前記移動体加入者デバイスについてのセッション開始プロトコル（ＳＩＰ）クライアント機能を実行し、
    前記加入者エリアスにおける１又はそれ以上の通信の前記処理について、前記加入者エリアスから前記移動体加入者デバイス上に設けられた軽量クライアントに対してワイヤレス通信を送信させ、
    前記加入者エリアスにおいて、前記軽量クライアントからのワイヤレス通信を、前記加入者エリアスに分散されたＳＩＰクライアント機能を実行するための制御命令と共に受信させる、
    ように動作可能な命令を収容する、コンピュータ可読媒体。
16. 請求項１５記載のコンピュータ可読媒体において、前記ワイヤレス通信システムが３Ｇネットワークである、コンピュータ可読媒体。
17. 請求項１５記載のコンピュータ可読媒体において、各移動体加入者デバイスについてのセッション開始プロトコル（ＳＩＰ）クライアント機能を軽量クライアントと前記加入者エリアスとの間で分散する、コンピュータ可読媒体。
18. 請求項１５記載のコンピュータ可読媒体において、前記ネットワーク・デバイスが、ネットワーク・サーバまたはメディア・サーバを備えている、コンピュータ可読媒体。
19. 請求項１５記載のコンピュータ可読媒体において、前記移動体加入者デバイスには、セルラ・フォン、パーソナル・ディジタル・アシスタント、またはモバイル・パーソナル・コンピュータが含まれる、コンピュータ可読媒体。
20. 請求項１５記載のコンピュータ可読媒体において、前記ネットワーク・デバイスが、前記移動体加入者デバイスに、前記セッションにおいてアプリケーションまたはサービスへのアクセスを提供し、前記アプリケーションまたはサービスには、インスタント・メッセージング、プッシュ・ツー・トーク・サービス、インタラクティブ・ゲーム、音楽ストリーミング、ビデオ・ストリーミング、音声会議、ビデオ会議、またはウェブ会議が含まれる、コンピュータ可読媒体。

Images