JP5541037B2 - フェムトセルアクセスポイント及びそれに用いるパケットデータオフロード機能制御方法 - Google Patents

フェムトセルアクセスポイント及びそれに用いるパケットデータオフロード機能制御方法 Download PDF

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本発明はフェムトセルアクセスポイント、フェムトセル通信ネットワークシステム及びそれらに用いるパケットデータオフロード機能制御方法に関し、特にフェムトセルアクセスポイントによるパケットデータトラフィックオフロード機能に関する。
近年、無線通信システムにおいて使用される基地局として、カバーエリア(セル半径)が数十メートル程度とされる極めて小規模な基地局が提案されている(例えば、特許文献1参照)。このような小規模な基地局によって形成されるセルは、フェムトセルと呼ばれており、当該基地局はフェムトセルアクセスポイントと呼ばれている。
フェムトセルアクセスポイントは、ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line)、光ファイバ、同軸ケーブル等の有線通信回線に接続され、この有線通信回線を介して携帯電話の通信サービスを提供する。
宅内装置であるフェムトセルアクセスポイントにおいては、それを経由してパケットデータ通信を行おうとする携帯電話機が送信するパケットデータを、携帯電話事業者網を介さずに直接インタネット網へ転送するパケットデータトラフィックオフロード機能を備えるものもある。
特開2007−267424号公報
上述したパケットデータトラフィックオフロード機能によるパケットデータのオフロード可否判断については、事前に定められた固定基準しか利用できず、パケットデータトラフィックを柔軟に制御する仕組みが存在しない。
上述した本発明に関連するフェムトセルアクセスポイントによるパケットデータトラフィックオフロード機能には、フェムトセルアクセスポイントがアクセスポイント管理サーバからオフロード機能の可否を判断するためのパラメタを指定される機構を持たないため、オフロード機能の可否を制御できないという課題がある。
そこで、本発明の目的は上記の問題点を解消し、通信オペレータがフェムトセルアクセスポイントのオフロード機能を柔軟に制御することができるフェムトセルアクセスポイント、フェムトセル通信ネットワークシステム及びそれらに用いるパケットデータオフロード機能制御方法を提供することにある。
本発明によるフェムトセルアクセスポイントは、携帯端末が送信するパケットデータを、携帯電話事業者網を介さずに直接インタネット網へ転送するパケットデータのオフロード機能を有するフェムトセルアクセスポイントであって、
自機器を制御、管理するアクセスポイント管理サーバから指示されるオフロード制御閾値を基に前記オフロード機能によるオフロードの可否を制御する手段を備えている。
本発明によるフェムトセル通信ネットワークシステムは、上記のフェムトセルアクセスポイントを含むことを特徴とする。
本発明によるパケットデータオフロード機能制御方法は、携帯端末が送信するパケットデータを、携帯電話事業者網を介さずに直接インタネット網へ転送するパケットデータのオフロード機能を有するフェムトセルアクセスポイントに用いるパケットデータオフロード機能制御方法であって、
前記フェムトセルアクセスポイントが、前記フェムトセルアクセスポイントを制御、管理するアクセスポイント管理サーバから指示されるオフロード制御閾値を基に前記オフロード機能によるオフロードの可否を制御する処理を実行している。
本発明は、上記のような構成及び動作とすることで、通信オペレータがフェムトセルアクセスポイントのオフロード機能を柔軟に制御することができるという効果が得られる。
本発明によるフェムトセル通信ネットワークシステムの構成例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態によるフェムトセルアクセスポイント内のオフロードマネージャの構成例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態によるフェムトセルアクセスポイント内の管理プロトコルエージェントの構成例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態によるフェムトセル通信ネットワークシステムの動作例を示すシーケンスチャートである。 本発明の実施の形態によるフェムトセル通信ネットワークシステムの動作例を示すシーケンスチャートである。 本発明の実施の形態によるフェムトセルアクセスポイント内のデータベース部の構成例を示す図である。
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。まず、本発明によるフェムトセル通信ネットワークシステムの概要について説明する。本発明は、フェムトセル通信ネットワークシステムにおいて、フェムトセルアクセスポイントでオフロードさせるパケットデータトラフィックを通信オペレータが柔軟に制御できるようにしたことを特徴としている。
図1は本発明によるフェムトセル通信ネットワークシステムの構成例を示すブロック図である。図1において、まず一般的なフェムトセル通信方式として、携帯端末1は、無線インタフェース101を通してフェムトセルアクセスポイント2と通信することで、暗号化通信路103を終端するセキュリティゲートウェイ3及びフェムトセルゲートウェイ5を経由してCN(Core Network)6のノード(図示せず)とのパケット通信を実現する。
図1において、フェムトセルアクセスポイント2を制御、管理するアクセスポイント管理サーバ4は、内存する管理プロトコルマネージャ41と管理対象のフェムトセルアクセスポイント2の管理プロトコルエージェント21との間で通信することで、データベース部22に保存されている現在のフェムトセルアクセスポイント2のトラフィック統計量、通信中携帯端末情報を収集する。
また同様に、アクセスポイント管理サーバ4は、フェムトセルアクセスポイント2のオフロード制御閾値の指定、及びアクセスポイントに接続する携帯端末毎のオフロード可否を指定し、フェムトセルアクセスポイント2のデータベース部22に保持させる。
携帯端末1からのパケット通信要求を受けたフェムトセルアクセスポイント2は、オフロードマネージャ23により、データベース部22に記録されている対象携帯端末のオフロード可否や現在のトラフィック統計量、及びオフロード制御閾値を元にし、一般的なフェムトセル通信方式である暗号化通信路103、CN6を経由する経路か、あるいはインタネット網100上のwebサーバ7と直接通信を行うオフロードされた経路かの選択がなされる。
このように、本発明では、アクセスポイント管理サーバ4がフェムトセルアクセスポイント2のパケットデータトラフィックを把握する機能を有し、またフェムトセルアクセスポイント2がアクセスポイント管理サーバ4の指定に応じてオフロード可否を判断する機能を有しているため、通信オペレータがフェムトセルアクセスポイント2毎あるいは携帯端末1毎のオフロード機能を柔軟に制御することができる。
上記のように、本発明では、フェムトセルアクセスポイント2が、アクセスポイント管理サーバ4から管理プロトコルによって指示されたオフロード制御閾値及び携帯端末1毎のオフロード可否の指定に従って、通信経路の選択を実施する。
次に、本発明の実施の形態によるフェムトセル通信ネットワークシステムについて説明する。本発明の実施の形態によるフェムトセル通信ネットワークシステムは、図1に示す本発明によるフェムトセル通信ネットワークシステムと同様の構成となっている。
すなわち、本発明の実施の形態によるフェムトセル通信ネットワークシステムは、携帯端末1と、フェムトセルアクセスポイント2と、セキュリティゲートウェイ3と、アクセスポイント管理サーバ4と、フェムトセルゲートウェイ5と、CN(Core Network)6と、webサーバ7とから構成されている。
携帯端末1は、電波による無線通信インタフェース101によって、フェムトセルアクセスポイント2と通信を行う。
フェムトセルアクセスポイント2は、アクセスポイント管理サーバ4との間でCWMP[CPE(Customer Premises Equipment) WAN(Wide Area Network) Management Protocol]の実装であるTR−069(Technical Report 069)プロトコルを終端する管理プロトコルエージェント21と、フェムトセルアクセスポイント2内のデータを保持するデータベース部22と、パケットデータトラフィックオフロードの振る舞いを制御するオフロードマネージャ23と、パケットデータトラフィック測定部24とから構成されている。
管理プロトコルエージェント21は、インタネット網100内を、アクセスポイント管理サーバ4との間で暗号化通信路102を構築して安全な通信を実現する。暗号化方式としては、TR−069プロトコルのトランスポートレイヤのセキュリティを確保するTLS(Transport Layer Security)を用いてパケットの暗号化及び改竄検出を行う。
アクセスポイント管理サーバ4の管理プロトコルマネージャ41は、この暗号化通信路102を用いて管理プロトコルエージェント21に対し、TR−069の実装であるSetParameterValuesメソッドによりデータベース部22への情報格納、GetParameterValuesメソッドによりデータベース部22からの情報取得を行う。また、管理プロトコルエージェント21から管理プロトコルマネージャ41に対しては、Informメソッドにより特定イベントの発生を通知する。
データベース部22は、アクセスポイント管理サーバ4から指定されたオフロードに関する設定値、トラフィック測定部24が測定したパケットデータトラフィックに関する情報を保持する。トラフィック測定部24は、測定したフェムトセルアクセスポイント2のパケットデータトラフィック統計量を定期的にデータベース部22へ記録する。
オフロードマネージャ23は、インタネット網100を、セキュリティゲートウェイ3との間で構築する暗号化通信路103を利用し、フェムトセルゲートウェイ3及びCN6を通じて既存のモバイルネットワークを経由する通信方式と、直接webサーバ7とパケットデータをやりとりするオフロード通信方式とのいずれを実施するかを制御する。
図2は本発明の実施の形態によるフェムトセルアクセスポイント2内のオフロードマネージャ23の構成例を示すブロック図である。図2において、フェムトセルアクセスポイント2は、携帯端末1とやり取りする無線信号の変調復調を行うベースバンド部25を備えている。
また、オフロードマネージャ23は、無線アプリケーションメッセージ処理部231と、コアネットワーク機能部232と、Iuアプリケーションメッセージ機能部233と、ユーザプレーンデータ変換部234とを備えている。
無線アプリケーションメッセージ処理部231は、携帯端末1との制御ブレーンメッセージを認識して処理する。コアネットワーク機能部232は、パケットデータオフロードを実施する際に代替的にコアネットワーク処理を実施する。
Iuアプリケーションメッセージ機能部233は、パケットデータオフロードを実施せずセキュリティゲートウェイ3及びフェムトセルゲートウェイ5を経由して既存のモバイルネットワークとの通信を制御する。
ユーザプレーンデータ変換部234は、ユーザプレーンメッセージとして受け取ったパケットデータの宛先を、データオフロードする場合に直接webサーバ7宛のパケットに書き換える。
ここで、トラフィック測定部24は、オフロードの実施有無にかかわらずフェムトセルアクセスポイント2が発生させるユーザプレーンデータのUL(Up Link)トラフィック量及びDL(Down Link)トラフィック量を測定し、定期的にその測定値をデータベース部22へ反映する。
図3は本発明の実施の形態によるフェムトセルアクセスポイント2内の管理プロトコルエージェント21の構成例を示すブロック図である。図3において、管理プロトコルエージェント21は、データ設定部211と、データ収集部212と、イベント監視部213とを備えている。
データ設定部211は、アクセスポイント管理サーバ4からのデータ設定要求であるSetParameterValuesメソッドを受けた際にその指定値をデータベース部22に反映する。
データ収集部212は、アクセスポイント管理サーバ4からデータ送信要求であるGetParamterValuesメソッドを受けた際に必要な値をデータベース部22より収集して送信する。
イベント監視部213は、定期的にデータベース部22を監視し、トラフィック閾値超過といった特定のイベントが発生した際にそのイベント情報をアクセスポイント管理サーバ4に送信する。
以上、本実施の形態における構成例について述べたが、図1の携帯端末1とフェムトセルアクセスポイント2との間の無線通信101、及び既存のフェムトセル通信方式として知られているフェムトセルアクセスポイント2とセキュリティゲートウェイ5との間の暗号化通信路103の方式、フェムトセルアクセスポイント2とフェムトセルゲートウェイ3、CN6との間の通信については、当業者にとってよく知られており、また本発明とは直接関係しないので、その詳細な構成の説明は省略する。
図4は本発明の実施の形態によるフェムトセル通信ネットワークシステムの動作例を示すシーケンスチャートであり、図5は本発明の実施の形態によるフェムトセル通信ネットワークシステムの動作例を示すシーケンスチャートであり、図6は本発明の実施の形態によるフェムトセルアクセスポイント2内のデータベース部22の構成例を示す図である。
図6(a)は、データベース部22の携帯端末テーブルの構成例を示し、携帯端末テーブルは、「IMSI(International Mobile Subscriber Identity)」、「割り当てIP」、「オフロード可否」からなる。
図6(b)は、データベース部22のフェムトセルアクセスポイントテーブルは、「日付」、「ULパケットトラフィック」、「ULトラフィックオフロード閾値」、「DLパケットトラフィック」、「DLトラフィックオフロード閾値」からなる。
次に、図4及び図6を参照して本発明の実施の形態によるフェムトセル通信ネットワークシステムにおけるパケットデータオフロードの動作について説明する。
オフロードマネージャ23の無線アプリケーションメッセージ処理部231は、携帯端末1からの制御プレーン信号がフェムトセルアクセスポイント2に与えられると、その信号タイプを判別し、パケットデータ通信の開始要求を示すRRC(Radio Resource Control):UPLINK DIRECT TRANSFER(ACTIVATE PDP CONTEXT REQUEST)メッセージである場合、次の手順を実施する(図4の手順a1)。
無線アプリケーションメッセージ処理部231は、パケットデータ通信の開始要求を受けると、まずデータベース部22の携帯端末テーブル[図6(a)参照]を参照して要求元の携帯端末1のオフロード可否をチェックする。このオフロード可否については、予め可否のいずれかが設定されているものとする。
続いて、無線アプリケーションメッセージ処理部231は、フェムトセルアクセスポイントテーブル[図6(b)参照]を参照し、現在のULパケットトラフィック及びDLパケットトラフィックをチェックする。これらの値は一定期間のパケットデータトラフィック積算値を示している(図4手順a2)。
ここで、携帯端末テーブルのオフロード可否が“否”を示す値、あるいはULパケットトラフィック積算値及びDLパケットトラフィック積算値のいずれかがトラフィックオフロード閾値を超過していれば、無線アプリケーションメッセージ処理部231は、既存のフェムトセル通信ネットワークを利用した通信を行うために、Iuアプリケーションメッセージ機能部233へ受信制御プレーン信号を転送し、セキュリティゲートウェイ3及びフェムトセルゲートウェイ5との通信を行う。
オフロード可否が“可”を示す値であり、かつULパケットトラフィック積算値及びDLパケットトラフィック積算値のいずれもがトラフィックオフロード閾値を超過していなければ、無線アプリケーションメッセージ処理部231は、受信制御プレーン信号をコアネットワーク機能部232へ転送し、以降の手順を行う(図4手順a3)。
コアネットワーク機能部232は、パケットデータ通信の要求元の携帯端末1に対して、一時的なIPアドレスの割り当てを実施する。このIPアドレスは、携帯端末1とフェムトセルアクセスポイント2との間でのみ使用されるものであり、インタネット網100等の外部ネットワークに送出されるものではない。コアネットワーク機能部232は、この割り当てたIPアドレスをデータベース部22に保持する(図4手順a4)。
コアネットワーク機能部232は、割り当てたIPアドレスを設定したRRC:DOWNLINK DIRECT TRANSFER(ACTIVATE PDP CONTEXT ACCEPT)を要求元の携帯端末1に対して返送する(図4手順a5)。
携帯端末1とコアネットワーク機能部232との間では、無線アクセスベアラを確立し、データ通信コネクションを確立する(図4手順a6)。無線アクセスベアラを確立した携帯端末1は、パケットデータを含んだユーザプレーン信号をフェムトセルアクセスポイント2に送信する(図4手順a7)。
ユーザプレーンデータ変換部234は、ユーザプレーン信号を受信すると、パケットデータに設定された送信元IPアドレスをチェックする(図4手順a8)。ユーザプレーンデータ変換部234は、設定されたIPアドレスが手順a4で割り当てた一時的なIPアドレスであれば、フェムトセルアクセスポイント2に設定されたIPアドレスでパケットデータの送信元IPアドレスを置換する。このフェムトセルアクセスポイント2に設定されたIPアドレスは、インタネット網100等の外部ネットワークで有効なものとする(図4手順a9)。
次に、図5及び図6を参照して本発明の実施の形態によるフェムトセル通信ネットワークシステムにおけるフェムトセルアクセスポイント2とアクセスポイント管理サーバ4との間の通信動作について説明する。
フェムトセルアクセスポイント2は、アクセスポイント管理サーバ4からのTR−069:SetParameterValuesメソッドを受けると、管理プロトコルエージェント21のデータ設定部211にてその内容を処理し、その処理結果のデータベース部22への反映を行う。ここでは、携帯端末テーブル[図6(a)参照]の各携帯端末のオフロード可否に関する指定、フェムトセルアクセスポイントテーブル[図6(b)参照]のULトラフィックオフロード閾値及びDLトラフィックオフロード閾値を指定する(図5手順b1)。
フェムトセルアクセスポイント2は、アクセスポイント管理サーバ4からのTR−069:GetParameterValuesメソッドを受けると、データ収集部212にてその内容を処理し、データベース部22への問い合わせを行う。ここでは、携帯端末テーブルの各携帯端末のIMSI情報、オフロード可否に関する情報、フェムトセルアクセスポイントテーブルのULパケットトラフィック及びDLパケットトラフィックのいずれかが収集に指定され、その内容をアクセスポイント管理サーバ4に返送する(図5手順b2)。
イベント監視部213は、フェムトセルアクセスポイント2にてオフロードが実施された際(図4手順a3)、あるいは定期的なチェックによりULパケットトラフィック及びDLパケットトラフィックがオフロード閾値を超過した際、TR−069:Informメソッドによりアクセスポイント管理サーバ4にイベントの発生を通知する(図5手順b3)。
このように、本実施の形態では、アクセスポイント管理サーバ4がオフロード制御閾値を指定することができるため、柔軟なオフロード機能制御が可能となる。
また、本実施の形態では、アクセスポイント管理サーバ4が携帯端末1毎にオフロード可否を指定することができるため、特定の携帯端末のみオフロードを許可することが可能となる。
さらに、本実施の形態では、フェムトセルアクセスポイント2がオフロード発生時にアクセスポイント管理サーバ4に通知を行うため、通信オペレータがオフロードの発生状況を把握することができる。
本発明の他の実施の形態としては、その基本的構成が上記の通りであるが、管理プロトコルについて置き換える例が考えられる。
すなわち、本発明の他の実施の形態では、図5におけるSetParameterValuesメソッドをSNMP(Simple Network Management Protocol):Set−Requestコマンドに、GetParameterValuesメソッドをSNMP:Get−Requestコマンドに、InformメソッドをSNMPトラップとし、管理プロトコルマネージャ41及び管理プロトコルエージェント21がSNMPプロトコルを用いる。
また、この場合、図1における管理プロトコルエージェント21と管理プロトコルマネージャ41との間の暗号化通信路102は、SNMPプロトコルが有する暗号化機能を利用する。
このように、本実施の形態では、アクセスポイント管理サーバ4とフェムトセルアクセスポイント2との間での管理プロトコルとして、オフロード制御閾値の設定あるいはイベント通知にSNMPプロトコルを用いることもできる。
1 携帯端末
2 フェムトセルアクセスポイント
3 セキュリティゲートウェイ
4 アクセスポイント管理サーバ
5 フェムトセルゲートウェイ
6 CN
7 webサーバ
21 管理プロトコルエージェント
22 データベース部
23 オフロードマネージャ
24 パケットデータトラフィック測定部
25 ベースバンド部
41 管理プロトコルマネージャ
100 インタネット網
101 無線通信インタフェース
102,103 暗号化通信路
211 データ設定部
212 データ収集部
213 イベント監視部
231 無線アプリケーションメッセージ処理部
232 コアネットワーク機能部
233 Iuアプリケーションメッセージ機能部
234 ユーザプレーンデータ変換部

Claims (9)

  1. 携帯端末が送信するパケットデータを、携帯電話事業者網を介さずに直接インタネット網へ転送するパケットデータのオフロード機能を有するフェムトセルアクセスポイントであって、
    自機器を制御、管理するアクセスポイント管理サーバから指示されるオフロード制御閾値を基に前記オフロード機能によるオフロードの可否を制御する手段を有することを特徴とするフェムトセルアクセスポイント。
  2. 前記アクセスポイント管理サーバから指示される前記携帯端末毎のオフロード可否パラメタを基に前記オフロード機能を制御する手段を含むことを特徴とする請求項1記載のフェムトセルアクセスポイント。
  3. 前記オフロード機能によるオフロードの実施時に前記アクセスポイント管理サーバへイベント発生を通知する手段を含むことを特徴とする請求項1または請求項2記載のフェムトセルアクセスポイント。
  4. 前記アクセスポイント管理サーバから管理プロトコルによって指示されたオフロード制御閾値及び前記携帯端末毎のオフロード可否の指定に従って、通信経路の選択を実施することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか記載のフェムトセルアクセスポイント。
  5. 請求項1から請求項4のいずれかに記載のフェムトセルアクセスポイントを含むことを特徴とするフェムトセル通信ネットワークシステム。
  6. 携帯端末が送信するパケットデータを、携帯電話事業者網を介さずに直接インタネット網へ転送するパケットデータのオフロード機能を有するフェムトセルアクセスポイントに用いるパケットデータオフロード機能制御方法であって、
    前記フェムトセルアクセスポイントが、前記フェムトセルアクセスポイントを制御、管理するアクセスポイント管理サーバから指示されるオフロード制御閾値を基に前記オフロード機能によるオフロードの可否を制御する処理を実行することを特徴とするパケットデータオフロード機能制御方法。
  7. 前記フェムトセルアクセスポイントが、前記アクセスポイント管理サーバから指示される前記携帯端末毎のオフロード可否パラメタを基に前記オフロード機能を制御する処理を実行することを特徴とする請求項6記載のパケットデータオフロード機能制御方法。
  8. 前記フェムトセルアクセスポイントが、前記オフロード機能によるオフロードの実施時に前記アクセスポイント管理サーバへイベント発生を通知する処理を実行することを特徴とする請求項6または請求項7記載のパケットデータオフロード機能制御方法。
  9. 前記フェムトセルアクセスポイントが、前記アクセスポイント管理サーバから管理プロトコルによって指示されたオフロード制御閾値及び前記携帯端末毎のオフロード可否の指定に従って、通信経路の選択を実施することを特徴とする請求項6から請求項8のいずれか記載のパケットデータオフロード機能制御方法。
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