JP5609888B2 - 移動通信システム、ゲートウェイ装置、基地局装置、ゲートウェイ装置の制御方法、及びプログラム - Google Patents
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Description
本発明は、移動通信システムに関し、特に、移動端末から外部ネットワークへのデータトラフィックをモバイルコアネットワークに流すことなく外部ネットワークにオフロードすることが可能な移動通信システムに関する。
3GPP(3rd Generation Partnership Project)、3GPP2(3rd Generation Partnership Project 2)、WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access)フォーラム等では、利用者宅内、オフィス内などに設置可能な小型無線基地局の標準化が行なわれている。この小型無線基地局は、小型無線基地局を所有するユーザによって宅内や小規模オフィス等に設置され、ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line)や光ファイバ回線等のブロードバンド回線を用いてコアNWに接続することが想定されている。このような小型無線基地局は、一般的に、フェムト基地局、フェムトセル基地局、又はホーム基地局と呼ばれている。また、小型無線基地局が形成するセルのサイズ(カバーエリア)は、従来のマクロセルに比べて極めて小さい。このため、小型無線基地局が形成するセルは、フェムトセル又はホームセル等と呼ばれている。3GPPは、このような小型無線基地局を Home Node B(HNB)及び Home evolved Node B(HeNB)と定義して標準化作業を進めている。HNBはUTRAN (UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) Terrestrial Radio Access Network)向けの小型無線基地局であり、HeNBはLTE(Long Term Evolution)/ EUTRAN (Evolved UTRAN) 向けの小型無線基地局である。
本明細書では、このような小型無線基地局を「ホーム基地局」と呼び、ホーム基地局によって生成されるセルを「フェムトセル」と呼ぶ。なお、3GPPで検討されているUTRAN、E-UTRAN向けのホーム基地局を指す場合には、3GPPでの呼称にならって、HNB若しくはHeNB、又はこれらを総称してH(e)NBと呼ぶ。
多数のホーム基地局がモバイルコアネットワーク(以下ではモバイルコアNWと呼ぶ)に接続され、ホーム基地局を経由して多数の移動端末の通信が行なわれると、コアNWの負荷が増大する。特に移動端末によるインターネットアクセスに関するトラフィックがコアNWの負荷を増大させると予想されている。そこで、3GPPにより作成されたホーム基地局に対する要求条件には、H(e)NB が"Local IP Access(LIPA)機能"をサポートすることが含まれている(非特許文献1を参照)。LIPAは、インターネット及び利用者宅内ネットワークと移動端末の間のトラフィックを、コアNWに転送することなくホーム基地局において利用者宅内ネットワークに直接オフロードする機能である。LIPAは、「local breakout」とも呼ばれる。
図1は、3GPPの移動通信システム(UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)/EPS(Evolved Packet System))におけるLIPAの具体例を示している。図1の例では、H(e)NB91がホームNW3のサブネット34に接続されている。サブネットは、レイヤ2ブロードキャストが到達する範囲であるブロードキャストドメインを意味する。ホームNW3は、ブロードバンドルータ(BBR)30を介してIP(Internet Protocol)アクセスネットワーク4に接続されている。
H(e)NB-GW50は、モバイルコアNW5とIPアクセスNW4の境界に設置されており、モバイルコアNW5内に配置されたデータ転送主体及び制御主体(SGSN/S-GW51、GGSN/P-GW52等)とH(e)NB91の間でユーザデータ及び制御データを中継する。IPアクセスNW4としてインターネット等の公衆ネットワークが使用される場合、H(e)NB-GW50とH(e)NB91の間にIPsecトンネル等のセキュアな通信路41が設定される。
H(e)NB91に接続している移動端末(UE)2が外部ネットワーク6にアクセスする場合、H(e)NB91は、移動端末2の送信データをモバイルコアNW5に転送する。一方、移動端末2がホームNW内に配置されたホスト31やIPアクセスNW4内のホスト42にアクセスする場合、H(e)NB91は、LIPA機能によってIPパケットをサブネット34に分岐する。例えば、H(e)NB91は、移動端末2の送信IPパケットに付与された宛先アドレスをモニタし、宛先アドレスがホスト31に対応するアドレスである場合、当該送信パケットをコアNWに接続されたベアラに送信することなく、ホスト31を宛先に指定したMAC(Media Access Control)フレームを生成してサブネット34に出力する。
図1において省略表記された用語の正式名称を以下に示す。
SGSN:Serving GPRS (General Packet Radio Service) Support Node
S-GW:Serving Gateway
GGSN:Gateway GPRS Support Node
P-GW:PDN(Packet Data Network)
H(e)NB-GW:H(e)NB Gateway
UE:User Equipment
図1において省略表記された用語の正式名称を以下に示す。
SGSN:Serving GPRS (General Packet Radio Service) Support Node
S-GW:Serving Gateway
GGSN:Gateway GPRS Support Node
P-GW:PDN(Packet Data Network)
H(e)NB-GW:H(e)NB Gateway
UE:User Equipment
非特許文献2及び3では、LIPAの実現方式について提案されている。非特許文献2は、ホーム基地局にIP通信のアンカー機能を組み込む方式を提案している。非特許文献3は、ホーム基地局にNAT(Network Address Translation)機能を組み込む方式を提案している。
3GPP TS22.220 v9.1.1 (2009-06)、"Service requirements for Home NodeBs and Home eNodeBs (Release 9)"
3GPP寄書、R2-094053 " Introduction of local breakout from HNB for Gn/Gp SGSN"、pp.49-50、2009年5月、[online]、3GPP、[平成21年8月14日検索]、インターネット<URL:http://www.3gpp.org/ftp/tsg_sa/WG2_Arch/TSGS2_73_Tallinn/Docs/S2-094053.zip>
3GPP寄書、R2-093803 " Local IP access principles for single PDN connection solutions"、 2009年5月、[online]、3GPP、[平成21年8月14日検索]、インターネット<URL:http://www.3gpp.org/ftp/tsg_sa/WG2_Arch/TSGS2_73_Tallinn/Docs/S2-093803.zip>
ホーム基地局を企業NWのような大規模なネットワークに配置する場合、図2に示すように、同一LAN上に複数台のホーム基地局が接続される利用形態が想定される。図2の例では、ホームNW3のサブネット34に、2つのH(e)NB91A及び91Bが接続されている。図2の例において、移動端末が1のホーム基地局(H(e)NB91A)から同一LAN上の他のホーム基地局(H(e)NB91B)に移動する場合を考える。
この場合、非特許文献2の提案方式では、図2に示した矢印R1のように、LIPAの経路が冗長になってしまうという問題がある。つまり、H(e)NB91Bに移動した移動端末2がサブネット34上のホスト31にアクセスする際のLIPAの経路は、H(e)NB-GW50との通信路41A及び41Bを経由する冗長な経路となる。その理由は、移動元のH(e)NB91AにIP通信のアンカー機能があるため、全ての通信がアンカーであるH(e)NB91Aを通らなければならないからである。
一方、図2の例において、非特許文献3の提案方式では、矢印R2によって示すように、サブネット34上のホスト31との通信をH(e)NB間移動の前後で継続することができないという問題がある。その理由は、H(e)NB91A及び91Bが有するNAT機能をLIPAに使用するために、ホスト31から移動端末2へ到達可能な宛先IPアドレスが移動端末2のH(e)NB間移動の前後で変化するためである。
例えば、移動端末2がH(e)NB91Aに接続している場合、移動端末2からサブネット34へのIPパケットの送信元IPアドレス、及びサブネット34から移動端末2へのIPパケットの宛先IPアドレスには、H(e)NB91AのIPアドレスが指定される。しかし、移動端末2が移動してH(e)NB91Bに接続した場合、サブネット34から移動端末2へ到達可能な宛先IPアドレスはH(e)NB91BのIPアドレスに変化する。よって、移動端末2がH(e)NB91Bに移動した場合、H(e)NB91AのIPアドレスを宛先IPアドレスとするIPパケットをホスト31が送信しても、当該IPパケットは移動端末2に到達しない。このIPアドレスの変化のために、サブネット34上のホスト31と移動端末2の間の通信をH(e)NB間移動の前後で継続させることは困難である。
また、IPアドレスの変化だけでなく、MACアドレスが変化することも大きな問題となる。サブネット34内でのIPパケットの到達性は、レイヤ2によって実現されるためである。IPアドレス及びMACアドレスが変化すると、サブネット34内の機器が保持するARPテーブルやレイヤ2のフォワーディング・テーブルに変更が反映されるまでに時間を要するため、通信サービスの中断時間が大きくなってしまう。
上述した問題点が生ずる状況は、LIPA機能をサポートするH(e)NB間を移動端末が移動する場合に限られない。例えば、企業等の大規模ユーザの場合、ホームNW(企業NW)に複数のH(e)NB-GWが設置され、H(e)NB-GWがLIPA機能をサポートする場合も考えられる。この場合、移動端末がH(e)NB-GW間を跨って移動する場合にも、上述したのと同様の問題が発生する。
また、LIPA機能をサポートするH(e)NB 又はH(e)NB-GWの配下のフェムトセルからマクロセルへの移動端末の移動が発生した場合にも同様の問題が発生し得る。移動端末がホームNWにアクセスする際のゲートウェイが、H(e)NB 又はH(e)NB-GWからモバイルコアNWに配置されたP-GW/GGSNに変化するためである。
また、LIPA機能をサポートするH(e)NB 又はH(e)NB-GWの配下のフェムトセルからマクロセルへの移動端末の移動が発生した場合にも同様の問題が発生し得る。移動端末がホームNWにアクセスする際のゲートウェイが、H(e)NB 又はH(e)NB-GWからモバイルコアNWに配置されたP-GW/GGSNに変化するためである。
上述した問題点に対処するため、本発明は、外部ネットワークと移動通信システムとの間でレイヤ3パケットを中継するゲートウェイ間を跨って移動端末が移動した場合に、移動端末が外部ネットワークにアクセスするための通信経路が冗長化することを抑制でき、かつ、外部ネットワークにアクセスする際のレイヤ2アドレス及びレイヤ3アドレスの変化を抑えて通信の継続性の向上に寄与できる移動通信システム、ゲートウェイ装置、基地局装置、ゲートウェイ装置の制御方法およびプログラムの提供を目的とする。
ここで、外部ネットワークは、3GPPの場合であれば、ホームNWを含むPDNである。移動通信システムは、3GPPではUMTS又はEPSである。レイヤ3パケットは、例えば、IPパケットである。レイヤ3パケットを中継するゲートウェイは、3GPPの場合であれば、LIPAをサポートするH(e)NB、LIPAをサポートするH(e)NB-GW、又はP-GWである。
ここで、外部ネットワークは、3GPPの場合であれば、ホームNWを含むPDNである。移動通信システムは、3GPPではUMTS又はEPSである。レイヤ3パケットは、例えば、IPパケットである。レイヤ3パケットを中継するゲートウェイは、3GPPの場合であれば、LIPAをサポートするH(e)NB、LIPAをサポートするH(e)NB-GW、又はP-GWである。
本発明の第1の態様にかかる移動通信システムは、移動端末との間で無線通信を行う無線アクセスネットワークと、前記無線アクセスネットワークに接続されたモバイルコアネットワークと、ゲートウェイ装置を含む。前記ゲートウェイ装置は、前記無線アクセスネットワークと外部ネットワークとの境界又は前記モバイルコアネットワークと外部ネットワークとの境界に配置され、前記外部ネットワークに接続可能なインタフェースを有する。また、前記ゲートウェイ装置は、前記インタフェースに付与された前記ゲートウェイ装置のレイヤ2アドレスとは異なる前記移動端末のレイヤ2アドレスを保持可能に構成されている。さらに、前記ゲートウェイ装置は、前記移動端末から前記外部データネットワークへの送信データを受信したことに応じて、対応する移動端末のレイヤ2アドレスが送信元に指定された送信レイヤ2データフレームを前記インタフェースを介して前記外部データネットワークに送信するよう構成されている。
本発明の第2の態様にかかるゲートウェイ装置は、移動端末との間で無線通信を行う無線アクセスネットワークと外部ネットワークとの境界又は前記無線アクセスネットワークに接続されたモバイルコアネットワークと外部ネットワークとの境界に配置される。当該ゲートウェイ装置は、前記外部ネットワークに接続可能なインタフェース、アドレス管理部、及び通信制御部を含む。前記アドレス管理部は、前記インタフェースに付与された前記ゲートウェイ装置のレイヤ2アドレスとは異なる移動端末のレイヤ2アドレスを保持することが可能である。また、前記通信制御部は、前記移動端末から前記外部データネットワークへの送信データを受信したことに応じて、対応する移動端末のレイヤ2アドレスが送信元に指定された送信レイヤ2データフレームを前記インタフェースを介して前記外部データネットワークに送信できるよう構成されている。
本発明の第3の態様は、ローカルエリアネットワーク(LAN)を経由してモバイルコアネットワークに接続できるよう構成され、前記LANと移動端末の間、及び前記モバイルコアネットワークと前記移動端末の間でデータを中継する基地局装置に関する。当該基地局装置は、LANインタフェース、無線インタフェース、コアネットワーク通信制御部、ローカルアクセス通信制御部、及びアドレス管理部を含む。前記LANインタフェースは、前記LANにレイヤ2データフレームを送出可能である。前記無線インタフェースは、記移動端末と無線通信を行う。前記コアネットワーク通信制御部は、前記LANインタフェースを経由した前記モバイルコアネットワークとのデータ送受信を制御する。前記ローカルアクセス通信制御部は、前記移動端末と前記LANとの間の前記モバイルコアネットワークを経由しない通信を制御する。前記アドレス管理部は、前記LANインタフェースに付与された前記基地局装置のレイヤ2アドレスとは異なる前記移動端末のレイヤ2アドレスを保持することが可能である。さらに前記ローカルアクセス通信制御部は、前記移動端末から前記LANへの送信データを受信したことに応じて、前記移動端末のレイヤ2アドレスが送信元に指定された送信レイヤ2データフレームを前記LANインタフェースを介して前記LANに送信するよう構成されている。
本発明の第4の態様は、ゲートウェイ装置の制御方法である。ここで、前記ゲートウェイ装置は、移動端末との間で無線通信を行う無線アクセスネットワークと外部ネットワークとの境界又は前記無線アクセスネットワークに接続されたモバイルコアネットワークと外部ネットワークとの境界に配置され、前記外部ネットワークに接続可能なインタフェースを有する。本態様にかかる制御方法は、
(a)前記第1のインタフェースに付与された前記ゲートウェイ装置のレイヤ2アドレスとは異なる移動端末のレイヤ2アドレスを取得すること;及び
(b)前記移動端末から前記外部データネットワークへの送信データを受信したことに応じて、対応する移動端末のレイヤ2アドレスが送信元に指定された送信レイヤ2データフレームを前記インタフェースを介して前記外部データネットワークに送信すること、
を含む。
(a)前記第1のインタフェースに付与された前記ゲートウェイ装置のレイヤ2アドレスとは異なる移動端末のレイヤ2アドレスを取得すること;及び
(b)前記移動端末から前記外部データネットワークへの送信データを受信したことに応じて、対応する移動端末のレイヤ2アドレスが送信元に指定された送信レイヤ2データフレームを前記インタフェースを介して前記外部データネットワークに送信すること、
を含む。
本発明の第5の態様は、ゲートウェイ装置に関する制御をコンピュータに実行させるプログラムである。ここで、前記ゲートウェイ装置は、移動端末との間で無線通信を行う無線アクセスネットワークと外部ネットワークとの境界又は前記無線アクセスネットワークに接続されたモバイルコアネットワークと外部ネットワークとの境界に配置され、前記外部ネットワークに接続可能な第1のインタフェース、及び前記移動端末と通信可能な第2のインタフェースを有する。本態様にかかるプログラムを実行するコンピュータによって行われる前記制御は、
(a)前記インタフェースに付与された前記ゲートウェイ装置のレイヤ2アドレスとは異なる移動端末のレイヤ2アドレスを取得すること;及び
(b)前記移動端末から前記外部データネットワークへの送信データを受信したことに応じて、対応する移動端末のレイヤ2アドレスが送信元に指定された送信レイヤ2データフレームを前記外部データネットワークに送信するよう、前記第1のインタフェースを制御すること、
を含む。
(a)前記インタフェースに付与された前記ゲートウェイ装置のレイヤ2アドレスとは異なる移動端末のレイヤ2アドレスを取得すること;及び
(b)前記移動端末から前記外部データネットワークへの送信データを受信したことに応じて、対応する移動端末のレイヤ2アドレスが送信元に指定された送信レイヤ2データフレームを前記外部データネットワークに送信するよう、前記第1のインタフェースを制御すること、
を含む。
上述した本発明の各態様によれば、外部ネットワークと移動通信システムとの間でレイヤ3パケットを中継するゲートウェイ間を跨って移動端末が移動した場合に、移動端末が外部ネットワークにアクセスするための通信経路が冗長化することを抑制でき、かつ、外部ネットワークにアクセスする際のレイヤ2アドレス及びレイヤ3アドレスの変化を抑えることで通信の継続性の向上に寄与できる。
以下では、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図面において、同一要素には同一の符号が付されており、説明の明確化のため、必要に応じて重複説明は省略される。
<発明の実施の形態1>
本実施の形態では、LIPAをサポートするホーム基地局を含む移動通信システムに関して説明する。また、本実施の形態では、移動通信システムが3GPPのUTRAN/EUTRANである場合を例にとって説明する。以下では、始めに、本実施の形態の概要、特にホーム基地局(H(e)NB)1A及び1Bの機能および動作について概略的に述べ、その後、具体的な構成例について説明する。
本実施の形態では、LIPAをサポートするホーム基地局を含む移動通信システムに関して説明する。また、本実施の形態では、移動通信システムが3GPPのUTRAN/EUTRANである場合を例にとって説明する。以下では、始めに、本実施の形態の概要、特にホーム基地局(H(e)NB)1A及び1Bの機能および動作について概略的に述べ、その後、具体的な構成例について説明する。
図4は、本実施の形態にかかる移動通信システムの構成例を示している。ホーム基地局(H(e)NB)1A及び1Bは、IEEE802.3シリーズ規格等の有線LANインタフェース又はIEEE802.11シリーズ規格等の無線LANインタフェースを有しており、企業LAN等のホームNW3に接続される。H(e)NB1A及び1Bは、BBR30及びIPアクセスNW4を介してホーム基地局GW(H(e)NB-GW)50との間で通信可能である。通信路41A及び41Bは、H(e)NB1A及び1BとH(e)NB-GWの間に設定されたIPsecトンネル等の論理的な通信路である。また、H(e)NB1A及び1Bは、無線アクセスネットワークに属する機器であり、移動端末(UE)2との間で無線通信を行うためのUTRAN/EUTRANの無線インタフェースを有している。
さらに、本実施の形態にかかるH(e)NB1A及び1Bは、LIPAをサポートする。つまり、H(e)NB1A及び1Bは、移動端末(UE)2が企業NW内のホスト31やインターネットにアクセスするためのIPトラフィックを、モバイルコアNW5に転送せずに、ホームNW3にオフロードする。
LIPA環境下でのUE2のH(e)NB間移動に対処するため、H(e)NB1A及び1Bは、UE2毎に割り当てられるMAC(Media Access Control)アドレスを保持可能である。ここで、UE2毎に割り当てられるMACアドレスは、H(e)NB1A及び1Bが有するLANインタフェースに設定されたH(e)NB1A及び1BのMACアドレスとは異なるアドレスであり、UE2の各々に対応付けられたMACアドレスである。なお、MACアドレスとは、IEEE802.3シリーズ規格等の有線LAN及びIEEE802.11シリーズ規格等の無線LANにおいて使用されるレイヤ2アドレスである。図4のサブネット34では、レイヤ2アドレスとしてMACアドレスが使用される。
H(e)NB1A及び1Bは、UE2に関するLIPA通信のために、対応するUE2のMACアドレスを用いて、当該MACアドレスに対応付けられたIPアドレスの取得を行う。また、H(e)NB1A及び1Bは、UE2のLIPA通信に関するIPパケットがペイロードに格納されたMACフレームの送受信を行う。H(e)NB1A及び1Bからホスト31に向けて送信されるIPパケットの送信元アドレスには、対応するUE2のIPアドレスが設定される。また、このIPパケットをペイロードに含むホスト31宛てのMACフレームの送信元アドレスには、対応するUE2のMACアドレスが設定される。
H(e)NB1A及び1Bが移動端末毎のMACアドレスを取得する方法には様々なバリエーションが存在する。例えば、UE2からのアタッチ要求に応じた認証処理、位置登録処理、又はベアラ設定処理の際に、モバイルコアNW5からH(e)NB1(1A又は1B)にUE2のMACアドレスを供給してもよい。この場合、モバイルコアNW5は、加入者識別子(IMSI:International Mobile Subscriber Identity)等とともに、UE2のMACアドレスを加入者情報の1つとして管理しておけばよい。
また、例えば、H(e)NB1A及び1Bは、UE2からMACアドレスを取得してもよい。この場合、UE2に格納されたIC(Integrated Circuit)カードに、IMSI、UEの個体識別番号(IMEI:International Mobile Equipment Identity)等とともにMACアドレスを格納しておけばよい。
また、例えば、H(e)NB1A及び1B内のメモリに、UE2のMACアドレスをIMSI、IMEI等と関連づけて予め記録させておいてもよい。非特許文献1にも記載されているように、一般的なH(e)NBは、CSG(Closed Subscriber Group)と呼ばれる予め定められた加入者又はUEのグループに限定してサービスを提供する利用形態をサポートする。よって、CSGリストをH(e)NBに設定する際に、UE毎のMACアドレスの設定も併せて行えばよい。
また、例えば、H(e)NB1A及び1Bは、UE2からMACアドレスを取得してもよい。この場合、UE2に格納されたIC(Integrated Circuit)カードに、IMSI、UEの個体識別番号(IMEI:International Mobile Equipment Identity)等とともにMACアドレスを格納しておけばよい。
また、例えば、H(e)NB1A及び1B内のメモリに、UE2のMACアドレスをIMSI、IMEI等と関連づけて予め記録させておいてもよい。非特許文献1にも記載されているように、一般的なH(e)NBは、CSG(Closed Subscriber Group)と呼ばれる予め定められた加入者又はUEのグループに限定してサービスを提供する利用形態をサポートする。よって、CSGリストをH(e)NBに設定する際に、UE毎のMACアドレスの設定も併せて行えばよい。
また、UE2のMACアドレスに対応するUE2のIPアドレスを取得する方法にも様々なバリエーションがある。つまり、UE2毎に一意に(ユニークに)発行されたMACアドレスに対応づけてUE2毎のIPアドレスが生成されればよく、様々な既存のIPアドレス割り当て手法を応用することができる。具体的には、UE2のIPアドレスの取得には、外部のアドレスサーバに問い合わせるステートフルな設定方法と、UE2のMACアドレスに基づいて自立的にIPアドレスを生成するステートレスな設定方法がともに利用可能である。
例えば、UE2のIPアドレスの取得のために、DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol)等のIPアドレス割り当てプロトコルを利用してもよい。この場合、H(e)NB1A及び1Bは、UE2のMACアドレスを含むIPアドレス割り当て要求(例えばDHCP要求)をアドレスサーバ(例えばDHCPサーバ)に送信し、アドレスサーバからUE2用のIPアドレスの割り当てを受ければよい。DHCPサーバ等のアドレスサーバは、MACアドレス及びIPアドレスを関連付けて管理しており、IPアドレスの使用期限(リース期間)を設定している。UE2のMACアドレスに同一のIPアドレスが割り当てられた状態を維持するため、H(e)NB1A及び1Bは、リース期間が切れる前にリース期間の延長要求(例えばユニキャストのDHCP要求)を行えばよい。このような動作は、DHCP等のアドレス割り当てプロトコルにおいて一般的に採用されている。
また、UE2のIPアドレスの取得のために、IPv6(Internet Protocol version 6)のステートレス・アドレス自動設定(Stateless Address Autoconfiguration)等を利用してもよい。この場合、UE2のMACアドレスとサブネット34のIPアドレス体系(つまり、ネットワークプリフィックス)から、UE2のIPアドレスを一意に生成できる。よって、H(e)NB1A及び1Bは、UE2のMACアドレスとサブネット34のIPアドレス体系から、一意に定まるUE2のIPアドレスを自立的に生成することができる。
以上に述べたように、本実施の形態では、UE2がH(e)NB1AからH(e)NB1Bに移動した場合、H(e)NB1Bは、H(e)NB1Aが取得したのと同一のUE2のMACアドレスを取得する。また、H(e)NB1Bは、UE2のMACアドレスから一意に決定されるIPアドレスを取得する。そして、H(e)NB1Bは、取得したUE2のMACアドレス及びIPアドレスを用いてホスト31とのLIPA通信を行う。これにより、ホスト31とのLIPA通信を行っているUE2がH(e)NB1AからH(e)NB1Bに移動した場合であっても、移動先のH(e)NB1Bは移動元のH(e)NB1A が使用していたのと同じUE2のMACアドレスを使用してLIPA通信を継続することができる。また、移動元のH(e)NB1Aがアンカーとなる必要がないため、通信経路が冗長となることを回避できる。
続いて以下では、図4〜9を用いて、本実施の形態にかかる移動通信システムの構成例および動作について詳細に説明する。図4の例では、モバイルコアNW5に配置された加入者管理部54によって管理される加入者情報55の中にUE2のMACアドレスが含まれている。また、H(e)NB1A及び1Bは、UE2のMACアドレスに対応するIPアドレスを、ホームNW3に配置されたDHCPサーバ32から取得する。
加入者管理部54は、3GPPの移動通信システム(UMTS及びEPS)におけるHLR(Home Location Register)及びHSS(Home Subscriber Server)に相当する。HLR/HSS54は、加入者情報を管理する。加入者情報は、UE2及びその利用者の認証、並びに各種サービスの制御のために利用される基礎的な情報を含む。例えば、加入者情報には、IMSI、IMEI、契約APN(Access Point Name)、静的IPv4アドレス/IPv6プレフィックス等が含まれる。
移動管理部53は、SGSN/S-GW51、GGSN/P-GW52、並びにH(e)NB1A及び1Bとの間で制御インタフェースを接続しており、UE2のモビリティ管理と、セッション管理(ベアラ管理)を行う。移動管理部53は、3GPPの移動通信システム(UMTS及びEPS)におけるMME(Mobility Management Entity)に相当する。
SGSN/S-GW51は、ホーム基地局(H(e)NB)1A及び1Bを含むRAN(UTRAN/ EUTRAN)とモバイルコアNW5の間でユーザデータの転送プレーン(Uプレーン)を接続している。SGSN/S-GW51は、RANとモバイルコアNW5の間でユーザパケットのルーティング及び転送を行う。
GGSN/P-GW52は、モバイルコアNW5と外部ネットワーク6との接続点である。GGSN/P-GW52は、モバイルコアNW5と外部ネットワーク6の間でユーザパケットのルーティング及び転送を行う。
なお、図4に示す各構成要素、特にモバイルコアNW5内の構成要素は、物理的な装置単位を示すものではなく、機能的な主体を示しているに過ぎない。例えば、SGSN/S-GW51およびGGSN/P-GW52は別個のルータ装置として実現してもよいし、1つのルータ装置として集約することも可能である。
図5は、本実施の形態にかかる移動通信システムのプロトコルスタックを示している。UE2及びホスト31の間の通信は、H(e)NB1A内のLIPA機能700によって中継される。
図6は、H(e)NB1A及び1Bの構成例を示すブロック図である。図6において、UTRAN/EUTRAN無線インタフェース(無線IF)10は、UE2と無線通信を行うための通信インタフェースである。LANインタフェース(LAN-IF)11は、ホームNW3に接続するための有線LAN又は無線LANインタフェースである。
転送処理部12は、無線IF10によって受信されるIPパケットフローを監視し、モバイルコアNW5のSSGN/S-GW51に転送するIPパケットとLIPAのためにホームNW3にオフロードするIPパケットを分離する。SSGN/S-GW51に転送すべきIPパケットはコアNW通信制御部13に供給され、ホームNW3にオフロードされるIPパケットはLIPA通信制御部14に供給される。
コアNW通信制御部13は、H(e)NB-GW50との間の通信路41(41A又は41B)の設定、モバイルコアNW5との間のベアラ設定、制御パケット及びユーザパケットの転送処理を行う。また、コアNW通信制御部13は、UE2のアタッチに伴う認証処理および位置更新を要求するため、UE2のIMSIをモバイルコアNW5に送信する。そして、コアNW通信制御部13は、加入者情報55においてUE2のIMSI(例えばIMSI1)に対応づけて管理されているUE2のMACアドレス(例えばMAC1)を受信する。コアNW通信制御部13が受信したUE2のMACアドレスは、アドレス管理部15に供給される。
アドレス管理部15は、UE2のMACアドレスとIPアドレスを関連付けて保持する。なお、アドレス管理部15は、複数のUE2について、UE2毎のMACアドレス及びIPアドレスを保持可能である。アドレス管理部15は、コアNW通信制御部13によって取得されたUE2のMACアドレスに対応するIPアドレスを取得するため、DHCP要求を生成してLAN-IF11より送出する。アドレス管理部15は、UE2のIPアドレスを含むDHCP応答をサブネット34に配置されたDHCPサーバ32から受信する。
LIPA通信制御部14は、外部ネットワークの1つであるホームNW3との接続点であるため、ホームNW3と移動通信システム(UMTS/EPS)の間でユーザパケットを中継するGGSN/P-GW機能を有する。また、LIPA通信制御部14は、NAT(Network Address Translation)機能を有する。LIPA通信制御部14が行うNAT動作は、移動通信システム内のH(e)NB-UE間コネクションにおいて使用されるUE2のIPアドレスと、アドレス管理部15によってDHCPサーバ32より取得されたUE2のIPアドレス(ホームNW3のアドレス体系に適合したIPアドレス)との変換である。また、LIPA通信制御部14は、UE2の送信IPパケットがペイロードに格納されたMACフレームの宛先アドレスにUE2のMACアドレスを設定するように、LAN-IF10を制御する。
図6では、LIPA通信制御部14がNATを行う構成例を示した。しかしながら、LIPA通信制御部14は、NATを行わないようにすることも可能である。具体的には、GGSN/P-GW機能を担うLIPA通信制御部14とUE2の間のGPRS/EPSベアラの設定時又は設定更新時に、UE2側のベアラ終端点に対応付けられるIPアドレスとしてDHCPサーバ32から割り当てられたIPアドレスを使用すればよい。これにより、LIPA通信のIPパケット用に無線通信システム内で使用されるUE2のIPアドレスと、ホームNW3で使用されるUE2のIPアドレスが一致するため、LIPA通信制御部14におけるNATは不要となる。
コアNW通信制御部13、LIPA通信制御部14及びアドレス管理部15によって行われるMACアドレス及びIPアドレスの取得を含む処理は、ASIC、DSP等の半導体処理装置を用いて実現してもよい。また、これらの処理は、無線IF10又はLAN-IF11が実行する少なくとも一部の処理(例えば、ベースバンド信号処理)と共通のASIC、DSPによって実現してもよい。
また、コアNW通信制御部13、LIPA通信制御部14及びアドレス管理部15により行われる処理は、マイクロプロセッサ等のコンピュータに1又は複数のプログラムを実行させることによって実現してもよい。このプログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体(non-transitory computer readable medium)を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体(tangible storage medium)を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体(例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ)、光磁気記録媒体(例えば光磁気ディスク)、CD−ROM(Read Only Memory)、CD−R、CD−R/W、半導体メモリ(例えば、マスクROM、PROM(Programmable ROM)、EPROM(Erasable PROM)、フラッシュROM、RAM(random access memory))を含む。また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体(transitory computer readable medium)によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。
次に、UE2が移動通信システムに初期接続(初期アタッチ)して、ホスト31との間でLIPAによるデータ送受信を行うまでの動作の具体例について図7を参照して説明する。
<手続き(1)>
UE2がH(e)NB1Aに接続し、モバイルコアNW5との接続認証手順を開始する。認証にはUE2のIMSI(IMSI1とする)が使われる。
<手続き(1)>
UE2がH(e)NB1Aに接続し、モバイルコアNW5との接続認証手順を開始する。認証にはUE2のIMSI(IMSI1とする)が使われる。
<手続き(2)>
UE2の認証処理がモバイルコアNW5とH(e)NB1Aとの間で行なわれる。HLR/HSS54は、IMSI1を使ってUE2を認証する。認証が成功した場合、HLR/HSS54は、加入者情報55においてIMSI1に対応付けられているMACアドレス(MAC1とする)をH(e)NB1Aに送信する。
UE2の認証処理がモバイルコアNW5とH(e)NB1Aとの間で行なわれる。HLR/HSS54は、IMSI1を使ってUE2を認証する。認証が成功した場合、HLR/HSS54は、加入者情報55においてIMSI1に対応付けられているMACアドレス(MAC1とする)をH(e)NB1Aに送信する。
<手続き(3)>
H(e)NB1AのコアNW通信制御部13はUE2に対応するMACアドレス(MAC1)をアドレス管理部15に通知する。アドレス管理部15は、UE2の管理情報としてMACアドレス(MAC1)をIMSI(IMSI1)と関連付けて記録する。
H(e)NB1AのコアNW通信制御部13はUE2に対応するMACアドレス(MAC1)をアドレス管理部15に通知する。アドレス管理部15は、UE2の管理情報としてMACアドレス(MAC1)をIMSI(IMSI1)と関連付けて記録する。
<手続き(4)>
H(e)NB1Aのアドレス管理部15は、UE2のMACアドレス(MAC1)に対応するIPアドレスを取得するために、LAN-IF11を介してDHCP要求を送信する。DHCPサーバ32は MACアドレス(MAC1)に対応するIPアドレス(IP1とする)を含むDHCP応答を送信する。アドレス管理部15は、DHCP応答に含まれるIPアドレス(IP1)をUE2の管理情報として記録する。
H(e)NB1Aのアドレス管理部15は、UE2のMACアドレス(MAC1)に対応するIPアドレスを取得するために、LAN-IF11を介してDHCP要求を送信する。DHCPサーバ32は MACアドレス(MAC1)に対応するIPアドレス(IP1とする)を含むDHCP応答を送信する。アドレス管理部15は、DHCP応答に含まれるIPアドレス(IP1)をUE2の管理情報として記録する。
<手続き(5)>
UE2とホスト31とが通信を開始する。UE2からホスト31へのパケット送信を行う場合、H(e)NB1AのLIPA機能によって、ホームNW3に適合したIPパケット及びMACフレームが生成される。つまり、送信元IPアドレスとしてUE2のIPアドレス(IP1)が指定され、送信元MACアドレスとしてUE2のMACアドレス(MAC1)が使用される。一方、ホスト31からUE2へのパケット送信を行う場合、ホスト31は、IP1を宛先IPアドレスとしたIPパケットを生成し、MAC1を宛先MACアドレスとしたMACフレームを生成する。H(e)NB1AのLAN-IF11は、ホスト31から送出されたMACフレームを受信する。そして、LIPA通信機能部14は、ホスト31からのIPパケットに付与されている宛先アドレスを移動通信システム内でのUE2のIPアドレスに変換した後に、無線IF10を経由してUE2に送信する。
UE2とホスト31とが通信を開始する。UE2からホスト31へのパケット送信を行う場合、H(e)NB1AのLIPA機能によって、ホームNW3に適合したIPパケット及びMACフレームが生成される。つまり、送信元IPアドレスとしてUE2のIPアドレス(IP1)が指定され、送信元MACアドレスとしてUE2のMACアドレス(MAC1)が使用される。一方、ホスト31からUE2へのパケット送信を行う場合、ホスト31は、IP1を宛先IPアドレスとしたIPパケットを生成し、MAC1を宛先MACアドレスとしたMACフレームを生成する。H(e)NB1AのLAN-IF11は、ホスト31から送出されたMACフレームを受信する。そして、LIPA通信機能部14は、ホスト31からのIPパケットに付与されている宛先アドレスを移動通信システム内でのUE2のIPアドレスに変換した後に、無線IF10を経由してUE2に送信する。
なお、上述の手続き(4)において、アドレス管理部15は、DHCPサーバ32から取得したUE2のIPアドレスをペイロードに含むとともに、UE2のMACアドレスが送信元アドレスに指定されたブロードキャストパケット又はマルチキャストパケットをサブネット34に送出してもよい。これにより、サブネット34に接続されたレイヤ2スイッチ(不図示)等が保持しているフォワーディング・テーブルがいち早く更新されるため、UE2の移動時におけるサービス中断時間を短縮することができる。
例えば、UE2のIPアドレスがIPv4アドレスである場合、アドレス管理部15は、宛先をブロードキャストアドレスとしたARP(Address Resolution Protocol)リプライを送信すればよい。また、UE2のIPアドレスがIPv6アドレスである場合、アドレス管理部15は、Neighbor Advertisement パケットをマルチキャストアドレス宛てに送信すればよい。
図8は、図7を用いて説明したUE2のアタッチ手順の具体例を示すシーケンス図である。図8は、EPSの場合、つまりH(e)NB1AがHeNBである場合の例である。ステップS101では、UE2がHeNB1Aにアタッチ要求を送信する。アタッチ要求は、UE2のIMSI(IMSI1)又は、一時的に割り当てられた識別子(GUTI(Globally Unique Temporary Identity)、TMSI(Temporary Mobile Subscriber Identity)等)を含む。ステップS102では、HeNB1AがMME53にアタッチ要求を転送する。ステップS103及びS104では、MME53の主導により、UE2、MME53、HSS54の間でユーザ認証が行われる。
ステップS105では、MME53がHSS54に位置更新要求を送信する。位置更新要求は、UE2を識別するためのIMSI(IMSI1)を含む。HSS54は、UE2の位置更新処理を行うとともに、加入者情報55に保持されているUE2に関する情報をMME53に送信する(ステップS106)。MME53に送信されるUE2に関する加入者情報は、IMSI1に対応付けられたUE2のMACアドレス(MAC1)を含む。
MME53は、HSS54から受信したUE2の加入者情報を参照して適切なP-GW及びS-GWを選択し、選択したP-GW及びS-GWとの間でデフォルトベアラ設定を行う。その後、MME53は、アタッチ受付(コンテキスト設定要求)メッセージをHeNB1Aに送信する(ステップS102)。アタッチ受付メッセージは、APNのIPアドレス情報、GUTI、デフォルトベアラ識別子等の既存の情報に加えて、UE2のMACアドレス(MAC1)を含む。
アタッチ受付(コンテキスト設定要求)メッセージを受信したHeNB1Aは、UE2との間で無線ベアラ設定を行う(ステップS108)。さらに、ステップS109において、HeNB1Aは、UE2のMACアドレス(MAC1)に対応するIPアドレスの割り当てを求めるためにDHCP要求メッセージをホームNW3(サブネット34)に送信する。DHCP要求はDHCPサーバ32によって受信される。ステップS110では、HeNB1Aは、DHCPサーバ32から送信されたUE2のIPアドレス(IP1)を含むDHCP応答を受信する(ステップS110)。最後に、ステップS111では、HeNB1Aは、UE2のLIPA用のMACアドレス(MAC1)をLAN内(サブネット34内)に報知する。この報知は、上述したように、ARPリプライ又はNeighbor Advertisement パケットをサブネット34に送信することにより行えばよい。
図9は、図7を用いて説明したUE2のLIPA通信手順の具体例を示すシーケンス図である。図9は、EPSの場合、つまりH(e)NB1AがHeNBである場合の例である。ステップS201では、UE2は、HeNB1Aとの間に設定されている無線ベアラにホスト31宛てのIPパケットを送信する。
ステップS202では、HeNB1Aは、UE2から受信したホスト31宛てIPパケットの送信元IPアドレスをDHCPサーバ32から得たアドレス(IP1)に変換する。そして、ステップS203では、HeNB1Aは、送信元アドレス変換後のホスト31宛てIPパケットをペイロードに含み、送信元MACアドレスとしてUE2のMACアドレス(MAC1)が設定されたMACフレームをサブネット34に送信する。
ステップS204では、ホスト31がUE2宛てIPパケットをペイロードに含むMACフレームを送信する。このとき、UE2宛てIPパケットの宛先IPアドレスにはUE2のIPアドレス(IP1)が設定されている。また、ホスト31が送出するMACフレームの宛先MACアドレスにはUE2のMACアドレス(MAC1)が設定されている。
ステップS205では、HeNB1Aがホスト31から送信されたUE2宛てのMACフレームを受信し、UE2宛てIPパケットを取り出す。そして、HeNB1Aは、UE2宛てIPパケットの宛先IPアドレスをEPS内におけるUE2のIPアドレス(無線ベアラの終端点に対応付けられたUE2のIPアドレス)に変換する。ステップS206では、HeNB1Aは、宛先IPアドレス変換後のIPパケットをUE2との間に設定された無線ベアラに送信する。なお、既に述べたように、HeNB1AとUE2の間のGPRS/EPSベアラのUE2側の終端点に対応付けられるIPアドレスとしてDHCPサーバ32から割り当てられたIPアドレス(IP1)を使用する場合、ステップS202及びS205におけるNATは不要である。
続いて以下では、UE2がH(e)NB1AからH(e)NB1Bに移動した場合について説明する。図10は、UE2がH(e)NB1Bに移動した状態を示す図である。UE2がH(e)NB1Bに移動した場合、図7を用いて説明したのと同様の手続き(1)〜(5)が実行される。これにより、移動先のH(e)NB1Bは、移動元のH(e)NB1Aが取得していたのと同じUE2のMACアドレス(MAC1)及びIPアドレス(IP1)を取得できる。このため、移動先のH(e)NB1Bは、ホスト31とUE2の間のLIPA通信を、移動元のH(e)NB1Aと同じMACアドレス(MAC1)及びIPアドレス(IP1)を用いて継続的に行うことができる。また、移動元のH(e)NB1Aがアンカーとなる必要がないため、通信経路が冗長となることを回避できる。
また、本実施の形態によれば、企業等を含む通信サービス利用者側におけるUE2へのIPアドレス割当ての管理が容易になるという利点もある。通常、企業等の通信サービス利用者がUE2に割り当てられるIPアドレスの管理を希望する場合、企業NW側に認証サーバを設置し、UE2のIPアドレスの割り当てを行う必要がある。これに対して、本実施の形態では、通信サービス利用者のNWに認証サーバを設置しなくても、利用者側でIPアドレス割当ての管理を行うことができる。その理由は、モバイルコアNW5側とホームNW3(企業NW等)側との間で、レイヤ2(MACレイヤ)管理とレイヤ3(IPレイヤ)管理を分担できるためである。つまり、モバイルコアNW5でのUE2の認証の結果、UE2に一意なMACアドレス(MAC1)の利用が許可され、IP層から上位はホームNW3(企業NW等)で制御可能になるからである。
なお、上述の具体例では、UE2の通信相手がサブネット34上のホスト31である場合を示した。しかしながら通信相手は、ホームNW3の他のサブネット(不図示)に接続されたホストであってもよい。また、通信相手は、ホームNW3にH(e)NBを介して接続されている他の移動端末であってもよい。また、通信相手は、BBR30を介してアクセス可能なIPアクセスNW4(インターネット等)に存在するホストであってもよい。
また、上述した具体例では、DHCPサーバ32がH(e)NB1A及び1Bと同じサブネット34に存在する場合について説明した。しかしながら、DHCPサーバ32は、H(e)NB1A及び1Bとは異なるサブネット(不図示)に存在してもよい。この場合、DHCPリレー・エージェント機能を有するホストをサブネット34に配置し、サブネット34とDHCPサーバ32との間でDHCP要求及びDHCP応答を中継させればよい。
<発明の実施の形態2>
本実施の形態では、上述した実施の形態1で述べた具体例から、UE2のMACアドレス(MAC1)を保持する主体を変更した例について説明する。本実施の形態では、UE2のMACアドレス(MAC1)をUE2自身が保持しており、H(e)NB1A及び1Bは、MACアドレス(MAC1)をUE2から取得する。H(e)NB1A及び1BによるMACアドレス(MAC1)の取得は、UE2のアタッチ要求受信時、認証完了時、ベアラ設定時等のUE2との間の制御データの送受信が発生するタイミングで行えばよい。
本実施の形態では、上述した実施の形態1で述べた具体例から、UE2のMACアドレス(MAC1)を保持する主体を変更した例について説明する。本実施の形態では、UE2のMACアドレス(MAC1)をUE2自身が保持しており、H(e)NB1A及び1Bは、MACアドレス(MAC1)をUE2から取得する。H(e)NB1A及び1BによるMACアドレス(MAC1)の取得は、UE2のアタッチ要求受信時、認証完了時、ベアラ設定時等のUE2との間の制御データの送受信が発生するタイミングで行えばよい。
図11は、本実施の形態にかかる移動通信システムの構成およびUEアタッチ時の手順を示すネットワーク構成図である。例えば、UE2は、図7を用いて説明した手続き(1)にてH(e)NB1Aに送信するアタッチ要求メッセージにMACアドレス(MAC1)を含めればよい。H(e)NB1Aが有するアドレス管理部15は、例えば、UE2からのMACアドレス受信、UE2の認証完了、又はモバイルコアNW5によるUE2のアタッチ受付の完了を契機として、LIPA通信のためにMACアドレス(MAC1)を記録すればよい。
図12は、UE2アタッチ時の動作の具体例を示すシーケンス図である。図12の例では、H(e)NB1Aは、モバイルコアNW5によるUE2のアタッチ完了を契機として、UE2に対応するMACアドレスとしてMAC1を記録する(ステップS308)。ステップS301〜S307までは、図8に示したステップS101〜S107と概ね同じである。ただし、ステップS301のアタッチ要求には、UE2のMACアドレス(MAC1)が含まれている点が異なる。また、モバイルコアNW5側の加入者情報55にMACアドレス(MAC1)が予め記録されていないために、ステップS306で送信される加入者情報およびステップS307において送信されるアタッチ受付(コンテキスト設定要求)メッセージにUE2のMACアドレスが含まれていない点が異なる。
図12のステップS309〜S312は、図8に示したステップS108〜S111と同様とすればよい。
<発明の実施の形態3>
本実施の形態では、上述した実施の形態1及び2の変形例について説明する。上述の実施の形態2にかかるH(e)NB1A及び1Bが有するアドレス管理部15は、実施の形態1と同様に、UE2のMACアドレスおよびIPアドレスをIMSIと関連付けて保持すればよい。しかしながら、UE2のMACアドレス及びIPアドレスをH(e)NB1A及び1Bにて管理するためには、IMSIに替えて他の情報を用いることができる。つまり、移動通信システム内にてUE2を一意に識別可能な他の情報を使用することができる。例えば、H(e)NB1A及び1Bは、UE2の端末識別子(IMEI:International Mobile Equipment Identifier)をUE2のMACアドレス及びIPアドレスとの対応付けに使用してもよい。
本実施の形態では、上述した実施の形態1及び2の変形例について説明する。上述の実施の形態2にかかるH(e)NB1A及び1Bが有するアドレス管理部15は、実施の形態1と同様に、UE2のMACアドレスおよびIPアドレスをIMSIと関連付けて保持すればよい。しかしながら、UE2のMACアドレス及びIPアドレスをH(e)NB1A及び1Bにて管理するためには、IMSIに替えて他の情報を用いることができる。つまり、移動通信システム内にてUE2を一意に識別可能な他の情報を使用することができる。例えば、H(e)NB1A及び1Bは、UE2の端末識別子(IMEI:International Mobile Equipment Identifier)をUE2のMACアドレス及びIPアドレスとの対応付けに使用してもよい。
以下では、UE2のMACアドレス及びIPアドレスとの対応付けにIMEIを使用するよう、実施の形態2を変形した例を示す。図13は、本実施の形態にかかる移動通信システムの構成およびUEアタッチ時の手順を示すネットワーク構成図である。UE2は、図7を用いて説明した手続き(1)にて送信するアタッチ要求メッセージに、IMSI(IMSI1)及びMACアドレス(MAC1)に加えて、自身のIMEI(IMEI1とする)を含めればよい。H(e)NB1Aが有するアドレス管理部15は、例えば、UE2からのMACアドレス受信、UE2の認証完了、又はモバイルコアNW5によるUE2のアタッチ受付の完了を契機として、LIPA通信のためにMACアドレス(MAC1)を記録すればよい。このとき、アドレス管理部15は、MACアドレス(MAC1)との対応付けにUE2のIMEI(IMEI1)を使用する。
図14は、UE2アタッチ時の動作の具体例を示すシーケンス図である。ステップS401では、UE2は、UE2のIMEI(IMEI1)を含むアタッチ要求メッセージを送信する。その後の、ステップS402〜S412は、図12に示したステップS302〜S312と概ね同様とすればよい。ただし、ステップS408においてアドレス管理部15がMACアドレス(MAC1)を記録する際の対応付けにUE2のIMEI(IMEI1)を使用する点が異なる。
なお、図13及び14の具体例は、発明の実施の形態2の変形として説明したが、発明の実施の形態1を同様に変更してもよいことは勿論である。
<発明の実施の形態4>
本実施の形態では、上述した発明の実施の形態1で説明した具体例から、移動端末(UE)の認証に関する機能の配置を変更した例について説明する。大企業が移動通信サービスを利用する場合、企業NWに配置された認証サーバをモバイルコアNWに接続し、企業NW内の認証サーバから移動端末にIPアドレスを割り当てる方式が用いられている。図3は、移動端末の認証を企業NWの認証サーバを用いて行う場合の構成例を示している。なお、図3は、本実施の形態に関する図ではなく、企業NW内にホーム基地局を設置する場合に生じる問題点を説明するために本願発明者が作成した図である。
本実施の形態では、上述した発明の実施の形態1で説明した具体例から、移動端末(UE)の認証に関する機能の配置を変更した例について説明する。大企業が移動通信サービスを利用する場合、企業NWに配置された認証サーバをモバイルコアNWに接続し、企業NW内の認証サーバから移動端末にIPアドレスを割り当てる方式が用いられている。図3は、移動端末の認証を企業NWの認証サーバを用いて行う場合の構成例を示している。なお、図3は、本実施の形態に関する図ではなく、企業NW内にホーム基地局を設置する場合に生じる問題点を説明するために本願発明者が作成した図である。
図3の例では、企業NW(ホームNW3)のサブネット36に配置されたRADIUS(Remote Authentication Dial In User Service)サーバ等の認証サーバ37が、ルータ35を介してモバイルコアNW5に接続されている。認証サーバ37は、社員が利用する端末の情報38(以下、社員情報38と呼ぶ)を保持している。認証サーバ37は、モバイルコアNW5からの要求に応じて、UE2の認証を行い、認証に成功したUE2のIMSI(IMSI1)に対応付けられたIPアドレス(IP1)をモバイルコアNW5に送信する。モバイルコアNW5は、認証サーバ37からの応答に含まれるIPアドレス(IP1)を、P-GW52とUE2に設定されるUE2側の終端点のIPアドレスとして使用する。
図3のように認証サーバ37からUE2にIPアドレスを割り当てた場合、UE2とサブネト34上のホスト31の間の通信は、図3の矢印R4に示すように、モバイルコアNW5及び企業の基幹網を経由して行われる。つまり、UE2は、ホーム基地局(H(e)NB91A)を介して直接サブネット34上のホスト31と通信することはできない(図3の矢印R3)。このため、通信経路が冗長となる。
一方、図15は、本願発明の思想を適用したH(e)NB1を企業NWに配置する場合のNW構成例を示している。図15の認証サーバ37は、社員情報38として移動端末(UE)とMACアドレスとの対応関係を管理する。UE2のアタッチを行ってUE2とホスト31との間でのLIPA通信が開始されるまでの手続きは、図7を用いて説明した手続(1)〜(5)と概ね同じである。ただし、手続き(2)における認証処理が異なる。つまり、図15の例では、HLR/HSS54から認証サーバ37に認証要求が転送され、認証サーバ37によってUE2の認証が行われる。認証が成功した場合、認証サーバ37は、社員情報38にてUE2のIMSI(IMSI1)に対応付けられたMACアドレス(MAC1)をHLR/HSS54に送信する。
本実施の形態では、モバイルコアNW5と企業側の認証サーバ37との連携によるUE2の認証手順において、UE2のMACアドレスの払い出しを行う。そして、H(e)NB1A及び1Bは、UE2に一意に割り当てられたMACアドレス(MAC1)を用いて、サブネット34のIPアドレス体系に適合したUE2用のIPアドレス(IP1)を取得する。これにより、H(e)NB1A及び1Bが接続されているサブネット34に適合したIPアドレス(IP1)をUE2に割り当てることが容易となり、LIPAによるホスト31へのアクセスが可能となり、UE2のH(e)NB間移動時の通信の継続性を向上できる。
<発明の実施の形態5>
マクロセルに接続した移動端末からのIPパケットを、加入契約等で予め定められたH(e)NBのアンカーGW機能(SSGN/P-GW機能)まで転送することで、ホームNW3(企業NW等)内のサーバ等のホスト31と移動端末との間でIP通信を行う機能の検討が行われている。この機能は、「Remote IP Access」と呼ばれている。上述した実施の形態1〜3で述べた移動端末のMACアドレスを利用してIPアドレスの取得・生成を行う手法は、Remote IP Access(以下ではRIPAと呼ぶ)の際にH(e)NBのアンカーGW機能が移動端末用のIPアドレスを取得・生成する際にも利用することができる。
マクロセルに接続した移動端末からのIPパケットを、加入契約等で予め定められたH(e)NBのアンカーGW機能(SSGN/P-GW機能)まで転送することで、ホームNW3(企業NW等)内のサーバ等のホスト31と移動端末との間でIP通信を行う機能の検討が行われている。この機能は、「Remote IP Access」と呼ばれている。上述した実施の形態1〜3で述べた移動端末のMACアドレスを利用してIPアドレスの取得・生成を行う手法は、Remote IP Access(以下ではRIPAと呼ぶ)の際にH(e)NBのアンカーGW機能が移動端末用のIPアドレスを取得・生成する際にも利用することができる。
図16は、RIPAをサポートする移動通信システムの構成例を示している。なお、図16の例では、UE2がRIPAを行うためのAPNとしてLIPA機能をもつH(e)NB1が指定されているものとする。このAPNの指定は、加入者情報(契約情報)55に記録しておけばよい。MME53は、加入者情報55に含まれている契約APN情報に基づいてUE2とH(e)NB1のゲートウェイ機能(GGSN/P-GW機能)との間のベアラ設定を開始する。
H(e)NB1に接続してLIPA通信を行っていたUE2がマクロセル(UTRAN/EUTRAN7)へハンドオーバした場合を考える。UE2がUTRAN/EUTRAN7経由でユーザNWにアクセスする場合(つまり、RIPAを行う場合)、UE2は、マクロセル(UTRAN/EUTRAN7)に接続し、RIPAを行うためのAPN(Access Point Name)の指定を含むコネクションの設定要求をUTRAN/EUTRAN7に送信する(図16の丸付き数字1)。このときRIPA用のAPNはLIPA用のAPNと同一であり、例えば、「LIPA」と指定される。UE2からのコネクション設定要求は、MME53に転送される。
MME53は、HSS54との間でUE2の認証処理を行う(図16の丸付き数字2)。加入者情報55では、UE2(IMSI1)に対するLIPAのアンカーGW(GGSN/P-GW)としてH(e)NB1が登録されている。このため、MME53は、UE2とH(e)NB1との間のベアラ設定を開始する。このベアラ設定の際に、H(e)NB1に対して、UE2のMACアドレス(MAC1)が通知される。H(e)NB1のアドレス管理部15は、UE2のMACアドレス(MAC1)を記録する(図16の丸付き数字3)。
H(e)NB1においてアンカーGW機能(SSGN/P-GW機能)を担うLIPA通信制御部14は、UE2のMACアドレス(MAC1)を含むDHCP要求をサブネット34に送信し、DHCPサーバ32からUE2用のIPアドレス(IP1)の割り当てを受ける(図16の丸付き数字14)。
UE2がホスト31にアクセスする場合、図15の丸付き数字5が付された矢印に示す経路が使用される。H(e)NB1とホスト31との間で送受信されるMACフレーム及びIPパケットに、UE2のMACアドレス(MAC1)及びIPアドレス(IP1)が使用される点は、実施の形態1〜4で述べたLIPAを場合と同様である。
本実施の形態によれば、UE2がフェムトセル(H(e)NB1)からマクロセル(UTRAN/EUTRAN7)へハンドオーバした場合に、ハンドオーバの前後で同一のMACアドレス及びIPアドレスを用いて、UE2とホスト31との間の通信を継続できる。また、これとは逆に、マクロセル(UTRAN/EUTRAN7)経由でユーザNW3へのRIPAを行っていたUE2が、フェムトセル(H(e)NB1)にハンドーバした場合にも、UE2とホスト31との間の通信を同一のMACアドレス及びIPアドレスを用いて継続できる。
<発明の実施の形態6>
上述した発明の実施の形態1〜5では、ホーム基地局(H(e)NB)がLIPA機能を持つ場合について説明した。しかしながら、ホーム基地局GW(H(e)NB-GW)にLIPA機能を持たせることも検討されている。また、企業等の大規模ユーザのために、ホーム基地局GW(H(e)NB-GW)をユーザNW(ホームNW3)に配置することも検討されている。ホーム基地局(H(e)NB)がUEに一意に割り当てられたMACアドレスを用いてLIPA通信を行うという実施の形態1〜5で述べた技術思想は、ホーム基地局GW(H(e)NB-GW)がLIPA機能を持つ場合にも適用可能である。本実施の形態では、LIPAをサポートするホーム基地局GW(H(e)NB-GW)がホームNW3に配置された移動通信システムに関して説明する。
上述した発明の実施の形態1〜5では、ホーム基地局(H(e)NB)がLIPA機能を持つ場合について説明した。しかしながら、ホーム基地局GW(H(e)NB-GW)にLIPA機能を持たせることも検討されている。また、企業等の大規模ユーザのために、ホーム基地局GW(H(e)NB-GW)をユーザNW(ホームNW3)に配置することも検討されている。ホーム基地局(H(e)NB)がUEに一意に割り当てられたMACアドレスを用いてLIPA通信を行うという実施の形態1〜5で述べた技術思想は、ホーム基地局GW(H(e)NB-GW)がLIPA機能を持つ場合にも適用可能である。本実施の形態では、LIPAをサポートするホーム基地局GW(H(e)NB-GW)がホームNW3に配置された移動通信システムに関して説明する。
図17は、大規模な企業NWの構成例を示している。図17の例は、企業NW(ホームNW3)の基幹サブネット36に、2つのH(e)NB-GW50A及び50Bが配置されている。H(e)NB-GW50Aは、サブネット34Aに接続されたH(e)NB1A及び1Bを管理する。また、H(e)NB-GW50Bは、サブネット34Bに接続されたH(e)NB1C及び1Dを管理する。
さらに、図17のH(e)NB-GW50A及び50Bは、実施の形態1〜5で述べたH(e)NB1(1A及び1B)と同等のLIPA通信機能を有する。つまり、H(e)NB-GW50A及び50Bは、UE2に一意に割り当てられたMACアドレスを取得して保持することが可能であり、UE2のMACアドレスを用いてLIPA通信を行う。
これにより、UE2のH(e)NB間移動によってLIPA通信を行う際のゲートウェイがH(e)NB-GW50Aから50Bに変化した場合であっても、H(e)NB-GW50Bは、H(e)NB-GW50AがLIPA通信に使用していたのと同じUE2のMACアドレス及びIPアドレスを継続して利用できる。
また、本実施の形態によれは、企業の基幹サブネット36に配置されたH(e)NB-GWからLIPA通信を行う場合に、企業NW(ホームNW3)への接続が許可されたUEをいずれかのH(e)NB-GWに予め関連付けておく必要がない。このよう関連付けの事前設定が必要となると企業NW内の管理が煩雑になるという問題がある。これに対して、本実施の形態はこのような事前設定(UEとH(e)NB-GWの関連付け)を必要としないため、管理が容易である。
なお、図17は、H(e)NB-GW50A及び50BとH(e)NB1A〜1Dとの間にIPsec等のセキュアな通信路41A〜41Dを設定する例を示している。しかしながら、企業NW内の通信であるH(e)NB-GW50A及び50BとH(e)NB1A〜1Dの間は、IPsec等による暗号化を行わなくてもよい。IPsec等のセキュアな通信路を設定するか否かは、モバイルオペレータ及び利用者(企業)のセキュリティ規約に基づいて適宜定めればよい。一方、企業NW(ホームNW3)とモバイルコアNW5の間の通信を暗号化するために、モバイルコアNW側に、H(e)NB-GW50A及び50Bと対になるセキュリティ・ゲートウェイを設置してもよい。また、モバイルコアNW5にセキュリティ・ゲートウェイを設置し、このセキュリティ・ゲートウェイと企業NWのルータ35Bとの間でIPsec通信路等のセキュアな通信路を設定してもよい。
図18は、本実施の形態におけるUE2のアタッチ手順の具体例を示すシーケンス図である。ステップS501〜S508は、図8に示したステップS101〜S108と同様である。ステップS509では、MME53からH(e)NB1Aに送信されるアタッチ受付メッセージをH(e)NB-GW50Aが監視し、アタッチ受付メッセージに含まれるUE2のMACアドレス(MAC1)を取得する。その後、H(e)NB-GW50Aは、UE2のIPアドレス取得(ステップS510〜S511)を行い、UE2のMACアドレスをLAN(サブネット34)内に報知する(ステップS512)。ステップS510〜S512は、動作主体がH(e)NB-GW50Aである点を除いて、図8のステップS109〜S111と同様である。
図19は、本実施の形態におけるUE2のLIPA通信手順の具体例を示すシーケンス図である。図19のステップS601〜S606は、ホームNW3とのゲートウェイとして動作する主体がH(e)NB1AではなくH(e)NB-GW50Aである点を除いて、図9のステップS201〜S206と同様である。
<発明の実施の形態7>
本実施の形態にかかる移動通信システムの構成例を図20に示す。本実施の形態では、移動端末(UE2)がホーム基地局(H(e)NB1)からマクロセル(UTRAN/EUTRAN7)に移動した場合に、移動端末(UE2)が外部ネットワーク(ホームNW3)にアクセスする際のMACアドレス及びIPアドレスの変化を抑制する例について説明する。ホーム基地局(H(e)NB1)とマクロセル基地局(UTRAN/EUTRAN7)間でのUE2の移動が起こると、外部ネットワーク(ホームNW3)へのゲートウェイがホーム基地局(H(e)NB1)からモバイルコアNW5の外部NW-GW(GGSN/P-GW52)に変更される。本実施の形態によれば、このようなゲートウェイの変更が発生する場合のサービス中断時間の短縮に寄与し、UE2と外部ネットワーク(ホームNW3)間の通信の継続性を向上できる。
本実施の形態にかかる移動通信システムの構成例を図20に示す。本実施の形態では、移動端末(UE2)がホーム基地局(H(e)NB1)からマクロセル(UTRAN/EUTRAN7)に移動した場合に、移動端末(UE2)が外部ネットワーク(ホームNW3)にアクセスする際のMACアドレス及びIPアドレスの変化を抑制する例について説明する。ホーム基地局(H(e)NB1)とマクロセル基地局(UTRAN/EUTRAN7)間でのUE2の移動が起こると、外部ネットワーク(ホームNW3)へのゲートウェイがホーム基地局(H(e)NB1)からモバイルコアNW5の外部NW-GW(GGSN/P-GW52)に変更される。本実施の形態によれば、このようなゲートウェイの変更が発生する場合のサービス中断時間の短縮に寄与し、UE2と外部ネットワーク(ホームNW3)間の通信の継続性を向上できる。
図20では、ホームNW3とGGSN/P-GW52の間が、レイヤ2ネットワーク(L2-NW)8により接続されている。L2-NW8は、レイヤ2のブロードキャストフレームが到達可能なネットワークを意味している。つまり、LIPAをサポートするH(e)NB-GW51A及びモバイルコアNW5内のGGSN/P-GW52は、同一のサブネット36に属する。L2-NW8には、広域イーサネット(登録商標)サービス等の商用のレイヤ2接続サービスを利用してもよい。
図20では、UE2は、ホームNW3に配置されたH(e)NB1に接続している。この場合、H(e)NB-GW50AのLIPA機能によって、UE2は、ホームNW3内のサーバ39等のホストにモバイルコアNW5を経由せずに直接的にアクセスできる。UE2のアタッチ処理手順、LIPA通信に関する処理手順は、実施の形態6で述べたのと同様とすればよい。
図21は、UE2がH(e)NB1からマクロセル(UTRAN/EUTRAN7)に移動した場合の動作を示す。始めに、UE2は、UTRAN/EUTRAN7のマクロセル基地局に接続する(図21の丸付き数字1)。次に、UE2の認証処理が行われる。認証が成功した場合、他の実施の形態で説明したのと同様に、MME53は、UE2に割り当てられたMACアドレス(MAC1)を取得する(図21の丸付き数字2)。
続いて、MME53は、UE2に割り当てられたMACアドレス(MAC1)をGGSN/P-GW52に通知する(図21の丸付き数字3)。GGSN/P-GW52は、MME53から通知されたUE2のMACアドレス(MAC1)を記録する。GGSN/P-GW52は、UE2のMACアドレス(MAC1)を使って企業Aのネットワーク(ホームNW3)のDHCPサーバ32に問い合わせる。そして、GGSN/P-GW52は、UE2のMACアドレス(MAC1)に対応付けられたIPアドレス(IP1)をDHCPサーバ32から取得する(図21の丸付き数字4)。この後、GGSN/P-GW52は、サブネット36に設置されたレイヤ2スイッチ(不図示)のフォワーディング・テーブルをいち早く更新するため、ARPリプライ又はNeighbor Advertisement パケットを送信してもよい。
GGSN/P-GW52は、上述した実施の形態1〜6で説明したH(e)NB1及びH(e)NB-GW50A等と同様に、UE2のMACアドレス(MAC1)を使用して、UE2とホームNW3間の通信を行う。つまり、GGSN/P-GW52は、UE2からの送信IPパケットをサブネット36に転送する際に、UE2のMACアドレス(MAC1)が宛先MACアドレスに設定されたMACフレームを生成し、これをL2-NW8を介してサブネット36に送信する。また、GGSN/P-GW52は、UE2のMACアドレス(MAC1)が宛先MACアドレスに設定されたMACフレームをサブネット36から受信し、UE2宛てIPパケットを取り出す。そして、GGSN/P-GW52は、UE2宛てIPパケットの宛先IPアドレスを必要に応じて変換し、UE2宛てIPパケットをUE2に到達可能なベアラに送信する。
本実施の形態によれば、ホーム基地局からマクロセル基地局への移動端末の移動に起因して、外部ネットワーク(ホームNW3)へのゲートウェイがホーム基地局GW(H(e)NBGW50)からモバイルコアNW5の外部NW-GW(GGSN/P-GW52)に変更された場合であっても、UE2がホームNW3にアクセスする際のMACアドレス及びIPアドレスの変化が発生しない。このため、本実施の形態は、ゲートウェイの変更が発生する場合のサービス中断時間の短縮に寄与し、UE2と外部ネットワーク(ホームNW3)間の通信の継続性を向上できる。
なお、MME53がUE2のMACアドレスをGGSN/P-GW52に通知する際に(図21の丸付き数字3)、UE2のIPアドレス(IP1)を併せて通知してもよい。この場合、GGSN/P-GW52によるDHCPサーバ32への問い合わせを省略してもよい。MME53は、認証サーバ37からの応答によって、UE2のMACアドレス(MAC1)と共にIPアドレス(IP1)を受信すればよい。
企業NW(ホームNW3)内のH(e)NB1に接続しているUE2の企業ビル内や敷地内での移動に伴ってH(e)NB1のカバーエリアを外れてしまうと、UE2がマクロセル基地局に接続してしまう場合がある。移動前のUE2が、基幹サブネット36に設置されたH(e)NB-GW50AのLIPA機能によってホームNW3内のサーバ39と通信していた場合、サーバ39との通信経路はGGSN/P-GW52経由に切り替わる。このとき、モバイルコアNW5とホームNW3との間がレイヤ3接続(IPレイヤ接続)している場合は、IPアドレスの変化によってUE2とサーバ39との通信が途切れてしまうという問題が生じる。
これに対して、本実施の形態で述べたように、モバイルコアNW5とホームNW3との間をレイヤ2で接続し、移動前後のゲートウェイ(つまりH(e)NB-GW50AおよびGGSN/P-GW52)の間でUE2のMACアドレスを共通的に利用することで、フェムトセル−マクロセル間の移動を容易に円滑に行うことができる。
なお、本実施の形態に関する上述の説明では、H(e)NB-GW50がLIPA機能を有する場合について述べた。しかしながら、本実施の形態は、実施の形態1〜5等で説明したH(e)NBがLIPA機能を有する場合にも当然に適用可能である。
<発明の実施の形態8>
上述した実施の形態1〜6では、ホーム基地局(H(e)NB)1又はホーム基地局GW(H(e)NB-GW)50が、UE2のMACアドレスを取得する例について述べた。しかしながら、ホーム基地局(H(e)NB)1は、MACアドレスを直接的に取得するのではなく、UE2のMACアドレスを一意に生成可能なインタフェース識別子を取得し、当該インタフェース識別子からUE2のMACアドレスを生成してもよい。このようなインタフェース識別子の1つに、IPv6のインタフェース識別子(IID:Interface Identifier)がある。IPv6のIIDは、IPv6ホストにIPv6アドレスを割り当てるために使用される。ネットワークプレフィックスとIIDを結合することで、IPv6アドレスが生成される。
上述した実施の形態1〜6では、ホーム基地局(H(e)NB)1又はホーム基地局GW(H(e)NB-GW)50が、UE2のMACアドレスを取得する例について述べた。しかしながら、ホーム基地局(H(e)NB)1は、MACアドレスを直接的に取得するのではなく、UE2のMACアドレスを一意に生成可能なインタフェース識別子を取得し、当該インタフェース識別子からUE2のMACアドレスを生成してもよい。このようなインタフェース識別子の1つに、IPv6のインタフェース識別子(IID:Interface Identifier)がある。IPv6のIIDは、IPv6ホストにIPv6アドレスを割り当てるために使用される。ネットワークプレフィックスとIIDを結合することで、IPv6アドレスが生成される。
本実施の形態にかかる移動通信システムの構成例を図22に示す。図22の構成例では、上述した図4の構成から、加入者情報55の内容が変更されている。図22に示した加入者情報55では、UE2のMACアドレスの代わりにUE2のIIDが含まれている。図22のH(e)NB1Aは、発明の実施の形態1で述べたMACアドレスの取得手順と同様の手順で、加入者管理部54からUE2のIIDを受信する。そして、H(e)NB1Aは、受信したUE2のIIDからUE2のMACアドレスを生成する。
例えば、EUI-64(Extended Universal Identifier - 64bit)形式を利用する場合、64ビット長のIIDから48ビット長のMACアドレスを一意に生成可能である。64ビット長のIIDと46ビット長のMACアドレスとの対応関係を図23に示す。
<その他の実施の形態>
上述した発明の実施の形態1〜7では、3GPPのUMTS及びEPSに本発明を適用する場合について説明した。しかしながら、本発明の適用先は、UMTS及びEPSに限定されるものではない。例えば、Local IP Accessをサポートする3GPP2のホーム基地局に本発明を適用してもよい。また、Local IP AccessをサポートするWiMAXのホーム基地局に本発明を適用してもよい。WiMAXの場合は移動端末がMACアドレスを持っている。このため、実施の形態2で述べたのと同様の手順でホーム基地局が移動端末からMACアドレスを取得して記録すればよい。
上述した発明の実施の形態1〜7では、3GPPのUMTS及びEPSに本発明を適用する場合について説明した。しかしながら、本発明の適用先は、UMTS及びEPSに限定されるものではない。例えば、Local IP Accessをサポートする3GPP2のホーム基地局に本発明を適用してもよい。また、Local IP AccessをサポートするWiMAXのホーム基地局に本発明を適用してもよい。WiMAXの場合は移動端末がMACアドレスを持っている。このため、実施の形態2で述べたのと同様の手順でホーム基地局が移動端末からMACアドレスを取得して記録すればよい。
また、発明の実施の形態1〜7では、ホームNW3のレイヤ3にIPv4又はIPv6を使用し、ホームNW3のレイヤ2にIEEE802.3シリーズ規格等の有線LAN又はIEEE802.11シリーズ規格等の無線LANを使用する場合について説明した。言い換えると、ホームNW3のレイヤ3アドレスとしてIPv4アドレス又はIPv6アドレスを使用し、ホームNW3のレイヤ2アドレスとしてMACアドレスを使用する場合について説明した。しかしながら、本願発明は、他のレイヤ2及びレイヤ3の組み合わせに対しても適用可能である。
また、上述した各実施の形態は、適宜組み合わせることも可能である。さらに、本発明は上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、既に述べた本発明の要旨の範囲において種々の変更が可能である。
上述した実施の形態によれば、以下に述べるような利点も得ることができる。
(1)複数台のホーム基地局をホームNW(企業NW等)に設置する場合、移動端末がホーム基地局から他の基地局に移動したとしても、移動前のホーム基地局への依存性がなく、レイヤ3通信が継続される。
(2)ホームNWの管理者は、モバイルオペレータに依存することなく、移動端末に対してレイヤ3アドレスを割り当てる権限を持つことができる。このため、ホームNWの管理者は、ネットワーク管理が行ないやすくなる。
(3)上述の実施の形態で説明したホーム基地局やホーム基地局GWを用いると、3GPP、3GPP2、WiMAXなどの通信装置を装備したノートブックPC(Personal Computer)等が通信する場合に、無線LANで通信している場合と同じようにホームNWにアクセスすることができる。
(1)複数台のホーム基地局をホームNW(企業NW等)に設置する場合、移動端末がホーム基地局から他の基地局に移動したとしても、移動前のホーム基地局への依存性がなく、レイヤ3通信が継続される。
(2)ホームNWの管理者は、モバイルオペレータに依存することなく、移動端末に対してレイヤ3アドレスを割り当てる権限を持つことができる。このため、ホームNWの管理者は、ネットワーク管理が行ないやすくなる。
(3)上述の実施の形態で説明したホーム基地局やホーム基地局GWを用いると、3GPP、3GPP2、WiMAXなどの通信装置を装備したノートブックPC(Personal Computer)等が通信する場合に、無線LANで通信している場合と同じようにホームNWにアクセスすることができる。
この出願は、2009年10月13日に出願された日本出願特願2009−236228を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
1、1A〜1D ホーム基地局(H(e)NB)
2 移動端末(UE)
3 ホームネットワーク
4 IPアクセスネットワーク
5 モバイルコアネットワーク
6 外部ネットワーク
7 無線アクセスネットワーク(UTRAN/EUTRAN)
8 レイヤ2ネットワーク(L2-NW)
10 UTRAN/EUTRAN無線インタフェース
11 LANインタフェース
12 転送処理部
13 コアNW通信制御部
14 LIPA通信制御部
15 アドレス管理部
30 ブロードバンドルータ
31 ホスト
32 DHCPサーバ
33 ネットワーク情報
34 サブネット(ブロードキャストドメイン)
35 ルータ
36 サブネット(ブロードキャストドメイン)
37 認証サーバ
38 社員情報
39 サーバ
41、41A〜41D 通信路(IPsecトンネル)
50 ホーム基地局GW(H(e)NB-GW)
51 RAN-GW(SGSN/S-GW)
52 外部NW-GW(GGSN/P-GW)
53 移動管理部(MME)
54 加入者管理部(HLR/HSS)
55 加入者情報
2 移動端末(UE)
3 ホームネットワーク
4 IPアクセスネットワーク
5 モバイルコアネットワーク
6 外部ネットワーク
7 無線アクセスネットワーク(UTRAN/EUTRAN)
8 レイヤ2ネットワーク(L2-NW)
10 UTRAN/EUTRAN無線インタフェース
11 LANインタフェース
12 転送処理部
13 コアNW通信制御部
14 LIPA通信制御部
15 アドレス管理部
30 ブロードバンドルータ
31 ホスト
32 DHCPサーバ
33 ネットワーク情報
34 サブネット(ブロードキャストドメイン)
35 ルータ
36 サブネット(ブロードキャストドメイン)
37 認証サーバ
38 社員情報
39 サーバ
41、41A〜41D 通信路(IPsecトンネル)
50 ホーム基地局GW(H(e)NB-GW)
51 RAN-GW(SGSN/S-GW)
52 外部NW-GW(GGSN/P-GW)
53 移動管理部(MME)
54 加入者管理部(HLR/HSS)
55 加入者情報
Claims (41)
- 移動端末との間で無線通信を行う無線アクセスネットワークと、
前記無線アクセスネットワークに接続されたモバイルコアネットワークと、
前記無線アクセスネットワークと外部ネットワークとの境界又は前記モバイルコアネットワークと外部ネットワークとの境界に配置され、前記外部ネットワークに接続可能なインタフェースを有するゲートウェイ装置と、
を備える移動通信システムであって、
前記ゲートウェイ装置は、
前記インタフェースに付与された前記ゲートウェイ装置のレイヤ2アドレスとは異なる前記移動端末のレイヤ2アドレスを保持可能に構成され、
前記移動端末から前記外部ネットワークへの送信データを受信したことに応じて、対応する移動端末のレイヤ2アドレスが送信元に指定された送信レイヤ2データフレームを前記インタフェースを介して前記外部ネットワークに送信するよう構成されている、
移動通信システム。 - 前記ゲートウェイ装置は、さらに、前記移動端末のレイヤ2アドレスが宛先に指定された受信レイヤ2データフレームを前記外部ネットワークから受信したことに応じて、前記受信レイヤ2データフレームに含まれるデータを対応する移動端末に送信するよう構成されている、請求項1に記載の移動通信システム。
- 前記送信レイヤ2データフレームは、前記移動端末のレイヤ3アドレスが送信元に指定されたレイヤ3データパケットをペイロードに含み、
前記受信レイヤ2データフレームは、前記移動端末のレイヤ3アドレスが宛先に指定されたレイヤ3データパケットをペイロードに含み、
前記移動端末のレイヤ3アドレスは、前記外部ネットワークで使用されるレイヤ3アドレス体系に適合しており、前記ゲートウェイ装置のレイヤ3アドレスとは異なる前記移動端末に対応付けられたレイヤ3アドレスである、請求項2に記載の移動通信システム。 - 前記移動端末のレイヤ2アドレスは、前記無線通信のレイヤ2では使用されず、前記外部ネットワークのレイヤ2で使用されるアドレスである、請求項1〜3のいずれか1項に記載の移動通信システム。
- 前記移動端末のレイヤ2アドレスは、前記モバイルコアネットワークから供給される、請求項1〜4のいずれか1項に記載の移動通信システム。
- 前記ゲートウェイ装置は、前記モバイルコアネットワークにおける前記移動端末の認証処理、又は前記モバイルコアネットワークへの前記移動端末の位置登録処理に付随して、前記モバイルコアネットワークから前記移動端末のレイヤ2アドレスを取得する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の移動通信システム。
- 前記モバイルコアネットワークは、前記移動端末と前記ゲートウェイ装置との対応関係が予め定められていることを条件として、前記移動端末のレイヤ2アドレスを前記ゲートウェイ装置に供給する、請求項6に記載の移動通信システム。
- 前記移動端末のレイヤ2アドレスは、前記移動端末から供給される、請求項1〜4のいずれか1項に記載の移動通信システム。
- 前記ゲートウェイ装置は、前記外部ネットワークに配置されたアドレスサーバに対して前記移動端末のレイヤ2アドレスを送信することによって、前記アドレスサーバから前記移動端末のレイヤ3アドレスを取得するよう構成されている、請求項4並びに請求項4に従属する請求項5〜8のいずれか1項に記載の移動通信システム。
- 前記ゲートウェイ装置は、前記移動端末のレイヤ2アドレス及び前記外部ネットワークのレイヤ3アドレス体系に基づいて、前記移動端末のレイヤ3アドレスを生成するよう構成されている、請求項4並びに請求項4に従属する請求項5〜8のいずれか1項に記載の移動通信システム。
- 前記ゲートウェイ装置は、前記移動端末から前記外部ネットワークへの送信データに含まれるレイヤ3データパケットに付与されている送信元アドレスを前記移動端末のレイヤ3アドレスに変換することで、前記送信レイヤ2データフレームを生成する、請求項4に記載の移動通信システム。
- 前記外部ネットワークはローカルエリアネットワーク(LAN)であって、
前記ゲートウェイ装置は、前記無線アクセスネットワークに配置されるとともに、前記LANを経由して前記モバイルコアネットワークに接続できるよう構成されたホーム基地局である、請求項1〜11のいずれか1項に記載の移動通信システム。 - 前記ゲートウェイ装置は、UTRAN又はEUTRANにおける H(e)NB-GWである、請求項1〜11のいずれか1項に記載の移動通信システム。
- 前記ゲートウェイ装置は、UTRANにおけるGGSN又はEUTRANにおけるP-GWであって、前記モバイルコアネットワークに配置される、請求項1〜11のいずれか1項に記載の移動通信システム。
- 移動端末との間で無線通信を行う無線アクセスネットワークと外部ネットワークとの境界又は前記無線アクセスネットワークに接続されたモバイルコアネットワークと外部ネットワークとの境界に配置されるゲートウェイ装置であって、
前記外部ネットワークに接続可能なインタフェースと、
前記インタフェースに付与された前記ゲートウェイ装置のレイヤ2アドレスとは異なる移動端末のレイヤ2アドレスを保持することが可能なアドレス管理手段と、
前記移動端末から前記外部ネットワークへの送信データを受信したことに応じて、対応する移動端末のレイヤ2アドレスが送信元に指定された送信レイヤ2データフレームを前記インタフェースを介して前記外部ネットワークに送信できるよう構成された通信制御手段と、
を備える、ゲートウェイ装置。 - 前記通信制御手段は、さらに、前記移動端末のレイヤ2アドレスが宛先に指定された受信レイヤ2データフレームを前記外部ネットワークから受信したことに応じて、前記受信レイヤ2データフレームに含まれるデータを対応する移動端末に送信できるよう構成されている、請求項15に記載のゲートウェイ装置。
- 前記移動端末のレイヤ2アドレスは、前記無線通信のレイヤ2では使用されず、前記外部ネットワークのレイヤ2で使用されるアドレスである、請求項15又は16に記載のゲートウェイ装置。
- 前記送信レイヤ2データフレームは、前記移動端末のレイヤ3アドレスが送信元に指定されたレイヤ3データパケットをペイロードに含み、
前記受信レイヤ2データフレームは、前記移動端末のレイヤ3アドレスが宛先に指定されたレイヤ3データパケットをペイロードに含み、
前記移動端末のレイヤ3アドレスは、前記外部ネットワークで使用されるレイヤ3アドレス体系に適合しており、前記ゲートウェイ装置のレイヤ3アドレスとは異なる前記移動端末に対応付けられたレイヤ3アドレスである、請求項16又は請求項16に従属する請求項17に記載のゲートウェイ装置。 - 前記通信制御手段は、前記モバイルコアネットワークにおける前記移動端末の認証処理、又は前記モバイルコアネットワークへの前記移動端末の位置登録処理に付随して、前記モバイルコアネットワークから前記移動端末のレイヤ2アドレスを取得する、請求項15〜18のいずれか1項に記載のゲートウェイ装置。
- 前記アドレス管理手段は、前記外部ネットワークに配置されたアドレスサーバに対して前記インタフェースを介して前記移動端末のレイヤ2アドレスを送信することによって、前記アドレスサーバから前記移動端末のレイヤ3アドレスを取得するよう構成されている、請求項18または請求項18に従属する請求項19に記載のゲートウェイ装置。
- 前記アドレス管理手段は、前記移動端末のレイヤ2アドレス及び前記外部ネットワークのレイヤ3アドレス体系に基づいて、前記移動端末のレイヤ3アドレスを生成するよう構成されている、請求項18または請求項18に従属する請求項19に記載のゲートウェイ装置。
- 前記ゲートウェイ装置は、UTRAN又はEUTRANにおける H(e)NB-GWである、請求項15〜21のいずれか1項に記載のゲートウェイ装置。
- 前記ゲートウェイ装置は、UTRANにおけるGGSN又はEUTRANにおけるP-GWであって、前記モバイルコアネットワークに配置される、請求項15〜21のいずれか1項に記載のゲートウェイ装置。
- ローカルエリアネットワーク(LAN)を経由してモバイルコアネットワークに接続できるよう構成され、前記LANと移動端末の間、及び前記モバイルコアネットワークと前記移動端末の間でデータを中継する基地局装置であって、
前記LANにレイヤ2データフレームを送出可能なLANインタフェースと、
前記移動端末と無線通信を行う無線インタフェースと、
前記LANインタフェースを経由した前記モバイルコアネットワークとのデータ送受信を制御するコアネットワーク通信制御手段と、
前記移動端末と前記LANとの間の前記モバイルコアネットワークを経由しない通信を制御するローカルアクセス通信制御手段と、
前記LANインタフェースに付与された前記基地局装置のレイヤ2アドレスとは異なる前記移動端末のレイヤ2アドレスを保持することが可能なアドレス管理手段と、
を備え、
前記ローカルアクセス通信制御手段は、
前記移動端末から前記LANへの送信データを受信したことに応じて、前記移動端末のレイヤ2アドレスが送信元に指定された送信レイヤ2データフレームを前記LANインタフェースを介して前記LANに送信するよう構成されている、
基地局装置。 - 前記ローカルアクセス通信制御手段は、さらに、前記移動端末のレイヤ2アドレスが宛先に指定された受信レイヤ2データフレームを前記LANインタフェースを介して受信したことに応じて、前記受信レイヤ2データフレームに含まれるデータを前記無線インタフェースを介して前記移動端末に送信するよう構成されている、請求項24に記載の基地局装置。
- 前記送信レイヤ2データフレームは、前記移動端末のレイヤ3アドレスが送信元に指定されたレイヤ3データパケットをペイロードに含み、
前記受信レイヤ2データフレームは、前記移動端末のレイヤ3アドレスが宛先に指定されたレイヤ3データパケットをペイロードに含み、
前記移動端末のレイヤ3アドレスは、前記LANで使用されるレイヤ3アドレス体系に適合しており、前記基地局装置のレイヤ3アドレスとは異なる前記移動端末に対応付けられたレイヤ3アドレスである、請求項25に記載の基地局装置。 - 前記移動端末のレイヤ2アドレスは、前記無線通信のレイヤ2では使用されず、前記LANのレイヤ2で使用されるアドレスである、請求項24〜26のいずれか1項に記載の基地局装置。
- 前記移動端末のレイヤ2アドレスは、前記モバイルコアネットワークから供給される、請求項24〜27のいずれか1項に記載の基地局装置。
- コアネットワーク通信制御手段は、前記モバイルコアネットワークにおける前記移動端末の認証処理、又は前記モバイルコアネットワークへの前記移動端末の位置登録処理に付随して、前記モバイルコアネットワークから前記移動端末のレイヤ2アドレスを取得する、請求項24〜27のいずれか1項に記載の基地局装置。
- 前記移動端末のレイヤ2アドレスは、前記移動端末から供給される、請求項24〜27のいずれか1項に記載の基地局装置。
- 前記アドレス管理手段は、前記移動端末の割り当てられたインタフェース識別子を取得し、前記インタフェース識別子を用いて前記移動端末のレイヤ2アドレスを生成する、請求項24〜27のいずれか1項に記載の基地局装置。
- 前記アドレス管理手段は、前記LANインタフェースを介してアドレスサーバに前記移動端末のレイヤ2アドレスを送信することによって、前記アドレスサーバから前記移動端末のレイヤ3アドレスを取得する、請求項27並びに請求項27に従属する請求項28〜31のいずれか1項に記載の基地局装置。
- 前記アドレス管理手段は、前記移動端末のレイヤ2アドレス及び前記LANのレイヤ3アドレス体系に基づいて、前記移動端末のレイヤ3アドレスを生成する、請求項27並びに請求項27に従属する請求項28〜31のいずれか1項に記載の基地局装置。
- 前記ローカルアクセス通信制御手段は、前記移動端末から前記LANへの送信データに含まれるレイヤ3データパケットに付与されている送信元アドレスを前記移動端末のレイヤ3アドレスに変換することで、前記送信レイヤ2データフレームを生成する、請求項27に記載の基地局装置。
- 前記LANインタフェースは、ブロードキャストアドレスまたはマルチキャストアドレスが宛先に指定され、前記移動端末のレイヤ2アドレスが送信元に指定されたレイヤ2データフレームを前記LANに送信する、請求項24〜34のいずれか1項に記載の基地局装置。
- ゲートウェイ装置の制御方法であって、
前記ゲートウェイ装置は、移動端末との間で無線通信を行う無線アクセスネットワークと外部ネットワークとの境界又は前記無線アクセスネットワークに接続されたモバイルコアネットワークと外部ネットワークとの境界に配置され、前記外部ネットワークに接続可能なインタフェースを備え、
前記方法は、
(a)前記インタフェースに付与された前記ゲートウェイ装置のレイヤ2アドレスとは異なる移動端末のレイヤ2アドレスを取得すること、及び
(b)前記移動端末から前記外部ネットワークへの送信データを受信したことに応じて、対応する移動端末のレイヤ2アドレスが送信元に指定された送信レイヤ2データフレームを前記インタフェースを介して前記外部ネットワークに送信すること、
を備える、制御方法。 - (c)前記移動端末のレイヤ2アドレスが宛先に指定された受信レイヤ2データフレームを前記外部ネットワークから受信したことに応じて、前記受信レイヤ2データフレームに含まれるデータを対応する移動端末に送信すること、
をさらに備える、請求項36に記載の制御方法。 - 前記送信レイヤ2データフレームは、前記移動端末のレイヤ3アドレスが送信元に指定されたレイヤ3データパケットをペイロードに含み、
前記受信レイヤ2データフレームは、前記移動端末のレイヤ3アドレスが宛先に指定されたレイヤ3データパケットをペイロードに含み、
前記移動端末のレイヤ3アドレスは、前記外部ネットワークで使用されるレイヤ3アドレス体系に適合しており、前記ゲートウェイ装置のレイヤ3アドレスとは異なる前記移動端末に対応付けられたレイヤ3アドレスである、請求項37に記載の制御方法。 - ゲートウェイ装置に関する制御をコンピュータに実行させるプログラムであって、
前記ゲートウェイ装置は、移動端末との間で無線通信を行う無線アクセスネットワークと外部ネットワークとの境界又は前記無線アクセスネットワークに接続されたモバイルコアネットワークと外部ネットワークとの境界に配置され、前記外部ネットワークに接続可能な第1のインタフェース、及び前記移動端末と通信可能な第2のインタフェースを備え、
前記制御は、
(a)前記第1のインタフェースに付与された前記ゲートウェイ装置のレイヤ2アドレスとは異なる移動端末のレイヤ2アドレスを取得すること、及び
(b)前記移動端末から前記外部ネットワークへの送信データを受信したことに応じて、対応する移動端末のレイヤ2アドレスが送信元に指定された送信レイヤ2データフレームを前記外部ネットワークに送信するよう、前記第1のインタフェースを制御すること、
を備える、プログラム。 - (c)前記移動端末のレイヤ2アドレスが宛先に指定された受信レイヤ2データフレームを前記外部ネットワークから受信したことに応じて、前記受信レイヤ2データフレームに含まれるデータを対応する移動端末に送信するよう、前記第2のインタフェースを制御すること、
をさらに備える、請求項39に記載のプログラム。 - 前記送信レイヤ2データフレームは、前記移動端末のレイヤ3アドレスが送信元に指定されたレイヤ3データパケットをペイロードに含み、
前記受信レイヤ2データフレームは、前記移動端末のレイヤ3アドレスが宛先に指定されたレイヤ3データパケットをペイロードに含み、
前記移動端末のレイヤ3アドレスは、前記外部ネットワークで使用されるレイヤ3アドレス体系に適合しており、前記ゲートウェイ装置のレイヤ3アドレスとは異なる前記移動端末に対応付けられたレイヤ3アドレスである、請求項40に記載のプログラム。
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