JP5734317B2

JP5734317B2 - ユーザ機器と３ｇｐｐ発展型パケット・コアとの間でのマルチホーミング・サービス関連情報の転送

Info

Publication number: JP5734317B2
Application number: JP2012554289A
Authority: JP
Inventors: メリア，テレマコ; ムガジリ，ヤシンエル
Original assignee: アルカテル−ルーセント
Priority date: 2010-02-23
Filing date: 2011-02-16
Publication date: 2015-06-17
Anticipated expiration: 2031-02-16
Also published as: US20130058275A1; CN102763435B; WO2011104149A1; CN102763435A; KR20120135274A; US10517058B2; EP2362688A1; EP2362688B1; KR101498916B1; JP2013520899A

Description

本発明は、一般に、通信ネットワーク及びシステムに関する。

通信ネットワーク及びシステムの詳細な記述は、文献中、具体的には、例えば３ＧＰＰ（第３世代パートナーシップ・プロジェクト）などの標準化団体によって発行された技術仕様書などにおいて見ることができる。このようなシステムでは、ユーザ機器ＵＥ（モバイル端末など）は、アクセス・ネットワークを介して、コア・ネットワークにアクセスできる。

本発明は、より詳細には、３ＧＰＰアクセス・ネットワークや非３ＧＰＰアクセス・ネットワークなどの異なるアクセス・ネットワークによってアクセスされ得る発展型パケット・コア（ＥｖｏｌｖｅｄＰａｃｋｅｔＣｏｒｅ：ＥＰＣ）を含む例えば発展型パケット・システム（ＥｖｏｌｖｅｄＰａｃｋｅｔＳｙｓｔｅｍ：ＥＰＳ）などのマルチアクセス通信システムに関する。３ＧＰＰアクセス技術の例には、ＧＥＲＡＮ、ＵＴＲＡＮ、ＨＳＰＡ、Ｅ−ＵＴＲＡＮなどが含まれる。非３ＧＰＰアクセス技術の例には、ＷｉＦｉ、ＷｉＭＡＸ、ＣＤＭＡなどが含まれる。

ＥＰＳは、具体的には、３ＧＰＰＴＳ２３．４０１及び３ＧＰＰＴＳ２３．４０２に規定されている。図１は、３ＧＰＰアクセス・ネットワークを介したアクセスの場合又は信頼性のない非３ＧＰＰアクセス・ネットワークを介したアクセスの場合のＥＰＳ内でのユーザ・プレーン・トンネリングの一実施形態を示す。３ＧＰＰアクセス・ネットワークを介したアクセスの場合、ユーザ・プレーンは、３ＧＰＰアクセス・ネットワークＥ−ＵＴＲＡＮとＥＰＣ内のサービング・ゲートウェイ（ＳｅｒｖｉｎｇＧａｔｅｗａｙ）Ｓ−ＧＷとの間でＧＴＰ（ＧＰＲＳトンネリング・プロトコル）を使用して、またＥＰＣ内のＳ−ＧＷとＰＤＮゲートウェイＰ−ＧＷとの間のＳ５インタフェースにわたってＧＴＰを使用して、トンネリングされる。信頼性のない非３ＧＰＰアクセス・ネットワークを介したアクセスの場合、ユーザ・プレーンは、ＵＥと非３ＧＰＰアクセス・ネットワーク（ＷｉＦｉホットスポットなど）内の発展型パケット・データ・ゲートウェイ（ＥｖｏｌｖｅｄＰａｃｋｅｔＤａｔａＧａｔｅｗａｙ）ｅＰＤＧとの間でＩＰＳｅｃを使用して、またｅＰＤＧとＰ−ＧＷとの間のＳ２ｂインタフェースにわたってＰＭＩＰを使用して、トンネリングされる。

Ｓ２ｂインタフェースは、信頼性のない非３ＧＰＰアクセス・ネットワーク（例えばＷｉＦｉネットワーク）を３ＧＰＰＥＰＣと相互接続するための枠組みを規定する。Ｓ２ｂインタフェースは、３ＧＰＰＥＰＣ内のＰ−ＧＷと信頼性のない非３ＧＰＰアクセス・ネットワーク内のｅＰＤＧとの間の参照点である。ｅＰＤＧは、モバイル・コア・ネットワークへの入り口である。

このような環境では、ユーザが、複数のアクセス手段（３ＧＰＰ及び非３ＧＰＰアクセス・ネットワークなど）を使用して同時に通信できるようにし、また同じ又は異なるアプリケーションによって生成される個々のフローを、例えば、フローの特性、使用可能なアクセス手段の性能、ユーザの好み、事業者の方針などに基づいて、特定のアクセス手段に動的に経路設定できるようにする必要がある。これは、マルチアクセスＰＤＮ接続及びＩＰフロー・モビリティ（ｍｕｌｔｉａｃｃｅｓｓＰＤＮｃｏｎｎｅｃｔｉｖｉｔｙａｎｄＩＰｆｌｏｗｍｏｂｉｌｉｔｙ）、又はマルチホーミング・サービスとも呼ばれる。

図２は、マルチホーミング・サービスの一例を示しており、そこでは、フローＩＤ１やフローＩＤ２などの異なるフローが、モバイル・デバイス（すなわちユーザ機器）と３ＧＰＰＥＰＣ内のＰ−ＧＷとの間で、それぞれＷｉＦｉアクセス・ネットワークとＬＴＥＥ−ＵＴＲＡＮアクセス・ネットワークを介して交換される。したがって、例を挙げると、ユーザは、例えばＬＴＥ上でＶｏＩＰのセッションをもち、例えばＷｉＦｉを介してＦＴＰのダウンロードを行うことができる。

マルチホーミング・サービスは、マルチホーミング・サービス関連情報を、ユーザ機器と３ＧＰＰＥＰＣとの間で、異なるアクセス・ネットワークを介して交換する必要がある。しかしながら、本発明者らによって認識されているように、マルチホーミング・サービス関連情報を、モバイル・デバイスと３ＧＰＰＥＰＣ内のＰ−ＧＷとの間で、３ＧＰＰアクセス・ネットワークを介して交換する（ＧＴＰプロトコル及びＥＰＳ向け非アクセス層（ＮｏｎＡｃｃｅｓｓＳｔｒａｔｕｍ）ＮＡＳプロトコルによって提供される既存のプロトコル構成オプションＰＣＯフィールドを使用することによる）ことは現在可能である一方、マルチホーミング・サービス関連情報を、モバイル・デバイスと３ＧＰＰＥＰＣ内のｅＰＤＧとの間で、信頼性のない非３ＧＰＰアクセス・ネットワークを介して交換することは現在不可能である。

３ＧＰＰＴＳ２３．４０１３ＧＰＰＴＳ２３．４０２３ＧＰＰＴＲ２３．８６１ＲＦＣ４３０６

マルチホーミング・サービス関連情報を、ユーザ機器と３ＧＰＰＥＰＣとの間で、信頼性のない非３ＧＰＰアクセス・ネットワークを通じて転送できるようにする必要がある。さらに全般的には、マルチホーミング・サービスを改善し、それによってこのようなシステムにおけるサービス品質又はユーザ体験を向上させる必要がある。

本発明の実施形態は特にこのようなニーズに対応する。

これら及び他の目的は、本発明の一態様における一実施形態では、マルチホーミング・サービス関連情報を、ユーザ機器ＵＥと３ＧＰＰ発展型パケット・コアＥＰＣとの間で、信頼性のない非３ＧＰＰアクセス・ネットワークを通じて転送する方法によって達成され、該方法は、
− ＵＥと該信頼性のない非３ＧＰＰアクセス・ネットワークの発展型パケット・データ・ゲートウェイｅＰＤＧとの間のセキュリティ手順のために交換されるシグナリングを使用して、マルチホーミング・サービス関連情報を転送するステップを含む。

これら及び他の目的は、本発明の他の態様においては、このような方法を実施するための手段を備える、ユーザ機器ＵＥなどのエンティティ及び特に発展型パケット・データ・ゲートウェイｅＰＤＧなどのネットワーク・エンティティによって達成される。

次に、本発明の実施形態による装置及び／又は方法のいくつかの実施形態を、例示のみを目的として、添付の図を参照しながら説明する。

ＥＰＳにおけるユーザ・プレーン・トンネリングの一実施形態を示すことを意図する図である。マルチホーミング・サービスの一例を示すことを意図する図である。ＥＰＳにおけるユーザ・プレーン・トンネリングの別の実施形態を示すことを意図する図である。本発明の一実施形態における、信頼性のない非３ＧＰＰアクセス・ネットワークへの初期アタッチメント（ａｔｔａｃｈｍｅｎｔ）を示すことを意図する図である。本発明の一実施形態における、信頼性のない非３ＧＰＰアクセス・ネットワークへの初期アタッチ（ａｔｔａｃｈ）時点で実施されるセキュリティ手順の一例を示すことを意図する図である。本発明の一実施形態における、信頼性のない非３ＧＰＰアクセス・ネットワークへの初期アタッチ（ａｔｔａｃｈ）時点で実施されるセキュリティ手順の一例を示すことを意図する図である。

前述のとおり、ＥＰＳによって提供される環境などの各環境では、ユーザが、複数のアクセス手段（３ＧＰＰアクセス・ネットワーク及び非３ＧＰＰアクセス・ネットワークなど）を使用して同時に通信できるようにし、また同じアプリケーション又は異なるアプリケーションによって生成される個々のフローを、例えば、フローの特性、使用可能なアクセス手段の性能、ユーザの好み、事業者の方針などに基づいて、特定のアクセス手段に動的に経路設定できるようにする必要がある。これは、マルチアクセスＰＤＮ接続及びＩＰフロー・モビリティ、又はマルチホーミング・サービスとも呼ばれる。マルチアクセスＰＤＮ接続及びＩＰフロー・モビリティ、又はマルチホーミング・サービスの記述は、例えば３ＧＰＰＴＲ２３．８６１に見ることができる。

前述のとおり、マルチホーミング・サービスは、マルチホーミング・サービス関連情報を、ユーザ機器と３ＧＰＰＥＰＣとの間で、異なるアクセス・ネットワークを介して交換する必要がある。しかしながら、本発明者らによって認識されているように、マルチホーミング・サービス関連情報を、モバイル・デバイスと３ＧＰＰＥＰＣ内のＰ−ＧＷとの間で、３ＧＰＰアクセス・ネットワークを介して交換する（ＧＴＰプロトコルによって提供される既存のプロトコル構成オプションＰＣＯフィールドを使用することによる）ことは現在可能である一方、マルチホーミング・サービス関連情報を、モバイル・デバイスと３ＧＰＰＥＰＣ内のＰ−ＧＷとの間で、信頼性のない非３ＧＰＰアクセス・ネットワークを介して交換することは現在不可能である。マルチホーミング・サービス関連情報を、ユーザ機器と３ＧＰＰＥＰＣとの間で、信頼性のない非３ＧＰＰアクセス・ネットワークを通じて転送できるようにする必要がある。さらに全般的には、マルチホーミング・サービスを改善し、それによってこのようなシステムにおけるサービス品質又はユーザ体験を向上させる必要がある。

本発明の実施形態は特にこのようなニーズに対応する。

本発明の実施形態は、図１に示す実施形態で想起されるようなＰＭＩＰベースのＳ２ｂインタフェース、及び図３に示す実施形態によるＧＴＰベースのＳ２ｂインタフェースなど、Ｓ２ｂインタフェースの異なる技術で使用することができる。以下では、例示のみを目的として、ＧＴＰベースのＳ２ｂインタフェースの場合について、より具体的に考察する。例えば、Ｓ５インタフェースとＳ２ｂインタフェースの両方がＧＴＰプロトコルを実行させる、ＬＴＥとＷｉＦｉの両方を介して、ＵＥに同時にアクセスできる全くＧＴＰベースのソリューションをもつことは、有益となり得る。

完全なマルチホーミング・サービスをサポートするために、信頼性のない非３ＧＰＰアクセス・ネットワークへの初期アタッチ時点において、ｅＰＤＧは、マルチホーミング・サービス関連情報をＰ−ＧＷに伝達する必要があり、そのマルチホーミング・サービス関連情報は、例えば、新しくアタッチされたＵＥが、マルチホーミング・サービスを要求していること、また前のネットワークからハンドオーバを実施しないことを明示する情報などである。

一実施形態では、ＵＥとｅＰＤＧとの間のセキュリティ手順のために交換されるシグナリングを使用して、マルチホーミング・サービス関連情報を転送することが提案される。

ＵＥとｅＰＤＧとの間で実施されるセキュリティ手順は、ＩＫＥｖ２プロトコルに基づく。ＩＫＥｖ２プロトコルは、具体的には、ＲＦＣ４３０６に指定されている。

一実施形態では、マルチホーミング・サービス関連情報を、ＵＥとｅＰＤＧとの間で、ＩＫＥｖ２シグナリングを通じて転送することが提案される。

一実施形態では、ＵＥがＰＣＯフィールドをｅＰＤＧに伝達できるよう、ＰＣＯフィールドを伝達するＩＫＥｖ２シグナリングに対するオプションを規定することが提案される。このため、一実施形態では、ＰＣＯフィールドを含むことができるＩＫＥｖ２シグナリング・プロトコルのオプションを指定することが提案される。

ＩＫＥｖ２プロトコル（ＲＦＣ４３０６）では、構成情報をＩＫＥピア間で交換するために構成ペイロード（Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｐａｙｌｏａｄ）が使用される。一実施形態では、プロトコル構成オプションＰＣＯ情報要素とも呼ばれてＧＴＰプロトコル及びＥＰＳ向けＮＡＳプロトコルと同じ表記法を使用する、マルチホーミング・サービス関連情報を転送するために使用される新しいタイプの構成ペイロードを規定することが提案される。

図４は、本発明の一実施形態における、信頼性のない非３ＧＰＰアクセス・ネットワークへの初期アタッチメント時点で実施される手順の一例を示すことを意図する。特に、図４は、どこでＰＣＯフィールドが転送されるかを示す。以下のステップを定めることができる。

１．ＩＫＥｖ２トンネル確立手順がＵＥによって開始される。ＵＥが、ＩＫＥｖ２認証要求内で、ＩＰフロー・モビリティをサポートすることを示す（専用のＰＣＯ構成ペイロードの使用による）。

２．ＩＫＥｖ２プロトコルがＧＴＰトンネル確立を起動させる。ｅＰＤＧが、ＩＰフロー・モビリティ・インディケータと同じＰＣＯフィールドを含むＧＴＰセッション作成要求を、ＰＤＮ−ＧＷに送信する。ＰＤＮＧＷが、この情報を使用して、セッションを処理する。つまりＰＤＮＧＷは、新しいアクセス・ネットワークへのセッションのハンドオーバを実施するのではなく、むしろ同じＵＥに対する追加のエントリでベアラ・コンテキスト・テーブルを更新することになる。

３．ＩＰ−ＣＡＮセッション確立手順

４．ＰＤＮ−ＧＷアドレス更新

５．Ｐ−ＧＷからｅＰＤＧへのセッション作成応答。

６．ＩＰＳｅｃトンネル設定完了。

７．ｅＰＤＧが、最終ＩＫＥｖ２メッセージを、ＩＰアドレスが、対応するＩＫＥｖ２構成ペイロードに含まれた状態で送信する。ＩＰフロー・モビリティが考慮されるので、このアドレスは、ＰＤＮ−ＧＷによって、初期の無線アクセス（例えばＬＴＥ）の時にあらかじめ割り当てられたアドレスと同じにすることができる。

８．ＵＥからＰＤＮＧＷへのＩＰ接続がこの時点で設定される。アップリンク方向のパケットはいずれも、ＵＥにより、ＩＰＳｅｃトンネルを使用して、ｅＰＤＧに対しトンネリングされる。次いでｅＰＤＧが、パケットをＰＤＮＧＷに対しトンネリングする。ＰＤＮＧＷから、通常のＩＰベース・ルーティングが行われる。ダウンリンク方向では、Ｐ−ＧＷが、パケットを、ポリシー・ルーティングに応じて、ＬＴＥアクセス又はＷＬＡＮアクセスのいずれかに対し経路設定する。ＷＬＡＮ側では、ＰＤＮＧＷが、パケットを、バインディング・キャッシュ・エントリに基づいて、ｅＰＤＧに対しトンネリングする。次いでｅＰＤＧが、パケットを、適切なＩＰｓｅｃトンネルを介して、ＵＥに対しトンネリングする。

図５及び図６は、ＩＫＥｖ２シグナリングを通じたＰＣＯ転送の一実施形態を提供する。

ネットワーク・アタッチメント後に、ＵＥが、ＩＫＥ＿ＳＡ＿ＩＮＩＴを実行して、共通の秘密についてｅＰＤＧと合意する（例えばディフィー・ヘルマン交換による）。ステップ２では、ＵＥが、ＩＫＥ＿ＡＵＴＨ要求を送信し、特にＩＰアドレスの構成を要求する。ＵＥは、上述のとおり、符号化されたＰＣＯフィールドも含む。このフィールドはＰ−ＧＷに送られ、Ｐ−ＧＷは、新しいアクセス・ネットワークへのセッションのハンドオーバを実施するのではなく、むしろ同じＵＥに対する追加のエントリでベアラ・コンテキスト・テーブルを更新することになる。次いでＰ−ＧＷは、パケットを、ポリシー・ルーティングに応じて、ＬＴＥアクセス又はＷＬＡＮアクセスのいずれかに対し経路設定する役目を担うことになる。

一態様における一実施形態では、本発明は、マルチホーミング・サービス関連情報を、ユーザ機器ＵＥと３ＧＰＰ発展型パケット・コアＥＰＣとの間で、信頼性のない非３ＧＰＰアクセス・ネットワークを通じて転送する方法を提供し、該方法は、
− ＵＥと該信頼性のない非３ＧＰＰアクセス・ネットワークの発展型パケット・データ・ゲートウェイｅＰＤＧとの間のセキュリティ手順のために交換されるシグナリングを使用して、マルチホーミング・サービス関連情報を転送するステップを含む。

一実施形態では、該シグナリングは、
− ＵＥとｅＰＤＧとの間でセキュリティ鍵についてネゴシエーションするために交換されるシグナリングを含む。

一実施形態では、
− 該シグナリングは、ＩＫＥｖ２プロトコルに従って交換されるシグナリングを含む。

一実施形態では、該方法は、
− ＵＥが、構成ペイロードとして該情報を含むＩＫＥ＿ＡＵＴＨ要求をｅＰＤＧに送信するステップを含む。

一実施形態では、該方法は、
− ＵＥから該情報を受信すると、ｅＰＤＧが、該情報を、３ＧＰＰＥＰＣ内のＰＤＮゲートウェイＰ−ＧＷに送るステップを含む。

一実施形態では、
− ｅＰＤＧと３ＧＰＰＥＰＣ内のＰＤＮゲートウェイＰ−ＧＷとの間のＳ２ｂインタフェースが、ＧＴＰに基づく。

一実施形態では、
− ｅＰＤＧと３ＧＰＰＥＰＣ内のＰＤＮゲートウェイＰ−ＧＷとの間のＳ２ｂインタフェースが、ＰＭＩＰに基づく。

他の態様では、本発明は、このような方法を実施するための手段を一実施形態において備える、ユーザ機器ＵＥなどのエンティティ及び特に発展型パケット・データ・ゲートウェイｅＰＤＧなどのネットワーク・エンティティを提供する。

一実施形態では、本発明はユーザ機器を提供し、このユーザ機器は、
− ＵＥと信頼性のない非３ＧＰＰアクセス・ネットワークの発展型パケット・データ・ゲートウェイｅＰＤＧとの間のセキュリティ手順のために交換されるシグナリングを使用して、マルチホーミング・サービス関連情報を、３ＧＰＰ発展型パケット・コアＥＰＣに、該信頼性のない非３ＧＰＰアクセス・ネットワークを通じて送信する手段を備える。

一実施形態では、本発明は発展型パケット・データ・ゲートウェイｅＰＤＧを提供し、この発展型パケット・データ・ゲートウェイｅＰＤＧは、
− ユーザ機器ＵＥとｅＰＤＧとの間のセキュリティ手順のために交換されるシグナリングを使用して、ＵＥにより、３ＧＰＰ発展型パケット・コアＥＰＣに、信頼性のない非３ＧＰＰアクセス・ネットワークを通じて送信されるマルチホーミング・サービス関連情報を、受信する手段と、
− 該情報を、３ＧＰＰＥＰＣ内のＰＤＮゲートウェイＰ−ＧＷに送る手段と
を備える。

前述の手段の詳細な実装形態は、何ら特別な問題を当業者にもたらさず、したがって、当業者にとってこのような手段が、機能ごとに、前述した以上に十分に公開される必要はない。

当業者であれば、種々の前述の方法のステップが、プログラムされたコンピュータによって実行され得ることを容易に認識するであろう。本明細書において、一部の実施形態は、例えばデジタル・データ記憶媒体などのプログラム記憶デバイスを包含することも意図されるが、このプログラム記憶デバイスとは、マシン又はコンピュータにより読み取り可能であり、またマシンが実行可能な又はコンピュータが実行可能な、命令のプログラムを符号化し、該命令が該前述の方法のステップの一部又はすべてを実行するものである。プログラム記憶デバイスは、例えば、デジタル・メモリ、磁気ディスクや磁気テープなどの磁気記憶媒体、ハード・ドライブ、又は光学的に読み取り可能なデジタル・データ記憶媒体などでもよい。各実施形態は、前述の方法の該ステップを実施するためにプログラムされたコンピュータを包含することも意図される。

Claims

マルチホーミング・サービス関連情報を、ユーザ機器ＵＥと３ＧＰＰ発展型パケット・コアＥＰＣとの間で、信頼性のない非３ＧＰＰアクセス・ネットワークを通じて転送する方法であって、
ＵＥと該信頼性のない非３ＧＰＰアクセス・ネットワークの発展型パケット・データ・ゲートウェイｅＰＤＧとの間のセキュリティ手順のために交換されるシグナリングを使用して、マルチホーミング・サービス関連情報を転送するステップを含み、該マルチホーミング・サービス関連情報は、該ＵＥがＩＰフロー・モビリティをサポートすることの表示を含む、方法。
該シグナリングが、
ＵＥとｅＰＤＧとの間でセキュリティ鍵についてネゴシエーションするために交換されるシグナリングを含む、請求項１に記載の方法。
該シグナリングが、ＩＫＥｖ２プロトコルに従って交換されるシグナリングを含む、請求項１又は２に記載の方法。
ＵＥが、構成ペイロードとして該マルチホーミング・サービス関連情報を含むＩＫＥ＿ＡＵＴＨ要求をｅＰＤＧに送信するステップを含む、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。
ＵＥから該マルチホーミング・サービス関連情報を受信すると、ｅＰＤＧが、該マルチホーミング・サービス関連情報を、３ＧＰＰＥＰＣ内のＰＤＮゲートウェイＰ−ＧＷに送るステップを含む、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法。
ｅＰＤＧと３ＧＰＰＥＰＣ内のＰＤＮゲートウェイＰ−ＧＷとの間のＳ２ｂインタフェースが、ＧＴＰに基づく、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法。
ｅＰＤＧと３ＧＰＰＥＰＣ内のＰＤＮゲートウェイＰ−ＧＷとの間のＳ２ｂインタフェースが、ＰＭＩＰに基づく、請求項５に記載の方法。
ユーザ機器ＵＥであって、ＵＥと信頼性のない非３ＧＰＰアクセス・ネットワークの発展型パケット・データ・ゲートウェイｅＰＤＧとの間のセキュリティ手順のために交換されるシグナリングを使用して、マルチホーミング・サービス関連情報を、３ＧＰＰ発展型パケット・コアＥＰＣに、該信頼性のない非３ＧＰＰアクセス・ネットワークを通じて送信する手段を備え、該マルチホーミング・サービス関連情報は、該ＵＥがＩＰフロー・モビリティをサポートすることの表示を含む、ユーザ機器ＵＥ。
発展型パケット・データ・ゲートウェイｅＰＤＧであって、ユーザ機器ＵＥとｅＰＤＧとの間のセキュリティ手順のために交換されるシグナリングを使用して、ＵＥにより、３ＧＰＰ発展型パケット・コアＥＰＣに、信頼性のない非３ＧＰＰアクセス・ネットワークを通じて送信されるマルチホーミング・サービス関連情報を、受信する手段と、
該マルチホーミング・サービス関連情報を、３ＧＰＰＥＰＣ内のＰＤＮゲートウェイＰ−ＧＷに送る手段と
を備え、該マルチホーミング・サービス関連情報は、該ＵＥがＩＰフロー・モビリティをサポートすることの表示を含む、発展型パケット・データ・ゲートウェイｅＰＤＧ。