JP5937514B2 - 基地局及び通信システム - Google Patents

Description

本発明は、移動端末と通信相手装置との間の通信を中継する基地局、及び移動端末と基地局とを備える通信システムに関する。

移動通信技術として移動する中継基地局（relay）としてモバイルリレー（MR）が検討され、モバイルリレーを実現するための様々な技術が検討されている。モバイルリレーの一つの運用例として電車・バスなどの公共交通機関に導入されることが考えられる。この時のモバイルリレーの特徴としては以下のような特徴がある。第一の特徴として、図３０に示すように、モバイルリレー３０００に接続する複数の端末（端末ａ、端末ｂ）、つまり交通機関に乗車する乗客の端末は乗り物と一緒に移動しているため、乗車している間はモバイルリレー３０００が、モバイルリレー３０００が接続するマクロ基地局（Donor eNB:DeNB）３００１、３００２とのハンドオーバなどの移動制御をまとめて管理する。これにより、端末自身は移動制御が不要になるので移動制御に伴う端末のシグナリングのトラフィックが軽減できる。すなわち、モバイルリレー３０００が、複数端末をまとめて管理できるため、マクロ基地局へのシグナリングトラフィックが軽減できる。また、第二の特徴として、モバイルリレー内や、端末が一緒に移動している電車内等の乗り物に備えられたサーバに蓄積されたコンテンツやキャッシュの活用により、乗り物外へのアクセスが減ることにより、端末による外部トラフィックを軽減することができる。

これを実現するために、モバイルリレーはゲートウェイ（GW）との間でデータ用（U-plane）のベアラを設定する。この動作は通常の３G端末（UE）と同様である。モバイルリレーに接続する端末の制御情報及びユーザデータは、共にモバイルリレーのデータ用のベアラを通してGWまで送信される。

公共交通機関に設置されるモバイルリレーにおいて、すべての通信オペレータ（以下、単にオペレータとも言う）に対して電車内での無線アクセスを提供するためには通信オペレータ間で無線リソースとネットワーク、または無線リソースを共有するネットワークシェアリング（Network sharing）の利用が考えられる（下記の特許文献１を参照）。モバイルリレーを用いたネットワークシェアリングとして、ここでは図３１に示す無線リソースとネットワークの両方を共有するシステムを用いて説明する。つまり、MR３１００−オペレータ（OP）端末（UE：User Equipment）３１０１、３１０２間及びMR３１００-DeNB３１０３間は３G回線を利用しており、MR３１００−UE３１０１、３１０２間、MR３１００−DeNB３１０３間、DeNB３１０３-コアネットワーク（CN３１０４）間は一つのオペレータ網を共有する。ここで３G回線のシェアリングは、MR３１００が送信する報知情報に複数のオペレータの情報を入れることにより実現する。より具体的には、オペレータを示すIDであるPLMN IDを複数設定することである。これにより、端末は複数あるPLMN IDの中から自らの契約オペレータがある場合には、そのオペレータの網であると判断して選択することになる。

国際公開 ＷＯ２００３／０６１３２３号公報（要約）

ネットワークシェアリングする際には、複数のオペレータの端末が共通のネットワーク回線、Entityを利用するためにリソースの制御がより重要になる。これは、それぞれのオペレータは、直接契約を行っているユーザーを優先し、他のオペレータと契約しているユーザーの優先度を下げるような制御を必要とするからである。また、ネットワークシェアリングを実施しても、端末が属するオペレータ毎に、宛先となるオペレータのネットワークが異なるため、途中のネットワークEntityでオペレータ毎に回線を分ける場合がある。また、モバイルリレーのシステムでは、先に述べたようにMR-GW間でベアラを設定するため、MR-GW間にあるDeNBではベアラの状況を把握できない。そのため、MR-GW間の途中のEntityで回線を分けてトラフィックを制御することができない。例えば、トラフィックを分散したり、オペレータ毎に回線を分けたりすることができない。

本発明は、上記の問題点に鑑み、ネットワークシェアリングした複数の通信オペレータの端末に対して柔軟にトラフィックを制御することができる基地局及び通信システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明によれば、複数の移動端末が接続し、前記複数の移動端末の通信相手である通信装置と前記複数の移動端末との間の通信を中継する基地局であって、前記移動端末と前記通信装置との間の通信経路を構築するためのポリシー情報に基づいて、前記基地局自身から前記通信装置が属するネットワークへのアクセスを管理するゲートウェイまでの通信経路を構築する構築部と、前記ポリシー情報の内容と、その内容に対応する前記通信経路を識別する識別情報とを関連情報として記憶領域に格納する格納部とを備え、前記移動端末は異なる通信オペレータに属し、前記通信装置は前記通信オペレータが異なる複数の通信装置であり、前記基地局は、オペレータ毎に異なる複数のセルを前記移動端末に提供するセル管理部を更に有し、前記構築部は、前記セル管理部より取得した前記移動端末が接続したセルに関する情報を前記ポリシー情報として、前記通信経路を構築する基地局が提供される。これにより、ネットワークシェアリングした複数の通信オペレータの端末に対して柔軟にトラフィックを制御することができる。ここで、通信オペレータは、例えば移動通信端末のサービスを提供する通信事業者に相当する。また、上記基地局は後述するMRに相当する。また、上記通信経路とは、例えばネットワーク側が望む、移動端末と通信装置との間の通信経路を言う。また、上記通信経路は後述するベアラに相当する。

また、本発明によれば、属する通信オペレータが異なる複数の移動端末と、前記複数の移動端末が接続し、前記複数の移動端末の通信相手である前記通信オペレータが異なる複数の通信装置と前記複数の移動端末との間の通信を中継する基地局とを備える通信システムであって、前記移動端末の移動管理を行う管理装置が、前記移動端末と前記通信装置との間の通信経路を構築するためのポリシー情報に基づいて、前記ポリシー情報を満たす前記基地局からの通信経路の他端となるゲートウェイであって、前記通信装置が属するネットワークへのアクセスを管理する前記ゲートウェイを選択し、前記基地局が、前記ポリシー情報に基づいて、前記基地局自身から選択された前記ゲートウェイまでの前記通信経路を構築し、前記ポリシー情報の内容と、その内容に対応する前記通信経路を識別する識別情報とを関連情報として記憶領域に格納する通信システムが提供される。これにより、ネットワークシェアリングした複数の通信オペレータの端末に対して柔軟にトラフィックを制御することができる。ここで、上記管理装置は後述するMME(Mobility Management Entity)に相当する。

本発明の基地局及び通信システムは、ネットワークシェアリングした複数の通信オペレータの端末に対して柔軟にトラフィックを制御することができる。

本発明の第１の実施の形態における構成の一例を示す概念図 本発明の第１の実施の形態における動作を実現するためのシーケンスの一例を示すシーケンスチャート 本発明の第１の実施の形態における構成の他の一例を示す概念図 本発明の第１、第３から第６の実施の形態に係るMRの構成の一例を示す構成図 本発明の第２の実施の形態における構成の一例を示す概念図 本発明の第２の実施の形態に係るMRの構成の一例を示す構成図 本発明の第２の実施の形態に係るMRの動作を示すシーケンスの一例を示すシーケンスチャート 本発明の第３の実施の形態における構成の一例を示す概念図 本発明の第３の実施の形態における動作を実現するためのシーケンスの一例を示すシーケンスチャート 本発明の第４から第６の実施の形態におけるポリシー情報（１）の場合の通信ネットワークでの端末データの流れの一例を示す図 本発明の第４から第６の実施の形態における対応情報の一例を示す図 本発明の第４の実施の形態に係るMRによるベアラ設定処理のシーケンスの一例を示すシーケンスチャート 本発明の第４の実施の形態に係るMRによるデータ振り分けのシーケンスの一例を示すシーケンスチャート 本発明の第４から第６の実施の形態におけるポリシー情報（２）の場合の通信ネットワークでの端末データの流れの一例を示す図 本発明の第４から第６の実施の形態における他の対応情報の一例を示す図 本発明の第４から第６の実施の形態におけるポリシー情報（３）の場合の通信ネットワークでの端末データの流れの一例を示す図 本発明の第４から第６の実施の形態における他の対応情報の一例を示す図 本発明の第５の実施の形態に係るMRに接続する端末の認証方法を説明する上での課題を説明するための図 本発明の第５の実施の形態に係るMRに接続する端末の認証シーケンスの一例を示すシーケンスチャート 本発明の第５の実施の形態に係るMRに接続する端末の他の認証シーケンスの一例を示すシーケンスチャート 本発明の第６の実施の形態に係るMRに接続する端末の認証シーケンスの一例を示すシーケンスチャート 本発明の第７の実施の形態における構成の一例を示す概念図 本発明の第７の実施の形態における動作を実現するためのシーケンスの一例を示すシーケンスチャート 本発明の第７の実施の形態に係るMRの構成の一例を示す構成図 本発明の第８の実施の形態における構成の一例を示す概念図 本発明の第８の実施の形態におけるMRの構成の概念図 本発明の第８の実施の形態における動作を実現するためのシーケンスの一例を示すシーケンスチャート 本発明の第８の実施の形態に係るMRの構成の一例を示す構成図 本発明の第８の実施の形態におけるPDNコネクションを別にした構成の一例を示す概念図 従来のモバイルリレーを説明するための図 従来のモバイルリレーを用いたネットワークシェアリングを説明するための図

＜第１の実施の形態＞
第１の実施の形態でのポイントは、モバイルリレー（MR）がコアネットワーク側（MME）が提供するポリシー情報に基づいて、MR-GW間のベアラをあらかじめ分けて設定し、それによりMR配下の端末の優先制御を実現することである。このとき、MMEはポリシー情報に基づいてベアラを設定するGWを選択する。ポリシー情報の例としては、遅延、スループット等のQoS情報や、優先度等の情報が考えられる。第１の実施の形態の構成を示す概念図を図１に示す。

図１のMR１００は、ＨＰＬＭＮ（Home Public Land Mobile Network、ホーム移動体通信ネットワーク）でない端末トラフィックに対する優先制御を行う。優先制御の例として、共有サーバコンテンツのみを提供することや、空いているときのみ使用を可能とすること等が挙げられる。

図１では、オペレータ２（OP2）端末１０２がMR１００配下ではネットワークシェアリングのような形態でリソースのシェアを実施しているが、アーキテクチャとしてはローミングのような構成をとっている。具体的には、DeNB、SGW(Serving Gateway)、MMEはオペレータ１（OP1）のものを使用し、OP1のSGWよりOP2のPGW(Packet Data Network Gateway)にS8インタフェースを用いて接続するような形となっている。OP1の端末１０１は、通常通りOP1のSGWよりOP1のPGWに接続する。ベアラはQoSを制御するために、例えば、同じQoSのサービスは一つのベアラに、異なるQoSのサービスは異なるベアラに割り当てるように制御される。図１では簡単のため、OP1端末１０１、OP2端末１０２がそれぞれ同じQoSのサービスを行っている例を示す。例えば、遅延が200ms以内等である。この場合には、同一QoSであるため同じベアラにマッピングするのが通常動作であるが、ここでは同じQoSのベアラを二つ（ベアラ１とベアラ２）として別々のベアラを張り、OP1からの情報はベアラ１、OP2からの情報はベアラ２を用いて送受信を行う。これにより、OP1 DeNB１０３では、OP１端末１０１のトラフィックとOP2端末１０２のトラフィックを分けて管理することが可能となる。本動作を実現するためのプロシージャを図２に示す。

図２に示されるプロシージャで最初の特徴となるのは、MR１００のベアラ設定に関するステップS２０１、ステップS２０２、ステップS２０３である。MMEはステップS２０１でMR１００がOP1端末（OP1 UE）１０１とOP2端末(OP2 UE)１０２を収容するMRであると判断し、MMEはOP1用のベアラとOP2用のベアラを分けることを決定する。そして、ステップS２０２でDeNB１０３にその設定を行う。その結果を受けてDeNB１０３はステップS２０３でそれに該当する設定をMRに対して実施する。なお、この設定においてそれぞれのベアラがどのオペレータに属するものかを示す情報を示してもよい。

次に、ここではOP1端末１０１が接続した場合を考える。この場合にはMMEはOP1端末１０１であるため、OP1用のベアラを設定することをステップS２０４で決定する。これにより、OP１用ベアラを設定することをMR１００にステップS２０５で通知する。その後、ステップS２０６でOP1端末１０１に設定を行う。なお、図２ではOP1端末１０１が接続した場合のみを示したが、OP２端末１０２が接続した場合には、OP2用ベアラが設定されるのみで、その他の動作は変わらない。

この動作により、MRとDeNB間のオペレータ間の優先制御をベアラによって実施することが可能となる。今回の実施の形態のようにMRに対するベアラに端末の情報を載せる場合には、DeNBはどの端末の情報を送受信しているかの把握をすることが出来ない。そのため、従来は端末ごとに可能だった優先制御が出来なくなる。これは第１の実施の形態のように、複数のオペレータに属する端末を収納する場合に課題となる。そのため、第１の実施の形態のように、オペレータ毎のベアラ設定をMRに対して設定することでその課題が解決できる。具体的には、下り送信の場合にはDeNBにおいてどのベアラを優先的に送信するかを選択することで、優先制御が行われる。上り送信においてはMRにおいてどのベアラを優先的に送信するかを選択することで優先制御が行われる。

なお、図２に示すステップS２０７のservice requestをどのベアラを用いて送るかも決める必要がある。この動作としては、図２でMR１００を管理しているOP1用のベアラを使用する方法、またはベアラ毎にオペレータ情報が付いている場合には、MR１００にて端末のオペレータをチェックし、service request送信の段階からOP１端末１０１のservice requestはOP1用ベアラ、OP2端末１０２のservice requestはOP2用ベアラとすることも可能である。

なお、第１の実施の形態では簡単化のため、ベアラをオペレータ毎に一つのみ設定する例を示したが、複数設定することも可能である。具体的には、オペレータ１の端末に対しては４つのベアラを設定することで細かいQoS制御をし、オペレータ２の端末に対しては２つのみベアラを設定して粗いQoS制御をすることも可能である。

なお、図１ではローミング形式で実現する場合を示したが、図３に示すように一般的なネットワークシェアリングに近い形態を持つことも考えられる。具体的には、OP1 DeNB１０３から、OP1のPGW/SGW/MME３００とOP2のPGW/SGW/MME３０１とで分かれていくような動作である。このような場合であっても、第１の実施の形態の動作は有効である。OP1 DeNB１０３は実際にどの端末の情報がベアラを流れているかは把握することが出来ないが、ベアラ単位でオペレータが分かれているため、ベアラ１の情報は全てOP1のPGW/SGW/MME３００に向けて、ベアラ２の情報は全てOP2のPGW/SGW/MME３０１に向けて、と言う形で処理することが可能である。これと同時に、ベアラ１とベアラ２のそれぞれで独立に優先制御も図１と同様にかけることが可能である。

また、従来のネットワークシェアリングではオペレータ間で共通のアクセス制御/アクセス制限が使われるが、オペレータ毎に優先度を設定するために別々のアクセス制御/アクセス制限を用いてもよい。例えばメインのネットワークオペレータの端末に対しては従来のアクセス制御を適用し、メイン以外のネットワークオペレータの端末に対しては新規に設定したパラメータを用いてアクセス制御/アクセス制限を行うことが考えられる。具体的には、現在報知情報にて送られる情報であるSystem Information Block Type2に含まれているac-BarringInfoは、ネットワークシェアリングの中で優先度の高いオペレータ、すなわち報知情報のメッセージであるSystem Information Block Type1に含まれるPLMN-IdentityListの先頭のオペレータのみに適用し、新たに設定したパラメータを用いてPLMN-IdentityListの二番目以降のオペレータに対してアクセス制御/アクセス制限を実施する。

また、逆に新規のアクセス制御をメインのオペレータ端末に適用し、従来のアクセス制御をメイン以外のオペレータ端末に適用することで、メインのオペレータ端末ではより高機能なアクセス制御を行ってもよい。第１の実施の形態により、ネットワークシェアリングした複数のオペレータ端末に対してトラフィックの優先度に応じて柔軟にトラフィックを分散させることができる。

ここで、第１の実施の形態に係るMRの構成の一例について図４を用いて説明する。図４に示すように、MRは端末（UE）側送受信部４００、基地局（DeNB）側送受信部４０１、制御部４０２、格納部４０３から構成されている。端末側送受信部４００は、UEとの間でやりとりされるデータの送受信を担うものであり、図１に示すUE側I/Fに相当する。基地局側IF４０１は、DeNB（ネットワーク）側との間でやりとりされるデータの送受信を担うものであり、図１に示すOP1側I/Fに相当する。制御部４０２は、上述したポリシー情報の設定、ベアラの構築（確立）、データの振り分けの際のベアラの選択などを行うものであり、上述する構築部、選択部などに相当する。格納部４０３は、ベアラ確立後、上述したポリシーとベアラの種類を対応付けた対応情報を格納するなどMRの機能を果たすのに必要な情報を格納するものである。

＜第２の実施の形態＞
第２の実施の形態は、MRがDeNBに対して複数のインタフェースを持ち、複数のオペレータに接続出来る場合の動作を示す。このときの例を図５に示す。図５に示すように、この場合はMR５００の配下のみをネットワークシェアリングし、MR５００がOP1のDeNB５０３、OP2のDeNB５０４とそれぞれと接続するインタフェースを持つような形態となる。この際には、第１の実施の形態とは異なり、DeNBとMR５００の間の優先制御をオペレータ間で実施する必要はない。MR５００配下の端末のオペレータ選択情報をみて、MR５００はどのベアラを使用するのかによりオペレータを選択するのではなく、どのDeNBと通信するかによりオペレータを選択する。しかしながら、この場合には第１の実施の形態と異なり、オペレータにより通信品質が異なるという課題が発生する。これは、OP1 DeNB５０３とOP2 DeNB５０４が異なる場所に設置されているため、電波の伝搬状況が異なるためである。

このような状況に対応するために、MR５００とDeNB間の状況に応じて、MR５００と端末間の制御を実施することが考えられる。例えば、OP１DeNB５０３とMR５００の通信状況が良い場合には、MR５００と端末間においてもOP1を優先的に制御し、また、OP2 DeNB５０４とMR５００の通信状況が良い場合には、MR５００と端末間においてもOP2を優先的に制御することが考えられる。これは、端末に対してよりリアルタイムな通信を実現させるためである。この動作を実現するためのブロック図、プロシージャを図６、図７にそれぞれ示す。

図６のブロックに関して以下に説明する。基地局（DeNB）側送受信部１（６０１）、基地局（DeNB）側送受信部２（６０２）は、基地局（DeNB）側との送受信を行う部であり、それぞれ図５に示すOP1側I/F、OP2側I/Fに相当する。すなわち、図５でのOP1 DeNB５０３、OP2 DeNB５０４との送受信を行う。受信した中から受信品質を測定するための信号をそれぞれ品質測定部１（６０３）、品質測定部２（６０４）に送る。また、受信したMRと端末間の通信に関わる設定情報はそれぞれチャネル設定部１（６０５）、チャネル設定部２（６０６）に送られる。品質測定部１、２は、受信した信号の品質を測定すると共に、チャネル設定部１（６０５）・チャネル設定部２（６０６）から設定された値より品質が上回った場合、下回った場合にMR制御部６０７に通知を行う機能を保持する。

チャネル設定部１、２は、受信した制御情報に基づきチャネル制御に関する処理を行う。ここでは特に、基地局側の受信品質チェックに関する情報を品質測定部１（６０３）、品質測定部２（６０４）にそれぞれ通知するという機能と、MR制御部６０７に対してMRが端末との通信で使用する設定を行う機能を持っている。MR制御部６０７は、チャネル設定部１（６０５）、チャネル設定部２（６０６）からの設定に従いMRとしての制御動作を決定する機能を持っている。また、品質測定部１（６０３）、品質測定部２（６０４）からの通知をもとに、MRに接続している端末に対して、どの基地局に（すなわちOP1 DeNB５０３かOP2 DeNB５０４か）接続するかによってスケジューリング動作を変える機能を持つ。端末（UE）側送受信部６０９は、MR制御部６０７の動作に従い送受信を行い、図５に示すUE側I/Fに相当する。なお、品質測定部１（６０３）、品質測定部２（６０４）、チャネル設定部１（６０５）、チャネル設定部２（６０６）、MR制御部６０７を１つにまとめたものは図４に示す制御部４０２に相当する。

上記のブロックの動作を図７のプロシージャを用いて説明する。ステップS７０１において、MR５００はOP1 UE５０１とOP2 UE５０２との接続を行い、またOP1 UE５０１とOP2 UE５０２とのリソース配分も決定する。なお、ここでは端末をオペレータに対して1台のみ記載しているがこれが複数ある場合には、そのトータルの比率が決定されることになる。この処理が図６の基地局側送信部１（６０１）->チャネル設定部１（６０５）->MR制御部６０７の流れと、基地局側送信部１（６０１）->チャネル設定部１（６０５）->MR制御部６０７の流れで実現される。さらにここで、品質測定結果に対する閾値を品質測定部１（６０３）、品質測定部２（６０４）にそれぞれ設定も行う。また、ここでは、例としてOP1 UE５０１とOP2 UE５０２とのリソース割り当ての比率が3:2であるとする。

ステップS７０２において、MR５００はOP1 DeNB５０３とOP2 DeNB５０４のそれぞれの測定を実施する。これは、それぞれ、基地局側送受信部１（６０１）->品質測定部１（６０３）と、基地局側送受信部２（６０２）->品質測定部２（６０４）の流れで行われる。ステップS７０３において、OP1 DeNB５０３の品質がステップS７０１で設定された閾値を下回った場合、品質測定部１（６０３）からMR制御部６０７にその通知が行く。ステップS７０４において、OP1 UE５０１に対するリソース割り当てを減らすことがMR制御部６０７で決定されるため、その結果、ここでは1:1の割り当てにすることとする。ステップS７０５、S７０６では、OP1 DeNB５０３に対する品質が改善した(閾値を超えた)と検出が品質測定部１（６０３）で行われ、その通知に基づきMR制御部６０７がリソース割り当てを通常動作に戻すものとする。このような動作により、基地局側との通信品質に基づき、MR内のリソース割り当てが変更できるため、効率よくMR配下のリソース配分を実施することが可能となる。なお、第１の実施の形態に記載した、アクセス制御/アクセス制限の動作は、第２の実施の形態にも適用可能である。

すなわち、第２の実施の形態では、通信オペレータのネットワークに接続する複数の無線接続インタフェースと、複数の無線接続インタフェースの通信品質を測定する品質測定部とを備え、構築部（MR制御部６０７）が、品質測定部により測定した測定結果に基づき、通信経路を変更する機能を有する。

＜第３の実施の形態＞
第３の実施の形態でのポイントは、MRに搭載したコンテンツの配信やデータキャッシュサービスなどを提供するサーバ等、ＭＲが提供するサービスに対するアクセスをMRとDeNB間のリソースを必要とするアクセスと区別することで優先制御を実施することである。このときの例を図８に示す。ここでは、OP1端末８０１、OP2端末８０２それぞれに対してMR８００内のサーバとのやり取りに関するベアラを設定する。これにより、MR８００内のサーバに対するアクセスを優先的に行うことで、MR８００とOP1 DeNB８０３間のリソースを削減することが可能となる。

図９はその動作を示すプロシージャであり、図２を元に記載している。図２との違いは、OP2端末（OP2 UE）８０２の接続動作を記載している点と、第３の実施の形態の特徴であるMR内server用ベアラが設定され、使用される点である。このMR内server用ベアラ設定の決定をMMEが、ステップS９０１で行う。これをもとに、ステップS９０２でMMEからMR８００にMR内server用ベアラの設定がなされる。この設定を受けMR８００は端末に対してMR内server用ベアラの設定をステップS９０３で行う。これにより、ステップS９０４からMR内serverとの通信は、MR内server用ベアラを使用し、DeNB８０３に繋がる通信はOP2用ベアラを用いて通信を行うようになる。

DeNB８０３としてMR８００に対するリソースが十分でなく、OP2端末８０２に対してはアクセス制御をかける、という場合においては、DeNB８０３はOP2用ベアラを用いた通信を行わないように制御する。しかしながら、MR８００と端末の間のリソースに余裕がある場合には、MR内サーバに向けた通信は許容する、ということが考えられる。これを実現するために、MR８００と端末間の通信で、MR内server用ベアラとOP2用ベアラを分けて設定し、MR内server用ベアラを優先度高く設定することにより、MR内serverに向けたトラフィックのみが端末からMR８００に送られる、という制御が可能になる。

なお、図９ではMMEで判断する例を示したが、MRで判断させることも可能である。この場合には、ステップS９０１の動作がMR８００で実施され、ステップS９０２ではMR内server用ベアラが設定されないという動作となる。なお、第３の実施の形態の動作はネットワークシェアリングが行われている時のみでなく、ネットワークシェアリングが行われていないときにも適用可能である。なお、第１の実施の形態に記載した、アクセス制御/アクセス制限の動作は、第３の実施の形態にも適用可能である。具体的には、端末がMR内のコンテンツにアクセスする時に許可が出来るように追加のパラメータを設定することが考えられる。

すなわち、第３の実施の形態では、構築部が移動端末と基地局との間に内部アクセス用の通信経路を構築する機能を有し、移動端末から基地局が提供するサービスに対するアクセスについては、内部アクセス用の通信経路を用いて通信を行う。

＜第４の実施の形態＞
第４の実施の形態でのポイントは、モバイルリレーがコアネットワーク側（MME）が提供するポリシー情報に基づいて、MR-GW間のベアラをあらかじめ分けて設定することである。このとき、MMEはポリシー情報に基づいてベアラを設定するGWを選択する。ポリシー情報の例としては、遅延、スループット等の情報が考えられる。これらのポリシー情報に基づいてSIPTOするかどうかを判断してもよい。SIPTOとはSelected IP Traffic Offloadの略で、端末からの大量のトラフィックを別のネットワークにトラフィックオフロードする機能である。SIPTOの要否の例としては以下の（１）から（３）が考えられる。

（１）回線を保有しているメインのネットワークオペレータの端末のトラフィックはSIPTOせずに、回線を借りているメイン以外のネットワークオペレータの端末のトラフィックはSIPTOする。

（２）端末がアクセスするコンテンツがメインのネットワークのみを使用するものはSIPTOせず、メイン以外のネットワークを使用するものはSIPTOする。

（３）データのQoS（Quality of Service）が高いもの（session continuityが必要）はSIPTOせず、低いもの（session continuityが不要）はSIPTOする。

また、ベアラを設定する際には、図１１に示すように、MRはポリシー情報（例えば、SIPTOの要否）とベアラの種類を対応付けて保持しておく。そして、端末１００１、１００２が接続する際には端末１００１、１００２からのコネクション確立要求メッセージに含まれる情報を元に、図１０に示すように、MR１０００がポリシー情報を元にOP端末（UE）１００１、１００２のデータを各ベアラに振り分ける。

次に、具体的なシーケンスとして、MR１０００によるベアラ設定処理のシーケンスを図１２に、端末１００１、１００２がMR１０００に接続する際にMR１０００がデータを振り分けるシーケンスを図１３に示す。ここで、オペレータ１（OP1）のトラフィックはSIPTOせず、オペレータ２（OP2）のトラフィックはSIPTOすると仮定する。

まず、ベアラ設定処理の一例について説明する。図１２に示すように、MR１０００は、ネットワーク側（DeNB１００３）から受信するポリシー情報に基づいて、ポリシー情報を設定する（ステップＳ１２０１）。その後、MR１０００は、ポリシー情報をMME１００８に送信し（ステップＳ１２０２）、MME１００８は受信したポリシー情報に基づいてGWを選択する（ステップＳ１２０３）。MME１００８は、認証用サーバであるHSS（Home Subscriber Server）１００９にアクセスして認証処理を行う（ステップＳ１２０４）。認証処理が完了すると、MR１０００は、選択されたGW1 １００４との間でSIPTO無し用ベアラを確立する（ステップＳ１２０５）。MR１０００は、ベアラ確立後、SIPTOの要否とベアラの種類を関連付けた関連情報（対応付けた対応情報）を所定の記憶領域に保持する（ステップＳ１２０６）。

上記説明したものは、SIPTOが不要である場合のベアラ確立のシーケンスである。SIPTOが必要である場合のベアラの確立についても同様に、MME１００８がGWを選択し（ステップＳ１２０７）、認証処理が行われ（ステップＳ１２０８）、認証処理が完了すると、MR１０００は、選択されたGW2 １００５との間でSIPTO有り用ベアラを確立する（ステップＳ１２０９）。MR１０００は、ベアラ確立後、SIPTOの要否とベアラの種類を関連付けた対応情報を所定の記憶領域に保持する（ステップＳ１２１０）。

次に、MR１０００がデータを振り分ける処理の一例について説明する。図１３に示すように、ベアラが確立された後、MR１０００が、UE１００１、１００２からのコネクション確立要求メッセージ（Connection setup）を受信する（ステップＳ１３０１、Ｓ１３０２）と、保持する対応情報に基づいてUE１００１、１００２からのデータを振り分けるベアラを選択する（ステップＳ１３０３）。なお、MR１０００は、一度コネクションがされたUEの情報を保持し、それ以降の該当するUEからのデータは保持された情報を元に送信される（ステップＳ１３０４、Ｓ１３０５）。具体的には、図１０に示すUE側I/F（端末側送受信部）がUEからデータを受信し、図４に示すような制御部４０２が、格納された対応情報に基づいて、受信されたデータを送信すべき通信経路（ベアラ）を選択し、選択されたベアラにデータが送信される。

なお、上記ではポリシーとしてポリシー情報（SIPTOの要否の例）の（１）を用いて説明したが、ポリシー情報の（２）やポリシー情報の（３）の場合も同様に適用できる。それぞれの場合の端末データの流れが図１４、図１６に示されている。なお、ポリシー情報の（２）の場合の対応情報は図１５に示されるものであり、ポリシー情報の（３）の場合の対応情報は図１７に示されるものである。図１７の場合、モバイルリレーはデータパケットのQoS識別子でQoSが分かるため、対応情報には「QoS」と「ベアラの種類」で対応付けしている。

上記ではベアラ確立及びデータの振り分けの一例について説明したがこれに限られるものではない。すなわち、ポリシー情報に応じてベアラ数を変えてもよい。例えばメインネットワークオペレータのOP1のベアラ数はOP2のベアラ数よりも多く設定できる。

＜第５の実施の形態＞
第５の実施の形態では、モバイルリレーに接続する端末の認証方法に着目する。通常、マクロ基地局に接続する端末に対する認証は、マクロ基地局から直接MMEを経由して認証用サーバであるHSSにアクセスして認証確認を行う。一方、モバイルリレーは先に述べたようにMR-GW間でベアラを設定し、MRに接続する端末の制御情報はこのベアラを通してGWに送信される。そのため、端末の認証情報は、図１８に示すように、必ずGW（GW1、GW2）を経由させる必要があるため、MME-GW間の負荷が大きい。

そこで、第５の実施の形態では、MME機能、つまり認証処理や他のネットワークオペレータも含めたHSSとのインタフェース機能を持つGWを設ける。MMEはMRから取得したポリシー情報に基づいてMME機能を持つGWを選択し、ベアラが確立される。具体的には、MME（管理装置）はGWを選択する際、MMEが有する機能を保持するGWを選択し、ベアラが確立される。認証確認は、MMEを介さずにGWから直接HSSに対して行われる。その場合のMRに接続する端末の認証シーケンスが図１９に示されている。

なお、MMEがGWを選択する際に、トラフィックの優先度に応じてMMEを介した認証を行うGWを選択してもよい。具体的には、MME（管理装置）が通信のトラフィックの優先度に応じてGWを選択してもよい。つまり、MME機能を持つGW1 ２０００を使用してベアラ設定するトラフィックは優先度の高いトラフィック、例えばメインオペレータの端末のトラフィックである。一方、MME機能を持たないGW2 ２００１を使用してベアラを設定するトラフィックは優先度の低いトラフィック、例えばメインオペレータ以外の端末のトラフィックである。この場合の端末の認証シーケンスが図２０に示されている。第５の実施の形態により、MRに接続する端末の認証処理がシンプルになり認証に必要なシグナリング負荷が軽減される。

＜第６の実施の形態＞
第６の実施の形態では、第２の実施の形態においてMRのベアラ設定時にMMEがMME機能を持つGWを選択して複数のベアラを確保する際に、認証処理でMMEを介すベアラとMMEを介さないベアラを設けることがポイントである。具体的には、選択されたGWは、通信のトラフィックの優先度に応じて、接続するUEの認証処理をMMEを介して行う。MMEを介さない認証を行うベアラを利用するトラフィックは優先度の高いトラフィック、例えばメインオペレータの端末のトラフィックである。

一方、MMEを介する認証を行うベアラを利用するトラフィックは優先度の低いトラフィック、例えばメインオペレータ以外の端末のトラフィックである。第６の実施の形態の端末の認証シーケンスが図２１に示されている。図２１に示されるように、一方のベアラにおける認証処理（UE２１０１のコネクション確立要求メッセージに対する認証処理）はMME２１００を介さず行われ、もう一方のベアラにおける認証処理（UE２１０２のコネクション確立要求メッセージに対する認証処理）はMME２１００を介して行われる。第６の実施の形態により、同一GWを使用して複数のベアラが確立されてもGWの処理負荷の一部をMMEに任せることができるためGWの負荷が軽減できる。

＜第７の実施の形態＞
第７の実施の形態では、第１〜６の実施の形態と異なりClosed Subscriber Group（CSG）の機能を用いてMRにアクセスする端末を制御することを実現する。第７の実施の形態の構成を示す概念図を図２２に示す。図２２は、図１を元にしており異なる点に関してのみ下記に記載する。

図２２では、MR２２００はCSG機能を保有している。CSG機能とは、CSGと呼ばれる特別なアクセス権を持った端末（ここではCSGメンバーと呼ぶ）等の所定のグループに属する端末に対してのみアクセスを許可し、それ以外の端末（ここではノンCSGメンバーと呼ぶ）に対してはアクセスを許可しないというものである。なお、ノンCSGメンバーに対して完全にアクセスを許可しないのではなく、アクセスを許可するが、CSGメンバーを優先するという処理も可能である。このような機能を持っているセルを3GPPでは、CSG機能と通常のアクセス(open access)の両方を持っているという理由からハイブリッド（hybrid）と呼ばれている。本発明ではこのhybridの機能をMR２２００に持たせることを前提とする。

図２２のOP1端末(CSGメンバー)２２０１がこのMR２２００に対してCSGメンバーであり、OP1端末(ノンCSGメンバー)２２００がこのMR２２００に対してノンCSGメンバーである場合に、MR２２００はこの両方の端末からのアクセスを受け入れる。その一方で、CSGメンバーであるOP端末２２０１を優先する処理を行う。この際に、OP1端末２２０１とOP1端末２２０２のデータをMR２２００とDeNB２２０３の間で共通のベアラ内に混在させてしまうとOP1端末２２０１のデータを優先的に送るという制御が困難になる。そのため、第１の実施の形態において、オペレータ間において行った処理をここではCSGメンバーとノンCSGメンバーに対して行うものとする。

具体的には、CSGメンバーとノンCSGメンバーのそれぞれのデータは、MR２２００とDeNB２２０３の間に張られるベアラにより分けられ、CSGメンバー用のトラフィックをベアラ１を用いてやり取りし、ノンCSGメンバー用のトラフィックをベアラ２を用いてやり取りする。これにより、DeNB２２０３がベアラ１を優先的に送受信できるようにスケジューリングを行うことが可能となる。

なお、第７の実施の形態の動作を第１〜６の実施の形態と組み合わせることも可能である。例えば下記のような運用が考えられる。
運用1： メインのオペレータ(Primary PLMNに該当)のみCSG機能を実施
OP1ネットワーク： CSGメンバーとノンCSGメンバー
OP2ネットワーク： ノンCSGメンバーのみ
高優先ベアラ： OP1ネットワークのCSGメンバーに割り当て
中優先ベアラ： OP1ネットワークのノンCSGメンバーに割り当て
低優先ベアラ： OP2ネットワークに割り当て
なお、中優先ベアラと低優先ベアラをまとめてもよい
運用２： メインのオペレータ以外のみCSG機能を実施
OP1ネットワーク： CSG処理なし
OP2ネットワーク： CSGメンバーのみ受け入れ（Hybridではない）
高優先ベアラ： OP1ネットワーク
中優先ベアラ： OP2ネットワークのCSGメンバー
低優先ベアラ： 該当なし
運用３： すべてのオペレータでCSG機能を実施
OP1ネットワーク： CSG処理あり
OP2ネットワーク： CSG処理あり
高優先ベアラ： OP1ネットワークのCSGメンバー
中優先ベアラ1： OP1ネットワークのノンCSGメンバー
中優先ベアラ２： OP2ネットワークのCSGメンバー
低優先ベアラ： OP2ネットワークのノンCSGメンバー

本動作を実現するためのプロシージャを図２３に示す。図２３は、図２を元にしており、異なる点は、図２ではOP1用ベアラ、OP2用ベアラと分けていたのに対し、図２３ではCSGメンバー用ベアラ、ノンCSGメンバー用ベアラと分けている点である。

図２３に示されるプロシージャの説明に際して、図２に示されるプロシージャと異なる特徴的な部分について説明する。まず、ステップS２３０１において、MMEはCSGメンバーとノンCSGメンバーを収容するMRであると判断し、MMEはCSGメンバー用のベアラとノンCSGメンバー用のベアラを分けることを決定する。そして、ステップS２３０２でDeNB２２０３にその設定を行う。その結果を受けてDeNB２２０３はステップS２３０３でそれに該当する設定をMR２２００に対して実施する。なお、この設定においてそれぞれのベアラがどのメンバーに属するものかを示す情報を示してもよい。

次に、ここではOP1端末２２０１が接続した場合を考える。この場合にはMMEはOP1端末２２０１であるため、CSGメンバー用のベアラを設定することをステップS２３０４で決定する。これにより、CSGメンバー用ベアラを設定することをMR２２００にステップS２３０５で通知する。その後、ステップS２３０６でOP1端末２２０１に設定を行う。なお、図２３ではOP1端末２２０１が接続した場合のみを示したが、OP1端末２２０２が接続した場合には、ノンCSGメンバー用ベアラが設定されるのみで、その他の動作は変わらない。

なお、第７の実施の形態では簡単化のため、ベアラを一つのみ設定する例を示したが、複数設定することも可能である。具体的には、CSGメンバーの端末に対しては４つのベアラを設定することで細かいQoS制御をし、CSGメンバーの端末に対しては２つのみベアラを設定して粗いQoS制御をすることも可能である。

ここで、第７の実施の形態に係るMRの構成の一例について図２４を用いて説明する。図２４に示すように、MRは端末（UE）側送受信部２４００、基地局（DeNB）側送受信部２４０１、制御部２４０２、格納部２４０３、グループアクセス管理部２４０４から構成されている。第７の実施の形態に係るMRの構成の特徴部分であるグループアクセス管理部２４０４は、端末の所定のグループのアクセス権に関する情報を保持し、アクセス権に基づいて端末の基地局に対するアクセスの可否を管理するものである。すなわち、MRは、移動端末の所定のグループのアクセス権に関する情報を保持し、アクセス権に基づいて移動端末の基地局に対するアクセスの可否を管理するグループアクセス管理部を更に有し、MRの構築部は、グループアクセス管理部のアクセス権に関する情報をポリシー情報として通信経路を構築する。グループアクセス管理部２４０４は、図２２におけるＣＳＧ管理部に相当する。

＜第８の実施の形態＞
第８の実施の形態では、図１の実施の形態と異なり、ネットワークシェアリングを用いるのではなく、図２５に示すように端末に対してオペレータ毎にそれぞれの周波数でサービスを提供する場合を示す。

図２５に示されているように、MRとDeNBの間を一つのオペレータの回線のみを用いて利用する点は第１の実施の形態と同じである。その一方で、MRはオペレータ１、オペレータ２、オペレータ３それぞれに対してセルを提供している。より具体的には、オペレータ１の所有している周波数でMRとDeNBの間と、MR配下のオペレータ１を選択した端末をサポートし、オペレータ２の所有している周波数でMR配下のオペレータ２を選択した端末をサポートし、オペレータ３もオペレータ２と同様である。

図２６は第８の実施の形態におけるMRの構成の概念図であり、図１と異なる点についてのみ以下に説明する。MR２６００は、自身の提供するセルに属するUE（２６０１）との間でやりとりされるデータの送受信を担うUE側I/Fの他に、他のオペレータの所有している周波数を選択した端末（２６０２）とのデータの送受信を担うセル管理部を有している。MR２６００は、どのオペレータに属する端末であるかを、UE側I/F及びセル管理部により識別する。これにより、MR２６００は第１の実施の形態と同様にオペレータ毎にMRとDeNB間のベアラを設定することにより、DeNBがオペレータ毎にデータ量を制御することが可能になる。

このときの動作プロシージャを図２７に示す。図２７は、図２を元にしており、図２と異なる点はステップS２７０１がステップS２０１と異なり、ネットワークシェアリングではない共有がされているという点である。すなわち、ステップS２７０１において、MMEはMR２６００がOP1端末（OP1 UE）２６０１とOP2端末(OP2 UE)２６０２に対してサービス提供を実施すMRであると判断し、MMEはOP1用のベアラとOP2用のベアラを分けることを決定する。

ここで、第８の実施の形態に係るMRの構成の一例について図２８を用いて説明する。図２８に示すように、MRは端末（UE）側送受信部２８００、基地局（DeNB）側送受信部２８０１、制御部２８０２、格納部２８０３、セル管理部２８０４から構成されている。第８の実施の形態に係るMRの構成の特徴部分であるセル管理部２８０４は、オペレータ毎に異なる複数のセルを端末に提供するものである。すなわち、MRは、オペレータ毎に異なる複数のセルを移動端末に提供するセル管理部を更に有し、MRの構築部は、セル管理部より取得した移動端末が接続したセルに関する情報をポリシー情報として通信経路を構築する。

なお、オペレータ間の違いとしてベアラのみでなく、PDN (Packet Data Network) connectionと呼ばれるPacket Gatewayと端末の間のコネクションも別にすることが考えられる。この概念を図２９に示す。このように、PDNが複数用意されオペレータ毎に異なるPDNを用いることで、それぞれのPDNの状況に応じた処理も可能である。具体的には、それぞれのPDNの混み具合の反映などである。

なお、第８の実施の形態ではすべてセルラー技術が使われる例を示したが、無線LAN等のセルラー以外の技術を本手法に適用することも可能である。例えば図２５においてオペレータ２としてMobile femto/pico等のセルラー基地局でなく、無線LANの機能を提供することで、オペレータ２に契約している端末のサポートを実現してもよい。更には、オペレータ１の中でもセルラーで通信する端末、無線LANでアクセスする端末などで分けることでセルラーの周波数のみならず、無線LANの使うISMバンドを利用することができるため、より多くの端末を収容できる。この際に、セルラー機能を用いてつながる端末、無線LANを用いてつながる端末、それぞれをMRとDeNBの間のベアラで分けて制御することが可能である。例えば、セルラーを用いる場合には無線LANを用いる場合に比べて干渉も制御でき、さらにはQoS等の制御が細かく実現できる。そのため、セルラー機能を用いてつながる端末に対するベアラをよりQoSを考慮した形で制御する、というような運用が考えられる。

なお、上記の本発明の各実施の形態の説明で用いた各機能ブロックは、典型的には集積回路であるＬＳＩ（Large Scale Integration）として実現される。これらは個別に１チップ化されてもよいし、一部又はすべてを含むように１チップ化されてもよい。なお、ここでは、ＬＳＩとしたが、集積度の違いにより、ＩＣ（Integrated Circuit）、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路又は汎用プロセッサで実現してもよい。ＬＳＩ製造後に、プログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを利用してもよい。さらには、半導体技術の進歩又は派生する別技術によりＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。例えば、バイオ技術の適応などが可能性としてあり得る。

本発明の基地局及び通信システムは、ネットワークシェアリングした複数の通信オペレータの端末に対して柔軟にトラフィックを分散させることができるので、移動端末と移動端末の通信相手装置との間の通信を中継する基地局、及び移動端末と基地局とを備える通信システムなどに有用である。

Claims (10)

1. 複数の移動端末が接続し、前記複数の移動端末の通信相手である通信装置と前記複数の移動端末との間の通信を中継する基地局であって、
   前記移動端末と前記通信装置との間の通信経路を構築するためのポリシー情報に基づいて、前記基地局自身から前記通信装置が属するネットワークへのアクセスを管理するゲートウェイまでの通信経路を構築する構築部と、
   前記ポリシー情報の内容と、その内容に対応する前記通信経路を識別する識別情報とを関連情報として記憶領域に格納する格納部とを、
   備え、
   前記移動端末は異なる通信オペレータに属し、前記通信装置は前記通信オペレータが異なる複数の通信装置であり、
   前記基地局は、オペレータ毎に異なる複数のセルを前記移動端末に提供するセル管理部を更に有し、
   前記構築部は、前記セル管理部より取得した前記移動端末が接続したセルに関する情報を前記ポリシー情報として、前記通信経路を構築する基地局。
2. 前記移動端末からデータパケットを受信する受信部と、
   格納された前記関連情報に基づいて、受信された前記データパケットを送信すべき前記通信経路を選択する選択部とを更に備える請求項１に記載の基地局。
3. 前記通信オペレータのネットワークに接続する複数の無線接続インタフェースと、
   前記複数の無線接続インタフェースの通信品質を測定する品質測定部と、
   を更に備え、
   前記構築部は、前記品質測定部により測定した測定結果に基づき、前記通信経路を変更する機能を更に有する請求項１に記載の基地局。
4. 前記構築部は、前記移動端末と前記基地局との間に内部アクセス用の通信経路を構築する機能を更に有し、
   前記移動端末から前記基地局が提供するサービスに対するアクセスについては、前記内部アクセス用の通信経路を用いて通信を行う請求項１に記載の基地局。
5. 前記移動端末の所定のグループのアクセス権に関する情報を保持し、前記アクセス権に基づいて前記移動端末の前記基地局に対するアクセスの可否を管理するグループアクセス管理部を更に有し、
   前記構築部は、前記グループアクセス管理部の前記アクセス権に関する情報をポリシー情報として、前記通信経路を構築する請求項１に記載の基地局。
6. 属する通信オペレータが異なる複数の移動端末と、前記複数の移動端末が接続し、前記複数の移動端末の通信相手である前記通信オペレータが異なる複数の通信装置と前記複数の移動端末との間の通信を中継する基地局とを備える通信システムであって、
   前記移動端末の移動管理を行う管理装置が、前記移動端末と前記通信装置との間の通信経路を構築するためのポリシー情報に基づいて、前記ポリシー情報を満たす前記基地局からの通信経路の他端となるゲートウェイであって、前記通信装置が属するネットワークへのアクセスを管理する前記ゲートウェイを選択し、
   前記基地局が、前記ポリシー情報に基づいて、前記基地局自身から選択された前記ゲートウェイまでの前記通信経路を構築し、前記ポリシー情報の内容と、その内容に対応する前記通信経路を識別する識別情報とを関連情報として記憶領域に格納する通信システム。
7. 前記基地局が前記移動端末からデータパケットを受信した場合、
   前記基地局は、格納された前記関連情報に基づいて、受信された前記データパケットを送信すべき前記通信経路を選択する請求項６に記載の通信システム。
8. 前記管理装置は、前記通信のトラフィックの優先度に応じて前記ゲートウェイを選択する請求項６又は７に記載の通信システム。
9. 前記管理装置は、前記ゲートウェイを選択する際、前記管理装置が有する機能を保持するゲートウェイを選択する請求項６に記載の通信システム。
10. 選択された前記ゲートウェイは、前記通信のトラフィックの優先度に応じて、接続する前記移動端末の認証処理を前記管理装置を介して行う請求項９に記載の通信システム。

Images