JP5954783B2 - モバイルネットワーク - Google Patents
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Description
仮想ネットワークを構成することが可能な仮想化ネットワークと、仮想ネットワークを構成することが可能な仮想化無線ネットワークとを含むネットワークであって、
上記の仮想化ネットワークは、単数あるいは複数の仮想化対応基地局を収容するノードである仮想化対応基地局収容スイッチを含み、上記仮想化対応基地局収容スイッチは、仮想回線単位で動的に利用資源量を変更する機能を備えたものであり、
上記仮想化無線ネットワークは、上記仮想化対応基地局を中継ノードとして上記仮想化対応基地局収容スイッチと上記複数のモバイル端末とを接続するネットワークであり、上記仮想化対応基地局は、仮想回線単位で動的に利用資源量を変更する機能を備えたものであり、
上記仮想化ネットワークと上記仮想化無線ネットワークとが連結されたネットワークにおいて、専用のネットワーク資源が確保され、論理的に独立分離された、単数または複数の仮想ネットワークを構築することが可能なモバイルネットワークにおいて、
(1) あらゆるサービスへのアクセス要求に対応し、初期段階でのサービス提供を行うための、仮想化ネットワークと仮想化無線ネットワーク双方において共通ネットワークインタフェースの提供と共通ネットワーク資源の確保がなされた、共通仮想ネットワークを設けているものであり、
(2) 仮想化ネットワークと仮想化無線ネットワークは、共通仮想ネットワーク上で提供が開始された個々のサービスの種別を識別し、その識別結果に基づいて必要な仮想化ネットワークの構成および仮想化無線ネットワークの構成を判断する機能を有する基地局収容スイッチによって接続されているものであり、
(3) 共通仮想ネットワーク以外の仮想ネットワークについては、仮想化対応基地局収容スイッチが上記のサービス識別に基づき新規に専用ネットワークを用意し該仮想ネットワークとして提供すべきであるという判断に基づいて、新規に構築された仮想ネットワークであり、
(4) 上記の共通仮想ネットワークおよび上記の新規仮想ネットワークに対しては、利用可能なネットワーク資源全体の中から、任意の割合のネットワーク資源を割り当てることが可能であり、
(5) 仮想化対応基地局収容スイッチが、上述の新規仮想ネットワークの構築完了に関わる制御情報に基づき、サービスの提供ネットワークを共通仮想ネットワークから新規仮想ネットワークへハンドオーバさせる機能を有するものである、
ことを特徴とするとする。
該仮想回線に割り当てられるネットワーク資源は、仮想化対応基地局収容スイッチが、該仮想回線を提供する各仮想化対応基地局との間で交換する、仮想ネットワークの構築に関わる制御情報に基づいて行うことを特徴とする。
(2) 該仮想ネットワークを構築後は、上記の両区間を含むモバイルネットワーク全体の品質計測結果に基づいて、仮想化無線ネットワーク区間において各仮想ネットワークへ割り当てるネットワーク資源を動的に制御するものである、
ことを特徴とするものであってもよい。
上記仮想化対応基地局収容スイッチが、第1の仮想ネットワークで提供中の第1のサービスに対し、該第1のサービスを継続提供するために新規に構築する第2の仮想ネットワークの構築完了タイミングを認識し、そのタイミングと同期させて、該第1のサービスの提供ネットワークを該第1の仮想ネットワークから該第2の仮想ネットワークへハンドオーバさせるものであることを特徴とする。
まず、無線アクセス方式はWiFiに限定し、基地局は複数のWiFiインタフェースをもつものとする。また、優先サービスのサービス要件は最低帯域であるとする。
サービス提供者(アプリケーション(APP)サーバ)は、共通仮想ネットワークに対するアクセスGWとなる仮想化対応ノードを介して、共通仮想ネットワークとの接続を確立する。
サービス提供者は、優先サービス情報をvBS-SWに事前登録する。ここで優先サービスとは、サービス内容に基づき、事前に合意が得られていると仮定する。
優先サービス情報は、フロー情報とサービス品質要件から構成される。
フロー情報は、サービス提供者(APPサーバ)を送信元または宛先とするフローを包括するものであり、クライアントサーバ型サービスの場合は [送信元アドレス=APPサーバのIPアドレス、宛先アドレス=ANY(任意)、ポート番号=当該サービス用ポート番号](APPサーバ->受信者)、あるいは [送信元アドレス=ANY(任意)、宛先アドレス=APPサーバのIPアドレス、ポート番号=当該サービス用ポート番号](受信者->APPサーバ)という組合せで定義される。
APPサーバが送受信するフローのうち、特定の端末のフローのみを優先させることも可能である。その場合は、上記の「ANY(任意)」の部分を、個々のユーザのIPアドレスや、個々のユーザが接続されるサブネットのネットワークアドレス等に置換すればよい。
一方、サービス品質要件は、必要最低帯域である。(サービスの特性に応じて最大遅延、最大パケットロス率等の要件も考えられる。)
このとき、複数のAPPサーバ、または複数のIPアドレスを利用するサービス提供形態であってもよい。
vBS-SWは、「サービス登録・フィルタ部」において、当該優先サービス情報を保持する。
サービス提供者は登録した優先サービス情報に基づき、APPサーバ上でサービス提供プログラムを起動させ、共通仮想ネットワーク上においてサービス受信者からのサーバアクセスを可能にする。
このタイミングで、共通仮想ネットワーク上に優先サービスのデータが流れ始める。
共通仮想ネットワーク上において、優先サービスがサービス品質要件を満たしているかを調べるため定期的に(例えば1分毎に)品質計測を行う。
最低帯域を要件とするサービスにおいては、APPサーバ・受信者間でサービス用のデータの送受信が開始された後は、受信者において実際に送受信されるデータ量からフロー単位のスループットを算出するパッシブ計測を行う。APPサーバ・受信者間でPacket Pair等の測定用パケットを用いたアクティブ計測を行うこともできる。計測結果はまずAPPサーバが収集する。
なお、最大遅延を要件とするサービス対しては、APPサーバから各受信者に対するPing (SNMP Requestメッセージ)、または各受信者からサーバに対するPing等を用いて往復遅延を計測できる。最大パケットロス率を要件とするサービスにおいては、一定サイズの計測用バーストデータをAPPサーバおよび特定の受信者間で送受信することで計測できる。
計測結果は、計測データを取得したAPPサーバからvBS-SWに通知される。
vBS-SWは、優先すべき(複数の)フローのうち、すべての、または一定割合上のフローについて、上記計測結果がサービス品質要件を満たさない場合は、当該優先サービス用の優先仮想ネットワークが必要であると判断する。vBS-SW内の仮想ネットワーク構築・管理部が担当する。
vBS-SW内の仮想ネットワーク構築・管理部が算出を行う。ただし、仮想ネットワーク構築・管理部は、vBS-SWと通信可能な外部のサーバ上にあってもよい。
vBS-SWは、サービス品質要件を満たすよう、新規仮想ネットワークに対する割当て資源の初期値を決定する。
具体的には、各ユーザに対する最低帯域(R)を要件とするサービスにおいては、最低帯域と想定ユーザ数の積(にさらに統計多重効果を見込んだパラメータを積算する)により求められる帯域を算出する。
また、コアネットワークにおいて、標準の経路が上記サービス品質要件を満たさない場合は、適切な仮想ネットワークのトポロジー(ネットワーク構成、経路)を決定する。
また、無線アクセスネットワークにおいては、サービス品質要件を満たすよう、使用する無線アクセス方式、それに対応する無線IFの設定を決定する。WiFiの場合は具体的には、ハンドオーバ先の無線IFにおけるチャネルの設定、無線IF資源のうち、当該仮想ネットワークに割り当てる資源の割合を行う。
ハンドオーバ先の仮想無線IFを端末に認識させるために、仮想無線IFと1対1に対応する優先仮想ネットワークのID(VN-ID)を決定する。WiFiの場合はEEIDやESSIDがVN-IDとして利用可能である。
vBS-SWは、上記の優先仮想ネットワークの構成及び割当てリソース、優先サービス情報を、各vBSに通知。
同時に、コアネットワーク内の仮想ネットワーク制御サーバ、または仮想化対応有線ノードに対しても同様の情報を通知。
コアネットワークにおいては、優先サービスに関する上記の通知に基づいて、仮想化対応有線ノードの経路表および優先サービスのフローに対するトラフィック制御パラメータを設定。
無線アクセスネットワークにおいては、優先サービスに関する上記の通知に基づいて、vBS-SWの経路表および優先サービスのフローに対するトラフィック制御パラメータを設定。
無線アクセスネットワークにおいては、優先サービスに関する上記の通知に基づいて、vBSの無線IFの設定を行う。
具体的には、利用する周波数、利用する基地局資源の割合等を設定する。
前記「共通仮想ネットワークにおける優先サービスの品質計測」と同様。
ただし、この時点ではまだAPPサーバおよび受信者は共通仮想ネットワークに接続されているため、APPサーバ・受信者間ではなく、仮想化対応有線ノード・vBS間で計測を行う。
一定量のリソースを加算後、前記「優先仮想ネットワークの構成及び割当てリソースの通知」以降と同様の処理を行う。過不足が解消されるまで定期的に繰り返し実行することも可能である。
端末が、共通仮想ネットワークに相当するvBSの無線IFから、優先仮想ネットワークに相当するvBSの無線IFに接続を切り替わるよう、vBSの無線IFの設定を変更。
具体的には、端末に対してde-auth等により強制的に接続を切断するとともに、当該無線IFに対して当該端末からアクセス不可となるようアクセス制御を実施。
同時に切替先の無線IFに対しては、当該端末からのアクセスが可能となるようアクセス制御を実施。
端末は、複数の無線IFを具備している場合は、各無線IFでの接続を順に、または同時に試していく。
優先サービス再開。
前記「優先サービスの開始」と同様の処理であり、新規仮想ネットワーク上で端末からのサーバアクセスを受け付け可能な状態である。
前記「優先仮想ネットワークにおける初期的品質計測」以降と同様の処理を行う。
仮想NW構築・管理部:仮想NWに対する各区間におけるNW資源割当て、NW構成(トポロジー)を決定。
コアNW上の仮想NW制御サーバに上記情報を通知。
切替器制御部:vBS-SWおよびvBSにおけるプログラマブル切替器の切替設定(対応付け)を集中制御。
vBS-SWまたはvBS内に構築される仮想無線IF(仮想基地局)と各有線IFとの接続を管理。
無線IF制御部:vBSの各無線IFの設定を集中管理。
仮想NW間H/O制御機能:各端末に対して、接続に適切な無線IFを決定し、端末IF切替を指示。
サービス登録・フィルタ機能:サービス提供者(アプリケーションサーバ)からサービス情報を取得。当該サービスを優先すべきかどうかを判断。
プログラマブル切替器 (下記参照)
無線IF(送受信部):無線端末との間で、データおよび制御情報を含む無線信号を送受信。
仮想無線IF(仮想無線データ送受信回路):無線データ送受信回路(無線IF)とは独立に、無線データ送受信回路を論理的に分割したもの、もしくはそれを複数まとめたもの。
有線IF(送受信部):vBS-SWとの間でデータおよび制御情報を含む信号を送受信。
プログラマブル切替器:有線IFから受信された各データフレームに対し、送信に用いる無線IFをフレーム単位で切替。
無線IFから受信された各データフレームに対し、送信に用いる有線IFまたは無線IFをフレーム単位で切替。
(切替器の中に仮想無線IFを構築)
優先サービスのフローだけを抽出することも可能。
無線IF管理部:vBS-SWからの指示に基づき、各無線IFの設定情報を管理し、無線IFの設定を行う。
無線IF(無線データ送受信回路)を時間軸/周波数軸/空間軸で分割・抽象化された無線資源へのアクセスを可能とする物理的な無線IF(≒物理AP/基地局)と定義する。
仮想無線IF(仮想無線データ送受信回路)とは、複数の物理無線IFがモバイルユーザに提供可能な、無線資源を論理分割、または論理統合した、無線IFの構成にとらわれない独立な論理無線IF(≒仮想AP/基地局)と定義する。
仮想無線IFは仮想NWと1対1に対応する。
仮想無線IFユーザには物理RF-IFの存在は隠蔽され、アクセス可能な特定の仮想RF-IFのみ(共通仮想NW用の仮想RF-IFを含む)が存在するように見える。
プログラマブル切替器により、仮想無線IFと有線IFとの間で、別途vSB-SW (OpenFlowコントローラ機能内蔵)から指定された経路制御に基づき、データフレームがスイッチングされる。
無線IFの論理分割は、時間軸/周波数軸/空間軸での分割により実現される。
無線IFの論理統合は、リンクアグリゲーションやチャネルボンディング、LTEシステムにおける基地局間協調伝送技術(CoMP)等により実現される。
有線リンク(エントランスリンク)により vBS-SWと接続される。
プログラマブル切替器により、仮想無線IFと有線IFとの間で、別途vSB-SW (OpenFlowコントローラ機能内蔵)から指定された経路制御に基づき、データフレームがスイッチングされる。
無線IF管理部は、vBS-SWの無線IF制御部からの指示を受けて、物理・仮想無線IFの設定を行う機能である。
また、無線IF管理部は、同じくvBS-SWの仮想NW間ハンドオーバ制御部の指示を受けて、端末が仮想無線IFの切り替え(仮想NW間ハンドオーバ)ができるよう、MACアドレスに基づくアクセス制御等の設定を行う。
計測部をもち、無線IFおよび有線IFの使用状況(送受信データ量等)を計測することができる。
モバイルNW上の仮想NW全体を管理する重要なコントローラ機能を有している。
仮想NW間ハンドオーバだけでなく、仮想NWの有線NW区間と無線NW区間の相互接続を担保する役割ももつ。
収容する基地局に接続されているユーザをすべてリストとして保持している。
また、特徴的機能は以下の4つである。
1.サービス登録・識別、サービスフィルタリング
2.有線区間の仮想NW制御
3.無線区間の仮想NW制御(vBS仮想IF制御)
4.仮想NW間ハンドオーバ制御
端末に対して仮想NW間ハンドオーバ手段を提供する方法については、いくつかの実現手段が考えられる。
まず、vBS-SWがハンドオーバ先のNWに関する情報(NW-ID等)を明示的に端末に通知。
次に、vBSの物理無線IFにおけるアクセス制御設定を動的に変更し(ハンドオーバ元の物理無線IFへの接続拒否、ハンドオーバ先の物理無線IFへの接続許可)、すでに確立されている接続を強制切断することをトリガとし、端末の基地局自動検索・接続機能を利用することで、ハンドオーバ先の物理無線IFへの接続を誘導する。
プログラマブル切替器を実現する一つの方法としてOpenFlowを利用したものである。この場合、vBS-SWおよび各vBSがOpenFlowスイッチ(OF-SW)として動作する。また、OpenFlowコントローラ機能はvBS-SWがもち、収容されるすべての基地局が集中管理される。
図4に、プログラマブル切替器としてOpenFlowスイッチを用いた場合の、vBS-SWおよび各vBS間の接続例を示す。
仮想NW間ハンドオーバとは、仮想無線IFの切替のことである。基地局間ハンドオーバ、基地局内ハンドオーバの両モデルに対応し、ハンドオーバに伴う仮想無線IF間のトラフィック経路変更をOpenFlowで制御する。
また、ここでは一つのサービスを一つの仮想ネットワークで提供することを想定しているが、端末が提供をうけるサービスを切り替えるタイミングに合わせて仮想ネットワークを切り替えるといった用途にも応用可能である。
Claims (5)
- 仮想ネットワークを構成することが可能な仮想化ネットワークと、仮想ネットワークを構成することが可能な仮想化無線ネットワークとを含むネットワークであって、
上記の仮想化ネットワークは、単数あるいは複数の仮想化対応基地局を収容するノードである仮想化対応基地局収容スイッチを含み、上記仮想化対応基地局収容スイッチは、仮想回線単位で動的に利用資源量を変更する機能を備えたものであり、
上記仮想化無線ネットワークは、上記仮想化対応基地局を中継ノードとして上記仮想化対応基地局収容スイッチと上記複数のモバイル端末とを接続するネットワークであり、上記仮想化対応基地局は、仮想回線単位で動的に利用資源量を変更する機能を備えたものであり、
上記仮想化ネットワークと上記仮想化無線ネットワークとが連結されたネットワークにおいて、専用のネットワーク資源が確保され、論理的に独立分離された、単数または複数の仮想ネットワークを構築することが可能なモバイルネットワークにおいて、
(1) あらゆるサービスへのアクセス要求に対応し、初期段階でのサービス提供を行うための、仮想化ネットワークと仮想化無線ネットワーク双方において共通ネットワークインタフェースの提供と共通ネットワーク資源の確保がなされた、共通仮想ネットワークを設けているものであり、
(2) 仮想化ネットワークと仮想化無線ネットワークは、共通仮想ネットワーク上で提供が開始された個々のサービスの種別を識別し、その識別結果に基づいて必要な仮想化ネットワークの構成および仮想化無線ネットワークの構成を判断する機能を有する基地局収容スイッチによって接続されているものであり、
(3) 共通仮想ネットワーク以外の仮想ネットワークについては、仮想化対応基地局収容スイッチが上記のサービス識別に基づき新規に専用ネットワークを用意し該仮想ネットワークとして提供すべきであるという判断に基づいて、新規に構築された仮想ネットワークであり、
(4) 上記の共通仮想ネットワークおよび上記の新規仮想ネットワークに対しては、利用可能なネットワーク資源全体の中から、任意の割合のネットワーク資源を割り当てることが可能であり、
(5) 仮想化対応基地局収容スイッチが、上述の新規仮想ネットワークの構築完了に関わる制御情報に基づき、サービスの提供ネットワークを共通仮想ネットワークから新規仮想ネットワークへハンドオーバーさせる機能を有するものである、
ことを特徴とするモバイルネットワーク。 - 上記仮想化対応基地局と上記モバイル端末間のリンクは、1つのパスとして用いられるか、複数のパスに分割して用いられるか、あるいは、リンクアグリゲーションにより複数のリンクを束ねた単数または複数のパスとして用いられることによって、上記仮想ネットワークへ接続する仮想回線となり、
該仮想回線に割り当てられるネットワーク資源は、仮想化対応基地局収容スイッチが、該仮想回線を提供する各仮想化対応基地局との間で交換する、仮想ネットワークの構築に関わる制御情報に基づいて行うことを特徴とする請求項1に記載のモバイルネットワーク。 - (1) 上記仮想化対応基地局収容スイッチは、上記モバイルネットワークにおいて、仮想化ネットワーク区間の各仮想化無線ネットワークへのネットワーク資源割当て状況に基づき、仮想化無線ネットワーク区間における各仮想ネットワークへのネットワーク資源割当てを制御するものであり、
(2) 該仮想ネットワークを構築後は、上記の両区間を含むモバイルネットワーク全体の品質計測結果に基づいて、仮想化無線ネットワーク区間において各仮想ネットワークへ割り当てるネットワーク資源を動的に制御するものである、
ことを特徴とする請求項1に記載のモバイルネットワーク。 - 上記基地局収容スイッチは、各端末が接続すべき仮想回線の選択に関わる制御、端末が上記共通仮想ネットワークに接続するための仮想回線から上記新規仮想ネットワークに接続するための仮想回線に接続を切り替えるタイミングの制御、上記の仮想回線切り替えに伴うデータの配信経路の変更に関わる制御等の仮想化対応基地局間協調手段を備えることを特徴とする請求項1から3のいずれか1つに記載のモバイルネットワーク。
- 複数の仮想ネットワークが構築され、端末がそのなかの単数または複数の仮想ネットワークとの間で仮想回線を確立可能な場合において、
上記仮想化対応基地局収容スイッチが、第1の仮想ネットワークで提供中の第1のサービスに対し,該第1のサービスを継続提供するために新規に構築する第2の仮想ネットワークの構築完了タイミングを認識し、そのタイミングと同期させて、該第1のサービスの提供ネットワークを該第1の仮想ネットワークから該第2の仮想ネットワークへハンドオーバーさせるものであることを特徴とする、請求項1から4のいずれか1つに記載のモバイルネットワーク。
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