JP6050720B2

JP6050720B2 - コアネットワークにおけるゲートウェイのセッション情報を移行させるシステム及び方法

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Description

本発明は、特にモバイルコアネットワークについて、ゲートウェイのセッション情報を移行させる技術に関する。

モバイルコアネットワークは、多様な機能を持つノードから構成され、これらノード同士の間で、シグナリングが処理され、ユーザデータが転送される。このために、各ノードは、収容するユーザに関する「コンテキスト情報（セッション情報）」を保持している。また、ノード同士の間は、規定されたトポロジで、論理トンネル（トンネル識別子を用いたカプセル化）を確立している。セッション情報は、例えば、ユーザ識別子や、そのユーザの端末の接続元のアクセスポイントの識別子、接続先のアクセスポイントの識別子、必要なＱｏＳ(Quality of Service)情報等を含む。勿論、１つの端末が、複数のセッションを確立することもできる。

図１は、従来技術におけるモバイルコアネットワークのシステム構成図である。

図１によれば、端末５と基地局４との間の無線アクセスネットワークは、例えば３ＧＰＰ(3rd Generation Partnership Project)のＥ−ＵＴＲＡＮ(Evolved - Universal Terrestrial Radio Access Network)によって構成されている。無線アクセスネットワークは、モバイルコアネットワークを介してインターネットに接続する。

図１によれば、モバイルコアネットワークとして、例えばＥＰＣ(Evolved Packet Core)によって構成されている。ＥＰＣのネットワークシステム内では、Ｓ−ＧＷ(Serving-GateWay)１及びＰ−ＧＷ((Packet data network GateWay)２と、それらゲートウェイに対して端末の移動を指示する移動管理装置（ＭＭＥ(Mobility Management Entity)）３とが相互に接続されている（例えば非特許文献１参照）。移動管理装置３は、ネットワーク制御用の制御シグナルを処理する。また、制御シグナリングやユーザデータの転送には、ＧＴＰ(GPRS(General Packet Radio Service) Tunneling Protocol)と称される、ＵＤＰ(User Datagram Protocol)上のトンネリングプロトコル（論理トンネル）が用いられている（例えば非特許文献２及び３参照）。ノード間では、セッション毎に、論理トンネルを一意に識別するトンネル識別子（ＴＥＩＤ(Tunnel Endpoint IDentifier)）が付与される。

モバイルコアネットワークによれば、端末が通信をしていないときでも、そのセッション情報を保持している。これによって、通信再開時までの時間を短縮することができる。しかし、結果的に、ノードは、セッション情報を、長期間に渡って保持し続けることとなる。１つのノードに収容されるセッション数は、一般的に、所定収容率以下となるように制御されるが、多数のセッション情報を保持し続ける結果、過負荷状態に陥る場合がある。

このような過負荷状態の場合に、ノードが、収容するセッション情報に紐づくトンネル識別子を変更する技術がある（例えば特許文献１参照）。トンネル識別子を変更することによって、収容するノードを変更することができ、過負荷状態を解消することができる。

一方、従来技術としてＳＤＮ(Software Defined Network)と称される「ネットワーク仮想化」の技術がある。この技術によれば、スイッチによる経路制御情報を、ソフトウェアにより変更できるため、比較的柔軟に経路を制御することができる。特に、ノードの仮想化技術と組み合わせた場合、ノードやネットワークリンクのリソースを柔軟に変更することができる。

例えば、あるハードウェア装置上に搭載されたノード機能が過負荷状態となった場合、そのノード機能のみを、別のハードウェア装置へ移行することができる。そして、その機能の通信を、ネットワーク仮想化によって移行先のハードウェア装置へ転送することによって、その機能を継続して実行することができる。

更に、ネットワーク仮想化における１つの技術として、OpenFlowがある（例えば非特許文献３参照）。Openflowの経路制御技術によれば、既存のＩＰ(Internet Protocol)のみならず、レイヤ１〜４のプロトコル情報（例えばスイッチの物理ポート、ＭＡＣアドレス、ＩＰアドレス、ＵＤＰ／ＴＣＰのポート番号等)を用いて、フロー単位で経路を制御することができる。例えば、物理的なハードウェア装置に構成されたノード機能を、別の異なるハードウェア装置へ移行した場合、同一のＩＰアドレスを引き継いで通信することは困難である。しかしながら、Openflowによれば、Ｌ３情報のＩＰアドレス以外に、物理的なＭＡＣアドレスやその他のレイヤ情報を用いて、移行先のハードウェア装置であっても、同一のＩＰアドレスを用いた通信であっても経路を制御することができる。

ＷＯ２０１０−１４２２０３

3GPP TS 23.401 GeneralPacket Radio Service (GPRS) enhancements for Evolved Universal TerrestrialRadio Access Network (E-UTRAN) access, Version 12.0.0 March, 2013. 3GPP Evolved Packet System(EPS); Evolved General Packet Radio Service (GPRS) Tunnelling Protocol forControl plane (GTPv2-C); Stage 3, Version 11.6.0, March 2013. 3GPP TS 29.281 GeneralPacket Radio System (GPRS) Tunnelling Protocol User Plane (GTPv1-U), Version11.6.0 December 2012. OpenFlow Switch SpecificationVersion 1.0.0 (Wire Protocol 0x01) December 31, 2009、[online]、［平成２５年４月２４日検索］、インターネット＜URL:http://www.openflow.org/documents/openflow-spec-v1.0.0.pdf＞

モバイルコアネットワークにおけるノードは、保持しているセッション情報に基づく端末が、そのサービス圏内に位置する限り、そのセッション情報を保持し続ける必要がある。そのために、当該ノードは、収容する多数の端末群から同時に大量のユーザデータの通信が発生した場合、過負荷状態になってしまうにも拘わらず、それら端末のセッションを解放することができないという課題がある。

特許文献１に記載の技術によれば、セッションとノードとの紐付けを分離するために、トンネル識別子を変更している。しかしながら、この技術は、ＳＧＳＮとＳ−ＧＷとの間にしか適用することができない。即ち、基地局とＳ−ＧＷとの間では、ＴＥＩＤを変更することができず、過負荷状態を解消することができない。

一方で、仮想化技術を用いることによって、モバイルコアネットワークの各ノード機能を仮想化し、物理的なハードウェア装置同士の間でそのノード機能を移行させることによって、過負荷状態を解消させることもできる。しかしながら、モバイルコアネットワークの場合、ノード機能同士の間でセッション情報を移行させた後、更に、トポロジ構成や論理トンネルも再構築する必要がある。

また、ネットワーク仮想化技術のOpenflowスイッチによれば、レイヤ４以下の情報を用いて、経路を制御する。しかしながら、ＵＤＰよりも上位プロトコルであるＧＴＰのようなトンネリングプロトコルの情報を用いて、経路を制御することはできない。また、ノード機能同士の間で、大量ユーザのセッション情報を移行させた場合、Openflowスイッチで制御すべきテーブル数が肥大化し、管理が煩雑になるという課題も生じる。

その他、モバイルコアネットワークのノードは、ユーザデータと制御シグナリングの両方を連携して処理する必要があり、仮想化されたノード同士の間でもそれらデータパケットを連携して、同一の仮想化ノードで処理できるようにする必要がある。

そこで、本発明は、コアネットワークにおける既存の基地局やゲートウェイ、移動管理装置を何ら変更することなく、ゲートウェイのセッション情報の移行に応じて経路を制御することができるシステム及び方法を提供することを目的とする。

本発明によれば、アクセスネットワーク及び広域ネットワークへ向けてトンネル識別子を有するゲートウェイが配置されたモバイルコアネットワークシステムについて、移行元ゲートウェイが移行先ゲートウェイへセッション情報を移行するシステムであって、
トンネル識別子は、端末−ゲートウェイ間及び／又はゲートウェイ同士間の経路毎に、集約可能な識別子群のスコープに区分されており、
移行元ゲートウェイ及び移行先ゲートウェイは共通に、アクセスネットワーク側の第１のスイッチへ接続し、広域ネットワーク側の第２のスイッチへ接続しており、
移行元ゲートウェイは、セッション情報をスコープ単位で移行先ゲートウェイへ移行させ、
第１のスイッチ及び第２のスイッチに対し、移行するセッション情報に基づくトンネル識別子群のスコープを、移行元ゲートウェイから移行先ゲートウェイへ経路制御するべく指示する仮想化制御装置を更に有する
ことを特徴とする。

本発明のシステムにおける他の実施形態によれば、
ネットワーク制御用の制御シグナルを送受信する移動管理装置を更に有し、
移行元ゲートウェイ及び移行先ゲートウェイは、移動管理装置側の第３のスイッチへ接続しており、
仮想化制御装置は、第３のスイッチに対し、移行するセッション情報に基づくトンネル識別子群のスコープを、移行元ゲートウェイから移行先ゲートウェイへ経路制御するべく指示することも好ましい。

本発明のシステムにおける他の実施形態によれば、
移行元ゲートウェイは、セッション確立要求を受信した際に、経路毎のユーザデータ及び制御シグナルそれぞれに、そのスコープの中から一意なトンネル識別子を割り当てることも好ましい。

本発明のシステムにおける他の実施形態によれば、
アクセスネットワークは、Ｅ−ＵＴＲＡＮ(Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network)であり、
モバイルコアネットワークは、ＥＰＣ(Evolved Packet Core)であり、
ゲートウェイは、Ｓ−ＧＷ(Serving GateWay)又はＰ−ＧＷ(Packet data network GateWay)であり、
トンネル識別子は、ＧＴＰ(GPRS(General Packet Radio Service) Tunneling Protocol)におけるＴＥＩＤ(Tunnel Endpoint ID)である
ことも好ましい。

本発明のシステムにおける他の実施形態によれば、
スイッチは、OpenFlowスイッチであり、
OpenFlowスイッチは、レイヤ１〜４のプロトコル情報と、トンネル識別子とを組み合わせて経路を判定することも好ましい。

本発明によれば、アクセスネットワーク及び広域ネットワークへ向けてトンネル識別子を有するゲートウェイが配置されたモバイルコアネットワークシステムについて、移行元ゲートウェイが移行先ゲートウェイへセッション情報を移行する方法であって、
トンネル識別子は、端末−ゲートウェイ間及び／又はゲートウェイ同士間の経路毎に、集約可能な識別子群のスコープに区分されており、
システムは、移行元ゲートウェイ及び移行先ゲートウェイは共通に、アクセスネットワーク側の第１のスイッチへ接続し、広域ネットワーク側の第２のスイッチへ接続していると共に、仮想化制御装置を更に有しており、
移行元ゲートウェイが、セッション情報をスコープ単位で移行先ゲートウェイへ移行させる第１のステップと、
仮想化制御装置が、第１のスイッチ及び第２のスイッチに対し、移行するセッション情報に基づくトンネル識別子群のスコープを、移行元ゲートウェイから移行先ゲートウェイへ経路制御するべく指示する第２のステップと
を有することを特徴とする。

本発明の方法における他の実施形態によれば、
ネットワーク制御用の制御シグナルを送受信する移動管理装置を更に有し、
移行元ゲートウェイ及び移行先ゲートウェイは、移動管理装置側の第３のスイッチへ接続しており、
第２のステップについて、仮想化制御装置は、第３のスイッチに対し、移行するセッション情報に基づくトンネル識別子群のスコープを、移行元ゲートウェイから移行先ゲートウェイへ経路制御するべく指示する
ことも好ましい。

本発明の方法における他の実施形態によれば、
第１のステップよりも前ステップについて、移行元ゲートウェイは、セッション確立要求を受信した際に、経路毎のユーザデータ及び制御シグナルそれぞれに、そのスコープの中から一意なトンネル識別子を割り当てることも好ましい。

本発明の方法における他の実施形態によれば、
アクセスネットワークは、Ｅ−ＵＴＲＡＮであり、
モバイルコアネットワークは、ＥＰＣであり、
ゲートウェイは、Ｓ−ＧＷ又はＰ−ＧＷであり、
トンネル識別子は、ＧＴＰにおけるＴＥＩＤであることも好ましい。

本発明の方法における他の実施形態によれば、
スイッチは、OpenFlowスイッチであり、
OpenFlowスイッチは、レイヤ１〜４のプロトコル情報と、トンネル識別子とを組み合わせて経路を判定することも好ましい。

本発明のシステム及び方法によれば、コアネットワークにおける既存の基地局やゲートウェイ、移動管理装置を何ら変更することなく、ゲートウェイのセッション情報の移行に応じて経路を制御することができる。

従来技術におけるモバイルコアネットワークのシステム構成図である。本発明におけるモバイルコアネットワークのシステム構成図である。本発明におけるＳ−ＧＷのセッション情報の移行を表す説明図である。本発明におけるＳ−ＧＷのセッション情報の移行を表すシーケンス図である。セッション確立のシーケンス図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。

図２は、本発明におけるモバイルコアネットワークのシステム構成図である。

図２によれば、図１のシステムと同様に、アクセスネットワークはＥ−ＵＴＲＡＮであり、モバイルコアネットワークはＥＰＣである。また、モバイルコアネットワークには、図１のシステムと同様に、Ｓ−ＧＷ１、Ｐ−ＧＷ２及び移動管理装置（ＭＭＥ）３が相互に接続されている。ここで、図２によれば、Ｓ−ＧＷ１Ａ（移行元ゲートウェイ）は、過負荷状態を自ら検知し、Ｓ−ＧＷ１Ｂ（移行先ゲートウェイ）へ、セッション情報を移行しようとしていている。

図２によれば、図１と比較して、Ｓ−ＧＷ１Ａ（移行元ゲートウェイ）及びＳ−ＧＷ１Ｂ（移行先ゲートウェイ）は、アクセスネットワーク側のスイッチ６Ａへ共通に接続すると共に、インターネット（広域ネットワーク）側の第２のスイッチ６Ｂへ共通に接続している。また、Ｓ−ＧＷ１Ａ及びＳ−ＧＷ１Ｂは、移動管理装置３側の第３のスイッチ６Ｃへも共通に接続している。本発明におけるスイッチ６Ａ〜６Ｃは、トンネル識別子によって経路を制御する。そのために、スイッチ６Ａ〜６Ｃは、トンネル識別子群と出力ポートとを対応付けたテーブルを記憶する。更に、図２によれば、モバイルコアネットワークに、仮想化制御装置７が別途配置されている。仮想化制御装置７は、各スイッチ６Ａ〜６Ｃに対して、トンネル識別子群と出力ポートとを対応付けた情報を送信することによって、経路制御を指示する。

ゲートウェイ（例えばＳ−ＧＷ）は、物理的なハードウェア装置上で起動しているが、その実体はソフトウェア的なモジュールであって、他のハードウェア装置へ移行させることができるものであってもよい。例えば、ハードウェア装置上では「ハイパーバイザ」が起動しており、ＯＳを含む全てのモジュール（例えばゲートウェイの機能モジュール）を、そのハイパーバイザ上で起動させ且つ移動させることができる。このように、ハードウェア装置に依存しないシステムを、「仮想化」ということができる。即ち、あるゲートウェイにおけるハードウェアが過負荷状態となった際に、そのゲートウェイのモジュールを他のハードウェア装置へ移行させることができる。図２によれば、Ｓ−ＧＷ１Ａが過負荷状態となった際に、他のハードウェア装置上に新規のＳ−ＧＷ１Ｂを構築した後、Ｓ−ＧＷ１Ａが持つセッション情報の一部を、Ｓ−ＧＷ１Ｂへ移行させている。このとき、そのトンネル識別子を持つユーザデータ及び制御シグナルが、Ｓ−ＧＷ１Ｂへ転送させるように、ネットワーク仮想化も必要となる。

図３は、本発明におけるＳ−ＧＷのセッション情報の移行を表す説明図である。

モバイルコアネットワークにおけるゲートウェイは、アクセスネットワーク及び広域ネットワークそれぞれへ向けて、トンネル識別子を用いた論理トンネルを確立する。トンネル識別子は、例えばＧＴＰにおけるＴＥＩＤである。図３によれば、Ｓ−ＧＷ１Ａは、例えば以下の４つのトンネル識別子を対応付けて記憶する。
（ＴＥＩＤ１）端末向けユーザデータ用のトンネル識別子
（ＴＥＩＤ２）Ｐ−ＧＷ向けユーザデータ用のトンネル識別子
（ＴＥＩＤ３）Ｐ−ＧＷ向け制御シグナル用のトンネル識別子
（ＴＥＩＤ４）移動管理装置向け制御シグナル用のトンネル識別子
ここで、Ｓ−ＧＷ１Ａは、同一のユーザデータに対して、端末向けユーザデータ用のトンネル識別子１と、Ｐ−ＧＷ向けユーザデータ用のトンネル識別子２とを別々に割り当てる。

本発明によれば、トンネル識別子は、基地局−ゲートウェイ間及び／又はゲートウェイ同士間の経路毎に、集約可能な識別子群のスコープ（範囲）に区分されている。本発明におけるスコープは、ゲートウェイ間でセッション情報を移行する際におけるトンネル識別子のグループ単位である。そして、ゲートウェイは、セッション確立要求を受信した際に、経路毎のユーザデータ及び制御シグナルそれぞれに、そのスコープの中から一意なトンネル識別子を割り当てる。

トンネル識別子のスコープは、例えば上位（又は下位）から８〜４ビット程度を固定することによって表現できる範囲に分割される。例えばトンネル識別子が３２ビットで表現される場合、上位２４ビットまでを0x000000（固定）とし、下位８ビットで各トンネル識別子を割り当てるスコープとすることもできる。
（ＴＥＩＤ１）端末向けユーザデータ用のトンネル識別子 0x000000+02
（ＴＥＩＤ２）Ｐ−ＧＷ向けユーザデータ用のトンネル識別子 0x000000+11
（ＴＥＩＤ３）Ｐ−ＧＷ向け制御シグナル用のトンネル識別子 0x000000+01
（ＴＥＩＤ４）移動管理装置向け制御シグナル用のトンネル識別子 0x000000+01
ここでは、上位２４ビットを異なるインタフェース（ユーザ又はセッション）についても同一の値0x000000を割り当てているが、勿論、異なる値であってもよい。即ち、経路毎のユーザデータ及び制御シグナルそれぞれに、上位２４ビットのスコープの範囲内で、一意なトンネル識別子が割り当てられればよい。

尚、他の実施形態として、以下のように、下位ビットをスコープとすることもできる。
（ＴＥＩＤ１）端末向けユーザデータ用のトンネル識別子 0x001100+??
（ＴＥＩＤ２）Ｐ−ＧＷ向けユーザデータ用のトンネル識別子 0x0101+????
（ＴＥＩＤ３）Ｐ−ＧＷ向け制御シグナル用のトンネル識別子 0x??+111111
（ＴＥＩＤ４）移動管理装置向け制御シグナル用のトンネル識別子 0x000000+??
このように異なるスコープ位置が割り当てられたとしても、ゲートウェイが、ユーザ又はセッション毎にその対応付けを管理していればよい。

本発明によれば、ゲートウェイ間でセッション情報を移行する場合、スコープ単位で移行させることを要する。即ち、移行元ゲートウェイは、セッション情報をスコープ単位で移行先ゲートウェイへ移行させる。

また、仮想化制御装置７は、スイッチ６Ａ及びスイッチ６Ｂに対し、移行するセッション情報に基づくトンネル識別子群のスコープを、移行元ゲートウェイから移行先ゲートウェイへ経路制御するべく指示する。このとき、ユーザデータのＴＥＩＤだけでなく、制御シグナルのＴＥＩＤも移行させる必要がある。

図３によれば、セッション情報を移行する移行元ゲートウェイＳ−ＧＷ１Ａは、トンネル識別子群のスコープを移行先ゲートウェイへ移行した旨を、仮想化制御装置７へ通知する。ここでは、個々のトンネル識別子単位ではなく、トンネル識別子群のスコープ単位となる。

仮想化制御装置７は、スイッチ６Ａ〜６Ｃに対し、移行するセッション情報に基づくトンネル識別子群のスコープを、移行元ゲートウェイ（Ｓ−ＧＷ１Ａ）から移行先ゲートウェイ（Ｓ−ＧＷ１Ｂ）へ経路制御するべく指示する。

スイッチ６Ａ〜６Ｃは、仮想化制御装置７から受信した経路制御情報（フローテーブル）に応じて、ユーザデータ及び制御シグナルのトンネル識別子を判定する。

ここで、スイッチ６は、OpenFlowスイッチであってもよい。本発明におけるOpenFlowスイッチは、レイヤ１〜４のプロトコル情報と、トンネル識別子とを組み合わせて経路を判定することができる。スイッチ６は、例えば以下のようなフローテーブルを有する。

表１によれば、スイッチ６は、基地局４から入力されたパケットについて、最初にOpenFlowの機能によって、ＵＤＰであって且つＧＴＰに割り当てられたポート番号であるか否かを判定する。ここで真と判定された場合、テーブル２へ移動する。次に、テーブル２に記述されたスコープ内のトンネル識別子か否かを判定する。ここで真と判定された場合、Ｓ−ＧＷ１Ｂが接続されたポートへ出力する。このように、既存のOpenflowスイッチによって、トンネル識別子に基づいて経路を制御することもできる。

図４は、本発明におけるＳ−ＧＷのセッション情報の移行を表すシーケンス図である。

（Ｓ４１）端末５は、インターネットへ向けて送信すべきユーザデータを、無線ネットワークを介して基地局４へ送信する。基地局４は、Ｓ−ＧＷへ送信すべきそのユーザデータを、ＴＥＩＤ１によってカプセル化し、スイッチ６Ａへ転送する。スイッチ６Ａは、ユーザデータのトンネル識別子を判定し、経路制御によってＳ−ＧＷ１Ａへ転送する。Ｓ−ＧＷ１Ａは、そのユーザデータのカプセル化を解き、Ｐ−ＧＷへ転送すべきそのユーザデータを、ＴＥＩＤ２によってカプセル化し、スイッチ６Ｂへ転送する。スイッチ６Ｂは、ユーザデータのトンネル識別子を判定し、経路制御によってＰ−ＧＷ２へ転送する。Ｐ−ＧＷ２は、そのユーザデータのカプセル化を解き、そのユーザデータをインターネットへ向けて送信する。

（Ｓ４２）インターネットから端末５へ向けて送信されたユーザデータは、Ｓ４１と逆の経路に沿って、端末５まで転送される。

（Ｓ４３）端末５から送信された制御シグナルは、無線ネットワークを介して基地局４へ送信される。基地局４は、その制御シグナルを移動管理装置３へ転送し、移動管理装置３は、その制御シグナルに基づく処理を実行する。また、移動管理装置３は、制御シグナルを、その制御シグナルを、ＴＥＩＤ４によってカプセル化し、スイッチ６Ｃへ送信する。スイッチ６Ｃは、その制御シグナルのトンネル識別子を判定し、経路制御によってＳ−ＧＷ１Ａへ転送する。

（Ｓ４４）ここで、Ｓ−ＧＷ１Ａは、過負荷状態となったことを自ら検知し、セッション情報の一部の移行を決定したとする。このとき、新規にＳ−ＧＷ１Ｂが構築されると共に、Ｓ−ＧＷ１Ａは、セッション情報をトンネル識別子のスコープ単位で、Ｓ−ＧＷ１Ｂへ移行することができる。スコープ単位１個ずつ移行させてもよいし、複数のスコープを同時に移行させてもよい。

（Ｓ４５）次に、Ｓ−ＧＷ１Ａは、セッション情報を移行したゲートウェイ（その識別子）と、移行したスコープ（トンネル識別子群）とを含む「セッション移行通知」を、仮想化制御装置７へ送信する。

（Ｓ４６）仮想化制御装置７は、スイッチ６Ａ〜６Ｃに対し、移行したトンネル識別子群のスコープを、移行元ゲートウェイ（Ｓ−ＧＷ１Ａ）から移行先ゲートウェイ（Ｓ−ＧＷ１Ｂ）へ経路制御するべく指示する。図４によれば、このメッセージは、スコープ範囲更新通知として表されている。これによって、スイッチ６Ａ〜６Ｃは、スコープ範囲更新通知によって、自らのフローテーブルを更新する。これは、スコープ単位に更新されるものであっって、トンネル識別子のエントリを個別に更新するものではない。そのために、大量のセッションを移動する場合でも、少ないエントリ数による経路制御を可能とする。

（Ｓ４７）その後、端末５は、インターネットへ向けて送信すべきユーザデータを、無線ネットワークを介して基地局４へ送信する。基地局４は、Ｓ−ＧＷへ送信すべきそのユーザデータを、ＴＥＩＤ１によってカプセル化し、スイッチ６Ａへ転送する。スイッチ６Ａは、ユーザデータのトンネル識別子を判定し、経路制御によってＳ−ＧＷ１Ｂへ転送する。Ｓ−ＧＷ１Ｂは、そのユーザデータのカプセル化を解き、Ｐ−ＧＷへ転送すべきそのユーザデータを、ＴＥＩＤ２によってカプセル化し、スイッチ６Ｂへ転送する。スイッチ６Ｂは、ユーザデータのトンネル識別子を判定し、経路制御によってＰ−ＧＷ２へ転送する。Ｐ−ＧＷ２は、そのユーザデータのカプセル化を解き、そのユーザデータをインターネットへ向けて送信する。

（Ｓ４８）インターネットから端末５へ向けて送信されたユーザデータは、Ｓ４７と逆の経路に沿って、端末５まで転送される。

（Ｓ４９）移動管理装置３は、そのトンネル識別子に関する制御シグナルを、スイッチ６Ｃへ送信する。スイッチ６Ｃは、その制御シグナルのトンネル識別子を判定し、Ｓ−ＧＷ１Ｂへ転送する。

図５は、セッション確立のシーケンス図である。

（Ｓ５１）端末５は、セッションを確立すべき接続要求を、無線ネットワークを介して基地局４へ送信する。基地局４は、その接続要求を移動管理装置３へ転送する。移動管理装置３は、接続要求の送信元となる端末５を認証した上で、Ｓ−ＧＷ１Ａへ送信すべきセッション確立要求を、ＴＥＩＤ４によってカプセル化し、スイッチ６Ｃへ送信する。スイッチ６Ｃは、最初に受信したセッション確立要求については、通常のＩＰルーティングによって、Ｓ−ＧＷ１Ａへ転送する。

移動管理装置３は、「ユーザ識別子」と「トンネル識別子（ＴＥＩＤ４）」とのの対応関係を管理している。初めてのセッション確立要求の場合、論理トンネルが確立していないため、トンネル識別子には「０」が設定される。一方で、同一ユーザについて追加のセッションを確立する場合、既に確立しているセッションの論理トンネルを用いて制御シグナルが送信される。

（Ｓ５２）Ｓ−ＧＷ１Ａは、受信したセッション確立要求の制御シグナルについて、そのトンネル識別子を判定する。例えばトンネル識別子が「０」（割り当て無し）である場合、Ｓ−ＧＷ１Ａは、移動管理装置３との間の制御シグナルについて、トンネル識別子群のスコープを決定し、そのスコープの範囲内のトンネル識別子を割り当てる。勿論、セッションを追加する場合、既存のスコープの範囲内で、トンネル識別子を割り当てればよい。尚、先にトンネル識別子を割り当て、そのトンネル識別子が含まれる範囲のスコープに決定してもよい。

また、Ｓ−ＧＷ１Ａは、新規のセッションについては、Ｐ−ＧＷ２との間の制御シグナルと、端末５との間のユーザデータ及び制御シグナルとについてそれぞれ、トンネル識別子群のスコープを決定し、そのスコープの範囲内のトンネル識別子を割り当てる。セッションを追加する場合、既存のスコープの範囲内で、トンネル識別子を割り当てればよい。Ｓ−ＧＷ１Ａは、当該ユーザに関するセッション情報は全て、トンネル識別子に対応付けて管理する。

そして、Ｓ−ＧＷ１Ａは、Ｐ−ＧＷ２へ送信すべきセッション確立要求を、スイッチ６Ｂへ転送する。セッション確立要求には、少なくとも、ユーザ識別子と、Ｐ−ＧＷ向けユーザデータ用のＴＥＩＤ２と、Ｐ−ＧＷ向け制御シグナル用のＴＥＩＤ３とが含まれる。スイッチ６Ｂは、最初に受信したセッション確立要求については、通常のＩＰルーティングによって、Ｐ−ＧＷ２へ転送する。

（Ｓ５３）Ｐ−ＧＷ２は、受信したセッション確立要求に応じて、Ｓ−ＧＷ向けのユーザデータ用のトンネル識別子を設定する。そして、Ｐ−ＧＷ２は、Ｓ−ＧＷ１Ａへ送信すべきセッション確立応答を、スイッチ６Ｂへ転送する。スイッチ６Ｂは、そのセッション確立応答を、Ｓ−ＧＷ１Ａへ転送する。

（Ｓ５４）Ｓ−ＧＷ１Ａは、受信したセッション確立応答に基づいて、Ｓ−ＧＷ１ＡとＰ−ＧＷ２との間におけるユーザデータ及び制御シグナルのトンネル識別子の設定が完了したと認識する。これによって、Ｓ−ＧＷ１Ａは、端末５からの１つのセッションに対して、以下の４つの識別子を対応付けて管理する。
（ＴＥＩＤ１）端末向けユーザデータ用のトンネル識別子
（ＴＥＩＤ２）Ｐ−ＧＷ向けユーザデータ用のトンネル識別子
（ＴＥＩＤ３）Ｐ−ＧＷ向け制御シグナル用のトンネル識別子
（ＴＥＩＤ４）移動管理装置向け制御シグナル用のトンネル識別子
そして、Ｓ−ＧＷ１Ａは、移動管理装置３へ送信すべきセッション確立応答を、スイッチ６Ｃへ転送する。スイッチ６Ｃは、そのセッション確立応答を、移動管理装置３へ転送する。また、移動管理装置３は、その接続応答を、基地局４を経由して、端末５へ送信する。

（Ｓ５５）最後に、端末５は、受信した接続応答に応じて、接続完了通知を、基地局４を介して移動管理装置３へ返信する。

（Ｓ５６）その後、図４のＳ４１及びＳ４２と同様に、端末５とインターネットとの間で、スイッチ６Ａ、Ｓ−ＧＷ１Ａ、スイッチ６Ｂ及びＰ−ＧＷ２を経由して、ユーザデータを送受信することができる。ユーザデータは、端末５とＳ−ＧＷ１Ａとの間ではトンネル識別子ＴＥＩＤ１によってカプセル化され、Ｓ−ＧＷ１ＡとＰ−ＧＷ２との間ではトンネル識別子ＴＥＩＤ２によってカプセル化される。

以上、詳細に説明したように、本発明のシステム及び方法によれば、コアネットワークにおける既存の基地局やゲートウェイ、移動管理装置を何ら変更することなく、ゲートウェイのセッション情報の移行に応じて経路を制御することができる。

また、本発明によれば、モバイルコアネットワークについて、多数のセッションを長時間保持するノードが過負荷状態に陥った場合であっても、トンネル識別子のスコープ単位で、それらセッションを他のノードへ移行することができ、ネットワーク仮想化によって既存のインフラリソースを有効に活用することができる。また、新たに配置されるスイッチは、スコープ単位で経路を制御するために、フローテーブルの肥大化を防ぐこともできる。尚、近年、モバイル通信の需要が急速に高まっており、モバイルコアネットワークに仮想化技術を適用することによって、多様なトラヒック需要に対して効率的なネットワークの運用が期待できる。

前述した本発明の種々の実施形態において、本発明の技術思想及び見地の範囲の種々の変更、修正及び省略は、当業者によれば容易に行うことができる。前述の説明はあくまで例であって、何ら制約しようとするものではない。本発明は、特許請求の範囲及びその均等物として限定するものにのみ制約される。

１Ｓ−ＧＷ、ゲートウェイ
２Ｐ−ＧＷ、ゲートウェイ
３移動管理装置
４基地局
５端末
６スイッチ
７仮想化制御装置

Claims

アクセスネットワーク及び広域ネットワークへ向けてトンネル識別子を有するゲートウェイが配置されたモバイルコアネットワークシステムについて、移行元ゲートウェイが移行先ゲートウェイへセッション情報を移行するシステムであって、
前記トンネル識別子は、端末−ゲートウェイ間及び／又はゲートウェイ同士間の経路毎に、集約可能な識別子群のスコープに区分されており、
移行元ゲートウェイ及び移行先ゲートウェイは共通に、アクセスネットワーク側の第１のスイッチへ接続し、広域ネットワーク側の第２のスイッチへ接続しており、
移行元ゲートウェイは、セッション情報をスコープ単位で移行先ゲートウェイへ移行させ、
第１のスイッチ及び第２のスイッチに対し、移行するセッション情報に基づくトンネル識別子群のスコープを、移行元ゲートウェイから移行先ゲートウェイへ経路制御するべく指示する仮想化制御装置を更に有する
ことを特徴とするシステム。
ネットワーク制御用の制御シグナルを送受信する移動管理装置を更に有し、
移行元ゲートウェイ及び移行先ゲートウェイは、移動管理装置側の第３のスイッチへ接続しており、
仮想化制御装置は、第３のスイッチに対し、移行するセッション情報に基づくトンネル識別子群のスコープを、移行元ゲートウェイから移行先ゲートウェイへ経路制御するべく指示する
ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
移行元ゲートウェイは、セッション確立要求を受信した際に、経路毎のユーザデータ及び制御シグナルそれぞれに、そのスコープの中から一意なトンネル識別子を割り当てる
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のシステム。
アクセスネットワークは、Ｅ−ＵＴＲＡＮ(Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network)であり、
モバイルコアネットワークは、ＥＰＣ(Evolved Packet Core)であり、
ゲートウェイは、Ｓ−ＧＷ(Serving GateWay)又はＰ−ＧＷ(Packet data network GateWay)であり、
トンネル識別子は、ＧＴＰ(GPRS(General Packet Radio Service) Tunneling Protocol)におけるＴＥＩＤ(Tunnel Endpoint ID)である
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のシステム。
スイッチは、OpenFlowスイッチであり、
前記OpenFlowスイッチは、レイヤ１〜４のプロトコル情報と、トンネル識別子とを組み合わせて経路を判定する
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のシステム。
アクセスネットワーク及び広域ネットワークへ向けてトンネル識別子を有するゲートウェイが配置されたモバイルコアネットワークシステムについて、移行元ゲートウェイが移行先ゲートウェイへセッション情報を移行する方法であって、
前記トンネル識別子は、端末−ゲートウェイ間及び／又はゲートウェイ同士間の経路毎に、集約可能な識別子群のスコープに区分されており、
前記システムは、移行元ゲートウェイ及び移行先ゲートウェイは共通に、アクセスネットワーク側の第１のスイッチへ接続し、広域ネットワーク側の第２のスイッチへ接続していると共に、仮想化制御装置を更に有しており、
移行元ゲートウェイが、セッション情報をスコープ単位で移行先ゲートウェイへ移行させる第１のステップと、
仮想化制御装置が、第１のスイッチ及び第２のスイッチに対し、移行するセッション情報に基づくトンネル識別子群のスコープを、移行元ゲートウェイから移行先ゲートウェイへ経路制御するべく指示する第２のステップと
を有することを特徴とする方法。
ネットワーク制御用の制御シグナルを送受信する移動管理装置を更に有し、
移行元ゲートウェイ及び移行先ゲートウェイは、移動管理装置側の第３のスイッチへ接続しており、
第２のステップについて、仮想化制御装置は、第３のスイッチに対し、移行するセッション情報に基づくトンネル識別子群のスコープを、移行元ゲートウェイから移行先ゲートウェイへ経路制御するべく指示する
ことを特徴とする請求項６に記載の方法。
第１のステップよりも前ステップについて、移行元ゲートウェイは、セッション確立要求を受信した際に、経路毎のユーザデータ及び制御シグナルそれぞれに、そのスコープの中から一意なトンネル識別子を割り当てる
ことを特徴とする請求項６又は７に記載の方法。
アクセスネットワークは、Ｅ−ＵＴＲＡＮであり、
モバイルコアネットワークは、ＥＰＣであり、
ゲートウェイは、Ｓ−ＧＷ又はＰ−ＧＷであり、
トンネル識別子は、ＧＴＰにおけるＴＥＩＤである
ことを特徴とする請求項６から８のいずれか１項に記載の方法。
スイッチは、OpenFlowスイッチであり、
前記OpenFlowスイッチは、レイヤ１〜４のプロトコル情報と、トンネル識別子とを組み合わせて経路を判定する
ことを特徴とする請求項６から９のいずれか１項に記載の方法。