JP6192050B2

JP6192050B2 - 通信制御システムおよび通信制御方法

Info

Publication number: JP6192050B2
Application number: JP2014026812A
Authority: JP
Inventors: 宏基馬場; 弘実平井; 信博東; 松本　実; 実松本; 則武　克誌; 克誌則武
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2014-02-14
Filing date: 2014-02-14
Publication date: 2017-09-06
Anticipated expiration: 2034-02-14
Also published as: JP2015154278A

Description

本発明は、移動体通信サービスなどのネットワーク接続サービスを提供する事業者が、サービス事業者への接続を提供するために必要なリソースを最適化された形で、ネットワーク上での移動管理を行う場合のシステム構成および移動管理方法に関する。

モバイルコアネットワークシステムにおいて常時移動する移動端末の認証・接続方法や、移動端末の位置を常に管理する方式（移動管理技術）は従来から知られている（非特許文献１参照）。一方、ＥＴＳＩ（European Telecommunications Standards Institute）等において、キャリアネットワーク機能をソフトウェア化し汎用のサーバ上で実現する技術が確立されている（非特許文献２参照）。

また、固定網・移動網などのＩＰ（Internet Protocol）網上で音声サービスを制御するための呼制御技術を実現する方法が知られている。特に、端末が電源投入されて初めて網と認証処理を行う際、当該端末が契約する音声通信サービスに対応可能な呼制御サーバに信号をルーティングするために、加入者プロファイルを参照して接続先となる呼制御サーバを決定する技術が知られている。具体的には、端末の電源投入後サーバへの接続要求を受けた中継呼制御サーバ（Ｉ−ＣＳＣＦ：Interrogating - Call Session Control Function）がホームネットワークの加入者データベース（ＨＳＳ：Home Subscriber Server）から当該端末のサービスプロファイルを抽出する。この時、Ｉ−ＣＳＣＦは当該端末のユーザが契約中の音声サービスに必要な呼制御機能を持つ呼制御サーバ（Ｓ−ＣＳＣＦ：Serving - CSCF）を決定する。これに従って接続要求を転送し、端末が利用する音声サービスに対応した呼制御サーバに収容される（非特許文献３参照）。

"General Packet Radio Service (GPRS) enhancements for Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN) access(Release12)", 3GPP TS 23.401, Sep.2013 "Network Functions Virtualisation (NFV); Architectural Framework", ETSI GS NFV 002 V1.1.1, Oct. 2013 "IP Multimedia Subsystem (IMS); Stage 2 (Release 12)", 3GPP TS 23.228, Sep. 2013

現在、移動体通信網ではモバイル通信事業者サービスだけでなく、他のモバイル通信事業者との接続や、インターネットサービス、ＭＶＮＯ（Mobile Virtual Network Operator）事業者など複数の通信事業者・サービス事業者との接続が必要となっている。また、マルチベンダ環境でシステムを構成するため、異なるベンダ装置間でも連携して機能を実現する必要がある。

以上のような要件及びＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリなどの計算リソースの物理的な制約から、従来のシステムでは、図１に示すように、複数の機能ブロックにネットワーク制御システムを分割し、その間を接続するＩＦ（Interface）を標準で規定してそれらを連携させることで各機能を実現している。例えば、図２及び非特許文献１に示すように、移動体通信網では認証、移動管理、セッション管理、端末の接続位置に応じたパケットの転送やルーティングを実現するため、ＭＭＥ（Mobility Management Entity）、Ｓ−ＧＷ（Serving Gateway）、Ｐ−ＧＷ（PDN Gateway）、ＨＳＳの機能エンティティを規定して、各装置が認証、パケット通信制御、移動管理を分担して実現するコアネットワークであるＥＰＣ（Evolved Packet Core）を規定している。

一方、非特許文献２にみられるように将来移動体通信のコアネットワーク機能（ＥＰＣ）も仮想化され、汎用のハードウェアを用いた仮想化基盤で実現された場合、現行の３ＧＰＰ（3rd Generation Partnership Project）アーキテクチャでは仮想化基盤上で機能が分散することからＩＦ処理や状態管理を複数の機能ブロック間で実施することになり、このため重複が生じ本来不必要なリソース消費を生じてしまう（図３参照）。

このように、リソース消費を最適化してコアネットワーク機能（ＥＰＣ）を仮想化基盤上で効率的に構成する方法が課題となり、本発明ではこの最適化構成法と、その実現方法として接続するサービス種別やサービスが消費するリソース特性に合わせてＡｔｔａｃｈＲｅｑｕｅｓｔ等の接続信号を適切にルーティングする手法を提案する。

上記目的を達成するために、本願発明は、通信端末をネットワークに接続するネットワーク接続サービスにおいて通信端末からの接続を制御する通信制御システムであって、コアネットワークを構成する複数のコアネットワーク機能ブロックのうちの一部を仮想化基盤上に構築するとともに、前記仮想化基盤上に構築された複数のコアネットワーク機能ブロックに含まれる共通な機能間の通信を、前記仮想化基盤上におけるプロセス間通信により行うものであり、前記仮想化基盤上に構築された複数のコアネットワーク機能ブロックで用いられる移動管理情報・セッション管理情報を共通化して管理する共通化データベースを、前記仮想化基盤上に構築したことを特徴とする。

また本願発明は、前記通信制御システムにおいて通信端末からの接続を制御する方法であって、接続してきた通信端末の認証処理に連動して該通信端末を利用する加入者に係るサービスプロファイルを確認するステップを含むことを特徴とする。また本願発明は、前記通信制御システムにおいて通信からの接続を制御する方法であって、接続してきた通信端末の認証処理後に該通信端末を利用する加入者に係るサービスプロファイルに基づき該通信端末からの接続信号の収容先となる仮想化コアネットワーク内の所定の機能部に前記接続信号を振り分けることを特徴とする。

本発明によれば、提供するサービスに必要な機能を持ったコアネットワーク（ＥＰＣ）を最適化した形態で実現できるため、仮想化基盤上でコアネットワーク（ＥＰＣ）を構築した場合に現行のアーキテクチャで実現した場合と比べて、収容リソース量を少なく抑えることができる。

従来のシステムにおける機能ブロック構成を説明する図従来のシステムにおける機能ブロック間のインタフェイスを説明する図仮想基盤上にコアネットワークを構築した従来の移動管理システムの構成図本発明の概念を説明するシステム構成図本発明の概念を説明するシステム構成図提供サービス毎に最適化した複数のＥＰＣを仮想基盤上に構築したシステム構成図図６のシステムにおける動作を説明するシーケンスチャート図６のシステムにおける動作を説明するシーケンスチャート図６のシステムにおける動作を説明するシーケンスチャートユーザプロファイルの一例加入者毎にソフトウェアロジックを最適化したＥＰＣを仮想基盤上に構築したシステム構成図図１１のシステムにおける動作を説明するシーケンスチャート図１１のシステムにおける動作を説明するシーケンスチャート図１１のシステムにおける動作を説明するシーケンスチャート図１１のシステムにおける動作を説明するシーケンスチャート図１１のシステムにおける動作を説明するシーケンスチャート図１１のシステムにおける動作を説明するシーケンスチャート図１１のシステムにおける動作を説明するシーケンスチャート図１１のシステムにおける動作を説明するシーケンスチャート図１１のシステムにおける動作を説明するシーケンスチャート

本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。図４は本発明の概念を示すシステム構成図である。本発明は、仮想化基盤においてコアネットワークであるＥＰＣのリソース消費を抑制するために、移動体通信網上で提供する各種サービスに必要な最低限の機能エンティティ、ＩＦ処理、状態管理を実現し、またサービスの特性に応じてリソース配分を最適化することを実現する技術である。すなわち、図４に示すように、ＥＰＣ１０上で必要となるＩＦ処理として、事業者間接続に必要なＩＦ１２や、ｅＮｏｄｅＢやＨＳＳなど物理・地理的に分散し既存の装置を流用する可能性高い装置との接続ＩＦ１１を残す。図４の例では、仮想化基盤上に構築されたＥＰＣ１０は、ｅＮｏｄｅＢと接続するための接続ＩＦ、ＨＳＳと接続するためのＩＦ、他事業者網と接続するためのＩＦのみを残している。

このため、各サービスに必須となる接続ＩＦ以外のＩＦ処理を省略しながら、ＥＰＣの機能群を実現する必要がある。これには、図５に示すように、従来ＭＭＥ、Ｓ−ＧＷ、Ｐ−ＧＷ、ＨＳＳ、ＰＣＲＦという各機能ブロックに分散して実装されている認証、位置管理、ポリシ、セッション管理、ルーティング、パケット転送、ＩＦ処理を含むアプリケーション機能について、機能ブロック間で共通の機能間での連携にはソフトウェア間でプロセス間通信を用いてＩＦ処理を省略する。また、移動管理・セッション管理の状態管理を機能ブロック間で共通ＤＢ（Database）化して機能間で重複した状態管理を実施することを防ぐ。図５の例では、複数のハードウェア２１上によりＨｙｐｅｒｖｉｓｏｒと呼ばれる仮想化プラットフォーム２２が構成され、該仮想化プラットフォーム上にはコアネットワークであるＥＰＣを構成する機能ブロックであるＭＭＥ、ＰＣＲＦ、ＳＧＷ、ＰＧＷが構築されている（図５の符号３１，３２，３３，３４）。ここで、各機能ブロックの機能間の連携には従来の通信ＩＦを介さずにプロセス間通信を用いる。例えば図５では、ＭＭＥのセッション管理機能とＳＧＷのセッション管理機能はプロセス間通信により連携していることを示している。また例えば図５では、ＭＭＥとＳＧＷとＰＧＷのセッション管理機能における状態管理やＭＭＥの位置管理機能における移動管理は共通ＤＢ化していることを示している（図５の符号３５）。

上記の各サービスに必要最低限の機能群を持ったＥＰＣを、中間のＩＦ処理を省略した形で実現する形態としては、ソフトウェア間のプロセス間通信の実施形態により以下の２つのケースで実現される。

第１の形態は、図６に示すように、機能ブロック間のプロセス間通信をサービスに必要な機能ブロック間でのみ残して実現し、サービスごとに最適化されたソフトウェアを構成するケースである。この場合、ＭＮＯ（Mobile Network Operator）やＭＶＮＯ（Ｌ２（Layer 2）接続）向け、ＩＳＰ（Internet Service Provider）接続・ＭＶＮＯ（Ｌ３（Layer 3）接続）向け、ＶｏＬＴＥ（Voice over Long Term Evolution）接続向けなどの複数のＥＰＣコア機能を構成し（図６の符号４１，４２，４３）、それぞれに必要な機能ブロックとその内部の機能間でのプロセス間通信を行うことで、ＨＳＳ、ｅＮｏｄｅＢとの接続および事業者間接続に必要なＩＦのみを残して他のＩＦ処理を省略する。この時、接続先となるサービスの異なる複数のＥＰＣコアに通信端末（本実施の形態では移動端末）の契約プロファイルに合わせて適切に信号を振り分ける制御が必要となる。

この処理の流れを図７〜図９のシーケンスチャートに示す。図７は図６のＶｏＬＴＥサービス契約端末が接続する場合、図８は図６のローミング／ＭＶＮＯ（Ｌ２）サービス契約端末が接続する場合、図９は図６のデータ端末／ＭＶＮＯ（Ｌ３）サービス契約端末が接続する場合を示している。

振り分け制御機能５０は、端末のネットワークへの接続時に送信される接続信号であるＩｎｉｔｉａｌＡｔｔａｃｈＲｅｑｕｅｓｔ信号に含まれるＩＭＳＩ（International Mobile Subscriber Identity）等の加入者ＩＤ情報を利用して、端末の契約プロファイルをＨＳＳなどの加入者情報ＤＢから抽出する（ＩｄｅｎｔｉｔｙＲｅｑｕｅｓｔ／Ｒｅｓｐｏｎｓｅ処理等）。加入者情報ＤＢから送信された契約プロファイルに含まれる契約サービス情報や収容先となるＥＰＣにおけるリソース配分などの情報を利用して、仮想化プラットフォーム上の複数のＥＰＣ機能から適切な機能セット、リソース配分を持つＥＰＣコアを選択し、そのＥＰＣのＳ１インタフェースアドレスに対してＩｎｉｔｉａｌＡｔｔａｃｈＲｅｑｕｅｓｔ信号を転送する。以降は、ＥＰＣ内で認証・位置登録・セッション管理等が実施される。振り分け制御機能５０はＡｔｔａｃｈ処理時に信号をリダイレクトのみを行い、状態管理を行わないことで高性能な振り分け処理を実現する。なお、参照するプロファイルに含まれる情報の一例を図１０に示す。

また、振り分け制御機能５０がＩｎｉｔｉａｌＡｔｔａｃｈＲｅｑｕｅｓｔのリダイレクト時において、ＨＳＳなどの加入者情報ＤＢから取得した加入者認証情報を付加することで、転送先のＥＰＣ側におけるＡｔｔａｃｈ処理時においてＨＳＳなどの加入者情報ＤＢへの加入者情報取得を抑制することができる。

第２の形態は、図１１に示すように、機能ブロック間のプロセス間通信を端末に応じて変更することでＩＦ処理を最適化するケースである。この場合、ＭＮＯやＭＶＮＯ（Ｌ２接続）向け、ＩＳＰ接続・ＭＶＮＯ（Ｌ３接続）向け、ＶｏＬＴＥ接続向けの複数の制御ロジックを単一のソフトウェア上に構築し、送受信する信号のユーザに応じて適用するＥＰＣ機能を決定する。図１１の例では、機能ブロックとして単一のＭＭＥ、ＰＣＲＦ、ＳＧＷ、ＰＧＷ（図１１の符号６１，６２，６３，６４）が仮想化基盤上に構築され、ＭＭＥ等の各機能ブロックは、それぞれの接続に最適化された制御ロジックを有している。そして、ＭＭＥでの認証時には、ユーザの契約プロファイルからソフトウェアの制御ロジック情報を抽出し、適用する制御ロジックを決定する。この処理の流れについて図１２〜図２０に示す。図１２〜図１４は図１１のＶｏＬＴＥサービス契約端末が接続する場合、図１５〜図１７は図１１のローミング／ＭＶＮＯ（Ｌ２）サービス契約端末が接続する場合、図１８〜図２０は図１１のデータ端末／ＭＶＮＯ（Ｌ３）サービス契約端末が接続する場合を示している。なお、図１１では、各機能間のプロセス間通信については実線の両端の点形状により、また接続の流れについては矢印付き実線の始点の点形状により、各接続を区別している。

以上本発明の一実施の形態について詳述したが本発明はこれに限定されるものではない。すなわちＶｏＬＴＥやＥＰＣなどは本発明の一例であり、これに伴いＥＰＣの機能ブロックとしてのＭＭＥ、ＰＣＲＦ等も本発明の一例にすぎず、移動体ネットワークだけでなく種々のネットワークにおいても本発明を適用できる。

１０…ＥＰＣ、３０…振り分け機能、３１，３２，３３，３４…機能ブロック、３５…ＤＢ、４１，４２，４３…ＥＰＣ、５０…振り分け機能、６１，６２，６３…機能ブロック

Claims

通信端末をネットワークに接続するネットワーク接続サービスにおいて通信端末からの接続を制御する通信制御システムであって、
コアネットワークを構成する複数のコアネットワーク機能ブロックのうちの一部を仮想化基盤上に構築するとともに、前記仮想化基盤上に構築された複数のコアネットワーク機能ブロックに含まれる共通な機能間の通信を、前記仮想化基盤上におけるプロセス間通信により行うものであり、
前記仮想化基盤上に構築された複数のコアネットワーク機能ブロックで用いられる移動管理情報・セッション管理情報を共通化して管理する共通化データベースを、前記仮想化基盤上に構築した
ことを特徴とする通信制御システム。
前記仮想化基盤上に構築された各コアネットワーク機能ブロックは、インタフェイス処理機能として、他事業者との接続に必要なインタフェイス機能と、地理的又は物理的に分散された他の装置との接続に必要なインタフェイス機能の何れか一方又は双方のみを有する
ことを特徴とする請求項１記載の通信制御システム。
システムが提供する複数のネットワーク接続サービスの特性に応じて、一以上のコアネットワーク機能ブロックからなる複数の仮想化コアネットワークを仮想化基盤上に構築するとともに、
各ネットワーク接続サービスに適切な仮想化コアネットワークに通信端末からの接続信号を振り分ける振分制御機能を備えた
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の通信制御システム。
各コアネットワーク機能ブロックに含まれる各機能は、システムが提供する複数のネットワーク接続サービスの特性に応じた複数の制御ロジックを有し、
各コアネットワーク機能ブロックでは、通信端末の加入者が利用するネットワーク接続サービスに対応する制御ロジックを用いた処理を行う
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の通信制御システム。
請求項１乃至４何れか１項記載のシステムにおいて通信端末からの接続を制御する方法であって、
接続してきた通信端末の認証処理に連動して該通信端末を利用する加入者に係るサービスプロファイルを確認するステップを含む
ことを特徴とする通信制御方法。
請求項３記載のシステムにおいて通信端末からの接続を制御する方法であって、
接続してきた通信端末の認証処理後に該通信端末を利用する加入者に係るサービスプロファイルに基づき該通信端末からの接続信号の収容先となる仮想化コアネットワーク内の所定の機能部に前記接続信号を振り分けるステップを含む
ことを特徴とする通信制御方法。