JP6612434B2 - ネットワーク装置 - Google Patents

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Description

本発明は、移動通信システムにおいて用いられるネットワーク装置に関する。
移動通信システムにおいて、無線端末は、無線アクセスネットワーク(RAN)を介して、通信先から送信されたデータ(ユーザデータ)を受信する。無線端末の通信先は、例えばインターネット上のサーバ等である。このようなデータ転送において、IP(Internet Protocol)層以上の上位層の観点からは、RANは、ユーザプレーン(Uプレーン)のデータの取り扱いについて透過的である。
一方で、第5世代(5G)移動通信システムにおいては、RANを高度化することにより、無線端末に対するデータ転送の遅延時間(すなわち、レイテンシ)を削減することが望まれる。
3GPP寄書 「RP−160633」 2016年3月10日
一実施形態に係るネットワーク装置は、移動通信システムの無線アクセスネットワークに設けられる。前記ネットワーク装置は、前記無線アクセスネットワーク外のサーバから配信されるコンテンツデータを記憶する記憶部と、無線端末から要求されたコンテンツデータを認識し、前記要求されたコンテンツデータが前記記憶部に記憶されているか否か判断する制御部と、を備える。前記要求されたコンテンツデータが前記記憶部に記憶されている場合、前記制御部は、前記要求されたコンテンツデータを前記サーバに代わって前記無線端末に配信する。
一実施形態に係るネットワーク装置は、移動通信システムの無線アクセスネットワークに設けられる。前記ネットワーク装置は、無線端末の通信先から送信されたデータを受信する受信部と、前記データを記憶し、記憶したデータを前記無線端末に転送する制御部と、を備える。前記ネットワーク装置は、前記無線端末と前記通信先との間の所定プロトコルのコネクションを終端する。前記制御部は、前記データの転送が完了していなくても、前記データに対する送達確認応答を前記無線端末に代わって前記通信先に送信する。
LTEシステムの構成を示す図である。 UE(無線端末)の構成を示す図である。 eNB(基地局)の構成を示す図である。 LTEシステムにおける無線インターフェイスのプロトコルスタックの構成を示す図である。 第1実施形態に係るeNBの機能を示す図である。 第1実施形態に係る動作シーケンス例1を示す図である。 第1実施形態に係る動作シーケンス例2を示す図である。 第2実施形態に係るUPGWの構成を示す図である。 第2実施形態に係るUPGWの機能を示す図である。 第2実施形態に係る動作シーケンス例を示す図である。 TCPの概要を示す図である。 第3実施形態に係る動作シーケンス例を示す図である。
(実施形態の概要)
一実施形態に係るネットワーク装置は、移動通信システムの無線アクセスネットワークに設けられる。前記ネットワーク装置は、前記無線アクセスネットワーク外のサーバから配信されるコンテンツデータを記憶する記憶部と、無線端末から要求されたコンテンツデータを認識し、前記要求されたコンテンツデータが前記記憶部に記憶されているか否か判断する制御部と、を備える。前記要求されたコンテンツデータが前記記憶部に記憶されている場合、前記制御部は、前記要求されたコンテンツデータを前記サーバに代わって前記無線端末に配信する。
一実施形態において、前記ネットワーク装置は、基地局である。
一実施形態において、前記ネットワーク装置は、基地局とコアネットワークとの間のデータパス上に設けられた装置である。
一実施形態において、前記制御部は、前記無線端末の上りリンクデータに基づいて、前記要求されたコンテンツデータを認識する。前記要求されたコンテンツデータが前記記憶部に記憶されていない場合、前記制御部は、前記上りリンクデータをコアネットワークに転送する。
一実施形態において、前記ネットワーク装置は、前記無線アクセスネットワークに設けられた他のネットワーク装置と記憶容量を共有する。前記制御部は、前記他のネットワーク装置とのネットワークインターフェイスを介して、前記記憶部に関する情報を前記他のネットワーク装置とやり取りする。
一実施形態において、前記他のネットワーク装置は、基地局である。
一実施形態において、前記他のネットワーク装置は、基地局とコアネットワークとの間のデータパス上に設けられた装置である。
一実施形態において、前記制御部は、前記記憶部にどのコンテンツデータが記憶されているかを前記他のネットワーク装置に通知する。
一実施形態において、前記制御部は、特定コンテンツデータの転送を前記他のネットワーク装置に要求する。前記制御部は、前記他のネットワーク装置から転送された前記特定コンテンツデータを取得する。
一実施形態において、前記制御部は、前記記憶部の容量を前記他のネットワーク装置に通知する。
一実施形態において、前記制御部は、共有する記憶容量の追加、共有する記憶容量の変更、共有する記憶容量の削除のうち少なくとも1つを前記他のネットワーク装置に要求する。
一実施形態において、前記制御部は、前記無線端末の上りリンクデータ及び下りリンクデータの両方向のデータパスを前記基地局と設定し、前記無線端末の上りリンクデータの片方向のデータパスを前記コアネットワークと設定する。
一実施形態において、ソース基地局からターゲット基地局に対して前記無線端末のハンドオーバを行う場合、前記制御部は、前記ソース基地局からパス切り替え要求を受信する。前記パス切り替え要求は、前記ターゲット基地局に関する情報を含む。
一実施形態に係るネットワーク装置は、移動通信システムの無線アクセスネットワークに設けられる。前記ネットワーク装置は、無線端末の通信先から送信されたデータを受信する受信部と、前記データを記憶し、記憶したデータを前記無線端末に転送する制御部と、を備える。前記ネットワーク装置は、前記無線端末と前記通信先との間の所定プロトコルのコネクションを終端する。前記制御部は、前記データの転送が完了していなくても、前記データに対する送達確認応答を前記無線端末に代わって前記通信先に送信する。
一実施形態において、前記所定プロトコルは、TCPであり、前記送達確認応答は、TCP ACKである。
(移動通信システムの構成)
以下において、実施形態に係る移動通信システムの構成について説明する。図1は、実施形態に係る移動通信システムであるLTE(Long Term Evolution)システムの構成を示す図である。LTEシステムは、3GPP(3rd Generation Partnership Project)規格に基づく移動通信システムである。
図1に示すように、LTEシステムは、UE(User Equipment)100、E−UTRAN(Evolved−UMTS Terrestrial Radio Access Network)10、及びEPC(Evolved Packet Core)20を備える。
UE100は、無線端末に相当する。UE100は、移動可能な通信装置であり、セル(サービングセル)との無線通信を行う。
E−UTRAN10は、無線アクセスネットワーク(RAN)に相当する。E−UTRAN10は、eNB200(evolved Node−B)を含む。eNB200は、基地局に相当する。eNB200は、X2インターフェイスを介して相互に接続される。
eNB200は、1又は複数のセルを管理しており、自セルとの接続を確立したUE100との無線通信を行う。eNB200は、無線リソース管理(RRM)機能、ユーザデータ(以下、単に「データ」という)のルーティング機能、モビリティ制御・スケジューリングのための測定制御機能等を有する。「セル」は、無線通信エリアの最小単位を示す用語として用いられる他に、UE100との無線通信を行う機能を示す用語としても用いられる。
EPC20は、コアネットワークに相当する。EPC20は、MME(Mobility Management Entity)/S−GW(Serving−Gateway)300を含む。MME(MME300C)は、UE100に対する各種モビリティ制御等を行う。S−GW(S−GW300U)は、データの転送制御を行う。MME/S−GW300は、S1インターフェイスを介してeNB200と接続される。
EPC20は、インターネット等の外部パケットネットワーク30に接続される。EPC20は、外部パケットネットワーク30との接続点に位置するPDN−GW(不図示)を備える。外部パケットネットワーク30は、各種のサーバ600を備える。サーバ600は、TCP(Transimission Control Protocol)、UDP(User Datagram Protocol)、RTP(Real−time Transport Protocol)、FTP(File Transfer Protocol)等の各種のプロトコルを用いてコンテンツデータをUE100に配信する。
図2は、UE100(無線端末)の構成を示す図である。図2に示すように、UE100は、受信部110、送信部120、及び制御部130を備える。
受信部110は、制御部130の制御下で各種の受信を行う。受信部110は、アンテナ及び受信機を含む。受信機は、アンテナが受信する無線信号をベースバンド信号(受信信号)に変換して制御部130に出力する。
送信部120は、制御部130の制御下で各種の送信を行う。送信部120は、アンテナ及び送信機を含む。送信機は、制御部130が出力するベースバンド信号(送信信号)を無線信号に変換してアンテナから送信する。
制御部130は、UE100における各種の制御を行う。制御部130は、プロセッサ及びメモリを含む。メモリは、プロセッサにより実行されるプログラム、及びプロセッサによる処理に用いられる情報を記憶する。プロセッサは、ベースバンド信号の変調・復調及び符号化・復号等を行うベースバンドプロセッサと、メモリに記憶されるプログラムを実行して各種の処理を行うCPU(Central Processing Unit)と、を含む。プロセッサは、音声・映像データの符号化・復号を行うコーデックをさらに含む。プロセッサは、後述する処理を実行する。
図3は、eNB200(基地局)の構成を示す図である。図3に示すように、eNB200は、送信部210、受信部220、制御部230、ネットワーク通信部240、及び記憶部250を備える。
送信部210は、制御部230の制御下で各種の送信を行う。送信部210は、アンテナ及び送信機を含む。送信機は、制御部230が出力するベースバンド信号(送信信号)を無線信号に変換してアンテナから送信する。
受信部220は、制御部230の制御下で各種の受信を行う。受信部220は、アンテナ及び受信機を含む。受信機は、アンテナが受信する無線信号をベースバンド信号(受信信号)に変換して制御部230に出力する。
制御部230は、eNB200における各種の制御を行う。制御部230は、プロセッサ及びメモリを含む。メモリは、プロセッサにより実行されるプログラム、及びプロセッサによる処理に用いられる情報を記憶する。プロセッサは、ベースバンド信号の変調・復調及び符号化・復号等を行うベースバンドプロセッサと、メモリに記憶されるプログラムを実行して各種の処理を行うCPU(Central Processing Unit)と、を含む。プロセッサは、後述する処理を実行する。
ネットワーク通信部240は、X2インターフェイスを介して隣接eNB200と接続され、S1インターフェイスを介してMME/S−GW300と接続される。ネットワーク通信部240は、X2インターフェイス上で行う通信及びS1インターフェイス上で行う通信等に用いられる。
記憶部250は、各種のデータを記憶する。記憶部250の詳細については後述する。
図4は、LTEシステムにおける無線インターフェイスのプロトコルスタックの構成を示す図である。図4に示すように、無線インターフェイスプロトコルは、OSI参照モデルの第1層乃至第3層に区分されており、第1層は物理(PHY)層である。第2層は、MAC(Medium Access Control)層、RLC(Radio Link Control)層、及びPDCP(Packet Data Convergence Protocol)層を含む。第3層は、RRC(Radio Resource Control)層を含む。
物理層、MAC層、RLC層、PDCP層、RRC層は、AS(Access Stratum)層エンティティ100aを構成する。上位層エンティティ100bは、AS層エンティティ100aよりも上位層に位置付けられる。上位層エンティティ100bは、NAS(Non−Access Stratum)層を含む。上位層エンティティ100bは、アプリケーション層等をさらに含んでもよい。
物理層は、符号化・復号、変調・復調、アンテナマッピング・デマッピング、及びリソースマッピング・デマッピングを行う。UE100の物理層とeNB200の物理層との間では、物理チャネルを介してデータ及び制御情報が伝送される。
MAC層は、データの優先制御、ハイブリッドARQ(HARQ)による再送処理、及びランダムアクセスプロシージャ等を行う。UE100のMAC層とeNB200のMAC層との間では、トランスポートチャネルを介してデータ及び制御情報が伝送される。eNB200のMAC層は、上下リンクのトランスポートフォーマット(トランスポートブロックサイズ、変調・符号化方式(MCS))及びUE100への割当リソースブロックを決定するスケジューラを含む。
RLC層は、MAC層及び物理層の機能を利用してデータを受信側のRLC層に伝送する。UE100のRLC層とeNB200のRLC層との間では、論理チャネルを介してデータ及び制御情報が伝送される。
PDCP層は、ヘッダ圧縮・伸張、及び暗号化・復号化を行う。
RRC層は、制御情報を取り扱う制御プレーンでのみ定義される。UE100のRRC層とeNB200のRRC層との間では、各種設定のためのメッセージ(RRCメッセージ)が伝送される。RRC層は、無線ベアラの確立、再確立及び解放に応じて、論理チャネル、トランスポートチャネル、及び物理チャネルを制御する。UE100のRRCとeNB200のRRCとの間に接続(RRC接続)がある場合、UE100はRRCコネクティッドモードであり、そうでない場合、UE100はRRCアイドルモードである。
RRC層の上位に位置するNAS(Non−Access Stratum)層は、セッション管理及びモビリティ管理等を行う。
(第1実施形態)
以下において、第1実施形態について説明する。
第1実施形態に係るネットワーク装置は、移動通信システムの無線アクセスネットワーク(E−UTRAN10)に設けられる装置である。第1実施形態において、ネットワーク装置は、eNB200である。
eNB200は、E−UTRAN10外のサーバ600から配信されるコンテンツデータを記憶する記憶部250と、UE100から要求されたコンテンツデータを認識し、要求されたコンテンツデータが記憶部250に記憶されているか否か判断する制御部230と、を備える。要求されたコンテンツデータが記憶部250に記憶されている場合、制御部230は、要求されたコンテンツデータをサーバ600に代わってUE100に配信する。
このように、UE100に物理的に近いeNB200が、コンテンツデータをUE100に直接的に配信する。これにより、外部パケットネットワーク30及びEPC20を経由せずにコンテンツデータをUE100に配信することができる。よって、UE100に対するデータ転送のレイテンシを削減することができる。また、EPC20及び外部パケットネットワーク30のトラフィック負荷を削減することができる。
第1実施形態において、eNB200(制御部230)は、UE100の上りリンクデータに基づいて、要求されたコンテンツデータを認識する。要求されたコンテンツデータが記憶部250に記憶されていない場合、eNB200は、上りリンクデータをEPC20(S−GW300U)に転送する。
このように、eNB200は、UE100から送信された上りリンクデータに含まれるコンテンツデータ要求を解釈することにより、UE100から要求されたコンテンツデータを認識する。要求されたコンテンツデータをeNB200が有していない場合には、上りリンクデータをEPC20(S−GW300U)に転送することにより、サーバ600からUE100にコンテンツデータが配信される。よって、要求されたコンテンツデータをeNB200が有していない場合でも、UE100にコンテンツデータを配信することが保証される。
eNB200は、E−UTRAN10に設けられた他のネットワーク装置と記憶容量を共有する。第1実施形態において、当該他のネットワーク装置は、他のeNB200である。但し、当該他のネットワーク装置は、eNB200とEPC20(S−GW300U)との間のデータパス上に設けられたゲートウェイ装置であってもよい。このようなゲートウェイ装置については、第2実施形態において説明する。第1実施形態においては、一のeNB(eNB200−1)が他のeNB(eNB200−2)と記憶容量を共有する一例を説明する。
このように、各eNB200の記憶部250を仮想的に統合することにより、複数のeNB200を用いて1つの仮想的な大容量ストレージを構築することができる。第1実施形態においては、このような仮想的な大容量ストレージを複数のeNB200が自律分散的に構築するケースを想定する。但し、仮想的な大容量ストレージは、OAM(Operations Administration Maintenance)の制御により構築されてもよい。
各eNB200(制御部230)は、ネットワークインターフェイスを介して、記憶部250に関する情報を他のeNBとやり取りする。ネットワークインターフェイスは、X2インターフェイスである。或いは、ネットワークインターフェイスは、S1インターフェイスであってもよい。第1実施形態においては、一のeNB(eNB200−1)が他のeNB(eNB200−2)とX2インターフェイス上でやり取りする一例を説明する。
図5は、第1実施形態に係るeNB200の機能を示す図である。図5に示すeNB200の機能は、制御部230(及び記憶部250)により実行される。
図5に示すように、eNB200は、無線インターフェイスのプロトコルスタック(図4参照)に加えて、ネットワークインターフェイスのプロトコルを実行する。ネットワークインターフェイスのプロトコルは、GTP(GPRS Tunneling Protocol)、S1AP(S1 Application Protocol)、及びX2AP(X2 Application Protocol)を含む。
X2AP(又はS1AP)は、UE100の要求コンテンツデータを認識する「Awareエンティティ」と、コンテンツデータを記憶する「Storageエンティティ」と、記憶すべきコンテンツデータを予測する「Predictエンティティ」と、これらのエンティティを制御する「Controlエンティティ」と、を含む。具体的には、Awareエンティティは、UE100から送信された上りリンクデータに基づいて、UE100の要求コンテンツデータを認識する。例えば、Awareエンティティは、上りリンクデータに含まれるコンテンツ識別情報(IPアドレス又はURL等)に基づいて要求コンテンツデータを認識する。コンテンツ識別情報は、ポート番号を含んでもよい。Awareエンティティは、予め登録されたユーザの好み(user preference)及び/又はUE100の位置情報等も考慮して要求コンテンツデータを認識(推測)してもよい。Storageエンティティは、サーバ600から配信されるコンテンツデータを記憶(キャッシュ)する。Predictエンティティは、記憶(キャッシュ)すべきコンテンツデータを予測する。記憶すべきコンテンツデータは、例えばユーザに人気のあるコンテンツデータである。Predictエンティティは、統計情報等に基づいて、記憶すべきコンテンツデータを予測してもよい。
Controlエンティティ(制御部230)は、X2インターフェイス(又はS1インターフェイス)上で、Storageエンティティ(記憶部250)に記憶されたコンテンツデータを他のeNB200に転送する。また、Controlエンティティ(制御部230)は、Storageエンティティ(記憶部250)にどのコンテンツデータが記憶されているかを他のeNB200に通知する。さらに、Controlエンティティ(制御部230)は、特定コンテンツデータの転送を他のeNB200に要求し、当該他のeNB200から転送された特定コンテンツデータを取得する。
Controlエンティティ(制御部230)は、Storageエンティティ(記憶部250)の容量を他のeNB200に通知してもよい。また、Controlエンティティ(制御部230)は、共有する記憶容量の追加、共有する記憶容量の変更、共有する記憶容量の削除のうち少なくとも1つを他のeNB200に要求してもよい。
図6は、第1実施形態に係る動作シーケンス例1を示す図である。図7は、第1実施形態に係る動作シーケンス例2を示す図である。図6及び図7において、eNB200間のシグナリングはX2インターフェイス上で送受信される。但し、当該シグナリングは、MME300Cを経由してS1インターフェイスで行われてもよい。当該シグナリングは、特定のUE100に関連付けられないシグナリング(Non UE−associated signaling)である。但し、当該シグナリングは、特定のUE100に関連付けられたシグナリング(UE−associated signaling)であってもよい。
図6に示す動作シーケンス例1は、コンテンツデータをeNB200間で転送するためのシーケンスである。
図6に示すように、ステップS101において、eNB200−2は、自身が記憶しているコンテンツデータの一覧(Catalog)をeNB200−1に通知する。一覧(Catalog)は、コンテンツデータの識別情報を含む。識別情報は、例えばIPアドレス又はURL等である。eNB200−1は、一覧(Catalog)に基づいて、eNB200−2がどのコンテンツデータを記憶しているか把握する。eNB200−1は、当該情報に基づいて、データ記憶場所を一覧にしたテーブルを作成してもよいし、UL(コンテンツ要求信号)のルーティングテーブルを作成してもよいし、自身の記憶データを管理(例えば重複データの削除、不足データのサーバからの取得等)を行ってもよい。なお、ステップS101は、eNB200−1の要求に応じて行われてもよいし、設定された周期で周期的に行われてもよい。
ステップS102において、eNB200−1は、特定コンテンツデータの転送(forwarding)を他のeNB200に要求する「Data Fetch Request」をeNB200−2に送信する。Data Fetch Requestは、以下の情報要素の少なくとも1つを有してもよい。
1)送信元eNB識別子及び/又は宛先eNB識別子、トランザクション識別子。
2)送信元eNBのGTPトンネルエンドポイント(TE)のリスト。リストの各エントリは、TNL(Transport Network Layer)アドレス及びGTP TE IDを含んでもよい。
3)要求するコンテンツデータの識別情報(IPアドレス又はURL等)のリスト。
ステップS103において、eNB200−2は、eNB200−1の要求を承諾する「Data Fetch Acknowledge」をeNB200−1に送信する。なお、eNB200−2は、eNB200−1の要求を拒否する場合には、「Data Fetch Nack/Failure」をeNB200−1に送信してもよい。これらのメッセージは、以下の情報要素の少なくとも1つを有してもよい。
1)送信元eNB識別子及び/又は宛先eNB識別子、トランザクション識別子。
2)送信元eNBのGTPトンネルエンドポイント(TE)のリスト。リストの各エントリは、TNLアドレス及びGTP TE IDを含んでもよい。
なお、ステップS103は必須ではなく、省略してもよい。
ステップS104において、eNB200−2は、eNB200−1から要求されたコンテンツデータをeNB200−1に転送(Data Forwarding)する。
図7に示す動作シーケンス例2は、仮想的な(共有)記憶領域をeNB200間で構築するためのシーケンスである。なお、図7に示すステップの一部を図6に示すステップの一部に統合してもよい。
図7に示すように、ステップS111において、eNB200−2は、自身の記憶容量に関する情報を含む「Storage Capacity」をeNB200−1に通知する。eNB200−1は、Storage Capacityに基づいて、eNB200−2の記憶容量等を把握する。Storage Capacityは、以下の情報要素の少なくとも1つを有してもよい。
1)送信元eNB識別子及び/又は宛先eNB識別子。
2)共有可能な記憶容量の有無(YES/NO)。
3)共有可能な記憶容量のサイズ。サイズは、正確な数値で表現されてもよいし、大まかなインデックスで表現されてもよい。
なお、ステップS111は、eNB200−1及びeNB200−2が仮想的な記憶領域を設定(Setup)する際に行われてもよいし、eNB200−2の記憶容量が更新された際に行われてもよい。
ステップS112において、eNB200−1は、共有する記憶容量の追加(Storage Addition)、共有する記憶容量の変更(Storage Modification)、又は共有する記憶容量の削除(Storage Remove)を要求する「Storage Addition/Modification/Remove Request」をeNB200−2に送信する。
Storage Addition Requestは、以下の情報要素の少なくとも1つを有してもよい。
1)送信元eNB識別子及び/又は宛先eNB識別子、トランザクション識別子。
2)送信元eNBのGTPトンネルエンドポイント(TE)のリスト。リストの各エントリは、TNLアドレス及びGTP TE IDを含んでもよい。
3)追加を要求するコンテンツデータの識別情報(IPアドレス又はURL等)のリスト。このIEを受信したeNB200は、要求されたコンテンツデータをサーバ600から取得して記憶する。
Storage Modification Requestは、Storage Addition Requestに含まれる情報要素に加えて、以下の情報要素の少なくとも1つを有してもよい。
1)変更又は削除する送信元eNBのGTPトンネルエンドポイント(TE)のリスト。リストの各エントリは、TNLアドレス及びGTP TE IDを含んでもよい。
2)変更又は削除するコンテンツデータの識別情報(IPアドレス又はURL等)のリスト。
ステップS113において、eNB200−2は、Storage Addition/Modification/Remove Requestに対するACK(肯定応答)又はNACK(否定応答)をeNB200−1に送信する。Storage Addition Requestに対するACKは、eNB200−2が記憶しているコンテンツデータの識別情報(IPアドレス又はURL等)のリストを含んでもよい。
(第2実施形態)
以下において、第2実施形態について、第1実施形態との相違点を主として説明する。
第2実施形態においては、eNB200とは異なる新たなネットワーク装置(New entity)が、上述した「Awareエンティティ」、「Storageエンティティ」、「Predictエンティティ」、及び「Controlエンティティ」の各機能を実行する。新たなネットワーク装置は、RAN(E−UTRAN10)に設けられる。具体的には、新たなネットワーク装置は、eNB200−1とEPC20(S−GW300U)との間のデータパス上に設けられる。以下において、このような新たなネットワーク装置をUプレーンゲートウェイ(UPGW)と称する。
図8は、第2実施形態に係るUPGW500の構成を示す図である。図8に示すように、UPGW500は、制御部510、ネットワーク通信部520、及び記憶部530を備える。
制御部510は、UPGW500における各種の制御を行う。制御部510は、プロセッサ及びメモリを含む。メモリは、プロセッサにより実行されるプログラム、及びプロセッサによる処理に用いられる情報を記憶する。プロセッサは、メモリに記憶されるプログラムを実行して各種の処理を行うCPU(Central Processing Unit)を含む。プロセッサは、後述する処理を実行する。
ネットワーク通信部520は、第1ネットワークインターフェイスを介してMME/S−GW300と接続され、第2ネットワークインターフェイスを介してeNB200と接続される。以下において、第1ネットワークインターフェイスをC1インターフェイスと称し、第2ネットワークインターフェイスをC2インターフェイスと称する。第2ネットワークインターフェイスは、X2インターフェイスであってもよい。ネットワーク通信部520は、C1インターフェイス上で行う通信及びC2インターフェイス上で行う通信等に用いられる。
記憶部530は、コンテンツデータを記憶する。記憶部530は、第1実施形態と同様に仮想的な大容量ストレージを構築するめに、eNB200(及び/又は他のUPGW500)と共有されてもよい。
UPGW500の動作は、上述した第1実施形態に係るeNB200の動作と同様である。具体的には、UPGW500は、E−UTRAN10外のサーバ600から配信されるコンテンツデータを記憶する記憶部530と、UE100から要求されたコンテンツデータを認識し、要求されたコンテンツデータが記憶部530に記憶されているか否か判断する制御部510と、を備える。要求されたコンテンツデータが記憶部530に記憶されている場合、制御部510は、要求されたコンテンツデータをサーバ600に代わってUE100に配信する。また、制御部510は、UE100の上りリンクデータに基づいて、要求されたコンテンツデータを認識する。要求されたコンテンツデータが記憶部530に記憶されていない場合、制御部510は、上りリンクデータをEPC20(S−GW300U)に転送する。
図9は、第2実施形態に係るUPGW500の機能を示す図である。図9に示すUPGW500の機能は、制御部510(及び記憶部530)により実行される。
図9に示すように、UPGW500は、C1インターフェイス及びC2インターフェイス用の新たなApplication Protocol(New AP)を含む。当該新たなAPは、上述した「Awareエンティティ」、「Storageエンティティ」、「Predictエンティティ」、及び「Controlエンティティ」の各機能を実行する。
第2実施形態において、UPGW500(制御部510)は、UE100の上りリンクデータ及び下りリンクデータの両方向のデータパスをeNB200と設定し、UE100の上りリンクデータの片方向のデータパスをEPC20(S−GW300U)と設定する。すなわち、UPGW500は、UE100の下りリンクデータのデータパスをEPC20(S−GW300U)と設定しなくてもよい。
図10は、第2実施形態に係る動作シーケンス例を示す図である。本シーケンスは、UPGW500に関する設定プロシージャ(ステップS202乃至S210のSetupプロシージャ)と、コンテンツデータの配信プロシージャ(ステップS211乃至S217の「Data transfer」)と、を含む。このような配信プロシージャは、「Context Aware Delivery」と称されてもよい。なお、図10の例において、これらのプロシージャは、特定のUE100に関連付けられたプロシージャ(UE associated)である。
図10に示すように、ステップS201において、eNB200は、S−GW300UとのS1−Uコネクション(S1−U Connectivity)を有している。S1−Uコネクションは、UプレーンにおけるS1コネクションである。「Uプレーンにおけるコネクション」は、「データパス」と読み替えてもよい。
ステップS202において、eNB200は、C2インターフェイス上で、UPGW500の設定を要求するGW Setup RequestをUPGW500に送信する。GW Setup Requestは、eNB UE S1AP ID、S−GW UL Tunnel Endpoint ID、eNB UL Tunnel Endpoint ID、及びeNB DL Tunnel Endpoint IDを含む。GW Setup Requestは、E−RAB IDを含んでもよい。eNB UE S1AP IDは、S1インターフェイス上のUE100の識別子である。S−GW UL Tunnel Endpoint IDは、S−GW300Uの上りリンクデータトンネル終端の識別子である。eNB UL Tunnel Endpoint IDは、eNB200の上りリンクデータトンネル終端の識別子である。eNB DL Tunnel Endpoint IDは、eNB200の下りリンクデータトンネル終端の識別子である。ここで、eNB DL Tunnel Endpoint IDは、E−RAB当たり2つ存在する。一方はeNB200とUPGW500との間の下りリンクデータトンネル終端を示し、他方はeNB200とS−GW300Uとの間の下りリンクデータトンネル終端を示す。
ステップS203において、UPGW500は、C2インターフェイス上で、GW Setup Requestに対する肯定応答であるGW Setup Request AckをeNB200に送信する。GW Setup Request Ackは、UPGW UE C2AP ID、UPGW UL Tunnel Endpoint ID、及びUPGW DL Tunnel Endpoint IDを含む。UPGW UE C2AP IDは、C2インターフェイス上のUE100の識別子である。UPGW UL Tunnel Endpoint IDは、UPGW500の上りリンクデータトンネル終端の識別子である。ここで、UPGW UL Tunnel Endpoint IDは、E−RAB当たり2つ存在する。一方はUPGW500とeNB200との間の上りリンクデータトンネル終端を示し、他方はUPGW500とS−GW300Uとの間の上りリンクデータトンネル終端を示す。UPGW DL Tunnel Endpoint IDは、UPGW500の下りリンクデータトンネル終端の識別子である。
ステップS204において、eNB200は、S1インターフェイス上で、パス切り替え要求(Path Switch Request)をMME300Cに送信する。Path Switch Requestは、eNB UE S1AP ID、E−RAB ID、E−RAB ID毎のeNB DL Tunnel Endpoint ID、E−RAB ID毎のUPGW UL Tunnel Endpoint IDを含む。
ステップS205において、MME300Cは、パス変更(Path modify)をS−GW300Uと送受信する。MME300CからS−GW300UへのPath modifyは、Path Switch Request(S204)に含まれる情報要素を含む。S−GW300UからMME300CへのPath modifyは、Path Switch Request Ack(S206)に含まれる情報要素を含む。
ステップS206において、S1インターフェイス上で、パス切り替え要求応答(Path Switch Request Ack)をeNB200に送信する。Path Switch Request Ackは、MME UE S1AP ID、E−RAB ID、E−RAB ID毎のS−GW UL TE ID、E−RAB ID毎のS−GW DL TE IDを含む。
ステップS207において、eNB UL Tunnel Endpoint ID及びUPGW UL Tunnel Endpoint IDに基づいて、eNB200とUPGW500との間にUL C1−Uコネクション(UL C1−U connectivity)が設定される。UL C1−Uコネクションは、C1インターフェイスにおける上りリンクデータ用のコネクション(データパス)である。
ステップS208において、UPGW UL Tunnel Endpoint ID及びS−GW UL Tunnel Endpoint IDに基づいて、UPGW500とS−GW300Uとの間にUL C1−Uコネクション(UL C1−U connectivity)が設定される。UL C1−Uコネクションは、C1インターフェイスにおける上りリンクデータ用のコネクション(データパス)である。或いは、当該コネクションは、仮想的なS1−Uコネクションであってもよい。
ステップS209において、eNB DL Tunnel Endpoint ID及びUPGW DL Tunnel Endpoint IDに基づいて、eNB200とUPGW500との間にDL C2−Uコネクション(DL C2−U connectivity)が設定される。DL C2−Uコネクションは、C2インターフェイスにおける下りリンクデータ用のコネクション(データパス)である。
ステップS210において、eNB DL Tunnel Endpoint ID及びS−GW DL TE IDに基づいて、eNB200とS−GW300Uとの間にDL S1−Uコネクション(DL S1−U connectivity)が設定される。DL S1−Uコネクションは、S1インターフェイスにおける下りリンクデータ用のコネクション(データパス)である。
ステップS211において、eNB200は、UE100から送信された上りリンクデータ(UL data)をC1−Uインターフェイス上でUPGW500に転送する。
ステップS212において、UPGW500は、上りリンクデータに基づいて、UE100からサーバ600に要求されたコンテンツデータ(DL data)を認識し、要求されたコンテンツデータを自身が記憶しているか否かを判断する。
要求されたコンテンツデータを自身が記憶していない場合(ステップS213:No)、ステップS216において、UPGW500は、C1−Uインターフェイス(又は仮想的なS1コネクション)上で上りリンクデータをS−GW300Uに転送する。その後、ステップS217において、S−GW300Uは、サーバ600から配信されたコンテンツデータをS1−Uインターフェイス上でeNB200に転送する。
一方、要求されたコンテンツデータを自身が記憶している場合(ステップS213:Yes)、ステップS214において、UPGW500は、要求されたコンテンツデータを読み出す。そして、ステップS215において、UPGW500は、読み出したコンテンツデータをC1−Uインターフェイス上でeNB200に転送する。
(第2実施形態の変更例)
上述した第2実施形態において、ソースeNBからターゲットeNBに対してUE100のハンドオーバを行うケースを考慮していなかった。
しかしながら、ソースeNBからターゲットeNBに対してUE100のハンドオーバを行う場合、UPGW500(制御部510)は、ソースeNBからパス切り替え要求を受信してもよい。パス切り替え要求は、C2インターフェイス上で送受信される。パス切り替え要求は、ターゲットeNBに関する情報(例えば、TE ID)を含む。ソースeNBは、自身とUPGW500との間に少なくとも1つのUE−associated connectionを有する場合に限り、パス切り替え要求をUPGW500に送信してもよい。UPGW500は、ターゲットeNBに関する情報に基づいて、自身とeNB200との間のデータパス(C2−Uコネクション)をソースeNBからターゲットeNBに切り換える。データパスの切り替えにおいて、ソースeNBのTE IDからターゲットeNBのTE IDに変更するのみならずUPGW側のTE IDが変更になった際(変更が必要な際)は、変更後のUP GW TE IDをターゲットeNBに通知してもよい。
このように、MME300Cを経由してUPGW500にパス切り替えを要求するのではなく、ソースeNBからUPGW500に直接的にパス切り替えを要求する。これにより、シグナリングを削減し、制御遅延を低減することができる。
(第3実施形態)
以下において、第3実施形態について、第1及び第2実施形態との相違点を主として説明する。第3実施形態は、UE100の通信先(サーバ600)とUE100との間のTCPコネクションに着目した実施形態である。
図11は、TCPの概要を示す図である。UE100は、E−UTRAN10を介してサーバ600とのTCP通信を行う。
図11に示すように、サーバ600は、UE100からの「TCP ACK」に基づいてネットワークの混雑状況を判断する。サーバ600は、TCP ACKの受信に応じて、ウィンドウサイズを徐々に増加させる。ウィンドウサイズとは、TCP ACKを待たずに連続的に送信する「TCP Segment」の量である。一方、サーバ600は、TCP ACKの受信に失敗(タイムアウト)した場合、ウィンドウサイズを半減させる。このような制御は「スロースタート」と称される。よって、LTEシステムの下りリンクが混雑していない場合でも、UE100が上りリンクにおいてTCP ACKを速やかに送信しなければ、下りリンクのTCPスループットを高めることができない。すなわち、TCP ACKをサーバ600に送信完了するまでの遅延時間を短縮できれば、下りリンクのTCPスループットを高めることができる。
第3実施形態においては、RAN(E−UTRAN10)を高度化することにより、UE100に対するデータ転送の遅延時間(すなわち、レイテンシ)を削減する。第3実施形態に係るネットワーク装置は、RAN(E−UTRAN10)に設けられる。第3実施形態において、ネットワーク装置は、eNB200である。但し、ネットワーク装置は、UPGW500であってもよい。
第3実施形態に係るeNB200は、UE100の通信先(サーバ600)から送信されたデータを受信する受信部(ネットワーク通信部240)と、当該データを記憶し、記憶したデータをUE100に転送する制御部230と、を備える。eNB200は、UE100と通信先(サーバ600)との間の所定プロトコルのコネクションを終端する。制御部230は、データの転送が完了していなくても、当該データに対する送達確認応答をUE100に代わって通信先に送信する。第3実施形態において、所定プロトコルは、TCPであり、送達確認応答は、TCP ACKである。但し、所定プロトコルは、UDP又はRTP等であってもよい。
図12は、第3実施形態に係る動作シーケンス例を示す図である。UE100は、eNB200を介してサーバ600とのTCP通信を行う。
図12に示すように、eNB200は、UE100とサーバ600との間のTCPコネクションを終端する。具体的には、eNB200は、TCPコネクション1をUE100と設定し(ステップS301)、TCPコネクション2をサーバ600と設定する(ステップS302)。
ステップS303において、サーバ600は、TCPコネクション2上で、下りリンクデータ(TCPセグメント)をeNB200に送信する。
ステップS304において、eNB200は、サーバ600から受信した下りリンクデータ(TCPセグメント)を記憶する。
ステップS305において、eNB200は、TCPコネクション2上で、TCP ACKをサーバ600に送信する。サーバ600は、TCP ACKの受信に応じて、ウィンドウサイズを増加させる。なお、従来の方法では、後述するステップS311よりも後の時点でなければサーバ600がウィンドウサイズを増加させることができないことに留意すべきである。
一方、ステップS306乃至S311において、eNB200は、TCPコネクション1上でUE100との通信を行う。ステップS306において、eNB200は、下りリンク無線リソースをUE100に割り当てるとともに、下りリンク無線リソースを用いて下りリンクデータ(TCPセグメント)をUE100に送信する。UE100は、下りリンクデータ(TCPセグメント)の受信に成功し、TCP ACKを生成する。但し、UE100は、下りリンクデータ(TCPセグメント)の受信に失敗した場合、HARQ/ARQにより再送をeNB200に要求する。
ステップS307において、UE100は、上りリンク無線リソースの割り当てを要求するSR(Scheduling Request)をeNB200に送信する。
ステップS308において、eNB200は、SRの受信に応じて、上りリンク無線リソースを割り当てる「UL grant」をUE100に送信する。
ステップS309において、UE100は、UL grantの受信に応じて、上りリンクバッファ内のデータ量を示すBSR(Buffer Status Report)をeNB200に送信する。
ステップS310において、eNB200は、BSRに基づいて割当リソース量を判断し、上りリンク無線リソースを割り当てる「UL grant」をUE100に送信する。
ステップS311において、UE100は、UL grantの受信に応じて、上りリンクデータ(TCP ACK)をeNB200に送信する。
eNB200は、上りリンクデータ(TCP ACK)の受信に応じて、記憶している下りリンクデータを削除してもよい。或いは、eNB200は、記憶している下りリンクデータを削除せずに、所定の期間にわたって下りリンクデータを保持してもよい。下りリンクデータを保持する場合、eNB200は、上述した第1実施形態と同様な動作を行ってもよい。TCP NACKの場合、eNB200は、記憶している当該TCP下りリンクデータを再送してもよい。
なお、図12において下りリンクの動作を例示したが、上りリンクに応用してもよい。
(その他の実施形態)
上述した実施形態において、一のeNB200が他のeNB200と記憶容量を共有する一例を説明した。しかしながら、eNB200は、UPGW500と記憶容量を共有してもよい。さらに、一のUPGW500が他のUPGW500と記憶容量を共有してもよい。よって、図6及び図7において、少なくとも一方のeNB200をUPGW500と読み替えてもよい。
上述した第1実施形態において、eNB200は、Awareエンティティ、Storageエンティティ、及びPredictエンティティを備えていた。第2実施形態において、UPGW500は、Awareエンティティ、Storageエンティティ、及びPredictエンティティを備えていた。しかしながら、これらのエンティティは、複数の装置に分散されてもよい。例えば、Awareエンティティ、Storageエンティティ、及びPredictエンティティのうち、一部のエンティティをeNB200に備え、残りのエンティティをUPGW500に備えてもよい。或いは、一部のエンティティをUE100に備えてもよい。例えば、UE100がAwareエンティティを備え、UPGW500がStorageエンティティを備え、eNB200がPredictエンティティを備える分散配置としてもよい。
上述した実施形態において、無線アクセスネットワーク(E−UTRAN10)に設けられるネットワーク装置がeNB200又はUPGW500である一例を説明した。しかしながら、実施形態に係るネットワーク装置は、eNB200又はUPGW500に限定されない。実施形態に係るネットワーク装置は、リレーノード(RN)であってもよい。RNは、eNB200に無線で接続し、eNB200の機能をUE100に提供する中継装置である。RNは、移動可能なRN(いわゆる、モバイルリレー)であってもよい。
上述した実施形態を別個独立に実施する場合に限らず、2以上の実施形態を組み合わせて実施してもよい。例えば、一の実施形態に係る一部の構成を他の実施形態に追加してもよい。或いは、一の実施形態に係る一部の構成を他の実施形態の一部の構成と置換してもよい。
上述した実施形態において、移動通信システムとしてLTEシステムを例示した。しかしながら、本発明はLTEシステムに限定されない。LTEシステム以外のシステムに本発明を適用してもよい。
(相互参照)
日本国特許出願第2016−071519号(2016年3月31日出願)の全内容が、参照により、本願に組み込まれている。
本発明は通信分野において有用である。

Claims (8)

  1. 移動通信システムの無線アクセスネットワークに設けられるネットワーク装置であって、
    前記ネットワーク装置は、基地局とコアネットワークとの間のデータパス上に設けられた装置であって、
    前記無線アクセスネットワーク外のサーバから配信されるコンテンツデータを記憶する記憶部と、
    無線端末から要求されたコンテンツデータを認識し、前記要求されたコンテンツデータが前記記憶部に記憶されているか否か判断する制御部と、を備え、
    前記要求されたコンテンツデータが前記記憶部に記憶されている場合、前記制御部は、前記要求されたコンテンツデータを前記サーバに代わって前記無線端末に配信し、
    前記ネットワーク装置は、前記無線アクセスネットワークに設けられた他のネットワーク装置と記憶容量を共有し、
    前記制御部は、前記他のネットワーク装置とのネットワークインターフェイスを介して、前記記憶部に関する情報を前記他のネットワーク装置とやり取りし、
    前記制御部は、前記無線端末の上りリンクデータ及び下りリンクデータの両方向のデータパスを前記基地局と設定し、前記無線端末の上りリンクデータの片方向のデータパスを前記コアネットワークと設定する
    ネットワーク装置。
  2. 前記制御部は、前記無線端末の上りリンクデータに基づいて、前記要求されたコンテンツデータを認識し、
    前記要求されたコンテンツデータが前記記憶部に記憶されていない場合、前記制御部は、前記上りリンクデータをコアネットワークに転送する
    請求項1に記載のネットワーク装置。
  3. 前記他のネットワーク装置は、基地局と前記コアネットワークとの間のデータパス上に設けられた装置である
    請求項1に記載のネットワーク装置。
  4. 前記制御部は、前記記憶部にどのコンテンツデータが記憶されているかを前記他のネットワーク装置に通知する
    請求項1に記載のネットワーク装置。
  5. 前記制御部は、特定コンテンツデータの転送を前記他のネットワーク装置に要求し、
    前記制御部は、前記他のネットワーク装置から転送された前記特定コンテンツデータを取得する
    請求項1に記載のネットワーク装置。
  6. 前記制御部は、前記記憶部の容量を前記他のネットワーク装置に通知する
    請求項1に記載のネットワーク装置。
  7. 前記制御部は、共有する記憶容量の追加、共有する記憶容量の変更、共有する記憶容量の削除のうち少なくとも1つを前記他のネットワーク装置に要求する
    請求項1に記載のネットワーク装置。
  8. ソース基地局からターゲット基地局に対して前記無線端末のハンドオーバを行う場合、前記制御部は、前記ソース基地局からパス切り替え要求を受信し、
    前記パス切り替え要求は、前記ターゲット基地局に関する情報を含む
    請求項に記載のネットワーク装置。
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