JP6637059B2 - 移動体通信システムのゲートウェイの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、移動体通信システムのゲートウェイの制御装置に関する。

近年、ＭＶＮＯ（仮想移動体通信事業者）により提供される移動体通信サービスが普及しつつある。ＭＶＮＯは、ＭＮＯ（移動体通信事業者）が保有する通信設備と、自身のゲートウェイ装置とを利用して、ＵＥ（ユーザ装置）に外部ネットワークへのアクセスを提供する。また、ＡＷＳ（アマゾン・ウェブ・サービス）のようなクラウドサービスも普及しつつある。ＡＷＳでは、利用するサーバの性能や台数を短時間で変更できるとともに、クラウド内にプライベートネットワーク（閉域網）を構築することが可能である。

クラウドの特性を利用して、ＭＶＮＯが提供するゲートウェイ装置をクラウド上に構築し、通信需要に応じてゲートウェイ装置の処理能力を変更することが考えられる。しかし、既存のゲートウェイ装置を単にクラウド上に構築するだけでは、ユーザからの要望に応じたサービスを提供することが困難である。本発明は、クラウド上に移動体通信システムのゲートウェイ装置を構築する際の様々な課題を解決することを目的とする。

本発明の一部の実施形態によれば、移動体通信システムのコアネットワークのエンドポイントとして機能するゲートウェイの制御装置であって、前記ゲートウェイは、ユーザ装置からのデータを受け取る第１サーバと、前記第１サーバが受け取ったデータを外部ネットワークに転送する１つ以上の第２サーバとを含み、前記制御装置は、前記１つ以上の第２サーバの性能を変更する動作と、前記１つ以上の第２サーバの処理状況を監視する動作と、前記１つ以上の第２サーバの処理状況に応じて、前記第１サーバが前記ユーザ装置から受け取ったデータの転送先の第２サーバを前記１つ以上の第２サーバから選択する動作とを行うことを特徴とする制御装置が提供される。

本発明のその他の特徴及び利点は、添付図面を参照とした以下の説明により明らかになるであろう。なお、添付図面においては、同じ若しくは同様の構成には、同じ参照番号を付す。

添付図面は明細書に含まれ、その一部を構成し、本発明の実施の形態を示し、その記述と共に本発明の原理を説明するために用いられる。
一部の実施形態の移動体通信システムの構成例を説明する図。 一部の実施形態の移動体通信システムの動作例を説明する図。 一部の実施形態の移動体通信システムの管理テーブル例を説明する図。 一部の実施形態の移動体通信システムの構成例を説明する図。 一部の実施形態の移動体通信システムの管理テーブル例を説明する図。 一部の実施形態の移動体通信システムの管理テーブル例を説明する図。 一部の実施形態の制御サーバの動作例を説明する図。 一部の実施形態の移動体通信システムのプロトコル構成例を説明する図。

図１を参照して、本発明の一部の実施形態に係る移動体通信システムの構成について説明する。図１ではＬＴＥに準拠した移動体通信システムについて説明するが、３Ｇや他の規格に準拠した移動体通信システムに対しても本発明を適用可能である。移動体通信システムは主に、ｅＮＢ１０２と、Ｓ−ＧＷ１０３と、Ｐ−ＧＷ１０４と、制御サーバ１０７とを備える。ｅＮＢ１０２及びＳ−ＧＷ１０３はＭＮＯ（移動体通信事業者）によって提供され、Ｐ−ＧＷ１０４及び制御サーバ１０７はＭＶＮＯ（仮想移動体通信事業者）によって提供される。Ｐ−ＧＷ１０４及び制御サーバ１０７は、ＭＶＮＯ自身によって構築されてもよいし、ＭＶＮＯの依頼に従うＭＶＮＥ（仮想移動体通信サービス提供者）によって構築・運用するものであってもよい。Ｓ−ＧＷ１０３は、ＭＮＯによって提供される代わりに、ＭＶＮＯによって提供されてもよい。

ＵＥ１０１は、ＩＭＳＩ（国際移動体加入者識別番号）が割り当てられたデバイスであり、例えば移動体電話、パーソナルコンピュータ、センサ、アクチュエータなどでありうる。ＩＭＳＩは、デバイスごとに一意に割り当てられた識別情報であり、例えばＳＩＭに格納された状態でデバイスに搭載される。

ｅＮＢ１０２は、ＵＥ１０１をＳ−ＧＷ１０３に接続し、ＵＥ１０１とＳ−ＧＷ１０３との間でパケットを転送する。ｅＮＢ１０２はさらに、ＵＥ１０１に対して、無線リソース管理機能、モビリティ管理機能、スケジューリング機能などを提供する。Ｓ−ＧＷ１０３は、ＵＥ１０１からの／ＵＥ１０１へのパケットをルーティングする機能を提供する。Ｓ−ＧＷ１０３は、３ＧネットワークのＳＧＳＮ（パケット・アクセス制御ノード）に相当する。

Ｐ−ＧＷ１０４は、ＵＥ１０１に対して、外部ネットワーク１０８とのアクセスを提供する機能を有する。Ｐ−ＧＷ１０４は、移動体通信システムに含まれるコアネットワークのエンドポイントとして機能するゲートウェイ装置である。外部ネットワーク１０８は、インターネットなどのパブリックネットワークであってもよいし、個別の企業などによって提供されるプライベートネットワークであってもよい。Ｐ−ＧＷ１０４は、３ＧネットワークのＧＧＳＮ（パケット・ゲートウェイ・ノード）に相当する。ｅＮＢ１０２からＰ−ＧＷ１０４へのパケットは、ＧＴＰ（ＧＰＲＳトンネリング・プロトコル）に従って確立されたトンネル（ＧＴＰトンネル）を通じて、カプセル化された状態で転送される。ＧＴＰトンネルに代えて、他のＬ２トンネルが用いられてもよい。

Ｐ−ＧＷ１０４は、１つ以上の第１サーバ１０５と、１つ以上の第２サーバ１０６とによって構成される。第１サーバ１０５はＳ−ＧＷ１０３とに接続されており、Ｓ−ＧＷ１０３から受け取ったパケットを１つ以上の第２サーバ１０６の何れかに転送する。また、第１サーバ１０５は、第２サーバ１０６の何れかが受け取ったパケットをＳ−ＧＷ１０３に転送する。

第２サーバ１０６は、ＵＥ１０１による通信に対して様々なサービスを提供する。例えば、第２サーバ１０６は、ネットワーク層における処理を行うＮＡＴやアプリケーション層における処理を行うプロキシとして機能する。さらに、第２サーバ１０６は、ＵＥ１０１の代わりに、画像・動画の処理や、クレデンシャルの付与処理などを行ってもよい。

Ｐ−ＧＷ１０４としてＳ−ＧＷ１０３に同時接続可能なサーバの台数の上限はＭＮＯによって定められている。そこで、本実施形態では、Ｐ−ＧＷ１０４を、Ｓ−ＧＷ１０３とのパケット（データ）の交換を行うサーバ（第１サーバ１０５）と、外部ネットワーク１０８へのアクセス及び様々な付加サービスを提供するサーバ（第２サーバ１０６）とに分離することによって、第２サーバ１０６の台数をＭＮＯによる接続台数の上限を超えて増大させることができる。

１つ以上の第１サーバ１０５のそれぞれ及び１つ以上の第２サーバ１０６のそれぞれは、クラウド上の仮想マシンであってもよい。さらに、このクラウドは、ＡＷＳのようなパブリッククラウドであってもよいし、１つの企業のために構築されたプライベートクラウドであってもよい。クラウドがパブリッククラウドである場合に、１つ以上の第１サーバ１０５及び１つ以上の第２サーバ１０６は、クラウド上の仮想プライベートネットワークに属していてもよい。例えば、クラウドがＡＷＳである場合に、ＶＰＣ（バーチャル・プライベート・クラウド）機能によって仮想プライベートネットワークが構築される。

Ｐ−ＧＷ１０４をクラウド上に構築することによって、Ｐ−ＧＷ１０４の処理状況に応じて適切なタイミングでＰ−ＧＷ１０４の性能を変更することができる。Ｐ−ＧＷ１０４の性能の変更は、１つのサーバを別のサーバ（元のサーバよりも処理能力が高い又は低いサーバ）に置き換えること（いわゆる、スケールアップ／スケールダウン）によって実現されてもよいし、サーバの台数を変更すること（いわゆる、スケールアウト／スケールイン）によって実現されてもよい。

制御サーバ１０７は、Ｐ−ＧＷ１０４の動作を制御するためのサーバである。制御サーバ１０７は、クラウド上の仮想マシンであってもよいし、オンプレミスのサーバであってもよい。また、制御サーバ１０７は、単一のサーバによって構成されてもよいし、複数のサーバによって構成されてもよい。本実施形態では制御サーバ１０７は第１サーバ１０５及び第２サーバ１０６とは別個のサーバである例について説明するが、第１サーバ１０５の何れか又は第２サーバ１０６の何れかが制御サーバ１０７の機能を有してもよい。

制御サーバ１０７は、１つ以上の第１サーバ１０５のそれぞれ及び１つ以上の第２サーバ１０６のそれぞれの処理状況を監視する。監視対象の処理状況として、ＣＰＵ使用率、メモリ使用率、ネットワーク使用率、平均スループット、ＧＴＰのセッション数などがありうる。第１サーバ１０５の性能を変更するために用いる処理状況の指標と、第２サーバ１０６の性能を変更するために用いる処理状況の指標とは互いに異なっていてもよい。第１サーバ１０５は、第２サーバ１０６へパケットを転送する機能を行うので、ネットワーク性能がボトルネックになりやすい。そこで、制御サーバ１０７は、ネットワーク性能（例えば、ネットワーク使用率、平均スループットなど）を指標として第１サーバ１０５の性能を変更してもよい。また、第２サーバ１０６は、パケットに対して様々な処理を行うので、計算性能がボトルネックになりやすい。そこで、制御サーバ１０７は、計算性能（例えば、ＣＰＵ使用率、メモリ使用率など）を指標として第１サーバ１０５の性能を変更してもよい。

制御サーバ１０７は、Ｐ−ＧＷ１０４の性能の変更を、Ｐ−ＧＷ１０４の処理状況によらずに行ってもよい。例えば、制御サーバ１０７は、移動通信システムの管理者又はユーザからの指示に応じてＰ−ＧＷ１０４の性能を変更してもよい。これに代えて、制御サーバ１０７は、あらかじめスケジュールされた設定に従って自動的にＰ−ＧＷ１０４の性能を変更してもよい。

続いて、図７を参照して、図１の移動体通信システムのＵプレーン（ユーザプレーン）のプロトコル構成の一例について説明する。ＵＥ１０１と第２サーバ１０６との間にエンドツーエンドでＧＴＰトンネル７０１が確立される。ＵＥ１０１から送信されたパケットは、ＧＴＰトンネル７０１を通じて第２サーバ１０６へ転送される。第２サーバ１０６には、ＵＥ１０１とのＩＰ接続７０２で用いられるＩＰアドレス（以下、「ユーザＩＰアドレス」と呼ぶ。）と、第１サーバ１０５とのＩＰ接続７０３で用いられるＩＰアドレス（以下、「トランスポートＩＰアドレス」と呼ぶ。）が割り当てられる。ＩＰ接続７０２を通じてＵＥ１０１からのＩＰパケットが転送され、ＩＰ接続７０３を通じて第１サーバ１０５からのＧＴＰパケットが転送される。

クラウドサービスによっては、仮想プライベートネットワーク内の仮想マシン同士で通信するために、仮想プライベートネットワークに割り当てられたサブネットワーク内のＩＰアドレスを各仮想マシンに設定する必要がある。このサブネットワーク内のＩＰアドレスの個数の上限はクラウドサービスによって定められている。ＵＥ１０１にこのサブネットワーク内のＩＰアドレスを与えてしまうと、移動体通信システムに接続可能なＵＥ１０１の台数が、仮想プライベートネットワーク内のＩＰアドレスの個数によって制限されてしまう。そこで、本実施形態では、ＵＥ１０１には仮想環境のサブネット内のアドレスとは無関係なアドレスを割り当て、ＵＥ１０１がＧＴＰトンネルの終端を行う第２サーバ１０６の外とＩＰ通信を行う場合には適宜そのノードに割当てられた仮想環境のアドレスでＮＡＴを行う。また、第２サーバ１０６では、第１サーバ１０５が第２サーバ１０６にアクセスするためのトランスポートＩＰアドレスとして、仮想プライベートネットワークに割り当てられたサブネットワーク内のＩＰアドレスが設定され、ＵＥ１０１が第２サーバ１０６にアクセスするためのユーザＩＰアドレスとして、仮想プライベートネットワークには制限されないＩＰアドレスが設定される。ユーザＩＰアドレスをＧＴＰトンネルの終端を行う第２サーバ１０６に追加で割り当てることで、ＵＥ１０１から第２サーバ１０６のユーザＩＰアドレスへの通信はＮＡＴされる必要がなく第２サーバ１０６に着信できる。

続いて、図２を参照して、図１の移動体通信システムの動作の一例について説明する。この動作は、ＵＥ及び各サーバのＣＰＵ等のプロセッサがプログラムを実行することによって行われてもよい。これに代えて、ＵＥ及び各サーバが、以下の動作を実行する回路（例えば、ＡＳＩＣ）を備えてもよい。

Ｓ１で、ＵＥ１０１は、ｅＮＢ１０２にアタッチし、Ｐ−ＧＷ１０４とのセッションを生成するようにコアネットワークに対して要求する。ＵＥ１０１は、この要求に自身のＩＭＳＩ（「ＩＭＳＩ＿Ａ」とする。）を含める。Ｓ−ＧＷ１０３は、１つ以上の第１サーバ１０５の何れかとの間にＣプレーン用のＧＴＰトンネル（ＧＴＰ−Ｃ）を確立し、このＧＴＰトンネルを通じてＵＥ１０１からの要求を第１サーバ１０５に転送する。例えば、Ｓ−ＧＷ１０３は、Ｓ−ＧＷ１０３に接続されている１つ以上の第１サーバ１０５から１つの第１サーバ１０５をラウンドロビンで選択する。

第１サーバ１０５は、ＵＥ１０１からの要求を受け取ると、顧客情報を参照して、要求に含まれるＩＭＳＩに対してセッションを確立してよいか否かを判定する。この判定は、第１サーバ１０５が顧客情報を参照することによって行ってもよいし、第１サーバ１０５から依頼された制御サーバ１０７が行ってもよい。セッションを確立してもよい場合に、第１サーバ１０５は、Ｓ２で、ＵＥ１０１にＩＰアドレス（「１７２．２４．２４０．１００」とする。）を割り当て、このＩＰアドレスをＵＥ１０１に返す。

また、Ｓ２において、第１サーバ１０５は、制御サーバ１０７に第２サーバ１０６の割り当てを要求する。この要求に応じて、制御サーバ１０７は、１つ以上の第２サーバ１０６のうちの１つの第２サーバ１０６を選択し、この第２サーバ１０６のトランスポートＩＰアドレスを第１サーバ１０５へ返す。制御サーバ１０７は、１つ以上の第２サーバ１０６の処理状況に応じて１つの第２サーバ１０６（例えば、１番負荷が少ないサーバ）を選択してもよい。第１サーバ１０５は、ＵＥ１０１と、選択された第２サーバ１０６との間にＵプレーン用のＧＴＰトンネル（ＧＴＰ−Ｕ）を確立する。さらに、第１サーバ１０５は、ＵＥ１０１のＩＭＳＩと、ＵＥ１０１に割り当てたＩＰアドレスとのペアに関する情報を各第２サーバ１０６に対して通知する。この通知は、第１サーバ１０５から第２サーバ１０６に対して直接に行われてもよいし、制御サーバ１０７を通じて行われてもよい。例えば、第１サーバ１０５はＩＭＳＩとＩＰアドレスのペアに関する情報を制御サーバ１０７に登録し、第２サーバ１０５が制御サーバ１０７からこの情報を読み出してもよい。

Ｓ３で、ＵＥ１０１は、第２サーバ１０６のユーザＩＰアドレス（「１６９．２５４．２５４．１６９」とする。）に向けたＨＴＴＰリクエストを、ＧＴＰトンネルを通じて第１サーバ１０５へ送信する。ＵＥ１０１は、このＨＴＴＰリクエストの送信元ＩＰアドレスに、Ｓ２で割り当てられたＩＰアドレス（「１７２．２４．２４０．１００」）を設定する。第２サーバ１０６のユーザＩＰアドレスは、Ｓ１の動作を開始する前にＵＥ１０１に保存されていてもよいし、Ｓ２で第１サーバ１０５からＵＥ１０１に通知されてもよい。複数の第２サーバ１０６のユーザＩＰアドレスとして単一のＩＰアドレスが共通に設定されてもよい。

Ｓ４で、第１サーバ１０５は、第１サーバ１０５は、ＧＴＰトンネルを通じてＵＥ１０１からＧＴＰパケットを、Ｓ２で確立されたＧＴＰトンネルを通じて第２サーバ１０６へ転送する。

Ｓ５で、第２サーバ１０６は、ＧＴＰトンネルを終端し、ＧＴＰパケットからＩＰパケットを取り出す。また、第２サーバ１０６は、Ｓ２で通知されたペアに関する情報と、ＨＴＴＰリクエストの送信元ＩＰアドレスとを用いて、このＨＴＴＰリクエストを送信したＵＥ１０１のＩＭＳＩを解決する。これに代えて、第２サーバ１０６は、この送信元ＩＰアドレス（ＵＥ１０１のＩＰアドレス）を制御サーバ１０７へ送信し、制御サーバ１０７がＩＭＳＩを解決して第２サーバ１０６へ返してもよい。

Ｓ６で、第２サーバ１０６は、解決したＩＭＳＩに対して行うべき処理を制御サーバ１０７に問い合わせる。この処理は、ＵＥ１０１から外部ネットワーク１０８へ送信されるデータへの処理と、外部ネットワーク１０８からＵＥ１０１へ返信されるデータへの処理とを含む。制御サーバ１０７は、図３に示すテーブル３００を管理する。テーブル３００の各エントリは、ＵＥ１０１からのデータに対して行うべき処理内容を表す。列３０１は、処理対象のＵＥ１０１のＩＭＳＩを表す。列３０２は、リクエストの変換前のプロトコルを表す。列３０３は、リクエストの変換後のプロトコルを表す。列３０４は、リクエストの宛先を表す。例えば、テーブル３００の１行目のエントリは、ＩＭＳＩ＿Ａを有するＵＥ１０１からのＨＴＴＰリクエストをＨＴＴＰＳリクエストに変換してhttps://server1.example.com/へ転送することを表す。第２サーバ１０６は、ＵＥ１０１ごとに個別の処理を行うことができる。例えば、第２サーバ１０６は、ｍｑｔｔからｍｑｔｔｓへの変換、ＴＣＰからＴＣＰＳへの変換、ＷｅｂｓｏｃｋｅｔからＷｅｂｓｏｃｋｅｔ ｏｖｅｒ ＳＳＬへの変換のような処理も同様に行うことができる。さらに、第２サーバ１０６は、単純な暗号化の付与に加え、Ｒａｗ ＴＣＰソケットで受け取ったデータやＵＤＰパケットで受け取ったデータをＨＴＴＰＳで転送するなど、プロトコル自体の変換を行ったり、外部サーバからの応答内容の圧縮や不要なヘッダ情報の削除など、ＵＥ１０１と第２サーバ１０６との通信の最適化を行ったりすることもできる。後者の機能は省力化を行いたいセンサやアクチュエータなどのデバイスにおいて特に有益である。

また、第２サーバ１０６は、プロトコル変換に加え、ＵＥ１０１がアクセスしようとしているサイトのユーザ名・パスワードといった認証情報の付加を行う他、ＩＭＳＩだけでなく、ＵＥ１０１のＩＭＥＩ（国際移動体装置識別番号）のような識別番号や、データを受信した時刻を示すタイムスタンプなど、サーバ側での処理の際に参考になる情報を付加できる。また、第２サーバ１０６は、付加した情報の正当性を受け取り側で検証することができるよう、予め受け取り側と交換した秘密情報を用いたデジタル署名を付加することもできる。これにより、第３者のなりすましによるアクセスが防止される。

制御サーバ１０７は、テーブル３００を編集するためのＡＰＩを提供する。このＡＰＩ（アプリケーション・プログラミング・インタフェース）を通じて、ＵＥ１０１の管理者は自身のＵＥ１０１に対する処理内容を編集（例えば、追加、変更、削除）できる。同様に、ＵＥ１０１の管理者は、認証のためのユーザ名・パスワードといった情報や、第２サーバ１０６で付加する情報の正当性を検証するための秘密情報の設定等も同ＡＰＩを用いて行うことができる。制御サーバ１０７は、上記の処理をＵＥ１０１の管理者が容易に行えるようにするためのＧＵＩ（グラフィカル・ユーザ・インタフェース）を提供してもよい。

Ｓ７で、制御サーバ１０７は、第２サーバ１０６から受信したＩＭＳＩをキーとしてテーブル３００を検索した結果のエントリの示す処理内容を第２サーバ１０６に応答する。

Ｓ８で、第２サーバ１０６は、制御サーバ１０７から受信した処理内容に従ってＵＥ１０１からのＨＴＴＰリクエストをＨＴＴＰＳリクエストに変換し、当該処理内容で指定された宛先（https://server1.example.com/）に転送する。Ｓ９で、第２サーバ１０６は、ＨＴＴＰＳリクエストに対するレスポンスを宛先から受信する。Ｓ１０で、第２サーバ１０６は、このレスポンスにＧＴＰヘッダを付してから第１サーバ１０５に転送する。転送先の第１サーバ１０５は、Ｓ４でＨＴＴＰリクエストを転送してきた第１サーバ１０５と同一である。Ｓ１１で、第１サーバ１０５は、ＧＴＰトンネルを通じてレスポンスをＵＥ１０１へ転送する。その後、第１サーバ１０５は、ＵＥ１０１と第２サーバ１０６との間のＧＴＰトンネルを解消してもよい。

上述の処理によれば、複数の第２サーバ１０６に対して共通のユーザＩＰアドレスが割り当てられる。第１サーバ１０５と第２サーバ１０６との通信は、第２サーバ１０６に個別に割り当てられたトランスポートＩＰアドレスによって識別されるので、複数のＵＥ１０１と複数の第２サーバ１０６との間には識別可能なＧＴＰトンネルが確立される。そのため、第２サーバ１０６のスケールイン／スケールアウトやスケールダウン／スケールアップを行ったとしても、ＵＥ１０１が宛先として使用するエンドポイント、すなわち第２サーバ１０６のユーザＩＰアドレスを変更する必要がない。

上述の処理によれば、ＵＥ１０１に第２サーバ１０６のユーザＩＰアドレスを事前に設定しておくことが可能であるので、このＩＰアドレスを取得するためのＤＮＳの処理に関するオーバヘッドが抑制される。さらに、ＵＥ１０１に第２サーバ１０６のユーザＩＰアドレスをハードコードすることも可能である。これは、ＵＥ１０１がセンサなどの非力な組み込み機器である場合に特に有益である。ＵＥ１０１に設定された第２サーバ１０６のユーザＩＰアドレスを変更できなくても、制御サーバ１０７のテーブル３００を更新することによって、ＵＥ１０１の外部ネットワーク１０８内の通信相手を変更できる。

続いて、図２の処理における第１サーバ１０５と第２サーバ１０６との間の通信の詳細について説明する。図１では１つのＳ−ＧＷ１０３しか示していないが、一般に移動体通信システムは複数のＳ−ＧＷ１０３を備える。Ｓ−ＧＷ１０３とＰ−ＧＷ１０４（具体的には第１サーバ１０５）との間のＧＴＰトンネルは、トンネル・エンドポイントＩＤ（ＴＥＩＤ）によって識別される。各第１サーバ１０５は、Ｓ−ＧＷ１０３とのＧＴＰトンネルのＴＥＩＤを一意に設定することによって、ＧＴＰトンネルの混信が発生しないようにする。しかし、別々の第１サーバ１０５がそれぞれのＧＴＰトンネルに対して同一のＴＥＩＤを設定し、それらのＧＴＰトンネルからのパケットが同一の第２サーバに転送された場合に、ＧＴＰトンネルの混信が発生してしまう。

そこで、制御サーバ１０７は、各第１サーバ１０５が割り当てたＴＥＩＤを監視し、第２サーバ１０６においてＧＴＰトンネルの混信が発生しないように、第１サーバ１０５がパケットを転送すべき第２サーバ１０６を選択してもよい。具体的に、制御サーバ１０７は、各第１サーバ１０５が割り当てたＴＥＩＤが第２サーバ１０６において重複しないように、第１サーバ１０５がパケットを転送すべき第２サーバ１０６を選択してもよい。

これに代えて、第１サーバ１０５と第２サーバ１０６との間に、Ｓ−ＧＷ１０３と第１サーバ１０５との間のＧＴＰトンネルとは別のトンネルを設定し、このトンネルを通じて第１サーバ１０５が第２サーバ１０６にパケットを転送してもよい。第１サーバ１０５と第２サーバ１０６との間のトンネルは、ＧＴＰトンネルであってもよい。これにより、第１サーバ１０５と第２サーバ１０６とで同じソフトウェアスタックを利用できる。

上述の実施形態では、第２サーバ１０６が、ＵＥ１０１からのＧＴＰパケットを終端し、このＧＴＰパケットに含まれるＩＰアドレスを取り出した。これに代えて、第２サーバ１０６とは異なる第３サーバがＵＥ１０１からのＧＴＰパケットを終端してもよい。この場合に、ＵＥ１０１は、ＩＰパケットの宛先ＩＰアドレスを、第３サーバのユーザＩＰアドレスとする。第２サーバ１０６は、第１サーバ１０５から転送されたＧＴＰパケットを、ＧＴＰトンネルを通じて又は他のトンネルを通じて第３サーバに転送する。

続いて、図４を参照して、本発明の別の実施形態に係る移動体通信システムの構成について説明する。図４の移動体通信システムは、Ｐ−ＧＷ１０４の構成及び制御サーバ１０７の動作が図１の移動体通信システムとは異なり、他の点は同様であってもよい。そこで、図４では、図１の移動体通信システムと同様の構成要素の一部を省略する。また、以下では、図１についての説明と同様の説明を省略する。

移動体通信システムに接続可能なＵＥ１０１を有するユーザは、このＵＥ１０１を用いて、インターネットなどのパブリックネットワークを経由することなく、自身のプライベートネットワークにアクセスできることを希望することがある。例えば、ある企業が複数のＳＩＭを購入し、これらのＳＩＭを割り当てたＵＥからこの企業のプライベートネットワークにアクセスことを希望することが考えられる。第２サーバ１０６がクラウド上の仮想プライベートネットワークに属する場合であっても、クラウドが提供する機能により、第２サーバ１０６は他のプライベートネットワークにアクセスできる。アクセス可能な他のプライベートネットワークは、第２サーバ１０６と同じクラウド上にあり、第２サーバ１０６が属する仮想プライベートネットワークとは別の仮想プライベートネットワークであってもよいし、第２サーバ１０６が属する仮想プライベートネットワークに専用線で接続されたオンプレミス又は別のクラウドのプライベートネットワークであってもよい。

あるユーザのプライベートネットワークには、このプライベートネットワークへのアクセス権を有しない別のユーザのＵＥ１０１からアクセスできるべきではない。しかし、クラウドサービスの制限により、仮想プライベートネットワーク内の同一のサブネットワークに属するすべてのサーバに対して単一の転送情報しか設定できないことがある。ここで、転送情報とは、ＵＥ１０１がアクセス可能な外部ネットワークを規定する情報であり、例えばルーティングテーブルなどで規定されるルーティングポリシーや、アクセス制限のためのＮＡＣＬ（ネットワーク・アクセス・コントロール・リスト）を含む。図１の実施形態において、すべての第２サーバ１０６を同一のサブネットワークに含めてしまうと、この移動体通信システムを利用可能なすべてのＵＥ１０１に対して単一の転送情報が適用されてしまい、その結果、外部のプライベートネットワークにアクセスできるＵＥ１０１を制限できない。

そこで、本実施形態では、複数の第２サーバ１０６を複数のグループに分割し、各グループを別々のサブネットワークに含め、グループごとに転送情報を規定する。図４に示す実施形態において、複数の第２サーバ１０６は、グループ４０１Ａ、４０１Ｂ、４０１Ｃ、４０１Ｘに分けられる。各グループは、第２サーバ１０６を１つ以上含む。図１の実施形態と同様に、制御サーバ１０７は、各グループに含まれる第２サーバ１０６の性能を適宜変更できる。グループ４０１Ａに含まれる第２サーバ１０６は、プライベートネットワーク１０８Ａにのみアクセス可能である。例えば、プライベートネットワーク１０８Ａは、第２サーバ１０６と同じクラウドの別の仮想プライベートネットワークである。このクラウドがＡＷＳである場合に、これらの仮想プライベートネットワークはＶＰＣ機能で実現され、これらはＶＰＣ ｐｅｅｒｉｎｇ機能によって接続される。グループ４０１Ｂに含まれる第２サーバ１０６は、プライベートネットワーク１０８Ｂにのみアクセス可能である。例えば、プライベートネットワーク１０８Ｂは、オンプレミスのプライベートネットワークである。第２サーバ１０６がＡＷＳに含まれる場合に、第２サーバ１０６とプライベートネットワーク１０８Ｂとは、ＡＷＳ Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｏｎｎｅｃｔ機能によって専用線を通じて接続される。グループ４０１Ｃに含まれる第２サーバ１０６は、プライベートネットワーク１０８Ｃにのみアクセス可能である。例えば、プライベートネットワーク１０８Ａは、第２サーバ１０６と同じクラウドの別の仮想プライベートネットワークである。このクラウドがＡＷＳである場合に、これらの仮想プライベートネットワークはＶＰＣ機能で実現され、これらはＶＰＮ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ機能によって接続される。プライベートネットワーク１０８Ａ〜１０８Ｃは互いに異なるユーザが管理するネットワークである。グループ４０１Ｘに含まれる第２サーバ１０６は、インターネット１０８Ｘにのみアクセス可能である。１つ以上の第１サーバ１０５は、第２サーバ１０６の何れとも異なるサブネットワークに属してもよいし、さらには第２サーバ１０６の何れとも異なる仮想ネットワークに属してもよい。

続いて、図５Ａ及び図５Ｂを参照して、上述の転送情報について説明する。転送情報は２つのテーブル５００、５１０によって構成されており、制御サーバ１０７によって管理される。テーブル５００は、各ＵＥ１０１からのパケットがどのグループに属する第２サーバ１０６によって処理されるべきかを規定する。テーブル５００の各エントリ（行）はＩＭＳＩごとに生成される。列５０１は、ＩＭＳＩを表す。列５０２は、各ＩＭＳＩを有するＵＥ１０１からのパケットを処理すべき第２サーバ１０６のグループを表す。

テーブル５１０は、第２サーバ１０６に関する情報を表す。テーブル５１０の各エントリ（行）は第２サーバ１０６ごとに生成される。列５１１は、第２サーバ１０６の識別子を表す。第２サーバ１０６の識別子は、移動体通信システムを通じて一意である。列５１２は、第２サーバ１０６のトランスポートＩＰアドレスを表す。トランスポートＩＰアドレスは、第２サーバ１０６ごとに個別に設定される。列５１３は、第２サーバ１０６のユーザＩＰアドレスを表す。ユーザＩＰアドレスは、上述の実施形態と同様に複数の第２サーバ１０６で共通であってもよいし、個別に設定されてもよい。また、第２サーバ１０６のユーザＩＰアドレスがＵＥ１０１に事前に設定されている場合に、テーブル５１０は列５１３を含まなくてもよい。列５１４は、第２サーバ１０６が属するグループの識別子を表す。グループの識別子は、移動体通信システムを通じて一意である。列５１５は、第２サーバ１０６が属するサブネットワークを表す。列５１６は、第２サーバ１０６によるパケットの転送先の外部ネットワークを表す。同じグループに属する第２サーバ１０６には、共通の転送先が設定される。移動体通信システムの管理者（例えば、ＭＶＮＯ）は、移動体通信システムのユーザからの依頼に応じてテーブル５００、５１０を作成・更新する。

続いて、図６を参照して、制御サーバ１０７の動作の一例について説明する。この動作は、制御サーバ１０７のＣＰＵ等のプロセッサがプログラムを実行することによって行われてもよい。これに代えて、制御サーバ１０７が、以下の動作を実行する回路（例えば、ＡＳＩＣ）を備えてもよい。図６の動作は、図２のＳ２において行われる。以下の説明では第１サーバ１０５が制御サーバ１０７に対して第２サーバ１０６のトランスポートＩＰアドレスだけでなく、第２サーバ１０６のユーザＩＰアドレスも問い合わせる場合について説明する。しかし、上述のように、第２サーバ１０６のユーザＩＰアドレスはＵＥ１０１に事前に設定されていてもよい。この場合に、以下の説明における第２サーバ１０６のユーザＩＰアドレスに関する処理が省略されてもよい。

Ｓ６０１で、制御サーバ１０７は、第２サーバ１０６のトランスポートＩＰアドレス及びユーザＩＰアドレスを求める問い合わせを第１サーバ１０５から受信する。この問い合わせには、第１サーバ１０５が図２のＳ１においてＵＥ１０１から受信したＵＥ１０１のＩＭＳＩが含まれる。

Ｓ６０２で、制御サーバ１０７は、テーブル５００を参照して、Ｓ６０１で受信したＩＭＳＩを有するＵＥ１０１からのパケットを処理すべき第２サーバ１０６のグループを特定する。例えば、制御サーバ１０７が受信したＩＭＳＩが「ＩＭＳＩ＿１Ａ」であれば、制御サーバ１０７は、「Ｇｒｏｕｐ Ａ」に含まれる第２サーバ１０６がこのＩＭＳＩを有するＵＥ１０１からのパケットを処理すべきであることを特定する。

Ｓ６０３で、制御サーバ１０７は、テーブル５１０を参照して、特定したグループに含まれる第２サーバを特定し、そのうちの１つを選択する。例えば、制御サーバ１０７が特定したグループが「Ｇｒｏｕｐ Ａ」であれば、制御サーバ１０７は、このグループに含まれる第２サーバ１０６として、「Ｎｏｄｅ Ａ１」及び「Ｎｏｄｅ Ａ２」を特定する。制御サーバ１０７は、特定したグループに含まれる各第２サーバ１０６の処理状況に基づいて、１つの第２サーバ１０６を選択してもよい。例えば、制御サーバ１０７は、負荷が最も軽い第２サーバ１０６を選択する。

Ｓ６０４で、制御サーバ１０７は、選択した第２サーバ１０６のトランスポートＩＰアドレス及びユーザＩＰアドレスをテーブル５１０から読み出し、問い合わせ元の第１サーバ１０５へこのトランスポートＩＰアドレスを返す。

その後、図２のＳ３で、第１サーバ１０５は、選択された第２サーバ１０６のユーザＩＰアドレスをＵＥ１０１に通知する。図２のＳ４で、ＵＥ１０１は、選択された第２サーバ１０６のユーザＩＰアドレスへ向けてＨＴＴＰリクエストを第１サーバ１０５へ送信する。図２のＳ５で、第１サーバ１０５は、Ｓ６０４で取得した第２サーバ１０６のトランスポートＩＰアドレスを用いて、選択された第２サーバ１０６へパケットを転送する。その後、第２サーバ１０６は、自身が属するサブネットワークに設定された転送情報に従って外部ネットワーク１０８へパケットを転送する。

例えば、ＩＭＳＩが「ＩＭＳＩ＿１Ａ」であるＵＥ１０１Ａからのパケットは、グループ４０１Ａに含まれる第２サーバ１０６へ転送される。グループ４０１Ａに含まれる第２サーバ１０６はプライベートネットワーク１０８Ａにのみアクセス可能であるので、点線４０２に示すように、ＵＥ１０１Ａからのパケットはプライベートネットワーク１０８Ａのみに転送され、点線４０３に示すように、他のプライベートネットワークへは転送されない。同様に、ＵＥ１０１Ｂはグループ４０１Ｂに含まれる第２サーバ１０６を通じて、プライベートネットワーク１０８Ｂのみに転送される。ＵＥ１０１Ｃはグループ４０１Ｃに含まれる第２サーバ１０６を通じて、プライベートネットワーク１０８Ｃのみに転送される。プライベートネットワークへのアクセスが設定されていないＵＥ１０１Ｘは、デフォルトのグループ４０１Ｘに含まれる第２サーバ１０６を通じて、インターネット１０８Ｘのみに転送される。

図４の実施形態において、第２サーバ１０６は、ＧＴＰトンネルを終端し、ＩＰパケットを取り出した後、Ｌ３接続を通じて外部ネットワークへ転送した。しかしながら、クラウドサービスによっては、ピア接続可能な仮想ネットワークの数や、プライベート接続のための仮想インタフェースの数に制限がある場合がある。その結果、Ｐ−ＧＷ１０４に接続可能なプライベートネットワークの個数に制限が生じる。そこで、第２サーバ１０６は、外部のプライベートネットワーク内のサーバとの間にＬ２トンネルを設定し、Ｌ２トンネルを通じてパケットを転送してもよい。Ｌ２トンネルを用いた場合に、プライベートネットワーク側でＵＥ１０１のＩＰアドレスを用いた処理が可能になる。Ｌ２トンネルを用いるかＬ３接続を用いるかはプライベートネットワークごとに設定されうる。

上述の説明では、Ｐ−ＧＷ１０４をＭＶＮＯが管理する場合について説明したが、Ｐ−ＧＷ１０４をＭＮＯが管理する場合も本発明を適用可能である。Ｐ−ＧＷ１０４がＵＥ１０１とＬ２接続する場合について説明したが、Ｌ３接続する場合も本発明を適用可能である。

上述の各実施形態において、第１サーバ１０５は、ＣプレーンにおけるＳ−ＧＷ１０３との通信を処理するためのＣプレーン用サーバと、ＰプレーンにおけるＳ−ＧＷ１０３との通信を処理するためのＰプレーン用サーバとに分離されてもよい。また、Ｃプレーン用サーバも、Ｓ−ＧＷ１０３からのデータをＧＴＰトンネルを通じて受け取るサーバと、そのデータをデカプセル化し、ＩＰパケットを取り出す別のサーバとに分離されてもよい。

本発明は上述の実施形態に制限されるものではなく、本発明の精神及び範囲から離脱せずに様々に変更及び変形できる。以下に添付する請求項によって本発明の範囲を開示する。

Claims (13)

1. 移動体通信システムのコアネットワークのエンドポイントとして機能するゲートウェイの制御装置であって、
   前記ゲートウェイは、ユーザ装置からのデータを受け取る第１サーバと、前記第１サーバが受け取ったデータを外部ネットワークに転送する１つ以上の第２サーバとを含み、
   前記制御装置は、
   前記１つ以上の第２サーバの性能を変更する動作と、
   前記１つ以上の第２サーバの処理状況を監視する動作と、
   前記１つ以上の第２サーバの処理状況に応じて、前記第１サーバが前記ユーザ装置から受け取ったデータの転送先の第２サーバを前記１つ以上の第２サーバから選択する動作とを行うことを特徴とする制御装置。
2. 前記１つ以上の第２サーバに共通のアドレスが設定され、
   前記第１サーバは、ユーザ装置から前記共通のアドレスを宛先としたデータを受け取ることを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
3. 前記共通のアドレスは、前記第１サーバが前記１つ以上の第２サーバと通信するために前記１つ以上の第２サーバに設定されたアドレスとは異なることを特徴とする請求項２に記載の制御装置。
4. 前記第１サーバは、前記受け取ったデータを、前記制御装置により選択された第２サーバへ転送し、
   前記制御装置により選択された第２サーバは、前記第１サーバから転送されたデータに対してネットワーク層又はアプリケーション層における処理を行うことを特徴とする請求項２又は３に記載の制御装置。
5. 前記第１サーバは、前記受け取ったデータを、前記制御装置により選択された第２サーバへ転送し、
   前記制御装置により選択された第２サーバは、前記第１サーバから転送されたデータを、当該データに対してネットワーク層又はアプリケーション層における処理を行う他のサーバに転送することを特徴とする請求項２又は３に記載の制御装置。
6. 前記第１サーバは、Ｌ２トンネルを通じてユーザ装置からのデータを受け取り、
   前記第１サーバは、前記制御装置によって選択された第２サーバへ、前記Ｌ２トンネルとは異なるＬ２トンネルを通じて前記データを転送することを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の制御装置。
7. 前記ゲートウェイは前記第１サーバを複数含み、
   前記第１サーバは、Ｌ２トンネルを通じて前記ユーザ装置からのデータを受け取り、
   前記制御装置は、前記Ｌ２トンネルの識別子が第２サーバにおいて重複しないように、前記第１サーバが前記ユーザ装置から受け取ったデータの転送先の第２サーバを選択することを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の制御装置。
8. 前記ゲートウェイは前記第１サーバを１つ以上含み、
   前記１つ以上の第１サーバはクラウド上の仮想マシンであり、
   前記制御装置は、
   前記１つ以上の第２サーバの性能を変更する動作と、
   前記１つ以上の第２サーバの処理状況を監視する動作とを更に行い、
   前記制御装置は、
   前記１つ以上の第１サーバの性能の変更と、前記１つ以上の第２サーバの性能の変更とを互いに異なる指標に基づいて行うことを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の制御装置。
9. 前記制御装置は、前記１つ以上の第１サーバの性能の変更をネットワーク性能に基づいて行い、前記１つ以上の第２サーバの性能の変更を計算性能に基づいて行うことを特徴とする請求項８に記載の制御装置。
10. 前記第２サーバと前記外部ネットワークとがＬ２トンネルを通じて通信することを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項に記載の制御装置。
11. 前記第２サーバと前記外部ネットワークとがＬ３接続を通じて通信することを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項に記載の制御装置。
12. コンピュータを、移動体通信システムのコアネットワークのエンドポイントとして機能するゲートウェイの制御装置として動作させるためのプログラムであって、
    前記ゲートウェイは、ユーザ装置からのデータを受け取る第１サーバと、前記第１サーバが受け取ったデータを外部ネットワークに転送する１つ以上の第２サーバとを含み、
    前記プログラムは、
    前記１つ以上の第２サーバの性能を変更する動作と、
    前記１つ以上の第２サーバの処理状況を監視する動作と、
    前記１つ以上の第２サーバの処理状況に応じて、前記第１サーバが前記ユーザ装置から受け取ったデータの転送先の第２サーバを前記１つ以上の第２サーバから選択する動作とを前記コンピュータに行わせることを特徴とするプログラム。
13. 前記１つ以上の第２サーバはクラウド上の仮想マシンであることを特徴とする請求項１乃至１１の何れか１項に記載の制御装置。

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