JP6790132B2 - Ｓｄｎベースの移動通信システム及びそのようなシステムの運用方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＳＤＮベースの移動通信システムを運用する方法であって、該システムは、コントロールプレーン及びデータプレーンを含みそれらの間にネットワークコントローラーが実装されたモバイルネットワークを含む方法に関する。更に、本発明はＳＤＮベースの移動通信システムに関する。

略語一覧

ＭＴＣ（Machine Type Communication：マシンタイプ通信）、Ｖ２Ｘ（Vehicle-to-X：ブイツーエックス）などの通信パラダイムのユーザトラフィックや多様化の爆発が予見される中、現在の集中型モバイルネットワーク（例えば、ＥＰＣ）アーキテクチャはスケーラビリティー問題、準最適ルーティング、又はオーバーヘッドや複雑性の増大を引き起こす傾向がある。多くの通信事業者やベンダーは既に、ネットワーク内でのトラフィック分散の向上、ユーザデータトラフィック用の複数のアンカーポイントの設定、及びネットワークエッジでのインターネットサービスのユーザへの近接化に加えて、モビリティサポートのユーザニーズへの適応及び関連するオーバーヘッドの削減に着眼している。

３ＧＰＰによる技術レポートTR 23.799（3GPP TR 23.799, Study on Architecture for Next generation System, v0.4.0, 2016-04を参照）は、５Ｇに向けたシステムアーキテクチャの進化への地ならしに最も適切な文書の１つである。この文書には、次世代システムが直面し変換しなければならないいくつもの要求事項と重要課題が評価段階にある潜在的変換法とともにまとめられている。

次世代移動通信アーキテクチャへの移行を可能にしネットワーク機能の柔軟なデプロイ、スケーリング、ソフトウェア化などの関連する要求事項を満たすために様々な方策が採用される。そのいくつかを以下に列挙する。

１）データプレーン機能からコントロールプレーン機能を分離して両者の間に通信基準点を有する論理的かつ物理的に分離した実体にする。（「データプレーン」という用語に関して、このテーマに関連する文献、更に様々なＳＤＯにより作成される文書において、「ユーザプレーン」及び「データプレーン」という用語は同じ意味を持ち実際は交換可能に用いられることに留意されたい。本発明の文脈においても別段の指定がない限りこの習慣を採用する。）
２）コントロールプレーン機能を仮想化しデータプレーンネットワークトポロジーを抽象化する。
３）ネットワークコントローラー（例えば、ＳＤＮコントローラー）を活用してコントロールプレーンに向かうネットワークを抽象化しコントロールプレーン機能（群）（アプリケーションロジック）とネットワークコントローラー（ネットワークビュー）との明確な分離を可能にする。
４）装置タイプ並びにモビリティ及び通信パターンの将来の多様化のためにネットワーク管理を簡素化する。
５）分離されたネットワークスライスを可能にする。一般的で共有されたデータプレーンリソースに対応付けられる必要のあるデータプレーンスライスも、コントロールプレーンに対して、抽象図、例えば、トポロジーグラフとして表される。
６）モバイル機器とそれに対応する１つ又は複数のサービスとの間のデータパスを短くすることによりトラフィックファンアウトの向上を可能にする。
７）トラフィックを要求せずに対応する分散型サービス（例えば、中央、エッジ、ローカルＰＯＰ（Point-of-Presence：接続点）からモバイル機器のＩＰアドレスを提供して単一のモビリティアンカー（例えば、ＰＤＮゲートウェイ）を横切ることにより現在の３ＧＰＰのＡＰＮやＰＤＮの接続概念を打ち破る。
８）パケットオーバーヘッドを減らしオーバーレイモビリティアンカー間でパケットを転送するためのトンネルを回避する。

３ＧＰＰは既にこの問題に着眼し始め「ＥＰＣノードにおけるコントロールプレーンとユーザプレーンの分離−しばしばＣＵＰＳ（Control User Planes Separation：コントロール／ユーザプレーン分離）と呼ばれる−に関する研究（3GPP TR 23.714, Study on control and user plane separation of EPC nodes, v0.4.0, 2016-04を参照）を発表しているが、ユーザプレーン構成のいくつかの態様をコントロールプレーン機能からネットワークコントローラーに肩代わりさせるためにネットワークコントローラーとＳＤＮパラダイムを使用することはまだ探求していない。

上記の観点から、本発明の目的は、データプレーン構成上の課題を可能な限りコントロールプレーン機能からネットワークコントローラーに肩代わりさせるＳＤＮパラダイムを活用しながらモバイルデータトラフィックを効率的に搬送できるようにＳＤＮベースの移動通信システム及びＳＤＮベースの移動通信システムを運用する方法を改善及び発展させることである。

本発明によれば、上記の目的はＳＤＮベースの移動通信システムを運用する方法により達成される。前記システムは、コントロールプレーン及びデータプレーンを含みそれらの間にネットワークコントローラーが実装されたモバイルネットワークを含み、前記方法は前記アクセスネットワークからユーザ又はマシンタイプの装置群の位置及び／又は近接性についての情報、更に前記装置群のセッション群を設定するのに必要なルール群及び／又はポリシー群についての情報を有するコントロールプレーン機能を提供し、前記ネットワークコントローラーが特定の機器のセッション確立要求に基づいて前記コントロールプレーン機能との協同動作により、前記特定の機器の接続を可能にするのに必要な前記データプレーン内のルール群を実施するポリシー実施点として好適な１つ又は複数のデータプレーンノードを選択することを含む。

更に、上記の目的はＳＤＮベースの移動通信システムにより達成される。前記ＳＤＮベースの移動通信システムは、
コントロールプレーン及びデータプレーンを含むモバイルネットワークと、
前記アクセスネットワークからのユーザ又はマシンタイプの機器群の位置及び／又は近接性についての情報、更に前記機器群のためにセッションを設定するために必要なルール群及び／又はポリシー群についての情報を保持する、前記コントロールプレーンに実装されたコントロールプレーン機能と、
前記コントロールプレーン及び前記データプレーン間に実装されたネットワークコントローラーであって、前記コントロールプレーン機能との協同動作を可能にするインターフェースと、前記コントロールプレーン機能から受信した情報を用いて特定の機器のセッション確立要求に基づいて、前記特定の機器の接続を可能にするのに必要なルール群を前記データプレーン内で実施するためのポリシー実施点として好適な１つ又は複数のデータプレーンノードを選択する選択手段とを含むネットワークコントローラーとを含む。

本発明によれば、上記の目的は分離されたコントロールプレーン機能（例えば、モビリティサポート用アプリケーション）とネットワークコントローラーとの協同動作により達成できそれによりデータプレーンにおけるデータプレーンルール群の分散型生成及びポリシー実施点群の選択及び／又は再選択が可能になることが認識された。実施形態によれば、前記ネットワークコントローラーは、前記データプレーンについての詳細図を持たない（仮想化された）コントロールプレーン機能から受信した情報を用いて前記コントロールプレーン機能と前記ネットワークコントローラーとの協同により物理トポロジー内で１つ又は複数の適切なデータプレーンノードを選択しそれらのデータプレーンノードでルール群を実施する選択手段を備えている。「適切な」データプレーンノードは、前記コントロールプレーンに要求されるような、トンネリング、メータリング、パケットバッファリングなどの必要なリソース及び機能を提供できなくてはならない。

一般に、実施形態によれば、前記データプレーンにおけるポリシー実施点の適切な選択は、前記コントロールプレーン機能と前記ネットワークコントローラー間の通信インターフェース（すなわち、ネットワークコントローラーＮＢＩ）上での適切な情報交換により可能にされたコントロールプレーン機能トポロジー認識及びネットワークコントロール（物理）トポロジー認識に基づく２層トポロジー間の対応付けにより達成される。本発明は、レガシーモビリティコントロールプレーン（例えば、仮想化されたＥＰＣ）及び次世代モバイルコア（５Ｇ）におけるＳＤＮベースデータプレーンのイネーブラと見なすことができる。

本発明の実施形態は、ＰＧＷの障害を取り除き、複数のゲートウェイに渡るデータトラフィックの分散を可能にし、データプレーンにおいて非ＧＴＰ通信を用いるという利点を有する。更に、本発明の実施形態は、移動通信用のクラウドネイティブな仮想化されたＳＤＮ対応ネットワークにおけるＳＤＮベースのデータプレーンを可能にし、更にスライスされたコントロールプレーン／データプレーン分離環境におけるモビリティ管理を可能にする。更に、実施形態は、いくつかの機能をＳＤＮコントローラーに肩代わりさせながらモビリティコントロールプレーンに対して一定のデータプレーン制御を維持するという柔軟な実装方法を提供する。一般により高いコストを伴いクリーンさの低い概念を意味する既存の代替方法（例えば、ＤＰＮ及び物理トポロジーをモビリティコントロールプレーンに露出して具体的なＤＰＮを選択する方法）とは異なり、本発明はモビリティコントロールプレーンにおけるＤＰＮについての特定の属性の特定の知識（例えば、ＤＰＮ負荷及びサポートされる機能）を要求しない。

一実施形態によれば、前記コントロールプレーン機能及び前記ネットワークコントローラーとの協同動作は、機器、例えば、モバイルネットワークとのセッションの確立を望むモバイル端末、に関連する情報の前記コントロールプレーン機能から前記ネットワークコントローラーへの送信を含んでもよい。前記コントロールプレーン機能はこの情報を前記機器がそのセッション確立要求を送信したときにシグナリングを介して受信してもよい。前記コントロールプレーン機能が前記機器関連情報を前記ネットワークコントローラーに伝えた又は露出した後、前記ネットワークコントローラーはこの情報に基づいてポリシー実施のための適切なデータプレーンノード群を選択してもよい。

一実施形態によれば、（上記実施形態と同様、限定されないが、機器位置やカプセル化、バッファリングなどの前記データプレーンノードによりサポートされる必要な機能群を含む場合がある）前記機器関連情報に基づいて、前記コントロールプレーン機能は抽象的データプレーンノード又は抽象的データプレーンノードのグループを選択してもよく（ここで、前記選択は前記コントロールプレーンでのトポロジー抽象において実行される、すなわち、前記「抽象的データプレーンノード群」は前記コントロールプレーンでの抽象的トポロジーにおいて扱われる）、その後選択された前記抽象的データプレーンノード又は抽象的データプレーンノードのグループを、例えば、抽象的ノード識別子又は抽象的グループ識別子により、前記ネットワークコントローラーに露出してもよい。前記抽象的データプレーンノード又は抽象的データプレーンノードのグループについての情報に基づいて、前記ネットワークコントローラーはポリシー実施のための適切なデータプレーンノード群を選択してもよい。

機器のセッション確立要求に基づくシグナリングによる最適なデータプレーン機能実体の効率的な選択及び／又は再選択並びに前記コントロールプレーン機能と前記ネットワークコントローラーとの協同に関して、対応するサービス情報（例えば、サービス位置、当該サービスをホストするネットワーク、ＰＤＮ、当該サービスをホストするデータセンター、カプセル化、バッファリングなどのデータプレーンノードによりサポートされる必要な機能）が前記コントロールプレーン機能から前記ネットワークコントローラーに露出されてもよい。その後前記ネットワークコントローラーはこの対応するサービス情報に基づいてポリシー実施のための適切なデータプレーンノード群を選択してもよい。

一実施形態によれば、前記コントロールプレーン機能から前記ネットワークコントローラーに伝えられた前記機器関連情報は前記機器の位置及び／又は近接性についての情報（例えば、アクセスポイント識別子、ジオロケーションなど）を表す位置属性を含んでもよい。シグナリングを介してこの位置属性を受信する場合がある前記コントロールプレーン機能（例えば、モビリティサポートアプリケーション）はその後、以下の様々な方法で実現可能なネットワークコントローラーノースバウンドインターフェースを介して前記機器の位置についての情報を前記ネットワークコントローラー、例えば、SDNコントローラー、に提供してもよい。

一実装によれば、前記コントロールプレーン機能は前記位置属性をそのまま前記ネットワークコントローラーに提供してもよい。前記ネットワークコントローラーは、前記位置属性を適切なデータプレーンノードに対応付けて前記モビリティコントロールプレーンのルール群を実施するためのロジックを保持する。

別の実装によれば、前記コントロールプレーン機能は前記位置属性を用いて前記データプレーンのその抽象図（トポロジーグラフ）上で前記位置を仮想のデータプレーンノード（例えば、トポロジーグラフノードＩＤ又は仮想ノードＩＤ）に対応付けてもよく、前記仮想データプレーンノードＩＤを前記ネットワークコントローラーに伝えてもよい。その後、前記ネットワークコントローラーは前記仮想データプレーンノードＩＤをポリシー実施のための適切なデータプレーンノードに対応付ける。

更に別の実装によれば、前記コントロールプレーン機能は前記位置属性を用いて前記抽象的データプレーントポロジー内で仮想データプレーンノードのグループを特定してもよく、選択された前記仮想データプレーンノードのグループを識別する（データセンター、ネットワークセンター、ローカル接続点（point-of-presence：PoP）などを識別可能な）グループ識別子を前記ネットワークコントローラーに伝えてもよい。その後、前記ネットワークコントローラーは前記グループ識別子をポリシー実施のための適切なデータプレーンノードに対応付ける。

一実施形態によれば、（例えば、限定されないが、モビリティパターン、好適な通信プロファイル、対応するサービスタイプについての情報、データプレーン機能群からの必要なサポートなどを含む）前記機器のコンテキストに関連する属性及び／又は前記機器により使用されているサービスのネットワークに関連する属性に基づいて、前記コントロールプレーン機能は前記位置属性を前記ネットワークコントローラーに伝える際前記ネットワークコントローラーが適切なデータプレーンノードの対応付け及び選択を行うのに役立つ追加情報を付加してもよい。

特に、このような追加情報は、そこから前記機器のＩＰアドレスの決定又は割り当てが行われなくてはならないトポロジー内の前記ネットワークについての状態を含んでもよい。この文脈において、前記ＵＥのＩＰアドレスが、特定されたネットワークに一致しておりそのネットワークにおいてトポロジー的に正しい、すなわち、特定された前記ネットワークのアドレスプレフィックスに一致していることに留意することが重要である。そのため、トランスポートネットワークは前記ＵＥのＩＰアドレスに宛てられたＩＰパケットを特定された前記ネットワークに転送する。例えば、前記コントロールプレーン機能は、前記ネットワークエッジに近接しかつ前記位置属性により特定された位置に近接するローカルＰｏＰのネットワークを特定してもよい。具体的に、前記追加情報はネットワーク識別子、ネットワークＩＰアドレスプレフィックス、データセンター識別子又はネットワークセンター識別子、又はそこから前記機器のＩＰアドレスが決定されるネットワーク内のノードのＩＰアドレスであってよい。この情報は、前記ネットワークコントローラーにより、前記機器のＩＰアドレスがトポロジー的に正しいネットワーク内のＰＥＰを選択するために用いられてもよい。これにより、デフォルトのルート群により転送されるトラフィックが当該ネットワーク内の選択されたＰＥＰにより確実に処理できるようになる。

更に、このような追加情報は、前記機器により用いられているサービスが位置するネットワーク識別子又はプレフィックスなどの前記機器の対応するサービスのネットワークについての情報、又はインターネット相互接続点（Internet Exchange Point：IXP）を提供して接続された機器群にインターネットサービス群を提供するネットワークについての情報を含んでもよい。このようなサービス位置情報は前記サーバのアドレス又は識別子、前記サービスをホストするネットワーク、前記サービスをホストするＰＤＮ、又は前記サービスをホストするデータセンターであってもよく、カプセル化やバッファリングなどの前記データプレーンノードによりサポートされる必要な機能群を含んでもよい。この情報は、前記ネットワークコントローラーにより、対応するサービスに近い又はローカルな前記ネットワーク内のＰＥＰを選択するために用いられてもよく、この情報により、例えば、ポリシー実施又は計測のために、前記機器と対応するサービスとの間のトラフィックが前記サービスの近くで確実に処理できるようになる。

更に、このような追加情報は、対応するサービスタイプについての情報（例えば、ウェブブラウジングのためのインターネットアクセス、ボイスサービス、Ｍ２Ｍ通信など）を含んでもよい。この情報は、前記データプレーンノードがサービス毎のサポート（例えば、バッファリング、データ圧縮など）を提供すべきかどうかを決定するために用いられる。

更に、このような追加情報は、前記モバイル機器のモビリティパターンについての情報（例えば、静止、低速、高速など）を含んでもよい。この情報は、前記ネットワークコントローラーにより、データプレーンノードの再配置回数の最小化につながりうるデータプレーンノードを決定するために用いられてもよい。

更に、このような追加情報は、ルールが適用されるデータプレーンスライスについての情報（例えば、スライス名又は識別子）を含んでもよい。前記ネットワークコントローラーはこのスライス情報を用いてルール群が適用される前記データプレーン上の関連リソースを決定してもよい。

一実施形態によれば、前記コントロールプレーン機能は、結合されたサービングゲートウェイ及びＰＤＮゲートウェイＰ／Ｓ−ＧＷのコントロールプレーン要素群を含む統合されたゲートウェイコントロール機能ＧＷ−Ｃの形で実装されてもよい。本実施形態は、単一の論理モバイルゲートウェイ（例えば、結合されたＳＧＷ＋ＰＧＷ）がモバイルネットワークのコントロールプレーンにデプロイされた場合モバイルユーザのデータトラフィックのために１つ又は複数のＰＥＰを選択する機構を提供する。

一実施形態によれば、前記ポリシー実施点群は前記データプレーン内にあるサービングゲートウェイＳ−ＧＷ及びＰＤＮゲートウェイＰ−ＧＷ要素と入れ替わるように実装されてもよい。

一実施形態によれば、ポリシー実施点群として選択されたデータプレーンノード群の１つは、無線又は有線のアクセスノードに対するインターフェース、例えば、ＥＰＳに適用する場合のＥ−ＵＴＲＡＮ要素群（すなわち、ｅＮｏｄｅＢ）に対するＳ１−Ｕインターフェース、を停止するエッジポリシー実施点として機能してもよい。或いは、ポリシー実施点群として選択されたデータプレーンノード群は、無線又は有線のアクセスノード上に位置するエッジポリシー実施点として機能してもよく、このエッジポリシー実施点はアクセスノード自身であってもよい。

一実施形態によれば、前記ＧＷ−Ｃはモビリティ管理実体（mobility management entity：MME）を用いたシグナリングを介して受信した機器の位置情報に基づいて前記エッジポリシー実行点（エッジＰＥＰ）を決定してもよい。ここで前記ＧＷ−Ｃは前記ＧＷ−Ｃ上に保持された前記トポロジー情報に従って前記機器の位置情報を前記機器の位置に適したエッジポリシー実行点に変換する。

一実施形態によれば、ポリシー実行点群として選択されたデータプレーンノード群の１つ又は複数は、前記機器により要求された各サービスに最も近い、前記ネットワークコントローラーの管理下にある前記転送要素群からなるルートポリシー実行点群として機能してもよい。

一実施形態によれば、前記ルートポリシー実施点（ルートＰＥＰ）の選択又は再選択及び構成は前記ネットワークコントローラーにおける各機器への／各機器からのトラフィックの遮断に応じて引き起こされてもよい。代替実施形態によれば、「デフォルト」のルートＰＥＰは、事前にデータプレーンノードにルートＰＥＰとなるための適切なルール群を供給し対応するエッジＰＥＰを各機器からそのデフォルトルートＰＥＰへのトラフィックを伝達又は転送するためのルール群及び／又はそのデフォルトルートＰＥＰから各機器へのトラフィックを伝達又は転送するためのルール群で構成することにより（すなわち、アップリンク及びダウンリンク構成）選択される。

本発明の内容を有利なやり方で設計し発展させる方法がいくつもある。このため、従属する請求項、及び図示された、例としての本発明の好適な実施形態についての以下の説明を参照されたい。図に補助された本発明の好適な実施形態の説明と関連して、本発明の内容の一般的に好適な実施形態及び更なる進展が説明されよう。

図１は本発明の実施形態によるＳＤＮベースの移動通信アーキテクチャにおけるコントロールプレーン機能群、ネットワークコントロール、及びデータプレーンリソース群の分離を示す模式図である。 図２は本発明の実施形態によるＳＤＮベースの移動通信アーキテクチャのモビリティコントロールプレーンの視点からのデータプレーンの抽象図である。 図３は、本発明の実施形態による結合されたＳＧＷ／ＰＧＷと接続して動作するコントロールプレーン及びユーザプレーンの処理を示す図である。 図４は、本発明の実施形態によるＳＤＮベースのＣＵＰＳ（Control User Planes Separation：コントロールユーザプレーン分離）アーキテクチャを示す模式図である。 図５は、本発明の実施形態によるエッジＰＥＰ選択機構を示す図である。 図６は、本発明の実施形態によるルートＰＥＰ構成機構を示す図である。

図１は、冒頭部に記載された態様のいくつかの実現を試み文書3GPP TR 23.799: “Study on Architecture for Next generation System, v0.4.0, 2016-04”に記載された重要問題のいくつかを解決するＳＤＮベースのアーキテクチャ１を示す。この文書において、冒頭部に記載された概要の重要課題１）〜６）は提案されたアーキテクチャにより取り組むことが可能であるとされていることに留意されたい。具体的に、図１は、ネットワークコントローラー３に接続されネットワークコントローラー３を活用してデータプレーンノード群（Data-Plane Nodes：DPNs）４内のルールを実施してＵＥ５のモバイルデータトラフィックを搬送するコントロールプレーン機能２の典型図を示す。以後詳細に説明される本発明の実施形態に関連して、ネットワークコントローラー３の概念は実際はＳＤＮパラダイムからの概念を介して、従ってＳＤＮコントローラー６を介して実現される。しかしながら、当業者には容易に理解されるように、ＳＤＮ概念ではないが同様の考え方に依存する物理的かつ論理的に分離されたコントロールプレーン及びデータプレーンを有する様々な実装も可能である。

コントロールプレーンがデータプレーンから分離されＳＤＮコントローラー６がそれらの間にあるデプロイに最も関連する課題の１つは、関連する情報を配信して適切なデータプレーンノード４を選択し選択された１つ又は複数のデータプレーンノード４に対するルールの実施により必要なデータプレーンパスを設定することである。コントロールプレーン機能２がセッション状態についての情報、例えば、機器状態、位置情報、及び通信エンドポイント、を保持する一方、ＳＤＮコントローラー６はネットワーク関連の情報、例えば、物理トポロジー、及びデータプレーンノード４のサポートされた機能及び負荷、を保持する。このような分解及び分散されたアーキテクチャの課題は、コントロールプレーンとＳＤＮコントローラー６とが相互作用して上記リストに従って所望の動作を可能にしデータプレーンにモビリティセッション状態及び合意されたサービスレベルを適切に反映させることである。

本発明の実施形態は、ＳＤＮパラダイムを抽象層として活用してコントロールプレーンに分散型でＩＰネイティブのデータプレーンを稼働させる。この文脈において、１つ又は複数のＤＰＮ ４をユーザトラフィック用のポリシー実施点（Policy Enforcement Points：PEPs）として選択することは、データパスの構築において決定的な役割を果たす。必要に応じて、ＳＤＮコントローラー６は、例えば、図１において点線で示されるように分散型データセンター間にトランスポートＳＤＮを実現するために、ＰＥＰ間のトランスポートノードに接続されてもよい。

一般に、ＣＵＰＳ（コントロールユーザプレーン分離）を有するアーキテクチャにおいて、コントロールプレーン機能２は、アクセスネットワーク（特に、無線アクセスノード７）から、モバイル機器５の近接性についての情報（位置情報、アクセスポイント識別子など）、更にモバイル機器５のコンテキストについての情報（モビリティパターン、好適な通信プロファイル、対応するサービスタイプについての状態、要求されるデータプレーン機能からのサポートなど）を受信してもよい。図１には示されていないが、このアクセスノードは固定アクセス（例えば、ｘＤＳＬ）用のアクセスノードであってもよいことを理解すべきである。コントロールプレーン機能２は機器、すなわち、図１のＵＥ５の接続を可能にするためにデータプレーン内で実施しなければならないルールを認識しており、データプレーンの抽象図を、例えば、抽象トポロジーグラフとして認識している場合があるが、その代わりにＳＤＮコントローラー６に属する十分詳細なトポロジー及びルーティングに関する情報は持たない。

コントロールプレーン機能２はプログラミングのため及びモバイル機器のトラフィックを供給するデータプレーンルールの実施のための詳細図もデータプレーンノード４への直接アクセスも持たないため、適切なデータプレーンノード４の選択はコントロールプレーン上では容易に実行できない。これは図２から明らかであり、図２は典型的なデータプレーントポロジー２０（図２の下部を参照）をコントロールプレーン（図２の上部を参照）における対応するトポロジー抽象２１とともに模式的に示している。

一方、ＳＤＮコントローラー６はモバイル機器５に適したセッションを設定するために必要なルールやポリシーを保有していない。

異なるネットワークスライスに関連付けられたデータプレーンリソースを分離するスライスネットワークの場合、コントロールプレーン機能２はセッション情報から特定のルールがどのデータプレーンスライスに当てはまるかを認識しているが、各ルールがどの物理データプレーンノード４に当てはまるかは認識していない。ＳＤＮコントローラー６は、物理データプレーンについての詳細図を有しまたどのデータプレーンスライスがどのデータプレーンリソースにより実現されるかを認識している場合があったとしても、加入者／データセッションとデータプレーンネットワークスライスとの関連についての情報は持っていない。

従って、本発明の実施形態によれば、データプレーンノード４の選択は、適切な情報がそれらの間で交換されるという条件で、コントロールプレーン機能２とＳＤＮコントローラー６との協同により実行される。一般に、本発明の実施形態はコントロール／データプレーン分離アーキテクチャにおいて適切なＤＰＮ（群）４でのルールの選択と構成を可能にしこれらのＤＰＮ４をモバイル機器５に接続を提供するためのポリシー実施点８として扱う。そのため、本発明の実施形態は、以下により詳細に述べるように、コントロールプレーン機能２、ＳＤＮコントローラー８間の適切なインターフェース機構を提供して適切なデータプレーンノード４を一貫して選択できるようにする。

現在のモバイルネットワーク用アーキテクチャ、例えば、3GPP TS 23.401に準拠したＬＴＥネットワーク用ＥＰＳ、への適用を考えた場合、本発明の実施形態は単一のＰＧＷコントロールインスタンスの制御下での複数のＰＧＷのユーザプレーン要素の同時利用を可能にする。

具体的に、本発明の一実施形態によれば、このアーキテクチャは、まずＳＧＷとＰＧＷとを結合し次に結合した実体をコントロールプレーン要素とユーザプレーン要素に分割することからなる文書3GPP TR 23.714, Study on control and user plane separation of EPC nodes, v0.4.0, 2016-04に提案された結合したS/P-GWの機能的分割の一部を再利用する。そのセクション６．１、特にサブセクション６．１．２が参照により本明細書に組み込まれている、上に引用された3GPP TR 23.714に提案された分離が、適切なインターフェース機構の実施形態とともに図３に示されている。コントロールプレーンＣＰの実体が図３の上部に示され、一方、ユーザプレーンＵＰの実体が図３の下部に示されている。

本発明の実施形態によれば、図３のＰ／Ｓ−ＧＷ ＣＰ要素を表す統合されたゲートウェイコントロール機能（以下、ＧＷ−Ｃと略す）が導入される。図４に示すように、ＧＷ−Ｃ９はＭＭＥ（Mobility Management Entity：モビリティ管理実体）１０に対するインターフェースＳ１１に加えてＰＣＲＦ（Policy and Charging Rules Function：ポリシー及びチャージルール機能）１１に対するインターフェースＧｘの停止を担当する。

図４の実施形態に示すように、データプレーン内にあるＳＧＷ、ＰＧＷ要素はポリシー実施点（ＰＥＰ）８に置き換えられている。ＰＥＰ８は、フローベースでパケットに対し所定のポリシー（ＱｏＳ、ＮＡＴなど）を実施できるデータプレーンノード４（すなわち、スイッチやルーターなどの転送要素）である。ＰＥＰ８にはエッジＰＥＰ８ａとルートＰＥＰ８ｂの２つの種類がある。これらのＰＥＰはともにＳＢＩプロトコル（例えば、限定されないが、OpenFlow）を用いてＳＤＮコントローラー６により設定される。

図４に示すように、エッジＰＥＰ８ａはＥ−ＵＴＲＡＮ要素１２（例えば、ｅＮｏｄｅＢ）に対するインターフェースＳ１−Ｕを停止させる。エッジＰＥＰ８ａはｅＮＢｓとの後方互換性を維持でき従ってＳＧＷデータプレーン機能の一部をエミュレートできるＧＴＰ−Ｕである。

ルートＰＥＰ８ｂは、ＳＤＮコントローラー６の管理範囲（ＳＤＮドメイン）にある、要求されたサービスに最も近接した転送要素である。エッジ及びルートＰＥＰ８ａ、８ｂはローカルブレークアウトデプロイを可能にするようにコロケートされてもよい。

図４に示すように、ＵＥ５への特定のアクセスリンク対して１つのエッジＰＥＰ８ａがあり、一方（図４には明確に示されていないが）トラフィックパターン及び要求されたサービスに従って複数のルートＰＥＰ８ｂがあってもよい。

３ＧＰＰの提案によるＳｘａ及びＳｘｂ基準点（又はこの２つの組み合わせ）はＳＤＮコントローラー６が介在するＮＢＩ及びＳＢＩプロトコルの連結に置き換えられている。

図２に示すように、図４のＳＤＮコントローラー６はネットワーク内のスイッチング要素のトポロジー及び対応するリンクを維持する。ＧＷ−Ｃ９は対象となるエッジ及びルートＰＥＰ８ａ、８ｂを表す論理トポロジーを維持する。ＳＤＮ−Ｃ範囲内の一塊のＤＰＮはＧＷ−Ｕ範囲内の単一のＰＥＰに変換可能である。論理エッジＰＥＰ８ａとＰＥＰ機能を実装する機器との対応付けはＧＷ−Ｃ９に透過的でありＳＤＮコントローラー６により稼働される。

図５は本発明の一実施形態によるエッジＰＥＰ８ａ選択手順を示す。

現行のＥＰＣ動作においては、ＳＧＷは主にネットワークトポロジーに基づいて選択され、更に負荷バランシングなどの他の基準に基づいて選択される。本発明の実施形態によれば、このような選択はエッジＰＥＰ８ａ選択への対応付けが可能なため、３ＧＰＰのセマンティクスをＮＢＩプロトコル用のセマンティクスへ適切に変換する必要がある。

そのために、以下の論理ステップを考慮してもよい。

１）ＭＭＥ１０は対応するイベントを選択されたＳＧＷに信号で伝えるＥＰＣ内の実体である。従って、信号伝達対象は暗黙的にＳＧＷ選択過程を表している。

２）提案されたアーキテクチャでは、ＭＭＥ１０によるシグナリングを停止させるＧＷ−Ｃ９が１つだけ存在する場合があるので、ＧＷ−Ｃ９は自身でエッジＰＥＰ８ａを決定しなくてはならないためにＳＧＷ選択ロジックは多少失われる。

３）ＧＷ−Ｃ９によりなされる選択は、ＭＭＥ１０によるシグナリングで伝達されるＵＥ５位置情報により主に援助されるべきである。ＵＥ５のコンテキストに関連する他の機器属性（例えば、モビリティパターン、通信プロファイルなど）も選択過程で用いることができる。

４）ＧＷ−Ｃ９により維持されるトポロジーに基づき、ＧＷ−Ｃ９はＵＥ５の位置をその位置に適したエッジＰＥＰ８ａに変換する。

５）エッジＰＥＰ８ａについての情報は、ＳＤＮコントローラー６がＧＷ−Ｃ９により示されるエッジＰＥＰ８ａをこの目的にかなう場合のあるＤＰＮの塊に割り当てるのを可能にする形でＮＢＩを介してＳＤＮコントローラー６に伝えられる。従ってこの情報はＳＢＩプロトコル内の情報要素と規定される。この要素は様々な名称を有していてもよく、本例では、地域ＩＤ（ＲＩＤ）と名付ける。

６）ＲＩＤに基いて、ＳＤＮコントローラー６はＤＰＮの塊を決定し、内部メトリック、例えば、経路最適化、負荷バランシングなどに基づいて塊の中から最も適切なＤＰＮを選ぶ。

既に述べたように、図５はＥＰＣに統合されたエッジＰＥＰ８ａの選択手順に関する本発明の一実施形態を示す。本実施形態によれば、当該手順は以下のステップを含み、ステップの番号付けは図に示された表示に従う（ただし、当業者には容易に理解されるように、特定のステップは以下の順序とは異なる順序で実行されてもよく、又は異なる方法で実行されてもよく、又は省略されてもよい）。

１．ＵＥ５が接続され次第、ＭＭＥ１０は“Ｅ−ＵＴＲＡＮセルグローバルＩＤ（ＥＣＧＩ）”パラメーターを介してｅＮＢ粒度でのＵＥ５の位置を含む“セッション生成要求”メッセージをＧＷ−Ｃ９に転送する。

２．加入者情報、要求されたＰＤＮ１３、及びデフォルトベアラ用のＴＦＴに基づき、ＧＷ−Ｃ９はモバイルネットワーク内でのＵＥ５のトラフィックを扱うためのルールを算定する。ルールはＰＯＲＴ−ＩＤと呼ばれるキーに関連付けられる。それらのルールはカプセル化／非カプセル化、ＮＡＴ、ＱｏＳクラスなどの様々な特性に基づいてデータトラフィックがモバイルネットワーク内で受ける処理を含む。ＥＣＧＩパラメーターから、ＧＷ−Ｃ９はエッジＰＥＰ８ａを選択する、すなわち、ＧＷ−Ｃ９は非カプセル化アクション用のトラフィックルールに結合される、インターフェースＳ１−Ｕの上り方向で用いられるＳＧＷのＩＰアドレス及びＴＥＩＤを算定する。更にＧＷ−Ｃ９は、ＵＥ５に、エッジＰＥＰ８ａが存在するネットワーク内でトポロジー的に有効なＩＰｖ４アドレス（又はＩＰｖ６のプレフィックス）を割り当てる。

３．トラフィックルールはＥＣＧＩに基づいてＲＩＤとともにＮＢＩを介してＳＤＮコントローラー６へ伝えられる。ＲＩＤはＧＷ−Ｃ９に保持されるトポロジーマップに従ってエッジＰＥＰ８ａを識別するパラメーターである。

４．ＳＤＮコントローラー６は、ＲＩＤ及びＳＧＷのＩＰアドレスからエッジＰＥＰ８ａとして適切な転送要素（ＤＰＮ）を導き出す。必要に応じて、ＳＤＮ−ＣはＤＰＮを選択する際（トラフィックルールに示された）ＵＥ５のＩＰアドレスを考慮してもよい。ＳＤＮコントローラー６はその後、エッジＰＥＰ８ａを設定するためにトラフィックルールをＳＢＩ命令に変換する。

５．ＤＰＮ４は、上りトラフィックに適切なトラフィックルールで、すなわち、規定されたＴＥＩＤを保持する、ＲＡＮから受信したパケットを非カプセル化することを示すトラフィックルールでＳＤＮコントローラー６により設定される。

６．ＳＤＮコントローラー６はＧＷ−Ｃ９に対するルール生成要求を承認する。

７．ＧＷ−Ｃ９はＭＭＥ１０に対し適切なメッセージ、すなわち、セッション生成応答で応答する。

８．ＭＭＥ１０、ｅＮＢ１２、ＵＥ５間でレガシーＥＰＳ動作が実行されてＵＥ５のＲＲＣが構成されるとともに、対応する上りトラフィックルール（ＳＧＷのＩＰアドレス及びＴＥＩＤ）及び下りトラフィックルール（ｅＮＢのＩＰアドレス及びＴＥＩＤ）でｅＮＢ１２が構成される。ＭＭＥ１０は下りトラフィックのためのｅＮＢ１２のＩＰアドレス及びＴＥＩＤをＧＷ−Ｃ９に送る。

９．ＧＷ−Ｃ９はｅＮＢ１２のＩＰアドレス及びダウンリンクＳ１ ＴＥＩＤをＵＥ５のトラフィック用ルールに付加する。これらのパラメーターはＳＤＮコントローラー６へ送られる。

１０．ＳＤＮコントローラー６はそのルールの記述を更新しエッジＰＥＰ８ａであるＤＰＮ４に対する指示を作成する。

１１．ＤＰＮ４は、宛先アドレスであるＵＥ５のＩＰアドレスにマッチするトラフィックを適切なｅＮＢ１２のＴＥＩＤ及びＩＰアドレスでカプセル化するように設定される。

１２．エッジＰＥＰ８ａの構成を終了するために、ＳＤＮコントローラー６により承認がＧＷ−Ｃ９に送られる。

１３．ＧＷ−Ｃ９はＭＭＥ１０との対話を終了する。

図６は本発明の一実施形態によるルートＰＥＰ８ｂ構成手順を示す。本実施形態によれば、ＩＰネイティブのパケットコアは以下の検討につながるＥＰＣのＳＧＷ、ＰＧＷ間のインターフェースＳ５との実質的な違いに基づくものである：

エッジＰＥＰ８ａ及びルートＰＥＰ８ｂからのデータ経路にはＧＴＰトンネリングが存在しない。その代わりに、標準的ＩＰルーティングを用いてそれらの間のトランスポートリンクでパケットを伝送してもよい。更に、同一のＰＤＮ１３のために複数のルートＰＥＰ８ｂがユーザに対応してもよい。（図４に示すような）ルートＰＥＰ８ｂを構成するための動作フローは以下のように実行されてもよい（ステップの番号付けは図に示された表示に従う。ただし、当業者には容易に理解されるように、特定のステップは以下の順序とは異なる順序で実行されてもよく、又は異なる方法で実行されてもよく、又は省略されてもよい）。

１．ＵＥ５により生成された又はＵＥ５に宛てられたデータトラフィックは最終的にルートＰＥＰ８ｂとして適格なＤＰＮ４に当たる。
ａ．ＵＥ５はひとたびＲＲＣの構成を終了すると上りトラフィックを送ってもよい。ユーザパケットはエッジＰＥＰ８ａにより宛先に向けて転送され最終的にデフォルトのルールなしにＤＰＮ４により遮断される、若しくは
ｂ．ＵＥ５に宛てられた下りパケットはＵＥ５用の下りルールなしにＤＰＮ４に引き寄せられる。

２．ＳＤＮ機構、例えば、OpenFlowにおけるPacket_INメッセージを用いたＤＰＮ４はＳＤＮコントローラー６に通知してマッチング用のパケットのヘッダー（例えば、パケットヘッダーの５つ組に対するもの）を伝達する。

３．ＳＤＮコントローラー６はＵＥ５用のルール定義を検索する。ＳＤＮコントローラー６はそのルールからルートＰＥＰ８ｂ指示を導き出す。多数のルールが当てはまる場合、最も適切な一致項目を持つものを選択する。当てはまるルールがない場合、ＳＤＮコントローラー６はその要求を廃棄する。

４．ＳＤＮコントローラー６はＤＰＮ４を設定する。

５．ＤＰＮ４はルートＰＥＰ８ｂとして機能するためのポリシーを組み込む。

上記の本発明の実施形態によれば、データ構造及び機能は基本的に以下のようにまとめられてもよい。

ＧＷ−Ｕ及び論理ＰＥＰトポロジーに関して、Ｅ−ＵＴＲＡＮを複数の領域に分割し各領域が同一のエッジＰＥＰ８ａの責任下に置かれることを検討することが重要である。位置以外に追加のメトリックを考慮してもよい。例えば、ユーザモビリティパターン（例えば、列車の軌跡）が既知であれば、エッジＰＥＰ８ａ間のハンドオーバーを最小化するための領域を作ってもよい。

ＧＷ−Ｕにおいてフロールールに対応付けられたベアラに関して、ＭＭＥ１０やＰＣＲＦ１１などのＥＰＣコントロール実体は、ポリシーをベアラに分類されたものとして参照する。ベアラはＡＰＮに関連付けられている。ＧＷ−Ｃ９はそのようなベアラをキー、例えば、ＰＯＲＴ−ＩＤと呼ばれるキー（図５のステップ２を参照）、により特定されるフロールールに対応付ける必要がある。ＰＯＲＴ−ＩＤにより転送ディスクリプタをすばやく検索してトラフィックセレクターをフロー用特性に対応付けることが可能になる。

一方、ＳＤＮコントローラー６は転送要素及びリンクの観点からネットワークのトポロジーを維持するように構成されてもよく、ＰＥＰの位置を機器に対応付けてもよい。また、ＳＤＮコントローラー６はＰＯＲＴ−ＩＤの検索結果をＳＢＩ指示に変換してもよい。更に、ＳＤＮコントローラー６はネットワークの機器に対して実施されるルールの一覧を維持するように構成されてもよい。この一覧は、ユーザに対応付けられたルールが複数のＤＰＮ４に適用される場合であってもそれらのルールがすばやく取り出せるように実現されるべきである。

ここで説明した本発明の変形例や他の実施形態が、本発明が関係し上記の説明や添付の図面に示された内容の恩恵を受ける当業者により想到されよう。従って、本発明は開示された特定の実施形態に限定されるべきではなく、変形例や他の実施形態が添付の特許請求の範囲に含まれることが意図されていると理解すべきである。ここでは特定の用語が使われているが、それらは限定する目的ではなく一般的及び説明的意味で使われている。

Claims (16)

1. ＳＤＮベースの移動通信システムを運用する方法であって、前記システムは、コントロールプレーン及びデータプレーンを含みそれらの間にネットワークコントローラー（３）が実装されたモバイルネットワークを含み、前記方法は
   アクセスネットワークから受信する、ユーザ又はマシンタイプの機器の位置及び／又は近接性についての情報と、前記機器のセッションを設定するのに必要なルール及び／又はポリシーについての情報と、を有するコントロールプレーン機能（２）を提供し、
   前記ネットワークコントローラー（３）が、前記コントロールプレーン機能（２）と前記ネットワークコントローラー（３）の間の通信インターフェイスを介した情報交換を含む、コントロールプレーン機能（２）との協同動作により、特定の機器（５）のセッション確立要求に基づいて、前記特定の機器（５）との接続を可能にするのに必要な前記データプレーン内のルールを実施するポリシー実施点（８）として好適な１つ又は複数のデータプレーンノード（４）を選択することを含む、方法。
2. 前記コントロールプレーン機能（２）と前記ネットワークコントローラー（３）との協同動作は
   機器（５）のセッション確立要求に基づいて前記コントロールプレーン機能（２）においてシグナリングを介して機器（５）関連情報を受信し、
   前記コントロールプレーン機能（２）が前記機器（５）関連情報を前記ネットワークコントローラー（３）に伝え、
   前記ネットワークコントローラー（３）が前記機器（５）関連情報に基づいてポリシーの実施に好適なデータプレーンノード（４）を選択することを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記コントロールプレーン機能（２）と前記ネットワークコントローラー（３）との前記協同動作は
   機器（５）のセッション確立要求に基づいてシグナリングを介して前記コントロールプレーン機能（２）において機器（５）関連情報を受信し、
   前記コントロールプレーン機能（２）が、前記機器（５）関連情報に基づいて、コントロールプレーンの抽象トポロジーで処理される抽象的データプレーンノード又は抽象的データプレーンノードのグループを選択しその後選択された前記抽象的データプレーンノード又は抽象的データプレーンノードのグループを前記ネットワークコントローラー（３）に公開し、
   前記ネットワークコントローラー（３）が前記抽象的データプレーンノード又は抽象的データプレーンノードのグループについての情報に基づいてポリシーの実施に好適なデータプレーンノード（４）を選択することを含む、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記コントロールプレーン機能（２）から前記ネットワークコントローラー（３）に伝えられた前記機器（５）関連情報は、前記機器（５）の位置及び／又は近接性についての情報を表す位置属性を含む、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
5. 前記ネットワークコントローラー（３）は前記位置属性をポリシーの実施に好適なデータプレーンノード（４）に対応付ける、請求項４に記載の方法。
6. 前記コントロールプレーン機能（２）は前記位置属性を用いて前記データプレーンの前記コントロールプレーン機能の抽象図上で前記位置を仮想データプレーンノードに対応付け前記仮想データプレーンノードの識別子を前記ネットワークコントローラー（３）に伝え、次に前記ネットワークコントローラー（３）が前記識別子をポリシーの実施に好適なデータプレーンノード（４）に対応付ける、請求項４又は５に記載の方法。
7. 前記コントロールプレーン機能（２）は前記位置属性を用いて前記データプレーンの前記コントロールプレーン機能の抽象図上で仮想データプレーンノードのグループを特定し選択された前記仮想データプレーンノードのグループを特定するグループ識別子を前記ネットワークコントローラー（３）に伝え、次に前記ネットワークコントローラー（３）が前記グループ識別子をポリシーの実施に好適なデータプレーンノード（４）に対応付ける、請求項４〜６のいずれかに記載の方法。
8. 前記コントロールプレーン機能（２）から前記ネットワークコントローラー（３）に伝えられた前記機器（５）関連情報は、前記機器（５）のコンテキストに関連する情報及び／又は前記機器（５）によって利用されている前記サービスの前記ネットワークに関連する情報を含む、請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
9. 前記コントロールプレーン機能（２）は、結合されたサービングゲートウェイ及びＰＤＮゲートウェイＰ／Ｓ−ＧＷのコントロールプレーン要素を含む統合されたゲートウェイコントロール機能ＧＷ−Ｃ（９）の形で実装される、請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
10. 前記ポリシー実施点（８）は前記データプレーンにあるサービングゲートウェイ及びＰＤＮゲートウェイ要素と入れ替わるように実装される、請求項１〜９のいずれかに記載の方法。
11. ポリシー実施点（８）として選択された前記データプレーンノード（４）の１つは、前記無線又は有線アクセスノード（７）に対するインターフェースを停止するエッジポリシー実施点（８ａ）として機能する、請求項１〜１０のいずれかに記載の方法。
12. ポリシー実施点（８）として選択された前記データプレーンノード（４）の１つは、前記無線又は有線アクセスノード（７）上にあるエッジポリシー実施点（８ａ）として機能する、請求項１〜１０のいずれかに記載の方法。
13. 前記ＧＷ−Ｃ（９）はモビリティ管理実体（１０）を用いたシグナリングを介して受信した機器（５）の位置情報に基づいて前記エッジポリシー実施点（８ａ）を決定し、
    前記ＧＷ−Ｃ（９）は前記ＧＷ−Ｃ（９）上に保持された前記トポロジー情報に従って前記機器（５）の位置情報を前記機器（５）の位置に適したエッジポリシー実施点（８ａ）を示す情報に変換する、請求項９〜１２のいずれかに記載の方法。
14. ポリシー実施点（８）として選択された前記データプレーンノード（４）の１つ又は複数は、前記機器（５）により要求された各サービスに最も近い、前記ネットワークコントローラー（３）の管理下にある前記転送要素からなるルートポリシー実施点（８ｂ）として機能する、請求項１〜１３のいずれかに記載の方法。
15. ルートポリシー実施点（８ｂ）の選択及び構成は前記ネットワークコントローラー（３）での前記各機器（５）への／からのトラフィックの遮断に応じて引き起こされる、又は
    デフォルトのルートポリシー実施点が、事前にデータプレーンノードにルートポリシー実施点（８ｂ）となるための適切なルールを供給しトラフィックを前記デフォルトのルートポリシー実施点から前記各機器（５）へ伝送しかつ／又は前記デフォルトのルートポリシー実施点を介して前記機器（５）からのトラフィックを転送するためのルールを用いて前記エッジポリシー実施点（８ａ）を構成することにより選択される、請求項１〜１４のいずれかに記載の方法。
16. コントロールプレーン及びデータプレーンを含むモバイルネットワークと、
    前記アクセスネットワークから受信する、ユーザ又はマシンタイプの機器の位置及び／又は近接性についての情報と、前記機器のためにセッションを設定するために必要なルール及び／又はポリシーについての情報と、を保持する、前記コントロールプレーンに実装されたコントロールプレーン機能（２）と
    前記コントロールプレーン及び前記データプレーン間に実装されたネットワークコントローラー（３）であって、前記コントロールプレーン機能（２）との協同動作を可能にするインターフェースと、前記コントロールプレーン機能（２）から受信した情報を用いて、特定の機器（５）のセッション確立要求に基づいて、前記特定の機器（５）の接続を可能にするのに必要なルールを前記データプレーン内で実施するためのポリシー実施点（８）として好適な１つ又は複数のデータプレーンノード（４）を選択する選択手段とを含むネットワークコントローラー（３）とを含む、特に請求項１〜１５のいずれかに記載の方法を実施するためのＳＤＮベースの移動通信システム。