JP7000275B2

JP7000275B2 - 移動通信ネットワーク

Info

Publication number: JP7000275B2
Application number: JP2018154064A
Authority: JP
Inventors: メテッピョー; 佳憲北辻
Original assignee: KDDI Research Inc
Current assignee: KDDI Research Inc
Priority date: 2018-08-20
Filing date: 2018-08-20
Publication date: 2022-01-19
Anticipated expiration: 2038-08-20
Also published as: JP2020031274A

Description

本発明は、モバイルエッジコンピューティング（ＭＥＣ）に関し、より詳しくは、ＭＥＣにおいてネットワークの遅延を低減させる技術に関する。

非特許文献１は、移動通信ネットワークにおいて、アプリケーションサーバ（ＡＳ）をユーザ装置（ＵＥ）の近くに配置し、例えば、１組のＵＥがＡＳを介して通信を行うモバイルエッジコンピューティング（ＭＥＣ）を開示している。また、非特許文献２及び３は、仮想化技術を用いることで、サーバ装置において、必要なアプリケーションを必要なときに稼働させる構成を開示している。

ＥＳＴＩ'ｓＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＳｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎＧｒｏｕｐｆｏｒＭＥＣｍｅｍｂｅｒｓ，"ＭｏｂｉｌｅＥｄｇｅＣｏｍｐｕｔｉｎｇ－Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｏｒｙｔｅｃｈｎｉｃａｌｗｈｉｔｅｐａｐｅｒ",Ｉｓｓｕｅ１，２０１４年９月Ｋ．Ｗａｎｇ，ｅｔａｌ．，"ＭｏｂｉＳｃｕｄ：Ａｆａｓｔｍｏｖｉｎｇｐｅｒｓｏｎａｌｃｌｏｕｄｉｎｔｈｅｍｏｂｉｌｅｎｅｔｗｏｒｋ"，ｉｎＰｒｏｃ．ｏｆｔｈｅ５ｔｈＷｏｒｋｓｈｏｐｏｎＡｌｌＴｈｉｎｇｓＣｅｌｌｕｌａｒ：Ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ，ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓａｎｄＣｈａｌｌｅｎｇｅｓ，２０１５年８月Ｌ．Ｆ．Ｂｉｔｔｅｎｃｏｕｒｔ，ｅｔａｌ．，"Ｔｏｗａｒｄｓｖｉｒｔｕａｌｍａｃｈｉｎｅｍｉｇｒａｔｉｏｎｉｎｆｏｇｃｏｍｐｕｔｉｎg"，ｉｎＰｒｏｃ．ｏｆ１０ｔｈＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＰ２Ｐ，Ｐａｒａｌｌｅｌ，Ｇｒｉｄ，ＣｌｏｕｄａｎｄＩｎｔｅｒｎｅｔＣｏｍｐｕｔｉｎｇ，２０１５年１１月.

例えば、図１に示す様に、隣接して配置される複数の基地局を１つのルータに収容し、基地局を収容するルータに対応して１つのＡＳを設ける構成を考える。図１において、ユーザ装置（ＵＥ）６１は基地局（ＢＳ）７１のセル内に在圏し、ＵＥ６２は、ＢＳ７２のセル内に在圏しているため、ＡＳ８１を介して通信を行うことが遅延の観点で有利である。ここで、例えば、ＵＥ６１が、カメラ又はセンサ等のＩｏＴデバイスであり、ＵＥ６２がスマートフォンであるとすると、ＵＥ６２は、移動により、ＢＳ７３やＢＳ７４のセルに移動することが考えられる。この場合、ＡＳ８１より、ＡＳ８２やＡＳ８３を介してＵＥ６１とＵＥ６２との通信を提供する方が、ＡＳ８１を介してＵＥ６１とＵＥ６２との通信を提供するより遅延が少なくなる場合が生じ得る。

また、ＩｏＴデバイスであるＵＥ６１がＡＳ８１に接続している状態で、ＵＥ６３とＵＥ６１が通信を開始するような場合を考える。この場合、ＵＥ６１が既に接続しているＡＳ８１を介するより、ＡＳ８３を介した方が、遅延が少なくなる場合が生じ得る。さらに、各ＡＳの設置場所等によっては、ＡＳ８２を介した方が、ＡＳ８１を介するより遅延が少なくなる場合も生じ得る。

本発明は、複数のアプリケーションサーバを有する移動通信ネットワークにおいてユーザ装置間の通信遅延を低減させる技術を提供するものである。

本発明の一態様によると、複数のアプリケーションサーバを有する移動通信ネットワークは、第１ユーザ装置から第２ユーザ装置との通信を開始することを示す通信開始要求を受信すると、前記第１ユーザ装置の在圏情報と前記第２ユーザ装置の在圏情報の両方に基づき前記複数のアプリケーションサーバから第１アプリケーションサーバを選択する選択手段と、前記第１ユーザ装置が前記第１アプリケーションサーバに接続していない場合、前記第１ユーザ装置に前記第１アプリケーションサーバを通知する通知手段と、を備えていることを特徴とする。

本発明によると、複数のアプリケーションサーバを有する移動通信ネットワークにおいてユーザ装置間の通信遅延を低減させることができる。

一実施形態による移動通信ネットワークの構成図。一実施形態による通信開始時のシーケンス図。一実施形態による通信開始時のシーケンス図。一実施形態による通信開始時のシーケンス図。一実施形態によるハンドオーバの際のシーケンス図。一実施形態による移動通信ネットワークの機能構成を示すブロック図。

以下、本発明の例示的な実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の各図においては実施形態の説明に必要ではない構成要素については図から省略する。また、以下の実施形態は例示であり本発明を実施形態の内容に限定するものではない。

以下、図１の構成において、ＵＥ６１がＵＥ６３と通信を開始する際の処理について図２～図４を用いて説明する。なお、初期状態は、図１に示す通り、ＵＥ６１がＢＳ７１のセル内に在圏し、ＢＳ７１を収容するルータに対応するＡＳ８１に接続し、ＵＥ６３がＢＳ７４のセル内に在圏し、ＢＳ７４を収容するルータに対応するＡＳ８３に接続しているものとする。なお、移動通信ネットワークは、図示しないデータ管理装置を有し、データ管理装置は、移動通信ネットワークのトポロジー情報、具体的には、ＢＳ、ルータ、ＡＳの設置位置と、ＢＳ、ルータ、ＡＳの接続状態と、ＢＳ、ルータ、ＡＳを接続する各通信リンクの伝送遅延に関する情報を保持しているものとする。また、データ管理装置は、ＵＥが在圏するセル（ＢＳ）を示す在圏情報と、ＵＥが接続しているＡＳを示すＡＳ接続情報を保持しており、ＵＥ間の通信において、遅延を少なくするために適切なＡＳを判定する機能を有するものとする。

図２は、ＵＥ６１とＵＥ６３との通信においてＡＳ８２を経由させることで遅延が最小になるとデータ管理装置が判定した場合のシーケンス図である。上述した様に、初期状態において、ＵＥ６１はＡＳ８１に接続し、ＵＥ６３はＡＳ８３に接続しているものとする（Ｓ１０１）。Ｓ１０２で、ＵＥ６１は、ＡＳ８１に通信開始を要求する。この通信開始要求には通信先であるＵＥ６３を示す情報（識別情報）が含まれる。ＡＳ８１は、Ｓ１０３で、ＵＥ６１とＵＥ６３との通信において適切なＡＳを選択する。具体的には、ＡＳ８１は、ＵＥ６１とＵＥ６３の識別情報をデータ管理装置に通知する。データ管理装置は、ＵＥ６１とＵＥ６３の在圏情報に基づき、適切なＡＳを判定してＡＳ８１に通知する。本例では、ＡＳ８２が通知されたものとする。

ＡＳ８２がＵＥ６１とＵＥ６３との通信における最適なＡＳであるため、ＡＳ８１は、Ｓ１０４で、ＵＥ６１にＡＳ変更を通知する。このＡＳ変更通知には、変更先のＡＳ８２を示す情報（識別情報）が含まれる。ＵＥ６１は、Ｓ１０５で、ＡＳ８２に接続要求を送信する。この接続要求には、現在接続しているＡＳ８１の識別情報と、通信先であるＵＥ６３の識別情報と、トークン（Ｔｏｋｅｎ）と、使用するアプリケーションを示す情報が含まれる。トークンは、任意の値である。ＡＳ８２は、ＵＥ６１からの接続要求を受信すると、Ｓ１０６で、ＡＳ８１と通信してこの接続要求の確認処理を行う。具体的には、ＡＳ８２は、ＡＳ８１にＵＥ６１の識別情報と、接続要求で受信したトークンを送信し、ＡＳ８１がＵＥ６１にＡＳ８２への変更通知を行ったかを確認する。ＡＳ８１がＵＥ６１にＡＳ８２への変更通知を行っていない場合、確認処理は不成功になり、ＡＳ８１がＵＥ６１にＡＳ８２への変更通知を行っている場合、確認処理は成功になる。確認処理が不成功となると、ＡＳ８２は図２の処理を停止する。一方、確認処理が成功であると、ＡＳ８２は、Ｓ１０７でＡＣＫをＵＥ６１に送信し、Ｓ１０４で通知されたアプリケーションを起動させる。これにより、ＵＥ６１とＡＳ８２との接続が確立される。なお、図示してはいないが、ＵＥ６１は、ＡＳ８２との接続が確立すると、ＡＳ８１との接続を切断する。

ＡＳ８２は、Ｓ１０８で、ＵＥ６１の通信相手であるＵＥ６３が接続しているＡＳの探索処理を行う。具体的には、ＡＳ８２は、データ管理装置にＵＥ６３が接続しているＡＳの情報を問い合わせ、データ管理装置からＵＥ６３が接続しているＡＳの識別情報を取得する。本例において、ＵＥ６３はＡＳ８３に接続している。ＡＳ８２は、Ｓ１０９において、ＵＥ６３が接続しているＡＳ８３に対してＡＳ変更指示を通知する。このＡＳ変更指示には、接続を変更するＵＥ６３の識別情報と、ＵＥ６３の通信相手になるＵＥ６１の識別情報が含まれている。ＡＳ８３は、ＡＳ８２からＡＳ変更指示を受信すると、Ｓ１１０で、接続を変更するＵＥ６３にＡＳ変更指示を通知する。このＡＳ変更指示には、ＵＥ６３が接続すべきＡＳ８２の識別情報と、ＵＥ６３の通信相手になるＵＥ６１の識別情報が含まれている。ＡＳ変更指示が通知されると、ＵＥ６３は、Ｓ１１１で、指示された変更先であるＡＳ８２と接続処理を行う。接続処理の完了によりＡＳ８２とＵＥ６３との接続が確立される。ＡＳ８２は、ＵＥ６３との接続処理が完了して接続が確立されると、Ｓ１１２で、ＵＥ６１に接続通知を行う。これにより、ＵＥ６１とＵＥ６３はＡＳ８２を介する通信を開始する。なお、図示していないがＵＥ６３は、ＡＳ８２との接続が確立されると、ＡＳ８３との接続を解除することができる。

図３は、ＵＥ６１とＵＥ６３との通信においてＡＳ８３を経由させることで遅延が最小になるとデータ管理装置が判定した場合のシーケンス図である。なお、図２と同様の処理に対応するステップには同じステップ番号を付与している。本例においては、Ｓ１０３において、ＡＳ８３が選択される。よって、ＡＳ８１は、Ｓ１０４で、ＵＥ６１にＡＳ８３へのＡＳ変更を通知する。したがって、ＵＥ６１は、Ｓ１０５で、ＡＳ８３に接続要求を送信する。ＡＳ８３とＵＥ６３は既に接続しているため、Ｓ１０６でＡＳ８３が確認処理を行い、Ｓ１０７でＵＥ６１にＡＣＫを送信し、ＵＥ６１とＡＳ８３との接続が確立されると、ＡＳ８３は、Ｓ１１２でＵＥ６１に接続通知を送信する。

図４は、ＵＥ６１とＵＥ６３との通信においてＡＳ８１を経由させることが最適であるとデータ管理装置が判定した場合のシーケンス図である。なお、図２と同様の処理に対応するステップには同じステップ番号を付与している。本例においては、Ｓ１０３において、ＡＳ８１が選択される。ＵＥ６１がＡＳを変更する必要はないため、図２のＳ１０４～Ｓ１０７は省略される。ＡＳ８１は、Ｓ１０８で、ＵＥ６１の通信相手であるＵＥ６３が接続しているＡＳの探索処理を行い、Ｓ１０９において、ＵＥ６３が接続しているＡＳ８３に対してＡＳ変更指示を通知する。よって、Ｓ１１０とＳ１１１の処理によりＵＥ６３とＡＳ８１との接続が確立する。ＵＥ６３とＡＳ８１との接続が確立すると、ＡＳ８１は、Ｓ１１２で、ＵＥ６１に接続通知を行う。

続いて、ＵＥ６１がＵＥ６３とＡＳ８３を介して通信している間に、ＵＥ６１が移動し、ＢＳ７３のセル内に移動した場合の処理について図５を用いて説明する。初期状態において、ＵＥ６１及びＵＥ６３はＡＳ８３に接続し、ＡＳ８３を介して通信している（Ｓ２０１）。なお、ＵＥ６１及びＵＥ６３は、受信信号強度から、自装置が在圏しているセル、及び、自装置が移動により進入しようとしているセルを判定している。本例において、ＵＥ６１は、移動によりＢＳ７３からの信号強度が強くなってきており、Ｓ２０２で、ＢＳ７３にハンドオーバすることを示すＢＳ変更通知をＡＳ８３に送信する。このＢＳ変更通知には、ハンドオーバ先であるＢＳ７３を示す情報（識別情報）が含まれる。ＢＳ変更通知を受信すると、ＡＳ８３は、Ｓ２０３で、ＡＳ選択処理を行う。具体的には、ＵＥ６１とＵＥ６３との通信において、ＵＥ６１の在圏セルがＢＳ７３に変更となった場合に最適なＡＳをデータ管理装置に問い合わせる。なお、本例では、データ管理装置は、ＵＥ６１の在圏セルがＢＳ７３に変更となった場合に最適なＡＳがＡＳ８２と判定したものとする。

このため、ＡＳ８３は、Ｓ２０４で、ＢＳ７３へのハンドオーバ後において、最適なＡＳがＡＳ８２であることを切替先通知でＵＥ６１に通知する。この切替先通知には、最適なＡＳ８２の識別情報と、トークンが含まれる。トークンは任意の値とすることができる。ＵＥ６１は、その後、Ｓ２０５で、ＢＳ７３にハンドオーバする。ＢＳ７３へのハンドオーバ後、ＵＥ６１は、Ｓ２０６で、ＡＳ８２に切替要求を送信する。この切替要求には、現在の接続先であるＡＳ８３の識別情報と、通信相手であるＵＥ６３の識別情報と、Ｓ２０４で受信したトークンと、使用するアプリケーションを示す情報が含まれる。ＡＳ８２は、切替要求を受信すると、Ｓ２０７で、ＡＳ８３と確認処理を行う。具体的には、ＡＳ８２は、ＡＳ８３にＵＥ６１及びＵＥ６３の識別情報と、接続要求で受信したトークンを送信し、ＡＳ８３がＵＥ６１にＵＥ６３との通信の通信サービスを提供しており、かつ、ＵＥ６１に切替先通知を行ったかを確認する。ＡＳ８３がＵＥ６１に切替先通知を行っていない場合、確認処理は不成功になる。一方、ＡＳ８３がＵＥ６１にＡＳ８２への切替先通知を行っている場合、確認処理は成功になる。確認処理が不成功となると、図５の処理は終了する。

本例において、確認処理は成功するため、ＡＳ８２は、Ｓ２０８で、ＵＥ６１にＡＣＫを送信する。これにより、ＵＥ６１はＡＳ８２と接続する。また、ＡＳ８２は、Ｓ２０６で通知された、ＵＥ６１とＵＥ６３との通信で使用するアプリケーションを起動する。また、確認処理が成功すると、ＡＳ８３は、Ｓ２０９で、ＵＥ６３にＡＳ変更指示を行う。このＡＳ変更指示には、ＵＥ６３の通信相手であるＵＥ６１の識別情報と、変更先のＡＳ８２の識別子が含まれている。ＡＳ変更指示が通知されると、ＵＥ６３は、Ｓ２１０で、指示された変更先であるＡＳ８２と接続処理を行う。接続処理の完了によりＡＳ８２とＵＥ６３との接続が確立される。ＡＳ８２は、ＵＥ６３との接続処理が完了して接続が確立されると、Ｓ２１１で、ＵＥ６１に接続通知を行う。

以上の構成により、ＭＥＣにおいてＵＥ間に低遅延の通信サービスを提供することができる。

図６は、本実施形態による移動通信ネットワークの機能構成を示すブロック図である。データベース１は、移動通信ネットワークのトポロジー情報、具体的には、ＢＳ、ルータ、ＡＳの設置位置と、ＢＳ、ルータ、ＡＳの接続状態と、ＢＳ、ルータ、ＡＳを接続する各通信リンクの伝送遅延に関する情報を保持している。また、データベース１は、ＵＥが在圏するセル（ＢＳ）を示す在圏情報と、ＵＥが接続しているＡＳを示すＡＳ接続情報も保持している。判定部２は、通信部３を介して、第１ＵＥから第２ＵＥとの通信を開始することを示す通信開始要求を受信すると、データベース１が保持している第１ＵＥの在圏情報と第２ＵＥの在圏情報とに基づき、複数のＡＳそれぞれを介した第１ＵＥと第２ＵＥとの通信における通信遅延を判定する。なお、通信遅延の判定においては、移動通信ネットワークの経路設定のポリシーを考慮する。例えば、移動通信ネットワークに１つ以上のアンカゲートウェイが設けられており、あるアンカゲートウェイを介する既存の接続を変更する場合においても、当該アンカゲートウェイを変更しないとのポリシーがある場合、そのポリシーに従い通信経路を判定し、判定した通信経路に基づき通信遅延を判定する。判定部２は、判定した通信遅延に基づき複数のＡＳから１つのＡＳ（第１ＡＳ）を選択する。第１ＡＳは、例えば、通信遅延の最も小さいＡＳである。判定部２は、第１ＡＳを選択すると、通信部３を介して、第１ＡＳを第１ＵＥに通知する。なお、第１ＵＥが既に第１ＡＳに接続している場合、この通知を省略することができる。また、判定部２は、データベース１が保持するＡＳ接続情報に基づき第２ＵＥが第１ＡＳに接続しているかを判定し、接続していないと第１ＡＳへの接続を指示する。

また、判定部２は、第１ＵＥと第２ＵＥとが第１ＡＳを介して通信している際に、第１ＵＥから第１ＵＥの在圏セルが第１セルから第２セルに変更されることを示す変更通知を受信すると、第１ＵＥの在圏セルが第２セルに変更された場合に第１ＵＥと第２ＵＥとの通信において第１ＡＳを使用するか否かを判定する。この判定も通信遅延に基づく。例えば、複数のＡＳのうち、第１ＡＳよりも通信遅延の小さくなるＡＳがあると、第１ＵＥの在圏セルが第２セルに変更された場合に第１ＵＥと第２ＵＥとの通信において第１ＡＳを使用しないと判定する。第１ＡＳを使用しないと判定すると、判定部２は、複数のＡＳのうちの第１ＡＳ以外のＡＳから通信遅延が最も小さいＡＳを第２ＡＳとして選択する。そして、判定部２は、通信部３を介して、第１ＵＥに第２ＡＳを通知する。また、その後、第１ＵＥから第２セルに変更したことを示す通知を受信すると、第２ＵＥに第２ＡＳへの接続を指示する。

なお、上記移動通信ネットワークの各機能は、適切なコンピュータプログラムをコンピュータ（プロセッサ）で実行させることで実現することができる。なお、コンピュータは、１つのコンピュータであっても、異なる地理的位置に配置され、相互に通信リンクを介して接続する複数のコンピュータであっても良い。コンピュータプログラムは、コンピュータが読み取り可能な記憶媒体に記憶されて、又は、ネットワーク経由で配布が可能なものである。

１：データベース、２：判定部、３：通信部

Claims

複数のアプリケーションサーバを有する移動通信ネットワークであって、
第１ユーザ装置から第２ユーザ装置との通信を開始することを示す通信開始要求を受信すると、前記第１ユーザ装置の在圏情報と前記第２ユーザ装置の在圏情報の両方に基づき前記複数のアプリケーションサーバから第１アプリケーションサーバを選択する選択手段と、
前記第１ユーザ装置が前記第１アプリケーションサーバに接続していない場合、前記第１ユーザ装置に前記第１アプリケーションサーバを通知する通知手段と、
を備えていることを特徴とする移動通信ネットワーク。
前記選択手段は、前記複数のアプリケーションサーバそれぞれを介した前記第１ユーザ装置と前記第２ユーザ装置との通信における通信遅延に基づき前記第１アプリケーションサーバを選択することを特徴とする請求項１に記載の移動通信ネットワーク。
前記第２ユーザ装置が前記第１アプリケーションサーバに接続していないと、前記第２ユーザ装置に前記第１アプリケーションサーバへの接続を指示する指示手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の移動通信ネットワーク。
複数のアプリケーションサーバを有する移動通信ネットワークであって、
第１ユーザ装置と第２ユーザ装置が前記複数のアプリケーションサーバの内の第１アプリケーションサーバを介して通信している際に、前記第１ユーザ装置から前記第１ユーザ装置の在圏セルが第１セルから第２セルに変更されることを示す変更通知を受信すると、前記第１ユーザ装置の在圏セルが前記第２セルに変更された場合に第１ユーザ装置と第２ユーザ装置との前記通信において前記第１アプリケーションサーバを使用するか、前記複数のアプリケーションサーバの内の前記第１アプリケーションサーバとは異なる第２アプリケーションサーバを使用するかを、前記第２セルと、前記第２ユーザ装置の在圏セルの両方に基づき判定する判定手段と、
前記判定手段が、前記第２アプリケーションサーバを使用すると判定すると、前記第１ユーザ装置に前記第２アプリケーションサーバを通知する通知手段と、
前記判定手段が、前記第２アプリケーションサーバを使用すると判定し、かつ、前記第１ユーザ装置から前記第１ユーザ装置の在圏セルが前記第２セルに変更されたことを示す通知を受信すると、前記第２ユーザ装置に前記第２アプリケーションサーバへの接続を指示する指示手段と、
を備えていることを特徴とする移動通信ネットワーク。
前記判定手段は、前記複数のアプリケーションサーバそれぞれを介した前記第１ユーザ装置と前記第２ユーザ装置との通信における通信遅延に基づき前記第１アプリケーションサーバを使用するか、前記第２アプリケーションサーバを使用するかを判定することを特徴とする請求項４に記載の移動通信ネットワーク。