JPWO2016002195A1 - 通信システム、通信装置、通信方法およびプログラム - Google Patents

通信システム、通信装置、通信方法およびプログラム Download PDF

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Abstract

【課題】通信システムにおいて、通信装置の切り替えに伴うパスの切り替えの際に、当該パスを介して送受信されるパケットがロスする可能性がある。【構成】本発明の通信システムは、端末に関する通信セッションを処理可能な第一のネットワークノードと、前記第一のネットワークノードとの間に構築された前記通信セッションを介して、前記端末に関するデータを転送する通信装置と、を含み、前記通信装置は、前記第一のネットワークノードが当該第一のネットワークノードに対応する機能を有する第二のネットワークノードに切り替えられたことに応じて、前記通信セッションの終了を示す制御信号を送信可能であることを特徴とする。【選択図】図2

Description

本発明は、通信システム、通信装置、通信方法およびプログラムに関する。
なお、本願は、2014年6月30日に出願された日本国特許出願(特願2014−133615号)の優先権主張に基づくものであり、同出願の全記載内容は引用を持って本書に組み込まれているものとする。
モバイル通信システムにおいて、携帯電話等の通信端末は、基地局と通信し、コアネットワークを経由してインターネットにアクセスすることができる。通信端末は、コアネットワークに設けられた装置(例えばゲートウェイ)との間に確立されたパス(例えばベアラ)を介して通信する。
非特許文献1の5.10.4章には、上記のようなモバイル通信システムにおいて、ゲートウェイを切り替える技術が開示されている。非特許文献1の図5.10.4−1では、ゲートウェイの切り替えに応じて、転送されるデータの経由するゲートウェイが切り替えられる。
また、特許文献1には、ATMコネクションを切り替える際に、再配置元のコネクションと、再配置先のコネクションの両方を一定期間保持することによって、パケットの損失を防止する技術が開示されている。
さらに、特許文献2には、性質の異なるパス間のトラフィック移行に際して、移行先のパスの設定が完了したことをトリガとして、トラフィックを移行先のパスに移行させるための処理を開始することで、パケットのロスを防ぐ技術が開示されている。
特開平10−023035号公報 特開2006−025101号公報
非特許文献1に記載の技術では、上述のとおり、ゲートウェイの切り替えに応じて、転送されるデータが経由するパスが切り替えられる。ここで、パスが切り替えられる際に、当該パスを介して送受信されるパケットがロスする可能性がある。
しかしながら、非特許文献1には、ゲートウェイ切り替えに伴うパスの切り替えの際に、パケットのロスを防止するための技術は開示されていない。
また、特許文献1に記載の技術では、上述のとおり、ATMコネクションの切り替えの際に、パケット損失を防止する技術を開示する。しかしながら、特許文献1には、ATM交換機の切り替えの際に、パケットの損失を防止する技術は開示されていない。
さらに、特許文献2に記載の技術では、上述のとおり、パスの切り替えの際に、パケットのロスを防ぐ技術を開示する。しかしながら、特許文献2には、スイッチングノードの切り替えの際に、パケットのロスを防ぐ技術は開示されていない。
本発明の目的は、上記の問題を解決し、通信装置の切り替えに伴うパスの切り替えの際に、パケットのロスを防止可能な技術を提供することである。
本発明の通信システムは、端末に関する通信セッションを処理可能な第一のネットワークノードと、前記第一のネットワークノードとの間に構築された前記通信セッションを介して、前記端末に関するデータを転送する通信装置と、を含み、前記通信装置は、前記第一のネットワークノードが当該第一のネットワークノードに対応する機能を有する第二のネットワークノードに切り替えられたことに応じて、前記通信セッションの終了を示す制御信号を送信可能であることを特徴とする。
本発明の通信装置は、端末に関するデータを処理する通信装置であって、第一のネットワークノードと前記通信装置の間に構築された通信セッションを介して、端末に関する前記データを転送可能な第一の手段と、前記第一のネットワークノードが当該第一のネットワークノードに対応する機能を有する第二のネットワークノードに切り替えられたことに応じて、前記通信セッションの終了を示す制御信号を送信可能な第二の手段とを含むことを特徴とする。
本発明の通信方法は、端末に関するデータを処理する通信装置と、第一のネットワークノードとの間に構築された通信セッションを介して、端末に関するデータを転送し、前記第一のネットワークノードが当該第一のネットワークノードに対応する機能を有する第二のネットワークノードに切り替えられたことに応じて、前記通信セッションの終了を示す制御信号を送信することを特徴とする。
本発明のプログラムは、コンピュータに、第一のネットワークノードとの間に構築された通信セッションを介して、端末に関するデータを転送する処理と、前記第一のネットワークノードが当該第一のネットワークノードに対応する機能を有する第二のネットワークノードに切り替えられたことに応じて、前記通信セッションの終了を示す制御信号を送信する処理とを実行させることを特徴とする。
本発明は、通信装置の切り替えに伴うパスの切り替えの際に、パケットのロスを防止することができるという効果がある。
図1は、本発明の実施形態が適用されうるシステムの一例を示す構成図である。 図2は、本発明の第1の実施形態による通信システムにおける通信装置の切り替えに伴うセッションの切替動作の概要を示す模式図である。 図3は、第1の実施形態による通信装置10の構成例を示すブロック図である。 図4は、第1の実施形態による通信システムの動作例を示すシーケンスチャートである。 図5は、本発明の第2の実施形態による通信装置10を仮想化するサーバ20の機能構成の第1例を示すブロック図である。 図6は、第2の実施形態におけるVNF200の機能構成の一例を示すブロック図である。 図7は、第2の実施形態における制御部210の機能構成の一例を示すブロック図である。 図8は、第2の実施形態による通信装置10を仮想化するサーバ20の機能構成の第2例を示すブロック図である。 図9は、第2の実施形態による通信装置10を仮想化するサーバ20の機能構成の第3例を示すブロック図である。 図10は、第2の実施形態による通信装置10を仮想化するサーバ20の機能構成の第4例を示すブロック図である。 図11は、第2の実施形態による通信装置10を仮想化するサーバ20の機能構成の第5例を示すブロック図である。 図12は、第2の実施形態による通信システムの動作例を示すシーケンスチャートである。 図13は、本発明の第3の実施形態による通信システムにおける通信装置の切替に伴うセッション切替動作の概要を示す模式図である。 図14は、第3の実施形態におけるパケット転送装置30の機能構成の一例を示すブロック図である。 図15は、第3の実施形態における管理DB31に記憶される情報の構成例を示す図である。 図16は、第3の実施形態による通信システムの動作例を示すシーケンスチャートである。 図17は、第3の実施形態による通信システムにおける通信装置の切替に伴うセッション切替動作の他の例の概要を示す模式図である。 図18は、第3の実施形態における仮想スイッチ2102の機能構成の一例を示すブロック図である 図19は、図17に例示された通信システムの動作例を示すシーケンスチャートである。 図20は、本発明の第4の実施形態による通信システムにおける通信装置の切替に伴うセッション切替動作の概要を示す模式図である。 図21は、第4の実施形態における制御装置40の機能構成の一例を示すブロック図である。 図22は、図20に例示された通信システムの動作例を示すシーケンスチャートである。 図23は、第4の実施形態による通信システムの動作の第1例を示すシーケンスチャートである。 図24は、第4の実施形態による通信システムの動作の第2例を示すシーケンスチャートである。 図25は、本発明の第5の実施形態による通信システムの第1動作例を示すシーケンスチャートである。 図26は、第5の実施形態による通信システムの動作の第1動作例を示すシーケンスチャートである。 図27は、第5の実施形態による通信システムの第2動作例を示すシーケンスチャートである。 図28は、第5の実施形態による通信システムの第2動作例を示すシーケンスチャートである。 図29は、第5の実施形態による通信システムの第3動作例を示すシーケンスチャートである。 図30は、第5の実施形態による通信システムの第3動作例を示すシーケンスチャートである。 図31は、第5の実施形態による通信システムの第4動作例を示すシーケンスチャートである。 図32は、第5の実施形態による通信システムの第4動作例を示すシーケンスチャートである。 図33は、第5の実施形態による通信システムの第5動作例の第1例を示すシーケンスチャートである。 図34は、第5の実施形態による通信システムの第5動作例の第2例を示すシーケンスチャートである。 図35は、第5の実施形態による通信システムの第5動作例の第3例を示すシーケンスチャートである。 図36は、第5の実施形態による通信システムの第5動作例の第4例を示すシーケンスチャートである。 図37は、第5の実施形態による通信システムの第5動作例の第5例を示すシーケンスチャートである。 図38は、本発明の第6の実施形態による通信装置10の機能構成の一例を示すブロック図である。 図39は、第6の実施形態によるVNF200の機能構成の一例を示すブロック図である 図40は、第6の実施形態による制御装置40の機能構成の一例を示すブロック図である。 図41は、第6の実施形態における管理DB13に記憶される情報の構成例を示す図である。 図42は、第6の実施形態における管理DB13に記憶される情報の他の構成例を示す図である。
まず、本発明の実施形態が適用される通信システムの概要について、図1を参照して説明する。なお、この概要に付記した図面参照符号は、理解を助けるための一例として各要素に便宜上付記したものであり、この概要の記載はなんらの限定を意図するものではない。
図1に例示する通信システムはLTE(Long Term Evolution)を例示するが、本発明による通信システムは図1の例に限定されない。
図1の例において、通信システムは、端末1と、複数種類のネットワークノード(以下、一つ以上のネットワークノードを総称して「通信装置10」という。)とを含む。端末1は、複数種類の通信装置10を介して、インターネット等の外部ネットワークと通信する。
通信装置10は、例えば、基地局2、S−GW(Serving Gateway)3、P−GW(Packet Data Netowork Gateway)4、MME(Mobility Management Entity)5等のネットワークノードである。各ネットワークノードは、通信システムが提供する通信サービスに関する様々な信号処理を実行する。例えば、ネットワークノードとしてのMME5は、端末1の移動管理に関する信号処理を実行する。
端末1は、基地局2に接続し、コアネットワークを介してインターネット等にアクセスする。コアネットワークは、例えば、S−GW3、P−GW4およびMME5で構成される。
図1の例における各ネットワークノードは、例えば、以下のネットワーク機能を含む。
基地局2は、例えば、PDCP(Packet Data Convergence Protocol)に基づいて、端末1との間でデータ通信を実行する機能(U−Plane機能)を有する。また、基地局2は、制御シグナリングを処理する機能(C−Plane機能)を有する。
S−GW3は、例えば、データパケットを処理する機能(U−Plane機能)および制御シグナリングを処理する機能(C−Plane機能)を含む。
P−GW4は、例えば、データパケットを処理する機能(U−Plane機能)、通信に応じた課金状態を管理する機能(PCEF:Policy and Charging Enforcement Function)、QoS等のポリシーを制御する機能(PCRF:Policy and Charging Rule Function)、通信を傍受するための合法的傍受(LI:Lawful Interception)機能等を含む。
MME5は、例えば、通信用のセッションの設定および解放、ハンドオーバーの制御等に関連する制御シグナリングを処理する機能(C−Plane機能)、HSS(Home Subscriber Server)と連携して通信システムの加入者情報を管理する機能等を含む。
1.第1の実施形態
以下、本発明の第1の実施形態について、図2〜図4を参照しながら説明する。なお、以下の各実施形態において、図面に付された参照符号は、理解を助けるための一例として各要素に便宜上付したものであり、各実施形態の記載をなんらの限定を意図するものではない。
1.1)システム構成
図2は、本発明の第1の実施形態による通信システムの構成例および通信装置の切り替えに伴うセッションの切替動作について説明するための図である。図2では、通信装置は、後述するように基本的に同じ構成を有するが、便宜上、通信装置10、10(A)および10(B)というように参照符号で区別する。
図2の例では、通信装置10に接続していた通信装置10(A)が通信装置10(B)に切り替わる場合を示す。通信装置10(A)から通信装置10(B)への切替に応じて、通信装置10との間のセッションもセッションAからセッションBへと切り替わる。この場合、セッションが切り替えられる際にパケットロスが発生する可能性がある。例えば、切り替え元のセッションが終了する前にセッションが切り替えられると、切り替え元のセッションを介して送信されるパケットが切り替え先の通信装置に転送されず、結果、パケットロスが発生する可能性がある。
そこで、本実施形態では、切り替え先の通信装置10(B)が切り替え元のセッションAが終了したことを示す通知を受信したことに応じて、セッションを切り替える。この構成により、セッションの切り替えによるパケットロスを回避する。
図3に示すように、本実施形態による通信装置10は、制御部11と、信号処理部12とを備える。制御部11は、いわゆるC−Planeに対応し、通信システムで伝送される制御信号を処理する機能を有する。信号処理部12は、いわゆるU−Planeに対応し、通信システムで伝送されるデータを処理する機能を有する。
なお、通信装置10は、制御部11と信号処理部12との両方を必ずしも備えている必要はなく、いずれか一方であってもよい。また、通信装置10は、図1に示す基地局2、S−GW3、P−GW4、MME5等のネットワークノードのいずれであってもよい。
1.2)動作
図4は、第1の実施形態による通信システムの動作例を示すシーケンスチャートである。
通信装置10の信号処理部12は、通信装置10(A)とセッションAを通して通信を実行しているものとする(動作S1−1)。
この通信中に、通信装置10(A)から通信装置10(B)への切り替えが開始されたとする(動作S1−2)。通信装置10(A)の制御部11は、例えば、自装置の負荷に応じて、あるいは自装置の障害発生に応じて、他の通信装置10(B)への切り替えを開始することができる。また、通信装置10(B)の制御部11が、通信装置10(A)からのハートビート信号の切断に応じて、通信装置10(A)から通信装置10(B)への切り替えを開始してもよい。なお、通信装置10(A)から通信装置10(B)への切り替えは、上述の例に限られず、通信システムの運用者等からの要求があった場合など、どのような場合に開始してもよい。
通信装置10の信号処理部12は、通信装置10(A)から通信装置10(B)への切り替えが開始されると、通信装置10(A)との間のセッションAによる通信と、通信装置10(B)との間のセッションBによる通信と、を実行する(動作S1−3aおよびS1−4)。例えば、通信装置10の信号処理部12は、同一データを、セッションAおよびセッションBをそれぞれ介して通信装置10(A)および通信装置10(B)へ、それぞれ送信し、通信装置10(A)の信号処理部12は、通信装置10から受信したデータを新たに確立したセッションを通して通信装置10(B)に転送する(動作S1−3b)。
通信装置10(A)から通信装置10(B)への切替完了に応じて(動作S1−5)、通信装置10(B)の制御部11は、通信装置10に当該切り替えの完了を通知する(動作S1−6)。
通信装置10の制御部11は、通信装置10(B)から完了通知を受けたことに応じて、通信装置10(A)に対して、セッションAによる通信の終了を通知する(動作S1−7)。例えば、通信装置10の制御部11は、信号処理部12を制御してセッションの終了を示すパケットを通信装置10(A)へ送信させることで、セッションの終了を通知してもよい。信号処理部12は、通信装置10(A)への最終パケットの送信に続いて、パケット転送の終了を示すエンドマーカーパケット(終了通知パケット)を送信する。エンドマーカーパケットを受信することにより、通信装置10(A)は、セッションAによる通信の終了を認識する。
通信装置10(A)の制御部11は、通信装置10から終了通知を受けたことに応じて、通信装置10(B)に対して、セッションAによる通信の終了を通知する(動作S1−8)。あるいは、通信装置10(A)の信号処理部12が、受信したエンドマーカーパケットを切り替え先の通信装置10(B)に転送することで、切り替え元のセッションによる通信の終了を通知してもよい。
通信装置10(B)の制御部11は、通信装置10(A)から終了通知を受けたことに応じて、信号処理部12を制御し、セッションAおよびセッションBを通してパケットを受信する動作モードから、セッションBだけを通してパケットを受信する動作モードに移行し、セッションBによる通信を実行する(動作S1−9)。
1.3)効果
上記のとおり、本発明の第1の実施形態によれば、切り替え先の通信装置10(B)は、切り替え元のセッションAによる通信の終了通知を受信したことに応じて、通信装置10とのセッションをセッションBに切り替える。そのため、通信装置10(B)は、通信装置10(A)から通信装置10(B)への切り替えに伴ってセッションが切り替わる際にも、通信装置10から送信されるパケットを欠落(ロス)なく受信することが可能となる。したがって、第1の実施形態では、通信装置の切り替えに伴うパスの切り替えの際に、パケットのロスを防止することができる。
2.第2の実施形態
本発明の第2の実施形態について、図面を参照して説明する。第2の実施形態の技術は、上述の第1の実施形態、後述の実施形態のいずれの技術にも適用可能である。
本発明の第2の実施形態において、図1に例示された複数種類の通信装置10(基地局2、S−GW3、P−GW4及びMME5)の各々が提供するネットワーク機能は、仮想マシン上のソフトウェアにより実現される。
稼働中の仮想マシンが他の仮想マシンへ切り替わるには、ハードウェアの通信機器を切り替える場合よりも長い時間を要すると想定される。そのため、通信装置10が提供するネットワーク機能が仮想マシン上のソフトウェアにより実行される場合、仮想マシンの切り替えによるパスの切り替えの際に、パケットロスが発生する可能性が高くなることが想定される。例えば、仮想マシンの切り替え完了のタイミングを考慮せずにパスが切り替えられると、パケットロスが発生する可能性がある。
そこで、第2の実施形態では、切り替え先の仮想マシンに切り替え元のセッションの終了を通知することで、セッションの切り替えが実行される。このように、切り替え元のセッション終了の通知を契機としてセッションの切り替えを実行することで、パケットロスを回避することができる。
仮想マシン上で実行されるネットワーク機能は、例えば、図1に示すネットワークノード(基地局2、S−GW3、P−GW4及び/またはMME5)で実行される信号処理に関するネットワーク機能である。ネットワークノードは、例えば、通信システムが利用者に対して、データ通信等のサービスを提供するために、上記の信号処理を実行する。
2.1)サーバ構成(第1例)
図5は、第2の実施形態による通信装置10を仮想化するサーバ20の構成例である。サーバ20は、例えば、制御部210と、仮想ネットワーク機能(VNF:Virtual Network Function)200とを含む。なお、通信装置10を仮想化する装置は、サーバ20に限られず、例えばルータなどであってもよい。
制御部210は、通信装置10で実行されるネットワーク機能を、VNF200として、仮想マシン上で運用することができる。例えば、VNF200は、仮想的な通信装置10(仮想eNB、仮想MME、仮想S−GW、仮想P−GW等)として動作可能である。なお、ネットワーク機能は、例えば、図1の例における各ネットワークノード(基地局2、S−GW3、P−GW4及びMME5)が有する機能である。ただし、制御部210が仮想マシン上で運用可能な機能は、これらの例に限られない。
例えば、基地局(eNB)2は、仮想マシン等のソフトウェアにより実行可能である。制御部210は、例えば、基地局(eNB)2が有する機能を、VNF200として、仮想マシン上で運用することができる。
基地局(eNB)2は、デジタルベースバンド信号処理を行う機能(ベースバンド処理部:BBH)と、アナログRadio Frequency(RF)信号処理を行う機能(無線部:RRH)とに分離されていてもよい。
RRHは、アナログRF信号処理を担当し、移動局にエア・インタフェースを提供する。アナログRF信号処理は、D/A変換、A/D変換、周波数アップコンバージョン、周波数ダウンコンバージョン、増幅などを含む。
BBUは、上位ネットワーク(e.g. 通信事業者のバックホールネットワークやコアネットワーク)に接続され、無線基地局の制御・監視とデジタルベースバンド信号処理を実行する。デジタルベースバンド信号処理は、レイヤ2信号処理とレイヤ1(物理レイヤ)信号処理を含む。レイヤ2信号処理は、(i) データ圧縮/復元、(ii) データ暗号化、(iii) レイヤ2ヘッダの追加/削除、(iv)データのセグメンテーション/コンカテネーション、及び(v) データの多重/分離による転送フォーマットの生成/分解、のうち少なくとも1つを含む。具体例の1つとしてのE−UTRAの場合、レイヤ2信号処理は、Radio Link Control(RLC)及びMedia Access Control(MAC)の処理を含む。物理レイヤ信号処理は、伝送路符号化/復号化(Channel Coding/Decoding)、変調/復調(Modulation/Demodulation)、拡散/逆拡散(Spreading/De−spreading)、リソースマッピング、及びInverse Fast Fourier Transform(IFFT)によるOFDMシンボルデータ(ベースバンドOFDM信号)の生成などを含む。
BBUで実行される機能は、仮想マシン等のソフトウェアにより実行可能である。制御部210は、例えば、BBUが提供する機能を、VNF200として、仮想マシン上で運用することができる。
図6は、第2の実施形態のVNF200の構成例である。VNF200は、例えば、制御機能201と、信号処理機能202とを含む。制御機能201および信号処理機能202は、それぞれ、通信装置10の制御部11および信号処理部12と同等の機能を有する。
制御機能201は、いわゆるC−Planeに対応し、通信システムで伝送される制御信号を処理する機能を有する。信号処理機能202は、いわゆるU−Planeに対応し、通信システムで伝送されるデータを処理する機能を有する。
サーバ20の制御部210は、例えば、ハイパーバイザ(Hypervisor)等、コンピュータの仮想化を実行可能な制御ソフトウェアにより構成されてもよい。
制御部210は、受信信号をVNF200に転送し、VNF200の機能に応じた信号処理をVNF200に実行させることができる。信号は、例えば、ベアラを介して送受信される通信データ(パケット等)やネットワークノードが送受信するメッセージ等である。
図7は、第2の実施形態における制御部210の構成例である。制御部210は、例えば、VM(Virtual Machine)制御部2100と、セッション制御部2101とを含む。
VM制御部2100は、ネットワークノードが実行する信号処理に対応するVNF200を運用するための仮想マシンを制御する。例えば、VM制御部2100は、仮想マシンの起動、削除、停止の少なくとも1つを実行できる。また、例えば、VM制御部2100は、稼働中の仮想マシンを他の仮想マシンに移行(マイグレーション)することも可能である。VM制御部2100は、通信システムの状況に応じて、仮想マシンの起動、停止、移行等を制御することもできる。例えば、VM制御部2100は、通信システムの通信量、輻輳状況、サーバ20の負荷等に応じて、動的に仮想マシンの起動、停止、移行等を実行する。
VM制御部2100は、例えば、VNF200の制御機能201からの指示に応じて、VNF200を実行する仮想マシンを他の仮想マシンに切り替える。また、例えば、VM制御部2100は、VNF200の制御機能201に、仮想マシンの切り替えを開始することを指示できる。VM制御部2100は、例えば、VNF200を実行する仮想マシンの負荷に応じて、VNF200の制御機能201に、仮想マシンの切り替えを指示する。また、例えば、VM制御部2100は、稼働中の仮想マシンに障害が発生したことに応じて、VNF200の制御機能201に、仮想マシンの切り替えを指示してもよい。また、例えば、VM制御部2100は、稼働中の仮想マシンからのハートビート信号が切断したことに応じて、VNF200の制御機能201に、仮想マシンの切り替えを指示してもよい。なお、仮想マシンの切り替えは、上述の例に限られず、通信システムの運用者等からの要求があった場合など、どのような場合に開始してもよい。
セッション制御部2101は、受信した信号を、当該信号に対応するVNF200に転送することができる。また、セッション制御部2101は、VNF200が発行した信号を、当該信号に対応する宛先に転送することができる。
2.2)サーバ構成(第2例)
図8は、第2の実施形態による通信装置10を仮想化するサーバ20の他の構成例である。図8の例示するように、制御部210は、複数のサブ機能の各々を、それぞれ対応する複数の仮想マシン上で実行できる。これら複数のサブ機能は、例えば図8における機能A、B、Cであり、図1に例示されたネットワークノードのネットワーク機能にそれぞれ対応する。制御部210は、図8に例示するように、各サブ機能に対応するVNF200を実行する仮想マシンを運用する。
各ネットワークノードのネットワーク機能に対応するサブ機能の例が以下に示される。
P−GWのサブ機能:
・パケットを処理する機能(User−Plane機能)
・通信に応じた課金状態を管理する機能(PCEF:Policy and Charging Enforcement Function)
・QoS等のポリシーを制御する機能(PCRF:Policy and Charging Rule Function)
・通信を傍受するための合法的傍受(LI:Lawful Interception)機能
S−GWのサブ機能:
・パケットを処理する機能(User−Plane機能)
・制御シグナリングを処理する機能(C−Plane機能)
MME4のサブ機能:
・制御シグナリングを処理する機能(C−Plane機能):例えば、通信用のセッションの設定・解放、ハンドオーバーの制御等
・HSS(Home Subscriber Server)と連携して、通信システムの加入者情報を管理する機能
基地局2のサブ機能:
・デジタルベースバンド信号処理を行う機能
・アナログRadio Frequency(RF)信号処理を行う機能
制御部210は、上記のサブ機能毎に、VNF200を実行する仮想マシンを運用できる。
2.3)サーバ構成(第3例)
図9は、第2の実施形態の通信装置10を仮想化するサーバ20の他の構成例である。図9に例示するように、制御部210は、複数種類のネットワークエンティティ(図9のネットワークノード(1)、(2))を、仮想マシン上で運用することも可能である。
また、VNF200は、複数のサーバ20に分かれて配置されてもよい。例えば、図8あるいは図9の例において、機能“A”と“B”のそれぞれ対応するVNF200はサーバ20(1)に配置され、機能“C”に対応するVNF200はサーバ20(2)に配置されてもよい。
2.4)サーバ構成(第4例)
図10は、第2の実施形態による通信装置10を仮想化するサーバ20の他の構成例である。
制御部210のVM制御部2100は、VNF200が提供する機能に応じて、VNF200に対応する仮想マシンに割り当てるコンピューティングリソースを制御できる。図10の例では、VM制御部2100は、VNF200が提供する各機能(機能“A”、“B”、“C”)に応じて、VNF200に割り当てるコンピューティングリソースの配分を変える。図10の例では、VM制御部2100は、VNF200の機能に応じて、各VNF200に割り当てるリソース量( “Low”、“Mid”、“High”)を制御する。
通信装置10は、信号処理に応じて変動する通信ステータスの管理を必要とする機能を含む場合がある。このような機能の例として、MME5は、ベアラのコンテキストを管理する機能を含む。ベアラコンテキストは、例えば、無線通信に関する技術仕様(3GPP:3rd Generation Partnership Project)に関するドキュメント(TS23.401 V12.3.0)の5.7章等に記載されている。また、他の例としてP−GW4は、通信量に応じた課金を管理する機能を含む。
VNF200が通信ステータスを管理する場合、VM制御部2100は、例えば当該VNF200を他の仮想マシン上に移行する際、VNF200の通信ステータスも含めて他の仮想マシンに移行する。通信ステータスの情報量が多いほど通信ステータスの移行に要する時間が長くなり、移行中のVNF200に関する通信サービスのパフォーマンスが低下すると想定される。従って、例えばVNF200が通信ステータスを管理する機能を提供する場合、VNF200の増設、移行等のスケールアウトの実行を抑止することで、通信サービスのパフォーマンス低下が抑制できる。
VM制御部2100は、通信ステータスの管理機能を含むVNF200に対して、性能要件等に基づいて設定されるリソースよりも多いリソースを割り当てることができる。つまり、VM制御部2100は、VNF200に対して余剰なリソースを配分することでVNFの増設、移行等のスケールアウトを抑止し、上述のパフォーマンス低下を回避することができる。VM制御部2100は、VNF200による通信ステータスの更新頻度に基づいて、VNF200に割り当てるリソース量を制御することもできる。例えば、VM制御部2100は、通信ステータスの更新頻度が高い機能(例えば、P−GW4のPCEF等)を提供するVNF200に対して、余剰なリソースを割り当ててもよい。
2.5)サーバ構成(第5例)
図11は、第2の実施形態の通信装置10を仮想化するサーバ20の他の構成例である。
図11の例では、VM制御部2100は、VNF200の機能に応じて、VNF200の増設、移行等の動的スケーリングの頻度(以下、変更頻度)を制御できる。VNF200の増設あるいは移行は、例えば通信システムあるいは仮想マシンの負荷状況等に応じて実行される。VM制御部2100は、例えば、VNF200の増設あるいは移行を実行する負荷状況の閾値を調整することで、VNFの変更頻度を制御する。
VM制御部2100は、例えば、通信ステータスの管理機能の有無や、通信ステータスの更新頻度に応じて、VNFの変更頻度を制御する。例えば、VM制御部2100は、通信ステータスを頻繁に更新する機能(例えばPCEF)をVNF200が含む場合、当該VNF200の変更頻度を、性能要件等に基づいて設定される変更頻度よりも低くする。また、例えば、VM制御部2100は、通信ステータスの更新頻度が低い機能(例えばU−Plane機能)をVNF200が含む場合、当該VNF200の変更頻度を、性能要件等に基づいて設定される変更頻度よりも高くする。なお、VM制御部2100は、通信ステータスの更新頻度が低い機能をVNF200が含む場合、当該VNF200の変更頻度を、性能要件等に基づいて設定される変更頻度と同レベルに設定してもよい。
図11の例のようにVNFの変更頻度を制御することで、VNF200のスケールアウトによるパフォーマンス低下が抑止される。
2.6)動作
図12は、第2の実施形態による通信システムの動作例を示すシーケンスチャートである。
通信装置10の信号処理部12は、VNF200(A)とセッションAによる通信を実行しているものとする(動作S2−1)。
この状態で、VNF200(A)からVNF200(B)への切り替えが開始されたものとする(動作S2−2)。例えば、VNF200(A)の制御機能201が、VNF200(B)への切り替えを開始する。
通信装置10の信号処理部12は、VNF200(A)からVNF200(B)への切り替えの開始に応じて、VNF200(A)との間のセッションAによる通信と、VNF200(B)との間のセッションBによる通信とを実行する(動作S2−3aおよびS2−4)。例えば、通信装置10の信号処理部12は、セッションAとセッションBのそれぞれを介して、同一データをVNF200(A)とVNF200(B)のそれぞれに送信することができる。その際、VNF200(A)の信号処理機能202は、通信装置10から受信したデータをVNF200(B)に転送する(S2−3b)。
VNF200(A)からVNF200(B)への切り替えが完了したことに応じて(動作S2−5)、VNF200(B)の制御機能201は、通信装置10に当該切り替えの完了を通知する(動作S2−6)。
通信装置10の制御部11は、VNF200(B)から完了通知を受けたことに応じて、VNF200(A)に対して、セッションAによる通信の終了を通知する(動作S2−7)。例えば、通信装置10の制御部11は、セッションAによる通信の終了を示すメッセージを、VNF200(A)に通知する。また、例えば、通信装置10の制御部11は、信号処理部12を制御することで、セッションの終了を示すパケットをVNF200(A)に送信させてもよい。信号処理部12は、VNF200(A)に送信する最終パケットの後に、パケット転送の終了を示すエンドマーカーパケット(終了通知パケット)を送信する。エンドマーカーパケットにより、VNF200(A)は、セッションAを通した通信の終了を認識する。
VNF200(A)の制御機能201は、通信装置10から終了通知を受けたことに応じて、VNF200(B)に対して、セッションAによる通信の終了を通知する(動作S2−8)。また、例えば、VNF200(A)の信号処理機能202は、受信したエンドマーカーパケットを切り替え先のVNF200(B)に転送することで、切り替え元のセッションを通した通信の終了を通知してもよい。
VNF200(B)の制御機能201は、VNF200(A)から終了通知を受けたことに応じて、信号処理機能202に対して、参照するパケットを、セッションAとセッションBをそれぞれ介して受信したパケットから、セッションBを介して受信したパケットへ切り替えることを要求し、セッションBによる通信に移行する(動作S2−9)。
2.7)効果
上記のとおり、本発明の第2の実施形態によれば、切り替え先のVNF200(VNF200(B))は、切り替え元のセッションによる通信の終了通知を受信したことに応じて、セッションを切り替える。そのため、VNF200(B)は、VNF200(A)からVNF200(B)への切り替えに伴ってセッションが切り替わる際にも、通信装置10から送信されるパケットを欠落(ロス)なく受信することが可能となる。したがって、第2の実施形態では、通信装置が提供する機能を仮想マシン等により実行した場合であっても、通信装置の切り替えに伴うパスの切り替えの際に、パケットのロスを防止することができる。
3.第3の実施形態
本発明の第3の実施形態について、図面を参照して説明する。第3の実施形態の技術は、上述の各実施形態、及び、後述の実施形態のいずれの技術にも適用可能である。
第3の実施形態によれば、通信装置10が切り替えられる際、通信装置10の切り替えが対向する通信装置10に対して隠ぺいされる。
3.1)第1例
<システム構成>
図13に例示するように、通信装置10(A)が通信装置10(B)に切り替えられるものとする。この切り替え時に、通信装置10(B)は、通信装置10(A)のIP(Internet Protocol)アドレスなどの通信状態を通信装置10(A)から引き継ぐことができる。
通信装置10(A)の切り替え時、パケット転送装置30は、通信装置10(A)に対向する通信装置10から送信されたセッションを、切り替え先の通信装置10(B)に切り替える。すなわち、パケット転送装置30が、対向の通信装置10に代替してセッションの宛先を切り替えることができる。よって、第3の実施形態では、パケット転送装置30は、通信装置10(A)の切り替えを、対向の通信装置10に対して隠ぺいできる。
図14は、第3の実施形態によるパケット転送装置30の構成例であり、図15は本実施形態における管理情報の一例を示す。図14に示すように、パケット転送装置30は、管理DB(DataBase:データベース)31と、パケット処理部32と、制御部33とを含む。
管理DB31は、セッションを識別するための条件(図15の“セッション識別条件”)と、当該条件に合致するセッションの転送先とを管理する。セッション識別条件は、例えば、セッションに対応付けられた識別子で構成される。セッションの識別子は、例えば、TEID(Tunnel Endpoint Identifier)あるいはGRE(Generic Routing Encapsulation)Keyである。
パケット処理部32は、管理DB31を参照して、セッションを介して受信したパケットを転送する。例えば、パケット処理部32は、管理DB31のセッション識別条件と、受信パケットに含まれる情報とを比較し、合致するセッション識別条件に対応する転送先に受信パケットを転送する。図15に例示するように、転送先は、(1)切替前であれば通信装置(A)だけであるが、(2)切替が発生すれば通信装置(A)および(B)の両方となり、(3)切替が完了すると通信装置(B)だけとなる。
制御部33は、通信装置10から受信した制御信号を処理する。制御部33は、例えば、通信装置10から受信した制御信号に基づいて、管理DB31に記憶されたテーブルのエントリを変更できる。また、制御部33は、例えば、通信装置10から受信した制御信号に基づいて、パケット処理部32の動作を制御することができる。
<動作>
図16は、第3の実施形態の通信システムの動作例を示すシーケンスチャートである。
図16において、通信装置10の信号処理部12は、パケット転送装置30を介して通信装置10(A)との間でセッションAによる通信を実行する(動作S3−1)。パケット転送装置30のパケット処理部32は、セッションAを介して受信したパケットを通信装置10(A)に転送する(動作S3−2)。図16の例では、パケット転送装置30から通信装置10(A)に転送されるセッションは、“セッションA1”と標記されているが、セッションAとA1は実質的に同一のセッションである。パケット転送装置30は、セッションAを中継し、セッションA1として通信装置10(A)に転送する。
この状態で、通信装置10(A)から通信装置10(B)への切り替えが開始されるものとする(動作S3−3)。例えば、通信装置10(A)の制御部11が、通信装置10(B)への切り替えを開始する。
切替を開始すると、通信装置10(A)の制御部11は、パケット転送装置30に対して、切り替えの開始通知を送信する。パケット転送装置30の制御部33は、受信した切替開始通知に応じて、管理DB31のエントリを変更する。例えば、制御部33は、図15の例のように、セッションAの転送先を通信装置(A)だけから通信装置(A)および通信装置(B)に変更する(図15の“(2):切り替える中”を参照)。
パケット転送装置30のパケット処理部32は、通信装置10(A)から通信装置10(B)への切り替えの開始に応じて、セッションAを通信装置(A)と(B)の双方に転送する(動作S3−4、S3−5)。なお、図16において、通信装置(A)と(B)に転送されるセッションは、それぞれ“セッションA1”、“セッションA2”と標記されるが、“セッションA”、“セッションA1”および“セッションA2”は実質的に同一のセッションである。たとえば、TCPあるいはUDP等のプロトコルにより設定されたコネクションに属する全パケットを”セッション”とすれば、通信装置10から受信した同一のパケットがパケット転送装置30により通信装置10(A)および10(B)へ転送される場合、“セッションA”、“セッションA1”および“セッションA2”は実質的に同一のセッションとなる。パケット処理部32は、例えば、管理DB31のセッション識別条件と受信パケットの情報とを比較し、セッションAに対応する転送先にパケットを転送する。図16の例では通信装置10(A)から通信装置10(B)への切り替え中なので、管理DB31のエントリは、図15の“(2):切り替え中”の状態に変更されている。パケット処理部32は、変更された管理DB31を参照し、セッションAを通信装置(A)と(B)とに転送する。
通信装置10(A)の信号処理部12は、パケット転送装置30からセッションA1を介して受信したパケットを、通信装置10(B)に転送する(動作S3−4)。
通信装置10(A)から通信装置10(B)への切り替えが完了したことに応じて(動作S3−6)、通信装置10(B)の制御部11は、パケット転送装置30に当該切り替えの完了を通知する(動作S3−7)。
パケット転送装置30の制御部33は、通信装置10(B)から完了通知を受けたことに応じて、通信装置10(A)に対して、セッションA1による通信の終了を通知する(動作S3−8)。例えば、制御部33は、パケット処理部32を制御して、セッションの終了を示すパケットを通信装置10(A)宛に送信させる。
通信装置10(A)の制御部11は、パケット転送装置30から終了通知を受けたことに応じて、通信装置10(B)に対して、セッションA1による通信の終了を通知する(動作S3−9)。例えば、制御部11は、信号処理部12を制御して、受信したエンドマーカーパケットを切り替え先の通信装置10(B)に送信する。
通信装置10(B)は、通信装置(A)から終了通知(もしくはエンドマーカーパケット)を受信したことに応じて、セッションA1とA2を介してパケットを受信する動作から、セッションA2を介してパケットを受信する動作に移行し、セッションAおよびセッションA2による通信を実行する(動作S3−10、S3−11)。
通信装置10の信号処理部12は、通信装置10(A)と(B)との切り替えの実行中(動作S3−3〜動作S3−9)、セッションAによる通信を継続する(動作S3−1、S3−10)。通信装置10(A)と(B)間の切り替えが実行されても、パケット転送装置30が、対向の通信装置10に代替してセッションの宛先を切り替えるので、通信装置10に対して切替を隠ぺいできる。したがって、対向の通信装置10は、通信装置10(A)と(B)との切り替えの実行中でも、セッションAによる通信を継続できる。
3.2)第2例
<システム構成>
図17に示す例では、第2の実施形態で例示されたVNF200の間で切り替えが実行される。VNF200の切り替え動作は、上述の第2の実施形態と同様なので、詳細な説明は省略される。
切り替え時において、例えば、VNF200(B)は、VNF200(A)のIP(Internet Protocol)アドレスなどの通信状態を、VNF200(A)から引き継ぐ。
VNF200(A)の切り替え時、仮想スイッチ2102は、VNF200(A)の対向の通信装置10との間のセッションを、切り替え先のVNF200(B)に切り替える。すなわち、仮想スイッチ2102が、対向の通信装置10に代替してセッションの宛先を切り替えることができる。よって、仮想スイッチ2102は、VNF200(A)の切り替えを対向の通信装置10に対して隠ぺいできる。
図17の例では、VNF200(A)は、当該VNF200(A)が動作するサーバ20上で運用される他のVNF200(B)に切り替えられてもよい。また、VNF200(A)は、当該VNF200(A)が動作するサーバ200とは異なるサーバ20で運用されるVNF200(B)に切り替えられてもよい。
仮想スイッチ2102は、例えば、サーバ20の制御部210に実装される。図17の例で、VNF200(A)と(B)が同一のサーバ20上で運用される場合、当該サーバ20に実装された仮想スイッチ2102が、セッションを切り替える。
また、VNF200(A)と(B)が異なるサーバ20上で運用される場合、切り替え元のVNF200(A)が運用されるサーバ20に実装された仮想スイッチ2102が、セッションを切り替える。この場合、仮想スイッチ2102は、VNF200(B)が運用されるサーバ20に実装された仮想スイッチに向けてセッションを切り替える。切り替えられたセッションは、例えば、スイッチやルータ等を経由して、VNF200(B)が運用されるサーバ20に実装された仮想スイッチに転送される。
図18は、第3の実施形態の仮想スイッチ2102の構成例である。図18に示すように、仮想スイッチ2102は、図14に例示されたパケット転送装置30と同様の機能を有するので、詳細な説明は省略される。
<動作>
図19は、図17に例示された通信システムの動作例を示すシーケンスチャートである。
通信装置10の信号処理部12は、仮想スイッチ2102を介してVNF200(A)とセッションAによる通信を実行する(動作S4−1)。仮想スイッチ2102のパケット処理部32は、セッションAを介して受信したパケットをVNF200(A)に転送する(動作S4−2)。図19の例では、仮想スイッチ2102からVNF200(A)に転送されるセッションは、“セッションA1”と標記されるが、セッションAとA1は実質的に同一のセッションである。仮想スイッチ2102は、セッションAを中継し、セッションA1としてVNF200(A)に転送する。
この状態で、VNF200(A)からVNF200(B)への切り替えが開始されたものとする(動作S4−3)。例えば、VNF200(A)の制御機能201が、VNF200(B)への切り替えを開始する。
例えば、VNF200(A)の制御機能201は、仮想スイッチ2102に対して、切り替えの開始通知を送信し、仮想スイッチ2102の制御部33は、受信した通知に応じて、管理DB31のエントリを変更する。例えば、制御部33は、セッションAの転送先をVNF200(A)とVNF200(B)に変更する。
仮想スイッチ2102のパケット処理部32は、VNF200(A)からVNF200(B)への切り替えの開始に応じて、セッションAをVNF200(A)と(B)の双方に転送する(動作S4−4、S4−5)。図19において、VNF200(A)と(B)に転送されるセッションは、それぞれ、“セッションA1”、“セッションA2”と標記されるが、“セッションA”、“セッションA1”および“セッションA2”は実質的に同一のセッションである。パケット処理部32は、例えば、管理DB31のセッション識別条件と受信パケットの情報とを比較し、セッションAに対応する転送先にパケットを転送する。パケット処理部32は、管理DB31を参照し、セッションAをVNF200(A)と(B)とに転送する。
VNF200(A)の信号処理機能202は、仮想スイッチ2102からセッションA1を介して受信したパケットを、VNF200(B)に転送する(動作S4−4)。
VNF200(A)からVNF200(B)への切り替えが完了したことに応じて(動作S4−6)、VNF200(B)の制御機能201は、仮想スイッチ2102に当該切り替えの完了を通知する(動作S4−7)。
仮想スイッチ2102の制御部33は、VNF200(B)から完了通知を受けたことに応じて、VNF200(A)に対して、セッションA1による通信の終了を通知する(動作S4−8)。例えば、制御部33は、パケット処理部32を制御して、セッションの終了を示すパケットをVNF200(A)宛に送信させる。
VNF200(A)の制御機能201は、仮想スイッチ2102から終了通知を受けたことに応じて、VNF200(B)に対して、セッションA1による通信の終了を通知する(動作S4−9)。例えば、制御機能201は、信号処理機能202を制御して、受信したエンドマーカーパケットを切り替え先のVNF200(B)に転送させる。
VNF200(B)は、VNF200(A)から終了通知(もしくはエンドマーカーパケット)を受信したことに応じて、セッションA1とA2を介してパケットを受信する動作から、セッションA2を介してパケットを受信する動作に移行し、セッションAおよびセッションA2を通した通信を実行する(動作S4−10、S4−11)。
通信装置10の信号処理部12は、VNF200(A)と(B)との切り替えの実行中(動作S4−3〜動作S4−9)、セッションAによる通信を継続する(動作S4−1、S4−10)。VNF200(A)と(B)間の切り替えが実行されても、仮想スイッチ2102が、対向の通信装置10に代替してセッションの宛先を切り替えるので、対向の通信装置10は、VNF200(A)と(B)との切り替えの実行中でも、セッションAによる通信を継続できる。
4.第4の実施形態
本発明の第4の実施形態について、図面を参照して説明する。第4の実施形態の技術は、上述の各実施形態、及び、後述の実施形態のいずれの技術にも適用可能である。
4.1)システム構成
図20に例示するように、第4の実施形態の通信システムは、通信装置10と、セッションの切り替えを制御する制御装置40とを含む。制御装置40は、通信装置10に代わってセッションの切り替えに関する制御信号(制御シグナル)を送信する。よって、通信装置10が送信する制御信号(制御シグナル)を減らすことができ、通信装置10の負荷を抑制することが可能となる。
図20の例では、制御装置40が、通信装置10(A)から通信装置10(B)への切り替えを制御する。例えば、制御装置40は、通信装置10(A)又は通信装置10(B)に対して、通信装置10(A)から通信装置10(B)への切り替えの開始を指示する。また、制御装置40は、通信装置10の切り替えに伴うセッションの切り替えを制御する。例えば、制御装置40は、通信装置10の切り替えに応じて、セッションAからセッションBへの切り替えを開始する。
図21は、第4の実施形態の制御装置40の構成例である。図21に示すように、制御装置40は、リソース制御部41と、セッション制御部42と、インターフェース43とを含む。制御装置40は、インターフェース43を介して、通信装置10と通信する。
リソース制御部41は、通信装置10(A)から通信装置10(B)への切り替えを制御する。例えば、リソース制御部41は、通信装置10(A)の制御部11に、制御装置10(B)への切り替えを開始することを指示してもよいし、あるいは通信装置10(B)の制御部11に対して、通信装置10(A)から通信装置10(B)への切り替えを指示してもよい。リソース制御部41は、例えば、通信装置10の負荷、通信の輻輳状態等に応じて、通信装置10を切り替えることができる。
セッション制御部42は、セッションの切り替えを制御する。例えば、セッション制御部42は、通信装置10の切り替え開始に応じて、切り替え中の通信装置10に対向する通信装置10に対して、切り替えが開始されたことを通知する。また、例えば、セッション制御部42は、通信装置10の切り替えが完了したことに応じて、切り替えられた通信装置10に対向する通信装置10に対して、切り替えが完了したことを通知する。セッション制御部42は、切り替え完了を通知することで、セッションの切り替えのタイミングを制御できる。
なお、第2又は第3の実施形態のように、通信装置10の各々が提供するネットワーク機能が仮想マシン等のソフトウェアにより実行される場合には、リソース制御部41は、例えば、制御部210のVM制御部2100に対して、VNF200の切り替えを指示してもよい。
また、第3の実施形態のように、パケット転送装置30が対向する通信装置10に代替してセッションの宛先を切り替える場合には、セッション制御部42は、例えば、パケット転送装置30の制御部33に対して、セッションの切り替えに関する指示をしてもよい。
4.2)第1動作
図22は、図20に例示された通信システムの動作例を示すシーケンスチャートである。
通信装置10の信号処理部12は、通信装置10(A)との間でセッションAによる通信を実行しているものとする(動作S5−1)。
この状態で、通信装置10(A)から通信装置10(B)への切り替えが開始されたものとする(動作S5−2)。例えば、制御装置40のリソース制御部41は、通信装置10(A)又は通信装置10(B)の制御部11に対して、通信装置10(A)から通信装置10(B)への切り替えの開始を指示する。
制御装置40のセッション制御部42は、通信装置(A)に対向する通信装置10に対して、切り替えの開始通知を送信する(動作S5−3)。
通信装置10の信号処理部12は、切り替えの開始通知を受信したことに応じて、通信装置10(A)との間のセッションAによる通信と、通信装置10(B)との間のセッションBによる通信とを実行する(動作S5−4、S5−5)。例えば、通信装置10の信号処理部12は、セッションAとセッションBをそれぞれ介して、同一データを通信装置10(A)と通信装置10(B)とのそれぞれに送信する。なお、動作S5−4において、通信装置10(A)の信号処理部12は、通信装置10から受信したデータを通信装置10(B)に転送する。
通信装置10(A)から通信装置10(B)への切り替えが完了したことに応じて(動作S5−6)、制御装置40のリソース制御部41は、通信装置(A)の対向の通信装置10に対して切り替えの完了を通知する(動作S5−7)。
通信装置10の制御部11は、制御装置40から完了通知を受けたことに応じて、信号処理部12を制御して、セッションの終了を示すパケットを通信装置10(A)に送信する(動作S5−8)。信号処理部12は、通信装置10(A)に送信する最終パケットの次に、パケット転送の終了を示すエンドマーカーパケット(終了通知パケット)を送信する。エンドマーカーパケットにより、通信装置10(A)は、セッションAによる通信の終了を認識し、通信装置10(A)の信号処理部12は、受信したエンドマーカーパケットを切り替え先の通信装置10(B)に転送する(動作S5−8)。
通信装置10(B)は、通信装置10(A)から終了通知を受けたことに応じて、セッションAとセッションBの各々を介してパケットを受信する動作から、セッションBを介してパケットを受信する動作に切り替える。通信装置10(B)は、セッションBを介してパケットを受信する動作に切り替えることで、セッションBによる通信を実行する(動作S5−9)。
4.3)第2動作 図23は、第4の実施形態の通信システムの他の動作例を示すシーケンスチャートである。図23では、通信装置10の各々が提供するネットワーク機能が仮想マシン等のソフトウェアにより実行される場合が例示される。
なお、図23の動作例(動作S6−1〜S6−9)は、図20における通信装置10(A)と通信装置10(B)がそれぞれVNF200(A)とVNF200(B)に代わるだけで、図22と同様の動作(動作S5−1〜S5−9)であるため、詳細な説明は省略される。
4.4)第3動作
図24は、第4の実施形態の通信システムの他の動作例を示すシーケンスチャートである。図24では、仮想スイッチ2102が対向の通信装置10に代替してセッションの宛先を切り替える場合が例示される。
通信装置10の信号処理部12は、仮想スイッチ2102を介して、VNF200(A)との間でセッションAによる通信を実行しているものとする(動作S7−1)。仮想スイッチ2102のパケット処理部32は、セッションAを介して受信したパケットをVNF200(A)に転送する(動作S7−2)。図24の例では、仮想スイッチ2102からVNF200(A)に転送されるセッションは、“セッションA1”と標記されるが、セッションAとA1は実質的に同一のセッションである。仮想スイッチ2102は、セッションAを中継し、セッションA1としてVNF200(A)に転送する。
この状態で、VNF200(A)からVNF200(B)への切り替えが開始されたものとする(動作S7−3)。例えば、制御装置40のリソース制御部41は、VNF200(A)又はVNF200(B)の制御機能201に対して、VNF200(A)からVNF200(B)への切り替えの開始を指示する。
制御装置40のセッション制御部42は、仮想スイッチ2102に対して、切り替えの開始通知を送信する(動作S7−4)。仮想スイッチ2102の制御部33は、受信した切り替え開始通知に応じて、管理DB31のエントリを変更する。例えば、制御部33は、セッションAの転送先をVNF200(A)とVNF200(B)に変更する。
通信装置10の信号処理部12は、VNF200(A)と(B)との切り替えの実行中(動作S7−3〜S7−11)、セッションAによる通信を継続する(動作S7−1、S7−5、S7−12)。
仮想スイッチ2102のパケット処理部32は、VNF200(A)からVNF200(B)への切り替えの開始に応じて、セッションAをVNF200(A)と(B)の双方に転送する(動作S7−6、S7−7)。図24において、VNF200(A)と(B)に転送されるセッションは、それぞれ、“セッションA1”、“セッションA2”と標記されるが、“セッションA”、“セッションA1”および“セッションA2”は実質的に同一のセッションである。パケット処理部32は、例えば、管理DB31のセッション識別条件と受信パケットの情報とを比較し、セッションAに対応する転送先にパケットを転送する。パケット処理部32は、管理DB31を参照し、セッションAをVNF200(A)と(B)とに転送する。
VNF200(A)の信号処理機能202は、仮想スイッチ2102からセッションA1を介して受信したパケットをVNF200(B)に転送する(動作S7−6)。
VNF200(A)からVNF200(B)への切り替えが完了したことに応じて(動作S7−8)、制御装置40のリソース制御部41は、仮想スイッチ2102に当該切り替えの完了を通知する(動作S7−9)。
仮想スイッチ2102の制御機能201は、制御装置40のリソース制御部41から完了通知を受けたことに応じて、パケット処理機能202に、セッションの終了を示すパケット(エンドマーカーパケット)をVNF200(A)宛に送信させる(動作S7−10)。
VNF200(A)の制御機能201は、信号処理機能202に、受信したエンドマーカーパケットを、切り替え先のVNF200(B)に転送させる(動作S7−11)。
VNF200(B)の制御機能201は、VNF200(A)からエンドマーカーパケットを受信したことに応じて、セッションA1とA2を介してパケットを受信する動作から、セッションA2を介してパケットを受信する動作に移行し、セッションAおよびセッションA2を介した通信を実行する(動作S7−12、S7−13)。
4.5)効果
上記のとおり、第4の実施形態によれば、制御装置40が、通信装置10に代替して当該切り替えに伴う制御信号(制御シグナル)を送信する。よって、通信装置10が送信する制御信号(制御シグナル)を減らすことができ、通信装置10の負荷を抑制することが可能となる。
5.第5の実施形態
本発明の第5の実施形態について、図面を参照して説明する。第5の実施形態は、上述された各実施形態を、3GPPの標準仕様(例えば、3GPP TS23.401)に適用した場合の動作例を説明するものである。
5.1)第1動作例
図25及び図26は、TS23.401 V12.4.0の5.10.4章のシーケンスに本発明を適用した場合の例である。TS23.401 V12.4.0の5.10.4章には、MMEにより、S−GWが切り替えられるシーケンスが開示されている。
まず、図25に例示するように、端末1は、S−GW3の切り替え前において、基地局2およびS−GW3(Old)を経由してP−GW4と通信を実行する(動作S8−1)。
MME5は、切り替え先のS−GW3(New)を決定すると(動作S8−2)、S−GW3の対向の基地局2に対して、切り替え開始を通知する(動作S8−3:Relocation Notice)。切り替え先のS−GW3(New)が仮想マシン上で運用されるVNF200の場合、MME5は、例えば、VM起動の完了に応じて、“Relocation Notice”を発行する。
また、MME5は、“Create Session Request”を、S−GW3(New)に発行する(動作S8−4)。MME5は、“Create Session Request”により、P−GW4のアドレスおよび上り通信用のトンネルID(例えばTEID)と、基地局2のアドレスおよび下り通信用のトンネルIDとを、S−GW3(New)に通知する。
S−GW3(New)は、“Create Session Request”を受信すると、“Modify Bearer Request”をP−GW4に発行する(動作S8−5)。S−GW3(New)は、“Modify Bearer Request”により、S−GW3(New)のアドレスおよび下り通信用のトンネルIDをP−GW4に通知する。
下り通信の経路の切り替えの実行中(動作S8−3〜S8−5)、基地局2は、下り通信のトラフィックを、切り替え前の経路(P−GW4、S−GW3(Old)、基地局2を経由する経路)で受信することを継続する(動作S8−6)。なお、下り通信の経路の切り替えの実行中、基地局2は、下り通信のトラフィックを、上記の切り替え前の経路と、切り替え後の経路(P−GW4、S−GW3(New)、基地局2を経由する経路)の双方から受信してもよい。
P−GW4は、下り通信の経路の切り替え完了に応じて(例えば、動作S8−5の完了)、切り替え前の経路を介して、セッションの終了通知(“End Data Notice”)を送信する。P−GW4は、例えば、下り通信の経路の切り替え完了に応じて、切り替え前の経路を介して、セッションの終了を示すパケット(エンドマーカーパケット)を送信する。
基地局2は、“End Data Notice”を受信したことに応じて、下りパケットの受信経路を、切り替え前の経路から、切り替え後の経路(P−GW4、S−GW(New)、基地局2を経由する経路)に切り替えて、下りデータを受信する(動作S8−8)。基地局2は、例えば、P−GW4からエンドマーカーパケットを受信したことに応じて、下りパケットの受信経路を、切り替え前の経路から、切り替え後の経路に切り替える。
P−GW4は、“Modify Bearer Request”に対する応答(“Modify Bearer Response”)を、S−GW3(New)に通知する(動作S8−9)。
S−GW3(New)は、“Create Session Response”により、S−GW3(New)のアドレスおよび上り通信用のトンネルIDをMME5に通知する(動作S8−10)。
MME5は、“S−GW Relocation Notification”により、基地局2に、S−GW3(New)のアドレス・上り通信用のトンネルIDを通知する(動作S8−11)。
図26に例示するように、上り通信の経路の切り替えの実行中(動作S8−9〜S8−11)、P−GW4は、上り通信のトラフィックを、切り替え前の経路(基地局2、S−GW3(Old)、P−GW4を経由する経路)を介して受信する(動作S8−12)。なお、上り通信の経路の切り替えの実行中、P−GW4は、上り通信のトラフィックを、上記の切り替え前の経路と、切り替え後の経路(基地局2、S−GW3(New)、P−GW4を経由する経路)の双方から受信してもよい。
基地局2は、上り通信の経路の切り替え完了に応じて(例えば、動作S8−11の完了)、基地局2は、切り替え前の経路(基地局2、S−GW3(Old)、P−GW4を経由する経路)で、セッションの終了通知(“End Data Notice”)を送信する(動作S8−13)。基地局2は、例えば、上り通信の経路の切り替えの完了に応じて、切り替え前の経路で、セッションの終了を示すパケット(エンドマーカーパケット)を送信する。
P−GW4は、“End Data Notice”を受信したことに応じて、上りパケットの受信経路を、切り替え前の経路から、切り替え後の経路(基地局2、S−GW3(New)、P−GW4を経由する経路)に切り替えて上りデータを受信する(動作S8−14)。P−GW4は、例えば、基地局2からエンドマーカーパケットを受信したことに応じて、上りパケットの受信経路を、切り替え前の経路から、切り替え後の経路に切り替える。
基地局2は、MME5に、“S−GW4 Relocation ACK”を送信する(動作S8−15)。
5.2)第2動作例
図27及び図28に示す第2動作例は、ゲートウェイの切り替え中におけるトラフィックの経路と、“End Data Notice”の送信経路とが、図25及び図26に示す第1動作例と異なる。なお、第2動作例において、動作S9−6、S9−7、S9−12及びS9−13が異なるほかは、第1動作例と同様であるため、同様の動作については詳細な説明は省略される。
図27において、下り通信の経路の切り替えの実行中(動作S9−3〜S9−5)、基地局2は、下り通信のトラフィックを、P−GW4、S−GW3(Old)、S−GW3(New)及び基地局2を経由する経路で受信する(動作S9−6)。なお、下り通信の経路の切り替えの実行中、基地局2は、下り通信のトラフィックを、上記の経路と、P−GW4、S−GW3(New)及び基地局2を経由する経路との双方を介して受信してもよい。
P−GW4は、下り通信の経路の切り替え完了に応じて(例えば、動作S9−5の完了)、P−GW4、S−GW3(Old)、S−GW3(New)および基地局2を経由する経路で、セッションの終了通知(“End Data Notice”)を送信する(動作S9−7)。例えば、P−GW4は、下り通信の経路の切り替え完了に応じて、P−GW4、S−GW3(Old)、S−GW3(New)および基地局2を経由する経路で、セッションの終了を示すパケット(エンドマーカーパケット)を送信する。
図28において、上り通信の経路の切り替え実行中(動作S9−9〜S9−11)、P−GW4は、上り通信のトラフィックを、基地局2、S−GW3(Old)、S−GW3(New)およびP−GW4を経由する経路で受信する(動作S9−12)。なお、上り通信の経路の切り替え実行中、P−GW4は、上り通信のトラフィックを、上記の経路と、切り替え後の経路(基地局2、S−GW3(New)、P−GW4を経由する経路)との双方を介して受信してもよい。
基地局2は、上り通信の経路の切り替え完了に応じて(例えば、動作S9−11の完了)、基地局2、S−GW3(Old)、S−GW3(New)およびP−GW4を経由する経路で、セッションの終了通知(“End Data Notice”)を送信する(動作S9−13)。基地局2は、例えば、上り通信の経路の切り替えの完了に応じて、基地局2、S−GW3(Old)、S−GW3(New)およびP−GW4を経由する経路で、セッションの終了を示すパケット(エンドマーカーパケット)を送信する。
5.3)第3動作例
図29及び図30は、TS23.401 V12.4.0の5.5.1.1.3章のシーケンスに本発明を適用した場合のシーケンスを例示する。TS23.401 V12.4.0の5.5.1.1.3章には、X2のハンドオーバーを契機にS−GWが切り替えられるシーケンスが開示されている。
図29において、端末1が、基地局2(Source)と基地局2(Target)との間で、X2ハンドオーバーを実行するものとする(動作S10−1)。
X2ハンドオーバー実行後、端末1は、S−GW3の切り替え前であれば、切り替え前の経路(基地局2(Target)およびS−GW3(Old)を通る経路)で、P−GW4へ上りデータを送信する(動作S10−2)。
MME5は、S−GW3の対向の基地局である基地局2(Target)に、切り替え開始メッセージ(Relocation Notice)を送信する(動作S10−3)。切り替え先のS−GW3(New)が仮想マシン上で運用されるVNF200である場合、MME5は、例えば、VM起動の完了に応じて、“Relocation Notice”を通知する。
基地局2(Target)は、“Path Switch Request”をMME5に送信する(動作S10−4)。基地局2(Target)は、“Path Switch Request”により、MME5に対して、端末1(UE:User Equipment)が滞在するセルが変更されたことを通知することができる。
MME5は、“Create Session Request”を、S−GW3(New)に送信する(動作S10−5)。MME5は、“Create Session Request”により、P−GW4のアドレスおよび上り通信用のトンネルIDと基地局2のアドレスおよび下り通信用のトンネルIDとを、S−GW3(New)に通知することができる。
S−GW3(New)は、“Modify Bearer Request”を、P−GW4に送信する(動作S10−6)。S−GW3(New)は、“Modify Bearer Request”により、S−GW3(New)のアドレスおよび下り通信用のトンネルIDをP−GW4に通知することができる。
P−GW4は、“Modify Bearer Request”に対する応答(“Modify Bearer Response”)をS−GW3(New)に通知する(動作S10−7)。
S−GW3(New)は、“Modify Bearer Response”を受信すると、“Create Session Response”を用いてS−GW3(New)のアドレスおよび上り通信用のトンネルIDをMME5に通知する(動作S10−8)。
通信経路の切り替えの実行中(動作S10−3〜S10−8)、基地局2は、下り通信のトラフィックを、切り替え前の経路(P−GW4、S−GW3(Old)、基地局2(Target)を経由する経路)で受信する(動作S10−9)。なお、通信経路の切り替えの実行中、基地局2は、下り通信のトラフィックを、上記の切り替え前の経路と切り替え後の経路(P−GW4、S−GW3(New)、基地局2(Target)を経由する経路)の双方を介して受信してもよい。
P−GW4は、通信経路の切り替えの完了に応じて(例えば、動作S10−7の完了)、切り替え前の経路(P−GW4、S−GW3(Old)、基地局2(Target)を経由する経路)を通してセッションの終了通知(“End Data Notice”)を送信する(動作S10−10)。P−GW4は、例えば、通信経路の切り替え完了に応じて、切り替え前の経路から、セッションの終了を示すパケット(エンドマーカーパケット)を送信する。
基地局2(Target)は、“End Data Noteice”を受信したことに応じて、下りパケットの受信経路を、切り替え前の経路から、切り替え後の経路に切り替えて新たな下りデータを受信する(動作S10−11)。例えば、基地局2(Target)は、P−GW4からエンドマーカーパケットを受信したことに応じて、下りパケットの受信経路を、切り替え前の経路から、切り替え後の経路に切り替える。
図30において、通信経路の切り替えの実行中(例えば動作S10−3〜S10−8)、P−GW4は、上り通信のトラフィックを、切り替え前の経路(基地局2(Target)、S−GW3(Old)、P−GW4を経由する経路)で受信する(動作S10−12)。なお、通信経路の切り替えの実行中、P−GW4は、例えば、上り通信のトラフィックを、上記の切り替え前の経路と、切り替え後の経路(基地局2(Target)、S−GW3(New)、P−GW4を経由する経路)との双方を介して受信してもよい。
基地局2(Target)は、通信経路の切り替え完了に応じて(例えば、動作S10−8の完了あるいは“End Data Notice”の受信(動作S10−10))、切り替え前の経路(基地局2(Target)、S−GW3(Old)、P−GW4を経由する経路)を通してセッションの終了通知(“End Data Notice”)を送信する(動作S10−13)。基地局2(Target)は、例えば、通信経路の切り替え完了に応じて、切り替え前の経路から、セッションの終了を示すパケット(エンドマーカーパケット)を送信する。
P−GW4は、“End Data Notice”を受信したことに応じて、上りパケットの受信経路を、切り替え前の経路から、切り替え後の経路(基地局2(Target)、S−GW3(New)、P−GW4を経由する経路)に切り替え、新たな上りデータを受信する(動作S10−14)。P−GW4は、例えば、基地局2からエンドマーカーパケットを受信したことに応じて、上りパケットの受信経路を、切り替え前の経路から、切り替え後の経路に切り替える。
MME5は、基地局2(Target)に対して、“Path Switch Request ACK”を通知する(動作S10−15)。
5.4)第4動作例
図31及び32に示す第4動作例では、ゲートウェイの切り替え中におけるトラフィックの経路と“End Data Notice”の送信経路とが、上記第3動作例(図29及び図30)と異なっている。なお、図31及び図32に示す第4動作例は、動作S11−9、S11−10、S11−12及びS11−13が第3動作例と異なっており、それ以外は同様であるため、第3動作例(図29および図30)と同様の動作については詳細な説明を省略する。
図31において、下り通信の経路の切り替えの実行中(例えば動作S11−3〜S11−8)、基地局2は、下り通信のトラフィックを、P−GW4、S−GW3(Old)、S−GW3(New)および基地局2を経由する経路で受信する(動作S11−9)。なお、下り通信の経路の切り替えの実行中、基地局2は、下り通信のトラフィックを、上記の経路と、切り替え後の経路(P−GW4、S−GW3(New)、基地局2を経由する経路)との双方を介して受信してもよい。
P−GW4は、下り通信の経路の切り替え完了に応じて(例えば、動作S11−7の完了)、P−GW4、S−GW3(Old)、S−GW3(New)および基地局2を経由する経路で、セッションの終了通知(“End Data Notice”)を送信する(動作S11−10)。例えば、P−GW4は、下り通信の経路の切り替え完了に応じて、P−GW4、S−GW3(Old)、S−GW3(New)および基地局2を経由する経路を介して、セッションの終了を示すパケット(エンドマーカーパケット)を送信する。
図32において、上り通信の経路の切り替えの継続中(動作S11−3〜S11−8)、P−GW4は、上り通信のトラフィックを、基地局2、S−GW3(Old)、S−GW3(New)、P−GW4を経由する経路で受信する(動作S11−12)。なお、上り通信の経路の切り替え中、P−GW4は、上り通信のトラフィックを、上記の経路と、切り替え後の経路(基地局2、S−GW3(New)、P−GW4を経由する経路)の双方を介して受信してもよい。
基地局2は、上り通信の経路の切り替え完了に応じて(例えば、動作S11−8の完了、“End Data Notice”の受信(動作S11−10))、基地局2、S−GW3(Old)、S−GW3(New)およびP−GW4を経由する経路で、セッションの終了通知(“End Data Notice”)を送信する(動作S11−13)。基地局2は、例えば、上り通信の経路の切り替えの完了に応じて、基地局2、S−GW3(Old)、S−GW3(New)およびP−GW4を経由する経路で、セッションの終了を示すパケット(エンドマーカーパケット)を送信する。
5.5)第5動作例
図33〜図37は、通信システムに設定されたEPS(Evolved Packet System)ベアラを構成する一部のベアラを更新する技術に、本発明を適用した場合の動作例を示す。
3GPPのTS23.401 V12.4.0の5.3.2章に開示された“Attach Procedure”により、通信システムにEPSベアラを構成する各種のベアラ(S5/S8ベアラ等)が構築される。しかし、リソースが増設等によってベアラが経由する通信装置10(S−GW3、P−GW4等)が変更されると、変更後の通信装置10に対応する新たなベアラを設定するため、5.3.2.1章に開示される“Initial Attach”手順が再実行される。“Initial Attach”が再実行されると、通信サービスが中断される等、通信サービスに対する様々な影響が想定される。
そこで、図33〜図37に示す第5動作例では、EPSベアラを構成する一部のベアラを更新する。例えば、通信システムのリソースが増設(ネットワークノードの増設等)された場合、増設されたリソースに関するベアラが更新される。EPSベアラを構成する一部のベアラを更新することにより、ベアラ構築手順の再実行による通信サービスの停止等を回避できる。
しかし、一部のベアラを更新する際に、パケットがロスする可能性がある。例えば、切り替え元のベアラによる通信が終了する前に、ベアラが切り替えられると、切り替え元のベアラを介して送信されるパケットが、切り替え先の通信装置10に転送されず、結果、パケットがロスする可能性がある。
そこで、第5動作例では、切り替え先の通信装置10は、切り替え元のベアラによる通信が終了したことを示す通知を受信したことに応じて、ベアラを切り替える。この構成により、ベアラの切り替えによるパケットロスを回避することができる。
5.5.1)第1例
図33は、仮想マシン上で運用されるS−GW(VNF200)が切り替わる場合の動作例である。
VNF200(Old)がVNF200(New)に切り替えられる場合、例えば、VNF200(Old)の制御機能201がその切り替えを開始する。この場合、VNF200(Old)は、“Modify Bearer Request”により、例えば、切り替え後のVNF200(New)のアドレスとトンネルIDとをP−GW4に通知する(動作S12−1)。
VNF200(Old)とVNF200(New)との間の切り替えの実行中(動作S12−2から動作S12−4まで)、P−GW4からのトラフィックは、例えば、切り替え前の経路と、切り替え後の経路との双方で送信される(動作S12−3)。
VNF200(Old)とVNF200(New)との間の切り替えが完了したことに応じて(動作S12−4)、VNF200(New)は、切り替え完了通知(“Completion Notice”)をP−GW4に通知する(動作S12−5)。
P−GW4は、“Modify Bearer Request”に対する応答(“Modify Bearer Response”)をVNF200(New)に通知する(動作S12−6)。
P−GW4は、“Completion Notice”の受信に応じて、切り替え前の経路で、“End Data Notice”を通知する(動作S12−7)。P−GW4は、例えば、“Completion Notice”の受信に応じて、切り替え前の経路から、セッションの終了を示すパケット(エンドマーカーパケット)を送信する。
VNF200(New)は、“End Data Notice”の受信に応じて、パケットの受信経路を、切り替え前の経路から、切り替え後の経路に切り替え、新たな下りデータを受信する(動作S12−8)。VNF200(New)は、例えば、P−GW4からエンドマーカーパケットを受信したことに応じて、パケットの受信経路を、切り替え前の経路から切り替え後の経路に切り替える。
5.5.2)第2例
図34は、仮想マシン上で運用されるP−GW(VNF200)が切り替わる場合の動作例である。
VNF200(Old)がVNF200(New)に切り替えられる場合、例えば、VNF200(Old)の制御機能201がその切り替えを開始する。この場合、VNF200(Old)は、“Modify Bearer Request”により、例えば、切り替え後のVNF200(New)のアドレスとトンネルIDとをS−GW3に通知する(動作S13−1)。
VNF200(Old)とVNF200(New)との間の切り替えの実行中(動作S13−2から動作S13−4まで)、S−GW3からのトラフィックは切り替え前の経路と切り替え後の経路との双方で送信される(動作S13−3)。
VNF200(Old)とVNF200(New)との間の切り替えが完了したことに応じて(動作S13−4)、VNF200(New)は、切り替え完了通知(“Completion Notice”)をS−GW3に通知する(動作S13−5)。
S−GW3は、 “Modify Bearer Request”に対する応答(“Modify Bearer Response”)を、VNF200(New)に通知する(動作S13−6)。
S−GW3は、“Completion Notice”の受信に応じて、切り替え前の経路で、“End Data Notice”を通知する(動作S13−7)。S−GW3は、例えば、“Completion Notice”の受信に応じて、切り替え前の経路から、セッションの終了を示すパケット(エンドマーカーパケット)を送信する。
VNF200(New)は、“End Data Notice”の受信に応じて、パケットの受信経路を、切り替え前の経路から切り替え後の経路に切り替え、新たなデータを受信する(動作S13−8)。VNF200(New)は、例えば、S−GW3からエンドマーカーパケットを受信したことに応じて、パケットの受信経路を、切り替え前の経路から切り替え後の経路に切り替える。
5.5.3)第3例
図35は、仮想マシン上で運用されるMME(VNF200)が切り替わる場合のS−GWとの間のシーケンスを示す。
VNF200(Old)がVNF200(New)に切り替えられる場合、例えば、VNF200(Old)の制御機能201がその切り替えを開始する。この場合、VNF200(Old)は、“Modify Bearer Request”により、切り替え後のVNF200(New)のアドレスをS−GW3に通知する(動作S14−1)。
VNF200(Old)とVNF200(New)との間の切り替えの実行中(動作S14−2から動作S14−4まで)、S−GW3からのトラフィックは、切り替え前の経路と切り替え後の経路との双方で送信される(動作S14−3)。
VNF200(Old)とVNF200(New)との間の切り替えが完了したことに応じて(動作S14−4)、VNF200(New)は、切り替え完了通知(“Completion Notice”)をS−GW3に通知する(動作S14−5)。
S−GW3は、“Modify Bearer Request”に対する応答(“Modify Bearer Response”)をVNF200(New)に通知する(動作S14−6)。
S−GW3は、“Completion Notice”の受信に応じて、切り替え前の経路で、“End Data Notice”を通知する(動作S14−7)。S−GW3は、例えば、“Completion Notice”の受信に応じて、切り替え前の経路から、セッションの終了を示すパケット(エンドマーカーパケット)を送信する。
VNF200(New)は、“End Data Notice”の受信に応じて、パケットの受信経路を、切り替え前の経路から切り替え後の経路に切り替え、新たなデータを受信する(動作S14−8)。VNF200(New)は、例えば、S−GW3からエンドマーカーパケットを受信したことに応じて、パケットの受信経路を、切り替え前の経路から、切り替え後の経路に切り替える。
5.5.4)第4例
図36は、仮想マシン上で運用されるMME(VNF200)が切り替わる場合の基地局eNBとの間のシーケンスを示す。
VNF200(Old)がVNF200(New)に切り替えられる場合、例えば、VNF200(Old)の制御機能201がその切り替えを開始する。その場合、VNF200(Old)は、“Configuration Update”により、切り替え後のVNF200(New)のアドレスをeNB(基地局)2に通知する(動作S15−1)。
VNF200(Old)とVNF200(New)との間の切り替えの実行中(動作S15−2から動作S15−4まで)、eNB2からのトラフィックは、切り替え前の経路と切り替え後の経路との双方で送信される(動作S15−3)。
VNF200(Old)とVNF200(New)との間の切り替えが完了したことに応じて(動作S15−4)、VNF200(New)は、切り替え完了通知(“Completion Notice”)をeNB2に通知する(動作S15−5)。
eNB2は、“Completion Notice”に対する応答(“Completion Notice ACK”)を、VNF200(New)に通知する(動作S15−6)。
eNB2は、“Completion Notice”の受信に応じて、切り替え前の経路で、“End Data Notice”を通知する(動作S15−7)。eNB2は、例えば、“Completion Notice”の受信に応じて、切り替え前の経路から、セッションの終了を示すパケット(エンドマーカーパケット)を送信する。
VNF200(New)は、“End Data Notice”の受信に応じて、パケットの受信経路を、切り替え前の経路から切り替え後の経路に切り替え、新たなデータを受信する(動作S15−8)。VNF200(New)は、例えば、eNB2からエンドマーカーパケットを受信したことに応じて、パケットの受信経路を、切り替え前の経路から、切り替え後の経路に切り替える。
5.5.5)第5例
図37は、仮想マシン上で運用されるS−GW(VNF200)が切り替わる場合のMMEおよびeNBとのシーケンスを例示する。
VNF200(Old)がVNF200(New)に切り替えられる場合、例えば、VNF200(Old)の制御機能201がその切り替えを開始する。その場合、VNF200(Old)は、“Modify Bearer Request”メッセージにより、切り替え後のVNF200(New)のアドレスとトンネルIDとをMME5に通知する(動作S16−1)。
MME5は、受信した“Modify Bearer Request”をeNB2に転送する(動作S16−2)。
VNF200(Old)とVNF200(New)との間の切り替えの実行中(動作S16−3から動作S16−5まで)、eNB2からのトラフィックは、切り替え前の経路と切り替え後の経路との双方で送信される(動作S16−4)。
VNF200(Old)とVNF200(New)との間の切り替えが完了したことに応じて(動作S16−5)、VNF200(New)は、切り替え完了通知(“Completion Notice”)をeNB2に通知する(動作S16−6)。
eNB2は、“Modify Bearer Request”に対する応答(“Modify Bearer Response”)をMME5に通知する(動作S16−7)。
MME5は、受信した“Modify Bearer Response”を切り替え後のVNF200(New)に転送する(動作S16−8)。
eNB2は、“Completion Notice”の受信に応じて、切り替え前の経路で“End Data Notice”を通知する(動作S16−9)。eNB2は、例えば、“Completion Notice”の受信に応じて、切り替え前の経路から、セッションの終了を示すパケット(エンドマーカーパケット)を送信する。
VNF200(New)は、“End Data Notice”の受信に応じて、パケットの受信経路を、切り替え前の経路から切り替え後の経路に切り替え、新たなデータを受信する(動作S16−10)。VNF200(New)は、例えば、eNB2からエンドマーカーパケットを受信したことに応じて、パケットの受信経路を、切り替え前の経路から、切り替え後の経路に切り替える。
6.第6の実施形態
本発明の第6の実施形態について、図面を参照して説明する。第6の実施形態の技術は、上述の各実施形態のいずれの技術にも適用可能である。
第6の実施形態によれば、複数のベアラが属するグループ毎に、ベアラを切り替えることができる。グループ毎にベアラが切り替えられるので、ベアラ切り替えに要する時間が短縮される。しかし、グループ毎にベアラが切り替えられる際に、パケットがロスする可能性がある。例えば、切り替え元のベアラによる通信が終了する前に、ベアラが切り替えられると、切り替え元のベアラを介して送信されるパケットが、切り替え先の通信装置10に転送されず、結果、パケットがロスする可能性がある。
そこで、第6の実施形態では、切り替え先の通信装置10が、切り替え元のベアラによる通信が終了したことを示す通知を受信したことに応じて、グループ毎にベアラを切り替える。この構成により、グループ毎にベアラを切り替える場合に、ベアラの切り替えによるパケットロスを回避する。
図38は、第6の実施形態による通信装置10の構成例である。通信装置10は、上述の実施形態で例示された構成例に加え、管理DB13を含む。
管理DB13は、ベアラに関する属性等に基づいて設定されたベアラグループに関する情報を有し、そのデータ例が図41および図42に例示される。
制御部11は、管理DB13を参照して、複数のベアラをグループ化する。制御部11は、複数のベアラをグループ化し、グループ毎にベアラを切り替えることができる。制御部11は、例えば、切り替え元のベアラによる通信が終了したことを示す通知を受信したことに応じて、管理DB13を参照して、グループ毎にベアラを切り替える。
信号処理部12は、通信装置10の切り替えの開始に応じて、切り替え元のベアラによる通信と、切り替え先のベアラによる通信とを実行する。例えば、信号処理部12は、切り替え元のベアラと切り替え先のベアラをそれぞれ介して同一データを送信することができる。
制御部11は、通信装置10の切り替えが完了したことに応じて、信号処理部12に、切り替え元のベアラによる通信が終了したことを示す通知を切り替え元のベアラを通して送信させる。信号処理部12は、例えば、切り替え元のベアラを通して送信する最終パケットの次に、パケット転送の終了を示すエンドマーカーパケット(終了通知パケット)を送信する。切り替え先の通信装置10は、終了通知を受けたことに応じて、切り替え元のベアラと切り替え先のベアラとをそれぞれ介してパケットを受信する動作から、切り替え先のベアラを介してパケットを受信する動作に切り替える。
図39に示すように、第6の実施形態では、図1に例示された複数種類の通信装置10(基地局2、S−GW3、P−GW4及びMME5)の各々が提供するネットワーク機能を、仮想マシン等のソフトウェアにより実行してもよい。すなわち、第6の実施形態によるVNF200は、上述の実施形態で例示された構成例に加え、管理DB203を含む。管理DB203は、通信装置10の管理DB13と同等の機能を有する。
通信装置10は、例えば、図41に例示された構成の情報を有する管理DB13に基づいて、ベアラグループを管理できる。図41の例では、通信装置10は、ベアラに関する属性に基づいて、ベアラをグループ化する。ベアラに関する属性の例を以下に示す。
・端末1の滞在エリア(E−UTRAN Cell ID等)
・端末1に関する課金特性(通常課金、プリペイド課金、フラットレート等)
・端末1の通信状態(一定期間に一定量以上の通信をしたか否か)
・端末1がMTC(Machine Type Communication)デバイス
であるか否か
・端末1が属するMTCデバイスグループ
・端末1が通信するMTCアプリケーションの種別
・オペレータID(端末1が接続しているコアネットワークのオペレータのID)
・端末1が接続しているPacket Data Network(PDN)
・QoS特性
・端末1の状態(IDLE状態、CONNECTED状態):IDLE状態は、例えば、端末1がコアネットワークとの間でセッション管理およびモビリティ管理のための制御信号の継続的な交換を行っていない状態、あるいは基地局との無線接続が解放(Release)された状態を意味する。CONNECTED状態は、例えば、端末1がコアネットワークとの間でセッション管理およびモビリティ管理のための制御信号の継続的な交換を行っている状態、あるいは基地局と無線接続している状態を意味する。
なお、上記の属性は例示であり、通信装置10は、他の属性によりベアラをグループ化することも可能である。
通信装置10は、標準仕様書(3GPP TS23.401)の5.7章に開示されている“EPS Bearer Context”のうち、UEに関する情報に基づいてベアラをグループ化することが可能である。
通信装置10は、端末1の利用者と通信事業者との契約内容に応じて、ベアラをグループ化することが可能である。例えば、通信装置10は、他の利用者よりも高額の契約を通信事業者と締結した利用者(e.g. “Premium Subscriber”)に関するベアラをグループ化することが可能である。また、通信装置10は、通常契約の利用者に関するベアラをグループ化することが可能である。
通信装置10は、端末1の位置に関する情報(e.g. GSP情報、端末1がアタッチしている基地局2)に応じて、ベアラをグループ化することが可能である。例えば、通信装置10は、GPS情報や、端末1がアタッチしている基地局2に関する情報に基づいて、位置が近接する端末1に関するベアラをグループ化することが可能である。
通信装置10は、ベアラのQoS (Quality of Service)情報に応じて、ベアラをグループ化することが可能である。例えば、通信装置10は、各ベアラに対応するQCI(Quality Class Indicator)に応じて、ベアラをグループ化することが可能である。通信装置10は、例えば、優先度が所定値よりも低いQCIに対応するベアラをグループ化し、通信装置10が新たに起動された場合に、そのグループに属するベアラを新たに起動された通信装置10に切り替える。ベアラが新たに起動された通信装置10に切り替えられる場合、切替えにより、ベアラに関する通信に遅延等が発生し、ユーザのQoE(Quality of Experience)が低下することが想定される。上述のように、優先度が低いQCIに対応するベアラをグループ化し、そのグループに属するベアラを新たに起動された通信装置10に切り替えることにより、QoEが低下するベアラを、低優先のベアラに限ることができる。
上記の属性の例として、MTC(Machine Type Communication)に関する属性が示される。MTCは、例えばスマートメータや自動販売機など、必ずしも人間の介入を必要としないデータ通信の形態を意味する。MTCは、技術標準仕様書(3GPP TS22.368等)で標準化が進められている。MTCデバイスは、特定の時間(例えば、“毎日、PM12:00”や“毎週金曜日、AM3:00”等)に通信を行う場合が想定される。この場合、多数の同種のMTCデバイス(例えば、スマートメータ)が、同じ時間に通信を開始し、大量のトラフィックが特定の時間に発生することが想定される。通信装置10は、例えば、MTCデバイスに関するベアラを、MTCデバイスに関するベアラを専用に扱う通信装置10に切り替えることができる。MTCデバイスに関するベアラが、MTCデバイス専用の通信装置10に切り替えられることで、MTCデバイスに関する通信により非MTCデバイスに関する通信のパフォーマンスが低下する事態を抑止できる。
なお、図39に示すように、複数種類の通信装置10の各々が提供するネットワーク機能が、仮想マシン等のソフトウェアにより実行される場合、通信システムのオペレータは、MTCデバイスが通信を開始すると想定される時間に、MTCデバイス専用の通信装置10を運用する仮想マシンが動的に起動されるように通信システムを運用することもできる。また、オペレータは、MTCデバイスの通信の完了した場合に、MTCデバイス専用の通信装置10を運用する仮想マシンを削除するように、通信システムを運用してもよい。
通信装置10は、PDNコネクション群を特定するためのCSID(Connection Set Identifier)に応じて、複数のベアラをグループ化することもできる。
各ベアラのTEIDは、グループに属する複数のベアラの各々のTEIDを一括して識別できるように、TEIDを割り当てられてもよい。例えば、TEIDは、グループに属する複数のベアラの各々に対して、32bitの情報で構成されるTEIDの上位24bitが同一となるように割り当てられる。このようにTEIDを割り当てることにより、通信装置10は、TEIDの上位24bitの情報により、グループに属する複数のベアラを一括して識別できる。通信装置10は、例えば、図42の例のように、TEIDのビットマスク(図42の例では、TEIDの上位24bit)に基づいて、ベアラのグループを管理できる。
なお、通信装置10が、複数のベアラをグループとして管理する場合の通信システムの動作例は、図33〜図37の各々に示される動作例と同様であるため、詳細な説明は省略される。
図40に例示するように制御装置を構成することで、通信装置10と同様に、制御装置40も複数のベアラをグループとして管理できる。制御装置40は、上述の実施形態で例示された構成例に加え、管理DB44を含む。
管理DB44は、例えば、図41、図42で例示された構成の情報を有する。つまり、管理DB44は、上述の属性等に基づいて設定されたベアラグループに関する情報を有する。
リソース制御部41は、上述の第4の実施形態で説明したように、通信装置10(A)から通信装置10(B)への切り替えを制御する。
セッション制御部42は、例えば、管理DB44を参照して、ベアラの切り替えを制御する。セッション制御部42は、例えば、切り替え先の通信装置10に割り当てるベアラグループを、管理DB44を参照して決定できる。セッション制御部42は、上述の属性によるベアラグループを、切り替え先の通信装置10に割り当てる。例えば、セッション制御部42は同一のQoS特性を有する複数のベアラを、切り替え先の通信装置10に割り当てる。また、例えば、セッション制御部42は、同一のMTCデバイスグループに関する複数のベアラを、切り替え先の通信装置10に割り当てる。
セッション制御部42は、グループに属するベアラの切り替えを、通信装置10に指示できる。通信装置10の制御部11は、切り替え指示に応じて、グループに属する複数のベアラを切り替える。セッション制御部42は、例えば、切り替え元の通信装置10に対して、グループに属する複数のベアラの切り替えを指示する。セッション制御部42は、例えば、切り替え元の通信装置10に対して、グループに対応する属性(例えば、QCI値、TEIDのビットマスク、MTCデバイスグループ等)を含む情報を通知する。切り替え元の通信装置10の制御部11は、通知された情報に対応するベアラを、切り替え先の通信装置10に切り替える。なお、セッション制御部42は、グループに属するベアラの切り替えを、切り替え先の通信装置10に指示してもよい。
なお、制御装置40が複数のベアラをグループとして管理する場合の通信システムの動作例は、図22〜図24の各々に示される動作例と同様であるため、詳細な説明は省略される。
上記のとおり、本発明の第6の実施形態によれば、切り替え先の通信装置10が、切り替え元のベアラによる通信が終了したことを示す通知を受信したことに応じて、グループ毎にベアラを切り替える。この構成により、グループ毎にベアラを切り替える場合であっても、ベアラの切り替えによるパケットロスが回避できる。
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は、上記したそれぞれの実施形態に限定されるものではない。本発明は、各実施形態の変形・置換・調整に基づいて実施できる。また、本発明は、各実施形態を任意に組み合わせて実施することもできる。即ち、本発明は、本明細書の全ての開示内容、技術的思想に従って実現できる各種変形、修正を含む。また、本発明は、SDN(Software−Defined Network)の技術分野にも適用可能である。
1 端末
2 基地局
3 S−GW
4 P−GW
5 MME
10、10(A),10(B) 通信装置
11 制御部
12 信号処理部
13 管理DB
20 通信装置
30 パケット転送装置
31 管理DB
32 パケット処理部
33 制御部
40 制御装置
41 リソース制御部
42 セッション制御部
43 インターフェース
200 仮想ネットワーク機能(VNF)
201 制御機能
202 信号処理機能
210 制御部
2100 VM制御部
2101 セッション制御部
2102 仮想スイッチ

Claims (26)

  1. 端末に関する通信セッションを処理可能な第一のネットワークノードと、
    前記第一のネットワークノードとの間に構築された前記通信セッションを介して、前記端末に関するデータを転送する通信装置と、を含み、
    前記通信装置は、前記第一のネットワークノードが当該第一のネットワークノードに対応する機能を有する第二のネットワークノードに切り替えられたことに応じて、前記通信セッションの終了を示す制御信号を送信可能である
    ことを特徴とする通信システム
  2. 前記通信装置は、前記通信セッションの終了を前記第二のネットワークノードに通知するための前記制御信号を送信可能である
    ことを特徴とする請求項1の通信システム。
  3. 前記通信装置は、前記通信セッションの終了に応じて新たな通信セッションにより通信することを前記第二のネットワークノードに通知するための前記制御信号を送信可能である
    ことを特徴とする請求項1または2の通信システム。
  4. 前記通信装置は、前記第一のネットワークノードを介して、前記制御信号を転送可能である
    ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかの通信システム。
  5. 前記通信装置は、前記第一のネットワークノードを介して、前記制御信号を含むパケットを転送可能である
    ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれかの通信システム。
  6. 前記通信装置は、前記第一のネットワークノードから前記第二のネットワークノードへの切り替えが開始されたことに応じて、前記通信セッションと、前記第二のネットワークノードとの間に構築された新たな通信セッションとにより、前記端末に関するデータを送信可能である
    ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれかの通信システム。
  7. 前記通信装置から前記端末に関するデータを受信可能な第三のネットワークノードをさらに備え、
    前記通信装置は、前記通信セッションの終了を前記第三のネットワークノードに通知するための前記制御信号を送信可能である
    ことを特徴とする請求項1乃至6のいずれかの通信システム。
  8. 前記通信装置は、前記通信セッションの終了に応じて新たな通信セッションにより通信することを前記第三のネットワークノードに通知するための前記制御信号を送信可能である
    ことを特徴とする請求項7に記載の通信システム。
  9. 前記第三のネットワークノードは、前記第一のネットワークノードから前記第二のネットワークノードへの切り替えが開始されたことに応じて、前記切り替えの開始を通知するための第2の制御信号を受信可能である
    ことを特徴とする請求項7または8の通信システム。
  10. 端末に関するデータを処理する通信装置であって、
    第一のネットワークノードと前記通信装置の間に構築された通信セッションを介して、端末に関する前記データを転送可能な第一の手段と、
    前記第一のネットワークノードが当該第一のネットワークノードに対応する機能を有する第二のネットワークノードに切り替えられたことに応じて、前記通信セッションの終了を示す制御信号を送信可能な第二の手段と
    を含むことを特徴とする通信装置。
  11. 前記第二の手段は、前記通信セッションの終了を前記第二のネットワークノードに通知するための前記制御信号を送信可能である
    ことを特徴とする請求項10の通信装置。
  12. 前記第二の手段は、前記通信セッションの終了に応じて新たな通信セッションにより通信することを前記第二のネットワークノードに通知するための前記制御信号を送信可能である
    ことを特徴とする請求項10または11の通信装置。
  13. 前記第二の手段は、前記第一のネットワークノードを介して、前記制御信号を通知可能である
    ことを特徴とする請求項10乃至12のいずれかの通信装置。
  14. 前記第一の手段は、前記制御信号を含むパケットを、前記第一のネットワークノードを介して転送する
    ことを特徴とする請求項10乃至13のいずれかの通信装置。
  15. 前記第一の手段は、前記第一のネットワークノードから前記第二のネットワークノードへの切り替えが開始されたことに応じて、前記通信セッションと、前記第二のネットワークノードと前記通信装置の間に構築された新たな通信セッションとにより、前記端末に関するデータを転送可能である
    ことを特徴とする請求項10乃至14のいずれかの通信装置。
  16. 前記第二の手段は、前記端末に関するデータを前記通信装置から受信可能な第三のネットワークノードに、前記通信セッションの終了を通知するための前記制御信号を送信可能であることを特徴とする請求項10乃至15のいずれかの通信装置。
  17. 前記第二の手段は、前記通信セッションの終了に応じて新たな通信セッションにより通信することを前記第三のネットワークノードに通知するための前記制御信号を送信可能である
    ことを特徴とする請求項16に記載の通信装置。
  18. 端末に関するデータを処理する通信装置と第一のネットワークノードとの間に構築された通信セッションを介して、端末に関するデータを転送し、
    前記第一のネットワークノードが当該第一のネットワークノードに対応する機能を有する第二のネットワークノードに切り替えられたことに応じて、前記通信セッションの終了を示す制御信号を送信する
    ことを特徴とする通信方法。
  19. 前記通信セッションの終了を前記第二のネットワークノードに通知するための前記制御信号を送信する
    ことを特徴とする請求項18の通信方法。
  20. 前記通信セッションの終了に応じて新たな通信セッションにより通信することを前記第二のネットワークノードに通知するための前記制御信号を送信する
    ことを特徴とする請求項18または19の通信方法。
  21. 前記第一のネットワークノードを介して、前記制御信号を送信する
    ことを特徴とする請求項18乃至20のいずれかの通信方法。
  22. 前記第一のネットワークノードを介して、前記制御信号を含むパケットを転送する
    ことを特徴とする請求項18乃至21のいずれかの通信方法。
  23. 前記第一のネットワークノードから前記第二のネットワークノードへの切り替えが開始されたことに応じて、前記通信セッションと、前記第二のネットワークノードと前記通信装置との間に構築された新たな通信セッションとにより、前記端末に関するデータを転送する
    ことを特徴とする請求項18乃至22のいずれかの通信方法。
  24. 前記通信装置から前記端末に関するデータを受信可能な第三のネットワークノードに、前記通信セッションの終了を通知するための前記制御信号を送信する
    ことを特徴とする請求項18乃至23のいずれかの通信方法。
  25. 前記通信セッションの終了に応じて新たな通信セッションにより通信することを前記第三のネットワークノードに通知するための前記制御信号を送信する
    ことを特徴とする請求項24の通信方法。
  26. コンピュータに、
    第一のネットワークノードとの間に構築された通信セッションを介して、端末に関するデータを転送する処理と、
    前記第一のネットワークノードが当該第一のネットワークノードに対応する機能を有する第二のネットワークノードに切り替えられたことに応じて、前記通信セッションの終了を示す制御信号を送信する処理と
    を実行させることを特徴とするプログラム。
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