WO2014115711A1 - ユーザ装置、ゲートウェイ装置、無線基地局、移動通信システム及び移動通信方法 - Google Patents

ユーザ装置、ゲートウェイ装置、無線基地局、移動通信システム及び移動通信方法 Download PDF

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WO2014115711A1
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敬 輿水
イルファン アリ
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株式会社Ｎｔｔドコモ
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    • H04W76/20—Manipulation of established connections
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    • H04W88/00—Devices specially adapted for wireless communication networks, e.g. terminals, base stations or access point devices
    • H04W88/16—Gateway arrangements

Definitions

  • the present invention relates to a user apparatus, a gateway apparatus, a radio base station, a mobile communication system, and a mobile communication method that execute SDT (Small Data Transmission).
  • SDT Small Data Transmission
  • Non-Patent Document 1 a wireless access network such as Long Term Evolution (LTE).
  • MTC Machine Type Communication
  • the size of data output by such devices is usually smaller than the user data transmitted from the UE (for example, about 500 bytes).
  • transmission of such small data is performed using SDT (Small Data Transmission).
  • Fig. 1 shows the SDT sequence based on the conventional communication procedure.
  • the UE is in an idle state, specifically, an RRC-IDLE state in which a connection by radio resource control (RRC) is not established, and an EMM in which the UE's mobility management (EMM) is not ready.
  • RRC radio resource control
  • EMM mobility management
  • -In the IDLE state it recognizes that it is necessary to transmit small data, and establishes a communication bearer by RRC with the radio base station (eNB) (steps 1 to 6 in the figure).
  • the UE transits to the RRC-CONNECTED state (and EMM-IDLE state) in which the RRC connection is established.
  • the UE performs security-related processing (steps 7 to 12 in the figure) and establishment of a communication bearer between eNB and Serving (Gateway (SGW) or PDN (Gateway (PGW) (steps 13 to 15 in the figure). Then, the state transitions to an EMM-CONNECTED state in which user device mobility management (MM) is possible and user data can be transmitted and received in the user plane.
  • SGW Serving
  • PDN Gateway
  • the UE executes SDT in the RRC-CONNECTED state and the EMM-CONNECTED state (step 16 in the figure), and when the SDT is completed, returns to the RRC-IDLE state and the EMM-IDLE state (state E in the figure). .
  • the SDT based on the conventional communication procedure described above has the following problems. In other words, in spite of the transmission of small data of about 500 bytes, many control signals are transmitted and received between UE and eNB and between eNB and MME (Mobility Management Entity). It has not been utilized.
  • MME Mobility Management Entity
  • the present invention has been made in view of such a situation, and a user device, a gateway device, a radio base station, a mobile communication system, and a mobile device that can greatly reduce control signals associated with SDT (Small Data Transmission)
  • the purpose is to provide a communication method.
  • a first feature of the present invention is a user apparatus including a radio resource control unit that executes processing in a control plane according to radio resource control, and a mobility management unit that manages mobility of the user apparatus and enables processing in the user plane From the RRC-IDLE state where the control plane communication bearer is not established and the EMM-IDLE state where the user plane communication is not possible, the RRC- A state control unit for transitioning to the CONNECTED state and the EMM-IDLE state, and user data input to the user apparatus in the RRC-CONNECTED state and the EMM-IDLE state via the communication bearer of the control plane A data transmission unit for transmission, and the state control unit, upon completion of transmission of the user data by the data transmission unit, The gist is to transition from the RRC-CONNECTED state and the EMM-IDLE state to the RRC-IDLE state and the EMM-IDLE state.
  • a packet including an identifier for identifying the communication bearer is received from a radio base station in which a user apparatus has established a communication bearer by radio resource control, and based on the received packet,
  • the gateway apparatus includes a packet processing unit that transmits a message that confirms reception of the packet and that the user apparatus can communicate on the user plane to the mobility management apparatus.
  • the third feature of the present invention is based on a paging request receiving unit that receives a paging request addressed to a user device from a gateway device connected to an external communication network, and the paging request received by the paging request receiving unit.
  • the gist of the present invention is that the wireless base station includes a NAS connection setting unit that executes a service request based on a non-access stratum for the user apparatus.
  • a fourth feature of the present invention is a user apparatus comprising a radio resource control unit that executes processing in the control plane according to radio resource control, and a mobility management unit that manages mobility of the user apparatus and enables processing in the user plane And a gateway apparatus connected to an external communication network, wherein the user apparatus is in an RRC-IDLE state in which a communication bearer of the control plane is not established, and communication of the user plane is performed.
  • a state control unit that transitions from an EMM-IDLE state that is not possible to an RRC-CONNECTED state in which a communication bearer of the control plane is established and the EMM-IDLE state, and the RRC-CONNECTED state and the EMM-IDLE state
  • the user data input to the user equipment is transmitted via a communication bearer of the control plane
  • the state control unit is configured to change from the RRC-CONNECTED state and the EMM-IDLE state to the RRC-IDLE state and the EMM-IDLE upon completion of transmission of the user data by the data transmission unit.
  • Transition to the state via the communication bearer of the control plane, transmit a packet for establishing a communication bearer between the radio base station and the gateway device that has established the communication bearer to the radio base station,
  • the gateway apparatus receives a packet including an identifier for identifying the communication bearer from the radio base station, and based on the received packet, the reception confirmation of the packet and the user apparatus can perform user plane communication.
  • the gist of the present invention is to provide a packet processing unit that transmits a message that means to the mobility management device.
  • a fifth feature of the present invention is a user apparatus comprising a radio resource control unit that executes processing in the control plane according to radio resource control, and a mobility management unit that manages mobility of the user apparatus and enables processing in the user plane
  • a gateway device connected to an external communication network, wherein the user device is in an RRC-IDLE state in which a communication bearer of the control plane is not established, and communication in the user plane Transition from an EMM-IDLE state that is not possible to an RRC-CONNECTED state in which a communication bearer of the control plane is established and the EMM-IDLE state, and the user equipment is in the RRC-CONNECTED state and the In the EMM-IDLE state, user data input to the user device is passed through the control plane communication bearer.
  • the gateway device receives a packet including an identifier for identifying the communication bearer from the radio base station, and based on the received packet, the reception confirmation of the packet and the user Transmitting a message to the mobility management device indicating that the device can communicate with the user plane; and upon completion of transmission of the user data input to the user device, the RRC- Transition from the CONNECTED state and the EMM-IDLE state to the RRC-IDLE state and the EMM-IDLE state. This is the gist.
  • FIG. 1 is a diagram showing an SDT sequence based on a conventional communication procedure.
  • FIG. 2 is an overall schematic configuration diagram of the mobile communication system 1 according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a functional block configuration diagram of the UE 100 according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a state transition diagram in the UE 100 and the network according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a functional block configuration diagram of the SGW 40 according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a functional block configuration diagram of the eNB 20 according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram showing a sequence in the mobile communication system 1 when the UE 100 according to the embodiment of the present invention voluntarily executes the SDT.
  • FIG. 1 is a diagram showing an SDT sequence based on a conventional communication procedure.
  • FIG. 2 is an overall schematic configuration diagram of the mobile communication system 1 according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a functional block configuration
  • FIG. 8 is a diagram showing a sequence in the mobile communication system 1 when an incoming call addressed to the UE 100 occurs during execution of the SDT according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a diagram showing a sequence in the mobile communication system 1 in the case where the UE 100 is instructed to execute SDT from the network (gateway device) side according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an overall schematic configuration diagram of the mobile communication system 1 according to the present embodiment.
  • the mobile communication system 1 includes a communication network 10, a radio base station 20 (hereinafter referred to as eNB20), a mobility management entity 30 (hereinafter referred to as MME30), a Serving Gateway 40 (hereinafter referred to as SGW40), a Packet Data Network Gateway 50. (Hereinafter, PGW50) and user apparatus 100 (hereinafter, UE100).
  • eNB20 radio base station 20
  • MME30 mobility management entity 30
  • SGW40 Serving Gateway 40
  • PGW50 Packet Data Network Gateway 50
  • UE100 user apparatus 100
  • Communication network 10 is connected to PGW50.
  • the communication network 10 is a wired or wireless packet data network (PDN) based on IP.
  • the communication network 10 may include a public communication network such as the Internet or a dedicated communication network provided by a specific communication carrier.
  • ENB20 is a radio base station that complies with the specifications specified by the 3rd Generation Partnership Project (3GPP).
  • 3GPP 3rd Generation Partnership Project
  • the eNB 20 is a radio base station that complies with the specifications of Long (Term Evolution (LTE).
  • the MME 30 is connected to the eNB 20 and the SGW 40 and executes mobility management of the UE 100 and the like.
  • the SGW 40 realizes connection on the user plane and provides user data (packet) routing and transfer functions.
  • the PGW 50 is a connection point with the communication network 10 and provides a function of transferring user data (packets) to and from the communication network 10.
  • UE100 is a user apparatus (wireless terminal) according to LTE specifications, and executes wireless communication with eNB20.
  • the UE 100 is different from communication intended for use by a normal person, mainly from machine communication such as vending machines, measuring instruments, industrial machines, and various sensors. The purpose of communication.
  • the UE 100 executes SDT (Small Data Transmission) that transmits small-sized data (about 500 bytes) output from the device to a communication destination server (not shown) or the like via the eNB 20.
  • SDT Small Data Transmission
  • FIG. 3 is a functional block configuration diagram of the UE 100. As illustrated in FIG. 3, the UE 100 includes a transmission / reception unit 101, an RRC unit 103, an EMM unit 105, and a state control unit 107.
  • the transmission / reception unit 101 transmits / receives data (user data and control data) related to an application installed in the UE 100 to / from a communication destination server, or transmits data (user data) input to the UE 100 to a communication destination server or the like. Or
  • the UE 100 is connected to devices such as vending machines, measuring instruments, industrial machines, and various sensors, and the transmission / reception unit 101 transmits small-size data output from the device to the server or the like.
  • SDT small-size data output from the device to the server or the like.
  • the transmission / reception unit 101 transmits user data input to the UE 100 via the communication bearer of the control plane when the UE 100 is in the RRC-CONNECTED state and the EMM-IDLE state.
  • the transmission / reception unit 101 constitutes a data transmission unit.
  • the RRC unit 103 (radio resource control unit) executes processing in the control plane according to radio resource control (RRC). Specifically, the RRC unit 103 sets and releases an RRC layer connection according to the RRC.
  • RRC radio resource control
  • a state in which small-size data output from a device connected to the UE 100 can be transmitted via the communication bearer of the control plane is newly provided as RRC_Connected SDT, and transmission of the small-size data is performed. Occasionally, it transitions to RRC_Connected SDT state and executes SDT transmission.
  • the EMM unit 105 (mobility management unit) manages mobility according to LTE of the own user apparatus (UE100) (Enhanced Mobility Management). Further, the EMM unit 105 establishes the security of the UE 100 by executing mobility management, and enables processing in the user plane, specifically, communication via a communication bearer in the user plane.
  • the state control unit 107 controls the states of the RRC unit 103 and the EMM unit 105. Specifically, regarding the state of the RRC unit 103, the state control unit 107 is either the RRC-IDLE state in which the control plane communication bearer is not established or the RRC-CONNECTED state in which the control plane communication bearer is established. Control. Further, the state control unit 107 controls the EMM unit 105 to either an EMM-IDLE state in which user plane communication is not possible or an EMM-CONNECTED state in which user plane communication is possible.
  • FIG. 4 is a state transition diagram of the above-mentioned four states (RRC-IDLE state, RRC-CONNECTED state, EMM-IDLE state, and EMM-CONNECTED state) in UE100. As shown in FIG. 4, based on the combination of the four states described above, RRC-IDLE state and EMM-IDLE state (state A), RRC-CONNECTED state and EMM-CONNECTED state (state B), and RRC-CONNECTED State and EMM-IDLE state (state C) exists.
  • the state is A, and then the state B is reached via the instantaneous state C. Further, after the communication is completed, the state B is returned to the state A without going through the state C.
  • the state control unit 107 transitions from the RRC-IDLE state and the EMM-IDLE state (state A) to the RRC-CONNECTED state and the EMM-IDLE state (state C), and maintains the state C. .
  • the connection in the RRC layer is set in the state C, a communication bearer on the control plane can be used.
  • it is in the EMM-IDLE state it is impossible to use the user plane communication bearer.
  • the state control unit 107 in state C, that is, in the state of RRC_Connected SDT, transmits small-size data (user data) output from a device connected to the UE 100 via the communication bearer of the control plane. ) Is transmitted from the transmission / reception unit 101. That is, in the case of SDT, UE 100 does not set a non-access stratum (NAS) connection for MME 30. Normally, only control data, not user data, is transmitted / received in the control plane communication bearer, but in this embodiment, small-size data output from a device connected to the UE 100 is transmitted to the control plane communication bearer. Sent via.
  • NAS non-access stratum
  • the state control unit 107 transmits a packet (first IP packet) for establishing a communication bearer between the eNB 20 and the SGW 40 / PGW 50 establishing the communication bearer to the eNB 20 via the communication bearer of the control plane. To do.
  • FIG. 5 is a functional block configuration diagram of the SGW 40. As shown in FIG. 5, the SGW 40 includes a data transmission / reception unit 41, a paging unit 43, and a packet processing unit 45. Note that the function of the SGW 40 may be executed by the PGW 50.
  • the data transmitting / receiving unit 41 is connected to the external communication network 10 and receives downlink data (packets) addressed to the UE 100 from the communication network 10 and transmits uplink data (packets) to the communication network 10. .
  • the data transmitting / receiving unit 41 constitutes a data receiving unit.
  • the paging unit 43 transmits a paging request (page request) to the UE 100 based on the fact that the data transmitting / receiving unit 41 has received downlink data addressed to the UE 100. Specifically, the paging unit 43 transmits a paging request via the MME 30 or the like to the eNB 20 that forms the cell on which the UE 100 is waiting.
  • the packet processing unit 45 performs processing of the downlink data packet addressed to the UE 100 and the uplink data packet transmitted from the UE 100 via the eNB 20.
  • the packet processing unit 45 receives a packet including an identifier (F-TEID: “Fully Qualified Tunnel Endpoint Identifier”) identifying the communication bearer from the eNB 20 in which the UE 100 has established a communication bearer by RRC. Then, based on the received packet, reception of the packet and a message (DDN Complete) indicating that the UE 100 can communicate with the user plane can be transmitted to the MME 30.
  • F-TEID “Fully Qualified Tunnel Endpoint Identifier”
  • the packet processing unit 45 can transmit an IP packet that requests execution of a service request by a non-access stratum (NAS) to the eNB 20 that forms a cell on which the UE 100 is waiting.
  • NAS non-access stratum
  • FIG. 6 is a functional block configuration diagram of the eNB20. As illustrated in FIG. 6, the eNB 20 includes a paging request reception unit 21 and a NAS connection setting request unit 23.
  • the paging request reception unit 21 receives a paging request addressed to the UE 100 from the SGW 40 (or PGW 50).
  • the NAS connection setting request unit 23 executes a service request by the NAS to the UE 100 based on the paging request received by the paging request receiving unit 21. Specifically, the NAS connection setting request unit 23 transmits an RRC layer message that causes the UE 100 to start a service request based on the received paging request. Alternatively, the NAS connection setting request unit 23 may acquire a context including paging-related information (such as IMSI and DRX interval) from the MME 30 instead of the RRC layer message.
  • paging-related information such as IMSI and DRX interval
  • the NAS connection setting request unit 23 may autonomously determine the necessity of setting the NAS Connection regardless of whether there is a paging request. For example, the NAS connection setting request unit 23 may request the UE 100 to set the NAS connection when the UE 100 executes a handover to another cell.
  • FIG. 7 shows a sequence in the mobile communication system 1 when the UE 100 voluntarily executes SDT. It should be noted that here, a description will be mainly given of portions different from the SDT sequence based on the conventional communication procedure shown in FIG.
  • UE100 transmits RRC Connection Setup Complete via SRB (Signaling Radio Bearer) 1 (step 6).
  • SRB Signaling Radio Bearer
  • the UE 100 includes the ID of the communication bearer (EPS bearer) to be established in the RRC message.
  • the message is protected (encrypted) by KeNB (Key-at-eNB).
  • the eNB20 that received the message confirms whether the pair of S-TMSI (SAE Temporary Mobile Subscriber Identity) and EPS-Bearer_ID is already cached in the eNB20 and whether the integrity of the information is guaranteed. To do. If the information has already been cached in the eNB 20 and integrity is guaranteed, the eNB 20 omits the processes in steps 7 to 10.
  • S-TMSI SAE Temporary Mobile Subscriber Identity
  • the eNB 20 acquires the information from the MME 30 (steps 7 and 8). Specifically, the eNB 20 transmits a Request Context message requesting necessary S-TMSI and EPS-Bearer_ID to the MME 30. The MME 30 notifies the eNB 20 of KeNB and necessary EPS Bearer (UE-eNB) context information. In addition, the MME 30 notifies the eNB 20 of information necessary for paging for the UE 100 (such as IMSI and DRX interval).
  • UE-eNB EPS Bearer
  • eNB20 Based on the packet (First IP packet) received via the communication bearer (DRB) set from UE100, eNB20 sets downlink eNB_F-TEID (Fully Qualified Tunnel Endpoint Identifier), that is, F-TEID for eNB20. It transmits to SGW40 (step 14).
  • the SGW 40 that has received the F-TEID transmits it via a communication bearer (EPS Bearer) identified by the F-TEID when there is a packet in the downlink direction. Further, the SGW 40 transmits a dummy IP packet in which an ack-flag indicating the reception confirmation of the F-TEID is inserted to the eNB 20 (step 14b).
  • EPS Bearer communication bearer
  • step 15 SDT is executed via the communication bearer (step 15).
  • ENB20 transmits a clear flag instructing the deletion to SGW40 in order to delete the GTP-U tunnel corresponding to the specific TEID (between eNB20 and SGW40) (step 17).
  • the SGW 40 transmits the dummy IP packet eNB20 in which the ack-flag is inserted (step 17b).
  • the UE 100 executes the necessary SDT, the UE 100 returns to the idle state (RRC-IDLE state and EMM-IDLE state).
  • FIG. 8 shows a sequence in the mobile communication system 1 when an incoming call addressed to the UE 100 occurs during the execution of SDT. In this case as well, portions different from the SDT sequence based on the conventional communication procedure shown in FIG. 1 will be mainly described.
  • the UE 100 executes the processing of Steps 2 to 14 shown in FIG. 7 (Step 2) and executes SDT (Step 3).
  • 8 indicates that a communication bearer (control plane communication bearer) is set between the devices.
  • the communication path (bearer) for SDT is secured by the processing of step 2, but when a normal incoming call to UE 100 occurs, a communication bearer for accepting the incoming call is secured. Absent.
  • the following operations are performed.
  • a normal incoming call to UE 100 occurs, and a downstream packet arrives at SGW 40 (step 4a).
  • the SGW 40 inserts a dummy IP packet in which a flag for prompting a paging request is inserted into the eNB 20 in the GTP-U header via the communication bearer (S1-U bearer) between the eNB 20 and the SGW 40 that has already been set.
  • the flag means that the eNB 20 starts paging for the UE 100, and the UE 100 starts a normal NAS service request based on the paging.
  • the eNB 20 may autonomously instruct the UE 100 to set the NAS Connection (step 4c). For example, when the UE 100 performs a handover to another cell, the eNB 20 is aware of the handover, so that the UE 100 may be configured to set a NAS Connection at this timing. Specifically, when the UE 100 moves to another cell, the eNB 20 is notified that the UE 100 has moved to another cell, so the eNB 20 can cause the UE 100 to set a NAS Connection using the notification as a trigger. It is.
  • the eNB 20 transmits an RRC message and paging information for causing the UE 100 to execute a service request subsequent to the process of Step 4b or 4c (Step 5).
  • the eNB 20 may acquire a context necessary for KeNB and EPSerBearer (between the UE and the eNB) by transmitting a Request Context similar to Step 7 illustrated in FIG. 7 to the MME 30.
  • the UE 100 executes a service request for normal incoming call according to 3GPP TS23.401 and the like, and a communication bearer (user plane communication bearer) is set between the UE 100 to the eNB 20 to the MME 30 to the SGW 40.
  • a communication bearer user plane communication bearer
  • FIG. 9 shows a sequence in the mobile communication system 1 in the case of instructing the UE 100 to execute SDT from the network (gateway device) side. In this case as well, portions different from the SDT sequence based on the conventional communication procedure shown in FIG. 1 will be mainly described.
  • the SGW 40 transmits a DDN (Downlink Data Notification) to the MME 30 when a downstream packet addressed to the UE 100 arrives (Step 1, 2).
  • the MME 30 that has received the DDN requests paging from the associated eNB 20 based on the tracking area of the UE 100 (step 3).
  • the paging includes UE100's S-TMSI (SAE-Temporary Mobile Subscriber Identity).
  • the eNB 20 performs paging on the UE 100 based on the paging request received from the MME 30. Such an operation from the network side prompts the UE 100 to execute SDT.
  • the UE 100 that has undergone paging decides to execute SDT at this point (step 5).
  • the UE 100 executes the processing of Steps 2 to 12 shown in FIG. 7 (Step 6), and forms an RRC connection between the UE 100 and the eNB 20.
  • Step 6 the processing of Steps 2 to 12 shown in FIG. 7
  • the bearer (tonel) between eNB20 and SGW40 is not formed yet, it forms in the following procedures.
  • ENB 20 transmits a dummy IP packet including DL_eNB_F-TEID for downlink to SGW 40 based on the dummy IP packet received from UE 100 via the communication bearer (DRB) (step 8a).
  • the SGW 40 that has received the IP packet can transfer the downlink IP packet to the eNB 20 via the communication bearer specified by the F-TFID.
  • the SGW 40 includes an ack flag indicating the reception confirmation of the F-TEID in the downlink IP packet first transmitted to the eNB 20. That is, the ack flag means that a communication bearer (tonel) is formed between the eNB 20 and the SGW 40.
  • SGW40 sends DDN Complete to MME30 (Step 9).
  • DDN Complete By transmitting DDN Complete to MME 30, it is possible to cause MME 30 to recognize that UE 100 has responded to paging and that an S1-U communication bearer (between eNB 20 and SGW 40) of the user plane has been established.
  • UE100 does not set NAS Connection for MME30 when SDT is executed. Therefore, the UE 100 remains in the EMM-IDLE state when the SDT is executed.
  • the eNB 20 holds the Access Stratum (AS) context of the UE 100, and therefore there is no need to request the context from the MME 30 for executing the SDT.
  • AS Access Stratum
  • the MME 30 does not need to make any signal to the SGW 40 (steps 14, 15, 22, and 23 in FIG. 1 are unnecessary). Specifically, when the UE 100 changes from the idle state to the RRC-CONNECTED state, the eNB 20 directly transmits necessary information (DL eNB F-TEID) to the SGW 40, and when the UE 100 enters the idle state again, The eNB 20 requests the SGW 40 to delete the information (step 17 in FIG. 7).
  • necessary information DL eNB F-TEID
  • the number of signals is 11 for 14 (until UE100 changes from the idle state (RRC-IDLE state and EMM-IDLE state) to RRC-CONNECTED state), and 3 for 6 (UE100 is RRC- In particular, the number of signals related to the MME 30 is zero.
  • SDT can be realized while effectively utilizing radio resources.
  • the paging request to the UE 100 is transmitted to the eNB 20 that forms the cell on which the UE 100 is waiting even when the SDT is being executed, that is, in the RRC-CONNECTED state and the EMM-IDLE state. Therefore, even when an incoming call occurs in UE 100 during execution of SDT, UE 100 can be made to respond to the incoming call.
  • the eNB 20 can execute a service request by the NAS to the UE 100 based on the paging request received from the SGW 40, and can cause the UE 100 to perform SDT in accordance with the service request.
  • SDT can be realized by network initiative instead of UE100 initiative.
  • a signal (message) is transmitted and received between the eNB 20 and the SGW 40, but the PGW 50 may transmit and receive the signal to and from the eNB 20 instead of the SGW 40.
  • LTE has been described as an example, but the present invention can also be applied to other radio access technologies (for example, 3G).
  • 3G radio access technologies
  • the present invention may be expressed as follows.
  • the first feature of the present invention is to manage the mobility of the RRC unit 103 (radio resource control unit) that executes processing in the control plane according to radio resource control (RRC) and the own user apparatus, and enables processing in the user plane.
  • RRC radio resource control
  • UE100 user equipment having an EMM unit 105 (mobility management unit) that performs RRC-IDLE state in which a communication bearer of the control plane is not established, and communication in the user plane is not possible
  • EMM unit 105 mobility management unit
  • RRC-CONNECTED state where the communication bearer of the control plane is established and the EMM-IDLE state is changed from the IDLE state
  • the state control unit 107 state control unit
  • a transmission / reception unit 101 data transmission unit for transmitting user data input to the user apparatus via a communication bearer of the control plane, and the state control
  • the data transmission unit and the soon transmission of user data is completed by the from RRC-CONNECTED state and the EMM-IDLE state, and summarized in that to transition to the RRC-IDLE state and the EMM-IDLE state.
  • the said state control part is between the eNB20 (radio base station) and SGW40 (gateway apparatus) which have established the said communication bearer via the communication bearer of the said control plane.
  • a packet for establishing a communication bearer may be transmitted to the radio base station.
  • the user data may be small size data output from a device connected to the user device.
  • a second feature of the present invention is that a UE 100 (user equipment) receives a packet including an identifier for identifying the communication bearer from an eNB 20 (radio base station) that has established a communication bearer by radio resource control (RRC). Based on the received packet, a packet processing unit 45 (packet processing unit 45) transmits a message to the MME 30 (movement management device) confirming the reception of the packet and indicating that the user device can communicate with the user plane. Part) is SGW40 (gateway device).
  • RRC radio resource control
  • a data transmitting / receiving unit 41 (data receiving unit) that receives downlink data addressed to the user apparatus from an external communication network 10 (communication network), and the data receiving unit receives the downlink data.
  • a paging unit 43 (paging unit) that transmits a paging request to the user apparatus to an eNB 20 (radio base station) that forms a cell on which the user apparatus is waiting, and the packet processing
  • the unit may transmit an IP packet that requests execution of a service request by a non-access stratum to an eNB 20 (radio base station) that forms a cell on which the user apparatus is waiting.
  • the third feature of the present invention is that a paging request receiving unit 21 (paging request receiving unit) that receives a paging request addressed to the UE 100 (user device) from the SGW 40 (gateway device) connected to the external communication network 10 (communication network). ) And a NAS connection setting request unit 23 that executes a service request based on a non-access stratum for the user apparatus based on the paging request received by the paging request reception unit.
  • a paging request receiving unit 21 paging request receiving unit
  • SGW 40 gateway device
  • a NAS connection setting request unit 23 that executes a service request based on a non-access stratum for the user apparatus based on the paging request received by the paging request reception unit.
  • a fourth feature of the present invention is a user apparatus comprising a radio resource control unit that executes processing in the control plane according to radio resource control, and a mobility management unit that manages mobility of the user apparatus and enables processing in the user plane And a gateway apparatus connected to an external communication network, wherein the user apparatus is in an RRC-IDLE state in which a communication bearer of the control plane is not established, and communication of the user plane is performed.
  • a state control unit that transitions from an EMM-IDLE state that is not possible to an RRC-CONNECTED state in which a communication bearer of the control plane is established and the EMM-IDLE state, and the RRC-CONNECTED state and the EMM-IDLE state
  • the user data input to the user equipment is transmitted via a communication bearer of the control plane
  • the state control unit is configured to change from the RRC-CONNECTED state and the EMM-IDLE state to the RRC-IDLE state and the EMM-IDLE upon completion of transmission of the user data by the data transmission unit.
  • Transition to the state via the communication bearer of the control plane, transmit a packet for establishing a communication bearer between the radio base station and the gateway device that has established the communication bearer to the radio base station,
  • the gateway apparatus receives a packet including an identifier for identifying the communication bearer from the radio base station, and based on the received packet, the reception confirmation of the packet and the user apparatus can perform user plane communication.
  • the gist of the present invention is to provide a packet processing unit that transmits a message that means to the mobility management device.
  • a fifth feature of the present invention is a user apparatus comprising a radio resource control unit that executes processing in the control plane according to radio resource control, and a mobility management unit that manages mobility of the user apparatus and enables processing in the user plane
  • a gateway device connected to an external communication network, wherein the user device is in an RRC-IDLE state in which a communication bearer of the control plane is not established, and communication in the user plane Transition from an EMM-IDLE state that is not possible to an RRC-CONNECTED state in which a communication bearer of the control plane is established and the EMM-IDLE state, and the user equipment is in the RRC-CONNECTED state and the In the EMM-IDLE state, user data input to the user device is passed through the control plane communication bearer.
  • the gateway device receives a packet including an identifier for identifying the communication bearer from the radio base station, and based on the received packet, the reception confirmation of the packet and the user Transmitting a message to the mobility management device indicating that the device can communicate with the user plane; and upon completion of transmission of the user data input to the user device, the RRC- Transition from the CONNECTED state and the EMM-IDLE state to the RRC-IDLE state and the EMM-IDLE state. This is the gist.
  • a user apparatus a gateway apparatus, a radio base station, a mobile communication system, and a mobile communication method that can significantly reduce control signals associated with SDT (Small Data Transmission).
  • SDT Small Data Transmission

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

SDT（Small Data Transmission）に伴う制御信号を大幅に削減し得るユーザ装置、ゲートウェイ装置、無線基地局、移動通信システム及び移動通信方法を提供する。UE100は、制御プレーンの通信ベアラが確立されていないRRC-IDLE状態、かつユーザプレーンの通信が可能となっていないEMM-IDLE状態から、制御プレーンの通信ベアラが確立されたRRC-CONNECTED状態かつEMM-IDLE状態に遷移する。UE100は、RRC-CONNECTED状態かつEMM-IDLE状態において、UE100に入力されたユーザデータを、制御プレーンの通信ベアラを経由して送信する。また、UE100は、当該ユーザデータの送信が完了次第、RRC-CONNECTED状態かつEMM-IDLE状態から、RRC-IDLE状態かつEMM-IDLE状態に遷移する。

Description

ユーザ装置、ゲートウェイ装置、無線基地局、移動通信システム及び移動通信方法
本発明は、SDT（Small Data Transmission）を実行するユーザ装置、ゲートウェイ装置、無線基地局、移動通信システム及び移動通信方法に関する。
昨今、3rd Generation Partnership Project（3GPP）では、ユーザ装置（UE）を自動販売機や各種センサーなどの機器と接続し、当該機器から出力されるデータをLong Term Evolution（LTE）などの無線アクセスネットワークを経由して送信するMachine Type Communication（MTC）について検討が進められている（例えば、非特許文献１）。
　このような機器が出力するデータのサイズは、通常UEから送信されるユーザデータよりも小さい（例えば、500バイト程度）特徴があり、3GPPでは、このような小サイズのデータの送信をSDT（Small Data Transmission）と呼んでいる。
　図１は、従来の通信手順に基づくSDTのシーケンスを示す。図１に示すように、UEは、アイドル状態、具体的には、無線リソース制御（RRC）による接続が確立されていないRRC-IDLE状態、かつUEのモビリティ管理（EMM）が準備できていないEMM-IDLE状態において、スモールデータの送信が必要なことを認識し、RRCによる通信ベアラの確立を無線基地局（eNB）と実行する（図中のステップ1～6）。この結果、UEは、RRCの接続が確立されたRRC-CONNECTED状態（かつEMM-IDLE状態）に遷移する。
　さらに、UEは、セキュリティ関係の処理（図中のステップ7～12）及びeNB～Serving Gateway（SGW）またはPDN Gateway（PGW）間の通信ベアラの確立（図中のステップ13～15）などを実行し、ユーザ装置の移動管理（MM）が可能であってユーザプレーンにおけるユーザデータの送受信が可能なEMM-CONNECTED状態に遷移する。
　UEは、RRC-CONNECTED状態かつEMM-CONNECTED状態において、SDTを実行（図中のステップ16）し、SDTが完了すると、RRC-IDLE状態かつEMM-IDLE状態に復帰する（図中の状態E）。
3GPP TR 23.887 V0.6.0： Machine-Type and other Mobile Data Applications Communications Enhancements (Release 12)、3GPP、２０１２年１２月
　しかしながら、上述した従来の通信手順に基づくSDTには、次のような問題がある。すなわち、500バイト程度の小データの送信にも拘わらず、UE～eNB間やeNB～MME（Mobility Management Entity）間において多くの制御信号が送受信されるため、効率が極めて悪く、ネットワークリソースを有効に活用できていない。
　そこで、本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、SDT（Small Data Transmission）に伴う制御信号を大幅に削減し得るユーザ装置、ゲートウェイ装置、無線基地局、移動通信システム及び移動通信方法の提供を目的とする。
　本発明の第１の特徴は、無線リソース制御に従って制御プレーンにおける処理を実行する無線リソース制御部、及び自ユーザ装置のモビリティを管理し、ユーザプレーンにおける処理を可能とするモビリティ管理部を備えるユーザ装置であって、前記制御プレーンの通信ベアラが確立されていないRRC-IDLE状態、かつ前記ユーザプレーンの通信が可能となっていないEMM-IDLE状態から、前記制御プレーンの通信ベアラが確立されたRRC-CONNECTED状態かつ前記EMM-IDLE状態に遷移させる状態制御部と、前記RRC-CONNECTED状態かつ前記EMM-IDLE状態において、前記ユーザ装置に入力されたユーザデータを、前記制御プレーンの通信ベアラを経由して送信するデータ送信部とを備え、前記状態制御部は、前記データ送信部による前記ユーザデータの送信が完了次第、前記RRC-CONNECTED状態かつ前記EMM-IDLE状態から、前記RRC-IDLE状態かつ前記EMM-IDLE状態に遷移させることを要旨とする。
　本発明の第２の特徴は、ユーザ装置が無線リソース制御による通信ベアラを確立している無線基地局から、前記通信ベアラを識別する識別子を含むパケットを受信し、受信した前記パケットに基づいて、前記パケットの受信確認及び前記ユーザ装置がユーザプレーンにおける通信が可能になったことを意味するメッセージを移動管理装置に送信するパケット処理部を備えるゲートウェイ装置であることを要旨とする。
　本発明の第３の特徴は、外部の通信ネットワークと接続されたゲートウェイ装置からユーザ装置宛てのページング要求を受信するページング要求受信部と、前記ページング要求受信部が受信した前記ページング要求に基づいて、前記ユーザ装置に対して非アクセス・ストラタムによるサービス要求を実行するNASコネクション設定部とを備える無線基地局であることを要旨とする。
　本発明の第４の特徴は、無線リソース制御に従って制御プレーンにおける処理を実行する無線リソース制御部、及び自ユーザ装置のモビリティを管理し、ユーザプレーンにおける処理を可能とするモビリティ管理部を備えるユーザ装置と、外部の通信ネットワークと接続されたゲートウェイ装置とを含む移動通信システムであって、前記ユーザ装置は、前記制御プレーンの通信ベアラが確立されていないRRC-IDLE状態、かつ前記ユーザプレーンの通信が可能となっていないEMM-IDLE状態から、前記制御プレーンの通信ベアラが確立されたRRC-CONNECTED状態かつ前記EMM-IDLE状態に遷移させる状態制御部と、前記RRC-CONNECTED状態かつ前記EMM-IDLE状態において、前記ユーザ装置に入力されたユーザデータを、前記制御プレーンの通信ベアラを経由して送信するデータ送信部とを備え、前記状態制御部は、前記データ送信部による前記ユーザデータの送信が完了次第、前記RRC-CONNECTED状態かつ前記EMM-IDLE状態から、前記RRC-IDLE状態かつ前記EMM-IDLE状態に遷移させ、前記制御プレーンの通信ベアラを経由して、前記通信ベアラを確立している無線基地局と前記ゲートウェイ装置との間における通信ベアラを確立させるパケットを前記無線基地局に送信し、前記ゲートウェイ装置は、前記通信ベアラを識別する識別子を含むパケットを前記無線基地局から受信し、受信した前記パケットに基づいて、前記パケットの受信確認及び前記ユーザ装置がユーザプレーンの通信が可能になったことを意味するメッセージを移動管理装置に送信するパケット処理部を備えることを要旨とする。
　本発明の第５の特徴は、無線リソース制御に従って制御プレーンにおける処理を実行する無線リソース制御部、及び自ユーザ装置のモビリティを管理し、ユーザプレーンにおける処理を可能とするモビリティ管理部を備えるユーザ装置と、外部の通信ネットワークと接続されたゲートウェイ装置とを用いた移動通信方法であって、前記ユーザ装置が、前記制御プレーンの通信ベアラが確立されていないRRC-IDLE状態、かつ前記ユーザプレーンの通信が可能となっていないEMM-IDLE状態から、前記制御プレーンの通信ベアラが確立されたRRC-CONNECTED状態かつ前記EMM-IDLE状態に遷移させるステップと、前記ユーザ装置が、前記RRC-CONNECTED状態かつ前記EMM-IDLE状態において、前記ユーザ装置に入力されたユーザデータを、前記制御プレーンの通信ベアラを経由して送信するステップと、前記ユーザ装置が、前記制御プレーンの通信ベアラを経由して、前記通信ベアラを確立している無線基地局と前記ゲートウェイ装置との間における通信ベアラを確立させるパケットを前記無線基地局に送信するステップと、前記ゲートウェイ装置が、前記通信ベアラを識別する識別子を含むパケットを前記無線基地局から受信し、受信した前記パケットに基づいて、前記パケットの受信確認及び前記ユーザ装置がユーザプレーンの通信が可能になったことを意味するメッセージを移動管理装置に送信するステップと、前記ユーザ装置が、前記ユーザ装置に入力された前記ユーザデータの送信が完了次第、前記RRC-CONNECTED状態かつ前記EMM-IDLE状態から、前記RRC-IDLE状態かつ前記EMM-IDLE状態に遷移させるステップとを含むことを要旨とする。
図１は、従来の通信手順に基づくSDTのシーケンスを示す図である。 図２は、本発明の実施形態に係る移動通信システム1の全体概略構成図である。 図３は、本発明の実施形態に係るUE100の機能ブロック構成図である。 図４は、本発明の実施形態に係るUE100及びネットワークにおける状態遷移図である。 図５は、本発明の実施形態に係るSGW40の機能ブロック構成図である。 図６は、本発明の実施形態に係るeNB20の機能ブロック構成図である。 図７は、本発明の実施形態に係るUE100が自発的にSDTを実行する場合における移動通信システム1内のシーケンスを示す図である。 図８は、本発明の実施形態に係るSDTの実行時にUE100宛ての着信が発生した場合における移動通信システム1内のシーケンスを示す図である。 図９は、本発明の実施形態に係るネットワーク（ゲートウェイ装置）側からUE100にSDTの実行を指示する場合における移動通信システム1内のシーケンスを示す図である。
次に、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の図面の記載において、同一または類似の部分には、同一または類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。
　したがって、具体的な寸法などは以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
　（１）移動通信システムの全体概略構成
　図２は、本実施形態に係る移動通信システム1の全体概略構成図である。図２に示すように、移動通信システム1は、通信ネットワーク10、無線基地局20（以下、eNB20）、Mobility Management Entity30（以下、MME30）、Serving Gateway 　40（以下、SGW40）、Packet Data Network Gateway 50（以下、PGW50）、及びユーザ装置100（以下、UE100）を含む。
　通信ネットワーク10は、PGW50と接続されている。通信ネットワーク10は、IPをベースとした有線または無線のパケットデータネットワーク（PDN）である。通信ネットワーク10には、インターネットなどの公衆型の通信ネットワークや特定の通信事業者によって提供される専用型の通信ネットワークが含まれてもよい。
　eNB20は、3rd Generation Partnership Project（3GPP）によって規定された仕様に従った無線基地局である。具体的には、eNB20は、Long Term Evolution（LTE）の仕様に従った無線基地局である。
　MME30は、eNB20及びSGW40と接続されており、UE100のモビリティ管理などを実行する。SGW40は、ユーザプレーンでの接続を実現し、ユーザデータ（パケット）のルーティングや転送機能を提供する。PGW50は、通信ネットワーク10との接続点であり、ユーザデータ（パケット）を通信ネットワーク10との間で転送する機能を提供する。
　UE100は、LTEの仕様に従ったユーザ装置（無線端末）であり、eNB20と無線通信を実行する。特に、本実施形態では、UE100は、通常の人が通話する利用目的の通信とは異なり、機械の通信を主とした、例えば自動販売機や、計測器、産業機械、各種センサーなどの機器からの通信を目的とする。UE100は、当該機器から出力された小サイズのデータ（５００バイト程度）を、eNB20を介して通信先のサーバ（不図示）などに送信する、SDT（Small Data Transmission）を実行する。
　（２）移動通信システムの機能ブロック構成
　次に、移動通信システム1の機能ブロック構成について説明する。具体的には、ユーザ装置（UE100）、ゲートウェイ装置（SGW40）及び無線基地局（eNB20）の機能ブロック構成について説明する。なお、ここでは、本発明に関連する機能ブロック構成についてのみ記載することに留意されたい。
　（２．１）ユーザ装置
　図３は、UE100の機能ブロック構成図である。図３に示すように、UE100は、送受信部101、RRC部103、EMM部105及び状態制御部107を備える。
　送受信部101は、UE100に実装されたアプリケーションに関するデータ（ユーザデータ及び制御データ）を通信先のサーバなどと送受信したり、UE100に入力されたデータ（ユーザデータ）を通信先のサーバなどに送信したりする。
　上述したように、UE100は、自動販売機、計測器、産業機械、各種センサーなどの機器に接続されており、送受信部101は、当該機器から出力された小サイズのデータを当該サーバなどに送信（SDT）する。具体的には、送受信部101は、UE100がRRC-CONNECTED状態かつEMM-IDLE状態において、UE100に入力されたユーザデータを、制御プレーンの通信ベアラを経由して送信する。本実施形態において、送受信部101はデータ送信部を構成する。
　RRC部103（無線リソース制御部）は、無線リソース制御（RRC）に従って制御プレーンにおける処理を実行する。具体的には、RRC部103は、RRCに従ってRRCレイヤのコネクションの設定や開放を実行する。特に、本実施形態では、UE100に接続されている機器から出力された小サイズのデータを制御プレーンの通信ベアラを経由して送信できる状態をRRC_Connected SDTとして新たに設け、当該小サイズのデータの送信時には、RRC_Connected SDT状態に遷移し、SDT送信を実行する。
　EMM部105（モビリティ管理部）は、自ユーザ装置（UE100）のLTEに従ったモビリティを管理（Enhanced Mobility Management）する。また、EMM部105は、モビリティ管理を実行することによってUE100のセキュリティを確立し、ユーザプレーンにおける処理、具体的には、ユーザプレーンの通信ベアラを経由した通信を可能とする。
　状態制御部107は、RRC部103及びEMM部105の状態を制御する。具体的には、状態制御部107は、RRC部103の状態に関して、制御プレーンの通信ベアラが確立されていないRRC-IDLE状態、または制御プレーンの通信ベアラが確立されたRRC-CONNECTED状態の何れか制御する。また、状態制御部107は、EMM部105に関して、ユーザプレーンの通信が可能となっていないEMM-IDLE状態、またはユーザプレーンの通信が可能となっているEMM-CONNECTED状態の何れかに制御する。
　図４は、UE100における上述した４つの状態（RRC-IDLE状態、RRC-CONNECTED状態、EMM-IDLE状態及びEMM-CONNECTED状態）の状態遷移図である。図４に示すように、上述した４つの状態の組合せに基づいて、RRC-IDLE状態かつEMM-IDLE状態（状態A）、RRC-CONNECTED状態かつEMM-CONNECTED状態（状態B）、及びRRC-CONNECTED状態かつEMM-IDLE状態（状態C）が存在する。
　図４に示すように、UE100の電源投入直後など、何ら通信が開始されていない場合は状態Aであり、その後、一瞬の状態Cを経由して状態Bとなる。また、通信終了後は、状態Bから状態Cを経由することなく状態Aに復帰する。
　特に、本実施形態では、状態制御部107は、RRC-IDLE状態かつEMM-IDLE状態（状態A）から、RRC-CONNECTED状態かつEMM-IDLE状態（状態C）に遷移させ、状態Cを維持する。なお、状態Cは、RRCレイヤでのコネクションが設定されている状態であるため、制御プレーンの通信ベアラを利用可能である。一方、EMM-IDLE状態であるため、ユーザプレーンの通信ベアラの利用は不可能である。
　本実施形態では、状態制御部107は、状態C、つまり、RRC_Connected SDTの状態において、制御プレーンの通信ベアラを経由して、UE100に接続されている機器から出力された小サイズのデータ（ユーザデータ）を送受信部101から送信させる。すなわち、SDTの場合、UE100は、MME30に対し非アクセス・ストラタム（NAS）Connectionを設定しない。制御プレーンの通信ベアラでは、通常、ユーザデータではなく、制御データのみが送受信されるが、本実施形態では、UE100と接続された機器から出力される小サイズのデータが、制御プレーンの通信ベアラを経由して送信される。
　また、状態制御部107は、制御プレーンの通信ベアラを経由して、当該通信ベアラを確立しているeNB20とSGW40／PGW50との間における通信ベアラを確立させるパケット（first IP packet）をeNB20に送信する。
　（２．２）ゲートウェイ装置
　図５は、SGW40の機能ブロック構成図である。図５に示すように、SGW40は、データ送受信部41、ページング部43及びパケット処理部45を備える。なお、SGW40の機能は、PGW50によって実行されてもよい。
　データ送受信部41は、外部の通信ネットワーク10と接続されており、UE100宛ての下りデータ（パケット）を通信ネットワーク10から受信したり、上りデータ（パケット）を通信ネットワーク10に向けて送信したりする。本実施形態において、データ送受信部41は、データ受信部を構成する。
　ページング部43は、データ送受信部41がUE100宛ての下りデータを受信したことに基づいて、UE100へのページング要求（page request）を送信する。具体的には、ページング部43は、UE100が待ち受けしているセルを形成するeNB20にMME30などを経由してページング要求を送信する。
　パケット処理部45は、UE100宛ての下りデータパケット、及びeNB20を経由してUE100から送信された上りデータパケットの処理を実行する。特に、本実施形態では、パケット処理部45は、UE100がRRCによる通信ベアラを確立しているeNB20から、当該通信ベアラを識別する識別子（F-TEID: Fully Qualified Tunnel Endpoint Identifier）を含むパケットを受信し、受信したパケットに基づいて、パケットの受信確認及びUE100がユーザプレーンの通信が可能になったことを意味するメッセージ（DDN Complete）をMME30に送信することができる。
　また、パケット処理部45は、UE100が待ち受けしているセルを形成するeNB20に対して非アクセス・ストラタム（NAS）によるサービス要求の実行を要求するIPパケットを送信することができる。
　（２．３）無線基地局
　図６は、eNB20の機能ブロック構成図である。図６に示すように、eNB20は、ページング要求受信部21及びNASコネクション設定要求部23を備える。
　ページング要求受信部21は、SGW40（またはPGW50）からUE100宛てのページング要求を受信する。
　NASコネクション設定要求部23は、ページング要求受信部21が受信したページング要求に基づいて、UE100に対してNASによるサービス要求を実行する。具体的には、NASコネクション設定要求部23は、受信したページング要求に基づいて、UE100にサービス要求を開始させるRRCレイヤのメッセージを送信する。或いは、NASコネクション設定要求部23は、RRCレイヤのメッセージに代えて、ページング関係の情報（IMSIやDRX間隔など）を含めたコンテキストをMME30から取得してもよい。
　また、NASコネクション設定要求部23は、ページング要求の有無に関係なく、UE100がNAS Connectionの設定の必要性を自律的に判定してもよい。例えば、NASコネクション設定要求部23は、UE100が他セルへのハンドオーバを実行する場合、NAS Connectionの設定をUE100に要求するようにしてもよい。
　（３）移動通信システムの動作
　次に、上述した移動通信システム1の動作について説明する。具体的には、UE100が自発的にSDTを実行する動作（動作例１）、SDTの実行時にUE100宛ての着信が発生した場合の動作（動作例２）、及びネットワーク（ゲートウェイ装置）側からUE100にSDTの実行を指示する動作（動作例３）について説明する。
　（３．１）動作例１
　図７は、UE100が自発的にSDTを実行する場合における移動通信システム1内のシーケンスを示す。なお、ここでは、図１に示した従来の通信手順に基づくSDTのシーケンスと異なる部分について主に説明する。
　図７に示すように、UE100は、SRB（Signaling Radio Bearer）1を経由して、RRC Connection Setup Completeを送信する（ステップ6）。ここで、UE100は、確立したい通信ベアラ（EPS bearer）のIDを当該RRCメッセージに含める。なお、当該メッセージは、KeNB（Key-at-eNB）によって保護（暗号化）される。
　当該メッセージを受信したeNB20は、S-TMSI（SAE Temporary Mobile Subscriber Identity）とEPS-Bearer_IDとの組が既にeNB20にキャッシュされているか否か、及び当該情報のインテグリティが保障されているか否かについて確認する。当該情報が既にeNB20にキャッシュされており、インテグリティが保障されている場合、eNB20は、ステップ7～10の処理を省略する。
　一方、当該情報がキャッシュされていない場合、または当該情報のインテグリティが保障されていない場合、eNB20は、当該情報をMME30から取得する（ステップ7,8）。具体的には、eNB20は、必要なS-TMSIとEPS-Bearer_IDを要求するRequest ContextメッセージをMME30に送信する。MME30は、KeNB及び必要なEPS Bearer（UE-eNB間）コンテキスト情報をeNB20に通知する。また、MME30は、UE100に対するページングに必要な情報（IMSIやDRX間隔など）を合わせてeNB20に通知する。
　eNB20は、UE100から設定された通信ベアラ（DRB）経由で受信したパケット（First IPパケット）に基づいて、下りリンクのeNB_F-TEID（Fully Qualified Tunnel Endpoint Identifier）、つまり、eNB20向けのF-TEIDをSGW40に送信する（ステップ14）。当該F-TEIDを受信したSGW40は、下り方向のパケットがある場合には当該F-TEIDによって識別される通信ベアラ（EPS Bearer）を経由して送信することになる。また、SGW40は、当該F-TEIDの受信確認を意味するack-flagが挿入されたダミーのIPパケットをeNB20に送信する（ステップ14b）。
　ステップ14bの処理が完了すると、当該通信ベアラを経由して、SDTが実行される（ステップ15）。
　eNB20は、特定のTEID（eNB20～SGW40間）に対応するGTP-Uトンネルを削除するため、当該削除を指示するクリアフラグをSGW40に送信する（ステップ17）。SGW40は、当該GTP-Uトンネルを削除後、ack-flagが挿入されたダミーのIPパケットeNB20に送信する（ステップ17b）。このような動作によって、UE100は、必要なSDTを実行すると、アイドル状態（RRC-IDLE状態かつEMM-IDLE状態）に復帰遷移する。
　（３．２）動作例２
　図８は、SDTの実行時にUE100宛ての着信が発生した場合における移動通信システム1内のシーケンスを示す。なお、ここでも、図１に示した従来の通信手順に基づくSDTのシーケンスと異なる部分について主に説明する。
　図８に示すように、UE100は、図７に示したステップ2～14の処理を実行（ステップ2）するととともに、SDTを実行する（ステップ3）。なお、図８の斜線付きのブロック矢印は、当該装置間において通信ベアラ（制御プレーンの通信ベアラ）が設定されていることを意味する。なお、この段階では、ステップ2の処理によって、SDTのための通信経路（ベアラ）は確保されているが、UE100に対する通常の着信が発生した場合、当該着信を受け付けるための通信ベアラは確保されていない。SDTではない通常着信が発生した場合、以下のような動作が実行される。
　UE100に対する通常着信が発生し、下り方向のパケットがSGW40に到着する（ステップ4a）。SGW40は、既に設定されているeNB20～SGW40間の通信ベアラ（S1-Uベアラ）を経由して、GTP-UヘッダにeNB20にページング要求を促すフラグが挿入されたダミーのIPパケットを入れてeNB20に送信する（ステップ4b）。当該フラグは、eNB20がUE100に対してページングを起動し、当該ページングを元にUE100が通常のNASサービス要求を起動させることを意味する。
　或いは、ステップ4bの処理に代えて、eNB20は、自律的にUE100にNAS Connectionを設定するように指示させるケースもあり得る（ステップ4c）。例えば、UE100が他セルへのハンドオーバを実行する場合、eNB20は、当該ハンドオーバを関知するので、この契機にUE100にNAS Connectionを設定させるようにしてもよい。具体的には、UE100が他のセルに移動すると、UE100が他のセルに移動したことがeNB20に通知されるため、eNB20は、当該通知を契機として、UE100にNAS Connectionを設定させることが可能である。
　次いで、eNB20は、ステップ4bまたは4cの処理に引き続いて、UE100にサービス要求を実行させるRRCメッセージ及びページング情報を送信する（ステップ5）。なお、eNB20は、図７に示したステップ7と同様のRequest ContextをMME30に送信することによって、KeNB及びEPS Bearer（UE-eNB間）に必要なコンテキストを取得してもよい。
　この結果、UE100は、3GPP TS23.401などに従った通常着信におけるサービス要求を実行し、UE100～eNB20～MME30～SGW40間に通信ベアラ（ユーザプレーンの通信ベアラ）が設定される。
　（３．３）動作例３
　図９は、ネットワーク（ゲートウェイ装置）側からUE100にSDTの実行を指示する場合における移動通信システム1内のシーケンスを示す。なお、ここでも、図１に示した従来の通信手順に基づくSDTのシーケンスと異なる部分について主に説明する。
　本動作例では、SDT用のS1-Uベアラは、まだ設定されていないため、SGW40は、UE100宛ての下り方向のパケットが到着すると、DDN（Downlink Data Notification）をMME30に送信する（ステップ1,2）。DDNを受信したMME30は、UE100のトラッキングエリアに基づいて、関連するeNB20にページングを要求する（ステップ3）。当該ページングには、UE100のS-TMSI（SAE-Temporary Mobile Subscriber Identity）が含まれている。eNB20は、MME30から受信したページング要求に基づいて、UE100にページングを実行する。このようなネットワーク側からの動作によって、UE100に対してSDTの実行を促すことになる。
　ページングがなされたUE100は、この時点において、SDTの実行を決定する（ステップ5）。UE100は、図７に示したステップ2～12の処理を実行（ステップ6）し、UE100～eNB20間のRRCコネクションを形成する。この時点では、まだeNB20～SGW40間のベアラ（トネル）が形成されていないので、以下の手順で形成する。
　eNB20は、UE100から通信ベアラ（DRB）経由で受信したダミーのIPパケットに基づいて、下りリンク用のDL_eNB_F-TEIDを含むダミーのIPパケットをSGW40に送信する（ステップ8a）。当該IPパケットを受信したSGW40は、下り方向のIPパケットを、当該F-TFIDによって指定された通信ベアラを経由してeNB20に転送が可能となる。また、SGW40は、eNB20に向けて最初に送信される下り方向のIPパケットに当該F-TEIDの受信確認を意味するack flagを含める。つまり、当該ack flagは、eNB20～SGW40間に通信ベアラ（トネル）が形成されたことを意味する。
　SGW40は、DDN CompleteをMME30に送信する（ステップ9）。DDN CompleteをMME30に送信することによって、UE100がページングに応答したこと、及びユーザプレーンのS1-U通信ベアラ（eNB20～SGW40間）が確立したことをMME30に認識させることができる。
　（４）作用・効果
　以上説明した移動通信システム1によれば、UE100がRRC-CONNECTED状態かつEMM-IDLE状態において、UE100に入力されたユーザデータが、制御プレーンによる通信ベアラを経由して送信される。また、当該ユーザデータの送信が完了次第、UE100は、RRC-CONNECTED状態かつEMM-IDLE状態から、RRC-IDLE状態かつEMM-IDLE状態に遷移する。このため、ユーザプレーンの通信ベアラを確立する必要がなく、当該通信ベアラの確立に伴う制御信号の送受信が不要となる。すなわち、移動通信システム1によれば、特に、MME30への制御信号を大幅に減らすことができ、SDTなどの小サイズのデータ送信を効率的に送信でき、結果ネットワークリソースを有効に活用し得る。
　より具体的には、SDTの実行時、UE100は、MME30に対してNAS Connectionを設定しない。従って、UE100は、SDTの実行時はEMM-IDLE状態のままである。eNB20はUE100がEMMアイドル状態の場合、UE100のAccess Stratum（AS）コンテキストを保持しているため、MME30に対して当該コンテキストをSDTの実行のため要求する必要がない。
　さらに、MME30は、SGW40に何らシグナルする必要が無くなる（図１のステップ14,15,22,23が不要となる）。具体的には、UE100がアイドル状態からRRC-CONNECTED状態になった場合、eNB20が必要な情報（DL eNB F-TEID）をSGW40に直接送信し、UE100が再びアイドル状態となった場合には、eNB20がSGW40に当該情報の削除を要求する（図７のステップ17）。
　図１に示した従来の通信手順（3GPP TS23.401, 36.300）に基づくシーケンスと、図７に示した本実施形態に係る通信手順に基づくシーケンスとを比較すると、移動通信システム1内において送受信される信号数（メッセージ数）は、14に対して11（UE100がアイドル状態（RRC-IDLE状態かつEMM-IDLE状態）からRRC-CONNECTED状態になるまで）、6に対して3（UE100がRRC-CONNECTED状態からアイドル状態に戻るまで）に低減されており、特に、MME30に関連する信号数は零になっている。
　このように、本実施形態によれば、無線リソースを有効に活用しつつ、SDTを実現することができる。
　また、上述した動作例２によれば、SDTの実行中、つまり、RRC-CONNECTED状態かつEMM-IDLE状態でも、UE100へのページング要求が、UE100が待ち受けしているセルを形成するeNB20に送信されるため、SDTの実行中にUE100に着信が発生した場合でも、UE100を当該着信に応答させることができる。
　さらに、上述した動作例３によれば、eNB20が、SGW40から受信したページング要求に基づいて、UE100に対してNASによるサービス要求が実行され、当該サービス要求に伴ってSDTをUE100させることができるため、UE100主導ではなくネットワーク主導によるSDTを実現し得る。
　（５）その他の実施形態
　上述したように、本発明の一実施形態を通じて本発明の内容を開示したが、この開示の一部をなす論述及び図面は、本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態が明らかとなろう。
　例えば、上述した本発明の実施形態では、eNB20とSGW40との間において信号（メッセージ）が送受信されていたが、SGW40に代えてPGW50がeNB20と当該信号を送受信してもよい。
　上述した実施形態では、LTEを例として説明したが、本発明は、他の無線アクセス技術（例えば、3G）にも勿論適用することができる。
　このように、本発明は、ここでは記載していない様々な実施の形態などを含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は、上述の説明から妥当な請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
　なお、本発明は以下のように表現されてもよい。本発明の第１の特徴は、無線リソース制御（RRC）に従って制御プレーンにおける処理を実行するRRC部103（無線リソース制御部）、及び自ユーザ装置のモビリティを管理し、ユーザプレーンにおける処理を可能とするEMM部105（モビリティ管理部）を備えるUE100（ユーザ装置）であって、前記制御プレーンの通信ベアラが確立されていないRRC-IDLE状態、かつ前記ユーザプレーンの通信が可能となっていないEMM-IDLE状態から、前記制御プレーンの通信ベアラが確立されたRRC-CONNECTED状態かつ前記EMM-IDLE状態に遷移させる状態制御部107（状態制御部）と、前記RRC-CONNECTED状態かつ前記EMM-IDLE状態において、前記ユーザ装置に入力されたユーザデータを、前記制御プレーンの通信ベアラを経由して送信する送受信部101（データ送信部）とを備え、前記状態制御部は、前記データ送信部による前記ユーザデータの送信が完了次第、前記RRC-CONNECTED状態かつ前記EMM-IDLE状態から、前記RRC-IDLE状態かつ前記EMM-IDLE状態に遷移させることを要旨とする。
　本発明の第１の特徴において、前記状態制御部は、前記制御プレーンの通信ベアラを経由して、前記通信ベアラを確立しているeNB20（無線基地局）とSGW40（ゲートウェイ装置）との間における通信ベアラを確立させるパケットを前記無線基地局に送信してもよい。
　本発明の第１の特徴において、前記ユーザデータは、前記ユーザ装置と接続された機器から出力される小サイズのデータであってもよい。
　本発明の第２の特徴は、UE100（ユーザ装置）が無線リソース制御（RRC）による通信ベアラを確立しているeNB20（無線基地局）から、前記通信ベアラを識別する識別子を含むパケットを受信し、受信した前記パケットに基づいて、前記パケットの受信確認及び前記ユーザ装置がユーザプレーンの通信が可能になったことを意味するメッセージをMME30（移動管理装置）に送信するパケット処理部45（パケット処理部）を備えるSGW40（ゲートウェイ装置）であることを要旨とする。
　本発明の第２の特徴において、前記ユーザ装置宛ての下りデータを外部の通信ネットワーク10（通信ネットワーク）から受信するデータ送受信部41（データ受信部）と、前記データ受信部が前記下りデータを受信したことに基づいて、前記ユーザ装置へのページング要求を、前記ユーザ装置が待ち受けしているセルを形成するeNB20（無線基地局）に送信するページング部43（ページング部）とを備え、前記パケット処理部は、前記ユーザ装置が待ち受けしているセルを形成するeNB20（無線基地局）に対して非アクセス・ストラタムによるサービス要求の実行を要求するIPパケットを送信してもよい。
　本発明の第３の特徴は、外部の通信ネットワーク10（通信ネットワーク）と接続されたSGW40（ゲートウェイ装置）からUE100（ユーザ装置）宛てのページング要求を受信するページング要求受信部21（ページング要求受信部）と、前記ページング要求受信部が受信した前記ページング要求に基づいて、前記ユーザ装置に対して非アクセス・ストラタムによるサービス要求を実行するNASコネクション設定要求部23とを備える無線基地局であることを要旨とする。
　本発明の第４の特徴は、無線リソース制御に従って制御プレーンにおける処理を実行する無線リソース制御部、及び自ユーザ装置のモビリティを管理し、ユーザプレーンにおける処理を可能とするモビリティ管理部を備えるユーザ装置と、外部の通信ネットワークと接続されたゲートウェイ装置とを含む移動通信システムであって、前記ユーザ装置は、前記制御プレーンの通信ベアラが確立されていないRRC-IDLE状態、かつ前記ユーザプレーンの通信が可能となっていないEMM-IDLE状態から、前記制御プレーンの通信ベアラが確立されたRRC-CONNECTED状態かつ前記EMM-IDLE状態に遷移させる状態制御部と、前記RRC-CONNECTED状態かつ前記EMM-IDLE状態において、前記ユーザ装置に入力されたユーザデータを、前記制御プレーンの通信ベアラを経由して送信するデータ送信部とを備え、前記状態制御部は、前記データ送信部による前記ユーザデータの送信が完了次第、前記RRC-CONNECTED状態かつ前記EMM-IDLE状態から、前記RRC-IDLE状態かつ前記EMM-IDLE状態に遷移させ、前記制御プレーンの通信ベアラを経由して、前記通信ベアラを確立している無線基地局と前記ゲートウェイ装置との間における通信ベアラを確立させるパケットを前記無線基地局に送信し、前記ゲートウェイ装置は、前記通信ベアラを識別する識別子を含むパケットを前記無線基地局から受信し、受信した前記パケットに基づいて、前記パケットの受信確認及び前記ユーザ装置がユーザプレーンの通信が可能になったことを意味するメッセージを移動管理装置に送信するパケット処理部を備えることを要旨とする。
　本発明の第５の特徴は、無線リソース制御に従って制御プレーンにおける処理を実行する無線リソース制御部、及び自ユーザ装置のモビリティを管理し、ユーザプレーンにおける処理を可能とするモビリティ管理部を備えるユーザ装置と、外部の通信ネットワークと接続されたゲートウェイ装置とを用いた移動通信方法であって、前記ユーザ装置が、前記制御プレーンの通信ベアラが確立されていないRRC-IDLE状態、かつ前記ユーザプレーンの通信が可能となっていないEMM-IDLE状態から、前記制御プレーンの通信ベアラが確立されたRRC-CONNECTED状態かつ前記EMM-IDLE状態に遷移させるステップと、前記ユーザ装置が、前記RRC-CONNECTED状態かつ前記EMM-IDLE状態において、前記ユーザ装置に入力されたユーザデータを、前記制御プレーンの通信ベアラを経由して送信するステップと、前記ユーザ装置が、前記制御プレーンの通信ベアラを経由して、前記通信ベアラを確立している無線基地局と前記ゲートウェイ装置との間における通信ベアラを確立させるパケットを前記無線基地局に送信するステップと、前記ゲートウェイ装置が、前記通信ベアラを識別する識別子を含むパケットを前記無線基地局から受信し、受信した前記パケットに基づいて、前記パケットの受信確認及び前記ユーザ装置がユーザプレーンの通信が可能になったことを意味するメッセージを移動管理装置に送信するステップと、前記ユーザ装置が、前記ユーザ装置に入力された前記ユーザデータの送信が完了次第、前記RRC-CONNECTED状態かつ前記EMM-IDLE状態から、前記RRC-IDLE状態かつ前記EMM-IDLE状態に遷移させるステップとを含むことを要旨とする。
　なお、日本国特許出願第２０１３－０１１５３３号（２０１３年１月２４日出願）の全内容が、参照により、本願明細書に組み込まれている。
本発明の特徴によれば、SDT（Small Data Transmission）に伴う制御信号を大幅に削減し得るユーザ装置、ゲートウェイ装置、無線基地局、移動通信システム及び移動通信方法を提供することができる。
　1…移動通信システム
　10…通信ネットワーク
　20…eNB
　21…ページング要求受信部
　23…NASコネクション設定要求部
　30…MME
　40…SGW
　41…データ送受信部
　43…ページング部
　45…パケット処理部
　50…PGW
　100…UE
　101…送受信部
　103…RRC部
　105…EMM部
　107…状態制御部

Claims (8)

  1. 　無線リソース制御に従って制御プレーンにおける処理を実行する無線リソース制御部、及び自ユーザ装置のモビリティを管理し、ユーザプレーンにおける処理を可能とするモビリティ管理部を備えるユーザ装置であって、
    　前記制御プレーンの通信ベアラが確立されていないRRC-IDLE状態、かつ前記ユーザプレーンの通信が可能となっていないEMM-IDLE状態から、前記制御プレーンの通信ベアラが確立されたRRC-CONNECTED状態かつ前記EMM-IDLE状態に遷移させる状態制御部と、
    　前記RRC-CONNECTED状態かつ前記EMM-IDLE状態において、前記ユーザ装置に入力されたユーザデータを、前記制御プレーンの通信ベアラを経由して送信するデータ送信部と
    を備え、
    　前記状態制御部は、前記データ送信部による前記ユーザデータの送信が完了次第、前記RRC-CONNECTED状態かつ前記EMM-IDLE状態から、前記RRC-IDLE状態かつ前記EMM-IDLE状態に遷移させるユーザ装置。
  2. 　前記状態制御部は、前記制御プレーンの通信ベアラを経由して、前記通信ベアラを確立している無線基地局とゲートウェイ装置との間における通信ベアラを確立させるパケットを前記無線基地局に送信する請求項１に記載のユーザ装置。
  3. 　前記ユーザデータは、前記ユーザ装置と接続された機器から出力される小サイズのデータである請求項１に記載のユーザ装置。
  4. 　ユーザ装置が無線リソース制御による通信ベアラを確立している無線基地局から、前記通信ベアラを識別する識別子を含むパケットを受信し、受信した前記パケットに基づいて、前記パケットの受信確認及び前記ユーザ装置がユーザプレーンの通信が可能になったことを意味するメッセージを移動管理装置に送信するパケット処理部を備えるゲートウェイ装置。
  5. 　前記ユーザ装置宛ての下りデータを外部の通信ネットワークから受信するデータ受信部と、
    　前記データ受信部が前記下りデータを受信したことに基づいて、前記ユーザ装置へのページング要求を、前記ユーザ装置が待ち受けしているセルを形成する無線基地局に送信するページング部と
    を備え、
    　前記パケット処理部は、前記ユーザ装置が待ち受けしているセルを形成する無線基地局に対して非アクセス・ストラタムによるサービス要求の実行を要求するIPパケットを送信する請求項４に記載のゲートウェイ装置。
  6. 　外部の通信ネットワークと接続されたゲートウェイ装置からユーザ装置宛てのページング要求を受信するページング要求受信部と、
    　前記ページング要求受信部が受信した前記ページング要求に基づいて、前記ユーザ装置に対して非アクセス・ストラタムによるサービス要求を実行するNASコネクション設定部と
    を備える無線基地局。
  7. 　無線リソース制御に従って制御プレーンにおける処理を実行する無線リソース制御部、及び自ユーザ装置のモビリティを管理し、ユーザプレーンにおける処理を可能とするモビリティ管理部を備えるユーザ装置と、
    　外部の通信ネットワークと接続されたゲートウェイ装置と
    を含む移動通信システムであって、
    　前記ユーザ装置は、
    　前記制御プレーンの通信ベアラが確立されていないRRC-IDLE状態、かつ前記ユーザプレーンの通信が可能となっていないEMM-IDLE状態から、前記制御プレーンの通信ベアラが確立されたRRC-CONNECTED状態かつ前記EMM-IDLE状態に遷移させる状態制御部と、
    　前記RRC-CONNECTED状態かつ前記EMM-IDLE状態において、前記ユーザ装置に入力されたユーザデータを、前記制御プレーンの通信ベアラを経由して送信するデータ送信部と
    を備え、
    　前記状態制御部は、
    　前記データ送信部による前記ユーザデータの送信が完了次第、前記RRC-CONNECTED状態かつ前記EMM-IDLE状態から、前記RRC-IDLE状態かつ前記EMM-IDLE状態に遷移させ、
    　前記制御プレーンの通信ベアラを経由して、前記通信ベアラを確立している無線基地局と前記ゲートウェイ装置との間における通信ベアラを確立させるパケットを前記無線基地局に送信し、
    　前記ゲートウェイ装置は、前記通信ベアラを識別する識別子を含むパケットを前記無線基地局から受信し、受信した前記パケットに基づいて、前記パケットの受信確認及び前記ユーザ装置がユーザプレーンの通信が可能になったことを意味するメッセージを移動管理装置に送信するパケット処理部を備える移動通信システム。
  8. 　無線リソース制御に従って制御プレーンにおける処理を実行する無線リソース制御部、及び自ユーザ装置のモビリティを管理し、ユーザプレーンにおける処理を可能とするモビリティ管理部を備えるユーザ装置と、
    　外部の通信ネットワークと接続されたゲートウェイ装置と
    を用いた移動通信方法であって、
    　前記ユーザ装置が、前記制御プレーンの通信ベアラが確立されていないRRC-IDLE状態、かつ前記ユーザプレーンの通信が可能となっていないEMM-IDLE状態から、前記制御プレーンの通信ベアラが確立されたRRC-CONNECTED状態かつ前記EMM-IDLE状態に遷移させるステップと、
    　前記ユーザ装置が、前記RRC-CONNECTED状態かつ前記EMM-IDLE状態において、前記ユーザ装置に入力されたユーザデータを、前記制御プレーンの通信ベアラを経由して送信するステップと、
    　前記ユーザ装置が、前記制御プレーンの通信ベアラを経由して、前記通信ベアラを確立している無線基地局と前記ゲートウェイ装置との間における通信ベアラを確立させるパケットを前記無線基地局に送信するステップと、
    　前記ゲートウェイ装置が、前記通信ベアラを識別する識別子を含むパケットを前記無線基地局から受信し、受信した前記パケットに基づいて、前記パケットの受信確認及び前記ユーザ装置がユーザプレーンの通信が可能になったことを意味するメッセージを移動管理装置に送信するステップと、
    　前記ユーザ装置が、前記ユーザ装置に入力された前記ユーザデータの送信が完了次第、前記RRC-CONNECTED状態かつ前記EMM-IDLE状態から、前記RRC-IDLE状態かつ前記EMM-IDLE状態に遷移させるステップと
    を含む移動通信方法。
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