(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つ以上の装置からなり、
第一の装置は、第二の装置と同じIPアドレスでページングメッセージを複数の基地局に対して送信するページング送信機能を持ち、ネットワークからのARP応答は行わない、
第二の装置は、ページング以外の他の呼処理の機能を持つセンター装置であり、第二の装置において、管理していた端末の情報から、端末に対してページングを送信する場合に、第一の装置に対して、該当する端末の識別子情報を含む、唯一のページング送信指示を送信し、
ページング送信指示を受けた第一の装置は、自身のもつデータベースから、該当する端末のページンググループに属する全ての基地局に対してページングメッセージを送信することを特徴とするページングメッセージ送信システム。
【請求項２】
ページングメッセージを送信する機能を持つ装置であって、内部でページンググループページング送信先の基地局の情報を持ち、他装置からページング指示を受信した場合、他装置の代わりに、上記ページンググループページング送信先の基地局に対して、ページングメッセージを作成して、該当基地局に送信し、且つネットワークからのARP応答は行わないことを特徴とするページング送信装置。
【請求項３】
それぞれが複数の端末と通信を行う複数の基地局と、ネットワークとの間に設けられ、ページングメッセージを複数の前記基地局に対して送信する装置と接続され、前記ページング以外の他の呼処理を行うセンター装置におけるページングメッセージ送信方法は、
前記センター装置が管理していた端末の情報から、端末に対してページングを送信する場合に、前記装置に対して、該当する端末の識別子情報を含む、唯一のページング送信指示を送信し、
前記ページング送信指示を受けた前記装置は、自身のもつデータベースから、該当する端末のページンググループに属する全ての基地局に対して、前記センター装置と同じIPアドレスで、前記ページングメッセージを送信し、前記ネットワークからのARP応答は行わないことを特徴とするページングメッセージ送信方法。
【請求項４】
前記センター装置は、デュアルプロセッサで構成され、一方のプロセッサは、前記ページングメッセージを複数の前記基地局に対して送信する処理を優先的に処理することを特徴とする請求項３記載のページングメッセージ送信方法。
【請求項５】
前記第一の装置は第一のプロセッサ、前記第二の装置は第二のプロセッサであるデュアルプロセッサで構成し、前記第一のプロセッサがページング処理を優先して行うことを特徴とする請求項１記載のページングメッセージ送信システム。
【請求項６】
前記第一の装置におけるページング処理の負荷が多い場合は、さらに第一の装置を追加することを特徴とする請求項１記載のページングメッセージ送信システム。
【請求項７】
複数の前記第二の装置に対するページング処理を１台の前記第一の装置で対応することを特徴とする請求項１記載のページングメッセージ送信システム。
【請求項８】
前記第一の装置は、ネットワークの負荷を考慮して、ページング送信のタイミングを制御する機能を有することを特徴とする請求項１記載のページングメッセージ送信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体通信サービスに関する。
【背景技術】
【０００２】
移動体通信システムにおいては、端末の低消費電力化は重大な課題である。そのため、通信しない時間帯においては、間欠的に通信機能を停止し、必要のない回路への電力供給を極力抑える省電力モードをサポートしている。省電力モードに入る際には、基地局と端末間で、ネゴシエーションを行い、通信機能を停止する時間帯を定めている。このネゴシエーションにより、基地局と端末と両方において、通信機能の停止時間帯を把握することができる。
【０００３】
基地局は、省電力モードにある端末へ情報を送信する際には、ネゴシエーションによって得た、端末の通信機能がＯＮである時間帯に限って端末への信号を送信する。端末に向かって送信する信号は、例えば端末に新しい情報が届いていることを通知し、端末を省電力モードから通常の通信モードに変更させるページング信号が含まれる。また、端末は、ネゴシエーションで定まった時間帯において、通信回路に電源を投入し、基地局からの信号（ページング）を監視する。
【０００４】
端末の状態、及び位置を管理するネットワーク側のセンター装置は、複数の基地局と接続している。端末が省電力モードに遷移する際には、基地局から該当端末が省電力モードに移行することを通知されている。センター装置は、省電力モードになっている端末宛てのデータを受信した場合、該当端末に対してページング信号を送り、省電力モードから通信モードに変更するように指示する。但し、省電力モードになっている端末は、基地局とは通信を行わずに隣接する基地局に移動することもあり得るため、センター装置は、どの基地局からページング信号を送信すれば、該当する端末に届くのかが分からない。そのため、予め定められた複数の基地局から構成されるエリア内の全基地局（ページンググループ）にページング信号の送信を指示する仕組みをもっている。ページング信号の送信を指示された基地局は、該当端末の監視周期に合わせて、ページング信号を送信する。ページング信号を受信した端末は、省電力モードから通信モードに戻り、ネットワークにリエントリーする。リエントリーによって、該当端末のサービング基地局が確定するため、センター装置は、端末宛のデータを送信することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１８０６２５号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】WiMAX Forum（Ｒ）Network Architecture−Stage 3：Detailed Protocols and Procedures−Release 1.0 4.10.3 Paging Procedure IEEE 802.16e 6.3.23.6 BS Broadcast Paging message
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
センター装置の性能は、ページング処理とその他の処理が、一定の割合で発生する前提で設計されている。センター装置は長期の通信呼の増加予測に基づいて、仕様が定められる。
【０００８】
近年、データ通信専用端末が急増しており、連続的に通話するニーズから、細切れのパケットを頻繁に送受するトラヒックモデルに変わりつつある。そのため、ページング信号を生成し、コピーして複数の基地局宛に送付するページング処理は増える傾向にある。特に、１対多通信のアプリケーション（PoC（Push−to−talk over Cellular, マルチチャネルアクセス無線技術の一種））や公衆向け情報配信など）の登場により、瞬時に数多くの端末にページングメッセージを送信する場合が起こるようになった。
【０００９】
多数のページングメッセージを複数の基地局に送信する場合には、「端末数」×「平均ページンググループ内基地局数」が大きな数となり、先に説明した、「センター装置の性能は、ページング処理とその他の処理が、一定の割合で発生する前提で設計されている。」といった仮定がくずれ、センター装置に多大な負荷が掛る状態となってきている。
【００１０】
ページング処理の急激な増加がセンター装置の性能を圧迫すると、対象となる端末のリエントリー処理を含めて、通常の呼処理を正常に行えない場合が発生してしまう。その結果、接続中の端末が切断される可能性もある。そして、端末が再接続すると、呼処理の負荷がさらに増加していくこととなる。
【００１１】
本課題を解決するため、ページンググループ内でまず一部の基地局に対してのみ、ページング送信指示を送信し、端末からの応答がなく、ヒットしない場合は、送信対象の基地局をその都度増やしていくというマルチステップページングの方式が既知としてある。しかし、セル半径が小さいシステムでは、端末の移動により、１回目のヒット率が低い場合があり、却ってページングメッセージ数が増加するため、有効な手段とはならない。
【００１２】
本発明の目的は、ページング処理の負荷の増加によって通常の呼処理に影響を与えないページングメッセージ送信システム、装置及び方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
ページングメッセージ送信処理をセンター装置の本体から切り離しページング送信機能をもつ装置（ページング送信装置）を設けることにより、ページングメッセージ送信の増加が、通常の呼処理に影響しないように機能を分割する。センター装置本体にてページング契機が発生した場合は、センター装置本体は、ページング送信装置に対して該当端末へのページング送信の指示を出すだけの機能に留める。ページング送信装置は、センター装置の指示に従い、端末のページングエリアにある全基地局に対してページングメッセージを送信する。これにより、膨大な数のページングメッセージを短時間で送出しなければならない様な場合に対処することができる。
【００１４】
ページング送信装置を分割するに当っては、IPアドレスの扱いが従来と同じになるように工夫が必要である。ページング送信装置は、ページングメッセージを基地局に送信する際に、送信元のIPアドレスを、センター装置と同じアドレスにする。これにより、対向装置である基地局への影響は発生しないようにすることができる。また、センター装置と基地局間でページング以外の呼処理を正常に行うために、ページング送信装置はセンター装置と同じIPで送信するものの、該当IPアドレスの ARP Requestに応答させない。これにより、基地局とセンター装置間のルート情報への影響を与えることもない。そのため、基地局とセンター装置間の正常な通信が保証される。ページング送信装置は、ページング処理の負荷の増加に応じて、増設が容易な構成をとる。したがって、従来のようにページングの負荷が予想外に増加したとしても、センター装置の増設を伴わず、ページング送信装置に限られた増設だけで性能拡張が可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ページング処理が増加しても、センター装置本体の通常の呼処理の性能を保証することができる。即ち、本発明によれば、全ての基地局を対象とするページング処理の負荷が増加しても、特定の基地局との通常の処理に影響を与えない。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】WiMAXシステムの構成図と、ページング処理の流れを示す図。
【図２】ページング処理のシーケンス図。
【図３】ページング処理の課題であるページングメッセージの大量送信を説明する図。
【図４】本発明からなるセンター装置のシステム構成を示すブロック図。
【図５】本発明からなるページング送信装置を含む場合のページングメッセージの送信を行う際のシーケンス図。
【図６】本発明からなるページング送信装置の構成を示す構成図。
【図７】本発明からなるページング送信装置の内部処理を示すフロー図。
【図８】本発明からなるページング送信装置のハード構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、実施例を用いて本発明の説明を行う。
【００１８】
以下はWiMAX システムのセンター装置であるASN−GWを用いた実施例を、図面により詳細に説明する。
【００１９】
ASN−GWとは、Access Service Network Gatewayの略称である。ASN−GWは、WiMAXシステムの端末の呼制御や状態管理を行う機能、及び基地局とコアネットワーク間でデータ転送機能を持つセンター装置である。
【００２０】
図１を参照して、ASN−GWにおけるページング処理を説明する。WiMAXシステムでは、サーバ装置１０が生成した端末３（MS）宛てのデータは、コアネットワーク４を経由して、ASN−GW１に集約され、基地局２を経由して、事前に作成された端末との間のデータパスを経て端末に転送される。端末とASN−GW間のパスの存在により、大きく２つのモードが存在する。
【００２１】
第１のモードは、端末３が基地局２を経由して、ASN−GW１との間でデータ送受信用のパスが既に存在し、通信可能である状態であり、アクティブモード（Active Mode）という。また、第２のモードは、端末３がネットワークには接続済だが、基地局２を経由して、ASN−GW１との間でデータ送受信用のパスが解放されていて存在せず、端末３は、周期的に基地局２からの着信通知の有無を監視している状態であり、アイドルモード（Idle Mode）という。
【００２２】
端末３はアクティブモードの状態であっても、通信データがない状態が続くと、省電力のためにアイドルモードに遷移する。
【００２３】
端末は、移動の状況に応じて居場所をASN−GW１に登録している。登録するのはページンググループ（PG）と呼ばれる複数の基地局２の集合体に与えられたＩＤ（PGID）である。ページンググループと基地局２の関連付けはASN−GW１にて管理されている。端末３はアイドルモードに遷移すると、間欠的に通信機能を起動し、最も良好な通信状態となる基地局２を探索する。探索した結果、端末３の移動前の元のページンググループと同じＩＤの基地局２がベストの状態（電波の状況が良い状態）であれば、何ら通信を行わずにそのままアイドルモード状態を続ける。そのため、端末がページンググループ内を移動する限りでは、アイドルモードを継続し続けることができる。また、最も良好な通信状態となる基地局２が元のページンググループと異なるＩＤであれば、再度位置登録を行う。
【００２４】
ASN−GW１は、アクティブモードやアイドルモードの管理を含む、端末３の状態管理を行っている。ネットワーク４を介してサーバ装置１０から端末３宛てのデータを受信した場合、該当する端末３がアクティブモードであれば、データパスが存在するため、直接端末３宛に該当するデータを送信する。他方、該当する端末３がアイドルモードであれば、端末３が登録したページンググループに属する全基地局２−１〜２−３にページングメッセージを送信する。ページングメッセージを受けた全基地局２−１〜２−３は、無線上でページング信号をブロードキャストすることにより端末３への通知を試みる。この際には、基地局２は予め知っている端末３の通信機能が起動しているタイミングを狙って、ページング信号をブロードキャストしている。
【００２５】
端末３は、上記のブロードキャストされたページング信号を受信した場合、ASN−GWと改めてデータパスを作成（リエントリー処理）し、受信可能なアクティブモードに遷移し、データを受信する。
【００２６】
図２は従来例のページング処理のシーケンスを示す。
【００２７】
ASN−GW１にて、アイドルモード状態の端末３へのデータ受信により、ページング契機が発生した場合、端末３が位置登録したページンググループIDから所属する基地局２を特定し、端末識別子（MSID）やページング開始フラグをPaging Announce［start］メッセージに含め、対象となる同一ページンググループの全基地局２−１〜２−３に送信する。受信した基地局２は端末３の有無を意識せずに無線上でページング信号を周期的にブロードキャストする。
【００２８】
対象端末３は、ページング信号を受けると、該当情報を送信してきた基地局２−３に対してRNG_REQ信号を送信し応答する。基地局２−３はASN−GW１にリエントリーのリクエスト（IM_Exit_State_Change_Req）メッセージを送信する。リクエストを受けたASN−GW１は直ちに全基地局２−１〜２−３にMSIDとページング停止フラグを含めたPaging Announce［stop］を送信し、端末とのネットワークリエントリ−処理を開始する。基地局２−１〜２−３はページング停止の指示を受けると、無線上のページング信号の送信を停止する。
【００２９】
図３を参照して、ASN−GW１（センター装置）の負荷が増加する状況を説明する。災害時の災害情報配信のような１対多通信のアプリケーションが動作すると、瞬時に数多くの端末宛てに着信データがASN−GW１に送信される。ASN−GW１では瞬時に数多くのアイドル状態の端末３−Ｘに送信するために、端末数×ページンググループ内基地局数の平均値分のページングメッセージを送信せざるを得ない。
【００３０】
ASN−GW１では、同一のハードウェアを用い、ページング処理と呼処理の両方を行っている。上記のように、大量のページングメッセージの送信処理が発生した結果、通常の呼処理に与えるＣＰＵの時間が足りなくなる。その結果、端末３と基地局２への応答ができなくなることより、
・新規呼の接続ができない
・アイドルモード端末に着信通知が届くが、リエントリー処理ができない
・接続中の端末がハンドオーバーなどの呼処理が実施できず切断に至る
等の問題が発生することが考えられる。また、その後
・新規接続不可や切断された端末の再接続が同時発生の影響
等の問題により、システムが機能しなくなる恐れが考えられる。
【００３１】
図４を参照して、本発明の実施例を説明する。本発明からなる第１の実施例では、ASN−GW本体１００とは別に、ページング送信を専門とするページング送信装置１０１を設け、処理負荷の予測が困難となってきている、ページングメッセージ送信機能を提供する構成とした。ASN−GW本体１００は、端末へのページング契機が発生した場合、ページング送信装置１０１に、端末の識別子（MSID）や端末が位置登録したページンググループのID（PGID）などのページング関連の情報を通知し、ページングメッセージの送信を指示する。
【００３２】
ASN−GW本体１００を二重（デュアル）プロセッサで構成し、一方のプロセッサがページング処理を優先して行う構成でもよい。
【００３３】
１台のページング送信装置１０１ではページング処理の負荷が多い場合は、さらにページング送信装置１０１を追加することで対応できる。
【００３４】
また、複数のASN−GW本体１００に対するページング処理を１台のページング送信装置１０１で対応することも可能である。
【００３５】
さらに、ネットワークの負荷を考慮して、ページング送信装置１０１に、ページング送信のタイミングを制御する機能を付加してもよい。このように、ページング送信装置１０１がASN−GW本体１００とは独立した構成であるという利点を生かし、種々の機能を容易に付加することができる。
【００３６】
ページング送信装置１０１は、ASN−GW本体１００から受けた、ページンググループと基地局の関連付け情報を管理し、通知されたページンググループに所属する全基地局に対してMSIDなどのページング情報が含まれたページングメッセージを送信する。
【００３７】
ページング送信装置１０１のページング送信用のインタフェースにASN−GWと同じIPアドレスをVirtual IPとして設定し、ソースアドレスとして基地局２に送信することにより、基地局２はASN−GW１から受信したページングメッセージと同様に処理し、従来通りに動作可能であるため、基地局２への影響が発生しない。
【００３８】
また、ページング送信装置１０１にネットワーク装置１０２からのARP Requestに応答させないことにより、基地局２からASN−GW１００のIPアドレス当てのシグナルはASN−GW１００にルーティングされるため、ASN−GW１００と基地局２間で従来通り呼処理を行うことができる。ネットワーク装置１０２−１はASN−GW１００とページング送信装置１０１との通信を行うローカルなネットワーク装置であり、ネットワーク装置１０２−２は外部（ネットワーク）との接続のためのネットワーク装置である。
【００３９】
図５は本発明における第１の実施例のページング処理のシーケンスを示す。
【００４０】
ASN−GW本体１００にてページング契機が発生した時に、ページング送信装置１０１にPGID、MSID及び開始のIndicatorを含めたPaging Request［start］メッセージを送信する。ページング送信装置１０１は、ASN−GW本体１００に対してPaging Responseメッセージにて応答すると共に、PGIDから特定された基地局２−１〜２−３に対して、MSIDやページングの開始のIndicatorが含まれたPaging Announce［start］メッセージを送信する。
【００４１】
ASN−GW本体１００は、基地局２−３からのPaging Announceに対する応答を受信したら、再びページング送信装置１０１にPGID、MSID及び停止のIndicatorが含まれたPaging Request［stop］メッセージを送信する。ページング送信装置１０１はASN−GW１００にPaging Responseメッセージを返すと共に、ページンググループ管理情報を参照し、PGIDから特定した基地局２−１〜２−３にMSIDと停止のIndicatorが含まれたPaging Announce ［stop］メッセージを送信する。
【００４２】
ASN−GW１００はPaging Request［stop］を送信後、基地局２−３とのリエントリー処理を開始する。
【００４３】
本発明における第１の実施例では、図５にもあるように、ASN−GW本体１００は、各基地局へのページングメッセージ（Paging Announce［start］、およびPaging Request［stop］）の送信を行っていない。そのため、ASN−GW本体１００は、ページング送信装置１０１に対してのみ、ページングメッセージを送信しており、負荷は高くない。よって、課題は解決される。
【００４４】
また、ページング送信装置１０１のページング送信用のインタフェースにASN−GWと同じIPアドレスをVirtual IPとして設定し、ソースアドレスとして複数の基地局にページングメッセージを送信することにより、基地局からみると、ASN−GW本体装置１００から受信したページングメッセージとの違いは見えない。よって、ページング送信を専門とするページング送信装置１０１を設けたことによる、基地局への影響が発生しない。
【００４５】
また、ページング送信装置１０１にネットワーク装置１０２からのARP Requestに応答させないことにより、基地局からASN−GW本体１００のIPアドレス当てのシグナルはASN−GW本体１００にルーティングされるため、ASN−GW本体１００と基地局間で従来通りの（分割しない構成と同じ）呼処理を行うことができる。
【００４６】
図６を参照して、ページング送信装置１０１の機能構成を説明する。
【００４７】
・ページング要求送受信６０１：ASN−GW１００からページング要求メッセージの受信機能と応答する機能と、ページングメッセージ作成に必要な端末識別子とページング関連の情報をページング要求メッセージから抽出しページングメッセージ作成６０３に引き渡す機能。
【００４８】
・ページンググループ管理６０２：PGIDと基地局２の関連付け情報を管理し、ページングメッセージ作成６０３に指定されたPGIDをもとに基地局２のI  ・ページングメッセージ作成６０３：ページング送受信要求６０１から端DとIPアドレスの情報をページングメッセージ作成６０３に提供する機能。
末識別子とページング関連の情報を受信し、PGIDを用いてページンググループ管理６０２から基地局２の情報を取得し、これらの情報をもとにページングメッセージを作成する機能。作成されたページングメッセージと基地局のアドレス情報をページングメッセージ送信６０４に引き渡す。
【００４９】
・ページングメッセージ送信６０４：ページングメッセージ作成６０３により引き渡されたページングメッセージを基地局２毎に送信する機能。送信する際に、ASN−GWと同じIPアドレスをソースアドレスに設定し送信する。これにより、ページング送信装置１０１から送信したページングメッセージはASN−GWから送信したものと同様になるため、基地局への影響はない。
【００５０】
図７を参照して、本発明の第１の実施例からなるページング送信装置１０１の処理フローを説明する。
【００５１】
ページング要求送受信機能６０１がPaging Request［start］を受信する（７０１）と、直ちにPaging Responseを返す（７０２）と共に、Paging Request［start］に含まれるMSIDとPGIDとページング関連の情報をページングメッセージ作成機能６０３に引き渡す。ページングメッセージ作成機能６０３がページンググループ管理機能６０２にPGIDを入力し、ページンググループ内基地局２のIDとIPアドレスを取得する（７０３）。その後、MSIDと基地局２のIDとページング関連の情報を用いてPaging Announce［start］メッセージを作成（７０４）する。Paging Announce［start］メッセージと基地局２のアドレスをページングメッセージ送信機能６０４に引き渡し、ページングメッセージ送信機能６０４にてASN−GWのIPアドレスをソースアドレスに設定した上、基地局毎にPaging Announce［start］を送信する（７０５）。これにより、ページング送信装置１０１から送信したページングメッセージはASN−GWから送信したものと同様になるため、基地局への影響はない。
【００５２】
Paging Request［stop］を受信した場合も同様な処理を行う。
【００５３】
図８はページング送信装置１０１のハードウェアブロック図である。図８において、ページング送信装置は、内部通信線であるバス（800）に接続された中央処理装置（CPU）（801）と、メモリ（802）と、記憶装置（803）と、２つのネットワークインタフェースカード （804）とで構成される。図６で説明した各モジュールの機能は、記憶装置（803）からメモリ（802）にロードされたプログラムを、ＣＰＵ（801）が実行することで、実現する。ページングメッセージ送信用のNIC（804−1）は基地局２に対して送信のみを行うインタフェースとなり、対向するネットワーク装置からのARP Requestに対して応答しないように設定する。これにより、ASN−GWと同じIPアドレスで送信してもネットワーク装置１０２のルーティング情報に影響しないため、基地局２からASN−GW１００のIPアドレス宛てのパケットは従来通りにASN−GW１００にルーティングされる。その他に、ASN−GW１００との送受信を行うNIC（804−2）が設けられている。
【００５４】
ページング送信装置１０１はASN−GW１００のハードウェアプラットフォームに応じて、カード型、ラックマウント型、単独装置の何れとしても実現可能であり、いずれの実施形態も本発明の範疇である。
【符号の説明】
【００５５】
１：ASN−GW
２：基地局装置
３：端末
４：コアネットワーク
１０：サーバ装置
１００：ASN−GW本体
１０１：ページング送信装置
１０２：ネットワーク装置
６０１：ページング要求送受信機能
６０２：ページンググループ管理機能
６０３：ページングメッセージ作成機能
６０４：ページングメッセージ送信機能
７０１：Paging Request受信 
７０２：Paging Response応答 
７０３：PGIDより基地局情報を取得 
７０４：Paging Announceメッセージ作成 
７０５：Paging Announceメッセージ送信 
８００：バス
８０１：CPU 
８０２：メモリ 
８０３：記憶装置 
８０４：ネットワークインタフェースカード。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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