(57)【要約】      （修正有）【課題】ユーザ端末とアプリケーションとの間に確立されているセッションをシームレスにリロケーションするシステム及び方法を提供する。【解決手段】ユーザ端末１とアプリケーション３５の間のＴＣＰセッションを、ユーザ端末１との間のＴＣＰセッションとアプリケーション３５との間のＴＣＰセッションに分割するセッション管理部１００を備える。セッション管理部１００は、ＴＣＰセッションのステート情報を他のエッジサーバ３０のセッション管理部１００と同期させる。セッション管理部１００は、ハンドオーバしてきたユーザ端末１に対して前記ステート情報を用いてセッションを受入状態に設定する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユーザ端末を収容する基地局と、基地局を収容するコアネットワークと、コアネットワークに配置されたエッジサーバとを備えるとともに、前記ユーザ端末の基地局間ハンドオーバが可能な移動網において、前記ユーザ端末の移動に応じて前記ユーザ端末と前記エッジサーバ上のアプリケーション間のＴＣＰセッションを移動させるセッションリロケーションシステムであって、
前記エッジサーバは、前記ユーザ端末と前記アプリケーションとの間のＴＣＰ上のデータパケットを中継するセッション管理部を備え、
該セッション管理部は、自身と前記ユーザ端末との間の第１のＴＣＰセッションを確立する第１のセッション確立手段と、自身と前記アプリケーションとの間の第２のＴＣＰセッションを確立する第２のセッション確立手段と、第１のＴＣＰセッションのステート情報を他のエッジサーバのセッション管理部と同期させるセッション管理手段とを備え、
該セッション管理手段は、ハンドオーバしてきたユーザ端末に対しては同期した前記ステート情報に基づき第１のセッションに係るパケットを受入可能に処理するとともに、自身が配置されているエッジサーバのアプリケーションに対して第２のセッションを確立する
ことを特徴とするセッションリロケーションシステム。
【請求項２】
第１のＴＣＰセッションのステート情報を記憶する記憶部をコアネットワークに配置するとともに、前記セッション管理部は前記記憶部を介して他のエッジサーバのセッション管理部とステート情報を同期させる
ことを特徴とする請求項１記載のセッションリロケーションシステム。
【請求項３】
前記ステート情報は、少なくとも、前記ユーザ端末のＩＰアドレスと、前記アプリケーションのＩＰアドレスと、前記ユーザ端末のポート番号と、シーケンス番号と、確認応答番号と、前記アプリケーションのポート番号を識別可能な情報とを含む
ことを特徴とする請求項１又は２記載のセッションリロケーションシステム。
【請求項４】
前記ステート情報は、さらに、ＴＣＰの上位層における通信プロトコルの情報を含む
ことを特徴とする請求項３記載のセッションリロケーションシステム。
【請求項５】
ユーザ端末を収容する基地局と、基地局を収容するコアネットワークと、コアネットワークに配置されたエッジサーバとを備えるとともに、前記ユーザ端末の基地局間ハンドオーバが可能な移動網において、前記ユーザ端末の移動に応じて前記ユーザ端末と前記エッジサーバ上のアプリケーション間のＴＣＰセッションを移動させるセッションリロケーション方法であって、
前記ユーザ端末と前記アプリケーションとの間のＴＣＰ上のデータパケットを中継するセッション管理部を前記エッジサーバに配置し、
移動前の前記ユーザ端末と通信する前記アプリケーションが配置されたエッジサーバのセッション管理部が、自身と前記ユーザ端末との間の第１のＴＣＰセッションを確立し、自身と前記アプリケーションとの間の第２のＴＣＰセッションを確立し、第１のＴＣＰセッションのステート情報を他のエッジサーバのセッション管理部と同期させ、
移動後の前記ユーザ端末と通信する前記アプリケーションが配置されたエッジサーバのセッション管理部が、前記ユーザ端末に対しては同期した前記ステート情報に基づき第１のセッションに係るパケットを受入可能に処理するとともに、自身が配置されているエッジサーバのアプリケーションに対して第２のセッションを確立する
ことを特徴とするセッションリロケーション方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動網におけるユーザ端末とアプリケーションとの間のセッションをシームレスにリロケーションするシステムおよびセッションリロケーションの方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩｏＴ（Internet of Things）の発展に伴い、ネットワークを介した触覚通信（Tactile Internet）や拡張現実感（ＡＲ：Augmented Reality）、車の自動運転などのサービスが考えられている。これらのサービスは通信のリアルタイム性が重要視されるため、バックボーンとなる第五世代のモバイルネットワーク（５Ｇ）では、現用のモバイルネットワークよりもさらに高速で低遅延な通信が要求される。具体的には、エンドツーエンドではミリ秒オーダー、無線区間の伝送遅延は１ミリ秒以下がターゲットにされている。また、今後は大容量のデータをこれまでより多く扱うことが予想され、効率的な処理が必要となる。
【０００３】
そのために提案されている手法として、エッジコンピューティング（ＥＣ：Edge Computing）の概念が挙げられる（非特許文献１参照）。これまでのクラウドコンピューティング（図１（ａ））とは異なり、エッジコンピューティング（図１（ｂ））とは、多数の小規模データセンタ（エッジサーバ）をユーザ近接地に配置し、近隣で発生するデータを各エッジサーバで分散処理した上で、インターネット上に集約されたクラウドコンピューティングと連携させるものである。ＥＣではユーザに近い場所でデータ処理を行うため、上流ネットワーク（インターネット、クラウド）を通して通信を行う場合と比べて遅延時間を短縮でき、端末の性能を問わず高速データ処理、低遅延通信が可能になる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】"Mobile-Edge Computing - Introductory Technical White Paper", [online], ETSI ISG MEC, Issue 1, 2014年9月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、ＥＣではユーザに近い場所であるエッジサーバでデータの処理を行うため、隣接のエッジサーバはそれぞれでどのような通信が行われているか関知しない。したがって、ユーザ端末（ＵＥ：User Equipment）とエッジサーバ内のアプリケーション間で低遅延通信が行われている際に、ＵＥの移動に伴うエッジサーバ間のハンドオーバが発生する場合、ＵＥと移動元エッジサーバ内アプリケーション間で確立されていたセッションを一度切断し、ＵＥと移動先エッジサーバ内アプリケーション間でセッションを再確立する必要がある。ハンドオーバ発生時に単純なセッションの切断および再確立を行うと、それに伴う遅延が発生してしまうため、ＵＥのハンドオーバを考慮したＥＣによる低遅延通信を実現できない。一般的にインターネットでは、ＴＣＰ（Transmission Control Protocol）を用いてＵＥとサーバ間でデータやコンテンツを転送する。つまり、ＵＥのハンドオーバを考慮した上で低遅延通信を継続的に行うためには、エッジサーバ間でＴＣＰセッションの状態を同期する必要がある。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ユーザ端末とアプリケーションとの間に確立されているセッションをシームレスにリロケーションするシステム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】
【０００７】
上記目的を達成するために、本願発明は、ユーザ端末を収容する基地局と、基地局を収容するコアネットワークと、コアネットワークに配置されたエッジサーバとを備えるとともに、前記ユーザ端末の基地局間ハンドオーバが可能な移動網において、前記ユーザ端末の移動に応じて前記ユーザ端末と前記エッジサーバ上のアプリケーション間のＴＣＰセッションを移動させるセッションリロケーションシステムであって、前記エッジサーバは、前記ユーザ端末と前記アプリケーションとの間のＴＣＰ上のデータパケットを中継するセッション管理部を備え、該セッション管理部は、自身と前記ユーザ端末との間の第１のＴＣＰセッションを確立する第１のセッション確立手段と、自身と前記アプリケーションとの間の第２のＴＣＰセッションを確立する第２のセッション確立手段と、第１のＴＣＰセッションのステート情報を他のエッジサーバのセッション管理部と同期させるセッション管理手段とを備え、該セッション管理手段は、ハンドオーバしてきたユーザ端末に対しては同期した前記ステート情報に基づき第１のセッションに係るパケットを受入可能に処理するとともに、自身が配置されているエッジサーバのアプリケーションに対して第２のセッションを確立することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ユーザ端末が移動した場合であってもユーザ端末とセッション管理部との間のＴＣＰセッションは、ユーザ端末の移動前におけるＴＣＰセッションとステート情報が同期しているので、ユーザ端末との間のＴＣＰセッションの切断および再確立の過程を経ることなく、低遅延通信を継続することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】エッジコンピューティングを説明する図
【図２】セッションリロケーションシステムの構成図
【図３】セッション管理部の機能ブロック図
【図４】セッション管理機構の機能ブロック図
【図５】セッションリロケーションのフロー図
【図６】セッションリロケーションの動作イメージ
【図７】移動元セッション管理部の作動フロー図
【図８】移動先セッション管理部の作動フロー図
【図９】ＨＴＴＰによる通信例を説明する図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の一実施の形態に係るセッションリロケーションシステムについて図面を参照して説明する。図２に本発明におけるセッションリロケーションシステムの構成図を示し、図３に本発明におけるセッション管理部の機能ブロック図を示し、図４に本発明におけるセッション管理機構の機能ブロック図を示す。
【００１１】
まず、本発明の前提となるネットワーク環境について説明する。本発明は、図２に示すように、無線通信端末であるユーザ端末１を収容する基地局１０と、各基地局１０を収容するコアネットワーク２０とを有する移動網を前提とする。移動網は、例えばＬＴＥ（Long Term Evolution）など周知の種々のアーキテクチャを用いることができる。コアネットワーク２０は、外部ネットワークの１つであるインターネット２と所定のゲートウェイを介して接続している。コアネットワーク２０は、周知の移動網アーキテクチャにより、ユーザ端末１の位置管理機能、加入者情報管理機能、認証機能等を備えており、特に通信中におけるユーザ端末１の基地局間の移動、すなわちハンドオーバ機能を有している。このハンドオーバ機能では、ユーザ端末１が基地局間を移動しても、ユーザ端末１に払い出されたＩＰアドレスは移動の前後で変わらない。これらの周知の機能については説明を省略する。
【００１２】
また、本発明の前提となるネットワーク環境は、上述のエッジコンピューティング（ＥＣ）の概念を導入し、コアネットワーク２０内に複数のエッジサーバ３０が配置されている。各エッジサーバ３０は、１つの基地局１０と１対１に接続されている、或いは、地理的に近い複数の基地局１０と１体多に接続されている。各エッジサーバ３０の配備場所は、基地局１０内や近傍のデータセンタなどに配置されている。各エッジサーバ３０は、物理サーバであってもよいし汎用の物理サーバ上に構築された仮想サーバであってもよい。各エッジサーバ３０には、ユーザ端末１にサービスを提供する１つ又は複数のＥＣアプリケーション３５が実装されている。ＥＣアプリケーション３５とユーザ端末１との通信にはＴＣＰ／ＩＰ（Transmission Control Protocol / Internet Protocol）が用いられる。
【００１３】
本実施の形態では、ＥＣアプリケーション３５がユーザ端末１に提供するサービスは、ステートレスであるものとする。すなわち、各エッジサーバ３０のＥＣアプリケーション３５は、それぞれ、ユーザ端末１からの同一内容の要求に対しては、当該要求より前の処理内容の有無・内容にかかわらず、換言すれば「状態」にかかわらず、常に同一の応答を返すものとする。
【００１４】
また、本実施の形態では、ＥＣアプリケーション３５がユーザ端末１に提供するサービスは、ＴＣＰ／ＩＰの上位層の通信プロトコルとして、例えばＨＴＴＰ（Hypertext Transfer Protocol）などのステートレスなものが用いられる。
【００１５】
本発明では、図２に示すように、ユーザ端末１とＥＣアプリケーション３５との間に、両者間のＴＣＰセッションを分割するとともに、ユーザ端末１とＥＣアプリケーション３５との間のＴＣＰ上のデータを中継するセッション管理部１００をエッジサーバ３０に設ける。またセッション管理部１００は、複数のＥＣアプリケーション３５に対して１つ設けてもよいし、１つのＥＣアプリケーション３５に対して１つ設けてもよい。また、本発明では、図２に示すように、各エッセサーバ３０のセッション管理部１００におけるＴＣＰセッションの情報を集中管理するセッション管理機構２００を、コアネットワーク２０に配備している。セッション管理機構２００の配備位置は不問である。
【００１６】
セッション管理部１００は、図３に示すように、ＥＣアプリケーション３５との間でＴＣＰセッションを確立するＥＣアプリケーション側ＴＣＰセッション確立部１１０と、ユーザ端末１との間でＴＣＰセッションを確立するＵＥ側ＴＣＰセッション確立部１２０と、ＴＣＰセッションのステート情報を処理するセッション管理データ処理部１３０と、ＴＣＰセッションのステート情報をセッション管理機構２００との間で同期するためのセッション管理データ送受信部１４０とを備えている。
【００１７】
ここでステート情報とは、ＴＣＰセッションの識別及びＴＣＰセッションの状態を示す情報であり、ユーザ端末１とＥＣアプリケーション３５のＩＰアドレス（ソース／ディスティネーション）、ポート番号（ソース／ディスティネーション）、シーケンス番号、確認応答番号（ＡＣＫ番号）を含む。なお、ポート番号に関しては、ＥＣアプリケーション３５のポート番号は通常所定のものが共通して用いられるので、ＥＣアプリケーション３５の種別を認識可能な場合には省略してもよい。
【００１８】
また、ステート情報としては、ＥＣアプリケーション３５がユーザ端末１に提供するサービスで用いる通信プロトコル、すなわちＴＣＰの上位層の通信プロトコルに係る情報を含んでいてもよい。例えば、ＥＣアプリケーション３５がＨＴＴＰを用いる場合、ＨＴＴＰリクエスト／レスポンスをステート情報に含ませてもよい。
【００１９】
セッション管理機構２００は、図４に示すように、各エッジサーバ３０のＥＣアプリケーション３５との間でステート情報を同期するためのセッション管理データ登録部２１０と、ステート情報及びサービス情報を記憶するサービス情報とを記憶する記憶部２２０とを備えている。ここで、サービス情報とは、各ＥＣアプリケーション３５が提供するサービスに係る情報であり、例えばサービス名や、ポート番号を含む。なお、ここでサービス情報としてポート番号を含む場合には、前述したように、ステート情報にはＥＣアプリケーション３５側のポート番号は省略できる。本実施の形態では、ステート情報として、ユーザ端末１とＥＣアプリケーション３５のＩＰアドレス（ソース／ディスティネーション）、ユーザ端末１のポート番号、シーケンス番号、確認応答番号（ＡＣＫ番号）を記憶し、サービス情報として、サービス名、ポート番号を記憶する。
【００２０】
本発明では、ＴＣＰセッションをＥＣアプリケーションとセッション管理部間、セッション管理部とＵＥ間の２つに分割して確立するため、図２のセッション管理データ処理部１３０では、ユーザ端末１とＥＣアプリケーション３５のＩＰアドレス（ソース／ディスティネーション）、ユーザ端末１のポート番号、シーケンス番号、確認応答番号を処理し、セッション管理データ送受信部１４０はそれらのデータをセッション管理データ登録部２１０に送信、記憶部２２０で登録する。
【００２１】
各エッジサーバ３０内のセッション管理部１００は、セッション管理データ送受信部１４０がセッション管理データ登録部２１０を通して記憶部２２０と接続されているため、必要に応じて他のエッジサーバ３０内のセッション管理部１００が登録したデータを受信し、他のエッジサーバ３０内のセッション管理部１００と同期することができる。
【００２２】
次に、本実施の形態におけるセッションリロケーションのフローについて図５〜図８を参照して説明する。ここでは、ＨＴＴＰで行われる通信を例に、ユーザ端末の移動に伴うハンドオーバ発生時のセッションリロケーションのフローを説明する。
【００２３】
図５にはセッションリロケーションのフロー図、図６にはセッションリロケーションの動作イメージ、図７には移動元セッション管理部の作動フロー図、図８には移動先セッション管理部の作動フロー図を示す。なお、以降の説明では移動元と移動先を区別するために参照符号の後ろにａ，ｂ等の符号を付した。
【００２４】
まずは、ユーザ端末１が移動前においてＥＣアプリケーション３５ａと通信する際のフローについて説明する。移動する前のユーザ端末１は、移動元のセッション管理部１００ａにＴＣＰセッションの確立を要求する（図５及び図６のステップＳ１）。
【００２５】
移動元のセッション管理部１００ａでは、ユーザ端末１からのパケットを受信した場合、当該パケットがＴＣＰセッション確立済みである場合には、当該パケットをＥＣアプリケーション３５ａに転送する（図７のステップＳ１１，Ｓ１２，Ｓ１６）。ＴＣＰセッション確立済みでない場合、移動元のセッション管理部１００ａのＵＥ側ＴＣＰセッション確立部１２０ａは、ユーザ端末１との間でＴＣＰセッションを確立する。そして、移動元のセッション管理部１００ａでは、移動元のＵＥ側ＴＣＰセッション確立部１２０ａによるユーザ端末１とのＴＣＰセッションの確立を通して得られたユーザ端末１のＩＰアドレスおよびポート番号が、移動元のセッション管理データ処理部１３０ａにて識別され、移動元のＥＣアプリケーション側ＴＣＰセッション確立部１１０ａを通して、該当するＥＣアプリケーション３５ａとの間にＴＣＰセッションが確立される（図５及び図６のステップＳ２、図７のステップＳ１３〜Ｓ１４）。
【００２６】
移動元のセッション管理データ送受信部１４０ａは、ユーザ端末１とＥＣアプリケーション３５ａ間にて行われる通信に関する情報｛ユーザ端末１とＥＣアプリケーション３５ａのＩＰアドレス（ソース／ディスティネーション）、ポート番号、シーケンス番号、確認応答番号｝をセッション管理データ登録部２１０に送信する。送信されたデータはステート情報として記憶部２２０に格納される（図５及び図６のステップＳ３、図７のステップＳ１５）。そして、移動元のセッション管理部１００ａは、ユーザ端末１からのパケットをＥＣアプリケーション３５ａに転送する（図７のステップＳ１６）。
【００２７】
ここで、ユーザ端末１が移動したものとする。ユーザ端末１の移動に伴い、移動先のセッション管理部１００ｂがユーザ端末１からのパケットを受信した場合、該当するＴＣＰセッションが確立済みのものであるのか、新規セッションであるのかを移動先のセッション管理部１００ｂが判断する（図８のステップＳ２１，Ｓ２２）。新規セッションである場合、移動先のセッション管理部１００ｂは移動先のセッション管理データ送受信部１４０ｂとセッション管理データ登録部２１０を通して、記憶部２２０にユーザ端末１から受信したパケットに該当する通信に関するセッションのステート情報を要求し、移動先のセッション管理データ送受信部１４０ｂがステート情報を受信して移動先のセッション管理データ処理部１３０ｂに受け渡す。移動先のセッション管理データ処理部１３０ｂは、受け取ったステート情報を基に、移動元のセッション管理データ処理部１３０aとＴＣＰセッションに関するステートを同期することで、移動先のＵＥ側ＴＣＰセッション確立部１２０ｂでユーザ端末１からの通信をＴＣＰセッションの再確立なしで受け入れるようにし、必要に応じて移動先のＥＣアプリケーション側ＴＣＰセッション確立部１１０ｂを通して、該当するＥＣアプリケーション３５ｂとの間にＴＣＰセッションを確立しておく（図５及び図６のステップＳ４，Ｓ５、図８のステップＳ２３，Ｓ２４）。
【００２８】
以上により、移動元セッション管理部１００ａと移動先セッション管理部１００ｂは同期している状態となり、移動先セッション管理部１００ｂとＥＣアプリケーション３５ｂ間のＴＣＰセッションは確立済みの状態になっているため、ユーザ端末１側から見た場合に、ハンドオーバ処理に伴うＴＣＰセッションの切断、再確立が行われることなく、移動先においても移動元と変わらない状態で通信が可能な状態を実現できる（図５及び図６のステップＳ６、図８のステップＳ２５）。
【００２９】
上記の実施例をＨＴＴＰ通信で行った際に、ユーザ端末１のハンドオーバ後も通信が継続する形態について、図９を用いて説明する。
【００３０】
まずは移動する前のユーザ端末１が、移動元のセッション管理部１００ａにＴＣＰセッションの確立を要求し、この要求がトリガーとなって３ｗａｙハンドシェイクによりユーザ端末１とセッション管理部１００ａ間、セッション管理部１００ａとＥＣアプリケーション３５ａ間のＴＣＰセッションが確立される。ユーザ端末１の移動に伴うハンドオーバ処理が行われない限りは、図９の左図に示すように、ユーザ端末１からのＨＴＴＰ要求がセッション管理部１００ａによってＥＣアプリケーション３５ａに転送され、ＥＣアプリケーション３５ａからのＨＴＴＰ応答もまた、セッション管理部１００ａによってユーザ端末１に転送される。
【００３１】
ユーザ端末１の移動に伴うハンドオーバが発生すると、移動先のセッション管理部１００ｂが移動元のセッション管理部１００ａとセッション管理機構２００の記憶部２２０に格納されている情報をもとに同期し、セッション管理部１００ｂとＥＣアプリケーション３５ｂ間のＴＣＰセッションが確立される。移動元と移動先のセッション管理部１００ａ，１００ｂが同期されているので、移動先のセッション管理部１００ｂはユーザ端末１と改めて３ｗａｙハンドシェイクによりＴＣＰセッションを確立することなくユーザ端末１からのＨＴＴＰ要求を受け入れることができ、ユーザ端末１側から見た場合に、ハンドオーバ処理に伴うＴＣＰセッションの切断、再確立が行われることなく、移動先においても移動元と変わらない状態でＨＴＴＰによる通信が可能な状態を実現できる。
【００３２】
以上、本発明の一実施形態について詳述したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば上記実施の形態ではＥＣアプリケーションはＴＣＰ／ＩＰ上における通信プロトコルとしてＨＴＴＰを用いていたが、他のプロトコルであっても本発明を実施できる。
【符号の説明】
【００３３】
１…ユーザ端末
２…インターネット
１０…基地局
２０…コアネットワーク
３０…エッジサーバ
１００…セッション管理部
１１０…ＥＣアプリケーション側ＴＣＰセッション確立部
１２０…ＵＥ側ＴＣＰセッション確立部
１３０…セッション管理データ処理部
１４０…セッション管理データ送受信部
２００…セッション管理機構
２１０…セッション管理データ登録部
２２０…記憶部
【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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【図９】
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