(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の物理的な無線アクセスネットワークに接続した有線コアネットワークを用い、該有線コアネットワーク上に仮想的に構成した仮想コアネットワークを構成すると共に、
該無線アクセスネットワークの物理的な各基地局上に、単数又は複数の該仮想コアネットワークにそれぞれ対応する仮想コグニティブ無線基地局を構成し、
コグニティブ通信端末が、該仮想コグニティブ無線基地局と通信を確立することで、該仮想コアネットワークと該仮想コグニティブ無線基地局とからなるコグニティブ仮想化ネットワークに接続できるようにしたコグニティブ仮想化ネットワークシステムであって、
有線コアネットワーク上の有線コアノードを制御して仮想コアノードを設定すると共に、該基地局を制御して仮想コグニティブ無線基地局を設定するネットワーク仮想化マネージャ部と、
少なくとも該仮想コグニティブ無線基地局と、前記コグニティブ通信端末とを制御して両者の間の接続の有無又は通信方式を設定するネットワーク再構築マネージャ部と、
該ネットワーク仮想化マネージャ部と該ネットワーク再構築マネージャ部とに少なくとも前記コグニティブ仮想化ネットワークの再構築に係る制御を行うコグニティブ仮想化マネージャ部と
を備え、
該コグニティブ仮想化ネットワークシステムを構成する単数又は複数の該コグニティブ仮想化ネットワークを動的に再構築可能にした
ことを特徴とするコグニティブ仮想化ネットワークシステム。
【請求項２】
前記コグニティブ仮想化ネットワークシステムにおいて、
前記コグニティブ仮想化マネージャ部が、前記ネットワーク再構築マネージャ部から前記基地局の情報の通知を受けて、該基地局の情報に基づいて前記ネットワーク仮想化マネージャ部に前記有線コアネットワーク上に仮想コアネットワークを構成するように指示すると共に、
該ネットワーク仮想化マネージャ部が、該基地局に前記仮想コグニティブ無線基地局を設定する
請求項１に記載のコグニティブ仮想化ネットワークシステム。
【請求項３】
前記コグニティブ仮想化ネットワークを構成する前記仮想コアネットワーク及び前記仮想コグニティブ無線基地局の動的な選択による再構築を可能にした
請求項１又は２に記載のコグニティブ仮想化ネットワークシステム。
【請求項４】
前記コグニティブ仮想化ネットワークを構成する前記無線アクセスネットワーク又は前記有線コアネットワークにおける接続方式を動的に再構築可能にした
請求項１ないし３のいずれかに記載のコグニティブ仮想化ネットワークシステム。
【請求項５】
前記コグニティブ仮想化ネットワークシステムにおいて、
前記物理的な基地局が、
複数の仮想マシン（ＶＭ）を同時に実行処理する仮想マシン実行処理部と、
前記有線コアネットワークと接続する有線インタフェース部と、
前記コグニティブ通信端末と無線通信を行う無線インタフェース部と、
前記ネットワーク仮想化マネージャ部からの指示を受けて、該各仮想マシン実行処理部が前記仮想コグニティブ無線基地局として機能し、前記有線インタフェース部及び前記無線インタフェース部もそれに対応した仮想的な各インタフェースとして機能するように制御するネットワーク仮想化制御部と
を備えた
ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のコグニティブ仮想化ネットワークシステム。
【請求項６】
前記ネットワーク再構築マネージャ部が、１個の物理的な基地局に備えられた複数の前記仮想コグニティブ無線基地局に対して独立して、接続の有無又は接続方式の再構築と、他の仮想コグニティブ無線基地局との切替制御と、該仮想コグニティブ無線基地局における計測情報の収集とを少なくとも行う
ことを特徴とする請求項５に記載のコグニティブ仮想化ネットワークシステム。
【請求項７】
前記請求項１ないし６のいずれかに記載のコグニティブ仮想化ネットワークシステムに設けるコグニティブ仮想化マネージャ手段を備えた装置であって、
該コグニティブ仮想化ネットワークシステムが、
複数の物理的な無線アクセスネットワークに接続した有線コアネットワークを用い、該有線コアネットワーク上に仮想的に構成した仮想コアネットワークを構成すると共に、
該無線アクセスネットワークの物理的な各基地局上に、単数又は複数の該仮想コアネットワークにそれぞれ対応する仮想コグニティブ無線基地局を構成し、
コグニティブ通信端末が、該仮想コグニティブ無線基地局と通信を確立することで、該仮想コアネットワークと該仮想コグニティブ無線基地局とからなるコグニティブ仮想化ネットワークに接続できるようにしたものであって、
少なくとも該コグニティブ仮想化ネットワークシステムを構成する単数又は複数の該コグニティブ仮想化ネットワークを動的に再構築する
ことを特徴とするコグニティブ仮想化マネージャ手段を備えた装置。
【請求項８】
前記請求項１ないし６のいずれかに記載のコグニティブ仮想化ネットワークシステムに設ける物理的な基地局であって、
複数の仮想マシン（ＶＭ）を同時に実行処理する仮想マシン実行処理部と、
前記有線コアネットワークと接続する有線インタフェース部と、
前記コグニティブ通信端末と無線通信を行う無線インタフェース部と、
前記ネットワーク仮想化マネージャ部からの指示を受けて、該各仮想マシン実行処理部が前記仮想コグニティブ無線基地局として機能し、前記有線インタフェース部及び前記無線インタフェース部もそれに対応した仮想的な各インタフェースとして機能するように制御するネットワーク仮想化制御部と
を備えた
ことを特徴とするコグニティブ仮想化ネットワークシステムの基地局。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信ネットワークの構成に係り、特に、仮想コグニティブ無線基地局を導入したコグニティブ仮想化ネットワークシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
新世代ネットワークでは多様性収容と持続可能性がネットワークの重要な要件となっており、有無線を問わず任意のネットワークアーキテクチャや任意の特性をもつ仮想ネットワークを動的に構築する機能が求められる。
ここで、多様性収容とは、多様な通信方式、多様な通信品質、多様なネットワークアーキテクチャ等の通常では同時実現不可能な技術や通信方式を相互に分離した形で同時実現する機能である。また、持続可能性とは、多様なネットワークアーキテクチャを柔軟に導入することで、基本設計から実用化検証までの一連のプロセスを円滑に進めてネットワーク自体を持続的に進化させる機能である。
【０００３】
これらを実現するための基盤技術としてネットワーク仮想化技術（例えば非特許文献１参照）が注目されている。ネットワーク仮想化とは、コンピュータ資源およびネットワーク資源を仮想化技術を駆使して分離し、自由にプログラム可能な独立仮想ネットワークを複数共存させる技術である。ネットワーク仮想化技術の起源はPlanetLab（非特許文献２）であり、現在日米欧においてネットワーク仮想化を重点化した未来インターネット（非特許文献３、４）やネットワーク仮想化テストベッド（非特許文献５〜７）に関する取り組みが活発である。
【０００４】
しかしながら、ネットワーク仮想化技術に重点的に取り組むGENI（非特許文献５）やORBIT（非特許文献８）、4WARD(非特許文献６）等の大規模プロジェクトにおいては、無線環境におけるネットワーク仮想化も検討はされているものの、特定の無線ネットワークや無線リンクの仮想化（非特許文献９〜１３）を目的とするものが中心である。
将来的にますますヘテロジニアス化される異種無線アクセス環境における仮想ネットワーク制御方式や、有無線シームレスな統合ネットワーク資源管理等の検討は不十分である。また、ネットワーク仮想化の特徴であるプログラマビリティを本質的に実現するためには、無線通信方式における物理層(PHY)やリンク層(LINK/MAC)レベルでのプログラマビリティ(再構築可能性)が要求されるが、ネットワーク仮想化というコンテキストではほとんど検討が行われていない。
【０００５】
一方、無線アクセス技術に目を向けると、周波数有効利用を主な目的として、既存無線システムを扱うヘテロジニアス型と空き周波数を扱う周波数共用型コグニティブ無線技術の研究開発が進んでいる。コグニティブ無線とは、無線機が周囲の電波環境を認識し、その状況に応じて、干渉することなく周波数帯域やタイムスロットなどの無線リソースを適宜利用することにより、ユーザが所望の通信容量を所望の通信品質で周波数の有効利用を図りつつ伝送を行う無線通信技術である（非特許文献１４、１５）。コグニティブ無線技術においてソフトウェア無線技術を適用すれば、周波数やPHY/MACを含む無線機能のプログラマビリティ(再構築可能性)も実現できる。
【０００６】
本件出願人もコグニティブ無線技術を利用したアーキテクチャとしてコグニティブ無線クラウドを提案している（特許文献１，２）
本アーキテクチャは、標準化団体IEEE P1900.4においても多くの部分が標準化されている。（非特許文献１６参照）
【０００７】
これら従来のコグニティブ無線通信システムにおいても、例えば、端末が要求するＱｏＳを満たすように、コグニティブ通信ネットワーク側に設けるＮＲＭ（ネットワーク再構築マネージャ）と端末側に設けるＴＲＭ（端末再構築マネージャ）との作用により、接続先の無線アクセスネットワークを選択したり、端末と無線アクセスネットワークとの間の通信パラメータを調整することができた。
しかしながら、同じ無線アクセスネットワークに接続する端末に対して、それぞれ異なるＱｏＳのサービスを提供したり、異なるプロトコルでの通信を行ったり、あるいは新しいプロトコルに柔軟に対応できるような仕組みとはなっていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許公開２００９−２０６９３３号公報
【特許文献２】特許公開２００９−２０６９３４号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Akihiro Nakao. NetworkVirtualization as Foundation for Enabling New Network Architectures andApplications.IEICE Trans.Communications,E93-B(3):454−457,2010.
【非特許文献２】Larry Peterson, Tom Anderson,David Culler, and Timothy Roscoe.A Blueprint for Introducing DisruptiveTechnology into the Internet.Proc.HotNets-I,October 2002
【非特許文献３】Andy Bavier,Nick Feamster,MarkHuang,Larry Peterson,and Jennifer Rexford.In Vini Veritas:Realistic andCon-trolled Network Experimentation.Proc.ACM SIGCOMM’06,September 2006.
【非特許文献４】4WARD   Project.インターネットＵＲＬhttp://www.4ward-project.eu/.
【非特許文献５】GENI:Global Environment forNetwork Innovations.  インターネットＵＲＬ  http://www.geni.net/.
【非特許文献６】FIRE:Future Internet Researchand Experimentation.  インターネットＵＲＬ  http://cordis.europa.eu/fp7/ict/fire/.
【非特許文献７】中尾.進化するネットワーク仮想化技術.日経コミュニケーション,June 2010.
【非特許文献８】D.Raychaudhuri,I.Seskar,MaxOtt,S.Ganu,K.Ramachandran,H.Kremo,R.Siracusa,H.Liu,and M.Singh.Overview of theORBIT Radio Grid Testbed for Evaluation of Next-generation Wireless NetworkProtocols.Proc.WCNC’05,March2005.
【非特許文献９】Gautam Bhanage,IvanSeskar,Rajesh Mahindra,and Dipankar Raychaudhuri.VirtualBasestation:Architecture for an Open Shared WiMAX Framework.Proc.ACMVISA'10,August 2010.
【非特許文献１０】Kok-Kiong Yap,Rob Sherwood,MasayoshiKobayashi,TeYuan Huang,Michael Chan,Nikhil Handigol,Nick McKeown,and GuruParulkar.Blueprint for Introducing Innovation into Wireless Mobile Networks.Proc.ACM VISA’10,August2010.
【非特許文献１１】Gregory Smith,AnmolChaturvedi,Arunesh Mishra,and Suman Banerjee.Wireless Virtualization onCommodity 802.11 Hardware.Proc.WiNTECH’07, September 2007.
【非特許文献１２】Gautam Bhanage,Dipti Vete,IvanSeskar,and Dipankar Raychaudhuri.SplitAP:Leveraging Wireless NetworkVirtualization For Flexible Sharing Of WLANs.Proc.IEEE GLOBECOM’10,December 2010.
【非特許文献１３】Joachim Sachs and StephanBaucke.Virtual Radio−A Framework for Configurable RadioNetworks.Proc.WICON’08,November2008.
【非特許文献１４】Hiroshi Harada,HomareMurakami,Kentaro Ishizu,Stanislav Filin,H.Hguyen Tran,Y.D.Alemseged,andC.Sun.Research and Development toward Heterogeneous Type and Spectrum SharingType Cognitive Radio Systems.Proc.CrownCom’09,June 2009.
【非特許文献１５】Dipankar Raychaudhuri,XiangpengJing,Ivan Seskar,Khanh Le,and Joseph B. Evans.Review:Cognitive RadioTechnology:From Distributed Spectrum Coordination to Adaptive NetworkCollaboration. Pervasive and Mobile Computing,4(3):278−302,2008.
【非特許文献１６】IEEE P1900.4,“Architectural Building BlocksEnabling Network-Device Distributed Decision Making for Optimized RadioResource Usage inHeterogeneous Wireless Access Networks,”インターネットＵＲＬhttp://grouper.ieee.org/groups/scc41/4/index.htm(2010年8月10日検索）
【非特許文献１７】Stanislav Filin, KentaroIshizu, Homare Murakami,Hiroshi Harada,Go Miyamoto,H. Hguyen Tran, Shuzo Kato,and Mikio Hasegawa. Dynamic Spectrum Assignment and Access Scenarios,SystemArchitecture,and Procedures for IEEE P1900.4 Management System.Proc.CrownCom’08,May 2008.
【非特許文献１８】Akihiro Nakao,Ryota Ozaki,andYuji Nishida.CoreLab:An Emerging Network Testbed Employing Hosted VirtualMachine Monitor.Proc.ROADS ’08, December 2008.
【非特許文献１９】Ping Du,Maoki Chen,RyotaOzaki,Yuji Nishida,and Akihiro Nakao.Port-space Isolation for Multiplexing aSingle IP Address through Open vSwitch.Proc.TridentCom’10, May 2010.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記したような多様性収容と持続可能性を満たす新世代ネットワークの基盤となる技術として、本発明は、従来のネットワーク仮想化技術に加えて、(1)異種無線アクセス環境における無線アクセス制御、(2)有無線シームレスな統合ネットワーク資源管理、(3)無線PHY/LINKレベルの再構築可能性(ディーププログラマビリティ)という３つの特徴をもつ有無線ネットワーク統合仮想化技術の確立を目指している。
【００１１】
この点、ネットワーク仮想化技術とコグニティブ無線技術がもつ再構築可能性という共通の本質的特性に基づき、両者を融合することで上記３つの機能を実現できると考えられるが、そもそもコグニティブ無線は有線側のネットワーク仮想化環境を想定しておらず、有線側でのネットワーク仮想化制御と協調する仕組みももたないため、これら２つの技術を単純に組み合わせることはできない。
【００１２】
そこで本発明は、ネットワーク仮想化技術とコグニティブ無線技術を好適に融合した新しいプラットフォームを提案することによって、同時に多様な通信ネットワークを収容すると共に、新しいネットワークアーキテクチャを柔軟に取り込んで持続可能性を高めたコグニティブ仮想化ネットワークシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は従来の課題に鑑みて創出されたものであり、次のようなコグニティブ仮想化ネットワークシステムを提供する。
すなわち、複数の物理的な無線アクセスネットワークに接続した有線コアネットワークを用い、有線コアネットワーク自体、又は有線コアネットワーク上に仮想的に構成した仮想コアネットワークの少なくともいずれかからなるコアネットワークを構成すると共に、無線アクセスネットワークの物理的な各基地局上に、単数又は複数の該コアネットワークにそれぞれ対応する仮想コグニティブ無線基地局を構成する。
そして、コグニティブ通信端末が、仮想コグニティブ無線基地局と通信を確立することで、コアネットワークと仮想コグニティブ無線基地局とからなるコグニティブ仮想化ネットワークに接続できるようにする。
このようなシステムにおいて、コグニティブ仮想化ネットワークシステムを構成する単数又は複数の該コグニティブ仮想化ネットワークを動的に再構築可能にしたことを特徴とする。
【００１４】
上記のコグニティブ仮想化ネットワークを構成するコアネットワーク及び仮想コグニティブ無線基地局の動的な選択による再構築を可能にすることもできる。
【００１５】
上記のコグニティブ仮想化ネットワークを構成する無線アクセスネットワーク又は有線コアネットワークにおける接続方式を動的に再構築可能にしてもよい。
【００１６】
上記のコグニティブ仮想化ネットワークシステムにおいて、有線コアネットワーク上の有線コアノードを制御して仮想コアノードを設定すると共に、無線基地局を制御して仮想コグニティブ無線基地局を設定するネットワーク仮想化マネージャ部と、少なくとも該仮想コグニティブ無線基地局と、前記コグニティブ通信端末とを制御して両者の間の接続の有無又は通信方式を設定するネットワーク再構築マネージャ部と、ネットワーク仮想化マネージャ部と該ネットワーク再構築マネージャ部とに少なくとも前記コグニティブ仮想化ネットワークの再構築に係る制御を行うコグニティブ仮想化マネージャ部とを備える構成でもよい。
【００１７】
上記のコグニティブ仮想化ネットワークシステムにおいて、上記物理的に存在する基地局が、複数の仮想マシン（ＶＭ）を同時に実行処理する仮想マシン実行処理部と、有線コアネットワークと接続する有線インタフェース部と、コグニティブ通信端末と無線通信を行う無線インタフェース部とを備えると共に、ネットワーク仮想化マネージャ部からの指示を受けて、各仮想マシン実行処理部が仮想コグニティブ無線基地局として機能し、有線インタフェース部及び前記無線インタフェース部もそれに対応した仮想的な各インタフェースとして機能するように制御するネットワーク仮想化制御部を備える構成でもよい。
【００１８】
上記基地局の構成において、ネットワーク再構築マネージャ部が、１個の物理的な基地局に備えられた複数の前記仮想コグニティブ無線基地局に対して独立して、接続の有無又は接続方式の再構築と、他の仮想コグニティブ無線基地局との切替制御と、該仮想コグニティブ無線基地局における計測情報の収集とを少なくとも行ってもよい。
【００１９】
上記のコグニティブ仮想化ネットワークシステムで用いるコグニティブ仮想化マネージャ手段であって、少なくとも該コグニティブ仮想化ネットワークシステムを構成する単数又は複数の該コグニティブ仮想化ネットワークを動的に再構築するコグニティブ仮想化マネージャ手段を提供することもできる。
【００２０】
本発明は、次のようなコグニティブ仮想化ネットワークシステムの基地局を提供することもできる。
すなわち、複数の仮想マシン（ＶＭ）を同時に実行処理する仮想マシン実行処理部と、有線コアネットワークと接続する有線インタフェース部と、コグニティブ通信端末と無線通信を行う無線インタフェース部とを備えると共に、ネットワーク仮想化マネージャ部からの指示を受けて、該各仮想マシン実行処理部が前記仮想コグニティブ無線基地局として機能し、前記有線インタフェース部及び前記無線インタフェース部もそれに対応した仮想的な各インタフェースとして機能するように制御するネットワーク仮想化制御部を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は、以上の構成を備えることにより、ネットワーク仮想化技術とコグニティブ無線技術を好適に融合した新しいプラットフォームを提案することができる。
既存の無線システムだけでなく、今後提案される新しい通信方式であっても有線無線を問わずコグニティブ仮想化ネットワークを構築することで本発明のプラットフォームに導入することができる。これらは、コグニティブ無線技術に基づく動的な再構築も可能であり、コグニティブ仮想化ネットワークを自在に開始したり停止したりすることもできる。
さらに、通信プロトコルや認証方式などの接続方式についても、動的な再構築が可能であり、コグニティブ仮想化ネットワークのサービス提供と合わせて、ユーザへの多様な通信サービスの提供に寄与する。
本発明において、無線システム側で未使用周波数（ホワイトスペース）を活用することで新しい無線通信方式を導入することが可能となる。一方、有線コアネットワーク側でもネットワークの仮想化技術により新しい通信方式を導入することが可能である。これらを組み合わせることにより、物理層からアプリケーション層まですべての階層（データフォーマット）を対象として、有無線にわたって全く新しい通信方式を導入する「ホワイトスペースワーキング」が可能となる．」
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明システムの全体説明図である。
【図２】ホスト基地局（ＨＢＳ）の構成図である。
【図３】ホスト基地局（ＨＢＳ）の一実施例である。
【図４】コグニティブ仮想化ネットワークの初期構築シナリオにおけるメッセージシーケンスを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態を、図面に示す実施例を基に説明する。なお、実施形態は下記に限定されるものではない。
図１に本発明システム（１）の全体説明図を示す。本システム（１）において、複数の物理的な無線アクセスネットワーク（１０）、例えば、携帯電話網（１０ａ）やＷｉＦｉ（登録商標）（１０ｂ）、ＷｉＭＡＸ（１０ｃ）と、これらの無線アクセスネットワーク（１０）と接続される有線コアネットワーク（２０）が用いられる。
【００２４】
有線コアネットワーク（２０）は、携帯電話網などの場合には閉じられたネットワークであって、携帯電話の基地局間を接続する事業者が所有する専用有線ネットワークを指す場合と、ＷｉＦｉの場合のように無線アクセスネットワーク（１０）の基地局を接続する他の事業者が所有するインターネット等の共用有線ネットワーク等を指す場合とがある。
前者は移動体通信事業者（Mobile Network Operator： MNO)と有線コアネットワークを管理するインフラ事業者（２１）とが同一の場合であり、後者はそれが必ずしも一致しない場合である。
本発明の有線コアネットワーク（２０）はこれら両方の態様を含むものとする。
【００２５】
そして、有線コアネットワーク（２０）を用い、その物理的な有線コアネットワーク自体か、あるいはその有線コアネットワーク上に仮想的に構成した仮想コアネットワークの少なくともいずれかからなるコアネットワーク（３０）を構成する。用いる有線コアネットワーク又は仮想コアネットワークは単数でも複数でもよく、コアネットワーク（３０）はこれらの一方又は両方の組み合わせで構成される。
このように本発明は有線コアネットワークをそのまま用いることもできるが、以下の実施例では、仮想的な複数の仮想コアネットワーク、例えばvNetA〜C（３１）（３２）（３３）を有線コアネットワーク上に構成した例で説明する。有線コアネットワーク上で仮想コアネットワークを構築する方法は、後述する通り、公知の方法を用いることができる。
【００２６】
一方、無線アクセスネットワーク（１０）の物理的な各基地局（１１〜１４等）上に、単数又は複数の該コアネットワーク（３０）にそれぞれ対応する仮想コグニティブ無線基地局を構成する。仮想コグニティブ無線基地局は仮想マシン（Virtual Machine: VM)によって実現する実施例を後述するが、本発明の仮想コグニティブ無線基地局はこれに限定されない。
例えば、物理的な基地局上で複数のコグニティブ無線基地局の機能を実現するためのプログラムを複数独立して起動させ、プログラムの起動停止状態の切り替えで仮想コグニティブ無線基地局の運用と停止を実現してもよい。また、公知の仮想インタフェース技術を利用したりすることで、擬似的に複数のコグニティブ無線基地局が存在するように見せて本発明の仮想コグニティブ無線基地局を作出してもよい。
【００２７】
本発明では各基地局に仮想コグニティブ無線基地局が導入されることによって、コグニティブ通信端末や、他のノードから見ると物理的な基地局ではなく（ただし、物理的な基地局が見えてもよい）、仮想的な基地局が仮想マシンによって動作している数だけ存在するように見える。従って例えば１つの物理的な基地局に設置して、２個以上の異なる仮想コグニティブ無線基地局を運用することができる。
【００２８】
図上の状態で説明すると、携帯電話網（１０ａ）上の基地局（１１）はvNetA（３１）に対応する仮想コグニティブ無線基地局を構成し、基地局（１２）はvNetB(３２）に対応する。
ＷｉＦｉ（１０ｂ）上の基地局（１３）は、vNetA（３１）、別の基地局（１４）はvNetA（３１）に対応する仮想コグニティブ無線基地局と、vNetC（３３）に対応する仮想コグニティブ無線基地局とを構成する。
【００２９】
この結果、コグニティブ通信端末（４０）が、仮想コグニティブ無線基地局と通信を確立することで、コアネットワーク（３０）と各仮想コグニティブ無線基地局とからなるコグニティブ仮想化ネットワークに接続することができる。コアネットワーク（３０）は物理的に存在する有線コアネットワーク（２０）とマッピングされているため、コグニティブ通信端末（４０）はコグニティブ仮想化ネットワークを通して、インターネットなど既存の通信システムと通信を行うことができる。
【００３０】
無線アクセスネットワークには、上記のような既存の無線通信システムに限らず、ホワイトスペースに対してダイナミックスペクトラムアクセスを行い、利用可能な周波数を用いてPHY層から上位層まですべてのレイヤを対象として、有無線にまたがった新しい通信方式を導入することもできる。このように新しい通信方式に柔軟に対応できることも重要な特徴である。
【００３１】
本発明では、コアネットワークと仮想コグニティブ無線基地局を再構築することによって、コグニティブ仮想化ネットワークを動的に再構築可能にしている。すなわち、コグニティブ仮想化ネットワークのそれぞれは、時宜に応じて開始させたり停止させることが自在であり、例えば有線コアネットワーク（２０）上にvNetA（３１）を生成すると共に、各基地局上でvNetA（３１）に対応する仮想コグニティブ無線基地局を生成することでコグニティブ仮想化ネットワークが現れる。逆にこれらを停止すればコグニティブ仮想化ネットワークは消滅する。
【００３２】
コグニティブ仮想化ネットワークは、このようにコアネットワーク（３０）と仮想コグニティブ無線基地局との組み合わせによって構成されるので、これらの選択を動的に再構成することも自在である。
例えば、vNetA（３１）に対応する仮想コグニティブ無線基地局のうち、一方の基地局（１４）の仮想コグニティブ無線基地局を停止したり、基地局（１３）上にvNetC（３３）に対応した仮想コグニティブ無線基地局を生成することもできる。
【００３３】
さらに、コグニティブ仮想化ネットワークを構成する無線アクセスネットワーク（１０）や有線コアネットワーク（２０）における接続方式、例えば通信プロトコルや使用帯域などの通信方式、ＱｏＳ、認証方式などを動的に再構築することもできる。本発明では、有線と無線を統合したコグニティブ仮想化ネットワークが構築されているので、再構築の方法には、公知のコグニティブ無線技術を適用することができる。
【００３４】
以上のコグニティブ仮想化ネットワークシステムを実現する具体的構成について次に示す。
まずネットワーク仮想化マネージャ(以下、ＮＶＭ)（５０）について説明する。ＮＶＭ（５０）は、有線コアネットワーク（２０）を形成している有線コアノード（２２・・）とコグニティブ無線基地局に対し、仮想コアノードや仮想基地局の構築・設定・管理（５１）（５２）を行う。
ＮＶＭ（５０）の作用により、仮想コアノードの集合体として、本発明のコアネットワーク（３０）を構成する仮想コアネットワークが形成される。
【００３５】
すなわち、コグニティブ仮想化ネットワークの有線側のリソース管理を行う。例えば、PlanetLab（非特許文献２）におけるPLC(Planet Lab Central)に相当する。ＮＶＭ（５０）は仮想ネットワーク事業者（Virtual Network Operator: VNO）により管理される。
【００３６】
次に、ネットワーク再構築マネージャ(以下、ＮＲＭ)（７０）は、各基地局（１１・・）とコグニティブ通信端末（４０）に対し、無線インタフェースの再構築を指示（７１）（７２）し、異種無線アクセスまたはダイナミックスペクトラムアクセスを制御する。
すなわち、コグニティブ仮想化ネットワークの無線側のリソース管理を行う。ここではIEEE1900.4（非特許文献１６、１７）におけるＮＲＭを想定している。ＮＲＭは仮想移動通信体事業者(Mobile  Virtual  Network  Operator:MVNO)により管理される。
【００３７】
本発明では、ＶＮＯやＭＶＮＯなどの従来から存在する事業者に加えて、新たにコグニティブ仮想化マネージャ（以下、ＣＶＭ）（６０）を管理するコグニティブ仮想化事業者(Cognitive Virtualization Operator: CVO)を導入することにも特徴がある。
ＣＶＭ（６０）では、ＮＶＭ（５０）とＮＲＭ（７０）のそれぞれに対し、コグニティブ仮想化ネットワークの制御・管理に必要な制御情報及び管理情報を適当なタイミングで交換したり、再構築の指示（６１）（６２）を行う。これらの情報交換及び指示に対応して、ＮＶＭ（５０）とＮＲＭ（７０）には、それぞれリモートから実行可能なＡＰＩ(Application Programming Interface)を予め備えておく。
【００３８】
次に、本発明に係る仮想コグニティブ無線基地局(Virtual Cognitive  Base Stateion:vCBS)について詳述する。図２に、物理的な基地局（ここではホスト基地局と呼ぶ）（ＨＢＳ）のアーキテクチャを示す。例えば、図１における基地局（１４）の構成とする。
ホスト基地局は、ＣＰＵ等からなるコンピュータ部（１４０）と、単数又は複数の有線インタフェース（１５０）〜（１５２）、単数又は複数の無線インタフェース（１６０〜１６２）とを備える。
【００３９】
コンピュータ部（１４０）には、公知の仮想マシン（ＶＭ）を同時に形成するように実行処理する仮想マシン実行処理部（図示しない）が設けられ、それぞれの仮想マシン（ＶＭ０が本発明に係る仮想コグニティブ無線基地局（vCBS）（１４２・・）として機能する。
そして、コンピュータ部（１４０）のネットワーク仮想化制御部(NodeManager)（１４１）が、ＮＶＭ（５０）からの指示を受けて、ノード内のコンピュータ資源の管理や有線インタフェース（１５０）〜（１５２）、有線側仮想インタフェースの設定等の仮想マシン（ＶＭ）の制御・管理を行う。
【００４０】
前述したように、vCBS（１４２）は仮想マシンとして実現されるので、ホスト基地局（１４）は複数のvCBSを提供することができる。各vCBSはＮＲＭ（７０）からは別々のコグニティブ無線対応の基地局として認識され、独立に制御される。
vCBS（１４２）の有線側及び無線側仮想インタフェースは、仮想ＯＳ技術を利用してそれぞれホスト基地局（１４）の有線インタフェース（１５０）〜（１５２）、及び無線インタフェース（１６０〜１６２）とマッピングされる。図の例では、vCBS（１４２）に対応する仮想有線・無線インタフェースが、それぞれ物理的に存在する有線インタフェース（１５２）、無線インタフェース（１６２）にブリッジ・ルータ部（１４４）を介してマッピングされている。
【００４１】
なお、ホスト基地局内で同時起動できるvCBSの数はホスト基地局のハードウェア性能、利用する仮想ＯＳ技術、無線側仮想インタフェースと無線インタフェースとのマッピング方法等に依存し、本発明の実施においては任意である。
【００４２】
仮想化制御方式としては、本実施例では非特許文献１８、１９に記載されるCoreLabを用いる。ここでCoreLabを利用する理由は、CoreLabの次の特徴を最大限活用できるからである。
・仮想ＯＳ技術としてHosted VMM型のLinux KVM、及びリソースコンテナ型のOpen VZに対応しており、用途に応じて仮想化技術を使い分けることができる。
・ホストＯＳ内で、物理インタフェースと仮想インタフェースのマッピング方法を柔軟に選択可能である。
・マルチホーム接続に対応している。
・各VMに対するルーティングを個別に設定可能である。
・ＮＶＭ(CoreLab Central)には仮想コアネットワークに対するリモート制御が可能なＡＰＩが用意されている。
【００４３】
完全仮想化方式であるHosted VMMを利用すれば、vCBSがホスト基地局から独立した独自のカーネルを保持でき、ユーザが独自に作成したデバイスドライバや通信プロトコル、有線・無線ネットワーク制御方式を導入することが可能となる。
【００４４】
無線インタフェース（１６０〜１６２）としては、再構築不可能なIEEE802.11対応汎用無線ネットワークインターフェースカード（NIC）などでもよいし、ソフトウェア無線技術とＦＰＧＡにより再構築可能な無線NICなどを用いても良い。両方を備えることもできる。
【００４５】
vCBS（１４２）の特徴は、すべてのコグニティブ無線基地局の機能まで含めて仮想化される点である。vCBS（１４２）とＮＲＭ（７０）は、IEEE1900.4で規定されたシグナリングを行う。
CBS再構築マネージャ（CBSRM）（１４６）、CBS再構築コントローラ（CBSRC）（１４５）、及びCBSメジャメントコレクタ（CBSMC）（１４７）はIEEE1900.4aで仕様策定されたコグニティブ無線基地局機能である。CBSRM（１４６）は、ＮＲＭ（７０）からの再構築指示受信、異種無線アクセス切替制御、NRMへの計測情報の通知等を、IEEE1900.4aに基づいて行う。また、CBSRM（１４６）はホスト基地局（１４）の無線インタフェース（１６２）の設定情報管理を行う。CBSRC（１４５）は、CBSRM（１４６）からの指示を受けて、ホスト基地局（１４）の無線インタフェース（１６２）の設定を行う。また、CBSRC（１４５）は必要に応じて無線基地局基本機能(ユーザ認証、暗号方式、チャネル設定など)の設定も行う。最後にCBSMC（１４７）は、ホスト基地局（１４）の無線インタフェース（１６２）の統計情報を定期的に取得し、CBSRM（１４６）に通知する。
【００４６】
ただし、ここでCBSRC（１４５）による無線インタフェース（１６２）の再構築を可能にするためには、後述するように仮想マシン内から無線インタフェース（１６２）を直接設定するための設定コマンド中継機能、もしくは無線インタフェース（１６２）を直接仮想マシンに見せるPCI passthrough機能等が必要となる。
【００４７】
ブリッジ・ルータ機能（１４４）は、vCBS（１４２）内の仮想インタフェース間をＬ２・Ｌ３接続する。vCBS内でデータ中継をL2(フレーム)またはL3(パケット)で行う。これにより、ホスト基地局（１４）をL2/L3モード無線基地局として動作させることが可能となる。
このほか、ホスト基地局には、公知の無線基地局の基本機能（Wireless AP)（１４３）を備えている。
【００４８】
以上のように、仮想コグニティブ無線基地局は、コグニティブ無線基地局の機能まですべて含めて仮想化される。それぞれの基地局が個別にＮＲＭ（７０）に管理される。ＭＶＮＯのようなサービスを想定した場合、コグニティブ仮想化ネットワークは、一つのvNetに複数のvCBSが接続された形態となる。
【００４９】
ここで、ホスト基地局のより詳細な実施例を説明する。図３に示す本実施例のハードウェア的特徴は、FPGAベースのNICをもった再構築可能無線システム(ＲＷＳ)（１７０）とホスト基地局（１４）の２段構成とした点である。
また、ホスト基地局（１４）は無線インタフェースと有線インタフェースを複数備えており、仮想インタフェースと物理インタフェース間の多様なマッピングが可能である。
【００５０】
ホスト基地局（１４）は、３つのAtheros（登録商標）社製チップを採用したベースIEEE802.11b/gインタフェース（１６１）〜（１６２）と、制御・管理用インタフェースを含めて5つのGbEインタフェース（１５３）（１５４）（１５５）をもつ。このモデルであれば、ホスト基地局（１４）はMadwifi/HAL(Hardware Abstraction Layer)ドライバを利用したドライバレベルのプログラマビリティや、CoreLabによるカーネルレベルのプログラマビリティが実現可能となる。
【００５１】
また、有無線統合リソース制御やユーザ管理にも、CoreLabの制御フレームワークを活用する。ホスト基地局（１４）では、汎用性を重視してx86アーキテクチャとLinux（登録商標）を採用している。
ＲＷＳ（１７０）はFPGAベースの再構築可能無線インタフェース（１７１）と２つのGbEインタフェース（１７２）（１７３）をもつ。GbEのうち1つは、ホスト基地局（１４）側からFPGA（１７４）の再構築を行うための専用GbEインタフェース（１７３）である。
【００５２】
FPGA（１７４）には無線PHY（１７６）と無線MAC（１７５）のロジックが書き込まれる。MAC（１７５）はさらに、IEEE802.11b/gのAPモード機能も含まれており、単体で無線ＬＡＮ基地局としても機能する。この場合、ホスト基地局（１４）の無線AP基本機能は無効にする。
ＲＷＳ（１７０）もホスト基地局（１４）同様に、x86アーキテクチャとLinuxを採用している。
【００５３】
ＲＷＳ（１７０）は、ISMバンドに加えて、WiMAXを想定して2.5GHz帯にも対応したRFモジュール（１７７）を1組備えている。また、ＲＷＳ（１７０）内のＣＰＵは、FPGA（１７４）で実装されたMAC（１７５）の性能を向上させるためにも利用される。
【００５４】
一方、基地局のソフトウェア的特徴としては、sdrconfigプログラムの新たな導入と、CoreLabの利用である。sdrconfigは、ifconfigやiwconfigと同等の使い勝手で、vCBS内からのFPGAベースのNICに対するオンザフライでのロジック書き込みや設定を行うプログラムである。
【００５５】
次に、本発明に係るコグニティブ仮想化ネットワークシステムを用いた各事業者による運用のシナリオを説明する。図４はコグニティブ仮想化ネットワークの初期構築シナリオにおけるメッセージシーケンスの例である。もちろん、本発明におけるシナリオ、シーケンスはこれに限定されない。
サービスプロバイダ（８０）からCVO(CVM)（６０）へのサービスインフラ要求、すなわちコグニティブ仮想化ネットワークの作成要求(1:Req_Infra)をトリガーとし、CVO(CVM)（６０）がVNO(NVM)（５０）及びMVNO(NRM)（７０）に対して、それぞれvNet構築、vCBS・無線端末設定を要求する。
【００５６】
CVO(CVM)（６０）がMVNO(NRM)（７０）に、vCBSを構築するホスト基地局を選定するために、ホスト基地局の情報を要求（2:Req_HBSInfo）し、MVNO(NRM)（７０）から情報が通知（3:Res_HBSInfo)される。
【００５７】
ここから先がネットワーク仮想化に関するシーケンスであり、CVO(CVM)（６０）からVNO(NVM)（５０）にvNet構築の要求（4:Req_VN)すると、これを受けたVNO(NVM)（５０）がＭＮＯ／インフラ事業者（２１）の有線コアネットワークに仮想有線ノード・コアネットワークの生成を指示(5:Req_Resource）し、生成する(6:Res_Resource)。
【００５８】
これと前後してVNO(NVM)（５０）はホスト基地局（１４）に仮想コグニティブ無線基地局（１４２）の生成を指示（7:Create_vCBS)する。
ここまでで本発明に係るネットワークの仮想化が完了する。
【００５９】
次いでVNO(NVM)（５０）からCVO(CVM)（６０）に対して生成したvCBSのリストを通知（8:List_vCBS)、CVO(CVM)（６０）からMVNO(NRM)（７０）にvCBSのリストを通知（9:List_vCBS)し、ＮＲＭ（７０）が存在する仮想コグニティブ無線基地局を認知することができるようになる。
【００６０】
vCBSのリストの通知を経て、公知のコグニティブ無線技術により、MVNO(NRM)（７０）はvCBS（１４２）に接続方式等の設定、再構成を指示(10:Req_Config)（11:Res_Config)し、CVO(CVM)（６０）に対して準備の完了の通知（12:Ready_vCBS)を行うと共にコグニティブ通信端末（４０）に対する接続方式等の設定、再構成を指示(14:Req_Config)（15:Res_Config)する。
一方、CVO(CVM)（６０）はサービスプロバイダ（８０）に対してコグニティブ仮想化ネットワークの準備完了を通知（13:Res_Infra)する。
【００６１】
次に、無線通信環境の変化の場合、vCBS（１４２）による無線端末モビリティや周波数混雑の検出をトリガーとし、MVNO(NRM)（７０）がCVO(CVM)（６０）に対して、切替先となる異なる無線通信システムに対応したコグニティブ仮想化ネットワークの構築を要求することもできる。
周波数の有効活用や消費電力低減を目的として、逆に無線端末を一つの無線通信システムに集約し、他の無線通信システムをシャットダウンすることもできる。
【００６２】
仮想化環境の変化した場合には、ネットワーク資源や周波数の新規割当や開放をトリガーとし、VNO(NVM)（５０）が特定のコグニティブ仮想化ネットワークに対する割当資源を増減させるとともに、VNO(NVM) （５０）がCVO(CVM)（６０）に対して、その割当資源で収容できる無線アクセスを再構築するよう要求することもできる。
同様に、コアネットワーク内での輻輳発生や仮想ルータマイグレーション、リンク切断時にも同様の処理を行うことができる。
【００６３】
本発明の構成について、説明の便利のために、ＮＶＭ（５０）、ＣＶＭ（６０）、ＮＲＭ（７０）の各機能をそれぞれ別個の装置に実装するように図示したが、これらの各機能は、適宜組み合わせて統合した装置上に備えることもできる。
また、それらを運営するのに好適な事業者としてＶＮＯ、ＣＶＯ、ＭＶＮＯを例として挙げたが、これらに限定されるものではなく、各事業者が２つ以上のサービスを提供してもよいし、全く異なる事業者によって運営してもよい。
【００６４】
本発明は、以上のように、コグニティブ仮想化ネットワークの構築・制御・管理・提供を可能とする有無線ネットワーク統合コグニティブ仮想化プラットフォームを提供する。
図１において、本発明のプラットフォームはサービスプロバイダ（８１）〜（８３）とインフラ事業者（２１）に対しては仮想ネットワーク事業者として振る舞う。
一つのコグニティブ仮想化ネットワークが一つのサービスプロバイダ、または一つのサービスに対して割り当てられるので、サービスプロバイダは、ネットワーク仮想化技術のメリットをそのまま享受でき、サービス特化の新しい通信プロトコルを導入したり、任意に通信品質を設定したり、オンデマンドで仮想ネットワークを利用したサービスを提供することができる。
【符号の説明】
【００６５】
１  仮想コグニティブネットワークシステム
１０  無線アクセスネットワーク
１１〜１４  無線基地局
２０  有線コアネットワーク
２１  ＭＮＯ／インフラ事業者
２２  有線ノード
３０  コアネットワーク
３１  vNetA
３２  vNetB
３３  vNetC
４０  コグニティブ通信端末
５０  ＮＶＭ
６０  ＣＶＭ
７０  ＮＲＭ
８１  サービスプロバイダＡ
８２  サービスプロバイダＢ
８３  サービスプロバイダＣ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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