(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モバイル無線デバイスがスモールセルの無線アクセスネットワークを介してデータネットワークと通信するためのシステムであって、前記スモールセルの無線アクセスネットワークは、セルラバックホールを用い、前記システムは、
前記スモールセルの無線アクセスネットワークの進化型ノードＢ（ｅＮｏｄｅＢ）要素と通信するための第１のデジタル通信インタフェースと、
パケット・データ・ネットワークと通信するための第２のデジタル通信インタフェースと、
前記第１のデジタル通信インタフェースを介して前記ｅＮｏｄｅＢエレメントと通信しかつ前記第２のデジタルインタフェースを介して前記パケット・データ・ネットワークと通信するハイブリッド・ゲートウェイ・ノードであって、前記ハイブリッド・ゲートウェイ・ノードは、
バックホールのサービングゲートウェイ機能を提供し、
バックホール・パケット・データ・ネットワークのゲートウェイ機能を提供し、
前記モバイルデバイスへサービングゲートウェイ機能を提供し、かつ、
前記モバイルデバイスへパケット・データ・ネットワークのゲートウェイ機能を提供するように構成されるプロセッサおよびメモリを含む、ハイブリッド・ゲートウェイ・ノードと、
前記ハイブリッド・ゲートウェイ・ノードと通信するモビリティ管理エンティティ（ＭＭＥ）とを備え、
前記ＭＭＥは、前記モバイルデバイスへバックホール機能およびＭＭＥ機能を提供するように構成されるプロセッサおよびメモリを含むハイブリッドＭＭＥである、システム。
【請求項２】
前記第１のデジタル通信インタフェースおよび前記第２のデジタル通信は、異なるインタフェースである、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記ハイブリッドＭＭＥの前記プロセッサおよびメモリは、ストリーム制御伝送プロトコルの接続を調節するように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記スモールセルの無線アクセスネットワークの管理制御パス内に留まりながら前記スモールセルの無線アクセスネットワークのユーザ機器トラフィックパスの外部に存在するフェムト・ゲートウェイ・ノードをさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
データネットワーク内でスモールセルの無線アクセスネットワークを介してデータを運ぶ方法であって、前記スモールセルの無線アクセスネットワークは、セルラバックホールを用い、前記方法は、
ハイブリッド・ゲートウェイ・ノードにおける前記スモールセルの無線アクセスネットワークの進化型ノードＢ（ｅＮｏｄｅＢ）要素からデータを受信することと、
前記データを、前記ハイブリッド・ゲートウェイ・ノードにより、バックホールのサービングゲートウェイ機能に従って処理することと、
前記データを、前記ハイブリッド・ゲートウェイ・ノードにより、バックホール・パケット・データ・ネットワークのゲートウェイ機能に従って処理することと、
前記データを前記ハイブリッド・ゲートウェイ・ノードにより、前記ｅＮｏｄｅＢと通信するモバイルデバイスのためのサービングゲートウェイ機能に従って処理することと、
前記データを前記ハイブリッド・ゲートウェイ・ノードにより、前記ｅＮｏｄｅＢと通信する前記モバイルデバイスのためのパケット・データ・ネットワークのゲートウェイ機能に従って処理することと、
前記処理されたデータをパケット・データ・ネットワークへ伝送することと、
前記ハイブリッド・ゲートウェイ・ノードとハイブリッドモビリティ管理エンティティ（ＭＭＥ）ノードとの間で制御データを交換することと、を含み、
前記ハイブリッドＭＭＥは、前記制御データをバックホールＭＭＥ機能に従って処理し、かつ、前記制御データを、前記ｅＮｏｄｅＢと通信する前記モバイルデバイスのためのＭＭＥ機能に従って処理する、方法。
【請求項６】
前記ハイブリッドＭＭＥは、ストリーム制御伝送プロトコルの接続を調節する、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
ユーザ機器トラフィックを有する前記フェムト・ゲートウェイ・ノードをバイパスしながら、管理制御トラフィックを処理のためのフェムト・ゲートウェイ・ノードへルーティングすることをさらに含む、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
データネットワーク内でスモールセルの無線アクセスネットワークを介してデータを運ぶ方法であって、前記スモールセルの無線アクセスネットワークは、セルラバックホールを用い、前記方法は、
パケット・データ・ネットワークからデータを受信することと、
前記データを、前記ハイブリッド・ゲートウェイ・ノードにより、前記スモールセルの無線アクセスネットワークの進化型ノードＢ（ｅＮｏｄｅＢ）要素と通信するモバイルデバイスのためのパケット・データ・ネットワークのゲートウェイ機能に従って処理することと、
前記データを、前記ハイブリッド・ゲートウェイ・ノードにより、前記スモールセルの無線アクセスネットワークの前記ｅＮｏｄｅＢ要素と通信する前記モバイルデバイスのためのサービングゲートウェイ機能に従って処理することと、
前記データを前記ハイブリッド・ゲートウェイ・ノードにより、バックホール・パケット・データ・ネットワークのゲートウェイ機能に従って処理することと、
前記データを前記ハイブリッド・ゲートウェイ・ノードにより、バックホールのサービングゲートウェイ機能に従って処理することと、
前記処理されたデータをハイブリッド・ゲートウェイ・ノードにおいて前記スモールセルの無線アクセスネットワークの前記ｅＮｏｄｅＢ要素へ伝送することと、
前記ハイブリッド・ゲートウェイ・ノードとハイブリッドモビリティ管理エンティティ（ＭＭＥ）ノードとの間で制御データを交換することとを含み、
前記ハイブリッドＭＭＥは、前記制御データをバックホールＭＭＥ機能に従って処理し、かつ、前記制御データを、前記ｅＮｏｄｅＢと通信する前記モバイルデバイスのためのＭＭＥ機能に従って処理する、方法。
【請求項９】
前記ハイブリッドＭＭＥは、ストリーム制御伝送プロトコルの接続を調節する、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
ユーザ機器トラフィックを有する前記フェムト・ゲートウェイ・ノードをバイパスしながら、管理制御トラフィックを処理のためのフェムト・ゲートウェイ・ノードへルーティン
グすることをさらに含む、請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１５年２月２０に出願された、「進化型パケットコアにおけるフェムトセル実装の方法およびシステム」と題する米国特許出願第１４／６２７，２７２号に対する優先権を主張し、かつ２０１４年４月１７日に出願された、「進化型パケットコアにおけるフェムトセル実装の方法およびシステム」と題する米国暫定特許出願第６１／９８１，０２８号に対する優先権を主張するものであり、これらの出願の内容は、本参照によりそのまま開示に含まれる。
【０００２】
本発明は、概して、進化型パケットコアにおけるフェムトセルの実装に関し、かつより具体的には、セルラアクセスのバックホール機構としての使用を包含するフェムトセル実装において、パフォーマンスを向上させ、かつレイテンシを縮小することに関する。
【背景技術】
【０００３】
進化型パケットコア（ＥＰＣ）は、長期進化（ＬＴＥ）システムのコアネットワークであって、当初、３ＧＰＰによりリリース８標準において導入され、「フラットアーキテクチャ」を有することが決定されていた。この手法の目的は、パフォーマンスおよびコストの視点からペイロード（データトラフィック）を効率的に処理することにあった。トラフィックの処理に関わるネットワークノードはほとんどなく、プロトコル変換が回避される。また、ユーザデータ（ユーザプレーンとしても知られる）とシグナリング（制御プレーンとしても知られる）とを分離して、スケーリング（調節）を独立的にすることも決定された。
【０００４】
図１は、進化型パケットシステム（ＥＰＳ）アーキテクチャ１００の一例を示す。このシステムアーキテクチャ１００は、ＬＴＥ実装のためのエアインタフェースである進化型ＵＭＴＳ地上無線アクセスネットワーク（Ｅ−ＵＴＲＡＮ）上でＥＰＣへ接続されるユーザ機器（ＵＥ）１０５を示している。進化型ノードＢ（ｅＮｏｄｅＢ）１１０は、ＬＴＥ無線の基地局である。図１において、ＥＰＣは、３つのネットワーク要素、すなわち、サービングゲートウェイ（ＳＧＷ）１１５、パケット・データ・ネットワーク・ゲートウェイ（ＰＤＮ  ＧＷまたはＰＧＷ）１２０およびモビリティ管理エンティティ（ＭＭＥ）１２５、で構成されている。ＥＰＣは、外部ネットワーク（インターネット、またはＩＭＳまたは専用ネットワークを含み得る）へ接続される。
【０００５】
ＭＭＥ１２５は、制御プレーンに対処する。これは、Ｓ１−ＭＭＥ１３０およびＳ１−Ｃ１３５インタフェースを介して、Ｅ−ＵＴＲＡＮアクセスのモビリティおよびセキュリティに関連するシグナリングを取り扱う。ＭＭＥ１２５は、アイドルモードにおけるＵＥ１０５のトラッキングおよびページングを担当する。これは、非アクセス層（ＮＡＳ）の終端点である。
【０００６】
ゲートウェイであるＳＧＷ１１５およびＰＧＷ１２０は、ユーザプレーンに対処する。これらは、ＵＥ１０５と外部ネットワークとの間でＳ１−Ｕインタフェース１４０を介してＩＰデータトラフィックを移送する。ＳＧＷ１１５は、無線側とＥＰＣとの間の相互接続ポイントである。その名称が示すように、このゲートウェイは、着信および発信するＩＰパケットをルーティングすることによって、ＵＥ１０５のために機能する。これは、ＬＴＥ内モビリティ（すなわち、ｅＮｏｄｅＢ間の引き継ぎの場合）およびＬＴＥと他の３ＧＰＰアクセスとの間のアンカポイントである。これは、理論上、他のゲートウェイであるＰＧＷ１２０へ接続される。
【０００７】
ＰＧＷ１２０は、ＥＰＣと外部ＩＰネットワークとの間の相互接続ポイントである。これらのネットワークは、ＰＤＮ（パケット・データ・ネットワーク）と呼ばれ、よって、ゲートウェイの名がある。ＰＧＷ１２０は、ＰＤＮとの間でパケットをルーティングする。ＰＧＷ１２０は、ＩＰアドレス／ＩＰプレフィックス割り付けまたはポリシ制御および課金等の様々な機能も実行する。３ＧＰＰがＳＧＷ１１５およびＰＧＷ１２０の論理要素を別々に指定しているとしても、実際のところ、これらは、同じ単一の物理エンティティにおいて実装される場合がある。
【０００８】
フェムトセルは、典型的には家庭または中小企業で用いるように設計される、小型で比較的低出力のセルラ基地局であって、スモールセル実装として知られるもののサブセットである。これは、典型的には、ブロードバンド（ＤＳＬまたはケーブル等）を介してサービスプロバイダのネットワークへ接続される。これは、典型的には、居住用設定において２機から４機までのアクティブ携帯電話をサポートし、かつ企業設定において８機から１６機までのアクティブ携帯電話をサポートする。フェムトセルは、マクロセルおよびミクロセルにおいて使用される同一のライセンススペクトル上で動作するが、保有範囲は数十メートルに過ぎず、家庭または企業内のエリアをカバーする。フェムトセルは、特に、そうしなければアクセスが制限される、または利用できない場合に、モバイル・ネットワーク・オペレータ（ＭＮＯ）が屋内またはセルエッジにおけるサービスカバレッジを拡大できるようにする。モバイル通信事業者にとって、フェムトセルの魅力は、カバレッジおよび容量双方の向上にある。消費者は、向上したカバレッジ、および恐らくはより良い音声品質およびバッテリ寿命から恩恵を受ける。
【０００９】
図２は、フェムトセルの例示的な実装２００を示している。３ＧＰＰの用語において、ホームノードＢ（ＨＮＢ）は、３Ｇフェムトセルである。ホームｅＮｏｄｅＢ（ＨｅＮＢ）は、ＬＴＥフェムトセルである。ＵＥ２１０の通信を中継するＨｅＮＢ２０５と、存在する場合のネットワークＨｅＮＢ／フェムトゲートウェイ（ＦｅｍｔｏＧＷ）２１５、またはＭＭＥ２２０との間の通信は、必須のセキュリティゲートウェイ（ＳｅＧＷ）関数／論理エンティティ２２５によって保証される。ほとんどの配備において、ＨｅＮＢ２０５は、ＭＮＯへのアクセスを、ブロードバンド（ケーブル／ｘＤＳＬ）２３０を介するバックホールによって提供することから、ＳｅＧＷ２２５は、信頼される環境となるセキュリティを提供する。ＳｅＧＷ２２５は、ＦｅｍｔｏＧＷ２１５とは別個の物理エンティティとして実装されても、これと同一場所に配置されてもよい。ＨｅＮＢ２０５とＦｅｍｔｏＧＷ２１５との間のインタフェースはＳ１であって、制御トラフィックではＳ１−ＭＭＥトラフィックを、かつベアラトラフィックではＳ１−Ｕトラフィックを伝送する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の一実施形態では、進化型パケットコアにおけるフェムトセルの実装方法および実装システムを開示する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の別の実施形態における、モバイル無線デバイスがスモールセルを用いた無線アクセスネットワークを介しセルラバックホール（セル方式のバックホール）を用いてデータネットワークと通信するためのシステムは、スモールセル無線アクセスネットワークの進化型ノードＢ（ｅＮｏｄｅＢ）と通信するための第１のデジタル通信インタフェースと、パケット・データ・ネットワークと通信するための第２のデジタル通信インタフェースと、第１のデジタル通信インタフェースを介してｅＮｏｄｅＢ要素と通信しかつ第２のデジタルインタフェースを介してパケット・データ・ネットワークと通信するハイブリッド（混合型）・ゲートウェイ・ノードと、を含む。ハイブリッド・ゲートウェイ・ノードは、バックホールのサービングゲートウェイ機能を提供し、バックホール・パケット・データ・ネットワークのゲートウェイ機能を提供し、モバイルデバイスへサービングゲートウェイ機能を提供しかつモバイルデバイスへパケット・データ・ネットワークのゲートウェイ機能を提供するように構成されるプロセッサおよびメモリを含む。
【００１２】
本発明のさらなる実施形態において、本システムは、ハイブリッド・ゲートウェイ・ノードと通信するモビリティ管理エンティティ（ＭＭＥ）を含む。
【００１３】
本発明のさらに別の実施形態において、ＭＭＥは、モバイルデバイスへバックホールＭＭＥ機能およびＭＭＥ機能を提供するように構成されるプロセッサおよびメモリを含むハイブリッドＭＭＥである。
【００１４】
本発明のさらなる実施形態において、ハイブリッド（混合型）ＭＭＥのプロセッサおよびメモリは、ストリーム制御伝送プロトコルのアソシエーション（接続、関連付け）をスケーリング（調節）するように構成される。
【００１５】
本発明の別の実施形態において、本システムは、スモールセルの無線アクセスネットワークの管理制御パス内に留まりながらスモールセル無線アクセスネットワークのユーザ機器トラフィックパスの外部に存在するフェムト・ゲートウェイ・ノードも含む。
【００１６】
本発明の別の実施形態において、データネットワーク内でスモールセル無線アクセスネットワークを介しセルラバックホール（セル方式のバックホール）を用いてデータを運ぶ方法は、ハイブリッド・ゲートウェイ・ノードにおけるスモールセル無線アクセスネットワークの進化型ノードＢ（ｅＮｏｄｅＢ）からデータを受信することを含む。また、本方法は、データを、ハイブリッド・ゲートウェイ・ノードにより、バックホールのサービングゲートウェイ機能に従って処理することと、データを、ハイブリッド・ゲートウェイ・ノードにより、バックホール・パケット・データ・ネットワークのゲートウェイ機能に従って処理することと、データを、ハイブリッド・ゲートウェイ・ノードにより、ｅＮｏｄｅＢと通信するモバイルデバイスのためのサービングゲートウェイ機能に従って処理することと、データを、ハイブリッド・ゲートウェイ・ノードにより、ｅＮｏｄｅＢ（無線基地局）と通信するモバイルデバイスのためのパケット・データ・ネットワークのゲートウェイ機能に従って処理することと、処理されたデータをパケット・データ・ネットワークへ伝送すること、も含む。
【００１７】
本発明のさらに別の実施形態において、データネットワーク内でスモールセル無線アクセスネットワークを介しセルラバックホールを用いてデータを運ぶ方法は、パケット・データ・ネットワークからデータを受信することを含む。また、本方法は、データを、ハイブリッド・ゲートウェイ・ノードにより、スモールセル無線アクセスネットワークの進化型ノードＢ（ｅＮｏｄｅＢ）要素と通信するモバイルデバイスのためのパケット・データ・ネットワークのゲートウェイ機能に従って処理することと、データを、ハイブリッド・ゲートウェイ・ノードにより、スモールセル無線アクセスネットワークのｅＮｏｄｅＢ要素と通信するモバイルデバイスのためのサービングゲートウェイ機能に従って処理することと、データを、ハイブリッド・ゲートウェイ・ノードにより、バックホール・パケット・データ・ネットワークのゲートウェイ機能に従って処理することと、データを、ハイブリッド・ゲートウェイ・ノードにより、バックホール・サービングのゲートウェイ機能に従って処理することと、処理されたデータをハイブリッド・ゲートウェイ・ノードにおけるスモールセル無線アクセスネットワークのｅＮｏｄｅＢ要素へ伝送すること、も含む。
【００１８】
本発明のさらなる実施形態において、本方法は、ハイブリッド・ゲートウェイ・ノードとモビリティ管理エンティティ（ＭＭＥ）ノードとの間で制御データを交換することを含む。
【００１９】
本発明のさらに別の実施形態において、ＭＭＥは、ハイブリッドＭＭＥであり、このハイブリッドＭＭＥは、制御データをバックホールＭＭＥ機能に従って処理し、かつ制御データを、ｅＮｏｄｅＢと通信するモバイルデバイスのためのＭＭＥ機能に従って処理する。
【００２０】
本発明のさらなる実施形態において、ハイブリッドＭＭＥは、ストリーム制御伝送プロトコルのアソシエーションをスケーリングする。
【００２１】
本発明の別の実施形態において、本方法は、ユーザ機器トラフィックを有するフェムト・ゲートウェイ・ノードをバイパスしながら、管理制御トラフィックを処理のためのフェムト・ゲートウェイ・ノードへルーティングすることを含む。
【００２２】
本明細書に記載される態様および実施形態は何れも、本明細書に記載される実施形態の他のあらゆる態様と組み合わせることが可能である。
【００２３】
次に、本発明の様々な実施形態をより完全に理解するために、添付の図面に関連する以下の説明を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】進化型パケットシステム（ＥＰＳ）アーキテクチャの一例を示す。
【図２】フェムトセルの例示的な実装を示す。
【図３】本発明の一態様による、セルラバックホール配備を有するフェムトセルを示す。
【図４】本発明の一態様による、フェムトセル実装へ統合されたセルラバックホールを示す。
【図５】本発明の一態様による、セルラバックホールを用いる改良されたフェムトセル実装を示す。
【図６】本発明の一態様による、セルラバックホールを用いる改良されたさらなるフェムトセル実装を示す。
【図７】本発明の一態様による、セルラバックホールを用いる改良されたフェムトセル実装のさらなる実施形態を示す。
【図８】本発明の一態様による、セルラバックホールを用いる改良されたさらなるフェムトセル実装を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明の好適な実施形態は、伝統的な固定式ブロードバンドバックホールではなくセルラバックホールを用いる改良されたスモールセル（以後、「フェムトセル」と呼ぶ）実装のためのアーキテクチャを提供する。本発明の例示的実装は、既知のセルラバックホール実装よりもパケットレイテンシを改善し、かつパケットコア容量を増大させている。固定ブロードバンド（ｘＤＳＬ、ケーブル）バックホールではなくセルラバックホールを用いる方が望ましい、という状況には、（１）ＨｅＮＢの置換によって、住宅または他の構造物の外部等、カバレッジが変化しかつフェムトセルの容量が増大する場合、および（２）固定ブロードバンドカバレッジを利用できないモバイル環境（例えば、タクシ、バスまたは他の公共／大量輸送機関）におけるフェムトセルの使用、が含まれる。
【００２６】
図３は、ＨｅＮＢ３０５がセルラアクセス３１５を介してＳｅＧＷ／ＦｅｍｔｏＧＷ３１０へ接続されるセルラバックホール配備を有するフェムトセル３００を示している。図示されているように、ＨｅＮＢ３０５とＳｅＧＷ／ＦｅｍｔｏＧＷ３１０との間の固定式ブロードバンドバックホール３２０は、セルラアクセス３１５で置換されている。この場合、ＨｅＮＢ３０５は、ＬＴＥ−ＵＥ（「ＵＥ−ｆ」は、フェムトセルにおいてＵＥとして作用するエンティティを表して使用される）としても作用し、（「ＵＥ−ｃ」として表されるＨｅＮＢ３０５へ接続される）ＵＥ３２５からのパケットをルーティングするために使用される。代替実装において、ＨｅＮＢ３０５は、（ＨｅＮＢ３０５内に統合される）Ｗｉｆｉ−ＡＰとして作用することができ、Ｗｉｆｉ−ＡＰへ付着されるデバイスをＰＤＮネットワーク３３０へ接続できるようにする。このような場合、同じ一般的な接続性およびルーティングコンセプトが適用される。
【００２７】
図４は、フェムトセル実装４００に統合されたセルラバックホールを示している。先に述べたように、ＨｅＮＢ４０５は、ＬＴＥ−ＵＥとしても作用し、ＵＥ−ｆで表されている。ＨｅＮＢ４０５とＳｅＧＷ／ＦｅｍｔｏＧＷ４１０との間の通信は全て、ｅＮＢ（ｉ）４１５、ＭＭＥ（ｊ）４２０、ＳＧＷ（ｋ）４２５およびＰＧＷ（ｌ）４３０によって表されるこのセルラバックホールを通過する。ｅＮＢ（ｉ）４１５、ＭＭＥ（ｊ）４２０、ＳＧＷ（ｋ）４２５およびＰＧＷ（ｌ）４３０は、加入者ＵＥ−ｆの状態コンテキストを有する。ＵＥ−ｃとしても表される、ＨｅＮＢ４０５へ付着されるＵＥ４３５の場合、ＭＭＥ（ｅ）４４０、ＳＧＷ（ｆ）４４５、ＰＧＷ（ｇ）４５０、ＨｅＮＢ（ｂ）４０５、ＳｅＧＷ（ｃ）／ＦｅｍｔｏＧＷ（ｄ）４１０が、加入者ＵＥ−ｃの状態コンテキストを有する。加入者ＵＥ−ｃのＰＤＮアクセスを得るためには、パケットコア処理は、まず、ｅＮＢ（ｊ）４１５、ＭＭＥ（ｊ）４２０、ＳＧＷ（ｋ）４２５およびＰＧＷ（ｌ）４３０を通ってＳｅＧＷ（ｃ）／ＦｅｍｔｏＧＷ（ｄ）４１０に到達し、次いで再びＳｅＧＷ（ｃ）／ＦｅｍｔｏＧＷ（ｄ）４１０、ＳＧＷ（ｆ）４４５およびＰＧＷ（ｇ）４５０を通って所望されるＰＤＮネットワーク４５５に到達しなければならない。
【００２８】
図４に示されている実装を参照すると、出願人は、（フェムトセルが同じＭＮＯによって提供されることから）典型的にはＵＥ−ｃ４３５およびＵＥ−ｆ４０５が同じＭＮＯに属することを認識している。したがって、ＭＭＥ（ｊ）４２０は、ＭＭＥ（ｅ）４４０と同じエンティティであり、ＳＧＷ（ｋ）４２５は、ＳＧＷ（ｆ）４４５と同じエンティティであり、かつＰＧＷ（ｌ）４３０は、ＰＧＷ（ｇ）４５０と同じエンティティである。故に、パケット（および特に、ＵＥ−ｃのデータ・プレーン・パケット）は、パケットコア・エレメント（ＳＧＷ（ｋ）およびＳＧＷ（ｆ）で表されるＳＧＷ、およびＰＧＷ（ｊ）およびＰＧＷ（ｇ）で表されるＰＧＷ）を２回通り抜ける。出願人は、このようなアーキテクチャが、ネットワークを通り抜けるパケットのレイテンシを増やし、かつパケットコア容量を減らすことを発見している。ベアラパケット（ＩＭＳシグナリングを含む）がＳｅＧＷ（ｃ）／ＦｅｍｔｏＧＷ（ｄ）４１０の通過に伴って複数回処理されなければならないとすると、ＵＥ−ｃトラフィックのシグナリングおよびデータパスに多大なレイテンシが導入される。
【００２９】
図５は、セルラバックホールを用いる改良されたフェムトセル実装５００を示す。この実装では、ＦｅｍｔｏＧＷまたはＭＭＥエンティティを変更する必要がなく、コアパケット・エレメントであるＳＧＷおよびＰＧＷに対する変更は、最小限に抑えられる。この実施形態では、図４に示されているＳｅＧＷが排除されている。ＳｅＧＷの役割は、ＨｅＮＢ５０５とＦｅｍｔｏＧＷ５１０との間の通信を安全なものにすることである。この実施形態において、（ＨｅＮＢ５０５へ接続される全ＵＥに関する）全体的なＨｅＮＢトラフィックは、本質的には安全であるＵＥ−ｆのデータプレーン上を進む。この改良を達成すべく、ＨｅＮＢ５０５とＦｅｍｔｏＧＷ５１０との間のＩＰＳｅｃトンネルは、図５が表すように無効化される。
【００３０】
図６は、セルラバックホールを用いる改良されたさらなるフェムトセル実装６００を示す。上述の実装では、ＨｅＮＢからＦｅｍｔｏＧＷへの通信は、制御、管理およびデータを目的とするものであり得る。そのような場合、ＦｅｍｔｏＧＷは、制御トラフィック（破線で示されているＳ１−ＭＭＥ）およびＵＥトラフィック（実線で示されているＳ１−Ｕ）の双方に関するＨｅＮＢのコンセントレータとして作用する。Ｓ１−ＭＭＥトラフィックは、ストリーム制御伝送プロトコル（ＳＣＴＰ）を基礎とするのに対して、Ｓ１−Ｕトラフィックは、ユーザ・データグラム・プロトコル（ＵＤＰ）を基礎とする。この配備モードの使用には、シグナリングスケールの観点から優位点があるものの（例えば、ＭＭＥ上のＳＣＴＰアソシエーション（接続）数の減少、ページング最適化の向上、およびネットワーク内のＨｅＮＢ数に関わらない単一ｅＮＢの表現）、さらに、データ観点からの最適化利得を向上させることができる。
【００３１】
図６に示されている実施形態において、ＵＥトラフィックは、ＦｅｍｔｏＧＷ６０５を回避し、代わりにＳＧＷ６１０へ達する。この方法では、ＳＧＷ６１０は、ＨｅＮＢ６１５の全てまたはサブセットを誘導することができる。場合により、誘導されるＨｅＮＢ数の増加を可能にするために、ＳＧＷ６１０では、ＵＤＰ／ＩＰコンテキストを増大させかつＧＰＲＳトンネリングプロトコルのユーザデータ（ＧＴＰ−Ｕ）エコーメッセージをスケーリングする追加的なエンハンスメントが行われる。 一方で、ＦｅｍｔｏＧＷ６０５は、引き続きＭＭＥ６２０への制御パス内に留まる。
【００３２】
所定の実装において、ＦｅｍｔｏＧＷ６０５は、ＭＭＥ６２０がＳＣＴＰアソシエーションをスケーリングできるようにすることによって、制御パスから排除され得ることが想定される。しかしながら、ＦｅｍｔｏＧＷ６０５が、これらのＨｅＮＢの管理および据付けを制御すべくＨｅＮＢと通信する独自仕様のメカニズムを有していれば、所定の実施形態は、ＦｅｍｔｏＧＷ６０５を管理パス内に保持する。明確には、制御パス内にＦｅｍｔｏＧＷが存在する実装および存在しない実装は、本発明の範囲に含まれる。
【００３３】
図７は、セルラバックホールを用いる改良されたフェムトセル実装７００のさらなる実施形態を示す。実装７００において、新しいＳＧＷ（ｋ’，ｆ）７０５は、そうでなければ図６の別々のＳＧＷ（ｋ）６３０、ＰＧＷ（ｌ）６２５およびＳＧＷ（ｆ）６１０において実行されることになる、ＵＥ７１０からのアップリンク・データ・トラフィック上の全てのパケット処理を実行する。同様に、新しいＰＧＷ（ｌ’，ｇ）７１５は、そうでなければ図６の別々のＰＧＷ（ｇ）６３５、ＳＧＷ（ｆ）６１０およびＰＧＷ（ｌ）６２５において実行されることになる、ＵＥ−ｃ７１０へのダウンリンク・データ・トラフィック上の全てのパケット処理を実行する。代替実装において、別個のＳＧＷ（ｋ）６３０は、統合されたＰＧＷ（ｌ）６２５およびＳＧＷ（ｆ）６１０から離れて保持されることが可能である。上述の設計による実装は、場合により、図６のＭＭＥ（ｅ）６２０およびＭＭＥ（ｊ）６４０の機能を実行するＭＭＥ（ｊ，ｅ）７４５を含むことが可能である。
【００３４】
上述の設計による実装は、ＳＧＷエンティティおよびＰＧＷエンティティ間でＧＴＰ−Ｃに対する独自仕様のＩＥ交換／拡張を交換し、（ＳＧＷおよびＰＧＷオペレーションの双方に関して）ＳＡＥ−ＧＷにおけるＧＴＰ−エコーテーブルを調べ、かつＰＧＷ上でのこのような処理を可能にする適切なデータ構造およびデータテーブルを設定することによって達成される。ＳＧＷ（ｋ’，ｆ）７０５およびＰＧＷ（ｌ’，ｇ）７１５は、明確を期して図７では２つのインスタンスとして示されているが、データプレーンの観点から、ＳＧＷ（ｋ’，ｆ）またはＰＧＷ（ｌ’，ｇ）の何れかが関与する場合はいつでも、唯一のインスタンス７２０において全体的なパケット処理が最適化されかつ発生する。
【００３５】
実装７００の好適な実施形態は、下記のような特徴を有する。ＨｅＮＢ７２５は、主として、例えばＬＴＥ  ＵＥ（ＵＥ−ｆ）のためのサービング・フェムト・トラフィック専用であって、１つの一意のアクセスポイント名（ＡＰＮ）（例えば、ａｐｎ−ｒｅｌａｙ）を、それがコアネットワークへこのトラフィックストリームがＬＴＥリレー機能用であることを示すようにサポートすることができる。ＨｅＮＢ７２５がブラウズトラフィックのための顧客宅内機器（ＣＰＥ）としても作用するものであれば、追加のＡＰＮを利用できる。ＨｅＮＢ７２５を起点とする全てのトラフィック（管理トラフィックおよび制御トラフィックを含む）、またはセルラバックホール上でＨｅＮＢ７２５へ接続されるＵＥ７１０のためのトラフィックは、一意のリレーＡＰＮを用いる。一方で、一意のＡＰＮを用いるトラフィックは、汎用ルーティングカプセル化（ＧＲＥ）を用いてトンネリングされ、よって、アップリンクトラフィックは、「ａｐｎ−ｒｅｌａｙ」ＩＰアドレスをソースアドレスとして用い、かつ宛先アドレスをＧＲＥ宛先アドレスにコピーする。全てのダウンリンクトラフィックは、ＨｅＮＢ７２５によって逆の方式で処理され、例えば、宛先ＩＰアドレスが「ａｐｎ−ｒｅｌａｙ」ＩＰアドレスに一致すれば、ＩＰヘッダが剥ぎ取られてＧＴＰパケットが処理される。
【００３６】
一方で、ＨｅＮＢ７２５を介するアップリンクトラフィック（例えば、シグナリング、管理および／またはデータ）は、ＨｅＮＢ７２５を介してＦｅｍｔｏ−ＵＥ７１０のＩＰアドレスをフェムトネットワークへマップするために使用される。これが発生するまで、（７０５の一部としての）ＳＧＷ（ｋ）上のアップリンクパケット処理パスは、典型的な方法で進行することができる。ネットワークエンティティは、（７１５の一部としての）ＰＧＷ（ｌ）が（７０５の一部としての）ＳＧＷ（ｋ）と同じクラスタ内に存在するかどうかを認識していることから、（７１５の一部としての）ＰＧＷ（ｌ）のパケット処理は、可能である場合に即座に発生する。
【００３７】
実装７００の実施形態では、（７１５の一部としての）ＰＧＷ（ｌ）上のアップリンクパケット処理パスを下記のように最適化することによって、さらなる任意のエンハンスメントを行うことができる。まず、着信するパケットのＧＴＰヘッダをアンパックする。非ａｐｎ−ｒｅｌａｙＡＰＮに到達するパケットを典型的な方式で処理する。一方で、ａｐｎ−ｒｅｌａｙＡＰＮに到達するパケットは、そのＩＰヘッダが剥ぎ取られていることから、ソースＩＰアドレス（これは、ＵＥ−ｆである）を保存する。内部パケットが非ＧＴＰ−Ｕパケットであれば、このパケットを典型的な方式で転送する。例えば、このパケットは、存在すればＦｅｍｔｏＧＷへ、またはＭＭＥへ直に転送されるべき、ＨｅＮＢからのＳＣＴＰまたは管理トラフィックである可能性もある。このようなパケットは、通常、転送される。内部パケットがＧＴＰ−Ｕパケットであれば、アドレスがＳＧＷの有効なＧＴＰ−Ｕピア（例えば、ＳＧＷ（ｆ））であることを確認するためにソースＩＰアドレスをチェックし、そうであれば、ＵＥ−ｆ  ＩＰアドレスをＨｅＮＢマッピングに更新し、かつトンネルエンドポイント識別子（ＴＥＩＤ）を検認する。この時点で、図６のＳＧＷ（ｆ）６１０上で生じていたはずの典型的なＳＧＷパケット処理が生じ、パケットは、規格によって定義される典型的な処理のために（７１５の一部としての）ＰＧＷ（ｇ）の内部インスタンスへ転送される。最後に、ソースＩＰアドレスをチェックして、それが割り付けられた有効なＰＤＮセッションであることを確認する。
【００３８】
同様に、実装７００の実施形態では、（７１５の一部としての）ＰＧＷ（ｇ）上のダウンリンクパケット処理パスを下記のように最適化することによって、任意の他のエンハンスメントを行うことができる。ｉ１４  ７３０またはｉ８  ７３５に到達するパケットは、ＩＰパケットであり、これは、ＨｅＮＢ（ｂ）７２５により供給されるものであれば、ｉ１５  ７４０を通り抜ける際にＧＴＰヘッダにより２回カプセル化する必要がある。このようなＩＰパケットは、適切なサービス処理（例えば、ＱｏＳ、課金、他）を提供し、かつＰＧＷ（ｇ）は、着信するパケットをＧＴＰ−Ｕヘッダでカプセル化する。次に、ＧＴＰ−Ｕパケットの資格情報をチェックして、ＨｅＮＢ（ｂ）７２５を有する（７０５の一部としての）ＳＧＷ（ｆ）上の、そのＧＴＰピアとしてのＧＴＰ−Ｕ検証を確認する。次に、ＧＴＰ−Ｕヘッダを、処理されるべき更新されたＧＴＰ−Ｕヘッダによって変換する。パケットを下流へ転送する前に、（７０５の一部としての）ＳＧＷ（ｆ）は、ＧＴＰ−Ｕパケット内の宛先ＩＰアドレスが有効なＧＴＰピアであることをチェックする。例えば、（７０５の一部としての）ＳＧＷ（ｆ）によってＨｅＮＢ７２５がピアであることを確認するために、（７０５の一部としての）ＳＧＷ（ｆ）は、ＧＴＰピアに関連づけられるＵＥ−ｆが存在しているかどうかをチェックする。存在していれば、宛先アドレスとして設定されるＵＥ−ｆ  ＩＰアドレスおよびＧＴＰヘッダから設定されるソースアドレスを有するヌルのキーＧＲＥヘッダが提供され、パケットは、（７１５の一部としての）ＰＧＷ（ｌ）へ転送されて典型的な処理を受ける。（７０５の一部としての）ＳＧＷ（ｋ）におけるパケット処理も、典型的なパケット処理である。
【００３９】
本明細書に示されかつ記述されているように、例示的な実装７００は、１つまたは複数のＰＧＷおよび／またはＳＧＷの機能および処理を実行することによりハイブリッド・ゲートウェイ・ノードとして行動する１つまたは複数のノード７０５、７１５および／または７２０を含む。さらに、ハイブリッドノードにより実行されるＰＧＷおよび／またはＳＧＷの機能は、（ｉ）そうでなければ、セルラバックホールに含まれることになるＰＧＷおよび／またはＳＧＷ（即ち、ＰＧＷおよびＳＧＷの機能がＵＥとして作用するフェムトセルのために提供される場合）、および／または（ｉｉ）アーキテクチャのバックホール部分の外部におけるＰＧＷおよび／またはＳＧＷ（即ち、ＰＧＷおよびＳＧＷの機能がフェムトセルへ付着されるエンドユーザＵＥのために提供される場合）、の機能であることが可能である。これらのノードは、デジタル通信インタフェースを介して他のシステムおよびネットワークエレメント、例えば、ｅＮｏｄｅＢ、パケット・データ・ネットワーク・サーバ、他と通信する。例えば、既知のネットワーク・インタフェース・ハードウェアを用いて、必要なエレメントが相互接続される。
【００４０】
図８は、セルラバックホールを用いる改良されたさらなるフェムトセル実装８００を示す。上述された、いくつかの実装によっては、ＳＧＷおよびＰＧＷ（これらのエンティティの複数のインスタンスを含む）は、３ＧＰＰにより定義される標準シグナリングメッセージを用いてＳ１１／Ｓ５−Ｓ８インタフェース上で相互に作用する。言い替えれば、ＳＧＷおよび／またはＰＧＷが制御パスまたはデータパスの何れかにおいて相互に作用する場合、どのメッセージに対する変更も存在しない。しかしながら、実装８００では、ＳＧＷ（ｋ）８０５および／またはＳＧＷ（ｆ）８１０がＰＧＷ（ｌ）８１５および／またはＰＧＷ（ｇ）８２０と制御パス上で相互に作用すると、所定の加入者の状態に関する知識を転送すべく追加の情報エレメントが交換される。この情報交換は、様々なテーブルの保全を促進して、マルチホップ問題を回避すると共にユーザパスにおける全体的なレイテンシを短縮するようにパケット処理を最適化する。
【００４１】
さらに、２つ以上のＳＡＥ−ＧＷ（例えば、ＳＧＷ＋ＰＧＷ）を有する、所定の実装において、ＵＥ−ｆコンテキストは、ＵＥ−ｃコンテキスト以外の別個のＳＡＥ−ＧＷ上でホストされてもよい。例えば、ＳＧＷ（ｋ）８０５およびＰＧＷ（ｌ）８１５は、ＳＧＷ（ｆ）８１０およびＰＧＷ（ｇ）８２０以外の別個のＳＡＥ−ＧＷ上に存在してもよい。上述の実施形態は、セッションをＳＧＷ（ｆ）８１０およびＰＧＷ（ｇ）８２０からＰＧＷ（ｌ）８１５へ、ＨｅＮＢ８３０へのＵＥ８２５の接続持続時間だけ移動することによって、ダブルホップ問題による悪影響を低減すべくさらに増強されることが可能である。このさらなる任意の態様において、ＰＧＷ（ｇ）８２０およびＰＧＷ（ｌ）８１５は、Ｓ５／Ｓ８インタフェースの双方、認証、承認およびアカウンティング（ＡＡＡ）メッセージングおよびＳＧｉ側インタフェースに対して等しいネットワーク到達性（即ち、同じ外部接続）を有する。また、様々なＳＡＥ−ＧＷエレメント間には、様々なＧＴＰ可変メッセージを交換するために特別なＡＮ−ＧＴＰ接続性が存在する。
【００４２】
この任意の態様によって、全てのＳＧＷおよびＰＧＷが到達性情報に関する互いの知識を有するように、特別なＡＮ−ＧＴＰインタフェースを介する全てのＳＡＥ−ＧＷにおいて全てのＨｅＮＢエンティティの知識およびＵＥ−ｆコンテキストの知識が有効となる。この特別なＡＮ−ＧＴＰインタフェース上には、少なくとも２種類の情報交換、即ち、（１）オペレータネットワークにおける全てのＳＡＥ−ＧＷに渡ってＧＴＰピアリング情報を流すリンク情報交換、および（２）ダブルホップ問題を回避すべくセッション移送の促進を助力するために加入者情報を流す加入者情報交換、が存在する。
【００４３】
先に詳述したように、本発明の実施形態は、典型的には先行技術のフェムトセル実装に存在するＳｅＧＷノードが除去されているセルラバックホールを有するフェムトセル（例えば、３ＧまたはＬＴＥフェムトセル）の実装を含む。本発明の実施形態は、通常は先行技術のフェムトセルに存在するＦｅｍｔｏＧＷがＵＥトラフィックパスから除去されている実装も含む。さらに、実施形態は、先行技術フェムトセルのバックホールに存在するＳＧＷおよび／またはＰＧＷノードが排除され、排除されたノードの機能がバックホール外部に存在するＳＧＷおよび／またはＰＧＷによって実行される実装を含む。
【００４４】
本明細書に開示されている技術およびシステムは、コンピュータシステムまたはコンピュータ化された電子デバイスによって用いるためのコンピュータ・プログラム・プロダクトとして実装されてもよい。このような実装は、コンピュータ読取り可能媒体（例えば、ディスケット、ＣＤ−ＲＯＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリまたは他のメモリまたは固定ディスク）等の有形媒体上に固定されるか、モデム、または媒体上でネットワークへ接続される通信アダプタ等の他のインタフェースデバイスを介してコンピュータシステムまたはデバイスへ伝送可能であるかの何れかである、一連のコンピュータ命令または論理を含んでもよい。
【００４５】
媒体は、有形媒体（例えば、光学的またはアナログ通信回線）、または無線技術（例えば、Ｗｉ−Ｆｉ、セルラ、マイクロ波、赤外線または他の伝送技術）を用いて実装される媒体の何れかであってもよい。一連のコンピュータ命令は、システムに関連して本明細書に記述されている機能の少なくとも一部を具現する。当業者は、このようなコンピュータ命令が、多くのコンピュータアーキテクチャ、またはオペレーティングシステムによって使用される幾つかのプログラミング言語で書かれ得ることを認識すべきである。
【００４６】
さらに、このような命令は、半導体、磁気、光学または他のメモリデバイス等のあらゆる有形メモリデバイスに記憶されてもよく、かつ光学、赤外線、マイクロ波または他の伝送技術等のあらゆる通信技術を用いて伝送されてもよい。
【００４７】
このようなコンピュータ・プログラム・プロダクトは、印刷された説明書または電子説明書（例えば、市販のソフトウェア）が添付された取外し可能媒体として配信され得ること、コンピュータシステムによって（例えば、システムＲＯＭまたは固定ディスク上へ）プレロードされ得ること、またはネットワーク（例えば、インターネットまたはワールド・ワイド・ウェブ）上でサーバまたは電子掲示板から配信され得ること、が予想される。当然ながら、本発明の一部の実施形態は、ソフトウェア（例えば、コンピュータ・プログラム・プロダクト）およびハードウェア双方の組み合わせとして実装されてもよい。本発明のさらに他の実施形態は、完全なハードウェア、または完全なソフトウェア（例えば、コンピュータ・プログラム・プロダクト）として実装される。
【００４８】
さらに、本明細書に開示されている技術およびシステムは、様々なモバイルデバイスによって使用されることが可能である。例えば、本発明の実装には、本明細書において論じている信号を受信することができる携帯電話、スマートフォン、パーソナル・デジタル・アシスタントおよび／またはモバイル・コンピューティング・デバイスを用いることができる。
【００４９】
本開示の読了により一般的な当業者には明白となるであろうが、本開示は、これまでに具体的に開示されたもの以外の形態で具現されることが可能である。したがって、これまでに述べた具体的な実施形態は、限定ではなく例示と見なされるべきである。当業者は、日常的な実験の範囲内で、本明細書に記述されている具体的な実施形態に対する多くの等価物を認識する、または確認することができるであろう。本発明の範囲は、これまでの説明に含まれる例に限定されるものではなく、添付のクレームおよびその等価物に記載される通りである。
【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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