(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のパケット転送装置および無線基地局を介し、移動局と他の移動局または固定局との間でパケットを送受信する移動通信ネットワークにおいて、
移動局が送信するパス確立要求に含まれる情報から移動局が利用するサービスの種類を識別し、識別した移動局が利用するサービスの種類に応じて、
1つ以上の特定のパケット転送装置を経由するようにパケット転送経路に制約を加えるか、
あるいはパケット転送経路に制約を加えず、リンクコストの和が最小となるようにパケット転送経路を選ぶことを特徴とするパケット転送経路の最適化方法。
【請求項２】
複数のパケット転送装置および無線基地局を介し、移動局と他の移動局または固定局との間でパケットを送受信する移動通信ネットワークにおいて、
移動局が送信するパス確立要求に含まれる情報から移動局が利用するサービスの種類を識別し、
移動局が外部のネットワークによって提供されるサービスを利用する場合は1つ以上の特定のパケット転送装置を経由するようにパケット転送経路に制約を加え、
移動局が直接接続された移動通信ネットワークによって提供されるサービスを利用する場合はパケット転送経路に制約を加えず、リンクコストの和が最小となるようにパケット転送経路を最適化することを特徴とするパケット転送経路の最適化方法。
【請求項３】
移動局の移動により、移動局が接続する無線基地局やパケット転送装置が変化した際には、経由すべき特定のパケット転送装置が複数存在しかつ移動前に選択されていた特定のパケット転送装置以外の特定のパケット転送装置を経由するパケット転送経路の方がリンクコストの和が小さくなる場合には、他の特定のパケット転送装置を再度選択してパケット転送経路に制約を加えることを特徴とする請求項1または2記載のパケット転送経路の最適化方法。
【請求項４】
階層的に接続された複数のパケット転送装置および無線基地局を介し、移動局と他の移動局または固定局との間で、パケット転送装置が予めパケット転送経路の一部または全部を指定した後にパケットを送受信する移動通信ネットワークにおいて、
移動局が送信するパス確立要求に含まれる情報から移動局が利用するサービスの種類を識別し、
該識別したサービスの種類に応じて、1つ以上の特定のパケット転送装置を経由するようにパケット転送経路に制約を加えるか、
あるいは自パケット転送装置を経由するパケット転送経路と自パケット転送装置以下の階層に属するパケット転送装置のみを経由するパケット転送経路との内のリンクコストの和が低くなる方を選択することを特徴とするパケット転送経路の最適化方法。
【請求項５】
階層的に接続された複数のパケット転送装置および無線基地局を介し、移動局と他の移動局または外部ネットワークに接続されたホストとの間で、予めパケット転送経路の一部または全部を指定した後にパケットを送受信する移動通信ネットワークにおいて、
パケット転送経路が確立された後、移動局が送信するパス変更要求に含まれる情報から移動局が利用するサービスの種類を識別し、
該識別したサービスの種類に応じて、1つ以上の特定のパケット転送装置を経由するようにパケット転送経路に制約を加えるか、
あるいは現在のパケット転送経路と現在選択されていない下位の階層のパケット転送装置を経由したパケット転送経路との内のリンクコストの和が低い方を選択することを特徴とするパケット転送経路の最適化方法。
【請求項６】
上位の階層のパケット転送装置が下位の階層のパケット転送装置に対してパケット転送経路の切り替えを指示すると共に、上位の階層のパケット転送装置が所有する移動局に対する課金情報や認証情報などの通信コンテキストを下位の階層のパケット転送装置に転送することを特徴とする請求項5記載のパケット転送経路の最適化方法。
【請求項７】
階層的に接続された複数のパケット転送装置および無線基地局を介し、移動局と他の移動局または外部ネットワークに接続されたホストとの間で、予めパケット転送経路の一部または全部を指定した後にパケットを送受信する移動通信ネットワークにおいて、
パケット転送経路が確立された後、移動局が送信するパス変更要求に含まれる情報から移動局が利用するサービスの種類を識別し、
該識別したサービスの種類に応じて、現在のパケット転送経路と現在選択されていない下位の階層のパケット転送装置を経由したパケット転送経路との内のリンクコストの和が低い方を選択するか、
あるいは現在のパケット転送経路と現在選択されていない上位の階層のパケット転送装置を経由したパケット転送経路との内のリンクコストの和が低い方を選択することを特徴とするパケット転送経路の最適化方法。
【請求項８】
上位の階層のパケット転送装置がより上位の階層のパケット転送装置に対してパケット転送経路の切り替えを指示すると共に、上位の階層のパケット転送装置が所有する移動局に対する課金情報や認証情報などの通信コンテキストをより上位の階層のパケット転送装置に転送することを特徴とする請求項7記載のパケット転送経路の最適化方法。
【請求項９】
前記移動通信ネットワークは、3GPP (Third Generation Partnership Project) のTS 23.060規格に基づくGPRS (General Packet Radio Service)のネットワークであり、最上位の階層のパケット転送装置はGGSN(Gateway GPRS Support Node)、次の階層のパケット転送装置はSGSN(Serving GPRS Support Node)、その次の階層のパケット転送装置はBSC(Base Station Controller)またはRNC(Radio Network Controller)であり、最下位の階層には該無線基地局が配備され、各階層のパケット装置および無線基地局の間には、必要に応じてルータが配置されることを特徴とする請求項1乃至8の何れか1項に記載のパケット転送経路の最適化方法。
【請求項１０】
前記移動通信ネットワークは、IETF (Internet Engineering Task Force) のRFC (Request for Comments) 3220規格に基づくネットワークであり、最上位の階層のパケット転送装置はHA (Home Agent)、最下位の階層には無線基地局が配置され、HAと無線基地局の間に中間の階層のパケット転送装置となるルータが配置されることを特徴とする請求項1乃至8の何れか1項に記載のパケット転送経路の最適化方法。
【請求項１１】
請求項10記載のパケット転送経路の最適化方法において、移動局の通信相手から移動局に向けてパケットを送信する場合、移動局が利用するサービスの種類に応じて、パケットの転送経路にHAが含まれるようにトンネリングおよびリバーストンネリングをおこなうか、あるいはパケット転送経路に制約を加えず、リンクコストの和が最小となるようにパケット転送経路を選ぶことを特徴とするパケット転送経路の最適化方法。
【請求項１２】
移動通信ネットワークを構成するパケット転送装置において、
移動局が利用するサービスの種類を前記移動局が送信したパス確立要求に含まれる情報から識別する手段と、
識別したサービスの種類に応じて、1つ以上の特定のパケット転送装置を経由するようにパケット転送経路に制約を加えるか、あるいはパケット転送経路に制約を加えず、リンクコストの和が最小となるようにパケット転送経路を設定する手段とを備えることを特徴とするパケット転送装置。
【請求項１３】
移動通信ネットワークを構成するパケット転送装置において、
移動局が外部ネットワークによって提供されるサービスを利用するのか、あるいは移動局が直接接続された移動通信ネットワークによって提供されるサービスを利用するのかを前記移動局が送信したパス確立要求に含まれる情報から識別する手段と、
移動局が外部ネットワークによって提供されるサービスを利用する場合には1つ以上の特定のパケット転送装置を経由するようにパケット転送経路に制約を加え、移動局が直接接続された移動通信ネットワークによって提供されるサービスを利用する場合にはパケット転送経路に制約を加えず、リンクコストの和が最小となるようにパケット転送経路を設定する手段とを備えることを特徴とするパケット転送装置。
【請求項１４】
移動局の移動により、移動局が接続する無線基地局やパケット転送装置が変化した際には、経由すべき特定のパケット転送装置が複数存在し移動前に選択されていた特定のパケット転送装置以外の特定のパケット転送装置を経由するパケット転送経路の方がリンクコストの和が小さくなる場合には、他の特定のパケット転送装置を再度選択してパケット転送経路に制約を加える手段を備えることを特徴とする請求項13記載のパケット転送装置。
【請求項１５】
移動通信ネットワークを構成するパケット転送装置において、
予めパケット転送経路の一部または全部を指定する場合に、移動局が送信するパス確立要求に含まれる情報から移動局が利用するサービスの種類を識別する手段と、
該手段で識別したサービスの種類に応じて、1つ以上の特定のパケット転送装置を経由するようにパケット転送経路に制約を加えるか、あるいは自パケット転送装置を経由するパケット転送経路と自パケット転送装置以下の階層に属するパケット転送装置のみを経由するパケット転送経路との内のリンクコストの和が低くなる方を選択する手段とを備えることを特徴とするパケット転送装置。
【請求項１６】
移動通信ネットワークを構成するパケット転送装置において、
一度パケットの転送経路が確立された後に、移動局が送信するパス変更要求に含まれる情報から移動局が利用するサービスの種類を識別する手段と、
該手段で識別したサービスの種類に応じて、1つ以上の特定のパケット転送装置を経由するようにパケット転送経路に制約を加えるか、あるいは現在のパケット転送経路と現在選択されていない下位の階層のパケット転送装置を経由したパケット転送経路との内のリンクコストの和が低い方を選択する手段とを備えることを特徴とするパケット転送装置。
【請求項１７】
パケット転送経路の切り替えを指示する際には、下位の階層のパケット転送装置に対して、移動局に対する課金情報や認証情報などの通信コンテキストを転送する手段を備えることを特徴とする請求項16記載のパケット転送装置。
【請求項１８】
移動通信ネットワークを構成するパケット転送装置において、
一度パケットの転送経路が確立された後に、移動局が送信するパス変更要求に含まれる情報から移動局が利用するサービスの種類を識別する手段と、
該手段で識別したサービスの種類に応じて、現在のパケット転送経路と現在選択されていない下位の階層のパケット転送装置を経由したパケット転送経路との内のリンクコストの和が低い方を選択するか、あるいは現在のパケット転送経路と現在選択されていない上位の階層のパケット転送装置を経由したパケット転送経路との内のリンクコストの和が低い方を選択する手段とを備えることを特徴とするパケット転送装置。
【請求項１９】
パケット転送経路の切り替えを指示する際には、さらに上位の階層のパケット転送装置に対して、移動局に対する課金情報や認証情報などの通信コンテキストを転送する手段を備える請求項18記載のパケット転送装置。
【請求項２０】
移動通信ネットワークのパケット転送装置を構成するコンピュータを、
移動局が利用するサービスの種類を前記移動局が送信したパス確立要求に含まれる情報から識別する手段、
識別したサービスの種類に応じて、1つ以上の特定のパケット転送装置を経由するようにパケット転送経路に制約を加えるか、あるいはパケット転送経路に制約を加えず、リンクコストの和が最小となるようにパケット転送経路を設定する手段、として機能させるプログラム。
【請求項２１】
移動通信ネットワークのパケット転送装置を構成するコンピュータを、
移動局が外部ネットワークによって提供されるサービスを利用するのか、あるいは移動局が直接接続された移動通信ネットワークによって提供されるサービスを利用するのかを前記移動局が送信したパス確立要求に含まれる情報から識別する手段、
移動局が外部ネットワークによって提供されるサービスを利用する場合には1つ以上の特定のパケット転送装置を経由するようにパケット転送経路に制約を加え、移動局が直接接続された移動通信ネットワークによって提供されるサービスを利用する場合にはパケット転送経路に制約を加えず、リンクコストの和が最小となるようにパケット転送経路を設定する手段、として機能させるプログラム。
【請求項２２】
前記コンピュータを、更に、移動局の移動により、移動局が接続する無線基地局やパケット転送装置が変化した際には、経由すべき特定のパケット転送装置が複数存在し移動前に選択されていた特定のパケット転送装置以外の特定のパケット転送装置を経由するパケット転送経路の方がリンクコストの和が小さくなる場合には、他の特定のパケット転送装置を再度選択してパケット転送経路に制約を加える手段、として機能させる請求項21記載のプログラム。
【請求項２３】
移動通信ネットワークのパケット転送装置を構成するコンピュータを、
予めパケット転送経路の一部または全部を指定する場合に、移動局が送信するパス確立要求に含まれる情報から移動局が利用するサービスの種類を識別する手段、
該手段で識別したサービスの種類に応じて、1つ以上の特定のパケット転送装置を経由するようにパケット転送経路に制約を加えるか、あるいは自パケット転送装置を経由するパケット転送経路と自パケット転送装置以下の階層に属するパケット転送装置のみを経由するパケット転送経路との内のリンクコストの和が低くなる方を選択する手段、として機能させるプログラム。
【請求項２４】
移動通信ネットワークのパケット転送装置を構成するコンピュータを、
一度パケットの転送経路が確立された後に、移動局が送信するパス変更要求に含まれる情報から移動局が利用するサービスの種類を識別する手段、
該手段で識別したサービスの種類に応じて、1つ以上の特定のパケット転送装置を経由するようにパケット転送経路に制約を加えるか、あるいは現在のパケット転送経路と現在選択されていない下位の階層のパケット転送装置を経由したパケット転送経路との内のリンクコストの和が低い方を選択する手段、として機能させるプログラム。
【請求項２５】
前記コンピュータを、更に、パケット転送経路の切り替えを指示する際には、下位の階層のパケット転送装置に対して、移動局に対する課金情報や認証情報などの通信コンテキストを転送する手段、として機能させる請求項24記載のプログラム。
【請求項２６】
移動通信ネットワークのパケット転送装置を構成するコンピュータを、
一度パケットの転送経路が確立された後に、移動局が送信するパス変更要求に含まれる情報から移動局が利用するサービスの種類を識別する手段、
該手段で識別したサービスの種類に応じて、現在のパケット転送経路と現在選択されていない下位の階層のパケット転送装置を経由したパケット転送経路との内のリンクコストの和が低い方を選択するか、あるいは現在のパケット転送経路と現在選択されていない上位の階層のパケット転送装置を経由したパケット転送経路との内のリンクコストの和が低い方を選択する手段、として機能させるプログラム。
【請求項２７】
前記コンピュータを、更に、パケット転送経路の切り替えを指示する際には、さらに上位の階層のパケット転送装置に対して、移動局に対する課金情報や認証情報などの通信コンテキストを転送する手段、として機能させる請求項26記載のプログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、移動通信ネットワークにおけるパケット通信の経路設定方法に関し、特に複数のパケット転送装置および無線基地局が階層的に接続されたネットワークにおけるパケット転送経路の最適化に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、パケット移動通信ネットワークでは、移動局がネットワーク内部を移動した場合も、移動局からの発信、移動局への着信、および進行中のパケット通信の継続を支障なくおこなう必要がある。このため、パケット移動通信ネットワークでは、常に移動局の位置や最寄りの無線基地局などの情報を管理し、必要に応じて情報を更新している。携帯電話システムなど、管理すべき移動局の数が非常に多い場合は、個々の移動局の情報を集中的に管理していると、ネットワーク内部で転送すべき管理トラフィック量が多くなり、また移動に伴うパケット転送経路の切り替えに時間がかかる。このため、通常パケット転送装置や位置管理サーバを階層的に配備し、各階層内の移動であれば管理トラフィックを階層内に局所化する技術が一般に使用されている。
【０００３】
例えば、3GPP(3rd Generation Partnership Project)のGPRS(General Packet Radio Service)の仕様に基づく移動通信ネットワークの場合、最上位の階層のパケット転送装置はGGSN(Gateway GPRS Support Node)、次の階層のパケット転送装置はSGSN(Serving GPRS Support Node)、その次の階層のパケット転送装置はRNC(Radio Network Controller)またはBSC(Base Station Controller)と呼ばれ、最下位の階層には無線基地局が配備される。GPRSにおけるパケット通信の方式については、3GPPの仕様TS 23.060、"General Packet Radio Service(GPRS); Service description; Stage 2"、に詳細に記載されている。通常、GPRSにおいて移動局が外部のサービスプロバイダに接続し、パケット通信をおこなう際には、以下のような手順に従う。
【０００４】
1. 移動局が最も通信条件の良い無線基地局を選択し、データリンクを確立する。
2. 移動局は無線基地局と帰属関係にあるRNC/BSCに対してデータリンクを確立する。
3. 移動局はRNC/BSCと帰属関係にあるSGSNに対してデータリンクを確立する。
4. 移動局はSGSNに対して、接続を要求するサービスプロバイダの名前を通知する。この名前は、APN(Access Point Name)と呼ばれる。
5. SGSNは、通知されたAPNと移動局の加入者情報に従い、適切なGGSNを選択し、SGSNとGGSNの間にデータリンクを確立する。
6. 移動局は、このようにして決められた無線基地局、RNC/BSC、SGSN、GGSNを介して、外部のサービスプロバイダとの間でパケット通信を開始する。
7. 通信の最中に移動局が移動した場合、接続する無線基地局、RNC/BSC、SGSNを適切に再選択することにより、通信を継続する。
8. 通信が終了すると、移動局は各々のデータリンクを解放する。
【０００５】
このように、GPRSにおいて移動局が移動通信ネットワークの外部のサービスプロバイダに接続し、パケット通信をおこなう場合は、移動通信ネットワーク内部におけるパケット転送経路はほぼ最適化されている。これは、外部のサービスプロバイダへの接続点がパケット転送装置の階層の頂点であるGGSNに固定されているからである。GPRS以外のパケット移動通信システムにおいても、類似の階層化アーキテクチャが使用されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、移動局が通信をおこなう相手が同一の移動通信ネットワークの内部にある場合は、転送経路が必ずパケット転送装置の階層の頂点を経由するように制約されていると、パケットの転送経路が冗長になるという問題がある。例えば、音声通信やインスタントメッセージなどのパケット通信サービスでは、同一の移動通信ネットワーク内で、比較的近い位置に存在する移動局同士のトラフィックが大きな比重を占める。このとき、低い階層のパケット転送装置においてパケットを折り返せばパケット転送経路が最適化されるにもかかわらず、必ず最も上位の階層に属するパケット転送装置を経由するようにパケット転送経路が制約されていると、ネットワークの資源を無駄に消費してしまう。さらに、移動局が利用するサービスによっては、特定のパケット転送装置を経由しなければ課金上の不都合が生じる場合があり、必ずしも常にパケットの転送経路を最適化できるわけではない。
【０００７】
【発明の目的】
そこで、本発明は、移動通信ネットワークにおけるパケットデータ通信に関し、移動局が利用するサービス、および移動局が通信する相手の位置に応じて、パケットの転送経路を最適化することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明に基づく第1のパケット転送経路の最適化方法は、複数のパケット転送装置(図1の60〜64、70〜72、80、81)および無線基地局(図1の50〜57)を介し、移動局(図1の10〜14)と他の移動局または固定局(図1の120)との間でパケットを送受信する移動通信ネットワーク(図1の400)において、
移動局が送信するパス確立要求に含まれる情報から移動局が利用するサービスの種類を識別し、識別した移動局が利用するサービスの種類(外部網接続、Peer-to-Peer接続など)に応じて(図6のS12、図9のS22)、
1つ以上の特定のパケット転送装置(図1の80、81)を経由するようにパケット転送経路に制約を加えるか(図6のS13、図9のS23、図1のP3〜P5)、あるいはパケット転送経路に制約を加えず、リンクコストの和が最小となるようにパケット転送経路を選ぶ(図6のS17、図9のS27、S32、図1のP1、P2)。
【０００９】
本発明に基づく第2のパケット転送経路の最適化方法は、複数のパケット転送装置(図1の60〜64、70〜72、80、81)および無線基地局(図1の50〜57)を介し、移動局(図1の10〜14)と他の移動局または固定局(図1の120)との間でパケットを送受信する移動通信ネットワーク(図1の400)において、
移動局が送信するパス確立要求に含まれる情報から移動局が利用するサービスの種類を識別し（図6のS12）、
移動局が外部のネットワーク(図1の300)によって提供されるサービス(メールサービス、Web閲覧サービス、音楽/画像ファイルのダウンロードサービスなど)を利用する場合は1つ以上の特定のパケット転送装置(図1の80、81)を経由するようにパケット転送経路に制約を加え(図6のS13、図9のS23、図1のP3〜P5)、
移動局が直接接続された移動通信ネットワークによって提供されるサービス(音声電話サービス、ビデオ電話サービス、ショートメッセージ、チャットサービスなど)を利用する場合はパケット転送経路に制約を加えず、リンクコストの和が最小となるようにパケット転送経路を最適化する(図6のS17、図9のS27、S32、図1のP1、P2)。
【００１０】
本発明に基づく第3のパケット転送経路の最適化方法は、第1または第2のパケット転送経路の最適化方法において、移動局の移動により、移動局が接続する無線基地局やパケット転送装置が変化した際には、経由すべき特定のパケット転送装置が複数存在しかつ移動前に選択されていた特定のパケット転送装置以外の特定のパケット転送装置を経由するパケット転送経路の方がリンクコストの和が小さくなる場合には、他の特定のパケット転送装置を再度選択してパケット転送経路に制約を加える(図13のS48、図1のP3、P5)。
【００１１】
本発明に基づく第4のパケット転送経路の最適化方法は、階層的に接続された複数のパケット転送装置(図1の60〜64、70〜72、80、81)および無線基地局(図1の50〜57)を介し、移動局(図1の10〜14)と他の移動局または固定局(図1の120)との間で、パケット転送装置が予めパケット転送経路の一部または全部を指定した後に(図5のM22、M23、図7のM32、M35、M38)パケットを送受信する移動通信ネットワーク(図1の400)において、
移動局が送信するパス確立要求に含まれる情報から移動局が利用するサービスの種類を識別し(図９のS22)、
該識別したサービスの種類に応じて、1つ以上の特定のパケット転送装置を経由するようにパケット転送経路に制約を加えるか(図9のS23)、
あるいは自パケット転送装置を経由するパケット転送経路と自パケット転送装置以下の階層に属するパケット転送装置のみを経由するパケット転送経路との内のリンクコストの和が低くなる方を選択(図９のS27)する。
【００１２】
本発明に基づく第5のパケット転送経路の最適化方法は、階層的に接続された複数のパケット転送装置(図1の60〜64、70〜72、80、81)および無線基地局(図1の50〜57)を介し、移動局(図1の10〜14)と他の移動局または外部ネットワーク(図1の300)に接続されたホストとの間で、予めパケット転送経路の一部または全部を指定した後に(図5のM22、M23、図7のM32、M35、M38)パケットを送受信する移動通信ネットワーク(図1の400)において、
パケット転送経路が確立された後、移動局が送信するパス変更要求に含まれる情報から移動局が利用するサービスの種類を識別し(図13のS44）、
該識別したサービスの種類に応じて、1つ以上の特定のパケット転送装置を経由するようにパケット転送経路に制約を加えるか(図13のS47)、
あるいは現在のパケット転送経路と現在選択されていない下位の階層のパケット転送装置を経由したパケット転送経路との内のリンクコストの和が低い方を選択する(図13のS45)。
【００１３】
本発明に基づく第6のパケット転送経路の最適化方法は、第5のパケット転送経路の最適化方法において、上位の階層のパケット転送装置(図1の70〜72)が下位の階層のパケット転送装置(図1の60〜64)に対してパケット転送経路の切り替えを指示すると共に、上位の階層のパケット転送装置(図1の70〜72)が所有する移動局に対する課金情報や認証情報などの通信コンテキストを下位の階層のパケット転送装置(図1の60〜64)に転送する。
【００１４】
本発明に基づく第7のパケット転送経路の最適化方法は、階層的に接続された複数のパケット転送装置(図1の60〜64、70〜72、80、81)および無線基地局(図1の50〜57)を介し、移動局(図1の10〜14)と他の移動局または外部ネットワーク(図1の300)に接続されたホストとの間で、予めパケット転送経路の一部または全部を指定した後に(図5のM22、M23、図7のM32、M35、M38)パケットを送受信する移動通信ネットワーク(図1の400)において、
パケット転送経路が確立された後、移動局が送信するパス変更要求に含まれる情報から移動局が利用するサービスの種類を識別し(図13のS44)、
該識別したサービスの種類に応じて、現在のパケット転送経路と現在選択されていない下位の階層のパケット転送装置を経由したパケット転送経路との内のリンクコストの和が低い方を選択するか(図13のS45)、
あるいは現在のパケット転送経路と現在選択されていない上位の階層のパケット転送装置を経由したパケット転送経路との内のリンクコストの和が低い方を選択する(図13のS47)。
【００１５】
本発明に基づく第8のパケット転送経路の最適化方法は、第7のパケット経路の最適化方法において、上位の階層のパケット転送装置(図1の70〜72)がより上位の階層のパケット転送装置(図1の80、81)に対してパケット転送経路の切り替えを指示すると共に、上位の階層のパケット転送装置(図1の70〜72)が所有する移動局に対する課金情報や認証情報などの通信コンテキストをより上位の階層のパケット転送装置(図1の80、81)に転送する。
【００１６】
本発明に基づく第9のパケット転送経路の最適化方法は、第1乃至第8のパケット転送経路の最適化方法において、前記移動通信ネットワークは、3GPP (Third Generation Partnership Project) のTS 23.060規格に基づくGPRS (General Packet Radio Service)のネットワークであり、最上位の階層のパケット転送装置はGGSN(Gateway GPRS Support Node)、次の階層のパケット転送装置はSGSN(Serving GPRS Support Node)、その次の階層のパケット転送装置はBSC(Base Station Controller)またはRNC(Radio Network Controller)であり、最下位の階層には該無線基地局が配備され、各階層のパケット装置および無線基地局の間には、必要に応じてルータが配置される。
【００１７】
本発明に基づく第10のパケット転送経路の最適化方法は、第1乃至第8のパケット転送経路の最適化方法において、前記移動通信ネットワークは、IETF (Internet Engineering Task Force) のRFC (Request for Comments) 3220規格に基づくネットワークであり、最上位の階層のパケット転送装置はHA (Home Agent)、最下位の階層には無線基地局が配置され、HAと無線基地局の間には、中間の階層のパケット転送装置となるルータが配置される。
【００１８】
本発明に基づく第11のパケット転送経路の最適化方法は、第10のパケット転送経路の最適化方法において、移動局の通信相手から移動局に向けてパケットを送信する場合、移動局が利用するサービスの種類に応じて、パケットの転送経路にHAが含まれるようにトンネリングおよびリバーストンネリングをおこなうか、あるいはパケット転送経路に制約を加えず、リンクコストの和が最小となるようにパケット転送経路を選ぶ。
【００１９】
本発明に基づく第1のパケット転送装置は、移動局が利用するサービスの種類を前記移動局が送信したパス確立要求に含まれる情報から識別する手段(図2のF134)と、識別したサービスの種類に応じて、1つ以上の特定のパケット転送装置を経由するようにパケット転送経路に制約を加えるか、あるいはパケット転送経路に制約を加えず、リンクコストの和が最小となるようにパケット転送経路を最適化する手段(図2のF135)とを有する。
【００２０】
本発明に基づく第2のパケット転送装置は、移動局が外部ネットワークによって提供されるサービスを利用するのか、あるいは移動局が直接接続された移動通信ネットワークによって提供されるサービスを利用するのかを前記移動局が送信したパス確立要求に含まれる情報から識別する手段(図2のF134)と、移動局が外部ネットワークによって提供されるサービスを利用する場合には1つ以上の特定のパケット転送装置を経由するようにパケット転送経路に制約を加え、移動局が直接接続された移動通信ネットワークによって提供されるサービスを利用する場合にはパケット転送経路に制約を加えず、リンクコストの和が最小となるようにパケット転送経路を最適化する手段(図2のF135)とを有する。
【００２１】
本発明に基づく第3のパケット転送装置は、第1または第2のパケット転送装置において、移動局の移動により、移動局が接続する無線基地局やパケット転送装置が変化した際には、経由すべき特定のパケット転送装置が複数存在しかつ移動前に選択されていた特定のパケット転送装置以外の特定のパケット転送装置を経由するパケット転送経路の方がリンクコストの和が小さくなる場合には、他の特定のパケット転送装置を再度選択してパケット転送経路に制約を加える手段(図2のF135)を有する。
【００２２】
本発明に基づく第4のパケット転送装置は、
予めパケット転送経路の一部または全部を指定する場合に、移動局が送信するパス確立要求に含まれる情報から移動局が利用するサービスの種類を識別する手段(図2のF134)と、
該手段(図2のF134)で識別したサービスの種類に応じて、1つ以上の特定のパケット転送装置を経由するようにパケット転送経路に制約を加えるか、あるいは自パケット転送装置を経由するパケット転送経路と自パケット転送装置以下の階層に属するパケット転送装置のみを経由するパケット転送経路との内のリンクコストの和が低くなる方を選択する手段(図2のF135)とを有する。
【００２３】
本発明に基づく第5のパケット転送装置は、
一度パケットの転送経路が確立された後に、移動局が送信するパス変更要求に含まれる情報から移動局が利用するサービスの種類を識別する手段(図2のF134)と、
該手段(図2のF134)で識別したサービスの種類に応じて、1つ以上の特定のパケット転送装置を経由するようにパケット転送経路に制約を加えるか、あるいは現在のパケット転送経路と現在選択されていない下位の階層のパケット転送装置を経由したパケット転送経路との内のリンクコストの和が低い方を選択する手段(図2のF135)とを有する。
【００２４】
本発明に基づく第6のパケット転送装置は、第5のパケット転送装置において、パケット転送経路の切り替えを指示する際には、下位の階層のパケット転送装置に対して、移動局に対する課金情報や認証情報などの通信コンテキストを転送する手段(図2のF131、F132)を有する。
【００２５】
本発明に基づく第7のパケット転送装置は、
一度パケットの転送経路が確立された後に、移動局が送信するパス変更要求に含まれる情報から移動局が利用するサービスの種類を識別する手段(図3のF134)と、
該手段(図3のF134)で識別したサービスの種類に応じて、現在のパケット転送経路と現在選択されていない下位の階層のパケット転送装置を経由したパケット転送経路との内のリンクコストの和が低い方を選択するか、あるいは現在のパケット転送経路と現在選択されていない上位の階層のパケット転送装置を経由したパケット転送経路との内のリンクコストの和が低い方を選択する手段(図3のF135)とを有する。
【００２６】
本発明に基づく第8のパケット転送装置は、第7のパケット転送装置において、パケット転送経路の切り替えを指示する際には、さらに上位の階層のパケット転送装置に対して、移動局に対する課金情報や認証情報などの通信コンテキストを転送する手段(図2のF131、F132)を有する。
【００２７】
【作用】
本発明にあっては、移動局よりパス確立要求またはパス変更要求を受けたときに移動局が利用するサービスの種類を識別し、識別したサービスの種類や、サービスを提供するネットワークに応じて、1つ以上の特定のパケット転送装置を経由するようにパケット転送経路に制約を加えるか、あるいはパケット転送経路に制約を加えず、リンクコストの和が最小となるようにパケット転送経路を最適化することで、サービスに応じた経路制約の仕組みを保持した上で、ネットワークリソースの利用効率を高める。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２９】
【構成の説明】
図1に本発明を適用した移動通信ネットワークの構成例を示す。移動通信網400において、移動局10〜14は、リンクL10〜L15を介して無線基地局50〜57に接続される。無線基地局50〜57と第3の階層のパケット転送装置60〜64はリンクL20〜L27を介して接続され、第3の階層のパケット転送装置60〜64と第2の階層のパケット転送装置70〜72はリンクL40〜L44を介して接続され、第2の階層のパケット転送装置70〜72と第1の階層のパケット転送装置80〜81とはリンクL80〜L82を介して接続される。また、第2の階層のパケット装置70〜72はリンクL50〜L51、第3の階層のパケット装置60と61はリンクL30を介して接続される。また、第2の階層のパケット転送装置70にリンクL60、L70を介して位置管理サーバ110、認証・課金サーバ100が接続される。なお、各階層のパケット装置および無線基地局の間には、必要に応じてルータ(図示せず)を配置するようにしてもよい。
【００３０】
例えば、移動通信ネットワーク400が、3GPPのTS 23.060規格に基づくGPRSのネットワークの場合、最上位(第１)の階層のパケット転送装置80、81はGGSN、次の階層(第2)のパケット転送装置70〜72はSGSN、その次の階層(第3)のパケット転送装置60〜64はBSCまたはRNCであり、無線基地局50〜57は最下位の階層になる。また、移動通信ネットワーク400が、IETFのRFC 3220規格に基づくネットワークの場合、最上位(第1)の階層のパケット転送装置80、81はHA (Home Agent)、最下位の階層には無線基地局50〜57が配置され、HAと無線基地局の間に中間の階層のパケット転送装置60〜64、70〜72となるルータが配置される。
【００３１】
パケット転送装置の階層を第1、第2、第3にわけた理由は、移動局の位置管理や移動時のパケット経路制御を階層化しておこなうためであり、このような手法は移動通信ネットワークにおいて広く採用されている。図1では階層の数を3としたが、階層の数は移動通信ネットワークの規模やネットワーク運用の要求条件に応じて変更してよい。なお、前述したように位置管理サーバも階層的に配備して良いが本発明とは直接関係しないので、図1では簡略化のために位置管理サーバは1つだけ配備している。
【００３２】
上述のような構成を有する移動通信網400は、外部ネットワークと第1の階層のパケット転送装置を介して接続される。図1に示す固定網1(300)が外部ネットワークであり、リンクL90、L91を介して第1の階層のパケット転送装置80、81に接続されている。移動通信ネットワークが外部網と接続するリンクは、必ずしも複数用意しなくてもよく、最低限1つあればよい。図1には1つの外部網だけが接続されているが、複数の外部網が接続され得る。この場合、第1の階層のパケット転送装置と外部網との対応関係がシステムで一意に定義される。移動局は、固定網1(300)に接続されたWebサーバ120のような専用サーバから、サーバ・クライアント通信によって情報を取得する。また、移動局同士で直接Peer-to-Peer接続をおこない、直接情報を交換することも可能である。図1の符号P1、P2は移動局同士で直接Peer-to-Peer接続をおこなう場合に本発明によって設定されたパケット転送経路の一例を示し、符号P3〜P5は移動局がWebサーバ120と通信する場合に本発明によって設定されたパケット転送経路の一例を示す。
【００３３】
図2に第2の階層のパケット転送装置70の構成例を示す。パケット受信機能F100は外部よりパケットを受信すると、下位レイヤ終端処理をおこなったのちにパケット転送機能F102に出力する。パケット転送機能F102では、パケット受信機能F100または制御データパケット生成機能F105からパケットが入力されると、ルーティングテーブルF106を参照してパケットのネクストホップノードを決定し、自ノード宛のパケットでなければパケット送信機能F101から外部にパケットを出力する。パケット転送機能F102において、自ノード宛の制御パケットを検出した場合、パケットを制御データ種別判定機能F104に出力する。また、パケット転送機能F102では、課金情報収集機能F103から指定された方法によって移動局毎の接続時間や転送したパケット量を計測し、結果を課金情報収集機能F103に出力する。制御パケットを受信した場合、制御データ種別判定機能F104が制御データの種別を判定し、制御データ処理機能F110に出力する。
【００３４】
制御データ処理機能F110は、制御データ種別に応じて、位置問い合わせ要求・応答機能F111、位置登録要求・応答機能F112、パス確立要求・応答機能F113、ユーザ認証要求・応答機能F114、パス切断要求・応答機能F115、パス変更要求・応答機能F116のサブブロックから構成される。制御データの送受信によって得たユーザ情報は、ユーザ情報管理テーブルF120に格納される。ユーザ情報管理テーブルF120には、ユーザ位置情報F121、ユーザ認証情報F122、およびユーザ課金情報F123が含まれる。また、制御データ処理機能F110の内部処理のうち、いくつかは制御用サブルーチン群F130に含まれる各機能を呼び出すことによって実現される。制御用サブルーチン群F130に含まれるユーザ認証情報転送処理機能F131は、ユーザ認証情報を他のパケット転送装置との間で入出力する際の処理をおこなう。ユーザ課金情報転送処理機能F132は、ユーザ課金情報を他のパケット転送装置との間で入出力する際の処理をおこなう。サービス種類識別機能F134は、パス確立/変更要求メッセージの受信時に、サービスの種別を判定する処理をおこなう。サービス提供事業者識別機能F133は、パス確立/変更要求メッセージの受信時に、サービスを提供する内部/外部事業者を識別する処理をおこなう。パケット転送経路計算機能F135は、サービスの種類やサービスの提供事業者に応じて、最適なパケット転送経路を計算し、ルーティングテーブルF106に設定する処理をおこなう。第2の階層の他のパケット転送装置71、72も、図2に示したパケット転送装置70と同様の構成を有する。
【００３５】
図3に第3の階層のパケット転送装置60または第1の階層のパケット転送装置80の構成例を示す。第3の階層のパケット転送装置60または第1の階層のパケット転送装置80は、図2に示した第2の階層のパケット転送装置70から、ユーザ位置情報F121、サービス提供事業者識別機能F133、サービス種類識別機能F134を除いた構成であり、他の機能は同一である。第3の階層の他のパケット転送装置61〜64、第1の階層の他のパケット転送装置81も、図3に示したパケット転送装置60、80と同様の構成を有する。
【００３６】
【動作の説明】
次に図1の移動通信ネットワークの動作を説明する。
【００３７】
先ず、移動局の起動時における認証および位置登録の処理について、移動局10を例に説明する。図4に移動局10の起動時における認証および位置登録のメッセージシーケンスを示す。移動局10はまず近隣の無線基地局50を探索し、無線リンク確立要求M10、無線リンク確立応答M11を送受信して無線リンクを確立する。続いて移動局10は、認証・課金サーバ100に対してユーザ認証要求メッセージM12、ユーザ認証応答M13を送受信し、ユーザ認証に必要な一連のメッセージ交換をおこなう。ユーザ認証に成功した場合、移動局10は次に位置管理サーバ110に対して位置登録要求M14、位置登録応答M15を送受信し、自己位置を登録する。この位置登録情報は、外部網や移動通信ネットワーク内部から、移動局10に対して着信があったときの経路制御のために使用する。移動局10は位置登録が終了すると、無線リンク切断要求M16、無線リンク切断応答M17を送受信し、無線リンクを切断して省電力モードに入る。
【００３８】
次に、移動局が外部網に接続したパケット通信を開始する際の処理について、移動局14を例に説明する。図5に移動局14が外部網に接続してパケット通信を開始するまでのメッセージシーケンスを示す。まず移動局14は無線リンク確立要求メッセージM20、無線リンク確立応答を無線基地局56と送受信し、無線基地局56および第3の階層のパケット転送装置63との間で無線リンクを確立する。次に移動局14は確立した無線リンク上で、パス確立要求メッセージM22を送信する。パス確立要求メッセージM22は、移動通信ネットワークが3GPP TS 23.060で規定されるGPRSに基づくものであれば、移動局がSGSNに対して送信するPDP Context Activationメッセージに相当する。また、移動通信ネットワークがIETFのRFC 3220で規定されるMobile IPに基づくものであれば、パス確立要求メッセージM22は移動局からホームエージェントに対して送信するRegistration Requestメッセージに相当する。なお、移動通信ネットワークは、上記2つ以外のアーキテクチャに基づくものであってもよい。パス確立要求メッセージM22には、接続先が固定網1であり、要求するサービスが外部網接続であることを示す情報が含まれる。パス確立要求メッセージM22は、無線基地局55、第3のパケット転送装置63、および第2の階層のパケット転送装置71を介して第1の階層のパケット転送装置80に転送される。第1の階層のパケット転送装置80は、これに対してパス確立応答メッセージM23を返し、これが移動局14まで転送されると、移動局14と第1の階層のパケット転送装置80の間でパケット転送経路P3が確立される。以後、移動局14はこのパケット転送経路P3を利用し、固定網1に接続されたWebサーバ120との間でユーザデータの転送をおこなう(M24)。なお、移動通信網400がIETFのRFC 3220規格に基づくネットワークの場合、パケット転送装置80はHAであり、移動局の通信相手から移動局に向けてパケットを送信する場合、トンネリングおよびリバーストンネリングがおこなわれる。
【００３９】
図6は、第2の階層のパケット転送装置70、71、72がパケット転送経路を確立する際の動作を示すフローチャートである。以下、第2の階層のパケット転送装置がパケット転送経路を確立する際の動作について、パケット転送装置71を例に説明する。第2の階層のパケット転送装置71は、下位の階層のパケット転送装置63からパス確立要求メッセージを受信すると(ステップS11)、要求されるサービスの種類を判定する(ステップS12)。要求されたサービスが外部網接続の場合は、接続先の外部網に応じたパケット転送装置80、81の何れか一方を選択する(ステップS13)。図5に示したシーケンスの場合、接続先が固定網1であり、パケット転送装置71から見てリンクコストの小さい方はパケット転送装置80であるため、これを選択してパス確立要求情報を転送し(ステップS14)、終了する(ステップS15)。
【００４０】
一方、要求されたサービスがPeer-to-Peer接続の場合には、パケット転送装置71は、位置管理サーバ110から接続先の移動局が在圏するエリア情報を取得する(ステップS16)。このエリア情報がカバーする地理的な範囲は、移動通信ネットワークのオペレータの都合に応じて決められるものであり、無線基地局単位の場合もあれば、第2・第3の階層のパケット転送装置の単位でも良く、また物理的なノードとは別個に論理的なエリア情報が定義される場合もある。次に、パケット転送装置71は、取得した移動局が在圏するエリア情報に基づき、自身を経由するパケット転送経路であって、パケット転送経路のリンクコストの和が最も低くなるようにパケット転送装置を選択する(ステップS17)。各々のリンクのコストは、リンクの帯域や、リンクの利用に伴って発生する回線利用料金などによって予め設定される。パケット転送経路に含むべきNext Hopのパケット転送装置が選択されると、選択したパケット転送装置に対してパス確立要求メッセージを転送し(ステップS18)、処理を終了する(ステップS19)。
【００４１】
なお、パケット転送装置間で直接接続されていないリンクのコスト情報を配布し、パケット転送経路の到達可能性や周囲のネットワーク構成に関する情報を収集する方法については、予めパケット転送装置にこれらの情報を静的に設定しても良いし、既存のルーティングプロトコルを利用しても良い。例えば、IETFのRFC2328で規定されるOpen Shortest Path Find(OSPF),Version2によれば、リンクコスト情報をパケット転送装置間でやりとりし、Dijkstraアルゴリズムを用いて、任意のパケット転送装置間で最小コスト経路を算出する方法が示されている。リンクコストは、基本的に各々のリンクの帯域に応じて事業者が静的に決める値であるが、リンクの負荷や、移動通信網の位置管理サーバが管理するリンク配下の移動局数に応じて動的に変更しても構わない。
【００４２】
また、パケット転送経路の確立時に、接続すべき外部網の名前やアドレスから、経由すべきパケット転送装置を選択する方法については、従来の移動通信網のプロトコルによって実現可能である。例えば、3GPP TS 23.060のAppendix A "APN and GGSN Selection"には、SGSNにおいて、接続すべき外部網の名前やアドレスから、経由すべきGGSNを選択する方法が示されている。本発明においては、パケット転送経路の確立時に移動局からSGSNのようなパケット転送装置に対して通知すべき項目として、従来のように接続すべき外部網の名前やアドレスに加えて、サービスの種別、およびサービスを提供するネットワークの情報を追加する。これは、図5におけるメッセージM22および後述する図7におけるメッセージM32,M35において送信する情報に対応する。
【００４３】
次に、移動局と移動局との間にパケット転送経路を確立する際のメッセージシーケンスについて、移動局10、11間にパケット転送経路を確立する場合を例に説明する。図7に、移動局10が移動局11と接続し、パケット転送経路を確立する際のメッセージシーケンスを示す。移動局10は無線リンク確立要求メッセージM30、無線リンク確立応答M31を無線基地局50と送受信し、無線基地局50、および第3の階層のパケット転送装置60との間で無線リンクを確立する。次に移動局10は確立した無線リンク上で、パス確立要求メッセージM32を送信する。パス確立要求メッセージM32には、接続先が移動局11であり、要求するサービスがPeer-to-Peer接続であることを示す情報が含まれる。パス確立要求メッセージM32は、無線基地局50、および第3のパケット転送装置60を経由して第2の階層のパケット転送装置70に転送される。
【００４４】
第2の階層のパケット転送装置70では、受信したパス確立要求メッセージM32の内容を見て、要求されたサービスがPeer-to-Peer接続であり、接続先が移動局11であることを知ると、位置管理サーバ110に対して位置問い合わせメッセージM33を送信し、移動局11が在圏するエリア情報を問い合わせる。これに対して位置管理サーバ110から位置問い合わせに対する応答メッセージM34が返されると、パケット転送装置70は、パケット転送経路のリンクコストの和を最も低くするためには第3の階層のパケット転送装置61をNext Hopとすべきことを知り、パス確立要求メッセージM35を第3の階層のパケット転送装置61に対して送信する。パス確立要求メッセージM35には、接続先が移動局11であり、要求するサービスがPeer-to-Peer接続であることを示す情報が含まれる。
【００４５】
第3の階層のパケット転送装置61は、第2の階層のパケット転送装置70よりパス確立要求メッセージM35を受信すると、移動局11と無線リンク確立要求M36、無線リンク確立応答M37を送受信して移動局11と無線リンクを確立した後、移動局11に対してパス確立要求メッセージM38を送信する。パス確立要求メッセージM38には、接続先が移動局11であり、要求するサービスがPeer-to-Peer接続であることを示す情報が含まれる。
【００４６】
着信側の移動局11は、パス確立要求メッセージM38に応答してパス確立応答メッセージM39を返し、これが発信側の移動局10まで到達した時点でパケット転送経路が確立する。このとき確立されるパケット転送経路はP1である。移動局10、移動局11は、このようにして確立されたパケット転送経路P1上にてユーザデータを転送する(M40)。
【００４７】
これに対して従来技術によれば、必ずパケット転送装置の階層の頂点を経由するようなパケット転送経路が設定されるため、移動局10−無線基地局50−第3の階層のパケット転送装置60−第2の階層のパケット転送装置70−第1の階層のパケット転送装置80−第2の階層のパケット転送装置70−第3の階層のパケット転送装置61−無線基地局52−移動局11、という冗長な経路のパケット転送経路が設定される。
【００４８】
このように本実施の形態では、サービスや移動局の通信相手の位置に応じて、必ずあるパケット転送装置を経由するようにパケット転送経路に制約を加えるか、あるいはパケット転送経路に制約を加えずリンクコストの和が最小になるようにパケット転送経路を選択する。即ち、移動局が外部のネットワークによって提供されるサービスを利用する場合は、図6のステップS13において接続先の外部網に応じたパケット転送装置を選択することにより、図5の例における第1の階層のパケット転送装置80のように必ず或るパケット転送装置を経由するようにパケット転送経路に制約を加える。一方、移動局が直接接続される移動通信ネットワークによって提供されるサービスを利用する場合は、パケット転送経路に制約を加えず、図6のステップS17においてリンクコストの和が最小になるようにパケット転送経路を選択する。このため、本発明によれば、サービスに応じた経路制約の仕組みを保持した上で、ネットワークリソースの利用効率を最大限に高めることができる。この点について、さらに具体的に説明する。
【００４９】
例えば、第1の階層のパケット転送装置を経由して外部の固定網に接続する外部網接続サービスを利用する場合を考える。外部の固定網としては、インターネットサービスプロバイダ(ISP)、または企業網などが対応する。また、或る固定網ａが第1の階層のパケット転送装置Ａを通じてパケット通信網に接続され、別の固定網ｂが第1の階層のパケット転送装置Ｂを通じてパケット通信網と接続しているとする。一般に、最小リンクコストのパケット転送経路を選択した場合、特定のパケット転送経路を経由するようにパケットの転送経路に制約を加えることはできない。このため、固定網ａの加入者の移動局が外部網接続サービスを利用した場合、最小リンクコストであるという理由でパケット転送装置Ｂを経由するパスが設定されると、加入者が契約していない固定網ｂを経由してインターネット上に存在するサーバと通信をおこなってしまうことが起こり得る。これは、非契約インターネットサービスプロバイダである固定網ｂにとっては好ましくない。本実施の形態によれば、第1の階層のパケット転送装置Ａ、Ｂと外部網ａ、ｂとの対応関係を一意的に定義し、移動局が外部網接続サービスを利用するときは必ず或る特定の第1の階層のパケット転送装置を経由するようにパケット転送経路に制約を加えることができるため、そのような問題が解消される。他方、同じパケット通信網内の移動局同士の接続であれば、パケット転送経路に制約を加えずにリンクコストの和が最小となるようにパケット転送経路を設定することで、ネットワークリソースの利用効率を高めることができる。
【００５０】
【発明の他の実施の形態】
次に、本発明の第2の実施の形態を図1、図8から図11を用いて説明する。
【００５１】
本実施の形態において移動局間にパケット転送経路を確立する処理について、移動局10と移動局11との間にパケット転送経路を確立する場合を例に説明する。図8は、本実施の形態において、移動局10が移動局11と接続し、パケット転送経路を確立する際のメッセージシーケンスである。メッセージM50〜M54までは、第1の実施の形態の説明に用いた図7におけるメッセージM30〜M34と同様である。
【００５２】
第2の階層のパケット転送装置70は、位置管理サーバ110より移動局11が在圏するエリア情報を入手すると、下位の階層である第3の階層のパケット装置60、61の間で直接パケットを転送したほうが、自身を経由するパケット転送経路よりリンクコストの和が低いパケット転送経路を確立可能であるかどうかを調べる。そして、そのようなパケット転送経路が確立可能であることを知ると、第2の階層のパケット転送装置70は第3の階層のパケット転送装置60に対し、パス変更要求メッセージM55を送信して第3の階層のパケット転送装置61を経由してパケット転送装置を確立するように指示し、あわせて第2の階層のパケット転送装置70が保持していた移動局10、11の認証・課金情報などを含んで構成される通信コンテキストを第3の階層のパケット転送装置60に引き渡す。パケット変更要求メッセージM55では、接続先が移動局11であり、経由するパケット転送装置が第3の階層のパケット転送装置61であることを示す情報と通信コンテキストが含まれる。
【００５３】
第3の階層のパケット転送装置60はこれに応じて第2の階層のパケット転送装置70にパス変更応答メッセージM56を送信し、続いて第3の階層のパケット転送装置61に対して、接続先が移動局11であり、要求するサービスがPeer-to-Peer接続であることを示す情報が含まれるパス確立要求メッセージM57を送信する。以後のメッセージM58からメッセージM61までは、先の第1の実施の形態の説明の図7におけるメッセージM36からメッセージM39と同様である。これにより、移動局10と移動局11との間にパケット転送経路P2が確立され、このパケット転送経路P2を通じて移動局10と移動局11との間でパケットが送受信される。
【００５４】
ここで、認証情報は、図4に示した手順により、移動局が通信を開始する前に、その移動局が既に正規のユーザであるかどうかの認証作業がおこなわれ、認証の結果、パケット転送装置70では移動局に対する認証情報を持つことになる。パケット転送装置70から認証情報の引き渡しを受けたパケット転送装置60では、未認証のユーザからのパス確立要求やパス変更要求を受けた際、これを棄却する。また、認証済みユーザに対しては、認証情報を保持するパケット転送装置60が暗号鍵の配布をおこない、無線区間を含むリンクにおいて暗号化通信をおこなう。また、課金情報は、移動局の接続時間や移動局が送受信したパケット量に応じて課金レコードを生成するために使われる。認証機能および課金機能は、パケット転送経路の中に含まれる最低1以上のパケット転送装置においてサポートされる必要がある。このため、経路最適化や移動局の移動の結果、パケット転送経路に含まれなくなったパケット転送装置に認証・課金機能が入っていた場合、これを新しいパケット転送経路のパケット転送装置に引き継ぐ必要がある。
【００５５】
図9は、本発明の第2の実施の形態において第2の階層のパケット転送装置70、71、72がパケット転送経路を確立する際の動作を示すフローチャートである。以下、第2の階層のパケット転送装置がパケット転送経路を確立する際の動作について、パケット転送装置70を例に説明する。
【００５６】
第2の階層のパケット転送装置70が下位の階層のパケット転送装置60〜62からパス確立要求メッセージを受信すると(ステップS21)、まず要求されるサービスの種類を判別する(ステップS22)。要求されたサービスが外部網接続の場合は、第1の実施の形態の説明で用いた図6におけるステップS12〜S15と同様の処理がおこなわれる(S22〜S25)。一方、要求されたサービスがPeer-to-Peer接続の場合は、まず位置管理サーバ110から接続先の移動局が在圏するエリア情報を取得し(ステップS26)、次に、自身のパケット転送装置70を経由するパケット転送経路のリンクコストに比べて、下位の階層のパケット転送装置間でよりリンクコストの和が低いパケット転送経路が確立可能かどうかを判定する(ステップS27)。下位の階層のパケット転送装置間でよりリンクコストの和が低いパケット転送経路が確立可能な場合、パケット転送経路を変更すべき下位の階層のパケット転送装置を選択し(ステップS28)、選択した下位の階層のパケット転送装置に対してパス変更要求メッセージを送信し、あわせて通信コンテキスト情報を転送する(ステップS29)。そして、下位の階層のパケット転送装置からパス変更応答を受信すると(ステップS30)、処理を終了する。
【００５７】
ステップS27において、下位の階層のパケット転送装置間でよりリンクコストの和が低いパケット転送経路が確立可能ではなかった場合の処理ステップS32〜S34は、第1の実施の形態の説明で用いた図6におけるステップS17〜S19と同様である。
【００５８】
このようにして、第1の実施の形態では移動局10と移動局11の間でパケットを転送する経路が第2の階層のパケット転送装置70を経由するP1のパスであったのに対し、第2の実施の形態では第3の階層のパケット転送装置70以下でパスP2が確立され、よりパケット転送経路の最適化を図ることができる。
【００５９】
図10に、第2の階層のパケット転送装置が管理するユーザ認証情報テーブルT1(図2のF122に相当する)の構成例を示す。移動局識別子E10は、移動局を一意に識別するための識別子である。最終認証時刻E11は、最後に認証が成功した時刻を示し、次に認証手順を開始するまでの残り時間情報を管理するために使用する。認証ステータスE12は、最後におこなった認証手順が成功したか失敗したかを示す。チャレンジ乱数E13は、最後の認証手順において使用した乱数の値を格納する。認証鍵E14は、移動局の認証成功/失敗を判定するための鍵情報である。暗号化アルゴリズムは、移動局毎に異なる暗号化をおこなうような場合に使用し、AES(Advanced Encryption Standard)や3DES (Triple DES)といった暗号アルゴリズムの種類を保存する。メッセージ暗号鍵E16は、実際にユーザデータを暗号化する際に用いる暗号鍵である。メッセージ改竄検出鍵E17は、移動局が送受信する制御パケットが、改竄されていないことを検出するための鍵である。第2の実施の形態において、移動局の認証情報をパケット転送装置間で転送する場合、これらの認証情報から必要な行を抽出して転送する。
【００６０】
図11は、第2の階層のパケット転送装置が管理するユーザ課金情報テーブルT2(図2のF123に相当する)の構成例を示す。移動局識別子E20は、移動局を一意に識別するための識別子である。サービス種別E21は、移動局が利用したサービスの種別を示し、外部網接続やPeer-to-Peer接続などが入力される。サービスの種別は、提供するデータレートや遅延時間などに応じて細分化してあっても良い。接続先E22は移動局の接続先を示し、固定網や移動局の識別子が格納される。上りデータ転送量E23および下りデータ転送量E24は、上りまたは下り方向で移動局が送受信したデータ量をオクテット単位で示す。接続時間E25は、パケット転送経路を確立してから切断するまでの時間を秒単位で保持する。移動局在圏網E26は、移動局が接続時に在圏した移動通信事業者の網を示し、主に移動局が直接契約していない事業者の網へローミングをおこなう際の課金制御に用いられる。第2の実施の形態において、移動局の課金情報をパケット転送装置間で転送する場合、これらの認証情報から必要な行を抽出して転送する。
【００６１】
【発明の他の実施の形態】
次に、本発明の第3の実施の形態を図1、図12、図13および図14を用いて説明する。
【００６２】
本実施の形態において、固定網に接続中の移動局が移動に伴ってパケット転送経路を変更する際の処理について、移動局14を例に説明する。図12は固定網1(300 )に接続中の移動局14が、パケット転送経路を変更する際のメッセージシーケンスである。移動局14は、最初無線リンクL14を介して無線基地局56に接続していてWebサーバ120とパケットを送受信している(M70)。このときのパケット転送経路はP3であり、無線基地局56、第3の階層のパケット転送装置63、第2の階層のパケット転送装置71、第1の階層のパケット転送装置80が介在している。移動局14は無線基地局57のエリアに移動すると、無線リンクL15を確立する(M71,M72)。次に、無線リンクの変更に伴い、接続する第3の階層のパケット転送装置がパケット転送装置63からパケット転送装置64に変わると、移動局14はパス変更要求メッセージM73をパケット転送装置64に送信する。パス変更要求メッセージM73には、接続先が固定網1であり、要求するサービスが外部網接続であることを示す情報が含まれる。第3の階層のパケット転送装置64はパス変更要求メッセージM73を第2の階層のパケット転送装置72に転送し、第2の階層のパケット転送装置72はこれを受信すると、位置管理サーバ110に対して位置更新要求メッセージM74を送信し、移動局14が在圏するエリア情報を更新する。
【００６３】
次に第2の階層のパケット転送装置72は、移動局14から固定網1に接続するパケット転送経路を、第1のパケット転送装置80を経由したパケット転送経路P4と、あるいは第1のパケット転送装置81を経由したパケット転送経路P5とで、いずれの場合によりリンクコストの和が低くなるかを比較する。ここで、パケット転送経路P4よりもパケット転送経路P5に切り替えた方がよりリンクコストの和が低くなるとすると、第2の階層のパケット転送装置72から第2の階層のパケット転送装置71に対してパス変更要求メッセージM76を送信する。なお、リンクコストの和が低くなるか否かを所定の許容範囲を考慮して決定し、リンクコストの和が低くなるが、その低下する量が許容範囲内であれば、リンクコストの和が低くならないと判定するようにしても良い。
【００６４】
第2の階層のパケット転送装置71はこれに応答して、移動局14の認証・課金情報などの通信コンテキストをパケット転送装置72に引き渡す。次に第2の階層のパケット転送装置72から第1の階層のパケット転送装置81に対してパス確立要求メッセージM78を送信し、これに対する応答が返されると、移動局14から第1の階層のパケット転送装置81に至る新たなパケット転送経路P5が確立される。パス確立要求メッセージM78には、接続先が固定網1であり、要求するサービスが外部接続であることを示す情報が含まれる。次に第2の階層のパケット転送装置72から、従来のパケット転送経路P3上のパケット転送装置80、71、63に対してパス切断要求メッセージM81、M83を送信してパスを切断する。第3の階層のパケット転送装置63は、パケット転送経路P3が切断された後に無線リンクを切断する。
【００６５】
他方、従来技術の場合、第1の階層のパケット転送装置を再選択するという手順はなく、当然、図12のシーケンスにおいて第2の階層のパケット転送装置72から第1の階層のパケット転送装置81に対するパス確立要求/応答メッセージ(M78/M79)およびそれに付随する制御はおこなわれない。従来技術では、移動局14が移動した場合も既に選択されている第1の階層のパケット転送装置80を経由して通信を続けることになる。従って、たとえパケット転送経路P5の方がパケット転送経路P4よりもリンクコストの和が小さくても、パケット転送経路P4を用いて通信がおこなわれる。
【００６６】
図13及び図14は、本発明の第3の実施の形態において第2の階層のパケット転送装置70〜72がパケット転送経路を変更する際の動作を示すフローチャートである。以下、第2の階層のパケット転送装置がパケット転送経路を変更する際の動作について、パケット転送装置72を例に説明する。
【００６７】
パケット転送装置72は、移動局からパス変更要求メッセージを受信すると(ステップS41)、位置管理サーバ110に対して位置更新要求を送信し(ステップS42)、移動局の新しいエリア情報を登録する。これに対して位置管理サーバ110から位置更新応答メッセージを受信すると(ステップS43)、パス変更要求メッセージに含まれたサービス種別の判定をおこなう(ステップS44)。要求されたサービス種別がPeer-to-Peer接続であった場合、現在選択されていない下位の階層のパケット転送装置を経由した場合、現在のパケット転送経路に比べてよりリンクコストの和が低いパケット転送経路が確立可能かを判定する (ステップS45)。なお、現在のパケット転送経路がどのような経路であるかは例えば次のようにして認識できる。
【００６８】
まず、パケット転送装置72は、自身にパス確立要求メッセージやパス変更要求メッセージが到着した時点で、発側のパケット転送装置および自身がパケット転送経路に含まれることを知ることができる。また、パス確立要求メッセージにおいて要求されたサービスがPeer-to-Peer接続であった場合、接続先の移動局が在圏するエリア情報を位置管理サーバに問い合せることにより、接続先の移動局が属するパケット転送装置を特定することができる。また、パケット転送経路の確立時には位置管理サーバへの問い合せが発生するが、本実施の形態のように既に確立されたパケット転送経路の変更をおこなう場合は、位置管理サーバに問い合せをおこなわずとも、変更前の接続先のパケット転送装置から、新たな所属エリア情報を取得することが可能である。
【００６９】
さて、パケット転送装置72は、下位の階層のパケット転送装置を経由した方がよりリンクコストの和が低いパケット転送経路が確立可能な場合、下位の階層のパケット転送装置を新たに選択し(ステップS46)、ステップS47に進む。ステップS44にてサービス種別が外部網接続だった場合、ステップS45の判定がNoであった場合、あるいはステップS46を終了した場合、現在選択されていない上位の階層のパケット転送装置を経由した場合、よりリンクコストの和が低いパケット転送経路が確立可能かどうかを判定する(ステップS47)。
【００７０】
現在選択されていない上位の階層のパケット転送装置を経由したほうがパケット転送経路を最適化できる場合、上位の階層のパケット転送装置を新たに選択する(ステップS48)。
【００７１】
次にステップS40〜S48の結果、現在選択されていないパケット転送装置を選択したかどうかを判別し(ステップS49)、新たな選択がなかった場合にはそのまま移動局に対してパス変更応答メッセージを送信して(ステップS50)、終了する(ステップS51)。この場合、パス変更要求メッセージによって要求されたパケット転送経路をそのまま使い続けることになる。
【００７２】
一方、新たなパケット転送装置を選択した場合には、従来のパケット転送経路上のパケット転送装置に対してパス変更要求を送信する(ステップS52)。これに対して従来のパケット転送装置からパス変更応答を受信すると(ステップS53)、従来のパケット転送経路上のパケット転送装置から通信コンテキスト情報を取得する(ステップS54)。次に、新たに選択したパケット転送装置に対してパス確立要求を送信し(ステップS55)、これに対してパス確立応答を受信すると(ステップS56)、移動局にパス変更応答を送信する(ステップS57)。さらにパケット転送経路から除かれたパケット転送装置に対してパス切断要求を送信し(ステップS58)、これに対してパケット転送経路から除かれたパケット転送装置すべてからパス切断要求を受信すると(ステップS59)、処理を終了(ステップS60)する。
【００７３】
このように、移動局が移動した際、より下位の階層のパケット転送装置や、より上位の階層のパケット転送装置を経由したパケット転送経路に切り替えるべきかを判定することにより、最もリンクコストの和が低いパケット転送経路に最適化することが可能となる。
【００７４】
なお、第3の実施の形態において、より上位の階層のパケット転送装置を切り替えた場合、移動局に割り当てられるレイヤ3のアドレスに変更が生じ、その結果アプリケーションレイヤのコネクションが切断される問題が発生する場合がある。より具体的に説明すると、移動通信網によっては、外部網とのゲートウェイに相当する第1の階層のパケット転送装置において、接続先の外部網毎にレイヤ3のアドレスをプールしておき、移動局からのパケット通信要求に対して動的にレイヤ3のアドレスを割り当てる場合がある。例えば、現在の第三世代移動通信網(NTTドコモのFOMAサービス)ではそのような方式を取っており、特開平10-013904号公報にも示されている。この場合、リンクコストが減るように第1の階層のパケット転送装置を再選択してしまうと、レイヤ3のアドレスにも変更がかかってしまうことになる。通常、レイヤ3のアドレスが通信中に変更された場合は、TCP/IPプロトコルに基づく通信アプリケーション、例えばWeb閲覧やファイル転送、E-mail、ストリーム通信といったアプリケーションは実行中であっても中断される。このような問題は、以下の(1)、(2)の何れかの方法で回避可能である。
【００７５】
(1) IETFのRFC3220にて規定されるMobile IPを利用し、ホームエージェントを移動通信網の外部に配置する。こうすれば、レイヤ3のCare-ofアドレスを変更しつつ、レイヤ4以上に対しては固定のHOMEアドレスを用いて通信を継続することが可能である。
(2) 実際に無線リンクを確立してデータ通信中の移動局に対しては、より上位の階層のパケット転送装置を切り替える操作をおこなわず、データ通信中ではない移動局に対してのみより上位の階層のパケット転送装置を切り替える操作をおこなう。レイヤ3のアドレス変更によるデータ通信の瞬断は、データ通信中の移動局についてのみ影響がある。従って、例えば図1の移動局14がデータ通信中の場合、パケット転送経路P4のまま通信を継続し、データ通信が終った時点でパケット転送経路P5に切り替え、次のデータ通信はパケット転送経路P5を用いておこなうようにすれば、先のMobile IPを用いずともユーザに対する通信の瞬断を防ぐことができる。
【００７６】
以上本発明の実施の形態について説明したが、本発明は以上の実施の形態にのみ限定されず、その他各種の付加変更が可能である。また、本発明のパケット転送装置は、その有する機能をハードウェア的に実現することは勿論、コンピュータとパケット転送装置用プログラムとで実現することができる。パケット転送装置用プログラムは、磁気ディスクや半導体メモリ等のコンピュータ可読記録媒体に記録されて提供され、コンピュータの立ち上げ時などにコンピュータに読み取られ、そのコンピュータの動作を制御することにより、そのコンピュータを前述した各実施の形態におけるパケット転送装置として機能させる。
【００７７】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、移動通信ネットワークにおけるパケットデータ通信に関し、移動局が利用するサービス、および移動局が通信する相手の位置に応じて、パケットの転送経路を最適化することができる。その理由は、移動通信ネットワークのパケット転送装置において、移動局よりパス確立要求またはパス変更要求を受けたときに移動局が利用するサービスの種類を識別し、識別したサービスの種類や、サービスを提供するネットワークに応じて、1つ以上の特定のパケット転送装置を経由するようにパケット転送経路に制約を加えるか、あるいはパケット転送経路に制約を加えず、リンクコストの和が最小となるようにパケット転送経路を最適化するためである。これにより、サービスに応じた経路制約の仕組みを保持した上で、ネットワークリソースの利用効率を最大限に高めることができる。
【００７８】
また、一度確立したパケット転送経路を変更する際には、異なる階層のパケット転送装置間で認証・課金情報などの通信コンテキストを転送することにより、パケット転送経路の再確立を高速化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した移動通信ネットワークの構成例を示す図である。
【図２】本発明の第1の実施の形態における第2の階層のパケット転送装置の構成図である。
【図３】本発明の第1の実施の形態における第1の階層のパケット転送装置および第3の階層のパケット転送装置の構成図である。
【図４】本発明の第1の実施の形態における移動局の初期認証および位置登録のシーケンス図である。
【図５】本発明の第1の実施の形態において、移動局が固定網に接続し、パケット転送経路を確立する際のシーケンス図である。
【図６】本発明の第1の実施の形態において、第2の階層のパケット転送装置がパケット転送経路を確立する際の動作を示すフローチャートである。
【図７】本発明の第1の実施の形態において、移動局と移動局とが接続し、パケット転送経路を確立する際のシーケンス図である。
【図８】本発明の第2の実施の形態において、移動局と移動局とが接続し、パケット転送経路を確立する際のシーケンス図である。
【図９】本発明の第2の実施の形態において、第2の階層のパケット転送装置がパケット転送経路を確立する際の動作を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の第2の実施の形態において、第2の階層のパケット転送装置が保持する移動局のユーザ認証情報テーブルの内部構成を示す図である。
【図１１】本発明の第2の実施の形態において、第2の階層のパケット転送装置が保持する移動局のユーザ課金情報テーブルの内部構成を示す図である。
【図１２】本発明の第3の実施の形態において、固定網に接続中の移動局が、パケット転送経路を変更する際のシーケンス図である。
【図１３】本発明の第3の実施の形態において、第2の階層のパケット転送装置がパケット転送経路を変更する際の動作を示すフローチャートである。
【図１４】本発明の第3の実施の形態において、第2の階層のパケット転送装置がパケット転送経路を変更する際の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
10〜14  移動局
50〜57  無線基地局
60〜64  第3の階層のパケット転送装置
70〜72  第2の階層のパケット転送装置
80、81  第1の階層のパケット転送装置
100  認証・課金サーバ
110  位置管理サーバ
120  Webサーバ
300  固定網1
400  移動通信網
P1〜P5  パケット転送経路
L10〜L15 無線基地局と移動局の間のリンク
L100  Webサーバと固定網1の間のリンク
L20〜L27 第2の階層のパケット転送装置と無線基地局の間のリンク
L30  第3の階層のパケット転送装置間のリンク
L40〜L44 第2の階層のパケット転送装置と第3の階層のパケット転送装置の間のリンク
L50、L51 第2の階層のパケット転送装置間のリンク
L60  第2の階層のパケット転送装置と位置管理サーバの間のリンク
L70  第2の階層のパケット転送装置と認証・課金サーバの間のリンク
L80〜L82 第1の階層のパケット転送装置と第2の階層のパケット転送装置の間のリンク
L90、L91 固定網1と第1の階層のパケット転送装置の間のリンク
T1  第2の階層のパケット転送装置が保持する移動局毎のユーザ認証情報テーブル
T2  第2の階層のパケット転送装置が保持する移動局毎のユーザ課金情報テーブル
E10、E20 移動局識別子
E11  最終認証時刻
E12  認証ステータス
E13  チャレンジ乱数
E14  認証鍵
E15  暗号化アルゴリズム
E16  メッセージ暗号鍵
E17  メッセージ改竄検出鍵
E21  サービス種別
E22  接続先
E23  上りデータ転送量
E24  下りデータ転送量
E25  接続時間
E26  移動局在圏網
F100、F200 パケット受信機能
F101、F201 パケット送信機能
F102、F202 パケット転送機能
F103、F203 課金情報収集機能
F104、F204 制御データ種別判定機能
F105、F205 制御データパケット生成機能
F106、F206 ルーティングテーブル
F110、F210 制御データ処理機能
F111、F211 位置問い合わせ要求・応答処理機能
F112、F212 位置登録要求・応答処理機能
F113、F213 パス確立要求・応答処理機能
F114、F214 ユーザ認証要求・応答処理機能
F115、F215 パス切断要求・応答処理機能
F116、F216 パス変更要求・応答処理機能
F120、F220 ユーザ情報管理テーブル
F121  ユーザ位置情報
F122、F222 ユーザ認証情報
F123、F223 ユーザ課金情報
F131、F231 ユーザ認証情報転送処理機能
F132、F232 ユーザ課金情報転送処理機能
F133  サービス提供事業者識別機能
F134  サービス種類識別機能
F135、F235 パケット転送経路計算機能
【図１】
0004000906.tif 000002
【図２】
0004000906.tif 000003
【図３】
0004000906.tif 000004
【図４】
0004000906.tif 000005
【図５】
0004000906.tif 000006
【図６】
0004000906.tif 000007
【図７】
0004000906.tif 000008
【図８】
0004000906.tif 000009
【図９】
0004000906.tif 000010
【図１０】
0004000906.tif 000011
【図１１】
0004000906.tif 000012
【図１２】
0004000906.tif 000013
【図１３】
0004000906.tif 000014
【図１４】
0004000906.tif 000015