JP2012049641A - コグニティブ通信ネットワークシステムにおける無線リソースの管理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コグニティブ通信ネットワークシステムにおいて各無線リソースの情報を交換する方法を提案し、特にコグニティブ通信ネットワークのアーキテクチャを既存のシステム上に実装可能な技術を提供すること。
【解決手段】コグニティブ通信ネットワークシステムが、複数の無線アクセスネットワークと、少なくとも該無線アクセスネットワークに共通のプラットフォームを提供する上位通信ネットワークとを有し、上位通信ネットワーク上には、該通信端末と、該無線アクセスネットワークの基地局の情報とをプレゼンス情報として管理するプレゼンス情報管理手段を備える。そして、プレゼンス情報管理手段に対して、通信端末から、プレゼンス情報交換方式に基づく通信プロトコルにより通信端末のプレゼンス情報を更新すると共に、ネットワーク再構成管理手段及び、無線アクセスネットワーク再構成管理手段の両手段から、基地局のプレゼンス情報を更新する。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の無線アクセスネットワークとの通信方式等を動的に再構成しながら通信端末が通信するコグニティブ通信ネットワークシステムとその通信方法に係り、特に該通信ネットワークシステムにおける無線リソースの管理方法に関する。

近年、コグニティブ無線技術に関する研究が盛んに進められている。コグニティブ無線とは、現在の周波数の利用状況をセンシング等の技術により把握(Cognition)し、その結果に基づいて動的に周波数の割り当てを変更させて周波数利用効率の向上を目指す技術である。
コグニティブ無線は、大きく２種に分類することができる。１つはヘテロジニアス型のアプローチである。ヘテロジニアス型とは、複数の無線システムが混在する環境において、コグニティブ無線機がその場所に存在する無線システムについてセンシングを行い、その場で利用できる無線システムのうち最適なものを選択したり、複数を組み合わせて使用するものこともできる。

この無線の選択の際に、端末がセンシングにより自分で得た情報に加え、ネットワーク側より無線の使用状況や平均スループット情報(理論値ではなくネットワーク側の混雑状況も反映されたもの)などが合わせて与えられることにより、ユーザは所望の通信品質が得られる選択を行うことができる。
この選択の際に、ユーザはスループットが期待できる、混雑度が低いネットワークを選択することができるので、マクロ的に見ると、より使用されていない無線システムにユーザが移動していくことになり、システム間の利用度を平滑化することができ、ひいては周波数利用効率の改善が期待できる。

もう1つは、周波数共用型のアプローチである。周波数共用型とは、コグニティブ無線機がセンシングを行った結果、その場所で使用されていない周波数帯を特定し、その周波数帯を自分の利用したい無線方式・ＭＡＣプロトコルなどを組み合わせて利用するものである。この手法の導入には、すでに周波数帯の割り当てが用途毎に緻密に決められていることや、衛星からの電波など微弱な電波への影響を排除できるか、など社会的、技術的な困難も多い。

上記２種のコグニティブ無線技術における共通の課題としては、既存の無線システムの検出を迅速に且つ確実に行うかが重要となる。この点、本件発明者らにより、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。（非特許文献１、２参照）
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３参照）

コグニティブ無線通信方法に関して、本件出願人による特許文献１，２が挙げられる。また、コグニティブ無線通信システムにおけるリンクアグリゲーションの方法として、特許文献３、４が挙げられる。
特許文献３では、通信端末と複数の通信ネットワーク又はアクセスポイントとの間でリンクアグリゲーションを行う際に、通信ネットワークやアクセスポイントの固有なネットワーク識別情報を通信端末に広告する方法を提案している。そのために、ネットワーク通信管理手段にネットワーク識別情報広告部を設け、通信端末側ではネットワーク識別情報と自ら備える規則に従ってリンクアグリゲーションの態様を決定する。
特許文献４では、基地局と通信端末が、その現在地における通信可能な無線リンクを検出してネットワーク側の接続方式再構築管理手段に通知する構成であって、接続方式再構築管理手段が、リンクアグリゲーションの態様などを決定する方法が提案されている。その決定に従ってネットワーク側と通信端末側が接続方式を再構築する。

特許公開２００９−２０６９３３号公報 特許公開２００９−２０６９３４号公報 特許公開２００９−２４６８７５号公報 特許公開２０１０−１３５９４７号公報

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多くの先行技術文献によれば、コグニティブ通信ネットワークシステムのアーキテクチャや、リンクアグリゲーションを実現するための方法は提案されている。
しかし、従来提案されてきたアーキテクチャでは、それぞれのエンティティのプレゼンス情報を交換するための新たな仕組みを必要としていたため、既存のシステムとコグニティブ通信ネットワークを組み合わせることができなかった。

また、リンクアグリゲーションを行う際には、通信を行う双方のノードがリンクアグリゲーションに対応する必要があるが、それでは既存のシステムへの導入が困難となる。そこで、既存のサーバとコグニティブ端末とのリンクを複数に分割・統合するアグリゲーションプロキシサーバが提案されている。従来、このプロキシに関する情報は、ネットワーク上で固定して交換を要しないようにするか、何らかのネットワークを介して交換できるようにする必要があった。

そこで本発明は、コグニティブ通信ネットワークシステムにおいて各無線リソースの情報を交換する方法を提案し、特にコグニティブ通信ネットワークのアーキテクチャを既存のシステム上に実装可能な技術を提供することを目的とする。

本発明は従来の課題に鑑みて創出されたものであり、少なくとも複数の無線アクセスネットワークとの接続の有無又は通信方式（以下、通信方式等という）を動的に再構成しながら通信端末が通信するコグニティブ通信ネットワークシステムにおける無線リソースの管理方法を提供するものである。
本コグニティブ通信ネットワークシステムが、複数の無線アクセスネットワークと、少なくとも該無線アクセスネットワークに共通のプラットフォームを提供する上位通信ネットワークとを有し、上位通信ネットワーク上には、該通信端末と、該無線アクセスネットワークの基地局の情報とをプレゼンス情報として管理するプレゼンス情報管理手段を備える。

そして、プレゼンス情報管理手段に対して、通信端末から、プレゼンス情報交換方式に基づく通信プロトコルにより少なくとも該通信端末の存在・不存在に係るプレゼンス情報を更新すると共に、通信に用いる無線アクセスネットワークの選択、又は該無線アクセスネットワークにおける通信方式の少なくともいずれかを再構成するネットワーク再構成管理手段及び、各無線アクセスネットワーク上でその無線アクセスネットワークの通信方式を再構成する無線アクセスネットワーク再構成管理手段の両手段から、少なくとも該基地局の存在・不存在に係るプレゼンス情報を更新する。

上記の通信端末に係るプレゼンス情報において、コグニティブ通信ネットワークを利用するユーザ毎に分類するユーザ情報グループリストを記録し、ネットワーク再構成手段が、そのユーザ情報グループリストを購読して、コグニティブ通信ネットワークシステム上の全ての通信端末の情報を取得する構成でもよい。

上記の基地局に係るプレゼンス情報において、無線アクセスネットワーク再構成管理手段が、自己の無線アクセスネットワークに属する基地局の情報をオペレータ情報グループリストとして生成及び更新すると共に、ネットワーク再構成管理手段が、該オペレータ情報グループリストを購読して、各基地局の設置エリア毎にエリア情報グループリストとして生成及び更新し、通信端末が所在する位置と、該設置エリアとを照合して、エリア情報グループリストに含まれる基地局に係るプレゼンス情報を取得する構成でもよい。

本発明のコグニティブ通信ネットワークシステムにおいて、通信端末が複数の無線リンクを同時に確立して通信を行うリンクアグリゲーションを行う構成であって、通信端末からプレゼンス情報交換方式に基づく通信プロトコルによりネットワーク再構成管理手段にリンクアグリゲーションの開始を要求するステップ、ネットワーク再構成管理手段が、現在のリンクアグリゲーションの割り当て状況からアグリゲーションプロキシサーバを特定して、そのアグリゲーションプロキシサーバと通信端末にリンクアグリゲーションの開始を通知するステップ、通信端末と該アグリゲーションプロキシサーバとの間でリンクアグリゲーションを構成するステップを有する構成でもよい。

本発明は、上記に記載の無線リソースの管理方法を備えたコグニティブ通信ネットワークシステムとして提供することもできる。

本発明は、以上の構成を備えることにより、次の効果を奏する。
すなわち、既存のシステムに導入されているプレゼンス情報交換方式に基づく通信プロトコルを用いて、プレゼンス情報を交換することで、従来の課題であったコグニティブ通信ネットワークにおける無線リソースの管理を簡易に行うことができる。
特に、無線アクセスネットワークに共通のプラットフォームを提供する上位通信ネットワーク上にプレゼンス情報を記憶させておくので、コグニティブ無線クラウドにおけるネットワーク再構成管理手段や、無線アクセスネットワーク再構成管理手段、通信端末の各エンティティから情報の生成、更新、購読を自由に行うことができる。

通信端末に係るプレゼンス情報についてユーザ情報グループリストを記録し、ネットワーク再構成手段が、そのユーザ情報グループリストを購読できるようにすることでネットワーク再構成手段がネットワークに接続中の通信端末を検出することができ、通信端末からの各種要求に対するアクセス制限やユーザの状況に応じたサービス提供を行うことも可能となる。

基地局に関するプレゼンス情報について、オペレータ情報グループリストと、エリア情報グループリストとを備えて、通信端末が所在する位置からエリア情報グループリストに含まれる基地局に係るプレゼンス情報を取得できるようにすることで、通信端末が周辺の基地局の情報を取得できるようになる。

上記のプレゼンス情報交換方式に基づく通信プロトコルにより通信端末からネットワーク再構成管理手段を介してアグリゲーションプロキシサーバへの通知経路を備えることにより、アグリゲーションプロキシサーバを必要に応じて適宜配置することが可能となり、既存のシステム上でリンクアグリゲーションを実現する。そして、簡便に通信端末に対してアグリゲーションプロキシサーバの情報を伝達することができるようになる。

本発明に係るコグニティブ通信ネットワークシステムの構成図である。 コグニティブ通信ネットワークシステムのアーキテクチャである。 プレゼンス管理の機能を活用したリソース管理・情報提供を示す。 端末情報（４１）に関する通信を説明する図である。 ＡＰ情報（４２）に関する通信を説明する図である。 各プレゼンス情報の更新・購読に関する通信と関連性を示す図である。 コグニティブ通信ネットワークシステムにプロキシを導入する説明図である。 ＳＩＰを用いたリンクアグリゲーションの制御を示す説明図である。 本コグニティブ通信ネットワークの各エンティティとＩＭＳとの対応付けを示す図である。

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は本発明に係るコグニティブ通信ネットワークシステム（１）の具体例を示す構成図である。コグニティブ通信ネットワークにおいては、パケットベースのネットワークである上位通信ネットワーク（１０）と、その上位通信ネットワーク（１０）が共通のプラットフォームを提供する複数の無線アクセスネットワーク（２０）（２１）（２２）から通信ネットワークが構成される。そして、無線アクセスネットワークと接続するコグニティブ通信端末（以下、通信端末）（３０）が、上位通信ネットワーク（１０）に接続する。上位通信ネットワークは、例えばインターネットなどのＩＰネットワークを想定している。

コグニティブ通信ネットワークでは、図に例示したように無線ＬＡＮ（２０）や、ＷｉＭＡＸ（２１）、携帯電話網（２２）の他、ＰＨＳやＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）など、周波数や通信方式、料金体系、事業主等の異なる１以上の無線アクセスネットワークに通信端末（３０）が接続先や通信方式を切り替えながら通信を行う。その際、無線の利用状況を認識し、周波数の利用効率の向上を目指す技術である。

これを実現するために利用可能な周波数・無線システムを探し出して最適なシステムに切り替える技術（ヘテロジニアス型）と、利用されていない周波数帯・タイムスロット等を検出し、既存システムに干渉を与えない範囲でそれを使用する技術（周波数共用型）とが用いられる。本発明では主として後者の技術によるコグニティブ通信ネットワークシステムを対象とするが、前者のシステムや、両者を組み合わせたシステムに適用してもよい。

各無線アクセスネットワークは、公知のように複数の基地局（ＢＳ）を備えて通信端末（３０）との間で無線通信を行う。無線アクセスネットワークは、例えば上位の無線ＬＡＮ（２０）の下位に図示しない無線ＬＡＮが接続され、階層化されていてもよい。この場合でもＩＰプロトコルで通信可能なＩＰネットワークとすることで、いずれの無線アクセスネットワークに接続する通信端末同士がエンドツーエンドで通信可能である。

本発明のコグニティブ通信ネットワークシステムでは通信端末（３０）が、自端末の通信状態やユーザの嗜好、ユーザのコンテキストに関する情報に基づいて接続先の無線アクセスネットワーク（２０）〜（２２）を変更したり、周波数を切り替える等の決定、再構成を行う。また、これらの情報は上位通信ネットワーク（１０）の通信管理装置（１１）に報告し、通信ネットワーク側と協調した動作を可能にしている。通信管理装置（１１）では、通信端末（３０）から受信したこれらの情報と、上位ネットワーク（１０）や無線アクセスネットワーク（２０）〜（２２）の状態とを合わせて、通信端末（３０）との通信方式等を決定、再構成することができる。

図１における具体例で説明すると、最初、無線ＬＡＮ（２０）の基地局（２０ａ）と接続（３１）しているとする。通信端末（３０）が基地局（２０ａ）の通信エリア外に移動した場合、通信端末（３０）は自端末の通信状態やユーザの嗜好等に応じて次の接続先を決定する。例えば携帯電話網（２２）の基地局（２２ａ）が次の優先順位であれば、その接続（３２）に切り替える再構成処理を行う。この結果は通信管理装置（１１）に送信され、通信ネットワーク側でも再構成処理が行われることで通信端末（３０）におけるパケット通信が存続される。

一方、通信管理装置（１１）においても通信端末（３０）との通信方式等を再構成することができる。例えば、無線アクセスネットワークの状態の監視により携帯電話網（２２）におけるトラフィックが過多となった場合に、通信端末（３０）の接続先をＷｉＭＡＸ（２１）を通した通信に切り替える。この再構成結果は、通信端末（３０）に通知して、通信端末（３０）においても再構成処理する。

周波数共用型のコグニティブ通信ネットワークシステムの場合には、通信時に使用されていない空き周波数帯を用いるため、その周波数帯の本来の使用者が通信を行う場合には、異なる周波数帯に通信を移動する必要がある。通信端末（３０）や通信管理装置（１１）において、各周波数帯の使用状況を取得することにより、使用する周波数帯や変調方式などを再構成することになる。

コグニティブ通信ネットワークシステムでは、この具体例のように通信ネットワーク側と通信端末とが協調してユーザの嗜好も加味しながら、様々な通信ネットワークや周波数資源を有効に活用することができる。

次に、本発明の基礎となる技術であるIEEE1900.4のネットワークシステムについて説明する。図２はすでに公開されているシステムアーキテクチャのブロック図である。
通信ネットワーク側は、上位ネットワーク（１０）と、上位ネットワーク（１０）が共通のプラットフォームを提供する複数の無線アクセスネットワーク（ＲＡＮ）とからなる。ここではＲＡＮ１〜ＲＡＮ４（２３）〜（２６）の４つのＲＡＮを例示している。従来のシステムでは、上位ネットワーク（１０）に設けるネットワーク再構成管理部（ＮＲＭ：Network Reconfiguration Manager）（１００）と、通信端末（３０）に設ける端末再構成管理部（ＴＲＭ：Terminal Reconfiguration Manager）（３００）の２つの処理手段により無線通信の最適な利用に関する意思決定を司っている。

すなわち、ネットワーク再構成管理部（１００）は、ＲＡＮ上の通信状態等を取得するＲＡＮ通信状態取得部（ＲＭＣ：RAN Measurement Collector）（２０１）や、端末再構成管理部（３００）から得た情報に従って、通信方式等を決定する。決定した結果は、ＲＡＮ再構成管理部（ＲＲＭ：RAN Reconfiguration Manager）（２００）によって設定されると共に、端末再構成管理部（３００）に通知される。
また、端末再構成管理部（３００）も、通信端末における通信状態等を取得する端末状態取得部（ＴＭＣ：Terminal Measurement Collector)（３０３）や、ネットワーク再構成管理部（１００）からの情報に基づいて通信方式等を決定する。決定した結果は、端末再構成設定部（ＴＲＣ：Terminal Reconfiguration Controller）（３０２）によって設定されると共に、ネットワーク再構成管理部（１００）に通知される。

上位ネットワーク（１０）には、このほかにオペレータ監視・操作部（ＯＳＭ：Operator Spectrum Manager）（１０１）が設けられ、ネットワーク管理者によるネットワーク状態の監視や、再構築の決定に係る条件の設定操作などを行えるようにしている。図１で示したように、ネットワーク再構成管理部（１００）とオペレータ監視・操作部（１０１）は、通信管理装置（１１）として配設することが望ましい。通信管理装置（１１）は公知のサーバ装置として実現できる。

ここで、ＲＡＮ再構成管理部（２００）は、指示された再構成となるように単に設定を変更する処理手段であって、ＲＡＮ上に設けてＲＡＮの各基地局に指示を送信する通信ノードでもよいし、各基地局内に実装してもよい。実装する場合には、ＲＡＮ再構成管理部（２００）は概念的な処理手段であって、実際の処理としてはネットワーク再構成管理部（１００）からの指示によって各基地局が自身の設定を変更すればよい。

ＲＡＮ通信状態取得部（２０１）は、基地局又はＲＡＮ上に設けられ、基地局における通信状態を取得する。ここで通信状態には、通信量、通信速度、当該ＲＡＮの使用可能な周波数、変調方式、ジッタ・誤り率に関する情報、基地局の位置、基地局の位置における他の周波数帯の使用状況、通信端末の数など、通信に影響を及ぼす任意のパラメータを用いることができる。

ＲＡＮ再構成管理部（２００）とＲＡＮ通信状態取得部（２０１）とは、複数のＲＡＮ（２３）（２４）に共通して１つ設けてもよいし、各ＲＡＮ毎（２５）（２６）にそれぞれ設けてもよい。また、図示に限らず、ＲＡＮ再構成管理部（２００）は複数のＲＡＮを対象とし、ＲＡＮ通信状態取得部（２０１）は各ＲＡＮ毎に設ける構成でもよい。

以上に説明したようなコグニティブ通信ネットワークのアーキテクチャにおいて、各エンティティ、すなわちネットワーク再構成管理部（１００）、ＲＡＮ再構成管理部（２００）、端末再構成管理部（３００）の間でそれぞれ取得した情報の交換などの通信を行う必要がある。
技術的には、それぞれのエンティティ間で何らかの通信を確立すれば情報交換は可能であるが、既存の通信システムに追加した設備を備えなければならず、コグニティブ通信ネットワークシステムを導入する障害になっていた。

本発明では、コグニティブ無線の実現に必要な情報交換プロトコルをＳＩＰ（Session
Initiation Protocol）ベースのプロトコルを活用して設計することを提案する。ＳＩＰは、２つ以上のエンティティ間でセッションを確立するためのＩＥＴＦ（The Internet Engineering Task Force、インターネットＵＲＬ http://www.ietf.org/）標準の通信プロトコルであり、ＩＰ電話やインスタントメッセンジャーにおいてセッションの開始、終了などの制御に用いられる。

本発明の実施には、ＳＩＰに限らず、公知のプレゼンス情報交換方式に基づく任意の通信プロトコルを用いることができる。この通信プロトコルは、ＯＳＩ参照モデルにおいては、セッション層のプロトコルが該当する。
このように公知のセッション層のプロトコルを用いることで、既存の通信システムを用いたプレゼンス情報の交換が可能となる。以下では、ＳＩＰによる情報交換の詳細について説明する。

図３にプレゼンス管理の機能を活用したリソース管理・情報提供を示す。本アーキテクチャでは、「端末情報」（４１）および、「ＡＰ（基地局）情報」（４２）を「プレゼンス情報」（４０）として上位ネットワーク上に格納する。
プレゼンス情報の最も簡単な例は存在・不存在に係る情報であり、端末情報（４１）は通信端末（３０）の存在・不存在に係るプレゼンス情報、ＡＰ情報（４２）は基地局の存在・不存在に係るプレゼンス情報を最低限含むものである。

図４に端末情報（４１）に関する通信を示す。端末情報（４１）は、通信端末（３０）に対応したプレゼンス情報である。本プレゼンス情報の更新は、通信端末（３０）によって行われる。すなわち、各通信端末（３０）はネットワーク上で通信可能な場合に状態を"open"に更新（６０）し、通信を停止する場合には状態を"closed"に更新（６０）する。
各通信端末（３０）がＳＩＰを通して更新する端末情報（４１）は、ユーザ情報グループリスト（５３）として記録される。ユーザ情報グループリスト（５３）はユーザ毎に各端末の状態を記録する。

ユーザ情報グループリスト（５３）を、ネットワーク再構成管理部（１００）が購読（６１）することで、各端末情報が通知（６２）され、ネットワーク再構成管理部（１００）によって各端末の状態を把握することができるようになる。
これらの情報は、ＯＳＩ参照モデルのアプリケーション層のプロトコルであるＳＯＡＰ（Simple Object
Access Protocol）によって通信される。

図５にＡＰ情報（４２）に関する通信を示す。ＡＰ情報（４２）は、各無線アクセスネットワーク（ＲＡＮ）内の基地局に対応したプレゼンス情報である。本プレゼンス情報の更新（６３）（６４）は、ＲＡＮ再構成管理部（２００）およびネットワーク再構成管理部（１００）によって行われる。ＲＡＮ再構成管理部（２００）は、ネットワーク側で収集した情報を更新し、ネットワーク再構成管理部（１００）は、ユーザからの報告情報を定期的に集計した結果を更新する。

プレゼンス情報の購読（６５）（６６）は、オペレータ情報グループリスト（５１）を通じてネットワーク再構成管理部（１００）によって行われるとともに、エリア情報グループリスト（５２）を通じて通信端末（３０）によって行われる。
本プレゼンス情報は、プレゼンス情報を管理するサーバ内でのみ有効なアカウントに対応したものである。
ＡＰ情報（４２）に用いるアカウントは、ＲＡＮ再構成管理部（２００）によって無線アクセスネットワークの基地局の稼働検出時に生成、非稼働検出時に削除が行われる。

ＡＰ情報におけるプレゼンス情報としては、通信端末と同様に"open""closed"の状態の他、表１に示すように様々な情報を含む。

上記したプレゼンス情報のグループリストについて、詳述する。図６は、各プレゼンス情報の更新・購読に関する通信と関連性を示す図である。
まず、オペレータ情報グループリスト（５１）は、オペレータ単位で定義するプレゼンスリストであり、オペレータ単位でＡＰ情報（４２）を管理するために用いる。本プレゼンスリストに対するＡＰ情報（４２）の追加は、リスト所有者となるＲＡＮ再構成管理部（２００）が行い、購読はネットワーク再構成管理部（１００）が行う。

ネットワーク再構成管理部（１００）は、各無線アクセスネットワークのオペレータ情報グループリスト（５１）を購読することで、システム内の全ての基地局のプレゼンス情報を収集することができる。収集したＡＰ情報（４２）より、アクセスポイントのエリア判定を行い、該当『エリア情報』プレゼンスリストが存在しない場合は新規に生成を行った後に、ＡＰ情報（４２）をエリア情報グループリスト（５２）に追加する。

エリア情報グループリスト（５２）は、エリア単位で定義するプレゼンスリストであり、エリア単位でＡＰ情報（４２）を管理するために用いる。
本プレゼンスリストに対するＡＰ情報（４２）の追加は、リスト所有者であるネットワーク再構成管理部（１００）が行い、購読は通信端末（３０）の端末再構成管理部（３００）が行う。

通信端末（３０）は、端末の近隣アクセスポイントのスキャン結果をもとにネットワーク再構成管理部（１００）に対してエリア情報問い合わせを行うことで、購読対象とするエリア情報グループリスト（５２）を特定する。
特定したエリア情報グループリスト（５２）を購読することで通信端末（３０）が現在存在するエリアに応じたＡＰ情報（４２）を取得することが可能となる。

また、ネットワーク再構成管理部（１００）は、ユーザ情報グループリスト（５３）を購読することで、システム内の全ての端末情報（４１）を収集する。収集した端末情報（４１）より、通信端末（３０）からの各種要求に対するアクセス制限やユーザの状況に応じたサービス提供を行うことが可能となる。

ユーザ情報グループリスト（５３）は、システム単位で定義するプレゼンスリストであり、システム内の端末情報（４１）を管理するために用いる。本プレゼンスリストに対する端末情報（４１）の追加は、ユーザ追加時に手動にて追加を行う。

本発明は、以上のようなプレゼンス情報の交換方式を採用することによって、コグニティブ通信ネットワークの構築に不可欠な各エンティティ間の通信を簡便に実現する方法を提供する。
交換されたプレゼンス情報は、公知のように無線アクセスネットワークや基地局の選択、通信方式の切り換えのために用いられる。適用されるコグニティブ通信ネットワークシステムのアーキテクチャについて、本発明者らによって非特許文献５、６が提案されている。

これらのうち、本発明では、リンクアグリゲーションの制御にＳＩＰを用いる構成を特に開示する。
本コグニティブ通信ネットワークシステムでは、図７に示すようにアグリゲーションプロキシサーバ（以下、プロキシ）（７０）を上位通信ネットワーク（１０）上に配設し、例えば通信端末（３０）とＨＴＴＰサーバ（７２）との既存の通信システム上で、複数の無線アクセスネットワーク（７３）（７４）（７５）を介したリンクアグリゲーションを可能にする。

既存のインターネットで本発明の機能を導入する場合、グローバルIPアドレスによりIPアクセスが可能なプロキシ（７０）の設置と、端末（３０）上でアグリゲーションプロキシを実現するプロキシプログラム（７１）のインストールを行うことによって実現することができる。

通信中継装置であるプロキシ（７０）は、擬似的なＮＡＴ(Network Address Translation)ルータとして動作し、通信端末(３０）方向への複数の論理リンクを端末単位で一意に管理する。これにより通信端末（３０）及び通信端末上の複数の論理リンクはインターネット上のサービス提供者（ＨＴＴＰサーバ（７２）等）からは、単一のＩＰノードとして認識される。また、プロキシ（７０）は論理リンクの確立数及び品質に基づき、指定されたアルゴリズムでターゲットとなるアプリケーションのトラフィックの分配・集約を行う。

図８に示すように、本プロキシ（７０）とプロキシプログラム（７１）を用いる構成において、ＳＩＰメッセージを用いてアグリゲーションの制御を行う。通信端末（３０）は、アグリゲーション利用開始時にネットワーク再構成管理部（１００）に対して開始要求メッセージ（８０）を通知する。
ネットワーク再構成管理部（１００）は、現在の割り当て状況を基に割り当て対象のプロキシ（７０）を特定し、そのプロキシ（７０）に通知すると共に、通信端末（３０）に開始応答メッセージ（８１）を通知する。
表２に、開始応答メッセージの内容を示す。

通信端末（３０）は、開始応答メッセージ（８１）にて通知された接続情報を基にアグ
リゲーションを形成し、アグリゲーション終了後にネットワーク再構成管理部（１００）に対して終了通知メッセージ（８２）を通知する。ネットワーク再構成管理部（１００）は、終了通知にて通知された情報を基に割り当て状況を更新する。

以上の構成によれば、プロキシ（７０）を用いることで既存のシステムを利用しながらリンクアグリゲーションを実現することができる。またプロキシ（７０）をネットワーク再構成管理部（１００）が選択した結果を通信端末（３０）に簡便に通知することができる。

最後に、本発明における上位通信ネットワーク（１０）として、ＩＭＳ（IP Multimedia subsystem 非特許文献４参照）に展開する構成について提案する。
図９は、コグニティブ通信ネットワークの各エンティティとＩＭＳとの対応付けを示す図である。
ネットワーク側のネットワーク再構成管理部（１００）は、ＩＭＳのアプリケーションサーバ(ＡＳ)として実装して自らが情報の送受を行うトリガをかけることを可能とするとともに、ユーザイクイップメント(ＵＥ)としても実装を行い、通信端末（３０）に対する独自付加サービスを実現する。

また、無線アクセスネットワーク内に配置するノードとして、ＲＡＮ再構成管理部（２００）をアプリケーションサーバとして実装する。これは実装の容易性の観点から、ＲＡＮ通信状態取得部（２０１）の機能を有するノードであり、統計情報やパラメータ調整に関するコマンドなどベンダー依存のプロトコルの差異を吸収する機能を持たせる。

複数の無線アクセスネットワークを利用した通信を行う際に、接続時等に認証を行い正規なユーザであることを認証し、ローミングアクセスが可能であるか確認する必要がある。その認証をネットワーク側で補助するノードとしてＲＡＮ間認証サーバとＲＡＮ内認証サーバの機能が必要となる。これらの機能は、ＩＭＳにおけるＣＳＣＦノードが有する機能と重複する部分が多いのでＲＡＮ間認証サーバとしてはI-CSCF、ＲＡＮ内認証サーバとしてはP-CSCFを利用し、本認証に特有の機能差分を付加する形が望ましい。
また、通信端末（３０）にはＩＭＳクライアント(ＵＥ)を実装し、上記各エンティティからの情報を効率的に取得するゲートウェイとしての役割を持たせ、それらを端末内の端末再構成管理部（３００）、端末再構成設定部（３０２）、端末状態取得部（３０３）に提供する。

以上のようなエンティティの導入により、以下の３つの機能が実現できる。
(1) アカウント認証およびアクセス制御
コグニティブ無線端末を有するユーザのアカウントをIMS側で管理する。これにより、IMSの認証フレームワークを利用したアカウント認証および、アカウント単位での各サービスへのアクセス制御やローミングアクセス制御を可能とする。
(2) エンティティ間通信
ＩＭＳ上に新たに配置したエンティティ同士がそれぞれ通信を行う際に、IMSのプレゼンスサービスを導入することで通信負荷の削減および、効率的な情報伝達を可能とする。
(3) アグリゲーションの制御
複数のリンクを組み合わせて利用するリンクアグリゲーションを行う際には、通信を行う双方がアグリゲーションに対応していれば複数のセッションを張って通信を行うことで実現できるが、通信相手の一方が、例えば既存のWebサーバのようにアグリゲーションに対応しない場合は、アグリゲーションプロキシサーバと呼ばれるノードを使い、セッションを1:nに分割・融合して中継する必要がある。このアグリゲーションプロキシサーバの動的割り当てにＳＩＰメッセージを利用する。ユーザが都度最適なアグリゲーションプロキシサーバを利用することにより、通信経路の最適化が可能になるとともに、例えばMobile IPにおけるHome Agent(HA)のようにユーザ毎に固定のノードを割り当てる必要がなくなる。

２０ａ 基地局
３０ 通信端末
４０ プレゼンス情報
４１ 端末情報
４２ ＡＰ情報
５０ プレゼンスリスト
５１ オペレータ情報グループリスト
５２ エリア情報グループリスト
５３ ユーザ情報グループリスト
１００ ネットワーク再構成管理部
２００ ＲＡＮ再構成管理部
２０１ ＲＡＮ通信状態取得部

Claims (5)

1. 少なくとも複数の無線アクセスネットワークとの接続の有無又は通信方式（以下、通信方式等という）を動的に再構成しながら通信端末が通信するコグニティブ通信ネットワークシステムにおける無線リソースの管理方法であって、
   該コグニティブ通信ネットワークシステムが、複数の無線アクセスネットワークと、少なくとも該無線アクセスネットワークに共通のプラットフォームを提供する上位通信ネットワークとを有し、
   該上位通信ネットワーク上には、該通信端末と、該無線アクセスネットワークの基地局の情報とをプレゼンス情報として管理するプレゼンス情報管理手段を備え、
   該プレゼンス情報管理手段に対して、
   該通信端末から、プレゼンス情報交換方式に基づく通信プロトコルにより少なくとも該通信端末の存在・不存在に係るプレゼンス情報を更新すると共に、
   通信に用いる無線アクセスネットワークの選択、又は該無線アクセスネットワークにおける通信方式の少なくともいずれかを再構成するネットワーク再構成管理手段及び、各無線アクセスネットワーク上でその無線アクセスネットワークの通信方式を再構成する無線アクセスネットワーク再構成管理手段の両手段から、少なくとも該基地局の存在・不存在に係るプレゼンス情報を更新する
   ことを特徴とするコグニティブ通信ネットワークシステムにおける無線リソースの管理方法。
2. 前記通信端末に係るプレゼンス情報において、
   前記コグニティブ通信ネットワークを利用するユーザ毎に分類するユーザ情報グループリストを記録し、
   前記ネットワーク再構成手段が、該ユーザ情報グループリストを購読して、コグニティブ通信ネットワークシステム上の全ての通信端末の情報を取得する
   請求項１に記載のコグニティブ通信ネットワークシステムにおける無線リソースの管理方法。
3. 前記基地局に係るプレゼンス情報において、
   前記無線アクセスネットワーク再構成管理手段が、自己の無線アクセスネットワークに属する基地局の情報をオペレータ情報グループリストとして生成及び更新すると共に、
   前記ネットワーク再構成管理手段が、該オペレータ情報グループリストを購読して、各基地局の設置エリア毎にエリア情報グループリストとして生成及び更新し、
   前記通信端末が所在する位置と、該設置エリアとを照合して、エリア情報グループリストに含まれる基地局に係るプレゼンス情報を取得する
   請求項１又は２に記載のコグニティブ通信ネットワークシステムにおける無線リソースの管理方法。
4. 前記コグニティブ通信ネットワークシステムにおいて、前記通信端末が複数の無線リンクを同時に確立して通信を行うリンクアグリゲーションを行う構成であって、
   該通信端末から前記プレゼンス情報交換方式に基づく通信プロトコルにより前記ネットワーク再構成管理手段にリンクアグリゲーションの開始を要求するステップ、
   該ネットワーク再構成管理手段が、現在のリンクアグリゲーションの割り当て状況からアグリゲーションプロキシサーバを特定して、該アグリゲーションプロキシサーバと該通信端末にリンクアグリゲーションの開始を通知するステップ、
   該通信端末と該アグリゲーションプロキシサーバとの間でリンクアグリゲーションを構成するステップ
   を有する請求項１ないし３のいずれかに記載のコグニティブ通信ネットワークシステムにおける無線リソースの管理方法。
5. 前記請求項１ないし４のいずれかに記載の無線リソースの管理方法を備えた
   ことを特徴とするコグニティブ通信ネットワークシステム。

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