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
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Abstract
【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
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。
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)
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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、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。
(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。
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)
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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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