JP4237134B2 - ネットワーク、ネットワークシステム及びネットワークシステムの通信方法 - Google Patents
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Description
m2m通信の具体例としては、(1)自動販売機が、自分の内蔵する商品の在庫状況を自動的に在庫管理装置にレポートする、(2)トラックの運行状態(場所、速度など)を運送会社の運行管理システムに自動的にレポートする、などがある。
m2m通信で主に使用される既存のネットワークとして、PDC(第2世代携帯電話)のネットワーク(回線交換モード)の基本構成を図8に示す(非特許文献1参照)。
(1)位置登録
セル方式による移動体通信システムでは、移動端末そのものが空間的に移動するため、その存在場所をネットワーク側で常に把握しておく必要がある。このために必須なものが位置登録である。
(ii)移動して移動端末が受信するPA番号の変化を検出すると、位置登録を行う。移動端末は位置登録要求をHLRに送信し、HLRは位置情報を書き換える。
(iii)位置登録が完了すると、HLRから移動端末に位置登録完了信号を送信する。
移動端末から発信する場合の基本的な接続手順の概要を以下に示す。
(i)発信端末からBSに対して呼設定の信号を転送するための信号チャネルの設定を要求し、BSでは信号チャネルを設定する。
(ii)発信端末から着信先の電話番号をダイヤルし、電話番号を含む呼設定要求をBS経由でMCCに送信する。MCC はHLRに格納されている加入者情報をもとに端末の認証を行う。
(iv)MCCはMGCに呼設定の要求を出す。MGCは着信先が固定ネットワークあるいは他の事業者の移動端末であれば、呼をそちらヘルーティングする。一方、着信先が自分のネットワークの加入者の移動端末であれば、HLRにその位置情報を問い合わせる。
(V)接続先が移動端末の場合は、その位置情報を基に呼設定信号がルーティングされ、着信端末の所属するページングエリアのBSから一斉呼び出しが行われる。接続対象である着信先が応答すると、コネクションが設定され通話が可能となる。
移動端末が着信するときの接続手順の概要を示す。
(i)固定ネットワークあるいは他のセルラーネットワークからの着信要求(呼設定要求)は、着信先の電話番号を含めて、まずMGCに届けられる。
(ii)MGCは呼を着信端末の所属するMCCヘルーティングする。このため、HLRは保持されている端末位置情報から、どのMCCのカバー範囲に着信先の移動端末が位置するかを調べる。 MCCはHLRからの情報を基に該当するページングエリアのBSを介して一斉呼出しを行う。
(iv)MCCはHLRに格納されている加入者情報をもとに着信端末の認証を行い、呼設定要求信号を着信端末に送付するとともにBSに通話用の音声チャネルを端末に付与するよう指示を出す。
(V)着信端末が呼出し音を鳴らし、着信先が応答すると、コネクションが設定され通話が可能となる。
一方、パケット交換方式では、パケット単位に待ち合わせが可能となるため、複数の通信でワイヤレス回線を共用することができ、データ通信においてもその使用効率を高くすることができる。
また、iモード通信を可能とするために、移動端末およびサーバとの通信プロトコルをそれぞれ終端し、それらを相互に接続するための機能を持つ移動メッセージ用パケット関門装置(M-PGW : Mobile Message- PGW)が配置されている。
一方、iモードサーバはPDC-Pネットワークとインターネットを結ぶ関門機能を担っている。具体的には、情報配信やメールの送受信機能および蓄積機能および情報提供者管理機能、さらに情報料課金機能を具備している。
移動体電話によるm2m通信が広域、屋外を主対象とするのに対して、近距離無線で低機能な端末によるm2m通信の例として、Auto-IDにより提唱されている無線タグ(RFID)ネットワークの構成例を図10に示す。
三宅功、斎藤洋著「ユビキタスサービスネットワーク技術」社団法人 電気通信協会 平成15年9月1日初版、p76〜80
1)商用電源が利用できないため、低消費電力化が必要である、
2)m2m通信の対象が多く、低消費電力の点からも、周波数の有効利用が必要である、
3)移動する物へも適用できることが必要である、
4)制御指示などのメッセージ受信ができることが必要である、
5)データ負荷として重いプロトコルや、重いネットワークアドレスなども極力削除することが必要である、という問題が有った。
該ネットワークシステムは、前記無線端末ごとにあらかじめ定めた送信先である前記端末のアドレスを保持する端末アドレス保持手段を有し、
前記無線端末から前記端末へメッセージを送信する際には、
前記ゲートウェイノードは、前記無線端末より無線フレームを受信すると、前記端末アドレス保持手段にアクセスして、無線端末ごとにメッセージの送信先の端末アドレスを特定し、該特定した送信先の端末宛に前記ゲートウェイを介してメッセージを送信し、
前記端末より前記無線端末へメッセージを送信する際には、
前記ゲートウェイは、前記位置情報記憶装置にアクセスし、前記無線端末のIDから位置情報を取得し、該取得した位置情報から該当するゲートウェイノードへメッセージを転送し、
該ゲートウェイノードは、前記無線端末へ前記メッセージを転送することを特徴とする。
前記端末は、IDにて送信先の無線端末を特定した送信メッセージを作成し、該送信メッセージを前記ゲートウェイに送出し、
前記ゲートウェイは、前記送信メッセージを受信し、前記位置情報記憶装置にアクセスし、前記無線端末のIDから位置情報を取得し、該取得した位置情報から該当するゲートウェイノードへ前記送信メッセージを入れたパケットを転送するとともに、
前記ゲートウェイノードは、前記無線端末へ前記送信メッセージを転送することを特徴とする。
前記ゲートウェイノードは、該ゲートウェイノードの無線エリアに存在すると推定される無線端末と無線端末ごとにあらかじめ定めた送信先端末の端末アドレスを保持する端末アドレス保持手段を有し、
前記ゲートウェイノードは、該ゲートウェイノード内の前記端末アドレス保持手段、または前記登録管理装置にアクセスして、無線端末ごとに情報の送信先端末アドレスを特定し、該特定した送信先の端未宛にメッセージを送信することを特徴とする。
前記位置情報記憶装置は、複数設けられており、
無線端末を無線端末ID単位に複数の位置情報記憶装置で分散して記憶させ、当該分散方法を記憶する記憶手段を有する、
あるいは、
あらかじめ既知のアドレスをもつアドレス解決ノードを有し、該アドレス解決ノードは、無線端末IDごとに、対応する位置情報記憶装置のアドレスを保持するアドレス保持手段を有することを特徴とする。
前記登録管理装置は、複数設けられており、
無線端末を無線端末ID単位に複数の登録管理装置で分散して記憶させ、当該分散方法を記憶する手段を有する、
あるいは、
あらかじめ既知のアドレスをもつアドレス解決ノードを有し、該アドレス解決ノードは、無線端末IDごとに、対応する登録管理装置のアドレスを保持するアドレス保持手段を有することを特徴とする。
前記無線端末ごとのHome Agent (HA)を設置する手段と、
前記無線端末ごとにあらかじめ定められた送信先である前記端末のアドレスを保持する端末アドレス保持手段を有し、
前記無線端末から前記端末へメッセージを送信する際には、
前記ゲートウェイノードは、前記無線端末より無線フレームを受信すると、前記端末アドレス保持手段にアクセスして、無線端末ごとにメッセージの送信先の端末アドレスを特定し、該特定した送信先の端末宛にメッセージを送信し、
前記端末は、前記無線端末宛メッセージを作成し、該メッセージをIPパケットに入れて送信する機能を有し、
前記無線端末又はゲートウェイノードは、該無線端末を配下に有するゲートウェイノード内のForeign Agent(FA)を特定するFAアドレスを対応するHAに通知する機能を有し、
前記端末が前記無線端末宛のIPパケットを前記HAに送信すると、該HAは、受信したIPパケットを前記FAに転送し、該FAは前記IPパケットに含まれるメッセージを対応する無線端末に送信することを特徴とする。
前記無線端末から前記端末へメッセージを送信する際には、
前記ゲートウェイノードにより、
前記無線端末より無線フレームを受信するステップと、
前記端末アドレス保持手段にアクセスして、無線端末ごとにメッセージの送信先の端末アドレスを特定するステップと、
該特定した送信先の端末宛に前記ゲートウェイを介してメッセージを送信するステップとを有し、
前記端末より前記無線端末へメッセージを送信する際には、
前記ゲートウェイにより、
前記位置情報記憶装置にアクセスし、前記無線端末のIDから位置情報を取得するステップと、
該取得した位置情報から該当するゲートウェイノードへメッセージを転送するステップと、
該ゲートウェイノードにより、
前記無線端末へ前記メッセージを転送するステップと、
を有することを特徴とする。
また、相手先アドレスなどの情報を無線区間で送信する必要がなく、無線端末
の低消費電力化、周波数の有効利用が図れる。
位置登録機能があるので、移動する物品にも適用でき、さらに、無線端末はIDしか持たないにもかかわらず、メッセージの受信が可能となる。
本発明の実施形態に係るネットワークシステムの構成を図1に示す。同図において、本発明の実施形態に係るネットワークシステムは、無線端末101と、該無線端末101との無線通信が可能なゲートウェイノード(以下、GWノードと記す。)102〜105と、無線端末101の位置情報を保持する位置登録データベース109とを有する移動体通信ネットワークと、無線端末101からのメッセージ送信先である端末としてのパーソナルコンピュータ(以下、PCと記す。)111、112が接続されるインターネット110とがインターネットゲートウェイ(以下、インターネットGWと記す。)113を介して接続されてなるネットワークシステムである。
無線端末101と、端末としてのPC111またはPC112との間では、概略、次のように通信が行われる。
無線端末101からPC111、またはPC112へメッセージを送信する際には、GWノード102〜105のいずれかは、無線端末101より無線フレームを受信すると、登録管理システム108にアクセスして、無線端末ごとにメッセージの送信先の端末アドレスを特定し、該特定した送信先の端末であるPC111、またはPC112宛にインターネットGW113を介してメッセージを送信する。
本実施形態では、GWノード102〜105、中継ノード106、107、インターネットGW113は、すべてIPアドレスをもち、インターネット110を介してPC111,112と通信可能としている。
無線端末101は、移動する物に搭載されており、移動時に位置登録が必要となる。
在圏端末リストに、もともとあった場合は、参照時刻を現在時刻に更新して保持する(ステップ208)。
上記TCP/IPパケットを受信したPCは、メッセージを取り出し、GWノードにACKを返送する(ステップ210)。上記ACKを受信したGWノードは、IPアドレスから、対応する保持しているメッセージを特定し、それを消去する(ステップ211)。
無線端末101は、あらかじめ定められたPC111および任意のPC112から、メッセージを受信できる。PC111、112は、通信メッセージを、発アドレスを自アドレス、着アドレスをインターネットGW113のアドレスとしたTCP/IPパケットに入れてインターネット110を介してインターネットGW113に送信する。
なお、通信元があらかじめ定められたPC111のみである場合、メッセージの発アドレス領域を削除できる。
1)無線端末IDに応じて、これらのシステムを分散する。具体的には、無線端末ID 10000未満と以上で2つに分け、GWノード等は、その分散方法をあらかじめ知っておき、無線端末に応じて、アクセス先を変更する。
2)あらかじめ既知のアドレスをもつアドレス解決ノードを用意する。このアドレス解決ノードでは、無線端末IDごとに、対応する登録管理システム、位置登録データベースのアドレスを保持する。GWノード等は、当該アドレス解決ノードにアクセスして、無線端末IDから所望の登録管理システム、位置登録データベースのアドレスを得て、アクセスする。
しかしながら、位置登録データベース109がIPアドレスを有し、ネットワークシステム内の有線リンク上は、レイヤ3プロトコルとしてIPプロトコルが使用できていれば、PC111,112が直接、位置登録データベース109にアクセスできる。この場合、位置登録データベース109では、無線端末IDに対して、在圈エリアに対応するGWノードのアドレスを保持する。
これらのリストの更新方法は以下の通りである。
無線フレームを受信したGWノードは、受信メッセージ中の無線端末IDが在圈端末リストにあるか、チェックする。なければ、登録管理システム108にアクセスし、当該無線端末IDに対する相手先アドレスを照会する。
在圈端末リストに、もともとあった場合は、使用順リストから同番号をはずし、外れた同番号の両隣を直接結び、同番号を先頭マークの直後に挿入する。こうして使用順リストが常に使用順で保たれる。
次に、本発明の第2実施形態に係るネットワークシステムとしてIPネットワークについて図1を参照して説明する。本実施形態に係るIPネットワークは、ゲートウェイノードと端末を有するIPネットワークであって、ゲートウェイノードは非IP端末である無線端末と無線通信が可能であり、無線端末ごとのHome Agent (HA)を設置する手段を有し、前記端末は、前記無線端末宛メッセージを作成し、該メッセージをIPパケットに入れて送信する機能を有し、前記無線端末は、該無線端末を配下に有するGWノード内のForeign Agent(FA)を特定するFAアドレスを対応するHAに通知する機能を有し、前記端末が前記無線端末宛のIPパケットを前記HAに送信すると、該HAは、受信したIPパケットを前記FAに転送し、該FAは前記IPパケットに含まれるメッセージを対応する無線端末に送信することを特徴としている。
また、本実施例では、図1におけるインターネットGW113はネットワークの構成上、不要である。中継ノード107が直接インターネット110に接続するものとする。
また、位置登録データベース109内には、無線端末ごとにHAが用意される。(その場合、位置登録データベースは複数に分散されることが想定され、もっとも極端な場合は、無線端末ごとになる。いずれにせよ、分散の方法については第1実施形態の最後のほうに述べたようなやり方がある。)
本実施形態では、無線端末ごとにHA、FAを具備することにより、移動するIP端末との通信技術であるモバイル技術を、非IP端末である無線端末にも使えるようにするものである。
無線端末101は、そのメッセージ送信先をあらかじめ定め、登録管理システム108に登録しておく。登録管理システム108は、{無線端末ID、HAのIPアドレス、相手先アドレス}の組を記憶する。本実施形態では、無線端末101の送信先をPC111とする。
本実施形態では、ページングエリアとGWノードは1対1に対応しているとする。(1対1でない場合も容易に類推可能である。)
なお、通信元があらかじめ定められたPC111のみである場合、メッセージの発アドレス領域を削除できる。
Claims (10)
- 無線端末と、該無線端末との無線通信が可能なゲートウェイノードと、無線端末の位置情報を保持する位置情報記憶装置とを有する移動体通信ネットワークと、前記無線端末からのメッセージ送信先である端末が接続される他のネットワークとがゲートウェイを介して接続されてなるネットワークシステムであって、
該ネットワークシステムは、前記無線端末ごとにあらかじめ定めた送信先である前記端末のアドレスを保持する端末アドレス保持手段を有し、
前記無線端末から前記端末へメッセージを送信する際には、
前記ゲートウェイノードは、前記無線端末より無線フレームを受信すると、前記端末アドレス保持手段にアクセスして、無線端末ごとにメッセージの送信先の端末アドレスを特定し、該特定した送信先の端末宛に前記ゲートウェイを介してメッセージを送信し、
前記端末より前記無線端末へメッセージを送信する際には、
前記ゲートウェイは、前記位置情報記憶装置にアクセスし、前記無線端末のIDから位置情報を取得し、該取得した位置情報から該当するゲートウェイノードへメッセージを転送し、
該ゲートウェイノードは、前記無線端末へ前記メッセージを転送することを特徴とするネットワークシステム。 - 無線端末と、該無線端末との無線通信が可能なゲートウェイノードと、無線端末の位置情報を保持する位置情報記憶装置とを有する移動体通信ネットワークと、前記無線端末からのメッセージ送信先である端末が接続される他のネットワークとがゲートウェイを介して接続されてなるネットワークシステムであって、
前記端末は、IDにて送信先の無線端末を特定した送信メッセージを作成し、該送信メッセージを前記ゲートウェイに送出し、
前記ゲートウェイは、前記送信メッセージを受信し、前記位置情報記憶装置にアクセスし、前記無線端末のIDから位置情報を取得し、該取得した位置情報から該当するゲートウェイノードへ前記送信メッセージを入れたパケットを転送するとともに、
前記ゲートウェイノードは、前記無線端末へ前記送信メッセージを転送することを特徴とするネットワークシステム。 - 無線端末と、該無線端末との無線通信が可能なゲートウェイノードと、無線端末の位置情報を保持する位置情報記憶装置と、前記無線端末ごとにあらかじめ定めた送信先である前記端末のアドレスを保持する登録管理装置を有する移動体通信ネットワークと、前記無線端末からのメッセージ送信先である端末が接続される他のネットワークとがゲートウェイを介して接続されてなるネットワークシステムであって、
前記ゲートウェイノードは、該ゲートウェイノードの無線エリアに存在すると推定される無線端末と無線端末ごとにあらかじめ定めた送信先端末の端末アドレスを保持する端末アドレス保持手段を有し、
前記ゲートウェイノードは、該ゲートウェイノード内の前記端末アドレス保持手段、または前記登録管理装置にアクセスして、無線端末ごとに情報の送信先端末アドレスを特定し、該特定した送信先の端未宛にメッセージを送信することを特徴とするネットワークシステム。 - 前記ゲートウェイノード内の前記端末アドレス保持手段は、前記ゲートウェイノードの無線エリアに存在すると推定される無線端末とそのあらかじめ定めた送信先端末アドレスの情報とを保持することを特徴とする請求項3に記載のネットワークシステム。
- 前記ゲートウェイノード内の前記端末アドレス保持手段は、前記ゲートウェイノードの無線エリアに存在すると推定される無線端末とそのあらかじめ定めた送信先端末アドレスと参照時刻の情報とを保持することを特徴とする請求項3に記載のネットワークシステム。
- 前記端末アドレス保持手段は、前記ゲートウェイノードの無線エリアに存在すると推定される無線端末に関する推定を、最近において前記ゲートウェイノードから送信した無線端末であることをもって推定することを特徴とする請求項3乃至5のいずれかに記載のネットワークシステム。
- 前記位置情報記憶装置は、複数設けられており、
無線端末を無線端末ID単位に複数の位置情報記憶装置で分散して記憶させ、当該分散方法を記憶する記憶手段を有する、
あるいは、
あらかじめ既知のアドレスをもつアドレス解決ノードを有し、該アドレス解決ノードは、無線端末IDごとに、対応する位置情報記憶装置のアドレスを保持するアドレス保持手段を有することを特徴とする請求項1、2、4、6のいずれかに記載のネットワークシステム。 - 前記登録管理装置は、複数設けられており、
無線端末を無線端末ID単位に複数の登録管理装置で分散して記憶させ、当該分散方法を記憶する手段を有する、
あるいは、
あらかじめ既知のアドレスをもつアドレス解決ノードを有し、該アドレス解決ノードは、無線端末IDごとに、対応する登録管理装置のアドレスを保持するアドレス保持手段を有することを特徴とする請求項3乃至6のいずれかに記載のネットワークシステム。 - ゲートウェイノードと端末を有するIPネットワークであって、ゲートウェイノードは非IP端末である無線端末と無線通信が可能であり、
前記無線端末ごとのHome Agent (HA)を設置する手段と、
前記無線端末ごとにあらかじめ定められた送信先である前記端末のアドレスを保持する端末アドレス保持手段を有し、
前記無線端末から前記端末へメッセージを送信する際には、
前記ゲートウェイノードは、前記無線端末より無線フレームを受信すると、前記端末アドレス保持手段にアクセスして、無線端末ごとにメッセージの送信先の端末アドレスを特定し、該特定した送信先の端末宛にメッセージを送信し、
前記端末は、前記無線端末宛メッセージを作成し、該メッセージをIPパケットに入れて送信する機能を有し、
前記無線端末又はゲートウェイノードは、該無線端末を配下に有するゲートウェイノード内のForeign Agent(FA)を特定するFAアドレスを対応するHAに通知する機能を有し、
前記端末が前記無線端末宛のIPパケットを前記HAに送信すると、該HAは、受信したIPパケットを前記FAに転送し、該FAは前記IPパケットに含まれるメッセージを対応する無線端末に送信することを特徴とするIPネットワーク。 - 無線端末と、該無線端末との無線通信が可能なゲートウェイノードと、無線端末の位置情報を保持する位置情報記憶装置と、前記無線端末ごとにあらかじめ定めた送信先である前記端末のアドレスを保持する端末アドレス保持手段とを有する移動体通信ネットワークと、前記無線端末からのメッセージ送信先である端末が接続される他のネットワークとがゲートウェイを介して接続されてなるネットワークシステムの通信方法であって、
前記無線端末から前記端末へメッセージを送信する際には、
前記ゲートウェイノードにより、
前記無線端末より無線フレームを受信するステップと、
前記端末アドレス保持手段にアクセスして、無線端末ごとにメッセージの送信先の端末アドレスを特定するステップと、
該特定した送信先の端末宛に前記ゲートウェイを介してメッセージを送信するステップとを有し、
前記端末より前記無線端末へメッセージを送信する際には、
前記ゲートウェイにより、
前記位置情報記憶装置にアクセスし、前記無線端末のIDから位置情報を取得するステップと、
該取得した位置情報から該当するゲートウェイノードへメッセージを転送するステップと、
該ゲートウェイノードにより、
前記無線端末へ前記メッセージを転送するステップと、
を有することを特徴とするネットワークシステムの通信方法。
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