以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
[構成および基本動作]
図1は、本発明の実施の形態に係る無線通信システムの構成を示す図である。
図1を参照して、無線通信システム401は、たとえば、3GPPで規格化されたLTE(Long Term Evolution)に従う移動体通信システム、およびIEEE802.11で規格化された無線LANシステムを含み、ホームネットワーク301と、EPC(Evolved Packet Core)(移動通信事業者網)302と、eNB106とを備える。
ホームネットワーク301は、HeNB(第1の無線アクセス部)101と、L−GW(第1の識別情報付与部)102と、WiFiアクセスポイント(AP)(第2の無線アクセス部)151と、LAN(内部ネットワーク)51とを含む。EPC302は、MME(Mobility Management Entity)(通信管理装置)103と、S−GW(通信制御装置)104,105と、P−GW107とを含む。
なお、図1では、1つのL−GWと、1つのWiFiアクセスポイントとを代表的に示しているが、さらに多数のL−GWおよびWiFiアクセスポイントが設けられてもよい。
HeNB101およびeNB106は、無線信号を無線端末装置202と送受信することにより、無線端末装置202との通信を行なう。すなわち、HeNB101およびeNB106は、たとえばLTE方式に従って無線端末装置202と無線信号を送受信することにより、無線端末装置202および他の装置間で通信データを中継する。
HeNB101およびL−GW102は、3GPPで規定されたLIPA機能を有しており、無線端末装置202とLAN51における端末装置161との間の通信を可能とする。
より詳細には、L−GW102は、HeNB101とLAN51との間に接続されている。L−GW102は、たとえば複数の無線端末装置202に対してLIPAコネクションを提供することが可能である。
具体的には、無線端末装置202は、LTE方式に従って無線通信を行なうことによりHeNB101およびL−GW102を介してLAN51における端末装置161との間で通信データを送受信することが可能である。
L−GW102は、無線端末装置202に対してローカルIPアドレスを付与し、無線端末装置202がHeNB101経由でLAN51における端末装置161にアクセスする際に、データの中継処理等を行なう。すなわち、L−GW102は、HeNB101経由で無線端末装置202から受信したIPパケット等の通信データをLAN51における端末装置161へ送信するとともに、LAN51における端末装置161から受信したIPパケット等の通信データをHeNB101経由で無線端末装置202へ送信する。
また、WiFiアクセスポイント151は、無線端末装置202と無線LAN方式に従って無線信号を送受信することにより、無線端末装置202および他の装置間で通信データを中継する。すなわち、無線端末装置202は、無線LAN方式に従って無線通信を行なうことによりWiFiアクセスポイント151を介してLAN51における端末装置161との間で通信データを送受信する。
より詳細には、WiFiアクセスポイント(AP)151は、たとえばDHCP(Dynamic Host Configuration Protocol)サーバを利用して無線端末装置202に対してローカルIPアドレスを付与し、無線端末装置202がLAN51における端末装置161にアクセスする際に、データの中継処理等を行なう。すなわち、WiFiアクセスポイント151は、無線端末装置202から受信した無線信号に含まれるIPパケット等の通信データをLAN51における端末装置161へ送信するとともに、LAN51における端末装置161から受信したIPパケット等の通信データを含む無線信号を無線端末装置202へ送信する。
ここで、無線端末装置202は、通信データの中継先をHeNB101からWiFiアクセスポイント151へ切り替える場合には、HeNB101を介して端末装置161との間で通信データを送受信するための通信コネクションを維持する。
一方、無線端末装置202は、通信データの中継先をWiFiアクセスポイント151からHeNB101へ切り替える場合には、WiFiアクセスポイント151を介して端末装置161との間で通信データを送受信するための通信コネクションを切断可能である。
S−GW104は、HeNB101とIP網(外部ネットワーク)52との間に接続されている。S−GW104は、HeNB101経由で無線端末装置202から受信した通信データをP−GW107経由でIP網52へ送信するとともに、IP網52における他の装置からP−GW107経由で受信した通信データをHeNB101経由で無線端末装置202へ送信する。
MME103は、無線通信システム401にける無線端末装置202、HeNB101、eNB106およびL−GW102等を管理する。MME103は、HeNB101との間で制御メッセージを送受信し、また、eNB106との間で制御メッセージを送受信する。
HeNB101は、S−GW104およびP−GW107を介してIP網52との間でIPパケット等の通信データを送受信する。
eNB106は、S−GW105およびP−GW107を介してIP網52との間でIPパケット等の通信データを送受信する。
HeNB101およびS−GW104は、論理的なインタフェースであるS1−Uインタフェースに従う通信データを互いに送受信することにより、S1−Uインタフェース経由で種々の情報を互いにやりとりする。
HeNB101およびMME103は、論理的なインタフェースであるS1−MMEインタフェースに従う通信データを互いに送受信することにより、S1−MMEインタフェース経由で種々の情報を互いにやりとりする。
eNB106およびS−GW105は、論理的なインタフェースであるS1−Uインタフェースに従う通信データを互いに送受信することにより、S1−Uインタフェース経由で種々の情報を互いにやりとりする。
eNB106およびMME103は、論理的なインタフェースであるS1−MMEインタフェースに従う通信データを互いに送受信することにより、S1−MMEインタフェース経由で種々の情報を互いにやりとりする。
L−GW102およびS−GW104は、論理的なインタフェースであるS5インタフェースに従う通信データを互いに送受信することにより、S5インタフェース経由で種々の情報を互いにやりとりする。
MME103およびS−GW104,105は、論理的なインタフェースであるS11インタフェースに従う通信データを互いに送受信することにより、S11インタフェース経由で種々の情報を互いにやりとりする。
S−GW104,105およびP−GW107は、論理的なインタフェースであるS5インタフェースに従う通信データを互いに送受信することにより、S5インタフェース経由で種々の情報を互いにやりとりする。
図2は、本発明の実施の形態に係る無線通信システムの構成およびIPパケットの流れを示す図である。
図2を参照して、無線通信システム401は、さらに、IPバックホール303と、ホームルータ108と、セキュリティゲートウェイ(SeGW)109とを備える。
ホームルータ108は、ホームネットワーク301とIPバックホール303との間に接続されており、ホームネットワーク301内の装置に対してたとえばNAT(Network Address Translation)機能を提供する。
セキュリティゲートウェイ109は、IPバックホール303とEPC302との間に接続されており、ホームネットワーク301内の装置に対してセキュリティ機能を提供する。
LTEにおいてLIPAを用いない場合には、矢印B1で示すように、無線端末装置202がHeNB101経由でLAN51における端末装置161にアクセスする際、IPバックホール303、EPC302およびIP網52経由で、無線端末装置202とLAN51における端末装置161との間の通信が可能となる。
一方、LTEにおいてLIPAを用いる場合には、矢印A1で示すように、L−GW102は、無線端末装置202に対してローカルIPアドレスを付与し、無線端末装置202がHeNB101経由でLAN51における端末装置161にアクセスする際に、データの中継処理等を行なう。これにより、移動通信事業者のEPC302およびIPバックホール303を経由しなくても、ローカルIPアドレスを用いて、無線端末装置202とLAN51における端末装置161との間の通信が可能となる。
図3は、本発明の実施の形態に係る無線通信システムにおける通信メディアの切り替え処理を示す図である。
図3を参照して、無線通信システム401は、さらに、DHCPサーバ(第2の識別情報付与部)152を備える。
DHCPサーバ152は、WiFiアクセスポイント151に接続されている。DHCPサーバ152は、WiFiアクセスポイント151経由で無線端末装置202等の端末装置にIPアドレスを付与する。
HeNB101は、セルCLを形成し、セルCL内に存在する無線端末装置202と無線信号を送受信することにより、当該無線端末装置202と通信することが可能である。また、WiFiアクセスポイント151は、セルCWを形成し、セルCW内に存在する無線端末装置202と無線信号を送受信することにより、当該無線端末装置202と通信することが可能である。図3は、セルCLおよびセルCWの各々の一部が重複している状況を示している。
無線端末装置202は、通信メディアとしてLTEを選択する場合、すなわちLTEの無線通信方式に従ってHeNB101と無線信号を送受信する場合、LIPAを用いて、HeNB101およびL−GW102を介してLAN51における端末装置161と通信データを送受信することが可能である。
また、無線端末装置202は、通信メディアとして無線LANを選択する場合、すなわち無線LANの無線通信方式に従ってWiFiアクセスポイント151と無線信号を送受信する場合、WiFiアクセスポイント151を介してLAN51における端末装置161と通信データを送受信する。
無線端末装置202は、セルCLおよびセルCWの重複領域に存在し、HeNB101およびL−GW102を介してLAN51における端末装置161と通信データを送受信している状態において、当該重複領域外かつセルCW内へ移動すると、通信メディアをLTEから無線LANへ切り替える。すなわち、無線端末装置202は、通信データの中継装置をWiFiアクセスポイント151に切り替える。
一方、無線端末装置202は、セルCLおよびセルCWの重複領域に存在し、WiFiアクセスポイント151を介してLAN51における端末装置161と通信データを送受信している状態において、当該重複領域外かつセルCL内へ移動すると、通信メディアを無線LANからLTEへ切り替える。すなわち、無線端末装置202は、通信データの中継装置をHeNB101およびL−GW102に切り替える。
また、無線端末装置202は、セルCLおよびセルCWの重複領域に存在し、電波環境の悪化または他の無線端末装置202の通信トラフィックの増大等が生じた場合にも、通信メディアをLTEおよび無線LAN間で切り替える。なお、LTEおよび無線LAN間の切り替えにおいて、通信の瞬断はあり得る。
ここで、無線通信システム401では、上記のような通信メディアの切り替え動作において、無線端末装置202が同じIPアドレスを用いたまま通信メディアを切り替えることを可能とする。
すなわち、無線通信システム401では、L−GW102は、無線端末装置202が第1の無線通信方式たとえばLTE方式に従って無線通信を行なうことにより他の装置との間で通信データを送受信する際、当該他の装置が通信データの送信元を識別するとともに送信先を指定するための識別情報たとえばIPアドレスを当該無線端末装置202に付与する。
具体的には、L−GW102は、3GPP(Third Generation Partnership Project)で規定されたLIPA(Local IP Access)に従って無線端末装置202が自己を介して他の装置との間で通信データを送受信する際、IPアドレスを当該無線端末装置202に付与する。
また、DHCPサーバ152は、無線端末装置202が第2の無線通信方式たとえば無線LAN方式に従って無線通信を行なうことにより他の装置との間で通信データを送受信する際、当該他の装置が通信データの送信元を識別するとともに送信先を指定するための識別情報たとえばIPアドレスを当該無線端末装置202に付与する。
そして、L−GW102およびDHCPサーバ152は、同じ無線端末装置202に共通の識別情報を付与する。
このように、IPアドレスを維持する構成により、通信メディアの切り替えに伴うIPアドレスの変更に対処するための処理をたとえばアプリケーション側で追加することなく、ホームネットワーク301におけるサービス提供可能エリアの範囲を一定レベルで確保することができ、また、無線通信システム401におけるスループットの向上を図ることができる。
また、IPアドレスを維持することにより、現在位置するセルから無線端末装置202が他のセルへ移動しても、IPアドレスが付与できない等の理由から当該無線端末装置202の通信ができなくなったり、中断したりする事態を防ぐことができる。具体的には、たとえば無線端末装置202のユーザがVoIP(Voice Over IP)による通話サービスを利用している際に、通話が途切れたり、再発呼が必要となったりすることを防ぐことができる。
特に、無線機を搭載した機器同士が人間を介在せずに相互に情報交換することによって、たとえば自動販売機に内蔵されている商品の在庫状況が自動的に管理装置にレポートされる等、自動的に機器の制御が行われるM2M(Machine to Machine)ネットワークシステムでは、端末数の増大によってIPアドレスの枯渇が問題となる。無線通信システム401では、通信メディアの切り替え前後においてIPアドレスを維持する構成により、1台の機器に割り当て可能なIPアドレスの数を最低限に抑え、IPアドレスの枯渇を防ぐことができる。
図4は、本発明の実施の形態に係る無線通信システムにおける共通認証サーバおよび装置間構成を示す図である。
図4を参照して、無線通信システム401は、さらに、共通認証サーバ(判断部、第1の識別情報付与部および第2の識別情報付与部)153を備える。
共通認証サーバ153は、無線端末装置202が通信メディアを選択する際にL−GW102およびDHCPサーバ152が用いる共通の認証サーバであり、管理テーブルを用いた認証処理を行なう。具体的には、共通認証サーバ153は、無線端末装置202にIPアドレスを付与するか否かを判断するとともに、付与するIPアドレスを決定する。
たとえば、共通認証サーバ153は、無線端末装置202からIPアドレスの要求を受けた場合、当該無線端末装置202が対応のIPアドレスを使用中でないときに当該IPアドレスを付与する。より詳細には、共通認証サーバ153は、無線端末装置202からIPアドレスの要求を受けた場合、管理テーブルに基づいて、当該無線端末装置202が対応のIPアドレスを使用中であるか否かを判断する。そして、共通認証サーバ153は、当該無線端末装置202が対応のIPアドレスを使用中でないときに当該IPアドレスを付与する。
また、L−GW102は、無線端末装置202を特定するための特定情報たとえばIMSI(International Mobile Subscriber Identity)を取得する。
ここで、IMSIは、USIM(Universal Subscriber Identity Module)カードに記録された無線端末装置固有のID(Identifier)である。このIMSIに基づいて、無線端末装置の通信可否がEPC302において判断される。
DHCPサーバ152は、無線端末装置202を特定するための特定情報たとえばMAC(Media Access Control)アドレスを取得する。
たとえば、共通認証サーバ153は、L−GW102およびDHCPサーバ152によって取得された特定情報をキーとして、管理テーブルに基づいて、無線端末装置202にIPアドレスを付与するか否かを判断するとともに、無線端末装置202に付与すべきIPアドレスを決定する。
図5は、本発明の実施の形態に係る共通認証サーバにおける管理テーブルの一例を示す図である。
図5を参照して、管理テーブルは、IMSI、MACアドレス、IPアドレス、および無線端末装置202が無線通信のために使用中である無線通信方式の対応関係を示す対応情報である。共通認証サーバ153は、この管理テーブルを記憶するための記憶部を含む。
具体的には、たとえば、IMSIが「AAA」であり、MACアドレスが「XXX」である無線端末装置202に付与すべきIPアドレスは「111.111.111.111」であり、当該無線端末装置202は、通信状態が「LIPA」すなわちLIPAを用いた通信を行っている。また、IMSIが「BBB」であり、MACアドレスが「YYY」である無線端末装置202に付与すべきIPアドレスは「222.222.222.222」であり、当該無線端末装置202は、通信状態が「WiFi」すなわち無線LANを用いた通信を行っている。また、IMSIが「CCC」であり、MACアドレスが「ZZZ」である無線端末装置202に付与すべきIPアドレスは「333.333.333.333」であり、当該無線端末装置202は、通信状態が「無し」すなわちLIPAおよび無線LANのいずれも使用していない状態である。
管理テーブルの「通信状態」は、たとえばL−GW102およびDHCPサーバ152によって更新される。
たとえば、L−GW102およびDHCPサーバ152は、無線端末装置202からIPアドレスの要求を受けて、自己に対応する無線通信方式を共通認証サーバ153に通知する。
そして、共通認証サーバ153は、この管理テーブルを参照して、L−GW102またはDHCPサーバ152から通知された無線通信方式とは異なる無線通信方式に従って当該無線端末装置202が無線通信を行っている場合、IPアドレスの使用が衝突することを避けるため、当該無線端末装置202にIPアドレスを付与しないと判断する。
[動作]
次に、本発明の実施の形態に係る無線通信システムにおけるアドレス割り当て処理について説明する。
図6は、本発明の実施の形態に係る無線通信システムにおいて、無線端末装置が通信メディアとしてLIPAを選択する処理のシーケンスの一例を示す図である。
図6を参照して、まず、無線端末装置202は、たとえば、無線LANを用いた通信を行っている状態において、HeNB101から送信される無線信号の受信電力がWiFiアクセスポイント151から送信される無線信号の受信電力よりも大きくなると、LAN51へのアクセス要求を示すPDN(Packet Data Network)接続要求をHeNB101経由でMME103へ送信する。このPDN接続要求に、たとえば無線端末装置202のIMSIが含まれる(ステップSP1)。
次に、MME103は、無線端末装置202から受けたPDN接続要求から、LIPAの適用が可能であると判断すると、ローカルIPアドレス等のリソース割り当て要求を示すセッション確立要求をS−GW104へ送信する。このセッション確立要求に、たとえば無線端末装置202のIMSIが含まれる(ステップSP2)。
次に、S−GW104は、MME103から受けたセッション確立要求をL−GW102へ送信する(ステップSP3)。
次に、L−GW102は、S−GW104からセッション確立要求を受けて、端末認証要求を共通認証サーバ153へ送信する(ステップSP4)。
次に、共通認証サーバ153は、L−GW102から端末認証要求を受けて、自己の保持する管理テーブルを参照し、上記端末認証要求が示すIMSIに対応する通信状態が「無し」または「LIPA」である場合に、対応のIPアドレスを当該無線端末装置202に付与すると判断する(ステップSP5)。
そして、共通認証サーバ153は、当該無線端末装置202用のローカルIPアドレスを含む端末認証結果をL−GW102へ送信する(ステップSP6)。
一方、共通認証サーバ153は、上記端末認証要求が示すIMSIに対応する通信状態が「WiFi」である場合には、IPアドレスの使用が衝突することを避けるため、IPアドレスを当該無線端末装置202に付与しないと判断する。また、たとえば、共通認証サーバ153は、上記端末認証要求が示すIMSIに対応する通信状態が「LIPA」である場合に、対応のIPアドレスを当該無線端末装置202に付与しないと判断してもよい(ステップSP5)。
そして、共通認証サーバ153は、IPアドレスを当該無線端末装置202に付与しない旨を示す端末認証結果をL−GW102へ送信する(ステップSP6)。
次に、L−GW102は、共通認証サーバ153から端末認証結果を受けて、当該端末認証結果の内容を含むセッション確立応答をS−GW104へ送信する(ステップSP7)。
次に、S−GW104は、L−GW102から受けたセッション確立応答をMME103へ送信する(ステップSP8)。
次に、MME103は、S−GW104からセッション確立応答を受けて、共通認証サーバ153によって付与されたIPアドレスがセッション確立応答に含まれている場合、当該IPアドレス等を含むベアラセットアップ要求をHeNB101へ送信する(ステップSP9)。ベアラセットアップ要求は、HeNBと無線端末装置との間のコネクションを確立する要求である。
次に、HeNB101は、MME103からベアラセットアップ要求を受けて、共通認証サーバ153によって付与されたIPアドレス等を含むRRCコネクション再構成指示を無線端末装置202へ送信する(ステップSP10)。
次に、無線端末装置202は、HeNB101からRRCコネクション再構成指示を受けて、当該RRCコネクション再構成指示の示すIPアドレスを自己のIPアドレスとして設定する(ステップSP11)。
次に、無線端末装置202は、HeNB101へRRCコネクション再構成応答を送信する(ステップSP12)。
次に、HeNB101は、無線端末装置202からRRCコネクション再構成応答を受けて、MME103へベアラセットアップ応答を送信する(ステップSP13)。
次に、無線端末装置202は、LIPA機能を利用してLAN51へアクセスすることを示す直接転送通知をHeNB101へ送信する(ステップSP14)。
次に、HeNB101は、無線端末装置202から直接転送通知を受けて、PDN接続完了通知をMME103へ送信する(ステップSP15)。
以上により、LIPAコネクションが確立し、HeNB101から直接L−GW102を介してLAN51内部の各機器に対してIPアクセスを行なうことが可能となる。すなわち、無線端末装置202から送信されたIPパケットがHeNB101およびL−GW102経由でLAN51における端末装置161へ送信され、端末装置161から送信されたIPパケットがL−GW102およびHeNB101経由で無線端末装置202へ送信される。
そして、LIPAコネクションが確立することにより、無線端末装置202がLAN51にアクセスするためのIPパケット等のデータを、HeNB101とMME103およびS−GW104との間で流す必要がなくなることから、無線LANを用いた通信を行なう状態から引き続き、外部ネットワーク側における通信トラフィックを低減することが可能となる。
図7は、本発明の実施の形態に係る無線通信システムにおいて、無線端末装置が通信メディアとして無線LANを選択する処理のシーケンスの一例を示す図である。
図7を参照して、まず、無線端末装置202は、たとえば、LIPAを用いた通信を行っている状態において、WiFiアクセスポイント151から送信される無線信号の受信電力がHeNB101から送信される無線信号の受信電力よりも大きくなると、LAN51へのアクセス要求を示すセッション確立要求をWiFiアクセスポイント151へ送信する。このセッション確立要求に、たとえば無線端末装置202のMACアドレスが含まれる(ステップSP21)。
次に、WiFiアクセスポイント151および無線端末装置202間で各種情報の送受信が行われることにより、物理レイヤの無線LANコネクションが確立する(ステップSP22)。
次に、WiFiアクセスポイント151は、無線LANコネクション確立処理が完了すると、無線端末装置202のMACアドレスを含むアドレス要求をDHCPサーバ152へ送信する(ステップSP23)。
次に、DHCPサーバ152は、WiFiアクセスポイント151からアドレス要求を受けて、端末認証要求を共通認証サーバ153へ送信する(ステップSP24)。
次に、共通認証サーバ153は、DHCPサーバ152から端末認証要求を受けて、自己の保持する管理テーブルを参照し、上記端末認証要求が示すMACアドレスに対応する通信状態が「無し」または「WiFi」である場合に、対応のIPアドレスを当該無線端末装置202に付与すると判断する(ステップSP25)。
そして、共通認証サーバ153は、当該無線端末装置202用のローカルIPアドレスを含む端末認証結果をDHCPサーバ152へ送信する(ステップSP26)。
一方、共通認証サーバ153は、上記端末認証要求が示すMACアドレスに対応する通信状態が「LIPA」である場合には、IPアドレスの使用が衝突することを避けるため、IPアドレスを当該無線端末装置202に付与しないと判断する。また、たとえば、共通認証サーバ153は、上記端末認証要求が示すIMSIに対応する通信状態が「WiFi」である場合に、対応のIPアドレスを当該無線端末装置202に付与しないと判断してもよい(ステップSP25)。
そして、共通認証サーバ153は、IPアドレスを当該無線端末装置202に付与しない旨を示す端末認証結果をDHCPサーバ152へ送信する(ステップSP26)。
次に、DHCPサーバ152は、共通認証サーバ153から端末認証結果を受けて、共通認証サーバ153によって付与されたIPアドレスが端末認証結果に含まれている場合、当該IPアドレスを含むアドレス応答をWiFiアクセスポイント151へ送信する(ステップSP27)。
次に、WiFiアクセスポイント151は、DHCPサーバ152からアドレス応答を受けて、当該無線端末装置202用のローカルIPアドレスを含むセッション確立応答を当該無線端末装置202へ送信する(ステップSP28)。
次に、無線端末装置202は、WiFiアクセスポイント151からセッション確立応答を受けて、当該セッション確立応答の示すIPアドレスを自己のIPアドレスとして設定する(ステップSP29)。
以上により、無線LAN経由のセッションが確立し、無線端末装置202から直接WiFiアクセスポイント151を介してLAN51内部の各機器に対してIPアクセスを行なうことが可能となる。すなわち、無線端末装置202から送信されたIPパケットがWiFiアクセスポイント151経由でLAN51における端末装置161へ送信され、端末装置161から送信されたIPパケットがWiFiアクセスポイント151経由で無線端末装置202へ送信される。
そして、無線LAN経由のセッションが確立することにより、無線端末装置202がLAN51にアクセスするためのIPパケット等のデータを、HeNB101とMME103およびS−GW104との間で流す必要がなくなることから、LIPAを用いた通信を行なう状態から引き続き、外部ネットワーク側における通信トラフィックを低減することが可能となる。
図6および図7に示すシーケンスでは、L−GW102およびDHCPサーバ152は、IMSI、MACアドレスおよびIPアドレスの対応関係を示す管理テーブルを用いる構成により、通信メディアの切り替え前後で無線端末装置202の同一性を把握し、同一の無線端末装置202に対して共通のIPアドレスを付与することができる。すなわち、無線端末装置202は、通信メディアの切り替え前後で同じIPアドレスの使用を継続することができる。
なお、無線通信システム401は、DHCPサーバ152を備える構成に限らず、WiFiアクセスポイント151がDHCPサーバ機能を有する構成であってもよい。
また、無線通信システム401は、DHCPサーバによるMACアドレスを用いた認証を行なう構成に限らず、EAP(Extensible Authentication Protocol)およびPSK(Pre-Shared Key)等を用いた認証を行なう構成であってもよい。
また、図6および図7に示すシーケンスにおいて、管理テーブルにおけるIPアドレスは、事業者等によって予め登録されている構成に限らず、無線端末装置202がLIPAまたは無線LANを最初に使用する際に、L−GW102またはDHCPサーバ152が管理テーブルにIPアドレスを登録し、以後、当該IPアドレスを固定的に当該無線端末装置202に使用させる構成であってもよい。また、通信メディアの切り替え前後でIPアドレスが維持されていれば、L−GW102またはDHCPサーバ152が、所定時間ごとに管理テーブルのIPアドレスを更新することも可能である。
図8は、本発明の実施の形態に係る無線通信システムにおける端末認証要求の一例を示す図である。
図8を参照して、端末認証要求は、変数として「UE ID」と、「通信規格」と、「認証要求理由」とを含む。
「UE ID」は、図6に示すシーケンスではIMSIを示す15ビットのデータであり、また、図7に示すシーケンスではMACアドレスを示す24ビットのデータである。
「通信規格」は、無線端末装置202が新たに使用を希望する通信メディアの規格であり、具体的には、図6に示すシーケンスでは「LTE」であり、図7に示すシーケンスでは「WiFi」である。
「認証要求理由」は、無線端末装置202が通信メディアの切り替えを要求する理由であり、「通信品質の悪化」、「通信遅延の増大」および「特定のサービスを受けるため」等である。この「認証要求理由」は、共通認証サーバ153において集計され、たとえば移動通信事業者の保守管理のために利用される。
図9は、本発明の実施の形態に係る無線通信システムにおける端末認証結果の一例を示す図である。
図9を参照して、端末認証結果は、変数として「IPアドレスv4」と、「IPアドレスv6」と、「認証結果」とを含む。
「認証結果」は、bool型の変数であり、共通認証サーバ153において認証が成功した場合、すなわちIPアドレスを付与すると共通認証サーバ153が判断した場合に「1」となり、共通認証サーバ153において認証が失敗した場合、すなわちIPアドレスを付与しないと共通認証サーバ153が判断した場合に「0」となる。
[他の動作例]
図6に示すシーケンスでは、共通認証サーバ153が、L−GW102からIMSIを含む端末認証要求を受けて、無線端末装置202にIPアドレスを付与するか否かを判断する構成であるとしたが、これに限定するものではない。L−GW102がIMSIをキーとして管理テーブルを参照し、IPアドレスの付与を判断する構成であってもよい。
図10は、本発明の実施の形態に係る無線通信システムにおいて、無線端末装置が通信メディアとしてLIPAを選択する処理のシーケンスの他の例を示す図である。
図10を参照して、ステップSP31〜SP33の動作は、図6に示すステップSP1〜SP3の動作と同様であるため、ここでは詳細な説明を繰り返さない。
次に、L−GW102は、S−GW104からセッション確立要求を受けて、端末情報問い合わせを共通認証サーバ153へ送信する(ステップSP34)。
次に、共通認証サーバ153は、L−GW102から端末情報問い合わせを受けて、自己の保持する管理テーブルを示す端末情報応答をL−GW102へ送信する(ステップSP35)。
次に、L−GW102は、共通認証サーバ153から端末情報応答を受けて、当該端末情報応答が示す管理テーブルを参照し、上記セッション確立要求が示すIMSIに対応する通信状態が「無し」または「LIPA」である場合に、対応のIPアドレスを当該無線端末装置202に付与すると判断する(ステップSP36)。
一方、L−GW102は、上記セッション確立要求が示す無線端末装置202のIMSIに対応する通信状態が「WiFi」である場合には、IPアドレスの使用が衝突することを避けるため、IPアドレスを当該無線端末装置202に付与しないと判断する。また、たとえば、L−GW102は、上記セッション確立要求が示すIMSIに対応する通信状態が「LIPA」である場合に、対応のIPアドレスを当該無線端末装置202に付与しないと判断してもよい(ステップSP36)。
次に、L−GW102は、対応のIPアドレスを当該無線端末装置202に付与すると判断した場合、当該無線端末装置202用のローカルIPアドレスを含むセッション確立応答をS−GW104へ送信する。一方、L−GW102は、対応のIPアドレスを当該無線端末装置202に付与しないと判断した場合、IPアドレスを当該無線端末装置202に付与しない旨を示すセッション確立応答をS−GW104へ送信する(ステップSP37)。
次に、S−GW104は、L−GW102から受けたセッション確立応答をMME103へ送信する(ステップSP38)。
次に、MME103は、S−GW104からセッション確立応答を受けて、L−GW102によって付与されたIPアドレスがセッション確立応答に含まれている場合、当該IPアドレス等を含むベアラセットアップ要求をHeNB101へ送信する(ステップSP39)。ベアラセットアップ要求は、HeNBと無線端末装置との間のコネクションを確立する要求である。
次に、HeNB101は、MME103からベアラセットアップ要求を受けて、L−GW102によって付与されたIPアドレス等を含むRRCコネクション再構成指示を無線端末装置202へ送信する(ステップSP40)。
次に、無線端末装置202は、HeNB101からRRCコネクション再構成指示を受けて、当該RRCコネクション再構成指示の示すIPアドレスを自己のIPアドレスとして設定する(ステップSP41)。
ステップSP42〜SP45の動作は、図6に示すステップSP12〜SP15の動作と同様であるため、ここでは詳細な説明を繰り返さない。
また、図7に示すシーケンスでは、共通認証サーバ153が、DHCPサーバ152からMACアドレスを含む端末認証要求を受けて、無線端末装置202にIPアドレスを付与するか否かを判断する構成であるとしたが、これに限定するものではない。DHCPサーバ152がMACアドレスをキーとして管理テーブルを参照し、IPアドレスの付与を判断する構成であってもよい。
図11は、本発明の実施の形態に係る無線通信システムにおいて、無線端末装置が通信メディアとして無線LANを選択する処理のシーケンスの他の例を示す図である。
図11を参照して、ステップSP51〜SP53の動作は、図7に示すステップSP21〜SP23の動作と同様であるため、ここでは詳細な説明を繰り返さない。
次に、DHCPサーバ152は、WiFiアクセスポイント151からアドレス要求を受けて、端末情報問い合わせを共通認証サーバ153へ送信する(ステップSP54)。
次に、共通認証サーバ153は、DHCPサーバ152から端末情報問い合わせを受けて、自己の保持する管理テーブルを示す端末情報応答をDHCPサーバ152へ送信する(ステップSP55)。
次に、DHCPサーバ152は、共通認証サーバ153から端末情報応答を受けて、当該端末情報応答が示す管理テーブルを参照し、上記セッション確立要求が示すMACアドレスに対応する通信状態が「無し」または「WiFi」である場合に、対応のIPアドレスを当該無線端末装置202に付与すると判断する(ステップSP56)。
一方、DHCPサーバ152は、上記セッション確立要求が示すMACアドレスに対応する通信状態が「LIPA」である場合には、IPアドレスの使用が衝突することを避けるため、IPアドレスを当該無線端末装置202に付与しないと判断する。また、たとえば、DHCPサーバ152は、上記セッション確立要求が示すMACアドレスに対応する通信状態が「WiFi」である場合に、対応のIPアドレスを当該無線端末装置202に付与しないと判断してもよい(ステップSP56)。
次に、DHCPサーバ152は、対応のIPアドレスを当該無線端末装置202に付与すると判断した場合、当該無線端末装置202用のローカルIPアドレスを含むアドレス応答をWiFiアクセスポイント151へ送信する(ステップSP57)。
ステップSP58〜SP59の動作は、図7に示すステップSP28〜SP29の動作と同様であるため、ここでは詳細な説明を繰り返さない。
ところで、スマートフォン等の無線端末装置および無線基地局装置間における通信トラフィックを無線端末装置およびアクセスポイント間へ退避すなわちオフロードすることにより、無線端末装置および無線基地局装置間における通信容量の不足を緩和し、通信システムにおけるスループットを向上させることが可能である。そして、このような無線端末装置の通信先の切り替え処理において、3GPPで規格化されたLTE(Long Term Evolution)等の無線通信システムおよび無線LAN等の他の無線通信システム間の切り替えを円滑に行なうことにより、安定した通信サービスを提供することが望まれる。
これに対して、本発明の実施の形態に係る無線通信システムでは、L−GW102または共通認証サーバ153は、無線端末装置202が第1の無線通信方式たとえばLTE方式に従って無線通信を行なうことにより他の装置との間で通信データを送受信する際、当該他の装置が通信データの送信元を識別するとともに送信先を指定するための識別情報たとえばIPアドレスを、当該無線端末装置202に付与する。DHCPサーバ152または共通認証サーバ153は、無線端末装置202が第2の無線通信方式たとえば無線LAN方式に従って無線通信を行なうことにより他の装置との間で通信データを送受信する際、当該他の装置が通信データの送信元を識別するとともに送信先を指定するための識別情報たとえばIPアドレスを、当該無線端末装置202に付与する。そして、L−GW102およびDHCPサーバ152、または共通認証サーバ153は、同じ無線端末装置202に共通の識別情報を付与する。
このような構成により、無線端末装置202は同じIPアドレスを用いたまま通信メディアを切り替えることができる。これにより、通信メディアの切り替えに伴うIPアドレスの変更に対処するための処理を、たとえばアプリケーション側で追加することなく、無線端末装置202がサービス提供を受けることが可能なエリアの範囲を一定レベルで確保することができ、また、無線通信システムにおけるスループットの向上を図ることができる。
また、IPアドレスを維持することにより、現在位置するセルから無線端末装置202が他のセルへ移動しても、IPアドレスが付与できない等の理由から当該無線端末装置202の通信ができなくなったり、中断したりする事態を防ぐことができる。
特に、無線機を搭載した機器同士が人間を介在せずに相互に情報交換することによって、たとえば自動販売機に内蔵されている商品の在庫状況が自動的に管理装置にレポートされる等、自動的に機器の制御が行われるM2M(Machine to Machine)ネットワークシステムでは、端末数の増大によってIPアドレスの枯渇が問題となる。本発明の実施の形態に係る無線通信システムでは、通信メディアの切り替え前後においてIPアドレスを維持する構成により、1台の機器に割り当て可能なIPアドレスの数を最低限に抑え、IPアドレスの枯渇を防ぐことができる。
したがって、本発明の実施の形態に係る無線通信システムでは、異なる無線通信方式に従う装置を無線端末装置の通信先として円滑に切り替え可能とすることにより、通信の安定化を図ることができる。
また、本発明の実施の形態に係る無線通信システムでは、共通認証サーバ153、または、L−GW102およびDHCPサーバ152は、無線端末装置202からIPアドレスの要求を受けた場合、当該無線端末装置202が対応のIPアドレスを使用中でないときに当該IPアドレスを付与する。
このような構成により、対応のIPアドレスを無線端末装置202が使用中であるにも関わらず当該IPアドレスを当該無線端末装置202に付与してしまうことを防ぐことができるため、通信に不具合が生じることを防ぐことができる。
また、本発明の実施の形態に係る無線通信システムでは、共通認証サーバ153は、IMSI、MACアドレスおよびIPアドレスの対応関係を示す対応情報を記憶する。そして、共通認証サーバ153、または、L−GW102およびDHCPサーバ152は、上記対応情報に基づいて、無線端末装置202に付与すべきIPアドレスを決定する。
このような構成により、異なる通信メディアにおいて無線端末装置202を認証するための共通のキーすなわち特定情報を新たに設けることなく、各通信メディア用の既存の特定情報を用いることができる。また、特にLTEを通信メディアとする場合等、どのような特定情報を用いるかを通信事業者が決定し、ユーザが特定情報を自由に選択できず、異なる通信メディアにおいて共通のキーを使用することが困難な場合において、通信メディアの切り替え前後における無線端末装置202の同一性の確認を容易に行なうことができる。
また、本発明の実施の形態に係る無線通信システムでは、共通認証サーバ153は、IMSI、MACアドレス、IPアドレスおよび無線端末装置202が無線通信のために使用中である無線通信方式の対応関係を示す対応情報を記憶する。共通認証サーバ153、または、L−GW102およびDHCPサーバ152は、無線端末装置202からIPアドレスの要求を受けた場合、上記対応情報に基づいて、当該無線端末装置202が対応のIPアドレスを使用中であるか否かを判断する。そして、共通認証サーバ153、または、L−GW102およびDHCPサーバ152は、当該無線端末装置202が対応のIPアドレスを使用中でないときに当該IPアドレスを付与する。
このような構成により、対応のIPアドレスを無線端末装置202が使用中であるか否かを、対応情報を用いて容易に判断することができる。
また、本発明の実施の形態に係る無線通信システムでは、L−GW102およびDHCPサーバ152は、無線端末装置202からIPアドレスの要求を受けて、自己に対応する無線通信方式を共通認証サーバ153に通知する。そして、共通認証サーバ153は、通知された無線通信方式とは異なる無線通信方式に従って当該無線端末装置202が無線通信を行っている場合、当該無線端末装置202にIPアドレスを付与しないと判断する。
このような構成により、共通認証サーバ153において、IPアドレスを要求してきた無線端末装置202が既に対応のIPアドレスを用いて他の無線通信方式に従い無線通信を行っていることを認識することができるため、対応のIPアドレスを無線端末装置202が使用中であるにも関わらず当該IPアドレスを当該無線端末装置202に付与してしまうことを防ぐことができ、通信に不具合が生じることを防ぐことができる。
また、本発明の実施の形態に係る無線通信システムでは、無線端末装置202は、通信データの中継先をHeNB101からWiFiアクセスポイント151へ切り替える場合には、HeNB101を介して他の装置との間で通信データを送受信するための通信コネクションを維持する。一方、無線端末装置202は、通信データの中継先をWiFiアクセスポイント151からHeNB101へ切り替える場合には、WiFiアクセスポイント151を介して他の装置との間で通信データを送受信するための通信コネクションを切断可能である。
このような構成により、たとえば、無線端末装置202およびHeNB101間における通話通信を維持したまま、データ通信のトラフィックを無線端末装置202およびWiFiアクセスポイント151間へ円滑にオフロードすることが可能な無線通信システムにおいて、良好な通信状態を確保しながら、無線端末装置202およびHeNB101間における通信容量の不足を緩和することができる。
また、本発明の実施の形態に係る無線通信システムでは、無線端末装置202は、LTE方式に従って無線通信を行なうことによりHeNB101およびL−GW102を介してLAN51における端末装置161との間で通信データを送受信する。また、無線端末装置202は、無線LAN方式に従って無線通信を行なうことによりWiFiアクセスポイント151を介してLAN51における端末装置161との間で通信データを送受信する。
このような構成により、内部ネットワークにおける端末装置にアクセスするための通信データを、HeNB101とMME103およびS−GW104との間で流さないことが可能となる通信メディア間で円滑な切り替えを行なうことができるため、良好な通信状態を確保しながら、外部ネットワーク側における通信トラフィックを低減することができる。
また、本発明の実施の形態に係る無線通信システムは、3GPPで規定されたHeNBと、3GPPで規定されたL−GWと、3GPPで規定されたMMEとを備える。
このような構成により、3GPPで規定されたLIPA機能を有する無線通信システム、すなわちHeNB101を介した外部ネットワーク側における通信トラフィックを低減する機能を有する無線通信システムにおいて、異なる無線通信方式に従う装置を無線端末装置の通信先として円滑に切り替え可能とすることにより、通信の安定化を図ることができる。
なお、本発明の実施の形態に係る無線通信システムでは、LTEおよびWiFi間の切り替えの際に、無線端末装置202の使用可能なIPアドレスを維持する構成であるとしたが、これに限定するものではない。無線通信システム401は、LTEおよびWiFiに限らず、ZigBee(登録商標)およびBluetooth(登録商標)等、識別情報を用いて無線端末装置が通信を行なう他の無線通信方式を、切り替え対象の通信メディアとする構成であってもよい。
また、本発明の実施の形態では、無線端末装置202がLIPAを用いた通信を行っている状態および無線LANを用いた通信を行っている状態を切り替える動作を例示したが、LIPAを用いた通信に限らず、無線端末装置202がLTEにおいてLIPAを用いていない状態および無線LANを用いた通信を行っている状態を切り替える動作を行なうことも可能である。このような場合でも、異なる無線通信方式に従う装置を無線端末装置の通信先として円滑に切り替え可能とすることにより通信の安定化を図る、という本発明の目的を達成することが可能である。
また、本発明の実施の形態に係る無線通信システムでは、無線端末装置202のIMSIおよびMACアドレスを用いる構成であるとしたが、これに限定するものではない。無線端末装置202を一意に特定可能な情報であれば、他の情報を用いてもよい。
また、WiFiアクセスポイント151、DHCPサーバ152、共通認証サーバ153、HeNB101およびL−GW102は、それぞれ別個の装置として設けられる構成に限らず、各々の一部または全部が共通の筐体に収容され、1つの装置としてまとめて設けられる構成であってもよい。この場合、図6,図7,図10,図11に示すような各種情報についての装置間通信の一部または全部を不要とすることができる。
なお、フェムトセルおよびアクセスモードは、3GPP(Third Generation Partnership Project) SPEC TS22.220において以下のように説明されている。すなわち、フェムト基地局は、無線インタフェースを介して接続されている無線端末装置を、IPバックホール(backhaul)を用いて、移動通信事業者網に接続する顧客構内装置である。
また、フェムトセルのアクセスモードにおいて、クローズドアクセスモードのフェムト基地局は、関連するCSG(Closed Subscriber Group)メンバーにのみサービスを提供する。また、ハイブリッドモードのフェムト基地局は、関連するCSGメンバーおよびCSGノンメンバーにサービスを提供する。また、オープンアクセスモードのフェムト基地局は、通常の基地局として動作する。
本発明の実施の形態に係る無線通信システムにおいても、このような3GPPの定義を適用してもよい。
また、上記定義と合わせて、あるいは別個に、以下のような定義を適用することも可能である。
マクロ基地局は、事業者の管理下にあり、事業者と契約している無線基地局装置が通信可能な無線基地局装置である。また、マクロ基地局は、基本的に電源がオフになることはないと考えられる。
また、フェムト基地局は、主に個人または法人の建物内に設置され、ユーザの事情により移動するまたは電源がオフとなる可能性がある無線基地局装置である。
また、フェムト基地局は、オープン/ハイブリッド/クローズドのいずれかのアクセスモードで動作する。フェムト基地局は、クローズドアクセスモードで動作する場合には、登録済みのメンバー(端末)のみ接続可能となる。また、クローズドアクセスモードで動作する場合には、登録済みのメンバーにのみサービスを提供する。また、ハイブリッドモードで動作する場合には、登録済みのメンバー、および未登録のメンバーすなわちノンメンバーの両方にサービスを提供する。また、オープンアクセスモードで動作する場合には、マクロ基地局と同じ動作をする。
上記実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。