無線ネットワークにおける事前登録／事前認証
【課題】 無線ネットワーク・モビリティ及び無線ネットワーク・リソースを管理するためのシステム及び方法を提供する。
【解決手段】 本発明の一態様では、ネットワーク装置は、以前のユーザ・デバイスがネットワーク装置のサービスエリア範囲内にとどまっていた時間に関連するサンプルを取得し、取得したサンプルに基づいてユーザ・デバイスが現在セル内にとどまっている時間を推定する。他の態様では、推定した時間に基づいて他のネットワーク内のユーザ・デバイスの事前認証及び事前登録が実行される。さらに他の態様では、ユーザ・デバイスのために予約されたネットワーク・リソースが、推定した時間に基づいて解除される。
【解決手段】 本発明の一態様では、ネットワーク装置は、以前のユーザ・デバイスがネットワーク装置のサービスエリア範囲内にとどまっていた時間に関連するサンプルを取得し、取得したサンプルに基づいてユーザ・デバイスが現在セル内にとどまっている時間を推定する。他の態様では、推定した時間に基づいて他のネットワーク内のユーザ・デバイスの事前認証及び事前登録が実行される。さらに他の態様では、ユーザ・デバイスのために予約されたネットワーク・リソースが、推定した時間に基づいて解除される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
[0001] 本出願は、２００９年８月１８日に出願された米国仮特許出願第６１／２３４７５７号の出願日の利益を請求するものであり、これにより同出願の開示内容は参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
[0002] 本発明は、一般に、事前登録（pre-registration）／事前認証（pre-authentication）を実行し、無線通信ネットワーク内のリソースを予約するための方法及びシステムに関し、より具体的には、次世代ユニバーサル地上無線アクセス・ネットワーク（Ｅ−ＵＴＲＡＮ）及び進化型高速パケット・データ（ｅＨＲＰＤ）ネットワークにおけるこのような方法及びシステムの使用に関する。
【背景技術】
【０００３】
[0003] 第４世代（４Ｇ）の無線システムは、エンドツーエンド（無線アクセス・ネットワークからコア・ネットワークまで）の全ＩＰシステムである。４Ｇシステムは、既存の通信ネットワーク、例えば、３Ｇネットワークをアップグレードし、かなり高いデータ転送速度で「いつでも、どこでも（Anytime, Anywhere）」安全なユビキタスＩＰベース通信を提供することが期待されている。４Ｇネットワークは、既存のサービス（例えば、音声、電子メール）を強化し、例えば、ワイヤレス・ブロードバンド・アクセス、ビデオ・チャット、モバイルＴＶ、ＨＤＴＶコンテンツ、及びデジタル放送（ＤＶＢ）などの新しいサービスを提供するものと予想されている。このようなネットワークは、スペクトル効率を強化し（周波数単位あたりのビット数／時間単位の増加）、より多くの容量、滑らかなハンドオフ、シームレスな接続性、複数のネットワーク間のグローバル・ローミングを提供することが期待されている。
【０００４】
[0004] 主要な４Ｇ無線システムは、第３世代パートナーシップ・プロジェクト（３ＧＰＰ）によって定義された進化型パケット・システム（ＥＰＳ）である。これは、無線アクセス・ネットワーク（ＲＡＮ）用のロング・ターム・エボリューション（ＬＴＥ）と、コア・ネットワーク用のサービス・アーキテクチャ進化（ＳＡＥ）を含む。また、これは、異種無線アクセス技術をサポートし、グレースフルなネットワーク進化（graceful network evolution）を可能にするために、３ＧＰＰ２進化データ最適化（ＥＶ−ＤＯ）などの他の無線技術により網間接続するためのアーキテクチャも含む。３ＧＰＰ ＬＴＥ及びＳＡＥによって定義された無線アクセス・ネットワーク及びコア・ネットワークは、それぞれ、次世代ユニバーサル地上無線アクセス・ネットワーク（Ｅ−ＵＴＲＡＮ）及び進化型パケット・コア（ＥＰＣ）と呼ばれる。
【０００５】
[0005] ＥＶ−ＤＯは、一般に、３ＧＰＰ２高速パケット・データ（ＨＲＰＤ）及び進化型ＨＲＰＤ（ｅＨＲＰＤ）規格を参照する。ＨＲＰＤは、３ＧＰＰ２ Ｃ．Ｓ００２４−Ａ ｖ３．０の仕様書に記載されているように、パケット伝送用のＣＤＭＡ２０００ベースの技術である。ｅＨＲＰＤネットワークは、進化した動作モードをサポートする無線アクセス・ネットワークを提供し、３ＧＰＰ ＥＰＣによる複数のパケット・データ・ネットワークへの接続をサポートするＩＰ環境を提供する。この網間接続アーキテクチャは、３ＧＰＰ２ Ｘ．Ｓ００５７の仕様書に記載されているように、Ｅ−ＵＴＲＡＮ及びｅＨＲＰＤ網間接続と呼ばれる。
【０００６】
[0006] ３ＧＰＰ及び３ＧＰＰ２などの規格団体は網間接続（internetworking）アーキテクチャ（例えば、図１を参照）、呼び出しの流れ（例えば、図２を参照）、及びネットワーク間のユーザ装置又は移動局／デバイスのハンドオフに関連する高レベルの仕様書を提供する際に相当な量の作業を実行してきたが、多くの詳細は実現に委ねられている。例えば、図２を参照して説明すると、事前登録する時期に関連する手順は指定されていない（図２のブロック２０８を参照）。加えて、リソースをどのくらい予約しなければならないかを決定するための手順は同様に設計実現に開放されている（図２のブロック２１８を参照）。
【０００７】
[0007] 一般的な問題として、規格団体は通常、事前登録及び事前認証を実行するためのアルゴリズムを標準化しない。従って、事前認証及び事前登録を使用してハンドオフ遅延を削減するために種々の手法が提案されてきた。１つの手法では、独立して或いは１つ又は複数の基地局と共同で機能しているユーザ装置又は移動局は、そのユーザ装置又は移動局を隣接ネットワークにハンドオフする前に、候補基地局に対する事前登録／事前認証、事前対応のキー配布、及びその他の手順を実行する際に訪問し関与する可能性のある隣接基地局を選択する。しかし、ほとんどの既存の事前登録／認証メカニズムは、典型的に、ユーザ装置の移動を予測すること、並びに、このような移動に基づいて、ユーザ装置のハンドオフ先になる可能性のあるターゲット基地局を選択する方法に焦点を合わせている。
【０００８】
[0008] より具体的には、いくつかのメカニズムでは、サーバに関連する集中型データベースを使用して、セル間のユーザ装置移動履歴を収集し、例えば、ＷｉＦｉネットワーク内のアクセス・ポイント間の隣接グラフを構築することにより、今後のハンドオフ挙動を予測している。しかし、アクセス・ポイント間で交換される余分な信号メッセージによって、同じアルゴリズムを使用しない他のアクセス・ポイントに対して信号送出する際に一貫性の問題を引き起こす可能性がある。さらに、集中型サーバは性能上のボトルネックになる可能性がある。加えて、アクセス・ポイントは同じ管理ドメイン下にある必要があるので、この技法は異種ネットワーク（異なるアクセス技法を使用する複数のネットワーク）には適していない。
【０００９】
[0009] 他のメカニズムでは、それぞれのアクセス・ポイントは、移動局又はユーザ装置がその隣接移動局又はユーザ装置に到達できる平均所要時間間隔を記録する。ユーザ装置が事前認証を要求すると、サービング・アクセス・ポイントは、その要件を満足するすべての隣接移動局又はユーザ装置を識別するのを支援する。これらのメカニズムは、多数の移動局が存在する場合、実現するのが難しいものになる。
【００１０】
[0010] 既存の技法を考慮すると、事前登録／事前登録が効果的にハンドオフ遅延を削減できるようにするために、いくつかの技術的問題を解決する必要がある。上述の通り、１つの問題は、事前登録／事前認証をいつ実行しなければならないかである。モバイル・デバイス又はユーザ装置は、任意の速度で移動し、任意の時期にその現在セルを離れることができる。事前登録／事前認証を実行すべきである場合、実際のハンドオフが行われる前にそれを実行しなければならない。しかし、現在セルが小さく、ユーザ装置が高速で移動している場合、ユーザ装置は、隣接セルのうちのいくつか又はすべてに対して事前登録／事前認証を実行するための十分な時間がない可能性がある。従って、隣接セルに対する事前登録／事前認証をトリガする時期及びトリガすべきかどうかを決定することは重要である。
【００１１】
[0011] もう１つの問題は、どの隣接ネットワーク又はセルに対して事前登録／事前認証を実行しなければならないかである。ユーザ装置は、任意の方向に移動することができ、任意の時期にその移動方向を変更することができる。従って、それに対してユーザ装置が事前登録及び事前認証を実行しなければならない隣接セルを決定することは重要である。複数の隣接ネットワーク又はセルに対して事前登録及び事前認証を実行すべきである場合、これらの隣接セルに対してユーザ装置が事前登録及び事前認証を実行する順序を決定することも重要である。これは、事前登録及び事前認証が時間のかかる処理であり、移動局が事前登録及び事前認証しようとしているすべての隣接ネットワーク又はセルに対して事前登録及び事前認証動作を完了する前にその移動局が現在セルを離れる可能性があるからである。
【００１２】
[0012] もう１つの問題は、隣接ネットワーク内で事前登録／事前認証によって予約されたネットワーク・リソースをいつ解除しなければならないかである。図２に示されているように、隣接セル又はネットワークに対して事前登録／事前認証が遂行されると、ＩＰアドレス、セキュリティ・キー、及びモビリティ・コンテキストを含む何らかのコンテキストが隣接ネットワーク内の特定のユーザ装置又は移動局のために予約される。しかし、ユーザ装置は、そのユーザ装置が事前登録／事前認証を実行した候補セルのうちのいくつかを訪問しない可能性がある。従って、適切な時期にこれらのセル内のコンテキストを削除することが重要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
[0013] この場合、ハンドオフを実行する時期並びに無線ネットワーク内及び特定の全ＩＰ無線ネットワーク内でリソースを予約する期間を決定することに関連する問題及び短所に対処することを対象とするシステム及び方法は有益である。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
[0014] 本発明の一態様は、無線ネットワーク・モビリティを管理するための方法である。この方法は、好ましくは、第１のネットワーク装置（network equipment）で、１つ又は複数のユーザ・デバイス（user device）が第１のネットワーク装置のサービスエリア範囲（coverage range）内にとどまる時間に関連する１つ又は複数の時間サンプル（time sample）を取得することを含む。また、この方法は、好ましくは、第２のネットワーク装置で、取得した時間サンプルに基づいて他のユーザ・デバイスがサービスエリア範囲内にとどまる可能性のある時間を推定することも含む。
【００１５】
[0015] 本発明のこの態様により、この方法は、好ましくは、確率過程（stochastic process）を使用して取得したサンプルを処理することを含み、確率過程はウィーナ過程（Wiener process）を含む。
【００１６】
[0016] さらに、本発明のこの態様により、この方法は、時系列分析を使用して取得したサンプルを処理することを含むことができる。
【００１７】
[0017] さらに、本発明のこの態様により、この方法は、第２のネットワーク装置により、推定した時間を他のユーザ・デバイスに伝送することを含むことができる。
【００１８】
[0018] さらに、本発明のこの態様により、第１のネットワーク装置及び第２のネットワーク装置は同じネットワーク装置を含む。
【００１９】
[0019] さらに、本発明のこの態様により、第１又は第２のネットワーク装置は、基地局、携帯電話、モビリティ管理エンティティ（mobility management entity）、ホーム加入者サーバ（home subscriber server）、サービング・ゲートウェイ（serving gateway）、及び認証認可アカウンティング・サーバ（authentication, authorization and accounting server）から構成されるグループから選択することができる。
【００２０】
[0020] さらに、この方法は、あるネットワーク装置で、他のユーザ・デバイスから事前認証／事前登録要求を受信することと、推定した時間に基づいてそのネットワーク装置で事前認証／事前登録要求を実行することを含むことができる。
【００２１】
[0021] さらに、本発明のこの態様により、この方法は、他のユーザ・デバイスに関連する１つ又は複数の隣接基地局のサービスエリアによって定義された１つ又は複数の隣接セルの信号対雑音比を取得することと、隣接セルの中から、取得した信号対雑音比に基づいて他のユーザ・デバイスをハンドオフするためのターゲット・セルを決定することを含むことができる。
【００２２】
[0022] 他の態様では、本発明は、無線ネットワーク・リソースを管理する方法を含む。この方法は、好ましくは、第１のネットワーク装置で、第１の基地局に関連する複数のユーザ・デバイスに関する１つ又は複数の時間サンプルを取得することと、第２のネットワーク装置で、取得した時間サンプルに基づいて第１の基地局に関連する他のユーザ・デバイスに関するセル在留時間（cell residence time）を推定することと、第２のネットワーク装置で、推定したセル在留時間に基づいてネットワーク・リソースを解除する時期を決定することを含む。
【００２３】
[0023] さらに、本発明のこの態様により、推定することは、推定したセル在留時間の標準偏差を計算することをさらに含む。
【００２４】
[0024] さらに、本発明のこの態様により、ネットワーク・リソースは、ネットワーク・アドレス、ＱｏＳプロファイル、セキュリティ・キー、又はベアラ（bearer）を含むことができる。
【００２５】
[0025] さらに、本発明のこの態様により、この方法は、第２の基地局で、他のユーザ・デバイスから事前認証又は事前登録要求を受信することと、第２の基地局で、推定した時間に基づいて他のユーザ・デバイスを事前認証及び事前登録することと、他のユーザ・デバイスに関連する隣接セルに他のユーザ・デバイスをハンドオフするためのネットワーク・リソースを予約することを含むことができる。
【００２６】
[0026] さらに、推定することは、確率過程又は時系列分析を使用して、取得した時間サンプルを処理することを含むことができ、確率過程はウィーナ過程を含むことができる。
【００２７】
[0027] さらに、この方法は、ネットワーク装置により、推定した時間を他のユーザ・デバイスに伝送することを含むことができる。
【００２８】
[0028] 他の態様では、本発明は、基地局に関連する複数のユーザ・デバイスに関する１つ又は複数の時間サンプルを取得するための基地局と、取得した時間サンプルに基づいて基地局に関連する他のユーザ・デバイスに関するセル在留時間を推定するためのネットワーク・デバイスに関連するプロセッサとを含むことができるシステムである。
【００２９】
[0029] さらに、本発明のこの態様により、ネットワーク・デバイスは、基地局、携帯電話、モビリティ管理エンティティ、ホーム加入者サーバ、サービング・ゲートウェイ、及び認証認可アカウンティング・サーバから構成されるグループから選択することができる。
【００３０】
[0030] さらに、本発明のこの態様により、時間サンプルは、セル在留時間と、ユーザ・デバイスがセルに入る時間と、ユーザ・デバイスがセルを離れる時間を含む。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１Ａ】[0031]Ｅ−ＵＴＲＡＮ及びｅＨＲＰＤネットワークの網間接続ネットワーク・トポロジを示す図である。
【図１Ｂ】[0032]Ｅ−ＵＴＲＡＮ及びｅＨＲＰＤ網間接続アーキテクチャのシステム図である。
【図２】[0033]Ｅ−ＵＴＲＡＮ及びｅＨＲＰＤ網間接続における事前登録及び事前認証に関する呼び出し流れ図である。
【図３】[0034]本発明の一態様による流れ図である。
【図４】[0035]本システム及び方法の一態様によるシステム図である。
【図５Ａ】[0036]本発明の一態様による呼び出し流れ図である。
【図５Ｂ】[0037]本発明の一態様による呼び出し流れ図である。
【図５Ｃ】[0038]本発明の一態様による呼び出し流れ図である。
【図５Ｄ】[0039]本発明の一態様による呼び出し流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
詳細な説明
[0040] 図１Ａは、Ｅ−ＵＴＲＡＮ及びｅＨＲＰＤネットワークの網間接続ネットワーク・トポロジを示している。図示の通り、トポロジ１００は、ｅＨＲＰＤネットワーク部分又はセル１０１と、Ｅ−ＵＴＲＡＮネットワーク部分又はセル１０２とを含む。ユーザ装置、移動局、又はネットワーク・デバイス１０３はこれらのネットワーク又はセル１０１、１０２の間を移動するので、基地局１０９、１１３により、適宜、シームレスに通信を確立する必要がある。これは、ネットワーク又はセル間の滑らかでシームレスなハンドオフを可能にするために、ネットワーク・リソースの事前認証及び事前登録並びに割り振りを必要とする。
【００３３】
[0041] 図１Ｂは、簡略化したＥ−ＵＴＲＡＮ及びｅＨＲＰＤ網間接続アーキテクチャ１６０を示している。図示の通り、Ｅ−ＵＴＲＡＮネットワークは、基地局又はｅＮｏｄｅＢ（基地局を含むことができる進化型ノードＢ又はｅＮＢ）１１３を含む無線アクセス・ネットワーク１６８を含む。ｅＮｏｄｅＢ１１３は、３ＧＰＰ進化型パケット・コア（ＥＰＣ）ネットワーク１７０内の１つ又は複数のネットワーク装置又は要素に接続される。具体的には、ｅＮｏｄｅＢ１１３は、サービング・ゲートウェイ１６４又はモビリティ管理エンティティ１７４のいずれかに接続することができる。サービング・ゲートウェイ１６４は、パケット・データ・ネットワーク・ゲートウェイ１７６並びにポリシー及び課金ルール機能ネットワーク要素１８４に接続することができる。モビリティ管理エンティティ１７４は、それ自体が３ＧＰＰ認証認可アカウンティング（ＡＡＡ）サーバ１８６に接続されるホーム加入者サーバ１８０に接続される。図１Ｂはこのようなネットワーク装置間の線として接続を示しているが、ネットワーク装置又は要素間に中間装置が存在する可能性があることを理解されたい。それぞれのネットワーク装置間に示されている線は、これらのネットワーク装置又は要素が相互に直接又は間接的に通信することを示すためのものである。
【００３４】
[0042] 機能的には、サービング・ゲートウェイ１６４は、ネットワークのＥ−ＵＴＲＡＮ１６８部分とＥＰＣ１７０部分との間でデータ・パケットを移送する。モビリティ管理エンティティ１７４はモビリティ管理及び認証に関連する機能を担当する。サービング・ゲートウェイ１６４はそれぞれのユーザ装置１０３1に関連付けられている。ユーザ装置がｅＮｏｄｅＢ１１３の全域を移動する場合、サービング・ゲートウェイ１６４はローカル・モビリティ・アンカ・ポイントとして機能する。即ち、これは、ユーザ・パケット・データを経路指定し転送する。パケット・データ・ネットワーク・ゲートウェイ１７６は、３ＧＰＰ ＥＰＣと外部パケット・データ・ネットワーク（図示せず）との間でパケット・データのアンカ・ポイントとして機能する。複数のパケット・データ・ネットワークにアクセスするために２つ以上のパケット・データ・ネットワーク・ゲートウェイが存在する可能性がある。ホーム加入者サーバ１８０は加入者に関する情報を保管する。ポリシー及び課金ルール機能要素１８４は、ＱｏＳリソースのポリシー制御及び管理をサポートする。３ＧＰＰ ＡＡＡサーバ１８６は認証、認可、およびアカウンティングを担当する。
【００３５】
[0043] 図１Ｂに示されているように、ユーザ装置１０３1はｅＨＲＰＤ無線アクセス・ネットワーク１９２を介してｅＨＲＰＤネットワーク１８８にローミングすることができる。無線アクセス・ネットワーク１９２はユーザ装置１０３と通信する基地局１０９を含む。基地局１０９は進化型アクセス・ネットワーク／進化型パケット制御機能（ｅＡＮ／ｅＰＣＦ）１９４に接続される。ｅＡＮ／ｅＰＣＦ１９４は、ＨＲＰＤサービング・ゲートウェイ１９０、アクセス・ネットワークＡＡＡ１９６に接続され、好ましくは、モビリティ管理エンティティ１７４に接続される。ＨＲＰＤサービング・ゲートウェイ１９０は３ＧＰＰ２ ＡＡＡサーバ１９８に接続される。
【００３６】
[0044] ３ＧＰＰ２ ｅＨＲＰＤネットワーク１８８では、ＨＲＰＤサービング・ゲートウェイ１９０はｅＨＲＰＤアクセス・ネットワークを３ＧＰＰ ＨＰＣと接続するサービング・ネットワークである。ｅＡＮ／ｅＰＣＦ１９４は進化型アクセス・ネットワーク（ｅＡＮ）と進化型パケット制御機能（ｅＰＣＦ）の組み合わせである。ｅＡＮはユーザ装置との無線通信に使用される。ｅＰＣＦは、ｅＡＮとＨＲＰＤサービング・ゲートウェイ１９０との間のパケットのリレーを管理する。論理的にはｅＡＮとｅＰＣＦを分離することができるが、実際問題としては、これらは、通常、実現される時に物理的に同じ場所に配置されることが期待されている。アクセス・ネットワークＡＡＡ１９６は、図１ＢではｅＨＲＰＤ無線アクセス・ネットワーク１９２であるアクセス・ネットワークの認証を担当する。３ＧＰＰ２ ＡＡＡ１９８はｅＨＲＰＤシステム内のＡＡＡサーバとして機能する。
【００３７】
[0045] 図１Ａ及び図１Ｂに関連して説明すると、ユーザ装置は、現在在留しているセルから他のセルに移動する時にハンドオフされる。セルは、基地局によって対応される無線信号サービスエリアによって定義される。３ＧＰＰ ＬＴＥでは、セル・サービスエリアは１ｋｍから１００ｋｍに及ぶ可能性がある。アクティブ・ハンドオフ（active handoff）とは、ユーザ装置１０３がアクティブ状態にある時、即ち、ユーザ装置１０３とｅＡＮ／ｅＰＣＦ１９４との間に物理的なトラフィック・チャネルが存在し、ｅＡＮ／ｅＰＣＦ１９４とＨＳＧＷ１９０との間に接続が存在する時に行われるハンドオフを指す。また、ユーザ装置１０３とＨＳＧＷ１９０との間にはポイントツーポイント・プロトコル（ＰＰＰ）リンクも存在する。休止ハンドオフ（dormant handoff）では、ユーザ装置１０３とｅＡＮ／ｅＰＣＦ１９４との間に物理的なトラフィック・チャネルが存在しない。従って、休止ハンドオフでは、ＨＳＧＷ１９０とユーザ装置１０３との間でパケット・データを送信する前にユーザ装置をページングしなければならない。
【００３８】
[0046] ハンドオフには２つのフェーズが存在する。第１のフェーズは、ターゲット隣接セルに対して事前登録及び事前認証を実行することである。この点に関しては、隣接セルが異なるネットワーク、例えば、３ＧＰＰ ＥＰＣと３ＧＰＰ２ ｅＨＲＰＤにある時に、隣接ネットワーク間でハンドオフが行われる。第２のフェーズであるハンドオフ・フェーズは、ハンドオフ手順の残りの部分、即ち、ユーザ装置又はネットワーク・デバイスに実際にネットワーク又はサービング基地局を変更させることを含む。研究によれば、登録及び認証は、通常、ハンドオフ中に実行されるその他の手順より長い時間がかかることが分かっている。従って、事前登録及び事前認証はハンドオフ待ち時間を大幅に短縮することができるであろう。
【００３９】
[0047] 次に図２を参照すると、３ＧＰＰ１ Ｘ．００５７に規定されているように、Ｅ−ＵＴＲＡＮ及びｅＨＲＰＤネットワーク間のハンドオフ手順の一部として事前登録及び事前認証のためのステップを描写する呼び出し流れ図が示されている。図示の通り、ユーザ装置１０３は、ｅＨＲＰＤシステム内で新しいセッション２０９の確立を開始する。デバイス認証２１０の後に、ｅＨＲＰＤ ｅＡＮ／ｅＰＣＦ１９４はＨＲＰＤサービング・ゲートウェイ１９０との主要なＡ１０接続を確立する。次にユーザ装置１０３とＨＲＰＤサービング・ゲートウェイ１９０はＰＰＰ接続確立手順２１２を開始する。次にユーザ装置１０３は、ＩＥＴＦ ＲＦＣ４１８７に記載されているように、２１２1〜２１２3でＥＡＰ−ＡＫＡを使用することによってユーザ認証及び認可を実行する。ＥＡＰ−ＡＫＡメッセージは、ポイントツーポイント・プロトコル（ＰＰＰ）を使用してユーザ装置１０３とＨＲＰＤサービング・ゲートウェイ１９０との間で交換される。ＥＡＰ−ＡＫＡメッセージは３ＧＰＰ２ ＡＡＡサーバ１９８によって３ＧＰＰ ＡＡＡサーバ１８６にさらにリレーされ、その３ＧＰＰ ＡＡＡサーバ１８６がユーザ装置を認証し認可する。
【００４０】
[0048] 認証及び認可が成功すると、３ＧＰＰ ＡＡＡサーバ１８６は、ホーム加入者サーバ１８０に照会し、パケット・データ・ネットワーク・ゲートウェイ・アドレスをｅＨＲＰＤシステムに返す。ＨＲＰＤサービング・ゲートウェイ１９０は、２１３、２１４で、３ＧＰＰ ＡＡＡサーバ１８６又はホーム加入者サーバ１８０から受信したＰＤＮ ＧＷ ＩＰアドレス、ＱｏＳプロファイル、及びその他のユーザ・コンテキスト情報を保管する。上記のステップの後に、ネットワークは、すべての専用ベアラを確立し、事前登録／認証プロセスを完了するために、リソース予約手順を開始する。この手順を使用して、ｅＨＲＰＤ及びＩＰコンテキストが確立される。
【００４１】
[0049] 本発明の様々な態様により、ユーザ装置が、いつ、どの隣接無線セル又はネットワークに対して、事前登録／事前認証を実行しなければならないかどうかを予測し、ハンドオフ遅延を短縮するために事前登録／事前認証中に確立されたコンテキスト（例えば、予約されたネットワーク・リソース）の存続期間（lifetime）を推定するための方法及びシステムによって、無線ネットワーク・モビリティ及びリソース管理が強化される。具体的には、この方法及びシステムは履歴情報を使用してユーザ装置のセル在留時間を予測するが、このセル在留時間は、ユーザ装置が基地局に接続する時からユーザ装置が他の基地局にハンドオフされるまでの時間間隔として定義される。以下に詳細に説明するように、履歴情報は、好ましくは、前にあるセルに在留していたユーザ装置に関する在留時間サンプルを含む。
【００４２】
[0050] 次に図３を参照すると、本発明の一態様による方法を示す流れ図３００が示されている。この方法はステップ３０５で、ネットワーク装置（例えば、基地局）がネットワーク装置に関連するセル内に在留していたユーザ装置（複数も可）に関するセル在留時間のサンプルを取得することから始まる。典型的に、セル在留時間は、ユーザ装置（複数も可）がそれぞれの元のサービング・セルから隣接セルにハンドオフされる時に取得される。他の諸実施形態では、ユーザ装置をポーリングするか又はユーザ装置にその現在の在留時間をネットワーク装置に対して定期的に報告させることにより、セル在留時間を定期的に取得することができる。
【００４３】
[0051] ステップ３１０では、ネットワーク装置は、ステップ３０５で取得したサンプルに基づいて、セル内に在留しているユーザ装置に関するセル在留時間を推定する。次に、推定したセル在留時間に基づいて、ネットワーク装置はステップ３１５でユーザ装置のために予約すべきネットワーク・リソースの存続期間を推定し、ステップ３２０でユーザ装置に関する事前認証及び事前登録を実行する。
【００４４】
[0052] 図４は、本発明の一態様により実現可能なシステム４００を示している。特に、図４は、基地局４０１とユーザ装置４０２とを含むシステム４００を例示的に描写している。上記で説明したように、基地局４０１は、ｅＮｏｄｅＢ又はｅＮＢを含むか或いはｅＮｏｄｅＢ又はｅＮＢと呼ばれる場合がある。一般に、基地局４０１は、ユーザ装置４０２との間でユーザ及び制御情報を通信するためのアンテナと受信機及び送信機（まとめてトランシーバ・ユニット）とを含む。その点に関しては、アンテナは、ユーザ装置に無線周波を放射するか又はユーザ装置から無線周波を受信するように構成される。図１及び図２に示されているように、基地局は、ＲＡＮの一部を含み、コア・ネットワーク、例えば、ＥＰＣ１７０又はｅＨＲＰＤ１８８に結合される。
【００４５】
[0053] 基地局４０１は、前に基地局４０１のセル又はサービング・エリア内に在留していたユーザ装置に関するセル在留時間の取得サンプルを含むデータベース４０３を含むことができる。図４は基地局の一部としてデータベース４０３を示しているが、データベースは図２に示されているようにコア・ネットワーク内に在留することもできる。例えば、データベースは、図１Ｂに示されているネットワーク装置又は要素のいずれかに、或いは個別のデータベースとして在留することができる。同様に、ステップ４１３〜４２３のいずれのステップもこのようなネットワーク装置のいずれかによって実行することもできる。
【００４６】
[0054] 図４に示されているように、ステップ４１０でユーザ装置４０２は、それが現在接続されているか又は、例えば、他のユーザ装置と通信するために使用している基地局の信号対雑音比（ＳＮＲ）をモニターする。その点に関しては、基地局は、ユーザ装置４０２にコンテンツ（例えば、音声、ビデオなど）を提供するために使用される基地局であるという点で、サービング基地局と呼ぶこともできる。このようにして、ユーザ装置４０２は他の基地局を聴取することができるが、基地局４０１はそれが在留している（又はとどまっている）現在セルを定義する。さらに、上述の通り、ユーザ装置が基地局のサービスエリア又はセル内にとどまるか又は在留する時間は、一般に、ユーザ装置のセル在留時間と呼ばれる。
【００４７】
[0055] ユーザ装置又はユーザ装置４０２は、一般に、基地局４０１と無線で通信することができる任意のモバイル・デバイス又は移動局を含む。ユーザ装置４０２の例としては、携帯電話、スマートフォン、携帯情報端末、又はモバイル・コンピューティング・デバイスを含む。
【００４８】
[0056] ステップ４１１では、ユーザ装置４０２は、現在の測定ＳＮＲを所定のしきい値Ｔ1（例えば、Ｔ1≦５０％）と比較する。ＳＮＲがＴ1より小さい場合、ユーザ装置は、ステップ４１２で、候補隣接基地局又はセルに対して事前登録及び事前認証を実行することを望んでいることを基地局に通知する。ステップ４１３〜４２０では、基地局４０１（又はその他のネットワーク装置）は、ユーザ装置４０２のセル在留時間を推定することにより、事前登録／事前認証をトリガすべきかどうかを決定する。
【００４９】
[0057] 具体的には、基地局４０１は、ステップ４１３で、ユーザ装置４０２から事前登録及び事前認証要求を受信する。次に、ステップ４１４では、基地局４０１は、基地局４０１によって対応されるセルから隣接セルにハンドオフされるユーザ装置に関するセル在留時間について収集したサンプルをデータベース４０３から検索する。ステップ４１５〜４１８については以下にさらに詳細に説明するが、これらのステップでは、基地局４０１は統計モデルに基づいてユーザ装置のセル在留時間を推定する。ステップ４１９では、ユーザ装置の残余時間（residual time）が計算される。この残余時間は、推定したセル在留時間と、ユーザ装置が現在セルに在留していた時間との差である。４２０では、ユーザ装置の残余時間がしきい値Ｔ2、例えば、Ｔ2≦５００ｍｓより小さい場合、基地局４０１はステップ４２３に移行して、事前登録／事前認証を実行するようユーザ装置に指示し、ステップ４２１でセル在留時間の標準偏差を推定し始める。ステップ４２２では、セル在留時間について推定した標準偏差を使用して、ハンドオフを実行するためのユーザ装置のために予約すべきネットワーク・リソースの存続時間を推定することができる。残余時間が所定のしきい値Ｔ2に等しいか又はそれより大きい場合、基地局４０１は事前登録及び事前認証要求を認可しない。
【００５０】
[0058] 次に図５Ａを参照すると、本発明の追加の態様を示す呼び出し流れ図が示されている。上記で説明したように、ステップ４１１では、ユーザ装置４０２は、現在の測定ＳＮＲを所定のしきい値Ｔ1（例えば、Ｔ1≦５０％）と比較する。ＳＮＲがＴ1より小さい場合、ユーザ装置は、ステップ４１２で、候補隣接基地局又はセルに対して事前登録及び事前認証を実行することを望んでいることを基地局に通知する。基地局４０１は、ステップ４１８〜４１９で、ユーザ装置４０２に関するセル在留時間及び残余時間を推定する。図４に関して前述したように、ステップ４２０では、残余時間が所定のしきい値Ｔ2に等しいか又はそれより大きい場合、基地局４０１はステップ４２４で事前登録及び事前認証要求を拒否する。これに反して、ユーザ装置の残余時間がしきい値Ｔ2より小さい場合、基地局４０１はステップ４２３で事前登録／事前認証要求を認可する。
【００５１】
[0059] 図５Ｂは本発明の他の態様を示している。この態様では、基地局４０１は、ユーザ装置が基地局に接続する時に、又は基地局とのそのＳＮＲがしきい値Ｔ1より低いことをユーザ装置が基地局に報告する時に、予測セル在留時間をユーザ装置に送信する。次にユーザ装置自体は、基地局から受信した予測セル在留時間を使用して、いつ事前登録及び事前認証を開始しなければならないか（並びに、開始しなければならないかどうか）を決定することができる。
【００５２】
[0060] 本発明の他の態様では、基地局は、１つ又は複数のユーザ装置から取得するセル在留時間を他のネットワーク装置に伝送することもできる。これらの取得した在留時間又はサンプルは、他のネットワーク装置又は要素に保管し、他のネットワーク装置内のセル在留時間を推定するために使用することができる。前述の通り、このようなネットワーク装置は、モビリティ管理エンティティ１７４、ホーム加入者サーバ１８０、サービング・ゲートウェイ１６４、又はＡＡＡサーバ１８６などの３ＧＰＰ ＥＰＣ内のネットワーク・コンポーネントを含むことができる。３ＧＰＰ２ ｅＨＲＰＤネットワークの場合、この装置は、ｅＡＮ／ｅＰＣＦ１９４、アクセス・ネットワークＡＡＡ１９６、又はＡＡＡサーバ１９８を含むことができる。
【００５３】
[0061] 本発明の他の態様では、基地局は、ＳＮＲの降順に基づいてソートされたリスト内の隣接セルに対して事前登録／事前認証を実行するようユーザ装置に指示することができる。図５Ｃ及び図５Ｄは、ユーザ装置がステップ４５３で基地局の隣接セルのＳＮＲを収集し、ステップ４５４で収集したＳＮＲを基地局に報告することを示している。典型的に、Ｅ−ＵＴＲＡＮ又はｅＨＲＰＤにすることができる隣接セルの数は１０より小さい。Ｅ−ＵＴＲＡＮからｅＨＲＰＤへのハンドオフでは、基地局はまずｅＨＲＰＤのセルをリストする。次に基地局はステップ４５５で、ユーザ装置によって報告されたＳＮＲに基づいてｅＨＲＰＤセルのリストをソートする。事前登録及び事前認証を開始する前にユーザ装置がすべての隣接セルを検出できない可能性があるので、リスト内の一部又はすべてのセルのＳＮＲがゼロになる可能性がある。次にネットワークはステップ４５６で、ソートしたリストをユーザ装置に返送し、ＳＮＲの降順に基づいてリスト内のセルに対して事前登録／事前認証を実行するようユーザ装置に指示する。ＳＮＲが最も高いセルに対して事前登録／事前認証を実行すべき理由は、ユーザ装置がそのセルにローミングする可能性があることである。
【００５４】
[0062] 本発明の他の態様では、基地局は、ＳＮＲ自体ではなく、ＳＮＲの増加率に基づいて、ユーザ装置の事前登録及び事前認証に関する候補セルのランク付けを決定する。ＳＮＲの増加率が高いということは、ユーザ装置がその候補セルに向かって移動しているという表示である。図５Ａ及び図５Ｂでは、ユーザ装置が事前登録及び事前認証を実行することを決定すると、ユーザ装置は、ステップ４５３で所与の期間［ｔ1，ｔ2］について候補セルに関するＳＮＲをサンプリングし、ステップ４５４でｔ1及びｔ2における候補セルのＳＮＲを基地局に報告する。ユーザ装置からＳＮＲを受信すると、基地局はステップ４５５で各候補セルについてこの期間におけるＳＮＲの増加率を計算する。次に基地局は、ＳＮＲの増加率に応じて降順に候補セルをランク付けし、ステップ４５６でそのリストをユーザ装置に返送する。
【００５５】
[0063] 図５Ａ〜図５Ｄは、ＳＮＲの増加率が最も高いか又はＳＮＲが最も高い候補セルから、ユーザ装置が事前登録及び事前認証を実行することを示している。ネットワークがユーザ装置の事前登録及び事前認証に移行した後、基地局はステップ４５９でネットワーク在留時間の標準偏差を推定し、ユーザ装置をハンドオフするために予約されたコンテキスト・データの存続期間を計算し始め、ステップ４６０でそれに応じてコンテキスト・データの存続期間を設定する。本発明の他の諸実施形態では、コンテキスト存続期間の計算は他のネットワーク装置又は要素で実行することができる。このようなネットワーク装置は、モビリティ管理エンティティ１７４、ホーム加入者サーバ１８０、サービング・ゲートウェイ１６４、又はＡＡＡサーバ１８６などの３ＧＰＰ ＥＰＣ内のネットワーク・コンポーネントを含むことができる。３ＧＰＰ２ ｅＨＲＰＤネットワークの場合、この装置は、ｅＡＮ／ｅＰＣＦ１９４、アクセス・ネットワークＡＡＡ１９６、又はＡＡＡサーバ１９８を含むことができる。
【００５６】
[0064] 本発明のさらに好ましい一態様では、ウィーナ過程を使用してセル在留時間を推定することができる。ウィーナ過程とは、確率変数の値が多数の独立した要因又は弱く従属する要因による影響を受け、そのそれぞれが比較的小さい影響力を有するプロセスをモデル化する際に効果的であることが証明されている確率過程である。セル在留時間は、独立しているか又は互いに弱く従属する多数の要因による影響を受けるモデルである。従って、ウィーナ過程はセル在留時間をモデル化するための効果的な方法を提供する。
【００５７】
[0065] 一般に、ウィーナ過程Ｘtは、以下の３つの特性によって定義される。即ち、Ｘtは、すべてのｔ≧０について分布したＮ（０，ｃ2ｔ）である。Ｎは、平均が０で分散がｃ2ｔである正規分布を示す。｛Ｘt；ｔ≧０｝は独立した増分を有する。０≦ｓ≦ｔの場合、増分｛Ｘt−Ｘs｝は分布したＮ（０，ｃ2（ｔ−ｓ））である。
【００５８】
[0066] ｃ＝１である標準的なウィーナ過程は｛Ｗt；ｔ≧０｝によって示され、この場合、すべての０≦ｓ≦ｔについて、Ｅ［Ｗt］＝０、Ｖａｒ（Ｗt）＝ｔである。その上、ずれ又は傾向がμｔである一般的なウィーナ過程は以下のように表される。
【数１】
【００５９】
[0067] Δｔが予測時間間隔であり、αが標準正規確率変数であるとする。一般的なウィーナ過程を使用することにより、変動ΔＫは以下のように表すことができる。
【数２】
【００６０】
[0068] ΔＫはｔ−Δｔからｔまでの変動である。ΔＫという量はすべてのΔｔ時間単位ごとに計算される。ΔＫは任意の所与のΔｔに関する正規確率変数としてモデル化することができる。さらに、以下の式のウィーナ過程の変動により、ΔＫの平均及び標準偏差は時間の経過につれて変化することができる。
【数３】
[0069]ここで、μ及びδは定数である。式（３）に示されているように、ΔＫは平均がμΔｔで標準偏差がδ√Δｔである正規分布確率変数になる。これは、任意の所与の時間間隔Δｔの場合、ΔＫの平均及び標準偏差をμ及びδから直接計算できることを示唆している。従って、μ及びδは、それぞれ、ΔＫの期待されたずれ及び標準偏差率と呼ばれる。その上、任意の所与の時間間隔θの場合、長さθの前の時間間隔におけるΔＫのサンプル値の平均及び分散に基づいてμ及びδを推定することができる。ｋ（ｔ）がＫ（ｔ）のサンプル値であるとすると、前のｒ個の時間間隔［ｔ−ｉθ−θ，ｔ−ｉθ］におけるΔＫのサンプル値はｋ（ｔ−ｉθ）−ｋ（ｔ−ｉθ−θ）になり、ここで、ｉ＝０，．．．，ｒ−１である。このため、μは以下のように
【数４】
によって推定することができる。
【数５】
【００６１】
[0070] また、δの推定である
【数６】
は以下の式によって得られる。
【数７】
【００６２】
[0071] 式（３）〜式（５）を使用することにより、ｒが十分大きい時にΔＫを厳密に推定することができる。通常、ｒについては２５で十分である。ウィーナ過程は、任意の所与のサンプリング時間間隔θにおいて古い記録を使用することにより、近い将来のＫ（ｔ＋Δｔ）を推定することができる。
【００６３】
[0072] セル在留時間は、特にＥ−ＵＴＲＡＮ−ｅＨＲＰＤ網間接続ネットワーク・システムにおいて、異なるユーザ装置について幅広く変化する可能性がある。従って、ｋ（ｔ−ｉθ）は、すべてのｉ＝０，．．．，ｒ−１について、ｔ−ｉθ以前に隣接セルへのハンドオフを実行した最後のｎ個のユーザ装置に関するセル在留時間の瞬間平均（instantaneous mean）を表すように定義される。次に式（４）〜式（５）でｋ（ｔ−ｉθ）を使用して、
【数８】
及び
【数９】
を計算し、次にこれらを使用して式（３）を使用することによりΔＫを生成する。ウィーナ過程を使用する場合、最初は、基地局がｒ×θの時間単位を実行して十分なサンプルを収集する必要がある。その後、基地局は、式（３）〜式（５）を使用してΔＫの推定値を計算し始めることができる。次に推定したＫ（ｔ＋Δｔ）はΔＫ及びＫ（ｔ）によって計算することができる。
【００６４】
[0073] ウィーナ過程の上記のステップは図４にステップ４１３〜４１８として示されている。具体的には、時間ｔにおいて基地局４０１はステップ４１３でユーザ装置４０２から事前登録及び事前認証要求を受信する。次にステップ４１４で、基地局は、例えば、長さθのｒ−１個の時間間隔について最後のｎ個のユーザ装置に関するセル在留時間について収集したサンプルをデータベース４０３から検索する。ステップ４１５で、ｔ−（ｒ−１）θ以前のセル在留時間の瞬間平均が計算される。次にステップ４１６で、基地局４０１は、ｔ−Δｔからｔまでのセル在留時間の変動について期待されたずれ及び標準偏差を計算する。次にステップ４１７で、ｔ−Δｔからｔまでのセル在留時間の変動が計算される。ステップ４１８では、ｔ−Δｔからｔまでのセル在留時間について計算された変動に基づいてユーザ装置４０２に関するセル在留時間が推定される。
【００６５】
[0074] 本発明の他の諸実施形態では、時系列分析などのその他の統計モデルを使用して、セル在留時間を推定することができるであろう。また、平均化を含むその他のモデルを使用して、セル在留時間を推定することもできる。
【００６６】
[0075] 本発明の他の態様では、事前登録／認証によって予約されたネットワーク・リソースのコンテキスト存続期間は、セル在留時間に基づいて推定することができる。予測されたコンテキスト存続期間が残余セル在留時間より短い場合、ハンドオフが始まる前に予約されたコンテキストが期限切れになる可能性がある。これは、事前登録／事前認証プロセスに影響を及ぼし、場合によってはそのプロセスを無意味なものにする可能性がある。
【００６７】
[0076] 式（３）〜式（５）によって推定されたセル在留時間の標準偏差を計算することができる。ｓｔｄ（ｔ−ｉθ）は、すべてのｉ＝０，．．．，ｒ−１について、ｔ−ｉθ以前に隣接セルへのハンドオフを実行したｎ個のユーザ装置のセル在留時間の瞬間標準偏差として定義される。また、ｓｔｄ（ｔ−ｉθ）は、すべてのｉ＝０，．．．，ｒ−１について、時間間隔［ｔ−ｉθ−θ，ｔ−ｉθ］内のセル内のすべてのユーザ装置及びｋ（ｔ−ｉθ）によって計算される。
【００６８】
[0077] 前述の通り、次にΔＫ及びＫ（ｔ）によってＫ（ｔ＋Δｔ）を計算することができる。σ（ｔ＋Δｔ）はセル在留時間について推定した標準偏差を示すものとする。即ち、σ（ｔ＋Δｔ）＝ｓｔｄ（ｔ）である。ユーザ装置がハンドオフを実行する前にユーザ装置のコンテキスト存続期間が期限切れにならない確率を高めるために、以下のようにコンテキスト存続期間を予測することができ、ここでａは正の実数の信頼係数である。例えば、ａ＝２である場合、ユーザ装置の実際のコンテキスト存続期間が予測されたコンテキスト存続期間より長くなる確率は５％未満になる。
コンテキスト存続期間＝Ｋ（ｔ＋Δｔ）＋ａ×σ（ｔ＋Δｔ）
【００６９】
[0078] 予約されたネットワーク・リソースを解除する手法の１つは、ユーザ装置がセル内に移動した時に、そのコンテキストを削除するようにその他のセルをトリガするための明示的な信号を使用することである。しかし、この手順を実現するために、ネットワーク・アーキテクチャ及び新しい信号の流れを変更するか又は定義する必要がある可能性がある。３ＧＰＰ２ ｅＨＲＰＤでは、基地局は他の基地局と直接交信することはできない。信号メッセージは、他の基地局に到達するためにｅＡＮ／ｅＰＣＦを通過するか又はＨＳＧＷさえ通過することが必要になる。ｅＧＰＰ ＥＰＳ内のｅＮｏｄｅＢはＸ２インターフェースというインターフェースによって接続することができるが、Ｘ２インターフェースの主要目的は、ハンドオフ後に古いｅＮｏｄｅＢから新しいｅＮｏｄｅＢにパケットを転送することである。未使用のコンテキストを削除するためのＸ２インターフェースの使用は標準化することが必要になる。Ｅ−ＵＴＲＡＮ及びｅＨＲＰＤからのハンドオフの場合、基地局間の信号メッセージはＰＤＮ ＧＷを通過することが必要になり、その結果、経路指定パスが長くなる。標準化の問題に加えて、この手法は事前登録／事前認証の複雑さを大幅に増加するものである。
【００７０】
[0079] 上記の目的のために、それぞれの事前確立したコンテキストは、自動的に期限切れになるコンテキスト存続期間を有することができる。これにより、事前確立したコンテキストを除去するよう隣接ネットワークを指示するためにユーザ装置が追加の信号を使用する必要性が回避され、このため、事前登録／事前認証の複雑さが大幅に低減される。
【００７１】
[0080] 事前確立したコンテキストの存続期間を決定する方法は重要である。コンテキスト存続期間が長すぎるか又は無限である場合、未使用のコンテキスト内の予約されたリソースは、他のユーザ装置によって使用することができないので、候補ネットワーク及びユーザ装置のいずれでも浪費されることになる。事前登録／事前認証を実行するユーザ装置が多数存在する場合、各セル内のリソースは不必要に消耗する可能性もある。その上、未使用のセキュリティ・キー資料は、削除されない場合、結果的にセキュリティ問題を引き起こす可能性がある。これに反して、ハンドオフが行われる前にコンテキストが削除される場合、ユーザ装置は、そのセルを訪問する時に再登録／認証をやり直し、そのコンテキストを再確立する必要がある。それ以前に実行された事前登録／事前認証は無用なものになり、ユーザ装置及び基地局におけるメッセージング・オーバヘッド及びコンピューティング・オーバヘッドは増加する。この問題は、大規模ネットワークの場合に特に重要になる。
【００７２】
[0081] 静的コンテキスト存続期間が任意に選択されると、結果的に性能が悪くなることが証明されている。評価基準の１つは呼び出しブロック／ハンドオフ低下確率（call blocking/handoff dropping probability）である。存続期間が長くなると、その結果、呼び出しブロック／ハンドオフ低下確率が高くなる。明らかに、ハンドオフ呼び出しのためにより多くのリソースが予約される場合、新しい呼び出しのブロック確率が低下することになる。これに反して、新しい呼び出しのためにより多くのリソースが予約される場合、ハンドオフ低下確率が低下することになる。従って、存続期間が短くなると、呼び出しブロック／ハンドオフ低下確率の点で性能が良好になる。
【００７３】
[0082] もう１つの評価基準は、予約されているコンテキストのうちのいくつが実際に使用されるかを示す測定値である。これは、以下のようにヒット率として定義することができるであろう。
[0083] ヒット率＝ＮNotExpired／ＮUE×１００％
【００７４】
[0084] コンテキスト存続期間が長くなるにつれて、ヒット率も上昇する。逆に、コンテキスト存続期間が短くなると、結果的にヒット率が低くなる。従って、静的コンテキスト存続期間の使用により、呼び出しブロック／ハンドオフ低下確率及びヒット率という２通りの性能尺度は互いに矛盾する。従って、動的コンテキスト存続期間アルゴリズムが必要である。
【００７５】
[0085] ユーザ装置が候補セル内にハンドオフされた後、この候補セル内のユーザ装置のために予約されたコンテキスト存続期間は、ユーザ装置がこのセル内にとどまる限り持続するようにリセットされる。
【００７６】
[0086] 本明細書で使用する用語は特定の諸実施形態のみを記述するためのものであって、本発明を制限するためのものではない。本明細書で使用する「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」という単数形は、明らかに文脈が特に指示しない限り、複数形も含むものである。本明細書で使用される場合、「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ」及び／又は「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」という用語は、明記された特徴、整数、ステップ、操作、要素、及び／又はコンポーネントの存在を指定するが、１つ又は複数のその他の特徴、整数、ステップ、操作、要素、コンポーネント、及び／又はそのグループの存在又は追加を排除しないことはさらに理解されるであろう。
【００７７】
[0087] 本発明の様々な態様は、コンピュータ又はマシンで使用可能又は読み取り可能な媒体に実施されたプログラム、ソフトウェア、又はコンピュータ命令として実施することができ、それにより、コンピュータ、プロセッサ、及び／又はマシン上で実行された時に、コンピュータ又はマシンにこの方法の諸ステップを実行させる。詳細には、本明細書に記載されている方法は、メモリ内に保管され、プロセス又は中央演算処理装置（ＣＰＵ）、マイクロプロセッサなどによって実行されるプログラミング命令に変換することができる。このようなプロセッサは、Ｉｎｔｅｌ、ＡＭＤ、又は任意のその他の同様の製品によって作られたものを含むことができる。加えて、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）を使用して動作するよう命令をプログラミングすることもでき、これにより、この方法を、例えば、基地局又はユーザ装置にとってよりポータブルなものにすることができる。
【００７８】
[0088] 本発明のシステム及び方法は、汎用コンピュータ又は専用コンピュータ・システム上で実現し実行することができる。このコンピュータ・システムは、任意のタイプの既知のシステムであるか又は今後、既知のシステムになる可能性があり、典型的に、プロセッサ、メモリ・デバイス、記憶装置、入出力装置、内部バス、及び／又は通信ハードウェア及びソフトウェアなどと協力して他のコンピュータ・システムと通信するための通信インターフェースを含むことができる。
【００７９】
[0089] 上述の通り、本発明のユーザ装置、移動局、又はユーザ・デバイスは、携帯電話、モバイル・コンピュータ、モバイル・メディア・レコーダ、モバイル・メディア・プレーヤ、モバイル・ゲーム・コンソール、ナビゲーション装置、通信装置、及び付属品などのモバイル・デバイスを含むことができる。それらの間でモバイル・デバイスがハンドオフを実行する無線ネットワークは、３ＧＰＰ、３ＧＰＰ２、又はＷｉＦｉネットワークを含むことができる。
【００８０】
[0090] 本明細書では特定の諸実施形態に関連して本発明を説明してきたが、これらの実施形態は本発明の原理及び適用例の例証に過ぎないことを理解されたい。従って、特許請求の範囲によって定義された本発明の精神及び範囲を逸脱せずに、例示的な諸実施形態に対して多数の変更を行うことができ、その他の配置を考案できることを理解されたい。
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
[0001] 本出願は、２００９年８月１８日に出願された米国仮特許出願第６１／２３４７５７号の出願日の利益を請求するものであり、これにより同出願の開示内容は参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
[0002] 本発明は、一般に、事前登録（pre-registration）／事前認証（pre-authentication）を実行し、無線通信ネットワーク内のリソースを予約するための方法及びシステムに関し、より具体的には、次世代ユニバーサル地上無線アクセス・ネットワーク（Ｅ−ＵＴＲＡＮ）及び進化型高速パケット・データ（ｅＨＲＰＤ）ネットワークにおけるこのような方法及びシステムの使用に関する。
【背景技術】
【０００３】
[0003] 第４世代（４Ｇ）の無線システムは、エンドツーエンド（無線アクセス・ネットワークからコア・ネットワークまで）の全ＩＰシステムである。４Ｇシステムは、既存の通信ネットワーク、例えば、３Ｇネットワークをアップグレードし、かなり高いデータ転送速度で「いつでも、どこでも（Anytime, Anywhere）」安全なユビキタスＩＰベース通信を提供することが期待されている。４Ｇネットワークは、既存のサービス（例えば、音声、電子メール）を強化し、例えば、ワイヤレス・ブロードバンド・アクセス、ビデオ・チャット、モバイルＴＶ、ＨＤＴＶコンテンツ、及びデジタル放送（ＤＶＢ）などの新しいサービスを提供するものと予想されている。このようなネットワークは、スペクトル効率を強化し（周波数単位あたりのビット数／時間単位の増加）、より多くの容量、滑らかなハンドオフ、シームレスな接続性、複数のネットワーク間のグローバル・ローミングを提供することが期待されている。
【０００４】
[0004] 主要な４Ｇ無線システムは、第３世代パートナーシップ・プロジェクト（３ＧＰＰ）によって定義された進化型パケット・システム（ＥＰＳ）である。これは、無線アクセス・ネットワーク（ＲＡＮ）用のロング・ターム・エボリューション（ＬＴＥ）と、コア・ネットワーク用のサービス・アーキテクチャ進化（ＳＡＥ）を含む。また、これは、異種無線アクセス技術をサポートし、グレースフルなネットワーク進化（graceful network evolution）を可能にするために、３ＧＰＰ２進化データ最適化（ＥＶ−ＤＯ）などの他の無線技術により網間接続するためのアーキテクチャも含む。３ＧＰＰ ＬＴＥ及びＳＡＥによって定義された無線アクセス・ネットワーク及びコア・ネットワークは、それぞれ、次世代ユニバーサル地上無線アクセス・ネットワーク（Ｅ−ＵＴＲＡＮ）及び進化型パケット・コア（ＥＰＣ）と呼ばれる。
【０００５】
[0005] ＥＶ−ＤＯは、一般に、３ＧＰＰ２高速パケット・データ（ＨＲＰＤ）及び進化型ＨＲＰＤ（ｅＨＲＰＤ）規格を参照する。ＨＲＰＤは、３ＧＰＰ２ Ｃ．Ｓ００２４−Ａ ｖ３．０の仕様書に記載されているように、パケット伝送用のＣＤＭＡ２０００ベースの技術である。ｅＨＲＰＤネットワークは、進化した動作モードをサポートする無線アクセス・ネットワークを提供し、３ＧＰＰ ＥＰＣによる複数のパケット・データ・ネットワークへの接続をサポートするＩＰ環境を提供する。この網間接続アーキテクチャは、３ＧＰＰ２ Ｘ．Ｓ００５７の仕様書に記載されているように、Ｅ−ＵＴＲＡＮ及びｅＨＲＰＤ網間接続と呼ばれる。
【０００６】
[0006] ３ＧＰＰ及び３ＧＰＰ２などの規格団体は網間接続（internetworking）アーキテクチャ（例えば、図１を参照）、呼び出しの流れ（例えば、図２を参照）、及びネットワーク間のユーザ装置又は移動局／デバイスのハンドオフに関連する高レベルの仕様書を提供する際に相当な量の作業を実行してきたが、多くの詳細は実現に委ねられている。例えば、図２を参照して説明すると、事前登録する時期に関連する手順は指定されていない（図２のブロック２０８を参照）。加えて、リソースをどのくらい予約しなければならないかを決定するための手順は同様に設計実現に開放されている（図２のブロック２１８を参照）。
【０００７】
[0007] 一般的な問題として、規格団体は通常、事前登録及び事前認証を実行するためのアルゴリズムを標準化しない。従って、事前認証及び事前登録を使用してハンドオフ遅延を削減するために種々の手法が提案されてきた。１つの手法では、独立して或いは１つ又は複数の基地局と共同で機能しているユーザ装置又は移動局は、そのユーザ装置又は移動局を隣接ネットワークにハンドオフする前に、候補基地局に対する事前登録／事前認証、事前対応のキー配布、及びその他の手順を実行する際に訪問し関与する可能性のある隣接基地局を選択する。しかし、ほとんどの既存の事前登録／認証メカニズムは、典型的に、ユーザ装置の移動を予測すること、並びに、このような移動に基づいて、ユーザ装置のハンドオフ先になる可能性のあるターゲット基地局を選択する方法に焦点を合わせている。
【０００８】
[0008] より具体的には、いくつかのメカニズムでは、サーバに関連する集中型データベースを使用して、セル間のユーザ装置移動履歴を収集し、例えば、ＷｉＦｉネットワーク内のアクセス・ポイント間の隣接グラフを構築することにより、今後のハンドオフ挙動を予測している。しかし、アクセス・ポイント間で交換される余分な信号メッセージによって、同じアルゴリズムを使用しない他のアクセス・ポイントに対して信号送出する際に一貫性の問題を引き起こす可能性がある。さらに、集中型サーバは性能上のボトルネックになる可能性がある。加えて、アクセス・ポイントは同じ管理ドメイン下にある必要があるので、この技法は異種ネットワーク（異なるアクセス技法を使用する複数のネットワーク）には適していない。
【０００９】
[0009] 他のメカニズムでは、それぞれのアクセス・ポイントは、移動局又はユーザ装置がその隣接移動局又はユーザ装置に到達できる平均所要時間間隔を記録する。ユーザ装置が事前認証を要求すると、サービング・アクセス・ポイントは、その要件を満足するすべての隣接移動局又はユーザ装置を識別するのを支援する。これらのメカニズムは、多数の移動局が存在する場合、実現するのが難しいものになる。
【００１０】
[0010] 既存の技法を考慮すると、事前登録／事前登録が効果的にハンドオフ遅延を削減できるようにするために、いくつかの技術的問題を解決する必要がある。上述の通り、１つの問題は、事前登録／事前認証をいつ実行しなければならないかである。モバイル・デバイス又はユーザ装置は、任意の速度で移動し、任意の時期にその現在セルを離れることができる。事前登録／事前認証を実行すべきである場合、実際のハンドオフが行われる前にそれを実行しなければならない。しかし、現在セルが小さく、ユーザ装置が高速で移動している場合、ユーザ装置は、隣接セルのうちのいくつか又はすべてに対して事前登録／事前認証を実行するための十分な時間がない可能性がある。従って、隣接セルに対する事前登録／事前認証をトリガする時期及びトリガすべきかどうかを決定することは重要である。
【００１１】
[0011] もう１つの問題は、どの隣接ネットワーク又はセルに対して事前登録／事前認証を実行しなければならないかである。ユーザ装置は、任意の方向に移動することができ、任意の時期にその移動方向を変更することができる。従って、それに対してユーザ装置が事前登録及び事前認証を実行しなければならない隣接セルを決定することは重要である。複数の隣接ネットワーク又はセルに対して事前登録及び事前認証を実行すべきである場合、これらの隣接セルに対してユーザ装置が事前登録及び事前認証を実行する順序を決定することも重要である。これは、事前登録及び事前認証が時間のかかる処理であり、移動局が事前登録及び事前認証しようとしているすべての隣接ネットワーク又はセルに対して事前登録及び事前認証動作を完了する前にその移動局が現在セルを離れる可能性があるからである。
【００１２】
[0012] もう１つの問題は、隣接ネットワーク内で事前登録／事前認証によって予約されたネットワーク・リソースをいつ解除しなければならないかである。図２に示されているように、隣接セル又はネットワークに対して事前登録／事前認証が遂行されると、ＩＰアドレス、セキュリティ・キー、及びモビリティ・コンテキストを含む何らかのコンテキストが隣接ネットワーク内の特定のユーザ装置又は移動局のために予約される。しかし、ユーザ装置は、そのユーザ装置が事前登録／事前認証を実行した候補セルのうちのいくつかを訪問しない可能性がある。従って、適切な時期にこれらのセル内のコンテキストを削除することが重要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
[0013] この場合、ハンドオフを実行する時期並びに無線ネットワーク内及び特定の全ＩＰ無線ネットワーク内でリソースを予約する期間を決定することに関連する問題及び短所に対処することを対象とするシステム及び方法は有益である。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
[0014] 本発明の一態様は、無線ネットワーク・モビリティを管理するための方法である。この方法は、好ましくは、第１のネットワーク装置（network equipment）で、１つ又は複数のユーザ・デバイス（user device）が第１のネットワーク装置のサービスエリア範囲（coverage range）内にとどまる時間に関連する１つ又は複数の時間サンプル（time sample）を取得することを含む。また、この方法は、好ましくは、第２のネットワーク装置で、取得した時間サンプルに基づいて他のユーザ・デバイスがサービスエリア範囲内にとどまる可能性のある時間を推定することも含む。
【００１５】
[0015] 本発明のこの態様により、この方法は、好ましくは、確率過程（stochastic process）を使用して取得したサンプルを処理することを含み、確率過程はウィーナ過程（Wiener process）を含む。
【００１６】
[0016] さらに、本発明のこの態様により、この方法は、時系列分析を使用して取得したサンプルを処理することを含むことができる。
【００１７】
[0017] さらに、本発明のこの態様により、この方法は、第２のネットワーク装置により、推定した時間を他のユーザ・デバイスに伝送することを含むことができる。
【００１８】
[0018] さらに、本発明のこの態様により、第１のネットワーク装置及び第２のネットワーク装置は同じネットワーク装置を含む。
【００１９】
[0019] さらに、本発明のこの態様により、第１又は第２のネットワーク装置は、基地局、携帯電話、モビリティ管理エンティティ（mobility management entity）、ホーム加入者サーバ（home subscriber server）、サービング・ゲートウェイ（serving gateway）、及び認証認可アカウンティング・サーバ（authentication, authorization and accounting server）から構成されるグループから選択することができる。
【００２０】
[0020] さらに、この方法は、あるネットワーク装置で、他のユーザ・デバイスから事前認証／事前登録要求を受信することと、推定した時間に基づいてそのネットワーク装置で事前認証／事前登録要求を実行することを含むことができる。
【００２１】
[0021] さらに、本発明のこの態様により、この方法は、他のユーザ・デバイスに関連する１つ又は複数の隣接基地局のサービスエリアによって定義された１つ又は複数の隣接セルの信号対雑音比を取得することと、隣接セルの中から、取得した信号対雑音比に基づいて他のユーザ・デバイスをハンドオフするためのターゲット・セルを決定することを含むことができる。
【００２２】
[0022] 他の態様では、本発明は、無線ネットワーク・リソースを管理する方法を含む。この方法は、好ましくは、第１のネットワーク装置で、第１の基地局に関連する複数のユーザ・デバイスに関する１つ又は複数の時間サンプルを取得することと、第２のネットワーク装置で、取得した時間サンプルに基づいて第１の基地局に関連する他のユーザ・デバイスに関するセル在留時間（cell residence time）を推定することと、第２のネットワーク装置で、推定したセル在留時間に基づいてネットワーク・リソースを解除する時期を決定することを含む。
【００２３】
[0023] さらに、本発明のこの態様により、推定することは、推定したセル在留時間の標準偏差を計算することをさらに含む。
【００２４】
[0024] さらに、本発明のこの態様により、ネットワーク・リソースは、ネットワーク・アドレス、ＱｏＳプロファイル、セキュリティ・キー、又はベアラ（bearer）を含むことができる。
【００２５】
[0025] さらに、本発明のこの態様により、この方法は、第２の基地局で、他のユーザ・デバイスから事前認証又は事前登録要求を受信することと、第２の基地局で、推定した時間に基づいて他のユーザ・デバイスを事前認証及び事前登録することと、他のユーザ・デバイスに関連する隣接セルに他のユーザ・デバイスをハンドオフするためのネットワーク・リソースを予約することを含むことができる。
【００２６】
[0026] さらに、推定することは、確率過程又は時系列分析を使用して、取得した時間サンプルを処理することを含むことができ、確率過程はウィーナ過程を含むことができる。
【００２７】
[0027] さらに、この方法は、ネットワーク装置により、推定した時間を他のユーザ・デバイスに伝送することを含むことができる。
【００２８】
[0028] 他の態様では、本発明は、基地局に関連する複数のユーザ・デバイスに関する１つ又は複数の時間サンプルを取得するための基地局と、取得した時間サンプルに基づいて基地局に関連する他のユーザ・デバイスに関するセル在留時間を推定するためのネットワーク・デバイスに関連するプロセッサとを含むことができるシステムである。
【００２９】
[0029] さらに、本発明のこの態様により、ネットワーク・デバイスは、基地局、携帯電話、モビリティ管理エンティティ、ホーム加入者サーバ、サービング・ゲートウェイ、及び認証認可アカウンティング・サーバから構成されるグループから選択することができる。
【００３０】
[0030] さらに、本発明のこの態様により、時間サンプルは、セル在留時間と、ユーザ・デバイスがセルに入る時間と、ユーザ・デバイスがセルを離れる時間を含む。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１Ａ】[0031]Ｅ−ＵＴＲＡＮ及びｅＨＲＰＤネットワークの網間接続ネットワーク・トポロジを示す図である。
【図１Ｂ】[0032]Ｅ−ＵＴＲＡＮ及びｅＨＲＰＤ網間接続アーキテクチャのシステム図である。
【図２】[0033]Ｅ−ＵＴＲＡＮ及びｅＨＲＰＤ網間接続における事前登録及び事前認証に関する呼び出し流れ図である。
【図３】[0034]本発明の一態様による流れ図である。
【図４】[0035]本システム及び方法の一態様によるシステム図である。
【図５Ａ】[0036]本発明の一態様による呼び出し流れ図である。
【図５Ｂ】[0037]本発明の一態様による呼び出し流れ図である。
【図５Ｃ】[0038]本発明の一態様による呼び出し流れ図である。
【図５Ｄ】[0039]本発明の一態様による呼び出し流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
詳細な説明
[0040] 図１Ａは、Ｅ−ＵＴＲＡＮ及びｅＨＲＰＤネットワークの網間接続ネットワーク・トポロジを示している。図示の通り、トポロジ１００は、ｅＨＲＰＤネットワーク部分又はセル１０１と、Ｅ−ＵＴＲＡＮネットワーク部分又はセル１０２とを含む。ユーザ装置、移動局、又はネットワーク・デバイス１０３はこれらのネットワーク又はセル１０１、１０２の間を移動するので、基地局１０９、１１３により、適宜、シームレスに通信を確立する必要がある。これは、ネットワーク又はセル間の滑らかでシームレスなハンドオフを可能にするために、ネットワーク・リソースの事前認証及び事前登録並びに割り振りを必要とする。
【００３３】
[0041] 図１Ｂは、簡略化したＥ−ＵＴＲＡＮ及びｅＨＲＰＤ網間接続アーキテクチャ１６０を示している。図示の通り、Ｅ−ＵＴＲＡＮネットワークは、基地局又はｅＮｏｄｅＢ（基地局を含むことができる進化型ノードＢ又はｅＮＢ）１１３を含む無線アクセス・ネットワーク１６８を含む。ｅＮｏｄｅＢ１１３は、３ＧＰＰ進化型パケット・コア（ＥＰＣ）ネットワーク１７０内の１つ又は複数のネットワーク装置又は要素に接続される。具体的には、ｅＮｏｄｅＢ１１３は、サービング・ゲートウェイ１６４又はモビリティ管理エンティティ１７４のいずれかに接続することができる。サービング・ゲートウェイ１６４は、パケット・データ・ネットワーク・ゲートウェイ１７６並びにポリシー及び課金ルール機能ネットワーク要素１８４に接続することができる。モビリティ管理エンティティ１７４は、それ自体が３ＧＰＰ認証認可アカウンティング（ＡＡＡ）サーバ１８６に接続されるホーム加入者サーバ１８０に接続される。図１Ｂはこのようなネットワーク装置間の線として接続を示しているが、ネットワーク装置又は要素間に中間装置が存在する可能性があることを理解されたい。それぞれのネットワーク装置間に示されている線は、これらのネットワーク装置又は要素が相互に直接又は間接的に通信することを示すためのものである。
【００３４】
[0042] 機能的には、サービング・ゲートウェイ１６４は、ネットワークのＥ−ＵＴＲＡＮ１６８部分とＥＰＣ１７０部分との間でデータ・パケットを移送する。モビリティ管理エンティティ１７４はモビリティ管理及び認証に関連する機能を担当する。サービング・ゲートウェイ１６４はそれぞれのユーザ装置１０３1に関連付けられている。ユーザ装置がｅＮｏｄｅＢ１１３の全域を移動する場合、サービング・ゲートウェイ１６４はローカル・モビリティ・アンカ・ポイントとして機能する。即ち、これは、ユーザ・パケット・データを経路指定し転送する。パケット・データ・ネットワーク・ゲートウェイ１７６は、３ＧＰＰ ＥＰＣと外部パケット・データ・ネットワーク（図示せず）との間でパケット・データのアンカ・ポイントとして機能する。複数のパケット・データ・ネットワークにアクセスするために２つ以上のパケット・データ・ネットワーク・ゲートウェイが存在する可能性がある。ホーム加入者サーバ１８０は加入者に関する情報を保管する。ポリシー及び課金ルール機能要素１８４は、ＱｏＳリソースのポリシー制御及び管理をサポートする。３ＧＰＰ ＡＡＡサーバ１８６は認証、認可、およびアカウンティングを担当する。
【００３５】
[0043] 図１Ｂに示されているように、ユーザ装置１０３1はｅＨＲＰＤ無線アクセス・ネットワーク１９２を介してｅＨＲＰＤネットワーク１８８にローミングすることができる。無線アクセス・ネットワーク１９２はユーザ装置１０３と通信する基地局１０９を含む。基地局１０９は進化型アクセス・ネットワーク／進化型パケット制御機能（ｅＡＮ／ｅＰＣＦ）１９４に接続される。ｅＡＮ／ｅＰＣＦ１９４は、ＨＲＰＤサービング・ゲートウェイ１９０、アクセス・ネットワークＡＡＡ１９６に接続され、好ましくは、モビリティ管理エンティティ１７４に接続される。ＨＲＰＤサービング・ゲートウェイ１９０は３ＧＰＰ２ ＡＡＡサーバ１９８に接続される。
【００３６】
[0044] ３ＧＰＰ２ ｅＨＲＰＤネットワーク１８８では、ＨＲＰＤサービング・ゲートウェイ１９０はｅＨＲＰＤアクセス・ネットワークを３ＧＰＰ ＨＰＣと接続するサービング・ネットワークである。ｅＡＮ／ｅＰＣＦ１９４は進化型アクセス・ネットワーク（ｅＡＮ）と進化型パケット制御機能（ｅＰＣＦ）の組み合わせである。ｅＡＮはユーザ装置との無線通信に使用される。ｅＰＣＦは、ｅＡＮとＨＲＰＤサービング・ゲートウェイ１９０との間のパケットのリレーを管理する。論理的にはｅＡＮとｅＰＣＦを分離することができるが、実際問題としては、これらは、通常、実現される時に物理的に同じ場所に配置されることが期待されている。アクセス・ネットワークＡＡＡ１９６は、図１ＢではｅＨＲＰＤ無線アクセス・ネットワーク１９２であるアクセス・ネットワークの認証を担当する。３ＧＰＰ２ ＡＡＡ１９８はｅＨＲＰＤシステム内のＡＡＡサーバとして機能する。
【００３７】
[0045] 図１Ａ及び図１Ｂに関連して説明すると、ユーザ装置は、現在在留しているセルから他のセルに移動する時にハンドオフされる。セルは、基地局によって対応される無線信号サービスエリアによって定義される。３ＧＰＰ ＬＴＥでは、セル・サービスエリアは１ｋｍから１００ｋｍに及ぶ可能性がある。アクティブ・ハンドオフ（active handoff）とは、ユーザ装置１０３がアクティブ状態にある時、即ち、ユーザ装置１０３とｅＡＮ／ｅＰＣＦ１９４との間に物理的なトラフィック・チャネルが存在し、ｅＡＮ／ｅＰＣＦ１９４とＨＳＧＷ１９０との間に接続が存在する時に行われるハンドオフを指す。また、ユーザ装置１０３とＨＳＧＷ１９０との間にはポイントツーポイント・プロトコル（ＰＰＰ）リンクも存在する。休止ハンドオフ（dormant handoff）では、ユーザ装置１０３とｅＡＮ／ｅＰＣＦ１９４との間に物理的なトラフィック・チャネルが存在しない。従って、休止ハンドオフでは、ＨＳＧＷ１９０とユーザ装置１０３との間でパケット・データを送信する前にユーザ装置をページングしなければならない。
【００３８】
[0046] ハンドオフには２つのフェーズが存在する。第１のフェーズは、ターゲット隣接セルに対して事前登録及び事前認証を実行することである。この点に関しては、隣接セルが異なるネットワーク、例えば、３ＧＰＰ ＥＰＣと３ＧＰＰ２ ｅＨＲＰＤにある時に、隣接ネットワーク間でハンドオフが行われる。第２のフェーズであるハンドオフ・フェーズは、ハンドオフ手順の残りの部分、即ち、ユーザ装置又はネットワーク・デバイスに実際にネットワーク又はサービング基地局を変更させることを含む。研究によれば、登録及び認証は、通常、ハンドオフ中に実行されるその他の手順より長い時間がかかることが分かっている。従って、事前登録及び事前認証はハンドオフ待ち時間を大幅に短縮することができるであろう。
【００３９】
[0047] 次に図２を参照すると、３ＧＰＰ１ Ｘ．００５７に規定されているように、Ｅ−ＵＴＲＡＮ及びｅＨＲＰＤネットワーク間のハンドオフ手順の一部として事前登録及び事前認証のためのステップを描写する呼び出し流れ図が示されている。図示の通り、ユーザ装置１０３は、ｅＨＲＰＤシステム内で新しいセッション２０９の確立を開始する。デバイス認証２１０の後に、ｅＨＲＰＤ ｅＡＮ／ｅＰＣＦ１９４はＨＲＰＤサービング・ゲートウェイ１９０との主要なＡ１０接続を確立する。次にユーザ装置１０３とＨＲＰＤサービング・ゲートウェイ１９０はＰＰＰ接続確立手順２１２を開始する。次にユーザ装置１０３は、ＩＥＴＦ ＲＦＣ４１８７に記載されているように、２１２1〜２１２3でＥＡＰ−ＡＫＡを使用することによってユーザ認証及び認可を実行する。ＥＡＰ−ＡＫＡメッセージは、ポイントツーポイント・プロトコル（ＰＰＰ）を使用してユーザ装置１０３とＨＲＰＤサービング・ゲートウェイ１９０との間で交換される。ＥＡＰ−ＡＫＡメッセージは３ＧＰＰ２ ＡＡＡサーバ１９８によって３ＧＰＰ ＡＡＡサーバ１８６にさらにリレーされ、その３ＧＰＰ ＡＡＡサーバ１８６がユーザ装置を認証し認可する。
【００４０】
[0048] 認証及び認可が成功すると、３ＧＰＰ ＡＡＡサーバ１８６は、ホーム加入者サーバ１８０に照会し、パケット・データ・ネットワーク・ゲートウェイ・アドレスをｅＨＲＰＤシステムに返す。ＨＲＰＤサービング・ゲートウェイ１９０は、２１３、２１４で、３ＧＰＰ ＡＡＡサーバ１８６又はホーム加入者サーバ１８０から受信したＰＤＮ ＧＷ ＩＰアドレス、ＱｏＳプロファイル、及びその他のユーザ・コンテキスト情報を保管する。上記のステップの後に、ネットワークは、すべての専用ベアラを確立し、事前登録／認証プロセスを完了するために、リソース予約手順を開始する。この手順を使用して、ｅＨＲＰＤ及びＩＰコンテキストが確立される。
【００４１】
[0049] 本発明の様々な態様により、ユーザ装置が、いつ、どの隣接無線セル又はネットワークに対して、事前登録／事前認証を実行しなければならないかどうかを予測し、ハンドオフ遅延を短縮するために事前登録／事前認証中に確立されたコンテキスト（例えば、予約されたネットワーク・リソース）の存続期間（lifetime）を推定するための方法及びシステムによって、無線ネットワーク・モビリティ及びリソース管理が強化される。具体的には、この方法及びシステムは履歴情報を使用してユーザ装置のセル在留時間を予測するが、このセル在留時間は、ユーザ装置が基地局に接続する時からユーザ装置が他の基地局にハンドオフされるまでの時間間隔として定義される。以下に詳細に説明するように、履歴情報は、好ましくは、前にあるセルに在留していたユーザ装置に関する在留時間サンプルを含む。
【００４２】
[0050] 次に図３を参照すると、本発明の一態様による方法を示す流れ図３００が示されている。この方法はステップ３０５で、ネットワーク装置（例えば、基地局）がネットワーク装置に関連するセル内に在留していたユーザ装置（複数も可）に関するセル在留時間のサンプルを取得することから始まる。典型的に、セル在留時間は、ユーザ装置（複数も可）がそれぞれの元のサービング・セルから隣接セルにハンドオフされる時に取得される。他の諸実施形態では、ユーザ装置をポーリングするか又はユーザ装置にその現在の在留時間をネットワーク装置に対して定期的に報告させることにより、セル在留時間を定期的に取得することができる。
【００４３】
[0051] ステップ３１０では、ネットワーク装置は、ステップ３０５で取得したサンプルに基づいて、セル内に在留しているユーザ装置に関するセル在留時間を推定する。次に、推定したセル在留時間に基づいて、ネットワーク装置はステップ３１５でユーザ装置のために予約すべきネットワーク・リソースの存続期間を推定し、ステップ３２０でユーザ装置に関する事前認証及び事前登録を実行する。
【００４４】
[0052] 図４は、本発明の一態様により実現可能なシステム４００を示している。特に、図４は、基地局４０１とユーザ装置４０２とを含むシステム４００を例示的に描写している。上記で説明したように、基地局４０１は、ｅＮｏｄｅＢ又はｅＮＢを含むか或いはｅＮｏｄｅＢ又はｅＮＢと呼ばれる場合がある。一般に、基地局４０１は、ユーザ装置４０２との間でユーザ及び制御情報を通信するためのアンテナと受信機及び送信機（まとめてトランシーバ・ユニット）とを含む。その点に関しては、アンテナは、ユーザ装置に無線周波を放射するか又はユーザ装置から無線周波を受信するように構成される。図１及び図２に示されているように、基地局は、ＲＡＮの一部を含み、コア・ネットワーク、例えば、ＥＰＣ１７０又はｅＨＲＰＤ１８８に結合される。
【００４５】
[0053] 基地局４０１は、前に基地局４０１のセル又はサービング・エリア内に在留していたユーザ装置に関するセル在留時間の取得サンプルを含むデータベース４０３を含むことができる。図４は基地局の一部としてデータベース４０３を示しているが、データベースは図２に示されているようにコア・ネットワーク内に在留することもできる。例えば、データベースは、図１Ｂに示されているネットワーク装置又は要素のいずれかに、或いは個別のデータベースとして在留することができる。同様に、ステップ４１３〜４２３のいずれのステップもこのようなネットワーク装置のいずれかによって実行することもできる。
【００４６】
[0054] 図４に示されているように、ステップ４１０でユーザ装置４０２は、それが現在接続されているか又は、例えば、他のユーザ装置と通信するために使用している基地局の信号対雑音比（ＳＮＲ）をモニターする。その点に関しては、基地局は、ユーザ装置４０２にコンテンツ（例えば、音声、ビデオなど）を提供するために使用される基地局であるという点で、サービング基地局と呼ぶこともできる。このようにして、ユーザ装置４０２は他の基地局を聴取することができるが、基地局４０１はそれが在留している（又はとどまっている）現在セルを定義する。さらに、上述の通り、ユーザ装置が基地局のサービスエリア又はセル内にとどまるか又は在留する時間は、一般に、ユーザ装置のセル在留時間と呼ばれる。
【００４７】
[0055] ユーザ装置又はユーザ装置４０２は、一般に、基地局４０１と無線で通信することができる任意のモバイル・デバイス又は移動局を含む。ユーザ装置４０２の例としては、携帯電話、スマートフォン、携帯情報端末、又はモバイル・コンピューティング・デバイスを含む。
【００４８】
[0056] ステップ４１１では、ユーザ装置４０２は、現在の測定ＳＮＲを所定のしきい値Ｔ1（例えば、Ｔ1≦５０％）と比較する。ＳＮＲがＴ1より小さい場合、ユーザ装置は、ステップ４１２で、候補隣接基地局又はセルに対して事前登録及び事前認証を実行することを望んでいることを基地局に通知する。ステップ４１３〜４２０では、基地局４０１（又はその他のネットワーク装置）は、ユーザ装置４０２のセル在留時間を推定することにより、事前登録／事前認証をトリガすべきかどうかを決定する。
【００４９】
[0057] 具体的には、基地局４０１は、ステップ４１３で、ユーザ装置４０２から事前登録及び事前認証要求を受信する。次に、ステップ４１４では、基地局４０１は、基地局４０１によって対応されるセルから隣接セルにハンドオフされるユーザ装置に関するセル在留時間について収集したサンプルをデータベース４０３から検索する。ステップ４１５〜４１８については以下にさらに詳細に説明するが、これらのステップでは、基地局４０１は統計モデルに基づいてユーザ装置のセル在留時間を推定する。ステップ４１９では、ユーザ装置の残余時間（residual time）が計算される。この残余時間は、推定したセル在留時間と、ユーザ装置が現在セルに在留していた時間との差である。４２０では、ユーザ装置の残余時間がしきい値Ｔ2、例えば、Ｔ2≦５００ｍｓより小さい場合、基地局４０１はステップ４２３に移行して、事前登録／事前認証を実行するようユーザ装置に指示し、ステップ４２１でセル在留時間の標準偏差を推定し始める。ステップ４２２では、セル在留時間について推定した標準偏差を使用して、ハンドオフを実行するためのユーザ装置のために予約すべきネットワーク・リソースの存続時間を推定することができる。残余時間が所定のしきい値Ｔ2に等しいか又はそれより大きい場合、基地局４０１は事前登録及び事前認証要求を認可しない。
【００５０】
[0058] 次に図５Ａを参照すると、本発明の追加の態様を示す呼び出し流れ図が示されている。上記で説明したように、ステップ４１１では、ユーザ装置４０２は、現在の測定ＳＮＲを所定のしきい値Ｔ1（例えば、Ｔ1≦５０％）と比較する。ＳＮＲがＴ1より小さい場合、ユーザ装置は、ステップ４１２で、候補隣接基地局又はセルに対して事前登録及び事前認証を実行することを望んでいることを基地局に通知する。基地局４０１は、ステップ４１８〜４１９で、ユーザ装置４０２に関するセル在留時間及び残余時間を推定する。図４に関して前述したように、ステップ４２０では、残余時間が所定のしきい値Ｔ2に等しいか又はそれより大きい場合、基地局４０１はステップ４２４で事前登録及び事前認証要求を拒否する。これに反して、ユーザ装置の残余時間がしきい値Ｔ2より小さい場合、基地局４０１はステップ４２３で事前登録／事前認証要求を認可する。
【００５１】
[0059] 図５Ｂは本発明の他の態様を示している。この態様では、基地局４０１は、ユーザ装置が基地局に接続する時に、又は基地局とのそのＳＮＲがしきい値Ｔ1より低いことをユーザ装置が基地局に報告する時に、予測セル在留時間をユーザ装置に送信する。次にユーザ装置自体は、基地局から受信した予測セル在留時間を使用して、いつ事前登録及び事前認証を開始しなければならないか（並びに、開始しなければならないかどうか）を決定することができる。
【００５２】
[0060] 本発明の他の態様では、基地局は、１つ又は複数のユーザ装置から取得するセル在留時間を他のネットワーク装置に伝送することもできる。これらの取得した在留時間又はサンプルは、他のネットワーク装置又は要素に保管し、他のネットワーク装置内のセル在留時間を推定するために使用することができる。前述の通り、このようなネットワーク装置は、モビリティ管理エンティティ１７４、ホーム加入者サーバ１８０、サービング・ゲートウェイ１６４、又はＡＡＡサーバ１８６などの３ＧＰＰ ＥＰＣ内のネットワーク・コンポーネントを含むことができる。３ＧＰＰ２ ｅＨＲＰＤネットワークの場合、この装置は、ｅＡＮ／ｅＰＣＦ１９４、アクセス・ネットワークＡＡＡ１９６、又はＡＡＡサーバ１９８を含むことができる。
【００５３】
[0061] 本発明の他の態様では、基地局は、ＳＮＲの降順に基づいてソートされたリスト内の隣接セルに対して事前登録／事前認証を実行するようユーザ装置に指示することができる。図５Ｃ及び図５Ｄは、ユーザ装置がステップ４５３で基地局の隣接セルのＳＮＲを収集し、ステップ４５４で収集したＳＮＲを基地局に報告することを示している。典型的に、Ｅ−ＵＴＲＡＮ又はｅＨＲＰＤにすることができる隣接セルの数は１０より小さい。Ｅ−ＵＴＲＡＮからｅＨＲＰＤへのハンドオフでは、基地局はまずｅＨＲＰＤのセルをリストする。次に基地局はステップ４５５で、ユーザ装置によって報告されたＳＮＲに基づいてｅＨＲＰＤセルのリストをソートする。事前登録及び事前認証を開始する前にユーザ装置がすべての隣接セルを検出できない可能性があるので、リスト内の一部又はすべてのセルのＳＮＲがゼロになる可能性がある。次にネットワークはステップ４５６で、ソートしたリストをユーザ装置に返送し、ＳＮＲの降順に基づいてリスト内のセルに対して事前登録／事前認証を実行するようユーザ装置に指示する。ＳＮＲが最も高いセルに対して事前登録／事前認証を実行すべき理由は、ユーザ装置がそのセルにローミングする可能性があることである。
【００５４】
[0062] 本発明の他の態様では、基地局は、ＳＮＲ自体ではなく、ＳＮＲの増加率に基づいて、ユーザ装置の事前登録及び事前認証に関する候補セルのランク付けを決定する。ＳＮＲの増加率が高いということは、ユーザ装置がその候補セルに向かって移動しているという表示である。図５Ａ及び図５Ｂでは、ユーザ装置が事前登録及び事前認証を実行することを決定すると、ユーザ装置は、ステップ４５３で所与の期間［ｔ1，ｔ2］について候補セルに関するＳＮＲをサンプリングし、ステップ４５４でｔ1及びｔ2における候補セルのＳＮＲを基地局に報告する。ユーザ装置からＳＮＲを受信すると、基地局はステップ４５５で各候補セルについてこの期間におけるＳＮＲの増加率を計算する。次に基地局は、ＳＮＲの増加率に応じて降順に候補セルをランク付けし、ステップ４５６でそのリストをユーザ装置に返送する。
【００５５】
[0063] 図５Ａ〜図５Ｄは、ＳＮＲの増加率が最も高いか又はＳＮＲが最も高い候補セルから、ユーザ装置が事前登録及び事前認証を実行することを示している。ネットワークがユーザ装置の事前登録及び事前認証に移行した後、基地局はステップ４５９でネットワーク在留時間の標準偏差を推定し、ユーザ装置をハンドオフするために予約されたコンテキスト・データの存続期間を計算し始め、ステップ４６０でそれに応じてコンテキスト・データの存続期間を設定する。本発明の他の諸実施形態では、コンテキスト存続期間の計算は他のネットワーク装置又は要素で実行することができる。このようなネットワーク装置は、モビリティ管理エンティティ１７４、ホーム加入者サーバ１８０、サービング・ゲートウェイ１６４、又はＡＡＡサーバ１８６などの３ＧＰＰ ＥＰＣ内のネットワーク・コンポーネントを含むことができる。３ＧＰＰ２ ｅＨＲＰＤネットワークの場合、この装置は、ｅＡＮ／ｅＰＣＦ１９４、アクセス・ネットワークＡＡＡ１９６、又はＡＡＡサーバ１９８を含むことができる。
【００５６】
[0064] 本発明のさらに好ましい一態様では、ウィーナ過程を使用してセル在留時間を推定することができる。ウィーナ過程とは、確率変数の値が多数の独立した要因又は弱く従属する要因による影響を受け、そのそれぞれが比較的小さい影響力を有するプロセスをモデル化する際に効果的であることが証明されている確率過程である。セル在留時間は、独立しているか又は互いに弱く従属する多数の要因による影響を受けるモデルである。従って、ウィーナ過程はセル在留時間をモデル化するための効果的な方法を提供する。
【００５７】
[0065] 一般に、ウィーナ過程Ｘtは、以下の３つの特性によって定義される。即ち、Ｘtは、すべてのｔ≧０について分布したＮ（０，ｃ2ｔ）である。Ｎは、平均が０で分散がｃ2ｔである正規分布を示す。｛Ｘt；ｔ≧０｝は独立した増分を有する。０≦ｓ≦ｔの場合、増分｛Ｘt−Ｘs｝は分布したＮ（０，ｃ2（ｔ−ｓ））である。
【００５８】
[0066] ｃ＝１である標準的なウィーナ過程は｛Ｗt；ｔ≧０｝によって示され、この場合、すべての０≦ｓ≦ｔについて、Ｅ［Ｗt］＝０、Ｖａｒ（Ｗt）＝ｔである。その上、ずれ又は傾向がμｔである一般的なウィーナ過程は以下のように表される。
【数１】
【００５９】
[0067] Δｔが予測時間間隔であり、αが標準正規確率変数であるとする。一般的なウィーナ過程を使用することにより、変動ΔＫは以下のように表すことができる。
【数２】
【００６０】
[0068] ΔＫはｔ−Δｔからｔまでの変動である。ΔＫという量はすべてのΔｔ時間単位ごとに計算される。ΔＫは任意の所与のΔｔに関する正規確率変数としてモデル化することができる。さらに、以下の式のウィーナ過程の変動により、ΔＫの平均及び標準偏差は時間の経過につれて変化することができる。
【数３】
[0069]ここで、μ及びδは定数である。式（３）に示されているように、ΔＫは平均がμΔｔで標準偏差がδ√Δｔである正規分布確率変数になる。これは、任意の所与の時間間隔Δｔの場合、ΔＫの平均及び標準偏差をμ及びδから直接計算できることを示唆している。従って、μ及びδは、それぞれ、ΔＫの期待されたずれ及び標準偏差率と呼ばれる。その上、任意の所与の時間間隔θの場合、長さθの前の時間間隔におけるΔＫのサンプル値の平均及び分散に基づいてμ及びδを推定することができる。ｋ（ｔ）がＫ（ｔ）のサンプル値であるとすると、前のｒ個の時間間隔［ｔ−ｉθ−θ，ｔ−ｉθ］におけるΔＫのサンプル値はｋ（ｔ−ｉθ）−ｋ（ｔ−ｉθ−θ）になり、ここで、ｉ＝０，．．．，ｒ−１である。このため、μは以下のように
【数４】
によって推定することができる。
【数５】
【００６１】
[0070] また、δの推定である
【数６】
は以下の式によって得られる。
【数７】
【００６２】
[0071] 式（３）〜式（５）を使用することにより、ｒが十分大きい時にΔＫを厳密に推定することができる。通常、ｒについては２５で十分である。ウィーナ過程は、任意の所与のサンプリング時間間隔θにおいて古い記録を使用することにより、近い将来のＫ（ｔ＋Δｔ）を推定することができる。
【００６３】
[0072] セル在留時間は、特にＥ−ＵＴＲＡＮ−ｅＨＲＰＤ網間接続ネットワーク・システムにおいて、異なるユーザ装置について幅広く変化する可能性がある。従って、ｋ（ｔ−ｉθ）は、すべてのｉ＝０，．．．，ｒ−１について、ｔ−ｉθ以前に隣接セルへのハンドオフを実行した最後のｎ個のユーザ装置に関するセル在留時間の瞬間平均（instantaneous mean）を表すように定義される。次に式（４）〜式（５）でｋ（ｔ−ｉθ）を使用して、
【数８】
及び
【数９】
を計算し、次にこれらを使用して式（３）を使用することによりΔＫを生成する。ウィーナ過程を使用する場合、最初は、基地局がｒ×θの時間単位を実行して十分なサンプルを収集する必要がある。その後、基地局は、式（３）〜式（５）を使用してΔＫの推定値を計算し始めることができる。次に推定したＫ（ｔ＋Δｔ）はΔＫ及びＫ（ｔ）によって計算することができる。
【００６４】
[0073] ウィーナ過程の上記のステップは図４にステップ４１３〜４１８として示されている。具体的には、時間ｔにおいて基地局４０１はステップ４１３でユーザ装置４０２から事前登録及び事前認証要求を受信する。次にステップ４１４で、基地局は、例えば、長さθのｒ−１個の時間間隔について最後のｎ個のユーザ装置に関するセル在留時間について収集したサンプルをデータベース４０３から検索する。ステップ４１５で、ｔ−（ｒ−１）θ以前のセル在留時間の瞬間平均が計算される。次にステップ４１６で、基地局４０１は、ｔ−Δｔからｔまでのセル在留時間の変動について期待されたずれ及び標準偏差を計算する。次にステップ４１７で、ｔ−Δｔからｔまでのセル在留時間の変動が計算される。ステップ４１８では、ｔ−Δｔからｔまでのセル在留時間について計算された変動に基づいてユーザ装置４０２に関するセル在留時間が推定される。
【００６５】
[0074] 本発明の他の諸実施形態では、時系列分析などのその他の統計モデルを使用して、セル在留時間を推定することができるであろう。また、平均化を含むその他のモデルを使用して、セル在留時間を推定することもできる。
【００６６】
[0075] 本発明の他の態様では、事前登録／認証によって予約されたネットワーク・リソースのコンテキスト存続期間は、セル在留時間に基づいて推定することができる。予測されたコンテキスト存続期間が残余セル在留時間より短い場合、ハンドオフが始まる前に予約されたコンテキストが期限切れになる可能性がある。これは、事前登録／事前認証プロセスに影響を及ぼし、場合によってはそのプロセスを無意味なものにする可能性がある。
【００６７】
[0076] 式（３）〜式（５）によって推定されたセル在留時間の標準偏差を計算することができる。ｓｔｄ（ｔ−ｉθ）は、すべてのｉ＝０，．．．，ｒ−１について、ｔ−ｉθ以前に隣接セルへのハンドオフを実行したｎ個のユーザ装置のセル在留時間の瞬間標準偏差として定義される。また、ｓｔｄ（ｔ−ｉθ）は、すべてのｉ＝０，．．．，ｒ−１について、時間間隔［ｔ−ｉθ−θ，ｔ−ｉθ］内のセル内のすべてのユーザ装置及びｋ（ｔ−ｉθ）によって計算される。
【００６８】
[0077] 前述の通り、次にΔＫ及びＫ（ｔ）によってＫ（ｔ＋Δｔ）を計算することができる。σ（ｔ＋Δｔ）はセル在留時間について推定した標準偏差を示すものとする。即ち、σ（ｔ＋Δｔ）＝ｓｔｄ（ｔ）である。ユーザ装置がハンドオフを実行する前にユーザ装置のコンテキスト存続期間が期限切れにならない確率を高めるために、以下のようにコンテキスト存続期間を予測することができ、ここでａは正の実数の信頼係数である。例えば、ａ＝２である場合、ユーザ装置の実際のコンテキスト存続期間が予測されたコンテキスト存続期間より長くなる確率は５％未満になる。
コンテキスト存続期間＝Ｋ（ｔ＋Δｔ）＋ａ×σ（ｔ＋Δｔ）
【００６９】
[0078] 予約されたネットワーク・リソースを解除する手法の１つは、ユーザ装置がセル内に移動した時に、そのコンテキストを削除するようにその他のセルをトリガするための明示的な信号を使用することである。しかし、この手順を実現するために、ネットワーク・アーキテクチャ及び新しい信号の流れを変更するか又は定義する必要がある可能性がある。３ＧＰＰ２ ｅＨＲＰＤでは、基地局は他の基地局と直接交信することはできない。信号メッセージは、他の基地局に到達するためにｅＡＮ／ｅＰＣＦを通過するか又はＨＳＧＷさえ通過することが必要になる。ｅＧＰＰ ＥＰＳ内のｅＮｏｄｅＢはＸ２インターフェースというインターフェースによって接続することができるが、Ｘ２インターフェースの主要目的は、ハンドオフ後に古いｅＮｏｄｅＢから新しいｅＮｏｄｅＢにパケットを転送することである。未使用のコンテキストを削除するためのＸ２インターフェースの使用は標準化することが必要になる。Ｅ−ＵＴＲＡＮ及びｅＨＲＰＤからのハンドオフの場合、基地局間の信号メッセージはＰＤＮ ＧＷを通過することが必要になり、その結果、経路指定パスが長くなる。標準化の問題に加えて、この手法は事前登録／事前認証の複雑さを大幅に増加するものである。
【００７０】
[0079] 上記の目的のために、それぞれの事前確立したコンテキストは、自動的に期限切れになるコンテキスト存続期間を有することができる。これにより、事前確立したコンテキストを除去するよう隣接ネットワークを指示するためにユーザ装置が追加の信号を使用する必要性が回避され、このため、事前登録／事前認証の複雑さが大幅に低減される。
【００７１】
[0080] 事前確立したコンテキストの存続期間を決定する方法は重要である。コンテキスト存続期間が長すぎるか又は無限である場合、未使用のコンテキスト内の予約されたリソースは、他のユーザ装置によって使用することができないので、候補ネットワーク及びユーザ装置のいずれでも浪費されることになる。事前登録／事前認証を実行するユーザ装置が多数存在する場合、各セル内のリソースは不必要に消耗する可能性もある。その上、未使用のセキュリティ・キー資料は、削除されない場合、結果的にセキュリティ問題を引き起こす可能性がある。これに反して、ハンドオフが行われる前にコンテキストが削除される場合、ユーザ装置は、そのセルを訪問する時に再登録／認証をやり直し、そのコンテキストを再確立する必要がある。それ以前に実行された事前登録／事前認証は無用なものになり、ユーザ装置及び基地局におけるメッセージング・オーバヘッド及びコンピューティング・オーバヘッドは増加する。この問題は、大規模ネットワークの場合に特に重要になる。
【００７２】
[0081] 静的コンテキスト存続期間が任意に選択されると、結果的に性能が悪くなることが証明されている。評価基準の１つは呼び出しブロック／ハンドオフ低下確率（call blocking/handoff dropping probability）である。存続期間が長くなると、その結果、呼び出しブロック／ハンドオフ低下確率が高くなる。明らかに、ハンドオフ呼び出しのためにより多くのリソースが予約される場合、新しい呼び出しのブロック確率が低下することになる。これに反して、新しい呼び出しのためにより多くのリソースが予約される場合、ハンドオフ低下確率が低下することになる。従って、存続期間が短くなると、呼び出しブロック／ハンドオフ低下確率の点で性能が良好になる。
【００７３】
[0082] もう１つの評価基準は、予約されているコンテキストのうちのいくつが実際に使用されるかを示す測定値である。これは、以下のようにヒット率として定義することができるであろう。
[0083] ヒット率＝ＮNotExpired／ＮUE×１００％
【００７４】
[0084] コンテキスト存続期間が長くなるにつれて、ヒット率も上昇する。逆に、コンテキスト存続期間が短くなると、結果的にヒット率が低くなる。従って、静的コンテキスト存続期間の使用により、呼び出しブロック／ハンドオフ低下確率及びヒット率という２通りの性能尺度は互いに矛盾する。従って、動的コンテキスト存続期間アルゴリズムが必要である。
【００７５】
[0085] ユーザ装置が候補セル内にハンドオフされた後、この候補セル内のユーザ装置のために予約されたコンテキスト存続期間は、ユーザ装置がこのセル内にとどまる限り持続するようにリセットされる。
【００７６】
[0086] 本明細書で使用する用語は特定の諸実施形態のみを記述するためのものであって、本発明を制限するためのものではない。本明細書で使用する「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」という単数形は、明らかに文脈が特に指示しない限り、複数形も含むものである。本明細書で使用される場合、「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ」及び／又は「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」という用語は、明記された特徴、整数、ステップ、操作、要素、及び／又はコンポーネントの存在を指定するが、１つ又は複数のその他の特徴、整数、ステップ、操作、要素、コンポーネント、及び／又はそのグループの存在又は追加を排除しないことはさらに理解されるであろう。
【００７７】
[0087] 本発明の様々な態様は、コンピュータ又はマシンで使用可能又は読み取り可能な媒体に実施されたプログラム、ソフトウェア、又はコンピュータ命令として実施することができ、それにより、コンピュータ、プロセッサ、及び／又はマシン上で実行された時に、コンピュータ又はマシンにこの方法の諸ステップを実行させる。詳細には、本明細書に記載されている方法は、メモリ内に保管され、プロセス又は中央演算処理装置（ＣＰＵ）、マイクロプロセッサなどによって実行されるプログラミング命令に変換することができる。このようなプロセッサは、Ｉｎｔｅｌ、ＡＭＤ、又は任意のその他の同様の製品によって作られたものを含むことができる。加えて、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）を使用して動作するよう命令をプログラミングすることもでき、これにより、この方法を、例えば、基地局又はユーザ装置にとってよりポータブルなものにすることができる。
【００７８】
[0088] 本発明のシステム及び方法は、汎用コンピュータ又は専用コンピュータ・システム上で実現し実行することができる。このコンピュータ・システムは、任意のタイプの既知のシステムであるか又は今後、既知のシステムになる可能性があり、典型的に、プロセッサ、メモリ・デバイス、記憶装置、入出力装置、内部バス、及び／又は通信ハードウェア及びソフトウェアなどと協力して他のコンピュータ・システムと通信するための通信インターフェースを含むことができる。
【００７９】
[0089] 上述の通り、本発明のユーザ装置、移動局、又はユーザ・デバイスは、携帯電話、モバイル・コンピュータ、モバイル・メディア・レコーダ、モバイル・メディア・プレーヤ、モバイル・ゲーム・コンソール、ナビゲーション装置、通信装置、及び付属品などのモバイル・デバイスを含むことができる。それらの間でモバイル・デバイスがハンドオフを実行する無線ネットワークは、３ＧＰＰ、３ＧＰＰ２、又はＷｉＦｉネットワークを含むことができる。
【００８０】
[0090] 本明細書では特定の諸実施形態に関連して本発明を説明してきたが、これらの実施形態は本発明の原理及び適用例の例証に過ぎないことを理解されたい。従って、特許請求の範囲によって定義された本発明の精神及び範囲を逸脱せずに、例示的な諸実施形態に対して多数の変更を行うことができ、その他の配置を考案できることを理解されたい。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線ネットワーク・モビリティを管理するための方法であって、
第１のネットワーク装置で、１つ又は複数のユーザ・デバイスが前記第１のネットワーク装置のサービスエリア範囲内にとどまる時間に関連付けられた１つ又は複数の時間サンプルを取得することと、
第２のネットワーク装置で、前記取得した時間サンプルに基づいて他のユーザ・デバイスが前記サービスエリア範囲内にとどまる可能性のある時間を推定すること
を含む、方法。
【請求項２】
取得すること及び推定することが、基地局、携帯電話、モビリティ管理エンティティ、ホーム加入者サーバ、サービング・ゲートウェイ、及び認証認可アカウンティング・サーバから構成されるグループから選択されたネットワーク装置によって実行される、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記第１のネットワーク装置及び前記第２のネットワーク装置が同じネットワーク装置を含む、請求項１記載の方法。
【請求項４】
推定することが、確率過程を使用して前記取得したサンプルを処理することをさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記確率過程がウィーナ過程を含む、請求項４記載の方法。
【請求項６】
推定することが、時系列分析を使用して前記取得したサンプルを処理することをさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記第２のネットワーク装置により、前記推定した時間を前記他のユーザ・デバイスに伝送することをさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記ユーザ・デバイスが、携帯電話、モバイル・コンピュータ、モバイル・メディア・レコーダ、モバイル・メディア・プレーヤ、モバイル・ゲーム・コンソール、ナビゲーション装置、通信装置、及び通信付属品から構成されるグループから選択される、請求項１記載の方法。
【請求項９】
第３のネットワーク装置で、前記他のユーザ・デバイスから事前認証要求を受信することと、
前記第３のネットワーク装置で、前記推定した時間に基づいて前記他のユーザ・デバイスを事前認証すること
をさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項１０】
第３のネットワーク装置で、前記他のユーザ・デバイスから事前登録要求を受信することと、
前記第３のネットワーク装置で、前記推定した時間に基づいて前記他のユーザ・デバイスの事前登録を実行すること
をさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項１１】
前記他のユーザ・デバイスに関連付けられた１つ又は複数の隣接基地局の前記サービスエリア範囲によって定義された１つ又は複数の隣接セルの信号対雑音比を取得することをさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項１２】
前記隣接セルの中から、前記取得した信号対雑音比に基づいて前記他のユーザ・デバイスをハンドオフするためのターゲット・セルを決定することをさらに含む、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
無線ネットワーク・リソースを管理する方法であって、
第１のネットワーク装置で、第１の基地局に関連付けられた複数のユーザ・デバイスに関する１つ又は複数の時間サンプルを取得することと、
第２のネットワーク装置で、前記取得した時間サンプルに基づいて前記第１の基地局に関連付けられた他のユーザ・デバイスに関するセル在留時間を推定することと、
前記第２のネットワーク装置で、前記推定したセル在留時間に基づいてネットワーク・リソースを解除する時期を決定すること
を含む、方法。
【請求項１４】
推定することが、前記推定したセル在留時間の標準偏差を計算することをさらに含む、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
前記ネットワーク・リソースが、ネットワーク・アドレス、ネットワーク・ベアラ、サービス品質プロファイル、又はセキュリティ・キーを含む、請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
第２の基地局で、前記他のユーザ・デバイスから事前認証又は事前登録要求を受信することと、
前記第２の基地局で、前記推定した時間に基づいて前記他のユーザ・デバイスを事前認証及び事前登録することと、
前記他のユーザ・デバイスに関連付けられた隣接セルに前記他のユーザ・デバイスをハンドオフするためのネットワーク・リソースを予約すること
をさらに含む、請求項１４記載の方法。
【請求項１７】
前記第１又は第２のネットワーク装置が、基地局、携帯電話、モビリティ管理エンティティ、ホーム加入者サーバ、サービング・ゲートウェイ、及び認証認可アカウンティング・サーバから構成されるグループから選択される、請求項１４記載の方法。
【請求項１８】
推定することが、確率過程又は時系列分析を使用して前記取得した時間サンプルを処理することをさらに含む、請求項１４記載の方法。
【請求項１９】
前記確率過程がウィーナ過程を含む、請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
前記ネットワーク装置により、前記推定した時間を他のユーザ・デバイスに伝送することをさらに含む、請求項１４記載の方法。
【請求項２１】
基地局に関連付けられた複数のユーザ・デバイスに関する１つ又は複数の時間サンプルを取得するための基地局と、
前記取得した時間サンプルに基づいて前記基地局に関連付けられた他のユーザ・デバイスに関するセル在留時間を推定するためのネットワーク要素に関連付けられたプロセッサと
を含む、システム。
【請求項２２】
前記ネットワーク要素が、基地局、携帯電話、モビリティ管理エンティティ、ホーム加入者サーバ、サービング・ゲートウェイ、及び認証認可アカウンティング・サーバから構成されるグループから選択される、請求項２１記載のシステム。
【請求項２３】
前記時間サンプルがセル在留時間を含む、請求項２２記載のシステム。
【請求項１】
無線ネットワーク・モビリティを管理するための方法であって、
第１のネットワーク装置で、１つ又は複数のユーザ・デバイスが前記第１のネットワーク装置のサービスエリア範囲内にとどまる時間に関連付けられた１つ又は複数の時間サンプルを取得することと、
第２のネットワーク装置で、前記取得した時間サンプルに基づいて他のユーザ・デバイスが前記サービスエリア範囲内にとどまる可能性のある時間を推定すること
を含む、方法。
【請求項２】
取得すること及び推定することが、基地局、携帯電話、モビリティ管理エンティティ、ホーム加入者サーバ、サービング・ゲートウェイ、及び認証認可アカウンティング・サーバから構成されるグループから選択されたネットワーク装置によって実行される、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記第１のネットワーク装置及び前記第２のネットワーク装置が同じネットワーク装置を含む、請求項１記載の方法。
【請求項４】
推定することが、確率過程を使用して前記取得したサンプルを処理することをさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記確率過程がウィーナ過程を含む、請求項４記載の方法。
【請求項６】
推定することが、時系列分析を使用して前記取得したサンプルを処理することをさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記第２のネットワーク装置により、前記推定した時間を前記他のユーザ・デバイスに伝送することをさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記ユーザ・デバイスが、携帯電話、モバイル・コンピュータ、モバイル・メディア・レコーダ、モバイル・メディア・プレーヤ、モバイル・ゲーム・コンソール、ナビゲーション装置、通信装置、及び通信付属品から構成されるグループから選択される、請求項１記載の方法。
【請求項９】
第３のネットワーク装置で、前記他のユーザ・デバイスから事前認証要求を受信することと、
前記第３のネットワーク装置で、前記推定した時間に基づいて前記他のユーザ・デバイスを事前認証すること
をさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項１０】
第３のネットワーク装置で、前記他のユーザ・デバイスから事前登録要求を受信することと、
前記第３のネットワーク装置で、前記推定した時間に基づいて前記他のユーザ・デバイスの事前登録を実行すること
をさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項１１】
前記他のユーザ・デバイスに関連付けられた１つ又は複数の隣接基地局の前記サービスエリア範囲によって定義された１つ又は複数の隣接セルの信号対雑音比を取得することをさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項１２】
前記隣接セルの中から、前記取得した信号対雑音比に基づいて前記他のユーザ・デバイスをハンドオフするためのターゲット・セルを決定することをさらに含む、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
無線ネットワーク・リソースを管理する方法であって、
第１のネットワーク装置で、第１の基地局に関連付けられた複数のユーザ・デバイスに関する１つ又は複数の時間サンプルを取得することと、
第２のネットワーク装置で、前記取得した時間サンプルに基づいて前記第１の基地局に関連付けられた他のユーザ・デバイスに関するセル在留時間を推定することと、
前記第２のネットワーク装置で、前記推定したセル在留時間に基づいてネットワーク・リソースを解除する時期を決定すること
を含む、方法。
【請求項１４】
推定することが、前記推定したセル在留時間の標準偏差を計算することをさらに含む、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
前記ネットワーク・リソースが、ネットワーク・アドレス、ネットワーク・ベアラ、サービス品質プロファイル、又はセキュリティ・キーを含む、請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
第２の基地局で、前記他のユーザ・デバイスから事前認証又は事前登録要求を受信することと、
前記第２の基地局で、前記推定した時間に基づいて前記他のユーザ・デバイスを事前認証及び事前登録することと、
前記他のユーザ・デバイスに関連付けられた隣接セルに前記他のユーザ・デバイスをハンドオフするためのネットワーク・リソースを予約すること
をさらに含む、請求項１４記載の方法。
【請求項１７】
前記第１又は第２のネットワーク装置が、基地局、携帯電話、モビリティ管理エンティティ、ホーム加入者サーバ、サービング・ゲートウェイ、及び認証認可アカウンティング・サーバから構成されるグループから選択される、請求項１４記載の方法。
【請求項１８】
推定することが、確率過程又は時系列分析を使用して前記取得した時間サンプルを処理することをさらに含む、請求項１４記載の方法。
【請求項１９】
前記確率過程がウィーナ過程を含む、請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
前記ネットワーク装置により、前記推定した時間を他のユーザ・デバイスに伝送することをさらに含む、請求項１４記載の方法。
【請求項２１】
基地局に関連付けられた複数のユーザ・デバイスに関する１つ又は複数の時間サンプルを取得するための基地局と、
前記取得した時間サンプルに基づいて前記基地局に関連付けられた他のユーザ・デバイスに関するセル在留時間を推定するためのネットワーク要素に関連付けられたプロセッサと
を含む、システム。
【請求項２２】
前記ネットワーク要素が、基地局、携帯電話、モビリティ管理エンティティ、ホーム加入者サーバ、サービング・ゲートウェイ、及び認証認可アカウンティング・サーバから構成されるグループから選択される、請求項２１記載のシステム。
【請求項２３】
前記時間サンプルがセル在留時間を含む、請求項２２記載のシステム。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図５Ｄ】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図５Ｄ】
【公表番号】特表２０１３−５０２８３８（Ｐ２０１３−５０２８３８Ａ）
【公表日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５２５６５４（Ｐ２０１２−５２５６５４）
【出願日】平成２２年８月１８日（２０１０．８．１８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０４５８２６
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０２２４４８
【国際公開日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【出願人】（５１１１３０８１８）ティーティーアイ インベンションズ ディー エルエルシー (5)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月１８日（２０１０．８．１８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０４５８２６
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０２２４４８
【国際公開日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【出願人】（５１１１３０８１８）ティーティーアイ インベンションズ ディー エルエルシー (5)
【Ｆターム（参考）】
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