LTEのネットワーク動作：次世代の無線技術、LTEの仕組みが分かる（6）（2/2 ページ）

» 2010年12月24日 00時00分公開

[小島浩，ノキアシーメンスネットワークス]

エンドツーエンドのきめ細かなQoS

　コアネットワークの構成要素であるP-GWの機能の1つに、QoS（Quality of Service）制御があります。3Gネットワークでもアプリケーションに応じた優先制御は可能ですが、オールIPのLTEではすべての情報がIPパケット化されるため、よりきめ細かな優先制御がエンドツーエンドで行えるようになります。

図7　LTEならではのQoS

　LTEのQoS制御は、端末と基地局の間の無線ネットワーク区間とコアネットワーク側の双方で行われます。QoSを処理するパラメータにはQCI（QoS Class Identifier）があり、帯域制御の有無や遅延許容時間、パケットロス率などに応じて9段階の優先度が決められています。QCIの1〜4は帯域保証されるGBR（Guaranteed Bit Rate）、5〜9は帯域保証されないNon-GBRとなるなど、QCIに応じて各ベアラでQoS制御される仕組みです。

　端末と基地局の無線ネットワーク区間では、スケジューラと呼ばれる、周波数領域と時間領域で制御する帯域割当制御が行われ、各ユーザーの端末が使用しているサービスに対応したQCIが示す優先度に応じて優先制御します。

　例えば音声（VoIP）のように途切れては困るアプリケーションの場合、QCIは1、優先度は2というように優先度が高く設定され、無線区間の帯域も帯域保証のGBRが割り当てられます。

QCI	Guarantee	優先度（Priority）	Delay Budget	Loss rate	アプリケーション
1	GBR	2	100ms	1e-2	VoIP
2	GBR	4	150ms	1e-3	Video call
3	GBR	5	300ms	1e-6	ストリーミング
4	GBR	3	50ms	1e-3	リアルタイムゲーム
5	Non-GBR	1	100ms	1e-6	IMSシグナリング
6	Non-GBR	7	100ms	1e-3	インタラクティブゲーム
7	Non-GBR	6	300ms	1e-6	TCPプロトコル（ブラウジング、電子メール、ファウルダウンロード）
8	Non-GBR	8	300ms	1e-6
9	Non-GBR	9	300ms	1e-6

表1　QoSレベル

　一方、Web閲覧やメールのようにリアルタイム性が低いアプリケーションの場合は優先度の低いQCI（7〜9）が割り当てられ、帯域割当の優先度もNon-GBRと低くなります。

　ちなみに、QoS制御で最も優先度が高い（優先度1）のアプリケーションは、ネットワーク制御を行うシグナリングと規定されています。

　3GPPではこうしたQoS制御や課金のルールを「PCRF」（Policy and Charging Rule Function）として規定。各事業者はPCRFに基づいてどのサービスを優先制御するかといったルールを決め、ゲートウェイ（P-GW）でQoS制御や課金用データ収集を行う仕組みです。例えば海外の事業者の中には、通常料金よりも割高なプレミアム料金を設定し、ゴールドユーザーに優先的に帯域を割り当てるといったサービスを提供する例もあります。

3Gと連携したLTEの音声通信

　インターネットとSkypeを利用してPCでビデオや通話を行う人も増えてきました。最近ではスマートフォンの拡充とともに、3Gネットワークを介した通話やインスタントメッセージの手段としてSkypeが注目されています。

　こうした中、Skypeを搭載したスマートフォンから3G経由で通話できるサービスを提供する事業者や、Wi-Fiを使って通話できるサービスを提供する事業者もあります。ちなみに、LTEのデータ通信サービス上でSkypeを利用することも可能です。ただし、QoS制御で帯域が確保されるVoIPとは異なり、無料のSkypeの場合、帯域割り当ての優先度が低くなるなど、事業者はサービスを差異化していく考えのようです。

　オールIPのLTEでは、音声通信もIP化されることになります。現行のLTEサービスは当初、データ通信用デバイス（USB、カードタイプ）UBのみの提供となり、今後、音声対応のLTE端末の提供と相まって音声通信サービスが提供される予定です。

　当初、LTEのサービスエリアは主要都市が中心になることから、サービスエリア以外のデータ通信は3G（HSPA）が利用されます。同様に、LTEで音声サービスが提供されるようになっても、VoIPの対応はまだ先のことであり、当面は既存の3G（海外では2Gも利用）と併用されることになります。

　そこで3GPPでは、CSフォールバック機能を利用する音声通信を規定しています。LTE端末に音声の着信呼び出し（ページング）があったときに、3Gの回線交換網に切り替えて応答、通話する仕組みです（図8の（2））。

　また、将来LTEでVoIPがサポートされるようになっても、現実問題としてすべての端末とネットワークがLTEに移行するのは投資面でも困難なことから、3G（2G）ネットワークは残ることが考えられます。そこでVoIP方式のLTEエリアと回線交換方式の3G（2G）エリアをハンドオーバーして音声通信を継続する方法として、SRVCC（Single Radio Voice Call Continuity）があります（図8の（3））。

　LTE対応端末のサポート状況や事業者のサービス戦略などによりますが、CSフォールバック、SRVCCを経て、オールIP（VoIP over LTE）へと音声通信サービスが進展していくと考えられます（図8の（4））。

図8　LTE Voice Evolution

　現状の音声通信のほか、SMS（Short Message Service）は回線交換網を利用するため、パケット交換方式のLTEでは使うことができません。そこで、世界の主要な通信事業者や通信機器ベンダでは、LTEでの音声通信とSMSに関する仕様を策定し、2009年にOne Voiceイニシアティブを発表しています。通信技術の進化とともに、事業者の連携も進んでおり、LTEのVoIPサービスが提供されるのは、そう遠いことではないかもしれません。

　次回はLTEをめぐる世界の動向を紹介する予定です。